(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および裏面と所定間隔を存して、金属帯板の幅方向に延びて両端が前記金属帯板の両端より外側に位置する表面側の第１の導体部および裏面側の第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の導体部および前記第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の導体部および前記第２の導体部をそれぞれ１本ずつ増設し、２本の前記第１の導体部および前記第２の導体部の各開放端を、前記金属帯板の長手方向に延びる第４の導体部で接続し、
前記第１の導体部と第２の導体部とを前記金属帯板の長手方向に互いに、前記第１の導体部と第２の導体部の幅Ｗだけシフトした位置に設置し、かつ、
第１の導体部及び第２の導体部それぞれに増設された導体部をフェライトコアで被覆し、第１の導体部を被覆するフェライトコアと増設された導体部を被覆するフェライトコアとを接触させるとともに、第２の導体部を被覆するフェライトコアと増設された導体部を被覆するフェライトコアとを接触させることにより金属帯板を幅方向均一に加熱することができるようにした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および裏面と所定間隔を存して、金属帯板の幅方向に延びて両端が前記金属帯板の両端より外側に位置する表面側の第１の導体部および裏面側の第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の導体部および前記第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の導体部および前記第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の導体部および前記第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の導体部および前記第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延びる第４の導体部で接続し、
前記第１の導体部と第２の導体部とを前記金属帯板の長手方向に互いに、前記第１の導体部と第２の導体部の幅Ｗだけシフトした位置に設置し、かつ、
第１の導体部及び第２の導体部それぞれに増設された導体部をフェライトコアで被覆し、第１の導体部を被覆するフェライトコアと増設された導体部を被覆するフェライトコアとを接触させるとともに、第２の導体部を被覆するフェライトコアと増設された導体部を被覆するフェライトコアとを接触させることにより金属帯板を幅方向均一に加熱することができるようにした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の導体部および前記第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の導体部および前記第２の導体部の開放端を、前記第４の導体部で接続する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、金属帯板の誘導加熱用コイル、特にシングルターンコイルに関する。
【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。誘導加熱には、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、目的によって選択される。
金属帯板の加熱の場合、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、ソレノイド方式には、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。
【０００３】
図１０は、特開平８−８０５１号公報および特開平７−２５２６２８号公報に開示された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図である。この誘導加熱装置は、金属帯板１の表面２および裏面３と所定の間隔を空けて、金属帯板１の幅方向に延び両端が金属帯板の幅方向より外側に位置する表面側の導体部４および裏面側の導体部５、この表面側の導体部４および裏面側の導体部５の一端を、金属帯板１の幅方向の、片方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および裏面側の導体部５の他端に交流を印加える交流電源装置Ｓを備えている。
しかし、この従来技術では、加熱後の鋼板形状の悪化を防止するために加熱速度を抑えるべく、有効加熱長さを長くするために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には、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になるという問題点があった。
【０００４】
また、この従来のシングルターン型誘導加熱コイルでは、金属帯板の断面方向から見て、金属帯板両端面外側のコイル端部は閉塞されるため、コイルを電源と共に金属帯板の搬送ラインから外側に出すことができず、コイルの保守・点検が困難であった。
さらに、従来のソレノイド方式のシングルターンコイルを用いる誘導加熱装置は、金属帯板１が、例えば磁性体の鋼帯である場合、キュリー点（約７５０℃）以上の加熱が困難であり、６５０℃以下の低温領域での加熱にしか適用できないという問題点があった。さらに、金属帯板１が、例えばアルミ, ＳＵＳ等の非磁性体である場合、加熱すること自体が困難であった。
磁性体帯板のキュリー点以上の加熱が困難な理由は、キュリー点付近の温度になると渦電流の電流浸透深さが大きくなり、板幅方向断面の表層部を一周している渦電流の表裏相殺が発生し、渦電流が流れなくなるからである。
また、非磁性体帯板を加熱すること自体が困難になる理由は、常温レベルから渦電流の電流浸透深さが大きく、板幅方向断面の表層部を一周している渦電流の表裏相殺が発生し、渦電流が流れないからである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、前記のような従来技術の問題点を解決し、加熱速度を抑えるべく有効加熱長を長くしても設備費の低減が図れ、コイルの保守・点検が容易で、かつ、鋼帯をキュリー点以上に加熱できるシングルターン型誘導加熱コイルを提供することを課題とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の要旨とするところは、特許請求の範囲に記載した通りの下記内容である。
（１）金属帯板と、前記金属帯板の表面および裏面と所定間隔を存して、金属帯板の幅方向に延びて両端が前記金属帯板の両端より外側に位置する表面側の第１の導体部および裏面側の第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の導体部および前記第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の導体部および前記第２の導体部をそれぞれ１本ずつ増設し、２本の前記第１の導体部および前記第２の導体部の各開放端を、前記金属帯板の長手方向に延びる第４の導体部で接続し、
前記第１の導体部と第２の導体部とを前記金属帯板の長手方向に互いに、前記第１の導体部と第２の導体部の幅Ｗだけシフトした位置に設置し、かつ、
第１の導体部及び第２の導体部それぞれに増設された導体部をフェライトコアで被覆し、第１の導体部を被覆するフェライトコアと増設された導体部を被覆するフェライトコアとを接触させるとともに、第２の導体部を被覆するフェライトコアと増設された導体部を被覆するフェライトコアとを接触させることにより金属帯板を幅方向均一に加熱することができるようにしたことを特徴とするシングルターン型誘導加熱コイル。
【０００７】
（２）金属帯板と、前記金属帯板の表面および裏面と所定間隔を存して、金属帯板の幅方向に延びて両端が前記金属帯板の両端より外側に位置する表面側の第１の導体部および裏面側の第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の導体部および前記第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の導体部および前記第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の導体部および前記第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の導体部および前記第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延びる第４の導体部で接続し、
前記第１の導体部と第２の導体部とを前記金属帯板の長手方向に互いに、前記第１の導体部と第２の導体部の幅Ｗだけシフトした位置に設置し、かつ、
第１の導体部及び第２の導体部それぞれに増設された導体部をフェライトコアで被覆し、第１の導体部を被覆するフェライトコアと増設された導体部を被覆するフェライトコアとを接触させるとともに、第２の導体部を被覆するフェライトコアと増設された導体部を被覆するフェライトコアとを接触させることにより金属帯板を幅方向均一に加熱することができるようにしたことを特徴とするシングルターン型誘導加熱コイル。
【０００８】
（３）前記第１の導体部および前記第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の導体部および前記第２の導体部の開放端を、前記第４の導体部で接続することを特徴とする（２）に記載のシングルターン型誘導加熱コイル。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を、図１乃至図９を用いて詳細に説明する。
（第１の実施形態）
図１は、本発明における金属帯板の表面および裏面に設置する第１および第２の導体部をそれぞれ２本の導体とした実施形態を示す図である。
電源装置Ｓから供給される電流は、導体９,１１,４,６,５,１２,１０を経由して電源装置Ｓに通電される。
ここに、導体９および導体４が本発明における第１の導体部に相当し、
導体５および導体１０が本発明における第２の導体部に相当する。
また、導体６が本発明における第３の導体部に相当し、導体１１および導体１２が本発明における第４の導体部に相当する。
このように、第１および第２の導体が２本の導体により構成されていることにより、電源装置Ｓをコイルごとに設置することなく、金属帯板１の長手方向の有効加熱長を長くすることができ、加熱速度を抑制することにより、加熱後の金属帯板１の形状悪化を防止することができる。
また、金属帯板１の幅方向の片側のコイル端部が開放されているため、コイルを電源と共に、金属帯板１の搬送ラインより外側に搬出することができ、コイルの保守・点検・整備が容易である。
【００１０】
さらに、導体９および導体４が、導体１０および導体５に対して、金属帯板１の長手方向にシフトした位置に設置されている。これにより、金属帯板１の板幅方向断面の表層部を一周している渦電流の表裏相殺の発生を防止できることから鋼板においてはキュリー点以上の加熱が可能となり、また、アルミやＳＵＳなどの非磁性体の加熱もできる。
図３は、図１の電源装置Ｓ側から見た断面図であり、図４は逆側から見た断面図である。
金属帯板表面の導体９および導体４が、裏面の導体１０および導体５に対して帯板の長手方向に図中のＷだけシフトしている様子がわかる。また、第３の導体部に相当する導体６がＬ字形状になっており、これによりシフトされた導体４と導体５を金属帯板の板厚方向に接続している。
【００１１】
（第２の実施形態）
図２は、本発明における金属帯板の表面および裏面に設置する第１および第２の導体部をそれぞれ３本の導体とした実施形態を示す図である。
電源装置Ｓから供給される電流は、導体１４,１１,９,１１,４,６,５,１２,１０,１２,１５を経由して電源装置Ｓに通電される。
ここに、導体１４,導体９および導体４が本発明における第１の導体部に相当し、導体５,導体１０および導体１５が本発明における第２の導体部に相当する。
また、導体６が本発明における第３の導体部に相当し、導体１１および導体１２が本発明における第４の導体部に相当する。
このように、第１および第２の導体部が３本の導体により構成されていることにより、電源装置Ｓをコイルごとに設置することなく、金属帯板１の長手方向の有効加熱長を長くすることができ、加熱速度を抑制することにより、加熱後の金属帯板１の形状悪化を防止することができる。
【００１２】
さらに、導体１４、導体９および導体４が、導体１５,導体１０および導体５に対して、金属帯板１の長手方向にシフトした位置に設置されている。これにより、金属帯板１の板幅方向断面の表層部を一周している渦電流の表裏相殺の発生を防止できることから鋼板においてはキュリー点以上の加熱が可能となり、また、アルミやＳＵＳなどの非磁性体の加熱もできる。
図５は、図２の電源装置Ｓ側から見た断面図であり、図６は逆側から見た断面図である。
金属帯板表面の導体１４,導体９および導体４が、裏面の導体１５, 導体１０および導体５に対して帯板の長手方向に図中のＷだけシフトしている様子がわかる。また、第３の導体部に相当する導体６がＬ字形状になっており、これによりシフトされた導体４と導体５を金属帯板の板厚方向に接続している。
【００１３】
（第３の実施形態）
図７は、本発明における金属帯板の表面および裏面に設置する第１および第２の導体部をそれぞれ４本の導体とした実施形態を示す図である。
電源装置Ｓから供給される電流は、導体１７,１１,１４,１１,９,１１,４,６,５,１２,１０,１２,１５,１２,１８を経由して電源装置Ｓに通電される。
ここに、導体１７,導体１４,導体９および導体４が本発明における第１の導体部に相当し、導体５,導体１０,導体１５および導体１８が本発明における第２の導体部に相当する。
【００１４】
また、導体６が本発明における第３の導体部に相当し、導体１１および導体１２が本発明における第４の導体部に相当する。
このように、第１および第２の導体が４本の導体により構成されていることにより、電源装置Ｓをコイルごとに設置することなく、金属帯板１の長手方向の有効加熱長を長くすることができ、加熱速度を抑制することにより、加熱後の金属帯板１の形状悪化を防止することができる。
また、金属帯板１の幅方向の片側のコイル端部が開放されているため、コイルを電源と共に、金属帯板１の搬送ラインより外側に搬出することができ、コイルの保守・点検・整備が容易である。この効果は、第１および第２の導体部をそれぞれ４本以上の偶数本の導体とした場合にも同様の効果が得られる。
さらに、導体１７,導体１４,導体９および導体４が、導体１８,導体１５,導体１０および導体５に対して、金属帯板１の長手方向にシフトした位置に設置されている。これにより、金属帯板１の板幅方向断面の表層部を一周している渦電流の表裏相殺の発生を防止できることから鋼板においてはキュリー点以上の加熱が可能となり、また、アルミやＳＵＳなどの非磁性体の加熱もできる。
【００１５】
図８は、図７の電源装置Ｓ側から見た断面図であり、図９は逆側から見た断面図である。
金属帯板表面の導体１７,導体１４,導体９および導体４が、導体１８,導体１５,導体１０および導体５に対して帯板の長手方向に図中のＷだけシフトしている様子がわかる。また、第３の導体部に相当する導体６がＬ字形状になっており、これによりシフトされた導体４と導体５を金属帯板の板厚方向に接続している。
なお、上記の第１乃至第３の実施形態に共通する加熱用の導体は以下の実施形態が好ましい。
加熱用の導体は、電気抵抗が小さく、入手し易さを考慮して、断面が四角形の中空水冷の銅パイプが好ましい。
【００１６】
また、磁場を集中させ（磁束密度を高め）、加熱効率を向上させるために、金属帯板の表面側および裏面側の導体４,５,９,１０,１４,１５,１７,１８の金属帯板１の表面２および裏面３の対向面を除く外周３面を比透磁率２５００と高く、高抵抗率のフェライトコア２１で直接被覆することが好ましい。
このように構成したシングルターンコイルによれば、交流電源装置Ｓにより、交流電源を流すとコイルが発生する交番時間の磁気回路抵抗をフェライトコア２１により小さくでき、磁束密度を大きくでき、金属帯板１に発生する渦電流を大きくできる。このため金属帯板１を所定温度まで加熱するのに要する時間（加熱時間）を短縮できる。またフェライトよりなるコア中を前記交番磁界が通過するが、フェライトは高抵抗率材料でもあることから渦電流は形成されず、これによるコア温度上昇はない。さらにフェライトは高抵抗率材料であるからコアをコイルに被覆する際に電気絶縁層を設ける必要がなく、密に接触して被覆できる。誘導加熱された金属帯板１からコアへの輻射熱もコイル損傷防止のために設けられる中空水冷コイル構造によって、良好に伝達抜熱することが好ましい。これにより、コア損傷防止のための格別の冷却機構を要しない。
【００１７】
【実施例】
本発明を鋼帯の加熱に用いた場合の実施例について以下に詳細に説明する。
図１に示す、コイル導体幅Ｗ＝６ｍｍ、コア幅ｈ＝３．５ｍｍ、コイル間ギャップＧ＝６ｍｍのシングルターンコイルを用いて、常温の鋼帯の連続加熱を行った。使用した鋼帯は、板幅７０ｍｍ、板厚ｔ＝０．２３ｍｍのものを、通板速度Ｖ＝２００ｍｍ／ｓで通板した。また、電源周波数ｆについては、実用されている最も高周波数の２００ＫＨｚで鋼帯の連続加熱を行った。その際、加熱直後（図３の位置a）の幅方向のセンター部、最エッジ部、エッジから１０ｍｍ部の温度を測定した。その結果を表１に示す。なお、鋼帯のキュリー点温度は７５０℃である。
比較のために、従来のシングルターンコイルを用いて、コイル導体幅Ｗ＝６ｍｍ、コア幅ｈ＝３．５ｍｍ、コイル間ギャップＧ＝６ｍｍのシングルターンコイルを用いて、前記と同一の条件で鋼帯の連続加熱を行い、加熱直後（図３の位置a）の温度を測定したその結果を表１に示す。
【００１８】
【表１】
0003914760.tif 000002
表１から、本発明のシングルターンコイルは、鋼帯を幅方向均一にキュリー点以上に加熱することができることがわかる。一方、比較例１の加熱温度はキュリー点温度未満となっている。
次に、記と同じ条件で、ＳＵＳ帯の連続加熱を行い、加熱直後（図３の位置a）の温度を測定した。その結果を表２に示す。
【００１９】
【表２】
0003914760.tif 000003
表２から、本発明のシングルターンコイルは、ＳＵＳ帯のような非磁性金属帯を幅方向均一に加熱することができることがわかる。一方、比較例２は、全く加熱できていない。
【００２０】
【発明の効果】
本発明によれば、加熱速度を抑えるべく有効加熱長を長くしても電源装置を追加する必要がないため設備費の低減が図れ、金属帯板の板幅方向の断面方向において導体が閉鎖されておらず、一端が開放されているためコイルの保守・点検が容易なシングルターン型誘導加熱コイルを提供することができる。
しかも、金属帯板の表裏面で導体を長手方向にシフトさせることにより鋼帯をキュリー点以上に加熱でき、さらにＳＵＳなどの非磁性体も加熱できるなど、産業上有用な、著しい効果を奏する。
【００２１】
なお、本発明によれば、加熱速度を抑制し易い従来のガス加熱炉と比較して、以下の効果がある。
設置スペースが従来のガス加熱炉の１０分の１程度でよい。
ガス加熱炉での加熱効率は、温度が低い範囲（例えば鋼板温度が１００℃前後）では、０．３程度であり、温度が高い範囲（例えば鋼板温度が８００℃）では０．１程度である。これに比べて、本発明のシングルターン型誘導加熱コイルによれば、加熱温度の高低に関係なく加熱効率が０．６〜０．７程度であるため加熱長さを低減できる。
熱応答性が良いため、操業が行い易い。
例えば、鋼板の種類の切り替え等を行う場合には、ガス加熱炉の場合は炉の温度設定を変更するのに３０分程度の時間が必要であるが、本発明のシングルターン型誘導加熱コイルによれば、投入電力設定を変更するだけでほとんど設定変更直後に炉温の変更が行える。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明における金属帯板の表面および裏面に設置する第１および第２の導体部をそれぞれ２本の導体とした実施形態を示す図である。
【図２】  本発明における金属帯板の表面および裏面に設置する第１および第２の導体部をそれぞれ３本の導体とした実施形態を示す図である。
【図３】  本発明のシングルターン型誘導加熱コイルを図１の電源装置Ｓ側から見た断面図である。
【図４】  本発明のシングルターン型誘導加熱コイルを図１の電源装置Ｓの逆側から見た断面図である。
【図５】  本発明のシングルターン型誘導加熱コイルを図２の電源装置Ｓ側から見た断面図である。
【図６】  本発明のシングルターン型誘導加熱コイルを図２の電源装置Ｓの逆側から見た断面図である。
【図７】  本発明における金属帯板の表面および裏面に設置する第１および第２の導体部をそれぞれ４本の導体とした実施形態を示す図である。
【図８】  本発明のシングルターン型誘導加熱コイルを図７の電源装置Ｓ側から見た断面図である。
【図９】  本発明のシングルターン型誘導加熱コイルを図７の電源装置Ｓの逆側から見た断面図である。
【図１０】  従来のシングルターン型誘導加熱コイルを示す図である。
【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
５：金属帯板の幅方向に延びる帯板裏面側導体
６：金属帯板板厚方向に延びる導体
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
１０：金属帯板の幅方向に延びる帯板裏面側導体
１１：金属帯板の長手方向に延びる導体
１２：金属帯板の長手方向に延びる導体
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
１５：金属帯板の幅方向に延びる帯板裏面側導体
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
１８：金属帯板の幅方向に延びる帯板裏面側導体
１９：銅パイプ
２１：フェライトコア
【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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