(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
車輪により走行可能な走行台車に、入力された高周波電流を増幅して出力する増幅トランスと、前記増幅トランスから供給された高周波電流によって交番磁界を発生する加熱コイルとを備え、前記加熱コイルによって発生された交番磁界により板状金属に渦電流を誘導して当該板状金属の被加熱面を加熱する誘導加熱装置において、
前記加熱コイルは、前記走行台車の幅方向の中心線を挟む対向２辺を有するＵ字型とし、
前記加熱コイルを前記走行台車に対して上下動自在に支持する可動フレームの下端に、前記加熱コイルを板状金属から一定の微小距離離隔した状態を保持するための、少なくとも１つの回転自在のボールを、前記走行台車の幅方向の中心線上であって前記Ｕ字型加熱コイルの対向２辺の中心線上に設けたことを特徴とする誘導加熱装置。
【請求項２】
前記回転自在のボールは、非磁性材料、耐熱性、耐摩耗性の材料からなる請求項１記載の誘導加熱装置。
【請求項３】
前記ボールを回転自在に支持するボール受けに潤滑液を供給する手段を設けた請求項１または２に記載の誘導加熱装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、船舶などの金属構造物製作過程において、溶接部分の歪取り作業その他の加熱作業に使用する誘導加熱装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
船舶などの鉄鋼構造物は、鋼板を溶接して組み立てられる部分が多いが、溶接を行った部分には歪みが生じるため、通常、溶接・組立が終わった後、溶接部分を加熱・冷却することによって歪みを除去する作業が行われている。
この歪みは、溶接熱により溶接部が収縮し変形することによって生じるが、鋼板の反対側を収縮させて修正することで除去することができる。また、寸法ズレや構造による弛みにより生じる歪みは、鋼板を加熱後、収縮させて寸法を合わせて修正することで除去することができる。
【０００３】
従来の歪み取り作業においては、作業者がガストーチを手に持って溶接部分に沿って移動しながら加熱するという方法が採られていた。しかしながら、ガス加熱による方法は、表面加熱であるため温度ムラが生じやすく、また、作業に高度の熟練を要するため、熟練工不足が顕著化した近年においては採用が減少し、これに代わって、高周波誘導加熱装置による加熱が行われるようになっている。
【０００４】
従来の高周波誘導加熱装置として、例えば、本願出願人は先に、被加熱物を短時間で昇温させることが可能で、加熱作業の自動化を図ることが可能な歪み取り加熱装置を特許文献１として提案した。
【０００５】
その歪み取り加熱装置は、走行台車に増幅トランスと誘導加熱コイルとが搭載され、走行台車はモータによって駆動される駆動車輪及び補助車輪を備え、加熱作業中はガイドレールに沿って走行可能な構成である。
【０００６】
また、特許文献２には、電源からの高周波電流を増幅トランスにて増幅して鋼材の表面に近接させて配設された加熱コイルに通電し、鋼材に誘導電流による発熱を生起して鋼材の加熱コイルに対面する変形部とその近傍部位を加熱することにより鋼材の変形によって生じた歪を除去するように構成された加熱装置と、鋼材上に移動可能に設けられて加熱装置が搭載される走行台車とを備えた鋼材の歪除去装置において、走行台車の走行用車輪を支持する台車本体内に台車本体とは独立して上下動可能かつ鋼材の表面を移動可能に設けられるとともに電源からの電流を増幅して加熱コイルに供給する増幅トランス及び加熱コイルを支持する支持部材と、支持部材を介して加熱コイルと鋼材の表面との間隙を所定間隙に保持せしめる加熱コイル隙間調整機構とを備え、加熱コイル隙間調整機構は、支持部材と台車本体との間に介装されて支持部材を鋼材の表面に接触せしめる方向に付勢されたばねと、走行用車輪に磁力作用を持たせて台車本体を介して車輪によるばねの背部からの押圧作用と、ばねによる内部支持部材のガイドローラを介しての鋼板表面への押し付け作用とにより、車輪が磁力により常時鋼板の表面に接触しながら転動して、台車本体を介して支持部材の鋼材表面からの高さ位置が一定になるように走行台車を走行せしめるように構成した鋼材の歪除去装置が記載されている。
【０００７】
さらに、本願出願人の出願である特許文献３には、車輪により走行可能な走行台車に、入力された高周波電流を増幅して出力する増幅トランスと、増幅トランスから供給された高周波電流によって交番磁界を発生する加熱コイルとを備え、加熱コイルによって発生された交番磁界により板状金属に渦電流を誘導して当該板状金属の被加熱面を加熱する誘導加熱装置において、加熱コイル自体を絶縁状態で被加熱面に接触させる構成とした誘導加熱装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平１１−１７００８１号公報
【特許文献２】特許第４０１５４８１号公報
【特許文献３】特開２００９−２４２８２３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
前掲の特許文献１に記載された歪み取り加熱装置では、誘導加熱コイルと被加熱物である鋼板との間に所定の隙間があるので、その隙間の距離によっては加熱効率が悪いという問題がある。また、被加熱物である鋼板の表面にうねり等の変形があると、目標とする鋼板表面への入熱量にばらつきが生じるという問題がある。
【００１０】
特許文献２に記載された歪除去装置は、加熱コイルを支持する支持部材に設けられているガイドローラを、ばねを用いて鋼板の表面に押し付けることにより鋼板のうねり等の変形により加熱コイルと鋼板との間の隙間による入熱量のばらつきを解消する構成としているが、ガイドローラのピッチ以下の寸法の凹凸やうねりには対応できない。そこでガイドローラの径を余り小さくすると、走行台車の走行に支障が出てくるので、ガイドローラの小径化にも限度がある。特に薄板加熱の場合は加熱した瞬間に被加熱面が膨張変形し、狭い領域で凹または凸の状態となり一定加熱が難しい。
【００１１】
前掲の特許文献３に記載された誘導加熱装置は、加熱コイル自体を絶縁状態で、たとえば絶縁被覆や絶縁シートを介して被加熱面に接触させる構成とすることにより、被加熱物の多様な凹凸やうねりにも加熱コイルと被加熱物との距離を一定に保つものであるため、絶縁被覆や絶縁シートの摩耗が避けられず、摩耗すると、加熱コイルが直接被加熱物に接触して短絡する危険性があるため、摩耗状態の点検と絶縁被覆の再加工や絶縁シートの交換が必要である。
【００１２】
そこで本発明は、被加熱物の多様な凹凸やうねりにも加熱コイルと被加熱物との距離を非接触でしかも一定に保つことにより、高電力効率で走行移動しながら加熱温度条件を保持することのできる誘導加熱装置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】
【００１３】
前記課題を解決するため、本発明の誘導加熱装置は、車輪により走行可能な走行台車に、入力された高周波電流を増幅して出力する増幅トランスと、前記増幅トランスから供給された高周波電流によって交番磁界を発生する加熱コイルとを備え、前記加熱コイルによって発生された交番磁界により板状金属に渦電流を誘導して当該板状金属の被加熱面を加熱する誘導加熱装置において、前記加熱コイルは、前記走行台車の幅方向の中心線を挟む対向２辺を有するＵ字型とし、前記加熱コイルを前記走行台車に対して上下動自在に支持する可動フレームの下端に、前記加熱コイルを板状金属から一定の微小距離離隔した状態を保持するための、少なくとも１つの回転自在のボールを、前記走行台車の幅方向の中心線上であって前記Ｕ字型加熱コイルの対向２辺の中心線上に設けたことを特徴とする。
【００１４】
誘導加熱効率は、加熱コイルと被加熱面との距離の２乗に反比例し、空隙が大きくなればなるほど誘導加熱効率は極端に小さくなる。板状金属は加熱による熱膨張により凹凸が発生する。また加熱前でも変形やうねりがある。そこで、本発明においては、加熱コイルの上下位置を加熱コイルとボールとの間の距離に保持することで、連続走行中も加熱コイルと被加熱面との距離を一定の微小距離に保持することができるので、加熱が安定し、誘導加熱効率が高めることができる。ボールは、少なくとも１個設けることが要件であるが、２個、または３個を近接して設けてもよい。
【００１５】
前記回転自在のボールは、非磁性材料、耐熱性、耐摩耗性の材料とすることが好ましい。加熱コイルには高周波電流が与えられて交番磁界が発生することと、被加熱体である板状金属が加熱されること、また板状金属との接触により摩耗することに耐えるように、ボールは非磁性材料、耐熱性、耐摩耗性とする。
【００１６】
また、前記ボールを回転自在に支持するボール受けに潤滑液を供給することによって、ボールの回転を円滑にし、また摩擦を低減する。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、加熱コイルを走行台車に対して上下動自在に支持する可動フレームの下端に、加熱コイルを板状金属から一定の微小距離離隔した状態を保持するための、少なくとも１つの回転自在のボールを設け、加熱コイルの上下位置を加熱コイルとボールとの間の距離に保持することで、連続走行中も加熱コイルと被加熱面との距離を一定の微小距離に保持することができるので、加熱が安定し、誘導加熱効率が高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の実施の形態に係る誘導加熱装置を示すもので、（ａ）は側面図、（ｂ）は背面図である。
【図２】本発明の実施の形態に係る誘導加熱装置における加熱コイル回りの構成を示すもので（ａ）は側面図、（ｂ）は正面図、（ｃ）は底面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の実施の形態を、図面を用いて説明する。
図１に示すように、本発明の実施の形態に係る誘導加熱装置を構成する走行台車１は、駆動車輪２，補助車輪３により走行可能である。駆動車輪２は、駆動電動機４によって駆動可能である。また、走行台車１は、取っ手５を手で持って前後方向に押し引きすることにより移動可能である。駆動車輪２と駆動電動機４との間にはクラッチ機構（図示せず）が搭載されている。
【００２０】
走行台車１に固定された支持具６には、スプリングやダンパー等を用いた引き上げ金具７によって昇降自在に可動フレーム８が取り付けられており、この可動フレーム８に、増幅トランス９およびＵ字状の加熱コイル１０が搭載されている。可動フレーム８の下端には、加熱コイル１０と被加熱材である板状金属との間の高さを一定の微小距離に保持するボール１１が設けられている。
【００２１】
この加熱コイル１０回りの詳細を図２に基づいて説明する。可動フレーム８の底部に固定される固定板１２には、加熱コイル１０とこの加熱コイル１０に高周波電流を供給する通電導体１３を固定する固定金具１４が固定され、さらに固定金具１４と通電導体１３に取付金具１５がネジ１６により取り付けられている。加熱コイル１０の両側部には、加熱コイル１０で誘起された交番磁界を被加熱材に集中させて誘導加熱効率を向上させるためのフェライトコア１７が設けられている。
【００２２】
取付金具１５には、下端にボール１１を回転自在に収納した筒状のボール受け１８が固定されており、ボール１１の下方への突出長を調節する調節ネジ１９が設けられている。本実施の形態においては、加熱コイル１０の下面からのボール１１の突出長は、被加熱材である板状金属の凹凸の高さに応じて２〜７ｍｍの範囲で調節可能としているが、この突出長に限定されない。
【００２３】
ボール１１の材質は、非磁性材料、耐熱性、耐摩耗性の材料、例えばアルミナ、ＳｉＣ、ＳｉＮ等のセラミックとすることが望ましい。
ボール１１の個数は、本実施の形態では走行台車１の幅方向の中央に１個としているが、走行台車１の幅方向の中心線に沿って２個、または３個配置することにより、加熱コイル１０が走行台車１の前後方向に傾いて被加熱材に接触することを防ぐことができる。
【００２４】
なお、図１において、増幅トランス９の上部には引き上げ固定具２０が取り付けられており、増幅トランス９、すなわち加熱コイル１０を上昇させた位置で固定できるようになっている。
また、走行台車１の前方には、粉塵除去ノズル２１が設けられている。
【００２５】
増幅トランス９は、高周波電源（図示せず）によって生成された高周波電流を所定の電流値に増幅するものであり、その出力端子には、加熱コイル１０が接続されている。
【００２６】
加熱コイル１０の内部は中空であり、内部に冷却水を通して、加熱コイル１０が高温になるのを抑制するようにしている。
【００２７】
なお、増幅トランス９に高周波電流を供給する高周波電源、加熱コイル１０を冷却する冷却水供給装置、粉塵除去ノズル２１から吹き出すエアーの供給源は、走行台車１に内蔵してもいいが、重量が重くなるのを避けるために、別の移動台車に設置し、ケーブルやチューブで走行台車１と接続して使用することができる。
【００２８】
次に、本実施の形態の誘導加熱装置の動作について順を追って説明する。
（１）まず、走行台車１を、加熱処理予定部である板状金属の場所に運ぶ。
（２）駆動車輪２と駆動電動機４との間にあるクラッチ機構（図示せず）のクラッチを切り、手動で走行台車１を自由に移動可能とする。
（３）供給エアーのバルブを開にし、粉塵除去ノズル２１からエアーを吹き出して、加熱処理開始部近辺の粉塵を吹き飛ばす。
（４）加熱処理開始位置を確認し、駆動車輪２と駆動電動機４との間にあるクラッチ機構を入れる。
【００２９】
（５）引き上げ固定具２０を解除し、板状金属の被加熱面にボール１１の下端を当接させ、加熱コイル１０を板状金属から一定長浮かせた状態に調節する。
（６）移動台車のスイッチ加熱オン、駆動電動機４による走行オン、鋼板冷却水バルブ開で移動加熱処理を開始する。
（７）加熱処理予定部の移動処理が完了する。
【００３０】
（８）走行台車１のスイッチ加熱オフ、駆動電動機４による走行オフ、鋼板冷却水バルブ閉で、移動加熱処理を終了する。
（９）供給エアーのバルブを閉じ、引き上げ固定具２０で加熱コイル１０を引き上げ固定する。
（１０）走行台車１を次の加熱処理予定部へ運ぶ。
（１１）駆動車輪２と駆動電動機４の間のクラッチ機構を切る。これにより走行台車１を手動で自由に移動することが可能となる。
【産業上の利用可能性】
【００３１】
本発明は、被加熱物の多様な凹凸やうねりにも加熱コイルと被加熱物との距離を一定に保ち、高電力効率で走行移動しながら加熱温度条件を保持することができる誘導加熱装置として、被加熱面である板状金属の熱処理後の歪み取りの他、溶接前の予熱、曲げ加工の前の加熱などの各種の用途の加熱に利用することができる。特に、薄板の加熱では加熱した瞬間に被加熱面が膨張変形し、狭い領域で凹または凸の状態となり一定加熱が難しいので、本発明による効果は大である。
【符号の説明】
【００３２】
１  走行台車
２  駆動車輪
３  補助車輪
４  駆動電動機
５  取っ手
６  支持具
７  引き上げ金具
８  可動フレーム
９  増幅トランス
１０  加熱コイル
１１  ボール
１２  固定板
１３  通電導体
１４  固定金具
１５  取付金具
１６  ネジ
１７  フェライトコア
１８  ボール受け
１９  調節ネジ
２０  引き上げ固定具
２１  粉塵除去ノズル
【図１】
0005734707.tif 000002
【図２】
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