(57)【要約】【課題】各導電性板材の中心部と表面間の温度差を抑制した状態で積層体を加熱可能な加熱装置及び加熱設備を提供する。【解決手段】複数の導電性板材１０１が導電性板材１０１の間を絶縁した状態で積層されて、貫通孔１０２が積層方向に設けられた積層体１００を加熱する加熱装置１０において、商用電源１０４から商用交流電流が通電されるコイル１１と、コイル１１を貫通する一次側ヨーク１２と、貫通孔１０２を貫通した状態で積層体１００が取り付けられ、一次側ヨーク１２に磁気的に結合される二次側ヨーク１３とを備え、二次側ヨーク１３は、コイル１１への商標交流電流の通電により一次側ヨーク１２内の磁束が変化するのに合わせて、内側の磁束が変化し、積層体１００に誘導電流を発生させて積層体１００を発熱させる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の導電性板材が該導電性板材の間を絶縁した状態で積層されて、貫通孔が積層方向に設けられた積層体を加熱する加熱装置において、
商用電源から商用交流電流が通電されるコイルと、
前記コイルを貫通する一次側ヨークと、
前記貫通孔を貫通した状態で前記積層体が取り付けられ、前記一次側ヨークに磁気的に結合される二次側ヨークとを備え、
前記二次側ヨークは、前記コイルへの前記商標交流電流の通電により前記一次側ヨーク内の磁束が変化するのに合わせて、内側の磁束が変化し、前記積層体に誘導電流を発生させて該積層体を発熱させることを特徴とする加熱装置。
【請求項２】
請求項１記載の加熱装置において、前記一次側ヨークと前記二次側ヨークは分割されていることを特徴とする加熱装置。
【請求項３】
請求項１又は２記載の加熱装置において、前記導電性板材は、両側に絶縁膜が設けられていることを特徴とする加熱装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の加熱装置において、前記積層体を発熱させて焼鈍することを特徴とする加熱装置。
【請求項５】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の加熱装置において、前記導電性板材間には接着剤が塗布されており、該加熱装置は、前記積層体を発熱させて未硬化の前記接着剤を硬化させることを特徴とする加熱装置。
【請求項６】
複数の導電性板材が該導電性板材の間を絶縁した状態で積層されて、貫通孔が積層方向に設けられた積層体を加熱する加熱設備において、
商用電源から商用交流電流が通電されるコイルと、
前記コイルを貫通する一次側ヨークと、
前記貫通孔を貫通した状態で前記積層体がそれぞれ取り付けられ、前記一次側ヨークに接近した一時停止位置に順次配されて該一次側ヨークと磁気的に結合される複数の二次側ヨークと、
前記複数の二次側ヨークを順次、前記一次停止位置に搬送して停止させる搬送手段とを備え、
前記一次停止位置で停止した前記二次側ヨークは、前記コイルへの前記商標交流電流の通電により前記一次側ヨーク内の磁束が変化するのに合わせて、内側の磁束が変化し、前記積層体に誘導電流を発生させて該積層体を発熱させることを特徴とする加熱設備。
【請求項７】
請求項６記載の加熱設備において、前記積層体を発熱させて焼鈍することを特徴とする加熱設備。
【請求項８】
請求項６記載の加熱設備において、前記導電性板材間には接着剤が塗布されており、該加熱設備は、前記積層体を発熱させて未硬化の前記接着剤を硬化させることを特徴とする加熱設備。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電磁誘導を利用して積層体を加熱する加熱装置及び加熱設備に関する。
【背景技術】
【０００２】
誘導電流によって導電体を加熱する仕組みは、電磁調理器等に利用されており、その具体例が、例えば特許文献１、２に記載されている。特許文献１、２に記載の電磁調理器は、交流電流をコイルに通電し、コイルの近傍に配した導電性の鍋に渦電流を発生させて鍋を加熱する。
ここで、導電性の板材を積層した積層体は、理論的に誘導電流を発生させることが可能であり、積層体を誘導電流で加熱することができれば、加熱炉を用いることなく、焼鈍等を行うことが可能となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−２５９４５５号公報
【特許文献２】特開２０１３−２５８１０５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、渦電流は導電体の表面近くに集中することから、導電体が厚みのある物体の場合、導電体の中心部は表面よりも高温となる。そのため、複数の導電性板材が導電性板材の間を絶縁した状態で積層した積層体を対象に、渦電流によって加熱する場合、導電性板材が厚いほど、各導電性板材において厚み方向中心と表面とで温度差が生じるという課題がある。
本発明は、かかる事情に鑑みてなされるもので、導電性板材の厚みに関わらず、各導電性板材において生じる温度差を抑制した状態で積層体を加熱可能な加熱装置及び加熱設備を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
前記目的に沿う第１の発明に係る加熱装置は、複数の導電性板材が該導電性板材の間を絶縁した状態で積層されて、貫通孔が積層方向に設けられた積層体を加熱する加熱装置において、商用電源から商用交流電流が通電されるコイルと、前記コイルを貫通する一次側ヨークと、前記貫通孔を貫通した状態で前記積層体が取り付けられ、前記一次側ヨークに磁気的に結合される二次側ヨークとを備え、前記二次側ヨークは、前記コイルへの前記商標交流電流の通電により前記一次側ヨーク内の磁束が変化するのに合わせて、内側の磁束が変化し、前記積層体に誘導電流を発生させて該積層体を発熱させる。
【０００６】
第１の発明に係る加熱装置において、前記一次側ヨークと前記二次側ヨークは分割されているのが好ましい。
【０００７】
第１の発明に係る加熱装置において、前記導電性板材は、両側に絶縁膜が設けられているのが好ましい。
【０００８】
第１の発明に係る加熱装置において、前記積層体を発熱させて焼鈍するのが好ましい。
【０００９】
第１の発明に係る加熱装置において、前記導電性板材間には接着剤が塗布されており、該加熱装置は、前記積層体を発熱させて未硬化の前記接着剤を硬化させるのが好ましい。
【００１０】
前記目的に沿う第２の発明に係る加熱設備は、複数の導電性板材が該導電性板材の間を絶縁した状態で積層されて、貫通孔が積層方向に設けられた積層体を加熱する加熱設備において、商用電源から商用交流電流が通電されるコイルと、前記コイルを貫通する一次側ヨークと、前記貫通孔を貫通した状態で前記積層体がそれぞれ取り付けられ、前記一次側ヨークに接近した一次停止位置に順次配されて該一次側ヨークと磁気的に結合される複数の二次側ヨークと、前記複数の二次側ヨークを順次、前記一次停止位置に搬送して停止させる搬送手段とを備え、前記一時停止位置で停止した前記二次側ヨークは、前記コイルへの前記商標交流電流の通電により前記一次側ヨーク内の磁束が変化するのに合わせて、内側の磁束が変化し、前記積層体に誘導電流を発生させて該積層体を発熱させる。
【００１１】
第２の発明に係る加熱設備において、前記積層体を発熱させて焼鈍するのが好ましい。
【００１２】
第２の発明に係る加熱設備において、前記導電性板材間には接着剤が塗布されており、該加熱設備は、前記積層体を発熱させて未硬化の前記接着剤を硬化させるのが好ましい。
【発明の効果】
【００１３】
第１の発明に係る加熱装置及び第２の発明に係る加熱設備は、二次側ヨークが、コイルへの商標交流電流の通電により一次側ヨーク内の磁束が変化するのに合わせて、内側の磁束が変化し、積層体に誘導電流を発生させて積層体を発熱させるので、表面を高温にする傾向がある渦電流を利用することなく各導電性板材を加熱でき、導電性板材の厚みに関わらず、各導電性板材において生じる温度差を抑制した状態で積層体を加熱することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る加熱装置及び本発明の第２の実施の形態に係る加熱設備で加熱する積層体の側面図である。
【図２】同加熱装置の説明図である。
【図３】本発明の第２の実施の形態に係る加熱設備の説明図である。
【図４】温度の計測結果を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
続いて、添付した図面を参照しつつ、本発明を具体化した実施の形態につき説明し、本発明の理解に供する。
本発明の第１の実施の形態に係る加熱装置１０は、図１、図２に示すように、複数の導電性板材１０１が導電性板材１０１の間を絶縁した状態で積層されて、貫通孔１０２が積層方向に設けられた積層体１００を加熱する装置であって、商用電源１０４から商用交流電流が通電されるコイル１１と、コイル１１を貫通する一次側ヨーク１２と、貫通孔１０２を貫通した状態で積層体１００が取り付けられた二次側ヨーク１３とを備えている。以下、詳細に説明する。
【００１６】
積層体１００は、図１に示すように、それぞれ中央に貫通孔１０３が形成された複数の導電性板材１０１を積層したものであり、本実施の形態では、積層体１０がモータコアである。各導電性板材１０１は、両側（一面側及び他面側）に絶縁被膜がそれぞれ設けられており、導電性板材１０１の間が絶縁された状態で積層されている。積層された複数の導電性板材１０１は、各貫通孔１０３が導電性板材１０１の積層方向に配列され、積層体１００には、積層方向に配列された複数の貫通孔１０３によって、軸心が積層方向に配された貫通孔１０２が設けられている。積層された導電性板材１０１間には、加熱されることによって硬化する接着剤が塗布されている。
【００１７】
積層体１００を加熱する加熱装置１０は、図２に示すように、商用電源１０４に接続されたコイル１１と、コイル１１を貫通する一次側ヨーク１２と、一次側ヨーク１２に近接配置され、貫通孔１０２を貫通した状態で積層体１００が取り付けられた二次側ヨーク１３を備えている。
コイル１１は導線を螺旋状に巻回して形成され、コイル１１の導線の両端は商用電源１０４に接続されている。
【００１８】
一次側ヨーク１２及び二次側ヨーク１３は鉄を主成分として形成され、一次側ヨーク１２はＣ形状であり、二次側ヨーク１３は上下方向に長い。一次側ヨーク１２の両端はそれぞれ二次側ヨーク１３の上端及び下端に近接配置され、一次側ヨーク１２及び二次側ヨーク１３は、一次側ヨーク１２及び二次側ヨーク１３でＯ形状を形成するように配されている。
【００１９】
本実施の形態では、一次側ヨーク１２と二次側ヨーク１３の間に隙間が設けられており、二次側ヨーク１３を他の二次側ヨーク１３に容易に取り換えられる設計が採用されているが、一次側ヨーク１２と二次側ヨーク１３は磁気的に結合可能な配置であればよく、必ずしも一次側ヨーク１２と二次側ヨーク１３の間に隙間を設ける必要はない（即ち、二次側ヨーク１３の上下端を一次側ヨーク１２の両端にそれぞれ接触するように設計してもよい）。
コイル１１に商用交流電流が通電されると、二次側ヨーク１３は一次側ヨーク１２と磁気的に結合された状態になり、一次側ヨーク１２及び二次側ヨーク１３内には、商用交流電流の周期に応じて大きさ及び方向が変わる磁束Ｍが生じる（即ち、変動磁場が発生する）。その結果、積層体１００には誘導電流が発生し、各導電性板材１０１はジュール熱によって発熱する。
【００２０】
この際、コイル１１及び積層体１００は、変圧器における一次コイル及び二次コイルとしてそれぞれ機能する。即ち、二次側ヨーク１３は、一次側ヨーク１２内の磁束Ｍが変化するのに合わせて、内側の磁束Ｍが変化し、積層体１００に誘導電流を発生させて積層体１００を発熱させることとなる。
積層体１００は各導電性板材１０１に誘導電流が発生して発熱するので、各導電性板材１０１の表面に集中する傾向がある渦電流を利用して加熱する場合に比べ、各導電性板材１０１を表面と厚み方向中心の温度ムラを抑制した状態で積層体１００を加熱することができ、その結果、効率的な積層体１００の加熱が可能である。
【００２１】
本実施の形態では、加熱装置１０が、約１００℃まで積層体１００を加熱することによって、導電性板材１０１間に塗布された接着剤を硬化させる。また、加熱装置１０は、８５０〜９５０℃まで積層体１００を加熱して、積層体１００を焼鈍することも可能である。
しかも、加熱装置１０は、高周波（例えば、１０Ｋ〜２０ＫＨｚ）の交流電流を使用しないので、設計を簡素にすることができ、経済的である。
積層体１００の加熱効率を高める観点においては、加熱装置１０に、積層体１００を囲むように配された保温部材や反射部材を設けるのが好ましい。
【００２２】
次に、図３を参照して、複数の積層体１００を順次加熱することが可能な加熱設備２０について説明する。なお、加熱装置１０と同様の構成については、同じ符号を付して詳しい説明を省略する。
加熱設備２０は、図３に示すように、商用電源１０４から商標交流電流が通電されるコイル１１（図１参照）と、コイル１１を貫通する一次側ヨーク１２と、貫通孔１０２を貫通した状態で積層体１００がそれぞれ取り付けられた複数の二次側ヨーク１３と、複数の二次側ヨーク１３を搬送する搬送手段２１を備えている。
【００２３】
複数の二次側ヨーク１３は、積層体１００が取り付けられた状態で、図示しない支持部材によって長尺の搬送手段２１に等間隔で固定されている。本実施の形態では、搬送手段２１がコンベアであり、二次側ヨーク１３は、搬送手段２１の作動によって、順次、一次側ヨーク１２に接近した一時停止位置に搬送され停止した状態となる。即ち、搬送手段２１は、複数の二次側ヨーク１３を順次、一時停止位置に搬送して停止させる。二次側ヨーク１３は、一時停止位置に配されて、上端及び下端が一次側ヨーク１２の両端にそれぞれ近接し、一次側ヨーク１２及び二次側ヨーク１３でＯ形状を形成する。
【００２４】
一時停止位置に配された二次側ヨーク１３は、一次側ヨーク１２と非接触である。そして、当該二次側ヨーク１３は、商用電源１０４から商用交流電流がコイル１１に通電されることによって、一次側ヨーク１２に磁気的に結合され、一次側ヨーク１２及び二次側ヨーク１３内には、大きさ及び方向が変わる磁束が発生する。これによって、二次側ヨーク１３に取り付けられている積層体１００の各導電性板材１０１には、誘導電流が発生し、積層体１００は加熱される。即ち、一次停止位置で停止した二次側ヨーク１３は、コイル１１への商標交流電流の通電により一次側ヨーク１２内の磁束が変化するのに合わせて、内側の磁束が変化し、積層体１００に誘導電流を発生させて積層体１００を発熱させる。
【００２５】
加熱設備２０に、一時停止位置に配された二次側ヨーク１３に取り付けられた積層体１００を囲むように配された保温部材や反射部材を設けることで、積層体１００の加熱効率を高めることができる。
積層体１００が所定の温度まで上昇すると、搬送手段２１が作動して、積層体１００が取り付けられた新たな二次側ヨーク１３を一時停止位置に搬送し、一時停止位置に配された二次側ヨーク１３に取り付けられた積層体１００は、商用電源１０４からコイル１１への商用交流電流の通電により発生する変動磁場によって、発熱する。
【００２６】
加熱設備２０は、加熱装置１０と同様に、約１００℃まで積層体１００を加熱することによって、導電性板材１０１間に塗布された接着剤を硬化させることができ、８５０〜９５０℃まで積層体１００を加熱することによって、積層体１００を焼鈍することが可能である。
【実施例】
【００２７】
次に、本発明の作用効果を確認するために行った実験について説明する。
実験では、１ブロックあたり３５０μｍ厚の導電性板材を２０枚積層した積層体を５ブロック積み重ねたものに上下にそれぞれ３５０μｍ厚の導電性板材を８枚ずつ重ねた試料を用意し、その試料を二次側ヨークに取り付けた。そして、一次側ヨークに取り付けたコイルに商用交流電流（１００Ｖ、６０Ｈｚ）を５分間通電して、試料の温度変化を熱電対によって計測した。
【００２８】
実験結果は、図４に示すようになり、１分間で約１００℃の割合で温度が上昇すること、（即ち、効率的な加熱）が確認できた。
なお、図４には、商用交流電流を通電中に、温度が低下している瞬間が複数回記録されているが、商用交流電流を通電中に試料が振動していたことが確認されていることから、試料の振動によって試料と熱電対の接触状態が変化していた結果であると考えられる。
【００２９】
以上、本発明の実施の形態を説明したが、本発明は、上記した形態に限定されるものでなく、要旨を逸脱しない条件の変更等は全て本発明の適用範囲である。
例えば、加熱装置において、一次側ヨークと二次側ヨークが分割されている必要はなく、一次側ヨーク及び二次側ヨークによって閉回路を形成するように設計することができる。
また、加熱装置又は加熱設備によって加熱される積層体は、導電性板材間に接着剤が塗布されている必要はなく、各導電性板材を接着材ではなく、かしめによって固定してもよい。
そして、加熱装置又は加熱設備による積層体の加熱は、積層体の焼鈍や導電性板材間の接着材の硬化のためのものに限定されず、他の用途のためであってもよい。
【符号の説明】
【００３０】
１０：加熱装置、１１：コイル、１２：一次側ヨーク、１３：二次側ヨーク、２０：加熱設備、２１：搬送手段、１００：積層体、１０１：導電性板材、１０２：貫通孔、１０３：貫通孔、１０４：商用電源、Ｍ：磁束
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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