JP2009093978A - コイル導線、誘導加熱用コイルおよび誘導加熱調理器 - Google Patents

Abstract

【課題】高周波電流を印加しても安定した絶縁性が確保されるコイル導線および誘導加熱用コイルと、該誘導加熱用コイルを装備した誘導加熱装置と、を提供する。
【解決手段】コイル導線４は、複数の微細な素線８を撚り合わせた集合体の外周に絶縁層９を設け原集合線１０を製作し、これを複数撚り合わせて第１集合線１を作成し、これを複数撚り合わせて第２集合線２を作成し、これを複数撚り合わせて第３集合線３を作成し、その外周に絶縁層２０を設けてなる。絶縁層２０は、テープ状の熱硬化性樹脂２１の片面にまたは両面に低融点のフッ素樹脂２２をコーティングしたものを、第３集合線３に捲回して形成される。誘導加熱用コイルはコイル導線４を巻き上げ形成され、誘導加熱装置はかかる誘導加熱コイルを装備している。
【選択図】図２

Description

本発明はコイル導線、誘導加熱用コイルおよび誘導加熱調理器、特に、高周波電流の印加に好適なコイル導線、誘導加熱用コイルおよび該誘導加熱用コイルを装備した誘導加熱調理器に関する。

従来、誘導加熱調理器において加熱可能な金属は、透磁率が高い鉄系のものだけであったため、銅やアルミなどの非磁性かつ低抵抗率の金属（以下、「非鉄」と称す）によって製造された調理器具材料（鍋等）を加熱することができなかった。このため、誘導加熱調理器の今後の更なる普及のためには、調理器具材料（鍋等）を製造する金属の制約を大幅に減らす必要があり、その対策として、誘導加熱用コイルに流れる電流の周波数を高くし、且つ誘導加熱用コイルの巻き数を増やせばよいことが、過去から知られていた。

しかしながら、周波数が高くなればなるほど、表皮効果によって高周波電流が誘導加熱用コイルの表面付近だけに集中して流れ、結果として電流が流れる断面積が減少し高周波抵抗が増大する現象が生じることになる。そのため、かかる表皮効果を回避する方法として、誘導加熱用コイルを形成する素線の径を小さくし、かかる素線径の細い線（以下「微細線」と称す）を複数本集合して撚り合わせることによって、誘導加熱用コイルの表面積を大きくする方法が取られてきた。

さらに、従来の鉄系材料加熱ではコイル間電圧は３００V程度であるが、非鉄系材料加熱ではコイル間電圧は３〜５ＫＶの高電圧を印加する必要があるため、微細線の絶縁皮膜だけでは耐電圧が不足することになる。
そこで、高周波電流の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誘導加熱用コイルとして、コイル導線の外周に絶縁層を形成し、該絶縁層にポリエステルフィルムを螺旋状に巻装して「コイル素材」を作成し、該コイル素材によって誘導加熱用コイルを製造する発明が開示されている（例えば、特許文献１参照）。

また、素線（微細線）を束ねた「集合線」を作成し、該集合線を複数本集めて撚り合わせて「上位集合線」を作成し、該上位集合線を複数本集めて撚り合わせて「コイル導線」を作成し、さらに、コイル導線の外周に絶縁層を形成し、該絶縁層にポリエステルフィルムを螺旋状に巻装して「コイル素材」を作成し、該コイル素材によって誘導加熱用コイルを製造する発明が開示されている（例えば、特許文献２参照）。

特開２０００−５８２５１号公報（第３−５頁） 特開２００４−４７４８３号公報（第５−８頁、図８）

特許文献１に開示された発明は、コイル素線として使用される絶縁電線は、導体上にフッ素樹脂からなる絶縁層、熱可塑性樹脂からなる融着層が順次形成されたものであって、このような構成の絶縁電線を渦巻状又は円筒状に巻回した後、該絶縁電線を融着一体化することによって誘導加熱用コイルとするものである。
このとき、内側である絶縁層を構成するフッ素樹脂としては、例えば、四フッ化エチレン−六フッ化プロピレン共重合体（ＦＥＰ）、エチレン−四フッ化エチレン共重合体（ＥＴＦＥ）、四フッ化エチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体 （ＰＦＡ）などが挙げられている。

また、外側である融着層を構成する熱可塑性樹脂は、その融点（Ｔ２）が内側である絶縁層を構成するフッ素樹脂の融点（Ｔ１）に対し、好ましくは「Ｔ１−Ｔ２≦１００℃」、更に好ましくは、「５０℃≦Ｔ１−Ｔ２≦１００℃」の条件を満足するポリエステルエラストマー、ポリアミド樹脂又はポリウレタン樹脂のいずれかを使用するとしている。
このため、外側である融着層の融点（Ｔ２）と内側である絶縁層の融点（Ｔ２）との差が少ないため、融着層を溶融した際、これに伴って絶縁層が変形するため、絶縁層の安定性に問題があった。

特許文献２に開示された発明は、絶縁層を形成する絶縁体として、ポリアミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、ポリエステル樹脂、フッ素樹脂などの熱可塑性樹脂を用い、加熱コイルを作製の途中段階において、もしくは加熱コイルを巻回後、熱可塑性樹脂を加熱して溶融させ固化させることにより、絶縁体と絶縁体あるいは絶縁体と素線とを固着させ加熱コイルの形状を安定化させるものである。
そして、絶縁体を融点の異なる２種類の樹脂から構成し、例えば、外側に融点の低いフッ素樹脂（ＥＴＦＥやＦＥＰ）を用い、内側に融点の高いフッ素樹脂（ＰＦＡ）を用いることによって、安定した絶縁性と加熱接着性を向上させている。

このため、コイル素線を巻回して誘導加熱用コイルを形成する時、巻回後に加熱して外側のフッ素樹脂（低融点）を溶融固化させ、隣接するコイル素線を固着させて形状安定化するものの、低融点とはいえフッ素樹脂であることから、外側のフッ素樹脂を溶融するためには高温加熱が必要となる。そうすると、内側および外側は同系列の樹脂であるため、融点が近く、高温加熱により内側のフッ素樹脂絶縁層が変形するため、絶縁層の安定確保の点から問題があった。
特に、絶縁性確保から外側のフッ素樹脂のみを溶融させ固化させる必要があり、温度リップル制御、コイル面の均一加熱等の加熱温度の精密制御が必要であり、また、フッ素樹脂からなる絶縁層は、２層合わせて０．２〜０．７ｍｍ程度の厚さに形成されていることから、前記問題があった。

本発明は、上記の問題を解決するためになされたものであって、高周波電流を印加しても安定した絶縁性が確保されるコイル導線および誘導加熱用コイルと、該誘導加熱用コイルを装備した誘導加熱調理器と、を提供することを目的とする。

本発明に係るコイル導線は、複数の素線を撚り合わせた集合体の外周に絶縁層を設けて原集合線を製作し、
該原集合線を複数撚り合わせて第１集合線を作成し、
該第１集合線を複数撚り合わせて第２集合線を作成し、
該第２集合線を複数撚り合わせて第３集合線を作成し、
該第３集合線の外周に熱硬化性樹脂または熱可塑性樹脂によって形成された内側絶縁層を形成し、該内側絶縁層の外周にフッ素樹脂によって形成された外側絶縁層を設けてなることを特徴とするものである。

本発明に係るコイル導線は、表皮効果の影響を少なくし、高周波電流に対するコイル抵抗を減少させ、絶縁安定性に優れている。したがって、かかるコイル導線を巻き上げて形成した誘導加熱用コイルは、高周波電流に対するコイル抵抗の低さおよび絶縁安定性に優れている。さらに、かかる誘導加熱用コイルを装備した誘導加熱調理器は、非鉄材料によって製造された部材（例えば、調理材料（鍋等））の加熱に好適である。

[実施の形態１：コイル導線]
図１〜図４は本発明の実施の形態１に係るコイル導線を説明するものであって、図１は原集合線、第１集合線および第２集合線を模式的に示す断面図、図２は第３集合線およびコイル導線を模式的に示す断面図、図３の（ａ）は絶縁層の構成を模式的に示す側面図、図３の（ｂ）は絶縁層の構成を模式的に示す断面図、図４は絶縁層を形成するテープを示す断面図である。

図１において、原集合線１０は複数の微細な（例えば直径０．０５ｍｍ）素線８を束ねまたは撚り合わせて集合し、その外周にエナメルからなる絶縁層９を設けたものである。 誘導加熱用コイル、特に非鉄系材料の加熱を可能にするためには鉄系材料の加熱と比べより高周波域の周波数の使用が必要となる。高周波を扱う場合、表皮効果等により交流抵抗が増加するため、コイルの温度上昇が大きくなる傾向がある。防止策として、導体の細分化によって導体表面積を大きくする方法があり、細いエナメル線を複数本撚り合せることによってこれを実現するのが一般的である。このとき、導体外径のばらつきが少なく、押出し作業性にすぐれる、外径のばらつきが少なく、被覆の薄肉厚化が可能である等のメリットもある。

図１および図２において、原集合線１０を複数（例えば４３本）撚り合わせて第１集合線１を作成し、さらに、第１集合線１を複数（例えば６本）撚り合わせて第２集合線２を作成する。
さらに、第２集合線２を複数（例えば７本）撚り合わせて、多段階撚り構造とした第３集合線３を作成する（図２の（ａ）参照）。例えば、撚り線ピッチは、第１集合線１は２０ｍｍ、第２集合線２は２８ｍｍ、第３集合線３は３５ｍｍである。また、第３集合線３（撚り線）の仕上がり外径は、例えば、３．０２〜３．０９ｍｍと均一性の高いものである。

また、前記のように、特に非鉄系材料の加熱を可能にするためには鉄系材料の加熱と比べ、より端子間電圧が高く、素線８のエナメル９だけの絶縁では、絶縁耐力が不足するため、コイル導線として隣接するコイル導線との絶縁強化が必要となる。
そこで、第３集合線３の外周に、絶縁層２０を形成し、絶縁層２０が形成された第３集合線３をコイル導線４としている（図２の（ｂ）参照）。したがって、コイル導線４を巻いて誘導加熱用コイルを製造することになる。

図３において、絶縁層２０は、テープ状の熱硬化性樹脂２１に低融点のフッ素樹脂２２をコーティングしたものを、第３集合線３に捲回したものであって、加熱によりフッ素樹脂２２の層を溶融させ、コイル導線４間を固着して一体化する。
このとき、熱硬化性樹脂２１は耐熱性樹脂であって、例えば、熱硬化性ポリイミド樹脂（たとえば、カプトン（登録商標））、アラミド樹脂（たとえば、ノーメックス（登録商標））、ＰＥＳ、ＰＰＳ、あるいはＬＣＳ等を使用する。一方、低融点のフッ素樹脂として、例えば、ＥＴＦＥを使用する。
溶融固着させるためのフッ素樹脂コーティングはテープ状材料の片面でもよいし、両面でもよい。また、テープ状の熱硬化性樹脂２１の幅、厚さは、作業性と絶縁性の観点から選択すればよく、重ね代も適宜調整可能である。

図４の（ａ）において、絶縁層２０ａは、テープ状の熱硬化性樹脂２１の片面に、フッ素樹脂２２がコーティングされている。
すなわち、２層構造であるため、フッ素樹脂２２が第３集合線３に当接するように捲回すれば、第３集合線３と絶縁層２０ａとが固着しないため、柔軟性に富み、誘導加熱用コイルにするための巻き付ける作業が容易になる。また、巻き付けた後は、テープ状の熱硬化性樹脂２１同士が当接しているから、巻き付けた後の加熱プロセスにおいて、一体化が可能である。

反対に、２層構造であるため、テープ状の熱硬化性樹脂２１が第３集合線３に当接するように捲回すれば、誘導加熱用コイルにするために巻き付けた後は、フッ素樹脂２２同士が当接しているから、巻き付けた後の加熱プロセスにおいて、フッ素樹脂２２が溶融固化する場合に、フッ素樹脂２２がコイル導線４同士の間にも入る。このため、誘導加熱用コイルの一体化が良好で断面形状バラツキが少なくなり加熱効率に有利になる。したがって、別途加熱コイル固着用接着剤を使用することにより誘導加熱用コイル形状の形成プロセスに応じて一体化できる。このとき、熱硬化性樹脂２１は第３集合線３間に入るため、一体化が可能である。

図４の（ｂ）において、絶縁層２０ｂは、テープ状の熱硬化性樹脂２１の両面に、フッ素樹脂２２がコーティングされている。したがって、前記のように、誘導加熱用コイルにするための巻き付ける作業が容易になると共に、フッ素樹脂２２が第３集合線３同士の間およびコイル導線４同士の間の双方に侵入するから、加熱効率にさらに有利になる。

[実施の形態２：コイル導線]
図５は本発明の実施の形態２に係るコイル導線を模式的に示す断面図である。なお、実施の形態１と同じ部分にはこれと同じ符号を付し、一部の説明を省略する。
図５において、コイル導線５は、第３集合線３の外周に絶縁層３０が設けられたものである。絶縁層３０は、シリコーン樹脂単層成形によって形成されたものである。シリコーン樹脂との押し出し成形では、シリコーンは第３集合線３との固着性がないため、フッ素樹脂２２の場合とは異なり絶縁層３０の柔軟性が高く、コイル導線５を誘導加熱用コイルとして巻き上げる作用が容易となる。

また、誘導加熱用コイルとして巻き上げた後に、一体化するために前記シリコーン被覆形成後あるいは前記シリコーン被覆形成と同時に、表面にフッ素樹脂被覆を施すことにより加熱一体化することも可能である
さらに、シリコーン樹脂の押し出し成形に代えて、シリコーン樹脂の粉末を静電付着してもよい。さらに、絶縁層（シリコーン樹脂）３０の外周に低融点のフッ素樹脂層を設けてもよい。

[実施の形態３：誘導加熱用コイル]
図６は本発明の実施の形態３に係る誘導加熱用コイルを模式的に示す一部断面の斜視図である。なお、実施の形態１と同じ部分にはこれと同じ符号を付し、一部の説明を省略する。図６において、誘導加熱用コイル６は、コイル導線４を同心円状に巻き上げて円筒にしたものである。
したがって、誘導加熱用コイル６を形成するコイル導線４が、誘導加熱用コイル６の一体化を良好にし、且つ断面形状バラツキを少なくするものであるから、誘導加熱用コイル６は高周波電流を印加しても安定した絶縁性が確保されると共に、加熱効率に優れている。
なお、図６には、内周側から５巻き、軸方向に３段に巻き上げられたものを示しているが、本発明はこれに限定するものではなく、巻き数や段数は限定するものではない。また、巻き上げられた形状は、円筒に限定するものではなく、断面楕円や断面矩形等の筒状であってもよい。

[実施の形態４：誘導加熱調理器]
図７は本発明の実施の形態４に係る誘導加熱調理器を模式的に示す一部断面の斜視図である。なお、実施の形態３と同じ部分にはこれと同じ符号を付し、一部の説明を省略する。図７において、誘導加熱調理器７は、実施の形態３に示す誘導加熱用コイル６が複数装備されたものである。すなわち、誘導加熱調理器７は、本体７１と、本体７１の上面であって、図示しない調理容器が置載される天板７２と、天板７２の直下に配置される誘導加熱用コイル６ａ、６ｂおよび電熱ヒータ６ｃと、誘導加熱用コイル６ａ、６ｂに流す高周波電流を制御する図示しない一対の高周波加熱制御部と、電熱ヒータ６ｃに流す低周波電流を制御する図示しない低周波加熱制御部と、を有している。

また、加熱情報が入力される入力手段７３ａ、７３ｂと、入力手段７３ａ、７３ｂに入力された加熱情報を前記加熱制御部に指示する図示しない操作指示部と、入力手段７３ａ、７３ｂに入力された加熱情報を表示する表示部７４と、前記機器を冷却するための図示しない冷却手段とを、有している。
さらに、本体７１の中央には、前面に開口するロ−スター７８が設置されている。そして、本体７１の前面の左右には本体７１の内部に外気を取り入れるための吸気口７５ａ、７５ｂが配置され、天板７２の後面寄りには、排気口７６が形成されている。

誘導加熱用コイル６ａは、同心円状に配置された、外径が相違する、誘導加熱用コイル６１ａ、誘導加熱用コイル６２ａ、誘導加熱用コイル６３ａ、から形成されている。同様に、誘導加熱用コイル６ｂは、同心円状に配置された、外径が相違する、誘導加熱用コイル６１ｂ、誘導加熱用コイル６２ｂ、誘導加熱用コイル６３ｂ、から形成されている。
このとき、それぞれの誘導加熱用コイルは、実施の形態３に説明した誘導加熱用コイル６に同じであり、誘導加熱用コイル６が高周波電流（例えば、４０〜１００ＫＨｚ）を印加しても安定した絶縁性が確保され、且つ加熱効率に優れているものであるから、誘導加熱調理器７は、非鉄材料によって製造された調理器具（鍋等）の加熱に好適であって、信頼性並びに省エネ性に富むものである。

なお、誘導加熱用コイル６ａ、６ｂを形成する誘導加熱用コイル６の数量や、それぞれの大きさは限定するものではなく、また、誘導加熱用コイル６ａ、６ｂの一方のみを装備しても、電熱ヒータ６ｃに代えて誘導加熱用コイル６を設置してもよい。さらに、ロ−スター７８の設置を省略してもよい。

以上のように、本発明のコイル導線および誘導加熱用コイルは、高周波電流を印加しても安定した絶縁信頼性が確保されるため、高周波電流を印加する各種形態のコイル導線および誘導加熱用コイルとして広く利用することができる。
また、本発明の誘導加熱調理器は、非鉄材料によって製造された調理器具（鍋等）を高周波（例えば、４０〜１００ＫＨｚ）で誘導加熱するのに好適であるから、家庭用および事業用の誘導加熱調理器はもとより各種誘導加熱装置としても広く利用することができる。

本発明の実施の形態１に係るコイル導線を説明するものであって、原集合線、第１集合線および第２集合線を模式的に示す断面図。 本発明の実施の形態１に係るコイル導線を説明するものであって、第３集合線およびコイル導線を模式的に示す断面図。 本発明の実施の形態１に係るコイル導線を説明するものであって、絶縁層の構成を模式的に示す側面図および断面図。 本発明の実施の形態１に係るコイル導線を説明するものであって、絶縁層を形成するテープを示す断面図。 本発明の実施の形態２に係るコイル導線を模式的に示す断面図。 本発明の実施の形態３に係る誘導加熱用コイルを模式的に示す斜視図。 本発明の実施の形態４に係る誘導加熱用コイルを模式的に示す斜視図。

符号の説明

１：第１集合線、２：第２集合線、３：第３集合線、４：コイル導線（実施の形態１）、５：コイル導線（実施の形態２）、６：誘導加熱用コイル（実施の形態３）、６ａ：誘導加熱用コイル、６ｂ：誘導加熱用コイル、６ｃ：電熱ヒータ、７：誘導加熱調理器（実施の形態４）、８：素線、９：絶縁層（エナメル）、１０：原集合線、２０：絶縁層、２１：熱硬化性樹脂、２２：フッ素樹脂、３０：絶縁層、６１ａ：誘導加熱用コイル、６１ｂ：誘導加熱用コイル、６２ａ：誘導加熱用コイル、６２ｂ：誘導加熱用コイル、６３ａ：誘導加熱用コイル、６３ｂ：誘導加熱用コイル、７１：本体、７２：天板、７３ａ：入力手段、７３ｂ：入力手段、７４：表示部、７５ａ：吸気口、７５ｂ：吸気口、７６：排気口、７８：ロ−スター。

Claims (12)

1. 複数の素線を撚り合わせた集合体の外周に絶縁層を設けて原集合線を製作し、
   該原集合線を複数撚り合わせて第１集合線を作成し、
   該第１集合線を複数撚り合わせて第２集合線を作成し、
   該第２集合線を複数撚り合わせて第３集合線を作成し、
   該第３集合線の外周に熱硬化性樹脂または熱可塑性樹脂によって形成された内側絶縁層を形成し、該内側絶縁層の外周にフッ素樹脂によって形成された外側絶縁層を設けてなることを特徴とするコイル導線。
2. 前記内側絶縁層および前記外側絶縁層は、テープ状の熱硬化性樹脂の片面に、低融点のフッ素樹脂をコーティングしたものを、前記第３集合線に捲回して形成されることを特徴とする請求項１記載のコイル導線。
3. 複数の素線を撚り合わせた集合体の外周に絶縁層を設けて原集合線を製作し、
   該原集合線を複数撚り合わせて第１集合線を作成し、
   該第１集合線を複数撚り合わせて第２集合線を作成し、
   該第２集合線を複数撚り合わせて第３集合線を作成し、
   該第３集合線の外周にフッ素樹脂によって形成された内側絶縁層を形成し、該内側絶縁層の外周に熱硬化性樹脂または熱可塑性樹脂によって形成された中間絶縁層を形成し、該中間絶縁層の外周にフッ素樹脂によって形成された外側絶縁層を設けてなることを特徴とするコイル導線。
4. 前記内側絶縁層、前記中間絶縁層および前記外側絶縁層は、テープ状の熱硬化性樹脂の両面に、低融点のフッ素樹脂をコーティングしたものを、前記第３集合線に捲回して形成されることを特徴とする請求項３記載のコイル導線。
5. 前記熱硬化性樹脂は、熱硬化性ポリイミド樹脂、アラミド樹脂、ＰＥＳ、ＰＰＳ、またはＬＣＳの何れかであることを特徴とする請求項１乃至４の何れかに記載のコイル導線。
6. 前記フッ素樹脂はＥＴＦＥであることを特徴とする請求項１乃至５の何れかに記載のコイル導線。
7. 複数の素線を撚り合わせた集合体の外周に絶縁層を設けて原集合線を製作し、
   該原集合線を複数撚り合わせて第１集合線を作成し、
   該第１集合線を複数撚り合わせて第２集合線を作成し、
   該第２集合線を複数撚り合わせて第３集合線を作成し、
   該第３集合線の外周にシリコーン樹脂によって形成された絶縁層を設けてなることを特徴とするコイル導線。
8. 前記絶縁層の外周に低融点のフッ素樹脂層を設けてなることを特徴とする請求項７記載のコイル導線。
9. 請求項１乃至８の何れかに記載のコイル導線を巻き上げてなることを特徴とする誘導加熱用コイル。
10. 請求項１乃至８の何れかに記載のコイル導線を巻き上げ、そのた後の加熱によって前記フッ素樹脂が溶融固化してなることを特徴とする誘導加熱用コイル。
11. ４０〜１００ｋＨｚ（キロヘルツ）の高周波電流が印加されることを特徴とする請求項９または１０記載の誘導加熱用コイル。
12. 調理容器が置載される天板と、
    該天板の直下に配置された請求項９乃至１０の何れかに記載の誘導加熱用コイルと、
    該誘導加熱用コイルに流す高周波電流を制御する加熱制御部と、
    を有することを特徴とする誘導加熱調理器。

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