JPH11195480A - ストリップエッジの誘導加熱装置及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 フェライトコアを用いて高周波用の大型鉄心
材料を構成し、これを用いた従来以上の高周波域での誘
導加熱を可能にするストリップエッジの誘導加熱装置を
提供する。 【解決手段】 比較的高周波で使用できる鉄心材料であ
るフェライトコアを接着して大型の鉄心材料としてのフ
ェライトコアブロック３を構成し、このフェライトコア
ブロック３と冷却銅板４を絶縁ワニスを介して積み合わ
せてブロックを形成し、このブロックの両側をサポート
金属７で固定するとともに全体をバンド８で固縛し全体
に絶縁ワニスを含浸するとともにＣ型に組み合わせて形
成したＣ型鉄心を有するものである。

Description

【発明の詳細な説明】 【０００１】 【発明の属する技術分野】本発明はストリップエッジの
誘導加熱装置に関し、特にステンレス薄板のエッジ加工
硬化を防止するためのエッジ加熱用の誘導加熱装置とし
て有用なものである。 【０００２】 【従来の技術】従来、ステンレスストリップの連続鋳造
設備は存在しない。したがって、本発明に関する少なく
とも１０ｋＨｚ以上の周波数を利用する高周波誘導加熱
によるエッジ加熱装置は存在しない。 【０００３】従来技術において実用化されているストリ
ップのエッジ加熱用の誘導加熱装置は、熱延ストリップ
のエッジ部の誘導加熱装置が主体である。その加熱対象
の熱延鋼帯は厚さ数１０ｍｍ（２０〜６０ｍｍ程度）で
あり、加熱の目的は温度が冷えた熱間ストリップのエッ
ジ部（１００〜２００ｍｍの領域）を圧延前に約１００
度程度昇温することにある。 【０００４】Ｃ型鉄心を有する誘導加熱装置によるスト
リップエッジの誘導加熱の原理を図８に示す。同図に示
すように、Ｃ型鉄心０１に巻かれたコイル導体０２に、
高周波電圧０３を印加すると、その周波数の交番磁束Φ
がＣ型鉄心０１中に発生する。Ｃ型鉄心０１中に発生し
た交番磁束Φは、Ｃ型の中央部に設けられた開口部０１
ａを通ってＣ型鉄心０１に戻る磁路を形成する（開口部
０１ａの交番磁束Φを図中に白抜きの矢印で示す。）。
この交番磁束Φは、開口部０１ａに置かれたストリップ
（帯状金属）０４を貫通するため、このストリップ０４
には、その貫通交番磁束Φの変化を妨げる方向に誘導起
電力が発生し、ストリップ０４内に誘導電流ｅが流れ
る。 【０００５】エッジ加熱用の当該誘導加熱装置のＣ型鉄
心０１の開口部０１ａは、ストリップ０４のエッジ部に
近接して設置される。ストリップ０４に流れる誘導電流
ｅは、ストリップ０４を貫通する交番磁束Φを包含する
ように流れるが、ストリップ０４の幅方向の中央側で
は、流れるループの抵抗が小さくなるように広い面積を
流れる。一方、ストリップ０４のエッジでは、交番磁束
Φを包含するように流れる誘導電流ｅは、エッジ部に集
中して狭い領域を流れざるを得ない。したがって、この
場合の電流ループの抵抗が大きくなる。 【０００６】誘導電流ｅによるストリップ０４の発熱
は、誘導電流ｅとストリップ０４の抵抗によるジュール
発熱であるから、誘導電流ｅの集中して流れるエッジ部
のみに集中する。 【０００７】上述の如きストリップ０４のエッジ加熱の
原理において、エッジ部に流れる誘導電流ｅの密度は、
図９に示すように、エッジ部で最も大きくエッジ部から
ストリップ０４の幅方向に沿い中央部に向かうに従い減
少する分布を持つ。同図に示すように、エッジ部の発熱
は、誘導電流密度分布の二乗に比例する分布となる。 【０００８】図９に示すエッジ部の誘導電流密度分布
は、主に次の要素に依存して決定される。 交番磁束Φの周波数：周波数（ｆ）が高いと分布が
鋭い（エッジ部の発熱領域小さい。）。 ストリップ０４の厚さ：厚さ（ｔ）が大きいと分布
が鋭い。 ストリップ０４の抵抗率：抵抗率（ρ）が小さいと
分布が鋭い。 【０００９】金属の抵抗率は、金属の温度で決まるの
で、加熱仕様としてのストリップ０４の厚さ、温度及び
加熱幅が決まると、適性な周波数が決まることになる。
実用化されている熱延鋼帯のエッジ加熱用の誘導加熱装
置では、加熱幅が約１００〜２００ｍｍ程度で、厚さが
２０〜６０ｍｍであることから、周波数は５００Ｈｚ〜
１ｋＨｚが用いられている。 【００１０】 【発明が解決しようとする課題】一方、本発明で対象と
するステンレスストリップのエッジ加熱では、直前に裁
断されたエッジ部のみの加熱・焼鈍が目的であり、いた
ずらに広い領域を加熱すると、材質変化によりストリッ
プの品質が劣化する。したがって加熱領域は、大きくと
もエッジから数ｍｍ以下に留める必要がある。すなわ
ち、通常使用される熱延綱帯のエッジ加熱に比べ、加熱
幅が数十分の一から百分の一と小さく、また厚さは約十
分の一である。このため適性周波数は１０ｋＨｚ以上と
なる。 【００１１】具体的には、５０ｋＨｚの周波数でステン
レスストリップのエッジ加熱用の誘導加熱装置を実現す
るにあたり、次のような解決すべき課題が存在する。 【００１２】 エッジ加熱用の誘導加熱装置のＣ型鉄
心には、従来ケイ素鋼板が用いられているが、ケイ素鋼
板の損失は周波数の１．７〜１．８乗に比例するため、
高周波用の極薄ケイ素鋼板を用いても、５０ｋＨｚでは
損失が大きすぎて実用的でない。 【００１３】 比較的高周波で使用できる鉄心材料で
あるフェライトコアは、焼結して製造することから、通
常２００〜３００ｍｍ四方、厚さ数十ｍｍ程度の大きさ
が最大で、大型のＣ型鉄心に利用できるほどの大きさの
ものが製造できない。また、ケイ素鋼板使用時には、鉄
心材料を冷却するための冷却銅板を適当なピッチで挿入
して積層したケイ素鋼板とその間に挿入された複数の冷
却銅板を一体化してボルトで締め、鉄心全体を固定する
方法がとられるが、フェライトコアの場合、割れの危険
性があるため、このように全体をボルトで締めることは
できない。すなわち、固定方法が問題となる。 【００１４】 高周波磁束が、Ｃ型鉄心中のコア部分
から開口部、すなわち被加熱ストリップに作用する空間
部分に出る部分で急に広がることから、鉄心磁極端部に
磁束が集中し、鉄心磁極端部が局部的に過熱される。 【００１５】本発明は、上記従来技術に鑑み、フェライ
トコアを用いて高周波用の大型鉄心材料を構成し、これ
を用いた従来以上の高周波域での誘導加熱を可能にする
ストリップエッジの誘導加熱装置及びその製造方法を提
供することを目的とする。 【００１６】 【課題を解決するための手段】上記目的を達成する本発
明の構成は次の点を特徴とする。 【００１７】１） Ｃ型形状のＣ型鉄心の開口部に交番
磁界を発生させ、同開口部にストリップエッジを通して
誘導加熱するストリップエッジの誘導加熱装置であっ
て、上記Ｃ型鉄心は、フェライトコアを接着して大型の
プレート状フェライトコアブロックに形成し、複数のフ
ェライトコアブロックと該フェライトコアブロックを挟
むように交互に配設した冷却銅板とを絶縁ワニスを介し
て積み合わせてブロックを構成し、これらブロックを所
定の形状に組み合わせてなること。 【００１８】上記発明によれば、フェライトコアブロッ
クと冷却銅板を交互に積み合わせる際に含浸したワニス
によりフェライトコアブロックと冷却銅板の接着性と同
時にクッション性を持たせることができ、フェライトコ
アの欠点である割れ易さが解消される。 【００１９】２） 上記１）に記載するストリップエッ
ジの誘導加熱装置において、上記フェライトコアブロッ
ク及び冷却銅板で組み合わされたブロックの両側をサポ
ート金属で固定し、全体をバンドで固縛したこと。 【００２０】本発明によれば、誘導加熱装置の高周波用
フェライトコアを大型のＣ型鉄心に良好に適用できる。 【００２１】３） 上記１）又は２）に記載するストリ
ップエッジの誘導加熱装置において、上記Ｃ型鉄心の開
口部における磁極端面において、ブロック最外側のフェ
ライトコアブロックの端面を隣接する冷却銅板の端面よ
り沈ませたこと。 【００２２】本発明によれば、冷却銅板の磁気シールド
効果を利用することができ、高周波磁束がＣ型鉄心の空
間部に出る磁極端部での磁束の広がりを抑制し、結果と
して磁極端部の過熱を防止することができる。 【００２３】４） フェライトコアを接着して大型のプ
レート状フェライトコアブロックに形成し、複数のフェ
ライトコアブロックと該フェライトコアブロックを挟む
ように交互に配設した冷却銅板とを絶縁ワニスを介して
積み合わせたブロックを構成してこれらブロックを所定
の形状に組み合わせてなること。 【００２４】本発明によれば、上記１）に記載する誘導
加熱装置を容易に製造することができる。 【００２５】 【発明の実施の形態】以下本発明の実施の形態を図面に
基づき詳細に説明する。 【００２６】図１は本発明の実施の形態に係る誘導加熱
装置を示す縦断面図、図２はその正面図、図３はその平
面図である。これらの図に示すように、本形態に係る誘
導加熱装置は、Ｃ型形状のＣ型鉄心１の開口部２に交番
磁界を発生させ、同開口部２に被加熱部材であるストリ
ップのエッジ部を通して誘導加熱するものである。ここ
でＣ型鉄心１は、フェライトコアを接着して大型の鉄心
材料となるフェライトコアブロック３を形成し、このよ
うにして形成したフェライトコアブロック３と冷却銅板
４とを絶縁ワニスを介して積み合わせたブロックを有し
ている。すなわち、本形態におけるＣ型鉄心１は、１０
個のフェライトコアブロック３を積み重ねて作ったブロ
ックを組み合わせた構成であり、かつ各フェライトコア
ブロック３を挟むように１１個の冷却銅板４を配設した
構成となっている。フェライトコアブロック３及び冷却
銅板４の数、ピッチ等は、冷却設計で決まるため、これ
らを限定するものでは、勿論ない。フェライトコアブロ
ック３と交互に配設される冷却銅板４に対しては、冷却
水ニップル５を介して冷却水ヘッダ６から冷却水が給排
水される。 【００２７】各ブロックの製造方法の詳細については後
述するが、フェライトコアブロック３と冷却銅板４を積
み重ねたあと、サポート金属７で両側が固定され、フェ
ライトコアブロック３、冷却銅板４、サポート金属７を
一体化して全体がバンド８で締め付けられている。その
後、各材料間の接着性、クッション性を得るため、全体
に絶縁材ワニスを含浸し、フェライトコアブロック３と
冷却銅板４との間に百ミクロン程度の厚さのワニス層が
形成されるように処理することで、フェライトコアブロ
ック３の割れ防止を図りながら、全体を接着・固定する
ことが出来る構造となっている。 【００２８】コイル導体９、１０は、Ｃ型鉄心１の開口
部２の近傍でこの開口部２の上方及び下方に位置してそ
れぞれ巻回されている。このコイル導体９、１０に高周
波電圧を印加すると、その周波数の交番磁束がＣ型鉄心
１中に発生し、開口部２を含むＣ型ループの磁路を形成
する。かくして交番磁束が通過する開口部２にステンレ
スのストリップを通すとそのエッジ部が加熱される。 【００２９】図４は、バンド８によるフェライトコアブ
ロック３、冷却銅板４及びサポート金属７の固縛状況を
詳細に示す斜視図の一例である。同図に示すように、サ
ポート金属７は断面がＣ型の部材であり、その中央の平
坦部７ａがフェライトコアブロック３及び冷却銅板４を
一体化したブロックの両端面に当接するとともに、この
平坦部７ａの両端から直角方向に連続するフランジ部７
ｂ、７ｃを有している。バンド８はフェライトコアブロ
ック３及び冷却銅板４の表面を沿わせてこれらの端部に
至った後、サポート金属７のフランジ部７ｂの平坦部７
ａとの境界に設けた孔７ｄに挿通して平坦部７ａの表面
を沿わせ、さらにフランジ部７ｃの平坦部７ａとの境界
に設けた孔７ｅに挿通してフェライトコアブロック３及
び冷却銅板４の裏面を沿わせ、反対側のサポート金属７
でも同様の構成としてフェライトコアブロック３、冷却
銅板４及びサポート金属７の周囲を一巡させることによ
りこれらを固縛している。なお、構成する部材の断面形
状等は強度等を加味して設計上決められるものであり、
本形態のものに限定されるものではない。 【００３０】図５はＣ型鉄心１の形成法の一例について
示す説明図であり、（ａ）は全体図、（ｂ）はこれを左
側面から見た図である。同図（ａ）に示すように、本例
ではＡ〜Ｆの６個のブロックを一体化したものとして構
成してある。また、同図（ｂ）に示すように、各ブロッ
クＡ〜Ｆの一単位となるフェライトコアブロック３の幅
はｔ₀ として形成してある。 【００３１】上記各ブロックＡ〜Ｆは次のような態様で
形成される。先ず、既存のフェライトコアを接着して大
型の鉄心材料としてのフェライトコアブロック３を形成
する。次に、このようにして形成したフェライトコアブ
ロック３の複数個を冷却銅板４と交互に絶縁ワニスを介
して積み合わせるとともに、その両側をサポート金属７
（図５には図示せず。）で固定し、全体をバンド８（図
５には図示せず。）で固縛するとともに全体に絶縁ワニ
スを含浸して目的の形状をしたブロックＡ〜Ｆを作り、
それらをＣ型形状に組み上げる。 【００３２】図６は図５に示すブロックＡ〜Ｆのうちブ
ロックＡ、Ｅ（Ｆ）に使用するフェライトコアブロック
３を抽出・拡大して示す説明図であり、（ａ）はブロッ
クＡに使用するフェライトコアブロック３、（ｂ）はこ
れをその右側面から見た図、（ｃ）はブロックＥ（Ｆ）
に使用するフェライトコアブロック３、（ｄ）はこれを
その右側面から見た図である。同図（ａ）、（ｂ）に示
すように、ブロックＡのフェライトコアブロック３は、
１２枚のフェライトコアを接着して幅ｔ₀ のフェライト
コアブロック３が形成される。当該ブロックＡのフェラ
イトコアブロック３を構成する各フェライトコアナンバ
ー１〜１２に対応させて図中に〜の符号を付す。た
だし、ナンバー１０〜１２のフェライトコアは見えない
ので表示していない。また、ブロックＥ（Ｆ）は、それ
ぞれ８枚のフェライトコアを接着して形成されている。
当該ブロックＥ（Ｆ）のフェライトコアブロック３を構
成するフェライトコアナンバー１〜８に対応させて図中
に〜の符号を付す。ただし、ナンバー７、８のブロ
ックは見えないので表示していない。なお、フェライト
コア及びフェライトコアブロック３の数、ブロック構成
自体はこれに限定するものでは勿論ない。 【００３３】上述の如く比較的大きな鉄心構造であって
も、本形態によれば寸法精度の高い、フェライトコアを
接着してフェライトコアブロック３を形成し、さらにそ
れらフェライトコアブロック３と冷却銅板４を絶縁ワニ
スを介して組合せることで割れを防止することができ
る。 【００３４】また、図７に示すように、Ｃ型鉄心１の開
口部２に位置する部分では、Ｃカットを行い磁束の磁極
端面への集中を防止している。さらに、磁極端面コーナ
部に位置するフェライトコアブロック３を冷却銅板４よ
り沈める、すなわち磁極端面コーナ部ではフェライトコ
アブロック３より冷却銅板４が突き出した構造とするこ
とで、冷却銅板４の磁気シールド効果により、磁極端面
コーナ部の磁束の広がりを抑制することができ、結果と
して磁極端面コーナ部の過熱を防止することができる。
本形態では、冷却銅板４の突き出し量は１２．５ｍｍで
あるが、突き出し量は、磁極の形状、寸法に応じて適宜
選定すれば良い。 【００３５】上述の如き実施の形態によれば、フェライ
トコアを接着して大型の鉄心材料としてフェライトコア
ブロック３を形成し、複数のフェライトコアブロック３
と冷却のために挿入する冷却銅板４を重ね合わせた後、
強度を有するバンド８で全体を締めてブロックを制作
し、絶縁ワニスを含浸することで、高周波用フェライト
コアを大型のＣ型鉄心１に適用できる。さらに、接着と
クッションの目的のため使用する絶縁ワニスの厚さを百
ミクロン程度の適正な値にすることで、フェライトコア
ブロック３と冷却銅板４との間の熱抵抗を大きく増やす
ことなく、冷却性能を維持することができる。絶縁ワニ
スの厚さは薄すぎるとクッション性、接着性が減少し、
厚すぎると冷却銅板４からの冷却性能が減少するため、
５０〜３００ミクロンが好適な値である。 【００３６】また、種々の電磁界解析、実験に基づく知
見により、磁極端部に位置するフェライトコアブロック
３を冷却銅板４より沈める、すなわち磁極端部ではフェ
ライトコアブロック３より冷却銅板４が突き出した構造
としたので、冷却銅板４の磁気シールド効果を利用する
ことができ、高周波磁束がＣ型鉄心１の空間部に出る磁
極端部での磁束の広がりを抑制し、結果として磁極端部
の過熱を防止することができる。冷却銅板４の磁気シー
ルド効果により、磁極端部の磁束の広がりを抑制するこ
とができるからである。 【００３７】 【発明の効果】以上実施の形態とともに詳細に説明した
通り、〔請求項１〕に記載する発明はＣ型形状のＣ型鉄
心の開口部に交番磁界を発生させ、同開口部にストリッ
プエッジを通して誘導加熱するストリップエッジの誘導
加熱装置であって、上記Ｃ型鉄心は、フェライトコアを
接着して大型のプレート状フェライトコアブロックに形
成し、複数のフェライトコアブロックと該フェライトコ
アブロックを挟むように交互に配設した冷却銅板とを絶
縁ワニスを介して積み合わせてブロックを構成し、これ
らブロックを所定の形状に組み合わせてなるので、フェ
ライトコアブロックと冷却銅板を交互に積み合わせる際
に含浸したワニスによりフェライトコアブロックと冷却
銅板の接着性と同時にクッション性を持たせることがで
き、フェライトコアの欠点である割れ易さが解消され
る。この結果、従来技術においては、大型の鉄心材料と
して用いることができなかったフェライトコアを用い
て、高周波用の大型鉄心を構成することができるように
なり、ステンレス等のストリップエッジ加熱用の１０ｋ
Ｈｚ以上の誘導加熱装置を実現することができる。 【００３８】〔請求項２〕に記載する発明は、〔請求項
１〕に記載する発明において、フェライトコアブロック
及び冷却銅板で組み合わされたブロックの両側をサポー
ト金属で固定し、全体をバンドで固縛したので、上述の
如き作用・効果を有する誘導加熱装置の高周波用フェラ
イトコアを大型のＣ型鉄心に良好に適用できる。 【００３９】〔請求項３〕に記載する発明は、〔請求項
１〕又は〔請求項２〕に記載する発明において、Ｃ型鉄
心の開口部における磁極端面で、ブロック最外側のフェ
ライトコアブロックの端面を、隣接する冷却銅板の端面
より沈ませたので、冷却銅板の磁気シールド効果を利用
することができ、高周波磁束がＣ型鉄心の空間部に出る
磁極端部での磁束の広がりを抑制し、結果として磁極端
部の過熱を防止することができる。 【００４０】〔請求項４〕に記載する発明は、フェライ
トコアを接着して大型のプレート状フェライトコアブロ
ックに形成し、複数のフェライトコアブロックと該フェ
ライトコアブロックを挟むように交互に配設した冷却銅
板とを絶縁ワニスを介して積み合わせたブロックを構成
してこれらブロックを所定の形状に組み合わせてなるの
で、上述の如き作用・効果を有する誘導加熱装置を良好
に製造することができる。

【図面の簡単な説明】 【図１】本発明の実施の形態に係る誘導加熱装置を示す
縦断面図。 【図２】図１の正面図。 【図３】図１の平面図。 【図４】上記実施の形態において、バンドによるフェラ
イトコアブロック、冷却銅板及びサポート金属の固縛状
況を詳細に示す斜視図。 【図５】Ｃ型鉄心を有する帯状金属エッジ加熱用誘導加
熱装置の原理図。 【図６】図５に示すブロックＡ〜ＦのうちブロックＡ、
Ｅ（Ｆ）を抽出拡大して示す説明図であり、（ａ）はブ
ロックＡに使用するフェライトコアブロック、（ｂ）は
これをその右側面から見た図、（ｃ）はブロックＥ
（Ｆ）に使用するフェライトコアブロック、（ｄ）はこ
れをその右側面から見た図。 【図７】Ｃ型鉄心の開口部に位置する部分での磁束の磁
極端面への集中を防止するための構造を示す拡大図。 【図８】Ｃ型鉄心を有する誘導加熱装置によるストリッ
プエッジの誘導加熱の原理を示す斜視図。 【図９】図８の誘導加熱装置におけるエッジ部の誘導電
流密度分布特性を示す特性図。 【符号の説明】 １ Ｃ型鉄心 ２ 開口部 ３ フェライトコアブロック ４ 冷却用銅板 ７ サポート金属 ８ バンド ９、１０ コイル導体

フロントページの続き (72)発明者 和泉 清 広島県広島市西区観音新町四丁目６番22号 三菱重工業株式会社広島研究所内 (72)発明者 三宅 勝義 広島県広島市西区観音新町四丁目６番22号 三菱重工業株式会社広島製作所内 (72)発明者 泰井 健児 広島県広島市西区観音新町四丁目６番22号 三菱重工業株式会社広島製作所内 (72)発明者 岩間 信男 東京都大田区城南島二丁目４番３号 株式 会社江口高周波内

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 【請求項１】 Ｃ型形状のＣ型鉄心の開口部に交番磁界
   を発生させ、同開口部にストリップエッジを通して誘導
   加熱するストリップエッジの誘導加熱装置であって、 上記Ｃ型鉄心は、フェライトコアを接着して大型のプレ
   ート状フェライトコアブロックに形成し、複数のフェラ
   イトコアブロックと該フェライトコアブロックを挟むよ
   うに交互に配設した冷却銅板とを絶縁ワニスを介して積
   み合わせてブロックを構成し、これらブロックを所定の
   形状に組み合わせてなることを特徴とするストリップエ
   ッジの誘導加熱装置。 【請求項２】 上記フェライトコアブロック及び冷却銅
   板で組み合わされたブロックの両側をサポート金属で固
   定し、全体をバンドで固縛したことを特徴とする〔請求
   項１〕に記載するストリップエッジの誘導加熱装置。 【請求項３】 上記Ｃ型鉄心の開口部における磁極端面
   において、ブロック最外側のフェライトコアブロックの
   端面を隣接する冷却銅板の端面より沈ませたことを特徴
   とする〔請求項１〕又は〔請求項２〕に記載するストリ
   ップエッジの誘導加熱装置。 【請求項４】 フェライトコアを接着して大型のプレー
   ト状フェライトコアブロックに形成し、複数のフェライ
   トコアブロックと該フェライトコアブロックを挟むよう
   に交互に配設した冷却銅板とを絶縁ワニスを介して積み
   合わせたブロックを構成してこれらブロックを所定の形
   状に組み合わせてなることを特徴とするストリップエッ
   ジの誘導加熱装置の製造方法。