(57)【要約】  工作物が通過する実質的に気密のエンクロージャを含む誘導加熱装置が提供される。誘導加熱手段がエンクロージャの外側を囲み、誘導手段を介して流れるＡＣ電流が、工作物とカップリングして工作物を誘導加熱する磁界を確立する。気密のエンクロージャは、工作物とカップリングする磁界を通す非導電性材料と、磁界範囲を制限する電磁シールド材料とを含み得る。ある実施例では電磁シャントが誘導手段の周囲に位置付けられ、電磁シールド材料に代わり又は電磁シールド材料と共に、工作物に向かう磁界を制限する。本発明の他の実施例では、例えば、気密のエンクロージャに隣り合う１つ以上のプロセスチャンバの熱膨張を補償する１つ以上の可撓性要素が、非導電性材料と共に使用され得る。
2009522816.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
誘導加熱装置であって、
工作物が通過する実質的に気密のエンクロージャと、
エンクロージャを貫き、エンクロージャを通過する工作物を誘導加熱する磁界を発生させるＡＣ電流を伝送する誘導手段にして、エンクロージャの外側周囲に配置した誘導手段と、
を含み、
実質的に気密のエンクロージャが、エンクロージャを通過する工作物に磁界をカップリングさせる非導電性材料と、磁界の範囲を制限する電磁シールド材料とを含む誘導加熱装置。
【請求項２】
電磁シールド材料が、エンクロージャの上流側及び下流側の磁界を実質的に誘導手段の長さに制限する請求項１の誘導加熱装置。
【請求項３】
電磁シールド材料が、工作物の平面と直交する範囲での磁界をも制限する請求項２の誘導加熱装置。
【請求項４】
気密のエンクロージャの上流側又は下流側の何れかに取り付けたプロセス処理用チャンバを更に含む請求項１の誘導加熱装置。
【請求項５】
非導電性材料が、エンクロージャを該エンクロージャの上流側及び下流側に移動させるための少なくとも１つの可撓性要素を更に含む請求項４の誘導加熱装置。
【請求項６】
少なくとも１つの可撓性要素が、全体にＶ字形の要素又は、非導電性材料の上流側又は下流側の全体に傾斜した端部要素である請求項５の誘導加熱装置。
【請求項７】
誘導加熱装置であって、
工作物が通過する実質的に気密のエンクロージャと、
エンクロージャを貫き、エンクロージャを通過する工作物を誘導加熱する磁界を発生させるＡＣ電流を伝送する誘導手段にして、エンクロージャの外側周囲に配置した誘導手段と、
を含み、
実質的に気密のエンクロージャが、エンクロージャを通過する工作物に磁界をカップリングさせる非導電性材料と、非導電性材料内に配置した、磁界の範囲を制限する電磁シールド材料とを含む誘導加熱装置。
【請求項８】
電磁シールド材料が、エンクロージャの上流側及び下流側の磁界を実質的に誘導手段の長さに制限する請求項７の誘導加熱装置。
【請求項９】
電磁シールド材料が、工作物の平面と直交する範囲での磁界をも制限する請求項８の誘導加熱装置。
【請求項１０】
非導電性材料が、エンクロージャを該エンクロージャの上流側及び下流側に移動させるための少なくとも１つの可撓性要素を更に含む請求項７の誘導加熱装置。
【請求項１１】
少なくとも１つの可撓性要素が、全体にＶ字形の要素又は、非導電性材料の上流側又は下流側の全体に傾斜した端部要素である請求項１０の誘導加熱装置。
【請求項１２】
誘導加熱装置であって、
工作物が通過する実質的に気密のエンクロージャと、
エンクロージャを貫き、エンクロージャを通過する工作物を誘導加熱する磁界を発生させるＡＣ電流を伝送する誘導手段にして、エンクロージャの外側周囲に配置した誘導手段と、
を含み、
実質的に気密のエンクロージャが、エンクロージャを通過する工作物に磁界をカップリングさせる非導電性材料と、誘導手段の周囲に配置した少なくとも１つの電磁シャントにして、工作物に向かう磁界を制限する電磁シャントとを含む誘導加熱装置。
【請求項１３】
非導電性材料が、エンクロージャを該エンクロージャの上流側及び下流側に移動させるための少なくとも１つの可撓性要素を更に含む請求項１２の誘導加熱装置。
【請求項１４】
少なくとも１つの可撓性要素が、全体にＶ字形の要素又は、非導電性材料の上流側又は下流側の全体に傾斜した端部要素である請求項１３の誘導加熱装置。
【請求項１５】
電磁誘導加熱装置であって、
工作物が通過する実質的に気密のエンクロージャと、
エンクロージャを貫き、エンクロージャを通過する工作物を誘導加熱する磁界を発生させるＡＣ電流を伝送する誘導加熱用誘導体にして、エンクロージャの外側周囲に配置した誘導体と、
を含み、
実質的に気密のエンクロージャが、該エンクロージャを通過する工作物に磁界をカップリングさせる非導電性材料にして、該エンクロージャが上流側及び下流側に移動するための少なくとも１つの可撓性要素を有する電磁誘導加熱装置。
【請求項１６】
エンクロージャの上流側及び下流側の磁界を制限するための電磁シールド材料を更に含む請求項１５の電磁誘導加熱装置。
【請求項１７】
電磁シールド材料が更に、工作物の平面と直交する範囲での磁界を制限する請求項１６の電磁誘導加熱装置。
【請求項１８】
少なくとも１つの可撓性要素が、全体にＶ字形の要素又は、非導電性材料の上流側又は下流側の全体に傾斜した端部要素である請求項１５の電磁誘導加熱装置。
【請求項１９】
誘導加熱装置であって、
工作物が通過する実質的に気密のエンクロージャと、
エンクロージャを貫き、エンクロージャを通過する工作物を誘導加熱する磁界を発生させるＡＣ電流を伝送する誘導手段にして、エンクロージャの外側周囲に配置した誘導手段と、
を含み、
実質的に気密のエンクロージャが、エンクロージャを通過する工作物に磁界をカップリングさせる非導電性材料にして、エンクロージャが上流側及び下流側方向で移動するための少なくとも１つの可撓性要素を有する非導電性材料と、工作物に向かう磁界を制限するための、誘導手段の周囲に配置した少なくとも１つの電磁シャントと、を有する誘導加熱装置。
【請求項２０】
少なくとも１つの可撓性要素が、全体にＶ字形の要素又は、非導電性材料の上流側又は下流側の全体に傾斜した端部要素である請求項１９の誘導加熱装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本件出願は、２００６年１月９日付で提出した米国仮出願特許番号第６０／７５７，３５５号の優先権の利益を主張するものであって、本発明は、一般に、工作物を気密エンクロージャで周囲環境から隔絶し、エンクロージャの外部に位置付けた誘導加熱手段を使用してエンクロージャ内の工作物を誘導加熱する電磁誘導加熱装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の誘導加熱装置は、誘導手段と、連続的に移動する金属ストリップ又は金属ワイヤのような製品の周囲に配置した気密エンクロージャとを含んでいる。気密エンクロージャは熱的及び電気的に絶縁され、移動する製品を非導電性のエンクロージャで包囲している。誘導手段はエンクロージャの外側周囲に位置付けられ、好適なＡＣ電源に接続され、誘導手段にＡＣ電流を通すと誘導手段の周囲に磁界が確立され、生じた磁界が移動する製品にカップリングされて製品を誘導加熱する。非導電性の気密エンクロージャ（以下、エンクロージャとも称する）は、エンクロージャの上流側及び下流側に磁界包囲領域を形成するべく、誘導手段の上流側と下流側とに十分な距離（少なくとも２００ｍｍ）において、移動する製品と平行に伸延させる必要があるが、少なくとも、気密エンクロージャを設置した誘導加熱ライン内の余裕が少ない設備では、特に、上流側又は下流側の導電性材料製のプロセス処理用チャンバにエンクロージャを取り付ける際に、この条件、即ちエンクロージャを伸ばす条件が問題となる。また、高出力型の誘導手段は高強度磁界を発生するので、各チャンバを相互に連結する連結用チャンバ又は連結用フィッティングが誘導加熱されないようにするために、代表的には上流側及び下流側の距離をずっと長くする必要がある。しかも、気密エンクロージャを上流及び下流側の各プロセス処理用チャンバ間の中間チャンバとして使用する場合、用途によっては、上流側又は下流側の各プロセス処理用チャンバを加熱した時に中間チャンバに圧縮力が加わる恐れもある。
【０００３】
【特許文献１】米国仮出願特許第６０／７５７３５５号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
解決しようとする課題は、製品の移動方向と平行方向での気密エンクロージャの長さが誘導手段の長さに実質的に制限され、及び又は、気密エンクロージャが、熱膨張する隣り合うチャンバから加えられる圧縮力を補償し得る誘導加熱装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の１様相によれば、実質的に気密のエンクロージャを通して移動するストリップその他の工作物を誘導加熱するための誘導加熱装置及び方法が提供される。誘導手段がエンクロージャの外側周囲に位置付けられ、エンクロージャを貫いて、このエンクロージャを通して移動する工作物を誘導加熱する磁界を生じさせるＡＣ電流を送電する。エンクロージャは、磁界を通過させて工作物にカップリングさせる非導電性材料と、磁界範囲を限定する電磁シールド材料と、を含む。誘導加熱装置は、少なくとも部分的に導電性材料から構成した、プロセス処理用チャンバの何れかの側部に連結する加熱用チャンバとして使用する場合に特に有益である。
【０００６】
本発明の他の様相では気密エンクロージャは、非導電性材料と、エンクロージャの外側で誘導手段の周囲に配置され、誘導手段の上流及び下流側の磁界を制限する電磁シャントと、を含み得る。
本発明の更に他の様相では気密エンクロージャは、１つ以上の連結用チャンバの熱膨張を補償する１つ以上の可撓性要素を含む非導電性材料を含み得る。
【発明の効果】
【０００７】
製品の移動方向と平行方向での気密エンクロージャの長さが誘導手段の長さに実質的に制限され、及び又は、気密エンクロージャが、熱膨張する隣り合うチャンバから加えられる圧縮力を補償し得る誘導加熱装置が提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
同じ参照番号は同じ要素を表す図面を参照して説明するに、図１及び図２には本発明の誘導加熱装置の一例が示されている。気密エンクロージャ（以下、エンクロージャとも称する）１２が、このエンクロージャを矢印で示す方向（エンクロージャを通る上流側及び下流側の各方向を定義する方向）に通過する工作物９０を周囲環境から実質的に包囲する手段を提供する。エンクロージャ１２の外側に位置付けた誘導手段１４又は１４ａが好適なＡＣ電源８２に接続され、この誘導手段を通して流れる電流が、エンクロージャを通過するストリップ９０と磁気的にカップリングされてストリップを誘導加熱する磁界（点線で示す、代表的な磁束線９２で表される）を確立する。
エンクロージャ１２は非導電性材料１２ａと、電磁シールド材料１２ｂとを含み、非導電性材料は少なくとも、エンクロージャを通過する工作物にカップリングする磁界を通過させるエンクロージャ部分に使用する。本発明のこの非限定的実施例では、電磁シールド材料は少なくとも、誘導手段の上流側及び下流側に伸びる磁界部分で使用され、これら上流及び下流側部分への磁界移動を制限すると共に、誘導加熱装置の全長を実質的に減少させる。
【０００９】
図１及び図２に示すような、エンクロージャ１２の“Ｌ字形”の電磁シールド材料は、本発明の誘導加熱装置で使用可能な非限定構成例を示したものである。本発明の目的上、エンクロージャ１２の上流側及び下流側の各電磁シールド材料は、エンクロージャの上流側又は下流側への磁界延長を制限するに十分な寸法形状を有しさえすれば良く、例えば、本発明の他の実施例では電磁シールド材料１２ｂ’は図３に示すように円弧状とされ得る。
電磁シールド材料は、本発明の電磁誘導加熱装置を、上流側及び又は下流側のプロセス処理用チャンバに連結した中間加熱用チャンバとして用いる場合に使用するのが特に有益である。例えば、図７では本発明の気密エンクロージャ１２が、上流側及び又は下流側のプロセス処理用チャンバ２０ａ及び又はチャンバ２０ｂ（部分的に断面で示す）の各間部分で中間誘導加熱チャンバとして使用され、エンクロージャ１２に隣り合う、少なくとも部分的に導電性材料で構成され得る部分を有している。
【００１０】
電磁シールド材料は、銅またはアルミニューム組成のプレート又はこれに限定しないが、シート状、箔状又はメッシュ状に形成したMuMetalのような高透磁性又は中透磁性の材料を含み、特定用途上好適であるように接地される。
エンクロージャは実質的に気密なので工作物を挿通する開口を設ける必要があるが、この開口はエンクロージャ内の保熱のために熱的に絶縁され得る。エンクロージャは、気体成分をエンクロージャ内に注入する又はエンクロージャから排出させる各手段を随意的に含み得、また、工作物とカップリングする磁界を通過させない追加構成要素を含み得る。
使用する熱誘導体又は熱誘導手段１４は任意形式の熱誘導体、例えば、これに限定しないが、コイル状又はシート状とした１つ以上の誘導体を直列及び又は並列接続し、これら１つ以上の誘導体が長手方向又は横断方向の磁束場を生じるものであり得る。図２にはソレノイドコイル１４ａを誘導手段とした本発明の１例を示す。ソレノイドコイル１４ａはエンクロージャ１２を包囲し、コイル端部１１ａ及び１１ｂを介してＡＣ電源８２と好適に接続される。電源電流によってコイル周囲に生じた磁界は工作物にカップリングされて工作物を加熱する。本発明の他の実施例では、誘導手段はエンクロージャの対向する各側部に位置決めされて横断方向の磁界場を発生する、一対のコイル又はその他任意構成のコイルを含み得る。
【００１１】
図２では電磁シールド材料の上方のエンクロージャ上部シール要素１２ｃと、電磁シールド材料の下方のエンクロージャ下部シール要素１２ｄと（エンクロージャの上流側端部は非設置状態で示される）が任意の好適な材料から構成され得る。配置構成によっては導電材料を使用するのが好ましい。
図２では非導電性材料１２ａはストリップ９０の表面と直交する状態で伸延されるが、他の実施例では非導電性材料はストリップの縁部とも直交する状態で伸延される。
本発明の他の実施例では、気密エンクロージャは、電磁シールド材料１２ｂ”を図４に示すように配置した非導電性材料１２ａ”を含み得、他の実施例では電磁シールド材料１２ｂが誘導手段の長手方向に沿って伸延され、図５に示すように、工作物の平面と直交する方向の磁界を制限する。
【００１２】
図６には本発明の誘導加熱装置の別の実施例が示され、エンクロージャが、非導電性材料１２ａと、誘導手段１４の周囲に配置した電磁シャント８４にして、ＡＣ電流を誘導手段に流した時に上流側及び下流側に貫通する磁界を制限するに十分な状態に配置した電磁シャント８４とを含んでいる。本発明の他の実施例では、１つ以上の電磁シャントを、この電磁シャントの上方に配置した電磁シールド材料と連結させ得る。
図８〜図１１には本発明の誘導加熱装置の非限定例が示され、気密エンクロージャ１３の非導電性材料１３ａが、エンクロージャが上流側及び下流側の各方向への熱膨張に耐え得るようにするための１つ以上の可撓性の機能構造部分を含んでいる。この構成は、図８に下流側のプロセス処理用チャンバ２０ｃ（部分的に断面で示す）として例示するような気密エンクロージャを上流側及び又は下流側のプロセス処理用チャンバに連結する場合に特に有益である。本発明のこの非限定構成のプロセス処理用チャンバ２０ｃは、例えばステンレス鋼製のフランジであり得る連結要素９４’を介してエンクロージャ１３に連結される。エンクロージャ１３の反対側の上流側端部もまた、連結要素９４”を介して図示されない上流側のプロセス処理用チャンバに連結され得る。図８では非導電性材料１３ａの可撓性の機能構造部分は、非導電性材料の両端位置に配置したＶ字形要素１３ａ’である。
【００１３】
下流側及び又は上流側の隣り合う各プロセス処理用チャンバが加熱中に膨張すると、Ｖ字形要素の各脚部が矢印方向に相互に圧縮され、隣り合う各プロセス処理用チャンバの、特に上流側及び下流側の各方向での膨張を補償する。連結要素９４’及び又は９４”は、隣り合う各プロセス処理用チャンバへの熱的影響に対してエンクロージャ１３が反応するに際し、上流側及び下流側に移動するように配置され得る。図９では、非導電性材料１３ａの可撓性の機能構造部分は、非導電性材料の両端位置に配置した傾斜要素１３ａ”である。図９に示すように、傾斜要素１３ａ”はエンクロージャ１３の上流側及び下流側の各端部位置で工作物９０の表面から傾斜しつつ離間している。エンクロージャ１３が隣り合う各プロセス処理用チャンバへの熱的影響に対して反応するに際し、傾斜要素１３ａ”の、工作物９０に関する相対角度が増大し、かくして隣り合う各プロセス処理用チャンバの膨張、特には上流側及び下流側の各方向での膨張が補償される。図８及び図９の実施例では、誘導手段の上流側及び下流側に延長する磁界部分においてエンクロージャに電磁シールド材料を設け得、随意的には、図８及び図９に例示するような電磁シールド材料１３ｂを誘導手段の長手方向に沿っても配置して、工作物の平面と直交する方向での磁界を制限することもできる。
図１０及び図１１には、１つ以上の電磁シャント８４を使用する、図６に例示され且つ説明した本発明の実施例と類似する気密エンクロージャにおけるＶ字形要素１３ａ’及び傾斜要素１３ａ”の夫々の使用状況が例示される。
【００１４】
図８〜図１１ではＶ字形要素１３ａ’及び傾斜要素１３ａ”は、気密エンクロージャの非導電性材料のための可撓性の機能構造部分の２つの非限定例を表している。図では可撓性の機能構造部分は限定数において例示されるが、その数は用途に応じて変更され得る。また、図示された可撓性の機能構造部分は本発明のその他の実施例に組み入れ可能である。
本発明の全ての実施例において、工作物９０は、ストリップ又はワイヤのような連続的な工作物、又は、エンクロージャを通して、例えばコンベヤシステムを使用して好適に送ることのできる多数の個別の工作物を含み得る。
以上、本発明を実施例を参照して説明したが、本発明の内で種々の変更をなし得ることを理解されたい。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】図２を線Ａ−Ａに沿って切断した本発明の誘導加熱装置の断面図である。
【図２】本発明の誘導加熱装置の１実施例の斜視図である。
【図３】本発明の誘導加熱装置の他の実施例の断面図である。
【図４】本発明の誘導加熱装置の他の実施例の断面図である。
【図５】本発明の誘導加熱装置の他の実施例の断面図である。
【図６】本発明の誘導加熱装置の他の実施例の断面図である。
【図７】図１及び図２に示す本発明の誘導加熱装置及び隣接するプロセス処理用チャンバの一例を示す断面図である。
【図８】本発明の誘導加熱装置及び１つ以上の隣り合うプロセス処理用チャンバの他の実施例の断面図である。
【図９】本発明の誘導加熱装置及び１つ以上の隣り合うプロセス処理用チャンバの他の実施例の断面図である。
【図１０】本発明の誘導加熱装置及び１つ以上の隣り合うプロセス処理用チャンバの他の実施例の断面図である。
【図１１】本発明の誘導加熱装置及び１つ以上の隣り合うプロセス処理用チャンバの他の実施例の断面図である。
【符号の説明】
【００１６】
１２、１３  気密エンクロージャ
１２ａ  非導電性材料
１２ｂ  電磁シールド材料
１２ｃ  エンクロージャ上部シール要素
１２ｄ  エンクロージャ下部シール要素
１３ａ  非導電性材料
１３ａ’  Ｖ字形要素
１３ａ”  傾斜要素
１４、１４ａ  誘導手段
２０ａ、２０ｂ，２０ｃ  プロセス処理用チャンバ
８２  ＡＣ電源
８４  電磁シャント
９０  工作物
９４、９４”  連結要素
【図１】
2009522816.tif 000003
【図２】
2009522816.tif 000004
【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】
2009522816.tif 000009
【図８】
2009522816.tif 000010
【図９】
2009522816.tif 000011
【図１０】
2009522816.tif 000012
【図１１】
2009522816.tif 000013
【国際調査報告】
2009522816.tif 000014