JP2004171927A - 誘導加熱コイルおよびそれを用いた誘導加熱装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】近接作用の影響を少なくし、高周波電流に対するコイル抵抗を減少させ、かつ形状等品質の安定した誘導加熱コイル及びを提供すること。
【解決手段】素線１を撚り合わせた集合線２、あるいは集合線１を撚り合わせた上位集合線２を形成し、少なくともコイル導線３の外周の一部もしくは全体をフッ素樹脂から成る絶縁体４にて構成し、フッ素樹脂から成る絶縁体４の結晶化度を４０％以下にしたコイル導線３によって、アルミニウム等の材質でできた被加熱物を加熱した際の発熱を抑制し、かつ形状等の安定した製造が容易な誘導加熱コイル、及びその誘導加熱コイルを具備した冷却構成の簡素化可能な誘導加熱装置とすることができる。
【選択図】 図１
【解決手段】素線１を撚り合わせた集合線２、あるいは集合線１を撚り合わせた上位集合線２を形成し、少なくともコイル導線３の外周の一部もしくは全体をフッ素樹脂から成る絶縁体４にて構成し、フッ素樹脂から成る絶縁体４の結晶化度を４０％以下にしたコイル導線３によって、アルミニウム等の材質でできた被加熱物を加熱した際の発熱を抑制し、かつ形状等の安定した製造が容易な誘導加熱コイル、及びその誘導加熱コイルを具備した冷却構成の簡素化可能な誘導加熱装置とすることができる。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は誘導加熱装置に関し、特に、高周波電流による損失を低減した加熱コイルに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、誘導加熱装置の加熱できる金属は透磁率が高い鉄系のものだけであったが、近年、鉄以外の銅やアルミニウムといった金属の加熱も望まれている。とりわけ、加熱装置を調理器に応用した誘導加熱調理器は、近年鉄鍋以外に銅鍋やアルミニウム鍋なども使いたいという要望が高くなってきた。
【０００３】
ところで、銅鍋やアルミニウム鍋を誘導加熱するには、透磁率が低いため鉄鍋に適した２０〜３０ｋＨｚよりも高い４０〜１００ｋＨｚの高周波電流を加熱コイルに流さなければならない。
【０００４】
しかるに、周波数が高くなればなるほど、いわゆる表皮効果により高周波電流が導線の表面付近だけを流れるようになるため実効抵抗ははなはだしく増大し、それに基づく発熱は実用の域を遙かに超えるものである。そのため、表面積を増やし実効的に抵抗を減少する方法として、導線の径を細くし、例えば直径０．５ｍｍ以下の導線を数本ないし数十本束ねて用いる方法が行われてきた（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
しかし、この方法では、高周波電流が７０ｋＨｚ程度になると例えば銅線の直径を０．１ｍｍ程度にしてさらに多くの導線を束ねても、表皮効果による実効的な抵抗を下げることができても、導線を多数本用いているために近接作用が顕著となり必ずしも十分に抵抗を低減することができなかった。ここでいう近接作用とは、近接した導体に電流が流れるときに、磁界を介して相互に影響を与えあって、電流分布に偏りが生じる現象であり、導線表面の実効的な抵抗増大となる。近接作用は高周波電流の向きが導線間で揃っているほど、導線間の間隔が小さいほど大きくなる。
【０００６】
前記課題を解決する方法としては、加熱コイルのコイル導線を、素線を束ねた集合線をさらに集合させる多段階集合構造と成すとともに、すくなくとも１の段階の集合線は編み上げにより形成することが考えられる。この技術思想は、集合線の向きが不揃いとなるとともに、相互に密着しなくなり、これにより近接効果を抑制できて加熱コイルの高周波電流に対するコイル抵抗を減少させ得るというものであった。
【０００７】
【特許文献１】
特公昭６３−４７２３８号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記従来の構成では、加熱コイルの高周波電流に対するコイル抵抗を減少させることができるが、これらの構成を採用して、銅鍋やアルミニウム鍋といった透磁率の低い鍋を加熱するための加熱コイルを作るには素線の導体径０．１ｍｍ以下にできるだけ細くし、かつ素線の本数をできるだけ多く束ねてコイル導線を形成する必要がある（例えば１０００〜３０００本）。
【０００９】
このように素線の導体径をできるだけ細くし、かつ素線の本数をできるだけ多く束ねてコイル導線を形成する場合、素線間の絶縁に用いる絶縁体の厚みは、コイル導線として実用的な断面積（２．０〜５．０ｍｍ２）を確保しつつ、実用的な外径（φ２．０〜φ４．０ｍｍ）を確保するためには、できるだけ薄い方が望ましい。この実用的な断面積および外径については、コイル導線の発熱を効率的に放熱し、銅鍋やアルミニウム鍋といった透磁率の低い鍋を加熱するための誘導加熱装置を提供するための経験的な数値である（例えば素線の導体径をφ０．０５ｍｍ、素線間の絶縁に用いる絶縁体の厚みを３．５μｍ、素線の本数を１６２０本とした場合、コイル導線の断面積は３．１８ｍｍ２、コイル導線径はφ２．７５ｍｍとなる）。
【００１０】
また、コイル導線の発熱を効率よく放熱するためには、コイル導線に用いる素線の材質として、導体抵抗が小さく、熱伝導・放熱性の高いものが望ましく、銅線を使用するのが一般的である。
【００１１】
しかし、素線間の絶縁に用いる絶縁体としては、同様に熱伝導・放熱性が高い材質が望まれるが、一般的に使用される高耐熱性の絶縁体としてのポリイミド（ＰＩ）樹脂は銅に比較して１／１０００以下（銅４０３Ｗ／ｍ℃，ポリイミド樹脂０．２２Ｗ／ｍ℃）の熱伝導率であり、コイル導体の発熱を効率的に放熱するためには、極力薄くかつ少量が望ましいこととなる。
【００１２】
また、素線の導体径が細くなればなるほど絶縁体の厚みを厚くすることは、製造的に困難であるとともに、当然コスト的にも高くなる。しかしながら、絶縁体が薄くなると素線間の絶縁に対する信頼性が低下するとともに、コイル導線を巻回するときの傷付き、破断といった問題があった。
【００１３】
また、銅鍋やアルミニウム鍋といった透磁率の低い鍋を加熱するためには、鉄鍋に適した２０〜３０ｋＨｚよりも高い４０〜１００ｋＨｚの高周波電流を加熱コイルに流さなければならない。しかし、高周波になればなるほど、絶縁体の絶縁耐力は低下するため、コイル導線を巻回した加熱コイルのコイル導線間の絶縁に対する信頼性が低下するという問題があった。
【００１４】
また、このコイル導線を巻回してなる加熱コイルの固定方法としては加熱コイルに熱を与えて絶縁体を軟化させて固着する方法を採る場合が一般的であるが、絶縁体が薄い場合、熱を与えることによっては絶縁に対する信頼性が低下するとともに固着強度が安定しないという問題があった。
【００１５】
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、近接作用の影響を少なくし、加熱コイルの高周波電流に対するコイル抵抗を減少させ、絶縁に対する信頼性を確保し、コイル導線を巻回するときの傷付き、破断を解消し、コイル導線を巻回してなる加熱コイルの固着強度を向上した誘導加熱装置を提供することを目的とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
前記従来の課題を解決するために、本発明の誘導加熱装置はコイル導線を巻回してなる加熱コイルに高周波電流を流して被加熱体を誘導加熱するものにおいて、前記コイル導線は素線もしくは集合線を撚り合わせて上位集合線を形成し、少なくともコイル導線の外周の一部もしくは全体をフッ素樹脂から成る絶縁体にて構成し、前記フッ素樹脂から成る絶縁体の結晶化度を４０％以下にしたことを特徴とする。
【００１７】
フッ素樹脂は、電気的特性及び熱的特性及び耐薬品性等において絶縁体として用いる樹脂材料のなかでは最高の性質を示すものであり、薄肉での被覆も可能である。したがって、素線の導体径をできるだけ細くし、かつ素線の本数を多く束ねてコイル導線を形成する場合、コイル導線に用いる素線もしくは集合線を撚り合わせた上位集合線の絶縁体としては最適である。
【００１８】
また、フッ素樹脂はその他の樹脂に比べて柔軟性に富む樹脂であり、コイル導線の巻回時の傷付き、断線を保護することも可能である。
【００１９】
また、樹脂材料の中では最も低い誘電率（６０Ｈｚ＝２．１ １ＭＨｚ＝２．１）を示し、特に、商用周波数から高周波領域においても誘電率がほとんど変化しない樹脂であることから、銅鍋やアルミニウム鍋といった透磁率の低い鍋を加熱するために、鉄鍋に適した２０〜３０ｋＨｚよりも高い４０〜１００ｋＨｚの高周波電流を流さなければならない加熱コイルにおいては、絶縁に対する信頼性を確保するための最適な材質といえる。
【００２０】
また、フッ素樹脂の結晶化度は一般的には３０〜５０％であり、結晶化度が高いほど融点が高く、電気的特性及び熱的特性は安定しており、耐薬品性についても向上する。また、結晶化度が高いほど表面平滑性は向上し、非粘着性も高くなる。また、機械的強度も向上するため一般的には結晶化度が高いものが望まれるものである。
【００２１】
しかしながら、コイル導線を巻回してなる加熱コイルを安定的に固定する場合絶縁体に熱を与えて固着する方法が一般的であるが、このフッ素樹脂の持つ非粘着性の高いという性質によって、接着が困難であることはもとより、加熱コイルの固着を阻害するため実用化には至っていないのが現状であった。
【００２２】
そこで本発明は、フッ素樹脂の結晶化度を４０％以下にして、非晶質な部分を極力残存させることによって、非晶質部分での分子間結合力を利用することと、表面平滑性を低下させてアンカー効果を利用することと、融点が下がることによって熱を与えて軟化しやすい温度にて固着するという方法を複合させて利用し、コイル導線を巻回してなる加熱コイルの安定した固着強度を得るものである（ここでいう、分子間結合力とは、有機物質の一般的にいわれる分子間相互作用と分子内相互作用のことであり、静電力・配向力・誘起力・分散力・電荷移動力・交換斥力の結合エネルギのことをいう）。
【００２３】
また、当然のことながら、フッ素樹脂を絶縁体として使用することによって前述したように、絶縁に対する信頼性を確保し、コイル導線を巻回するときの傷付き、破断を解消し、コイル導線を巻回して成る加熱コイルの固着強度を向上し、銅鍋やアルミニウム鍋といった透磁率の低い鍋を加熱するのに適した加熱コイルを得られるものである。
【００２４】
【発明の実施の形態】
請求項１に記載の発明は、コイル導線を巻回してなる加熱コイルに高周波電流を流して被加熱体を誘導加熱するものにおいて、前記コイル導線は素線もしくは集合線を撚り合わせて上位集合線を形成し、少なくとも前記コイル導線の外周の一部もしくは全体をフッ素樹脂から成る絶縁体にて構成し、前記フッ素樹脂から成る絶縁体の結晶化度を４０％以下にすることにより、コイル導線を巻回してなる加熱コイルを作成したとき、コイル導線間に絶縁体が存在するのでコイル導線間の間隔が広がり、ひいては近接作用の影響が減少し、加熱コイルの高周波電流に対するコイル抵抗が減少する。
【００２５】
また、特に電位差の大きいコイル導線間に絶縁体が存在することで絶縁に対する信頼性は向上する。また、フッ素樹脂の柔軟性によってコイル導線を巻回するときの傷付き、破断を解消する。
【００２６】
また、フッ素樹脂の結晶化度を４０％以下にすることによって、表面平滑性を低下させ、粘着性を増しアンカー効果でコイル導線間の固着強度を大きくすることができ、また、熱を与えることにより、非結晶部分での分子間結合力を利用し、また融点が下がることにより軟化し易くさせ加熱コイルの固着強度の更なる向上が図れるものである。
【００２７】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の構成において、コイル導線をさらに撚り合わせて多段階重ね撚り構造とすることにより、コイル導線を巻回してなる加熱コイルを作成したとき、さらに上位集合線間の間隔が広がり、ひいては近接作用の影響が減少し、加熱コイルの高周波電流に対するコイル抵抗が減少する。また、上位集合線間とコイル導線間に二重に絶縁体が存在することでさらに絶縁に対する信頼性は向上する。
【００２８】
また、フッ素樹脂の柔軟性によってコイル導線を巻回するときの傷付き、破断を解消する。また、フッ素樹脂の結晶化度を４０％以下にすることによって、表面平滑性を低下させ、粘着性を増しアンカー効果でコイル導線間の固着強度を大きくすることができ、また、熱を与えることにより、非結晶部分での分子間結合力を利用し、また融点が下がることにより軟化し易くさせ加熱コイルの固着強度の向上が図れるものである。
【００２９】
請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の発明において、フッ素樹脂から成る絶縁体を２層構造とすることにより、コイル導線を巻回し加熱コイルに熱を与えて絶縁体を軟化させて固着する方法として、２層目の絶縁体を固着層として熱を与え、隣り合うコイル導線を相互に固着することで固定し、１層目の絶縁体は固着しないため絶縁層としての信頼性を維持することができる。また、コイル導線間に片側二重の絶縁体が存在するため、さらに絶縁体に対する信頼性が向上するものである。
【００３０】
請求項４に記載の発明は、コイル導線を巻回してなる加熱コイルに高周波電流を流して被加熱体を誘導加熱するものにおいて、前記コイル導線は第１の絶縁体を少なくとも外周の一部もしくは全体に構成した素線もしくは集合線を撚り合わせて上位集合線を形成し、少なくとも前記コイル導線の外周の一部もしくは全体をフッ素樹脂から成る第２の絶縁体にて構成し、前記フッ素樹脂から成る第２の絶縁体の結晶化度を４０％以下にすることにより、コイル導線を巻回してなる加熱コイルを作成したとき、素線間もしくは集合線間に第１の絶縁体か存在するため素線間もしくは集合線間の間隔が広がるともに、さらにコイル導線間に第２の絶縁体が存在するのでコイル導線間の間隔も広がり、ひいては近接作用の影響が減少し、加熱コイルの高周波電流に対するコイル抵抗が減少する。
【００３１】
また、素線または集合線間およびコイル導線間に２重に絶縁体が存在することで絶縁に対する信頼性はさらに向上する。また、フッ素樹脂の柔軟性によってコイル導線を巻回するときの傷付き、破断を解消し、かつ第２の絶縁体の保護作用により第１の絶縁体が傷付きにくく品質が安定すると同時に作業性も向上する。また、フッ素樹脂の結晶化度を４０％以下にすることによって加熱コイルの固着強度の向上が図れるものである。
【００３２】
請求項５に記載の発明は、請求項４に記載の構成において、コイル導線をさらに撚り合わせて多段階重ね撚り構造とすることにより、コイル導線を巻回してなる加熱コイルを作成したとき、さらに上位集合線間の間隔が広がり、ひいては近接作用の影響が減少し、加熱コイルの高周波電流に対するコイル抵抗が減少する。
【００３３】
また、素線もしくは集合線間と上位集合線間およびコイル導線間に三重に絶縁体が存在することでさらに絶縁に対する信頼性は向上する。また、フッ素樹脂の柔軟性によってコイル導線を巻回するときの傷付き、破断を解消する。また、フッ素樹脂の結晶化度を４０％以下にすることによって加熱コイルの固着強度の向上が図れるものである。
【００３４】
請求項６に記載の発明は、請求項４または５に記載の発明において、フッ素樹脂から成る第２の絶縁体を２層構造とすることにより、コイル導線を巻回し加熱コイルに熱を与えて絶縁体を軟化させて固着する方法として、２層目の絶縁体を固着層として熱を与え、隣り合うコイル導線を相互に固着することで固定し、１層目の絶縁体は固着しないため絶縁層としての信頼性を維持することができる。また、コイル導線間に片側二重の絶縁体が存在するため、さらに絶縁体に対する信頼性が向上するものである。
【００３５】
請求項７に記載の発明は、請求項１〜６のいずれか１項に記載の誘導加熱コイルを具備することにより、高周波損失の小さい、形状等品質が安定した、かつ製造が容易な誘導加熱コイルを装置内に設けられるので、アルミニウム等の低抵抗率の材質の被加熱物を加熱可能で、冷却構成を簡素化し安価な誘導加熱装置を提供することができる。
【００３６】
【実施例】
以下、本発明の実施例について、図面を参照しながら説明する。
【００３７】
（実施例１）
図１は、本発明の第１の実施例におけるコイル導線の断面形状を示す断面図である。図２は、本実施例の誘導加熱調理器の構成を示す断面図である。本実施例の特徴は、図１に示すように素線もしくは集合線１を撚り合わせて上位集合線２を形成し、少なくともコイル導線３の外周の一部もしくは全体をフッ素樹脂から成る絶縁体４にて構成し、フッ素樹脂から成る絶縁体４の結晶化度を４０％以下にしたコイル導線３を作製し、図２に示すように、このコイル導線３を巻回してなる加熱コイル５を設けたことを特徴としている。
【００３８】
なお、誘導加熱調理器は、被加熱体６を載置する天板７と加熱コイル５に高周波電流を供給する高周波回路８と本体外郭９にて構成される。また、前述したように、銅鍋やアルミニウム鍋のように透磁率の低い被加熱体６を加熱するために４０〜１００ｋＨｚの高周波電流を加熱コイル５に流すと、いわゆる表皮効果により加熱コイル５の実効抵抗は増大する。そこで表皮効果の影響を低減するためには、素線もしくは集合線１の導体径を０．１ｍｍ以下にできるだけ細くし、かつ素線もしくは集合線１の本数をできるだけ多く束ねてコイル導線３を形成する必要がある。
【００３９】
素線もしくは集合線１の導体径および本数は、前述した実用的なコイル導線３の断面積あるいは外径を鑑みて、素線もしくは集合線１の導体径０．１〜０．３ｍｍ、素線もしくは集合線１の本数１０００〜３０００本が望ましい。しかも、素線もしくは集合線１を撚り合わせて形成した上位集合線２の絶縁に用いるフッ素樹脂から成る絶縁体４の厚みはできるだけ薄い方が望ましいが、コイル導線３の実効的な間隔が小さくなり、近接作用による抵抗増大が顕著となる。
【００４０】
したがって本発明では、素線もしくは集合線１を撚り合わせて上位集合線２を形成し、少なくともコイル導線３の外周の一部もしくは全体をフッ素樹脂から成る絶縁体４を設けることによって、コイル導線３を巻き回して加熱コイルを作成するとき、コイル導線３間にフッ素樹脂から成る絶縁体４が存在するためコイル導線３間の間隔が広がり、近接作用による抵抗の増大を抑止することができる。
【００４１】
フッ素樹脂から成る絶縁体４を構成する方法としては、圧縮成形、押し出し成形、コーティング、塗装等が考えられるが、経済性・加工性等を鑑みて設計者が任意に選択できるものである。
【００４２】
また、フッ素樹脂から成る絶縁体４として用いるグレードについては、ＰＴＦＥ、ＰＦＡ、ＦＥＰ、ＥＴＦＥ等のグレードがあるが、加熱コイル５の発熱量、放熱能力、必要な絶縁性能等を鑑みて設計者が任意に選択できる。また、フッ素樹脂から成る絶縁体４の厚みは、コイル導線３の実用的な外径を鑑みて２５〜３００μｍの範囲が望ましい。
【００４３】
また、このコイル導線３を巻回してなる加熱コイルの固定方法としては加熱コイルに熱を与えてフッ素樹脂から成る絶縁体４を軟化させて固着する方法を採る場合が一般的であるが、フッ素樹脂の持つ非粘着性の高い性質が、加熱コイルの固着を阻害するため、固着強度は安定しない。そこで本発明は、フッ素樹脂から成る絶縁体４の結晶化度を４０％以下にして、非晶質な部分を極力残存させることによって、非晶質部分での分子間結合力を利用することと、表面平滑性を低下させてアンカー効果を利用することと、融点が下がることによって熱を与えて軟化しやすい温度にして固着するという方法を複合させてバランス良く利用し、コイル導線３を巻回してなる加熱コイル５の安定した固着強度を得るものである。
【００４４】
フッ素樹脂から成る絶縁体４の結晶化度は、３５％以下あるいは３０％以下あるいは２５％以下と低くする方が非晶質部分が多く残存し、固着に対しては効果的なのはいうまでもないが、フッ素樹脂のグレード、加工性等を鑑みて決定する必要がある。
【００４５】
また、フッ素樹脂から成る絶縁体４の結晶化度を低くする方法としは、材料ベースでの対応として、原料の球晶のサイズを大きくすることがあげられる。ＰＦＡを例に原料での球晶サイズが５μｍと５０μｍでの結晶化度を比較した場合、同条件にて加工した場合は、５μｍ＝４４．２％の結晶化度に対して、５０μｍ＝３５．９％の結晶化度となり、球晶サイズが大きいものほど結晶化度が低い。
【００４６】
また、コイル導線３に絶縁体とし構成するときの加工ベースでの対応としては、まず加工工程としては、原料を加熱・溶融し、コイル導線に被覆し、冷却して硬化する工程であるが、この冷却の時に急冷することがあげられる。
【００４７】
冷却する手段としては、空冷、水冷、湯冷、油冷等が考えられるが、経済性・扱いやすさから水冷あるいは湯冷が望ましい。ＰＦＡを例に大気中で徐令した場合と水にて急冷した場合での結晶化度を比較した場合、（球晶サイズは５μｍで同一とした場合）大気中での徐冷＝４４．２％の結晶化度に対して、水にて急冷＝３６．９％の結晶化度となり、水にて急冷する方が結晶化度は低くなる。
【００４８】
また、原料を加熱・溶融する温度を低くすることで温度が下がりやすくなるため急冷するのと同様の効果が得られるものである。ただし、溶融する温度は、低ければ低い程良いわけではなく、当然樹脂の持つ融点以上で、加工性等を鑑みて決定することが望ましい。
【００４９】
実際にＦＥＰを例にとって固着強度を比較してみると、溶融温度３７５℃でのコイル導線３間の固着強度は２〜３Ｎに対して、溶融温度３３０℃でのコイル導線３間の固着強度は１０〜１２Ｎと約５倍程度の固着強度の向上となる。この１０〜１２Ｎという固着強度の値は、ほぼ母材の引っ張り強度と同程度の値であり安定して固着していることがわかる。
【００５０】
また、押し出し成形などの場合、押し出し速度を速くすることも同様に効果的である。また、当然のことながら、本実施例によれば、フッ素樹脂を絶縁体として使用することによって前述したように、絶縁に対する信頼性を確保し、コイル導線を巻回するときの傷付き、破断を解消し、コイル導線を巻回して成る加熱コイルの固着強度を向上し、銅鍋やアルミニウム鍋といった透磁率の低い鍋を加熱するのに適した加熱コイルを得られるものである。
【００５１】
図３は、本実施例における他のコイル導線の断面形状を示す断面図である。
本実施例に記載の構成にて、コイル導線３をさらに撚り合わせて多段重ねより構造としたことを特徴とするものである。コイル導線３を巻回して成る加熱コイル５を作成したとき、さらに上位集合線２間の間隔が広がり、ひいては近接作用の影響が減少し、加熱コイルの高周波電流に対するコイル抵抗が減少する。
【００５２】
また、上位集合線２間とコイル導線３間に二重にフッ素樹脂から成る絶縁体４が存在することでさらに絶縁に対する信頼性は向上する。また、フッ素樹脂から成る絶縁体４の柔軟性によってコイル導線３を巻回するときの傷付き、破断を解消する。また、フッ素樹脂から成る絶縁体４の結晶化度を４０％以下にすることによって加熱コイルの固着強度の向上が図れるものである。
【００５３】
図４は、本実施例における他のコイル導線の断面形状を示す断面図である。
本実施例記載の構成にて、フッ素樹脂から成る絶縁体４を２層構造とすることにより、コイル導線３を巻回し加熱コイル５に熱を与えてフッ素から成る絶縁体４を軟化させて固着する方法として、２層目の絶縁体１１を固着層として熱を与え、隣り合うコイル導線３を相互に固着することで固定し、１層目の絶縁体１０は固着しないため絶縁体としての信頼性を維持することができる。
【００５４】
また、コイル導線３間に二重に絶縁体が存在するためさらに絶縁に対する信頼性が向上するものである。また、１層目の絶縁体１０に用いるフッ素樹脂を融点の高いグレード（例えばＰＦＡ：３１０℃）とし、２層目の絶縁体１１に用いるフッ素樹脂を１層目の絶縁体１０より融点の低いグレード（ＦＥＰ：２７５℃）とすれば、より効果的に２層目を固着層として使用することが出来る。また、これはフッ素樹脂から成る絶縁体の結晶化度をコントロールすることによって同グレードのものでも同様の効果が得られるものである。
【００５５】
（実施例２）
図５は、本発明の第２の実施例におけるコイル導線の断面形状を示す断面図である。本実施例の特徴は、図５に示すように第１の絶縁体１２を少なくとも外周の一部もしくは全体に構成した素線もしくは集合線１を撚り合わせて上位集合線２を形成し、少なくともコイル導線３の外周の一部もしくは全体をフッ素樹脂から成る第２の絶縁体１３にて構成し、フッ素樹脂から成る第２の絶縁体１３の結晶化度を４０％以下にしたコイル導線３を作成し、図２に示すように、このコイル導線３を巻回してなる加熱コイル５を設けたことを特徴としている。
【００５６】
素線もしくは集合線１間に第１の絶縁体１２か存在するため素線もしくは集合線１間の間隔が広がるともにコイル導線３間にフッ素樹脂から成る第２の絶縁体１３が存在するのでコイル導線３間の間隔も広がり、ひいては近接作用の影響が減少し、加熱コイルの高周波電流に対するコイル抵抗が減少する。
【００５７】
また、素線もしくは集合線１間およびコイル導線３間に２重に絶縁体が存在することで絶縁に対する信頼性はさらに向上する。また、フッ素樹脂から成る第２の絶縁体１３の柔軟性によってコイル導線３を巻回するときの傷付き、破断を解消し、かつフッ素樹脂から成る第２の絶縁体１３の保護作用により第１の絶縁体１２が傷付きにくく品質が安定すると同時に作業性も向上する。
【００５８】
また、フッ素樹脂から成る第２の絶縁体１３の結晶化度を４０％以下にすることによって加熱コイルの固着強度の向上を図るものである。また、この第１の絶縁体１２に用いる絶縁体は、実用的なコイル導線３の外径を実現するためには極力薄いことが望まれる。
【００５９】
例えば０．５〜３０μｍの範囲が望ましい。また、材質的には、素線もしくは集合線１はその素線間において同電位であることからフッ素樹脂に比較して安価で、一般的に使用される熱可塑樹脂である、ポリイミド樹脂、ポリアミド樹脂、ポリエーテルイミド樹脂、ポリエステルイミド樹脂、ポリウレタン樹脂等をコーティングして焼き付けたものが望ましい。なお、その他の実施例、効果、作用等については、実施例１に記載の内容と同様である。
【００６０】
図６は、本実施例における他のコイル導線の断面形状を示す断面図である。本実施例記載の構成にて、コイル導線３をさらに撚り合わせて多段階重ね撚り構造とすることにより、コイル導線３を巻回してなる加熱コイル５を作成したとき、上位集合線２間の間隔が広がり、ひいては近接作用の影響が減少し、加熱コイルの５高周波電流に対するコイル抵抗が減少する。
【００６１】
また、素線もしくは集合線１間と上位集合線２間およびコイル導線３間に三重に絶縁体が存在することでさらに絶縁に対する信頼性は向上する。また、フッ素樹脂の柔軟性によってコイル導線３を巻回するときの傷付き、破断を解消する。また、フッ素樹脂の結晶化度を４０％以下にすることによって加熱コイル５の固着強度の向上が図れるものである。
【００６２】
図７は、本実施例における他のコイル導線の断面形状を示す断面図である。本実施例記載の構成にて、フッ素樹脂から成る第２の絶縁体１３を２層構造とすることにより、コイル導線３を巻回し加熱コイルに熱を与えて絶縁体を軟化させて固着する方法として、２層目の絶縁体１１を固着層として熱を与え、隣り合うコイル導線を相互に固着することで固定し、１層目の絶縁体１０は固着しないため絶縁層としての信頼性を維持することができる。また、コイル導線３間に片側二重の絶縁体が存在するため、さらに絶縁体に対する信頼性が向上するものである。
【００６３】
また、実施例１および２の効果は、銅鍋やアルミニウム鍋のような４０〜１００ｋＨｚの高周波電流で被加熱体を誘導加熱する場合に特に有効である。
【００６４】
なお、本実施例は誘導加熱装置の例として誘導加熱調理器にて説明したが、その他各種誘導加熱装置においても同様の効果が得られる。
【００６５】
【発明の効果】
以上のように、請求項１〜７に記載の発明によれば、表皮効果および近接作用の影響を少なくし、高周波電流に対するコイル抵抗を減少させた加熱コイルを得ることができる。
【００６６】
また、絶縁に対する信頼性を確保し、コイル導線を巻回するときの傷付き、破断を解消し、コイル導線を巻回して成る加熱コイルの固着強度を向上し、銅鍋やアルミニウム鍋といった透磁率の低い鍋を加熱するのに適した加熱コイル、あるいはアルミニウム等の低抵抗率の材質の被加熱物を加熱可能で、冷却構成を簡素化し安価な誘導加熱装置が得られるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例１における誘導加熱調理器に用いるコイル導線の断面図
【図２】同誘導加熱調理器の構成断面図
【図３】同誘導加熱調理器に用いるコイル導線の他の例における断面図
【図４】同誘導加熱調理器に用いるコイル導線の他の例における断面図
【図５】本発明の実施例２における誘導加熱調理器に用いるコイル導線の断面図
【図６】同誘導加熱調理器に用いるコイル導線の他の例における断面図
【図７】同誘導加熱調理器に用いるコイル導線の他の例における断面図
【符号の説明】
１ 素線もしくは集合線
２ 上位集合線
３ コイル導線
４ フッ素樹脂から成る絶縁体
５ 加熱コイル
６ 被加熱体
７ 天板
８ 高周波回路
９ 本体外郭
１０ １層目の絶縁体
１１ ２層目の絶縁体
１２ 第１の絶縁体
１３ フッ素樹脂から成る第２の絶縁体
【発明の属する技術分野】
本発明は誘導加熱装置に関し、特に、高周波電流による損失を低減した加熱コイルに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、誘導加熱装置の加熱できる金属は透磁率が高い鉄系のものだけであったが、近年、鉄以外の銅やアルミニウムといった金属の加熱も望まれている。とりわけ、加熱装置を調理器に応用した誘導加熱調理器は、近年鉄鍋以外に銅鍋やアルミニウム鍋なども使いたいという要望が高くなってきた。
【０００３】
ところで、銅鍋やアルミニウム鍋を誘導加熱するには、透磁率が低いため鉄鍋に適した２０〜３０ｋＨｚよりも高い４０〜１００ｋＨｚの高周波電流を加熱コイルに流さなければならない。
【０００４】
しかるに、周波数が高くなればなるほど、いわゆる表皮効果により高周波電流が導線の表面付近だけを流れるようになるため実効抵抗ははなはだしく増大し、それに基づく発熱は実用の域を遙かに超えるものである。そのため、表面積を増やし実効的に抵抗を減少する方法として、導線の径を細くし、例えば直径０．５ｍｍ以下の導線を数本ないし数十本束ねて用いる方法が行われてきた（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
しかし、この方法では、高周波電流が７０ｋＨｚ程度になると例えば銅線の直径を０．１ｍｍ程度にしてさらに多くの導線を束ねても、表皮効果による実効的な抵抗を下げることができても、導線を多数本用いているために近接作用が顕著となり必ずしも十分に抵抗を低減することができなかった。ここでいう近接作用とは、近接した導体に電流が流れるときに、磁界を介して相互に影響を与えあって、電流分布に偏りが生じる現象であり、導線表面の実効的な抵抗増大となる。近接作用は高周波電流の向きが導線間で揃っているほど、導線間の間隔が小さいほど大きくなる。
【０００６】
前記課題を解決する方法としては、加熱コイルのコイル導線を、素線を束ねた集合線をさらに集合させる多段階集合構造と成すとともに、すくなくとも１の段階の集合線は編み上げにより形成することが考えられる。この技術思想は、集合線の向きが不揃いとなるとともに、相互に密着しなくなり、これにより近接効果を抑制できて加熱コイルの高周波電流に対するコイル抵抗を減少させ得るというものであった。
【０００７】
【特許文献１】
特公昭６３−４７２３８号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記従来の構成では、加熱コイルの高周波電流に対するコイル抵抗を減少させることができるが、これらの構成を採用して、銅鍋やアルミニウム鍋といった透磁率の低い鍋を加熱するための加熱コイルを作るには素線の導体径０．１ｍｍ以下にできるだけ細くし、かつ素線の本数をできるだけ多く束ねてコイル導線を形成する必要がある（例えば１０００〜３０００本）。
【０００９】
このように素線の導体径をできるだけ細くし、かつ素線の本数をできるだけ多く束ねてコイル導線を形成する場合、素線間の絶縁に用いる絶縁体の厚みは、コイル導線として実用的な断面積（２．０〜５．０ｍｍ２）を確保しつつ、実用的な外径（φ２．０〜φ４．０ｍｍ）を確保するためには、できるだけ薄い方が望ましい。この実用的な断面積および外径については、コイル導線の発熱を効率的に放熱し、銅鍋やアルミニウム鍋といった透磁率の低い鍋を加熱するための誘導加熱装置を提供するための経験的な数値である（例えば素線の導体径をφ０．０５ｍｍ、素線間の絶縁に用いる絶縁体の厚みを３．５μｍ、素線の本数を１６２０本とした場合、コイル導線の断面積は３．１８ｍｍ２、コイル導線径はφ２．７５ｍｍとなる）。
【００１０】
また、コイル導線の発熱を効率よく放熱するためには、コイル導線に用いる素線の材質として、導体抵抗が小さく、熱伝導・放熱性の高いものが望ましく、銅線を使用するのが一般的である。
【００１１】
しかし、素線間の絶縁に用いる絶縁体としては、同様に熱伝導・放熱性が高い材質が望まれるが、一般的に使用される高耐熱性の絶縁体としてのポリイミド（ＰＩ）樹脂は銅に比較して１／１０００以下（銅４０３Ｗ／ｍ℃，ポリイミド樹脂０．２２Ｗ／ｍ℃）の熱伝導率であり、コイル導体の発熱を効率的に放熱するためには、極力薄くかつ少量が望ましいこととなる。
【００１２】
また、素線の導体径が細くなればなるほど絶縁体の厚みを厚くすることは、製造的に困難であるとともに、当然コスト的にも高くなる。しかしながら、絶縁体が薄くなると素線間の絶縁に対する信頼性が低下するとともに、コイル導線を巻回するときの傷付き、破断といった問題があった。
【００１３】
また、銅鍋やアルミニウム鍋といった透磁率の低い鍋を加熱するためには、鉄鍋に適した２０〜３０ｋＨｚよりも高い４０〜１００ｋＨｚの高周波電流を加熱コイルに流さなければならない。しかし、高周波になればなるほど、絶縁体の絶縁耐力は低下するため、コイル導線を巻回した加熱コイルのコイル導線間の絶縁に対する信頼性が低下するという問題があった。
【００１４】
また、このコイル導線を巻回してなる加熱コイルの固定方法としては加熱コイルに熱を与えて絶縁体を軟化させて固着する方法を採る場合が一般的であるが、絶縁体が薄い場合、熱を与えることによっては絶縁に対する信頼性が低下するとともに固着強度が安定しないという問題があった。
【００１５】
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、近接作用の影響を少なくし、加熱コイルの高周波電流に対するコイル抵抗を減少させ、絶縁に対する信頼性を確保し、コイル導線を巻回するときの傷付き、破断を解消し、コイル導線を巻回してなる加熱コイルの固着強度を向上した誘導加熱装置を提供することを目的とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
前記従来の課題を解決するために、本発明の誘導加熱装置はコイル導線を巻回してなる加熱コイルに高周波電流を流して被加熱体を誘導加熱するものにおいて、前記コイル導線は素線もしくは集合線を撚り合わせて上位集合線を形成し、少なくともコイル導線の外周の一部もしくは全体をフッ素樹脂から成る絶縁体にて構成し、前記フッ素樹脂から成る絶縁体の結晶化度を４０％以下にしたことを特徴とする。
【００１７】
フッ素樹脂は、電気的特性及び熱的特性及び耐薬品性等において絶縁体として用いる樹脂材料のなかでは最高の性質を示すものであり、薄肉での被覆も可能である。したがって、素線の導体径をできるだけ細くし、かつ素線の本数を多く束ねてコイル導線を形成する場合、コイル導線に用いる素線もしくは集合線を撚り合わせた上位集合線の絶縁体としては最適である。
【００１８】
また、フッ素樹脂はその他の樹脂に比べて柔軟性に富む樹脂であり、コイル導線の巻回時の傷付き、断線を保護することも可能である。
【００１９】
また、樹脂材料の中では最も低い誘電率（６０Ｈｚ＝２．１ １ＭＨｚ＝２．１）を示し、特に、商用周波数から高周波領域においても誘電率がほとんど変化しない樹脂であることから、銅鍋やアルミニウム鍋といった透磁率の低い鍋を加熱するために、鉄鍋に適した２０〜３０ｋＨｚよりも高い４０〜１００ｋＨｚの高周波電流を流さなければならない加熱コイルにおいては、絶縁に対する信頼性を確保するための最適な材質といえる。
【００２０】
また、フッ素樹脂の結晶化度は一般的には３０〜５０％であり、結晶化度が高いほど融点が高く、電気的特性及び熱的特性は安定しており、耐薬品性についても向上する。また、結晶化度が高いほど表面平滑性は向上し、非粘着性も高くなる。また、機械的強度も向上するため一般的には結晶化度が高いものが望まれるものである。
【００２１】
しかしながら、コイル導線を巻回してなる加熱コイルを安定的に固定する場合絶縁体に熱を与えて固着する方法が一般的であるが、このフッ素樹脂の持つ非粘着性の高いという性質によって、接着が困難であることはもとより、加熱コイルの固着を阻害するため実用化には至っていないのが現状であった。
【００２２】
そこで本発明は、フッ素樹脂の結晶化度を４０％以下にして、非晶質な部分を極力残存させることによって、非晶質部分での分子間結合力を利用することと、表面平滑性を低下させてアンカー効果を利用することと、融点が下がることによって熱を与えて軟化しやすい温度にて固着するという方法を複合させて利用し、コイル導線を巻回してなる加熱コイルの安定した固着強度を得るものである（ここでいう、分子間結合力とは、有機物質の一般的にいわれる分子間相互作用と分子内相互作用のことであり、静電力・配向力・誘起力・分散力・電荷移動力・交換斥力の結合エネルギのことをいう）。
【００２３】
また、当然のことながら、フッ素樹脂を絶縁体として使用することによって前述したように、絶縁に対する信頼性を確保し、コイル導線を巻回するときの傷付き、破断を解消し、コイル導線を巻回して成る加熱コイルの固着強度を向上し、銅鍋やアルミニウム鍋といった透磁率の低い鍋を加熱するのに適した加熱コイルを得られるものである。
【００２４】
【発明の実施の形態】
請求項１に記載の発明は、コイル導線を巻回してなる加熱コイルに高周波電流を流して被加熱体を誘導加熱するものにおいて、前記コイル導線は素線もしくは集合線を撚り合わせて上位集合線を形成し、少なくとも前記コイル導線の外周の一部もしくは全体をフッ素樹脂から成る絶縁体にて構成し、前記フッ素樹脂から成る絶縁体の結晶化度を４０％以下にすることにより、コイル導線を巻回してなる加熱コイルを作成したとき、コイル導線間に絶縁体が存在するのでコイル導線間の間隔が広がり、ひいては近接作用の影響が減少し、加熱コイルの高周波電流に対するコイル抵抗が減少する。
【００２５】
また、特に電位差の大きいコイル導線間に絶縁体が存在することで絶縁に対する信頼性は向上する。また、フッ素樹脂の柔軟性によってコイル導線を巻回するときの傷付き、破断を解消する。
【００２６】
また、フッ素樹脂の結晶化度を４０％以下にすることによって、表面平滑性を低下させ、粘着性を増しアンカー効果でコイル導線間の固着強度を大きくすることができ、また、熱を与えることにより、非結晶部分での分子間結合力を利用し、また融点が下がることにより軟化し易くさせ加熱コイルの固着強度の更なる向上が図れるものである。
【００２７】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の構成において、コイル導線をさらに撚り合わせて多段階重ね撚り構造とすることにより、コイル導線を巻回してなる加熱コイルを作成したとき、さらに上位集合線間の間隔が広がり、ひいては近接作用の影響が減少し、加熱コイルの高周波電流に対するコイル抵抗が減少する。また、上位集合線間とコイル導線間に二重に絶縁体が存在することでさらに絶縁に対する信頼性は向上する。
【００２８】
また、フッ素樹脂の柔軟性によってコイル導線を巻回するときの傷付き、破断を解消する。また、フッ素樹脂の結晶化度を４０％以下にすることによって、表面平滑性を低下させ、粘着性を増しアンカー効果でコイル導線間の固着強度を大きくすることができ、また、熱を与えることにより、非結晶部分での分子間結合力を利用し、また融点が下がることにより軟化し易くさせ加熱コイルの固着強度の向上が図れるものである。
【００２９】
請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の発明において、フッ素樹脂から成る絶縁体を２層構造とすることにより、コイル導線を巻回し加熱コイルに熱を与えて絶縁体を軟化させて固着する方法として、２層目の絶縁体を固着層として熱を与え、隣り合うコイル導線を相互に固着することで固定し、１層目の絶縁体は固着しないため絶縁層としての信頼性を維持することができる。また、コイル導線間に片側二重の絶縁体が存在するため、さらに絶縁体に対する信頼性が向上するものである。
【００３０】
請求項４に記載の発明は、コイル導線を巻回してなる加熱コイルに高周波電流を流して被加熱体を誘導加熱するものにおいて、前記コイル導線は第１の絶縁体を少なくとも外周の一部もしくは全体に構成した素線もしくは集合線を撚り合わせて上位集合線を形成し、少なくとも前記コイル導線の外周の一部もしくは全体をフッ素樹脂から成る第２の絶縁体にて構成し、前記フッ素樹脂から成る第２の絶縁体の結晶化度を４０％以下にすることにより、コイル導線を巻回してなる加熱コイルを作成したとき、素線間もしくは集合線間に第１の絶縁体か存在するため素線間もしくは集合線間の間隔が広がるともに、さらにコイル導線間に第２の絶縁体が存在するのでコイル導線間の間隔も広がり、ひいては近接作用の影響が減少し、加熱コイルの高周波電流に対するコイル抵抗が減少する。
【００３１】
また、素線または集合線間およびコイル導線間に２重に絶縁体が存在することで絶縁に対する信頼性はさらに向上する。また、フッ素樹脂の柔軟性によってコイル導線を巻回するときの傷付き、破断を解消し、かつ第２の絶縁体の保護作用により第１の絶縁体が傷付きにくく品質が安定すると同時に作業性も向上する。また、フッ素樹脂の結晶化度を４０％以下にすることによって加熱コイルの固着強度の向上が図れるものである。
【００３２】
請求項５に記載の発明は、請求項４に記載の構成において、コイル導線をさらに撚り合わせて多段階重ね撚り構造とすることにより、コイル導線を巻回してなる加熱コイルを作成したとき、さらに上位集合線間の間隔が広がり、ひいては近接作用の影響が減少し、加熱コイルの高周波電流に対するコイル抵抗が減少する。
【００３３】
また、素線もしくは集合線間と上位集合線間およびコイル導線間に三重に絶縁体が存在することでさらに絶縁に対する信頼性は向上する。また、フッ素樹脂の柔軟性によってコイル導線を巻回するときの傷付き、破断を解消する。また、フッ素樹脂の結晶化度を４０％以下にすることによって加熱コイルの固着強度の向上が図れるものである。
【００３４】
請求項６に記載の発明は、請求項４または５に記載の発明において、フッ素樹脂から成る第２の絶縁体を２層構造とすることにより、コイル導線を巻回し加熱コイルに熱を与えて絶縁体を軟化させて固着する方法として、２層目の絶縁体を固着層として熱を与え、隣り合うコイル導線を相互に固着することで固定し、１層目の絶縁体は固着しないため絶縁層としての信頼性を維持することができる。また、コイル導線間に片側二重の絶縁体が存在するため、さらに絶縁体に対する信頼性が向上するものである。
【００３５】
請求項７に記載の発明は、請求項１〜６のいずれか１項に記載の誘導加熱コイルを具備することにより、高周波損失の小さい、形状等品質が安定した、かつ製造が容易な誘導加熱コイルを装置内に設けられるので、アルミニウム等の低抵抗率の材質の被加熱物を加熱可能で、冷却構成を簡素化し安価な誘導加熱装置を提供することができる。
【００３６】
【実施例】
以下、本発明の実施例について、図面を参照しながら説明する。
【００３７】
（実施例１）
図１は、本発明の第１の実施例におけるコイル導線の断面形状を示す断面図である。図２は、本実施例の誘導加熱調理器の構成を示す断面図である。本実施例の特徴は、図１に示すように素線もしくは集合線１を撚り合わせて上位集合線２を形成し、少なくともコイル導線３の外周の一部もしくは全体をフッ素樹脂から成る絶縁体４にて構成し、フッ素樹脂から成る絶縁体４の結晶化度を４０％以下にしたコイル導線３を作製し、図２に示すように、このコイル導線３を巻回してなる加熱コイル５を設けたことを特徴としている。
【００３８】
なお、誘導加熱調理器は、被加熱体６を載置する天板７と加熱コイル５に高周波電流を供給する高周波回路８と本体外郭９にて構成される。また、前述したように、銅鍋やアルミニウム鍋のように透磁率の低い被加熱体６を加熱するために４０〜１００ｋＨｚの高周波電流を加熱コイル５に流すと、いわゆる表皮効果により加熱コイル５の実効抵抗は増大する。そこで表皮効果の影響を低減するためには、素線もしくは集合線１の導体径を０．１ｍｍ以下にできるだけ細くし、かつ素線もしくは集合線１の本数をできるだけ多く束ねてコイル導線３を形成する必要がある。
【００３９】
素線もしくは集合線１の導体径および本数は、前述した実用的なコイル導線３の断面積あるいは外径を鑑みて、素線もしくは集合線１の導体径０．１〜０．３ｍｍ、素線もしくは集合線１の本数１０００〜３０００本が望ましい。しかも、素線もしくは集合線１を撚り合わせて形成した上位集合線２の絶縁に用いるフッ素樹脂から成る絶縁体４の厚みはできるだけ薄い方が望ましいが、コイル導線３の実効的な間隔が小さくなり、近接作用による抵抗増大が顕著となる。
【００４０】
したがって本発明では、素線もしくは集合線１を撚り合わせて上位集合線２を形成し、少なくともコイル導線３の外周の一部もしくは全体をフッ素樹脂から成る絶縁体４を設けることによって、コイル導線３を巻き回して加熱コイルを作成するとき、コイル導線３間にフッ素樹脂から成る絶縁体４が存在するためコイル導線３間の間隔が広がり、近接作用による抵抗の増大を抑止することができる。
【００４１】
フッ素樹脂から成る絶縁体４を構成する方法としては、圧縮成形、押し出し成形、コーティング、塗装等が考えられるが、経済性・加工性等を鑑みて設計者が任意に選択できるものである。
【００４２】
また、フッ素樹脂から成る絶縁体４として用いるグレードについては、ＰＴＦＥ、ＰＦＡ、ＦＥＰ、ＥＴＦＥ等のグレードがあるが、加熱コイル５の発熱量、放熱能力、必要な絶縁性能等を鑑みて設計者が任意に選択できる。また、フッ素樹脂から成る絶縁体４の厚みは、コイル導線３の実用的な外径を鑑みて２５〜３００μｍの範囲が望ましい。
【００４３】
また、このコイル導線３を巻回してなる加熱コイルの固定方法としては加熱コイルに熱を与えてフッ素樹脂から成る絶縁体４を軟化させて固着する方法を採る場合が一般的であるが、フッ素樹脂の持つ非粘着性の高い性質が、加熱コイルの固着を阻害するため、固着強度は安定しない。そこで本発明は、フッ素樹脂から成る絶縁体４の結晶化度を４０％以下にして、非晶質な部分を極力残存させることによって、非晶質部分での分子間結合力を利用することと、表面平滑性を低下させてアンカー効果を利用することと、融点が下がることによって熱を与えて軟化しやすい温度にして固着するという方法を複合させてバランス良く利用し、コイル導線３を巻回してなる加熱コイル５の安定した固着強度を得るものである。
【００４４】
フッ素樹脂から成る絶縁体４の結晶化度は、３５％以下あるいは３０％以下あるいは２５％以下と低くする方が非晶質部分が多く残存し、固着に対しては効果的なのはいうまでもないが、フッ素樹脂のグレード、加工性等を鑑みて決定する必要がある。
【００４５】
また、フッ素樹脂から成る絶縁体４の結晶化度を低くする方法としは、材料ベースでの対応として、原料の球晶のサイズを大きくすることがあげられる。ＰＦＡを例に原料での球晶サイズが５μｍと５０μｍでの結晶化度を比較した場合、同条件にて加工した場合は、５μｍ＝４４．２％の結晶化度に対して、５０μｍ＝３５．９％の結晶化度となり、球晶サイズが大きいものほど結晶化度が低い。
【００４６】
また、コイル導線３に絶縁体とし構成するときの加工ベースでの対応としては、まず加工工程としては、原料を加熱・溶融し、コイル導線に被覆し、冷却して硬化する工程であるが、この冷却の時に急冷することがあげられる。
【００４７】
冷却する手段としては、空冷、水冷、湯冷、油冷等が考えられるが、経済性・扱いやすさから水冷あるいは湯冷が望ましい。ＰＦＡを例に大気中で徐令した場合と水にて急冷した場合での結晶化度を比較した場合、（球晶サイズは５μｍで同一とした場合）大気中での徐冷＝４４．２％の結晶化度に対して、水にて急冷＝３６．９％の結晶化度となり、水にて急冷する方が結晶化度は低くなる。
【００４８】
また、原料を加熱・溶融する温度を低くすることで温度が下がりやすくなるため急冷するのと同様の効果が得られるものである。ただし、溶融する温度は、低ければ低い程良いわけではなく、当然樹脂の持つ融点以上で、加工性等を鑑みて決定することが望ましい。
【００４９】
実際にＦＥＰを例にとって固着強度を比較してみると、溶融温度３７５℃でのコイル導線３間の固着強度は２〜３Ｎに対して、溶融温度３３０℃でのコイル導線３間の固着強度は１０〜１２Ｎと約５倍程度の固着強度の向上となる。この１０〜１２Ｎという固着強度の値は、ほぼ母材の引っ張り強度と同程度の値であり安定して固着していることがわかる。
【００５０】
また、押し出し成形などの場合、押し出し速度を速くすることも同様に効果的である。また、当然のことながら、本実施例によれば、フッ素樹脂を絶縁体として使用することによって前述したように、絶縁に対する信頼性を確保し、コイル導線を巻回するときの傷付き、破断を解消し、コイル導線を巻回して成る加熱コイルの固着強度を向上し、銅鍋やアルミニウム鍋といった透磁率の低い鍋を加熱するのに適した加熱コイルを得られるものである。
【００５１】
図３は、本実施例における他のコイル導線の断面形状を示す断面図である。
本実施例に記載の構成にて、コイル導線３をさらに撚り合わせて多段重ねより構造としたことを特徴とするものである。コイル導線３を巻回して成る加熱コイル５を作成したとき、さらに上位集合線２間の間隔が広がり、ひいては近接作用の影響が減少し、加熱コイルの高周波電流に対するコイル抵抗が減少する。
【００５２】
また、上位集合線２間とコイル導線３間に二重にフッ素樹脂から成る絶縁体４が存在することでさらに絶縁に対する信頼性は向上する。また、フッ素樹脂から成る絶縁体４の柔軟性によってコイル導線３を巻回するときの傷付き、破断を解消する。また、フッ素樹脂から成る絶縁体４の結晶化度を４０％以下にすることによって加熱コイルの固着強度の向上が図れるものである。
【００５３】
図４は、本実施例における他のコイル導線の断面形状を示す断面図である。
本実施例記載の構成にて、フッ素樹脂から成る絶縁体４を２層構造とすることにより、コイル導線３を巻回し加熱コイル５に熱を与えてフッ素から成る絶縁体４を軟化させて固着する方法として、２層目の絶縁体１１を固着層として熱を与え、隣り合うコイル導線３を相互に固着することで固定し、１層目の絶縁体１０は固着しないため絶縁体としての信頼性を維持することができる。
【００５４】
また、コイル導線３間に二重に絶縁体が存在するためさらに絶縁に対する信頼性が向上するものである。また、１層目の絶縁体１０に用いるフッ素樹脂を融点の高いグレード（例えばＰＦＡ：３１０℃）とし、２層目の絶縁体１１に用いるフッ素樹脂を１層目の絶縁体１０より融点の低いグレード（ＦＥＰ：２７５℃）とすれば、より効果的に２層目を固着層として使用することが出来る。また、これはフッ素樹脂から成る絶縁体の結晶化度をコントロールすることによって同グレードのものでも同様の効果が得られるものである。
【００５５】
（実施例２）
図５は、本発明の第２の実施例におけるコイル導線の断面形状を示す断面図である。本実施例の特徴は、図５に示すように第１の絶縁体１２を少なくとも外周の一部もしくは全体に構成した素線もしくは集合線１を撚り合わせて上位集合線２を形成し、少なくともコイル導線３の外周の一部もしくは全体をフッ素樹脂から成る第２の絶縁体１３にて構成し、フッ素樹脂から成る第２の絶縁体１３の結晶化度を４０％以下にしたコイル導線３を作成し、図２に示すように、このコイル導線３を巻回してなる加熱コイル５を設けたことを特徴としている。
【００５６】
素線もしくは集合線１間に第１の絶縁体１２か存在するため素線もしくは集合線１間の間隔が広がるともにコイル導線３間にフッ素樹脂から成る第２の絶縁体１３が存在するのでコイル導線３間の間隔も広がり、ひいては近接作用の影響が減少し、加熱コイルの高周波電流に対するコイル抵抗が減少する。
【００５７】
また、素線もしくは集合線１間およびコイル導線３間に２重に絶縁体が存在することで絶縁に対する信頼性はさらに向上する。また、フッ素樹脂から成る第２の絶縁体１３の柔軟性によってコイル導線３を巻回するときの傷付き、破断を解消し、かつフッ素樹脂から成る第２の絶縁体１３の保護作用により第１の絶縁体１２が傷付きにくく品質が安定すると同時に作業性も向上する。
【００５８】
また、フッ素樹脂から成る第２の絶縁体１３の結晶化度を４０％以下にすることによって加熱コイルの固着強度の向上を図るものである。また、この第１の絶縁体１２に用いる絶縁体は、実用的なコイル導線３の外径を実現するためには極力薄いことが望まれる。
【００５９】
例えば０．５〜３０μｍの範囲が望ましい。また、材質的には、素線もしくは集合線１はその素線間において同電位であることからフッ素樹脂に比較して安価で、一般的に使用される熱可塑樹脂である、ポリイミド樹脂、ポリアミド樹脂、ポリエーテルイミド樹脂、ポリエステルイミド樹脂、ポリウレタン樹脂等をコーティングして焼き付けたものが望ましい。なお、その他の実施例、効果、作用等については、実施例１に記載の内容と同様である。
【００６０】
図６は、本実施例における他のコイル導線の断面形状を示す断面図である。本実施例記載の構成にて、コイル導線３をさらに撚り合わせて多段階重ね撚り構造とすることにより、コイル導線３を巻回してなる加熱コイル５を作成したとき、上位集合線２間の間隔が広がり、ひいては近接作用の影響が減少し、加熱コイルの５高周波電流に対するコイル抵抗が減少する。
【００６１】
また、素線もしくは集合線１間と上位集合線２間およびコイル導線３間に三重に絶縁体が存在することでさらに絶縁に対する信頼性は向上する。また、フッ素樹脂の柔軟性によってコイル導線３を巻回するときの傷付き、破断を解消する。また、フッ素樹脂の結晶化度を４０％以下にすることによって加熱コイル５の固着強度の向上が図れるものである。
【００６２】
図７は、本実施例における他のコイル導線の断面形状を示す断面図である。本実施例記載の構成にて、フッ素樹脂から成る第２の絶縁体１３を２層構造とすることにより、コイル導線３を巻回し加熱コイルに熱を与えて絶縁体を軟化させて固着する方法として、２層目の絶縁体１１を固着層として熱を与え、隣り合うコイル導線を相互に固着することで固定し、１層目の絶縁体１０は固着しないため絶縁層としての信頼性を維持することができる。また、コイル導線３間に片側二重の絶縁体が存在するため、さらに絶縁体に対する信頼性が向上するものである。
【００６３】
また、実施例１および２の効果は、銅鍋やアルミニウム鍋のような４０〜１００ｋＨｚの高周波電流で被加熱体を誘導加熱する場合に特に有効である。
【００６４】
なお、本実施例は誘導加熱装置の例として誘導加熱調理器にて説明したが、その他各種誘導加熱装置においても同様の効果が得られる。
【００６５】
【発明の効果】
以上のように、請求項１〜７に記載の発明によれば、表皮効果および近接作用の影響を少なくし、高周波電流に対するコイル抵抗を減少させた加熱コイルを得ることができる。
【００６６】
また、絶縁に対する信頼性を確保し、コイル導線を巻回するときの傷付き、破断を解消し、コイル導線を巻回して成る加熱コイルの固着強度を向上し、銅鍋やアルミニウム鍋といった透磁率の低い鍋を加熱するのに適した加熱コイル、あるいはアルミニウム等の低抵抗率の材質の被加熱物を加熱可能で、冷却構成を簡素化し安価な誘導加熱装置が得られるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例１における誘導加熱調理器に用いるコイル導線の断面図
【図２】同誘導加熱調理器の構成断面図
【図３】同誘導加熱調理器に用いるコイル導線の他の例における断面図
【図４】同誘導加熱調理器に用いるコイル導線の他の例における断面図
【図５】本発明の実施例２における誘導加熱調理器に用いるコイル導線の断面図
【図６】同誘導加熱調理器に用いるコイル導線の他の例における断面図
【図７】同誘導加熱調理器に用いるコイル導線の他の例における断面図
【符号の説明】
１ 素線もしくは集合線
２ 上位集合線
３ コイル導線
４ フッ素樹脂から成る絶縁体
５ 加熱コイル
６ 被加熱体
７ 天板
８ 高周波回路
９ 本体外郭
１０ １層目の絶縁体
１１ ２層目の絶縁体
１２ 第１の絶縁体
１３ フッ素樹脂から成る第２の絶縁体
Claims (7)
- 素線を撚り合わせた集合線、または集合線を撚り合わせた上位集合線の少なくとも外周の一部もしくは全体をフッ素樹脂から成る絶縁体にてコイル導線を構成するとともに、前記フッ素樹脂から成る絶縁体の結晶化度を４０％以下とし、前記コイル導線を巻回した後、隣り合う前記コイル導線を接着したことを特徴とした誘導加熱コイル。
- コイル導線をさらに撚り合わせて多段階重ね撚り構造としたことを特徴とした請求項１記載の誘導加熱コイル。
- フッ素樹脂から成る絶縁体を２層構造としたことを特徴とした請求項１または２に記載の誘導加熱コイル。
- コイル導線は第１の絶縁体を少なくとも外周の一部もしくは全体に構成した素線もしくは集合線を撚り合わせて上位集合線を形成し、少なくとも前記コイル導線の外周の一部もしくは全体をフッ素樹脂から成る第２の絶縁体にて構成し、前記フッ素樹脂から成る第２の絶縁体の結晶化度を４０％以下にして隣り合う前記コイル導線を接着したことを特徴とした誘導加熱コイル。
- コイル導線をさらに撚り合わせて多段階重ね撚り構造としたことを特徴とした請求項４記載の誘導加熱コイル。
- フッ素樹脂から成る第２の絶縁体を２層構造としたことを特徴とした請求項４または５に記載の誘導加熱コイル。
- 請求項１〜６のいずれか１項に記載の誘導加熱コイルを具備する誘導加熱装置。
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