JP2013206760A - 誘導加熱コイル - Google Patents

Abstract

【課題】フェライトコアを効率よく冷却するとともに、フェライトコアを容易に交換することが可能な誘導加熱コイルを提供しようとするものである。
【解決手段】フェライトコアを備えた平面加熱用の誘導加熱コイルにおいて、上記フェライトコアを収容するとともに、上記フェライトコアを収容した状態で、注水された冷却水を内部において循環することが可能であり、絶縁材料により形成される容器と、上記容器の外側面において巻き回された銅線または銅パイプとを有するようにしたものである。
【選択図】 図２

Description

本発明は、誘導加熱コイルに関し、さらに詳細には、平面加熱を行う誘導加熱コイルに関する。

従来より、平面加熱を行う誘導加熱コイルは、加熱効率を向上するための磁束集中用のフェライトコアと、当該フェライトコアに巻き回された銅パイプとにより構成されていた。

即ち、平面加熱用の誘導加熱コイルは、図１（ａ）（ｂ）に示すように、中空の銅パイプを磁束集中用のフェライトコアに巻き回して形成されており、このとき、銅パイプは接着剤によりフェライトコアに固定されている。

また、こうした誘導加熱コイルにおいては、銅パイプ内部に冷却水が注入されてフェライトコアを冷却するようになされている。

つまり、こうした誘導加熱コイルにおいては、被加熱物からの輻射熱などによりフェライトコアが加熱されてしまうが、銅パイプ内に注入された冷却水により、加熱されたフェライトコアの冷却を行う構成となっている。この際、接着剤として熱伝導性の高い接着剤を使用することで、より効率のよい冷却を行うことができるものである。

しかしながら、こうした誘導加熱コイルにおいては、銅パイプ内を循環する冷却水による冷却では、銅パイプとフェライトコアとの接触している面積が小さいため十分な冷却効果が得られないことがあり、こうした点が問題点として指摘されていた。

また、フェライトコアは、輻射熱による加熱や度重なる使用により徐々に劣化してしまうものである。

劣化したフェライトコアは、誘導加熱コイルの安定した加熱効果を損なうため交換する必要があるが、このとき、フェライトコアは接着剤により銅パイプに固定されており、フェライトコアを交換するにあたって、銅パイプからフェライトコアを取り外す際に、銅パイプに力がかかり、銅パイプにおける巻き回された形状が変形してしまっていた。

こうして変形した銅パイプは、作業者により再度巻き回された形状に修正されるが、フェライトコアの交換において、こうした作業が作業者にとって負担となることが問題点として指摘されていた。

なお、本願出願人が特許出願のときに知っている先行技術は、文献公知発明に係る発明ではないため、本願明細書に記載すべき先行技術文献情報はない。

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、フェライトコアを効率よく冷却することが可能な誘導加熱コイルを提供しようとするものである。

また、本発明の目的とするところは、フェライトコアを容易に交換することが可能な誘導加熱コイルを提供しようとするものである。

上記目的を達成するために、本発明は、フェライトコアを備えた平面加熱用の誘導加熱コイルにおいて、上記フェライトコアを収容するとともに、上記フェライトコアを収容した状態で、注水された冷却水を内部において循環することが可能であり、絶縁材料により形成される容器と、上記容器の外側面において巻き回された銅線または銅パイプとを有するようにしたものである。

また、本発明は、上記した発明において、上記容器は、被加熱物と対向する面の近傍において傾斜部が形成され、上記傾斜部の内壁面において、複数の溝が形成され、上記フェライトコアは、上記容器に収容される際には下面が上記傾斜部に接した状態となるようにしたものである。

また、本発明は、上記した発明において、上記フェライトコアは中心軸上に貫通孔が設けられ、上記容器に注水される冷却水が上記貫通孔を通るように注水されるようにしたものである。

また、本発明は、上記した発明において、上記フェライトコアは側面に垂直方向に形成された溝または螺旋状に形成された溝が形成されるようにしたものである。

また、本発明は、上記した発明において、上記フェライトコアは複数の粉砕されたフェライトコアであるようにしたものである。

また、本発明は、上記した発明において、上記フェライトコアは複数の小型のフェライトコアであるようにしたものである。

本発明は、以上説明したように構成されているので、フェライトコアを効率よく冷却することができるという優れた効果を奏するものである。

また、本発明は、以上説明したように構成されているので、フェライトコアを容易に交換することができるという優れた効果を奏するものである。

図１（ａ）は、従来の技術による誘導加熱コイルを示す概略構成斜視説明図であり、また、図１（ｂ）は、図１（ａ）のＩ−Ｉ線断面図である。 図２（ａ）は、本発明による誘導加熱コイルを示す概略構成斜視説明図であり、また、図２（ｂ）は、図２（ａ）のＩＩ−ＩＩ線断面図である。 図３（ａ）は、容器における蓋部を示す概略構成斜視説明図であり、また、図３（ｂ）は、容器における本体部を示す概略構成斜視説明図である。 図４（ａ）（ｂ）は、本発明による誘導加熱コイルの変形例を示す断面図である。 図５は、本発明による誘導加熱コイルの変形例を示す断面図である。 図６は、本発明による誘導加熱コイルの変形例を示す断面図である。 図７（ａ）は、図３（ｂ）のＩＩＩ−ＩＩＩ線断面図であり、また、図７（ｂ）は、フェライトコアに垂直方向に複数の溝が形成された状態を示す説明図であり、また、図７（ｃ）は、フェライトコアに螺旋状に溝が形成された状態を示す説明図である。 図８は、蓋固定部材および板状部材からなる蓋部と本体部との接続状態を具体的に示す断面図である。

以下、添付の図面を参照しながら、本発明による誘導加熱コイルの実施の形態の一例を詳細に説明するものとする。

ここで、図２（ａ）には、本発明による誘導加熱コイルの概略構成斜視説明図が示されており、また、図２（ｂ）には、図２（ａ）のＩＩ−ＩＩ線による断面図が示されている。

この図２に示す誘導加熱コイル１０は、円柱形状のフェライトコア１２を固定することなく収容する略円柱形状の容器１４と、容器１４の下方側の外側面において巻き回された銅線１６と、容器１４の蓋部１４−１の略中心位置に設けられた注水管１８と、蓋部１４−１に設けられた排水管２０とを有して構成されている。

より詳細には、容器１４は、絶縁材料より形成される本体部１４−２と絶縁材料より形成される蓋部１４−１とから構成されており、本体部１４−２の上方側に蓋部１４−１が取り外し自在に配設される。

この蓋部１４−１は、略円板形状を備えており、その直径Ｄ１は、本体部１４−２の内径Ｄ２より大きくなるよう寸法設定されている（図３（ａ）を参照する。）。

そして、蓋部１４−１の略中心位置には、一方の端部１８ａがチューブ（図示せず。）を介してポンプ（図示せず。）に接続される注水管１８が設けられている。また、蓋部１４−１には、一方の端部２０ａが排水用のチューブ（図示せず。）に接続される排水管２０が配設されている（図３（ａ）を参照する。）。なお、こうした注水管１８および排水管２０はそれぞれ絶縁材料により形成されている。

排水管２０については、蓋部１４−１が本体部１４−２の上方側に配設されたときに、他方の端部２０ｂが本体部１４−２の内部空間に位置するように設けられている。

こうして構成された蓋部１４−１を本体部１４−２の上方側に配設して、ポンプ（図示せず。）から送られる冷却水を注水管１８から本体部１４−２の内部空間に注水するとともに、当該内部空間の冷却水が注水管１８から注水される冷却水の圧力により排水管２０から排出されることとなる。

また、本体部１４−２は、下方側において傾斜部１４−２ａが形成されており、傾斜部１４−２ａの下端部においては、本体部１４−２の内径Ｄ１より小さな径Ｄ３の円形の下面１４−２ｂが形成されている（図３（ｂ）を参照する。）。なお、この傾斜部１４−２ａは、内側、つまり、内壁面１４−２ａａにおいて複数の溝２２が形成されている（図７（ａ）を参照する。）。

そして、本体部１４−２に収容されたフェライトコア１２は、下面１２ａにおいて傾斜部１４−２ａに接した状態となる。

また、本体部１４−２の内径Ｄ２は、フェライトコア１２を収容したときに、フェライトコア１２の側面１２ｂと本体部１４−２の内壁１４−２ｃとが間隔ｇ１を設けるよう寸法設定されている。なお、この間隔ｇ１は、フライトコア１２を収容した本体部１４−２に蓋部１４−１の注水管１８から冷却水を注水した際に、注水した冷却水が循環することが可能な程度に設けられていればよく、この間隔ｇ１は極力小さい方がよい。

本体部１４−２は、絶縁材料により厚さｔ１で形成されており、この厚さｔ１は、蓋部１４−１が本体部１４−２に取り付けられた状態で注水管１８から冷却水が注水されたときに、その水圧に耐えられる厚みであればよく、薄いほどよい。つまり、本体部１４−２は、例えば、ＰＴＦＥ（ｐｏｌｙｔｅｔｒａｆｌｕｏｒｏｅｔｈｙｌｅｎｅ）材により、厚さ１ｍｍで形成される。

また、銅線１６は、容器１４の下方側、より詳細には、本体部１４−２の傾斜部１４−２ａの上方側において、容器１４に巻き回されてコイル形状を形成しており、その端部は、高周波電源（図示せず。）に接続されている。

なお、この銅線１６については、フェライトコア１２を容器１４に収容するようにしたため、接着剤などにより固定する必要はない。

また、フェライトコア１２はその直径Ｄ４を、本体部１４−２に収容された際に、側面１２ｂと本体部１４−２の内壁１４−２ｃとに間隔ｇ１が設けられるように寸法設定されている。さらに、フェライトコア１２の高さＨ１は、本体部１４−２に収容された際に、上面１２ｃが注水管１８あるいは排水管２０と接することのないように寸法設定されている。

以上の構成において、本発明による誘導加熱コイル１０を利用して平面加熱を行う場合には、銅線１６が巻き回された本体部１４−２にフライトコア１２を収容し、当該本体部１４−２の上方側に蓋部１４−２を取り付け、注入管１８から冷却水を注入しながら、排水管２０から冷却水を排水する状態で、被加熱物の上方側において、当該被加熱物と所定の間隔を開けて誘導加熱コイル１０を配置する。

その後、高周波電源（図示せず。）により銅線１６に高周波電流を印加すると、銅線１６により発生した磁束がフェライトコア１２により誘導加熱コイル１０の下方側に集中することとなり、これにより、誘導加熱コイル１０の下方側に位置する被加熱物を加熱する。

このとき、誘導加熱コイル１０においては、被加熱物からの輻射熱により容器１４およびフェライトコア１２が加熱されてしまうが、容器１４およびフェライトコア１２は、容器１４に注水される冷却水により効率的に冷却される。

ここで、容器１４に注入された冷却水について説明する。

本体部１４−２の内壁１４−２ｃとフェライトコア１２の側面１２ｂとの間には、冷却水が循環可能な間隔ｇ１が設けられるとともに、傾斜部１４−２ａの内側には複数の溝（図示せず。）が設けられており、注水管１８から注水された冷却水は、注水時の水圧および水温により、フェライトコア１２の上面１２ｃ側から側面１２ｂを経由して下面１２ａに到達する。

これにより、被加熱物からの輻射熱により加熱されたフェライトコア１２および容器１４を冷却することとなる。

そして、フェライトコア１２および容器１４を冷却して温度の上がった冷却水は、その高い水温のため、対流現象によりフェライトコア１２の下面１２ａ側から、側面１２ｂを経由して上面１２ｃ側に到達する。こうして上面１２ｃに到達した温度の上昇した冷却水は、注水された冷却水の水圧により排水管２０を介して排水されることとなる。

このようにして、注水管１８から注水された冷却水が容器１４内を循環することで、フェライトコア１２および容器１４を効率的に冷却することができる。

また、誘導加熱コイル１０を繰り返し使用してフェライトコア１２が劣化し、フェライトコア１２を交換する場合には、蓋部１４−１を本体部１４−２から外し、容器１４内の冷却水を排水し、本体部１４−２に収容されたフェライトコア１２を取り出す。このとき、フェライトコア１２は、本体部１４−２に固定されることなく収容されているので、作業者は容易にフェライトコア１２を取り出すことができる。

その後、新しいフェライトコア１２を本体部１４−２に収容するようにして、フェライトコア１２の交換作業を行う。なお、こうした交換作業においては、銅線１６に力がかかることがないので、銅線１６のコイル形状を変形させることなくフェライトコア１２を交換することができる。

そして、フェライトコア１２の交換が終了すると、再び蓋部１４−１を本体部１４−２に取り付け、冷却水を注入して誘導加熱コイル１０を使用する。

以上において説明したように、本発明による誘導加熱コイル１０は、フェライトコア１２を収容した絶縁材料よりなる容器１４に銅線１６を巻き回して形成されるようにしたものであり、当該容器１４内を冷却水を循環するようにしたものである。

これにより、本発明による誘導加熱コイル１０においては、容器１４内に収容されたフェライトコア１２は、その表面全体（つまり、下面１２ａ、側面１２ｂおよび上面１２ｃである。）で容器１４内を循環する冷却水により冷却されるため、従来の技術（つまり、銅パイプ内を循環する冷却水によりフェライトコアを冷却する技術である。）と比較して、非常に効率的にフェライトコア１２を冷却することができるものである。

また、本発明による誘導加熱コイル１０においては、銅線１６の巻き回された形状を変形することなく、極めて容易にフェライトコア１２を交換することができるものである。

なお、上記した実施の形態は、以下の（１）乃至（１２）に示すように変形することができるものである。

（１）上記した実施の形態においては、容器１４を略円柱形状としたが、これに限られるものではないことは勿論であり、容器１４を略角柱形状としてもよく、容器１４の形状をフェライトコア１２の形状に合わせて、フェライトコア１２の形状と略一致する形状としてもよい。

即ち、フェライトコア１２が角柱形状の場合には、容器１４を略角柱形状とし、この際には、フェライトコア１２の側面と容器１４の内壁とが間隔ｇ１を設けられるよう寸法設計されるとともに、容器１４の下方側において傾斜部を設けるように設計される。

つまり、容器１４は、フェライトコア１２に形状に合わせた所望の形状において、容器１４内で冷却水が循環可能なような構成を備えるように設計される。

（２）上記した実施の形態においては、容器１４に銅線１６を巻き回してコイル形状を形成するようにしたが、これに限られるものではないことは勿論であり、銅線１６に換えて銅パイプを用いるようにしてもよい。

この場合、銅パイプには冷却水が流れるようにすると、より効率的にフェライトコアおよび容器１４を冷却することができるようになる。

（３）上記した実施の形態においては、注水管１８から注水された冷却水を、注水時に水圧および水温により下方側に流れるようにするとともに、冷却に使用された比較的温度の高い冷却水は、その水温のために上方側に流れるようになり、これにより、冷却水を循環させるようにしたが、これに限られるものではないことは勿論である。

例えば、フェライトコア１２の中心軸上に貫通孔１２−１を設け、注入管１８から注入された冷却水の水圧により、当該冷却水を貫通孔１２−１を通って下面１２ａ側に到達させ、下面１２ａ側から側面１２ｂを経由して上面１２ｃに到達させて排水管２０を介して廃す利するようにしてもよい（図４（ａ）を参照する。）。

（４）上記した実施の形態においては、フェライトコア１２を円柱形状としたが、これに限られるものではないことは勿論であり、フェライトコア１２の側面１２ｂに垂直方向に複数の溝２４を形成したり（図７（ｂ）を参照する。）、側面１２ｂに螺旋状に溝２６を形成して（図７（ｃ）を参照する。）、フェライトコア１２の表面積を大きくするようにしてもよい。

または、フェライトコア１２を所定の大きさ粉砕し、粉砕したフェライトコア１２を複数個、容器１４に収容するようにして（図４（ｂ）を参照する。）、フェライトコアの表面積を大きくするようにしてもよい。

さらに、小型のフェライトコアを複数用意し、こうしたフェライトコアを容器１４に収容するようにしてフェライトコアの表面積を大きくするようにしてもよい。

これにより、冷却水とフェライトコア１２との接触する面積が大きくなり、より効率的にフェライトコア１２を冷却することができるようになる。

（５）上記した実施の形態においては、接着剤により銅線１６を容器１４に固定しないようにしたが、これに限られるものではないことは勿論であり、銅線１６を接着剤により容器１４に固定するようにしてもよい。

（６）上記した実施の形態においては、本体部１４−２の下方側において傾斜部１４−２ａを形成するとともに、この傾斜部１４−２ａの内側、つまり、内壁面１４−２ａａにおいて複数の溝（図示せず。）を形成するようにしたが、これに限られるものではないことは勿論である。

即ち、図５に示すように、本体部１４−２を下方側に傾斜部１４−２ａを設けることなく、下面１４−２ｂの内壁面１４−２ｂａに複数箇所の凸部を設けるようにしてもよく（図５を参照する。）、要は、フェライトコア１２を収容した際に、フェライトコア１２の下面１２ａに到達するようにして本体部１４−２内を冷却水が循環するような構成であれば、どのような構成であってもよい。

（７）上記した実施の形態においは、蓋部１４−１を略円板形状としたが、蓋部１４−１としては、略角板形状であってもよく、その際には、本体部１４−２の開口部１４−２ｄ（図３（ａ）を参照する。）を多くことができる大きさとする。

（８）上記した実施の形態においては、フェライトコア１２を容器１４内に固定することなく収容するようにしたが、これに限られるものではないことは勿論であり、フェライトコア１２を容器１４内に固定するようにしてもよい。

このとき、フェライトコア１２を固定する固定手段は、冷却水の循環を妨げず、かつ、フェライトコア１２を容易に取り外すことができるようにする必要がある。

（９）上記した実施の形態においては、誘導加熱コイル１０を、下方側において被加熱物を加熱するような構成としたが、これに限られるものではないことは勿論であり、図６に示すように、上方側において被加熱物を加熱するようにしてもよい。

即ち、誘導加熱装置１０の構成を上下逆さまとし、本体部１４−２の内壁１４−２ｃにおいてフェライトコア１２を固定する凸部を形成する。

この凸部は、容易にフェライトコア１２の固定を解除することができる構成とする。

また、上記した変形例（３）のような構成とすることにより、容器１４内を冷却水が循環することができるようになる。

さらに、上記した変形例（４）のような構成、つまり、所定の大きさに粉砕したフェライトコアや小型のフェライトコアを容器１４に収容する場合には、凸部に換えて網状の落下防止ネットを設けるようにすればよい。

（１０）上記した実施の形態においては、蓋部１４−１の略中心位置に注水管１８を設けるようにしたが、これに限られるものではないことは勿論であり、注水管１８を蓋部１４−１の任意の位置に設けるようにしてもよい。

このとき、排水管２０は、注水管１８から注水された冷却水を効率よく排水可能な位置に設けるようにする。

（１１）上記した実施の形態においては、特に記載しなかったが、本体部１４−２の上方側に蓋部１４−１が配設された構成としては、例えば、図８に示すように、蓋部１４−１に絶縁材料よりなるネジにより、本体部１４−２が取り外し自在に取り付けるようにしてもよい。なお、図８においては、銅線に換えて変形例（２）のように銅パイプを用いた場合を図示する。

具体的には、蓋部１４−１は、板状部材１４−１ａと蓋固定部材１４−１ｂにより構成されており、蓋固定部材１４−１ｂの上面に板状部材１４−１ａが配設される。

この蓋部１４−１では、板状部材１４−１ａと蓋固定部材１４−１ｂとの間において、注水管１８および排水管２０が設けられた位置に、それぞれＯリング２８、３０が設けられている。

また、板状部材１４−１ａと蓋固定部材１４−１ｂとには、複数のネジ穴が同じ数だけ設けられており、こうしたネジ穴は、蓋固定部材１４−１ｂの上面に板状部材１４−１ａを配設する際には、注水管１８および排水管２０が配設された状態で、蓋固定部材１４−１ｂに設けられたネジ穴と板状部材１４−１ａに設けられたネジ穴とが連通するように設計されている。なお、蓋固定部材１４−１ｂに設けられたネジ穴の径と、板状部材１４−１ａに設けられたネジ穴の径とは一致するように寸法設定されている。

本体部１４−２には、開口部１４−２ｄの周りにおいて、水平方向に縁部１４−２ｅが設けられている。

この縁部１４−２ｅには、蓋部１４−１を配設した際に板状部材１４−１ａおよび蓋固定部材１４−１ｂにおいて連通した状態のネジ穴と連通するネジ穴が設けられている。なお、縁部１４−２ｅに設けられたネジ穴は、板状部材１４−１ａや蓋固定部材１４−１ｂに設けられたネジ穴と一致するよう寸法設定されている。

そして、蓋部１４−１に本体部１４−２が取り付けられる際には、蓋部１４−１の下方側に、縁部１４−２ｅに設けられたネジ穴が板状部材１４−１ａおよび蓋固定部材１４−１ｂのネジ穴と連通するように本体部１４−２が配設され、連通したネジ穴に絶縁材料よりなるネジ３２をネジ込み、縁部１４−２ｅの下方側においてナット３４によりネジ３２を固定する。

このとき、蓋部１４−１と本体部１４−２との間には、Ｏリング４２が配設されることとなる。

なお、蓋固定部材１４−１ｂの端部近傍に設けられたネジ穴と、容器１４を固定する固定台３８に設けられたネジ穴とに絶縁材料よりなるネジ３６をネジ込み、蓋固定部材１４ｂの下方側においてナット４０によりネジ３６を固定する。これにより、容器１４が固定台３８に固定されることとなる。

（１２）上記した実施の形態ならびに上記した（１）乃至（１１）に示す変形例は、適宜に組み合わせるようにしてもよい。

本発明は、平面加熱する誘導加熱コイルとして用いられる。

１０ 誘導加熱コイル
１２ フェライトコア
１４ 容器
１４−１ 蓋部
１４−２ 本体部
１６ 銅線
１８ 注水管
２０ 排水管
２２、２４、２６ 溝

Claims (6)

1. フェライトコアを備えた平面加熱用の誘導加熱コイルにおいて、
   前記フェライトコアを収容するとともに、前記フェライトコアを収容した状態で、注水された冷却水を内部において循環することが可能であり、絶縁材料により形成される容器と、
   前記容器の外側面において巻き回された銅線または銅パイプと
   を有することを特徴とする誘導加熱コイル。
2. 請求項１に記載の誘導加熱コイルにおいて、
   前記容器は、被加熱物と対向する面の近傍において傾斜部が形成され、前記傾斜部の内壁面において、複数の溝が形成され、
   前記フェライトコアは、前記容器に収容される際には下面が前記傾斜部に接した状態となる
   ことを特徴とする誘導加熱コイル。
3. 請求項１または２のいずれか１項に記載の誘導加熱コイルにおいて、
   前記フェライトコアは中心軸上に貫通孔が設けられ、前記容器に注水される冷却水が前記貫通孔を通るように注水される
   ことを特徴とする誘導加熱コイル。
4. 請求項１または２のいずれか１項に記載の誘導加熱コイルにおいて、
   前記フェライトコアは側面に垂直方向に形成された溝または螺旋状に形成された溝が形成される
   ことを特徴とする誘導加熱コイル。
5. 請求項１または２のいずれか１項に記載の誘導加熱コイルにおいて、
   前記フェライトコアは複数の粉砕されたフェライトコアである
   ことを特徴とする誘導加熱コイル。
6. 請求項１または２のいずれか１項に記載の誘導加熱コイルにおいて、
   前記フェライトコアは複数の小型のフェライトコアである
   ことを特徴とする誘導加熱コイル。

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