特許 6266545 誘導加熱用の加熱コイル、および、それを用いた誘導加熱調理器

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6266545

(24)【登録日】2018年1月5日

(45)【発行日】2018年1月24日

(54)【発明の名称】誘導加熱用の加熱コイル、および、それを用いた誘導加熱調理器

(51)【国際特許分類】

   H05B 6/36 20060101AFI20180115BHJP

   H05B 6/12 20060101ALI20180115BHJP

【ＦＩ】

   H05B6/36 E

   H05B6/12 308

   H05B6/36 B

【請求項の数】3

【全頁数】9

(21)【出願番号】特願2015-16306(P2015-16306)

(22)【出願日】2015年1月30日

(65)【公開番号】特開2016-143465(P2016-143465A)

(43)【公開日】2016年8月8日

【審査請求日】2017年2月20日

(73)【特許権者】

【識別番号】399048917

【氏名又は名称】日立アプライアンス株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100098660

【弁理士】

【氏名又は名称】戸田 裕二

(72)【発明者】

【氏名】川村 光輝

(72)【発明者】

【氏名】柳瀬 誠治

(72)【発明者】

【氏名】川和 将人

(72)【発明者】

【氏名】佐藤 修平

(72)【発明者】

【氏名】山田 清司

(72)【発明者】

【氏名】内藤 康

【審査官】 土屋 正志

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１３−２５１１６９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０７−１０００５４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１０−０５０２１７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１１−２２４７６７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第９５／０２２２３９（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０５Ｂ ６／３６

Ｈ０５Ｂ ６／１２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

アルミ線の外層に絶縁被覆を設けた素線を複数本撚り合わせたコイル導線と、
該コイル導線の両端側に電力の供給を受けるための接続端子とを備え、
該接続端子には、
前記コイル導線の前記素線を略二段に平形状に形成して加圧固定する収納部を設け、前記収納部の外側にある前記コイル導線を略平形状に成形し、
前記コイル導線の前記収納部への固定は、前記コイル導線の先端側を前記収納部より出し、前記コイル導線の前記先端側と前記収納部、前記コイル導線のコイル側と前記収納部とを半田付けによって電気的に接続したことを特徴とする誘導加熱用の加熱コイル。

【請求項2】

前記コイル導線を略平形状に加圧した後の狭い寸法が、前記収納部内のコイル導線の狭い寸法とほぼ同一寸法となる請求項１記載の誘導加熱用の加熱コイル。

【請求項3】

請求項１または２に記載の加熱コイルと、
該加熱コイルの上方に設けられ、被加熱物を載置するトッププレートと、
前記加熱コイルに電力を供給するインバータ回路とを具備することを特徴とする誘導加熱調理器。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、誘導加熱用の加熱コイル、および、それを用いた誘導加熱調理器に関するものである。

【背景技術】

【0002】

従来、この種の誘導加熱調理器の誘導加熱用の加熱コイルでは、銅線を芯線として外層にエナメル絶縁を施した極細の素線を複数本撚った撚り線に、電力を供給するための接続部として黄銅やリン青銅を主成分とする銅系金属板を使用した接続端子を接続し、撚り線と接続端子の電気的接続は、撚り線の絶縁被膜を高温で溶解して接続する溶接構成とするのが一般的である。

【0003】

しかしながら、前述した誘導加熱用コイルの線材を銅線からアルミ線に変更した場合、銅の融点（約１０００℃）に対してアルミニウムの融点が約６６０℃と低くなり、アルミ線の融点と絶縁被覆を破壊する温度との差が大きく取れないため、特許文献１では、接続端子に接続するアルミ線の加圧部を上面と下面の二面で抑え、上面と下面からなる収納部が均一の厚さとなることで、加熱時に熱の分布が均一となり、部分的な高温部が発生しないことで、アルミ線と接続端子との接続の信頼性を向上したものである。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０１３−２５１１６９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかしながら、上記した構造においては、誘導加熱コイルに使用されるアルミのコイル導線は、線径が略０．２〜０．４ｍｍの素線を数十本から数百本程度撚り合わせて形成されているため次の課題が考えられる。

【0006】

コイル導線の加圧部となる収納部は、接続端子を単にＵ字状に曲げられた構造のため、Ｕ字状に曲げられた一端側に対して閉成側の合わせ部には狭小空間が発生し、その狭小空間に素線数本が誘導されてコイル導線の断面が歪められたり、この狭小空間が空間として残ることで、均一な加熱が出来ない課題が考えられる。

【0007】

また、電流を流し外部から熱を加えた場合、接続端子の収納部と接している側から加熱が始まるため、収納部に収まったコイル導線の外側の素線から中心側の素線まで熱伝導するのに時間を要したり、該時間を短くするのに加熱温度を高くする必要が考えられ、その場合はコイル導線の表面側と中心側とで温度差が生じる課題が考えられる。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであり、アルミ線の外層に絶縁被覆を設けた素線を複数本撚り合わせたコイル導線と、該コイル導線の両端側に電力の供給を受けるための接続端子とを備え、該接続端子には、前記コイル導線の前記素線を略二段に平形状に形成して加圧固定する収納部を設け、前記収納部の外側にある前記コイル導線を略平形状に成形し、前記コイル導線の前記収納部への固定は、前記コイル導線の先端側を前記収納部より出し、前記コイル導線の前記先端側と前記収納部、前記コイル導線のコイル側と前記収納部とを半田付けによって電気的に接続したものである。

【発明の効果】

【0009】

本発明によれば、アルミ線を使用したコイル導線と接続端子との接続部において、信頼性が高く品質の安定した接続を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】一実施例の誘導加熱用の加熱コイルの上面斜視図

【図2】一実施例の誘導加熱用の加熱コイルのコイル導線の断面図

【図3】一実施例の誘導加熱用の加熱コイルの接続端子の展開斜視図

【図4】一実施例の誘導加熱用の加熱コイルの接続端子の斜視図

【図5】一実施例の誘導加熱用の加熱コイルの接続端子の断面図

【図6】一実施例の誘導加熱用の加熱コイルの第一の接続方法

【図7】一実施例の誘導加熱用の加熱コイルの第二の接続方法

【図8】一実施例の誘導加熱用の加熱コイルのコイル導線の成形図

【図9】一実施例の誘導加熱用の加熱コイルの下面斜視図

【発明を実施するための形態】

【0011】

以下本発明の一実施例を図面に基づいて詳細に説明する。図１は一実施例を示す誘導加熱用コイルの斜視図、図２は誘導加熱用コイルのコイル導線の断面図を示す。

【0012】

１は加熱コイルで、鍋などの被加熱物を誘導加熱するものである。２はコイル導線で、絶縁皮膜１３で覆われたアルミニウムを材料としたアルミ線１２から成る直径が略０．２〜０．４ｍｍの素線１１を数十本から数百本程度撚り合わせた撚り線を渦巻状に配置したものである。１４は自己融着被膜で、コイル導線２を渦巻状に巻いた時にコイル導線２を加熱することで隣接するコイル導線２間で接着するものである。４はコイルベースで、加熱コイル２を平面状に保持固定するものである。

【0013】

素線１１の表面に設けられているエナメル層からなる絶縁皮膜１３は、電気的に絶縁性能を有した数ミクロンの膜で構成し、エナメル層の材質は一般的にはポリウレタンやポリアミドやポリイミド等の組成の材質が使用されている。また、その外層には融解温度が約２３０℃程度の自己融着皮膜１４が設けられている。

【0014】

絶縁皮膜１３の融点と絶縁性能破壊温度についてまとめると、自己融着皮膜１４の溶融温度が約２３０℃で一番低く、次に絶縁皮膜１３の絶縁性能破壊温度が２３０℃から４００℃である。素線１１の溶融温度は約６６０℃である。軟化温度は、素線１１のアルミニウムの２６０℃が一番低い。

【0015】

次に図３〜図５に基づいて接続端子とコイル導線との接続形態について詳細に説明する。

【0016】

３は接続端子で、黄銅やリン青銅をプレス加工により形成さ、加熱コイル１の両端に各１個接続され、図示していないインバータ回路より電力の供給を受ける端子である。詳細は、インバータ回路からの電力を供給するケーブル端子をネジで固定するためのネジ穴３ａと、加熱コイル１のコイル導線２を加締めて後述する収納部２１を形成する加締め部３ｂから成り、加締め部３ｂは一端側３２ｂと他端側３２ｃ、そして曲げ部となるＵ字部３２ａとなっている。また、曲げ部（Ｕ字部３２ａ）に切り込み３２ｄを一か所もしくは二か所設けられている（図３は対向する二か所に切り込み３２ｄを設けている）。

【0017】

接続端子３は、コイル導線２の先端部より若干内側部を保持する収納部２１を備えている。収納部２１は、収納部２１の厚さ４１を保てるように、接続端子３の一端側３２ｂを収納部２１の内側に折り返し、コイル導線２の素線１１を略二段に整列して囲むように平らに形成（平形状２２）するものである。そして、曲げ部（Ｕ字部３２ａ）に切り込み３２ｄを設けることで、弱い力で、常に同じ位置で曲げられる利点がある。また、曲げ部（Ｕ字部３２ａ）が弱くなることで、曲げ部（Ｕ字部３２ａ）で折れ難くなり曲げ部（Ｕ字部３２ａ）をＲ形状に整形し易くなる。さらに、収納部２１を長手方向に平行に形成し易くなり、コイル導線２の素線１１を略二段に囲んで平らに形成され易い。

【0018】

この接続端子３の厚さは、素線１１の太さ（線径）に応じて異ならせるもので、この厚さは、素線１１を略二段に積み上げた時に固定できる程度の厚さ４１である。具体的に厚さ４１は、素線１１を二段に積み上げた時、二段目は一段目の素線１１間に落ち込み、またコイル導線２を適度な加圧で固定する必要があるので、収納部２１の狭い寸法（厚さ４１）は素線１１の線径の２倍の７０〜９０％とすることで適度な固定が可能となる。

【0019】

接続端子３の板厚を前記厚さ４１と略同じにして、接続端子３の一端側３２ｂを収納部２１の内側に折り返し、この折り返した端面を基準にしてコイル導線２の素線１１が略２段となるように固定することで、コイル導線２を規定の厚さに包み形成することができる。そのため、コイル導線２の素線１１の太さ（線径）と接続端子３の板厚は密接な関係を持っている。

【0020】

また、接続端子３の一端側３２ｂを収納部２１の内側に折り返す量は、接続端子３の板厚と略同じとすることで、収納部２１の平たん部外側を、ヒュージング溶接（または抵抗溶接）の電極３３によって保持して電流３１を流した時に、一端側３２ｂの折り返し側に流れる電流３１とＵ字状に曲げられたＵ字部３２ａに略均等に電流３１を流すことができるので発熱の不均衡も無くなる。

【0021】

さらに、素線１１を略二段にしたコイル導線２を収納部２１で巻くことで、コイル導線２を構成している十本から数百本の素線の全てが収納部２１と接する構成としている。

【0022】

収納部２１の内側に折り返した一端側３２ｂに対して、他端側３２ｃは一端側３２ｂの外側に存在する構成としている。

【0023】

次に本実施の形態における接続方法の例を詳細に説明する。

【0024】

初めに図６を用いて第一の接続方法について説明する。

【0025】

第一の接続方法は、図６（ａ）に示すように、収納部２１より先端部を露出したコイル導線２を収納部２１にて固定する。固定は専用の工具を使用しても良いし、ヒュージング溶接（または抵抗溶接）の電極３３で挟むことでも良い。収納部２１は内側に折り返し部となる一端側３２ｂが設けられているので、固定時に専用の型を必要とする事無く、無用な圧力を素線１１に加える事無く、容易に確実に固定することができる。次に（ｂ）に示すように、収納部２１をヒュージング溶接（または抵抗溶接）の電極３３で挟み加圧通電を行い溶接する。次に（ｃ）に示すように、コイル導線２の先端側２ａと収納部２１を挟んだコイル側２ｂの絶縁被膜１３を非接触にて加熱除去したのち、（ｄ）に示すように、コイル導線２の先端側２ａと収納部２１、収納部２１とコイル側２ｂを半田２３付けする構成としている。

【0026】

絶縁皮膜１３（自己融着被膜１４を含む）の除去方法は、加熱することで剥離する方法や薬品により剥離する方法、機械的（金属ブラシなど）に剥離する方法がある。本実施では特定波長（１０．５〜１０．７μｍ）のレーザー光線を使用して絶縁被膜１３のみを加熱して絶縁皮膜１３を剥離している。そのため、線材となるアルミ線１２を過加熱する事がない。なお、絶縁皮膜１３を取り除いた素線１１の表面には絶縁皮膜１３の溶融物もしくは炭化物が残留するため、エアーブローや機械的（金属ブラシ）剥離を部分的に併用するとよい。

【0027】

接続端子３の収納部２１においては、前述したように素線１１を略二段の平形状２２で収納部２１に固定することで、コイル導線２を構成している十本から数百本の素線１１の全数が収納部２１に接することになる。コイル導線２の素線１１間の陰に隠れる素線１１は存在しないので、コイル導線２を収納部２１に固定した後に、レーザー光線を使用して絶縁被膜１３を剥離する時も、確実に全数の素線１１の絶縁被膜１３を剥離することが可能となり、素線１１全数と接続端子３の収納部２１を確実に半田２３付けが可能となり、電気的に素線１１全数を接続端子３と接続できる。

【0028】

また、絶縁被膜１３の除去はレーザー光線の当たる箇所のみ剥離されるため、二段に整列されたコイル導線２の線（一段目）と線（二段目）の合わさった面（レーザー光線の当たらない箇所）は絶縁被膜１３を残し、コイル導線２の先端側２ａの素線１１全数と収納部２１とコイル側２ｂの素線１１全数を半田２３付けしている。

【0029】

次に第二の接続方法について図７を用いて説明する。

【0030】

説明は、第一の接続方法と異なる点のみを説明する。第二の接続方法は、事前に収納部２１に収納されるコイル導線２の先端部２ｃの絶縁皮膜１３を除去（除去方法は第一の接続方法で述べた各方法）した後、接続端子３の収納部２１にコイル導線２を固定（図７（ａ），（ｂ））するものである。固定後はヒュージング溶接または抵抗溶接の電極３３にて収納部２１を加圧形成し（図７（ｃ），（ｄ））、コイル導線２の先端側２ａと収納部２１とコイル側２ｂを半田２３付け（図７（ｅ））する構成としている。

【0031】

また、図示していないが、接続端子３にコイル導線２を加締めて固定する必要は無く、例えば加締め部３ｂを曲げる前に、加締め部３ｂにコイル導線２の素線１１を一段に並べて、コイル導線２の先端側２ａと収納部２１、収納部２１とコイル側２ｂを半田２３付けした状態でも良く、またその後に加締め部３ｂを曲げて使用しても良い。

【0032】

次にコイル導線の成形について図８を用いて説明する。

【0033】

説明は前記第一及び第二の接続方法、いずれの場合においても適用できる。アルミニウム素材を半田付けする場合の課題として、アルミニウム表面に生成される酸化被膜の除去がある。酸化被膜を除去しながら半田付けを行なう方法として、フラックスにより酸化被膜を洗浄し、半田付けを行なうものがある。しかし、フラックスを使用した場合、フラックスが加熱・蒸発する際、気泡が発生しやすく、半田付け部にボイドなどの欠陥や、フラックスが炭化し、異物として残るなどの課題があるため、近年はフラックスレス化が進んでいる。

【0034】

フラックスを用いず、酸化被膜を除去し、半田付けする方法として超音波振動を用いた方法がある。これは超音波振動によるキャビテーション効果により金属表面の酸化被膜を機械的に破壊するもので、その他、金属と半田の合金化を促進したり、金属表面と半田の間にある気泡を除去する脱泡効果や、半田を浸透促進させる効果も確認されている。

【0035】

しかし、一般に超音波の強さは距離の３乗に反比例することが知られている。（ａ）のように略０．２〜０．４ｍｍのアルミ導線をより合せたものに超音波を用いた半田付けを行なった場合、超音波発生源に近い外側の円筒頂点部分は超音波振動を受けられるが、隣り合うアルミ線同士の略三角形の凹空間には、超音波振動は届きにくくなり、結果、酸化被膜が破壊できず、アルミ導線の外側の円筒頂点でのみ半田付けされる。より広い面積で半田付けをするため、超音波振動を強くした場合、アルミ導線の表面が超音波振動により浸食され、アルミ導線が無くなってしまう。

【0036】

そのため半田付けする面積を広くし、超音波振動を効果的に受けるため、（ｂ）のようにアルミ導線の表面を成形型３４で略平面状に成形することで、略平面状のアルミ導線の表面に均等に超音波振動が伝わり、表面全体で半田付けを行なうことができるようになる。

【0037】

また、略平面部の狭い方の寸法を前記収納部内のアルミ導線の狭い方の寸法とほぼ同一にすることで、アルミ導線と接続端子を均等に半田付けすることができる。

【0038】

図９は一実施例の誘導加熱用コイルの下面斜視図を示すもので、接続端子３はコイルベース４下面の端子台５に係止され、配線部はコイルベース４下面で係止される接続端子３と略同一面上に係止される構成としている。これは、接続端子３の収納部２１及びコイル導線２をヒュージング溶接または抵抗溶接の電極３３による通電、及び絶縁皮膜１３を剥離するときの加熱により絶縁皮膜１３の外周に設けられている自己融着皮膜１４にも、その熱が伝わり素線１１同士を固着する。そのため固着したコイル導線２は硬化した形態となり、配線のための曲げ加工がしにくいため、接続端子３をコイルベース４の下面側にすることで、配線作業が少なくなるとともに、コイル導線２への負荷が減り、固着した素線１１同士が分離する際の絶縁皮膜１３の剥離防止にもなる。また、接続端子３とコイル導線２を電気的に接続する半田２３付け部にも負荷がかからず、安定した電気的な接続を維持することができる。

【0039】

なお、加熱コイル１は、コイルベース４に載置されるとともに接着によりコイルベース４に固定される。コイルベース４には接続端子３を取り付けるための端子台５がコイルベース４下面に設けている。コイルベース４と端子台５はＰＰＳ樹脂やＰＢＴ樹脂等のモールド加工により一体的に形成されている。

【0040】

上記した本実施例によれば、アルミ線を使用したコイル導線２と接続端子３との接続部において、信頼性が高く品質の安定した接続を提供することができる。

【符号の説明】

【0041】

１ 加熱コイル
２ コイル導線
２ａ 先端側
２ｂ コイル側
３ 接続端子
４ コイルベース
５ 端子台
１１ 素線
１２ アルミ線
１３ 絶縁皮膜
１４ 自己融着皮膜
２１ 収納部
２２ 平形状
２３ 半田
３１ 電流
３２ 発熱
３３ 電極
３４ 成形型
４１ 厚さｔ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】