(57)【要約】【課題】溶融金属を案内する壁に沿って配置するヒータの発熱量を局所的に変えるために複数のヒータに分割する必要がなく、１個のヒータに配線するだけで発熱量分布を作りだせる技術を提供する。【解決手段】溶融金属を一対のローラ間に案内するサイド堰に沿って配置するヒータ６０は、サイド堰の略全表面に亘る台形形状の抵抗発熱体で形成し、ヒータ６０の下辺から上方に伸びるスリット６２ａ〜６２ｆと、ヒータ６０の上辺から下方に伸びるスリット６４ａ〜６４ｅを交互に設ける。スリット間の間隔は、ローラに接近するにつれて、減少している。  ヒータ６０の単位面積あたりの発熱量はスリット間の間隔が狭いほど大きいために、ローラに接近するにつれて高発熱量が得られる。複数のヒータに分割しないでも、加熱したい部位を効率的に加熱することができる。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶融金属を案内する壁に沿って配置する抵抗発熱型のヒータであり、
電流経路に沿って電流経路に直交する断面積が変化していることを特徴とするヒータ。
【請求項２】
溶融金属を一対のローラ間に案内するサイド堰に沿って配置するヒータであり、
ローラから離れた側からローラに接近する側に向けて前記断面積が減少していることを特徴とする請求項１のヒータ。
【請求項３】
前記サイド堰の略全表面に亘って配置されるとともに、溶融金属の流動方向に直交するスリットが交互に反対側から形成されており、ローラから離れた側からローラに接近する側に向けてスリット間の巾が減少していることを特徴とする請求項２のヒータ。
【請求項４】
溶融金属を案内する筒状の壁に沿って配置するヒータであり、
長さ方向に板厚が変化する抵抗発熱体が螺旋状に巻かれていることを特徴とする請求項１のヒータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、溶融金属を案内する壁に沿って配置する抵抗発熱型のヒータに関する。
【背景技術】
【０００２】
溶融金属が溶融金属を案内する壁によって冷却されて凝固することを防止するために、案内壁に沿ってヒータを配置することがある。特許文献１に、溶融金属を一対のローラ間に案内するサイド堰内にヒータを配置する技術が示されている。特許文献１では、棒状の抵抗発熱体を等間隔に配置し、サイド堰の全体をほぼ均一に加熱する。特許文献２には、サイド堰の全体を均一に加熱することの問題点が指摘されている。特許文献２では、サイド堰に沿って配置されているヒータを、ローラから離れた側に位置するヒータと、ローラに接近した側に位置するヒータに分割し、両者を別個に制御し、ローラから離れた側に位置するサイド堰の温度よりもローラに接近した側に位置するサイド堰の温度を高くする。特許文献２は、サイド堰に温度分布を作り出すことによって、一対のローラ間から送り出される金属シートの品質が向上することを報告している。
【０００３】
【特許文献１】特開平７−６８３５３号公報
【特許文献２】特開２０００−２３７８４７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
確かに溶融金属を案内する壁に沿って配置するヒータの発熱量を局所的に変えたい場合が存在する。溶融金属が送り込まれる上流側の壁の発熱量を抑える一方において下流側の壁の発熱量を増大させることによって、溶融金属の温度を上流側から下流側まで一様化したい場合も存在する。一対のローラ間に送り出す溶融金属の温度を徐々に増大させたい場合も存在する。壁に沿って流れる溶融金属の流速が場所によって変化する場合には、高速で流れる部分では高発熱量で加温する一方において低速で流れる部分では低発熱量で加温することによって、流速の分布にもかかわらず溶融金属の温度を一様化したい場合も存在する。
このような場合、特許文献２のように複数のヒータに分割して個別に配線できる場合はよいとしても、周囲の空間が限られているために、分割したヒータごとに個別に配線できない場合もある。あるいは微小な範囲内で発熱量を分布させたいような場合、微小な範囲内に複数のヒータを配置することがひどく困難なこともある。
本発明は、上記問題を解決するものである。複数のヒータに分割して個別に配線する必要がなく、１個のヒータに配線するだけで発熱量を局所的に変えて発熱量分布を作りだせる技術を提供する。複数のヒータを配置する必要がなく、１個のヒータを配置するだけで発熱量分布を作りだせる技術を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、溶融金属を案内する壁に沿って配置する抵抗発熱型のヒータに関する。本発明のヒータは、電流経路に沿って電流経路に直交する断面積が変化していることを特徴とする。
電流経路に沿った単位長さあたりの抵抗Ｒは、電流経路に直交する断面積Ｓに反比例する。電流Ｉがヒータを流れるときの電流経路に沿った単位長さあたりの発熱量は、ＲＩ２となり、Ｉ２／Ｓに比例する。断面積Ｓが小さいほど発熱量は増大する。本発明のヒータは、この原理を活用して発熱量の分布を作りだす。高発熱量を必要とする部位では断面積Ｓを小さくし、低発熱量を必要とする部位では断面積Ｓを大きくする。発熱量の分布を作りだすために、複数のヒータに分割して個別に配線する必要がない。また、複数のヒータを配置する必要がなく、１個のヒータを配置するだけで発熱量分布を作りだすことができる。
【０００６】
溶融金属を一対のローラ間に案内するサイド堰に沿って配置するヒータの場合には、ローラから離れた側からローラに接近する側に向けて電流経路に直交する断面積が減少しているヒータを利用することが好ましい。
溶融金属を一対のローラ間に案内するサイド堰の場合、ローラから離れた位置ではローラ間の距離が大きいのに対し、ローラに接近した位置ではローラ間の距離が小さくなる。これに対応して、ローラから離れた位置ではサイド堰に接して流れる溶融金属の流速が遅いのに対し、ローラに接近した位置ではサイド堰に接して流れる溶融金属の流速が速い。
本発明のヒータは、ローラから離れた側からローラに接近する側に向けて断面積が減少しているために、ローラから離れた側からローラに接近する側に向けて発熱量が増大している。溶融金属の流速が遅い部分では低発熱量で加熱し、溶融金属の流速が速い部分では高発熱量で加熱する。
このヒータをサイド堰に沿って配置すると、ローラ間から送り出される金属シートの品質が向上する。このヒータは、金属シート製造装置の運転開始時に特に有用である。金属シート製造装置の運転開始時には、サイド堰の最も下流で溶融金属が凝固しやすい。サイド堰の下流で断面積が減少していて発熱量が高いヒータを利用すると、溶融金属が凝固しやすい部分を集中的に加熱することができる。
【０００７】
サイド堰に沿ってヒータを配置する場合、サイド堰の略全表面に亘って配置されるとともに、溶融金属の流動方向に直交するスリットが交互に反対側から形成されており、ローラから離れた側からローラに接近する側に向けてスリット間の巾が減少しているヒータを利用することが好ましい。
溶融金属の流動方向に沿って長い板状の素材に、直交方向（すなわち巾方向）に伸びるスリットを交互に反対側から形成すると、ジグザグ状に蛇行する電流経路が形成される。この形状のヒータは、サイド堰の略全表面に亘って配置することができ、サイド堰の略全表面を加熱することができる。その一方において、サイド堰の下流に向けてスリット間の巾が減少しているために、サイド堰の下流では電流経路に直交する断面積が減少し、発熱量が増大する関係が得られる。
上記したヒータは、例えばサイド堰の形状に切り出した板材にスリット加工を施すことによって製作することができる。少ない労力で製作することが可能であり、安価に製作することができる。
【０００８】
溶融金属を案内する筒状の壁に沿ってヒータを配置する場合、長さ方向に板厚が変化する抵抗発熱体が螺旋状に巻かれているヒータを用いることが好ましい。板厚が変化しているために電流経路に直交する断面積が変化して発熱量が変化する関係が得られる。
必要に応じて、上流側で低発熱量であり下流側で高発熱量なヒータとすることもできるし、逆に上流側で高発熱量であり下流側で低発熱量なヒータとすることもできる。ヒータを分割して個別に配線する必要もなければ、複数のヒータを配置する必要もない。
【発明の効果】
【０００９】
本発明のヒータによると、発熱量を場所ごとに異ならせるために、複数のヒータに分割して個別に配線する必要もなければ、複数のヒータを配置する必要もない。単一のヒータを利用して発熱量を場所ごとに異ならせることができる。
複数のヒータのための配線を収容するだけの空間が確保できないような場合、あるいは複数のヒータを配置することが面倒な場合等でも、発熱量を場所ごとに異ならせることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下に、本実施例のヒータの主要な特徴を列記しておく。
（形態１）ヒータは、Ｆｅ―Ｃｒ―Ａｌ材である。
（形態２）ヒータは、それ自体が耐熱性で機械的強度があり、溶融金属を案内する壁を兼用している。
（形態３）ヒータは、溶融金属を案内する壁を兼用し、その外側に補強用の部材が配置されている。
（形態４）ヒータは、溶融金属を案内する壁の内側に配置されている。
（形態５）ヒータは、溶融金属を案内する壁の内部に収容されている。
（形態６）ヒータは、溶融金属を案内する壁の外側に配置されている。
【実施例】
【００１１】
図１は、本発明を具体化したヒータを利用する金属シート製造装置１０の概要を示している。金属シート製造装置１０は、一対のローラ２０,３０と、一対のローラ２０,３０間に溶融金属を供給する供給経路７０で構成されている。溶融金属供給経路７０は、筒状の供給経路４０と、その先端に位置している箱状の供給部材５０を備えている。なおコンパクトに表示するために、一対のローラ２０,３０の直径と巾を縮小して図示している。箱状の供給部材５０は、一対のローラ２０,３０の間隔内にコンパクトに収容されている。
供給部材５０は、左側のサイド堰５２Ｌと、右側のサイド堰５２Ｒと、上板５４Ｕと、下板５４Ｄと、背面板５６等で構成されている。背面板５６には開口が形成されており、筒状の供給経路４０に連通している。
サイド堰５２Ｌと５２Ｒは左右対称形状であり、ローラ２０,３０から離れた位置ではローラ２０,３０間の距離が大きいのに対し、ローラ２０,３０に接近した位置ではローラ２０,３０間の距離が小さいのに対応して、上流側（筒状の供給経路４０に近い側であり、ローラ２０,３０から離れた側）では巾（図示上下方向の距離）が大きく、下流側（ローラ２０,３０に近い側）では巾が小さい。サイド堰５２Ｌと５２Ｒは、台形形状を備えている。
溶融金属は、筒状の供給経路４０を流れ、箱状の供給部材５０を通過し、一対のローラ２０,３０間に送り込まれる。一対のローラ２０,３０間に送り込まれた溶融金属は、一対のローラ２０,３０によって冷却され、一対のローラ２０,３０間から金属シート８０が送り出される。
【００１２】
図２に示すように、サイド堰５２Ｒにはヒータ６０Ｒが配置されている。サイド堰５２Ｌにも同様なヒータが配置されている。左右対称状であることから、以下では左右を示すＬとＲの添え字を省略して共通の事象を説明する。
ヒータ６０は、Ｆｅ―Ｃｒ―Ａｌ材で形成されており、通電すると抵抗発熱する。溶融金属の高温に耐えることができる耐熱性と、溶融金属の圧力に耐えられる機械的強度を有し、溶融金属を案内する壁材を兼用している。
ヒータ６０は、ローラ２０,３０に近い側で短辺の台形形状をしており、その厚みは一定である。ヒータ６０には、スリット６２ａ〜６２ｆと、スリット６４ａ〜６４ｅが形成されている。スリット６２ａ〜６２ｆと、スリット６４ａ〜６４ｅは、ヒータ６０の厚み方向に貫通し、いずれも上下方向（溶融金属の流動方向に直交する方向）に伸びている。スリット６２ａ〜６２ｆは、ヒータ６０の下辺から上方に伸びている。スリット６４ａ〜６４ｅは、ヒータ６０の上辺から下方に伸びている。スリット６２ａ〜６２ｆと、スリット６４ａ〜６４ｅは、反対辺からの距離が一定の位置まで伸びている。ローラ２０,３０から離れた側からローラ２０,３０に接近する側に向けて、下辺から上方に伸びるスリット６２と、上辺から下方に伸びるスリット６４が、交互に形成されている。スリット６２ａ〜６２ｆとスリット６４ａ〜６４ｅによって、ヒータ６０はジグザグ状に蛇行する形状となっている。
ローラ２０,３０から離れた側からローラ２０,３０に接近する側に向けて、スリット間の巾は減少している。ヒータ６０の短辺とスリット６２ａ間の巾をＷ１、スリット６２ａとスリット６４ａ間の巾をＷ２、スリット６４ａとスリット６２ｂ間の巾をＷ３、以下同様に、スリット６４ｅとスリット６２ｆ間の巾をＷ１１、スリット６２ｆとヒータ６０の長辺の巾をＷ１２とすると、Ｗ１＜Ｗ２＜Ｗ３＜・・・＜Ｗ１１＜Ｗ１２の関係となっている。
ジグザグ状に蛇行するヒータ６０の両端に、電源（直流でも交流でもよい）からの配線が取り付けられる。スリット６２ａ〜６２ｆとスリット６４ａ〜６４ｅによって、ヒータ６０には、ジグザグ状に蛇行する電流経路が形成される。ジグザグ状に蛇行する電流経路に直交するヒータ６０の断面積は、ローラ２０,３０から離れた側からローラ２０,３０に接近する側に向けて、徐々に小さくなっている。
【００１３】
スリット間の間隔をＷとし、ヒータ６０の板厚をＴとすると、電流経路に直交する断面積はＷＴである。ここに電流Ｉが流れると、スリットに沿った単位長さの発熱量はＩ２／ＷＴに比例する。そこで、ヒータ６０の単位面積当たりの発熱量は、Ｉ２／Ｗ２に比例する。
スリット間の間隔Ｗはローラ２０,３０に接近する側に向けて徐々に小さくなっているために、ヒータ６０の単位面積当たりの発熱量はローラ２０,３０に接近する側に向けて徐々に大きくなっている。
【００１４】
ヒータ６０の外側には、補強板５８が配置されている。ヒータ６０の表面には塗型剤が塗布されている。塗型剤は溶融金属がヒータ６０の表面をこすってヒータ６０の表面に損傷を与えるのを防止する。塗型剤は絶縁体でもあり、スリット６２ａ〜６２ｆとスリット６４ａ〜６４ｅを充填してスリットをバイパスする電流経路ができないように絶縁する。同時に、溶融金属とヒータ６０を絶縁し、溶融金属がスリットをバイパスする電流経路を形成しないようにしている。ヒータ６０は、補強板５８、上板５４Ｕ、下板５４Ｄのいずれに対しても絶縁されている。塗型剤にかえて、ヒータ６０の表面を絶縁性の耐熱材で被覆してもよい。
【００１５】
金属シート製造装置１０の運転開始時には、溶融金属の供給経路７０が冷えており、壁に接して流動する溶融金属が冷却されて凝固しやすい。実際には、最下流である箱状供給部材５０の出口でサイド堰５２と上板５４Ｕまたはサイド堰５２と下板５４Ｄが接するコーナ部で最も凝固しやすい。
本実施例では、最も凝固しやすい部位で、単位面積当たりの発熱量が最も大きくなるヒータ６０を利用したために、金属シート製造装置１０の運転開始時に溶融金属が凝固する問題が見事に解決された。
【００１６】
金属シート製造装置１０の運転中、ローラ２０，３０から離れた位置ではサイド堰５２に接して流れる溶融金属の流速が遅いのに対し、ローラ２０，３０に接近した位置ではサイド堰５２に接して流れる溶融金属の流速が速い。
本発明のヒータ６０は、ローラ２０，３０から離れた側からローラ２０，３０に接近する側に向けて断面積が減少しているために、ローラ２０，３０から離れた側からローラ２０，３０に接近する側に向けて、単位面積あたりの発熱量が増大している。溶融金属の流速が遅い部分では低発熱量で加熱し、溶融金属の流速が速い部分では高発熱量で加熱するために、サイド堰５２に接して流れる溶融金属の温度は、上流から下流まで、ほぼ一様に維持される。
実際に金属シート８０を製造してみると、製造される金属シート８０は巾方向の品質変化が抑制されており、良質な金属シート８０を製造することができる。
【００１７】
次に、筒状の供給経路４０の壁に沿って配置されているヒータ９０について説明する。ヒータ９０は、図４に示すように、長尺の板状の抵抗発熱体を螺旋状に巻くことによって製造されている。
ヒータ９０を形成する長尺板状の抵抗発熱体９２は、図３（Ａ）に示すように、巾Ｗは一定であるとともに、図３（Ｂ）に示すように、板厚Ｔは長さに沿って徐々に変化している。図３の（Ｂ）に示すように、最も厚いＴ２から最も薄いＴ１まで変化している。この長尺板状の抵抗発熱体９２を螺旋状に巻いたヒータ９０は、螺旋状の電流経路に直交する断面積が長さ方向に変化している。板厚がＴ２であって厚い板が巻かれた側では断面積が大きく、発熱量は小さい。板厚がＴ１であって薄い板が巻かれた側では断面積が小さく、発熱量が大きい。
【００１８】
本実施例では、板厚がＴ２であって発熱量が小さい側が筒状の供給経路４０の上流部に位置し、板厚がＴ１であって発熱量が大きい側が筒状の供給経路４０の下流部に位置する関係で用いられる。
高温の溶融金属は、筒状の供給経路４０を流れるうちに冷却されて温度が低下する。温度が高い上流部では低発熱量で溶融金属を加熱し、温度が低い下流部では高発熱量で溶融金属を加熱するために、筒状の供給経路４０を流れる溶融金属に現れる温度差が抑制される。上流から下流までほぼ一様な温度で流れる。
【００１９】
筒状の供給経路４０でも、箱状の供給部材５０でも、単位面積あたりの発熱量を場所ごとに変えたいという要求が存在している。本実施例では、単一のヒータを用いながらも、単位面積あたりの発熱量を場所ごとに変えることに成功している。当然に、単一のヒータに配線するだけで足りる。複数のヒータに分割して個々に制御する必要がない。
【００２０】
以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。例えば、実施例では、ヒータが溶融金属を案内する壁を兼用し、その外側に補強用の部材が配置されている。補強用の部材を省略してもよい。ヒータ自体が壁を兼用する必要はなく、壁の内側に配置されていてもよいし、壁の外側に配置されていてもよいし、壁の内部に収容されていてもよい。
また、本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組み合わせによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組み合わせに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成するものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】金属シート製造装置の概略を示す図。
【図２】サイド堰に配置するヒータを示す図。
【図３】筒状の供給経路に配置するヒータを形成する板状発熱体を示す図。
【図４】筒状の供給経路に配置するヒータを示す図。
【符号の説明】
【００２２】
１０：金属シート製造装置
２０：ローラ
３０：ローラ
４０：筒状の供給経路
５０：箱状の供給部材
５２：サイド堰
５８：補強板
６０：ヒータ
６２：スリット
６４：スリット
７０：供給経路
８０：金属シート
９０：ヒータ
Ｗ：スリット間の間隔
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
2006205177.tif 000006