JPS61501354A - 自動温度調節ヒータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 溝イ・き自　日　関節ヒータ 牲−１−へ−雌一１ 本出願は、１９８２年０９月３０日付は米国特許出願第４３０，３１７号’Ａ度 凋節艮能を存する電気的にシールドされたヒータＪ　（発明者：　Ｊｏｈｎ　Ｋ ｒｕｍｍｅ　）及び１９８２年１２月Ｏ１日付は米国特許出願第４４５，８６２ 号「改良型自動温度調節ヒータＪ　（発明者：　Ｊｏｈｎ　Ｋｒｕｍｍｅ　）に 関連し、更に１９８３年０６月２７日付は米国特許出願第５０７．９１９号の一 部継続出願として本出願と同日に出願された「ラッチング装置を具備する可撓性 の自動関節ヒータｊと題する出願に関連するものである。

技−」ＬΣ也−亘＝ 本発明は、自動温度調節機能を有するキュリ一温度ヒータに関し、より具体的に は、導電性を有するヒータの外壁層に溝を設けることにより加熱領域を制御し、 且つその抵抗を少なくとも部分的に制御するように構成した自動温度調節機能を をするキュリ一温度ヒータに関し、それと同時に上記の如き構成によってヒータ の特定の領域に折曲げ可能性を付与すると共にヒータの全体若しくは特定の領域 に可撓性を付与する技術に関するものである。

背景技術 Ｃａｒｔｅｒ及びＫｒｕｍｍｅの発明に係る米国特許第４，２５６，９４５号に は、積層構造を有する温度自動調節機能を備えた電気的ヒータが記載されており 、その一つの薄板層は高い透磁率と高い抵抗値を有し、またもう一つの薄板層は 非磁性体で低い抵抗の材料（例えばｆりで作製され、上記第１の薄板層と電気的 従ってまた熱的に接触せしめられている。上記の如き構造のヒータは、定電流の 交流電源にそれぞれの層が電源に対して平行となるように接続して使用される。

その場合の電流は、当初は表皮効果に基づき、上記高透磁率且つ高抵抗の石に集 中せしめられ、Ｐ＝ＫＲ，の式が成立する。ここでＰは電力、Ｋは１２１１！１ １ち一定の定数、そしてＲは電流が高密度で集中した状態に於ける遇磁性体の実 効抵抗である。このときの電力消費によって上記層はこれがキュリ一温度に達す るまで加熱される。上記層の透磁率は、その午エリ一温度近くに於ては、例えば 銅等の第２の層の透磁率のレベルにまで減少する。然るときは、電流も広がり、 これによって上記電流に対する抵抗は実質的に低下する。従って、消費される電 力Ｐ＝ＫＲ２（但しＲ２＜＜Ｒ１）は大幅に減少し、その加熱効果は、上記ヒー タをキュリ一温度若しくはその付近に維持するようなレヘルにまで減少する。従 って、このヒータはキュリ一温度付近に於ける狭い温度範囲で温度的な自動調節 機能を果たすことになる。

而して、前記米国特許済みのヒータに用いられる電源は、典型的には例えば８な いし２０Ｍ）Ｉｚのような高周波電源であり、そのような高周波を用いることに よって、電流は、磁性体層がキュリ一温度に達するまでは、薄くて抵抗率の高い 当該磁性体層内に制限されるものである。特に、上記磁性体層の厚さが作動周波 数に於ける侵入度（５ｋｉｎ　ｄｅｐｔｈ　）と同程度であるときに最大の調節 機能が得られるものである。そのような条件下に於てキュリ一温度若しくはその 付近に於ける上記ヒータの実効抵抗の最大変化が得みれるからである。この事実 は、均一な（オ料囮ち積層構造ではない表りされ、ここで、ρはΩＣＬ８で表し た物質の抵抗率、μは相対透磁率、ｆは電流の周波数である。電流の流れる領域 はｅ−ゞに従って低下する。ここでＸは〔厚さ／侵入度〕で表される数値である 。従って均一構造の高透磁率材料に於ては、計算によれば電流の６３．２％が侵 入度に等しい（即ちの領域に広がる。従って若し常温におけるμの値が２００（ この値は２００〜１０００の範囲内で変化し得る。）であったと−すれば、キュ リ一温度領域における侵入度は２００の平方根倍に増加する０部ち、均一構造の 材料に於ける侵入度はμ−２００の場合の１４．１４倍に達する。

前記米国特許済みのヒータに於ける２屡の積層構造についても、これと同様の表 皮効果に基づく説明が通用できる。

即ち、磁性体層の厚さが名目上侵入度に等しいときには、キュリ一温度以下に於 て電流の殆どは磁性体層を流れる。

キュリ一温度領域に於ては、電流の殆どは銅の層を流れるので、抵抗は顕著に減 少する。若し、このμの値の高い材料の厚さが侵入度の２倍より大きい場合には 、導電率の高い銅の部分を流れる電流のパーセンテージの変化は少なく、抵抗率 の変化もこれ程に顕著ではないであろう、同様に、μの値の高い材料の厚さが実 質的に侵入度以下である場合にも、キュリ一温度以下に於て高抵抗率材料の部分 を流れる電流のパーセンテージは少なく、従ってキュリ一温度に於ける抵抗の変 化はこれまた顕著ではないと思われる。従って、μの値の高い材料の厚さはその 侵入度の１．０倍ないし１．８倍程度の範囲が望ましい。

而して、上記の如き２層の積層構造の場合の厳密な関係式は極めて複雑である。

（キュリ一温度以下の最大抵抗Ｒｍａｘ　）対〔キュリ一温度以上に於ける最小 抵抗Ｒｍｉｎ〕の比に関する式を導くための表面インピーダンスに関する基礎的 な数学的公式は、定評ある参考文献としての“Ｆｉｅｌｄｓａｎｄ　Ｗａｖｅｓ 　ｉｎ　Ｃｏｍｍｕｉｃａｔｉｏｎｓ　Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ　”　（第３版 ：Ｓ、Ｒａｍｏ、　Ｊ、Ｒ，Ｗｈｉｎｎｅｒｙ＋　Ｔ、ＶａｎＤｕｚｅｒ　著　 ：　Ｊｏｈｎ　Ｗｉｌｅｙ　ａｎｄＳｏｎｓ社刊：ニューヨーク　１９６５年） の２９８〜３０３頁・第５゜１９節に記載されている。この参考文献に記載され ている理論は、正確には平板状の積層板のみを対象にして通用されるものである が、侵入度が実質的にその曲率半径よりも小さい場合のすべての応用例について も充分に正確なものである。

然しなから、上記の如きヒータに於ては、キュリ一温度に達した時点に於て、電 流及び／又は磁束が上記ヒータの外周面領域に拡散するため、面倒な事態が生じ る。特に、当該ヒータが高感度の電子部品の近くに置かれた場合にそのような事 態が生しる。

Ｃａｒｔｅｒ及びＫｒｕｍｍｅにより１９８１年３月１６日付で出願された米国 特許出願第２４３．７７７号は、前記米国特許済みのヒータに関する出願内容を 部分的に承継した出願であるが、その出願では、この加熱されたヒータから発生 する高周波電磁波が当該ヒータの近辺頭載に放射されるのを防止するための機構 が記載されている。そのような効果は、高い４電率ををする洞若しくはその他の 材料の厚さを、電源周波数に対する侵入度の数倍となるよう充分に厚くして、上 記の如き放射及び電場の影響を防止することによって達成される。

このように構成することは、上記ヒータの多くの応用分野に於て重要なことであ り、例えば半田鏝の場合に於ては、電磁場が高感度の回路部品に比較的大きな電 流を引き起し、これが当該部品を破壊すると云うような事態の発生を防止する上 で極めて！義深いことである。

前記の如く、１ｆｆｉ構造即ち均一な構造の単純なヒータに於ける磁場は、ｅ− Ｘに従って低下するものであり、従って、侵入度の３倍の位置に於ては磁場は最 大部分の４．９％であり、侵入度の５倍の位置に於ては０．６７％であり、侵入 度の１０倍の位置に於ては磁場は最大部分のｏ、ｏｏｓ％となる。幾つかの利用 分野に於ては少なくとも侵入度の５倍の厚さが望ましいが、多くの分野に於ては 侵入度の３倍の厚さで充分であり、また極めて高感度の機器の近くで大きな加熱 電流を使用する場合には侵入度の１０倍若しく−よそれ以上の厚さが必要とされ る場合もある。

前記米国特許済みのヒータ及び前記米国特許出願に係るヒータは、適宜の電源に 接続することにより所望の目的に利用できるが、然しなからその欠点は、高周波 電源装置のコストが高いという点にある。当該装五から極めて低い電磁場の発生 しか許容されない場合には、電源周波数を極めて高（即ち例えばメガヘルツの領 域に維持する必要があり、且つ銅若しくはその他の非磁性体材料の厚さを充分に 厚くする必要がある。

而して、Ｊｏｈｎ　Ｆ、にｒｕｆｆｉｍｅにより１９８２年９月３０日に米国特 許出願された「温度調節機能を有する電気的にシールドされたヒータＪなる名称 の発明に於ては、高い透磁率で且つ高いキュリ一温度を有する材料でしかも通常 は低抵抗の非磁性体から成る層を利用することによって、比較的低い周波数の定 電流電源を用いることを可能とした。当該ヒータは、電流帰還路に隣接して設け られる高透磁率且つ高抵抗の材料から成る第１の石と、電流帰還路から離れて設 けられ高透磁率且つ望ましくは低い抵抗で上記８１の石よりも高いキュリ一温度 を有する材料から成る第２の石とから構成されている。

こ＼で、１高透磁率”とは、常磁性体よりも大きな透磁率を育する材料、即ち強 磁性体材料を指しており、そのうちでも、殆どの応用分野に於ては透磁率が１０ ０若しくはそれ以上のものが望ましい。

上記１９８２年９月３０日付は米国特許出願に記載の発明の基礎をなす作動原理 は、低抵抗の材料層として高透磁率且つ高いキュリ一温度の材料を用いることに より、この第２の屡の電流の侵入度を、低い周波数に於ても極めて狭い領域内に 制限せしめ、これによって、扱い易い厚さの低抵抗の層を用いてこの層の外側の 表面を、熱的には絶縁することなく電気的及び磁気的には本質的に絶縁即ちシー ルドすることを可能とした点にある。上記第２の屡は望ましくは低抵抗の材料で 作製されるが、これはｌ・ずしも本質的な要件でｉまない。

２つの高透磁率薄板層を使用する当該ヒータの一例に於ては、その１つの層の材 料として、抵抗率が約７０〜８０μΩｃｍ、透磁率が約２００．キュリ一温度が 約３００℃の合金４２が用いろれる。また、第２の屡としてシよ、抵抗率が約ｌ Ｏμｄ印、透磁率が約１０００．キュリ一温度が約７６０℃の炭素鋼が用いられ る。６０ｆｌｚの電源を用いた場合の（丑人度：ま合金４２については０．１“ （インチ）であり、炭素鋼については０．０２５〃である。上記発明に係る実用 的な６０Ｈｚのヒータの一例に於ては、直径０．２５“の円筒状若しくはチュー ブ状の銅から成る４電体（“帰還用導電体”）と、薄い絶縁層（多（の場合０． ００２インチの厚さ）と、透磁率４００で厚さが０．１“の温度依存性の磁性体 合金と、最後に透磁率１０００で厚さ０．１〃の鋼から成る外部ジャケットと、 によって構成される同軸構造のヒータが用いられる。このヒータ全体の直径は略 ０．６５“となる。例えば液体の凍結防止のために、ヒータの長手方向１フィー ト当り５ワツトの出力で全長ｔ、ｏｏｏフィートのヒータが必要とされるような 状況に於て上記ヒータを用いるとすれば、このヒータの抵抗値は１．９６Ωとな る。

外側のパイプの内ｆ、ｌＩに設けた温度依存性磁性体合金のキュリ一温度より幾 分低い温度に於て、このときの電流は５０Ａ、そして′：４源端に於ける電圧は １４０Ｖとなる。若し、熱負荷の変化によって電気抵抗が実質的に変化する場合 には、一定の電流を維持するために必要な電圧は変化させられなければならない 。そのような場合に於ても、８ないし２０ＭＨ２の定電流電源よりも充分に安い コストで電流を供給することができる。

而して、上記特許出願に記載のヒータに於ける自動調節電力比（ＡＲ）　Ｃｐｏ ｗｅｒ　ｒｅｇｕｌａｔｉｏｎ　ｒａｔｉｏｓ　）は２：１からａＣｔの範囲で あり、これは前記特許済みの発明に係るヒータはど高（はない。これは抵抗率の 差が約１０：１であることに起因するが、このような自動関節電力比の差は、低 いキュリ一温度の材料とじて高い抵抗値のものを用Ｃλ、且つ高いキュリ一温度 の材料として低い抵抗率の材料をそれぞれ用いることによって減少させることが できる。そしてまた、高い透磁率で比較的低い抵抗率の材料即ち鉄或いは低炭素 鋼のようなものを用いると更に電力調節比を増加させることができる。

Ｊｏｈｎ　Ｆ、　Ｋｒｕｍｍｅにより１９８２年１２月１日に出願された米国特 許出願第４４５．８６２号に記載の発明に於ては、低い周波数を用いることによ って電磁場の発生を許容限度内に抑え得るという利点を維持しつ＼、６：１ない し７：１の自動調節電力比を確保し得るよう構成されている。

当該発明の上記の如き目的は、前記のＫｒｕｍＩＷｅによる１９８２年９月３０ 日付は米国特許出願第４３０．３１７号に於ける高透磁性の２つの部材の境界面 に高導電性の領域を設けることによって達成される。

上記境界面領域に設ける材料は、例えば銅とか或いはその他の高い導電性材料で も良い、この材料は、固着されないセパレート式の層として「磁性体材料／非磁 性体材料／磁性体材料」の如くサンドインチ状に設けても良く、或いは、キュリ 一温度の高い強磁性体層と低い強磁性体層との間の境界面に低砥抗の境界領域が 形成されるよう２つの強磁性体層のいずれか一方若しくは両方と固着させる形で 設けても良い。

上記の如きサントイフチ構造の典型的な厚さは、Ｉ　ＫＨｚの場合、キュリ一温 度の高い強磁性体材料とキュリ一温度の低い強磁性体材料の両者についてそれぞ れ０．０３“であり、銅の石については０．０１０“である。

而して、その作動について説明すると、上記第１の層のキュリ一温度に近づいた ときには、その透磁率が急激に低下し、電流は洞の層へ広がり、そして更に第２ の磁性体層へと広がる。上記構造体の全体としての抵抗値は、銅の層が存在する ために急激に低下して高い自動凋節比をもたらすものである。更にまた、その電 流の殆どは銅の石に開国され、僅かなパーセントのみが第２の磁性体層へ浸入す るに過ぎない。その結果として、この後者の石を、侵入度の僅か３倍ないし５倍 程度の厚さとするだけで上記ヒータの完全なシールド効果が達成されるものであ る。従ってまた、低い周波数電源を使用して比較的小さなヒータに於て大きな自 動関節電力比を得るという目的が達成されるのである。

ここで用いられる低い周波数とは、５０Ｈｚないし１０，０ＯＯＨｚの範囲内の ものを指しているが、５０Ｈｚないし８，０００　Ｈｚのものであると発明の目 的を達成する上で一層好適である。

自動凋節比が６＝１或いは７：１である場合、キュリ一温度より下と上での加熱 量の変化は極めて大きいから、このヒータは熱負荷の変動に対して迅速に応答す ることができ、低い周波数で作動する小さなヒータでありながら、正確な温度調 節が維持されるものである。

而して、上記の各装置は、全体的に比較的硬い構造であり、加熱も装置全体に均 一に行なわれるようになっている。

更にまた、導電性の外壁層の抵抗が低いか若しくは比較的低いために、多くの場 合高価になり、また、ヒータと電源のマツチングをとるために通常は煩雑なマツ チング機器を使用しなければならないという問題点もあった。

発Ｅの開示 本発明に従えば、ヒータの外側の導電体層に溝を設けることにより、本発明と同 類の従来のヒータに比べて、加熱領域を特定することが可能になると共に、最小 抵抗を増大させることが可能となるものであり、これと同時に必要に応して可撓 性、即ち折曲げ可能性を付与することも可能となるものである。また、上記高透 磁率材料を設ける領域を、加熱の必要な領域、即ち溝を設けない領域にのみ限定 する上記の如き構成であれば、異なったキュリ一温度を有する高透磁率材料で作 製された様々な平坦な帯状片をヒータの−Ｘから他端まで設けることにより、様 々に温度の異なった領域を形成することも可能となるものである。

本発明にか＼る一実施例に於ては、平坦で細長い電流帰還用導電体が絶縁層によ ってカバーされるよう設けられると共に、上記電流帰還用導電体の平坦で細長い 一方の表面に沿って、高透磁率材料、即ち強磁性体若しくは他の強磁性体特性を 有する材料から成る平坦な帯状片が設けられる。

然るのち、上記の構造全体を、導電性の材料でカバーし、当該導電性の材料の上 記高透磁率材料から離れたαＩｌの表面上にこれを横切る形で所望の間隔を隔て 一腹数の溝を形成するようにする。

上記の如き構成であれば、溝が設けられていること、並びに、溝を設けた例とは 反対伊Ｉの面に沿ってのみ高透磁率材料が薄い屡の形で設けられていることによ って、従来のＦλ造のものに比べて可撓性が増大せしめられるものである。

上記の装置に於ては、高透磁率材料の層及び導電性の外壁層の断面積が大幅に減 少し、そのため電流密度は増大するので、従来の斯種の装置二こ比べてその抵抗 は大幅に増大するものである。横切る方向に溝の設けられた領域には電流が流れ ず、特にキュリ一温度以下に於ては電流の流れる領域は上記溝によって上記高透 磁率材料の部分の領域に制限されるので、外壁層の断面積は増加せしめられる。

而して、加熱される領域及び加熱量は様々な方法で制御することができる。先ず 第一に、異なったキュリ一温度を有する平坦な高透磁率材料をヒータに沿ってそ れぞれ異なった位置に配置することによって、上記それぞれ異なった領域に於て それぞれ異なった自動調節温度を得ることができる。

更にまた、溝を設ける面の一部には溝を設けないようにし、これにより当該領域 に於て電流が上記強磁性体材料部分から少なくとも部分的に流路を変更するよう に構成することによって、当該領域に於て発熱体がキュリ一温度に達するのを阻 害し、若しくは単に当該領域の抵抗を減少させるようにすることも可能である。

溝を部分的に減少させること（例えば溝の長さを短くする。）は、大部分の電流 の流路を変更することになり、これにより自動１節温度に達するまでの時間を増 大させることが可能となる。

上記ヒータは、その自動温度調節機能が、単に電流の流れる強磁性体材料の断面 積の増加にのみ依存するように構成することも可能である。そのようにするため には、高透磁率材料の厚さをキュリ一温度に於ける侵入度の３倍若しくはそれ以 上（ヒータのタイプに応して）にすることによって達成される。前記持許乙こか ＼るヒータは、その強磁性体材料の厚さがキュリー１度以下に於ける侵入度の１ ないし１．８倍であり、外壁層が適宜の厚さのものである。或いはまた、上記＋ ！磁性体材料を、高通磁率及び銅の積層体から成る一つの層としても良い。また 、上記外壁層は、ステンレス若しくは他の高い防錆性及び／又は良好な熱伝導性 を育する材料とすることも可能である。上記４電性の外壁層に形成される溝は、 帯状のヒータをとがった角部の周りに引き回す場合に於ける所望の折曲げ置所に 設けるように第１図は、本発明にか＼るヒータの一形態を示す斜視図、第２図は 、第１図中２−２線に沿った断面図、第３図は、第２図に示したヒータの変更例 を示す断面図、第４図は、複数の温度についての調節機能を有するヒータの断面 図、 第５図は、様々に異なった加熱パターンをもたらすよう異なった溝の配列を施し たヒータの斜視図、第６図は、第５図中６−６線に沿った断面図、第７図は、本 発明にか＼るヒータに於ける溝を利用してヒータの折曲げ可能性を増大させる状 態を示す斜視図、第８図は、本発明にか＼るもう一つの実施例を示す斜視図であ る。

を　−するための最良の形態 先ず、添付図面の第１図及び第２図を参照すれば、これらの図には本発明にか− るヒータ装置の一実施例が示されている。このヒータの内部には、通常銅等で作 製されｈ平坦で細長い導電体！”ｉ２から成る電流帰還路が設けられている。導 電体層２は絶縁石４によって囲繞され、更に本発明の一実施例に於てはヒータの 底面に沿って強磁性体材料で作製された屡６が設けられる。これら全体をシール ドするために、外式層８が設けられ、上記外壁層の材質は、後述の通り成る程度 まで上記ヒータの使用目的に応じて決定される。

本発明の一形態に於ては、上記外壁層８には、第１図及び第２図に示す如くその 長手方向を横切るように互いに近接した複数の溝１０が形成され、谷溝１０はヒ ータの上面がら両（Ｘ１１面に沿って延び、ヒータの底面に於てのみ上記外壁層 ８が上記強磁性体層６と並行する形で連続的に延びるウェブ１２として残される ようになっている。

使用時に上記ヒータに電流を通じると、電流は第１図及び第２図に示した外壁層 ８の底面近くの領域のみを流れる。

キュリ一温度以下に於ては、上記電流は当初強磁性体層６の部分に下足されて流 れ、ヒータの塩度、より具体的には屡６の温度がキュリ一温度に近づくと層６中 を流れる電流は拡散し、ヒータの抵抗は低下する。

第２図に示したヒータは、層６の厚さに依存して二つのモードのいずれか一方の モードで作動することが可能である。若し、層６の厚さが、キュリ一温度以上に 於ける侵入度の少なくとも５倍以上である場合には、実質上電流のすべては屡６ 中を流れる。但しその場合、キュリ一温度以下に於ける侵入度の１ないし１．８ 倍の領域に本質的に制限されることはない。その結果、電流密度中に於ける材料 の変化によって抵抗が減少する。具体的には、若し強磁性体材料の退位率μの値 が、キュリ一温度以下に於ける４００がらキュリ一温度以上に於ける１に低下す ると、侵入度は２０倍（４００の平方根）に変化する。然しなから、それでもな お抵抗は比較的高い値に保たれる。何故なら、合金４２のような強磁性体材料の 典型的な抵抗率は約７０Ｘ　１０−０国であり、また銅の抵抗率は約２×１０４ Ω口であるがらである。

若し、ヒータが前に述べた特許のタイプのものである場合には、強磁性体層６の 厚さは、キュリ一温度以下に於ける侵入度の１ないし１．８倍とされている。温 度がキュリ一温度に近づ（と、電流は上記層６の外側へ拡がり、外壁層８の底面 １２中をも流れるようになるであろう。若し、上記外壁層が銅である場合には、 抵抗に関して材料の変化が生しるが、その場合、溝１０が他のすべての領域を流 れる電流を阻止するので、電流は１２の領域のみを流れ、抵抗は依然として実質 的に前の装置よりも大きい。

図示した装置に於て、層６の厚さが、キュリ一温度以上に於ける侵入度の少なく とも５倍の厚さである場合には、上記外式層の抵抗特性との関連性は薄（なり、 外壁層として例えばステンレススチール、アルミニウム等々の様々な材料が利用 できる。

第３図に示した装置の場合に於ても、外壁層として所望の材料が使用できる。添 付図面の第３図を参照すれば、第２図に示したものと極めて類似した装置が示さ れており、その作動は前記特許の装置のそれと同様である。第３図に於てプライ ム符号を付した参照番号は、それぞれ第２図に於ける同一の参照番号のものに対 応する構成要素を示している。上記層つの図に示されたヒータの唯一の相違点は 、層６′が、銅のような第２の層１４′を含む積層構造体から成るｍ−の層とな っている点である。或いはまた、上記第２の層は米国特許出願率４３０．３１７ 号に示されたものの如く強磁性体材料であっても良く、更にまた米国特許出願率 ４４５．８６２号に示されるものの如く、上記第２の強磁性体層以外は、二つの 強磁性体層の間に銅を挟んだような複合構造のものであっても良い。

第２図に示した装置には１１０は単に２本のみしか示されていないが、標準的な ユニットに於てはヒータ全体に多数の溝が設けられる点に留！しなければならな い。

他の構成に対立するものとして厚い強磁性体層を用いる場合には、所望の抵抗値 、可撓性、所望の外壁層及び自動調節比とのか相合いとなるが、いずれにしても 抵抗値は前の装置に比べて高くなり、帯状のヒータは極めて可撓性に冨んだもの となる。

典型的な２００ワツトの装置に於いて、１３．５６　ＭＨｚの電源から約７アン ペアの定電流を供給するものとすれば、その場合のヒータの寸法は次の通りとな る：室温に於ける実効Ｒ，Ｆ、ｉ１１．抗　＝　４電強磁性体層（厚さ）　＝　 ０．７ミル 強磁性体層（長さ）　＝　６．２インチ強磁性体層の幅　＝１６０ミル 第３図に示した装置に於ては、外壁層８′は折り曲げられてヒータの周囲を囲繞 し且つ実質的に隣接した端部１６及び１８を形成するような幅の材料で作製され ている。若し、湿度に対するツーリングが４・要な場合には、上記端部１６及び １８間のギャップを導電性若しくは非導電性の適宜のシーリング剤で児頭する。

次に、添付図面の第４図を参照すれば、同図には異なった温度領域の調節機能を 有するヒータが示されている。当該ヒータは、導電性の材料で作製された外壁層 ２０と、絶縁層２４によって囲まれた内側の電流帰還用導電体２２とを有してい る。上記絶縁体材料２２の下面と、上記層２０の下面との間には、第４図に示さ れる如く、３本の長手方向に延びる強磁性体材料から成る帯体２６．２８及び３ ０が所定の間隔を隔て一般けられている。各帯体はそれぞれ異なったキュリ一温 度を有し、これにより各帯体はそれぞれ他とは異なった温度区域を形成し、或い は帯体２６及び３０が同一の温度区域で帯体２８のみが異なった温度区域を形成 するようになっている。上記帯体２６．２８及び３０は互いに接するように配置 しても良い。

次に添付図面の第５図を参照すれば、同図には、これまで図示したヒータと同様 のヒータではあるが、様々に異なった温度分布及び／又は抵抗効果をもたらすよ うな溝のパターンを設けたヒータが示されている。上記ヒータは、全体的には参 照番号３２で示してあり、キュリ一温度に達するまでの加熱のレート率を制御す るための様々な溝が設けられている。上記加熱率は、一般的に、与えられる電力 率と、対流、伝導及び放射の３つの形態に従ってヒータの表面から放散されるす べての熱の発散率との関係によって決定されるものである。キュリ一温度に達す るまでの加熱、昇温は、強磁性体層の電流密度によって決定される。今の場合、 若し強磁性体材料が上記ヒータの下面の近くにのみしか存在しないとすれば、電 流の流路は上記強磁性体材料から離れた位置に形成され、そのため上記電流流路 内の電流密度は減少し、加熱率は減少する。−例として、第５図に示すヒータの 場合、溝３４は上記ヒータの外壁層の少なくとも右側の側面の一部を電流が流れ るのを許容している。そのため、上記強磁性体材料の部分を流れていた電流の一 部はその流路を変更し、キュリ一温度に達するまでの加熱率は減少する。溝３６ ．３７及び３８は、より一層多くの電流を上記強磁性体層以外の部分を流れるよ うにし、これにょリヒータはキュリ一温度に達することがなく、これによって温 度の低い領域、より正確には前記溝３４の近くよりも温度の低い領域を形成する ものである。

溝４０及び４２は、中央部に電流の流れる領域４４を形成し、これにより強磁性 体層の近くの電流を更に減少させる。或いはまた、上記領域４４の下部に強磁性 体材料を配して、この領域で発熱が行なわれるようにしても良い。

更に異なった実施例に於ては、強磁性体材料が、上記外？層の内部でヒータを囲 繞するような構造にしても良く、これにより溝が設けられている領域以外のすべ ての位置で発熱が行なわれるようにしても良い。添付図面の第６図には、そのよ うな構成のものが示されており、これは例えば第５図中６−６線に沿った断面図 として示されている。この場合、電流帰遷用導電体４６を囲繞するよう絶縁層４ ８が設けられ、更にその周囲に、導電性の外壁ｒｆＩ５２を有する強磁性体層５ ０が設けられる。この場合、前述の如（、溝を設けた部分以外のすべての領域で 加熱が行なわれる。

なお、図面に示した本発明にが＼るすべてのヒータについて、電流帰還用４電体 と、導電性の外壁、闇、強磁性体層若しくは銅の基板とは、電源に対して互いに 直列となるように接続されることに留意しなければならない。これは通常の場合 、ヒータの一端に於て中央の導電体と他の４電体とを電源に接続すると共に、他 の一端に於てこれらの導電体同士を互いに接続することによって達成される。

本発明に従って施こされる上記溝は、とがった角部に沿ってヒータを折り曲げる ことを可能にするためにも利用される。即ち、添付図面の第７図を参照すれば、 同図にはヒータ５６によって加熱されるべき直角な角部ををするワークピース５ ４が示されている。上記ヒータ５６にはｌ８５８が設けられ、これにより上記ヒ ータは上記ワークピース５４の上面がらその上側の直角な角部６ｏに沿って曲げ られ、第７図に示す如く垂直な面６２と接触を保っている。このようにして、上 記ヒータは１本の溝を利用して容易に折り曲げることが可能であり、上記溝以外 の部分は比較的硬直した構造であっても上記ヒータとワークピースとの間のすべ ての領域で良好な接触が保たれるものである。

次に、添付図面の第８図を参照すれば、同図には軸方向に対して４５°の角度を なす溝を設け、帯状のヒータを折り畳んでその向きを９０’変更することを可能 としたものが示されている。

上記帯状のヒータをその折曲げ部７ｏに於て直角方向に折曲げ可能なよう、ヒー タの下面には軸方向に対して４５°をなす溝が設けられている。上記帯状ヒータ の折り曲げられた部分７２の上面及び下面には、上記下面若しくは上面を加熱す るために溝を設けても良く、その場合帯状ヒータを折り曲げて、上記折り曲げら れた部分７２の下面を領域６４の同一の面と接触させることが可能である。或い はまた、領域７２若しくは６４に溝を設けることなく、適切に配置した強磁性体 材料によりヒータの全面を加熱するようにすることも勿論可能である。

領域７２の溝は、上記帯状のヒータの下面に設ける代りに、第８図に示す如く上 面に設けるようにしても良く、これによりヒータの上面に沿って加熱が行なわれ るようにすることが可能である。

下面に設ける溝の角度を４５°以外の所望の角度に変更することにより、折曲げ 部７ｏの折曲げ角度を９０”以外の角度とすることが可能であることは明らがで あろう０部ち例えば、長手方向の軸に対して３０″傾斜させて形成した溝は６０ ゛の折曲げ角度を可能とし、６０’傾斜させて形成した溝は１２０°の折曲げ角 度を可能とする。

溝６８については、他のすべての図に示したものに於いても、上記帯状ヒータの 長手方向の軸に対して直角となるように形成されている。こ、れらの溝は、上記 帯状のヒータが環状に巻かれる場合に有効であるが、その代りに、螺旋状に巻か れるような角度とすることも可能である。即ち、上記角度は、帯状のヒータを例 えばパイプの周りに巻き付けてその凍結を防止する場合に所望のピッチを形成す るように選択することが可能である。上記ピンチは、上記帯状のヒータが螺旋状 に巻かれたときに互いに隣接する巻がれた部分同士が互いに重なり合わないよう にするのが望ましく、上記巻かれた部分の間隔は、実際的にはパイプの内部に必 要とされる温度と、パイプの周囲の温度とによって定まる充分な間隔となるよう に決定されるものである。

なお、当業者であれば、上記の説明に基づいて他の多くの変更実施例や改良実施 例を容易に想到し得るであろう。

従って、それらの変更実施例や改良実施例は、以下の請求の範囲に規定された本 発明の範囲に属するものである。

国際Ｘｙ４全４交 ｈｌｎ＋ＩＩａＩ＋＋＋Ｎａ１ＡＩ＃ｈｔｍｍＡＩＩｅ、ＰＣＴ／ｌＪｓ８５１ ００１６４

Claims (18)

【特許請求の範囲】
1. １．複数の面を有し、そのうち少なくとも一つの面に当該面の幅より長さの短い 少なくとも一つの溝が形成された導電性の外壁層と、 上記導電性の外壁層の上記溝の形成された面に近接した面以外の面に近接して配 置される強磁性体層と、上記強磁性体層と電気的に直列に接続される電流帰還用 導電体層と、 から構成されるキュリー温度に於ける自動温度調節機能を有するヒータ。
2. ２．上記外壁層が両端に開口部を有する細長い中空体であり、 上記強磁性体層が上記中空体の内側に設けられた請求の範囲第１項記載のキュリ ー温度に於ける自動温度調節機能を有するヒータ。
3. ３．上記強磁性体層が上記中空体と熱的に接触せしめられた請求の範囲第２項記 載のキュリー温度に於ける自動温度調節機能を有するヒータ。
4. ４．上記強磁性体層が上記中空体と電気的に接触せしめられた請求の範囲第３項 記載のキュリー温度に於ける自動温度調節機能を有するヒータ。
5. ５．上記導電性の外壁層の上記一つの面に、一般的にこれを横切る方向に所望の 間隔で複数の溝が形成された請求の範囲第２項又は第４項記載のキュリー温度に 於ける自動温度調節機能を有するヒータ。
6. ６．上記複数の溝が上記中空体の長手方向の過半部に設げられた請求の範囲第５ 項記載のキュリー温度に於ける自動温度調節機能を有するヒータ。
7. ７．上記中空体が矩形の断面を有し、 上記溝の幾つかのものは上記中空体の少なくとも３つの側面にまたがって延びる よう形成され、上記強磁性体層は上記中空体の上記３つの面以外の第４の面に隣 接して設げられた請求の範囲第６項記載のキュリー温度に於ける自動温度調節機 能を有するヒータ。
8. ８．上記強磁性体層が、それぞれ異なったキュリー温度を有する異なった長さの 複数の強磁性体層から成る請求の範囲第１項記載のキユリー温度に於ける自動温 度調節機能を有するヒータ。
9. ９．上記強磁性体層が、それぞれ異なったキュリー温度を有する異なった長さの 複数の強磁性体層から成る請求の範囲第８項記載のキュリー温度に於ける自動温 度調節機能を有するヒータ。
10. １０．上記一つの面が、上記中空体の長手方向を横切る方向に延びる複数の異な った幅の溝を有する請求の範囲第２項記載のキュリー温度に於ける自動温度調節 機能を有するヒータ。
11. １１．上記ヒータ上に於て加熱率の異なった複数の領域を形成する手段を有し、 当該手段は、上記強磁性体層の異なった領域にそれぞれ個別の電流密度を形成す るよう上記中空体の各面に形成された複数の溝を含む請求の範囲第１項又は第２ 項記載のキュリー温度に於ける自動温度調節機能を有するヒータ。
12. １２．上記ヒータの電気抵抗を制御する手段を有し、当該手段は上記中空体の複 数の面のうちの幾つかに形成された複数の溝を含む請求の範囲第１１項記載のキ ユリー温度に於ける日動温度調節機能を有するヒータ。
13. １３．上記ヒータの電気抵抗を制御する手段を有し、当該手段は上記中空体の複 数の面のうちの幾つかに形成された複数の溝を含む請求の範囲第１項又は第２項 記載のキュリー温度に於ける自動温度調節機能を有するヒータ。
14. １４．上記強磁性体層が、上記ヒータに供給される電流の使用周波数に於てキュ リー温度以上に於ける侵入度の少なくとも５倍の厚さを有する請求の範囲第１項 記載のキュリー温度に於ける自動温度調節機能を有するヒータ。
15. １５．上記強磁性体層が侵入度の２倍未満である請求の範囲第１項記載のキュリ ー温度に於ける自動温度調節機能を有するヒータ。
16. １６．上記強磁性体層と上記導電性の外壁層との間に導電体層を有する請求の範 囲第１５項記載のキュリー温度に於ける自動温度調節機能を有するヒータ。
17. １７．上記複数の溝がヒータの長手方向に沿って等間隔に配列された請求の範囲 第６項記載のキュリー温度に於ける自動温度調節機能を有するヒータ。
18. １８．上記溝が上記ヒータの長手方向に対して９０°以外の角度をなすよう形成 された請求の範囲第６項記載のキュリー温度に於ける自動温度調節機能を有する ヒータ。