(57)【要約】【課題】従来、被加熱物の加熱を複数の加熱方法にて行う加熱装置には、複数の電源装置が備えられているため、加熱装置が全体的に大型化するとともにコスト高となっていた。【解決手段】被加熱物２の加熱処理装置１であって、被加熱物２に電流を流すことで加熱を行う通電加熱により、被加熱物２を所定の予熱温度Ｔａまで加熱する予熱部１１と、予熱部１１にて被加熱物２を予熱した後に、電源供給される高周波コイル２２の内部に被加熱物２を挿通して加熱を行う高周波誘導加熱により、被加熱物２を所定の加熱温度Ｔｂまで加熱する加熱部１２と、予熱部１１および加熱部１２への電源供給を可能とする電源装置１４と、電源装置１４からの電源供給先を予熱部１１と加熱部１２とに切り換える切換具１５とを備える。【選択図】  図１
2010111886.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被加熱物の加熱処理方法であって、
電源装置から電源供給して被加熱物に電流を流すことで加熱を行う通電加熱により、前記被加熱物を所定の予熱温度まで加熱する予熱工程と、
前記予熱工程の後に、電源装置から電源供給される高周波コイルの内部に前記被加熱物を挿通して加熱を行う高周波誘導加熱により、前記被加熱物を所定の加熱温度まで加熱する加熱工程とを備え、
前記予熱工程での通電加熱に対する電源供給と、前記加熱工程での高周波誘導加熱に対する電源供給とを、共通の電源装置からの電源供給先を切り換えることで行う、
ことを特徴とする加熱処理方法。
【請求項２】
被加熱物の加熱処理装置であって、
被加熱物に電流を流すことで加熱を行う通電加熱により、前記被加熱物を所定の予熱温度まで加熱する予熱部と、
前記予熱部にて被加熱物を予熱した後に、電源供給される高周波コイルの内部に前記被加熱物を挿通して加熱を行う高周波誘導加熱により、前記被加熱物を所定の加熱温度まで加熱する加熱部と、
前記予熱部および加熱部への電源供給を可能とする電源装置と、
前記電源装置からの電源供給先を予熱部と加熱部とに切り換える切換具とを備える、
ことを特徴とする加熱処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、通電加熱および高周波誘導加熱により被加熱物の加熱を行う加熱処理方法および装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、鋼材などで構成され、焼鈍しや焼入れなどの加熱処理を行う対象物であるビレットなどの被加熱物を加熱する方法としては、高周波コイルの内部に前記被加熱物を挿通して加熱を行う高周波誘導加熱、バーナーなどの燃焼炎により被加熱物を加熱する燃焼加熱、電流を流すことにより発熱するヒーターなどの発熱体により被加熱物を加熱する抵抗加熱、および被加熱物に電流を流すことで加熱を行う通電加熱などといった種々の加熱方法が知られている。
【０００３】
図４に示すように、前記各加熱方法はそれぞれ異なった特徴を有している。
つまり、高周波誘導加熱は、加熱速度が高く被加熱物を急速に加熱することができるとともに、均一加熱性が高く被加熱物を均一に加熱することができるが、誘導コイルの発熱損が大きく原理的にエネルギー効率が低いという特徴を有している。
また、燃焼加熱は、均一加熱性に優れていて、エネルギー効率が高いが、加熱速度が低く、被加熱物を加熱するのに多くの時間がかかるという特徴を有している。
また、抵抗加熱も、均一加熱性に優れていて、エネルギー効率が高いが、加熱速度が低く、被加熱物を加熱するのに多くの時間がかかるという特徴を有している。
さらに、通電加熱は、エネルギー効率が高いとともに、加熱速度が高いが、均一加熱性が低く、被加熱物を全体的に均一な温度に加熱するのには時間がかかるという特徴を有している。
【０００４】
このように、各加熱方法は種々の特徴を有しており、例えば高周波誘導加熱は加熱速度が高いため、被加熱物を急速に加熱したい場合には好ましいが、エネルギー効率が低いため、この点においては他の加熱方法に対して不利である。
そこで、例えば磁性体にて構成されるビレットなどの被加熱物を加熱する場合には、被加熱物の温度がキュリー点に達するまでの温度領域では高周波誘導加熱により加熱を行い、加熱温度がキュリー点を超える温度領域では燃焼加熱を用いるといったように、複数の加熱方法を組み合わせて被加熱物の加熱を行うことが行われている。
高周波誘導加熱と燃焼加熱とを組み合わせて被加熱物の加熱を行った場合、燃焼加熱はエネルギー効率が高いため、高周波誘導加熱のみで加熱を行った場合に比べてエネルギー効率を改善することが可能である。
高周波誘導加熱による加熱を行う場合、キュリー点以下の温度での加熱は、キュリー点を超える温度での加熱に比べるとエネルギー効率が若干向上するが、他の加熱方法に比べると依然としてエネルギー効率が高いとはいえず、また高周波誘導加熱にて加熱を行う常温からキュリー点までの温度領域は、キュリー点から目的加熱温度までの温度領域に比べて温度上昇幅が大きいため、前述のように高周波誘導加熱と燃焼加熱とを組み合わせた場合でも、全体的にみると高周波誘導加熱による加熱が占める割合が多く、エネルギー効率が充分に向上されているとは言い難い。
また、燃焼加熱はエネルギー効率は高いが加熱速度が低いため、被加熱物を急速に加熱したいという要望には十分に応えることが困難である。
【０００５】
従って、エネルギー効率のさらなる改善と加熱速度の向上を図るために、被加熱物を通電加熱により所定の温度まで予熱した後に、高周波誘導加熱により目的とする加熱温度まで加熱する加熱方法が行われている。
この場合、通電加熱はエネルギー効率が高いとともに加熱速度が高いため、予熱温度を目的加熱温度の近くに設定することで、被加熱物を目的加熱温度付近まで高いエネルギー効率で急速に加熱することができる。
また、予熱後は、被加熱物は高周波誘導加熱により目的加熱温度まで迅速かつ均一に加熱されるが、高周波誘導加熱による温度上昇幅はさほど大きくないため、消費されるエネルギーも少なくて済み、全体的に高いエネルギー効率で被加熱物の高速加熱を行うことが可能となっている。
つまり、図４に示すように、被加熱物を通電加熱により予熱した後に、高周波誘導加熱により目的加熱温度まで加熱する加熱方法は、エネルギー効率、加熱速度、および均一加熱性のいずれの特性も高いという特徴と有している。
なお、被加熱物を通電加熱により加熱した後に、さらに高周波誘導加熱にて加熱する加熱方法は、例えば特許文献１に記載されている。
【特許文献１】特開２００７−３２４００９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
前述のように、被加熱物を通電加熱により所定の温度まで予熱した後に、高周波誘導加熱により目的とする加熱温度まで加熱する場合、通電加熱を行う通電加熱装置および高周波誘導加熱を行う高周波誘導加熱装置が用いられるが、前記通電加熱装置には被加熱物に対して電源供給を行う電源装置が備えられており、前記高周波誘導加熱装置には高周波コイルに電源供給を行う電源装置が備えられている。
このように、被加熱物の加熱を複数の加熱方法により行う加熱装置には、通電加熱用の電源装置と高周波誘導加熱用の電源装置といったように複数の電源装置が備えられているため、加熱装置が全体的に大型化するとともにコスト高となっていた。
【０００７】
そこで、本発明では、小型化を図るとともに低コストにて構成した加熱装置を用いて、通電加熱による予熱と高周波誘導加熱による目的加熱温度までの加熱とを被加熱物に対して行い、被加熱物を高いエネルギー効率で高速加熱することができる、加熱処理方法および装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決する加熱処理方法および装置は、以下の特徴を有する。
即ち、請求項１記載の如く、被加熱物の加熱処理方法であって、電源装置から電源供給して被加熱物に電流を流すことで加熱を行う通電加熱により、前記被加熱物を所定の予熱温度まで加熱する予熱工程と、前記予熱工程の後に、電源装置から電源供給される高周波コイルの内部に前記被加熱物を挿通して加熱を行う高周波誘導加熱により、前記被加熱物を所定の加熱温度まで加熱する加熱工程とを備え、前記予熱工程での通電加熱に対する電源供給と、前記加熱工程での高周波誘導加熱に対する電源供給とを、共通の電源装置からの電源供給先を切り換えることで行う。
【０００９】
また、請求項２記載の如く、被加熱物の加熱処理装置であって、被加熱物に電流を流すことで加熱を行う通電加熱により、前記被加熱物を所定の予熱温度まで加熱する予熱部と、前記予熱部にて被加熱物を予熱した後に、電源供給される高周波コイルの内部に前記被加熱物を挿通して加熱を行う高周波誘導加熱により、前記被加熱物を所定の加熱温度まで加熱する加熱部と、前記予熱部および加熱部への電源供給を可能とする電源装置と、前記電源装置からの電源供給先を予熱部と加熱部とに切り換える切換具とを備える。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、複数の加熱方法により被加熱物の加熱を行う加熱処理装置であっても、一つの電源装置を備えるだけ被加熱物の加熱を行うことができ、加熱処理装置を全体的に小型化するとともに低コストで構成することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
次に、本発明を実施するための形態を、添付の図面を用いて説明する。
【００１２】
図１に示す加熱処理装置１は、加熱対象となる被加熱物２に電流を流すことで加熱を行う通電加熱により、前記被加熱物２を所定の予熱温度まで加熱するとともに、前記予熱温度までの加熱の後に、電源供給される高周波コイル２２の内部に前記被加熱物２を挿通して加熱を行う高周波誘導加熱により、前記被加熱物２を所定の加熱温度まで加熱する加熱装置であり、前記通電加熱により前記被加熱物２を所定の予熱温度まで加熱する予熱部１１と、前記予熱部１１にて被加熱物２を予熱した後に、前記高周波誘導加熱により前記被加熱物２を所定の加熱温度まで加熱する加熱部１２と、前記被加熱物２を搬送する搬送路１３と、前記予熱部１１および加熱部１２に電源供給を行う電源装置１４と、前記電源装置１４からの電源供給先を予熱部１１と加熱部１２とに切り換える切換スイッチ１５とを備えている。
また、前記加熱処理装置１は、例えば、被加熱物２に対して焼鈍しや焼入れなどの加熱処理を行う際に、該被加熱物２を加熱するために用いられる。
【００１３】
前記被加熱物２としては、例えば円柱形状に形成された磁性体にて構成されるビレットが用いられる。被加熱物２を構成する素材としては、具体的には、例えば鉄、ニッケル、フェライトなどの素材が用いられる。
また、前記被加熱物２の両端にはそれぞれ電極２ａ・２ｂが構成されている。
【００１４】
前記予熱部１１は、該予熱部１１に配置された被加熱物２に電流を流すことで、該被加熱物２を所定の予熱温度にまで加熱するものであり、前記予熱部１１においては、前記電源装置１４に接続される予熱部用電源供給線１６・１６が、それぞれ前記被加熱物２の電極２ａ・２ｂに接続されている。
前記電極２ａ・２ｂに接続される予熱部用電源供給線１６・１６を通じて電源装置１４からの電源を被加熱物２に供給することで、該被加熱物２に交流電流を流すことが可能となっている。
被加熱物２に交流電流を流すことで、該被加熱物２は自身の電気抵抗により発熱し、これにより加熱される。
【００１５】
前記加熱部１２は、加熱炉２１の内部に高周波コイル２２を配置して構成されており、前記高周波コイル２２の両端部２２ａ・２２ｂには、前記電源装置１４に接続される加熱部用電源供給線１７・１７が、それぞれ接続されている。
前記高周波コイル２２は、例えば銅材などの金属材にて構成されている。
前記加熱部１２においては、高周波コイル２２の内部に被加熱物２を挿通した状態で、電源装置１４からの電源を、前記加熱部用電源供給線１７・１７を通じて前記高周波コイル２２に供給して交流電流を流すことで、被加熱物２を高周波誘導加熱するようにしている。
【００１６】
前記電源装置１４は、発信回路１４ａにて発生した交流信号を用いて所定の交流電圧を生成して出力するものであり、出力した交流電圧を前記予熱部１１に配置された被加熱物２、および加熱部１２の高周波コイル２２に印加可能としている。
前記切換スイッチ１５は、電源装置１４から出力された交流電圧の印加先を予熱部１１および加熱部１２の何れかに選択的に切り換え可能とするものである。
つまり、前記切換スイッチ１５は、前記電源装置１４からの電源供給先を予熱部１１と加熱部１２とに選択的に切り換える機能を有している。
【００１７】
このように構成される加熱処理装置１においては、次のようにして被加熱物２に対する加熱処理が行われる。
まず、被加熱物２を予熱部１１に配置して、該被加熱物２の電極２ａ・２ｂに予熱部用電源供給線１６・１６を接続する。
なお、被加熱物２の予熱部１１への配置は、例えば前記搬送路１３により被加熱物２を他部から予熱部１１へ搬送することにより行う。
【００１８】
次に、前記電源装置１４からの電源供給先が予熱部１１となるように前記切換スイッチ１５を切り換えて、電源供給線１６・１６を接続した被加熱物２に電源装置１４からの電源を供給して通電し、通電加熱により被加熱物２を加熱する。
図２に示すように、通電加熱は被加熱物２が所定の予熱温度Ｔａに達するまで行われ、被加熱物２が予熱温度Ｔａに達すると電源装置１４から被加熱物２への電源供給を停止し、電源供給線１６・１６を被加熱物２から取り外して、前記搬送路１３により被加熱物２を加熱部１２まで搬送する。
【００１９】
なお、図３に示すように、前記予熱部１１にて通電加熱される被加熱物２の両端部においては、電源供給線１６・１６に接続する電極２ａ・２ｂ部分から熱が逃げるため、通電加熱される被加熱物２は、中央部が高温となり、両端部が中央部よりも低温となるといったように不均一に加熱されることとなる。
また、被加熱物２が、電極２ａ・２ｂ間における断面積が場所によって異なるような形状に形成されていた場合は、被加熱物２の断面積によって流れる電流の電流密度が異なるため、被加熱物２が不均一に加熱されることとなる。
【００２０】
被加熱物２に対する通電加熱を終了した後、被加熱物２を予熱部１１から加熱部１２まで搬送する間は、被加熱物２は加熱されていないので、その温度は予熱温度Ｔａから序々に低下する。
この場合、被加熱物２内においては、相対的に高温になっている中央部の熱が、相対的に低温になっている両端部に移動して、被加熱物２内の温度の均一化が進行する。
【００２１】
被加熱物２が加熱部１２まで搬送されて、該加熱部１２の高周波コイル２２の内部に挿通されると、前記電源装置１４からの電源供給先が加熱部１２となるように前記切換スイッチ１５を切り換えて、電源装置１４から加熱部用電源供給線１７・１７を通じて前記高周波コイル２２に交流電圧を印加する。
これにより被加熱物２に交流電流が流れ、高周波コイル２２に交流電流が流れることにより磁界が発生し、高周波コイル２２内部に挿通される被加熱物２には発生した磁界を打ち消す方向の渦電流が流れる。この渦電流が流れることで、被加熱物２の電気抵抗により該被加熱物２が発熱して加熱される。
【００２２】
このように、被加熱物２は加熱部１２において高周波誘導加熱され、目的とする加熱温度Ｔｂまで加熱される。
高周波誘導加熱は加熱速度および均一加熱性が高いため、被加熱物２を迅速に加熱温度Ｔｂまで加熱することができるとともに、搬送時にある程度均一化された被加熱物２内の温度を、さらに均一的に加熱することが可能となっている。
【００２３】
前記予熱温度Ｔａは適宜所望の温度に設定することが可能であるが、例えば前記加熱温度Ｔｂと略同じ温度に設定することができる。
予熱温度Ｔａを加熱温度Ｔｂと略同じ温度に設定した場合、被加熱物２の搬送中（厳密には搬送中および高周波誘導加熱の開始時）に低下した温度分だけ、該被加熱物２を高周波誘導加熱により加熱すれば、被加熱物２を加熱温度Ｔｂとすることができるため、被加熱物２の高周波誘導加熱による温度上昇幅を小さくすることができる。
【００２４】
このように、エネルギー効率の高い通電加熱により被加熱物２を加熱温度Ｔｂと略同じ温度の予熱温度Ｔａまで予熱するとともに、エネルギー効率の低い高周波誘導加熱による温度上昇幅を小さくすることで、全体的に高いエネルギー効率で被加熱物２の加熱を行うことが可能となっている。
また、予熱後の目標加熱温度Ｔｂまでの加熱を、加熱速度および均一加熱性の高い高周波誘導加熱により行うことで、通電加熱により不均一に予熱された被加熱物２を、急速かつ均一的に加熱することが可能となっている。
【００２５】
なお、前記加熱温度Ｔｂは、例えば１１００℃に設定することができ、前記予熱温度Ｔａは、加熱温度Ｔｂと略同じ温度である１１００℃付近の温度に設定することができる。
この場合、予熱温度Ｔａは厳密に加熱温度Ｔｂと同じ温度に設置する必要はなく、加熱温度Ｔｂに対して若干低い温度や高い温度に設定すれば足りる。
【００２６】
また、被加熱物２の加熱温度Ｔｂを１１００℃に設定した場合、仮に高周波加熱のみにより被加熱物２を前記加熱温度Ｔｂまで加熱すると、２．１Ｋｗｈ程度の電力を消費するが、本加熱処理装置１のように、被加熱物２を通電加熱により予熱し、その後高周波加熱により被加熱物２を加熱温度Ｔｂまで加熱すると、その消費電力は１．１Ｋｗｈ程度となり、被加熱物２の加熱を高周波加熱のみで行った場合の略半分の消費電力で被加熱物２を加熱可能なことがわかる。
【００２７】
また、本加熱処理装置１においては、電源装置１４からの予熱部１１および加熱部１２への電源供給を、切換スイッチ１５により選択的に切り換え可能としており、予熱部１１において被加熱物２を通電加熱するときには電源装置１４からの電源供給先が予熱部１１となるように前記切換スイッチ１５を切り換え、その後加熱部１２において被加熱物２を高周波誘導加熱するときには電源装置１４からの電源供給先が加熱部１２となるように前記切換スイッチ１５を切り換えるようにしている。
これにより、一つの電源装置１４により予熱部１１における通電加熱と加熱部１２における高周波誘導加熱との両方を行うことが可能となっている。
従って、複数の加熱方法により被加熱物２の加熱を行う加熱処理装置１であっても、一つの電源装置１４を備えるだけで被加熱物２の加熱を行うことができ、加熱処理装置１を全体的に小型化するとともに低コストで構成することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】加熱処理装置を示す概略図である。
【図２】加熱処理装置により被加熱物の加熱を行うときの温度プロファイルを示す図である。
【図３】通電加熱により加熱される被加熱物の温度分布を示す図である。
【図４】複数の加熱方法の特徴を示す図である。
【符号の説明】
【００２９】
１    加熱処理装置
２    被加熱物
２ａ・２ｂ  電極
１１    予熱部
１２    加熱部
１３    搬送路
１４    電源装置
１４ａ  発振器
１５    切換スイッチ
１６    予熱部用電源供給線
１７    加熱部用電源供給線
２１    加熱炉
２２    高周波コイル
Ｔａ  予熱温度
Ｔｂ  加熱温度
【図１】
2010111886.tif 000003
【図２】
2010111886.tif 000004
【図３】
2010111886.tif 000005
【図４】
2010111886.tif 000006