JPS5998494A - 高周波誘導加熱装置 - 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】 本発明は高周波誘導加熱装置に関１−るものであり、特
に金属工作物の１本または複数の狭い帯域を熱処理しま
たは焼なますことのできる高周波誘導加熱装置に関する
ものである。

本発明の高周波誘導加熱装置は多くの種々の用途を有す
る。例えば、この装置は切削機または類似物などの工作
機械の狭い部分を熱処理し、この部分を焼入れするため
に使用することができよう。

ゝキューブオンエツジ、方向性ケイ素鋼の局部焼なまし
処理法ｌという名称の同時出願された特願（以下に８１
同時出願と略称￥）は、規則的および高透磁率キューブ
オンエツジ方向性電気鋼の鉄損を改良する１このにこれ
を局部・屍なすしする方法を教示している。この第１同
時出願によれば、このよ５な電気鋼の処理工程の少なく
とも１段の冷間圧延段階の後に、２次結晶粒成長を生じ
る最終高温炉なましの前の１時点において、電気鋼に対
してその圧延方向に対して横方向に局部焼なましを実施
し、拡大１次結晶粒の帯域を生じる。この拡大１次結晶
粒の帯域は最終高温炉なま１〜に際して、ストリップの
焼なまされでいない中間区域における２次キューブオン
エツジ結晶粒の成長を制御する。焼なまし帯域の拡大１
次結晶粒そのものは最終的に２次結晶粒によって消耗さ
れ、より小径の２次結晶粒と低い鉄損を有するキューブ
オンエツジ方向性電気鋼を生じる。

１電気鋼の局部熱処理法”の名称の同時出願された特願
（以下に第２同時出願と略称す）は、細分化によって顕
著な鉄損改良をもたらす粒径の複数の磁区（ｍａｇｎｅ
ｔｉｃ　ｄｏｍａｉｎ　）を有する型の磁性材料の鉄損
な改良するための方法を開示している。磁性材料〔キュ
ーブオンエツジ規則的方向性ケイ素鋼ストリップ、キュ
ーブオンエツジ高透磁率方向性ケイ素鋼ストリップおよ
びキューブオンフェースケイ素鋼など）に対して、局部
熱処理を実施して材料の圧延方向に対して実質横方向の
複数の平行な熱処理帯域を生じ、これらの帯域間に未処
理区域を残す。この加熱処理は局部熱処理された帯域内
部のミクロ組織を変更し、磁区の粒径を制御する。局部
熱処理段階につづいて焼なましを実施し、磁性材料の鉄
損を改良する。規則的方向性ケイ素鋼または高透磁率方
向性ケイ素鋼に対する応用の場合、ミルガラス、施用絶
縁コーティングまたはその両者を備えた最終焼なましさ
れた仕上電気鋼に対して、局部熱処理を実施し、その際
に熱処理される帯域を０．５秒以内（好ましくは０．１
５秒以内）に約８００’Ｃ以上の温度に加熱する。

この局部熱処理されたス）　ＩＪツブを８００°Ｃ〜約
１１５０℃の温度で、２時間以内焼なましする。改良さ
れた鉄損は永久的なものであって、ミルガラスまでは施
用絶縁フーティングに対する損傷なしで達成される。

本発明の高周波誘導加熱装置は、前記の第１、第２同時
出願のいずれの教示にも使用することができ、これらの
同時出願の教示を参照文献として加える。本発明の誘導
加熱装置は任意適当な熱処理または焼なまし段階を実施
するために使用することができるのであるが、例示の目
的から、前者の場合のまうにケイ素鋼ストリップの加工
工程中に局部焼なましを実施する場合、および後者の実
施例に述べられたように完全に展開されたキューブオン
エツジまたはキューブオンフェースケイ素鋼を局部熱処
理する場合について説明する。従って本明細書および特
許請求の範囲において１局部加熱“とは広い意味で、局
部焼なまし処理と局部熱処理の両方をカバーするものと
理解されなければならない。

本発明の高周波誘導加熱装量は、特に、その高周波電流
、高出力および電気効率の故に高速応用面におけろ局部
焼なましまたは局部加熱に適当である。この誘導加熱装
置は描造簡単で、他の多（の加熱システムによりも低原
価である。また他のレーザシステムなどの加熱システム
よりもエネルギー効率が高く、本質的に安全であり、保
守しやづ−い。

本発明によれば、金が工作物を局部加熱するための高周
波誘導加熱装量において、この誘導加熱装置は導線乃至
導体（ｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）と、前記導線を包囲する細
長い磁性材料のコアとを含み、前記コアの中にその縦方
向に細いみそ穴が延び、このみぞ穴が誘導子コアのエア
ギャップを成し、前記導線は高周波電源に接続され、金
属工作物が前記コアの前記ギャップ付近に隣接してまた
好ましくは接触して配置され、高周波電流が前記導線に
通されたとき、前記工作物の狭い帯域が誘導渦電流によ
って加熱されろようにした高周波誘都装置カニ提供され
る。

この誘導加熱装置を使用する際に、その誘導子コアのエ
アギャップを加熱されるべき金属工作物に非常に近く（
好ましくはこれと接触するように）工作物に隣接して配
置する。導線の中に高周波電流が通過させられたとき、
このエアギャツブカ一工作物に入る磁更を集中させる。

これ（・；工作物の中に電圧を誘導し、エアギャップに
沿って千イテに工作物の中を流れる渦電流を生じろ。そ
の結果、工作物の狭い帯域の急速局部加熱が行なわれろ
。

高周波電流は約１０　ｋＨｚから約２７　ｉ’ｖｌＨｚ
までの範囲とする。当業者には理解されるように、最ｌ
」＼眉ｊ波敬（・ユニ作物の厚さによって決定されろ力
；、最大周波数（・ユニ作物の工作物中への渦電流の所
要の進入度によって決定される。導線とコア（ま（・ず
れも任意適当な断面形状を有することができる。また後
述のように、導線、コアまたはその両方を流体で冷却す
ることができる。コアは磁性材料で作られ、その内部の
渦電流を制限するように１成されなければならない。故
にコアは電磁ケイ素鋼の積層構造とすることができ、ま
たは好ましくはフェライトなどの高抵抗率磁性材料で構
成することができよう。

複数の相互に実質平行［離間された焼な筺し処理帯域ま
たは加熱処理帯域を電気鋼ストリップに対して横方向に
作る際に（＠記の同時出願の場合のように）、この誘導
加熱装置なス）　Ｉ］ツブに対して横方向に配置し、ス
トリップを圧延方向に移動させる。この加熱装置に対し
て高周波電流をパルシングをする結果、個々の焼なまし
処理帯域または加熱処理帯域が生じる。本発明の主旨の
範囲内において、導線の中に交流を連続的に通し、フエ
ライトコアを回転させることによって、ストリップの中
に相互に平行に離間した焼なまし帯域を生じることもで
きる。このような条件においては、コアは１個以上のギ
ャップを備えることができよう。さらＶこ他の実施態様
においては、複数の誘導加熱装置をローラの外周部に沿
って、均等間隔に配置し、各誘導加熱装置の誘導子コア
の加熱ギャップをローラの外周面に配置させることかで
きる。

電気鋼ストリップをローラに沿って移動させローラを回
転さぜる際に、加熱装置の誘導子コアのエアギャップが
このストリップに隣接しまたは接触した時にこの加熱装
置に給電する。

以下本発明を図面に示￥実施例について詳細に説明する
。

まず第１図（でついて述べれば、本発明の誘導加熱装置
の莢施態様を全体として１で示す。この加熱装置１は導
線２とこれを包囲する細長いコア３とを含んでいる。こ
の導線２は銅、アルミニウムまたは類似物などの任意適
当な導電物質とすることができる。）７３は、電磁ケイ
素鋼などの適当な磁性材料から成る複数の絶縁されたラ
ミネーションによって構成される。ラミネーションの厚
さは図を明白にするため第１図においては誇張されてい
る。比較的薄いラミオ・−ンヨンのコア３を作ることに
より、このコア３の縦方向に発生する渦電流は工作物の
中に誘導される渦電流よりも大幅に低減される。コア３
は縦方向みそ穴４を有し、このみぞ穴は下記に詳述する
誘導子コアのエアギャップを成す。このような構造にお
いては、加熱される工作物に対して直接の電流路が生じ
ないように、導線をラミネーションから、任意適当な手
段、例えば第１図に図示のエアギャップなどによって絶
縁しなければならない。

第２図に示す本発明の誘導加熱装置の第２笑施態様を５
で示す。この実施態様も導線６と、これを包囲する縦方
向コア７とを含む。またこの場合にも、導線６は、銅ま
たはアルミニウムなどの任意適当な導電性材料で作るこ
とができる。しかしこの場合にはコア７はフェライト材
料で作られる。

フェライト材料はその性質上（即ち高体積抵抗率）の故
にコア７の縦方向における渦電流を最小限に成す。また
コア７は、誘導子コアのエアギャップを成す縦方向みぞ
穴８を備えている。この実施態様において導線はコアか
ら適当手段によって絶縁されることが好ましい。ただし
、ある種のフェライト材料はその必要がないほどに抵抗
性である。

コア３と７は、円形、楕円形、長方形、正方形などの任
意の断面形状を有することができる。これは導線２と６
についても同様である。このことを説明するため、コア
３は長方形断面を有し、コア７は円形断面を有するよう
に図示しである。同じく導線２は正方形断面を有し、導
線６は円形断面を有するように図示されている。

第１図と第２図の実施態様において、導線２と６はそれ
ぞれ高周波電源（図示されず）に接続される。高周波電
流は約１０　ｋＨｚ　〜約２７　ＭＨｚの範囲とするこ
とができる。

フェライトコア７は高い体積抵抗率と中程度の透磁率と
を特徴とし、積層コア３よりも好まじり・。

若干の場合、電流値が高いときに、過度の過熱または融
解を防止するため、導線、コア、またはその両者を冷却
することが望ましい。その目的から、導線、コアまたは
その両者は、水またはその他の冷却流体を内部循還させ
ることができるように作ることができる。そのため導線
６は第２図に図示のように管状を成す。コアはエアジェ
ツトまたはその他の適当な手段によって冷却することが
できる。

第１図と第２図の実施態様の動作は実質的に同様である
。故に、第２図の実施態様つ動作説明は第１図の説明と
見なすことができる。

導線６の中に高周波電流が通されるとき、コア７の中に
磁束が誘導される。しかしエアギャップ８がコア７の磁
気回路の中断部を成す。磁束はギャップ８を飛び超えよ
うとして、その際にこのギャップ８からコア７の外側に
拡大する傾向を示す。

その結果、エアギャップ８は明確な路線に沿って磁束を
集中させる。金属工作物がギャップ８に隣接（好ましく
は接触）配置されているとき、ギャップから磁束の一部
が金属工作物の中に入り、工作物の中に渦電流を誘導す
る。ギャップの付近において、これらの渦電流はギャッ
プに対して平行に、両方向に交互に流れる。このように
誘導された渦電流と工作物の電気抵抗率の故に、工作物
の中に局部焼なましまたは熱処理が行なわれる。

工作物の局部焼なましまたは局部加熱される区域の形状
と長さは、電流の強さと周波数および処理時間のほか、
コア７のギャップ８の幅、ギャップ８に対する工作物の
近接度を含めて高周波誘導加熱装置の設計によって影響
される。例えば工作物がギャップ８に近いほど加熱操作
が有効になる。

この理由から、工作物が実際にコア７とギャップ８０所
で接触することが好ましい。ギャップのサイズは、工作
物の磁界進入幅を決定し、従って工作物の加熱区域の幅
を決定する。ギャップが狭いほど、それだけ工作物の加
熱区域の幅が狭くなる。

逆に、ギャップの幅が広いほど、それだけ工作物加熱区
域の幅が広くなる。同様に、処理時間が長いほど、工作
物の加熱される区域の幅と深さが犬になる。処理時間が
短いほど、工作物の加熱される区域が狭く浅くなる。加
熱される区域の深さは周波数によっても決定される。

実施例として第３図と第４図は、前記の同時出願に教示
された発明の実施のため、本発明の誘導加熱装置を使用
した場合を示す。第３図と第４図において、本発明の誘
導加熱装置は全体として９で示され、導線１０とフェラ
イト材料のコア１１とを含む。コア１１はその内部にエ
アギャップ１２を備える。加熱装置９は、その導線１０
（同じく銅、アルミニウムまたは類似物から成ることが
できる）が第２図の管状導線ではな（中実導線であるこ
とを除いては第２図の加熱装置５と同様である。また第
３図と第４図は矢印ＲＤの圧延方向を有する電気鋼スト
リップ１３を示している。この電気鋼ストリップ１３は
加熱装置９の上を圧延方向に、エアギャップ１２におい
てコア１１と接触しながら引張られる。

前記の第１同時出願の教示を実施づ−る際に、電気銅ス
）　ＩＪツブ１３は、２次結晶粒の成長によってキュー
ブオンエツジ配向をつる最終高温焼なましに先立つ規則
的方向性ケイ素鋼または高透磁率方向性ケイ素鋼である
。この第１同時出願の教示は、少なくとも１段の冷間圧
延段階ののちの、また２次結晶粒成長の生じる最終高温
焼なましの前の１時点において電気鋼に対してその圧延
方向に対して横方向に局部焼なましを実施するならば、
鋼ストリップの局部焼なましされた平行帯域は拡大１次
結晶粒を有するという発見に基づいている。もし焼なま
された帯域中の１次結晶粒がこれら帯域間の焼なまされ
ていない区域の１次結晶粒の粒径より少なくとも３０％
犬、好ましくは少なくとも団係太であれば、これらの拡
大１次結晶粒の帯域が最終高温焼なましに際して中間の
非焼なまし区域におけろ２次キューブオンエツジ結晶粒
の成長を制御づ−ろ。境なまされた帯域の拡大１次結晶
粒そのものは最終的に２次結晶粒によって消耗され、そ
の結果、より小径の２次結晶粒と、より低い鉄損とを有
するキューブオンエツジ方向性電気鋼を生じる。第３図
において、焼なまされた帯域はダッシュ線１４で示され
ている。中間の焼なましされていない区域ハ１５で示さ
れる。

焼なまし帯域は圧延方向（ＲＤ　）において（Ｘ）で示
す長さを有づ−る。・暁なまされない区域は圧延方向（
ＲＤ　）において長さくＸ）を有する。焼なまし帯域１
４の長さくＸ）は約０．５ｍｍ〜約２．５　ｍｖｔとし
、非焼なまし区域１５の長さくＸ）は少な（とも３Ｎ７
ｎとしなければならない。

ストリップ１３を矢印方向（ＲＤ　’）に動かすことに
よって、狭い平行な焼な抜し帯域１４がヰじる。

各焼なまし帯域は、導線１ｏに加えられる高周波電流の
パルシングの結果である。導線１ｏの中の無線周波電流
を一定に保持しながらコア１１を適当速度で回転させる
ことによって、焼なまし帯域１４の所要の間隔（Ｘ）を
もって同様の結果が得られろ。

この場合、コア１１は複数のギャップ１２を備えること
ができよう。

約０．０７６〜約２５賭幅のエアギャップ１２を使用し
て、第１同時出願に教示された所望のパラメータが得ら
れることが発見された。また１０　ｋＨｚ〜約２７Ｍ１
−１ｚの電流周波数を使用することができる。ストリッ
プの平坦性を保持するための局部焼なまし段階に際して
、２．５　ＭＰａ以上の圧力下にストリップを保持しな
ければならない。これは、コア１２とストリップの上支
持面（図示されず）との間においてストリップ１３に対
して圧力を保持することによって実１Ａすることができ
る。

前述のように第３図と第４図は、前記の第２同時出願の
教示の実施を説明するためにも用いることができる。こ
の第２同時出願の教示は、複数の磁区と完全に展開され
た磁気特性とを有するキューブオンエツジ規則的または
高透磁率方向性ケイ素鋼ストリップまたはキューブオン
フェースケイ素鋼ストリップに対して局部熱処理を実施
し、ストリップの圧延方向ＲＤに対して実質横方向に複
数の平行熱処理帯域を生じ、これらの帯域間に未処理区
域を残すならば、このストリップの鉄損が改良されつる
という発見に基づいている。熱処理は局部熱処理された
帯域内部のミクロ組織を変更させることにより、磁区の
サイズを制御する。局部加熱段階につづいて焼なましを
実施し、その結果、磁性材料の鉄損の改良を生じる。

このようにして第３図と第４図のストリップ１３は、こ
の場合、傾数の磁区と十分に展開された磁気特性を有す
る前記の一方の電気鋼を示すものと見なされる。この場
合の帯域１４は熱処理帯域を示し、その中間に未処理区
域１５がある。

前記の第２同時出頗の実施に際して、帯域１４の長さく
ｘ）は１，５節、好ましくは０．５闘以下とする。

また圧延方向ＲＤにおける未処理区域の長さくＸ）は少
なくとも２ｍｍとする。処理時間は０．２６秒〜約０．
１５秒またはこれ以下の範囲とする。約１０　ｋＨｚ〜
約２７ＭＨｚの電流周波数を使用すれば効果的である。

熱処理帯域１４は約８００℃以上の温度に加熱される。

また、ギャップ１２は少なくとも約０．０７６ｚｍの巾
を有しなげればならない。

熱処理帯域１４は前記の第１同時出願について述べた種
々の方法のいずれかによって作ることができ、またス）
　ＩＪツブの平坦性を保持するために、熱処理中にスト
リップを２．５　ＭＰａ以上の圧力のもとに保持しなけ
ればならない。圧延方向ＲＤにおける未処理区域の長さ
くＸ）は少なくとも２ｍｍとする。

第５図は、前記の第１、第２同時出願のいずれかの教示
を実施して電気鋼のストリップ１３の中に、未処理区域
１５によって分離された複数の焼なまし帯域または熱処
理帯域１４を生じる本発明の他の実施態様を示す。この
実施態様においてロー２１６が装備される。ローラ１６
は任意の非磁性、非導電性材料で作ることができる。ロ
ーラ１６はその外周縁近くに、複数の加熱要素９を搭載
されまたは埋設されている。加熱要素９は第３図と第４
図の加熱要素９と類似である。もちろんこれらの加熱要
素は第１図及び第２図の加熱要素１および５と類似であ
る。各加熱要素は導線１０と、フェライトコア１１を含
み、このコアはその中にエアギャップ１２を備える。各
誘導加熱装置９のエアギャップはローラ１６の外周面に
あり、ローラの縦方向に延びている。これらの誘導加熱
装置９は未処理間隔１５の所望長さくＸ）に等しい距離
をもって、ローラ１６の外周に沿って均等間隔で配置さ
れている。ローラ１６はストリップの線速と同期となる
ように、矢印Ａの方向に回転するように駆動される。各
誘導加熱装置９が第５図において９ａに示す位置に達し
たとき、その導線ｌＯを通して高周波電流がパルス印加
されて焼なまし帯域または熱処理帯域１４を生じる。

本発明は前記の説明のみに限定されるものでなくその主
旨の範囲内において任意に変更実施できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の誘導加熱装置の１実施態様の部分斜視
図、第２図は本発明の誘導加熱装置の他の実施態様の部
分斜視図、第３図は電気鋼ストリップ上に、平行に離間
された焼なまし帯域または熱処理帯域を備えるために本
発明の誘導加熱装置を応用する場合を示す部分斜視図、
第４図は第３図の構造の端面図、また第５図は本発明の
複数の誘導加熱装置を担持したローラを示す端面図であ
る。 １．５．９・・・誘導加熱装置、２　、６　、１０・・
・導線、３　、７　、１１・・・コア、４　、８　、１
２・・・エアギャップ、１３・・・スト１）ツブ、１４
・・・熱処理帯域、１５・・・中間未処理区域。 出瓢人代理人　　猪　　股　　　　清

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、導線と、前記の導線を包囲する磁性材料の細長いコ
   アとを含む、金属工作物の局部加熱用高周波誘導加熱装
   置において、前記コアの縦方向に延び誘導子コアのエア
   ギャップを成す狭いみそ穴を前記コアの中に具備し、前
   記導線は高周波電源に接続され、この様にして金属工作
   物が前記エアギャップの近傍において前記コアに隣接し
   て、好ましくは接触して配置されまた前記導線を通して
   高周波電流が導通されるとき、前記工作物の狭い帯域が
   誘導された渦電流によって加熱されることを特徴とする
   高周波誘導加熱装置。 ２、前記の導線は銅またはアルミニウムから成ることを
   特徴とする特許請求の範囲第１項による装置。 ３、前記の導線と前記のコアの少くとも一方を冷却する
   装置を具備することを特徴とする特許請求の範囲第１項
   による装置。 ４、＃記のコアは磁性材料の絶縁されたラミネーション
   から成ることを特徴とする特許請求の範囲第１項による
   装置。 ５、前記のコアは絶縁されたケイ素鉄ラミネーションか
   ら成ることを特徴とする特許請求の範囲第１項による装
   置。 ６前記のコアは高抵抗率磁性材料から成ることを特徴と
   する特許請求の範囲第１項による装置。 ７、前記のコアはフェライトから成ることを特徴とする
   特許請求の範囲第１項による装置。 ８、前記のギャップは少くとも０００３インチの幅を有
   することを特徴とする特許請求の範囲第１項による装置
   。 ９、前記のギャップは約０．００３インチ乃至約０．１
   インチの幅を有することを特徴とする特許請求の範囲第
   １項による装置。 １０、前記の高周波電流は約１０　ｋＨｚ乃至約２７　
   ＭＨｚの範囲内にあることを特徴とする特許請求の範囲
   第１項による装置。 １１、前記のコアは前記の導線に対して回転自在に取付
   けられていることを特徴とする特許請求の範囲第１項に
   よる装置。 １２、ローラと、前記ローラの外周部に等間隔で搭載さ
   れた複数の誘導加熱装置とを含み、前記ローラは非磁性
   −非導電性材料から成り、前記の誘導加熱装置の前記ギ
   ャップは前記ローラの外周面に配置される特許請求の範
   囲第１項による装置、