JP2001519592A - モールドポリマー複合材加熱器 - Google Patents

モールドポリマー複合材加熱器

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Abstract

(57)【要約】 ４０％を越える複合材充填レベルをもち、改良された構造一体性をもち、大きい熱伝導性と熱流束とを有するモールドポリマー加熱器を提供する。モールドポリマー複合材加熱器が示される。圧送モールドまたは圧縮モールドは、非常に高いレベルの補強充填材を含む熱硬化性ポリマーの使用を可能にする。これら改良された材料は、高い熱流束レベル、熱伝導性、衝撃抵抗、高温（＞３００°Ｆ（１４９°Ｃ））における機械的特性の維持等を含む従来技術よりも優れた熱物理的特性をもつ加熱器を生成している。本発明はまた、幾何学的形状の広い変化が可能であり、また、温度センサを加熱器の高温領域に直接埋め込むことが出来る。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】 （発明の属する技術分野） 本発明は電気抵抗加熱器、特に、１個または１個以上のポリマー複合材からモ
ールドされた電気抵抗加熱器に関する。
【０００２】 （背景技術） 電気抵抗加熱器は工業において普通に使用されており、一般に、抵抗ワイヤー
と、ワイヤーを巻き付けられたセラミック芯と、電流搬送芯を取り巻く誘導性セ
ラミック層と、組立体を完成するための金属合金鞘とを有している。広く使用さ
れているカートリッジ加熱器と称される電気抵抗加熱器は、ステンレス鋼または
ｉｎｃｏｌｙのような耐蝕金属合金から作られて来た円筒形の鞘を有している。
加熱要素の熱性能を向上させるため上記組立体は一般にスウェイジ（ｓｗａｇｅ
）されている。
【０００３】 近来、軽量で製造コストが低く、形状設計に融通性があり、熱的、機械的に優
れた性能を有しつつ費用効果の大きく量産に適した、代わりのカートリッジ加熱
器が求められて来た。一つの解決法がエックマンにより発明され、ペンシルバニ
ア、ダラスのエネルギー転換会社とニューヨークのレーム製造会社に譲渡された
米国特許５，５８６，２１４に提案されている。エックマンは、形状はカートリ
ッジ加熱器に似ているが中空で鞘に孔を有する埋め込み式加熱器を開示している
。中実シリンダーの代わりに、芯が射出モールドされたポリマー中空管であり、
その上に鞘が射出モールドされている。従って、加熱器は従来の感覚で言えば“
芯”を有しない。エックマン加熱器が図１に示されている。
【０００４】 エックマン加熱器は確かに、軽量で、量産時の製造コストが低く、接触腐食や
ミネラル堆積に対する抵抗が大きい、従来技術を越える利点を有する。しかしエ
ックマンは、低温度、低熱流束の水加熱タンクを除いた多くの用途に対して不満
足な多くの制限を残している。
【０００５】 この制限は、充填媒体を受容する熱可塑性マトリックスの制限に起因している
。エックマンは本文において、これらポリマーマトリックス内の充填レベルは、
開発中に得られた研究結果から４０重量％を越えることは出来ないと述べている
。
【０００６】 エックマン加熱器において中実芯（または少なくとも相当大きい壁厚のもの）
を設けることは、抵抗ワイヤーを巻き付けられるポリマーの形状を変化させるこ
とと同様容易なことではない。外側ポリマーと同じ温度依存熱膨脹作用を有する
芯ポリマーが使用されたならば、加熱器がエネルギーを与えられ操作温度になっ
たとき亀裂、破損を起こし勝ちである。エックマンは、外側ポリマー被覆の厚さ
は０．５インチ（１．３ｃｍ）以下、理想的には０．１インチ（０．３ｃｍ）以
下であることが必要であると教示しており、これは構造強度を犠牲にしている。
エックマンは、添加材としてカーボン、グラファイト、金属粉または金属薄片を
使用することにより、純粋ポリマーの場合に比して、より高い熱伝導度と熱流束
とをある程度達成している。しかし、これら添加材の量は加熱器の誘電強度を維
持するために制限されねばならぬ。この場合においても、熱伝導度は１．０Ｗ／
（ｍ*Ｋ）より顕著に良好になることはない。
【０００７】 （発明が解決しようとする課題） かくて、本発明の目的は、改良された構造一体性をもつモールドポリマー複合
材加熱器を提供することである。 本発明の他の目的は、要素中心の中空空間が消失する程、芯厚さが大きいモー
ルドポリマー複合材加熱器を提供することである。 本発明のさらに他の目的は、改良された熱性能、すなわち、熱伝導度と最大熱
流束とをもつモールドポリマー複合材加熱器を提供することである。 本発明の他の目的は以下述べる説明から明らかになろう。
【０００８】 （課題を解決するための手段） 上述の目的に応じ本発明は、高度に充填され、圧送モールドまたは圧縮モール
ドに良く適応するポリマーをもつモールドポリマー複合材加熱器を提供している
。特に射出モールドを使用する従来技術に比較して、本発明は非常に高い充填レ
ベルを許容している。５０重量％を越え、９０重量％に達するような高い充填レ
ベルは、強度や衝撃抵抗のような良好な機械的特性、高いサービス温度、比熱、
熱伝導度のような優れた熱的特性、また、誘電強度や絶縁抵抗のような改良され
た電気的特性等を備えたポリマー複合材を提供する。加熱器のポリマー複合材芯
はそこに埋め込まれた端子へと通じ、端子は芯に巻き付けられた電気抵抗ワイヤ
ーに接続される。
【０００９】 本発明はまた、中実芯を包含する厚い芯、鞘を使用しており、多数の形状の変
化を可能にし、加熱器内に追加の部品を配置することを可能にする中実の芯をも
含んでいる。例えば、温度計測が最もクリティカルである加熱器内の特定な点に
センサが埋められよう、または、加熱器内にマイクロチップが埋められ、加熱器
と一体になった制御手段が提供されよう。
【００１０】 いくつかの選択された熱可塑性材料も使用されようが、熱硬化性材料を使用す
ることが好適である。ポリマーが補強添加材を充填され、該添加材が加工される
べきモールド複合材の粘度を増加させている。補強材充填レベルが５０％を越え
たとき最良の結果が得られている。熱可塑性材料の構造一体性は、補強材充填レ
ベルが４０％を越えると急速に減少する、かくて、５０％補強材充填レベルを越
えることの出来る熱硬化性ポリマーが好適になる。
【００１１】 用途に応じて種々の充填材が使用されよう。ある用途では、熱伝導度はあまり
要求されず、高い機械的強度と衝撃抵抗が要求されよう。他の用途では、高い化
学抵抗、低い吸湿性が要求されよう。
【００１２】 補強充填材は多くの材料から作られ得るが、多くの用途においてポリマー鞘の
良好な熱伝導性が要求される。かかる用途には、多くの形態のカーボンに加え、
酸化マグネシウム、窒化ボロンのようなセラミック粉末またはセラミック髭より
成る充填材が知られている。カーボン補強材は鞘、芯の誘電強度を低下させるの
で使用に注意を要する。本発明は、誘電強度を著しく失うことなく、カーボンの
高い充填レベル（少なくとも６０％）を許容し、良好な熱伝導度と優れた機械的
強度を提供する技術を有する。
【００１３】 本発明の一面に従えば上述したように、中実芯がポリマー複合材で作られ、２
個の組合わされる半分に成形される。該半分は同じモールドから作られ、自己整
合特性を有し、製造コストを減少させている。
【００１４】 完成芯は２個以上のピンのための穴を有する。芯は、電力リードピンを抵抗ワ
イヤーに溶接するため、穴を露出させている区画を有する。好適には、電力リー
ドピンの一つ露出点は、リードピンが加熱器自身から突出する位置から遠い加熱
器の他端の近くにある。他の露出点は、リードピンが加熱器から突出する端部の
近傍にある。このことは、高電圧短絡を起こし勝ちなループ（二重巻き）抵抗ワ
イヤーよりも望ましい一重巻き抵抗ワイヤーの使用を可能にしている。
【００１５】 芯の上にポリマー鞘が加えられる。鞘は大抵芯と同じポリマー複合材から作ら
れるが、特に高温用途（＞３００°Ｆ（１４０°Ｃ））において違った熱膨脹係
数が望まれる場合には、複合材の正確な成分は違っていてもよい。鞘の多くは圧
送モールドまたは圧縮モールドにより加えられる。しかし、高い誘導強度が要求
される場合には、ポリマーの追加の薄い層が芯または鞘に対して、浸潤、吹き付
け、スクリーン印刷等を用いて加えられる。
【００１６】 上記した本発明の特徴、利点、目的を達成する態様が詳細に理解されるように
、上記要約された本発明を、付図に示す実施例を参照して詳しく説明する。
【００１７】 しかし、付図は本発明の典型的な実施例に過ぎず、本発明の範囲を限定するも
のではなく、本発明は同じ効果をもつ他の実施例をも包含するものであることに
注意を要する。
【００１８】 （発明の実施の形態） 本発明は、ポリマー複合材を用いた、好適には圧送モールドまたは圧縮モール
ドされた電気加熱器に関する。従来、ポリマー加熱器の製造には射出モールドが
用いられ、これが、ポリマー内の充填材のレベルを制限し、最も単純な用途以外
にポリマー加熱器を商業的に適用することを非常に妨げて来た。本発明は、熱流
束と機械的強度とが増大され得るため多くの用途に使用されよう。
【００１９】 高い充填レベルを使用することはまた、ポリマー複合材の物理的特性の範囲を
拡げ、これがまた、加熱器の広範に変化する幾何学的形状を可能にする。より強
いだけでなく、より耐久性があり、より熱性能が高く、従って、加熱器自身の特
性が向上されたポリマー加熱器が得られる。
【００２０】 図１は、エックマンの米国特許５，５８６，２１４に開示された従来型のポリ
マー加熱器を示す。エックマン加熱器は、加熱器の鞘に複数個の孔２と、芯の代
わりに中空穴３を有する。これと対照的に、本発明の好適実施例が円筒形ポリマ
ー複合材加熱器１０として図７に示されている。本好適実施例は、モールドされ
たネジ１４と６角フランジ１６と（共に取り付けのため使用される）を備えた鞘
１２を有する。取り付け部材１４、１６の近くにおいて、加熱器１０の端部１８
から複数個の電力ピン２０が現れている。鞘１２と取り付け部材１４、１６とは
ポリマーから成り、圧送モールドまたは圧縮モールドにより成形されている。
【００２１】 鞘１２の下に隠れて、図６に示す完成芯２２がある。完成芯は電力ピン２０と
、溶接点２６において電力ピン２０に溶接された抵抗ワイヤー２４とを有し、オ
プショナルには２個の芯区画２８に形成されている（図２、３参照）。好適な芯
区画２８は同じであり、ほぼ筒形であり、両側の端部３０以外の位置においては
半円形断面を有している。
【００２２】 図２〜図５は好適な芯区画２８を示す。各芯区画は、その全長に延びる１個の
長い長手方向溝３６と、長い溝３６に平行に各端部３０から等しい距離延びる２
個の短い長手方向溝３８とを有している。溝は芯区画２８（断面半円形）の平坦
面４４に配置されている。かくて、２個の同じ芯区画２８が平坦面４４を衝接さ
せて一緒に置かれると、一つの芯区画２８の溝３６、３８が他の芯区画の溝３６
、３８と一致し、円筒の軸に平行な複数個の穴を形成する。
【００２３】 芯２２は自己整合特性を有し、芯区画２８の一つの端部３０が一体にモールド
された１個または１個以上のフック３２を有し、他の端部３０が同数のノッチ３
４を有している。これにより、芯区画２８が単一のモールドを用いて優れた費用
効果を有して多量生産されることが可能である。また、ピンを単一芯に直接埋め
込みモールドすることにより芯を形成することも可能である。これは芯をピン回
りに正確にモールドすることを意味し、複雑、緻密な捲線操作を減少させ、自動
化に良好に適応させている。
【００２４】 芯区画２８が各フック３２とノッチ３４とを用いて結合されると、ピン２０が
溝３６、３８により形成された穴内に挿入される。ついで、当業者に知られた材
料で作られた抵抗ワイヤー２４が結合された芯区画２８の回りに、延長ピンワイ
ヤー（溝３８においてピン２０にアクセスする）の近くの溶接ノッチ４２に始ま
り、延長ピンワイヤー（溝３６内のピン２０にアクセスする）に遠い他の溶接ノ
ッチ４０に終わるように巻き付けられる。かくて、抵抗ワイヤー２４が芯２２の
ほぼ全体を被覆する。抵抗ワイヤー２４を芯２２の回りに単一撚線として巻付け
ることが好ましい。従来型の抵抗ワイヤーは、射出モールドされるポリマー加熱
器の形状制限のため、電力ピンから遠い加熱器の端部近くのフックの回りにルー
プをなして反転する二重撚線として芯回りに巻付けられねばならない。この従来
型の形態は、加熱器の寿命を短くし、または、即刻の破損や製品の返品を招き兼
ねない高電圧短絡の危険を増大させている。本発明の単一撚線はかかる制限によ
る被害を受けない。本発明はまた、抵抗ワイヤーが、芯の外側にプリントされた
抵抗インクにより代替されることを可能にしている。これに使用される典型的イ
ンクは、ペンシルベニア、プルシアキング社、電気科学研究所から売り出されて
いるサーメット（ｃｅｒｍｅｔ）ポリマー抵抗シリーズである。
【００２５】 圧送モールド、圧縮モールドはプラスチック業界には知られており、ここに参
考として編入されている“モールドされた熱硬化物質”にラルフ Ｅ．ライトに
より開示されている。従来技術に使用された射出モールドにおいては、圧縮スク
リュウ．バレル（ｓｃｒｅｗ−ａｎｄ−ｂａｒｒｅｌ）組立体が粉状素材をホッ
パーから受け取り、該素材をスクリュウ．バレル剪断作用に助けられた加熱器バ
ンドにより溶解させている。スクリュウの断続的往復、回転運動が素材のショッ
ト（ｓｈｏｔ）をノズルを通しモールド自身の中に押し出している。
【００２６】 他方、圧送モールドにおいては、非圧縮スクリュウが熱硬化性素材混合物を加
熱バンドを用いて予め柔軟化する。ここで、スクリュウ作用は材料をホッパーか
ら縮小されていないバレル出口へと輸送する目的だけのために役立ち、出口にお
いてショットが切断され自動的に円筒形凹所へと輸送される。ついで、プランジ
ャが大きい力（〜４０トン）を柔らかい材料に加え、圧力、温度を大きく上昇さ
せる。一方、粘度が劇的に降下し、反応温度閾値が越えられ、材料はノズルを通
りモールド凹所へ押し出される。圧送（および圧縮）モールドの他の利点は、高
熱伝導微粒子の繊維による熱的架橋を意味する一層効果的なパーキュレーション
（ｐｅｒｃｕｌａｔｉｏｎ）である。圧送（および圧縮）モールドのさらに他の
利点は、素材ポリマーに添加された埋蔵繊維がモールド工程中その長さを、射出
モールドの場合に比較して一層良く維持することである。これは主に、射出モー
ルドが他の方法に比して、繊維に強い剪断作用を加え、繊維を破断、損傷を与え
るからである。さらに、マトリックス内の繊維が長ければそれだけ、パーキュレ
ーションが有効になる。圧送モールドの１変形である液体複合材モールド（樹脂
圧送モールド）も本発明において使用されよう。後者の“繊維に親しい（ｆｉｂ
ｅｒ−ｆｒｉｅｎｄｌｙ）”工程においては、モールド凹所は充填材料を事前に
装荷され、つぎに純粋のポリマーマトリックスが該凹所に輸送される。
【００２７】 成型可能なポリマーは一般に熱可塑性ポリマーか熱硬化性ポリマー（化学硬化
性ポリマーとも称される）かに分類される。熱可塑性ポリマーは溶解可能であり
、温度が降下すると固体状態に戻る。固体化過程において、ポリマー鎖が引き合
って、調理直後の熱いスパゲッティが乾燥のため取り出されたときのように、物
理的結合を達成する。理論的には、無限回の溶解／固体化サイクルを材料に加え
ることが可能である。一般に、熱可塑性材料は、ポリマー鎖の緩い構造のため耐
衝撃性が高く、同じ理由から湿気吸収度も高い。スパゲッティの着想に戻れば、
読者は、熱可塑性材料の機械的特性が高温において劇的に劣化することを想像す
るのに困難は感じないだろう。
【００２８】 他方、熱硬化性材料は１回だけ固体化可能であり、再び溶解することは不可能
である。この奇妙な現象は、化学反応固体化工程におけるポリマー鎖の間の化学
的横断リンクの創成により説明される。驚く程のことではないが、熱硬化性素材
材料は、モールド工程において反応温度閾値が意図的に越えられる適当なサイズ
の化学反応成分から成っている。これら横断リンクはポリマー鎖が互いに対して
運動することを制限し、熱可塑性材料に比較して脆い特性を与えている。さらに
同じ化学的横断リンクが高温における機械的特性を維持している。熱硬化性材料
の他の利点は、熱可塑性材料に比較して一般に再び湿らされ易いことである。言
わば、熱硬化性材料が完全にキュァされる前に、他の熱硬化性ポリマーがその上
にモールドされ、これら２層の間の結合は、化学的横断リンクが層境界を横切っ
て形成されるから、強く、また、より透過困難であるということである。
【００２９】 ライトが開示したように、多くの熱硬化性プラスチックは高粘度のため射出モ
ールドには不適である。射出モールドはまた、ポリマー複合材に含まれる補強材
の量を、約４０重量％以下に制限する。熱硬化性材料の場合、４０重量％を大き
く越える充填レベルは、射出モールドに使用するには粘度が大き過ぎるプラスチ
ックを形成する（熱可塑性材料は４０重量％を大きく越える充填レベルで構造一
体性を失い始める）。さらに、４０重量％を大きく下回る充填レベルは、多くの
プラスチックにおいて、圧送モールドに対し十分な粘度を有しない複合材を生成
することもまた逆に真実である。本発明の発明者は、熱硬化性ポリマー複合材内
の充填レベルが４０重量％を越えない限り、熱物理的特性が劇的に改良されるこ
とはないことを発見した。発明者はまた、熱硬化性材料は熱可塑性材料に比較し
て一般に、加熱器のためのより良い熱物理的特性を、特に、充填レベルが５０重
量％を越えた場合には、高温における非常に優れた耐衝撃性と機械特性の維持と
提供することも発見した。高い充填レベルをもつ熱硬化性プラスチックは一般に
、射出モールドには適していないから、本発明は圧送モールドまたは圧縮モール
ドを使用している。
【００３０】 熱硬化性材料はまた熱可塑性材料に比較して、より高い充填レベルを受容する
ことが出来る。前述したように、熱可塑性ポリマーは、４０重量％を越えて充填
された場合、構造的一体性を失う。他方、熱硬化性材料は９０重量％の充填レベ
ルを受容することが出来る。
【００３１】 本発明はまた、高性能の補強材を使用することにより、より良好な加熱器を創
成している。特定の補強充填材は、従来型のポリマー加熱器に使用された充填材
よりも良好な熱伝導性を有する。エックマンは、グラファイトや他の金属粉のよ
うな僅かに熱伝導性をもつ材料の使用を教示しているが、加熱器の誘電強度の消
失の理由から、かかる充填材を過度に使用しないように特に警告している。この
制限は、抵抗ワイヤー２４と外側鞘１２との間に中間誘電層（図示せず）を配置
することにより解消される。誘電層は、加熱器の他の部分に似ているが補強充填
材を含まないポリマーから作られている。電気科学研究所から知られている誘電
インクはこの目的に良く適している。これは、外側鞘１２の誘電強度に関する検
討を不要にしている。加熱器の効率と熱伝導性を最大にするため、中間誘電層は
非常に薄く、厚さ約１００ミクロンであるべきだが、しかし、本発明のためには
、１ｍｍまでの厚さが適当であろう。これは、外側鞘１２をモールドする前に、
浸潤、吹き付け、スクリーンプリント等の操作により芯区画に施工されよう。
【００３２】 熱伝導度を増加させる他の方法は、補強充填材としてカーボン繊維を使用する
ことである。カーボン繊維は加熱器の熱物理特性を顕著に改良するが、それは、
熱エネルギーを横方向ではなく、むしろ長手方向に伝導する。しかし、繊維はモ
ールド中にロッグ（ｌｏｇ）のような挙動を行い、自身をモールドの流れの方向
に一致させるので、繊維の自然な傾向として最後には加熱器表面に平行（熱流束
に垂直）になる。繊維の所望の方向付けは、製造時に、モールド流れに電場を加
えることにより得られよう。電力ピン２０が１個の電極として働き、モールド自
身が他の電極として働くだろう。
【００３３】 他の望ましい充填材は、酸化マグネシウム（Ｍｇ０）、窒化アルミニウム（Ａ
ｌＮ）、窒化ボロン（ＢＮ）である。本願発明者は、計測量が全てＮａｔｉｏｎ
ａｌ Ｂｕｒｅａｕ ｏｆ Ｓｔａｎｄａｒｄｓ （ ＮＢＳ ）に直接従って
追跡可能であるレーザー閃光方法（ｌａｓｅｒ ｆｌａｓｈ ｍｅｔｈｏｄ）を
用いて、かかる充填材が、２．０Ｗ／（ｍ*ｋ）を越え、５．０Ｗ／（ｍ*ｋ）に
近い熱伝導度を呈することを発見した。他方、エックマン特許に開示されたよう
な従来型ポリマー加熱器が同じ基準を使用して１．０Ｗ／（ｍ*Ｋ）を顕著に越 えることは全くありそうにない。
【００３４】 複合材のための望ましいポリマー基は、アリル基、アミノ基、エポクシド基、
フェノール基、シリコン基、および熱硬化性ポリエステル等である。特定の加熱
器に対する望ましい補強充填材が選択され、圧送（または圧縮）モールドの前に
基礎ポリマーに加えられる。
【００３５】 中実芯２２を高温で使用するには、鞘材料の熱膨脹係数（ＣＴＥ）を芯材料の
それからオフセットさせることが必要であろう。これは、芯材料が当然鞘材料よ
りも高温になるという事実に因る。鞘材料のＣＴＥは、特定の適用温度と芯材料
のＣＴＥとに整合（特定の範囲内に納まる）する必要がある。材料のＣＴＥは充
填レベルを制御することにより調整されよう。例えば、芯内の充填レベルを高く
すれば、膨脹不整合を相殺することが出来よう。不整合を克服するため芯のＣＴ
Ｅを変化させる他の方法は、鞘材料に使用される補強充填材よりも低いＣＴＥを
有する補強充填材を芯内に使用することである。
【００３６】 本発明に使用される材料の改良された熱物理特性は、中実芯の使用と組み合わ
されて、従来技術におけるよりも非常に高い温度と熱流束レベルに加熱器が耐え
ることを可能にしている。熱可塑性ポリマーを使用する従来技術は１８０°Ｆ（
８２°Ｃ）を多く越えて加熱されることは出来ない。本発明の加熱器のプロトタ
イプは４００°Ｆ（２０４°Ｃ）（芯温度４７０°Ｆ（２４３°Ｃ））において
計測されており、正しい充填材と充填レベルが選択されれば、７５０°Ｆ（３９
９°Ｃ）の温度が可能であろうと考えられる。本発明のプロトタイプは、自然対
流空気において６Ｗ／平方インチ（３９Ｗ／平方センチメータ）、強制対流空気
において３０Ｗ／平方インチ（１９４Ｗ／平方センチメータ）の熱流束レベルを
処理して来た。
【００３７】 本発明に適した熱硬化性複合材の一つが、オハイオ州、クリーブランドのクヤ
ホガ（Ｃｕｙａｈｏｇａ）プラスチックからＡＢ１０００Ｆとして市販されてい
る。モールドされた後、加熱器は、有機物は７５０°Ｆ（３９９°Ｃ）で焼失す
るが物理的一体性を失うことなく、１０００°Ｆ（５３８°Ｃ）までの連続運転
に耐えることが出来る。
【００３８】 本発明の他の利点は、広く変化する幾何学形状に対して使用可能なことである
。用途が違えば、加熱器の形状も違った方が良い。例えば、垂直方向に置かれた
場合には、平坦な加熱器の方が円筒形の加熱器よりも良好な対流熱伝達が得られ
る。好適な形状は特定の用途に依存する。本発明はこの形状柔軟性を許容してい
る。例えば、図８、９は本発明の平坦な形状の実施例を示している。
【００３９】 平坦形加熱器１００は、円筒形加熱器１０と同じ取り付け部材１１４、１１６
を有する。鞘１１２は同じ材料である。しかし、芯１２２は、ヘアピン旋回を形
成するように近接して位置する２個の９０°屈曲部１４６を有する平坦形状に圧
送または圧縮モールドされている。同じタイプの抵抗ワイヤー１２４が使用され
、溶接点１２６において電力ピン１２０に結合されている。電力ピン１２０は完
成した加熱器から端部１１８を通り突出している。
【００４０】 本発明の他の利点は、熱電対のような温度センサを芯内の所望の位置にモール
ドし得ることである。従来技術のものでは、サーミスターが加熱器の端部（取り
付け位置近傍）に位置されている。これは“低温領域”である。従って、読み取
られた温度は加熱器の真の温度を示しておらず、ポリマーマトリックスの一般に
低い熱伝導度を勘案して処理される。熱電対を芯内の“高温領域”に置くことに
より、実際の正確な温度が好適に読み取られる。
【００４１】 以上、本発明の好適実施例について述べたが、他の実施例も、本発明の趣旨か
ら逸脱することなく考えられよう。本発明の範囲は添付した特許請求の範囲によ
り決められる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 米国特許５，５８６，２１４に開示されたエックマンの従来型ポリマー加熱器
の等角投影図、
【図２】 本発明の加熱器に使用される半円形のモールドポリマー複合材芯の底面図、
【図３】 図２の半円筒形芯の前面図、
【図４】 図２の半円筒形芯の右側面図、
【図５】 図２の半円筒形芯の左側面図、
【図６】 抵抗ワイヤーが巻き付けられ、電力ピンが埋め込まれたモールドポリマー複合
材円筒形芯の等角投影図、
【図７】 本発明のモールドポリマー複合材加熱器のカートリッジ加熱器実施例の等角投
影図、
【図８】 抵抗ワイヤーが巻き付けられ、電力ピンが埋め込まれたモールドポリマー複合
材の曲げられた平坦形芯の等角投影図、
【図９】 本発明のモールドポリマー複合材加熱器の平坦要素埋蔵加熱器の実施例の等角
投影図、である。
【符号の説明】
１０ ポリマー複合材加熱器 １２，１１２ 鞘 ２０ 電力ピン ２２，１２２ 芯 ２４，１２４ 抵抗ワイヤー ２８ 芯区画 １００ 平坦形加熱器
【手続補正書】特許協力条約第３４条補正の翻訳文提出書
【提出日】平成１２年４月５日（２０００．４．５）
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正内容】
【特許請求の範囲】
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ，ＭＬ， ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，Ｋ Ｅ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＺ，ＵＧ，ＺＷ)，ＥＡ(ＡＭ ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ) ，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ， ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，Ｄ Ｋ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＥ，ＧＨ，ＧＭ，ＨＲ ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ， ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，Ｌ Ｖ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ， ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ，Ｕ Ｚ，ＶＮ，ＹＵ，ＺＷ Ｆターム(参考） 3K092 QA01 QB02 RA02 RB02 RB04 RB05 RB07 RB08 RB11 RD12 RD41 VV40

Claims (33)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 モールドポリマー複合材加熱器にして、 第１圧送モールド可能ポリマー複合材から成る芯と、 前記芯の回りに配置され、電流を受け取る２個の端部を有する電気伝導加熱要
    素と、および 前記加熱要素を取り囲み、第２圧送モールド可能ポリマー複合材から成る鞘と
    、を有するモールドポリマー複合材加熱器。
  2. 【請求項２】 請求項１に記載のモールドポリマー複合材加熱器において、
    前記第１、第２圧送モールド可能ポリマー複合材が熱硬化性ポリマーであること
    を特徴とする加熱器。
  3. 【請求項３】 請求項２に記載のモールドポリマー複合材加熱器において、
    前記第１、第２圧送モールド可能ポリマー複合材が、アリル基、アミノ基、エポ
    キシド基、フェノール基、シリコン基、熱硬化性ポリエステルから成る群から選
    択されていることを特徴とする加熱器。
  4. 【請求項４】 請求項１に記載のモールドポリマー複合材加熱器において、
    前記第１、第２圧送モールド可能ポリマー複合材が、５０重量％以上の量の添加
    材を含有する熱可塑性ポリマーであることを特徴とする加熱器。
  5. 【請求項５】 請求項４に記載のモールドポリマー複合材加熱器において、
    前記添加材が熱伝導性であることを特徴とする加熱器。
  6. 【請求項６】 請求項１に記載のモールドポリマー複合材加熱器において、
    前記芯が中実であることを特徴とする加熱器。
  7. 【請求項７】 モールドポリマー複合材加熱器にして、 ポリマー複合材の芯と、 前記芯の回りに配置され、電流を受け取る２個の端部を有する電気伝導性加熱
    要素と、および 前記加熱要素を取り囲み、熱伝導性充填材を５０重量％以上含有するポリマー
    複合材から成る鞘と、を有する加熱器。
  8. 【請求項８】 請求項７に記載のモールドポリマー複合材加熱器において、
    前記電気伝導性充填材が酸化マグネシウム、窒化アルミニウム、酸化アルミニウ
    ム、窒化ボロンの群から選択されたセラミックであることを特徴とする加熱器。
  9. 【請求項９】 請求項７に記載のモールドポリマー複合材加熱器において、
    前記電気伝導性充填材がカーボン繊維であることを特徴とする加熱器。
  10. 【請求項１０】 請求項９に記載のモールドポリマー複合材加熱器において
    、前記カーボン繊維が主に芯の軸に平行に向いていることを特徴とする加熱器。
  11. 【請求項１１】 請求項９に記載のモールドポリマー複合材加熱器において
    、前記カーボン繊維が主に芯の軸に垂直に向いていることを特徴とする加熱器。
  12. 【請求項１２】 請求項１１に記載のモールドポリマー複合材加熱器におい
    て、厚さ１ｍｍ以下の誘電層が前記加熱要素と鞘との間に配置されていることを
    特徴とする加熱器。
  13. 【請求項１３】 請求項１２に記載のモールドポリマー複合材加熱器におい
    て、前記誘導層が厚さ１００ミクロン以下であることを特徴とする加熱器。
  14. 【請求項１４】 請求項７に記載のモールドポリマー複合材加熱器において
    、前記芯が中実であることを特徴とする加熱器。
  15. 【請求項１５】 モールドポリマー複合材加熱器を製造する方法にして、 射出モールド手段に適しない芯混合物が得られるように、成形されていないポ
    リマーに充分な量の補強添加材を混合する段階と、 前記芯混合物を芯にモールドする段階と、 前記芯に複数個の電気リード線を埋め込む段階と、 前記芯の回りに、電気伝導性加熱要素を巻き付ける段階と、 前記電気リード線を前記加熱要素に結合する段階と、 前記加熱要素の上に誘電層を施す段階と、 射出モールド手段に適せず、前記芯混合物よりも高い熱膨脹係数を有する鞘混
    合物が得られるように、成形されていないポリマーに充分な量の補強添加材を混
    合する段階と、および 前記鞘混合物を、前記芯と加熱要素とを取り囲む鞘にモールドする段階と、を
    有することを特徴とする方法。
  16. 【請求項１６】 請求項１５に記載のモールドポリマー複合材加熱器を製造
    する方法において、前記芯混合物を芯にモールドする段階と、複数個の電気リー
    ド線を芯に埋め込む段階とが、埋め込みモールドにより同時に行われることを特
    徴とする方法。
  17. 【請求項１７】 請求項１５に記載のモールドポリマー複合材加熱器を製造
    する方法において、さらに、前記カーボン繊維を芯軸に垂直に整列させるため、
    モールド工程の間、半径方向の電場を加える段階を有することを特徴とする方法
    。
  18. 【請求項１８】 請求項１５に記載のモールドポリマー複合材加熱器を製造
    する方法において、前記誘電層が、芯と加熱要素とを誘電物質内に浸潤させるこ
    とにより施されることを特徴とする方法。
  19. 【請求項１９】 請求項１８に記載のモールドポリマー複合材加熱器を製造
    する方法において、前記誘電層が雲母から成ることを特徴とする方法。
  20. 【請求項２０】 請求項１５に記載のモールドポリマー複合材加熱器を製造
    する方法において、前記誘電層が、芯と加熱要素との上に、誘電物質を吹き付け
    ることにより施されることを特徴とする方法。
  21. 【請求項２１】 請求項１５に記載のモールドポリマー複合材加熱器を製造
    する方法において、前記誘電層が、芯と加熱要素との上に、誘電インクをスクリ
    ーン印刷することにより施されることを特徴とする方法。
  22. 【請求項２２】 請求項２０に記載のモールドポリマー複合材加熱器を製造
    する方法において、前記誘電層が雲母から成ることを特徴とする方法。
  23. 【請求項２３】 請求項１５に記載のモールドポリマー複合材加熱器を製造
    する方法において、前記誘電層が誘電物質をオーバーモールドすることにより施
    されることを特徴とする方法。
  24. 【請求項２４】 モールドポリマー複合材加熱器にして、 第１熱膨脹係数をもつ中実ポリマー複合材芯と、 前記中実ポリマー芯の回りに配置され、電流を受け取る２個の端部を有する電
    気伝導性加熱要素と、および 前記加熱要素を取り囲み、前記第１熱膨脹係数より高いか等しい第２熱膨脹係
    数をもつポリマー複合材鞘と、を有する加熱器。
  25. 【請求項２５】 請求項２４に記載のモールドポリマー複合材加熱器におい
    て、さらに、前記ポリマー複合材芯とポリマー複合材鞘の全体に散布された補強
    充填材を有することを特徴とする加熱器。
  26. 【請求項２６】 請求項２５に記載のモールドポリマー複合材加熱器におい
    て、前記ポリマー複合材芯が前記ポリマー複合材鞘よりも、補強充填材を重量に
    おいて多量に積載されていることを特徴とする加熱器。
  27. 【請求項２７】 請求項２４に記載のモールドポリマー複合材加熱器におい
    て、該加熱器がさらに前記ポリマー複合材芯全体に散布された第１補強充填材と
    、前記ポリマー複合材鞘全体に散布された第２補強充填材とを有し、前記第１補
    強充填材が前記第２補強充填材よりも低い熱膨脹係数を有することを特徴とする
    加熱器。
  28. 【請求項２８】 請求項２４に記載のモールドポリマー複合材加熱器におい
    て、前記ポリマー複合材芯が一対の芯区画を有し、該芯区画がそれぞれ半円形断
    面の筒状をなし、互いに結合されて円形断面の円筒芯を形成するようになってい
    ることを特徴とする加熱器。
  29. 【請求項２９】 請求項２８に記載のモールドポリマー複合材加熱器におい
    て、前記芯区画が自己整合になっており、各芯区画が同じモールドから作られ、
    その第１端に１個または１個以上のフックを有し、第２端に同数のスロットを有
    し、各芯区画のスロットが反対側の芯区画のフックを受容するようになっている
    ことを特徴とする加熱器。
  30. 【請求項３０】 請求項２９に記載のモールドポリマー複合材加熱器におい
    て、前記第１補強充填材がシリカであることを特徴とする加熱器。
  31. 【請求項３１】 請求項２４に記載のモールドポリマー複合材加熱器におい
    て、前記ポリマー複合材芯が、複数個の端子リード線を受け取る複数個の穴と、
    前記端子リード線の区画を露出させる複数個のノッチとを有することを特徴とす
    る加熱器。
  32. 【請求項３２】 請求項１に記載のモールドポリマー複合材加熱器において
    、前記電気伝導加熱要素が抵抗インクであることを特徴とする加熱器。
  33. 【請求項３３】 請求項３２に記載のモールドポリマー複合材加熱器におい
    て、前記抵抗インクが、プラチナ、カーボン、銀から成る群から選択された伝導
    性要素を含むことを特徴とする加熱器。
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