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誘導加熱

172 - 丸棒の高周波焼入れ解析	Module: FQ,HT	2012-03-01
各種シャフトや歯車等の機械部品では、耐摩耗性を確保するため表面の硬度を増しつつ、内部の靭性を保つことで柔軟性のある部品を作ることが望まれています。表面硬化法のひとつである高周波焼入れであれば、高周波電源を用いることで表面のみを局所的、急速加熱することができます。また、電気設備なので作業環境がクリーンであり、高効率、かつ、ロットでの焼入れのばらつきも少ないなど多くのメリットがあるため、積極的に導入が進んでいます。本事例のようなワークを回転させた焼入れでは、所定の表面を均一に加熱し、硬度を増すことが求められます。高周波の変動磁場により生じる渦電流はワークの表面に偏るため、詳細な現象を解くためには有限要素法に基づく数値解析でワーク内部の現象を扱うことが有効な分析手段となります。ここでは、最適なコイル形状や通電条件（電源周波数、電流値）、回転速度などを求める際、数値解析モデルを作成し、昇温過程の解析をすることで、目的の温度分布となるか否かを評価できることを示します。

100 - 鉄板の表面加熱解析	Module: FQ,HT	2012-03-01
鉄板表面を熱処理する際の加熱方法の１つとして高周波誘導加熱があります。誘導加熱であれば、コイルの形状や電力の調整により局所的に加熱できるので、加熱深さを調整することが可能です。要求に沿った加熱を行うためには、コイルの形状や加熱条件などを適切に設計する必要がありますが、コイルの試作には費用や期間を要するという課題があります。正確な予測を行うためには、発熱分布を知るためにコイルの詳細形状や電気伝導率や熱伝導率の温度依存性を考慮する必要があります。このような予測を行うためには有限要素法を利用した電磁界シミュレーションが必要となります。ここでは、蚊取り線香状のコイルを配置した際、対向する鉄板の表面温度分布の均一性を確認し、温度分布が偏る原因となる渦電流分布も確認します。

85 - 等速ジョイントの高周波焼入れ解析	Module: FQ,HT	2012-03-01
等速ジョイントは自動車の駆動系において、ドライブシャフト両端の接続部分等に使用されます。等速ジョイントの外輪内側は内輪側の鋼球やローラと直接接触するため、耐摩耗性の向上を目的として硬度を増す必要があります。一方で、部品としての柔軟性を保つため内部は靭性を残す必要があります。部品の表面のみを硬化させる熱処理方法として高周波焼入れが用いられます。この手法であれば、高周波電源を用いることで表面のみを局所的、急速加熱することができます。また、電気設備なので作業環境がクリーンであり、高効率、かつ、ロットでの焼入れのばらつきも少ないなど多くのメリットがあるため、積極的に導入が進んでいます。等速ジョイントの内側焼入れでは、内側の突起形状に沿って渦電流や磁束が複雑に流れるため予測が容易ではありません。本事例のような内側焼入れでは加熱コイルの設計の際にスペース上の制約がつきまといます。また、高周波の変動磁場により生じる渦電流は部品の内側表面に偏り、温度上昇に伴い材料特性も大きく変わるため、詳細な現象を扱うためには有限要素法に基づく数値解析で発熱量を予測する必要があります。ここでは、あるコイル形状を用いた昇温過程の解析を行うことで、目的の温度条件を満たすか否かの評価ができることを示します。

83 - 誘導炉の磁気遮蔽解析	Module: FQ	2012-03-01
誘導炉は、高周波誘導加熱を用いて金属を溶解させる装置です。るつぼ周囲のコイルに大電流を通電すると、電磁誘導現象が起こり、るつぼ内の金属に電流が発生します。電流の発生により金属内にジュール損失が発生しますので、これを利用して加熱し溶解させる仕組みです。コイルの周囲には磁気鉄心を配置します。コイルが自身に生じるローレンツ力による変形で損傷することがないように強度部材として鉄心が用いられます。また、磁気鉄心は装置外部への漏れ磁束を低減し、外周構造の意図せぬ加熱を防ぐ役割も担っています。磁気鉄心を用いる量は必要最小限とすることで装置のコストを低減する必要はあります。誘導炉の周囲に広がる磁束を知るには、るつぼ内の金属に生じる渦電流分布および磁束の流れや、鉄心の位置による磁束の集中を扱う必要があり、３次元的な渦電流分布の解析をする必要があります。ここでは、鉄心の有無による漏れ磁束の違いについて、磁束密度分布を確認することで評価します。

51 - 歯車の高周波焼入れ解析	Module: FQ,HT	2012-03-01
歯車は歯どうしが接触する歯面の耐摩耗性を確保するため表面の硬度を増しつつ、歯全体の靭性を保ち、粘り強さをもつ部品とする必要があります。表面硬化法のひとつである高周波焼入れであれば、高周波電源を用いることで歯の表面のみを局所的、急速加熱することができます。また、電気設備なので作業環境がクリーンであり、高効率、かつ、ロットでの焼入れのばらつきも少ないなど多くのメリットがあるため、積極的に導入が進んでいます。一方で、歯車の表面を均一に加熱するには、加熱コイルの形状・配置、電流周波数や大きさの調整など検討すべき要素は少なくありません。高周波の変動磁場により生じる渦電流は歯の表面に偏り、温度上昇に伴い材料特性も大きく変わります。詳細な現象を扱うためには有限要素法に基づく数値解析で発熱量を予測することが必要です。ここでは、最適なコイル形状や通電条件（電源周波数、電流値）を求める際、数値解析モデルを作成し、昇温過程の解析をすることで、目的の温度分布を満たすか否かを評価できることを示します。

50 - 鋼線の高周波焼入れ解析（移動焼入れ）	Module: FQ,HT	2012-03-01
鋼線は耐摩耗性を確保するため表面の硬度を増しつつ、内部の靭性を保つことで柔軟性のある部品を作ることが望まれています。表面硬化法のひとつである高周波焼入れであれば、高周波電源を用いることで表面のみを局所的、急速加熱することができます。また、電気設備なので作業環境がクリーンであり、高効率、かつ、ロットでの焼入れのばらつきも少ないなど多くのメリットがあるため、積極的に導入が進んでいます。一方で、加熱対象として長い鋼線は加熱コイルに順次送りながら、高速に加熱します。そのため、送り速度に応じた加熱量の選定と、必要な加熱量を満たす加熱コイルの配置、電流周波数や大きさの調整など検討すべき要素は少なくありません。本事例では、順次流れていく十分に長い鋼線の加熱状態を再現する事が求められます。また、高周波の変動磁場により生じる渦電流は鋼線の表面に偏り、温度上昇に伴い材料特性も大きく変わるため、詳細な現象を扱うためには有限要素法に基づく数値解析で発熱量を予測する必要があります。ここでは、最適なコイル形状や通電条件（電源周波数、電流値）、送り速度などを求める際、数値解析モデルを作成し、昇温過程の解析をすることで、目的の加熱速度を満たすか否かを評価できることを示します。

49 - 鋼板の高周波誘導加熱解析	Module: FQ,HT	2012-03-01
鋼板の圧延工程には、製品の強度や性質を変えるために熱処理を行う工程があります。熱処理のひとつである高周波誘導加熱であれば、高周波電源を用いることで急速加熱することができますので、生産ラインでの装置を小型化することができます。また、電気設備なので作業環境がクリーンであり、高効率など多くのメリットがあります。一方で、加熱対象として長い鋼板は加熱コイルに順次送りながら、高速に加熱します。そのため、送り速度に応じた加熱量の選定と、必要な加熱量を満たす加熱コイルの配置、電流周波数や大きさの調整など検討すべき要素は少なくありません。本事例では、順次流れていく十分に長い鋼板の加熱状態を再現することが求められます。また、高周波の変動磁場により生じる渦電流は鋼板の表面に偏り、温度上昇に伴い材料特性も大きく変わるため、詳細な現象を扱うためには有限要素法に基づく数値解析で発熱量を予測する必要があります。ここでは、最適なコイル形状や通電条件（電源周波数、電流値）、送り速度などを求める際、数値解析モデルを作成し、昇温過程の解析をすることで、目的の加熱速度を満たすか否かを評価できることを示します。

48 - プリンタローラの高周波誘導加熱解析	Module: FQ,HT	2012-03-01
プリンタの印刷工程では、トナーの付いた紙を、暖められた定着ローラと加圧ローラの間に入れて、熱によりトナーを紙に定着させる工程があります。定着ローラは、さまざまな紙の種類に対応するために、均一な温度分布となることが求められます。また、利用者が印刷したいときにすぐに印刷できるように、スタンバイ時間を短縮するため、定着ローラを急速加熱する必要もあります。設計した加熱コイルの形状や設置場所による加熱の違いや、薄いローラの表面にどのような渦電流が生じ均一な温度分布を得られるかどうか、磁束の流れがローラと空気中とコアにどのように広がるかなどを正確に扱うには、有限要素法に基づく磁界解析が有用です。ここでは、与えたコイル形状によって、生じる温度分布の不均一性や、回転に伴う各部の温度上昇の様子を確認します。

45 - IH調理器の高周波誘導加熱解析	Module: FQ,HT	2012-03-01
IH調理器は、電磁誘導現象を利用した誘導加熱方式で、導電体の鍋を加熱し調理を行います。コイルに高周波電流を通電すると、鉄鍋に渦電流が流れ、ジュール熱を熱源として鉄鍋の温度が上昇します。加熱コイルの設計の際には、加熱効率を上げるための磁気回路設計と共に鉄鍋に均一な発熱を与えることがポイントとなります。また、装置周囲の基板ボックス内の回路素子への漏れ磁束を抑えることが求められます。磁気回路を調整する磁性体の形・数・配置の３次元的な組み合わせを検討する際や、加熱のための高周波回路の電気回路定数を手軽に求めるためにも有限要素法を用いた磁界解析シミュレーションは有用です。ここでは、高周波誘導加熱によるIH調理器周囲の磁束密度と鉄鍋の温度分布を求めています。

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