(57)【要約】【課題】帯状金属板の幅方向の両端部の局部加熱による焼けを防止できる高周波誘導加熱による加熱方法及び加熱装置を提供する。【解決手段】帯状金属板３を、該金属板表面に対向して平行状に配置された高周波誘導加熱用コイル１により誘導加熱する加熱方法において、金属板３とコイル１との間に、金属板３の幅方向の両端部をコイル１による磁束から遮蔽する遮蔽体２を、金属板３の幅方向の各端縁から内方に入れ込んだ状態で配置して、加熱を行う。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
帯状金属板を、該金属板表面に対向して平行状に配置された高周波誘導加熱用コイルにより誘導加熱する加熱方法において、
前記金属板とコイルとの間に、金属板の幅方向の両端部をコイルによる磁束から遮蔽する遮蔽体を、金属板の幅方向の各端縁から内方に入れ込んだ状態で配置して、加熱を行うことを特徴とする帯状金属板の加熱方法。
【請求項２】
金属板の幅方向の各端縁から内方への前記遮蔽体の入れ込み長さが、金属板の幅方向の片側で金属板の幅の１０％以上である請求項１に記載の帯状金属板の加熱方法。
【請求項３】
金属板の幅方向の各端縁から内方への遮蔽体の入れ込み長さが、金属板の幅方向の片側で金属板の幅の１５％以下である請求項１または２に記載の帯状金属板の加熱方法。
【請求項４】
金属板の幅が２０ｍｍ以上である請求項１〜３のいずれかに記載の帯状金属板の加熱方法。
【請求項５】
金属板の厚みが１ｍｍ以下である請求項１〜３のいずれかに記載の帯状金属板の加熱方法。
【請求項６】
帯状金属板の表面の対向位置に平行状に配置された高周波誘導加熱用コイルを有する高周波誘導加熱装置と、
前記金属板とコイルとの間において、金属板の幅方向の各端縁から内方に入れ込んだ状態で配置される磁束遮蔽用の遮蔽体と、
を備えたことを特徴とする帯状金属板の加熱装置。
【請求項７】
金属板の幅方向の各端縁から内方への前記遮蔽体の入れ込み長さが、金属板の幅方向の片側で金属板の幅の１０％以上である請求項６に記載の帯状金属板の加熱装置。
【請求項８】
金属板の幅方向の各端縁から内方への遮蔽体の入れ込み長さが、金属板の幅方向の片側で金属板の幅の１５％以下である請求項６または７に記載の帯状金属板の加熱装置。
【請求項９】
金属板の幅が２０ｍｍ以上である請求項６〜８のいずれかに記載の帯状金属板の加熱装置。
【請求項１０】
金属板の厚みが１ｍｍ以下である請求項１〜３のいずれかに記載の帯状金属板の加熱装置。
【請求項１１】
前記コイルと帯状金属板の少なくとも一方を、金属板の長さ方向に移動させる移動装置を備えている請求項６〜１０のいずれかに記載の帯状金属板の加熱装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、アルミニウム，銅、ステンレスなどの金属からなる金属板の熱処理、金属板に施されためっきや塗膜の乾燥や焼き付け処理等に用いられる金属板の加熱方法及び加熱装置に関し、特に帯状の金属板を高周波誘導加熱する加熱方法及び加熱装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
上記のような帯状の金属板の加熱は、従来、温風吹きつけや、一定温度に保持した炉内を通過させる炉中加熱等が行われていたが、エネルギ効率が良くない上、加熱に時間がかかるというような問題があった。
【０００３】
そこで、加熱方法として、エネルギ効率が良く短時間で加熱できる高周波誘導加熱方法を採用することが行われている（例えば特許文献１）。
【０００４】
この場合、幅の小さい金属板については、図６及び図７に示すような中空挿入部１０１ａ、１０２ａを有するリング状の高周波誘導加熱用コイル１０１、１０２を用い、金属板２００を前記コイル１０１、１０２の中空挿入部１０１ａ、１０２ａに挿入した状態でコイル１０１、１０２を駆動し、加熱を行うことができる。
【０００５】
しかしながら、金属板２００の幅が大きくなってくると、コイル１０１、１０２の寸法も大きくなることから、上記の方法では実際上加熱を行うことが困難になる。
【０００６】
そこで、帯状金属板を、該金属板表面に対向して平行状に高周波誘導加熱用コイルを配置して加熱を行う方法が、提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００４−２８３７００号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、金属板表面の対向位置に平行状に高周波誘導加熱用コイルを配置して加熱を行う方法では、金属板の幅方向の両端部が局部的に加熱されてしまい、この部分に焼けを生じるという新たな問題が発生した。
【０００９】
このような問題は特に金属板の厚みが薄くなるほど顕著になるものであった。
【００１０】
この発明は、このような問題を解決するためのなされたものであって、帯状金属板の幅方向の両端部の局部加熱による焼けを防止できる高周波誘導加熱による加熱方法及び加熱装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題は以下の手段によって解決される。
（１）帯状金属板を、該金属板表面に対向して平行状に配置された高周波誘導加熱用コイルにより誘導加熱する加熱方法において、前記金属板とコイルとの間に、金属板の幅方向の両端部をコイルによる磁束から遮蔽する遮蔽体を、金属板の幅方向の各端縁から内方に入れ込んだ状態で配置して、加熱を行うことを特徴とする帯状金属板の加熱方法。
（２）金属板の幅方向の各端縁から内方への前記遮蔽体の入れ込み長さが、金属板の幅方向の片側で金属板の幅の１０％以上である前項１に記載の帯状金属板の加熱方法。
（３）金属板の幅方向の各端縁から内方への遮蔽体の入れ込み長さが、金属板の幅方向の片側で金属板の幅の１５％以下である前項１または２に記載の帯状金属板の加熱方法。
（４）金属板の幅が２０ｍｍ以上である前項１〜３のいずれかに記載の帯状金属板の加熱方法。
（５）金属板の厚みが１ｍｍ以下である前項１〜３のいずれかに記載の帯状金属板の加熱方法。
（６）帯状金属板の表面の対向位置に平行状に配置された高周波誘導加熱用コイルを有する高周波誘導加熱装置と、前記金属板とコイルとの間において、金属板の幅方向の各端縁から内方に入れ込んだ状態で配置される磁束遮蔽用の遮蔽体と、を備えたことを特徴とする帯状金属板の加熱装置。
（７）金属板の幅方向の各端縁から内方への前記遮蔽体の入れ込み長さが、金属板の幅方向の片側で金属板の幅の１０％以上である前項６に記載の帯状金属板の加熱装置。
（８）金属板の幅方向の各端縁から内方への遮蔽体の入れ込み長さが、金属板の幅方向の片側で金属板の幅の１５％以下である前項６または７に記載の帯状金属板の加熱装置。
（９）金属板の幅が２０ｍｍ以上である前項６〜８のいずれかに記載の帯状金属板の加熱装置。
（１０）金属板の厚みが１ｍｍ以下である前項１〜３のいずれかに記載の帯状金属板の加熱装置。
（１１）前記コイルと帯状金属板の少なくとも一方を、金属板の長さ方向に移動させる移動装置を備えている前項６〜１０のいずれかに記載の帯状金属板の加熱装置。
【発明の効果】
【００１２】
前項（１）に記載の発明によれば、金属板とコイルとの間に、金属板の幅方向の両端部をコイルによる磁束から遮蔽する遮蔽体を、金属板の幅方向の各端縁から内方に入れ込んだ状態で配置して、加熱を行うから、金属板の幅方向の両端部の局部加熱を防止でき、この部分に焼けを生じるのを防止できる。
【００１３】
前項（２）に記載の発明によれば、金属板の幅方向の各端縁から内方への前記遮蔽体の入れ込み長さが、金属板の幅方向の片側で金属板の幅の１０％以上であるから、より確実に、金属板の両端部に焼けが生じるのを防止できる。
【００１４】
前項（３）に記載の発明によれば、金属板の幅方向の各端縁から内方への遮蔽体の入れ込み長さが、金属板の幅方向の片側で金属板の幅の１５％以下であるから、入れ込み量が大きすぎることによる金属板の幅方向両端部の加熱不足を回避できる。
【００１５】
前項（４）に記載の発明によれば、金属板の幅が２０ｍｍ以上であるから、本発明の適用意義がより発揮される。
【００１６】
前項（５）に記載の発明によれば、金属板の厚みが１ｍｍ以下であるから、本発明の適用意義がより発揮される。
【００１７】
前項（６）に記載の発明によれば、金属板の幅方向の両端部の局部加熱を防止でき、この部分に焼けを生じるのを防止できる加熱装置となしうる。
【００１８】
前項（７）に記載の発明によれば、より確実に、金属板の両端部に焼けが生じるのを防止できる加熱装置となしうる。
【００１９】
前項（８）に記載の発明によれば、入れ込み量が大きすぎることによる金属板の幅方向両端部の加熱不足を回避できる加熱装置となしうる。
【００２０】
前項（９）に記載の発明によれば、本発明の加熱装置の適用意義がより発揮される。
【００２１】
前項（１０）に記載の発明によれば、本発明の加熱装置の適用意義がより発揮される。
【００２２】
前項（１１）に記載の発明によれば、金属板の幅方向の両端部に焼けを生じるのを防止しながら、金属板を長さ方向に連続して加熱できる加熱装置となしうる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】この発明の一実施形態に係る加熱装置の斜視図である。
【図２】図１の要部の断面図である。
【図３】遮蔽体の入れ込み量を１０ｍｍに設定したときの金属板の幅方向の位置と磁束密度との関係を示すグラフである。
【図４】遮蔽体の入れ込み量を１５ｍｍに設定したときの金属板の幅方向の位置と磁束密度との関係を示すグラフである。
【図５】遮蔽体の入れ込み量を２０ｍｍに設定したときの金属板の幅方向の位置と磁束密度との関係を示すグラフである。
【図６】従来の加熱方法を説明するための斜視図である。
【図７】従来の加熱方法の他の例を説明するための斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
次に、この発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。
【００２５】
図１はこの発明の一実施形態に係る高周波誘導加熱装置の斜視図、図２は図１の要部を垂直面で切断したときの断面図である。
【００２６】
図１及び図２に示す高周波誘導加熱装置は、高周波誘導加熱用の平面コイル１と遮蔽体２とを備えている。
【００２７】
前記コイル１は、コイル本体１１の周囲を絶縁体１２により被覆されてなり、水平状態に配置された加熱対象である長尺帯状の金属板３の上方位置において、金属板３の表面に対向して平行状にかつ金属板３の幅方向を横断する態様で配置されている。また、コイル本体１１は電源装置４に接続されて、該電源装置４から高周波電力を供給されるものとなされている。
【００２８】
前記遮蔽体２は、金属板３の幅方向の両端部をコイル１による磁束から遮蔽するものであり、金属板３の幅方向の各端部に対応してそれぞれ設けられている。各遮蔽体２は、前記コイル１と金属板３との間の位置において金属板３の長さ方向に沿って金属板３の幅方向の端部上方を被覆する銅などの材質からなり、遮蔽体２の外側端部に連結された支持部材２２によって支持されている。前記支持部材２２は遮蔽体２に連結された垂直片部２３と該垂直片部２３の下端に連設された水平片部２４とでＬ形に形成されるとともに、水平片部２４の取り付け孔２５に挿通されたボルト５を介して取り付け台６に固定支持されている。
【００２９】
前記遮蔽体２は通水孔２１を有する角形パイプ材からなり、コイル１の駆動時には通水孔２１に通水されて、高周波誘導加熱作用を受けて加熱する遮蔽体２を冷却するものとなされている。
【００３０】
また、支持部材２２の水平片部２４に設けられた取り付け孔２５は、金属板３の幅方向に長い長孔に形成されており、ボルト５に対する長孔の位置を調整することにより、遮蔽体２を金属板３の幅方向に移動できるようになっている。
【００３１】
コイル１により高周波誘導加熱される前記金属板３の材質は特に限定されるものではなく、例えば銅、アルミニウム、ステンレス等、誘導加熱可能な金属板であれば何でも良く、また表面に例えばスズ等のめっきや塗膜が施されていても良い。
【００３２】
この実施形態において、前記金属板３の幅ｗは特に限定されることはないが、好ましくは２０ｍｍ以上であるのが望ましい。幅ｗが２０ｍｍ未満では、金属板３の挿通孔１０１ａ、１０２ａを有する図６及び図７に示した従来のコイル１０１、１０２によっても加熱が可能であり、本発明の適用意義が比較的小さいからである。また、厚みｔも特に限定されないが、薄板であるのが望ましく特に厚み１ｍｍ以内であるのが望ましい。厚みｔが１ｍｍを超えるに伴って金属板３の熱容量が大きくなることから、本実施形態に係る遮蔽体２を使用しなくても、金属板３の幅方向両端部の局部加熱による焼けがあまり発生しないからである。
【００３３】
また、金属板３の幅方向の各端縁から内方への前記遮蔽体２の入れ込み長さＬをどの程度に設定するかは、金属板３の種類、厚み、幅、コイルの出力等によって相違し、その都度決定し、前記長孔からなる取り付け孔２５により遮蔽体２の位置調整を行えばよいが、一般的には入れ込み長さＬを、金属板３の幅方向の片側で金属板３の幅の５％以上とするのが望ましく、特に１０％以上が望ましい。入れ込み長さＬが金属板３の幅の５％未満では、加熱時における金属板３の幅方向の端部の局部加熱による焼け防止効果が乏しい恐れがある。
【００３４】
一方、金属板３の幅方向の各端縁から内方への遮蔽体２の入れ込み長さＬが、金属板３の幅方向の片側で金属板３の幅の２０％を超えると、今度は逆に金属板３の幅方向の端部の加熱が不足する恐れがあるため好ましくない。このため、入れ込み長さＬは金属板３の幅方向の片側で金属板３の幅の２０％以下に設定するのが望ましく、特に１５％以下とするのがよい。
【００３５】
また、遮蔽体２と金属板３との隙間は、両者が接触しない範囲でできるだけ近い方が遮蔽効果が大きいが、接触の危険性を考慮して適宜設定すればよい。また、接触したときの金属板３への悪影響を排除するため、遮蔽体２の金属板３側の面に絶縁材を被覆しておくことも推奨される。
【００３６】
ところで、遮蔽体２によって金属板３の幅方向の端部を、コイル１による磁束から遮蔽することで、金属板３の幅方向の端部に磁束が作用しないにもかかわらず金属板３の両端部も金属板３の中間部と同じく均一に加熱される理由を解析するため、次のような実験を行い、金属板３の幅方向における磁束分布を調べた。
【００３７】
実験は、幅ｗ：１００ｍｍ、厚み：０．３ｍｍのスズめっきされたステンレスからなる金属板３と、銅製の遮蔽体２とを用い、金属板３の幅方向の両端部において、遮蔽体２の入れ込み長さＬをそれぞれ幅方向の片側で１０ｍｍ（金属板の幅の１０％）、１５ｍｍ（金属板の幅の１５％）、２０ｍｍ（金属板の幅の２０％）に設定した。また、コイル１の出力を３．０ｋＷに設定して、金属板３の高周波誘導加熱を行い、金属板３の幅方向における磁束密度を測定した。それらの結果を図３〜図５に示す。
【００３８】
いずれの場合も、遮蔽体２の存在部分では金属板３に作用する磁束の密度が大幅に減少していたが、遮蔽体２の入れ込み方向の先端部付近において、符号Ｐ及びＱで示すように、磁束密度が局部的に増大していた。
【００３９】
この磁束分布の結果に鑑みると、遮蔽体２の入れ込み方向の先端部付近において作用する大きな磁束によって、この部分に対応する金属板３が強く加熱されるとともに、加熱によって発生した大きな熱が加熱されていない幅方向の先端側に伝熱拡散される結果、幅方向の両端部を含めて金属板３の幅方向の全体が均一な加熱状態になるものと推測される。
【００４０】
次に、図１及び図２に示した高周波誘導加熱装置を用いた金属板３の連続的加熱方法を説明する。
【００４１】
まず、金属板３に対して、遮蔽体２を所定の入れ込み状態で遮蔽するようにその位置を設定するとともに、コイル１の位置を設定する。遮蔽体２の入れ込み長さＬの調整は、支持部材２２の水平片部２４に設けた長孔である取り付け孔２５により行えばよい。
【００４２】
次に、コイル１に通電して高周波電力を供給し、金属板３を誘導加熱しながら、移動装置７により金属板３を長さ方向に移動させ、金属板３を連続的に加熱していく。なお、移動装置３としては、金属板３を移動テーブルに載置し移動テーブルを移動させても良いし、金属板３にテンションをかけながら、ロール等で巻き取ることにより移動させても良い。また、金属板３を移動させることなく、コイル１と必要なら遮蔽体２を金属板３の長さ方向に移動させても良い。また、必要に応じて、遮蔽体２の通水孔２１には冷却媒体としての冷却水を通水し、遮蔽体２自体が加熱するのを防止する。
【００４３】
金属板３の幅方向の両端部は、それぞれ遮蔽体２によって所定の入れ込み長さだけ被覆されているから、コイル１による誘導作用がこの被覆部分だけ作用しないが、遮蔽体２の入れ込み方向の先端部付近において大きな磁束が発生し、これにより遮蔽体２の入れ込み方向の先端部の近傍において金属板３が強く加熱され、発生した大きな熱量が金属板３の幅方向の両端に伝熱拡散するものと推測され、金属板３は幅方向の全体に渡って均一に加熱される。このため、遮蔽体２が存在しない場合のような金属板３の幅方向の両端部に局部的な焼けが発生するのが防止され、高品質の加熱処理を行うことができる。
【００４４】
ちなみに、スズめっきが施された厚さ０．３ｍｍ、幅１００ｍｍのステンレス製の金属板３を用い、銅製の遮蔽体２を金属板３の幅方向の両端部の上方に近接配置するとともに、その上方に平面コイル１を金属板３の幅方向を横断する態様で金属板３と平行に配置し、出力３．０ｋＷで高周波誘導加熱を行った。そして、片側の遮蔽体２の入れ込み長さＬを金属板３の幅Ｗに対して０％、５％、１０％、１５％、２０％と設定した以外は同一条件で試験を行った。
【００４５】
その結果、入れ込み長さＬが金属板３の幅ｗに対して０％のものは、金属板３の幅方向の両端部に変色した焼けが生じた。また、５％のものは、実用上問題ないが、焼けによるわずかな変色が認めら、２０％のものは端部にわずかな加熱不足を生じていた。一方、１０％及び１５％のものは、焼けによる変色や加熱不足が全くなく、極めて良好な加熱状態を呈するものであった。
【符号の説明】
【００４６】
１    高周波誘導加熱用コイル
２    遮蔽体
２２  支持部材
２５  長孔
３    金属板
４    電源装置
７    移動装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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