JPH06124779A - 金属塊の空中浮揚高周波加熱方法およびその装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 インゴットなどの金属塊１を、効率よく空中
浮揚しながら、高周波誘導加熱する。 【構成】 金属製円筒体４の上端面４ａに、その中心か
ら半径方向にスリット５ａが設けられた電導板５を配置
すると共に、該円筒体の外周に高周波誘導加熱コイル６
を配置し、該同筒体内で、その上端面と加熱コイルの上
端面との間の所定空間に金属塊を浮揚させながら高周波
誘導加熱する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、金属塊を空中に浮揚し
て高周波加熱するための方法およびその装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、金属塊、例えば鋼球の空中浮揚高
周波加熱は、図１２に示す方法によって行なわれてい
た。図１２に示す方法は、垂直方向に共通の軸心を有
し、互いに逆向きに巻かれた二個の加熱コイル１０１
ａ，１０１ｂを直列に接続した高周波誘導加熱コイル１
０１を使用し、該加熱コイル１０１ａ，１０１ｂの中間
に鋼球１０２を配置し、前記加熱コイル１０１に高周波
電源装置１０３より電力を供給する。

【０００３】前記鋼球１０２内には、前記加熱コイル１
０１ａ，１０１ｂの磁界によって誘導電流が発生し、こ
の誘導電流と前記加熱コイル１０１ａ，１０１ｂの磁界
によって発生する電磁力が前記鋼球１０２に作用し、こ
れらの電磁力と前記鋼球１０２の重量とがバランスした
空間の位置で、該鋼球１０２は浮揚しながら、高周波誘
導加熱されていた。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前述の
方法では、鋼球１０２すなわち金属塊に作用する電磁力
のうち、特に浮揚力が小さいため安定な空中浮揚が困難
であると共に、加熱温度の調整が難しいという問題点が
あった。

【０００５】本発明はかかる点に鑑みなされたもので、
その目的は前記問題点を解消し、金属塊を効率よく空中
浮揚し、かつ加熱できる高周波加熱方法およびその装置
を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
の本発明の構成は、次のとおりである。 （１） 金属塊の高周波加熱に際し、 ａ．半径方向に沿って放射状に延びる複数のスリットが
形成された金属製円筒体の外周を、取り囲むようにらせ
ん状の高周波誘導加熱コイルを配設すると共に、前記円
筒体及び高周波誘導加熱コイルの軸線を垂直方向に、か
つ前記円筒体の上端面から下方に所定の距離を隔てて、
前記加熱コイルの上端面が位置するように配設し、 ｂ．前記円筒体上端面に、その中心から半径方向にスリ
ットが設けられた電導板を配設し、 ｃ．前記円筒体の上端面と、前記加熱コイルの上端面と
の前記所定距離の間で、前記円筒体の中空部内に、前記
金属塊を載置手段により配置し、 ｄ．前記加熱コイルに高周波電源装置から高周波電力を
供給して、前記金属塊に上方に向かう電磁力を作用せし
めて、前記所定距離間で、前記円筒体の中空部内の空間
に浮揚させながら、前記金属塊を誘導加熱することを特
徴とする金属塊の空中浮揚高周波加熱方法である。

【０００７】（２） 前記スリットが設けられた電導板
が、前記金属塊の形状に合わせて、上部に膨らんだ形状
を有することを特徴とする。

【０００８】（３） ａ．半径方向に沿って放射状に延びる複数のスリットが
形成され、かつその軸線を垂直方向に配設された金属製
円筒体と、 ｂ．該円筒体の外周を取り囲むように配設されると共
に、前記円筒体の上端面から下方に所定の距離を隔て
て、上端面が位置するように配設れるらせん状の高周波
誘導加熱コイルと、 ｃ．前記円筒体上端面に配設され、その中心から半径方
向にスリットが設けられた電導板と、 ｄ．該加熱コイルに、高周波電力を供給する高周波電源
装置と、 ｅ．被加熱金属塊を前記円筒体の中空部内であって、か
つ前記所定距離の間に配置するための該金属塊を載置す
る載置手段と、 ｆ．該載置手段を上下方向などに移動させるための移動
手段とから成る。

【０００９】そして、前記金属塊を前記載置手段と移動
手段により、前記円筒体の中空部内の前記所定距離の間
に配置し、前記金属塊に上方に向う電磁力を作用せしめ
て、前記所定距離間で、前記円筒体の中空部内の空間に
浮揚させながら、前記金属塊を加熱することを特徴とす
る金属塊の空中浮揚高周波加熱装置である。

【００１０】（４） 前記スリットが設けられた電導板
が、前記金属塊の形状に合わせて、上記に膨らんだ形状
を有することを特徴とする。

【００１１】

【作 用】本発明は以上のように構成されているので、
前記円筒体上端面に配設されたスリット付きの電導板中
には、前記加熱コイルからの磁界によって誘導電流が発
生し、この誘導電流によって生ずる磁界により、前記加
熱コイルからの磁束は前記電導板に近づくにしたがって
水平方向に曲げられる。このため、前記金属塊の表面に
流れている誘導電流と、その表面付近の磁束との相互作
用により発生する電磁力は、前記金属塊の浮揚に大きく
寄与する。従って、低い高周波電力により効率よく前記
金属塊を浮揚し、かつ加熱できると共に、電導板のスリ
ットなどの寸法を変えることにより温度調整も比較的容
易になる。

【００１２】

【実施例】以下、図面に基づいて本発明の好適な実施例
を例示的に詳しく説明する。図１ないし図３は、本発明
の一実施例を示す金属インゴットの空中浮揚高周波加熱
装置で、図１は本装置の構成を示す概念図、図２は図１
の平面図、図３は金属製円筒体の平面図である。

【００１３】図において、金属インゴット１を空中浮揚
して高周波誘導加熱する装置２は、半径方向に沿って放
射状に延びる複数のスリット３が形成された金属（例え
ば、銅）製円筒体４と、該円筒体４の上端面４ａ上に配
設され、その中心から半径方向にスリット５ａが設けら
れ金属円板５と、前記円筒体４の外周を取り囲むように
配置されたらせん状の高周波誘導加熱する加熱コイル６
と、これに電力を供給する高周波電源装置７とから構成
されている。

【００１４】前記円筒体４は、下端部において、複数の
スリット３間の各セグメント４ｂが結合された構造（一
箇所スリットを間に設けた構造）になっており、各セグ
メント４ｂを冷却するため、その内部に冷却水通路４ｃ
が形成され、この冷却水通路４ｃの一端は、導水パイプ
８に、他端は排水パイプ９に接続されている。

【００１５】前記加熱コイル６も同様に、コイル６自体
を冷却するため、銅パイプで構成されており、導水パイ
プ１０および排水パイプ１１にそれぞれ接続されると共
に、導線を介して、前記高周波電源装置７に接続されて
いる。

【００１６】そして、前記円筒体４と該円筒体４の外周
を囲むように配置された前記加熱コイル６とは、その軸
線を垂直方向に一致させ、その高さ方向の関係は、円筒
体４の上端面４ａから下方に、前記インゴット１の形状
に応じた距離を隔てて、前記加熱コイル６の上端面が位
置するように配置されている。

【００１７】被加熱体移送部１２は、図１に示すよう
に、インゴット載置台１３、昇降移送装置１４ａおよび
水平移送装置１４ｂより構成されている。前記インゴッ
ト載置台１３は、高周波誘導加熱の影響を避けるため、
セラミックス材より構成され、前記インゴット１を安定
載置できる形状となっている。

【００１８】前記インゴット載置台１３に連結されてい
る昇降移送装置１４ａは、前記円筒体４内へインゴット
１を搬入し、該インゴット１を前記加熱コイル６の上端
面に相当する浮揚加熱開始位置１７まで上昇させた後、
高周波電源装置７から加熱コイル６に所要の高周波電力
を供給して、浮揚加熱する。そして、浮揚加熱の開始と
同時に前記インゴット載置台１３を昇降，水平移送装置
１４ａ，１４ｂにより下方向へ移動し、前記円筒体４の
外の所定位置で停止する機構になっている。

【００１９】前記昇降移送装置１４ａに連結されている
前記水平移送装置１４ｂは、浮揚加熱の開始と同時に、
前記円筒体４内より下降し、円筒体４の外で停止した前
記インゴット載置台１３を前記昇降移送装置１４ａと共
に、水平方向に移動しておく。

【００２０】そして、前記浮揚加熱開始位置１７で、前
記高周波電源装置７の出力を調整して、電磁力により、
該インゴット１を、前記円筒体４の上端面４ａと前記加
熱コイル６の上端面とのほぼ中央の浮揚加熱位置１８ま
で浮揚し、この位置１８で加熱する。

【００２１】次にインゴット１の空中浮揚加熱について
説明する。図１において、インゴット１を前記加熱コイ
ル６の上端面付近の前記浮揚加熱開始位置１７に配置
し、該加熱コイル６に高周波電流Ｊ_O を供給する。

【００２２】今、該高周波電流Ｊ_o が図示の方向の流れ
に伴い、該高周波電流Ｊ_o によって磁束φが前記円筒体
４を中心に発生する。この磁束φは前記インゴット１を
貫通、作用し、該インゴット１の表面に図示の方向に高
周波誘導電流Ｊ_e が流れる。この高周波誘導電流Ｊ_e に
より、該インゴット１はジュール加熱される。

【００２３】一方、前記円筒体４上端面４ａに配設され
たスリット５ａ付きの金属円板５中には、前記磁束φに
よって高周波誘導電流が発生し、この誘導電流によって
生ずる磁界により、前記磁束φは、図１に示すように、
前記金属円板５に近づくにつれて水平方向に曲げられ
る。

【００２４】他方、該インゴット１の表面に流れる誘導
電流Ｊ_e と、その表面付近の磁束（磁束密度Ｂの磁束）
との相互作用により、その表面に電磁力Ｆが発生する。
この電磁力Ｆは誘導電流Ｊ_e と磁束密度Ｂとの積に比例
し、その方向は、フレミング左手の法則により、図示の
方向になる。

【００２５】この電磁力Ｆは、前記円筒体４の軸心に向
う力Ｆ_c と、該インゴット１を浮揚する力Ｆ_u とに分力
される。この浮揚力Ｆ_u が、該インゴット１の表面全体
にわたって発生し、該インゴット１を浮揚するのであ
る。これによって該インゴット１は空中で浮揚されなが
ら加熱されることになる。前記電磁力Ｆを発生する磁束
φの方向は、水平方向に近いため、前記電磁力Ｆに基づ
く浮揚力Ｆ_u は極めて大きくなる。

【００２６】さらに、時にとして、前記浮揚した該イン
ゴット１が水平軸を中心に自転することがある。これに
ついては、次のような作用によるものと推察される。す
なわち、インゴット１は高周波加熱コイル６の最上の巻
回部分から最も大きな電磁力を受けるのであるが、加熱
コイル６はらせん状でありその最上の巻回部は水平面に
対して傾斜している。そのため、前記巻回部の最上部側
に隣接するインゴット１の表面に流れる誘導電流及びそ
の表面に作用する磁束密度が、その表面の反対側表面
（前記巻回部の最下部分に対応するインゴット１の表
面）に比べて大きくなるため、前記表面に生じる電磁力
は反対側表面よりも常に大きくなる。その結果、該イン
ゴット１はその水平軸を中心に自転されながら、高周波
誘導加熱される。

【００２７】なお、該インゴット１の中心が前記浮揚加
熱開始位置１７より下方にある場合には自転を生じな
い。これは、円筒体４のスリット３に生じている磁束集
中の影響により、インゴット１を円筒体４の中空部内に
保持する保持力が作用しているからであると推察され
る。

【００２８】図４および図５は、本発明の他の実施例を
示す球形またはこれに近い形状の金属塊の空中浮揚高周
波加熱装置で、図４は本装置の要部の構成を示す概念
図、図５は図４の平面図である。図において、前記金属
製円筒体４の上端面４ａに配設される金属円板２０の形
状が、被加熱金属球２１の形状に応じて、上部に半球面
状に膨らんだほぼ球面に近い金属球面板である。図６は
その形状を示す斜視図で、球面の頂点２０ａから一方向
にスリット２０ｂが設けられている。他は図１と同様で
ある。

【００２９】図７（Ａ）および（Ｂ）は、図６と同様に
被加熱金属インゴットの形状に合わせて、上部に膨らみ
を有する正六面体形状および円柱体形状用の金属板２
２，２３を示す斜視図で、この場合中央頂点から一方向
にスリット２２ａ，２３ａが設けられている。

【００３０】図８および図９は、本発明の更に他の実施
例を示す金属インゴットの空中浮揚高周波加熱装置で、
図８は本装置の構成を示す概念図、図９は図８の平面図
である。図においては、金属製円筒体２４の上下方向の
配置が、前記実施例における図１の金属製円筒体４と、
丁度逆でありその他は図１のものと同一であるので、同
一部材には同一符号を付して、その説明を省略する。ま
た、被加熱体移送部は図示省略する。

【００３１】図１０および図１１は、前記実施例に示し
た図１の金属インゴットの空中浮揚高周波加熱装置の具
体的な試験例を示す図で、図１０は装置の要部構造を示
す断面図、図１１は金属円板部の平面図である。同図に
おいて、金属円板部の上部外面には冷却用パイプが溶着
されている。その結果は、下記のとおりであり、 試験例： （１） 金属インゴットの材質：チタン （２） 金属インゴットの形状および重量：外径３０ｍ
ｍ，高さ３０ｍｍ，約１００ｇ （３） 高周波加熱コイルの形状：図示のとおり （４） 円筒体：図示のほか、スリット幅１ｍｍ，セグ
メント数８

【００３２】

【表１】

【００３３】表１に示す試験結果のとおり、金属円板の
内径が小さいほど、またスリットのみで浮揚加熱した場
合は、金属円板を設けなかった場合と比較して、高周波
電源からの出力は、低出力で金属インゴットの浮揚加熱
が可能になることがわかる。

【００３４】なお、前記各実施例において、金属製円筒
体と金属円板とは相互に別体のものとして例示したが、
両者は一体的に形成したものでも同様の作用、効果が奏
せられる。なお、本発明の技術は前記実施例における技
術に限定されるものではなく、同様な機能を果す他の態
様の手段によってもよく、また本発明の技術は前記構成
の範囲内において種々の変更、付加が可能である。

【００３５】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように本発明の
金属塊の空中浮揚高周波加熱方法およびその装置によれ
ば、金属製円筒体の上端面に、その中心から半径方向に
スリットが設けられた電導板を配設し、前記円筒体の上
端面と、加熱コイルの上端面との間で、該円筒体の中空
部内に、前記金属塊を電磁力により空中浮揚させなが
ら、高周波加熱するようにしたので、低高周波電力で効
率よく、該金属塊を加熱することができる。

【００３６】また、本発明の加熱方法及び装置によれ
ば、作業効率の大幅な向上、製品コストの低減、品質の
向上を図ることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す金属インゴットの空中
浮揚高周波加熱装置の構成概念図である。

【図２】図１の平面図である。

【図３】金属製円筒体の平面図である。

【図４】本発明の他の実施例を示す球形またはこれに近
い形状の金属塊の空中浮揚高周波加熱装置の要部の構成
概念図である。

【図５】図４の平面図である。

【図６】上部に半球面状の膨らみを有するスリット付き
金属円板の斜視図である。

【図７】各種形状を有する金属円板の斜視図で、（Ａ）
は上部に一部正六面体形状の膨らみを有するスリット付
き金属円板、（Ｂ）は上部に一部円柱体形状の膨らみを
有するスリット付き金属円板の斜視図である。

【図８】本発明の更に他の実施例を示す金属インゴット
の空中浮揚高周波加熱装置の構成概念図である。

【図９】図８の平面図である。

【図１０】図１の具体的試験例を示す要部構造図であ
る。

【図１１】図１０の金属円板の平面図である。

【図１２】従来の鋼球の空中浮揚高周波加熱装置の要部
構成概念図である。

【符号の説明】

１ インゴット（金属塊） ２ 高周波加熱装置 ３ スリット ４ 金属製円筒体 ４ａ 上端面 5,20 金属円板 5a,20a,22a,23a スリット ６ 加熱コイル ７ 高周波電源装置 12 被加熱体移送部 13 インゴット載置台 14a 昇降移送装置 14b 水平移送装置 21 金属球 22,23 金属板

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 金属塊の高周波加熱に際し、 ａ．半径方向に沿って放射状に延びる複数のスリットが
   形成された金属製円筒体の外周を、取り囲むようにらせ
   ん状の高周波誘導加熱コイルを配設すると共に、前記円
   筒体及び高周波誘導加熱コイルの軸線を垂直方向に、か
   つ前記円筒体の上端面から下方に所定の距離を隔てて、
   前記加熱コイルの上端面が位置するように配設し、 ｂ．前記円筒体上端面に、その中心から半径方向にスリ
   ットが設けられた電導板を配設し、 ｃ．前記円筒体の上端面と、前記加熱コイルの上端面と
   の前記所定距離の間で、前記円筒体の中空部内に、前記
   金属塊を載置手段により配置し、 ｄ．前記加熱コイルに高周波電源装置から高周波電力を
   供給して、前記金属塊に上方に向かう電磁力を作用せし
   めて、前記所定距離間で、前記円筒体の中空部内の空間
   に浮揚させながら、前記金属塊を誘導加熱することを特
   徴とする金属塊の空中浮揚高周波加熱方法。
2. 【請求項２】 前記スリットが設けられた電導板が、前
   記金属塊の形状に合わせて、上部に膨らんだ形状を有す
   ることを特徴とする請求項１の金属塊の空中浮揚高周波
   加熱方法。
3. 【請求項３】ａ．半径方向に沿って放射状に延びる複数
   のスリットが形成され、かつその軸線を垂直方向に配設
   された金属製円筒体と、 ｂ．該円筒体の外周を取り囲むように配設されると共
   に、前記円筒体の上端面から下方に所定の距離を隔て
   て、上端面が位置するように配設れるらせん状の高周波
   誘導加熱コイルと、 ｃ．前記円筒体上端面に配設され、その中心から半径方
   向にスリットが設けられた電導板と、 ｄ．該加熱コイルに、高周波電力を供給する高周波電源
   装置と、 ｅ．被加熱金属塊を前記円筒体の中空部内であって、か
   つ前記所定距離の間に配置するための該金属塊を載置す
   る載置手段と、 ｆ．該載置手段を上下方向などに移動させるための移動
   手段とから成り、 前記金属塊を前記載置手段と移動手段により、前記円筒
   体の中空部内の前記所定距離の間に配置し、前記金属塊
   に上方に向う電磁力を作用せしめて、前記所定距離間
   で、前記円筒体の中空部内の空間に浮揚させながら、前
   記金属塊を加熱することを特徴とする金属塊の空中浮揚
   高周波加熱装置。
4. 【請求項４】 前記スリットが設けられた電導板が、前
   記金属塊の形状に合わせて、上記に膨らんだ形状を有す
   ることを特徴とする請求項３の金属塊の空中浮揚高周波
   加熱装置。