JPS6349865B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は高周波誘導加熱コイル装置に関し、さ
らに詳しくはアルミニウム板等のような非磁性金
属板の端縁部の加熱に特に適した高周波誘導加熱
コイル装置に関する。

金属板、特に缶胴成形機において丸められた金
属板の端縁部を加熱するための高周波誘導加熱コ
イル装置として、特公昭49−3409号に電流の方向
が逆向きの１対の導体よりなる高周波加熱コイル
と、当該加熱コイルを包囲する高透磁率材料より
なる磁芯を含む高周波誘導加熱コイル装置が提案
されている。この形式のコイル装置はぶりきやテ
インフリースチール等の強磁性体よりなる金属板
の端縁部の加熱には適しているが、アルミニウム
板（本明細書においてはアルミニウム合金板をも
含めてアルミニウム板とよぶ）等のように非磁性
体金属板の端縁部の加熱の場合は、熱効率が低く
（例えば約20％）、従つて端縁部を熱融着性フイル
ムを介して重ね合せ熱融着して缶胴体を形成する
には、大きな電力を必要とするという問題を有す
る。一方非磁性体よりなる金属板の端縁部の加熱
に適した高周波誘導加熱コイル装置として、特開
昭49−129239号等に、端縁部を挾んで電流の方向
が同向きの一対の第１の導体の組と、第１の導体
と隔離に延在する電流の方向が第１の導体と逆向
きの一対の第２の導体の組よりなるコイルと該コ
イルを包囲するフエライトコアを含む加熱コイル
装置が提案されている。この場合はフエライトコ
アのふところが深くなるため、缶胴成形機に取付
ける場合、マンドレルの下方の空窩部（第１１図
の１６および１７参照）の容積を大きくしなけれ
ばならず、従つてマンドレルの強度が小さくなる
という問題を有する。さらに缶胴成形機におい
て、金属板は第１１図に示すようにマンドレル１
６に巻きつけられるが、そのさい円筒状形状を保
つためと、加熱コイル内での位置決めを正確にす
るため、図示されない機構により外側から押付け
て固定される。マンドレル１６の空窩部１７が大
きくなると、上記押付け部分（巻付け部分）が小
さくなるので、正確な位置決めが困難になり、ま
た円筒状形状を保てなくなるおそれが生ずる。

本発明は以上の述べたような従来技術の問題の
解消を図ることを目的とするものである。

上記目的を達成するため本発明は、金属板の端
縁部を加熱するための高周波誘導加熱コイル装置
において、該金属板の端縁部よりも僅かに長さが
短かく、かつ長さ方向に直角な断面がほぼコ字形
の高透磁率材料よりなる磁芯、該磁芯のふところ
の上面と下面に対向して夫々設けられた、同一方
向の電流が流れる第１の導体と第２の導体、およ
び該磁芯の長手方向外周面を覆つて延び、第１の
導体および第２の導体と反対方向の電流が流れる
板状の導体を備えることを特徴とする高周波誘導
加熱コイル装置を提供するものである。

以下実施例を示す図面を参照しながら本発明に
ついて説明する。

第１図、第２図、第３図および第４図は、高周
波誘導加熱コイル装置Ａを示したものであつて、
１は長さ方向に直角な断面がほぼコ字形の高透磁
率材料（例えばフエライト）よりなる磁芯であつ
て、磁芯１のふところ２の上面１ａおよび下面１
ｂの中間には、夫々導体３および導体４が対向し
て固設されている。磁芯１の長手方向外周面の上
半部および下半部は、夫々板状の導体５および６
によつて電気絶縁材シート７を介して覆われてい
る。８および９は夫々導体５および導体６と接続
する導体であつて、導体５および導体６は導体８
あるいは導体９を介して、導体３、導体４あるい
は高周波発振装置１０（第５図、第６図参照）に
接続される。非磁性体の金属板の端縁部を有効に
加熱するためには、ある瞬間における導体３およ
び導体４を流れる電流の方向が等しく、かつ、導
体５および導体６を流れる電流の方向が導体３、
導体４の夫と反対であることが重要である。第５
図、第６図はそのための結線図を示したものであ
る。第５図においては、電流は高周波発振装置１
０→導体５→導体３→導体６→導体４→高周波発
振装置１０の順に流れ、導体５，３，６，４は直
列に接続されている。第６図においては１個の板
状の導体５′が磁芯１の長手方向外周面を覆つて
おり、電流は高周波発振装置１０→導体５′→導
体３および導体４→高周波発振装置１０の順に流
れ、導体３，４は並列に接続されている。このよ
うな電流回路が形成されているとき、非磁性体金
属板１１の端縁部１１ａを第４図に示すように、
その端面１１a′が導体３および４よりもふところ
２の内側に位置するように挿入、停止すると、磁
芯１の端面１ｃ附近を除いては、磁芯１のコ字形
断面に沿つて流れ、かつふところ２内においては
端縁部１１ａおよび端面１１a′に沿つて、その外
側をほぼ平行に流れる磁束１２が形成され、端縁
部１１ａは渦電流効果によつて加熱される。

この加熱コイル装置Ａを用いて非磁性金属板を
加熱する場合、導体３と４の間隔は狭いほど加熱
効率が高い。しかし該導体間の間隔をあまり狭く
すると金属板１１を導体３，４に触れないように
挿入する位置決めが困難であり、操作性に問題が
ある。従つて導体３，４の間隔はある程度離れて
いなければならないが、上記間隔を広げると加熱
効率を上げるため金属板のつつ込み深さを大きく
しなければならず、この状態で金属板１１が加熱
された場合、金属板が熱歪により導体３，４の面
に接触してスパークするおそれがある。そこで導
体３，４の表面を琺瑯のような平滑なガラス質膜
１８（第４図）で被覆して、熱歪によるスパーク
を防止し、かつ磁芯１（例えばフエライトよりな
る）との絶縁性を保つことが好ましい。以上の点
を考慮して、導体３，４間の間隔は約２〜７mmで
あることが望ましい。

磁芯１の長さは端縁部１１ａの長さより僅かに
短かいことが好ましい。第７図は両者の長さが上
記のように好ましい関係にある場合の端縁部１１
ａの所定時間挿入後の温度分布の例を示したもの
であつて、端縁部１１ａの若干の長さの僅かに温
度の低い両端部１１a″を残して、正常加熱部１３
（例えばナイロン１２の熱融着に好適な温度であ
る約230℃、かつ幅５〜７mm）が形成される。し
かし端部１１a″より若干金属板１１の中央寄りの
位置に過熱部１４（例えば約400℃）が形成され
る。この形成原因は次のように考えられる。すな
わち磁束は最短路を通つて流れるため、磁芯の端
面１ｃに沿う磁束１２′は第８図に示すように、
過熱部１４を回り込むようにして流れる。（この
現象を本明細書においてはエツジ効果とよぶ）た
めと考えられる。過熱部１４の領域の大きさは端
縁部１１ａの長さによつて異なり、磁芯１の端面
１ｃからの金属板のはみ出し部分が大きいほど小
さくすることができる。従つて実用上差支えない
ほど小さな領域にすることは、磁芯あるいは端縁
部１１ａの長さを変えることにより経験的に容易
にできる。このような温度分布の不均一現象を作
業方法によつて防止する対策については後述す
る。

次に端縁部１１ａの長さが磁芯１の長さよりも
遥かに長い場合は、第９図に示ように過熱部は生
じないが、未加熱の端縁部１１a″の長さが大きく
なるので好ましくない。一方第１０図に示すよう
に、端縁部１１ａの長さが磁芯１の長さよりも短
かい場合は、端縁部１１ａに沿い正常加熱部１３
はほぼ一様に形成されるが、前述のエツジ効果が
著しくなつて、過熱部１４の温度はアルミニウム
の場合、当該金属が長さ１cm位にわたり完全に溶
融する程度にまで上昇するので、好ましくない。
以上の点を考慮して、磁芯１の長さは端縁部１１
ａの長さよりも、片側で約４〜８mm程度短かいこ
とが好ましい。

第７図の態様の場合は、過熱部１４の領域面積
をなるべく小さくするように磁芯１の長さを定
め、例えば缶胴成形機に取付けられた加熱コイル
装置Ａに金属板１が停止中、殆んど正常加熱部１
３のみが加熱されるように高周波発振器の出力お
よび加熱時間を定め、金属板１１を停止させて端
縁部１１ａを加熱する。

一方端縁部１１ａが磁芯１の長手方向に進行す
る（磁芯１内に入る過程と出る過程を含む）さい
にも高周波発振器を稼動させ、出力を停止時の出
力よりも小さくし、（例えば1/3）、かつ進行速度
を適当に定めることにより、端部１１a″および過
熱部１４に対応する領域を所望の温度に加熱でき
る。後者の工程の場合は出力が小さいので、エツ
ジ効果が弱まり、従つて両加熱工程を合せた結
果、端縁部１１ａは長さ方向全域にわたり所望の
温度にほぼ均一に加熱される。

第１１図は以上に説明したような構造の高周波
誘導加熱コイル装置Ａを用いて、端縁部１１a′の
間が開いた状態で缶胴状に丸められた金属板１
１′の端縁部１１a′（熱融着性接着剤１５が前工程
で熱融着されている）を熱融着性接着剤１５の融
点又は軟化点以上に加熱する場合の例を示したも
のであつて、１６は缶胴状金属板１１′を案内す
るマンドレルである。ふところ２内の導体３，４
は１対のみであるので、ふところ２の深さは小さ
くて済み、従つてマンドレル１６の下方の空窩部
１７の容積も小さくなり、マンドレル１６の強度
を確保できる。また缶胴状金属板１１′の円形形
状の保持や端縁部１１a′の位置決めが容易とな
る。

本発明は以上の実施例に限定されるものでな
く、例えば導体５，６および５′は磁芯１の長手
方向に延びる複数の短冊状の導体（その幅方向に
若干の間隙を有し、電気的に互に接続している）
の集合体であつてもよい。このような導体をも含
めて本明細書においては板状の導体とよぶ。また
導体３，４の断面形状も任意の形状をとることが
でき、例えば正方形であつてもよい。また平板状
の金属板の端縁部の加熱に使用できることは勿論
であつて、この場合は金属板を停止することなく
連続的に磁芯の長手方向に移動させ、かつエツジ
効果による過熱を防止するため、前後に隣接する
金属板の後端部と前端部を若干の重ね合せ代（例
えば0.5〜2.0mm）をもつて重ねた状態で金属板を
搬送することが望ましい。なおこの場合は磁芯１
の長さと金属板１１の端縁部１１ａとの長さとの
間の関係は任意であつてもよく、例えば端縁部１
１ａの長さが約１ｍの場合等がある。この場合は
端縁部１１ａの熱歪みは磁芯１の出口側に進むほ
ど大きくなる（例えば約250℃に加熱したときの
波高約５mm）ので、第１２図に示すように、導体
３と４の間の間隔を出口１９側に向う程若干大き
くなるように勾配をつけて、金属板１１と導体
３，４の接触を防止することが望ましい。

本発明によれば、断面ほぼコ字形の磁芯のふと
ころ内に一対の対向する、電流の流れる方向が同
一の導体が設けられ、また磁芯の外周面長手方向
に沿い延びる板状の導体が設けられており、後者
の電流方向は前者の反対方向であるので、非磁性
体金属板の端縁部でも効率よく加熱でき、かつふ
ところは比較的浅くすることができるので、コン
パクトな構造となり、他の装置部材に取付けた場
合、スペースの点でトラブルを生ずるおそれが少
ないという効果を有する。

以下に具体例について説明する。

具体例 フエライトよりなる磁芯１、導体３，４，５お
よび６を備えた第１〜４図の構造の高周波誘導加
熱コイル装置Ａを用意した。磁芯１の長さを160
mm、高さを25mm、ふところ２の深さを13mm、高さ
（上面１ａ，下面１ｂ間の距離）を９mmとした。
導体３，４として直径４mmの中空銅パイプを用
い、内部に冷却水を貫流させた。導体５，６とし
ては厚さ１mmの銅板を用いた。導体３，４の中心
からふところ２の底面２ａまでの距離を6.75mmと
し、導体３および導体４の間の間隔を５mmとし
た。各導体は第５図に示すように直列に接続し
た。

上記加熱コイル装置Ａに、厚さ0.255mm、長さ
172mmのアルミニウム合金板（JIS5082）のブラン
ク１１の端縁部１１ａを磁芯１の長手方向に沿い
進行させてふところ２に挿入し、0.15秒間停止
（両端部１１a″の長さが等しい状態で）後、再び
方向に進行させて磁芯１より送出した。平均進行
速度は毎秒600mmとした。端縁部の端面１１a′と
導体３および４の中心を結ぶ線との間の距離は
2.5mmとした。また高周波電流の周波数を290kHz、
進行時の出力を2kWとした。また停止時の出力
を6kWとした。

端縁部１１の温度分布測定は、予め種々の温度
の示温塗料（商品名TEMPILAQ）を、夫々別々
の金属板に塗布し、同一条件で、加熱実験後、各
温度の示温塗料に溶融したパターン視覚判断する
ことによつて行なつた。その結果は端縁部１１の
全長にわたり幅約５〜７mmの正常加熱部１３（温
度210〜240℃）が得られ、過熱部１４の温度は
280℃で実用的に（例えばナイロン１２を熱融着
する場合の）悪影響のない温度であつた。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例である装置の正面図、
第２図は第１図の装置の側面図、第３図は第２図
の−線に沿う横断面図、第４図は第１図の
−線に沿う縦断面図であつて、端縁部を挿入し
た状態を示す図面、第５図および第６図は本発明
の装置の導体の接続を示すための斜視図であつ
て、第５図は直列接続、第６図は並列接続を示す
図面、第７図は本発明の装置により加熱された端
縁部の温度分布の例を示すための説明用平面図、
第８図は、磁芯の端面附近における磁束の流れを
示すための斜視図、第９図および第１０図は
夫々、端縁部が磁芯より遥かに長い場合、および
端縁部が磁芯より短かい場合の端縁部の温度分布
の例を示すための説明用平面図、第１１図は本発
明の実施例の装置を缶胴成形機に取付けた状態の
例を示す縦断面図、第１２図は高周波誘導加熱コ
イルの他の例の正面図である。 Ａ……高周波誘導加熱コイル装置、１……磁
芯、１ａ……上面、１ｂ……下面、２……ふとこ
ろ、３……導体、４……導体、５，５′，６……
板状の導体、１１……金属板、１１ａ……端縁
部。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 金属板の端縁部を加熱するための高周波誘導
   加熱コイル装置において、該金属板の端縁部より
   も僅かに長さが短かく、かつ長さ方向に直角な断
   面がほぼコ字形の高透磁率材料よりなる磁芯、該
   磁芯のふところの上面と下面に対向して夫々設け
   られた、同一方向の電流が流れる第１の導体と第
   ２の導体、および該磁芯の長手方向外周面を覆つ
   て延び、第１の導体および第２の導体と反対方向
   の電流が流れる板状の導体を備えることを特徴と
   する高周波誘導加熱コイル装置。