(57)【要約】【課題】ワークと接触しても損傷しにくい耐久性に優れ、耐久性、効率性、製作費低減効果に優れた誘導加熱コイルを提供する。【解決手段】高周波電源を導線からなるコイルに結んで交番磁界を作り、この交番磁界により被加熱物にうず電流を発生させて加熱を行う絶縁内筒にコイルが巻かれた誘電加熱コイルにおいて、絶縁内筒上にコイル全体が熱硬化性樹脂を主体とする材料によりカバーされるようにモールドされ、コイル一体成形物を形成している誘導加熱コイル。【選択図】　　　　図１
2004127546.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
高周波電源を導線からなるコイルに結んで交番磁界を作り、この交番磁界により被加熱物にうず電流を発生させて加熱を行う絶縁内筒にコイルが巻かれた誘電加熱コイルにおいて、絶縁内筒上にコイル全体が熱硬化性樹脂を主体とする材料によりカバーされるようにモールドされ、コイル一体成形物を形成していることを特徴とする誘導加熱コイル。
【請求項２】
コイルが、直径がφ０．１ｍｍ〜φ１ｍｍの導線を絶縁処理した絶縁被覆線を寄り合わせた導線からなる請求項１記載の誘導加熱コイル。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は金属と樹脂若しくは絶縁ワニスが構成物として含まれる民生用又は産業用に供される部品あるいは製品の加熱に使用される誘導加熱コイルに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、誘導加熱コイルは円筒系耐熱材料に耐熱電線を巻き誘導加熱コイルを作製している（例えば、特許文献１参照）。この場合、使用するコイルが被加熱物（以下、ワークと称す）と接触すると耐熱電線線が損傷し短絡から火災等に至る危険性があった。
【０００３】
【特許文献１】
特開２０００−３１１７８０号公報（第２頁、図１）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、ワークと接触しても損傷しにくい耐久性に優れた誘導加熱コイルを提供することにある。
本発明の他の目的は、耐久性、効率性、製作費低減効果に優れた誘導加熱コイルを提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、高周波電源を導線からなるコイルに結んで交番磁界を作り、この交番磁界により被加熱物にうず電流を発生させて加熱を行う絶縁内筒にコイルが巻かれた誘電加熱コイルにおいて、絶縁内筒上にコイル全体が熱硬化性樹脂を主体とする材料によりカバーされるようにモールドされ、コイル一体成形物を形成していることを特徴とする誘導加熱コイルに関する。
本発明はまた、コイルが、直径がφ０．１ｍｍ〜φ１ｍｍの導線を絶縁処理した絶縁被覆線を寄り合わせた導線からなる上記に記載の誘導加熱コイルに関する。
【０００６】
【発明の実施の形態】
本発明の誘導加熱コイルについて、図１の例に従って説明する。導線は絶縁内筒２の外側に巻きつけられ、コイル１を形成する。ここで使用される導線としては銅パイプ仕様のものや銅線等にエナメルなどのワニスを被覆した絶縁性のものなどがある。絶縁内筒２は絶縁性を有し、必要な機械的強度と耐熱性を有するものであれば特定するものではない。絶縁内筒２の表面に導線を巻いたコイル１を熱硬化性樹脂を主体とする材料３によりコイル１全体がカバーされるようにモールドする。ここでいう熱硬化性樹脂を主体とする材料３とは熱硬化性樹脂単体でも、あるいは熱硬化性樹脂にガラスやセラミック等の粒子を混合させたものでも良いし、ガラスファイバーやセラミックファイバー等のファイバーを単体あるいは複合させたものでも良い。要するに、機械的強度、耐熱性、絶縁性等必要な項目を満足するものであれば特定するものではない。熱硬化性樹脂としては不飽和ポリエステル樹脂、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ビニルエステル樹脂、フラン樹脂等、あるいはこれら樹脂を変性したもの等で機械的強度、耐熱性及び絶縁性等が満足されれば特定するものではない。これにより、ワークと加熱コイルが接触した場合でもモールド材料より構成される一体成形物である加熱コイルは損傷して使用不能になることがなくなり、加熱コイルの耐久性向上を図ることができる。
【０００７】
本発明の誘導加熱コイルにおいて、導線として、直径がφ０．１ｍｍ〜φ１ｍｍの導線を絶縁処理した絶縁被覆線を寄り合わせた導線（以下、リッツ線と称す）を用いることが特に好ましい。このコイルを従来の銅パイプを用いたものと比較すると（１）高い磁束密度が得られワークの発熱が大であり加熱の効率化に有利であること、（２）高周波による交流抵抗の増加が小さく、コイルの温度上昇を抑えることができること、（３）可とう性が優れていること等多くのメリットがある。このコイルを使用すると、加熱コイルの耐久性と性能向上を同時に実現することができる。
リッツ線の直径をφ０．１ｍｍ〜φ１ｍｍに限定した理由としてはφ０．１ｍｍ未満では細すぎて加熱コイルを作製する時に断線になりやすいこと、逆に直径１ｍｍを超えると、高い磁束密度が得られにくいことがあり、直径は、φ０．１ｍｍからφ１ｍｍの範囲が好ましい。このリッツ線をコイル１として使用し、しかも熱硬化性樹脂を主体とする材料３によりコイルの成形一体化を図ることにより、耐久性、高効率を兼ね備えた加熱コイルを製造することが可能となった。
【０００８】
誘導加熱は、電磁誘導作用により、主として金属中に生じるうず電流損による発熱を利用するものである。コイルに高周波電流を流すと被加熱物に電流を誘起する。この電流をうず電流というが、このうず電流のジュール熱により被加熱物は加熱される。コイルとしては銅パイプや絶縁処理された絶縁被覆導線が使用されるが、被加熱物であるワークと接触すると加熱コイルが損傷して短絡、断線することがあった。
これを防止するために図１のコイル１を絶縁内筒２に巻き付け固定した後、熱硬化性樹脂を主体とする材料３によりモールドして機械的強度及び耐熱性を向上させ、これにより加熱コイルの耐久性を向上させた。使用する絶縁内筒２は絶縁性を有し、必要な強度と耐熱性を有するものであれば特定するものではないが、加熱するワークサイズに併せて絶縁内筒２の仕様（外径サイズ、厚み）を決める。使用するコイル１はワークに対応して加熱効率の良い仕様のもの（導線種類、巻き回数）を選択し絶縁内筒２に巻きつける。このようにして作製した絶縁内筒２の表面に導線を巻いたコイル１の上に熱硬化性樹脂を主体とする材料３によりモールドする。
【０００９】
コイル１に直径がφ０．１ｍｍ〜φ１ｍｍ導線を絶縁処理した絶縁被覆線を寄り合わせた導線（以下、リッツ線と称す）を使用すると、このリッツ線は（１）高い磁束密度が得られワークの発熱が大であり加熱の効率が良いこと、（２）高周波による交流抵抗の増加が小さく、コイルの温度上昇を抑えることができるために耐久性が良いこと、（３）可とう性が優れていること等メリットが多い。
【００１０】
【実施例】
以下、本発明を実施例により、図面を参照しつつ説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
実施例１
図１に示すように、外径φ３２０ｍｍ、厚み５ｍｍのエポキシ樹脂を主体としたＦＲＰ材料である絶縁内筒２に、外径５ｍｍで厚み１ｍｍの銅パイプを２ｍｍ程度の間隔をとりながら１０回巻き、コイル１を作製した。コイル１を固定した後、そのコイル１全体をカバーするように熱硬化性樹脂である不飽和ポリエステル樹脂を主体としたＦＲＰ材料で絶縁内筒２と共にモールドされたコイル一体成形物を形成した。ＦＲＰ材料は不飽和ポリエステル樹脂を主体としたものでガラスファイバーを４０％（重量）添加したものを使用した。モールドされる際の仕様としてコイル１が熱硬化性である不飽和ポリエステル樹脂を主体とした材料３で完全にカバーされるようにコイル１の表面に厚みが５ｍｍ程度の材料３がフラットに形成されるようにした。このようにして作製した誘導加熱コイルの中に外径がφ２７０ｍｍで重量約３０ｋｇのワーク４を設置し誘導加熱を行った。図２に示すようにワーク４は加熱コイルの中央部になるように設置され、ワーク４全体ができるだけ均一に加熱されるようにした。ワーク４は珪素鋼板製のコア部と巻線部から構成されている固定子である。この状態で高周波電源である５ｋＷの汎用品インバータに加熱コイルを接続して５０％の出力で高周波電流を流した。この時、高周波電流により交番磁界が発生し、その電磁誘導作用によってワーク内にうず電流が流れ、ジュール熱によって加熱される。最初に１）コア部の外側が早く温度が上昇し、次に２）コア部内側、３）巻線部の順序で温度が上昇していく。コア部外側の温度上昇が早い理由は電磁誘導加熱の基本的原理である表皮効果に依るもので表面に近いほどうず電流が多く流れて発熱するためである。ワーク温度を目的とする９０℃まで上げるのに５回昇温時間を測定したところ、１５．０分から１５分２０秒でばらつきは約２０秒であった。加熱時の温度差は昇温直後では１）、２）、３）で約１０℃であったが、このものを３分間放置すると熱伝導により均一になりワーク全体の温度差は５℃以内になった。この状態になれば次工程のワニス塗布が良好に実施できる。加熱効率を確認した後、ワークと故意に接触させて加熱コイルの耐久性を試験した。試験方法としては加熱コイルにワークを故意に衝突させて、衝突時の衝撃でコイルが損傷するかどうかを観察した。実際のワークの搬送速度を想定して約１ｍ／分で衝突させたが、エポキシ樹脂を主体とする材料３が変形するのみでコイルが損傷することはなく、一体成形による機械的強度向上が効果的であることを確認した。
【００１１】
比較例１
実施例１と同様な衝撃試験を、ＦＲＰ材料でモールドしていない加熱コイルで実施した。加熱コイルの作製条件は実施例１と同じであり、使用したコイル１及び絶縁内筒２も同一仕様である。先ず加熱効率を比較した。９０℃に到達するまでの時間を５回測定したところ、１５．０分から１５分１５秒でばらつきは１５秒であり、実施例１との差はほとんど見られなかった。次に故意にワークと衝突させた時のコイル部の損傷を実施例１と比較した。モールドしていない加熱コイルは衝突した個所が大きく変形し使用不能の状態となった。
【００１２】
実施例１と比較例１によりコイル１に熱硬化性樹脂である不飽和ポリエステル樹脂を主体とする材料３でモールドしたものとしないものを比較すると、加熱効率の点では有意差は見られなかった。ワークと故意に衝突させた時の耐久性試験では、材料３でモールドしたものはコイル部が損傷を受けることはなく、耐久性で優れていることが確認できた。
【００１３】
実施例２
実施例１では銅パイプであるコイル１に不飽和ポリエステル樹脂を主体とする材料３をモールドして誘導加熱コイルとして使用したが、ここではリッツ線であるコイル１に不飽和ポリエステル樹脂を主体とした材料３をモールドして誘導加熱コイルを作製した。実施例１と同じ仕様の絶縁内筒２（外径φ３２０ｍｍ、厚み５ｍｍ）に直径がφ０．３５ｍｍの絶縁被覆導線を寄り合わせたリッツ線のコイル１（直径がφ５ｍｍ）を１０回巻きつけて固定した。巻く時はリッツ線どうしの間隔が２ｍｍ程度になるように巻き、固定した後に熱硬化性樹脂である不飽和ポリエステル樹脂を主体とする材料３で絶縁内筒２と共にモールドされたコイル一体成形物を形成した。この時の材料３は熱硬化性樹脂である不飽和ポリエステル樹脂にガラスファイバーを４０％（重量）添加したものを使用した。材料３でモールドする時の仕様としては、リッツ線であるコイル１が材料３で完全にカバーされるようにコイル１の表面に５ｍｍ程度の材料３がフラットに形成されるようにした。作製した誘導加熱コイルの中に外径がφ２７０ｍｍで重量が約３０ｋｇのワーク４を設置し、誘導加熱を行った。図２に示すようにワーク４は加熱コイルの中央部になるように設置され、ワーク４全体ができるだけ均一に加熱されるようにした。ワーク４は珪素鋼板製のコア部と巻線部から構成されている固定子である。この状態で高周波電源である５ｋＷの汎用品インバータに加熱コイルを接続して高周波電流を流した。この時、高周波電流により交番磁界が発生し、その電磁誘導作用によってうず電流が流れ、ジュール熱によって加熱される。最初に１）コア部外側が早く温度が上昇し、次に２）コア部内側、３）巻線部の順序で温度が上昇していく。コア部外側の温度上昇が早い理由は電磁誘導加熱の基本原理である表皮効果に依るもので表面に近いほどうず電流が多く流れるためである。ワーク４の温度を目的とする９０℃まで上げるのに５回昇温時間を測定したところ、１０分１０秒から１０分３０秒でばらつきは２０秒であった。加熱時の温度差は昇温直後では１）、２）、３）で約１１℃であった。このものを３分間放置すると熱伝導により均一になりワーク４全体の温度差は５℃以内になった。この状態になれば次工程のワニス塗布が良好に実施できる。加熱効率を確認した後、ワーク４と故意に衝突させて、衝突時の衝撃でコイル１が損傷するかどうかを観察した。実際のワーク４の搬送速度を想定して約１ｍ／分で衝突させたが、材料３が変形するのみでコイル１が損傷することはなく、材料３によりモールドされた一体成形物による機械的強度向上が効果的であることを確認した。
【００１４】
比較例２
実施例２と同様な衝撃試験を材料３でモールドしていないリッツ線のコイル１で実施した。
誘導加熱コイルの作製条件は実施例２と同じであり、使用したコイル１及び絶縁内筒２も同一仕様である。
先ず加熱効率を比較した。９０℃に到達するまでの時間を５回測定したところ、１０分１０秒から１０分２５秒でばらつきは１５秒であり、実施例２との差はほとんど見られなかった。次に故意にワーク４と衝突させた時のコイル１の損傷を実施例２と比較した。ＦＲＰ材料でモールドしていないリッツ線のコイル１は衝突した個所が損傷し、断線、短絡により使用不能となった。
【００１５】
実施例２と比較例２により、コイル１に材料３でモールドしたものとしないものを比較すると、加熱効率の点では有意差は見られなかった。ワーク４と故意に衝突させた時の耐久性試験では、材料３でモールドしたものはコイル１が損傷を受けることなく、耐久性で優れていることが確認できた。また、実施例１と実施例２により銅パイプのコイル１とリッツ線のコイル１を比較すると、加熱効率はリッツ線のコイル１のほうが１．５倍程、優れていることがわかった。
【００１６】
【発明の効果】
本発明の誘導加熱コイルは、従来から問題となっていたコイルの耐久性を向上させるのに効果がある。本発明の誘導加熱コイルは従来から問題となっていたコイルの耐久性を向上させるとともに、加熱効率の向上及び加熱コイルの製作費低減にも効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】熱硬化性樹脂を主体とする材料でモールドした誘導加熱コイルの断面図。
【図２】ワークに誘導加熱コイルを設置した状態を示す断面図。
【符号の説明】
１　コイル
２　絶縁内筒
３　材料
４　ワーク
【図１】
2004127546.tif 000003
【図２】
2004127546.tif 000004