簡単に言えば、誘導加熱器は電気伝導性のあるあらゆる材料を溶かすことができます。これには、鋼、鉄、金、銀、銅、アルミニウム、真鍮など、事実上すべての金属が含まれます。このプロセスは、物理的な接触や裸火なしに、材料を内部から直接加熱するため、非常に効率的です。
誘導溶融にとって重要な要素は、材料の融点ではなく、電気を伝導する能力です。材料が内部に電流を誘導できる場合、十分に強力な誘導システムを構成してそれを溶かすことができます。
誘導の物理学：実際にどのように機能するか
誘導が何を溶かすことができるかを理解するには、まずそれがどのように熱を生成するかを理解する必要があります。このプロセスは、電磁気学の巧妙な応用です。
ワークコイルの役割
誘導加熱器は、ワークコイルとして知られる銅コイルを使用します。このコイルには、強力な高周波交流（AC）が流されます。
これにより、コイルの内部および周囲の空間に、急速に変化する強力な磁場が生成されます。
渦電流の誘導
この磁場内に電気伝導性材料が置かれると、磁場は材料自体の中に円形の電流を誘導します。これらは渦電流と呼ばれます。
抵抗が熱を生成する
加熱される材料は、これらの渦電流の流れに対して自然な抵抗を持っています。この抵抗は、原子レベルで激しい摩擦を引き起こし、正確で急速な熱を生成します。これはジュール熱またはI²R加熱として知られています。
材料は事実上、それ自身の発熱体となり、内部から外部へと非常に速くクリーンな溶融を可能にします。
ヒステリシス効果（強磁性金属）
鉄や鋼のような磁性金属の場合、二次的な加熱効果が発生します。急速に変化する磁場により、材料内の磁区が素早く反転を繰り返し、追加の内部摩擦と熱を生成します。
この効果はヒステリシス加熱と呼ばれ、誘導を鉄系金属の溶融に特に効率的にします。ただし、金属がキュリー温度に達して磁性を失うと、この効果は機能しなくなります。
どのような材料を溶かすことができるか？
上記の原理は、この技術で何が溶融でき、何が溶融できないかを正確に決定します。
主要な候補：導電性材料
電気を容易に伝導するあらゆる材料は、誘導溶融の主要な候補です。これには以下が含まれます。
- 鉄系金属：鉄、炭素鋼、ステンレス鋼。
- 非鉄金属：銅、アルミニウム、金、銀、プラチナ、真鍮、青銅。
- その他の導体：グラファイトや一部の先進セラミックスも加熱および溶融できます。
非導電性材料の課題
電気絶縁体である材料は、誘導によって直接加熱することはできません。磁場はそれらを通過し、有意な渦電流を誘導しません。
このグループには、ガラス、プラスチック、木材、セラミックス、砂、石英が含まれます。
回避策：サセプターの使用
非導電性材料を溶かすには、巧妙な回避策を使用できます。材料は、グラファイトまたは炭化ケイ素るつぼのような導電性材料で作られた容器に入れられます。
誘導場は、サセプターと呼ばれるるつぼを加熱します。るつぼは、熱伝導と放射によって内部の非導電性材料に熱を伝え、それを溶融させます。
溶融の成功を決定する主要な要因
導電性材料であることだけが唯一の変数ではありません。溶融プロセスの成功と効率は、いくつかの重要な要因に依存します。
誘導ユニットの出力
ヒーターの出力（キロワット（kW）で測定）は、材料の熱損失を克服し、その融点に達するのに十分でなければなりません。大量の鋼るつぼを溶かすには、少量の金を溶かすよりもはるかに多くの電力が必要です。
システム周波数
交流の周波数は、熱浸透の深さ（「表皮効果」）に影響を与えます。低周波はより深く浸透し、大きなビレットの溶融に適していますが、高周波は小さなサンプルや表面加熱に適しています。
コイル設計と結合
エネルギー伝達の効率は、ワークコイルの設計と材料への近接度に大きく依存します。ワークピースに密接に「結合」されたコイルは、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
- 鉄系金属（鉄、鋼）の溶融が主な焦点である場合：誘導は非常に効果的であり、渦電流とヒステリシス加熱の複合的な力により、しばしば推奨される方法です。
- 非鉄金属（金、銅、アルミニウム）の溶融が主な焦点である場合：誘導は、これらの高導電性材料に強力な渦電流を誘導することに依存する、クリーンで高速かつ正確なソリューションです。
- 非導電性材料（ガラス、塩）の溶融が主な焦点である場合：誘導場によって材料を間接的に加熱するために、導電性るつぼ（サセプター）を使用する計画を立てる必要があります。
これらの核心原理を理解することで、誘導加熱が材料溶融のニーズに対する正確で効率的なソリューションであるかどうかを自信を持って判断できます。
要約表：
| 材料の種類 | 溶融可能か？ | 主な考慮事項 |
|---|---|---|
| 鉄系金属（例：鉄、鋼） | はい | ヒステリシス効果により非常に効率的。 |
| 非鉄金属（例：金、銅、アルミニウム） | はい | 加熱には強力な渦電流に依存。 |
| 非導電性材料（例：ガラス、プラスチック） | 間接的に | 導電性サセプターるつぼ（例：グラファイト）が必要。 |
| その他の導体（例：グラファイト） | はい | 直接加熱および溶融可能。 |
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