(57)【要約】【課題】  同心円状に複数の誘導加熱コイルを環状に配置した誘導加熱装置によって被加熱物を加熱する場合に、被加熱物の中心を効率良く加熱することを可能とする誘導加熱方法を提供する。【解決手段】  被加熱物１０を誘導加熱するために同心円状に環状配置された複数の誘導加熱コイル１２、１４、１６、１８、２０、２２のうち、最内に配置された誘導加熱コイル１２に、他の誘導加熱コイルよりも高い周波数の電流を投入し、前記被加熱物１０を加熱する。具体的には、誘導加熱コイル１２には、２００ｋＨｚ、他の誘導加熱コイルには４０ｋＨｚに周波数を設定した電流を投入する。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の誘導加熱コイルを同心円状に環状配置して被加熱物を誘導加熱する誘導加熱方法であって、
最内に配置された誘導加熱コイルに投入する電流の周波数を外側に配置された誘導加熱コイルに投入する電流の周波数よりも高くしたことを特徴とする誘導加熱方法。
【請求項２】
複数の誘導加熱コイルを同心円状に環状配置して被加熱物を誘導加熱する誘導加熱方法であって、
最内に配置された誘導加熱コイルから最外に配置された誘導加熱コイルにかけて、投入する電流の周波数を段階的に低く設定したことを特徴とする誘導加熱方法。
【請求項３】
複数の誘導加熱コイルを同心円状に環状配置して被加熱物を誘導加熱する誘導加熱方法であって、
最内に配置された誘導加熱コイルから外側に配置された誘導加熱コイルにかけて、投入する電流の周波数を段階的に低く設定し、
前記外側に配置された誘導加熱コイルから、最外に配置された誘導加熱コイルにかけて、投入する電流の周波数を同一としたことを特徴とする誘導加熱方法。
【請求項４】
同心円状に環状配置された複数の誘導加熱コイルを備えた誘導加熱装置であって、
設定周波数の異なる複数のインバータを備え、
前記複数のインバータのうち設定周波数の高いインバータに接続された誘導加熱コイルほど前記同心円の内側に配置したことを特徴とする誘導加熱装置。
【請求項５】
前記誘導加熱コイルに対して、直列にインダクタを設ける構成としたことを特徴とする請求項４に記載の誘導加熱装置。
【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装置に係り、特に、半導体製造等の被加熱物に対する高精度な温度制御が必要とされる分野に好適な誘導加熱方法および誘導加熱装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
誘導加熱を利用する加熱装置では、従来より被加熱物の均一加熱を行うことが一つの課題とされてきた。特に、環状配置された誘導加熱コイルを有する誘導加熱装置では、誘導加熱コイルの中心部における被加熱物の加熱温度が低下するという現象がおこることが問題視されている。これは、同心円状に環状配置された誘導加熱コイルでは、被加熱物の中心部を加熱するための誘導加熱コイルが小さくなってしまうことにより、被加熱物に投入される磁束量が少ないため、被加熱物内部で発生する渦電流が少なく、被加熱物の加熱効率が低下するということによる。
【０００３】
このような現状を鑑み、特許文献１、特許文献２に記載されているような誘導加熱装置が提案されている。
特許文献１に記載されている誘導加熱装置は、誘導加熱を利用した電磁調理器（炊飯器）であって、内釜の底面の中心を軸にして同心円状に備えられた複数の環状の誘導加熱コイルと、前記環状の誘導加熱コイルの中心に配置された磁性体から成る軸部材とを主要部とするものである。このような構成の装置では、前記内釜を誘導加熱すると共に前記軸部材によって内釜中心部の磁気結合を促し、当該軸部材を補助コイルに見立て、前記内釜の中心部を加熱するものである。
【０００４】
また、特許文献２に記載されている誘導加熱装置は本願出願人が提案したものである。特許文献２に記載の誘導加熱装置では、近接配置した複数の誘導加熱コイルに投入する周波数・電流位相を同期させることで、近接配置した複数の誘導加熱コイルへ投入する電力の制御を個別に行えるようにしたものである。このような構成の装置によれば、被加熱物の急速加熱を行った場合であっても、前記被加熱物を均一加熱することができる。
【特許文献１】特開平１０−１４６２７０号公報
【特許文献２】特開２００３−１７４２６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述のような対策を採っている業務用電磁調理器（炊飯器）であっても、内釜の中心部の温度は他の部位に比べ、低くなってしまう。このため、誘導加熱コイル全体に大きな電流を流して中心部の温度低下を改善しようとすると、内釜底面における半径方向の中央部の温度が上がり過ぎてしまう。また、半導体製造分野等のように、高精度な温度制御・急速な昇温・降温を行うことを必要とする分野では、上記装置における温度制御での温度ムラは大きな問題である。
【０００６】
特許文献２に記載の誘導加熱装置は、半導体の製造を目的としたものであり、高速昇温・降温、均一加熱という観点からすれば、十分なレベルであるといえる。しかし、温度制御の精密化・さらなる急速昇温の要求等が強まる近年では、枚葉式誘導加熱装置に見られるようないわゆるバウムクーヘン型に環状配置された誘導加熱コイルにおいて被加熱物を加熱した場合、前記特許文献２と同様の制御を行ったとしても、誘導加熱コイル自体の出力の関係により被加熱物の中心部の昇温速度が遅れるという現象が起きてしまうことがある。
【０００７】
本発明では、同心円状に複数の誘導加熱コイルを環状に配置した誘導加熱装置によって被加熱物を加熱する場合に、急速加熱しても前記被加熱物全体を均一に、特に被加熱物の中心を効率良く加熱することができる誘導加熱方法および装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために、本発明に係る誘導加熱方法は、複数の誘導加熱コイルを同心円状に環状配置して被加熱物を誘導加熱する誘導加熱方法であって、最内に配置された誘導加熱コイルに投入する電流の周波数を外側に配置された誘導加熱コイルに投入する電流の周波数よりも高くしたことを特徴とする。ここで、前記被加熱物は、板状体とすることが望ましい。
【０００９】
また、上記目的を達成するための本発明に係る誘導加熱方法は、複数の誘導加熱コイルを同心円状に環状配置して被加熱物を誘導加熱する誘導加熱方法であって、最内に配置された誘導加熱コイルから最外に配置された誘導加熱コイルにかけて、投入する電流の周波数を段階的に低く設定したことを特徴とするものであっても良い。
【００１０】
また、上記目的を達成するための本発明に係る誘導加熱方法は、複数の誘導加熱コイルを同心円状に環状配置して被加熱物を誘導加熱する誘導加熱方法であって、最内に配置された誘導加熱コイルから外側に配置された誘導加熱コイルにかけて、投入する電流の周波数を段階的に低く設定し、前記外側に配置された誘導加熱コイルから、最外に配置された誘導加熱コイルにかけて、投入する電流の周波数を同一としたことを特徴としても良い。
【００１１】
また、上記目的を達成するための本発明に係る誘導加熱装置は、同心円状に環状配置された複数の誘導加熱コイルを備えた誘導加熱装置であって、設定周波数の異なる複数のインバータを備え、前記複数のインバータのうち設定周波数の高いインバータに接続された誘導加熱コイルほど前記同心円の内側に配置したことを特徴とする。
また、上記構成の誘導加熱装置では、前記誘導加熱コイルに対して、直列にインダクタを設ける構成とすると良い。
【発明の効果】
【００１２】
上記のように、同心円状に環状配置した複数の誘導加熱コイルのうち、最内に配置された誘導加熱コイルに投入する電流の周波数を外側に配置された誘導加熱コイルに投入する電流の周波数よりも高くしたことにより、最内の誘導加熱コイルが加熱する範囲の被加熱物では、表皮効果の影響により被加熱物の表面付近の磁束密度が高まる。また、周波数を上げることにより磁束の変化が激しくなり、加熱箇所で発生する電流（渦電流）の密度が高くなる。よって該当箇所の加熱効率が向上し、被加熱物の中心をも均一に加熱することが可能となる。ここで、前記被加熱物を板状体とすることにより、厚さ方向における温度ムラを殆ど考慮する必要が無いと共に、被加熱物の中心部の加熱が効率的に為されることとなるので、被加熱物の他の部分との加熱バランスを良好に保つことができ、面方向における温度の均一化を図ることができる。つまり、誘導加熱コイル自体の特性（直径・大きさ）によって決定される加熱効率低下を改善することができる。
【００１３】
また、上記のごとく、同心円状に環状配置された複数の誘導加熱コイルを備えた誘導加熱装置において、設定周波数の異なる複数のインバータを備え、前記複数のインバータのうち設定周波数の高いインバータに接続された誘導加熱コイルほど前記同心円の内側に配置する構成としたことにより、上記誘導加熱方法による作用効果を奏することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明の誘導加熱方法および誘導加熱装置に係る実施の形態について図面を参照して説明する。なお、以下に示す実施の形態・実施例は、本発明に係る一部の実施形態・実施例であって、本発明は、これらに拘束されるものではない。
【００１５】
図１に本発明に係る誘導加熱装置の概略ブロック図を示す。なお、図１において、図１（Ａ）は平面図を示し、図１（Ｂ）は側面断面図を示す。
【００１６】
本実施形態における誘導加熱装置の概略構成は、被加熱物１０と、前記被加熱物１０の下面側に備えられ、前記被加熱物１０を加熱するための誘導加熱コイル１２、１４、１６、１８、２０、２２と、前記それぞれの誘導加熱コイルに電流・電圧を供給するための電源部とから成る。
【００１７】
前記被加熱物１０は、導電性物質から構成されており、本実施形態の場合、図１に示すように円形の板状体としている。このような被加熱物１０は、加熱効率を高める場合には、体積あたりの固有抵抗が高い物質を採用することが望ましい。
【００１８】
前記誘導加熱コイル１２、１４、１６、１８、２０、２２は、それぞれ同心円上となるように環状（Ｃ型）に近接配置されており、被加熱物１０の均一加熱を可能とするために、後述する電源部により相互誘導の影響によって各誘導加熱コイル内に生じる相互誘導電流を抑制して、それぞれの誘導加熱コイル１２、１４、１６、１８、２０、２２への投入電力を制御可能に設定されている。
【００１９】
前記電源部は、装置全体の電源となる三相交流電源２４と、前記三相交流電源２４からの出力電流を直流電流に変換する順変換器２６と、出力する電流電圧を大枠で制御するチョッパ回路３０（３０ａ〜３０ｆ）と、誘導加熱コイル１２〜２２への出力電圧を詳細に制御し、前記順変換器２６によって直流とした電流を交流に変換して出力するインバータ（逆変換器）３２（３２ａ〜３２ｆ）とから成る。
【００２０】
本実施形態の誘導加熱装置の場合、前記インバータ３２は直列共振型インバータとしており、誘導加熱コイルと、インバータ３２との間に、前記誘導加熱コイルと直列にキャパシタ（コンデンサ）４２を接続している。また、誘導加熱コイルと、インバータ３２との間には、前記誘導加熱コイルと並列に変圧器３８が設けられ、前記誘導加熱コイルと直列に変流器３６が設けられており、インバータ３２からの出力電圧と出力電流とを検出できるようになっている。なお、変圧器３８及び変流器３６によって検出されたインバータ３２の出力電圧、及び出力電流は、後述する制御ユニット３４（３４ａ〜３４ｆ）へフィードバックされる構成としている。
【００２１】
制御ユニット３４には、インバータ３２やチョッパ回路３０の駆動を制御する駆動制御部（不図示）や、近接配置した誘導加熱コイル内を流れる負荷電流（出力電流）の位相を調整する位相制御部（不図示）等が備えられている。制御ユニット３４には、基準信号生成部２８から各誘導加熱コイル１２〜２２に供給する電流波形が入力され、これを基に各インバータ３２や各チョッパ回路３０へ制御信号を送る。
【００２２】
上記のような構成の誘導加熱装置において、インバータ３２からの出力電流・電圧の検出、電流位相差の検出、電流位相差、出力電流・電圧の補正、を高速で行うことにより、相互誘導の影響を抑制して近接配置した誘導加熱コイルを制御することができる。
【００２３】
なお、詳細な回路構成、及び電流制御に関しては既知の技術（例えば特開２００３−１７４２６号公報）に準ずることとする。
また、本実施形態のインバータ３２はそれぞれ、誘導加熱コイルに投入する電流の周波数を可変とするものとする。
【００２４】
本実施形態では、上記構成の誘導加熱装置において、最内に配置された誘導加熱コイル１２に投入する電流（高周波電流）の周波数を他の誘導加熱コイル１４、１６、１８、２０、２２に比べ、高い周波数となるように制御する。
【００２５】
このような制御を行うことにより、従来より加熱効率が悪いとされている被加熱物１０の中心付近の加熱効率を向上させることができる。これにより、被加熱物１０の中心付近を、他の部分と同様に加熱することが可能となり、被加熱物１０全体としての均一加熱が可能となる。
【００２６】
これは、被加熱物１０を誘導加熱することによって前記被加熱物１０内に発生する渦電流の浸透深さと、前記誘導加熱コイル１２、１４（１６、１８、２０、２２）に投入する電流の周波数との関係による。通常、被加熱物内に発生する渦電流は周波数が低いほど被加熱物の内部にまで浸透し、周波数が高いほど被加熱物への浸透深さが浅い。また、被加熱物内に発生する渦電流は、表皮側で発生するものが最も多く、被加熱物の内側に到るに従って指数関数的に減少する。このため、誘導加熱コイルへ投入する電流の周波数が高い場合には被加熱物の表面近くを効率的に加熱することができ、周波数が低い場合には被加熱物の内部も加熱することができる。
【００２７】
ここで、被加熱物を誘導加熱した場合における渦電流の浸透深さδは、次のように計算することができる。
【数１】
2006066240.tif 000003
上式にて、ρは被加熱物の固有抵抗（μΩ・ｃｍ）であり、μは被加熱物の比透磁率であり、ｆは誘導加熱コイルへ投入する電流の周波数である。数式１から読み取れるように、一般的な被加熱物であれば、固有抵抗ρと比透磁率μに変化が無い場合には、周波数ｆが低い方が渦電流の浸透深さδは大きくなり、被加熱物全体を加熱できることとなる。しかし、本実施形態における被加熱物１０は板状体（薄物）であるため、被加熱物の表皮付近を加熱することにより被加熱物全体が加熱される。
【００２８】
このため、高い周波数の電流を投入された誘導加熱コイル１２で発生する磁束は、板状体（薄物）の被加熱物１０の内部（全体）へ密に投入されることとなる。つまり、他の誘導加熱コイル１４（１６、１８、２０、２２）へ投入する電流の周波数帯域で発生する磁束では被加熱物を通過してしまう磁束が多くなるのに対し、誘導加熱コイル１２ではそれが少なくなる。よって、相対的に見ると加熱効率が悪いとされる被加熱物１０の中央部が効率的に加熱されることとなり、被加熱物全体を均一に加熱することが可能となる。
【００２９】
また、本実施形態では、誘導加熱コイル１２、１４と、インバータ３２ａ、３２ｂとの間にそれぞれ、直列インダクタを備えるようにしている。詳細すると、インバータ３２ａ、３２ｂと誘導加熱コイル１２、１４との間に、前記誘導加熱コイル１２、１４と直列にインダクタ（コイル）４０を設ける構成としたのである。図２を参照して、その作用効果を説明する。
【００３０】
図２（Ａ）で示すような回路において、インバータ１の出力電圧をＶ１、出力電流をｉ１として運転し、インバータ２の出力電圧Ｖ２、出力電流をｉ２として運転する場合、数式２が成り立つこととなる。
【数２】
2006066240.tif 000004
数式２において、Ｒ１，Ｒ２は回路の等価抵抗、Ｌ１，Ｌ２は誘導加熱コイルの自己インダクタンス、Ｃ１，Ｃ２はコンデンサのキャパシタンス、ω１，ω２はそれぞれのインバータが出力する電流の周波数を示す。なお、インバータ１が、内側に配置された誘導加熱コイルに接続されていると仮定すると、本実施形態ではω１≫ω２となる。
【００３１】
一般に、Ｃは、Ｖとｉとが同期するように設定される。従って、数式２において、
【数３】
2006066240.tif 000005
が成り立つこととなり、数式２は
【数４】
2006066240.tif 000006
と表すことができる。
このような回路において、誘導加熱コイルＬ１と、Ｌ２を近接して配置した場合、インバータ１に接続された回路には、誘導加熱コイルＬ２の磁束によって相互誘導電圧ＶＭ２１が誘起され、
【数５】
2006066240.tif 000007
が流れる。また、インバータ２に接続された回路には、誘導加熱コイルＬ１の磁束による相互誘導電圧ＶＭ１２が誘起され、
【数６】
2006066240.tif 000008
が流れる。
【００３２】
相互誘導電流ｉ２１，ｉ１２が大きくなると、インバータ１，２からの出力電流に歪みが生じる。出力電流に歪みが生じた場合、インバータ１，２間においてゼロクロス（交流信号が０Ｖを跨ぐ点）を的確に捉えることができなくなり、同期制御ができなくなってしまう。また、誘導加熱装置では、出力電流（逆変換出力電流）が、出力電圧に対して送れ位相となるように制御されているが、ゼロクロスを的確に捉えることができない場合には、この制御もできなくなってしまう。そして、出力電流が出力電圧に対して進み位相となった場合、運転時の電力損失が大きくなってしまう。
【００３３】
そこで、図２（Ｂ）に示すように、インダクタ（コイル）ＬＳ１，ＬＳ２を誘導加熱コイルＬ１，Ｌ２と直列に設けることで、相互誘導の影響を抑制する。ここで、インバータ１の出力電圧をＶ１とし、出力電流をｉ１とした場合には、
【数７】
2006066240.tif 000009
が成り立つ。数式７において、ＬＳ１はコイルの自己インダクタンス、Ｃ１´はコンデンサのキャパシタンスを示す。数式７の場合でも、Ｃ１´はＶ１とｉ１とが同期する値に設定されるため、
【数８】
2006066240.tif 000010
が成り立つこととなる。
インダクタＬＳ１を設けた場合に、誘導加熱コイルＬ２の磁束によってインバータ１に接続された回路には相互誘導電圧ＶＭ２１が誘起され、
【数９】
2006066240.tif 000011
が流れる。
【００３４】
ここで、数式９における虚数部分の絶対値が、数式５における虚数部分の絶対値よりも大きくなれば、数式９における相互誘導電流ｉ２１は、数式５における相互誘導電流ｉ２１よりも小さくなるといえる。以下これを実証する。
【００３５】
まず、数式３より、
【数１０】
2006066240.tif 000012
が成り立つ。これを数式５の虚数部分に代入すると虚数部分は、
【数１１】
2006066240.tif 000013
となる。また、数式８より、
【数１２】
2006066240.tif 000014
が成り立ち、これを数式９の虚数部分に代入すると虚数部分は、
【数１３】
2006066240.tif 000015
となる。数式１３から数式１１を減算すると、
【数１４】
2006066240.tif 000016
となり、ＬＳ１の成分だけが残る。したがって、数式９の虚数部分は数式１４の値だけ数式５の虚数部分よりも大きくなることがいえる。なお、ｉ１２についても同様のことが言える。
【００３６】
上記のように直列インダクタンスを回路内に設ける構成によれば、出力電流（逆変換出力電流）に生じる歪み（相互誘導電流）を抑制することができるため、運転周波数の異なるインバータ間において、ゼロクロスを的確に捉えることが可能になり、同期制御が容易になると共に、逆変換出力電流が遅れ位相となるように制御すること（位相リミッタ制御）を正確に行うことが可能となり、電力損失も抑えられる。
【００３７】
実施形態においては、誘導加熱コイル１２に投入する電流の周波数のみを他の誘導加熱コイル１４、１６、１８、２０、２２に投入する電流の周波数に対して大きく乖離させる旨記載したが、次のような誘導加熱方法を採用しても良い。
【００３８】
すなわち、被加熱物１０の加熱効率を考慮した上で、最内に配置された誘導加熱コイル１２から最外に配置された誘導加熱コイルにかけて、投入する電流の周波数を段階的に低く設定して制御を行うのである。このような誘導加熱方法によれば、近接配置した複数の誘導加熱コイルにてそれぞれ被加熱物１０を効率良く加熱することが可能となる。
【００３９】
また、このような誘導加熱方法を採用した場合には、近接配置される誘導加熱コイルであって、投入する電流の設定周波数が異なるものに対して、上述した直列インダクタを備えるようにすると良い。さらに、このような誘導加熱方法を採用した場合、誘導加熱装置としては、誘導加熱コイルに接続されるインバータは設定周波数の高いものほど、内側に配置された誘導加熱コイルに接続される構成となる。
【００４０】
上記実施形態では、内側に配置された誘導加熱コイルに投入する電流の周波数を高く設定し、外側に配置された誘導加熱コイルへいくに従って段階的に周波数を低くすることによって被加熱物の加熱効率を向上させる旨記載した。しかしながら、単に誘導加熱コイルに投入する電流の周波数を段階的に変化させるだけでは無く、各誘導加熱コイルにおける投入電力係数（以下Ｋｔ値という）を向上させるように、誘導加熱コイルに投入する電流の周波数を調整することで、被加熱物の加熱効率をさらに向上させることができる。なお、Ｋｔ値を向上させる周波数設定については、後述する実施例に示す。
【実施例】
【００４１】
以下、本発明の誘導加熱方法および誘導加熱装置に係る第一の実施例について具体的に説明する。
本実施例では、図１に示す被加熱物１０を半導体加熱に使用するグラファイトとし、誘導加熱コイル１２、１４、１６、１８、２０、２２は、それぞれ個々に電力制御が可能に構成された誘導加熱装置を例に挙げて説明する。また、前記誘導加熱コイル１２等は、被加熱物１０からの輻射熱等によってコイル自体が過熱されることを防止するために、冷却用流体を導通可能な環状構造とする。具体例としては、冷却用流体を水とし、誘導加熱コイルは銅管とした水冷銅管等を挙げることができる。
【００４２】
本実施例では、被加熱物１０の、中心付近に対する加熱効率を向上させるために、誘導加熱コイル１２へ投入する電流の周波数を、他の誘導加熱コイル１４、１６、１８、２０、２２に比べて高い値となるように設定した。具体的には、誘導加熱コイル１４〜２２に投入する電流の周波数を４０ｋＨｚに設定し、誘導加熱コイル１２に投入する電流の周波数を２００ｋＨｚに設定した。このように大きく（実施例では５倍）周波数を乖離させるような設定によれば、実施形態に示した誘導加熱方法を実現することができ、被加熱物１０の中心付近を効率的に加熱することが可能となる。よって、短時間での高温加熱を行ったとしても、被加熱物１０を均一加熱することが可能となる。
【００４３】
さらに、誘導加熱コイル１２と他の誘導加熱コイルとに投入する電流の周波数を大きく乖離させたことにより、誘導加熱コイル間に生じる相互誘導の影響を抑制することが可能となり、安定した加熱制御を行うことが可能となる。
【００４４】
従来の誘導加熱方法ではグラファイト全体を等しく加熱しようとしても、中心部を加熱する誘導加熱コイルが小さいため、該当箇所を充分に加熱することができず、結果的にグラファイトの中心部の温度が周囲に比べて低くなってしまうというのが実状であった。これに対し本発明の誘導加熱方法によるグラファイトの加熱は、グラファイトの中心付近における加熱効率を向上させることにより、誘導加熱コイルの大きさ・容量に影響を受けることなく、グラファイト全体を均一に加熱することができるのである。
【００４５】
上記のような誘導加熱方法によれば、誘導加熱コイルを稼動させる際に発生する磁力線（磁束）の粗密を利用して被加熱物の加熱割合を変えることができるので、インバータからの出力電流の周波数の設定を変えるだけで、被加熱物を効率的に加熱することが可能となる。このため、被加熱物の良好な温度制御が設備コストをかけずに達成できる。
【００４６】
また、インバータと、誘導加熱コイルとの間に直列インダクタを備えたことにより、さらに精度の良いゾーンコントロール（複数に分割されて近接配置された誘導加熱コイルの制御）を実現することができる。
【００４７】
次に、本発明の誘導加熱方法および誘導加熱装置に係る第二の実施例について具体的に説明する。
本実施例における誘導加熱方法および誘導加熱装置の基本的事項は第一の実施例と同様である。ただし、誘導加熱コイルへ投入する電流の周波数の乖離範囲に違いがある。よって作用効果を同様とするものについては符号に１００を加えたものを附してその説明を省略する（図３参照）。
【００４８】
本実施例では、被加熱物（グラファイト）１１０全体を効率良く加熱することができるように、各誘導加熱コイル１１２〜１２２へ投入する電流の周波数を変えたことを特徴とする。具体的には、最内に配置された誘導加熱コイル１１２から外側に配置された誘導加熱コイル１１６にかけて、投入する電流の周波数を段階的に下げていき、前記外側に配置されたコイル１１６から最外に配置された誘導加熱コイル１２２にかけては投入する電流の周波数を同一に設定するというものである。このような誘導加熱方法によれば、Ｋｔ値を向上させることができる。これにより、規定の電力を得るために誘導加熱コイルへ投入する電流を低減させることができる。なお、本実施例では、最内に配置された誘導加熱コイル１１２を第１ゾーンの誘導加熱コイルとし、その外側に配置された誘導加熱コイル１１４を第２ゾーンの誘導加熱コイル、第３ゾーンの誘導加熱コイル、・・・、最外に配置された誘導加熱コイル１２２を第６ゾーンの誘導加熱コイルと称し、以下の説明を行う。
【００４９】
例えば、誘導加熱コイルへ投入する電流の周波数を４０ｋＨｚ同一とした場合には第１ゾーンに配置された誘導加熱コイル１１２でのＫｔ値は０．０７という値になり、第６ゾーンに配置された誘導加熱コイル１２２でのＫｔ値は２．３４となる。
【００５０】
投入電力Ｗは、Ｗ∝実効抵抗×コイル電流２×Ｋｔと表すことができる。ここで、実効抵抗である誘導加熱コイルに変化は無いので、Ｋｔ値を向上させた場合には、Ｗを得るために必要とされるコイル電流が低下するのである。
【００５１】
本実施例では、誘導加熱コイルに投入する電流の周波数を３０ｋＨｚ、４０ｋＨｚ、６０ｋＨｚ、１２０ｋＨｚ、２００ｋＨｚと１．５〜２倍乖離させた値を設定してそれぞれ実験を行い次のような結果を得た。
【００５２】
第１ゾーンに配置された誘導加熱コイル１１２では、投入する電流の周波数を２００ｋＨｚに設定した場合に、０．５前後（実験値では０．４８）と、最も高いＫｔ値を得ることができた。第２ゾーンに配置された誘導加熱コイル１１４では、第１のゾーンに配置された誘導加熱コイル１１２への投入電流の周波数と比べて３倍以上乖離した６０ｋＨｚで、１．５前後（実験値では１．４８）の最も高いＫｔ値を得ることができた。第３ゾーンに配置された誘導加熱コイル１１６では、第２ゾーンに配置された誘導加熱コイル１１４への投入電流の周波数と１．５倍乖離した４０ｋＨｚの時に１．９前後（実験値では１．９３）の最も高いＫｔ値を得ることができた。第４〜第６ゾーンに配置された誘導加熱コイル１１８〜１２２では共に、３０ｋＨｚで２．３以上（実験値では、第４ゾーン２．３、第５ゾーン２．４７、第６ゾーン２．５８）といったＫｔ値を得ることができ、いずれも他の周波数帯域の電流よりも高い数値（Ｋｔ値）を得ることができた。よって、各ゾーンの誘導加熱コイルを、上記の周波数に設定した電流で運転することにより、小さな電流値で規定の電力を得ることができることとなり、加熱効率が向上し、少エネルギ化を図ることができる。
【００５３】
なお、本実施例における誘導加熱装置では、第１ゾーンに配置された誘導加熱コイル１１２から第４ゾーンに配置された誘導加熱コイル１１８にかけて、各誘導加熱コイルが接続されたインバータとの間に直列インダクタ１４０を設けるような構成とした。
【００５４】
なお、上記実施形態においては、誘導加熱コイルを被加熱物の下側に配置する旨記載したが、前記誘導加熱コイルが、前記被加熱物の上側に配置された誘導加熱装置であっても本発明の誘導加熱方法を実施するにあたっての支障は無い。
【産業上の利用可能性】
【００５５】
上記実施例では、精密温度制御を必要とする例として半導体製造装置を例に挙げて本発明を説明したが、本発明は、電磁調理器（例えば炊飯器等）の分野においても反映させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】本発明の誘導加熱装置に係る第一の実施例を示す概略ブロック図であり、（Ａ）は平面図を、（Ｂ）は側面断面図を示す。
【図２】本発明の誘導加熱装置の回路構成を示すブロック図である。
【図３】本発明の誘導加熱装置に係る第二の実施例を示す概略ブロック図である。
【符号の説明】
【００５７】
１０………被加熱物、１２………誘導加熱コイル（最内）、１４、１６、１８、２０、２２………誘導加熱コイル（他）、３２（３２ａ〜３２ｆ）………インバータ、４２………キャパシタ（コンデンサ）、４０………インダクタ（コイル）。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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