特許 5685808 誘導加熱方法および誘導加熱装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5685808

(24)【登録日】2015年1月30日

(45)【発行日】2015年3月18日

(54)【発明の名称】誘導加熱方法および誘導加熱装置

(51)【国際特許分類】

   C21D 9/00 20060101AFI20150226BHJP

   H05B 6/10 20060101ALI20150226BHJP

   C21D 1/42 20060101ALI20150226BHJP

【ＦＩ】

   C21D9/00 101N

   H05B6/10 341

   C21D1/42 V

   C21D1/42 F

【請求項の数】9

【全頁数】36

(21)【出願番号】特願2009-283591(P2009-283591)

(22)【出願日】2009年12月15日

(65)【公開番号】特開2011-127135(P2011-127135A)

(43)【公開日】2011年6月30日

【審査請求日】2012年10月5日

(73)【特許権者】

【識別番号】000002853

【氏名又は名称】ダイキン工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000202

【氏名又は名称】新樹グローバル・アイピー特許業務法人

(72)【発明者】

【氏名】大井 隆

(72)【発明者】

【氏名】廣内 隆

(72)【発明者】

【氏名】平岡 保人

【審査官】 佐藤 陽一

(56)【参考文献】

【文献】 特開平１１−００６０１６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１１−２５１０４４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００３−１３８３１５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 実開昭５４−１４００１６（ＪＰ，Ｕ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｃ２１Ｄ ９／００

Ｃ２１Ｄ １／４２

Ｈ０５Ｂ ６／１０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

鉄系金属材料からなる加熱対象物（ＷＫ）を半溶融状態まで誘導加熱により加熱する誘導加熱方法であって、
前記加熱対象物（ＷＫ）を、０〜３０℃から前記加熱対象物のＡ１変態点未満の７１０〜７３０℃まで誘導加熱により２００〜３００秒で加熱する初期加熱工程と、
前記加熱対象物を、７１０〜７３０℃から半溶融状態になる前の１１００℃まで誘導加熱により１４０〜１８０秒で加熱する加熱工程と、
前記加熱対象物の全体が均一の温度になるように、前記加熱対象物が半溶融状態になる１１６０〜１２２０℃を維持して誘導加熱により加熱する均熱加熱工程と、
を含むことを特徴とする誘導加熱方法。

【請求項2】

鉄系金属材料からなる加熱対象物（ＷＫ）を半溶融状態まで誘導加熱により加熱する誘導加熱装置（１）であって、
前記加熱対象物（ＷＫ）を、０〜３０℃から前記加熱対象物のＡ１変態点未満の７１０〜７３０℃まで誘導加熱により２００〜３００秒で加熱する初期加熱部（１１）と、
前記加熱対象物を、７１０〜７３０℃から半溶融状態になる前の１１００℃まで誘導加熱により１４０〜１８０秒で加熱する加熱部（５１ａ）と、
前記加熱対象物の全体が均一の温度になるように、前記加熱対象物が半溶融状態になる１１６０〜１２２０℃を維持して誘導加熱により加熱する均熱加熱部（５１ｂ）と、
を備えている誘導加熱装置（１）。

【請求項3】

前記初期加熱部（１１）を含む第１誘導加熱部（１０）と、前記加熱部（５１ａ）および前記均熱加熱部（５１ｂ）を含む第２誘導加熱部（５０）とから構成されている、
請求項２に記載の誘導加熱装置（１）。

【請求項4】

前記初期加熱部（１１）において、前記加熱対象物を、トレイに載せない状態で、０〜３０℃から前記加熱対象物のＡ１変態点未満の７１０〜７３０℃まで加熱し、
前記初期加熱部（１１）での加熱後に、前記加熱対象物を前記トレイに載せ、
前記加熱部（５１ａ）において、前記加熱対象物を、前記トレイに載せた状態で、７１０〜７３０℃から半溶融状態になる前の１１００℃まで加熱する、
請求項３に記載の誘導加熱装置（１）。

【請求項5】

前記トレイは、前記加熱対象物を載置する載置部分（２０４）を備え、
前記載置部分（２０４）には、前記加熱対象物との接触面積を低減するための少なくとも１つの凹部および／または凸部が形成されている、
請求項４に記載の誘導加熱装置（１）。

【請求項6】

前記初期加熱部（１１）、前記加熱部（５１ａ）、および前記均熱加熱部（５１ｂ）は、それぞれ個別の高周波発振器を備えている、
請求項２から５のいずれかに記載の誘導加熱装置（１）。

【請求項7】

請求項２に記載の誘導加熱装置（１）において誘導加熱時における前記加熱対象物（ＷＫ）の温度測定方法であって、
前記加熱対象物と非接触式温度計（１９，５９）とを相対移動させながら前記加熱対象物の複数点の温度を測定する複数点温度測定ステップと、
前記複数点の温度から低温側の温度を排除して前記加熱対象物の温度を決定する温度決定ステップと
を備える温度測定方法。

【請求項8】

誘導加熱コイル（５２ａ，５２ｂ，５２ｃ）と、
前記誘導加熱コイルの内部空間に通される非磁性のパイプレール（５７）と、
をさらに備えており、
前記トレイは、前記パイプレール上を移動可能に設置される、
請求項４に記載の誘導加熱装置（１）。

【請求項9】

直列的に複数配列される誘導加熱コイル（５２ａ，５２ｂ，５２ｃ）と、
複数の前記誘導加熱コイルのうち少なくとも２つの前記誘導加熱コイルの間に設置され、前記誘導加熱コイルの加熱対象物（ＷＫ）の温度を計測する非接触式温度計（５９）と、
複数の前記誘導加熱コイルのうち少なくとも１つの前記誘導加熱コイル（以下「特定誘導加熱コイル」という）の出力を、前記特定誘導加熱コイルよりも前記加熱対象物の搬送方向上流側に配置される前記非接触式温度計による前記加熱対象物の実測温度値を利用して調整する出力調整器（５８）と、
をさらに備える請求項２に記載の誘導加熱装置（１）。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、誘導加熱方法および誘導加熱装置に関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１（特開２００２−１４６４３６号公報）に示されるように、非鉄系材料のチクソキャスティングではあるが、アルミチクソキャスティングのビレット誘導加熱方法として、加熱出力を１段目は急速に加熱し、２段目は１段目よりも出力をおとして加熱を行うことにより、短時間で均熱加熱可能とする方法が考案されている。

【0003】

また、特許文献２（特開平１１−２５１０４４号公報）に記載されているように、アルミチクソキャスティングの２段加熱装置の一つの形態として、トレイを使用しない前段加熱炉と、トレイを使用する後段加熱炉を構成することにより、加熱損失を可及的に少なくする加熱装置の提案がされている。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかし、鉄系材料は、アルミなどの非鉄系材料よりもじん性が低く、ビレット割れが生じやすい傾向がある。このため、上記２段階加熱を鉄系材料のチクソキャスティングにそのまま適用した場合、１段目の急速加熱においては、ビレット割れの制約により、昇温時間を短くするのに限度があった。

【0005】

また、鉄−炭素系材料加熱時において、高温状態を長く保持するとビレット表面に脱炭層や酸化スケールが成長し、その脱炭層や酸化スケールが成型品に流れ込むことにより成形品質が低下し、かつ、均熱加熱ができていないと成形不良となり、成形品質が悪化する為、短時間で均熱加熱する必要があった。

【0006】

本発明の目的は、ビレット割れを起こすことなく短い時間で均熱加熱まで完了することが可能な誘導加熱方法および誘導加熱装置を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0007】

第１発明の誘導加熱方法は、鉄系金属材料からなる加熱対象物を半溶融状態まで誘導加熱により加熱する誘導加熱方法である。この誘導加熱方法は、初期加熱工程と、加熱工程と、均熱加熱工程とを含むことを特徴とする。初期加熱工程は、加熱対象物を、０〜３０℃から加熱対象物のＡ１変態点未満の７１０〜７３０℃まで誘導加熱により２００〜３００秒で加熱する。加熱工程は、加熱対象物を、７１０〜７３０℃から半溶融状態になる前の１１００℃まで誘導加熱により１４０〜１８０秒で加熱する。均熱加熱工程は、加熱対象物の全体が均一の温度になるように、加熱対象物が半溶融状態になる１１６０〜１２２０℃を維持して誘導加熱により加熱する。

【0008】

ここでは、鉄系金属材料からなる加熱対象物を半溶融状態まで誘導加熱により３段階で加熱する。すなわち、初期加熱工程では、加熱対象物を、０〜３０℃から加熱対象物のＡ１変態点未満の７１０〜７３０℃まで誘導加熱により加熱し、加熱工程では、加熱対象物を、７１０〜７３０℃から半溶融状態になる前の１１００℃まで誘導加熱により加熱し、さらに、均熱加熱工程では、加熱対象物の全体が均一の温度になるように、加熱対象物が半溶融状態になる１１６０〜１２２０℃を維持して誘導加熱により加熱するので、ビレット割れを起こすことなく短い時間で均熱加熱まで完了することが可能である。

【0009】

第２発明の誘導加熱装置は、鉄系金属材料からなる加熱対象物を半溶融状態まで誘導加熱により加熱する誘導加熱装置である。この誘導加熱装置は、初期加熱部と、加熱部と、均熱加熱部とを含むことを特徴とする。初期加熱部は、加熱対象物を、０〜３０℃から加熱対象物のＡ１変態点未満の７１０〜７３０℃まで誘導加熱により２００〜３００秒で加熱する。加熱部は、加熱対象物を、７１０〜７３０℃から半溶融状態になる前の１１００℃まで誘導加熱により１４０〜１８０秒で加熱する。均熱加熱部は、加熱対象物の全体が均一の温度になるように、加熱対象物が半溶融状態になる１１６０〜１２２０℃を維持して誘導加熱により加熱する。

【0010】

ここでは、鉄系金属材料からなる加熱対象物を半溶融状態まで誘導加熱により３段階で加熱する。すなわち、初期加熱部では、加熱対象物を、０〜３０℃から加熱対象物のＡ１変態点未満の７１０〜７３０℃まで誘導加熱により２００〜３００秒で加熱し、加熱部では、加熱対象物を、７１０〜７３０℃から半溶融状態になる前の１１００℃まで誘導加熱により１４０〜１８０秒で加熱し、さらに、均熱加熱部では、加熱対象物の全体が均一の温度になるように、加熱対象物が半溶融状態になる１１６０〜１２２０℃を維持して誘導加熱により加熱するので、ビレット割れを起こすことなく短い時間で均熱加熱まで完了することが可能である。

【0011】

第３発明の誘導加熱装置は、第２発明の誘導加熱装置であって、第１誘導加熱部と、第２誘導加熱部とから構成されている。第１誘導加熱部は、初期加熱部を含む。第２誘導加熱部は、加熱部および均熱加熱部を含む。

【0012】

ここでは、初期加熱部を含む第１誘導加熱部と、加熱部および均熱加熱部を含む第２誘導加熱部とから構成されているので、まず、第１誘導加熱部の初期加熱部において、加熱対象物を、０〜３０℃から加熱対象物のＡ１変態点未満の７１０〜７３０℃まで誘導加熱により加熱し、ついで、加熱対象物を第２誘導加熱部に移し変えることにより、第２誘導加熱部の加熱部において、加熱対象物を、７１０〜７３０℃から半溶融状態になる前の１１００℃まで誘導加熱により加熱し、さらに加熱対象物を第２誘導加熱部の内部で移動させることにより、均熱加熱部において、加熱対象物の全体が均一の温度になるように、加熱対象物が半溶融状態になる１１６０〜１２２０℃を維持して誘導加熱により加熱することが可能である。このため、加熱部から均熱加熱部への加熱対象物の移動を第２誘導加熱部の内部で円滑に行うことができ、ビレット割れを起こすことなく短い時間で均熱加熱まで完了することが可能である。

【0013】

しかも、この誘導加熱装置では、停電等の問題が生じたとしても、変態点を有する加熱対象物を第１誘導加熱部から取り出して再利用することができる。したがって、この誘導加熱装置では、加熱中に停電等の問題が生じたとしても、初期加熱部内の全てのビレットを廃棄することなくコストを削減することができる。

【0014】

第４発明の誘導加熱装置は、第３発明の誘導加熱装置であって、初期加熱部において、加熱対象物を、トレイに載せない状態で、０〜３０℃から加熱対象物のＡ１変態点未満の７１０〜７３０℃まで加熱する。そして、初期加熱部での加熱後に、加熱対象物をトレイに載せる。そして、加熱部において、加熱対象物を、トレイに載せた状態で、７１０〜７３０℃から半溶融状態になる前の１１００℃まで加熱する。

【0015】

ここでは、まず、第１誘導加熱部の初期加熱部において、加熱対象物をトレイに載せない状態で０〜３０℃から加熱対象物のＡ１変態点未満の７１０〜７３０℃まで誘導加熱により加熱し、ついで、加熱対象物を第１誘導加熱部から第２誘導加熱部へ移し変えるときに、トレイに載せて第２誘導加熱部へ投入する。これにより、第２誘導加熱部の内部において、加熱対象物をトレイに載せた状態で加熱部から均熱加熱部へ円滑に行うことができ、ビレット割れを起こすことなく短い時間で均熱加熱まで完了することが可能である。

【0016】

しかも、トレイに載せない状態で０〜３０℃から加熱対象物のＡ１変態点未満の７１０〜７３０℃まで初期加熱した後、加熱対象物をトレイに載せた状態で加熱を行うので、トレイが長時間高熱の環境下に置かれることがなくなり、トレイの損傷を防止でき、かつ、トレイのコーティングが加熱対象物に付着して成形不良になるおそれを防止することが可能である。

【0017】

また、加熱対象物と加熱部のコイルとは近づける方が加熱効率が良くなるため、初期加熱部においては、加熱対象物をトレイに載せずに加熱している。しかも、トレイがないために、初期加熱部の炉の中を加熱対象物同士を近づけて流すことができる。また、初期加熱部のコイルを加熱対象物に近づけることができるので、加熱効率を良くすることができる。さらに、コイルを短くすることができ、製造、設備面等においてコストメリットもある。

【0018】

なお、加熱部では、初期加熱部よりも加熱対象物が高温になって柔らかくなるので、形状保持のために、トレイを使用している。

【0019】

第５発明の誘導加熱装置は、第４発明の誘導加熱装置であって、トレイは、加熱対象物を載置する載置部分を備える。載置部分には、加熱対象物との接触面積を低減するための少なくとも１つの凹部および／または凸部が形成されている。

【0020】

ここでは、トレイの載置部分には、加熱対象物との接触面積を低減するための少なくとも１つの凹部および／または凸部が形成されているので、加熱対象物とトレイとの接触面積が低減し、熱伝導による熱流出を抑えることができ、より短時間で均熱化することができる。また、トレイの温度上昇が抑えられ、トレイ寿命を延ばす効果もある。

【0021】

第６発明の誘導加熱装置は、第２発明から第５発明のいずれかの誘導加熱装置であって、初期加熱部、加熱部、および均熱加熱部は、それぞれ個別の高周波発振器を備えている。

【0022】

ここでは、初期加熱部、加熱部、および均熱加熱部が、それぞれ個別の高周波発振器を備えているので、各加熱工程ごとに高周波発振器により個別に電力調整をして機種段替等による加熱対象物の寸法変更にも対応できる。

【0023】

第７発明に係る温度測定方法は、第２発明に記載の誘導加熱装置において誘導加熱時における加熱対象物の温度測定方法であって、複数点温度測定ステップおよび温度決定ステップを備える。複数点温度測定ステップでは、加熱対象物と非接触式温度計とが相対移動させられながら加熱対象物の複数点の温度が測定される。温度決定ステップでは、複数点の温度から低温側の温度が排除されて加熱対象物の温度が決定される。

【0024】

この温度測定方法では、温度計測器具として非接触式の温度計が採用される。このため、この温度測定方法を採用すれば、量産サイクルタイムを遵守して生産を継続することができ、また、温度計の破損を防ぐことができる。また、この温度測定方法では、加熱対象物の複数点の温度が計測され、その温度から低温側の温度が排除されて加熱対象物の温度が決定される。このため、この温度測定方法では、加熱対象物が高温で加熱されて加熱対象物の所々の表面に酸化被膜が生じたとしても、その酸化被膜の温度が排除されて、加熱対象物の表面温度が正確に決定される。したがって、この温度測定方法を採用すれば、正確な温度測定を実現することができ、誘導加熱コイルの安定した正確なフィードバック制御が可能となる。

【0025】

第８発明に係る誘導加熱装置は、第４発明に記載の誘導加熱装置であって、誘導加熱コイル、および非磁性のパイプレールをさらに備える。パイプレールの本数は特に制限されず１本であってもよいし２本以上であってもよい。非磁性のパイプレールは、誘導加熱コイルの内部空間に通される。なお、このパイプレールの内部には、冷却媒体が流される。また、この「冷却媒体」は、特に限定されず水やエチレングリコール等であってよい。また、冷却媒体をパイプレール内に流す方法としては、ポンプを利用する方法や、位置エネルギーを利用する方法などが例示される。また、誘導加熱コイルとパイプレールとの間には壁等が存在してもよい。トレイは、パイプレール上を移動可能に設置される。なお、このトレイには、加熱対象物が置かれる。

【0026】

この誘導加熱装置では、非磁性のパイプレールの内部に冷却媒体が流され、パイプレールが冷却される。また、この誘導加熱装置では、レールに接触するトレイも同時に冷却される。このため、この誘導加熱装置では、トレイがレールに焼き付くのを防止することができる。

【0027】

第９発明に係る誘導加熱装置は、第２発明に係る誘導加熱装置であって、誘導加熱コイル、非接触式温度計および出力調整器をさらに備える。誘導加熱コイルは、直列的に複数配列される。なお、複数の誘導加熱コイルのうち幾つかの誘導加熱コイルが一つの回路を構成してもよいし、全ての誘導加熱コイルが独立した回路に組み込まれていてもよい。非接触式温度計は、複数の誘導加熱コイルのうち少なくとも２つの誘導加熱コイルの間に設置される。そして、この非接触式温度計は、誘導加熱コイルの加熱対象物の温度（表面温度）を計測する。出力調整器は、複数の誘導加熱コイルのうち少なくとも１つの誘導加熱コイル（以下「特定誘導加熱コイル」という）の出力を、特定誘導加熱コイルよりも加熱対象物の搬送方向上流側に配置される非接触式温度計による加熱対象物の実測温度値を利用して調整する。

【0028】

このため、この誘導加熱装置では、各加熱領域に入る前の加熱対象物の温度を利用して各加熱領域に対応する誘導加熱コイルの出力を調整することができる。つまり、この誘導加熱装置では、例えば、外気温等の外乱が原因で低温領域において加熱対象物が十分に加熱されていない場合には高温領域に対応する誘導加熱コイルの出力がデフォルト値よりも高められることになる。また、低温領域において加熱対象物が加熱され過ぎている場合には高温領域に対応する誘導加熱コイルの出力がデフォルト値よりも低められることになる。したがって、この誘導加熱装置は、気温変動等、外乱の激しい環境下に設置されても、加熱対象物をほぼ確実に所望の温度に加熱することができる。その結果、成形品質の安定化が可能になる。

【発明の効果】

【0029】

第１発明に係る誘導加熱方法では、ビレット割れを起こすことなく短い時間で均熱加熱まで完了することができる。

【0030】

第２発明に係る誘導加熱装置では、ビレット割れを起こすことなく短い時間で均熱加熱まで完了することができる。

【0031】

第３発明に係る誘導加熱装置では、加熱部から均熱加熱部への加熱対象物の移動を第２誘導加熱部の内部で円滑に行うことができ、ビレット割れを起こすことなく短い時間で均熱加熱まで完了することが可能である。しかも、停電等の問題が生じたとしても、変態点を有する加熱対象物を第１誘導加熱部から取り出して再利用することができる。その結果、この誘導加熱装置では、加熱中に停電等の問題が生じたとしても、初期加熱部内の全てのビレットを廃棄することなくコストを削減することができる。

【0032】

第４発明に係る誘導加熱装置では、第２誘導加熱部の内部において、加熱対象物をトレイに載せた状態で加熱部から均熱加熱部へ円滑に行うことができ、ビレット割れを起こすことなく短い時間で均熱加熱まで完了することが可能である。しかも、トレイが長時間高熱の環境下に置かれることがなくなり、トレイの損傷を防止でき、かつ、トレイのコーティングが加熱対象物に付着して成形不良になるおそれを防止することができる。

【0033】

しかも、初期加熱部では、加熱対象物をトレイに載せずに加熱しているので、加熱対象物と初期加熱部の加熱コイルとを近づけることができ、加熱効率が良くなる。また、トレイがないために、初期加熱部の中を加熱対象物同士を近づけて流すことができ、これによっても加熱効率を良くすることができる。さらに、初期加熱部のコイルを短くすることができるので、製造、設備面等においてコストメリットもある。

【0034】

第５発明に係る誘導加熱装置では、加熱対象物とトレイとの接触面積が低減し、熱伝導による熱流出を抑えることができ、より短時間で均熱化することができる。また、トレイの温度上昇が抑えられ、トレイ寿命を延ばす効果もある。

【0035】

第６発明に係る誘導加熱装置では、各加熱工程ごとに高周波発振器により個別に電力調整をして機種段替等による加熱対象物の寸法変更にも対応できる。

【0036】

第７発明に係る温度測定方法を採用すれば、量産サイクルタイムを遵守して生産を継続することができ、また、温度計の破損を防ぐことができる。また、この温度測定方法では、加熱対象物の複数点の温度が計測され、その温度から低温側の温度が排除されて加熱対象物の温度が決定されるため、加熱対象物が高温で加熱されて加熱対象物の所々の表面に酸化被膜が生じたとしても、その酸化被膜の温度が排除されて、加熱対象物の表面温度が正確に決定される。したがって、この温度測定方法を採用すれば、正確な温度測定を実現することができ、誘導加熱コイルの安定した正確なフィードバック制御が可能となる。

【0037】

第８発明に係る誘導加熱装置では、非磁性のパイプレールの内部に冷却媒体が流され、パイプレールが冷却される。また、この誘導加熱装置では、レールに接触するトレイも同時に冷却される。このため、この誘導加熱装置では、トレイがレールに焼き付くのを防止することができる。

【0038】

第９発明に係る誘導加熱装置では、気温変動等、外乱の激しい環境下に設置されても、加熱対象物をほぼ確実に所望の温度に加熱することができる。その結果、成形品質の安定化が可能になる。

【図面の簡単な説明】

【0039】

【図1】本発明に係る誘導加熱装置の簡易的な全体構成図である。

【図2】本発明の第１に係る誘導加熱装置を構成する第１誘導加熱部の縦断面図である。

【図3】本発明に係る誘導加熱装置において用いられるトレイの外観斜視図である。

【図4】本発明の第１に係る誘導加熱装置を構成する第２誘導加熱部の縦断面図である。

【図5】本発明の誘導加熱方法における金属ビレットの目標加熱パターンを示すグラフ図である。

【図6】本発明の第３に係る誘導加熱装置を構成する第１誘導加熱部の縦断面図である。

【図7】本発明の第３に係る誘導加熱装置を構成する第２誘導加熱部の縦断面図である。

【図8】本発明の第３実施形態に係る誘導加熱装置の簡易的な全体構成図である。

【図9】本発明の第３実施形態に係る誘導加熱装置を構成する第２誘導加熱部の縦断面図である。

【図10】本発明の第３実施形態に係る誘導加熱装置を構成する第２誘導加熱部の横断面図である。

【図11】本発明の第３実施形態に係る第２誘導加熱部に敷設されるパイプレールの部分平面図である。

【図12】本発明の第４実施形態に係わるビレット搬送装置の構成図。

【図13】図１２のロボットアームおよびロボットハンドの拡大図。

【図14】図１２のロボットハンドおよびノズルの拡大図。

【図15】図１２のロボットハンドにビレットを載せたトレイが把持された状態を示す図。

【図16】図１２のロボットハンド付近に配置された複数の円弧状ノズルをノズル先端側から見た図。

【図17】本発明の第４実施形態に係わる変形例であって、ロボットハンド付近に配置された複数の平ノズルをノズル先端側から見た図。

【図18】本発明の第５実施形態に係わるビレットトレイの斜視図。

【図19】図１８のビレットトレイにビレットが載置された状態を示すビレットトレイの正面図。

【図20】図１８のビレットトレイにビレットが載置された状態を示すビレットトレイの縦断面図。

【図21】図１８のビレットトレイを用いた成形装置のシステム図。

【図22】本発明の第５実施形態の変形例に係わるビレットトレイにビレットが載置された状態を示すビレットトレイの正面図。

【発明を実施するための形態】

【0040】

［第１実施形態］
本発明の第１実施形態に係る誘導加熱装置１は、鉄系金属材料からなる加熱対象物である金属ビレットＷＫを半溶融状態まで誘導加熱により加熱する誘導加熱装置であり、図１に示されるように、主に、第１誘導加熱部１０、トレイ搬送装置３０及び第２誘導加熱部５０から構成される。以下、各装置について詳述する。

【0041】

＜誘導加熱装置の構成要素の詳細＞
この誘導加熱装置１は、２つの加熱装置１０、５０を備えており、第１誘導加熱部１０が初期加熱炉１１を含み、第２誘導加熱部５０が急速加熱炉５１ａおよび均熱加熱炉５１ｂを含む構成になっている。

【0042】

なお、本実施形態の誘導加熱装置１は、本発明の均熱加熱部として、均熱加熱炉５１ｂの他にさらにそれを補助する副均熱加熱炉５１ｃの２つの加熱炉を備えているが、副均熱加熱炉５１ｃはなくてもよい。

【0043】

図５のグラフに示されるように、本発明の誘導加熱方法では、まず、初期加熱炉１１において、初期加熱工程として、金属ビレットＷＫをその金属ビレットＷＫのＡ１変態点未満の第１所定温度Ｔ１（７１０〜７３０℃程度）まで誘導加熱により加熱する。

【0044】

この初期加熱工程では、環境温度Ｔ０（０〜３０℃程度）から第１所定温度Ｔ１（７１０〜７３０℃程度）まで加熱するのに要する時間は、２００〜３００秒程度である。

【0045】

つぎに、急速加熱炉５１ａにおいて、急速加熱工程として、金属ビレットＷＫを半溶融状態になる直前の第２所定温度Ｔ２（共晶点近傍より少し低い１１００℃近傍）まで誘導加熱により急速に加熱する。

【0046】

この急速加熱工程では、第１所定温度Ｔ１（７１０〜７３０℃程度）から第２所定温度Ｔ２（１１００℃近傍）まで加熱するのに要する時間は、１４０〜１８０秒程度である。

【0047】

その後、均熱加熱炉５１ｂにおいて、均熱加熱工程として、金属ビレットＷＫの全体が均一の温度になるように、金属ビレットＷＫが半溶融状態になる第３所定温度Ｔ３（１１６０〜１２２０℃程度）を維持して誘導加熱により加熱する。

【0048】

この均熱加熱工程では、第３所定温度Ｔ３（１１６０〜１２２０℃程度）を維持して３５〜４５秒程度加熱する。

【0049】

また、本実施形態の誘導加熱装置１では、まず、初期加熱炉１１において、金属ビレットＷＫを、トレイＴＲに載せない状態で金属ビレットＷＫのＡ１変態点未満の第１所定温度まで加熱する。その後、初期加熱炉１１での加熱後に、金属ビレットＷＫをトレイＴＲに載せる。それから、急速加熱炉５１ａにおいて、金属ビレットＷＫを、トレイＴＲに載せた状態で半溶融状態になる直前の第２所定温度まで急速に加熱する。

【0050】

また、この誘導加熱装置１では、初期加熱炉１１、急速加熱炉５１ａ、および均熱加熱炉５１ｂには、それぞれ個別の高周波発振器１５、５５ａ、５５ｂを備えている。すなわち、初期加熱炉１１は高周波発振器１５によって出力制御され、急速加熱炉５１ａは高周波発振器５５ａによって電力制御され、均熱加熱炉５１ｂは高周波発振器５５ｂによって電力制御される。

【0051】

例えば、それぞれの加熱炉は、次のような加熱条件に設定されて加熱を行う。すなわち、初期加熱炉１１の電力Ｐ１については、出力電圧２４０V 電流１９０Aに設定される。急速加熱炉５１ａの電力Ｐ２については、２ステーション有る場合には、１ステーション目が出力電圧２３０V、電流１９５Aに設定され、２ステーション目が出力電圧１５０V、電流１６０Aに設定される。さらに、均熱加熱炉５１ｂの電力Ｐ３については、出力電圧１５０V、電流１１０Aに設定される。

【0052】

ここで、初期加熱炉１１に用いられるコイルは、トレイＴＲに載せない状態の金属ビレットＷＫが通ればよいので小口径ですむ。一方、急速加熱炉５１ａおよび均熱加熱炉５１ｂに用いられるコイルはトレイＴＲに載せた状態の金属ビレットＷＫが通るので大口径になる。

【0053】

なお、本実施形態のように均熱加熱部として均熱加熱炉５１ｂとともに補助用の副均熱加熱炉５１ｃを用いる場合の電力Ｐ３は、均熱加熱炉５１ｂおよび副均熱加熱炉５１ｃの電力の総和のことである。

【0054】

（１）第１誘導加熱部
第１誘導加熱部１０は、図２に示されるように、主に、初期加熱炉１１、第１プッシャー１６、第１非接触式温度センサ１９および第１制御装置１８から構成されている。

【0055】

初期加熱炉１１は、図２に示されるように、主に、外壁１４、内壁１３、誘導加熱コイル１２および高周波発振器１５から構成されている。外壁１４は、略円筒形の壁であって、耐火物から形成されている。内壁１３は、外壁１４よりも小さな径を有する略円筒形の壁であって、外壁１４と同様に耐火物から形成されている。誘導加熱コイル１２は、内壁１３及び外壁１４の間に位置し、内壁１３を囲うように設けられている。高周波発振器１５は、誘導加熱コイル１２に接続されている。また、この高周波発振器１５は、第１制御装置１８にも接続されており、第１制御装置１８によって出力が調整される。

【0056】

第１プッシャー１６は、いわゆる油圧シリンダであって、第１金属ビレット設置台２０に取り付けられており、一定時間おきに金属ビレットＷＫを押し出す。この結果、金属ビレットＷＫは、初期加熱炉１１から順次排出される。

【0057】

第１非接触式温度センサ１９は、初期加熱炉１１の排出口付近に取り付けられており、順次移動する金属ビレットＷＫの表面温度を金属ビレットＷＫの長手方向に沿って連続的に計測する。計測されたビレットＷＫの表面温度は、電気信号として第１制御装置１８に送られた後、Ａ／Ｄ変換されてデータ化され（以下、このデータを「表面温度データ」という）、第１制御装置１８の記憶部に蓄積される。なお、誘導加熱コイル１２のフィードバック制御に用いられる金属ビレットＷＫの表面温度は、第１制御装置１８の記憶部に蓄積された表面温度データを演算処理することにより得られる。この演算処理については後に詳述する。

【0058】

第１制御装置１８は、金属ビレットＷＫの表面温度データが常に設定値以下となるように高周波発振器１５の出力をフィードバック制御する。ここで、本実施の形態において、設定値は、金属ビレットＷＫのＡ１変態点よりも低く設定されている。なお、炭素鋼は７００℃付近に変態点を有する。

【0059】

（２）トレイ搬送装置
トレイ搬送装置３０は、いわゆるアームロボットであって、初期加熱炉１１から排出される金属ビレットＷＫをチャックした後に、その金属ビレットＷＫを第２誘導加熱部５０の入口に配置されるトレイＴＲ（図３参照）に置く。なお、本実施の形態において、トレイＴＲは、第２誘導加熱部５０から排出されると、第２誘導加熱部５０の入口に戻り、再び、ビレットＷＫを載せて第２誘導加熱部５０内に送られる。

【0060】

（３）第２誘導加熱部
第２誘導加熱部５０は、図４に示されるように、主に、急速加熱炉５１ａ、均熱加熱炉５１ｂ、副均熱加熱炉５１ｃ、第２プッシャー５６、ガイドレール５７、第２非接触式温度センサ５９および第２制御装置５８から構成されている。

【0061】

急速加熱炉５１ａおよび均熱加熱炉５１ｂは、直列的に連結されている。なお、本実施の形態において、急速加熱炉５１ａは金属ビレットＷＫの投入側に配置され、均熱加熱炉５１ｂおよび副均熱加熱炉５１ｃは金属ビレットＷＫの排出側に配置されている。

【0062】

また、これらの誘導加熱炉５１ａ，５１ｂ、５１ｃは、同一の構成を有している。したがって、ここでは、急速加熱炉５１ａについてのみ説明を行う。なお、均熱加熱炉５１ｂおよび副均熱加熱炉５１ｃは、主に均熱処理のために設けられている。

【0063】

急速加熱炉５１ａは、図４に示されるように、主に、外壁５４ａ、内壁５３ａ、誘導加熱コイル５２ａおよび高周波発振器５５ａから構成されている。外壁５４ａは、略円筒形の壁であって、耐火物から形成されている。内壁５３ａは、外壁５４ａよりも小さな径を有する略円筒形の壁であって、外壁５４ａと同様に耐火物から形成されている。なお、急速加熱炉５１ａの外壁５４ａ及び内壁５３ａは、金属ビレットＷＫを載せたトレイＴＲが通過できるように第１初期加熱炉１１ａのそれよりも径が大きく設計されている。誘導加熱コイル５２ａは、内壁５３ａ及び外壁５４ａの間に位置し、内壁５３ａを囲うように設けられている。なお、この誘導加熱コイル５２ａもまた上記の事情により初期加熱炉１１の誘導加熱コイル１２よりも径が大きく設計されている。高周波発振器５５ａは、誘導加熱コイル５２ａに接続されている。また、この高周波発振器５５ａは、第２制御装置５８にも接続されており、第２制御装置５８によって出力が調整される。

【0064】

第２プッシャー５６は、いわゆる油圧シリンダであって、第２金属ビレット設置台５５に取り付けられており、一定時間おきに均熱加熱炉５１ｂ、副均熱加熱炉５１ｃに向かって金属ビレットＷＫを載せたトレイＴＲを押し出す。この結果、金属ビレットＷＫを載せたトレイＴＲは、急速加熱炉５１ａに投入された後に均熱加熱炉５１ｂ、副均熱加熱炉５１ｃから順次排出される。なお、副均熱加熱炉５１ｃから排出された金属ビレットＷＫを載せたトレイＴＲは、図示しないアームロボットによって図示しない成形機に投入される。

【0065】

ガイドレール５７は、ステンレス製の一対のレールであって、急速加熱炉５１ａ、均熱加熱炉５１ｂおよび副均熱加熱炉５１ｃの内壁５３ａ，５３ｂの内部の下方に設置されている。トレイＴＲは、このガイドレール５７に沿って副均熱加熱炉５１ｃに向かって移動する。

【0066】

第２非接触式温度センサ５９は、急速加熱炉５１ａの誘導加熱コイル５２ａと均熱加熱炉５１ｂの誘導加熱コイル５２ｂとの間、均熱加熱炉５１ｂの誘導加熱コイル５２ｂと副均熱加熱炉５１ｃの誘導加熱コイル５２ｃとの間、および副均熱加熱炉５１ｃの排出口付近に取り付けられており（図４では排出口付近のもののみ図示されている）、順次移動する金属ビレットＷＫの表面温度を金属ビレットＷＫの長手方向に沿って連続的に計測する。なお、説明の便宜上、急速加熱炉５１ａの誘導加熱コイル５２ａと均熱加熱炉５１ｂの誘導加熱コイル５２ｂとの間に設置される第２非接触式温度センサ５９を「第２１非接触式温度センサ」といい、均熱加熱炉５１ｂの誘導加熱コイル５２ｂと副均熱加熱炉５１ｃの誘導加熱コイル５２ｃとの間に設置される第２非接触式温度センサ５９を「第２２非接触式温度センサ」といい、副均熱加熱炉５１ｃの排出口付近に設置される第２非接触式温度センサ５９を「第２３非接触式温度センサ」という。計測されたビレットＷＫの表面温度は、電気信号として第２制御装置５８に送られた後、Ａ／Ｄ変換されてデータ化され、第２制御装置５８の記憶部に蓄積される。なお、高周波発振器５５ａ，５５ｂ，５５ｃの出力制御に用いられる金属ビレットＷＫの表面温度は、第２制御装置５８の記憶部に蓄積された表面温度データを演算処理することにより得られる。この演算処理については後に詳述する。なお、本実施形態において、第２３非接触式温度センサは、最終確認用の温度センサであって本実施の形態に係る誘導加熱コイル５２ｂ，５２ｃの出力調整には関連しない。

【0067】

第２制御装置５８は、第２１非接触式温度センサに対応する表面温度データに基づいて均熱加熱炉５１ｂの高周波発振器５５ｂの出力調整を行い、第２２非接触式温度センサに対応する表面温度データに基づいて副均熱加熱炉５１ｃの高周波発振器５５ｃの出力調整を行う。具体的には、第２非接触式温度センサ５９の設置位置毎に規定される金属ビレットＷＫの目標表面温度値から表面温度データの表面温度値を引いた値が求められ、その値が正の値である場合はその差に応じて高周波発振器５５ｂ，５５ｃの出力が高められ、その値が負の値である場合はその差に応じて高周波発振器５５ｂ，５５ｃの出力が低くめられる。なお、本実施の形態において、金属ビレットＷＫの目標表面温度値は、図示しない目標表面温度値入力器において入力される。また、本実施の形態において、金属ビレットＷＫの目標表面温度値から実際の表面温度値を引いた値と高周波発振器５５ｂ、５５ｃの出力調整量とは予め関連付けされている。つまり、本実施の形態では、目標表面温度値と実際の表面温度値との差から直接的に出力調整量が決定される仕組みとなっている。

【0068】

＜制御装置における金属ビレットの表面温度データの演算処理＞
制御装置１８，５８は、所定時間毎に記憶部から規定数の表面温度データを読み出し、その表面温度データのうち表面温度が最も高い表面温度データを抽出し、その表面温度データを誘導加熱コイル５２ｂ、５２ｃの出力調整用の制御パラメーラとして採用する。なお、本実施の形態では、規定数の表面温度データは、１つの金属ビレットＷＫから得られたものである。

【0069】

＜第１実施形態の誘導加熱方法および誘導加熱装置の特徴＞
（１）
第１実施形態の誘導加熱方法では、鉄系金属材料からなる金属ビレットＷＫを半溶融状態まで誘導加熱により３段階で加熱する。すなわち、初期加熱工程では、金属ビレットＷＫを金属ビレットＷＫのＡ１変態点未満の第１所定温度まで誘導加熱により加熱し、急速加熱工程では、金属ビレットＷＫを半溶融状態になる直前の第２所定温度Ｔ２まで誘導加熱により急速に加熱し、さらに、均熱加熱工程では、金属ビレットＷＫの全体が均一の温度になるように、半溶融状態になる第３所定温度Ｔ３を維持して誘導加熱により加熱する。そのため、ビレット割れを起こすことなく短い時間で均熱加熱まで完了することが可能である。

【0070】

その結果、ビレット割れをおこすことなく短い時間で均熱加熱できるようになり、ビレットが加熱炉に投入されている時間が短くなる効果で、脱炭層、酸化スケールが少なくなり成型品品質を向上することができる。

【0071】

（２）
同様に、第１実施形態の誘導加熱装置１では、 鉄系金属材料からなる金属ビレットＷＫを半溶融状態まで誘導加熱により３段階で加熱する。すなわち、初期加熱炉１１では、金属ビレットＷＫを金属ビレットＷＫのＡ１変態点未満の第１所定温度Ｔ１まで誘導加熱により加熱し、急速加熱炉５１ａでは、金属ビレットＷＫを半溶融状態になる直前の第２所定温度Ｔ２まで誘導加熱により急速に加熱し、さらに、均熱加熱炉５１ｂでは、金属ビレットＷＫの全体が均一の温度になるように、半溶融状態になる第３所定温度Ｔ３を維持して誘導加熱により加熱するので、ビレット割れを起こすことなく短い時間で均熱加熱まで完了することが可能である。これにより、上記（１）と同様に、ビレット割れをおこすことなく短い時間で均熱加熱できるようになり、ビレットが加熱炉に投入されている時間が短くなり、その効果、脱炭層、酸化スケールが少なくなり成型品品質を向上することができる。

【0072】

（３）
また、第１実施形態の誘導加熱装置では、初期加熱炉１１を含む第１誘導加熱部１０と、急速加熱炉５１ａおよび均熱加熱炉５１ｂを含む第２誘導加熱部５０とから構成されているので、まず、第１誘導加熱部１０の初期加熱炉１１において、金属ビレットＷＫを金属ビレットＷＫのＡ１変態点未満の第１所定温度Ｔ１まで誘導加熱により加熱し、ついで、金属ビレットＷＫを第２誘導加熱部５０に移し変えることにより、第２誘導加熱部５０の急速加熱炉５１ａにおいて、金属ビレットＷＫを半溶融状態になる直前の第２所定温度Ｔ２まで誘導加熱により急速に加熱し、さらに金属ビレットＷＫを第２誘導加熱部５０の内部で移動させることにより、均熱加熱炉５１ｂにおいて、金属ビレットＷＫの全体が均一の温度になるように、金属ビレットＷＫが半溶融状態になる第３所定温度Ｔ３を維持して誘導加熱により加熱することが可能である。このため、急速加熱炉５１ａから均熱加熱炉５１ｂへの金属ビレットＷＫの移動を第２誘導加熱部５０の内部で円滑に行うことができ、ビレット割れを起こすことなく短い時間で均熱加熱まで完了することが可能である。

【0073】

しかも、この誘導加熱装置では、停電等の問題が生じたとしても、変態点を有する金属ビレットＷＫを第１誘導加熱部１０から取り出して再利用することができる。したがって、この誘導加熱装置１では、加熱中に停電等の問題が生じたとしても、初期加熱炉１１内の全てのビレットを廃棄することなくコストを削減することができる。

【0074】

（４）
すなわち、第１実施形態に係る誘導加熱装置１では、第１誘導加熱部１０と第２誘導加熱部５０とが分離して設けられており、さらに、第１誘導加熱部１０において第１所定温度Ｔ１が金属ビレットＷＫのＡ１変態点よりも低く設定されている。このため、この誘導加熱装置１が停電等の原因により突然停止して金属ビレットＷＫが常温近くまで冷却されたとしても、組織変化をしていない状態なので、この金属ビレットＷＫを再利用することができる。したがって、この誘導加熱装置１では、成形加工物の生産効率に影響を及ぼすことがない。

【0075】

（５）
さらに、第１実施形態に係る誘導加熱装置１では、第１誘導加熱部１０と第２誘導加熱部５０とが分離して設けられており、さらに、第１誘導加熱部１０において第１所定温度Ｔ１が金属ビレットＷＫのＡ１変態点よりも低く設定されている。このため、この誘導加熱装置１では、第１誘導加熱部１０においてビレットＷＫをトレイＴＲに載せる必要性がない。したがって、この誘導加熱装置１では、第１誘導加熱部１０をコンパクト化することができると共に必要なトレイＴＲの枚数を少なくすることができる。

【0076】

（６）
また、第１実施形態の誘導加熱装置では、第１誘導加熱部１０の初期加熱炉１１において、金属ビレットＷＫをトレイＴＲに載せない状態で金属ビレットＷＫのＡ１変態点未満の第１所定温度Ｔ１まで誘導加熱により加熱し、ついで、金属ビレットＷＫを第１誘導加熱部１０から第２誘導加熱部５０へ移し変えるときに、トレイＴＲに載せて第２誘導加熱部５０へ投入する。これにより、第２誘導加熱部５０の内部において、金属ビレットＷＫをトレイＴＲに載せた状態で急速加熱炉５１ａから均熱加熱炉５１ｂへ円滑に行うことができ、ビレット割れを起こすことなく短い時間で均熱加熱まで完了することが可能である。

【0077】

しかも、トレイＴＲに載せない状態で金属ビレットＷＫのＡ１変態点未満の第１所定温度Ｔ１まで初期加熱した後、金属ビレットＷＫをトレイＴＲに載せた状態で急速加熱を行うので、トレイＴＲが長時間高熱の環境下に置かれることがなくなり、トレイＴＲの損傷を防止できる。また、コーティングを施さなくてもトレイＴＲの寿命が長くなる。しかも、トレイＴＲのコーティングが金属ビレットＷＫに付着して成形不良になるおそれを防止することが可能である。

【0078】

すなわち、従来では、耐久性向上のため、トレイに耐熱性のコーティングを施して使用していたが、コーティングの劣化によるはがれが発生し、コーティング材が成型品への流れ込みによる成型品品質の悪化、あるいは、コーティングの補修コスト（工数、コーティング材料費）等の不具合があった。また、コーティングが劣化すると、ビレットが頻繁にトレーに貼りつく不具合があり、製造ライン停止などの不具合が発生し、復旧に時間をようし大幅な生産性低下があった。

【0079】

しかし、上記のように金属ビレットＷＫをトレイＴＲに載せた状態で急速加熱を行うことにより、加熱トレイにコーティングを施すなくトレイ寿命が延び、成型品品質、トレイコスト、生産性向上に効果がある。加熱トレイにコーティングを施すなくトレイ寿命が延び、成型品品質、トレイコスト、生産性向上に効果がある。

【0080】

さらに、初期加熱炉１１では、金属ビレットＷＫをトレイＴＲに載せずに加熱しているので、金属ビレットＷＫと誘導加熱コイル１２とを近づけることができ、加熱効率が良くなる。

【0081】

また、トレイＴＲがないために、初期加熱炉１１の中を金属ビレットＷＫ同士を近づけて流すことができ、これによっても加熱効率を良くすることができる。

【0082】

しかも、初期加熱炉１１の誘導加熱コイル１２を短くすることができるので、製造、設備面等においてコストメリットもある。

【0083】

（７）
第１実施形態の誘導加熱装置では、初期加熱炉１１、急速加熱炉５１ａ、および均熱加熱炉５１ｂには、それぞれ個別の高周波発振器１５、５５ａ、５５ｂを備えているので、各加熱工程ごとに高周波発振器１５、５５ａ、５５ｂにより個別に電力調整をして機種段替等による金属ビレットＷＫの寸法変更にも対応できる。

【0084】

（８）
また、第１実施形態に係る誘導加熱装置１では、第２誘導加熱部５０において、第２１非接触式温度センサに対応する表面温度データに基づいて均熱加熱炉５１ｂの高周波発振器５５ｂの出力調整が行われ、第２２非接触式温度センサに対応する表面温度データに基づいて副均熱加熱炉５１ｃの高周波発振器５５ｃの出力調整が行われる。より具体的には、第２非接触式温度センサ５９の設置位置毎に規定される金属ビレットＷＫの目標表面温度値から表面温度データの表面温度値を引いた値が求められ、その値が正の値である場合はその差に応じて高周波発振器５５ｂ、５５ｃの出力が高められ、その値が負の値である場合はその差に応じて高周波発振器５５ｂ，５５ｃの出力が低くめられる。このため、この第２誘導加熱部５０は、気温変動等、外乱の激しい環境下に設置されても、金属ビレットｗｋをほぼ確実に目標の表面温度に加熱することができる。

【0085】

（９）
さらに、第１実施形態に係る誘導加熱装置１では、温度計測器具として非接触式温度センサ１９，５９が採用される。このため、この誘導加熱装置１では、成形加工工程において量産サイクルタイムを遵守して成形加工物の生産を継続することができ、また、温度計の破損を防ぐことができる。

【0086】

＜第１実施形態の変形例＞
（Ａ）
第１実施形態では第２誘導加熱部５０において３つの誘導加熱炉が用いられたが、誘導加熱炉の数は特に限定されず、３つよりも少なくてもよいし多くてもよい。

【0087】

（Ｂ）
第１実施形態では非接触式温度センサ１９，５９により金属ビレットＷＫの表面温度が計測されたが、接触式温度センサにより金属ビレットＷＫの内部温度が計測されてもよい。

【0088】

（Ｃ）
第２実施形態に係る誘導加熱装置１では金属ビレットＷＫの複数点の表面温度データのうち表面温度が最大の表面温度データを制御パラメータとして採用したが、このような態様に代えて、複数点の表面温度データのうち高温側の表温度データを所定割合（例えば７０％）残し、その表面温度の平均値や、中央値、最小値などを制御パラメータとして採用してもかまわない。

【0089】

（Ｄ）
第２実施形態に係る誘導加熱装置１では特に言及しなかったが、金属ビレットＷＫがプッシャー１６，５６で押されている間のみ温度計測を行うようにしてもかまわない。

【0090】

（Ｅ）
第２実施形態に係る誘導加熱装置１では連続的に金属ビレットＷＫの温度計測が実施されたが、間欠的に金属ビレットＷＫの温度計測が実施されていてもよい。

【0091】

＜第１実施形態の産業上の利用可能性＞
本発明の第１実施形態に係る誘導加熱装置は、とくに、気温変動等、外乱の激しい環境下に設置されても、加熱対象物をほぼ確実に所望の温度に加熱することができるという特徴を有しており、外乱の激しい地域向けの誘導加熱装置として有用である。

【0092】

［第２実施形態］
過去に「誘導加熱時において誘導加熱停止中に加熱対象物の内部に直接、接触式の温度計を挿入し、加熱対象物の内部温度を測定する方法」が提案されている（例えば、特開平６−１８２７７７号公報参照）。

【0093】

しかし、接触式温度計を利用した場合、接触部分に加熱対象物の一部が溶着したりすることがある。このように加熱対象物の一部が溶着すると、接触式温度計を頻繁に取り替える必要があり、量産サイクルタイムを遵守して生産を継続することが極めて困難となる。また、接触式温度計を利用した場合、１０００℃以上の温度を有する加熱対象物を測定すると、その接触式温度計が破損しやすい。このため、温度計として非接触式の温度計を採用することが考えられるが、加熱対象物を高温で加熱すると所々に酸化被膜が生じ、その酸化被膜部分が測定されてしまうと、測定値が低くなってしまう。このような現象により正確な温度測定が困難となり、引いてはフィードバック制御による誘導加熱コイルの出力調整が行えなくなる。

【0094】

そこで、第２実施形態では、誘導加熱時において、量産サイクルタイムを遵守して生産を継続することができ、温度計の破損を防ぐことができ、さらに正確な温度測定を実現することができる温度測定方法を提供する。

【0095】

本発明の第２実施形態に係る誘導加熱装置１は、第１実施形態と同様に、図１に示されるように、主に、第１誘導加熱部１０、トレイ搬送装置３０及び第２誘導加熱部５０から構成される。以下、各装置について詳述する。

【0096】

なお、第２実施形態に係る誘導加熱装置１は、第１実施形態と同様に、第１誘導加熱部１０と第２誘導加熱部５０とが分離して設けられており、さらに、第１誘導加熱部１０は、３つの初期加熱炉（第１初期加熱炉１１ａ、第２初期加熱炉１１ｂ、第３初期加熱炉１１ｃ）を有している。

【0097】

＜誘導加熱装置の構成要素の詳細＞
（１）第１誘導加熱部
第１誘導加熱部１０は、図６に示されるように、主に、第１初期加熱炉１１ａ、第２初期加熱炉１１ｂ、第３初期加熱炉１１ｃ、第１プッシャー１６、第１非接触式温度センサ１９および第１制御装置１８から構成されている。

【0098】

第１初期加熱炉１１ａ、第２初期加熱炉１１ｂおよび第３初期加熱炉１１ｃは、直列的に連結されている。なお、本実施の形態において、第１初期加熱炉１１ａは金属ビレットＷＫの投入側に配置され、第３初期加熱炉１１ｃは金属ビレットＷＫの排出側に配置されている。また、これらの初期加熱炉１１ａ，１１ｂ，１１ｃは、全て同一の構成を有している。したがって、ここでは、第１初期加熱炉１１ａについてのみ説明を行う。

【0099】

第１初期加熱炉１１ａは、図６に示されるように、主に、外壁１４ａ、内壁１３ａおよび誘導加熱コイル１２ａから構成されている。外壁１４ａは、略円筒形の壁であって、耐火物から形成されている。内壁１３ａは、外壁１４ａよりも小さな径を有する略円筒形の壁であって、外壁１４ａと同様に耐火物から形成されている。誘導加熱コイル１２ａは、内壁１３ａ及び外壁１４ａの間に位置し、内壁１３ａを囲うように設けられている。また、この誘導加熱コイル１２ａは、第１制御装置１８に接続されており、制御装置１８によって出力調整される。

【0100】

第１プッシャー１６は、いわゆる油圧シリンダであって、第１金属ビレット設置台２０に取り付けられており、一定時間おきに第３初期加熱炉１１ｃに向かって金属ビレットＷＫを押し出す。この結果、金属ビレットＷＫは、第１初期加熱炉１１ａに投入された後に第３初期加熱炉１１ｃから順次排出される。なお、第３初期加熱炉１１ｃから排出された金属ビレットＷＫは、図３に示されるトレイＴＲに載せられた後、トレイ搬送装置３０により第２誘導加熱部５０に送られる。なお、トレイＴＲは、金属ビレットＷＫが第３初期加熱炉１１ｃから排出される前にトレイ搬送装置３０によってトレイ設置台１７に置かれる。

【0101】

第１非接触式温度センサ１９は、第３初期加熱炉１１ｃの排出口付近に取り付けられており、順次移動する金属ビレットＷＫの表面温度を金属ビレットＷＫの長手方向に沿って連続的に計測する。計測されたビレットＷＫの表面温度は、電気信号として第１制御装置１８に送られた後、Ａ／Ｄ変換されてデータ化され（以下、このデータを「表面温度データ」という）、第１制御装置１８の記憶部に蓄積される。なお、誘導加熱コイル１２ａ，１２ｂ，１２ｃのフィードバック制御に用いられる金属ビレットＷＫの表面温度は、第１制御装置１８の記憶部に蓄積された表面温度データを演算処理することにより得られる。この演算処理については後に詳述する。

【0102】

第１制御装置１８は、金属ビレットＷＫの表面温度データが常に設定値以下となるように誘導加熱コイル１２ａ，１２ｂ，１２ｃの出力をフィードバック制御する。なお、本実施の形態において、設定値は、金属ビレットＷＫのＡ１変態点よりも低く設定されている。

【0103】

（２）トレイ搬送装置
トレイ搬送装置３０は、いわゆるアームロボットであって、二本の爪をトレイＴＲの両脇に差し込んでトレイＴＲを持ち上げて移動させる。なお、本実施の形態において、トレイ搬送装置３０は、空のトレイＴＲを第１誘導加熱部１０のトレイ設置台１７に置く第１動作と、金属ビレットＷＫが載ったトレイＴＲをトレイ設置台１７から第２誘導加熱部５０の第２金属ビレット設置台５５（図７参照）に移動させる第２動作とを繰り返す。

【0104】

（３）第２誘導加熱部
第２誘導加熱部５０は、図７に示されるように、主に、急速加熱炉５１ａ、均熱加熱炉５１ｂ、副均熱加熱炉５１ｃ、第２プッシャー５６、ガイドレール５７、第２非接触式温度センサ５９および第２制御装置５８から構成されている。

【0105】

急速加熱炉５１ａ、均熱加熱炉５１ｂおよび副均熱加熱炉５１ｃは、直列的に連結されている。なお、本実施の形態において、急速加熱炉５１ａは金属ビレットＷＫの投入側に配置され、均熱加熱炉５１ｂおよび副均熱加熱炉５１ｃは金属ビレットＷＫの排出側に配置されている。また、これらの誘導加熱炉５１ａ，５１ｂ，５１ｃは、全て同一の構成を有している。したがって、ここでは、急速加熱炉５１ａについてのみ説明を行う。なお、均熱加熱炉５１ｂおよび副均熱加熱炉５１ｃは、主に均熱処理のために設けられている。

【0106】

急速加熱炉５１ａは、図７に示されるように、主に、外壁５４ａ、内壁５３ａおよび誘導加熱コイル５２ａから構成されている。外壁５４ａは、略円筒形の壁であって、耐火物から形成されている。内壁５３ａは、外壁５４ａよりも小さな径を有する略円筒形の壁であって、外壁５４ａと同様に耐火物から形成されている。なお、急速加熱炉５１ａの外壁５４ａ及び内壁５３ａは、金属ビレットＷＫを載せたトレイＴＲが通過できるように第１初期加熱炉１１ａのそれよりも径が大きく設計されている。誘導加熱コイル５２ａは、内壁５３ａ及び外壁５４ａの間に位置し、内壁５３ａを囲うように設けられている。なお、この誘導加熱コイル５２ａもまた上記の事情により第１初期加熱炉１１ａの誘導加熱コイル１２ａよりも径が大きく設計されている。また、この誘導加熱コイル５２ａは、第２制御装置５８に接続されており、第２制御装置５８によって出力調整される。

【0107】

第２プッシャー５６は、いわゆる油圧シリンダであって、第２金属ビレット設置台５５に取り付けられており、一定時間おきに副均熱加熱炉５１ｃに向かって金属ビレットＷＫを載せたトレイＴＲを押し出す。この結果、金属ビレットＷＫを載せたトレイＴＲは、急速加熱炉５１ａに投入された後に副均熱加熱炉５１ｃから順次排出される。なお、副均熱加熱炉５１ｃから排出された金属ビレットＷＫを載せたトレイＴＲは、図示しないアームロボットによって図示しない成形機に投入される。

【0108】

ガイドレール５７は、ステンレス製の一対のレールであって、急速加熱炉５１ａ、均熱加熱炉５１ｂおよび副均熱加熱炉５１ｃの内壁５３ａ，５３ｂの内部の下方に設置されている。トレイＴＲは、このガイドレール５７に沿って副均熱加熱炉５１ｃに向かって移動する。

【0109】

第２非接触式温度センサ５９は、急速加熱炉５１ａの誘導加熱コイル５２ａと均熱加熱炉５１ｂの誘導加熱コイル５２ｂとの間、均熱加熱炉５１ｂの誘導加熱コイル５２ｂと副均熱加熱炉５１ｃの誘導加熱コイル５２ｃとの間、および副均熱加熱炉５１ｃの排出口付近に取り付けられており（図７では排出口付近のもののみ表示されている）、順次移動する金属ビレットＷＫの表面温度を金属ビレットＷＫの長手方向に沿って連続的に計測する。計測されたビレットＷＫの表面温度は、電気信号として第２制御装置５８に送られた後、Ａ／Ｄ変換されてデータ化され、第２制御装置５８の記憶部に蓄積される。なお、誘導加熱コイル５２ａ，５２ｂ，５２ｃのフィードバック制御に用いられる金属ビレットＷＫの表面温度は、第２制御装置５８の記憶部に蓄積された表面温度データを演算処理することにより得られる。この演算処理については後に詳述する。

【0110】

第２制御装置５８は、金属ビレットＷＫの表面温度データが常に設定範囲内となるように誘導加熱コイル５２ａ，５２ｂ，５２ｃの出力をフィードバック制御する。なお、本実施の形態において、設定範囲は、金属ビレットＷＫが半溶融状態となる温度範囲とされている。

【0111】

＜制御装置における金属ビレットの表面温度データの演算処理＞
制御装置１８，５８は、所定時間毎に記憶部から規定数の表面温度データを読み出し、その表面温度データのうち表面温度が最も高い表面温度データを抽出し、その表面温度データをフィードバック制御用の制御パラメーラとして採用する。なお、本実施の形態では、規定数の表面温度データは、１つの金属ビレットＷＫから得られたものである。

【0112】

＜第２実施形態の誘導加熱装置の特徴＞
（１）
本発明の第２実施形態に係る誘導加熱装置１では、温度計測器具として非接触式温度センサ１９，５９が採用される。このため、この誘導加熱装置１では、成形加工工程において量産サイクルタイムを遵守して成形加工物の生産を継続することができ、また、温度計の破損を防ぐことができる。

【0113】

（２）
本発明の第２実施形態に係る誘導加熱装置１では、金属ビレットＷＫの複数点の表面温度が計測され、その表面温度の最大値をフィードバック制御用の制御パラメータとした。このため、この誘導加熱装置１では、金属ビレットＷＫが高温で加熱されて金属ビレットＷＫの所々の表面に酸化被膜が生じたとしても、金属ビレットＷＫの表面温度が正確に決定される。したがって、この誘導加熱装置１では、正確な温度測定を実現することができ、誘導加熱コイル１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，５２ａ，５２ｂ，５２ｃの安定した正確なフィードバック制御が可能となる。

【0114】

＜第２実施形態の変形例＞
（Ａ）
第２実施形態に係る誘導加熱装置１では第１誘導加熱部１０および第２誘導加熱部５０においてそれぞれ３つの誘導加熱炉が用いられたが、誘導加熱炉の数は特に限定されず、３つよりも少なくてもよいし多くてもよい。

【0115】

（Ｂ）
第２実施形態に係る誘導加熱装置１では金属ビレットＷＫの複数点の表面温度データのうち表面温度が最大の表面温度データを制御パラメータとして採用したが、このような態様に代えて、複数点の表面温度データのうち高温側の表温度データを所定割合（例えば７０％）残し、その表面温度の平均値や、中央値、最小値などを制御パラメータとして採用してもかまわない。

【0116】

（Ｃ）
第２実施形態に係る誘導加熱装置１では特に言及しなかったが、金属ビレットＷＫがプッシャー１６，５６で押されている間のみ温度計測を行うようにしてもかまわない。

【0117】

（Ｄ）
第２実施形態に係る誘導加熱装置１では連続的に金属ビレットＷＫの温度計測が実施されたが、間欠的に金属ビレットＷＫの温度計測が実施されていてもよい。

【0118】

＜第２実施形態の産業上の利用可能性＞
本発明の第２実施形態に係る温度測定方法は、量産サイクルタイムを遵守して生産を継続することができ、温度計の破損を防ぐことができ、さらに正確な温度測定を実現することができるという特徴を有し、誘導加熱装置における加熱対象物の温度計測に有効である。

【0119】

［第３実施形態］
さらに、過去に「誘導加熱装置において筒状加熱室の底面にレールを敷設し、そのスライドレールに沿ってトレイをスライド移動させる」ことが提案されている（例えば、特開平７−２５６３３４号公報、特開平８−８５８２６号公報、特開平１１−２５１０４４号公報参照）。

【0120】

しかし、加熱温度が比較的高い場合において、レール及びトレイが共に耐火物で形成されていると、トレイがレールに焼き付いてトレイが動かなくなるという不具合があった。

【0121】

そこで、第３実施形態では、トレイがレールに焼き付くのを防止することができる誘導加熱装置を提供する。

【0122】

本発明の第３実施形態に係る誘導加熱装置１は、第１実施形態と同様に、図８に示されるように、主に、第１誘導加熱部１０、トレイ搬送装置３０及び第２誘導加熱部５０から構成される。以下、各装置について詳述する。

【0123】

なお、第３実施形態に係る誘導加熱装置１は、第１実施形態と同様に、鉄系金属材料からなる金属ビレットＷＫを半溶融状態まで誘導加熱により３段階で加熱する。すなわち、図１〜４に示されるように、初期加熱炉１１では、金属ビレットＷＫを金属ビレットＷＫのＡ１変態点未満の第１所定温度Ｔ１まで誘導加熱により加熱し、金属ビレットＷＫをトレイＴＲに載せた後、急速加熱炉５１ａでは、金属ビレットＷＫを半溶融状態になる直前の第２所定温度Ｔ２まで誘導加熱により急速に加熱し、さらに、均熱加熱炉５１ｂでは、金属ビレットＷＫの全体が均一の温度になるように、半溶融状態になる第３所定温度Ｔ３を維持して誘導加熱により加熱する。

【0124】

＜誘導加熱装置の構成要素の詳細＞
（１）第１誘導加熱部
第１誘導加熱部１０は、図６に示されるように、主に、第１初期加熱炉１１ａ、第２初期加熱炉１１ｂ、第３初期加熱炉１１ｃ、第１プッシャー１６、第１非接触式温度センサ１９および第１制御装置１８から構成されている。

【0125】

第１初期加熱炉１１ａ、第２初期加熱炉１１ｂおよび第３初期加熱炉１１ｃは、直列的に連結されている。なお、本実施の形態において、第１初期加熱炉１１ａは金属ビレットＷＫの投入側に配置され、第３初期加熱炉１１ｃは金属ビレットＷＫの排出側に配置されている。また、これらの初期加熱炉１１ａ，１１ｂ，１１ｃは、全て同一の構成を有している。したがって、ここでは、第１初期加熱炉１１ａについてのみ説明を行う。

【0126】

第１初期加熱炉１１ａは、図１１に示されるように、主に、外壁１４ａ、内壁１３ａおよび誘導加熱コイル１２ａから構成されている。外壁１４ａは、略円筒形の壁であって、耐火物から形成されている。内壁１３ａは、外壁１４ａよりも小さな径を有する略円筒形の壁であって、外壁１４ａと同様に耐火物から形成されている。誘導加熱コイル１２ａは、内壁１３ａ及び外壁１４ａの間に位置し、内壁１３ａを囲うように設けられている。また、この誘導加熱コイル１２ａは、第１制御装置１８に接続されており、制御装置１８によって出力調整される。

【0127】

第１プッシャー１６は、いわゆる油圧シリンダであって、第１金属ビレット設置台２０に取り付けられており、一定時間おきに第３初期加熱炉１１ｃに向かって金属ビレットＷＫを押し出す。この結果、金属ビレットＷＫは、第１初期加熱炉１１ａに投入された後に第３初期加熱炉１１ｃから順次排出される。なお、第３初期加熱炉１１ｃから排出された金属ビレットＷＫは、図３に示されるトレイＴＲに載せられた後、トレイ搬送装置３０により第２誘導加熱部５０に送られる。なお、トレイＴＲは、金属ビレットＷＫが第３初期加熱炉１１ｃから排出される前にトレイ搬送装置３０によってトレイ設置台１７に置かれる。

【0128】

第１非接触式温度センサ１９は、第３初期加熱炉１１ｃの排出口付近に取り付けられており、金属ビレットＷＫの表面温度を計測する。そして、計測されたビレットＷＫの表面温度は、電気信号として第１制御装置１８に送られた後、Ａ／Ｄ変換されてデータ化され（以下、このデータを「表面温度データ」という）、第１制御装置１８に蓄積される。

【0129】

第１制御装置１８は、表面温度データが常に設定値以下となるように誘導加熱コイル１２ａ，１２ｂ，１２ｃの出力をフィードバック制御する。なお、本実施の形態において、設定値は、金属ビレットＷＫのＡ１変態点よりも低く設定されている。また、炭素鋼は７００℃付近に変態点を有する。

【0130】

（２）トレイ搬送装置
トレイ搬送装置３０は、いわゆるアームロボットであって、二本の爪をトレイＴＲの両脇に差し込んでトレイＴＲを持ち上げて移動させる。なお、本実施の形態において、トレイ搬送装置３０は、空のトレイＴＲを第１誘導加熱部１０のトレイ設置台１７に置く第１動作と、金属ビレットＷＫが載ったトレイＴＲをトレイ設置台１７から第２誘導加熱部５０の第２金属ビレット設置台５５（図９参照）に移動させる第２動作とを繰り返す。

【0131】

なお、本実施の形態において、トレイＴＲは、カーボンセラミック製であって、金属ビレットＷＫと接触する面には耐熱性の無機塗膜が形成されている。

【0132】

（３）第２誘導加熱部
第２誘導加熱部５０は、図９、図１０および図１１に示されるように、主に、急速加熱炉５１ａ、均熱加熱炉５１ｂ、副均熱加熱炉５１ｃ、第２プッシャー５６、ガイドレール５７、冷却媒体循環装置６０、第２非接触式温度センサ５９および第２制御装置５８から構成されている。

【0133】

急速加熱炉５１ａ、均熱加熱炉５１ｂおよび副均熱加熱炉５１ｃは、直列的に連結されている。なお、本実施の形態において、急速加熱炉５１ａは金属ビレットＷＫの投入側に配置され、均熱加熱炉５１ｂおよび副均熱加熱炉５１ｃは金属ビレットＷＫの排出側に配置されている。また、これらの誘導加熱炉５１ａ，５１ｂ，５１ｃは、全て同一の構成を有している。したがって、ここでは、急速加熱炉５１ａについてのみ説明を行う。なお、均熱加熱炉５１ｂおよび副均熱加熱炉５１ｃは、主に均熱処理のために設けられている。

【0134】

急速加熱炉５１ａは、図９および図１０に示されるように、主に、外壁５４ａ、内壁５３ａおよび誘導加熱コイル５２ａから構成されている。外壁５４ａは、略円筒形の壁であって、耐火物から形成されている。内壁５３ａは、外壁５４ａよりも小さな径を有する略円筒形の壁であって、外壁５４ａと同様に耐火物から形成されている。なお、急速加熱炉５１ａの外壁５４ａ及び内壁５３ａは、トレイＴＲ付き金属ビレットＷＫが通過できるように第１初期加熱炉１１ａのそれよりも径が大きく設計されている。誘導加熱コイル５２ａは、内壁５３ａ及び外壁５４ａの間に位置し、内壁５３ａを囲うように設けられている。なお、この誘導加熱コイル５２ａもまた上記の事情により第１初期加熱炉１１ａの誘導加熱コイル１２ａよりも径が大きく設計されている。また、この誘導加熱コイル５２ａは、第２制御装置５８に接続されており、第２制御装置５８によって出力調整される。

【0135】

第２プッシャー５６は、いわゆる油圧シリンダであって、第２金属ビレット設置台５５に取り付けられており、一定時間おきに副均熱加熱炉５１ｃに向かってトレイＴＲ付き金属ビレットＷＫを押し出す。この結果、トレイＴＲ付き金属ビレットＷＫは、急速加熱炉５１ａに投入された後に副均熱加熱炉５１ｃから順次排出される。なお、副均熱加熱炉５１ｃから排出されたトレイＴＲ付き金属ビレットＷＫは、図示しないアームロボットによって図示しない成形機に投入される。

【0136】

ガイドレール５７は、図９、図１０及び図１１に示されるように、１本のステンレス製（非磁性体）のパイプレールであって、急速加熱炉５１ａ、均熱加熱炉５１ｂおよび副均熱加熱炉５１ｃの内壁５３ａ，５３ｂの内部の下方に敷設されている。このガイドレール５７は、図１１に示されるように略「コ（Ｕ）」の字状に成形されており、図１０および図１１に示されるように一端が冷却媒体循環装置６０の入口に接続されており、他端が冷却媒体循環装置６０の出口に接続されている。そして、このガイドレール５７の内部には、冷却媒体循環装置６０により冷却媒体（水、塩化カルシウム水溶液、エチレングリコール等）が流される。なお、トレイＴＲは、このガイドレール５７に沿って副均熱加熱炉５１ｃに向かって移動する。

【0137】

冷却媒体循環装置６０は、主に、冷凍機、液体ポンプおよび冷却媒体貯留タンクから構成されており、ガイドレール５７の内部に低温の冷却媒体を送出し、戻ってきた高温の冷却媒体を再冷却して、再度、ガイドレール５７の内部に低温の冷却媒体を送出する。

【0138】

第２非接触式温度センサ５９は、急速加熱炉５１ａの誘導加熱コイル５２ａと均熱加熱炉５１ｂの誘導加熱コイル５２ｂとの間、均熱加熱炉５１ｂの誘導加熱コイル５２ｂと副均熱加熱炉５１ｃの誘導加熱コイル５２ｃとの間、および副均熱加熱炉５１ｃの排出口付近に取り付けられており（図９では排出口付近のもののみ表示されている）、金属ビレットＷＫの表面温度を計測する。そして、計測されたビレットＷＫの表面温度は、電気信号として第２制御装置５８に送られた後、Ａ／Ｄ変換されてデータ化され、第２制御装置５８に蓄積される。

【0139】

第２制御装置５８は、表面温度データが常に設定範囲内となるように誘導加熱コイル５２ａ，５２ｂ，５２ｃの出力をフィードバック制御する。なお、本実施の形態において、設定範囲は、金属ビレットＷＫが半溶融状態となる温度範囲とされている。また、炭素鋼が半溶融状態となる温度範囲は、１１６０〜１２２０℃である。

【0140】

＜第３実施形態の誘導加熱装置の特徴＞
（１）
第３実施形態に係る第２誘導加熱部５０では、ガイドレール５７の内部に冷却媒体が流され、ガイドレール５７が冷却される。また、この第２誘導加熱部５０では、ガイドレール５７に接触するトレイＴＲも同時に冷却される。このため、この第２誘導加熱部５０では、トレイＴＲがガイドレール５７に焼き付くのを防止することができる。

【0141】

（２）
第３実施形態に係る第２誘導加熱部５０では、ガイドレール５７の断面形状が円形である。このため、この第２誘導加熱部５０では、トレイＴＲは、ガイドレール５７に線接触する。したがって、この第２誘導加熱部５０では、ガイドレール５７とトレイＴＲとの接触面積が極めて小さくなりスライド移動に対する抵抗が小さくなる。したがって、この第２誘導加熱部５０では、トレイＴＲがスライド移動しやすくなる。

【0142】

（３）
第３実施形態に係る第２誘導加熱部５０では、ガイドレール５７は、非磁性のステンレス鋼から形成されている。また、トレイＴＲは、カーボンセラミックから形成されている。このため、この第２誘導加熱部５０では、トレイＴＲがガイドレール５７に焼き付くおそれを低減することができる。

【0143】

（４）
第３実施形態に係る第２誘導加熱部５０では、ガイドレール５７は、１本のステンレス製パイプであって、全ての誘導加熱コイル５２ａ，５２ｂ，５２ｃに亘って連続している。このため、この第２誘導加熱部５０では、ガイドレール５７に段差がなく、トレイＴＲのスムーズなスライド移動が可能となっている。

【0144】

＜第３実施形態の変形例＞
（Ａ）
第３実施形態に係る誘導加熱装置１では第１誘導加熱部１０および第２誘導加熱部５０においてそれぞれ３つの誘導加熱炉が用いられたが、誘導加熱炉の数は特に限定されず、３つよりも少なくてもよいし多くてもよい。

【0145】

（Ｂ）
第３実施形態に係る誘導加熱装置１では非接触式温度センサ１９，５９により金属ビレットＷＫの表面温度が計測されたが、接触式温度センサにより金属ビレットＷＫの内部温度が計測されてもよい。

【0146】

（Ｃ）
先の実施の形態に係る誘導加熱装置１では冷却媒体循環装置６０により冷却された冷却媒体がガイドレール５７内部に流されたが、冷却媒体の供給方法は特に限定されず、水道から供給されてもよいし、ガイドレール５７よりも高位置に設置された給水タンクから供給されてもよい。

【0147】

（Ｄ）
第３実施形態に係る誘導加熱装置１ではガイドレール５７が１本のステンレス製のパイプから形成されていたが、ガイドレールは２本の独立したパイプから構成されていてもよい。

【0148】

（Ｅ）
第３実施形態に係る誘導加熱装置１ではガイドレール５７の横断面の形状が円形とされていたが、ガイドレールの横断面の形状は特に限定されず、三角形や菱形等、トレイＴＲと線接触するものであればよい。

【0149】

（Ｆ）
第３実施形態に係る誘導加熱装置１ではガイドレール５７は１本の連続物とされていたが、ガイドレールは、金属ビレットＷＫの搬送方向下流側に向かって高さが段階的に低くなる複数の独立したレールから構成されていてもよい。

【0150】

（Ｇ）
第３実施形態に係る誘導加熱装置１ではガイドレール５７はステンレス製であったが、ガイドレールの素材は非磁性体であって加熱温度よりも高い耐熱性を有するものであれば特に限定されない。

【0151】

（Ｈ）
第３実施形態に係る誘導加熱装置１ではトレイＴＲはカーボンセラミックス製であったが、トレイＴＲの素材は金属ビレットＷＫの加熱温度以上の耐熱性を有するものであれば特に限定されない。

【0152】

＜第３実施形態の産業上の利用可能性＞
本発明の第３実施形態に係る誘導加熱装置は、トレイがレールに焼き付くのを防止することができるという特徴を有し、加熱対象物の加熱温度が比較的高い場合において有用である。

【0153】

［第４実施形態］
つぎに本発明の第４実施形態に係わるビレット搬送装置の実施形態を図面を参照しながら説明する。

【0154】

なお、第４実施形態に係わるビレット搬送装置は、第１実施形態と同様に、鉄系金属材料からなる金属ビレットＷＫを半溶融状態まで誘導加熱により３段階で加熱する。すなわち、図１〜４に示されるように、初期加熱炉１１では、金属ビレットＷＫを金属ビレットＷＫのＡ１変態点未満の第１所定温度Ｔ１まで誘導加熱により加熱し、金属ビレットＷＫをトレイＴＲに載せた後、急速加熱炉５１ａでは、金属ビレットＷＫを半溶融状態になる直前の第２所定温度Ｔ２まで誘導加熱により急速に加熱し、さらに、均熱加熱炉５１ｂでは、金属ビレットＷＫの全体が均一の温度になるように、半溶融状態になる第３所定温度Ｔ３を維持して誘導加熱により加熱する。

【0155】

＜ビレット搬送装置１０１の構成＞
図１２〜１７に示されるビレット搬送装置１０１は、搬送装置本体である搬送ロボット１０２と、エアカーテン生成部１０３とを備えている。

【0156】

搬送ロボット１０２は、半溶融ダイキャスト成型の素材であるビレットＢを把持するロボットハンド１０４を有する。ロボットハンド１０４は、ビレットＢを載せたトレイ１０５の突起１０５ａを上下から把持する（図１４参照）。ここで、ロボットハンド１０４は、本発明の把持部である。

【0157】

誘導加熱炉Ｆでは、ビレットＢは、トレイ１０５に載せた状態で半溶融状態まで加熱される。搬送ロボット１０２は、加熱後のビレットＢを載せたトレイ１０５を、誘導加熱炉Ｆから成型装置Ｍのダイキャスト給湯口Ｓへ搬送する。

【0158】

成型装置Ｍでは、半溶融状態まで加熱されたビレットＢがダイキャスト給湯口Ｓへ投入された後、プランジャーＰによって成形型Ｄ内部の空間部のキャビティＶへ圧入されることにより、所定形状の成型品が製造される。

【0159】

エアカーテン生成部１０３は、ビレットＢを取り囲むように不活性ガスを吹き出してビレットＢを外気から遮断するエアカーテンＣ（図１２参照）を生成する。なお、本発明のエアカーテン生成部１０３は、ビレットＢの酸化を抑制する不活性ガスを吹き出して不活性ガスのカーテンを生成することにより、ビレットＢを外気から遮断するものであり、大気中の空気や酸素を吹き出すものではない。

【0160】

エアカーテン生成部１０３は、図１２〜１７に示されるように、不活性ガスを吹き出す複数のノズル１０６を有する。複数のノズル１０６は、ロボットアーム１０７先端のロボットハンド１０４の付近に配置されている。ノズル１０６は、ロボットハンド１０４の移動に伴って移動することが可能である。

【0161】

図１２に示されるように、複数のノズル１０６の吹出口１０６ａは、ロボットハンド１０４の延びる方向へ向いており、ロボットハンド１０４に把持されたビレットＢおよびトレイ１０５を搬送している間は常時エアカーテンＣで外気から遮断することが可能である。

【0162】

具体的には、誘導加熱炉Ｆの出口ｆ１のシャッターｆ２が開く前からエアカーテンＣを生成しておくことにより、出口ｆ１から出た直後のビレットＢおよびトレイ１０５も、エアカーテンＣで外気から遮断される。また、ロボットアーム１０７が誘導加熱炉Ｆから成型装置Ｍのダイキャスト給湯口Ｓへ旋回する間も、ロボットハンド１０４に把持されたビレットＢおよびトレイ１０５は、ノズル１０６がロボットハンド１０４の移動に伴って移動することにより、エアカーテンＣで外気から遮断される。そして、成型装置Ｍのダイキャスト給湯口Ｓへ投入されるビレットＢも、ロボットハンド１０４が回転駆動することによってトレイ１０５からダイキャスト給湯口Ｓへ落下する間も、ビレットＢおよびトレイ１０５がエアカーテンＣで外気から遮断された状態になっている。ビレットＢがダイキャスト給湯口Ｓへ投入された後は、ダイキャスト給湯口Ｓを迅速に閉鎖すれば、ビレットＢの酸化は抑制される。

【0163】

ここで、図１６に示されるように、本実施形態の複数のノズル１０６は、ビレットＢの周囲を円形に取り囲むように配置され、円弧状断面の吹出口を有する複数の円弧状のノズルである。このため、ビレットＢおよびトレイ１０５を取り囲む最小限の広さのエアカーテンＣを生成することが可能であり、不活性ガスの消費を抑えることが可能である。

【0164】

エアカーテン生成部１０３のノズル１０６は、加熱されたビレットＢに不活性ガスが当たってビレットＢの温度を下げないように、ビレットＢへ向かう方向よりも外側に不活性ガスを吹き出す。

【0165】

ノズル１０６から噴出される不活性ガスは、窒素ガスである。窒素ガスは、不活性ガスの中でも安価かつ安全であるので、とくに好ましい。窒素ガスは、図１２に示されるように、ガスボンベ１０８からガスホース１０９を介してノズル１０６へ供給される。

【0166】

以上のような構成により、搬送ロボット１０２によってビレットＢを誘導加熱炉Ｆから成型装置Ｍへビレットを搬送する途中では、エアカーテン生成部１０３によって生成されたエアカーテンＣがビレットＢを取り囲むように不活性ガスを吹き出してビレットＢを外気から遮断することが可能である。

【0167】

＜第４実施形態の特徴＞
（１）
第４実施形態のビレット搬送装置１０１では、エアカーテン生成部１０３を備えているので、搬送ロボット１０２によってビレットＢを誘導加熱炉Ｆから成型装置Ｍへビレットを搬送する間、エアカーテン生成部１０３によって生成されたエアカーテンＣがビレットＢを取り囲むように不活性ガスを吹き出してビレットＢを外気から遮断すること可能である。

【0168】

具体的には、ビレットＢの搬送工程に使用するロボットハンド１０４に取り付けたノズル１０６より不活性ガスを噴出し、エアカーテンＣを生成することにより外気から加熱されたビレットＢを遮断して酸化を防止することが可能である。

【0169】

したがって、第４実施形態のビレット搬送装置１０１を用いることにより、誘導加熱炉Ｆの中を不活性ガス雰囲気にすると同時に搬送工程もエアカーテンＣによって大気からシールドすることにより、酸化皮膜が生成されない状態のビレットＢをダイキャスト成型用の成型装置Ｍに供給することができ、酸化皮膜による内部欠損の無い成型が可能になる。したがって、高品質の成型品を得ることが可能である。

【0170】

（２）
しかも、ビレットＢの搬送用のトレイ１０５は、外気から遮断するための蓋が不要になるので、蓋の開閉等の手間を省略できる。したがって、きわめて短時間でダイキャスト給湯口Ｓに素材であるビレットＢを投入でき、温度低下をおこすことなく供給できる。

【0171】

（３）
また、第４実施形態のビレット搬送装置１０１では、ロボットハンド１０４は、ビレットＢを載せたトレイ１０５を介して、ビレットＢを把持し、搬送ロボット１０２は、誘導加熱炉Ｆから成型装置ＭへビレットＢをトレイ１０５に載せた状態で搬送する。これにより、搬送中のビレットＢは、トレイ１０５に最小限接触しているのみであり、周囲のダクトその他の部材に接触しないので、熱が奪われにくいという利点も有する。

【0172】

すなわち、もし仮に、誘導加熱炉Ｆとダイキャスト給湯口Ｓをダクトでつないで素材であるビレットＢまたは溶融金属を給湯すれば、ダクト内部を不活性ガス雰囲気下で搬送することは容易であるが、ダクトにビレットＢの熱が奪われ温度が低下したり、ダクトに材料が溶着して詰まるという問題が考えられる。しかし、第４実施形態のビレット搬送装置１０１を用いれば、そのような不具合無く不活性ガス雰囲気に囲まれた状態で加熱されたビレットＢの供給が可能となる。

【0173】

（４）
また、第４実施形態のビレット搬送装置１０１では、エアカーテン生成部１０３のノズル１０６は、ビレットＢに不活性ガスが当たらないように、ビレットＢへ向かう方向よりも外側に不活性ガスを吹き出すように、ノズル１０６の向きが調整されている。したがって、不活性ガスの気流をノズル１０６の調整によりビレットＢ及びトレイ１０５に直接当てないようにすることができ、ビレットＢの温度低下を抑えることが可能である。

【0174】

（５）
また、第４実施形態のビレット搬送装置１０１では、エアカーテン生成部１０３が、ロボットハンド１０４の付近に配置され、ロボットハンド１０４の移動に伴って移動することが可能な不活性ガスを吹き出すノズル１０６を有するので、搬送中のビレットＢを常時エアカーテンＣで外気から遮断することが可能である。

【0175】

（６）
さらに、第４実施形態のビレット搬送装置１０１では、ノズル１０６が、ビレットＢの周囲を円形に取り囲むように配置され、円弧状断面の吹出口１０６ａを有する複数の円弧状ノズルであるので、ビレットＢおよびトレイ１０５を取り囲む最小限の広さのエアカーテンＣを生成することが可能であり、不活性ガスの消費を抑えることが可能である。とくに、ビレットＢが円柱形状であり、トレイ１０５が半円形の場合には、より狭い範囲でエアカーテンＣを生成することが可能であり、不活性ガスの消費をより抑えることが可能である。

【0176】

（７）
また、第４実施形態では、ノズル１０６から噴出される不活性ガスが窒素ガスであるので、不活性ガスの中でもとくに安価かつ安全である。

【0177】

＜第４実施形態の変形例＞
（Ａ）
上記第４実施形態では、搬送ロボット１０２のロボットハンド１０４が、ビレットＢを載せたトレイ１０５を介して、ビレットＢを間接的に把持しているが、本発明はこれに限定される場合ではなく、ロボットハンド１０４が、ビレットＢを直接把持するようにしてもよく、この場合も、エアカーテン生成部１０３によって生成されたエアカーテンＣがビレットＢを取り囲むように不活性ガスを吹き出してビレットＢを外気から遮断すること可能である。但し、この場合のロボットハンドは図に示すような形状ではなく、半溶融状態の柔らかいビレットがくずれないようなハンド形状の変更も行なう。たとえば、左右からはさんでトレイからすくい取るようなハンド形状とする。

【0178】

（Ｂ）
また、上記第４実施形態では、ノズル１０６の形状が、円弧形状のノズルを例にあげて説明しているが、本発明はこれに限定されるものではなく、種々の形状を有するノズルを採用することも可能である。

【0179】

例えば、変形例として、図１７に示されるように偏平な矩形断面の吹出口１１６ａを有する平ノズル１１６を用いて、ビレットＢの周囲を多角形（例えば、四角形状）に取り囲むように配置してもよい。この場合も、ビレットＢおよびトレイ１０５を取り囲む最小限の広さのエアカーテンＣを生成することが可能であり、不活性ガスの消費を抑えることが可能である。

【0180】

（Ｃ）
さらに、上記第４実施形態では、エアカーテン生成用の不活性ガスの一例として、窒素ガスを例にあげて説明しているが、本発明はこれに限定されるものではなく、種々の不活性ガスを採用することも可能である。

【0181】

例えば、不活性ガスの変形例として、ガス炉等の加熱ガスを用いた加熱炉またはその他の作業現場に有る既存の加熱手段から燃焼時に発生する酸素を含まない既燃ガスを用いてもよい。この場合も、ビレットＢを外気から遮断する不活性ガスのエアカーテンを生成することが可能である。しかも、既燃ガスは、加熱炉またはその他の加熱手段から排出されるガスなので、購入費用をかけずに大量に入手することが可能である。

【0182】

（Ｄ）
また、上記第４実施形態では、ノズル１０６がロボットハンド１０４の付近に配置され、ロボットハンド１０４の移動に伴って移動する態様を一例にあげて説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。

【0183】

本発明の変形例として、例えば、ノズル１０６の配置や不活性ガスの噴射範囲等を適宜変更することにより、ノズル１０６をロボットアーム１０７先端のロボットハンド１０４の付近に配置しなくても、ロボットアーム１０７から離れた位置に設置されたノズル１０６によって生成される不活性ガスのエアカーテンによって、ロボットハンド１０４で搬送されるビレットＢを外気から遮断することが可能である。この場合、複数のノズル１０６をビレットＢの搬送経路に設置したり、またはロボットハンド１０４とは別にノズル１０６を移動させる機構を設けてもよい。

【0184】

（Ｅ）
また、上記第４実施形態では、搬送ロボット１０２として、ロボットアーム１０７が旋回することにより、ビレットＢを搬送する例が示されているが、本発明はこれに限定されるものではなく、加熱されたビレットＢ又はトレイ１０５をロボットハンド１０４で把持して加熱装置から成型装置へ搬送できる搬送ロボット１０２であれば、種々の形態のものを採用することが可能である。

【0185】

＜第４実施形態の産業上の利用可能性＞
本発明の第４実施形態に係るビレット搬送装置は、加熱されたビレットを搬送するためのビレット搬送装置に適用することが可能である。

【0186】

［第５実施形態］
つぎに本発明の第５実施形態であるビレットトレイの実施形態について、図面を参照しながら説明する。

【0187】

なお、第５実施形態に係わるビレットトレイは、第１実施形態の誘導加熱装置、鉄系金属材料からなる金属ビレットＷＫを半溶融状態まで誘導加熱により３段階で加熱する誘導加熱装置、すなわち、図１〜４に示されるように、初期加熱炉１１では、金属ビレットＷＫを金属ビレットＷＫのＡ１変態点未満の第１所定温度Ｔ１まで誘導加熱により加熱し、金属ビレットＷＫをトレイＴＲに載せた後、急速加熱炉５１ａでは、金属ビレットＷＫを半溶融状態になる直前の第２所定温度Ｔ２まで誘導加熱により急速に加熱し、さらに、均熱加熱炉５１ｂでは、金属ビレットＷＫの全体が均一の温度になるように、半溶融状態になる第３所定温度Ｔ３を維持して誘導加熱により加熱する誘導加熱装置とともに使用することが可能である。

【0188】

図１８〜２０に示されるビレットトレイ２０１は、その上面２０２において、ビレットＢを載置する載置部分２０４は、円筒面の一部で形成されたくぼみである。

【0189】

また、載置部分２０４には、ビレットＢとの接触面積を低減するための溝２０３が形成されている。溝２０３は、載置部分２０４に載置されるビレットＢの長手方向に沿って延びる形状をしている。

【0190】

ビレットＢを載置部分２０４に載置したとき、ビレットＢの下側の部分は、溝２０３によって載置部分２０４との接触面積が低減され、溝２０３の両側の縁部分２０５に線接触またはそれに近い範囲の狭い領域で接触する。

【0191】

溝２０３は、図１９に示されるように、円筒面の一部で形成されたくぼみである。また、溝２０３の内面の曲率半径Ｒ１は、ビレットＢ外周面の曲率半径Ｒ２よりも小さい。このため、ビレットＢと溝２０３の内面とが面接触しない。

【0192】

具体的には、溝２０３の曲率半径Ｒ１が、ビレットＢの曲率半径Ｒ２の０．３〜０．５倍程度であれば、ビレットＢ下側に帯状の溶け残り部分が発生するおそれがなくなる。例えば、ビレットＢの曲率半径Ｒ２が４３ｍｍ程度、溝２０３の曲率半径Ｒ１は、１８ｍｍ程度であれば（Ｒ１／Ｒ２＝０．４１）、溶け残りは発生しない。

【0193】

なお、載置部分２０４の曲率半径については、ビレットＢの曲率半径Ｒ２以上であればよい。

【0194】

また、ビレットトレイ２０１の側面には、ロボットハンドでつかむための取っ手２１１が突出している。さらに、ビレットトレイ２０１の下側には、加熱装置２２２内部の一対のレールに沿って搬送するための一対の溝１２が形成されている。

【0195】

図２１に示されるように、チクソキャスティングを行う場合、ビレットＢは、まず、ビレットＢ単体で第１誘導加熱部２２１に投入され、高周波加熱により第１所定温度Ｔ１まで初期加熱される。初期加熱後のビレットＢは、まだ比較的低温なので定形性を保っている。

【0196】

ついで、初期加熱後のビレットＢをビレットトレイ２０１に載置し、その状態で第２誘導加熱部２２２に投入する。加熱装置２２２では、ビレットＢを載置したビレットトレイ２０１がレール（図示せず）に沿って搬送されながら、急速加熱および均熱加熱が多段階に高周波加熱が行われ、最終的には、ビレットＢが半溶融状態になる１２００℃近くまで加熱される。

【0197】

ついで、半溶融状態になったビレットＢを載置したビレットトレイ２０１は、ロボットハンドによって取っ手２１１をつかまれ、加熱装置２２２から取り出される。そして、ロボットハンドは、ビレットトレイ２０１を上下反転させることにより、半溶融状態になったビレットＢを成形装置２２３に投入する。

【0198】

その後、成形装置２２３では、半溶融状態になったビレットＢを型成形して、所定の形状の成形品に加工する。加工後は、成形装置２２３の金型を開いて、成形品が取り出される。

【0199】

＜第５実施形態の特徴＞
（１）
第５実施形態のビレットトレイ２０１は、その上面２０２において、ビレットＢを載置する載置部分２０４を備えている。載置部分２０４には、ビレットＢとの接触面積を低減するための溝２０３が形成されている。

【0200】

これにより、ビレットＢとビレットトレイ２０１の載置部分２０４との接触面積を低減することができる。そして、接触面積を減らすことで、ビレットトレイ２０１自体から受けるビレットＢの熱影響を低減できることで、ビレットＢの上下での溶融状態の差が少なくなる。

【0201】

その結果、ビレットＢとトレイ２０１との接触面積が低減し、熱伝導による熱流出を抑えることができ、より短時間で均熱化することができる。また、トレイ２０１の温度上昇が抑えられトレイ寿命を延ばす効果もある。

【0202】

また、ビレットＢからビレットトレイ２０１への伝熱を抑えることができ、ビレットＢの溶け残りの発生を防止し、それとともにビレットトレイ２０１の載置部分２０４にビレットＢの溶け残りが付着するのを防止できる。

【0203】

（２）
また、溝２０３によって溶け残りの発生および付着を防止できるので、載置部分２０４の表面に塗る水性離型剤の塗布面積を少なくすることができる。

【0204】

（３）
また、加熱温度を上げてビレットＢの粘度を低くしても、溝２０３によって溶け残りの発生および付着を防止できるので、半溶融状態のビレットＢを型成形する際の成形圧力を下げることができる。

【0205】

（４）
しかも、溝２０３が載置部分２０４に載置される円柱状のビレットＢの長手方向に沿って延びるので、円柱状のビレットＢの下側の全長にわたって、溶け残りの発生および付着を防止できる。

【0206】

（５）
また、溝２０３の内面の曲率半径Ｒ１が、ビレットＢの外周面の曲率半径Ｒ２よりも小さいので、ビレットＢが溝２０３内面に面接触することを確実に防止できる。また、ビレットトレイ２０１の設計および加工が容易になる。

【0207】

＜第５実施形態の変形例＞
（Ａ）
第５実施形態のビレットトレイ２０１では、載置部分２０４にビレットＢとの接触面積を低減するための溝２０３が形成されているが、本発明はこれに限定されるものではなく、ビレットＢとの接触面積を低減することができる凹凸があればよく、少なくとも１つの凹部および／または凸部が形成されていればよい。したがって、凹部は、溝だけでなく、１または複数の穴やくぼみでもよい。

【0208】

（Ｂ）
また、溝２０３の代わりに、載置部分２０４にビレットＢとの接触面積を低減するために、凸部として、例えば、図２２に示されるように、載置部分２０４に載置されるビレットＢの長手方向に沿って延びる一対の突条２１５であってもよい。この場合も、一対の突条２１５によって溶け残りの発生および付着を防止できる。

【0209】

さらに、凸部は、一対の突条だけでなく、１または複数の突起でもよい。

【0210】

＜第５実施形態の産業上の利用可能性＞
本発明の第５実施形態に係るビレットトレイは、半溶融または半凝固状態のビレットを載置するビレットトレイに種々適用することが可能である。

【産業上の利用可能性】

【0211】

本発明に係る誘導加熱方法および誘導加熱装置は、鉄系金属材料からなる加熱対象物を半溶融状態まで誘導加熱により加熱する成形加工に有益である。

【符号の説明】

【0212】

１ 誘導加熱装置
１０ 第１誘導加熱部
１１、２２１ 初期加熱炉（初期加熱部）
１９，５９ 非接触式温度センサ（非接触式温度計）
５０、２２２ 第２誘導加熱部
５１ａ 急速加熱炉（急速加熱部）
５１ｂ 均熱加熱炉（均熱加熱部）
５１ｃ 副均熱加熱炉
５２ａ，５２ｂ，５２ｃ 誘導加熱コイル
５７ パイプレール（ガイドレール）
５８ 第２制御装置（出力調整器）
１０１ ビレット搬送装置
１０２ 搬送ロボット
１０３ エアカーテン生成部（エアカーテン生成手段）
１０４ ロボットハンド（把持部）
１０５ トレイ
１０６、１１６ ノズル
１０７ ロボットアーム
１０８ ガスボンベ
１０９ ガスホース
２０１ ビレットトレイ
２０２ 上面
２０３ 溝
２０４ 載置部分
２０５ 縁部分
２１５ 突条
ＷＫ 金属ビレット（加熱対象物）
ＴＲ トレイ
Ｂ ビレット
Ｃ エアカーテン
Ｆ 誘導加熱炉
Ｍ 成型装置
Ｓ ダイキャスト給湯口

【先行技術文献】

【特許文献】

【0213】

【特許文献1】特開２００２−１４６４３６号公報

【特許文献2】特開平１１−２５１０４４号公報

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】

【図20】

【図21】

【図22】