JPH046788A - 低周波交番磁界による誘導加熱方法並びにその装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 「産業上の利用分野」 本発明は、金属の溶融や各種熱処理をするための低周波
交番磁界による誘導加熱方法並びにその装置に関する。

「従来の技術」 従来より金属を溶融させ、又各種熱処理をする方法並び
に装置としては、下記の如き種々のものが使用されてい
る。

まず、第１に被加熱金属にカーボン電極を接触させ、該
カーボン電極から被加熱金属に交流又は直流電流を供与
して、カーボン電極と被加熱金属との抵触抵抗損により
加熱させる方法が使用されている。

第２の方法としては、電熱線、セラミック等の発熱体に
通電させて耐火坩堝や耐火煉瓦製容器を加熱し、耐火坩
堝や耐火煉瓦製容器内に収納した被加熱金属を溶融する
間接加熱の方法や上記発熱体の輻射熱を利用する方法が
ある。

第３の方法としては、灯油９重油９石炭、ガス等の化石
燃料を燃焼させて耐火坩堝や耐火煉瓦製容器を加熱し、
上記第３の方法と同様に間接加熱や輻射熱を利用して耐
火坩堝や耐火煉瓦製容器内の被加熱金属を溶融させる方
法がある。

第４の方法としては、高周波加熱装置による方法、つま
り誘導コイルに高周波電流を供与して、該誘導コイルか
ら高周波交番磁界を発注せしめて、高周波交番磁界中に
被加熱金属を晒し、高周波交番磁界により被加熱金属中
に２次電流を生ゼしめて、そのジュール熱により該被加
熱金属を加熱し溶融する方法があり、被加熱金属を急速
加熱でき、又誘導コイル自体の形状も小さくて済み、か
つ高周波誘導による表皮効果のために、被加熱金属の表
面のみの加熱ができて表面焼き入れなどに多く利用され
ている。

「発明が解決しようとする課題」 しかし、上記第１の方法は、使用するにつれてカーボン
電極が消耗し、このため清掃はもとより交換等の保守管
理を必要とし、又カーボン電極の消耗物が溶融する被加
熱金属中に混入するといった問題があり、又被加熱金属
を溶融温度以下で加熱するには不向きである。

第２の方法は、被加熱金属を加熱する際に発熱体に許容
される最高温度以上に加熱し得ないといった制約があり
、又発熱体を高温度にすればする程、寿命が短くなると
いった問題がある。

第３の方法は、燃料の価格が低廉であるといった利点が
あるが、被加熱金属の加熱温度を制御する際の燃焼の制
御が煩雑となり、又その制御装置も大損りになるなどの
問題がある。

第４の方法は、被加熱金属を急速加熱できるなどの利点
があるが、商用電源がらの商用周波数を高周波に変換す
る高周波電源装置を必要とし、該高周波電源装置が極め
て高価で、がっ形状も大きく設置するに多大な占有面積
を要し、又加熱効率が悪く高周波利用のためにノイズ発
生源となり、周囲の装置へのノイズ混入となっている。

しかも表皮効果のために被加熱金属の表面のみを加熱す
るので、被加熱金属の内部を含めて全体を加熱するには
不向きである。特に、近年にあっては、被加熱金属の内
部のストレスを取り除くべく、該被加熱金属の表面のみ
ならず全体を均一に加熱することが要望されるに至って
いるが、第４の方法では不向きで、表面のみの加熱では
、表面と内部との温度差によって逆にストレスを付与す
る原因にもなるなどの問題がある。

そこで、本発明は、上記事情に鑑み、被加熱金属が外部
から非接触で加熱エネルギーを得て自己発熱をすること
で、電極等の保守管理が不用となり、又高周波誘導加熱
の如きノイズの発生源となることもなく、更に被加熱物
の全体を均一に加熱でき、しかも被加熱物の溶融はもと
より溶融温度以下での加熱も可能で、又大損りな電源設
備も不用で、かつ高周波誘導加熱による方法と同様に急
速加熱も可能な低周波交番磁界による誘導加熱方法並び
にその装置を提供することを目的とする。

「課題を解決するための手段」 本発明は上記目的を達成すべくなされたもので、請求項
（１）では閉ループ磁路を形成する鉄心に低周波交番磁
界を供与し、該鉄心の周囲に配設した被加熱物に上記低
周波交番磁界に基づき２次電流を誘導せしめてジュール
熱を発生させてなる低周波交番磁界による誘導加熱方法
を特徴とするものである。請求項（２）では、閉ループ
の磁路を形成する鉄心に低周波交番磁界を供与する交番
磁界発生源と、上記鉄心の周囲に脱離自在に配設される
被加熱物とからなる低周波交番磁界による誘導加熱装置
を特徴とするものである。

「実施例」 以下に、本発明に係る低周波交番磁界による誘導加熱方
法並びにその装置の実施例を図面に基づき説明する。第
１図は第１実施例を示し、図中１は基台である。該基台
１上には閉ループの磁気回路を形成すべく鉄心として継
晧２，３及びコア４゜５を設置しである。継鉄２．３及
びコア４．５は、軟質磁性体より成り、例えばニッケル
鋼板、軟磁性フェライト、珪素鋼板等軟質磁性材がら成
り、交番磁界中で磁化しても鉄損、渦電流損の少ないも
のが使用されており、又、積層鋼板を用いるのが好適で
ある。継鉄２はコア４，５の上端に脱着自在に装着され
るようになっている。つまり、コア４には断面がドーナ
ツ形状の断熱容器６を、継鉄２の脱離で取り外しが可能
に嵌入させるべくなっている。この時、断熱容器６は、
コア４に嵌入させた際に架台９に載置されるようになっ
ている。

断熱容器６内には、被加熱金属７を収納するようになっ
ている。被加熱金属７としては、鉄、非鉄金属９合金等
固有電気抵抗の低い伝導率の比較的良いものであれば良
く、又形状においても薄板塊、鈑、小塊１粒、粉末、溶
融物、線状コイル状薄板などが可能である。コア５にコ
イル８を巻装させである。

次に、上記構成の第１実施例における誘導加熱方法を説
明すれば、まず処理すべき被加熱金属７を断熱容器６内
に収納し、継鉄２をコア４，５から取り外して、コア４
に断熱容器６の中央孔を嵌入させて架台９に載置させた
後に、コア４，５上に継鉄２を取り付ける。次いで、上
記コイル８に低周波交番電流の励磁電流を供与する。該
コイル８に励磁電流を供与すると、第１図に矢印で示し
た如く、閉ループの継鉄２，３及びコア４，５には励磁
電流の交番周波数に従う交番磁束が流れる。

このため、該磁束の周囲に配設された被加熱金属７中に
は、二次誘導電流が発生する。断熱容器６内に被加熱金
属７を有しない場合には二次誘導電流が発生しないこと
は勿論である。該二次誘導電流が被加熱金属７中に流れ
ると、該被加熱金属７がジュール熱によって自己発熱す
る。従って被加熱金属７は、上記コイル８に供与される
励磁電流によって誘導加熱されることになり、この加熱
温度も励磁電流の値を制御することで調整できる。

つまり、コイル８に供与される励磁電流の値を制御して
、断熱容器６内の被加熱金属７の材質等に応じ加熱温度
を調節すれば、各種融点を呈する被加熱金属であっても
溶融させることができる。しかも、アニールなどのため
に被加熱金属７を融点以下の温度で加熱することも、コ
イル８に供与する励磁電流の値を制御することで行い得
る。断熱容器６内の被加熱金属７の加熱溶融処理が終了
した時は、継鉄２はコア４．５の上端から外した後、断
熱容器６をコア４から抜出させて被加熱金属７を取り出
す。被加熱金属７を溶融状態で断熱容器６内から取り出
す場合には装置全体を傾斜させて断熱容器６内から他の
容器に溶融する被加熱金属７を注出することも可能であ
る。

第２図は、第２実施例を示し、上記第１実施例のコア４
に代えて回転電磁装置１０を設けたものである。該回転
電磁装置１０は、それぞれ継鉄２゜３に磁気的に接続さ
れる固定コア１１．１２と、固定コア１１．１２間に位
置して回転する可動コア１３とを有している。可動コア
１３はステー１４にベアリング１５を介在させて回転自
在に軸支させである。又、ステー１４は上記固定コア１
１゜１２をも支承している。可動コア１３にはコイル１
６を巻装させである。可動コア１３は、継鉄２３と同し
材質、又は鉄環強磁性体が適用でき、必らずしも軟質磁
性体である必要はなく、又コイル１６への励磁電流の供
与で形成される磁極数が２極以上適宜数だけ自由に選定
が可能である。又、上記コイル１６は、スリップリング
１７及びブラシ１８を介して外部の直流電源から励磁電
流が供与されるようになっている。可動コア１３の回転
軸１９には、カップリング２０を介して駆動装置２１を
連結する。駆動装置２１は上記基台ｌ上に据付は台２２
を介して設置させである。その他構成は、上記第１実施
例と同一である。

次に第２実施例の誘導加熱方法を説明すれば、外部の直
流電源からブラシ１８及びスリップリング１７を介して
コイル１６に直流の励磁電流を供与すると共に駆動装置
２１を駆動させて可動コアＩ３を所定の速度で回転させ
る。コイル１６に励磁電流を供与すれば可動コア１３に
所定数の磁極が生じ、しかも可動コア１３が駆動装置２
１により回転するので第２図に矢印で示した如く、可動
コア１３からは固定コア１１，１２．継鉄２，３及びコ
ア４に低周波交番磁束が流れる。該交番磁束は、可動コ
ア１３の磁極数及び可動コア１３の回転数に対応した周
波数を呈している。従って上記第１実施例−と同様に断
熱容器６内の被加熱金属７中に二次誘導電流が生じてジ
ュール熱により加熱される。本実施例では、駆動装置２
１による可動コア１３の回転数を変えることでコア４に
流れる交番磁束の周波数を調節できるので、被加熱金属
７の材質等に応じて誘導加熱の最適条件を選定する。又
、駆動装置２１はガソリンエンジン、り−ビン、モータ
等各種の装置を利用できる。更に上記可動コア１３及び
コイル１６に代えて永久磁石を用いることも可能である
。

第３図は第３実施例を示すもので、上記第１実施例のコ
ア４．５に代えて、それぞれ中央部で分断されたコア２
３〜２６を用いである。一方のコア２３．２４間には固
定中間コア２７の一端を嵌着させである。固定中間コア
２７にはコイル２９を巻装させてあり、又他端には受入
れ凹部２８を凹設させである。該受入れ凹部２８内には
可動中間コア３０の嵌入軸部３１が嵌入自在になってい
る。嵌入軸部３１は可動中間コア３０の一端に突設され
ている。可動中間コア３０は、上記コア２５．２６間に
摺動自在に貫通されており、コア２５．２６間からの突
出部分がベアリング３２で往復移動が自在に支承されて
いる。可動中間コア３０の他端はエアーシリンダ３３の
ピストンロッド３４に連結させである。可動中間コア３
０にもコイル３５を巻装させである。上記受入れ凹部２
８内に嵌入されない嵌入軸部３１の基部にはリング状被
加熱金属３７の周面以外の部分を除いて断熱材３６を介
在させて、該リング状被加熱金属３７を脱着自在に装着
する。継鉄２，３はもとよりエアーシリンダ３３等の全
構成部品は基台１上に設置させであることは勿論である
。

次に、第３実施例の誘導加熱方法を説明すれば、まずエ
アーシリンダ３３を動作させて可動中間コア３０を固定
中間コア２７から離間させて、断熱材３６を介在させた
リング状被加熱金属３７を嵌入軸部３１に装着した後、
エアーシリンダ３３に可動中間コア３０を可動させて受
入れ凹部２８内に嵌入軸部３１を嵌入させて、第３図に
示す如き状態にセットする。このセット状態では、固定
中間コア２７と可動中間コア３０とが磁気的に接続され
る。固定中間コア２７及び可動中間コア３０は、継鉄２
．３と同じ材質の強磁性体が適用でき、又、リング状被
加熱金属３７としては、ベアリングのインナーレースや
アウターレース、ギアなどが利用できる。次いで、各コ
イル２９．３５に低周波交番励磁電流を供与すれば、第
３図に矢印で示した如く、固定中間コア２７及び可動中
間コア３０に交番磁束が生じ、該固定中間コア２７及び
可動中間コア３０からは交番磁束が各継鉄２，３に向っ
て分流して流れる。固定中間コア２７及び可動中間コア
３０に流れる交番磁束により上記被加熱金属３７中には
二次誘導電流が環流状に流れて、第１実施例と同様にジ
ュール熱により加熱される。上記コイル２９．３５に供
与される励磁電流の値を制御することで加熱温度を調節
し得ることは第１実施例と同様である。一方、固定中間
コア２７及び可動中間コア３０は、外径が被加熱金１１
３７のそれより径大に形成してあって、固定中間コア２
７及び可動中間コア３０に流れる交番磁束が、第３図に
矢印で示す如く、そのまま被加熱金属３７中にも流れて
、これにより上記二次誘導電流によるジュール熱に加え
て、被加熱金属３７中に生ずる鉄損、渦電流損による発
熱で加熱をする。加熱処理の終了後、エアーシリンダ３
３により可動中間コア３０を固定中間コア２７から離間
させて嵌入軸部３１から被加熱金属３７を取り出す。嵌
入軸部３１に対する被加熱金属３７の脱着は自動２手動
何れであっても可能であることは勿論である。この場合
、第４図及び第５図に示す如く、固定中間コア２７の端
面に、受入れ凹部２８と同径の孔が穿設されたドーナツ
板状の断熱材３６ａを添着し、可動中間コア３０の端面
に、嵌入軸部３１と同径の孔が穿設れたドーナツ板状の
断熱材３６ｂを添着し、更に、嵌入軸部３１には筒状の
断熱材３６ｃを被着させるようにすれば、断熱材３６ａ
〜３６ｃによって被加熱金属３７からの熱を遮断するこ
とになり、又脱着も頗る容易になし得る。

第６図は第４実施例を示し、第３実施例の継鉄２、コア
２３．２５を取り除き、かつ固定中間コア２７をコア２
４の嵌着孔３９に固設し、又可動中間コア３０をコア２
６に設けた案内孔４０に摺動自在に貫通させて、磁路が
分流しない閉ループ状に形成し、かつ継鉄３にコイル３
８を巻装したものである。コイル３８には低周波交番励
磁電流を供与すれば、第６図に矢印で示した如く継鉄３
゜コア２４．固定中間コア２７．可動中間コア３０゜コ
ア２６に至る如く交番磁束が流れるもので、その他第３
実施例と同しである。

第７図は第５実施例を示し、第４実施例のコイル３８を
取り除き、コア２４の部分には、該コア２４に代えて第
２実施例の回転電磁装置１０を設けたもので、その他の
構成は第４実施例と同じで、。

ある。

「発明の効果」 以上の如く、本発明に係る低周波交番磁界による誘導加
熱方法並びにその装置によれば、低周波交番磁界による
二次誘導電流で発生するジュール熱により加熱するので
、従来の電気加熱１重油。

ガス等を利用したバッチ炉、トンネル炉等の如き悪環境
化での作業を強いられ、又電気抵抗発熱体を使用した場
合に自己発熱の最高温度によって被加熱金属に対する加
熱温度が制約され、又電気抵抗発熱体の短命化などの問
題発生がない。更に、従来の如き化石燃料のような燃焼
エネルギーで被加熱金属を加熱する際の変換効率の低く
さや燃焼の制御の煩雑さもなく、装置が大損りになると
いった問題もない。特に低周波利用のために、高周波誘
導加熱の如く大型で高価な電源設備を必要とせず、又他
の装置へのノイズの混入の問題発生も少なく、高周波に
よる表皮効果のために表面のみ加熱されて内部が加熱さ
れないといった事態もない。しかも本発明では、被加熱
金属を溶融処理できるのみならず、融点以下での加熱処
理、例えばアニールなども行い得て利用上頗る便利であ
る。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明に係る低周波交番磁界による誘導加熱方法
並びにその装置の実施例を示し、第１図は第１実施例の
構成図、第２図は第２実施例の構成図、第３図は第３実
施例の構成図、第４図及び第５図は第３図の被加熱金属
の脱着を示す要部説明図、第６図は第４実施例の構成図
、第７図は第５実施例の構成図である。 ２．３・・・継鉄 ４．５．２３〜２６・・・コア ７．３７・・・被加熱金属 １６、　２９．　３５゜ ・・・回転電磁装置 、１２・・・固定コア ・・・駆動装置 ・・・受入れ凹部 ・・・嵌入軸部 ３８・・・コイル １３・・・可動コア ２７・・・固定中間コア ３０・・・可動中間コア ３３・・・エアーシンリダ 第４図 第５図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）閉ループ磁路を形成する鉄心に低周波交番磁界を
   供与し、該鉄心の周囲に配設した被加熱物に上記低周波
   交番磁界に基づき２次電流を誘導せしめてジュール熱を
   発生させてなることを特徴とする低周波交番磁界による
   誘導加熱方法。
2. （２）閉ループの磁路を形成する鉄心と、該鉄心に低周
   波交番磁界を供与する交番磁界発生源と、上記鉄心の周
   囲に脱離自在に配設される被加熱物とからなることを特
   徴とする低周波交番磁界による誘導加熱装置。