誘導加熱の原理(技術情報)　産業IH機器　製品紹介

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。

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。

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。

【 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。