JPH0845654A - 誘導加熱用コイル及びこのコイルを用いた加熱機器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】被加熱体の温度分布を均一にし、加熱条件や装
置設計上の自由度が高く、且つコイルの軽量化が可能と
なり、もって加熱機器のコスト減をも達成できる誘導加
熱コイル及びこのコイルを用いた加熱機器を提供するこ
とにある。 【構成】平角導線１を立起状態に配してなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、電磁誘導を利用した誘
導加熱用コイル及びこのコイルを用いた加熱機器に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】誘導加熱方式による加熱機器は、機器本
体が殆ど発熱せず、また不完全燃焼や酸欠の心配がない
等の多くの利点を有しており、業務用や家庭用の調理機
器等に用いられている。このような従来の加熱機器は、
例えば図１５（イ）、（ロ）に示すような銅線等の導体
５１を渦巻き状に巻いた誘導加熱用コイル５２を用い、
同コイル５２に交流電流を流すことによって交番磁力線
を形成し、この交番磁力線を被加熱体である鉄板等の導
電性材料中に通して渦電流を発生せしめ、その渦電流に
よるジュール熱によって被加熱体を直接加熱するもので
ある。図１６にはこのような誘導加熱方式を大型の業務
用調理器に応用した場合の例を示している。尚本図は加
熱部のみを模式的に表したものである。図例のものは図
１５として示した渦巻き状の誘導加熱用コイル５２上
に、被加熱体として調理用の大型鉄板５３を設けたもの
であり、鉄板５３全面が均一に加熱できるよう、通常は
コイル５２を複数個用いることが一般的である。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上述のよ
うな従来の誘導加熱用コイルおよび加熱機器には、以下
に示すように多くの問題点があった。図１７には、図１
５として示した従来の誘導加熱用コイル５２の中心線に
おける断面構造を示しており、銅線５１断面の・印と×
印は流れる電流が互いに逆方向であることを表したもの
である。このようなコイル５２に交流電流を流すと、逆
方向に２種類の交番磁力線５４、５５が現れる。従って
これら２種類の交番磁力線５４、５５がより多く交錯す
るコイル５２の中心付近においては、磁力線５４、５５
が互いに逆方向であるがために相互に弱め合い、実行的
にコイル５２の外周部にしか加熱に有効な交番磁力線が
存在せず、その結果、被加熱体の温度分布もこれに対応
して環状のものになってしまう。即ち、コイル５２の外
周部近傍における環状部においてしか有効な加熱が得ら
れないことになる。

【０００４】この環状の温度分布の影響を避けるため
に、例えば図１６に示した業務用調理器の例では、被加
熱体である鉄板５３を移動させたりして温度分布の均一
化を図っている。従って、本来静止状態が好ましい場合
においても鉄板５３の移動を余儀なくされるため、加熱
条件や装置の設計自由度が極めて小さくなってしまうと
いう欠点があった。

【０００５】また、鉄板５３の均一加熱のためには、鉄
板５３全面を一つのコイルで加熱することも有効である
が、コイル重量が甚だ増大することに加えて大型のコイ
ルを方形状に巻き加工しなければならず、現実的には採
用が困難である。

【０００６】さらに銅線５１には単線や縒り線が用いら
れるが、交流特有の表皮効果による実行的な抵抗増が有
るために単線にあっては太線を、縒り線にあっては縒り
本数の多いものを使用せざるをえず、このことがコイル
５２の重量増につながっていた。また、この表皮効果は
交流の周波数が大きいほど顕著であるので、周波数を低
くして改善することも考慮されるが、周波数が低くなる
と被加熱体中に発生する渦電流の浸透深さが深くなるた
めに被加熱体を厚くしたり、これに応じて投入電力を大
きくしなければならず、これまたコイル５２や加熱機器
の重量増となってしまう。そしてこのことは結果として
重量増に加えて、コイル５２や加熱機器のコスト増とな
って現れるのである。

【０００７】上述のように従来の誘導加熱用コイルやそ
れを用いた加熱機器では、被加熱体の均一な温度分布が
得られないという性能上の問題と、それに伴い加熱条件
や装置設計の自由度が小さくなってしまうという汎用性
上の問題、そしてコイルや加熱機器のコスト増という経
済性上の問題を有していた。

【０００８】そこで本発明は以上のような状況に鑑みて
なされたものであり、その目的とするところは、被加熱
体の温度分布を均一にし、加熱条件や装置設計上の自由
度が高く、且つコイルの軽量化が可能となり、もって加
熱機器のコスト減をも達成できる誘導加熱コイル及びこ
のコイルを用いた加熱機器を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は前述の課題解決
のために、平角導線を立起状態に配してなる誘導加熱用
コイルを構成するものであり、渦巻き状に配することが
最適である。また、前記平角導線を支持板上に配した
り、成形体中に埋設したりすることもできる。

【００１０】次に、平角導線を立起状態に配してなる誘
導加熱用コイルと；該誘導加熱用コイルに対向して配し
た導体からなる被加熱体とよりなる加熱機器を構成する
ものである。そして、前記平角導線を渦巻き状に配する
ことが最適であり、また平角導線間に非導体からなるス
ペーサーを介在したり、複数個の前記誘導加熱用コイル
を用いたり、被加熱体を多層構造としたりすることが併
せて考慮される。

【００１１】また被加熱体として、加熱具を埋設した
り、誘導加熱用コイル側に加熱具を突設したものを利用
することも可能である。そして加熱具として、外壁材に
非磁性体を利用することが良い。

【００１２】更に別の加熱機器としては、平角導線を立
起状態に配してなる誘導加熱用コイルと；該誘導加熱用
コイルに対向して配した非磁性体からなる非加熱体とよ
りなるものであり、平角導線として、渦巻き状に配する
ことや、複数個の前記誘導加熱用コイルを用いることが
好ましい実施例である。

【００１３】

【作用】以上のような構成にしてなる本発明に係る誘導
加熱用コイルは、支持板上に立起され、且つ渦巻き状に
配されているので、支持板の面積が小さくても高密度に
巻回することができる。そして被加熱体全面を一つのコ
イルで加熱することが可能となる。また、被加熱体に加
熱具を埋設、あるいはコイル側に突設した場合は、被加
熱体内の温度分布を均一化することができる。更にこの
コイルは、従来からの種々の加熱機器に適用できるので
ある。

【００１４】

【実施例】以下、添付図面を参照しながら、本発明の誘
導加熱用コイルＡ（以下、単にコイルＡと称する。）及
びこのコイルを用いた加熱機器Ｂを具体化した実施例に
ついて説明する。

【００１５】図１、図２に示したものは本発明のコイル
Ａにおける一実施例であり、図１は斜視図、図２は図１
におけるａ−ａ断面図である。図示したものは５００ｍ
ｍ×３００ｍｍのガラス繊維強化プラスチック製からな
る偏平な支持板２の上に、縦１５ｍｍ、厚さ１ｍｍの平
角銅線１からなるコイルＡを立起状態に配したものであ
る。前記した支持板２と平角銅線１の寸法は、一実施品
に対応させたものであって、特にこの寸法に限定される
ものではなく、他の実施品によって適宜変更可能であ
る。そして、前記平角銅線１は同心的に渦巻き状に形成
され、巻回数は１０回としている。また、前記平角銅線
１は接着剤によって支持板２上に固着されている。

【００１６】更に、図１、図２に示す如く、平角銅線１
間の距離が狭いため、ショートを起こさないように非導
体からなるスペーサー３を介在するものである。スペー
サー３の素材としては、ポリテトラフルオロエチレン等
のフッ素樹脂やシリコンゴム等が最適である。このよう
にして、コイルユニット１０が作製されるのである。

【００１７】そして前記コイルユニット１０に対向して
被加熱体（図示せず）が配され、図１に示す２つの端子
４、５間に交流電流を印加することにより、電流の方向
が同じとなる平角銅線群１ａ、１ｂをそれぞれを跨ぐ形
で交番電流が発生し、被加熱体（図示せず）中に渦電流
が誘導されるのである。そして、２つの平角銅線群１
ａ、１ｂの間隔を適当に確保することができるので、交
番磁力線が弱め合うことによる影響を軽減することもで
きるのである。

【００１８】また、より温度分布を均一にせんとする場
合、図３に示すような山形構造のコイルユニット１０ａ
を作製し、対向配置される被加熱体（図示せず）との距
離をコイルＡ中心付近で近く、外周部で遠くすることも
有効的である。また、これとは逆に、図４に示すような
凹形構造のコイルユニット１０ｂを作製し、コイルＡ中
心付近では遠く、外周部で近くすることも考慮される。
図３、図４に示す折曲角度は共に５°位が適当である。
そして被加熱体（図示せず）との距離を調節することと
組み合わせれば、温度分布改善に対してより有効であ
る。

【００１９】更に、図５に示すものは平角銅線１を成形
体６中に埋設したコイルユニット１０ｃである。このよ
うにすることにより、平角銅線１を汚れから保護するこ
とができるとともに取扱いが容易となり、搬送や組立て
時における作業性向上の一助となる。そしてこの成形体
６は成形が容易で、且つある程度の耐熱性を有する材料
であれば良く、例えばポリテトラフルオロエチレン等の
フッ素樹脂等が使用可能であり、前記平角銅線１が入っ
ている型内に注入すればよい。ここで図示したものは支
持板２が備え付けられているものであるが、支持板２が
なく、平角銅線１のみを埋設することも可能であるとい
うことは言うまでもない。そして平角銅線１間には樹脂
が流れ込むため、前記したスペーサー３は必要ないので
ある。

【００２０】また、平角導線をセラミック成形体中に埋
設させることもできる。これは焼成前のセラミックシー
トに、平角導線として金属粉末からなる導体パターンを
印刷等の方法によって形成し、さらに同様のセラミック
シートを積層して焼成処理することにより製造可能であ
る。この場合は導体パターンの抵抗が若干高くなるもの
の低電力用途の家電品に使用可能であり、またコイル単
体としても極めて高強度であるため、量産工程における
激しいハンドリングによってもコイルが破損することも
ないのである。

【００２１】続いて図６は、本発明の加熱機器Ｂを調理
器に応用した場合の一実施例を示したものである。図例
のものは、図２に示した前記コイルユニット１０に対向
して、導体からなる被加熱体７を配したものであり、ス
テンレス製の枠体８に設けた第１棚部９に前記コイルユ
ニット１０を載置し、前記枠体８の第２棚部１１には、
銅製スペーサー１２を介してＳＳ４１製の被加熱体７を
載置したものである。ＳＳ４１は磁性体材料であるた
め、平角銅線１への通電とともに被加熱体７全面が加熱
される。また、ＳＳ４１以外にニッケルやコバルトも適
宜採用することができるのである。そして前記被加熱体
７は、加熱加工物の位置決め用凹部２１を適宜設けるこ
とも可能である。また前述したとおり、前記コイルユニ
ット１０に替えて、図３、図４に示すコイルユニット１
０ａ、１０ｂを適宜使用できるものである。

【００２２】また、図７に示す如く、支持板２に平角銅
線１を差し込んで両端に突出させてなるコイルユニット
１０ｄを作製し、該コイルユニット１０ｄの上方と下方
に設けた装着部２２、２２内に被加熱体１０、１０をそ
れぞれ装着し、１つのコイルユニット１０ｄで２枚の被
加熱体１０、１０を加熱することもできる。尚本図は説
明用図面であるため、電源部やインバーター等、その他
周辺機器の図中への記載は省略してあるものである。そ
して、被加熱体１０としてＳＳ４１等を用いる場合は、
表面の錆が懸念されるが、ＳＳ４１等の磁性体材料の上
面にアルミニウム等の耐食製材料を設けることにより、
表面を錆等の腐食から防止することができる。この耐食
性材料は、金属においては上述のアルミニウムやステン
レス等が好適であり、貼り合わせや溶射等によって形成
することができる。また金属以外ではセラミック等が好
適であり、これも貼り合わせや塗布技術によって形成す
ることができる。そして家庭用調理器に用いられている
ように、ポリテトラフルオロエチレン等のフッ素樹脂を
被覆することもできる。

【００２３】以上、図６、図７において本発明の加熱機
器Ｂを調理器に応用した場合の実施例を説明したが、こ
こで使用する被加熱体７に加熱具を埋設、あるいは加熱
具をコイルＡ側に突設することができる。このように加
熱具を設ければ、被加熱体７内の温度分布を均一化する
ことができるのである。そして被加熱体７のみ熱が伝わ
ればよいので、加熱具の外壁材は非磁性体であることが
望ましい。尚、ここで使用する加熱具は、実開昭５０−
１０４２６８号公報、実開昭５３−４８２５１号公報、
実開昭５３−４８２５２号公報、実開昭５４−７６５６
０号公報等に記載されている鈴木金属工業株式会社製の
ヒートパイプを使用するものである。また、図８に示し
てなる加熱具２３を被加熱体７に埋設することもでき
る。そして被加熱体７の内部に空洞２４を形成し、その
空洞２４に水２５を入れて沸騰させることによって被加
熱体７が加熱されるものである。そして水２５により錆
付きを防止するために、空洞２４周壁を銅メッキした
り、板等を張ったりすることが考慮される。また、水２
５が空洞２４の隅々まで行き渡り、被加熱体７の場所に
よって加熱状態に差が生じないように、繊維状材２６を
混入するものである。繊維状材２６としてはスチール綿
やメッシュ等が最適である。更に内部空洞２４を４０ト
ル（４０／７６０気圧）〜４００トル（４００／７６０
気圧）の弱真空とすれば、低温で沸騰することができ、
迅速に加熱することができるのである。そして、使用時
は２００℃で１５気圧に設定することが望ましい。

【００２４】また、図９に断面図として示すように、図
５に示した成形体６の外周部全体にＳＳ４１等の磁性体
からなる被加熱体７を外装して、コイルＡと被加熱体７
とを一体品とすることもできる。また被加熱体７は、図
１０のように成形体６の片面にのみ形成してもよい。こ
のようなものは、例えば電気あんかや足温器、または湯
沸かし用の投げ込みヒーター等に応用可能である。

【００２５】更に図１１は、本発明の加熱機器Ｂにおけ
る他の実施例を示したものである。これは図５に示すコ
イルユニット１０ｃに対向して非磁性体からなる非加熱
体１３を配したものであり、家庭用調理器に応用した場
合の例として示している。図例のものは合成樹脂製本体
容器１４の第１棚部１５にポリテトラフルオロエチレン
の板状成形体６中に平角銅線１を埋設したコイルユニッ
ト１０ｃを載置し、第２棚部１６には、非加熱体１３と
してセラミック製の上板１７を設けたものである。電源
は一般家庭用商用電源が用いられ、電源供給部１８を介
してコイルユニット１０ｃに給電されるものである。こ
のような調理器においては上板１７は加熱されないた
め、この上に載置したる鉄製の鍋等が加熱されるのであ
る。

【００２６】また、最近このような家庭用調理器におい
て、加熱領域を２つに分割して各領域毎に投入電力を調
節できるものが提案されているが、図１２にはこのよう
な家庭用調理器に応用した場合の実施例を示している。
本例はポリテトラフルオロエチレンの板状成形体６中
に、２つの領域に分割して銅線１ｃ、１ｄを埋設してコ
イルユニット１０ｅとし、前記２つの領域毎に２つの電
源供給部１８ａ、１８ｂを介して給電するものである。
そして上記上板１７は、セラミック以外にアルミニウム
等の金属材料も使用可能である。また、加熱力調節手段
としては、例えば図１３に示すように２本の平角銅線１
９、２０からなる２つのコイルを並設し、加熱力を弱め
る時にはどちらか一方のコイルにのみ通電し、逆に強め
る時には２つのコイルに同位相で通電することによって
も行うことができる。

【００２７】加えて図１４は、図１における長い方の平
角銅線１を全て平面的に配した状態と想定した想定図で
あり、図１の矢印方向から見たものである。図示したも
のは、長い方の平角銅線１を平面的に配し、短い方の平
角銅線１を立起状態に配したものであるが、その逆で、
短い方の平角銅線１を平面的に配し、長い方の平角銅線
１を立起状態に配することも可能であるということは言
うまでもない。

【００２８】

【発明の効果】以上の記載より明らかなように、次に記
載する効果を奏する。本発明のコイルは平角銅線を立起
状態に配しているので、支持板の面積が小さくても高密
度に巻回することができる。また、通電路としての材料
ロスが少なく、大型で且つ軽量のものが実現できる。更
に交流特有の表皮効果による抵抗増の影響を、導体の表
面積を増大させることで補えるので、例えば導体の幅を
増大させ、それに伴い厚みを減少させることも可能であ
り、周波数を高くする場合においてもコイル部分の大幅
な重量増となることがなく、経済的にも優れた誘導加熱
用コイルを提供することができる。

【００２９】そして大型化が可能になることにより、被
加熱体全面を一つのコイルで加熱することが可能とな
り、従来発生していた温度分布を改善でき、大型の被加
熱体であっても均一な温度分布を得ることができる。

【００３０】また本発明のコイルは、支持板に立起させ
る他、成形体中に埋設させたりすることもできることか
ら、任意の形状で誘導加熱用コイルを作製することが可
能となる。また、平角銅線間に非導体からなるスペーサ
ーを介在させることにより、ショートを防止することが
できる。

【００３１】従って、加熱機器としてこのような誘導加
熱用コイルを用いることにより、温度分布が良好で、加
熱条件や装置設計の自由度が大きく、且つ安価な加熱機
器を提供することが可能となる。また、前記誘導加熱用
コイルに対向して配した導体からなる被加熱体に、加熱
具を埋設、あるいは加熱具をコイル側に突設した場合
は、前記被加熱体内の温度分布を均一化させることがで
きるのである。また、２本の平角銅線からなる２つのコ
イルを並設した場合は、加熱力を弱める時にはどちらか
一方のコイルにのみ通電し、逆に強める時には２つのコ
イルに同位相で通電することができるので容易に電力の
強弱を調整できるのである。

【００３２】このように本発明はその利用範囲が極めて
汎大であり、また従来の誘導加熱用コイル及びこの誘導
加熱用コイルを用いた加熱機器の持つ性能上、汎用性
上、そして経済性上の問題点を一挙に解決するものであ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の誘導加熱用コイルＡの実施例を示し
てなる斜視図

【図２】 図１におけるａ−ａ断面図

【図３】 本発明の誘導加熱用コイルＡの他の実施例を
示す断面図

【図４】 本発明の誘導加熱用コイルＡの他の実施例を
示す断面図

【図５】 本発明の誘導加熱用コイルＡの他の実施例を
示す断面図

【図６】 本発明の誘導加熱用コイルＡを用いた加熱機
器Ｂの実施例を示す断面図

【図７】 本発明の誘導加熱用コイルＡを用いた加熱機
器Ｂの他の実施例を示す断面図

【図８】 被加熱体に加熱具を埋設した実施例を示す断
面図

【図９】 本発明の誘導加熱用コイルＡを用いた加熱機
器Ｂの他の実施例を示す断面図

【図10】 本発明の誘導加熱用コイルＡを用いた加熱機
器Ｂの他の実施例を示す断面図

【図11】 本発明の誘導加熱用コイルＡを用いた加熱機
器Ｂの他の実施例を示す断面図

【図12】 本発明の誘導加熱用コイルＡを用いた加熱機
器Ｂの他の実施例を示す断面図

【図13】 本発明の誘導加熱用コイルＡの他の実施例を
示す斜視図

【図14】 図１における長い方の平角銅線のみを平面的
に配した状態の想定図

【図15】 従来の誘導加熱用コイルＡを示す説明図で、
（イ）は平面図、（ロ）は（イ）のｂ−ｂ断面図

【図16】 従来の誘導加熱用コイルＡを調理器に応用し
た場合の概略構造を示す斜視図

【図17】 従来の誘導加熱用コイルＡにおける交番磁力
線の発生態様を示す説明図

【符号の説明】

Ａ 誘導加熱用コイル Ｂ 加熱機器 １ 平角銅線 １ａ 平角銅
線 １ｂ 平角銅線 １ｃ 平角銅
線 １ｄ 平角銅線 ２ 支持板 ３ スペーサー ４ 端子 ５ 端子 ６ 成形体 ７ 被加熱体 ８ 枠体 ９ 第１棚部 １０ コイル
ユニット １０ａ コイルユニット １０ｂ コイ
ルユニット １０ｃ コイルユニット １０ｄ コイ
ルユニット １０ｅ コイルユニット １１ 第２棚
部 １２ スペーサー １３ 非加熱
体 １４ 本体容器 １５ 第１棚
部 １６ 第２棚部 １７ 上板 １８ 電源供給部 １８ａ 電源
供給部 １８ｂ 電源供給部 １９ 平角銅
線 ２０ 平角銅線 ２１ 凹部 ２２ 装着部 ２３ 加熱具 ２４ 空洞 ２５ 水 ２６ 繊維状材 ５１ 導体 ５２ 誘導加熱用コイル ５３ 鉄板 ５４ 交番磁力線 ５５ 交番磁
力線

Claims (15)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 平角導線を立起状態に配してなる誘導加
   熱用コイル。
2. 【請求項２】 平角導線として、渦巻き状に配したもの
   を利用してなる請求項１記載の誘導加熱用コイル。
3. 【請求項３】 平角導線として、支持板上に配したもの
   を利用してなる請求項１又は２記載の誘導加熱用コイ
   ル。
4. 【請求項４】 平角導線として、成形体中に埋設したも
   のを利用してなる請求項１又は２又は３記載の誘導加熱
   用コイル。
5. 【請求項５】 平角導線を立起状態に配してなる誘導加
   熱用コイルと、 該誘導加熱用コイルに対向して配した導体からなる被加
   熱体と、 よりなる加熱機器。
6. 【請求項６】 平角導線として、渦巻き状に配したもの
   を利用してなる請求項５記載の加熱機器。
7. 【請求項７】 平角導線間に非導体からなるスペーサー
   を介在してなる請求項５又は６記載の加熱機器。
8. 【請求項８】 複数個の前記誘導加熱用コイルを用いて
   なる請求項５又は６又は７記載の加熱機器。
9. 【請求項９】 被加熱体として、多層構造としたものを
   利用してなる請求項５又は６又は７又は８記載の加熱機
   器。
10. 【請求項１０】 被加熱体として、加熱具を埋設したも
    のを利用してなる請求項５又は６又は７又は８又は９記
    載の加熱機器。
11. 【請求項１１】 被加熱体として、前記誘導加熱用コイ
    ル側に加熱具を突設したものを利用してなる請求項５又
    は６又は７又は８又は９記載の加熱機器。
12. 【請求項１２】 加熱具として、外壁材に非磁性体を利
    用してなる請求項１０又は１１記載の加熱機器。
13. 【請求項１３】 平角導線を立起状態に配してなる誘導
    加熱用コイルと、該誘導加熱用コイルに対向して配した
    非磁性体からなる非加熱体と、よりなる加熱機器。
14. 【請求項１４】 平角導線として、渦巻き状に配したも
    のを利用してなる請求項１３記載の加熱機器。
15. 【請求項１５】 複数個の前記誘導加熱用コイルを用い
    てなる請求項１３又は１４記載の加熱機器。