JP2005268050A - 誘導加熱装置および誘導加熱システム - Google Patents

Abstract

【課題】 タール化した潤滑材による誘導加熱コイル内筒の閉塞の問題が生じることがない誘導加熱装置および誘導加熱システムの提供。
【解決手段】被加熱材を誘導加熱する誘導加熱コイルと、前記誘導加熱コイルの内側に、前記誘導加熱コイルで加熱される被加熱材を取り囲むように設けられ、前記誘導加熱コイルで生じた磁束を被加熱材に対して遮蔽しないように構成されてなるとともに、前記誘導加熱コイルによって誘導加熱される導電部材とを備えることを特徴とする誘導加熱装置。
【選択図】 図２

Description

本発明は、誘導加熱装置および誘導加熱システムに関し、特に、被加熱材の表面に付着している潤滑剤などの付着物が内側に付着して誘導加熱コイルを閉塞させることのない誘導加熱装置、および前記誘導加熱装置を備える誘導加熱システムに関する。

バネ鋼線材の熱処理ラインは、通常、給材テーブル、給材装置、加熱装置、熱処理装置、および巻取りテーブルが被加熱材の搬送方向に沿って１列に配設され、前記バネ鋼線材を一定方向に搬送しつつ熱処理する（特許文献１）。

前記熱処理ラインにおいては、コイル状のバネ鋼線材が給材テーブルに載置され、給材装置によって前記搬送方向に沿って送り出されて加熱装置で熱処理温度まで予熱された後、熱処理装置で熱処理が行われる。そして、最後に巻取りテーブルで再びコイル状に巻き取られる。

前記加熱装置としては、通常、誘導加熱装置が使用される。前記誘導加熱装置は、通常は、前記バネ鋼線材の搬送方向に沿って複数個、たとえば３個配設され、バネ鋼線材を常温から段階的に熱処理温度まで加熱する。

バネ鋼線材としては、通常、引き抜き装置によってバネ鋼材を所定形状のダイスに通して８〜１５ｍｍ程度の所定外径寸法に抽伸したものが使用されるが、ダイスに通して引き抜き、抽伸する際にバネ鋼材がダイスに噛り付かないように、金属石鹸系潤滑剤などの潤滑剤を使用する。前記潤滑剤は、引き抜き工程で高温になり、バネ鋼線材の表面にたとえば２０μｍ程度の厚さで固着する。

前記加熱装置で使用される誘導加熱装置は、たとえば、図５に示すように、外箱Ａと外箱Ａの中心部に配設された耐火内筒Ａ２とを備える誘導加熱コイルを有する。耐火内筒Ａ２には、交番電流が流れる銅管Ｂが巻回され、耐火円筒Ａ２の中心をバネ鋼線材が通過する。銅管Ｂの内部には冷却水が通される。
特開平５−５１６５０号公報

熱処理ラインでは、最も上流側に位置する誘導加熱装置でバネ鋼線材を６００℃程度に加熱し、２番目の誘導加熱装置で８００℃程度、最も下流側の誘導加熱装置で９５０℃程度に加熱する。従来の熱処理ラインの加熱装置においては、最も上流側の誘導加熱装置にも図５に示す構成のものを用いていた。

したがって、最も上流側の誘導加熱装置においては、潤滑剤は燃え尽きることなく、タール化、油煙化して耐火内筒Ａ２の内壁面に付着し、図５においてＸで示すように固形化し、堆積する。したがって、耐火内筒Ａ２は、極めて短時間に閉塞し、通線不能になる。そこで、従来の熱処理ラインでは、頻繁に操作を停止し、最も上流側の誘導加熱コイルを取り外して耐火内筒Ａ２を清掃する作業を行わなければならなかった。

前記問題の解決策としては、給材装置と加熱装置との間に洗浄装置を配置してバネ鋼線材を洗浄してから加熱装置に導入する方法が考えられるが、洗浄装置は高価であり、保守が面倒であるという問題がある。

本発明は、上記問題を解決すべく成されたものであり、前記熱処理ラインの加熱装置に組み込むことにより、タール化した潤滑材による誘導加熱コイル内筒の閉塞の問題が生じることがなく、また、高価で保守の面倒な洗浄装置も不要になる誘導加熱装置および誘導加熱システムを提供することを目的とする。

請求項１に記載の発明は、被加熱材を誘導加熱する誘導加熱コイルと、前記誘導加熱コイルの内側に、前記誘導加熱コイルで加熱される被加熱材を取り囲むように設けられ、前記誘導加熱コイルで生じた磁束を被加熱材に対して遮蔽しないように構成されてなるとともに、前記誘導加熱コイルによって誘導加熱される導電部材とを備えてなることを特徴とする誘導加熱装置に関する。

前記誘導加熱装置においては、導電部材は、誘導加熱コイルで生じた磁束を被加熱材に対して遮蔽しないように構成されているから、バネ鋼線材だけでなく、導電部材もともに加熱される。したがって、前記ばね線鋼材の表面から蒸発した潤滑材は、導電部材の内壁面上で燃え尽き、灰分しか残らない。したがって、バネ鋼線材表面から蒸発した潤滑材による誘導加熱装置の閉塞が効果的に防止される。

なお、前記誘導加熱装置は、前記熱処理ラインの加熱装置の２段目以降の誘導加熱装置としても使用できるが、２段目以降の誘導加熱装置においては、バネ鋼線材は、表面の潤滑材が燃え尽きて灰分しか残らない程度の高温に加熱されるから、敢えて前記誘導加熱装置を用いるには及ばない。

被加熱材は、誘導加熱できるものであれば前記バネ鋼線材には限定されない。また、前記被加熱材は、前記導電部材の内側を定方向に搬送しつつ加熱してもよく、前記導電部材の内側に静置して加熱してもよい。

誘導加熱コイルは、円筒形状のような筒状の形態のものが挙げられるが、交番電流を通することにより、内側に磁束を生じさせることができれば前記形態のコイルには特に限定されない。

前記導電部材は、前記誘導加熱コイルで発生した磁束によって加熱でき、被加熱材を取り囲むような位置に設けることのできる部材であって、前記誘導加熱コイルで生じた磁束を被加熱材に対して遮蔽しないように構成されていれば、どのような形態であってもよい。したがって、前記導電部材としては、長手方向のスリットを形成した管状体や、３枚以上の板材を被加熱材を取り囲むように配置したものなどがある。また、長手方向に沿って断続したスリットや、多数の透磁孔が穿設された管状体も使用できる。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の誘導加熱装置において、前記導電部材が、前記誘導コイルの内側に挿通されるとともに、長手方向に沿って少なくとも１つのスリットが設けられた導電管体である誘導加熱装置に関する。

前記導電管体は、長手方向のスリットが設けられているから、誘導加熱コイルで生じた磁束は、確実に導電部材の内側に導入され、被加熱物を誘導加熱する。更に、誘導加熱コイルからの磁束によって励起された誘導電流の回り込みを抑制できるから、前記導電管体は過熱しない。但し、前記導電管体の前記誘導加熱コイルの外側に突出した部分は電磁誘導加熱されないから、スリットを設ける必要はない。前記導電管体の前記誘導加熱コイルの内側に位置する部分のみにスリットを設ければ、導電管体としての形状を保持できるから、誘導加熱コイルへの着脱が極めて容易である。

なお、前記スリットを設ける箇所は１箇所だけであってもよいが、前記導電管体の周方向に沿って複数箇所に前記スリットを設けてもよい。

請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の誘導加熱装置において、前記導電管体が鋼製である誘導加熱装置に関する。

鋼は、誘導加熱によって最も効率的に発熱できる程度の導電性を有しているから、前記導電管体は、誘導加熱コイルからの磁束によって特に効果的に発熱する。また、鋼は、安価である上に加工が容易であるという特長も有する。

なお、誘導加熱によって最も効率的に発熱できる程度の導電性を有する材質であればよいから、前記導電管体の材質としては、普通鋼以外に、耐熱鋼やステンレス鋼なども使用できる。

請求項４に記載の発明は、請求項１〜３の何れか１項に記載の誘導加熱装置において、前記被加熱材が一定方向に沿って搬送される金属線材である誘導加熱装置に関する。

［背景技術］のところで述べたように、バネ鋼線材のような金属線材は、一般的には、元になる金属材料をダイスから押し出して線材に加工して製造される。金属材料をダイスから押し出すときは、通常は、金属材料がダイスに噛り付かないように潤滑剤を使用する。

したがって、金属線材の表面には潤滑剤が付着しているから、本発明の誘導加熱装置で加熱すれば、金属線材の加熱温度が潤滑剤を燃焼させるほどには高くなくても、前記潤滑剤をタール化させることなく、完全に燃やし尽くすことができ、誘導加熱装置の内部が潤滑剤で閉塞することがない。

請求項５に記載の発明は、請求項１〜４の何れか１項に記載の誘導加熱装置において、前記導電部材が前記誘導加熱コイルに着脱可能に形成されてなる誘導加熱装置に関する。

金属線材の製造に一般的に使用される金属石鹸系の潤滑剤は、燃やし尽くした後には灰分が残る。したがって、本発明の誘導加熱装置を金属線材の加熱処理に長時間使用したときには、導電部材の内側に灰分が蓄積することがある。

前記誘導加熱装置においては、導電部材は着脱可能であるから、導電部材の内側に灰分が蓄積したときは、運転を停止し、導電部材を冷却後抜き取らずに、そのままでエアーブローなどにより清掃すればよい。

請求項６に記載の発明は、金属線材を一定方向に搬送しつつ加熱する誘導加熱システムであって、前記金属線材の搬送方向に沿って設けられた複数の誘導加熱装置を有し、前記誘導加熱装置のうち、少なくとも前記搬送方向に対して最も上流側の誘導加熱装置が、請求項１〜５の何れか１項に記載の誘導加熱装置であることを特徴とする誘導加熱システムに関する。

前記誘導加熱システムにおいては、金属線材は、通常は段階的に加熱されるから、最初の誘導加熱装置、即ち最も上流側の誘導加熱装置においては、表面から蒸発した潤滑剤が燃焼するほどの高温には加熱されない。

しかしながら、前記最初の誘導加熱装置には導電部材が設けられ、前記導電部材は、前記潤滑剤が燃焼する程度の高温に加熱されるから、金属線材の表面に塗布された潤滑剤は、前記最初の誘導加熱装置で殆ど燃やし尽くされる。したがって、最初の誘導加熱装置においても、潤滑剤によって閉塞されることが効果的に防止されるから、前記誘導加熱システムは、長時間安定に運転できる。

以上説明したように、本発明によれば、前記熱処理ラインの加熱装置に組み込むことにより、タール化した潤滑材による誘導加熱コイル内筒の閉塞の問題が生じることがなく、また、高価で保守の面倒な洗浄装置も不要な誘導加熱装置および誘導加熱システムが提供される。

１．実施形態１
本発明の誘導加熱装置を組み込んだバネ鋼線材用の熱処理ラインについて以下に説明する。

図１において（Ａ）に示すように、実施形態１に係る熱処理ライン１００は、バネ鋼線材を矢印ａの方向に搬送しつつ焼き入れ、焼鈍するラインであり、熱処理前のバネ鋼線材が載置される給材テーブル６と、給材テーブル６に載置されたバネ鋼線材を搬送方向ａに沿って送り出す給材装置８と、給材装置８で送り出されたバネ鋼線材を加熱する加熱装置２と、加熱装置２で加熱したバネ鋼線材に熱処理を施す熱処理装置４と、熱処理装置４で熱処理が施されたバネ鋼線材を巻き取る巻取りテーブル１０とを備えている。なお、給材装置８と加熱装置２との間、および加熱装置２と熱処理装置４との間には、夫々バネ鋼線材をガイドするガイドローラ１２および１４が設けられている。なお、加熱装置２は、本発明に係る誘導加熱システムの一例である。

加熱装置２は、搬送方向ａに沿って上流側から誘導加熱装置２Ａ、誘導加熱装置２Ｂ、および誘導加熱装置２Ｃの３つの誘導加熱装置を有している。そして、同図において（Ｂ）に示すように、バネ鋼線材は誘導加熱装置２Ａで６００℃まで加熱され、誘導加熱装置２Ｂで８００℃まで、誘導加熱装置２Ｃで９５０℃まで加熱されて熱処理装置４に導入される。なお、誘導加熱装置２Ａと誘導加熱装置２Ｂとの間、および誘導加熱装置２Ｂと誘導加熱装置２Ｃとの間には、夫々バネ鋼線材をガイドするガイドローラ１６Ａおよび１６Ｂが設けられている。

誘導加熱装置２Ａは、図２に示すように、銅管を螺旋状に巻回した誘導加熱コイル２２と、誘導加熱コイル２２の内側に嵌装された耐火物製の耐火内筒２４と、耐火内筒２４の内側に嵌装された普通鋼製の導電管体２６とを備える。バネ鋼線材は、導電管体２６の内側を通過する。誘導加熱コイル２２は、インバータのような交番電流発生装置（図示せず。）に接続されている。誘導加熱コイル２２の外側には、誘導加熱コイル２２を冷却する水冷ジャケット２８が設けられている。

誘導加熱装置２Ａを図２における平面Ｙ−Ｙで切った断面を図３に示す。図２および図３に示すように、導電管体２６には、搬送方向ａに沿ってスリット２６Ａが１箇所設けられ、逆Ｃ字型の断面形状を有している。なお、円管としての断面形状を保持できるように、導電管体２６の上流側末端部にはスリット２６Ａは設けられていない。

誘導加熱装置２Ｂおよび誘導加熱装置２Ｃは、図４に示すように、導電管体２６を有しない以外は誘導加熱装置２Ａと同様の構成を有している。

以下、熱処理ライン１００の作用について説明する。

熱処理ライン１００においては、給材テーブル６に載置されたバネ鋼線材は、給材装置８によって搬送方向ａに沿って送り出され、加熱装置２で熱処理温度まで予熱された後、熱処理装置４で熱処理される。そして、最後に巻取りテーブル１０で再びコイル状に巻き取られる。

ここで、給材装置８から送り出されたバネ鋼線材の表面には潤滑材が付着しているから、加熱装置２において誘導加熱装置２Ａに導入されると、潤滑材がバネ鋼線材の表面から蒸発して導電管体２６の内壁に付着する。

しかし、誘導加熱装置２Ａにおいては、誘導加熱コイル２２で生じた磁束によってバネ鋼線材だけでなく、導電管体２６も誘導加熱されるから、導電管体２６の内壁に付着した潤滑剤は直ちに燃やし尽くされて灰分しか残らない。したがって、内壁に付着した潤滑剤によって導電管体２６が閉塞することはない。

誘導加熱装置２Ａを通過したバネ鋼線材は、誘導加熱装置２Ｂおよび誘導加熱装置２Ｃに順次導入されるが、バネ鋼線材の表面に付着していた潤滑材は、誘導加熱装置２Ａで殆ど燃やし尽くされてしまうから、誘導加熱装置２Ｂおよび誘導加熱装置２Ｃの内部において蒸発する潤滑材の量は極めて少ない。また、誘導加熱装置２Ｂおよび誘導加熱装置２Ｃにおいては、バネ鋼線材の加熱温度が８００〜９５０℃と高いので、バネ鋼線材の表面に潤滑材が残っていても直ちに燃やし尽くされてしまう。したがって、誘導加熱装置２Ｂおよび誘導加熱装置２Ｃにおいては、バネ鋼線材から蒸発した潤滑材によって耐火内筒２４が閉塞されることはない。

このように、熱処理ライン１００においては、加熱装置２において、潤滑材による誘導加熱装置の閉塞が生じることがないから、長時間連続してバネ鋼線材の熱処理を行うことができる。

本発明の誘導加熱装置は、たとえば、バネ鋼線材のように表面に潤滑材が付着した金属線材や金属管体を連続して熱処理するラインなどに好適に使用できる。

図１は、実施形態１に係る熱処理ラインの全体的な構成を示す外略図である。 図２は、図１に示す熱処理ラインの備える加熱装置に設けられた最も上流側の誘導加熱装置の構成を示す断面図である。 図３は、図２に示す誘導加熱装置を半径方向に沿って切断した断面を示す断面図である。 図４は、図１に示す熱処理ラインの備える加熱装置に設けられた２番目および３番目の誘導加熱装置の構成を示す断面図である。 図５は、従来の熱処理ラインの備える誘導加熱装置の構成の一例を示す断面図である。

符号の説明

２ 加熱装置
２Ａ 誘導加熱装置
２Ｂ 誘導加熱装置
２Ｃ 誘導加熱装置
４ 熱処理装置
６ 給材テーブル
８ 給材装置
１０ 巻取りテーブル
２２ 誘導加熱コイル
２６ 導電管体
２６Ａ スリット
１００ 熱処理ライン

Claims (6)

1. 被加熱材を誘導加熱する誘導加熱コイルと、
   前記誘導加熱コイルの内側に、前記誘導加熱コイルで加熱される被加熱材を取り囲むように設けられ、前記誘導加熱コイルで生じた磁束を被加熱材に対して遮蔽しないように構成されてなるとともに、前記誘導加熱コイルによって誘導加熱される導電部材とを
   備えることを特徴とする誘導加熱装置。
2. 前記導電部材は、前記誘導コイルの内側に挿通されるとともに、長手方向に沿って少なくとも１つのスリットが設けられた導電管体である請求項１に記載の誘導加熱装置。
3. 前記導電管体は鋼製である請求項２に記載の誘導加熱装置。
4. 前記被加熱材は、一定方向に沿って搬送される金属線材である請求項１〜３の何れか１項に記載の誘導加熱装置。
5. 前記導電部材は、前記誘導加熱コイルに着脱可能に形成されてなる請求項１〜４の何れか１項に記載の誘導加熱装置。
6. 金属線材を一定方向に搬送しつつ加熱する誘導加熱システムであって、
   前記金属線材の搬送方向に沿って設けられた複数の誘導加熱装置を有し、
   前記誘導加熱装置のうち、少なくとも前記搬送方向に対して最も上流側の誘導加熱装置は、請求項１〜５の何れか１項に記載の誘導加熱装置であることを特徴とする誘導加熱システム。

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