(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属を絶縁するように巻いて円筒状あるいはリング状にした金属コイルの内側を貫通する鉄心と、一次コイルを巻いた鉄心とを、該金属コイルの外で連結してトランスを構成すると共に、該金属コイルの巻き始めと巻き終わりの端部を導電部材で短絡して二次閉回路を構成し、一次コイルに通電することにより、直接該円筒状あるいはリング状金属コイル内に二次電流を誘起し、該誘起した電流により該金属コイルを加熱する機能を有する加熱装置において、縦置きにした複数の該金属コイルの内側を貫通する鉄心と一次コイルを巻いた鉄心とを着脱自在とし、該金属コイルの内側を貫通する鉄心が金属コイル軸方向上下に移動自在にする機構と、該移動鉄心を固定鉄心に密着させる機構を有することを特徴とする円筒状あるいはリング状金属コイルの加熱装置。
【請求項２】
請求項１記載の円筒状あるいはリング状金属コイルの加熱装置において、前記導電部材の途中に電流遮断機、または電圧、電流、電力、位相のいずれか少なくとも一つの調整を行う調整回路を設けたことを特徴とする円筒状あるいはリング状金属コイルの加熱装置。
【請求項３】
絶縁性の物質あるいは皮膜を表面にもたせた金属を巻いて円筒状あるいはリング状にした金属コイルの内側を貫通する鉄心と、一次コイルを巻いた鉄心とを、該金属コイルの外で連結してトランスを構成すると共に、該金属コイルの巻き始めと巻き終わりの端部を導電部材で短絡して二次閉回路を構成し、一次コイルに通電することにより、直接該円筒状あるいはリング状金属コイル内に二次電流を誘起し、該誘起した電流により該金属コイルを加熱する加熱方法において、縦置きにした複数の金属コイル個々の加熱条件に応じて、金属コイルの内側を貫通する鉄心を金属コイルの軸方向に移動させて加熱の完了した金属コイルを払い出すか、新たに金属コイルを前記鉄心が貫通する位置まで搬入してその内側に前記鉄心を貫通させるかの、いずれかまたは両方を行うことにより、連続的に通電加熱することを特徴とする円筒状あるいはリング状金属コイルの加熱方法。
【請求項４】
請求項３記載の複数の円筒状あるいはリング状金属コイルの連続加熱方法において、前記導電部材の途中で電流を遮断し、または電圧、電流、電力、位相のいずれか少なくとも一つを調整して各金属コイルの加熱を行うことを特徴とする円筒状あるいはリング状金属コイルの連続加熱方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、鋼板やアルミ板、銅板等コイル状に巻いた円筒状金属コイル、線材、棒材等をリング状に巻いたリング状金属コイルを、複数同時に生産性を上げて効率よく連続的に加熱できる金属コイルの連続加熱装置および加熱方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
コイル状にした金属は、従来からバッチ炉に入れガスやパネルヒーターにより加熱することが多い。バッチ加熱は、雰囲気を制御できて高温に焼鈍できるほか、機械的な歪みを与えずに焼鈍できることから、連続焼鈍装置では加熱できない特殊な材質のものや、品質が厳しいもの、バックリングなどで通板できないものなどに採用されている。
【０００３】
しかしコイルのバッチ焼鈍は、基本的には金属の塊を外部から加熱するため、加熱時間が非常に長くなると共に、温度偏差が大きくつき易いため長時間にわたって均熱化する必要があるほか、加熱効率が極めて低い等の問題がある。また線材などのルーズコイルでは、コイルの重なり部と非重なり部では伝熱の状態が異なり温度分布がつき易く、品質バラツキの原因になっている。またバッチで処理するため生産性が低く、大量処理し難いという問題がある。
【０００４】
これらの問題を解決するため、通電加熱を採用することが提唱されている。例えば特開平６−１００６７号公報には、コイルの両端から通電することが、また特開平５−１７１２５９号公報には、拡縮機構を有する内外電極により直接通電することが記載されている。また電気を使って加熱する方法としては特開昭６１−１９０９７号公報に、コイル内に鉄心を通して誘導加熱する方法が記載されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし通電加熱する方法では、特開平６−１００６７号公報の場合、コイルと電極の接触面が均一に当たり難いため局部的に発熱し、コイルに損傷を与え易いという問題がある。また特開平５−１７１２５９号公報の場合は、圧延後の板厚差に起因してコイル内に生じる微小な隙間でのスパークが問題となる。また両者とも塊状なため抵抗が小さく、大電流を流さないと発熱し難く、加熱速度が遅いという問題がある。
【０００６】
また特開昭６１−１９０９７号公報の場合は、誘導加熱が効果的に行われるのは周波数に応じた浸透深さまでの部分のみで、それ以外の部分は、伝熱により熱が伝わるため加熱速度を制御することが難しいと共に、温度分布が大きくつき易いという問題がある。さらにこれらの加熱方法では、厚み、幅、種類、重量の異なる金属コイルを効率よく迅速に処理することは単独でも難しく、複数の金属コイルを同時に処理することは更に困難である。
【０００７】
そこで本発明は、サイズ、種類、重量の異なる複数の円筒状あるいはリング状金属コイルを効率よく、均一に連続的に安定して加熱できる生産性の高い加熱装置および加熱方法を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の要旨は下記の通りである。
（１）金属を絶縁するように巻いて円筒状あるいはリング状にした金属コイルの内側を貫通する鉄心と、一次コイルを巻いた鉄心とを、該金属コイルの外で連結してトランスを構成すると共に、該金属コイルの巻き始めと巻き終わりの端部を導電部材で短絡して二次閉回路を構成し、一次コイルに通電することにより、直接該円筒状あるいはリング状金属コイル内に二次電流を誘起し、該誘起した電流により該金属コイルを加熱する機能を有する加熱装置において、縦置きにした複数の該金属コイルの内側を貫通する鉄心と一次コイルを巻いた鉄心とを着脱自在とし、該金属コイルの内側を貫通する鉄心が金属コイル軸方向上下に移動自在にする機構と、該移動鉄心を固定鉄心に密着させる機構を有することを特徴とする円筒状あるいはリング状金属コイルの加熱装置。
（２）前記（１）の連続加熱装置において、前記導電部材の途中に電流遮断機、または電圧、電流、電力、位相のいずれか少なくとも一つの調整を行う調整回路を設けたことを特徴とする円筒状あるいはリング状金属コイルの連続加熱装置。
【０００９】
（３）絶縁性の物質あるいは皮膜を表面にもたせた金属を巻いて円筒状あるいはリング状にした金属コイルの内側を貫通する鉄心と、一次コイルを巻いた鉄心とを、該金属コイルの外で連結してトランスを構成すると共に、該金属コイルの巻き始めと巻き終わりの端部を導電部材で短絡して二次閉回路を構成し、一次コイルに通電することにより、直接該円筒状あるいはリング状金属コイル内に二次電流を誘起し、該誘起した電流により該金属コイルを加熱する加熱方法において、縦置きにした複数の金属コイル個々の加熱条件に応じて、金属コイルの内側を貫通する鉄心を金属コイルの軸方向に移動させて加熱の完了した金属コイルを払い出すか、新たに金属コイルを前記鉄心が貫通する位置まで搬入してその内側に前記鉄心を貫通させるかの、いずれかまたは両方を行うことにより、連続的に通電加熱することを特徴とする円筒状あるいはリング状金属コイルの加熱方法。
（４）前記（３）の複数の円筒状あるいはリング状金属コイルの連続加熱方法において、前記導電部材の途中で電流を遮断し、または電圧、電流、電力、位相のいずれか少なくとも一つを調整して各金属コイルの加熱を行うことを特徴とする円筒状あるいはリング状金属コイルの連続加熱方法。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図１〜４に基づき説明する。図１は、本発明による円筒状あるいはリング状金属コイルの加熱装置を示す側面図で、４個の円筒状あるいはリング状金属コイル１〜４を同時に加熱する場合の例である。本発明の加熱の原理は、先に本発明者らが特願平１０−５７３４５号（特開平１１−２３６６２６号公報）で示した加熱方法を用いている。すなわち互いに絶縁をすることにより、トランスの２次巻き線とした、円筒状あるいはリング状金属コイルの先端と尾端とを短絡することにより２次回路を形成し、一次コイルに電圧を加えることにより、直接円筒状あるいはリング状金属コイル内に２次電流を誘起し、誘起した電流により加熱を行う方法である。
【００１１】
コイルの層間を絶縁する方法としては、例えば熱延後のコイルや空気中で加熱処理した金属などの場合には、表面の絶縁性スケールを利用することもできるし、スケールの絶縁性を利用できない場合には、コイル層間にアルミナなどのセラミックスシートやひもを挟んで巻いても良い。あるいはバネの様に隙間をあけて巻いても良いし、絶縁性の塗布剤を吹き付けても構わない。本発明はこの加熱方法を用い、複数の被加熱物を同時に独立して加熱できる装置を提供するものである。
【００１２】
図１のコの字状の鉄心１０には、一次電源１２から受電できる一次コイル１１が巻かれている。この鉄心１０に対し、着脱自在な鉄心９が図１の左側から鉄心１０に連結され、リング状のトランスを構成する。この着脱自在な鉄心９は、コイルベース５，６，７，８に載せた円筒状あるいはリング状金属コイル１，２，３，４の中央部の空間部分を貫き、円筒状あるいはリング状金属コイル１，２，３，４を変圧器の２次コイルとして機能させる。
【００１３】
鉄心９と鉄心１０との着脱は、例えばローラー１５，１６，１７，１８，１９，２０に水平方向の移動機構、例えばローラー架台を油圧シリンダなどで左右に動かす機構を持たせれば、ローラー１５，１６，１７，１８，１９，２０で鉄心９を支えながら、ローラー１５，１６，１７，１８，１９，２０を水平方向に左右に移動させることにより、鉄心９と鉄心１０とが着脱が可能となる。
鉄心９を上下に動かす場合には、一端鉄心９を鉄心１０から離すことにより、上下移動の際に鉄心１０と鉄心９が擦れるのを防止することができる。
【００１４】
円筒状あるいはリング状金属コイル１，２，３，４に加熱するために鉄心９を貫通させる場合、あるいは円筒状あるいはリング状金属コイル１，２，３，４の加熱が終了して鉄心９を抜く場合には、鉄心９を連結器１４を介した油圧シリンダのロッド１３を伸縮させることにより実現できる。
図１では、図中左側に待機中あるいは加熱終了後抜き出した円筒状あるいはリング状金属コイル１′を、コイルを所定の位置に出し入れするための挿入・搬出装置２１上に載せた状態の模式図を示す。
【００１５】
図２は、図１中のＡ−Ａ断面の正面図を示す。コイルの出し入れは、架台２２，２３に設けたコイルベース５，６を受ける受け台２４，２５，２６，２７上に、コイルベース５，６に載せた円筒状あるいはリング状金属コイル１，２を挿入・搬出装置２１（図１の左側に図示）で出し入れすればよい。
この場合、コイルベース５，６ならびに架台２２，２３は、トランスの２次側１ターン回路を形成しないような構造とすると共に、コイルベースは、円筒状あるいはリング状金属コイルと接触する部分の熱損失を防ぐため、耐火断熱材で構成するのが望ましい。更に、不要な磁気結合を防ぐため、装置はボルトナット類を含め、できるだけ非磁性材で構成するのが望ましい。
【００１６】
コイル挿入・搬出装置２１は、本例の場合はリフターの様なイメージのものを示したが、回転する円盤状のベースの様なものでも構わない。図１に示す例の場合、円筒状あるいはリング状金属コイルは、説明のためむき出しのままの姿で示しているが、実際には外面を断熱材などで覆ったり、あるいは断熱した容器に入れ、必要に応じ雰囲気を調整した状態で加熱を行うのが望ましい。またローラー１５，１６，１７，１８，１９，２０は、鉄心９が傾かないように、図３に示すような端部にツバのある形状が望ましい。
【００１７】
上記の様に、円筒状あるいはリング状金属コイルが鉄心９から着脱自在にできれば、円筒状あるいはリング状金属コイルを自在に加熱することができる。すなわち図４に示すように、円筒状あるいはリング状金属コイル１の先端と尾端を導電部材２８で短絡し、この導電部材２８には、単に端部同士を短絡するだけでも良いし、途中に電流のオン−オフ、あるいは電圧、電流、位相などの調整回路２９を設け、加熱温度、力率などを制御しても良い。なお、この導電部材２８ならびに調整回路２９は、図が煩雑になるのを避けるため図１，２では省略している。
【００１８】
この様に、導電部材２８に電流のオン−オフ、あるいは電圧、電流、位相などの調整回路２９を設けることにより、円筒状あるいはリング状金属コイル１，２，３，４の厚み、幅、種類、加熱温度、加熱時間が異なっても、各々必要な条件で加熱することができ、加熱が終了したものから自由に取り出すことが可能となる。
【００１９】
加熱が終了した円筒状あるいはリング状金属コイルは、一次側の電源を一端切り、鉄心９を下方に移動させることで装置外へ取り出すことができる。取り出した後に新たな被加熱材をセットすれば、コイルの出し入れに伴い一時的に僅かの時間電力の供給は止まるが、ほぼ連続的に加熱を続けることができる。
【００２０】
本加熱装置では、円筒状あるいはリング状金属コイル１，２，３，４サイズ、重量、種類がほぼ同じ場合には、２次側の負荷がほぼ同じとなるため、電力の調整は一次電源１２で行うことができるが、円筒状あるいはリング状金属コイル１，２，３，４のサイズ、重量（巻き数）が同じように変化する場合には、一次コイル側にタップを設けておいてタップを負荷に応じて切り換えることで、効率の良い加熱が可能である。
【００２１】
しかし、各金属コイルのサイズ、種類、加熱温度等が異なる場合には、一次側で個々の金属コイルの加熱制御を行うのには限界がある。そこで個々の金属コイルの加熱制御を行うため、図４に示すように、短絡する導電部材２８の途中に電流遮断機、あるいは電圧、電流、電力等を調整できる調整回路２９を設ける。この調整回路２９を設けることにより、負荷側の方で電流を単純にｏｎ／ｏｆｆしても温度を制御できるし、電圧、電流、電力等を制御してきめ細かく温度を制御することが可能となる。
【００２２】
この様に金属コイル側で制御できれば、金属コイルのサイズ、重量、種類、加熱温度等が異なっていても独立して加熱制御することができる様になり、複数の金属コイルを一度に加熱処理する場合でも、加熱温度を個別に制御できることから、例えば所定温度に加熱した後、一定温度に保持したりするなど、操業の自由度を大きく増すことができる。
【００２３】
【発明の効果】
本発明によれば、金属コイルを巻いたままの形状で加熱でき、バッチ加熱の本質的な問題である加熱温度分布の発生や、生産性および加熱効率が極めて低いという問題を解決する。すなわち、電流により金属コイルの内部から加熱するため、加熱時間を自在に制御でき、しかも温度分布、加熱効率が極めて良いため、加熱品質が良く歩留まり落ちを少なくでき、省エネにも大きく寄与する。また、種類、サイズ、昇温温度の異なる複数のコイルを同時に個別に処理できることから、生産性を著しく改善すると共に、生産の自由度も上げることができる。
【００２４】
さらに、半連続的に処理できることから、長大な連続熱処理ラインを必要とせず、さらにバックリングなどの問題で連続熱処理ラインでは処理できないサイズのものも処理できるだけでなく、高温ローラーに発生するビルドアップによるキズの発生もないため、高品質な加熱が可能となる。また本発明では、設備も極めてコンパクトにできることや、加熱効率が高くて電源容量も小さくすることができることから、コスト的にも非常に有利である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による円筒状あるいはリング状金属コイルの加熱装置を示す側面図である。
【図２】図１記載のＡ−Ａ断面を示す正面図である。
【図３】本発明で用いるローラーを示す上面図である。
【図４】本発明による円筒状あるいはリング状金属コイルの２次側に調整器を設ける例を示す断面模式図である。
【符号の説明】
１〜４    ：円筒状あるいはリング状金属コイル
５〜８    ：コイルベース
９，１０  ：鉄心
１１      ：一次コイル
１２      ：一次電源
１３      ：ロッド
１４      ：連結器
１５〜２０：ローラー
２１      ：挿入・搬出装置
２２，２３：架台
２４〜２７：受け台
２８      ：短絡線
２９      ：調整器
【図１】
0004074423.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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