JPH02309591A

JPH02309591A - フラットバー端部の誘導加熱装置

Info

Publication number: JPH02309591A
Application number: JP13175989A
Authority: JP
Inventors: Yuji Ishizaka; 石坂　雄二
Original assignee: Meidensha Corp; Meidensha Electric Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Meidensha Corp; Meidensha Electric Manufacturing Co Ltd
Priority date: 1989-05-25
Filing date: 1989-05-25
Publication date: 1990-12-25

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】Ａ、産業上の利用分野この発明はフラットバー端部を加熱する誘導加熱装置に
関するものである。

Ｂ１発明の概要この発明はフラットバー端部を誘導加熱により加熱する
装置において、加熱コイルの隣り合う単位ブロックにおける隣り合うコ
イル導体を流れるコイル電流の方向を同一方向とするよ
うにするとともに、コイルおよびフラットバーの関係寸
法が一定寸法を満足するようにしたことにより、加熱電気効率を飛躍的に向上させるようにしたしのであ
る。

Ｃ８従来の技術板状のばね材などのように薄くて長い形状のフラットバ
ーの端部に鍛造による成形加工などを施すためにフラッ
トバーの端部のみを加熱昇温する手段が従来から行われ
ていた。その手段は次の２つである。

（１）燃焼炉や電気加熱炉を用いてフラットバーの端部
を加熱する手段。

（２）短時間に昇温が０工能な誘導加熱を用いてそれの
端部を加熱する手段。

Ｄ８発明が解決しようとする課題旧記（１）に示す加熱手段はフラットバーの表面での熱
交換のため、フラットバー内部への熱伝達となるので、
加熱エネルギー効率が悪く、また昇温に時間を要するこ
とから次のような問題点がある。

（ａ）加熱効率が２０％以下と悪い。

（ｂ）鍛造機などへ順次フラットバーを供給するため、
連続炉とすると昇温に時間を要する。

このため、炉長が長くなり、大きな床面積が必要となる
。また、これを防ぐために、バッヂ処理炉とすると、後
工程との整合性がとれなくなってしまう。

（Ｃ）昇温に時間がかかるため、フラットバー表面が酸
化したり、またばね鋼などでは脱炭が生じてしまう。

（ｄ）酸化などによって表面が荒れたり、表面層の脱炭
などで表面強度が低下する。

（ｅ）熱処理（加熱−熱処理や加熱−鍛造後に熱処理な
ど）を施す場合、熱処理後の強度が炉中の滞溜時間が長
いことによる脱炭や成分変化などで低下するおそれがあ
る。

また、上記（２）に示す加熱手段では次のような問題点
がある。

（ｆ）従来、加熱電気効率などの点から一般に縦断磁束
加熱が多く、フラットバーの断面積（厚さｔＸ幅Ｗ）の
厚さＬで最低加熱周波数が決定されると共にｔが薄い程
、厚み方向に誘導電流を循環させるには例えば１０　ｋ
　ｌ（ｚ以上の高い周波数が必要となる（ｔ＝５ｚｚの
場合には７６　ｋ　Ｈｙ、以上など）。このため、設備
費が安価なインバータ装置を使用することができず、高
周波電源装置が高価となる。

（ｇ）フラットバーの厚さｔが小さいので加熱コイル内
空間スペースファクタが小さくなって、加熱電気効率が
悪くなる。特に、非磁性材や非磁性領域の加熱では上記
効率が３０％を割る値となる。

なお、周知のように加熱コイルを流れる交番電流によっ
てフラットバー内に誘起される誘導電流の表面からの浸
透深さく電流分布）は次式によって求められる。

電流の浸透深さＣｍ　ｘ　）Δ−５０，３４ρ／μ・ｆ
但し、ρはフラットバーの固有抵抗値（μΩ−ｃｍ）μ
はフラットバーの透磁率ｆは周波数（Ｈｚ　）である。

上記式に誘導加熱のためのΔ≦ｔ　Ｃｍ　ｘ’）／　２
．５の条件を代入してｔでの最低周波数ｆ、を求めると
次式のようになる。

ｆｌ−≧（２，５ｘ５０．３／を戸×（ρ／μ）この発
明は上記事情に鑑みてなされたもので、加熱電気効率を
６０％以上の高い効率とするとともに炉長の短縮化を図
るようにしたフラットバー端部の誘導加熱装置を提供す
ることを目的とする。

Ｅ８課題を解決するための手段この発明はフラットバーの端部を加熱する誘導加熱装置
において、一対の導体を備えた１ターンコイルをフラットバーを挾
んで、その両面に対向して配設した直交磁束型の単位ブ
ロックコイルを複数組配列して加熱コイルを形成し、隣
り合う単位ブロヅクコイルの隣り合うコイル導体の電流
方向を同一方向とすると共に、コイルおよびフラットバ
ーの関係寸法がＧ　ｓａｘ≦Ｊｂｃ／２の関係を満足す
るようにしく但し、Ｇはフラットバーとコイルとのギャ
ップ、ｂは電流方向が同一の隣り合うコイル導体を連ね
た幅方向長さ、Ｃは電流方向が異なる隣り合うコイル導
体間の間隔）、加熱コイル内のフラットバーの端部を単位ブロックコイ
ルの配列ピッチに合わせて、単位ブロックコイルの配列
方向に横移動せしめてフラットバーの端部の加熱を行う
ことを特徴とするものである。

２１作用隣り合う単位ブロックコイルの隣り合うコイル導体を流
れるコイル電流の方向を同一方向とするとともに、上記
式Ｇ　ｗａｘ≦Ｊ’ｂｃ／２を満足するように、ｂの値
を大きくすると、無効磁束の比率を大幅に減らして加熱
電気効率を向上させる。

Ｇ、実施例以下この発明の実施例を図面に基づいて説明する。

第１図から第３図において、ｌＯはフラットバー（以下
ワークと称す）Ｉｔを挾んで、ワークｌＩの幅方向と長
さ方向で形成される両面に対向してそれぞれ配置された
！ターンのコイル導体１２を備えた直交磁束型の加熱コ
イルである。コイル導体Ｉ２には鋼管などで形成された
冷却水孔Ｉ３があり、かつコイル導体１２の背後には磁
束の漏洩を防止するための鉄心１４が設けられている。

加熱コイルｌＯはワークＩｆを挾む、上下各１組のコイ
ル導体ｍ　１１　、　ｍ　１３とｍｔ２．ｍ１４を並設
して単位ブロックコイルＭ、を構成し、この単位ブロッ
クコイルＭ、、Ｍ、、Ｍ、・・・をワーク１１の搬送方
向に複数４組配列して形成される。

前記各コイル導体ｔ２は接続リードＩ５によって接続さ
れると共に電源１６に接続され、電源から交番電力が供
給される。前記単位ブロックコイルＭ　Ｉ、　Ｍ　Ｉ　
Ｍ　ｓ・・・に搬入されたワーク！１はまず単位ブロッ
クコイルＭ、の中央に位置して誘導加熱される。次に単
位ブロックコイルＭ、、Ｍ、。

Ｍ３・・・間のピッチＰに等しい送りピッチで、図中の
右方向にワーク１１を移送し、次の単位プロックコイル
Ｍ、の中央に位置すると共に２段目の誘導加熱が行われ
る。この誘導加熱はコイル導体Ｉ２を流れる交番電流■
によって誘起された誘導電流ｉがワーク１１内を流れる
と、この電流ｉによるジュール発熱によってワーク１１
の端部が急速に加熱されることによって生じる。第４図
にワーク１１の端部内を流れる誘導電流ｉの循環経路を
示す。なお、ワーク１１の端部の加熱長はワーク端部を
加熱コイル導体間に位置せしめる長さｇ（第２図）によ
って調節される。

上記のようにしてワークＩＩは加熱されるが、ワークＩ
！は図示省略した搬送機構によって幅方向に移動し、第
２図の矢印方向に１本づつ単位ブロックコイルＭ　ｌ、
　Ｍ　ｔ、　Ｍ　、・・・内に搬入される。

そして各ブロックコイルＭ、、Ｍ、、Ｍ、・・・内を矢
印方向に所定の送りピッチＰで間けつ的に移動しながら
誘導加熱されて順次昇温し、ワークＩＩの端座が所定の
温度まで昇温されて最終段の単位ブロックコイルから排
出される。

前述のように単位ブロックコイルＭ、、Ｍ、、Ｍ。

・・・のコイル導体１２に交番電流■を通電すると、第
３図に示すような交番磁束が生じる。単位ブロックコイ
ルＭ＋、Ｍｅ、Ｍ３・・・内では鉄心１４中を磁路とす
る磁束φが生じ、ワーク１１と交叉する磁束φ１が生じ
る他に、コイル導体Ｉ２に沿った磁束φ、が生じる。そ
して、磁束φ１の変化によってワーク１１中に誘導電流
ｉが誘起される。即ち、φ、が有効磁束であって、φ、
はワーク１１の加熱に役立ない無効磁束である。このた
め、単位ブロックコイルＭ、、Ｍ、０Ｍ３・・・による
ワーク１１の加熱電気効率を高めるには有効磁束φ１を
強めると共に無効磁束φ、を減らすことが重要となる。

このため、単位ブロックコイルの隣り合う単位ブロック
コイルにおける隣り合うコイル導体ｍ１２、ｍｉ４とｍ
２１．ｍ２３を流れるコイル電流■の方向を同一方向と
する第２図に示すように接続する。これとともに、第３
図に示すようにＧ　＠ａｘ≦Ｊ　ｂｃ／　２　（２・Ｇ
ａａｘ／　ｃ≦ｂ　／　Ｇ　ｗａｘ）を満１足するよう
にコイル導体１２とワーク１１のギャップＧを決定する
。上記カッコ内に示す式の左辺は有効磁束φ１の磁路の
抵抗に相当し、コイル導体とワークとのギャップ２ＸＧ
が小さい程、またコイル導体間の距離Ｃが大きい程、有
効磁束φ、が通り易く増加することを示し、また右辺は
無効磁束φ、の磁路の抵抗に相当しコイル電流の方向が
同じ導体の幅すが小さく、ギャップＧが大きい程、無効
磁束φ、が通り易くなる。従って、φ１／φ。

の比率が大きくなるように、無効磁束φ、を減らすには
ｂ／Ｇの値を大きくする程有効である。

そして、隣り合う単位ブロックコイルＭ、、Ｍ、。

Ｍ、・・・における隣り合うコイル導体ｍ　＋　２とｍ
２１、ｍ１４とｍ２３の電流方向を同一方向とすると、
第３図にて示すように隣り合うコイル導体とコイル導体
を連ねた幅がｂとなるので、面記式におけるｂの値を大
きくすることになり、これにより無効磁束φ、を減らす
のに多大な効果がある。

これは隣り合うコイル導体ｍ　ｌ　２とｍ２１．ｍ１４
とｍ　２３の電流方向を逆方向になるように接続した場
合には夫々の単独のコイル導体の幅がｂとなるのに比べ
てｂの値を２倍以上に大きくできるからである。従って
、この実施例ではｂの値を大きくできるから、無効磁束
φ、の比率を減して加熱効率を向上させることができる
。また、ギャップＧを太き目にしても高効率を維持でき
る。

上記実施例のように本発明の誘導加熱装置を用いること
により、加熱のための周波数はワークの幅方向の寸法で
決定されるので周波数を１ＯｋＨｚ以下にできるため、
設備費の安いインバータ装置を電源に使用できる。また
、各種温度変動に対応したコントロールが即応できる。

さらに、脱炭を大幅に軽減あるいは解消することができ
、しかも著しい表面の酸化や肌荒れ、成分変化や強度低
下などが生じない。この他に加熱滞溜時間が短く脱炭や
成分変化が生じないので、熱処理を施す場合でも熱処理
による強度の向上を図ることができる。

ｔｌ　、発明の効果以上述べたように、この発明によれば、加熱電気効率を
６０％以上に向上させることができるとともに、短時間
加熱であるので、燃焼炉や電気加熱炉などに比べて大幅
に炉長を短縮することができる。また、加熱電気効率の
向上によって誘導加熱炉としても従来より炉長の短いも
のとすることができるなどの利点がある。

【図面の簡単な説明】

第１図から第３図はこの発明の実施例を示すもので、第
１図は第２図におけるＸ−Ｘ断面視斜視図、第２図は平
面図、第３図は第２図のＸ−Ｘ線断面図、第４図はフラ
ットバーに流れる誘導電流ｉを示す説明図である。ＩＯ・・加熱コイル、ＩＩ・・・フラットバー（ワーク
）、１２・・・コイル導体、Ｉ３・・・冷却水孔、■４
・・鉄心、１５・・・接続リード、ＩＯ・・・電源。外２名Ｉ・・・コイル電流Ｐ・・・送りピッチ

Claims

【特許請求の範囲】

（１）フラットバーの端部を加熱する誘導加熱装置にお
いて、一対の導体を備えた１ターンコイルをフラットバーを挾
んで、その両面に対向して配設した直交磁束型の単位ブ
ロックコイルを複数組配列して加熱コイルを形成し、隣
り合う単位ブロックコイルの隣り合うコイル導体の電流
方向を同一方向とすると共に、コイルおよびフラットバ
ーの関係寸法がＧｍａｘ≦√（ｂｃ／２）の関係を満足
するようにし、（但し、Ｇはフラットバーとコイルとの
ギャップ、ｂは電流方向が同一の隣り合うコイル導体を
連ねた幅方向長さ、ｃは電流方向が異なる隣り合うコイ
ル導体間の間隔）加熱コイル内のフラットバーの端部を単位ブロックコイ
ルの配列ピッチに合せて、単位ブロックコイルの配列方
向に横移動せしめてフラットバーの端部の加熱を行うこ
とを特徴とするフラットバー端部の誘導加熱装置。