JP2011165542A - 面状ヒータの製造方法及び面状ヒータ - Google Patents

Abstract

【課題】 円筒形の配管の内部を流通する流体を、配管の外周側から加熱するための電気エネルギーを利用する面状ヒータの製造方法及び面状ヒータであって、多品種少量生産する場合（内径が互いに異なる面状ヒータを少量生産する場合）であっても、効率よく容易に製造することが可能な面状ヒータの製造方法及び面状ヒータを提供する。
【解決手段】 熱収縮性樹脂チューブを、所定の外径の円柱外周面を有する金型の外周表面に配置し、加熱して該熱収縮性樹脂チューブを収縮させ、円筒形に成形した後、熱収縮済の該熱収縮性樹脂チューブの外周表面に発熱素子及び可撓性を有する絶縁樹脂シートを重ね合せて配置し、熱収縮済の該熱収縮性樹脂チューブ、該発熱素子、及び該絶縁樹脂シートを加熱して円筒形に一体成形し、さらにスリットを入れる面状ヒータとする。
【選択図】 図４

Description

本発明は、主に円筒形の細管内を流通する流体を加熱するための電気エネルギーを利用する面状ヒータの製造方法及び面状ヒータに関するものである。更に詳細には、外径等が互いに異なる多種類の細管に対して、その内側を流通する流体を加熱するための面状ヒータを多品種少量生産する際に、効率よく容易にこれらの面状ヒータを製造することが可能な製造方法及び面状ヒータに関するものである。

従来から、各種の配管等の外側表面に取付けて、配管内を流通する流体を加熱するための面状ヒータが広く利用されている。このようなヒータの形態としては、例えば、特開平１１−７４０６６号公報、特開２００４−１５８２７１号公報に示すように、配管の外周に螺旋状に巻き付けるテープ状のヒータ、特表２０００−５０５５８２号公報、特開２００２−２９５７８３号公報、特開２００２−３５２９４１号公報に示すように、発熱素子と断熱材が一体となったジャケットヒータ等が開発されている。

また、前記のような面状ヒータに使用される発熱素子としては、グラフトカーボン、カーボン粉末、金属粉末、あるいは金属酸化物粉末等を含む合成樹脂（導電性樹脂）を用いて、ガラスクロスに含浸させたもの、前記のような導電性樹脂をポリエステル、ポリイミド、マイカ等の絶縁基材シートに塗布または印刷により保持させたもの、金属箔をエッチングして回路としたもの、あるいは金属抵抗線を絶縁基板シートに張り巡らして回路としたもの等が挙げられる。

特開平１１−７４０６６号公報 特表２０００−５０５５８２号公報 特開２００２−２９５７８３号公報 特開２００２−３５２９４１号公報 特開２００４−１５８２７１号公報

しかしながら、テープ状のヒータは、加熱対象の配管等に巻き付けて設置するので温度分布が不均一になりやすいという不都合や、その外周側に形状が合った断熱材を用意する必要があり、断熱材と一体化されていないので断熱性の点で問題が発生する場合があった。ジャケットヒータは、発熱素子と断熱材が一体となっているので温度分布の均一性、断熱性が優れているが、配管等の外周表面に取付ける場合は、例えば特許文献２に示されるように、発熱素子と断熱材が一体となった円筒形のヒータを製造する際に手間がかかるという不都合があった。また、断熱材の原料を押出し機により押出して、円筒形の発熱素子の外周側に断熱材を成形させることもできるが、多品種少量生産には適さなかった。

従って、本発明が解決しようとする課題は、円筒形の配管、特に細管の内部を流通する流体を、配管の外周側から加熱するための電気エネルギーを利用する面状ヒータの製造方法及び面状ヒータであって、多品種少量生産する場合（内径が互いに異なる面状ヒータを少量生産する場合）であっても、効率よく容易に製造することが可能な面状ヒータの製造方法及び面状ヒータを提供することである。

本発明者らは、これらの課題を解決すべく鋭意検討した結果、所定の外径の円柱外周面を有する金型（円筒状のもの、あるいは長手方向にスリットを有する円筒状のもの等）を予め用意し、熱収縮性樹脂チューブをこれらの金型の外周表面に配置（セット）して加熱することにより熱収縮性樹脂チューブが収縮して、所定の径の可撓性円筒形樹脂が容易に得られることを見出した。さらにその外周表面に発熱素子、絶縁用樹脂シートを重ね合せて配置し、加熱して可撓性を有する円筒形の面状ヒータとした後、長手方向にカッター等によりスリット入れることにより、長手方向にスリットを有する面状ヒータが容易に得られることを見出し、本発明の面状ヒータの製造方法及び面状ヒータに到達した。

すなわち本発明は、熱収縮性樹脂チューブを、所定の外径の円柱外周面を有する金型の外周表面に配置し、加熱して該熱収縮性樹脂チューブを収縮させ、円筒形に成形した後、熱収縮済の該熱収縮性樹脂チューブの外周表面に発熱素子及び可撓性を有する絶縁樹脂シートを重ね合せて配置し、熱収縮済の該熱収縮性樹脂チューブ、該発熱素子、及び該絶縁樹脂シートを加熱して円筒形に一体成形し、さらにスリットを入れることを特徴とする面状ヒータの製造方法である。

また、本発明は、熱収縮性樹脂チューブを、所定の外径の円柱外周面を有する金型の外周表面に配置し、加熱して該熱収縮性樹脂チューブを収縮させ、円筒形に成形した後、熱収縮済の該熱収縮性樹脂チューブの外周表面に発熱素子及び可撓性を有する絶縁樹脂シートを重ね合せて配置し、熱収縮済の該熱収縮性樹脂チューブ、該発熱素子、及び該絶縁樹脂シートを加熱して円筒形に一体成形し、さらにスリットを入れてなることを特徴とする面状ヒータである。

本発明の面状ヒータの製造方法により、特に複雑な装置、高価な装置等を必要とすることなく、多種類の面状ヒータ（内径が互いに異なる面状ヒータ）を容易に安価で製造することができる。また、本発明の面状ヒータの製造方法により製造される面状ヒータは、長手方向に沿ってスリットを有する円筒形のヒータであり可撓性を有するので、スリットを手で押し広げて配管に取付け、次に手を離すことにより、容易に目的の配管に密着性よく装着させることができる。

本発明の面状ヒータの製造方法及び面状ヒータは、円筒形の配管内を流通する流体を加熱するための電気エネルギーを利用した面状ヒータの製造方法及び面状ヒータに適用されるが、特に細管（直径が２〜１０ｍｍ程度）を加熱するための面状ヒータの製造方法及び面状ヒータに好適に適用される。
以下、本発明の面状ヒータの製造方法及び面状ヒータを、図１〜図５に基づいて説明するが、本発明がこれにより限定されるものではない。

尚、図１は、熱収縮性樹脂チューブを、所定の外径の円柱外周面を有し、スリット部をカットするための溝を具備した金型の外周表面に配置する際の一例を示す垂直断面図である。図２は、発熱素子を絶縁樹脂シートに配置する際の一例を示す斜視図である。図３は、熱収縮済の樹脂チューブの外周表面に、発熱素子及び絶縁樹脂シートを重ね合せて配置する際の一例を示す垂直断面図である。図４は、熱収縮済の熱収縮性樹脂チューブ、発熱素子、及び絶縁樹脂シートからなる円筒形の成形体の長手方向にスリットを入れた一例を示す垂直断面図である。図５は、本発明の製造方法により製造された面状ヒータの一例を示す斜視図（断面切断図）である。

本発明の面状ヒータの製造方法は、図１に示すように、熱収縮性樹脂チューブ１を、所定の外径の円柱外周面を有する金型２の外周表面に配置し、加熱して該熱収縮性樹脂チューブ１を収縮させ、円筒形に成形した後、図３に示すように、熱収縮済の該熱収縮性樹脂チューブ１’の外周表面に発熱素子４及び可撓性を有する絶縁樹脂シート５を重ね合せて配置し、熱収縮済の該熱収縮性樹脂チューブ１’、該発熱素子４、及び該絶縁樹脂シート５を加熱して円筒形に一体成形し、さらに図４に示すように、スリット６を入れる方法である。

本発明において使用される熱収縮性樹脂チューブの材質としては、例えば、シリコーン樹脂、テフロン（登録商標）樹脂、ポリオレフィン樹脂、ポリエステル樹脂、塩化ビニル樹脂等を挙げることができるが、適度な可撓性、柔軟性があり、優れた加工性を有することから、シリコーン樹脂を使用することが好ましい。熱収縮性樹脂チューブの収縮前の径は完成される面状ヒータの径より大きいものが用いられるが、その大きさは使用される熱収縮性樹脂チューブの収縮率により決められる。

熱収縮性樹脂チューブは、所定の外径の円柱外周面を有する金型の外周表面に配置された後、通常は金型を９０〜２００℃に昇温して加熱されることによって収縮し、金型の円柱外周面に密着する。従って、内径が金型の外径とほぼ同一の可撓性の円筒形樹脂が容易に得られる。尚、収縮後の熱収縮性樹脂チューブの厚みは、通常は０．２〜４ｍｍ、好ましくは０．３〜３ｍｍである。厚みが０．２ｍｍ未満の場合は電気絶縁性が悪化し、厚みが４ｍｍを超える場合は配管への熱伝導性が悪化する虞が生じる。

次に、熱収縮性樹脂チューブ１を収縮させて得られた可撓性の円筒形樹脂（樹脂チューブ１’）の外周表面に、発熱素子４及び可撓性を有する絶縁樹脂シート５が配置される。その際、発熱素子を配置した後、その外側に絶縁樹脂シートを配置してもよいが、この方法を行なうと円筒形樹脂との間に空間が生じやすくなるので、図２に示すように、予め絶縁樹脂シート５に凹部を設けて発熱素子４を配置するか、または発熱素子を絶縁樹脂シートの内部（表面近辺の内部）に埋め込んで、なるべく表面に凹凸が生じないようにすることが好ましい。いずれの方法においても、発熱素子配置後の絶縁樹脂シートの表面は凹凸がない状態にすることがより好ましい。

尚、本発明において使用される発熱素子としては、図２に示すような金属抵抗線のほか、金属箔をエッチングして回路としたもの、グラフトカーボン、カーボン粉末、金属粉末、あるいは金属酸化物粉末等を含む合成樹脂（導電性樹脂）を可撓性の基材に、含浸、塗布、または印刷により保持させたもの等を挙げることができる。これらの発熱素子は、通常は所定の厚みで可撓性を有するものである。また、絶縁樹脂シートとしては、所定の厚みで電気絶縁性、断熱性、及び可撓性があれば特に制限されることがなく、例えば、シリコーン樹脂、テフロン（登録商標）樹脂、ポリオレフィン樹脂、ポリエステル樹脂、塩化ビニル樹脂を挙げることができるが、これらの中ではシリコーン樹脂が好ましい。また、絶縁樹脂シートの厚みは、通常は０．５〜１０ｍｍ、好ましくは１〜５ｍｍである。厚みが０．５ｍｍ未満の場合は電気絶縁性及び断熱性が悪化し、厚みが１０ｍｍを超える場合は可撓性が悪化する虞が生じる。

本発明の面状ヒータの製造方法においては、図３に示すように、熱収縮済の樹脂チューブ１’の外周表面に発熱素子４及び絶縁樹脂シート５が配置された後、これらが加熱されて円筒形に一体成形される。一体成形の際は、通常はこれらを９０〜２００℃に加熱する。続いて、前記の成形体の長手方向にカッター等によりスリットが入れられる。スリットの形成方法には制限されることがないが、図４に示すように、スリット部をカットするための溝３を備えた金型を使用すると容易にスリットを形成させることができる。尚、円筒の断面において、中心点とスリットの端部を結ぶ線からなる角度（図４の角α）は、通常は９０度以内、好ましくは４５度以内、さらに好ましくは３０度以内とされる。

本発明の面状ヒータは、前述の製造方法により製造した面状ヒータであり、熱収縮性樹脂チューブを、所定の外径の円柱外周面を有する金型の外周表面に配置し、加熱して該熱収縮性樹脂チューブを収縮させ、円筒形に成形した後、熱収縮済の該熱収縮性樹脂チューブの外周表面に発熱素子及び可撓性を有する絶縁樹脂シートを重ね合せて配置し、熱収縮済の該熱収縮性樹脂チューブ、該発熱素子、及び該絶縁樹脂シートを加熱して円筒形に一体成形し、さらにスリットを入れてなる面状ヒータである。すなわち、図５に示すように、中央部に加熱対象の配管を抱えるためのスペースを有し、その外側に熱収縮性樹脂チューブ１を収縮させて得られた可撓性の円筒形樹脂（熱収縮済の熱収縮性樹脂チューブ１’）、さらにその外側に発熱素子４及び絶縁樹脂シート５を備え、さらに長手方向にスリット６を備えた面状ヒータである。

本発明の面状ヒータは、長手方向に沿ってスリットを有する円筒形のヒータであり可撓性を有するものである。これを加熱対象の配管に配置する際は、スリットを手で押し広げることにより角α（図４）が広がり、容易に配管に取付けることができる。次に手を離すことにより、角αが元の状態に狭まり、容易に目的の配管に密着させることができる。そのため、効率よく配管の内部を流通する流体を加熱することができる。

次に、本発明を実施例により具体的に説明するが、本発明がこれらにより限定されるものではない。

［実施例１］
（面状ヒータの製作）
熱収縮性樹脂チューブとしてシリコーン樹脂チューブ（内径１５ｍｍ、長さ５００ｍｍ、厚さ１ｍｍ）を用い、図１に示すように、内径８ｍｍ、長さ６００ｍｍで長手方向に２本の溝を有する金型（各々の溝の幅１ｍｍ、角α１５度）の外周表面にこのシリコーン樹脂チューブを配置した後、１８０℃、５分の条件で加熱してこのシリコーン樹脂チューブを収縮させた。

一方、電源を供給するためのリード線８と金属抵抗線（発熱素子４）を圧着接続端子７にて接続し、可撓性を有する絶縁樹脂シートとしてシリコーン樹脂シート（縦２５ｍｍ、横５００ｍｍ、厚さ１ｍｍ）を用いて、図２に示すような配置で、金属抵抗線をシリコーン樹脂シートの内部に、金属抵抗線が若干見えるような深さで埋め込んで一体とした。

次に、収縮済のシリコーン樹脂チューブの外周表面に、前記の金属抵抗線及びシリコーン樹脂シートを図３に示すように巻きつけ、さらにその外側表面に離形フィルムとしてポリエステルフィルムを巻きつけて固定した。これらを熱風乾燥機に入れて２００℃、３０分の条件で加熱して一体成形した。その後さらに、１８０℃、２時間の条件でアフターキュアし、金型の溝に沿ってスリット部をカットして、スリット入りの円筒形の面状ヒータ（内径８ｍｍ、長さ５００ｍｍ、厚さ２．６ｍｍ、角α１５度）を得た。

（面状ヒータの評価）
前述のように製作した面状ヒータは、優れた可撓性を有し、スリットを手で押し広げることにより容易に外形８ｍｍの配管に取付けられ、次に手を離すことにより容易にこの配管に密着して装着させることができた。また、通電した結果、発熱特性も良好であることが確認できた。

［実施例２］
（面状ヒータの製作）
熱収縮性樹脂チューブとしてポリオレフィン系樹脂チューブ（内径１５ｍｍ、長さ５００ｍｍ、厚さ０．４ｍｍ）を用い、図１に示すように、実施例１と同様の金型の外周表面にこのポリオレフィン系樹脂チューブを配置した後、１２０℃、３分の条件で加熱してこのポリオレフィン系樹脂チューブを収縮させた。

一方、電源を供給するためのリード線８と金属抵抗線（発熱素子４）を圧着接続端子７にて接続し、可撓性を有する絶縁樹脂シートとしてポリオレフィン系樹脂シート（縦２５ｍｍ、横５００ｍｍ、厚さ１ｍｍ）を用いて、図２に示すような配置で、金属抵抗線をポリオレフィン系樹脂シートの内部に、金属抵抗線が若干見えるような深さで埋め込んで一体とした。

次に、収縮済のポリオレフィン系樹脂チューブの外周表面に、前記の金属抵抗線及びポリオレフィン系樹脂シートを図３に示すように巻きつけ、さらにその外側表面に離形フィルムとしてポリエステルフィルムを巻きつけて固定した。これらを熱風乾燥機に入れて１８０℃、３０分の条件で加熱して一体成形した。その後、金型の溝に沿ってスリット部をカットして、スリット入りの円筒形の面状ヒータ（内径８ｍｍ、長さ５００ｍｍ、厚さ１．８ｍｍ、角α１５度）を得た。

（面状ヒータの評価）
前述のように製作した面状ヒータは、優れた可撓性を有し、スリットを手で押し広げることにより容易に外形８ｍｍの配管に取付けられ、次に手を離すことにより容易にこの配管に密着して装着させることができた。また、通電した結果、発熱特性も良好であることが確認できた。

以上の実施例のように、本発明の面状ヒータの製造方法により、特に複雑な装置、高価な装置等を必要とすることなく、多種類の面状ヒータを容易に安価で製造できることがわかった。また、本発明の面状ヒータの製造方法により製造された面状ヒータは、長手方向に沿ってスリットを有する円筒形のヒータであり可撓性を有するので、スリットを手で押し広げて配管に取付け、次に手を離すことにより、容易に目的の配管に密着性よく装着させることができることが確認できた。

熱収縮性樹脂チューブを、所定の外径の円柱外周面を有し、スリット部をカットするための溝を具備した金型の外周表面に配置する際の一例を示す垂直断面図 発熱素子を絶縁樹脂シートに配置する際の一例を示す斜視図 熱収縮済の熱収縮性樹脂チューブの外周表面に、発熱素子及び絶縁樹脂シートを重ね合せて配置する際の一例を示す垂直断面図 熱収縮済の熱収縮性樹脂チューブ、発熱素子、及び絶縁樹脂シートからなる円筒形の成形体の長手方向にスリットを入れた一例を示す垂直断面図 本発明の製造方法により製造された面状ヒータの一例を示す斜視図（断面切断図）

１ 熱収縮性樹脂チューブ
１’熱収縮済の熱収縮性樹脂チューブ
２ 金型
３ 溝
４ 発熱素子
５ 絶縁樹脂シート
６ スリット
７ 圧着接続端子
８ リード線

Claims (7)

1. 熱収縮性樹脂チューブを、所定の外径の円柱外周面を有する金型の外周表面に配置し、加熱して該熱収縮性樹脂チューブを収縮させ、円筒形に成形した後、熱収縮済の該熱収縮性樹脂チューブの外周表面に発熱素子及び可撓性を有する絶縁樹脂シートを重ね合せて配置し、熱収縮済の該熱収縮性樹脂チューブ、該発熱素子、及び該絶縁樹脂シートを加熱して円筒形に一体成形し、さらにスリットを入れることを特徴とする面状ヒータの製造方法。
2. 発熱素子及び絶縁樹脂シートを、熱収縮済の熱収縮性樹脂チューブの外周表面に配置する前に、予め該発熱素子を該絶縁樹脂シートの凹部に埋め込んで一体化する請求項１に記載の面状ヒータの製造方法。
3. 熱収縮性樹脂チューブを、所定の外径の円柱外周面を有する金型の外周表面に配置し、加熱して該熱収縮性樹脂チューブを収縮させ、円筒形に成形した後、熱収縮済の該熱収縮性樹脂チューブの外周表面に発熱素子及び可撓性を有する絶縁樹脂シートを重ね合せて配置し、熱収縮済の該熱収縮性樹脂チューブ、該発熱素子、及び該絶縁樹脂シートを加熱して円筒形に一体成形し、さらにスリットを入れてなることを特徴とする面状ヒータ。
4. 熱収縮性樹脂チューブが、シリコーン樹脂、テフロン（登録商標）樹脂、ポリオレフィン樹脂、ポリエステル樹脂、または塩化ビニル樹脂である請求項３に記載の面状ヒータ。
5. 絶縁樹脂シートが、シリコーン樹脂、テフロン（登録商標）樹脂、ポリオレフィン樹脂、ポリエステル樹脂、または塩化ビニル樹脂である請求項３に記載の面状ヒータ。
6. 発熱素子が、金属箔抵抗体または金属線抵抗体である請求項３に記載の面状ヒータ。
7. 発熱素子が、グラフトカーボン、カーボン粉末、金属粉末、金属酸化物粉末から選ばれる少なくとも１種を耐熱性樹脂に混練させた抵抗体である請求項３に記載の面状ヒータ。

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