JP2010003464A - テープ状ヒータ及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】発熱エレメントとしてカーボンナノチューブ粉末などの導電性粉末を使用していることから、自己温度制御機能（ＰＴＣ特性）をもつため、熱電対や温度制御装置が不要となり、現場での製作が簡便となる。
【解決手段】テープ状ヒータは、発熱回路を形成するように折り曲げた耐熱電気絶縁糸からなる発熱エレメント５と、発熱エレメントを挟持した２枚の耐熱電気絶縁性シート１とよりなる。製造方法は、耐熱電気絶縁性シートの一方の面の所望の場所に複数のピン２を立てる工程と、ピンに発熱エレメントを係合して耐熱電気絶縁性シートの一方の面上に発熱エレメントを所望の発熱回路を形成するように配置する工程と、耐熱電気絶縁性シートの一方の面に発熱エレメントを介して耐熱電気絶縁性シートを接着する工程と、耐熱電気絶縁性シートからピンを除去する工程とよりなる。
【選択図】図１

Description

本発明はテープ状ヒータ及びその製造方法、特に半導体製造装置で使用する各種のプロセスガス配管を加熱するため、配管周囲に設けるテープ状ヒータ及びその製造方法に関するものである。

従来、特許文献１に記載のようにニクロム線を固定した帯状基材の両面を樹脂シートで被包したテープ状ヒータや、ステンレスやニッケル等の金属箔をエッチングし、発熱回路を作成した後、その発熱回路の両面にゴムプラスチック層を被着したテープ状ヒータがある。このようなテープ状ヒータを配管の外周に巻き付けて加熱し、一定の温度に維持するためには、上記テープ状ヒータの所定部位に熱電対を設け温度を検出し、その検出した温度が所定温度になるようにテープ状ヒータに流れる電流量を制御する温度制御装置が必要であり、現場での組み込み作業が煩雑になるという欠点があった。

また、金属箔を発熱体としたテープ状ヒータは、配管が細い場合、配管に十分密着せず、加熱効率が悪くなるとともに、巻き付け作業自体が難しくなるという問題があり、適用できなかった。

そのため、特許文献２に記載のもののように、導電性カーボン粉末とバインダ樹脂とからなる導電層を発熱体とし、この発熱体の片面または両面に熱可塑性または熱硬化性樹脂からなる電気絶縁層を接着したテープ状ヒータがあるが、このテープ状ヒータは、温度上昇に伴い抵抗値が上昇し電流量が減少するという自己制御機能を有するので、温度制御機器を無くすことができる。
特開２００４−３０３５８０号公報 特開２００２−７５６０２号公報

然しながら、上記従来のテープ状ヒータは、配管の外周に巻き付けて繰り返し何回か使用していくと、バインダ樹脂の劣化により、次第にテープ状ヒータの抵抗が上がり電流が減少して発熱量も少なくなり所定の温度まで上がらないという欠点があった。

また、上記バインダ樹脂を用いたテープ状ヒータは可撓性が悪く極細管には使用できなかった。

また、上記従来のテープ状ヒータは、上記導電性カーボン樹脂とバインダ樹脂の混合比を変えて、所望の電気抵抗を持たせる必要があるが、テープ状ヒータの各部において電気抵抗を変えたい場合、各場所毎に正確に上記の混合比を変えた導電層を作ることができず、配管に合ったテープ状ヒータを作ることができなかった。

本発明は上記の欠点を除くようにしたものである。

本発明のテープ状ヒータは、所望の発熱回路を形成する、導電性粉末を被覆した耐熱電気絶縁糸からなる発熱エレメントと、この発熱エレメントを挟持した２枚の耐熱電気絶縁性シートとよりなることを特徴とする。

また、本発明のテープ状ヒータは、熱接着性電気絶縁シートと、このシートに所望の発熱回路を形成するように縫い付けた、導電性粉末を被覆した絶縁糸からなる発熱エレメントと、上記シートの両面を挟持した２枚の耐熱電気絶縁性シートとよりなることを特徴とする。

また、本発明のテープ状ヒータにおいては、上記発熱エレメントが蛇行状に折り曲げられた一本の線であり、その両端に夫々電極が設けられていることを特徴とする。

また、本発明のテープ状ヒータにおいては、上記発熱エレメントが網状であり、この網状発熱エレメントの互いに対向する任意の部分に夫々電極が設けられていることを特徴とする。

また、本発明のテープ状ヒータの製造方法は、耐熱電気絶縁性シートの一方の面の所望の場所に複数のピンを立てる工程と、上記ピンに、導電性粉末を被覆した耐熱電気絶縁糸からなる発熱エレメントを係合して、上記耐熱電気絶縁性シートの上記一方の面上に上記発熱エレメントを所望の発熱回路を形成するように配置せしめる工程と、上記耐熱電気絶縁性シートの上記一方の面に 上記発熱エレメントを介して耐熱電気絶縁性シートを接着する工程と、上記耐熱電気絶縁性シートから上記ピンを除去せしめる工程とよりなることを特徴とする。

また、本発明のテープ状ヒータの製造方法は、耐熱電気絶縁糸を網状に編む工程と、この網状体に導電性粉末を被覆する工程と、導電性粉末が被覆された網状体の互いに対向する任意の部分に夫々電極を取り付ける工程と、上記網状体の両面に耐熱電気絶縁性シートを被着せしめる工程とより成ることを特徴とする。

また、上記導電性粉末はカーボンナノチューブ粉末である。

本発明のテープ状ヒータ及びその製造方法においては、発熱エレメントとしてカーボンナノチューブ粉末などの導電性粉末を使用していることから自己温度制御機能（ＰＴＣ特性）をもつため、熱電対や温度制御装置が不要となり、現場での製作が簡便となるという大きな利益がある。

また、従来のもののように導電性粉末をバインダ樹脂に混錬したものではないので、何度使用しても抵抗値が上がるということがない。

また、発熱エレメントとして細い糸を使用しているので、配管が極細管であっても、隙間を生じることなく密巻きできるため熱効率が良い。

また、発熱エレメントが糸であるため、金属箔をエッチングしてなる発熱体と異なり、配管形状に合わせ、発熱回路を自由に設計でき、極めてフレキシブル性があり、配管への密着性が良いため、熱効率が良く、また、取付作業が簡便である。

また、発熱エレメントが糸であるため、配線の粗密を容易に定めることができ、テープ状ヒータの各部において電気抵抗を変えたい場合であっても、容易に各場所毎に正確に抵抗値を設定することができる。

また、発熱体エレメントを網目状に構成したものでは、任意の形状のシート状発熱体を形成でき、また、網目構造になっているため発熱体エレメントが一部断線しても、そのまま継続して使用できる。

さらに両面に貼りあわせる電気絶縁性ゴムプラスチックシートは網目の隙間で直接融合するため、発熱体エレメントが電気絶縁性プラスチックシートに強固に埋め込まれるため、強固な一体化ができ、それ故、フレキシブリティに優れている。

以下図面によって本発明の実施例を説明する。

本発明の第１の実施例においては、図１に示すように、ゴムプラスチックシートなどの可撓性の耐熱電気絶縁性シート１の一方の面に複数のピン２を、例えば上記耐熱電気絶縁性シート１上に突き刺すなどして立て、上記ピン２に、例えば直径数百ミクロン（μｍ）の１本のシリカヤーンなどの耐熱電気絶縁糸３にカーボンナノチューブ粉末などの導電性粉末４をｈ被覆せしめた図２に示す発熱エレメント５を係合し、上記耐熱電気絶縁性シート１の上記一方の面上に上記発熱エレメント５によって所望の、例えば蛇行状の発熱回路を形成せしめ、図３及び図４に示すように上記耐熱電気絶縁性シート１の上記一方の面に上記発熱エレメント５を介してゴムプラスチックシートなどの可撓性の耐熱電気絶縁性シート６を重ね合わせ熱圧着し、上記ピン２を除去してテープ状ヒータ７を形成せしめる。なお、８は上記耐熱電気絶縁性シート１，６から外方に突出した発熱エレメント５のリード部である。

本発明の第１の実施例は上記のような構成であるから、図５及び図６に示すように、上記テープ状ヒータ７を配管９に巻きつければ、上記配管９内を加熱できるようになる。

本発明の第１の実施例のテープ状ヒータにおいては、発熱エレメントとしてカーボンナノチューブ粉末などの導電性粉末を使用していることから、高熱となって発熱エレメント５が伸長すれば導電性粉末間の間隔が広がって電気抵抗が増加し、これを流れる電流値が減少し、発熱量が低下するという自己制御機能をもつため、熱電対や温度制御装置が不要となり、現場での製作が簡便となるという大きな利益がある。

また、従来のもののように導電性粉末をバインダ樹脂に混錬したものではないので、何度使用してもバインダ樹脂の劣化による抵抗値の上昇は起らない。

また、発熱エレメントとして細い糸を使用して配線しているので、発熱エレメント間の間隔を狭くでき、フレキシブル特性がすぐれ配管が極細管であっても、隙間を生じることなく密巻きできるため熱効率が良い。

また、発熱エレメントが糸であるため、金属箔をエッチングしてなる発熱体と異なり、配管形状に合わせ、発熱回路を自由に設計でき、極めてフレキシブル性が大きく、配管への密着性が良いため、熱効率が良く、また、取付作業が簡便である。

また、発熱エレメントが糸であるため、配線の粗密を容易に定めることができ、テープ状ヒータの各部において電気抵抗を変えたい場合であっても、容易に各場所毎に正確に抵抗値を設定することができる。

また、本願発明のテープ状ヒータは配管ヒータだけでなく、加熱効率の良い面状発熱体としても優れている。

なお、上記絶縁性シート１，６に熱圧着性がない場合には、上記絶縁シート１，６の圧着せしめる部分に熱接着性樹脂層を形成せしめて、圧着せしめてもよい。

本発明の第２の実施例においては、図７に示すように、ガラスクロス又はガラスメッシュ等の可撓性耐熱電気絶縁性補強材１０上に、直径数百ミクロン（μｍ）の１本のシリカヤーンなどの耐熱電気絶縁性の糸３にカーボンナノチューブ粉末などの導電性粉末４を被覆せしめた発熱エレメント５を所望の発熱回路を形成するように配置せしめ、上記可撓性耐熱電気絶縁性補強材１０に細い耐熱性繊維、金属糸または耐熱性糸などの固定具１１により縫い付け固定せしめ、上記可撓性耐熱電気絶縁性補強材１０の両面にゴムプラスチックシートなどの耐熱電気絶縁性シート１と６を熱圧着し、テープ状ヒータを形成せしめる。なお、図８に示すように上記発熱エレメント５を熱接着性シート１２に直接縫いつけ固定し、このシート１２の両面に耐熱絶縁性シート１と６を熱圧着せしめても良い。

本発明の第２の実施例においても、第１の実施例と同様の効果を奏することができる。

本発明の第３の実施例においては、図９に示すように耐熱電気絶縁糸を網状（または格子状）に編む、この網状体１３に導電性粉末を被覆し、このように導電性粉末が被覆された網状体１３の互いに対向する任意の部分に夫々電極１４を取り付け、このようにした網状体１３の両面に耐熱電気絶縁性シート（図示せず）を被着せしめる。

この第３の実施例においても上記実施例と同様の効果を奏することができる。

発熱体エレメントが網目状に構成されているため、これをカットして任意の形状のシート状発熱体を形成でき、また、網目構造になっているため発熱体エレメントが一部断線しても、そのまま継続して使用できる。

さらに両面に貼りあわせる電気絶縁性ゴムプラスチックシートは網目の隙間で直接融合するため、発熱体エレメントが電気絶縁性プラスチックシートに強固に埋め込まれ、強固な一体化ができ、それ故、フレキシブリティに優れている。

なお、上記電極１４は、（１）シリカファイバに導電性材料（カーボンナノチューブ）をコーティングしたものを帯状に編み込んで、電極とする場合と、（２）電極を形成する部分を帯状に編み込んだ後で導電性材料（カーボンナノチューブ）をコーティングし導電性とする場合と、（３）電極を金属（銅、アルミ、ＳＵＳ）で構成する場合がある。

また、網状体１３は例えば９ｍｍ間隔の格子状としても良い。このようにした格子状発熱体エレメントに絶縁ゴムプラスチックシートを熱圧着する場合には、格子状発熱体エレメントに絶縁ゴムプラスチックシート用接着剤を塗布してもしなくともよく、加硫剤入り絶縁ゴムプラスチックを熱圧着することで上下シートを一体化できる。

このようにしたシート状発熱体は、配管ヒータとしてだけではなく、暖房着や床暖房用マット、融雪用マット等幅広い用途が期待される。

得られる最高温度はカーボンナノチューブコーティングの厚さ並びに組成を調整することで４０℃〜２００℃まで調整可能である。

本発明の第１の実施例のテープ状ヒータの説明用平面図である。 本発明において用いる発熱エレメントの縦断側面図である。 本発明の第１の実施例のテープ状ヒータの説明用縦断正面図である。 本発明の第１の実施例のテープ状ヒータの説明用縦断側面図である。 本発明の第１の実施例のテープ状ヒータの使用状態を説明する正面図である。 本発明の第１の実施例のテープ状ヒータの使用状態を説明する縦断側面図である。 本発明の第２の実施例のテープ状ヒータの発熱エレメントの説明用平面図である。 本発明の第２の実施例のテープ状ヒータの平面図である。 本発明の第３の実施例における網状体と電極の説明図である。

符号の説明

１ 耐熱電気絶縁性シート
２ ピン
３ 絶縁糸
４ 導電性粉末
５ 発熱エレメント
６ 耐熱電気絶縁性シート
７ テープ状ヒータ
８ リード部
９ 配管
１０ 補強材
１１ 固定具
１２ 熱接着性シート
１３ 網状体
１４ 電極

Claims (8)

1. 所望の発熱回路を形成する、導電性粉末を被覆した耐熱電気絶縁糸からなる発熱エレメントと、この発熱エレメントを挟持した２枚の耐熱電気絶縁性シートとよりなることを特徴とするテープ状ヒータ。
2. 熱接着性電気絶縁シートと、このシートに所望の発熱回路を形成するように縫い付けた、導電性粉末を被覆した絶縁糸からなる発熱エレメントと、上記シートの両面を挟持した２枚の耐熱電気絶縁性シートとよりなることを特徴とするテープ状ヒータ。
3. 上記発熱エレメントが蛇行状に折り曲げられた一本の線であり、その両端に夫々電極が設けられていることを特徴とする請求項１または２記載のテープ状ヒータ。
4. 上記発熱エレメントが網状であり、この網状発熱エレメントの互いに対向する任意の部分に夫々電極が設けられていることを特徴とする請求項１または２記載のテープ状ヒータ。
5. 上記導電性粉末がカーボンナノチューブ粉末であることを特徴とする請求項１，２，３または４記載のテープ状ヒータ。
6. 耐熱電気絶縁性シートの一方の面の所望の場所に複数のピンを立てる工程と、
   上記ピンに、導電性粉末を被覆した耐熱電気絶縁糸からなる発熱エレメントを係合して、上記耐熱電気絶縁性シートの上記一方の面上に上記発熱エレメントを所望の発熱回路を形成するように配置せしめる工程と、
   上記耐熱電気絶縁性シートの上記一方の面に 上記発熱エレメントを介して耐熱電気絶縁性シートを接着する工程と、
   上記耐熱電気絶縁性シートから上記ピンを除去せしめる工程と
   よりなることを特徴とするテープ状ヒータの製造方法。
7. 耐熱電気絶縁糸を網状に編む工程と、
   この網状体に導電性粉末を被覆する工程と、
   導電性粉末が被覆された網状体の互いに対向する任意の部分に夫々電極を取り付ける工程と、
   上記網状体の両面に耐熱電気絶縁性シートを被着せしめる工程と
   より成ることを特徴とするテープ状ヒータの製造方法。
8. 上記導電性粉末がカーボンナノチューブ粉末であることを特徴とする請求項６または７記載のテープ状ヒータの製造方法。

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