JPS63211587A - 金属パイプの誘導加熱コイル - 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】 Ａ、産業上の利用分野 本発明は、スリットを形成した金属パイプのエツジの加
熱効率を向上させた金属パイプの誘導加熱コイルに関す
る。

Ｂ１発明の概要 本発明は、スリットを形成した金属パイプの工ッジに対
向させて金属パイプの長手方向へ沿って順次にエツジを
誘導加熱する金属パイプの誘導加熱コイルにおいて、 板状の導体にスリットの伸びる方向へ少なくとも２以上
の貫通孔を形成するとともに夫々の貫通孔から導体の一
方側の端面まで切欠部を形成して誘導加熱コイルを構成
し、スリットと直角な直角部の幅を小さくかつスリット
と平行な平行部の幅を大きくして直角部から平行部へ向
かって幅が急速に大きくなるよう形成することにより、
金属パイプのエツジでは収束しかつエツジ以外では分散
する誘起電流をスリットの両側に生じさせ、エツジのみ
を集中的に加熱して誘導加熱コイルのコイル内効率を高
めたものである。

Ｃ３従来の技術 金属板を曲げ加工することによって形成されたスリット
を有する金属パイプのエツジを、例えば電縫管を製造す
る場合の予熱のように、加熱するにはいろいろな手段が
ある。

金属パイプのエツジを加熱するには、従来、第５図、第
６図に示す誘導加熱コイルを使用している。

第５図（ａ）に示す誘導加熱コイル１は、小径の金属パ
イプ２をその長手方向へ搬送しながらエツジ２ａを順次
誘導加熱するものであり、誘導加熱コイルｌが金属パイ
プ２を囲繞するように形成されている。一方、第６図（
ａ）に示す誘導加熱コイル３は、大径の金属パイプ２を
その長手方向へ搬送しながらエツジ２ａを順次誘導加熱
するものであり、一平面上に形成されるとともに金属パ
イプ２のエツジ２ａと対向させて使用される。

前者を用いた場合は、第５図（ｂ）に示すように誘導加
熱コイル１の各部と対向する位置に、誘導加熱コイルｌ
を流れる電流の方向と反対方向の誘起電流が流れ、つま
りエツジ２ａを流れる電流ｉと金属パイプ２の周方向へ
流れる電流ｉとが循環流路を形成して流れ、エツジ２ａ
を流れる電流ｉによってエツジ２ａが加熱される。円周
方向へ流れる電流ｉではエツジ２ａ以外の部分が加熱さ
れてエツジ２ａの加熱には使用されないので、電気エネ
ルギーの多くがエツジ２ａ以外の部分の加熱に使用され
ることとなる。電力をエツジ２ａの加熱のために使用す
る電力効率は、コイル効率（（パイプに誘起された電力
量／コイルに投入された電力１）ｘｌＯＯ）とペイプ内
効率（（エツジでの発熱量／パイプ全体での発熱！りＸ
１００）との積で与えられ、誘導加熱コイルｌのパイプ
内効率は３５％〜５０％である。なおコイル効率は７５
％程度である。

後者あるいは後者を金属パイプ２の周方向に沿って第５
図（ａ）の誘導加熱コイルｌのように曲げたものを用い
た場合は、第６図（ｂ、）に示すように加熱コイル３の
金属パイプ２の長手方向に延在する導体３ｃ、３ｄおよ
び３ｅを流れる電流に対応して金属パイプ２の長手方向
に沿って逆方向に流れる誘起電流ｉｃが金属パイプ２の
円周に沿ってエツジ方向へ向う電流ｉａと反対方向へ向
う電流ｉｂとに分岐し、電流ｉａはエツジ２ａを流れて
エツジ２ａを加熱する循環流路を形成する。

対向する他側のエツジ２ａにおいても同様である。

他方の電流ｉｂは金属パイプ２の円周をエツジ２λと反
対側に流れて金属パイプ２の反対側で電流ｉｃと合流し
、再び円周をエツジ２ａと反対側に流れる循環流路を形
成する。つまり、３つの循環流路が形成される。この誘
導加熱コイル３を用いた場合においても、誘起電流がエ
ツジ以外の広い範囲を流れるのでエツジ以外の部分で多
くの電力が消費され、前者と同様にパイプ内効率は３５
〜５０％、コイル効率は７５％程度である。

第６図（ａ）に示す誘導加熱コイル３を用いて金属パイ
プ２を誘導加熱した場合の、金属パイプ２の円周方向で
の外周表面Ｐ、Ｑ、Ｒの各部の温度変化を誘導加熱しな
がら測定したところ、第７図に示す結果を得た。図にお
いてＰ、Ｑ、Ｒは第６図（２Ｌ）における金属パイプ２
の各部Ｐ、Ｑ。

Ｒと対応する。即ち、Ｐはエツジ２＆の先端、Ｒは誘起
電流ｉｃが最も多く流れる部位、Ｑはその中間の部位で
ある。図のように、温度上昇が速いのはＰ、Ｒ，Ｑの順
であるが、コイル終端部を通過した直後にはＰ、Ｑ、Ｒ
の温度が接近することがわかる。

Ｄ１発明が解決しようとする問題点 従来のようにコイル内効率が低いと、金属パイプのエツ
ジ以外の部分が加熱されて無駄な電気エネルギーを消費
するだけでなく、エツジのみの温度上昇があまり期待で
きず、エツジ以外の部分も昇温しでしまうという問題が
ある。

そこで本発明は、斯かる問題を解決した金属パイプの誘
導加熱コイルを提供することを目的とする。

Ｅ０問題点を解決するための手段 斯かる目的を達成するための本発明の構成は、円周方向
の一ケ所に長手方向に沿って伸びるスリットを形成して
なる金属パイプのエツジを当該金属パイプの長手方向へ
順次加熱する金属パイプの誘導加熱コイルにおいて、金
属パイプのスリットと対向する板状の導体にスリットと
対向する貫通孔をスリットの伸びる方向へ少な（とも２
以上形成するとともにスリットと略直角な方向へ伸びる
切欠部を夫々の前記貫通孔から前記導体の一方側の端面
まで貫通させ、前記導体のうち前記スリットと対向して
いて前記スリットと略直角な方向へ伸びる直角部の幅を
小さくかつ前記スリットから離れていて前記スリットと
略平行な方向へ伸びる平行部の幅を大きく設定するとと
もに直角部から平行部へ向かって幅が急速に大きくなる
形状とし、前記切欠部によって分割されることで前記導
体の一方側に形成された少なくとも３以上の接続部をひ
とつおきにまとめて電源に接続したことを特徴とする。

Ｆ０作用 誘導加熱コイルを金属パイプのスリットに対向させた状
部で、誘導加熱コイルに通電するとともに金属パイプを
その長手方向へ搬送する。すると、電流はひとつおきに
形成された一群の接続部から幅の狭い一群の直角部を夫
々流れた後に幅の広い平行部へと流れ、幅の狭い他群の
直角部を流れて他群の接続部へと流れるか、又はこの逆
の方向へ流れる。

誘導加熱コイルと対向する金属パイプの各部分には誘導
加熱コイルを流れる電流の方向と反対方向へ流れる電流
が誘起される。そのため、夫々の貫通孔と対向するスリ
ットの両側には夫々循環流路が形成され、循環流路の幅
は、エツジではスリットを介した両側での誘起電流の方
向が相互に反対であることによる近接効果で小さくかつ
エツジ以外では誘導加熱コイルの平行部と対向するため
大きく、しかも誘導加熱コイルの幅が直角部から平行部
へ向かって急速に大きく形成されていることから循環流
路の幅もエツジから離れると急速に大きくなるとともに
短い流路長でエツジ以外の循環流路が形成される。した
がって、エツジ以外を流れる電流が分散して小さい電流
密度でかつ短い流路を流れるのでエツジ以外での発熱を
抑制するとともにエツジを流れる電流が収束してエツジ
のみが効率良く加熱される。また、エツジ以外では幅が
広く距離が短い循環流路を形成するために誘起電流がス
リットと反対側の金属パイプの表面へは流れないことと
隣り合う直角部を流れる誘起電流の方向が相互に反対で
あるために貫通孔を貫通する方向へ生じて金属パイプと
交鎖する磁束が同方向に加算されることもエツジの加熱
効率の向上を助長する。

Ｇ、実施例 以下、本発明を図面に示す実施例に基づいて詳細に説明
する。

本発明による誘導加熱コイルを第１図に示す。

誘導加熱コイル６は、金属パイプ２のスリット５と対向
する板状の導体（第４図参照）に、スリット５と対向す
る円形の貫通孔７を、スリット５が伸びる方向へ本実施
例では２つ形成し、スリット５と略直角な方向へ伸びる
切欠部４を夫々の貫通孔７から導体の図中左側の端面ま
で貫通させることによって形成されている。そして、ス
リット５と略直角な方向へ伸びる直角部８の幅Ｗ、、Ｗ
、。

Ｗ３が小さくかつスリット５と略平行な方向へ伸びる平
行部９の幅Ｗ　４．　Ｗ　ｓ、　Ｗ　ｓ、Ｗ　７が大き
く設定され、前記貫通孔７を円形とすることにより直角
部８から平行部９へ向かって誘導加熱コイル６の幅が急
速に大きくなるように形成されている。

切欠部４によって形成された接続部ｔｏ、ｔｔ。

１２がひとつおきに、即ち接続部１０と接続部１２とが
まとめて接続導体としてのケーブルＩ３を介して、また
一方、接続部１１がケーブル１４を介して電Ｒ１５に接
続されている。

次に、斯かる誘導加熱コイルの作用を説明する。

ｉｆ図に示すように金属パイプ２のスリット５と対向し
た状態に誘導加熱コイル６を配置するとともにケーブル
１３．１４を介して電源１５に接続し、金属パイプ２を
その長手方向へ搬送する。

電流が接続導体としてのケーブル１３から一群の接続部
１０．１２へ流れる場合は、電流は図中の上下の幅の小
さい一群の直角部８．８を通ったあと急激に分散し、幅
の大きい平行部９．９を通って他群の直角部８から他群
の接続部１１を通ってケーブル１４へと流れる。一方ケ
ーブル１４から他群の接続部１１へ流れる場合はこの逆
の流れとなる。

誘導加熱コイル６に前者の方向の電流が流れると、金属
パイプ２の外周面にはこの電流の方向と反対方向へ向か
う誘起電流が流れ、夫々の貫通孔７と対向するスリット
５の両側には夫々循環流路１６が形成される（第２図参
照）。夫々の循環流路１６では、スリット５の両側のエ
ツジ２ａを流れる電流Ｉが相互に方向が反対であること
により近接効果によって収束して流れる一方、誘導加熱
コイル６の幅の広い平行部９と対向する部分（イ）を流
れる電流Ｉは分散して流れ、しかも貫通孔７が円形であ
ることにより誘導加熱コイル６の幅か直角部８から平行
部９へ向かって急速に大きくなっているので、誘導加熱
コイル６に単に直角部と平行部とを設けた場合上りもエ
ツジ２ａから僅かに離れた部分（ロ）の電流Ｉも分散さ
せる。また（口）と（イ）とで形成されるエツジ２ａ以
外での誘起電流Ｉの循環通路は夫々はぼ半円形に形成さ
れるので単に直角部と平行部とを設けた場合よりも短い
最短距離でエツジ２ａ以外の循環流路が形成される。

抵抗をＲとすると発熱量は■２Ｒで表されるため、電流
Ｉが分散して幅広くかつ短い流路長で流れるエツジ２ａ
以外の部分（イ）、（ロ）では抵抗Ｒが小さいために発
熱損失が少なく、逆にエツジ２ａでは電流Ｉが収束して
流れるため抵抗Ｒが大きく発熱量が多い。誘導加熱コイ
ル６の導体幅がエツジ２ａと対向する部分以外では急速
に大きくなることにより、金属パイプ２のエツジ２ａの
みを有効に加熱する上うに電流Ｉｈ＜誘起され、コイル
内効率が高くなる。

また、誘起された電流■は金属パイプ２のスリット５の
両性側の部分で幅広く短い流路長の循環流路１６を形成
して流れるのでスリット５の反対側の加熱不用な部分へ
は流れない。更に、第３図に示すように誘導加熱コイル
６の貫通孔７の位置では隣り合う直角部８を流れる電流
■の方向が相互に反対であるため、直角部８を流れるこ
とによって生じる磁束φの方向が隣りどうしで加算され
て金属パイプ２を貫通する交番磁束となるので、金属パ
イプ２に電流■が有効に誘起して加熱効率が高まる。

以上のことから、エツジ２ａ以外の部分での発熱損失が
少なくなる一方、エツジ２ａでの発熱が飛躍的に増大し
、エツジ２ａを加熱するパイプ内効率が７５％に向上し
た。

なお、本実施例では貫通孔を円形とすることによって誘
導加熱コイルの直角部から平行部へ向かって幅が急速に
増大するように形成したが、スリットと対向する部分を
対角線とする四角形にしてもよい。また、本実施例では
導体に２ケの貫通孔と切欠部とを形成した誘導加熱コイ
ルについて示したが、金属パイプの外径寸法が比較的大
きい場合などは貫通孔及び切欠部を３ケ以上に増やし、
スリットと直角な直角部の数を４以上としてもよい。更
に、誘導加熱コイルは平板状に限らず、第４図に二点鎖
線で示すように金属パイプとの距離が円周方向に沿って
同一となるように金属パイプの円周方向に沿って円弧を
描く形状としてもよい。

Ｈ９発明の詳細 な説明したように本発明による金属パイプの誘導加熱コ
イルによれば、以下の効果がある。

（イ）誘導加熱コイルの幅は直角部が小さく平行部の幅
が大きくかつ直角部から平行部へ向かって幅が急速に大
きくなるので、金属パイプのエツジでは誘起電流の電流
密度が大きくエツジ以外では電流密度が急速に小さくな
り、加熱不要部分では電流密度の大きい部分が皆無とな
るとともにエツジ以外では短い流路長で誘起電流の循環
流路が形成される。

（ロ）誘導加熱コイルの直角部と平行部とによって金属
パイプにおけるスリットを挟んだ両側に、エツジ以外で
は幅広く短い流路長の循環流路が形成されるので、誘起
電流が加熱不要なスリットの反対側の金属パイプの表面
まで流れることがない。

（ハ）誘導加熱コイルにおける隣り合う直角部を流れる
電流の方向が相互に反対であるため、直角部を流れるこ
とによって生じる磁束φの方向が隣りどうしで加算され
、加熱効率を高める。

上記の効果が生じることから、金属パイプのエツジ以外
では誘起電流による発熱損失が非常に少なく、逆にエツ
ジでは発熱が増大し、金属パイプのエツジを効率よく加
熱することができるのでエツジを加熱するためのパイプ
内効率は７５％の高い効率となる。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第４図は本発明による金属パイプの誘導加熱コ
イルの実施例に係り、第１図は誘導加熱コイルの平面図
、第２図は展開して示す金属パイプおよび金属パイプに
誘起した誘起電流の流れを示す平面図、第３図は第１図
のＡ−Ａ矢視図、第４図は第１図のＢ−Ｂ矢視図、第５
図（ａ　）、　（ｂ　）と第６図（ａ）、（ｂ）は従来
の誘導加熱コイル及び金属パイプに誘起した誘起電流の
流れを示す斜視図、第７図は従来の誘導加熱コイルの性
能を示すグラフである。 ４・・・切欠部、５・・・スリット、６・・・誘導加熱
コイル、７・・・貫通孔、８・・・直角部、９・・・平
行部、１０゜１１．１２・・・接続部、１６・・・循環
流路。 第１図 Ｓ　　−−−−−スリット 第２図 金属パイプへ展開図 第３図 第１０のＡ−Ａ矢視図 第４図 １１図のＢ−Ｂス視図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 円周方向の一ケ所に長手方向に沿って伸びるスリットを
   形成してなる金属パイプのエッジを当該金属パイプの長
   手方向へ順次加熱する金属パイプの誘導加熱コイルにお
   いて、 金属パイプのスリットと対向する板状の導体にスリット
   と対向する貫通孔をスリットの伸びる方向へ少なくとも
   ２以上形成するとともにスリットと略直角な方向へ伸び
   る切欠部を夫々の前記貫通孔から前記導体の一方側の端
   面まで貫通させ、前記導体のうち前記スリットと対向し
   ていて前記スリットと略直角な方向へ伸びる直角部の幅
   を小さくかつ前記スリットから離れていて前記スリット
   と略平行な方向へ伸びる平行部の幅を大きく設定すると
   ともに直角部から平行部へ向かって幅が急速に大きくな
   る形状とし、前記切欠部によって分割されることで前記
   導体の一方側に形成された少なくとも３以上の接続部を
   ひとつおきにまとめて電源に接続したことを特徴とする
   金属パイプの誘導加熱コイル。