JPH0637675B2 - 薄肉金属板の連続均熱方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 利用産業分野 この発明は、連続走行する金属板の加熱に際し、横断磁
束方式の誘導加熱法を用いて、薄肉金属板の幅方向の均
熱化を計った連続均熱方法に係り、導体コイルを金属板
幅方向に移動可能となし、常に所要振幅で水平往復動さ
せ、あるいは導体コイル中心を金属板中心線に追従移動
させて水平往復動させることにより、連続走行する金属
板が幅方向に位置変動することにより発生する加熱むら
を防止した薄肉金属板の連続均熱方法に関する。

背景技術 一般に、薄肉金属板の誘導加熱法は、被加熱材の薄肉金
属板の磁束との交差の仕方により、縦断磁束方式と横断
磁束方法に分類される。

縦断磁束方式による薄肉金属板は磁性材に限定され、板
厚が薄くなれば、数百kHz〜数kHzの周波数が必要とな
り、設備的にその対応が困難になると共に、加熱効率の
低下を招来する。

そこで、磁性材、非磁性材を問わず、板厚が薄くても、
周波数が３kHz以下で加熱することができる横断磁束方
式の誘導加熱方法が好ましい。

しかしながら、前記横断磁束方式による誘導加熱方法
は、薄肉金属板の幅方向の温度分布が悪く、均熱性が得
られ難いため、工業的量産操業には実用化されていなか
った。

すなわち、コイルの巻き戻しに基因した薄肉金属板の長
手方向の曲り（キャンバー）により、導体コイルと薄肉
金属板の幅方向位置（通板位置）が、常に変動して導体
コイルと薄肉金属板の加熱最適位置が変動し、例えば、
金属板幅の僅か１％程度だけ前記金属板とコイルの中心
がずれることにより、金属板両側部で数十度から百数十
度の温度差が生じ、板幅方向の均熱性に大きな問題があ
った。

一方、前記横断磁束方式の改良として、導体コイルに補
助的誘導子を付設して、薄肉金属板の均熱化を計る方法
が提案されている。

ところが、前記補助的誘導子を用いた横断磁束方式で
は、被加熱材の薄肉金属板の材質、幅、板厚寸法に基づ
いて補助誘導子の位置を正確に適合するよう調整する必
要があり、同一材質、同一寸法の薄肉金属板の加熱には
好都合となるが、材質、寸法の異なる薄肉金属板の汎用
的加熱には多くの問題があった。

発明の目的 この発明は、横断磁束方式の誘導加熱法を用いた金属板
の加熱に際し、連続走行する薄肉金属板の幅方向の位置
変動による加熱むらを防止でき、かつ薄肉金属板の材
質、幅、板厚寸法の如何を問わず、すぐれた均熱度で連
続加熱が実現できる連続均熱方法の提供を目的とする。

発明の概要 この発明は、薄肉金属板の幅方向の均熱性が得られる連
続均熱方法を目的に種々検討した結果、金属板に対向さ
せた導体コイルを金属板幅方向に移動可能となし、常に
所要振幅で水平往復動させることにより、金属板幅方向
の温度勾配を防止するができ、あるいはさらに導体コイ
ル中心を金属板中心線に追従移動させて水平往復動させ
ることにより、連続走行する金属板の幅方向の位置変動
に伴ない発生する加熱むらを防止できすぐれた板幅方向
の均熱性が得られることを知見し、この発明を完成した
ものである。

この発明は、走行する薄肉金属板の上下各面に導体コイ
ルを対向配置し、横断磁束を作用させて誘導加熱する薄
肉金属板の連続均熱方法において、 金属板幅方向に移動可能となした前記導体コイルを、金
属板に対して所要振幅にて水平往復動させ誘導加熱する
ことを特徴とする薄肉金属板の連続均熱方法である。

発明の構成 この発明は、金属板に対向させた導体コイルを金属板幅
方向に移動可能となし、導体コイルを金属板表面に対し
て、所要周期，振幅で水平往復動させることを特徴とす
るが、金属板幅に応じて往復動範囲及びその往復動速度
を適宜選定する必要がある。

また、この発明は、前記導体コイルの金属板幅方向に対
する水平往復動に加え、連続走行中板幅方向に位置が変
動する金属板中心線に追従移動させることにより、板厚
方向の位置変動に伴なう加熱むらを防止することができ
る。前記導体コイルの位置制御に際し、制御すべき位置
基準を例えば、金属板の走行ラインの中心線とし、これ
に対する走行金属板の位置ずれを検知して、導体コイル
を金属板の中心にセンタリングする他、走行ラインの所
要幅間を通過する金属板の一方端位置を検知し、設定さ
れた金属板幅に応じて板中心を算定し、その中心線に対
して導体コイルをセンタリングさせたり、あるいは所定
間隔で配置した一対の検出器にて金属板の幅両端位置を
検知して板厚中心を算定する等、導体コイルを常に金属
板中心線に追従移動させることができれば、いずれの制
御基準、手段であっても利用できる。

また、この発明において、金属板コイルの巻き戻し時に
走行ライン上の金属板の位置調整装置と連動させて、前
記センタリング精度を向上させることもできる。

この発明方法は、被加熱材である薄肉金属板が単板で
も、また電気抵抗が近似する異材質の複数板の場合でも
適用できる。

金属板の上下面に対向配置した導体コイルを支持して板
厚方向に移動可能となす機構には、一対の導体コイルを
片持ちして金属板に近接離反可能に垂直軸方向に摺動移
動可能となしたコイル支持体を、さらに金属板幅方向、
すなわち水平軸方向に摺動可能となした２軸方向の摺動
機構の他、公知の移動手段が採用でき、駆動源には、油
圧シリンダ、ステップモータ、サーボモーター等の油圧
機器あるいは電動機等を前記移動手段に応じて適宜用い
ることができる。

また、導体コイルを支持して板厚方向に移動可能並びに
往復動可能となす機構には、実施例に示す如く、スライ
ダーとレールによる水平摺動機構を２段重ねとし、金属
板中心線に対するセンタリングのための駆動源と、往復
動のための駆動源を独立となすことができる。

走行する金属板の板厚方向の位置を検知する位置検出器
には、予め設定する基準位置からの位置偏差を検出でき
れば、差動トランスと倣いローラを組み合せた追従ロー
ラ等のいかなる構成のセンサーでも利用できるが、金属
板が走行するため非接触式の光学式リニアセンサー等が
好ましい。

導体コイル位置検出器には、予め設定する基準位置から
の位置偏差を検出できれば、ポテンショメータ、パルス
式位置発振器等のいずれの構成でもよく、また、前記し
た導体コイルの支持移動機構に応じて、導体コイル自体
の移動あるいはコイル支持体、その載置台等の移動、さ
らには移動機構のアクチュエータ等の回転量、移動量を
測定して検知するなど種々の手段が採用できる。

比較演算器は、金属板位置検出器からの信号により、予
め任意設定した位置からの金属板の幅方向位置偏位量を
算出し、導体コイルの金属板に対する幅方向追従量を決
定するが、前記検出器あるいは他の演算器にて位置偏差
が算出できる場合には、単に追従量を決定するだけでよ
く、また、後述する導体コイルの移動駆動源の制御器を
合せて構成することもできる。

制御器は、前述した導体コイルあるいはその支持体の移
動機構及びその駆動源に応じて油圧、電気、電磁系のア
クチュエーターの駆動制御器が適宜選定できる。

金属板の走行速度計は、導体コイル近傍で測定するほ
か、金属板コイルの巻き戻し機からの信号を用いること
ができ、さらに、金属板コイルの巻き戻し位置の信号を
前記比較演算機に入力して金属板の位置偏差信号の補
正、あるいは位置偏差の測定精度を向上させるのもよ
い。

導体コイルの移動速度計は、導体コイル自体の移動速度
を直接測定するほか、そのコイル支持体、載置台等の移
動速度を測定するか、あるいは駆動用アクチュエータ、
位置検出器等からの回転量、移動量信号により、検知ま
たは算出する等の手段が適宜採用できる。

この発明における導体コイルの幅(1)と被加熱材の幅(L)
の関係は被加熱材の材質、板厚、幅等により左右される
が1/Lは一般に0.9：1.1が好ましい。

また、この発明において、導体コイルの金属板幅方向の
水平往復動（振幅）の範囲は、金属板の板幅が2Wの場
合、0.05Ｗ〜0.20Ｗの範囲が好ましい。

図面に基づく発明の開示 第１図はこの発明による連続均熱方法を実施するための
誘導加熱装置の斜視説明図である。

第２図は第１図の誘導加熱装置の制御系を示すブロック
図である。

被加熱材の金属板(1)の上下面に近接配置する導体コイ
ル(2)は、冷却水が通過可能な銅管を渦巻配置したもの
である。

上下一対の導体コイル(2)(2)は、その一方端に設けたス
ライダー(4)が箱体からなるコイル支持体(3)の側面に設
けた垂直レール(5)を把持して図示しないロック機構に
て垂直方向に位置調整可能になしてある。

コイル支持体(3)は往復動台(20)を介して摺動台(6)に載
置され、摺動台(6)底面のスライダー(7)が、基台(8)上
に敷設した金属板(1)板幅方向の水平レール(9)を把持し
て摺動自在に構成されている。

さらに、コイル支持体(3)を載置する往復動台(20)は、
その底面のスライダー(21)が摺動台(6)上に敷設した金
属板(1)板幅方向の水平レール(22)を把持して摺動自在
に構成されている。

前記摺動台(6)は、基台(8)に載置された油圧シリンダ(1
0)にて水平方向に摺動移動し、すなわち、油圧シリンダ
(10)の作動制御にて導体コイル(2)が金属板(1)幅方向に
移動する。

また、基台(8)に載置して摺動台(6)に接続したポテンシ
ョメータ等の位置センサを用いた位置検出器(11)にて、
導体コイル(2)(2)の現在位置が検知される。

前記往復動台(20)の駆動には、回転力を直線往復動に変
換する、例えば、クランク機構などの変換機(23)と駆動
源のサーボモータ(24)を摺動台(6)に載置し、所定の振
幅で金属板(1)幅方向に往復動させる構成からなる。

前記サーボモータ(24)には、例えば、光学式パルスカウ
ンター等の導体コイル往復動量検出器(25)と往復動速度
検出器(26)が付設され、往復動駆動源から導体コイル
(2)(2)の位置及び速度を検知する構成からなる。

ここでは、サーボモータ(24)に付設した往復動量検出器
(25)で導体コイル(2)(2)の位置信号を得て、速度検出器
(26)で速度を検知しているが、一つの検出器で導体コイ
ル(2)(2)の位置及び速度を検知する構成とすることがで
きる。

また、導体コイル(2)(2)の上流側の金属板(1)の両側端
対向位置には、金属板(1)の幅方向位置を検出する光学
式の位置検出器(12)が配設され、かつスタンド(13)を介
して摺動台(6)に固定される。

さらに、導体コイル(2)(2)下流側の金属板(1)近傍に
は、金属板(1)の走行速度を測定する走行速度計(14)が
配設される。

上記構成の誘導加熱装置を用いてこの発明の連続均熱方
法を実施する例を説明する。

以下には、金属板(1)の中心線に対して常に導体コイル
(2)(2)の電気的中心を合致させながら、導体コイル(2)
(2)を所定振幅で水平往復動させる例を説明する。

加熱前に、予め巻戻し、巻取りされる所要ライン内に通
板された薄肉金属板(1)の中心線と、前記金属板(1)の上
下面に近接配置された横断磁束導体コイル(2)(2)の電気
的中心線の位置を任意設定する。

前記の設定後、導体コイル(2)(2)に通電すると共に、金
属板(1)を走行させて、誘導加熱を行う。

次に、走行中の金属板(1)の幅方向対向部に配設された
金属板位置検出器(12)により、前記金属板(1)の幅方向
の位置検出信号が位置偏差演算器(A)に出力される。

位置偏差演算器(A)から出力された偏差信号及び金属板
コイルの巻き戻し装置に付設した金属コイル位置設定器
(F)からの位置信号とにより、比較演算器(B)では任意設
定した中心位置との対比演算が行われ、導体コイル(2)
(2)の金属板(1)に対する移動方向及びその量を決定す
る。

決定された導体コイル(2)(2)移動方向及びその追従量の
信号は、駆動制御器たるサーボアンプ(C)に入力され
る。

また、一方、導体コイル位置検出器(11)からの位置信号
が、位置偏差演算器(D)にて偏差信号に変換されて前記
サーボアンプ(C)に入力される。

サーボアンプ(C)では、前記追従量信号と導体コイル(2)
位置の偏差信号と対比しながら、油圧シリンダ(10)を制
御するサーボバルブ(E)を駆動制御し、油圧シリンダ(1
0)の作動に伴い、摺動台(6)を所要方向及び所要量摺動
させることにより、コイル支持体(3)を介して導体コイ
ル(2)(2)を金属板(1)の幅方向に連続的に追従移動させ
る。

前記制御により、金属板(1)の長手方向の中心線と導体
コイル(2)(2)の電気的中心線が予め設定した位置関係に
合致するよう、すなわち、導体コイル(2)(2)が常に金属
板(1)の中心線に合致するようコイル支持体(3)をセンタ
リングできる。

前記制御の間、これとは別個に、導体コイル(2)(2)の水
平往復動の制御が行なわれる。すなわち、往復動量設定
器(H)より往復動量演算器(G)に、予め所要の往復動量が
設定され、設定値に応じてサーボアンプ(I)及びサーボ
ドライバー(J)を介してサーボモーター(24)の回転を制
御する。

この際、往復動量演算器(G)は、サーボモーター(24)に
付設した往復動量検出器(25)からの導体コイル(2)(2)の
位置信号を受けて、前記の往復動量を補正する。

さらに、比較演算器(K)では、走行速度計(14)からの金
属板(1)の速度信号と、サーボモーター(24)に付設した
往復動速度検出器(26)からの導体コイル(2)(2)の速度信
号とを比較し、予め設定した関係となるよう修正値がサ
ーボアンプ(I)に出力されて、前記の往復動量を補正す
る。

かかる制御により、導体コイル(2)(2)は、金属板(1)の
走行速度に応じた所定の振幅量及び速度で、金属板(1)
表面に対し、板幅方向に往復動し、さらに、導体コイル
(2)(2)の往復動中心は常に、金属板(1)の中心線に一致
しており、導体コイル(2)(2)の横断磁束が金属板(1)幅
方向に均一に作用し、誘導加熱が均一となり、従来方法
の如き板幅方向の温度勾配が発生しない。

ここでは、サーボアンプ(I)が往復動量演算器(G)と比較
演算器(K)からの信号で制御される例を示したが、１つ
の演算器に、往復動設定値と導体コイル(2)(2)の位置信
号と金属板(1)の速度信号を入力し、所要の比較演算を
行い、サーボアンプ(I)への制御信号を出力する構成と
することができる。

実施例 被加熱材の金属板には、 材質 18-8系ステンレス鋼 寸法 幅300mm×厚み2.5mmのコイルを用いて、0.1m/sec
の速度で送り出した。

導体コイルには、銅管製、渦巻形コイルを用いた。

各検出器には、 金属板位置検出器：光学式リニアセンサー コイル位置検出器：ポテンショメーター式 金属板走行速度検出器：光学式パルスカウンター 往復動量検出器：光学式パルスカウンター 往復動速度検出器：光学式パルスカウンター を用いた。

上述した金属板の走行条件、誘導加熱条件にて、この発
明による連続均熱方法、すなわち、導体コイルを板幅方
向に往復動させる場合（本発明１）と、金属板中心に追
従しながら往復動させる誘導加熱方法の場合（本発明
２）と、従来の誘導加熱法の場合のそれぞれを実施し、
第１表にこの発明による連続均熱方法及び従来方法によ
り誘導加熱した場合の被加熱材の幅方向、長手方向（導
体コイル長さ）の温度差、及び加熱効率を表し、第３図
に従来方法（ａ図）と本発明2(b図）により誘導加熱し
た後の金属板幅方向の温度分布状況（図中は長手方
向）を示す。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明による連続均熱方法を実施するための
誘導加熱装置の斜視説明図である。 第２図は第１図の誘導加熱装置の制御系を示すブロック
図である。 第３図a,bは従来方法と本発明法により誘導加熱した後
の金属板板幅方向の温度勾配を示すグラフである。 １……金属板、２……導体コイル、 ３……コイル支持体、4,7,21……スライダー ５……垂直レール、６……摺動台 ８……基台、９……水平レール、 10……油圧シリンダ、 11……導体コイル位置検出器、 12……金属板位置検出器、13……スタンド、 14……走行速度計、 20……往復動台、23……変換機、 24……サーボモーター、25……往復動量検出器、 26……往復動速度検出器、 A,D……位置偏差演算器、Ｂ……比較演算器、 Ｃ……サーボアンプ、Ｅ……サーボバルブ、 Ｆ……位置設定器、Ｇ……往復動量演算器、 Ｈ……往復動量設定器、Ｉ……サーボアンプ、 Ｊ……サーボドライバー、Ｋ……比較演算器。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】走行する薄肉金属板の上下各面に導体コイ
   ルを対向配置し、横断磁束を作用させて誘導加熱する薄
   肉金属板の連続均熱方法において、金属板幅方向に移動
   可能となした前記導体コイルを、金属板に対して所要振
   幅にて水平往復動させ誘導加熱することを特徴とする薄
   肉金属板の連続均熱方法。