JP5751453B2 - 誘導加熱装置 - Google Patents

Description

本発明は、誘導電流によって加熱対象物を加熱する誘導加熱装置に関する。

従来、コイルへの通電により発生する磁束を金属板等の加熱対象物に流し、この磁束により生ずる誘導電流によって加熱対象物を加熱する誘導加熱装置が知られている。
このような誘導加熱装置では、加熱対象物の幅方向の中央部には磁束が通りにくく、エッジ部には磁束が通りやすいため、中央部からエッジ部を回り込むように流れる磁束分布が増加し、エッジ部に集まる磁束密度が高くなる。その結果、エッジ部が過剰に加熱される傾向となり、エッジ部と中央部との温度分布の均一性（以下、「均熱性」という。）を確保することが困難である。

特に加熱対象物が薄板の場合、加熱対象物に対して磁束の方向を垂直とするトランスバース方式を採用するのが一般的であり、その場合、エッジ部の過加熱が生じ、均熱性の確保が困難となる。そこで、特許文献１に開示されたトランスバース方式の誘導加熱装置は、加熱対象物のエッジ部近傍に配置した磁性体に磁束を集中的に通過させることにより、エッジ部の過加熱の抑制を図っている。

特開２００６−２９４３９６号公報

特許文献１の装置は、加熱対象物のエッジ部については過加熱を抑制するものの、加熱対象物の中央部に磁束が通りにくいことについては何ら対策していない。そのため、中央部の昇温を促進することができず、加熱効率が向上しないという問題がある。
本発明は、上述の問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、エッジ部の過加熱を抑制しつつ中央部の昇温を促進し、均熱性及び加熱効率を向上させる誘導加熱装置を提供することにある。

本発明は、コイルへの通電により発生する磁束を導電性で板状の加熱対象物に流し、誘導電流を発生させることで加熱対象物を加熱する誘導加熱装置であって、コア、コイル、導体、及び側方磁性体を備えることを特徴とする。
コアは、磁束を伝達可能な磁性材料で形成され、加熱対象物を間に挟むように配置され極性が互いに反対である一対以上の磁極を有する。
コイルは、コアに巻回され、通電されることで磁束を発生させる。

導体は、加熱対象物の主板面の少なくとも一方側において磁極に隣接しつつ加熱対象物の主板面に沿って設けられる。導体は、「交流磁場を通しにくい」性質を有するため、加熱対象物の主板面に沿って磁極から離れる方向に向かう磁束を遮断する。ここで、「磁束を遮断する」とは、必ずしも１００％遮断するという意味ではなく、「磁束の主な流れを遮断する」という意味である。導体の材質には、銅等の導電体が該当する。また、透磁率が空気と同等である非磁性金属材料で形成されることが好ましい。

側方磁性体は、磁性材料で形成され、加熱対象物の幅方向の端部であるエッジ部の少なくとも一方に対し、幅方向の中央部から離れる方向に、エッジ部に沿って、且つ加熱対象物を厚さ方向に跨ぐように設けられている。側方磁性体の材質には、透磁率が空気に比べて十分に大きい磁性材料が採用され、具体的には珪素鋼等が該当する。

例えばアルミニウム等からなる加熱対象物に対しては、磁束が加熱対象物の中央部を通って流れにくく、エッジ部を迂回するように流れる傾向がある。
そこで、磁極に隣接しつつ加熱対象物の主板面に沿って設けられた導体が、中央部からエッジ部に迂回しようとする磁束を遮断し、中央部に集中させる。これにより、中央部を通る磁束を増加させ、中央部の昇温を促進することができ、加熱効率を向上させることができる。

また、加熱対象物と導体との間隙を通った磁束は、エッジ部に集中しやすくなる。そこで、エッジ部の近傍に磁性材料からなる側方磁性体を設け、磁束を側方磁性体に導くことで、エッジ部の磁束密度を緩和させる。これにより、エッジ部の過加熱を抑制し、均熱性を向上させることができる。

このように、本発明の誘導加熱装置は、磁束の分布について、加熱対象物のエッジ部では磁束密度を緩和させるとともに、中央部では磁束を集中させることで、「狙いとする磁束分布」を形成するものである。これにより、均熱性及び加熱効率を共に向上させることができる。

本発明の第１実施形態による誘導加熱装置の模式図である。 図１のＩＩ−ＩＩ線断面図である。 図１の要部拡大図である。 本発明の第１実施形態による誘導加熱装置を用いた加熱対象物の昇温特性を示す図である。 本発明の第２実施形態による誘導加熱装置の要部模式図である。 本発明の第３実施形態による誘導加熱装置の要部模式図である。 本発明の第４実施形態による誘導加熱装置の要部模式図である。 本発明の第５実施形態による誘導加熱装置の要部模式図である。 本発明の第６実施形態による誘導加熱装置の要部模式図である。 本発明の第７実施形態による誘導加熱装置の要部模式図である。 比較例の誘導加熱装置の模式図である。 比較例の誘導加熱装置を用いた加熱対象物の昇温特性を示す図である。

以下、本発明の複数の実施形態を図面に基づいて説明する。
（第１実施形態）
本発明の第１実施形態の誘導加熱装置について、図１〜図３を参照して説明する。
図１〜図３に示すように、誘導加熱装置１０１は、導電性で板状の加熱対象物６０を加熱する装置であり、本実施形態では、図１の上下方向を鉛直方向として設置されている。
加熱対象物６０は、主板面６０１、６０２を水平にセットされる。ここで、「主板面」とは加熱の対象となる面をいい、加熱対象物６０が略直方体形状の場合、代表的には最も面積の大きい表裏の面をいう。また、図１における加熱対象物６０の左右方向を、「加熱対象物６０の幅方向」という。

導電性で板状の加熱対象物６０には、例えばアルミニウム板が該当する。特に図２に示す例では、加熱対象物６０は長尺帯状であり、ブロック矢印で示す送り動作によって、誘導加熱装置１０１を通過しながら加熱される。具体例としては、本実施形態の誘導加熱装置１０１は、熱交換器チューブ材用アルミニウム薄板の予熱等の用途に使用される。

誘導加熱装置１０１は、主に、コア１０、コイル２０、２５、導体３１１、３１２、３１３、３１４、及び側方磁性体４１、４２を備えている。
コア１０は、方向性珪素鋼等の磁性材料で四角枠状に形成されている。詳しくは、左右の対辺が磁束発生部１１、１２を構成し、上下の対辺が外伝達部１３、１８を構成している。外伝達部１３、１８の中心部には、枠の内方に延びる内伝達部１４、１７が形成されている。さらに、上側の内伝達部１４の下端、及び、下側の内伝達部１７の上端には、内伝達部１４、１７よりも狭い幅で枠の中心に向かって突出し、磁束を集中させる一対の磁極１５、１６が形成されている。

一対の磁極１５、１６は、空隙１９を挟んで対向している。また、加熱対象物６０がセットされたとき、一対の磁極１５、１６は、先端１５１、１６２が加熱対象物６０の主板面６０１、６０２を間に挟む方向に対で配置されている。好ましくは、一対の磁極１５、１６は、主板面６０１、６０２の中央部６５を間に挟む。また、加熱対象物６０は、上下方向において一対の磁極１５、１６間のほぼ中央に配置されている。

コイル２０、２５は、コア１０の磁束発生部１１、１２にそれぞれ巻回部２２、２７が巻回されている。巻始め部２１、２６、及び巻終り部２３、２８は、図示しない電源出力装置に接続される。
コイル２０、２５に交流電流Ｉが供給されると、コア１０の磁束発生部１１、１２に、磁束Φが発生する。この磁束Φは、交流電流Ｉの周波数に応じて、例えば正弦波を基本波成分として強さ及び向きが周期的に変化する。

ただし、以下の説明では便宜上、「磁束Φの波形が正の最大振幅となる時刻における」磁束Φに注目して、向き等を定義することとする。そこで、図１に示すように、コア１０の磁束発生部１１、１２に下から上に向かう磁束Φが発生する期間を「磁束波形が正の期間」と定義することとする。このとき、磁束Φは、磁束発生部１１、１２→外伝達部１３→内伝達部１４→磁極１５→（空隙１９）→磁極１６→内伝達部１７→外伝達部１８→磁束発生部１１、１２という経路で伝達される。

ここで、一対の磁極１５、１６は、磁束波形がゼロクロスする瞬間を無視すれば、常に極性が互いに反対となる。上記の定義のように磁束Φが正のとき、磁極１５の極性がＮ、磁極１６の極性がＳであると仮定し、磁極１５、１６を、「擬似Ｎ磁極１５」、「擬似Ｓ磁極１６」という。
以下の図中、擬似Ｎ磁極を細かい点からなる梨地で示し、擬似Ｓ磁極を白地で示す。すなわち、梨地で示した磁極と白地で示した磁極とは極性が反対であることを意味する。また、擬似Ｎ磁極から擬似Ｓ磁極に向かう方向に磁束Φの矢印を記す。

次に、導体３１１〜３１４は、導電体かつ非磁性金属材料である銅で形成されており、「交流磁場を通しにくい」という性質を有する。ここで、「非磁性金属材料」とは、透磁率が空気と同等、つまり真空と同等、したがって「比透磁率が約１」である金属材料をいう。また、「銅」は、純銅に限らず、市販の「銅を主成分とする合金」を含む。

導体３１１〜３１４は、磁極１５、１６に隣接しつつ加熱対象物６０の主板面６０１、６０２に沿って設けられている。特に本実施形態では、導体３１１〜３１４は、磁極１５、１６の左右両側に隣接するように配置されている。
詳しくは、主板面６０１側において磁極１５の左側に導体３１１、右側に導体３１３、主板面６０２側において磁極１６の左側に導体３１２、右側に導体３１４というように、４つの導体が上下方向かつ左右方向に対称に配置されている。これにより、主板面６０１には磁極１５及び導体３１１、３１３が対向し、主板面６０２には磁極１６及び導体３１２、３１４が対向している。
なお、加熱対象物６０が間にセットされたとき、導体３１１〜３１４と主板面６０１、６０２との間隔４９（図３参照）がなるべく小さくなることが好ましい。

側方磁性体４１、４２は、透磁率が空気より十分に大きい「磁性材料」、例えば無方向性珪素鋼等で形成されている。
側方磁性体４１、４２は、加熱対象物６０の幅方向の端部であるエッジ部６１、６９に対し幅方向の中央部６５から離れる方向に、エッジ部６１、６９に沿って、且つ加熱対象物６０を厚さ方向に跨ぐように設けられている。詳しくは、側方磁性体４１は導体３１１と導体３１２との間、側方磁性体４２は導体３１３と導体３１４との間に挟まれており、かつ、側方磁性体４１、４２は、隣接する導体３１１〜３１４と当接している。
また、「エッジ部６１、６９に沿って」というのは、「エッジ部６１、６９の両外側の近傍に、ほぼエッジ部６１、６９との隙間無く」設けられていることを意味する。

ここで、「エッジ部６１、６９」及び「中央部６５」の具体的なイメージについて説明する。図２、図３に示すように、加熱対象物６０の幅方向の中心Ｃを挟む部分を「中央部６５」、左側端部を「エッジ部６１」、右側端部を「エッジ部６９」という。
仮に幅方向の左端を０％、右端を１００％と定義すれば、一例として、エッジ部６１は０〜約１０％、中央部６５は約４０〜約６０％、エッジ部６９は約９０〜１００％の領域に相当する。ただし、例示した数字は、加熱対象物６０の幅寸法等によって変化する。

図１、図３の正面視において、すなわち、「加熱対象物６０の幅方向を含み主板面６０１、６０２に直交する仮想平面への投影」において、磁極１５、１６、導体３１１〜３１４、及び、側方磁性体４１、４２は、セットされた加熱対象物６０を囲むように、或いは覆うように、周方向に互いに隣接している。

その他、誘導加熱装置１０１と共に使用される図示しない周辺装置として、出力調整可能な電力をコイル２０に供給する電源出力装置、誘導加熱装置１０１の前後方向に加熱対象物６０を移動させる送り装置等が設けられる。

以上の構成による誘導加熱装置１０１は、コイル２０、２５に通電したとき、コア１０の磁束発生部１１、１２で発生した磁束Φが外伝達部１３、内伝達部１４に伝達され、さらに擬似Ｎ磁極１５に集中する。一方、磁束Φは、矢印を逆にたどり、磁束発生部１１、１２から外伝達部１８、内伝達部１７に伝達され、さらに擬似Ｓ磁極１６に集中する。

ここで、アルミニウム板のような加熱対象物６０に対しては、磁極１５から磁極１６に向かう磁束Φｃが中央部６５を通りにくく、エッジ部６１、６９へ迂回しようとする。しかし、磁極１５及び磁極１６の両側には、導体３１１〜３１４が設けられている。この導体３１１〜３１４は、交流磁場を通しにくいため、図３に「×」印で示すように、迂回しようとする磁束を遮断する。ここで、「磁束を遮断する」とは、必ずしも１００％遮断するという意味ではなく、「磁束の主な流れを遮断する」という意味である。
これにより、導体３１１〜３１４は、磁束Φｃを中央部６５に集中させる。

一方、導体３１１〜２４と加熱対象物６０との間隙４９を通ってエッジ部６１、６９を回り込むように流れる磁束Φｅは、エッジ部６１、６９の近傍に設けられた側方磁性体４１、４２に導かれ、側方磁性体４１、４２を磁気経路として、加熱対象物６０を厚さ方向に跨ぐ。これにより、エッジ部６１、６９を通る磁束Φｅを低減し、エッジ部６１、６９の磁束密度を緩和させる。

（効果）
以上の構成による誘導加熱装置１０１は、以下のような効果を奏する。
（１）誘導加熱装置１０１は、特に導体３１１〜３１４、側方磁性体４１、４２を備えることを特徴とする。
導体３１１〜３１４は、磁極１５、１６に隣接しつつ加熱対象物６０の主板面６０１、６０２に沿って設けられ、主板面６０１、６０２に沿って磁極１５、１６から離れる方向に向かう磁束を遮断する。つまり、加熱対象物６０の中央部６５からエッジ部６１、６９に迂回しようとする磁束を遮断する。これにより、中央部６５を通る磁束Φｃを増加させ、中央部６５の昇温を促進することができ、加熱効率を向上させることができる。

側方磁性体４１、４２は、比透磁率が１より充分に大きい磁性材料で形成され、エッジ部６１、６９の両外側の近傍に、ほぼエッジ部６１、６９との隙間無く設けられている。
これにより、エッジ部６１、６９に集中する磁束密度を緩和することができ、誘導電流を均一化し、加熱対象物６０の均熱性を向上することができる。

（２）一対の磁極１５、１６は、加熱対象物６０の主板面６０１、６０２を間に挟む方向に対で配置されている。また、側方磁性体４１、４２は、加熱対象物６０の主板面６０１側からエッジ部６１、６９を回り込んで主板面６０２側へ流れる磁束を導く。
これにより、一般的な板状の加熱対象物６０に対し適用が容易となる。ここで、「一般的」とは、後述する第７実施形態のようなループ状の加熱対象物８０等を除外する意味である。

（３）導体３１１〜３１４は、加熱対象物６０の幅方向において、磁極１５、１６の両側に隣接するように複数設けられており、側方磁性体４１、４２は、加熱対象物６０の両端のエッジ部６１、６９に対し複数設けられている。
これにより、加熱対象物６０の全体を加熱したい場合、均一な誘導電流を発生させることができる。

（４）側方磁性体４１、４２は、隣接する導体３１１〜３１４と当接しているため、加熱対象物６０付近の漏れ磁束を低減させることができる。
（５）磁極１５、１６、導体３１１〜３１４、及び、側方磁性体４１、４２は、セットされた加熱対象物６０を囲むように、或いは覆うように、周方向に互いに隣接している。可及的に隙間無く加熱対象物６０を囲むことにより、加熱対象物６０付近の漏れ磁束を低減させることができる。

（実験結果）
誘導加熱装置１０１の効果を比較例と対比するための実験を実施した。
図１１に示すように、比較例の誘導加熱装置１０９は、コア１０及びコイル２０、２５の構成は本実施形態と実質的に同一であり、導体３１１〜３１４及び側方磁性体４１、４２を有しないものとする。

本実施形態の誘導加熱装置１０１、及び比較例の誘導加熱装置１０９を用い、アルミニウム板からなる加熱対象物６０を同一の条件で加熱したときの、中央部６５の温度Ｔｃ及びエッジ部６１、６９の温度Ｔｅの昇温特性を図４、図１２に示す。
加熱条件として、コイル２０、２５へ通電する電源出力を同一とし、通電時間を２秒とした。そして、通電開始１．５秒後の中央部温度Ｔｃ、及び、エッジ部温度Ｔｅと中央部温度Ｔｃとの温度差ΔＴを比較した。

図４に示すように、本実施形態の誘導加熱装置１０１を用いて加熱したとき、通電中の中央部温度Ｔｃ及びエッジ部温度Ｔｅの昇温特性はよく一致した。また、通電開始１．５秒後の中央部温度Ｔｃは約１７０℃、温度差ΔＴは約１０℃であった。
一方、図１２に示すように、比較例の誘導加熱装置１０９を用いて加熱したとき、エッジ部温度Ｔｅが先行して急速に上昇し、その後、中央部温度Ｔｃが遅れて上昇した。これは、エッジ部６１、６９からの熱伝導によって中央部６５が昇温したためと考えられる。また、通電開始１．５秒後の中央部温度Ｔｃは約１２０℃、温度差ΔＴは約１８０℃であった。

この実験結果から、本実施形態の誘導加熱装置１０１は、比較例の誘導加熱装置１０９に比べ、誘導加熱による中央部温度Ｔｃの昇温を促進し、且つ、エッジ部温度Ｔｅと中央部温度Ｔｃとを均熱化していることが明らかである。このように誘導加熱装置１０１は、加熱対象物６０の加熱における均熱性及び加熱効率を顕著に向上させることができる。

次に、本発明の第２〜第７実施形態の誘導加熱装置について、図５〜図１０を参照して説明する。以下の実施形態において、コア１０の中心部を除く構成は、第１実施形態と同様であり、図５〜図１０では、第１実施形態の図３に対応するコア１０の中心部（要部）の構成のみを図示する。また、図５〜図９では、第１実施形態と実質的に同一の構成に同一の符号を付して説明を省略する。また、第２〜第６実施形態では、基本的に第１実施形態の効果（１）〜（５）と同様の効果を奏する。

（第２実施形態）
図５に示す第２実施形態の誘導加熱装置１０２は、擬似Ｎ磁極５１及び擬似Ｓ磁極５２の先端の位置及び形状が第１実施形態の磁極１５、１６と異なる。
磁極５１は、先端５１１の位置が、導体３２１、３２３の端面３０１よりも加熱対象物６０の主板面６０１に近接するように設けられている。また、磁極５２は、先端５２２の位置が、導体３２２、３２４の端面３０２よりも加熱対象物６０の主板面６０２に近接するように設けられている。また、磁極５１、５２は、先端５１１、５２２が尖るように、面取り部５１５、５２６が形成されている。

これにより、主板面６０１、６０２のうち磁極５１、５２の影となる部分、すなわち磁極５１、５２を主板面６０１、６０２に投影した部分６５１、６５２にも誘導電流を発生させ、有効に加熱することができる。したがって、均熱性を向上させることができる。

導体３２１〜３２４は、磁極５１、５２に隣接する側が、先端の面取り部５１５、５２６に対応した角度に傾斜している。また、補足であるが、第２実施形態の導体３２１〜３２４は、第１実施形態の導体３１１〜３１４（図１、図３参照）に比べ、図の上下方向で示される厚さが薄い。このように、導体の厚さは、磁極からの磁束を遮断するという機能の点では、大きく影響しない。

（第３、第４実施形態）
図６に示す第３実施形態の誘導加熱装置１０３は、加熱対象物６０の主板面６０１側に磁極５１、５３、主板面６０２側に磁極５２、５４というように、一方の主板面側につき複数の磁極が設けられている。
主板面６０１側において、磁極５１に対しエッジ部６１側には、磁極５１に隣接し側方磁性体４１に当接する導体３３１が設けられ、磁極５３に対しエッジ部６９側には、磁極５３に隣接し側方磁性体４２に当接する導体３３３が設けられている。また、磁極５１と磁極５３との間には、主板面６０１に沿って導体３３５が設けられている。
同様に、主板面６０２側において、導体３３２、３３４、３３６が設けられている。

ここで、同一の主板面側で隣接する擬似Ｎ磁極５１及び擬似Ｓ磁極５３、並びに、擬似Ｓ磁極５２及び擬似Ｎ磁極５４の極性は互いに反対である。
また、磁極５１と磁極５２とは、エッジ部６１で折り返された主板面６０１、６０２を仮想展開したとき隣接する関係にあり、磁極５３と磁極５４とは、エッジ部６９で折り返された主板面６０１、６０２を仮想展開したとき隣接する関係にある。これらの、表裏の主板面に対応して隣接する磁極同士の極性も互いに反対である。
以下、単に「隣接する」というとき、このような同一の主板面側での隣接、及び、表裏の主板面に対応する隣接の両者を含むものとする。

図６において以下のように記号を定義する。ここで、磁極５１と磁極５４、磁極５２と磁極５３とは、それぞれ回転対称に配置されていることを前提とする。したがって、中心線Ｃの左側についての説明は、１８０°回転して中心線Ｃの右側についても適用される。
ａ１：磁極５１からエッジラインＥまでの距離（ここで、加熱対象物６０の幅方向端部から中心線Ｃに平行に延長した線を「エッジラインＥ」という。）
ｂ１：磁極５１から中心線Ｃまでの距離
ａ２：磁極５２からエッジラインＥまでの距離
ｂ２：磁極５２から中心線Ｃまでの距離
Ｌ１：主板面６０１上での磁極５１と磁極５３との距離（＝ｂ１＋ｂ２）
Ｌ２：エッジ部６１で折り返された主板面６０１及び主板面６０２を仮想展開したときの磁極５１と磁極５２との距離（＝ａ１＋ａ２）
Ｌ３：主板面６０２上での磁極５２と磁極５４との距離（＝Ｌ１＝ｂ１＋ｂ２）
Ｌ４：エッジ部６１で折り返された主板面６０１及び主板面６０２を仮想展開したときの磁極５３と磁極５４との距離（＝Ｌ２＝ａ１＋ａ２）

第３実施形態では、対をなす磁極５１と磁極５２、磁極５３と磁極５４がそれぞれ、加熱対象物６０の幅方向において同一の位置で対向するように配置されているため、「ａ１＝ａ２」、「ｂ１＝ｂ２」である。さらに、磁極５１〜５４は、「ａ１≒ｂ１、ａ２≒ｂ２」となるような位置に配置されている。したがって、「Ｌ１＝Ｌ３≒Ｌ２＝Ｌ４」の関係が成立している。

以上の構成により、第３実施形態の誘導加熱装置１０３は、擬似Ｎ磁極５１から擬似Ｓ磁極５３へ主板面６０１に沿って磁束が流れ、擬似Ｎ磁極５４から擬似Ｓ磁極５２へ主板面６０２に沿って磁束が流れることで、加熱対象物６０の中央部６５付近に誘導電流を発生させることができる。また、擬似Ｎ磁極５１からエッジ部６１を回り擬似Ｓ磁極５２へ磁束が流れ、擬似Ｎ磁極５４からエッジ部６９を回り擬似Ｓ磁極５３へ磁束が流れることで、エッジ部６１、６９付近に誘導電流を発生させることができる。したがって、加熱対象物６０の全体に誘導電流を発生させることができる。よって、幅方向のサイズが比較的大きい加熱対象物６０に好適に適用することができる。
また、隣接する磁極５１〜５４同士の間隔が同等であるため、幅方向のサイズが比較的大きい加熱対象物６０に対し、磁束を均一に発生させることができる。

図７に示す第４実施形態の誘導加熱装置１０４は、第３実施形態の変形例に相当する。第４実施形態では、対をなす磁極５１と磁極５２、磁極５３と磁極５４がそれぞれ、加熱対象物６０の幅方向においてずれた位置で対向するように配置されており、「ａ１≠ａ２」、「ｂ１≠ｂ２」である。ただし、磁極５１〜５４は、「ａ１≒ｂ２、ａ２≒ｂ１」となるような位置に配置されている。
したがって、第４実施形態でも、「Ｌ１＝Ｌ３≒Ｌ２＝Ｌ４」の関係が成立しており、第３実施形態と同様の効果を奏することができる。

（第５実施形態）
図８に示す第５実施形態の誘導加熱装置１０５は、厚さが幅方向に不均一である加熱対象物７０に適用される。図８に例示するように、加熱対象物７０は、中央部７５の厚さｔ５が相対的に厚く、エッジ部７１、７９の厚さｔ１が相対的に薄い。
誘導加熱装置１０５の導体３２１、３２３と導体３２２、３２４とは、磁極５１、５２に隣接する幅方向内側ほど互いに近接し、側方磁性体４１、４２に接続する幅方向外側ほど互いに離間するように傾斜して形成されている。また、磁極５１、５２の先端５１１、５２２は、第２実施形態と同様、導体の端面よりも加熱対象物７０に近接している。

そのため、加熱対象物７０の中央部７５では磁極５１、５２と加熱対象物７０との隙間ｘ５が相対的に小さく、エッジ部７１、７９では導体３２１〜３２４と加熱対象物７０との隙間ｘ１が相対的に大きくなっている。つまり、幅方向の対応する位置において、磁極５１、５２又は導体３２１〜３２４と加熱対象物７０との隙間と、加熱対象物７０の厚さとは、「負の相関関係」になるように設定されている。特に好ましくは、隙間と厚さとが反比例の関係になるように設定されている。
これにより、厚さが不均一な加熱対象物７０に対し、厚い部位の磁束密度を相対的に増大させることで加熱対象物７０に流れる誘導電流を均一にし、発熱を均一にすることができる。

なお、図８に例示した加熱対象物７０では、中央部７５における略水平面、及び中央部７５から両側のエッジ部７１、７９に向かう傾斜面の計３平面が主板面７０１、７０２を構成している。このように、「加熱対象物の主板面」は単一面に限らない。また、主板面は、平面に限らず、曲面から構成されてもよい。
さらに、図８に例示した以外に、中央部が薄く両側のエッジ部が厚い場合、一方のエッジ部から他方のエッジ部に向かって厚さが漸増する場合、或いは、厚い部分と薄い部分とが交互に繰り返す形状の場合等、同様の技術的思想に基づく最適な構成を誘導加熱装置に採用することができる。

（第６実施形態）
図９に示す第６実施形態の誘導加熱装置１０６は、加熱対象物６０の一方の主板面６０１のみを加熱面とする場合に適用される。表側の主板面６０１については、上記実施形態と同様、磁極５１、及び磁極５１の両側に隣接する導体３２１、３２３が対向している。
他方、裏側の主板面６０２については、磁極５６、及び、磁極５６と側方磁性体４３、４４とを磁気的に接続する接続磁性体４５、４６が対向している。接続磁性体４５、４６は、導体３２１、３２３から側方磁性体４３、４４に流れる磁束を磁極５６に伝達する磁気経路として機能する。
また、図９に示す例では、磁極５６、接続磁性体４５、４６及び側方磁性体４３、４４は、一体に形成されている。

第６実施形態では、加熱対象物６０の一方の主板面６０１側に誘導電流を発生させ、主板面６０１側のみを誘導加熱することができる。
また、側方磁性体４３、４４は、接続磁性体４５、４６と一体に形成され、したがって直接接続されているため、加熱対象物６０付近の漏れ磁束を低減させることができる。

（第７実施形態）
上記の第１〜第６実施形態は、いずれも、一対以上の磁極が加熱対象物の主板面を間に挟む方向に対で配置されている。また、加熱対象物は、基本的に略直方体形状であることを想定している。
それに対し、図１０に示す第７実施形態の誘導加熱装置１０７は、一対の磁極５７１、５７２が、加熱対象物８０の両エッジ部８１、８９の側面に対向するように並列に配置されている。言い換えれば、磁極５７１、５７２は、加熱対象物８０の幅方向と直交する方向に延びている。また、導体３７１、３７２は、加熱対象物８０の主板面に沿って主板面を間に挟みつつ、磁極５７１、５７２を架橋するように設けられている。

さらに、加熱対象物８０は、図１０（ｂ）における前後方向において手前側の部分８０１と向こう側の部分８０２とが、誘導加熱装置１０７内にセットされる部分以外の部分を経由して磁気的に接続されている。例えば、加熱対象物８０は、図１０（ａ）に示すようなループ状に形成されている。

第７実施形態では、図１０（ｂ）に破線で示すように、側方磁性体４７１、４７２が磁極５７１、５７２に一体に形成されていると考えることができる。特許請求の範囲に記載のように、一対の磁極５７１、５７２は、加熱対象物８０を間に挟むように配置されていることに変わりはない。また、磁極５７１、５７２に一体に形成された側方磁性体４７１、４７２は、加熱対象物８０のエッジ部８１、８９に対し中央部８５から離れる方向に、エッジ部８１、８９の側面に沿って、且つ加熱対象物８０を厚さ方向に跨ぐように設けられている。

この構成において、導体３７１、３７２は、磁極５７１、５７２から加熱対象物８０の主板面に沿って離れる方向に向かう磁束を遮断する。したがって、磁極５７１、５７２からの磁束は、主板面の上下に逃げることなく、ループ状の加熱対象物８０の内部を流れ、誘導電流を発生させる。こうして、誘導加熱装置１０７は、加熱対象物８０を加熱することができる。

（その他の実施形態）
（ア）上記第１実施形態では、コア１０が枠状に形成され、コイル２０、２５によって発生した磁束は、磁束発生部１１、１２から磁極１５、１６を経由して流れる。ここで、コイルが巻回される磁束発生部は片側のみに形成されてもよい。
また、磁極１５側に流れる磁束を発生させるコイルと、磁極１６側に流れる磁束を発生させるコイルとを分割したトランスバース方式の構成を採用してもよい。

（イ）上記第１実施形態のように、図１の上下方向を鉛直方向とし、加熱対象物６０の主板面が水平となる姿勢で設置する構成に限らず、図１の左右方向を鉛直方向とし、或いは、図１の紙面に垂直な方向を鉛直方向としてもよい。

（ウ）導体の材質は、上記実施形態の銅に代えて、銅と同様に「比透磁率が約１の非磁性金属材料」であるアルミニウムを使用してもよい。ここで、「アルミニウム」は、純アルミニウムに限らず、市販の「アルミニウムを主成分とする合金」を含む。アルミニウムは、放熱性に優れ、特に軽量化に有利である。
また、導体の材質は非磁性金属材料に限らず、磁性材料である鉄等を採用してもよい。この場合も、導体は、「交流磁場を通しにくい」という性質を有し、加熱対象物の中央部からエッジ部へ迂回しようとする磁束を遮断することができる。
（エ）側方磁性体の材質は、珪素鋼に代えて、鉄等の磁性材料を使用してもよい。

（オ）加熱対象物の材質は、アルミニウム合金に限らず、導電性の物質であればよい。
（カ）加熱対象物の形状は、図２に示すように誘導加熱装置に対して送りながら逐次加熱される長尺帯状のものに限らず、１枚ずつセットされる単体板状のものでもよい。
ここで「板状」とは、少なくとも「幅方向の中央部及びエッジ部」を認識可能な形状であればよく、例えば直方体において、断面の縦横寸法比（厚さ方向と幅方向の寸法比）は上記実施形態の図に例示した比に限定されない。幅方向寸法に対する厚さ方向の比が１に近いブロック形状も、ここでは「板状」に含む。また、「主板面」は、略直方体形状の最も面積の大きい面に限らず、その他の面としてもよい。

（キ）上記第１、２、５、６実施形態の図では、磁極の両側に導体及び側方磁性体が略対称に図示されているが、非対称であってもよい。また、導体及び側方磁性体は、磁極に対して片側のみに設けられてもよい。例えば、加熱対象物の幅方向の中央部に対し一方のエッジ部側についてのみ均熱化のニーズがある場合には、均熱化したい側だけに導体及び側方磁性体を設ける構成を採用することができる。

（ク）上記第６実施形態に対し、磁極５６、接続磁性体４５、４６、側方磁性体４３、４４の三種類の部材を一体として形成するのでなく、磁極５６のみを別体、或いは、側方磁性体４３、４４のみを別体、或いは、いずれも別体で形成し、接合してもよい。
（ケ）本発明の誘導加熱装置に、加熱対象物の現在温度を検出する温度センサを設け、現在温度と目標温度との偏差をゼロに収束させるように電源出力をフィードバック制御してもよい。

（コ）その他の実施形態というよりも解釈上の注意という方が適切であるが、上記説明中の「擬似Ｎ磁極」、「擬似Ｓ磁極」という用語は、「磁束波形が正の期間」に注目することを前提としたものであり、「磁束波形が負の期間」に当然に極性が逆転する。例えば第６実施形態においては、擬似Ｓ磁極側を加熱面としてもよい。
以上、本発明は、このような実施形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の形態で実施することができる。

１０１〜１０７ ・・・誘導加熱装置、
１０ ・・・コア、
１５、１６、５１、５２、５３、５４、５６、５７１、５７２ ・・・磁極、
２０、２５ ・・・コイル、
３１１〜３１４、３２１〜３２４、３３１〜３３６、３４１〜３４６、３７１、３７２
・・・導体、
４１、４２、４３、４４、４７１、４７２ ・・・側方磁性体、
６０、７０、８０ ・・・加熱対象物、
６１、６９、７１、７９、８１、８９ ・・・エッジ部
６５、７５、８５ ・・・中央部。

Claims (14)

1. コイルへの通電により発生する磁束を導電性で板状の加熱対象物（６０、７０、８０）に流し、誘導電流を発生させることで前記加熱対象物を加熱する誘導加熱装置（１０１〜１０７）であって、
   磁束を伝達可能な磁性材料で形成され、前記加熱対象物を間に挟むように配置され極性が互いに反対である一対以上の磁極（１５、１６、５１、５２、５３、５４、５６、５７１、５７２）を有するコア（１０）と、
   前記コアに巻回され、通電されることで磁束を発生させるコイル（２０、２５）と、
   前記加熱対象物の主板面（６０１、６０２）の少なくとも一方側において前記磁極に隣接しつつ前記加熱対象物の主板面に沿って設けられ、前記加熱対象物の主板面に沿って前記磁極から離れる方向に向かう磁束を遮断する導体（３１１〜３１４、３２１〜３２４、３３１〜３３６、３４１〜３４６、３７１、３７２）と、
   磁性材料で形成され、前記加熱対象物の幅方向の端部であるエッジ部（６１、６９、７１、７９、８１、８９）の少なくとも一方に対し、幅方向の中央部（６５、７５、８５）から離れる方向に、前記エッジ部に沿って、且つ前記加熱対象物を厚さ方向に跨ぐように設けられた側方磁性体（４１、４２、４３、４４、４７１、４７２）と、
   を備えることを特徴とする誘導加熱装置。
2. 一対以上の前記磁極（１５、１６、５１、５２、５３、５４、５６）は、前記加熱対象物の前記主板面を間に挟む方向に対で配置されており、
   前記側方磁性体は、前記加熱対象物の一方の前記主板面側から前記エッジ部を回り込んで他方の前記主板面側へ流れる磁束を導くことを特徴とする請求項１に記載の誘導加熱装置（１０１〜１０６）。
3. 前記導体（３１１〜３１４、３２１〜３２４、３３１〜３３６、３４１〜３４６）は、前記加熱対象物の幅方向において前記磁極の両側に隣接するように複数設けられており、
   前記側方磁性体は、前記加熱対象物の両端の前記エッジ部に対し複数設けられていることを特徴とする請求項２に記載の誘導加熱装置。
4. 前記側方磁性体（４１、４２、４３、４４）は、隣接する前記導体と当接していることを特徴とする請求項２または３に記載の誘導加熱装置。
5. 前記磁極（５１、５２）は、先端（５１１、５２２）が前記導体よりも前記加熱対象物の前記主板面に近接するように設けられ、且つ先端が尖るように形成されていることを特徴とする請求項２〜４のいずれか一項に記載の誘導加熱装置（１０２〜１０６）。
6. 前記磁極（５１〜５４）は、前記加熱対象物の一方の前記主板面側につき複数設けられており、
   同一の前記主板面側で隣接する複数の前記磁極同士、及び、前記加熱対象物の前記エッジ部で折り返された表裏の前記主板面を仮想展開したとき隣接する前記磁極同士は、極性が互いに反対であることを特徴とする請求項２〜５のいずれか一項に記載の誘導加熱装置（１０３、１０４）。
7. 前記磁極（５１〜５４）は、前記加熱対象物の一方の前記主板面側につき複数設けられており、
   同一の前記主板面側で隣接する複数の前記磁極同士の間隔、及び、前記加熱対象物の前記エッジ部で折り返された表裏の前記主板面を仮想展開したとき隣接する前記磁極同士の間隔は、同等であることを特徴とする請求項２〜６のいずれか一項に記載の誘導加熱装置（１０３、１０４）。
8. 厚さが幅方向に不均一である前記加熱対象物（７０）に適用され、
   前記加熱対象物がセットされたとき、前記磁極と前記加熱対象物との隙間、又は、前記導体（３５１〜３５４）と前記加熱対象物との隙間は、対応する位置での前記加熱対象物の厚さが大きいほど小さくなるように設定されることを特徴とする請求項２〜７のいずれか一項に記載の誘導加熱装置（１０５）。
9. 前記加熱対象物の一方の主板面（６０１）及び他方の主板面（６０２）に、前記磁極及び前記導体が対向していることを特徴とする請求項２〜８のいずれか一項に記載の誘導加熱装置（１０１〜１０５）。
10. 前記加熱対象物の一方の主板面（６０１）に、前記磁極及び前記導体が対向し、
    前記加熱対象物の他方の主板面（６０２）に、前記磁極（５６）、及び、前記磁極と前記側方磁性体（４３、４４）とを磁気的に接続する接続磁性体（４５、４６）が対向していることを特徴とする請求項２〜８のいずれか一項に記載の誘導加熱装置（１０６）。
11. 前記側方磁性体は、前記接続磁性体と当接していることを特徴とする請求項１０に記載の誘導加熱装置。
12. 前記磁極、前記接続磁性体及び前記側方磁性体は、一体に形成されていることを特徴とする請求項１１に記載の誘導加熱装置。
13. 前記加熱対象物の幅方向を含み前記主板面に直交する仮想平面への投影において、
    前記磁極、前記導体、及び前記側方磁性体、又は、前記磁極、前記導体、前記接続磁性体及び前記側方磁性体は、セットされた前記加熱対象物を囲むように周方向に互いに隣接していることを特徴とする請求項９〜１２のいずれか一項に記載の誘導加熱装置。
14. 前記導体は、透磁率が空気と同等である非磁性金属材料で形成されていることを特徴とする請求項１〜１３のいずれか一項に記載の誘導加熱装置。

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