(57)【要約】      （修正有）【課題】面積の広い金属板の表面に沿って平板状の誘導加熱コイルを移動しながら金属板全体をより均一に加熱することができる金属板の誘導加熱方法を提供する。【解決手段】コイル導体を平板状に渦巻き状に巻回して構成した誘導加熱コイル１を、金属板５の表面に沿って往復移動して金属板５全体を誘導加熱する際、誘導加熱コイル１の移動ラインを変更するとき、前記誘導加熱コイル１へ供給する加熱電流を停止する【選択図】図１
2015156296.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
コイル導体を平面上で渦巻き状に巻回して平板状に構成した誘導加熱コイルを、これを移動するための駆動装置に装着し、この駆動装置により、前記前記誘導加熱コイルを、このコイルよりも面積の大きい加熱対象の金属板の表面に沿って移動させて、この金属板の加熱領域全体を走査して前記金属板を誘導加熱するようにした誘導加熱方法において、前記誘導加熱コイルを前記加熱対象の金属板から離間して移動しながら前記金属板を誘導加熱する際に、前記誘導加熱コイルの移動ラインを変更するとき、前記誘導加熱コイルへ供給する加熱電流を停止することを特徴とする誘導加熱方法。
【請求項２】
コイル導体を平面上で渦巻き状に巻回して平板状に構成した誘導加熱コイルを、これを移動するための駆動装置に装着し、この駆動装置により、前記前記誘導加熱コイルを、このコイルよりも面積の大きい加熱すべき金属板の表面に沿って移動させて、この金属板の加熱領域全体を走査して前記金属板を誘導加熱するようにした誘導加熱方法において、前記誘導加熱コイルを加熱対象の金属板から離間して移動しながら前記金属板を誘導加熱する際に、前記誘導加熱コイルによる加熱領域が前記加熱される金属板の端から外へはみ出さないように誘導加熱することを特徴とする誘導加熱方法。
【請求項３】
コイル導体を平面上で渦巻き状に巻回して平板状に構成した誘導加熱コイルを、これを移動するための駆動装置に装着し、この駆動装置により、前記前記誘導加熱コイルを、このコイルよりも面積の大きい加熱すべき金属板の表面に沿って移動させて、この金属板の加熱領域全体を走査して前記金属板を誘導加熱するようにした誘導加熱方法において、前記誘導加熱コイルを加熱対象の金属板から離間して移動しながら前記金属板を誘導加熱する際に、前記誘導加熱コイルを加熱すべき前記金属板の表面に対して所定の角度傾斜させた状態で平行に移動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】
この発明は、導電性金属板により形成された箱体や車両の車体の平面状または湾曲状の板面を加熱して表面の塗装を乾燥したり、金型を予熱したりするための誘導加熱方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
導電性金属板で形成された箱体や車両の車体の表面に産業用ロボットを使ってスプレーガンで塗料を塗布した塗装の乾燥は、塗装された箱体や車体を、ガスや重油を燃焼して加熱された山形炉に入れて加熱することにより行うのが一般的である。
【０００３】
山形炉により箱体や車体を加熱する方法では、加熱効率が低いだけでなく、炉内の温度分布が不均一となることにより、箱体や車体に加熱むらが生じ、そのため低温で長時間かけて乾燥しなければならないという問題があった。
【０００４】
これに対して、金属板で構成された箱体や車体に誘導加熱コイルにより非接触で誘導電流を流して誘導加熱する方法であれば、広い範囲を高効率で加熱することが可能となる。金属板で形成された箱体や車両の車体のように広い面積の被加熱体を誘導加熱するためには、コイル導体を平面上で渦巻き状に巻回して平板状に構成した誘導加熱コイルが用いられる。このような平板状の誘導加熱コイルは、コイル導体を渦巻き状に巻回して構成されるため、中心部に磁束の通らない部分が生じることにより、この平板状の誘導加熱コイルにより誘導加熱される領域（誘導電流の流れる領域）がドーナツ状となって誘導加熱コイルの平面領域の全体を均一に加熱することができない。
【０００５】
このため、このような平板状の誘導加熱コイルを用いて広い面積の金属板を加熱する場合は、特許文献１や特許文献２に示すように、誘導加熱コイルを産業用ロボット等の駆動装置に装着し、この駆動装置により誘導加熱コイルを車体や金型の表面に沿って移動させ、車体や金型の表面の全域を走査することにより全体を均一に加熱することが行われている。
【０００６】
しかし、このような誘導加熱コイルを移動しながら金属板を誘導加熱する方法において、誘導加熱コイルを闇雲に移動すると、金属板の場所により加熱量の多い場所と少ない場所で温度差が生じ塗装の乾燥むらが生じ、そのために、塗装の乾燥時間が長くなったり、部分的に高温になりすぎて塗料が炭化変色（オーバーベイク）したりする問題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１１‐０６９５００号公報
【特許文献２】特開２０１０‐２８４７１４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
この発明は、前記のような問題点を解決するために、面積の広い金属板、特に塗装を施した金属板の表面に平板状の誘導加熱コイルを沿って移動しながら金属板を誘導加熱する際に、金属板全体をより均一に加熱することができ、これにより塗装を均一に乾燥することのできる金属板の誘導加熱方法を提供することを課題とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記の課題を解決するため、請求項１の発明は、コイル導体を平面上で渦巻き状に巻回して平板状に構成した誘導加熱コイルを、これを移動するための駆動装置に装着し、この駆動装置により、前記前記誘導加熱コイルを、このコイルよりも面積の大きい加熱対象の金属板の表面に沿って移動させて、この金属板の加熱領域全体を走査して前記金属板を誘導加熱するようにした誘導加熱方法において、前記誘導加熱コイルを前記加熱対象の金属板から離間して移動しながら前記金属板を誘導加熱する際に、前記誘導加熱コイルの移動ラインを変更するとき、前記誘導加熱コイルへ供給する加熱電流を停止することを特徴とする。
【００１０】
請求項２の発明は、コイル導体を平面上で渦巻き状に巻回して平板状に構成した誘導加熱コイルを、これを移動するための駆動装置に装着し、この駆動装置により、前記前記誘導加熱コイルを、このコイルよりも面積の大きい加熱すべき金属板の表面に沿って移動させて、この金属板の加熱領域全体を走査して前記金属板を誘導加熱するようにした誘導加熱方法において、前記誘導加熱コイルを加熱対象の金属板から離間して移動しながら前記金属板を誘導加熱する際に、前記誘導加熱コイルによる加熱領域が前記加熱される金属板の端から外へはみ出さないように誘導加熱することを特徴とする。
【００１１】
請求項３の発明は、コイル導体を平面上で渦巻き状に巻回して平板状に構成した誘導加熱コイルを、これを移動するための駆動装置に装着し、この駆動装置により、前記前記誘導加熱コイルを、このコイルよりも面積の大きい加熱すべき金属板の表面に沿って移動させて、この金属板の加熱領域全体を走査して前記金属板を誘導加熱するようにした誘導加熱方法において、前記誘導加熱コイルを加熱対象の金属板から離間して移動しながら前記金属板を誘導加熱する際に、前記誘導加熱コイルを加熱すべき前記金属板の表面に対して所定の角度傾斜させた状態で平行に移動することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
請求項１の発明によれば、誘導加熱コイルの移動ラインを加熱済みの移動ラインから別の新たに加熱する移動ラインへ変更する間は、誘導加熱コイルへの加熱電流の供給を停止するので、この間は、金属板の誘導加熱が停止されることになる。したがって、移動ラインの切り替え時の誘導加熱コイルによる金属板における加熱領域の重なりをなくすことができるため、金属板の加熱温度を全域にわたって均一化することができる。このため、金属板に施された塗装の乾燥を行う場合であれば、塗装の乾燥を均一に行うことができ、塗装の仕上がりむらが低減され、塗装の品質を向上することができる。
【００１３】
請求項２の発明によれば、誘導加熱コイルの平面領域が加熱対象の金属板の端から外れないように誘導加熱コイルを移動して加熱を行うので、誘導加熱コイルの投影平面領域が、加熱対象の金属板の端の外まで外れたときに、金属板に流れる誘導電流の端部への集中によって生じる金属板の端部の局部加熱を防止することができるため、金属板全体の加熱温度をより均一にすることができる。
【００１４】
さらに、請求項３の発明によれば、誘導加熱コイルを移動しながら金属板を加熱するとき、平板状の誘導加熱コイルを加熱する金属板の平面に対して所定の角度傾斜はさせて移動することにより誘導加熱コイルによる金属板上の加熱領域の面積を狭めることができる。このため、例えば、一度加熱された対象の金属板の温度分布をサーモグラフィ装置等により測定して、温度の低い部分を再加熱する際などに、温度の低い領域に限定して加熱を行うことができるので、金属板全体の温度を均一化に効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】この発明の方法を自動車の車体の塗装の乾燥に適用した実施例の誘導加熱装置の構成図である。
【図２】この発明に使用する誘導加熱コイルの構成を示すもので、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図である。
【図３】この発明における誘導加熱コイルによる加熱領域の形状を示す図である。
【図４】この発明の誘導加熱コイルの往復移動の説明図である。
【図５】この発明の加熱方法の説明図であり、（ａ）は誘導加熱コイルが加熱対象の金属板の端から外へずれた状態を示す図、（ｂ）はこの時の金属板の加熱領域を示す図である。
【図６】この発明の誘導加熱コイルを傾斜させて加熱する方法の説明図である。
【図７】この発明の誘導加熱コイルを傾斜させて加熱する際の加熱領域の形状を示す図である。
【図８】金属板の塗装の乾燥焼き付けを行う場合の乾燥（焼き付け）温度と乾燥（焼き付け）時間の関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
この発明の実施の形態を図に示す実施例について説明する。
【００１７】
図１にこの発明の方法を適用する、金属板で形成された自動車の車体の塗装の乾燥のための誘導加熱装置を示す。
【００１８】
図１に示す誘導加熱装置において、１は誘導加熱コイルであり、移動するために産業用ロボット等で構成された駆動措置２に装着される。５は、誘導加熱コイル１により誘導加熱される自動車の車体である。
【００１９】
この車体５鋼板等の導電性金属板により形成されており、すでに、前工程で表面に電着塗装され、その上に塗装膜が形成されている。この塗装膜を乾燥するため、誘導加熱コイル１を用いて車体５を誘導加熱するのである。
【００２０】
誘導加熱コイル１は、図２に示すように、コイル導体１１を平面上で渦巻き状に所要回数巻回して平板状に形成したコイル１２を絶縁性耐熱材で形成された支持基板１３により支持して構成さる。
【００２１】
このコイル１２は、図２（ａ）に示すように平面形状が円形をなし、正方形状の支持基板１３によって支持される。このため、誘導加熱コイル１の外形は、平面形状がほぼ正方形をなし、厚さがほぼコイル導体１１の厚さと、支持基板１３の厚さを加えた厚さとなるような平板状を示す。誘導加熱コイル１に、ここには図示しない高周波電源から高周波の加熱電流を供給すると、誘導加熱コイル１により発生された高周波磁束を導電性金属板５１に当てることによって金属板に誘導される渦電流により金属板が発熱し加熱される。そしてその時の金属板が加熱される領域（加熱電流の流れる領域）の形状は、渦巻き状に巻回された誘導加熱コイル１の平面形状に相似し、図３にＨで示すようにドーナツ形状となり、中心部分に加熱されない領域Ｎが生じる。そして、加熱対象の車体５の表面面積は、誘導加熱コイル１の加熱面積となる平面面積より大きい。
【００２２】
このため、このような誘導加熱コイル１により車体５の全体を加熱する場合は、駆動装置２により、図４に示すように誘導加熱コイル１を車体５の表面から離間して車体５の表面に沿って移動することにより、誘導加熱コイル１により車体５の全体を走査する必要がある。
【００２３】
このように誘導加熱コイル１を車体５の表面に沿って往復移動しながら車体５の加熱を行う過程で、サ−モグラフィ装置３により車体５の表面の温度および温度分布を測定する。このサーモグラフィ装置３による車体５の表面温度分布の測定結果に従って図示しない制御装置により誘導加熱コイル１へ供給する高周波電流の大きさおよび駆動装置２による誘導加熱コイル１の移動速度や位置，車体５の表面からの距離，往復移動回数等を制御することにより車体５の表面の温度を所望の温度に制御することができる。
【実施例１】
【００２４】
誘導加熱装コイル１による加熱対象の車体５等の走査の具体例を図４に示す。
【００２５】
車体５等を形成する金属板５１は、ここでは、説明を簡単にするため単純な長方形で示している。高周波加熱電流の供給された誘導加熱コイル１は、図４には図示されない駆動装置２により、まず、金属板５１の左上隅の走査開始端部Ｓ１から往路移動ラインＯ１上を終端部Ｅ１へ向かって直線状に移動される。なお、誘導加熱コイル１は、車体５の表面の温度が所定温度になるように始端部Ｓ１から終端部Ｅ１までの往路移動ラインＯ１上を複数回往復移動することもある。終端部Ｅ１に到達した誘導加熱コイル１は、ここから復路移動ラインＢ１上の始端部Ｓ２に移されて往路移動ラインＢ１上を終端部Ｅ２へ向かって移動される。引き続き、誘導加熱コイル１は、往路移動ラインＯ２上の始端部Ｓ２へ移され、往路移動ラインＯ２上の終端部Ｅ２へ移動され、さらに終端部Ｅ２から復路移動ラインＢ２の始端部Ｓ３〜移して復路移動ラインＢ２上の終端部Ｅ３へ移動される。
【００２６】
このように誘導加熱コイル１を駆動装置２により、金属板５１上を所定の間隔をおいて往復移動させて、金属板５１の全体を走査すれば、金属板５１の全体を誘導加熱することができる。
【００２７】
しかし、例えば、誘導加熱コイル１を終端部Ｅ１から始端部Ｓ２へ移動する場合等の往路ラインの終端の位置から復路ラインの始端の位置、または復路ラインの終端の位置から往路ラインの始端の位置へ誘導加熱コイル１を移す際に、誘導加熱コイル１に加熱電流を供給したまま移動すると、この移動過程で、誘導加熱コイル１による金属板５１上の加熱領域の重なり部分が生じる。
【００２８】
このような金属板５１の加熱領域の重なり部分は、発熱量が大きくなり、重なりのない部分に比べて高温となる。このために、金属板５１の両端部分に部分的に高温部（加熱部）が生じ、金属板５１の加熱温度の分布が不均一となる。
【００２９】
このため、実施例１では、誘導加熱コイル１を往復移動して金属板５１を誘導加熱する際に、誘導加熱コイル１を往路移動ラインの終端の位置から復路移動ラインの始端の位置、または復路移動ラインの終端の位置から往路移動ラインの始端の位置へ移す過程では、誘導加熱コイル１への加熱電流の供給を停止するようにしている。
【００３０】
これにより、誘導加熱コイルが往路ライン上、および復路ライン上を移動するときは誘導加熱コイル１に加熱電流が供給されているため、金属板５１がこの移動ライン上で加熱される。しかし、誘導加熱コイル１が、例えば終端位置Ｅ１から始端位置Ｓ２へ移行を開始してから、始端位置Ｓ２到達すまでの間等のように移動ラインを変更する際には、加熱電流が停止されるため、誘導加熱コイル１による誘導加熱は行われないので、この誘導加熱コイル１の移行経路には加熱領域の重なり部分な発生がなくなる。したがって、金属板５１の往復移動ラインを移行する部分における過熱が防止され、全体を均一な温度分布とするように金属板５１を加熱すことができる。
【実施例２】
【００３１】
次にこの発明の実施例２について説明する。
【００３２】
誘導加熱コイル１を往復移動して金属板５１を誘導加熱する過程で、特に規制をしないと、誘導加熱コイル１の投影平面領域が、図５（ａ）に示すように、加熱対象の金属板５１の端の外側まではみ出した位置まで移動されることがある。このような場合には、誘導加熱コイル１により金属板５１に誘導される電流の一部が、金属板５１の端部に集中する。このように金属板５１の誘導電流の端部への集中が生じると、金属板５１の端部が他の部分より加熱されことになる。
【００３３】
このときの金属板５１の誘導加熱コイル１による加熱領域Ｈの形状は、誘導加熱コイル１が渦巻き状に円形に巻回して構成されて、誘導加熱コイル１が半分金属板５１からはみ出ている場合は、図５（ｂ）に示すようにほぼ半円状となる。この加熱領域Ｈの金属板５１の端縁と接する部分Ｈａは、誘導電流の集中により加熱され、他の部分より高温となった部分である。
【００３４】
したがって、このように誘導加熱コイル１を加熱対象の金属板５１の端より外側まではみ出した位置まで移動するようにすると、金属板５１の端部が部分的に高温となり、金属板５１の温度分布が不均一となる。
【００３５】
このような金属板５１の端部の加熱を防止するため、実施例２では、誘導加熱コイル１の往復移動することにより加熱対象の金属板５１の表面に沿って走査して金属板４１を誘導加熱する際に、図４に示すように、誘導加熱コイル１の移動ラインの始端位置Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３および終端位置等において、加熱領域Ｈの端が、金属板５１の端から外にはみ出ないように駆動装置２により誘導加熱コイル１の移動を制御する。
【００３６】
このように、加熱領域Ｈの端が加熱対象の金属板５１の端から外へはみ出ないように移動するようにすることにより、金属板５１の端部の加熱を防止することができるので、金属板５１の全体を均一な温度に加熱することができる。
【実施例３】
【００３７】
次に説明するこの発明による加熱方法の実施例３は、加熱対象の金属板５１の全体の誘導加熱コイル１の走査による加熱が一旦終了したところで、サーモグラフィ装置により金属板５１の表面の温度分布を測定し、規定以上に温度が低くなるような温度むらがある場合に、この温度の低い部分を補正加熱して、温度分布の均一化を図るための方法である。
【００３８】
このような場合は、誘導加熱コイル１を加熱対象の金属板５１の表面に平行に向けて移動するのではなく、図６に示すように、矢印で示す移動方向に向けて金属板５１に対して所定の角度Θだけ傾斜して移動することにより加熱を行う。
【００３９】
このように、誘導加熱コイル１を金属板５１に対して所定角度Θ傾斜するには、これを駆動する駆動装置２への装着角度を調整することで容易に行うことができる。また、駆動装置２に産業用ロボットを使用する場合は、誘導加熱コイル１を保持する保持アームの角度を調整することにより誘導加熱コイル１の傾斜角度を容易に調整することができる。
【００４０】
誘導加熱コイル１を移動方向（矢印方向）に向けて金属板５１に対して傾斜させて金属板５１を加熱すると、この誘導加熱コイル１による金属板５１の加熱領域（誘導電流の流れる領域）の形状を、図７にＨで示すように誘導加熱コイル１の移動方向に幅が絞られた三日月に類似した形状とすることができる。
【００４１】
この加熱領域Ｈの大きさは、誘導加熱コイル１の傾斜角度を大きくするほど小さくすることができ、傾斜の向きによって領域の幅の狭められる方向が決まるので、誘導加熱コイル１の傾斜角度および向きを調整することによりある程度自由に加熱領域の大きさを調整することができる。
【００４２】
金属板５１の加熱温度の低い領域に合わせて、この領域を誘導加熱コイル１の傾斜角度を調整して限定的に補正加熱するようにすれば、金属板５１の温度の補正の精度を高めることができる。このため、金属板５１の加熱温度の低い領域の形状にあわせて、誘導加熱コイル１の傾斜方向および角度を調整してこの誘導加熱コイル１による加熱領域の形状を調整して、金属板５１の温度の低い領域を誘導加熱コイル１により走査するようにすれば、この温度の低い領域の温度を周域の温度まで精度よく加熱することができ、金属板５１の温度分布をより均一にすることができる。
【００４３】
以上説明したように、この発明によれば、より広い面積の金属板５１上で高周波電流の供給された誘導加熱コイル１を往復移動して金属板５１の加熱すべき領域の全体を走査することにより、金属板５１を効率よく、かつ均一な温度に加熱することができる。
【００４４】
このため、この発明を、金属板の塗装の乾燥のための加熱に使用した場合、金属板の加熱温度を１４５〜１６５℃の範囲に収めることができる。
【００４５】
ちなみに、山形炉を用いた従来の加熱方法によれば、炉内の天井部と底部における加熱温度差により金属板の加熱温度が１３５〜１６５℃の範囲にしか収めることしかできない。
【００４６】
図８は、一般的な水性塗料で塗装した場合の焼き付け温度（乾燥温度）‐焼き付け時間（乾燥時間）の関係を示す乾燥特性図である。この図における多角形の枠Ａ内が乾燥温度および乾燥時間の許容範囲である。
【００４７】
これから理解できるように乾燥温度が高ければ、乾燥時間は短くて済み、乾燥温度が低ければ乾燥時間を長くする必要がある。乾燥（焼き付け）温度の低い範囲で乾燥（焼き付け）時間が許容範囲に満たない場合は、乾燥（焼き付け）が不十分で塗装の強度不足が生じる。
【００４８】
また、乾燥（焼き付け）温度が高い方で乾燥（焼き付け）時間が許容範囲を超えると塗装がオーバベイクとなって黄変する不都合がある。
【００４９】
従来の山形炉により塗装乾燥のための金属板の加熱を行った場合は、加熱温度幅が大きいため、図８の特性図におけるＴで示す領域での乾燥処理となり、処理時間が長くかかる不都合がある。
【００５０】
これに対して、この発明によれば、誘導加熱により金属板を加熱するので、効率よく加熱できるだけでなく、加熱温度幅を１４８から１６５℃の狭い範囲に精度よく収めることができる。このため、この発明によれば、図８のＰで示す領域で乾燥処理を行うことができるので、乾燥処理時間を従来に比べて著しく短縮することができる。
【００５１】
前記おいては自動車の車体の加熱ついて説明したが、この発明は、導電性金属で作成された鋳造用の金型等の予熱を行う場合の加熱にも使用することができる。
【符号の説明】
【００５２】
１：誘導加熱コイル
２：駆動装置（産業用ロボット）
３：サーモグラフィ装置
５：導電性金属板（車両車体）
【図１】
2015156296.tif 000003
【図２】
2015156296.tif 000004
【図３】
2015156296.tif 000005
【図４】
2015156296.tif 000006
【図５】
2015156296.tif 000007
【図６】
2015156296.tif 000008
【図７】
2015156296.tif 000009
【図８】
2015156296.tif 000010