高周波誘導加熱装置
【課題】発熱を自己制御して温度を一定に制御できる高周波誘導加熱装置を提供する。
【解決手段】高周波誘導加熱により加熱される発熱部の熱により被加熱物を加熱する高周波誘導加熱装置において、所定の板厚の板状の磁性材を所定の間隙を開けて接合せずに渦巻き状に巻き込んだ略筒形状に形成してなる発熱部と、上記発熱部を覆うように所定の間隙を開けて巻回されて配設された高周波誘導加熱コイルと、上記高周波誘導加熱コイルに高周波電流を給電する高周波発振器とを有し、上記所定の板厚は、上記発熱部の表面に誘導される渦電流のキュリー温度における浸透深さの２倍以下であるようにした。
【解決手段】高周波誘導加熱により加熱される発熱部の熱により被加熱物を加熱する高周波誘導加熱装置において、所定の板厚の板状の磁性材を所定の間隙を開けて接合せずに渦巻き状に巻き込んだ略筒形状に形成してなる発熱部と、上記発熱部を覆うように所定の間隙を開けて巻回されて配設された高周波誘導加熱コイルと、上記高周波誘導加熱コイルに高周波電流を給電する高周波発振器とを有し、上記所定の板厚は、上記発熱部の表面に誘導される渦電流のキュリー温度における浸透深さの２倍以下であるようにした。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高周波誘導加熱装置に関し、さらに詳細には、誘導加熱により加熱される発熱部の熱により被加熱物を加熱する高周波誘導加熱装置に関し、具体的には、誘導加熱により加熱される発熱部の発熱を自己制御する高周波誘導加熱装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、誘導加熱により加熱される発熱部によって被加熱物を加熱する高周波誘導加熱装置の温度制御方法として、例えば、発熱部を構成する磁性材のキュリー温度を利用して、当該キュリー温度以上に昇温させないように発熱部の発熱を自己制御させる技術が知られている。
【０００３】
ここで、図１には、キュリー温度以上に昇温させないように発熱部の発熱を自己制御する従来の高周波誘導加熱装置における発熱部の時間と温度との関係を表すグラフが示されている。
【０００４】
図１に示すグラフにおいて、発熱部の温度変化を見ると、発熱部を構成する磁性材のキュリー温度である温度Ａまでは温度の上昇カーブの傾きは大きいが、発熱部を構成する磁性材のキュリー温度である温度Ａ以降では温度の上昇カーブの傾きが急に小さくなっている。
【０００５】
これは、発熱部が当該発熱部を構成する磁性材のキュリー温度に達するまでは磁性を示し、発熱部を構成する磁性材の表面で渦電流が誘導されることにより発熱部が加熱されていたが、発熱部を構成する磁性材が有するキュリー温度を超えると磁性を示さなくなるため、発熱部を構成する磁性材の表面で渦電流が誘導されなくなり発熱部の加熱が著しく低減するためである。
【０００６】
しかしながら、こうした従来の高周波誘導加熱装置においては、発熱部を構成する磁性材の有するキュリー温度に達した後も緩やかにではあるが経時的に温度が上昇し、発熱部を構成する磁性材の有するキュリー温度において正確に温度を一定に制御することができないという問題点があった。
【０００７】
また、上記したような従来の高周波誘導加熱装置においては、広範囲の領域を均熱状態で加熱したり、気体や液体といった流体を均熱状態で加熱したりすることが容易でないという問題点があった。
【０００８】
なお、本願出願人が特許出願時に知っている先行技術は、上記において説明したようなものであって文献公知発明に係る発明ではないため、記載すべき先行技術情報はない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
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、発熱を自己制御して温度を一定に制御できる高周波誘導加熱装置を提供しようとするものである。
【００１０】
また、本発明の目的とするところは、広範囲の領域を均熱状態で加熱したり、気体や液体といった流体を均熱状態で加熱したりすることが容易な高周波誘導加熱装置を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するために、本発明は、板状の磁性材を所定の間隙を開けて接合せずに略筒形状に形成して発熱部を構成し、当該板状の磁性材の板厚を当該磁性材の表面に誘導される渦電流のキュリー温度における浸透深さの２倍以下としたものである。
【００１２】
これにより、本発明によれば、高周波誘導加熱により加熱された発熱部の温度が、当該発熱部を構成する磁性材のキュリー温度に達した後は当該キュリー温度を超える温度になることはなく、発熱部を構成する磁性材のキュリー温度より当該発熱部の温度が低下すると再び加熱され当該キュリー温度まで昇温されることになる。
【００１３】
従って、発熱部を加熱する際の最高温度は、発熱部を構成する磁性材のキュリー温度で常に一定に制御されることとなる。
【００１４】
また、本発明によれば、発熱部の略筒形状を形状や大きさを調整することにより、広範囲の領域を均熱状態で容易に加熱することができるようになり、また、発熱部の略筒形状の軸方向に沿って気体や液体といった流体を流すことにより、気体や液体といった流体を均熱状態で容易に加熱することができるようになる。
【００１５】
即ち、本発明のうち請求項１に記載の発明は、高周波誘導加熱により加熱される発熱部の熱により被加熱物を加熱する高周波誘導加熱装置において、所定の板厚の板状の磁性材を所定の間隙を開けて接合せずに略筒形状に形成してなる発熱部と、上記発熱部を覆うように所定の間隙を開けて巻回されて配設された高周波誘導加熱コイルと、上記高周波誘導加熱コイルに高周波電流を給電する高周波発振器とを有し、上記所定の板厚は、上記発熱部の表面に誘導される渦電流のキュリー温度における浸透深さの２倍以下であるようにしたものである。
【００１６】
また、本発明のうち請求項２に記載の発明は、高周波誘導加熱により加熱される発熱部の熱により被加熱物を加熱する高周波誘導加熱装置において、絶縁材よりなる筒部と、所定の板厚の板状の磁性材を所定の間隙を開けて接合せずに略筒形状に形成してなり、上記筒部の内周側に配設された発熱部と、上記筒部の外周側に巻回されて配設された高周波誘導加熱コイルと、上記高周波誘導加熱コイルに高周波電流を給電する高周波発振器とを有し、上記所定の板厚は、上記発熱部の表面に誘導される渦電流のキュリー温度における浸透深さの２倍以下であるようにしたものである。
【００１７】
また、本発明のうち請求項３に記載の発明は、高周波誘導加熱により加熱される発熱部の熱により被加熱物を加熱する高周波誘導加熱装置において、非磁性材よりなる筒部と、所定の板厚の板状の磁性材を所定の間隙を開けて接合せずに略筒形状に形成してなり、上記筒部の内周側に上記筒部の内面と接することなく配設された発熱部と、上記発熱部の内径側に配置されたボビンと、上記発熱部の内径側において上記ボビンの外周側に巻回されて配設された高周波誘導加熱コイルと、上記高周波誘導加熱コイルに高周波電流を給電する高周波発振器とを有し、上記所定の板厚は、上記発熱部の表面に誘導される渦電流のキュリー温度における浸透深さの２倍以下であるようにしたものである。
【００１８】
また、本発明のうち請求項４に記載の発明は、本発明のうち請求項１、２または３のいずれか１項に記載の発明において、上記略筒形状の断面を略Ｃ形形状としたものである。
【００１９】
また、本発明のうち請求項５に記載の発明は、本発明のうち請求項１、２または３のいずれか１項に記載の発明において、上記略筒形状が、上記磁性材を所定の間隔を開けて渦巻き状に巻き込んだ渦巻き形状であるようにしたものである。
【００２０】
また、本発明のうち請求項６に記載の発明は、本発明のうち請求項５に記載の発明において、上記渦巻き形状が、渦巻き形状の中心部に所定の空間領域を形成した渦巻き形状であるようにしたものである。
【００２１】
また、本発明のうち請求項７に記載の発明は、本発明のうち請求項５に記載の発明において、上記渦巻き形状が、渦巻き形状の中心部に上記板状の磁性材の一方の端部が位置するように形成した渦巻き形状であるようにしたものである。
【００２２】
また、本発明のうち請求項８に記載の発明は、本発明のうち請求項１、２、３、４、５、６または７のいずれか１項に記載の発明において、上記発熱部は、複数の上記磁性材を所定の間隙を開けて接合せずに略筒形状に形成してなるようにしたものである。
【００２３】
また、本発明のうち請求項９に記載の発明は、本発明のうち請求項１、２、３、４、５、６、７または８のいずれか１項に記載の発明において、上記磁性材をインバー材としたものである。
【発明の効果】
【００２４】
本発明は、以上説明したように構成されているので、発熱を自己制御して温度を一定に制御することができるという優れた効果を奏する。
【００２５】
また、本発明は、以上説明したように構成されているので、広範囲の領域を均熱状態で加熱したり、気体や液体といった流体を均熱状態で加熱したりすることが容易となるという優れた効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下、添付の図面を参照しながら、本発明による高周波誘導加熱装置の実施の形態の一例を詳細に説明するものとする。
【００２７】
まず、図２乃至図３を参照しながら、本発明による高周波誘導加熱装置の第１の実施の形態について説明する。
【００２８】
図２には本発明の第１の実施の形態による高周波誘導加熱装置の概略構成斜視説明図が示されており、図３には図２に示す高周波誘導加熱装置のＡ−Ａ線による発熱部の端面構成説明図（高周波誘導加熱コイルの図示は省略している。）が示されている。
【００２９】
この図２乃至図３示す高周波誘導加熱装置１０は、矩形形状のインバー材を所定の間隔を開けて渦巻き状に巻き込んで略筒形状を形成した発熱部１２と、高周波発振器（図示せず。）の一方の端子（図示せず。）に一方の端部１４ａを電気的に接続された高周波電流を導通する線路たるフィーダー１４および高周波発振器の他方の端子（図示せず。）に一方の端部１６ａを電気的に接続させた高周波電流を導通する線路たるフィーダー１６と、フィーダー１４の他方の端部１４ｂに一方の端部１８ａを電気的に接続されるとともにフィーダー１６の他方の端部１６ｂに他方の端部１８ｂを電気的に接続され発熱部１２を覆うように所定の間隙を開けて巻回されて配設された高周波誘導加熱コイル１８とを有して構成されている。
【００３０】
より詳細には、発熱部１２は、矩形形状のインバー材の一方の端部１２ｂを他方の端部１２ｃの内側に所定の間隔ｇ１だけ離隔して位置するようにして渦巻き状に順次に巻き込んでいき、対向する発熱部１２同士が間隔ｇ１を維持するようにした渦巻き状の略筒形状を形成するようにしたものであり、中心部には空間Ｓ１が形成されるようになされている（図３を参照する。）。
【００３１】
さらに、発熱部１２は、発熱部１２を形成するインバー材のキュリー温度においてインバー材の表面に誘導される渦電流の浸透深さがインバー材の板厚の１／２以上となるようにインバー材の板厚ｔが調整されている。
【００３２】
なお、インバー材とは磁性材の一種であり、鉄、ニッケル、コバルト、クロムなどの合金よりなるものである。インバー材は、その組成比率を調整することにより所望のキュリー温度を得ることができる。
【００３３】
以上の構成において、高周波誘導加熱装置１０の発熱部１２の外面１２ａ側にトンネル状に巻回された高周波誘導加熱コイル１８に、高周波発振器からフィーダー１４、１６を介して高周波電流が給電されると、高周波誘導加熱コイル１８が作る磁束が高周波誘導加熱コイル１８により形成されるトンネル内を通過することにより、トンネル内に設けられた発熱部１２を通過し、発熱部１２の表面で渦電流が誘導されて発熱部１２が加熱される。
【００３４】
ここで、発熱部１２の表面に誘導される渦電流について説明すると、発熱部１２の表面に誘導される渦電流は、例えば、図４に示すように、発熱部１２の外面１２ａを端部１２ｃから端部１２ｂへ向けて時計回り方向へ進み、端部１２ｂへ到達すると発熱部１２の内面１２ｄへ回り込み、発熱部１２の内面１２ｄを端部１２ｂから端部１２ｃへ向けて反時計回り方向へ進み、端部１２ｃへ到達すると再び発熱部１２の外面１２ａへ回り込んで外面１２ａを時計回り方向に進むものである。
【００３５】
このように、発熱部１２の表面で誘導される渦電流は、発熱部１２の表面を一方向に周回するように進むこととなる。
【００３６】
また、発熱部１２に誘導される渦電流の浸透深さは、次に示す式１で表される。
【００３７】
δ＝５．０３√（ρ／μｆ） ・・・ 式１
δ：浸透深さ（ｃｍ）
ρ：固有抵抗（μΩ・ｃｍ）
μ：比透磁率
ｆ：周波数（Ｈｚ）
そして、高周波発振器からの高周波誘導加熱コイル１８への給電により、発熱部１２が加熱され続けて、発熱部１２が発熱部１２を形成するインバー材のキュリー温度まで加熱されると、発熱部１２はそれ以上加熱されてもキュリー温度以上となることはなく、発熱部１２を形成するインバー材のキュリー温度で一定となる。
【００３８】
ここで、発熱部１２の板厚ｔ、即ち、発熱部１２を形成するインバー材の厚さは、発熱部１２の表面に誘導される渦電流のキュリー温度における浸透深さの２倍以下となるように設定されている。
【００３９】
従って、発熱部１２の温度がキュリー温度に達しないときには、その浸透深さは板厚ｔの半分（ｔ／２）以下となるが、発熱部１２の温度がキュリー温度に達したときには、その浸透深さは板厚ｔの半分（ｔ／２）より大きくなる。
【００４０】
このため、発熱部１２の温度がキュリー温度に達しないときには、図５（ａ）に示すように、発熱部１２の外面１２ａと内面１２ｄとにおける渦電流の浸透深さＬ１（Ｌ１≦ｔ／２）は上記式１に従って徐々に大きくなり、また、外面１２ａと内面１２ｄとに誘導される渦電流が互いに打ち消し合うことがないので、発熱部１２の温度は上昇する。
【００４１】
一方、発熱部１２の温度がキュリー温度に達したときには、図５（ｂ）に示すように、発熱部１２の外面１２ａと内面１２ｄとにおける渦電流の浸透深さＬ２は板厚ｔの半分（ｔ／２）より大きくなり、発熱部１２がキュリー温度以上に加熱されなくなる。
【００４２】
即ち、発熱部１２の温度が発熱部１２を形成するインバー材のキュリー温度に達するときは、発熱部１２の外面１２ａと内面１２ｄとにおいて渦電流が発熱部１２の板厚の１／２より大きい浸透深さＬ２で誘導されることになり、外面１２ａにおける渦電流と外面１２ａにおける渦電流と逆方向に流れる内面１２ｄにおける渦電流とが互いに打ち消し合い、発熱部１２が加熱されなくなるものである。
【００４３】
このように、高周波誘導加熱装置１０においては、発熱部１２の外面１２ａと内面１２ｄとにおいてそれぞれ誘導される渦電流が、発熱部１２を形成するインバー材のキュリー温度において互いに打ち消し合うことになるため、発熱部１２が当該キュリー温度以上に加熱されることはなくなる。
【００４４】
また、発熱部１２を形成するインバー材のキュリー温度より発熱部１２の温度が低下すると、誘導される渦電流の浸透深さは、発熱部１２が当該キュリー温度に達した際に誘導される渦電流の浸透深さＬ２より小さい浸透深さＬ１となり、図５（ａ）に示すように外面１２ａと内面１２ｄとに誘導される渦電流が互いに打ち消し合うことがない状態となるので、発熱部１２が再び加熱されるようになる。
【００４５】
こうして、高周波誘導加熱装置１０においては、発熱部１２が形成する渦巻きにより囲まれた広範囲の領域Ｓ１が、発熱部１２を形成するインバー材のキュリー温度で一定で均一に加熱されるようになる。
【００４６】
従って、広範囲の領域Ｓ１を被加熱物が通過すると、その被加熱物を当該キュリー温度で一定かつ均一に加熱することができる。
【００４７】
上記において説明したように、高周波誘導加熱装置１０によれば、図６に示すように、高周波誘導加熱により加熱された発熱部１２の温度が、発熱部１２を形成するインバー材のキュリー温度に達した後は当該キュリー温度を超える温度になることはなく、発熱部１２を形成するインバー材のキュリー温度より発熱部１２の温度が低下すると再び加熱され当該キュリー温度まで昇温するようになされている。
【００４８】
従って、発熱部１２を加熱する際の最高温度は、発熱部１２を形成するインバー材のキュリー温度で常に一定に制御されることとなる。
【００４９】
つまり、高周波誘導加熱装置１０は、発熱部１２を形成するインバー材のキュリー温度において発熱部１２の発熱を自己制御できる構成となっている。
【００５０】
また、高周波誘導加熱装置１０によれば、発熱部１２を形成するインバー材の組成比率を変更することによりキュリー温度を選択することができ、所望のキュリー温度のインバー材により発熱部１２を形成することによって、所望のキュリー温度において発熱部１２の発熱を自己制御することができる。
【００５１】
さらに、高周波誘導加熱装置１０によれば、発熱部１２が形成する渦巻きにより囲まれた広範囲の領域Ｓ１が、発熱部１２を形成するインバー材のキュリー温度で均一に加熱されるため、領域Ｓ１に被加熱物を通過させることにより、発熱部１２に接触することなしに被加熱物をキュリー温度で均一に加熱することができる。
【００５２】
次に、図７乃至図８を参照しながら、本発明による高周波誘導加熱装置の第２の実施の形態について説明する。
【００５３】
なお、以下の説明においては、図２乃至図３を参照しながら説明した本発明による高周波誘導加熱装置の第１の実施の形態と同一または相当する構成については、上記において用いた符号と同一の符号を用いることにより、その構成ならびに作用の詳細な説明は適宜に省略することとする。
【００５４】
ここで、図７には本発明の第２に実施の形態による高周波誘導加熱装置の一部を破断して示した概略構成斜視説明図が示されており、図８には図７に示す高周波誘導加熱装置のＢ−Ｂ線による筒部および発熱部の端面構成説明図（高周波誘導加熱コイルの図示は省略している。）が示されている。
【００５５】
この図７乃至図８に示す高周波誘導加熱装置２０は、絶縁材よりなる略円柱状の筒部２２と、筒部２２の内周側に配置されるとともに矩形形状のインバー材を所定の間隔を開けて渦巻き状に巻き込んで略筒形状を形成した発熱部２４と、高周波発振器（図示せず。）の一方の端子（図示せず。）に一方の端部１４ａを電気的に接続された高周波電流を導通する線路たるフィーダー１４および高周波発振器の他方の端部（図示せず。）に一方の端部１６ａを電気的に接続させた高周波電流を導通する線路たるフィーダー１６と、フィーダー１４の他方の端部１４ｂに一方の端部１８ａを電気的に接続されるとともにフィーダー１６の他方の端部１６ｂに他方の端部１８ｂを電気的に接続され筒部２２の外面２２ａ側に巻回されて配設された高周波誘導加熱コイル１８とを有して構成されている。
【００５６】
より詳細には、発熱部２４は、筒部２２の内周側に配設され、矩形形状のインバー材の一方の端部２４ｂを他方の端部２４ｃの内側に所定の間隔ｇ２だけ離隔して位置するようにして渦巻き状に順次に巻き込んでいき、対向する発熱部２４同士が間隔ｇ２を維持するとともに、端部２４ｂが渦巻きの略中心に位置するようにした渦巻き状の略筒形状を形成するようにしたものである（図８を参照する。）。
【００５７】
さらに、発熱部２４は、発熱部２４を形成するインバー材のキュリー温度においてインバー材の表面に誘導される渦電流の浸透深さがインバー材の板厚の１／２以上となるようにインバー材の板厚ｔが調整されている。
【００５８】
従って、本発明の第２に実施の形態による高周波誘導加熱装置２０は、筒部２２の内周側に発熱部２４が配置されている点と、発熱部２４が端部２４ｂを渦巻きの略中心に位置するようにした渦巻状の形状となっていることにより発熱部２４の中心に大きな空間がない点とにおいて、高周波誘導加熱装置１０と異なっている。
【００５９】
以上の構成において、高周波誘導加熱装置２０における筒部２２の外面２２ａ側にトンネル状に巻回された高周波誘導加熱コイル１８に、高周波発振器からフィーダー１４、１６を介して高周波電流が給電されると、高周波誘導加熱コイル１８が作る磁束が高周波誘導加熱コイル１８により形成されるトンネル内を通過することにより、トンネル内に設けられた筒部２２と筒部２２の内周側に配設された発熱部２４とを通過するが、絶縁材よりなる筒部２２では渦電流が誘導されないので誘導加熱されることはなく、筒部２２の内周側に配設されたインバー材よりなる発熱部２４の表面で渦電流が誘導されて発熱部２４が加熱される。
【００６０】
ここで、発熱部２４の表面に誘導される渦電流について説明すると、発熱部２４の表面に誘導される渦電流は、例えば、図９に示すように、発熱部２４の外面２４ａを端部２４ｃから端部２４ｂへ向けて時計回り方向へ進み、端部２４ｂへ到達すると発熱部２４の内面２４ｄへ回り込み、発熱部２４の内面２４ｄを端部２４ｂから端部２４ｃへ向けて反時計回り方向へ進み、端部２４ｃへ到達すると再び発熱部２４の外面２４ａへ回り込んで外面１２ａを時計回り方向に進むものである。
【００６１】
このように、発熱部２４の表面で誘導される渦電流は、発熱部２４の表面を一方向に周回するように進むこととなる。
【００６２】
また、発熱部２４に誘導される渦電流の浸透深さは、上記した式１で表される。
【００６３】
そして、高周波発振器からの高周波誘導加熱コイル１８への給電により、発熱部２４が加熱され続けて、発熱部２４が発熱部２４を形成するインバー材のキュリー温度まで加熱されると、発熱部２４はそれ以上加熱されてもキュリー温度以上となることはなく、発熱部２４を形成するインバー材のキュリー温度で一定となる。
【００６４】
ここで、発熱部２４の板厚ｔ、即ち、発熱部２４を形成するインバー材の厚さは、発熱部２４の表面に誘導される渦電流のキュリー温度における浸透深さの２倍以下となるように設定されている。
【００６５】
従って、発熱部２４の温度がキュリー温度に達しないときには、その浸透深さは板厚ｔの半分（ｔ／２）以下となるが、発熱部２４の温度がキュリー温度に達したときには、その浸透深さは板厚ｔの半分（ｔ／２）より大きくなる。
【００６６】
このため、発熱部２４の温度がキュリー温度に達しないときには、図５（ａ）に示すように、発熱部２４の外面２４ａと内面２４ｄとにおける渦電流の浸透深さＬ１（Ｌ１≦ｔ／２）は上記式１に従って徐々に大きくなり、また、外面２４ａと内面２４ｄとに誘導される渦電流が互いに打ち消し合うことがないので、発熱部２４の温度は上昇する。
【００６７】
一方、発熱部２４の温度がキュリー温度に達したときには、図５（ｂ）に示すように、発熱部２４の外面２４ａと内面２４ｄとにおける渦電流の浸透深さＬ２は板厚ｔの半分（ｔ／２）より大きくなり、発熱部２４がキュリー温度以上に加熱されなくなる。
【００６８】
即ち、発熱部２４の温度が発熱部２４を形成するインバー材のキュリー温度に達するときは、発熱部２４の外面２４ａと内面２４ｄとにおいて渦電流が発熱部２４の板厚の１／２より大きい浸透深さＬ２で誘導されることになり、外面２４ａにおける渦電流と外面２４ａにおける渦電流と逆方向に流れる内面２４ｄにおける渦電流とが互いに打ち消し合い、発熱部２４が加熱されなくなるものである。
【００６９】
このように、高周波誘導加熱装置２０においては、発熱部２４の外面２４ａと内面２４ｄとにおいてそれぞれ誘導される渦電流が、発熱部２４を形成するインバー材のキュリー温度において互いに打ち消し合うことになるため、発熱部２４が当該キュリー温度以上に加熱されることはなくなる。
【００７０】
また、発熱部２４を形成するインバー材のキュリー温度より発熱部２４の温度が低下すると、誘導される渦電流の浸透深さは、発熱部２４が当該キュリー温度に達した際に誘導される渦電流の浸透深さＬ２より小さい浸透深さＬ１となり、図５（ａ）に示すように外面２４ａと内面２４ｄとに誘導される渦電流が互いに打ち消し合うことがない状態となるので、発熱部２４が再び加熱されるようになる。
【００７１】
こうして、高周波誘導加熱装置２０においては、筒部２２内の空間が発熱部２４により加熱され、この筒部２２内の空間は、発熱部２４を形成するインバー材のキュリー温度で一定で均一に加熱されるようになる。
【００７２】
従って、筒部２２内に被加熱物として気体や液体といった流体を流し込むことにより、その被加熱物を当該キュリー温度で一定かつ均一に加熱することができる。
【００７３】
また、高周波誘導加熱装置２０においては、断面が渦巻状の発熱部２４の巻き数を多くすることにより、筒部２２に被加熱物として流し込まれた流体と発熱部２４の表面との接する面積が多くなるので、当該被加熱物をより効率的に加熱することができるようになる。
【００７４】
上記において説明したように、高周波誘導加熱装置２０によれば、図６に示すように、高周波誘導加熱により加熱された発熱部２４の温度が、発熱部２４を形成するインバー材のキュリー温度に達した後は当該キュリー温度を超える温度になることはなく、発熱部２４を形成するインバー材のキュリー温度より発熱部２４の温度が低下すると再び加熱され当該キュリー温度まで昇温するようになされている。
【００７５】
従って、発熱部２４を加熱する際の最高温度は、発熱部２４を形成するインバー材のキュリー温度で常に一定に制御されることとなる。
【００７６】
つまり、高周波誘導加熱装置２０は、発熱部２４を形成するインバー材のキュリー温度において発熱部２４の発熱を自己制御できる構成となっている。
【００７７】
また、高周波誘導加熱装置２０によれば、発熱部２４を形成するインバー材の組成比率を変更することによりキュリー温度を選択することができ、所望のキュリー温度のインバー材により発熱部２４を形成することによって、所望のキュリー温度において発熱部２４の発熱を自己制御することができる。
【００７８】
次に、図１０乃至図１１を参照しながら、本発明による高周波誘導加熱装置の第３の実施の形態について説明する。
【００７９】
なお、以下の説明においては、上記した第２の実施の形態による高周波誘導加熱装置２０と同様に、図２乃至図３を参照しながら説明した本発明による高周波誘導加熱装置の第１の実施の形態と同一または相当する構成については、上記において用いた符号と同一の符号を用いることにより、その構成ならびに作用の詳細な説明は適宜に省略することとする。
【００８０】
ここで、図１０には本発明の第３に実施の形態による高周波誘導加熱装置の一部を破断して示した概略構成斜視説明図が示されており、図１１には図１０に示す高周波誘導加熱装置のＣ−Ｃ線による筒部および発熱部の端面構成説明図（高周波誘導加熱コイルの図示は省略している。）が示されている。
【００８１】
この図１０乃至図１１に示す高周波誘導加熱装置３０は、ガラスなどの耐熱絶縁材よりなる略円柱状の筒部３２と、筒部３２の内周側に配置されるとともに断面Ｃ形形状に加工された複数のインバー材を組み合わせて断面が略渦巻状となるように形成した略筒形状の発熱部３４と、高周波発振器（図示せず。）の一方の端子（図示せず。）に一方の端部１４ａを電気的に接続された高周波電流を導通する線路たるフィーダー１４および高周波発振器の他方の端部（図示せず。）に一方の端部１６ａを電気的に接続させた高周波電流を導通する線路たるフィーダー１６と、フィーダー１４の他方の端部１４ｂに一方の端部１８ａを電気的に接続されるとともにフィーダー１６の他方の端部１６ｂに他方の端部１８ｂを電気的に接続され筒部２２の外面２２ａ側に巻回されて配設された高周波誘導加熱コイル１８とを有して構成されている。
【００８２】
より詳細には、発熱部３４は、同じ組成比率のインバー材３４−１、３４−２、３４−３、３４−４、３４−５、３４−６を、筒部３２の内周側に配置することにより構成されている。
【００８３】
ここで、インバー材３４−１、３４−２、３４−３、３４−４、３４−５、３４−６は、それぞれ所定の曲率を有した曲面に加工された断面Ｃ形形状を備えており、それぞれが外側もしくは内側に位置する対向するインバー材と間隔ｇ３を開けるとともに隣り合うインバー材と間隔ｇ４を開けるようにして、断面が略渦巻状をした略筒形状を備えるように構成されている。
【００８４】
さらに、発熱部３４は、発熱部３４を構成するインバー材３４−１、３４−２、３４−３、３４−４、３４−５、３４−６のキュリー温度においてインバー材３４−１、３４−２、３４−３、３４−４、３４−５、３４−６の表面に誘導される渦電流の浸透深さが各インバー材の板厚の１／２以上となるようにインバー材３４−１、３４−２、３４−３、３４−４、３４−５、３４−６の板厚ｔが調整されている。
【００８５】
従って、本発明の第３の実施の形態による高周波誘導加熱装置３０は、筒部３２の内周側に発熱部３４が配置されている点と、発熱部３４が複数の断面Ｃ形形状のインバー材３４−１、３４−２、３４−３、３４−４、３４−５、３４−６を組み合わせて構成されている点とにおいて、高周波誘導加熱装置１０、２０と異なっている。
【００８６】
以上の構成において、高周波誘導加熱装置３０における筒部３２の外面３２ａ側にトンネル状に巻回された高周波誘導加熱コイル１８に、高周波発振器からフィーダー１４、１６を介して高周波電流が給電されると、高周波誘導加熱コイル１８が作る磁束が高周波誘導加熱コイル１８により形成されるトンネル内を通過することにより、トンネル内に設けられた筒部３２と筒部３２の内周側に配設された発熱部３４とを通過するが、ガラスなどの耐熱絶縁材よりなる筒部３２では渦電流が誘導されないので誘導加熱されることはなく、筒部３２の内周側に配設された発熱部３４を構成する各インバー材３４−１、３４−２、３４−３、３４−４、３４−５、３４−６の表面で渦電流が誘導され、発熱部３４、即ち、各インバー材３４−１、３４−２、３４−３、３４−４、３４−５、３４−６が加熱される。
【００８７】
ここで、発熱部３４、即ち、各インバー材３４−１、３４−２、３４−３、３４−４、３４−５、３４−６の表面に誘導される渦電流について説明すると、各インバー材３４−１、３４−２、３４−３、３４−４、３４−５、３４−６の表面に誘導される渦電流は、例えば、図１２に示すように、各インバー材３４−１、３４−２、３４−３、３４−４、３４−５、３４−６の渦巻き形状の外径側に面する外面３４−１ａ、３４−２ａ、３４−３ａ、３４−４ａ、３４−５ａ、３４−６ａを渦巻き形状の外径側に位置する端部３４−１ｃ、３４−２ｃ、３４−３ｃ、３４−４ｃ、３４−５ｃ、３４−６ｃから渦巻き形状の内径側に位置する端部３４−１ｂ、３４−２ｂ、３４−３ｂ、３４−４ｂ、３４−５ｂ、３４−６ｂへ向けて時計回り方向へ進み、端部３４−１ｂ、３４−２ｂ、３４−３ｂ、３４−４ｂ、３４−５ｂ、３４−６ｂへ到達するとインバー材３４−１、３４−２、３４−３、３４−４、３４−５、３４−６の渦巻き形状の内径側に面する内面３４−１ｄ、３４−２ｄ、３４−３ｄ、３４−４ｄ、３４−５ｄ、３４−６ｄへ回り込み、インバー材３４−１、３４−２、３４−３、３４−４、３４−５、３４−６の内面３４−１ｄ、３４−２ｄ、３４−３ｄ、３４−４ｄ、３４−５ｄ、３４−６ｄを端部３４−１ｂ、３４−２ｂ、３４−３ｂ、３４−４ｂ、３４−５ｂ、３４−６ｂから端部３４−１ｃ、３４−２ｃ、３４−３ｃ、３４−４ｃ、３４−５ｃ、３４−６ｃへ向けて反時計回り方向へ進み、端部３４−１ｃ、３４−２ｃ、３４−３ｃ、３４−４ｃ、３４−５ｃ、３４−６ｃへ到達すると再びインバー材３４−１、３４−２、３４−３、３４−４、３４−５、３４−６の外面３４−１ａ、３４−２ａ、３４−３ａ、３４−４ａ、３４−５ａ、３４−６ａへ回り込んで外面３４−１ａ、３４−２ａ、３４−３ａ、３４−４ａ、３４−５ａ、３４−６ａを時計回り方向に進むものである。
【００８８】
このように、発熱部３４を構成する各インバー材３４−１、３４−２、３４−３、３４−４、３４−５、３４−６の表面で誘導される渦電流は、各インバー材３４−１、３４−２、３４−３、３４−４、３４−５、３４−６の表面を一方向に周回するように進むこととなる。
【００８９】
また、発熱部３４を構成する各インバー材３４−１、３４−２、３４−３、３４−４、３４−５、３４−６にそれぞれに誘導される渦電流の浸透深さは、上記した式１で表される。
【００９０】
そして、高周波発振器からの高周波誘導加熱コイル１８への給電により、発熱部３４を構成する各インバー材３４−１、３４−２、３４−３、３４−４、３４−５、３４−６が加熱され続けて、発熱部３４が発熱部３４を構成するインバー材３４−１、３４−２、３４−３、３４−４、３４−５、３４−６のキュリー温度まで加熱されると、インバー材３４−１、３４−２、３４−３、３４−４、３４−５、３４−６はそれ以上加熱されてもキュリー温度以上となることはなく、インバー材３４−１、３４−２、３４−３、３４−４、３４−５、３４−６のキュリー温度で一定となる。
【００９１】
ここで、発熱部３４を構成する各インバー材３４−１、３４−２、３４−３、３４−４、３４−５、３４−６の板厚ｔは、各インバー材３４−１、３４−２、３４−３、３４−４、３４−５、３４−６の表面に誘導される渦電流のキュリー温度における浸透深さの２倍以下となるように設定されている。
【００９２】
従って、発熱部３４を構成するインバー材３４−１、３４−２、３４−３、３４−４、３４−５、３４−６の温度がキュリー温度に達しないときには、その浸透深さは板厚ｔの半分（ｔ／２）以下となるが、インバー材３４−１、３４−２、３４−３、３４−４、３４−５、３４−６の温度がキュリー温度に達したときには、その浸透深さは板厚ｔの半分（ｔ／２）より大きくなる。
【００９３】
このため、インバー材３４−１、３４−２、３４−３、３４−４、３４−５、３４−６の温度がキュリー温度に達しないときには、図５（ａ）に示すように、インバー材３４−１、３４−２、３４−３、３４−４、３４−５、３４−６の外面３４−１ａ、３４−２ａ、３４−３ａ、３４−４ａ、３４−５ａ、３４−６ａと内面３４−１ｄ、３４−２ｄ、３４−３ｄ、３４−４ｄ、３４−５ｄ、３４−６ｄとにおける渦電流の浸透深さＬ１（Ｌ１≦ｔ／２）は上記式１に従って徐々に大きくなり、また、外面３４−１ａ、３４−２ａ、３４−３ａ、３４−４ａ、３４−５ａ、３４−６ａと内面３４−１ｄ、３４−２ｄ、３４−３ｄ、３４−４ｄ、３４−５ｄ、３４−６ｄとに誘導される渦電流が互いに打ち消し合うことがないので、各インバー材３４−１、３４−２、３４−３、３４−４、３４−５、３４−６により構成される発熱部３４の温度は上昇する。
【００９４】
一方、発熱部３４を構成するインバー材３４−１、３４−２、３４−３、３４−４、３４−５、３４−６の温度がキュリー温度に達したときには、図５（ｂ）に示すように、インバー材３４−１、３４−２、３４−３、３４−４、３４−５、３４−６の外面３４−１ａ、３４−２ａ、３４−３ａ、３４−４ａ、３４−５ａ、３４−６ａと内面３４−１ｄ、３４−２ｄ、３４−３ｄ、３４−４ｄ、３４−５ｄ、３４−６ｄとにおける渦電流の浸透深さＬ２は板厚ｔの半分（ｔ／２）以上の大きさとなり、各インバー材３４−１、３４−２、３４−３、３４−４、３４−５、３４−６により構成される発熱部３４がキュリー温度以上に加熱されなくなる。
【００９５】
即ち、インバー材３４−１、３４−２、３４−３、３４−４、３４−５、３４−６の温度がそのキュリー温度に達するときは、インバー材３４−１、３４−２、３４−３、３４−４、３４−５、３４−６の外面３４−１ａ、３４−２ａ、３４−３ａ、３４−４ａ、３４−５ａ、３４−６ａと内面３４−１ｄ、３４−２ｄ、３４−３ｄ、３４−４ｄ、３４−５ｄ、３４−６ｄとにおいて渦電流がインバー材３４−１、３４−２、３４−３、３４−４、３４−５、３４−６の板厚の１／２より大きい浸透深さＬ２で誘導されることになり、外面３４−１ａ、３４−２ａ、３４−３ａ、３４−４ａ、３４−５ａ、３４−６ａにおける渦電流と外面３４−１ａ、３４−２ａ、３４−３ａ、３４−４ａ、３４−５ａ、３４−６ａにおける渦電流と逆方向に流れる内面３４−１ｄ、３４−２ｄ、３４−３ｄ、３４−４ｄ、３４−５ｄ、３４−６ｄにおける渦電流とが互いに打ち消し合い、各インバー材３４−１、３４−２、３４−３、３４−４、３４−５、３４−６により構成される発熱部３４が加熱されなくなるものである。
【００９６】
このように、高周波誘導加熱装置３０においては、発熱部３４を構成するインバー材３４−１、３４−２、３４−３、３４−４、３４−５、３４−６の外面３４−１ａ、３４−２ａ、３４−３ａ、３４−４ａ、３４−５ａ、３４−６ａと内面３４−１ｄ、３４−２ｄ、３４−３ｄ、３４−４ｄ、３４−５ｄ、３４−６ｄとにおいてそれぞれ誘導される渦電流が、発熱部３４を構成するインバー材３４−１、３４−２、３４−３、３４−４、３４−５、３４−６のキュリー温度において互いに打ち消し合うことになるため、発熱部３４が当該キュリー温度以上に加熱されることはなくなる。
【００９７】
また、発熱部３４を構成するインバー材３４−１、３４−２、３４−３、３４−４、３４−５、３４−６のキュリー温度より発熱部３４の温度が低下すると、誘導される渦電流の浸透深さは、インバー材３４−１、３４−２、３４−３、３４−４、３４−５、３４−６が当該キュリー温度に達した際に誘導される渦電流の浸透深さＬ２より小さい浸透深さＬ１となり、図５（ａ）に示すように外面３４−１ａ、３４−２ａ、３４−３ａ、３４−４ａ、３４−５ａ、３４−６ａと内面３４−１ｄ、３４−２ｄ、３４−３ｄ、３４−４ｄ、３４−５ｄ、３４−６ｄとに誘導される渦電流が互いに打ち消し合うことがない状態となるので、インバー材３４−１、３４−２、３４−３、３４−４、３４−５、３４−６が再び加熱されるようになる。
【００９８】
こうして、高周波誘導加熱装置３０においては、筒部３２内の空間が発熱部３４により加熱され、この筒部３２内の空間は、発熱部３４を構成するインバー材３４−１、３４−２、３４−３、３４−４、３４−５、３４−６のキュリー温度で一定で均一に加熱されるようになる。
【００９９】
従って、筒部３２内に被加熱物として気体や液体といった流体を流し込むことにより、その被加熱物を当該キュリー温度で一定かつ均一に加熱することができる。
【０１００】
また、高周波誘導加熱装置３０においては、断面が渦巻状の発熱部３４の巻き数を多くすることにより、筒部３２に被加熱物として流し込まれた流体と発熱部３４の表面との接する面積が多くなるので、当該被加熱物をより効率的に加熱することができるようになる。
【０１０１】
上記において説明したように、高周波誘導加熱装置３０によれば、図６に示すように、高周波誘導加熱により加熱された発熱部３４の温度が、発熱部３４を構成するインバー材３４−１、３４−２、３４−３、３４−４、３４−５、３４−６のキュリー温度に達した後は当該キュリー温度を超える温度になることはなく、発熱部３４を構成するインバー材３４−１、３４−２、３４−３、３４−４、３４−５、３４−６のキュリー温度より発熱部３４、即ち、インバー材３４−１、３４−２、３４−３、３４−４、３４−５、３４−６の温度が低下すると再び加熱され当該キュリー温度まで昇温するようになされている。
【０１０２】
従って、発熱部３４を加熱する際の最高温度は、発熱部３４を構成するインバー材３４−１、３４−２、３４−３、３４−４、３４−５、３４−６のキュリー温度で常に一定に制御されることとなる。
【０１０３】
つまり、高周波誘導加熱装置３０は、発熱部３４を構成するインバー材３４−１、３４−２、３４−３、３４−４、３４−５、３４−６のキュリー温度において発熱部３４の発熱を自己制御できる構成となっている。
【０１０４】
また、高周波誘導加熱装置３０によれば、断面Ｃ形形状に加工されたインバー材３４−１、３４−２、３４−３、３４−４、３４−５、３４−６を組み合わせて渦巻き形状を形成して発熱部３４を構成するため、高周波誘導加熱装置２０のように単一のインバー材を渦巻き形状に加工して発熱部２４を形成する場合と比較すると、渦巻き形状の発熱部を容易に構築することができる。
【０１０５】
さらに、高周波誘導加熱装置３０によれば、発熱部３４を構成するインバー材３４−１、３４−２、３４−３、３４−４、３４−５、３４−６の組成比率を変更することによりキュリー温度を選択することができ、所望のキュリー温度のインバー材３４−１、３４−２、３４−３、３４−４、３４−５、３４−６により発熱部３４を構成することによって、所望のキュリー温度において発熱部３４の発熱を自己制御することができる。
【０１０６】
次に、図１３乃至図１４を参照しながら、本発明による高周波誘導加熱装置の第４の実施の形態について説明する。
【０１０７】
なお、以下の説明においては、上記した第２の実施の形態による高周波誘導加熱装置２０と同様に、図２乃至図３を参照しながら説明した本発明による高周波誘導加熱装置の第１の実施の形態と同一または相当する構成については、上記において用いた符号と同一の符号を用いることにより、その構成ならびに作用の詳細な説明は適宜に省略することとする。
【０１０８】
ここで、図１３には本発明の第４の実施の形態による高周波誘導加熱装置の概念構成斜視説明図が示されており、図１４には図１３に示す高周波誘導加熱装置のＤ−Ｄ線による筒部、発熱部およびボビンの端面構成説明図（高周波誘導加熱コイルの図示は省略している。）が示されている。
【０１０９】
この図１３乃至図１４に示す高周波誘導加工装置４０は、アルミや銅などの非磁性材の金属よりなる略円柱状の筒部４２と、筒部４２の内周側に配置されるとともに断面Ｃ字形状に加工されたインバー材よりなる発熱部４４と、筒部４２の中心位置に配設されるボビン４６と、高周波発振器（図示せず。）の一方の端子（図示せず。）に一方の端部１４ａを電気的に接続された高周波電流を導通する線路たるフィーダー１４および高周波発振器の他方の端部（図示せず。）に一方の端部１６ａを電気的に接続させた高周波電流を導通する線路たるフィーダー１６と、フィーダー１４の他方の端部１４ｂに一方の端部１８ａを電気的に接続されるとともにフィーダー１６の他方の端部１６ｂに他方の端部１８ｂを電気的に接続されボビン４６の表面４６ａに巻回されて配設された高周波誘導加熱コイル１８とを有して構成されている。
【０１１０】
より詳細には、発熱部４４は、矩形形状のインバー材の一方の端部４４ｂと他方の端部４４ｃとを所定の間隔ｇ５を開けて対向させるようにして筒形形状を形成した略円柱形状を備えており、筒部４２の内面４２ａと接することなく配設されている（図１４を参照する。）。
【０１１１】
さらに、発熱部４４は、発熱部４４を形成するインバー材のキュリー温度においてインバー材の表面に誘導される渦電流の浸透深さがインバー材の板厚の１／２以上となるようにインバー材の板厚ｔが調整されている。
【０１１２】
従って、本発明の第４に実施の形態による高周波誘導加熱装置４０は、筒部４２の中心位置に高周波誘導加熱コイル１８が巻回されたボビン４６が載置されている点において、高周波誘導加熱装置１０、高周波誘導加熱装置２０および高周波誘導加熱装置３０と異なっている。
【０１１３】
以上の構成において、高周波誘導加熱装置４０におけるボビン４６の表面４６ａに巻回された高周波誘導加熱コイル１８に、高周波発振器からフィーダー１４、１６を介して高周波電流が給電されると、高周波誘導加熱コイル１８が作る磁束が発熱部４４と筒部４２とを通過するが、インバー材よりなる発熱部４４では表面に渦電流が誘導されて発熱部４４が誘導加熱され、アルミや銅などの非磁性材の金属よりなる筒部４２では渦電流が誘導されないので筒部４２は誘導加熱されることはない。
【０１１４】
ここで、発熱部４４の表面に誘導される渦電流について説明すると、発熱部４４の表面に誘導される渦電流は、例えば、図１５に示すように、発熱部４４の外面４４ａを端部４４ｃから端部４４ｂへ向けて時計回り方向へ進み、端部４４ｂへ到達すると発熱部４４の内面４４ｄへ回り込み、発熱部４４の内面４４ｄを端部４４ｂから端部４４ｃへ向けて反時計回り方向へ進み、端部４４ｃへ到達すると再び発熱部４４の外面４４ａへ回り込んで外面４４ａを時計回り方向に進むものである。
【０１１５】
このように、発熱部４４の表面で誘導される渦電流は、発熱部４４の表面を一方向に周回するように進むこととなる。
【０１１６】
また、発熱部２４に誘導される渦電流の浸透深さは、上記した式１で表される。
【０１１７】
そして、高周波発振器からの高周波誘導加熱コイル１８への給電により、発熱部４４が加熱され続けて、発熱部４４が発熱部４４を形成するインバー材のキュリー温度まで加熱されると、発熱部４４はそれ以上加熱されてもキュリー温度以上となることはなく、発熱部４４を形成するインバー材のキュリー温度で一定となる。
【０１１８】
ここで、発熱部４４の板厚ｔ、即ち、発熱部４４を形成するインバー材の厚さは、発熱部４４の表面に誘導される渦電流のキュリー温度における浸透深さの２倍以下となるように設定されている。
【０１１９】
従って、発熱部４４の温度がキュリー温度に達しないときには、その浸透深さは板厚ｔの半分（ｔ／２）以下となるが、発熱部４４の温度がキュリー温度に達したときには、その浸透深さは板厚ｔの半分（ｔ／２）より大きくなる。
【０１２０】
このため、発熱部４４の温度がキュリー温度に達しないときには、図５（ａ）に示すように、発熱部４４の外面４４ａと内面４４ｄとにおける渦電流の浸透深さＬ１（Ｌ１≦ｔ／２）は上記式１に従って徐々に大きくなり、また、外面４４ａと内面４４ｄとに誘導される渦電流が互いに打ち消し合うことがないので、発熱部４４の温度は上昇する。
【０１２１】
一方、発熱部４４の温度がキュリー温度に達したときには、図５（ｂ）に示すように、発熱部４４の外面４４ａと内面４４ｄとにおける渦電流の浸透深さＬ２は板厚ｔの半分（ｔ／２）より大きくなり、発熱部４４がキュリー温度以上に加熱されなくなる。
【０１２２】
即ち、発熱部４４の温度が発熱部４４を形成するインバー材のキュリー温度に達するときは、発熱部４４の外面４４ａと内面４４ｄとにおいて渦電流が発熱部４４の板厚の１／２より大きい浸透深さＬ２で誘導されることになり、外面４４ａにおける渦電流と外面４４ａにおける渦電流と逆方向に流れる内面４４ｄにおける渦電流とが互いに打ち消し合い、発熱部４４が加熱されなくなるものである。
【０１２３】
このように、高周波誘導加熱装置４０においては、発熱部４４の外面４４ａと内面４４ｄとにおいてそれぞれ誘導される渦電流が、発熱部４４を形成するインバー材のキュリー温度において互いに打ち消し合うことになるため、発熱部４４が当該キュリー温度以上に加熱されることはなくなる。
【０１２４】
また、発熱部４４を形成するインバー材のキュリー温度より発熱部４４の温度が低下すると、誘導される渦電流の浸透深さは、発熱部４４が当該キュリー温度に達した際に誘導される渦電流の浸透深さＬ２より小さい浸透深さＬ１となり、図５（ａ）に示すように外面４４ａと内面４４ｄとに誘導される渦電流が互いに打ち消し合うことがない状態となるので、発熱部４４が再び加熱されるようになる。
【０１２５】
こうして、高周波誘導加熱装置４０においては、筒部４２内の空間が発熱部４４により加熱され、この筒部４２内の空間は、発熱部４４を形成するインバー材のキュリー温度で一定で均一に加熱されるようになる。
【０１２６】
従って、上記した筒部４２内の空間の加熱に伴い、非磁性材よりなる筒部４２もキュリー温度で一定で均一に加熱されるようになる。
【０１２７】
上記において説明したように、高周波誘導加熱装置４０によれば、図６に示すように、高周波誘導加熱により加熱された発熱部４４の温度が、発熱部４４を形成するインバー材のキュリー温度に達した後は当該キュリー温度を超える温度になることはなく、発熱部４４を形成するインバー材のキュリー温度より発熱部４４の温度が低下すると再び加熱され当該キュリー温度まで昇温するようになされている。
【０１２８】
従って、発熱部４４を加熱する際の最高温度は、発熱部４４を形成するインバー材のキュリー温度で常に一定に制御されることとなる。
【０１２９】
つまり、高周波誘導加熱装置４０は、発熱部４４を形成するインバー材のキュリー温度において発熱部４４の発熱を自己制御できる構成となっている。
【０１３０】
また、高周波誘導加熱装置４０によれば、発熱部４４を形成するインバー材の組成比率を変更することによりキュリー温度を選択することができ、所望のキュリー温度のインバー材により発熱部４４を形成することによって、所望のキュリー温度において発熱部４４の発熱を自己制御することができる。
【０１３１】
さらに、高周波誘導加熱装置４０によれば、発熱部４４の発熱により筒部４２内の空間が均一に加熱されることで筒部４２が加熱されるようになされている。
【０１３２】
従って、筒部４２をアルミや銅などの非磁性材の金属よりなるローラーとして構成することにより、コピー機やレーザービームプリンタなどのトナーの加熱定着装置や鋼板やプラスチックフィルムのラミネート加工装置などのローラーの加熱装置として高周波誘導加熱装置４０を利用することができる。
【０１３３】
なお、上記した実施の形態は、以下の（１）乃至（５）に示すように変形することができるものである。
【０１３４】
（１）上記した実施の形態においては、発熱部をインバー材により形成することにより、当該インバー材のキュリー温度を利用して発熱部の発熱を自己制御するようにしたが、これに限られるものではないことは勿論であり、発熱部をインバー材ではない磁性材で形成するようにして、その磁性材のキュリー温度を利用して発熱部の発熱を自己制御するようにしてもよい。
【０１３５】
（２）上記した実施の形態においては、発熱部を構成するインバー材のキュリー温度における渦電流の浸透深さが当該インバー材の板厚の１／２以上となるようにインバー材の板厚ｔを調整するようにしていたが、これに限られるものではないことは勿論であり、発熱部を構成するインバー材のキュリー温度における渦電流の浸透深さが当該インバー材の板厚の１／２以上となるように高周波電流の周波数を調整するようにしてもよい。
【０１３６】
（３）上記した第３の実施の形態においては、所定の曲率を有する曲面を備えた断面Ｃ形形状のインバー材により渦巻状の断面の発熱部を形成したが、これに限られるものではないことは勿論であり、例えば、図１６（ａ）（ｂ）（ｃ）に示すような断面の発熱部を用いるようにしてもよく、発熱部の内部の空間が各インバー材の配置により効果的に加熱されるような構成であればよい。
【０１３７】
（４）上記した実施の形態においては、発熱部の構造については、各実施の形態間において適宜に置換することができる。即ち、第１の実施の形態による高周波誘導加熱装置１０の発熱部として、第２の実施の形態による高周波誘導加熱装置２０の発熱部２４や第３の実施の形態による高周波誘導加熱装置３０の発熱部３４や第４の実施の形態による高周波誘導加熱装置４０の発熱部４４を用いることができ、また、第２の実施の形態による高周波誘導加熱装置２０の発熱部として、第１の実施の形態による高周波誘導加熱装置１０の発熱部１２や第３の実施の形態による高周波誘導加熱装置３０の発熱部３４や第４の実施の形態による高周波誘導加熱装置４０の発熱部４４を用いることができ、また、第３の実施の形態による高周波誘導加熱装置３０の発熱部として、第１の実施の形態による高周波誘導加熱装置１０の発熱部１２や第２の実施の形態による高周波誘導加熱装置２０の発熱部２４や第４の実施の形態による高周波誘導加熱装置４０の発熱部４４を用いることができ、また、第４の実施の形態による高周波誘導加熱装置４０の発熱部として、第１の実施の形態による高周波誘導加熱装置１０の発熱部１２や第２の実施の形態による高周波誘導加熱装置２０の発熱部２４や第３の実施の形態による高周波誘導加熱装置３０の発熱部３４を用いることができる。
【０１３８】
（５）上記した実施の形態ならびに上記した（１）乃至（４）に示す変形例は、適宜に組み合わせるようにしてもよい。
【産業上の利用可能性】
【０１３９】
本発明は、被加熱物を均一に加熱する均熱炉、コピー機やレーザービームプリンタなどのトナーの加熱定着装置あるいは鋼板やプラスチックフィルムのラミネート加工装置などとして利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【０１４０】
【図１】図１は、キュリー温度以上に昇温させないように発熱部の発熱を自己制御する従来の高周波誘導加熱装置における発熱部の時間と温度との関係を表すグラフである。
【図２】図２は、本発明の第１の実施の形態による高周波誘導加熱装置の概略構成斜視説明図である。
【図３】図３は、図２に示す高周波誘導加熱装置のＡ−Ａ線による発熱部の端面構成説明図（高周波誘導加熱コイルの図示は省略している。）である。
【図４】図４は、本発明の第１の実施の形態による高周波誘導加熱装置の発熱部の表面に誘導される渦電流の流れを示した説明図である。
【図５】図５（ａ）は、インバー材のキュリー温度より低い温度で加熱された際の渦電流の浸透深さを示した説明図であり、また、図５（ｂ）は、インバー材のキュリー温度に達したときの渦電流の浸透深さを示した説明図である。
【図６】図６は、本発明による高周波誘導加熱装置における発熱部の時間と温度との関係を表すグラフである。
【図７】図７は、本発明の第２に実施の形態による高周波誘導加熱装置の一部を破断して示した概略構成斜視説明図である。
【図８】図８は、図７に示す高周波誘導加熱装置のＢ−Ｂ線による筒部および発熱部の端面構成説明図（高周波誘導加熱コイルの図示は省略している。）である。
【図９】図９は、本発明の第２の実施の形態による高周波誘導加熱装置の発熱部の表面に誘導される渦電流の流れを示した説明図である。
【図１０】図１０は、本発明の第３に実施の形態による高周波誘導加熱装置の一部を破断して示した概略構成斜視説明図である。
【図１１】図１１は、図１０に示す高周波誘導加熱装置のＣ−Ｃ線による筒部および発熱部の端面構成説明図（高周波誘導加熱コイルの図示は省略している。）である。
【図１２】図１２は、本発明の第３の実施の形態による高周波誘導加熱装置の発熱部の表面に誘導される渦電流の流れを示した説明図である。
【図１３】図１３は、本発明の第４の実施の形態による高周波誘導加熱装置の概念構成斜視説明図である。
【図１４】図１４は、図１３に示す高周波誘導加熱装置のＤ−Ｄ線による筒部、発熱部およびボビンの端面構成説明図（高周波誘導加熱コイルの図示は省略している。）である。
【図１５】図１５は、本発明の第４の実施の形態による高周波誘導加熱装置の発熱部の表面に誘導される渦電流の流れを示した説明図である。
【図１６】図１６（ａ）（ｂ）（ｃ）は、断面Ｃ形形状のインバー材を用いて構成した発熱部の変形例を示す断面構成説明図である。
【符号の説明】
【０１４１】
１０、２０、３０、４０ 高周波誘導加熱装置
１２、２４、３４、４４ 発熱部
１４、１６ フィーダー
１８ 高周波誘導加熱コイル
２２、３２、４２ 筒部
４６ ボビン
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高周波誘導加熱装置に関し、さらに詳細には、誘導加熱により加熱される発熱部の熱により被加熱物を加熱する高周波誘導加熱装置に関し、具体的には、誘導加熱により加熱される発熱部の発熱を自己制御する高周波誘導加熱装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、誘導加熱により加熱される発熱部によって被加熱物を加熱する高周波誘導加熱装置の温度制御方法として、例えば、発熱部を構成する磁性材のキュリー温度を利用して、当該キュリー温度以上に昇温させないように発熱部の発熱を自己制御させる技術が知られている。
【０００３】
ここで、図１には、キュリー温度以上に昇温させないように発熱部の発熱を自己制御する従来の高周波誘導加熱装置における発熱部の時間と温度との関係を表すグラフが示されている。
【０００４】
図１に示すグラフにおいて、発熱部の温度変化を見ると、発熱部を構成する磁性材のキュリー温度である温度Ａまでは温度の上昇カーブの傾きは大きいが、発熱部を構成する磁性材のキュリー温度である温度Ａ以降では温度の上昇カーブの傾きが急に小さくなっている。
【０００５】
これは、発熱部が当該発熱部を構成する磁性材のキュリー温度に達するまでは磁性を示し、発熱部を構成する磁性材の表面で渦電流が誘導されることにより発熱部が加熱されていたが、発熱部を構成する磁性材が有するキュリー温度を超えると磁性を示さなくなるため、発熱部を構成する磁性材の表面で渦電流が誘導されなくなり発熱部の加熱が著しく低減するためである。
【０００６】
しかしながら、こうした従来の高周波誘導加熱装置においては、発熱部を構成する磁性材の有するキュリー温度に達した後も緩やかにではあるが経時的に温度が上昇し、発熱部を構成する磁性材の有するキュリー温度において正確に温度を一定に制御することができないという問題点があった。
【０００７】
また、上記したような従来の高周波誘導加熱装置においては、広範囲の領域を均熱状態で加熱したり、気体や液体といった流体を均熱状態で加熱したりすることが容易でないという問題点があった。
【０００８】
なお、本願出願人が特許出願時に知っている先行技術は、上記において説明したようなものであって文献公知発明に係る発明ではないため、記載すべき先行技術情報はない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
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、発熱を自己制御して温度を一定に制御できる高周波誘導加熱装置を提供しようとするものである。
【００１０】
また、本発明の目的とするところは、広範囲の領域を均熱状態で加熱したり、気体や液体といった流体を均熱状態で加熱したりすることが容易な高周波誘導加熱装置を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するために、本発明は、板状の磁性材を所定の間隙を開けて接合せずに略筒形状に形成して発熱部を構成し、当該板状の磁性材の板厚を当該磁性材の表面に誘導される渦電流のキュリー温度における浸透深さの２倍以下としたものである。
【００１２】
これにより、本発明によれば、高周波誘導加熱により加熱された発熱部の温度が、当該発熱部を構成する磁性材のキュリー温度に達した後は当該キュリー温度を超える温度になることはなく、発熱部を構成する磁性材のキュリー温度より当該発熱部の温度が低下すると再び加熱され当該キュリー温度まで昇温されることになる。
【００１３】
従って、発熱部を加熱する際の最高温度は、発熱部を構成する磁性材のキュリー温度で常に一定に制御されることとなる。
【００１４】
また、本発明によれば、発熱部の略筒形状を形状や大きさを調整することにより、広範囲の領域を均熱状態で容易に加熱することができるようになり、また、発熱部の略筒形状の軸方向に沿って気体や液体といった流体を流すことにより、気体や液体といった流体を均熱状態で容易に加熱することができるようになる。
【００１５】
即ち、本発明のうち請求項１に記載の発明は、高周波誘導加熱により加熱される発熱部の熱により被加熱物を加熱する高周波誘導加熱装置において、所定の板厚の板状の磁性材を所定の間隙を開けて接合せずに略筒形状に形成してなる発熱部と、上記発熱部を覆うように所定の間隙を開けて巻回されて配設された高周波誘導加熱コイルと、上記高周波誘導加熱コイルに高周波電流を給電する高周波発振器とを有し、上記所定の板厚は、上記発熱部の表面に誘導される渦電流のキュリー温度における浸透深さの２倍以下であるようにしたものである。
【００１６】
また、本発明のうち請求項２に記載の発明は、高周波誘導加熱により加熱される発熱部の熱により被加熱物を加熱する高周波誘導加熱装置において、絶縁材よりなる筒部と、所定の板厚の板状の磁性材を所定の間隙を開けて接合せずに略筒形状に形成してなり、上記筒部の内周側に配設された発熱部と、上記筒部の外周側に巻回されて配設された高周波誘導加熱コイルと、上記高周波誘導加熱コイルに高周波電流を給電する高周波発振器とを有し、上記所定の板厚は、上記発熱部の表面に誘導される渦電流のキュリー温度における浸透深さの２倍以下であるようにしたものである。
【００１７】
また、本発明のうち請求項３に記載の発明は、高周波誘導加熱により加熱される発熱部の熱により被加熱物を加熱する高周波誘導加熱装置において、非磁性材よりなる筒部と、所定の板厚の板状の磁性材を所定の間隙を開けて接合せずに略筒形状に形成してなり、上記筒部の内周側に上記筒部の内面と接することなく配設された発熱部と、上記発熱部の内径側に配置されたボビンと、上記発熱部の内径側において上記ボビンの外周側に巻回されて配設された高周波誘導加熱コイルと、上記高周波誘導加熱コイルに高周波電流を給電する高周波発振器とを有し、上記所定の板厚は、上記発熱部の表面に誘導される渦電流のキュリー温度における浸透深さの２倍以下であるようにしたものである。
【００１８】
また、本発明のうち請求項４に記載の発明は、本発明のうち請求項１、２または３のいずれか１項に記載の発明において、上記略筒形状の断面を略Ｃ形形状としたものである。
【００１９】
また、本発明のうち請求項５に記載の発明は、本発明のうち請求項１、２または３のいずれか１項に記載の発明において、上記略筒形状が、上記磁性材を所定の間隔を開けて渦巻き状に巻き込んだ渦巻き形状であるようにしたものである。
【００２０】
また、本発明のうち請求項６に記載の発明は、本発明のうち請求項５に記載の発明において、上記渦巻き形状が、渦巻き形状の中心部に所定の空間領域を形成した渦巻き形状であるようにしたものである。
【００２１】
また、本発明のうち請求項７に記載の発明は、本発明のうち請求項５に記載の発明において、上記渦巻き形状が、渦巻き形状の中心部に上記板状の磁性材の一方の端部が位置するように形成した渦巻き形状であるようにしたものである。
【００２２】
また、本発明のうち請求項８に記載の発明は、本発明のうち請求項１、２、３、４、５、６または７のいずれか１項に記載の発明において、上記発熱部は、複数の上記磁性材を所定の間隙を開けて接合せずに略筒形状に形成してなるようにしたものである。
【００２３】
また、本発明のうち請求項９に記載の発明は、本発明のうち請求項１、２、３、４、５、６、７または８のいずれか１項に記載の発明において、上記磁性材をインバー材としたものである。
【発明の効果】
【００２４】
本発明は、以上説明したように構成されているので、発熱を自己制御して温度を一定に制御することができるという優れた効果を奏する。
【００２５】
また、本発明は、以上説明したように構成されているので、広範囲の領域を均熱状態で加熱したり、気体や液体といった流体を均熱状態で加熱したりすることが容易となるという優れた効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下、添付の図面を参照しながら、本発明による高周波誘導加熱装置の実施の形態の一例を詳細に説明するものとする。
【００２７】
まず、図２乃至図３を参照しながら、本発明による高周波誘導加熱装置の第１の実施の形態について説明する。
【００２８】
図２には本発明の第１の実施の形態による高周波誘導加熱装置の概略構成斜視説明図が示されており、図３には図２に示す高周波誘導加熱装置のＡ−Ａ線による発熱部の端面構成説明図（高周波誘導加熱コイルの図示は省略している。）が示されている。
【００２９】
この図２乃至図３示す高周波誘導加熱装置１０は、矩形形状のインバー材を所定の間隔を開けて渦巻き状に巻き込んで略筒形状を形成した発熱部１２と、高周波発振器（図示せず。）の一方の端子（図示せず。）に一方の端部１４ａを電気的に接続された高周波電流を導通する線路たるフィーダー１４および高周波発振器の他方の端子（図示せず。）に一方の端部１６ａを電気的に接続させた高周波電流を導通する線路たるフィーダー１６と、フィーダー１４の他方の端部１４ｂに一方の端部１８ａを電気的に接続されるとともにフィーダー１６の他方の端部１６ｂに他方の端部１８ｂを電気的に接続され発熱部１２を覆うように所定の間隙を開けて巻回されて配設された高周波誘導加熱コイル１８とを有して構成されている。
【００３０】
より詳細には、発熱部１２は、矩形形状のインバー材の一方の端部１２ｂを他方の端部１２ｃの内側に所定の間隔ｇ１だけ離隔して位置するようにして渦巻き状に順次に巻き込んでいき、対向する発熱部１２同士が間隔ｇ１を維持するようにした渦巻き状の略筒形状を形成するようにしたものであり、中心部には空間Ｓ１が形成されるようになされている（図３を参照する。）。
【００３１】
さらに、発熱部１２は、発熱部１２を形成するインバー材のキュリー温度においてインバー材の表面に誘導される渦電流の浸透深さがインバー材の板厚の１／２以上となるようにインバー材の板厚ｔが調整されている。
【００３２】
なお、インバー材とは磁性材の一種であり、鉄、ニッケル、コバルト、クロムなどの合金よりなるものである。インバー材は、その組成比率を調整することにより所望のキュリー温度を得ることができる。
【００３３】
以上の構成において、高周波誘導加熱装置１０の発熱部１２の外面１２ａ側にトンネル状に巻回された高周波誘導加熱コイル１８に、高周波発振器からフィーダー１４、１６を介して高周波電流が給電されると、高周波誘導加熱コイル１８が作る磁束が高周波誘導加熱コイル１８により形成されるトンネル内を通過することにより、トンネル内に設けられた発熱部１２を通過し、発熱部１２の表面で渦電流が誘導されて発熱部１２が加熱される。
【００３４】
ここで、発熱部１２の表面に誘導される渦電流について説明すると、発熱部１２の表面に誘導される渦電流は、例えば、図４に示すように、発熱部１２の外面１２ａを端部１２ｃから端部１２ｂへ向けて時計回り方向へ進み、端部１２ｂへ到達すると発熱部１２の内面１２ｄへ回り込み、発熱部１２の内面１２ｄを端部１２ｂから端部１２ｃへ向けて反時計回り方向へ進み、端部１２ｃへ到達すると再び発熱部１２の外面１２ａへ回り込んで外面１２ａを時計回り方向に進むものである。
【００３５】
このように、発熱部１２の表面で誘導される渦電流は、発熱部１２の表面を一方向に周回するように進むこととなる。
【００３６】
また、発熱部１２に誘導される渦電流の浸透深さは、次に示す式１で表される。
【００３７】
δ＝５．０３√（ρ／μｆ） ・・・ 式１
δ：浸透深さ（ｃｍ）
ρ：固有抵抗（μΩ・ｃｍ）
μ：比透磁率
ｆ：周波数（Ｈｚ）
そして、高周波発振器からの高周波誘導加熱コイル１８への給電により、発熱部１２が加熱され続けて、発熱部１２が発熱部１２を形成するインバー材のキュリー温度まで加熱されると、発熱部１２はそれ以上加熱されてもキュリー温度以上となることはなく、発熱部１２を形成するインバー材のキュリー温度で一定となる。
【００３８】
ここで、発熱部１２の板厚ｔ、即ち、発熱部１２を形成するインバー材の厚さは、発熱部１２の表面に誘導される渦電流のキュリー温度における浸透深さの２倍以下となるように設定されている。
【００３９】
従って、発熱部１２の温度がキュリー温度に達しないときには、その浸透深さは板厚ｔの半分（ｔ／２）以下となるが、発熱部１２の温度がキュリー温度に達したときには、その浸透深さは板厚ｔの半分（ｔ／２）より大きくなる。
【００４０】
このため、発熱部１２の温度がキュリー温度に達しないときには、図５（ａ）に示すように、発熱部１２の外面１２ａと内面１２ｄとにおける渦電流の浸透深さＬ１（Ｌ１≦ｔ／２）は上記式１に従って徐々に大きくなり、また、外面１２ａと内面１２ｄとに誘導される渦電流が互いに打ち消し合うことがないので、発熱部１２の温度は上昇する。
【００４１】
一方、発熱部１２の温度がキュリー温度に達したときには、図５（ｂ）に示すように、発熱部１２の外面１２ａと内面１２ｄとにおける渦電流の浸透深さＬ２は板厚ｔの半分（ｔ／２）より大きくなり、発熱部１２がキュリー温度以上に加熱されなくなる。
【００４２】
即ち、発熱部１２の温度が発熱部１２を形成するインバー材のキュリー温度に達するときは、発熱部１２の外面１２ａと内面１２ｄとにおいて渦電流が発熱部１２の板厚の１／２より大きい浸透深さＬ２で誘導されることになり、外面１２ａにおける渦電流と外面１２ａにおける渦電流と逆方向に流れる内面１２ｄにおける渦電流とが互いに打ち消し合い、発熱部１２が加熱されなくなるものである。
【００４３】
このように、高周波誘導加熱装置１０においては、発熱部１２の外面１２ａと内面１２ｄとにおいてそれぞれ誘導される渦電流が、発熱部１２を形成するインバー材のキュリー温度において互いに打ち消し合うことになるため、発熱部１２が当該キュリー温度以上に加熱されることはなくなる。
【００４４】
また、発熱部１２を形成するインバー材のキュリー温度より発熱部１２の温度が低下すると、誘導される渦電流の浸透深さは、発熱部１２が当該キュリー温度に達した際に誘導される渦電流の浸透深さＬ２より小さい浸透深さＬ１となり、図５（ａ）に示すように外面１２ａと内面１２ｄとに誘導される渦電流が互いに打ち消し合うことがない状態となるので、発熱部１２が再び加熱されるようになる。
【００４５】
こうして、高周波誘導加熱装置１０においては、発熱部１２が形成する渦巻きにより囲まれた広範囲の領域Ｓ１が、発熱部１２を形成するインバー材のキュリー温度で一定で均一に加熱されるようになる。
【００４６】
従って、広範囲の領域Ｓ１を被加熱物が通過すると、その被加熱物を当該キュリー温度で一定かつ均一に加熱することができる。
【００４７】
上記において説明したように、高周波誘導加熱装置１０によれば、図６に示すように、高周波誘導加熱により加熱された発熱部１２の温度が、発熱部１２を形成するインバー材のキュリー温度に達した後は当該キュリー温度を超える温度になることはなく、発熱部１２を形成するインバー材のキュリー温度より発熱部１２の温度が低下すると再び加熱され当該キュリー温度まで昇温するようになされている。
【００４８】
従って、発熱部１２を加熱する際の最高温度は、発熱部１２を形成するインバー材のキュリー温度で常に一定に制御されることとなる。
【００４９】
つまり、高周波誘導加熱装置１０は、発熱部１２を形成するインバー材のキュリー温度において発熱部１２の発熱を自己制御できる構成となっている。
【００５０】
また、高周波誘導加熱装置１０によれば、発熱部１２を形成するインバー材の組成比率を変更することによりキュリー温度を選択することができ、所望のキュリー温度のインバー材により発熱部１２を形成することによって、所望のキュリー温度において発熱部１２の発熱を自己制御することができる。
【００５１】
さらに、高周波誘導加熱装置１０によれば、発熱部１２が形成する渦巻きにより囲まれた広範囲の領域Ｓ１が、発熱部１２を形成するインバー材のキュリー温度で均一に加熱されるため、領域Ｓ１に被加熱物を通過させることにより、発熱部１２に接触することなしに被加熱物をキュリー温度で均一に加熱することができる。
【００５２】
次に、図７乃至図８を参照しながら、本発明による高周波誘導加熱装置の第２の実施の形態について説明する。
【００５３】
なお、以下の説明においては、図２乃至図３を参照しながら説明した本発明による高周波誘導加熱装置の第１の実施の形態と同一または相当する構成については、上記において用いた符号と同一の符号を用いることにより、その構成ならびに作用の詳細な説明は適宜に省略することとする。
【００５４】
ここで、図７には本発明の第２に実施の形態による高周波誘導加熱装置の一部を破断して示した概略構成斜視説明図が示されており、図８には図７に示す高周波誘導加熱装置のＢ−Ｂ線による筒部および発熱部の端面構成説明図（高周波誘導加熱コイルの図示は省略している。）が示されている。
【００５５】
この図７乃至図８に示す高周波誘導加熱装置２０は、絶縁材よりなる略円柱状の筒部２２と、筒部２２の内周側に配置されるとともに矩形形状のインバー材を所定の間隔を開けて渦巻き状に巻き込んで略筒形状を形成した発熱部２４と、高周波発振器（図示せず。）の一方の端子（図示せず。）に一方の端部１４ａを電気的に接続された高周波電流を導通する線路たるフィーダー１４および高周波発振器の他方の端部（図示せず。）に一方の端部１６ａを電気的に接続させた高周波電流を導通する線路たるフィーダー１６と、フィーダー１４の他方の端部１４ｂに一方の端部１８ａを電気的に接続されるとともにフィーダー１６の他方の端部１６ｂに他方の端部１８ｂを電気的に接続され筒部２２の外面２２ａ側に巻回されて配設された高周波誘導加熱コイル１８とを有して構成されている。
【００５６】
より詳細には、発熱部２４は、筒部２２の内周側に配設され、矩形形状のインバー材の一方の端部２４ｂを他方の端部２４ｃの内側に所定の間隔ｇ２だけ離隔して位置するようにして渦巻き状に順次に巻き込んでいき、対向する発熱部２４同士が間隔ｇ２を維持するとともに、端部２４ｂが渦巻きの略中心に位置するようにした渦巻き状の略筒形状を形成するようにしたものである（図８を参照する。）。
【００５７】
さらに、発熱部２４は、発熱部２４を形成するインバー材のキュリー温度においてインバー材の表面に誘導される渦電流の浸透深さがインバー材の板厚の１／２以上となるようにインバー材の板厚ｔが調整されている。
【００５８】
従って、本発明の第２に実施の形態による高周波誘導加熱装置２０は、筒部２２の内周側に発熱部２４が配置されている点と、発熱部２４が端部２４ｂを渦巻きの略中心に位置するようにした渦巻状の形状となっていることにより発熱部２４の中心に大きな空間がない点とにおいて、高周波誘導加熱装置１０と異なっている。
【００５９】
以上の構成において、高周波誘導加熱装置２０における筒部２２の外面２２ａ側にトンネル状に巻回された高周波誘導加熱コイル１８に、高周波発振器からフィーダー１４、１６を介して高周波電流が給電されると、高周波誘導加熱コイル１８が作る磁束が高周波誘導加熱コイル１８により形成されるトンネル内を通過することにより、トンネル内に設けられた筒部２２と筒部２２の内周側に配設された発熱部２４とを通過するが、絶縁材よりなる筒部２２では渦電流が誘導されないので誘導加熱されることはなく、筒部２２の内周側に配設されたインバー材よりなる発熱部２４の表面で渦電流が誘導されて発熱部２４が加熱される。
【００６０】
ここで、発熱部２４の表面に誘導される渦電流について説明すると、発熱部２４の表面に誘導される渦電流は、例えば、図９に示すように、発熱部２４の外面２４ａを端部２４ｃから端部２４ｂへ向けて時計回り方向へ進み、端部２４ｂへ到達すると発熱部２４の内面２４ｄへ回り込み、発熱部２４の内面２４ｄを端部２４ｂから端部２４ｃへ向けて反時計回り方向へ進み、端部２４ｃへ到達すると再び発熱部２４の外面２４ａへ回り込んで外面１２ａを時計回り方向に進むものである。
【００６１】
このように、発熱部２４の表面で誘導される渦電流は、発熱部２４の表面を一方向に周回するように進むこととなる。
【００６２】
また、発熱部２４に誘導される渦電流の浸透深さは、上記した式１で表される。
【００６３】
そして、高周波発振器からの高周波誘導加熱コイル１８への給電により、発熱部２４が加熱され続けて、発熱部２４が発熱部２４を形成するインバー材のキュリー温度まで加熱されると、発熱部２４はそれ以上加熱されてもキュリー温度以上となることはなく、発熱部２４を形成するインバー材のキュリー温度で一定となる。
【００６４】
ここで、発熱部２４の板厚ｔ、即ち、発熱部２４を形成するインバー材の厚さは、発熱部２４の表面に誘導される渦電流のキュリー温度における浸透深さの２倍以下となるように設定されている。
【００６５】
従って、発熱部２４の温度がキュリー温度に達しないときには、その浸透深さは板厚ｔの半分（ｔ／２）以下となるが、発熱部２４の温度がキュリー温度に達したときには、その浸透深さは板厚ｔの半分（ｔ／２）より大きくなる。
【００６６】
このため、発熱部２４の温度がキュリー温度に達しないときには、図５（ａ）に示すように、発熱部２４の外面２４ａと内面２４ｄとにおける渦電流の浸透深さＬ１（Ｌ１≦ｔ／２）は上記式１に従って徐々に大きくなり、また、外面２４ａと内面２４ｄとに誘導される渦電流が互いに打ち消し合うことがないので、発熱部２４の温度は上昇する。
【００６７】
一方、発熱部２４の温度がキュリー温度に達したときには、図５（ｂ）に示すように、発熱部２４の外面２４ａと内面２４ｄとにおける渦電流の浸透深さＬ２は板厚ｔの半分（ｔ／２）より大きくなり、発熱部２４がキュリー温度以上に加熱されなくなる。
【００６８】
即ち、発熱部２４の温度が発熱部２４を形成するインバー材のキュリー温度に達するときは、発熱部２４の外面２４ａと内面２４ｄとにおいて渦電流が発熱部２４の板厚の１／２より大きい浸透深さＬ２で誘導されることになり、外面２４ａにおける渦電流と外面２４ａにおける渦電流と逆方向に流れる内面２４ｄにおける渦電流とが互いに打ち消し合い、発熱部２４が加熱されなくなるものである。
【００６９】
このように、高周波誘導加熱装置２０においては、発熱部２４の外面２４ａと内面２４ｄとにおいてそれぞれ誘導される渦電流が、発熱部２４を形成するインバー材のキュリー温度において互いに打ち消し合うことになるため、発熱部２４が当該キュリー温度以上に加熱されることはなくなる。
【００７０】
また、発熱部２４を形成するインバー材のキュリー温度より発熱部２４の温度が低下すると、誘導される渦電流の浸透深さは、発熱部２４が当該キュリー温度に達した際に誘導される渦電流の浸透深さＬ２より小さい浸透深さＬ１となり、図５（ａ）に示すように外面２４ａと内面２４ｄとに誘導される渦電流が互いに打ち消し合うことがない状態となるので、発熱部２４が再び加熱されるようになる。
【００７１】
こうして、高周波誘導加熱装置２０においては、筒部２２内の空間が発熱部２４により加熱され、この筒部２２内の空間は、発熱部２４を形成するインバー材のキュリー温度で一定で均一に加熱されるようになる。
【００７２】
従って、筒部２２内に被加熱物として気体や液体といった流体を流し込むことにより、その被加熱物を当該キュリー温度で一定かつ均一に加熱することができる。
【００７３】
また、高周波誘導加熱装置２０においては、断面が渦巻状の発熱部２４の巻き数を多くすることにより、筒部２２に被加熱物として流し込まれた流体と発熱部２４の表面との接する面積が多くなるので、当該被加熱物をより効率的に加熱することができるようになる。
【００７４】
上記において説明したように、高周波誘導加熱装置２０によれば、図６に示すように、高周波誘導加熱により加熱された発熱部２４の温度が、発熱部２４を形成するインバー材のキュリー温度に達した後は当該キュリー温度を超える温度になることはなく、発熱部２４を形成するインバー材のキュリー温度より発熱部２４の温度が低下すると再び加熱され当該キュリー温度まで昇温するようになされている。
【００７５】
従って、発熱部２４を加熱する際の最高温度は、発熱部２４を形成するインバー材のキュリー温度で常に一定に制御されることとなる。
【００７６】
つまり、高周波誘導加熱装置２０は、発熱部２４を形成するインバー材のキュリー温度において発熱部２４の発熱を自己制御できる構成となっている。
【００７７】
また、高周波誘導加熱装置２０によれば、発熱部２４を形成するインバー材の組成比率を変更することによりキュリー温度を選択することができ、所望のキュリー温度のインバー材により発熱部２４を形成することによって、所望のキュリー温度において発熱部２４の発熱を自己制御することができる。
【００７８】
次に、図１０乃至図１１を参照しながら、本発明による高周波誘導加熱装置の第３の実施の形態について説明する。
【００７９】
なお、以下の説明においては、上記した第２の実施の形態による高周波誘導加熱装置２０と同様に、図２乃至図３を参照しながら説明した本発明による高周波誘導加熱装置の第１の実施の形態と同一または相当する構成については、上記において用いた符号と同一の符号を用いることにより、その構成ならびに作用の詳細な説明は適宜に省略することとする。
【００８０】
ここで、図１０には本発明の第３に実施の形態による高周波誘導加熱装置の一部を破断して示した概略構成斜視説明図が示されており、図１１には図１０に示す高周波誘導加熱装置のＣ−Ｃ線による筒部および発熱部の端面構成説明図（高周波誘導加熱コイルの図示は省略している。）が示されている。
【００８１】
この図１０乃至図１１に示す高周波誘導加熱装置３０は、ガラスなどの耐熱絶縁材よりなる略円柱状の筒部３２と、筒部３２の内周側に配置されるとともに断面Ｃ形形状に加工された複数のインバー材を組み合わせて断面が略渦巻状となるように形成した略筒形状の発熱部３４と、高周波発振器（図示せず。）の一方の端子（図示せず。）に一方の端部１４ａを電気的に接続された高周波電流を導通する線路たるフィーダー１４および高周波発振器の他方の端部（図示せず。）に一方の端部１６ａを電気的に接続させた高周波電流を導通する線路たるフィーダー１６と、フィーダー１４の他方の端部１４ｂに一方の端部１８ａを電気的に接続されるとともにフィーダー１６の他方の端部１６ｂに他方の端部１８ｂを電気的に接続され筒部２２の外面２２ａ側に巻回されて配設された高周波誘導加熱コイル１８とを有して構成されている。
【００８２】
より詳細には、発熱部３４は、同じ組成比率のインバー材３４−１、３４−２、３４−３、３４−４、３４−５、３４−６を、筒部３２の内周側に配置することにより構成されている。
【００８３】
ここで、インバー材３４−１、３４−２、３４−３、３４−４、３４−５、３４−６は、それぞれ所定の曲率を有した曲面に加工された断面Ｃ形形状を備えており、それぞれが外側もしくは内側に位置する対向するインバー材と間隔ｇ３を開けるとともに隣り合うインバー材と間隔ｇ４を開けるようにして、断面が略渦巻状をした略筒形状を備えるように構成されている。
【００８４】
さらに、発熱部３４は、発熱部３４を構成するインバー材３４−１、３４−２、３４−３、３４−４、３４−５、３４−６のキュリー温度においてインバー材３４−１、３４−２、３４−３、３４−４、３４−５、３４−６の表面に誘導される渦電流の浸透深さが各インバー材の板厚の１／２以上となるようにインバー材３４−１、３４−２、３４−３、３４−４、３４−５、３４−６の板厚ｔが調整されている。
【００８５】
従って、本発明の第３の実施の形態による高周波誘導加熱装置３０は、筒部３２の内周側に発熱部３４が配置されている点と、発熱部３４が複数の断面Ｃ形形状のインバー材３４−１、３４−２、３４−３、３４−４、３４−５、３４−６を組み合わせて構成されている点とにおいて、高周波誘導加熱装置１０、２０と異なっている。
【００８６】
以上の構成において、高周波誘導加熱装置３０における筒部３２の外面３２ａ側にトンネル状に巻回された高周波誘導加熱コイル１８に、高周波発振器からフィーダー１４、１６を介して高周波電流が給電されると、高周波誘導加熱コイル１８が作る磁束が高周波誘導加熱コイル１８により形成されるトンネル内を通過することにより、トンネル内に設けられた筒部３２と筒部３２の内周側に配設された発熱部３４とを通過するが、ガラスなどの耐熱絶縁材よりなる筒部３２では渦電流が誘導されないので誘導加熱されることはなく、筒部３２の内周側に配設された発熱部３４を構成する各インバー材３４−１、３４−２、３４−３、３４−４、３４−５、３４−６の表面で渦電流が誘導され、発熱部３４、即ち、各インバー材３４−１、３４−２、３４−３、３４−４、３４−５、３４−６が加熱される。
【００８７】
ここで、発熱部３４、即ち、各インバー材３４−１、３４−２、３４−３、３４−４、３４−５、３４−６の表面に誘導される渦電流について説明すると、各インバー材３４−１、３４−２、３４−３、３４−４、３４−５、３４−６の表面に誘導される渦電流は、例えば、図１２に示すように、各インバー材３４−１、３４−２、３４−３、３４−４、３４−５、３４−６の渦巻き形状の外径側に面する外面３４−１ａ、３４−２ａ、３４−３ａ、３４−４ａ、３４−５ａ、３４−６ａを渦巻き形状の外径側に位置する端部３４−１ｃ、３４−２ｃ、３４−３ｃ、３４−４ｃ、３４−５ｃ、３４−６ｃから渦巻き形状の内径側に位置する端部３４−１ｂ、３４−２ｂ、３４−３ｂ、３４−４ｂ、３４−５ｂ、３４−６ｂへ向けて時計回り方向へ進み、端部３４−１ｂ、３４−２ｂ、３４−３ｂ、３４−４ｂ、３４−５ｂ、３４−６ｂへ到達するとインバー材３４−１、３４−２、３４−３、３４−４、３４−５、３４−６の渦巻き形状の内径側に面する内面３４−１ｄ、３４−２ｄ、３４−３ｄ、３４−４ｄ、３４−５ｄ、３４−６ｄへ回り込み、インバー材３４−１、３４−２、３４−３、３４−４、３４−５、３４−６の内面３４−１ｄ、３４−２ｄ、３４−３ｄ、３４−４ｄ、３４−５ｄ、３４−６ｄを端部３４−１ｂ、３４−２ｂ、３４−３ｂ、３４−４ｂ、３４−５ｂ、３４−６ｂから端部３４−１ｃ、３４−２ｃ、３４−３ｃ、３４−４ｃ、３４−５ｃ、３４−６ｃへ向けて反時計回り方向へ進み、端部３４−１ｃ、３４−２ｃ、３４−３ｃ、３４−４ｃ、３４−５ｃ、３４−６ｃへ到達すると再びインバー材３４−１、３４−２、３４−３、３４−４、３４−５、３４−６の外面３４−１ａ、３４−２ａ、３４−３ａ、３４−４ａ、３４−５ａ、３４−６ａへ回り込んで外面３４−１ａ、３４−２ａ、３４−３ａ、３４−４ａ、３４−５ａ、３４−６ａを時計回り方向に進むものである。
【００８８】
このように、発熱部３４を構成する各インバー材３４−１、３４−２、３４−３、３４−４、３４−５、３４−６の表面で誘導される渦電流は、各インバー材３４−１、３４−２、３４−３、３４−４、３４−５、３４−６の表面を一方向に周回するように進むこととなる。
【００８９】
また、発熱部３４を構成する各インバー材３４−１、３４−２、３４−３、３４−４、３４−５、３４−６にそれぞれに誘導される渦電流の浸透深さは、上記した式１で表される。
【００９０】
そして、高周波発振器からの高周波誘導加熱コイル１８への給電により、発熱部３４を構成する各インバー材３４−１、３４−２、３４−３、３４−４、３４−５、３４−６が加熱され続けて、発熱部３４が発熱部３４を構成するインバー材３４−１、３４−２、３４−３、３４−４、３４−５、３４−６のキュリー温度まで加熱されると、インバー材３４−１、３４−２、３４−３、３４−４、３４−５、３４−６はそれ以上加熱されてもキュリー温度以上となることはなく、インバー材３４−１、３４−２、３４−３、３４−４、３４−５、３４−６のキュリー温度で一定となる。
【００９１】
ここで、発熱部３４を構成する各インバー材３４−１、３４−２、３４−３、３４−４、３４−５、３４−６の板厚ｔは、各インバー材３４−１、３４−２、３４−３、３４−４、３４−５、３４−６の表面に誘導される渦電流のキュリー温度における浸透深さの２倍以下となるように設定されている。
【００９２】
従って、発熱部３４を構成するインバー材３４−１、３４−２、３４−３、３４−４、３４−５、３４−６の温度がキュリー温度に達しないときには、その浸透深さは板厚ｔの半分（ｔ／２）以下となるが、インバー材３４−１、３４−２、３４−３、３４−４、３４−５、３４−６の温度がキュリー温度に達したときには、その浸透深さは板厚ｔの半分（ｔ／２）より大きくなる。
【００９３】
このため、インバー材３４−１、３４−２、３４−３、３４−４、３４−５、３４−６の温度がキュリー温度に達しないときには、図５（ａ）に示すように、インバー材３４−１、３４−２、３４−３、３４−４、３４−５、３４−６の外面３４−１ａ、３４−２ａ、３４−３ａ、３４−４ａ、３４−５ａ、３４−６ａと内面３４−１ｄ、３４−２ｄ、３４−３ｄ、３４−４ｄ、３４−５ｄ、３４−６ｄとにおける渦電流の浸透深さＬ１（Ｌ１≦ｔ／２）は上記式１に従って徐々に大きくなり、また、外面３４−１ａ、３４−２ａ、３４−３ａ、３４−４ａ、３４−５ａ、３４−６ａと内面３４−１ｄ、３４−２ｄ、３４−３ｄ、３４−４ｄ、３４−５ｄ、３４−６ｄとに誘導される渦電流が互いに打ち消し合うことがないので、各インバー材３４−１、３４−２、３４−３、３４−４、３４−５、３４−６により構成される発熱部３４の温度は上昇する。
【００９４】
一方、発熱部３４を構成するインバー材３４−１、３４−２、３４−３、３４−４、３４−５、３４−６の温度がキュリー温度に達したときには、図５（ｂ）に示すように、インバー材３４−１、３４−２、３４−３、３４−４、３４−５、３４−６の外面３４−１ａ、３４−２ａ、３４−３ａ、３４−４ａ、３４−５ａ、３４−６ａと内面３４−１ｄ、３４−２ｄ、３４−３ｄ、３４−４ｄ、３４−５ｄ、３４−６ｄとにおける渦電流の浸透深さＬ２は板厚ｔの半分（ｔ／２）以上の大きさとなり、各インバー材３４−１、３４−２、３４−３、３４−４、３４−５、３４−６により構成される発熱部３４がキュリー温度以上に加熱されなくなる。
【００９５】
即ち、インバー材３４−１、３４−２、３４−３、３４−４、３４−５、３４−６の温度がそのキュリー温度に達するときは、インバー材３４−１、３４−２、３４−３、３４−４、３４−５、３４−６の外面３４−１ａ、３４−２ａ、３４−３ａ、３４−４ａ、３４−５ａ、３４−６ａと内面３４−１ｄ、３４−２ｄ、３４−３ｄ、３４−４ｄ、３４−５ｄ、３４−６ｄとにおいて渦電流がインバー材３４−１、３４−２、３４−３、３４−４、３４−５、３４−６の板厚の１／２より大きい浸透深さＬ２で誘導されることになり、外面３４−１ａ、３４−２ａ、３４−３ａ、３４−４ａ、３４−５ａ、３４−６ａにおける渦電流と外面３４−１ａ、３４−２ａ、３４−３ａ、３４−４ａ、３４−５ａ、３４−６ａにおける渦電流と逆方向に流れる内面３４−１ｄ、３４−２ｄ、３４−３ｄ、３４−４ｄ、３４−５ｄ、３４−６ｄにおける渦電流とが互いに打ち消し合い、各インバー材３４−１、３４−２、３４−３、３４−４、３４−５、３４−６により構成される発熱部３４が加熱されなくなるものである。
【００９６】
このように、高周波誘導加熱装置３０においては、発熱部３４を構成するインバー材３４−１、３４−２、３４−３、３４−４、３４−５、３４−６の外面３４−１ａ、３４−２ａ、３４−３ａ、３４−４ａ、３４−５ａ、３４−６ａと内面３４−１ｄ、３４−２ｄ、３４−３ｄ、３４−４ｄ、３４−５ｄ、３４−６ｄとにおいてそれぞれ誘導される渦電流が、発熱部３４を構成するインバー材３４−１、３４−２、３４−３、３４−４、３４−５、３４−６のキュリー温度において互いに打ち消し合うことになるため、発熱部３４が当該キュリー温度以上に加熱されることはなくなる。
【００９７】
また、発熱部３４を構成するインバー材３４−１、３４−２、３４−３、３４−４、３４−５、３４−６のキュリー温度より発熱部３４の温度が低下すると、誘導される渦電流の浸透深さは、インバー材３４−１、３４−２、３４−３、３４−４、３４−５、３４−６が当該キュリー温度に達した際に誘導される渦電流の浸透深さＬ２より小さい浸透深さＬ１となり、図５（ａ）に示すように外面３４−１ａ、３４−２ａ、３４−３ａ、３４−４ａ、３４−５ａ、３４−６ａと内面３４−１ｄ、３４−２ｄ、３４−３ｄ、３４−４ｄ、３４−５ｄ、３４−６ｄとに誘導される渦電流が互いに打ち消し合うことがない状態となるので、インバー材３４−１、３４−２、３４−３、３４−４、３４−５、３４−６が再び加熱されるようになる。
【００９８】
こうして、高周波誘導加熱装置３０においては、筒部３２内の空間が発熱部３４により加熱され、この筒部３２内の空間は、発熱部３４を構成するインバー材３４−１、３４−２、３４−３、３４−４、３４−５、３４−６のキュリー温度で一定で均一に加熱されるようになる。
【００９９】
従って、筒部３２内に被加熱物として気体や液体といった流体を流し込むことにより、その被加熱物を当該キュリー温度で一定かつ均一に加熱することができる。
【０１００】
また、高周波誘導加熱装置３０においては、断面が渦巻状の発熱部３４の巻き数を多くすることにより、筒部３２に被加熱物として流し込まれた流体と発熱部３４の表面との接する面積が多くなるので、当該被加熱物をより効率的に加熱することができるようになる。
【０１０１】
上記において説明したように、高周波誘導加熱装置３０によれば、図６に示すように、高周波誘導加熱により加熱された発熱部３４の温度が、発熱部３４を構成するインバー材３４−１、３４−２、３４−３、３４−４、３４−５、３４−６のキュリー温度に達した後は当該キュリー温度を超える温度になることはなく、発熱部３４を構成するインバー材３４−１、３４−２、３４−３、３４−４、３４−５、３４−６のキュリー温度より発熱部３４、即ち、インバー材３４−１、３４−２、３４−３、３４−４、３４−５、３４−６の温度が低下すると再び加熱され当該キュリー温度まで昇温するようになされている。
【０１０２】
従って、発熱部３４を加熱する際の最高温度は、発熱部３４を構成するインバー材３４−１、３４−２、３４−３、３４−４、３４−５、３４−６のキュリー温度で常に一定に制御されることとなる。
【０１０３】
つまり、高周波誘導加熱装置３０は、発熱部３４を構成するインバー材３４−１、３４−２、３４−３、３４−４、３４−５、３４−６のキュリー温度において発熱部３４の発熱を自己制御できる構成となっている。
【０１０４】
また、高周波誘導加熱装置３０によれば、断面Ｃ形形状に加工されたインバー材３４−１、３４−２、３４−３、３４−４、３４−５、３４−６を組み合わせて渦巻き形状を形成して発熱部３４を構成するため、高周波誘導加熱装置２０のように単一のインバー材を渦巻き形状に加工して発熱部２４を形成する場合と比較すると、渦巻き形状の発熱部を容易に構築することができる。
【０１０５】
さらに、高周波誘導加熱装置３０によれば、発熱部３４を構成するインバー材３４−１、３４−２、３４−３、３４−４、３４−５、３４−６の組成比率を変更することによりキュリー温度を選択することができ、所望のキュリー温度のインバー材３４−１、３４−２、３４−３、３４−４、３４−５、３４−６により発熱部３４を構成することによって、所望のキュリー温度において発熱部３４の発熱を自己制御することができる。
【０１０６】
次に、図１３乃至図１４を参照しながら、本発明による高周波誘導加熱装置の第４の実施の形態について説明する。
【０１０７】
なお、以下の説明においては、上記した第２の実施の形態による高周波誘導加熱装置２０と同様に、図２乃至図３を参照しながら説明した本発明による高周波誘導加熱装置の第１の実施の形態と同一または相当する構成については、上記において用いた符号と同一の符号を用いることにより、その構成ならびに作用の詳細な説明は適宜に省略することとする。
【０１０８】
ここで、図１３には本発明の第４の実施の形態による高周波誘導加熱装置の概念構成斜視説明図が示されており、図１４には図１３に示す高周波誘導加熱装置のＤ−Ｄ線による筒部、発熱部およびボビンの端面構成説明図（高周波誘導加熱コイルの図示は省略している。）が示されている。
【０１０９】
この図１３乃至図１４に示す高周波誘導加工装置４０は、アルミや銅などの非磁性材の金属よりなる略円柱状の筒部４２と、筒部４２の内周側に配置されるとともに断面Ｃ字形状に加工されたインバー材よりなる発熱部４４と、筒部４２の中心位置に配設されるボビン４６と、高周波発振器（図示せず。）の一方の端子（図示せず。）に一方の端部１４ａを電気的に接続された高周波電流を導通する線路たるフィーダー１４および高周波発振器の他方の端部（図示せず。）に一方の端部１６ａを電気的に接続させた高周波電流を導通する線路たるフィーダー１６と、フィーダー１４の他方の端部１４ｂに一方の端部１８ａを電気的に接続されるとともにフィーダー１６の他方の端部１６ｂに他方の端部１８ｂを電気的に接続されボビン４６の表面４６ａに巻回されて配設された高周波誘導加熱コイル１８とを有して構成されている。
【０１１０】
より詳細には、発熱部４４は、矩形形状のインバー材の一方の端部４４ｂと他方の端部４４ｃとを所定の間隔ｇ５を開けて対向させるようにして筒形形状を形成した略円柱形状を備えており、筒部４２の内面４２ａと接することなく配設されている（図１４を参照する。）。
【０１１１】
さらに、発熱部４４は、発熱部４４を形成するインバー材のキュリー温度においてインバー材の表面に誘導される渦電流の浸透深さがインバー材の板厚の１／２以上となるようにインバー材の板厚ｔが調整されている。
【０１１２】
従って、本発明の第４に実施の形態による高周波誘導加熱装置４０は、筒部４２の中心位置に高周波誘導加熱コイル１８が巻回されたボビン４６が載置されている点において、高周波誘導加熱装置１０、高周波誘導加熱装置２０および高周波誘導加熱装置３０と異なっている。
【０１１３】
以上の構成において、高周波誘導加熱装置４０におけるボビン４６の表面４６ａに巻回された高周波誘導加熱コイル１８に、高周波発振器からフィーダー１４、１６を介して高周波電流が給電されると、高周波誘導加熱コイル１８が作る磁束が発熱部４４と筒部４２とを通過するが、インバー材よりなる発熱部４４では表面に渦電流が誘導されて発熱部４４が誘導加熱され、アルミや銅などの非磁性材の金属よりなる筒部４２では渦電流が誘導されないので筒部４２は誘導加熱されることはない。
【０１１４】
ここで、発熱部４４の表面に誘導される渦電流について説明すると、発熱部４４の表面に誘導される渦電流は、例えば、図１５に示すように、発熱部４４の外面４４ａを端部４４ｃから端部４４ｂへ向けて時計回り方向へ進み、端部４４ｂへ到達すると発熱部４４の内面４４ｄへ回り込み、発熱部４４の内面４４ｄを端部４４ｂから端部４４ｃへ向けて反時計回り方向へ進み、端部４４ｃへ到達すると再び発熱部４４の外面４４ａへ回り込んで外面４４ａを時計回り方向に進むものである。
【０１１５】
このように、発熱部４４の表面で誘導される渦電流は、発熱部４４の表面を一方向に周回するように進むこととなる。
【０１１６】
また、発熱部２４に誘導される渦電流の浸透深さは、上記した式１で表される。
【０１１７】
そして、高周波発振器からの高周波誘導加熱コイル１８への給電により、発熱部４４が加熱され続けて、発熱部４４が発熱部４４を形成するインバー材のキュリー温度まで加熱されると、発熱部４４はそれ以上加熱されてもキュリー温度以上となることはなく、発熱部４４を形成するインバー材のキュリー温度で一定となる。
【０１１８】
ここで、発熱部４４の板厚ｔ、即ち、発熱部４４を形成するインバー材の厚さは、発熱部４４の表面に誘導される渦電流のキュリー温度における浸透深さの２倍以下となるように設定されている。
【０１１９】
従って、発熱部４４の温度がキュリー温度に達しないときには、その浸透深さは板厚ｔの半分（ｔ／２）以下となるが、発熱部４４の温度がキュリー温度に達したときには、その浸透深さは板厚ｔの半分（ｔ／２）より大きくなる。
【０１２０】
このため、発熱部４４の温度がキュリー温度に達しないときには、図５（ａ）に示すように、発熱部４４の外面４４ａと内面４４ｄとにおける渦電流の浸透深さＬ１（Ｌ１≦ｔ／２）は上記式１に従って徐々に大きくなり、また、外面４４ａと内面４４ｄとに誘導される渦電流が互いに打ち消し合うことがないので、発熱部４４の温度は上昇する。
【０１２１】
一方、発熱部４４の温度がキュリー温度に達したときには、図５（ｂ）に示すように、発熱部４４の外面４４ａと内面４４ｄとにおける渦電流の浸透深さＬ２は板厚ｔの半分（ｔ／２）より大きくなり、発熱部４４がキュリー温度以上に加熱されなくなる。
【０１２２】
即ち、発熱部４４の温度が発熱部４４を形成するインバー材のキュリー温度に達するときは、発熱部４４の外面４４ａと内面４４ｄとにおいて渦電流が発熱部４４の板厚の１／２より大きい浸透深さＬ２で誘導されることになり、外面４４ａにおける渦電流と外面４４ａにおける渦電流と逆方向に流れる内面４４ｄにおける渦電流とが互いに打ち消し合い、発熱部４４が加熱されなくなるものである。
【０１２３】
このように、高周波誘導加熱装置４０においては、発熱部４４の外面４４ａと内面４４ｄとにおいてそれぞれ誘導される渦電流が、発熱部４４を形成するインバー材のキュリー温度において互いに打ち消し合うことになるため、発熱部４４が当該キュリー温度以上に加熱されることはなくなる。
【０１２４】
また、発熱部４４を形成するインバー材のキュリー温度より発熱部４４の温度が低下すると、誘導される渦電流の浸透深さは、発熱部４４が当該キュリー温度に達した際に誘導される渦電流の浸透深さＬ２より小さい浸透深さＬ１となり、図５（ａ）に示すように外面４４ａと内面４４ｄとに誘導される渦電流が互いに打ち消し合うことがない状態となるので、発熱部４４が再び加熱されるようになる。
【０１２５】
こうして、高周波誘導加熱装置４０においては、筒部４２内の空間が発熱部４４により加熱され、この筒部４２内の空間は、発熱部４４を形成するインバー材のキュリー温度で一定で均一に加熱されるようになる。
【０１２６】
従って、上記した筒部４２内の空間の加熱に伴い、非磁性材よりなる筒部４２もキュリー温度で一定で均一に加熱されるようになる。
【０１２７】
上記において説明したように、高周波誘導加熱装置４０によれば、図６に示すように、高周波誘導加熱により加熱された発熱部４４の温度が、発熱部４４を形成するインバー材のキュリー温度に達した後は当該キュリー温度を超える温度になることはなく、発熱部４４を形成するインバー材のキュリー温度より発熱部４４の温度が低下すると再び加熱され当該キュリー温度まで昇温するようになされている。
【０１２８】
従って、発熱部４４を加熱する際の最高温度は、発熱部４４を形成するインバー材のキュリー温度で常に一定に制御されることとなる。
【０１２９】
つまり、高周波誘導加熱装置４０は、発熱部４４を形成するインバー材のキュリー温度において発熱部４４の発熱を自己制御できる構成となっている。
【０１３０】
また、高周波誘導加熱装置４０によれば、発熱部４４を形成するインバー材の組成比率を変更することによりキュリー温度を選択することができ、所望のキュリー温度のインバー材により発熱部４４を形成することによって、所望のキュリー温度において発熱部４４の発熱を自己制御することができる。
【０１３１】
さらに、高周波誘導加熱装置４０によれば、発熱部４４の発熱により筒部４２内の空間が均一に加熱されることで筒部４２が加熱されるようになされている。
【０１３２】
従って、筒部４２をアルミや銅などの非磁性材の金属よりなるローラーとして構成することにより、コピー機やレーザービームプリンタなどのトナーの加熱定着装置や鋼板やプラスチックフィルムのラミネート加工装置などのローラーの加熱装置として高周波誘導加熱装置４０を利用することができる。
【０１３３】
なお、上記した実施の形態は、以下の（１）乃至（５）に示すように変形することができるものである。
【０１３４】
（１）上記した実施の形態においては、発熱部をインバー材により形成することにより、当該インバー材のキュリー温度を利用して発熱部の発熱を自己制御するようにしたが、これに限られるものではないことは勿論であり、発熱部をインバー材ではない磁性材で形成するようにして、その磁性材のキュリー温度を利用して発熱部の発熱を自己制御するようにしてもよい。
【０１３５】
（２）上記した実施の形態においては、発熱部を構成するインバー材のキュリー温度における渦電流の浸透深さが当該インバー材の板厚の１／２以上となるようにインバー材の板厚ｔを調整するようにしていたが、これに限られるものではないことは勿論であり、発熱部を構成するインバー材のキュリー温度における渦電流の浸透深さが当該インバー材の板厚の１／２以上となるように高周波電流の周波数を調整するようにしてもよい。
【０１３６】
（３）上記した第３の実施の形態においては、所定の曲率を有する曲面を備えた断面Ｃ形形状のインバー材により渦巻状の断面の発熱部を形成したが、これに限られるものではないことは勿論であり、例えば、図１６（ａ）（ｂ）（ｃ）に示すような断面の発熱部を用いるようにしてもよく、発熱部の内部の空間が各インバー材の配置により効果的に加熱されるような構成であればよい。
【０１３７】
（４）上記した実施の形態においては、発熱部の構造については、各実施の形態間において適宜に置換することができる。即ち、第１の実施の形態による高周波誘導加熱装置１０の発熱部として、第２の実施の形態による高周波誘導加熱装置２０の発熱部２４や第３の実施の形態による高周波誘導加熱装置３０の発熱部３４や第４の実施の形態による高周波誘導加熱装置４０の発熱部４４を用いることができ、また、第２の実施の形態による高周波誘導加熱装置２０の発熱部として、第１の実施の形態による高周波誘導加熱装置１０の発熱部１２や第３の実施の形態による高周波誘導加熱装置３０の発熱部３４や第４の実施の形態による高周波誘導加熱装置４０の発熱部４４を用いることができ、また、第３の実施の形態による高周波誘導加熱装置３０の発熱部として、第１の実施の形態による高周波誘導加熱装置１０の発熱部１２や第２の実施の形態による高周波誘導加熱装置２０の発熱部２４や第４の実施の形態による高周波誘導加熱装置４０の発熱部４４を用いることができ、また、第４の実施の形態による高周波誘導加熱装置４０の発熱部として、第１の実施の形態による高周波誘導加熱装置１０の発熱部１２や第２の実施の形態による高周波誘導加熱装置２０の発熱部２４や第３の実施の形態による高周波誘導加熱装置３０の発熱部３４を用いることができる。
【０１３８】
（５）上記した実施の形態ならびに上記した（１）乃至（４）に示す変形例は、適宜に組み合わせるようにしてもよい。
【産業上の利用可能性】
【０１３９】
本発明は、被加熱物を均一に加熱する均熱炉、コピー機やレーザービームプリンタなどのトナーの加熱定着装置あるいは鋼板やプラスチックフィルムのラミネート加工装置などとして利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【０１４０】
【図１】図１は、キュリー温度以上に昇温させないように発熱部の発熱を自己制御する従来の高周波誘導加熱装置における発熱部の時間と温度との関係を表すグラフである。
【図２】図２は、本発明の第１の実施の形態による高周波誘導加熱装置の概略構成斜視説明図である。
【図３】図３は、図２に示す高周波誘導加熱装置のＡ−Ａ線による発熱部の端面構成説明図（高周波誘導加熱コイルの図示は省略している。）である。
【図４】図４は、本発明の第１の実施の形態による高周波誘導加熱装置の発熱部の表面に誘導される渦電流の流れを示した説明図である。
【図５】図５（ａ）は、インバー材のキュリー温度より低い温度で加熱された際の渦電流の浸透深さを示した説明図であり、また、図５（ｂ）は、インバー材のキュリー温度に達したときの渦電流の浸透深さを示した説明図である。
【図６】図６は、本発明による高周波誘導加熱装置における発熱部の時間と温度との関係を表すグラフである。
【図７】図７は、本発明の第２に実施の形態による高周波誘導加熱装置の一部を破断して示した概略構成斜視説明図である。
【図８】図８は、図７に示す高周波誘導加熱装置のＢ−Ｂ線による筒部および発熱部の端面構成説明図（高周波誘導加熱コイルの図示は省略している。）である。
【図９】図９は、本発明の第２の実施の形態による高周波誘導加熱装置の発熱部の表面に誘導される渦電流の流れを示した説明図である。
【図１０】図１０は、本発明の第３に実施の形態による高周波誘導加熱装置の一部を破断して示した概略構成斜視説明図である。
【図１１】図１１は、図１０に示す高周波誘導加熱装置のＣ−Ｃ線による筒部および発熱部の端面構成説明図（高周波誘導加熱コイルの図示は省略している。）である。
【図１２】図１２は、本発明の第３の実施の形態による高周波誘導加熱装置の発熱部の表面に誘導される渦電流の流れを示した説明図である。
【図１３】図１３は、本発明の第４の実施の形態による高周波誘導加熱装置の概念構成斜視説明図である。
【図１４】図１４は、図１３に示す高周波誘導加熱装置のＤ−Ｄ線による筒部、発熱部およびボビンの端面構成説明図（高周波誘導加熱コイルの図示は省略している。）である。
【図１５】図１５は、本発明の第４の実施の形態による高周波誘導加熱装置の発熱部の表面に誘導される渦電流の流れを示した説明図である。
【図１６】図１６（ａ）（ｂ）（ｃ）は、断面Ｃ形形状のインバー材を用いて構成した発熱部の変形例を示す断面構成説明図である。
【符号の説明】
【０１４１】
１０、２０、３０、４０ 高周波誘導加熱装置
１２、２４、３４、４４ 発熱部
１４、１６ フィーダー
１８ 高周波誘導加熱コイル
２２、３２、４２ 筒部
４６ ボビン
【特許請求の範囲】
【請求項１】
高周波誘導加熱により加熱される発熱部の熱により被加熱物を加熱する高周波誘導加熱装置において、
所定の板厚の板状の磁性材を所定の間隙を開けて接合せずに略筒形状に形成してなる発熱部と、
前記発熱部を覆うように所定の間隙を開けて巻回されて配設された高周波誘導加熱コイルと、
前記高周波誘導加熱コイルに高周波電流を給電する高周波発振器と
を有し、
前記所定の板厚は、前記発熱部の表面に誘導される渦電流のキュリー温度における浸透深さの２倍以下である
ことを特徴とする高周波誘導加熱装置。
【請求項２】
高周波誘導加熱により加熱される発熱部の熱により被加熱物を加熱する高周波誘導加熱装置において、
絶縁材よりなる筒部と、
所定の板厚の板状の磁性材を所定の間隙を開けて接合せずに略筒形状に形成してなり、前記筒部の内周側に配設された発熱部と、
前記筒部の外周側に巻回されて配設された高周波誘導加熱コイルと、
前記高周波誘導加熱コイルに高周波電流を給電する高周波発振器と
を有し、
前記所定の板厚は、前記発熱部の表面に誘導される渦電流のキュリー温度における浸透深さの２倍以下である
ことを特徴とする高周波誘導加熱装置。
【請求項３】
高周波誘導加熱により加熱される発熱部の熱により被加熱物を加熱する高周波誘導加熱装置において、
非磁性材よりなる筒部と、
所定の板厚の板状の磁性材を所定の間隙を開けて接合せずに略筒形状に形成してなり、前記筒部の内周側に前記筒部の内面と接することなく配設された発熱部と、
前記発熱部の内径側に配置されたボビンと、
前記発熱部の内径側において前記ボビンの外周側に巻回されて配設された高周波誘導加熱コイルと、
前記高周波誘導加熱コイルに高周波電流を給電する高周波発振器と
を有し、
前記所定の板厚は、前記発熱部の表面に誘導される渦電流のキュリー温度における浸透深さの２倍以下である
ことを特徴とする高周波誘導加熱装置。
【請求項４】
請求項１、２または３のいずれか１項に記載の高周波誘導加熱装置において、
前記略筒形状は、断面が略Ｃ形形状である
ことを特徴とする高周波誘導加熱装置。
【請求項５】
請求項１、２または３のいずれか１項に記載の高周波誘導加熱装置において、
前記略筒形状は、前記磁性材を所定の間隔を開けて渦巻き状に巻き込んだ渦巻き形状である
ことを特徴とする高周波誘導加熱装置。
【請求項６】
請求項５に記載の高周波誘導加熱装置において、
前記渦巻き形状は、渦巻き形状の中心部に所定の空間領域を形成した渦巻き形状である
ことを特徴とする高周波誘導加熱装置。
【請求項７】
請求項５に記載の高周波誘導加熱装置において、
前記渦巻き形状は、渦巻き形状の中心部に前記板状の磁性材の一方の端部が位置するように形成した渦巻き形状である
ことを特徴とする高周波誘導加熱装置。
【請求項８】
請求項１、２、３、４、５、６または７のいずれか１項に記載の高周波誘導加熱装置において、
前記発熱部は、複数の前記磁性材を所定の間隙を開けて接合せずに略筒形状に形成してなる
ことを特徴とする高周波誘導加熱装置。
【請求項９】
請求項１、２、３、４、５、６、７または８のいずれか１項に記載の高周波誘導加熱装置において、
前記磁性材は、インバー材である
ことを特徴とする高周波誘導加熱装置。
【請求項１】
高周波誘導加熱により加熱される発熱部の熱により被加熱物を加熱する高周波誘導加熱装置において、
所定の板厚の板状の磁性材を所定の間隙を開けて接合せずに略筒形状に形成してなる発熱部と、
前記発熱部を覆うように所定の間隙を開けて巻回されて配設された高周波誘導加熱コイルと、
前記高周波誘導加熱コイルに高周波電流を給電する高周波発振器と
を有し、
前記所定の板厚は、前記発熱部の表面に誘導される渦電流のキュリー温度における浸透深さの２倍以下である
ことを特徴とする高周波誘導加熱装置。
【請求項２】
高周波誘導加熱により加熱される発熱部の熱により被加熱物を加熱する高周波誘導加熱装置において、
絶縁材よりなる筒部と、
所定の板厚の板状の磁性材を所定の間隙を開けて接合せずに略筒形状に形成してなり、前記筒部の内周側に配設された発熱部と、
前記筒部の外周側に巻回されて配設された高周波誘導加熱コイルと、
前記高周波誘導加熱コイルに高周波電流を給電する高周波発振器と
を有し、
前記所定の板厚は、前記発熱部の表面に誘導される渦電流のキュリー温度における浸透深さの２倍以下である
ことを特徴とする高周波誘導加熱装置。
【請求項３】
高周波誘導加熱により加熱される発熱部の熱により被加熱物を加熱する高周波誘導加熱装置において、
非磁性材よりなる筒部と、
所定の板厚の板状の磁性材を所定の間隙を開けて接合せずに略筒形状に形成してなり、前記筒部の内周側に前記筒部の内面と接することなく配設された発熱部と、
前記発熱部の内径側に配置されたボビンと、
前記発熱部の内径側において前記ボビンの外周側に巻回されて配設された高周波誘導加熱コイルと、
前記高周波誘導加熱コイルに高周波電流を給電する高周波発振器と
を有し、
前記所定の板厚は、前記発熱部の表面に誘導される渦電流のキュリー温度における浸透深さの２倍以下である
ことを特徴とする高周波誘導加熱装置。
【請求項４】
請求項１、２または３のいずれか１項に記載の高周波誘導加熱装置において、
前記略筒形状は、断面が略Ｃ形形状である
ことを特徴とする高周波誘導加熱装置。
【請求項５】
請求項１、２または３のいずれか１項に記載の高周波誘導加熱装置において、
前記略筒形状は、前記磁性材を所定の間隔を開けて渦巻き状に巻き込んだ渦巻き形状である
ことを特徴とする高周波誘導加熱装置。
【請求項６】
請求項５に記載の高周波誘導加熱装置において、
前記渦巻き形状は、渦巻き形状の中心部に所定の空間領域を形成した渦巻き形状である
ことを特徴とする高周波誘導加熱装置。
【請求項７】
請求項５に記載の高周波誘導加熱装置において、
前記渦巻き形状は、渦巻き形状の中心部に前記板状の磁性材の一方の端部が位置するように形成した渦巻き形状である
ことを特徴とする高周波誘導加熱装置。
【請求項８】
請求項１、２、３、４、５、６または７のいずれか１項に記載の高周波誘導加熱装置において、
前記発熱部は、複数の前記磁性材を所定の間隙を開けて接合せずに略筒形状に形成してなる
ことを特徴とする高周波誘導加熱装置。
【請求項９】
請求項１、２、３、４、５、６、７または８のいずれか１項に記載の高周波誘導加熱装置において、
前記磁性材は、インバー材である
ことを特徴とする高周波誘導加熱装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【公開番号】特開２０１０−１０８６０２（Ｐ２０１０−１０８６０２Ａ）
【公開日】平成２２年５月１３日（２０１０．５．１３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２７６３２１（Ｐ２００８−２７６３２１）
【出願日】平成２０年１０月２８日（２００８．１０．２８）
【出願人】（０００２１９００４）島田理化工業株式会社 (205)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年５月１３日（２０１０．５．１３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年１０月２８日（２００８．１０．２８）
【出願人】（０００２１９００４）島田理化工業株式会社 (205)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]