JP2642938B2 - 電気加熱アッセンブリおよび電気ヒーター - Google Patents
電気加熱アッセンブリおよび電気ヒーターInfo
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- JP2642938B2 JP2642938B2 JP62308858A JP30885887A JP2642938B2 JP 2642938 B2 JP2642938 B2 JP 2642938B2 JP 62308858 A JP62308858 A JP 62308858A JP 30885887 A JP30885887 A JP 30885887A JP 2642938 B2 JP2642938 B2 JP 2642938B2
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- sensor conductor
- conductor
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- H05B3/00—Ohmic-resistance heating
-
- H—ELECTRICITY
- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
- H05B3/00—Ohmic-resistance heating
- H05B3/40—Heating elements having the shape of rods or tubes
- H05B3/54—Heating elements having the shape of rods or tubes flexible
- H05B3/56—Heating cables
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- H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
- H05B3/00—Ohmic-resistance heating
- H05B3/10—Heater elements characterised by the composition or nature of the materials or by the arrangement of the conductor
- H05B3/12—Heater elements characterised by the composition or nature of the materials or by the arrangement of the conductor characterised by the composition or nature of the conductive material
- H05B3/14—Heater elements characterised by the composition or nature of the materials or by the arrangement of the conductor characterised by the composition or nature of the conductive material the material being non-metallic
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- Liquid Developers In Electrophotography (AREA)
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- Non-Silver Salt Photosensitive Materials And Non-Silver Salt Photography (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、導電性ポリマーを有して成る電気ヒーター
に関する。
に関する。
［従来の技術および問題点］ 多くの種類の電気ヒーターがよく知られている。それ
らの中には、直列ヒーター、例えば鉱物絶縁加熱ケーブ
ルもあれば、２つ（またはそれ以上）の電極、例えばワ
イヤーまたは金属箔および電極の間で並列に接続されて
いる少なくとも１つの抵抗加熱要素を有して成る並列ヒ
ーターもある。並列ヒーターの最も重要な種類では、加
熱要素は、導電性ポリマー組成物を有して成り、好まし
くは導電性ポリマー組成物の少なくとも一部分は、PTC
（正温度係数）挙動（即ち、特定の温度においてまたは
特定の温度範囲において抵抗率が急激に増加すること）
を示し、従って、ヒーターは自己制御性である。本明細
書で使用する「導電性ポリマー」なる語は、有機ポリマ
ー（この語は、ポリシロキサンを含むものとして使用し
ている）およびその中で分散している粒状導電性充填材
を含んで成る組成物を意味する。本明細書で使用する
「スイッチング温度」または「Ts」なる語は、PTC組成
物の抵抗率の急激な増加が起こる温度を意味するものと
して使用している。通常の場合、ある温度範囲において
そのような増加が生じる時、Tsは（そのような温度範囲
以上および以下の）温度に対する抵抗の対数（log）の
プロットの実質的に直線部分の延長部が交差する温度と
して定義される。導電性ポリマーおよびそれらを有して
成るヒーターは、例えばアメリカ合衆国特許第3,861,02
9号、第4,072,848号、第4,177,446号、第4,242,573号、
第4,246,468号、第4,271,350号、第4,272,471号、第4,3
09,596号、第4,309,597号、第4,334,351号、第4,421,58
2号、第4,426,339号、第4,216,号、第4,436,986号、第
4,459,429,473号、第4,520,417号、第4,543,774号、第
4,547,659号および第4,582,983号ならびにヨーロッパ特
許出願公告第157,640号、第158,410号、第223,404号お
よび第231,068号に記載されている。
らの中には、直列ヒーター、例えば鉱物絶縁加熱ケーブ
ルもあれば、２つ（またはそれ以上）の電極、例えばワ
イヤーまたは金属箔および電極の間で並列に接続されて
いる少なくとも１つの抵抗加熱要素を有して成る並列ヒ
ーターもある。並列ヒーターの最も重要な種類では、加
熱要素は、導電性ポリマー組成物を有して成り、好まし
くは導電性ポリマー組成物の少なくとも一部分は、PTC
（正温度係数）挙動（即ち、特定の温度においてまたは
特定の温度範囲において抵抗率が急激に増加すること）
を示し、従って、ヒーターは自己制御性である。本明細
書で使用する「導電性ポリマー」なる語は、有機ポリマ
ー（この語は、ポリシロキサンを含むものとして使用し
ている）およびその中で分散している粒状導電性充填材
を含んで成る組成物を意味する。本明細書で使用する
「スイッチング温度」または「Ts」なる語は、PTC組成
物の抵抗率の急激な増加が起こる温度を意味するものと
して使用している。通常の場合、ある温度範囲において
そのような増加が生じる時、Tsは（そのような温度範囲
以上および以下の）温度に対する抵抗の対数（log）の
プロットの実質的に直線部分の延長部が交差する温度と
して定義される。導電性ポリマーおよびそれらを有して
成るヒーターは、例えばアメリカ合衆国特許第3,861,02
9号、第4,072,848号、第4,177,446号、第4,242,573号、
第4,246,468号、第4,271,350号、第4,272,471号、第4,3
09,596号、第4,309,597号、第4,334,351号、第4,421,58
2号、第4,426,339号、第4,216,号、第4,436,986号、第
4,459,429,473号、第4,520,417号、第4,543,774号、第
4,547,659号および第4,582,983号ならびにヨーロッパ特
許出願公告第157,640号、第158,410号、第223,404号お
よび第231,068号に記載されている。
すべてのヒーターに生じる問題点は、加熱要素または
電極の１つが壊れるか、あるいは例えば水（または他の
導電性液体）の存在により、電極間で短絡が存在する場
合、このようなことにより、発火を含む重大な結果をも
たらすアーク故障が生じ得るということである。アーク
故障により電極内で発生する電流は、ヒーターを電源に
接続しているヒューズまたは回路ブレーカーを必ずしも
飛ばす程のものではない。
電極の１つが壊れるか、あるいは例えば水（または他の
導電性液体）の存在により、電極間で短絡が存在する場
合、このようなことにより、発火を含む重大な結果をも
たらすアーク故障が生じ得るということである。アーク
故障により電極内で発生する電流は、ヒーターを電源に
接続しているヒューズまたは回路ブレーカーを必ずしも
飛ばす程のものではない。
自己制御導電性ポリマーストリップヒーターの１つの
用途は電気毛布であり、アメリカ合衆国特許第4,436,98
6号（カールソン（Carlson））では、１つの電極で破壊
が生じると断絶して、従って、破壊した位置におけるア
ーキングによる導電性ポリマーの引火を防止する完全回
路がそのような用途に提案されている。この回路は、ヒ
ーターの各端で電気接続する必要があり、少なくとも１
つのガス管を有して成り、また電極の１つで回路が開く
ことにより発生する電圧変化を感知する安全回路を利用
する。電気毛布の導電性ポリマーヒーターを保護するた
めの別のシステムは、アメリカ合衆国特許第4,575,620
号（イシイ（Ishii）ら）に記載されている；このシス
テムは、90〜200℃の範囲で溶融する溶融性材料から成
る絶縁ジャケットにより包囲したセンサーワイヤーを利
用している。毛布が過熱されると、ジャケットは溶融し
て、それによりセンサーワイヤーと隣接する電極との間
の接触が可能となり、それによりヒーターを断絶する。
用途は電気毛布であり、アメリカ合衆国特許第4,436,98
6号（カールソン（Carlson））では、１つの電極で破壊
が生じると断絶して、従って、破壊した位置におけるア
ーキングによる導電性ポリマーの引火を防止する完全回
路がそのような用途に提案されている。この回路は、ヒ
ーターの各端で電気接続する必要があり、少なくとも１
つのガス管を有して成り、また電極の１つで回路が開く
ことにより発生する電圧変化を感知する安全回路を利用
する。電気毛布の導電性ポリマーヒーターを保護するた
めの別のシステムは、アメリカ合衆国特許第4,575,620
号（イシイ（Ishii）ら）に記載されている；このシス
テムは、90〜200℃の範囲で溶融する溶融性材料から成
る絶縁ジャケットにより包囲したセンサーワイヤーを利
用している。毛布が過熱されると、ジャケットは溶融し
て、それによりセンサーワイヤーと隣接する電極との間
の接触が可能となり、それによりヒーターを断絶する。
また、導電性ポリマーヒーターに接地面、例えばスト
リップヒーターの回りの金属偏組またはシートヒーター
の側方の一方または双方にある金属プレートを提供し、
接地故障に対する装置保護デバイス（GFEPD）（即ち、
一方の電極からヒーターに入る電流および他方の電極か
らヒーターを出る電流を常に比較し、電流の比が一定値
から所定の量だけ異なると断絶するデバイス）を介して
電極を電源に接続することが知られている。このよう
に、ヒーターに対する物理的損傷が電極の１つを接地に
接続するようになると、ヒーターは断絶される。しかし
ながら、接地故障装置保護デバイスは高価であり、故障
が接地（あるいは、より正確には電流シンク（sink））
への電流損を含まない限り、全く作動しない。従って、
そのようなデバイスは、非接地システムでは全く役立た
ず、たとえ、接地システムであっても、アーク故障に接
地故障が伴わない限り、アーク故障の検知はできない。
リップヒーターの回りの金属偏組またはシートヒーター
の側方の一方または双方にある金属プレートを提供し、
接地故障に対する装置保護デバイス（GFEPD）（即ち、
一方の電極からヒーターに入る電流および他方の電極か
らヒーターを出る電流を常に比較し、電流の比が一定値
から所定の量だけ異なると断絶するデバイス）を介して
電極を電源に接続することが知られている。このよう
に、ヒーターに対する物理的損傷が電極の１つを接地に
接続するようになると、ヒーターは断絶される。しかし
ながら、接地故障装置保護デバイスは高価であり、故障
が接地（あるいは、より正確には電流シンク（sink））
への電流損を含まない限り、全く作動しない。従って、
そのようなデバイスは、非接地システムでは全く役立た
ず、たとえ、接地システムであっても、アーク故障に接
地故障が伴わない限り、アーク故障の検知はできない。
［発明の構成］ 我々は、アーク故障に遭遇した場合に自動的に断絶し
て、それにより、導電性ポリマーヒーターにおけるアー
ク故障が火災を引き起こす危険性を実質的に取り除く改
善された方法を発明した。これは、本発明に従って、通
常の操作条件下において比較的小さい（零であってもよ
い）第１電流が流れ、アーク故障が生じると比較的高い
第２電流が流れるセンサー導体をヒーター内に含むこと
により構成される。センサー導体を通過する電流の増加
は、自動的にヒーターを断絶し、好ましくは２つの電極
の電流を比較することによっては作動しない安全回路の
信号として使用する。本発明は、ヒーターの両端におい
て電気接続を必要とせず、従って、「所定の長さに切断
できる」並列ヒーターの重要な特性を有する；また、電
流を比較するために必要な敏感かつ高価な装置を必ずし
も含まないが、以下に説明するように、本発明では、こ
れまでに使用されているものと異なる回路で接地故障装
置保護デバイスを使用できる。
て、それにより、導電性ポリマーヒーターにおけるアー
ク故障が火災を引き起こす危険性を実質的に取り除く改
善された方法を発明した。これは、本発明に従って、通
常の操作条件下において比較的小さい（零であってもよ
い）第１電流が流れ、アーク故障が生じると比較的高い
第２電流が流れるセンサー導体をヒーター内に含むこと
により構成される。センサー導体を通過する電流の増加
は、自動的にヒーターを断絶し、好ましくは２つの電極
の電流を比較することによっては作動しない安全回路の
信号として使用する。本発明は、ヒーターの両端におい
て電気接続を必要とせず、従って、「所定の長さに切断
できる」並列ヒーターの重要な特性を有する；また、電
流を比較するために必要な敏感かつ高価な装置を必ずし
も含まないが、以下に説明するように、本発明では、こ
れまでに使用されているものと異なる回路で接地故障装
置保護デバイスを使用できる。
従って、本発明の１つの簡単な態様では、絶縁された
センサーワイヤーが、ストリップヒーターに含まれてい
る。センサーワイヤーの遠位端は、絶縁され、近位端
は、ヒーターへのリード線の間で接続されているトライ
アック（triac）のゲートに接続されている。アーク故
障が生じるとセンサーワイヤーの絶縁材が熱分解し、そ
の結果、作動電極とセンサーワイヤーとの間で電流が流
れる；この電流は、トライアックを起動し、電源からヒ
ーターまでのリード線を短絡し、作動リード線のヒュー
ズまたは回路ブレーカーを飛ばす。
センサーワイヤーが、ストリップヒーターに含まれてい
る。センサーワイヤーの遠位端は、絶縁され、近位端
は、ヒーターへのリード線の間で接続されているトライ
アック（triac）のゲートに接続されている。アーク故
障が生じるとセンサーワイヤーの絶縁材が熱分解し、そ
の結果、作動電極とセンサーワイヤーとの間で電流が流
れる；この電流は、トライアックを起動し、電源からヒ
ーターまでのリード線を短絡し、作動リード線のヒュー
ズまたは回路ブレーカーを飛ばす。
１つの要旨では、本発明は、電気加熱アッセンブリを
提供し、該アッセンブリは、 （１） （ａ）電源に接続されているか、又は接続できる２つの
電極、 （ｂ）電極の間で並列に接続され、かつ、導電性ポリマ
ー組成物を有して成る抵抗加熱要素、 （ｃ）センサー導体、 （ｄ）第２導体、及び （ｅ）（ｉ）少なくとも250℃までの全温度で、センサ
ー導体を第２導体から絶縁し、さらに、 （ii）電源に接続されたままでヒーターがアーク故障に
遭遇した場合に熱分解して、上記熱分解によりセンサー
導体と第２導体との間に電流が流れることを可能にする
導電性残渣を生じる有機ポリマーからなる絶縁部材とを
有してなるヒーターと、 （２）ヒーターの電極が電源に接続されている場合、 （ａ）通常の操作条件下では電極が上記電源に接続され
たままであるようにし、かつ、 （ｂ）センサー導体と第２導体との間で電流が流れる場
合、ヒーターが電源から実質的に断絶されるように、セ
ンサー導体に接続されており、さらに、 （ｃ）電極間の電流値を比較しない電気安全システムを
有して成る。
提供し、該アッセンブリは、 （１） （ａ）電源に接続されているか、又は接続できる２つの
電極、 （ｂ）電極の間で並列に接続され、かつ、導電性ポリマ
ー組成物を有して成る抵抗加熱要素、 （ｃ）センサー導体、 （ｄ）第２導体、及び （ｅ）（ｉ）少なくとも250℃までの全温度で、センサ
ー導体を第２導体から絶縁し、さらに、 （ii）電源に接続されたままでヒーターがアーク故障に
遭遇した場合に熱分解して、上記熱分解によりセンサー
導体と第２導体との間に電流が流れることを可能にする
導電性残渣を生じる有機ポリマーからなる絶縁部材とを
有してなるヒーターと、 （２）ヒーターの電極が電源に接続されている場合、 （ａ）通常の操作条件下では電極が上記電源に接続され
たままであるようにし、かつ、 （ｂ）センサー導体と第２導体との間で電流が流れる場
合、ヒーターが電源から実質的に断絶されるように、セ
ンサー導体に接続されており、さらに、 （ｃ）電極間の電流値を比較しない電気安全システムを
有して成る。
もう１つの要旨において、本発明は、上記アッセンブ
リの一部分を構成する新規自己制御性ヒーターを提供
し、該ヒーターは、 （１）電源に接続されているか、または接続できる２つ
の電極、 （２）電極の間に並列され、PTC挙動を示す導電性ポリ
マー組成物から成る抵抗加熱要素、 （３）センサー導体、 （４）ポリマー絶縁要素であって、 （ａ）センサー導体を包囲し、 （ｂ）250℃までの全温度において電極からセンサー導
体を絶縁し、また、 （ｃ）ヒーターが電源に接続されたままで、ヒーターの
任意の位置においてアーク故障に遭遇した場合に熱分解
して、上記熱分解によりセンサー導体と電極の１つとの
間で電流を実質的にその位置で流すことを可能にする導
電性残渣を生じる 要素、ならびに （５）加熱要素、電極、センサー導体および絶縁要素を
包囲し、また、加熱要素に接触している絶縁ジャケット を有して成る自己制御性電気ヒーターであって、センサ
ー導体およびこれを包囲している絶縁要素は、導電性ポ
リマーの一部分によりそれぞれの電極から離されてい
る。
リの一部分を構成する新規自己制御性ヒーターを提供
し、該ヒーターは、 （１）電源に接続されているか、または接続できる２つ
の電極、 （２）電極の間に並列され、PTC挙動を示す導電性ポリ
マー組成物から成る抵抗加熱要素、 （３）センサー導体、 （４）ポリマー絶縁要素であって、 （ａ）センサー導体を包囲し、 （ｂ）250℃までの全温度において電極からセンサー導
体を絶縁し、また、 （ｃ）ヒーターが電源に接続されたままで、ヒーターの
任意の位置においてアーク故障に遭遇した場合に熱分解
して、上記熱分解によりセンサー導体と電極の１つとの
間で電流を実質的にその位置で流すことを可能にする導
電性残渣を生じる 要素、ならびに （５）加熱要素、電極、センサー導体および絶縁要素を
包囲し、また、加熱要素に接触している絶縁ジャケット を有して成る自己制御性電気ヒーターであって、センサ
ー導体およびこれを包囲している絶縁要素は、導電性ポ
リマーの一部分によりそれぞれの電極から離されてい
る。
本発明に使用する加熱要素は、PTC挙動を示し、従っ
て、ヒーターを自己制御性にする導電性ポリマー組成物
を有して成るのが好ましい。加熱要素は、２つまたはそ
れ以上の異なる要素、例えば、PTC導電性ポリマー層お
よびZTC導電性ポリマー１つまたはそれ以上の層を有し
て成ってもよい。ヒーターは、導電性ポリマーから成っ
ていない追加の加熱要素、例えば導電性ポリマー層と金
属箔電極との間に配置された無機層を有して成ってよ
い。幾つかまたはすべてが導電性ポリマーを有して成る
独立した複数の加熱要素が存在しても、あるいは（多数
の隣接する加熱要素と見なすことができるのが当然であ
る）単一の連続的な加熱要素が存在してもよい。加熱要
素は、導電性ポリマーから成り、それぞれの電極と（直
接または何か他の導電性材料から成る中間層を介して）
連続的な接触を形成する連続要素を有して成ってよい。
１つの種類のヒーターでは、電極は長い金属ワイヤーま
たはストリップであり、抵抗加熱要素は、導電性ポリマ
ーから成る１つまたはそれ以上の連続要素を有して成
る。この種類の好ましいヒーターでは、加熱要素は、PT
C挙動を示す導電性ポリマーから成り、電極の回りに導
電性ポリマーを溶融押出することにより製造した連続ス
トリップの形態である。別の種類のヒーターでは、電極
は層状電極であり、抵抗要素は、電極の間に位置する導
電性ポリマーの１つまたはそれ以上の層を有して成る。
更に、別の種類のヒーターでは、抵抗要素は、導電性ポ
リマーの１つまたはそれ以上の層を有して成り、電極
は、互い違いの列で配列され、その結果、電極間の電流
の流れの一部分は、シートの平面に存在する。
て、ヒーターを自己制御性にする導電性ポリマー組成物
を有して成るのが好ましい。加熱要素は、２つまたはそ
れ以上の異なる要素、例えば、PTC導電性ポリマー層お
よびZTC導電性ポリマー１つまたはそれ以上の層を有し
て成ってもよい。ヒーターは、導電性ポリマーから成っ
ていない追加の加熱要素、例えば導電性ポリマー層と金
属箔電極との間に配置された無機層を有して成ってよ
い。幾つかまたはすべてが導電性ポリマーを有して成る
独立した複数の加熱要素が存在しても、あるいは（多数
の隣接する加熱要素と見なすことができるのが当然であ
る）単一の連続的な加熱要素が存在してもよい。加熱要
素は、導電性ポリマーから成り、それぞれの電極と（直
接または何か他の導電性材料から成る中間層を介して）
連続的な接触を形成する連続要素を有して成ってよい。
１つの種類のヒーターでは、電極は長い金属ワイヤーま
たはストリップであり、抵抗加熱要素は、導電性ポリマ
ーから成る１つまたはそれ以上の連続要素を有して成
る。この種類の好ましいヒーターでは、加熱要素は、PT
C挙動を示す導電性ポリマーから成り、電極の回りに導
電性ポリマーを溶融押出することにより製造した連続ス
トリップの形態である。別の種類のヒーターでは、電極
は層状電極であり、抵抗要素は、電極の間に位置する導
電性ポリマーの１つまたはそれ以上の層を有して成る。
更に、別の種類のヒーターでは、抵抗要素は、導電性ポ
リマーの１つまたはそれ以上の層を有して成り、電極
は、互い違いの列で配列され、その結果、電極間の電流
の流れの一部分は、シートの平面に存在する。
ヒーターの任意の部分におけるアーク故障に対する速
い応答を確保するために、ヒーターの一部分を構成し、
使用に際して安全装置に接続するのが好ましいセンサー
導体は、抵抗加熱要素と同一の一般的な形状を有するの
が好ましい。センサー導体および絶縁要素は、アーク故
障がヒーターの任意の部分で生じた場合、センサー導体
と別の導体、好ましくは電極の１つとの間で電気接続が
その位置に形成されるようになっている。従って、ヒー
ターがストリップヒーターである場合、センサー導体
は、ヒーターで延びている金属ワイヤーまたはストリッ
プであるのが好ましい；また、ヒーターが１つまたはそ
れ以上の層状抵抗要素を有して成る場合、導体は、実質
的に同じ寸法の金属プレートであるか、例えば蛇の形状
ようにコイルに巻いて抵抗要素と実質的に同じ寸法とな
るようにした金属ワイヤーまたはストリップであるのが
好ましい。
い応答を確保するために、ヒーターの一部分を構成し、
使用に際して安全装置に接続するのが好ましいセンサー
導体は、抵抗加熱要素と同一の一般的な形状を有するの
が好ましい。センサー導体および絶縁要素は、アーク故
障がヒーターの任意の部分で生じた場合、センサー導体
と別の導体、好ましくは電極の１つとの間で電気接続が
その位置に形成されるようになっている。従って、ヒー
ターがストリップヒーターである場合、センサー導体
は、ヒーターで延びている金属ワイヤーまたはストリッ
プであるのが好ましい；また、ヒーターが１つまたはそ
れ以上の層状抵抗要素を有して成る場合、導体は、実質
的に同じ寸法の金属プレートであるか、例えば蛇の形状
ようにコイルに巻いて抵抗要素と実質的に同じ寸法とな
るようにした金属ワイヤーまたはストリップであるのが
好ましい。
アーク故障が生じた時に、センサー導体を流れる電流
が適当に大きいレベルに達するために、ポリマー材料か
ら成る絶縁ジャケットを供給するのが好ましく、または
アーク故障が生じた時に、センサー導体と第２導体との
間のインピーダンスを減少させる熱分解または他の変化
をもたらす中実保護要素と組み合わせる。他方、保護要
素は、ヒーターの通常の操作条件またはアーク故障と関
係なく使用時に偶発的に発生する条件下ではそのような
変化を起こしてはならない。これに関連して、本発明
は、例えば通常の毛布により電気毛布を覆うこと、マッ
トレスの下に電気毛布を押し込むこと、または電気毛布
を折り畳むことなどにより、電気毛布の使用時に生じる
通常の種類の過熱条件下ではヒーターを断絶するように
作動しないことを注目する必要がある。そのような過熱
が生じた場合、毛布を自動的に断絶するために、溶融性
材料またはNTC材料（即ち、抵抗負温度係数を有する材
料）により包囲され、安全回路の一部を構成し、その結
果、材料の溶融または抵抗率の低下によりセンサーワイ
ヤーを通過する電流を増やして安全回路を起動するセン
サーワイヤーを毛布内に組み込むことは既知である。そ
のようなシステムは、アーク故障により引き起こされる
より遥かに低い温度で作動するように設計され、例えば
アメリカ合衆国特許第2,582,212号、第2,846,559号、第
3,628,093号および第4,575,620号に記載されている。
が適当に大きいレベルに達するために、ポリマー材料か
ら成る絶縁ジャケットを供給するのが好ましく、または
アーク故障が生じた時に、センサー導体と第２導体との
間のインピーダンスを減少させる熱分解または他の変化
をもたらす中実保護要素と組み合わせる。他方、保護要
素は、ヒーターの通常の操作条件またはアーク故障と関
係なく使用時に偶発的に発生する条件下ではそのような
変化を起こしてはならない。これに関連して、本発明
は、例えば通常の毛布により電気毛布を覆うこと、マッ
トレスの下に電気毛布を押し込むこと、または電気毛布
を折り畳むことなどにより、電気毛布の使用時に生じる
通常の種類の過熱条件下ではヒーターを断絶するように
作動しないことを注目する必要がある。そのような過熱
が生じた場合、毛布を自動的に断絶するために、溶融性
材料またはNTC材料（即ち、抵抗負温度係数を有する材
料）により包囲され、安全回路の一部を構成し、その結
果、材料の溶融または抵抗率の低下によりセンサーワイ
ヤーを通過する電流を増やして安全回路を起動するセン
サーワイヤーを毛布内に組み込むことは既知である。そ
のようなシステムは、アーク故障により引き起こされる
より遥かに低い温度で作動するように設計され、例えば
アメリカ合衆国特許第2,582,212号、第2,846,559号、第
3,628,093号および第4,575,620号に記載されている。
従って、絶縁ジャケットまたは他の保護要素は、一般
には、250℃またはそれ以上まで、例えば400℃以上500
℃までの温度で実質的な変化を生じない、即ち、安全回
路を起動しないが、アーク故障に関係する温度、例えば
750℃以上の温度で適当な変化を生じるものである。好
ましいように、導電性ポリマーが、スイッチング温度が
TsであるPTC挙動を示す場合、保護要素は、（Ts＋50）
℃まで、好ましくは（Ts＋100）℃までの温度で実質的
な変化を生じないものであるのが好まし；そのような温
度は、Tsに応じて、250℃以下または以上であってよい
のは当然である。保護要素は、状態の変化なしにより導
電性になるもの、またはセンサー導体と第２導体との間
でより低いインピーダンスをもたらす変化、例えば導電
性材料への熱分解もしくは導体間の電気接続もたらす別
の変化を引き起こすものであってもよい。保護要素は、
絶縁材料、特にアーク故障が生じた時に熱分解して、そ
れにより導電性炭質残渣を生じる有機ポリマーから成る
のが好ましい。適当な熱分解性ポリマー（難燃剤のよう
な充填剤を含むポリマーを含む）は既知であり、熱可塑
性ポリマーおよび熱硬化性ポリマー、例えばポリビニ
ル、ポリビニリデンハライド、セルロース系材料、ポリ
アミド、芳香族ポリマーおよびエポキシ樹脂ならびに電
気的トラッキングに対して敏感な他のポリマーが包含さ
れる。ポリマー被覆の厚さは、適切な絶縁を確保するた
めに十分である必要があるのは当然である。センサー導
体は、通常の操作条件下では、電流を伝えないのが好ま
しい。しかしながら、高抵抗率導電性材料から成る保護
要素を使用する結果として、または監視システム、例え
ば連続性チェックシステムの一部分として端間で電流を
伝えるためにセンサー導体を使用するために、比較的少
量の電流は流れてよい。
には、250℃またはそれ以上まで、例えば400℃以上500
℃までの温度で実質的な変化を生じない、即ち、安全回
路を起動しないが、アーク故障に関係する温度、例えば
750℃以上の温度で適当な変化を生じるものである。好
ましいように、導電性ポリマーが、スイッチング温度が
TsであるPTC挙動を示す場合、保護要素は、（Ts＋50）
℃まで、好ましくは（Ts＋100）℃までの温度で実質的
な変化を生じないものであるのが好まし；そのような温
度は、Tsに応じて、250℃以下または以上であってよい
のは当然である。保護要素は、状態の変化なしにより導
電性になるもの、またはセンサー導体と第２導体との間
でより低いインピーダンスをもたらす変化、例えば導電
性材料への熱分解もしくは導体間の電気接続もたらす別
の変化を引き起こすものであってもよい。保護要素は、
絶縁材料、特にアーク故障が生じた時に熱分解して、そ
れにより導電性炭質残渣を生じる有機ポリマーから成る
のが好ましい。適当な熱分解性ポリマー（難燃剤のよう
な充填剤を含むポリマーを含む）は既知であり、熱可塑
性ポリマーおよび熱硬化性ポリマー、例えばポリビニ
ル、ポリビニリデンハライド、セルロース系材料、ポリ
アミド、芳香族ポリマーおよびエポキシ樹脂ならびに電
気的トラッキングに対して敏感な他のポリマーが包含さ
れる。ポリマー被覆の厚さは、適切な絶縁を確保するた
めに十分である必要があるのは当然である。センサー導
体は、通常の操作条件下では、電流を伝えないのが好ま
しい。しかしながら、高抵抗率導電性材料から成る保護
要素を使用する結果として、または監視システム、例え
ば連続性チェックシステムの一部分として端間で電流を
伝えるためにセンサー導体を使用するために、比較的少
量の電流は流れてよい。
アーク故障が生じた場合、センサー導体が接続される
ようになる（より良く接続される）第２導体は、好まし
くはヒーターの電極の１つ、特に作動電極である。しか
しながら、第２導体は、センサー導体および第２導体が
接続するようになった場合に、電流伝達ループを提供す
る目的のために作用するものであってもよい。
ようになる（より良く接続される）第２導体は、好まし
くはヒーターの電極の１つ、特に作動電極である。しか
しながら、第２導体は、センサー導体および第２導体が
接続するようになった場合に、電流伝達ループを提供す
る目的のために作用するものであってもよい。
センサー導体ならびに保護要素（およびそれが電極の
１つでない場合は第２導体）の寸法および位置は、好ま
しくはヒーターの電気的および物理的特性に与える影響
が最小になるようにする必要がある。従って、ヒーター
が可撓性である必要がある場合、センサー導体は、ヒー
ターの曲げ軸またはその付近に配置するのが好ましい。
しかしながら、センサー導体および保護要素が導電性ポ
リマー内に配置されている場合、ヒーターの性能の変化
を避けるために、ある程度再設計する必要があり得る。
１つでない場合は第２導体）の寸法および位置は、好ま
しくはヒーターの電気的および物理的特性に与える影響
が最小になるようにする必要がある。従って、ヒーター
が可撓性である必要がある場合、センサー導体は、ヒー
ターの曲げ軸またはその付近に配置するのが好ましい。
しかしながら、センサー導体および保護要素が導電性ポ
リマー内に配置されている場合、ヒーターの性能の変化
を避けるために、ある程度再設計する必要があり得る。
センサー導体および第２導体は、安全システムの一部
分を構成するのが好ましく、適当に増加した電流がセン
サー導体を通過する場合、システムは電源からヒーター
を実質的に断絶する。「実質的に断絶する」なる語は、
（例えば安全システムの作動がヒューズを飛ばすことま
たは回路ブレーカーを開くことを含む場所に生じるよう
に）ヒーターを完全に切り離すことを含むだけでなく、
（安全回路の作動が、PTC保護回路デバイスが低抵抗か
ら非常に高い抵抗に変化することを含む場合に生じるよ
うに）ヒーターに加わる電圧および／またはヒーターを
通過する電流を、ヒーターまたはその周囲に追加の損傷
を確実に与えない程度にまで下げることを含む。ヒータ
ーの断絶は、ヒーターのどの部分も使用者に電気的ショ
ックまたは他の損傷を与え得る電位のままでないように
するのが好ましい。
分を構成するのが好ましく、適当に増加した電流がセン
サー導体を通過する場合、システムは電源からヒーター
を実質的に断絶する。「実質的に断絶する」なる語は、
（例えば安全システムの作動がヒューズを飛ばすことま
たは回路ブレーカーを開くことを含む場所に生じるよう
に）ヒーターを完全に切り離すことを含むだけでなく、
（安全回路の作動が、PTC保護回路デバイスが低抵抗か
ら非常に高い抵抗に変化することを含む場合に生じるよ
うに）ヒーターに加わる電圧および／またはヒーターを
通過する電流を、ヒーターまたはその周囲に追加の損傷
を確実に与えない程度にまで下げることを含む。ヒータ
ーの断絶は、ヒーターのどの部分も使用者に電気的ショ
ックまたは他の損傷を与え得る電位のままでないように
するのが好ましい。
センサー導体で流れる電流は、絶縁要素が熱分解する
時に、ヒーター回路の通常のヒューズまたは回路ブレー
カをトリップ（作動）させる程度に十分な大きさである
ことがあるが、通常は実質的により小さく、例えば100m
A以下、好ましくは50mA以下である。センサー導体の寸
法は、電流を流すことができ、自体ヒューズとして作動
しないのを確保できるようなものであることが必要であ
る。一般にセンサー導体は、それぞれの電極の断面積よ
り小さく、例えばその0.25〜0.6倍である。故障が生じ
た時に流れる電流を減らすために、センサーワイヤーと
直列に抵抗器を配置してよい。
時に、ヒーター回路の通常のヒューズまたは回路ブレー
カをトリップ（作動）させる程度に十分な大きさである
ことがあるが、通常は実質的により小さく、例えば100m
A以下、好ましくは50mA以下である。センサー導体の寸
法は、電流を流すことができ、自体ヒューズとして作動
しないのを確保できるようなものであることが必要であ
る。一般にセンサー導体は、それぞれの電極の断面積よ
り小さく、例えばその0.25〜0.6倍である。故障が生じ
た時に流れる電流を減らすために、センサーワイヤーと
直列に抵抗器を配置してよい。
本発明に使用する種類の電気安全システムは、他の関
係のない分野ではよく知られている。安全システムは、
トライアックもしくは他のサイリスタまたはシリコン制
御整流素子（SCR）を有して成り、それらはリード線を
横切って、センサー導体が接続されているゲートおよび
ヒーターに接続されている。十分に大きい電流がセンサ
ー導体を流れる場合、これはサイリスタを起動し、それ
により、リード線を短絡してヒューズを飛ばすかまたは
他の保護回路システムを活性化する大きい電流をもたら
す。本発明のある態様では、電極の電流を比較する接地
故障装置保護デバイスを使用することも可能であり、接
地面が接地故障装置保護デバイスを含む既知の回路に存
在するので、センサー導体は電流シンクに接続されな
い。自己制御性ヒーターを使用する場合、安全システム
は、最初にヒーターのスイッチを入れる時に生じる急流
電流より起動しないようになっていることが必要である
のは当然である。
係のない分野ではよく知られている。安全システムは、
トライアックもしくは他のサイリスタまたはシリコン制
御整流素子（SCR）を有して成り、それらはリード線を
横切って、センサー導体が接続されているゲートおよび
ヒーターに接続されている。十分に大きい電流がセンサ
ー導体を流れる場合、これはサイリスタを起動し、それ
により、リード線を短絡してヒューズを飛ばすかまたは
他の保護回路システムを活性化する大きい電流をもたら
す。本発明のある態様では、電極の電流を比較する接地
故障装置保護デバイスを使用することも可能であり、接
地面が接地故障装置保護デバイスを含む既知の回路に存
在するので、センサー導体は電流シンクに接続されな
い。自己制御性ヒーターを使用する場合、安全システム
は、最初にヒーターのスイッチを入れる時に生じる急流
電流より起動しないようになっていることが必要である
のは当然である。
本発明は、所望の基材の加熱と組み合わせて使用する
ことができ、そのような基材には、例えばポリマーの配
管システムの加熱または列車、自動車、トラックおよび
航空機内の基材の加熱のための基材のように容易に接地
されないものまたは接地できないものが包含される。電
源はいずれの種類、例えば約110〜120Vもしくは約220〜
240Vの交流または12〜60Vの直流であってもよい。
ことができ、そのような基材には、例えばポリマーの配
管システムの加熱または列車、自動車、トラックおよび
航空機内の基材の加熱のための基材のように容易に接地
されないものまたは接地できないものが包含される。電
源はいずれの種類、例えば約110〜120Vもしくは約220〜
240Vの交流または12〜60Vの直流であってもよい。
第１〜４図では、電極１および２、連続PTC導電性ポ
リマー加熱要素３、センサー導体４、センサー導体４の
回りの絶縁要素５ならびに外側絶縁ジャケット６を示し
ている。センサー導体４および絶縁要素５は、実際に
は、第１〜４図に図示したよりも実質的に小さい直径で
ある。第１図、第３図および第４図では、電極の１つ
（または双方）が、導電性ポリマーが燃えると、センサ
ー導体４が接続するようになる第２電極として作用す
る。第２図では、独立した第２導体７が存在する。第３
図および第４図では、加熱要素は、ZTC層８および９を
含み、それらは、導電性ポリマーとして示しているが、
第３図では、電極１および２上の無機抵抗層であってよ
い。
リマー加熱要素３、センサー導体４、センサー導体４の
回りの絶縁要素５ならびに外側絶縁ジャケット６を示し
ている。センサー導体４および絶縁要素５は、実際に
は、第１〜４図に図示したよりも実質的に小さい直径で
ある。第１図、第３図および第４図では、電極の１つ
（または双方）が、導電性ポリマーが燃えると、センサ
ー導体４が接続するようになる第２電極として作用す
る。第２図では、独立した第２導体７が存在する。第３
図および第４図では、加熱要素は、ZTC層８および９を
含み、それらは、導電性ポリマーとして示しているが、
第３図では、電極１および２上の無機抵抗層であってよ
い。
第５図は、本発明の加熱システムの回路図である。電
極１および２はリード線11および12により120V交流電源
のそれぞれ位相極および中性極に接続されており、ヒュ
ーズ13は作動リード11にある。PCT加熱要素は、抵抗器3
a、および3bおよび3cにより示している。トライアック1
4は、リード線を横切って配置され、センサー導体４
は、抵抗器41を介してトライアックのゲートに、コンデ
ンサー42を介してリード線12に接続されている。抵抗器
41およびコンデンサー42は、システムが最初に電源に接
続された時にセンサー導体４で誘電される電流を吸収し
て、それによりトライアックが不測に飛ぶのを防止する
ように機能する。ネオンランプ15および組み合わせた抵
抗器16は、リードを横切って接続され、システムが作動
している時を示す。
極１および２はリード線11および12により120V交流電源
のそれぞれ位相極および中性極に接続されており、ヒュ
ーズ13は作動リード11にある。PCT加熱要素は、抵抗器3
a、および3bおよび3cにより示している。トライアック1
4は、リード線を横切って配置され、センサー導体４
は、抵抗器41を介してトライアックのゲートに、コンデ
ンサー42を介してリード線12に接続されている。抵抗器
41およびコンデンサー42は、システムが最初に電源に接
続された時にセンサー導体４で誘電される電流を吸収し
て、それによりトライアックが不測に飛ぶのを防止する
ように機能する。ネオンランプ15および組み合わせた抵
抗器16は、リードを横切って接続され、システムが作動
している時を示す。
第１〜４図は、本発明の種々の態様のヒーターの断面
図、第５図は、本発明の加熱システムの回路図である。 1,2……電極、３……加熱要素、 3a,3b,3c……抵抗器、４……センサー導体、 ５……絶縁要素、６……絶縁ジャケット、 ７……第２導体、8,9……ZTC層、 11,12……リード線、13……ヒューズ、 14……トライアック、15……ネオンランプ、 16,41……抵抗器、42……コンデンサー。
図、第５図は、本発明の加熱システムの回路図である。 1,2……電極、３……加熱要素、 3a,3b,3c……抵抗器、４……センサー導体、 ５……絶縁要素、６……絶縁ジャケット、 ７……第２導体、8,9……ZTC層、 11,12……リード線、13……ヒューズ、 14……トライアック、15……ネオンランプ、 16,41……抵抗器、42……コンデンサー。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 バートン・イー・ミラー アメリカ合衆国 94087 カリフォルニ ア、サニーヴェール、サウス・メリー・ アベニュー 1136番 (56)参考文献 特開 昭58−94785（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−89092（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−91584（ＪＰ，Ａ)
Claims (7)
- 【請求項１】（１）（ａ）電源に接続されているか、又
は接続できる２つの電極、 （ｂ）電極の間で並列に接続され、かつ、導電性ポリマ
ー組成物を有して成る抵抗加熱要素、 （ｃ）センサー導体、 （ｄ）第２導体、及び （ｅ）（ｉ）少なくとも250℃までの全温度で、センサ
ー導体を第２導体から絶縁し、さらに、 （ii）電源に接続されたままでヒーターがアーク故障に
遭遇した場合に熱分解して、上記熱分解によりセンサー
導体と第２導体との間に電流が流れることを可能にする
導電性残渣を生じる有機ポリマーからなる絶縁部材とを
有してなるヒーターと、 （２）ヒーターの電極が電源に接続されている場合、 （ａ）通常の操作条件下では電極が上記電源に接続され
たままであるようにし、かつ、 （ｂ）センサー導体と第２導体との間で電流が流れる場
合、ヒーターが電源から実質的に断絶されるように、セ
ンサー導体に接続されており、さらに、 （ｃ）電極間の電流値を比較しない電気安全システムと
を有して成る電気加熱アッセンブリ。 - 【請求項２】（１）第２導体は電極の１つであり、 （２）センサー導体および絶縁要素は、アーク故障がヒ
ーターの任意の位置で生じた場合、センサー導体と電極
の１つとの間で電流が実質的にその位置で流れるように
し、また、 （３）加熱要素は、 （ａ）PTC挙動を示す導電性ポリマー組成物を２つのワ
イヤー電極の回りで溶融押出することを含んで成る方法
により製造したストリップであるか、 （ｂ）層状要素であって、（ｉ）PTC挙動を示す導電性
ポリマー組成物を溶融押出することを含んで成る方法に
より製造されていて、さらに、（ii）電流が電極に対し
て実質的に直角に層状要素を流れるように２つの層状電
極の間に存在する要素であるか、または （ｃ）PTC挙動を示す導電性ポリマー組成物を溶融押出
することを含んで成る方法により製造した層状要素であ
って、層状要素の電流の流れの一部分が層状要素の平面
に存在するように電極が取り付けられている層状要素で
ある特許請求の範囲第１項記載の加熱アッセンブリ。 - 【請求項３】（１）加熱要素は、PTC挙動を示す導電性
ポリマー組成物を２つのワイヤー電極の回りで溶融押出
することを含んで成る方法により製造した長尺ストリッ
プであり、 （２）ヒーターは、長尺ストリップを包囲しかつ長尺ス
トリップに接触している絶縁ジャケットを有して成り、
また、 （３）センサー導体および絶縁要素は、絶縁ジャケット
内に配置されている特許請求の範囲第２項記載の加熱ア
ッセンブリ。 - 【請求項４】センサー導体および絶縁要素は、加熱要素
に配置され、加熱要素によりそれぞれの電極から離され
ている特許請求の範囲第３項記載の加熱アッセンブリ。 - 【請求項５】絶縁要素は、500℃までの全温度範囲にお
いてセンサー導体を絶縁する特許請求の範囲第１〜４項
のいずれかに記載の加熱アッセンブリ。 - 【請求項６】（１）電源に接続されているか、または接
続できる２つの電極、 （２）電極の間に並列に接続され、PTC挙動を示す導電
性ポリマー組成物から成る抵抗加熱要素、 （３）センサー導体、 （４）ポリマー絶縁要素であって、 （ａ）センサー導体を包囲し、 （ｂ）250℃までの全温度において電極からセンサー導
体を絶縁し、また、 （ｃ）ヒーターが電源に接続されたままで、ヒーターの
任意の位置においてアーク故障に遭遇した場合に熱分解
して、上記熱分解によりセンサー導体と電極の１つとの
間で電流を実質的にその位置で流すことを可能にする導
電性残渣を生じる 要素、ならびに （５）加熱要素、電極、センサー導体および絶縁要素を
包囲し、また、加熱要素に接触している絶縁ジャケット を有して成る自己制御性電気ヒーターであって、 センサー導体およびそれを包囲している絶縁要素は、導
電性ポリマーの一部分によりそれぞれの電極から離され
ているヒーター。 - 【請求項７】加熱要素は、導電性ポリマー組成物を２つ
の電極の回りで溶融押出することを含んで成る方法によ
り製造したストリップであり、センサー導体は、２つの
電極のほぼ中間に配置されている特許請求の範囲第６項
記載のヒーター。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US938,659 | 1986-12-05 | ||
| US06/938,659 US4822983A (en) | 1986-12-05 | 1986-12-05 | Electrical heaters |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63160189A JPS63160189A (ja) | 1988-07-02 |
| JP2642938B2 true JP2642938B2 (ja) | 1997-08-20 |
Family
ID=25471752
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62308858A Expired - Lifetime JP2642938B2 (ja) | 1986-12-05 | 1987-12-04 | 電気加熱アッセンブリおよび電気ヒーター |
Country Status (9)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4822983A (ja) |
| EP (1) | EP0270370B1 (ja) |
| JP (1) | JP2642938B2 (ja) |
| KR (1) | KR880008690A (ja) |
| AT (1) | ATE92704T1 (ja) |
| AU (1) | AU8207487A (ja) |
| CA (1) | CA1268510A (ja) |
| DE (1) | DE3786897T2 (ja) |
| NO (1) | NO875065L (ja) |
Families Citing this family (28)
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| US5004432A (en) * | 1989-10-02 | 1991-04-02 | Raychem Corporation | Electrical connector |
| US5002501A (en) * | 1989-10-02 | 1991-03-26 | Raychem Corporation | Electrical plug |
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