JPH08250267A - 円筒状物体の加熱完了判定方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は、円筒状物体の誘導加熱において、
物体のサイズや種類に関わらず均一に加熱されたことを
確実に判定する加熱完了判定方法を提供する。 【構成】 誘導または通電によって円筒状物体を目標の
加熱温度まで加熱後、加熱，非加熱を繰り返して温度制
御を行う円筒状物体加熱方法において、加熱温度制御時
の円筒状物体の温度変化を監視し、加熱停止後温度が上
昇から下降に変化する際の極大温度と、加熱再開後の下
降から上昇に変化する極小温度との差が所定値未満とな
ったことで加熱完了時期を判定する、また加熱温度制御
時の加熱と非加熱の時間比を計測し、時間比が所定値未
満となったことで加熱完了時期を判定する。 【効果】 不要な加熱を抑制して省エネルギーを実現
し、加熱完了判断の機械化で加熱を含めた工程自動化の
推進を可能とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、円筒状物体のなど中心
部に中空部分を有する円筒形状の被加熱物の誘導電流に
よる加熱時の加熱完了判定方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来円筒状物体等の誘導加熱等において
は、目標の加熱温度に調整するための温度検出器を取り
付けて、ＯＮ／ＯＦＦ制御やＰＩＤ制御で目標温度に昇
温するのみで、加熱完了の判定は操作者が行うか、また
は目標の温度に達した段階で加熱完了と判定されてい
る。

【０００３】この技術に関連して、例えば特開平６−３
６８６６号公報には、電磁誘導によって温度センサーが
所定の位置から外れて、不具合な過加熱が行われるのを
防止するようにした誘導加熱方式加熱器が記載されてい
る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】これら従来の誘導加熱
による装置は、通常温度検出器を１台設置するのみであ
るため、被加熱物が大型となった際には、温度検出器を
取り付けた場所の温度とその他の部位で温度差が生じ、
本来目的とした温度に達していないか過熱となることと
なる場合がある。

【０００５】例えば温度検出器を円筒状物体の内側に近
い場所に取り付けた場合には、内側は目標の温度に達し
ていても、外側では外気で冷却されるなどの影響で目標
の温度に達していないことがなる。また上記の逆の場合
には、外側が目標温度に達した際には内側では過熱状態
となっている。

【０００６】従って大型形状物の均一な加熱において
は、温度検出器を被加熱物の内側に設置して、過熱状態
となることを避けながら内側の熱が外側に伝搬するまで
時間をかけて行われているが、均一に過熱されたことの
客観的な判定基準が確立されていない。

【０００７】本発明はかかる課題を解決するためになさ
れたもので、円筒状物体等の誘導加熱において、被加熱
物が均一に加熱されたことを温度検出器によって確実に
判定する加熱完了判定方法を提供する。

【０００８】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決する本発
明は、誘導または通電によって円筒状物体を目標の加熱
温度まで加熱し、目標の加熱温度到達後は前記円筒状物
体の温度を検出しながら、加熱および非加熱の動作を繰
り返して加熱温度制御を行う円筒状物体加熱方法におい
て、前記加熱温度制御時の円筒状物体の温度変化を監視
し、加熱停止後温度が上昇から下降に変化する際の極大
温度と、加熱再開後の下降から上昇に変化する極小温度
との差が所定値未満となったことで加熱完了時期を判定
することを特徴とする円筒状物体の加熱完了判定方法で
ある。

【０００９】また本発明は、誘導または通電によって円
筒状物体を目標の加熱温度まで加熱し、目標の加熱温度
到達後は前記円筒状物体の温度を検出しながら、加熱お
よび非加熱の動作を繰り返して加熱温度制御を行う円筒
状物体加熱方法において、加熱時間と非加熱時間の比率
を計測し、該比率が所定値未満となったことで加熱完了
時期を判定することを特徴とする円筒状物体の加熱完了
判定方法である。

【００１０】

【作用】均一加熱完了判定機構として、温度信号入力機
能，記憶機能と演算機能を有する計算機を設置する。計
算機は温度信号を監視し、目標の温度に達した以降の温
度の変化を監視する。加熱装置は一般にＰＩＤ制御また
はＯＮ／ＯＦＦ制御を行い、目標の温度に達すると、誘
導加熱動作を入り切りし、被加熱物の温度を一定に保つ
動作を行う。

【００１１】この際、加熱動作を停止しても被加熱物の
温度上昇は瞬時に停止して温度下降に転じるのではな
く、加熱熱量の慣性でいくらかの温度上昇の後に下降に
転じる。また再加熱動作の場合にも同様に、再加熱開始
時期と温度が下降から上昇に転じる時期は、ずれが生じ
る。

【００１２】前期の加熱熱量の慣性の量は加熱時間が長
い加熱初期では大きくなり、加熱時間が非加熱時間に対
して短い加熱完了近くでは小さくなる。加熱熱量の慣性
の大小は、加熱動作停止後の極大温度に影響が現れ、大
きな慣性量では極大温度も高くなり、小さな慣性量では
低くなる。

【００１３】この動作を行っている時に、計算機は温度
が上昇から下降に変化する際の温度すなわち極大温度
と、下降から上昇に変化する際の温度すなわち極小温度
を記録する。極大温度と極小温度との差が一定値未満と
なった際に均一加熱完了と判定する。

【００１４】また極大温度から極小温度までの時間と、
極小温度から極大温度までの時間を比較して、時間の比
率（加熱時間間隔／非加熱時間間隔）が一定値未満とな
った際に、均一加熱と判定する方法もある。

【００１５】

【実施例】以下本発明の実施例を、図面を参照にしなが
ら具体的に説明する。

【００１６】図１は本発明を実施するに好適な装置例を
示し、図中１は円筒状物体を加熱する誘導電源を内蔵し
た加熱装置であり、環状になった鉄心６を被加熱物３の
中空部分を貫通するように設置して誘導加熱を行う。被
加熱物３には加熱中の温度を検出する温度検出器４を取
り付け、加熱制御装置２にて温度検出器４の信号を用い
て被加熱物の温度を制御し、目標の温度となるように加
熱装置１に対して加熱の入／切指令を行う。

【００１７】図２は被加熱物体に取り付けた温度検出器
の値の加熱開始後の変化を示している。

【００１８】また図３のチャート（Ａ）は、温度差によ
る加熱完了判定方法，図４のチャート（Ｂ）は、加熱，
非加熱時間比による加熱完了判定方法のフローチャート
を示す。

【００１９】温度検出器４の信号は、加熱簡略判定装置
５にも送られて加熱開始（Ｓ１）より温度を監視する。
加熱が開始されると温度検出器４の出力は上昇し、目的
とする加熱温度となったところで加熱制御装置２の働き
で被加熱物３の温度が目標の温度を保つように加熱装置
１は入／切動作を開始する。

【００２０】このとき温度検出器４の出力は、目標の温
度までの上昇から加熱装置１が切状態となったときに温
度降下を開始する。ある状態まで温度が低下すると、加
熱装置は入状態となり再度温度は上昇する。

【００２１】以上の温度変化は、最初は被加熱物３の内
外部分の温度差から切状態になってから入状態になるま
での間は短時間で急激に温度が降下し、入状態から切状
態までは徐々に上昇する変化を示す（図２−Ａ部分）。

【００２２】加熱時間が経過して内外部分の温度差が小
さくなってくると、切状態から入状態までは徐々に温度
が下降し、入状態から切状態までは短時間で急速に温度
が上昇する。また極大温度と極小温度の温度差も徐々に
小さくなってくる（図２−Ｂ部分）。

【００２３】図３のフローチャート（Ａ）に示すよう
に、温度差による判定方式では加熱から非加熱に切り替
わる時期を判定し（Ｓ２）、切替時期の後の極大温度を
記録する（Ｓ４）。次に非加熱から加熱に切り替わる時
期を判定し（Ｓ５）、切替時期の後の極小温度を記録す
る（Ｓ７）。

【００２４】以上で求めた極大温度と極小温度の温度差
を演算し（Ｓ８）、温度差が所定の値を下回らない間
は、Ｓ２からＳ８を繰り返す。温度差が所定の値未満と
なったら、加熱が完了したと判断して（Ｓ９）加熱を終
了する。

【００２５】例えば円筒状物体の加熱の場合に、加熱目
標温度を１２０℃とした場合の例では、加熱装置は温度
検出器の温度が１２０．５℃に達したときに加熱動作を
停止し、１１９．５℃に達したときに加熱動作を再開す
る動作を行う。この動作において、１２０．５℃に達し
た直後に加熱動作を停止すると、検出器部分の温度はわ
ずかに上昇した後下降に転じ、その時の極大温度は１２
１．５℃となる。

【００２６】また温度が降下し、１１９．５℃に達した
直後に加熱動作を再開すると、検出器部分の温度はわず
かに下降した後上昇に転じ、その時の極小温度は１１
８．５℃となる。一方、時間が経過して円筒状物体内部
での温度偏差が小さくなると、加熱装置の加熱時間が短
く、非加熱時間が長くなり、上記の極大温度は１２１．
０となり、極小温度は１１９．０℃となる。

【００２７】前記の例は加熱装置の加熱容量や被加熱円
筒状物体のサイズによって変化するが、傾向としては何
れの場合も同様の傾向を示す。つまり、温度差がほぼ１
℃を下回ったら加熱が完了したと判断して加熱を終了す
る。

【００２８】また加熱時間と非加熱時間の時間比で加熱
完了を判定する方法では、図４のフローチャート（Ｂ）
に示すように、加熱から非加熱に切り替わる時期を判定
し（Ｓ１２）、加熱時間を記録する（Ｓ１４）。

【００２９】次に非加熱から加熱に切り替わる時期を判
定し（Ｓ１５）、切替時期に非加熱時間を記録する（Ｓ
１７）。以上で求めた加熱時間と非加熱時間の比を演算
し（Ｓ１８）、時間比が規定の値を下回らない間はＳ１
２からＳ１８を繰り返す。温度差が規定の値を下回った
ら加熱が完了したと判断して（Ｓ１９）加熱を終了す
る。

【００３０】上記のように、非加熱状態開始から加熱状
態開始までの非加熱時間間隔と加熱状態開始から非加熱
状態開始までの加熱時間間隔の比を演算（Ｓ１８）する
と、加熱開始直後は、数１に示す時間比の値は１よりも
大きい状態となっている。

【００３１】

【数１】時間比＝加熱時間間隔／非加熱時間間隔

【００３２】加熱時間経過とともに時間比（Ｓ１８）は
徐々に減少し、１よりも小さい値となる。この時間比を
加熱完了判定装置５で演算し、時間比が目標値未満の
０．５〜０．１の範囲となったところで均一過熱状態と
判定する（Ｓ２０）。

【００３３】上記の方法の例では、円筒状物体温度が１
２０℃に達した直後では時間比は、過熱時間間隔１分に
対し非加熱時間間隔２０秒とその比は約３程度となる
が、十分な時間経過後には加熱時間間隔約１０秒，非加
熱時間間隔４０秒と、時間比は０．２５となる。

【００３４】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、円
筒状物体等の誘導加熱において、加熱温度制御時の円筒
状物体の温度変化を監視し、加熱停止後温度が上昇から
下降に変化する際の極大温度と、加熱再開後の下降から
上昇に変化する極小温度との差が所定値未満となったこ
とで加熱完了時期を判定することにより、被加熱物の均
一加熱完了の判定を定量的に再現性をもって行うことが
可能となる。

【００３５】従って被加熱物のサイズや種類に関わら
ず、被加熱物の均一な加熱完了時期が判断でき、不要な
加熱を抑制して省エネルギーを実現するとともに、加熱
完了判断の機械化で加熱を含めた工程の自動化を推進す
るとこが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を実施するに好適な装置例を示し、円筒
形状物例えばベアリングの加熱装置の構成を示す図面で
ある。

【図２】本発明の判定方法において、被加熱物体に取り
付けた温度検出器の値の加熱開始後の変化を示す図面で
ある。

【図３】温度差による加熱完了判断方法のフローチャー
ト（Ａ）を示す図面である。

【図４】加熱，非加熱時間比による加熱完了判断方法の
フローチャート（Ｂ）を示す図面である。

【符号の説明】

１ 加熱装置 ２ 加熱制御装置 ３ 被加熱物 ４ 温度検出器 ５ 加熱完了判定装置 ６ 鉄心

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 誘導または通電によって円筒状物体を目
   標の加熱温度まで加熱し、目標の加熱温度到達後は前記
   円筒状物体の温度を検出しながら、加熱および非加熱の
   動作を繰り返して加熱温度制御を行う円筒状物体加熱方
   法において、前記加熱温度制御時の円筒状物体の温度変
   化を監視し、加熱停止後温度が上昇から下降に変化する
   際の極大温度と、加熱再開後の下降から上昇に変化する
   極小温度との差が所定値未満となったことで加熱完了時
   期を判定することを特徴とする円筒状物体の加熱完了判
   定方法。
2. 【請求項２】 誘導または通電によって円筒状物体を目
   標の加熱温度まで加熱し、目標の加熱温度到達後は前記
   円筒状物体の温度を検出しながら、加熱および非加熱の
   動作を繰り返して加熱温度制御を行う円筒状物体加熱方
   法において、加熱時間と非加熱時間の比率を計測し、該
   比率が所定値未満となったことで加熱完了時期を判定す
   ることを特徴とする円筒状物体の加熱完了判定方法。