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(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】
(24)【登録日】2022-03-22
(45)【発行日】2022-03-30
(54)【発明の名称】誘導加熱装置
(51)【国際特許分類】
H05B 6/06 20060101AFI20220323BHJP
【ＦＩ】
H05B6/06 386
【請求項の数】
3
(21)【出願番号】P 2019069894
(22)【出願日】2019-04-01
(65)【公開番号】P2020170593
(43)【公開日】2020-10-15
【審査請求日】2021-11-18
【早期審査対象出願】
(73)【特許権者】
【識別番号】390026088
【氏名又は名称】富士電子工業株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100109210
【弁理士】
【氏名又は名称】新居 広守
(72)【発明者】
【氏名】渡邊 弘子
(72)【発明者】
【氏名】井上 昌大
(72)【発明者】
【氏名】田中 佑樹
(72)【発明者】
【氏名】吉川 和樹
(72)【発明者】
【氏名】服部 弘
【審査官】吉澤 伸幸
(56)【参考文献】
【文献】特開２００３－２１７８０５（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１２－１３３０２８（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００５－２３５４８６（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｈ０５Ｂ ６／０６
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
被加熱物を誘導加熱するための誘導コイルと、前記誘導コイルに高周波電流を供給する電源部と、
前記電源部における高周波電流の周波数を複数種類の周波数にそれぞれ設定するための複数種類の周波数設定信号のうち、いずれか一つの周波数設定信号が選択されたことを受け付ける入力部と、
前記入力部により受け付けられた前記周波数設定信号に基づいて、前記電源部における高周波電流の周波数を制御する制御部と、を備え、
前記制御部は、
前記入力部により前記複数種類の周波数設定信号のうち特定の周波数設定信号が選択されたことが受け付けられた場合に、前記入力部からの前記特定の周波数設定信号が入力され、且つ、入力された前記特定の周波数設定信号を出力するラッチ部であって、前記被加熱物の誘導加熱の開始タイミングに同期して、前記特定の周波数設定信号の出力をラッチするラッチ部と、
前記ラッチ部からの前記特定の周波数設定信号に基づいて、前記電源部における高周波電流の周波数を前記複数種類の周波数のうち特定の周波数に調整する調整部と、を有する
誘導加熱装置。
【請求項2】
前記入力部は、さらに、前記誘導コイルによる前記被加熱物の誘導加熱を指示するための加熱指令信号を受け付け、受け付けた前記加熱指令信号を前記ラッチ部に出力し、前記ラッチ部は、前記入力部からの前記加熱指令信号の出力の開始タイミングに同期して、前記特定の周波数設定信号の出力をラッチする
請求項１に記載の誘導加熱装置。
【請求項3】
前記ラッチ部は、Ｄラッチで構成されており、前記Ｄラッチは、
前記複数種類の周波数設定信号がそれぞれ入力される複数のデータ入力端子と、
前記加熱指令信号が入力されるクロック入力端子と、
前記複数のデータ入力端子にそれぞれ入力された前記複数種類の周波数設定信号をそれぞれ出力する複数の出力端子と、を有し、
前記特定の周波数設定信号が前記複数のデータ入力端子のうち特定のデータ入力端子に入力された際に、前記複数の出力端子のうち特定の出力端子は、前記クロック入力端子における前記加熱指令信号の立ち上がりタイミングに同期して、前記特定の周波数設定信号の出力をラッチする
請求項２に記載の誘導加熱装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、被加熱物を誘導加熱するための誘導加熱装置に関する。
【背景技術】
【0002】
被加熱物を誘導加熱するための誘導加熱装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。従来の誘導加熱装置は、電源部と、整合部と、誘導コイルと、入力部と、制御部とを備えている。電源部は、複数のスイッチング素子を有するインバータ電源であり、複数のスイッチング素子を高速でオン・オフさせることにより高周波電流を生成する。整合部は、電源部と誘導コイルとの間に電気的に接続された並列共振回路である。誘導コイルは、被加熱物の周囲を覆うように配置される。
【0003】
電源部からの高周波電流は、整合部を介して誘導コイルに供給される。この高周波電流により生成された交番磁束が被加熱物の内部を貫通することにより、被加熱物の内部に渦電流が流れるようになる。この渦電流によるジュール熱によって、被加熱物が誘導加熱される。
【0004】
上述した従来の誘導加熱装置では、被加熱物の寸法等に応じて、電源部における高周波電流の周波数を適宜変更する必要がある。そのため、入力部は、高周波電流の周波数を設定するための周波数設定信号を受け付ける。制御部は、入力部からの周波数設定信号に基づいて、電源部における高周波電流の周波数を所定の周波数（例えば１０ｋＨｚ）に制御する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【文献】特開２００３－２１７８０５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
上述した従来の誘導加熱装置では、被加熱物を誘導加熱している際に、何らかの要因で周波数選択信号が不意に切り替わった場合には、電源部における高周波電流の周波数が例えば１０ｋＨｚから１００ｋＨｚに瞬間的に変化する。この時、電源部のスイッチング素子に耐圧を超える過電圧が印加されることにより、スイッチング素子が損傷するおそれがあるという課題が生じる。
【0007】
本発明は、上述した課題を解決しようとするものであり、その目的は、電源部の損傷を抑制することができる誘導加熱装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0008】
本発明の一態様に係る誘導加熱装置は、被加熱物を誘導加熱するための誘導コイルと、前記誘導コイルに高周波電流を供給する電源部と、前記電源部における高周波電流の周波数を複数種類の周波数にそれぞれ設定するための複数種類の周波数設定信号のうち、いずれか一つの周波数設定信号が選択されたことを受け付ける入力部と、前記入力部により受け付けられた前記周波数設定信号に基づいて、前記電源部における高周波電流の周波数を制御する制御部と、を備え、前記制御部は、前記入力部により前記複数種類の周波数設定信号のうち特定の周波数設定信号が選択されたことが受け付けられた場合に、前記入力部からの前記特定の周波数設定信号が入力され、且つ、入力された前記特定の周波数設定信号を出力するラッチ部であって、前記被加熱物の誘導加熱の開始タイミングに同期して、前記特定の周波数設定信号の出力をラッチするラッチ部と、前記ラッチ部からの前記特定の周波数設定信号に基づいて、前記電源部における高周波電流の周波数を前記複数種類の周波数のうち特定の周波数に調整する調整部と、を有する。
【0009】
なお、これらの包括的又は具体的な態様は、システム、方法、集積回路、コンピュータプログラム又はコンピュータ読み取り可能なＣＤ－ＲＯＭなどの記録媒体で実現されてもよく、システム、方法、集積回路、コンピュータプログラム及び記録媒体の任意な組み合わせで実現されてもよい。
【発明の効果】
【0010】
本発明の一態様に係る誘導加熱装置によれば、電源部の損傷を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【0011】
【図1】実施の形態に係る誘導加熱装置の構成を示す回路構成図である。
【図2】実施の形態に係る制御部の構成を示すブロック図である。
【図3】実施の形態に係る制御部のラッチ部の構成を示す図である。
【図4】被加熱物の誘導加熱終了後に周波数設定信号が切り替えられた場合における、実施の形態に係る制御部のラッチ部の動作を示すタイミングチャートである。
【図5】被加熱物の誘導加熱中に周波数設定信号が切り替えられた場合における、実施の形態に係る制御部のラッチ部の動作を示すタイミングチャートである。
【発明を実施するための形態】
【0012】
本発明の一態様に係る誘導加熱装置は、被加熱物を誘導加熱するための誘導コイルと、前記誘導コイルに高周波電流を供給する電源部と、前記電源部における高周波電流の周波数を複数種類の周波数にそれぞれ設定するための複数種類の周波数設定信号のうち、いずれか一つの周波数設定信号が選択されたことを受け付ける入力部と、前記入力部により受け付けられた前記周波数設定信号に基づいて、前記電源部における高周波電流の周波数を制御する制御部と、を備え、前記制御部は、前記入力部により前記複数種類の周波数設定信号のうち特定の周波数設定信号が選択されたことが受け付けられた場合に、前記入力部からの前記特定の周波数設定信号が入力され、且つ、入力された前記特定の周波数設定信号を出力するラッチ部であって、前記被加熱物の誘導加熱の開始タイミングに同期して、前記特定の周波数設定信号の出力をラッチするラッチ部と、前記ラッチ部からの前記特定の周波数設定信号に基づいて、前記電源部における高周波電流の周波数を前記複数種類の周波数のうち特定の周波数に調整する調整部と、を有する。
【0013】
本態様によれば、ラッチ部は、被加熱物の誘導加熱の開始タイミングに同期して、特定の周波数設定信号の出力をラッチ（保持）する。これにより、被加熱物の誘導加熱中に、ラッチ部に入力される周波数設定信号が特定の周波数設定信号から他の周波数設定信号に不意に切り替わった場合であっても、ラッチ部は特定の周波数設定信号を調整部に出力し続けることができる。その結果、電源部における高周波電流の周波数を特定の周波数に保持することができ、高周波電流の周波数が瞬間的に変化することに起因する電源部の損傷を抑制することができる。
【0014】
例えば、前記入力部は、さらに、前記誘導コイルによる前記被加熱物の誘導加熱を指示するための加熱指令信号を受け付け、受け付けた前記加熱指令信号を前記ラッチ部に出力し、前記ラッチ部は、前記入力部からの前記加熱指令信号の出力の開始タイミングに同期して、前記特定の周波数設定信号の出力をラッチするように構成してもよい。
【0015】
本態様によれば、入力部からの加熱指令信号を用いることにより、被加熱物の誘導加熱の開始タイミングを容易に検出することができる。
【0016】
例えば、前記ラッチ部は、Ｄラッチで構成されており、前記Ｄラッチは、前記複数種類の周波数設定信号がそれぞれ入力される複数のデータ入力端子と、前記加熱指令信号が入力されるクロック入力端子と、前記複数のデータ入力端子にそれぞれ入力された前記複数種類の周波数設定信号をそれぞれ出力する複数の出力端子と、を有し、前記特定の周波数設定信号が前記複数のデータ入力端子のうち特定のデータ入力端子に入力された際に、前記複数の出力端子のうち特定の出力端子は、前記クロック入力端子における前記加熱指令信号の立ち上がりタイミングに同期して、前記特定の周波数設定信号の出力をラッチするように構成してもよい。
【0017】
本態様によれば、ラッチ部をＤラッチで構成することができる。
【0018】
以下、実施の形態について、図面を参照しながら具体的に説明する。
【0019】
なお、以下で説明する実施の形態は、いずれも包括的または具体的な例を示すものである。以下の実施の形態で示される数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置位置及び接続形態、ステップ、ステップの順序などは、一例であり、特許請求の範囲を限定する主旨ではない。また、以下の実施の形態における構成要素のうち、最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。
【0020】
また、各図は、必ずしも厳密に図示したものではない。各図において、実質的に同一の構成については同一の符号を付し、重複する説明は省略又は簡略化する。
【0021】
【0022】
図１に示すように、誘導加熱装置２は、電源部４と、整合部６ａ，６ｂ，６ｃと、誘導コイル８ａ，８ｂ，８ｃと、検出部１０と、入力部１２と、制御部１４とを備えている。誘導加熱装置２は、寸法又は種類等の異なる被加熱物１６ａ，１６ｂ，１６ｃをそれぞれ１０ｋＨｚ、５０ｋＨｚ及び１００ｋＨｚの高周波で誘導加熱（いわゆる、高周波焼き入れ）するための装置である。なお、高周波焼き入れとは、高周波の電磁誘導を起こすことにより、被加熱物１６ａ，１６ｂ，１６ｃの各表面を加熱させて焼き入れを行う熱処理である。被加熱物１６ａ，１６ｂ，１６ｃの各々は、例えば車両又は工作機械等に用いられる金属部品等である。
【0023】
電源部４は、１０ｋＨｚ、５０ｋＨｚ及び１００ｋＨｚの周波数（複数種類の周波数の一例）の高周波電流を生成するための発振器である。電源部４は、整流部１８と、チョークコイル２０，２２と、インバータ部２４とを有している。整流部１８は、例えば６個のサイリスタ２６を用いて、商用電源等からの３相６０Ｈｚ（又は５０Ｈｚ）の交流電力を直流電力に変換する。チョークコイル２０，２２は、整流部１８の出力側に電気的に接続されており、整流部１８からの直流電力を平滑化する。インバータ部２４は、チョークコイル２０，２２を介して整流部１８の出力側に電気的に接続されている。インバータ部２４は、例えば４個のスイッチング素子２８を高速でオン・オフさせることにより、平滑化された直流電力を単相の高周波電力に変換する。これにより、電源部４は、例えば１０ｋＨｚ、５０ｋＨｚ及び１００ｋＨｚの周波数の高周波電流を生成する。なお、各スイッチング素子２８は、例えばＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ Ｇａｔｅ Ｂｉｐｏｌａｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）で構成されている。
【0024】
整合部６ａ，６ｂ，６ｃは、電源部４のインバータ部２４の出力側に電気的に並列接続されている。整合部６ａ，６ｂ，６ｃは、電源部４により生成された有効電力を高効率で誘導コイル８ａ，８ｂ，８ｃにそれぞれ供給するためのものである。整合部６ａは、コンデンサ３０ａ及び整合トランス３２ａで構成された１０ｋＨｚ用の並列共振回路である。整合部６ｂは、コンデンサ３０ｂ及び整合トランス３２ｂで構成された５０ｋＨｚ用の並列共振回路である。整合部６ｃは、コンデンサ３０ｃ及び整合トランス３２ｃで構成された１００ｋＨｚ用の並列共振回路である。
【0025】
整合部６ａ，６ｂ，６ｃの各入力側にはそれぞれ、切替スイッチ３４ａ，３４ｂ，３４ｃが電気的に接続されている。図１に示すように、切替スイッチ３４ａがオン、且つ、切替スイッチ３４ｂ，３４ｃがオフした際には、整合部６ａが電源部４のインバータ部２４の出力側に電気的に接続され、且つ、整合部６ｂ，６ｃが電源部４のインバータ部２４の出力側から電気的に遮断される。図示しないが、切替スイッチ３４ｂがオン、且つ、切替スイッチ３４ａ，３４ｃがオフした際には、整合部６ｂが電源部４のインバータ部２４の出力側に電気的に接続され、且つ、整合部６ａ，６ｃが電源部４のインバータ部２４の出力側から電気的に遮断される。また、図示しないが、切替スイッチ３４ｃがオン、且つ、切替スイッチ３４ａ，３４ｂがオフした際には、整合部６ｃが電源部４のインバータ部２４の出力側に電気的に接続され、且つ、整合部６ａ，６ｂが電源部４のインバータ部２４の出力側から電気的に遮断される。
【0026】
誘導コイル８ａ，８ｂ，８ｃはそれぞれ、整合部６ａ，６ｂ，６ｃの各出力側に電気的に接続されている。誘導コイル８ａ，８ｂ，８ｃはそれぞれ、被加熱物１６ａ，１６ｂ，１６ｃを誘導加熱するためのものであり、被加熱物１６ａ，１６ｂ，１６ｃの各周囲を覆うように配置される。
【0027】
整合部６ａが電源部４のインバータ部２４の出力側に電気的に接続された状態で、電源部４により生成された１０ｋＨｚの高周波電流が整合部６ａを介して誘導コイル８ａに供給された際には、被加熱物１６ａが誘導コイル８ａにより誘導加熱される。なお、コンデンサ３０ａの静電容量をＣ、整合トランス３２ａ及び誘導コイル８ａのインダクタンスをＬとした時、整合部６ａ及び誘導コイル８ａの共振周波数ｆｒは、次式１で表される。
【0028】
【数1】
【0029】
同様に、整合部６ｂが電源部４のインバータ部２４の出力側に電気的に接続された状態で、電源部４により生成された５０ｋＨｚの高周波電流が整合部６ｂを介して誘導コイル８ｂに供給された際には、被加熱物１６ｂが誘導コイル８ｂにより誘導加熱される。また、整合部６ｃが電源部４のインバータ部２４の出力側に電気的に接続された状態で、電源部４により生成された１００ｋＨｚの高周波電流が整合部６ｃを介して誘導コイル８ｃに供給された際には、被加熱物１６ｃが誘導コイル８ｃにより誘導加熱される。
【0030】
検出部１０は、誘導コイル８ａ，８ｂ，８ｃに供給される高周波電圧及びその周波数を検出する。検出部１０は、検出した高周波電圧及びその周波数を制御部１４に出力する。
【0031】
入力部１２は、電源部４における高周波電流の周波数を１０ｋＨｚ、５０ｋＨｚ及び１００ｋＨｚにそれぞれ設定するための周波数設定信号Ａ、周波数設定信号Ｂ及び周波数設定信号Ｃ（複数種類の周波数設定信号の一例）のうち、いずれか一つの周波数設定信号が選択されたことを受け付ける。例えばユーザが外部の制御盤３５を操作することにより、周波数設定信号Ａ～Ｃのうち、いずれか一つの周波数設定信号が選択される。被加熱物１６ａを誘導コイル８ａにより誘導加熱する際には周波数設定信号Ａが選択され、被加熱物１６ｂを誘導コイル８ｂにより誘導加熱する際には周波数設定信号Ｂが選択され、被加熱物１６ｃを誘導コイル８ｃにより誘導加熱する際には周波数設定信号Ｃが選択される。この時、制御盤３５は、選択されたいずれか一つの周波数設定信号を入力部１２に出力する。入力部１２は、制御盤３５からの周波数設定信号（周波数設定信号Ａ～Ｃのいずれか）を受け付け、受け付けた周波数設定信号を制御部１４に出力する。なお、周波数設定信号Ａ～Ｃの各々は、選択された際にはハイレベル（Ｈｉｇｈ）、選択されない際にはロー（Ｌｏｗ）レベルとなる信号である。
【0032】
また、例えばユーザが制御盤３５を操作することにより、被加熱物１６ａ，１６ｂ，１６ｃの誘導加熱の開始が指示される。この時、制御盤３５は、被加熱物１６ａ，１６ｂ，１６ｃの誘導加熱を指示するための加熱指令信号を入力部１２に出力する。入力部１２は、制御盤３５からの加熱指令信号を受け付け、受け付けた加熱指令信号を制御部１４に出力する。
【0033】
なお、加熱指令信号は、被加熱物１６ａ，１６ｂ，１６ｃの誘導加熱が指示されている際にはハイレベル、被加熱物１６ａ，１６ｂ，１６ｃの誘導加熱が指示されていない際にはローレベルとなる信号である。すなわち、制御盤３５により被加熱物１６ａ，１６ｂ，１６ｃの誘導加熱の開始が指示された際には、制御盤３５からの加熱指令信号は、ローレベルからハイレベルに立ち上がる。一方、制御盤３５により被加熱物１６ａ，１６ｂ，１６ｃの誘導加熱の終了が指示された際には、制御盤３５からの加熱指令信号は、ハイレベルからローレベルに立ち下がる。
【0034】
制御部１４は、入力部１２により受け付けられた周波数設定信号に基づいて、電源部４のインバータ部２４における高周波電流の周波数を制御する。例えば、入力部１２により周波数設定信号Ａが受け付けられた際には、制御部１４は、周波数設定信号Ａに基づいて、１０ｋＨｚの高周波電流が生成されるように電源部４を制御する。また、入力部１２により周波数設定信号Ｂが受け付けられた際には、制御部１４は、周波数設定信号Ｂに基づいて、５０ｋＨｚの高周波電流が生成されるように電源部４を制御する。また、入力部１２により周波数設定信号Ｃが受け付けられた際には、制御部１４は、周波数設定信号Ｃに基づいて、１００ｋＨｚの高周波電流が生成されるように電源部４を制御する。
【0035】
なお、制御盤３５は、選択された周波数設定信号の種類に基づいて、切替スイッチ３４ａ，３４ｂ，３４ｃのオン・オフを制御する。具体的には、周波数設定信号Ａが選択された際には、制御盤３５は、切替スイッチ３４ａをオン、且つ、切替スイッチ３４ｂ，３４ｃをオフさせる。周波数設定信号Ｂが選択された際には、制御盤３５は、切替スイッチ３４ｂをオン、且つ、切替スイッチ３４ａ，３４ｃをオフさせる。周波数設定信号Ｃが選択された際には、制御盤３５は、切替スイッチ３４ｃをオン、且つ、切替スイッチ３４ａ，３４ｂをオフさせる。
【0036】
さらに、制御部１４は、入力部１２からの加熱指令信号がローレベルからハイレベルに立ち上がった際には、電源部４の整流部１８及びインバータ部２４の制御を開始することにより、被加熱物１６ａ，１６ｂ，１６ｃの誘導加熱を開始する。また、制御部１４は、入力部１２からの加熱指令信号がハイレベルからローレベルに立ち下がった際には、電源部４の整流部１８及びインバータ部２４の制御を停止することにより、被加熱物１６ａ，１６ｂ，１６ｃの誘導加熱を終了する。なお、制御部１４は、検出部１０により検出された高周波電圧及びその周波数に基づいて、電源部４のインバータ部２４の出力電圧等をフィードバック制御する。
【0037】
ここで、上述した誘導加熱装置２の動作について説明する。被加熱物１６ａを誘導加熱する際には、ユーザは、制御盤３５を操作することにより、電源部４における高周波電流の周波数を１０ｋＨｚに設定するための周波数設定信号Ａを選択するとともに、被加熱物１６ａの誘導加熱を指示する。これにより、入力部１２は、制御盤３５からの周波数設定信号Ａ及び加熱指令信号を受け付ける。その結果、制御盤３５が切替スイッチ３４ａをオン、且つ、切替スイッチ３４ｂ，３４ｃをオフすることにより、整合部６ａが電源部４のインバータ部２４の出力側に電気的に接続され、且つ、整合部６ｂ，６ｃが電源部４のインバータ部２４の出力側から電気的に遮断される。また、制御部１４は、入力部１２により受け付けられた周波数設定信号Ａ及び加熱指令信号に基づいて、１０ｋＨｚの高周波電流が生成されるように電源部４を制御する。これにより、電源部４からの１０ｋＨｚの高周波電流が整合部６ａを介して誘導コイル８ａに供給され、被加熱物１６ａが誘導加熱される。
【0038】
また、被加熱物１６ｂを誘導加熱する際には、ユーザは、制御盤３５を操作することにより、電源部４における高周波電流の周波数を５０ｋＨｚに設定するための周波数設定信号Ｂを選択するとともに、被加熱物１６ｂの誘導加熱を指示する。これにより、入力部１２は、制御盤３５からの周波数設定信号Ｂ及び加熱指令信号を受け付ける。その結果、制御盤３５が切替スイッチ３４ｂをオン、且つ、切替スイッチ３４ａ，３４ｃをオフすることにより、整合部６ｂが電源部４のインバータ部２４の出力側に電気的に接続され、且つ、整合部６ａ，６ｃが電源部４のインバータ部２４の出力側から電気的に遮断される。また、制御部１４は、入力部１２により受け付けられた周波数設定信号Ｂ及び加熱指令信号に基づいて、５０ｋＨｚの高周波電流が生成されるように電源部４を制御する。これにより、電源部４からの５０ｋＨｚの高周波電流が整合部６ｂを介して誘導コイル８ｂに供給され、被加熱物１６ｂが誘導加熱される。
【0039】
また、被加熱物１６ｃを誘導加熱する際には、ユーザは、制御盤３５を操作することにより、電源部４における高周波電流の周波数を１００ｋＨｚに設定するための周波数設定信号Ｃを選択するとともに、被加熱物１６ｃの誘導加熱を指示する。これにより、入力部１２は、制御盤３５からの周波数設定信号Ｃ及び加熱指令信号を受け付ける。その結果、制御盤３５が切替スイッチ３４ｃをオン、且つ、切替スイッチ３４ａ，３４ｂをオフすることにより、整合部６ｃが電源部４のインバータ部２４の出力側に電気的に接続され、且つ、整合部６ａ，６ｂが電源部４のインバータ部２４の出力側から電気的に遮断される。また、制御部１４は、入力部１２により受け付けられた周波数設定信号Ｃ及び加熱指令信号に基づいて、１００ｋＨｚの高周波電流が生成されるように電源部４を制御する。これにより、電源部４からの１００ｋＨｚの高周波電流が整合部６ｃを介して誘導コイル８ｃに供給され、被加熱物１６ｃが誘導加熱される。
【0040】
［２．制御部の構成］
次に、図２及び図３を参照しながら、制御部１４の構成について説明する。図２は、実施の形態に係る制御部１４の構成を示すブロック図である。図３は、実施の形態に係る制御部１４のラッチ部３６の構成を示す図である。
次に、図２及び図３を参照しながら、制御部１４の構成について説明する。図２は、実施の形態に係る制御部１４の構成を示すブロック図である。図３は、実施の形態に係る制御部１４のラッチ部３６の構成を示す図である。
【0041】
図２に示すように、制御部１４は、ラッチ部３６と、調整部３８とを有している。制御部１４は、例えばマイクロコンピュータで構成されている。
【0042】
図２に示すように、ラッチ部３６には、入力部１２により周波数設定信号Ａ～Ｃのうちいずれか一つの周波数設定信号が選択されたことが受け付けられた場合に、入力部１２からの周波数設定信号が入力される。被加熱物１６ａ，１６ｂ，１６ｃが誘導加熱されていない状態では、ラッチ部３６は、入力された周波数設定信号をそのまま調整部３８に出力する。この時、ラッチ部３６は、被加熱物１６ａ，１６ｂ，１６ｃのいずれかの誘導加熱の開始タイミングに同期して、周波数設定信号の出力をラッチし、出力をラッチした周波数設定信号を調整部３８に出力する。すなわち、ラッチ部３６は、被加熱物１６ａ，１６ｂ，１６ｃのいずれかの誘導加熱が開始した瞬間における、周波数設定信号の出力を保持し続ける。
【0043】
ラッチ部３６は、例えばＤラッチで構成されている。図３に示すように、ラッチ部３６は、データ入力端子Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３と、クロック入力端子ＣＬＫと、出力端子Ｑ１，Ｑ２，Ｑ３とを有している。
【0044】
データ入力端子Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３の各々は、入力部１２に電気的に接続されている。データ入力端子Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３にはそれぞれ、入力部１２からの周波数設定信号Ａ、周波数設定信号Ｂ及び周波数設定信号Ｃが入力される。
【0045】
クロック入力端子ＣＬＫは、入力部１２に電気的に接続されている。クロック入力端子ＣＬＫには、入力部１２からの加熱指令信号が入力される。
【0046】
出力端子Ｑ１，Ｑ２，Ｑ３の各々は、調整部３８に電気的に接続されている。出力端子Ｑ１，Ｑ２，Ｑ３はそれぞれ、クロック入力端子ＣＬＫにおける加熱指令信号がローレベルである状態では、データ入力端子Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３に入力された周波数設定信号Ａ、周波数設定信号Ｂ及び周波数設定信号Ｃをそのまま調整部３８に出力する。また、出力端子Ｑ１，Ｑ２，Ｑ３はそれぞれ、クロック入力端子ＣＬＫにおける加熱指令信号のローレベルからハイレベルへの立ち上がりタイミング（すなわち、入力部１２からの加熱指令信号の出力の開始タイミング）に同期して、周波数設定信号Ａ、周波数設定信号Ｂ及び周波数設定信号Ｃの出力をラッチする。これにより、クロック入力端子ＣＬＫにおける加熱指令信号がハイレベルである間、出力端子Ｑ１，Ｑ２，Ｑ３はそれぞれ、加熱指令信号がローレベルからハイレベルに立ち上がった瞬間の出力を保持し続ける。出力をラッチされた周波数設定信号Ａ、周波数設定信号Ｂ及び周波数設定信号Ｃは、調整部３８に出力される。なお、クロック入力端子ＣＬＫにおける加熱指令信号がハイレベルからローレベルに立ち下がった際には、周波数設定信号Ａ、周波数設定信号Ｂ及び周波数設定信号Ｃの出力のラッチが解除される。
【0047】
例えば、クロック入力端子ＣＬＫにおける加熱指令信号のローレベルからハイレベルへの立ち上がりタイミングで、周波数設定信号Ａがデータ入力端子Ｄ１に入力されており、且つ、周波数設定信号Ｂ，Ｃがそれぞれデータ入力端子Ｄ２、Ｄ３に入力されていない場合には、出力端子Ｑ１は、周波数設定信号Ａの出力をラッチする。なお、上記立ち上がりタイミングで、周波数設定信号Ｂ及び周波数設定信号Ｃはそれぞれデータ入力端子Ｄ２，Ｄ３に入力されないため、出力端子Ｑ２、Ｑ３はそれぞれ周波数設定信号Ｂ及び周波数設定信号Ｃを出力しないままとなる。その後、クロック入力端子ＣＬＫにおける加熱指令信号がハイレベルである間、周波数設定信号Ｂ及びＣがそれぞれデータ入力端子Ｄ２，Ｄ３に入力された場合であっても、出力端子Ｑ２，Ｑ３はそれぞれ周波数設定信号Ｂ及び周波数設定信号Ｃを出力しない。
【0048】
調整部３８は、ラッチ部３６からの周波数設定信号に基づいて、電源部４における高周波電流の周波数を１０ｋＨｚ、５０ｋＨｚ及び１００ｋＨｚのいずれかに調整する。具体的には、ラッチ部３６が周波数設定信号Ａを出力した場合には、調整部３８は、周波数設定信号Ａに基づいて、電源部４における高周波電流の周波数を１０ｋＨｚに調整する。また、ラッチ部３６が周波数設定信号Ｂを出力した場合には、調整部３８は、周波数設定信号Ｂに基づいて、電源部４における高周波電流の周波数を５０ｋＨｚに調整する。また、ラッチ部３６が周波数設定信号Ｃを出力した場合には、調整部３８は、周波数設定信号Ｃに基づいて、電源部４における高周波電流の周波数を１００ｋＨｚに調整する。なお、調整部３８は、例えばＰＬＬ（Ｐｈａｓｅ Ｌｏｃｋｅｄ Ｌｏｏｐ）回路等で構成されている。
【0049】
［３．ラッチ部の動作］
次に、図４を参照しながら、被加熱物１６ａ（１６ｂ）の誘導加熱終了後に周波数設定信号が切り替えられた場合における、ラッチ部３６の動作について説明する。図４は、被加熱物１６ａ（１６ｂ）の誘導加熱終了後に周波数設定信号が切り替えられた場合における、実施の形態に係る制御部１４のラッチ部３６の動作を示すタイミングチャートである。
次に、図４を参照しながら、被加熱物１６ａ（１６ｂ）の誘導加熱終了後に周波数設定信号が切り替えられた場合における、ラッチ部３６の動作について説明する。図４は、被加熱物１６ａ（１６ｂ）の誘導加熱終了後に周波数設定信号が切り替えられた場合における、実施の形態に係る制御部１４のラッチ部３６の動作を示すタイミングチャートである。
【0050】
以下、図４では、被加熱物１６ａ，１６ｂ，１６ｃをこの順に誘導加熱する場合について説明する。
【0051】
まず、図４の（ｂ）に示すように、時刻Ｔ１で、周波数設定信号Ａ（特定の周波数設定信号の一例）がラッチ部３６のデータ入力端子Ｄ１（特定のデータ入力端子の一例）に入力される。この時、図４の（ｃ）に示すように、ラッチ部３６の出力端子Ｑ１は、データ入力端子Ｄ１に入力された周波数設定信号Ａをそのまま出力する。
【0052】
その後、図４の（ａ）に示すように、時刻Ｔ２で、例えばユーザが制御盤３５を操作することにより、ラッチ部３６のクロック入力端子ＣＬＫにおいて加熱指令信号がローレベルからハイレベルに立ち上がり、被加熱物１６ａの１０ｋＨｚ（特定の周波数の一例）での誘導加熱が開始する。図４の（ｃ）に示すように、この立ち上がりタイミングに同期して、ラッチ部３６の出力端子Ｑ１（特定の出力端子の一例）は、周波数設定信号Ａの出力をラッチする。これにより、図４の（ｃ）に示すように、被加熱物１６ａが誘導加熱されている間（すなわち、時刻Ｔ２～Ｔ３の間）、ラッチ部３６の出力端子Ｑ１は、周波数設定信号Ａを出力し続ける。
【0053】
その後、図４の（ａ）に示すように、時刻Ｔ３で、例えばユーザが制御盤３５を操作することにより、ラッチ部３６のクロック入力端子ＣＬＫにおいて加熱指令信号がハイレベルからローレベルに立ち下がり、被加熱物１６ａの誘導加熱が終了する。その後、図４の（ｂ）及び（ｄ）に示すように、時刻Ｔ４で、例えばユーザが制御盤３５を操作することにより、ラッチ部３６に入力される周波数設定信号が周波数設定信号Ａから周波数設定信号Ｂに切り替えられる。すなわち、周波数設定信号Ａがラッチ部３６のデータ入力端子Ｄ１に入力されなくなるとともに、周波数設定信号Ｂがラッチ部３６のデータ入力端子Ｄ２に入力される。これにより、図４の（ｃ）及び（ｅ）に示すように、時刻Ｔ４で、ラッチ部３６の出力端子Ｑ１は周波数設定信号Ａの出力を停止し、出力端子Ｑ２は、データ入力端子Ｄ２に入力された周波数設定信号Ｂをそのまま出力する。
【0054】
その後、図４の（ａ）に示すように、時刻Ｔ５で、例えばユーザが制御盤３５を操作することにより、ラッチ部３６のクロック入力端子ＣＬＫにおいて加熱指令信号がローレベルからハイレベルに立ち上がり、被加熱物１６ｂの５０ｋＨｚでの誘導加熱が開始する。図４の（ｅ）に示すように、この立ち上がりタイミングに同期して、ラッチ部３６の出力端子Ｑ２は、周波数設定信号Ｂの出力をラッチする。これにより、図４の（ｅ）に示すように、被加熱物１６ｂが誘導加熱されている間（すなわち、時刻Ｔ５～Ｔ６の間）、ラッチ部３６の出力端子Ｑ２は、周波数設定信号Ｂを出力し続ける。
【0055】
その後、図４の（ａ）に示すように、時刻Ｔ６で、例えばユーザが制御盤３５を操作することにより、ラッチ部３６のクロック入力端子ＣＬＫにおいて加熱指令信号がハイレベルからローレベルに立ち下がり、被加熱物１６ｂの誘導加熱が終了する。その後、図４の（ｄ）及び（ｆ）に示すように、時刻Ｔ７で、例えばユーザが制御盤３５を操作することにより、ラッチ部３６に入力される周波数設定信号が周波数設定信号Ｂから周波数設定信号Ｃに切り替えられる。すなわち、周波数設定信号Ｂがラッチ部３６のデータ入力端子Ｄ２に入力されなくなるとともに、周波数設定信号Ｃがラッチ部３６のデータ入力端子Ｄ３に入力される。これにより、図４の（ｅ）及び（ｇ）に示すように、時刻Ｔ７で、ラッチ部３６の出力端子Ｑ２は周波数設定信号Ｂの出力を停止し、出力端子Ｑ３は、データ入力端子Ｄ３に入力された周波数設定信号Ｃをそのまま出力する。
【0056】
その後、図４の（ａ）に示すように、時刻Ｔ８で、例えばユーザが制御盤３５を操作することにより、ラッチ部３６のクロック入力端子ＣＬＫにおいて加熱指令信号がローレベルからハイレベルに立ち上がり、被加熱物１６ｃの１００ｋＨｚでの誘導加熱が開始する。図４の（ｇ）に示すように、この立ち上がりタイミングに同期して、ラッチ部３６の出力端子Ｑ３は、周波数設定信号Ｃの出力をラッチする。これにより、図４の（ｇ）に示すように、被加熱物１６ｃが誘導加熱されている間（すなわち、時刻Ｔ８～Ｔ９の間）、ラッチ部３６の出力端子Ｑ３は、周波数設定信号Ｃを出力し続ける。
【0057】
次に、図５を参照しながら、被加熱物１６ａの誘導加熱中に周波数設定信号が切り替えられた場合における、ラッチ部３６の動作について説明する。図５は、被加熱物１６ａの誘導加熱中に周波数設定信号が切り替えられた場合における、実施の形態に係る制御部１４のラッチ部３６の動作を示すタイミングチャートである。
【0058】
以下、図５では、被加熱物１６ａを誘導加熱する場合について説明する。まず、図５の（ｂ）に示すように、時刻Ｔ１０で、周波数設定信号Ａがラッチ部３６のデータ入力端子Ｄ１に入力される。この時、図５の（ｃ）に示すように、ラッチ部３６の出力端子Ｑ１は、データ入力端子Ｄ１に入力された周波数設定信号Ａをそのまま出力する。
【0059】
その後、図５の（ａ）に示すように、時刻Ｔ１１で、例えばユーザが制御盤３５を操作することにより、ラッチ部３６のクロック入力端子ＣＬＫにおいて加熱指令信号がローレベルからハイレベルに立ち上がり、被加熱物１６ａの１０ｋＨｚでの誘導加熱が開始する。図５の（ｃ）に示すように、この立ち上がりタイミングに同期して、ラッチ部３６の出力端子Ｑ１は、周波数設定信号Ａの出力をラッチする。被加熱物１６ａが誘導加熱されている間（すなわち、時刻Ｔ１１～Ｔ１４の間）、ラッチ部３６の出力端子Ｑ１は、周波数設定信号Ａを出力し続ける。
【0060】
図５の（ｂ）及び（ｄ）に示すように、被加熱物１６ａが誘導加熱されている状態の時刻Ｔ１２で、ラッチ部３６に入力される周波数設定信号が周波数設定信号Ａから周波数設定信号Ｂに不意に切り替えられたとする。すなわち、周波数設定信号Ａがラッチ部３６のデータ入力端子Ｄ１に入力されなくなるとともに、周波数設定信号Ｂがラッチ部３６のデータ入力端子Ｄ２に入力される。この時、ラッチ部３６の出力端子Ｑ１は、周波数設定信号Ａの出力をラッチしているので、図５の（ｅ）に示すように、ラッチ部３６の出力端子Ｑ２は周波数設定信号Ｂを出力しない。
【0061】
その後、図５の（ｄ）及び（ｆ）に示すように、被加熱物１６ａが誘導加熱されている状態の時刻Ｔ１３で、ラッチ部３６に入力される周波数設定信号が周波数設定信号Ｂから周波数設定信号Ｃに不意に切り替えられたとする。すなわち、周波数設定信号Ｂがラッチ部３６のデータ入力端子Ｄ２に入力されなくなるとともに、周波数設定信号Ｃがラッチ部３６のデータ入力端子Ｄ３に入力される。この時、ラッチ部３６の出力端子Ｑ１は、周波数設定信号Ａの出力をラッチしているので、図５の（ｇ）に示すように、ラッチ部３６の出力端子Ｑ３は周波数設定信号Ｃを出力しない。
【0062】
［４．効果］
上述したように、ラッチ部３６は、被加熱物１６ａ（１６ｂ，１６ｃ）の誘導加熱の開始タイミングに同期して、周波数設定信号の出力をラッチする。これにより、被加熱物１６ａ（１６ｂ，１６ｃ）の誘導加熱中に、ラッチ部３６に入力される周波数設定信号が不意に切り替わった場合であっても、ラッチ部３６は、出力をラッチした周波数設定信号を調整部３８に出力し続けることができる。その結果、電源部４における高周波電流の周波数を保持することができ、高周波電流の周波数が瞬間的に変化することに起因する電源部４のスイッチング素子２８の損傷を抑制することができる。
上述したように、ラッチ部３６は、被加熱物１６ａ（１６ｂ，１６ｃ）の誘導加熱の開始タイミングに同期して、周波数設定信号の出力をラッチする。これにより、被加熱物１６ａ（１６ｂ，１６ｃ）の誘導加熱中に、ラッチ部３６に入力される周波数設定信号が不意に切り替わった場合であっても、ラッチ部３６は、出力をラッチした周波数設定信号を調整部３８に出力し続けることができる。その結果、電源部４における高周波電流の周波数を保持することができ、高周波電流の周波数が瞬間的に変化することに起因する電源部４のスイッチング素子２８の損傷を抑制することができる。
【0063】
（変形例等）
以上、本発明の１つ又は複数の態様に係る誘導加熱装置について、上記実施の形態に基づいて説明したが、本発明は、上記実施の形態に限定されるものではない。本発明の趣旨を逸脱しない限り、当業者が思いつく各種変形を本実施の形態に施したものや、異なる実施の形態における構成要素を組み合わせて構築される形態も、本発明の１つ又は複数の態様の範囲内に含まれてもよい。
以上、本発明の１つ又は複数の態様に係る誘導加熱装置について、上記実施の形態に基づいて説明したが、本発明は、上記実施の形態に限定されるものではない。本発明の趣旨を逸脱しない限り、当業者が思いつく各種変形を本実施の形態に施したものや、異なる実施の形態における構成要素を組み合わせて構築される形態も、本発明の１つ又は複数の態様の範囲内に含まれてもよい。
【0064】
上記実施の形態では、３種類の周波数設定信号（周波数設定信号Ａ～Ｃ）を選択する例について説明したが、これに限定されず、２種類又は４種類以上の周波数設定信号を選択するようにしてもよい。
【0065】
また、上記実施の形態では、ラッチ部３６のクロック入力端子ＣＬＫに入力部１２からの加熱指令信号が入力されるように構成したが、これに限定されず、例えば検出部１０からの検出信号が入力されるように構成してもよい。この場合、検出部１０は、検出した高周波電圧及びその周波数に基づいて、被加熱物１６ａ，１６ｂ，１６ｃが誘導加熱されていることを示す検出信号を生成し、生成した検出信号をラッチ部３６のクロック入力端子ＣＬＫに出力する。なお、検出信号は、被加熱物１６ａ，１６ｂ，１６ｃが誘導加熱されている際にはハイレベル、被加熱物１６ａ，１６ｂ，１６ｃが誘導加熱されていない際にはローレベルとなる信号である。
【0066】
上記実施の形態における制御部１４は、専用の電子回路によって実現されてもよい。専用の電子回路は、１個のチップ上に集積されてもよいし、複数のチップ上に形成されてもよい。また、制御部１４は、汎用プロセッサと、ソフトウェアプログラム又はインストラクションが格納されたメモリとによって実現されてもよい。この場合、ソフトウェアプログラム又はインストラクションが実行されたときに、プロセッサは、制御部１４として機能する。
【0067】
また、本発明の一態様は、このような誘導加熱装置２だけではなく、誘導加熱装置２に含まれる特徴的な構成要素をステップとする誘導加熱方法であってもよい。また、本発明の一態様は、誘導加熱方法に含まれる特徴的な各ステップをコンピュータに実行させるコンピュータプログラムであってもよい。また、本発明の一態様は、そのようなコンピュータプログラムが記録された、コンピュータ読み取り可能な非一時的な記録媒体であってもよい。
【産業上の利用可能性】
【0068】
本発明に係る誘導加熱装置は、例えば金属部品の高周波焼き入れ等に適用することができる。
【符号の説明】
【0069】
２ 誘導加熱装置
４ 電源部
６ａ，６ｂ，６ｃ 整合部
８ａ，８ｂ，８ｃ 誘導コイル
１０ 検出部
１２ 入力部
１４ 制御部
１６ａ，１６ｂ，１６ｃ 被加熱物
１８ 整流部
２０，２２ チョークコイル
２４ インバータ部
２６ サイリスタ
２８ スイッチング素子
３０ａ，３０ｂ，３０ｃ コンデンサ
３２ａ，３２ｂ，３２ｃ 整合トランス
３４ａ，３４ｂ，３４ｃ 切替スイッチ
３５ 制御盤
３６ ラッチ部
３８ 調整部
４ 電源部
６ａ，６ｂ，６ｃ 整合部
８ａ，８ｂ，８ｃ 誘導コイル
１０ 検出部
１２ 入力部
１４ 制御部
１６ａ，１６ｂ，１６ｃ 被加熱物
１８ 整流部
２０，２２ チョークコイル
２４ インバータ部
２６ サイリスタ
２８ スイッチング素子
３０ａ，３０ｂ，３０ｃ コンデンサ
３２ａ，３２ｂ，３２ｃ 整合トランス
３４ａ，３４ｂ，３４ｃ 切替スイッチ
３５ 制御盤
３６ ラッチ部
３８ 調整部
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】