(57)【要約】【課題】  磁束漏洩をより一層効果的に抑制する。【解決手段】  加熱コイル１１の加熱コイル面上に、複数の導電性非磁性金属板１５を加熱コイル１１の周方向に間隔を空けて整列配置する。【選択図】    図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被加熱体を加熱コイルで誘導加熱する誘導加熱装置において、
前記加熱コイルの加熱コイル面上の一部に導電性非磁性金属板を配置したことを特徴とする誘導加熱装置。
【請求項２】
被加熱体を加熱コイルで誘導加熱する誘導加熱装置において、
前記加熱コイルの加熱コイル面上に、複数の導電性非磁性金属板を前記加熱コイルの周方向に間隔を開けて整列配置したことを特徴とする誘導加熱装置。
【請求項３】
前記各導電性非磁性金属板の形状は、矩形または円形であることを特徴とする請求項１または２記載の誘導加熱装置。
【請求項４】
前記各導電性非磁性金属板の板厚は、前記加熱コイルの周方向に中央部を両端部よりも厚くしたことを特徴とする請求項１または２記載の誘導加熱装置。
【請求項５】
前記各導電性非磁性金属板は、前記加熱コイルの中心点に対して点対象となるように前記加熱コイル面に整列配置されたことを特徴とする請求項１または２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、鉄等の被加熱体を誘導加熱する誘導加熱装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
誘導加熱装置は、加熱コイルに数ｋ〜１００ｋＨｚ程度の高周波電流を流すことにより発生される高周波磁界中に導電性物質である金属を置くと渦電流が発生することを利用し、この渦電流によるジュール熱で鉄等の金属からなる被加熱体の加熱を行うようにしたものである。
【０００３】
このため、誘導加熱装置は、バーナ等の加熱に比べて火を使用しないことから安全性に優れている。また、誘導加熱装置は、短時間で被加熱体を加熱できる上、電流制御により特定部位の加熱も可能となることから、鉄鋼スラブの加熱装置（例えば、特許文献１参照）、複写機における転写ロールの加熱装置（例えば、特許文献２参照）、電磁調理器（例えば、特許文献３，４参照）等に広く使用されている。
【特許文献１】特開平２−６００９号公報
【特許文献２】特開２００２−４０８３９公報
【特許文献３】特公昭５８−３７６７６号公報
【特許文献４】特開２０００−４８９４４公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
その一方で、誘導加熱装置は、加熱コイルから発生する高周波磁界を利用して被加熱体を加熱するため、本質的に誘導加熱装置から磁束が漏洩することは避けられず、人体や電子機器への悪影響が懸念されている。特に近年、鉄鋼プロセスラインは電子化及びコンパクト化が進み、ラインの近傍に電子計算機等の電子機器が配置される場合があり、漏洩磁束の発生を抑制したいという要望が高まっていた。
【０００５】
因みに、電磁調理器の分野においては、漏洩磁束の発生を抑制するために種々の技術が提案されている。例えば、加熱コイルの周囲にアルミニウム等の非磁性金属からなるシールド環を設けることにより、加熱コイルが発生する磁力線と反対の磁場を発生させ、磁力線をシールド環の中に封じ込める技術や、加熱コイルと電源部とを磁束の通過を妨げない非磁性の金属性材料で覆う技術が提案されている。
【０００６】
しかし、前者の技術では、シールド環の外部へ漏洩する磁束があり、さらなる磁束漏洩の低下が求められていた。また、後者の技術では、電源部から発生する電磁波に関しては効果的にシールドできるものの、加熱コイルからの磁束はシールドされていないため、漏洩磁束は大きいという問題があった。
【０００７】
本発明はこのような事情に基づいてなされたもので、その目的とするところは、磁束漏洩をより一層効果的に抑制できる誘導加熱装置を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、被加熱体を加熱コイルで誘導加熱する誘導加熱装置において、加熱コイルの上部に導電性非磁性金属を適切に配置することによって漏洩磁束が低下することに鑑み、加熱コイルの加熱コイル面上の一部に導電性非磁性金属板を配置したものである。
【０００９】
また本発明は、加熱コイルの加熱コイル面上に、複数の導電性非磁性金属板を前記加熱コイルの周方向に間隔を開けて整列配置する。
【００１０】
本発明において、各導電性非磁性金属板の形状は、矩形，円形等が適用される。
【００１１】
また、各導電性非磁性金属板の板厚は、加熱コイルの周方向に中央部を両端部よりも厚くすることが望ましい。
【００１２】
さらに、各導電性非磁性金属板は、加熱コイルの中心に対して点対象となるように加熱コイル面に整列配置することが好ましい。
【発明の効果】
【００１３】
本発明は、かかる手段を講じたことにより、磁束漏洩をより一層効果的に抑制できる誘導加熱装置を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明の実施の形態を図面を用いて説明する。  
なお、この実施の形態は、鉄鋼業における熱間シートバーの誘導加熱装置に本発明を適用した場合である。一般に、鉄鋼用熱間圧延ラインでは、加熱した板状のスラブを粗圧延機により薄厚の熱間シートバーに圧延し、これを仕上圧延機により所望の製品の厚さまでさらに圧延を行うが、この粗圧延から仕上圧延の加工工程間で熱間シートバーの保有する熱の一部が大気中に放熱され、熱間シートバーの温度分布が均一でなくなるので、仕上圧延機入側に誘導加熱装置を設けて熱間シートバーを誘導加熱し、温度分布を均一に保つようにしている。本実施の形態は、この仕上圧延機入側に設けられた誘導加熱装置に本発明を適用した場合である。
【００１５】
図１は本実施の形態における誘導加熱装置の平面図であり、図２は図１のＡ−Ａ矢視断面の概略図である。本実施の形態では、鉄鋼用熱間圧延ラインを搬送される板状被加熱体（熱間シートバー）３を上下から挟み込むように、一対の誘導加熱装置１，２が対峙して設けられている。誘導加熱装置１と誘導加熱装置２は同一構成である。そこで本実施の形態では、説明の便宜上、誘導加熱装置１について説明し、誘導加熱装置２については、同一部分に同一符号を付して詳細な説明を省略する。
【００１６】
図３は誘導加熱装置１の底面図である。図１〜図３に示すように、誘導加熱装置１は、電線が“口”形状に巻回された加熱コイル１１と、この加熱コイル１１の加熱コイル面とは反対側の面に放射状に取り付けられた複数のフェライト棒１２と、金属筒１３と、絶縁シート１４と、複数の導電性非磁性金属板（以下、単に金属板と称する）１５とから構成されている。誘導加熱装置１における加熱コイル１１の加熱コイル面と、誘導加熱装置２における加熱コイル１１の加熱コイル面とは対向して配置されており、その間を搬送される板状被加熱体３の幅方向略全域を上下から加熱するようになっている。なお、図１において、矢印Ｂは板状被加熱体３の搬送方向を示している。
【００１７】
加熱コイル１１の加熱コイル面上には、図３に示すように、複数個（図では８個）の円形状をなす金属板１５が絶縁シート１４を介して加熱コイル１１の周方向に間隔を空けて整列配置されている。各金属板１５により、加熱コイル１１の加熱コイル面は、その面積の約５０％が覆われる。各金属板１５は、ステンレス，プラスチック等の導電性非磁性金属によって成形されている。各金属板１５は、加熱コイル１１の中心点に対して点対象となるように等間隔で配置されており、各々が電気的に絶縁された状態になっている。
【００１８】
このように構成された本実施の形態においては、一対の誘導加熱装置１，２の各加熱コイル１１に図示しない高周波電源から高周波電流を流すと、両加熱コイル１１間に高周波磁界が発生する。この高周波磁界中を、鉄鋼用熱間圧延ラインを搬送される板状被加熱体（熱間シートバー）３が通過すると、板状被加熱体３に渦電流が発生し、この渦電流によるジュール熱で板状被加熱体３が加熱される。
【００１９】
このとき、加熱コイル１１の加熱コイル面上に配置された各金属板１５には、図４に示すように、加熱コイル１１を流れる電流Ｐとは逆方向の誘導電流Ｑが発生する。この誘導電流Ｑによって加熱コイル１１から発生する高周波磁界とは逆向きの磁界が発生するので、高周波磁界が弱められる。ただし、１つの金属板１５内では電流が閉ざされた状態となるので、各金属板１５では、それぞれその中央部を流れる誘導電流Ｑとは逆向きの誘導電流Ｐ１，Ｐ２がその外周部を流れる。この誘導電流Ｐ１，Ｐ２によって、高周波磁界の弱まりが抑制される。
【００２０】
図５において、実線Ｈ１は、加熱コイル１１の加熱コイル面上に金属板１５を配置しないときの磁界の強さ分布を示しており、破線Ｈ２は、複数の金属板１５を配置したときの同磁界の強さ分布を示している。金属板１５を配置しない場合には、加熱コイル１１の中央部に強い高周波磁界が発生する。高周波磁界は被加熱体３に渦電流を発生させる上で重要であるが、局所的に強いと外部への漏洩磁束が増加する。
【００２１】
これに対して、本実施の形態のように導電性かつ非磁性を有する複数の金属板１５を加熱コイル１１の加熱コイル面上に配置すると、前述したように各金属板１５に逆方向の誘導電流Ｑと正方向の誘導電流Ｐ１，Ｐ２が流れるので、磁束を均一に発生させることが可能となり、磁界分布が広帯域（ブロードバンド）となる。これにより、加熱コイル１１の中央部における磁界のピーク強さは低下するものの、磁界の強さの積分値は金属板１５を配置しない場合と略等しいので、加熱効率が低下することはない。しかも、磁界のピーク強さが抑制されるので、外部に漏洩する磁束が低減される。
【００２２】
ところで、本実施の形態では、加熱コイル１１の周囲に金属筒１３を設けている。金属筒１３は、加熱コイル１１の外周を所定の間隔を開けて囲うように、かつ一方の端部が加熱コイル１１の加熱コイル面よりも被加熱体の被加熱面側に位置するように配置された略四角柱状の筒体１３１と、この筒体１３１の被加熱面側である一方の端部に設けられ、該端部より筒体１３１の内側と外側にそれぞれ一定の幅で延びる平坦面を有した環状平板部材１３２と、前記筒体１３１の被加熱面側とは反対側である他方の端部に設けられ、該端部より筒体１３１の内側に一定量突出するように延伸された環状部材１３３とから構成されている。筒体１３１，環状平板部材１３２及び環状部材１３３は、いずれも導電性金属によって成形されている。なお、筒体１３１，環状平板部材１３２及び環状部材１３３は一体成形してもよいし、別々に成形し接着して金属筒１３を形成してもよい。
【００２３】
金属筒１３は、筒体１３１の中心軸が加熱コイル１１の中心軸と同軸となるように配置されている。また、環状平板部材１３２の筒体内側に延びる平坦面の端部が加熱コイル面の鉛直上に重ならないように、かつ、その筒体外側に延びる平坦面の端部が鉄鋼用熱間圧延ラインを搬送される板状被加熱体３の端部よりも十分外側に位置するように、環状平板部材１３２の幅が設定されている。また、加熱コイル面と板状被加熱体３との距離が離れすぎないように、筒体１３１の高さと環状平板部材１３２の厚みが設定されている。さらに、前記フェライト棒１２の端部が前記環状部材１３３の先端と略接するように、環状部材１３３の幅が設定されている。
【００２４】
ここに、金属筒１３は、環状平板部材１３２を上にした状態で縦方向に切断すると、その切断面が“τ”形状になる。なお、金属筒１３の形状は“τ”型に限定されるものではなく、環状部材１３３を省略した“Ｔ”型や筒体１３１を省略した“−”型であってもよい。
【００２５】
このように、本実施の形態では、導電性非磁性体からなる金属板１５に加えて、加熱コイル１１の外周を所定の間隔を開けて囲うように導電性金属からなる筒体１３１を設け、この筒体１３１の一方の端部が加熱コイル１１の加熱コイル面よりも板状被加熱体３側に位置するように配置するとともに、この筒体１３１の一方の端部に、該端部より筒体１３１の内側と外側にそれぞれ延びる平坦面を有した導電性金属からなる環状平板部材１３２を設けている。したがって、板状被加熱体３の被加熱面に当たって拡散した磁束を環状平板部材１３２の平坦部で漏れなく吸収することができ、漏洩磁束をさらに効果的に抑制できる効果を奏する。
【００２６】
しかも、環状平板部材１３２の平坦部で吸収され、筒体１３１を介してフェライト棒１２に戻される磁束は効果的に加熱コイル１１の中心部に戻されるので、この点からも加熱効率の低下を防止できる効果を奏する。
【００２７】
なお、前記実施の形態では、金属板１５の数を８個の場合を図示したが、金属板１５の数は８個に限定されるものではなく、２個以上の金属板を加熱コイル面上に間隔を空けて整列配置することにより、漏洩磁束低減の効果を奏することができる。この場合において、金属板１５により加熱コイル面の面積を覆う比率は、約５０％に限定されるものではない。また、金属板１５の形状は円形に限定されるものではなく、例えば四角形（正方形，長方形），五角形，六角形等であってもよい。
【００２８】
加熱コイル面上に絶縁シート１４を介して矩形をなす４個の金属板１５を間隔を空け、かつ加熱コイル１１の中心点に対して点対象に整列配置した誘導加熱装置１の他の実施形態を図６に示す。この他の実施形態においても、図７に示すように、加熱コイル１１に電流Ｐが流れると、各金属板１５の中央部に電流Ｐとは逆方向の誘導電流Ｑが発生し、各金属板１５の両端部に電流Ｐと同一方向の誘導電流Ｐ１，Ｐ２が発生するので、前記実施の形態と同様な作用効果を奏する。
【００２９】
また、図８に示すように、矩形をなす第１の導電性非磁性金属板１５ａの上面幅方向略中央部に、上記第１の導電性非磁性金属板１５ａと長さが等しく幅が短い矩形をなす第２の導電性非磁性金属板１５ｂを接着して、中央部が肉厚の金属板１５´を成形する。そして、この金属板１５´を、図９に示すように、加熱コイル面上に絶縁シート１４を介して複数（図では４個）整列配置する。このとき、加熱コイル１１の周方向に金属板１５´の肉厚部が整列するように各金属板１５´を間隔を空けて配置する。こうすることにより、各金属板１５´の中央部に発生する誘導電流Ｑよりも、両端部に発生する誘導電流Ｐ１，Ｐ２の電流密度が大きくなるので、外部に漏洩する磁束をより効果的に低減できるとともに、加熱効率をさらに高めることができるようになる。
【００３０】
なお、第１の金属板１５ａと第２の金属板１５ｂとを貼り合わせて中央部が肉厚の金属板１５´を成形したが、１つの部材で中央部が肉厚の金属板１５´を成形し、図９に示すように用いても同様な効果を奏することができる。また、金属板１５´の形状も矩形に限定されるものではなく、例えば円形をなす金属板の中央部を肉厚としてもよい。
【００３１】
また、前記実施の形態では、加熱コイル１１の加熱コイル面上に絶縁シート１４を介して各金属板１５を配置したが、加熱コイル１１を形成する電線はその外周が絶縁物で被膜されているので、絶縁シート１４を省略することも可能である。
【００３２】
ところで、前記実施の形態では、鉄鋼用熱間圧延ラインの仕上圧延機入側に設けられた誘導加熱装置に本発明を適用した場合を示したが、本発明を適用可能な誘導加熱装置は、これに限定されるものではない。
【００３３】
図１０は、ロール加熱装置４０の誘導加熱装置４１に本発明を適用した場合である。ロール加熱装置４０は、ワークロール４２の外周に沿って搬送される熱延鋼板，冷延鋼板等の被加熱体４３を、誘導加熱装置４１によりワークロール４２の外周から誘導加熱するものである。この誘導加熱装置４１においても、加熱コイル１１の加熱コイル面上に複数の円形または矩形等の導電性非磁性金属板１５を間隔を空けて整列配置することによって、漏洩磁束の低減を図ることができる。
【００３４】
因みに、図１０に示した構成の誘導加熱装置４１は、複写機の定着ローラを加熱する誘導加熱装置としても適用することができる。
【００３５】
図１１は、電磁調理器５０の誘導加熱装置５１に本発明を適用した場合である。電磁調理器５０は、トッププレート５２の上に置かれた鉄製の鍋等の被加熱体５３をトッププレート５２の下方に設けられた誘導加熱装置５１によって誘導加熱するものである。この誘導加熱装置５１においても、加熱コイル１１の加熱コイル面上に複数の円形または矩形等の導電性非磁性金属板１５を間隔を空けて整列配置することによって、漏洩磁束の低減を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明の一実施の形態における誘導加熱装置の平面図。
【図２】図１におけるＡ−Ａ矢視断面の概略図。
【図３】同実施の形態における誘導加熱装置の底面図。
【図４】同実施の形態の作用説明に用いる模式図。
【図５】同実施の形態における磁界の強さ分布を示す図。
【図６】本発明の他の実施の形態における誘導加熱装置を示す上面図。
【図７】同他の実施の形態の作用説明に用いる模式図。
【図８】矩形金属板の他の構成例を示す斜視図。
【図９】図８に示す矩形金属板を使用した誘導加熱装置を示す上面図。
【図１０】本発明をロール加熱装置に適用した実施形態を示す模式図。
【図１１】本発明を電磁調理器に適用した実施形態を示す模式図。
【符号の説明】
【００３７】
１，２，４１，５１…誘導加熱装置
３，４３，５３…被加熱体
１１…加熱コイル
１２…フェライト棒
１３…金属筒
１３１…筒体
１３２…環状平板部材
１３３…環状部材
１４…絶縁シート
１５，１５´…金属板
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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