JP2000055567A

JP2000055567A - 誘導加熱装置

Info

Publication number: JP2000055567A
Application number: JP10220417A
Authority: JP
Inventors: Tatsuo Take; 達男武; Hideaki Tadano; 英顕只野
Original assignee: Fuji Electric Co Ltd
Current assignee: Fuji Electric Co Ltd
Priority date: 1998-08-04
Filing date: 1998-08-04
Publication date: 2000-02-25

Abstract

(57)【要約】【課題】導電層または導電体を必要としない装置を提供
する。【解決手段】真空容器６中に設置されコイル１６を励磁
することによって被加熱材料３を誘導加熱する誘導加熱
装置において、コイル１６の導体４Ａを絶縁する絶縁被
覆４Ｂの外側を抵抗層４Ｄでもって被覆し、抵抗層４Ｄ
を接地するとともにコイル１６の層間を密着して巻回す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、真空容器中で被
加熱材料を浮揚させた状態で誘導加熱する誘導加熱装置
に関し、特に、製作コストの低減された誘導加熱装置に
関する。

【０００２】

【従来の技術】交番磁界が形成されたるつぼの中に被加
熱材料を置き、電磁誘導によって発生する渦電流を被加
熱材料に流して加熱するとともに電磁力によって被加熱
材料を浮揚させ、るつぼの内壁に接触しない状態で被加
熱材料を溶解させ、所定の材質や寸法の材料を得る誘導
加熱装置がある。この誘導加熱装置は、被加熱材料が溶
解時に他の物と接触しないために異物の混入が極めて少
ないこと、融点の高い材料でも溶解が可能であること、
熱伝導損失が小さいことなどの特徴があり、高融点でし
かも高純度が要求される材料、例えば、チタン、シリコ
ンなどの溶解に用いられている。この装置は、水冷の銅
製るつぼの中で被加熱材料を浮揚状態で溶解できるとい
う非汚染溶解が可能である上に、装置全体を真空容器に
入れて高真空下でもって溶解することによって脱ガスお
よび酸化防止ができ非常に清浄に被加熱材料を溶解する
ことができる。

【０００３】図４は、上記のような装置についての従来
の誘導加熱装置の構成を示す一部破断要部斜視図であ
り、有底の円筒状のるつぼ２やコイル１を半割りにした
図である。るつぼ２には、縦長のスリット２Ａが設けら
れ、このるつぼ２の外周にコイル１の導線４が巻回され
ている。るつぼ２はコイル１とともに真空容器６の中に
収納されている。導線４の両端は真空容器６を気密に貫
通して外部に引き出され、交流電源５に接続されてい
る。導線４は、中心の導体４Ａの外側に絶縁被覆４Ｂが
施され、さらに、その外周は導電層４Ｃで覆われてい
る。導線４の導電層４Ｃの下端部は、真空容器６の一点
Ｅ（接地点）でもって一括されるとともに接地されてい
る。

【０００４】図４において、るつぼ２内に被加熱材料３
を配し交流電源５によってコイル１を励磁すると、るつ
ぼ２内に磁界が形成されるとともに被加熱材料３自体に
渦電流が流れる。それによって、被加熱材料３が電磁力
を受け浮揚する。被加熱材料３は渦電流によって加熱す
るので溶解状態になり、前述されたようにるつぼ２と非
接触でかつ真空状態でもって所定の材質や寸法の材料を
得ることができる。るつぼ２は非磁性である銅材でもっ
て形成され、スリット２Ａはその隙間から磁束をるつぼ
２の内部へ浸入させるために形成されている。被加熱材
料３を溶解させるためには、コイル１に数１０ｋＨｚの
電流を流す必要があり、そのために、交流電源５として
は、高周波数インバータが用いられる。

【０００５】また、図４におけるコイル１の導線４が導
電層４Ｃで覆われているのは、導線４の両端が絶縁破壊
しないようにするためである。導電層４Ｃの効果につい
ては、特開平１０−９２５６６号公報にて述べられてい
るが、ここで再び説明する。図５は、図４の導線４の断
面図である。導線４の導電層４Ｃが真空容器６の一点Ｅ
でもって一括されるとともに接地されている。位置Ａ
１，Ａ２，Ａ３は、それぞれ導体１Ａの表面、絶縁被覆
４Ｂの外表面、導電層４Ｃであり、いずれも導線４の非
接地側の位置とする。

【０００６】図６は、図５の導線４の各位置における電
位を示す特性線図である。横軸に各位置が、縦軸に電位
が目盛られている。実線の特性線２０が図４の装置の場
合に対応し、位置Ａ１における電位Ｖ１は、コイル１の
印加電圧であり、位置Ａ２およびＡ３においては電位Ｖ
３になる。位置Ａ２とＡ３とが同電位になるのは、導電
層４Ｃが導電性を有しているためである。一方、位置Ａ
３において僅かな電位Ｖ３が発生するのは、位置Ａ３か
ら接地点Ｅまでは導電層４Ｃでもって繋がっているが、
その距離が長いので多少のインダクタンスが形成される
ためである。絶縁被覆４Ｂの負担電位差はＶ１−Ｖ３で
あり、印加電位Ｖ１の大部分を占めている。したがっ
て、この場合は、導線４の両端が絶縁破壊することはな
い。図６における一点鎖線の特性線１９は、導電層４Ｃ
がない場合に対応する。その場合は、位置Ａ２から接地
点Ｅまではキャパシタンス成分だけとなり、位置Ａ１か
らＡ２までと、位置Ａ２からＥまでのキャパシタンス比
でもって位置Ａ２の電位が決まる。当然、位置Ａ１から
Ａ２までのキャパシタンスの方が、位置Ａ２からＥまで
のそれより遙に大きいので、位置Ａ２の電位は、印加電
位Ｖ１に非常に近くなる。したがって、位置Ａ２と接地
点Ｅとの電位差が大きくなり、導線４の両端が絶縁破壊
する場合が起こってくる。すなわち、導線４の両端は真
空中にあるので、あまり高い電圧が導線４の両端にかか
ると絶縁破壊する。真空中の絶縁は、圧力やギャップ長
に依存するが、絶縁破壊電圧が４００ボルトまで低下す
る場合もある。誘導加熱装置としては、数千ボルト程度
の高周波数電圧をコイル１に印加できないと、大容量化
や高速度溶解を行うことができなくなる。したがって、
導電層４Ｃが必要になって来る。

【０００７】図７は、図４の装置のコイル１の斜視図で
ある。螺旋状態に巻回された導線４の下端に接地点Ｅが
設けられ、上端から電圧が印加されたときの各位置Ｘに
おける導線４の導電層表面の電位が実測された。図８
は、図７の導線４の各位置Ｘにおける導電層４Ｃの電位
を示す特性線図である。横軸に各位置が、縦軸に電位の
比が目盛られている。一点鎖線の特性線１０が図７の場
合に対応する。一方、実線の特性線７は、導線４の導電
層が設けられていない場合に対応し、特性線１０と比べ
て急勾配になっている。なお、縦軸の電位の比は、導線
４の導電層４Ｃが設けられていない場合の位置Ａ３（導
線４の非接地側端部の絶縁被覆表面）における電位を１
とした時の値である。特性線１０より分かるように、導
電層４Ｃの介装によって導線４の両端に電位差が発生し
なくなっている。この理由は、位置Ａ３と接地点Ｅとの
間が導電層４Ｃで繋がり、小さなインダクタンスになる
ためである。

【０００８】図４に戻り、導線４を導電層４Ｃで覆うこ
とにより導線４の両端に発生する電圧を抑えることがで
きるようになったので、コイル１に高い高周波数電圧を
印加することができ、装置の大容量化や高速溶解が可能
になった。図９は、従来の異なる誘導加熱装置の構成を
示す一部破断要部斜視図である。コイル１４が導線４の
全体を導電体６で覆うことによって構成されている。図
９のその他は、図４の構成と同じである。図４の場合、
万一、導線４の層間に隙間が形成された場合、導線４の
非接地側の導電層４Ｃと接地点Ｅとの間のインダクタン
スが増加し、その間の電位差が大きくなる可能性が残っ
ている。図９のように導線４の全体を導電体６で覆うこ
とにより、導線４の層間に隙間が形成されても導線４の
非接地側の導電層４Ｃと接地点Ｅとの間の電位差が増大
することがなく、安定した性能を得ることができる。

【０００９】図１０は、従来の異なる誘導加熱装置の構
成を示す一部破断要部斜視図である。コイル１５の導線
１２が導体４Ａを覆う絶縁被覆４Ｂだけからなり、この
導線１２の全体が導電体１１で覆われている。図１０
は、図９の導電層４Ｃが除かれただけであり、図１０の
その他は、図９の構成と同じである。導電体１１が導線
１２の全体を覆っているので、導線４に導電層を敢えて
設けなくとも、導線４の非接地側と接地点Ｅとの間の電
位差が形成されることはない。したがって、導線４の層
間に隙間が形成されても導線４の非接地側と接地点Ｅと
の間の電位差が発生することがなく、安定した性能を得
ることができる。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前述し
たような従来の装置は、導線の導電層あるいは導電体に
渦電流が流れ、コイルが加熱するという問題があった。
すなわち、導線に電流を流すと、この電流を打ち消す方
向に導電層あるいは導電体に渦電流が流れ、それによっ
て、コイルが加熱してしまう。特開平１０−９２５６６
号公報では、この欠点を補うために、導電層は導体の円
周方向の少なくとも一か所以上で周回するのを切るこ
と、あるいは、導電体はコイルの円周方向の少なくとも
一か所以上で周回するのを切ることと記されている。従
来、導電層または導電体の周回を切るために、隙間を明
けて導電層または導電体を設けたり、後から導電層また
は導電体をスリット状に剥がすなどの作業が必要であっ
た。そのために、導電層または導電体のスリット取り付
け作業あるいは導電層または導電体の一部剥がし作業に
は多くの時間が必要であり、それによって、製作コスト
も嵩んでいた。

【００１１】この発明の目的は、導電層または導電体を
必要としない装置を提供することにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、この発明によれば、真空容器中に設置されコイルを
励磁することによって被加熱材料を誘導加熱する誘導加
熱装置において、前記コイルの導体を絶縁する絶縁被覆
の外側を抵抗層でもって被覆し、前記抵抗層を接地する
とともにコイルの層間を密着して巻回するようにすると
よい。それによって、導線の非接地側の抵抗層と接地点
Ｅとの間が抵抗になるので、この抵抗と導線の絶縁被覆
のキャパシタンスとの分圧によって、導線の非接地側の
抵抗層と接地点Ｅとの間の電位が決まる。抵抗層を形成
する材料の表面固有抵抗を所定の値にすれば、導線の非
接地側の抵抗層と接地点Ｅとの間の電位を小さくするこ
とができる。抵抗層は表面固有抵抗を備えているので渦
電流も限流され、抵抗層の周回を切る作業は必要ない。
したがって、周回を切る作業が必要な導電層や導電体は
なくても済ますことができる。

【００１３】また、かかる構成において、前記コイルの
全体を抵抗体でもって被覆し、前記抵抗体を接地するよ
うにしてもよい。それによって、導線の層間に隙間が万
一、できても導線の非接地側の抵抗層と接地点との間の
電位差が増大することがない。また、かかる構成におい
て、前記抵抗層の接地点はコイル端部の片側とするよう
にしてもよい。それによって、接地の引出し線が周回
し、その中を磁束が鎖交し、誘導電流が流れる可能性が
なくなる。

【００１４】また、真空容器中に設置されコイルを励磁
することによって被加熱材料を誘導加熱する誘導加熱装
置において、前記コイルの全体を抵抗体でもって被覆
し、前記抵抗体を接地するようにしてもよい。それによ
って、コイルの導体を絶縁する絶縁被覆の外側を被覆す
る抵抗層が不要になる。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、この発明を実施例に基づい
て説明する。図１は、この発明の実施例にかかる誘導加
熱装置の構成を示す一部破断要部斜視図である。導線４
０の絶縁被覆４Ｂの外側が抵抗層４Ｄでもって覆われて
いる。図１のその他は、図４の従来の構成と同じであ
り、従来と同じ部分は同一参照符号を付けることによっ
て詳細な説明は省略する。それによって、導線４０の非
接地側の抵抗層４Ｄと接地点Ｅとの間が抵抗になるの
で、この抵抗層４Ｄの抵抗と導線４０の絶縁被覆４Ｂの
キャパシタンスとの分圧によって、導線４０の非接地側
の抵抗層４Ｄと接地点Ｅとの間の電位が決まる。したが
って、抵抗層４Ｄを形成する材料の表面固有抵抗σを所
定の値にすれば、導線４０の非接地側の抵抗層４Ｄと接
地点Ｅとの間の電位を小さくすることができる。

【００１６】図８に図１の抵抗層４Ｄの表面固有抵抗σ
を変えた場合について導線４０の各位置Ｘの電位を実測
した結果を示す。それぞれ実線の特性線８がσを３０，
０００Ωとした場合、実線の特性線９がσを１，０００
Ωとした場合である。図４の場合の特性線１０（σがほ
ぼ零）の場合と比べると、導線４０の各位置Ｘの電位は
多少高くなっているが、導電層のない場合の特性線７
（σが無限大）の場合と比べると、導線４０の各位置Ｘ
の電位が大幅に低下している。導線４０の非接地側の抵
抗層４Ｄの電位は、真空中で導線４０の両端が絶縁破壊
しなければよいので、必要以上に小さくする必要はな
い。導線４０の両端間の絶縁寸法と抵抗層４０Ｄの表面
固有抵抗σを所定の値に選ぶことによって、導線４０の
両端が絶縁破壊しないようにすることができる。しか
も、図１の構成によれば、渦電流が抵抗層４Ｄによって
限流されるので、抵抗層４Ｄの周回を切る必要もなく、
製作時間を従来より短縮することができる。

【００１７】図２は、この発明の異なる実施例にかかる
誘導加熱装置の構成を示す一部破断要部斜視図である。
コイル１７が導線４０の全体を抵抗体１３で覆うことに
よって構成されている。図２のその他は、図１の構成と
同じである。図１の場合、万一、導線４０の層間に隙間
が形成された場合、導線４の非接地側の抵抗層４Ｄと接
地点Ｅとの間のインダクタンスが増加し、その間の電位
差が大きくなる可能性が残っている。図２のように導線
４０の全体を抵抗体１３で覆うことにより、導線４０の
層間に隙間が形成されても導線４０の非接地側の抵抗層
４Ｄと接地点Ｅとの間の電位差が増大することがなく、
安定した性能を得ることができる。

【００１８】図３は、この発明のさらに異なる実施例に
かかる誘導加熱装置の構成を示す一部破断要部斜視図で
ある。コイル１８の導線１２が導体４Ａを覆う絶縁被覆
４Ｂだけからなり、この導線１２の全体が抵抗体１３で
覆われている。図３は、図２の抵抗層４Ｄが除かれただ
けであり、図３のその他は、図２の構成と同じである。
抵抗体１３が導線１２の全体を覆っているので、導線１
２に抵抗層を敢えて設けなくとも、導線１２の非接地側
と接地点Ｅとの間の電位差が形成されることはない。し
たがって、導線１２の層間に隙間が形成されても導線１
２の非接地側と接地点Ｅとの間の電位差が発生すること
がなく、安定した性能を得ることができる。

【００１９】なお、図１ないし図３において、抵抗層４
Ｄや抵抗体１３の接地点Ｅはコイル１６端部の片側だけ
にした方が装置の製作ミスがなくてよい。抵抗層４Ｄや
抵抗体１３に複数の接地点を形成すると、接地の引出し
線が周回し、万一、その中を磁束が鎖交すると誘導電流
が流れ局部的に加熱が起きる可能性がある。

【００２０】

【発明の効果】この発明は前述のように、コイルの導体
を絶縁する絶縁被覆の外側を抵抗層でもって被覆し、前
記抵抗層を接地するとともにコイルの層間を密着して巻
回することによって、コイルの製作コストを低減させる
ことができる。また、かかる構成において、コイルの全
体を抵抗体でもって被覆し、前記抵抗体を接地するよう
にしてもよい。それによって、安定した性能を得ること
ができる。

【００２１】また、かかる構成において、抵抗層の接地
点はコイル端部の片側とするようにしてもよい。それに
よって、接地の引出し線に誤って誘導電流が流れる可能
性がなくなり、装置の製作ミスをなくすことができる。
また、コイルの全体を抵抗体でもって被覆し、前記抵抗
体を接地するようにしてもよい。それによって、安定し
た性能を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施例にかかる誘導加熱装置の構成
を示す一部破断要部斜視図

【図２】この発明の異なる実施例にかかる誘導加熱装置
の構成を示す一部破断要部斜視図

【図３】この発明のさらに異なる実施例にかかる誘導加
熱装置の構成を示す一部破断要部斜視図

【図４】従来の誘導加熱装置の構成を示す一部破断要部
斜視図

【図５】図４の導線の断面図

【図６】図５の導線の各位置における電位を示す特性線
図

【図７】図４の装置のコイルの斜視図

【図８】図７の導線の各位置における電位を示す特性線
図

【図９】従来の異なる誘導加熱装置の構成を示す一部破
断要部斜視図

【図１０】従来のさらに異なる誘導加熱装置の構成を示
す一部破断要部斜視図

【符号の説明】２：るつぼ、２Ａ：スリット、３：被加熱材料、４，１
２，４０：導線、４Ａ：導体、４Ｂ：絶縁被覆、４Ｄ：
抵抗層、５：交流電源、６：真空容器、１３：抵抗体、
Ｅ：接地点

フロントページの続きＦターム(参考） 3K059 AA08 AA10 AB16 AC33 AC54 AC76 AC78 AD32 AD35 AD37 CD52 CD63 CD79 4K046 AA01 BA03 CC01 CD02 CD12 EA05 EA07 4K063 AA04 AA12 AA16 BA03 BA04 CA08 FA34 FA43 FA46

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】真空容器中に設置されコイルを励磁するこ
とによって被加熱材料を誘導加熱する誘導加熱装置にお
いて、前記コイルの導体を絶縁する絶縁被覆の外側を抵
抗層でもって被覆し、前記抵抗層を接地するとともにコ
イルの層間を密着して巻回することを特徴とする誘導加
熱装置。
【請求項２】請求項１に記載の誘導加熱装置において、
前記コイルの全体を抵抗体でもって被覆し、前記抵抗体
を接地することを特徴とする誘導加熱装置。
【請求項３】請求項１または２に記載の誘導加熱装置に
おいて、前記抵抗層の接地点はコイル端部の片側とする
ことを特徴とする誘導加熱装置。
【請求項４】真空容器中に設置されコイルを励磁するこ
とによって被加熱材料を誘導加熱する誘導加熱装置にお
いて、前記コイルの全体を抵抗体でもって被覆し、前記
抵抗体を接地することを特徴とする誘導加熱装置。