JP5262784B2 - 金属板の誘導加熱装置 - Google Patents

Description

本発明は、鉄やアルミなどの鉄及び非鉄金属板の誘導加熱装置、及び、誘導加熱方法に関する。特に、金属板の板幅の変更に誘導コイルが追従する機構を有する誘導加熱装置において、インピーダンスを低くしながら、インピーダンスの変動を抑制し、効率的に安定化して通電加熱できる誘導加熱装置に関する。

金属の高周波電流による誘導加熱は、焼入れをはじめとする熱処理を行うために、広く使われている。また、誘導加熱は、鋼板、アルミ板などの鉄、非鉄の薄板にも、製造過程にて材質を制御する目的、加熱速度を上げて生産性を向上する目的、生産量を自在に調整する目的などで、従来のガス加熱や電気加熱による間接加熱に代わる加熱方式として使用されてきている。

金属板を誘導加熱する場合には、大きく２つの方式がある。１つは、金属板の周囲を囲んだ誘導コイルに高周波電流を流して発生させた磁束を金属板の長手方向に貫通させ、金属板の断面内に、誘導電流を発生させて誘導加熱するＬＦ（縦断磁束加熱）方式である。

他は、金属板を、１次コイルを巻いたインダクターという良磁性体の間に配置し、１次コイルに電流を流して発生させた磁束をインダクターに通し、インダクター間を流れる磁束を金属板が横切る様に通過させ、金属板の平面に誘導電流を発生させて誘導加熱するＴＦ（横断加熱方式）方式である。

ＬＦ方式の誘導加熱は、発生する誘導電流が板断面内を循環し、温度分布の均一性が良い。しかし、電流浸透深さの関係から、板厚が薄い場合、電源の周波数を高くしなければ、誘導電流が発生しない。更に、板厚が薄い場合、非磁性材又は磁性材でも、温度が上昇してキュリー点を超えると、電流の浸透深さが深くなって加熱できないという問題がある。その理由を説明する。

図１に、従来のＬＦ方式誘導加熱の態様を示す。被加熱材である金属板１の周囲を、高周波電源３に接続した誘導コイル２で囲み、誘導コイル２に１次電流５を流して、金属板１の内部を貫通する磁束４を発生させる。磁束４の周りには誘導電流が発生し、発生した誘導電流で、金属板１を加熱する。図２に、誘導電流が金属板１の断面内に発生する態様を示す。

金属板１を貫通する磁束４により、金属板１の断面には、誘導コイル２に流れる１次電流５と逆向きの誘導電流６ａ、６ｂが流れる。誘導電流６ａ、６ｂは、金属板１の表面から、下記（１）式で示す電流浸透深さδの範囲に集中して流れる。
δ［ｍｍ］＝５．０３×１０⁺⁵（ρ／μｒｆ）^0.5 ・・・（１）
ここで、ρは、比抵抗［Ωｍ］、μｒは、比透磁率［−］、ｆは、加熱周波数［Ｈｚ］である。

発生した誘導電流６は、図２に示すように、金属板断面の表裏で逆向きに流れるので、電流浸透深さδが深くなると、金属板の表裏の誘導電流６ａ、６ｂが互いに打ち消し合って、金属板１の内部に電流が流れなくなってしまう。

金属は、温度の上昇に伴い、ρが上昇するので、δは、温度上昇とともに深くなる。強磁性や常磁性の磁性材の場合、温度が上昇して、キュリー点に近づくにつれ、μｒは減少し始め、キュリー点を超えると１になる。

非磁性材も、μｒは１である。μｒが小さくなると、（１）式より、非磁性材又は磁性材の場合、キュリー点直前からキュリー点を超える温度域では、電流浸透深さδが深くなり、薄い板厚の被加熱材では、加熱ができなくなってしまう。

例えば、加熱周波数が１０ＫＨｚの場合、常温で、電流浸透深さδは、非磁性のアルミで約１ｍｍ、ＳＵＳ３０４で約４．４ｍｍである。磁性材の鋼の電流浸透深さδは、約０．２ｍｍであるが、温度が上昇し、キュリー点を超えて７５０℃に達すると、電流浸透深さδは、約５ｍｍとなる。

金属板の表裏に発生する電流が打ち消し合わないようにするには、板厚は、最低でも、１０ｍｍ以上必要であり、更に、効率よくパワーを入れるためには、１５ｍｍ程度が必要になる。

一般に、熱処理は、１０数μｍの箔の様な薄板から、１００ｍｍを超えるような厚板まで、様々な厚みの金属板を対象としている。

例えば、使用量が多く、代表的な素材である自動車や家電用の鋼板は、通常、冷間圧延後、板厚が３ｍｍ前後より薄いものが多く、特に、２ｍｍ以下のもの多い。これらの金属板をＬＦ式で誘導加熱するためには、加熱周波数を、数１００ＫＨｚ以上に上げる必要があるが、大容量で高い周波数の電源を製作する点で限界があり、工業規模で実現することは困難である。

一方、ＴＦ方式の誘導加熱は、磁束が金属板の平面を貫通するので、板厚や、磁性、非磁性の区別なく加熱できるという特徴や、磁気抵抗の小さいインダクターを用いることにより漏れ磁束を少なくし、金属板の表裏に対向するインダクター間に磁束を集中させることができるので、加熱効率が高いという特徴がある。

その反面、温度分布の不均一が生じ易いという問題や、金属板が、対向するインダクターの中心にない場合、金属板が磁性材であると、どちらかのインダクターに吸引されてしまい、温度偏差がより大きくなるという問題がある。

更に、ＴＦ方式の誘導加熱の場合、金属板の板幅変更や、連続通板ラインで蛇行した場合における対応が難しいという欠点がある。

これらの課題を解決するため、本発明者らは、特許文献１で、金属板の進行方向の表面及び裏面に誘導コイルをずらして配置し、キュリー点を超える温度域において、電流の浸透深さよりも薄い金属板でも、温度分布を制御しながら加熱できる方法を提案した。

この方法は、図３に示すように、金属板の表裏の誘導コイルを、金属板の進行方向にずらして配置し、図５に示すように、誘導電流を金属板に発生させ、金属板の厚みが電流の浸透深さよりも薄い場合でも、誘導加熱することができる方法である。図４に、図３のＡ−Ａ断面の磁束と、断面を流れる誘導電流の態様を示す。

ところが、誘導コイルを、金属板の進行方向にずらして配置しただけでは、金属板の端部を流れる電流の電流密度が高く、加熱時間も長くなり、その結果、金属板の端部の温度が、板中央部に比べ高くなるという問題がある。

その解決法として、本発明者らは、特許文献２で、金属板の端部に向かう表裏の誘導コイルを、中央部側の表裏の誘導コイルのずれ量に比べ小さくして傾斜をつけることで解消することを提案した。

更に、本発明者らは、特許文献２で、板幅の変更にも対応できるように、板幅が変わった時、金属板の幅に応じて、表裏の誘導コイルが金属板の進行方向にずれて加熱する方法を提案した。

また、金属板の板幅変更に関して、本発明者らは、誘導コイルが金属板の進行方向に移動する機構を設け、金属板の板幅の変更に合わせ、金属板の端部側に向って傾斜した表裏の誘導コイルの重なり位置を制御して、板幅変更に対応できる方法も、特許文献２で提案した。

特開２００２−１５１２４５号公報 特開２００７−９５６５１号公報 特開２００８−２８８２００号公報

しかし、誘導コイルが金属板の進行方向に移動する機構を設け、金属板の板幅の変更に合わせ、金属板の端部側に向って傾斜した表裏誘導コイルの重なり位置を制御する方法（特許文献２の方法）は、金属板が蛇行せず、真っ直ぐ走行する場合には有効であるが、金属板が蛇行した場合には、金属板の両端で温度偏差が生じ易いという問題があることが解った。

そこで、本発明者らは、特許文献３にて、金属板の幅方向に傾斜を有する誘導コイルを板幅方向に移動させることにより、蛇行時でも、また、幅変更時でも、温度偏差を解消することができる誘導加熱装置を提案した。

また、特許文献２の方法は、金属板の板幅の変化が小さい場合には問題はないが、金属板の幅が大きく変化する場合には、インダクタンスに影響を与える表裏の誘導コイルによって発生する磁束で囲まれる空間の体積が大きく変化し、インダクタンスも大きく変化する。

共振周波数は、インダクタンスとキャパシタンスの積の１／２乗に反比例するので、インダクタンスが大きく変化すると、共振周波数が大きくずれるので、板幅に応じて整合をとり直さなければならず、結局、特許文献２の方法は、連続した加熱を行う場合には不都合が生じることが解った。

整合をとり直すためには、電源を一時的に切る必要がある。高生産設備では、止めた部分の品質が不良となり、歩留りが低下することや、整合を切り変えるためのコンデンサやトランスのタップを切り替える装置などが必要になり、設備コストが高くなるという問題が生じる。

また、特許文献３の方法では、表裏誘導コイルを板幅方向に移動させるために、動きに追従できる水冷ケーブルを用いなければならないが、水冷ケーブルは、誘導コイルの両端側で、誘導コイルの移動量の２倍程度の長さを必要とし、また、曲げ半径を小さくすることができないので、曲げ半径に応じたループを形成しなければならない。

水冷ケーブルを、曲げ半径に応じたループに形成すると、インダクタンスだけでなく、誘導コイルと水冷ケーブルを含めた抵抗も大きくなり、結果として、インピーダンスが大きくなり、誘導コイルに印加する電圧が大きくなるとともに、水冷ケーブル等で消費される電力も大きくなり、誘導加熱装置としての効率が低下するという問題もあることが解った。

そこで、本発明は、非磁性材や非磁性域の金属薄板を加熱する場合において、従来のＬＦ方式やＴＦ方式が抱える金属板の誘導加熱に係る課題を解決するため、誘導コイルを用いて、磁性金属板に限らず非磁性金属板や、さらに、金属板の非磁性域においても、温度制御性に優れるとともに、より効率よく加熱することができる誘導加熱装置を提供することを課題とする。

また、本発明は、金属板の幅変更や蛇行などに対しても、効果的に対応することが可能で、金属板の板幅が変わっても、周波数を変更せずに、安定して、より効率よく加熱することができる誘導加熱装置を提供することを課題とする。

本発明の要旨は、下記の通りである。

（１） 金属板の表面と裏面との間に所要の間隙を保ち、金属板の幅方向に周回するように導体を配置し、金属板の表面側の導体と裏面側の導体を導電部材で接続して構成した誘導コイルに、高周波電源から発生する交流電流を通電して、金属板の幅方向に周回する誘導コイルの内側を通過する金属板を誘導加熱する装置において、
（ａ）金属板の表面側の導体と裏面側の導体を、該導体の金属板への垂直投影像が、金属板の幅方向の中央部で、金属板の長手方向にて重複しない間隔で配置し、
（ｂ）表面側の導体と裏面側の導体の一方又は両方の端部に、金属板の幅方向の両端部に向かって、金属板の幅方向に対して傾斜する部分を形成し、かつ、
（ｃ）表面側の導体と裏面側の導体の間に挟まれて両導体を導通させる電極を、金属板の幅方向の両端部の外側に位置するように配置し、
金属板の周囲に、１Ｔ（ターン）以上の誘導コイルを形成し、
前記表面側の導体と前記裏面側の導体が、金属板の幅方向に移動する手段を備え、
前記電極は、前記表面側の導体と前記裏面側の導体の幅方向の移動の際に、前記表面側の導体と前記裏面側の導体とを、摺り合せて通電する電極であることを特徴とする金属板の誘導加熱装置。

（２） 前記金属板の幅方向の両端部の外側に位置するように配置した電極のうち、（c1）高周波電源側の電極が、電気的に絶縁された電極ベースを挟んで２つに分離され、（c2）分離された電極の一方が、表面側の導体と接触し、他方が、裏面側の導体と接触し、かつ、（c3）分離されたそれぞれの電極が、導電部材で高周波電源に接続されていることを特徴とする前記（１）に記載の金属板の誘導加熱装置。

（３） 前記誘導コイルが２Ｔ（ターン）の誘導コイルであって、
（ｉ）金属板の表面側の導体と裏面側の導体の金属板への垂直投影像が、金属板の幅方向の中央部で、金属板の長手方向にて重複しない間隔のもとで、
（i-1）表面側の導体同士を、金属板の長手方向に近接して配置するとともに、前記裏面側の導体同士を、表面側の導体同士の近接間隔より大きい間隔で、金属板の長手方向に配置するか、又は、
（i-2）裏面側の導体同士を、金属板の長手方向に近接して配置するとともに、表面側の導体同士を、裏面側の導体同士の近接間隔よりも大きい間隔で、金属板の長手方向に配置して、表面側の導体と裏面側の導体のユニットを２組形成し、
（ii）上記２組のユニットのそれぞれにおいて、金属板の幅方向の両端部の外側に位置するように電極を配置し、
（C1）上記電極のうち、高周波電源と反対側の電極が、電気的に絶縁された電極ベースを挟んで２つに分離され、
（C2）分離された電極の一方が、表面側の導体と接触し、他方が、裏面側の導体と接触し、かつ、
（C3）分離されたそれぞれの電極が、導電部材で、２組の一方のユニットにおける表面側の導体と接触する上記分離された電極、及び、２組の他方のユニットにおける裏面側の導体と接触する上記分離された電極に接続されている
ことを特徴とする前記（１）又は（２）に記載の金属板の誘導加熱装置。

（４）前記電極と、前記表面側の導体および前記裏面側の導体とを密着できるように、前記表面側の導体および前記裏面側の導体を前記電極に圧下する機構が設けられていることを特徴とする（１）〜（３）のいずれか１項に記載の金属板の誘導加熱装置。
（５）前記電極の構造は、電極ベースの両端に柔構造体を介して電極が設けられた構造で、当該電極に前記導体が接触すると、前記柔構造体が縮んで、当該電極の位置が前記縮む方向に下がる構造を有することを特徴とする（１）〜（４）のいずれか１項に記載の金属板の誘導加熱装置。
（６） 前記表面側の導体及び裏面側の導体において、電極と接触する部分の硬度が、電極の硬度よりも高いことを特徴とする前記（１）〜（５）のいずれかに記載の金属板の誘導加熱装置。

本発明でいう「金属板の長手方向」は、金属板の通過方向（搬送ラインと同一方向）のことである。また、本発明でいう「金属板の幅方向」は、金属板の板幅方向（金属板の通過方向に鉛直方向）のことである。

本発明によれば、板厚の厚い金属板や、磁性域の薄板の加熱が可能となるだけでなく、従来の誘導加熱方式では不可能であった、比抵抗が小さく非磁性のアルミや銅などの非鉄金属板を加熱することができ、また、磁性材のキュリー点以上の非磁性域においても、従来技術より効率的に、加熱を行うことができる。

本発明によれば、金属板の板幅、蛇行に応じて誘導コイルが移動することができるので、温度制御を、より精密に行うことができる。しかも、誘導コイルが移動する場合でも、インダクタンス及びインピーダンスの変化を小さく抑えることができるので、加熱のための共振周波数の変化を小さくすることができ、安定した加熱を行うことが可能である。

本発明によれば、発信周波数が変わらないので、整合用のコンデンサや、トランスを余分に備える必要がなく、コンデンサ容量の切替えのための装置も必要としないので、設備費を抑制することができる。更に、金属板の板幅に応じたインピーダンスの変化が小さいので、加熱効率の変化も小さく、安定して効率の良い加熱を行うことが可能である。

また、本発明によれば、誘導加熱装置の前工程から持ち込まれる温度偏差や、後工程での温度特性を考慮し、所望の温度分布を形成して、金属板を加熱することができるので、要求される冶金特性に合わせて、加熱速度や、温度分布を調整し、高品質の製品を安定して製造することができるとともに、操業変動による品質への影響を解消することが可能となる。

更に、本発明によれば、ガス加熱の炉で問題となる熱慣性の影響がないので、金属板の板厚、板幅、及び／又は、種類の変更により、加熱温度を変更しなければならないときでも、加熱速度を自在に制御して、通板速度を変更する必要がない。

ガス加熱の炉では、通常、炉温変更時に、炉が安定するまでの間、繋ぎ材が必要となるが、本発明によれば、繋ぎ材が不要になるばかりではなく、通板速度を落とすことなく生産を続けることができるので、生産性の低下を回避できるとともに、操業計画の自由度が大幅に向上する。

本発明によれば、金属板の板厚及び／又は板幅の変更に対応できるだけでなく、金属板の蛇行などの変動要因にも柔軟に対応して、所望の温度分布を得ることができるばかりではなく、金属板の板幅に応じて、誘導コイルを複数持たずに済むことから、設備費を抑制することができる。

従来のＬＦ式誘導加熱の態様を示す図である。 従来のＬＦ式誘導加熱により、金属薄板の断面に流れる誘導電流の態様を示す図である。 表裏誘導コイルをずらして配置して行う誘導加熱の一態様を示す図である。 図３のＡ−Ａ断面における電流の発生態様を示す図である。 図３に示す誘導加熱により、金属板に発生する誘導電流の態様を示す図である。 表裏の導体を中央でずらし、金属板の端部側近傍で、表裏の導体を傾斜させ、電極と摺り合せながら通電して誘導加熱する方式を示す図である。 電源と誘導コイルに接触する電極の態様を示す図である。（ａ）は、図６のＡ−Ａ断面の電源側の電極を示し、（ｂ）は、図６のＢ−Ｂ断面の電源と反対側の電極を示す。 図６に示すコイル配置で、金属板に発生する誘導電流の態様を示す図である。 金属板端面と誘導コイルの位置関係を示す図である。 金属板端面が誘導コイルと位置Ａで交差することにより発生する誘導電流の分布を示す図である。 金属板端面が誘導コイルと位置Ｂで交差することにより発生する誘導電流の分布を示す図である。 金属板端面が誘導コイルと位置Ｃで交差することにより発生する誘導電流の分布を示す図である。 水冷ケーブルを用いて誘導コイルを移動させる、従来の方法を説明する図である。 金属板の板幅が変化するときの、表裏の導体と電極の関係を示す図である。 金属板の板幅が変化するときの、表裏の導体と電極の関係を示す図である。 電極と表裏の導体を密着させる機構を示す図である。 電極の構造例を示す図である。（ａ）は、電極の構造例の正面を示す図である。（ｂ）は、電極の構造例の側面を示す図である。 １Ｔの誘導コイルを、２セット並列に配置して構成した２Ｔの誘導コイルの態様を示す図である。 １Ｔの誘導コイルを、２セット並列に配置して構成した別の２Ｔの誘導コイルの態様を示す図である。 誘導コイルの１組に、もう１組、並列に配置した誘導コイル（４ユニット）の態様を示す図である。 本発明の電極構造を示す図である。（ａ）は、電源側の電極構造を示す。（ｂ）は、隣り合う誘導コイルのユニット間に導電部材を配置する場合の電極構造を示す。（ｃ）は、１Ｔの誘導コイルを形成する表裏の導体間を導通させる場合の電極構造を示す。（ｄ）は、別の電源側の電極構造を示す。 実施例で用いた表裏の導体の態様を示す図である。

以下、本発明を実施するための形態を、図面に基づいて説明する。

図６は、本発明の誘導加熱装置の１例を示す。図７に、電源と電極の位置関係を示す。図７（Ａ）は、図６のＡ−Ａ断面の電源側の電極を示し、図７（Ｂ）は、図６のＢ−Ｂ断面の電源側と反対側の電極を示す。図８は、図６に示すコイル配置で、金属板１に発生する誘導電流の態様を示す。

以下の説明において、「誘導コイル」は、電気良導体で構成されるパイプ、線材、板などで、被加熱材を１周以上周回するコイルの総称である。電気良導体が被加熱材を囲む形状は、矩形でも円形でもよく、特に規定されるものではない。コイルを形成する電気良導体の材質は、銅やアルミ等の電気伝導が良好な材質が好ましい。

図６に示すように、本発明の誘導加熱装置（以下「本発明装置」ということがある。）は、金属板１の表面との間に間隙を保ち、金属板１の幅方向（図の左右方向）に周回するように、金属板１の表面側の導体２ａと裏面側の導体２ｂを、導電部材７ａ、７ｂで接続して形成した誘導コイルを有し、高周波電源３から発生する交流電流を誘導コイルに通電して、周回する誘導コイルの内側を通過する金属板１を誘導加熱するものである。

その際、本発明装置においては、（ｉ）金属板１の表面側の導体２ａと裏面側の導体２ｂを、それぞれ、金属板１へ垂直投影した際の垂直投影像において、金属板１の幅方向の中央部では、表面側の導体２ａと裏面側の導体２ｂが、金属板１の長手方向（図の上下方向）において、互いに重ならないように、間隔をあけて配置されているとともに、（ii）金属板１の幅方向の両端部に向かっては、表面側の導体２ａと裏面側の導体２ｂの少なくともいずれかが、金属板１の幅方向に対して傾斜する部分を備え、かつ、金属板１の幅方向両端部の外側に、表面側の導体２ａと裏面側の導体２ｂとの間に、両導体を導通させるように、電極８、８’が挟まれて配置されて、金属板１の周囲に、１Ｔ（ターン）以上（図６では、１Ｔ）の回路が構成されている。

本発明装置においては、表面側の導体２ａと裏面側の導体２ｂが、モーターの駆動等により移動する手段を有することが好ましい。導電部材７ａ，７ｂは、水冷ケーブルを用いてもよいが、水冷した銅板を絶縁板を間に挟んで密着させたものや、水冷の同軸ケーブルなどで構成すると、リアクタンスを小さくすることができ、効率等の点で望ましい。

次に、本発明装置に係る作用効果を説明する。本発明装置では、まず、図３に示すように、誘導コイルの内側を通過する金属板１の表面側と裏面側の誘導コイルを構成する導体２ａ及び２ｂ（以下「表裏の導体２ａ２ｂ」ということがある）を、それぞれ、金属板１へ垂直投影した際に、表面側と裏面側の垂直投影像が、金属板１の長手方向において互いにずれるように、表裏の導体２ａ２ｂを配置する。

すると、図４（図３のＡ−Ａ断面）に示すように（簡単にするため、導体２ａの場合のみを示す）、金属板１には、斜めに磁束４が貫通し、その磁束により、誘導電流６ａが発生する。したがって、斜めに電流パスが広がることで生じた誘導電流６ａの浸透深さδが板厚ｔより厚くても、誘導電流は流れることになる。

誘導コイルを構成する表裏の導体２ａ２ｂは、金属板の進行方向において、ずれて配置されているので、表裏の導体２ａ２ｂで発生した誘導電流６ａ、６ｂは、干渉することなく、金属板１全体で、図５に示すような環状電流を形成する。その結果、金属板１が非磁性材でも、加熱することが可能になる。

ところが、金属板１の端部を流れる電流は、表裏の導体２ａ２ｂを連結する接続導体７’、又は、表裏の導体２ａ２ｂと電源を結ぶ導電部材７を流れる一次電流との間のリアクタンスを小さくしようとして、金属板１の端部に寄せられてしまい、電流路が狭くなってしまう。

このことと、導電部材７及び接続導体７’を流れる一次電流により発生する磁束が、距離が最も短い金属板端部を集中的に貫通してしまうこと、及び、金属板端部は、中央部に比べ、加熱時間が距離ｄ3（図５、参照）の分だけ多く加熱されてしまうこと等で、金属板１の端部は過加熱になり易い。なお、接続導体７、7’は、通常、水冷銅板又は水冷ケーブルを用いることが多い。

そのため、本発明装置では、図６に示すように、金属板端部へ向かう表裏の導体２ａ２ｂの少なくとも１つが、金属板１の端部に向かうに従い傾斜して横切るような形状とする。図６では、表裏の導体２ａ２ｂの金属板１の両端部で、導体が傾斜する態様を示している。このような導体の形状にすると、金属板１には、図８に示すような環状電流が発生する。

その結果、先に説明した図５の場合に比べ、金属板端部で電流路が狭くなり難いので、電流密度が高くなり難く、また、表裏の導体が、金属板の端部近傍で交差するため、金属板の端部を流れる誘導電流による加熱時間を短くできるので、図３に示すように、表裏の導体を平行にずらしただけの場合よりも、金属板端部の過加熱を避けることができる。

この過加熱を制御するためには、傾斜部から水平部にかけての導体部分を、金属板端部とどこで交差させるかが重要になる。図９（Ａ）は、金属板端面と誘導コイル（表裏の導体２ａ２ｂ）との位置関係を示す図である。

図９（Ｂ）に示すように、金属板端面が、導体２ｂの傾斜の途中（位置Ａ）を横切る場合は、金属板端部を流れる誘導電流は電流密度が高く、金属板端部を流れる時間が長くなるので、金属板端部の温度は、金属板中央部に比べ高温になり易い。

逆に、図９（Ｄ）に示すように、金属板端面が、誘導コイルの水平部分（位置Ｃ）で交差する場合は、金属板端部近傍においては、表裏の導体２ａ２ｂが重なっているため、従来のＬＦ加熱と同じになり、非磁性材の薄板の場合には、この部分に、誘導電流は発生せず、図９（Ｄ）に示すように、金属板の中央側に回ってしまい、金属板端部の温度は低下する。

図９（Ｃ）の場合は、図９（Ｂ）の場合の温度分布と、図９（Ｄ）の場合の温度分布の中間の温度分布になる。このように、傾斜部から水平部に変わる導体が、金属板端面と交差する位置を制御することにより、金属板の温度分布を制御することができる。

したがって、本発明の誘導コイルにおいては、金属板端部の位置に合わせて、表裏の導体の位置を、金属板の幅方向に動かすことができるようにすることが好ましい。表裏の導体を動かすためには、表裏の導体を支持台に固定し、モーター、エアシリンダ、油圧シリンダ等の駆動装置で動かせばよい。誘導コイルの前又は後ろに、金属板の位置を検出するセンサーを配置し、センサーからの位置情報により、表裏の導体を動かせばよい。

金属板の板幅を変更する場合には、生産全体を制御するプロセス制御コンピューターからの情報により、同様に、誘導コイルを動かせばよい。また、誘導コイル駆動装置に、溶接部の通過位置をプロセス制御しているコンピューターから、金属板の板幅変更情報を、受け、板幅変更された金属板が、誘導コイル装置を通過する直前に、表裏の導体を、金属板の幅方向に動かすとともに、電力も調整する制御手段を組み込んでおけば、過不足がない加熱が可能になる。

表裏の導体の移動量は、蛇行の場合には、数十ミリ程度であるが、板幅の変更は、例えば、鋼板の場合、６００ｍｍ前後から１８００ｍｍ前後までと、３倍程度大きく変化するので、表裏の導体と、表裏の導体を接続する導電部材を、板幅の変更幅に合せて移動させる必要がある。通常、表裏の導体と、表裏の導体を接続する導電部材の移動のために、水冷ケーブルを用いる。

水冷ケーブルは、導体の中又は外を冷却水が流れ、導体を冷却しながら、比較的大きな電流を流すことができるが、曲げ半径が大きいので、図１０に示すように、表裏の導体２ａ２ｂ間の距離よりも大きい半径で、ループを形成する必要がある。

形成したループにより、大きなインダクタンスが生じるとともに、移動のために、長い水冷ケーブルを使用しなければならず、抵抗も大きくなる。その結果、全体のインピーダンスは、誘導コイルの移動量にもよるが、固定した誘導コイル単独の場合に比べ、倍以上に増加し、加熱効率が大幅に低下する。

特に、周波数が高い場合には、インピーダンスが大きくなり、加熱効率に与える影響が大きい。また、インピーダンスが大きくなると、電源の電圧を高くしなければならず、高耐圧の電源が必要になる。そのため、設備費が高騰するという問題、又は、電源電圧の許す範囲で、小電力の加熱しかできなくなってしまうという問題が生じる。

そこで、本発明では、図６に示すように、移動する表面側の導体２ａと、移動する裏面側の導体２ｂとの間に、電極８、８’を設け、この電極に、表裏の導体２ａ２ｂを摺り合せて通電する。

図７に、電源と誘導コイルを接続する電極の態様を示す。図７（ａ）に示す電源と電極の位置関係においては、電源からの導電部材７ａ、７ｂが、電気的に絶縁する絶縁体９を間に挟んで、電極８、８’に接続されている。導電部材７ａ、７ｂは、通常、水冷した銅板を用い、インダクタンスを小さくするため、絶縁体９を間に挟んで密着して、電極８、８’まで延長し、摺動する表面側の導体２ａ、及び、摺動する裏面側の導体２ｂと接触させて通電する。

図７（ｂ）に示すように、他方の端部においても、同様に、電極８’と、誘導コイル２ａ、２ｂを接触させて通電する。但し、図７（ｂ）に示す他方の端部は、誘導コイル２ａと誘導コイル２ｂを導通させる必要がある。したがって、図７（ｂ）には、絶縁体１０を設けない電極を示したが、図１３（ａ）に示すように、摺動電極を電気的絶縁体を挟んで上下に分割し、分割した摺動電極同士を、水冷銅パイプ等の導電性部材で短絡するような構造でもよい。

なお、電極は、通常、銅又は銅の合金、金属含浸カーボン等の、抵抗値が小さく、強度のあるものを用いればよい。酸化等が懸念される場合には、電極に、耐酸化性のある材料の溶射や、メッキ等の表面処理を施してもよい。電極に流れる電流が大きい場合、電極を水冷構造とすれば、安定した通電が可能である。

本発明のように、摺動する表裏の導体間に、水冷ケーブルに替えて固定した電極を用いると、インダクタンス及びインピーダンスの変化を小さくすることができる。図１１（Ａ）、及び、図１１（Ｂ）に、金属板の板幅が変化する時の表裏の導体と電極の関係を示す。

電極８、８’は、表面側の導体２ａ、裏面側の導体２ｂ等の移動機構や、誘導コイル本体を取り付けた支持台等を取り付けるための構造体の梁１２等に、ボルトなどで固定して、位置が変わらないようにする。表裏の導体２ａ２ｂは、図示していないが、エアシリンダ等の移動機構につながれた支持台に固定され、シリンダの移動により、金属板の板幅方向に動き、被加熱材の加熱温度分布を制御する。

表裏の導体が動いても、誘導コイルの導体の長さがほぼ同一で、表裏の導体が、金属板の板幅方向に平行にずれ、各々の導体で発生する磁束が影響する範囲がほとんど同じであり、金属板中央部の範囲が増減するだけなので、表裏の導体と電極で囲まれた空間（図中のハッチング部）においては、インダクタンスは大きく変化しない。

誘導加熱における共振周波数は、インダクタンスの０．５乗に反比例するが、上述のように、インダクタンスの変化が小さいので、インダクタンスの変化による共振周波数への影響はほとんど生じず、周波数を変えることなく、安定した加熱が可能となる。

ここで、電極を用いずに、図１０に示すような水冷ケーブルを使うと、水冷ケーブルの曲げ半径が大きいため、大きなループを作らなければならず、そのため、誘導コイルの外側に、板幅変化の数倍の長さの余分な電流路を作らなければならない。その結果、ケーブルの抵抗が増加して銅損が増え、加熱効率が低下する。

本発明によれば、余分な長さの電流路を設ける必要がなく、表裏の導体と電極で形成される回路の抵抗はほぼ一定になるので、インピーダンスの増加を避けることができる。誘導コイルに流さなければならない電流が一定であると、インピーダンスの増加に伴い、電源電圧を高圧化することが避けられないが、本発明では、電源の高電圧化の問題を避けることができる。

本発明の場合、電極と、表裏の導体とを接触させて通電し、金属板の周囲に、１Ｔ（ターン）以上の誘導コイルを形成するこことができればよく、電極構造や、電極と表裏の導体とを接続する構造に限定はないが、電極と、表裏の導体とを安定して密着できるような構造を採用することが、特に好ましい。

そのため、表裏の導体の鉛直方向の外側に圧力を加える機構を設けることが好ましい。図１２に、上記機構の一例を示す。図１２に示す機構においては、表裏の導体２ａ２ｂの上下方向の外側にロール１３を設け、ロール１３自体を、エアシリンダ、油圧シリンダ、電動シリンダ等の圧下機構で圧下する。

ロール１３の圧下により、電極８’は、表裏の導体２ａ２ｂとの間に、安定的に密着して挟まれる。ロール１３としては、できるだけ均等に圧下力が加えられるように、ゴムロールなどを用いればよく、ロールの軸等は、誘導を受けない樹脂やセラミックなどの非導電性材料を使うのが望ましい。

このとき、表裏の導体２ａ２ｂが、銅管などの、柔らかくて薄い肉厚の管でできていると、誘導コイルが損傷を受けるので、表裏の導体２ａ２ｂを、樹脂などでモールドし、更に、ベーク板などの樹脂やセラミック等の非磁性、絶縁性のあて板１４を、誘導コイルの支持台（図示なし）に設け、誘導コイルに、局部的な力が加わらないようにするのが望ましい。

表裏の導体を圧下する機構は、ロールでなくても、例えば、ラック・ピニオン機構でもよく、特に規定するものではない。

一方、電極側にも、表裏の導体と均一に接触させるために、図１３に示すように、電極押上げ構造を備えることが好ましい。図１３（ａ）に、電極押上げ構造を備える構造例の正面を示し、図１３（ｂ）に、その側面を示す。図１３に示す構造においては、エンジニアリングプラスチックなどの電極ベース１８に、ゴム、フェルト、バネなどの柔構造体１７を介して電極１５が設けられている。

電極１５は、導体２ａが接触しない場合は、実線で示すアの位置まで、上に出ているが、導体２ａが押し当てられて圧下が加わると、柔構造体１７が縮んで、点線で示すイの位置まで下がる。

こうすることにより、誘導コイルと電極は、均一に接触し、安定通電が可能になる。電極１５は、水冷銅パイプ１６を備えるものが望ましい。この電極を、炉殻や誘導コイルを支える構造体の梁１２などに、取付け板１９を介して、ボルト２０及びナット２１で固定すればよい。

また、電極と表裏の導体との接触部は、使用している間に摩耗していくが、表裏の導体は製作が大変なこと、取り付け取り外しに手間がかかること、表裏の導体が銅パイプなどの薄い肉厚の素材で製造されている場合には、冷却水が漏れて設備トラブルを起こし易いことなどから、表裏の導体は、できるだけ摩耗させないようにし、電極を摩耗させる方がよい。

そのため、誘導コイルと電極の摩耗に大きな影響を与える硬度に差をつけるのが好ましい。即ち、電極の表面（接触面）の硬度に比べて、表裏の導体の表面（接触面）の硬度を高くすることが好ましい。具体的には、表裏の導体の表面に、溶射や蒸着などで、導電性の高硬度セラミックスの皮膜を形成することが好ましい。導電性セラミックスとしては、ＷＣ、ＴｉＣ、ＴｉＮ、Ｍｏなど高硬度、高融点の材料が好ましい。

表裏の導体は、通常、１枚の板状導体で製作するが、１枚の板状導体である必要はなく、複数本の導体を並べたものでもよいし、棒状の導体を並べたものでもよい。表裏の導体は、金属板の幅方向に正確に平行である必要はなく、表裏の導体全体を、金属板に対し斜めに配置してもよい。

また、誘導コイルの回路は、１Ｔ（ターン）である必要はなく、例えば、図１４に示すように、２Ｔ（ターン）でもよい。

図１４（Ａ）に、図６に示す誘導コイルを、２セット並列に配置して構成した、２Ｔ（ターン)の誘導コイルの態様を示す。

図１４（Ａ）に示す誘導コイルにおいては、裏面側の導体２ｂと導体２２ｂの垂直投影像が、金属板の長手方向において近接する間隔で配置され、表面側の導体２ａと導体２２ａの垂直投影像が、金属板の長手方向において、裏面側の導体２ｂ、２２ｂ間の近接間隔よりも大きい間隔で配置されている。

２セットの誘導コイルを、逆に、表面側の導体２ａと導体２２ａの垂直投影像が、金属板の長手方向において近接するように、裏面側の導体２ｂと導体２２ｂの垂直投影像が、金属板の長手方向において、表面側の導体２ａ、２２ａの近接間隔よりも大きい間隔となるように配置してもよい。

金属板１の長手方向において、表面側の導体２ａと裏面側の導体２ｂのユニットと、表面側の導体２２ａと裏面側の導体２２ｂのユニットを形成する。２組のユニットそれぞれにおいて、金属板１の幅方向両端部の外側に、電極２５、２５’、電極２６、２６’を配置する。

これらの電極のうち、高周波電源３と反対側に配置された電極２５’、２６’は、電気的に絶縁された電極ベースを挟んで２つに分離され、分離された電極の一方は、表面側の導体２ａ、２２ａと接触し、他方は、裏面側の導体２ｂ、２２ｂと接触する。

分離したそれぞれの電極には、導電部材７ｃ、７ｃ’が接続されている。導電部材７ｃ、７ｃ’は、一方のユニットの表面側の導体と接触している電極と、他方のユニットの裏面側の導体と接触している電極を接続する。

図１６に、電極構造を示す。例えば、図１６（ｂ）に示すように、上側の導体２ａ、２２ａと接触する電極材１５ａ、１５ｃに接続された銅板７ｃ、７ｃ’が、交差して、裏面側の導体２ｂ、２２ｂと接触する電極材１５ｄ、１５ｂに接続されている。

電源３と接続する電極２６は、例えば、図１６（ａ）に示すように、電源３に接続した導体７ａ、７ｂを、絶縁材２８を挟んで密着させて電極近傍まで延長し、表面側の導体２２ａと接触する電極材１５ａと、裏面側の導体２４ｂと接触する電極材１５ｂに、それぞれ接続して構成されている。

摺動する表裏の導体間を最短距離で短絡する電極２５は、図１６（ｃ）に示すように、上側の電極材１５ａと下側の電極材１５ｂとを、導体７で接続する構造とすればよい。

これらの電極においては、表裏の電極材間が、固定された導体により最短距離で接続されていて、水冷ケーブルのように、無駄なループを形成する必要がないので、インダクタンスの増加を防ぐことができる。

このコイル導体の配置方法によれば、隣り合う誘導コイルに、同相の電流を流して、磁束密度を高めることができるので、加熱効率が向上し、また、各々の誘導コイルを、独立して動かすことができるので、図６に示す１Ｔの誘導コイルに比べ、温度分布を、精緻に制御することができる。

この場合、電源３からでた電流は、導電部材７ａ→電極２６の上側→表面側の導体２２ａ→電極２６’上側→導電部材７ｃ→電極２５’下側→裏面側の導体２ｂ→電極２５下側→電極２５の上側→表面側の導体２ａ→電極２５’上側→導電部材７ｃ’→電極２６’下側→裏面側の導体２２ｂ→電極２６下側→導電部材７ｂ→電源３と流れて、２Ｔの誘導コイルを形成する。

図１４（Ｂ）に、２Ｔの誘導コイルを構成する別の接続例を示す。電源３からでた電流は、導電部材７ａ→電極２６の上側→表面側の導体２２ａ→電極２６’の上側→電極２６’の下側→裏面側の導体２２ｂ→電極２６の下側→導電部材７ｃ→電極２５の上側→表面側の導体２ａ→電極２５’の上側→電極２５’の下側→裏面側の導体２ｂ→電極２５の下側→導電部材７ｂ→電源３と流れて、２Ｔの誘導コイルを形成する。

この場合、電極２５と電極２６の接続は、図１６（ｄ）に示す構造とし、電極２５’と電極２６’の接続は、図１６（ｃ）に示す構造とすればよい。

図１５に、図１４（Ａ）に示す誘導コイルの組みに、もう一組、並列に配置した誘導コイル（４ユニット）の態様を示す。

図１５に示す誘導コイルにおいて、下側の組の誘導コイルには、電源３からでた電流が、導電部材７ａ→電極２７の上側→表面側の導体２４ａ→電極２７’上側→導電部材７ｃ→電極２６’下側→裏面側の導体２３ｂ→電極２６下側→電極２６の上側→表面側の導体２３ａ→電極２６’上側→導電部材７ｃ’→電極２７’下側→裏面側の導体２４ｂ→電極２７下側→導電部材７ｂ’→電源３と流れて、２Ｔの誘導コイルを形成する。

同様に、もう一方の上側の組の誘導コイルには、電源３からでた電流が、導電部材７ａ’→電極２５上側→表面側の導体２２ａ→電極２５’上側→導電部材７ｄ→電極８’下側→裏面側の導体２ｂ→電極８下側→電極８上側→表面側の導体２ａ→電極８’上側→導電部材７ｄ’→電極２５’下側→裏面側の導体２２ｂ→電極２５下側→導電部材７ｂ’→電源３と流れて、２Ｔの誘導コイルを形成する。この２Ｔの誘導コイルは、先の２Ｔの誘導コイルと並列に接続されている。

このように、複数の誘導コイルを用いても、表裏の導体（２ａ、２ｂ）、（２２ａ、２２ｂ）、（２３ａ、２３ｂ）、（２４ａ、２４ｂ）は、金属板１の板幅方向に、各々自在に移動可能であるが、電極８、８’、２５、２５’、２６、２６’、２７、２７’、及び、導電部材７ａ、７ａ’、７ｂ、７ｂ’、７ｃ、７ｃ’、７ｄ、７ｄ’は、固定することができる。

特に、導電部材７ａと７ａ’、７ｂと７ｂ’、７ｃと７ｃ’、７ｄと７ｄ’は、インダクタンスが生じないように、絶縁体を間に挟んで密着して電極まで敷設して固定する。

以上、説明したように、本発明の誘導加熱装置は、加熱される金属板の板幅によらず、また、磁性・非磁性を問わず、効果的に加熱することが可能なものである。また、本発明の誘導加熱装置は、表裏の導体が、板幅、蛇行に合わせて、移動可能であるので、温度制御を自在に行うことができるものである。

また、本発明の誘導加熱装置においては、電極間の導体の長さ・形状の変化が小さいので、表裏の導体を含めた導体のインダクタンス、及び、インピーダンスの変化を最小に抑えることができ、周波数を変えることもなく、安定して高効率の加熱が可能になる。

また、本発明の誘導加熱装置においては、誘導コイルのインピーダンスを低く抑えることができるので、比較的大きな電力容量の加熱であっても、高電圧に対応した特別な電源を用いることなく、安価な通常の電源を使用することが可能になるとともに、高電圧対策が不要になるため、設備コストが低く抑えられ、また、安全面でも安心な設備とすることが可能になる。

本発明の誘導加熱装置は、金属板の種類、寸法を選ばず、１台で、広範囲にわたる対応が可能なものである。加熱温度分布についても、従来の誘導加熱装置で問題となっていた板端部の過加熱を防止する制御が可能であり、また、温度分布を、狙った温度分布に、精密に制御することが可能である。

また、金属板の板幅が変更になっても、溶接部の通過位置をプロセス制御しているコンピューターからの指令により、金属板の板幅変更部分が、誘導加熱装置内を通過する時、誘導コイルを、金属板の幅方向に、瞬時に動かすとともに、電力を制御して、過不足のない加熱が可能になるとともに、無駄な電力の投入を防止することができる。

（実施例１）
本発明の効果を確認するため、図６に示す１ユニットの誘導加熱装置と、図１５に示す４ユニットの誘導加熱装置の場合において、板幅８００ｍｍと１８００ｍｍの２枚のＳＵＳ３０４板（非磁性鋼板）用いて、インダクタンスの変化を計測した。

使用した表裏の導体は、それぞれ、外径１０ｍｍ、厚み１ｍｍの銅管を１５°（図１５中「α」参照）に曲げたものを１０本、５ｍｍ間隔で並べて１４５ｍｍ幅としたものを１セット（図１７、参照）にして１ユニットとし、図６及び図１５に示す配置で、金属板の幅方向の長さをＬ＝３ｍとして、ＳＵＳ３０４板の表裏に配置した。

それぞれのユニットにおける表裏の導体間のズレ量Ｓは２５０ｍｍで、表面側の導体の下面とＳＵＳ板上面とのギャップ、及び、裏面側の導体の上面とＳＵＳ板下面とのギャップは、ともに１５０ｍｍとした。誘導コイルは、図６に示す配置では、１Ｔ（ターン）を構成した。図１５に示す配置では、２Ｔ（ターン）の誘導コイルを２組（４ユニット）、金属板の長手方向に並べ、それを並列に接続して構成した。

実施例１は、図６に示す配置で、図１３に示すような接触長ｗ（＝１５０ｍｍ）のカーボン製の電極を、Ｌｅ（＝２．１ｍ）離して固定配置した場合である。実施例２は、図１５に示す配置で、各ユニットにおいて、図１３に示すようなカーボン製の電極をＬｅ（＝２．１ｍ）離して固定配置した場合ある。

圧下は、図１２に示す配置で、表裏の導体それぞれを構成する銅管１０本と電極８’との間に、あて板１４であるベーク板を挟み、φ１００ｍｍのゴムロールに、エアシリンダで１００ｋｇの荷重を加えられるようにした。

比較例１は、図６に示す配置で、表裏の導体の間にある電極を取り去り、表裏の導体を断面積１４ｍｍ²のケーブルで短絡した誘導コイル（板幅８００ｍｍの時、誘導コイル幅Ｌ＝１２００ｍｍで、板幅１８００ｍｍの時、誘導コイル幅Ｌ＝２２００ｍｍ）を用いた場合である。

比較例２は、図１５に示す配置で、表裏の導体の間にある電極を取り去り、表裏の導体を断面積１４ｍｍ²のケーブルで短絡した誘導コイル（板幅８００ｍｍの時、誘導コイル幅Ｌ＝１２００ｍｍで、板幅１８００ｍｍの時、誘導コイル幅Ｌ＝２２００ｍｍ）を用いた場合である。

比較例３は、実施例２で、電極の替わりに、市販の水冷ケーブル（断面積１２５ｍｍ²を、誘導コイル１ユニット当たり２本）を使用し、表裏の導体の間を、片側３．５ｍ、合計、誘導コイル１セット当たり７ｍのケーブルで接続し、途中に、半径５００ｍｍのループを設けた場合である。

実施例１、実施例２、比較例１、比較例２、及び、比較例３において、板幅８００ｍｍと板幅１８００ｍｍのＳＵＳ３０４板を、誘導コイル内に入れたときのインダクタンスを比較した。なお、３．５ｍのケーブル長は、片側板幅変化分０．５ｍ＋蛇行の余裕代±０．１ｍ（合計０．２ｍ）＋直線部０．３ｍの上下分の合計が２ｍ、ループ部が約１．５ｍである。インダクタンスは、インピーダンスメーターで、周波数を変え、静止状態で測定した。

結果を表１に示す。板幅に合わせた誘導コイル幅とした比較例１及び比較例２では、板幅が、８００ｍｍから１８００ｍｍに変化したことにより、インダクタンスが７０％前後増加した。これは、同じ周波数を発振するには、コンデンサ容量を７０％小さくしなければならないことを意味し、結局、共振状態を維持することができない状態となる。

一方、実施例１及び実施例２では、インダクタンスの変化は、３％前後しかなく、電源の共振状態を維持することが可能な範囲内であることが解った。

比較例３では、金属板の板幅が変わっても、ケーブルと表裏の導体で囲む空間の体積が殆ど変化しないため、インダクタンスの変化は小さいが、絶対値が、本発明の約４倍あり、同じ電流を流す場合には、４倍以上の電圧を加えなければならない。そのため、大電力を投入する場合には、電源電圧を高くしなければならず、高価な高電圧電源が必要となるし、また、他に、絶縁対策等の課題が発生する。

一方、本発明の場合は、インダクタンスの値が、比較例１と同レベルで低く、金属板の板幅変更に伴うインダクタンスの変化も小さいので、電源電圧を上げずに、また、周波数を変えることなく、安定して加熱を続けることができる。

実際に、図１５に示す配置において、板幅１０００ｍｍ、板厚０．６ｍｍのＳＵＳ３０４板を入れた状態で、表裏の導体を、エアシリンダで、板幅方向に±５００ｍｍ動かしながら通電した場合でも、電源は落ちることなく、共振周波数９．８ｋＨｚ±０．２ｋＨｚで、安定して通電を続けることができることが確認できた。

前述したように、本発明によれば、板厚の厚い金属板、磁性域の薄板、比抵抗が小さく非磁性のアルミや銅などの非鉄金属板を加熱することができ、また、磁性材のキュリー点以上の非磁性域においても、効率的に加熱を行うことができる。また、本発明によれば、金属板の板厚及び／又は板幅の変更、及び、金属板の蛇行に対応して、誘導コイルを移動させて、温度制御を、より精密に行うことができる。よって、本発明は、金属産業において利用可能性が高いものである。

１ 金属板
２ 誘導コイル
２ａ 表面側の導体
２ｂ 裏面側の導体
３ 高周波電源
４ 磁束
５ 一次電流
６ 誘導電流
６ａ 誘導電流
６ｂ 誘導電流
７ 導電部材
７ａ、７ａ’ 導電部材
７ｂ、７ｂ’ 導電部材
７ｃ、７ｃ’ 導電部材
７ｄ、７ｄ’ 導電部材
８、８’ 電極
９ 絶縁体
１０ 絶縁体
１１ 水冷ケーブル
１２ 構造体の梁
１３ ロール
１４ あて板
１５ 電極材
１５ａ、１５ｂ 電極材
１５ｃ、１５ｄ 電極材
１６ 水冷銅パイプ
１７ 柔構造体
１８ 電極ベース
１９ 取付け板
２０ ボルト
２１ ナット
２２ａ、２３ａ、２４ａ 表面側の導体
２２ｂ、２３ｂ、２４ｂ 裏面側の導体
２５、２５’ 電極
２６、２６’ 電極
２７、２７’ 電極
２８ 絶縁材

Claims (6)

1. 金属板の表面と裏面との間に所要の間隙を保ち、金属板の幅方向に周回するように導体を配置し、金属板の表面側の導体と裏面側の導体を導電部材で接続して構成した誘導コイルに、高周波電源から発生する交流電流を通電して、金属板の幅方向に周回する誘導コイルの内側を通過する金属板を誘導加熱する装置において、
   （ａ）金属板の表面側の導体と裏面側の導体を、該導体の金属板への垂直投影像が、金属板の幅方向の中央部で、金属板の長手方向にて重複しない間隔で配置し、
   （ｂ）表面側の導体と裏面側の導体の一方又は両方の端部に、金属板の幅方向の両端部に向かって、金属板の幅方向に対して傾斜する部分を形成し、かつ、
   （ｃ）表面側の導体と裏面側の導体の間に挟まれて両導体を導通させる電極を、金属板の幅方向の両端部の外側に位置するように配置し、
   金属板の周囲に、１Ｔ（ターン）以上の誘導コイルを形成し、
   前記表面側の導体と前記裏面側の導体が、金属板の幅方向に移動する手段を備え、
   前記電極は、前記表面側の導体と前記裏面側の導体の幅方向の移動の際に、前記表面側の導体と前記裏面側の導体とを、摺り合せて通電する電極であることを特徴とする金属板の誘導加熱装置。
2. 前記金属板の幅方向の両端部の外側に位置するように配置した電極のうち、（c1）高周波電源側の電極が、電気的に絶縁された電極ベースを挟んで２つに分離され、（c2）分離された電極の一方が、表面側の導体と接触し、他方が、裏面側の導体と接触し、かつ、（c3）分離されたそれぞれの電極が、導電部材で高周波電源に接続されていることを特徴とする請求項１に記載の金属板の誘導加熱装置。
3. 前記誘導コイルが２Ｔ（ターン）の誘導コイルであって、
   （ｉ）金属板の表面側の導体と裏面側の導体の金属板への垂直投影像が、金属板の幅方向の中央部で、金属板の長手方向にて重複しない間隔のもとで、
   （i-1）表面側の導体同士を、金属板の長手方向に近接して配置するとともに、前記裏面側の導体同士を、表面側の導体同士の近接間隔より大きい間隔で、金属板の長手方向に配置するか、又は、
   （i-2）裏面側の導体同士を、金属板の長手方向に近接して配置するとともに、表面側の導体同士を、裏面側の導体同士の近接間隔よりも大きい間隔で、金属板の長手方向に配置して、表面側の導体と裏面側の導体のユニットを２組形成し、
   （ii）上記２組のユニットのそれぞれにおいて、金属板の幅方向の両端部の外側に位置するように電極を配置し、
   （C1）上記電極のうち、高周波電源と反対側の電極が、電気的に絶縁された電極ベースを挟んで２つに分離され、
   （C2）分離された電極の一方が、表面側の導体と接触し、他方が、裏面側の導体と接触し、かつ、
   （C3）分離されたそれぞれの電極が、導電部材で、２組の一方のユニットにおける表面側の導体と接触する上記分離された電極、及び、２組の他方のユニットにおける裏面側の導体と接触する上記分離された電極に接続されている
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載の金属板の誘導加熱装置。
4. 前記電極と、前記表面側の導体および前記裏面側の導体とを密着できるように、前記表面側の導体および前記裏面側の導体を前記電極に圧下する機構が設けられていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の金属板の誘導加熱装置。
5. 前記電極の構造は、電極ベースの両端に柔構造体を介して電極が設けられた構造で、当該電極に前記導体が接触すると、前記柔構造体が縮んで、当該電極の位置が前記縮む方向に下がる構造を有することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の金属板の誘導加熱装置。
6. 前記表面側の導体及び裏面側の導体において、電極と接触する部分の硬度が、電極の硬度よりも高いことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の金属板の誘導加熱装置。