JP4885190B2 - High frequency induction heating device - Google Patents
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Description
本発明は、高周波誘導加熱装置に関し、さらに詳細には、誘導加熱により加熱される発熱部の熱により被加熱物を加熱する高周波誘導加熱装置に関し、具体的には、誘導加熱により加熱される発熱部の発熱を自己制御する高周波誘導加熱装置に関する。 The present invention relates to a high-frequency induction heating device, and more specifically, relates to a high-frequency induction heating device that heats an object to be heated by heat of a heat generating portion heated by induction heating, and specifically, heat generation heated by induction heating. The present invention relates to a high-frequency induction heating device that self-controls the heat generation of the section.
近年、誘導加熱により加熱される発熱部によって被加熱物を加熱する高周波誘導加熱装置の温度制御方法として、例えば、発熱部を構成する磁性材のキュリー温度を利用して、当該キュリー温度以上に昇温させないように発熱部の発熱を自己制御させる技術が知られている。 In recent years, as a temperature control method for a high-frequency induction heating apparatus that heats an object to be heated by a heat generating part heated by induction heating, for example, the Curie temperature of a magnetic material constituting the heat generating part is used to raise the temperature to the Curie temperature or higher. A technique for self-controlling the heat generation of the heat generating portion so as not to be heated is known.
ここで、図1には、キュリー温度以上に昇温させないように発熱部の発熱を自己制御する従来の高周波誘導加熱装置における発熱部の時間と温度との関係を表すグラフが示されている。
Here, FIG. 1 shows a graph showing the relationship between the time and temperature of the heat generating part in a conventional high-frequency induction heating apparatus that self-controls the heat generation of the heat generating part so as not to raise the temperature above the Curie temperature.
図1に示すグラフにおいて、発熱部の温度変化を見ると、発熱部を構成する磁性材のキュリー温度である温度Aまでは温度の上昇カーブの傾きは大きいが、発熱部を構成する磁性材のキュリー温度である温度A以降では温度の上昇カーブの傾きが急に小さくなっている。 In the graph shown in FIG. 1, when the temperature change of the heat generating part is seen, the slope of the temperature rise curve is large up to the temperature A which is the Curie temperature of the magnetic material forming the heat generating part. After the temperature A, which is the Curie temperature, the slope of the temperature rise curve suddenly decreases.
これは、発熱部が当該発熱部を構成する磁性材のキュリー温度に達するまでは磁性を示し、発熱部を構成する磁性材の表面で渦電流が誘導されることにより発熱部が加熱されていたが、発熱部を構成する磁性材が有するキュリー温度を超えると磁性を示さなくなるため、発熱部を構成する磁性材の表面で渦電流が誘導されなくなり発熱部の加熱が著しく低減するためである。 This showed magnetism until the heating part reached the Curie temperature of the magnetic material constituting the heating part, and the heating part was heated by inducing eddy currents on the surface of the magnetic material constituting the heating part. However, when the temperature exceeds the Curie temperature of the magnetic material constituting the heat generating part, the magnetic material does not exhibit magnetism, so that eddy current is not induced on the surface of the magnetic material constituting the heat generating part, and heating of the heat generating part is significantly reduced.
しかしながら、こうした従来の高周波誘導加熱装置においては、発熱部を構成する磁性材の有するキュリー温度に達した後も緩やかにではあるが経時的に温度が上昇し、発熱部を構成する磁性材の有するキュリー温度において正確に温度を一定に制御することができないという問題点があった。 However, in such a conventional high-frequency induction heating device, the temperature rises gradually over time even after reaching the Curie temperature of the magnetic material constituting the heat generating portion, and the magnetic material constituting the heat generating portion has There is a problem that the temperature cannot be accurately controlled at the Curie temperature.
また、上記したような従来の高周波誘導加熱装置においては、広範囲の領域を均熱状態で加熱したり、気体や液体といった流体を均熱状態で加熱したりすることが容易でないという問題点があった。 Further, the conventional high frequency induction heating apparatus as described above has a problem that it is not easy to heat a wide area in a soaking state or to heat a fluid such as a gas or a liquid in a soaking state. It was.
なお、本願出願人が特許出願時に知っている先行技術は、上記において説明したようなものであって文献公知発明に係る発明ではないため、記載すべき先行技術情報はない。
The prior art that the applicant of the present application knows at the time of filing a patent is as described above and is not an invention related to a known literature, so there is no prior art information to be described.
本発明は、上記したような従来の技術の有する種々の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、発熱を自己制御して温度を一定に制御できる高周波誘導加熱装置を提供しようとするものである。 The present invention has been made in view of the various problems of the prior art as described above. The object of the present invention is to provide a high-frequency induction heating apparatus capable of controlling the temperature constant by self-controlling the heat generation. It is something to be offered.
また、本発明の目的とするところは、広範囲の領域を均熱状態で加熱したり、気体や液体といった流体を均熱状態で加熱したりすることが容易な高周波誘導加熱装置を提供しようとするものである。 Another object of the present invention is to provide a high-frequency induction heating device that can easily heat a wide area in a soaking state or heat a fluid such as a gas or a liquid in a soaking state. Is.
上記目的を達成するために、本発明は、板状の磁性材を所定の間隙を開けて接合せずに略筒形状に形成して発熱部を構成し、当該板状の磁性材の板厚を当該磁性材の表面に誘導される渦電流のキュリー温度における浸透深さの2倍以下としたものである。 In order to achieve the above object, the present invention provides a heat generating part by forming a plate-like magnetic material into a substantially cylindrical shape without opening a predetermined gap and joining the plate-like magnetic material. Is less than twice the penetration depth at the Curie temperature of the eddy current induced on the surface of the magnetic material.
これにより、本発明によれば、高周波誘導加熱により加熱された発熱部の温度が、当該発熱部を構成する磁性材のキュリー温度に達した後は当該キュリー温度を超える温度になることはなく、発熱部を構成する磁性材のキュリー温度より当該発熱部の温度が低下すると再び加熱され当該キュリー温度まで昇温されることになる。 Thereby, according to the present invention, after the temperature of the heat generating portion heated by high frequency induction heating reaches the Curie temperature of the magnetic material constituting the heat generating portion, the temperature does not exceed the Curie temperature. When the temperature of the heat generating part falls below the Curie temperature of the magnetic material constituting the heat generating part, it is heated again and raised to the Curie temperature.
従って、発熱部を加熱する際の最高温度は、発熱部を構成する磁性材のキュリー温度で常に一定に制御されることとなる。 Therefore, the maximum temperature when heating the heat generating part is always controlled to be constant by the Curie temperature of the magnetic material constituting the heat generating part.
また、本発明によれば、発熱部の略筒形状を形状や大きさを調整することにより、広範囲の領域を均熱状態で容易に加熱することができるようになり、また、発熱部の略筒形状の軸方向に沿って気体や液体といった流体を流すことにより、気体や液体といった流体を均熱状態で容易に加熱することができるようになる。 In addition, according to the present invention, by adjusting the shape and size of the substantially cylindrical shape of the heat generating part, a wide area can be easily heated in a soaking state, By flowing a fluid such as a gas or a liquid along the cylindrical axial direction, the fluid such as a gas or a liquid can be easily heated in a soaking state.
即ち、本発明のうち請求項1に記載の発明は、高周波誘導加熱により加熱される発熱部の熱により被加熱物を加熱する高周波誘導加熱装置において、所定の板厚の板状の磁性材を所定の間隔を開けて接合せずに略筒形状に形成してなる発熱部と、上記発熱部を覆うようにして、上記発熱部の軸方向に所定の間隔を開けて巻回されて配設された高周波誘導加熱コイルと、上記高周波誘導加熱コイルに高周波電流を給電する高周波発振器とを有し、上記所定の板厚は、上記発熱部の表面に誘導される渦電流のキュリー温度における浸透深さの2倍以下であり、上記発熱部の温度がキュリー温度に達しないときには、上記発熱部の表面に誘導される渦電流の浸透深さは、上記所定の板厚の1/2以下となり、上記発熱部の対向する面において発生した渦電流が互いに打ち消し合うことがないため上記発熱部の温度が上昇し、上記発熱部の温度がキュリー温度に達したときには、上記発熱部の表面において誘導される渦電流の浸透深さは、上記所定の板厚の1/2以上となり、上記発熱部の対向する面において発生した渦電流が互いに打ち消し合うようになるため上記発熱部の温度がキュリー温度以上に上昇しないようにしたものである。
That is, the invention according to
また、本発明のうち請求項2に記載の発明は、高周波誘導加熱により加熱される発熱部の熱により被加熱物を加熱する高周波誘導加熱装置において、絶縁材よりなる筒部と、所定の板厚の板状の磁性材を所定の間隔を開けて接続せずに略筒形状に形成してなり、上記筒部の内周側に配設された発熱部と、上記筒部の外周側に、上記筒部の軸方向に巻回されて配設された高周波誘導加熱コイルと、上記高周波誘導加熱コイルに高周波電流を給電する高周波発振器とを有し、上記所定の板厚は、上記発熱部の表面に誘導される渦電流のキュリー温度における浸透深さの2倍以下であり、上記発熱部の温度がキュリー温度に達しないときには、上記発熱部の表面に誘導される渦電流の浸透深さは、上記所定の板厚の1/2以下となり、上記発熱部の対向する面において発生した渦電流が互いに打ち消し合うことがないため上記発熱部の温度が上昇し、上記発熱部の温度がキュリー温度に達したときには、上記発熱部の表面において誘導される渦電流の浸透深さは、上記所定の板厚の1/2以上となり、上記発熱部の対向する面において発生した渦電流が互いに打ち消し合うようになるため上記発熱部の温度がキュリー温度以上に上昇しないようにしたものである。
The invention according to
また、本発明のうち請求項3に記載の発明は、高周波誘導加熱により加熱される発熱部の熱により被加熱物を加熱する高周波誘導加熱装置において、非磁性材よりなる筒部と、所定の板厚の板状の磁性材を所定の間隙を設けて接合せずに略筒形状に形成してなり、上記筒部の内周側に上記筒部の内面と接することなく配設された発熱部と、上記発熱部の内径側において配設されたボビンと、上記発熱部の内径側において上記ボビンの外周側に、上記ボビンの軸方向に巻回されて配設された高周波誘導加熱コイルと、上記高周波誘導加熱コイルに高周波電流を給電する高周波発振器とを有し、上記所定の板厚は、上記発熱部の表面に誘導される渦電流のキュリー温度における浸透深さの2倍以下であり、上記発熱部の温度がキュリー温度に達しないときには、上記発熱部の表面に誘導される渦電流の浸透深さは、上記所定の板厚の1/2以下となり、上記発熱部の対向する面において発生した渦電流が互いに打ち消し合うことがないため上記発熱部の温度が上昇し、上記発熱部の温度がキュリー温度に達したときには、上記発熱部の表面において誘導される渦電流の浸透深さは、上記所定の板厚の1/2以上となり、上記発熱部の対向する面において発生した渦電流が互いに打ち消し合うようになるため上記発熱部の温度がキュリー温度以上に上昇しないようにしたものである。
According to a third aspect of the present invention, there is provided a high frequency induction heating apparatus for heating an object to be heated by heat of a heat generating portion heated by high frequency induction heating. A plate-like magnetic material having a plate thickness is formed in a substantially cylindrical shape without bonding with a predetermined gap, and the heat generation is arranged on the inner peripheral side of the cylindrical portion without contacting the inner surface of the cylindrical portion. A bobbin disposed on the inner diameter side of the heat generating portion, and a high frequency induction heating coil disposed on the outer peripheral side of the bobbin on the inner diameter side of the heat generating portion and wound in the axial direction of the bobbin. , the upper Symbol high-frequency induction heating coil and a high-frequency oscillator for feeding a high-frequency current, the predetermined plate thickness, the penetration depth in the Curie temperature of the eddy current induced in the surface of the
また、本発明のうち請求項4に記載の発明は、本発明のうち請求項1、2または3のいずれか1項に記載の発明において、上記略筒形状の断面を略C形形状としたものである。
Further, the invention according to claim 4 of the present invention is the invention according to any one of
また、本発明のうち請求項5に記載の発明は、本発明のうち請求項1、2または3のいずれか1項に記載の発明において、上記略筒形状が、上記磁性材を所定の間隔を開けて渦巻き状に巻き込んだ渦巻き形状であるようにしたものである。 According to a fifth aspect of the present invention, in the invention according to any one of the first, second, and third aspects of the present invention, the substantially cylindrical shape has the magnetic material arranged at a predetermined interval. It is made to have a spiral shape that is wound in a spiral shape.
また、本発明のうち請求項6に記載の発明は、本発明のうち請求項5に記載の発明において、上記渦巻き形状が、渦巻き形状の中心部に所定の空間領域を形成した渦巻き形状であるようにしたものである。 In addition, the invention described in claim 6 of the present invention is the spiral sensor according to the invention described in claim 5 of the present invention, wherein the spiral shape is a spiral shape in which a predetermined space region is formed at the center of the spiral shape. It is what I did.
また、本発明のうち請求項7に記載の発明は、本発明のうち請求項5に記載の発明において、上記渦巻き形状が、渦巻き形状の中心部に上記板状の磁性材の一方の端部が位置するように形成した渦巻き形状であるようにしたものである。 The invention according to claim 7 of the present invention is the invention according to claim 5 of the present invention, wherein the spiral shape is one end of the plate-like magnetic material at the center of the spiral shape. It is made to be the spiral shape formed so that may be located.
また、本発明のうち請求項8に記載の発明は、本発明のうち請求項1、2、3、4、5、6または7のいずれか1項に記載の発明において、上記発熱部は、複数の上記磁性材を所定の間隙を開けて接合せずに略筒形状に形成してなるようにしたものである。
Moreover, invention of Claim 8 among this invention WHEREIN: The invention of any one of
また、本発明のうち請求項9に記載の発明は、本発明のうち請求項1、2、3、4、5、6、7または8のいずれか1項に記載の発明において、上記磁性材をインバー材としたものである。
The invention according to claim 9 of the present invention is the magnetic material according to any one of
本発明は、以上説明したように構成されているので、発熱を自己制御して温度を一定に制御することができるという優れた効果を奏する。 Since the present invention is configured as described above, there is an excellent effect that the temperature can be controlled to be constant by self-controlling the heat generation.
また、本発明は、以上説明したように構成されているので、広範囲の領域を均熱状態で加熱したり、気体や液体といった流体を均熱状態で加熱したりすることが容易となるという優れた効果を奏する。 In addition, since the present invention is configured as described above, it is easy to heat a wide area in a soaking state or to heat a fluid such as a gas or a liquid in a soaking state. Has an effect.
以下、添付の図面を参照しながら、本発明による高周波誘導加熱装置の実施の形態の一例を詳細に説明するものとする。 Hereinafter, an example of an embodiment of a high-frequency induction heating device according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
まず、図2乃至図3を参照しながら、本発明による高周波誘導加熱装置の第1の実施の形態について説明する。
First, a first embodiment of a high-frequency induction heating apparatus according to the present invention will be described with reference to FIGS.
図2には本発明の第1の実施の形態による高周波誘導加熱装置の概略構成斜視説明図が示されており、図3には図2に示す高周波誘導加熱装置のA−A線による発熱部の端面構成説明図(高周波誘導加熱コイルの図示は省略している。)が示されている。 FIG. 2 shows a schematic perspective view of the high-frequency induction heating apparatus according to the first embodiment of the present invention, and FIG. 3 shows a heat generating portion by the AA line of the high-frequency induction heating apparatus shown in FIG. The end surface structure explanatory drawing (illustration of the high frequency induction heating coil is abbreviate | omitted) is shown.
この図2乃至図3示す高周波誘導加熱装置10は、矩形形状のインバー材を所定の間隔を開けて渦巻き状に巻き込んで略筒形状を形成した発熱部12と、高周波発振器(図示せず。)の一方の端子(図示せず。)に一方の端部14aを電気的に接続された高周波電流を導通する線路たるフィーダー14および高周波発振器の他方の端子(図示せず。)に一方の端部16aを電気的に接続させた高周波電流を導通する線路たるフィーダー16と、フィーダー14の他方の端部14bに一方の端部18aを電気的に接続されるとともにフィーダー16の他方の端部16bに他方の端部18bを電気的に接続され発熱部12を覆うように所定の間隙を開けて巻回されて配設された高周波誘導加熱コイル18とを有して構成されている。
The high-frequency
より詳細には、発熱部12は、矩形形状のインバー材の一方の端部12bを他方の端部12cの内側に所定の間隔g1だけ離隔して位置するようにして渦巻き状に順次に巻き込んでいき、対向する発熱部12同士が間隔g1を維持するようにした渦巻き状の略筒形状を形成するようにしたものであり、中心部には空間S1が形成されるようになされている(図3を参照する。)。
More specifically, the
さらに、発熱部12は、発熱部12を形成するインバー材のキュリー温度においてインバー材の表面に誘導される渦電流の浸透深さがインバー材の板厚の1/2以上となるようにインバー材の板厚tが調整されている。
Further, the
なお、インバー材とは磁性材の一種であり、鉄、ニッケル、コバルト、クロムなどの合金よりなるものである。インバー材は、その組成比率を調整することにより所望のキュリー温度を得ることができる。
The invar material is a kind of magnetic material and is made of an alloy such as iron, nickel, cobalt, and chromium. The invar material can obtain a desired Curie temperature by adjusting its composition ratio.
以上の構成において、高周波誘導加熱装置10の発熱部12の外面12a側にトンネル状に巻回された高周波誘導加熱コイル18に、高周波発振器からフィーダー14、16を介して高周波電流が給電されると、高周波誘導加熱コイル18が作る磁束が高周波誘導加熱コイル18により形成されるトンネル内を通過することにより、トンネル内に設けられた発熱部12を通過し、発熱部12の表面で渦電流が誘導されて発熱部12が加熱される。
In the above configuration, when a high frequency current is fed from the high frequency oscillator through the
ここで、発熱部12の表面に誘導される渦電流について説明すると、発熱部12の表面に誘導される渦電流は、例えば、図4に示すように、発熱部12の外面12aを端部12cから端部12bへ向けて時計回り方向へ進み、端部12bへ到達すると発熱部12の内面12dへ回り込み、発熱部12の内面12dを端部12bから端部12cへ向けて反時計回り方向へ進み、端部12cへ到達すると再び発熱部12の外面12aへ回り込んで外面12aを時計回り方向に進むものである。
Here, the eddy current induced on the surface of the
このように、発熱部12の表面で誘導される渦電流は、発熱部12の表面を一方向に周回するように進むこととなる。
Thus, the eddy current induced on the surface of the
また、発熱部12に誘導される渦電流の浸透深さは、次に示す式1で表される。
Further, the penetration depth of the eddy current induced in the
δ=5.03√(ρ/μf) ・・・ 式1
δ:浸透深さ(cm)
ρ:固有抵抗(μΩ・cm)
μ:比透磁率
f:周波数(Hz)
そして、高周波発振器からの高周波誘導加熱コイル18への給電により、発熱部12が加熱され続けて、発熱部12が発熱部12を形成するインバー材のキュリー温度まで加熱されると、発熱部12はそれ以上加熱されてもキュリー温度以上となることはなく、発熱部12を形成するインバー材のキュリー温度で一定となる。
δ = 5.03√ (ρ / μf)
δ: penetration depth (cm)
ρ: Specific resistance (μΩ · cm)
μ: relative permeability
f: Frequency (Hz)
When the
ここで、発熱部12の板厚t、即ち、発熱部12を形成するインバー材の厚さは、発熱部12の表面に誘導される渦電流のキュリー温度における浸透深さの2倍以下となるように設定されている。
Here, the plate thickness t of the
従って、発熱部12の温度がキュリー温度に達しないときには、その浸透深さは板厚tの半分(t/2)以下となるが、発熱部12の温度がキュリー温度に達したときには、その浸透深さは板厚tの半分(t/2)より大きくなる。
Therefore, when the temperature of the
このため、発熱部12の温度がキュリー温度に達しないときには、図5(a)に示すように、発熱部12の外面12aと内面12dとにおける渦電流の浸透深さL1(L1≦t/2)は上記式1に従って徐々に大きくなり、また、外面12aと内面12dとに誘導される渦電流が互いに打ち消し合うことがないので、発熱部12の温度は上昇する。
For this reason, when the temperature of the
一方、発熱部12の温度がキュリー温度に達したときには、図5(b)に示すように、発熱部12の外面12aと内面12dとにおける渦電流の浸透深さL2は板厚tの半分(t/2)より大きくなり、発熱部12がキュリー温度以上に加熱されなくなる。
On the other hand, when the temperature of the
即ち、発熱部12の温度が発熱部12を形成するインバー材のキュリー温度に達するときは、発熱部12の外面12aと内面12dとにおいて渦電流が発熱部12の板厚の1/2より大きい浸透深さL2で誘導されることになり、外面12aにおける渦電流と外面12aにおける渦電流と逆方向に流れる内面12dにおける渦電流とが互いに打ち消し合い、発熱部12が加熱されなくなるものである。
That is, when the temperature of the
このように、高周波誘導加熱装置10においては、発熱部12の外面12aと内面12dとにおいてそれぞれ誘導される渦電流が、発熱部12を形成するインバー材のキュリー温度において互いに打ち消し合うことになるため、発熱部12が当該キュリー温度以上に加熱されることはなくなる。
As described above, in the high frequency
また、発熱部12を形成するインバー材のキュリー温度より発熱部12の温度が低下すると、誘導される渦電流の浸透深さは、発熱部12が当該キュリー温度に達した際に誘導される渦電流の浸透深さL2より小さい浸透深さL1となり、図5(a)に示すように外面12aと内面12dとに誘導される渦電流が互いに打ち消し合うことがない状態となるので、発熱部12が再び加熱されるようになる。
Further, when the temperature of the
こうして、高周波誘導加熱装置10においては、発熱部12が形成する渦巻きにより囲まれた広範囲の領域S1が、発熱部12を形成するインバー材のキュリー温度で一定で均一に加熱されるようになる。
In this way, in the high frequency
従って、広範囲の領域S1を被加熱物が通過すると、その被加熱物を当該キュリー温度で一定かつ均一に加熱することができる。 Therefore, when the object to be heated passes through the wide area S1, the object to be heated can be heated uniformly and uniformly at the Curie temperature.
上記において説明したように、高周波誘導加熱装置10によれば、図6に示すように、高周波誘導加熱により加熱された発熱部12の温度が、発熱部12を形成するインバー材のキュリー温度に達した後は当該キュリー温度を超える温度になることはなく、発熱部12を形成するインバー材のキュリー温度より発熱部12の温度が低下すると再び加熱され当該キュリー温度まで昇温するようになされている。
As described above, according to the high frequency
従って、発熱部12を加熱する際の最高温度は、発熱部12を形成するインバー材のキュリー温度で常に一定に制御されることとなる。
Therefore, the maximum temperature when heating the
つまり、高周波誘導加熱装置10は、発熱部12を形成するインバー材のキュリー温度において発熱部12の発熱を自己制御できる構成となっている。
That is, the high frequency
また、高周波誘導加熱装置10によれば、発熱部12を形成するインバー材の組成比率を変更することによりキュリー温度を選択することができ、所望のキュリー温度のインバー材により発熱部12を形成することによって、所望のキュリー温度において発熱部12の発熱を自己制御することができる。
Moreover, according to the high frequency
さらに、高周波誘導加熱装置10によれば、発熱部12が形成する渦巻きにより囲まれた広範囲の領域S1が、発熱部12を形成するインバー材のキュリー温度で均一に加熱されるため、領域S1に被加熱物を通過させることにより、発熱部12に接触することなしに被加熱物をキュリー温度で均一に加熱することができる。
Furthermore, according to the high frequency
次に、図7乃至図8を参照しながら、本発明による高周波誘導加熱装置の第2の実施の形態について説明する。
Next, a second embodiment of the high-frequency induction heating device according to the present invention will be described with reference to FIGS.
なお、以下の説明においては、図2乃至図3を参照しながら説明した本発明による高周波誘導加熱装置の第1の実施の形態と同一または相当する構成については、上記において用いた符号と同一の符号を用いることにより、その構成ならびに作用の詳細な説明は適宜に省略することとする。 In the following description, the same or equivalent configurations as those of the first embodiment of the high-frequency induction heating device according to the present invention described with reference to FIGS. 2 to 3 are the same as those used above. By using the reference numerals, detailed description of the configuration and operation will be omitted as appropriate.
ここで、図7には本発明の第2に実施の形態による高周波誘導加熱装置の一部を破断して示した概略構成斜視説明図が示されており、図8には図7に示す高周波誘導加熱装置のB−B線による筒部および発熱部の端面構成説明図(高周波誘導加熱コイルの図示は省略している。)が示されている。
Here, FIG. 7 is a perspective view schematically illustrating the configuration of the high-frequency induction heating apparatus according to the second embodiment of the present invention, with a part thereof broken away. FIG. 8 shows a high-frequency view shown in FIG. The end surface structure explanatory drawing (illustration of the high frequency induction heating coil is abbreviate | omitted) by the BB line of an induction heating apparatus is shown.
この図7乃至図8に示す高周波誘導加熱装置20は、絶縁材よりなる略円柱状の筒部22と、筒部22の内周側に配置されるとともに矩形形状のインバー材を所定の間隔を開けて渦巻き状に巻き込んで略筒形状を形成した発熱部24と、高周波発振器(図示せず。)の一方の端子(図示せず。)に一方の端部14aを電気的に接続された高周波電流を導通する線路たるフィーダー14および高周波発振器の他方の端部(図示せず。)に一方の端部16aを電気的に接続させた高周波電流を導通する線路たるフィーダー16と、フィーダー14の他方の端部14bに一方の端部18aを電気的に接続されるとともにフィーダー16の他方の端部16bに他方の端部18bを電気的に接続され筒部22の外面22a側に巻回されて配設された高周波誘導加熱コイル18とを有して構成されている。
The high-frequency
より詳細には、発熱部24は、筒部22の内周側に配設され、矩形形状のインバー材の一方の端部24bを他方の端部24cの内側に所定の間隔g2だけ離隔して位置するようにして渦巻き状に順次に巻き込んでいき、対向する発熱部24同士が間隔g2を維持するとともに、端部24bが渦巻きの略中心に位置するようにした渦巻き状の略筒形状を形成するようにしたものである(図8を参照する。)。
More specifically, the
さらに、発熱部24は、発熱部24を形成するインバー材のキュリー温度においてインバー材の表面に誘導される渦電流の浸透深さがインバー材の板厚の1/2以上となるようにインバー材の板厚tが調整されている。
Further, the
従って、本発明の第2に実施の形態による高周波誘導加熱装置20は、筒部22の内周側に発熱部24が配置されている点と、発熱部24が端部24bを渦巻きの略中心に位置するようにした渦巻状の形状となっていることにより発熱部24の中心に大きな空間がない点とにおいて、高周波誘導加熱装置10と異なっている。
Therefore, in the high frequency
以上の構成において、高周波誘導加熱装置20における筒部22の外面22a側にトンネル状に巻回された高周波誘導加熱コイル18に、高周波発振器からフィーダー14、16を介して高周波電流が給電されると、高周波誘導加熱コイル18が作る磁束が高周波誘導加熱コイル18により形成されるトンネル内を通過することにより、トンネル内に設けられた筒部22と筒部22の内周側に配設された発熱部24とを通過するが、絶縁材よりなる筒部22では渦電流が誘導されないので誘導加熱されることはなく、筒部22の内周側に配設されたインバー材よりなる発熱部24の表面で渦電流が誘導されて発熱部24が加熱される。
In the above configuration, when a high frequency current is fed from the high frequency oscillator through the
ここで、発熱部24の表面に誘導される渦電流について説明すると、発熱部24の表面に誘導される渦電流は、例えば、図9に示すように、発熱部24の外面24aを端部24cから端部24bへ向けて時計回り方向へ進み、端部24bへ到達すると発熱部24の内面24dへ回り込み、発熱部24の内面24dを端部24bから端部24cへ向けて反時計回り方向へ進み、端部24cへ到達すると再び発熱部24の外面24aへ回り込んで外面12aを時計回り方向に進むものである。
Here, eddy currents induced on the surface of the
このように、発熱部24の表面で誘導される渦電流は、発熱部24の表面を一方向に周回するように進むこととなる。
As described above, the eddy current induced on the surface of the
また、発熱部24に誘導される渦電流の浸透深さは、上記した式1で表される。
Further, the penetration depth of the eddy current induced in the
そして、高周波発振器からの高周波誘導加熱コイル18への給電により、発熱部24が加熱され続けて、発熱部24が発熱部24を形成するインバー材のキュリー温度まで加熱されると、発熱部24はそれ以上加熱されてもキュリー温度以上となることはなく、発熱部24を形成するインバー材のキュリー温度で一定となる。
When the
ここで、発熱部24の板厚t、即ち、発熱部24を形成するインバー材の厚さは、発熱部24の表面に誘導される渦電流のキュリー温度における浸透深さの2倍以下となるように設定されている。
Here, the plate thickness t of the
従って、発熱部24の温度がキュリー温度に達しないときには、その浸透深さは板厚tの半分(t/2)以下となるが、発熱部24の温度がキュリー温度に達したときには、その浸透深さは板厚tの半分(t/2)より大きくなる。
Therefore, when the temperature of the
このため、発熱部24の温度がキュリー温度に達しないときには、図5(a)に示すように、発熱部24の外面24aと内面24dとにおける渦電流の浸透深さL1(L1≦t/2)は上記式1に従って徐々に大きくなり、また、外面24aと内面24dとに誘導される渦電流が互いに打ち消し合うことがないので、発熱部24の温度は上昇する。
For this reason, when the temperature of the
一方、発熱部24の温度がキュリー温度に達したときには、図5(b)に示すように、発熱部24の外面24aと内面24dとにおける渦電流の浸透深さL2は板厚tの半分(t/2)より大きくなり、発熱部24がキュリー温度以上に加熱されなくなる。
On the other hand, when the temperature of the
即ち、発熱部24の温度が発熱部24を形成するインバー材のキュリー温度に達するときは、発熱部24の外面24aと内面24dとにおいて渦電流が発熱部24の板厚の1/2より大きい浸透深さL2で誘導されることになり、外面24aにおける渦電流と外面24aにおける渦電流と逆方向に流れる内面24dにおける渦電流とが互いに打ち消し合い、発熱部24が加熱されなくなるものである。
That is, when the temperature of the
このように、高周波誘導加熱装置20においては、発熱部24の外面24aと内面24dとにおいてそれぞれ誘導される渦電流が、発熱部24を形成するインバー材のキュリー温度において互いに打ち消し合うことになるため、発熱部24が当該キュリー温度以上に加熱されることはなくなる。
As described above, in the high frequency
また、発熱部24を形成するインバー材のキュリー温度より発熱部24の温度が低下すると、誘導される渦電流の浸透深さは、発熱部24が当該キュリー温度に達した際に誘導される渦電流の浸透深さL2より小さい浸透深さL1となり、図5(a)に示すように外面24aと内面24dとに誘導される渦電流が互いに打ち消し合うことがない状態となるので、発熱部24が再び加熱されるようになる。
Further, when the temperature of the
こうして、高周波誘導加熱装置20においては、筒部22内の空間が発熱部24により加熱され、この筒部22内の空間は、発熱部24を形成するインバー材のキュリー温度で一定で均一に加熱されるようになる。
Thus, in the high frequency
従って、筒部22内に被加熱物として気体や液体といった流体を流し込むことにより、その被加熱物を当該キュリー温度で一定かつ均一に加熱することができる。
Therefore, by pouring a fluid such as gas or liquid as a heated object into the
また、高周波誘導加熱装置20においては、断面が渦巻状の発熱部24の巻き数を多くすることにより、筒部22に被加熱物として流し込まれた流体と発熱部24の表面との接する面積が多くなるので、当該被加熱物をより効率的に加熱することができるようになる。
In addition, in the high frequency
上記において説明したように、高周波誘導加熱装置20によれば、図6に示すように、高周波誘導加熱により加熱された発熱部24の温度が、発熱部24を形成するインバー材のキュリー温度に達した後は当該キュリー温度を超える温度になることはなく、発熱部24を形成するインバー材のキュリー温度より発熱部24の温度が低下すると再び加熱され当該キュリー温度まで昇温するようになされている。
As described above, according to the high frequency
従って、発熱部24を加熱する際の最高温度は、発熱部24を形成するインバー材のキュリー温度で常に一定に制御されることとなる。
Therefore, the maximum temperature when heating the
つまり、高周波誘導加熱装置20は、発熱部24を形成するインバー材のキュリー温度において発熱部24の発熱を自己制御できる構成となっている。
That is, the high frequency
また、高周波誘導加熱装置20によれば、発熱部24を形成するインバー材の組成比率を変更することによりキュリー温度を選択することができ、所望のキュリー温度のインバー材により発熱部24を形成することによって、所望のキュリー温度において発熱部24の発熱を自己制御することができる。
Moreover, according to the high frequency
次に、図10乃至図11を参照しながら、本発明による高周波誘導加熱装置の第3の実施の形態について説明する。
Next, a third embodiment of the high-frequency induction heating device according to the present invention will be described with reference to FIGS.
なお、以下の説明においては、上記した第2の実施の形態による高周波誘導加熱装置20と同様に、図2乃至図3を参照しながら説明した本発明による高周波誘導加熱装置の第1の実施の形態と同一または相当する構成については、上記において用いた符号と同一の符号を用いることにより、その構成ならびに作用の詳細な説明は適宜に省略することとする。
In the following description, similarly to the high-frequency
ここで、図10には本発明の第3に実施の形態による高周波誘導加熱装置の一部を破断して示した概略構成斜視説明図が示されており、図11には図10に示す高周波誘導加熱装置のC−C線による筒部および発熱部の端面構成説明図(高周波誘導加熱コイルの図示は省略している。)が示されている。
Here, FIG. 10 is a perspective view schematically illustrating the configuration of the high-frequency induction heating apparatus according to the third embodiment of the present invention, with a part thereof broken, and FIG. The end surface structure explanatory drawing (illustration of the high frequency induction heating coil is abbreviate | omitted) of the cylinder part by the CC line of an induction heating apparatus and a heat generating part is shown.
この図10乃至図11に示す高周波誘導加熱装置30は、ガラスなどの耐熱絶縁材よりなる略円柱状の筒部32と、筒部32の内周側に配置されるとともに断面C形形状に加工された複数のインバー材を組み合わせて断面が略渦巻状となるように形成した略筒形状の発熱部34と、高周波発振器(図示せず。)の一方の端子(図示せず。)に一方の端部14aを電気的に接続された高周波電流を導通する線路たるフィーダー14および高周波発振器の他方の端部(図示せず。)に一方の端部16aを電気的に接続させた高周波電流を導通する線路たるフィーダー16と、フィーダー14の他方の端部14bに一方の端部18aを電気的に接続されるとともにフィーダー16の他方の端部16bに他方の端部18bを電気的に接続され筒部22の外面22a側に巻回されて配設された高周波誘導加熱コイル18とを有して構成されている。
The high-frequency
より詳細には、発熱部34は、同じ組成比率のインバー材34−1、34−2、34−3、34−4、34−5、34−6を、筒部32の内周側に配置することにより構成されている。
In more detail, the
ここで、インバー材34−1、34−2、34−3、34−4、34−5、34−6は、それぞれ所定の曲率を有した曲面に加工された断面C形形状を備えており、それぞれが外側もしくは内側に位置する対向するインバー材と間隔g3を開けるとともに隣り合うインバー材と間隔g4を開けるようにして、断面が略渦巻状をした略筒形状を備えるように構成されている。 Here, each of the invar materials 34-1, 34-2, 34-3, 34-4, 34-5, and 34-6 has a C-shaped cross section processed into a curved surface having a predetermined curvature. Each of them is configured to have a substantially cylindrical shape having a substantially spiral cross section so as to open a gap g3 with the invar material facing each other on the outside or the inside and open a gap g4 with the adjacent invar material. .
さらに、発熱部34は、発熱部34を構成するインバー材34−1、34−2、34−3、34−4、34−5、34−6のキュリー温度においてインバー材34−1、34−2、34−3、34−4、34−5、34−6の表面に誘導される渦電流の浸透深さが各インバー材の板厚の1/2以上となるようにインバー材34−1、34−2、34−3、34−4、34−5、34−6の板厚tが調整されている。
Further, the
従って、本発明の第3の実施の形態による高周波誘導加熱装置30は、筒部32の内周側に発熱部34が配置されている点と、発熱部34が複数の断面C形形状のインバー材34−1、34−2、34−3、34−4、34−5、34−6を組み合わせて構成されている点とにおいて、高周波誘導加熱装置10、20と異なっている。
Therefore, in the high frequency
以上の構成において、高周波誘導加熱装置30における筒部32の外面32a側にトンネル状に巻回された高周波誘導加熱コイル18に、高周波発振器からフィーダー14、16を介して高周波電流が給電されると、高周波誘導加熱コイル18が作る磁束が高周波誘導加熱コイル18により形成されるトンネル内を通過することにより、トンネル内に設けられた筒部32と筒部32の内周側に配設された発熱部34とを通過するが、ガラスなどの耐熱絶縁材よりなる筒部32では渦電流が誘導されないので誘導加熱されることはなく、筒部32の内周側に配設された発熱部34を構成する各インバー材34−1、34−2、34−3、34−4、34−5、34−6の表面で渦電流が誘導され、発熱部34、即ち、各インバー材34−1、34−2、34−3、34−4、34−5、34−6が加熱される。
In the above configuration, when a high frequency current is fed from the high frequency oscillator through the
ここで、発熱部34、即ち、各インバー材34−1、34−2、34−3、34−4、34−5、34−6の表面に誘導される渦電流について説明すると、各インバー材34−1、34−2、34−3、34−4、34−5、34−6の表面に誘導される渦電流は、例えば、図12に示すように、各インバー材34−1、34−2、34−3、34−4、34−5、34−6の渦巻き形状の外径側に面する外面34−1a、34−2a、34−3a、34−4a、34−5a、34−6aを渦巻き形状の外径側に位置する端部34−1c、34−2c、34−3c、34−4c、34−5c、34−6cから渦巻き形状の内径側に位置する端部34−1b、34−2b、34−3b、34−4b、34−5b、34−6bへ向けて時計回り方向へ進み、端部34−1b、34−2b、34−3b、34−4b、34−5b、34−6bへ到達するとインバー材34−1、34−2、34−3、34−4、34−5、34−6の渦巻き形状の内径側に面する内面34−1d、34−2d、34−3d、34−4d、34−5d、34−6dへ回り込み、インバー材34−1、34−2、34−3、34−4、34−5、34−6の内面34−1d、34−2d、34−3d、34−4d、34−5d、34−6dを端部34−1b、34−2b、34−3b、34−4b、34−5b、34−6bから端部34−1c、34−2c、34−3c、34−4c、34−5c、34−6cへ向けて反時計回り方向へ進み、端部34−1c、34−2c、34−3c、34−4c、34−5c、34−6cへ到達すると再びインバー材34−1、34−2、34−3、34−4、34−5、34−6の外面34−1a、34−2a、34−3a、34−4a、34−5a、34−6aへ回り込んで外面34−1a、34−2a、34−3a、34−4a、34−5a、34−6aを時計回り方向に進むものである。
Here, the eddy current induced on the surface of the
このように、発熱部34を構成する各インバー材34−1、34−2、34−3、34−4、34−5、34−6の表面で誘導される渦電流は、各インバー材34−1、34−2、34−3、34−4、34−5、34−6の表面を一方向に周回するように進むこととなる。
As described above, the eddy currents induced on the surfaces of the invar materials 34-1, 34-2, 34-3, 34-4, 34-5, and 34-6 constituting the
また、発熱部34を構成する各インバー材34−1、34−2、34−3、34−4、34−5、34−6にそれぞれに誘導される渦電流の浸透深さは、上記した式1で表される。
Moreover, the penetration depth of the eddy current induced in each of the invar materials 34-1, 34-2, 34-3, 34-4, 34-5, and 34-6 constituting the
そして、高周波発振器からの高周波誘導加熱コイル18への給電により、発熱部34を構成する各インバー材34−1、34−2、34−3、34−4、34−5、34−6が加熱され続けて、発熱部34が発熱部34を構成するインバー材34−1、34−2、34−3、34−4、34−5、34−6のキュリー温度まで加熱されると、インバー材34−1、34−2、34−3、34−4、34−5、34−6はそれ以上加熱されてもキュリー温度以上となることはなく、インバー材34−1、34−2、34−3、34−4、34−5、34−6のキュリー温度で一定となる。
And each invar material 34-1 and 34-2, 34-3, 34-4, 34-5, and 34-6 which comprise the
ここで、発熱部34を構成する各インバー材34−1、34−2、34−3、34−4、34−5、34−6の板厚tは、各インバー材34−1、34−2、34−3、34−4、34−5、34−6の表面に誘導される渦電流のキュリー温度における浸透深さの2倍以下となるように設定されている。
Here, the thicknesses t of the invar materials 34-1, 34-2, 34-3, 34-4, 34-5, and 34-6 constituting the
従って、発熱部34を構成するインバー材34−1、34−2、34−3、34−4、34−5、34−6の温度がキュリー温度に達しないときには、その浸透深さは板厚tの半分(t/2)以下となるが、インバー材34−1、34−2、34−3、34−4、34−5、34−6の温度がキュリー温度に達したときには、その浸透深さは板厚tの半分(t/2)より大きくなる。
Therefore, when the temperature of the invar materials 34-1, 34-2, 34-3, 34-4, 34-5, and 34-6 constituting the
このため、インバー材34−1、34−2、34−3、34−4、34−5、34−6の温度がキュリー温度に達しないときには、図5(a)に示すように、インバー材34−1、34−2、34−3、34−4、34−5、34−6の外面34−1a、34−2a、34−3a、34−4a、34−5a、34−6aと内面34−1d、34−2d、34−3d、34−4d、34−5d、34−6dとにおける渦電流の浸透深さL1(L1≦t/2)は上記式1に従って徐々に大きくなり、また、外面34−1a、34−2a、34−3a、34−4a、34−5a、34−6aと内面34−1d、34−2d、34−3d、34−4d、34−5d、34−6dとに誘導される渦電流が互いに打ち消し合うことがないので、各インバー材34−1、34−2、34−3、34−4、34−5、34−6により構成される発熱部34の温度は上昇する。
For this reason, when the temperature of the invar materials 34-1, 34-2, 34-3, 34-4, 34-5, 34-6 does not reach the Curie temperature, as shown in FIG. 34-1, 34-2, 34-3, 34-4, 34-5, 34-6 outer surfaces 34-1a, 34-2a, 34-3a, 34-4a, 34-5a, 34-6a and inner surfaces The penetration depth L1 (L1 ≦ t / 2) of eddy currents in 34-1d, 34-2d, 34-3d, 34-4d, 34-5d, and 34-6d gradually increases according to the
一方、発熱部34を構成するインバー材34−1、34−2、34−3、34−4、34−5、34−6の温度がキュリー温度に達したときには、図5(b)に示すように、インバー材34−1、34−2、34−3、34−4、34−5、34−6の外面34−1a、34−2a、34−3a、34−4a、34−5a、34−6aと内面34−1d、34−2d、34−3d、34−4d、34−5d、34−6dとにおける渦電流の浸透深さL2は板厚tの半分(t/2)以上の大きさとなり、各インバー材34−1、34−2、34−3、34−4、34−5、34−6により構成される発熱部34がキュリー温度以上に加熱されなくなる。
On the other hand, when the temperature of the invar materials 34-1, 34-2, 34-3, 34-4, 34-5, and 34-6 constituting the
即ち、インバー材34−1、34−2、34−3、34−4、34−5、34−6の温度がそのキュリー温度に達するときは、インバー材34−1、34−2、34−3、34−4、34−5、34−6の外面34−1a、34−2a、34−3a、34−4a、34−5a、34−6aと内面34−1d、34−2d、34−3d、34−4d、34−5d、34−6dとにおいて渦電流がインバー材34−1、34−2、34−3、34−4、34−5、34−6の板厚の1/2より大きい浸透深さL2で誘導されることになり、外面34−1a、34−2a、34−3a、34−4a、34−5a、34−6aにおける渦電流と外面34−1a、34−2a、34−3a、34−4a、34−5a、34−6aにおける渦電流と逆方向に流れる内面34−1d、34−2d、34−3d、34−4d、34−5d、34−6dにおける渦電流とが互いに打ち消し合い、各インバー材34−1、34−2、34−3、34−4、34−5、34−6により構成される発熱部34が加熱されなくなるものである。 That is, when the temperature of the invar materials 34-1, 34-2, 34-3, 34-4, 34-5, 34-6 reaches its Curie temperature, the invar materials 34-1, 34-2, 34- 3, 34-4, 34-5, 34-6 outer surfaces 34-1a, 34-2a, 34-3a, 34-4a, 34-5a, 34-6a and inner surfaces 34-1d, 34-2d, 34- In 3d, 34-4d, 34-5d, and 34-6d, the eddy current is 1/2 of the thickness of the invar materials 34-1, 34-2, 34-3, 34-4, 34-5, and 34-6. The eddy currents on the outer surfaces 34-1a, 34-2a, 34-3a, 34-4a, 34-5a, 34-6a and the outer surfaces 34-1a, 34-2a will be induced at a greater penetration depth L2. , 34-3a, 34-4a, 34-5a, 34-6a and the opposite direction to the eddy current The eddy currents in the flowing inner surfaces 34-1d, 34-2d, 34-3d, 34-4d, 34-5d, and 34-6d cancel each other, and the respective invar materials 34-1, 34-2, 34-3, 34 -4, 34-5, and 34-6 are not heated.
このように、高周波誘導加熱装置30においては、発熱部34を構成するインバー材34−1、34−2、34−3、34−4、34−5、34−6の外面34−1a、34−2a、34−3a、34−4a、34−5a、34−6aと内面34−1d、34−2d、34−3d、34−4d、34−5d、34−6dとにおいてそれぞれ誘導される渦電流が、発熱部34を構成するインバー材34−1、34−2、34−3、34−4、34−5、34−6のキュリー温度において互いに打ち消し合うことになるため、発熱部34が当該キュリー温度以上に加熱されることはなくなる。
Thus, in the high frequency
また、発熱部34を構成するインバー材34−1、34−2、34−3、34−4、34−5、34−6のキュリー温度より発熱部34の温度が低下すると、誘導される渦電流の浸透深さは、インバー材34−1、34−2、34−3、34−4、34−5、34−6が当該キュリー温度に達した際に誘導される渦電流の浸透深さL2より小さい浸透深さL1となり、図5(a)に示すように外面34−1a、34−2a、34−3a、34−4a、34−5a、34−6aと内面34−1d、34−2d、34−3d、34−4d、34−5d、34−6dとに誘導される渦電流が互いに打ち消し合うことがない状態となるので、インバー材34−1、34−2、34−3、34−4、34−5、34−6が再び加熱されるようになる。
Further, when the temperature of the
こうして、高周波誘導加熱装置30においては、筒部32内の空間が発熱部34により加熱され、この筒部32内の空間は、発熱部34を構成するインバー材34−1、34−2、34−3、34−4、34−5、34−6のキュリー温度で一定で均一に加熱されるようになる。
Thus, in the high frequency
従って、筒部32内に被加熱物として気体や液体といった流体を流し込むことにより、その被加熱物を当該キュリー温度で一定かつ均一に加熱することができる。
Therefore, by flowing a fluid such as gas or liquid as a heated object into the
また、高周波誘導加熱装置30においては、断面が渦巻状の発熱部34の巻き数を多くすることにより、筒部32に被加熱物として流し込まれた流体と発熱部34の表面との接する面積が多くなるので、当該被加熱物をより効率的に加熱することができるようになる。
In addition, in the high frequency
上記において説明したように、高周波誘導加熱装置30によれば、図6に示すように、高周波誘導加熱により加熱された発熱部34の温度が、発熱部34を構成するインバー材34−1、34−2、34−3、34−4、34−5、34−6のキュリー温度に達した後は当該キュリー温度を超える温度になることはなく、発熱部34を構成するインバー材34−1、34−2、34−3、34−4、34−5、34−6のキュリー温度より発熱部34、即ち、インバー材34−1、34−2、34−3、34−4、34−5、34−6の温度が低下すると再び加熱され当該キュリー温度まで昇温するようになされている。
As described above, according to the high frequency
従って、発熱部34を加熱する際の最高温度は、発熱部34を構成するインバー材34−1、34−2、34−3、34−4、34−5、34−6のキュリー温度で常に一定に制御されることとなる。
Therefore, the maximum temperature when heating the
つまり、高周波誘導加熱装置30は、発熱部34を構成するインバー材34−1、34−2、34−3、34−4、34−5、34−6のキュリー温度において発熱部34の発熱を自己制御できる構成となっている。
That is, the high frequency
また、高周波誘導加熱装置30によれば、断面C形形状に加工されたインバー材34−1、34−2、34−3、34−4、34−5、34−6を組み合わせて渦巻き形状を形成して発熱部34を構成するため、高周波誘導加熱装置20のように単一のインバー材を渦巻き形状に加工して発熱部24を形成する場合と比較すると、渦巻き形状の発熱部を容易に構築することができる。
Moreover, according to the high frequency
さらに、高周波誘導加熱装置30によれば、発熱部34を構成するインバー材34−1、34−2、34−3、34−4、34−5、34−6の組成比率を変更することによりキュリー温度を選択することができ、所望のキュリー温度のインバー材34−1、34−2、34−3、34−4、34−5、34−6により発熱部34を構成することによって、所望のキュリー温度において発熱部34の発熱を自己制御することができる。
Furthermore, according to the high frequency
次に、図13乃至図14を参照しながら、本発明による高周波誘導加熱装置の第4の実施の形態について説明する。
Next, a fourth embodiment of the high-frequency induction heating device according to the present invention will be described with reference to FIGS.
なお、以下の説明においては、上記した第2の実施の形態による高周波誘導加熱装置20と同様に、図2乃至図3を参照しながら説明した本発明による高周波誘導加熱装置の第1の実施の形態と同一または相当する構成については、上記において用いた符号と同一の符号を用いることにより、その構成ならびに作用の詳細な説明は適宜に省略することとする。
In the following description, similarly to the high-frequency
ここで、図13には本発明の第4の実施の形態による高周波誘導加熱装置の概念構成斜視説明図が示されており、図14には図13に示す高周波誘導加熱装置のD−D線による筒部、発熱部およびボビンの端面構成説明図(高周波誘導加熱コイルの図示は省略している。)が示されている。
Here, FIG. 13 shows a perspective view of a conceptual configuration of the high-frequency induction heating device according to the fourth embodiment of the present invention, and FIG. 14 shows a DD line of the high-frequency induction heating device shown in FIG. The cylindrical part, heat generating part, and bobbin end face configuration explanatory drawing (illustration of the high frequency induction heating coil is omitted) are shown.
この図13乃至図14に示す高周波誘導加工装置40は、アルミや銅などの非磁性材の金属よりなる略円柱状の筒部42と、筒部42の内周側に配置されるとともに断面C字形状に加工されたインバー材よりなる発熱部44と、筒部42の中心位置に配設されるボビン46と、高周波発振器(図示せず。)の一方の端子(図示せず。)に一方の端部14aを電気的に接続された高周波電流を導通する線路たるフィーダー14および高周波発振器の他方の端部(図示せず。)に一方の端部16aを電気的に接続させた高周波電流を導通する線路たるフィーダー16と、フィーダー14の他方の端部14bに一方の端部18aを電気的に接続されるとともにフィーダー16の他方の端部16bに他方の端部18bを電気的に接続されボビン46の表面46aに巻回されて配設された高周波誘導加熱コイル18とを有して構成されている。
A high-frequency
より詳細には、発熱部44は、矩形形状のインバー材の一方の端部44bと他方の端部44cとを所定の間隔g5を開けて対向させるようにして筒形形状を形成した略円柱形状を備えており、筒部42の内面42aと接することなく配設されている(図14を参照する。)。
More specifically, the
さらに、発熱部44は、発熱部44を形成するインバー材のキュリー温度においてインバー材の表面に誘導される渦電流の浸透深さがインバー材の板厚の1/2以上となるようにインバー材の板厚tが調整されている。
Further, the
従って、本発明の第4の実施の形態による高周波誘導加熱装置40は、筒部42の中心位置に高周波誘導加熱コイル18が巻回されたボビン46が載置されている点において、高周波誘導加熱装置10、高周波誘導加熱装置20および高周波誘導加熱装置30と異なっている。
Therefore, high-frequency
以上の構成において、高周波誘導加熱装置40におけるボビン46の表面46aに巻回された高周波誘導加熱コイル18に、高周波発振器からフィーダー14、16を介して高周波電流が給電されると、高周波誘導加熱コイル18が作る磁束が発熱部44と筒部42とを通過するが、インバー材よりなる発熱部44では表面に渦電流が誘導されて発熱部44が誘導加熱され、アルミや銅などの非磁性材の金属よりなる筒部42では渦電流が誘導されないので筒部42は誘導加熱されることはない。
In the above configuration, when a high frequency current is fed from the high frequency oscillator through the
ここで、発熱部44の表面に誘導される渦電流について説明すると、発熱部44の表面に誘導される渦電流は、例えば、図15に示すように、発熱部44の外面44aを端部44cから端部44bへ向けて時計回り方向へ進み、端部44bへ到達すると発熱部44の内面44dへ回り込み、発熱部44の内面44dを端部44bから端部44cへ向けて反時計回り方向へ進み、端部44cへ到達すると再び発熱部44の外面44aへ回り込んで外面44aを時計回り方向に進むものである。
Here, the eddy current induced on the surface of the
このように、発熱部44の表面で誘導される渦電流は、発熱部44の表面を一方向に周回するように進むこととなる。
Thus, the eddy current induced on the surface of the
また、発熱部24に誘導される渦電流の浸透深さは、上記した式1で表される。
Further, the penetration depth of the eddy current induced in the
そして、高周波発振器からの高周波誘導加熱コイル18への給電により、発熱部44が加熱され続けて、発熱部44が発熱部44を形成するインバー材のキュリー温度まで加熱されると、発熱部44はそれ以上加熱されてもキュリー温度以上となることはなく、発熱部44を形成するインバー材のキュリー温度で一定となる。
When the
ここで、発熱部44の板厚t、即ち、発熱部44を形成するインバー材の厚さは、発熱部44の表面に誘導される渦電流のキュリー温度における浸透深さの2倍以下となるように設定されている。
Here, the plate thickness t of the
従って、発熱部44の温度がキュリー温度に達しないときには、その浸透深さは板厚tの半分(t/2)以下となるが、発熱部44の温度がキュリー温度に達したときには、その浸透深さは板厚tの半分(t/2)より大きくなる。
Therefore, when the temperature of the
このため、発熱部44の温度がキュリー温度に達しないときには、図5(a)に示すように、発熱部44の外面44aと内面44dとにおける渦電流の浸透深さL1(L1≦t/2)は上記式1に従って徐々に大きくなり、また、外面44aと内面44dとに誘導される渦電流が互いに打ち消し合うことがないので、発熱部44の温度は上昇する。
For this reason, when the temperature of the
一方、発熱部44の温度がキュリー温度に達したときには、図5(b)に示すように、発熱部44の外面44aと内面44dとにおける渦電流の浸透深さL2は板厚tの半分(t/2)より大きくなり、発熱部44がキュリー温度以上に加熱されなくなる。
On the other hand, when the temperature of the
即ち、発熱部44の温度が発熱部44を形成するインバー材のキュリー温度に達するときは、発熱部44の外面44aと内面44dとにおいて渦電流が発熱部44の板厚の1/2より大きい浸透深さL2で誘導されることになり、外面44aにおける渦電流と外面44aにおける渦電流と逆方向に流れる内面44dにおける渦電流とが互いに打ち消し合い、発熱部44が加熱されなくなるものである。
That is, when the temperature of the
このように、高周波誘導加熱装置40においては、発熱部44の外面44aと内面44dとにおいてそれぞれ誘導される渦電流が、発熱部44を形成するインバー材のキュリー温度において互いに打ち消し合うことになるため、発熱部44が当該キュリー温度以上に加熱されることはなくなる。
As described above, in the high frequency
また、発熱部44を形成するインバー材のキュリー温度より発熱部44の温度が低下すると、誘導される渦電流の浸透深さは、発熱部44が当該キュリー温度に達した際に誘導される渦電流の浸透深さL2より小さい浸透深さL1となり、図5(a)に示すように外面44aと内面44dとに誘導される渦電流が互いに打ち消し合うことがない状態となるので、発熱部44が再び加熱されるようになる。
Further, when the temperature of the
こうして、高周波誘導加熱装置40においては、筒部42内の空間が発熱部44により加熱され、この筒部42内の空間は、発熱部44を形成するインバー材のキュリー温度で一定で均一に加熱されるようになる。
Thus, in the high frequency
従って、上記した筒部42内の空間の加熱に伴い、非磁性材よりなる筒部42もキュリー温度で一定で均一に加熱されるようになる。
Accordingly, with the heating of the space in the
上記において説明したように、高周波誘導加熱装置40によれば、図6に示すように、高周波誘導加熱により加熱された発熱部44の温度が、発熱部44を形成するインバー材のキュリー温度に達した後は当該キュリー温度を超える温度になることはなく、発熱部44を形成するインバー材のキュリー温度より発熱部44の温度が低下すると再び加熱され当該キュリー温度まで昇温するようになされている。
As described above, according to the high frequency
従って、発熱部44を加熱する際の最高温度は、発熱部44を形成するインバー材のキュリー温度で常に一定に制御されることとなる。
Therefore, the maximum temperature when heating the
つまり、高周波誘導加熱装置40は、発熱部44を形成するインバー材のキュリー温度において発熱部44の発熱を自己制御できる構成となっている。
That is, the high frequency
また、高周波誘導加熱装置40によれば、発熱部44を形成するインバー材の組成比率を変更することによりキュリー温度を選択することができ、所望のキュリー温度のインバー材により発熱部44を形成することによって、所望のキュリー温度において発熱部44の発熱を自己制御することができる。
Further, according to the high frequency
さらに、高周波誘導加熱装置40によれば、発熱部44の発熱により筒部42内の空間が均一に加熱されることで筒部42が加熱されるようになされている。
Furthermore, according to the high frequency
従って、筒部42をアルミや銅などの非磁性材の金属よりなるローラーとして構成することにより、コピー機やレーザービームプリンタなどのトナーの加熱定着装置や鋼板やプラスチックフィルムのラミネート加工装置などのローラーの加熱装置として高周波誘導加熱装置40を利用することができる。
Therefore, by configuring the
なお、上記した実施の形態は、以下の(1)乃至(5)に示すように変形することができるものである。
The embodiment described above can be modified as shown in the following (1) to (5).
(1)上記した実施の形態においては、発熱部をインバー材により形成することにより、当該インバー材のキュリー温度を利用して発熱部の発熱を自己制御するようにしたが、これに限られるものではないことは勿論であり、発熱部をインバー材ではない磁性材で形成するようにして、その磁性材のキュリー温度を利用して発熱部の発熱を自己制御するようにしてもよい。 (1) In the above-described embodiment, the heat generating part is formed of an invar material, and the heat generation of the heat generating part is self-controlled using the Curie temperature of the invar material. Of course, the heat generating portion may be formed of a magnetic material that is not an invar material, and the heat generation of the heat generating portion may be self-controlled using the Curie temperature of the magnetic material.
(2)上記した実施の形態においては、発熱部を構成するインバー材のキュリー温度における渦電流の浸透深さが当該インバー材の板厚の1/2以上となるようにインバー材の板厚tを調整するようにしていたが、これに限られるものではないことは勿論であり、発熱部を構成するインバー材のキュリー温度における渦電流の浸透深さが当該インバー材の板厚の1/2以上となるように高周波電流の周波数を調整するようにしてもよい。 (2) In the above-described embodiment, the thickness t of the invar material is such that the penetration depth of the eddy current at the Curie temperature of the invar material constituting the heat generating portion is 1/2 or more of the thickness of the invar material. However, the present invention is not limited to this, and the penetration depth of the eddy current at the Curie temperature of the invar material constituting the heat generating portion is ½ of the thickness of the invar material. You may make it adjust the frequency of a high frequency current so that it may become above.
(3)上記した第3の実施の形態においては、所定の曲率を有する曲面を備えた断面C形形状のインバー材により渦巻状の断面の発熱部を形成したが、これに限られるものではないことは勿論であり、例えば、図16(a)(b)(c)に示すような断面の発熱部を用いるようにしてもよく、発熱部の内部の空間が各インバー材の配置により効果的に加熱されるような構成であればよい。 (3) In the third embodiment described above, the heat generating portion having a spiral cross section is formed by the invar material having a C-shaped cross section having a curved surface having a predetermined curvature. However, the present invention is not limited to this. Of course, for example, a heat generating portion having a cross section as shown in FIGS. 16A, 16B, and 16C may be used, and the space inside the heat generating portion is more effective depending on the arrangement of each invar material. Any structure may be used as long as it is heated.
(4)上記した実施の形態においては、発熱部の構造については、各実施の形態間において適宜に置換することができる。即ち、第1の実施の形態による高周波誘導加熱装置10の発熱部として、第2の実施の形態による高周波誘導加熱装置20の発熱部24や第3の実施の形態による高周波誘導加熱装置30の発熱部34や第4の実施の形態による高周波誘導加熱装置40の発熱部44を用いることができ、また、第2の実施の形態による高周波誘導加熱装置20の発熱部として、第1の実施の形態による高周波誘導加熱装置10の発熱部12や第3の実施の形態による高周波誘導加熱装置30の発熱部34や第4の実施の形態による高周波誘導加熱装置40の発熱部44を用いることができ、また、第3の実施の形態による高周波誘導加熱装置30の発熱部として、第1の実施の形態による高周波誘導加熱装置10の発熱部12や第2の実施の形態による高周波誘導加熱装置20の発熱部24や第4の実施の形態による高周波誘導加熱装置40の発熱部44を用いることができ、また、第4の実施の形態による高周波誘導加熱装置40の発熱部として、第1の実施の形態による高周波誘導加熱装置10の発熱部12や第2の実施の形態による高周波誘導加熱装置20の発熱部24や第3の実施の形態による高周波誘導加熱装置30の発熱部34を用いることができる。
(4) In the above-described embodiment, the structure of the heat generating portion can be appropriately replaced between the embodiments. That is, as the heat generating portion of the high frequency
(5)上記した実施の形態ならびに上記した(1)乃至(4)に示す変形例は、適宜に組み合わせるようにしてもよい。 (5) You may make it combine suitably the embodiment shown above and the modification shown in said (1) thru | or (4).
本発明は、被加熱物を均一に加熱する均熱炉、コピー機やレーザービームプリンタなどのトナーの加熱定着装置あるいは鋼板やプラスチックフィルムのラミネート加工装置などとして利用することができる。 The present invention can be used as a soaking furnace for uniformly heating an object to be heated, a toner heat fixing device such as a copying machine or a laser beam printer, or a laminating device for a steel plate or a plastic film.
10、20、30、40 高周波誘導加熱装置
12、24、34、44 発熱部
14、16 フィーダー
18 高周波誘導加熱コイル
22、32、42 筒部
46 ボビン
10, 20, 30, 40 High-frequency
Claims (9)
所定の板厚の板状の磁性材を所定の間隔を開けて接合せずに略筒形状に形成してなる発熱部と、
前記発熱部を覆うようにして、前記発熱部の軸方向に所定の間隔を開けて巻回されて配設された高周波誘導加熱コイルと、
前記高周波誘導加熱コイルに高周波電流を給電する高周波発振器と
を有し、
前記所定の板厚は、前記発熱部の表面に誘導される渦電流のキュリー温度における浸透深さの2倍以下であり、
前記発熱部の温度がキュリー温度に達しないときには、前記発熱部の表面に誘導される渦電流の浸透深さは、前記所定の板厚の1/2以下となり、前記発熱部の対向する面において発生した渦電流が互いに打ち消し合うことがないため前記発熱部の温度が上昇し、前記発熱部の温度がキュリー温度に達したときには、前記発熱部の表面において誘導される渦電流の浸透深さは、前記所定の板厚の1/2以上となり、前記発熱部の対向する面において発生した渦電流が互いに打ち消し合うようになるため前記発熱部の温度がキュリー温度以上に上昇しない
ことを特徴とする高周波誘導加熱装置。 In a high frequency induction heating apparatus that heats an object to be heated by the heat of a heat generating part heated by high frequency induction heating,
A heating part formed by forming a plate-like magnetic material of a predetermined plate thickness into a substantially cylindrical shape without bonding at a predetermined interval;
A high-frequency induction heating coil disposed so as to cover the heat generating portion and wound at a predetermined interval in the axial direction of the heat generating portion ;
A high-frequency oscillator for supplying a high-frequency current to the high-frequency induction heating coil,
Wherein the predetermined thickness is are two fold der less penetration depth in the Curie temperature of the eddy current induced in the surface of the heat generating portion,
When the temperature of the heat generating portion does not reach the Curie temperature, the penetration depth of the eddy current induced on the surface of the heat generating portion is ½ or less of the predetermined plate thickness, and on the surface facing the heat generating portion. Since the generated eddy currents do not cancel each other, the temperature of the heat generating part rises, and when the temperature of the heat generating part reaches the Curie temperature, the penetration depth of the eddy current induced on the surface of the heat generating part is The temperature of the heat generating part does not rise above the Curie temperature because eddy currents generated on the opposing surfaces of the heat generating part cancel each other because the thickness becomes 1/2 or more of the predetermined plate thickness. High frequency induction heating device.
絶縁材よりなる筒部と、
所定の板厚の板状の磁性材を所定の間隔を開けて接続せずに略筒形状に形成してなり、前記筒部の内周側に配設された発熱部と、
前記筒部の外周側に、前記筒部の軸方向に巻回されて配設された高周波誘導加熱コイルと、
前記高周波誘導加熱コイルに高周波電流を給電する高周波発振器と
を有し、
前記所定の板厚は、前記発熱部の表面に誘導される渦電流のキュリー温度における浸透深さの2倍以下であり、
前記発熱部の温度がキュリー温度に達しないときには、前記発熱部の表面に誘導される渦電流の浸透深さは、前記所定の板厚の1/2以下となり、前記発熱部の対向する面において発生した渦電流が互いに打ち消し合うことがないため前記発熱部の温度が上昇し、前記発熱部の温度がキュリー温度に達したときには、前記発熱部の表面において誘導される渦電流の浸透深さは、前記所定の板厚の1/2以上となり、前記発熱部の対向する面において発生した渦電流が互いに打ち消し合うようになるため前記発熱部の温度がキュリー温度以上に上昇しない
ことを特徴とする高周波誘導加熱装置。 In a high frequency induction heating apparatus that heats an object to be heated by the heat of a heat generating part heated by high frequency induction heating,
A cylindrical portion made of an insulating material;
A plate-like magnetic material having a predetermined plate thickness is formed in a substantially cylindrical shape without being connected at a predetermined interval, and a heat generating portion disposed on the inner peripheral side of the cylindrical portion;
A high-frequency induction heating coil disposed on the outer peripheral side of the cylindrical portion and wound in the axial direction of the cylindrical portion ;
A high-frequency oscillator for supplying a high-frequency current to the high-frequency induction heating coil,
Wherein the predetermined thickness is are two fold der less penetration depth in the Curie temperature of the eddy current induced in the surface of the heat generating portion,
When the temperature of the heat generating portion does not reach the Curie temperature, the penetration depth of the eddy current induced on the surface of the heat generating portion is ½ or less of the predetermined plate thickness, and on the surface facing the heat generating portion. Since the generated eddy currents do not cancel each other, the temperature of the heat generating part rises, and when the temperature of the heat generating part reaches the Curie temperature, the penetration depth of the eddy current induced on the surface of the heat generating part is The temperature of the heat generating part does not rise above the Curie temperature because eddy currents generated on the opposing surfaces of the heat generating part cancel each other because the thickness becomes 1/2 or more of the predetermined plate thickness. High frequency induction heating device.
非磁性材よりなる筒部と、
所定の板厚の板状の磁性材を所定の間隙を設けて接合せずに略筒形状に形成してなり、前記筒部の内周側に前記筒部の内面と接することなく配設された発熱部と、
前記発熱部の内径側において配設されたボビンと、
前記発熱部の内径側において前記ボビンの外周側に、前記ボビンの軸方向に巻回されて配設された高周波誘導加熱コイルと、
前記高周波誘導加熱コイルに高周波電流を給電する高周波発振器と
を有し、
前記所定の板厚は、前記発熱部の表面に誘導される渦電流のキュリー温度における浸透深さの2倍以下であり、
前記発熱部の温度がキュリー温度に達しないときには、前記発熱部の表面に誘導される渦電流の浸透深さは、前記所定の板厚の1/2以下となり、前記発熱部の対向する面において発生した渦電流が互いに打ち消し合うことがないため前記発熱部の温度が上昇し、前記発熱部の温度がキュリー温度に達したときには、前記発熱部の表面において誘導される渦電流の浸透深さは、前記所定の板厚の1/2以上となり、前記発熱部の対向する面において発生した渦電流が互いに打ち消し合うようになるため前記発熱部の温度がキュリー温度以上に上昇しない
ことを特徴とする高周波誘導加熱装置。 In a high frequency induction heating apparatus that heats an object to be heated by the heat of a heat generating part heated by high frequency induction heating,
A cylindrical portion made of a non-magnetic material;
A plate-like magnetic material having a predetermined plate thickness is formed in a substantially cylindrical shape without bonding with a predetermined gap, and is disposed on the inner peripheral side of the cylindrical portion without contacting the inner surface of the cylindrical portion. Heating part,
A bobbin disposed on the inner diameter side of the heat generating part;
A high frequency induction heating coil disposed on the outer diameter side of the bobbin on the inner diameter side of the heat generating portion and wound in the axial direction of the bobbin ;
A high-frequency oscillator for supplying a high-frequency current to the high-frequency induction heating coil,
Wherein the predetermined thickness is are two fold der less penetration depth in the Curie temperature of the eddy current induced in the surface of the heat generating portion,
When the temperature of the heat generating portion does not reach the Curie temperature, the penetration depth of the eddy current induced on the surface of the heat generating portion is ½ or less of the predetermined plate thickness, and on the surface facing the heat generating portion. Since the generated eddy currents do not cancel each other, the temperature of the heat generating part rises, and when the temperature of the heat generating part reaches the Curie temperature, the penetration depth of the eddy current induced on the surface of the heat generating part is The temperature of the heat generating part does not rise above the Curie temperature because eddy currents generated on the opposing surfaces of the heat generating part cancel each other because the thickness becomes 1/2 or more of the predetermined plate thickness. High frequency induction heating device.
前記略筒形状は、断面が略C形形状である
ことを特徴とする高周波誘導加熱装置。 In the high frequency induction heating apparatus according to any one of claims 1, 2, or 3,
The substantially cylindrical shape has a substantially C-shaped cross section.
前記略筒形状は、前記磁性材を所定の間隔を開けて渦巻き状に巻き込んだ渦巻き形状である
ことを特徴とする高周波誘導加熱装置。 In the high frequency induction heating apparatus according to any one of claims 1, 2, or 3,
The substantially cylindrical shape is a spiral shape in which the magnetic material is spirally wound at a predetermined interval.
前記渦巻き形状は、渦巻き形状の中心部に所定の空間領域を形成した渦巻き形状である
ことを特徴とする高周波誘導加熱装置。 In the high frequency induction heating device according to claim 5,
The high frequency induction heating apparatus, wherein the spiral shape is a spiral shape in which a predetermined space region is formed in a central portion of the spiral shape.
前記渦巻き形状は、渦巻き形状の中心部に前記板状の磁性材の一方の端部が位置するように形成した渦巻き形状である
ことを特徴とする高周波誘導加熱装置。 In the high frequency induction heating device according to claim 5,
The spiral shape is a spiral shape formed so that one end of the plate-like magnetic material is positioned at the center of the spiral shape.
前記発熱部は、複数の前記磁性材を所定の間隙を開けて接合せずに略筒形状に形成してなる
ことを特徴とする高周波誘導加熱装置。 In the high frequency induction heating apparatus according to any one of claims 1, 2, 3, 4, 5, 6 or 7,
The heat generating portion is formed by forming a plurality of the magnetic materials into a substantially cylindrical shape without joining them with a predetermined gap therebetween.
前記磁性材は、インバー材である
ことを特徴とする高周波誘導加熱装置。 In the high frequency induction heating apparatus according to any one of claims 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 or 8,
The high frequency induction heating device, wherein the magnetic material is an invar material.
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