今回は平成29年度 機械科目 A問題13を解説します。誘導加熱の原理・用途・表皮効果に関する記述のうち、誤っているものを選ぶ問題です。★電気加熱11（令和5年度下期A問題12）とほぼ完全に同一の問題で、選択肢(5)の文言がごくわずかに異なるのみです。
誘導加熱は交番磁界中の導電性の被加熱物に生じる渦電流によるジュール熱で加熱する方式です。交番磁界の周波数が高いほど表皮効果が強まり、渦電流は被加熱物の表面に集中して内部は加熱されにくくなる点がポイントです。
ほぼ同じ問題が 【機械】令和5年度下期A問題12 でも出題されています。出題パターンが固定なので、セットで解けば確実な得点源になります。
平成29年度 機械科目 A問題13：問題文と選択肢
まずは、実際の試験問題を確認してみましょう。
出典：一般財団法人 電気技術者試験センター「平成29年度 第三種電気主任技術者試験」機械科目 A問題13
電験3種 機械科目 【電気加熱】 平成29年度 A問題13
誘導加熱に関する記述として，誤っているものを次の(1)〜(5)のうちから一つ選べ．
（1）産業用では金属の溶解や金属部品の熱処理などに用いられ，民生用では調理加熱に用いられている．
（2）金属製の被加熱物を交番磁界内に置くことで発生するジュール熱によって被加熱物自体が発熱する．
（3）被加熱物の透磁率が高いものほど加熱されやすい．
（4）被加熱物に印加する交番磁界の周波数が高いほど，被加熱物の内部が加熱されやすい．
（5）被加熱物として，銅，アルミよりも，鉄，ステンレスの方が加熱されやすい．
（1）産業用では金属の溶解や金属部品の熱処理などに用いられ，民生用では調理加熱に用いられている。
（2）金属製の被加熱物を交番磁界内に置くことで発生するジュール熱によって被加熱物自体が発熱する。
（3）被加熱物の透磁率が高いものほど加熱されやすい。
（4）被加熱物に印加する交番磁界の周波数が高いほど，被加熱物の内部が加熱されやすい。
（5）被加熱物として，銅，アルミよりも，鉄，ステンレスの方が加熱されやすい。
誤りは(4)：高周波ほど表面に集中する
周波数が高いほど表皮効果が強まり、渦電流は表面へ集まります——内部は加熱されにくくなるのです。
| 周波数 | 浸透深さ | 加熱される場所 | 用途 |
| ★高い | ★浅い | ★表面だけ | 表面焼入れ |
| ★低い | ★深い | ★内部まで | 金属の溶解 |
「周波数が高いほど内部が加熱されやすい」という(4)はまるきり逆——高周波は表面加熱です。
「周波数が高い＝エネルギーが大きい＝よく加熱できる」と短絡すると引っかかります——問われているのは「どこが」加熱されるかです。
(3)(5) 材料によって加熱されやすさが変わる
透磁率が高いほど加熱されやすい——2つの理由があります。
| 理由 | 内容 |
| ①磁束が集まる | ★透磁率が高いと磁束密度が大きくなり、渦電流も大きい |
| ②ヒステリシス損 | ★磁化の向きが反転するたびに損失が生じる |
強磁性体では、渦電流損に加えてヒステリシス損も発熱に加わります——2つの損失が両方とも熱になるので、よく加熱されるのです。
だから(5)の「銅、アルミよりも鉄、ステンレスの方が加熱されやすい」は正しい——鉄は透磁率が高く、抵抗率も大きいからです。
| 材料 | 比透磁率 | 抵抗率 | 加熱されやすさ |
| 鉄 | ★数百〜数千 | 大きい | ★最も良い |
| ステンレス（磁性） | 大きい | ★非常に大きい | 良い |
| アルミ | 1 | 小さい | 悪い |
| 銅 | 1 | ★最も小さい | ★最も悪い |
キュリー点を超えると性質が変わる
鉄は約770 ℃ を超えると磁性を失います——これがキュリー点です。
比透磁率が1 になるので、そこから先は加熱されにくくなります——浸透深さも急に深くなることになります。
だから鉄を高温まで誘導加熱するときは、途中で条件が変わる——電源側で周波数や電力を調整する必要があります。「材料の性質は温度で変わる」という視点も持っておきましょう。
⚠️ よくある間違い
(4)を「よく加熱できるのだから正しい」と流してしまう——記述をよく読むと「内部が」と書かれています。
高周波にすると総発熱量は増えるかもしれませんが、それは表面での話——内部には届きません。
正誤判定では、修飾語を見落とさないことが大切です。「内部が」「表面が」「全体が」——どこの話かで正誤が変わります。
また(3)を「透磁率は関係ない」と誤解しない——渦電流は導電性で決まりますが、磁束の集まりやすさは透磁率で決まるのです。
⏱️ 本番での進め方
①(4)★高周波は表面加熱。内部を加熱したいなら低周波。
②δ＝503√(ρ/(μrf)) を思い出せば即断できる。
③(3) 透磁率が高い＝磁束が集まる＋ヒステリシス損も加わる。
④★「内部が」という修飾語を見落とさない。
💡 覚え方
「高周波は浅く、低周波は深く」——δ は√f に反比例。そして「鉄がよく加熱されるのは透磁率と抵抗率の両方が大きいから」——2つの要素が効いています。
誘導加熱の穴埋め問題は平成24年度 A問題12にあります（電気加熱：誘導加熱の原理と表皮効果・電流浸透深さ）。同じ内容を別の形式で問うています。
誘導加熱の産業用途
(1)にある「金属の溶解や金属部品の熱処理」——具体的にどんな場面かを見ておきましょう。
| 用途 | 周波数 | ねらい |
| 誘導炉（溶解） | ★50 Hz〜数kHz | 金属全体を溶かす |
| ★高周波焼入れ | ★数十〜数百kHz | ★表面だけ硬化させる |
| ろう付け・焼ばめ | 中周波 | 局所を素早く加熱 |
| IH調理器 | 20〜60 kHz | 鍋底で発熱 |
高周波焼入れは、歯車やシャフトの表面だけを硬くする技術——表面は摩耗に強く、内部は粘り強いままという理想的な性質が得られます。
これは表皮効果を積極的に利用したもの——「浅くしか加熱できない」という制約を、逆に活かしているのです。周波数の選択が、そのまま硬化層の深さの選択になります。
焼ばめという使い方
金属は温めると膨張します——穴のあいた部品を加熱して広げ、軸を差し込んでから冷やす。これが焼ばめです。
誘導加熱なら短時間で必要な部分だけ温められる——回転機の軸受やカップリングの取付けに使われます。電験の他分野ともつながる技術だと言えるでしょう。
誘導加熱の装置構成
被加熱物の周りにコイルを置き、高周波電流を流す——装置としてはこれだけです。
| 部分 | 役割 |
| 高周波電源 | ★商用電源を必要な周波数へ変換 |
| 加熱コイル | ★交番磁界を作る（水冷されることが多い） |
| 被加熱物 | 渦電流が流れて発熱 |
コイルと被加熱物は、変圧器の1次側と2次側の関係——2次側が短絡された変圧器だと考えると分かりやすいでしょう。
だから結合が強いほど効率がよい——コイルと被加熱物の隙間は小さいほうがよいのです。変圧器の漏れ磁束と同じ考え方になります。
コイル自体も発熱する
高周波の大電流が流れるので、コイルにも表皮効果が生じます——銅管を使って中に水を通し、冷却するのが一般的です。
ただしコイルは銅（抵抗率が小さい・非磁性）——被加熱物に比べれば発熱は小さいのです。本問の(5)で扱った材料の性質が、ここでも効いています。
正誤判定の記述を分類する
本問の5つの記述は、性質の異なる3種類に分けられます。
| 種類 | 該当 | 判定の方法 |
| 用途を述べる | (1) | 知識で判断 |
| 原理を述べる | (2) | 定義どおりか確認 |
| ★関係の向きを述べる | ★(3)(4)(5) | ★式で確かめる |
「〜が高いほど〜」という記述が3つ——ここに誤りが仕込まれていると考えてよいでしょう。
(3)透磁率が高いほど加熱されやすい→正しい。(4)周波数が高いほど内部が加熱されやすい→誤り。(5)鉄・ステンレスのほうが加熱されやすい→正しい。
δ＝503√(ρ/(μrf)) という1本の式で(3)(4)(5)がすべて判定できます——公式を1つ覚えておくと、正誤判定でも威力を発揮するのです。
まとめ
| (1)〜(3)(5) | 正しい記述 |
| (4) | 「周波数が高いほど内部が加熱されやすい」が誤り（実際は逆） |
| 答え | (4) |
▼あわせて解きたい関連問題
・誘導加熱の記述の正誤判定と渦電流の原理図解説：【機械】令和5年度下期A問題12
・誘導加熱の原理と表皮効果・電流浸透深さの穴埋め問題：【機械】平成24年度A問題12
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