JP6342295B2 - 誘導加熱装置及び絶縁電線製造装置 - Google Patents

Description

本発明は、誘導加熱装置及び絶縁電線製造装置に関する。

外周に絶縁被覆を有する絶縁電線は、線状の導体の外周面に絶縁塗料を塗布し、絶縁塗料を塗布した導体を加熱することにより絶縁塗料を硬化させて導体の外周面に焼付けることで製造される。

上記線状の導体は、複数のガイドシーブに架け渡されて搬送されるが、外周面に絶縁塗料が塗布されてから、加熱により絶縁塗料が焼付けられ、さらにある程度冷却されるまでの間は、ガイドシーブで支持することができない。このため、導体は、絶縁塗料が塗布される直前と、ある程度冷却された位置とにおいてガイドシーブで支持され、この間は張力によって直線的に延在させられる。

ここで、上記絶縁塗料を焼付けるための導体の加熱装置の一つとして、誘導加熱（高周波加熱ともいう）装置がある。誘導加熱装置は、励磁コイルに高周波電流を通電することによって発生する交番磁界を導体に印加し、導体内に渦電流を生じさせることでこの渦電流のジュール損により導体を発熱させる装置である。

線状の導体を誘導加熱する誘導加熱装置として、導体と平行して直線状に延在する一対の実効励磁部を有する加熱コイルを備える誘導加熱装置が提案されている（特開２０１４−３５９０８号公報参照）。

特開２０１４−３５９０８号公報

図７に、上記公報に開示される誘導加熱装置における導体の軸方向に垂直な断面での電磁気的作用を図示する。上記公報の誘導加熱装置は、図７に示すように、加熱すべき導体Ｃを挟むように導体と平行に延在する一対の実効励磁部１０１ａ，１０１ｂを配置し、この一対の実効励磁部１０１ａ，１０１ｂに互いに逆方向の高周波電流Ｉｓを流すことにより、互いに回転方向の異なる磁界を形成する。

このようにして形成される磁界における磁束Ｂは、図示するように、導体Ｃの軸方向及び実効励磁部１０１ａ，１０１ｂの対向方向に直交する方向に導体Ｃを貫通する。なお、図示する磁束Ｂの向きは、ある時点での磁界の向きを示すが、一対の実効励磁部１０１ａ，１０１ｂに印可される電流が高周波電流Ｉｓであるためこの磁束Ｂの向きは非常に短い周期で交互に逆転する。また、実効励磁部１０１ａ，１０１ｂのいずれか一方にのみ通電すると、磁束Ｂは破線で示すように同心円状に形成されるが、対をなす実効励磁部１０１ａ，１０１ｂの両方に同時に通電すると、磁束Ｂ同士が反発し合うので、磁束Ｂの間隔が導体１０１ａ，１０１ｂ間で圧縮される。

導体Ｃには、貫通する磁束Ｂの密度の変化を相殺するような渦電流Ｉｅが流れる。渦電流Ｉｅは、表皮効果により、導体Ｃの表面に集中する。つまり、実効励磁部１０１ａ，１０１ｂが形成する交番磁界により、導体Ｃの実効励磁部１０１ａ，１０１ｂに対向する部分に導体Ｃの軸方向に沿って流れる渦電流Ｉｅが誘導される。この渦電流Ｉｅの向きは、磁束Ｂと直交する。従って、渦電流Ｉｅには、フレミングの左手の法則により、磁束Ｂ及び渦電流Ｉｅに直交する方向のローレンツ力Ｆが作用する。

導体Ｃが対をなす実効励磁部１０１ａ，１０１ｂ間の中央に位置する場合、導体Ｃの実効励磁部１０１ａ，１０１ｂに対向する表面近傍を貫通する磁束Ｂの向きは、実効励磁部１０１ａ，１０１ｂの対向方向に垂直である。従って、導体Ｃの一方の実効励磁部１０１ａに対向する表面近傍の渦電流Ｉｅに作用するローレンツ力Ｆと導体Ｃの他方の実効励磁部１０１ｂに対向する表面近傍の渦電流Ｉｅに作用するローレンツ力Ｆとは互いに相殺し合う。

しかしながら、二点鎖線で示すように、対をなす実効励磁部１０１ａ，１０１ｂ間の中央から実効励磁部１０１ａ，１０１ｂの対向方向に垂直な方向に導体Ｃが位置ずれした場合、導体Ｃの実効励磁部１０１ａ，１０１ｂに対向する表面近傍を貫通する磁束Ｂは、実効励磁部１０１ａ，１０１ｂの対向方向の成分を有するようになる。すると、導体Ｃの一方の実効励磁部１０１ａに対向する表面近傍の渦電流Ｉｅに作用するローレンツ力Ｆと導体Ｃの他方の実効励磁部１０１ｂに対向する表面近傍の渦電流Ｉｅに作用するローレンツ力Ｆとは、互いに相殺されず、両者の合力が導体Ｃを実効励磁部１０１ａ，１０１ｂの対向方向に垂直な方向で実効励磁部１０１ａ，１０１ｂ間から押し出す力となる。つまり、導体Ｃが芯ずれすると、導体Ｃに作用するローレンツ力が、導体Ｃの芯ずれを助長する方向に作用するため、導体Ｃの張力により完全に調心することができず、一定の芯ずれ状態が維持される場合がある。

このように、上記公報の誘導加熱装置では、導体Ｃが実効励磁部１０１ａ，１０１ｂ間の中央から芯ずれした状態となり、導体Ｃに効率よく磁束を印加することができず、エネルギー効率が低下、つまり導体Ｃの発熱量に対する実効励磁部１０１ａ，１０１ｂ内のジュール損の比が大きくなるという不都合が生じ得る。また、このような芯ずれは、絶縁電線製造装置において、誘導加熱装置の上流側の塗布装置における導体の芯ずれを招来し、塗布装置で導体に絶縁塗料を均一に塗布することが難しくなるという不都合も生じさせ得る。

本発明は、上述のような事情に基づいてなされたものであり、導体の芯ずれを抑制できる誘導加熱装置及び絶縁電線製造装置を提供することを課題とする。

上記課題を解決するためになされた本発明の一態様に係る誘導加熱装置は、線状の導体を連続的に加熱する誘導加熱装置であって、上記導体と平行に延在する複数対の実効励磁部を有する加熱コイルを備え、上記実効励磁部が、互いに平行で、導体の基準位置における中心線を含む第一基準平面を挟んで対称かつ上記第一基準平面の一方側と他方側とで電流の向きが異なるよう配設される。

本発明の一態様に係る誘導加熱装置は、導体の芯ずれを抑制できる。

図１は、本発明の一実施形態の誘導加熱装置を示す模式的斜視図である。 図２は、図１の誘導加熱装置において導体に作用する電流、磁束及びローレンツ力の向きを示す模式的部分断面図である。 図３は、本発明の一実施形態の絶縁電線製造装置を示す模式図である。 図４は、本発明の図１とは異なる実施形態の誘導加熱装置の模式的部分断面図である。 図５は、実効励磁部の配置が異なるモデルにおける芯ずれ量とローレンツ力との関係のシミュレーション結果を示すグラフである。 図６は、実効励磁部の配置が異なるモデルにおける芯ずれ量と加熱効率との関係のシミュレーション結果を示すグラフである。 図７は、従来の誘導加熱装置において導体に作用する電流、磁束及びローレンツ力の向きを示す模式的断面図である。

［本発明の実施形態の説明］
本発明の一態様に係る誘導加熱装置は、線状の導体を連続的に加熱する誘導加熱装置であって、上記導体と平行に延在する複数対の実効励磁部を有する加熱コイルを備え、上記実効励磁部が、互いに平行で、導体の基準位置における中心線を含む第一基準平面を挟んで対称かつ上記第一基準平面の一方側と他方側とで電流の向きが異なるよう配設される。

当該誘導加熱装置は、加熱コイルが導体と平行に延在する複数対の実効励磁部を有し、これらの実効励磁部が互いに平行で、導体の基準位置における中心線を含む第一基準平面を挟んで対称かつ上記第一基準平面の一方側と他方側とで電流の向きが異なるよう配設されるので、導体の基準位置近傍において第一基準平面と略平行で直線的な磁束を形成する。これにより、導体が第一基準平面と平行方向に芯ずれしても、渦電流が流れる導体表面に印加される磁束の向きが大きく変化せず、導体に作用するローレンツ力の第一基準平面と平行な方向の成分が大きく増加しない。このため、このローレンツ力が導体の張力による原点復帰を阻害せず、結果として導体の芯ずれを抑制できる。

上記複数対の実効励磁部が、上記導体の基準位置における中心線を含み上記第一基準平面に直交する第二基準平面を挟んで対称に配置されるとよい。このように、加熱コイルが第二基準平面を挟んで対称に配置されることにより、第二基準平面の近傍領域に形成される磁束の直進性が高くなり、芯ずれをより効果的に抑制できる共に、導体の芯ずれ方向にかかわらず均等な芯ずれ抑制効果が得られる。

対をなす上記実効励磁部の平均間隔としては、１ｍｍ以上１５ｍｍ以下が好ましい。このように、対をなす実効励磁部の平均間隔が上記範囲内であることによって、実効励磁部と導体との接触を防止しつつ、第一基準平面に沿う直線的な磁束を効率よく発生させて誘導加熱の効率を向上できる。この結果、導体の芯ずれをより効果的に抑制できる。

上記第一基準平面の一方側の実効励磁部の平均中心距離としては、導体の第一基準平面方向の最大幅の０．５倍以上１０倍以下が好ましい。このように、第一基準平面の一方側の実効励磁部の平均中心距離の導体の最大幅に対する比が上記範囲内であることによって、導体の基準位置近傍における磁束の直線性を向上できる。この結果、導体の芯ずれをより効果的に抑制できる。

上記加熱コイルが、二対の上記実効励磁部を有するとよい。このように、二対の実効励磁部を有する比較的簡単な構成とすることにより、最小限のコストで導体の芯ずれを抑制する効果が得られる。

本発明の一態様に係る絶縁電線製造装置は、当該誘導加熱装置と、この誘導加熱装置の上流側に配設され、上記導体に連続的に絶縁塗料を塗布する塗布装置とを備える絶縁電線製造装置である。

当該絶縁電線製造装置は、当該誘導加熱装置により導体を加熱するのでエネルギー効率に優れ、芯ずれが抑制されることで塗布装置において形成される塗膜の均一性を向上させられる。

ここで、「平行」とは両者の延在方向の角度差が１０°以内、好ましくは５°以内、より好ましくは３°以内であることを意味する。「導体の基準位置」とは、設計上の導体の搬送位置であって、芯ずれがない位置を意味する。実効励磁部の「平均間隔」とは第一基準平面に垂直な断面における実効励磁部間の最短距離（隙間）の平均を意味する。また、実効励磁部の「平均中心距離」とは第一基準平面に垂直な断面における幾何学的重心間の距離の平均を意味する。

［本発明の実施形態の詳細］
以下、本発明の一実施形態に係る誘導加熱装置について図面を参照しつつ詳説する。

図１の誘導加熱装置１は、線状の導体Ｃを連続的に加熱する装置である。この誘導加熱装置１は、導体Ｃに磁界を印加するための加熱コイル２と、加熱コイル２に高周波電流を供給する高周波電源３とを備える。

＜導体＞
導体Ｃとしては、特に限定されないが、例えば銅線、銅合金線、錫めっき線、アルミニウム線、アルミニウム合金線、鋼心アルミニウム線、カッパーフライ線、ニッケルめっき銅線、銀めっき銅線、銅覆アルミニウム線等が挙げられる。導体Ｃの平均断面積としては、特に限定されないが、例えば０．１ｍｍ^２以上３０ｍｍ^２以下とされる。また、導体Ｃの断面形状としては、特に限定されず、例えば円形状又は長方形状等とされる。

＜加熱コイル＞
当該誘導加熱装置１において、加熱コイル２は、導体Ｃと平行に延在する第１実効励磁部４ａ、第２実効励磁部４ｂ、第３実効励磁部５ａ及び第４実効励磁部５ｂを有する。これらの実効励磁部４ａ，４ｂ，５ａ，５ｂのうち、第１実効励磁部４ａと第２実効励磁部４ｂとが対をなし、第３実効励磁部５ａと第４実効励磁部５ｂとが別の対をなす。つまり、当該誘導加熱装置１は、二対の実効励磁部を有する。

上記実効励磁部４ａ，４ｂ，５ａ，５ｂは、図２に示すように、互いに平行で、導体Ｃの基準位置における中心線を含む第一基準平面Ｐ１を挟んで対称かつ上記第一基準平面Ｐ１の一方側と他方側と（図２における右左）で流れる高周波電流Ｉｓの向きが異なるよう配設される。

実効励磁部４ａ，４ｂ，５ａ，５ｂの具体的配置としては、一つの対をなす第１実効励磁部４ａと第２実効励磁部４ｂとが第一基準平面Ｐ１を挟んで対称に配置され、かつ別の対をなす第３実効励磁部５ａと第４実効励磁部５ｂとが第一基準平面Ｐ１を挟んで対称に配置されている。つまり、一方の対をなす第１実効励磁部４ａと第２実効励磁部４ｂとは、第一基準平面Ｐ１からの距離が等しく、高周波電流Ｉｓが互いに逆方向に流れる。同様に、他方の対をなす第３実効励磁部５ａと第４実効励磁部５ｂとも、第一基準平面Ｐ１からの距離が等しく、高周波電流Ｉｓが互いに逆方向に流れる。

また、上記二対の実効励磁部４ａ，４ｂ及び実効励磁部５ａ，５ｂは、導体Ｃの基準位置における中心線を含み上記第一基準平面Ｐ１に直交する第二基準平面Ｐ２を挟んで対称に配置される。換言すると、高周波電流Ｉｓの向きが等しい第一基準平面Ｐ１の一方側の第１実効励磁部４ａと第３実効励磁部５ａとが第二基準平面Ｐ２を挟んで対称に配置され、かつこれらと高周波電流Ｉｓの向きが異なる第一基準平面Ｐ１の他方側の第２実効励磁部４ｂと第４実効励磁部５ｂとが第二基準平面Ｐ２を挟んで対称に配置されている。

実効励磁部４ａ，４ｂ，５ａ，５ｂの端部間及びこれらの端部と高周波電源３との間は、例えば銅、アルミニウム等の導電体から形成される接続部６によって接続される。実効励磁部４ａ，４ｂ，５ａ，５ｂの電気的接続は、直列であってもよく並列であってもよいが、実効励磁部４ａ，４ｂ，５ａ，５ｂ間の電気的接続に応じて高周波電源３に求められる仕様が異なる。

実効励磁部４ａ，４ｂ，５ａ，５ｂの材質としては、導電率が高いもの、つまり電気抵抗が小さくジュール損が小さくなるものが好ましく、例えば銅、アルミニウム、金、銀等が挙げられ、中でも安価で抵抗が小さい銅が好適に用いられる。

実効励磁部４ａ，４ｂ，５ａ，５ｂの断面形状としては、図示するように正方形の他、例えば長方形、円形等であってもよい。また、実効励磁部４ａ，４ｂ，５ａ，５ｂは、内部に冷媒を流通させて冷却するために空洞を有してもよい。

実効励磁部４ａ，４ｂ，５ａ，５ｂの平均断面積としては、図２に示すような平面配置が可能な大きさであり、かつ高周波電流Ｉｓのジュール損が比較的小さくなるよう選択され、例えば１ｍｍ^２以上１００ｍｍ^２以下とされる。

実効励磁部４ａ，４ｂ，５ａ，５ｂの平均長さとしては、例えば加熱の目的、導体Ｃの搬送速度等に応じて選択され、特に限定されないが、絶縁塗料の焼付けを行う場合、例えば１００ｍｍ以上２０００ｍｍ以下とされる。

対をなす実効励磁部の平均間隔ｄ１、つまり第１実効励磁部４ａと第２実効励磁部４ｂとの平均間隔、及び第３実効励磁部５ａと第４実効励磁部５ｂとの平均間隔の平均値の下限としては、１ｍｍが好ましく、３ｍｍがより好ましい。一方、上記対をなす実効励磁部の平均間隔ｄ１の上限としては、１５ｍｍが好ましく、１０ｍｍがより好ましい。上記対をなす実効励磁部の平均間隔ｄ１が上記下限に満たない場合、導体Ｃが実効励磁部に接触するおそれがある。逆に、上記対をなす実効励磁部の平均間隔ｄ１が上記上限を超える場合、導体Ｃに励起される電流が小さくなり、加熱効率が低くなるおそれがある。

また、対をなす第１実効励磁部４ａと第２実効励磁部４ｂとの平均間隔は、第３実効励磁部５ａと第４実効励磁部５ｂとの平均間隔と略等しいことが好ましい。つまり、第一基準平面Ｐ１の一方側の実効励磁部４ａ，５ａ及び第一基準平面Ｐ１の他方側の実効励磁部４ｂ，５ｂは、第一基準平面Ｐ１から略等距離に配列されることが好ましい。これにより、導体Ｃの基準位置近傍の磁束の直線性を向上することができ、より効果的に導体Ｃの芯ずれを抑制できる。

第一基準平面Ｐ１の一方側の第１実効励磁部４ａと第３実効励磁部５ａとの平均中心距離ｄ２（第一基準平面Ｐ１の他方側の第２実効励磁部４ｂと第４実効励磁部５ｂとの平均中心距離と同じ）の下限としては、導体Ｃの第一基準平面Ｐ１方向の最大幅の０．５倍が好ましく、１倍がより好ましい。一方、上記実効励磁部４ａ，５ａの平均中心距離ｄ２の上限としては、導体Ｃの第一基準平面Ｐ１方向の最大幅の１０倍が好ましく、６倍がより好ましい。上記実効励磁部４ａ，５ａの平均中心距離ｄ２が上記下限に満たない場合、導体Ｃの基準位置近傍の十分な範囲に直線的な磁束を形成することができず、導体Ｃの芯ずれを十分に抑制できないおそれがある。逆に、上記実効励磁部４ａ，５ａの平均中心距離ｄ２が上記上限を超える場合、誘導加熱のエネルギー効率が低下するおそれがある。

上記平均中心距離ｄ２の具体的な距離の下限としては、１ｍｍが好ましく、３ｍｍがより好ましい。一方、上記平均中心距離ｄ２の具体的な距離の上限としては、３０ｍｍが好ましく、１０ｍｍがより好ましい。

＜高周波電源＞
高周波電源３は、加熱コイル２に高周波電流を印加できるものであればよく、その波形としては、例えば正弦波、矩形波、複数の矩形波を重畳したもの等が可能であるが、一般的には、コンバーター回路により交流を整流した直流をインバーター回路によりオンオフして出力される矩形波状の交流が用いられる。

高周波電源３の出力電圧としては、波高値として、例えば１０Ｖ以上１００Ｖ以下とされる。また、高周波電源３が出力する高周波電流Ｉｓの電流値としては、実効値として例えば５０Ａ以上３００Ａ以下とされる。

高周波電源３が出力する高周波電流Ｉｓの周波数としては、導体Ｃの材質等にもよるが、例えば１００ｋＨｚ以上４００ｋＨｚ以下とされる。

＜作用＞
当該誘導加熱装置１は、加熱コイル２に高周波電流Ｉｓを通電することによって磁界を形成し、導体Ｃに磁束Ｂを印加する。

加熱コイル２は、一方の対をなす実効励磁部４ａ，４ｂが第一基準平面Ｐ１を挟んで対称に配置されていることにより、第二基準平面Ｐ２の一方側において、第一基準平面Ｐ１近傍にこの第一基準平面Ｐ１に沿う方向の磁界を形成することができる。また、他方の対をなす実効励磁部５ａ，５ｂが第一基準平面Ｐ１を挟んで対称に配置されていることにより、第二基準平面Ｐ２の他方においても、第一基準平面Ｐ１の近傍にこの第一基準平面Ｐ１に沿う方向の磁界を形成することができる。

このため、これら二対の実効励磁部４ａ，４ｂ及び実効励磁部５ａ，５ｂが形成する合成磁界による磁束Ｂは、図２に示すように、一方の対の実効励磁部４ａ，４ｂ間の中央領域から他方の対の実効励磁部５ａ，５ｂ間の中央領域まで略平行に直線的に延伸する。

上記高周波電流Ｉｓによって形成される磁束Ｂは、周期的にその向きを入れ替えるよう増減する。導体Ｃ内には、この磁束Ｂの変化を相殺するような渦電流Ｉｅが流れる。この渦電流Ｉｅは、導体Ｃ内においてジュール損を生じ、導体Ｃを内部から発熱させる。また、渦電流Ｉｅは、図示するように、表皮効果によって、一方の実効励磁部４ａ，５ａ側の導体Ｃ表面近傍及び他方の実効励磁部４ｂ，５ｂ側の導体Ｃ表面近傍に集中して流れる。これにより、渦電流Ｉｅは、導体Ｃの第一基準平面Ｐ１から遠い両側の表面に沿って導体Ｃの中心線に平行かつ互いに逆向きに流れる。

ここで、磁界中を移動する電荷には、その移動方向及び磁界の方向に直交する向きのローレンツ力Ｆが作用する。つまり、上記渦電流Ｉｅにより、導体Ｃにはローレンツ力Ｆが作用する。このローレンツ力Ｆは、一方の実効励磁部４ａ，５ａ側の導体Ｃ表面近傍の渦電流Ｉｅと他方の実効励磁部４ｂ，５ｂ側の導体Ｃ表面近傍の渦電流Ｉｅとが逆向きであることにより、互いに逆向きに作用し、相互に打ち消し合う。

＜利点＞
上記のように、当該誘導加熱装置１では、導体Ｃの基準位置近傍に、第一基準平面Ｐ１に平行で直線的な磁束を形成するので、図２に二点鎖線で示すように、導体Ｃが第一基準平面Ｐ１に沿って芯ずれしたとしても、導体Ｃには全体的に第一基準平面Ｐ１と平行な磁束Ｂが同じ本数だけ印加され続ける。従って、導体Ｃが第一基準平面Ｐ１に沿って芯ずれしても、導体Ｃに作用するローレンツ力Ｆが殆ど変化せず、導体Ｃをその張力に抗して移動させるような力を殆ど作用させない。つまり、当該誘導加熱装置１は、導体Ｃの芯ずれを抑制できる。

また、第一基準平面Ｐ１の一方側の実効励磁部４ａ，５ａ及び第一基準平面Ｐ１の他方側の実効励磁部４ｂ，５ｂがそれぞれ第二基準平面Ｐ２を挟んで対称に配置されていることによって、導体Ｃの近傍に形成される磁束が、第二基準平面Ｐ２を挟んで対称となる。これによって、導体Ｃが第一基準平面Ｐ１に沿って芯ずれを抑制する効果が第二基準平面Ｐ２の両側で略均等となる。加えて、実効励磁部４ａ，４ｂ，５ａ，５ｂの対の数が偶数であることにより、実効励磁部が第二基準平面Ｐ２上に位置しないので、第二基準平面Ｐ２近傍の磁束の直進性を向上させることが比較的容易である。このため、当該誘導加熱装置１は、導体Ｃの芯ずれを効果的に抑制できる。

特に、当該誘導加熱装置１では、加熱コイルが二対の実効励磁部４ａ，４ｂ及び実効励磁部５ａ，５ｂを有し、これらの実効励磁部４ａ，４ｂ，５ａ，５ｂが導体Ｃを四方から取り囲むよう配設される比較的簡素な構成である。このため設備コストに比して導体Ｃの芯ずれを抑制する効果が相対的に大きい。

［絶縁電線製造装置］
続いて、本発明の別の実施形態に係る絶縁電線製造装置について、図面を参照しながら説明する。

図３の絶縁電線製造装置は、線状の導体Ｃに連続的に絶縁塗料（ワニス）を塗布及び焼付けするための装置である。

当該絶縁電線製造装置は、導体Ｃをその軸方向に搬送する送り機構１１と、導体Ｃを連続的に加熱する当該誘導加熱装置１と、当該誘導加熱装置１の上流側に配設され、導体Ｃの外周面に連続的に絶縁塗料を塗布する塗布装置１２と、当該誘導加熱装置１の下流側で加熱された導体Ｃを冷却する冷却装置１３と、塗布装置１２の上流側に配設され、導体Ｃを案内する塗布前ガイドシーブ１４と、冷却装置１３の中に配設され、導体Ｃを案内する冷却装置内ガイドシーブ１５とを備える。

この絶縁電線製造装置は、上記各構成要素が、例えば鋼材等によって形成されるフレームＳによって支持されることで、相互の位置関係が担保されている。この絶縁電線製造装置において、誘導加熱装置１が塗布装置１２の上方に配置され、さらに冷却装置１３が誘導加熱装置１の上方に配置されることが好ましい。

図３の絶縁電線製造装置は、塗布装置１２、誘導加熱装置１及び冷却装置１３を複数組有し、これらが紙面奥行方向に配列されている。従って、当該絶縁電線製造装置は、導体Ｃに複数回にわたって絶縁塗料を塗布及び焼付けし、絶縁塗料により形成される絶縁層の厚さを徐々に大きくできるよう構成されている。また、図３の絶縁電線製造装置は、一回の塗布及び焼付けにつき、直列に配列される２つの誘導加熱装置１を備えている。なお、以降の説明では、一回の塗布及び焼付けを行う一組の塗布装置１２、誘導加熱装置１及び冷却装置１３について説明する。

＜絶縁塗料＞
絶縁塗料の主成分としては、絶縁性及び耐熱性が高い樹脂であればよく、例えばポリアミド、ポリイミド、ポリアミドイミド、ポリエステルイミド等が挙げられる。また絶縁塗料は、例えばＮ−メチル−２−ピロリドン、クレゾール等の溶剤を含むことができる。

＜送り機構＞
送り機構１１は、導体Ｃが架け渡される下側搬送シーブ（プーリー）１１ａ及び上側搬送シーブ１１ｂを含み、下側搬送シーブ１１ａから上側搬送シーブ１１ｂに向けて導体を搬送する。下側搬送シーブ１１ａ及び上側搬送シーブ１１ｂ間において導体Ｃは、張力により直線的に張架される。好ましくは、送り機構１１は、下側搬送シーブ１１ａから上側搬送シーブ１１ｂまでの間の導体を略鉛直上向きに搬送する。

送り機構１１による導体Ｃの搬送速度（線速）の下限としては、２ｍ／ｍｉｎが好ましく、５ｍ／ｍｉｎがより好ましい。一方、送り機構１１による導体Ｃの搬送速度の上限としては、１５０ｍ／ｍｉｎが好ましく、８０ｍ／ｍｉｎがより好ましい。送り機構１１による導体Ｃの搬送速度が上記下限に満たない場合、絶縁電線の生産性が不十分となるおそれがある。逆に、送り機構１１による導体Ｃの搬送速度が上記上限を超える場合、絶縁塗料の乾燥焼付け時の昇温速度が高くなりすぎて発泡等により絶縁電線の外観が損なわれるおそれがある。

＜塗布装置＞
塗布装置１２は、絶縁塗料を貯留し、下方から上方へと導体Ｃが貫通することにより、導体Ｃの外周面に絶縁塗料を付着させる塗布槽１２ａと、導体Ｃの外周面に付着した絶縁塗料の厚さを略一定になるよう過剰な絶縁塗料を掻き落とすダイス１２ｂとを有する。

（塗布槽）
塗布槽１２ａは、上部が開放され、底部に、絶縁塗料を漏出させずに導体Ｃを貫通させるよう孔径及び開口形状が定められる貫通孔を有する。この貫通孔は、孔径及び開口形状を変えられるよう、交換可能なブッシングにより形成されてもよい。

また、塗布槽１２ａの容量としては、導体Ｃを途切れることなく絶縁塗料に浸漬できるだけの絶縁塗料を貯留できればよく、絶縁塗料の供給機構の設計等によっても異なるが、例えば３００ｃｃ以上３０００ｃｃ以下とされる。

（ダイス）
ダイス１２ｂは、絶縁塗料が外周面に付着した導体Ｃが通過する孔を有し、この孔の大きさによって絶縁塗料の外径を定めることにより、導体Ｃに付着する絶縁塗料の平均厚さを調整する。つまり、ダイス１２ｂは、導体Ｃの外周面から過剰な絶縁塗料を除去する。また、ダイス１２ｂは、内面が円錐面状に形成され、楔膜効果により導体Ｃを自動的に調心することで周方向に膜厚を一定にする効果を有するものが好適に利用される。このような調心効果を有するダイス１２ｂは、導体Ｃの芯ずれに合わせて少なくとも導体の搬送方向と直交する方向に移動できるよう移動可能に配設されることが好ましい。

＜誘導加熱装置＞
誘導加熱装置１は、図１の当該誘導加熱装置１である。よって、当該誘導加熱装置１についての重複する説明は省略する。

誘導加熱装置１による加熱後の導体Ｃの温度の下限としては、絶縁塗料の成分にもよるが、１５０℃が好ましく、２００℃がより好ましい。一方、上記加熱後の導体Ｃの温度の上限としては、５５０℃が好ましく４００℃がより好ましい。上記加熱後の導体Ｃの温度が上記下限に満たない場合、絶縁塗料を十分に硬化できないおそれがある。逆に、上記加熱後の導体Ｃの温度が上記上限を超える場合、導体Ｃに熱による損傷を与えるおそれがある。

＜冷却装置＞
冷却装置１３は、誘導加熱装置１の下流側、つまり誘導加熱装置１の上方に位置している。この冷却装置１３は、不図示のファンによって冷却用空気が流通され、この冷却用空気に晒されるよう導体Ｃが挿通される冷却ダクト１３ａを有する。上記冷却用空気としては、熱交換器を用いて冷熱源と熱交換した空気であってもよく、外気を好ましくはフィルターを通して取り入れた室温の空気であってもよい。

冷却ダクト１３ａにおける冷却用空気の流通方向としては、導体Ｃの搬送方向と反対方向とすることが好ましいが、導体Ｃの搬送方向と同じ向きに冷却用空気を流通するようにしてもよい。

冷却装置１３による冷却後の導体Ｃの温度の下限としては、５０℃が好ましく、７０℃がより好ましい。一方、上記冷却後の導体Ｃの温度の上限としては、絶縁塗料の成分にもよるが、２００℃が好ましく、１５０℃がより好ましい。上記冷却後の導体Ｃの温度が上記下限に満たない場合、エネルギー効率が低下するおそれや、冷却装置１３が必要以上に大きくなるおそれがある。逆に、上記冷却後の導体Ｃの温度が上記上限を超える場合、さらなる絶縁塗料の塗布が困難となるおそれがある。

＜塗布前ガイドシーブ＞
塗布前ガイドシーブ１４は、塗布装置１２に送り込まれる導体Ｃを位置決めするシーブである。塗布前ガイドシーブ１４は、例えば玉軸受等の転がり軸受や滑り軸受などによって回転可能に支持される。塗布前ガイドシーブ１４の材質としては、特に限定されず、例えば樹脂、金属等が用いられる。

＜冷却装置内ガイドシーブ＞
冷却装置内ガイドシーブ１５は、冷却装置１３内で導体Ｃを位置決めするシーブである。冷却装置内ガイドシーブ１５の材質としては、特に限定されず、例えば樹脂、金属等が用いられる。冷却装置内ガイドシーブ１５は、例えば玉軸受等の転がり軸受や滑り軸受などによって回転可能に支持される。

このような軸受は、比較的耐熱性の高いものであっても、非常に高温の誘導加熱装置１の近傍に配設されると、熱により短時間で損傷して機能を喪失する可能性が高い。従って、冷却装置内ガイドシーブ１５は、冷却装置１３の内部で、導体Ｃの温度が例えば２５０℃以下に低下する位置に配設される。冷却装置内ガイドシーブ１５は、冷却装置１３により冷却されるため、導体Ｃよりもさらに低い温度に維持される。

＜利点＞
当該絶縁電線製造装置は、当該誘導加熱装置１により導体Ｃを加熱するのでエネルギー効率に優れ、芯ずれが抑制されることで塗布装置１２において形成される塗膜の均一性を向上させられる。その結果、高品質の絶縁電線を安価に適用できる。

［その他の実施形態］
今回開示された実施の形態は全ての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記実施形態の構成に限定されるものではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。

当該誘導加熱装置において、加熱コイルは、三対以上の実効励磁部を有してもよい。例えば、図４に示す誘導加熱装置２０のように、加熱コイル２１が、三対の実効励磁部２２ａ，２２ｂ、実効励磁部２３ａ，２３ｂ及び実効励磁部２４ａ，２４ｂを有してもよい。このように、当該誘導加熱装置において、実効励磁部の対の数が奇数である場合、一対の実効励磁部を第二基準平面上に配置することが好ましい。

当該誘導加熱装置において、対をなす実効励磁部の平均間隔が実効励磁部の対毎に異なってもよい。

また、当該誘導加熱装置において、実効励磁部は、第一基準平面を挟んで対称に配置されればよく、第二基準平面に対しては非対称であってもよい。

当該誘導加熱装置において、実効励磁部の周囲に磁束を案内する磁性体を配置してもよい。

当該誘導加熱装置において、複数の加熱コイルに対して、１つの高周波電源から高周波電流が供給されるよう構成されてもよい。

当該誘導加熱装置は、絶縁塗料を乾燥及び硬化させるものだけでなく、導体を連続的に加熱する他の装置としても使用できる。

また、当該絶縁電線製造装置において、冷却装置は、冷却ダクトを有しないものであってもよく、例えば単に送風機の前を横切るよう導体を搬送するようなものでもよい。

当該絶縁電線製造装置において、一連の塗布装置、加熱コイル及び冷却装置間の導体の搬送方向は、下から上に限られず、上から下や水平方向であってもよい。特に、導体を上から下に搬送し、加熱コイルの下に冷却装置を配置すれば、塗工が難しくなる半面、加熱コイル近傍の熱せられた空気が上昇して冷却装置の温度を上昇させることがないので、加熱効率を向上させられるメリットがある。

また、当該絶縁電線製造装置は、例えば導体延伸機構、導体軟化処理機構等を備えてもよい。上記導体軟化処理機構における導体加熱装置としても、当該誘導加熱装置を用いることができる。

以下、実施例に基づき本発明を詳述するが、この実施例の記載に基づいて本発明が限定的に解釈されるものではない。

（シミュレーション１）
シミュレーション１として、上記図１の誘導加熱装置に準じ、二対の実効励磁部を有する加熱コイルを備えるモデルをコンピューター上でモデリングし、ローレンツ力による押出力と、実効励磁部及び導体の発熱量についてシミュレーションした。

（シミュレーション２）
シミュレーション２として、一対の実効励磁部を有する加熱コイルを備えるモデルをコンピューター上でモデリングし、ローレンツ力による押出力と、実効励磁部及び導体の発熱量についてシミュレーションした。

上記シミュレーション１及び２の結果導出された導体のずれ量とローレンツ力による押出力との関係を図５に示し、導体のずれ量と加熱効率との関係を図６に示す。なお、加熱効率については、導体及び全ての実効励磁部の合計発熱量で導体の発熱量を除することにより算出した。

図５に示すように、シミュレーション２の一対の実効励磁部を有する加熱コイルでは、導体が少しでも芯ずれすると、芯ずれを助長する押出力が急激に増大する。一方、シミュレーション１の二対の実効励磁部を有する加熱コイルでは、芯ずれ量が１ｍｍを超えるまでは、芯ずれを助長する押出力が低く抑えられており、導体の張力によって比較的に容易に導体を基準位置に復帰させられることが確認できた。

また、図６に示すように、シミュレーション１の二対の実効励磁部を有する加熱コイルでは、シミュレーション２の一対の実効励磁部を有する加熱コイルと比べて、芯ずれによる加熱効率の低下が少ないことも確認された。

当該絶縁電線製造装置は、エナメル線等の絶縁電線の製造に好適に用いられる。

１ 誘導加熱装置
２ 加熱コイル
３ 高周波電源
４ａ，４ｂ，５ａ，５ｂ 実効励磁部
６ 接続部
１１ 送り機構
１１ａ 下側搬送シーブ
１１ｂ 上側搬送シーブ
１２ 塗布装置
１２ａ 塗布槽
１２ｂ ダイス
１３ 冷却装置
１３ａ 冷却ダクト
１４ 塗布前ガイドシーブ
１５ 冷却装置内ガイドシーブ
２０ 誘導加熱装置
２１ 加熱コイル
２２ａ，２２ｂ，２３ａ，２３ｂ，２４ａ，２４ｂ 実効励磁部
１０１ａ，１０１ｂ 実効励磁部
Ｂ 磁束
Ｃ 導体
Ｆ ローレンツ力
Ｉｓ 高周波電流
Ｉｅ 渦電流
Ｐ１ 第一基準平面
Ｐ２ 第二基準平面
Ｓ フレーム
ｄ１ 平均間隔（対をなす実効励磁部間）
ｄ２ 平均中心距離（第一基準平面の一方側の実効励磁部間）

Claims (6)

1. 線状の導体を連続的に加熱する誘導加熱装置であって、
   上記導体と平行に延在する複数対の実効励磁部を有する加熱コイルを備え、
   上記実効励磁部が、互いに平行で、導体の基準位置における中心線を含む第一基準平面を挟んで対称かつ上記第一基準平面の一方側と他方側とで電流の向きが異なるよう配設される誘導加熱装置。
2. 上記複数対の実効励磁部が、上記導体の基準位置における中心線を含み上記第一基準平面に直交する第二基準平面を挟んで対称に配置される請求項１に記載の誘導加熱装置。
3. 対をなす上記実効励磁部の平均間隔が１ｍｍ以上１５ｍｍ以下である請求項１又は請求項２に記載の誘導加熱装置。
4. 上記第一基準平面の一方側の実効励磁部の平均中心距離が導体の第一基準平面方向の最大幅の０．５倍以上１０倍以下である請求項１、請求項２又は請求項３に記載の誘導加熱装置。
5. 上記加熱コイルが、二対の上記実効励磁部を有する請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の誘導加熱装置。
6. 請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の誘導加熱装置と、この誘導加熱装置の上流側に配設され、上記導体に連続的に絶縁塗料を塗布する塗布装置とを備える絶縁電線製造装置。

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