(57)【要約】【課題】  薄い金属帯板であっても、磁性、非磁性を問わず加熱できるソレノイドコイル式誘導加熱装置を得る。【解決手段】  金属帯板に斜めに磁束を貫通させるとともに、金属帯板表裏で発生する渦電流をラップさせないとともに、金属帯板長手方向に循環電流が流れるようにソレノイドコイルを金属帯板の表裏面で重ならないように配置して加熱する。【選択図】      図３
2005209608.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ソレノイドコイルの内側を通過する金属帯板を誘導加熱する装置において、金属帯板の表面側と裏面側のソレノイドコイルをそれぞれ該金属帯板へ垂直投影した面積の重なりが０〜８０％となるように、上記表面側と裏面側のソレノイドコイルを金属帯板の長手方向にずらして配置したことを特徴とする金属帯板の誘導加熱装置。
【請求項２】
前記表面側と裏面側のソレノイドコイルを金属帯板へ垂直投影したときの長手方向の長さがそれぞれ２０ｍｍ以上であることを特徴とする請求項１に記載の金属帯板の誘導加熱装置。
【請求項３】
ソレノイドコイルの内側を通過する金属帯板を誘導加熱する装置において、金属帯板の表面側と裏面側のソレノイドコイルをそれぞれ該金属帯板へ垂直投影した面積の重なりが８０％超１００％以下である誘導加熱装置の後段に、請求項１または２に記載の金属帯板の誘導加熱装置を配置したことを特徴とする金属帯板の誘導加熱装置。
【請求項４】
前記ソレノイドコイルの前後に、少なくとも上下方向に稼動可能な金属帯板の通板ライン角度変更用ロールを設置したことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の金属帯板の誘導加熱装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載の金属帯板の誘導加熱装置の前段と後段の少なくともいずれかに、ガス燃焼または電気ヒーターによる輻射炉、または、ガス直火炎加熱炉を設置したことを特徴とする金属帯板の誘導加熱装置。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１項に記載の金属帯板の誘導加熱装置を用いて、ソレノイドコイルに高周波電流を流し、該ソレノイドコイルの内側に金属帯板を通過させて加熱することを特徴とする金属帯板の誘導加熱方法。
【請求項７】
前記金属帯板の厚みが１０μｍ以上１０ｍｍ以下であることを特徴とする請求項６に記載の金属帯板の誘導加熱方法。
【請求項８】
キュリー点を越えて前記金属帯板を加熱することを特徴とする請求項５または６に記載の金属帯板の誘導加熱方法。
【請求項９】
前記高周波電流の加熱周波数を調整して、加熱終点温度を制御することを特徴とする請求項６〜８のいずれか１項に記載の金属帯板の誘導加熱方法。
【請求項１０】
前記金属帯板の表面側と裏面側のソレノイドコイルをそれぞれ該金属帯板へ垂直投影した面積の重なり量を調整して、加熱終点温度を制御することを特徴とする請求項６〜９のいずれか１項に記載の金属帯板の誘導加熱方法。
【請求項１１】
請求項４に記載の金属帯板の誘導加熱装置を用いて、ソレノイドコイルに高周波電流を流し、金属帯板の表面側と裏面側のソレノイドコイルをそれぞれ該金属帯板へ垂直投影した面積の重なりが０〜８０％となるように、ロールにより上記金属帯板の通板ラインの角度を調整して、加熱することを特徴とする金属帯板の誘導加熱方法。
【請求項１２】
前記通板ライン角度を調整して、加熱終点温度を制御することを特徴とする請求項１１に記載の金属帯板の誘導加熱方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鉄やアルミなどの金属帯板の誘導加熱装置および誘導加熱方法に関する。特に、金属帯板が薄板であっても、磁性、非磁性を問わず、均一に効率よく加熱する誘導加熱装置および誘導加熱方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
金属の高周波電流による誘導加熱は、焼き入れをはじめとして、熱処理をするために広く使われている。鋼板やアルミ板などの鉄、非鉄の薄板も製造過程で材質を制御する目的で、加熱速度をあげて、さらに、生産性の向上や、生産量を自在に調整する目的などで、誘導加熱が、従来のガス加熱や電気加熱による間接加熱に代わる加熱方式として、使用されてきている。
【０００３】
金属帯板を誘導加熱する場合には、大きく２つの方式がある。１つは、金属帯板の周囲を囲んだソレノイドコイルに高周波電流を流し、発生した磁束が金属帯板の長手方向を貫通し、金属帯板の断面内に誘導電流を発生させ加熱する、いわゆるＬＦ（縦断磁束加熱）方式と呼ばれる加熱方式である。
【０００４】
他は、金属帯板の金属表裏面に配置した１次コイルで発生させた磁束を、金属帯板の表裏に一定距離を置いて配置したインダクターと呼ばれる良磁性体の間に通し、このインダクター間を流れる磁束を横切る様に金属帯板を通過させ、金属帯板の平面に渦電流を発生させて加熱するＴＦ（横断加熱）方式である。
【０００５】
ＬＦ方式は、温度分布の均一性が良いものの、板厚が薄くなると周波数を高くしなければならず、更に、非磁性材、または、磁性材でもキュリー点温度を超えたものは、電流の浸透深さが深くなり、板断面で発生する誘導電流のうち表裏面を流れる誘導電流が、表裏で逆向きに流れて互いにうち消しあうため、薄い板厚のものは加熱ができないという課題がある。
【０００６】
一方、ＴＦ加熱方式は、磁束が金属帯板の平面を貫通するため、板厚や磁性、非磁性の区別無く加熱できるという特徴や、磁束を集中させることができるため加熱効率が高いという特徴がある。しかし、反面、磁束が偏って集中しやすく、温度分布の不均一性が生じやすいという問題がある。
【０００７】
これらの課題を解決するため、特許文献１では、帯板の進行方向の表面、裏面のシングルターンのコイルをシフトして配置することが開示されている。
【０００８】
【特許文献１】特開２００２−４３０４２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
図１は、従来のＬＦ式誘導加熱を示す模式図である。被加熱材である金属帯板１の周囲を高周波電源３に接続されたソレノイドコイル２で囲み、１次電流５を通じることにより、金属帯板１の内部を磁束４が貫通し、磁束４の周りに渦電流が発生し、発生した渦電流により金属帯板１が加熱される。図２は、渦電流が金属帯板１の断面内に発生する様子を示す模式図である。
【００１０】
金属帯板１を貫通する磁束４により、金属帯板１の断面には、ソレノイドコイル２に流れる１次電流５と逆向きの方向に渦電流６が流れる。この渦電流６は、金属帯板１の表面から下記（１）式で示される電流浸透深さδの範囲に集中して流れる。
δ［ｍｍ］＝５．０３×１０-5（ρ／μｒｆ）0.5                ・・・（１）
ここで、ρ：比抵抗［Ωｍ］、μｒ：比透磁率［−］、ｆ：加熱周波数［Ｈｚ］
【００１１】
発生した渦電流６は、図２に示すように、板断面の表裏で逆向きに流れるため、電流浸透深さδが深くなると、板表裏の渦電流が互いに打ち消し合い、その結果、板断面内を電流が流れなくなってしまう。
【００１２】
金属は、温度の上昇に伴いρが上昇するため、δは温度上昇とともに深くなる。また、強磁性や常磁性の磁性材は、温度が上昇しキュリー点に近づくにつれμｒが減少し、キュリー点を超えると、μｒは１になる。また、非磁性材もμｒは１である。
【００１３】
μｒが小さくなると、上記（１）式より、非磁性材または磁性材の場合は、キュリー点直前からキュリー点を超える温度域では、電流浸透深さδが深くなり、薄い板厚の被加熱材では、加熱ができなくなってしまう。
【００１４】
例えば、加熱周波数が１０［ＫＨｚ］の場合、常温で各種金属の電流浸透深さδは、非磁性のアルミで約１［ｍｍ］、ＳＵＳ３０４で約４．４［ｍｍ］、磁性材の鋼では約０．２［ｍｍ］であるのに対し、磁性材である鋼がキュリー点を超えた７５０℃では、電流浸透深さδは約５［ｍｍ］となる。
【００１５】
板内に発生する表裏電流が打ち消し合わないためには、板厚は、最低でも１０［ｍｍ］以上必要であり、効率よくパワーを入れるためには、１５［ｍｍ］程度の厚みが必要になる。熱処理が必要な金属帯板は、通常冷間圧延の済んだ３［ｍｍ］前後より薄い板厚が多く、特に、２［ｍｍ］以下の場合が多い。
【００１６】
これらの材料をＬＦ式で加熱するためには、加熱周波数を数１００［ＫＨｚ］以上に上げる必要があるが、大容量で高い周波数の電源製作などにハード上の限界があり、工業規模で実現することは困難な場合が多い。
【００１７】
特許文献１の方法は、板の上下に誘導コイルを配置した１種のＴＦ方式と考えられ、金属帯板の進行方向で発生する磁束は、交互に逆向きに発生するが、上下コイルがシフトしているため、上下コイルで発生する磁束が打ち消し合う領域と、磁束が帯板を斜めに横切る領域が交互にでき、磁束が集中するのを防ぐことが可能になっていると考えられる。
【００１８】
そのため、従来のＴＦ方式ではエッジ部に磁束が集中し、エッジが過加熱するという問題を緩和する効果が発現すると考えられるが、磁束が打ち消し合う領域ができること、シングルターンであるため、帯板にパワーを入れ電界強度を上げるためには、コイルへ流す電流値を大きくしなければならず、コイルの銅損が増えることなどのため、効率が低下しやすいという問題がある。
【００１９】
効率を上げるためには、特許文献１の実施例で開示されているように、上下のシングルターンコイルを帯板に近接させる必要があるが、通板している帯板は形状が変形していたり振動したりするため、広幅で長い区間を通板しながら加熱するには困難がある。
【００２０】
本発明は、これら従来のＬＦ方式やＴＦ方式が抱える金属帯板の誘導加熱の課題を解決するもので、温度均一性の良いソレノイドコイル方式を用いて、磁性材に限らず、非磁性材や非磁性域においても、また、板厚が１０ｍｍ以下の金属帯板においても、金属帯板とソレノイドコイルとのギャップを十分に保ちながら、温度均一性、温度制御性に優れ、効率よく加熱できる誘導加熱装置および誘導加熱方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
本発明の要旨は下記の通りである。
【００２２】
（１）ソレノイドコイルの内側を通過する金属帯板を誘導加熱する装置において、金属帯板の表面側と裏面側のソレノイドコイルをそれぞれ該金属帯板へ垂直投影した面積の重なりが０〜８０％となるように、上記表面側と裏面側のソレノイドコイルを金属帯板の長手方向にずらして配置したことを特徴とする金属帯板の誘導加熱装置。
【００２３】
（２）前記表面側と裏面側のソレノイドコイルを金属帯板へ垂直投影したときの長手方向の長さがそれぞれ２０ｍｍ以上であることを特徴とする前記（１）に記載の金属帯板の誘導加熱装置。
【００２４】
（３）ソレノイドコイルの内側を通過する金属帯板を誘導加熱する装置において、金属帯板の表面側と裏面側のソレノイドコイルをそれぞれ該金属帯板へ垂直投影した面積の重なりが８０％超１００％以下である誘導加熱装置の後段に、前記（１）または（２）に記載の金属帯板の誘導加熱装置を配置したことを特徴とする金属帯板の誘導加熱装置。
【００２５】
（４）前記ソレノイドコイルの前後に、少なくとも上下方向に稼動可能な金属帯板の通板ライン角度変更用ロールを設置したことを特徴とする前記（１）〜（３）のいずれかに記載の金属帯板の誘導加熱装置。
【００２６】
（５）前記（１）〜（４）のいずれかに記載の金属帯板の誘導加熱装置の前段と後段の少なくともいずれかに、ガス燃焼または電気ヒーターによる輻射炉、または、ガス直火炎加熱炉を設置したことを特徴とする金属帯板の誘導加熱装置。
【００２７】
（６）前記（１）〜（５）のいずれかに記載の金属帯板の誘導加熱装置を用いて、ソレノイドコイルに高周波電流を流し、該ソレノイドコイルの内側に金属帯板を通過させて加熱することを特徴とする金属帯板の誘導加熱方法。
【００２８】
（７）前記金属帯板の厚みが１０μｍ以上１０ｍｍ以下であることを特徴とする前記（６）に記載の金属帯板の誘導加熱方法。
【００２９】
（８）キュリー点を越えて前記金属帯板を加熱することを特徴とする前記（５）または（６）に記載の金属帯板の誘導加熱方法。
【００３０】
（９）前記高周波電流の加熱周波数を調整して、加熱終点温度を制御することを特徴とする前記（６）〜（８）のいずれかに記載の金属帯板の誘導加熱方法。
【００３１】
（１０）前記金属帯板の表面側と裏面側のソレノイドコイルをそれぞれ該金属帯板へ垂直投影した面積の重なり量を調整して、加熱終点温度を制御することを特徴とする前記（６）〜（９）のいずれかに記載の誘導加熱方法。
【００３２】
（１１）前記（４）に記載の金属帯板の誘導加熱装置を用いて、ソレノイドコイルに高周波電流を流し、金属帯板の表面側と裏面側のソレノイドコイルをそれぞれ該金属帯板へ垂直投影した面積の重なりが０〜８０％となるように、ロールにより上記金属帯板の通板ラインの角度を調整して、加熱することを特徴とする金属帯板の誘導加熱方法。
【００３３】
（１２）前記通板ライン角度を調整して、加熱終点温度を制御することを特徴とする前記（１１）に記載の金属帯板の誘導加熱方法。
【００３４】
ここで、前記（２）に記載の長手方向とは、金属帯板の長手方向を指す。また、輻射炉とは、輻射による加熱炉、および、輻射による均熱炉を指す。
【発明の効果】
【００３５】
本発明による加熱方式は、磁性域の薄板の加熱を可能とすることに加え、従来のソレノイドコイルの誘導加熱方式では不可能であった比抵抗が小さく非磁性のアルミや銅などの非鉄金属帯板の加熱、更には、鉄などの磁性材のキュリー点温度以上の非磁性域における加熱を可能とする。
【００３６】
使用する高周波加熱電源の周波数も、扱いやすい数ＫＨｚ〜数１０ＫＨｚ、高くても、１００ＫＨｚ前後でよいことから、高い周波数の加熱で問題となるコイル電圧の高電圧化に伴う絶縁の問題や、装置周囲の漏れ磁束による加熱などへの対応も容易であり、ハード上の制約が大幅に緩和される。
【００３７】
また、加熱終点温度を精度よく制御できるため、過加熱を防止することも可能であり、板幅方向の温度分布も均一にできることから、温度制御性の極めて高い精密な加熱が可能となり、金属の冶金制御が自在にできるようになるという優れた効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３８】
以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。
【００３９】
図３は、本発明の誘導加熱装置を示す模式図であり、図４は、本発明の誘導加熱装置の側面および誘導加熱方法を説明する模式図である。
【００４０】
以下の本発明の説明で用いるソレノイドコイルとは、銅等の良導体のパイプや線材、板などで被加熱材を１周以上巻いた誘導コイルの総称であり、被加熱材の囲む形状は、矩形でも円形でも、特に規定するものではない。
【００４１】
本発明では、金属帯板の表面側と裏面側のソレノイドコイルをそれぞれ金属帯板へ垂直投影した面積の重なりが０〜８０％となるように、表面側と裏面側のソレノイドコイルを金属帯板の長手方向にずらして配置する。すなわち、図３および図４に示すように、金属帯板１と面する板幅方向に向かうソレノイドコイル２を、金属帯板１を挟んで金属帯板の長手方向でずらして配置する。
【００４２】
この表裏面側のソレノイドコイル２のずらし量が、表裏面側のソレノイドコイル２各々を金属帯板に垂直に投影した時の面積で８０％を越えて重ならないような位置以上に離すことを特徴とする。
【００４３】
本発明でいう金属帯板に垂直に投影した時の面積とは、図４（ａ）および図４（ｂ）に示すように、ソレノイドコイル２が金属帯板の端と端にあるコイルを金属帯板に垂直に投影したときの線で囲まれる領域を示し、ソレノイドコイルのみの面積だけではなく、ソレノイドコイル間に挟まれる空間部分も含む。
【００４４】
図４（ａ）は、金属帯板の表面側ソレノイドコイルと裏面側のソレノイドコイルの金属帯板に垂直に投影した時の面積が全く重ならない場合（重なり０％）を示し、図４（ｂ）は、部分的に重なる場合を示し、重なり部分の面積の割合とは、Ｓｘ／Ｓｙ×１００％で定義する。
【００４５】
金属帯板の表裏面側のソレノイドコイル２各々を金属帯板に垂直に投影した時の面積で８０％以上が重ならないようにするために、表裏面側のソレノイドコイルをずらし、金属帯板側面側のソレノイドコイルを金属帯板の長手方向に対して斜めに配置する。
【００４６】
その理由は２つある。第１の理由は、金属帯板に面するソレノイドコイル２の表面側と裏面側のコイルを長手方向にずらすことにより、表裏のソレノイドコイルで発生する磁束が干渉する割合が減り、右ねじの法則により、図５の金属帯板の側面図に示すように（ソレノイドコイルは図示を省略）、金属帯板表裏面に面する各々のソレノイドコイル２で発生し、強め合ってできた磁束４が金属帯板１を斜めに貫通するようになり、その磁束４によって渦電流のパス７が発生し、磁束４と直角に板厚斜め方向に広がるためである。
【００４７】
従来のＬＦ式誘導加熱では、金属帯板の表裏面でソレノイドコイルにより発生する磁束が金属帯板を挟んでほぼ対称に発生するため、金属帯板と垂直方向に発生した磁束は干渉しあって打ち消され、磁束は、金属帯板長手方向すなわち進行方向成分のみが強め合って残り、金属帯板の断面を貫通する。
【００４８】
従って、金属帯板の断面に渦電流が発生するため、電流浸透深さが深くなると金属帯板表裏面の電流が干渉しあい、電流が流れなくなる。
【００４９】
それに対し、本発明では、磁束を傾けて発生させるように、表裏面のソレノイドコイル２を、金属帯板の長手方向に対してずらすことにより、電流浸透深さδが深い場合でも電流が流れる領域を金属帯板長手方向に表裏独立して確保することが可能となる。
【００５０】
ただし、金属帯板に面するソレノイドコイル２の表面側と裏面側のコイルを長手方向にずらす量が小さい場合には、金属帯板の表面側と裏面側のソレノイドコイルで発生する磁束の密度が同じで方向が逆向きであるため、金属帯板の長手方向の磁束以外は打ち消しあい、従来のＬＦ式誘導加熱に近くなってしまう。
【００５１】
そのため、金属帯板を斜めに貫通する磁束が有効に働くずらし量について、電磁場解析により種々の検討を行った結果、金属帯板とソレノイドコイルが近い場合には、表側のソレノイドコイルと裏側のソレノイドコイルのずれ量が比較的小さくても、非磁性域でも、有効な誘導電流が金属帯板に発生するが、金属帯板とソレノイドコイルが離れる場合には、表側のソレノイドコイルと裏側のソレノイドコイルのずれ量を大きくしなければ、有効な誘導電流が金属帯板に発生させることができないことが判明した。
【００５２】
本発明では、生産現場で実現できる金属帯板とソレノイドコイルの間隔を考慮し、金属帯板の表面側と裏面側のソレノイドコイルを、それぞれ金属帯板の通板ラインへ垂直投影した時の面積で８０％を越えて金属帯板の進行方向で互いに重ならないような位置に配置する、すなわち、重なりを０〜８０％とすることで、斜めの磁束４を有効に発現できる。
【００５３】
好ましくは、重なりが０〜６０％であると、より効果的で、非磁性域でも、より有効に加熱を行うことができる。
【００５４】
第２の理由は、上述した渦電流のパス７が板の表裏で打ち消し合わないようにするためで、金属帯板の表裏面のソレノイドコイル２各々を金属帯板に垂直に投影した時に、金属帯板の長手方向に対してずらすことにより、図６（ａ）の金属帯板の側面図に示すように（ソレノイドコイルは省略）、金属帯板１の進行方向に独立した渦電流のパス７ａと７ｂをつくることができる。
【００５５】
この電流パス７ａと７ｂは、側面のパス７ｃで結ばれ、図６（ｂ）に示すような循環電流パスができ、誘導加熱をすることができる。図６（ｃ）、図６（ｄ）は、表裏面のソレノイドコイルの重なりが大きくなった場合を示すが、電流のパスが完全に重ならなければ、ある程度の電流は流れることが可能である。
【００５６】
このように独立して渦電流のパスを金属帯板の長手方向に設けることができれば、金属帯板１に板厚以上の電流浸透深さの渦電流でも発生させることができるので、非磁性域、または、非磁性材でも、ソレノイドコイル方式で金属薄板を誘導加熱することができる。
【００５７】
金属帯板の表裏面側のソレノイドコイルの巻き方は、金属帯板の通板ラインに対して必ずしも水平である必要はなく、図９に示すように、通板ラインに対して斜めに巻いても同様の効果を得ることができる。
【００５８】
従って、一般に、帯板材を加熱するのに用いられる断面が矩形形状のソレノイドコイルがある場合には、通板ラインを改造して、金属帯板の表面側と裏面側のソレノイドコイルをそれぞれ該金属帯板へ垂直投影した面積との重なりが０〜８０％となるように、ソレノイドコイルに対して通板ラインを傾けることで、本発明を適用することも可能である。
【００５９】
すなわち、図１０に示すように、既存のソレノイドコイル２の前後に、金属帯板の通板ラインを自在に制御できるように、通板ライン変更用ロール１１、１２を設けておき、ソレノイドコイル２への進入角度を自在に変更すれば、金属帯板の板厚や、前述の終点温度に応じ自由に誘導加熱することができる。
【００６０】
このソレノイドコイル２の前後に置くロール１１、１２は、誘導加熱されにくいように非磁性材が望ましく、絶縁性のセラミックスや非磁性のステンレス鋼などのものを用いればよく、ソレノイドコイルの影響を受けないように、十分離れた位置に設置するとともに、金属帯板との間でスパークが生じないように、表面は絶縁性の材料とすることが望ましい。
【００６１】
通板ライン角度変更用ロール１１、１２は、油圧シリンダーやエアシリンダー、モーターなどを用いてロール軸受けごと移動させれば、容易に１１→１１’、１２→１２’のように上下の移動が可能となり、ソレノイドコイルに対する相対的な角度を変えることができる。
【００６２】
更に、水平にも移動可能とすれば、１１’→１１’’のような移動が可能となり、誘導コイル２に対する金属帯板１の相対的な位置が自由に制御できて好ましい。これにより、磁性、非磁性を問わない自由な加熱が可能となる。
【００６３】
また、ソレノイドコイルは既存のものに限らず、本発明である金属帯板の表面側と裏面側のソレノイドコイルを通板ライン（ライン変更を行う前の通板ライン）へ垂直投影した時の投影面積の重なりが０〜８０％であるソレノイドコイルを用いても構わない。
【００６４】
本発明で用いるソレノイドコイルの形態は、特に規定するものではないが、正面から見たときに矩形の形状が作りやすいが、エッジの温度分布が問題になる場合には、側面側のコイルを半円形または半楕円状にふくらませた形状でも構わない。
【００６５】
ソレノイドコイルの幅は、磁束密度を高めるため、ある程度の幅がないと効果的に作用しない。
【００６６】
様々な実験により検討した結果、図７の側断面模式図（側面コイルは省略）に示すように、ソレノイドコイルの幅は、もっとも単純な銅パイプを用いた１ターンの場合（ａ）でも、２０ｍｍ以上が好ましく、細い銅パイプを複数用いる場合（複数ターンあるいは並列接続などによる）（ｂ）でも、２０ｍｍ以上が効果的であることがわかった。（ｃ）はブスバーによる場合を示すが、同様に２０ｍｍ以上の幅が効果的である。
【００６７】
本加熱方式では、磁束密度を上げるためには、誘導コイルを複数ターン巻いた方が効率がよく、複数ターン巻くことにより、低い電流で大きなアンペアターンが得られ、銅損が小さく電界強度の大きな（磁束密度の高い）効率的な加熱ができ、結果として、加熱長を狭くすることや電源容量を小さくすることができる。
【００６８】
本発明は、上述したように、電流の浸透深さの問題から、特に、従来のソレノイドコイルによる誘導加熱では不可能である非磁性域および非磁性材での効果が著しいことから、従来のソレノイドコイルによる誘導加熱では有効に加熱ができない１０μｍ以上１０ｍｍ以下の板厚の金属帯板への効果が著しい。
【００６９】
次に、誘導加熱で問題となる温度制御に関して、加熱終点温度は、全体の電力量を調整すればよいが、板厚によっては、エッジ部の温度が少し高くなる場合などがあり、精密な温度制御が必要な場合には、本加熱方式は、上述したように、表裏誘導コイルで発生する互いの磁束の干渉を制御することで金属帯板１に発生させる電流のパスを自在に制御できるので、終点温度を正確に制御することができる。
【００７０】
すなわち、前記（１）式で示される電流浸透深さδと発生させる渦電流パスの範囲を加熱周波数ｆと磁束４が金属帯板１を貫通する角度、すなわち、表裏面のソレノイドコイル２の金属帯板進行方向へのずらし量を制御することにより、前述の図６（ａ）から図６（ｃ）への変化で示すように、金属帯板１中に流れることができる渦電流のパスを制御することができる。
【００７１】
電源の周波数制御は、ソレノイドコイルと電源の間に設置する整合装置で整合条件を変更することで実現できる。また、磁束の重なりの制御は、前述の図１０に示すような装置でも実現できるし、または、図８（ａ）および図８（ｂ）に示すような装置でもよい。
【００７２】
図８（ａ）および図８（ｂ）は、ソレノイドコイルを側面からみた模式図であるが、はじめ、図８（ａ）に示す接続状態、例えば、８Ｃ→９Ａ→８Ｄ→９Ｂ→８Ｅ→９Ｃ→８Ｆ→９Ｄ→８Ｇ→９Ｅのように電流が流れているものを、図８（ｂ）に示すように、８Ｄ→９Ａ→８Ｅ→９Ｂ→８Ｆ→９Ｃ→８Ｇ→９Ｄ→８Ｈ→９Ｅのように接続すれば、磁束の干渉量を変更することができる。
【００７３】
接続の変更は、例えば、水冷銅ケーブルで金属帯板１の上下にあるコイルの接続位置を変更することなどで実現できる。このように、電流パスの重なり量を変更できれば、仮に、電源の出力をあげても、一定の温度以上には電力が入らず、加熱終点温度を正確に制御することが可能になる。
【００７４】
また、本加熱方式は、ソレノイドコイルにより磁束を発生させるため多少効率は低下するものの、ＴＦ加熱方式の様に磁束がエッジに集中せず、平均的に分布しようとすることから、板幅方向の温度均一性が極めてよい。
【００７５】
本加熱方式は、上述したように、従来のソレノイド式誘導加熱では不可能であった非磁性域の誘導加熱を可能とする優れた金属帯板の誘導加熱方法であるが、上述したように、ソレノイドコイル２で発生した磁束４が金属帯板１を斜めに貫通するように、金属帯板表裏面に面するソレノイドコイル２を金属帯板進行方向で重ならないように配置しなければならないため、金属帯板の進行方向にスペースを広くとらなければならない。
【００７６】
従って、スペース制約がある場合には、図１１に示すように、金属帯板の表面側と裏面側のソレノイドコイルをそれぞれ金属帯板へ垂直投影した面積の重なりが８０超１００％以下である従来のＬＦ式誘導加熱装置１４の後段に、本加熱方式のソレノイドコイル１５を配置すれば、最低限の拡張で済むので効果的である。
【００７７】
また、ガス燃焼または電気ヒーターによる輻射炉、または、ガス直火炎加熱炉の前段と後段の少なくともいずれかに、本発明の誘導加熱装置を設置することもできる。例えば、一般の焼鈍炉の途中または出側に誘導加熱装置を設けるケースを以下に示す。
【００７８】
ここで、輻射炉とは、被加熱材を輻射により温度を上昇させる、いわゆる、予熱炉、加熱炉や、被加熱材の温度を均一化する均熱炉を指す。また、ガス直火炎加熱炉は直接火炎を被加熱材に当て加熱する炉や、還元炎を当て被加熱材の表面にあるスケールを還元しながら加熱する炉などを指す。
【００７９】
鋼板の連続熱処理炉（連続熱処理装置または連続焼鈍炉とも言う）などでは、加熱、均熱、冷却終了後、冷却帯と過時効帯（過時効炉とも言う）との間に再加熱をするための誘導加熱装置を設ける場合があるが、磁性域の加熱しかできない。
【００８０】
それに対し、本発明の誘導加熱装置では、薄い金属帯板の磁性、非磁性を問わずに加熱ができることから、加熱効率が急激に低下するキュリー点近傍の温度域から、全くパワーが入らなくなるキュリー点を超えた温度域でも加熱可能である。
【００８１】
それ故、本発明の誘導加熱装置においては、従来の間接加熱方式となる輻射炉や、直接加熱となる火炎燃焼炉などのガス加熱を用いた予熱炉や加熱炉では、金属帯板の板厚が厚くなりライン速度を遅くしなければ所定の温度に加熱できない場合でも、ライン速度を落とすことなく所定の温度に加熱することが可能であるだけでなく、ライン速度を上げ生産量を上げたい場合でも、電源に余裕があれば対応が可能になるなど操業の自由度が飛躍的に高くなる。
【００８２】
また、輻射加熱では、被加熱材の温度が上昇するにつれ炉内からの放射伝熱量が低下し、加熱効率が低下していくのに対し、本発明の誘導加熱装置では、強制的に電力を直接被加熱材に投入できるため、加熱効率が高くすることができるという利点もある。
【００８３】
ただし、電気による加熱は、ガスによる加熱に比べ、発熱量あたりのエネルギー単価が高いため、全部を電気で加熱するとエネルギーコストが高くなり不利である。
【００８４】
そのため、加熱効率が高くエネルギー単価の安い低温側では、従来のガスによる間接加熱を使い、輻射では加熱効率の低下する高温側では、確実にキュリー点以上の非磁性域まで昇温ができる本発明による誘導加熱装置を使うことにより、従来の連続熱処理装置では実現できなかった、低コストの真のスケジュールフリー操業が実現する。
【００８５】
本発明の誘導加熱装置は、図１２（ａ）に示すように、輻射炉または直火炎加熱炉１６ａと輻射炉または直火炎加熱炉１６ｂとの間に設置してもよいし、もっとも効果的には、図１２（ｂ）に示すように、輻射炉または直火炎加熱炉１６の後段に設置するのがよい。設置は、図では横パスであるが、縦パスでも斜めでも、特に、形態にこだわるものではない。
【００８６】
上記説明は、移動する金属帯板を想定しているが、静止状態での加熱に適用しても、同様の効果がある。
【００８７】
以上、説明したように、本加熱方式は、磁性域の加熱はもちろん、従来のソレノイドコイルの誘導加熱方式では不可能であった非磁性域の加熱を、単純な構成のコイルで可能とする。
【００８８】
使用する加熱電源周波数も、扱いやすく安価な比較的低い周波数を使うことができるとともに、高周波数加熱で問題となるコイル電圧の高電圧化なども調整することが容易であり、ハード上の制約が大幅に緩和される。
【００８９】
シングルターン加熱とは異なり、コイルを複数巻きにすることで、比較的低電流で大きなアンペアターンが得られることから、加熱効率を高くすることもできる。
【００９０】
また、終点温度制御が確実であるため、過加熱を防止することも可能であり、本発明は、従来にはない特徴を持つ優れた金属帯板の誘導加熱方法である。
【実施例１】
【００９１】
本発明の効果を、実験で確認した。実験には、０．２３ｍｍ厚×８０ｍｍ幅の冷延鋼板を用いた。電源は、２５ＫＨｚ、２５ＫＷを用い、外形１０ｍｍ、内径８ｍｍの水冷銅パイプで幅１２０ｍｍ高さ２５０ｍｍのソレノイドコイル（３Ｔ（ターン））を製作し加熱を行った。
【００９２】
実験は、図４（ａ）に示すように、鋼板に面する上下ソレノイドコイルの垂直投影面積の重なり面積割合を０％（以降重なり面積割合と略す）とした本発明による実験Ａ、図９に示すように、コイルを矩形に巻き、ソレノイドコイルと３０度をなす様に鋼板を配置し（重なり面積割合０％）誘導加熱を行った本発明による実験Ｂ、重なり面積割合を３０％とした実験Ｃ、実験Ｃと同じ構成で加熱周波数を６ＫＨｚとした実験Ｄ、および、比較例として、重なり面積割合を９０％とした従来の加熱方式による実験Ｅについて行い、比較を行った。
【００９３】
鋼板は、５０ｍｍピッチで板幅中央に熱電対を溶着し、鋼板表裏を５０ｍｍのセラミックスファイバーで密着させて挟んで断熱した状態で加熱し、温度測定を行った。通常、被加熱材は、走行しながら加熱した方が、電流分布があっても全体でならされることが多いが、本実験は、電流分布の影響をみるため、電流分布の影響が出やすい静止状態で加熱を行った。
【００９４】
結果を表１に示す。評価は、非磁性域である７５０℃を超える加熱ができた場合◎、できない場合を×とした。
【００９５】
【表１】
2005209608.tif 000003
【００９６】
今回の実験では、電流浸透深さは３．２［ｍｍ］であり、０．２５［ｍｍ］の板厚では７３０℃前後を超えた非磁性域の加熱は、従来方式ではできないが、本発明による加熱方式Ａ，Ｂは、ともに、７３０℃を超えた温度域でも加熱速度は落ちず、１０００℃で加熱を止めた。
【００９７】
また、実験Ｃは、７５０℃を超えても加熱速度の大きな変化がないまま温度上昇し、８２０℃でぴったり温度上昇が止まり、コイルの重なり割合を制御することにより、非磁性域で終点温度制御ができることを確認した。
【００９８】
同じ条件で周波数を下げた実験を行った実験Ｄは、非磁性域である７６５℃には加熱できたが、それ以上には昇温せず、周波数を変えることにより終点温度制御ができることを確認した。
【００９９】
これは、周波数を下げることにより電流浸透深さが深くなった結果、電流パスの干渉割合が多くなったためと考えられる。
【０１００】
一方、従来法である実験Ｅは、６５０℃から加熱速度が急激におちこみ、最終的には、７２５℃までしか加熱ができなかった。
【産業上の利用可能性】
【０１０１】
前述したように、本発明によれば、磁性域の薄板の加熱、比抵抗が小さい非磁性非鉄金属帯板の加熱、更には、鉄などの磁性材のキュリー点温度以上の非磁性域における加熱を可能とする。
【０１０２】
また、本発明においては、使用する高周波加熱電源の周波数も、数ＫＨｚ〜数１０ＫＨｚ、高くても１００ＫＨｚ前後でよく、ハード上の制約が大幅に緩和される。
【０１０３】
さらに、本発明によれば、加熱終点温度を精度よく制御できるので、温度制御性の極めて高い精密な加熱が可能となり、金属の冶金制御が自在にできる。
【０１０４】
このように、本発明は、優れた効果を奏するものであるから、産業上の利用可能性が大きいものである。
【図面の簡単な説明】
【０１０５】
【図１】従来のソレノイド式誘導加熱を示す模式図である。
【図２】従来のソレノイド式誘導加熱の金属薄板の断面に流れる誘導電流を説明する模式図である。
【図３】本発明の誘導加熱装置を示す模式図である。
【図４】（ａ）本発明の誘導加熱装置および誘導加熱方法を説明する模式図で、金属帯板の表裏面側におけるソレノイドコイルの垂直投影面積が０の場合を示す図である。            （ｂ）本発明の誘導加熱装置および誘導加熱方法を説明する模式図で、金属帯板表裏面側のソレノイドコイルの垂直投影面積が一部重なる場合を示す図である。
【図５】本発明の誘導加熱方法により金属帯板に発生する渦電流を説明する側面断面模式図である。
【図６】（ａ）本発明の誘導加熱方法により金属帯板の表裏面に発生する渦電流の関係を説明する側面断面模式図である。            （ｂ）本発明の誘導加熱方法により金属帯板の表面に発生する渦電流の関係を説明する平面模式図である。            （ｃ）本発明の誘導加熱方法により金属帯板の表裏面に発生する渦電流が重なり合う状況を説明する側面断面模式図である。            （ｄ）本発明の誘導加熱方法により金属帯板の表面に発生する渦電流が重なり合う状況を説明する平面模式図である。
【図７】本発明のソレノイドコイルの幅を説明する側断面模式図である。（ａ）は、１ターンコイルを、（ｂ）は、複数コイルからなる場合を、（ｃ）は、ブスバーなどの広幅板材を用いる場合を示す。
【図８】（ａ）、（ｂ）とも、本発明の表裏ソレノイドコイルの金属帯板への垂直投影面積の変更する方法を説明する側断面模式図である。
【図９】本発明の誘導加熱方法によるソレノイドコイルの配設方向に対する金属帯板の通過方向を説明する模式図である。
【図１０】本発明によるソレノイドコイル前後に設置した通板角度変更用ロールによりパスを変更し、表裏のソレノイドコイルの金属帯板への垂直投影面積を自在に変更する方法を説明する側断面模式図である。
【図１１】本発明の、従来のＬＦ式誘導加熱装置の後段に、図３に示す誘導加熱装置を配置した誘導加熱装置を説明する模式図である。
【図１２】（ａ）本発明の、従来の加熱炉の途中に図３に示す誘導加熱装置を配置した誘導加熱装置を説明する模式図である。              （ｂ）本発明の、従来の輻射炉または直火炎加熱炉の後段に図３に示す誘導加熱装置を配置した誘導加熱装置を説明する模式図である。
【符号の説明】
【０１０６】
１…金属帯板
２…ソレノイドコイル
３…高周波電源
４…磁束
５…一次電流
６ａ…渦電流
６ｂ…渦電流の向き
７…渦電流のパス
７ａ…独立した渦電流のパス
７ｂ…独立した渦電流のパス
７ｃ…電流パス７ａと７ｂ間を流れる板両短部側の電流パス
８Ａ、８Ｂ、８Ｃ、８Ｄ、８Ｅ、８Ｆ、８Ｇ、８Ｈ…表（上）側コイル側面端子部
９Ａ、９Ｂ、９Ｃ、９Ｄ、９Ｅ、９Ｆ、９Ｇ、９Ｈ…裏（下）側コイル側面端子部
１０…ロール
１１、１１’、１１’’…通板ライン角度変更用ロール
１２、１２’…通板ライン角度変更用ロール
１３…ロール
１４…従来のＬＦ式誘導加熱装置
１５…本発明の誘導加熱装置
１６，１６ａ，１６ｂ…輻射炉または直火炎加熱炉
１７…本発明の誘導加熱装置
１８…次処理帯
【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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【図１２】
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