JPH0246688A - 誘導加熱方法 - Google Patents

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 本発明は誘導加熱方法に係り、特に誘導加熱コる。

Ｂ１発明の概要 本発明は加熱コイルの移送方向を変化させることにより
一つの加熱コイルで種々の加熱条件に用いることを可能
とするもので、空心時のインピーダンスが夫々異なる巻
装を施した複数の加熱コイルを電源に並列に接続して被
加熱材の移送方向に沿って配設し、被加熱材あるいは加
熱コイルを軸方向に前後に移送方向を変えて加熱するこ
とにより、被加熱材に施される加熱幅、加熱温度を種々
に選択することが可能となり、一つの加熱コイルの使用
範囲が幅広いものとなる。

Ｃ１従来の技術 電磁誘導の原理にもとづいて金属のパイプ等の被加熱材
を熱間あるいは温間で塑性加工するための加熱工程にお
ける場合、あるいは連紘的に熱処理を行う場合に誘導加
熱方式が広く用いられている。

第１０図は塑性加工等のための連続加熱の実施例を説明
する図で、（ａ）図は被加熱材を移送方向から示した断
面図で、（ｂ）図は正面図である。

第１図（ｂ）に示すように誘導加熱コイル（以下加熱コ
イルと記す）１０１内を、被加熱材（金属パイプ）１０
２が右方向に移送され、被加熱材１０２は加熱コイル１
０１内を通過する際に連続的に加熱され、通常肉厚全体
にわたって加熱される。

第１１図は熱処理（焼入れ）の実施例を説明する図で、
右方向へ移送される被加熱材１０２は加熱コイル１０１
内を通過する際に、焼入れ温度まで加熱され、続いて後
段に設けられた水冷リング１０３からの噴出水により急
冷されて連続的に焼入れ熱処理が施される。この場合被
加熱材全体に焼入れを施す場合には、内径側まで焼入れ
温度となるように加熱昇温することが必要である。

上記のように誘導加熱設備−を用いて塑性加工あるいは
熱処理のための連続加熱を実施する場合、加熱工程に求
められる各種特性によって、搬送される被加熱材が加熱
コイル内で連続的に加熱されている幅、即ち加熱幅や、
目標の昇温温度に至る昇温速度、また被加熱材の内外面
温度差等を規定したり変えることが要求される。

第８図と第９図はいずれも誘導加熱装置を用いて、被加
熱材のパイプを曲げ加工するために連続加熱を施す場合
を示したもので、被加熱材のパイプ１０２は外径が同一
であるが、内径が異なる場合を示している。第８図にお
いてはパイプ１０２ａの肉圧ｗ１は薄いため加熱コイル
１０１ａの長さは短くて充分である。一方策９図に示す
パイプ１０２ｂの肉厚ｗｔは厚く、加熱コイル１０１ｂ
の長さを充分長く形成しないと加熱幅が不充分でパイプ
１０２ｂの内外面の温度差を小さくすることができない
。

上記の一例に説明するように誘導加熱による連続加熱の
加熱工程においては、加熱幅、昇温速度。

被加熱材の内外面温度差等積々に設定される条件が異な
っている。従って設定された条件の加熱を行うためには
、条件に適合した加熱コイルを製作して用いられていた
。

Ｄ９発明が解決しようとする課題 このため誘導加熱による加熱工程では、被加熱材の加熱
に設定した種々の条件に対応するために、加熱コイルの
選定が行われ、巻数１巻径１巻ピッチ、コイル長等の異
なる多種の加熱コイルを備えることが必要となって、加
熱コイルの製作に要するコストや交換に要する工数が大
きなものとなり、その解決が求められていた。

本発明は上記課題に鑑みなされたもので、被加熱材に設
定された種々の加熱条件に柔軟に対応することを可能と
する誘導加熱方法の提供を目的とする。

８０課題を解決するための手段 本発明は誘導加熱における加熱方法として、複数の加熱
コイルによる加熱部分の移送方向を変えろ方法で、空心
時のインピーダンスが夫々異なる巻装を施した複数の加
熱コイルを電源に並列に接続して被加熱物の移送方向に
沿って配設し、被加熱物あるいは加熱コイルを軸方向に
前後に移送方向を変えて加熱することを特徴とする。

Ｆ０作用 上記手段を用いることにより、被加熱材は複数の加熱コ
イルを通過する加熱過程において、夫々の加熱コイルに
インピーダンスの相違による投入電力の大きさの差が生
じる。この場合に被加熱材あるいは加熱コイルを軸方向
に前後に移送方向を変えることにより被加熱材の加熱幅
、加熱浸度を種々に変化できる。

Ｇ、実施例 以下、本発明の実施例を図面を参照して詳細に説明する
。

最初に本発明の誘導加熱方法の原理について、その概要
を第１図を参照して説明する。第１図は誘導加熱装置の
加熱コイル部分の要部を示したもので、加熱コイル部１
は加熱コイル２と加熱コイル３の複数の加熱コイルから
構成される。加熱コイル２．３は同一の形状でインピー
ダンスＺ！。

Ｚ３も等しく形成され、電源５に並列に接続されている
。被加熱材４は材質が炭素鋼等の鉄鋼のパイプで構成さ
れ、矢印の方向（左方から右方へ）に移送されている。

上記のように構成している加熱コイル部１が、被加熱材
４を常温からスタートして磁気変態点（約７７０℃）以
上の温度まで加熱昇温する場合についてその作用を説明
する。

加熱コイル２と加熱コイル３は同一の形状で同一の電気
的特性であるので、スタート時においては同じ電力が各
加熱コイル２．３に投入されて被加熱材４を加熱する。

この時点での加熱コイル２゜３のインピーダンスは夫々
Ｚ　ｔ　＝Ｚ　３である。被加熱材４は矢印の方向に移
送されているので、加熱コイル２で加熱された後、続い
て加熱コイル３で加熱されて更に高温になる。加熱コイ
ル２に入った被加熱材４が加熱コイル２によって磁気変
態点（キューり温度）以上に加熱昇温されるようになる
と、被加熱材４は加熱コイル２内の位置４ａでは、その
大半の部分が磁性体であるのに対して一加熱コイル３内
の位置４ｂでは非磁性体となる。

その結果、被加熱材４が加熱コイル２．３に貫通した負
荷状態での加熱コイル２．３の夫々のインピーダンスＺ
＊、Ｚｓ’は、加熱コイル３においてインピーダンスＺ
３′が増大して２．／＜２．／となり、投入電力は加熱
コイル２に片寄る。従って加熱コイル２内で加熱昇温し
た被加熱物４の位置４＆は、加熱コイル３内に移送され
た位置４ｂでは大幅な加熱昇温が生じなくなる。

上記に説明した原理を積極的に応用したものが本発明の
誘導加熱方法である。

次に本発明の実施例を第２図（ａ）、（ｂ）。

（ｃ）を参照して説明する。第２図（ａ）、（ｂ）はい
ずれも電源５に並列に接続されている加熱コイル部ｌの
要部を示したもので、加熱コイル部ｌは２ターンの巻数
から成る加熱コイル２と、！ターンの巻数の加熱コイル
３で構成されており、炭素鋼等の鉄屑のパイプから成る
被加熱材４の移送方向だけが異なり、第２図（ａ）では
右方向へ移送され、第２図（ｂ）では左方向へ移送され
る構成である。従って加熱コイル２のインピーダンスＺ
ｃ２と加熱コイル３のインピーダンスＺｃ３の関係はＺ
ｃ２＞Ｚｃ３である。なお第２図（Ｃ）は加熱コイル部
ｌの斜視図である。

上記の構成の加熱コイル部ｌを備えた誘導加熱装置によ
る加熱方法を第２図（ａ）の場合について説明する。

加熱コイル２．３に被加熱材４が右方向（矢印方向）へ
移送されて加熱が開始される。この時点においては加熱
コイル２に供給される電力Ｐｗ２と加熱コイル３に供給
される電力Ｐｗ３の配分はＰｗ２＜Ｐｗ３である。続い
て被加熱材４が加熱コイル２内で磁気変態点以上の温度
に加熱されて昇温すると、加熱コイル３の有負荷状態の
インピーダンスＺｃ３’が増大する。この結果被加熱材
４を負荷とした有負荷状態の加熱コイル２．３のインピ
ーダンスＺｃ２’、Ｚｃ３’の関係はＺｃ２’＃　Ｚ　
ｃ　３　’となり、夫々の加熱コイル２．３にほぼ等分
の電力が配分供給されるＪ従って被−加熱材４は加熱コ
イル２により加熱されて昇温した後に移送されて加熱コ
イル３により更に加熱され、所定の温度迄昇温しで加熱
コイル３を通過して移送される。この結果加熱コイル２
の人口から加熱コイル３の出口までの長さＬｌが加熱コ
イル長と考えられ、長さＬ＋の単一の加熱コイルにより
加熱した場合と同じ結果を得ることができる。

従って被加熱材の加熱幅を長くすることができると共に
、所定温度に昇温するまでの加熱時間が長く必要で昇温
速度が小さいために、被加熱材の内部まで熱が伝導して
、被加熱材の内・外部を均一に昇温することができる。

次に第２図（ｂ）の場合の加熱方法について説明する。

第２図（ｂ）に示す被加熱材４は、第２図（ａ）の場合
の移送方向とは逆方向に左方向へ移送されるが、加熱コ
イル部ｌの構成は第２図（ａ）と全く同一である。従っ
て移送方向を右方向に同一とした場合には、加熱コイル
２と加熱コイル３の位置を逆に入れ換えてもよい。

この場合の加熱方法を説明する。加熱コイル２゜３に被
加熱材４が左方向（矢印方向）へ移送されて加熱が開始
される。この時点における加熱コイル２．３に供給され
る電力Ｐｗ２とＰｗ３の配分はＰｗ２＜Ｐｗ３である。

続いて被加熱材４に加熱コイル３内で磁気変態点以上の
温度迄加熱昇温が行われ、被加熱材４を貫通した有負荷
状態での加熱コイル２と加熱コイル３の夫々のインピー
ダンスＺｃ２’とＺｃ３’は大きな差となってＺｃ２’
＞Ｚｃ３’の状態に変化する。

従って加熱コイル２に投入される電力Ｐｗ２と、加熱コ
イル３に投入される電力Ｐｗ３の配分はＰｗ２＜Ｐｗ３
となり、Ｐｗ２＃０の状態に至る。

上記の投入電力の配分の変化により、被加熱材４に対す
る加熱は主に加熱コイル３によって行われ、加熱コイル
２では殆ど行われない。この結果加熱を有効に実行する
加熱コイルの有効長は加熱コイル３のコイル長のし、た
けとなり、し、のコイル長を有する単一の加熱コイルで
加熱したのと同一の結果が得られる。

上記の作用により、被加熱材４に対する加熱幅が短くな
り、昇温速度は大きくなって、外表面の浅い部分のみを
所定温度に加熱昇温する表面焼入れ３表面熱処理等の場
合に好適な加熱方法となる。

以上の実施例を説明する第２図（ａ）、（ｂ）。

（Ｃ）においては、加熱コイル２．３を夫々１ターンと
２ターンの組み合わせで説明したが、複数の加熱コイル
２，３の組み合わせは１ターンのものと２ターンのもの
に限定されずターン数の異なる組み合わせであればよく
、組み合わせるコイルの数も３ヶ以上としてもよい。

また第３図、第４図、第５図に示す実施例のように、加
熱コイルの形状や組み合わせを種々に応用して用いるこ
とができる。第３図に示す実施例は、加熱コイル２の径
を小さく形成し、加熱コイル３の径を大きく形成して組
み合わせたもので、被加熱物４の移送方向を右方向にす
るか左方向にするかによって加熱条件を変えることがで
きる。

第４図に示す実施例は加熱コイル２のコイル長と加熱コ
イル３のコイル長を夫々異なるように形成して、加熱コ
イル２を密巻きに形成してアンペアターン（ＡＴ）を大
とし、加熱コイル３を祖巻きに形成してアンペアターン
（ＡＴ）を小として構成して、空心状態における加熱コ
イル２．３のインピーダンスが夫々異なる組み合わせと
している。即ち第３図及び第４図に示す実施例において
も、空心状態での加熱コイル２，３の組み合わせを夫々
のインピーダンスが異なる構成としているのである。

なお第５図に示す実施例の加熱コイル２．３は第２図、
第３図、第４図の夫々に示した実施例を複合して構成し
たもので、加熱コイル２．３の構成を巻数、コイル径、
コイル長等が異なるように形成したものである。上記の
実施例に用いた被加熱材４は鉄鋼製のパイプ材であるが
、これに限定されるものではなく棒材、−板材であって
もよい。

以上、第２図乃至第５図を参照して説明した各実施例に
明らかなように、各実施例において、加熱コイル２，３
の構成を固定化し、被加熱材４の移送方向を逆にするか
、被加熱材４の移送方向を同一方向に一定にして、移送
方向に対する加熱コイル２と加熱コイル３の配置順序を
逆にすることにより、被加熱材４に生じる作用が大きく
異なる。

第６図と第７図は被加熱材４の移送方向を一定方向（右
方向）として、加熱コイル２．３のコイル取付部（図示
省略）への取り付けを１８０°回転させて逆の配置順と
なるように構成した加熱方法についての作用の比較であ
る。第６図と第７図がら明らかなように下表のような作
用が得られる。

即ち加熱コイルの構成を変えることなく、被加熱材の移
送方向を変えることにより、あるいは被加熱材の移送方
向を変えることなく、加熱コイルの配置順序を変えるこ
とにより２種類の加熱方法を得られるのである。

省略することができる。またクエンチ処理とテンＨ６発
明の詳細 な説明したように本発明は空心時のインピーダンスが夫
々異なる巻装を施した複数の加熱コイルを電源に並列に
接続して被加熱材の移送方向に沿って配設し、被加熱材
あるいは加熱コイルを軸方向に前後に移送方向を変えて
加熱する加熱方法を用いるので、被加熱材に対して、同
一の加熱コイルを用いて取付方向あるいは移送方向の選
択だけで２種類以上の加熱方法を実施することができる
。

これにより従来、被加熱材に加える加熱幅の違う要求に
対して夫々に対応する加熱コイルを製作していたものを
１台の加熱コイルで兼用することが可能となり、加熱コ
イルの製造に要する費用をパー処理のように、急速加熱
、急速冷却処理と均一加熱除冷処理とを夫々必要とする
場合に同一の加熱コイルの往復のみで処理することが可
能となり、熱処理に必要とされていた従来の工数・コス
トを大幅に削減することができる大きな効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の加熱方法の原理を説明する図で、第２
図、第３図、第４図、第５図は夫々本発明の実施例の構
成を説明する図で、第６図と第７図は本発明の実施例に
おける被加熱材の作用を説明する図で、第８図、第９図
、第１Ｏ図、第１１図は従来技術による実施例を説明す
る図である。 １・・・誘導加熱コイル部、２，３・・・加熱コイル、
４・・・被加熱材、５・・・電源、Ｌｒ、Ｌｒ・・・育
効コイル長。 第１　図 第２図（ａ） 第 図（ｂ） 第 図 第 図 第１０図 第１１図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）温度により透磁率や電気抵抗率が変化する被加熱
   材を電磁誘導により加熱する誘導加熱方法において、 空心時のインピーダンスが夫々異なる巻装を施した複数
   の加熱コイルを電源に並列に接続して被加熱材の移送方
   向に沿って配設し、被加熱材あるいは加熱コイルを軸方
   向に前後に移送方向を変えて加熱することを特徴とした
   誘導加熱方法。