(57)【要約】【課題】管状で且つ凸部と凹部とが管軸方向に交互に並ぶ波形に周壁が形成されているワークを、誘導加熱によって、より均一に加熱する。【解決手段】管状で且つ凸部ｗａと凹部ｗｂとが管軸方向に交互に並ぶ波形に周壁が形成されているワークＷ１を誘導加熱するコイル１０は、コイル導体２０が環状に巻かれてなりワークＷ１が挿通可能に形成されたループ部２１、又は挿通されたワークＷ１が配置される基準軸Ｃに沿って間隔をあけて設けられた複数のループ部２１を有し、各ループ部２１は基準軸Ｃに垂直な面Ｓに対して傾倒されており、各ループ部２１と面Ｓとのなす角度は、ワークＷ１の凸部Ｗａ及び凹部Ｗｂの延在方向と面Ｓとのなす角度よりも大きい。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
管状で且つ凸部と凹部とが軸方向に交互に並ぶ波形に周壁が形成されているワークの誘導加熱に用いられるコイルであって、
コイル導体が環状に巻かれてなり前記ワークが挿通可能に形成されたループ部、又は挿通された前記ワークが配置される基準軸に沿って間隔をあけて設けられた複数の前記ループ部を有し、
前記各ループ部は前記基準軸に垂直な面に対して傾倒されており、前記各ループ部と前記面とのなす角度は、前記ワークの前記凸部及び前記凹部の延在方向と前記面とのなす角度よりも大きいコイル。
【請求項２】
請求項１記載のコイルであって、
前記各ループ部の傾倒軸と直交する方向の両端部は、前記基準軸に沿って、前記ワークの隣り合う前記凸部間の距離又は前記凹部間の距離以上ずれているコイル。
【請求項３】
請求項１又は２記載のコイルであって、
前記ループ部毎に設けられ、前記ループ部に沿って配置された複数のコア、又は前記ループ部に沿って延びる環状のコアをさらに備え、
前記コアは、前記ループ部の内周部を露出させて前記ループ部の外周部を囲んでいるコイル。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか一項記載のコイルと、
前記コイルに交流電力を供給する電源部と、
前記コイルの前記ループ部に前記ワークを挿通させ、前記ワークを軸方向に搬送する搬送部と、
を備える加熱装置。
【請求項５】
請求項４記載の加熱装置であって、
前記コイルを収容し、還元性ガス又は不活性ガスによって充填される加熱室をさらに備える加熱装置。
【請求項６】
円管状で且つ凸部と凹部とが管軸方向に交互に並ぶ波形に周壁が形成されているワークを誘導加熱する加熱方法であって、
コイル導体が環状に巻かれてなり前記ワークが挿通可能に形成されたループ部、又は挿通された前記ワークが配置される基準軸に沿って間隔をあけて設けられた複数の前記ループ部を有し、前記各ループ部は前記基準軸に垂直な面に対して傾倒されており、前記各ループ部と前記面とのなす角度が前記ワークの前記凸部及び前記凹部の延在方向と前記面とのなす角度よりも大きいコイルの前記各ループ部に前記ワークを挿通させ、
前記ワークを軸方向に搬送しながら前記コイルに交流電力を供給し、
前記コイルの電磁誘導により、軸方向に隣り合う前記凸部及び前記凹部にまたがって電流を流し、前記ワークを誘導加熱する加熱方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、管状で且つ凸部と凹部とが管軸方向に交互に並ぶ波形に周壁が形成されているワークの誘導加熱に用いられるコイル及び加熱装置並びに加熱方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
管状の素管の周壁を例えば蛇腹状に塑性加工して可撓性を持たせた、いわゆるフレキシブル管が知られている。フレキシブル管は、塑性加工によって加工硬化を生じ、通常、塑性加工の後に焼鈍処理が施されている。
【０００３】
フレキシブル管を含む比較的長尺の管状のワークの加熱方法として、ワークを軸方向に搬送し、炉内を移動させながらワークの各部を連続的に炉加熱する方法（例えば特許文献１参照）や、螺旋状に巻かれたコイルに挿通させながらワークの各部を連続的に誘導加熱する方法（例えば、特許文献２参照）が知られている。
【０００４】
そして、特許文献１、２に記載された加熱方法では、水素ガス等の還元性ガス、あるいは窒素ガス等の不活性ガスの雰囲気下で加熱することにより、ワークの表面の酸化を抑制している。
【０００５】
炉加熱では炉の予熱が必要であり、典型的には炉は連続運転される。これに対し、誘導加熱では加熱の際にコイルに電力を供給すればよく、一般に、誘導加熱は炉加熱に比べてエネルギ効率に優れる。また、誘導加熱は、ワークを直接加熱することから加熱効率にも優れ、加熱に要する区間長を短縮でき、ワーク表面の酸化を防止するための雰囲気ガスの使用量を節約することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平０６−２５７９５０号公報
【特許文献２】特開２００５−２０３２０６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
管状のワークを誘導加熱する特許文献２に記載された加熱方法では、螺旋状に巻かれたコイルが用いられており、コイルの内側に位置するワークの被加熱部位には、電磁誘導によって周方向に電流が流れる。被加熱部位に流れる電流はコイルと被加熱部位との距離に関連する。
【０００８】
フレキシブル管及びそのワークの周壁は、凸部と凹部とが軸方向に交互に並ぶ波形に形成され、ワークの凸部と凹部とではコイルからの距離が異なる。そのため、周方向に電流が流れる場合に、凸部と凹部とで流れる電流に差が生じ、ワークに温度分布が生じる虞がある。
【０００９】
周壁が波形に形成されたワークであっても比較的短尺のワークであれば、ワークの軸方向に延びる一対のコイル導体がワークを挟んで対向配置されてなる所謂半開放鞍型のコイルを用い、ワークを軸まわりに回転させることによってワークを均一に誘導加熱することも可能であるが、フレキシブル管のように比較的長尺なワークにあっては、ワークを回転させることはできない。
【００１０】
本発明は、上述した事情に鑑みなされたものであり、円管状で且つ凸部と凹部とが軸方向に交互に並ぶ波形に周壁が形成されているワークを、誘導加熱によって、より均一に加熱することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
（１）  管状で且つ凸部と凹部とが軸方向に交互に並ぶ波形に周壁が形成されているワークの誘導加熱に用いられるコイルであって、コイル導体が環状に巻かれてなり前記ワークが挿通可能に形成されたループ部、又は挿通された前記ワークが配置される基準軸に沿って間隔をあけて設けられた複数の前記ループ部を有し、前記各ループ部は前記基準軸に垂直な面に対して傾倒されており、前記各ループ部と前記面とのなす角度は、前記ワークの前記凸部及び前記凹部の延在方向と前記面とのなす角度よりも大きいコイル。
（２）  上記（１）のコイルと、前記コイルに交流電力を供給する電源部と、前記コイルの前記ループ部に前記ワークを挿通させ、前記ワークを軸方向に搬送する搬送部と、を備える加熱装置。
（３）  管状で且つ凸部と凹部とが管軸方向に交互に並ぶ波形に周壁が形成されているワークを誘導加熱する加熱方法であって、コイル導体が環状に巻かれてなり前記ワークが挿通可能に形成されたループ部、又は挿通された前記ワークが配置される基準軸に沿って間隔をあけて設けられた複数の前記ループ部を有し、前記各ループ部は前記基準軸に垂直な面に対して傾倒されており、前記各ループ部と前記面とのなす角度が前記ワークの前記凸部及び前記凹部の延在方向と前記面とのなす角度よりも大きいコイルの前記各ループ部に前記ワークを挿通させ、前記ワークを軸方向に搬送しながら前記コイルに交流電力を供給し、前記コイルの電磁誘導により、軸方向に隣り合う前記凸部及び前記凹部にまたがって電流を流し、前記ワークを誘導加熱する加熱方法。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、管状で且つ凸部と凹部とが管軸方向に交互に並ぶ波形に周壁が形成されているワークを、誘導加熱によって、より均一に加熱することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施形態を説明するための、加熱装置の一例の構成を示す図である。
【図２】図１の加熱装置のコイルの構成、及びワークの一例の構成を示す図である。
【図３】図２のコイルの周囲に形成される磁場を示す図である。
【図４】図２のコイルの電磁誘導でワークに流れる電流を示す図である。
【図５】参考例のコイルの周囲に形成される磁場を示す図である。
【図６】図５のコイルの電磁誘導でワークに流れる電流を示す図である。
【図７】ワークの他の例の構成を示す図である。
【図８】図１の加熱装置の変形例の構成を示す図である。
【図９】本発明の実施形態を説明するための、コイルの他の例の構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。
【００１５】
図１は、本発明の実施形態を説明するための、加熱装置の一例の構成を示す。
【００１６】
図１に示す加熱装置１は、鋼材からなる管状のワークＷ１を加熱するものである。加熱装置１は、ワークＷ１を軸方向に搬送する搬送部２と、搬送されるワークＷ１を加熱する加熱部３と、加熱部３にて加熱されたワークＷ１を冷却する冷却部４とを備える。
【００１７】
加熱部３は、ワークＷ１が挿通されるコイル１０と、コイル１０に交流電力を供給する電源部１１とを有する。コイル１０に交流電力が供給されると、コイル１０の内側に位置するワークＷ１の被加熱部位には電磁誘導によって電流が流れ、それにより被加熱部位が誘導加熱される。ワークＷ１の搬送に伴い、被加熱部位が軸方向に逐次移り、ワークＷ１の各部が連続的に誘導加熱される。
【００１８】
図示の例では、加熱部３は、水素ガス等の還元性ガスや窒素ガス等の不活性ガスの雰囲気ガスで充填される加熱室１２をさらに有する。コイル１０は加熱室１２に収容され、ワークＷ１は還元性ガスや不活性ガスの雰囲気下にて誘導加熱される。それにより、ワークＷ１の表面の酸化が抑制される。
【００１９】
炉加熱に比べて加熱立ち上がり時間が極めて短く、また、加熱効率に優れる誘導加熱では、ワークＷ１の加熱に要する区間長を短縮でき、そこで加熱室１２の容積を縮小して加熱室１２を充填する雰囲気ガスの使用量を節約することができる。
【００２０】
冷却部４は、ワークＷ１の搬送方向に加熱部３の下流側に設けられており、ワークＷ１の搬送に伴い、ワークＷ１の各部を連続的に冷却する。冷却方法に特に制限はないが、例えば適宜な区間長で冷却室としての空間を囲い、冷却室に上記雰囲気ガスを充填し、雰囲気ガスを低温に保ちながらワークＷ１を冷却室に通すことによってワークＷ１を冷却するようにしてもよい。それにより、ワークＷ１の表面の酸化を抑制することができる。
【００２１】
図２は、コイル１０の構成を示し、併せてワークＷ１の構成を示す。
【００２２】
ワークＷ１は、いわゆるフレキシブル管であって、長尺な円管状を呈し、その周壁は、軸方向に凸部ｗａと凹部ｗｂとが交互に並ぶ波形に形成されている。図示の例では、凸部ｗａ及び凹部ｗｂは、それぞれワークＷ１の周方向に環状に延在している。周壁の厚みは実質的に一定である。
【００２３】
コイル１０は、コイル導体２０が環状に巻かれてなり、ワークＷ１を挿通可能に形成された少なくとも一つのループ部２１を有する。各ループ部２１は、挿通されるワークＷ１の中心軸が配置される基準軸Ｃに垂直な面Ｓに対して傾倒されている。
【００２４】
ワークＷ１の被加熱部位に流れる電流はコイル１０と被加熱部位との距離に関連することから、各ループ部２１の形状は、傾倒された状態において周方向の各部における基準軸Ｃとの距離が略一定となる楕円形状であることが好ましい。
【００２５】
各ループ部２１と面Ｓとのなす角度θ１は、ワークＷ１の凸部Ｗａ及び凹部Ｗｂの延在方向と面Ｓとのなす角度（本例では、凸部Ｗａ及び凹部Ｗｂの延在方向は面Ｓと略平行であって、ワークＷ１の凸部Ｗａ及び凹部Ｗｂの延在方向と面Ｓとのなす角度は略０°）よりも大きくなっている。
【００２６】
図示の例では、コイル１０は三つのループ部２１を有している。これらのループ部２１は、基準軸Ｃに沿って適宜な間隔をあけて設けられており、隣り合う二つのループ部２１は、接続部２２を介して直列に接続されている。コイル１０に複数のループ部２１が設けられる場合において、隣り合う二つのループ部２１の距離Ｄは、各ループ部２１によって形成される誘導磁場が磁気的な独立を保つ、即ち、各ループ部２１の任意の箇所において磁束が略同心円状に周回する誘導磁場が形成される程度の距離とされる。
【００２７】
図３は、コイル１０の周囲に形成される磁場を示し、図４は、コイル１０を用いた場合の電磁誘導でワークＷ１に流れる電流を示す。また、図５は、参考例として、コイル導体が螺旋状に巻かれたコイルの周囲に形成される磁場を示し、図６は、図５のコイルを用いた場合の電磁誘導でワークＷ１に流れる電流を示す。
【００２８】
参考例として図５に示すコイル導体２０が螺旋状に巻かれたコイルでは、磁束φがコイルの内部を軸方向に貫く合成磁場が形成される。この場合に、コイルの内側に位置するワークＷ１の被加熱部位には、図６に示すようにワークＷ１の周方向に電流が流れる。
【００２９】
被加熱部位に流れる電流はコイルと被加熱部位との距離に関連し、ワークＷ１の凸部ｗａと凹部ｗｂとではコイルからの距離が異なる。そのため、ワークＷ１の周方向に電流が流れる場合に、凸部ｗａに流れる電流Ｉ１と凹部ｗｂに流れる電流Ｉ２とは異なり、ワークＷ１に温度分布が生じてしまう。
【００３０】
一方、コイル１０では、図３に示すように、各ループ部２１の任意の箇所において磁φ束が略同心円状に周回する誘導磁場が各ループ部２１の周囲に形成され、ワークＷ１には各ループ部２１に沿って電流Ｉが流れる。
【００３１】
そして、各ループ部２１と面Ｓとのなす角度θ１を、ワークＷ１の凸部Ｗａ及び凹部Ｗｂの延在方向と面Ｓとのなす角度よりも大きくすることにより、各ループ部２１が隣り合う凸部ｗａ及び凹部ｗｂにまたがって配置され、隣り合う凸部ｗａ及び凹部ｗｂにまたがって電流Ｉを流すことができる。それによりワークＷ１の温度が均一化される。
【００３２】
好ましくは、各ループ部２１の傾倒軸と直交する方向の両端部２１ａ，２１ｂの基準軸Ｃに沿う位置ずれ量Ｇ（図２参照）が凸部ｗａ間の距離又は凹部ｗｂ間の距離λ以上である。それによれば、電流Ｉの経路における凸部ｗａ及び凹部ｗｂの比率が、ワークＷ１の搬送に伴うワークＷ１とコイル１０との相対移動によっても安定し、結果、電流Ｉが安定する。それにより、ワークＷ１の温度をより均一化することができる。
【００３３】
なお、コイル１０に複数のループ部２１が設けられる場合において、接続部２２の周囲にも誘導磁場が形成される。ここで、コイル１０の損失を低減する観点では接続部２２は短いほうが好ましいが、その場合に接続部２２はワークＷ１に沿って設けられることになり、接続部２２の周囲に形成される誘導磁場もまたワークＷ１の誘導加熱に影響を及ぼす。そこで、コイル１０の両端部を電源部１１に接続するリード部２３をワークＷ１に沿って接続部２２に隣設し、接続部２２の周囲に形成される誘導磁場を、リード部２３の周囲に形成される誘導磁場によって相殺することが好ましい。
【００３４】
図７は、ワークの他の例の構成を示す。
【００３５】
図７に示すワークＷ２は、円管状で且つ凸部ｗａと凹部ｗｂとが軸方向に交互に並ぶ波形に周壁が形成されているワークであり、凸部ｗａ及び凹部ｗｂは、それぞれ螺旋状に延在している。かかる構成を有するワークＷ２の誘導加熱にもコイル１０は適用可能である。
【００３６】
各ループ部２１と面Ｓとのなす角度θ１を、ワークＷ２の凸部Ｗａ及び凹部Ｗｂの延在方向と面Ｓとのなす角度θ２よりも大きくすることにより、ワークＷ２の隣り合う凸部ｗａ及び凹部ｗｂにまたがって電流Ｉを流すことができ、ワークＷ１の温度を均一化することができる。
【００３７】
図８は、加熱装置１の変形例を示す。
【００３８】
図８に示す例は、加熱部３に一対のコイル１０Ａ，１０Ｂを設けたものである。コイル１０Ａ，１０Ｂは互いに同数のループ部２１を有し、基準軸Ｃに垂直な面Ｓに対する各ループ部２１の傾きが、コイル１０Ａのループ部２１とコイル１０ｂのループ部２１とで互いに逆とされている。ワークＷ１は、コイル１０Ａ，１０Ｂに順に挿通され、コイル１０Ａ，１０Ｂの各々によって誘導加熱される。
【００３９】
各ループ部２１の傾きが互いに逆とされた一対のコイル１０Ａ，１０Ｂを用いてワークＷ１を誘導加熱することにより、加熱に伴うワークＷ１の曲りを抑制することが可能となる。
【００４０】
なお、複数のループ部２１を有する単一のコイルにおいて各ループ部２１の傾きを異ならせてもよく、例えば、傾きが互いに逆の二つのループ部２１を有する単一のコイルであれば、上記一対のコイル１０Ａ，１０Ｂを用いた場合と同様に、加熱に伴うワークＷ１の曲りを抑制することが可能となる。
【００４１】
図９は、本発明の実施形態を説明するための、コイルの他の例の構成を示す。
【００４２】
図１０に示すコイル１１０は、ループ部１２１毎に設けられ、ループ部１２１に沿って配置された複数のコア１２４を有する。各コア１２４は、ワークＷ１に対向するループ部２１の内周部を露出させてループ部１２１の外周部を囲むように形成されている。
【００４３】
コア１２４を設けることにより、ループ部１２１の周囲に形成される磁場の磁束φの散逸を抑制して、加熱効率を高めることができる。そして、ループ部１２１が複数設けられている場合に、各ループ部１２１によって形成される誘導磁場の磁気的な独立を保って、隣り合う二つのループ部１２１の間隔を短縮することができる。それにより、ワークＷ１の加熱に要する区間長を短縮でき、そこで加熱装置１における加熱室１２の容積を縮小して加熱室１２を充填する雰囲気ガスの使用量を一層節約することができる。
【００４４】
なお、図９に示した例では、ループ部１２１毎に、ループ部１２１に沿って複数のコア１２４が設けられるものとして説明したが、ループ部１２１毎に、ループ部１２１に沿って環状に延びる単一のコアを設けてもよい。
【符号の説明】
【００４５】
１     加熱装置
２     搬送部
３     加熱部
４     冷却部
１０   コイル
１１   電源部
１２   加熱室
２０   コイル導体
２１   ループ部
１１０ コイル
１２１ ループ部
１２４ コア
Ｗ１   ワーク
Ｗ２   ワーク
ｗａ   凸部
ｗｂ   凹部
【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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