JP2020198258A - 加熱装置 - Google Patents

Abstract

【課題】複合材に対する加熱の均一化を図ることができる加熱装置を提供する。【解決手段】複合材２０を磁場により誘導加熱する磁場加熱コイル２２を備えた加熱装置１０において、複合材２０は、奥行き方向の長さと、奥行き方向に直交する幅方向の長さとを有し、磁場加熱コイル２２は、幅方向に沿って設けられる第１コイル部位２２ａと、第１コイル部位の幅方向の両側に連なって設けられ、幅方向に対して奥行き方向の一方側に所定の角度θをもって傾斜する一対の第２コイル部位２２ｂと、を有し、第１コイル部位２２ａ及び一対の第２コイル部位２２ｂは、第１コイル部位２２ａの幅方向における中央において奥行き方向に引いた線分に対して線対称となっている。【選択図】図２

Description

本発明は、複合材を磁場により誘導加熱する磁場加熱コイルを備えた加熱装置に関するものである。

従来、加熱装置として、コイル支持部材の内部にコイル導線が設置された電磁誘導加熱装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。コイル導線は、コイル支持部材の加熱面において、略同心円状に配置されている。

特開２０１４−１１６２９３号公報

しかしながら、特許文献１のようにコイル導線を配置してしまうと、複合材に対する加熱が不均一となる。このため、加熱装置を用いて、複合材を加熱して成形する場合、複合材が成形不良となってしまう可能性がある。

そこで、本発明は、複合材に対する加熱の均一化を図ることができる加熱装置を提供することを課題とする。

本発明の加熱装置は、複合材を磁場により誘導加熱する磁場加熱コイルを備えた加熱装置において、前記複合材は、奥行き方向における長さと、前記奥行き方向に直交する幅方向における長さとを有し、前記磁場加熱コイルは、前記幅方向に沿って設けられる第１コイル部位と、前記第１コイル部位の前記幅方向の両側に連なって設けられ、前記幅方向に対して前記奥行き方向の一方側に所定の角度をもって傾斜する一対の第２コイル部位と、を有し、前記第１コイル部位及び前記一対の第２コイル部位は、前記第１コイル部位の前記幅方向における中央において前記奥行き方向に引いた線分に対して線対称となっている。

この構成によれば、第１コイル部位と一対の第２コイル部位とを有する磁場加熱コイルとすることで、複合材に対する加熱の均一化を図ることができる。

また、前記磁場加熱コイルは、前記第１コイル部位上において前記幅方向に引いた線分に対して、前記一対の第２コイル部位と線対称に設けられる一対の第３コイル部位を、さらに備えることが、好ましい。

この構成によれば、第１コイル部位、一対の第２コイル部位及び一対の第３コイル部位を有する磁場加熱コイルとすることで、複合材のより広い範囲において、加熱の均一化を図ることができる。

また、前記磁場加熱コイルは、前記複合材に対して予め設定された加熱エリアを加熱対象としており、前記加熱エリアは、奥行き方向における長さがＬとなり、前記奥行き方向に直交する幅方向における長さがＤとなっており、前記磁場加熱コイルは、前記一対の第２コイル部位が、前記幅方向に対して前記加熱エリア側に所定の角度をもって傾斜し、前記幅方向における前記第１コイル部位の長さをｌ１とし、前記所定の角度をθとすると、前記所定の角度θは、０°＜θ≦９０°となっており、前記第１コイル部位の長さｌ１は、前記加熱エリアの長さＤよりも長い、ｌ１＞Ｄとなっていることが、好ましい。

この構成によれば、加熱エリアに対して、磁場加熱コイルを適切な形状とすることができるため、加熱エリアにおける加熱の均一化を図ることができる。

また、前記磁場加熱コイルは、前記奥行き方向に複数並べて設けられることが、好ましい。

この構成によれば、奥行き方向に複数の磁場加熱コイルを配置することができるため、複合材の奥行き方向における加熱の均一化をより向上させることができる。

また、前記奥行き方向に並べて設けられた複数の前記磁場加熱コイル同士を接続する接続部位を、さらに備えることが、好ましい。

この構成によれば、複数の磁場加熱コイルを接続部位により接続することで、複数の磁場加熱コイルの各部位が一本の線でつながる形状、すなわち一筆書きの形状とすることができる。このため、複数の磁場加熱コイルを、一本の導線で形成し易い形状とすることができる。

また、前記接続部位は、前記奥行き方向に隣接する一方の前記磁場加熱コイルに流れる電流と、前記奥行き方向に隣接する他方の前記磁場加熱コイルに流れる電流とが、逆位相となるように接続することが、好ましい。

この構成によれば、一方の磁場加熱コイルで形成される磁場と、他方の磁場加熱コイルで形成される磁場とが逆極性となるため、磁場同士が相殺されることを抑制することができ、複数の磁場加熱コイルによる加熱を好適に行うことができる。

図１は、実施形態１に係る加熱装置の概略構成図である。 図２は、実施形態１に係る加熱装置の加熱エリア及び磁場加熱コイルに関する一例の説明図である。 図３は、図２の磁場加熱コイルの一例の形状に関する模式図である。 図４は、実施形態１に係る加熱装置の加熱エリア及び磁場加熱コイルに関する一例の説明図である。 図５は、図４の磁場加熱コイルの一例の形状に関する模式図である。 図６は、実施形態２に係る加熱装置の加熱エリア及び磁場加熱コイルに関する一例の説明図である。 図７は、図６の磁場加熱コイルの一例の形状に関する模式図である。 図８は、実施形態２に係る加熱装置の加熱エリア及び磁場加熱コイルに関する一例の説明図である。 図９は、図８の磁場加熱コイルの一例の形状に関する模式図である。 図１０は、実施形態３に係る加熱装置の加熱エリア及び磁場加熱コイルに関する一例の説明図である。 図１１は、図１０の磁場加熱コイルの一例の形状に関する模式図である。 図１２は、実施形態３に係る加熱装置の加熱エリア及び磁場加熱コイルに関する一例の説明図である。 図１３は、図１２の磁場加熱コイルの一例の形状に関する模式図である。 図１４は、従来に係る加熱装置の磁場加熱コイルに関する模式図である。 図１５は、従来に係る磁場加熱コイルにより加熱された加熱エリアの温度分布に関する説明図である。 図１６は、実施形態１に係る磁場加熱コイルにより加熱された加熱エリアの温度分布に関する説明図である。 図１７は、実施形態２に係る磁場加熱コイルにより加熱された加熱エリアの温度分布に関する説明図である。

以下に、本発明に係る実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施形態によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施形態における構成要素には、当業者が置換可能かつ容易なもの、あるいは実質的に同一のものが含まれる。さらに、以下に記載した構成要素は適宜組み合わせることが可能であり、また、実施形態が複数ある場合には、各実施形態を組み合わせることも可能である。

［実施形態１］
実施形態１に係る加熱装置１０は、樹脂を含浸させた強化繊維を加熱し硬化させて複合材２０を成形する成形装置に設けられる装置である。加熱装置１０の説明に先立ち、複合材２０について説明する。

複合材２０は、樹脂を含浸させた強化繊維基材を積層方向に複数積層することで平板形状となる積層体が形成され、硬化前となる積層体を加熱装置１０に配置し、加熱装置１０により積層体が加熱されることで成形される。なお、以下の説明において、積層体を、単に複合材ということもある。

積層体に含まれる強化繊維は、電気伝導性を有している。加熱装置１０において積層体に磁場が与えられると、積層体の内部において渦電流が発生する。積層体は、内部において渦電流が発生すると、強化繊維の電気抵抗によって発熱する。強化繊維で発生した熱は、積層体に含まれる樹脂に伝えられる。なお、樹脂としては、例えば、熱硬化性樹脂である。すなわち、積層体は、磁場を与えることによって発熱する複合材料となっている。複合材２０に含まれる強化繊維は、実施形態１では炭素繊維が例示されるが、これに限定されることはなく、その他の強化繊維でもよい。複合材２０に含まれる熱硬化性樹脂は、実施形態１ではエポキシ系樹脂を有する樹脂が例示される。

次に、図１を参照して、加熱装置１０について説明する。図１は、実施形態１に係る加熱装置の概略構成図である。加熱装置１０は、積層体が配置される成形型２４と、積層体に磁場を与えることで加熱する磁場加熱コイル２２と、磁場加熱コイル２２を制御する制御部１８とを含んで構成されている。

成形型２４は、その上面に硬化前の積層体が配置される。成形型２４は、磁場に対して透明な材料で構成されている。すなわち、成形型２４は、磁場に対して不変となる材料であり、また、磁場による渦電流が発生しない材料で構成されている。

磁場加熱コイル２２は、成形型２４を挟んで積層体の反対側に設けられ、成形型２４を介して積層体と対向するように設けられている。磁場加熱コイル２２は、磁場を発生可能な導線が用いられ、積層体に磁場を与えることによって、積層体の所定の加熱エリアＥを加熱する。

ここで、図２を参照して、加熱エリアＥ及び磁場加熱コイル２２に関する一例について説明する。図２は、実施形態１に係る加熱装置の加熱エリア及び磁場加熱コイルに関する一例の説明図である。ここで、積層体の加熱エリアＥは、積層体に対して予め設定された加熱対象となるエリアである。このため、磁場加熱コイル２２は、少なくとも加熱エリアＥを加熱する。また、加熱エリアＥを加熱すると、加熱エリアＥの外側も加熱されることから、磁場加熱コイル２２は、加熱エリアＥを含むエリアを加熱する。積層体の加熱エリアＥは、奥行き方向及び幅方向に直交する高さ方向から見た面内において方形状となっている。積層体の加熱エリアＥは、奥行き方向（図２の上下方向）における長さがＬとなっており、奥行き方向に直交する幅方向（図２の左右方向）における長さがＤとなっている。このような加熱エリアＥに対して、図２の磁場加熱コイル２２は、加熱エリアＥにおける加熱の均一化を図るべく、第１コイル部位２２ａと、一対の第２コイル部位２２ｂと、を有するものとなっている。

第１コイル部位２２ａは、幅方向に沿って直線状に設けられる部位であり、奥行き方向において加熱エリアＥの一方側に位置している。幅方向における第１コイル部位２２ａの長さをｌ１とすると、第１コイル部位２２ａの長さｌ１は、加熱エリアＥの奥行き方向の長さＤよりも長い、「ｌ１＞Ｄ」となっている。

一対の第２コイル部位２２ｂは、第１コイル部位２２ａの幅方向の両側にそれぞれ連なって設けられる。第２コイル部位２２ｂは、幅方向の線分に対して、加熱エリアＥ側に所定の角度θをもって傾斜して配置されている。ここで、所定の角度θは、「０°＜θ≦９０°」となっている。なお、所定の角度θは、「３０°＜θ≦６０°」がより好ましく、実施形態１では、例えば、「θ＝４５°」となっている。また、第２コイル部位２２ｂの長さをｌ２とすると、第２コイル部位２２ｂの長さｌ２は、第１コイル部位２２ａの長さｌ１よりも短くなっている。

そして、第１コイル部位２２ａ及び一対の第２コイル部位２２ｂは、第１コイル部位２２ａの幅方向における中央において奥行き方向に引いた線分に対して、線対称となっている。

ここで、図２に示す磁場加熱コイル２２を、各部位が一本の線でつながる形状、すなわち一筆書きの形状とする場合、磁場加熱コイル２２は、例えば、図３に示すような形状となる。図３は、図２の磁場加熱コイルの一例の形状に関する模式図である。図３の磁場加熱コイル２２において、第１コイル部位２２ａは、幅方向に沿って設けられる平行な２本の導線を含んで構成されている。一対の第２コイル部位２２ｂのうち、幅方向の他方側（図３の右側）の第２コイル部位２２ｂは、第１コイル部位２２ａの一方側（図３の下側）の導線に接続される導線と、第１コイル部位２２ａの他方側（図３の上側）の導線に接続される導線と、これらの導線同士を接続する導線とを含んでいる。また、幅方向の一方側（図３の左側）の第２コイル部位２２ｂは、第１コイル部位２２ａの一方側（図３の下側）の導線に接続される導線と、第１コイル部位２２ａの他方側（図３の上側）の導線に接続される導線と、を含み、これらの導線は制御部１８に接続されている。第２コイル部位２２ｂの導線は、第１コイル部位２２ａの導線に対して、加熱エリアＥ側に傾斜して延びて設けられている。

このように、磁場加熱コイル２２を図３に示す形状とすることで、磁場加熱コイル２２を構成する導線は、制御部１８から順に、一方側の第２コイル部位２２ｂ及び第１コイル部位２２ａを経て、他方側の第２コイル部位２２ｂに至り、折り返されて、他方側の第２コイル部位２２ｂから、第１コイル部位２２ａ及び一方側の第２コイル部位２２ｂを経て、制御部１８に至るものとなっている。このとき、第１コイル部位２２ａ及び一対の第２コイル部位２２ｂにおいて、２本の導線を流れる電流は、一方側の導線と他方側の導線とで流れる向きを逆向きとすることができる。

次に、図４を参照して、磁場加熱コイル２２に関する他の一例について説明する。図３は、実施形態１に係る加熱装置の加熱エリア及び磁場加熱コイルに関する一例の説明図である。図４の磁場加熱コイル２２は、第１コイル部位２２ａと、一対の第２コイル部位２２ｂと、一対の第３コイル部位２２ｃとを有するものとなっている。なお、第１コイル部位２２ａ及び一対の第２コイル部位２２ｂは、図２と同様であるため、説明を省略する。

一対の第３コイル部位２２ｃは、第１コイル部位２２ａの幅方向の両側にそれぞれ連なって設けられる。第３コイル部位２２ｃは、幅方向の線分に対して、加熱エリアＥとは反対側に所定の角度θをもって傾斜して配置されている。つまり、第２コイル部位２２ｂと第３コイル部位２２ｃは、第１コイル部位２２ａから分岐する部位となっている。そして、第３コイル部位２２ｃは、第１コイル部位２２ａ上において幅方向に引いた線分に対して、一対の第２コイル部位２２ｂと線対称に設けられる。このため、第３コイル部位２２ｃの所定の角度θは、第２コイル部位２２ｂと同様の角度となっている。また、第３コイル部位２２ｃの長さをｌ３とすると、第３コイル部位２２ｃの長さｌ３は、第１コイル部位２２ａの長さｌ１よりも短く、第２コイル部位２２ｂの長さｌ２と同じ長さとなっている。

そして、第１コイル部位２２ａ、一対の第２コイル部位２２ｂ及び一対の第３コイル部位２２ｃは、第１コイル部位２２ａの幅方向における中央において奥行き方向に引いた線分に対して、線対称となっている。

ここで、図４に示す磁場加熱コイル２２を、各部位が一本の線でつながる形状、すなわち一筆書きの形状とする場合、磁場加熱コイル２２は、例えば、図５に示すような形状となる。図５は、図４の磁場加熱コイルの一例の形状に関する模式図である。図５の磁場加熱コイル２２において、第１コイル部位２２ａは、幅方向に沿って設けられる平行な２本の導線を含んで構成されている。一対の第２コイル部位２２ｂのうち、幅方向の他方側（図５の右側）の第２コイル部位２２ｂは、第１コイル部位２２ａの一方側（図５の下側）の導線に接続される導線を含んでおり、第２コイル部位２２ｂの導線は、第１コイル部位２２ａの一方側の導線から、加熱エリアＥ側に延びて設けられると共に、再び、第１コイル部位２２ａの一方側の導線へ向かって延びるものとなっている。また、幅方向の一方側（図５の左側）の第２コイル部位２２ｂは、第１コイル部位２２ａの一方側（図５の下側）の導線に接続される導線と、第３コイル部位２２ｃの導線に接続される導線と、を含み、これらの導線は制御部１８に接続されている。第２コイル部位２２ｂの導線は、第１コイル部位２２ａの導線に対して、加熱エリアＥ側に傾斜して延びて設けられている。一対の第３コイル部位２２ｃは、第１コイル部位２２ａの他方側（図４の上側）の導線に接続される導線を含んでおり、第３コイル部位２２ｃの導線は、第１コイル部位２２ａの他方側の導線から、加熱エリアＥとは反対側に延びて設けられると共に、再び、第１コイル部位２２ａの他方側の導線へ向かって延びるものとなっている。そして、第２コイル部位２２ｂの導線と第３コイル部位２２ｃの導線とは、第１コイル部位２２ａと接続される端部とは反対側の端部が、接続されている。

このように、磁場加熱コイル２２を図５に示す形状とすることで、磁場加熱コイル２２を構成する導線は、制御部１８から順に、一方側の第２コイル部位２２ｂ、一方側の第３コイル部位２２ｃ、第１コイル部位２２ａ、他方側の第３コイル部位２２ｃ、他方側の第２コイル部位２２ｂ、第１コイル部位２２ａ及び一方側の第２コイル部位２２ｂを経て、制御部１８に至るものとなっている。このとき、第１コイル部位２２ａ、一対の第２コイル部位２２ｂ及び一対の第３コイル部位２２ｃにおいて、導線を流れる電流は、一方側の導線と他方側の導線とで流れる向きを逆向きとすることができる。なお、詳細は後述するが、図５の磁場加熱コイル２２の温度分布は、従来に比して温度の偏在を抑制したものとなり、均一化を図ることができる。

制御部１８は、磁場加熱コイル２２に流す電流を制御して、積層体に与える磁場を制御している。制御部１８は、ＣＰＵ等の集積回路によって演算処理を行うことで、加熱装置１０における各種制御動作を実行する。

このような加熱装置１０において、成形型２４上に配置された積層体を加熱する場合、制御部１８は、磁場加熱コイル２２に電流を流すことで、磁場加熱コイル２２から磁場を発生させる。発生した磁場は、成形型２４を通過し、積層体に当てられる。積層体は、磁場が与えられると、加熱エリアＥにおいて誘導加熱されることで硬化し、複合材２０として成形される。

以上のように、実施形態１によれば、図２の磁場加熱コイル２２において、第１コイル部位２２ａと一対の第２コイル部位２２ｂとを有する磁場加熱コイル２２とすることで、磁場加熱コイル２２周りの複合材２０に対して加熱の均一化を図ることができる。

また、実施形態１によれば、図４の磁場加熱コイル２２において、一対の第３コイル部位２２ｃをさらに有する磁場加熱コイル２２とすることで、磁場加熱コイル２２周りのより広い範囲の複合材２０に対して加熱の均一化を図ることができる。

［実施形態２］
次に、図６から図９を参照して、実施形態２に係る加熱装置３０について説明する。なお、実施形態２では、重複した記載を避けるべく、実施形態１と異なる部分について説明し、実施形態１と同様の構成である部分については、同じ符号を付して説明する。図６は、実施形態２に係る加熱装置の加熱エリア及び磁場加熱コイルに関する一例の説明図である。図７は、図６の磁場加熱コイルの一例の形状に関する模式図である。図８は、実施形態２に係る加熱装置の加熱エリア及び磁場加熱コイルに関する一例の説明図である。図９は、図８の磁場加熱コイルの一例の形状に関する模式図である。

実施形態２の加熱装置３０は、実施形態１の図２及び図４の磁場加熱コイル２２を、奥行き方向に複数並べて配置したものとなっている。具体的に、実施形態２の加熱装置３０において、図６に示す磁場加熱コイル３２は、図２の磁場加熱コイル２２を、加熱エリアＥを挟んで、奥行き方向に並べて設けたものとなっている。図６に示すように、奥行き方向に並ぶ２つの磁場加熱コイル３２は、その一方側（図６の上側）の磁場加熱コイル３２が、加熱エリアＥの奥行き方向の一方側に配置され、その他方側（図６の下側）の磁場加熱コイル３２が、加熱エリアＥの奥行き方向の他方側に配置されている。そして、一方側の磁場加熱コイル３２の第１コイル部位２２ａと、他方側の磁場加熱コイル３２の第１コイル部位２２ａとは、奥行き方向に対向して設けられる。また、一方側の磁場加熱コイル３２の一対の第２コイル部位２２ｂと、他方側の磁場加熱コイル３２の一対の第２コイル部位２２ｂとは、加熱エリアＥ側に傾斜して設けられる。

ここで、図６に示す磁場加熱コイル３２のそれぞれを、図３に示す一筆書きの磁場加熱コイル２２とする場合、磁場加熱コイル３２は、例えば、図７に示すような形状となる。図７の磁場加熱コイル３２は、図３の磁場加熱コイル２２を、加熱エリアＥを挟んで、奥行き方向の両側に設けた構成となっている。なお、図７に示す磁場加熱コイル３２のそれぞれは、図３に示す磁場加熱コイル２２と同様であるため説明を省略する。そして、図７に示す磁場加熱コイル３２のそれぞれは、制御部１８に接続される。つまり、一方側の磁場加熱コイル３２を構成する導線と、他方側の磁場加熱コイル３２構成する導線とは、それぞれ制御部１８に接続されている。

また、実施形態２の加熱装置３０において、図８に示す磁場加熱コイル３２は、図４の磁場加熱コイル２２を、加熱エリアＥを挟んで、奥行き方向に並べて設けたものとなっている。図８に示すように、奥行き方向に並ぶ２つの磁場加熱コイル３２は、その一方側（図８の上側）の磁場加熱コイル３２が、加熱エリアＥの奥行き方向の一方側に配置され、その他方側（図８の下側）の磁場加熱コイル３２が、加熱エリアＥの奥行き方向の他方側に配置されている。そして、一方側の磁場加熱コイル３２の第１コイル部位２２ａと、他方側の磁場加熱コイル３２の第１コイル部位２２ａとは、奥行き方向に対向して設けられる。また、一方側の磁場加熱コイル３２の一対の第２コイル部位２２ｂと、他方側の磁場加熱コイル３２の一対の第２コイル部位２２ｂとは、加熱エリアＥ側に傾斜して設けられる。さらに、一方側の磁場加熱コイル３２の一対の第３コイル部位２２ｃと、他方側の磁場加熱コイル３２の一対の第３コイル部位２２ｃとは、加熱エリアＥとは反対側に傾斜して設けられる。

ここで、図８に示す磁場加熱コイル３２のそれぞれを、図５に示す一筆書きの磁場加熱コイル２２とする場合、磁場加熱コイル３２は、例えば、図９に示すような形状となる。図９の磁場加熱コイル３２は、図５の磁場加熱コイル２２を、加熱エリアＥを挟んで、奥行き方向の両側に設けた構成となっている。なお、図９に示す磁場加熱コイル３２のそれぞれは、図５に示す磁場加熱コイル２２と同様であるため説明を省略する。そして、図９に示す磁場加熱コイル３２のそれぞれは、制御部１８に接続される。つまり、一方側の磁場加熱コイル３２を構成する導線と、他方側の磁場加熱コイル３２構成する導線とは、それぞれ制御部１８に接続されている。なお、詳細は後述するが、図９の磁場加熱コイル３２の温度分布は、従来に比して温度の偏在を抑制したものとなり、均一化を図ることができる。

以上のように、実施形態２によれば、加熱エリアＥの奥行き方向における両側に磁場加熱コイル３２を配置することができるため、加熱エリアＥの奥行き方向における加熱の均一化をより向上させることができる。

［実施形態３］
次に、図１０から図１３を参照して、実施形態３に係る加熱装置４０について説明する。なお、実施形態３でも、重複した記載を避けるべく、実施形態１及び２と異なる部分について説明し、実施形態１及び２と同様の構成である部分については、同じ符号を付して説明する。図１０は、実施形態３に係る加熱装置の加熱エリア及び磁場加熱コイルに関する一例の説明図である。図１１は、図１０の磁場加熱コイルの一例の形状に関する模式図である。図１２は、実施形態３に係る加熱装置の加熱エリア及び磁場加熱コイルに関する一例の説明図である。図１３は、図１２の磁場加熱コイルの一例の形状に関する模式図である。

実施形態３の加熱装置４０は、実施形態２の図６及び図８の複数の磁場加熱コイル３２を接続して、各部位が一本の線でつながる形状、すなわち一筆書きの形状となるようにしたものである。具体的に、実施形態３の加熱装置４０において、図１０に示す磁場加熱コイル４２は、図６の磁場加熱コイル３２が加熱エリアＥを挟んで奥行き方向に並べて設けられ、接続部位２２ｄにより接続されたものとなっている。図１０では、接続部位２２ｄが一対設けられ、一対の接続部位２２ｄは、一方側（図１０の下側）の磁場加熱コイル４２の一対の第２コイル部位２２ｂと、他方側（図１０の上側）の磁場加熱コイル４２の一対の第２コイル部位２２ｂとを、それぞれ接続している。なお、図１０では、接続部位２２ｄを一対設けたが、特に限定されず、複数の磁場加熱コイル４２を接続する部位であれば、何れの構成であってもよい。

つまり、図１０に示すように、複数の磁場加熱コイル４２のうち、加熱エリアＥの奥行き方向の一方側（図１０の下側）に設けられる磁場加熱コイル４２は、第１コイル部位２２ａと、一対の第２コイル部位２２ｂとを有する。また、加熱エリアＥの奥行き方向の他方側（図１０の上側）に設けられる磁場加熱コイル４２は、第１コイル部位２２ａと、一対の第２コイル部位２２ｂとを有する。そして、一方側の磁場加熱コイル４２の第１コイル部位２２ａと、他方側の磁場加熱コイル４２の第１コイル部位２２ａとは、奥行き方向に対向して設けられる。また、一方側の磁場加熱コイル４２の一対の第２コイル部位２２ｂと、他方側の磁場加熱コイル４２の一対の第２コイル部位２２ｂとは、加熱エリアＥ側に傾斜して設けられる。一対の接続部位２２ｄは、一方側の一対の第２コイル部位２２ｂと、他方側の一対の第２コイル部位２２ｂとをそれぞれ接続する。

ここで、図１０に示す複数の磁場加熱コイル４２を、一筆書きの磁場加熱コイル４２とする場合、磁場加熱コイル４２は、例えば、図１１に示すような形状となる。なお、図１１に示す磁場加熱コイル４２は、図７に示す磁場加熱コイル３２と同様の部分については説明を省略し、異なる部分についてのみ説明する。なお、図１１では、一つの接続部位２２ｄにより、一方側の磁場加熱コイル４２の一方側（図１１の左側）の第２コイル部位２２ｂと、他方側の磁場加熱コイル４２の一方側（図１１の左側）の第２コイル部位２２ｂとを接続している。

図１１に示す一方側（図１１の下側）の磁場加熱コイル４２において、一方側（図１１の左側）の第２コイル部位２２ｂは、第１コイル部位２２ａの一方側（図１１の下側）の導線に接続される導線と、第１コイル部位２２ａの他方側（図１１の上側）の導線に接続される導線と、を含んでいる。第１コイル部位２２ａの一方側の導線に接続される第２コイル部位２２ｂの導線は、接続部位２２ｄの導線に接続される。一方で、第１コイル部位２２ａの他方側の導線に接続される第２コイル部位２２ｂの導線は、制御部１８に接続される。

また、図１１に示す他方側（図１１の上側）の磁場加熱コイル４２において、一方側（図１１の左側）の第２コイル部位２２ｂは、第１コイル部位２２ａの一方側（図１１の下側）の導線に接続される導線と、第１コイル部位２２ａの他方側（図１１の上側）の導線に接続される導線と、を含んでいる。第１コイル部位２２ａの一方側の導線に接続される第２コイル部位２２ｂの導線は、接続部位２２ｄの導線に接続される。一方で、第１コイル部位２２ａの他方側の導線に接続される第２コイル部位２２ｂの導線は、制御部１８に接続される。

このように、複数の磁場加熱コイル４２を図１１に示す形状とすることで、複数の磁場加熱コイル４２を構成する導線は、制御部１８から順に、他方側の磁場加熱コイル４２、接続部位２２ｄ及び他方側の磁場加熱コイル４２を経て、制御部１８に至るものとなっている。他方側の磁場加熱コイル４２における導線は、制御部１８から順に、一方側の第２コイル部位２２ｂ及び第１コイル部位２２ａを経て、他方側の第２コイル部位２２ｂに至り、折り返されて、他方側の第２コイル部位２２ｂから、第１コイル部位２２ａ及び一方側の第２コイル部位２２ｂを経て、接続部位２２ｄに至るものとなっている。一方側の磁場加熱コイル４２における導線は、接続部位２２ｄから順に、一方側の第２コイル部位２２ｂ及び第１コイル部位２２ａを経て、他方側の第２コイル部位２２ｂに至り、折り返されて、他方側の第２コイル部位２２ｂから、第１コイル部位２２ａ及び一方側の第２コイル部位２２ｂを経て、制御部１８に至るものとなっている。

このとき、他方側の磁場加熱コイル４２における第１コイル部位２２ａにおいて、２本の導線を流れる電流は、一方側の導線と他方側の導線とで流れる向きを逆向きとすることができる。このため、他方側の磁場加熱コイル４２における第１コイル部位２２ａにおいて、２本の導線の間には、他方の極性となる磁場を形成できる。また、一方側の磁場加熱コイル４２における第１コイル部位２２ａにおいて、２本の導線を流れる電流は、一方側の導線と他方側の導線とで流れる向きを逆向きとすることができる。このため、一方側の磁場加熱コイル４２における第１コイル部位２２ａにおいて、２本の導線の間には、一方の極性となる磁場を形成できる。つまり、接続部位２２ｄは、他方側の磁場加熱コイル４２に流れる電流と、一方側の磁場加熱コイル４２に流れる電流とが、逆位相となるように接続することで、他方側の磁場加熱コイル４２で形成される磁場と、一方側の磁場加熱コイル４２で形成される磁場とを逆極性にしている。

また、実施形態３の加熱装置４０において、図１２に示す磁場加熱コイル４２は、図８の磁場加熱コイル３２が加熱エリアＥを挟んで奥行き方向に並べて設けられ、接続部位２２ｄにより接続されたものとなっている。図１２では、接続部位２２ｄが一対設けられ、一対の接続部位２２ｄは、一方側（図１２の下側）の磁場加熱コイル４２の一対の第２コイル部位２２ｂと、他方側（図１２の上側）の磁場加熱コイル４２の一対の第２コイル部位２２ｂとを、それぞれ接続している。なお、図１２では、接続部位２２ｄを一対設けたが、特に限定されず、複数の磁場加熱コイル４２を接続する部位であれば、何れの構成であってもよい。

つまり、図１２に示すように、複数の磁場加熱コイル４２のうち、加熱エリアＥの奥行き方向の一方側（図１２の上側）に設けられる磁場加熱コイル４２は、第１コイル部位２２ａと、一対の第２コイル部位２２ｂと、一対の第３コイル部位２２ｃとを有する。また、加熱エリアＥの奥行き方向の他方側（図１２の上側）に設けられる磁場加熱コイル４２は、第１コイル部位２２ａと、一対の第２コイル部位２２ｂと、一対の第３コイル部位２２ｃとを有する。そして、一方側の磁場加熱コイル４２の第１コイル部位２２ａと、他方側の磁場加熱コイル４２の第１コイル部位２２ａとは、奥行き方向に対向して設けられる。また、一方側の磁場加熱コイル４２の一対の第２コイル部位２２ｂと、他方側の磁場加熱コイル４２の一対の第２コイル部位２２ｂとは、加熱エリアＥ側に傾斜して設けられる。また、一方側の磁場加熱コイル４２の一対の第３コイル部位２２ｃと、他方側の磁場加熱コイル４２の一対の第３コイル部位２２ｃとは、加熱エリアＥとは反対側に傾斜して設けられる。一対の接続部位２２ｄは、一方側の一対の第２コイル部位２２ｂと、他方側の一対の第２コイル部位２２ｂとをそれぞれ接続する。

ここで、図１２に示す複数の磁場加熱コイル４２を、一筆書きの磁場加熱コイル４２とする場合、磁場加熱コイル４２は、例えば、図１３に示すような形状となる。なお、図１３に示す磁場加熱コイル４２は、図９に示す磁場加熱コイル３２と同様の部分については説明を省略し、異なる部分についてのみ説明する。なお、図１３では、一つの接続部位２２ｄにより、一方側の磁場加熱コイル４２の一方側（図１３の左側）の第２コイル部位２２ｂと、他方側の磁場加熱コイル４２の一方側（図１３の左側）の第２コイル部位２２ｂとを接続している。

図１３に示す一方側（図１３の下側）の磁場加熱コイル４２において、一方側（図１３の左側）の第２コイル部位２２ｂは、第１コイル部位２２ａの一方側（図１３の下側）の導線に接続される導線と、第１コイル部位２２ａの他方側（図１３の上側）の導線に接続される導線と、を含んでいる。第１コイル部位２２ａの一方側の導線に接続される第２コイル部位２２ｂの導線は、接続部位２２ｄの導線に接続される。一方で、第１コイル部位２２ａの他方側の導線に接続される第２コイル部位２２ｂの導線は、制御部１８に接続される。

また、図１３に示す他方側（図１３の上側）の磁場加熱コイル４２において、一方側（図１３の左側）の第２コイル部位２２ｂは、第１コイル部位２２ａの一方側（図１３の下側）の導線に接続される導線と、第１コイル部位２２ａの他方側（図１３の上側）の導線に接続される導線と、を含んでいる。第１コイル部位２２ａの一方側の導線に接続される第２コイル部位２２ｂの導線は、接続部位２２ｄの導線に接続される。一方で、第１コイル部位２２ａの他方側の導線に接続される第２コイル部位２２ｂの導線は、制御部１８に接続される。

このように、複数の磁場加熱コイル４２を図１３に示す形状とすることで、複数の磁場加熱コイル４２を構成する導線は、制御部１８から順に、他方側の磁場加熱コイル４２、接続部位２２ｄ及び他方側の磁場加熱コイル４２を経て、制御部１８に至るものとなっている。他方側の磁場加熱コイル４２における導線は、制御部１８から順に、一方側の第２コイル部位２２ｂ、一方側の第３コイル部位２２ｃ、第１コイル部位２２ａ、他方側の第３コイル部位２２ｃ、他方側の第２コイル部位２２ｂ、第１コイル部位２２ａ及び一方側の第２コイル部位２２ｂを経て、接続部位２２ｄに至るものとなっている。一方側の磁場加熱コイル４２における導線は、接続部位２２ｄから順に、一方側の第２コイル部位２２ｂ、一方側の第３コイル部位２２ｃ、第１コイル部位２２ａ、他方側の第３コイル部位２２ｃ、他方側の第２コイル部位２２ｂ、第１コイル部位２２ａ及び一方側の第２コイル部位２２ｂを経て、制御部１８に至るものとなっている。

このとき、他方側の磁場加熱コイル４２における第１コイル部位２２ａにおいて、２本の導線を流れる電流は、一方側の導線と他方側の導線とで流れる向きを逆向きとすることができる。このため、他方側の磁場加熱コイル４２における第１コイル部位２２ａにおいて、２本の導線の間には、他方の極性となる磁場を形成できる。また、一方側の磁場加熱コイル４２における第１コイル部位２２ａにおいて、２本の導線を流れる電流は、一方側の導線と他方側の導線とで流れる向きを逆向きとすることができる。このため、一方側の磁場加熱コイル４２における第１コイル部位２２ａにおいて、２本の導線の間には、一方の極性となる磁場を形成できる。つまり、接続部位２２ｄは、他方側の磁場加熱コイル４２に流れる電流と、一方側の磁場加熱コイル４２に流れる電流とが、逆位相となるように接続することで、他方側の磁場加熱コイル４２で形成される磁場と、一方側の磁場加熱コイル４２で形成される磁場とを逆極性にしている。

以上のように、実施形態３によれば、加熱エリアＥを取り囲むように磁場加熱コイル４２を配置することができるため、加熱エリアＥにおける加熱の均一化をより向上させることができる。また、複数の磁場加熱コイル４２は、各部位が一本の線でつながる形状、すなわち一筆書きの形状とすることができる。このため、複数の磁場加熱コイル４２を、一本の導線で形成し易い形状とすることができる。

また、実施形態３によれば、一方側の磁場加熱コイル４２で形成される磁場と、他方側の磁場加熱コイル４２で形成される磁場とが逆極性となるため、磁場同士が相殺されることを抑制することができ、複数の磁場加熱コイル４２による複合材２０の加熱を好適に行うことができる。

なお、実施形態３では、図１１及び図１３において、一つの接続部位２２ｄにより、複数の磁場加熱コイル４２を接続する構成としたが、この接続に特に限定されない。一方側の磁場加熱コイル４２で形成される磁場と、他方側の磁場加熱コイル４２で形成される磁場とが逆極性となれば、接続部位２２ｄによる複数の磁場加熱コイル４２の接続の仕方は、何れの接続であってもよい。

次に、図１４から図１７を参照して、従来の磁場加熱コイルと、実施形態１の磁場加熱コイル２２及び実施形態２の磁場加熱コイル３２との温度分布について比較する。図１０は、従来に係る加熱装置の磁場加熱コイルに関する模式図である。図１０に示す従来の磁場加熱コイル５２は、導線が同心円状となるように配置されたものとなっている。

図１１は、従来に係る磁場加熱コイルにより加熱された加熱エリアの温度分布に関する説明図である。図１１に示すように、従来の磁場加熱コイル５２により加熱された加熱エリアＥの温度分布は、磁場加熱コイル５２の径方向において、中心と径方向外側との間の中央の領域が最高温度となる加熱領域となっている。そして、最高温度となる加熱領域は、周方向に沿う円環状の領域となっている。

図１２は、実施形態１に係る磁場加熱コイルにより加熱された加熱エリアの温度分布に関する説明図である。図１２に示すように、実施形態１の図４に示す磁場加熱コイル２２により加熱された加熱エリアＥの温度分布は、最高温度となる加熱領域が、４つに分散して形成され、第１コイル部位２２ａの幅方向の両側に２つずつ形成される共に、第１コイル部位２２ａを挟んで奥行き方向の両側に形成される。図１２の加熱領域と、図１１の加熱領域とを比較すると、図１２の温度分布では、最高温度となる加熱領域の偏在が抑制されたものとなっている。

図１３は、実施形態２に係る磁場加熱コイルにより加熱された加熱エリアの温度分布に関する説明図である。図１３に示すように、実施形態２の図７に示す磁場加熱コイル３２により加熱された加熱エリアＥの温度分布は、最高温度となる加熱領域が、２つに分散して形成され、第１コイル部位２２ａの幅方向の両側に２つ形成される。また、２つの最高温度となる加熱領域は、２つの磁場加熱コイル３２の間の加熱エリアＥに形成される。図１３の加熱領域と、図１１の加熱領域とを比較すると、図１３の温度分布では、最高温度となる加熱領域の偏在が抑制されたものとなっており、また、図１２の温度分布に比してより均一化されている。

１０ 加熱装置（実施形態１）
１８ 制御部
２０ 複合材
２２ 磁場加熱コイル（実施形態１）
２２ａ 第１コイル部位
２２ｂ 第２コイル部位
２２ｃ 第３コイル部位
２２ｄ 接続部位
２４ 成形型
３０ 加熱装置（実施形態２）
３２ 磁場加熱コイル（実施形態２）
４０ 加熱装置（実施形態３）
４２ 磁場加熱コイル（実施形態３）
５２ 磁場加熱コイル

Claims (6)

1. 複合材を磁場により誘導加熱する磁場加熱コイルを備えた加熱装置において、
   前記複合材は、奥行き方向における長さと、前記奥行き方向に直交する幅方向における長さとを有し、
   前記磁場加熱コイルは、
   前記幅方向に沿って設けられる第１コイル部位と、
   前記第１コイル部位の前記幅方向の両側に連なって設けられ、前記幅方向に対して前記奥行き方向の一方側に所定の角度をもって傾斜する一対の第２コイル部位と、を有し、
   前記第１コイル部位及び前記一対の第２コイル部位は、前記第１コイル部位の前記幅方向における中央において前記奥行き方向に引いた線分に対して線対称となっている加熱装置。
2. 前記磁場加熱コイルは、
   前記第１コイル部位上において前記幅方向に引いた線分に対して、前記一対の第２コイル部位と線対称に設けられる一対の第３コイル部位を、さらに備える請求項１に記載の加熱装置。
3. 前記磁場加熱コイルは、前記複合材に対して予め設定された加熱エリアを加熱対象としており、
   前記加熱エリアは、奥行き方向における長さがＬとなり、前記奥行き方向に直交する幅方向における長さがＤとなっており、
   前記磁場加熱コイルは、
   前記一対の第２コイル部位が、前記幅方向に対して前記加熱エリア側に所定の角度をもって傾斜し、
   前記幅方向における前記第１コイル部位の長さをｌ１とし、前記所定の角度をθとすると、
   前記所定の角度θは、０°＜θ≦９０°となっており、
   前記第１コイル部位の長さｌ１は、前記加熱エリアの長さＤよりも長い、ｌ１＞Ｄとなっている請求項１または２に記載の加熱装置。
4. 前記磁場加熱コイルは、前記奥行き方向に複数並べて設けられる請求項３に記載の加熱装置。
5. 前記奥行き方向に並べて設けられた複数の前記磁場加熱コイル同士を接続する接続部位を、さらに備える請求項４に記載の加熱装置。
6. 前記接続部位は、前記奥行き方向に隣接する一方の前記磁場加熱コイルに流れる電流と、前記奥行き方向に隣接する他方の前記磁場加熱コイルに流れる電流とが、逆位相となるように接続する請求項５に記載の加熱装置。