(57)【要約】【課題】本発明の課題は、加熱対象物が変態点を有する場合、停電等の問題が生じたとしても、成形加工物の生産効率に影響を及ぼさない誘導加熱装置を提供することにある。【解決手段】本発明に係る誘導加熱装置１は、第１誘導加熱装置１０および第２誘導加熱装置５０を備える。第１誘導加熱装置は、加熱対象物ＷＫを加熱対象物の変態点未満の所定温度まで加熱する。第２誘導加熱装置は、第１誘導加熱装置と所定の間隔をもって配置される。そして、この第２誘導加熱装置は、加熱対象物を加熱対象物の変態点以上の所定温度まで加熱する。【選択図】図１
2010020977.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
加熱対象物（ＷＫ）を前記加熱対象物の変態点未満の所定温度まで加熱する第１誘導加熱装置（１０）と、
前記第１誘導加熱装置と所定の間隔をもって配置され、前記加熱対象物を前記加熱対象物の変態点以上の所定温度まで加熱する第２誘導加熱装置（５０）と
を備える誘導加熱装置（１）。
【請求項２】
前記所定の間隔は、第１誘導加熱装置から取り出された前記加熱対象物をトレイ（ＴＲ）に載せるために必要な間隔である
請求項１に記載の誘導加熱装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、誘導加熱装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
過去に「金属ビレットを小口径トンネル炉で液相開始温度近傍まで予備加熱し、その後、その予備加熱された金属ビレットをトレイに載せて大口径トンネル炉で半溶融状態になるまで本加熱する」という半溶融成形用ビレットの誘導加熱方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平１１−２５１０４４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかし、上記半溶融成形用ビレットの誘導加熱方法において液相開始温度よりも低い温度域に変態点が存在する金属ビレットが加熱対象とされる場合、例えば加熱中に停電等の問題が生じると炉内全てのビレットが再利用できなくなってしまう。その理由は、液相開始温度近傍まで予備加熱されていた金属ビレットが冷えてしまうと、その金属ビレットは金属組織が変化してしまうからである。したがって、上記のような半溶融成形用ビレットの誘導加熱方法では、金属ビレットが変態点を有する場合、加熱中に停電等の問題が生じると、ビレットの廃却コストが嵩むことになる。
【０００４】
本発明の目的は、加熱対象物が変態点を有する場合において、加熱中に停電等の問題が生じたとしても、予備加熱炉内のビレットを再利用することができるようにしてビレットの廃却コストを低減することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
第１発明に係る誘導加熱装置は、第１誘導加熱装置および第２誘導加熱装置を備える。第１誘導加熱装置は、加熱対象物を加熱対象物の変態点未満の所定温度まで加熱する。なお、ここにいう「加熱対象物」とは、例えば、金属ビレット等である。第２誘導加熱装置は、第１誘導加熱装置と所定の間隔をもって配置される。なお、ここにいう「所定の間隔」とは、例えば、第１誘導加熱装置から取り出された加熱対象物をトレイに載せるために必要な間隔である。そして、この第２誘導加熱装置は、加熱対象物を加熱対象物の変態点以上の所定温度まで加熱する。なお、ここにいう「変態点以上の所定温度」とは、例えば、加熱対象物が半溶融状態となる温度や液相になる温度である。
【０００６】
このため、この誘導加熱装置では、停電等の問題が生じたとしても、変態点を有する加熱対象物を第１誘導加熱装置から取り出して再利用することができる。したがって、この誘導加熱装置では、加熱中に停電等の問題が生じたとしても、予備加熱炉内の全てのビレットを廃棄することなくコストを削減することができる。
【０００７】
第２発明に係る誘導加熱装置は、第１発明に係る誘導加熱装置であって、所定の間隔は、第１誘導加熱装置から取り出された加熱対象物をトレイに載せるために必要な間隔である。
【０００８】
このため、この誘導加熱装置では、第２誘導加熱装置において、予備加熱された加熱対象物をトレイに載せた状態で所望の温度まで加熱することができる。したがって、この誘導加熱装置では、第２誘導加熱装置において加熱対象物が変形するような温度まで加熱することができる。また、この所定の間隔における加熱対象物の滞在時間を、加熱対象物の表面温度と内部温度とがほぼ均一になるのにかかる時間とすれば、第２誘導加熱装置においても加熱対象物を均一に加熱することができる。
【発明の効果】
【０００９】
第１発明に係る誘導加熱装置では、停電等の問題が生じたとしても、変態点を有する加熱対象物を第１誘導加熱装置から取り出して再利用することができる。したがって、この誘導加熱装置では、加熱中に停電等の問題が生じたとしても、予備加熱炉内の全てのビレットを廃棄することなくコストを削減することができる。
【００１０】
第２発明に係る誘導加熱装置では、第２誘導加熱装置において加熱対象物が変形するような温度まで加熱することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本発明に係る誘導加熱装置１は、図１に示されるように、主に、予備加熱装置１０、トレイ搬送装置３０及び本加熱装置５０から構成される。以下、各装置について詳述する。
【００１２】
＜誘導加熱装置の構成要素の詳細＞
（１）予備加熱装置
予備加熱装置１０は、図２に示されるように、主に、第１誘導加熱炉１１、第１プッシャー１６、第１非接触式温度センサ１９および第１制御装置１８から構成されている。
【００１３】
第１誘導加熱炉１１は、図２に示されるように、主に、外壁１４、内壁１３、誘導加熱コイル１２および高周波発振器１５から構成されている。外壁１４は、略円筒形の壁であって、耐火物から形成されている。内壁１３は、外壁１４よりも小さな径を有する略円筒形の壁であって、外壁１４と同様に耐火物から形成されている。誘導加熱コイル１２は、内壁１３及び外壁１４の間に位置し、内壁１３を囲うように設けられている。高周波発振器１５は、誘導加熱コイル１２に接続されている。また、この高周波発振器１５は、第１制御装置１８にも接続されており、第１制御装置１８によって出力が調整される。
【００１４】
第１プッシャー１６は、いわゆる油圧シリンダであって、第１金属ビレット設置台２０に取り付けられており、一定時間おきに金属ビレットＷＫを押し出す。この結果、金属ビレットＷＫは、第１誘導加熱炉１１から順次排出される。
【００１５】
第１非接触式温度センサ１９は、第１誘導加熱炉１１の排出口付近に取り付けられており、順次移動する金属ビレットＷＫの表面温度を金属ビレットＷＫの長手方向に沿って連続的に計測する。計測されたビレットＷＫの表面温度は、電気信号として第１制御装置１８に送られた後、Ａ／Ｄ変換されてデータ化され（以下、このデータを「表面温度データ」という）、第１制御装置１８の記憶部に蓄積される。なお、誘導加熱コイル１２のフィードバック制御に用いられる金属ビレットＷＫの表面温度は、第１制御装置１８の記憶部に蓄積された表面温度データを演算処理することにより得られる。この演算処理については後に詳述する。
【００１６】
第１制御装置１８は、金属ビレットＷＫの表面温度データが常に設定値以下となるように高周波発振器１５の出力をフィードバック制御する。なお、本実施の形態において、設定値は、金属ビレットＷＫの変態点よりも低く設定されている。また、炭素鋼は７００℃付近に変態点を有する。
【００１７】
（２）トレイ搬送装置
トレイ搬送装置３０は、いわゆるアームロボットであって、第１誘導加熱炉１１から排出される金属ビレットＷＫをチャックした後に、その金属ビレットＷＫを本加熱装置５０の入口に配置されるトレイＴＲ（図３参照）に置く。なお、本実施の形態において、トレイＴＲは、本加熱装置５０から排出されると、本加熱装置５０の入口に戻り、再び、ビレットＷＫを載せて本加熱装置５０内に送られる。
【００１８】
（３）本加熱装置
本加熱装置５０は、図４に示されるように、主に、第４誘導加熱炉５１ａ、第５誘導加熱炉５１ｂ、第６誘導加熱炉５１ｃ、第２プッシャー５６、ガイドレール５７、第２非接触式温度センサ５９および第２制御装置５８から構成されている。
【００１９】
第４誘導加熱炉５１ａ、第５誘導加熱炉５１ｂおよび第６誘導加熱炉５１ｃは、直列的に連結されている。なお、本実施の形態において、第４誘導加熱炉５１ａは金属ビレットＷＫの投入側に配置され、第６誘導加熱炉５１ｃは金属ビレットＷＫの排出側に配置されている。また、本実施の形態において、第４誘導加熱炉５１ａは低温領域を形成し、第５誘導加熱炉５１ｂは高温領域を形成し、第６誘導加熱炉５１ｃは均熱領域を形成している。また、これらの誘導加熱炉５１ａ，５１ｂ，５１ｃは、全て同一の構成を有している。したがって、ここでは、第４誘導加熱炉５１ａについてのみ説明を行う。なお、第６誘導加熱炉５１ｃは、主に均熱処理のために設けられている。
【００２０】
第４誘導加熱炉５１ａは、図４に示されるように、主に、外壁５４ａ、内壁５３ａ、誘導加熱コイル５２ａおよび高周波発振器５５ａから構成されている。外壁５４ａは、略円筒形の壁であって、耐火物から形成されている。内壁５３ａは、外壁５４ａよりも小さな径を有する略円筒形の壁であって、外壁５４ａと同様に耐火物から形成されている。なお、第４誘導加熱炉５１ａの外壁５４ａ及び内壁５３ａは、金属ビレットＷＫを載せたトレイＴＲが通過できるように第１誘導加熱炉１１ａのそれよりも径が大きく設計されている。誘導加熱コイル５２ａは、内壁５３ａ及び外壁５４ａの間に位置し、内壁５３ａを囲うように設けられている。なお、この誘導加熱コイル５２ａもまた上記の事情により第１誘導加熱炉１１ａの誘導加熱コイル１２ａよりも径が大きく設計されている。高周波発振器５５ａは、誘導加熱コイル５２ａに接続されている。また、この高周波発振器５５ａは、第２制御装置５８にも接続されており、第２制御装置５８によって出力が調整される。
【００２１】
第２プッシャー５６は、いわゆる油圧シリンダであって、第２金属ビレット設置台５５に取り付けられており、一定時間おきに第６誘導加熱炉５１ｃに向かって金属ビレットＷＫを載せたトレイＴＲを押し出す。この結果、金属ビレットＷＫを載せたトレイＴＲは、第４誘導加熱炉５１ａに投入された後に第６誘導加熱炉５１ｃから順次排出される。なお、第６誘導加熱炉５１ｃから排出された金属ビレットＷＫを載せたトレイＴＲは、図示しないアームロボットによって図示しない成形機に投入される。
【００２２】
ガイドレール５７は、ステンレス製の一対のレールであって、第４誘導加熱炉５１ａ、第５誘導加熱炉５１ｂおよび第６誘導加熱炉５１ｃの内壁５３ａ，５３ｂ，５３ｃの内部の下方に設置されている。トレイＴＲは、このガイドレール５７に沿って第６誘導加熱炉５１ｃに向かって移動する。
【００２３】
第２非接触式温度センサ５９は、第４誘導加熱炉５１ａの誘導加熱コイル５２ａと第５誘導加熱炉５１ｂの誘導加熱コイル５２ｂとの間、第５誘導加熱炉５１ｂの誘導加熱コイル５２ｂと第６誘導加熱炉５１ｃの誘導加熱コイル５２ｃとの間、および第６誘導加熱炉５１ｃの排出口付近に取り付けられており（図４では排出口付近のもののみ図示されている）、順次移動する金属ビレットＷＫの表面温度を金属ビレットＷＫの長手方向に沿って連続的に計測する。なお、説明の便宜上、第４誘導加熱炉５１ａの誘導加熱コイル５２ａと第５誘導加熱炉５１ｂの誘導加熱コイル５２ｂとの間に設置される第２非接触式温度センサ５９を「第２１非接触式温度センサ」といい、第５誘導加熱炉５１ｂの誘導加熱コイル５２ｂと第６誘導加熱炉５１ｃの誘導加熱コイル５２ｃとの間に設置される第２非接触式温度センサ５９を「第２２非接触式温度センサ」といい、第６誘導加熱炉５１ｃの排出口付近に設置される第２非接触式温度センサ５９を「第２３非接触式温度センサ」という。計測されたビレットＷＫの表面温度は、電気信号として第２制御装置５８に送られた後、Ａ／Ｄ変換されてデータ化され、第２制御装置５８の記憶部に蓄積される。なお、高周波発振器５５ａ，５５ｂ，５５ｃの出力制御に用いられる金属ビレットＷＫの表面温度は、第２制御装置５８の記憶部に蓄積された表面温度データを演算処理することにより得られる。この演算処理については後に詳述する。なお、本実施形態において、第２３非接触式温度センサは、最終確認用の温度センサであって本実施の形態に係る誘導加熱コイル５２ｂ，５２ｃの出力調整には関連しない。
【００２４】
第２制御装置５８は、第２１非接触式温度センサに対応する表面温度データに基づいて第５誘導加熱炉５１ｂの高周波発振器５５ｂの出力調整を行い、第２２非接触式温度センサに対応する表面温度データに基づいて第６誘導加熱炉５１ｃの高周波発振器５５ｃの出力調整を行う。具体的には、第２非接触式温度センサ５９の設置位置毎に規定される金属ビレットＷＫの目標表面温度値から表面温度データの表面温度値を引いた値が求められ、その値が正の値である場合はその差に応じて高周波発振器５５ｂ，５５ｂの出力が高められ、その値が負の値である場合はその差に応じて高周波発振器５５ｂ，５５ｃの出力が低くめられる。なお、本実施の形態において、金属ビレットＷＫの目標表面温度値は、図示しない目標表面温度値入力器において入力される。また、本実施の形態において、金属ビレットＷＫの目標表面温度値から実際の表面温度値を引いた値と高周波発振器５５ｂ，５５ｂの出力調整量とは予め関連付けされている。つまり、本実施の形態では、目標表面温度値と実際の表面温度値との差から直接的に出力調整量が決定される仕組みとなっている。
【００２５】
＜制御装置における金属ビレットの表面温度データの演算処理＞
制御装置１８，５８は、所定時間毎に記憶部から規定数の表面温度データを読み出し、その表面温度データのうち表面温度が最も高い表面温度データを抽出し、その表面温度データを誘導加熱コイル５２ｂ、５２ｃの出力調整用の制御パラメーラとして採用する。なお、本実施の形態では、規定数の表面温度データは、１つの金属ビレットＷＫから得られたものである。
【００２６】
＜誘導加熱装置の特徴＞
（１）
本発明に係る誘導加熱装置１では、予備加熱装置１０と本加熱装置５０とが分離して設けられており、さらに、予備加熱装置１０において予備加熱設定温度が金属ビレットＷＫの変態点よりも低く設定されている。このため、この誘導加熱装置１が停電等の原因により突然停止して金属ビレットＷＫが常温近くまで冷却されたとしても、この金属ビレットＷＫを再利用することができる。したがって、この誘導加熱装置１では、成形加工物の生産効率に影響を及ぼすことがない。
【００２７】
（２）
本発明に係る誘導加熱装置１では、予備加熱装置１０と本加熱装置５０とが分離して設けられており、さらに、予備加熱装置１０において予備加熱設定温度が金属ビレットＷＫの変態点よりも低く設定されている。このため、この誘導加熱装置１では、予備加熱装置１０においてビレットＷＫをトレイＴＲに載せる必要性がない。したがって、この誘導加熱装置１では、予備加熱装置１０をコンパクト化することができると共に必要なトレイＴＲの枚数を少なくすることができる。
【００２８】
＜変形例＞
（Ａ）
先の実施の形態では本加熱装置５０において３つの誘導加熱炉が用いられたが、誘導加熱炉の数は特に限定されず、３つよりも少なくてもよいし多くてもよい。
【００２９】
（Ｂ）
先の実施の形態では非接触式温度センサ１９，５９により金属ビレットＷＫの表面温度が計測されたが、接触式温度センサにより金属ビレットＷＫの内部温度が計測されてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００３０】
本発明に係る誘導加熱装置は、加熱対象物が変態点を有する場合、停電等の問題が生じたとしても、成形加工物の生産効率に影響を及ぼすことがないという特徴を有し、変態点を有する物質の成形加工に有益である。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明に係る誘導加熱装置の簡易的な全体構成図である。
【図２】本発明に係る誘導加熱装置を構成する予備加熱装置の縦断面図である。
【図３】本発明に係る誘導加熱装置において用いられるトレイの外観斜視図である。
【図４】本発明に係る誘導加熱装置を構成する本加熱装置の縦断面図である。
【符号の説明】
【００３２】
１      誘導加熱装置
１０      予備加熱装置（第１誘導加熱装置）
５０      本加熱装置（第２誘導加熱装置）
ＷＫ        金属ビレット（加熱対象物）
ＴＲ        トレイ
【図１】
2010020977.tif 000003
【図２】
2010020977.tif 000004
【図３】
2010020977.tif 000005
【図４】
2010020977.tif 000006