JP2019046772A

JP2019046772A - プレートヒータ

Info

Publication number: JP2019046772A
Application number: JP2017183016A
Authority: JP
Inventors: 清美利加藤; Kimitoshi Kato
Original assignee: INTER WIRED KK
Current assignee: INTER WIRED KK
Priority date: 2017-09-06
Filing date: 2017-09-06
Publication date: 2019-03-22

Abstract

【課題】被覆部を塩ビで形成したヒータ線でありながら、ヒータ線の配列ピッチを小さくし、それに伴い配列本数を増加させて、発熱量を増加させ、より高い昇温を可能にし、各機器の多様化、グレードアップに対応可能となる外径１．５ｍｍのヒータ線の利点を確保しながら、更に絶縁性を確実にしたヒータ線を使用し、製品品質を向上させたプレートヒータを提供する。【解決手段】所定の大きさのアルミ箔に、ヒータ線２を所定の仕様に基づき、蛇行状に取り回して配設固着し、ヒータ線の両端末部を接続部を介して、リード線と接続するようにした構成であって、ヒータ線に於いて、芯線９の径を０．４５ｍｍ〜０．５ｍｍとし、芯線に抵抗線８を巻回し、その外周を絶縁材である塩ビでもって包被した被覆部１０、１０ａとし、被覆部の外周表面に溶融代１０ｂを設け、その外径を１．７ｍｍ〜２．１ｍｍとし、標準的には１．９ｍｍとする。【選択図】図３

Description

本発明は、バイオ試験機器や印刷機器更には医療用機器に於ける霜取り、加温、保温そして凍結防止や結露防止を図るために使用され、更には飲み物等の保温器例えばコーヒー等の自動販売機や冷蔵庫の霜取り等多種多様に使用される面状発熱体即ちプレートヒータに関するものである。

プレートヒータは、所定の大きさのアルミ箔に、ヒータ線を所定の仕様に基づき蛇行状に取り回し配設固着し、該ヒータ線の両端末部を接続部を介して、リード線と接続するようにし、更に前記アルミ箔とは反対側に、他のアルミ箔をサンドイッチ状に配設挟持させたものであり、これを相手機器の所定部位へ、接着剤或いは粘着剤でもって、取り付け固定するようにしたものであり、通常平面視方形を呈している。

こうした構造を持つプレートヒータは、既に述べた通り、使用される相手機器は、多種多様であり、それに対応して、大きさ（平面視）は勿論、必要とされる発熱量等仕様も当然異なってくる。

特に発熱量は、プレートヒータにとって、最も重要な要素であって、仕様に基づく発熱量を確実に確保できるか否かが製品品質を左右する大きなポイントとなっている。

一般的に、発熱量は、全範囲一定でなく、ある部分は高い温度が必要であり、他の部分は若干低い温度で良く、更に他の部分では、もう少し低い温度というように、相手機器の部位が必要とする温度に設定出来るように発熱量を部分的に変化させることも必要となる。

引き続き、図４を参照しながら説明することにする。図４は、あるプレートヒータ（図１に示すプレートヒータに対応）の仕様に基づく温度ゾーンを示したもので、Ｘ、Ｙ、Ｚの３ゾーンとなっている。それぞれ設定された温度ゾーンをクリアするためには、どのタイプのヒータ線を使用するか、ピッチはどうするか、どのような取り回しとするか等綿密な検討が必要となる。然し、現状のヒータ線は、ヒータ線メーカーに於ける対温度性保証値は、塩ビ被覆の場合、１０ワット／ｍとなっていて、外径も２．４ｍｍということもあり、選択肢も少なく、対応に苦慮しているのが現状である。

本出願人は、こうした現状を打開するために、ヒータ線の外径を小さくし、ヒータ線配列ピッチの自由度を広げることを発想し、試作し、テストを行い、標準的な外径が１．５ｍｍのヒータ線の開発に成功し、特許出願を行った、（特願２０１６−１８４８１０）

ここで、図６を参照しながら、ヒータ線の配列ピッチと発熱量の基本的な関係について、説明することにする。プレートヒータＰｈは、縦の長さＭｍｍ、横の長さＬｍｍの方形を呈していて、横方向の長さは、Ｐ_０で９等分され、それに対応するように、ヒータ線Ｃｈが上下方向に蛇行状に取り回し配設され、その両端は、接続部Ｓ，Ｓに於いてリード線と接続されている。この時、ヒータ線Ｃｈは、８列で、ピッチＰ_０で配設されている。

上記プレートヒータＰｈに於いて、外径が２．４ｍｍの従来のヒータ線を使用した場合を説明する。外径が２．４ｍｍの場合、ピッチＰ_０は、１０ｍｍとなる。これは、図２で理解出来るように、アルミ箔５，６でもって、サンドイッチ状に押圧成型した時にヒータ線と前記アルミ箔５，６の間に発生する隙１１を考慮したものである。隙１１は、ヒータ線の熱をアルミ箔に伝える際の伝熱効率を良好にするために、可能な限り小さくする必要があるものの、成型技術との関連もあり、相応の隙は仕方のないものであり、その為に、適切なピッチＰを設定する必要があるのである。こうした点を考慮せず、無理にピッチＰを小さくすると、ヒータ線２，２間に於ける上下のアルミ箔５，６がしっかり圧接せず、ここにも隙が発生し、伝熱効率を悪化させることになり、プレートヒータとしての品質に大きな悪影響を及ぼすことになる。このような諸々の事柄を加味し、ピッチＰは、１０ｍｍが相当とされているのである。

それでは、図６により、ピッチＰ_０が１０ｍｍである場合の、配設状態を説明する。プレートヒータＰｈの横の長さＬは、９０ｍｍとなり、ヒータ線Ｃｈの配列本数は８列となる。

次に、本出願人が開発した、外径１．５ｍｍのヒータ線の場合について説明する。外径１．５ｍｍの場合、ピッチＰ_０は６ｍｍとすることが出来、同じプレートヒータＰｈに於いて、ヒータ線Ｃｈの配列本数は１４列とすることが可能となり、外径２．４ｍｍである従来のヒータ線の場合と比較し、６列多くなり、プレートヒータＰｈとしての発熱量は、単純計算で７５％増となる。勿論、縦の長さＭによって、発熱量の総量は変わってくるが、発熱量が増加することは確かなことであり、一定範囲内での発熱量即ち温度を高くすることが可能となるばかりでなく、配列ピッチの選択肢が多くなり、温度設定の巾を増やすことが出来るようになる。故に、図４に於ける温度ゾーンＸ，Ｙ，Ｚに対しても、それぞれのゾーンに於けるヒータ線の配列ピッチの設定自由度が大きくなり、それに伴い配列本数の設定自由度が大きくなることで、それぞれのゾーンに於ける設定温度を確保し易くなる等、各機器が必要とする温度設定の範囲が広がり、多様化、グレードアップに対応することが出来るようになった。

然しながら、外径を１．５ｍｍとしたヒータ線は、前述したように、大きな効果を有しているものの、プレートヒータ製造過程に於いて、極僅かであるが問題発生の心配があり、より良い品質を確保する為には、その対応が必要となっていた。

それでは、プレートヒータ製造過程に於ける問題とはどのようなものか、説明しておくことにする。図７は、プレートヒータ製造用プレス装置の簡略図であり、以下、本図を用いて、その製造方法を説明する。ベッドＰＬ_３上に載置された冶具Ｊには、あらかじめ仕様に応じたパターンに、ヒータ線が取り回されるよう設定されている。ヒータ線の取り回しの後、アルミ箔を載せ、図示しないスイッチをＯＮさせると、スライドＰＬ_１が下降し、スポンジ状の弾性体ＰＬ_２を介して、付勢力Ｆでもって押圧する。これによって、アルミ箔は、包み込むように、即ち絞加工状態でヒータ線に取り付け固着される。そして後、ヒータ線を挟持するように、他方側にアルミ箔を接着固定することで、プレートヒータ製造は完了する。この製造工程の中に於いて、スライドＰＬ_１が下降し、スポンジ状の弾性体ＰＬ_２を介して、付勢力Ｆでもって押圧する工程では、スライドＰＬ_１を一定の温度に設定した上で押圧する、即ち熱プレス加工を行うようになっている。

ヒータ線は、芯線の周りを抵抗線で巻き回し、更に、その周りを絶縁材で被覆したものであるが、絶縁材として使用される塩ビは、溶融温度が比較的低く、その為、前記熱プレス加工時に、表面が溶ける度合いが、他の絶縁材例えばシリコン等より大きく、外径が１．５ｍのヒータ線では、抵抗線に対する肉厚が薄くなり、その度合いは低いものの、絶縁性に対する不安が生じる。

本発明は、このような従来技術の問題点に鑑み、被覆部を塩ビで形成したヒータ線でありながら、ヒータ線の配列ピッチを小さくし、それに伴い配列本数を増加させて、発熱量を増加させ、より高い昇温を可能にし、各機器の多様化、グレードアップに対応可能となる外径１．５ｍｍのヒータ線の利点を確保すると共に、絶縁性をより確実にし、漏電の不安のないヒータ線を使用し、製品品質を向上させたプレートヒータを提供することを目的としている。

上記目的を達成するために、請求項１記載の発明は、所定の大きさのアルミ箔に、ヒータ線を所定の仕様に基づき、蛇行状に取り回して配設固着し、該ヒータ線の両端末部を接続部を介して、リード線と接続するようにした構成であって、前記ヒータ線に於いて、芯線の径を０．４５ｍｍ〜０．５ｍｍとし、該芯線に抵抗線を巻回し、その外周を絶縁材である塩ビでもって包被した被覆部とし、該被覆部の外周表面に溶融代を設け、その外径を１．７ｍｍ〜２．１ｍｍとし、標準的には１．９ｍｍとしたものである。このように構成したことにより、溶融温度の比較的低い塩ビを被覆部材料として使用しながら、絶縁性を確保した上で、ヒータ線の配列ピッチを小さくし、それに伴い配列本数を増加させて、発熱量を増加させ、より高い昇温を可能にするばかりでなく、プレートヒータとしての温度設定の自由度を大きくすることが可能となり、各機器の多様化、グレードアップに対応することが出来る。更に、比較的安価な塩ビを使用することで、価格的にも有利なプレートヒータを提供することが出来る。

請求項２記載の発明は、ヒータ線に於ける被覆部の外周部に設けた溶融代の肉厚を０．２ｍｍとしたものである。このように構成したことにより、プレートヒータ製造時に於けるヒータ線の被覆部溶融に伴う絶縁性問題を効果的に解消することが出来る。

本発明は、以上説明したように構成されているので、下記に説明するような効果を奏する。

本発明によるプレートヒータは、所定の大きさのアルミ箔に、ヒータ線を所定の仕様に基づき、蛇行状に取り回して配設固着し、該ヒータ線の両端末部を接続部を介して、リード線と接続するようにした構成であって、前記ヒータ線に於いて、芯線の径を０．４５ｍｍ〜０．５ｍｍとし、該芯線に抵抗線を巻回し、その外周を絶縁材である塩ビでもって包被した被覆部とし、該被覆部の外周表面に溶融代を設け、その外径を１．７ｍｍ〜２．１ｍｍとし、標準的には１．９ｍｍとしたので、溶融温度の比較的低い塩ビを被覆部材料として使用しながら、プレートヒータ製造時に於ける被覆部溶融に対応することが可能と成り、絶縁性をより確実に確保し、漏電の不安を解消した上で、ヒータ線の配列ピッチを小さくし、それに伴い配列本数を増加させて、発熱量を増加させ、より高い昇温を可能にするばかりでなく、プレートヒータとしての温度設定の自由度を大きくすることが可能となり、各機器の多様化、グレードアップに対応することが出来る。更に、比較的安価な塩ビを使用することで、価格的にも有利なプレートヒータを提供することが出来る。

更に、本発明によるプレートヒータは、ヒータ線に於ける被覆部の外周部に設けた溶融代の肉厚を０．２ｍｍとしたので、プレートヒータ製造時に於けるヒータ線の被覆部溶融に伴う絶縁性問題を効果的に解消することが出来る。

以下、本発明によるプレートヒータに於ける実施の形態を図１〜図３を基に、図４〜図７を参照しながら、詳細に説明することにする。図１は、本発明によるプレートヒータの一実施形態を示す平面図で、図２は、図１のＡ―Ａ断面図である。図３は、本発明によるプレートヒータに於ける最も重要な構成部品であるヒータ線の説明用拡大断面図であって、図４は、図１に於けるプレートヒータの発熱ゾーンを示す簡略図、図５は、同じく図１に於ける接続部の拡大図であり、図６は、プレートヒータの発熱量を説明するための簡略図である。図７は、プレートヒータ製造用プレス装置の簡略図である。

それでは、はじめに、プレートヒータの構造について説明する。プレートヒータの概要は、既に説明しているが、理解を深める為に、図１、図２、図５を参照しながら、更に説明を加えることにする。２はヒータ線であって、所定の仕様に基づき、所定のピッチＰでもって、蛇行状に取り回され、その両端末部は、図示しないクリップによって、リード線３，３と接続されている。この接続部分は、ヒータ線２の被覆部１０及びリード線３の被覆部と同じ絶縁材で包被した接続部４として構成されている。ヒータ線２は、アルミ箔５，６でもって、サンドイッチ状に挟持されていて、裏面には、接着剤を介して、剥離紙７が配設されていて、剥離紙７を剥がすことで、相手機器の所定部分に取り付け可能と成っている。１１は、アルミ箔５，６をサンドイッチ状に挟持させた時に発生する隙である。尚、プレートヒータのタイプには、ヒータ線をアルミ箔で挟持するものばかりでなく、アルミ箔にヒータ線を配設固着しただけのものもあるので、念のため付言して置くことにする。

次に、本発明によるプレートヒータに於ける最も重要な構成部品であるヒータ線２の説明に入る前に、該ヒータ線２と関係の深い、外径１，５ｍｍのヒータ線について、図２を参考にしながら説明する。ヒータ線は、芯線９と該芯線９の周りを巻き回した抵抗線８と、更に、その周囲を絶縁材で包被した被覆部１０から構成されている。

この時、芯線９の径は、０．４５ｍｍ〜０．５ｍｍの範囲で、標準的には０．４８ｍｍであり、抵抗線８の径は、０．０４ｍｍ、そして、その外周を絶縁材であるシリコン或いは塩ビを包被し、被覆部１０としているのであるが、前述したように、被覆部が塩ビである場合、溶融点の関係で、プレートヒータ製造時の熱プレス加工に於いて、ヒータ線被覆部外周の溶融度合いが若干多く、抵抗線に対する肉厚が薄くなる傾向があり、絶縁性の問題が懸念されていることは、既に述べた通りである。

本発明によるプレートヒータに於いては、使用するヒータ線の被覆部材料を塩ビとしながら、外径１．５ｍｍのヒータ線のメリットをそのまま保持しようとするものであり、図３に基づき詳細に説明する。

ヒータ線２は、芯線９と該芯線９の周りを巻き回した抵抗線８と、更に、その周囲を絶縁材である塩ビで包被した被覆部１０ａ及び該被覆部１０ａの外周を塩ビでもって包被した溶融代１０ｂから構成されている。尚、芯線９の径が０．４５ｍｍ〜０．５ｍｍの範囲で、標準的には０．４８ｍｍであり、抵抗線８の径が０．０４ｍｍ、であるのは、外径１．５ｍｍのヒータ線と同じであり、相違しているのは、被覆部分が、被覆部１０ａと溶融代１０ｂとして構成されているところである。

被覆部１０ａと溶融代１０ｂは、同じ塩ビを使用しており、実際には、明確な区別は無く、理解し易くするために区別してあるので、念のため付言して置くことにする。然し、ヒータ線製造の方法によっては、明らかに区別されることにもなるので、その製造方法を簡単に説明しておくことにする。ヒータ線は、芯線に抵抗線を巻き回した後、押出成型により絶縁材（本発明では塩ビ）を被覆する方法が一般的であるが、本発明によるプレートヒータに使用するヒータ線に於いては、２つの方法があるので説明する。第１の方法は、前述した、芯線に抵抗線を巻き回した後、押出成型により、被覆部１０ａと溶融代１０ｂを同時に成型する方法であり、第２の方法は、被覆部１０ａを押出し成型したものを使用し、溶融代１０ｂの部分を押出し成型する方法である。第２の方法に於いては、被覆部１０ａと溶融代１０ｂは、明確に区別されるものとなる。尚、第２の方法を考慮したのは、第１の方法と比較し、技術的にも、価格的にも大きな差が無いこと、それに、被覆部が塩ビの外径１．５ｍｍのヒータ線の用途もあり、多少多めに成型しておいて、それを利用する方が在庫管理的にも多少有利な点があるからである。

引き続き、ヒータ線２について説明する。ヒータ線２は、その外径を１．７ｍｍ〜２．１ｍｍの範囲で、標準的には１．９ｍｍが望ましく、溶融代１０ｂの肉厚は、０．２ｍｍとしている。従って、被覆部１０ａ部分の外径は、１．３ｍｍ〜１．７ｍｍの範囲となり、標準的には、１．５ｍｍとなるよう考慮されている。念のため付言すれば、溶融代を大きくすれば、ピッチ６ｍｍが確保し難くなり、小さければ、絶縁性に対する問題解消が不十分となるので、溶融代１０ｂの肉厚設定に当たっては、充分テストを重ねた結果であることは、云うまでもないことである。

それでは次に、ヒータ線２を使用した場合のプレートヒータ製造の状況を図７を参照しながら説明することにする。ベッドＰＬ_３上に載置された冶具Ｊには、あらかじめ仕様に応じたパターンに、ヒータ線が取り回されるよう設定されている。ヒータ線の取り回しの後、アルミ箔を載せ、図示しないスイッチをＯＮさせると、スライドＰＬ_１が下降し、スポンジ状の弾性体ＰＬ_２を介して、付勢力Ｆでもって押圧する。この時、ヒータ線のピッチが外径１．５ｍｍのヒータ線を使用したときと同じ６ｍｍとされていても、スライドＰＬ_１が、所定の温度に設定されている為、ヒータ線外周部分が多少溶融するので、ヒータ線間に於ける上下のアルミ箔もしっかり圧接するよう押圧される。これによって、アルミ箔は、包み込むように、即ち絞加工状態でヒータ線に取り付け固着される。

本発明によるプレートヒータの一実施形態を示す平面図である。図１のＡ―Ａ断面図である。本発明によるプレートヒータに於ける最も重要な構成部品であるヒータ線の説明用拡大断面図である。図１に於けるプレートヒータの発熱ゾーンを示す簡略図である。図１に於ける接続部の拡大図である。プレートヒータの発熱量を説明するための簡略図である。プレートヒータ製造用プレス装置の簡略図である。

１プレートヒータＰｈプレートヒータ
２ヒータ線Ｃｈヒータ線
３リード線Ｌ横の長さ
４接続部Ｍ縦の長さ
５，６アルミ箔Ｐ_０間隔
７剥離紙ＰＬプレス装置
８抵抗線ＰＬ_１スライド
９芯線ＰＬ_２弾性体
１０，１０ａ被覆部ＰＬ_３ベッド
１０ｂ溶融代
１１隙
Ｐピッチ
Ｘ，Ｙ，Ｚ発熱ゾーン

Claims

所定の大きさのアルミ箔に、ヒータ線を所定の仕様に基づき、蛇行状に取り回して配設固着し、該ヒータ線の両端末部を接続部を介して、リード線と接続するようにした構成であって、前記ヒータ線に於いて、芯線の径を０．４５ｍｍ〜０．５ｍｍとし、該芯線に抵抗線を巻回し、その外周を絶縁材である塩ビでもって包被した被覆部とし、該被覆部の外周表面に溶融代を設け、その外径を１．７ｍｍ〜２．１ｍｍとし、標準的には１．９ｍｍとしたことを特徴とするプレートヒータ。
ヒータ線に於ける被覆部の外周部に設けた溶融代の肉厚を０．２ｍｍとしたことを特徴とする請求項１記載のプレートヒータ。