JP6448964B2 - 誘導加熱装置およびそれを用いた建築・土木用シートの施工構造 - Google Patents

Description

本発明は、建築・土木用シート固定用の誘導加熱装置および該誘導加熱装置を用いた建築・土木用シートの施工構造に関する。

従来、屋上や外壁などの防水構造やトンネル、廃棄物処分場における遮水構造において建築・土木用シートを敷設することが行われている。この建築・土木用シートを下地等に固定する方法として、熱可塑性樹脂やホットメルト接着剤を被覆した鋼板からなる被加熱体をあらかじめ下地に固定しておき、その上から下地に建築・土木用シートを敷設して該建築・土木用シートの上から誘導加熱装置により被加熱体を加熱し、被加熱体と建築・土木用シートとを固定するという施工方法がある。

誘導加熱装置には加熱コイルを含む磁場発生回路が組み込まれており、通常金属からなる被加熱体に加熱コイルが近づくと電磁誘導により金属である被加熱体に渦電流が流れ、被加熱体が発熱する。この際、被加熱体の表面に被覆された熱可塑性樹脂やホットメルト接着剤が加熱溶融して建築・土木用シートに接着することにより建築・土木用シートが固定されることとなる。
この施工方法においては誘導加熱装置の加熱コイルを被加熱体の上部位置に合致させることが重要であるが、シート下にあり隠れて見えない被加熱体とシート上にある誘導加熱装置の加熱コイルとを合致させることは難しい。しかし、この位置がずれていると被加熱体の発熱に偏りが生じて建築・土木用シートとの接合が不十分となり、シートと被加熱体との固定強度が低下してしまう。

このように建築・土木用シートの表面から固定具の上に電磁誘導加熱装置を正確に配置する方法として、特許文献１においては、防水シートの敷設施工における固定部材にほぼ対応する厚さを有する非導電性板体の中程に固定部材の外周より大きく高周波発振ヘッドの外周よりも小さい接合位置決め用のガイド孔が設けられた接合位置決め治具を、固定部材にガイド孔が合致するように防水シートを介して載置したのち、高周波発振ヘッドをガイド孔に合わせて当接し高周波誘導加熱により固定部材と防水シートとを接合する防水シートの敷設方法が開示されている。

特開２００１−１２３５９３号公報

しかしながら、固定部材は防水シートによって覆われているために視認することはできない。そこで、固定部材の厚みによって僅かに膨らんだ防水シートの略円弧状模様を頼りに位置決め治具を用いて固定部材の位置を確認しており、固定部材の正確な位置を防水シートの上から検知することは容易ではない。さらに位置決め治具で固定部材の位置を正確に捉えることができたとしても、高周波発振ヘッドをガイド孔に合わせて当接する際に位置決め治具が動き、これにより固定部材と高周波発振ヘッドの位置がずれてしまう可能性があった。

本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたもので、誘導加熱装置の加熱コイルと被加熱体との正確な位置合わせを可能とした誘導加熱装置およびこれを用いた建築・土木用シートの施工構造を提供する。

本発明は、下地の上に固定された被加熱体を加熱することで前記下地の上に敷設された建築・土木用シートと被加熱体とを接合する誘導加熱装置であって、前記被加熱体を誘導加熱する加熱コイルを含む磁場発生部と、前記被加熱体を前記建築・土木用シートの上から検知するセンサーコイルを含む検知部と、を備え、前記被加熱体が磁性を有するステンレスからなり、前記検知部は前記被加熱体を選択的に検知することを特徴とする建築・土木用シート固定用誘導加熱装置である。
また、前記検知部が前記センサーコイルに電流を流すための正弦波発振回路と、前記センサーコイルのインダクタンス変化を測定するためのインダクタンス測定回路とをさらに備えてもよく、また前記インダクタンス測定回路が位相検波回路をさらに備えてもよく、また前記センサーコイルを空芯コイルとすることもできる。さらに、前記センサーコイルが抵抗線により形成されていてもよく、さらには前記抵抗線の抵抗温度係数が±１０×１０^−５／℃の範囲内とすることもできる。

そして本発明の施工構造は下地の上に磁性を有するステンレスからなる被加熱体が固定され、前記下地および前記被加熱体の上に建築・土木用シートが敷設され、上述した建築・土木用シート固定用誘導加熱装置を用いて前記被加熱体を前記建築・土木用シートの上から検知して前記加熱コイルを前記被加熱体の対応する位置に位置合わせし、誘導加熱により前記被加熱体が加熱され前記被加熱体と前記建築・土木用シートとが接合されていることを特徴とする建築・土木用シートの施工構造である。

建築・土木用シート固定用の誘導加熱装置が被加熱体を誘導加熱する加熱コイルを含む磁場発生部と、被加熱体を建築・土木用シートの上から検知するセンサーコイルを含む検知部と、を備えることにより、誘導加熱装置の加熱コイルと被加熱体との正確な位置合わせが可能となる。そして検知部がセンサーコイルに電流を流すための正弦波発振回路と、センサーコイルのインダクタンス変化を測定するためのインダクタンス測定回路とをさらに備えることで被加熱体以外の導電材料の影響を受けにくくなり、被加熱体の検出感度が向上してより正確な位置合わせができる。またインダクタンス測定回路が位相検波回路をさらに備えることでセンサーコイルの抵抗成分による誤差分をキャンセルできるため検出感度が向上し、より正確な位置合わせが可能となる。

被加熱体がステンレス製である場合には錆びにくく耐久性に優れるため建築・土木用シートの固定強度を長期に維持できるほか、下地上に例えば建築・土木用シートのピンホール検知などの目的のためアルミニウム製のシート等が敷設されていても誘導加熱装置の検知部により被加熱体を選択的に検出することができる。

またセンサーコイルが抵抗線により形成されていることで、誘導加熱装置により被加熱体を誘導加熱する作業を反復して行う場合に装置の温度が上昇することによるセンサーの誤作動を防止することができ、またさらに抵抗線の抵抗温度係数が±１０×１０^−５／℃の範囲内とすることで誘導加熱装置によりこのセンサーの誤作動の防止効果が向上する。
そして上記のような建築・土木用シート固定用誘導加熱装置を用いて被加熱体を検知、加熱して建築・土木用シートを被加熱体に接合することにより、十分な接合強度を有する施工構造を得ることができる。

本発明の誘導加熱装置の構成を示すブロック図である。 本発明の誘導加熱装置の検出部の構成を示すブロック図である。 本発明の誘導加熱装置を用いた建築・土木用シートの施工構造を示す断面図である。 本発明の誘導加熱装置底部の主要部の配置例を示す断面図である。 本発明の誘導加熱装置のセンサーコイルの配置例を示した平面図である。 本発明の誘導加熱装置の外観の一例を示す概要図である。 本発明の誘導加熱装置を用いた建築・土木用シートの施工構造を示す断面図である。

以下本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。

図１に誘導加熱装置の構成の概要を示す。本実施形態の誘導加熱装置は電源部５と、被加熱体を誘導加熱により加熱するための磁場発生部２と、被加熱体を検知して誘導加熱装置と被加熱体との位置合わせをするための検知部３と、これらを制御する制御部４から構成されている。
少なくとも磁場発生部２と検知部３とは誘導加熱装置の装置本体１に一体的に組み込まれている。このような構成とすることにより、検知部３で被加熱体を検知して位置合わせを行ったあと装置本体１を動かすことなく誘導加熱を行うことができるため位置ずれを防止することができ、また一体型であるため装置の移動が容易であり作業性がよい。

本実施形態の誘導加熱装置を構成する磁場発生部２は一般的な誘導加熱装置と同様であり、加熱コイル２−１と誘導加熱発振回路２−２からなる。誘導加熱発振回路２−２は検知部３が被加熱体を検知した場合にのみ加熱コイル２−１に電流を流すことができるように制御部４で制御されており、検知部３からの検知信号が制御部４へ送られると制御部４が磁場発生部２の誘導発振加熱回路を制御して誘導加熱発振が可能な状態となり、その状態で作業者が発振操作を行うことにより発振される。

本実施形態の誘導加熱装置を構成する検知部３は、図１に示すようにセンサーコイル３−１と、センサーコイル３−１に電流を流すための正弦波発振回路３−２と、センサーコイル３−１のインダクタンスを測定するインダクタンス測定回路３−３と、インダクタンスの測定値をブランク値と比較して被加熱体を検知する比較検知回路３−４から構成されている。ここでブランク値とは、被加熱体のない場所でのセンサーコイル３−１のインダクタンスの測定値のことである。

正弦波発振回路３−２を通じてセンサーコイル３−１に電流を流した状態において、インダクタンス測定回路３−３ではセンサーコイル３−１のインダクタンスを常に測定している状態となる。センサーコイル３−１が被加熱体に接近するとインダクタンスが変化するため、それを比較検知回路３−４が検知して検知信号を制御部４へ発信する。比較検知回路３−４から検知信号が制御部４へ送られると制御部４が磁場発生部２の誘導加熱発振回路２−２を制御して誘導加熱発振が可能な状態となるようにすることで、加熱コイル２−１が被加熱体と対応する位置からずれた状態で誘導加熱が発振されてしまうことを防ぐことができる。なお、誘導加熱発振を行う際は誤動作やセンサーコイル３−１の故障防止のため、正弦波発振回路３−２からセンサーコイル３−１への通電は停止されるように制御されることが好ましい。

センサーコイル３−１は各種コイルが使用でき、中でも空芯コイルは耐電力が大きくまた微小なインダクタンス変化を確認しやすいため好ましく用いられる。また複層よりも単層のコイル（平面に渦巻き状に巻いたもの）が好ましく用いられる。

センサーコイル３−１に用いる電線は一般的なマグネットワイヤを用いることができる。マグネットワイヤの種類としては、例えば、銅、アルミニウム、銀、銅被覆鋼線、ステンレスなどの導体からなる導線や、ニクロム線、鉄クロム線、銅ニッケル線、マンガニン線、ニッケル線などの抵抗線、またこれら導線及び抵抗線の表面をポリウレタンやポリエステル等の絶縁体で覆ったものなどがある。

本実施形態の誘導加熱装置は、加熱コイル２−１を含む磁場発生部２とセンサーコイル３−１を含む検知部３とが装置本体１に組み込まれた一体型であるため、加熱コイル２−１により被加熱体が加熱される際の被加熱体からの熱伝導等により装置本体１も高温になることがあり、これがセンサーコイル３−１のインダクタンス測定に影響を及ぼして検知部３が機能しなくなる可能性がある。そのためセンサーコイル３−１としては温度変化の影響を受けにくいものを使用することが望ましく、そのようなマグネットワイヤとしては例えば抵抗線が挙げられる。中でもニクロム線、鉄クロム線、銅ニッケル線、マンガニン線は抵抗温度係数が小さく好ましい。さらに銅ニッケル線（アドバンス線、コンスタンタン線）、マンガニン線は固有抵抗が比較的小さく被加熱体の検出感度に優れ、抵抗温度係数も±１０×１０^−５／℃と小さいためセンサーの誤動作をより確実に防止でき好適である。

図３では本発明の誘導加熱装置による建築・土木用シートの施工例を示している。下地ＡにビスＤにより円盤状や平板状の鋼板などの金属板の表面に熱可塑性樹脂などを被覆した被加熱体Ｃを固定し、その上から建築・土木用シートＢを敷設し、誘導加熱装置Ｅを被加熱体Ｃに対応する位置に載置した状態で誘導加熱を行い、被加熱体Ｃを加熱して建築・土木用シートＢを被加熱体Ｃに固定する。
すなわち被加熱体Ｃが建築・土木用シートＢで覆われ隠れた状態で誘導加熱装置Ｅによりその位置を検出し、誘導加熱装置Ｅの加熱コイル２−１が被加熱体Ｃに対応する位置に配置されるようにセンサーコイル３−１を用いて位置合わせを行うのであり、その際一つのセンサーで行うよりも複数のセンサーで位置合わせを行うほうが複数の箇所で被加熱体Ｃを検知するため位置の確定がしやすくより正確な位置合わせが可能である。例えば複数のセンサーコイル３−１を被加熱体Ｃの周囲形状に合わせて配置し、全てのセンサーが被加熱体を検知した際に位置合わせができたと判断する。以上のようにセンサーコイル３−１は誘導加熱装置Ｅの装置本体１に複数備えることが好ましい。

被加熱体の検知は、検知部３のインダクタンス測定回路３−３においてセンサーコイル３−１のインダクタンスを測定しその数値変化を比較検知回路３−４において判断することにより行う。この原理としては、まずセンサーコイル３−１に正弦波などの交流を流すとコイルに磁界が発生する。この状態でセンサーコイル３−１を例えばアルミニウムなどの非磁性金属に近づけると、その金属側に渦電流が流れてセンサーコイル３−１と反対向きの磁束が発生し、磁束が打ち消されてコイルを貫く磁束数が減少する。この結果センサーコイル３−１のインダクタンスは原理的に減少する。このときのインダクタンスの減少はわずかな変化であり、実際にはインダクタンスはほぼ変化しないことが多い。またセンサーコイル３−１を例えばフェライトなどの磁性体に近づけると、磁性体内部の磁束数が増えることでセンサーコイル３−１を貫く磁束数が増加するため、センサーコイル３−１のインダクタンスは増加することとなる。

被加熱体としては強度や耐食性などの面からステンレス製のものが好ましく用いられる。ステンレスの種類にはオーステナイト系、フェライト系、オーステナイト・フェライト二相系、マルテンサイト系がある。このうち磁性を有するステンレスを被加熱体として用いることで、例えば下地にアルミシート等を敷いた場合においても本実施形態の誘導加熱装置により被加熱体を選択的に検出することが可能となる。上記の中でも特にフェライト系、オーステナイト・フェライト二相系、マルテンサイト系のステンレスからなる被加熱体を用いることが好ましい。

インダクタンス測定回路３−３としては通常のＬＣＲ測定器などを用いることができるが、インダクタンス測定回路３−３には図２のように位相検波回路を備えることが好ましい。位相検波回路を有することによってセンサーコイル３−１の抵抗の影響により発生する測定誤差を除くことができるため感度のよい測定が可能となり、建築・土木用シートの上からでも確実に被加熱体を検知することができる。

図４は誘導加熱装置の底部８の主要構成部の配置を示した断面図である。各図の一番下に配置されているのは誘導加熱時に建築・土木用シートに接する部分であるウレタンやシリコン製などのパット７である。このパット７で建築・土木用シートの上から被加熱体を押圧しながら誘導加熱することで建築・土木用シートと被加熱体とを密着させる。パット７の上には加熱コイル２−１またはセンサーコイル３−１を保護するための保護材６が配置され、図４（４ａ）ではパット７の上に加熱コイル２−１、センサーコイル３−１の順に配置されており、図４（４ｂ）ではセンサーコイル３−１、加熱コイル２−１の順に配置されている。

図４（４ａ）のように加熱コイル２−１の上にセンサーコイル３−１が配置した場合はセンサーコイル３−１が被加熱体からより離れるため、被加熱体を検出するためには比較的大きなセンサーコイル３−１が必要となる。これに対して図４（４ｂ）のようにセンサーコイル３−１の上に加熱コイル２−１を配置した場合はセンサーコイル３−１と被加熱体との距離が近くなるため、図４（４ａ）に比べて被加熱体を検知しやすくなり好ましい。しかし、センサーコイル３−１と被加熱体との距離が近くなると被加熱体が誘導加熱されたときに発生する熱がセンサーコイル３−１に伝わりやすくなり、センサーコイル３−１の温度が上昇して誤作動を生じる恐れがある。このため、前述したようにセンサーコイル３−１の電線の種類を温度変化の影響を受けにくいものを選択することが有効となる。

加熱コイル２−１は被加熱体を均一に加熱するようなものが好ましく、被加熱体よりもやや大きめの径のものが好ましい。また加熱コイル２−１の配置は装置上部から見た場合に中央に配置されていることが好ましい。

また被加熱体を均一に加熱するためには被加熱体に対応する位置に加熱コイル２−１の位置を合わせること、すなわち被加熱体の中心と加熱コイル２−１の中心が一致するように位置合わせを行うことが重要であり、そのためセンサーコイル３−１は加熱コイル２−１に比べて径の小さいものを被加熱体の外周付近にセンサーコイル３−１の中心が合うように複数配置されていることが好ましい。図５はセンサーコイル３−１の配置例を表した装置上面から見た平面図である。図中の破線Ｃ´は被加熱体の外周に対応する部分を示すものであり、この場合の被加熱体の形状は円盤状である。例えば、被加熱体が円盤状のものであれば（５ａ）〜（５ｃ）の全ての配置パターンが使用できるが、（５ｃ）のようにセンサーコイル３−１の数が多い方がより正確に被加熱体の位置を確定できることになる。しかし実際は設けられるセンサーコイル３−１の数はセンサーとしての感度やセンサーコイル３−１同士の干渉の影響などから制限され、被加熱体が円盤状の場合はセンサーコイル３−１の数は５〜８個程度が好ましく使用できる。

図６は本実施形態の誘導加熱装置の外観を示したものである。装置本体１において底部８を下側としたとき上側となる面に、センサーコイル３−１が被加熱体を検知したことを知らせる表示部９であるＬＥＤ９ａが設けられている。センサーコイル３−１が被加熱体を検知するとＬＥＤ９ａが点灯し、また検知しなくなるとＬＥＤ９ａは消灯するよう制御部４により制御される。このように表示部９が作業中に確認しやすい位置に設けられていると表示部９を確認しながら位置合わせを行うことができる。また表示部９の代わりに検知したことを知らせるブザー音などを発生させてもよく、またこれらを併用してもよい。

図６の装置本体１には６個のセンサーコイル３−１が取り付けられており、各センサーコイル３−１に対応する６個のＬＥＤ９ａが実際のセンサーコイル３−１の配置方向と同様に設けられている。このようにセンサーコイル３−１が複数設置されている場合には各センサーコイル３−１に対応する複数の表示部９を設けることができ、さらにこの複数の表示部９をセンサーコイル３−１の実際の配置方向を示すように設けることで加熱コイル２−１が被加熱体に対していずれの方向にずれているのかを確認することが可能となり、位置合わせがしやすくなって作業時間の短縮が図れる。

また図６のように装置本体１には誘導加熱発振スイッチ１０が設置され、作業者が加熱コイル２−１と被加熱体との位置合わせが完了したことを表示部等で確認したあと誘導加熱発振スイッチ１０を押すことで誘導加熱が発振されるようにすることができる。誘導加熱装置の発振は、装置に備えられたセンサー全てが被加熱体を検知してから発振可能となるよう制御されていることが好ましい。このようにすることで誤発振を防止することができる。また位置合わせが完了したことを知らせるＬＥＤなどの確認用表示を別途装置本体１に設けてもよく、また誘導加熱発振スイッチ１０自体が点灯して発振可能状態を知らせるようにしてもよい。また図６のように装置本体１に取っ手のような把持部１１が設けられていると位置合わせや連続作業における装置本体１の移動が容易にでき好ましい。

本実施形態の誘導加熱装置を用いた建築・土木用シートの施工について図３の例を用いて説明する。
まず建築・土木用シートＢを施工する下地Ａ上の所定の位置に、円盤状のディスクである被加熱体Ｃを一定の間隔をあけて配置し、ビスＤ等で下地に固定する。そして被加熱体Ｃが固定された下地の上に建築・土木用シートＢを敷設する。
続いて誘導加熱装置Ｅを被加熱体Ｃが固定されていない部分の下地上の建築・土木用シートＢの上に載せ置いて誘導加熱装置Ｅの電源を入れる。このとき誘導加熱装置Ｅの検知部３においては被加熱体Ｃのない場所でのセンサーコイル３−１のインダクタンスを測定し、その測定値をブランクの数値として記憶させておく。

その後、センサーコイル３−１のインダクタンスを測定しながら誘導加熱装置Ｅの位置を建築・土木用シートＢの上に載せ置いた状態でずらしていき、被加熱体Ｃが検知されたかどうか表示部等で確認する。検知部３に複数のセンサーコイル３−１を備えた装置の場合は、例えば６個のセンサーコイル３−１を備えた装置でそのうち３個のセンサーコイル３−１が被加熱体Ｃを検知した場合には表示部で位置のずれの方向を確認しながら誘導加熱装置Ｅの位置を調整し、全てのセンサーコイル３−１が被加熱体Ｃを検知するよう位置合わせを行う。

全てのセンサーコイル３−１が被加熱体Ｃを検知して誘導加熱発振が可能な状態となったら、誘導加熱発振スイッチ９を押して発振させる。誘導加熱により被加熱体が均一に加熱され、被加熱体の表面を覆う熱可塑性樹脂等が溶融して建築・土木用シートＢと密着することで被加熱体と建築・土木用シートＢが接合される。
一連の操作を繰り返し行い、被加熱体Ｃと建築・土木用シートＢとを接合していく。全ての被加熱体Ｃと建築・土木用シートＢとを接合したら施工完了となる。

本発明の誘導加熱装置を用いることで加熱コイル２−１と被加熱体の位置合わせを正確に行うことが可能となり、これにより十分な接合強度を有する建築・土木用シートの施工構造を得ることができる。
また本発明の施工構造において下地Ａの種類に特に制限はなく、ビルなどの建築物の屋上やトンネルといったコンクリート系下地、金属屋根などの金属系下地、またこれら下地に断熱材などを組み合わせた複合下地など、さまざまな下地に対応できる。また図７のように下地上に建築・土木用シートＢのピンホール検知の目的でアルミニウム製シートＦを敷設した構造とすることもできる。

本発明の誘導加熱装置は屋上防水工事、トンネルや産業廃棄施設等の止水工事、または内装工事における建築・土木用シートの施工に用いることができる。

１ 装置本体
２ 磁場発生部
２−１ 加熱コイル
２−２ 誘導加熱発振回路
３ 検知部
３−１ センサーコイル
３−２ 正弦波発振回路
３−３ インダクタンス測定回路
３−４ 比較検知回路
４ 制御部
５ 電源部
６ 保護材
７ パット
８ 底部
Ａ 下地
Ｂ 建築・土木用シート
Ｃ 被加熱体
Ｄ ビス
Ｅ 誘導加熱装置

Claims (7)

1. 下地の上に固定された被加熱体を加熱することで前記下地の上に敷設された建築・土木用シートと被加熱体とを接合する誘導加熱装置であって、
   前記被加熱体を誘導加熱する加熱コイルを含む磁場発生部と、
   前記被加熱体を前記建築・土木用シートの上から検知するセンサーコイルを含む検知部と、を備え、
   前記被加熱体が磁性を有するステンレスからなり、前記検知部は前記被加熱体を選択的に検知することを特徴とする建築・土木用シート固定用誘導加熱装置。
2. 前記検知部が前記センサーコイルに電流を流すための正弦波発振回路と、前記センサーコイルのインダクタンス変化を測定するためのインダクタンス測定回路とをさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の建築・土木用シート固定用誘導加熱装置。
3. 前記インダクタンス測定回路が位相検波回路をさらに備えることを特徴とする請求項２に記載の建築・土木用シート固定用誘導加熱装置。
4. 前記センサーコイルが空芯コイルであることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の建築・土木用シート固定用誘導加熱装置。
5. 前記センサーコイルが抵抗線により形成されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の建築・土木用シート固定用誘導加熱装置。
6. 前記抵抗線の抵抗温度係数が±１０×１０^−５／℃の範囲内であることを特徴とする請求項５に記載の建築・土木用シート固定用誘導加熱装置。
7. 下地の上に磁性を有するステンレスからなる被加熱体が固定され、
   前記下地および前記被加熱体の上に建築・土木用シートが敷設され、
   請求項１〜６のいずれか一項に記載の建築・土木用シート固定用誘導加熱装置を用いて前記被加熱体を前記建築・土木用シートの上から検知して前記加熱コイルを前記被加熱体の対応する位置に位置合わせし、
   誘導加熱により前記被加熱体が加熱され前記被加熱体と前記建築・土木用シートとが接合されていることを特徴とする建築・土木用シートの施工構造。

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