(57)【要約】      （修正有）【課題】トンネル型コイルで単一の被加熱物を加熱する誘導加熱装置において、長さの異なる複数の被加熱物の温度を均一にする。【解決手段】被加熱物をコイル軸方向の相対位置を変更させ、複数の位置で停止加熱して、被加熱物の長さ方向の発熱が一時的には不均一であっても、被加熱物のコイル軸方向の位置を適切に変更して加熱することで補償し、最終的には被加熱物の軸方向の温度分布を均一化する。この方法により、１つのトンネル型コイルで、被加熱物の長さが異なる場合においても、被加熱物の長さ方向の均熱性を高めることができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
トンネル型コイル（円型、角型あるいは楕円型コイルで、水平コイル及び垂直コイルを云う）を用いた単一の被加熱物を加熱する誘導加熱装置において、被加熱物の軸方向の中心がトンネル型コイルの長さ方向の中心よりコイルの一方の第１の端子方向に偏移した第１の位置で静止して、第１の所定時間先行加熱し、次に被加熱物を移動して、被加熱物の軸方向の中心がトンネル型コイルの長さ方向の中心よりコイルの第１の端子とは異なる第２の端子方向に偏移した第２の位置で静止して、第２の所定時間、後続加熱して、先行加熱による被加熱物軸方向の温度偏差を後続加熱により補償して、被加熱物軸方向の温度分布を均一化することを特徴とする誘導加熱方法
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は誘導加熱における被加熱物の均熱加熱の方法に関する。
【背景技術】
【０００２】  単一の被加熱物をトンネル型コイルにて誘導加熱する場合において、１つのコイルで複数の被加熱物長さに対応する方法として、主には以下の３つの方法が考えられる。【０００３】  １つめの方法として、被加熱物長さに合わせた全長を持つコイルを被加熱物長さごとに製作し、使用する方法である。【０００４】  ２つめの方法として、ソレノイドコイルの途中にタップを設ける方法が考えられる（特許文献１）。【０００５】  ３つめの方法として、コイル端面に導電性材料を配置する方法がある（特許文献２）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】  特開２００２−１４１１６５
【特許文献２】  特開２００５−０６３７５３
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】  単一の被加熱物をトンネル型コイル（円型、角型あるいは楕円型コイルで、コイル軸方向を問わず、水平及び垂直コイルを云う）にて誘導加熱する場合において、従来の方法では後述の問題点があった。【０００８】  以下、従来の方法について詳しい説明を示す。
トンネル型コイルでは、両端開口部からの熱流出と、また磁束集中による端部の過加熱が問題となる。
図６はコイル位置と被加熱物の発熱エネルギーの一例を示すものである。図中ｈ１とｈ２の寸法が等しくなるように被加熱物をコイル中心に配している。図６（ａ）では被加熱物の軸方向の発熱エネルギー分布は、被加熱物中央部に比べて、端部の発熱が大きくなっている。【０００９】  この端部の発熱の大きさはコイル端から被加熱物端の距離、図中ｈ１（＝ｈ２）により決定される。ｈ１が大きければ、端部の発熱エネルギーが大きくなり、ｈ１が小さければ、端部の発熱エネルギーが小さくなる。ｈ１が大きい例として図６（ｂ）、ｈ１が小さい例として図６（ｃ）を示す。【００１０】  図７は従来の方法における理想的な被加熱物の加熱を示すものである。図７（ａ）はｈ１（＝ｈ２）を適切に選び、被加熱物の端部の発熱エネルギーが中央部に比べて少し大きい状態を示している。【００１１】  図７（ｂ）は被加熱物のロスエネルギーを示すものである。ロスエネルギーとは被加熱物から失われる熱エネルギーのことである。コイル端部が開口していることから、端部においてロスエネルギーが大きくなっていることを示している。【００１２】  被加熱物は発熱エネルギーとロスエネルギーの差のエネルギーにより、温度上昇する。この温度上昇に寄与するエネルギーを昇温エネルギーと名付ける。従来の方法において均熱加熱をする場合、被加熱物のコイル軸方向においての昇温エネルギーが等しくなるようにする必要がある。図７（ｃ）はコイル軸方向において、発熱エネルギーとロスエネルギーの差である昇温エネルギーが一定であることを示すものである。【００１３】  図７（ｃ）の状態を得るためには、前述の図７（ｂ）に示すコイル開口部からのロスエネルギーを補う必要がある。そのため、従来の方法においては、おおよそ図７（ａ）の発熱エネルギーの分布を取る必要があり、それぞれの方法において工夫がなされている。【００１４】  前述の１つめの従来の方法では、被加熱物長さに対応するため、コイル長さを変更するというものである。適切なコイル長さを得られない場合、つまり、コイル長さに対して、被加熱物長さが短ければ端部が過加熱状態となり、被加熱物長さが長すぎれば、端部の加熱不足となる。これは図６（ｂ）と図６（ｃ）に示した通りである。そのため、この方法では加熱する被加熱物長さの種類が多数ある場合、複数のコイルが必要となる。【００１５】  前述の２つめの従来の方法では、被加熱物長さに対応するため、同じコイルを用いるが、タップを使用してコイル長さを変更するというものである。タップを変更することで加熱コイルのインダクタンスの値が変わり、コイルに通電させる誘導加熱電源の種類によっては、制御上好ましくない場合がある。この方法では被加熱物長さが異なるたびに、タップの切り替え作業が必要となる。【００１６】  前述の３つめの従来の方法では、被加熱物長さに対応するため、導電性材料をコイル端近傍に配すことで、被加熱物の端部の過加熱を防止し、図７（ａ）の発熱分布を狙って加熱するというものである。【００１７】  上記説明のとおり、従来の方法では被加熱物を単一加熱する場合においては、軸方向の発熱エネルギーがおおよそ図７（ａ）に示すような分布を取る必要があった。
【課題を解決するための手段】
【００１８】  トンネル型コイルを用いた単一の被加熱物を加熱する誘導加熱装置において、被加熱物の軸方向の中心が、トンネル型コイルの長さ方向の中心よりコイルの一方の第１の端子方向に偏移した第１の位置で静止して、第一の所定時間先行加熱し、次に被加熱物を移動して、被加熱物の軸方向の中心が、トンネル型コイルの長さ方向の中心よりコイルの第１の端子とは異なる第２の端子方向に偏移した第２の位置で静止して、第２の所定時間、後続加熱して、先行加熱による被加熱物軸方向の温度偏差を後続加熱により補償して、被加熱物軸方向の温度分布を均一化することを特徴とする。【００１９】  本発明では、被加熱物を均熱加熱するために、被加熱物の長さ方向の発熱が一時的には不均一であっても、被加熱物のコイル軸方向の位置を適切に変更して加熱することで補償し、最終的には被加熱物の軸方向の温度分布を均一化するものである。
【発明の効果】
【００２０】  本発明を用いることで、単一の被加熱物をトンネル型コイルで誘導加熱する場合において、被加熱物の長さ方向の均熱性を高めることができる。【００２１】  また、１つのトンネル型コイルで、被加熱物の長さが異なる場合においても、被加熱物の長さ方向の均熱性を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明のトンネル型コイルの誘導加熱方法（第１実施例）
【図２】本発明の被加熱物を右寄りに配置した場合の発熱エネルギー分布（その１）
【図３】本発明の被加熱物を左寄りに配置した場合の発熱エネルギー分布（その２）
【図４】本発明の図２と図３の合成発熱エネルギー
【図５】本発明の被加熱物の発熱エネルギーの分布（第１実施例）
【図６】従来例におけるトンネル型コイルのコイル長さと被加熱物の発熱分布の例
【図７】従来例における被加熱物の均熱化
【発明を実施するため形態】
【００２３】  以下、本発明の実施するための最良の形態を説明する。図２はコイル長に対して被加熱物長さが短い場合でのコイル軸方向における発熱の一例を示したものである。コイル２に対して、被加熱物１は右寄りの位置に配している。発熱エネルギーが不均一なことから、このまま加熱すれば、軸方向の温度差がついた状態となる。
【００２４】  図３の例は図２の状態から被加熱物のコイル軸方向の位置を変更したものである。コイル２に対し、被加熱物１は左寄りの位置となっており、図２と反対の発熱分布となっていることが分かる。
【００２５】  ここで図２と図３の状態での加熱を平均したものが図４である。図４の実線は従来の方法で説明した図７（ａ）の発熱分布と同等の形となっている。図４の発熱分布は被加熱物１を図２の位置で加熱した後、図３の位置で加熱する（あるいは図３の位置で加熱した後、図２の位置で加熱する）ことで、得ることができる。図７で示したようにロスエネルギーを補償するような、発熱分布を得ることができれば被加熱物の均熱化を図ることができる。
【００２６】  この例から分かるように、被加熱物のコイル軸方向位置を適正に変更すれば、軸方向の温度分布が一定となる。
【００２７】  また、この方法では被加熱物長さが変わっても、適正に位置を変更することで、被加熱物の均熱化を図ることができる。
【実施例１】
【００２８】  図１はトンネル型コイル２を備えた誘導加熱装置５を用いた被加熱物１、例えば金属を加熱する誘導加熱方法であり、本発明の実施例１を示す。３はコイル２の電力を制御するインバータなどの電力制御器、４はプッシャーなどの被加熱物１の送り制御装置である。【００２９】  ２ポジション制御方法について説明する。プッシャー４により被加熱物１をコイル２の搬入端からコイル２内に送りこみ、被加熱物１の後端１１がコイル２の後端部２１付近に達すると、プッシャー４の送り制御は停止し、所定の先行加熱時間、所定の位置から変換器３の先行電力制御を開始し、所定の先行加熱時間、所定の先行電力制御を行う。この先行加熱による発熱分布の一例は先に図示した図２のようになる。【００３０】  所定の先行加熱時間、所定の電力制御を行った後、プッシャー４は被加熱物１をコイル２の前端２２付近に移動させる。被加熱物１の前端１２がコイル２の前端２２付近に達すると、所定の位置で停止し、所定の後続加熱時間、後続の電力制御を実施する。この後続加熱による発熱分布の一例は先に図示した図３のようになる。【００３１】  従って被加熱物の軸方向の発熱分布は平均化され、図４実線のような合成発熱分布を得ることができる。【００３２】  １回被加熱物の位置を変更する２ポジション制御方式について説明したが、Ｎ回（Ｎ＝１，２，３・・・・，Ｎは自然数）被加熱物の位置を変更して電力制御する加熱時間を設けて、被加熱物の軸方向の温度分布を均一化する方法も考えられる。Ｎ回の位置移動の方向は問わない。【００３３】  プッシャーの送り制御は、これまでは停止して加熱する時間に比して、送り時間は無視できるような高速の送り速度で被加熱物を移動する場合を考えたが、停止中の加熱と移動中、任意の速度で被加熱物をコイルの搬出端に向けて制御して、停止中の加熱と移動中の加熱の配分を制御して、被加熱物のコイル軸方向の温度分布を均一化する方法も考えられる。【００３４】  図５に２ポジション制御方式における被加熱物の発熱エネルギーの分布が被加熱物の位置に対応して変化する様子を示す。被加熱物が右寄りの位置にある場合の被加熱物のコイル端からの距離をｈ１１、ｈ１２とし、左寄りの位置にある場合の被加熱物のコイル端からの距離をｈ２１、ｈ２２とする。この場合、運転モードとして存在しないが、中間にある場合は被加熱物のコイル端からの距離ｈ３１、ｈ３２はｈ３１＝ｈ３２となる。【００３５】  ２ポジション制御においてはｈ１１＝ｈ２２、ｈ１２＝ｈ２１である必要はない。加熱途中の状態ではコイル軸方向に温度の不均一が発生する。そのため被加熱物内での熱伝導の影響等で、軸方向におけるロスエネルギーの分布は図７（ｂ）とは異なることとなり、結果、均熱するために合成する発熱エネルギー分布は図７（ａ）の分布とは異なることとなる。【００３６】  被加熱物を鉄の円筒型ビレット材とし、２ポジション制御で常温から１２００℃付近まで加熱する場合では、コイル端からの寸法を概ね次に示す値を取ることで、軸方向の均熱化を図ることができる。
ｈ１２＝０〜−ｄ／２
ｈ２１＝ｄ／３〜ｄ
（ｄは被加熱物直径、ｈ１２の負の値の寸法については、被加熱物１の後端がコイ      ル２をはみ出した状態を示す。）
【産業上の利用の可能性】
【００３７】  金属の加熱装置の用途に適用できる。
【符号の説明】
【００３８】  １    被加熱物
２    加熱コイル
３    電力制御器
４    送り制御装置
５    誘導加熱装置
１１  被加熱物後端
１２  被加熱物前端
２１  コイル後端
２２  コイル前端
【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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