JP2004014487A - 複数の加熱コイルによる高周波加熱装置とその方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】高周波加熱コイルごとの切替が高速で、かつ長寿命で、調整作業に時間がかからずに、被加熱体の温度分布を任意に調整する。
【解決手段】本発明は、複数の高周波加熱コイル２，３を使用して、被加熱体１００を高周波誘導加熱する装置１である。その高周波加熱装置１は、高周波加熱コイル２，３のそれぞれに対し、高周波加熱電力を供給する複数の高周波インバータ１１，２１と、前記インバータ１１，２１に対して、それぞれの加熱電力を調整する出力調整部１４，２４と、前記それぞれの出力調整部１４，２４の出力信号の切替と同期して、前記インバータ１１，２１のそれぞれの加熱電力を切り替える信号を出力するインバータ切替部５とを備え、被加熱体１００の複数の加熱部分を含む温度分布を任意に調整する装置である。
【選択図】 図１
【解決手段】本発明は、複数の高周波加熱コイル２，３を使用して、被加熱体１００を高周波誘導加熱する装置１である。その高周波加熱装置１は、高周波加熱コイル２，３のそれぞれに対し、高周波加熱電力を供給する複数の高周波インバータ１１，２１と、前記インバータ１１，２１に対して、それぞれの加熱電力を調整する出力調整部１４，２４と、前記それぞれの出力調整部１４，２４の出力信号の切替と同期して、前記インバータ１１，２１のそれぞれの加熱電力を切り替える信号を出力するインバータ切替部５とを備え、被加熱体１００の複数の加熱部分を含む温度分布を任意に調整する装置である。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、プレス金型などの温度管理が重要な場合、前記金型などの被加熱体に複数の高周波加熱コイルを使い、前記被加熱体の温度分布を自由に調整できる高周波加熱装置とその方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、精密なプレス加工の金型は品質向上のために温度の管理が必要になっている。前記金型の温度は、被プレス物への熱の奪われ方、又は、該金型の形状によりひとつの高周波加熱コイルで高周波加熱しても、全体が均一温度にならず、また、任意の温度差をもたせるのも困難であった。
【０００３】
従来、この種の高周波加熱方法については、被加熱体に２個以上の高周波加熱コイルを使用し、温度コントロールを行う方法があり、その一例として図８に示すように、被加熱体１００を、それぞれ独立した２台の高周波電源１０１，１０２と、これにそれぞれ接続される２個の高周波加熟コイル１０３，１０４で加熱する方法がある。Ｃ１０１，Ｃ１０２は共振コンデンサである。
【０００４】
前記２個の高周波加熱コイル１０３，１０４が、互いに離れた場所にある場合は、特に問題はないが、該２個の加熱コイル１０３，１０４を近接して設置する必要があるときは、該２個の加熱コイル１０３，１０４間の電磁結合により、一方の該加熱コイルに流れる高周波電流により、他方の該加熱コイルに高周波電流が誘起され、接続される高周波電源の自動同調回路や出力制御が制御不能に陥ることが、しばしばあった。このような電磁結合による干渉を低減するために、前記加熱コイル１０３，１０４間に磁気シールド板１０５を設置したりするが、有効な効果は得られないことが多かった。
【０００５】
図９に示す方法では、２個の高周波加熱コイル１０６，１０７と、１台の高周波電源１０８とで構成されているので、前記加熱コイル１０６，１０７における相互干渉の問題は発生しない。Ｃ１０３は共振コンデンサである。
図９に示す方法では、１台の前記高周波電源１０８を使用し、２個の前記加熱コイル１０６，１０７に流れる電流を分流リアクタ１０９，１１０の値を調整することにより、該加熱コイル１０６，１０７のそれぞれに流れる電流の割合を調整しようとするものである。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
図８に示す方法では、前記加熱コイル１０３，１０４間の電磁結合による干渉により、相互に前記高周波電源１０１，１０２が不安定な状態に陥りやすく、また、前記加熱コイル１０３，１０４の取り付けに制約が多いなどの問題点があった。
【０００７】
他方、図９に示す方法は、例えば、前記加熱コイル１０６，１０７の電流を５０％にすると、該加熱コイル１０６，１０７と同じインダクタンスの分流リアクタ１０９，１１０が必要になり、該分流リアクタ１０９，１１０が大型化するとともに、該分流リアクタ１０９，１１０の損失が大きくなるという問題点があった。
また、調整を行うと、共振周波数がずれてしまい、その都度、該リアクタやコンデンサを調整する必要があった。そのため、可変幅は狭く、調整作業に時間が多くかかるという問題点もあった。
【０００８】
本発明はかかる点を鑑みなされたもので，その目的は前記問題点を解消し、被加熱体に複数の高周波加熱コイルを使用して、該被加熱体を高周波誘導加熱する装置であって、前記高周波加熱コイルごとの切替が高速で、かつ長寿命であるとともに、調整作業に時間がかからずに、前記被加熱体の温度分布を任意に調整できる複数の高周波加熱コイルによる高周波加熱装置を提供することにある。
【０００９】
本発明の他の目的は、同様に、前記高周波加熱コイルごとの切替が高速で、かつ長寿命であるとともに、調整作業に時間がかからずに、被加熱体の温度分布を任意に調整できる複数の高周波加熱コイルによる高周波加熱方法を提案することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するための本発明の構成は、複数の高周波加熱コイルを使用して、被加熱体を高周波誘導加熱する装置において、次のとおりである。
【００１１】
前記高周波加熱コイルのそれぞれに対し、複数の周波数のうち、それぞれの周波数の高周波加熱電力を出力する、単数又は複数のインバータ手段と、前記単数又は複数のインバータ手段に対して、それぞれの周波数の加熱電力をそれぞれ調整する出力調整手段と、前記それぞれの出力調整手段の出力信号の切替と同期して、前記単数又は複数のインバータ手段の前記それぞれの周波数の加熱電力を切り替える（オン又はオフさせる）信号を出力するインバータ切替手段とを備え、前記被加熱体の複数の加熱部分を含む温度分布を任意に調整する高周波加熱装置である。
【００１２】
前記それぞれのインバータ手段から出力される高周波加熱電力の周波数は、１ｋＨｚから１ＭＨｚである高周波加熱装置である。
【００１３】
前記高周波加熱コイルのそれぞれを含む同調回路を形成し、該高周波加熱コイルに流れる電流をそれぞれ検出する複数の電流検出手段と、前記電流検出手段からのそれぞれの出力信号により、前記高周波加熱コイルのそれぞれの同調回路について、同調をとるような信号を出力するそれぞれの自動同調回路と、前記それぞれの自動同調回路の出力信号と前記インバータ切替手段からの前記それぞれの周波数の加熱電力を切り替える信号とを入力させ、その出力信号により、前記複数のインバータ手段の前記それぞれの周波数の加熱電力を切り替える（オン又はオフさせる）それぞれのＡＮＤゲート手段とを、更に備えるなる高周波加熱装置である。
【００１４】
前記それぞれの出力調整手段は、前記それぞれの周波数の加熱電力を独立して調整し、かつ前記インバータ切替手段は、前記複数の高周波加熱コイルに供給する加熱電力を極短時間の時分割で切り替える高周波加熱装置である。
【００１５】
複数の高周波加熱コイルを使用して、被加熱体を高周波誘導加熱する方法において、次のとおりである。
【００１６】
単数又は複数のインバータ手段から、前記複数の高周波加熱コイルのそれぞれに、複数の周波数のうちのそれぞれの周波数の高周波加熱電力を供給し、前記インバータ手段からのそれぞれの周波数の加熱電力を、それぞれの出力調整手段により、それぞれ調整する出力信号とともに、切替信号により、前記複数の高周波加熱コイルにそれぞれ供給する前記それぞれの周波数の加熱電力を調整しながら切り替えて（オン又はオフさせて）、前記被加熱体の複数の加熱部分を含む温度分布を任意に調整する高周波加熱方法である。
【００１７】
前記それぞれのインバータ手段から出力される高周波加熱電力の周波数は、１ｋＨｚから１ＭＨｚである高周波加熱方法である。
【００１８】
前記インバータからの前記それぞれの周波数の加熱電力は独立して調整され、かつ前記複数の高周波加熱コイルに供給される加熱電力は、極短時間の時分割で切り替えられる高周波加熱方法である。
【００１９】
本発明の高周波加熱装置とその方法は、以上のように構成されるので、複数のインバータ手段を高速切替できる手段により、複数のインバータ手段を極めて高速で切り替えて運転させ、ひとつの高周波加熱コイルが、他の高周波加熱コイルの出力状態に影響されないように制御できるという利点がある。
【００２０】
本発明の作用は、複数の高周波加熱コイルをそれぞれ独立して出力調整ができ、前記被加熱体の各部分の加熱を極めて短時間に時分割的に高周波加熱を行うことを可能にしている。
このため、複数の高周波加熱コイルに対して、特に、同一の周波数の加熱電力を出力する複数のインバータ手段を使用しても、前記インバータ手段のそれぞれには、前記高周波加熱コイルを介して、電磁誘導による相互干渉の影響をほとんどな及ぼさない。
【００２１】
以上のように本発明の高周波誘導加熱を利用する広範な分野にて採用が可能で、応用の範囲が広い。すなわち、前記被加熱体を、任意の温度分布に調整しなければならない場合、高周波電源としては、加熱電力が、低い周波数の場合は、浸透深さが深い部分の加熱に適し、加熱電力が、高い周波数の場合は、近接効果と浸透深さが浅い部分の加熱に適するので、低い周波数の加熱電力と高い周波数の加熱電力とを使用しても、互いに干渉し合うことなく、前記被加熱体を、自由にきめ細かな加熱ができる。
【００２２】
また、異なる形状の被加熱体に対しても、任意の温度分布に調整できるので、作業性を向上させることができる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づいて本発明の好適な実施の形態を例示的に詳しく説明する。図１は、本発明の複数（本実施の形態では、２個）の高周波加熱コイルによる高周波加熱装置とその方法の一実施例を示す、該装置の回路図を含む構成図である。
【００２４】
図１において、前記高周波加熱装置１は、例えば、ほぼ棒状で示す被加熱体１００を、２個の高周波加熱コイル２，３を使用して、周波数がそれぞれ約５０ｋＨｚにより高周波誘導加熱する装置である。
この場合、周波数は、１ｋＨｚから１ＭＨｚ（１０００ｋＨｚ）が好適で、更に好ましくは、１ｋＨｚから５００ｋＨｚであり、また、異なる周波数を使用してもよい。
なお、本実施の形態において、高速切替等における相互干渉が、同一周波数において顕著に現れるので、同一周波数を使用する場合について説明する。
【００２５】
前記高周波加熱装置１は、前記約５０ｋＨｚの周波数の加熱電力を、前記高周波加熱コイル２に、共振コンデンサＣ１を直列に接続して出力する第１の高周波インバータ１１と、同じ前記５０ｋＨｚの周波数の加熱電力を、前記高周波加熱コイル３に共振コンデンサＣ２を直列に接続して出力する第２の高周波インバータ２１と、前記第１，２の高周波インバータ１１，２１に、電力を供給する直流電源部４と、更に、電流検出部１２，２２と、自動同調回路部１３，２３と、加熱コイル出力調整部１４，２４と、インバータ切替部５とその切替スイッチ５ａ，５ｂと、ＡＮＤゲート回路部１５，２５とからなる。
【００２６】
前記被加熱体１００は、前記加熱コイル２、３に高周波電流を流すことにより前記被加熱体１００に誘導電流が流れて加熱される。
前記第１、第２のインバータ１１，２１は、それぞれブリッジ回路に組み込まれた半導体スイッチ素子で、前記直流電源部５から供給される直流電圧を、交互にスイッチングすることにより矩形波の高周波電圧に変換する。この矩形波高周波出力電圧は、それぞれ共振コンデンサＣ１，Ｃ２を通してそれぞれ前記加熱コイル２，３に供給される。
【００２７】
前記加熱コイル２，３のそれぞれのインダクタンスと前記共振コンデンサＣ１，Ｃ２のキャパシタンスで決まる固有共振周波数に一致するように、前記第１，第２のインバータ１１，２１のスイッチング周波数を調整すると、前記加熱コイル２，３のそれぞれには、正弦波の高周波電流が流れ、効率よく前記被加熱体１００を加熱できる。
【００２８】
前記電流検出部１２，２２は、前記高周波加熱コイル２，３にそれぞれ流れる電流を検出する検出器で、前記自動同調回路部１３，２３はそれぞれ、前記電流検出部１２，２２からの出力信号により、前記それぞれの高周波加熱コイル２，３への出力電圧と、前記コイル電流との位相が常に一致するように、前記第１，第２のインバータ１１，２１のそれぞれの発振周波数を調整している。
【００２９】
前記自動同調回路部１３，２３のそれぞれにおいて、前記第１，第２のインバータ１１，２１をそれぞれ駆動するパルス信号は、前記ゲート回路部１５，２５のそれぞれを経由して前記第１，第２のインバータ１１，２１のそれぞれに送る。前記第１，第２のインバータ１１，２１は、このゲートパルス信号により前記インバータ１１，２１のそれぞれのスイッチング素子を駆動する。
【００３０】
前記インバータ切替部５から出力される切替信号は、前記それぞれのＡＮＤゲート回路部１５，２５に送り、前記それぞれの自動同調回路部１３，２３から出力されるインバータ駆動用のパルス信号を通過又は遮断する。そして、前記インバータ切替部５から遮断信号が出力されると、該第１，第２のインバータ１１，２１は発振を停止する。
【００３１】
前記直流電源部４は、商用交流電源を全波整流して、直流電圧を発生させ、該直流電源部４から出力される直流電圧は、前記第１，第２のインバータ１１，２１に並列に接続して、供給される。
前記加熱コイル２，３のそれぞれと、前記出力調整器１４，２４のそれぞれとのいずれかが、前記インバータ切替部５からの出力信号により、その切替スイッチ５ａ，５ｂを切り替え、前記直流電源部４の出力設定の設定値になる。
【００３２】
そして、前記インバータ切替部５からの切替信号は、前記ゲート部１５が通過の時、加熱コイル２及び出力調整器１４が有効になるように切替スイッチ５ａがオンにさせる。前記加熱コイル２の電流を前記加熱コイル出力調整器１４で調整する。同様に、前記切替スイッチ５ｂのオンにより、前記加熱コイル３の電流を前記加熱コイル出力調整器２４により調整する。
【００３３】
［前記第１，第２のインバータ１１，２１の高速切替の動作説明］
図１の第１，第２の高周波インバータ１１，２１内の詳細な回路図を図２に示し、そのインバータ高速切替の動作を説明する。なお、括弧なしの符号は、第１のインバータ１１、括弧内の符号は、第２のインバータ２１に使用される部材の符号である。
【００３４】
前記加熱コイル２（３）に加熱電力を供給する前記第１，第２のインバータ１１（２１）は４個のスイッチング素子１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄ（２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄ）と、４個の還流ダイオード１１ｅ，１１ｆ，１１ｇ，１１ｈ（２１ｅ，２１ｆ，２１ｇ，２１ｈ）と、１個のバイパスコンデンサ１１ｉ（２１ｉ）とで構成される。
【００３５】
今、前記加熱コイル２と前記加熱コイル３は、近接して設置されていて相互干渉があるとする。
図３に、前記インバータ１１が動作し、前記インバータ２１が動作しないときの高周波電流の流れを説明する。
【００３６】
前記インバータ１１は、スイッチング素子１１ａ，１１ｄをオン、スイッチング素子１１ｂ，１１ｃをオフする時間と、スイッチング素子１１ａ，１１ｄがオフ、スイッチング素子１１ｂ，１１ｃがオンする時間を、同じ間隔で繰り返す。すると出力端３３，３４には、直流電源端３１，３２の直流電圧の振幅をもつ交番矩形波が発生する。前記スイッチング素子１１ａ，‥‥，１１ｄには、前記インバータ１１の出力からの逆流電流を流すために前記スイッチング素子と逆向きの前記還流ダイオード１１ｅ，‥‥，１１ｈが接続されている。なお、ＩＧＢＴ，ＭＯＳＦＥＴ等の市販されている一般のスイッチング素子には、この還流ダイオードは内蔵されている。
【００３７】
前記インバータ１１（２１）の前記出力端３３，３４（３５，３６）に出力される交番矩形波電圧は、共振コンデンサＣ１（Ｃ２）を通して前記加熱コイル２（３）に高周波電流を流す。
次いで、前記インバータ２１への干渉電流の流れについては、図３により、前記インバータ１１が動作し、前記インバータ２１が動作しないときの場合を説明する。
【００３８】
前記インバータ２１が動作しない場合、前記スイッチング素子２１ａ，‥‥，２１ｄはゲート信号がオフの状態であるので、該スイッチング素子２１ａ，‥‥，２１ｄのドレイン・ソース間は開放になる。わかりやすく説明するために、前記インバータ２１の回路で前記スイッチング素子２１ａ，‥‥，２１ｄを図３から消している。
【００３９】
前記加熱コイル２の高周波電流は、近接して配置されている他方の加熱コイル３に電磁誘導され、該加熱コイル３の両端間に高周波電圧が発生する。この誘導された高周波電圧を図３で誘導電圧３７に示す。
この誘導電圧３７の該加熱コイル３の３ａ側が＋の場合、経路３８に沿って電流が流れる。すなわち、経路３８で示す電流は、共振コンデンサＣ２→ダイオード２１ｅ→バイパスコンデンサ２１ｉ→ダイオード２１ｈ→加熱コイル３の他側３ｂの循環になる。
前記誘導電圧３７の前記加熱コイル３の３ａ側が−になると、流れる電流は、誘導電圧３７→ダイオード２１ｇ→バイバスコンデンサ２１ｉ→ダイオード２１ｆ→共振コンデンサＣ２の経路３９に沿って流れる。
【００４０】
ここで、注目したいのは、前記バイパスコンデンサ２１ｉには、前記誘導電圧３７の極性が＋の時も−の時も、常に該コンデンサ２１ｉの＋側（直流電源端３１）に充電されることである。さらに注目したいのは、この充電電流は、前記インバータ２１の前記コンデンサ２１ｉの電圧と同極性であることである。
このことは、すなわち、誘導された電流は、前記インバータ２１に戻り、再利用ができることである。誘起電圧３７及びその電流は無駄にならず再利用されることを意味する。
【００４１】
補足説明として図４に、図３の回路を誘導電圧３７側からみた回路に書き直している。図４からわかるように、前記加熱コイル２，３間の誘導干渉は何ら回路の不具合を起こさない。また、電力の損失は発生しない。
なお、前記インバータ２１が動作し、前記インバータ１１が動作しないときの、前記加熱コイル２に発生する誘導電圧による高周波電流の流れも、前述と同様である。
【００４２】
図５に、前記インバータ１１のゲート信号の遮断回路を示す。前記自動同調回路部１３からのパルス信号は、ＡＮＤゲート回路部１５を構成する、ＡＮＤゲート回路１５ａ，１５ｂ，１５ｃ，１５ｄとゲートドライバ１５ｅ，１５ｆ，１５ｇ，１５ｈに接続され、前記インバータ切替器５からの遮断信号により、該ＡＮＤゲート回路部１５を介して、前記４個のスイッチング素子１１ａ，‥‥，１１ｄのゲートパルス信号を遮断する。
なお、前記インバータ２１のゲート信号の遮断回路についても、同様である。
【００４３】
このゲートパルス信号が遮断されると、前記スイッチング素子１１ａ，‥‥，１１ｄは開放状態になる。図５の回路を使用すると、前記インバータ１１の切替が容易にでき、しかも高速で行うことができる。また、前記加熱コイル２，３間の相互干渉については考慮する必要はない。
【００４４】
［時分割加熱の説明］
次いで、時分割加熱の説明に際し、図６に示すように、３個の高周波加熱コイル２，３，６を使用して、被加熱体１００のＡ，Ｂ，Ｃの３点を高周波加熱の例について、説明する。
【００４５】
図６に示す高周波加熱装置３１は、周波数ｆ１の加熱電力を、前記高周波加熱コイル２に、共振コンデンサＣ１を直列に接続して出力する第１の高周波インバータ１１と、周波数ｆ２の加熱電力を、前記高周波加熱コイル３に共振コンデンサＣ２を直列に接続して出力する第２の高周波インバータ１２と、周波数ｆ６の加熱電力を、前記高周波加熱コイル６に、共振コンデンサＣ６を直列に接続して出力する第３の高周波インバータ６１と、前記第１，２，３の高周波インバータ１１，２１，６１に、電力を供給する直流電源部４と、前記加熱コイル２，３，６に流すそれぞれの電流をそれぞれ調整するための加熱コイル出力調整器１４，２４，６４と、前記インバータ切替部５とその切替スイッチ５ａ，５ｂ，５ｃと、図示しないそれぞれ前記加熱コイル２，３，６用の電流検出部、自動同調回路部及びＡＮＤゲート回路部とからなっている。
【００４６】
なお、第１、第２，第３のの高周波インバータ１１，２１，６１から出力するそれぞれの加熱電力の周波数ｆ１，ｆ２，ｆ６は、使用目的により互いに相違する周波数でよいが、相互干渉の点で、互いに同一周波数において、顕著に現れるので、本例においては、ｆ１＝ｆ２＝ｆ６＝５０ｋＨｚにしている。
【００４７】
前記被加熱体１００の前記３点Ａ，Ｂ，Ｃは、前記加熱コイル２、３に高周波電流を流すことにより前記被加熱体１００の前記３点Ａ，Ｂ，Ｃを中心に誘導電流が流れて加熱される。
図７において、前記加熱コイル２，３，６にそれぞれ流す電流の設定を、前記加熱コイル出力調整器１４，２４，６４において、それぞれ設定Ａ、設定Ｂ、設定Ｃを電圧にて行う。図７に、図６の回路の各部の電圧、高周波電流、被加熱体の各点の温度の関係を、横軸を時間にして説明する。
【００４８】
前記被加熱体１００のＡ点、Ｂ点、Ｃ点の各温度Ｔａ，Ｔｂ，Ｔｃは、前記加熱コイル２，３，６にそれぞれ流す電流ｉａ，ｉｂ，ｉｃの誘導加熱で決定される。そして、これらのコイル電流ｉａ，ｉｂ，ｉｃは、前記出力調整器１４，２４，６４において、それぞれ設定Ａ、設定Ｂ、設定Ｃに基づいて制御される。
【００４９】
図７に示す時間の区間Ｄを拡大して、それぞれの加熱コイル電流を示す。
ここで、前記コイル電流ｉａ，ｉｂ，ｉｃは、間欠電流であるが、Ａ点、Ｂ点、Ｃ点の各温度Ｔａ，Ｔｂ，Ｔｃは、この間欠電流による温度の変動は少ない。この温度の変動が少ないのは、前記被加熱体１００の温度伝達の時定数が、切替時間に比べ十分に遅いからである。同時に、該被加熱体１００の熱伝達時定数に比べ、前記加熱コイル２，３，６の切替速度は十分に短くしているからである。本実施の形態に示すように、高速切替を適用すると、その実用性は十分である
【００５０】
以上、本発明の一実施の形態について述べたが、本発明は、この実施の形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想に基づいて各種の変形及び変更が可能である。
【００５１】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように本発明の複数の高周波加熱コイルによる高周波加熱装置によれば、前記高周波加熱コイルのそれぞれに対し、高周波加熱電力を出力する複数のインバータ手段と、前記インバータ手段に対して、それぞれの加熱電力をそれぞれ調整する出力調整手段と、前記出力調整手段の出力信号の切替と同期して、前記ンバータ手段の前記加熱電力を切り替える信号を出力するインバータ切替手段とを備え、前記被加熱体の複数の加熱部分を含む温度分布を任意に調整するので、前記高周波加熱コイルごとの切替が高速で、かつ長寿命であるとともに、調整作業に時間がかからずに、前記被加熱体の温度分布を任意に調整できるという優れた効果を奏する。
【００５２】
同時に、前記高周波加熱コイルごとの干渉を考慮する必要がなく、前記装置について自由な設計ができる。また、前記加熱コイルへの適用周波数に制限がないので前記被加熱体の浸透深さの選択ができ（周波数により漫透深さが変えられる）、前記被加熱体へのより精密な加熱が可能となり、細かな焼入れの調整ができる。
さらに、前記加熱コイルについては、互いに干渉し合うことなく、整合回路の調整が容易で、メンテナンス費用が削減できるという効果を奏する。
【００５３】
また、本発明の複数の高周波加熱コイルによる高周波加熱方法によれば、複数のインバータ手段から、前記複数の高周波加熱コイルのそれぞれに、高周波加熱電力を供給し、前記インバータ手段からのそれぞれの加熱電力を、出力調整手段により、それぞれ調整する出力信号とともに、切替信号により、前記複数の高周波加熱コイルにそれぞれ供給する前記それぞれの加熱電力を調整しながら切り替えて、前記被加熱体の複数の加熱部分を含む温度分布を任意に調整するので、前記高周波加熱コイルごとの切替が高速で、かつ長寿命であるとともに、調整作業に時間がかからずに、前記被加熱体の温度分布を任意に調整できるという優れた効果を奏する。
【００５４】
同時に、前記高周波加熱コイルごとの干渉を考慮する必要がない。また、前記加熱コイルへの適用周波数に制限がないので前記被加熱体の浸透深さの選択ができ（周波数により漫透深さが変えられる）、前記被加熱体へのより精密な加熱が可能となり、細かな焼入れの調整ができる方法である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の複数（本実施の形態では、２個）の高周波加熱コイルによる高周波加熱装置とその方法の実施の形態の一実施例を示す、該装置の回路構成図である。
【図２】図１の第１，第２の高周波インバータ内の詳細を示す回路図である。
【図３】第１のインバータが動作し、第２のインバータが動作しないときにおける、前記第２のインバータへの干渉電流の流れの回路説明図である。
【図４】図３の回路を誘導電圧３７側からみた、補足説明のための回路図である。
【図５】第１（又は第２）のインバータのゲート信号の遮断回路図である。
【図６】時分割加熱を説明する図で、３個の高周波加熱コイルを使用して、被加熱体のＡ，Ｂ，Ｃの３点を高周波加熱する装置の要部の回路構成図である。
【図７】図６の回路構成図の各部の各設定（電圧）、各高周波加熱コイル電流及び被加熱体の各点の温度の関係を、時間に対して示す図である。
【図８】従来の、２個の高周波加熱コイルによる高周波加熱方法を示す図である。
【図９】従来の、２個の高周波加熱コイルによる他の高周波加熱方法を示す図である。
【符号の説明】
１ 高周波加熱装置
２，３，６ 高周波加熱コイル
４ 直流電源部
５ インバータ切替部
５ａ，５ｂ 切替スイッチ
１１ 第１の高周波インバータ
１２，２２ 電流検出部
１３，２３ 自動同調回路部
１４，２４ 加熱コイル出力調整部
１５，２５ ＡＮＤゲート回路部
１１ａ，‥‥，１１ｄ，２１ａ，‥‥，２１ｄ スイッチング素子
１１ｅ，‥‥，１１ｈ，２１ｅ，‥‥，２１ｈ 還流ダイオード
１１ｉ，２１ｉ バイパスコンデンサ
１５ａ，‥‥，１５ｄ ＡＮＤゲート回路
１５ｅ，‥‥，１５ｈ ゲートドライバ
２１ 第２の高周波インバータ
３１，３２ 直流電源端
３３，３４，３５，３６ 出力端
３７ 誘導電圧
３８，３９ 経路
１００ 被加熱物
Ｃ１，Ｃ２，Ｃ６ 共振コンデンサ
【発明の属する技術分野】
本発明は、プレス金型などの温度管理が重要な場合、前記金型などの被加熱体に複数の高周波加熱コイルを使い、前記被加熱体の温度分布を自由に調整できる高周波加熱装置とその方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、精密なプレス加工の金型は品質向上のために温度の管理が必要になっている。前記金型の温度は、被プレス物への熱の奪われ方、又は、該金型の形状によりひとつの高周波加熱コイルで高周波加熱しても、全体が均一温度にならず、また、任意の温度差をもたせるのも困難であった。
【０００３】
従来、この種の高周波加熱方法については、被加熱体に２個以上の高周波加熱コイルを使用し、温度コントロールを行う方法があり、その一例として図８に示すように、被加熱体１００を、それぞれ独立した２台の高周波電源１０１，１０２と、これにそれぞれ接続される２個の高周波加熟コイル１０３，１０４で加熱する方法がある。Ｃ１０１，Ｃ１０２は共振コンデンサである。
【０００４】
前記２個の高周波加熱コイル１０３，１０４が、互いに離れた場所にある場合は、特に問題はないが、該２個の加熱コイル１０３，１０４を近接して設置する必要があるときは、該２個の加熱コイル１０３，１０４間の電磁結合により、一方の該加熱コイルに流れる高周波電流により、他方の該加熱コイルに高周波電流が誘起され、接続される高周波電源の自動同調回路や出力制御が制御不能に陥ることが、しばしばあった。このような電磁結合による干渉を低減するために、前記加熱コイル１０３，１０４間に磁気シールド板１０５を設置したりするが、有効な効果は得られないことが多かった。
【０００５】
図９に示す方法では、２個の高周波加熱コイル１０６，１０７と、１台の高周波電源１０８とで構成されているので、前記加熱コイル１０６，１０７における相互干渉の問題は発生しない。Ｃ１０３は共振コンデンサである。
図９に示す方法では、１台の前記高周波電源１０８を使用し、２個の前記加熱コイル１０６，１０７に流れる電流を分流リアクタ１０９，１１０の値を調整することにより、該加熱コイル１０６，１０７のそれぞれに流れる電流の割合を調整しようとするものである。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
図８に示す方法では、前記加熱コイル１０３，１０４間の電磁結合による干渉により、相互に前記高周波電源１０１，１０２が不安定な状態に陥りやすく、また、前記加熱コイル１０３，１０４の取り付けに制約が多いなどの問題点があった。
【０００７】
他方、図９に示す方法は、例えば、前記加熱コイル１０６，１０７の電流を５０％にすると、該加熱コイル１０６，１０７と同じインダクタンスの分流リアクタ１０９，１１０が必要になり、該分流リアクタ１０９，１１０が大型化するとともに、該分流リアクタ１０９，１１０の損失が大きくなるという問題点があった。
また、調整を行うと、共振周波数がずれてしまい、その都度、該リアクタやコンデンサを調整する必要があった。そのため、可変幅は狭く、調整作業に時間が多くかかるという問題点もあった。
【０００８】
本発明はかかる点を鑑みなされたもので，その目的は前記問題点を解消し、被加熱体に複数の高周波加熱コイルを使用して、該被加熱体を高周波誘導加熱する装置であって、前記高周波加熱コイルごとの切替が高速で、かつ長寿命であるとともに、調整作業に時間がかからずに、前記被加熱体の温度分布を任意に調整できる複数の高周波加熱コイルによる高周波加熱装置を提供することにある。
【０００９】
本発明の他の目的は、同様に、前記高周波加熱コイルごとの切替が高速で、かつ長寿命であるとともに、調整作業に時間がかからずに、被加熱体の温度分布を任意に調整できる複数の高周波加熱コイルによる高周波加熱方法を提案することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するための本発明の構成は、複数の高周波加熱コイルを使用して、被加熱体を高周波誘導加熱する装置において、次のとおりである。
【００１１】
前記高周波加熱コイルのそれぞれに対し、複数の周波数のうち、それぞれの周波数の高周波加熱電力を出力する、単数又は複数のインバータ手段と、前記単数又は複数のインバータ手段に対して、それぞれの周波数の加熱電力をそれぞれ調整する出力調整手段と、前記それぞれの出力調整手段の出力信号の切替と同期して、前記単数又は複数のインバータ手段の前記それぞれの周波数の加熱電力を切り替える（オン又はオフさせる）信号を出力するインバータ切替手段とを備え、前記被加熱体の複数の加熱部分を含む温度分布を任意に調整する高周波加熱装置である。
【００１２】
前記それぞれのインバータ手段から出力される高周波加熱電力の周波数は、１ｋＨｚから１ＭＨｚである高周波加熱装置である。
【００１３】
前記高周波加熱コイルのそれぞれを含む同調回路を形成し、該高周波加熱コイルに流れる電流をそれぞれ検出する複数の電流検出手段と、前記電流検出手段からのそれぞれの出力信号により、前記高周波加熱コイルのそれぞれの同調回路について、同調をとるような信号を出力するそれぞれの自動同調回路と、前記それぞれの自動同調回路の出力信号と前記インバータ切替手段からの前記それぞれの周波数の加熱電力を切り替える信号とを入力させ、その出力信号により、前記複数のインバータ手段の前記それぞれの周波数の加熱電力を切り替える（オン又はオフさせる）それぞれのＡＮＤゲート手段とを、更に備えるなる高周波加熱装置である。
【００１４】
前記それぞれの出力調整手段は、前記それぞれの周波数の加熱電力を独立して調整し、かつ前記インバータ切替手段は、前記複数の高周波加熱コイルに供給する加熱電力を極短時間の時分割で切り替える高周波加熱装置である。
【００１５】
複数の高周波加熱コイルを使用して、被加熱体を高周波誘導加熱する方法において、次のとおりである。
【００１６】
単数又は複数のインバータ手段から、前記複数の高周波加熱コイルのそれぞれに、複数の周波数のうちのそれぞれの周波数の高周波加熱電力を供給し、前記インバータ手段からのそれぞれの周波数の加熱電力を、それぞれの出力調整手段により、それぞれ調整する出力信号とともに、切替信号により、前記複数の高周波加熱コイルにそれぞれ供給する前記それぞれの周波数の加熱電力を調整しながら切り替えて（オン又はオフさせて）、前記被加熱体の複数の加熱部分を含む温度分布を任意に調整する高周波加熱方法である。
【００１７】
前記それぞれのインバータ手段から出力される高周波加熱電力の周波数は、１ｋＨｚから１ＭＨｚである高周波加熱方法である。
【００１８】
前記インバータからの前記それぞれの周波数の加熱電力は独立して調整され、かつ前記複数の高周波加熱コイルに供給される加熱電力は、極短時間の時分割で切り替えられる高周波加熱方法である。
【００１９】
本発明の高周波加熱装置とその方法は、以上のように構成されるので、複数のインバータ手段を高速切替できる手段により、複数のインバータ手段を極めて高速で切り替えて運転させ、ひとつの高周波加熱コイルが、他の高周波加熱コイルの出力状態に影響されないように制御できるという利点がある。
【００２０】
本発明の作用は、複数の高周波加熱コイルをそれぞれ独立して出力調整ができ、前記被加熱体の各部分の加熱を極めて短時間に時分割的に高周波加熱を行うことを可能にしている。
このため、複数の高周波加熱コイルに対して、特に、同一の周波数の加熱電力を出力する複数のインバータ手段を使用しても、前記インバータ手段のそれぞれには、前記高周波加熱コイルを介して、電磁誘導による相互干渉の影響をほとんどな及ぼさない。
【００２１】
以上のように本発明の高周波誘導加熱を利用する広範な分野にて採用が可能で、応用の範囲が広い。すなわち、前記被加熱体を、任意の温度分布に調整しなければならない場合、高周波電源としては、加熱電力が、低い周波数の場合は、浸透深さが深い部分の加熱に適し、加熱電力が、高い周波数の場合は、近接効果と浸透深さが浅い部分の加熱に適するので、低い周波数の加熱電力と高い周波数の加熱電力とを使用しても、互いに干渉し合うことなく、前記被加熱体を、自由にきめ細かな加熱ができる。
【００２２】
また、異なる形状の被加熱体に対しても、任意の温度分布に調整できるので、作業性を向上させることができる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づいて本発明の好適な実施の形態を例示的に詳しく説明する。図１は、本発明の複数（本実施の形態では、２個）の高周波加熱コイルによる高周波加熱装置とその方法の一実施例を示す、該装置の回路図を含む構成図である。
【００２４】
図１において、前記高周波加熱装置１は、例えば、ほぼ棒状で示す被加熱体１００を、２個の高周波加熱コイル２，３を使用して、周波数がそれぞれ約５０ｋＨｚにより高周波誘導加熱する装置である。
この場合、周波数は、１ｋＨｚから１ＭＨｚ（１０００ｋＨｚ）が好適で、更に好ましくは、１ｋＨｚから５００ｋＨｚであり、また、異なる周波数を使用してもよい。
なお、本実施の形態において、高速切替等における相互干渉が、同一周波数において顕著に現れるので、同一周波数を使用する場合について説明する。
【００２５】
前記高周波加熱装置１は、前記約５０ｋＨｚの周波数の加熱電力を、前記高周波加熱コイル２に、共振コンデンサＣ１を直列に接続して出力する第１の高周波インバータ１１と、同じ前記５０ｋＨｚの周波数の加熱電力を、前記高周波加熱コイル３に共振コンデンサＣ２を直列に接続して出力する第２の高周波インバータ２１と、前記第１，２の高周波インバータ１１，２１に、電力を供給する直流電源部４と、更に、電流検出部１２，２２と、自動同調回路部１３，２３と、加熱コイル出力調整部１４，２４と、インバータ切替部５とその切替スイッチ５ａ，５ｂと、ＡＮＤゲート回路部１５，２５とからなる。
【００２６】
前記被加熱体１００は、前記加熱コイル２、３に高周波電流を流すことにより前記被加熱体１００に誘導電流が流れて加熱される。
前記第１、第２のインバータ１１，２１は、それぞれブリッジ回路に組み込まれた半導体スイッチ素子で、前記直流電源部５から供給される直流電圧を、交互にスイッチングすることにより矩形波の高周波電圧に変換する。この矩形波高周波出力電圧は、それぞれ共振コンデンサＣ１，Ｃ２を通してそれぞれ前記加熱コイル２，３に供給される。
【００２７】
前記加熱コイル２，３のそれぞれのインダクタンスと前記共振コンデンサＣ１，Ｃ２のキャパシタンスで決まる固有共振周波数に一致するように、前記第１，第２のインバータ１１，２１のスイッチング周波数を調整すると、前記加熱コイル２，３のそれぞれには、正弦波の高周波電流が流れ、効率よく前記被加熱体１００を加熱できる。
【００２８】
前記電流検出部１２，２２は、前記高周波加熱コイル２，３にそれぞれ流れる電流を検出する検出器で、前記自動同調回路部１３，２３はそれぞれ、前記電流検出部１２，２２からの出力信号により、前記それぞれの高周波加熱コイル２，３への出力電圧と、前記コイル電流との位相が常に一致するように、前記第１，第２のインバータ１１，２１のそれぞれの発振周波数を調整している。
【００２９】
前記自動同調回路部１３，２３のそれぞれにおいて、前記第１，第２のインバータ１１，２１をそれぞれ駆動するパルス信号は、前記ゲート回路部１５，２５のそれぞれを経由して前記第１，第２のインバータ１１，２１のそれぞれに送る。前記第１，第２のインバータ１１，２１は、このゲートパルス信号により前記インバータ１１，２１のそれぞれのスイッチング素子を駆動する。
【００３０】
前記インバータ切替部５から出力される切替信号は、前記それぞれのＡＮＤゲート回路部１５，２５に送り、前記それぞれの自動同調回路部１３，２３から出力されるインバータ駆動用のパルス信号を通過又は遮断する。そして、前記インバータ切替部５から遮断信号が出力されると、該第１，第２のインバータ１１，２１は発振を停止する。
【００３１】
前記直流電源部４は、商用交流電源を全波整流して、直流電圧を発生させ、該直流電源部４から出力される直流電圧は、前記第１，第２のインバータ１１，２１に並列に接続して、供給される。
前記加熱コイル２，３のそれぞれと、前記出力調整器１４，２４のそれぞれとのいずれかが、前記インバータ切替部５からの出力信号により、その切替スイッチ５ａ，５ｂを切り替え、前記直流電源部４の出力設定の設定値になる。
【００３２】
そして、前記インバータ切替部５からの切替信号は、前記ゲート部１５が通過の時、加熱コイル２及び出力調整器１４が有効になるように切替スイッチ５ａがオンにさせる。前記加熱コイル２の電流を前記加熱コイル出力調整器１４で調整する。同様に、前記切替スイッチ５ｂのオンにより、前記加熱コイル３の電流を前記加熱コイル出力調整器２４により調整する。
【００３３】
［前記第１，第２のインバータ１１，２１の高速切替の動作説明］
図１の第１，第２の高周波インバータ１１，２１内の詳細な回路図を図２に示し、そのインバータ高速切替の動作を説明する。なお、括弧なしの符号は、第１のインバータ１１、括弧内の符号は、第２のインバータ２１に使用される部材の符号である。
【００３４】
前記加熱コイル２（３）に加熱電力を供給する前記第１，第２のインバータ１１（２１）は４個のスイッチング素子１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄ（２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄ）と、４個の還流ダイオード１１ｅ，１１ｆ，１１ｇ，１１ｈ（２１ｅ，２１ｆ，２１ｇ，２１ｈ）と、１個のバイパスコンデンサ１１ｉ（２１ｉ）とで構成される。
【００３５】
今、前記加熱コイル２と前記加熱コイル３は、近接して設置されていて相互干渉があるとする。
図３に、前記インバータ１１が動作し、前記インバータ２１が動作しないときの高周波電流の流れを説明する。
【００３６】
前記インバータ１１は、スイッチング素子１１ａ，１１ｄをオン、スイッチング素子１１ｂ，１１ｃをオフする時間と、スイッチング素子１１ａ，１１ｄがオフ、スイッチング素子１１ｂ，１１ｃがオンする時間を、同じ間隔で繰り返す。すると出力端３３，３４には、直流電源端３１，３２の直流電圧の振幅をもつ交番矩形波が発生する。前記スイッチング素子１１ａ，‥‥，１１ｄには、前記インバータ１１の出力からの逆流電流を流すために前記スイッチング素子と逆向きの前記還流ダイオード１１ｅ，‥‥，１１ｈが接続されている。なお、ＩＧＢＴ，ＭＯＳＦＥＴ等の市販されている一般のスイッチング素子には、この還流ダイオードは内蔵されている。
【００３７】
前記インバータ１１（２１）の前記出力端３３，３４（３５，３６）に出力される交番矩形波電圧は、共振コンデンサＣ１（Ｃ２）を通して前記加熱コイル２（３）に高周波電流を流す。
次いで、前記インバータ２１への干渉電流の流れについては、図３により、前記インバータ１１が動作し、前記インバータ２１が動作しないときの場合を説明する。
【００３８】
前記インバータ２１が動作しない場合、前記スイッチング素子２１ａ，‥‥，２１ｄはゲート信号がオフの状態であるので、該スイッチング素子２１ａ，‥‥，２１ｄのドレイン・ソース間は開放になる。わかりやすく説明するために、前記インバータ２１の回路で前記スイッチング素子２１ａ，‥‥，２１ｄを図３から消している。
【００３９】
前記加熱コイル２の高周波電流は、近接して配置されている他方の加熱コイル３に電磁誘導され、該加熱コイル３の両端間に高周波電圧が発生する。この誘導された高周波電圧を図３で誘導電圧３７に示す。
この誘導電圧３７の該加熱コイル３の３ａ側が＋の場合、経路３８に沿って電流が流れる。すなわち、経路３８で示す電流は、共振コンデンサＣ２→ダイオード２１ｅ→バイパスコンデンサ２１ｉ→ダイオード２１ｈ→加熱コイル３の他側３ｂの循環になる。
前記誘導電圧３７の前記加熱コイル３の３ａ側が−になると、流れる電流は、誘導電圧３７→ダイオード２１ｇ→バイバスコンデンサ２１ｉ→ダイオード２１ｆ→共振コンデンサＣ２の経路３９に沿って流れる。
【００４０】
ここで、注目したいのは、前記バイパスコンデンサ２１ｉには、前記誘導電圧３７の極性が＋の時も−の時も、常に該コンデンサ２１ｉの＋側（直流電源端３１）に充電されることである。さらに注目したいのは、この充電電流は、前記インバータ２１の前記コンデンサ２１ｉの電圧と同極性であることである。
このことは、すなわち、誘導された電流は、前記インバータ２１に戻り、再利用ができることである。誘起電圧３７及びその電流は無駄にならず再利用されることを意味する。
【００４１】
補足説明として図４に、図３の回路を誘導電圧３７側からみた回路に書き直している。図４からわかるように、前記加熱コイル２，３間の誘導干渉は何ら回路の不具合を起こさない。また、電力の損失は発生しない。
なお、前記インバータ２１が動作し、前記インバータ１１が動作しないときの、前記加熱コイル２に発生する誘導電圧による高周波電流の流れも、前述と同様である。
【００４２】
図５に、前記インバータ１１のゲート信号の遮断回路を示す。前記自動同調回路部１３からのパルス信号は、ＡＮＤゲート回路部１５を構成する、ＡＮＤゲート回路１５ａ，１５ｂ，１５ｃ，１５ｄとゲートドライバ１５ｅ，１５ｆ，１５ｇ，１５ｈに接続され、前記インバータ切替器５からの遮断信号により、該ＡＮＤゲート回路部１５を介して、前記４個のスイッチング素子１１ａ，‥‥，１１ｄのゲートパルス信号を遮断する。
なお、前記インバータ２１のゲート信号の遮断回路についても、同様である。
【００４３】
このゲートパルス信号が遮断されると、前記スイッチング素子１１ａ，‥‥，１１ｄは開放状態になる。図５の回路を使用すると、前記インバータ１１の切替が容易にでき、しかも高速で行うことができる。また、前記加熱コイル２，３間の相互干渉については考慮する必要はない。
【００４４】
［時分割加熱の説明］
次いで、時分割加熱の説明に際し、図６に示すように、３個の高周波加熱コイル２，３，６を使用して、被加熱体１００のＡ，Ｂ，Ｃの３点を高周波加熱の例について、説明する。
【００４５】
図６に示す高周波加熱装置３１は、周波数ｆ１の加熱電力を、前記高周波加熱コイル２に、共振コンデンサＣ１を直列に接続して出力する第１の高周波インバータ１１と、周波数ｆ２の加熱電力を、前記高周波加熱コイル３に共振コンデンサＣ２を直列に接続して出力する第２の高周波インバータ１２と、周波数ｆ６の加熱電力を、前記高周波加熱コイル６に、共振コンデンサＣ６を直列に接続して出力する第３の高周波インバータ６１と、前記第１，２，３の高周波インバータ１１，２１，６１に、電力を供給する直流電源部４と、前記加熱コイル２，３，６に流すそれぞれの電流をそれぞれ調整するための加熱コイル出力調整器１４，２４，６４と、前記インバータ切替部５とその切替スイッチ５ａ，５ｂ，５ｃと、図示しないそれぞれ前記加熱コイル２，３，６用の電流検出部、自動同調回路部及びＡＮＤゲート回路部とからなっている。
【００４６】
なお、第１、第２，第３のの高周波インバータ１１，２１，６１から出力するそれぞれの加熱電力の周波数ｆ１，ｆ２，ｆ６は、使用目的により互いに相違する周波数でよいが、相互干渉の点で、互いに同一周波数において、顕著に現れるので、本例においては、ｆ１＝ｆ２＝ｆ６＝５０ｋＨｚにしている。
【００４７】
前記被加熱体１００の前記３点Ａ，Ｂ，Ｃは、前記加熱コイル２、３に高周波電流を流すことにより前記被加熱体１００の前記３点Ａ，Ｂ，Ｃを中心に誘導電流が流れて加熱される。
図７において、前記加熱コイル２，３，６にそれぞれ流す電流の設定を、前記加熱コイル出力調整器１４，２４，６４において、それぞれ設定Ａ、設定Ｂ、設定Ｃを電圧にて行う。図７に、図６の回路の各部の電圧、高周波電流、被加熱体の各点の温度の関係を、横軸を時間にして説明する。
【００４８】
前記被加熱体１００のＡ点、Ｂ点、Ｃ点の各温度Ｔａ，Ｔｂ，Ｔｃは、前記加熱コイル２，３，６にそれぞれ流す電流ｉａ，ｉｂ，ｉｃの誘導加熱で決定される。そして、これらのコイル電流ｉａ，ｉｂ，ｉｃは、前記出力調整器１４，２４，６４において、それぞれ設定Ａ、設定Ｂ、設定Ｃに基づいて制御される。
【００４９】
図７に示す時間の区間Ｄを拡大して、それぞれの加熱コイル電流を示す。
ここで、前記コイル電流ｉａ，ｉｂ，ｉｃは、間欠電流であるが、Ａ点、Ｂ点、Ｃ点の各温度Ｔａ，Ｔｂ，Ｔｃは、この間欠電流による温度の変動は少ない。この温度の変動が少ないのは、前記被加熱体１００の温度伝達の時定数が、切替時間に比べ十分に遅いからである。同時に、該被加熱体１００の熱伝達時定数に比べ、前記加熱コイル２，３，６の切替速度は十分に短くしているからである。本実施の形態に示すように、高速切替を適用すると、その実用性は十分である
【００５０】
以上、本発明の一実施の形態について述べたが、本発明は、この実施の形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想に基づいて各種の変形及び変更が可能である。
【００５１】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように本発明の複数の高周波加熱コイルによる高周波加熱装置によれば、前記高周波加熱コイルのそれぞれに対し、高周波加熱電力を出力する複数のインバータ手段と、前記インバータ手段に対して、それぞれの加熱電力をそれぞれ調整する出力調整手段と、前記出力調整手段の出力信号の切替と同期して、前記ンバータ手段の前記加熱電力を切り替える信号を出力するインバータ切替手段とを備え、前記被加熱体の複数の加熱部分を含む温度分布を任意に調整するので、前記高周波加熱コイルごとの切替が高速で、かつ長寿命であるとともに、調整作業に時間がかからずに、前記被加熱体の温度分布を任意に調整できるという優れた効果を奏する。
【００５２】
同時に、前記高周波加熱コイルごとの干渉を考慮する必要がなく、前記装置について自由な設計ができる。また、前記加熱コイルへの適用周波数に制限がないので前記被加熱体の浸透深さの選択ができ（周波数により漫透深さが変えられる）、前記被加熱体へのより精密な加熱が可能となり、細かな焼入れの調整ができる。
さらに、前記加熱コイルについては、互いに干渉し合うことなく、整合回路の調整が容易で、メンテナンス費用が削減できるという効果を奏する。
【００５３】
また、本発明の複数の高周波加熱コイルによる高周波加熱方法によれば、複数のインバータ手段から、前記複数の高周波加熱コイルのそれぞれに、高周波加熱電力を供給し、前記インバータ手段からのそれぞれの加熱電力を、出力調整手段により、それぞれ調整する出力信号とともに、切替信号により、前記複数の高周波加熱コイルにそれぞれ供給する前記それぞれの加熱電力を調整しながら切り替えて、前記被加熱体の複数の加熱部分を含む温度分布を任意に調整するので、前記高周波加熱コイルごとの切替が高速で、かつ長寿命であるとともに、調整作業に時間がかからずに、前記被加熱体の温度分布を任意に調整できるという優れた効果を奏する。
【００５４】
同時に、前記高周波加熱コイルごとの干渉を考慮する必要がない。また、前記加熱コイルへの適用周波数に制限がないので前記被加熱体の浸透深さの選択ができ（周波数により漫透深さが変えられる）、前記被加熱体へのより精密な加熱が可能となり、細かな焼入れの調整ができる方法である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の複数（本実施の形態では、２個）の高周波加熱コイルによる高周波加熱装置とその方法の実施の形態の一実施例を示す、該装置の回路構成図である。
【図２】図１の第１，第２の高周波インバータ内の詳細を示す回路図である。
【図３】第１のインバータが動作し、第２のインバータが動作しないときにおける、前記第２のインバータへの干渉電流の流れの回路説明図である。
【図４】図３の回路を誘導電圧３７側からみた、補足説明のための回路図である。
【図５】第１（又は第２）のインバータのゲート信号の遮断回路図である。
【図６】時分割加熱を説明する図で、３個の高周波加熱コイルを使用して、被加熱体のＡ，Ｂ，Ｃの３点を高周波加熱する装置の要部の回路構成図である。
【図７】図６の回路構成図の各部の各設定（電圧）、各高周波加熱コイル電流及び被加熱体の各点の温度の関係を、時間に対して示す図である。
【図８】従来の、２個の高周波加熱コイルによる高周波加熱方法を示す図である。
【図９】従来の、２個の高周波加熱コイルによる他の高周波加熱方法を示す図である。
【符号の説明】
１ 高周波加熱装置
２，３，６ 高周波加熱コイル
４ 直流電源部
５ インバータ切替部
５ａ，５ｂ 切替スイッチ
１１ 第１の高周波インバータ
１２，２２ 電流検出部
１３，２３ 自動同調回路部
１４，２４ 加熱コイル出力調整部
１５，２５ ＡＮＤゲート回路部
１１ａ，‥‥，１１ｄ，２１ａ，‥‥，２１ｄ スイッチング素子
１１ｅ，‥‥，１１ｈ，２１ｅ，‥‥，２１ｈ 還流ダイオード
１１ｉ，２１ｉ バイパスコンデンサ
１５ａ，‥‥，１５ｄ ＡＮＤゲート回路
１５ｅ，‥‥，１５ｈ ゲートドライバ
２１ 第２の高周波インバータ
３１，３２ 直流電源端
３３，３４，３５，３６ 出力端
３７ 誘導電圧
３８，３９ 経路
１００ 被加熱物
Ｃ１，Ｃ２，Ｃ６ 共振コンデンサ
Claims (7)
- 複数の高周波加熱コイルを使用して、被加熱体を高周波誘導加熱する装置において、
前記高周波加熱コイルのそれぞれに対し、高周波加熱電力を出力する複数のインバータ手段と、
前記複数のインバータ手段に対して、それぞれの加熱電力をそれぞれ調整する出力調整手段と、
前記それぞれの出力調整手段の出力信号の切替と同期して、前記複数のインバータ手段の前記それぞれの加熱電力を切り替える信号を出力するインバータ切替手段とを備え、
前記被加熱体の複数の加熱部分を含む温度分布を任意に調整することを特徴とする複数の高周波加熱コイルによる高周波加熱装置。 - 前記それぞれのインバータ手段から出力される高周波加熱電力の周波数は、１ｋＨｚから１ＭＨｚであることを特徴とする請求項１に記載の複数の高周波加熱コイルによる高周波加熱装置。
- 前記高周波加熱コイルのそれぞれを含む同調回路を形成し、該高周波加熱コイルに流れる電流をそれぞれ検出する複数の電流検出手段と、前記電流検出手段からのそれぞれの出力信号により、前記高周波加熱コイルのそれぞれの同調回路について、同調をとるような信号を出力するそれぞれの自動同調回路と、前記それぞれの自動同調回路の出力信号と前記インバータ切替手段からの前記それぞれの加熱電力を切り替える信号とを入力させ、その出力信号により、前記複数のインバータ手段の前記それぞれの加熱電力を切り替えるそれぞれのＡＮＤゲート手段とを、更に備えるなることを特徴とする請求項１に記載の複数の高周波加熱コイルによる高周波加熱装置。
- 前記それぞれの出力調整手段は、前記それぞれの加熱電力を独立して調整し、かつ前記インバータ切替手段は、前記複数の高周波加熱コイルに供給する加熱電力を極短時間の時分割で切り替えることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の複数の高周波加熱コイルによる高周波加熱装置。
- 複数の高周波加熱コイルを使用して、被加熱体を高周波誘導加熱する方法において、
複数のインバータ手段から、前記複数の高周波加熱コイルのそれぞれに、高周波加熱電力を供給し、
前記インバータ手段からのそれぞれの加熱電力を、それぞれの出力調整手段により、それぞれ調整する出力信号とともに、切替信号により、前記複数の高周波加熱コイルにそれぞれ供給する前記それぞれの加熱電力を調整しながら切り替えて、
前記被加熱体の複数の加熱部分を含む温度分布を任意に調整することを特徴とする複数の高周波加熱コイルによる高周波加熱方法。 - 前記それぞれのインバータ手段から出力される高周波加熱電力の周波数は、１ｋＨｚから１ＭＨｚであることを特徴とする請求項５に記載の複数の高周波加熱コイルによる高周波加熱方法。
- 前記インバータからの前記それぞれの周波数の加熱電力は独立して調整され、かつ前記複数の高周波加熱コイルに供給される加熱電力は、極短時間の時分割で切り替えられることを特徴とする請求項５に記載の複数の高周波加熱コイルによる高周波加熱方法。
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