JP3255232B2

JP3255232B2 - 長尺電気抵抗ヒーター

Info

Publication number: JP3255232B2
Application number: JP50966391A
Authority: JP
Inventors: バトリウォラ、ネビル・エス; トンプソン、ジェイムズ・シー
Original assignee: Raychem Corp
Current assignee: Raychem Corp
Priority date: 1990-05-07
Filing date: 1991-05-07
Publication date: 2002-02-12
Anticipated expiration: 2017-02-12
Also published as: FI925037A; KR100245568B1; WO1991017642A1; JPH05507173A; CA2081029C; CA2081029A1; FI925037A0; EP0536165A4; NO924306D0; FI100844B; EP0536165B1; ATE125096T1; NO302450B1; EP0536165A1; DE69111237T2; DE69111237D1; NO924306L

Description

【発明の詳細な説明】発明の背景発明の分野本発明は、抵抗加熱要素、特にPTC挙動を示す導電性
ポリマー組成物から作られた抗加熱要素を有して成る自
己制御性ストリップヒーターを有して成る電気デバイス
に関する。

発明への導入多くの用途の場合、例えばパイプまたはタンクのよう
な基材を抵抗加熱要素を有して成る長尺ヒーターにより
加熱することが望ましい。抵抗要素と導電性基材との間
における電気的短絡を防止するために、抵抗加熱要素の
周囲に電気絶縁性ジャケットを供給することがしばしば
必要である。そのような絶縁性ジャケットは電気的絶縁
および環境的保護を提供するが、適当な摩耗抵抗を有さ
ないことがある。結果として、靭性および摩耗抵抗のた
めに絶縁ジャケット上にブレードを供給することがしば
しばある。ブレードが金属製である場合、接地ブレード
としても作用する。

発明の要約近年、ポリマー絶縁ジャケットを有する長尺ヒータ
ー、特に自己制御性導電性ポリマーヒーターの易燃性を
減らすことが強く望まれている。長尺ヒーターの易燃性
を評価する標準的な方法は、レファレンス・スタンダー
ド・フォー・エレクトリカル・ワイヤーズ，ケーブル
ズ，アンド・フレキシブル・コーズ（Reference Standa
rd for Electirical Wires,Cables,and Flexible Cord
s）、UL1581,No.1080（1983年８月15日）に記載されて
いるアンダーライターズ・ラボラトリー・ヴィー・ダブ
リュー（Underwriter's Laboratory VW）−１燃焼試験
である。ポリオレフィンジャケットおよび／またはポリ
オレフィン系の導電性ポリマーを有して成る抵抗要素を
含むヒーターは、フルオロポリマージャケットおよび／
またはフルオロポリマーを有して成る抵抗要素よりVW−
１試験に合格しにくい。金属接地ブレードを有して成る
ヒーターは、対応するブレードを有さないヒーターより
一般的にはより燃え易い。ヒーターの易燃性は、小さい
易燃性を有するポリマーを（絶縁ジャケットおよび／ま
たは導電性ポリマーからできている場合は抵抗要素に）
使用することにより、例えばポリオレフィンの代わりに
フッ素化ポリマーを使用することにより減らすことがで
きる。易燃性は、また、難燃剤、例えば三酸化二アンチ
モンおよび／またはハロゲン含有添加剤をポリマーに含
ませることにより減らすことができる。しかしながら、
これらの方法では、コストおよび重量が増える、処理が
困難である、また、可撓性のような物性に悪影響がある
などの欠点が問題となる。更に、ハロゲン含有物質の使
用が禁止されたり、抑制されたりする環境がある。

我々は、長尺ヒーターの易燃性は、追加の絶縁ジャケ
ットを供給することにより、あるいは単一絶縁のジャケ
ット（２つの絶縁ジャケットの一方を含む）を２つまた
はそれ以上のジャケットに置き換えることにより減らす
ことができることを見いだした。このようにすると、VW
−１試験に不合格のヒーターをVW−１試験に合格するも
のに変換することができる。現存するヒーターの通常の
ジャケットの上に、またはその下に追加の絶縁ジャケッ
トを加える場合、追加の絶縁ジャケットの材料の易燃性
により（これにより影響を受けるかもしれないが）易燃
性の減少は決定されない。通常は可燃性と見なされる材
料でできたジャケットであっても有効であり得る。例え
ば、既知のヒーターの通常の絶縁ジャケットの周囲にポ
リエチレンテレフタレートの薄いフィルムを巻き付ける
ことにより易燃性を顕著に減少させることができた。同
様に、単一の絶縁ジャケットを２つの絶縁ジャケットの
組み合わせにより置換する場合、この組み合わせは易燃
性以外の性質については単一のジャケットと実質的に同
等の組み合わせであってよい。例えば、単一のポリオレ
フィン系絶縁ジャケットを、同じ材料からできており、
また、同じ全体の肉厚を有する２つの絶縁ジャケットに
より置換することにより易燃性を低下できることを我々
は見いだした。

過去に、２つ（またはそれ以上）の絶縁ジャケットを
有する長尺ヒーターが使用され、または、そのようなヒ
ーターを使用することが提案されてきたが、それは、我
々の知る限りでは易燃性に関する目的のためのものでは
ない。そのような既知のヒーターは、それ自体、我々の
発明の一部分を構成するものではないことはもちろんで
ある。しかしながら、我々の発明は、絶縁ジャケットの
既知の組み合わせを使用するが、既知のヒーターとは、
例えばそのような組み合わせが以前に周囲に配置されて
いたものとは異なる加熱コアを使用する点で、異なるヒ
ーターを含む。特に、本発明は、従来技術においてはヒ
ーターコア（またはヒーターの１つまたはそれ以上の他
の要素）に関する理由故に選択されていた絶縁ジャケッ
トの既知の組み合わせを含む新規なヒーターコアを含
む。そのような理由は、新規なヒーターには当て嵌まら
ない。

第１の要旨において、本発明はVW−１燃焼試験に合格
する長尺ヒーターを提供し、該ヒーターは、（１）抵抗加熱要素を有して成るコア；（２）（ａ）コアを包囲し、また、（ｂ）有機ポリマーを含んで成る第１絶縁材料で
できている第１絶縁ジャケット；および（３）第１絶縁ジャケットを包囲し、また、それに接触
する第２絶縁ジャケットを有して成り、ヒーターの要素は、（ａ）第２絶縁ジャケットを含ま
ない以外は実質的に同じであるヒーターがVW−１燃焼試
験に不合格となり、また（ｂ）第１絶縁ジャケットを含
まない以外は実質的に同じであるヒーターがVW−１燃焼
試験に不合格となるようになっている。

第２の要旨において、本発明は、基材を加熱するため
のヒーターアッセンブリを提供し、このアッセンブリ
は、（１）（ａ）抵抗加熱要素を有して成るコア、（ｂ）コアを包囲し、有機ポリマーを含んで成る
第１絶縁材料からできている第１絶縁ジャケット、およ
び（ｃ）第１絶縁ジャケットの周囲に第２絶縁材料
の予備成形テープまたは金属化ポリマーテープを巻き付
けて、その結果、テープの縁が重なるようにすることに
より形成された第２絶縁ジャケットであって、テープは
好ましくはポリエステルを含んで成り、0.005インチ以
下の厚さを有する第２絶縁ジャケットを有して成るヒーター、ならびに（２）PVC,好ましくはPVCフォームを含んで成る絶縁層を有して成り、該ヒーターは基材と接触するように配置され、絶縁層
により囲まれている。

図面の簡単な説明第１図および第２図が本発明の長尺ヒーターの断面図
を示す図面により本発明を説明している。

発明の詳細な説明本発明の長尺ヒーターは、好ましくは、以下に説明し
（「燃焼試験」（Flametest）と称する）、また、レフ
ァレンス・スタンダード・フォー・エレクトリカル・ワ
イヤーズ，ケーブルズ，アンド・フレキシブル・コー
ズ、UL1581,No.1080（1983年８月15日）に記載されてい
るアンダーライターズ・ラボラトリーVW−１垂直ワイヤ
ー燃焼試験に合格する。このレファレンス・スタンダー
ドの記載事項を本発明においても参照できる。

本発明の長尺ヒーターは、抵抗加熱要素を有して成
り、第１絶縁ジャケットおよび第２絶縁ジャケットによ
り包囲されたコアを有して成る。第１絶縁ジャケットは
内側ジャケットであり、第２絶縁ジャケットは外側ジャ
ケットである。本発明は、第１ジャケットの材料、厚さ
などを第２ジャケットに使用でき、その逆も可能である
ヒーターを含むことが理解されよう。

また、ヒーターコアは、好ましくは、その間で並列に
接続された抵抗加熱要素を有する２本の長尺電極を有し
て成る。しかしながら、直列または直列／並列混合ヒー
ターも使用できる。抵抗加熱要素は連続ストリップの形
態または複数の間隔を隔てて離れた個々の加熱要素の形
態であってよい。加熱要素を剛性を有する、脆性を有す
る、または硬質の材料から製造する場合、後者の配列が
好ましい。コアが２本の間隔を隔てて離れた電極を有し
て成る場合、電極は通常中実または撚り金属ワイヤー、
例えばスズ−またはニッケル−被覆銅線であるが、他の
導電性材料、例えば導電性塗料、金属箔またはメッシュ
を使用できる。複数の加熱要素が存在する場合、それぞ
れは電極に電気的に、また、物理的に接続されている。
電極は、全体的に、または部分的に抵抗要素の材料中に
埋設され、あるいは抵抗要素の表面に取り付けれられて
いてよい。加熱要素が連続ストリップの形態である場
合、電極はその中に埋設されていてよく、あるいはカマ
ス（Kamath）の米国特許第4,459,473号に記載されいる
ように（本明細書においてこれを参照できるが）、連続
ストリップは、例えば、場合によって存在する電気絶縁
性のスペーサーにより離されている電極の周囲にファイ
バーを螺旋状に巻き付けることにより、それぞれの電極
と交互に間欠的に接触を形成してよい。

抵抗加熱要素はいずれの適当な抵抗材料でできていて
もよく、例えばBaTi₂O₃のような導電性セラミック、酸
化マグネシウムもしくは酸化アルミニウムのような金属
酸化物、あるいは好ましくは導電性ポリマー組成物から
できていてよい。導電性ポリマー組成物は、ポリマー成
分およびその中に分散または分布している粒状導電性充
填剤を含んで成る。ポリマー成分は有機ポリマー（この
用語は、シロキサンを含むものとして使用してい
る。）、非結晶熱可塑性ポリマー（例えばポリカーボネ
ートまたはポリスチレン）、エラストマー（例えばポリ
ブタジエンまたはエチレン／プロピレンジエン（EPDM）
ポリマー）またはこれらの少なくとも１種を含んで成る
ブレンドであってよい。特に好ましいのは、結晶性有機
ポリマー、例えば１種またはそれ以上のオレフィンのポ
リマー、特にポリエチレン；少なくとも１種のオレフィ
ンおよびそれと共重合可能な少なくとも１種のモノマー
のコポリマー、例えばエチレン／アクリル酸、エチレン
／アクリル酸エチルおよびエチル／酢酸ビニルコポリマ
ー；溶融成形可能なフルオロポリマー、例えばポリビニ
リデンフルオライドおよびエチレンテトラフルオロエチ
エン；ならびにそのようなポリマーの２種またはそれ以
上のブレンドである。そのような結晶性ポリマーは、組
成物がPTC（抵抗正温度係数、positive temperature
coefficient of resistance）挙動を示すのが望まし
い場合に特に好ましい。本明細書においては、「PTC挙
動」なる用語は、少なくとも2.5のR₁₄値および／または
少なくとも10のR₁₀₀値を有する組成物または電気デバイ
スを意味するものとして使用し、好ましくは少なくとも
６のR₃₀値を有する必要がある。ここで、R₁₄は、14℃の
温度範囲の終わりと最初における抵抗率の割合（比）で
あり、R₁₀₀は、100℃の温度範囲の終わりと最初におけ
る抵抗率の割合であり、R₃₀は30℃の温度範囲の終わり
と最初における抵抗率の割合である。また、組成物は、
粒状の導電性充填剤、例えばカーボンブラック、グラフ
ァイト、金属、金属酸化物または粒状の導電性ポリマ
ー、あるいはこれらの組み合わせを含んで成る。場合に
より、導電性ポリマー組成物は、不活性充填剤、抗酸化
剤、安定剤、分散剤、架橋剤または他の成分を含んで成
る。混合は、好ましくは溶融処理、例えば溶融押出によ
り行う。組成物は、放射線照射または化学的手段により
架橋してよい。電極が長尺ワイヤーを有して成り、抵抗
加熱要素が導電性ポリマー組成物を有して成る自己制御
性ストリップヒーターが特に有用である。本発明におい
て使用するのに適当な導電性ポリマーおよび本発明に基
づいて絶縁ジャケットを修正できるヒーターは、米国特
許第3,858,144号（ベダード（Bedard）ら）、同第3,86
1,029号（スミス−ヨハンセン（Smith−Johannsen）
ら）、同第4,017,715号（ホワイトニー（Whiteney）
ら）、同第4,188,276号（ライオンズ（Lyons）ら）、同
第4,237,441号（ファン・コニネンブルグ（van Konyne
nburg）ら）、同第4,242,573号（バトリワーラ（Batliw
alla））、同第4,246,468号（ホースマ（Horsma））、
同第4,334,148号（カムペ（Kampe））、同第4,334,351
号（ソポリー（Sopory））、同第4,388,607号（トイ（T
oy）ら）、同第4,398,084号（ウォルティー（Walt
y））、同第4,400,614号（ソポリー）、同第4,425,497
号（リアリー（Leary））、同第4,426,339号（カマス
（Kamath）ら）、同第4,435,639号（グアヴィッチ（Gur
evich））、同第4,459,473号（カマス）、同第4,470,89
8号（ペネック（Penneck）ら）、同第4,514,620号（チ
ェン（Cheng）ら）、同第4,534,889号（ファン・コニネ
ンブルグら）、同第4,547,659号（リアリー）、同第4,5
60,498号（ホースマら）、同第4,582,983号（ミッドグ
レイ（Midgley）ら）、同第4,574,188号（ミッドグレイ
ら）、同第4,591,700号（ソポリー）、同第4,658,121号
（ホースマら）、同第4,659,913号（ミッドグレイ
ら）、同第4,661,687号（アフクハムパワー（Afkhampou
r）ら）、同第4,673,801号（リアリー）、同第4,764,66
4号（カマスら）、同第4,774,024号（ディープ（Deep）
ら）、同第4,775,778号（ファン・コニネンブルグら）
および同第4,980,541号（シェイフ（Shafe）ら）；ヨー
ロッパ特許公開第38,713号、同第38,718号、同第74,281
号、同第197,759号および同第231,068号；ならびに国際
公開第WO90/11001号（バトリワーラら）および同第WO91
/03822（エメット（Emmett）に記載されている。これら
の特許、公開および出願の開示事項を本明細書において
参照できる。

加熱要素が、埋設された電極を有する導電性ポリマー
の連続ストリップの形態である場合、ストリップの断面
形状はいずれの適当な形状であってもよく、例えば矩
形、丸または亜鈴状であってよい。多くの有用な長尺ヒ
ーターは、PTC挙動を示す導電性ポリマー組成物からで
き、ヒーターの長さに沿って実質的に一定の断面を有す
るコアを有して成る。断面のアスペクト比が小さい程、
VW−１燃焼試験においてヒーターの性能が良好であるこ
とを我々は見いだした。加熱要素の断面の最小寸法また
はディメンション（しばしばヒーターの厚さである）に
対する加熱要素の断面の最大寸法（しばしば電極の軸で
ある）に対する割合は、多くの場合7:1を越えず、好ま
しくは3:1を越えず、特に2:1を越えず、例えば約1:1で
ある。断面の最大寸法はしばしば１インチ（2.54cm）以
下、例えば0.6インチ（1.5cm）以下であり、および／ま
たは断面の最大面積は1.25インチ^２（8.0cm²）以下、例
えば0.5インチ^２（3.2cm²）以下である。

第１絶縁ジャケットは、コアを包囲（そして、好まし
くは接触）し、有機ポリマーを含んで成る。適当なポリ
マーには、導電性ポリマー組成物において使用するのに
適当なもの、ならびにポリウレタンのような他のポリマ
ーが含まれる。とりわけ、第１絶縁ジャケットに使用す
るポリマー組成物は、例えばAl₂O₃・3H₂Oのような難燃
剤もしくはSb₂O₃および臭素化難燃剤の混合物または他
の充填剤によりしばしば変性されるので、比較的可撓性
であるポリマーが好ましい。コアと第１絶縁ジャケット
との間で良好な物理的結合が存在するのが望ましい場
合、コアおよび第１絶縁ジャケットに使用する組成物は
同じポリマーを含んでよい。第１絶縁ジャケットはいず
れの好都合な手段を用いてコアに適用してもよく、例え
ば溶融成形、溶液流延またはコア上への予備成形シート
材料の成形によってよい。一般的には、チューブダウン
（tube−down）または加圧押出（pressure extrusio
n）法によりコア上にジャケットを溶融押し出しするの
が好ましい。ヒーターをアニールする必要がある場合、
即ち、コアのポリマー成分の結晶溶融点以上で熱処理す
る場合、第１絶縁ジャケットの有機ポリマーの融点は、
コアの融点より高い必要がある。一般的には、第１絶縁
ジャケットは0.075インチ（0.19cm）以下、好ましくは
0.050インチ（0.125cm）以下、特に0.040インチ（0.1c
m）以下、例えば0.015〜0.030インチ（0.04〜0.075cm）
の厚さを有する。

第２絶縁ジャケットは第１絶縁ジャケットを包囲す
る。第２絶縁ジャケットは、第１絶縁ジャケットにしば
しば接触し、第１絶縁ジャケットに結合してよい。第２
絶縁ジャケットは、第１絶縁ジャケットと同じであって
も、または異なってもよい有機ポリマーを含んで成って
よく、あるいはガラス、例えばガラス繊維、セラミッ
ク、織りまたは不織繊維製品、金属、例えばアルミニウ
ム箔、あるいは絶縁金属、例えば金属化ポリエステルの
ようなもう１つの物質を含んで成ってよい。可撓性およ
び軽量化のために、第２絶縁ジャケットは有機ポリマー
を含んで成る絶縁材料であるのが好ましい。ある用途の
場合、第２絶縁ジャケットの少なくとも75重量％の有機
ポリマーは、第１絶縁ジャケットの有機ポリマーの少な
くとも75重量％と同じであるのが好ましい。

好ましい態様では、第２絶縁ジャケットは、0.020イ
ンチ（0.04cm）以下、特に0.010インチ（0.025cm）以
下、より特に0.006インチ（0.15cm）以下、最も特に0.0
05インチ（0.13cm）以下、例えば0.001〜0.005インチ
（0.002〜0.013cm）の厚さを有する。特に適当であるの
は、ポリエステル（例えばポリエチレンテレフタレー
ト、デュポン（DuPont）から商品名マイラー（Mylar、
商標）で市販）、ポリイミド（例えばデュポンから商品
名カプトン（Kapton、商標）で市販されているフィル
ム）、ポリビニリデンフルオライド（例えばペンウォル
ト（Pennwalt）から商品名カイナー（Kynar、商標）で
市販されているフィルム）、ポリテトラフルオロエチレ
ン（例えばデュポンから商品名テフロン（Teflon、商
標）で市販されているフィルム）またはポリエチレンの
ようなポリマーのフィルムである。更に、アルミニウム
被覆ポリエステルも有用であり、絶縁材層からの湿気ま
たは可塑剤がコアまたは第１絶縁ジャケットに浸透して
損傷を与えるのを防止することが重要である用途に特に
有用である。シート、即ち、予備成形フィルムまたはテ
ープの形態であるそのようなフィルムを、第１絶縁ジャ
ケットの周囲に巻き付けてよく、例えば重ね目がヒータ
ー上を螺旋状に走るように螺旋状に、あるいはヒーター
上を重ね目が真っすぐに走るようにいわゆる「巻きタバ
コ巻き付け」で巻き付けてよい。普通の条件下では、接
着剤を存在させることなく螺旋状巻き付けまたは巻きタ
バコ状巻き付けを行い、従って、絶縁層は、湿気の侵入
に対して完全なバリヤーを提供しない。従って、これら
のヒーターは、長い時間浸漬する必要がある用途には、
例えば水分の多い土壌用のヒーターに使用するのには適
当ではないだろう。そのような時間の間に流体が巻き付
けた絶縁材の重ね目から入ってくることがあり得る。あ
るいは、他のいずれかの適当な方法、例えばチューブダ
ウン法による、あるいは溶液流延による溶融押出を用い
てフィルムを構成する材料を第１絶縁ジャケット上に形
成してよい。ある場合では、第２絶縁ジャケットを構成
する材料は、VW−１試験の条件下で第２ジャケットが燃
焼する前に収縮するように配向されているものであって
もよい。

１つの態様では、第２絶縁ジャケットの材料は、第１
絶縁ジャケットの材料と同じである。

１つの態様では、第１および第２ジャケットの全体の
厚さは、0.025インチ（0.06cm）以下である。

ある態様では、金属製ブレードを第２絶縁ジャケット
上に供給してよい。

第２絶縁層がポリエステルフィルムまたは金属化（例
えば積層化アルミニウム）ポリエステルフィルムのよう
なフィルムを有して成る場合、第２絶縁層は、外部の絶
縁層、特にポリ塩化ビニル（PVC）フォームからの可塑
剤の浸透により生じるヒーターの抵抗の増加から保護す
るのに非常に有用に成り得る。そのようなフォーム絶縁
材は、ヒーターをパイプまたは他の基材の周囲に巻き付
ける場合にヒーターを絶縁（隔離）するために一般的に
使用される。

本発明を図面により説明するが、第１図は、本発明の
長尺ヒーター１の断面図である。２本の電極５、７の周
囲に形成された導電性ポリマー組成物３を有して成る抵
抗加熱要素は、第１絶縁ジャケット９により包囲されて
いる。第２絶縁ジャケット11、例えばポリエチレン、ポ
リエステルまたはポリイミドのような絶縁ポリマーの薄
いフィルム、アルミニウムのような薄い金属箔または金
属化ポリマーフィルムは、重なり領域13が存在するよう
な方法で第１絶縁ジャケットの周囲に巻き付けられてい
る。場合により、金属接地ブレード15が第２絶縁ジャケ
ットを覆う。

第２図は、本発明の第２の長尺ヒーターの断面図であ
る。この態様では、抵抗加熱要素は、導電性ポリマー組
成物３および２本の長尺電極５、７を有して成り、薄い
第１絶縁ジャケット９および薄い第２絶縁ジャケット11
により包囲されている。

以下の実施例により本発明を説明する。

実施例１−19 それぞれの実施例の場合、以下に説明するヒーター１
の手順でヒーターストリップを製造した。ある実施例に
おいては、その次に、説明するように第２絶縁ジャケッ
トをヒーターストリップに巻き付けた。ブレード付きと
示したヒーターの場合、28AWGスズ被覆銅ワイヤーの５
本ストランドを有して成る金属ブレードを第２絶縁ジャ
ケットまたは単一の絶縁ジャケット上に形成して表面の
86〜92％を覆った。ブレードは約0.030インチ（0.076c
m）の厚さを有し、これは18AWGワイヤーに相当する。そ
れぞれのヒーターを以下に説明する燃焼試験を用いて試
験した。

ヒーター１第Ｉ表の組成１に記載の成分を予備混合して、次に、
同時回転２軸スクリュー押出機で混合してペレットを形
成した。それぞれが0.031インチ（0.079cm）の直径を有
する２本の22AWG7/30撚りニッケル／銅ワイヤーの周囲
に1.5インチ（3.8cm）押出機によりこのペレット化組成
物を押し出して、ワイヤー中心からワイヤー中心までの
電極間隔が0.106インチ（0.269cm）でワイヤーの間の中
点における厚さが0.083インチ（0.211cm）のコアを製造
した。エチレン／酢酸ビニルコポリマー（EVA）10重量
％、中密度ポリエチレン36.8％、エチレン／プロピレン
ゴム10.3％、デカブロモジフェニルオキサイド（DBDP
O）23.4％、酸化アンチモン（Sb₂O₃）8.5％、タルク9.4
％、酸化マグネシウム1.0％および抗酸化剤0.7％を含む
組成物を含んで成る厚さ0.030インチ（0.076cm）の第１
絶縁ジャケットを次にコア上に押し出した。このジャケ
ット付きヒーターを15Mradの線量で照射した。

ヒーター２第Ｉ表の組成２に記載の成分を使用して、ヒーター１
の手順を使用して、ヒーターを製造し、押し出し、ジャ
ケットを供給し、照射した。

ヒーター３第Ｉ表の組成３に記載の成分を使用して、ヒーター１
の手順を使用して、ヒーターを製造し、押し出し、ジャ
ケットを供給し、照射した。

燃焼試験レファレンス・スタンダード・フォー・エレクトリカ
ル・ワイヤーズ，ケーブルズ，アンド・フレキシブル・
コーズ、UL1581,No.1080（1983年８月15日）に記載され
ているアンダーライターズ・ラボラトリー（UL）VW−１
垂直ワイヤー燃焼試験の手順に従ってヒーターを試験し
た。この記載は、本明細書において参照できる。この試
験では、長さ19.68インチ（0.5m）のヒーターサンプル
を幅12インチ（30.5cm）、奥行14インチ（35.5cm）高さ
24インチ（61.0cm）の寸法で上と前面が開いた金属エン
クロージャー内に垂直状態で保持する。このエンクロー
ジャーを通風の無い排気フード内に配置する。厚さ0.25
〜1.0インチ（0.6〜2.5cm）の未処理外科用綿の水平層
をヒーターの下でフードの床上に配置する。幅0.5イン
チ（1.3cm）の非強化60ポンドクラフトペーパー（94g/m
²）のストリップから作ったインジケーターフラッグ（i
ndicator flag）をヒーターの頂部付近に位置させ、エ
ンクロージャーの背面に向かって0.75インチ（1.9cm）
突出させる。816℃の火炎先端温度および1.5インチ（3.
8cm）の円錐状の青色火炎を有するチリル（Tirrill）ガ
スバーナーを、ペーパーフラッグの下の縁の下方10イン
チ（25.4cm）の距離でヒーターの前の箇所に５回順次適
用する。試験火炎の順次適用の間の時間は、（１）サン
プルの燃焼が15秒以内に終了する場合は、15秒であり、
あるいは（２）燃焼が15秒以上続くが60秒以下である場
合は、サンプルの燃焼時間の間である。

この試験に合格するには、試験火炎の５回の15秒の適
用のいずれの後でもサンプルは60秒以上「燃焼」しては
ならない。更に、エンクロージャーの底部でサンプルの
下にある綿は、試験の間に引火してはならず、サンプル
の頂部にあるペーパーフラッグはその面積の25％以上損
傷を受けたり、あるいは燃焼してはならない。

それぞれのヒーターについて、少なくとも５つのサン
プルを燃焼試験条件下で試験した。１つまたはそれ以上
のサンプルが５回の火炎適用に耐えて試験に合格したヒ
ーターの場合、全部のサンプルが破壊するまで試験を継
続した。試験に合格したサンプルのパーセント数および
破壊までに火炎を適用した回数を第II表に記載した。

第Ｉ表の注釈： EEAは、エチレン／アクリル酸エチルコポリマーであ
る。

MDPEは、中密度ポリエチレンである。

CBは、粒子寸法が28nmのカーボンブラックである。

抗酸化剤は、米国特許第3,986,981号に記載されてい
る、平均重合度が３〜４の4,4−チオビス（３−メチル
−１−６−６−ブチルフェノール）のオリゴマーであ
る。

Sb₂O₃は、粒子寸法が1.0〜1.8μｍの三酸化二アンチ
モンである。

DBDPOは、（デカブロモジフェニルエーテルとしても
知られている）デカブロモジフェニルオキサイドであ
る。

第II表の注釈： PEs1は、ペルチャー−ハミルトン・コーポレイション
（Pelcher−Hamilton Corporation）からファネックス
（Phanex、登録商標）IHCとして市販されている、厚さ
0.001インチ（0.0025cm）の透明ポリエステルフィルム
である。

PEs2は、ペルチャー−ハミルトン・コーポレイション
からファネックスYVCとして市販されている、厚さ0.001
インチ（0.0025cm）の白色ポリエステルフィルムであ
る。

PEs3は、ネプコ・コーポレイション（Nepco Corpora
tion）から製品番号No.1232として市販されている、厚
さ0.001インチのポリエステルおよび0.001インチ（0.00
25cm）のフィルムラミネートである。

Al/PEsは、厚さ0.001インチ（0.0025cm）のアルミニ
ウム化ポリエステルフィルムである。

Alは、厚さ0.001インチ（0.0025cm）のアルミニウム
箔である。

TFEは、ケムファブ・コーポレイション（Kemfab Cor
pration）からDF100として市販されている、厚さ0.002
インチの多層流延ポリテトラフルオロエチレンフィルム
である。

PIは、デュポンからカプトンHN200として市販されて
いる、厚さ0.002インチ（0.005cm）のポリイミドフィル
ムである。

ガラスは、クレイン（Crane）からクレイングラス（C
raneglas）230として市販されている、厚さ0.005インチ
のガラス繊維織りテープである。

PE1は、ギリズ・アンド・レイン（Gillis and Lan
e）から市販されている、厚さ1.25インチ（0.003cm）の
低密度ポリエチレンフィルムである。

PE2は、ギリズ・アンド・レインから市販されてい
る、厚さ0.003インチ（0.008cm）の低密度ポリエチレン
フィルムである。

PVF₂は、ペンウォルトから市販されている、厚さ0.00
2インチ（0.005cm）のカイナーポリビニリデンフルオラ
イドフィルムである。

実施例24（比較例）エチレン／アクリル酸エチル39重量％、中密度ポリエ
チレン39％、カーボンブラック22％および抗酸化剤1.0
％を含んで成る導電性組成物を調製し、それぞれが0.03
1インチ（0.079cm）の直径を有する、２本の22AWG7/30
撚りニッケル／銅ワイヤー上に押し出してほぼ円形形状
のコアを製造した。コアの直径は約0.145インチ（0.368
cm）であり、電極の間隔は、ワイヤーの中心からワイヤ
ーの中心までで約0.075インチ（0.191cm）であった。次
に、30重量％の難燃剤（Sb₂O₃8％およびDBDPO22％）を
含む熱可塑性ゴム（リッチホールド・ケミカルズ（Rich
hold Chemicals）から市販されているTPR（登録商標）
8222B）を含んで成る、厚さ0.035インチ（0.089cm）の
第１絶縁ジャケットをコア上に押し出した。ジャケット
付きヒーターを約10Mradの線量で照射した。VW−１条件
下で試験した場合、ヒーターは破壊した。

実施例25 実施例24の手順に従ってヒーターコアを製造した。熱
可塑性ゴム（リッチホールド・ケミカルズから市販され
ているTPR8222B）を含んで成る、厚さ0.020インチ（0.0
51cm）の第１絶縁ジャケットをコア上に押し出した。次
に、同じ材料を含んで成る、厚さ0.018〜0.020インチ
（0.046〜0.051cm）の第２絶縁ジャケットを第１絶縁ジ
ャケット上に押し出した。ジャケットを供給したヒータ
ーを約10Mradの線量で照射した。このヒーターは、VW−
１試験に合格した。

実施例26（比較例）エチレン／アクリル酸エチル29.3重量％、高密度ポリ
エチレン32.4％、カーボンブラック17.2％、酸化亜鉛2
0.2％、加工助剤0.6％、および抗酸化剤0.5％を含んで
成る導電性組成物を調製し、２本の16AWG19撚りニッケ
ル／銅ワイヤー（それぞれの直径は、0.057インチ（0.1
45cm））上に押し出してワイヤーの中心からワイヤーの
中心までのワイヤー間隔が0.260インチ（0.660cm）のコ
アを製造した。ワイヤーの間においてヒーターコアの断
面はほぼ矩形であった。次に、実施例１にて説明したジ
ャケット用組成物を含んで成る、厚さ0.030インチ（0.0
76cm）の第１絶縁ジャケットをコア上に押し出した。次
に、スズ被覆銅接地ブレードを第１絶縁ジャケットの周
囲に配置した。このヒーターはVW−１試験に合格した。

異なる絶縁層と接触する場合、88℃（190゜F）におけ
る熱的エージング（経時変化）に対するヒーターの応答
は、ヒーターを長さ12インチ（30.5cm）に切断して電極
を一端で露出させて測定した。他方の端部を熱収縮性エ
ンドキャップにより覆って湿気または他の流体が侵入す
るのを防止した。それぞれのサンプルを厚さ0.375イン
チ（0.95cm）のアルミニウムプレート上に配置し、次
に、厚さ0.38〜0.75インチ（0.97〜1.90cm）の絶縁材シ
ートにより覆った。厚さ0.125インチ（0.32cm）のアル
ミニウムのトッププレートを絶縁材層の上に配置した。
21℃（70゜F）における抵抗値を測定して初期抵抗と
し、次に、サンプルを88℃に加熱した空気循環オーブン
に配置した。周期的にサンプルをオーブンから取り出
し、21℃まで冷却し、その抵抗値を測定した。エージン
グ後の抵抗値を初期値で割ることにより「正規化抵
抗」:R_Nを算出した。試験の結果を第III表に示す。

実施例27 厚さ0.001インチ（0.0025cm）のポリエステルフィル
ム（ファネックスIHCとしてペルチャー−ハミルトン・
コーポレイションから市販）でできている第２絶縁層を
第１絶縁層と接地ブレードとの間に第１絶縁層の周囲に
螺旋状に巻き付けることにより挿入した以外は、実施例
26に従ってヒーターを製造した。試験の結果を第III表
に示す。

実施例28 第２絶縁層が厚さ0.001インチ（0.0025cm）のアルミ
ニウム化ポリエステルフィルムからできている以外は、
実施例27に従ってヒーターを製造した。試験の結果を第
III表に示す。

ポリエステルまたは金属化ポリエステルを巻き付けた
ヒーターは、可塑剤を含むPVCフォーム対して露出した
場合、優秀な性能を有したことが明らかである。

第III表に対する注釈：シリコーン（Silicone）は、インスレクトロ（Insule
ctro）からコーラスティック（Cohrlastic）フォーム、
ソフトグレードとして市販されているシリコーンフォー
ムの厚さ0.38インチ（0.97cm）のシートである。

ルーバテックス（Rubatex、商標）は、ルーバテック
スから市販されている厚さ0.75インチ（1.91cm）のポリ
塩化ビニルフォーム絶縁材である。これは、可塑剤を含
んでいる。

アーマテックス（Armatex、商標）は、アームストロ
ング（Armstrong）から市販されている厚さ0.75インチ
（1.91cm）のポリ塩化ビニルフォーム絶縁材である。こ
れは、可塑剤を含んでいる。

フロントページの続き (72)発明者トンプソン、ジェイムズ・シーアメリカ合衆国 94022 カリフォルニア、ロス・アルトス、リンデン・アベニュー 637番 (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H05B 3/56 H05B 3/14

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】（１）抵抗加熱要素を有して成るコア、（２）（ａ）コアを包囲し、また、（ｂ）有機ポリマーを含んで成る第１絶縁材料からでき
ている第１絶縁ジャケット、および（３）（ａ）第１絶縁ジャケットを包囲してそれに接触
し、また（ｂ）ポリエステルを含む予備成形されたテープからで
きており、テープは、第１絶縁ジャケットの周囲に巻き付けられ、
テープの縁はシールされないで重なる第２絶縁ジャケットを有して成る長尺ヒーター。
【請求項２】抵抗加熱要素は、（ａ）導電性ポリマーの連続ストリップの形態であり、（ｂ）PTC挙動を示し、および（ｃ）導電性ポリマーに埋設された２本の長尺電極を含
んで成る導電性ポリマーからできている請求項１記載のヒータ
ー。
【請求項３】抵抗加熱要素は、（ａ）導電性ポリマーの連続ストリップの形態であり、（ｂ）PTC挙動を示し、および（ｃ）連続ストリップがそれぞれの電極と間欠的に交互
に接触するように配置されている、２本の長尺の間隔を
隔てて離れて配置されている電極を含んで成る導電性ポ
リマーからできている請求項１記載のヒーター。
【請求項４】第２ジャケットは、VW−１試験の条件下で
第２ジャケットが燃焼する前に収縮するように配向され
ている有機ポリマーを含んで成る第２絶縁材料からでき
ている請求項１〜３のいずれかに記載のヒーター。
【請求項５】テープの厚さは、0.005インチ（0.0013c
m）以下である請求項１〜４のいずれかに記載のヒータ
ー。
【請求項６】テープは、ポリエチレンテレフタレートか
ら本質的に成る請求項１〜５のいずれかに記載のヒータ
ー。
【請求項７】第２絶縁ジャケットを包囲してそれに接触
する金属製ブレードを更に有して成る請求項１〜６のい
ずれかに記載のヒーター。
【請求項８】テープの縁がシールされないで重なるので
水分の多い環境におけるヒーターの用途として適当では
ない請求項１〜７記載のヒーター。
【請求項９】基材を加熱するヒーターアッセンブリであ
って、（１）請求項１〜８のいずれかに記載のヒーター、およ
び（２）PVC、好ましくはPVCフォームを含んで成る絶縁層を有して成り、該ヒーターは基材と接触して配置され、絶縁層により包
囲されているヒーターアッセンブリ。