【手続補正書】
【提出日】平成15年12月19日(2003.12.19)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の名称】誘導加熱装置
【特許請求の範囲】
【請求項１】加熱コイルと、上記加熱コイルに高周波電流を供給する電源部と、上記加熱コイルを支持する加熱コイル支持台と、上記加熱コイルの外周部に設けられ、上記加熱コイルから発生する磁束を受けて、上記加熱コイルから外部に漏洩する漏洩磁束を打ち消す方向に磁束を発生するシールドリングと、を備えた誘導加熱装置において、
上記シールドリングの内形状が上記加熱コイルの外周に略沿った形状であって、上記シールドリングの外形状が略円状であることを特徴とする誘導加熱装置。
【請求項２】上記シールドリングの断面形状が略矩形状である請求項１に記載の誘導加熱装置。
【請求項３】上記被加熱物を載置するための載置部材にドーナツ状に突出する突出部を設け、該突出部内に上記シールドリングの少なくとも一部を収納することを特徴する請求項１に記載の誘導加熱装置。
【請求項４】上記シールドリングを上記加熱コイル支持台の上下に固着することを特徴する請求項１に記載の誘導加熱装置。
【請求項５】被加熱物下方に加熱コイル設け、該加熱コイルの周囲に導電材料からなりドーナツ状に構成するシールドリングを備える誘導加熱装置において、上記シールドリングの表面に溝を設けることを特徴する誘導加熱装置。
【請求項６】被加熱物下方に加熱コイル設け、該加熱コイルの周囲に導電材料からなりドーナツ状に構成するシールドリングを備える誘導加熱装置において、上記シールドリングにリッツ線を用いることを特徴する誘導加熱装置。
【請求項７】上記リッツ線を複数ターン巻いてシールドリングとすることを特徴とする請求項６に記載の誘導加熱装置。
【請求項８】被加熱物下方に加熱コイル設け、該加熱コイルの周囲に導電材料からなりドーナツ状に構成するシールドリングを備える誘導加熱装置において、上記シールドリングを導電材と絶縁材とを交互に積層して構成することを特徴とする誘導加熱装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、加熱コイルから発生する漏洩磁界を打消す磁気シールド手段を備えた誘導加熱装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、加熱コイルに高周波電流を流し、高周波磁界を発生させることにより加熱を行う誘導加熱装置は、被加熱物以外の周囲へ漏洩磁界が発生している。この漏洩磁界により、至近距離で使用する映像・音声電気製品などのＡＶ製品にノイズを与える危険性があった。また最近では、磁界、特に交番磁界が人体には好ましくない影響があることを懸念する報告がなされており、社会的にその関心が高まってきている。
【０００３】
この電磁界を抑制する一つの方法として、アルミ等の導電材料でドーナツ状に構成されたシールドリングを設けることが、特公昭５８−３７６７６号公報、特公昭６３−３４２８号公報に開示されている。
【０００４】
この方法では、加熱コイルで発生する磁界によりシールドリングに誘導電流が発生する。そして、レンツの法則により、シールドリングを通過する鎖交磁束が変化すると、磁束変化を妨げる方向に起電力が生じ誘導電流が流れる。このシールドリングに発生する誘導電流による磁界は、加熱コイルから発生する磁界の逆向きの磁界となり、お互い打ち消しあい漏洩磁界を低減するものである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような従来のシールドリングを設けた誘導加熱装置、即ち特公昭５８−３７６７６号公報に開示されたものでは、新たにシールドリングの取付け構造が必要になり、導体のシールドリングと内部の電子制御部品との絶縁距離確保のため取付け構造が複雑になり、商品自体のコストが非常に高くなる等の問題点が有った。
【０００６】
このような問題点を解決する方法が、特公昭６３−３４２８号公報に開示されているが、トッププレート周囲に導体のシールドリングを配置すると、シールドリングそのものは誘導加熱されないが、アルミ等の導体は熱伝導が良いため、シールドリングが被加熱物の熱伝達・輻射熱等で熱くなり、使用者がやけどをする等の不都合がある。尚、通常は誘導加熱装置のトッププレートはセラミック材、本体はプラスチック材が使われており、これらの材料は熱伝導が低く、被加熱物（鉄系の鍋等）からの熱伝導が少なく、誘導加熱装置本体は熱くならない。
【０００７】
そこで、本発明は、上記従来の課題を解決するもので、誘導加熱装置から漏洩する磁界を効果的に低減し、安価に誘導加熱装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、加熱コイルと、上記加熱コイルに高周波電流を供給する電源部と、上記加熱コイルを支持する加熱コイル支持台と、上記加熱コイルの外周部に設けられ、上記加熱コイルから発生する磁束を受けて、上記加熱コイルから外部に漏洩する漏洩磁束を打ち消す方向に磁束を発生するシールドリングと、を備えた誘導加熱装置において、上記シールドリングの内形状が上記加熱コイルの外周に略沿った形状であって、上記シールドリングの外形状が略円状であることを特徴とするものである。
【０００９】
また、請求項２に記載の発明は、上記シールドリングの断面形状が略矩形状とするものである。
【００１０】
また、請求項３に記載の発明は、上記被加熱物を載置するための載置部材にドーナツ状に突出する突出部を設け、該突出部内に上記シールドリングの少なくとも一部を収納するものである。
【００１１】
また、請求項４に記載の発明は、上記シールドリングを上記加熱コイル支持台の上下に固着するものである。
【００１２】
また、請求項５に記載の発明は、被加熱物下方に加熱コイル設け、該加熱コイルの周囲に導電材料からなりドーナツ状に構成するシールドリングを備える誘導加熱装置において、上記シールドリングの表面に溝を設けるものである。
【００１３】
また、請求項６に記載の発明は、被加熱物下方に加熱コイル設け、該加熱コイルの周囲に導電材料からなりドーナツ状に構成するシールドリングを備える誘導加熱装置において、上記シールドリングにリッツ線を用いるものである。
【００１４】
また、請求項７に記載の発明は、上記リッツ線を複数ターン巻いてシールドリングとするものである。
【００１５】
また、請求項８に記載の発明は、被加熱物下方に加熱コイル設け、該加熱コイルの周囲に導電材料からなりドーナツ状に構成するシールドリングを備える誘導加熱装置において、上記シールドリングを導電材と絶縁材とを交互に積層して構成するものである。
【００１６】
【発明の実施の形態】
まず、本発明のシールドリングによる漏洩磁界の低減原理について詳細に説明する。誘導加熱装置の加熱コイルを覆うように導電体のシールドリングを配置すると、加熱コイルから外部へ漏洩する磁束Φは、シールドリングを貫通する。この時、電磁誘導の法則により、磁束の変化を妨げる方向に、起電力ｅがシールドリングに生じる。
ｅ＝−ΔΦ／Δｔ〔Ｖ〕‥‥‥‥（１）
この誘導起電力ｅにより、シールドリングには電流が流れ、磁束が発生する。この磁束の向きは、加熱コイルの内部から発生する磁束とは逆向きなので、お互い打ち消しあって磁界を低減する。
【００１７】
以下、本発明に係る実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
【００１８】
（実施の形態１）図１、図２は本発明の実施の形態１の誘導加熱装置を示すもので、図１が誘導加熱装置の断面図で、図２が平面図である。装置本体１１の上面に非磁性体によって形成されたトッププレート１２が装着されるとともに、このトッププレート１２の下方に加熱コイル１３が加熱コイル支持台１４により配設され、この加熱コイル１３に電源部１５から高周波電流を流すことにより、トッププレート１２上に載置された鉄、ステンレス等の鍋等の被加熱物１６が誘導加熱される構成となっている。
【００１９】
加熱コイル１３の周囲には所定の間隔をおいて、シールドリング１７が加熱コイル支持台１４に接着固定されている。このシールドリング１７は自身は誘導加熱されにくい材質でアルミニウム、銅等の導電材で形成されている。このシールドリング１７により加熱コイル１３が発生する磁束のうち、被加熱物１６を越えて外部へ漏洩する磁束を上記原理により低減することができる。
【００２０】
ここで重要なことは、図１に示すように、シールドリング１７が加熱コイル支持台１４に一体に接着して固着される構造としていることで、この構成とすることにより、加熱コイル１３を配置するための加熱コイル支持台１４により、シールドリング１７を固定することかできる。従って、シールドリング１７を配設するための支持台等の別部品が必要なくなり、コスト的にも安価になるだけでなく、装置を小型化することができる。
【００２１】
尚、図１では、シールドリング１７と加熱コイル支持台１４の固定構造として、接着方法を示したが、図３に示すように、加熱コイル支持台１４にシールドリング１７を固定すための「つめ部」を数箇所一体成形として設けておき、固定する方法でもよい。
【００２２】
さらに、図４に示すように、シールドリング１７を加熱コイル支持台１４内部に封入（一体成形）する方法とすることで、導体であるシールドリング１７と他の電子部品等の絶縁を行うことができる。
【００２３】
（実施の形態２）図５は本発明の実施の形態２の誘導加熱装置の平面図である。シールドリング１７の内形形状は加熱コイル１３から所定の間隔をおいた円形で、外形形状を正方形又は、それに近い略正方形としたものである。これにより、誘導加熱装置の本体ケース内部全てにシールドリング１７を配設することができ、シールドリング１７の抵抗値を小さくできるので、シールドリング１７に流れる誘導電流を多く流すことができ、磁界低減効果が大きくなる。
【００２４】
上記のシールドリングの原理から加熱コイルから漏洩する磁束変化が同一ならば、同じ誘導起電力が発生する。この時にシールドリングに流れる電流はシールドリングの抵抗値が低いほど多くなり、漏洩磁界の低減効果も大きくなる。
【００２５】
実験で円形の外形形状のシールドリングと正方形の外形形状のシールドリングの磁界低減効果を比較すると、高周波電流（６０Ｈを２１ｋＨｚで変調）のピーク−ピーク８０Ａを加熱コイル２３ターンに流した場合で、同一材質（銅）、同一内径（約２１０ｍｍ）、同一厚み（約５ｍｍ）、同一外径（円形の外径＝正方形の一辺＝約２５０ｍｍ）の装置から約１０ｃｍでの漏洩磁界の低減効果は正方形の外形形状のシールドリングが約２０％向上している。
【００２６】
（実施の形態３）図６は本発明の実施の形態３の誘導加熱装置の断面図である。被加熱物１６を載置するためのトッププレート１２に、断面が凸形状の突出部１２ａを設け、突出部１２ａ内にシールドリング１７の一部を収納する。上記の構成とすることで、加熱コイル支持台１４にシールドリング１７を配設して、且つ、シールドリング１７の厚みを大きくしても被加熱物１６と加熱コイル１３を接近して配設することができる。
【００２７】
一般的に、誘導加熱は加熱コイル１３と被加熱物１６の距離が大きくなると加熱効率が下がる。従って、加熱効率を低下させずにシールドリング１７を加熱コイル支持台１４配置すると、シールドリング１７の厚みに制限が発生する。さらに、前述したようにシールドリングの抵抗値が小さいほど磁界低減効果は大きく、同一形状のシールドリングの抵抗値を小さくするには厚みを増やす方法がある。
【００２８】
そこで、図６に示した構成とすることで、シールドリング１７の厚み大きくすることができるため、加熱効率を下げずに、漏洩磁界を低減することができる。実験で同一円形の外形形状のシールドリングの厚み（５ｍｍと８ｍｍ）による磁界低減効果を比較すると、高周波電流（６０Ｈを２１ｋＨｚで変調）のピーク−ピーク８０Ａを加熱コイル２３ターンに流した場合で、同一材質（銅）、同一内径（約１９１ｍｍ）、同一外径（約２２５ｍｍ）で装置から約１０ｃｍでの漏洩磁界の低減効果は厚み８ｍｍのシールドリングが約４５％向上している。
【００２９】
又、トッププレート１２の凸形状の突出部１２ａの内部にシールドリング１７が収納されるため、被加熱物１６からの幅射熱をトッププレート１２が遮断してシールドリング１７が加熱されることがない。又、導体であるシールドリング１７を直接使用者は触れることがなく、使用者に不安を与えることがない。さらに、トッププレート１２の凸形状により被加熱物１６がずり落ちたりするのを防止する効果がある。
【００３０】
さらに、シールドリング１７に発生する誘導起電力は低圧で使用者が触れても支障が無いが、誘導起電力が発生している導体であるシールドリング１７を直接触れる事は、使用者にとって感覚的に不安を覚える。
【００３１】
尚、図６ではトッププレート１２に凸部を設けた場合について説明したが、トッププレート１２を装着している本体ケース（図示せず）に凸部を設け、その内部にシールドリング１７を挿入する構成としてもよい。
【００３２】
（実施の形態４）図７は本発明の実施の形態４の誘導加熱装置の加熱支持台構造図である。シールドリング１７が加熱コイル支持台１４の上下に固着して固定されている。これにより、２重のシールドリングとなり漏洩磁界の低減効果は大きいものとなる。
【００３３】
（実施の形態５）図８は本発明の実施の形態５の誘導加熱装置のシールドリングの断面図である。シールドリング１７の表面に溝１７ａ（凹凸）を設けている。誘導加熱装置は一般に、数ｋＨｚ〜数十ｋＨｚの高周波電流を加熱コイル１３に流している。この時シールドリング１７に流れる誘導電流は、加熱コイル１３の高周波電流と逆向き（磁束を打ち消す向き）であるが、同じ周波数の誘導電流となる。
【００３４】
このような高周波電流では表皮効果によりシールドリング１７の導体内部深くまで電流が浸透して流れずに、導体表面に電流が多く流れる。この様な表皮効果現象により、シールドリング１７の厚みをある一定以上増やしても、シールドリング１７に流れる誘導電流があまり増えないため、漏洩磁界の低減効果が向上しないという問題点があった。
【００３５】
そこで、図８に示すように、シールドリング１７の表面に溝１７ａ（凹凸）を設けることで、表面積を大きくすることができ、シールドリング１７により多くの電流を流すことができ、漏洩磁界の低減効果は大きいものとなる。
【００３６】
又、シールドリングを細線を撚り合わしたリッツ線を用いる（図示せず）構成とすることで、よりシールドリングの表面積を大きくすることができ、シールドリングにより多くの電流を流すことができ、さらに漏洩磁界の低減効果は大きいものとなる。
【００３７】
（実施の形態６）本発明の実施の形態６の誘導加熱装置のシールドリングを説明する。本実施の形態では、シールドリングを細線を撚り合わしたリッツ線を用いる構成において、リッツ線を複数ターン巻いて構成したものである。シールドリングに発生する磁界の強さは、シールドリングの内部を鎖交する磁束による誘導起電力の大きさによって決まる。
【００３８】
磁束発生源の加熱コイルとシールドリング（閉ループコイル）の関係は、一種のトランスと考えられるので、加熱コイルを１次側コイルとし、シールドリングを２次側コイルとすると、ｅ１／ｅ２＝ｎ１／ｎ２‥‥‥（２）
ｅ１：磁束発生源（加熱コイル）の電圧ｅ２：シールドリングの誘起電圧ｎ１：磁束発生源（加熱コイル）のループ回数ｎ２：シールドリングのループ回数となり、誘導起電力ｅ２を大きくするためには、シールドリングのターン数を増やせばよいことが（２）式よりわかる。
【００３９】
このようにシールドリングのターン数を増やし、誘導起電力を大きくして、逆向きの発生磁界を大きくし、加熱コイル等の磁束発生源からの磁界を打ち消し、磁界が外部へ漏洩するのを防ぐことができる。
【００４０】
（実施の形態７）図９は本発明の実施の形態７の誘導加熱装置のシールドリングの断面図である。図９はシールドリングの厚み方向に導電材１７ｂと絶縁材１７ｃとを交互に積層してサンドイッチ構造としたものである。
【００４１】
（実施の形態８）図１０は本発明の実施の形態７の誘導加熱装置のシールドリングの断面図である。図１０はシールドリングの径方向に導電材１７ｂと絶縁材１７ｃとを交互に積層してサンドイッチ構造としたものである。
【００４２】
前述したように、実施の形態７及び８では、シールドリングの表面積を多くすることができるため、シールドリングにより多くの電流を流すことができ、漏洩磁界の低減効果は大きいものとなる。
【００４３】
【発明の効果】
本発明の請求項１によれば、シールドリングを特別な支持・取付け構造を必要とせずに、簡易にシールドリングを取付けることができるので、装置外部へ磁界漏洩を阻止することができ、映像・音声電気製品に対してノイズ防止、人体への磁界の影響を防止しつつ、機器の小型化、薄型化を容易にでき、機器を安価に提供できる。また、装置内部にシールドリングを取付けるもで、使用者のやけどの防止等安心感を与えることができる。
【００４４】
さらに、請求項２によれば、シールドリングの外形形状を矩形状とすることで、誘導加熱装置の本体ケース内部全てにシールドリングを配設することができ、シールドリングの抵抗値を下げることができる。
【００４５】
又、請求項３によれば、被加熱物と加熱コイルを接近して配設し、且つ、シールドリングの厚みを大きくすることができるので、シールドリングの抵抗値を下げることがでる。従って、シールドリングに多くの誘導電流を流すことができ、さらに漏洩磁界を低減する。
【００４６】
又、請求項４によれば、２重のシールドリングを配置することができるため、より磁界低減効果を大きくすることができる。
【００４７】
又、請求項５、６、８によれば、シールドリングの表面積を大きくすることができ、シールドリングにより多くの電流を流すことができ、より漏洩磁界の低減効果を大きくすることができる。
【００４８】
さらに、請求項７によれば、シールドリングを複数ターン巻いて構成することで、シールドリングで発生する磁界を大きくすることができ、より漏洩磁界の低減効果を大きくこることができる。
【００４９】
以上のように、本発明によれば誘導加熱装置から外部へ漏洩する磁界を効率良く低減でき、且つ、装置の小型化、薄型化を容易にでき、機器を安価に提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１を示す誘導加熱装置の断面図である。
【図２】図１の誘導加熱装置の平面図である。
【図３】本発明の実施の形態１の変形例１を示す誘導加熱装置のシールドリングの断面図である。
【図４】本発明の実施の形態１の変形例２を示す誘導加熱装置のシールドリングの断面図である。
【図５】本発明の実施の形態２を示す誘導加熱装置の平面図である。
【図６】本発明の実施の形態３を示す誘導加熱装置の断面図である。
【図７】本発明の実施の形態４を示す誘導加熱装置の加熱支持台の構造図である。
【図８】本発明の実施の形態５を示す誘導加熱装置のシールドリングの断面図である。
【図９】本発明の実施の形態７を示す誘導加熱装置のシールドリングの断面図である。
【図１０】本発明の実施の形態８を示す誘導加熱装置のシールドリングの断面図である。
【符号の説明】
１１ 装置本体
１２ トッププレート
１２ａ 突出部
１３ 加熱コイル
１４ 加熱コイル支持台
１５ 電源部
１６ 被加熱物
１７ シールドリング
１７ａ 溝