(57)【要約】【課題】  工業用途におけるＩＨの汎用性を向上させるために、形状が様々に異なる被加熱体についてＩＨコイルを交換することなく適切に加熱可能な誘導加熱装置を提供することを目的とする。【解決手段】  本発明にかかる誘導加熱装置１００の代表的な構成は、加熱面が被加熱体に対向するように配列された複数の誘導加熱コイル１１０と、複数の誘導加熱コイル１１０を被加熱体１４０、１４２に対して離接する方向に移動可能であり、かつ誘導加熱コイル１１０の方向を調整可能なマニュピュレータ１２０、１２２と、複数の誘導加熱コイル１１０に所定の高周波電流を印加する高周波電源部１１４と、複数の誘導加熱コイル１１０のそれぞれが被加熱体１４０、１４２に沿って配置されるようにマニュピュレータ１２０、１２２を制御する制御部１５０とを有することを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
加熱面が被加熱体に対向するように配列された複数の誘導加熱コイルと、
前記複数の誘導加熱コイルを前記被加熱体に対して離接する方向に移動可能であり、かつ前記誘導加熱コイルの方向を調整可能なマニュピュレータと、
前記複数の誘導加熱コイルに所定の高周波電流を印加する高周波電源部と、
前記複数の誘導加熱コイルのそれぞれが被加熱体に沿って配置されるように前記マニュピュレータを制御する制御部と、
を有することを特徴とする誘導加熱装置。
【請求項２】
前記配列された複数の誘導加熱コイルは、隣接するそれぞれの巻線方向が逆方向に設定されていることを特徴とする請求項１に記載の誘導加熱装置。
【請求項３】
前記制御部は、各々の前記誘導加熱コイルへと時分割で切替えて各々に同一または適した周波数の給電を行うように前記高周波電源部を制御することを特徴とする請求項１に記載の誘導加熱装置。
【請求項４】
被加熱体を加熱させる複数の誘導加熱コイルと、
可撓性を有し前記複数の誘導加熱コイルが配列される連結シートと、
前記複数の誘導加熱コイルに各々同一または適した周波数の高周波電流を供給する高周波電源部と、
を備えることを特徴とする誘導加熱装置。
【請求項５】
前記複数の誘導加熱コイルは、前記連結シートの面上に形成されたパターンコイルである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、電磁誘導により被加熱体を加熱させる誘導加熱装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
誘導加熱技術は、コイルに高周波の電流を流し、被加熱体に磁場を印加して渦電流を生じさせることにより、被加熱体を直接加熱させる方式である。昨今、誘導加熱（ＩＨ：Induction Heating,以下ＩＨと称する）は家庭用調理器具に留まらず、製造現場での熱処理利用（焼き入れ、焼きなまし）、塗装工程の乾燥用途など産業目的でも利用されている（非特許文献１参照）。
【０００３】
ＩＨコイルは巻線形状を取る必要があるため、原理的に大型化しにくい。そのため、広い面積に対してＩＨを適用するためには、複数のコイルが必要である。特許文献１には、被加熱体（加熱プレート）の一面側に複数の突出部（鉄心）を設け、それぞれにコイル用線材を巻回することにより、複数のＩＨコイルを配列した誘導加熱装置が記載されている。特許文献１によれば、加熱プレートに対する突出部の配置位置に応じて、所望の領域に所望の熱量を供給することができるので、幅広の形状や複雑な形状を有する加熱プレートであっても、加熱プレート全域を比較的均一に加熱させることができるとしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−２１０４５７号公報
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】“Jou-lo”、タクボエンジニアリング株式会社、[online]、［平成22年2月9日検索］、インターネット＜ＵＲＬ：http://www.takubo.co.jp/j/column/archives/2007/20071219_2.html＞
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記特許文献１にかかる技術では、複雑な形状であっても被加熱体を加熱させることができる。しかし、被加熱体の一面に多数の突出部を設けることから、被加熱体およびＩＨコイルが個別設計となる。すなわち、特許文献１に記載の技術は汎用性がなく、様々な形状の被加熱体を加熱させる用途には適さない。
【０００７】
仮に、特許文献１にかかる技術において、被加熱体に突出部を設けないとしても、やはり特定の被加熱体の形状に合わせたＩＨコイルを製作することになる。すると、他の形状の被加熱体を加熱しようとしても目的にあった加熱が得られず、加熱にムラが生じたり、加熱ロスが大きくなったりしてしまうという問題がある。被加熱体ごとにＩＨコイルを設計および製作するとすれば、生産コストが増大すると共に、コイルの交換や調整が煩雑になってしまう。
【０００８】
そこで、本発明は、工業用途におけるＩＨの汎用性を向上させるために、形状が様々に異なる被加熱体についてＩＨコイルを交換することなく適切に加熱可能な誘導加熱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】
【０００９】
上記課題を解決するために、本発明にかかる誘導加熱装置の代表的な構成は、加熱面が被加熱体に対向するように配列された複数の誘導加熱コイルと、複数の誘導加熱コイルを被加熱体に対して離接する方向に移動可能であり、かつ誘導加熱コイルの方向を調整可能なマニュピュレータと、複数の誘導加熱コイルに所定の高周波電流を印加する高周波電源部と、複数の誘導加熱コイルのそれぞれが被加熱体に沿って配置されるようにマニュピュレータを制御する制御部とを有することを特徴とする。
【００１０】
かかる構成によれば、被加熱体に沿うようにマニュピュレータが複数の誘導加熱コイルを移動（調整）可能なため、被加熱体がいかなる形状であってもムラなく加熱させることができる。これにより、ＩＨの汎用性の向上を図ることができる。
【００１１】
上記配列された複数の誘導加熱コイルは、隣接するそれぞれの巻線方向が逆方向に設定されているとよい。
【００１２】
かかる構成によれば、隣接するＩＨコイル（誘導加熱コイル）から生じる磁場同士の干渉を抑えることができるため、被加熱体をムラ無く加熱可能となる。
【００１３】
上記制御部は、各々の誘導加熱コイルへと時分割で切替えて各々に同一または適した周波数の給電を行うように高周波電源部を制御するとよい。なお、配列された複数のＩＨコイルに対し、１つずつ順次給電させてもよいし、１つおきや２つおきに同時に複数のＩＨコイルに給電させてもよい。
【００１４】
かかる構成によれば、隣接するそれぞれのＩＨコイルの巻線方向を逆方向にしなくても、ＩＨコイルから生じる磁場同士の干渉を抑えることができ、被加熱体をムラ無く加熱可能である。したがって単一種類のＩＨコイルを配列して誘導加熱装置を構成することができ、生産コストの低減を図ることができる。また、同時に給電するＩＨコイルが少なくなることから、消費電力を低減させることができる。
【００１５】
上記課題を解決するために、本発明にかかる誘導加熱装置の他の代表的な構成は、被加熱体を加熱させる複数の誘導加熱コイルと、可撓性を有し複数の誘導加熱コイルが配列される連結シートと、複数の誘導加熱コイルに各々同一または適した周波数の高周波電流を供給する高周波電源部とを備えることを特徴とする。なお、ＩＨコイルは硬い材料であってもよいが、ＩＨコイルに給電する配線は可撓性をもたせる必要がある。連結シートは耐熱性の高いものであることが好ましい。
【００１６】
かかる構成によれば、被加熱体に沿うように、連結シートを撓ませて複数のＩＨコイル（誘導加熱コイル）を配置可能なため、被加熱体がいかなる形状であってもムラ無く加熱させることができる。これにより、ＩＨの汎用性の向上を図ることができる。
【００１７】
上記複数の誘導加熱コイルは、連結シートの面上に形成されたパターンコイルであるとよい。パターンコイルとは、非導電性の連結シート上にプリントされた回路パターンによって形成されるコイルである。
【００１８】
かかる構成によれば、複数のＩＨコイルを容易に形成することができると共に、極めて薄く、かつ様々な形状の被加熱体に沿うことのできる誘導加熱装置を構成することができる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、形状が様々に異なる被加熱体についてＩＨコイルを交換することなく適切に加熱可能な誘導加熱装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】第１実施形態にかかる誘導加熱装置について説明する図である。
【図２】ＩＨコイルの巻線方向について説明する図である。
【図３】他のマニュピュレータを例示する図である。
【図４】他のマニュピュレータを例示する図である。
【図５】第２実施形態にかかる誘導加熱装置について説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。かかる実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値などは、発明の理解を容易とするための例示に過ぎず、特に断る場合を除き、本発明を限定するものではない。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、また本発明に直接関係のない要素は図示を省略する。
【００２２】
［第１実施形態］
図１は、第１実施形態にかかる誘導加熱装置１００について説明する図である。図１（ａ）は、誘導加熱装置１００の概略構成を示す図である。また、図１（ｂ）は平坦な被加熱体１４０に対する図１（ａ）の側面図、図１（ｃ）は湾曲した被加熱体１４２に対する図１（ａ）の側面図である。なお、個々のＩＨコイル１１０は、加熱対象たる被加熱体１４０、１４２よりも充分小さいものとする。
【００２３】
図１（ａ）に示すように、誘導加熱装置１００は、加熱面が被加熱体１４０、１４２に対向するように配列された複数のＩＨコイル１１０（アレイコイル）を有する（図２参照）。これらは、各々がヒンジ部１１２を介してマニュピュレータ１２０に独立懸架されている。ヒンジ部１１２は不図示の駆動機構（ステッピングモータなど）によって可動であって、シャフト１２０ａに対するＩＨコイル１１０の向き（方向）を調整することができる。
【００２４】
マニュピュレータ１２０は、制御部１５０からの制御を受けて、駆動ローラ１２０ｂを動作させフレーム１２０ｃに吊下された各シャフト１２０ａを繰り出したり、引き戻したりする。すなわち、マニュピュレータ１２０は、各々のＩＨコイル１１０を被加熱体１４０に対して離接する方向に移動可能である。
【００２５】
高周波電源部１１４は、インバータおよびインバータからの高周波電流をＩＨコイル１１０に印加する回路を含んでいる。高周波電源部１１４は、制御部１５０からの制御を受けて、ＩＨコイル１１０に所定の高周波電流を印加する。
【００２６】
制御部１５０は、中央処理装置（ＣＰＵ）を含む半導体集積回路により装置全体を管理および制御する。特に、記憶部１５２に格納されたプログラムを実行し、複数のＩＨコイル１１０のそれぞれが被加熱体１４０、１４２に沿って配置されるようにマニュピュレータ１２０に適正に指示を送る。
【００２７】
また、制御部１５０は、各々のＩＨコイル１１０に適した周波数の給電を行うように高周波電源部１１４を制御する。換言すれば、高周波電源部１１４を制御して、各々のＩＨコイル１１０の出力調整を行う。これにより、局所的にＩＨコイル１１０の加熱量を増減させることができる。
【００２８】
記憶部１５２は、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ＥＥＰＲＯＭ、不揮発性ＲＡＭ、フラッシュメモリ、ＨＤＤ等で構成され、装置で利用されるプログラムや各種データを記憶する。好適には、記憶部１５２には被加熱体１４０、１４２の３次元データが格納され、これを参照して制御部１５０がマニュピュレータ１２０に指示を送るとよい。これにより、被加熱体１４０、１４２に沿って複数のＩＨコイル１１０を最適に配置させることができる。
【００２９】
表示部１５４は、液晶ディスプレイ、ＥＬ(Electro Luminescence)、ＰＤＰ(Plasma Display Panel)等で構成され、システムで実行中のプログラム等を管理者（作業者）に対し表示する。なお。不図示のネットワーク通信部をさらに備え、ネットワークを介して外部から取得した情報を管理者に表示可能としてもよい。
【００３０】
操作部１５６は、マウスやキーボード、タッチパネル等から構成され、管理者の操作入力を受け付ける。操作部１５６からの操作により、記憶部１５２に記憶されたデータの書換または追加が可能であるとよい。
【００３１】
図１（ｂ）に示すように、上記構成により、誘導加熱装置１００は平坦な被加熱体１４０に対し、各々のＩＨコイル１１０を平坦に（平面状に）に整列させ、これを加熱させる。
【００３２】
また、図１（ｃ）に示すように、上記構成により、誘導加熱装置１００は湾曲した被加熱体１４２に対し、各々のＩＨコイル１１０を被加熱体１４２に沿うように配置し、これを加熱させる。
【００３３】
図２は、ＩＨコイル１１０の巻線方向について説明する図である。図２に示すように、右ねじの法則より、右巻きのコイル１１０ａでは紙面に対し上方向にＮ極が生じる。また、左巻きのコイル１１０ｂでは紙面に対し上方向にＳ極が生じる。なお、電源は交流であるから、電流の流れる方向に応じてＮ極とＳ極は切り替わる。
【００３４】
ここでは、複数のＩＨコイル１１０は、隣接する各々の巻線方向が逆方向になるように設定されている。これより、高周波電流が印加された際に、互いのコイルが発生させる磁場同士の干渉を抑えることができる。あるＩＨコイル１１０から出た磁束は、隣接するＩＨコイル１１０に引き込まれることによって、円滑に磁路が形成される。これが繰り返されることにより、被加熱体１４０、１４２の全体にほぼ均等に磁場が印加される。よって、被加熱体１４０、１４２をムラ無く加熱可能となる。
【００３５】
なお、制御部１５０が、各々のＩＨコイル１１０へと時分割で切替えて給電するように高周波電源部１１４を制御してもよい。配列された複数のＩＨコイル１１０に対し、１つずつ順次給電させてもよいし、１つおきや２つおきに同時に複数のＩＨコイル１１０に給電させてもよい。
【００３６】
これにより、隣接するそれぞれのＩＨコイル１１０の巻線方向を逆方向にしなくても、ＩＨコイル１１０から生じる磁場同士の干渉を抑えることができ、被加熱体１４０をムラ無く加熱可能である。また、この場合には同時に給電するＩＨコイル１１０が少なくなるため、消費電力を低減させることができる。
【００３７】
図３は、他のマニュピュレータ１２２を例示する図である。マニュピュレータ１２２では、シャフト１２２ａの先端に１つのＩＨコイル１１０が備えられ、シャフト１２２ａから分岐する２つのアーム１２２ｂの先端に１つずつＩＨコイル１１０が備えられる。マニュピュレータ１２２では、シャフト１２２ａが繰り出されたり、引き戻されたりすることで、３つのＩＨコイル１１０が被加熱体１４０、１４２に対し離接する方向に移動する。
【００３８】
アーム１２２ｂは、連結軸１２２ｃを軸として回動可能である。アーム１２２ｂは、制御部１５０からの制御によって、その先端のＩＨコイル１１０を被加熱体１４０、１４２に沿わせるように動作する。
【００３９】
なお、図３では１つのシャフト１２２ａに３つのＩＨコイル１１０を備えた例を示しているが、さらに多くのＩＨコイル１１０を備えさせてもよい。例えば中央に２つのＩＨコイル１１０を設けたり、それぞれのアーム１２２ｂに２つずつＩＨコイル１１０を設けてもよい。またさらに、マニュピュレータ１２２を複数配列して、さらに大きな被加熱体に対して加熱可能にしてもよい。
【００４０】
上述した誘導加熱装置１００によれば、平坦な被加熱体１４０および湾曲した被加熱体１４２に沿うように、マニュピュレータ１２０、１２２が複数のＩＨコイル１１０を移動（調整）させることができる。これより、被加熱体１４０、１４２がいかなる形状であっても、個々のＩＨコイル１１０を交換することなく、ムラなく加熱させることができる。
【００４１】
なお、第１実施形態では、制御部１５０が各々のＩＨコイル１１０の出力調整を行うため、必ずしも被加熱体１４０、１４２に沿ってＩＨコイル１１０が配置されずとも、被加熱体１４０、１４２をムラなく加熱させることができる。
【００４２】
図４は、さらに他のマニュピュレータ１２４を例示する図である。ＩＨコイル１１０を個別に制御するものではなく、複数のＩＨコイル１１０（アレイコイル）を全体として任意の位置および姿勢に調整可能とするものである。図４に示すマニュピュレータ１２４は、ベース１２４ａを天井に固定し、アーム１２４ｂが回転および伸縮可能であって、複数のＩＨコイル１１０が取り付けられた加熱ユニット１２４ｃがアーム１２４ｂに対して回転可能に支持されている。加熱ユニット１２４ｃにはハンドル１２４ｄが備えられており、作業者がＩＨコイル１１０の位置および姿勢を調整可能となっている。アーム１２４ｂにはテンション機構が組み込まれており、任意の姿勢を保持するよう構成されている。このように構成することによっても、形状が様々に異なる被加熱体についてＩＨコイル１１０を交換することなく適切に加熱することができる。
【００４３】
[第２実施形態]
図５は、第２実施形態にかかる誘導加熱装置２００について説明する図である。図５（ａ）は誘導加熱装置２００の概略構成を示す図である。図５（ｂ）は、その使用態様図である。
【００４４】
図５（ａ）に示すように、誘導加熱装置２００では、被加熱体１４０、１４２を加熱させる複数のＩＨコイル１１０が、可撓性を有する非導電性の連結シート２０２で連結され配列されている。複数のＩＨコイル１１０は、第１実施形態と同様に隣接する各々の巻線方向が逆方向になるように設定されている。なお、隣接するそれぞれのＩＨコイル１１０の巻線方向を逆方向にしない場合には、制御部１５０が、各々のＩＨコイル１１０へと時分割で切替えて給電するように高周波電源部１１４を制御すればよい。
【００４５】
連結シート２０２は、非導電性の耐熱シートを用いることができる。耐熱シートとしては、タングステンシートやスパッタシートを好適に用いることができ、これにシリコン塗布などをして耐久性を高めることができる。また、ＩＨコイル１１０の発熱を抑えるように、導電性の高い材質を用いたり、細線を束ねて表面積を多くすることにより表皮効果を利用したり、周波数を低下させたりする。なお、ＩＨコイル１１０は硬い材料であってもよいが、ＩＨコイル１１０に給電する配線は可撓性をもたせる必要がある。
【００４６】
また、小型の被加熱体１４０、１４２を対象とする場合には、連結シート２０２として例えば薄膜性のフィルム等を利用することができる。このときＩＨコイル１１０は、連結シート２０２の面上にパターンコイルとして形成することができる。パターンコイルとは、プリントされた回路パターンによって形成されるコイルである。そのため、容易に複数のＩＨコイル１１０を形成することができると共に、極めて薄く、かつ様々な形状の被加熱体１４０、１４２に沿わせることが可能となる。パターンコイルによる誘導加熱装置２００は、機器への組み込み用途にも好適に利用することができる。
【００４７】
高周波電源部１１４、制御部１５０、記憶部１５２、表示部１５４および操作部１５６については上記第１実施形態で述べたため、その説明を省略する。
【００４８】
上述した誘導加熱装置２００によれば、連結シート２０２を撓ませて、複数のＩＨコイル１１０がそれぞれ被加熱体１４０、１４２に沿うようにさせることが可能である。これより、被加熱体１４０、１４２がいかなる形状であっても、ＩＨコイル１１０を交換することなく、ムラ無く加熱させることができる。
【００４９】
なお、第２実施形態でも、制御部１５０が各々のＩＨコイル１１０の出力調整を行うようにすることで、被加熱体１４０、１４２に沿わせきれない場合でも、被加熱体１４０、１４２をムラなく加熱させることができる。
【００５０】
ここで、上記誘導加熱装置２００では、マニピュレータなどによって動的に連結シート２０２を変形させることもできるが、枠体や基体に連結シート２０２を取り付けて加熱処理を行ってもよい。枠体等は被加熱体に対して個々に製作することになるが、ＩＨコイル１１０を含む誘導加熱装置２００は使いまわすことができるため、全体的には極めて大幅なコストダウンを図ることができる。
【００５１】
例えば図５（ｂ）に示すように、複数のＩＨコイル１１０が配列された連結シート２０２を枠体２１０に張り付けることにより、被加熱体１４０、１４２の具体例としての自動車のボディパネル２０の乾燥や焼入れに誘導加熱装置２００を利用してもよい。連結シート２０２の姿勢は、枠体２１０に取り付ける際に任意に選択可能なため、複数のＩＨコイル１１０がボディパネル２０の形状に沿うように調整可能である。
【００５２】
以上、上記実施形態によれば、形状が様々に異なる被加熱体１４０、１４２についてＩＨコイル１１０を交換することなく適切に加熱させることができ、ＩＨの適用範囲の拡大および汎用性の向上を図り得る。これより、例えば熱風乾燥が主流の乾燥工程においても、適切に加熱乾燥することができ、雰囲気を加熱するエネルギーを削減出来ると同時に熱風炉などの設備を省略することができる。このように、電気加熱の利便性を生かすと共に市場の拡大に寄与し、大幅な需要開拓を実現可能とする技術を提供することができる。
【００５３】
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【産業上の利用可能性】
【００５４】
本発明は、電磁誘導により被加熱体を加熱させる誘導加熱装置として利用することができる。
【符号の説明】
【００５５】
１００、２００…誘導加熱装置、１１０…ＩＨコイル、１１０ａ…右巻きのコイル、１１０ｂ…左巻きのコイル、１１２…ヒンジ部、１１４…高周波電源部、１２０…マニュピュレータ、１２０ａ…シャフト、１２０ｂ…駆動ローラ、１２０ｃ…フレーム、１２２…マニュピュレータ、１２２ａ…シャフト、１２２ｂ…アーム、１２２ｃ…連結部、１２４…マニュピュレータ、１２４ａ…ベース、１２４ｂ…アーム、１２４ｃ…加熱ユニット、１２４ｄ…ハンドル、１４０、１４２…被加熱体、１５０…制御部、１５２…記憶部、１５４…表示部、１５６…操作部、２０２…連結シート、２１０…枠体、２０…ボディパネル
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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