(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属帯板と、
前記金属帯板の表面及び裏面と所定間隙を存して、金属帯板の幅方向に延びて両端が前記金属帯板の幅方向の両端より外側に位置する表面側の第１の導体部及び裏面側の第２の導体部と、
前記金属帯板の幅方向の端部の外側で金属帯板の板厚方向に延びて、前記第１の導体部及び前記第２の導体部の各一端を接続する第３の導体部とを備えたシングルターン型誘導加熱コイルであって、
前記第１の導体部及び前記第２の導体部と前記金属帯板の長手方向に平行に、前記第１の導体部及び前記第２の導体部をそれぞれ１本ずつ増設し、２本の前記第１の導体部及び前記第２の導体部の各開放端を、前記金属帯板の長手方向に伸びる第４の導体部で接続しており、
前記第１の導体部及び前記第２の導体部の前記金属帯板の表面及び裏面との対向面を除く外周をフェライトコアで被覆しており、
２本の前記第１の導体部及び前記第２の導体部において、前記第１の導体部と前記第２の導体部とが前記金属帯板の両側で対向するとともに、前記第１の導体部同士及び前記第２の導体部同士でそれぞれ前記フェライトコアが接触していることを特徴とするシングルターン型誘導加熱コイル。
【請求項２】
金属帯板と、
前記金属帯板の表面及び裏面と所定間隙を存して、金属帯板の幅方向に延びて両端が前記金属帯板の幅方向の両端より外側に位置する表面側の第１の導体部及び裏面側の第２の導体部と、
前記金属帯板の幅方向の端部の外側で金属帯板の板厚方向に延びて、前記第１の導体部及び前記第２の導体部の各一端を接続する第３の導体部とを備えたシングルターン型誘導加熱コイルであって、
前記第１の導体部及び前記第２の導体部と前記金属帯板の長手方向に平行に、前記第１の導体部及び前記第２の導体部をそれぞれ２本以上増設し、３本以上の前記第１の導体部及び前記第２の導体部の各開放端を、前記金属帯板の長手方向で左右交互に伸びる第４の導体部で接続しており、
前記第１の導体部及び前記第２の導体部の前記金属帯板の表面及び裏面との対向面を除く外周をフェライトコアで被覆しており、
２本の前記第１の導体部及び前記第２の導体部において、前記第１の導体部と前記第２の導体部とが前記金属帯板の両側で対向するとともに、前記第１の導体部同士及び前記第２の導体部同士でそれぞれ前記フェライトコアが接触していることを特徴とするシングルターン型誘導加熱コイル。
【請求項３】
前記第１の導体部及び前記第２の導体部の増設本数がそれぞれ３本以上の奇数本であり、それぞれ４本以上の偶数本の前記第１の導体部及び前記第２の導体部の各開放端を、前記第４の導体部で接続したことを特徴とする請求項２に記載のシングルターン型誘導加熱コイル。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、金属帯板を用いたシングルターン型誘導加熱コイルに関する。
【０００２】
【従来の技術】
誘導加熱とは、交流電源に接続されたコイルを被加熱物の周囲に配置し、交番磁界により誘起される渦電流のジュール熱により物体を加熱する方法である。交番磁界を被加熱物に垂直に交差させるトランスバース方式と、コイルで被加熱物を巻くように配置して、交番磁界を被加熱物に平行に印加するソレノイド方式の２通りがあり、用途によって選択される。
【０００３】
金属帯板加熱の場合、板幅方向に均一な加熱が必要なことから、ソレノイド方式が適している。またソレノイド方式にも、１つの電源に対して、複数回コイルを巻くマルチターン方式と、１回だけ巻くシングルターン方式がある。
【０００４】
図６は、特開平８−８０５１号公報及び特開平７−２５２６２８公報に開示されるソレノイド方式のシングルターンコイルを用いる金属帯板の誘導加熱装置を示したものである。この誘導加熱装置は、金属帯板１の表面２及び裏面３と所定間隙を存して、金属帯板１の幅方向に延び両端が金属帯板の幅方向の両端より外側に位置する表面側の導体部４及び裏面側の導体部５、この表面側の導体部４及び裏面側の導体部５の一端を、金属帯板１の幅方向の端部の外側で金属帯板１の板厚方向に延びる導体部６にて接続してなる金属帯板のシングルターン型誘導加熱コイル７、このコイル７の表面側の導体部４及び裏面側の導体部５の他端に交流を印加する交流電源装置Ｓを備えてなる。
【０００５】
交流電源装置Ｓによってコイルに交流電流を流すと、金属帯の長手方向（進行方向）と平行に交番磁界が発生する。交番磁界が金属帯中を通過すると、その交番磁界を妨げる方向に渦電流が発生し、その渦電流は金属帯の板幅方向断面の表面側表層部と裏面側表層部を反対方向に流れるため、金属帯の板幅方向の両端面表層部を経由し、金属帯の板幅方向断面の表層部を一周することになる。このように、渦電流が板幅方向に均一に流れるため、金属帯の幅方向で発生するジュール熱は均一となり、金属帯の幅方向の温度分布が均一となる長所がある。
【０００６】
また上記公報には、図６に示す誘導加熱装置のコイル７を鋼帯の進行方向に複数配置すると共に上記各コイル７毎に独立した交流電源装置Ｓを配備して、溶融Ｚnメッキ鋼板の合金化炉、連続焼鈍炉の加熱帯（鋼帯を常温から６５０℃迄昇温）等の誘導加熱炉を構成することが開示されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
このように、従来のシングルターン型誘導加熱コイルでは、複数のシングルターン型誘導加熱コイルを金属帯板の進行方向に配置して金属帯板の誘導加熱炉を構成する場合、コイル数に相当する電源装置が必要であり、設備費が高価となる問題がある。
【０００８】
また、従来のシングルターン型誘導加熱コイルでは、金属帯板の幅方向断面方向からみて、金属帯板両端面外側のコイル端部は閉塞されるため、電源と共にコイルを金属帯板の通路より、外側に出すことができず、コイルの保守・点検が困難である問題がある。
【０００９】
そこで本発明は、前記課題を解決するためになされたものであり、電源装置の数の減少させて設備費を低減し、金属帯板の幅方向断面方向からみて、金属帯板一端面側のコイル端部を開放して、コイルを電源と共に金属帯板の通路より外側に出すことができ、コイルの保守・点検・整備を容易とする金属帯板のシングルターン型誘導加熱コイルを提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明の要旨は、次の通りである。
（１）金属帯板と、
前記金属帯板の表面及び裏面と所定間隙を存して、金属帯板の幅方向に延びて両端が前記金属帯板の幅方向の両端より外側に位置する表面側の第１の導体部及び裏面側の第２の導体部と、
前記金属帯板の幅方向の端部の外側で金属帯板の板厚方向に延びて、前記第１の導体部及び前記第２の導体部の各一端を接続する第３の導体部とを備えたシングルターン型誘導加熱コイルであって、
前記第１の導体部及び前記第２の導体部と前記金属帯板の長手方向に平行に、前記第１の導体部及び前記第２の導体部をそれぞれ１本ずつ増設し、２本の前記第１の導体部及び前記第２の導体部の各開放端を、前記金属帯板の長手方向に伸びる第４の導体部で接続しており、
前記第１の導体部及び前記第２の導体部の前記金属帯板の表面及び裏面との対向面を除く外周をフェライトコアで被覆しており、
２本の前記第１の導体部及び前記第２の導体部において、前記第１の導体部と前記第２の導体部とが前記金属帯板の両側で対向するとともに、前記第１の導体部同士及び前記第２の導体部同士でそれぞれ前記フェライトコアが接触していることを特徴とするシングルターン型誘導加熱コイル。
（２）金属帯板と、
前記金属帯板の表面及び裏面と所定間隙を存して、金属帯板の幅方向に延びて両端が前記金属帯板の幅方向の両端より外側に位置する表面側の第１の導体部及び裏面側の第２の導体部と、
前記金属帯板の幅方向の端部の外側で金属帯板の板厚方向に延びて、前記第１の導体部及び前記第２の導体部の各一端を接続する第３の導体部とを備えたシングルターン型誘導加熱コイルであって、
前記第１の導体部及び前記第２の導体部と前記金属帯板の長手方向に平行に、前記第１の導体部及び前記第２の導体部をそれぞれ２本以上増設し、３本以上の前記第１の導体部及び前記第２の導体部の各開放端を、前記金属帯板の長手方向で左右交互に伸びる第４の導体部で接続しており、
前記第１の導体部及び前記第２の導体部の前記金属帯板の表面及び裏面との対向面を除く外周をフェライトコアで被覆しており、
２本の前記第１の導体部及び前記第２の導体部において、前記第１の導体部と前記第２の導体部とが前記金属帯板の両側で対向するとともに、前記第１の導体部同士及び前記第２の導体部同士でそれぞれ前記フェライトコアが接触していることを特徴とするシングルターン型誘導加熱コイル。
（３）前記第１の導体部及び前記第２の導体部の増設本数がそれぞれ３本以上の奇数本であり、それぞれ４本以上の偶数本の前記第１の導体部及び前記第２の導体部の各開放端を、前記第４の導体部で接続したことを特徴とする（２）に記載のシングルターン型誘導加熱コイル。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を適用した好適な諸実施形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
【００１２】
（第１の実施形態）
本実施形態の誘導加熱コイル８は、図１に示すように、図６に示す従来のコイル７の表面側の導体部（第１の導体部）４及び裏面側の導体部（第２の導体部）５と金属帯板１の長手方向に平行に、表面側の導体部（第１の導体部）９及び裏面側の導体部（第２の導体部）１０を増設し、表面側及び裏面側の２本の導体部４、９及び５、１０の開放端を、金属帯板の長手方向に伸びる導体部（第４の導体部）１１及び１２で接続してなるものである。Ｓはコイル８の表面側及び裏面側の導体部９及び１０の開放端に交流を印加する単一の電源装置を示す。
【００１３】
本実施形態の誘導加熱コイル８は、金属帯板１の幅方向断面方向からみると、金属帯板端面１Ｌ側のコイル端部は、導体部（第３の導体部）６、電源装置Ｓで閉塞されているが、金属帯板端面１Ｒ側のコイル端部は開放されている。
【００１４】
本例の誘導加熱コイル８によれば、従来のコイル毎に独立した電源装置を配備する誘導加熱コイルを２本、金属帯板１の長手方向に配置してなる誘導加熱炉と同等の加熱能力を単一の電源装置Ｓにて確保でき、電源装置の数の減少により設備費を低減できる。また、誘導加熱コイル８によれば、金属帯板１の幅方向断面方向からみて、金属帯板１の一端面側のコイル端部は開放されるため、コイルを電源と共に、金属帯板１の通路より外側に出すことができ、コイルの保守・点検・整備が容易となる。
【００１５】
（第２の実施形態）
本実施形態の誘導加熱コイル１３は、図２に示すように、図６に示す従来コイル７の表面側の導体部４及び裏面側の導体部５と金属帯板１の長手方向に平行に、表面側の導体部９、１４及び裏面側の導体部１０、１５を増設し、表面側及び裏面側の３本の導体部４、９、１４、及び５、１０、１５の開放端を、金属帯板の長手方向で左右交互に金属帯板の長手方向に伸びる各導体部１１及び各導体部１２で接続してなるものである。Ｓはコイル１３の表面側及び裏面側の導体部１４及び１５の開放端に交流を印加する単一の電源装置を示す。
【００１６】
本実施形態の誘導加熱コイル１３は金属帯板の幅方向断面方向からみると、金属帯板端面１Ｌ側のコイル端部は導体部６で閉塞され、金属帯板端面１Ｒ側のコイル端部は電源装置Ｓで閉塞されている。
【００１７】
なお、図６に示す従来のコイル７の表面側の導体部４及び裏面側の導体部５と金属帯板１の長手方向に平行に、表面側及び裏面側の導体部を２本以上の偶数本、例えば４、６、８・・・本（本例の誘導加熱コイル１３は２本）増設し、表面側及び裏面側の３本以上の奇数本、例えば５、７、９・・・本（本例の誘導加熱コイル１３は３本）の導体部の開放端を、金属帯板の長手方向で左右交互に金属帯板の長手方向に伸びる導体部で接続してなる本発明の誘導加熱コイルについても前記従来コイル７、誘導加熱コイル１３と同様に、金属帯板１の幅方向断面方向からみて、金属帯板両端面側のコイル端部は閉塞される。
【００１８】
本例の誘導加熱コイル１３によれば、従来のコイル毎に独立した電源装置を配備する誘導加熱コイルを３本以上、金属帯板１の長手方向に配置してなる誘導加熱炉と同等の加熱能力を単一の電源装置にて確保でき、電源装置の数の減少により設備費を低減できる。
【００１９】
（第３の実施形態）
本実施形態の誘導加熱コイル１６は、図３に示すように、図６に示す従来コイル７の表面側の導体部４及び裏面側の導体部５と金属帯板１の長手方向に平行に、表面側の導体部９、１４、１７及び裏面側の導体部１０、１５、１８を増設し、表面側及び裏面側の４本の導体部４、９、１４、１７及び５、１０、１５、１８の開放端を、金属帯板の長手方向で左右交互に金属帯板の長手方向に伸びる３つの各導体部１１及び３つの各導体部１２で接続してなるものである。Ｓはコイル１６の表面側及び裏面側の導体部１７及び１８の開放端に交流を印加する単一の電源装置を示す。
【００２０】
本実施形態の誘導加熱コイル１６は、金属帯板の幅方向断面方向からみると、
金属帯板端面１Ｌ側のコイル端部は、導体部６、電源装置８で閉塞されているが、金属帯板端面１Ｒ側のコイル端部は開放されている。
【００２１】
なお、図６の従来の誘導加熱コイル７の表面側の導体部４及び裏面側の導体部５と金属帯板１の長手方向に平行に、上記表面側及び裏面側の導体部を３本以上の奇数本、例えば５、７、９・・本（本例の誘導加熱コイル１６は３本）増設し、表面側及び裏面側の４本以上の偶数本、例えば６、８、１０・・・本（本例の誘導加熱コイル１６は４本）の導体部の開放端を、金属帯板の長手方向で左右交互に金属帯板の長手方向に伸びる導体部で接続してなる本発明の誘導加熱コイルについても、第１の実施形態の誘導加熱コイル８、本例の誘導加熱コイル１６と同様に、金属帯板１の幅方向断面方向からみて、金属帯板１の一端面側のコイル端部は開放される。
【００２２】
本例の誘導加熱コイル１６によれば、従来のコイル毎に独立した電源装置を配備する誘導加熱コイルを４本以上の偶数本、金属帯板１の長手方向に配置してなる誘導加熱炉と同等の加熱能力を単一の電源にて確保でき、電源装置の数の減少により設備費を低減できる。また、誘導加熱コイル１６によれば、金属帯板１の幅方向断面方向からみて、金属帯板１の一端面側のコイル端部は開放されるため、コイルを電源と共に金属帯板の通路より外側に出すことができ、コイルの保守・点検・整備が容易となる。
【００２３】
図１、図２、図３で説明した各誘導加熱コイル８、１３、１６は、単一の電源装置Ｓにより、金属帯板１に、図６の従来コイル７を金属帯板１の長手方向に２コイル、３コイル、４コイル配置し、各コイル７毎に独立した電源装置８を配備した場合と同様に、金属帯板の長手方向の２箇所、３箇所、４箇所の幅方向断面の表層を流れる渦電流を形成することができる。このため、例えば、誘導加熱炉を従来の電源装置８を備えるコイル７を金属帯板の長手方向に２コイル、３コイル、４コイル配置して構成する場合に比較して、電源装置Ｓの数を１基、２基、３基減少でき、誘導加熱炉の設備費を低減することができる。
【００２４】
図１、図３で説明した誘導加熱コイル８、１６は、金属帯板の幅方向断面方向からみて、金属帯板端面１Ｌ側のコイル端部は、導体部６、電源装置Ｓで閉塞されているが、金属帯板端面１Ｒ側のコイル端部は開放されているので、コイル８、１３を電源装置Ｓと共に、金属帯板の通路より、外側（金属帯板端面１Ｌ側）に出すことができ、コイル８、１６の保守・点検を容易に実施することができる。
【００２５】
なお、このような設備費低減、コイル保守・点検容易性の作用効果は、上記本例コイル８，１６だけでなく、前記したように、図６の従来のコイル７の表面側の導体部４及び裏面側の導体部５と金属帯板１の長手方向に平行に、表面側及び裏面側の導体部を３本以上の奇数本、例えば５、７、９・・・本増設し、表面側及び裏面側の４本以上の偶数本、例えば６、８、１０・・・本の導体部の開放端を、金属帯板の長手方向で左右交互に金属帯板の長手方向に伸びる導体部で接続してなる本発明のコイルについても、同様に得ることができる。
【００２６】
更に、この設備費低減の作用効果は、上記本例コイル１３に限らず、前記したように、図６の従来のコイル７の表面側の導体部４及び裏面側の導体部５と金属帯板１の長手方向に平行に、表面側及び裏面側の導体部を２本以上の偶数本、例えば４、６、８・・・本増設し、表面側及び裏面側の３本以上の奇数本、例えば５、７、９・・・本の導体部の開放端を、金属帯板の長手方向で左右交互に金属帯板の長手方向に伸びる導体部で接続してなる本発明のコイルについても、同様に得ることができる。
【００２７】
（第４の実施形態）
図１に示す誘導加熱コイル８の金属帯板の表面側の導体部４、９及び裏面側の導体部５、１０は、図４、５に示すように、例えば断面が四角形の中空水冷の銅パイプを採用し、その四角形銅パイプの一面が金属帯板１の表面２及び裏面３と対向するようにし、その対向面を除く外周を、例えばＵ型（凹型）の比透磁率２０００〜３０００の各フェライトコア２１で被覆するのが、金属帯板の加熱速度の向上を図る上で好ましい。
【００２８】
なお、図４、５において、独立している各フェライトコア２１は、一体のＥ型であっても良い。
また、図２のコイル１３の金属帯板の表面側の導体部４、９、１４及び裏面側の導体部５、１０、１５並びに、図３のコイル１６の金属帯板の表面側の導体部４、９、１４、１７及び裏面側の導体部５、１０、１５、１８についても、同様に構成するのが金属帯板の加熱速度の向上を図る上で好ましい。
【００２９】
コイル幅Ｗ＝６ｍｍ、コア幅h＝３．５ｍｍ、フェライトコア透磁率＝２５００、上下コイル間隙＝６ｍｍの図４，５の導体部を備えた誘導加熱コイル８を用いて、電源周波数ｆ＝２００ＫＨｚで、板厚ｔ＝０．２３ｍｍの鋼帯を走行させて誘導加熱した。その結果、７５０℃まで約1秒で加熱できた。
【００３０】
比較のため、各フェライトコア２１を取り去った誘導加熱コイル８を用いて同様に鋼帯を加熱した。その結果、７５０℃まで加熱するのに約２秒かかった。
このように、コア付コイル８はコアレスコイル８に比べて加熱速度を2倍程度にすることができ、鋼帯走行速度も2倍程度にすることができた。
【００３１】
【発明の効果】
請求項１の誘導加熱コイルによれば、従来のコイル毎に独立した電源装置を配備する誘導加熱コイルを２本、金属帯板の長手方向に配置してなる誘導加熱炉と同等の加熱能力を、単一の電源装置にて確保でき、電源装置の数の減少により設備費を低減できる。また請求項１の誘導加熱コイルによれば、金属帯板の幅方向断面方向からみて、金属帯板一端面側のコイル端部は開放されるため、コイルを電源と共に金属帯板の通路より外側に出すことができ、コイルの保守・点検・整備が容易となる。
【００３２】
請求項２の誘導加熱コイルによれば、従来のコイル毎に独立した電源装置を配備する誘導加熱コイルを３本以上、金属帯板の長手方向に配置してなる誘導加熱炉と同等の加熱能力を、単一の電源装置にて確保でき、電源装置の数の減少により設備費を低減できる。
【００３３】
請求項３の誘導加熱コイルによれば、従来のコイル毎に独立した電源装置を配備する誘導加熱コイルを４本以上の偶数本、金属帯板の長手方向に配置してなる誘導加熱炉と同等の加熱能力を、単一の電源にて確保でき、電源装置の数の減少により設備費を低減できる。また、請求項３の誘導加熱コイルによれば、金属帯板の幅方向断面方向からみて、金属帯板一端面側のコイル端部は開放されるため、コイルを電源と共に金属帯板の通路より外側に出すことができ、コイルの保守・点検・整備が容易となる。
【００３４】
請求項４の誘導加熱コイルによれば、金属帯板の長手方向と平行に発生する交番磁界の磁束密度を高めて金属帯板中に通過させることができ、金属帯板の加熱速度を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の金属帯板のシングルターン型誘導加熱コイルの説明図である。
【図２】本発明の金属帯板のシングルターン型誘導加熱コイルの説明図である。
【図３】本発明の金属帯板のシングルターン型誘導加熱コイルの説明図である。
【図４】本発明の金属帯板のシングルターン型誘導加熱コイルの説明図である。
【図５】本発明の金属帯板のシングルターン型誘導加熱コイルの説明図である。
【図６】従来の金属帯板のシングルターン型誘導加熱コイルの説明図である。
【符号の説明】
１：金属帯板
２：帯板表面
３：帯板裏面
４：金属帯板の幅方向に延びる帯板表面側導体部
５：金属帯板の幅方向に延びる帯板裏面側導体部
６：金属帯板板厚方向に延びる導体部
７：従来のシングルターン型誘導加熱コイル
８：本発明のシングルターン型誘導加熱コイル
９：金属帯板の幅方向に延びる帯板表面側導体部
１０：金属帯板の幅方向に延びる帯板裏面側導体部
１１：金属帯板の長手方向に伸びる導体部
１２：金属帯板の長手方向に伸びる導体部
１３：本発明のシングルターン型誘導加熱コイル
１４：金属帯板の幅方向に延びる帯板表面側導体部
１５：金属帯板の幅方向に延びる帯板裏面側導体部
１６：本発明のシングルターン型誘導加熱コイル
１７：金属帯板の幅方向に延びる帯板表面側導体部
１８：金属帯板の幅方向に延びる帯板裏面側導体部
２１：フェライトコア
Ｓ：電源装置
【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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