JPH0367315B2 - - Google Patents

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【発明の詳細な説明】

〔関連の出願〕 この出願は、1982年９月30日付けで米国に於て
本願と同一の出願人により出願され、且つ本願と
同一の者に譲渡された米国特許出願番号第430317
号（日本の特願昭58−179515号に対応）の『温度
自動調節機能を有する電気的にシールドされた発
熱体』を題する発明の改良に関するものである。 〔背景技術〕 本発明は、温度自動調節機能を有する電気的発
熱体に関し、より具体的には、低い周波数の電源
で作動し、従つて有害な電磁場を発生することが
なく、しかも高い自動調節電力比、即ち熱発生率
を広範囲で自動調節し得る、電気磁気的作用に基
づいて温度調節機能を有する電気的発熱体に関す
る。 カーター及びクルムメの発明に係る米国特許第
4256945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発熱体（以下単に『米国特許
済みの発熱体』という。）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（例えば銅）で作製され、上記第１の薄板
層と電気的従つてまた熱的に接触せしめられてい
る。上記の如き構造の発熱体は、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、当初は表皮効果により高透
磁率且つ高抵抗の層に集中せしめられ、Ｐ＝KR₁
の式が成立する。ここでＰは電力、ＫはI²即ち一
定、そしてＲは電流が高密度で集中した状態に於
ける透磁性体の実効抵抗である。このときの電力
消費によつて上記層はこれがキユリー温度に達す
るまで加熱される。上記層の透磁率は、そのキユ
リー温度近くに於ては、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
流は、上記第１の層の磁気的特性に基づき、もは
や上記高抵抗の第１の層にのみ局限されることは
なく、上記銅の層へも広がりこれによつて、上記
電流に対する抵抗は実質的に低下する。従つて、
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、上記発熱体をキユリ
ー温度若しくはその付近に維持するようなレベル
にまで減少する。従つて、この発熱体はキユリー
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。 前記米国特許済みの発熱体に用いられる電源
は、典型的には例えば８ないし20MHz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
によつて、電源は、磁性体層がキユリー温度に達
するまでは、薄くて高抵抗の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（skin depth）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ユリー温度若しく
はその付近に於ける上記発熱体の実効抵抗の最大
変化が得られるからである。この事実は、均一な
材料即ち積層構造ではない磁性体に於ける侵入度
に関する次の式を参照することによつて説明でき
る。即ち、侵入度

【式】こ こで、ρはΩcmで表した物質の抵抗率、μは透磁
率、は電流の周波数である。電流の流れる領域
はe^-xに従つて低下する。ここでｘは〔厚さ／侵
入度〕で表される数値である。従つて均一構造の
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（即ち侵入度の１倍の）領域
に集中する。キユリー温度領域、即ちμ＝１の場
合に於ては、電流は

〔発明の概要〕

本発明に於ては、低い周波数を用いることによ
つて電磁場の発生を許容限度内に抑え得るという
利点を維持しつゝ、６：１ないし７：１の自動調
節電力比を確保し得るものである。 本発明の上記の如き目的は、前記の1982年９月
30日付け米国特許出願（日本の特願昭58−179515
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つて達成される。 上記境界面領域に設ける材料は、例えば鋼とか
或いはその他の高い導電性材料でも良い。この材
料は、固定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
ンドイツチ状に設けても良く、或いは、キユリー
温度の高い強磁性体層と低い強磁性体層との間の
境界面に低抵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。 上記の如きサンドイツチ構造の典型的な厚さ
は、1KHzの場合、キユリー温度の高い強磁性体
材料とキユリー温度の低い強磁性体材料の両者に
ついてそれぞれ0.076cm、そして鋼の層について
は0.025cmである。 而して、その作動について説明すると、上記第
１の層のキユリー温度に近づいたときには、その
透磁率が急激に低下し、電流は銅の層へ広がり、
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調節比をもたらすも
のである。更にまた、その電流の殆どは銅の層に
局限され、僅かなパーセントのみが第２の磁性体
層へ侵入するに過ぎない。その結果として、この
後者の層を、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発熱体の完全なシールド効
果が達成されるものである。従つてまた、低い周
波数電源を利用して比較的小さな発熱体に於て大
きな自動調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10000Hzの範囲内のものを指している
が、50Hzないし8000Hzのものであると本発明の目
的に対して一層好適である。 自動調節比が６：１或いは７：１である場合、
キユリー温度より下と上での加熱量の変化は極め
て大きいから、この発熱体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
する小さな発熱体でありながら、正確な温度調節
が維持されるものである。 〔図面の簡単な説明〕 上述の本発明の目的、特徴及び利点並びにその
他の目的、特徴及び利点は、添付の図面を参照し
つゝ以下に述べる特定の実施例についての詳細な
説明によつて一層明らかにされるであろう。 第１図は、カーター及びクルムメの前記米国特
許済み（米国特許第4256945号）の発熱体の、周
波数に対する自動調節電力比の特性を、磁性体の
厚さが異なる場合について比較するためのグラ
フ、 第２図は、本願出願人の1982年９月30日付け米
国特許出願（日本の特願昭58−179515号）の発明
に係る発熱体の、周波数に対する自動調節電力比
の特性を、キユリー温度の低い部材の厚さが異な
る場合について比較するためのグラフ、 第３図は、本発明に従つて作製された半田鏝の
断面図、 第４図は、上記米国特許済みの発熱体及び上記
1982年９月30日付け米国特許出願（日本の特願昭
58−179515号）に係る発熱体と、本発明に係る発
熱体の自動調節特性を比較するための一連のグラ
フ、 第５図は、上記米国特許済みの発熱体及び上記
1982年９月30日付け米国特許出願（日本の特願昭
58−179515号）に係る発熱体と、本発明に係る発
熱体を比較するため、それらの温度に対する電力
特性を示す一連のグラフ、である。 〔望ましい実施例の説明〕 先ず第３図を参照すれば、同図には、本発明に
従つて作製された半田鏝の鏝先が断面図により示
されている。同図中、内側のコーン２は高い透磁
率で高抵抗率で且つ低いキユリー温度の材料で作
製されており、そのような材料の幾つかの例を、
それらの組成、キユリー温度、抵抗率及び透磁率
と共に次の第１表に掲げる。

【表】 外側のコーン４は、内側のコーン２の周りにこ
れと同軸に取り付けられている。コーン４は高透
磁率且つ低抵抗率でキユリー温度の高い材料から
作製されるものであり、そのような材料の幾つか
の例が次の第２表に示されている。

【表】 而して、層６は、例えば銅のような高導電性の
材料で作製され、層２と４との間に挟んで設けら
れている。層６は、前に述べた如く、層２と４の
境界面にそれらに結合させることなく個別のセパ
レート式の層として、或いは層２及び／又は４と
固着させて設けるようにしても良い。 而して、コーン２及び４の軸に沿つて、例えば
銅等で作製された１本の低抵抗の円筒状のロツド
若しくはチユーブ８が設けられ、当該ロツドはコ
ーン２，４及び層６の先端部を除いてはコーン
２，４から絶縁されている。本発明の１つの形態
に於ては、コーン２及び４の先端にはロツド８の
小直径の先端部１０がきつちり嵌り込むような大
きさの孔が明けられ、このロツドの先端部１０は
適宜の手段（例えば、型に入れて打ち付けたり、
或いは溶接したり等の手段）によつてコーン２及
び４の孔を貫通してこれらの層２，４及び６と電
気的に接続され且つ機械的に結合されている。ロ
ツドの先端部１０の頂部は外側のコーン４の細く
なつた先端と先を揃えてある。 図面にはこの他に、中央の導電体ロツドとコー
ン２及び４の大直径側の端部との間に接続される
定電流の交流電源１２が示されている。 電源１２を作動させると、回路を流れる交流
は、コーン２の帰還路に近い側即ちロツド８に近
い側の表面に集中する。消費される電力は、等式
Ｐ＝I²R₁によつて決定され、ここでI²は定電流電
源１２を用いているために一定の値“Ｋ”であ
り、またR₁は電流の周波数におけるコーン２の
抵抗値である。コーン２の抵抗はその材料の抵抗
率と、表皮効果によつて電流が制限される部分の
コーン２の断面積との関数である。特に、抵抗は
断面積の逆数であるから、表皮効果の増大の結果
として電流が制限されるコーンの断面積が減少す
ると、コーン２の抵抗は増大する。 前記の如く、均一な材料についての侵入度の式
はcgs単位系に於て、

【式】であり、ここ でρは抵抗率、μは透磁率、は電源周波数を示
している。従つて、この式から極めて明らかなよ
うに、周波数の増加に伴つて侵入度は減少し、従
つて、周波数の増加に伴つて実効抵抗は増大す
る。 本発明に於ては比較的低い周波数、即ち60Hzか
ら10KHz程度までの比較的低い周波数の電源を用
いることができる。その場合、電流の流れる領域
の事実上の断面積は、８〜20MHzの周波数を用い
ていた従来の発熱体に比べて充分に大きくなる。
例えば、透磁率300の合金42に対して60Hzの電流
を流した場合の侵入度は、0.318cmであるのに対
し、8MHzの場合には0.0010cmである。従つて、
60Hzに於ては、合金42の層の厚さはより大きく、
また最適の積層構造の抵抗は8MHzの場合よりも
少ない。本発明に於てはコーン２の材料としては
望ましくは抵抗率の高い材料が用いられる。それ
は、キユリー温度以下に於ては抵抗値が高く、キ
ユリー温度に於て式Ｐ＝KRに従つて所望の加熱
量の変化を産み出すよう、抵抗が顕著に変化する
ようにするためである。特に、温度を自動調節す
るために、コーン２の材料のキユリー温度に近づ
いたときに回路の抵抗が実質的に減少するように
しなければならない。電力比が６：１程度であれ
ば殆どの目的に対応し得る優れた調節機能が得ら
れ、そして特に半田鏝のためにも適した調節機能
が得られる。また、電力比が３：１であつても実
質的にすべての利用面において完全に満足のゆく
結果が得られる。前記米国特許第4256945号中に
於て指摘した如く、中の詰つた均一な材料に於て
は特定された周波数における抵抗値の比は、透磁
率と抵抗率の関数として表わされる。即ち、 このとき、ρは温度に伴つて顕著に変化するこ
となく、またμはキユリー温度に於て１に減少す
るから、200であつた透磁率は均一な合金42につ
いて√200＝14.14の抵抗変化をもたらす。複合材
料即ち積層構造中を流れる電流は、もはやこの層
に制限されることなく、事実上電流の殆どがキユ
リー温度に於てはコーン４及び層６の中を流れる
ようになる。そこで、コーン４及び層６の材料の
抵抗率が重要な役割を占めるようになる。特に層
６の抵抗率については充分な配慮がなされるべき
である。何故なら、層６の抵抗値は相当に低く、
通過する発熱用電流即ち定電流の大部分がこの層
に集中するからである。 実際の使用状態に於て、発熱体に電流が加えら
れた当初は、ここで述べる一実施例に於ては、電
流は厚さ0.318cmのコーン２に集中して流れる。
この厚さは、合金42に90Hzの電流を流すときの侵
入度に相当する。この材料のキユリー温度、即ち
本実施例の場合約325℃、に達するまでは発熱体
は加熱され続け、キユリー温度に達すると透磁率
が減少して電流は層６とコーン４の中へ広がるよ
うになる。コーン４の温度は未だその材料のキユ
リー温度より充分に低く、電流の大部分はコーン
２，６並びに90Hzに於けるコーン４の侵入度即ち
約0.053cmの１〜２倍程度の厚さの領域に集中し
ている。 次に第４図について説明すれば、同図には、２
層構造の発熱体と、本発明に係る発熱体を含む３
層構造の発熱体との自動調節電力比をプロツトし
たグラフが示されている。曲線Ａは第２の層が非
磁性体の２層構造の発熱体の性能を示している。
曲線Ｂは第２の層が磁性体から成るやはり２層構
造のものを示している。曲線Ａの発熱体は、その
第１の層が合金42（その大まかな特性はμ＝200、
ρ＝75μΩcm）で、第２の層が銅（μ＝１、ρ＝
2μΩcm）である。この構造は、カーター及びクル
ムメの前記米国特許第4256945号のものに対応す
るものであり、曲線Ｂで示された発熱体、即ち第
２の層が透磁率1000の磁性体から成る構造のもの
よりも高い且つ自動調節比を有している。曲線Ｂ
で示すものの第２の層は低炭素鋼（その電気的特
性はμ＝1000、ρ＝10μΩcm）である。曲線Ｂは、
第２図中の曲線Ａを周波数50Hzから10000Hzの間
の部分について再掲したものである。 従つて、曲線Ｂは、第２の層が磁性体から成る
２層構造の発熱体の性能を示している。本発明に
係る発熱体に於ては、前に示した如く、これらの
２つの磁性体層の間に、銅の如く極めて導電性の
高い材料から成る第３の層（層６）が設けられ
る。曲線Ｃで示したものは、キユリー温度近くに
於て、その抵抗が低下することを示しており、そ
の場合の低下率は２つの磁性体層を用いたもの
（曲線Ｂ）の低下率よりは大きく、且つ第２の層
が非磁性体のもの（曲線Ａ）の低下率よりは小さ
くなつている。従つて、本発明に係る発熱体の自
動調節比は曲線Ａと曲線Ｂとの中間の範囲で低下
する。自動調節電力比の計算に於ては、次のよう
な仮定のもとに近似計算を行なつた。 １ 第３の層、即ち磁性体層には極めて僅かな電
流しか流れない。 ２ 上記第１の層の厚さはそのキユリー温度以下
の温度に於ける侵入度に名目上等しい。 ３ キユリー温度以上の温度に於ては、最初の２
つの層の厚さは侵入度の１倍より遥かに少な
い。 これらの仮定のもとに於て、キユリー温度以下
に於ける抵抗値は、上記第１の層が抵抗率に比例
し、またキユリー温度以上に於ては、電流は第１
及び第２の層に分かれ、それらの中を電気的に並
列状態となつて流れる。従つて、若し第１の層と
第３の層の厚さが等しく、且つ上記第１の層が合
金42（その特性は前記の通り）で作製され、第２
の層の厚さが0.318cmで第２の層の厚さが0.051cm
の場合、これによつて得られる自動調節比は60Hz
に於て約７となるはずである。この点は、この発
熱体の性能の推定としての第４図の曲線Ｃに示さ
れている。そしてまた、高い周波数に於ては自動
調節比は√200＝14.14という最大値にまで増加す
ると推定して差支えなく、その場合、第１の層の
厚さはキユリー温度以下の温度に於ける侵入度の
数倍である。 上述の如く、第４図中の各曲線は、層２の厚さ
が0.318cmで、層６の厚さが0.051cmで、周波数は
50〜10000Hzの範囲であることに基づくものであ
る。これらの検討は、本発明に係る発熱体が、50
Hzというような低い周波数に於て良好な自動調節
比を達成し得るということの概要を示すために行
われたものである。 再度第４図を参照すれば、同図中の曲線Ｃは、
上述の如く本発明に係る発熱体の自動調節電力比
をプロツトしたものである。前記米国特許済みの
発熱体の自動調節可能な電力比は、第１図の曲線
Ｂに示した如く、0.6MHzに於て162に達してい
る。当該発熱体の第１の層の厚さは3.8×10^-3cm
であり、第２の層は銅であつた。第４図の曲線Ｃ
に示される如く、厚さ0.318cmの第１の層と、厚
さ0.051cmの銅を厚さを用いた場合には60Hzに於
て比7.5が得られ、また、1000Hzに於て比12が得
られる。これらの比は、前述の通り、合金42から
成る層と、銅の層と、炭素鋼から成る層とを用い
て得られるものである。 より高い周波数に於ても、層の厚さをその周波
数に合わせて変更することによつて大幅に改善さ
れた自動調節比を得ることができる。以下の例の
場合、8000Hzに於て、透磁率200の合金42の侵入
度は0.0338cmであり、望ましい厚さは侵入度の
1.8倍即ち0.061cmとなる。銅の層の厚さは前の同
様に0.051cmであり、従つて、これら２つの層の
厚さは略等しい。従つて、これら２つの層を流れ
る電流は、大まかに云つてそれらの抵抗率に反比
例する形で分割され、電流の殆どは銅の層を流れ
ることになる。従つて、電力調節比は約37.5とな
り、これは第４図の曲線Ｃに於ける約14と対称的
である。 次に、第５図に示した曲線について説明する。
第５図は、前記米国特許第4256945号の第３図に
示したものと同じ種類のグラフであり、温度に対
する電力の関係を示す曲線である。第５図中のグ
ラフＡは、均一な即ち積層構造でない導電性の磁
性体について定電流I₁を流したときの温度に対す
る消費電力（I²R）をプロツトしたものである。
式(1)が適用可能であり、抵抗率の変化が極めて少
ないために、抵抗率の変化の関係としての電力レ
ベルの変化は極めて少なく、また例示したものの
透磁率の変化は300から１の範囲である。 グラフＢは、前記米国特許済みの発熱体につい
てのものである。この構成に於ては、キユリー温
度（Tc）以下に於ける消費電力は、電流の一部
が磁性体層に比べて顕著に抵抗の低い銅の部分を
流れるため、上記曲線Ａの積層構造でない発熱体
の場合に比べると少なくなつている。然しなが
ら、キユリー温度若しくはその近傍に於ては、曲
線Ｂは電流の殆どが銅の部分を流れるために、非
常に低い値にまで減少する。抵抗率も透磁率も顕
著に減少してしまう。従つて、曲線Ｂで示した発
熱体に於て消費される電力の全体的な変化は、均
一な磁性体構造の場合よりも、大きくなる。 次に、1982年９月30日付け米国特許出願（日本
の特願昭58−179515号）の発明に係る発熱体につ
いての曲線Ｃを説明する。キユリー温度以下に於
ては、当該発明に係る発熱体によつて消費される
電力は、抵抗の比率に支配されて、曲線Ａよりは
少なく、然しながら曲線Ｂよりは多くなつている
のが理解されよう。曲線Ａの場合には温度変化に
伴う抵抗の変化は殆どなく、曲線Ｂの場合には大
きな変化がある。キユリー温度以上に於ては、透
磁率の比率が支配し、また当該発熱体に於ては、
１つの層の透磁率が維持され、また抵抗率は積層
構造の他の２つの発熱体の場合よりも変化が少な
く、従つて、より多くの電力が消費される。従つ
て、当該発熱体の消費電力比は均一な構造の発熱
体若しくはその他の発熱体ほどには大きくない。
然しながら、曲線Ｃで示される発熱体の利点は、
均一な導電体による発熱体の場合に比べてサイズ
及びコストの面で優れ、また、前記米国特許済み
の発熱体よりもコストの面で優れている点にあ
る。 而して、本発明に係る発熱体の性能は、曲線Ｄ
によつて示されている。この曲線によれば、キユ
リー温度以下に於て消費される電力は、積層構造
でない単一の部材から成る発熱体よりも少ない
が、層２以外の部分を流れる電流のすべてが層６
に集中する訳ではないので、消費される電力は前
記米国特許済みの発熱体よりも若干大きくなつて
いる。電流の僅かな部分、おそらく10％程度、は
銅よりも高い抵抗値を有する層４の中へ広がる。
従つて、この発熱体の全体としての抵抗値は、前
記米国特許済みの発熱体のそれよりも若干高くな
つている。 キユリー温度以上に於ける消費電力は、米国特
許済みの発熱体の場合よりも大きいが、単一構造
の発熱体や現在出願中の前記発熱体のそれよりも
格段に少ない。米国特許済みの発熱体に比較した
場合の消費電力は、層４の抵抗率が層６の銅の抵
抗率よりも大きいために、大きくなる。 従つて、本発明に係る発熱体の自動調節電力比
は、周波数が60Hzで且つ発熱体のサイズを特定し
た場合、３：１から10：１の範囲内となるように
することができる。そしてその範囲内に於ても、
温度調節のための多くの実用場面にあつては、特
に６：１から７：１の範囲が、より適切であり、
当該範囲でも低周波電源を用いてコストを安くす
るという利点を維持することができる。更にま
た、1982年９月30日付けで米国出願された発明
（日本の特願昭58−179515号）に係る発熱体、即
ち曲線Ｃの場合は、層２のキユリー温度以上に於
ては電流は層４に集中し、その分布は基本的には
指数関数に従つている。これに対して本発明の場
合には、電流の大部分（略90％）は層２と層６に
局限され、層４には比較的少ない電流しか流れな
い。従つて、本発明に係る発熱体の層４の厚さは
所期のシールド効果を何ら損なうことなく、出願
中の発熱体の層４の厚さよりも銅の層の厚さ以上
の分だけ薄くすることができる。 磁力線の放射や電気的な短絡若しくは漏電等を
充分に防止するためには、コーン４の厚さは少な
くとも侵入度の数倍にしなければならない。60Hz
に於ては透磁率300のコーン２の厚さを0.318cmと
し、またコーン４の厚さを３×0.064cmとするの
が良い。侵入度に等しい0.064cmの単位厚さの３
倍とすることによつて磁力線の放射やコーン４の
表面への電流の漏洩が防止される。環状の発熱体
の場合には、直径方向の寸法はすべて２倍にされ
なければならず、従つて、直径0.38cmの中心導電
体ロツドからの厚さは、２（0.318cm＋0.051＋３
×0.064）＝1.118cmとなる。中心の導電体ロツド
の直径0.38cmを加えた場合、発熱体の直径は、
1.499cmとなる。10KHzに於ては、直径0.064cmの
中心導電体ロツドを含めて、直径0.25cmになる。 而して、上記第１，２，４及び５図に於て示さ
れた計算値は、透磁率が200から600、抵抗率が約
75×10^-6Ωcmの合金42と、透磁率が約1000、抵抗
率が約10×10^-6Ωcmの炭素鋼を用いた場合を前提
にしたものであることに留意すべきである。これ
らの材料を例として選んだのは、これらを入手す
るのが容易なためである。然しながら、第１表及
び第２表に掲げた材料の他の組合せを用いること
も勿論可能である。 本発明に係る発熱体を利用すれば、発熱体自体
の寸法は小さなものであつても、有害は電磁エネ
ルギが放射されることのない低周波電源を用い得
るものである。 なお、第５図中の曲線Ｅは、曲線Ｄで示した本
発明に係る発熱体に、より大きな定電流I₂を流し
たときの特性を示しており、曲線Ｆは、曲線Ｂで
占す前記米国特許済みの発熱体に、より大きな定
電流I₂を流したときの特性を示しており、更にま
た曲線Ｇは、曲線Ｃで示す現在出願中（特願昭58
−179515号）の発熱体に、より大きな定電流I₂を
流したときの特性を示している。 而して、第５図中の曲線１９及び２１は、本発
明に係る発熱体に２種類の異なつた負荷をかけた
場合のそれぞれについての熱の消費率を温度に対
する関数として示したものであり、同図には関連
の発熱体も示されている。曲線２１は曲線１９よ
りも熱負荷が少ない場合を示しており、曲線２１
が曲線Ｄと交わる部分に於ける温度T₁に於て平
衡状態が得られる。両曲線は、曲線Ｄが急勾配と
なつている部分で交差しており、従つて、負荷の
変動に伴う温度変化は少ない。 然しながら、若し、曲線１９に示す如く熱の消
費率が増大すると、曲線Ｄはその特性が応答性の
低い部分となつている箇所で交差せしめられ、少
なくともT₁からT₂という温度変化が生じる。こ
の温度変化が若し或る特定のシステムに於ける設
計上のパラメータを超えた場合には、発熱体に流
すべき定電流が増加され、これによつて当該発熱
体は曲線Ｅによつて示される特性を示すことにな
る。このような条件下に於ては、曲線１９は曲線
Ｅの実質的に垂直になつた部分に於て交差し、こ
れによつて再び良好な温度調節が達成される。然
しながら、熱消費を示す曲線が、温度に対する電
力曲線の図中右側の水平な部分に於て交わらない
ようにすることが重要である。何故なら、破壊温
度以下でおそらく平衡状態が得られないからであ
る。 本発明に於けるこれらの効果は、２つの高い透
磁率の材料、そしてその１つは低い抵抗率を有
し、他の１つは高い抵抗率を有する２つの高透磁
率の材料の間に、銅をサンドイツチ状に挟んで設
けることによつて達成されるものである。なお、
２つの磁性体層のそれぞれの透磁率は等しくても
良いという点に留意すべきであり、最も必要な要
件は、外側の層が内側の層よりも高いキユリー温
度を有することである。 以上の説明に於ては、本発明を半田鏝に利用す
る例について述べたが、本発明は、例えば医科用
のメスや航空機用の装置等々、安いコストで良好
な温度調節機能を具備した加熱が要請される多く
の分野に於て有用であることは明らかである。更
にまた、例えば医科用のメスの如く平板状の発熱
体としたり、加熱パイプ用の長尺の加熱エレメン
トとすることも可能である。 また上記説明に於て用いられた電源装置の周波
数も特定のレンジに制限されるものではない。た
だ、1000Hzから、5000Hzの範囲以上の周波数に於
ては、その周波数が第１の層の抵抗値を顕著に増
加させる程に充分高くない限り、発熱体の性能は
それほど向上しない。然しながら、そのような周
波数は、発熱体の性能の向上に比較してそのよう
な電源を用意するのに非常に多くのコストが費や
されるから、通常は採用し得ない場合が多い。 なお、本明細書中に於て、“定電流”なる用語
は、電流が増加することがないという意味ではな
く、次の式に従つて導かれる電流のことを指して
いる。 ΔI／Ｉ＜−１／２ΔR／Ｒ …(2) （ここで、ΔIは発熱体内を流れる電流Ｉの変化
であり、ΔRは発熱体がキユリー温度に近づいた
ときの発熱体の抵抗値Ｒの変化である。）この式
は、電流の大きさに対する電流変化の比が、抵抗
に対する抵抗変化の比の−1/2以下であることを
示している。 具体的には、温度自動調節を達成するために
は、キユリー温度以上に於て負荷に与えられる電
力は、キユリー温度以下に於て負荷に与えられる
電力よりも少なくなければならない。若し、電流
が一定不変に保たれるならば、電流を減少させて
電力供給を制御する場合は別として、最も良好な
電力調節比が得られるものである。然しながら、
式(2)の関係が保たれる限り、電流の変化に拘わら
ず自動調節は達成されるものであり、従つて、自
動調節の目的の範囲内で電流は一定に保たれると
考えて差支えないものである。従つて、大きな電
力調節比を必要としない場合には、電流制御の程
度についての抑制を弱めて、電源装置のコストを
安くすることができる。 上記式は、次の等式から導かれるものである。 Ｐ＝（Ｉ＋ΔI）²（Ｒ＋ΔR） ここでＰは電力である。このＰをＲについて微
分すれば、 dP／dR＝I²＋2RI（dI／dR）となるが、自動 調節のためにはdP／dR＜０でなければならない。そ こで、I²＋2RI（dI／dR）＜０となり、これから上記 の式(2)が導かれる。 当業者であれば、上記説明に基づいて他の多く
の変更実施例や改良例を容易に想到し得るであろ
う。従つて、それらの変更実施例や改良例は本発
明の一部をなすものであり、本発明の範囲は特許
請求の範囲の記載に基づいて決定されなければな
らない。

【図面の簡単な説明】

第１図は、カーター及びクルムメの前記米国特
許済み（米国特許第4256945号）の発熱体の、周
波数に対する自動調節電力比の特性を、磁性体の
厚さが異なる場合について比較するためのグラ
フ、第２図は、本願出願人の1982年９月30日付け
米国特許出願（日本の特願昭58−179515号）の発
明に係る発熱体の、周波数に対する自動調節電力
比の特性を、キユリー温度の低い部材の厚さが異
なる場合について比較するためのグラフ、第３図
は、本発明に従つて作製された半田鏝の断面図、
第４図は、上記米国特許済みの発熱体及び上記
1982年９月30日付け米国特許出願（日本の特願昭
58−179515号）に係る発熱体と、本発明に係る発
熱体の自動調節特性を比較するための一連のグラ
フ、第５図は、上記米国特許済みの発熱体及び上
記1982年９月30日付け米国特許出願（日本の特願
昭58−179515号）に係る発熱体と、本発明に係る
発熱体を比較するため、それらの温度に対する電
力特性を示す一連のグラフ、である。 ２……内側のコーン、４……外側のコーン、６
……低抵抗の層、８……電流帰還用導電体ロツ
ド、１０……ロツドの先端部、１２……定電流交
流電源。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ いずれも高透磁率材料で作製された第１及び
   第２の層から成る積層構造を有し、 上記第１の層の材料のキユリー温度は上記第２
   の層のそれよりも低く、且つ、 上記二つの層が互いに隣接する面に沿つて、低
   抵抗の第３の層を上記二つの層に電気的及び熱的
   に接触させる形で介在せしめたこと、 を特徴とする発熱エレメント。 ２ 上記第１の層の抵抗率が上記第２の層の抵抗
   率の２倍ないし10倍の範囲であり、且つ上記低抵
   抗の第３の層の抵抗率が上記第２の層の抵抗率よ
   り低い特許請求の範囲第１項記載の発熱エレメン
   ト。 ３ 上記低抵抗の第３の層が、上記第１及び第２
   の層とは固着されていないセパレート形式の層で
   ある特許請求の範囲第１項または第２項記載の発
   熱エレメント。 ４ いずれも高透磁率材料で作製された第１及び
   第２の層から成る積層構造を有し、前記第１の層
   の材料のキユリー温度は上記第２の層のそれより
   も低く、且つ、上記二つの層が互いに隣接する面
   に沿つて、低抵抗の第３の層を上記二つの層に電
   気的及び熱的に接触させる形で介在せしめて成る
   発熱エレメントと、 定電流の交流電源とを有し、 上記発熱エレメントと上記電源との接続は、上
   記複数の層内に形成される電流経路が互いに平行
   となり且つ上記層同士の接触面と平行となるよう
   に構成されたこと、 を特徴とする温度自動調節機能を有する加熱装
   置。 ５ 上記電源が、少なくとも50Hz以上の周波数で
   作動するものである特許請求の範囲第４項記載の
   加熱装置。 ６ いずれも高透磁率材料で作製された第１及び
   第２の層から成る積層構造を有し、上記第１の層
   の材料のキユリー温度は上記第２の層のそれより
   も低く、且つ、上記二つの層が互いに隣接する面
   に沿つて低抵抗の第３の層を上記二つの層に電気
   的及び熱的に接触させる形で介在せしめ、且つ、
   上記第１の層の外側を第３の層で囲繞し、その外
   側を第２の層で囲繞した積層構造体から成る中空
   円錐体状の加熱エレメントと、 上記中空円錐体状の加熱エレメントの内部にこ
   れと共軸に設けられ、その一端が上記加熱エレメ
   ントの頂点に於て上記積層構造体の各層と電気的
   に接触せしめられた細長い導電体ロツドと、 から構成されたことを特徴とする半田鏝。 ７ 上記導電体ロツドの上記一端から離れた部分
   に於て上記導電体ロツドと上記加熱エレメントと
   の間に接続される定電流電源を備えた特許請求の
   範囲第６項記載の半田鏝。 ８ 高い透磁率を有する材料から成る第１の部材
   と、 高い透磁率を有する材料から成る第２の部材と
   を有し、 上記第１の部材のキユリー温度は上記第２の部
   材のそれよりも低く、 上記第１及び第２の部材よりも高い導電率を有
   する領域が、上記両部材と同じ伸長方向に沿つて
   両部材に接触して設けられ、 上記両部材の同じ伸長方向の両端に定電流の交
   流電源が接続されたときには、上記伸長方向と平
   行に電流経路が形成されるように構成されたこ
   と、 を特徴とする構造体。 ９ 高い透磁率を有する材料から成る第１の部材
   と、高い透磁率を有する材料から成る第２の部材
   とを有し、上記第１の部材のキユリー温度は上記
   第２の部材のそれよりも低く、上記第１及び第２
   の部材よりも高い導電率を有する領域が、上記両
   部材と同じ伸長方向に沿つて両部材に接触して設
   けられ、上記両部材の同じ伸長方向の両端に定電
   流の交流電源が接続されたときには、上記伸長方
   向と平行に電流経路が形成されるように構成され
   た構造体と、 略50Hzないしそれ以上の範囲の周波数の定電流
   交流電源と、 上記両部材の上記伸長方向両端間に上記電源を
   接続する手段と、 から構成された温度自動調節機能を有する加熱装
   置。 １０ 第１の強磁性体層と、第２の強磁性体層
   と、両者間に設けられる非磁性体から成る第３の
   層とを有する小サイズの発熱体に対して定電流電
   源からの低い周波数電流を流して上記発熱体の温
   度を自動調節する方法に於て、 上記定電流電源の電流値及び周波数を、 上記第１の強磁性体層のキユリー温度以下に於
   ては電流の大部分が第１の強磁性体層に集中して
   流れ、上記第１の強磁性体層のキユリー温度以上
   に於ては、上記電流が上記非磁性体から成る第３
   の層に集中し、上記第２の強磁性体層にはこれが
   上記第３の層に隣接する狭い領域にのみ局限して
   流れるような値に設定することを特徴とする上記
   の方法。 １１ 上記定電流電源の電流値を、 △Ｉ／Ｉ＜−１／２△Ｒ／Ｒ （ここで、△Ｉは発熱体内を流れる電流Ｉの変化
   分であり、△Ｒは発熱体がキユリー温度に近づい
   たときの発熱体の抵抗値Ｒの変化分である。）を
   満たすよう設定する特許請求の範囲第１０項記載
   の方法。