HOME高周波誘導加熱装置 > 技術情報(詳細)
産業IH機器技術情報(詳細)

高周波誘導加熱を利用した設備を検討する際に必要な「表皮効果と電流の浸透深さ」、「金属の種類と電流浸透の深さ」や「誘導加熱に必要な電力」など技術者向けの理論や計算式をご紹介いたします。

近年、従来高周波誘導加熱方式では加熱ができなかった用途や、環境にやさしい誘導加熱方式への転換により、新しい誘導加熱方式の用途が広がっています。

技術情報(詳細) 誘導加熱の原理
誘導加熱による表皮効果と電流の浸透深さ
誘導加熱による金属の周波数と電流浸透の深さ
誘導加熱に必要な電力計算
誘導加熱による放射電力損計算
誘導加熱による金属の放射率表
誘導加熱による主要金属の物理定数表

高周波誘導加熱の原理

誘導加熱の理論説明図

図1に示すように、丸棒状の金属(被加熱物)の周りにコイルを巻いて、この加熱コイルに交流電流を流すと、被加熱物の表面から加熱されて赤くなっていきます。
これは高周波電流によってできる高周波磁束が、被加熱物を貫通して非常に密度の高い電流(うず電流と呼ばれる)を誘導し、これによって被加熱物の表面が加熱されるからです。
このように、コイルからはなれて置かれた金属に電流が誘導され、金属が加熱される現象を誘導加熱といいます。このうず電流は被加熱物の表面に近いほど強く、内部にいくにつれて、指数関数的に弱くなります。これを表皮効果といいます。

誘導加熱の理論式

図2はこの表皮効果を示したものです。うず電流が表面における強さの0.368倍に減少した点までの深さを電流浸透深さと呼び、誘導加熱を利用する上で非常に重要な数値となります。電流浸透深さは、普通δで示します。

ページトップ

高周波誘導加熱による表皮効果と電流の浸透深さ

表皮効果と電流の浸透深さ

図2の式から、材質が同じものを誘導加熱すると(ρ/μ=一定のとき)、周波数が高いほどδは小さくなり、発熱部が表面近くに集中されることがわかります。
表面焼入れの場合は、周波数を高くして、電流浸透深さを浅くし、さらに、加熱時間を短くすることにより、表面に発熱部を集中させてからすぐに冷却する必要があります。
一般的に表面の電力密度は1~5kW/cm2となります。これに対して、全体の均熱加熱の場合は周波数を低くして、電流浸透深さを被加熱物の直径の1/3~1/7程度とし、加熱時間も比較的長くとります。

ページトップ

高周波誘導加熱による金属の周波数と電流の浸透深さ(代表例)

金属の周波数と電流浸透深さ

【 注 】
γ鉄はキューリー点以上の温度の時で、ρ=125、μ=1とした場合、黄銅は約800℃の場合でρ=15、μ1とし、銅は約800℃の場合(ρ=5、μ=1)と常温の場合(ρ1.7、μ=1)を示しています。
またα鉄は常温の場合でρ=10、μ=100として示しています。

ページトップ

高周波誘導加熱に必要な電力計算

非加熱物の温度するために必要な電力の計算です。
(高周波誘導加熱装置の出力選定については、お問い合わせ下さい)
高周波誘導加熱に必要な電力計算式
ページトップ

高周波誘導加熱による放射電力損計算

放射電力損の計算式
ページトップ

高周波誘導加熱による金属の放射率表

金属名
Metal
温度 (℃)
Temperature (℃)
磨面
Facet
酸化面
Oxidized surface
アルミニウム [Aluminum] 200~600 0.04 0.2~0.3
銅(磨き) [Copper] 200~600 0.02 0.57
銅(光沢無) [Copper] 200~600 0.04 0.79
銀 [Silver] 200~600 0.035 -
黄銅 [Brass] 50~350 0.13~0.4 0.02
ニッケル [Nickel] 200~600 - 0.37~0.48
モーネルメタル [Monel metal] 200~600 - 0.41~0.46
炭素 [Carbon] 125~600 - 0.79~0.81
タンタラムフェラメント [Tantalum filament] 1200~3000 - 0.194~0.31
タングステンフェラメント [Tungsten filament] 27~3300 - 0.032~0.35
ページトップ

高周波誘導加熱による主要金属の物理定数表

金属名 記号 原子量 密度
(g/cm3)
融点
(℃)
沸点
(℃)
比熱
(cal/g・℃)
熱伝導率
(cal/g・℃)
体積固有
抵抗
(μΩ・cm)
体積固有
抵抗の
温度係数
×10-3
亜鉛 Zn 65.37 7.14 419.4 910 0.0925 0.273 5.9 4.2
アルミニウム Al 26.98 2.69 658.3 1800 0.214 0.539 2.75 4.2
イリジウム Ir 192.2 22.4 2454±3 >4800 0.0323 0.141 6.5 3.9
黄銅   - 8.55 950 - 0.064 0.204 6.2 4.1
Au 96.96 19.3 1063 2710 0.031 0.708 2.2 4.0
Ag 107.86 10.5 960.5 1900 0.056 0.999 1.62 4.1
グラファイト   - 2.25 - - 0.17 0.057 800 -
クローム Cr 51.99 7.14 1615 2200 0.105 - 2.6 -
硅素 Si 28.08 2.33 1410 2600 0.168 0.2 63.9×106 -
軟鋼   - 7.8 1500 - 0.12 0.11 19 2
硬鋼   - 7.8 1400 - 0.12 0.11 20 2
コバルト Co 58.93 8.9 1480 3000 0.093 0.165 7 6.0
Sn 118.69 7.35 231.9 2260 0.09 0.154 11.4 4.5
ステンレス鋼
(磁性)
  - 7.7 1570 - 0.14 0.08 60 2.0
ステンレス鋼
(非磁性)
  - 8.0 1470 - 0.14 0.08 89 2.1
セレン Se 78.96 4.62 180 688 0.086 - - 4.5
タングステン W 183.85 19.24 3400±50 5900 0.0321 0.399 5.5 5.3
炭素 C 12.01 3.52 3500 4200 0.165 0.057 3500 0.9
タンタル Ta 180.94 16.64 3030 5300 0.036 0.133 15.5 3.3
チタン Ti 47.90 4.51 1800 >3000 0.146 0.13 2 3.47
鉄(鈍鉄) Fe 55.84 7.866 1535 3235 0.108 0.177 9.8 6.6
Cu 63.54 8.929 1083 2336 0.0916 0.935 1.72 4.33
トリウム Th 232.03 11.85 1845 >3000 0.0316 0.092 19 5.0
Pb 207.19 11.34 327.43 3235 0.0309 0.084 21.9 4.2
ニッケル Ni 58.71 8.9 1455 3075 0.1065 0.201 7.24 6.7
白金 Pt 195.09 21.45 1769 4300 0.0318 0.167 10.6 3.9
ベリリウム Be 9.01 1.857 1350 1500 0.397 0.393 18.5 3.3
マグネシウム Mg 24.31 1.74 651 1110 0.243 0.37 4.5 4.0
マンガン Mn 54.93 7.3 1260 1900 0.121 - - -
燐青銅   - 8.0 - - 0.1 - 7.8 1.8
ロジウム Rh 102.90 12.4 1966 >2500 0.058 0.209 5.1 4.4
ページトップ