JPH02126588A - 誘導加熱用一体化多種粒子剤及びそれによる誘導加熱方法 - Google Patents

誘導加熱用一体化多種粒子剤及びそれによる誘導加熱方法

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JPH02126588A
JPH02126588A JP1190399A JP19039989A JPH02126588A JP H02126588 A JPH02126588 A JP H02126588A JP 1190399 A JP1190399 A JP 1190399A JP 19039989 A JP19039989 A JP 19039989A JP H02126588 A JPH02126588 A JP H02126588A
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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】 産業上の利用分野 本発明は、特に、一体化多種粒子加熱剤及びかかる加熱
剤を用いる誘導加熱法に係り、特に別な媒体を加熱し、
１つ又は複数の基材等への高品質の結合剤を作る方法に
係る。
従来の技術とその問題点 互いに物質を結合するには、多数の製品の製造がある。
プラスチック、ニラストン−、ガラス。
紙等の様な非金属要素及び表面材の非常に実質的な開発
及び使用は、誘導加熱原理に基づく加熱方法において意
義のある発展をとげてきた。適当な粒子が非金属媒体に
埋めこまれ、又は加えられ、また適当な周波数の交番磁
界を受けると、裏金属媒体の熱的伝導熱に応じて、粒子
内に熱が発生する。本発明者は、何年にも亘って、特に
リブミクロン寸法の非金属粒子の使用に曇づき非金属材
の独特で、実質的な誘導加熱を開発してきた。粒子は無
線周波数磁界に応答して、ヒス１リシスの結末として熱
を発生する。他の加熱システムは、基本的に他の明確に
異なるアプローチを用いてきた。
例えば、より大きい導電粒子を用いることによって、渦
電流が金属粒子内に発生することが良く知られている。
鉄金属粒子の抵抗により、渦電流は熱中心をなす。大き
い粒子でもヒスアリシス加熱は発生するが、抵抗損失が
１次的な愚昧のある加熱源である。
ヒス１リシス加熱用非導電強磁性粒子は、プラスチック
結合処理や装置の開発で本発明者により広く用いられた
サブミクロンの粒子を含む。物質は、望ましくは多くの
他の導電磁気鉄物質とは区別される強磁性酸化力である
。かくて、−例として述べると、ヒス°アリシス加熱用
磁性酸化鉄は、′４電性でなく、渦電流の結果としては
熱を発生しない。−膜内に、商業用として本発明者によ
る広く用いられた粒子はガンマ三酸化二鉄である。ヒス
アリシス加熱用に用いられる粒子は、ここでは−膜内に
非導電粒子とする。
ヒスアリシス加熱により結合する非導電磁性酸化鉄を示
す以前の特許として＋ｉ、ジェームスの米国特許３，４
６１，０１４号がある。本願と同じ葉受入に譲渡された
他の件と同様本発明者による他の多数の特許は、ヒス１
リシスに基づく誘雷結合のパイオニア的開発に基づいて
有用である。これに対して、大寸法の導電鉄金属粒子は
、渦電流加熱に用いらる。導電粒子も良く知られており
、商業的に有用であり、ここでは−膜内に鉄粒子どする
。この様な材料の典型的教示及び例は、コーラ−の米国
特許２，３９３，５４１号及びググリＩルモ・シニアー
の米国特許３，６２０，８７５号にある。
結合特性を改良する多くの手段が従来技術で開発されて
ぎた。本発明者の米国特許３，９４１，６４１号は、磁
気金属合金をヒステリシス加熱剤に追加し、結合材の境
界面を動揺させる目的で低い即ち音声周波数の場を加え
ることを開示している。その特許は、又、導電金底合金
粒子が渦電流の結果として熱を発生し、事実部分的に機
械的力を与えると同様、多少より早く熱を発生すること
、及び更に他の粒子の混合が、強磁性粒子の応答をふや
すよう磁束特性を変えることを示している。しかし、こ
の特許の数示は、特に音声の周波数源と無線周波数源と
の存在下でのヒスアリシス粒ＪＩＩＦ熱に関してである
。ｇ声周波数源は、表面を＠揺させる大きな粒７一部分
と、電気機械的に相ｎ作用する。
高い即ち無線周波数源は、ヒステリシス結果を通して、
意義のある動作的加熱を発生させる。
本発明発明溝の多くの特許により充分に記載しである如
く、非導電性強磁性の粒子を用いた誘導加熱ｔま、結合
の１問及び質と同様に必要な周波数の見地から重要な長
所を有する。さらに、単に接合されるのが刃常に困難な
多くの物質が、非両立性プラスチック基材で両立性を改
良された適当な界面結合廿素を用いる事により溶融結合
で適切に接合されつる。勿論、その結末よく改良された
製品が得られる。
さらに、大きな２７ＩｙＪ子の渦電流加熱は、５乃至３
０ＭＨｚの範囲で一般的に動性する高周波数装置の使用
を必要とする。これに対し、ヒスアリシスのＪ１導電強
磁ｌ酸化物粒子を用いるのは、より低い周波数範囲及び
一般的に２乃至４　Ｍ　ｌ−１ｚの範囲である。粒子の
渦電流加熱は２乃至４ＭＨ７の範囲の周波数を含む低周
波数で効果があるが、加熱速度の小人な減少が起こり、
望ましくなく、非実用的と考えられる１１周波数が減少
するにつれ、表皮効宋現染が逆に渦電流発１に働き、熱
の発生を減少させる。ｎ球に、渦′ｒ：１流加熱で、相
対的に大きい粒子が粒子の電流の流れを巡回させるよう
にすることに必要とされる。
誘導加熱の全ての形態で、システム及び装置が、所定の
電力及び電流に対する、また逆に所定加熱速度に対する
最大加熱速度を与えられるよう設計さるべきで、その設
計は最小電力消費量を５えるべきである。高加熱速度は
、勿論製造の最大効果に必要である。最小電力消費は、
動輪生産の直接コストを最小化するのに必Ｃである１、
シかし、最適の加熱速度及び最小電力消費量は、高く、
特別に設計されたコイルを必要とする。かくて、いずれ
かの誘導加熱方法でコイルの電流を増加させることは、
加熱速度の増加をもたらす事が知られている。ヒステリ
シス形成で、速度は」常に早く増えるが、一方渦電流構
成では、より徐々の増加がなされる。・明らかに電流及
び電力が増えるにつれ、非金属強磁性酸化物及び同様の
非導電物質のヒステリシスループ（ま、かなり正方形に
なる。これは、熱に重大な増ＩＪ１１をもたらす１．シ
かし、高電流及び周波数レベルの使用をするコイルに対
する設Ｓ１要求は実行するのに非常に難かしい。
特定の熱発生坦象に関連した粒子を用いる多くの誘導加
熱方法の広い使用及び開発にもかかわらず、改良された
方法及び物質に対する継続的要求がある３、現在の人聞
生産は、製品品質を低下させることなく’ｔ−，！の時
１１１及びコストを削減することに一貫して継続的に係
っている。
問題点を解決するための手段 本発明は、独特な一体化多種粒子加熱剤に係り、特にプ
ラスチック基材の加熱及び基材への溶融結合に該加熱剤
を用いることに係る。一般的に、本発明によれば、−株
化多種粒子加熱剤は、木質的にある割合の非導電粒子と
所定の無線周波数の磁界に応答して相互作用するよう全
体に充分混合され分布され集合する導電性粒子とよりな
る。粒子は、サブミクロン寸法の非４Ｉ電粒子と少なく
とし１ミクロン寸法の鉄導電粒子を含む広い範囲の粒子
寸法をカバーするよう選ばれる。これらの粒子は、磁気
的に不活性担体で本質的に均一の一体化加熱剤の形にさ
れる。加熱材は、予備成型、被覆或いは基材の中に適用
され、無線周波磁界の中におかれる。出願人は、異なる
寸法の寸法範囲の変化及び相対的レベルは変るにしろ、
サブミクロンの微粒子と大きい強磁性粒子を一体にする
と加熱及び結合特性が予期せぬほど大きく改良され特に
その結果加熱速度が著しく改良されることを見いだした
。予期せぬ改良を支持する正確な理由又は理論は充分に
分っていないが、本発明者は、大きな粒子により作られ
る分布した高加熱中心と小さな粒子により作られる分布
した低加熱中心の一体化又は統一が相互作用して磁気抵
抗を減らし、更に異なる粒子及び結合素子でのより早い
熱の発生をもって結合素子中熱のより早い拡散をもたら
すからと考える。かくて、素子はより早く、より均一に
加熱され、加熱速度を大きく増やす。
一般的に、本発明の教示により、一体止粒子加熱材の充
填の割合は、クリティカルではないが、同時に異なる加
熱特性を得るためサブミクロン非導電粒子とミクロン寸
法粒子の両方の意味のある量は、本発明の教示により得
られる重要な利点を得るのに必要である。一般的に、鉄
製導電粒子の充填量は、重量で最大６０％になる。非導
電性の充填量は、一般的に鉄粒子充填量より少ない。大
きい寸法の導電粒子が用いられうるが、導電粒子が２０
０メツシュより大きい場合、取扱いに特別な考慮が必要
になる。意義のある適用の為の多種−体止粒子は、３０
乃至６０重量％の範囲の渦電流導電粒子及び１０乃至５
０重量％の範囲のヒステリシス非導電粒子を含む。無線
周波数源は、本発明を実施するのに用いられる輿望的範
囲である１、８乃至４．８ＭＨＩ及び３．５乃至４　Ｍ
　ｌ−１ｚの望ましい範囲と共に、５０　ｋ　ｌ−１ｚ
から７ＭＨｚの範囲に出来る。本発明者は、略４０重量
％の導電粒子と略２５巾債％のノ１導電粒子と残余ａの
誘導不活性プラスチック担体を用いると一体型粒子剤が
良く作用することを見いだした。
勿論、増加した加熱速度に加えての本発明の重要な目的
は、特定の適用と使用の為の充分強い結合を生ヂる結合
材をＩ５Ｉることである。鉄粒子及び酸化物粒子の両Ｉ
ノは、結合材担体樹脂に過大な量で用いられる場合、得
られる結合力に有害な効宋をもたらす異物材である。逆
効果のレベルは、１■体樹脂の木質と共に変る。ここで
述べられる多くの形式に用いられる樹脂は主にポリプロ
ピレン族のもので、実行できる使用は、ここで与えられ
る例の最も高い充填用にも存在する。使われる剤の結合
力特性は、役に立つ結果がその適用の為の使用に合うこ
とを確実にするため製品を使用する竹に標準手続によっ
てテストされなければならない。
本発明者は、かくて一体止サブミクロン１１法の非′４
電粒子及びミクロン寸法の導電粒子を夫々重量で結合剤
の重要な部分を占めるよう用いる事により、単一無線周
波磁界を受けた場合だけ２９の物質の結合した加熱速度
より充分かつ予期せぬほど大きい速度で熱発生が得られ
る事を見いだした。
史に、高い均一の界面加熱が（ｓｌられる。高周波数コ
イルと対象物の間の距犀が大きくても効果的に結合出来
るという利点があることもねがった。
株化多種粒子剤は、押出成型等により商業生産で取り扱
える。物質は安定で基材にたやすく付き作動中及び対象
物の処即申その完全な状態を麓持する。。
増加した加熱速度は、加熱の均一性を損うことなく、勿
論特定の加熱又は結合工程を行なうに必要とされる生産
時間を劇的に減じる９、標準としてヒステリシス粒子に
ついて本発明者が行なった試験では、加熱速度が増しそ
の増加は、２００乃至６００％のオーダがたやすく得ら
れ、ｔｏｏｏ乃至２０００％の範囲の増加は、市販の物
質を用いてＩＪられることが示された。かくて、概括的
に、本発明は現右の標準以上の誘導加熱の効率を増し、
その増加は６．５倍又はそれ以上であった。これは、明
らかに、通常の、標準加熱特性を有する２９の物質を甲
に加えることにより期待されるより以上の大きな利点で
ある。
今日迄の本発明者の研究では２５％の強磁性酸化物と４
０％の鉄粒子を不活性結合樹脂で結合すると非常に良好
な溶融結合素子が得られる事が分った。その結合は、充
分満足しうる商業剤、特にプラスチック基材に付ける■
械的又は溶融型の押出成形剤を提供する。加熱は、不便
合なアークなしでできる。結合のカは、ヒステリシス粒
子の使用による標準に完全に等しくないが、結合の試験
は、適度以上であることを示し、より大なる生産性が容
易に達成されることを示した。
特定の相対的な充填率は、基材等の特徴に応じ変化する
。例えば、鉄製導電粒子を含めるには、多少厚い層を必
要とする。本発明ｔよ、非導電粒子だけの場合の様な薄
い層を提供出来ないが、新しい剤は、他の導電金属渦電
流システムと対比した場合、結合剤の厚さを大分薄くで
きる。更に、最適な加熱効率が少なくてよいとの妥協が
必要な場合、小さいサブミクロンの粒子のｔ１合を増し
大きい寸法の粒子を減らすことが出来る。しかし、一体
化粒子の厚い結合剤は、単一の粒子加熱方法の多くの従
来の技術アブローヂと比べて、結合要素及び基材中の熱
分缶及び熱活初を改善する。
本発明は開発され、溶融結合の領域にＡ゛常に優れた結
果をもたらすことが見いださられたが、本発明が非金属
製品及び基材の高周波誘導加熱の領域でも用いられうる
ことは他の加熱の当業者には容易に理解できよう。多く
の他の分野も容易に思いつく。例えば、圧縮成形及びト
ランスフ戸−成形では、成形及び成形材の誘導加熱が用
いられる。
基０素子のヒートシールは、米国特許４，５４１，８９
１号に概略示される様に、本出願人の新しい一体化多種
教子加熱材の使用にたやすく適用できる。熱溶融接着剤
、熱収縮フィルム及び熱活竹泡は、誘導加熱用一体化粒
子と組合わせられつる。
要するに、本発明は結合又は加熱方法を改良するだけで
なく、さらに装置のコスト効率のよい使用も可能にする
。
実施例 特に、図面の第１．２図を参照するに、図示した本発明
は、結合層３を間（′ａいて第１のプラスデック基材１
を第２のプラスチックゑ（材２へ単に結合するのに用い
られる。Ｗ材１及び２は、例えば、複合物を作るべく界
面領域に亘って結合される種々のプラスチック数本でよ
い。プラスチック材の誘導溶ｍ結合の分野で、本発明者
及び譲受人により何年もにσり開発されてきたので、本
発明をその応用について説明する。しかし、上述しまた
後に要約する如く、特に、−株化多種粒子結合剤に係る
本応用は他の多くの応用にも適用でき事実、非金物の誘
導加熱が必要であり、又は適用出来る場合に広く適用出
来る。
図示の実施例で、第３図に示す如く、介在結合要素又は
層３は、豆換竹のあるプラスチック樹脂材４と各自の特
別のプラスチック基材１及び２に各々対する溶融結合か
ら成る。結合Ａ子３は、本発明の一体化多種粒子５の分
散又は分布を組込んでいる。第３図中、集子３の一７！
ａｌｔよ、プラスブックを示すよう断面をとって粒子５
なしで示しである。
無線周波数コイルユニット６は、複合構造を円で囲んで
示し、無線周波数源７に接続されている。
コイルユニット６に通電すると複合構造にこれを通して
印加される無線周波数磁界８を発生する。
ｎ周波数源７は、Ｍ　Ｈｚ範囲の磁界を作るように選定
され、典ゲ１的に約１，８から７ＭＨｚの範囲の磁界を
作る。本発明の目的のため、本発明者の分析では、磁界
は少なくても１０，０ＯＯＨｌで、音声周波数域の如き
低周波では下記の如く本発明の現実の結果や利点が得ら
れない事を示している。
無線周波数源７とコイルユニット６は、商業上たやすく
千に入る公知の装置である。
種々の′３Ａ置の特別の説明１よ、これ迄述べた如く誘
導溶融結合及び加熱に関連した種々の従来技術で見られ
る。本発明の瑛染や結果を充分に記述説明すのに必要な
もの以外はそれ以上の説明を省略する。
前述の如く本発明は、全体に拡散され、結合素子又；よ
層３の一部を成す一体化多種粒子加熱剤に係る。−殻内
に、本発明の数示によれば、粒子結合層３は、サブミク
ロン寸法の粒子９と大ぎいミクロン寸法の粒ＰＩＯより
なる２９の区別される異なった粒子を含む。
特に第３図を参照するに、これは結合細索３の拡大部分
図を示す。要素は小さい略球形の粒子として示すが他の
形状でもよい非常に小さい粒子９を含む、比較的大きい
金属粒子１０も示しである。
粒？１０は、特にサブミクロン９の比較した場合相当の
物体寸法を有する。粒子１０の寸法は、磁界８の存在下
で、電流の流れ１１が小さい短絡ループ即ちｆＡ雷電流
６で要素の内部に誘起される。
小さいサブミクロン粒′Ｆ９は、−殻内にガンン三酸化
二鉄（Ｆｅｚ０３）及び−膜内に磁鉄鉱として知られて
いる四酸化玉銑（Ｆｅｚ　０３　Ｆｅｄ）を含む非導電
強磁性酸化物である。かかる粒子９は本発明者により溶
融結合及び誘導加熱で広く使用されてきている。かかる
粒子は微ｍなサブミクロン寸法の粒子で、粉末状で現６
容易に入手できる。ガンン三耐化二鉄は、ヒステリシス
の結果として熱を発生するよう無線周波＠磁界の存右上
で作用する実際的な最適の粒子を提供することが何年に
も亘ってわかっていた。
大きい鉄粒子１０は粒子９よりかなり大きい。
−膜内に粒子１０は７５ミクロンまでの範囲内にあるが
、少なくても１ミクロンの寸法がある。大きい鉄粒子は
、より大きな加熱速度が得られるので望ましい。鉄導電
素Ｆ１０は、抵抗紛失により熱し、酸化物素子９のＪｌ
導電竹に対してかなり導電性がある。粒子１０は熱を発
生する粒子９と同じ誘１！４１界に応答する。しかし、
粒子１０の加熱現象は、木質的に粒子１０内の渦電流１
１の誘導発生による。鉄３４電粒子１ｏの抵抗ｔま、熱
レベルが抵抗損失の結末として発生させられるような値
である。各粒子が熱中心を作るので、粒？１０の大きな
熱中心は、特別の熱的考慮を必要とする。
−膜内に、各粒子９及び１ｏは熱源及び中心を形成する
。小さな粒子９及び大きな水子１０を充分混合し及び分
布さ゛せると、素子３の熱は均一となることが測定され
る。粒子１０は従来熱分配器として機能し、熱を剤を通
って敏速に分配する。
［Ｆより訂細に説明する如く、小さな強磁性粒子９と大
きな鉄粒子１ｏを組合わせると、加熱速度及び特性に予
１′ｔ１ぜぬ（よどの増加を隼じる。特に、結合素ｆ３
内で生じる熱は、■々の熱源のいヂれと６比較して、増
し、２９の熱源の組合せによって予１［、た以上の利点
が得られる。さらに、均一な熱パターンが水子３の内及
び全体に浮石する。
かくて、ホットスポットが防止され、部材１及び２の均
一な加熱が得られる。
完全な理論的説明及び理解は、確立されていないが、本
発明者は異なる粒子が、各ｌｔｉ的かつ相関的に応ｆる
ようにして素ｆ又は層に３内での熱分布及び磁気抵抗又
は導磁率を変化し修正している可能性があると考える。
従って熱特性の２００％乃至６０（）％の増加は、たや
すく得られ、１０００％及び２０００％の増加もあった
。本発明者の知るところでは、この劇的変化を説明する
文献はなく、又、組み合わせの使用を示唆する文献もな
い。これは、特に粒子９が、−膜内に２　ＰＪ至４　Ｍ
　Ｉ−１ｔの範囲の周波数発生源で使われてきたという
事実に鑑みれば確かといえる。これに対し溶融結合を含
む渦電流加熱の広範な使用において、磁界は一様に５乃
至３０ＭＨｚの範囲で動作される１、使用周波数のこの
）ｉいは、２９の加熱ＩＪ法に関連する現象が異なるこ
とによる。
勿論、中−の粒子寸法を、−株化複多粒子剤で用いるこ
とは可能であるが、粒子９及び１０の各々が段階的寸法
を有するようにすることし勿論できる。とにかく、一体
化粒子５は、相当重量のミクロン粒子と、やはり相当重
量であるが好ましくはより９星のりブミクロン寸法の粒
子とからなるようにしなければならない。
一般的には、最近の技術により、木発明者は約４０％の
鉄粒子、２５％のガンマ三酸化二鉄粒子及び残余量のポ
リプロピレン等の不活性樹脂材から成るプラスチック基
材の溶融結合用の一膜内用成を開発した。百分率は全て
重量％である。かかる材料は、結合材が望ましい押出し
可能な結合層となるという点で特に好ましい。−膜内に
、樹脂は相対的に溶融した、つまり流動自右の！１脂と
なるよう相対的に低い粘度を有するよう選ばれる。
以下でさらに充分説明される如く、粒子９及び１０の比
率は、本発明の範囲内で大幅に変えられつる。一体止多
種粒子加熱剤は、−膜内に１．２乃至７ＭＨ７の範囲内
で、好ましくは１．８乃至４．８Ｍ１−１２の低い範囲
で作用する。典型的な周波数は３．５乃至４ＭＨ７であ
る。低い周波数は、コイル内に（Ｑ百する部材を適切に
通電しつつ相対的に大きなコイルの設計及び製作の際の
問題が最小になるので望ましい。これは、とくに、自動
車生産の様に相対的に大きなパネルが他の部材に結合さ
れるある種の実際的な状況でＧ、１重要である。かかる
設Ｓ１では、相対的に大きなコイルが必要となりがちで
あるｎ５乃〒３０ＭＨｚ以上で大きなコイルを！Ｈｔ！
Ｌ、めることは、設４をむずかしくし、コイルの構成を
非常に高価にする。低い周波数では加熱速度が若干低下
するが、本発明の全体的加熱速度の減少は、従来技術、
特に渦電流加熱で用いられる鉄と比べｌこ場合、非常に
少ない。
木′９１明で得られる結果と該当する磁界での従来の誘
導加熱との大きな相＊は第４図及び第５図にグラフとし
て示しである。
第４図は、従来技術の構成と本発明の構成との１２■に
結果の相違を示すグラフである。単一の非導電強磁性酸
化物の粒子構成が標準的加熱基準値としてボされている
。渦電流鉄金属粒子構成は２通り示されている。本発明
に基づく組成又は構成が３通り示されている。
粒子組成は、上記の表に示すとおりである。
第４図のグラフ中、鉄つまりＩＩ雷粉粒子曲線は１！１
線で示されている。強磁性酸化物つまり非導電粒子だ（
プは、 鎖線で示されている。
一体化粒子５ 本発明の多秤粒子加熱構成は、従来技術シス−ｊムに対
し顕著な改善をなすことが分る。
上記の結果を得るための試験装置は、幅が３／４インチ
で厚さが約１／４インチの低温導体からなるヘアピン型
コイルを用いた。コイル側部は豆いに０．２５インチ離
間し、試料からは、前記離間距離の１／２より僅かに短
い距離離間する。
表１で、記号りが刊されたυンブル結合剤は、２５％三
酎化耐鉄、４０％の一２００メツシ１鉄から成る市を注
意しておく。残りは不活性物質である。サンプルの一体
化粒子５は基本的に記号Ａ及びＢが＜ｑされたサンプル
に結合粒子を用いる。
２９の夫々の構成は、強磁性標ｒ￥構成については１０
０％、また−２００メツシュ鉄構成については４１％の
加熱速度を示す。しかし、一体化粒子構成では、標準と
比べて６５４％の熱の増加を生じる２５５°Ｆ／秒のｂ
ｎ熱速度が得られる。
上述の如く本発明は、又、現ヒステリシス刊誘導加熱が
広く用いられた領域でも有利に適用される。
一般的に、誘導加熱及びヒステリシス性加熱の従来の使
用では効果的結合の為には様々な最小レベルが必要とさ
れた。−殻内には、誘導熱加熱は少なくても４０重量％
粒子含小量必要とする。酸化物粒子加熱は、一般に２０
乃至２５重量％の酸化物粒子が必要とする。これらの百
分率は、ポリエチレン、ポリプロピレン及び同様な密度
と重量のプラスチックの様な典型的樹脂に依存する。ふ
っＡ樹脂の様な他の樹脂は、より人なる密度を有するの
で式は適合化される。基本的に、粒子集合体は対応して
好ましくｔま６０％の鉄粒子と４０％の酸化物粒子から
なる。例Ａ及びＢの様な、従来技術の混合物が直接に組
み合わされる場合、得られる組み合わせは１５重量％に
等しいヒス１リシス竹酸化物粒子と２０重量％に等しい
誘導竹該加熱粒子の組み合わせをもたらす、、酸化物の
割合は５０％減少する。加熱速度は少なくとも酸化物の
混合と同じだけあり、全体としては結合は改善されると
考えられる。各粒子は、それ自身の化学特性を有し、担
体樹脂と反応をなす３１組み合わせにより充填を所望の
ものとしつつΔＩｆ’ｌ用を低減する。
つまり、一体止粒子は様々な樹脂とともに使用しうるが
、粒子のうちのいずれか１つのみの通常の充填では特定
粒子の化学組成と樹脂との間の有害な相！ｊ伯用のため
良好な結果が得られない。特に一般にリプミラ０２寸法
の小さいヒステリシス性粒子は、反応を増加せしめる人
なる表面面積を有する。妥当な酸化物粒子は鉄粒子より
非常に高価であり、酸化物の装填量を減らすことは［稈
及び製品を費用についてより効率的にせしめる。減量し
た酸化物と鉄の組み合わせは、低コストの所望の充填に
おいて急速で効果的な結合を維持する一方で製品の有害
な相ｎ作用の可能性を最小限にする。
組み合わせによれば、粒子のいずれかを低レベルで使用
するだけでは加熱速度が大幅に低下して、実際の商用に
は略受は入れられない加熱速度となることを鑑みると注
目すべき加熱速度が１９られる。
下記の表■は２．８Ｍ　ＩＩ　Ｚ及び６００アンペアに
おける選択加熱速度の表である。ここでも同一構成の強
ｔａｔｑｖ化物が標準として用いられる。６０％−２０
０メツシュ粒子による鉄構成が、２．８ｆｖｌＨｌにお
ける本発明を説明するために用いられた。これはこの低
い周波数では４０％の構成では正確に測定するには激化
が小さすぎるからである。同様に２通りの本発明による
一体化粒子構成が試験された。
表■の構成を用いた場合の結果は、第５図に対応する線
の表示によるグラフとして示されている。
低い無線周波数では、路間−の粒子及び割合が用いられ
たにもかかわらず本発明による増加はさらに劇的である
。表■に示される如く構成Ｅは八よりも酸化物が少なく
Ｂよりも鉄が少ないにもがかわらず、Ｅについての結果
はＡの場合より２０００％以上高く、Ｂの場合より１０
００％以上高い。第４図及び第５図のグラフでは、全て
のデータをより完全に表わすよう半対数グラフが用いら
れているため劇的変化が正しいつり合いで示されていな
い。
本発明は極めて特徴のあるものであって低い無線周波数
発生源を使用しえ、コイル構造の設計及び構成における
内題点を最小にする。本発明の一体止多秤粒子結合Ｃ素
の特徴は、渦電流加熱剤と比べて熱分布が強化される粒
子相互信用と、ヒリテリシス加熱と比べて加熱剤の磁気
抵抗が減少することで説明される。いずれにせよ、本発
明の一体止多種粒子溝成によると、９ｊＩ率が改善され
るだけでなく、従来りプミクＤン粒子加熱かミクロン粒
子加熱のどちらかを用いては所要の加熱レベルの発生が
困難であるためか、必要となる加熱時間のために実用上
結合されていなかった物品及び物質の結合が可能となる
。ワークに対する装置の構成は本質的ではない。従って
本発明によればより実用的で費用について効率的な誘導
性加熱結合方法が得られる。
また基材についての熱パターン試験が行なわれた。それ
によると鉄粒子渦電流加熱では２０乃至３０秒での比較
的長い加熱サイクルにおいてさえも一様な熱パターンは
得られなかった。しかし、同一のＳ電鉄粒子及びｌＦＥ
導電強磁性粒子による一体化粒子構成では、２．５ＭＨ
７の磁界において層全体にわたり略瞬時に一様な加熱パ
ターンが得られた。導電粒子の効率的な熱源と組み合わ
さったミクロン粒子間に一様に分布するりブミクロン粒
子と、熱中心からの急速な分配が、高温の熱中心が一定
の粒子にあられれるにもかかわらず、−様性を保証して
いると思われる。分析によればサブミクロン粒子、つま
り新規の構成における１ミクロン未満の粒子は、酸化物
粒子間、酸化物粒子と鉄粒子との、刑、及び鉄粒子間の
熱距離を短くする。
小さいサブミクロン粒子は時に凝集体を形成してホット
スポットとなることがある。本発明では調整中に２９の
異なる粒子が完全混合されるのでかかる形成は最小限と
なる。大きい方の鉄粒子が小さいサブミクロン粒子の凝
集体を粉砕して分離せしめ、一体止多＃教子材中で粒子
がより一周−様に分散するようにすると思われる。
１ボ４−シ接着剤とともに応用される本発明の効果も分
析された。品番ツユゾール３２０１　／　３２２１の商
用２剤式エポキシ接着剤が０−ド　コーボレ−ジョンか
ら入手された。材料は約１５重量％のガン？三酸化二鉄
を有する。材料を単独で用いると６００アンペアの電流
で「グル」状態になるには９０秒要した。材料は誘導加
熱式ＩボＶシ接着剤であって、１９８７年５月１日付の
データシートに記載されている。試験は、２剤式接着剤
の２９の成分に４０重屋％の〜２００メツシュ鉄粒子を
添加して行なわれた。鉄粒子を添加すると、最終構成が
４０１１１４％の鉄鞍子の場合、２００アンペアのみ６
０秒以内で「ゲル」状態となった。添加された鉄は、特
に２００メツシｌより寸法の大きい粒子を全て除去され
た、ヘーガニアス　コーボレーシ〕ン販売のアンカー１
０００であった。２２５アンペアでは４５秒以内で「ゲ
ル１状態となった。アンペア数を２５０アンペアまで上
がすると２０？ｔＢＸ内に「ゲル」状態となった。ロー
ドによる構成では「ゲル」状態となるには６００アンペ
アで９０秒かかった。粒子が３０重量％充填された初期
のロードによる構成でｔよ「ゲル］状態となるのに４８
５アンペアで６０秒かかった。新規の構成は、より最近
の構成より結合が強固である。この劇的な改善は、エボ
４シ結合が自動中産業秀の比較的大型のパネル結合が必
要な分立で有利に使用されうることを示す。エネルギ供
給の効率が上背したことにより、所定のパネルに一時に
多くの肺の結合を硬化させるのに必要とされている電源
と比べてはるかに小さい＠源を使用することができる。
またかかる人望のパネル及びワーク用のコイルの設３１
μ、低い周波数と小さい電流においてははるかに容易に
製作される。
しかし本発明は、他の材料、特に従来溶融結合の分野で
は非常に困難とされてきた材料にも適用可能である。つ
まり熱活性化接着剤として用いられてきた液体ウレタン
構成は、本発明の一体止多種粒Ｉを有利に使用できる。
同様に、エボ１シ接着材料とウレレタン接着材料の組み
合わせも、本発明の加熱方式を有利に使用しうる。本発
明の利点は、加熱効果により所望ならば接着剤の必要充
填向を減らし対応して粘度を減らしうるという点でかか
る接着剤の場合特に顕著である。粘度の減少によりポン
プを用いるなどして基材に実用的かつ信頼性のある供給
が可能となる。充填量の減少、特に粒子５０人部分をリ
ブミツ０ン粒子とすることで、粒子含有接着剤によるポ
ンプ系の摩耗を低減できる。本発明は所定の応用のため
材料に適当な粘度を与える一方で同時に接着剤店内での
加熱速度を大幅に改善するよう特定の接着剤に適合化さ
れることもできる。つまり本発明は多くのプラスチック
に右利に適用されるが、特に広く使用されているが結合
に際してはしばしばある程度の困難があるポリプロビレ
メン、ポリ１ヂレン、ポリカーボネート及びポリアミド
について特に有用である。
熱発生要素は、一体化粒子の集合体を熱可塑性。
熱硬化性又は成型可能な担体ａ１脂に配合して形成され
た混合物を選択された形状とすることで容易に製造され
る。例えば混合物は容易に、１９８５年９月１７日にア
ルフレツド　Ｆ、リーサーマンに付与された米国特許４
，５４１，８９１に開示されている如きブラダ−又は他
の作動！ｊＩｔ置に組み込まれる。誘導＠磁界により励
起されると選択された形状内の熱レベルは略一定となり
、装置は対応する形状の作ｖｊＶ装置を用いることで非
常に多種の熱封止が得られる。
また組み合せられた粒Ｐ１．：おいては、結合剤の一度
を上げるには粒子を家庭用マイクロ波エネルギｆｆ１ｌ
ａ界に入れればよいということのため非常に独特かつ有
効な結果が得られる。一般に勺プミク０ン寸法の鉄酸化
物粒子は、？イクロ波Ｉネルギの存在下で重要な実用的
価値があるためには発生する熱が少なすぎた。本発明で
は、例えば５０％のＲ丁ｖ　ｒ００シリコンゴム担体中
の２０％の２！酸酸化銑鉄子及び３０％のフイナス２０
０メツシュ鉄粒子からなるシリコンａｉ脂の熱発生速度
が増大する。試ｗＩｔ要素は約０．０３８インチの厚さ
であった。
数本中の樹脂は、出力定格６５０ワツトの電子レンジ中
で１０乃至１５秒間加熱すると約２００°Ｆとなった。
マイクロ波エネルギ強度は商用又は産業用？イクａ波加
熱ユニットよりも大幅に低いのは勿論であるが適宜の家
庭用電子レンジが用いられた。
非導電酸化物粒子及び４電鉄粒子の特性は、少なくとも
樹脂中に坪め込まれた場合には粒子は活性熱源をなすよ
うマイクａ波に適切に応答するという特性であると思わ
れる。説明中リブミクロン非導電粒子の使用が強調され
たが、ミクロン粒子を含むはるかに大きな讃導電粒子も
好ましい。
本発明は最も広義には、本質的には単・−の無線周波数
磁界の存６下での熱発生凝結体を形成するよう混合され
るｌ電和子と非導電粒子の組み合わせを１丞する。′４
Ｊ電粒子は高い透磁率を右し、非導電粒子は不良導体で
あるが良好な磁気特性を有し顕著なヒステリシスを示す
。好ましい公知の非導電粒子及び導電粒子は市販されて
いるが、他の粒子を開発してもよく、又現在誘導竹製Ｔ
ｉ流加熱で用いられているより一般的なｒＡ素プレイン
鉄粒子の代わりに磁性ステンレススチール粒子を用いる
といった何らかの適宜の１程で形成してもよい。
以上を要約するに、−株化多種粒子加熱剤は加熱、特に
加熱剤を用いてプラスチック基材、を加熱結合するため
のものである。−株化多種粒子加熱剤は、ヒステリシス
損により熱を発生する相当な割合の非導電強磁性酸化物
粒子と、渦電流損による熱を発生する導電鉄粒子とから
なる。二梗類の粒子は完全に混合され、適当な無線周波
数の眼界に反応する。強磁性粒子はりプミクＯン寸法で
あり、鉄粒子はミクロン寸法である。粒子は不活性樹脂
担体と組み合わされ、被覆として塗イ１されるか、基材
中に直接会められるか、あるいは別体の要Ａとされる。
強磁性酸化物の充填量は一般に鉄粒子充填量より少なく
、鉄粒子は３０乃至６０重出刃（好ましくは４０乃￥５
０Φけ％）の範囲であり、酸化物粒子は１０乃至５０重
量％（好ましくＧｉｌ　５乃至２５重柔％）の範囲であ
る。無線周波数磁界は１．２乃至７ＭＨｚ　、典型的に
は３．５乃至４ＭＨ７の範囲にある。−株化すブミクロ
ン寸法強！ｉ竹粒子及びミクロン寸法鉄粒子は、比較的
低い周波数の東−の無線周波数磁界を用いて顕著かつ予
想外に高速に熱を発生する。充填率は異なる基材に応じ
て変化する。
【図面の簡単な説明】
第１図は誘導結合′！！Ａ置に詔かれた一対の基材の側
面図、第２図ｔよ第１図に丞す基材の拡大断面図、第３
図は第１図及び第２図に示す結合剤の拡大部分図、第４
図はいくつかの従来構成及び本発明構成の加熱速度を示
すグラフ、第５図は低無線周波数での同様のグラフであ
る。 １．２・・・プラスデック基材、３・・・結合層、４・
・・プラスブック樹脂材、５・・・粒子、６・・・無線
周波数コイルユニット、７・・・無線周波数源、８・・
・無線周波数磁場、９・・・小さい粒子、１０・・・人
さい粒子、１１・・・電流の流れ。 図面の浄書（内容に変更なし） ２８８Ｈエフ７０外遣良 ＦＩＧ、　５ 袂等ｉｔ日＆悉災つイ１しｔ洸コ、アレぐ乙　２，８間
ｔ−Ｊ２特許庁長官　　古　１）文　殺　　殿 １、事件の表示 平成元年　特許Ｗ４　　第１９０３９９号２、発明の名
称 誘導加熱用一体化多種粒子剤及びそれによる誘導加熱方
法３、補正をする者 事件との関係　　特許出願人 住所　　アメリカ合衆国　ライスコンシン　５３２０２
ミルウオーキー　スィート　４０７　ノースフェアウェ
ル　アベニュー　１８４０番地ウィリアム　チャールス
　ヘラ−ジュニア（国籍　アメリカ合衆国） 氏名 ４、代理人 住所　〒１０２　　東京都千代田区麹町５丁目７番地６
、　補正の対客 図面及び委任状。 ７、　補正の内容 （１）図面滲出（内容に変更なし）を別紙のとおり補充
する。 ■　委任状及びその訳文各１通を別紙のとおり補充する
。

Claims (39)

    【特許請求の範囲】
  1. （１）サブミクロン寸法を有する第１の複数の粒子とミ
    クロン寸法を有する第２の複数の粒子を混合し、第１及
    び第２の複数の粒子は単一の一体化粒子集合体を決める
    為互いに充分に分布させ、該混合した粒子を誘導不活性
    樹脂担体と混合して結合層を形成し、該第１の粒子は磁
    界に応答してヒステリシスにより熱を発生し、第２の粒
    子は、磁界に応答して該第２の粒子中の渦電流により熱
    を発生し、該結合層を該基材と密接に接触させ、該磁界
    へ該基材及び結合層を該磁界に置く段階から成り、第１
    及び第２のプラスチック基板を無線周波数磁界へ置くこ
    とにより該両基材を溶融結合する方法。
  2. （２）該磁界は、約５００ＫＨｚから５０００ＭＨｚの
    範囲内の無線周波数を含む請求項１記載の方法。
  3. （３）該第２の粒子は、全粒子質量のうち該第１の粒子
    より質量で大きいパーセンテージを占める請求項２記載
    の加熱方法。
  4. （４）該第２の粒子は重量で該第１の粒子の約２倍であ
    る請求項３記載の方法。
  5. （５）該磁界は約３．５から４ＭＨｚの範囲で選ばれる
    無線周波数を含む請求項１記載の方法。
  6. （６）該磁界は約１．２ｋＨｚから７ＭＨｚの範囲で選
    ばれる無線周波数を含む請求項１記載の方法。
  7. （７）該第２の粒子は全粒子質量のうち該第１の粒子よ
    り重量で大きいパーセンテージを占める請求項１記載の
    方法。
  8. （８）該第２の粒子は重量で該第１の粒子の約２倍であ
    る請求項１記載の方法。
  9. （９）該第２の粒子は重量で結合層の略４０％であり、
    該第１の粒子は重量で該結合層の略２５％である、請求
    項８記載の方法。
  10. （１０）該第２の粒子は２００メッシュより大きく、該
    第１の粒子は１ミクロンより小さい請求項９記載の方法
    。
  11. （１１）該第１の複数の粒子の寸法は、−２００メッシ
    ュより大きく、該第２の複数の粒子の寸法は１ミクロン
    より小さい請求項１記載の方法。
  12. （１２）該粒子集合体は該結合プラスチック層中の分布
    し、実質的に一定の加熱レベルの選択された加熱パター
    ンを決める請求項９記載の方法。
  13. （１３）該結合層樹脂は溶かされ容易に流れる結合層を
    つくる請求項１記載の方法。
  14. （１４）コイル側面が、互いに約１／４インチ離れ結合
    素子からは１／８インチよりやや小さい距離離れて無線
    周波源に接続された加熱コイルを有する請求項１記載の
    方法。
  15. （１５）サブミクロン寸法を有する第１の複数の粒子と
    ミクロン寸法を有する第２の複数の粒子を混合し、単一
    の一体化粒子集合体を決める為全体的に分布させ、該第
    １の粒子は磁界に応答してヒステリシスにより熱を発生
    し、第２の粒子は、磁界に応答して該第２の粒子中の渦
    電流により熱を発生し、該一体化粒子を磁界の存在下で
    応答する加熱材と密接に接触させる段階から成り、かか
    る材を木質的に１つの周波数の無線周波数磁界へ置くこ
    とにより基材を加熱する方法。
  16. （１６）該第２の粒子は、一体化粒子集合体のうち重量
    でより大きなパーセンテージを占める請求項１５記載の
    加熱方法。
  17. （１７）該第２の粒子が、重量で該第１の粒子の約２倍
    である請求項１５記載の加熱方法。
  18. （１８）該磁界は約１．２から７ＭＨｚの範囲で選ばれ
    る無線周波数で形成される請求項１５記載の方法。
  19. （１９）該磁界は、３．５から４ＭＨｚの範囲で選ばれ
    る無線周波数を含む請求項１８記載の方法。
  20. （２０）該第２の複数の粒子の寸法は２００メッシュよ
    り大きく、第１の複数の粒子の寸法は１ミクロンより小
    さい請求項１８記載の方法。
  21. （２１）該第２の粒子は該粒子集合体のうち重量で略６
    ０％を占め、該第１の粒子は該粒子集合体のうち重量で
    略４０％を占める請求項１８記載の方法。
  22. （２２）該第２の粒子は２００メッシュより大きく、該
    第１の粒子は１ミクロンより小さい請求項２１記載の方
    法。
  23. （２３）第１の複数の非導電粒子と、第２の複数の導電
    粒子とよりなり、該第１及び第２の複数の粒子は単一の
    一体化粒子集合体を決める為充分に分散され、該第１の
    粒子は磁界に応答してヒステリシスにより熱を発生し、
    該第２の粒子は磁界に応答して該第２の粒子中の渦電流
    導電により熱を発生し、これにより該一体化粒子が該磁
    界に応答して該第２の物質を加速された速度で加熱する
    、磁界の存在下で該第２の物質を加熱する加速加熱剤。
  24. （２４）該第２の粒子は重量で該第１の粒子より重い請
    求項２３記載の加熱剤。
  25. （２５）該第２の粒子は重量で該第１の粒子の約２倍で
    ある請求項２３記載の加熱剤。
  26. （２６）該第２の粒子は重量で略４０％を占め、該第１
    の粒子は重量で略２５％を占める請求項２５記載の加熱
    剤。
  27. （２７）該第２の粒子は２００メッシュより大きく、該
    第１の粒子は１ミクロンより小さい請求項２６記載の加
    熱剤。
  28. （２８）該一体化粒子手段は約１．２から７ＭＨｚの範
    囲の無線周波数に応答する、請求項２３記載の加熱剤。
  29. （２９）プラスチック樹脂層と、サブミクロン寸法を有
    する第１の複数の非導電粒子及びミクロン寸法を有する
    第２の複数の導電粒子からなる一体化加熱粒子集合体と
    よりなり、該第１及び第２の複数の粒子は単一の一体化
    樹脂集合体を明確にすべく該プラスチック樹脂層内に充
    分に分布され、該第１粒子は、磁界に応答してヒステリ
    シスにより熱を発生し、該第２粒子は磁界に応答して渦
    電流導電により熱を発生し、該第２の粒子は重量で同じ
    集合の該第１の粒子より大きいパーセンテージである、
    プラスチック基材接合用結合要素。
  30. （３０）該第２の粒子は重量で該第１の粒子の約２倍で
    ある請求項２９記載の結合要素。
  31. （３１）該第２の粒子は重量で該樹脂集合体の略４０％
    を占め、該第１の粒子は重量で略２５％を占める請求項
    ２５記載の結合要素。
  32. （３２）該第２の粒子は２００メッシュより大きく、該
    第１の粒子は１ミクロンより小さい請求項２９記載の要
    素。
  33. （３３）該粒子樹脂集合体は樹脂層を溶解温度まで速く
    加熱するよう約３．５から４ＭＨｚの範囲での無線周波
    数磁界に応答する請求項２９記載の要素。
  34. （３４）該樹脂層は熱可塑性である請求項２９記載の結
    合要素。
  35. （３５）該樹脂層は熱硬化性プラスチックである請求項
    ２９記載の結合要素。
  36. （３６）該樹脂層はポリプロピレン・プラスチックであ
    る請求項２９記載の結合要素。
  37. （３７）該樹脂層が熱溶融接着剤である請求項２９記載
    の結合要素。
  38. （３８）高磁気損失かつ低導電性の第１の複数の粒子と
    、高透磁率及び高導電性の第２の複数の粒子とを混合し
    、該第１及び第２の複数の粒子を一体化粒子集合体を形
    成するよう混合し、該集合体を基材に密接させ、該集合
    体及び基材を本質的に１つの周波数の無線周波数磁界に
    おく、無線周波数磁界を用いて基材を加熱する方法。
  39. （３９）該磁界が約５００ＭＨｚの範囲で選ばれる無線
    周波数を含む請求項２８記載の方法。
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