(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｈ形鋼の表裏に亘る全周面に沿った形状のコイル本体を備え、そのコイル本体が、Ｈ形鋼のウェブ部の一方の面に対向配置される第一ウェブ加熱部と、ウェブ部の他方の面に対向配置される第二ウェブ加熱部と、Ｈ形鋼のフランジ部に対向配置されるフランジ加熱部を有すると共に、前記第一ウェブ加熱部と第二ウェブ加熱部が前記ウェブ部の長手方向にずれた位置を加熱する構成であり、且つ前記第一ウェブ加熱部と第二ウェブ加熱部とによるＨ形鋼の長手方向の加熱領域が、前記フランジ加熱部によるＨ形鋼の長手方向の加熱領域にほぼ一致する構成であることを特徴とするＨ形鋼加熱用の誘導加熱コイル。
【請求項２】
Ｈ形鋼を取り囲むように請求項１に記載の誘導加熱コイルをセットし、その誘導加熱コイルでＨ形鋼を局部的に加熱しながら、その誘導加熱コイルをＨ形鋼の長手方向に相対的に移動させ、同時に前記誘導加熱コイルで加熱した部分の下流側のほぼ全周を冷却すると共に上流側のウェブ部の中央部分を冷却し、同時に前記誘導加熱コイルで加熱された部分に曲げモーメントを作用させて曲げ加工を行うことを特徴とするＨ形鋼の曲げ加工方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、薄肉部を備えた条材或いは板材に対して曲げ加工などの熱間加工を施すためにこれらの部材を誘導加熱する誘導加熱コイルに関し、特にＨ形鋼の加熱に好適な誘導加熱コイルに関する。また、本発明は、その誘導加熱コイルを用いた熱間曲げ加工方法にも関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、鋼管を曲げ加工する方法として、鋼管を包囲するようにセットされた環状の誘導加熱コイルによって、鋼管の長手方向の狭い領域を環状に加熱し、その誘導加熱コイルを鋼管の長手方向に相対的に移動させて加熱された部分を移動させて行くと共にその鋼管に曲げモーメントを作用させて曲げて行き、同時にその誘導加熱コイルで加熱され曲げられた部分の下流に冷却水を吹き付けて冷却、固化させる熱間曲げ加工方法が知られている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
最近、一定の曲率に湾曲させたＨ形鋼の用途が開発されている。そこで、本発明者等は、真っ直ぐなＨ形鋼に、上記した鋼管に対する曲げ加工方法を適用して曲げ加工を行うことにより、湾曲したＨ形鋼を製造することができると考え、図６〜図８に示すように、Ｈ形鋼１を取り囲む形状の且つ断面が中空矩形状の誘導加熱コイル２を作成し、これを用いて曲げテストを行った。すなわち、誘導加熱コイル２を定位置に固定し、その中にＨ形鋼１を通し、誘導加熱コイル２による加熱を行った状態でＨ形鋼１を矢印Ｘ方向に移動させながらそのＨ形鋼１の先端に旋回アーム３によって曲げモーメントを作用させ、同時に誘導加熱コイル２の一端角部に形成している冷却水噴射孔４から冷却水５をＨ形鋼１に噴射して、誘導加熱コイル２により加熱され且つ曲げ変形を生じた部分６の後端を冷却し、Ｈ形鋼１を連続的に曲げ加工した。
【０００４】
ところが、この誘導加熱コイル２でＨ形鋼を加熱する際に問題のあることが判明した。すなわち、Ｈ形鋼１は中央のウェブ部１Ａと両端のフランジ部１Ｂを有しているが、通常、ウェブ部１Ａは厚さが薄く、例えば、断面の高さ×幅（Ｈ×Ｂ）が２５０ｍｍ×２５０ｍｍのＨ形鋼１では、フランジ部１Ｂの厚さが１４ｍｍに対してウェブ部１Ａの厚さは９ｍｍ程度である。また、これよりも大きいＨ形鋼であっても、フランジ部１Ｂの厚さは厚くなるが、ウェブ部１Ａの厚さはあまり増加しない。このように薄いウェブ部１Ａの両側に誘導加熱コイル２を配置して誘導加熱すると、誘導加熱コイル２のウェブ部１Ａの両側にそれぞれ位置するウェブ加熱部２Ａ、２Ｂが互いに干渉して加熱効率を低下させてしまう。例えば、誘導加熱コイル２への印加周波数として２．４ＫＨｚを使用すると誘導電流の浸透深さは約１０ｍｍであるので、ウェブ部１Ａの上方に位置するウェブ加熱部２Ａによる誘導電流はウェブ部１Ａの下面においてもかなり生じており、これが下方に位置するウェブ加熱部２Ｂによって発生させられる誘導電流の一部を打ち消してしまい、結局、発熱効率が低下する。このため、ウェブ部１Ａの昇温が困難で、肉厚が厚くて加熱効率の良いフランジ部１Ｂとのバランスが悪くなり、加工スピードを遅くしなければ温度バランスが保てず、結局、加工スピードを低くせざるを得なかった。
【０００５】
また、図６から分かるように、Ｈ形鋼１をフランジ部１Ｂと直角方向に曲げたところ、ウェブ部とフランジ部との温度バランスを取って曲げ加工を行ったにもかかわらず、薄いウェブ部１Ａが波状に変形してしまい、形状不良となるという問題もあった。
【０００６】
本発明は、かかる問題点に鑑みて為されたもので、肉厚が薄くて両側に配置した誘導加熱コイルが干渉しあうようなウェブ部を有するＨ形鋼を、効率良く加熱することの可能な誘導加熱コイルを提供することを目的とする。
【０００７】
また、本発明はウェブ部に波状に変形を生じることなくＨ形鋼を曲げ加工することを可能とする曲げ加工方法を提供することも目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本願の第一の発明は、Ｈ形鋼のウェブ部の両側にそれぞれ位置する誘導加熱コイルの第一ウェブ加熱部と第二ウェブ加熱部との干渉を避けるため、各側に位置する誘導加熱コイルの第一ウェブ加熱部と第二ウェブ加熱部による加熱領域を長手方向にずらせる構成としたものである。この構成により、ウェブ部が誘導電流の浸透深さより薄くても、ウェブ部の片側に位置する誘導加熱コイルの部分による誘導電流と、反対側に位置する誘導加熱コイルの部分による誘導電流が打ち消しあうということがほとんどなく、効率良く加熱することが可能となる。
【０００９】
本願の第二の発明は、Ｈ形鋼の曲げ加工時にウェブ部に生じる波状の変形を防止するため、曲げ変形させるために加熱した領域のうち、ウェブ部の中央部分の温度を低くしたものである。このようにウェブ部の中央部分の温度を低くすると、その部分が変形しにくくなり、曲げ変形させた時に波状にならず、良好な曲げ加工が可能となる。なお、ウェブ部の中央部分は曲げ加工時の中立面及びその近傍であるので、変形量は小さく、この部分の剛性が高くても曲げ変形に支障はない。
【００１０】
【発明の実施の形態】
【００１１】
本願請求項１の発明になる誘導加熱コイルはＨ形鋼を加熱するためのもので、Ｈ形鋼の表裏に亘る全周面に沿った形状のコイル本体を備え、そのコイル本体が、Ｈ形鋼のウェブ部の一方の面に対向配置される第一ウェブ加熱部と、ウェブ部の他方の面に対向配置される第二ウェブ加熱部と、Ｈ形鋼のフランジ部に対向配置されるフランジ加熱部を有すると共に、前記第一ウェブ加熱部と第二ウェブ加熱部が前記ウェブ部の長手方向にずれた位置を加熱する構成であり、且つ前記第一ウェブ加熱部と第二ウェブ加熱部とによるＨ形鋼の長手方向の加熱領域が、前記フランジ加熱部によるＨ形鋼の長手方向の加熱領域にほぼ一致する構成であることを特徴とするものある。
【００１２】
この構成により、薄いウェブ部を効率良く加熱することが可能となり、薄いウェブ部も厚いフランジ部と同様に加熱でき、更に、Ｈ形鋼のフランジ部とウェブ部の長手方向のほぼ同じ領域を敏速且つ均等に加熱することができる。
【００１３】
上記構成の誘導加熱コイルは、Ｈ形鋼などの条材或いは板材の曲げ加工を行うための加熱に好適に使用できるが、この他にも、条材或いは板材の長手方向の一部領域を加熱する必要のある用途に、例えば、熱処理のための加熱、圧縮変形させるための加熱等にも使用可能である。
【００１４】
請求項２の発明になる曲げ方法は、Ｈ形鋼を取り囲むように上記構成の誘導加熱コイルをセットし、その誘導加熱コイルでＨ形鋼を局部的に加熱しながら、その誘導加熱コイルをＨ形鋼の長手方向に相対的に移動させることで加熱された部分をＨ形鋼の長手方向に移動させて行き、同時にその加熱された部分の下流側のほぼ全周を冷却すると共に上流側のウェブ部の中央部分を冷却し、同時に前記誘導加熱コイルで加熱された部分に曲げモーメントを作用させて曲げ加工を行うことを特徴とする。
【００１５】
この構成により、Ｈ形鋼の長手方向の一部領域のフランジ部及びウェブ部を比較的均一に且つ敏速に加熱して曲げ加工を行うことができ、しかも、ウェブ部の中央部分は加熱前に冷却されるため他の部分に比べて温度が低く、変形しにくくなっており、曲げ変形させた時に波状に変形することがなく、良好な形状の曲げを行うことができる。
【００１６】
【実施例】
以下、本発明の好適な実施例を説明する。
図１は本発明の一実施例による誘導加熱コイルを用いてＨ形鋼の曲げ加工を行う状態を示す概略断面図、図２は図１のＡ−Ａ矢視概略図、図３は図２のＢ−Ｂ矢視概略図、図４は図２のＣ−Ｃ矢視概略図、図５は誘導加熱コイルの概略斜視図であり、１はＨ形鋼、１ＡはそのＨ形鋼のウェブ部、１Ｂはフランジ部である。３はＨ形鋼１に曲げモーメントを作用させるための旋回アーム、１２はＨ形鋼１の長手方向の小領域を加熱すると共に加熱した領域の一端を冷却する冷却手段を兼ねた誘導加熱コイルであり、本実施例では定位置に設けられている。
【００１７】
この誘導加熱コイル１２は、図２から良く分かるように、Ｈ形鋼１の表裏に亘る全周面に沿った形状のコイル本体１３を備えており、そのコイル本体１３は導電性材料で中空構造に作られており、Ｈ形鋼１のウェブ部１Ａの中央に対向する位置に端部があって接続導管１４Ａ、１４Ｂに接続されている。この接続導管１４Ａ、１４Ｂは電源装置及び冷却水供給源（図示せず）に連結され、コイル本体１３に電流と冷却水を供給するようになっている。なお、接続導管１４Ａ、１４Ｂの間には絶縁体が配置されている。
【００１８】
コイル本体１３は、肉厚の薄い薄肉部であるウェブ部１Ａの片側に位置する第一ウェブ加熱部１３Ａと、反対側に位置する第二ウェブ加熱部１３Ｂと、フランジ部１Ｂを取り囲んだフランジ加熱部１３Ｃからなる。図３から良く分かるように、Ｈ形鋼１のウェブ部１Ａの片側に位置する第一ウェブ加熱部１３Ａは、ウェブ部１Ａに対向する第一平坦面１３ａを、反対側に位置する第二ウェブ加熱部１３Ｂは、ウェブ１Ａに対向する第二平坦面１３ｂを有している。この第一平坦面１３ａ及び第二平坦面１３ｂの幅Ｗ1 、Ｗ2 は、それぞれコイル本体１３の最大幅Ｗの半分よりも少し小さく設定されており、且つ第一平坦面１３ａ及び第二平坦面１３ｂはＨ形鋼１の長手方向にずれるように配置されている。更に具体的に述べると、第一平坦面１３ａはコイル本体１３の一端側に寄せて配置し、第二平坦面１３ｂはコイル本体１３の他端側に寄せて配置している。これにより、第一ウェブ加熱部１３Ａによるウェブ部１Ａの加熱領域と、第二ウェブ加熱部１３Ｂによるウェブ部１Ａの加熱領域とがＨ形鋼１の長手方向にずれており、肉厚の薄いウェブ部１Ａを両側から誘導加熱しても、相互に干渉しあうことがほとんどなくなる。
【００１９】
フランジ加熱部１３Ｃは、図４から良く分かるように矩形断面に作られており、コイル本体１３のフランジに対向する第三平坦面１３ｃを有している。この第三平坦面１３ｃの幅はコイル本体１３の最大幅Ｗに等しく設定されており、従って、フランジ加熱部１３ＣによるＨ形鋼１の長手方向の加熱領域はコイル本体１３の最大幅Ｗにほぼ等しく、第一ウェブ加熱部１３Ａ及び第二ウェブ加熱部１３ＢによるＨ形鋼１の長手方向の加熱領域にほぼ一致する。この構成により、このコイル本体１３は、Ｈ形鋼１のウェブ部１Ａ及びフランジ部１Ｂの長手方向の同一領域をほぼ一定幅に加熱することができる。
【００２０】
コイル本体１３の第一ウェブ加熱部１３Ａ及びフランジ加熱部１３Ｃには、それぞれ一端側の角部に噴射孔１５が形成され、冷却水１６をＨ形鋼１に吹き付け、Ｈ形鋼１の加熱された部分１７の端部（加熱された部分１７のＨ形鋼１に対する進行方向に関して下流側の端部）を冷却するようになっている。また、第二ウェブ加熱部１３Ｂの隣接位置には、水冷用ジャケット２０が設けられ、その角部に形成された噴射孔２１から冷却水１６を噴射して加熱された部分１７の端部を冷却するようになっている。この構成により、Ｈ形鋼１は全周に渡って、噴射された冷却水１６によって冷却されることとなる。
【００２１】
コイル本体１３の噴射孔１５を設けた側とは反対側には、予備冷却ジャケット２５が設けられ、それに設けている噴射孔２６から冷却水２７をＨ形鋼１の加熱される前の領域に吹き付けて予備冷却するようになっている。この予備冷却ジャケット２５はウェブ部１３Ａの中央部分のみを冷却するように、例えば、ウェブ長さが約６００ｍｍに対して中央の１００〜１５０ｍｍ幅程度の領域を冷却するように配置されている。
【００２２】
次に、上記構成の誘導加熱コイル１２を用いたＨ形鋼１の曲げ加工方法を説明する。誘導加熱コイル１２でＨ形鋼１を局部的に塑性変形容易な温度に、例えば赤熱状態に加熱し且つその加熱された部分の前後に冷却水１６、２７を吹き付けた状態で、Ｈ形鋼１を矢印Ｘ方向（図１参照）に押し、旋回アーム３によってＨ形鋼１に曲げモーメントを作用させる。これにより、誘導加熱コイル１２で局部的に加熱された部分１７が曲げられると共にその直後が冷却水１６で冷却、固化され、連続的に曲げ加工が行われる。この曲げ加工中において、ウェブ部１Ａの両側に配置した第一ウェブ加熱部１３Ａと第二ウェブ加熱部１３Ｂが薄いウェブ１Ａを誘導加熱するが、図３から良く分かるように、それぞれによる加熱領域がＨ形鋼１の長手方向にずれているため、相互に干渉することが少なく、このため効率良く加熱可能である。従って、ウェブ部１Ａとフランジ部１Ｂを敏速に且つ均等に加熱でき、高速で曲げ加工を行うことができると共に消費電力を削減できる。例えば、図７、図８に示す誘導加熱コイル２を用いて、断面の高さ×幅（Ｈ×Ｂ）が２５０ｍｍ×２５０ｍｍのＨ形鋼１を曲げ加工した際には、加工速度が１．０〜１．５ｍｍ／ｓ程度であったが、本実施例では、約３．０ｍｍ／ｓでの加工が可能であり、消費電力も約２割削減できた。
【００２３】
次に、予備冷却ジャケット２５はＨ形鋼１の加熱される前の領域に、且つウェブ部１Ａの中央部分に冷却水２７を吹き付けて冷却している。このため、ウェブ部１Ａの中央部分のみは、冷却水２７で冷却されて他の部分よりも温度が低くなり、塑性変形しにくくなっている。このため、曲げ加工した際に不安定な変形が阻止され、ウェブ部１Ａに波状の変形が生じることがなく、良好な形状の製品を得ることができる。
【００２４】
なお、上記実施例では、Ｈ形鋼１の冷却に冷却水１６、２７を吹き付けて冷却しているが、冷却水に代えて他の冷却媒体例えば冷却油、冷却ガス等を吹き付ける構成としてもよい。また、上記実施例では、ウェブ部１Ａの中央部分に冷却水２７を吹き付けて、中央部分の温度を他の部分に比べて低くしているが、この代わりに、誘導加熱コイル１２として、ウェブ中央部分の加熱熱量が小さいものを用い、それによってウェブの中央部分の温度を低くする構成としてもよい。
【００２５】
更に、上記実施例では、Ｈ形鋼１をフランジ部１Ｂに直角な方向に曲げる場合を説明したが、本発明の実施例による誘導加熱コイル１２はＨ形鋼１をウェブ部１Ａに直角方向に曲げる場合にも使用可能である。更に、この誘導加熱コイル１２はＨ形鋼の曲げ加工に限らず、他の処理或いは加工のための加熱に利用できることは言うまでもない。
【００２６】
【発明の効果】
【００２７】
以上に説明したように、本発明の誘導加熱コイルは、コイル本体をＨ形鋼の表裏に亘る全周面に沿った形状とし、そのコイル本体の、Ｈ形鋼のウェブ部をはさんで配置される第一ウェブ加熱部と第二ウェブ加熱部とを前記ウェブ部の長手方向にずれた位置を加熱する構成としたことにより、第一ウェブ加熱部と第二ウェブ加熱部とによってウェブ部に生じる誘導電流が、主として長手方向にずれた領域に生じ、肉厚が薄くてもその誘導電流同士が打ち消し合うことがほとんどなく、このため、薄いウェブ部を効率良く加熱することができ、厚いフランジ部と同様に均一に且つ敏速に加熱することが可能となり、しかも、その第一ウェブ加熱部と第二ウェブ加熱部とによるＨ形鋼の長手方向の加熱領域を、フランジ部を加熱するためのフランジ加熱部によるＨ形鋼の長手方向の加熱領域にほぼ一致させる構成としたことにより、Ｈ形鋼のフランジ部とウェブ部の長手方向のほぼ同じ領域を敏速且つ均等に加熱することができるという効果を有している。
【００２８】
本発明の曲げ加工方法は、Ｈ形鋼の長手方向の一部領域を上記構成の誘導加熱コイルで加熱しながら、その誘導加熱コイルをＨ形鋼の長手方向に相対的に移動させて加熱された部分をＨ形鋼の長手方向に移動させ、同時に加熱された部分の下流側のほぼ全周を冷却すると共に上流側のウェブ部の中央部分を冷却し、同時に前記誘導加熱コイルで加熱された部分に曲げモーメントを作用させて曲げ加工を行う構成としたことにより、Ｈ形鋼のウェブ部、フランジ部を均一に且つ効率良く加熱して敏速な曲げ加工を行うことができ、しかもウェブ部の中央部分を他の部分に比べて低い温度とし、変形しにくい状態で曲げ加工することができ、ウェブ部に波状の変形が生じることを防止し、良好な形状に曲げた製品を得ることができるという効果を有している。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の一実施例による誘導加熱コイルを用いてＨ形鋼の曲げ加工を行う状態を示す概略断面図
【図２】  図１のＡ−Ａ矢視概略図
【図３】  図２のＢ−Ｂ矢視概略図
【図４】  図２のＣ−Ｃ矢視概略図
【図５】  図１の実施例の誘導加熱コイルの概略斜視図
【図６】  本発明者らが先に試作した誘導加熱コイルを用いてＨ形鋼の曲げ加工を行う状態を示す概略断面図
【図７】  図６のＤ−Ｄ矢視概略図
【図８】  図７のＥ−Ｅ矢視概略図
【符号の説明】
１  Ｈ形鋼
１Ａ  ウェブ部
１Ｂ  フランジ部
２  誘導加熱コイル
３  旋回アーム
１２  誘導加熱コイル
１３  コイル本体
１４Ａ、１４Ｂ  接続導管
１３Ａ  第一ウェブ加熱部
１３Ｂ  第二ウェブ加熱部
１３Ｃ  フランジ加熱部
１３ａ  第一平坦面
１３ｂ  第二平坦面
１３ｃ  第三平坦面
１５  噴射孔
１６  冷却水
１７  加熱された部分
２０  水冷用ジャケット２０
２１  噴射孔
２５  予備冷却ジャケット
２６  噴射孔
２７  冷却水
【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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【図８】
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