特許 7548667 局所加熱用誘導加熱装置

(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】2024-09-02

(45)【発行日】2024-09-10

(54)【発明の名称】局所加熱用誘導加熱装置

(51)【国際特許分類】

   H05B 6/36 20060101AFI20240903BHJP

   C21D 1/42 20060101ALI20240903BHJP

   H05B 6/10 20060101ALI20240903BHJP

   H05B 6/40 20060101ALI20240903BHJP

   H05B 6/44 20060101ALI20240903BHJP

【ＦＩ】

H05B6/36 E

C21D1/42 B

H05B6/10 381

H05B6/40

H05B6/44

【請求項の数】 3

(21)【出願番号】P 2020182894

(22)【出願日】2020-10-30

(65)【公開番号】P2022073113

(43)【公開日】2022-05-17

【審査請求日】2023-08-17

(73)【特許権者】

【識別番号】520285880

【氏名又は名称】中部電力ミライズ株式会社

(73)【特許権者】

【識別番号】000213297

【氏名又は名称】中部電力株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100078721

【弁理士】

【氏名又は名称】石田 喜樹

(74)【代理人】

【識別番号】100124420

【弁理士】

【氏名又は名称】園田 清隆

(72)【発明者】

【氏名】中谷 卓矢

(72)【発明者】

【氏名】竹内 章浩

(72)【発明者】

【氏名】松下 和弘

(72)【発明者】

【氏名】池野 祐平

【審査官】古川 峻弘

(56)【参考文献】

【文献】特開２００４－２２８０６８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００４－１２７７０６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００６－１２０５４２（ＪＰ，Ａ）

【文献】実開平０３－０３３９９３（ＪＰ，Ｕ）

【文献】国際公開第２０１２／０２０６５２（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０５Ｂ ６／００－６／１０，６／１４－６／４４

Ｃ２１Ｄ １／４２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

高周波電源から高周波電流が給電されることにより被加熱物を誘導加熱する加熱コイルを備えており、
前記加熱コイルは、第１ソレノイドと、第２ソレノイドとを有しており、
前記被加熱物は、前記第１ソレノイド及び前記第２ソレノイドの外部に配置されており、
前記第１ソレノイドの中心軸は、前記第２ソレノイドの中心軸に沿っており、
前記第１ソレノイドの前記被加熱物側の端部と、前記第２ソレノイドの前記被加熱物側の端部とは、１ｍｍ以上１０ｍｍ未満の間隔で隣接しており、
前記第１ソレノイド及び前記第２ソレノイドは、双方に給電される前記高周波電流により、互いに逆方向の磁場を発生することを特徴とする局所加熱用誘導加熱装置。

【請求項2】

前記第１ソレノイド及び前記第２ソレノイドは、中空導体で形成されていることを特徴とする請求項１に記載の局所加熱用誘導加熱装置。

【請求項3】

前記第１ソレノイド及び前記第２ソレノイドの少なくとも一方は、複数設けられていることを特徴とする請求項１または２に記載の局所加熱用誘導加熱装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、局所加熱用誘導加熱装置に関する。

【背景技術】

【0002】

金属等の導電性を有する被加熱物を加熱する方法として、電磁誘導を利用した誘導加熱（ＩＨ：Ｉｎｄｕｃｔｉｏｎ Ｈｅａｔｉｎｇ）がある。誘導加熱では、高周波電源によって高周波電流を給電することでコイルの周囲に生じる磁場が用いられる。誘導加熱では、その磁場により被加熱物に磁束が供給されることで、被加熱物に誘導電流が生じる。その誘導電流と被加熱物の電気抵抗とにより生じる発熱によって、被加熱物が直接加熱される。そのため、高速で効率の良い昇温が可能であるいった特徴を備えている。このような特徴を活かし、近年、誘導加熱は、種々の分野で広く採用されている。
例えば、特許文献１では、薄板状の被加熱物の誘導加熱装置として、略ルート記号形状に形成された２本の加熱コイルにより形成される被加熱物と平行な略四角形状の空間Ｓ１において、被加熱物に略垂直な磁束が生じ、その磁束により被加熱物の表面に渦電流が誘導されるようにして被加熱物が加熱されるものが開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特許第５８３８２５４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

特許文献１の誘導加熱装置は、被加熱物と平行な空間Ｓ１を有する加熱コイルにより、被加熱物を広い範囲で加熱することができる反面、そのままでは小さな範囲を狙って被加熱物を局所的に加熱することができない。
特許文献１の誘導加熱装置において、被加熱物を局所的に加熱しようとすると、被加熱物と平行な加熱コイルの空間Ｓ１を小さくする必要がある。しかし、空間Ｓ１を小さくすると、加熱コイルから被加熱物へ供給される磁束が減少するため、被加熱物に生じる誘導電流が小さくなる。よって、この場合、誘導加熱装置の高出力化は、困難である。

【0005】

そこで、本発明の目的は、高出力で被加熱物の局所加熱が可能な局所加熱用誘導加熱装置を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0006】

上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、高周波電源から高周波電流が給電されることにより被加熱物を誘導加熱する加熱コイルを備えており、加熱コイルは、第１ソレノイドと、第２ソレノイドとを有しており、被加熱物は、第１ソレノイド及び第２ソレノイドの外部に配置されており、第１ソレノイドの中心軸は、第２ソレノイドの中心軸に沿っており、第１ソレノイドの被加熱物側の端部と、第２ソレノイドの被加熱物側の端部とは、１ｍｍ以上１０ｍｍ未満の間隔で隣接しており、第１ソレノイド及び第２ソレノイドは、双方に給電される高周波電流により、互いに逆方向の磁場を発生することを特徴とする。
請求項２に記載の発明は、上記構成において、第１ソレノイド及び第２ソレノイドは、中空導体で形成されていることを特徴とする。
請求項３に記載の発明は、上記構成において、第１ソレノイド及び第２ソレノイドの少なくとも一方は、複数設けられていることを特徴とする。
なお、本願において、ソレノイドとは、導線を螺旋状に１巻以上巻いた筒状のコイルを指す。また、「中心軸に沿って」とは、略平行であることを示し、第１ソレノイドの中心軸が、第２ソレノイドの中心軸に対して平行な状態、またはＶ字状或いは字状に傾いている状態を指す。

【発明の効果】

【0007】

本発明の主な効果は、高出力で被加熱物の局所加熱が可能な局所加熱用誘導加熱装置が提供されることである。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】本発明の加熱コイル及び被加熱物を示す斜視説明図である。

【図2】加熱コイルに流れる電流と、電磁誘導により生じる磁場と、被加熱物の表面に生じる誘導電流との向きを示す説明図である。

【図3】加熱シミュレーションにおける実施例１～４の加熱コイルのモデルの寸法を示す説明図である。

【図4】比較例１の加熱コイルを示す説明図である。

【図5】実施例１の加熱シミュレーション結果を示す説明図であって、（ａ）は中央断面磁場強度分布図、（ｂ）はワーク表面電流密度分布図、（ｃ）はワーク表面発熱量分布図である。

【図6】実施例２の加熱シミュレーション結果を示す説明図であって、（ａ）は中央断面磁場強度分布図、（ｂ）はワーク表面電流密度分布図、（ｃ）はワーク表面発熱量分布図である。

【図7】実施例３の加熱シミュレーション結果を示す説明図であって、（ａ）は中央断面磁場強度分布図、（ｂ）はワーク表面電流密度分布図、（ｃ）はワーク表面発熱量分布図である。

【図8】実施例４の加熱シミュレーションによるワーク表面発熱量分布図である。

【図9】実施例５の加熱シミュレーションによるワーク表面発熱量分布図である。

【図10】実施例６の加熱シミュレーションによるワーク表面発熱量分布図である。

【図11】比較例１の加熱シミュレーション結果を示す説明図であって、（ａ）は中央断面磁場強度分布図、（ｂ）はワーク表面電流密度分布図、（ｃ）はワーク表面発熱量分布図である。

【図12】実施例１の加熱コイルを備える実際の局所加熱用誘導加熱装置による誘導加熱に起因するワークの発熱状態を示す写真である。

【図13】（ａ）は巻数１の加熱コイルを示す説明図、（ｂ）は巻数１の加熱コイルを備える実際の局所加熱用誘導加熱装置による誘導加熱に起因するワークの発熱状態を示す写真、（ｃ）は巻数２の加熱コイルを示す説明図、（ｄ）は巻数２の加熱コイルを備える実際の局所加熱用誘導加熱装置による誘導加熱に起因するワークの発熱状態を示す写真である。

【図14】（ａ）は線状加熱が可能な加熱コイルを示す説明図、（ｂ）は線状加熱が可能な加熱コイルの加熱シミュレーションによるワーク表面発熱量分布図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本発明の加熱コイル及び被加熱物を示す斜視説明図である。
局所加熱用誘導加熱装置は、図１に示すように、加熱コイル１と、加熱コイル１の両端部１１，１２に接続され、加熱コイル１に高周波電流を給電する高周波電源（図示せず）とを備える。

【0010】

加熱コイル１は、内部に冷却流体（例えば、水）を導通可能な中空導体のワイヤを用いて形成される。加熱コイル１は、図１に示すように、第１ソレノイド２と、第１ソレノイド２に隣接して配置される第２ソレノイド３と、これらを連結する連結部４とを備える。なお、説明の便宜上、加熱コイル１の方向は、被加熱物に近い側を下とし、第１ソレノイド２及び第２ソレノイド３の並ぶ方向を左右方向とし、第１ソレノイド２を左とする。

【0011】

図２は、加熱コイルに流れる電流と、電磁誘導により生じる磁場と、被加熱物の表面に生じる誘導電流との向きを示す説明図である。
第１ソレノイド２及び第２ソレノイド３は何れも、螺旋状に巻かれた円筒状のソレノイドである。第１ソレノイド２の中心軸Ｃ１及び第２ソレノイド３の中心軸Ｃ２は何れも、上下に延びており、互いに平行である。第１ソレノイド２及び第２ソレノイド３の巻かれる方向は何れも、上方から下方に向かって、上面視反時計回りである。第１ソレノイド２の下端２ａと第２ソレノイド３の下端３ａとは、互いに隣接しており、連結部４で連結されている。第１ソレノイド２の下端２ａは、第１ソレノイド２の円筒部から出る直前の部位である。第２ソレノイド３の下端３ａは、第２ソレノイド３の円筒部から出る直前の部位である。連結部４は、第１ソレノイド２の下端２ａと第２ソレノイド３の下端３ａとを左右方向に交わる向きで連結する部位である。また、第１ソレノイド２の下端２ａ及び第２ソレノイド３の下端３ａ、並びに連結部４は何れも、仮想的な同一水平面上に位置している。
また、第１ソレノイド２と第２ソレノイド３とは、これらの間において短絡及び漏電が発生しないように、距離Ｗだけ離れている。距離Ｗは、１ｍｍ以上１０ｍｍ未満が好ましい。さらに好ましくは、１ｍｍ以上５ｍｍ以下であり、特に、１ｍｍ程度であることが最も好ましい。この範囲の上限１０ｍｍ以上に第１ソレノイド２と第２ソレノイド３とが離れると、局所加熱のための効果が比較的弱いものになる。一方、この範囲の下限１ｍｍよりも第１ソレノイド２と第２ソレノイド３とが近づくと、短絡及び漏電が生じる可能性がある。

【0012】

被加熱物の加熱は、次のように行われる。すなわち、加熱コイル１の下側（例えば、加熱コイル１から２ｍｍ下方の位置）に被加熱物が配置された状態で、高周波電源を用いて、加熱コイル１に高周波電流が給電される。
加熱コイル１に電流が給電され、ある瞬間において、図１に示すように、電流Ｄ１，Ｄ２が流れた場合、第１ソレノイド２では、図２に示すように、上面視で反時計回りに電流Ｄ３が流れ、第２ソレノイド３では、上面視で時計回りに電流Ｄ４が流れる。そして、第１ソレノイド２の周囲には、電磁誘導により、第１ソレノイド２の内部において、図２の紙面裏面から表面、すなわち被加熱物から離れる方向に向く磁場Ａが生じる。一方、第２ソレノイド３の周囲には、第２ソレノイド３の内部において、図２の紙面表面から裏面、すなわち被加熱物に向かう方向に向く磁場Ｂが生じる。

【0013】

そして、加熱コイル１に対する高周波電流の給電により、被加熱物の表面における第１ソレノイド２の直下の部分に、上面視反時計回りの誘導電流Ｅ１が生じると共に、被加熱物の表面における第２ソレノイド３の直下の部分に、上面視時計回りの誘導電流Ｅ２が生じる。これらの誘導電流Ｅ１，Ｅ２は、被加熱物における、第１ソレノイド２の下端２ａと、第２ソレノイド３の下端３ａとの間（連結部４）の直下の部分Ｆにおいて、同方向を向き、大きな誘導電流となる。従って、加熱コイル１の直下にある被加熱物を、部分Ｆにおいて局所的に高出力で加熱することができる。

【0014】

上記形態の局所加熱用誘導加熱装置は、高周波電源から高周波電流が給電されることにより被加熱物を誘導加熱する加熱コイル１を備えており、加熱コイル１は、第１ソレノイド２と、第２ソレノイド３とを有しており、被加熱物は、第１ソレノイド２及び第２ソレノイド３の外部に配置されており、第１ソレノイド２の中心軸Ｃ１は、第２ソレノイド３の中心軸Ｃ２に沿っており、第１ソレノイド２の被加熱物側の下端２ａと、第２ソレノイド３の被加熱物側の下端３ａとは、隣接しており、第１ソレノイド２及び第２ソレノイド３は、双方に給電される高周波電流により、互いに逆方向の磁場Ａ，Ｂを発生する。
このようにして構成される局所加熱用誘導加熱装置によれば、加熱コイル１に高周波電流が給電されることで、第１ソレノイド２に生じる磁場Ａによって被加熱物表面に生じる誘導電流Ｅ１と、第２ソレノイド３に生じる磁場Ｂによって被加熱物表面に生じる誘導電流Ｅ２とが、部分Ｆにおいて同じ方向に流れるため、部分Ｆにおいてより強い誘導電流となり、高出力で局所的に被加熱物を加熱できる。

【実施例】

【0015】

以下、加熱シミュレーションモデルにより、上記形態に即した実施例１～６及び本発明に属さない比較例１について説明する。なお、本発明は、これらの実施例に限定されるものではない。

【0016】

図３は、加熱シミュレーションにおける実施例１～４の加熱コイルのモデルの寸法を示
す説明図である。図４は、比較例１の加熱コイルを示す説明図である。
加熱シミュレーションは、市販のコンピュータ用シミュレーションソフトを用いて行った。
実施例１は、上記形態における第１ソレノイド２及び第２ソレノイド３が何れも３つのループを有するものとされ、各ソレノイド外径寸法はφ１７．０ｍｍとされている。また、これらの間の距離Ｗが１ｍｍとされている。
実施例２は、距離Ｗが５ｍｍとされたことを除き、実施例１と同様である。
また、実施例３及び４は、実施例１の距離Ｗが１０ｍｍとされたことを除き、実施例１と同様である。なお、実施例１と各ソレノイドの巻き方は同じであるが、距離Ｗが１０ｍｍ以上であるものは、以下「加熱コイル１’」、「第１ソレノイド２’」、「第２ソレノイド３’」、「下端２ａ’，３ａ’」と呼ばれる。
実施例５及び６は、各ソレノイド外径寸法がφ５０．０ｍｍとされたことを除き、実施例３及び４と同様である。

【0017】

比較例１の加熱コイル１ａは、図４に示すように、第１ソレノイド２１と、第１ソレノイド２１に隣接して配置される第２ソレノイド３１とを備える。第１ソレノイド２１の中心軸Ｃ３及び第２ソレノイド３１の中心軸Ｃ４は何れも、上下に延びており、互いに平行である。第１ソレノイド２１の巻かれる方向は、上面視時計回りであり、第２ソレノイド３１の巻かれる方向は、上面視反時計回りである。また、第１ソレノイド２１の下端と第２ソレノイド３１の下端とは、連結部４１で連結されている。連結部４１は、第１ソレノイド２の下端と第２ソレノイド３の下端とを左右方向で連結する部位である。
図４に示すように、電流Ｄ５，Ｄ６を給電した場合、第１ソレノイド２１及び第２ソレノイド３１の何れにも、上面視時計回りに電流が流れる。そして、第１ソレノイド２１及び第２ソレノイド３１の周囲には、電磁誘導により、第１ソレノイド２１及び第２ソレノイド３１の内部において、被加熱物に向かう方向に向く磁場Ａ’，Ｂ’が生じる。
なお、比較例１において、第１ソレノイド２１と第２ソレノイド３１との間の距離Ｗを１ｍｍとした。

【0018】

加熱シミュレーションにおける実施例１～２の各加熱コイル１、実施例３～６の各加熱コイル１’及び比較例１としての加熱コイル１ａの各加熱シミュレーションモデルについて、以下の条件を共通のものとして設定した。
ソレノイドを形成するワイヤは中実導体（断面寸法φ３．０ｍｍ）であり、材質は銅（Ｃｕ）とした。ソレノイドの各ループ間の上下方向における間隔は１．０ｍｍとした。

【0019】

実施例１～６及び比較例１の加熱シミュレーションにおいて、被加熱物であるワークは、以下の条件を設定した。
材質は炭素鋼（Ｓ４５Ｃ）とした。寸法は幅１００．０×奥行１００．０×厚み１０．０ｍｍとした。密度は７８５０．０ｋｇ／ｍ^３とした。比透磁率は１００とした。電気抵抗率は１６．７×１０^－８Ω・ｍとした。

【0020】

また、実施例１～３，５及び比較例１の加熱シミュレーションを実行する際、以下の条件を設定した。コイル－ワーク間距離は２．０ｍｍとした。初期条件として、ワーク温度は２５．０℃とし、空気温度は２５℃とした。境界条件として、電流は６００Ａとし、その周波数は２５０ｋＨｚとした。
実施例４及び６は、電流が１０００Ａとされたことを除き、実施例１～３，５及び比較例１と同様である。
解析は非定常解析とし、周波数５周期分の解析を行った。

【0021】

図５は、実施例１（ソレノイド外径φ１７．０ｍｍ，Ｗ＝１ｍｍ，ソレノイド同方向巻き，電流６００Ａ）の加熱シミュレーション結果を示す説明図であって、図５（ａ）は、各ソレノイドの中心軸を含む平面での断面（中央断面）の磁場強度分布図、図５（ｂ）は、ワークの加熱コイル側の面（表面）の電流密度分布図、図５（ｃ）は、ワーク表面の発熱量分布図である。なお、図５（ａ）における矢印は磁場の方向を示し、図５（ｂ）における矢印は電流の方向を示し、以下同様である。
加熱シミュレーションを行った結果、実施例１の加熱コイル１の周囲に生じる磁場強度を確認すると、図５（ａ）に示すように、実施例１における第１ソレノイド２の中心軸Ｃ１及び第２ソレノイド３の中心軸Ｃ２には、それぞれ逆方向を向く磁場Ａ，Ｂが生じていることが確認できる。

【0022】

次に、ワーク表面における電流密度を確認すると、図５（ｂ）に示すように、ワーク表面における、第１ソレノイド２と第２ソレノイド３との間（連結部４）の直下（部分Ｆ）では、その周囲と比べ、非常に高い密度で誘導電流が生じていることが確認できる。これは、第１ソレノイド２によって、その直下のワーク表面に生じる上面視反時計回りの誘導電流Ｅ１と、第２ソレノイド３によって、その直下のワーク表面に生じる上面視時計回りの誘導電流Ｅ２とが、第１ソレノイド２の下端２ａと、第２ソレノイド３の下端３ａとの間の直下（部分Ｆ）では、同方向を向くことで、大きな誘導電流となるためだと考えられる。

【0023】

さらに、ワーク表面における発熱量を確認すると、図５（ｃ）に示すように、実施例１の加熱コイル１の第１ソレノイド２の下端２ａと、第２ソレノイド３の下端３ａとの間の直下（部分Ｆ）では、局所的にワークが加熱されていることが確認できる。また、この時のワーク表面全体の発熱量の総量は、３．３３ｋＷであった。
従って、実施例１の加熱コイル１を備える局所加熱用誘導加熱装置を用いることで、被加熱物を部分Ｆにおいて局所的に加熱可能である。

【0024】

図６は、実施例２（ソレノイド外径φ１７．０ｍｍ，Ｗ＝５ｍｍ，ソレノイド同方向巻き，電流６００Ａ）の加熱シミュレーション結果を示す説明図であって、図６（ａ）は、中央断面磁場強度分布図、図６（ｂ）は、ワーク表面電流密度分布図、図６（ｃ）は、ワーク表面発熱量分布図である。
実施例２の加熱コイル１の周囲に生じる磁場強度を確認すると、図６（ａ）に示すように、実施例２における第１ソレノイド２の中心軸Ｃ１及び第２ソレノイド３の中心軸Ｃ２には、それぞれ逆方向を向く磁場Ａ，Ｂが生じていることが確認できる。

【0025】

次に、ワーク表面における電流密度を確認すると、図６（ｂ）に示すように、ワーク表面における、第１ソレノイド２の下端２ａと、第２ソレノイド３の下端３ａとの間の直下（部分Ｆ）では、その周囲と比べ、高い密度で誘導電流が生じていることが確認できる。

【0026】

さらに、ワーク表面における発熱量を確認すると、図６（ｃ）に示すように、第１ソレノイド２の下端２ａと、第２ソレノイド３の下端３ａとの間の直下（部分Ｆ）では、局所的にワーク表面が加熱されていることが確認できる。また、この時のワーク表面全体の発熱量の総量は、３．３８ｋＷであった。
従って、実施例２の加熱コイル１を備える局所加熱用誘導加熱装置を用いることで、被加熱物を部分Ｆにおいて局所的に加熱可能である。

【0027】

図７は、実施例３（ソレノイド外径φ１７．０ｍｍ，Ｗ＝１０ｍｍ，ソレノイド同方向巻き，電流６００Ａ）の加熱シミュレーション結果を示す説明図であって、図７（ａ）は、中央断面磁場強度分布図、図７（ｂ）は、ワーク表面電流密度分布図、図７（ｃ）は、ワーク表面発熱量分布図である。
実施例３の加熱コイル１’の周囲に生じる磁場強度を確認すると、図７（ａ）に示すように、実施例３における第１ソレノイド２’の中心軸Ｃ１及び第２ソレノイド３’の中心軸Ｃ２には、それぞれ逆方向を向く磁場Ａ，Ｂが生じていることが確認できる。

【0028】

次に、ワーク表面における電流密度を確認すると、図７（ｂ）に示すように、ワーク表面における、加熱コイル１’の第１ソレノイド２’及び第２ソレノイド３’の各直下では、その周囲と比べ高い密度で誘導電流が生じていることが確認できる。

【0029】

さらに、ワーク表面における発熱量を確認すると、図７（ｃ）に示すように、ワーク表面における、加熱コイル１’の第１ソレノイド２’及び第２ソレノイド３’の直下では、ワーク表面が２つのリング状に加熱されていることが確認できる。しかし、第１ソレノイド２’の下端２ａ’と、第２ソレノイド３’の下端３ａ’との間の直下（部分Ｆ）では、実施例１～２よりも弱いが、局所的にワーク表面が加熱されていることが確認できる。また、この時のワーク表面全体の発熱量の総量は、３．３４ｋＷであった。
従って、実施例３の加熱コイル１’を備える局所加熱用誘導加熱装置を用いることで、被加熱物を部分Ｆにおいて局所的に加熱可能である。
しかし、各ソレノイド間の距離Ｗを１０ｍｍ以上に大きくした場合、局所加熱は可能ではあるが、その効果は比較的弱いものになると考察される。

【0030】

上記考察に基づき、実施例４では、実施例３の加熱コイル１’に給電する電流を増大させることで、効果的に局所加熱が可能となるか否かを確認した。また、実施例５では、実施例３の加熱コイル１’よりも各ソレノイド外径が大きい加熱コイル１’を備えることで効果的に局所加熱が可能となるか否かを確認した。さらに、実施例６では、実施例５の加熱コイル１’に給電する電流を増大することで、より効果的に局所加熱が可能となるか否かを確認した。

【0031】

図８は、実施例４（ソレノイド外径φ１７．０ｍｍ，Ｗ＝１０ｍｍ，ソレノイド同方向巻き，電流１０００Ａ）の加熱シミュレーションによるワーク表面発熱量分布図である。
ワーク表面における発熱量を確認すると、図８に示すように、ワーク表面における、第１ソレノイド２’の下端２ａ’と、第２ソレノイド３’の下端３ａ’との間の直下（部分Ｆ）では、実施例３と同様に、実施例１～２よりも弱いが、局所的にワーク表面が加熱されていることが確認できる。
従って、実施例４の加熱コイル１’を備える局所加熱用誘導加熱装置を用いることで、被加熱物を部分Ｆにおいて局所的に加熱可能である。
しかし、加熱コイル１’に給電する電流を大きくしても、各ソレノイド間の距離Ｗが１０ｍｍ以上に大きいため、局所加熱の効果は比較的弱いものになると考察される。

【0032】

図９は、実施例５（ソレノイド外径φ５０．０ｍｍ，Ｗ＝１０ｍｍ，ソレノイド同方向巻き，電流６００Ａ）の加熱シミュレーションによるワーク表面発熱量分布図である。ただし、図５～８とは、縮尺が異なっており、図９は縮尺が小さい。
ワーク表面における発熱量を確認すると、図９に示すように、ワーク表面における、第１ソレノイド２’の下端２ａ’と、第２ソレノイド３’の下端３ａ’との間の直下（部分Ｆ）では、実施例３と同様に、実施例１～２よりも弱いが、局所的にワーク表面が加熱されていることが確認できる。
従って、実施例５の加熱コイル１’を備える局所加熱用誘導加熱装置を用いることで、被加熱物を部分Ｆにおいて局所的に加熱可能である。
しかし、加熱コイル１’の各ソレノイド外径を大きくしても、各ソレノイド間の距離Ｗが１０ｍｍ以上であるため、局所加熱の効果は比較的弱いものになると考察される。

【0033】

図１０は、実施例６（ソレノイド外径φ５０．０ｍｍ，Ｗ＝１０ｍｍ，ソレノイド同方向巻き，電流１０００Ａ）の加熱シミュレーションによるワーク表面発熱量分布図である。ただし、図５～８とは、縮尺が異なっており、図１０は縮尺が小さく、図９と同縮尺である。
ワーク表面における発熱量を確認すると、図１０に示すように、ワーク表面における、第１ソレノイド２’の下端２ａ’と、第２ソレノイド３’の下端３ａ’との間の直下（部分Ｆ）では、実施例３と同様に、実施例１～２よりも弱いが、局所的にワーク表面が加熱されていることが確認できる。
従って、比較例４の加熱コイル１を備える局所加熱用誘導加熱装置を用いることで、被加熱物を部分Ｆにおいて局所的に加熱可能である。
しかし、加熱コイル１’の各ソレノイド外径を大きくした上で、加熱コイル１’に給電する電流を大きくしても、各ソレノイド間の距離Ｗが１０ｍｍ以上に大きいため、局所加熱の効果は比較的弱いものになると考察される。
なお、距離Ｗ＝９．９ｍｍとしたこと以外、実施例３～６と同様である検討例１～４をシミュレーションしたところ、ワーク表面が部分Ｆにおいて実施例３～６よりも効果的に局所加熱されたことを確認している（実施例７～１０）。

【0034】

図１１は、比較例１（ソレノイド外径φ１７．０ｍｍ，Ｗ＝１ｍｍ，ソレノイド逆方向巻き，電流６００Ａ）の加熱シミュレーション結果を示す説明図であって、図１１（ａ）は、中央断面磁場強度分布図、図１１（ｂ）は、ワーク表面電流密度分布図、図１１（ｃ）は、ワーク表面発熱量分布図である。
加熱コイル１ａの周囲に生じる磁場強度を確認すると、図１１（ａ）に示すように、加熱コイル１ａにおける第１ソレノイド２１の中心軸Ｃ３及び第２ソレノイド３１の中心軸Ｃ４には、同方向を向く磁場Ａ’，Ｂ’が生じていることが確認できる。

【0035】

次に、ワーク表面における電流密度を確認すると、図１１（ｂ）に示すように、加熱コイル１ａの第１ソレノイド２１及び第２ソレノイド３１の各直下では、その周囲と比べ高い密度で誘導電流が生じていることが確認できる。しかし、第１ソレノイド２１の下端と、第２ソレノイド３１の下端との間の直下（部分Ｆ）では、第１ソレノイド２１によってその直下のワーク表面に生じる上面視時計回りの誘導電流Ｅ１’（図４）と、第２ソレノイド３１によってその直下のワーク表面に生じる上面視時計回りの誘導電流Ｅ２’(図４）とが逆方向を向くため、その周囲と比べ、電流密度が疎となっていることが分かる。

【0036】

さらに、ワーク表面における発熱量を確認すると、図１１（ｃ）に示すように、加熱コイル１ａの第１ソレノイド２１及び第２ソレノイド３１の直下では、ワーク表面が２つのリング状に加熱されていることが確認できる。しかし、ワーク表面における、第１ソレノイド２の下端と、第２ソレノイド３の下端との間の直下（部分Ｆ）では、実施例１～２とは異なり、周辺よりも発熱量が低いことが確認できる。また、この時のワーク表面全体の発熱量の総量は、３．０４ｋＷであった。
従って、比較例１の加熱コイル１ａを備える局所加熱用誘導加熱装置を用いたとしても、被加熱物を局所的に加熱することはできない。

【0037】

また、上述のように、実施例１～２の加熱コイル１，実施例３の加熱コイル１’及び比較例１の加熱コイル１ａによって誘導加熱されたワーク表面全体の発熱量の総量は、順に、３．３３ｋＷ，３．３８ｋＷ，３．３４ｋＷ，３．０４ｋＷであり、大きな差異はない。一方で、実施例１～３では、ワーク表面の部分Ｆが局所的に加熱される様子が確認できる。これは、出力が局所に集中していると見ることができる。すなわち、実施例１～２の加熱コイル１、又は実施例３の加熱コイル１’を備える局所加熱用誘導加熱装置は、高出力で被加熱物の局所加熱が可能であるといえる。特に実施例１～２において、局所加熱の効果が顕著に表れることから、加熱コイル１の第１ソレノイド２の被加熱物側の端部２ａと第２ソレノイド３の被加熱物側の端部３ａとが、１ｍｍ以上５ｍｍ以下の間隔で隣接する場合、確実に高出力で被加熱物の局所加熱が可能であるといえる。また、実施例３～１０を加味すれば、同方向に巻かれた第１ソレノイド２及び第２ソレノイド３により被加熱物の局所加熱が可能であり、特に、加熱コイル１の第１ソレノイド２の被加熱物側の端部２ａと第２ソレノイド３の被加熱物側の端部３ａとが、１ｍｍ以上１０ｍｍ未満の間隔で隣接する場合、高出力でより効果的な被加熱物の局所加熱が可能であるといえる。

【0038】

図１２は、実施例１の加熱コイル１を備える実際の局所加熱用誘導加熱装置による誘導加熱に起因するワークの発熱状態を示す写真である。
加熱シミュレーションの結果を以て、実際に、実施例１の加熱コイル１を備える局所加熱用誘導加熱装置を作成し、ＣＦＲＰ材のワークの誘導加熱を行い、ワークの発熱を観察した。
加熱コイル１に２８２ｋＨｚ，３５０Ａの高周波電流を給電したところ、図１２に示すように、加熱コイル１の連結部４の直下（部分Ｆ）において、局所的に２００℃以上の発熱が観測された。
すなわち、加熱コイル１を備える局所加熱用誘導加熱装置は、高出力で被加熱物の局所加熱が可能である。

【0039】

以上は、本発明を図示例に基づいて説明したものであり、その技術範囲はこれに限定されるものではない。例えば、加熱コイルの材質は銅に限定されず、任意の材質から選択可能である。加えて、加熱コイルを形成するワイヤの内径及び外径、さらに断面形状も任意に選択可能である。
また、第１ソレノイド２及び第２ソレノイド３の各巻数は３に限定されず、図１３（ａ）に示すように、各巻数が１でも良いし、図１３（ｃ）に示すように、各巻数が２でも良い。実際に各巻数が１又は２の加熱コイルを備える局所加熱用誘導加熱装置を作成し、ＣＦＲＰのワークを誘導加熱した様子を確認すると、図１３（ｂ），（ｄ）に示すように、各巻数が１及び２の何れの場合もワーク表面の局所的発熱が確認できる。一方、各巻数は３よりも多くても良く、任意に設定可能である。また、第１ソレノイド２の巻数と第２ソレノイド３の巻数とが異なっていても良い。さらに、隣接するソレノイドで磁場の方向が逆になるのであれば、ソレノイドの巻き方向は、上面視で、時計回りでも、反時計回りでも良い。
また、第１ソレノイド及び第２ソレノイドは、上面視円形状以外にも、上面視四角形状等であっても良い。さらに、ソレノイドの内径及び外径も任意に設定可能である。
また、加熱コイルは、隣接するソレノイド同士が逆向きの磁場を生じる配置であれば、３以上のソレノイドを備えていても良い。すなわち、第１ソレノイド及び第２ソレノイドの少なくとも一方は、複数設けられていても良い。例えば、図１４（ａ）に示す加熱コイル１０１のように、逆向きの磁場を生じるソレノイド１０２及びソレノイド１０３と、逆向きの磁場を生じるソレノイド１０４及びソレノイド１０５とを隣接させて配置することができる。これにより、図１４（ｂ）に示すように、被加熱物の部分Ｆ１，Ｆ２を局所的に加熱できるため、部分Ｆ１，Ｆ２を通る線状の範囲を高出力で加熱することが可能となる。
また、第１ソレノイド及び第２ソレノイドには、コア（芯材）が入っていても良い。
また、加熱コイル１に給電する高周波電流の大きさ及び周波数は、必要に応じて変化させて良い。
また、第１ソレノイドと第２ソレノイドとで高周波電流の周期が全く一致するのであれば、第１ソレノイドと第２ソレノイドとに、それぞれ異なる高周波電源を接続しても良い。

【符号の説明】

【0040】

１，１’・・加熱コイル、２，２’・・第１ソレノイド、２ａ，２ａ’・・下端（端部）、３，３’・・第２ソレノイド、３ａ，３ａ’・・下端（被加熱物側の端部）、Ａ，Ｂ・・磁場、Ｃ１，Ｃ２・・中心軸、Ｗ・・間隔。

【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】