JPS6161510B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は高周波誘導加熱装置に関するものであ
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を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。

“キユーブオンエツジ方向性ケイ素鋼の局部焼
なまし処理法”という名称の同時出願された特願
（以下に第１同時出願と略称す）は、規則的およ
び高透磁率キユーブオンエツジ方向性電気鋼の鉄
損を改良するためにこれを局部焼なましする方法
を教示している。この第１同時出願によれば、こ
のよう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焼なましに際し
て、ストリツプの焼なまされていない中間区域に
おける２次キユ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次結晶粒によつて消耗され、より小
径の２次結晶粒と低い鉄損を有するキユーブオン
エツジ方向性電気鋼を生じる。

“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
分化によつて顕著な鉄損改良をもたらす粒径の複
数の磁区（magnetic domain）を有する型の磁性
材料の鉄損を改良するための方法を開示してい
る。磁性材料（キユーブオンエツジ規則的方向性
ケイ素鋼ストリツプ、キユーブオンエツジ高透磁
率方向性ケイ素鋼ストリツプおよびキユーブオン
フエースケイ素鋼など）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、施用絶縁コーテイ
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
0.15秒以内）に約800℃以上の温度に加熱する。
この局部熱処理されたストリツプを800℃〜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つて、ミルガラス
までは施用絶縁コーテイ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
の場合のようにケイ素鋼ストリツプの加工工程中
の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ユー
ブオンエツジまたはキユーブオンフエースケイ素
鋼を局部熱処理する場合について説明する。従つ
て本明細書および特許請求の範囲において“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置は、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
面における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構造簡単で、他の多く
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
すい。

本発明によれば、金属工作物を局部加熱するた
めの高周波誘導加熱装置において、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ぞ穴が延び、この
みぞ穴が誘導子コアのエアギヤツプを成し、前記
導線は高周波電源に接続され、金属工作物が前記
コアの前記ギヤツ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
によつて加熱されるようにした高周波誘導加熱装
置が提供される。

この誘導加熱装置を使用する際に、その誘導子
コアのエアギヤツ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、このエアギヤツプ
が工作物に入る磁束を集中させる。これは工作物
の中に電圧を誘導し、エアギヤツプに沿つて平行
に工作物の中を流れる渦電流を生じる。その結
果、工作物の狭い帯域の急速局部加熱が行なわれ
る。

高周波電流は約10kHzから約27MHzまでの範
囲とする。当業者には理解されるように、最小周
波数は工作物の厚さによつて決定されるが、最大
周波数は工作物の工作物中への渦電流の所要の進
入度によつて決定される。導線とコアはいずれも
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構成され
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エ
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に離間された焼なまし処
理帯域または加熱処理帯域を電気鋼ストリツプに
対して横方向に作る際に（前記の同時出願の場合
のように）、この誘導加熱装置をストリツプに対
して横方向に配置し、ストリツプを圧延方向に移
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つて、ストリ
ツ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個以上のギヤツプを備えることがで
きよう。さらに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つて、均等間
隔に配置し、各誘導加熱装置の誘導子コアの加熱
ギヤツプをローラの外周面に配置させることがで
きる。電気鋼ストリツプをローラに沿つて移動さ
せローラを回転させる際に、加熱装置の誘導子コ
アのエアギヤツプがこのストリツプに隣接しまた
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す実施例について詳細に
説明する。

まず第１図について述べれば、本発明の誘導加
熱装置の実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。コア３は、電磁ケイ素鋼などの適当
な磁性材料から成る複雑の絶縁されたラミネーシ
ヨンによつて構成される。ラミネーシヨンの厚さ
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。比較的薄いラミネーシヨンのコア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は縦方向みぞ穴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
ヤツプを成す。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、導線をラミネーシヨンから、任意適当な手
段、例えば第１図に図示のエアギヤツプなどによ
つ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実施
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はフエライト材料で作られ
る。フエ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
ヤツ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つ
て絶縁されることが好ましい。ただし、ある種の
フエ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てある。同
じく導線２は正方形断面を示し、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流（図示されず）に接続さ
れる。高周波電流は約10kHz〜約27MHzの範囲
とすることができる。

フエライトコア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よりも好まし
い。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環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。コアはエアジエツト
またはその他の適当な手段によつて冷却すること
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図の実施態様の動作説明は
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。しかしエアギヤツプ
８がコア７の磁気回路の中断部を成す。磁束はギ
ヤツプ８を飛び超えようとして、その際にこのギ
ヤツプ８からコア７の外側に拡大する傾向を示
す。その結果、エアギヤツプ８は明確な路線に沿
つて磁速を集中させる。金属工作物がギヤツプ８
に隣接（好ましくは接触）配置されているとき、
ギヤツ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。ギヤツプの
付近において、これらの渦電流はギヤツプに対し
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のギヤツプ８の幅、ギヤツ
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つて影響される。例えば工作
物がギヤツプ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とギヤ
ツプ８の所で接触することが好ましい。ギヤツプ
のサイズは、工作物の磁界進入幅を決定し、従つ
て工作物の加熱区域の幅を決定する。ギヤツプが
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、ギヤツプの幅が広いほど、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
さが大になる。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
深さは周波数によつても決定される。

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とフエライト材料のコア１１
とを含む。コア１１はその内部にエアギヤツプ１
２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く中実導線で
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ツプ１３を示している。こ
の電気鋼ストリツプ１３は加熱装置９の上を圧延
方向に、エアギヤツプ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する際に、電
気鋼ストリツプ１３は、２次結晶粒の成長によつ
てキユーブオンエツジ配向をうる最終高温焼なま
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、
鋼ストリツ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％大、好ましくは少なく
とも50％大であれば、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
し区域における２次キユーブオンエツジ結晶粒の
成長を制御する。焼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次結晶粒によつて消耗
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ユ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
域はダツシユ線１４で示されている。中間の焼な
ましされていない区域は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
長さを有する。焼なまされていない区域は圧延方
向RDにおいて長さＸを有する。焼なまし帯域１
４の長さｘは約0.5mm〜約2.5mmとし、非焼なまし
区域１５の長さＸは少なくとも３mmとしなければ
ならない。

ストリツプ１３を矢印方向RDに動かすことに
よつて、狭い平行な焼なまし帯域１４が生じる。
各焼なまし帯域は、導線１０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１０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つて、焼なまし帯域
１４の所要間隔Ｘをもつて同様の結果が得られ
る。この場合、コア１１は複数のギヤツプ１２を
備えることができよう。

約0.076〜約2.5mm幅のエアギヤツプ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10kHz〜約
27MHzの電流周波数を使用することができる。
ストリツ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、2.5MPa以上の圧力下にストリ
ツプを保持しなければならない。これは、コア１
２とストリツプの上支持面（図示されず）との間
においてストリツプ１３に対して圧力を保持する
ことによつて実施することができる。

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ユ
ーブオンエツジ規則的または高透磁率方向性ケイ
素鋼ストリツプまたはキユーブオンフエースケイ
素鋼ストリツプに対して局部熱処理を実施し、ス
トリツプの圧延方向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、このストリツプの鉄損が
改良されう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図のストリツプ１
３は、この場合、複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同時出願の実施に際して、帯域１４
の長さｘは1.5mm、好ましくは0.5mm以下とする。
また圧延方向RDにおける未処理区域の長さ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10kHz〜
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、ギヤツプ１２は少なくとも約
0.076mmの巾を有しなければならない。

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つて作ることが
でき、またストリツプの平坦性を保持するため
に、熱処理中にストリツプを2.5MPa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ツプ１３の中
に、未処理区域１５によつ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
ーラ１６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１
６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、フエライトコア１１を含み、このコアはその
中にエアギヤツプ１２を備える。各誘導加熱装置
９のエアギヤツプはローラ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Ｘに等しい距
離をもつて、ローラ１６の外周に沿つて均等間隔
で配置されている。ローラ１６はストリツプの線
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１
０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
ツプ上に、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、４，８，１２…
…エアギヤツプ、１３……ストリツプ、１４……
熱処理帯域、１５……中間未処理区域。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 電気導体と、前記の導体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ヤツプを成す狭いみぞ
   穴を前記コアの中に具備し、前記導体は高周波電
   源に接続され、この様にして金属工作物が前記エ
   アギヤアツ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体を
   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つて加熱され
   ることを特徴とする高周波誘導加熱装置。 ２ 前記の導体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 前記の導体と前記のコアの少なくとも一方を
   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 前記のコアは磁性材料の電気的に絶縁された
   ラミネーシヨンでつくられ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 前記のコアは電気的に絶縁されたケイ素鉄ラ
   ミネーシヨンでつくられ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でつくられる
   ことを特徴とする特許請求の範囲第１項による装
   置。 ７ 前記のコアはフエライトでつくられることを
   特徴とする特許請求の範囲第１項による装置。 ８ 前記のギヤツプは少なくとも0.003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 前記のギヤツプは約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10kHz乃至約
   27MHz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体に対して回転自在
   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−非誘電性材料でつくられ、前記の
   各誘導加熱装置のコアは前記ローラの軸線に対し
   て平行に前記ローラの長手方向に延び、前記の各
   誘導加熱装置の前記ギヤツ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。