JPH06504400A - 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

Abstract

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Description

【発明の詳細な説明】 及びその１造　法 ｌ匪二ュ１ 本発明は、自動詞節ヒータ及びその製造方法に関する。

及１葛１遣 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。

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。

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か当業界に知られて 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−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−（Ｄｅｒｂｙｓｈｉｒｅ）の米国特許第４，９１４．２６７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一温度付近で自 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、自動調節はキュリ一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、加熱効果がキュリ一温度以下に低下 し、サイクルが繰返される。こうして装置はほぼキュリ一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一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か小さくなり、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 ュリ一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、キュリ一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一温度を生成するため異なるキュリ一 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。

ｌ囲二１遣 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一温度を有する。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 生成する如何底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 等しいキュリ一温度を有する。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。

の　な説Ｂ 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 詞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。

の−なｉ日 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 ュリ一温度に近づき、到達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。キュリ一温度に到達すると、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、キュリ一温度に等しい最高温度での自己調節の特性は、多（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。

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。

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／又は紛られ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。

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積によって 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。

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、うず電流積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積を生成す 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 電流積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　ＭＡＧＮＥＴＩ Ｃ３（７）１９６５年版９６ページ他、村上者「低キユリ一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　ＷＩＬＥＹ　＆　ＳＯ Ｎ社発行の、スミス、ライジン共著の「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一温度をも保持でき るとされている。

従って、所望キュリ一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一温度を有し、（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、所望のキュリ一温度を有し、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ＷＯ９０１０３０９０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Ｊ　（１９８６年）の４０５ページ及びスミット他著の「高 等電子工学Ｊ　（１９５４年）の６二６９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。

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一温度に達して透 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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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ワツト 、１３．５６　Ｍ　ＨＺの定電流電源であるメトカル（Ｍｅｔｃａｌ）モデル８ Ｍ３００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ｘ 　Ｏ，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。

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。

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」− 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°チック（Ｔｒａｎｓ　Ｔｅｃｈ）のつＴ１　１ ５００フエ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（Ｔ ｃ）は１８０℃であった。誘導コイルは図３に示される装置とされ、ＲＴＶ６２ ７のＡ及びＢシリコンに鋳込まれた。ヒータの性能は、最大正味電力か２５０ワ ツト、調節後の反射電力が１００ワツトであった。

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。

五１ 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ゲ一ジＨＭＬ線を長さ６インチ（１５２，４０閤）、 直径０．２５インチ（６，３５ｍｍ＋）のテフロン製マンドレルの周囲に、イン チ当たり約１０回（ｃＩｎ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（７６，２０工 ）で直径が０．５インチ（１２，７０ｍ）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（１１４，３ ０ｍ）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ダ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、２２５℃のキュリ温度を有する高損 失フェライト粒子であるＴＴＩ−２８００と、３７５℃のキュリ一温度を有する 非高損失フェライト粒子であるＴＴ２−１１１の５０１５０混合物であった。Ｒ ＴＶ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５０１５０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一温度に達すると、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上、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一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一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ＲＴＶ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、加熱弁（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１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弁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、加熱弁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ず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。

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定ヒータを提供する。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 よりも高いキュリ一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 子のキュリ一温度に熱せられ、次いで第２の周波数で所望の時間第２の粒子のキ ュリ一温度に熱せられる。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一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。

／　−−−−−−−−−−一一＼ 国際調査報告

Claims (34)

【特許請求の範囲】
1. １．自己調節ヒータであって、 電気不導体材料で形成された本体と、 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共に、前記本体が加熱される自動調節温度とほぼ等しいキ ュリー移行温度を有する高損失加熱粒子と、前記誘導コイルが前記高損失加熱粒 子をして前記本体を前記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に前記誘導コイルに電流を供給する手段と、 から成る自己調節ヒータ。
2. ２．前記高損失加熱粒子は、フェライトで成る請求項１に記載のヒータ。
3. ３．前記電気不導体材料は、エラストマー、ゴム又はゲル材で成る請求項１に記 載のヒータ。
4. ４．前記高損失加熱粒子は、フェリ磁性粒子で成る請求項１に記載のヒータ。
5. ５．前記高損失加熱粒子は、強磁性粒子で成る請求項１に記載のヒータ。
6. ６．前記高損失加熱粒子は、前記本体の少なくとも一部に分散されている請求項 １に記載のヒータ。
7. ７．前記高損失加熱粒子は、前記本体の全域に均一に配分されている請求項１に 記載のヒータ。
8. ８．前記誘導コイルは、円筒形断面と、複数のコイルを有する長尺部材から成る 請求項１に記載のヒータ。
9. ９．前記誘導コイルは、平坦な断面及び複数のコイルを有する長尺部材から成る 請求項１に記載のヒータ。
10. １０．前記粒子は、前記本体の全ての部分が前記誘導コイルに電力を供給するこ とによって前記キュリー温度とほぼ等しいほぼ均一の温度に加熱されるよう前記 本体に分布して成る請求項１に記載のヒータ。
11. １１．前記電気不導体の本体は、不均一な面に順応可能とされている請求項１に 記載のヒータ。
12. １２．前記電気不導体材料は、シリコンゴムで成る請求項１に記載のヒータ。
13. １３．前記電気不導体材料は、プラスチックで成り、前記高損失加熱粒子は、前 記プラスチックに分散されたフェライト粒子で成り、前記分散された高損失加熱 粒子を有する前記プラスチックは、前記誘導コイルの周囲の成形体でなる請求項 １に記載のヒータ。
14. １４．前記接続手段に定電流を供給し、前記高損失加熱粒子の加熱に効果的な予 め選択された周波数で前記誘導コイル高周波数の交流電流を供給する電源手段を 更に有する請求項１に記載のヒータ。
15. １５．前記誘導コイルは、前記本体の中央に位置し、前記本体は、前記誘導コイ ルより少し大きい請求項１に記載のヒータ。
16. 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請求項１に記載 のヒータ。
17. １７．前記誘導コイルによって生成された磁界が先ず前記誘導コイルに最も近い 前記高損失加熱粒子をそのキュリー温度に到達せしめ、その後、前記誘導コイル から離れて位置する前記高損失加熱粒子が前記磁界によって熱せられ、もって前 記本体が冷えていて前記誘導コイルに最も近い前記本体の一部がキュリー温度に 達した際に磁束が前記誘導コイル近傍に集中し、透磁率が低下し、前記磁束が前 記本体の中央コア部分の過剰加熱を防止すべく外方に膨張するようなされた請求 項１に記載のヒータ。
18. １８．前記本体は、２つの対向面を有し、前記誘導コイルは、前記対向面の間に 位置する平坦なリボン形コンダクタで形成された共面コイルとされた請求項１に 記載のヒータ。
19. １９．前記本体は、２つの対向面を有し、前記誘導コイルは、中央じくを中心と して螺旋状に延びる複数のコイルを有し、前記コイルは、前記対向面の内側に位 置して成る請求項１に記載のヒータ。
20. ２０．自己調節ヒータの製造方法であって、電気不導体材料で成る本体を形成し 、 前記本体に埋設された誘導コイルを形成し、前記本体に分散されると共に、前記 誘導コイルによって生成された交番磁界に晒された際に熱を生成し、かつ、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移行温度を有する高損失加 熱粒子を形成し、前記誘導コイルが前記高損失加熱粒子をして前記本体を前記自 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するよう前記誘導 コイルに電力を供給する手段を形成して成る自動調節ヒータの製造方法。
21. ２１．前記高損失加熱粒子は、フェライトから成る請求項２０に記載の方法。
22. ２２．前記誘導コイルは、前記電気不導体材料を前記誘導コイルの周囲に鋳込む ことによって前記本体内に埋設される請求項２０に記載の方法。
23. ２３．前記高損失加熱粒子は、強磁性粒子又はフェリ磁性粒子で成る請求項２０ に記載の方法。
24. ２４．前記本体は、内側にキャビティを備え、前記誘導コイルは、前記キャビテ ィに嵌合されている請求項２０に記載の方法。
25. ２５．前記高損失加熱粒子は、前記本体の全域に均一に配分されている請求項２ ０に記載の方法。
26. ２６．前記誘導コイルは、共面コイルを提供すべく平坦な長尺部材で形成されて いる請求項２０に記載の方法。
27. ２７．前記電気不導体材料は、シリコンゴムで成る請求項２０に記載の方法。
28. ２８．前記電気不導体材料は、プラスチックで成り、前記高損失加熱粒子は、前 記プラスチックに分散されたフェライト粒子から成り、前記高損失加熱粒子が分 散している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成 る請求項２０に記載の方法。
29. ２９．前記誘導コイルは、前記本体の中央に配置され、前記本体は、前記誘導コ イルより少し大きい請求項２０に記載の方法。
30. ３０．前記接続手段に電流を供給する電源手段を設けるステップを更に含み、前 記電源手段は、前記高損失加熱粒子を加熱するのに有効な予め選択された周波数 で前記誘導コイルに高周波数の交流電流を供給する請求項２０に記載の方法。
31. ３１．前記接続手段に定電流を供給する手段を形成するステップを更に含み、前 記電源手段は、前記誘導コイルに前記高損失加熱粒子の加熱に有効な予め選択さ れた周波数で高周波交流電流を供給するようなされた請求項２０に記載の方法
32. ３２．前記高損失加熱粒子を前記本体の一部の領域に高密度に配し、前記領域に 増大された加熱を与えるステップを更に含む請求項２０に記載の方法。
33. ３３．前記高損失加熱粒子は、前記本体の一部の領域に増大された加熱を与える ため前記領域に高密度で散在して成る請求項１に記載のヒータ。
34. ３４．前記接続手段に電流を供給する電源手段を更に有し、前記電源手段は、前 記高損失加熱粒子の加熱に有効な予め選択された周波数で前記誘導コイルに高周 波交流電流を供給するようなされた請求項１に記載のヒータ。