株式会社チノー

【2021年版】高周波誘導加熱装置 メーカー1社一覧

高周波誘導加熱装置のメーカー1社を一覧でご紹介します。まずは使用用途や原理についてご説明します。


目次


高周波誘導加熱装置とは

高周波誘導加熱とは、金属棒(被加熱物)の外周をコイルで巻き付け、コイルに高周波電流を流したときに、金属棒に高周波の磁束が発生し、金属棒を加熱するものです。

このとき、金属中を透過する高周波の磁束が、金属表面に特に強い渦電流を生成するため(表皮効果)、その電流と金属の抵抗によるジュール熱により加熱されます。

渦電流が生成する必要があるため、非加熱物は金属などの導体である必要があります。

被加熱物に単位面積・単位時間当たりに供給されるエネルギーが大きく、高速加熱ができるという特徴があります。

高周波誘導加熱装置の使用用途

高周波誘導加熱は、金属などの導体を非接触で加熱できるため、金属の溶解や焼入れ、ろう付けなどに良く使われています。

身近な場面ではIHクッキングヒーターに用いられる原理です。このほかにも樹脂や木材、繊維、食品、医療などにも利用されます。

例えば、熱可塑性樹脂の場合、樹脂を金型でプレスしながら誘導加熱を行うことで樹脂を溶着することができます。

あるいは食品製造の場合、多量の食品を加工する際に、高周波誘導加熱装置を工場ラインに組み込み、食品を急速に解凍することができます。

医療現場では、がん温熱治療などが開発されており本手法も利用されています。

高周波誘導加熱装置の原理

高周波誘導加熱は、電磁誘導を利用して物体を加熱する方法です。

被加熱物に直接電流を流すか、導電性の容器に電流を流して加熱するかで異なり、それぞれ直接加熱方式と間接加熱方式とに分類されます。

一般に電磁誘導の法則にしたがうと、コイルに交流電流を流すと、その中心を通過し外部を取り囲むように磁束が発生します。

この磁束の変化を妨げるように金属内には渦電流が生じます。この渦電流の大きさと、金属が持つ電気抵抗に応じて金属内にジュール熱が発生します。

直接加熱方式では、このように金属内に直接渦電流を発生させることで、被加熱物を直接加熱することができます。

一方で間接加熱方式では、セラミックなどの絶縁体を加熱する場合で、この場合、被加熱物に渦電流を生成することができません。そこで導電性の容器に被加熱物を入れ、容器を温めることで間接的に加熱することができます。

加熱効率を高めるためには、被加熱物の外形と加熱コイルのギャップを小さくすることで、透過する磁束密度を高めます。

さらに交流電源の周波数を数十ヘルツから数百キロヘルツの間で制御することで加熱します。

高周波誘導加熱装置のメリット

高周波誘導加熱装置は、コイルから発せられる電磁誘導により被加熱物に生じる抵抗加熱により内部から発熱させる装置です。特徴を活かした5つのメリットがあります。

均一加熱
電磁誘導で生じる渦電流に対する抵抗加熱による発熱なので、被加熱物の内部から均一に加熱されます。加熱炉では外部から被加熱物に熱を加え、熱伝導により内部に熱を伝えるので均一になるまでに長い時間を要しますが、高周波誘導加熱ではこの必要がありません。

急速加熱
発信機を制御することで被加熱物に対して瞬時に高周波は与えることができ、さらに内部自己発熱であるため急速加熱が可能です。外部から熱を加える加熱炉と比較して生産性に優れ、さらに待機加熱も不要なので低コストな生産方式です。

選択加熱
アルミニウム合金と鋼などのクラッド鋼のような複合材料であっても、そのうち電気抵抗率の高い材料を使用した部分のみを選択的に加熱できます。このため、

高いエネルギー効率
一般的な加熱炉では燃焼や発熱体による外部加熱になるため、被加熱物はもちろん炉の構成物や雰囲気などが余計に加熱されてエネルギーロスが生じています。繰り返し高温に加熱されるため、熱処理の条件も変化していき定期的なメンテナンスも必要になります。高周波誘導加熱装置では被熱処理物のみが自己発熱で加熱されるため、無駄がなく高いエネルギー効率での熱処理が可能です。

高周波誘導加熱装置のデメリット

設備投資が高価
高周波誘導加熱は被加熱物のみを加熱するため高いエネルギー効率が実現でき、また炉の構成物の劣化も小さいことからランニングコストを低く抑えることができます。その一方で、高周波電源や制御装置が高価であることや、周囲への電磁波漏れの対策設備などが必要になるため、初期の設備投資が高くなるデメリットがあります。

形状選択性が低い
被加熱物の電界が不均一になると、発熱自体も不均一になるため温度ムラが生じてしまい、最悪の場合溶融するなどのトラブルに繋がる可能性があります。そのため、被加熱物は円柱などの対称性の高い形状であることが望ましく、角材や歯車のような複雑な形状の物は均一に加熱することが困難です。

個別・部分加熱
高周波誘導加熱は被加熱物を均一に加熱するために設計された任意形状のコイルにより、被加熱物の全体、もしくは一部分のみを加熱する方式です。このため基本的には一個流し処理になるため、外部加熱のようなバッチ式の大量同時処理ができません。製品や生産の状況によっては生産性が低下するデメリットもあります。

参考文献
http://www.spc.co.jp/products/ih/case.html
https://www.inductionheating.jp/technical/about_ih/
https://www.avio.co.jp/products/assem/principle/highfrequency/
http://www.vinita.co.jp/institute/radiofrequency/010070.html
https://i-mecs.com/highfrequency-etc/index30.html

高周波誘導加熱装置のメーカー情報

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