(57)【要約】【課題】電磁誘導加熱装置において、被加熱表面の形状に合わせて渦電流の発生領域を適切に設定し、被加熱表面全体を均一に加熱する。【解決手段】誘導加熱を行うための交番磁力線Ｍを発生する電磁ヘッド部１は、直交磁心であるコア２とその外周に巻き付けられる加熱コイル３を有している。コア２は、導電性発熱部材４の被加熱表面４ａに対して対向させる対向部５と、その反対側の反対部６を備えており、対向部５はその断面形状が被加熱表面４ａに適合する形状に形成される。被加熱表面４ａ上の磁力線通過領域Ａｍおよび渦電流の経路もまた被加熱表面４ａの加熱形状に適合する。これにより、被加熱表面４ａの形状全体に偏りの少ない渦電流を流して誘導加熱の均一化を図ることや加熱設計通りの多様な加熱を行うことができる。【選択図】    図１
2004228068.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
導電性発熱部材に交番磁力線を通過させることにより渦電流を発生させ、そのジュール熱で前記導電性発熱部材を誘導加熱する電磁誘導加熱装置であって、
交流電流を供給する交流電流供給部と、
前記導電性発熱部材の被加熱表面に対向して前記被加熱表面の形状に適合する断面形状の対向部を備える高透磁率の直交磁心と、
前記直交磁心の外周に巻き付けられて前記交流電流供給部から前記交流電流が供給される加熱コイルとを有しており、
前記加熱コイルの周囲に発生した前記交番磁力線を、前記直交磁心の前記対向部から前記被加熱表面に対してほぼ直交する方向で前記導電性発熱部材に通過させることを特徴とする電磁誘導加熱装置。
【請求項２】
導電性発熱部材に交番磁力線を通過させることにより渦電流を発生させ、そのジュール熱で前記導電性発熱部材を誘導加熱する電磁誘導加熱装置であって、
交流電流を供給する交流電流供給部と、
前記導電性発熱部材の被加熱表面に対向して設計された、すなわち加熱部の配置と面積と強度を調整する複数の高透磁率の直交磁心と、
前記複数の直交磁心の少なくとも１つの外周に巻き付けられて前記交流電流供給部から前記交流電流が供給される加熱コイルとを有しており、
前記加熱コイルの周囲に発生した前記交番磁力線を、加熱形状に合わせて前記導電性発熱部材に通過させることを特徴とする電磁誘導加熱装置。
【請求項３】
請求項２記載の電磁誘導加熱装置において、前記加熱コイルは前記複数の直交磁心に対してどれも同じ方向廻りで巻き付けられていることを特徴とする電磁誘導加熱装置。
【請求項４】
請求項２記載の電磁誘導加熱装置において、前記加熱コイルは前記複数の直交磁心の少なくとも一つに対して他のものと逆方向廻りで巻き付けられていることを特徴とする電磁誘導加熱装置。
【請求項５】
導電性発熱部材に交番磁力線を通過させることにより渦電流を発生させ、そのジュール熱で前記導電性発熱部材を誘導加熱する電磁誘導加熱装置であって、
交流電流を供給する交流電流供給部と、
前記導電性発熱部材の被加熱表面に対向する対向部を備える高透磁率の直交磁心と、
前記直交磁心の前記対向部の反対側に配置されて磁力線を収束する磁力線収束磁心と、
前記直交磁心の外周に巻き付けられて前記交流電流供給部から前記交流電流が供給される加熱コイルとを有しており、
前記加熱コイルの周囲に発生した前記交番磁力線を、前記直交磁心の前記対向部から前記被加熱表面に対してほぼ直交する方向で前記導電性発熱部材に通過させた後、前記磁力線収束磁心を介して前記直交磁心に収束させることを特徴とする電磁誘導加熱装置。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１項に記載の電磁誘導加熱装置において、前記交番磁力線を捕捉して通過させる磁力線捕捉部材が前記直交磁心または前記磁力線収束磁心の周囲に配置されていることを特徴とする電磁誘導加熱装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、導電性発熱部材に対して誘導加熱を行う電磁誘導加熱装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
金属などの導電性物体を加熱する有効な方法の一つとして電磁誘導作用を利用した誘導加熱がある。これは交番する磁界中に導電性発熱部材が存在する場合、電磁誘導作用によって物体内に起電力が生じ、それにより物体内に誘導電流が流れてＩ２Ｒのジュール熱を発生することを利用し導電性発熱部材を所定の温度にまで加熱するものである。
【０００３】
従来より、被加熱表面が平面となっている導電性発熱部材に対して誘導加熱を行う構成としては、同一平面上で渦巻き状に形成されたコイルを被加熱表面に対し平行かつ近接に配置させ、３０ｋＨｚ程度の高周波電流を供給することによりその被加熱表面に交番する磁力線を通過させて誘導加熱するものがある（たとえば、特許文献１参照）。
【０００４】
また他の構成として、磁性体材料で細長い円柱形状に形成した磁心の外周にコイルを巻き付けたものがあり、この一方の端部を被加熱表面に対向させてほぼ直交するよう配置し、その対向側の端部から被加熱表面へほぼ直交する方向に交番磁力線を通過させて誘導加熱するようになっている。
【０００５】
【特許文献１】
特開平８−７３８１８号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のようなコイルを平面渦巻き状に形成したものと円柱形状の磁心にコイルを巻き付けたもののどちらの構成も、磁力線を通過させる領域は円形に限られるものとなっていた。
【０００７】
磁力線の通過領域が被加熱表面の形状と一致しない場合には、磁力線の通過が不十分で渦電流が少なく十分に誘導加熱されない箇所が存在するか、または被加熱表面の縁部などに渦電流が集中して過剰に加熱させてしまい、その結果、被加熱表面全体での加熱状態が不均一となって目的の加熱形状が損なわれる問題がある。
【０００８】
本発明の目的は、被加熱表面の形状に合わせて渦電流の発生領域を適切に設定し、被加熱表面を目的の形状に加熱できる電磁誘導加熱装置を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の電磁誘導加熱装置は、導電性発熱部材に交番磁力線を通過させて発生する渦電流のジュール熱により導電性発熱部材を誘導加熱するものであって、交流電流供給部と、導電性発熱部材の被加熱表面に対向して被加熱表面の形状に適合する断面形状の対向部を備える高透磁率の直交磁心と、直交磁心の外周に巻き付けられて交流電流供給部から交流電流が供給される加熱コイルとを有しており、加熱コイルの周囲に発生した交番磁力線を、直交磁心の対向部から被加熱表面に対してほぼ直交する方向で導電性発熱部材に加熱設計の必要量に対応して通過させることを特徴とする。
【００１０】
本発明の電磁誘導加熱装置は、導電性発熱部材に交番磁力線を通過させて発生する渦電流のジュール熱により導電性発熱部材を誘導加熱するものであって、交流電流供給部と、導電性発熱部材の被加熱表面に対向して設計された、すなわち加熱部の配置と面積と強度が調整された複数の高透磁率の直交磁心と、複数の直交磁心の少なくとも１つの外周に巻き付けられて交流電流供給部から交流電流が供給される加熱コイルとを有しており、加熱コイルの周囲に発生した交番磁力線を、直交磁心から被加熱表面に対してほぼ直交する方向で導電性発熱部材に通過させることを特徴とする。
【００１１】
本発明の電磁誘導加熱装置は、複数の直交磁心は被加熱表面の形状に合わせて配置されていることを特徴とする。
【００１２】
本発明にあっては、被加熱表面の形状に合わせて各直交磁心を配置できることにより、被加熱表面の形状全体に偏りなく渦電流を流して被加熱表面全体の均一加熱を図ることができる。
【００１３】
本発明の電磁誘導加熱装置は、加熱コイルは複数の直交磁心に対してどれも同じ方向廻りで巻き付けられていることを特徴とする。
【００１４】
本発明の電磁誘導加熱装置は、加熱コイルは複数の直交磁心の少なくとも一つに対して他のものと逆方向廻りで巻き付けられていることを特徴とする。
【００１５】
本発明の電磁誘導加熱装置は、導電性発熱部材に交番磁力線を通過させて発生する渦電流のジュール熱により導電性発熱部材を誘導加熱するものであって、交流電流供給部と、導電性発熱部材の被加熱表面に対向する対向部を備える高透磁率の直交磁心と、直交磁心の対向部の反対側に配置して前記交番磁力線を収束する磁力線収束磁心と、直交磁心の外周に巻き付けられて交流電流供給部から交流電流が供給される加熱コイルとを有しており、加熱コイルの周囲に発生した交番磁力線を、直交磁心の対向部から被加熱表面に対してほぼ直交する方向で導電性発熱部材に通過させた後、磁力線収束磁心を介して直交磁心に収束させることを特徴とする。
【００１６】
本発明にあっては、磁力線収束磁心が磁力線を収束することでその通過経路を被加熱表面の形状に対応した経路に整形できるため、渦電流の経路も形状に対応させて加熱の均一化を図ることができる。
【００１７】
本発明の電磁誘導加熱装置は、交番磁力線を捕捉して通過させる磁力線捕捉部材が直交磁心または磁力線収束磁心の周囲に配置されていることを特徴とする。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【００１９】
（実施の形態１）
図１は本発明の第１の実施の形態である電磁誘導加熱装置が備える電磁ヘッド部とそれにより誘導加熱されている状態の導電性発熱部材の斜視図であり、図２は電磁誘導加熱装置の電気回路を示すブロック図であり、図３はその導電性発熱部材に流れる渦電流の経路を図１における矢視Ｘから見た図である。本実施の形態の電磁誘導加熱装置は、図１に示すように誘導加熱を行うための交番磁力線Ｍを発生する電磁ヘッド部１を有しており、この電磁ヘッド部１は直交磁心であるコア２とその外周に巻き付けられる加熱コイル３を有している。
【００２０】
コア２は、強磁性材料であるフェライト、鉄、化合物などの高透磁率を持った材質とし、被加熱体である導電性発熱部材４の被加熱表面４ａに対して対向させる対向部５と、その反対側の反対部６を備えた直方体の形状に形成されている。図示してはいないが、通常この電磁ヘッド部１は、樹脂等のような非導電体かつ非磁性体の材質で形成したケース内に収容されて用いられることになる。
【００２１】
電磁誘導加熱装置７は、図２に示すように、電磁ヘッド部１および操作スイッチ８を備えるヘッド収容部９と、電源ユニット１０および高周波発生器１１および加熱時間設定器１２を備える本体部１３（交流電流供給部）とを有しており、ヘッド収容部９と本体部１３とは給電リッツ線１４を介して接続されている。
【００２２】
操作スイッチ８は電磁ヘッド部１と同じケースに設けられてヘッド収容部９を構成しており、操作者が作動開始の操作を入力できるようになっている。電源ユニット１０はＡＣコード１５を介して外部の交流電源１６に接続されており、供給された交流電力を直流電力に整流して以下の他の回路に供給するようになっている。高周波発生器１１は給電リッツ線１４を介して加熱コイル３に接続されており、たとえば２０〜３０ｋＨｚ程度の高周波の交流電流を発生して加熱コイル３に供給するようになっている。加熱時間設定器１２は１回の加熱操作に要する加熱コイル３への通電時間を設定するものであり、給電リッツ線１４を介して操作スイッチ８から通電操作の信号を受けてから設定された通電時間だけ高周波発生器１１に制御信号を出力するようになっている。高周波発生器１１はこの制御信号を受けている間、すなわち設定された通電時間だけ加熱コイル３に交流電流を供給する。加熱時間設定器１２は通電時間の設定を任意に調整できるようになっている。
【００２３】
以上の構成の電磁誘導加熱装置７の操作について説明する。操作者はヘッド収容部９を移動させて図１に示すようにコア２を被加熱表面４ａに向けて直交させつつ近接するよう配置し、この状態で操作スイッチ８をオン操作することにより導電性発熱部材４に対する誘導加熱を開始することになる。加熱時間設定器１２に設定された通電時間だけ加熱コイル３に交流電流が供給され、その間に図示するようにコア２を中心とした加熱コイル３の周囲に交番する磁力線Ｍが発生する。
【００２４】
コア２は磁力線Ｍの空間分布を制御する磁路、すなわち内部に磁力線Ｍを収束して通過させる磁束路として機能し、コア２の対向部５の対向面から被加熱表面４ａに対して磁力線Ｍを直交して通過させるようになっている。したがって対向部５の対向面の断面形状を変えることで磁力線通過領域Ａｍを任意に設定することができる。
【００２５】
図３に示すように、磁力線通過領域Ａｍに交番磁力線Ｍが通過することで、磁力線通過領域Ａｍを含むその周囲には電磁誘導効果により渦電流Ｉが生じることになる。この渦電流Ｉが流れることでジュール熱が発生し、それにより導電性発熱部材４に対する誘導加熱が行われることになる。
【００２６】
図１７は、比較例として、コアを備えずに平面渦巻き状に形成された加熱コイル１０３のみで構成する電磁ヘッド部１０１と、それに平行に配置されて誘導加熱されている状態の導電性発熱部材４の斜視図であり、図１８はその導電性発熱部材４に流れる渦電流Ｉの経路を示した図である。図１７において導電性発熱部材４の被加熱表面４ａは、長辺が加熱コイル１０３の直径よりも十分に長く、短辺が加熱コイル１０３の直径より少しだけ長い長方形に形成されている。
【００２７】
この構成の場合、加熱コイル１０３は十分な本数の磁力線Ｍを得るために何周にも廻して巻く必要があり、そのため加熱コイル１０３が被加熱表面４ａに対して磁力線Ｍを通過させる領域Ａｍは、図示するように広い面積を要するほぼ円形の形状とならざるを得ない。しかし実際の被加熱表面４ａは円形以外の多角形状である場合が多く、つまり被加熱表面４ａの形状と磁力線通過領域Ａｍの形状とが大きく相違してしまう場合が多い。
【００２８】
図１８に示すように磁力線通過領域Ａｍが被加熱表面４ａの形状と一致しない場合には、渦電流Ｉが局所的に流れずに十分に誘導加熱されない箇所４ｂが存在したり、また磁力線通過領域Ａｍに近接している縁部４ｃなどには渦電流Ｉが集中して過剰に加熱させてしまい、その結果加熱状態が不均一となって大きく温度ムラができてしまう問題がある。また特に図１７に示すようなコアを備えずに平面渦巻き状に形成された加熱コイル１０３のみで構成する電磁ヘッド部１０１の場合には、平面渦巻き状の中心位置において局所的に磁力線Ｍの通過量が少なくなってしまい、そのため図１８に示すように磁力線通過領域Ａｍは中心に穴のあいた円環形状となって加熱状態を不均一にしてしまう要因となっている。
【００２９】
これに対して図１に示す本実施の形態の電磁ヘッド部１の場合は、コア２の対向部５の断面形状が被加熱表面４ａの形状に適合していることから、図３に示すように被加熱表面４ａの形状全体に偏りなく渦電流Ｉを流すことができる。
【００３０】
（実施の形態２）
図４は本発明の第２の実施の形態である電磁誘導加熱装置の電磁ヘッド部とそれにより誘導加熱されている状態の導電性発熱部材の斜視図であり、図５は本実施の形態の電磁ヘッド部２１により導電性発熱部材４に流れる渦電流Ｉのある瞬間における経路を示した図である。本実施の形態の電磁誘導加熱装置において、図４に示すように電磁ヘッド部２１は相互に並列に配置された３本の直交心部（直交磁心）２２ａ〜２２ｃで構成するコア２２と、それらの外周に巻き付けられた加熱コイル２３とを有している。
【００３１】
各直交心部２２ａ〜２２ｃは、被加熱表面４ａに対して対向させる対向部２５と、その反対側の反対部２６を備えた直方体の形状に形成されたものであり、３本が被加熱表面４ａの形状に合わせて相互に均等な間隔を設けるよう配置されている。また各直交心部２２ａ〜２２ｃに対応する磁力線通過領域Ａｍと被加熱表面４ａの各縁部との間の間隔については、図示するように均等な間隔とする以外にも、縁部における渦電流Ｉの集中を避けるために少し大きめの間隔を設ける配置としてもよい。このようにして各直交心部２２ａ〜２２ｃは、被加熱表面４ａの形状に合わせて適合して配置された状態となっている。なお、図中に示す各直交心部２２ａ〜２２ｃは直方体形状となっているが、その他にも円柱形状や、他の多角形の角柱形状としてもよい。
【００３２】
加熱コイル２３は図中両端の直交心部２２ａ，２２ｃに対して同じ左廻り方向に、中央の直交心部２２ｂには逆の右回り方向に、それぞれ同じ回数だけ巻き付けられている。これらの直交心部２２ａ〜２２ｃと加熱コイル２３は、図示しないケース内に収容されることで、お互いの配置関係が維持されるようになっている。
【００３３】
上記の構成によれば、被加熱表面４ａの形状に合わせて各直交心部２２ａ〜２２ｃを適合して配置していることにより、被加熱表面４ａの形状全体に偏りなく渦電流Ｉを流すことができるといった上記第１の実施の形態と同様の効果が得られる。さらに本実施の形態においては、隣り合う直交心部どうしで逆方向に磁力線Ｍを通過させていることにより、以下に説明するように被加熱表面４ａ上の加熱領域に対して効果的な誘導加熱を行うことができる。
【００３４】
比較例として図１に示す上記第１の実施の形態のように、被加熱表面４ａの形状が長方形のように長い形状であってコア２の対向部５もまたそれと相似する長い形状である場合には、長手方向の渦電流が均一化され温度ムラが少なくなる。
【００３５】
図５、図６はコアの磁極の組み合わせで加熱形状を変化させる方法を示す。本実施の形態の電磁ヘッド部２１によれば、図４に示すように中央の直交心部２２ｂに常に他の両端２つの直交心部２２ａ，２２ｃと逆の方向に磁力線Ｍが通過するため、３本の直交心部２２ａ〜２２ｃと導電性発熱部材４とがほぼループ形状の磁路を２つ並列に形成することになり、外部への磁力線Ｍの漏出を抑制する効果が向上するようになる。そのため磁力線Ｍが広い範囲へ拡散するのを抑えて被加熱表面４ａに対し磁力線Ｍを集中通過させて加熱効率を向上できるとともに、図中の上方側すなわち操作者側へ向かう磁力線Ｍの漏出を抑制できるようになっている。
【００３６】
なお各直交心部２２ａ〜２２ｃにおける加熱コイル２３の巻き付け方向については、図４に示すように隣り合う直交心部どうしで逆方向廻りに巻き付ける構成に限定されるものではなく、たとえば全ての直交心部２２ａ〜２２ｃで同じ方向廻りに巻き付ける構成としてもよい。この場合には、図６に示すように、各直交心部２２ａ〜２２ｃに対応する磁力線通過領域Ａｍどうしの間の領域では、それぞれの渦電流Ｉが逆向きに重合して打ち消し合うことになり、その代わりに全ての磁力線通過領域Ａｍ全体を囲む外周にほとんどの渦電流Ｉが流れるようになる。
【００３７】
図１９に示す円柱形状の直交磁心（コア１１２）に加熱コイル１１３を巻き付けた構成の場合、磁力線Ｍが導電性発熱部材４を貫通して周囲の広い範囲へ拡散することになるため、後述するような磁力線収束磁心として設ける平行磁心は拡散した磁力線Ｍを回収する構成は特に有効となる。
【００３８】
なお、図７に示すように並列に配置した各直交心部２２ａ〜２２ｃの反対部２６に、直交連結して被加熱表面４ａに対しては平行な配置となる平行心部（平行磁心）２７を一体に設けてコア２８全体をＥ字形状に形成してもよく、隣り合う直交心部どうしで逆方向廻りに加熱コイル２３を巻き付けた場合には各磁路が完全なループ形状となるためより高い磁力線漏出抑制効果が得られる。このようなＥ字形状のコア２８を用いた場合で、図７に示すように被加熱表面４ａに対する平行方向の外側の直交心部すなわち両端位置の直交心部２２ａ，２２ｃよりも、内側の直交心部すなわち中央位置の直交心部２２ｂの方に加熱コイル２３をより多く巻き付けることにより、並置する２つのループ形状の磁路にそれぞれ通過させる磁力線Ｍの本数のバランスを取ることができ、より高い磁力線漏出抑制効果を得ることができるようになる。また図示しないが、中央位置の直交心部２２ｂにのみ加熱コイル２３を巻き付けるようにした場合には１つの加熱コイル２３に対してその周囲に２つのループ形状の磁路を設ける配置となるため、さらに高い磁力線漏出抑制効果が得られるようになる。
【００３９】
また以上の構成において、直交心部を４つ以上直列に配置し、全体的にＥ字形状を複数連設したコアの構成としてもよく、その場合でも各直交心部に対して上記のような加熱コイルの巻き数のバリエーションが適用できる。
【００４０】
逆に直交心部を設置する本数は２本としてもよく、さらに図８に示すように並列に配置させた２本の直交心部２２ａ，２２ｂの反対部２６に直交して連結する平行心部（平行磁心）２７を一体に設けてコア２９全体をＵ字形状に形成してもよい。その場合でも２本の直交心部２２ａ，２２ｂに互いに逆廻り方向に加熱コイル２３を巻き付けることにより、直交心部２２ａ，２２ｂと導電性発熱部材４とで１つのループ形状の磁路を形成させることができる。
【００４１】
次に第２の実施の形態の第１変形例であり、被加熱表面４ａの形状が正方形である場合の変形例について説明する。この場合の１例としては、図９に示すように２行２列で４本の直交心部３２ａ〜３２ｄを配置させ、またそれらの反対部３６に共通の平行平板部（平行磁心）３７を設けてコア３２を構成してもよい。このように直交心部３２ａ〜３２ｄを被加熱表面４ａに対する平行方向の任意の配置で設けることにより、被加熱表面４ａ上の加熱領域の形状を任意に設定することが可能である。また係わる磁気ヘッドは、個々のコア（磁心）の磁極を組み換えて全体の加熱加工の形状を自在に変更することが可能である。
【００４２】
図１０は上記のコア３２のうち隣り合う直交心部どうしで逆方向廻りに加熱コイルを巻き付けた場合の正方形の被加熱表面４ａに流れる渦電流Ｉのある瞬間における経路を示した図である。図１０に示すように、各磁力線通過領域Ａｍどうしの間には前述と同様に渦電流Ｉが重合した大電流ＩＬによる高加熱部が発生することになり、これらが均等な配置となっているため被加熱表面４ａ全体の均一加熱を図ることができる。また正方形の被加熱表面４ａに対し、３行３列や４行４列などの配置としてより多くの直交心部を配置することでさらに均一かつ高い効率で加熱することも可能である。また隣り合う２つの直交心部と被加熱表面４ａと平行平板部３７とでループ形状の磁路を形成し、磁力線漏出抑制効果を得ることもできる。
【００４３】
図１１は上記のコア３２の全ての直交心部３２ａ〜３２ｄで同じ方向廻りに加熱コイルを巻き付けた場合の渦電流Ｉのある瞬間における経路を示した図である。図１１に示すように、各磁力線通過領域Ａｍどうしの間の領域ではそれぞれの渦電流Ｉが逆向きに重合して打ち消し合うことになり、その結果全ての磁力線通過領域Ａｍ全体を囲む外周にほとんどの渦電流Ｉが流れるようになる。導電性発熱部材４の縁部分を加熱させるのに適している。
【００４４】
また第２の実施の形態の第２変形例であり、被加熱表面４ａの形状が四角形などの多角形である場合に特に好適な変形例について説明する。図１７に示す比較例のように四角形の被加熱表面４ａに対して平面渦巻き状に形成された加熱コイル１０３のみにより誘導加熱される場合には、図１８に示すように四角形の四隅の角部分４ｂが十分に誘導加熱されずに加熱状態の不均一による温度ムラが生じてしまう。また特にコアを有しない場合に磁力線通過領域Ａｍの中心に生じる加熱不足もまた温度ムラの要因となっている。
【００４５】
これに対して図１２に示す本変形例のコア３８では、平面渦巻き状の加熱コイル１０３の中心位置と四角形被加熱表面４ａの各角部分位置にそれぞれ円柱形状の直交心部３８ａ，３８ｂを配置し、さらに中心位置の直交心部３８ａの反対部から他の直交心部３８ｂの反対部へそれぞれ掛け渡すように４つの円柱形状の平行心部３８ｃを配置した構成となっている。
【００４６】
これによれば、平面渦巻き状の加熱コイル１０３からその中心位置をも含めた円形の領域Ａｍで磁力線Ｍが被加熱表面４ａを通過し、そののちに各角部分位置に向かって分散してそれぞれの直交心部３８ｂに収束し、各平行心部３８ｃを介して中心位置の直交心部３８ａに収束する。そのため各角部分位置の領域Ａｍ２を含む周囲にも磁力線Ｍの通過により渦電流Ｉが流れて誘導加熱されることになり、その結果、四角形被加熱表面４ａの全体における温度ムラが緩和されることになる。さらに各角部分の直交心部３８ｂと中心位置の直交心部３８ａとの間にはそれぞれループ形状となる磁路が形成されるため、高い磁力線漏出抑制効果も得ることができる。
【００４７】
なお、図示しないが、被加熱表面４ａの形状が四角形以外の多角形形状であっても各角部分位置にそれぞれ直交心部３８ｂを配置して中心位置の直交心部３８ａとの間に平行心部３８ｃを掛け渡すよう配置することで図１２に示す変形例と同様の効果を得ることができる。また各角部分位置の直交心部３８ｂの正確な配置については、各角部分の頂点位置はもちろん、それよりも被加熱表面４ａの内側や外側にも多少の許容度を持ってずれた配置であってもよい。
【００４８】
（実施の形態３）
図１３（Ａ）は本発明の第３の実施の形態である電磁誘導加熱装置の電磁ヘッド部とそれにより誘導加熱されている状態の導電性発熱部材の斜視図、図１３（Ｂ）は第３の実施の形態の変形例である電磁誘導加熱装置の電磁ヘッド部とそれにより誘導加熱されている状態の導電性発熱部材の斜視図である。本実施の形態およびその変形例の電磁誘導加熱装置において、図１３（Ａ）、図１３（Ｂ）に示すように電磁ヘッド部４１，５１はＴ字形状に形成されたコア４２，５２と、それに巻き付けられた加熱コイル４３，５３とを有している。
【００４９】
コア４２，５２は、被加熱表面４ａに対して直交する配置の直交磁心である直交平板部４４，５４と、この直交平板部４４，５４の反対部４６，５６に直交して被加熱表面４ａに対して平行となる配置の磁力線収束磁心である平行平板部４７，５７（平行磁心）とを一体に備えてＴ字形状となっている。被加熱表面４ａは長方形の形状となっており、平行平板部４７，５７は被加熱表面４ａの形状にほぼ相似する長方形の平板形状に形成されている。直交平板部４４，５４の対向部４５，５５はその両側に傾斜面４８，５８を有して尖った楔形状に形成されている。
【００５０】
図１３（Ａ）に示す直交平板部４４は被加熱表面４ａに直交する方向に長く形成されており、加熱コイル４３はこの対向部４５の傾斜面４８も含めた直交平板部４４の外周に長手方向にずらして巻き付けられている。図１３（Ｂ）に示す直交平板部５４は被加熱表面４ａに直交する方向に短く形成されており、加熱コイル５３はこの対向部５５の傾斜面５８の外周で同じ長手方向位置に重なるよう平面渦巻き状に巻き付けられている。図示してはいないが、通常この電磁ヘッド部４１，５１は、樹脂等のような非導電体かつ非磁性体の材質で形成したケース内に収容されて用いられることになる。
【００５１】
上記構成によれば、平行平板部４７，５７が磁力線Ｍを捕捉することによりその通過経路を整形することができるため、被加熱表面４ａの形状に対応する適切な経路で磁力線Ｍを通過させて被加熱表面４ａに対する加熱の均一化を図ることができる。また図１３（Ａ）に示す電磁ヘッド部４１によれば、非加熱表面４ａに対して細長形状の領域で加熱することができ、図１３（Ｂ）に示す電磁ヘッド部５１によれば、長形大面積の領域で加熱することができる。
【００５２】
また、本実施の形態の電磁ヘッド部４１，５１は、Ｔ字形状のコア４２，５２の図中下方側の対向部４５，５５がその両側に傾斜面４８，５８を有して尖った楔形状となっていることにより、以下に説明するように被加熱表面４ａに通過させる磁力線Ｍの密度を集中させることができる。
【００５３】
図１４（Ａ）は、比較例として対向部５が被加熱表面４ａに対して平行な平端面の形状に形成されている場合で、加熱操作の定常状態時にそこから放出される磁力線Ｍの様子を示している。平端面の中央箇所において渦電流発生のメカニズムにより、被加熱表面４ａ上の対応する範囲Ｙではほとんど誘導加熱が行われずに加熱状態が不均一となって大きく温度ムラができてしまう。
【００５４】
これに対して図１４（Ｂ）に示すように対向部４５が両側に傾斜面４８を有して尖った楔形状に形成されている場合には、磁力線Ｍは中央の尖端部から集中して放出されるようになるため、中央の非加熱範囲Ｙをなくすことができるとともに、両側方向に拡散していた分の磁力線Ｍも合わせて集中的に被加熱表面４ａへ通過させることが可能となる。したがって導電性発熱部材４に対する誘導加熱をより効果的に行うことができる。
【００５５】
またこの対向部４５の傾斜面４８は側面側の２方向だけでなく、図１５に示すようにその外周全体に渡って形成されてもよく、それによりたとえば対向部４５を全体的に角錐形状（または円錐形状）に形成することもできる。この場合磁力線Ｍが尖端点の１点に向かって集中するように放出されるため、最も局所的かつ効率的に誘導加熱を行うことができるようになる。
【００５６】
また以上の平行平板部４７，５７を設ける構成では、平行平板部４７，５７に対して直交平板部４４，５４が一体となって形成されているものに限られず、部材間で磁力線Ｍが通過可能であればそれぞれ別体で形成したものを組み合わせてＴ字形状とする構成としてもよい。
【００５７】
さらに、コア４２と同じ強磁性材料（フェライトなど）で構成され、図１６中に示すようにＴ字形状のコア４２の周囲に配置されるフレーム組立体４９をヘッド収容部に組み込んでもよい。これにより、フレーム組立体４９も磁路を形成する磁力線捕捉部材として機能し、コア４２の周囲の磁力線Ｍを捕捉してその通過経路を整形し、また磁力線Ｍが外部へ漏出するのをより効果的に抑制することができる。磁力線捕捉部材は強磁性材料を材質としていれば図１６に示すような形状のフレーム組立体４９に限られるものではなく、たとえばネット状の形態とするなど多様な構成が考えられる。
【００５８】
なお、コア４２，５２の平行平板部４７，５７および磁力線捕捉部材の形状と被加熱表面４ａの形状の間の相似関係については、縦方向と横方向の縮尺の差や、小さい切り欠き形状や突出形状といった局所的違いについては多少の許容を持たせることはもちろん可能である。
【００５９】
本発明は種々の誘導加熱に応用される。たとえば利用方法の１つとして、特開平８−７３８１８号公報などに記載されているオールオーバー工法の改良磁気ヘッドとして用いることができる。導電性発熱部材としての金属薄板の両面に熱可塑性接着剤を塗布し、２つの非導電性の板材の間に挟み込ませた状態で一方の板材の反対面から本発明の加熱装置により金属薄板を誘導加熱することで２つの板材を相互に接着させるといった接着剤の溶融装置としての利用方法が考えられる。さらに、この接着剤の溶融装置によれば、部材相互の接着箇所を再度加熱して、固化した接着剤を再び溶融させ、２つの部材を相互に分離することもできる。接着剤が炭化するまで加熱し続けた場合には、接着剤を部材から容易に除去することができるので、分離した部材を再利用することができる。
【００６０】
【発明の効果】
本発明によれば、磁心の対向部の断面形状が被加熱表面の形状と適合することにより、渦電流の経路を被加熱表面の形状とほぼ相似させることができ、熱伝導との融合効果により誘導加熱の均一化を図ることができる。
【００６１】
本発明によれば、被加熱表面の形状に合わせて渦電流の発生領域を適切に設定できる。特に被加熱表面の形状に合わせて複数の直交磁心を配置することにより、被加熱表面全体に偏りなく渦電流を流して被加熱表面全体の均一加熱を図ることができる。さらに異なる直交磁心どうしで逆方向に磁力線を発生させることにより、渦電流が重合した大電流加熱部を発生させて加熱形状を変形させることができる。またループ形状の磁路を形成して高い磁力線漏出抑制効果も得られる。
【００６２】
本発明によれば、磁力線収束磁心が磁力線を収束することによりその通過経路を被加熱表面の形状に対応した適切な経路に整形できるため、渦電流の経路も偏りをなくして加熱の均一化を図ることができる。また磁力線が広い範囲へ拡散するのを抑えて加熱効率を向上できるとともに、操作者側へ向かう漏出を抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施の形態による電磁誘導加熱装置が備える電磁ヘッド部とそれにより誘導加熱されている状態の導電性発熱部材の斜視図である。
【図２】電磁誘導加熱装置の電気回路を示すブロック図である。
【図３】導電性発熱部材に流れる渦電流の経路を図１における矢視Ｘから見た図である。
【図４】第２の実施の形態である電磁誘導加熱装置の電磁ヘッド部とそれにより誘導加熱されている状態の導電性発熱部材の斜視図である。
【図５】図４に示す電磁ヘッド部により導電性発熱部材に流れる渦電流のある瞬間における経路を示した図である。
【図６】図４に示すコアのうち全ての直交心部で同じ方向廻りに加熱コイルを巻き付けた場合の導電性発熱部材に流れる渦電流のある瞬間における経路を示した図である。
【図７】Ｅ字形状に形成されたコアにおいて、両端位置の直交心部よりも中央位置の直交心部の方に加熱コイルをより多く巻き付けた場合の変形例の斜視図である。
【図８】Ｕ字形状に形成されたコアおよび加熱コイルを備えた電磁ヘッド部の変形例の斜視図である。
【図９】直交心部を２行２列で４本配置させ、それらの反対部に共通の平行平板部を設ける構成のコアの斜視図である。
【図１０】図９に示すコアのうち隣り合う直交心部どうしで逆方向廻りに加熱コイルを巻き付けた場合の導電性発熱部材に流れる渦電流のある瞬間における経路を示した図である。
【図１１】図９に示すコアのうち全ての直交心部で同じ方向廻りに加熱コイルを巻き付けた場合の導電性発熱部材に流れる渦電流のある瞬間における経路を示した図である。
【図１２】平面渦巻き状の加熱コイルの中心位置と四角形被加熱表面の各角部分位置に直交心部を配置し、さらに４つの平行心部を連結した構成のコアの斜視図である。
【図１３】（Ａ）は第３の実施の形態である電磁誘導加熱装置の電磁ヘッド部とそれにより誘導加熱されている状態の導電性発熱部材の斜視図、（Ｂ）は第３の実施の形態の変形例である電磁誘導加熱装置の電磁ヘッド部とそれにより誘導加熱されている状態の導電性発熱部材の斜視図である。
【図１４】（Ａ）は、被加熱表面に対して平行な平端面の形状に形成されている対向部から磁力線が定常状態で放出されている様子を示す断面図であり、（Ｂ）は尖った楔形状に形成されている対向部から磁力線が放出されている様子を示す断面図である。
【図１５】角錐形状に形成された対向部のみを示した斜視図である。
【図１６】Ｔ字形状コアの周囲に配置されるフレーム組立体を示す斜視図である。
【図１７】平面渦巻き状に形成された加熱コイルのみで構成する電磁ヘッド部と、それにより誘導加熱されている状態の導電性発熱部材の斜視図である。
【図１８】図１７に示す電磁ヘッド部により導電性発熱部材に流れる渦電流の経路を示した図である。
【図１９】円柱形状の磁心に加熱コイルを巻き付けた電磁ヘッド部と、それにより誘導加熱されている状態の導電性発熱部材の斜視図である。
【符号の説明】
１        第１実施形態の電磁ヘッド部
２        コア（直交磁心）
３        加熱コイル
４        導電性発熱部材
４ａ      被加熱表面
４ｂ      不足加熱の箇所
４ｃ      過熱する縁部
５        対向部
６        反対部
７        電磁誘導加熱装置
８        操作スイッチ
９        ヘッド収容部
１０      電源ユニット
１１      高周波発生器
１２      加熱時間設定器
１３      本体部（交流電流供給部）
１４      給電リッツ線
１５      ＡＣコード
１６      交流電源
２１      第２実施形態の電磁ヘッド部
２２      コア
２２ａ〜２２ｃ  直交心部（直交磁心）
２３      加熱コイル
２５      対向部
２６      反対部
２７      平行心部（平行磁心）
２８      Ｅ字形状コア（直交磁心、平行磁心）
２９      Ｕ字形状コア（直交磁心、平行磁心）
３２      第２実施形態の第１変形例のコア
３２ａ〜３２ｄ  直交心部（直交磁心）
３５      対向部
３６      反対部
３７      平行平板部（平行磁心）
３８      第２実施形態の第２変形例のコア
３８ａ    中心位置直交心部（直交磁心）
３８ｂ    角部分位置直交心部（直交磁心）
３８ｃ    平行心部（平行磁心）
３９      第２実施形態の第３変形例のコア
３９ａ    平行平板部（平行磁心）
３９ｂ    取り付けねじ孔
３９ｃ    取り付けねじ
３９ｄ    着脱型直交心部（直交磁心）
４１，５１  第３実施形態の電磁ヘッド部
４２，５２  Ｔ字形状コア
４３，５３  加熱コイル
４４，５４  直交平板部（直交磁心）
４５，５５  対向部
４６，５６  反対部
４７，５７  平行平板部（磁力線収束磁心、平行磁心）
４８，５８  傾斜面
４９      フレーム組立体（磁力線捕捉部材）
１０３    平面渦巻き状加熱コイル
Ｍ        交番磁力線
Ａｍ、Ａｍ２    磁力線通過領域
Ｙ        磁力線の無通過範囲
Ｉ        渦電流
ＩＬ        重合大電流
【図１】
2004228068.tif 000003
【図２】
2004228068.tif 000004
【図３】
2004228068.tif 000005
【図４】
2004228068.tif 000006
【図５】
2004228068.tif 000007
【図６】
2004228068.tif 000008
【図７】
2004228068.tif 000009
【図８】
2004228068.tif 000010
【図９】
2004228068.tif 000011
【図１０】
2004228068.tif 000012
【図１１】
2004228068.tif 000013
【図１２】
2004228068.tif 000014
【図１３】
2004228068.tif 000015
【図１４】
2004228068.tif 000016
【図１５】
2004228068.tif 000017
【図１６】
2004228068.tif 000018
【図１７】
2004228068.tif 000019
【図１８】
2004228068.tif 000020
【図１９】
2004228068.tif 000021
【手続補正書】
【提出日】平成15年8月11日(2003.8.11)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００３】
従来より、被加熱表面が平面となっている導電性発熱部材に対して誘導加熱を行う構成としては、同一平面上で渦巻き状に形成されたコイルを被加熱表面に対し平行かつ近接に配置させ、３０ｋＨｚ程度の高周波電流を供給することによりその被加熱表面に交番する磁力線を通過させて誘導加熱するものがある（たとえば、特許文献１、特許文献２参照）。


【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００５】
【特許文献１】
特開平８−７３８１８号公報
【特許文献２】
特開平８−１４３８２５号公報
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の電磁誘導加熱装置は、導電性発熱部材に交番磁力線を通過させて発生する渦電流のジュール熱により導電性発熱部材を誘導加熱するものであって、交流電流供給部と、導電性発熱部材の被加熱表面に対向して被加熱表面の形状に適合する断面形状の対向部を備える高透磁率の直交磁心と、直交磁心の外周に巻き付けられて交流電流供給部から交流電流が供給される加熱コイルとを有しており、加熱コイルの周囲に発生した交番磁力線を、直交磁心の対向部から被加熱表面に対してほぼ直交する方向で導電性発熱部材に加熱設計の必要量に応じて通過させることを特徴とする。


【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２１】
電磁誘導加熱装置７は、図２に示すように、電磁ヘッド部１および操作スイッチ８を備えるヘッド収容部９と、電源ユニット１０および高周波発生器１１および加熱時間設定器１２を備える本体部１３（交流電流供給部）とを有しており、ヘッド収容部９と本体部１３とは給電線１４を介して接続されている。


【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２２】
操作スイッチ８は電磁ヘッド部１と同じケースに設けられてヘッド収容部９を構成しており、操作者が作動開始の操作を入力できるようになっている。電源ユニット１０はＡＣコード１５を介して外部の交流電源１６に接続されており、供給された交流電力を直流電力に整流して以下の他の回路に供給するようになっている。高周波発生器１１は給電線１４を介して加熱コイル３に接続されており、たとえば２０〜３０ｋＨｚ程度の高周波の交流電流を発生して加熱コイル３に供給するようになっている。加熱時間設定器１２は１回の加熱操作に要する加熱コイル３への通電時間を設定するものであり、給電線１４を介して操作スイッチ８から通電操作の信号を受けてから設定された通電時間だけ高周波発生器１１に制御信号を出力するようになっている。高周波発生器１１はこの制御信号を受けている間、すなわち設定された通電時間だけ加熱コイル３に交流電流を供給する。加熱時間設定器１２は通電時間の設定を任意に調整できるようになっている。


【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２８】
図１８に示すように磁力線通過領域Ａｍが被加熱表面４ａの形状と一致しない場合には、渦電流Ｉが局所的に流れずに十分に誘導加熱されない箇所４ｂが存在したり、また磁力線通過領域Ａｍに近接している縁部４ｃなどには渦電流Ｉが集中して過剰に加熱させてしまい、その結果加熱状態が不均一となって大きく温度ムラができてしまう問題がある。また特に図１７に示すようなコアを備えずに平面渦巻き状に形成された加熱コイル１０３のみで構成する電磁ヘッド部１０１の場合には、平面渦巻き状の中心位置において誘導電流の発生が少なく、そのため図１８に示すように平面渦巻きコイルによる加熱は中心に穴のあいた円環形状となって加熱状態が不均一となってしまう。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２９】
これに対して図１に示す本実施の形態の電磁ヘッド部１の場合は、コア２の対向部５の断面形状が被加熱表面４ａの形状に適合していることから、図３に示すように被加熱表面４ａの形状全体に偏りの小さい渦電流Ｉを流すことができる。


【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３１】
各直交心部２２ａ〜２２ｃは、被加熱表面４ａに対して対向させる対向部２５と、その反対側の反対部２６を備えた直方体の形状に形成されたものであり、３本が被加熱表面４ａの形状に適合して配置されている。また各直交心部２２ａ〜２２ｃに対応する磁力線通過領域Ａｍと被加熱表面４ａの各縁部との間の間隔については、図示するように均等な間隔とする以外にも、縁部における渦電流Ｉの集中を避けるために少し大きめの間隔を設ける配置としてもよい。このようにして各直交心部２２ａ〜２２ｃは、被加熱表面４ａの形状に合わせて適合して配置された状態となっている。なお、図中に示す各直交心部２２ａ〜２２ｃは直方体形状となっているが、その他にも円柱形状や、他の多角形の角柱形状としてもよい。


【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３３】
上記の構成によれば、被加熱表面４ａの形状に合わせて各直交心部２２ａ〜２２ｃを適合して配置していることにより、被加熱表面４ａの形状全体に偏りを少なく渦電流Ｉを流すことができるといった上記第１の実施の形態と同様の効果が得られる。さらに本実施の形態においては、隣り合う直交心部どうしで逆方向に磁力線Ｍを通過させていることにより、以下に説明するように被加熱表面４ａ上の加熱領域に対して効果的な誘導加熱を行うことができる。


【手続補正１０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４７】
なお、図示しないが、被加熱表面４ａの形状が四角形以外の多角形形状であっても各角部分位置にそれぞれ直交心部３８ｂを配置して中心位置の直交心部３８ａとの間に平行心部３８ｃを掛け渡すよう配置することで図１２に示す変形例と同様の効果を得ることができる。
【手続補正１１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５０】
図１３（Ａ）に示す直交平板部４４は被加熱表面４ａに直交する方向に長く形成されており、加熱コイル４３はこの対向部４５の傾斜面４８も含めた直交平板部４４の外周に長手方向にずらして巻き付けられている。図１３（Ｂ）に示す直交平板部５４は被加熱表面４ａに直交する方向に短く形成されており、加熱コイル５３はこの対向部５５の傾斜面５８の外周で同じ長手方向位置に重なるよう平面渦巻き状に巻き付けられている。
図示してはいないが、通常この電磁ヘッド部４１，５１は、非磁性体の材質で形成したケース内に収容されて用いられることになる。
【手続補正１２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５７】
さらに、コア４２と同じ強磁性材料（フェライトなど）で構成され、図１６中に示すようにＴ字形状のコア４２の周囲に配置される大きさや角度の調整できるフレーム組立体４９をヘッド収容部に組み込んでもよい。これにより、フレーム組立体４９も磁路を形成する磁力線捕捉部材として機能し、コア４２の周囲の磁力線Ｍを捕捉してその通過経路を整形し、また磁力線Ｍが外部へ漏出するのをより効果的に抑制することができる。磁力線捕捉部材は強磁性材料を材質としていれば図１６に示すような形状のフレーム組立体４９に限られるものではなく、たとえばネット状の形態とするなど多様な構成が考えられる。


【手続補正１３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５９】
本発明は種々の誘導加熱に応用される。たとえば利用方法の１つとして、特開平８−７３８１８号公報などに記載されているオールオーバー工法の改良磁気ヘッドとして用いることができる。導電性発熱部材としての金属薄板の両面に熱可塑性接着剤又は熱硬化性接着剤を塗布し、２つの非導電性の板材の間に挟み込ませた状態で一方の板材の反対面から本発明の加熱装置により金属薄板を誘導加熱することで２つの板材を相互に接着させるといった接着剤の溶融装置としての利用方法が考えられる。さらに、この接着剤の溶融装置によれば、部材相互の接着箇所を再度加熱して、固化した接着剤を再び溶融させ、２つの部材を相互に分離することもできる。接着剤が炭化するまで加熱し続けた場合には、接着剤を部材から容易に除去することができるので、分離した部材を再利用することができる。