JPH0637676B2 - 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
幅方向に往復動可能となし、常に所要振幅で水平往復動
させ、かつ導体コイルの振幅中心を金属板中心線に追従
移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ＭＨｚ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、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、この際に導体コイルの振幅中心を金属板
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
属板に対して予め設定した中心線を中心とした所要振幅
にて水平往復動させながら誘導加熱するに際し、 金属板の板幅対向両端部あるいは一方側に配設した金属
板の位置検出器からの信号により、走行中の金属板の位
置に応じて、導体コイルの往復動中心を変化させること
を特徴とする薄肉金属板の連続均熱方法である。

また、この発明は、前記構成において、 金属板の板幅対向両端部あるいは一方端側に配設した金
属板の位置検出器からの信号により現在の金属板の中心
線位置を捕捉し、導体コイルの往復動中心線が前記金属
板中心線に合致するよう、導体コイルの往復動中心を変
化させることを特徴とする薄肉金属板の連続均熱方法で
ある。

さらに、この発明は、前記構成において、 金属板側部にその走行速度を検出する走行速度計を設
け、あるいはさらに導体コイルの金属板幅方向の移動速
度を検出する移動速度計を設け、金属板走行速度に応じ
た導体コイルの水平往復動速度を決定して誘導加熱する
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、金属板表面に対して、所要周
期，振幅で水平往復動させ、かつ水平往復動に加え、例
えば、連続走行中、板幅方向に位置が変動する金属板中
心線に、導体コイルの振幅中心を追従移動させることに
より、板幅方向の位置変動に伴なう加熱むらを防止する
ことを特徴とし、また、金属板板幅方向に板厚が異なる
場合、予め測定あるいは検出器にて自動測定した板厚分
布に応じて、あるいはさらに位置が変動する金属板中心
線を捕捉しながら、導体コイルの振幅中心を常に金属板
の中心より所要量ずらせて、所要周期，振幅で水平往復
動させることにより、板幅方向の板厚変動に伴なう加熱
むらを防止することを特徴とする。

前記導体コイルの往復動の中心位置制御に際し、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幅中心を算定する等、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、また、金
属板幅及び走行速度等に応じて往復動範囲及び移動速度
を適宜選定する必要がある。

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
幅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、ステップモーター、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。

走行する金属板の板幅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
の移動あるいはそのコイル支持体、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，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置を
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。

さらに比較演算器は、金属板板幅方向に板厚が異なる場
合、予め測定して設定したあるいは検出器にて自動測定
した板厚分布信号に応じて、あるいはさらに予め任意設
定した位置からの金属板の幅方向位置偏位置を捕捉しな
がら、予め任意設定したパターンに基づき、導体コイル
の振幅中心の金属板の中心よりの偏位置を算出し、所要
周期，振幅で水平往復動させる。

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I/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が渦巻配置したもの
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(6)を介して基台(8)に載
置され、往復動台(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。

前記往復動台(6)は、基台(8)に載置された回転力を直線
往復動に変換する。例えば、クランク機構などの変換機
(10)と駆動源のサーボモータ(11)により水平方向に摺動
移動し、すなわち、サーボモータ(11)の作動制御にて導
体コイル(2)が金属板(1)幅方向に移動し、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(11)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(20)と往復動速度
検出器(21)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(11)に付設した往復動量検出器
(20)で導体コイル(2)(2)の位置信号を得て、速度検出器
(21)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
して往復動台(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、幅方向の板厚み均一
な金属板に、この発明の連続均熱法を適用する例を説明
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)の往復動時の振幅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、すなわち、往復動時の振幅中心の位置を任意
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。

まず、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(B)より往復動量演算器
(A)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(C)及びサーボドライバー(D)を介してサ
ーボモーター(11)の回転を制御する。

この際、往復動量演算器(A)は、サーボモータ(11)に付
設した往復動量検出器(20)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(E)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(11)に付設した往復
動速度検出器(21)からの導体コイル(2)(2)の速度信号と
が比較され、予め設定した関係となるよう修正値をサー
ボアンプ(C)に出力されて、前記の往復動量を補正す
る。

上記制御と合わせて、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(F)に出
力され、位置偏差信号が往復動量演算器(A)に入力され
る。

往復動量演算器(A)では、往復動量の補正に際し、導体
コイル(2)(2)の往復動時の振幅中心を常に金属板(1)の
中心線に合致するよう、位置偏差演算器(F)から入力さ
れた偏差信号と導体コイル(2)(2)の位置信号及び往復動
量信号とにより、設定した中心位置量との対比演算が行
われ、導体コイル(2)(2)の金属板(1)に対する追従量を
決定し、 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(C)が往復動量演算器(A)と比較
演算器(E)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(C)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：ポテンシヨメーター式 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、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と、従来の誘導
加熱法の場合を実施し、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図に第１表の従来法２（ａ図）と
本発明法（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後の
金属板の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……スライダー ５……垂直レール、６……往復動台 ８……基台、９……水平レール、 10……変換機、11……サーボモーター、 12……金属板位置検出器、13……スタンド、 14……走行速度計、 20……往復動量検出器、２１……往復動速度検出器、 Ａ……往復動量演算器、Ｂ……往復動量設定器、 Ｃ……サーボアンプ、Ｄ……サーボドライバー、 Ｅ……比較演算器、Ｆ……位置偏差演算器。

Claims (3)

【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
   属板に対して予め設定した中心線を中心とした所要振幅
   にて水平往復動させながら誘導加熱するに際し、 金属板の板幅対向両端部あるいは一方端側に配設した金
   属の位置検出器からの信号により、走行中の金属板の位
   置に応じて、導体コイルの往復動中心を変化させること
   を特徴とする薄肉金属板の連続均熱方法。
2. 【請求項２】金属板の板幅対向両端部あるいは一方端側
   に配設した金属板の位置検出器からの信号により走行中
   の金属板の中心線位置を捕捉し、導体コイルの往復動中
   心線が前記金属板中心線に合致するよう、導体コイルの
   往復動中心を変化させることを特徴とする請求項１記載
   の薄肉金属板の連続均熱方法。
3. 【請求項３】金属板側部にその走行速度を検出する走行
   速度計を設け、あるいはさらに導体コイルの金属板幅方
   向の移動速度を検出する移動速度計を設け、金属板走行
   速度に応じた導体コイルの水平往復動速度を決定して誘
   導加熱することを特徴とする請求項１または２記載の薄
   肉金属板の連続均熱方法。