技術的に言えば、従来の電気コンロで考えるような意味での「抵抗加熱」は誘導加熱装置には存在しません。誘導システムは、抵抗素子を使用して熱を発生させてからその熱を伝達するわけではありません。代わりに、電磁場を利用して、目標材料の内部に直接電流を発生させ、その電流に対する材料自体の内部抵抗によって、内部から加熱されるのです。
中心的な誤解は、方法論に関するものです。抵抗ヒーターは、専用の加熱素子に電流を通します。誘導加熱装置は、磁場を利用してワークピース自体に電流を発生させ、ワークピース固有の抵抗を利用してジュール効果により熱を発生させます。
中心原理：伝導ではなく誘導
従来の抵抗ヒーターは伝導によって機能します。電気は高い抵抗を持つ材料（加熱素子）に強制的に流され、それが赤熱します。その後、その熱は物理的な接触または放射によって目標物に伝達されます。
誘導加熱は非接触プロセスです。熱は外部ソースから物体に伝達されるのではなく、ワークピースの内部で発生します。これは電磁気の原理によって達成されます。
ステップ 1：交流コイルと磁場
このプロセスは、通常銅管で作られた誘導コイルから始まります。このコイルに高周波の交流（AC）電流が流されます。
電磁気の法則によれば、任意の電流は磁場を発生させます。電流が交流であるため、方向と強度が急速に変化する磁場が発生します。
ステップ 2：ワークピースへの電流の誘導
導電性材料（鋼片や銅片など）がこの急速に変化する磁場内に置かれると、驚くべきことが起こります。
ファラデーの電磁誘導の法則によれば、変化する磁場は、その中にある任意の導体に電圧、したがって電流を誘導します。これらは渦電流と呼ばれ、材料内部に発生する小さな渦巻状の電流ループです。
ステップ 3：抵抗とジュール熱の役割
ここで「抵抗」が関わってきます。ワークピース材料は完全な導体ではなく、固有の電気抵抗を持っています。
誘導された渦電流が材料内を流れるとき、この抵抗に遭遇します。この抵抗により、エネルギーが熱の形で散逸します。この現象はジュール熱またはジュール効果として知られています。
発生する熱量は、ジュールの第一法則：熱 = I²R（ここで「I」は電流、「R」は抵抗）によって記述されます。材料の内部抵抗に逆らって流れる強烈な渦電流が、急速かつ大きな熱を発生させます。
第2の熱源：ヒステリシス損失
特定の材料については、ジュール熱と並行して機能する二次的な加熱効果があります。
磁気ヒステリシスとは？
この効果は、鉄や鋼などの強磁性材料にのみ適用されます。「ドメイン」と呼ばれる小さな磁気領域で構成されています。
加熱装置の交流磁場にさらされると、これらのドメインは磁場に整列しようとして急速に反転します。この絶え間ない再配向が一種の内部摩擦を生み出し、追加の熱を発生させます。
ヒステリシスが重要になる場合
ヒステリシス損失は磁性材料の加熱に大きく寄与しますが、この効果は材料がキュリー温度（磁気特性を失う点）に達すると停止します。この温度を超えると、それ以降の加熱はすべて渦電流とジュール熱によるものだけになります。
トレードオフと主要因の理解
誘導加熱の効率は普遍的ではありません。それはいくつかの主要な変数に完全に依存します。これらを理解することは、技術を正しく適用するために不可欠です。
材料特性
ワークピースの電気的抵抗率と磁気的透磁率が重要です。抵抗率が高い材料は、同じ量の渦電流（I²R）からより多くの熱を発生させます。高い磁気透磁率を持つ材料は、そもそもより強い誘導電流を可能にします。
動作周波数
コイル内の交流電流の周波数は、熱がどのように発生するかを決定します。
- 高周波数（例：>100 kHz）は、渦電流を材料の表面近くの薄い層に流します。これは表皮効果として知られ、表面硬化に最適です。
- 低周波数（例：<10 kHz）は材料の深部まで浸透し、鍛造などの部品全体の均一な加熱を可能にします。
コイルの形状
エネルギー伝達の効率は、誘導コイルの形状とワークピースへの近接性に大きく依存します。密接に結合されたコイルは、遠くにある、または部品に対して形状が不適切なコイルよりもはるかに効果的にエネルギーを伝達します。
目標に応じた適切な選択
重要なのは、外部素子による加熱と内部からの熱発生を区別することです。
- 導電性材料の正確で迅速かつ制御された加熱が主な焦点である場合： 熱が熱的遅延を最小限に抑えて必要な場所に正確に生成されるため、誘導が優れています。
- 単純な低コストのバルク加熱（オーブン内など）が主な焦点である場合： 抵抗加熱は、複雑さが少なく、材料の導電性に依存しないため、より実用的であることがよくあります。
- 非導電性材料（プラスチック、ガラス、セラミックなど）を扱っている場合： ジュール熱を発生させるために必要な渦電流の経路がないため、誘導加熱は機能しません。
材料自体の抵抗を利用していることを理解することで、特定の用途に最適な加熱技術を選択できます。
要約表：
| 側面 | 説明 |
|---|---|
| 原理 | 電磁場を利用して導電性材料に渦電流を誘導し、ジュール効果による内部加熱を引き起こす。 |
| 熱源 | 材料自体の電気抵抗、および強磁性材料の場合はキュリー温度までのヒステリシス損失。 |
| 主要因 | 材料の抵抗率、磁気透磁率、動作周波数、コイルの形状。 |
| 用途 | 表面硬化、鍛造、その他の産業プロセスにおける正確で迅速な加熱に最適。 |
| 制限 | プラスチックやセラミックなどの非導電性材料には適さない。 |
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