JP3311749B2 - 一体誘導コイルを備える自己調節ヒータ及びその製造方法 - Google Patents
一体誘導コイルを備える自己調節ヒータ及びその製造方法Info
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- Y10T29/49002—Electrical device making
- Y10T29/4902—Electromagnet, transformer or inductor
Description
【発明の詳細な説明】 発明の分野 本発明は、自動調節ヒータ及びその製造方法に関す
る。
る。
発明の背景 一般に、電気抵抗加熱要素を有するヒータは、関連技
術分野において広く知られている。これらのヒータは、
そのような抵抗加熱要素の温度調節に外部電気制御機構
を用いる。所望の温度を得るため、これらの加熱要素
は、所定の温度範囲に維持すべく時々循環される。これ
らの加熱要素は、抵抗要素全体に均一の熱を提供できな
い。つまり、これらの加熱要素は、所定の温度範囲内に
維持するため時々サイクルをとる。これらの加熱要素
は、抵抗要素全域に均一の熱を供給することができな
い。つまり、これらの加熱要素は、熱い部分を提供する
だけで、要素の全体を所望の温度で均一に加熱すること
ができない。
術分野において広く知られている。これらのヒータは、
そのような抵抗加熱要素の温度調節に外部電気制御機構
を用いる。所望の温度を得るため、これらの加熱要素
は、所定の温度範囲に維持すべく時々循環される。これ
らの加熱要素は、抵抗要素全体に均一の熱を提供できな
い。つまり、これらの加熱要素は、所定の温度範囲内に
維持するため時々サイクルをとる。これらの加熱要素
は、抵抗要素全域に均一の熱を供給することができな
い。つまり、これらの加熱要素は、熱い部分を提供する
だけで、要素の全体を所望の温度で均一に加熱すること
ができない。
冶金学の分野において、金属の溶融に誘導ヒータが広
く用いられている。特に、溶解される金属チャージを包
含するるつぼが誘導コイル内に配置され、このコイルに
交流電流を流して金属チャージを溶融せしめる。
く用いられている。特に、溶解される金属チャージを包
含するるつぼが誘導コイル内に配置され、このコイルに
交流電流を流して金属チャージを溶融せしめる。
交番磁界に熱を生成するためフェライト粒子を使用す
ることが当業界に知られている。ホワイトに付与された
米国特許第3,391,845号及びヘラー外に付与された米国
特許第3,902,940号に記載のごとく、フェライト粒子及
びその他の粒子は、化学反応の発生、材料の溶融、或い
は、溶剤の蒸発が望まれる際の熱を生成するため使用さ
れてきた。
ることが当業界に知られている。ホワイトに付与された
米国特許第3,391,845号及びヘラー外に付与された米国
特許第3,902,940号に記載のごとく、フェライト粒子及
びその他の粒子は、化学反応の発生、材料の溶融、或い
は、溶剤の蒸発が望まれる際の熱を生成するため使用さ
れてきた。
ダービーシャー（Derbyshire）の米国特許第4,914,26
7号（以下「ダービーシャー」）は、可溶材の加熱時に
回路の一部を形成するコネクタであって、連結部の形成
を補助する可溶材を含有するコネクタに関する。特に、
コネクタの温度は、加熱作業時、回路に含まれる磁性体
のキュリー温度付近で自動調節される。このコネクタ
は、強磁性部材であっても、別個の強磁性部材を含む回
路の一部であってもよい。
7号（以下「ダービーシャー」）は、可溶材の加熱時に
回路の一部を形成するコネクタであって、連結部の形成
を補助する可溶材を含有するコネクタに関する。特に、
コネクタの温度は、加熱作業時、回路に含まれる磁性体
のキュリー温度付近で自動調節される。このコネクタ
は、強磁性部材であっても、別個の強磁性部材を含む回
路の一部であってもよい。
ダービーシャーは、自動調節はキュリー温度に近づい
た時にｍμ値（強磁性部材の強磁性特性の測定値）が約
１に変化する結果起きると説明する。特に、電流がコネ
クタの本体内で分散するため、磁性体の薄い層における
電流集中が低下し、少なくともルートｍμにおける変化
分だけ表皮深度が変化する。電流に対する抵抗が低下
し、電流が一定値に維持されると、加熱効果がキュリー
温度以下に低下し、サイクルが繰返される。こうして装
置はほぼキュリー温度で自動調節する。
た時にｍμ値（強磁性部材の強磁性特性の測定値）が約
１に変化する結果起きると説明する。特に、電流がコネ
クタの本体内で分散するため、磁性体の薄い層における
電流集中が低下し、少なくともルートｍμにおける変化
分だけ表皮深度が変化する。電流に対する抵抗が低下
し、電流が一定値に維持されると、加熱効果がキュリー
温度以下に低下し、サイクルが繰返される。こうして装
置はほぼキュリー温度で自動調節する。
ダービーシャーは、コネクタが強磁性体とされ、高周
波交流定電流をその強磁性体に流してコネクタをキュリ
ー温度に達するまで加熱する実施例を開示する。これが
起きると、コネクタの実効抵抗が小さくなり、電流消費
は、電流、周波数及び材料の抵抗並びに厚さの適正な選
択によって温度がコネクタの磁性体の略々キュリー温度
で維持されるような程度に減少する。別の実施例におい
て、薄層の強磁性非磁性ヒータ構造は、強磁性スリーブ
内の銅線、チューブ、ロッド、或いはその他の金属要素
から成る。この場合、スリーブの対向端部に供給された
適正周波数の電流が、キュリー温度に達するまで表皮効
果によってスリーブに流れる。この時、電流は主に銅線
を通って流れる。更に別の実施例において、コネクタ
は、時間的及び空間的にずれた異なるキュリー温度を生
成するため異なるキュリー温度の高ｍμ材料で成る軸方
向に離隔したリングを備える銅スリーブを有する。
波交流定電流をその強磁性体に流してコネクタをキュリ
ー温度に達するまで加熱する実施例を開示する。これが
起きると、コネクタの実効抵抗が小さくなり、電流消費
は、電流、周波数及び材料の抵抗並びに厚さの適正な選
択によって温度がコネクタの磁性体の略々キュリー温度
で維持されるような程度に減少する。別の実施例におい
て、薄層の強磁性非磁性ヒータ構造は、強磁性スリーブ
内の銅線、チューブ、ロッド、或いはその他の金属要素
から成る。この場合、スリーブの対向端部に供給された
適正周波数の電流が、キュリー温度に達するまで表皮効
果によってスリーブに流れる。この時、電流は主に銅線
を通って流れる。更に別の実施例において、コネクタ
は、時間的及び空間的にずれた異なるキュリー温度を生
成するため異なるキュリー温度の高ｍμ材料で成る軸方
向に離隔したリングを備える銅スリーブを有する。
本発明の目的は、特性及び有用性が向上したヒータ装
置を提供することである。
置を提供することである。
発明の要旨 電気的に不導体の本体から成り、この本体に誘導コイ
ルが埋設された自己調節ヒータを提供する。この本体に
は、高損失加熱粒子が散在する。高損失加熱粒子は、誘
導コイルによる交番磁界に晒されると熱を発生する。高
損失加熱粒子は、本体が加熱される自動調節温度と略々
等しいキュリー温度を有する。接続手段は、誘導コイル
が高損失加熱粒子をして本体を自動調節温度まで加熱せ
しめるのに十分な強い交番磁界を生成できるよう誘導コ
イルに電力を供給するために設けられている。
ルが埋設された自己調節ヒータを提供する。この本体に
は、高損失加熱粒子が散在する。高損失加熱粒子は、誘
導コイルによる交番磁界に晒されると熱を発生する。高
損失加熱粒子は、本体が加熱される自動調節温度と略々
等しいキュリー温度を有する。接続手段は、誘導コイル
が高損失加熱粒子をして本体を自動調節温度まで加熱せ
しめるのに十分な強い交番磁界を生成できるよう誘導コ
イルに電力を供給するために設けられている。
高損失加熱粒子は、フェリ磁性体若しくは強磁性体と
すればよい。高損失加熱粒子は、好ましくは、フェライ
トから成る。高損失加熱粒子は、好ましくは、本体全体
に均一に配分されている。電気的に不導体の本体は、プ
ラスチック、セラミック、ポリマー、シリコン、エラス
トマー、ゴム若しくはゲル材で形成すればよい。本体
は、好ましくは、誘導コイルの周囲にモールド成形され
る。誘導コイルは、断面が平坦若しくは円筒形の長尺部
材で成る。誘導コイルは、本体の対向面間に位置し、本
体内の高損失加熱粒子を加熱するための所望の磁界を生
成する如何成る希望形状のものであってもよい。
すればよい。高損失加熱粒子は、好ましくは、フェライ
トから成る。高損失加熱粒子は、好ましくは、本体全体
に均一に配分されている。電気的に不導体の本体は、プ
ラスチック、セラミック、ポリマー、シリコン、エラス
トマー、ゴム若しくはゲル材で形成すればよい。本体
は、好ましくは、誘導コイルの周囲にモールド成形され
る。誘導コイルは、断面が平坦若しくは円筒形の長尺部
材で成る。誘導コイルは、本体の対向面間に位置し、本
体内の高損失加熱粒子を加熱するための所望の磁界を生
成する如何成る希望形状のものであってもよい。
また、本発明は、自己調節可能ヒータの製造方法を提
供する。その方法は、電気的に不導体の本体を準備し、
本体に埋設された誘導コイルを準備し、本体内に分散さ
れた高損失加熱粒子を準備し、誘導コイルに電力を供給
する接続手段を準備することから成る。高損失加熱粒子
は、誘導コイルによる交番磁界に晒されると熱を発生す
る。高損失加熱粒子は、また、本体が加熱される自動調
節温度とほぼ等しいキュリー温度を有する。接続手段
は、誘導コイルに電力を供給し、もって誘導コイルは、
高損失加熱粒子をして本体を自動調節温度に加熱せしめ
るのに十分な強さの交番磁界を発生させる。
供する。その方法は、電気的に不導体の本体を準備し、
本体に埋設された誘導コイルを準備し、本体内に分散さ
れた高損失加熱粒子を準備し、誘導コイルに電力を供給
する接続手段を準備することから成る。高損失加熱粒子
は、誘導コイルによる交番磁界に晒されると熱を発生す
る。高損失加熱粒子は、また、本体が加熱される自動調
節温度とほぼ等しいキュリー温度を有する。接続手段
は、誘導コイルに電力を供給し、もって誘導コイルは、
高損失加熱粒子をして本体を自動調節温度に加熱せしめ
るのに十分な強さの交番磁界を発生させる。
好ましい実施例において、誘導コイルは、電気的不導
体を誘導コイルの周囲にモールド成形することによって
本体内に埋設されている。これに代えて、本体にキャビ
ティを設け、このキャビティで誘導コイルを保持するよ
うにしてもよい。高損失加熱粒子は、本体の全領域又は
一部に分散させればよい。高損失加熱粒子は、フェリ磁
性又は強磁性粒子であってもよいが、好ましくはフェラ
イトから成る。電気的に不導体の本体は、プラスチッ
ク、セラミック、ポリマー、シリコン、ゲル材、エラス
トマー又はゴムなどの適当な材料から成る。
体を誘導コイルの周囲にモールド成形することによって
本体内に埋設されている。これに代えて、本体にキャビ
ティを設け、このキャビティで誘導コイルを保持するよ
うにしてもよい。高損失加熱粒子は、本体の全領域又は
一部に分散させればよい。高損失加熱粒子は、フェリ磁
性又は強磁性粒子であってもよいが、好ましくはフェラ
イトから成る。電気的に不導体の本体は、プラスチッ
ク、セラミック、ポリマー、シリコン、ゲル材、エラス
トマー又はゴムなどの適当な材料から成る。
図面の簡単な説明 添付図面を参照しながら本発明を説明する。図面中、 図１は、本発明による自動調節ヒータの斜視図であ
り、 図２は、本発明の別の実施例による自動調節ヒータの
斜視図であり、 図３は、本発明によるヒータに使用できる誘導コイル
の中の１つの平面図であり、 図４は、図３に示されたヒータの側面図であり、 図５は、本発明による長尺ヒータの斜視図である。
り、 図２は、本発明の別の実施例による自動調節ヒータの
斜視図であり、 図３は、本発明によるヒータに使用できる誘導コイル
の中の１つの平面図であり、 図４は、図３に示されたヒータの側面図であり、 図５は、本発明による長尺ヒータの斜視図である。
好適実施例の詳細な説明 本発明は、高損失フェライトなどの高損失磁気粒子
が、適正な周波数の交番磁界に晒された際に熱を発生す
る現象を利用する。これらの高損失加熱粒子は、これら
が適正な交番磁界において熱する最高温度について自己
調節する。これは、キュリー温度に近づき、達成する際
に粒子の透磁率及びヒステリシス損が下がるからであ
る。キュリー温度に到達すると、フェライト粒子の透磁
率が顕著に降下し、ヒステリシス損が減少し、粒子が交
番磁界による熱生成を中止する。この粒子の、キュリー
温度に等しい最高温度での自己調節の特性は、多くの用
途においてこの粒子を有用なものとする。
が、適正な周波数の交番磁界に晒された際に熱を発生す
る現象を利用する。これらの高損失加熱粒子は、これら
が適正な交番磁界において熱する最高温度について自己
調節する。これは、キュリー温度に近づき、達成する際
に粒子の透磁率及びヒステリシス損が下がるからであ
る。キュリー温度に到達すると、フェライト粒子の透磁
率が顕著に降下し、ヒステリシス損が減少し、粒子が交
番磁界による熱生成を中止する。この粒子の、キュリー
温度に等しい最高温度での自己調節の特性は、多くの用
途においてこの粒子を有用なものとする。
本発明は、希望の温度での自動調節を達成するため高
損失磁気加熱粒子を使用した、より便利で経済的な方式
のヒータ装置を提供すべくなされたものである。本発明
のヒータ装置は、その内部に生成される交番磁界を介し
て物品を加熱する多くの用途に利用できる。
損失磁気加熱粒子を使用した、より便利で経済的な方式
のヒータ装置を提供すべくなされたものである。本発明
のヒータ装置は、その内部に生成される交番磁界を介し
て物品を加熱する多くの用途に利用できる。
本発明において、内側誘導コイルを有し、もって高損
失加熱粒子を加熱する交番磁界がヒータ自体の内側に生
成される自己調節ヒータが提供された。
失加熱粒子を加熱する交番磁界がヒータ自体の内側に生
成される自己調節ヒータが提供された。
本明細書中の「高損失加熱粒子」という表現は、特定
周波数を有する交番磁界に晒された際に、本発明の目的
のため、十分な熱を生成することができる特別な特性を
有する如何なる粒子をも意味する。従って、こういった
特性を有し、本発明に使用できるあらゆる粒子がこの定
義の範囲に含まれる。磁界に反応する材料に関して不調
和及び／又は粉らわしい言葉が使われてきたことに注目
されたい。特定の用語に束縛されるものではないが、本
発明に有用な高損失加熱粒子は、一般にフェリ磁性体と
強磁性体の２つの材料カテゴリーに別れる。
周波数を有する交番磁界に晒された際に、本発明の目的
のため、十分な熱を生成することができる特別な特性を
有する如何なる粒子をも意味する。従って、こういった
特性を有し、本発明に使用できるあらゆる粒子がこの定
義の範囲に含まれる。磁界に反応する材料に関して不調
和及び／又は粉らわしい言葉が使われてきたことに注目
されたい。特定の用語に束縛されるものではないが、本
発明に有用な高損失加熱粒子は、一般にフェリ磁性体と
強磁性体の２つの材料カテゴリーに別れる。
一般に、フェライトなどのフェリ磁性粒子は、通常不
導体粒子であり、また、交番磁界に晒された時にヒステ
リシス損によって熱を生成することから好まれる。従っ
て、フェリ磁性粒子は、粒子サイズの大小に全く関係な
く適正な交番磁界内でヒステリシス損によって熱を生成
する。また、フェリ磁性粒子は、ヒータが電気的に不導
体のままであることから、多くの末端使用現場において
好まれる。
導体粒子であり、また、交番磁界に晒された時にヒステ
リシス損によって熱を生成することから好まれる。従っ
て、フェリ磁性粒子は、粒子サイズの大小に全く関係な
く適正な交番磁界内でヒステリシス損によって熱を生成
する。また、フェリ磁性粒子は、ヒータが電気的に不導
体のままであることから、多くの末端使用現場において
好まれる。
本発明に有用であり、一定の用途において好まれてい
るのは、通常、電気的に導体である強磁性粒子である。
強磁性粒子は、粒子サイズが十分に小さい時にヒステリ
シス損によって熱を生成する。しかし、強磁性粒子は導
体であるため、大きい粒子はうず電流損によって大きな
熱を生成する。強磁性粒子を本発明に使用した場合、内
部短絡を引き起こす、ヒータを貫く導体路の形成を防止
するため、互いに電気的に十分に絶縁することが通常必
要となる。
るのは、通常、電気的に導体である強磁性粒子である。
強磁性粒子は、粒子サイズが十分に小さい時にヒステリ
シス損によって熱を生成する。しかし、強磁性粒子は導
体であるため、大きい粒子はうず電流損によって大きな
熱を生成する。強磁性粒子を本発明に使用した場合、内
部短絡を引き起こす、ヒータを貫く導体路の形成を防止
するため、互いに電気的に十分に絶縁することが通常必
要となる。
本発明を実施する場合、ヒステリシス損によって熱を
提供することが一般に望まれるが、これは有効うず電流
加熱の場合よりも有効ヒステリシス損による加熱の方が
粒子サイズが小さくて済むからである。粒子を不導体の
基体に、つまり、ヒステリシス損加熱のために分散する
と、小さい粒子サイズは、より均一な材料の加熱を可能
とし、その材料の機械特性を劣化させない。これは、小
さい粒子が大きい粒子に比べて分散する程度が大きくな
り、物品が不導体のままでいることができるからであ
る。通常、小さい粒子をより多く分散すれば、より効率
的な加熱が得られる。しかし、粒子サイズは、少なくと
も１の磁区（magnetic domain）の寸法とすべきであ
る。つまり、粒子は、できるだけ実際的に小さくすべき
であるが、多磁区粒子とするのが好ましい。
提供することが一般に望まれるが、これは有効うず電流
加熱の場合よりも有効ヒステリシス損による加熱の方が
粒子サイズが小さくて済むからである。粒子を不導体の
基体に、つまり、ヒステリシス損加熱のために分散する
と、小さい粒子サイズは、より均一な材料の加熱を可能
とし、その材料の機械特性を劣化させない。これは、小
さい粒子が大きい粒子に比べて分散する程度が大きくな
り、物品が不導体のままでいることができるからであ
る。通常、小さい粒子をより多く分散すれば、より効率
的な加熱が得られる。しかし、粒子サイズは、少なくと
も１の磁区（magnetic domain）の寸法とすべきであ
る。つまり、粒子は、できるだけ実際的に小さくすべき
であるが、多磁区粒子とするのが好ましい。
本発明に有用な高損失加熱粒子によって生成される熱
は、電気抵抗を有するコーティングを粒子に施すことに
よて提供され、高められる。当業者に理解されるよう
に、うず電流損がないため高損失でない粒子は、上記の
ようなコーティングを施すことにより本発明に使用でき
る高損失加熱粒子に変換することができる。このコーテ
ィングは、コートされた粒子の表皮効果に関連するうず
電流損を生成する。同時に、ヒステリシス損のため高損
失の粒子は、そのようなコーティングによって一定の用
途についての効果が向上する。従って、ヒステリシス損
及びうず電流損の両方で熱生成が可能な高損失粒子が提
供される。
は、電気抵抗を有するコーティングを粒子に施すことに
よて提供され、高められる。当業者に理解されるよう
に、うず電流損がないため高損失でない粒子は、上記の
ようなコーティングを施すことにより本発明に使用でき
る高損失加熱粒子に変換することができる。このコーテ
ィングは、コートされた粒子の表皮効果に関連するうず
電流損を生成する。同時に、ヒステリシス損のため高損
失の粒子は、そのようなコーティングによって一定の用
途についての効果が向上する。従って、ヒステリシス損
及びうず電流損の両方で熱生成が可能な高損失粒子が提
供される。
フェライトは、IEEE TRAANSACTIONS ON MAGNETICSの1
965年版96ページ他、村上著「低キュリー温度を有する
フェライトコアの特徴及びその利用」及び1959年JOHN W
ILEY ＆ SON社発行の、スミス、ウイジン共著の「フェ
ライト」の156ページ他の２つの公報に記載されるよう
に、亜鉛、マグネシウム、コバルト、ニッケル、リチウ
ム、鉄、又は銅と合成することによって如何なる範囲の
キュリー温度をも保持できるとされている。従って、所
望キュリー温度を提供するため高損失加熱粒子を選択す
ることは当業者に明白なことである。
965年版96ページ他、村上著「低キュリー温度を有する
フェライトコアの特徴及びその利用」及び1959年JOHN W
ILEY ＆ SON社発行の、スミス、ウイジン共著の「フェ
ライト」の156ページ他の２つの公報に記載されるよう
に、亜鉛、マグネシウム、コバルト、ニッケル、リチウ
ム、鉄、又は銅と合成することによって如何なる範囲の
キュリー温度をも保持できるとされている。従って、所
望キュリー温度を提供するため高損失加熱粒子を選択す
ることは当業者に明白なことである。
本発明に「高損失加熱粒子」として用いられ、かつ、
その言葉の範囲に含まれるる磁気粒子は、次の特性を有
する。即ち、（１）適正な交番磁界に晒された際に温度
の自動調節のため所望のキュリー温度を有し、（２）適
正な交番磁界に晒された際に所望の熱を生成するため、
ヒステリシス損失又はうず電流損失又は両方により、十
分に高損失である。
その言葉の範囲に含まれるる磁気粒子は、次の特性を有
する。即ち、（１）適正な交番磁界に晒された際に温度
の自動調節のため所望のキュリー温度を有し、（２）適
正な交番磁界に晒された際に所望の熱を生成するため、
ヒステリシス損失又はうず電流損失又は両方により、十
分に高損失である。
本発明に使用される高損失加熱粒子は、所望のキュリ
ー温度を有し、本発明の装置に用いようとする交番磁界
における所望熱量を生成するため十分高損失なものであ
ればどの希望粒子であってもよい。当業者に理解される
ことであるが、国際公開WO90/03090に記載のごとく、こ
れらの高損失熱生成粒子は、一般に、高い初期透磁率及
び使用される交番磁界の特定周波範囲において高い高損
失成分を有するフェリ磁性体又は強磁性体である。
ー温度を有し、本発明の装置に用いようとする交番磁界
における所望熱量を生成するため十分高損失なものであ
ればどの希望粒子であってもよい。当業者に理解される
ことであるが、国際公開WO90/03090に記載のごとく、こ
れらの高損失熱生成粒子は、一般に、高い初期透磁率及
び使用される交番磁界の特定周波範囲において高い高損
失成分を有するフェリ磁性体又は強磁性体である。
従来技術において知られるように、フェライト粒子の
高損失成分は、一般に、熱生成に寄与する初期相対透磁
率の部分である。この部分は、チェン著の「軟質磁性体
の磁気及び冶金」（1986年）の405ページ及びスミット
他著の「高等電子工学」（1954年）の6:69にｍμとして
表現されている。特定の粒子に関するｍμ成分が高くな
ればなるほど、粒子は本発明に高損失加熱粒子として使
用された際に磁界の特定周波数でより効果的に熱生成す
るようになる。
高損失成分は、一般に、熱生成に寄与する初期相対透磁
率の部分である。この部分は、チェン著の「軟質磁性体
の磁気及び冶金」（1986年）の405ページ及びスミット
他著の「高等電子工学」（1954年）の6:69にｍμとして
表現されている。特定の粒子に関するｍμ成分が高くな
ればなるほど、粒子は本発明に高損失加熱粒子として使
用された際に磁界の特定周波数でより効果的に熱生成す
るようになる。
交番磁界におけるこれらの粒子からの熱生成は、損失
成分、粒子サイズ、磁界強度、磁界に力を与える交流電
流の周波数、存在する粒子の分布密度及び当業界で周知
のその他の要因と直接関係している。粒子は、特定の周
波数及び磁界強度を有する特定の磁界における極高損失
熱生成特性及び初期透磁率の点について容易に選択でき
る。粒子サイズは１磁区より大きければ、いかなる所望
寸法でもかまわない。小さい粒子寸法は、より効率的に
熱生成するため多くの用途において好まれる。本発明の
装置に用いられる粒子の分布密度は、色々のファクター
から決定される。しかし、一般に、それらの粒子と共に
使用すべく選択された磁界で所望の熱を生成する最低密
度を用いることが望まれる。しかし、粒子を高密度とす
れば、より高いワット密度装置が得られる。
成分、粒子サイズ、磁界強度、磁界に力を与える交流電
流の周波数、存在する粒子の分布密度及び当業界で周知
のその他の要因と直接関係している。粒子は、特定の周
波数及び磁界強度を有する特定の磁界における極高損失
熱生成特性及び初期透磁率の点について容易に選択でき
る。粒子サイズは１磁区より大きければ、いかなる所望
寸法でもかまわない。小さい粒子寸法は、より効率的に
熱生成するため多くの用途において好まれる。本発明の
装置に用いられる粒子の分布密度は、色々のファクター
から決定される。しかし、一般に、それらの粒子と共に
使用すべく選択された磁界で所望の熱を生成する最低密
度を用いることが望まれる。しかし、粒子を高密度とす
れば、より高いワット密度装置が得られる。
本発明に使用される有用で好まれる粒子は、非高損失
粒子と組合わせて使用される高損失加熱粒子である。高
損失加熱粒子は、本発明による物品を熱するための熱を
生成する。非高損失粒子は、高損失加熱粒子がそのキュ
リー温度に達して透磁率が減少した時、連続した磁気回
路結合を提供する。高損失加熱粒子と非高損失粒子との
組合わせは、一定の状況で本発明の装置及びヒータに特
に有益である。例えば、高損失粒子及び非高損失粒子の
組合わせは、物品がその自己調節温度まで加熱された際
に磁界の強さをそのまま維持することを許容する。本発
明に使用するため特定の磁気粒子若しくは粒子装置を選
択することは、当業者に明白なことである。
粒子と組合わせて使用される高損失加熱粒子である。高
損失加熱粒子は、本発明による物品を熱するための熱を
生成する。非高損失粒子は、高損失加熱粒子がそのキュ
リー温度に達して透磁率が減少した時、連続した磁気回
路結合を提供する。高損失加熱粒子と非高損失粒子との
組合わせは、一定の状況で本発明の装置及びヒータに特
に有益である。例えば、高損失粒子及び非高損失粒子の
組合わせは、物品がその自己調節温度まで加熱された際
に磁界の強さをそのまま維持することを許容する。本発
明に使用するため特定の磁気粒子若しくは粒子装置を選
択することは、当業者に明白なことである。
本発明の１の実施例による自動調節ヒータ１が図１に
示されている。ヒータ１は、電気的に不導体の本体２
と、本体２に埋設された誘導コイル３と、本体２内に分
散された高損失加熱粒子４と、誘導コイル３に電力を供
給するための接続手段５とから成る。高損失加熱粒子４
は、誘導コイル３による交番磁界に晒された時に熱を生
成する。高損失加熱粒子は、本体２が加熱される自動調
節温度に少なくとも等しいキュリー移行温度を有する。
接続手段５は、誘導コイル３が高損失加熱粒子４をして
本体２を自動調節温度まで加熱せしめるのに十分な強さ
の交番磁界を生成できるよう誘導コイル３への電力供給
を可能とする。
示されている。ヒータ１は、電気的に不導体の本体２
と、本体２に埋設された誘導コイル３と、本体２内に分
散された高損失加熱粒子４と、誘導コイル３に電力を供
給するための接続手段５とから成る。高損失加熱粒子４
は、誘導コイル３による交番磁界に晒された時に熱を生
成する。高損失加熱粒子は、本体２が加熱される自動調
節温度に少なくとも等しいキュリー移行温度を有する。
接続手段５は、誘導コイル３が高損失加熱粒子４をして
本体２を自動調節温度まで加熱せしめるのに十分な強さ
の交番磁界を生成できるよう誘導コイル３への電力供給
を可能とする。
本体２は、プラスチック、セラミック、ポリマー、シ
リコン、エラストマー、ゴム又はゲル材などの適当な電
気不導体で成る。例えば、その材料は、自動調節温度で
硬質又は可撓性の材料あってもよい。本体２が可撓性材
成り、これに包含される誘導コイルが可撓性を有する場
合、ヒータ１は加熱される物品に順応可能である。例え
ば、可撓性材は、本体を実質的に一定の自動調節温度に
加熱し、もって非平坦面に均一に熱を供給する際に非平
坦面に順応する。
リコン、エラストマー、ゴム又はゲル材などの適当な電
気不導体で成る。例えば、その材料は、自動調節温度で
硬質又は可撓性の材料あってもよい。本体２が可撓性材
成り、これに包含される誘導コイルが可撓性を有する場
合、ヒータ１は加熱される物品に順応可能である。例え
ば、可撓性材は、本体を実質的に一定の自動調節温度に
加熱し、もって非平坦面に均一に熱を供給する際に非平
坦面に順応する。
本体２をエラストマー材で形成し、加熱される物品が
加熱時に変形する時、ヒータ１は、変形する物品の形状
と一致する。硬質材は、セラミック材、プラスチック
材、ポリマー材、その他の材料を含む。可撓性材は、天
然及び合成ゴム、エラストマー及びゲル材、その他の材
料を含む。しかし、高損失加熱粒子からの熱を利用する
ため、本体２の材料は、加熱される物品に熱を伝える能
力を有する必要がある。
加熱時に変形する時、ヒータ１は、変形する物品の形状
と一致する。硬質材は、セラミック材、プラスチック
材、ポリマー材、その他の材料を含む。可撓性材は、天
然及び合成ゴム、エラストマー及びゲル材、その他の材
料を含む。しかし、高損失加熱粒子からの熱を利用する
ため、本体２の材料は、加熱される物品に熱を伝える能
力を有する必要がある。
本発明の１の特徴によれば、本体２は、軟質で、高い
伸び率を有するゲル材としてもよい。このような材料は
米国特許第4,369,284号及び同第4,865,905号に記載され
ている。この材料は、可撓性が大きく、加熱される不規
則な層に順応可能な本発明によるヒータの構成を可能と
する。
伸び率を有するゲル材としてもよい。このような材料は
米国特許第4,369,284号及び同第4,865,905号に記載され
ている。この材料は、可撓性が大きく、加熱される不規
則な層に順応可能な本発明によるヒータの構成を可能と
する。
本発明のヒータの多くの用途に対する好ましい材料
は、RTVシリコンなどのゴム及びエラストマーである。
使用する材料が誘導コイルを溶融及び封入するため本来
的に熱可塑性であってもよいが、通常は本発明のヒータ
を形成すべく誘導コイルを型込め及び封入するため可塑
性材料を使用するのが好ましい。
は、RTVシリコンなどのゴム及びエラストマーである。
使用する材料が誘導コイルを溶融及び封入するため本来
的に熱可塑性であってもよいが、通常は本発明のヒータ
を形成すべく誘導コイルを型込め及び封入するため可塑
性材料を使用するのが好ましい。
高損失加熱粒子は、材料を溶融及び硬化することによ
って本体２が製造される際にその材料の内部に散在する
ように包含される。
って本体２が製造される際にその材料の内部に散在する
ように包含される。
誘導コイル３は、数多くの形状とされる。図１、３及
び４に示されるように、誘導コイル３は、概ね共面コイ
ルとされる。これに代え、図２及び５に示されるよう
に、誘導コイル３及び６は、それぞれ螺旋コイルとされ
る。螺旋コイルは、近接していても、離隔していてもよ
い。離隔螺旋コイルは、螺旋コイルが近接若しくは互い
に接触している場合よりも本体2aにより大きい可撓性を
与える。希望する場合、螺旋誘導コイル3aは、本体2aが
モールド成形される際に長手方向に引張され、成形され
た本体2aにより大きな可撓性を与える。
び４に示されるように、誘導コイル３は、概ね共面コイ
ルとされる。これに代え、図２及び５に示されるよう
に、誘導コイル３及び６は、それぞれ螺旋コイルとされ
る。螺旋コイルは、近接していても、離隔していてもよ
い。離隔螺旋コイルは、螺旋コイルが近接若しくは互い
に接触している場合よりも本体2aにより大きい可撓性を
与える。希望する場合、螺旋誘導コイル3aは、本体2aが
モールド成形される際に長手方向に引張され、成形され
た本体2aにより大きな可撓性を与える。
別の形状の誘導コイルが図３及び４に示されている。
この場合、誘導コイル3bは、図４に示されるように、互
いにほぼ共面をなす矩形コイル部分を形成すべく折り重
ねられたポリイミドのコーティングがされた銅製リボン
から成る。図１及び４に示される装置は、それぞれ比較
的薄い本体２及び2bを提供する。図２に示される装置
は、誘導コイル3aの形状が故に比較的厚い本体2aを提供
する。本体2aは、誘導コイルを包むようにモールド成形
するか、誘導コイル3aを支持するためのキャビティを有
するようにしてもよい。例えば、本体は、誘導コイル3a
を挟んで互いに締着される２片の別体に形成してもよ
い。
この場合、誘導コイル3bは、図４に示されるように、互
いにほぼ共面をなす矩形コイル部分を形成すべく折り重
ねられたポリイミドのコーティングがされた銅製リボン
から成る。図１及び４に示される装置は、それぞれ比較
的薄い本体２及び2bを提供する。図２に示される装置
は、誘導コイル3aの形状が故に比較的厚い本体2aを提供
する。本体2aは、誘導コイルを包むようにモールド成形
するか、誘導コイル3aを支持するためのキャビティを有
するようにしてもよい。例えば、本体は、誘導コイル3a
を挟んで互いに締着される２片の別体に形成してもよ
い。
ヒータ１の接続手段５は、交流電源に接続される。交
流電源は、例えば、当業者周知の直列及び並列のコンデ
ンサで形成された回路の一部である手段を介してコイル
３に接続すればよい。この回路は、負荷がかけられて50
オームの共振インピーダンスに同調させればよい。定電
流電源を含む適当な電源は、600ワット、13.56MHzの定
電流電源であるメトカル（Metcal）モデルBM300電源
（カリフォルニア州メンロ・パークのメトカル社から入
手可能）とすればよい。電力供給は、定電流モードで電
流センサ及び帰還ループを介して調節される。本発明に
従って用いられる内側誘導コイル３は、0.006インチx0.
160インチ（0.15mm x 4.06mm）の銅製リボンで成る。そ
の他の形状の定電流源及び誘導コイル装置は当業者に明
白である。
流電源は、例えば、当業者周知の直列及び並列のコンデ
ンサで形成された回路の一部である手段を介してコイル
３に接続すればよい。この回路は、負荷がかけられて50
オームの共振インピーダンスに同調させればよい。定電
流電源を含む適当な電源は、600ワット、13.56MHzの定
電流電源であるメトカル（Metcal）モデルBM300電源
（カリフォルニア州メンロ・パークのメトカル社から入
手可能）とすればよい。電力供給は、定電流モードで電
流センサ及び帰還ループを介して調節される。本発明に
従って用いられる内側誘導コイル３は、0.006インチx0.
160インチ（0.15mm x 4.06mm）の銅製リボンで成る。そ
の他の形状の定電流源及び誘導コイル装置は当業者に明
白である。
本体２の形状には様々な可能性がある。例えば、誘導
コイルをほぼ平坦とし、本体を図１及び３に示されるよ
うに誘導コイルよりやや大きく、板状としてもよい。こ
の代りに、その平坦な誘導コイルを、薄い矩形本体の半
分の一端に配設してもよい。図２のように、螺旋誘導コ
イルを使用した場合、本体を立方体とすればよい。
コイルをほぼ平坦とし、本体を図１及び３に示されるよ
うに誘導コイルよりやや大きく、板状としてもよい。こ
の代りに、その平坦な誘導コイルを、薄い矩形本体の半
分の一端に配設してもよい。図２のように、螺旋誘導コ
イルを使用した場合、本体を立方体とすればよい。
上記の一般説明及び特定実施例の説明に基づいて、本
発明の数々の変更例及び実施例が種々の所望用途に応用
可能であることは当業者に明白である。
発明の数々の変更例及び実施例が種々の所望用途に応用
可能であることは当業者に明白である。
以下の例は、本発明のヒータの特定の好ましいい実施
例を示すべく図示したものである。上記の説明及び以下
の例は、当業者が本発明を実施できるようにするために
示したものであり、本発明の範囲は本明細書に添付した
クレームに記載した通りである。
例を示すべく図示したものである。上記の説明及び以下
の例は、当業者が本発明を実施できるようにするために
示したものであり、本発明の範囲は本明細書に添付した
クレームに記載した通りである。
例Ｉ この例において、本発明によるヒータは、GEシリコン
RTV627のＡ及びＢの３回平巻きコイルとトランス・テッ
ク（Trans Tech）のっT1−1500フェライトを用いて形成
された。このフェライトのキュリー移行温度（Tc）は18
0℃であった。誘導コイルは図３に示される装置とさ
れ、RTV627のＡ及びＢシリコンに鋳込まれた。ヒータの
性能は、最大正味電力が250ワット、調節後の反射電力
が100ワットであった。
RTV627のＡ及びＢの３回平巻きコイルとトランス・テッ
ク（Trans Tech）のっT1−1500フェライトを用いて形成
された。このフェライトのキュリー移行温度（Tc）は18
0℃であった。誘導コイルは図３に示される装置とさ
れ、RTV627のＡ及びＢシリコンに鋳込まれた。ヒータの
性能は、最大正味電力が250ワット、調節後の反射電力
が100ワットであった。
このヒータは局部的に２次元及び３次元の両方の自己
調節を行った。このヒータは順応性があり、可撓線食刻
回路熱バー（flex etch circuit hot bar）などにおけ
るような不規則面に適用する場合、より良い選択とな
る。このヒータの価値ある特徴は、本来的に３次元の自
己調節が可能であることである。
調節を行った。このヒータは順応性があり、可撓線食刻
回路熱バー（flex etch circuit hot bar）などにおけ
るような不規則面に適用する場合、より良い選択とな
る。このヒータの価値ある特徴は、本来的に３次元の自
己調節が可能であることである。
例II この例において、本発明によるヒータは、GEシリコン
RTV627を用いて形成された。コイルは、24ゲージHML線
を長さ６インチ（152.40mm）、直径0.25インチ（6.35m
m）のテフロン製マンドレルの周囲に、インチ当たり約1
0回（cm当たり1.5回）の割りで32回巻き、一端からリー
ド線が延びるようにして形成した。この装置は、長さが
３インチ（76.20mm）で直径が0.5インチ（12.70mm）の
キャビティーを有し、かつ、モールドの端部から延出す
るマンドレルの端部を収容するための分割線部の各端部
に0.25インチ（6.35mm）の孔部を有する、長さ4.5イン
チ（114.30mm）のDelrinプラスチックのモールドの下半
分に配置された。RTVシリコン15グラムとフェライト粉
末30グラムの混合物がコイル／マンドレル装置の下と頂
部から注入された。モールドの上半分が適正位置に圧入
され、RTVシリコンが硬化された。フェライト粉末は、2
25℃のキュリー温度を有する高損失フェライト粒子であ
るTT1−2800と、375℃のキュリー温度を有する非高損失
フェライト粒子であるTT2−111の50/50混合物であっ
た。RTVシリコンの硬化後、マンドレルが中央から取り
除かれてヒータに円筒形のキャビティーが形成された。
このキャビティーに、次いで、同じRTVシリコン／フェ
ライト粒子混合物が充填され、硬化された。その後で、
ヒータ装置がモールドから取り出された。得られた本発
明のヒータ装置はメトカルの電力供給源とインピーダン
スが整合しており、効果的な加熱、225℃での自己調節
を提供した。類似のヒータが、上述の50/50のフェライ
ト粒子混合物が75％、微細銅粉末が25％の粉末30グラム
を用いて形成された。このヒータは、ヒータ本体の熱伝
導性が高いため高い熱出力を提供した。
RTV627を用いて形成された。コイルは、24ゲージHML線
を長さ６インチ（152.40mm）、直径0.25インチ（6.35m
m）のテフロン製マンドレルの周囲に、インチ当たり約1
0回（cm当たり1.5回）の割りで32回巻き、一端からリー
ド線が延びるようにして形成した。この装置は、長さが
３インチ（76.20mm）で直径が0.5インチ（12.70mm）の
キャビティーを有し、かつ、モールドの端部から延出す
るマンドレルの端部を収容するための分割線部の各端部
に0.25インチ（6.35mm）の孔部を有する、長さ4.5イン
チ（114.30mm）のDelrinプラスチックのモールドの下半
分に配置された。RTVシリコン15グラムとフェライト粉
末30グラムの混合物がコイル／マンドレル装置の下と頂
部から注入された。モールドの上半分が適正位置に圧入
され、RTVシリコンが硬化された。フェライト粉末は、2
25℃のキュリー温度を有する高損失フェライト粒子であ
るTT1−2800と、375℃のキュリー温度を有する非高損失
フェライト粒子であるTT2−111の50/50混合物であっ
た。RTVシリコンの硬化後、マンドレルが中央から取り
除かれてヒータに円筒形のキャビティーが形成された。
このキャビティーに、次いで、同じRTVシリコン／フェ
ライト粒子混合物が充填され、硬化された。その後で、
ヒータ装置がモールドから取り出された。得られた本発
明のヒータ装置はメトカルの電力供給源とインピーダン
スが整合しており、効果的な加熱、225℃での自己調節
を提供した。類似のヒータが、上述の50/50のフェライ
ト粒子混合物が75％、微細銅粉末が25％の粉末30グラム
を用いて形成された。このヒータは、ヒータ本体の熱伝
導性が高いため高い熱出力を提供した。
本発明によるヒータの利点は、本体の全体をほぼ均一
で一定の温度に加熱できることである。例えば、高損失
加熱粒子が本体２の角々に分布するとき、高損失加熱粒
子は、次のように熱せられる。即ち、（１）本体が冷え
ているとき、磁束が誘導コイルの近くに集り、誘導コイ
ルに最も近い高損失加熱粒子が熱せられ、（２）誘導コ
イルに最も近いこの材料がそのキュリー温度に達する
と、透磁率が下がって磁束が外方に膨張し、中央コアの
過剰加熱を阻止し、この効果が負荷のかけられた材料の
全体に熱を生成させる働きをなす。従って、熱は、誘導
コイルに近い材料、ひいては中央コアだけでなく、誘導
コイルから最も遠く位置する材料にも生成される。かく
して、熱は、３次元で生成され、調節される。
で一定の温度に加熱できることである。例えば、高損失
加熱粒子が本体２の角々に分布するとき、高損失加熱粒
子は、次のように熱せられる。即ち、（１）本体が冷え
ているとき、磁束が誘導コイルの近くに集り、誘導コイ
ルに最も近い高損失加熱粒子が熱せられ、（２）誘導コ
イルに最も近いこの材料がそのキュリー温度に達する
と、透磁率が下がって磁束が外方に膨張し、中央コアの
過剰加熱を阻止し、この効果が負荷のかけられた材料の
全体に熱を生成させる働きをなす。従って、熱は、誘導
コイルに近い材料、ひいては中央コアだけでなく、誘導
コイルから最も遠く位置する材料にも生成される。かく
して、熱は、３次元で生成され、調節される。
本発明によるヒータは、有益な特性及び特徴を有す
る。このヒータは、長さに沿って、或いはその領域全体
に亙って累積的且つ局地的に自己調節するので、ヒータ
全体を通して選択されたキュリー温度で均一の温度を提
供する。また、このヒータは、その長さに沿って、或い
はその領域全体に亙って生来の可変ワット密度を有す
る。つまり、このヒータは、高損失加熱粒子の冷えた部
分をその粒子のキュリー温度まで上げるため各冷えた部
分に累積的かつ局部的に電力を引き込む。
る。このヒータは、長さに沿って、或いはその領域全体
に亙って累積的且つ局地的に自己調節するので、ヒータ
全体を通して選択されたキュリー温度で均一の温度を提
供する。また、このヒータは、その長さに沿って、或い
はその領域全体に亙って生来の可変ワット密度を有す
る。つまり、このヒータは、高損失加熱粒子の冷えた部
分をその粒子のキュリー温度まで上げるため各冷えた部
分に累積的かつ局部的に電力を引き込む。
本発明のヒータは、適正に選択されたゴム若しくはRT
Vシリコンなどのエラストマー材及び可撓性線コイルか
ら成る誘導コイルを使用する長尺ヒータ、特に円筒形若
しくは管状ヒータとして機能させる場合に特に適してい
る。本発明のヒータは、いかなる長さ、直径、可撓性及
び加熱特性のものにも形成可能である。これらのヒータ
は、加熱井（heating wells）、チューブ内側、或いは
自己調節定温度加熱が望まれるその他の制限された空間
での使用に適用可能である。本発明のヒータは、このよ
うな用途及び形状において数多くの利点をもたらす。例
えば、本発明のヒータは、チューブ若しくは加熱井に配
置して長期間使用した後にも取り出しが容易である。本
発明のヒータは、金属タイプのヒータが錆びて加熱井若
しくはチューブから取り出し難くなるような状況下でも
錆びたり、腐食することがない。さらに、本発明のヒー
タは、加熱井又はチューブから引っ張ることによって延
びて長尺になり、その結果直径が縮小して制限空間から
の除去を促進するため、硬質ヒータよりも容易にそのよ
うな制限された空間から除去することができる。
Vシリコンなどのエラストマー材及び可撓性線コイルか
ら成る誘導コイルを使用する長尺ヒータ、特に円筒形若
しくは管状ヒータとして機能させる場合に特に適してい
る。本発明のヒータは、いかなる長さ、直径、可撓性及
び加熱特性のものにも形成可能である。これらのヒータ
は、加熱井（heating wells）、チューブ内側、或いは
自己調節定温度加熱が望まれるその他の制限された空間
での使用に適用可能である。本発明のヒータは、このよ
うな用途及び形状において数多くの利点をもたらす。例
えば、本発明のヒータは、チューブ若しくは加熱井に配
置して長期間使用した後にも取り出しが容易である。本
発明のヒータは、金属タイプのヒータが錆びて加熱井若
しくはチューブから取り出し難くなるような状況下でも
錆びたり、腐食することがない。さらに、本発明のヒー
タは、加熱井又はチューブから引っ張ることによって延
びて長尺になり、その結果直径が縮小して制限空間から
の除去を促進するため、硬質ヒータよりも容易にそのよ
うな制限された空間から除去することができる。
本発明のヒータは、図１、２及び３に示されるような
平坦及びブロック型ヒータを含む数々の形状に形成する
ことができる。さらに、図５に示されるタイプの円筒形
若しくは長尺ヒータは、種々の加熱条件を達成するため
色々の形状に形成できる。例えば、適当な誘導コイル
は、典型的に、ポリイミド・コーティング又はその他の
絶縁材で絶縁しても、しなくてもよいゲージ線コイルと
される。選択された誘導コイル６は、モールドに単純に
配置され、高損失加熱粒子を包含するエラストマー又は
ゴム製の本体７が誘導コイル６の周囲に鋳込まれ、加硫
される。他の形状のヒータを形成するため、誘導コイル
線を、コア８に巻き付けてモールドに配置し、次いでエ
ラストマー又はゴム製本体７をコイル６の周囲に鋳込ん
で固めてもよい。誘導コイルが巻き付けられるコア８
は、除去できるようにしても、残すようにしてもよい。
ヒータの本体７が硬化した後にコア８を引き抜けるよう
にし、もって材料又は物品を加熱するため挿通する中空
コアを有する管状ヒータを提供するようにするのが望ま
しい。一方、コア８は、ヒータに一定の所望の特徴を与
えるパーマネント型のコアとしてもよい。例えば、コア
８は、高い透磁率を有するも、非高損失とし、もって磁
気結合、インピーダンス整合及びヒータ全体に対する磁
界の収束を提供するようにしてもよい。コアが非高損失
である場合、誘導コイル６の周囲にゴム製又はエラスト
マー製の本体７が鋳込まれた高損失加熱粒子が存在する
ヒータの外側部分には熱が生成されるが、これらの粒子
の利用が困難なヒータの内側部分には熱が生成されな
い。
平坦及びブロック型ヒータを含む数々の形状に形成する
ことができる。さらに、図５に示されるタイプの円筒形
若しくは長尺ヒータは、種々の加熱条件を達成するため
色々の形状に形成できる。例えば、適当な誘導コイル
は、典型的に、ポリイミド・コーティング又はその他の
絶縁材で絶縁しても、しなくてもよいゲージ線コイルと
される。選択された誘導コイル６は、モールドに単純に
配置され、高損失加熱粒子を包含するエラストマー又は
ゴム製の本体７が誘導コイル６の周囲に鋳込まれ、加硫
される。他の形状のヒータを形成するため、誘導コイル
線を、コア８に巻き付けてモールドに配置し、次いでエ
ラストマー又はゴム製本体７をコイル６の周囲に鋳込ん
で固めてもよい。誘導コイルが巻き付けられるコア８
は、除去できるようにしても、残すようにしてもよい。
ヒータの本体７が硬化した後にコア８を引き抜けるよう
にし、もって材料又は物品を加熱するため挿通する中空
コアを有する管状ヒータを提供するようにするのが望ま
しい。一方、コア８は、ヒータに一定の所望の特徴を与
えるパーマネント型のコアとしてもよい。例えば、コア
８は、高い透磁率を有するも、非高損失とし、もって磁
気結合、インピーダンス整合及びヒータ全体に対する磁
界の収束を提供するようにしてもよい。コアが非高損失
である場合、誘導コイル６の周囲にゴム製又はエラスト
マー製の本体７が鋳込まれた高損失加熱粒子が存在する
ヒータの外側部分には熱が生成されるが、これらの粒子
の利用が困難なヒータの内側部分には熱が生成されな
い。
別の特徴によれば、除去可能コアの使用は、次のよう
な本発明のヒータに別の形状を与える。エラストマー又
はゴムの本体７が誘導コイル６の周囲にモールド成形さ
れて固められ、除去可能コア８が除去された後、ヒータ
の中心のキャビティに所望の材料を充填するか、別のコ
アを挿入してもよい。例えば、キャビティに別の磁気粒
子を含有する別のエラストマー若しくはゴムを充填して
このエラストマー又はゴムを硬化させてもよい。この方
法は、本体７の一部が一定の特性を有し、本体のコア８
の部分が他の特性を有する場合に、所望の全体的特徴及
び性能特性を有する本発明による一元的ヒータを提供す
る。誘導コイル６は、コネクタ10を介して適当な電力供
給源に接続されている。
な本発明のヒータに別の形状を与える。エラストマー又
はゴムの本体７が誘導コイル６の周囲にモールド成形さ
れて固められ、除去可能コア８が除去された後、ヒータ
の中心のキャビティに所望の材料を充填するか、別のコ
アを挿入してもよい。例えば、キャビティに別の磁気粒
子を含有する別のエラストマー若しくはゴムを充填して
このエラストマー又はゴムを硬化させてもよい。この方
法は、本体７の一部が一定の特性を有し、本体のコア８
の部分が他の特性を有する場合に、所望の全体的特徴及
び性能特性を有する本発明による一元的ヒータを提供す
る。誘導コイル６は、コネクタ10を介して適当な電力供
給源に接続されている。
別の特徴によれば、本発明は、特定の電源に対するイ
ンピーダンス整合などの、ヒータの全体インピーダンス
の調節に必要とされるコンデンサなどの電気部品が誘導
コイルと共にヒータ本体に鋳込むことができるといった
一定の利点を有する。この利点は、ひいては、所望の電
源に接続するための外部接続手段を有するだけの単一部
品たる一元ヒータを提供する。かくして、作業者にとっ
て使用及び設置が簡単な自己調節ヒータが提供される。
ンピーダンス整合などの、ヒータの全体インピーダンス
の調節に必要とされるコンデンサなどの電気部品が誘導
コイルと共にヒータ本体に鋳込むことができるといった
一定の利点を有する。この利点は、ひいては、所望の電
源に接続するための外部接続手段を有するだけの単一部
品たる一元ヒータを提供する。かくして、作業者にとっ
て使用及び設置が簡単な自己調節ヒータが提供される。
別の実施例において、高い透磁率を有するも、非高損
失である粒子を含むヒータに外側層を設けるのが望まし
い。このような透磁率が高く非高損失の粒子は、ヒータ
から出るラジオ波の放射を防止する遮蔽体として働く。
所望の遮蔽を達成するため、非高損失の粒子の外側層
は、ヒータの自己調節温度よりも高いキュリー温度を有
する必要がある。
失である粒子を含むヒータに外側層を設けるのが望まし
い。このような透磁率が高く非高損失の粒子は、ヒータ
から出るラジオ波の放射を防止する遮蔽体として働く。
所望の遮蔽を達成するため、非高損失の粒子の外側層
は、ヒータの自己調節温度よりも高いキュリー温度を有
する必要がある。
当業者に明白のことであるが、本発明のヒータの種々
の変更及び改良がそのヒータの特定の所望用途に応用可
能である。例えば、高損失加熱粒子の混合物を包含せし
め、粒子の一部が、誘導コイルによって生成された特定
周波数の交番磁界に応答して熱を生成し、粒子の別の一
部が、異なる周波数に応答するようにしてもよい。この
ような形状において、ヒータは、第１の周波数で所望の
時間第１の粒子のキュリー温度に熱せられ、次いで第２
の周波数で所望の時間第２の粒子のキュリー温度に熱せ
られる。上述のように、高損失加熱粒子と非高損失加熱
粒子を所望の比率で混合して所望の形状とし、誘導コイ
ルによって生成された磁界を希望通りに強めて収束さ
せ、高損失加熱粒子がそのキュリー温度になっていて透
磁率が減少した際に磁界の収束を維持させるようにして
もよい。ここで使用した粒子はコーティングされたもの
である。例えば、金属コーティングされたフェライト粒
子は、ヒステリシス加熱及びうず電流加熱の組合わせに
おいて一定の利点を提供する。さらに、粒子の集中をヒ
ータの断面を横切るようにしてもよいことも明白であ
る。例えば、高損失加熱粒子を、最も高い熱が必要とさ
れる領域、或いは、十分な熱を生成するため磁界が少し
弱い領域に最も多く集中させることが望ましい。逆に、
高損失加熱粒子の集中を、最高加熱が必要とされる領
域、或いは、使用される特定の誘導コイルに対する最強
の磁界が存在する領域において少なくして、ヒータの表
面領域若しくは断面を横切る均一の最大ワット密度を生
成する手段を提供するようにしてもよい。
の変更及び改良がそのヒータの特定の所望用途に応用可
能である。例えば、高損失加熱粒子の混合物を包含せし
め、粒子の一部が、誘導コイルによって生成された特定
周波数の交番磁界に応答して熱を生成し、粒子の別の一
部が、異なる周波数に応答するようにしてもよい。この
ような形状において、ヒータは、第１の周波数で所望の
時間第１の粒子のキュリー温度に熱せられ、次いで第２
の周波数で所望の時間第２の粒子のキュリー温度に熱せ
られる。上述のように、高損失加熱粒子と非高損失加熱
粒子を所望の比率で混合して所望の形状とし、誘導コイ
ルによって生成された磁界を希望通りに強めて収束さ
せ、高損失加熱粒子がそのキュリー温度になっていて透
磁率が減少した際に磁界の収束を維持させるようにして
もよい。ここで使用した粒子はコーティングされたもの
である。例えば、金属コーティングされたフェライト粒
子は、ヒステリシス加熱及びうず電流加熱の組合わせに
おいて一定の利点を提供する。さらに、粒子の集中をヒ
ータの断面を横切るようにしてもよいことも明白であ
る。例えば、高損失加熱粒子を、最も高い熱が必要とさ
れる領域、或いは、十分な熱を生成するため磁界が少し
弱い領域に最も多く集中させることが望ましい。逆に、
高損失加熱粒子の集中を、最高加熱が必要とされる領
域、或いは、使用される特定の誘導コイルに対する最強
の磁界が存在する領域において少なくして、ヒータの表
面領域若しくは断面を横切る均一の最大ワット密度を生
成する手段を提供するようにしてもよい。
さらに、ヒータ本体の熱伝導性を高めるため他の材料
を包含させてもよい。そのような材料としては、銅粉末
などの金属材料、或いは、ホウ素窒化物粉末などの非金
属材料が挙げられる。当業者に明白のことであるが、金
属粒子等をコーティングされた粒子を使用する場合、不
都合な結果をもたらすかもしれない電気導体路の形成を
阻止するためヒータ本体に適当な電気絶縁体を設けるこ
とに注意する必要がある。本発明のヒータの他の変形及
び変更例は当業者に明白である。
を包含させてもよい。そのような材料としては、銅粉末
などの金属材料、或いは、ホウ素窒化物粉末などの非金
属材料が挙げられる。当業者に明白のことであるが、金
属粒子等をコーティングされた粒子を使用する場合、不
都合な結果をもたらすかもしれない電気導体路の形成を
阻止するためヒータ本体に適当な電気絶縁体を設けるこ
とに注意する必要がある。本発明のヒータの他の変形及
び変更例は当業者に明白である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 マクガフィガン、トーマス、エイチ アメリカ合衆国 94019 カリフォルニ ア、ハーフ・ムーン・ベイ、ミッツェ ン・レーン 1563 (56)参考文献 特開 昭56−122114（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H05B 6/10
Claims (34)
- 【請求項１】電気不導体材料の本体と、 前記本体に埋設された誘導コイルと、 前記本体内部に分散され、前記誘導コイルによって生成
される交番磁界に晒された際に熱を生成するとともに、
前記本体が加熱される自動調節温度とほば等しいキュリ
ー温度を有する高損失発熱粒子と、 前記本体内部に分散され、前記高損失発熱粒子が前記キ
ュリー温度に達した後も磁気回路を維持する非高損失粒
子と、 前記高損失発熱粒子が前記本体を前記自動調節温度まで
加熱するのに充分な強さの交番磁界を前記誘導コイルに
生成させるために電力を供給するための接続手段とを有
することを特徴とする自己調節ヒータ。 - 【請求項２】前記高損失発熱粒子はフェライトであるこ
とを特徴とする請求項１に記載された自己調節ヒータ。 - 【請求項３】前記電気不導体材料はエラストマ、ゴムま
たはゲル状材料であることを特徴とする請求項１に記載
された自己調節ヒータ。 - 【請求項４】前記高損失発熱粒子はフェリ磁性粒子であ
ることを特徴とする請求項１に記載された自己調節ヒー
タ。 - 【請求項５】前記高損失発熱粒子は強磁性粒子であるこ
とを特徴とする請求項１に記載された自己調節ヒータ。 - 【請求項６】前記高損失発熱粒子は、前記本体の少なく
とも一部に分散されていることを特徴とする請求項１に
記載された自己調節ヒータ。 - 【請求項７】前記高損失発熱粒子は、前記本体の全体に
ほぼ均一に分散されていることを特徴とする請求項１に
記載された自己調節ヒータ。 - 【請求項８】前記誘導コイルは、長尺部材から構成され
た、円筒形断面を有するコイルであることを特徴とする
請求項１に記載された自己調節ヒータ。 - 【請求項９】前記誘導コイルは、長尺部材から構成され
た、平坦な断面を有するコイルであることを特徴とする
請求項１に記載された自己調節ヒータ。 - 【請求項１０】前記誘導コイルへの電力供給により、前
記本体の全ての部分が前記キュリー温度にほぼ等しい温
度にほぼ均一に加熱されるように、前記粒子は前記本体
に分散されていることを特徴とする請求項１に記載され
た自己調節ヒータ。 - 【請求項１１】前記本体は不規則な面に順応することを
特徴とする請求項１に記載された自己調節ヒータ。 - 【請求項１２】前記電気不導体材料はシリコンゴムであ
ることを特徴とする請求項１に記載された自己調節ヒー
タ。 - 【請求項１３】前記電気不導体材料はプラスチックであ
り、前記高損失発熱粒子は前記プラスチックに分散され
たフェライト粒子であり、前記高損失発熱粒子が分散さ
れた前記プラスチックは、前記誘導コイルの周囲にモー
ルド成形されていることを特徴とする請求項１に記載さ
れた自己調節ヒータ。 - 【請求項１４】さらに、前記高損失発熱粒子の発熱に効
果的な、予め選択された周波数の高周波交流定電流を前
記接続手段へ提供する電力手段を有することを特徴とす
る請求項１に記載された自己調節ヒータ。 - 【請求項１５】前記誘導コイルは前記本体のほぼ中央に
位置し、前記本体は前記誘導コイルより少し大きいこと
を特徴とする請求項１に記載された自己調節ヒータ。 - 【請求項１６】前記誘導コイルは、前記本体の半分の一
端にだけ存在することを特徴とする請求項１に記載され
た自己調節ヒータ。 - 【請求項１７】前記誘導コイルに電力が供給されると、
前記誘導コイル近傍に磁束が集中し、前記誘導コイル近
傍の前記高損失発熱粒子の温度がキュリー温度に達し
て、前記誘導コイル近傍の前記高損失発熱粒子の透磁率
が低下すると、前記磁束のパスが前記本体の中心部から
外側に向かって膨張して、前記誘導コイルから離れた位
置の前記高損失発熱粒子が発熱することを特徴とする請
求項１に記載された自己調節ヒータ。 - 【請求項１８】前記誘導コイルは、前記本体の対向する
二面の間に位置する、フラットリボン形の導体を平面状
に巻回して形成されたコイルであることを特徴とする請
求項１に記載された自己調節ヒータ。 - 【請求項１９】前記誘導コイルは、前記本体の対向する
二面の間に位置する、その中心軸に沿って螺旋状に巻回
されたコイルであることを特徴とする請求項１に記載さ
れた自己調節ヒータ。 - 【請求項２０】電気不導体材料で形成された本体を供給
し、 前記本体に埋設される誘導コイルを供給し、 前記本体に分散され、前記誘導コイルによって生成され
る交番磁界に晒された際に熱を生成するとともに、前記
本体が加熱される自動調節温度とほぼ等しいキュリー温
度を有する高損失発熱粒子を供給し、 前記本体内部に分散され、前記高損失発熱粒子が前記キ
ュリー温度に達した後も磁気回路を維持する非高損失粒
子を供給し、 前記高損失発熱粒子が前記本体を前記自動調節温度まで
加熱するのに充分な強さの交番磁界を前記誘導コイルに
生成させる電力を提供するための接続手段を供給するこ
とを特徴とする自動調節ヒータの製造方法。 - 【請求項２１】前記高損失発熱粒子はフェライトである
ことを特徴とする請求項20に記載された製造方法。 - 【請求項２２】前記誘導コイルの周囲に前記電気不導体
材料をモールドすることにより、前記誘導コイルは前記
本体内に埋設されることを特徴とする請求項20に記載さ
れた製造方法。 - 【請求項２３】前記高損失発熱粒子は強磁性粒子または
フェリ磁性粒子であることを特徴とする請求項20に記載
された製造方法。 - 【請求項２４】前記誘導コイルは、前記本体のキャビテ
ィに挿入され埋設されることを特徴とする請求項20に記
載された製造方法。 - 【請求項２５】前記高損失発熱粒子は、前記本体の全体
にほぼ均一に分散されることを特徴とする請求項20に記
載された製造方法。 - 【請求項２６】前記誘導コイルは、平坦な長尺部材を平
面状に巻回して形成されたコイルであることを特徴とす
る請求項20に記載された製造方法。 - 【請求項２７】前記電気不導体材料はシリコンゴムであ
ることを特徴とする請求項20に記載された製造方法。 - 【請求項２８】前記電気不導体材料はプラスチックであ
り、前記高損失発熱粒子は前記プラスチックに分散され
たフェライト粒子であり、前記高損失発熱粒子が分散さ
れた前記プラスチックは、前記誘導コイルの周囲にモー
ルド成形されることを特徴とする請求項20に記載された
製造方法。 - 【請求項２９】前記誘導コイルは前記本体のほぼ中央に
配置され、前記本体は前記誘導コイルより少し大きいこ
とを特徴とする請求項20に記載された製造方法。 - 【請求項３０】さらに、前記高損失発熱粒子を発熱させ
るのに効果的な、予め選択された周波数の高周波交流電
流を前記接続手段に提供する電源を供給することを特徴
とする請求項20に記載された製造方法。 - 【請求項３１】さらに、前記高損失発熱粒子を発熱させ
るのに効果的な、予め選択された周波数の高周波交流定
電流を前記接続手段に提供する電源を供給することを特
徴とする請求項20に記載された製造方法。 - 【請求項３２】前記本体の一部領域の発熱を増すため
に、前記領域に前記高損失発熱粒子を高集中に供給する
ことを特徴とする請求項20に記載された製造方法。 - 【請求項３３】前記本体の一部領域の発熱を増すため
に、前記高損失発熱粒子が前記領域に高集中に提供され
ることを特徴とする請求項１に記載された自己調節ヒー
タ。 - 【請求項３４】さらに、前記高損失発熱粒子を発熱させ
るのに効果的な、予め選択された周波数の高周波交流電
流を前記接続手段に提供する電力手段を有することを特
徴とする請求項１に記載された自己調節ヒータ。
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US635,790 | 1990-12-28 | ||
| US07/635,790 US5087804A (en) | 1990-12-28 | 1990-12-28 | Self-regulating heater with integral induction coil and method of manufacture thereof |
| PCT/US1991/008308 WO1992012609A1 (en) | 1990-12-28 | 1991-11-14 | Self-regulating heater with integral induction coil and method of manufacture thereof |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06504400A JPH06504400A (ja) | 1994-05-19 |
| JP3311749B2 true JP3311749B2 (ja) | 2002-08-05 |
Family
ID=24549135
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP50226092A Expired - Fee Related JP3311749B2 (ja) | 1990-12-28 | 1991-11-14 | 一体誘導コイルを備える自己調節ヒータ及びその製造方法 |
Country Status (6)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5087804A (ja) |
| EP (1) | EP0653145B1 (ja) |
| JP (1) | JP3311749B2 (ja) |
| CA (1) | CA2055638C (ja) |
| DE (1) | DE69131606T2 (ja) |
| WO (1) | WO1992012609A1 (ja) |
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