(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
鋼帯と軸受合金粉末を含んでなるバイメタル状被加熱物を、一定速度又は可変速度で加熱炉内に配置された保護管内を走行させつつ、鋼帯のキュリー点以上でトランスバースコイルからの出力で高周波加熱する際に、前記被加熱物から前記保護管の耐熱ガラス部を介して放射される放射光を放射温度計で受光して測温し、測定温度と設定温度とを比較し、温度差に応じて前記トランスバースコイルの高周波電力の補正を行うことを特徴とする高周波加熱における温度制御方法。
【請求項２】
前記放射光は赤外線である請求項１記載の温度制御方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高周波焼結、焼戻、焼鈍、焼入などにおける温度制御方法に関するものある。
【０００２】
【従来の技術】
実質的に鋼からなる裏金と該裏金に接合された軸受合金焼結層とを含んでなるバイメタル状焼結軸受合金の最も一般的な製造方法は焼結の全体を電気抵抗加熱炉で行う方法である。銅合金焼結層の組成を有する粉末を裏金に積層し、銅合金粉末及び裏金をソレノイドコイルにより高周波誘導加熱して裏金の鋼のキュリー点近傍まで還元性雰囲気中で予備加熱し、続いて焼結温度までの昇温を電気抵抗炉の還元性雰囲気中で行い銅合金焼結層としかつこの層を前記裏金に接合することによる焼結方法は特公平７−２６１２５号公報にて公知である。この方法では高周波誘導加熱による急速昇温によって焼結ライン全体の長さが短くなり、生産能率が上昇することが期待されると述べられている。
同様の方法は特表平１−５０３１５０号でも提案されており、銅合金の二次相である鉛相が微細になる効果が謳われている。また、板厚が０．０７５インチの裏金を使用した焼結例では電気炉における焼結時間は５．１分である。
【０００３】
本発明者らは、高周波焼結における測温方法を種々試行し、（い）高周波誘導加熱では鋼板を直接加熱するために雰囲気温度と鋼板温度とは異なっており、雰囲気温度を熱電対で測定しても鋼板（ワーク）の温度管理はできない、（ろ）ワークからの放射光は物理的には見かけの温度を示すが、これを実際の温度に補正するためには放射率もしくは放射率比を使用することができる；（は）放射光センサは、ワークと非接触方式であり、高周波誘導の影響を受けない位置に設置できるなどの事実に着目し、図１に示す測温方法を考案した（平成１２年２月２日付け特願２０００−２５１３６（以下「先願」と言う）。即ち、焼結炉体、コイルの図示を省略した図１において、１２が放射温度計であり、例えばＣＨＩＮＯ社製の放射温度計（商品名ＩＲＣ）を使用することができる。放射温度計はワーク７の表面部を測定するもの１２ａ、裏面の端部を測定するもの１２ｂ，１２ｄ、及び裏面の中央部を測定するもの１２ｃの合計４基を設けている。ワーク裏面測定放射温度計１２ｂ，１２ｃ，１２ｄは裏金の温度を直接測定することができ、ワーク表面測定放射温度計１２ａは粉末の温度を保護管２２の窓として設けられた石英ガラス等の耐熱ガラス１５ａを介して測定することができる。放射温度計１２ｂ，ｃ，ｄは石英ガラス等の耐熱ガラス１５ｄを介してワーク７からの放射光を受光する。
【０００４】
通常の電気抵抗加熱では雰囲気温度の制御によりワークの温度制御がなされる。一方、高周波加熱では、被加熱物の寸法、比重、比熱、電気伝導率などの物理的性質や焼結温度などにより高周波電力を予め設定して加熱を行い測温する方法を本出願人は行ってきた。従来の方法ではこのような設定と測温のデータを蓄積し、修正する経験的方法を行っていた。
【０００５】
一方では、ワークの温度は、処理中に蓄熱される雰囲気保護管の潜熱、季節変動を受ける炉内ガス流などの上記以外の因子によっても影響され、±４０℃以上の温度変動が起こった。これらの因子によるワークの温度変動には従来の制御方法は対応することができなかった。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本出願人が従来行ってきた高周波加熱方法では蓄積したデータにより高周波電力が設定されていたので、外乱があった場合にはワークの温度が大きく変動した。
【０００７】
本発明にかかる方法は、鋼帯と軸受合金粉末を含んでなるバイメタル状被加熱物を、一定速度又は可変速度で加熱炉内に配置された保護管内を走行させつつ、鋼帯のキュリー点以上でトランスバースコイルからの出力で高周波加熱する際に、前記被加熱物から前記保護管の耐熱ガラス部を介して放射される放射光を放射温度計で受光して測温し、測定温度と設定温度とを比較し、温度差に応じて前記トランスバースコイルの高周波電力の補正を行うことを特徴とする高周波加熱における温度制御方法である。
【０００８】
【作用】
先ず、高周波誘導加熱の方式としては、製品の品番情報とは関係なく、絶えず温度制御を行う方法も可能である。例えば、加熱装置仕様の１００％の出力で急速昇温し、所定加熱温度に達した後に、出力を落としてon-off制御する方法である。この方法は外乱が大きい場合や、昇温度速度が速いキュリー点以下の温度域での加熱制御では有効である。しかし、バイメタル状すべり軸受などの焼結では昇温速度が１０℃／秒程度であり、高速ではなく、しかも高周波誘導加熱はワークを直接加熱し、かつ被加熱物以外には高周波誘導される物はなく外乱は比較的少ない。したがって、本発明では、キュリー点温度以上の温度域では一定出力での高周波誘導加熱を行う。この加熱条件では、長尺のコイルをあるいは多数のコイルを連続的に高周波誘導加熱することにより保護管が蓄熱すると、保護管が熱源になってワークを設定外の熱量を与える経時変化が起こるので、制御の必要が生じる。
【０００９】
鋼のキュリー点を超える温度では、キュリー点未満と比較して加熱効率が低下するため一定出力での温度制御が困難になるから、本発明法では、キュリー点以上の温度域を制御範囲とすることにより、制御が温度変化に追従しかつ温度補償を可能にする。これに対してキュリー点未満ではワークの温度がキュリー点で飽和するため制御の必要性は小さい。
次に、例えば高周波出力が増大しかつライン速度が低下するとの二つの現象が同時に起こる状況では、設定上昇温度以上にワークの温度が上昇するから、本発明においてはライン速度を一定にすることにより制御に伴う温度変動を抑えることができる。あるいは、ライン速度を可変にした方がよい場合は、ライン速度を検出して高周波電力を調節することにより、ワークを設定温度に保つこともできる。
【００１０】
本発明におけるキュリー点以上の高周波誘導加熱方法は、図２に示されるトランスバースコイル１０、２０を採用する。以下、本発明の実施例を図３を参照して説明する。
【００１１】
高周波誘導加熱の出力は、ワークの板厚、板幅、焼結粉末厚さ、処理温度、通板速度などの品番情報が、セットアップコンピュータ１から加熱制御装置２に送信され、加熱制御装置２で、プログラムされている計算式によりトランスバースコイル１０に付与する高周波電力を計算する。出力信号はトランス４の高周波電流を設定し、整合器５を介してトランスバースコイル２０に計算された出力（Pc）の電流として流れる。即ちこの設定出力の高周波電流が常時ワーク７に与えられている。また通板速度が可変の場合は、エンコーダーなどの通板速度センサーにより、通板速度を検出し、検出速度と設定信号をセットアップコンピュータ１で比較する。得られた比較信号により出力補正を行う。通常は、加熱装置の設定出力の６０〜８０％の割合の高周波電力が常時ワーク７に誘導されている。ワーク７の温度はトランスバースコイル１０よりもワーク送り方向前方の所定の位置で、（図示されない）保護管の耐熱ガラス部を通して放射される放射光を放射温度計１２が測定し、実測温度信号を温調計８に送信する。鋼帯の最先端が通過した後、補正制御システムが作動する。
【００１２】
温調計８では設定温度と実測温度の差を計算し、PID制御した温調信号を加熱制御装置２に伝送する。加熱制御装置２では、温調信号（Ｐｄ）（−５０〜５０％）に、設定した割合da（例えばda=0.05）を乗じて設定出力Pcを補正する。補正出力Paは例えばPa=da×Pd×Pc+Pcである。出力仕様の面からは２０〜８０％の余裕があるのでPd×Pc+Pd=Paとすることもできるが、この場合は、熱計算的にあり得ない熱変動がワークに及ぶことがあるので、上記のように補正出力を低く抑えている。
【００１３】
補正出力での高周波誘導加熱を行い、引き続き測温と制御を行うことにより、ワークの温度を高精度で制御することができる。
【００１４】
【発明の効果】
本発明によると、経時変化に対してワークを設定温度に高精度で保持することができる。例えば９００〜１０００℃の範囲内の目標温度に対して１．５トンコイルの温度変化を±５℃の範囲内に保つことができる。
外乱がない限り高周波出力は一定に保たれ、ワークの比熱、質量などに合致した条件で高周波誘導加熱が行われる。炉に起こるあらゆる外乱は温度変化により検出され、制御システムが作動するので、安定した生産が実現される。
【図面の簡単な説明】
【図１】  高周波誘導加熱炉において放射温度計で測温する方法の説明図である。
【図２】  トランスバースコイルの説明図である。
【図３】  本発明法の一実施例の説明図である。
【符号の説明】
1セットアップコンピュータ
2加熱制御装置
４  トランス
7ワーク
１０  トランスバースコイル
１２  放射温度計
２０  トランスバースコイル
【図１】
0004965031.tif 000002
【図２】
0004965031.tif 000003
【図３】
0004965031.tif 000004