JPH0218559B2 - - Google Patents
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- JPH0218559B2 JPH0218559B2 JP57501452A JP50145282A JPH0218559B2 JP H0218559 B2 JPH0218559 B2 JP H0218559B2 JP 57501452 A JP57501452 A JP 57501452A JP 50145282 A JP50145282 A JP 50145282A JP H0218559 B2 JPH0218559 B2 JP H0218559B2
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- heating element
- current
- magnetic
- conductor
- temperature
- Prior art date
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- H—ELECTRICITY
- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
- H05B3/00—Ohmic-resistance heating
- H05B3/10—Heating elements characterised by the composition or nature of the materials or by the arrangement of the conductor
- H05B3/12—Heating elements characterised by the composition or nature of the materials or by the arrangement of the conductor characterised by the composition or nature of the conductive material
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K3/00—Tools, devices or special appurtenances for soldering, e.g. brazing, or unsoldering, not specially adapted for particular methods
- B23K3/04—Heating appliances
- B23K3/047—Heating appliances electric
- B23K3/0475—Heating appliances electric using induction effects, e.g. Kelvin or skin effects
-
- H—ELECTRICITY
- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
- H05B3/00—Ohmic-resistance heating
- H05B3/40—Heating elements having the shape of rods or tubes
- H05B3/42—Heating elements having the shape of rods or tubes non-flexible
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- Health & Medical Sciences (AREA)
- Dermatology (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Induction Heating (AREA)
- Resistance Heating (AREA)
Description
請求の範囲
１ 下記(A)及び(B)項記載の構成要素、即ち、
(A) 交流で使用する電気抵抗性の発熱体であつ
て、 (1) 高い熱伝導性及び高い導電性を有する導電
性非磁性体で作製された一対の表面を有する
基板であり、その熱放散領域を有する第一の
面ともう一方の表面との間の厚さが、高周波
電源から上記もう一方の表面へ加えられた電
流が上記基板を通過して上記熱放散領域側へ
達しないだけの充分な厚さに設定された基板
と、 (2) 上記基板の上記もう一方の表面上にこれと
良好な熱的及び電気的伝導性を有するよう密
着せしめられて形成された一般的に薄い磁性
体層であつて、その最大比透磁率はそのキユ
リー温度以下においては１よりも大きく、ま
たその最小比透磁率はそのキユリー温度以上
においては実質的に１である磁性体層と、か
ら成る発熱体と、 (B) 上記発熱体の上記第一の表面の熱放散領域の
第一の境界端の近くに電気的に接続される電流
帰還用導電体であつて、上記一般的に薄い磁性
体層がこの帰還用導電体と上記非磁性体基板と
の間に位置するよう上記発熱体に近接して設け
られる帰還用導電体と、 から成り、 高周波電源が、上記発熱体の上記熱放散領域の
もう一方の境界端近くと上記帰還用導電体との間
に接続されたときに、その電流が、上記薄い磁性
体層の上記の如き物理的配置に基づき、上記磁性
体層のキユリー温度以下における温度においては
表皮効果に従つて上記薄い磁性体層に原理的に集
中し、且つ、温度が上記磁性体層のキユリー温度
近くにまで上昇しその比透磁率が低下したときに
は電流は上記非磁性体基板の側へ広がり、然しな
がら、上記非磁性体基板の厚さのために、上記電
流が上記基板の上記第一の表面の熱放散領域にま
で到達するのが防止されるよう構成されたことを
特徴とする発熱体構造。 ２ 上記非磁性体基板の上記熱放散領域と上記も
う一方の表面との間の厚さが少なくとも浸入度５
程度に等しい特許請求の範囲第１項記載の発熱体
構造。 ３ 上記帰還用導電体が上記熱放散領域近くにお
いて上記発熱体を囲繞する特許請求の範囲第１項
記載の発熱体構造。 ４ 上記高周波電源が上記帰還用導電体と上記発
熱体の熱放散領域のもう一方の境界端近くとの間
に電気的に接続され、上記発熱体は上記電源のア
ース端子側に接続された特許請求の範囲第３項記
載の発熱体構造。 ５ 上記高周波電源の周波数帯域が８ないし20M
Hzの範囲である特許請求の範囲第４項記載の発熱
体構造。 ６ 上記非磁性体基板が上記熱放散領域近くにお
いて上記薄い磁性体層によつて覆われた特許請求
の範囲第１項記載の発熱体構造。 ７ 上記帰還用導電体が上記発熱体を囲繞して設
けた導電性の外装であり、上記高周波電源が上記
帰還用導電体と上記発熱体の熱放散領域のもう一
方の境界端近くとの間に電気的に接続され、上記
帰還用導電体は上記電源のアース端子側に接続さ
れた特許請求の範囲第６項記載の発熱体構造。 ８ 上記高周波電源の周波数帯域が８ないし20M
Hzの範囲である特許請求の範囲第７項記載の発熱
体構造。 ９ 上記発熱体が中空円筒状に形成され、上記薄
い磁性体層が上記非磁性体基板の一方の境界面上
に実質的に連続的に形成された特許請求の範囲第
１項記載の発熱体構造。 １０ 上記非磁性体基板の上記熱放散領域と上記
もう一方の表面との間の厚さが少なくとも浸入度
５程度に等しい特許請求の範囲第４項記載の発熱
体構造。 １１ 上記非磁性体基板の上記熱放散領域と上記
もう一方の表面との間の厚さが少なくとも浸入度
５程度に等しい特許請求の範囲第８項記載の発熱
体構造。 １２ 下記(A)及び(B)項記載の構成要素、即ち、 (A) 交流で使用する電気抵抗性の半田鏝の鏝先で
あつて、 (1) 高い熱伝導性及び高い導電性を有する導電
性の非磁性体で作製された一般的に円錐形状
の発熱基板であつて、その円錐状の外面は半
田付けのために外気に曝される熱放散領域を
有し、且つその熱放散領域における外面と内
面との間の厚さが、内面を流れる電流が上記
基板を通過して外気に曝された外面の熱放散
領域側へ実質的に達しないだけの充分な厚さ
に設定された基板と、 (2) 上記基板の内面上にこれと良好な熱的及び
電気的伝導性を有するよう密着せしめられて
形成された一般的に薄い磁性体層であつて、
その最大比透磁率はそのキユリー温度以下に
おいては１よりも大きく、またその最小比透
磁率はそのキユリー温度以上においては実質
的に１である磁性体層と、から成る鏝先と、 (B) 上記鏝先の内部に設けられ且つ上記外気に曝
された外面の熱放散領域の第一の境界端近くに
おいて上記鏝先の先端に電気的に接続された電
気導電性の電流帰還用ステムと、 から成り、 高周波電源が上記ステムと上記熱放散領域との
間に電気的に接続されたときには、その電流が、
上記薄い磁性体層の上記の如き物理的配置に基づ
き、上記磁性体層のキユリー温度以下における温
度においては表皮効果に従つて上記薄い磁性体層
に原理的に集中し、且つ、温度が上記磁性体層の
キユリー温度近くにまで上昇しその比透磁率が低
下したときには電流は上記非磁性体基板の側へ広
がり、然しながら、上記非磁性体基板の厚さのた
めに上記電流が上記基板の外面の熱放散領域にま
で到達するのが防止されるよう構成されたことを
特徴とする半田鏝の構造。 １３ 上記非磁性体基板の上記熱放散領域とその
内面との間の厚さが少なくとも浸入度５程度に等
しい特許請求の範囲第１２項記載の半田鏝の構
造。 １４ 上記高周波電源が上記ステムと上記発熱基
板の熱放散領域のもう一方の境界端近くとの間に
電気的に接続され、上記発熱基板が上記電源のア
ース端子側に接続された特許請求の範囲第１２項
記載の半田鏝の構造。 １５ 上記高周波電源の周波数帯域が８ないし
20MHzの範囲である特許請求の範囲第１４項記載
の半田鏝の構造。 １６ 上記電流帰還用ステムが上記熱放散領域近
くにおいて上記鏝先により囲繞された特許請求の
範囲第１２項記載の半田鏝の構造。 関連の出願との相互関係 この出願は、1979年８月31日に出願された米国
特許出願第071682号（1981年３月17日付けで特許
された米国特許第4256945号）に係る『温度制御
機能を具備した交流用の電気抵抗性発熱体』なる
名称の発明を部分的に承継するものである。 発明の背景 温度調節が可能な発熱体は近年極めて多くのタ
イプのものが存在している。それらの発熱体の殆
どのものは、何等かの形でフイードバツク形式の
制御システムを利用したものであつて、それらに
おいては生じた温度を検出し、発熱体への給電用
電源を連続的、比例的若しくは段階的にスイツチ
ングすることにより、多少の誤差はあつても一定
温度を保つようになつている。 これに対して、我々は、先に提出した上記特許
出願第071682号（米国特許第4256945号）におい
て、熱負荷の大幅な変動にも拘わらず実質的に一
定の温度を保持するようなそれ自身が内在的に温
度調整機能を有する電気抵抗性の発熱体を開示し
た。 このような発熱体は、熱及び電気的に高い伝導
性を有する導電性の非磁性体から成る基板と、そ
の一方の表面の少なくとも一部分に形成された一
般的に薄い磁性体層とから構成されている。上記
磁性体は、その最大比透磁率がキユリー温度以下
では１より大きく、然しながらキユリー温度以上
ではその最低比透磁率が実質的に１に等しくなる
ようなものから選択される。その結果として、上
記発熱体に高周波電源を接続したときには、上記
磁性体層のキユリー温度以下の温度においては、
その最大透磁率に基づく表皮効果によつて電流は
一般的に薄く形成された上記磁性体層に原則的に
集中して流れ、そのとき発生するジユール熱によ
つて加熱されるが、温度がキユリー温度近くにま
で上昇して比透磁率が減少すると、電流は上記非
磁性体基板の方へも広がるようになる。これによ
つて、熱負荷の著しい変動や局部的な変化に関係
なく、キユリー温度前後における自動的な温度調
整が可能となるものであり、電源を複雑なフイー
ドバツクシステムで制御する必要をなくするもの
である。 以上の如く、我々が前の特許出願において開示
した発熱体は、交流によつて使用されることを前
提としている。然しながら、このような発熱体の
利用分野として、その温度放散領域、即ち、熱エ
ネルギがそこから奪われるような表面領域が、こ
の発熱体を発熱させるための電気エネルギから絶
縁されている必要のある分野が多く存在する。 発明の概要 本発明は、それ自身が温度制御機能を有すると
共に、その熱放散表面領域では電気エネルギの消
費が殆どないという二つの性質を有する電気抵抗
性発熱体を提供する。 本発明は我々が先に提出した特許出願において
示した構成を、従つて、その特徴及び利点を取入
れたものである。 而して、本発明に係る発熱体の熱放散領域は次
のようにして発熱用の電気エネルギから絶縁され
る。即ち、まず第一に、我々のもとの出願の発明
における発熱体の基板の熱放散領域における厚さ
を、磁性体薄膜によつて被覆された表面を流れる
電流が上記基板を通つて実質的に熱放散領域にま
で達しないだけの充分な厚さとすること；第二
に、上記基板の近くに電流帰還用の導電体を設
け、上記一般的に薄い磁性体層が上記電流帰還用
導電体と上記非磁性体基板との間に位置するよう
構成すること；第三に、上記電流帰還用導電体を
熱放散領域の第一の境界端近くにおいて上記発熱
体の残りの部分と電気的に接続すると共に、上記
熱放散領域のもう一方の境界端近くにおいて上記
発熱体を高周波電源と電気的に接続することであ
る。発熱体におけるこのような構造上の特徴を組
合せることによつて、熱放散領域を高周波電流か
らシールドすることが可能となる。
て、 (1) 高い熱伝導性及び高い導電性を有する導電
性非磁性体で作製された一対の表面を有する
基板であり、その熱放散領域を有する第一の
面ともう一方の表面との間の厚さが、高周波
電源から上記もう一方の表面へ加えられた電
流が上記基板を通過して上記熱放散領域側へ
達しないだけの充分な厚さに設定された基板
と、 (2) 上記基板の上記もう一方の表面上にこれと
良好な熱的及び電気的伝導性を有するよう密
着せしめられて形成された一般的に薄い磁性
体層であつて、その最大比透磁率はそのキユ
リー温度以下においては１よりも大きく、ま
たその最小比透磁率はそのキユリー温度以上
においては実質的に１である磁性体層と、か
ら成る発熱体と、 (B) 上記発熱体の上記第一の表面の熱放散領域の
第一の境界端の近くに電気的に接続される電流
帰還用導電体であつて、上記一般的に薄い磁性
体層がこの帰還用導電体と上記非磁性体基板と
の間に位置するよう上記発熱体に近接して設け
られる帰還用導電体と、 から成り、 高周波電源が、上記発熱体の上記熱放散領域の
もう一方の境界端近くと上記帰還用導電体との間
に接続されたときに、その電流が、上記薄い磁性
体層の上記の如き物理的配置に基づき、上記磁性
体層のキユリー温度以下における温度においては
表皮効果に従つて上記薄い磁性体層に原理的に集
中し、且つ、温度が上記磁性体層のキユリー温度
近くにまで上昇しその比透磁率が低下したときに
は電流は上記非磁性体基板の側へ広がり、然しな
がら、上記非磁性体基板の厚さのために、上記電
流が上記基板の上記第一の表面の熱放散領域にま
で到達するのが防止されるよう構成されたことを
特徴とする発熱体構造。 ２ 上記非磁性体基板の上記熱放散領域と上記も
う一方の表面との間の厚さが少なくとも浸入度５
程度に等しい特許請求の範囲第１項記載の発熱体
構造。 ３ 上記帰還用導電体が上記熱放散領域近くにお
いて上記発熱体を囲繞する特許請求の範囲第１項
記載の発熱体構造。 ４ 上記高周波電源が上記帰還用導電体と上記発
熱体の熱放散領域のもう一方の境界端近くとの間
に電気的に接続され、上記発熱体は上記電源のア
ース端子側に接続された特許請求の範囲第３項記
載の発熱体構造。 ５ 上記高周波電源の周波数帯域が８ないし20M
Hzの範囲である特許請求の範囲第４項記載の発熱
体構造。 ６ 上記非磁性体基板が上記熱放散領域近くにお
いて上記薄い磁性体層によつて覆われた特許請求
の範囲第１項記載の発熱体構造。 ７ 上記帰還用導電体が上記発熱体を囲繞して設
けた導電性の外装であり、上記高周波電源が上記
帰還用導電体と上記発熱体の熱放散領域のもう一
方の境界端近くとの間に電気的に接続され、上記
帰還用導電体は上記電源のアース端子側に接続さ
れた特許請求の範囲第６項記載の発熱体構造。 ８ 上記高周波電源の周波数帯域が８ないし20M
Hzの範囲である特許請求の範囲第７項記載の発熱
体構造。 ９ 上記発熱体が中空円筒状に形成され、上記薄
い磁性体層が上記非磁性体基板の一方の境界面上
に実質的に連続的に形成された特許請求の範囲第
１項記載の発熱体構造。 １０ 上記非磁性体基板の上記熱放散領域と上記
もう一方の表面との間の厚さが少なくとも浸入度
５程度に等しい特許請求の範囲第４項記載の発熱
体構造。 １１ 上記非磁性体基板の上記熱放散領域と上記
もう一方の表面との間の厚さが少なくとも浸入度
５程度に等しい特許請求の範囲第８項記載の発熱
体構造。 １２ 下記(A)及び(B)項記載の構成要素、即ち、 (A) 交流で使用する電気抵抗性の半田鏝の鏝先で
あつて、 (1) 高い熱伝導性及び高い導電性を有する導電
性の非磁性体で作製された一般的に円錐形状
の発熱基板であつて、その円錐状の外面は半
田付けのために外気に曝される熱放散領域を
有し、且つその熱放散領域における外面と内
面との間の厚さが、内面を流れる電流が上記
基板を通過して外気に曝された外面の熱放散
領域側へ実質的に達しないだけの充分な厚さ
に設定された基板と、 (2) 上記基板の内面上にこれと良好な熱的及び
電気的伝導性を有するよう密着せしめられて
形成された一般的に薄い磁性体層であつて、
その最大比透磁率はそのキユリー温度以下に
おいては１よりも大きく、またその最小比透
磁率はそのキユリー温度以上においては実質
的に１である磁性体層と、から成る鏝先と、 (B) 上記鏝先の内部に設けられ且つ上記外気に曝
された外面の熱放散領域の第一の境界端近くに
おいて上記鏝先の先端に電気的に接続された電
気導電性の電流帰還用ステムと、 から成り、 高周波電源が上記ステムと上記熱放散領域との
間に電気的に接続されたときには、その電流が、
上記薄い磁性体層の上記の如き物理的配置に基づ
き、上記磁性体層のキユリー温度以下における温
度においては表皮効果に従つて上記薄い磁性体層
に原理的に集中し、且つ、温度が上記磁性体層の
キユリー温度近くにまで上昇しその比透磁率が低
下したときには電流は上記非磁性体基板の側へ広
がり、然しながら、上記非磁性体基板の厚さのた
めに上記電流が上記基板の外面の熱放散領域にま
で到達するのが防止されるよう構成されたことを
特徴とする半田鏝の構造。 １３ 上記非磁性体基板の上記熱放散領域とその
内面との間の厚さが少なくとも浸入度５程度に等
しい特許請求の範囲第１２項記載の半田鏝の構
造。 １４ 上記高周波電源が上記ステムと上記発熱基
板の熱放散領域のもう一方の境界端近くとの間に
電気的に接続され、上記発熱基板が上記電源のア
ース端子側に接続された特許請求の範囲第１２項
記載の半田鏝の構造。 １５ 上記高周波電源の周波数帯域が８ないし
20MHzの範囲である特許請求の範囲第１４項記載
の半田鏝の構造。 １６ 上記電流帰還用ステムが上記熱放散領域近
くにおいて上記鏝先により囲繞された特許請求の
範囲第１２項記載の半田鏝の構造。 関連の出願との相互関係 この出願は、1979年８月31日に出願された米国
特許出願第071682号（1981年３月17日付けで特許
された米国特許第4256945号）に係る『温度制御
機能を具備した交流用の電気抵抗性発熱体』なる
名称の発明を部分的に承継するものである。 発明の背景 温度調節が可能な発熱体は近年極めて多くのタ
イプのものが存在している。それらの発熱体の殆
どのものは、何等かの形でフイードバツク形式の
制御システムを利用したものであつて、それらに
おいては生じた温度を検出し、発熱体への給電用
電源を連続的、比例的若しくは段階的にスイツチ
ングすることにより、多少の誤差はあつても一定
温度を保つようになつている。 これに対して、我々は、先に提出した上記特許
出願第071682号（米国特許第4256945号）におい
て、熱負荷の大幅な変動にも拘わらず実質的に一
定の温度を保持するようなそれ自身が内在的に温
度調整機能を有する電気抵抗性の発熱体を開示し
た。 このような発熱体は、熱及び電気的に高い伝導
性を有する導電性の非磁性体から成る基板と、そ
の一方の表面の少なくとも一部分に形成された一
般的に薄い磁性体層とから構成されている。上記
磁性体は、その最大比透磁率がキユリー温度以下
では１より大きく、然しながらキユリー温度以上
ではその最低比透磁率が実質的に１に等しくなる
ようなものから選択される。その結果として、上
記発熱体に高周波電源を接続したときには、上記
磁性体層のキユリー温度以下の温度においては、
その最大透磁率に基づく表皮効果によつて電流は
一般的に薄く形成された上記磁性体層に原則的に
集中して流れ、そのとき発生するジユール熱によ
つて加熱されるが、温度がキユリー温度近くにま
で上昇して比透磁率が減少すると、電流は上記非
磁性体基板の方へも広がるようになる。これによ
つて、熱負荷の著しい変動や局部的な変化に関係
なく、キユリー温度前後における自動的な温度調
整が可能となるものであり、電源を複雑なフイー
ドバツクシステムで制御する必要をなくするもの
である。 以上の如く、我々が前の特許出願において開示
した発熱体は、交流によつて使用されることを前
提としている。然しながら、このような発熱体の
利用分野として、その温度放散領域、即ち、熱エ
ネルギがそこから奪われるような表面領域が、こ
の発熱体を発熱させるための電気エネルギから絶
縁されている必要のある分野が多く存在する。 発明の概要 本発明は、それ自身が温度制御機能を有すると
共に、その熱放散表面領域では電気エネルギの消
費が殆どないという二つの性質を有する電気抵抗
性発熱体を提供する。 本発明は我々が先に提出した特許出願において
示した構成を、従つて、その特徴及び利点を取入
れたものである。 而して、本発明に係る発熱体の熱放散領域は次
のようにして発熱用の電気エネルギから絶縁され
る。即ち、まず第一に、我々のもとの出願の発明
における発熱体の基板の熱放散領域における厚さ
を、磁性体薄膜によつて被覆された表面を流れる
電流が上記基板を通つて実質的に熱放散領域にま
で達しないだけの充分な厚さとすること；第二
に、上記基板の近くに電流帰還用の導電体を設
け、上記一般的に薄い磁性体層が上記電流帰還用
導電体と上記非磁性体基板との間に位置するよう
構成すること；第三に、上記電流帰還用導電体を
熱放散領域の第一の境界端近くにおいて上記発熱
体の残りの部分と電気的に接続すると共に、上記
熱放散領域のもう一方の境界端近くにおいて上記
発熱体を高周波電源と電気的に接続することであ
る。発熱体におけるこのような構造上の特徴を組
合せることによつて、熱放散領域を高周波電流か
らシールドすることが可能となる。
第１図は我々のもとの特許出願に係る発熱体を
示す説明図、 第２図は円柱状の発熱体とその電流密度線図を
示す説明図、 第３図は我々のもとの特許出願に係る発熱体の
作用上の利点を示すためにその温度に対する電力
特性を示すグラフ、 第４図は本発明を利用した流体輸送用の導管の
断面図、 第５図は本発明の原理を応用した半田鏝の鏝先
を示す一部破断説明図である。 望ましい実施例に関する詳細な説明 第１図には、単純化された円柱状の発熱体１
と、これに直列に接続されたR.F.（無線周波数）
電源３と、オンオフスイツチ５とが示されてい
る。R.F.電源３は、高周波交流電流、典型的には
８〜20MHzの高周波電流を供給し、且つ、望まし
くは定電流調整器を具備する。 第１図及び第２図に表した円柱状部材は、完全
な円柱状に描いてあるが、本出願書類中において
『円柱状（円筒状）』という用語は、断面が真円の
完全な円柱体（円筒体）のみを意味するものと限
定して解釈されてはならない。更にまた、図示さ
れた電気回路は、いずれも直接的に即ち単純な抵
抗回路によつて交流電源に接続されている如く描
いてあるが、本発明はこのような回路のみに限定
される訳ではなく、コイル若しくはコンデンサを
含む回路によつて発熱体に接続されるような回路
構成のものであつても良い。 発熱体１には、その軸方向、即ち長手方向に沿
つてR.F.電源３から高周波交流電流が加えられ
る。この電流はI2Rに従つた加熱即ちジユール加
熱を引き起す。前に述べた如く、若しR.F.電源３
に定電流調整器が備えられているとするならば、
このときのI2は一定となるから、R.F.電源３から
供給され発熱体１において消費される電力は、電
源回路の外部に接続されている発熱体１の抵抗Ｒ
に比例することになる。 第１図から判るように、発熱体１は複合構造と
なつており、その内側のコア若しくは基板７は、
銅その他の非磁性体で電気的及び熱的伝導性を有
する材料から成り、その周囲には、コア７の導電
材料の抵抗値よりも高い抵抗値を有する、例えば
強磁性体合金のような磁性体から成る層９が鞘状
若しくは板状に被着されている。 第２図は、導電体に高周波電流を流した時の、
導電体の断面における電流密度の特性線図を示し
ている。若し、導電体が半径ｒの断面円形の円柱
体であるとすれば、比較的高い周波数の励起状態
において、電流密度は一般的に第２図中の線１１
に示されるような特性を有することとなり、電流
密度は導電体１′の表面領域において著しく増加
する。 当業者には周知の如く、特性１１は所謂『表皮
効果』を明示するものであつて、高周波電流は導
体の内部よりもその表面領域に極めて顕著に集中
するものである。導体の表面領域への電流の高い
集中度は、周波数が高くなればなる程一層顕著に
なる。然しながら、この表皮効果は以下に述べる
理由によつて、導電体の透磁率に依存しているこ
ともまたよく知られている。厚さＴを有する厚い
導電体に、交流電源から、導電体の表面に平行な
方向への通電がなされた場合には、表皮効果の作
用によつてその電流密度は導電体の表面からの距
離に対して指数函数的に減少することが理解され
よう。 ｊ（ｘ）＝j0e-X/S ここでｊ（ｘ）は導体の表面から計つた深さｘ
における電流密度（Ａ／m2）であり、 j0は表面における電流量であり、 ｓはmks単位系においてｓ＝√２（但
し、Ｔ≫ｓ）で表される浸入度（skin depth）で
ある。 ここで、μは導電体材料の透磁率を表し、σは
導電体材料の導電率を表し、またωは交流電源の
角振動数（radian frequency）を示している。
物体の磁気特性に対する表皮効果の関係を論ずる
場合には、比透磁率μrなる単位を用いるのが便利
であり、ここでμrは真空の透磁率μv＝4π×10-7
（Ｈ／ｍ）で正規化された透磁率である。即ち、
μr＝μ／μv＝μ／4π×10-7となる。非磁性体につい
て は、μr＝１である。 前述の導体表面からの距離の函数としての電流
密度の関係式は、厚い平板状の導電体から導かれ
たものではあるが、この式は、浸入度ｓよりも遥
かに大きな曲率半径を有する断面円形の円柱状導
電体にも適用し得るものである。 これらの関係式の結果を量的に試験してみる必
要はないけれども、キユリー温度以下において
100若しくはそれ以上のμrの値を有する各種の強
磁性体合金の場合には、上の式で表されたような
μに対する依存性の結果として、μr＝１であるよ
うな非磁性体導電体に比べると、電流は強磁性体
導電体の表面から内部に向かうにつれて著しく急
勾配の下降線をたどつて減少することに留意する
必要がある。 然しながら、温度が強磁性導電体のキユリー温
度に近づく時には、比透磁率は急激に降下し、キ
ユリー温度以上の温度においては１に極めて近い
値にまで接近する。第２図はこの現象が、純粋な
磁性体で作製した半径ｒの円柱状導電体１′の電
流密度特性に与える効果を示している。 第２図の下半分は、電流密度ｊを導電体１′の
直径に沿つて表したグラフである。キユリー温度
よりも充分に低い温度においては電流密度線図１
１は、導電体１′の表面において予期された通り
高い電流密度を示し、且つ、導電体１′の内部へ
向かうにつれて急激に降下し極めて低い電流密度
となることを示している。これに対して、線図１
３は導電体１′の材料である強磁性体のキユリー
温度領域における電流密度を示している。この線
図が示す特性として表皮効果が著しく減少してい
ることが示されており、導電体１′の表面から内
側へ向けての電流密度の減少は非常に緩やかなも
のとなつている。 このような効果は、強磁性体のキユリー温度近
くまで温度が上昇した時にμが著しく減少するこ
とから考えると非常に理解しやすい。即ち、キユ
リー温度近くにおいては磁性体のμrは１に近づ
き、その電流密度特性は非磁性導電体の電流密度
特性の形状に近づくからである。 次に第３図には、二つの異なつた発熱体につい
ての温度に対する電力のグラフが示されている。
線図１５で示されている特性は、例えば第２図中
に示された導電体１′のような全体が均一な強磁
性導電体についてのものであり、これに一定の電
流I1を流した時のものである。この特性１５は、
第１図中に示したR.F.電源３の如きR.F.電源から
の電力が、温度がキユリー温度Tcに近づくにつ
れ急激に低下することを示している。特性１５に
おいてこのように急激に低下した電力は、第３図
中Pminで示す値に達した時点で横ばい状態とな
る。 第３図中の特性１６は、非磁性導電体のコアを
強磁性体層で覆つたような第１図に示す如き複合
構造の発熱体１における温度に対する電力の特性
の典型的な一例を示している。中空円筒状の非磁
性導電体の内壁面に強磁性体層を形成した発熱
体、或いは強磁性体層を有する非磁性導電部材に
よつて形成される各種の複合導電体の如き原理的
に本発明を適用したものについても、特性１６と
殆ど同様な形状の線図が得られる。特性１６は質
的には特性１５と同等であるけれども、特性１６
は特性１５よりも更に垂直状態に近い状態で、一
層低い最低入力電力の値にまで降下する。 第三の特性１７は複合構造の発熱体に対してよ
り大きな電流即ちI1よりも大きな新たな電流値I2
を流したときの効果を示している。線図１７から
判るように、このとき増加される電流I2の値は、
均一は強磁性導電体の特性１５に電流I1を流した
ときの最小電力値Pminと同レベルの最低電力値
が得られるように選択されている。 このように電流を増加させる意義は、２つの熱
負荷曲線１９及び２１を考慮することによつて理
解される。負荷曲線１９及び２１は、伝導、対流
及び放射によつて失われる総電力量を温度の函数
として示したものである。当業者には明らかな如
く、負荷曲線１９は負荷曲線２１に比べてより大
きな熱損失の条件下にある。曲線１９は、例え
ば、発熱体に冷却媒体が接触しているようなとき
の熱負荷を表わすものである。 熱的な平衡状態における発熱体への入力電力
は、放射、対流及び伝導によつて失われる電力と
等しくなり、温度は一定となるから、曲線１９及
び２１と特性１５，１６及び１７との交点は、平
衡状態において入力電力と温度とが一定になつた
ような状態を示している。 曲線１９及び２１と特性曲線１５ないし１７と
の六つの交点を考慮することにより、以下の事実
が推定される。即ち、(1)熱負荷の変動に拘わらず
良好な温度調整を行なうためには、使用時におい
てすべての温度負荷についてのこれらの交点が可
能な限り特性曲線の垂直部分の近くに位置するよ
うにする必要があること；(2)温度が変動すること
なく広い範囲の熱負荷の変動に適応し得るための
理想的な特性曲線は、長く且つ直線的な垂直部分
を有する曲線であること；(3)第３図中の特性曲線
１７、即ち非磁性導電体コアと強磁性体表面層と
から成る複合構造を有する発熱体に比較的高い電
流I2を流したときに得られる曲線１７が、その殆
ど垂直に近い下降部分において二つの熱負荷曲線
１９及び２１と交差して平衡状態を保つところか
ら、この曲線１７が理想曲線に最も近いものであ
ること；が判る。 第３図中の特性曲線１６及び１７で示されるよ
うな複合発熱体がより優れた温度調整機能を有す
る理由は、その内部構造を考察することによつて
比較的簡単に理解される。 電流及び周波数は一定であるから、発熱体への
入力電力（Ｐ＝I2R）は、温度の函数である発熱
体の抵抗Ｒ（Ｔ）に正比例する。温度が上昇して、
当該強磁性体のキユリー温度近くにまで達する
と、透磁率μは減少してキユリー温度Tc以上に
おける極限値としての真空の透磁率（μr＝１）に
近づく。その結果、表皮効果は著しく減退し、そ
のために、低い温度においてはその殆どが発熱体
の表面層を流れていた電流が、発熱体の内部の側
へ移動して広がり、温度がTc近くにまで上昇し
てくるに従つて更に内部の方へ移動してより多く
の電流が流れるようになる。これによつて電流の
流れ得る断面積は増加し、且つ電流の殆どは導電
率の高い部分を流れることになるので抵抗は減少
し、これに対応して電力消費が減少するのであ
る。 本発明に係る複合構造の発熱体の場合には、発
熱体の比較的薄い表面層のみが強磁性体材料で作
製され、残りの基板となる部分は高い導電率を有
する非磁性体材料で作製される。その結果、均一
の強磁性体材料で作製された発熱体の場合に見ら
れた抵抗及び電力消費の減少は、非磁性体の高導
電性のコアを用いることによつて大いに増進され
る。 既に述べたように、電流が一定に保たれるなら
ば、電力は発熱体の抵抗値に比例する。その結
果、発熱体に供給される最大電力及び最小電力は
発熱体の最大及び最小抵抗値に比例する。最小電
力に対する最大電力の比は当該発熱体が一定温度
を充分に維持し得る範囲を決定するものであるか
ら、この比率即ちRmax／Rminは発熱体の性能
を示す重要な指標となるものである。この比は即
ち
示す説明図、 第２図は円柱状の発熱体とその電流密度線図を
示す説明図、 第３図は我々のもとの特許出願に係る発熱体の
作用上の利点を示すためにその温度に対する電力
特性を示すグラフ、 第４図は本発明を利用した流体輸送用の導管の
断面図、 第５図は本発明の原理を応用した半田鏝の鏝先
を示す一部破断説明図である。 望ましい実施例に関する詳細な説明 第１図には、単純化された円柱状の発熱体１
と、これに直列に接続されたR.F.（無線周波数）
電源３と、オンオフスイツチ５とが示されてい
る。R.F.電源３は、高周波交流電流、典型的には
８〜20MHzの高周波電流を供給し、且つ、望まし
くは定電流調整器を具備する。 第１図及び第２図に表した円柱状部材は、完全
な円柱状に描いてあるが、本出願書類中において
『円柱状（円筒状）』という用語は、断面が真円の
完全な円柱体（円筒体）のみを意味するものと限
定して解釈されてはならない。更にまた、図示さ
れた電気回路は、いずれも直接的に即ち単純な抵
抗回路によつて交流電源に接続されている如く描
いてあるが、本発明はこのような回路のみに限定
される訳ではなく、コイル若しくはコンデンサを
含む回路によつて発熱体に接続されるような回路
構成のものであつても良い。 発熱体１には、その軸方向、即ち長手方向に沿
つてR.F.電源３から高周波交流電流が加えられ
る。この電流はI2Rに従つた加熱即ちジユール加
熱を引き起す。前に述べた如く、若しR.F.電源３
に定電流調整器が備えられているとするならば、
このときのI2は一定となるから、R.F.電源３から
供給され発熱体１において消費される電力は、電
源回路の外部に接続されている発熱体１の抵抗Ｒ
に比例することになる。 第１図から判るように、発熱体１は複合構造と
なつており、その内側のコア若しくは基板７は、
銅その他の非磁性体で電気的及び熱的伝導性を有
する材料から成り、その周囲には、コア７の導電
材料の抵抗値よりも高い抵抗値を有する、例えば
強磁性体合金のような磁性体から成る層９が鞘状
若しくは板状に被着されている。 第２図は、導電体に高周波電流を流した時の、
導電体の断面における電流密度の特性線図を示し
ている。若し、導電体が半径ｒの断面円形の円柱
体であるとすれば、比較的高い周波数の励起状態
において、電流密度は一般的に第２図中の線１１
に示されるような特性を有することとなり、電流
密度は導電体１′の表面領域において著しく増加
する。 当業者には周知の如く、特性１１は所謂『表皮
効果』を明示するものであつて、高周波電流は導
体の内部よりもその表面領域に極めて顕著に集中
するものである。導体の表面領域への電流の高い
集中度は、周波数が高くなればなる程一層顕著に
なる。然しながら、この表皮効果は以下に述べる
理由によつて、導電体の透磁率に依存しているこ
ともまたよく知られている。厚さＴを有する厚い
導電体に、交流電源から、導電体の表面に平行な
方向への通電がなされた場合には、表皮効果の作
用によつてその電流密度は導電体の表面からの距
離に対して指数函数的に減少することが理解され
よう。 ｊ（ｘ）＝j0e-X/S ここでｊ（ｘ）は導体の表面から計つた深さｘ
における電流密度（Ａ／m2）であり、 j0は表面における電流量であり、 ｓはmks単位系においてｓ＝√２（但
し、Ｔ≫ｓ）で表される浸入度（skin depth）で
ある。 ここで、μは導電体材料の透磁率を表し、σは
導電体材料の導電率を表し、またωは交流電源の
角振動数（radian frequency）を示している。
物体の磁気特性に対する表皮効果の関係を論ずる
場合には、比透磁率μrなる単位を用いるのが便利
であり、ここでμrは真空の透磁率μv＝4π×10-7
（Ｈ／ｍ）で正規化された透磁率である。即ち、
μr＝μ／μv＝μ／4π×10-7となる。非磁性体につい
て は、μr＝１である。 前述の導体表面からの距離の函数としての電流
密度の関係式は、厚い平板状の導電体から導かれ
たものではあるが、この式は、浸入度ｓよりも遥
かに大きな曲率半径を有する断面円形の円柱状導
電体にも適用し得るものである。 これらの関係式の結果を量的に試験してみる必
要はないけれども、キユリー温度以下において
100若しくはそれ以上のμrの値を有する各種の強
磁性体合金の場合には、上の式で表されたような
μに対する依存性の結果として、μr＝１であるよ
うな非磁性体導電体に比べると、電流は強磁性体
導電体の表面から内部に向かうにつれて著しく急
勾配の下降線をたどつて減少することに留意する
必要がある。 然しながら、温度が強磁性導電体のキユリー温
度に近づく時には、比透磁率は急激に降下し、キ
ユリー温度以上の温度においては１に極めて近い
値にまで接近する。第２図はこの現象が、純粋な
磁性体で作製した半径ｒの円柱状導電体１′の電
流密度特性に与える効果を示している。 第２図の下半分は、電流密度ｊを導電体１′の
直径に沿つて表したグラフである。キユリー温度
よりも充分に低い温度においては電流密度線図１
１は、導電体１′の表面において予期された通り
高い電流密度を示し、且つ、導電体１′の内部へ
向かうにつれて急激に降下し極めて低い電流密度
となることを示している。これに対して、線図１
３は導電体１′の材料である強磁性体のキユリー
温度領域における電流密度を示している。この線
図が示す特性として表皮効果が著しく減少してい
ることが示されており、導電体１′の表面から内
側へ向けての電流密度の減少は非常に緩やかなも
のとなつている。 このような効果は、強磁性体のキユリー温度近
くまで温度が上昇した時にμが著しく減少するこ
とから考えると非常に理解しやすい。即ち、キユ
リー温度近くにおいては磁性体のμrは１に近づ
き、その電流密度特性は非磁性導電体の電流密度
特性の形状に近づくからである。 次に第３図には、二つの異なつた発熱体につい
ての温度に対する電力のグラフが示されている。
線図１５で示されている特性は、例えば第２図中
に示された導電体１′のような全体が均一な強磁
性導電体についてのものであり、これに一定の電
流I1を流した時のものである。この特性１５は、
第１図中に示したR.F.電源３の如きR.F.電源から
の電力が、温度がキユリー温度Tcに近づくにつ
れ急激に低下することを示している。特性１５に
おいてこのように急激に低下した電力は、第３図
中Pminで示す値に達した時点で横ばい状態とな
る。 第３図中の特性１６は、非磁性導電体のコアを
強磁性体層で覆つたような第１図に示す如き複合
構造の発熱体１における温度に対する電力の特性
の典型的な一例を示している。中空円筒状の非磁
性導電体の内壁面に強磁性体層を形成した発熱
体、或いは強磁性体層を有する非磁性導電部材に
よつて形成される各種の複合導電体の如き原理的
に本発明を適用したものについても、特性１６と
殆ど同様な形状の線図が得られる。特性１６は質
的には特性１５と同等であるけれども、特性１６
は特性１５よりも更に垂直状態に近い状態で、一
層低い最低入力電力の値にまで降下する。 第三の特性１７は複合構造の発熱体に対してよ
り大きな電流即ちI1よりも大きな新たな電流値I2
を流したときの効果を示している。線図１７から
判るように、このとき増加される電流I2の値は、
均一は強磁性導電体の特性１５に電流I1を流した
ときの最小電力値Pminと同レベルの最低電力値
が得られるように選択されている。 このように電流を増加させる意義は、２つの熱
負荷曲線１９及び２１を考慮することによつて理
解される。負荷曲線１９及び２１は、伝導、対流
及び放射によつて失われる総電力量を温度の函数
として示したものである。当業者には明らかな如
く、負荷曲線１９は負荷曲線２１に比べてより大
きな熱損失の条件下にある。曲線１９は、例え
ば、発熱体に冷却媒体が接触しているようなとき
の熱負荷を表わすものである。 熱的な平衡状態における発熱体への入力電力
は、放射、対流及び伝導によつて失われる電力と
等しくなり、温度は一定となるから、曲線１９及
び２１と特性１５，１６及び１７との交点は、平
衡状態において入力電力と温度とが一定になつた
ような状態を示している。 曲線１９及び２１と特性曲線１５ないし１７と
の六つの交点を考慮することにより、以下の事実
が推定される。即ち、(1)熱負荷の変動に拘わらず
良好な温度調整を行なうためには、使用時におい
てすべての温度負荷についてのこれらの交点が可
能な限り特性曲線の垂直部分の近くに位置するよ
うにする必要があること；(2)温度が変動すること
なく広い範囲の熱負荷の変動に適応し得るための
理想的な特性曲線は、長く且つ直線的な垂直部分
を有する曲線であること；(3)第３図中の特性曲線
１７、即ち非磁性導電体コアと強磁性体表面層と
から成る複合構造を有する発熱体に比較的高い電
流I2を流したときに得られる曲線１７が、その殆
ど垂直に近い下降部分において二つの熱負荷曲線
１９及び２１と交差して平衡状態を保つところか
ら、この曲線１７が理想曲線に最も近いものであ
ること；が判る。 第３図中の特性曲線１６及び１７で示されるよ
うな複合発熱体がより優れた温度調整機能を有す
る理由は、その内部構造を考察することによつて
比較的簡単に理解される。 電流及び周波数は一定であるから、発熱体への
入力電力（Ｐ＝I2R）は、温度の函数である発熱
体の抵抗Ｒ（Ｔ）に正比例する。温度が上昇して、
当該強磁性体のキユリー温度近くにまで達する
と、透磁率μは減少してキユリー温度Tc以上に
おける極限値としての真空の透磁率（μr＝１）に
近づく。その結果、表皮効果は著しく減退し、そ
のために、低い温度においてはその殆どが発熱体
の表面層を流れていた電流が、発熱体の内部の側
へ移動して広がり、温度がTc近くにまで上昇し
てくるに従つて更に内部の方へ移動してより多く
の電流が流れるようになる。これによつて電流の
流れ得る断面積は増加し、且つ電流の殆どは導電
率の高い部分を流れることになるので抵抗は減少
し、これに対応して電力消費が減少するのであ
る。 本発明に係る複合構造の発熱体の場合には、発
熱体の比較的薄い表面層のみが強磁性体材料で作
製され、残りの基板となる部分は高い導電率を有
する非磁性体材料で作製される。その結果、均一
の強磁性体材料で作製された発熱体の場合に見ら
れた抵抗及び電力消費の減少は、非磁性体の高導
電性のコアを用いることによつて大いに増進され
る。 既に述べたように、電流が一定に保たれるなら
ば、電力は発熱体の抵抗値に比例する。その結
果、発熱体に供給される最大電力及び最小電力は
発熱体の最大及び最小抵抗値に比例する。最小電
力に対する最大電力の比は当該発熱体が一定温度
を充分に維持し得る範囲を決定するものであるか
ら、この比率即ちRmax／Rminは発熱体の性能
を示す重要な指標となるものである。この比は即
ち
【式】で表わされる。
ここでμr及びσは前と同様に物体の透磁率及び導
電率を表している。 強磁性体については、比率σmin／σmaxは充分
に１に近いものであり、従つて、
電率を表している。 強磁性体については、比率σmin／σmaxは充分
に１に近いものであり、従つて、
【式】となつて良好な近似値
が得られる。μr maxは、市場で入手可能な磁性
体材料においては100〜600の範囲の値であり、ま
たμr min（Tc以上における値）は略１に近い値
であるので、上記比率Rmax／Rminは強磁性体
材料については約√100ないし√600、即ち約10な
いし25の範囲内となる。 本発明に係る複合構造を利用する場合には、上
記の如く見積られた抵抗値の比率は、相対断面積
を適切に選択し且つまた非磁性体部材と強磁性体
表面層との導電率を選択することによつて大幅に
増大させることが可能である。また、強磁性体材
料を様々なものと交換してキユリー温度を選択す
ることにより、制御の目的値としての温度もまた
適宜に変更することが可能である。 次に第４図について説明する。この図には、本
発明の新規な適用例が示されており、例えば長距
離間を原油を輸送する場合に、原油の粘性を最小
に保つよう予め定められた一定の温度を維持し
つゝ流体の輸送を行なうための加熱式の導管に本
発明を適用した実施例が示されている。第４図に
示した導管２３は、例えば銅若しくはその他の安
価な非磁性体材料で作製された中空円筒状のコア
２５を有している。このコアの表面に直接密着し
てコア２５と良好な熱及び電気的接触を保つ強磁
性体の層２７が実質的に導管の全長に亙つて被覆
されている。 コア２５及び層２７の外側には絶縁層２９が設
けられ、その外側の例えば細い銅線を編んで設け
た導電性の外装（seath）３１からコア２５と層
２７とを電気的及び熱的に分離するようになつて
おり、これらによつてコア２５及び層２７によつ
て形成される発熱体が覆われている。この導管２
３を加熱するためのR.F.電源は、外装３１とコア
２５及び層２７により形成される発熱体との間に
接続される。典型的には、外装３１はアースされ
る。 本発明に従つて、コア２５には、その熱放散領
域（即ちコアの内面全体）と層２７との間に特定
の厚みが与えられる。即ち、この厚さは、外装３
１と発熱体との間に加えられる多大の電流がコア
２５を貫通してその内壁面にまで到達しないだけ
の充分な厚さとなるように設定されている。最も
望ましくはこの厚さは前記の浸入度（skin
depth）の値において少なくとも５程度となるよ
うに設定される。 第４図に示す形態において重要なことは、層２
７が外装３１とコア２５との間に位置していると
いうことである。このような物理的な位置関係
が、コア２５及び層２７から成る発熱体と外装３
１との間に高周波電源を接続したときに生じる電
流を、上記磁性体層のキユリー温度以下の温度に
おいては表皮効果により磁性体層に集中させ、し
かも温度がキユリー温度近くにまで上昇したとき
にはコア２５の内部にまで拡散させることを可能
とするのである。然しながら一方では、コア２５
の厚さはこのような電流がコアの内面にまで及ぶ
のを阻止する。しかもこのような電流に伴つて生
じる電場と磁場は、外装３１と薄い磁性体層との
間に制限される。（外装３１と薄い磁性体層との
位置関係はこの意味で輸送ラインに構造解析を与
える。） なお、高周波電源は導管の一端において外装３
１と発熱体との間に接続され、また導管の反対側
の一端において外装と発熱体は互いに電気的に接
続されているものとする。この結果、外装は発熱
体の熱放散領域（即ちコア２５の内面）の第一の
境界端の近くに接続され、一方、電源は発熱体の
熱放散領域のもう一方の境界端に接続されている
ことになる。 更にまた、外装は電流帰還用の導電体とみなさ
れるが、これは必ずしも外装に加えられる電流や
電圧の極性を特定するものではない。この接続に
おいて電気的シヨツクの危険を避けるために前に
述べた如く外装を接地することが望ましいが、広
い観点に立つて考慮するならば、これがどのよう
な電位であつたとしても、外装と発熱体との間に
高周波電源を加える上で何等矛循を来すものでは
ない。 なお、このような電気的なシールドは、熱の伝
導性のために要求される良好な熱的な接触が保た
れていることによつて達成されるということも留
意されなければならない。換言すれば、本発明の
発熱構造は、熱放散領域が電源から供給される高
周波電流と絶縁されていることによつてそこに用
いられた物体に固有の高い熱伝導性を持続するの
である。 第５図は本発明を半田鏝の鏝先３３の構造に応
用した例を示している。この場合、一般的には中
空円錐状の非磁性体で作製された導電性を有する
外側の基板によつて鏝先が形成される。この基板
は例えば銅等で作製され、その内面には、これと
良好な熱及び電気伝導性を維持する形で強磁性体
のシエル３７が密着して形成され、これによつて
本発明に基づく自己調整機能を有する発熱体が形
成される。その内部には非磁性体で作製された電
流帰還用の導電体ステム３９が円錐状のシエル３
５及び３７の軸に沿つて取り付けられ、これは例
えばスポツト溶接等の手段によつてこの鏝先の先
端近くにおいて内部シエル３７と電気的に結合さ
れている。従つて、帰還用のステム３９は半田鏝
の鏝先によつて囲繞されていることになる。R.F.
電源４１は上記ステム３９と外側のシエル３５と
の間に接続される。 本発明に係る複合発熱体及びそのシールドされ
た構造の利点を生かすことによつて特に優れた半
田鏝用の鏝先が提供される。当業者には明らかな
如く、鏝先を通過する電流の経路は、帰還用ステ
ム３９からこれと内側のシエル３７との結合点を
通り、然るのち鏝先の円錐状シエルの内面に沿つ
て次第に流路を広げる形で流れる。この半田鏝が
複合構造の発熱体でないとすれば、このような電
流の経路は、半田鏝の先端の尖つた部分において
電力を過度に消費することにならざるを得ないで
あろう。何故なら、電流経路の断面積は、この先
端部において最も小さく、従つて、通常の場合に
はその部分の抵抗が高いからである。その結果、
外側のシエル３５を作製する際、その部分に多量
の銅を使用しない限り、先端の尖つた領域がオー
バーヒートし、これに対して円錐の根元領域の広
い部分の近くは充分に加熱されないことになる。
然しながら、第３図に示すような構成の半田鏝に
よれば、鏝の先端部分でこのようにオーバーヒー
トを起すようなことがない。何故なら、電流経路
をどの部分で軸直角に切断してみても、当該領域
におけるR.F.電源からの電力の局部的な消費は第
３図で示したような本発明に係る熱特性によつて
統御されているからである。従つて、電流の流れ
る経路の断面積が著しく変化したり或いは各部分
で熱負荷の相違があつたとしても、電流経路の各
部分は、その温度を所期の温度に極めて近い範囲
内で一定に調節するものである。 而して、本発明においては、シエル３５の厚さ
即ちその外側の表面と内側のシエル３７との間の
厚さは、その外側の表面へ電流が通過して流れる
ことのないようなだけの充分な厚さに設定されて
いる。この場合について言えば、シエル３５の材
料の典型例として用いられる銅のような導電性の
高い材料における浸入度は、例えば最も典型的に
用いられる周波数である10MHzの場合において
は、1/1000インチ程度のオーダーである。そこで
若し、このシエルの厚さを10/1000インチ（浸入
度10の厚さに略等しい。）にしたとすれば、外側
の表面を流れる電流は、内側の表面を流れる電流
のe10分の１以下（即ち、1/22026以下）となる。
これに対応して、電磁場も内面のそれに対してこ
の比率で減少する。従つて、熱的に高温の外側の
表面は電気的な観点からすれば本質的に完全にシ
ールドされたことになり、電磁場中に曝されては
ならない箇所の半田付けやその他の作業に使用で
きるものである。 内側のシエル３７（強磁性体材料の層）は、物
理的にステム３９と基板シエル３５との間に位置
するということに留意しなければならない。然し
ながら、第４図における帰還用導電体即ち外装３
１は、発熱体の外側に設けられていたのに対し、
本実施例における帰還用導電体としてのステム３
９は発熱体の内側に設けられている。更にまた、
この実施例においては電源４１の接地側端子に接
続されているのは前の実施例の帰還用導電体では
なく、シエル３５の方である。なお、このような
電源の最も望ましい周波数帯域は８ないし20MHz
の範囲内のものである。 以上述べてきた本発明に関する説明は、発明者
が本発明を実施する上で最も望ましい実施例であ
ると考えるものについての限られた例を取り上げ
ることによつてなされたものであるが、当業者で
あれば、これに多くの変更を加えること、そして
また本発明の範囲を逸脱することなく上記の説明
から自明の範囲内において様々な変更実施例を想
到することが可能であろう。従つて、本発明の範
囲は叙上の実施例に限定されることなく、専ら以
下に記載された請求の範囲によつて解釈されなけ
ればならない。
体材料においては100〜600の範囲の値であり、ま
たμr min（Tc以上における値）は略１に近い値
であるので、上記比率Rmax／Rminは強磁性体
材料については約√100ないし√600、即ち約10な
いし25の範囲内となる。 本発明に係る複合構造を利用する場合には、上
記の如く見積られた抵抗値の比率は、相対断面積
を適切に選択し且つまた非磁性体部材と強磁性体
表面層との導電率を選択することによつて大幅に
増大させることが可能である。また、強磁性体材
料を様々なものと交換してキユリー温度を選択す
ることにより、制御の目的値としての温度もまた
適宜に変更することが可能である。 次に第４図について説明する。この図には、本
発明の新規な適用例が示されており、例えば長距
離間を原油を輸送する場合に、原油の粘性を最小
に保つよう予め定められた一定の温度を維持し
つゝ流体の輸送を行なうための加熱式の導管に本
発明を適用した実施例が示されている。第４図に
示した導管２３は、例えば銅若しくはその他の安
価な非磁性体材料で作製された中空円筒状のコア
２５を有している。このコアの表面に直接密着し
てコア２５と良好な熱及び電気的接触を保つ強磁
性体の層２７が実質的に導管の全長に亙つて被覆
されている。 コア２５及び層２７の外側には絶縁層２９が設
けられ、その外側の例えば細い銅線を編んで設け
た導電性の外装（seath）３１からコア２５と層
２７とを電気的及び熱的に分離するようになつて
おり、これらによつてコア２５及び層２７によつ
て形成される発熱体が覆われている。この導管２
３を加熱するためのR.F.電源は、外装３１とコア
２５及び層２７により形成される発熱体との間に
接続される。典型的には、外装３１はアースされ
る。 本発明に従つて、コア２５には、その熱放散領
域（即ちコアの内面全体）と層２７との間に特定
の厚みが与えられる。即ち、この厚さは、外装３
１と発熱体との間に加えられる多大の電流がコア
２５を貫通してその内壁面にまで到達しないだけ
の充分な厚さとなるように設定されている。最も
望ましくはこの厚さは前記の浸入度（skin
depth）の値において少なくとも５程度となるよ
うに設定される。 第４図に示す形態において重要なことは、層２
７が外装３１とコア２５との間に位置していると
いうことである。このような物理的な位置関係
が、コア２５及び層２７から成る発熱体と外装３
１との間に高周波電源を接続したときに生じる電
流を、上記磁性体層のキユリー温度以下の温度に
おいては表皮効果により磁性体層に集中させ、し
かも温度がキユリー温度近くにまで上昇したとき
にはコア２５の内部にまで拡散させることを可能
とするのである。然しながら一方では、コア２５
の厚さはこのような電流がコアの内面にまで及ぶ
のを阻止する。しかもこのような電流に伴つて生
じる電場と磁場は、外装３１と薄い磁性体層との
間に制限される。（外装３１と薄い磁性体層との
位置関係はこの意味で輸送ラインに構造解析を与
える。） なお、高周波電源は導管の一端において外装３
１と発熱体との間に接続され、また導管の反対側
の一端において外装と発熱体は互いに電気的に接
続されているものとする。この結果、外装は発熱
体の熱放散領域（即ちコア２５の内面）の第一の
境界端の近くに接続され、一方、電源は発熱体の
熱放散領域のもう一方の境界端に接続されている
ことになる。 更にまた、外装は電流帰還用の導電体とみなさ
れるが、これは必ずしも外装に加えられる電流や
電圧の極性を特定するものではない。この接続に
おいて電気的シヨツクの危険を避けるために前に
述べた如く外装を接地することが望ましいが、広
い観点に立つて考慮するならば、これがどのよう
な電位であつたとしても、外装と発熱体との間に
高周波電源を加える上で何等矛循を来すものでは
ない。 なお、このような電気的なシールドは、熱の伝
導性のために要求される良好な熱的な接触が保た
れていることによつて達成されるということも留
意されなければならない。換言すれば、本発明の
発熱構造は、熱放散領域が電源から供給される高
周波電流と絶縁されていることによつてそこに用
いられた物体に固有の高い熱伝導性を持続するの
である。 第５図は本発明を半田鏝の鏝先３３の構造に応
用した例を示している。この場合、一般的には中
空円錐状の非磁性体で作製された導電性を有する
外側の基板によつて鏝先が形成される。この基板
は例えば銅等で作製され、その内面には、これと
良好な熱及び電気伝導性を維持する形で強磁性体
のシエル３７が密着して形成され、これによつて
本発明に基づく自己調整機能を有する発熱体が形
成される。その内部には非磁性体で作製された電
流帰還用の導電体ステム３９が円錐状のシエル３
５及び３７の軸に沿つて取り付けられ、これは例
えばスポツト溶接等の手段によつてこの鏝先の先
端近くにおいて内部シエル３７と電気的に結合さ
れている。従つて、帰還用のステム３９は半田鏝
の鏝先によつて囲繞されていることになる。R.F.
電源４１は上記ステム３９と外側のシエル３５と
の間に接続される。 本発明に係る複合発熱体及びそのシールドされ
た構造の利点を生かすことによつて特に優れた半
田鏝用の鏝先が提供される。当業者には明らかな
如く、鏝先を通過する電流の経路は、帰還用ステ
ム３９からこれと内側のシエル３７との結合点を
通り、然るのち鏝先の円錐状シエルの内面に沿つ
て次第に流路を広げる形で流れる。この半田鏝が
複合構造の発熱体でないとすれば、このような電
流の経路は、半田鏝の先端の尖つた部分において
電力を過度に消費することにならざるを得ないで
あろう。何故なら、電流経路の断面積は、この先
端部において最も小さく、従つて、通常の場合に
はその部分の抵抗が高いからである。その結果、
外側のシエル３５を作製する際、その部分に多量
の銅を使用しない限り、先端の尖つた領域がオー
バーヒートし、これに対して円錐の根元領域の広
い部分の近くは充分に加熱されないことになる。
然しながら、第３図に示すような構成の半田鏝に
よれば、鏝の先端部分でこのようにオーバーヒー
トを起すようなことがない。何故なら、電流経路
をどの部分で軸直角に切断してみても、当該領域
におけるR.F.電源からの電力の局部的な消費は第
３図で示したような本発明に係る熱特性によつて
統御されているからである。従つて、電流の流れ
る経路の断面積が著しく変化したり或いは各部分
で熱負荷の相違があつたとしても、電流経路の各
部分は、その温度を所期の温度に極めて近い範囲
内で一定に調節するものである。 而して、本発明においては、シエル３５の厚さ
即ちその外側の表面と内側のシエル３７との間の
厚さは、その外側の表面へ電流が通過して流れる
ことのないようなだけの充分な厚さに設定されて
いる。この場合について言えば、シエル３５の材
料の典型例として用いられる銅のような導電性の
高い材料における浸入度は、例えば最も典型的に
用いられる周波数である10MHzの場合において
は、1/1000インチ程度のオーダーである。そこで
若し、このシエルの厚さを10/1000インチ（浸入
度10の厚さに略等しい。）にしたとすれば、外側
の表面を流れる電流は、内側の表面を流れる電流
のe10分の１以下（即ち、1/22026以下）となる。
これに対応して、電磁場も内面のそれに対してこ
の比率で減少する。従つて、熱的に高温の外側の
表面は電気的な観点からすれば本質的に完全にシ
ールドされたことになり、電磁場中に曝されては
ならない箇所の半田付けやその他の作業に使用で
きるものである。 内側のシエル３７（強磁性体材料の層）は、物
理的にステム３９と基板シエル３５との間に位置
するということに留意しなければならない。然し
ながら、第４図における帰還用導電体即ち外装３
１は、発熱体の外側に設けられていたのに対し、
本実施例における帰還用導電体としてのステム３
９は発熱体の内側に設けられている。更にまた、
この実施例においては電源４１の接地側端子に接
続されているのは前の実施例の帰還用導電体では
なく、シエル３５の方である。なお、このような
電源の最も望ましい周波数帯域は８ないし20MHz
の範囲内のものである。 以上述べてきた本発明に関する説明は、発明者
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| US243777 | 2005-10-05 |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS58501062A JPS58501062A (ja) | 1983-06-30 |
| JPH0218559B2 true JPH0218559B2 (ja) | 1990-04-25 |
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP57501452A Granted JPS58501062A (ja) | 1981-03-16 | 1982-03-11 | 温度制御機能を具備したシ−ルド性発熱体 |
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| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4701587A (ja) |
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| JP (1) | JPS58501062A (ja) |
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| DE (1) | DE3278710D1 (ja) |
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