JP2002280148A

JP2002280148A - ヒータ装置

Info

Publication number: JP2002280148A
Application number: JP2001076346A
Authority: JP
Inventors: Naoki Katsuta; 直樹勝田; Shizuka Horino; 静堀野; Tetsuo Yamaguchi; 哲生山口; Fumitaka Ishimori; 史高石森
Original assignee: Sekisui Plastics Co Ltd
Current assignee: Sekisui Kasei Co Ltd
Priority date: 2001-03-16
Filing date: 2001-03-16
Publication date: 2002-09-27

Abstract

(57)【要約】【課題】さらに優れた柔軟性および表面温度分布特性を
有するヒータ装置を提供する。【解決手段】複数個の正特性サーミスタ素子１１は、一
対の給電線１３ａ，１３ｂの間に一定の間隔を開けて並
列に接続されている。複数個の正特性サーミスタ素子１
１および一対の給電線１３ａ，１３ｂは、電気絶縁性を
有する柔軟な合成樹脂からなる内被覆部材１５によって
被覆されている。内被覆部材１５の表面は、複数本の金
属細線を編んで形成された金属編組カバー１６で被覆さ
れている。この金属編組カバー１６で被覆されてなる内
部構造物は、さらに、電気絶縁性を有する柔軟な合成樹
脂からなる外被覆部材１７によって被覆されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、水道管などの加
温や凍結防止のために好適に用いることができるヒータ
装置に関する。

【０００２】

【従来の技術および発明が解決しようとする課題】たと
えば、寒冷地では、厳冬期における水道管の凍結を防止
するために、水道管の外周面に長い線状または帯状のヒ
ータ装置が巻き付けられることがある。このようなヒー
タ装置には、被加熱部材（水道管）の形状に上手く沿わ
せることができ、また、被加熱部材をむらなく加熱でき
るように、優れた柔軟性および表面温度分布特性が要求
される。

【０００３】従来のヒータ装置の中には、たとえば、ニ
クロム線などの金属抵抗線を電気絶縁性および耐熱性を
有する樹脂材料で被覆したものがある。しかし、この金
属抵抗線を発熱体として用いたヒータ装置は、熱伸縮が
繰り返されることによる金属抵抗線の断線を生じやすい
という問題がある。また、他の従来例として、給電線の
周囲を正温度特性（ＰＴＣ(Positive Temperature Coef
ficient)特性）を有する導電性樹脂組成物で被覆し、こ
れを絶縁材料でさらに被覆することにより構成されたも
のもある（たとえば、特開平５−１７４９５３号公報参
照）。しかし、この導電性樹脂組成物を発熱体として用
いたヒータ装置では、湾曲または屈曲させたときに、導
電性樹脂組成物に加わる圧力が部分的に異なるために抵
抗値分布に偏りが生じ、これにより表面温度分布にむら
を生じるおそれがある。たとえば、屈曲している部分で
は、導電性樹脂組成物中の導体粒子の間隔が大きくな
り、抵抗値が大きくなるために、延びている部分に比べ
て発熱量が多くなる。また、同一箇所を繰り返し折り曲
げた場合、導電性樹脂組成物に亀裂を生じるという問題
もある。

【０００４】さらに他の従来例として、特開平８−４１
９３６号公報には、複数個の正特性サーミスタ素子を一
定間隔で並列に接続し、これを絶縁材料で被覆すること
により構成されたヒータ装置が開示されている。このヒ
ータ装置は、断線などを生じるおそれがない優れた柔軟
性を有しており、また、屈曲させたときに、その屈曲部
分の表面温度が局所的に高くなるおそれもない。ゆえ
に、上述の２つの従来例に比べると、優れた柔軟性およ
び表面温度分布特性を有していると言える。しかしなが
ら、ヒータ装置の表面において、正特性サーミスタ素子
に対向する部分と互いに隣接する正特性サーミスタ素子
の間に対向する部分とでは若干の温度差が生じてしま
う。したがって、この点を改良すれば、さらに良好な表
面温度分布特性を有するヒータ装置とすることができ
る。

【０００５】この発明は、上述のような背景の下になさ
れたものであり、その目的は、さらに優れた柔軟性およ
び表面温度分布特性を有するヒータ装置を提供すること
である。

【０００６】

【課題を解決するための手段および発明の効果】上記の
目的を達成するための請求項１記載の発明は、複数の正
特性サーミスタ素子（１１）を一対の給電線（１３ａ，
１３ｂ）間に並列接続して形成された発熱構造物と、電
気絶縁性および柔軟性を有する樹脂材料を用いて形成さ
れており、上記発熱構造物を絶縁被覆する内被覆部材
（１５）と、複数本の金属細線を編み上げて構成されて
おり、上記内被覆部材の表面を被覆する金属編組カバー
（１６）とを含むことを特徴とするヒータ装置（１）で
ある。

【０００７】なお、括弧内の英数字は、後述の実施形態
における対応構成要素等を表す。以下、この項において
同じ。この発明によれば、正特性サーミスタ素子を発熱
体とする発熱構造物が金属編組カバーで被覆されてい
る。これにより、正特性サーミスタ素子からの発熱は、
内被覆部材を介して金属編組カバーに与えられ、この金
属編組カバーを伝導して、金属編組カバーほぼ全域から
放熱されるから、このヒータ装置の表面上の各部の温度
はほぼ同じになり、正特性サーミスタ素子に対向する部
分と互いに隣接する正特性サーミスタ素子の間に対向す
る部分との温度差をなくすことができる。ゆえに、この
ヒータ装置は、ほぼ一様な表面温度分布特性を有し、被
加熱部材（たとえば、水道管など）をほぼ均一に加熱す
ることができる。

【０００８】また、金属編組カバーが設けられているこ
とにより、外部からの損傷（傷付き）や折り曲げに対す
る強度が増す。ゆえに、このヒータ装置は、従来のヒー
タ装置よりもさらに優れた防水性および絶縁性を発揮す
ることができる。さらに、金属編組カバーは、漏電防止
のためのアースとしての役割も果たすことができ、水分
による漏電などを防止できる。さらにまた、金属編組カ
バーは、金属細線を用いて構成されたものであるから、
この金属編組カバーを設けたことにより、ヒータ装置の
柔軟性が損なわれることはなく、従来のヒータ装置と同
様に、このヒータ装置は、被加熱部材の形状に良好に沿
わせることができ、被加熱部材を効率よく加熱（加温）
することができる。

【０００９】また、発熱体として自己温度制御機能を有
する正特性サーミスタ素子が用いられているので、発熱
温度を制御するためにサーモスタットやサーミスタなど
を含む発熱温度制御回路が不要であり、ニクロム線を発
熱体として用いた従来のヒータ装置に比べてコストが安
価ですむ。そのうえ、正特性サーミスタ素子は、一定温
度以上には発熱しないので、正特性サーミスタ素子の異
常発熱によって被加熱部材が異常加熱されるといったお
それがない。

【００１０】なお、上記正特性サーミスタ素子は、強
度、耐久性の点から、セラミックス半導体で構成されて
いることが好ましい。また、請求項２に記載のように、
電気絶縁性および柔軟性を有する樹脂材料を用いて形成
された外被覆部材（１７）によって、上記金属編組カバ
ーの表面がさらに被覆されていてもよい。さらに、請求
項３に記載のように、上記金属編組カバーが、上記内被
覆部材の表面を５０〜９０％の被覆率で被覆しているこ
とが好ましい。金属編組カバーによる内被覆部材の表面
の被覆率が上記数値範囲内に設定されることにより、請
求項１に関連して述べた効果が良好に発揮できる。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下では、この発明の実施の形態
を、添付図面を参照して詳細に説明する。図１は、この
発明の一実施形態に係るヒータ装置の構成を一部切り欠
いて示す平面図であり、図２は、そのヒータ装置の断面
図である。ヒータ装置１は、正温度特性（ＰＴＣ(Posit
ive Temperature Coefficient)特性）を有する複数個の
正特性サーミスタ素子１１を備えている。

【００１２】正特性サーミスタ素子１１は、たとえばチ
タン酸バリウムを主成分とするほぼ直方体形状のセラミ
ックス半導体であり、室温からキュリー温度（抵抗急変
温度）までは低抵抗であるが、キュリー温度を越えると
急に抵抗値が増大する特性を有する感熱素子である。こ
の特性により、正特性サーミスタ素子１１は、キュリー
温度を下回る温度下において電圧が印加されると、最初
は低温であるために抵抗値が小さいので大電流が流れ、
正特性サーミスタ素子１１の温度が急激に上昇する。そ
して、正特性サーミスタ素子１１の温度がキュリー温度
を越えると、抵抗値が急に増大するために電流量が減少
し、その結果、正特性サーミスタ素子１１の発熱量は減
少する。そのため、正特性サーミスタ素子１１は、一定
温度以上に温度が上がることがなく、一定温度で安定し
て熱平衡状態を保つ。すなわち、正特性サーミスタ素子
１１は、自己温度制御機能を有している。したがって、
発熱量制御のための温度制御回路や過熱防止回路などを
別途設ける必要がない。

【００１３】なお、正特性サーミスタ素子１１のキュリ
ー温度は、たとえば、正特性サーミスタ素子１１の材料
組成や焼成条件（焼成温度、焼成時間など）を変更する
ことにより、適当な範囲内で任意に変更することが可能
である。正特性サーミスタ素子１１は、両端が金属端子
１２に保持され、これら両端の金属端子１２がそれぞれ
給電線１３ａ，１３ｂに固定されることにより、給電線
１３ａ，１３ｂ間に跨った状態に接続されている。正特
性サーミスタ素子１１の表面の金属端子１２が当接する
部分には、オーム性を有する電極１４が形成されてい
る。そして、金属端子１２と電極１４とは、たとえば、
導電性を有する接着剤を用いて接着されていて、これに
より、正特性サーミスタ素子１１と電極１４とのオーム
性接続が達成されている。

【００１４】また、複数個の正特性サーミスタ素子１１
は、一対の給電線１３ａ，１３ｂの間に一定の間隔（た
とえば、５０mm）を開けて並列に接続されており、複数
個の正特性サーミスタ素子１１および一対の給電線１３
ａ，１３ｂは、全体として、はしご状の構造物を形成し
ている。このはしご状の構造物は、電気絶縁性を有する
柔軟な合成樹脂（たとえば、軟質塩化ビニル系樹脂）か
らなる内被覆部材１５によって被覆されている。内被覆
部材１５は、正特性サーミスタ素子１１および給電線１
３ａ，１３ｂからなるはしご状の構造物を上下から挟み
込むように押出成形されて、このはしご状の構造物を絶
縁封止している。

【００１５】内被覆部材１５の表面は、複数本の金属細
線を編んで形成された金属編組カバー１６で被覆されて
いる。この実施形態において、金属編組カバー１６は、
直径０．１２mmの金属細線を７本束ねてなる集合線を２
４本用意し、この２４本の集合線を格子状に編み上げる
ことによって形成された筒状の部材であり、内被覆部材
１５の表面に約７０％の被覆率（内被覆部材１５の全表
面積に対する金属編組カバー１６で被覆されている部分
の面積の割合）で密着している。この金属編組カバー１
６で被覆されてなる内部構造物は、さらに、電気絶縁性
を有する柔軟な合成樹脂からなる外被覆部材１７によっ
て被覆されている。外被覆部材１７は、内部構造物を上
下から挟み込むように押出成形されて、その内部構造物
を絶縁封止しており、その厚みは、内被覆部材１５とほ
ぼ同じ厚みである０．８〜１．１mmに形成されている。

【００１６】以上の構成により、正特性サーミスタ素子
１１からの発熱は、内被覆部材１５を介して金属編組カ
バー１６に与えられ、この金属編組カバー１６を伝導し
て、金属編組カバー１６のほぼ全域から外被覆部材１７
に与えられる。よって、外被覆部材１７の表面におい
て、各部の温度はほぼ同じになり、正特性サーミスタ素
子１１に対向する部分と互いに隣接する正特性サーミス
タ素子１１の間に対向する部分との温度差をなくすこと
ができる。ゆえに、このヒータ装置１は、ほぼ一様な表
面温度分布特性を有し、被加熱部材（たとえば、水道管
など）をほぼ均一に加熱することができる。

【００１７】また、金属編組カバー１６および外被覆部
材１７が設けられていることにより、外部からの損傷
（傷付き）や折り曲げに対する強度が増す。ゆえに、こ
のヒータ装置１は、従来のヒータ装置よりもさらに優れ
た防水性および絶縁性を発揮することができる。さら
に、金属編組カバー１６は、漏電防止のためのアースと
しての役割も果たすことができるから、たとえ外被覆部
材１７に傷がつき、外被覆部材１７の内側に水分などが
浸入したとても、その浸入した水分による漏電などを生
じるおそれがない。

【００１８】さらにまた、金属編組カバー１６は、極細
の金属細線を用いて構成されたものであるから、この金
属編組カバー１６を設けたことにより、ヒータ装置１の
柔軟性が損なわれることはなく、従来のヒータ装置と同
様に、このヒータ装置１は、被加熱部材の形状に良好に
沿わせることができ、被加熱部材を効率よく加熱（加
温）することができる。また、発熱体として自己温度制
御機能を有する正特性サーミスタ素子１１が用いられて
いるので、発熱温度を制御するためにサーモスタットや
サーミスタなどを含む発熱温度制御回路が不要であり、
ニクロム線を発熱体として用いた従来のヒータ装置に比
べてコストが安価ですむ。そのうえ、正特性サーミスタ
素子１１は、一定温度以上には発熱しないので、正特性
サーミスタ素子１１の異常発熱によって被加熱部材が異
常加熱されるといったおそれがない。

【００１９】なお、この実施形態では、正特性サーミス
タ素子１１として、チタン酸バリウムを主成分とするセ
ラミックス半導体を用いるとしたが、樹脂中にカーボン
または金属粉末などを練り込んだ樹脂製のものが用いら
れてもよい。ただし、正特性サーミスタ素子１１として
は、強度、耐久性の点から、セラミックス半導体が好ま
しい。また、金属編組カバー１６を構成する集合線の本
数、１本の集合線を構成する金属細線の本数、金属細線
の直径、金属編組カバー１６による内被覆部材１５の表
面の被覆率など、上述の実施形態で挙げた具体的な数値
は単なる一例であり、良好な表面温度分布特性が得られ
るように、それぞれが適当な範囲内の数値に設定される
とよい。たとえば、金属編組カバー１６を構成する集合
線の本数は、１２〜２４本の範囲内で設定されるとよ
く、１本の集合線を構成する金属細線の本数は、５〜１
０本の範囲内で設定されるとよい。また、金属細線の直
径は、０．１〜０．１５mmの範囲内で設定されるとよ
い。さらに、金属編組カバー１６による内被覆部材１５
の表面の被覆率は、５０〜９０％の範囲内に設定される
とよい。

【００２０】＜表面温度の測定＞上述の実施形態に係る
ヒータ装置１（互いに隣接する正特性サーミスタ素子１
１の間隔５０mm、内被覆部材１５および外被覆部材１７
の厚み０．８〜１．１mm、金属編組カバー１６を構成す
る集合線の本数２４本、集合線を構成する金属細線の本
数７本、金属細線の直径０．１２mm、金属編組カバー１
６による内被覆部材１５の表面の被覆率７０％）の各部
の温度を測定した。その結果を下記表１に示す。

【００２１】

【表１】

【００２２】この表１に示された結果から、外被覆部材
１７の表面上の各部での温度差はほとんどなく、このヒ
ータ装置１は、優れた表面温度分布特性を有していると
言える。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施形態に係るヒータ装置の構成
を一部切り欠いて示す平面図である。

【図２】上記ヒータ装置の断面図である。

【符号の説明】

１ヒータ装置１１正特性サーミスタ素子１２金属端子１３ａ給電線１３ｂ給電線１４電極１５内被覆部材１６金属編組カバー１７外被覆部材

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者石森史高奈良県大和郡山市稗田町476 県営住宅13 −103 Ｆターム(参考） 3K092 PP20 QA06 QB24 QB33 QB54 QC02 QC16 RF14 SS17 VV03 VV22 VV40 5E034 AA08 AB01 AC02 DB03 DB05 DD01

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】複数の正特性サーミスタ素子を一対の給電
線間に並列接続して形成された発熱構造物と、電気絶縁性および柔軟性を有する樹脂材料を用いて形成
されており、上記発熱構造物を絶縁被覆する内被覆部材
と、複数本の金属細線を編み上げて構成されており、上記内
被覆部材の表面を被覆する金属編組カバーとを含むこと
を特徴とするヒータ装置。
【請求項２】電気絶縁性および柔軟性を有する樹脂材料
を用いて形成されており、上記金属編組カバーの表面を
さらに被覆する外被覆部材をさらに含むことを特徴とす
る請求項１記載のヒータ装置。
【請求項３】上記金属編組カバーが、上記内被覆部材の
表面を５０〜９０％の被覆率で被覆していることを特徴
とする請求項１または２記載のヒータ装置。