JP4845239B2 - 誘導加熱用コイル - Google Patents

Description

本発明は、ＩＨ炊飯器等の誘導加熱装置に使用される誘導加熱用コイルに関する。

従来の誘導加熱用コイルとして図３及び図４に示すような、耐熱樹脂電線を円環状に巻回した電線束を固定テープにて結束したものを両面テープ等の基材の上に貼付した誘導加熱用コイルが知られている。そして、誘導加熱装置の仕様により、上記の誘導加熱用コイルを複数個層状に接続し、発生させる磁界の強度を調整している。（複数個層状にする為にコイルとコイルの間に両面テープを用いる構造が使われている。図４の上コイルと下コイルの間に両面テープが配置されている。）
ところが、誘導加熱用コイルを複数個層状に多層構造にすると、コイルのインダクタンス、あるいは直流抵抗分が上昇、ひいては、インピーダンスが単層時より大きくなってしまい、所要の磁界が得られなく、損失が大きく加熱効率が低いと言う問題があった。
また、上記の多層構造では、基材の両面テープの厚さや固定テープの厚さが加算されるので思った程、多層化できないというスペース上の問題もあった。
そこで、この問題を解消する方法として、絶縁体が被覆された素線である線コイルを複数本垂直方向に並べて渦巻き状に巻回した誘導加熱用コイルが提案されている。（特許文献１）

しかしながら、この提案の方法においても、素線である線コイル自体、絶縁体によって被覆されているので、この絶縁体の厚さにより自ずと垂直方向に並べるには限界があり、垂直方向にスペースが取れない機器では所定の磁界が得られないという問題、あるいは、コイルを機器内に設置できないという問題もある。
また、この方法では素線が絶縁体により被覆されているので、並列配置された素線間の結合のために両端部の素線の被覆層を除去あるいは剥離したあと結合する必要があり端末加工に工数が掛かるという製造工程上の問題がある。
さらには、並列配置された素線を両端部で結合するために、かしめ端子等の結合部材が必要となり、構成が複雑化するとともに、並列配置された素線は両端部でしか結合されていないので、接触不良等の製品の信頼性に係る問題も懸念される。

それゆえ、多層構造であっても、損失が少なく高効率であり、しかも、寸法が小型化された誘導加熱用コイルが切望されている。

特開２００１−２１０４６０号公報

本発明の課題は、損失が少なく高効率であり、尚且つ、寸法が小型で構造がシンプルな誘導加熱用コイルを提供することにある。

本発明者は、複数本の素線を撚り合わせた、絶縁体が被覆されていない、裸導体を列状に平行配置し複合導体化し、該複合導体の外周に絶縁体を一括被覆した電線を利用することに着目し上記の課題を一挙に解決するに至った。

本発明者によれば、複数本の素線を撚り合わせた、絶縁体が被覆されていない、隣接する複数の導体が全長に渡って互いに接触した状態で列状に平行配置された複合導体を形成し、さらに、該複合導体の外周に絶縁体が一括被覆された単数の列状複合導体の被覆電線を巻回した誘電加熱用コイルであって、該被覆電線の巻き方向が、該被覆電線を構成する複数の該裸導体が列状に平行配置された方向と直交する方向で平面円環状に巻回したことを特徴とする誘導加熱用コイルが提供される。

本発明の誘導加熱用コイルにあっては、以下の効果が期待できる。
（ａ）絶縁体が被覆されていない裸導体を列状に平行配置し、複合導体化しているので、導体部の有効断面積を大きくすることができるので、損失が少なく効率が上がる。
（ｂ）絶縁体が被覆されていない複数本の裸導体を全長に渡って互いに接触した状態で列状に平行配置した複合導体に絶縁体を一括被覆しているだけなので、裸導体毎に絶縁体を施した従来のコイル線と比較して、コイルの外径寸法が小型化できる。
（ｃ）複数の導体が内部で結合（接触）している複合導体を用いるため、従来のような素線（導体）両端部にて絶縁体を剥離し複数の素線を結合させる必要がないので、結合具が不要になり構成が簡略化されるとともに、工数削減となる。
（ｄ）コイルの全長で隣り合う導体が接触状態で平行配置されているので、接触不良の問題を生ずることがないので信頼性が上がる。
（ｅ）特殊な形状の導体を用いる必要が無く、電線に一般的に使用されている導体を使用できるので、入手性に優れ価格的にも安価に提供できる。

本発明に係る誘導加熱用コイルの一例を示す上面図である。 図１のＡ−Ａ断面図である。 従来の誘導加熱用コイルの一例を示す上面図である。 図３のＡ−Ａ断面図である。

以下、本発明の一態様を、２本の導体で構成される複合導体とし、これを円環状に巻回した誘導加熱用コイルにつき、図１および図２に基づいて説明する。
同図において、１は誘導加熱用コイルで、２は、複数本の素線を撚り合わせた裸導体２ａを、２本列状に並列配置した複合導体２ｃの外周に、絶縁体２ｂを被覆した、単数の列状複合導体の被覆電線、３は、単数の列状複合導体の被覆電線２を円環状に固定するための両面テープからなる基材、４は、単数の列状複合導体の被覆電線２の外周を固定するための結束テープである。

本発明で特徴的なのは、隣接する２本の、複数本の素線を撚り合わせた裸導体が互いに接触した状態で列状に平行配置した複合導体を使用するとともに、絶縁体を一括被覆したことにある。
こうすることで、従来のように素線（導体）に余分な絶縁体が被覆されていないので
コイルの断面積あたりの有効導体部が増え、この結果、コイルのインピーダンスを下げることが可能となり、損失が少なくなるとともに加熱効率が上がる。
さらに、絶縁体が被覆されていない複数本の裸導体を全長に渡って互いに接触した状態で列状に平行配置した複合導体に絶縁体を一括被覆しているだけなので、裸導体毎に絶縁体を施した従来のコイル線と比較して、コイルの外形寸法が小型化できる。

以下、図１及び図２を基に、さらに詳細な説明をする。
図２の断面図が示すように、本発明の誘導加熱用コイルは隣接する２本の裸導体２ａが互いに接触した状態で列状に平行配置され、複合導体２ｃを形成している。そして、この複合導体の外周には、絶縁体２ｂが一括被覆されている単数の列状複合導体の被覆電線２を使用し、これを両面テープからなる基材３上に平面状に巻回されている。ここで、より高磁界を発生させるためにはコイルの巻数（ターン数）をできるだけ多くする必要がある。
そこで、本発明の誘導加熱用コイルでは列状に平行配置された複合導体の配列方向を巻き方向と直交する方向、即ち、コイルの厚さ方向になるよう、両面テープからなる基材３上に円環状に巻回されている。そして、単数の列状複合導体の被覆電線２の固定をより、強固なものとするため、図１に示すように電線束の外周４箇所で固定テープからなる結束テープにて固定している。

本発明で使用する裸導体は銅あるいは銅銀合金線等の銅合金等通常の電線に使用する金属でよい。導体を構成する素線に関しては、高周波による表皮効果あるいは巻回性を考慮すると単線でなく複数本の素線を撚った導体が望ましい。導体径についても発生させる磁界の強さに応じて、適宜選択すればよい。
次に絶縁体２ｂについては、耐熱性に優れた素材であればよく、フッ素樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリオフィン樹脂等各種樹脂が選択可能である。
また、基材３については、アクリル系粘着剤付両面接着テープ、粘着剤付金属箔テープ、耐熱樹脂テープ等からなる部材から構成されている。基材の肉厚は強度、厚さ寸法を考慮して０．１ｍｍ〜０．３ｍｍの範囲が好ましい。
さらに、結束テープ４についても、特段のものは必要なく、通常の粘着剤付紙テープ、金属箔テープ、耐熱樹脂テープ、ポリエステルテープ等が使用可能である。厚さ寸法については０．０３ｍｍ〜０．０５ｍｍの程度の範囲が好ましい。

次に、本発明の誘導加熱用コイルの製造方法について説明する。
先ず、最初に複合導体からなる長尺電線の製法について説明する。
公知の押出成形による電線の製造で使用されるダイス及びニップルを使用すればよく、２本の長尺の複数本の素線を撚り合わせた裸導体２ａを全長に渡って互いに接触した状態で列状に平行配置し複合導体２ｃを形成する。
それから、この複合導体の外周に押出機（図示せず）にて絶縁体２ｂを一括被覆すればよい。次に、上記の製法にて得られた長尺の単数の列状複合導体の被覆電線２を所定長にカットし、これを巻回固定するわけであるが、列状に平行配置された複合導体の配列方向と直交する方向、即ち、コイルの厚さ方向になるよう巻回・固定する。こうすることで、コイルの周方向の幅は従来と同じであるのでターン数は従来と同じになる。一方、導体部の断面積が図３，４に示す従来方法と比較すると２倍となるので、インピーダンスが下がり電流容量も２倍となり、発生磁界を増加させることが可能となる。
そして、最後に巻回固定された電線束の外周４箇所に固定テープ４を巻き、基材３上に固定すれば、本発明の誘導加熱用コイルが得られる。

なお、上記の説明では、コイルの両端部に接続される、コネクタ、接続子等の接続部材についての説明は割愛したが、各種接続部材が接続できる。
巻形状についても、円環状としたが、この他、渦巻状、楕円状、方形状等仕様用途に合わせて最適な形状を選択すれば良い。
以上述べたように、本発明では、複数の導体が内部で結合している複合導体を使用しているので、従来のような素線（導体）両端部にて絶縁体を剥離し複数の素線を結合させる必要がないので、結合具が不要になり構成が簡略化されるとともに、大幅な工数削減となる。
また、従来のリッツ線のように素線をさらに複合撚りする必要がないので、この点においても工数削減となる。
さらに、コイルの全長で隣合う導体が接触状態で平行配置された状態で絶縁体で固定されているので、接触不良の問題を生ずる懸念がないので信頼性も上がる。
最後に、上記の説明では複合導体として２本の導体を列状に平行配置した複合導体の例を示したが、３本以上の列状の平行配置からなる複合導体に展開できることは言うまでもなく、さらに、本発明思想の範囲内において、列状に限ることなく、３角形状、４角形状等多角形状に密接した状態で平行配置した複合導体にも展開できることを付記しておく。

本発明の実施の形態について、実施例に基づいて説明する。

［実施例１］
素線径０．１８ｍｍの銅からなる素線１９本を同心撚りした長さ１００ｍの長尺導体２を２本用意した。

ついで、上記の２本の導体をダイス・二ツプルが取付られた押出機に平行配置する。

次に平行配置された導体上に押出機から絶縁体２ｂとしてふっ素樹脂を押出被覆する。
こうして横幅が２．０ｍｍ、高さが１．１ｍｍの外形がひょうたん形状の複合導体電線がえられた。この際、絶縁体の肉厚は０．１ｍｍとした。

上記で作成した長尺電線を５ｍにカットし、電線の該導体の配列方向が円環状平面に直交する方向、言い換えれば、電線の高さがコイルの幅方向になる向きでこれを円環状に巻き、コイルの４箇所を結束テープ４にて固定した。この際の円環の内径１２６ｍｍ、円環幅１２．１ｍｍ、ターン数は１１ターンとした。
最後に、円環状に固定されたコイルを両面テープからなる基材３上に固定して、本発明の誘導加熱用コイルが得られる。

このようにして得られた誘導加熱用コイルについて、コイルの両端に所定の電圧を印加し従来のコイルとの性能比較を行なった。

［比較例１］
１つの導体の導体径は実施例と同一とし、１つの導体の外周に実施例と同じ絶縁体種類、厚さの絶縁層を押出被覆して形成したコイルを図３、４に示すような２層に重ねた構造
とした。

この結果、本発明の誘導加熱用コイルでは比較例の誘導加熱用コイルに比較してほぼ２倍の磁界を発生することが確認できた。

本発明の誘導加熱用コイルはＩＨ炊飯器に限らず、電磁調理器、コピー機の誘導加熱定着装置あるいはその他の誘導加熱機器に対しても同様に適用することができる。

１ 誘導加熱用コイル
２ 単数の列状複合導体の被覆電線
２ａ 複数本の素線を撚り合わせた裸導体
２ｂ 絶縁体
２ｃ 複合導体
３ 基材（両面テープ）
４ 結束テープ

Claims (3)

1. 複数本の素線を撚り合わせた、絶縁体が被覆されていない、隣接する複数の裸導体が全長に渡って互いに接触した状態で列状に平行配置して複合導体を形成し、さらに、該複合導体の外周に絶縁体が一括被覆された単数の列状複合導体の被覆電線を巻回した誘電加熱用コイルであって、該被覆電線の巻き方向が、該被覆電線を構成する複数の該裸導体が列状に平行配置された方向と直交する方向で平面状に巻回した誘導加熱用コイル。
2. 複数本の素線を撚り合わせた、絶縁体が被覆されていない、隣接する複数の長尺の裸導体を全長に渡って互いに接触した状態で列状に平行配置して複合導体を形成し、さらに、該複合導体の外周に押出成形により、絶縁体を一括被覆して長尺にて単数の列状複合導体の被覆電線を製造した後、該複合導体の被覆電線を所定長にカットしてから、カットした該複合導体の被覆電線の該複合導体を構成する複数の該裸導体が列状に平行配置された方向と、直交する方向で平面状に巻回することにより得られる誘導加熱用コイル。
3. 該裸導体が複数本の素線を同心撚りした銅または銅合金からなる導体、該絶縁体がふっ素樹脂、該平面が円環状である請求項１または２に記載の誘導加熱用コイル。
   

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