JPH07268572A - 金属コイルの加熱方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】金属コイルを均一に効率良く加熱することので
きる金属コイルの加熱方法を提供する。 【構成】金属箔３が多層状態に巻かれてなる金属コイル
１の幅方向の少なくとも一端面に近接して誘導加熱コイ
ル４を配置する。誘導加熱コイル４への通電による誘導
加熱作用によって、金属コイル１の各層における幅方向
端部を発熱させるとともに、発生した熱の幅方向への伝
導により各層を加熱する。誘導加熱コイル４は平面内に
おいて渦巻状に曲成されてなるとともに、金属コイル１
の端面に平行状に配置されるのが望ましい。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】この発明は、アルミニウム（その合金を含
む）箔、銅（その合金を含む）箔等の金属箔が多層状態
に巻かれてなる金属コイルの加熱方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】金属コイルを焼鈍等の目的で加熱する場
合、従来では、ヒーター等により加熱した炉内の高温雰
囲気下に金属コイルを配置することにより行っていた。

【０００３】しかしながら、このような加熱方法では、
次の理由により金属コイルの内部を含む全体を均一に効
率良く加熱することができなかった。即ち、金属コイル
を高温雰囲気下に配して加熱する場合、金属コイルの内
層部の温度上昇は、図５の矢印Ｓ1 で示されるように、
金属コイル（11）の最表面に付与された熱の径方向への
伝導に強く依存するが、径方向に多層状態に存在する箔
の各層間には接触熱抵抗が存在するため、熱伝導効率が
良くなかった。特に、径大の太巻きコイルでは、径方向
における全体の熱抵抗が増大するため、益々熱伝導効率
が良くないものであった。また、真空中で加熱する場合
は、非真空中で各層の接触面に存在していたガスが消失
し、該ガスの熱媒としての働きを期待できないため、熱
抵抗が著しく大きくなり、伝熱効率が極端に悪化するも
のであった。なお、図５において（12）は巻芯、（13）
は巻芯に巻かれた金属箔である。

【０００４】そこで、加熱効率を改善するため、金属コ
イルの幅方向の少なくとも一端面に臨む位置に、補助ヒ
ーターを設けることが提案されている（特公平１−２２
３２９号）。この提案によれば、補助ヒーターによっ
て、金属コイル（11）の幅方向の端面を局部的に加熱す
ることができるとともに、付与された熱が図５の矢印Ｓ
2 で示されるように、金属コイル各層の幅方向へと連続
的に伝導するため、各層間の熱伝導に対する依存度を低
下させて金属コイルを加熱することができる利点があ
る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ように、ヒーターにより金属コイルの幅方向端面を加熱
する方法では、コイル端面に供給される熱がヒーターか
らの輻射熱であるため熱損失が大きく、大型コイルを早
く昇温させるため、多く熱を供給するには大容量のヒー
ターが必要となるという欠点があった。

【０００６】しかも、各層の端縁の幅方向の位置を完全
に揃えることは困難であるため、図６に示されるよう
に、幅方向端縁が内外２層（14）（14）間に埋没した状
態の中間層（15）が存在する場合には、内外の２層（1
4）（14）により中間層（15）への熱輻射が妨げられ
て、該中間層（15）へ充分な輻射熱（同図に矢印で示
す）を供給することができなくなり、ひいては金属コイ
ル（11）の全体で加熱むらを生じて一定品質を維持でき
なくなるという欠点もあった。

【０００７】この発明は、このような技術的背景に鑑み
てなされたものであって、金属コイルを均一に効率良く
加熱することのできる金属コイルの加熱方法の提供を目
的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、この発明は、金属箔（３）が多層状態に巻かれてな
る金属コイル（１）の幅方向の少なくとも一端面に近接
して誘導加熱コイル（４）を配置し、該誘導加熱コイル
（４）への通電による誘導加熱作用によって、金属コイ
ル（１）の各層における幅方向端部を発熱させるととも
に、発生した熱の幅方向への伝導により各層を加熱する
ことを特徴とする金属コイルの加熱方法を要旨とするも
のである。

【０００９】また、誘導加熱コイル４は平面内において
渦巻状に曲成されてなるとともに、金属コイル１の端面
に平行状に配置されるのが望ましい。

【００１０】

【作用】誘導加熱コイル（４）への通電による誘導加熱
作用によって、金属コイル（１）の各層における幅方向
端部を発熱させ、この熱を各層の幅方向に伝導させて加
熱する。従って、必要最小限のエネルギーで効率良く加
熱できる。また、金属コイル（１）自身の発熱を利用し
て加熱することは、金属コイルを短時間で昇温できる効
果をももたらし、昇温速度の増大による加熱処理時間の
短縮、生産性の向上に寄与するものとなる。

【００１１】また、金属コイル（１）の幅方向端部に磁
界を作用させることにより発熱させるから、金属コイル
に、幅方向端縁が内外２層間に埋没した状態の中間層が
存在する場合であっても、該中間層に対しても磁界を確
実に作用させることができ、該層を確実に加熱すること
ができる。

【００１２】また、誘導加熱コイル（４）を平面内にお
いて渦巻状に曲成するとともに、金属コイル（１）の端
面に平行状に配置した場合には、さらに効率の良い誘導
作用、発熱作用が発揮される。

【００１３】

【実施例】次に、この発明の実施例を説明する。

【００１４】図１〜図３において、（１）は巻芯（２）
に所定幅のアルミニウム箔（３）が多層状態に巻かれて
なる金属コイルである。

【００１５】（４）（４）は誘導加熱コイルである。こ
の誘導加熱コイル（４）（４）は、銅管を平面内におい
て複数回渦巻状に巻き込んでなるものである。これら両
方の誘導加熱コイル（４）（４）の一端は、接続銅管
（５）を介して連結されるとともに、誘導加熱コイルの
他端は、接続銅管（６）（６）を介して高周波電源
（７）に対して直列に接続され、高周波電源（７）から
高周波電流の供給を受け得るものとなされている。ま
た、前記高周波電源（７）へと向かう接続銅管（６）
（６）には、通水管（８）（９）が接続されるととも
に、一方の通水管（８）から両誘導加熱コイル（４）
（４）の内部を通って他方の通水管（９）へと冷却水を
循環供給することができるようになされている。そし
て、この冷却水の循環により、高周波電流の通電時に誘
導加熱コイル（４）（４）を内部から冷却しうるものと
なされている。

【００１６】前記両誘導加熱コイル（４）（４）は、金
属コイル（１）の加熱に際し、中央孔（4a）（4a）を巻
芯（２）の両端部に嵌め通されて、金属コイル（１）の
幅方向両端面（1a）（1a）に平行状にかつ近接位置に対
向配置される。誘導加熱コイル（４）は、通電時におい
てはアルミニウム箔（３）との短絡を避けるため、金属
コイル（１）の端面（1a）と直接接触しないように配置
されなければならない。しかし、加熱終了後には接触さ
せて、誘導加熱コイル（４）内の循環水による冷却効果
を金属コイルに対しても及ぼしめるのが望ましい。な
お、誘導加熱コイル（４）が絶縁材で被覆されていると
きは、絶縁材表面が金属コイル（１）の端面（1a）に接
触する態様で誘導加熱コイル（４）を配置しても良いこ
とは勿論である。

【００１７】金属コイル（１）と誘導加熱コイル（４）
（４）とを上述した位置関係にセットしたのち、高周波
電源（７）から両誘導加熱コイル（４）（４）に高周波
電流を流すと、生じた磁界が金属コイル（１）の各層の
幅方向両端部（1b）（1b）に作用し、両端部は発熱す
る。仮に、図６に示すように、幅方向端縁が内外２層
（14）（14）間に埋没した状態の中間層（15）が存在す
る場合であっても、該中間層（15）に磁界が確実に作用
して、その端部（1b）を発熱させることができる。金属
コイル（１）の加熱時間や加熱温度は、加熱目的によっ
て異なるため、所期する加熱時間、温度となるように、
誘導加熱コイル（４）への通電時間、電力量を制御すれ
ばよい。

【００１８】こうして発生した熱は、金属コイル（１）
の各層を図３に矢印で示すように幅方向内方へと連続的
に伝導し、各層は均一に加熱される。

【００１９】なお、図１〜３に示した例では、金属コイ
ル（１）の幅方向両側に誘導加熱コイル（４）（４）を
配置した場合を示したが、十分な熱量を供給可能であれ
ば金属コイル（１）の幅方向の一端側にのみ配置するも
のとしても良い。

【００２０】ちなみに、本発明の効果を確認するため
に、以下のような試験を行った。即ち、図１〜３に示す
ように、外径１００ｍｍの巻芯（２）の両端部を除く中
間部に、幅５００ｍｍ、肉厚１００μｍのアルミニウム
箔（３）を多層に巻いて金属コイル（１）とした。この
金属コイル（１）の重量は１０ｋｇ（アルミニウム箔の
長さで約８０ｍ）であり、巻芯表面から金属コイルの最
表面までの巻き厚さ（ｔ）（図１に示す）は３０ｍｍで
あった。

【００２１】次に、上記金属コイル（１）の幅方向両端
面（1a）（1a）に近接して、誘導加熱コイル（４）
（４）を配置した。誘導加熱コイル（４）はいずれも、
外径６．３５ｍｍ×肉厚０．５ｍｍの銅管をそれぞれ同
一平面内で渦巻き状に４ターン巻くことにより形成し
た。そして、誘導加熱コイル（４）の中央孔（4a）を巻
芯（２）の両端部に嵌め通して、金属コイル（１）の幅
方向両端面（1a）（1a）に対向配置した。金属コイル
（１）の各端面（1a）と各誘導加熱コイル（４）とのク
リアランス（Ｌ）（図２に示す）はいずれも５ｍｍとし
た。なお、２つの誘導加熱コイル（４）（４）は高周波
電源（７）に対して直列に接続するとともに、誘導加熱
コイル（４）（４）内には冷却水を循環させた。

【００２２】上記のような金属コイル（１）と誘導加熱
コイル（４）（４）とを２×１０^-5ｔｏｒｒの真空中に
配置したのち、高周波電源（７）から誘導加熱コイル
（４）（４）に５０ｋＨｚ、１０ｋｗの高周波電流を流
し、その誘導加熱作用により金属コイル（１）を加熱し
た。そのときの加熱時間と金属コイル（１）の温度との
関係を図４のグラフに曲線Ａ、Ｂで示す。なお、金属コ
イル（１）の温度は、図４に示すように、金属コイル
（１）の幅方向一端面の外縁部Ｐと、幅方向の中央部で
かつ巻き厚さの中央部Ｑの２箇所において測定し、図４
のグラフ中、曲線ＡはＰ点の、曲線ＢはＱ点の温度を示
す。

【００２３】一方、上記と同一の金属コイル（１）を、
従来のように高温に保持した真空炉中に配置して加熱し
た。そして、上記と同じ測定点Ｐ、Ｑにおいて金属コイ
ルの温度を測定し、加熱時間との関係を図４の曲線Ａ´
（Ｐ点の温度）、Ｂ´（Ｑ点の温度）で示す。

【００２４】図４のグラフから明らかなように、本発明
では約５時間の加熱時間で金属コイルの温度が５５０℃
に達したのに対し、従来法では５５０℃に達するまでに
９時間以上の加熱時間を要するものであった。また、
Ｐ、Ｑ各点の温度差を調べたところ、本発明方法では１
０℃以内に収まっていたのに対し、従来法では平均で１
０℃を越える温度差があった。

【００２５】従って、本発明によれば、金属コイルの高
速かつ均一な加熱が可能であることを確認し得た。

【００２６】

【発明の効果】この発明は上述の次第で、該誘導加熱コ
イルへの通電による誘導加熱作用によって、金属コイル
の各層における幅方向端部を発熱させ、この熱を利用し
て加熱するものであるから、ヒーターで金属コイルの端
面を加熱する場合のように、ヒーターから金属コイルへ
達するまでの間の熱損失がなくなり、必要最小限のエネ
ルギーで効率良く加熱することができる。しかも、金属
コイル自身の発熱を利用して加熱することは、金属コイ
ルを短時間で昇温できる効果をももたらし、昇温速度の
増大による加熱処理時間の短縮、生産性の向上に寄与す
るものとなる。

【００２７】しかも、金属コイルの幅方向端部に磁界を
作用させることにより発熱させるから、仮に金属コイル
に、幅方向端縁が内外２層間に埋没した状態の中間層が
存在する場合であっても、該中間層に対しても磁界を確
実に作用させることができ、確実に発熱させることがで
きる。従って、各層における温度バラツキを抑制し得る
とともに、発生した熱の幅方向への連続的伝導により各
層の全域が均一に加熱されることとも相俟って、金属コ
イル全体を均一温度に加熱することができ、金属コイル
各部における品質バラツキをなくすことができる。

【００２８】また、誘導加熱コイルを平面内において渦
巻状に曲成するとともに、金属コイルの端面に平行状に
配置した場合には、さらに効率の良い誘導作用、発熱作
用を発揮させ得る効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明を実施するための一例としての金属コ
イルと誘導加熱コイルを示す斜視図である。

【図２】加熱処理を行っているときの金属コイルと誘導
加熱コイルとの配置関係を示す正面図である。

【図３】図２の縦断面図である。

【図４】実施例において行った試験結果を示すグラフで
ある。

【図５】金属コイルの加熱時の熱伝導の態様を説明する
ための斜視図である。

【図６】金属コイルの幅方向端縁の模式的拡大断面図で
ある。

【符号の説明】

１…金属コイル ３…アルミニウム箔（金属箔） ４…誘導加熱コイル

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 金属箔（３）が多層状態に巻かれてなる
   金属コイル（１）の幅方向の少なくとも一端面に近接し
   て誘導加熱コイル（４）を配置し、該誘導加熱コイル
   （４）への通電による誘導加熱作用によって、金属コイ
   ル（１）の各層における幅方向端部を発熱させるととも
   に、発生した熱の幅方向への伝導により各層を加熱する
   ことを特徴とする金属コイルの加熱方法。
2. 【請求項２】 誘導加熱コイル（４）が平面内において
   渦巻状に曲成されてなるとともに、金属コイル（１）の
   端面に平行状に配置されている請求項１に記載の金属コ
   イルの加熱方法。