JP3901583B2 - 可撓性断熱ヒータ - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、一般的には、加熱を要するパイプ又は異形の物体を囲む可撓性断熱ヒータに関し、特に、パイプ及び他の導管のような二次元の曲面、或いは球体、サドル、バルブ、エルボ継ぎ手、又はＴ型継ぎ手のような三次元の何れかを有する物体を加熱する構造物に関する。本発明はまた、このような加熱用構造物を形成する比較的薄い非伸縮性ヒータマットを金型で囲みそれに接着される比較的厚く伸縮性のあるポリマー発泡絶縁物に関するものである。
【０００２】
【従来技術】
半導体製造、化学処理、プラスチック製造、食品処理、機器製造、及び二次元又は三次元の曲面を有し、加熱又は断熱を要するパイプ、マッサージ具、身体及び他の導管の製造産業、特に、液体又はガスに限定された加熱又は冷却物を特定の温度で搬送し、又は蒸発性の材料の固化を防ぎ、そしてそれに伴う問題、即ち、パイプ、チューブ、身体、その他の導管の内壁への堆積を防ぐことを要する製造産業では、ヒータはよく用いられる。ヒータは、周囲の空気から熱絶縁され、必要出力を減少し、露出するヒータの外側温度を最小にし、それに触れるかもしれない人間を火傷させないようにすることが求められる。
【０００３】
例えば、低圧化学蒸着（ＬＰＣＶＤ）及びアルミニウムエッチングのような半導体製造工程は、反応処理室内及びそこから排出するガス内に、塩化アンモニウムガス（ＮＨ4Ｃｌ）又は、塩化アルミニウムガス（ＡＬＣｌ３）のような副生物を発生する。塩化アンモニウムガスは固化し付着し、排気又は処理の際、バキュームポンプ及び他の機器へガスを送る非加熱パイプの内壁のような冷表面に固形層を形成する。反応処理室から下流のパイプ、ポンプ及び他の機器内の固形層は、パイプを部分的に又は、完全に塞ぎ、ポンプ又は他の機器を破損し、バキュームコンダクタンスを減じ、製造処理内で用いられているパイプ、ポンプ及び他の機器を機能的に不能にする。固形層は又、パイプ面を剥がし、製造処理内の汚染源となる。半導体チップを形成するのに用いられる基板ウエハー上に窒化ケイ素を堆積させる減圧ＣＶＤ処理は、例えば窒化ケイ素の堆積が生じている反応室内の副生物として、大量の塩化アンモニウムを発生することにより、この種の固形層を生ずる。塩化アンモニウムガスは、３００ミリトールで１００℃より低い温度において曲形的に昇華する。塩化アンモニウムガスが、一旦反応室を出て冷却されると、塩化アンモニウムの昇華は白色の結晶物を、製造システム内のパイプ及びポンプの内側のような、全ての非加熱面に形成し層となる。昇華した塩化アンモニウムは、剥がれ落ち、反応室に逆流し、室内の基板ウエハーを汚染する。そのような汚染が生ずると、製造システムは閉鎖され、一方、結晶物はシステムの外で形成され、そして塞がれたパイプやポンプをきれいにし、又は取り替えねばならない。更に基板ウエハー又は半導体チップは、修理又は使用不能な程、汚染されることもある。塩化アンモニウムガスが製造システムを固形化させ、詰まらせ、又は汚染するのを防ぐには、ヒータをパイプの周りに置き、ガスが効果的に、又効率よく集められる領域まで、ガスの冷却、昇華、固化、諸凝固を排除することが必要である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記のパイプを含む対象物を加熱し、又は断熱するためのヒータ又は他の装置は公知である。例えば、Mathievに対し発行された米国特許第４，４２９，２１３号は、電気加熱される流体導管を開示し、そのヒーターは、断熱された電気導体と発泡絶縁層によって巻かれた薄い層とを含む。しかし、この発明は、非金属、非電気導体パイプに用いられ、押し出し処理なので、非管状又は非円筒状のヒータを成形するには適しておらず、又、成型した後は取り外すことが出来ない。 Petronkoに対し発行した米国特許第４，０２５，６０５号は、熱絶縁パイプ装備の為の、取り外し及び再使用可能のジャケットを開示する。
【０００５】
しかし、そのジャケットはヒータではなく、通常、硬い外層を必要とする。更に内側及び中間層は容易には外せず、又パイプに再取付は出来ない。
【０００６】
Noma et al.に対し発行された米国特許第４，２８１，２８３号は、写真コピー機の蛍光又はヨウ素ランプを予加熱する取り外し可能な管状ジャケットを開示し、ランプスイッチを入れた時、即時にスタートするようにしたものである。それは、二個のシリコンゴムの間に挟まれた電気抵抗の加熱線を有し、そのゴムは、加熱される電球とマッチできるように、電球と同じ径または電球より僅かに小さい径を有するように熱硬化されている。従って、電球の表面にマッチした弾性形状を有する利点がある。成型形状を保持するための充分な張度を得る為、シリコンゴム層はかなり厚く、または少なくとも、外層は全く硬くなければならない。
【０００７】
Noma et al.は実施例として、夫々１ｍｍ、合計少なくとも２ｍｍ（０．０７８７インチ）の二層を用いている。勿論、薄いシリコンゴムシートは、所要の形状を保つ強度は持たないであろう。従って、Noma et al.は、シリコンゴム層を良好な伝熱のため薄く作り、外周面を囲む合成樹脂の好ましい補強層を明記している。彼等はまた、外側シリコンゴム層は内側シリコンゴム層より硬く、内外シリコン層はほぼ同じ厚さではあるが、内側シリコンゴム層に弾力的圧力を与え、熱が効率よく半径外方に伝わることを明記している。この熱伝導は熱絶縁よりもNoma et al.にとっては蛍光又はヨウ素球を予加熱する上には望ましい。その理由は、一度、球がスタートし、自身の熱を発するようになれば、その予熱は急速に外に放出しなければ、球はオーバーヒートし、破損するからである。従って、そのような球予加熱付与には熱絶縁は望ましくなく、その熱伝導シリコンゴムはその目的には充分である。Noma et al.は、球からの光を半径方向外方に放出する為に大きな開口を必要とするので、Noma et al.によるそれは、球の一部だけがヒータによってカバーされればよいと言う事実によって助けられている。従って、彼等は、加熱すべき電球より小さい径の心棒に二枚のシリコンゴムシートを硬化することを開示している。その結果、球に載せる時、ヒータは、それ本来の弾性バイアスに抗して、成型又は硬化径よりも大きく拡げられる。それは、球の表面上のヒータの半径方向内方にクランプする弾性バイアスを維持することを容易にしている。開口の広い間隙、何れにしても、その間隙は球からの光を放出する上で重要であるから、その広さは問題ではない。
【０００８】
本特許出願の譲受人であるMKS Instrument,Inc.のHPS Division及び、Watlow Electric,Inc.は、半導体加工産業のためのパイプ、弁体等を主として加熱する為の別の加熱装置を開発した。彼等のVacuCompTMシリーズ４３バルブヒータジャケット、可撓性ヒータジャケット、直線部ヒータジャケット、折曲部ヒータジャケットはその例であり、それ等は、ファイバーグラスで補強されたシリコンマットを用いている。そのマットは平坦で平らなパターンに切断される。そのパターンは三次元に引張られると、パイプの三次元の形状に一致するようになっている。シリコン発泡ゴムの平坦シートが、幾分同様な形状であるが小さくカットされ、次に断熱のためヒータマットの非被覆エッジ部を残して、露出平坦面に接着される。そのエッジ部はシリコン発泡ゴム断熱シートから横方向及び外方に伸びる部分である。レースフック及びレースがヒータの非被覆エッジ部に取り付けられる。それは、パイプヒータ構造を、弁体、可撓性で、曲線及び直線パイプ部及び他のパイプ成分の外周の三次元形状に引張り固定するためである。しかしながら、この種のヒータ構造には実質上の限界及び欠点がある。例えば、ほぼ平坦に作られたこれ等のパイプヒータには、パイプヒータがパイプの曲面に一致するように変形する湾曲量に限界がある。４インチ径の大管のような大径曲面は、よくカバーされる。しかし、「スプリングバック」又はその元の形状に復帰する本質的な傾向と言う弾性平坦形状記憶の問題がある。そのような形状記憶又は「スプリングバック」は、小径の対象物にヒータを取り付けるのが非常に困難となっている。この問題は約２インチ又はそれ以下の径に対して重要であり、対象物の曲面に正確にヒータを一致させるのは殆ど不可能で、対象物とヒータの間に間隙が残ることになる。そのような空隙は、ヒータから対象物への熱伝導を阻止する。「スプリングバック」問題は、対象物が複雑な曲線をしていると、更に激化される。又、シリコン発泡ゴム絶縁層は熱損失を減少させるが、そのメリットが生かされない。第一に、シリコン発泡ゴムでカバーされていないヒータマットの露出エッジは周囲空間にかなりの熱を放出する。第二に、レースフック取付構造は、それに隣接するヒータマットの露出エッジをパイプから離すように物理的に保持し、それにより、ヒータマットとパイプ表面との間にエアーギャップを形成する。又、金属製のレースフックは熱いパイプに接触して非常に熱くなり、熱を放散するばかりでなく、それに触れる人に火傷を負わせる。更に又、層が充分に薄く可撓性が高く、曲面形状を小さく、又「スプリングバッグ」問題を少なくする、例えば、０．０４５インチ厚のファイバーグラス補強のシリコンゴムヒータマット及び１／８〜１／４インチ厚のシリコン発泡ゴム断熱層の場合、断熱効果は、表面温度に対する工業基準には足りない。
【０００９】
パイプ加熱用のシリコンゴム上に作られたヒータにおける欠点はVacuCompTMシリーズ４３バルブヒータジャケット及びＴ形ヒータジャケットに表れてきた。これらのジャケットは、２インチ又はそれ以下位の小型パイプに適用されるヒータの為の本特許出願人の譲受人であるコロラド州プルダーのMKS Instruments.Inc．のＨＰＳ Division及び Watlow Electric Inc.，によって開発されたものである。これらのヒータでは、ファイバーグラスで補強された二枚の薄いシリコンゴムシートの間に挟まれた抵抗線の加熱素子によりなる極めて薄いヒータマットが、加熱されるパイプと同じ大きさと形の軸の回りに巻かれ、厚いシリコンゴムジャケットがヒータマットの上にパイプ成分の形に成形硬化され、その形と大きさを維持する構成となっている。ヒータマットは、全体が１．２ｍｍ（０．０４５インチ）の薄さで、電気抵抗の電熱線が、パイプとの間に０．６ｍｍ（０．０２３インチ）のシリコーンゴム及びファイバーグラスのみを有するパイプ表面に非常に近くに置かれている。約５ｍｍ（０．２インチ）でヒータの形を維持するようにしたヒータマットの回りのシリコンゴムは一側に沿って長手方向に裂かれ、加熱されるパイプの最大部を越えてスリップするに充分な大きさに拡げられる。それは、シリコンゴムが、その材料構造において、充分な弾性記憶を有し、ヒータを成形の形及び大きさに戻す可能性があるからである。このことは、ある程度では可能であるが、満足するほどのレベルまでいっていない。事実、シリコンゴムは本質的に非常に濃密で、僅かに変形する固まりで、硬化処理において充分な内部分子応力に発展し、実際に、その構造を成形形状から離れて変形し、僅かに開いた形成に偏移させるように見える。
【００１０】
Noma et al.の場合は、小さい軸の回りにシリコンゴムを成形することにより、ランプ予加熱に対するそのような問題は解消することが出来たが、その解消手段はジャケットとヒーターマットの間のギャップ又は孔が加熱効果を下げ望ましくない加熱ロスを許すパイプヒータには利用出来ない。ヒータジャケットの外用に巻かれた帯は加熱されているパイプ上にヒータマットを押し付け保持することは出来るが、ヒータマットとパイプ成分との間、特に帯の間に、なおもギャップが残り、ヒータマットからパイプへの熱伝導を阻止する。上記のようにNoma et al.のヒータにとって、シリコンゴムは非常に濃密で固形材料として、約０．２８乃至０．３０（ワット／メータ−Ｋ）の範囲の伝導係数で良い熱伝導を有しているが、VacuCompTMシリーズ４３シリコンゴムヒータにとって熱の損失は非常に大きな問題である。従って、シリコンゴムジャケットは熱をヒータマットから外方の周辺面に伝えてしまう。この特性は、シリコンゴムジャケットから熱を大気に放出すると言う損失ばかりでなく、如何にヒータマット及びパイプの湿度が維持されているかによるが、シリコンゴムジャケット外周面をヒータの作動中非常に熱くする。ヒータマットとパイプ成分の境界における温度が１４０℃乃至１６０℃の範囲にある場合、VacuCompTMシリーズ４３シリコンゴム肘ヒータジャケット及びＴ型ヒータジャケットの外周面は、室温が約２０〜２２℃（６８〜７２Ｆ）の時、約１２０℃及び１３０℃で、これは触れる人を火傷させるに充分な熱さである。安全の為、或る工場では、パイプヒータ最高表面温度を火傷を防ぐように規制している。例えば、IBM Corporationは、半導体加工設備で用いられるプラスチック及び他の低熱伝導機器の表面を７５℃（１０７Ｆ）に決めている。ＶａｃｕＣｏｍｐTMシリーズ４３シリコンゴム肘ヒータージャケット及び下型ヒータジャケットはこれ等の基準に合致しない。
【００１１】
従って、ヒータ技術が良好に発展したにもかかわらず、所定の位置に置かれたパイプ及び配管にすばやく又容易に取付けることができ、そして熱を効率よくパイプに伝え、且つそれを効果的に維持することのできる、使用容易で、より効果的なヒータ及び断熱装置が望まれる。
【００１２】
本発明の一般的な目的は、二次元又は三次元の曲面を有する対象物を加熱する可撓性ヒータを提供するにある。
【００１３】
本発明の他の一般目的は、加熱対象物の形状および寸法に適合するヒータを提供するにある。
【００１４】
本発明の他の一般目的は、二次元または三次元の曲面を有する対象物ネットワークを加熱するシステムを提供するにある。
【００１５】
本発明の更に一般的な目的は、すばやく且つ容易に対象物から取外し又そこへ再取付できるヒータを提供するにある。
【００１６】
本発明の特定の目的は、対象物に直接接近する加熱要素を有する、二次元又は三次元曲面の対象物に対応できるヒータを提供するにある。
【００１７】
本発明の更に特定の目的は、熱をパイプに対し半径方向内方に伝え、一方、熱が半径方向外方に伝わるのを断ち、ヒータの外周面温度を最低にし、触れる人の火傷を防ぐことの出来る、二次元又は三次元表面を有する対象物に対応できるヒータを提供するにある。
【００１８】
本発明の他の目的は、二次元又は三次元曲面の対象物に対し、美的満足感を与え、また配管ネットワークに沿ってヒータシステムを形成するために、同様の特性を有する複数のヒータを含むヒータアセンブリを提供するにある。
【００１９】
本発明の他の目的、利点及び新規な特徴は、以下に説明され、以下を検討することにより明らかになり、又は本発明を実施することにより教示されるであろう。本目的及び利点は、添付のクレームで指摘した機器手段及び組合せにより実現できる。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
上記の目的及び他の目的を達する為、また本発明の目的に従って、ここに実施し広く述べたように、本ヒータ装置は薄く、可撓性で、しかも実質的に非伸縮性ヒータマットを有し、そのマットは、ファイバーグラス補強のシリコン固形ゴム、又は大きさ及び形状において類似の性質を有する二枚のシートに挟まれた電気加熱要素を有し、加熱されるべき対象物の形に一致するものであり、更にヒータ装置はヒータマットの上に成形されたスポンジ又は発泡ゴム断熱ジャケットを有し、そのジャケットは外力で変形するが、外力を除いた時は、原形及び大きさに弾性的に復帰するようになっている。電気制御回路が熱を監視して破損を防ぎ、多数のヒータが共通温度監視機器と一緒に鎖状連結できる。
【００２１】
上記及び他の目的を達する為、更に本発明は可撓性断熱ヒータを製造する方法を提供する。その方法は、加熱されるべき対象物と同じ大きさ、形を有する心棒に巻き付かれた二枚のシート（両シート間に電熱部材が埋められている）を硬化養生させる工程を含む。シリコンスポンジ又は発泡ゴム（又は類似の性質を有する他の材料）が心棒上のヒータマット要素の回りに成形されると共に、電気接続用の部品も埋め込まれる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
図１は、単一構造または複合構造を有する物体（例えばパイプＰの一部）に用いられる本発明のフレキシブル断熱ヒータ３０を示している。該ヒータ３０は好ましくは、加熱される物体例えばパイプの曲面に合わせてサイズ的におよび形状的に加工される。図１に示す一直線状のパイプは、単一構造を有する物体の一例である。複合構造を有する物体例えばエルボ継ぎ手およびバルブ等に搭載されこれらを加熱するように形状加工およびサイズ加工された他の実施形態は、後で説明される。
【００２３】
本発明のフレキシブルヒータ３０は、断熱材の非伸縮性ヒータマット３４と断熱材の伸縮性ジャケット３６とを有して構成されている。ヒータマット３４とジャケット３６は、特有の弾力性および半径方向の内向けバイアスまたは材料記憶性を形成させるように互いに接着されている。該半径方向の内向けバイアスまたは材料記憶性によって、ヒータマット３４は、加熱される物体またはパイプＰの表面に接触して保持されるようになり、ヒータマット３４からの熱流が半径方向に沿って加熱対象物またはパイプへ誘導される。この際、逆方向の熱流が防止される。
【００２４】
図１および図２に示すように、本発明のヒータ３０は、ヒータマット３４がパイプの外面に接触できるようにパイプＰに装着されている。それにより、ヒータマット３４が発生した熱が主に伝導により直接にパイプＰに移転される。ジャケット３６は、断熱材で作られているが、ヒータマット３４およびパイプＰより低い熱伝導性を有し、ヒータマット３４を覆うように装着されている。ジャケット３６は、加熱される物体またはパイプより低い熱伝導性を有するため、ヒータマット３４により発生した熱は、主として半径方向に沿って内向きにパイプへ流れており、逆方向の熱流が極めて少ない。このような構造により、ヒータマット３４からパイプＰへの伝熱が効率的に行われ、ジャケット３６を経て外側へ逃げる熱損失が防止される。従って、ジャケット３６の外周面は、比較的冷たい状態となり、或いは手で触ると暖かく感じるだけで、ヒータ3０を触る可能性のある人は、火傷から免れるようになる。
【００２５】
図３および図４に示すように、ヒータ３０は、ジャケット３６とヒータマット３４とを貫通するようにヒータの長手方向にスリット３１を形成させている。従って、該スリット３１を形成するヒータ３０の端縁面４２，４３は、互いに分離されてパイプＰをヒータ３０内に挿入することができるようになっている。図１に示すように、一対の帯環４６，４７は、上記スリット３１を跨るようにヒータ３１の外周面１１４に巻回されて、ヒータ３０をパイプＰに固定するとき用いられる。フックファスナまたはループファスナ３５，３７は、各帯環４６，４７の両端を１箇所に留めるために使われているので、上記スリットを形成させるヒータ３０の端縁面４２，４３は、互いに分離されることなく、ヒータ３０がパイプＰから不意に離脱することが防げるようなっている。プラグ１１８を有する電源コード４８は、ヒータ３０の下面に装着した装飾性オーバーモールド５０に接続されている。この電源コード４８は、シリコンゴムで被覆されたガラスファイバー製のスリーブにテフロンリード線を挿通して構成されたものである。プラグ受け１１９を有する上記以外の電源コード４９は、オーバーモールド５０から延びており、隣接のヒータ（図示せず）へ電源を供給できる構成となっている。
【００２６】
図１〜３に示すように、ヒータマット３４は好ましくは、互いに積層された２枚のガラスファイバー強化のゴムシート（３８，３９）間に電気抵抗の電熱線材４０を挟んで構成されている。電気抵抗の発熱ワイヤ４０は、ニッケル−クロム、ニッケル−クロム−鉄、ニッケル−銅、またはニッケル−鉄で作られたものであり、或いは、電流に対して充分な抵抗を示し大量に発熱する性質と電流が流れるとき発生した熱に耐える充分な高融点とを有する市販のものを使用しても良い。加熱対象物が図１〜図５に示すパイプＰであった場合、ヒータマット３４は、パイプＰの曲面形状に合わせて形状的およびサイズ的に中間加工されることが必要である。ゴムシート（３８，３９）、或いは少なくともゴムシート３８を薄くすることが望まれている。ゴムシート３８を薄くすることによって、電熱線材４０をパイプＰに接近させることができる。このように、電熱線材４０とパイプＰとの間に介在される内側ゴムシート３８は、電熱線材４０からパイプＰへの伝熱にとって大きな伝熱抵抗にならない。断熱材例えばポリマー発泡体またはシリコンスポンジゴムで作られたジャケット３６は、ヒータマット３４の外面に合わせて成形されて付着される。従って、ヒータマット３４は、パイプＰの表面形状に応じて形状および寸法上は補足されるようになる。断熱性ジャケット３６は、パイプＰより低い伝熱性を有しているので、電熱線材４０からの熱が半径方向に沿って外側へ逃げることが防止される。なお、ゴムシート３８を通過してパイプＰへ流れる熱に対する抵抗が少なくなっている。また、該断熱ジャケット３６は、ヒータ３０を触る可能性のある人を火傷から守る役割を果たしている。
【００２７】
図１に示すように本発明のヒータをパイプＰに用いるとき、ヒータマット３４およびジャケット３６は、端縁面４２，４３が互いに接触できるように形状および寸法上の加工がされており、少なくともヒータがパイプＰに装着された際に端縁面４２，４３が互いにほぼ接触するように形状および寸法上の加工がされている。また図４に示すように、ヒータマット３４およびジャケット３６は、端縁面４２，４３を強力に分離させヒータ３０を開いてパイプＰに装着できるように充分な弾力可撓性を有している。そして、加熱対象物の表面形状に応じて形状および寸法上の加工がされているヒータマット３４の外面（即ち外側ゴムシート３９の露出面）に、型を用いることによって、マット３４より優れた伸縮性および圧縮性の弾力材例えばポリマー発泡材でジャケット３６を成形させ付着する。このようにして、ヒータマット３４とジャケット３６の内層５１が相互滑動できるように互いに付着されることになる。従って、ヒータマット３４は実質上は非伸縮性かつ非圧縮性であるのに対してジャケット３６は伸縮性かつ圧縮性であるため、図４に示す力（Ｆ，Ｆ’）により端縁４２，４３を強力に相互分離させると、ジャケット３６の外層５２が圧縮力の矢印４５で示すように圧縮されるようになる。換言すれば、ジャケット３６を構成する発泡材は非圧縮性ではあるが、該材料が上記のような圧縮に抵抗し、圧縮力矢印４５の方向で働く固有の弾力性を持っている。上記の開き力（Ｆ、Ｆ’）がジャケット３６を構成する発泡材の固有圧縮抵抗を打ち勝つと、ヒータ３０は図４に示すように最初の形状から変形するようになる。一方、開き力（Ｆ、Ｆ’）が解消されると、ジャケット３６の外層にある圧縮力４５によってヒータ３０は、最初のシリンダー形状または他の形状に戻る。結果として、薄くて湾曲可能で実質上は非伸縮性かつ非圧縮性のヒータマット３４に弾力性かつ圧縮性のジャケット３６を接着させることによって、ヒータ最初の形状に戻る傾向が保たれて、加熱対象となるパイプＰの表面にヒータマット３４が接触するようになる。その際、電熱線材４０がパイプＰの外面に接近しているため、電熱線材４０からパイプＰへの電熱が効率よく行われることになる。一方、ヒータマット３４から半径方向に沿って外側への電熱が、ジャケット３６によって隔絶され或いは抑制されるようになる。帯環４６，４７は、必要に応じてヒータ３０を加熱対象のパイプＰまたは他の物体に充分に巻回すために設けられている。なお通常は、ヒータ３０は最初の形状に戻る偏倚弾力性を持っており、該偏倚弾力性によりヒータマット３４とパイプＰとの間の接触は良く保たれるようになる。
【００２８】
図５に示すように、ヒータ３０は、ヒータマット３４からヒータ３０の外表面まで延びる制御用キャビティ１１５を断熱材のジャケット３６に形成させている。ヒータマット３４に嵌入された電熱線材４０は、金属部材の目孔１３６に終わっており、制御用キャビティ１１５内で電源コード４８との電気接続点を形成させている。それにより、電流が電熱ワイヤ４０を流れてヒータマット３４内に熱を発生することができる。また電熱線材４０を、キャビティ１１５に配置されているフューズ、制御回路、定温保持器、および他の電気回路に接続することもできる。更にヒータ30は、制御キャビティ１１５に配置されているモニター定温保持器（図示せず）を有するが、該モニター定温保持器は電源コード４８とも電熱線材４０とも接続されていない。
【００２９】
ヒータ３０を製造する好ましい方法としては、ヒータマット３４を製造するため加硫技術（特に完全加硫技術）を使用し、硫化されたマット３４を覆うように型枠を用いて発泡体の断熱材ジャケット３６を形成させることによって、最終製品の可撓性ヒータ３０が得られる。このような形成過程では、ポリマー発泡の断熱材、シリコンスポンジゴム、シリコン発泡ゴム、または他の適正な材料を使用してジャケット３６を形成させる。この方法によって、単一軸のヒータ例えば図１および図２に示すパイプヒータ３０を製造できるだけではなくて、複雑な三次元のヒータ、例えば図６に示すエルボ型のヒータ５２（エルボ型の管路継ぎ手を覆って加熱するためのもの）、図７に示すＴ型のヒータ（Ｔ型の管路継ぎ手を覆って加熱するためのもの）、図８に示すバルブヒータ（弁体を覆って加熱するためのもの）等を製造することもできる。
【００３０】
さらに図１〜４に示すように、シリンダー状ヒータ３０における２枚の薄材シート３８，３９（０．０１４〜０．０３インチ、即ち０．３５６〜０．７６２ｍｍ）は、ガラスファイバー強化のシリコンゴムシートで作られている。シート３８，３９は、薄い厚みを有し良好な伝熱性を持つ非伸縮性かつ非圧縮性の材料のガラスファイバー強化のシリコンゴムで構成されている。そしてシート３８，３９は、高い熱安定性と低い燃焼性とを有すると共に、電熱線材４０からの熱による損傷を免れれるようになっている。また、両シート間に嵌入された電熱線材４０に絶縁被覆を施していない場合、シート３８，３９は、誘電材料（電気絶縁体）で構成することが求められている。更に好ましくは、シート３８は、例えばＰｅｒｍａｃｅｌ＃５０１２で、シート３９は、例えばＰｅｒｍａｃｅｌ＃５６４（共にＰｅｒｍａｃｅｌ社製）で作られている。ここでＰｅｒｍａｃｅｌ＃５０１２およびＰｅｒｍａｃｅｌ＃５６４は、共にシリコンゴムの被覆を有するガラスファイバーである。
【００３１】
ヒータマット３４における２枚のシート３８，３９は、電熱線材４０の両側に配置して互いに積層されて、電熱線材4０のために熱安定で電気絶縁な防護壁を形成させている。電熱線材４０は、両シート３８，３９間に挟まれるので、ヒータマット３４に嵌入されることになる。上述のように電熱線材４０は、ニッケル−クロム、ニッケル−クロム−鉄、ニッケル−銅、またはニッケル−鉄で作られたものである。また、パイプＰへの良好な伝熱がはかるように、このような電熱線材４０は、ヒータマット内に充分な密度で分布されるべきである。さらに電熱ワイヤ４０は、ガラスファイバーの芯線に支持され或いは支持されていない単一線或いは多束線である。図面では、一種の電熱線材４０を示しているが、ヒータマット３４に熱を発生するためなら、他のタイプの電熱ワイヤも使用可能となっている。例えば、フォイル材、化学的にエッチングされたフォイル材、蒸着フィルム、電導性ポリマー、厚いフィルムペーストを用いてヒータマット３４内に熱を発生することができる。
【００３２】
ヒータマット３４に付着される断熱材のジャケット３６は、シリコンスポンジゴムまたはシリコン発泡ゴムで作られている。シリコンスポンジゴムまたはシリコン発泡ゴムを用いるその理由は、シリコンスポンジゴムまたはシリコン発泡ゴムがヒータマット３４のシリコンゴム表面に良く付着するだけでなく、大量の熱に対して耐えることができるからである。例えば、必要に応じてパイプＰを２００℃まで加熱することがある。シリコン発泡体もジャッケト材として望ましい。その理由は、シリコン発泡体は大量の空気袋を含んでいるからである。例えば、断熱材のジャッケト３６に用いられれるシリコンスポンジまたはシリコン発泡ゴムは、空気含有量が８０％である。また、シリコン発泡体のヤング係数（剛性）は、空気の３／４であり、或いは固体ゴムの１／４である。ある材料のヤング係数が高ければ高いほど該材料の剛性が高いと言われている。
【００３３】
上記のような空気の存在は、ジャケット３６の伝熱性およびヤング係数を低下させるので、ジャケットとしての質を高めることになる。低下した伝熱性によって熱損失が抑制されて、ジャケット３６の外面温度も低下される。また、低下したヤング係数によって、パイプに装着できる充分なフレキシブル性を有し且つ充分な厚みを有するジャケットが製作される。即ち、良好かつ充分な記憶性を有しフレキシブル非伸縮性のヒータマットと結合できるジャケット構造が形成される。空気発泡がない場合、ヒータ３０は２インチの厚みを有さなければならないが、これは高価なゴムの浪費を招き、ヒータの剛性が高まり、結局、ヒータをパイプＰに装着できなくなる。
【００３４】
好ましくは、シリコン発泡体例えばゼネラルエレクトリク社製のＲＴＦ７００を用いる。これは、ゼネラルエレクトリク社製のＲＴＦ７００が所要の熱安定性および接着性を有しているからである。また、ＲＴＦ７００シリコン発泡体は、１７７℃の温度下で連続作業できる性質をもつ多成分のシリコン発泡体である。各成分の混合比変化によって、異なる物性をもつ発泡体が形成される。例えば、混合比変化によって、高い或いは低い密度を有して高い或いは低い伝熱性を有する発泡体が得られる。
【００３５】
ジャケット３６を構成するシリコンスポンジゴムまたはシリコン発泡ゴムは、従来のジャケットを構成する固体シリコンゴムと比べて幾つかの利点を有している。例えば、本発明のジャケット３６を構成するシリコンスポンジゴムまたはシリコン発泡ゴムは、固体シリコンゴムより優れた断熱性を持つだけではなく、ガラスファイバーにより補強され可撓性と非伸縮性とを有する薄いシリコンゴムの加熱マット３４と結合するとき、従来のヒータにおけるシリコンゴム製のジャケットと比べて、パイプＰの表面形状に応じる最初形状および寸法に戻るために優れた記憶性を持っている。従来のジャケットと比較してみると、本発明のジャケットが持つ利点は、以下のようにまとめることができる。まず、本発明のジャケット３６を構成するシリコンスポンジゴムまたはシリコン発泡ゴムは、従来の固体シリコンゴムより低い密度を有するので、硬化に際して固体シリコンゴムほどの内部分子応力がない。それにより、固有の内部バイアスが生じ、該内部バイアスがジャケットの最初形状および寸法から半径方向に沿って外側へ向かっている。また、本発明のジャケット３６を構成するシリコンスポンジゴムまたシリコン発泡ゴムのヤング係数は、従来のジャケットを構成する固体シリコンゴムより遥かに低い。それにより、本発明のジャケットは従来のジャケットより高い弾力性を有すると共に、より変形しやい性質を持っている。従って、ジャケット３６とヒータマット３４との付着面近傍の（ジャケット）内部分子バイアスによって、ヒータ３０の構造に微小な半径方向の外向きバイアスが付加される。なお、この（ジャケット）内部分子バイアスが、シリコンスポンジゴムまたはシリコン発泡ゴム内の圧縮力４５によって、容易に解消され或いは作用しなくなる。さらに、本発明のジャケット36を構成するシリコンスポンジゴムまたはシリコン発泡ゴムの伝熱係数は、０．０６〜０．１２ワット／メータＫである。従って、ジャケット３６の表面を７５℃以下の温度に維持する充分な断熱性を提供するためのシリコンスポンジゴムまたはシリコン発泡ゴムの厚みは、構造の観点から見ても非常に有利な範囲に入っている。例えば、伝熱係数が約０．８５であった場合、ヒータマット３４で１５０℃の温度は、約１／２インチのシリコンスポンジゴムまたはシリコン発泡ゴムによって７５℃まで下がることになる。
【００３６】
図２４および図２５に示すように、シリコンスポンジゴムおよびシリコン発泡ゴムは、所定範囲内の圧縮係数を有している。該範囲内の圧縮係数は、ジャケット３６とヒータマット３４とを最初の形状に戻すための有効な力で圧縮変形に抵抗することができる。さらに図３および図４に示すように、外力Ｆ、Ｆ’によりヒータ３０が半径方向に外側へ変形しようとするとき、ジャケットは矢印４５で示すように圧縮される。より厳密に言うと、応力の断面４１がジャケット３６の断面に形成している。ここで、ヒータマット３４が非伸縮性かつ非圧縮性であるため、圧縮応力４１の中立軸がヒータマット３４によって形成される。この場合、外表面１１４（ヒータマット３４からの距離：ｄ）における応力が最大となり、ヒータマット３４における応力が０となる。従って、距離ｄの瞬間アームに作用する外表面１１４における応力によって、変形したヒータマット３４を最初の形状および寸法に戻すためのｆｘｄトルクが形成される。また図２４および図２５に示すように、各応力の大きさは、シリコンスポンジゴムまたはシリコン発泡ゴムが距離ｄにおいて圧縮された程度によって異なる。勿論、圧縮応力断面４１がヒータマット３４に接近して０となったとき、上記距離または瞬間アームが減少すると共に、上記トルクも減少する。圧縮応力断面４１をわたって積分することによって、ヒータマット３４における全ての点に作用する材料及び圧縮力を総括するトータルトルクが得られる。また、外力Ｆ、Ｆ’が解消されたとき、ヒータ３０は該トータルトルクによって最初の形状および寸法に回復できるようになっている。
【００３７】
シリコンスポンジゴムまたはシリコン発泡ゴムが所定の厚みを有して所要の断熱効果を発揮し、ジャケット３６の外表面を７５℃以下に維持している。それはヒータ３０に期待されたことの一つである。なお、ジャケット３６とヒータマット３４との結合により得られた構造上の一体性は予想外の効果を産む。このような構造によって、ヒータ３０を管路に装着したり管路から外したりすることが容易になる。当該特徴が半導体工業では特に重要である。即ち、半導体工業では、月に一度または週に一度の管路清掃を行うため、管路操業の中止および管路システムの移動がよくあるからである。
【００３８】
図２４または図２５に示す範囲内の圧縮係数を有するシリコンスポンジゴムまたはシリコン発泡ゴムは、図２６に示すシリコン固体ゴムと対比して予想通りの作用を発揮している。好ましくは、図２４に示す中間程度から柔軟領域までのシリコンスポンジゴムを用いるのがよい。なお、最良の断熱性および記憶バイアス機能を得るために、ジャケット３６の厚さは０．５インチとしている。
【００３９】
ジャケット３６を構成するシリコンスポンジゴムまたはシリコン発泡ゴムによって、ヒータマット３４から半径方向で外側への伝熱が抑制されるので、パイプＰへの伝熱が促進される。それによって、パイプＰを加熱するため必要な熱量を減らすことができ、またヒータ３０の外面１１４の温度を最小に下げることができる。従って、ジャケット３６を触る可能性のある人は、火傷から守られるようになる。例えば、一部の会社によって、ジャケット外表面温度は７５℃（華氏１６７度）であることが要求されている。
【００４０】
図１および図２に示すフックファスナ３５またはループファスナ３７を有する帯環４６，４７を使用し、或いは図６〜図８に示すスナップ４４を使用することによって、ヒータ３０，５２，５６，６０をパイプＰまたは他の物体に確実に装着することができる。また、フックファスナ３５、ループファスナ３７、およびスナップ４４を使用することによって、ヒータ３０，５２，５６，６０を速やか且つ容易にパイプＰに装着したり外したりすることができるようになる。特に、パイプシステムを使用しなくなった場合、ヒータ３０，５２，５６，６０を速やか且つ容易にパイプＰから外すことが重要である。帯環４６，４７は、フックファスナ３５，ループファスナ３７またはスナップ４４がヒータの円滑な外表面に位置するようにヒータに配置されている。換言すれば、フックファスナ３５，ループファスナ３７またはスナップ４４がヒータの間隙またはスリットに位置することを避けるべきである。
【００４１】
さらに図５に示すように、制御用キャビティ１１５の内部空間に電気接続点および回路が収容されている。また、該制御用キャビティ１１５の内部にシリコン固体ゴム（例えば、ミシガン州のDow Corning社製の
ＤＣ３１２０ＲＴＶ）を充填することによって、上記した電気接続点および回路部分をキャビティ内に固定することができる。上述したように、目孔１３６につながっている電熱線材４０は、キャビティ１１５内で電源コード４８，４９に接続されており、電流が電熱ワイヤ４０を流れてヒータマット３４に熱を発生させるようになっている。
【００４２】
キャビティ１１５（図５）内に位置され包まれたヒータマット３４の制御回路は、図９に示されている。ここで電熱線材４０は、電気抵抗または抵抗負荷として表されている。該制御回路は好ましくは、ヒータ３０を所要の温度範囲例えば５０〜２００℃に維持するための定温保持器１１７を有する。熱熔ヒューズ１１６は、非再設定可能なサーマルリミットとして働き、ヒータ３０への過剰加熱を避けることでヒータの熱損傷を防止する。また、定温保持器１１７が機能しなくなったときヒータの構成材料例えばシリコンゴムまたは他の材料の溶融を防ぐ。このような熱熔ヒューズ１１６は、Micro Devices Product Group of Them-O-Disc 社製の４３７７Ａ１を使っても良い。また、定温保持器１１７は例えば、Elmwood of Pawtrucket社製の３４５０ＲＣがよい。ヒータ３０の製造時に該定温保持器１１７が選ばれ、特定の温度範囲例えば９５〜１３５℃が維持される。
【００４３】
電源コード４８の雄型プラグ１１８および電源コード４９の雌型プラグ１１９は、図９の回路図に示されている。図９に示す回路は、電熱線材４０（電気抵抗として表示されている）と並列して接続されるので、複数のヒータヘ電源を供給することができる。また、モニター定温保持器１２１も上記制御キャビティ１１５に位置され、雄プラグ１２３と接続されているので、ヒータ３０が機能しなくなったときの状態を検知する。特に、電源供給不能や電熱線材４０の熱損傷が生じた場合、ヒータ３０は冷却し始める。制御キャビティ１１５内のモニター定温保持器１２１は、温度の変化を検出し、それ自身の回路を断路させ或いは維持することで、ヒータ３０の操作不能状態を表す信号を発生する。なお、該信号は、プラグ１２３が接続されたローカルまたは遠隔モニター装置（図示せず）によって検知される。このような電気回路モニター装置は、簡単な場合は観察用の発光ダイオード（ＬＥＤ）であり、複雑な場合はコンピューター付きのプラント管理システムである。定温保持器１２１は、雌プラグ１２５に接続されることも可能なので、同時に直列に使用される複数のモニター定温保持器を収容できるようになっている。或いは、複数のモニター定温保持器が並列に取り組まれるように、モニター定温保持器１２１を、雄型プラグ１２３と雌型プラグ１２５と接続させることも可能となっている。なお、複数のモニター定温保持器が並列に配置された場合、視覚監視装置（図示せず）例えば発光ダイオード（ＬＥＤ）は、並列配置の各モニター定温保持器と直列に接続されることによって、発光ダイオード（ＬＥＤ）が各モニター定温保持器の状態によって発光したり発光しなかったりすることで、ヒータの状態を表示する。このようなモニター定温保持器１２１として、Porrage Electric Products社製のモデルＣ定温保持器／熱保護器が挙げられる。
【００４４】
図６に示すエルボ型ヒータ５２は、三次元曲面のヒータ例えば図７に示すヒータ５６および図８に示すヒータを代表している。なお、該３種類のヒータのうち、図６に示すエルボ型ヒータ５２は、図１〜図５に示すヒータと最も似ている。図６に示すように、エルボ型ヒータ５２は、非伸縮性のヒータマット１２０と、ヒータマット１２０に接着された断熱材の伸縮性かつ圧縮性ジャケット１２２とを有している。ヒータマット１２０は、電熱線材（図示せず）間に挟んで互いに積層された２枚ガラスファイバー補強のゴムシートを有して構成されている。ジャケット１２２を構成する断熱材は、例えばシリコン発泡体、ポリマー発泡体、エポキシ発泡体、またはポリウレタン発泡体である。シリコン発泡体としては、General Electric Company社製のＲＴＦ７００が好ましい。
【００４５】
ヒータ５２は、エルボ状の管路継ぎ手に順応する曲面形状および寸法を有している。ヒータマット１２０および断熱材のジャケット１２２に対し事前の形状加工を行うことで端縁面１２６，１２７が得られる。ヒータ５２がエルボ状の管路継ぎ手に装着したとき、端縁面１２６，１２７が互いに接触するようになる。好ましくは、端縁面１２６，１２７がエルボ状の管路継ぎ手の最も内側アークに沿っての長手方向に延びており、端縁面１２６，１２７間を経て外側へ逃げる熱を最小限にすることができる。図６に示す端縁面１２６，１２７間の隙間が比較的大きいように見えるが、これは説明のため極端に描いているに過ぎない。実は、ヒータマット１２０とジャケット１２２との結合により、充分な弾力性のある内部バイアスが得られ、ヒータ５２の端縁面１２６，１２７が相互に接触するように閉じることができる。さらに、ヒータ５２の構造が充分な弾力可撓性を有するので、端縁面１２６，１２７を互いに分離させてヒータ５２を開き、ヒータ５２をエルボ状の管路継ぎ手に装着することができる。装着後のヒータ５２は、最初のエルボ形状に戻り、エルボ状の管路継ぎ手に固着されるようになる。なお、電源コード１２８は、ヒータマット１２０中の電熱線材（図示せず）に電源を供給する。供給方法は、図１〜図５、図９に示す実施例と類似している。
【００４６】
ヒータ５２は、エルボ状の管路（図示せず）にぴったり順応するように形状加工および寸法加工がされている。そのため、ジャケット１２２によって覆われていない露出の管路部分は認められない。ジャケット１２２にも隙間が認められない。また、ヒータ５２は、エルボ状の管路に固定されるための締め紐やフック等を必要としない。それによって、ヒータ５２の装着および撤去時に相当な時間が節約される。
【００４７】
本発明における他の特徴は、上記したヒータ３０、５２、５６、６０を製造する方法である。本発明の方法によって、二次元および三次元の曲面を有する物体を加熱するヒータが作られる。また、所要の形状に戻れる内部バイアスを付与することによって、製造後のヒータ「スプリンバック」を軽減し或いは解消することができる。「スプリンバック」とは、従来のヒータがパイプまたは継ぎ手の曲面形状から直線方向に伸びてしまう傾向を意味している。このような「スプリンバック」を軽減し或いは解消することによって、加熱対象物とヒータとの間に生じ得るエアギャップ（加熱マットからパイプへの伝熱を阻止するもの）の可能性を軽減できるようになる。本発明の方法を使用して製造したヒータは、断熱材で作られ相当な厚みを有するジャケットを装備すると共に、ヒータマットと加熱対象物の外表面全体との接触が良好となる。
【００４８】
図１０に示すように、ヒータマット３４は、両シート３８，３９間に電熱線材４０を配置することによって形成されている。硬化処理によって、両シート３８，３９が電熱線材４０を間に挟んだまま互いに積層されて積層物となる。このような硬化処理は、最終製品としての所要形状および寸法が得られるように行われるので、最終製品のヒータ構造は、可撓性または湾曲性を持ちながら加熱対象物の形状に順応できる状態となっている。なお、最も理想なのは、上記した硬化処理は、図１１に示すマイラー「ラップおよび焼き付け」方法によるものである。ガラスファイバー補強のゴムシート３８，３９は、図１１に示すように円柱状の心棒１３２を覆うように配置され、電熱線材４０は両シート３８，３９間に挟まれている。電熱線材４０は、蛇紋状、波状または幾何学模様となり、ヒータマット３４のほぼ全体に熱が分布されるようになっている。なお、電熱線材４０は、長手方向の線１３４（シート３８，３９によって定義される）と交差しないように形状加工および位置されている。線１３４は、図１に示すスリット３１（端縁面４２，４３によって形成される）に相当する。従って、線１３４と交差しないように電熱線材４０を配置すれば、電熱線材４０は、端縁面４２，４３を強力に分離させてヒータを開く操作に影響しなくて済むようになっている。図１１に示す円柱状心棒１３２は、図１に示すパイプ１とほぼ同じ直径を有している。長手方向の線１３４に沿って形成した開放可能な連結部によって、ヒータ３０を開けてパイプＰに装着することができる。図５および図１９に示す電熱線材の目孔１３６は、電気アクセス点として用いられており、該電気アクセス点にハンダ付けで接続されるのは、電源コード４８（図１、図２）、ヒューズ、制御回路、定温保持器、図９に示す回路などである。
【００４９】
図１１に示すマイラー「ラップおよび焼き付け」方法では、マイラーバンド材１３７または他の適正な伸縮性かつ熱収縮性の材料が、室温の条件下で外側シート３８および心棒１３２に巻回される。マイラーのバンド材１３７は、Dupont社製のDuPont 65 Heat Shrinkable MylarTM （熱収縮性マイラー）が好ましい。シート３８，３９は、マイラーバンド材１３７によって緊密に覆われた後、電熱線材４０および心棒１３２がオーブン（図示せず）内において約華氏３２５度の温度で約３０分をかけて加熱される。この際、マイラーバンド材１３７は熱によって収縮し、半径方向に沿って心棒１３２およびシート３８，３９に向かって１０〜１５（ＰＳＩ）の圧力がかかるようになる。そのため、両シート３８，３９は硬化し互いに連鎖されるので、電熱線材４０を間に挟んだ連続状のヒータマット層が得られる。硬化完了後、マイラーバンド材１３７がヒータマット３４から取り外されて、成形後のヒータマット３４が円柱状心棒１３２から分離される。マイラー「ラップおよび焼き付け」方法は、当業者であれば周知されているので、ここで詳細な説明を省略する。
【００５０】
マイラー「ラップおよび焼き付け」方法の代わりに、図１２に示すように湾曲プレート１３８，１４０で得られた圧力を用いる方法である。この場合、図１１に示すマイラーバンド材１３７を使わない。詳しくは、図１２に示すように、ガラスファイバー補強のゴムシート３８，３９は、電熱線材４０を間に挟んだまま、加熱可能な円柱状心棒１３２を覆うように配置される。また、電熱線材４０は、図１１に示す例と同じように、長手方向の線１３４と交差しないように配置されている。さらに、円柱状心棒１３２の直径は、図１に示すパイプＰの直径とほぼ同じである。従って、ヒータマット３４が製作された後、長手方向の線１３４に沿って分離されて、図１の端縁面４２，４３に相当する隙間面が形成される。加熱可能な圧板１４２または半径方向に沿って内向きの圧力を発生する他の加熱装置を構成する二つの部分１３８，１４０は、図１２に示す破線に沿って外側シート３９の外面に配置されることで、両シート３８，３９は心棒１３２と圧板１４２との間に挟まれる。圧板１４２を構成する二つの部分１３８と１４０は、約２５（ＰＳＩ）の圧力でシート３８，３９へ押圧された後、心棒１３２および圧板１４２が１０分間で華氏３５０度まで加熱され、電熱線材４０を間に挟んだ両ガラスファイバー補強のシート３８，３９を硬化させる。硬化処理後、圧板１４２を取り外し、完成後のヒータマット３４が心棒１３２から分離することで得られる。
【００５１】
既述の説明では、ヒータマット３４を硬化する２つの方法を述べたが、他の方法を用いることも可能である。例えば、真空袋詰め技術、圧力袋技術、圧力ブラダー技術、オートクレーブ又は他の従来の硬化技術がヒータマット３４を硬化するために用いられることができる。上記の方法は、複雑な湾曲部を有するヒータマットを製造するのに用いられることもできる。複雑な湾曲部を有する対象物を硬化処理するために、心棒及び／又はプラテンを用いることは公知の技術である。典型的には、心棒はヒータが取り巻き、加熱する対象物と同じ形状及び寸法を有している。例えば、図６のエルボー型ヒータ５２用の予め硬化処理されたヒータマット１５０は、心棒にくるまれる以前は図１３に示されるようなフラット形状をしている。ヒータマット１５０は、それが載置されるエルボーパイプ（図示せず）と略同じ形状を有する心棒（図示せず）上で硬化処理される。同様に、図７のＴ型ヒータ５６のヒータマット１５２は、心棒にくるまれる以前は図１４に示されるようなフラット形状をしている。ヒータマット１５２は、それが載置されるＴ型パイプ（図示せず）と略同じ形状を有する心棒（図示せず）上で硬化処理される。更に同様に、図８のバルブヒータ６０のヒータマット１５４は、心棒にくるまれる以前は図１５に示されるようなフラット形状をしている。ヒータマット１５４は、それが載置されるバルブボディ（図示せず）と略同じ形状を有する心棒（図示せず）上で硬化処理される。図１６に示されるヒータマット１５６は、円錐台形状のパイプ（図示せず）をくるみ加熱処理するために円錐台形状の心棒（図示せず）を用いることによって製造することができる。複雑な湾曲部を有する他のヒータマット（図示せず）も、それと略同じ形状の心棒を用いることによって硬化処理により製造することができる。エルボー型ヒータ５２のヒータマット１２０も同様にして作成することができる。Ｐｅｒｍａｃｅｌ♯Ｐ５０１２が、ヒータ５６，６０用の各ヒータマット１５２，１５４のために用いられてもよく、また複雑な湾曲部を有する他の対象物用のヒータマットを製造するために用いてもよい。
【００５２】
電熱線材４０は図１０乃至１２，１７及び１８に示すパターンのように各種パターンのいずれかであってもよい。図１７に示される幾何学的な線パターン３００は、表面上でやや変化する密度を有して配された電熱線材４０を有している。図１８の幾何学線パターン３０２は、ヒータマット３４の中心１１０から縦方向の端部１１２，１１３に向けて増す線密度を有している。これは、図１のパイプＰの異なった部分に異なった量の熱を供給する一例である。パイプの異なった領域で特殊な温度帯を設ける必要があるとき、また他の部分より熱散逸又は熱消失が多い部分がある場合に均一の温度帯を維持する必要があるとき、異なった量の熱をパイプＰの異なった部分に適用することが重要となる。この技術は、例えばバルブ，フランジ，ボスのような多くの付属物も含めて加熱するために、又は例えばより多くの熱消失が予期されるパイプＰの端部や断熱ジャケット３６の端面４２，４３に沿ったパイプＰの領域でより多くの熱を提供するために、パイプＰの所定の領域でより多くの熱が必要とされるとき、有用なものとなる。
【００５３】
ヒータマット３４の硬化処理の完了後、断熱材によるジャケット３６がそれに接着され、或いはトランスファ成形プロセス又は射出成形プロセスを用いて、ヒータマット３４に対して現場発泡される。それらのプロセスは、以下に詳述する。図１９に示されるトランスファ成形プロセスは円筒形のヒータに用いられることができる。該プロセスは、開放金型１５９の下半分１５８に発泡断熱材を入れ、次に下半分１５８の上に金型１５９の上半分１６０を載せ、断熱泡部を金型１５９中で成長させることによって特徴づけられる。より詳しくは、硬化処理されるヒータマット３４が適切な寸法と形状をもつ発泡用心棒１６２の周りに配され、断熱材でできたジャケット３６を成形し、それをヒータマット３４に接着する間、その形状を保持する。心棒１６２は、ヒータが載置されるパイプＰや他の対象物の直径と略等しい直径を有する。金型１５９と心棒１６２は、共に例えばアルミニウム製でもよい。電熱線材４０のアイレット電気アクセスポイント１３６が図１９のヒータマット３４の表面に破線で示される部位１６４の下のヒータマット３４中に配置されるように、ヒータマット３４が心棒上に配される。金型１５９は、例えばインディアナ州ラファエットのNimet Industries Inc.によって提供されるNituffのようなTeflonTM が注入され酸化皮膜が形成された塗料を用いて作製され、それにより金型表面の硬度や、心棒１６２や金型１５９からの発泡部の放出や、心棒１６２や金型１５９の清掃が改善される。金型１５９の内表面には、例えばイリノイ州ホイーリングのPercy Harms Corporationによって製造されたＳｌｉｄｅ＃４２６１２ユニバーサルリリースのような金型用のリリース塗料をスプレーし、それにより発泡部が金型１５９の表面から開放されやすくなる。次に成形用心棒１６２とヒータマット３４は、金型１５９の下半分１５８内に配置される。
【００５４】
既に述べたように、ジャケット３６中の断熱材は、例えばシリコンスポンジゴム，シリコン発泡ゴム，ポリマー発泡，エポキシ発泡，ポリウレタン発泡の何れであってもよい。しかし、好ましくはシリコンスポンジゴム又はシリコン発泡ゴムが用いられるのがよい。その理由は、それらがヒータマット３４の表面中にあるシリコン固体ゴムに接着しやすく、また前記した本発明の特徴である形状記憶及び断熱特性を達成するために最適の熱伝導率、圧縮率、弾力性、密度等を提供すると共に、損傷することなく、かなりの量の熱にも耐えられることによる。これらの品質を有する最適なものとしては、ニューヨーク州ウオーターフォードのGeneral Electric Companyによって製造されたＲＴＦ７０００のようなシリコンスポンジゴム又はシリコン発泡ゴムが用いられる。発泡断熱材は、メタノールを顔料や基礎材と混合することによって作られる。好ましくは、顔料は例えばインディアナ州プリマウスのFerro Corporationによって製造されたＦｅｒｒｏＧＶ４７０００が良い。また、基礎材は上述したシリコン発泡剤ＲＴＦ７０００が良い。メタノールは発泡剤の密度を下げるのに用いられる。顔料は泡を赤褐色に着色するのに用いられる。基礎材は、発泡マトリックスの固体構造である。メタノール、顔料、基礎材は、各々重量部１：１：１００の比率で好ましくは混合される。次に、計量装置（図示せず）が用意され、基礎材，顔料，メタノールの混合物を計量し、更に該混合物に触媒剤を基礎材：触媒剤が重量部１０：１の比率で混合するのに用いられる。好ましくは、触媒剤は例えばGeneral Electric CompanyのＲＴＦ７１１０が用いられる。触媒剤は、基礎材，顔料，メタノールの混合物に対して反応し、水素ガスを発生するために用いられる。水素ガスは基礎材を膨張させ、同時に発泡構造にして硬化させる。所定量の未混合剤は、ペーパーカートリッジ（図示せず）に入れられる。該未混合剤は、約３０秒間ペーパーカートリッジ中で混合される。混合後、ペーパーカートリッジは空気かしめ吹付け器（図示せず）内に移され、該混合剤は該吹付け器によって金型１５９の下半分１５８の凹部１６６内に、またヒータマット３４と心棒１６２の周囲に吹き付けられる。
【００５５】
混合剤を完全に注入後、凹部１６８を持つ金型１５９の上半分１６０が金型１５９の下半分１５８上に配され、蓋を閉められる。それにより、金型１５９の上半分１６０上の点Ａは、金型１５９の下半分１５８上の点Ａ’と隣接し、また金型１５９の上半分１６０上の点Ｂは、金型１５９の下半分１５８上の点Ｂ’と隣接する。金型１５９の上半分１６０は、凹部１６８内に配置された位置規制用突起ブロック１７０を有する。
【００５６】
金型１５９の上半分１６０が金型１５９の下半分１５８上に正しく配置されたとき、位置規制用ブロック１７０の上部表面１７２がヒータマット３４上に破線で示された部位１６４に位置合わせされる。位置規制ブロック１７０は、発泡剤が硬化し、電熱線材４０のアイレット電気アクセスポイント１３６のすぐ上で、破線１６４によって輪郭が描かれたヒータマット３４の表面の一部のすぐ上に硬化された発泡剤が形成するのを防止することによって、制御凹部１１５（図５参照）を形成する。次に発泡剤は、約２０分間膨張し増加させられる。発泡剤が増加することにより、ヒータマット３４の周囲で増え、金型１５９の上半分１６０の凹部１６８を充たす。発泡剤が膨張しヒータマットの周囲で増大する領域は、「統合ライン（ｆｕｓｉｏｎ ｌｉｎｅ）」として参照される。金型１５９は発泡剤が凹部１６６，１６８から漏れるのを防ぎ、発泡剤の成形を促進する。それにより、管状のジャケット３６を周囲に形成し、ヒータマット３４に接着される。好ましくは、凹部１６６，１６８は、ヒータ３０が円形の断面を有するように円形の断面を形成する。金型１５９は、その内部で膨張し増大する発泡部がその内圧を著しく高めるので、かなり強固であること、即ち前記点ＡとＡ’がこのプロセス中しっかりと固定されていなければならない。
【００５７】
発泡剤の増大化が完了後、金型１５９の全体がオーブン（図示せず）内に約１０分間、或いは成形されたヒータ３０の表面が約５０℃の温度になるのにかかる時間、置かれる。次に、金型１５９の全体を、ヒータ３０が心棒１６２及び金型１５９から取り外される前に冷却する。冷却を促進するために、金型１５９を冷却機（図示せず）内に置いてもよい。
【００５８】
冷却後、ヒータ３０は金型１５９から取り外される。硬化処理の結果として、断熱材によるジャケット３６は図１に示される端面４２，４３を当初有しない。従って、端面４２，４３を形成するように、適切な切断装置（図示せず）が断熱材のジャケット３６を切断するために用いられる。次に、ヒータ３０は心棒１６２から取り外されることができる。
【００５９】
断熱材によるジャケット３６中の硬化処理されたシリコン発泡材は、約１８〜２０ポンド／立方フィートの密度を有することになる。それにより、上記した可撓性，圧縮性や他の望ましい性質を持って、断熱材によるジャケット３６の厚さを０，５インチとし、ヒータ３０の外表面１１４の温度を７０℃以下にできるので、この密度のシリコンスポンジゴム又はシリコン発泡ゴムが望ましい。断熱材でできたジャケット３６中のシリコンスポンジゴム又はシリコン発泡ゴムの密度を減じたり、ジャケット３６の厚さを増せば、ヒータ３０の外表面の温度が下がる。
【００６０】
ジャケット３６中のシリコン発泡部の密度は、メタノールの増減によって変化させることができる。例えば、１重量部のメタノールの代わりに上記の混合物中のメタノールを０．５重量部にすれば、約３０ポンド／立方フィートの密度を有するシリコン発泡ジャケット３６ができる。また、１重量部のメタノールの代わりに上記の混合物中のメタノールを１．５重量部にすれば、約１０ポンド／立方フィートの密度を有するシリコン発泡ジャケット３６ができる。
【００６１】
図２０に示される射出成形プロセスは、例えばエルボー型ヒータのような複雑な曲面を有するヒータを製造するのに用いられることができる。また、このプロセスは、金型が閉じられ、シリコン発泡材が注入される一つの注入ポート又は充填孔を有する、より古典的スタイルの成形方法であることに特徴がある。より詳しくは、射出成形プロセスの初期段階は上述したトランスファ成形プロセスのそれと同じである。即ち、図２０に示されるように、ヒータマット３４が心棒１６２の周りに配され、次に金型１７６の下半分１５８中に配置される。金型１７６の下半分１５８に心棒１６２が配置される前に、金型１７６の上半分１７８及び下半分１５８は離型剤でスプレーされる。次に、金型１７６の上半分１７８が金型１７６の下半分１５８上に配置され、固定される。発泡混合材が、トランスファ成形プロセスのために述べたのと同じやり方で作られる。
【００６２】
トランスファ成形プロセスと射出成形プロセスとの主要な相違点は、前記混合材を金型に注入する方法の点にある。所定量の混合発泡材を含むペーパーカートリッジ（図示せず）が空気かしめ吹付け器（図示せず）内に置かれた後、混合発泡剤がカートリッジが空になるまで金型１７６の上半分１７８中に充填孔１８０を介して空気かしめ吹き付け器によって注入される。金型１７６は、射出成形プロセス中発泡材が凹部１６６，１６８から漏れるのを防ぎ、金型１７６中に注入された発泡材を成形する。それにより、ヒータマット３４を包み、それに接着される管状ジャケット３６を形成する。注入後の発泡材の増大及び硬化は、トランスファ成形プロセスで述べたのと同じである。図１９，２０に示されるように、凹部１６６，１６８は円形断面を形成し、その結果ヒータ３０は円形断面を有することになる。
【００６３】
上記の成形、発泡方法を用いる一つの利点は、所望の厚さのジャケット３６を有するヒータ３０を形成することができること、またヒータ３０は当初成形された曲面形状に戻す効果的な形状記憶バイアスを維持しながら、ヒータ３０をパイプの周りに取り付けるために充分な広さで開くことができることにある。断熱材によるジャケット３６は所望の厚さを有することができる一方、所望の形状記憶バイアス，断熱性，ヒータ３０の外表面１１４の所望の温度を達成するために、その厚さは４分の１から１インチの範囲であることが望ましい。断熱ジャケット３６の厚さは、ヒータ３０が用いられる場面やパイプＰが維持されなければならない温度により変化する。上記の成形方法を用いる他の利点は、外観や色の面で美観上優れたヒータ３０を作り出せる点にある。
【００６４】
上記の成形方法により作られるヒータ３０は充分な弾力性，可撓性を保持し、それによりパイプＰをその内部に収容するために端面４２，４３の箇所で開放されることができ、収容後はパチンと閉じて当初の硬化成形された形状に戻ることができる。ストラップ４６上のスナップ４４や、輪にして締めるためのファスナ３５，３７や、或いは他のファスナが、ヒータ３０が確実にパイプＰの周りに留められるようにし、またうっかりこすったりぶつかったりして外れることがないようにするために、ヒータ３０の外表面１１４に加えることができる。
【００６５】
より詳しくは、スナップ４４はプラスチックのスナップファスナーであり、ヒータ３０の外表面１１４上に配置されるよう予め切断され硬化処理されたＰｅｒｍａｃｅｌ♯Ｐ５０１２で作り出されたストラップ46と一体化されている。ストラップ４６は、その形状に合うようにカットされた接着帯で断熱材のジャケット３６に接着される。好ましくは、接着剤は例えばデラウエア州ベアーのＡｒｌｏｎによって製造されたＡｒｌｏｎ＃４１４００Ｎ０３０のようなプラチナ硬化シリコンがよい。ジャケット３６へのストラップ４６の接着は、約２５０°Ｆの温度で約３０分間なされる。図２１に示された他の実施例では、ストラップ４６，４７は、ヒータ３０の外表面１１４上に配置されるよう予め切断され硬化処理されたＰｅｒｍａｃｅｌ♯Ｐ５０１２で作り出されたストラップジャケット１９０の一部である。ストラップジャケット１９０は、ジャケット３６に接着剤により接着される。ストラップジャケット１９０は制御キャビティ１１５を覆い、それにより温度ヒューズ１１６，定温保持器１１７，任意に設けるモニター定温保持器や他の電気設備が外部に晒されることがない。もしストラップジャケット１９０が用いられないならば、予め切断され硬化処理され、制御キャビティ１１５上でジャケット３６に接着剤で接着される適切なサイズのＰｅｒｍａｃｅｌ＃５０１２によってカバーされることができる。ストラップジャケット１９０はまたヒータ３０の外観における美観を改善するために、成型プロセス中にできる統合ラインの全部又は一部をカバーするためにも用いることができる。更に、電源コード４８，４９の負荷の軽減が、電源コード４８，４９からストラップジャケット１９０へのスリーブを硬化処理することにより得ることができる。
【００６６】
任意に装飾的なオーバーモールド５０が、ストラップジャケット１９０又はジャケット３６に接着剤により接着されるＰｅｒｍａｃｅｌ♯Ｐ５０１２の一部に取り付けてもよい。オーバーモールド５０は、電源コード４８，４９がオーバーモールド５０を通過するように電源コード４８，４９のスリーブに取り付けてもよい。オーバーモールド５０は、例えばニューヨーク州ウオーターフォードのGeneral Electricにより製造されたＬＳＲ９５０のような液状シリコンゴム材で構成してもよい。オーバーモールド５０はジャケット３６から半径方向に外方に延びて図１〜４に示されているが、オーバーモールド５０は実際は非常に小さく、ヒータ３０の外表面１１４やストラップジャケット１９０を大きく越えて延びることはない。
【００６７】
ヒータ３０の作動及び使用中、ヒータ３０はパイプＰの周囲に設置される。電源コード４８はコンセント（図示せず）又は他の電源（図示せず）に接続される。それにより電流が熱を発生するために電熱線材４０を流れる。電源コード４８には、１２アンプ程度の電流が流れることができる。ヒータ３０中のヒータマット３４により生成される熱は、パイプＰに伝導され、パイプＰを加熱する。
【００６８】
本発明の著しい特徴の一つは、図２２に示されるようなパイプネットワーク中のパイプの周りを巻回し、加熱するために、ヒータ装置を連鎖的につなげることにある。５つのパイプセグメント２００，２０２，２０４，２０６，２０８が、ヒータ２１０，２１２，２１４，２１６，２１８により各々巻回されて加熱される。パイプセグメント２００，２０２は、フランジ接触面２２０で接続される。パイプセグメント２０２，２０４は、フランジ接触面２２２で接続される。パイプセグメント２０４，２０６は、フランジ接触面２２４で接続される。パイプセグメント２０６，２０８は、フランジ接触面２２６で接続される。パイプセグメント２００，２０２，２０４，２０６，２０８は、パイプ業界で公知の溶接，ボルト接着その他の適切な方法又は装置により、フランジ接触面２２０，２２２，２２４，２２６の箇所で互いに接続される。ヒータ２１０，２１２，２１４，２１６，２１８の連鎖的配置において、ヒータ２１０の電源コード２２９上の雄型プラグ２２８は、ヒータ２１２の電源コード２３１の雌型プラグ２３０に接続される。ヒータ２１２の電源コード２３３上の雄型プラグ２３２は、ヒータ２１４の電源コード２３５の雌型プラグ２３４に接続される。ヒータ２１４の電源コード２３７上の雄型プラグ２３６は、ヒータ２１６の電源コード２３９の雌型プラグ２３８に接続される。ヒータ２１６の電源コード２４１上の雄型プラグ２４０は、ヒータ２１８の電源コード２４３の雌型プラグ２４２に接続される。ヒータ２１０，２１２，２１４，２１６，２１８は、各々前記のヒータ２０のための図９に示された電気回路と同じ電気回路及びその配置を有している。また、その回路は、同様に温度ヒューズ１１６及び任意の定温保持器１１７を有している。更に、ヒータ２１０，２１２，２１４，２１６，２１８は、各々図９に示される任意の監視定温保持器１２１を有することができ、監視定温保持器１２１用のプラグ１２３，１２５も連鎖的に接続することができる。単純化の目的のために、プラグ１２３，１２５や監視定温保持器１２１は図２２，２３には示されていない。
【００６９】
図２２に示されるように、ヒータを連鎖的に繋げることができることにより、ヒータの長い列を共に接続することができ、それにより電流をヒータに供給するのに必要な電流運搬ワイヤの数を著しく減らすことができる。ワイヤの数を減らすことは、パイプネットワークの付近で仕事をする人にとって障害物を減らすという利点を与える。更に、図９に示される電気回路の並列接続は、図２３では同様の回路が多数連鎖接続されて示されているが、これらは共に１以上のヒータが不調であっても、残りのヒータに供給される電流は維持する。例えば、図２３に示されるヒータ２１２のヒューズ２４４がとんだり不調になったり、電熱線材２４６の電流路が切断されるならば、電流はヒータ２１２中の電熱線材２４６を流れなくなる。しかしながら、ヒータ２１４中の電熱線材２４８やヒータ２１６中の電熱線材２５０に対しては、電流はまだ流れることになる。
【００７０】
前記の記載は、発明の要旨を説明することを意図したものである。また、当業者にとり多くの変形又は変更が可能であるので、本明細書に記載した構造及びプロセスは本発明を限定するものではない。従って、本発明のあらゆる適切な変形物または対応物は、クレームによって限定された発明の範囲内にあるものと考えられるべきである。
【図面の簡単な説明】
【図１】 固定用のストラップおよび電源プラグと電源ソケットを有し管路に装着された本発明のフレキシブルシリンダー状のヒータを示す斜視図である。
【図２】 図１に示すヒータの側面図である。
【図３】 図２の３−３線に沿った断面図であり、管路に装着した本発明のフレキシブルシリンダー状ヒータを示している。
【図４】 図３に似たような斜視図であり、管路に装着するため開けられた本発明のヒータを示している。
【図５】 本発明のフレキシブルシリンダー状ヒータとその制御キャビティを示す斜視図である。
【図６】 エルボ形状のヒータを示す斜視図である。
【図７】 Ｔ字状のヒータを示す斜視図である。
【図８】 バルブヒータを示す斜視図である。
【図９】 図１のヒータに用いた電気回路図である。
【図１０】 図１に示すフレキシブルヒータの加熱マットを説明するために、ヒータ組み立て前の両マットと電熱線材とを示す斜視図である。
【図１１】 マイラー「ラップおよび焼き付け」方法で硬化させる前に心棒を包んだ電熱線材を示しているヒータマットの斜視図である。
【図１２】 圧板によるプレスを行う前に心棒を包んだ電熱線材を示しているヒータマットの斜視図である。
【図１３】 図６に示すエルボ状ヒータに使用される硬化前のヒータマットを示す平面図である。
【図１４】 図７に示すＴ字状ヒータに使用される硬化前のヒータマットを示す平面図である。
【図１５】 図８に示すバルブヒータに使用される硬化前のヒータマットを示す平面図である。
【図１６】 円錐状ヒータに使用される硬化前のヒータマットを示す平面図である。
【図１７】 図１のヒータに使用される電熱線材の配置パターンを示す図である。
【図１８】 図１７に似ているが、ヒータ両端近傍に高い配線密度を有する電熱線材の他の配置パターンである。
【図１９】 図１に示すヒータの加熱マットを覆うように断熱材を造型する前、心棒を覆った硬化後の加熱マットを示す図である。
【図２０】 図１に示すヒータの加熱マットを覆うように断熱材を射出成形する前、心棒を覆った硬化後の加熱マットを示す図である。
【図２１】 図１のヒータおよびそのストラップ引き具を示す斜視図である。
【図２２】 図１のシリンダー状ヒータと図６のエルボ状ヒータとを同時に使用するシステムを示している。
【図２３】 図２２に示すヒータの電気回路を示している。
【図２４】 圧縮率（％）対圧縮力（1bs.／in2）で作成したグラフ図であり、室温状態のシリコンスポンジゴム（硬質、中間、軟質）の圧縮モジュールを示している。
【図２５】 図２４に似ているグラフであり、更に軟質のシリコン発泡ゴムの圧縮モジュールを示している。
【図２６】 図２４および図２５と似ているグラフであり、比較のため幾つかの組成によるシリコン固体ゴム（気孔率：０）の圧縮モジュールを示している（ここで、数字３００、４００、・・・７００は、３０Ｓｈｏｒｅ Ａ、 ４０ＳｈｏｒｅＡ、．．． ７０ Ｓｈｏｒｅ Ａのデュロメータ（ゴム用硬度計）の硬度値であり、例えば数字５００は、５０Ｓｈｏｒｅ Ａのデュロメータ硬度値である）。
【発明の属する技術分野】
本発明は、一般的には、加熱を要するパイプ又は異形の物体を囲む可撓性断熱ヒータに関し、特に、パイプ及び他の導管のような二次元の曲面、或いは球体、サドル、バルブ、エルボ継ぎ手、又はＴ型継ぎ手のような三次元の何れかを有する物体を加熱する構造物に関する。本発明はまた、このような加熱用構造物を形成する比較的薄い非伸縮性ヒータマットを金型で囲みそれに接着される比較的厚く伸縮性のあるポリマー発泡絶縁物に関するものである。
【０００２】
【従来技術】
半導体製造、化学処理、プラスチック製造、食品処理、機器製造、及び二次元又は三次元の曲面を有し、加熱又は断熱を要するパイプ、マッサージ具、身体及び他の導管の製造産業、特に、液体又はガスに限定された加熱又は冷却物を特定の温度で搬送し、又は蒸発性の材料の固化を防ぎ、そしてそれに伴う問題、即ち、パイプ、チューブ、身体、その他の導管の内壁への堆積を防ぐことを要する製造産業では、ヒータはよく用いられる。ヒータは、周囲の空気から熱絶縁され、必要出力を減少し、露出するヒータの外側温度を最小にし、それに触れるかもしれない人間を火傷させないようにすることが求められる。
【０００３】
例えば、低圧化学蒸着（ＬＰＣＶＤ）及びアルミニウムエッチングのような半導体製造工程は、反応処理室内及びそこから排出するガス内に、塩化アンモニウムガス（ＮＨ4Ｃｌ）又は、塩化アルミニウムガス（ＡＬＣｌ３）のような副生物を発生する。塩化アンモニウムガスは固化し付着し、排気又は処理の際、バキュームポンプ及び他の機器へガスを送る非加熱パイプの内壁のような冷表面に固形層を形成する。反応処理室から下流のパイプ、ポンプ及び他の機器内の固形層は、パイプを部分的に又は、完全に塞ぎ、ポンプ又は他の機器を破損し、バキュームコンダクタンスを減じ、製造処理内で用いられているパイプ、ポンプ及び他の機器を機能的に不能にする。固形層は又、パイプ面を剥がし、製造処理内の汚染源となる。半導体チップを形成するのに用いられる基板ウエハー上に窒化ケイ素を堆積させる減圧ＣＶＤ処理は、例えば窒化ケイ素の堆積が生じている反応室内の副生物として、大量の塩化アンモニウムを発生することにより、この種の固形層を生ずる。塩化アンモニウムガスは、３００ミリトールで１００℃より低い温度において曲形的に昇華する。塩化アンモニウムガスが、一旦反応室を出て冷却されると、塩化アンモニウムの昇華は白色の結晶物を、製造システム内のパイプ及びポンプの内側のような、全ての非加熱面に形成し層となる。昇華した塩化アンモニウムは、剥がれ落ち、反応室に逆流し、室内の基板ウエハーを汚染する。そのような汚染が生ずると、製造システムは閉鎖され、一方、結晶物はシステムの外で形成され、そして塞がれたパイプやポンプをきれいにし、又は取り替えねばならない。更に基板ウエハー又は半導体チップは、修理又は使用不能な程、汚染されることもある。塩化アンモニウムガスが製造システムを固形化させ、詰まらせ、又は汚染するのを防ぐには、ヒータをパイプの周りに置き、ガスが効果的に、又効率よく集められる領域まで、ガスの冷却、昇華、固化、諸凝固を排除することが必要である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記のパイプを含む対象物を加熱し、又は断熱するためのヒータ又は他の装置は公知である。例えば、Mathievに対し発行された米国特許第４，４２９，２１３号は、電気加熱される流体導管を開示し、そのヒーターは、断熱された電気導体と発泡絶縁層によって巻かれた薄い層とを含む。しかし、この発明は、非金属、非電気導体パイプに用いられ、押し出し処理なので、非管状又は非円筒状のヒータを成形するには適しておらず、又、成型した後は取り外すことが出来ない。 Petronkoに対し発行した米国特許第４，０２５，６０５号は、熱絶縁パイプ装備の為の、取り外し及び再使用可能のジャケットを開示する。
【０００５】
しかし、そのジャケットはヒータではなく、通常、硬い外層を必要とする。更に内側及び中間層は容易には外せず、又パイプに再取付は出来ない。
【０００６】
Noma et al.に対し発行された米国特許第４，２８１，２８３号は、写真コピー機の蛍光又はヨウ素ランプを予加熱する取り外し可能な管状ジャケットを開示し、ランプスイッチを入れた時、即時にスタートするようにしたものである。それは、二個のシリコンゴムの間に挟まれた電気抵抗の加熱線を有し、そのゴムは、加熱される電球とマッチできるように、電球と同じ径または電球より僅かに小さい径を有するように熱硬化されている。従って、電球の表面にマッチした弾性形状を有する利点がある。成型形状を保持するための充分な張度を得る為、シリコンゴム層はかなり厚く、または少なくとも、外層は全く硬くなければならない。
【０００７】
Noma et al.は実施例として、夫々１ｍｍ、合計少なくとも２ｍｍ（０．０７８７インチ）の二層を用いている。勿論、薄いシリコンゴムシートは、所要の形状を保つ強度は持たないであろう。従って、Noma et al.は、シリコンゴム層を良好な伝熱のため薄く作り、外周面を囲む合成樹脂の好ましい補強層を明記している。彼等はまた、外側シリコンゴム層は内側シリコンゴム層より硬く、内外シリコン層はほぼ同じ厚さではあるが、内側シリコンゴム層に弾力的圧力を与え、熱が効率よく半径外方に伝わることを明記している。この熱伝導は熱絶縁よりもNoma et al.にとっては蛍光又はヨウ素球を予加熱する上には望ましい。その理由は、一度、球がスタートし、自身の熱を発するようになれば、その予熱は急速に外に放出しなければ、球はオーバーヒートし、破損するからである。従って、そのような球予加熱付与には熱絶縁は望ましくなく、その熱伝導シリコンゴムはその目的には充分である。Noma et al.は、球からの光を半径方向外方に放出する為に大きな開口を必要とするので、Noma et al.によるそれは、球の一部だけがヒータによってカバーされればよいと言う事実によって助けられている。従って、彼等は、加熱すべき電球より小さい径の心棒に二枚のシリコンゴムシートを硬化することを開示している。その結果、球に載せる時、ヒータは、それ本来の弾性バイアスに抗して、成型又は硬化径よりも大きく拡げられる。それは、球の表面上のヒータの半径方向内方にクランプする弾性バイアスを維持することを容易にしている。開口の広い間隙、何れにしても、その間隙は球からの光を放出する上で重要であるから、その広さは問題ではない。
【０００８】
本特許出願の譲受人であるMKS Instrument,Inc.のHPS Division及び、Watlow Electric,Inc.は、半導体加工産業のためのパイプ、弁体等を主として加熱する為の別の加熱装置を開発した。彼等のVacuCompTMシリーズ４３バルブヒータジャケット、可撓性ヒータジャケット、直線部ヒータジャケット、折曲部ヒータジャケットはその例であり、それ等は、ファイバーグラスで補強されたシリコンマットを用いている。そのマットは平坦で平らなパターンに切断される。そのパターンは三次元に引張られると、パイプの三次元の形状に一致するようになっている。シリコン発泡ゴムの平坦シートが、幾分同様な形状であるが小さくカットされ、次に断熱のためヒータマットの非被覆エッジ部を残して、露出平坦面に接着される。そのエッジ部はシリコン発泡ゴム断熱シートから横方向及び外方に伸びる部分である。レースフック及びレースがヒータの非被覆エッジ部に取り付けられる。それは、パイプヒータ構造を、弁体、可撓性で、曲線及び直線パイプ部及び他のパイプ成分の外周の三次元形状に引張り固定するためである。しかしながら、この種のヒータ構造には実質上の限界及び欠点がある。例えば、ほぼ平坦に作られたこれ等のパイプヒータには、パイプヒータがパイプの曲面に一致するように変形する湾曲量に限界がある。４インチ径の大管のような大径曲面は、よくカバーされる。しかし、「スプリングバック」又はその元の形状に復帰する本質的な傾向と言う弾性平坦形状記憶の問題がある。そのような形状記憶又は「スプリングバック」は、小径の対象物にヒータを取り付けるのが非常に困難となっている。この問題は約２インチ又はそれ以下の径に対して重要であり、対象物の曲面に正確にヒータを一致させるのは殆ど不可能で、対象物とヒータの間に間隙が残ることになる。そのような空隙は、ヒータから対象物への熱伝導を阻止する。「スプリングバック」問題は、対象物が複雑な曲線をしていると、更に激化される。又、シリコン発泡ゴム絶縁層は熱損失を減少させるが、そのメリットが生かされない。第一に、シリコン発泡ゴムでカバーされていないヒータマットの露出エッジは周囲空間にかなりの熱を放出する。第二に、レースフック取付構造は、それに隣接するヒータマットの露出エッジをパイプから離すように物理的に保持し、それにより、ヒータマットとパイプ表面との間にエアーギャップを形成する。又、金属製のレースフックは熱いパイプに接触して非常に熱くなり、熱を放散するばかりでなく、それに触れる人に火傷を負わせる。更に又、層が充分に薄く可撓性が高く、曲面形状を小さく、又「スプリングバッグ」問題を少なくする、例えば、０．０４５インチ厚のファイバーグラス補強のシリコンゴムヒータマット及び１／８〜１／４インチ厚のシリコン発泡ゴム断熱層の場合、断熱効果は、表面温度に対する工業基準には足りない。
【０００９】
パイプ加熱用のシリコンゴム上に作られたヒータにおける欠点はVacuCompTMシリーズ４３バルブヒータジャケット及びＴ形ヒータジャケットに表れてきた。これらのジャケットは、２インチ又はそれ以下位の小型パイプに適用されるヒータの為の本特許出願人の譲受人であるコロラド州プルダーのMKS Instruments.Inc．のＨＰＳ Division及び Watlow Electric Inc.，によって開発されたものである。これらのヒータでは、ファイバーグラスで補強された二枚の薄いシリコンゴムシートの間に挟まれた抵抗線の加熱素子によりなる極めて薄いヒータマットが、加熱されるパイプと同じ大きさと形の軸の回りに巻かれ、厚いシリコンゴムジャケットがヒータマットの上にパイプ成分の形に成形硬化され、その形と大きさを維持する構成となっている。ヒータマットは、全体が１．２ｍｍ（０．０４５インチ）の薄さで、電気抵抗の電熱線が、パイプとの間に０．６ｍｍ（０．０２３インチ）のシリコーンゴム及びファイバーグラスのみを有するパイプ表面に非常に近くに置かれている。約５ｍｍ（０．２インチ）でヒータの形を維持するようにしたヒータマットの回りのシリコンゴムは一側に沿って長手方向に裂かれ、加熱されるパイプの最大部を越えてスリップするに充分な大きさに拡げられる。それは、シリコンゴムが、その材料構造において、充分な弾性記憶を有し、ヒータを成形の形及び大きさに戻す可能性があるからである。このことは、ある程度では可能であるが、満足するほどのレベルまでいっていない。事実、シリコンゴムは本質的に非常に濃密で、僅かに変形する固まりで、硬化処理において充分な内部分子応力に発展し、実際に、その構造を成形形状から離れて変形し、僅かに開いた形成に偏移させるように見える。
【００１０】
Noma et al.の場合は、小さい軸の回りにシリコンゴムを成形することにより、ランプ予加熱に対するそのような問題は解消することが出来たが、その解消手段はジャケットとヒーターマットの間のギャップ又は孔が加熱効果を下げ望ましくない加熱ロスを許すパイプヒータには利用出来ない。ヒータジャケットの外用に巻かれた帯は加熱されているパイプ上にヒータマットを押し付け保持することは出来るが、ヒータマットとパイプ成分との間、特に帯の間に、なおもギャップが残り、ヒータマットからパイプへの熱伝導を阻止する。上記のようにNoma et al.のヒータにとって、シリコンゴムは非常に濃密で固形材料として、約０．２８乃至０．３０（ワット／メータ−Ｋ）の範囲の伝導係数で良い熱伝導を有しているが、VacuCompTMシリーズ４３シリコンゴムヒータにとって熱の損失は非常に大きな問題である。従って、シリコンゴムジャケットは熱をヒータマットから外方の周辺面に伝えてしまう。この特性は、シリコンゴムジャケットから熱を大気に放出すると言う損失ばかりでなく、如何にヒータマット及びパイプの湿度が維持されているかによるが、シリコンゴムジャケット外周面をヒータの作動中非常に熱くする。ヒータマットとパイプ成分の境界における温度が１４０℃乃至１６０℃の範囲にある場合、VacuCompTMシリーズ４３シリコンゴム肘ヒータジャケット及びＴ型ヒータジャケットの外周面は、室温が約２０〜２２℃（６８〜７２Ｆ）の時、約１２０℃及び１３０℃で、これは触れる人を火傷させるに充分な熱さである。安全の為、或る工場では、パイプヒータ最高表面温度を火傷を防ぐように規制している。例えば、IBM Corporationは、半導体加工設備で用いられるプラスチック及び他の低熱伝導機器の表面を７５℃（１０７Ｆ）に決めている。ＶａｃｕＣｏｍｐTMシリーズ４３シリコンゴム肘ヒータージャケット及び下型ヒータジャケットはこれ等の基準に合致しない。
【００１１】
従って、ヒータ技術が良好に発展したにもかかわらず、所定の位置に置かれたパイプ及び配管にすばやく又容易に取付けることができ、そして熱を効率よくパイプに伝え、且つそれを効果的に維持することのできる、使用容易で、より効果的なヒータ及び断熱装置が望まれる。
【００１２】
本発明の一般的な目的は、二次元又は三次元の曲面を有する対象物を加熱する可撓性ヒータを提供するにある。
【００１３】
本発明の他の一般目的は、加熱対象物の形状および寸法に適合するヒータを提供するにある。
【００１４】
本発明の他の一般目的は、二次元または三次元の曲面を有する対象物ネットワークを加熱するシステムを提供するにある。
【００１５】
本発明の更に一般的な目的は、すばやく且つ容易に対象物から取外し又そこへ再取付できるヒータを提供するにある。
【００１６】
本発明の特定の目的は、対象物に直接接近する加熱要素を有する、二次元又は三次元曲面の対象物に対応できるヒータを提供するにある。
【００１７】
本発明の更に特定の目的は、熱をパイプに対し半径方向内方に伝え、一方、熱が半径方向外方に伝わるのを断ち、ヒータの外周面温度を最低にし、触れる人の火傷を防ぐことの出来る、二次元又は三次元表面を有する対象物に対応できるヒータを提供するにある。
【００１８】
本発明の他の目的は、二次元又は三次元曲面の対象物に対し、美的満足感を与え、また配管ネットワークに沿ってヒータシステムを形成するために、同様の特性を有する複数のヒータを含むヒータアセンブリを提供するにある。
【００１９】
本発明の他の目的、利点及び新規な特徴は、以下に説明され、以下を検討することにより明らかになり、又は本発明を実施することにより教示されるであろう。本目的及び利点は、添付のクレームで指摘した機器手段及び組合せにより実現できる。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
上記の目的及び他の目的を達する為、また本発明の目的に従って、ここに実施し広く述べたように、本ヒータ装置は薄く、可撓性で、しかも実質的に非伸縮性ヒータマットを有し、そのマットは、ファイバーグラス補強のシリコン固形ゴム、又は大きさ及び形状において類似の性質を有する二枚のシートに挟まれた電気加熱要素を有し、加熱されるべき対象物の形に一致するものであり、更にヒータ装置はヒータマットの上に成形されたスポンジ又は発泡ゴム断熱ジャケットを有し、そのジャケットは外力で変形するが、外力を除いた時は、原形及び大きさに弾性的に復帰するようになっている。電気制御回路が熱を監視して破損を防ぎ、多数のヒータが共通温度監視機器と一緒に鎖状連結できる。
【００２１】
上記及び他の目的を達する為、更に本発明は可撓性断熱ヒータを製造する方法を提供する。その方法は、加熱されるべき対象物と同じ大きさ、形を有する心棒に巻き付かれた二枚のシート（両シート間に電熱部材が埋められている）を硬化養生させる工程を含む。シリコンスポンジ又は発泡ゴム（又は類似の性質を有する他の材料）が心棒上のヒータマット要素の回りに成形されると共に、電気接続用の部品も埋め込まれる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
図１は、単一構造または複合構造を有する物体（例えばパイプＰの一部）に用いられる本発明のフレキシブル断熱ヒータ３０を示している。該ヒータ３０は好ましくは、加熱される物体例えばパイプの曲面に合わせてサイズ的におよび形状的に加工される。図１に示す一直線状のパイプは、単一構造を有する物体の一例である。複合構造を有する物体例えばエルボ継ぎ手およびバルブ等に搭載されこれらを加熱するように形状加工およびサイズ加工された他の実施形態は、後で説明される。
【００２３】
本発明のフレキシブルヒータ３０は、断熱材の非伸縮性ヒータマット３４と断熱材の伸縮性ジャケット３６とを有して構成されている。ヒータマット３４とジャケット３６は、特有の弾力性および半径方向の内向けバイアスまたは材料記憶性を形成させるように互いに接着されている。該半径方向の内向けバイアスまたは材料記憶性によって、ヒータマット３４は、加熱される物体またはパイプＰの表面に接触して保持されるようになり、ヒータマット３４からの熱流が半径方向に沿って加熱対象物またはパイプへ誘導される。この際、逆方向の熱流が防止される。
【００２４】
図１および図２に示すように、本発明のヒータ３０は、ヒータマット３４がパイプの外面に接触できるようにパイプＰに装着されている。それにより、ヒータマット３４が発生した熱が主に伝導により直接にパイプＰに移転される。ジャケット３６は、断熱材で作られているが、ヒータマット３４およびパイプＰより低い熱伝導性を有し、ヒータマット３４を覆うように装着されている。ジャケット３６は、加熱される物体またはパイプより低い熱伝導性を有するため、ヒータマット３４により発生した熱は、主として半径方向に沿って内向きにパイプへ流れており、逆方向の熱流が極めて少ない。このような構造により、ヒータマット３４からパイプＰへの伝熱が効率的に行われ、ジャケット３６を経て外側へ逃げる熱損失が防止される。従って、ジャケット３６の外周面は、比較的冷たい状態となり、或いは手で触ると暖かく感じるだけで、ヒータ3０を触る可能性のある人は、火傷から免れるようになる。
【００２５】
図３および図４に示すように、ヒータ３０は、ジャケット３６とヒータマット３４とを貫通するようにヒータの長手方向にスリット３１を形成させている。従って、該スリット３１を形成するヒータ３０の端縁面４２，４３は、互いに分離されてパイプＰをヒータ３０内に挿入することができるようになっている。図１に示すように、一対の帯環４６，４７は、上記スリット３１を跨るようにヒータ３１の外周面１１４に巻回されて、ヒータ３０をパイプＰに固定するとき用いられる。フックファスナまたはループファスナ３５，３７は、各帯環４６，４７の両端を１箇所に留めるために使われているので、上記スリットを形成させるヒータ３０の端縁面４２，４３は、互いに分離されることなく、ヒータ３０がパイプＰから不意に離脱することが防げるようなっている。プラグ１１８を有する電源コード４８は、ヒータ３０の下面に装着した装飾性オーバーモールド５０に接続されている。この電源コード４８は、シリコンゴムで被覆されたガラスファイバー製のスリーブにテフロンリード線を挿通して構成されたものである。プラグ受け１１９を有する上記以外の電源コード４９は、オーバーモールド５０から延びており、隣接のヒータ（図示せず）へ電源を供給できる構成となっている。
【００２６】
図１〜３に示すように、ヒータマット３４は好ましくは、互いに積層された２枚のガラスファイバー強化のゴムシート（３８，３９）間に電気抵抗の電熱線材４０を挟んで構成されている。電気抵抗の発熱ワイヤ４０は、ニッケル−クロム、ニッケル−クロム−鉄、ニッケル−銅、またはニッケル−鉄で作られたものであり、或いは、電流に対して充分な抵抗を示し大量に発熱する性質と電流が流れるとき発生した熱に耐える充分な高融点とを有する市販のものを使用しても良い。加熱対象物が図１〜図５に示すパイプＰであった場合、ヒータマット３４は、パイプＰの曲面形状に合わせて形状的およびサイズ的に中間加工されることが必要である。ゴムシート（３８，３９）、或いは少なくともゴムシート３８を薄くすることが望まれている。ゴムシート３８を薄くすることによって、電熱線材４０をパイプＰに接近させることができる。このように、電熱線材４０とパイプＰとの間に介在される内側ゴムシート３８は、電熱線材４０からパイプＰへの伝熱にとって大きな伝熱抵抗にならない。断熱材例えばポリマー発泡体またはシリコンスポンジゴムで作られたジャケット３６は、ヒータマット３４の外面に合わせて成形されて付着される。従って、ヒータマット３４は、パイプＰの表面形状に応じて形状および寸法上は補足されるようになる。断熱性ジャケット３６は、パイプＰより低い伝熱性を有しているので、電熱線材４０からの熱が半径方向に沿って外側へ逃げることが防止される。なお、ゴムシート３８を通過してパイプＰへ流れる熱に対する抵抗が少なくなっている。また、該断熱ジャケット３６は、ヒータ３０を触る可能性のある人を火傷から守る役割を果たしている。
【００２７】
図１に示すように本発明のヒータをパイプＰに用いるとき、ヒータマット３４およびジャケット３６は、端縁面４２，４３が互いに接触できるように形状および寸法上の加工がされており、少なくともヒータがパイプＰに装着された際に端縁面４２，４３が互いにほぼ接触するように形状および寸法上の加工がされている。また図４に示すように、ヒータマット３４およびジャケット３６は、端縁面４２，４３を強力に分離させヒータ３０を開いてパイプＰに装着できるように充分な弾力可撓性を有している。そして、加熱対象物の表面形状に応じて形状および寸法上の加工がされているヒータマット３４の外面（即ち外側ゴムシート３９の露出面）に、型を用いることによって、マット３４より優れた伸縮性および圧縮性の弾力材例えばポリマー発泡材でジャケット３６を成形させ付着する。このようにして、ヒータマット３４とジャケット３６の内層５１が相互滑動できるように互いに付着されることになる。従って、ヒータマット３４は実質上は非伸縮性かつ非圧縮性であるのに対してジャケット３６は伸縮性かつ圧縮性であるため、図４に示す力（Ｆ，Ｆ’）により端縁４２，４３を強力に相互分離させると、ジャケット３６の外層５２が圧縮力の矢印４５で示すように圧縮されるようになる。換言すれば、ジャケット３６を構成する発泡材は非圧縮性ではあるが、該材料が上記のような圧縮に抵抗し、圧縮力矢印４５の方向で働く固有の弾力性を持っている。上記の開き力（Ｆ、Ｆ’）がジャケット３６を構成する発泡材の固有圧縮抵抗を打ち勝つと、ヒータ３０は図４に示すように最初の形状から変形するようになる。一方、開き力（Ｆ、Ｆ’）が解消されると、ジャケット３６の外層にある圧縮力４５によってヒータ３０は、最初のシリンダー形状または他の形状に戻る。結果として、薄くて湾曲可能で実質上は非伸縮性かつ非圧縮性のヒータマット３４に弾力性かつ圧縮性のジャケット３６を接着させることによって、ヒータ最初の形状に戻る傾向が保たれて、加熱対象となるパイプＰの表面にヒータマット３４が接触するようになる。その際、電熱線材４０がパイプＰの外面に接近しているため、電熱線材４０からパイプＰへの電熱が効率よく行われることになる。一方、ヒータマット３４から半径方向に沿って外側への電熱が、ジャケット３６によって隔絶され或いは抑制されるようになる。帯環４６，４７は、必要に応じてヒータ３０を加熱対象のパイプＰまたは他の物体に充分に巻回すために設けられている。なお通常は、ヒータ３０は最初の形状に戻る偏倚弾力性を持っており、該偏倚弾力性によりヒータマット３４とパイプＰとの間の接触は良く保たれるようになる。
【００２８】
図５に示すように、ヒータ３０は、ヒータマット３４からヒータ３０の外表面まで延びる制御用キャビティ１１５を断熱材のジャケット３６に形成させている。ヒータマット３４に嵌入された電熱線材４０は、金属部材の目孔１３６に終わっており、制御用キャビティ１１５内で電源コード４８との電気接続点を形成させている。それにより、電流が電熱ワイヤ４０を流れてヒータマット３４内に熱を発生することができる。また電熱線材４０を、キャビティ１１５に配置されているフューズ、制御回路、定温保持器、および他の電気回路に接続することもできる。更にヒータ30は、制御キャビティ１１５に配置されているモニター定温保持器（図示せず）を有するが、該モニター定温保持器は電源コード４８とも電熱線材４０とも接続されていない。
【００２９】
ヒータ３０を製造する好ましい方法としては、ヒータマット３４を製造するため加硫技術（特に完全加硫技術）を使用し、硫化されたマット３４を覆うように型枠を用いて発泡体の断熱材ジャケット３６を形成させることによって、最終製品の可撓性ヒータ３０が得られる。このような形成過程では、ポリマー発泡の断熱材、シリコンスポンジゴム、シリコン発泡ゴム、または他の適正な材料を使用してジャケット３６を形成させる。この方法によって、単一軸のヒータ例えば図１および図２に示すパイプヒータ３０を製造できるだけではなくて、複雑な三次元のヒータ、例えば図６に示すエルボ型のヒータ５２（エルボ型の管路継ぎ手を覆って加熱するためのもの）、図７に示すＴ型のヒータ（Ｔ型の管路継ぎ手を覆って加熱するためのもの）、図８に示すバルブヒータ（弁体を覆って加熱するためのもの）等を製造することもできる。
【００３０】
さらに図１〜４に示すように、シリンダー状ヒータ３０における２枚の薄材シート３８，３９（０．０１４〜０．０３インチ、即ち０．３５６〜０．７６２ｍｍ）は、ガラスファイバー強化のシリコンゴムシートで作られている。シート３８，３９は、薄い厚みを有し良好な伝熱性を持つ非伸縮性かつ非圧縮性の材料のガラスファイバー強化のシリコンゴムで構成されている。そしてシート３８，３９は、高い熱安定性と低い燃焼性とを有すると共に、電熱線材４０からの熱による損傷を免れれるようになっている。また、両シート間に嵌入された電熱線材４０に絶縁被覆を施していない場合、シート３８，３９は、誘電材料（電気絶縁体）で構成することが求められている。更に好ましくは、シート３８は、例えばＰｅｒｍａｃｅｌ＃５０１２で、シート３９は、例えばＰｅｒｍａｃｅｌ＃５６４（共にＰｅｒｍａｃｅｌ社製）で作られている。ここでＰｅｒｍａｃｅｌ＃５０１２およびＰｅｒｍａｃｅｌ＃５６４は、共にシリコンゴムの被覆を有するガラスファイバーである。
【００３１】
ヒータマット３４における２枚のシート３８，３９は、電熱線材４０の両側に配置して互いに積層されて、電熱線材4０のために熱安定で電気絶縁な防護壁を形成させている。電熱線材４０は、両シート３８，３９間に挟まれるので、ヒータマット３４に嵌入されることになる。上述のように電熱線材４０は、ニッケル−クロム、ニッケル−クロム−鉄、ニッケル−銅、またはニッケル−鉄で作られたものである。また、パイプＰへの良好な伝熱がはかるように、このような電熱線材４０は、ヒータマット内に充分な密度で分布されるべきである。さらに電熱ワイヤ４０は、ガラスファイバーの芯線に支持され或いは支持されていない単一線或いは多束線である。図面では、一種の電熱線材４０を示しているが、ヒータマット３４に熱を発生するためなら、他のタイプの電熱ワイヤも使用可能となっている。例えば、フォイル材、化学的にエッチングされたフォイル材、蒸着フィルム、電導性ポリマー、厚いフィルムペーストを用いてヒータマット３４内に熱を発生することができる。
【００３２】
ヒータマット３４に付着される断熱材のジャケット３６は、シリコンスポンジゴムまたはシリコン発泡ゴムで作られている。シリコンスポンジゴムまたはシリコン発泡ゴムを用いるその理由は、シリコンスポンジゴムまたはシリコン発泡ゴムがヒータマット３４のシリコンゴム表面に良く付着するだけでなく、大量の熱に対して耐えることができるからである。例えば、必要に応じてパイプＰを２００℃まで加熱することがある。シリコン発泡体もジャッケト材として望ましい。その理由は、シリコン発泡体は大量の空気袋を含んでいるからである。例えば、断熱材のジャッケト３６に用いられれるシリコンスポンジまたはシリコン発泡ゴムは、空気含有量が８０％である。また、シリコン発泡体のヤング係数（剛性）は、空気の３／４であり、或いは固体ゴムの１／４である。ある材料のヤング係数が高ければ高いほど該材料の剛性が高いと言われている。
【００３３】
上記のような空気の存在は、ジャケット３６の伝熱性およびヤング係数を低下させるので、ジャケットとしての質を高めることになる。低下した伝熱性によって熱損失が抑制されて、ジャケット３６の外面温度も低下される。また、低下したヤング係数によって、パイプに装着できる充分なフレキシブル性を有し且つ充分な厚みを有するジャケットが製作される。即ち、良好かつ充分な記憶性を有しフレキシブル非伸縮性のヒータマットと結合できるジャケット構造が形成される。空気発泡がない場合、ヒータ３０は２インチの厚みを有さなければならないが、これは高価なゴムの浪費を招き、ヒータの剛性が高まり、結局、ヒータをパイプＰに装着できなくなる。
【００３４】
好ましくは、シリコン発泡体例えばゼネラルエレクトリク社製のＲＴＦ７００を用いる。これは、ゼネラルエレクトリク社製のＲＴＦ７００が所要の熱安定性および接着性を有しているからである。また、ＲＴＦ７００シリコン発泡体は、１７７℃の温度下で連続作業できる性質をもつ多成分のシリコン発泡体である。各成分の混合比変化によって、異なる物性をもつ発泡体が形成される。例えば、混合比変化によって、高い或いは低い密度を有して高い或いは低い伝熱性を有する発泡体が得られる。
【００３５】
ジャケット３６を構成するシリコンスポンジゴムまたはシリコン発泡ゴムは、従来のジャケットを構成する固体シリコンゴムと比べて幾つかの利点を有している。例えば、本発明のジャケット３６を構成するシリコンスポンジゴムまたはシリコン発泡ゴムは、固体シリコンゴムより優れた断熱性を持つだけではなく、ガラスファイバーにより補強され可撓性と非伸縮性とを有する薄いシリコンゴムの加熱マット３４と結合するとき、従来のヒータにおけるシリコンゴム製のジャケットと比べて、パイプＰの表面形状に応じる最初形状および寸法に戻るために優れた記憶性を持っている。従来のジャケットと比較してみると、本発明のジャケットが持つ利点は、以下のようにまとめることができる。まず、本発明のジャケット３６を構成するシリコンスポンジゴムまたはシリコン発泡ゴムは、従来の固体シリコンゴムより低い密度を有するので、硬化に際して固体シリコンゴムほどの内部分子応力がない。それにより、固有の内部バイアスが生じ、該内部バイアスがジャケットの最初形状および寸法から半径方向に沿って外側へ向かっている。また、本発明のジャケット３６を構成するシリコンスポンジゴムまたシリコン発泡ゴムのヤング係数は、従来のジャケットを構成する固体シリコンゴムより遥かに低い。それにより、本発明のジャケットは従来のジャケットより高い弾力性を有すると共に、より変形しやい性質を持っている。従って、ジャケット３６とヒータマット３４との付着面近傍の（ジャケット）内部分子バイアスによって、ヒータ３０の構造に微小な半径方向の外向きバイアスが付加される。なお、この（ジャケット）内部分子バイアスが、シリコンスポンジゴムまたはシリコン発泡ゴム内の圧縮力４５によって、容易に解消され或いは作用しなくなる。さらに、本発明のジャケット36を構成するシリコンスポンジゴムまたはシリコン発泡ゴムの伝熱係数は、０．０６〜０．１２ワット／メータＫである。従って、ジャケット３６の表面を７５℃以下の温度に維持する充分な断熱性を提供するためのシリコンスポンジゴムまたはシリコン発泡ゴムの厚みは、構造の観点から見ても非常に有利な範囲に入っている。例えば、伝熱係数が約０．８５であった場合、ヒータマット３４で１５０℃の温度は、約１／２インチのシリコンスポンジゴムまたはシリコン発泡ゴムによって７５℃まで下がることになる。
【００３６】
図２４および図２５に示すように、シリコンスポンジゴムおよびシリコン発泡ゴムは、所定範囲内の圧縮係数を有している。該範囲内の圧縮係数は、ジャケット３６とヒータマット３４とを最初の形状に戻すための有効な力で圧縮変形に抵抗することができる。さらに図３および図４に示すように、外力Ｆ、Ｆ’によりヒータ３０が半径方向に外側へ変形しようとするとき、ジャケットは矢印４５で示すように圧縮される。より厳密に言うと、応力の断面４１がジャケット３６の断面に形成している。ここで、ヒータマット３４が非伸縮性かつ非圧縮性であるため、圧縮応力４１の中立軸がヒータマット３４によって形成される。この場合、外表面１１４（ヒータマット３４からの距離：ｄ）における応力が最大となり、ヒータマット３４における応力が０となる。従って、距離ｄの瞬間アームに作用する外表面１１４における応力によって、変形したヒータマット３４を最初の形状および寸法に戻すためのｆｘｄトルクが形成される。また図２４および図２５に示すように、各応力の大きさは、シリコンスポンジゴムまたはシリコン発泡ゴムが距離ｄにおいて圧縮された程度によって異なる。勿論、圧縮応力断面４１がヒータマット３４に接近して０となったとき、上記距離または瞬間アームが減少すると共に、上記トルクも減少する。圧縮応力断面４１をわたって積分することによって、ヒータマット３４における全ての点に作用する材料及び圧縮力を総括するトータルトルクが得られる。また、外力Ｆ、Ｆ’が解消されたとき、ヒータ３０は該トータルトルクによって最初の形状および寸法に回復できるようになっている。
【００３７】
シリコンスポンジゴムまたはシリコン発泡ゴムが所定の厚みを有して所要の断熱効果を発揮し、ジャケット３６の外表面を７５℃以下に維持している。それはヒータ３０に期待されたことの一つである。なお、ジャケット３６とヒータマット３４との結合により得られた構造上の一体性は予想外の効果を産む。このような構造によって、ヒータ３０を管路に装着したり管路から外したりすることが容易になる。当該特徴が半導体工業では特に重要である。即ち、半導体工業では、月に一度または週に一度の管路清掃を行うため、管路操業の中止および管路システムの移動がよくあるからである。
【００３８】
図２４または図２５に示す範囲内の圧縮係数を有するシリコンスポンジゴムまたはシリコン発泡ゴムは、図２６に示すシリコン固体ゴムと対比して予想通りの作用を発揮している。好ましくは、図２４に示す中間程度から柔軟領域までのシリコンスポンジゴムを用いるのがよい。なお、最良の断熱性および記憶バイアス機能を得るために、ジャケット３６の厚さは０．５インチとしている。
【００３９】
ジャケット３６を構成するシリコンスポンジゴムまたはシリコン発泡ゴムによって、ヒータマット３４から半径方向で外側への伝熱が抑制されるので、パイプＰへの伝熱が促進される。それによって、パイプＰを加熱するため必要な熱量を減らすことができ、またヒータ３０の外面１１４の温度を最小に下げることができる。従って、ジャケット３６を触る可能性のある人は、火傷から守られるようになる。例えば、一部の会社によって、ジャケット外表面温度は７５℃（華氏１６７度）であることが要求されている。
【００４０】
図１および図２に示すフックファスナ３５またはループファスナ３７を有する帯環４６，４７を使用し、或いは図６〜図８に示すスナップ４４を使用することによって、ヒータ３０，５２，５６，６０をパイプＰまたは他の物体に確実に装着することができる。また、フックファスナ３５、ループファスナ３７、およびスナップ４４を使用することによって、ヒータ３０，５２，５６，６０を速やか且つ容易にパイプＰに装着したり外したりすることができるようになる。特に、パイプシステムを使用しなくなった場合、ヒータ３０，５２，５６，６０を速やか且つ容易にパイプＰから外すことが重要である。帯環４６，４７は、フックファスナ３５，ループファスナ３７またはスナップ４４がヒータの円滑な外表面に位置するようにヒータに配置されている。換言すれば、フックファスナ３５，ループファスナ３７またはスナップ４４がヒータの間隙またはスリットに位置することを避けるべきである。
【００４１】
さらに図５に示すように、制御用キャビティ１１５の内部空間に電気接続点および回路が収容されている。また、該制御用キャビティ１１５の内部にシリコン固体ゴム（例えば、ミシガン州のDow Corning社製の
ＤＣ３１２０ＲＴＶ）を充填することによって、上記した電気接続点および回路部分をキャビティ内に固定することができる。上述したように、目孔１３６につながっている電熱線材４０は、キャビティ１１５内で電源コード４８，４９に接続されており、電流が電熱ワイヤ４０を流れてヒータマット３４に熱を発生させるようになっている。
【００４２】
キャビティ１１５（図５）内に位置され包まれたヒータマット３４の制御回路は、図９に示されている。ここで電熱線材４０は、電気抵抗または抵抗負荷として表されている。該制御回路は好ましくは、ヒータ３０を所要の温度範囲例えば５０〜２００℃に維持するための定温保持器１１７を有する。熱熔ヒューズ１１６は、非再設定可能なサーマルリミットとして働き、ヒータ３０への過剰加熱を避けることでヒータの熱損傷を防止する。また、定温保持器１１７が機能しなくなったときヒータの構成材料例えばシリコンゴムまたは他の材料の溶融を防ぐ。このような熱熔ヒューズ１１６は、Micro Devices Product Group of Them-O-Disc 社製の４３７７Ａ１を使っても良い。また、定温保持器１１７は例えば、Elmwood of Pawtrucket社製の３４５０ＲＣがよい。ヒータ３０の製造時に該定温保持器１１７が選ばれ、特定の温度範囲例えば９５〜１３５℃が維持される。
【００４３】
電源コード４８の雄型プラグ１１８および電源コード４９の雌型プラグ１１９は、図９の回路図に示されている。図９に示す回路は、電熱線材４０（電気抵抗として表示されている）と並列して接続されるので、複数のヒータヘ電源を供給することができる。また、モニター定温保持器１２１も上記制御キャビティ１１５に位置され、雄プラグ１２３と接続されているので、ヒータ３０が機能しなくなったときの状態を検知する。特に、電源供給不能や電熱線材４０の熱損傷が生じた場合、ヒータ３０は冷却し始める。制御キャビティ１１５内のモニター定温保持器１２１は、温度の変化を検出し、それ自身の回路を断路させ或いは維持することで、ヒータ３０の操作不能状態を表す信号を発生する。なお、該信号は、プラグ１２３が接続されたローカルまたは遠隔モニター装置（図示せず）によって検知される。このような電気回路モニター装置は、簡単な場合は観察用の発光ダイオード（ＬＥＤ）であり、複雑な場合はコンピューター付きのプラント管理システムである。定温保持器１２１は、雌プラグ１２５に接続されることも可能なので、同時に直列に使用される複数のモニター定温保持器を収容できるようになっている。或いは、複数のモニター定温保持器が並列に取り組まれるように、モニター定温保持器１２１を、雄型プラグ１２３と雌型プラグ１２５と接続させることも可能となっている。なお、複数のモニター定温保持器が並列に配置された場合、視覚監視装置（図示せず）例えば発光ダイオード（ＬＥＤ）は、並列配置の各モニター定温保持器と直列に接続されることによって、発光ダイオード（ＬＥＤ）が各モニター定温保持器の状態によって発光したり発光しなかったりすることで、ヒータの状態を表示する。このようなモニター定温保持器１２１として、Porrage Electric Products社製のモデルＣ定温保持器／熱保護器が挙げられる。
【００４４】
図６に示すエルボ型ヒータ５２は、三次元曲面のヒータ例えば図７に示すヒータ５６および図８に示すヒータを代表している。なお、該３種類のヒータのうち、図６に示すエルボ型ヒータ５２は、図１〜図５に示すヒータと最も似ている。図６に示すように、エルボ型ヒータ５２は、非伸縮性のヒータマット１２０と、ヒータマット１２０に接着された断熱材の伸縮性かつ圧縮性ジャケット１２２とを有している。ヒータマット１２０は、電熱線材（図示せず）間に挟んで互いに積層された２枚ガラスファイバー補強のゴムシートを有して構成されている。ジャケット１２２を構成する断熱材は、例えばシリコン発泡体、ポリマー発泡体、エポキシ発泡体、またはポリウレタン発泡体である。シリコン発泡体としては、General Electric Company社製のＲＴＦ７００が好ましい。
【００４５】
ヒータ５２は、エルボ状の管路継ぎ手に順応する曲面形状および寸法を有している。ヒータマット１２０および断熱材のジャケット１２２に対し事前の形状加工を行うことで端縁面１２６，１２７が得られる。ヒータ５２がエルボ状の管路継ぎ手に装着したとき、端縁面１２６，１２７が互いに接触するようになる。好ましくは、端縁面１２６，１２７がエルボ状の管路継ぎ手の最も内側アークに沿っての長手方向に延びており、端縁面１２６，１２７間を経て外側へ逃げる熱を最小限にすることができる。図６に示す端縁面１２６，１２７間の隙間が比較的大きいように見えるが、これは説明のため極端に描いているに過ぎない。実は、ヒータマット１２０とジャケット１２２との結合により、充分な弾力性のある内部バイアスが得られ、ヒータ５２の端縁面１２６，１２７が相互に接触するように閉じることができる。さらに、ヒータ５２の構造が充分な弾力可撓性を有するので、端縁面１２６，１２７を互いに分離させてヒータ５２を開き、ヒータ５２をエルボ状の管路継ぎ手に装着することができる。装着後のヒータ５２は、最初のエルボ形状に戻り、エルボ状の管路継ぎ手に固着されるようになる。なお、電源コード１２８は、ヒータマット１２０中の電熱線材（図示せず）に電源を供給する。供給方法は、図１〜図５、図９に示す実施例と類似している。
【００４６】
ヒータ５２は、エルボ状の管路（図示せず）にぴったり順応するように形状加工および寸法加工がされている。そのため、ジャケット１２２によって覆われていない露出の管路部分は認められない。ジャケット１２２にも隙間が認められない。また、ヒータ５２は、エルボ状の管路に固定されるための締め紐やフック等を必要としない。それによって、ヒータ５２の装着および撤去時に相当な時間が節約される。
【００４７】
本発明における他の特徴は、上記したヒータ３０、５２、５６、６０を製造する方法である。本発明の方法によって、二次元および三次元の曲面を有する物体を加熱するヒータが作られる。また、所要の形状に戻れる内部バイアスを付与することによって、製造後のヒータ「スプリンバック」を軽減し或いは解消することができる。「スプリンバック」とは、従来のヒータがパイプまたは継ぎ手の曲面形状から直線方向に伸びてしまう傾向を意味している。このような「スプリンバック」を軽減し或いは解消することによって、加熱対象物とヒータとの間に生じ得るエアギャップ（加熱マットからパイプへの伝熱を阻止するもの）の可能性を軽減できるようになる。本発明の方法を使用して製造したヒータは、断熱材で作られ相当な厚みを有するジャケットを装備すると共に、ヒータマットと加熱対象物の外表面全体との接触が良好となる。
【００４８】
図１０に示すように、ヒータマット３４は、両シート３８，３９間に電熱線材４０を配置することによって形成されている。硬化処理によって、両シート３８，３９が電熱線材４０を間に挟んだまま互いに積層されて積層物となる。このような硬化処理は、最終製品としての所要形状および寸法が得られるように行われるので、最終製品のヒータ構造は、可撓性または湾曲性を持ちながら加熱対象物の形状に順応できる状態となっている。なお、最も理想なのは、上記した硬化処理は、図１１に示すマイラー「ラップおよび焼き付け」方法によるものである。ガラスファイバー補強のゴムシート３８，３９は、図１１に示すように円柱状の心棒１３２を覆うように配置され、電熱線材４０は両シート３８，３９間に挟まれている。電熱線材４０は、蛇紋状、波状または幾何学模様となり、ヒータマット３４のほぼ全体に熱が分布されるようになっている。なお、電熱線材４０は、長手方向の線１３４（シート３８，３９によって定義される）と交差しないように形状加工および位置されている。線１３４は、図１に示すスリット３１（端縁面４２，４３によって形成される）に相当する。従って、線１３４と交差しないように電熱線材４０を配置すれば、電熱線材４０は、端縁面４２，４３を強力に分離させてヒータを開く操作に影響しなくて済むようになっている。図１１に示す円柱状心棒１３２は、図１に示すパイプ１とほぼ同じ直径を有している。長手方向の線１３４に沿って形成した開放可能な連結部によって、ヒータ３０を開けてパイプＰに装着することができる。図５および図１９に示す電熱線材の目孔１３６は、電気アクセス点として用いられており、該電気アクセス点にハンダ付けで接続されるのは、電源コード４８（図１、図２）、ヒューズ、制御回路、定温保持器、図９に示す回路などである。
【００４９】
図１１に示すマイラー「ラップおよび焼き付け」方法では、マイラーバンド材１３７または他の適正な伸縮性かつ熱収縮性の材料が、室温の条件下で外側シート３８および心棒１３２に巻回される。マイラーのバンド材１３７は、Dupont社製のDuPont 65 Heat Shrinkable MylarTM （熱収縮性マイラー）が好ましい。シート３８，３９は、マイラーバンド材１３７によって緊密に覆われた後、電熱線材４０および心棒１３２がオーブン（図示せず）内において約華氏３２５度の温度で約３０分をかけて加熱される。この際、マイラーバンド材１３７は熱によって収縮し、半径方向に沿って心棒１３２およびシート３８，３９に向かって１０〜１５（ＰＳＩ）の圧力がかかるようになる。そのため、両シート３８，３９は硬化し互いに連鎖されるので、電熱線材４０を間に挟んだ連続状のヒータマット層が得られる。硬化完了後、マイラーバンド材１３７がヒータマット３４から取り外されて、成形後のヒータマット３４が円柱状心棒１３２から分離される。マイラー「ラップおよび焼き付け」方法は、当業者であれば周知されているので、ここで詳細な説明を省略する。
【００５０】
マイラー「ラップおよび焼き付け」方法の代わりに、図１２に示すように湾曲プレート１３８，１４０で得られた圧力を用いる方法である。この場合、図１１に示すマイラーバンド材１３７を使わない。詳しくは、図１２に示すように、ガラスファイバー補強のゴムシート３８，３９は、電熱線材４０を間に挟んだまま、加熱可能な円柱状心棒１３２を覆うように配置される。また、電熱線材４０は、図１１に示す例と同じように、長手方向の線１３４と交差しないように配置されている。さらに、円柱状心棒１３２の直径は、図１に示すパイプＰの直径とほぼ同じである。従って、ヒータマット３４が製作された後、長手方向の線１３４に沿って分離されて、図１の端縁面４２，４３に相当する隙間面が形成される。加熱可能な圧板１４２または半径方向に沿って内向きの圧力を発生する他の加熱装置を構成する二つの部分１３８，１４０は、図１２に示す破線に沿って外側シート３９の外面に配置されることで、両シート３８，３９は心棒１３２と圧板１４２との間に挟まれる。圧板１４２を構成する二つの部分１３８と１４０は、約２５（ＰＳＩ）の圧力でシート３８，３９へ押圧された後、心棒１３２および圧板１４２が１０分間で華氏３５０度まで加熱され、電熱線材４０を間に挟んだ両ガラスファイバー補強のシート３８，３９を硬化させる。硬化処理後、圧板１４２を取り外し、完成後のヒータマット３４が心棒１３２から分離することで得られる。
【００５１】
既述の説明では、ヒータマット３４を硬化する２つの方法を述べたが、他の方法を用いることも可能である。例えば、真空袋詰め技術、圧力袋技術、圧力ブラダー技術、オートクレーブ又は他の従来の硬化技術がヒータマット３４を硬化するために用いられることができる。上記の方法は、複雑な湾曲部を有するヒータマットを製造するのに用いられることもできる。複雑な湾曲部を有する対象物を硬化処理するために、心棒及び／又はプラテンを用いることは公知の技術である。典型的には、心棒はヒータが取り巻き、加熱する対象物と同じ形状及び寸法を有している。例えば、図６のエルボー型ヒータ５２用の予め硬化処理されたヒータマット１５０は、心棒にくるまれる以前は図１３に示されるようなフラット形状をしている。ヒータマット１５０は、それが載置されるエルボーパイプ（図示せず）と略同じ形状を有する心棒（図示せず）上で硬化処理される。同様に、図７のＴ型ヒータ５６のヒータマット１５２は、心棒にくるまれる以前は図１４に示されるようなフラット形状をしている。ヒータマット１５２は、それが載置されるＴ型パイプ（図示せず）と略同じ形状を有する心棒（図示せず）上で硬化処理される。更に同様に、図８のバルブヒータ６０のヒータマット１５４は、心棒にくるまれる以前は図１５に示されるようなフラット形状をしている。ヒータマット１５４は、それが載置されるバルブボディ（図示せず）と略同じ形状を有する心棒（図示せず）上で硬化処理される。図１６に示されるヒータマット１５６は、円錐台形状のパイプ（図示せず）をくるみ加熱処理するために円錐台形状の心棒（図示せず）を用いることによって製造することができる。複雑な湾曲部を有する他のヒータマット（図示せず）も、それと略同じ形状の心棒を用いることによって硬化処理により製造することができる。エルボー型ヒータ５２のヒータマット１２０も同様にして作成することができる。Ｐｅｒｍａｃｅｌ♯Ｐ５０１２が、ヒータ５６，６０用の各ヒータマット１５２，１５４のために用いられてもよく、また複雑な湾曲部を有する他の対象物用のヒータマットを製造するために用いてもよい。
【００５２】
電熱線材４０は図１０乃至１２，１７及び１８に示すパターンのように各種パターンのいずれかであってもよい。図１７に示される幾何学的な線パターン３００は、表面上でやや変化する密度を有して配された電熱線材４０を有している。図１８の幾何学線パターン３０２は、ヒータマット３４の中心１１０から縦方向の端部１１２，１１３に向けて増す線密度を有している。これは、図１のパイプＰの異なった部分に異なった量の熱を供給する一例である。パイプの異なった領域で特殊な温度帯を設ける必要があるとき、また他の部分より熱散逸又は熱消失が多い部分がある場合に均一の温度帯を維持する必要があるとき、異なった量の熱をパイプＰの異なった部分に適用することが重要となる。この技術は、例えばバルブ，フランジ，ボスのような多くの付属物も含めて加熱するために、又は例えばより多くの熱消失が予期されるパイプＰの端部や断熱ジャケット３６の端面４２，４３に沿ったパイプＰの領域でより多くの熱を提供するために、パイプＰの所定の領域でより多くの熱が必要とされるとき、有用なものとなる。
【００５３】
ヒータマット３４の硬化処理の完了後、断熱材によるジャケット３６がそれに接着され、或いはトランスファ成形プロセス又は射出成形プロセスを用いて、ヒータマット３４に対して現場発泡される。それらのプロセスは、以下に詳述する。図１９に示されるトランスファ成形プロセスは円筒形のヒータに用いられることができる。該プロセスは、開放金型１５９の下半分１５８に発泡断熱材を入れ、次に下半分１５８の上に金型１５９の上半分１６０を載せ、断熱泡部を金型１５９中で成長させることによって特徴づけられる。より詳しくは、硬化処理されるヒータマット３４が適切な寸法と形状をもつ発泡用心棒１６２の周りに配され、断熱材でできたジャケット３６を成形し、それをヒータマット３４に接着する間、その形状を保持する。心棒１６２は、ヒータが載置されるパイプＰや他の対象物の直径と略等しい直径を有する。金型１５９と心棒１６２は、共に例えばアルミニウム製でもよい。電熱線材４０のアイレット電気アクセスポイント１３６が図１９のヒータマット３４の表面に破線で示される部位１６４の下のヒータマット３４中に配置されるように、ヒータマット３４が心棒上に配される。金型１５９は、例えばインディアナ州ラファエットのNimet Industries Inc.によって提供されるNituffのようなTeflonTM が注入され酸化皮膜が形成された塗料を用いて作製され、それにより金型表面の硬度や、心棒１６２や金型１５９からの発泡部の放出や、心棒１６２や金型１５９の清掃が改善される。金型１５９の内表面には、例えばイリノイ州ホイーリングのPercy Harms Corporationによって製造されたＳｌｉｄｅ＃４２６１２ユニバーサルリリースのような金型用のリリース塗料をスプレーし、それにより発泡部が金型１５９の表面から開放されやすくなる。次に成形用心棒１６２とヒータマット３４は、金型１５９の下半分１５８内に配置される。
【００５４】
既に述べたように、ジャケット３６中の断熱材は、例えばシリコンスポンジゴム，シリコン発泡ゴム，ポリマー発泡，エポキシ発泡，ポリウレタン発泡の何れであってもよい。しかし、好ましくはシリコンスポンジゴム又はシリコン発泡ゴムが用いられるのがよい。その理由は、それらがヒータマット３４の表面中にあるシリコン固体ゴムに接着しやすく、また前記した本発明の特徴である形状記憶及び断熱特性を達成するために最適の熱伝導率、圧縮率、弾力性、密度等を提供すると共に、損傷することなく、かなりの量の熱にも耐えられることによる。これらの品質を有する最適なものとしては、ニューヨーク州ウオーターフォードのGeneral Electric Companyによって製造されたＲＴＦ７０００のようなシリコンスポンジゴム又はシリコン発泡ゴムが用いられる。発泡断熱材は、メタノールを顔料や基礎材と混合することによって作られる。好ましくは、顔料は例えばインディアナ州プリマウスのFerro Corporationによって製造されたＦｅｒｒｏＧＶ４７０００が良い。また、基礎材は上述したシリコン発泡剤ＲＴＦ７０００が良い。メタノールは発泡剤の密度を下げるのに用いられる。顔料は泡を赤褐色に着色するのに用いられる。基礎材は、発泡マトリックスの固体構造である。メタノール、顔料、基礎材は、各々重量部１：１：１００の比率で好ましくは混合される。次に、計量装置（図示せず）が用意され、基礎材，顔料，メタノールの混合物を計量し、更に該混合物に触媒剤を基礎材：触媒剤が重量部１０：１の比率で混合するのに用いられる。好ましくは、触媒剤は例えばGeneral Electric CompanyのＲＴＦ７１１０が用いられる。触媒剤は、基礎材，顔料，メタノールの混合物に対して反応し、水素ガスを発生するために用いられる。水素ガスは基礎材を膨張させ、同時に発泡構造にして硬化させる。所定量の未混合剤は、ペーパーカートリッジ（図示せず）に入れられる。該未混合剤は、約３０秒間ペーパーカートリッジ中で混合される。混合後、ペーパーカートリッジは空気かしめ吹付け器（図示せず）内に移され、該混合剤は該吹付け器によって金型１５９の下半分１５８の凹部１６６内に、またヒータマット３４と心棒１６２の周囲に吹き付けられる。
【００５５】
混合剤を完全に注入後、凹部１６８を持つ金型１５９の上半分１６０が金型１５９の下半分１５８上に配され、蓋を閉められる。それにより、金型１５９の上半分１６０上の点Ａは、金型１５９の下半分１５８上の点Ａ’と隣接し、また金型１５９の上半分１６０上の点Ｂは、金型１５９の下半分１５８上の点Ｂ’と隣接する。金型１５９の上半分１６０は、凹部１６８内に配置された位置規制用突起ブロック１７０を有する。
【００５６】
金型１５９の上半分１６０が金型１５９の下半分１５８上に正しく配置されたとき、位置規制用ブロック１７０の上部表面１７２がヒータマット３４上に破線で示された部位１６４に位置合わせされる。位置規制ブロック１７０は、発泡剤が硬化し、電熱線材４０のアイレット電気アクセスポイント１３６のすぐ上で、破線１６４によって輪郭が描かれたヒータマット３４の表面の一部のすぐ上に硬化された発泡剤が形成するのを防止することによって、制御凹部１１５（図５参照）を形成する。次に発泡剤は、約２０分間膨張し増加させられる。発泡剤が増加することにより、ヒータマット３４の周囲で増え、金型１５９の上半分１６０の凹部１６８を充たす。発泡剤が膨張しヒータマットの周囲で増大する領域は、「統合ライン（ｆｕｓｉｏｎ ｌｉｎｅ）」として参照される。金型１５９は発泡剤が凹部１６６，１６８から漏れるのを防ぎ、発泡剤の成形を促進する。それにより、管状のジャケット３６を周囲に形成し、ヒータマット３４に接着される。好ましくは、凹部１６６，１６８は、ヒータ３０が円形の断面を有するように円形の断面を形成する。金型１５９は、その内部で膨張し増大する発泡部がその内圧を著しく高めるので、かなり強固であること、即ち前記点ＡとＡ’がこのプロセス中しっかりと固定されていなければならない。
【００５７】
発泡剤の増大化が完了後、金型１５９の全体がオーブン（図示せず）内に約１０分間、或いは成形されたヒータ３０の表面が約５０℃の温度になるのにかかる時間、置かれる。次に、金型１５９の全体を、ヒータ３０が心棒１６２及び金型１５９から取り外される前に冷却する。冷却を促進するために、金型１５９を冷却機（図示せず）内に置いてもよい。
【００５８】
冷却後、ヒータ３０は金型１５９から取り外される。硬化処理の結果として、断熱材によるジャケット３６は図１に示される端面４２，４３を当初有しない。従って、端面４２，４３を形成するように、適切な切断装置（図示せず）が断熱材のジャケット３６を切断するために用いられる。次に、ヒータ３０は心棒１６２から取り外されることができる。
【００５９】
断熱材によるジャケット３６中の硬化処理されたシリコン発泡材は、約１８〜２０ポンド／立方フィートの密度を有することになる。それにより、上記した可撓性，圧縮性や他の望ましい性質を持って、断熱材によるジャケット３６の厚さを０，５インチとし、ヒータ３０の外表面１１４の温度を７０℃以下にできるので、この密度のシリコンスポンジゴム又はシリコン発泡ゴムが望ましい。断熱材でできたジャケット３６中のシリコンスポンジゴム又はシリコン発泡ゴムの密度を減じたり、ジャケット３６の厚さを増せば、ヒータ３０の外表面の温度が下がる。
【００６０】
ジャケット３６中のシリコン発泡部の密度は、メタノールの増減によって変化させることができる。例えば、１重量部のメタノールの代わりに上記の混合物中のメタノールを０．５重量部にすれば、約３０ポンド／立方フィートの密度を有するシリコン発泡ジャケット３６ができる。また、１重量部のメタノールの代わりに上記の混合物中のメタノールを１．５重量部にすれば、約１０ポンド／立方フィートの密度を有するシリコン発泡ジャケット３６ができる。
【００６１】
図２０に示される射出成形プロセスは、例えばエルボー型ヒータのような複雑な曲面を有するヒータを製造するのに用いられることができる。また、このプロセスは、金型が閉じられ、シリコン発泡材が注入される一つの注入ポート又は充填孔を有する、より古典的スタイルの成形方法であることに特徴がある。より詳しくは、射出成形プロセスの初期段階は上述したトランスファ成形プロセスのそれと同じである。即ち、図２０に示されるように、ヒータマット３４が心棒１６２の周りに配され、次に金型１７６の下半分１５８中に配置される。金型１７６の下半分１５８に心棒１６２が配置される前に、金型１７６の上半分１７８及び下半分１５８は離型剤でスプレーされる。次に、金型１７６の上半分１７８が金型１７６の下半分１５８上に配置され、固定される。発泡混合材が、トランスファ成形プロセスのために述べたのと同じやり方で作られる。
【００６２】
トランスファ成形プロセスと射出成形プロセスとの主要な相違点は、前記混合材を金型に注入する方法の点にある。所定量の混合発泡材を含むペーパーカートリッジ（図示せず）が空気かしめ吹付け器（図示せず）内に置かれた後、混合発泡剤がカートリッジが空になるまで金型１７６の上半分１７８中に充填孔１８０を介して空気かしめ吹き付け器によって注入される。金型１７６は、射出成形プロセス中発泡材が凹部１６６，１６８から漏れるのを防ぎ、金型１７６中に注入された発泡材を成形する。それにより、ヒータマット３４を包み、それに接着される管状ジャケット３６を形成する。注入後の発泡材の増大及び硬化は、トランスファ成形プロセスで述べたのと同じである。図１９，２０に示されるように、凹部１６６，１６８は円形断面を形成し、その結果ヒータ３０は円形断面を有することになる。
【００６３】
上記の成形、発泡方法を用いる一つの利点は、所望の厚さのジャケット３６を有するヒータ３０を形成することができること、またヒータ３０は当初成形された曲面形状に戻す効果的な形状記憶バイアスを維持しながら、ヒータ３０をパイプの周りに取り付けるために充分な広さで開くことができることにある。断熱材によるジャケット３６は所望の厚さを有することができる一方、所望の形状記憶バイアス，断熱性，ヒータ３０の外表面１１４の所望の温度を達成するために、その厚さは４分の１から１インチの範囲であることが望ましい。断熱ジャケット３６の厚さは、ヒータ３０が用いられる場面やパイプＰが維持されなければならない温度により変化する。上記の成形方法を用いる他の利点は、外観や色の面で美観上優れたヒータ３０を作り出せる点にある。
【００６４】
上記の成形方法により作られるヒータ３０は充分な弾力性，可撓性を保持し、それによりパイプＰをその内部に収容するために端面４２，４３の箇所で開放されることができ、収容後はパチンと閉じて当初の硬化成形された形状に戻ることができる。ストラップ４６上のスナップ４４や、輪にして締めるためのファスナ３５，３７や、或いは他のファスナが、ヒータ３０が確実にパイプＰの周りに留められるようにし、またうっかりこすったりぶつかったりして外れることがないようにするために、ヒータ３０の外表面１１４に加えることができる。
【００６５】
より詳しくは、スナップ４４はプラスチックのスナップファスナーであり、ヒータ３０の外表面１１４上に配置されるよう予め切断され硬化処理されたＰｅｒｍａｃｅｌ♯Ｐ５０１２で作り出されたストラップ46と一体化されている。ストラップ４６は、その形状に合うようにカットされた接着帯で断熱材のジャケット３６に接着される。好ましくは、接着剤は例えばデラウエア州ベアーのＡｒｌｏｎによって製造されたＡｒｌｏｎ＃４１４００Ｎ０３０のようなプラチナ硬化シリコンがよい。ジャケット３６へのストラップ４６の接着は、約２５０°Ｆの温度で約３０分間なされる。図２１に示された他の実施例では、ストラップ４６，４７は、ヒータ３０の外表面１１４上に配置されるよう予め切断され硬化処理されたＰｅｒｍａｃｅｌ♯Ｐ５０１２で作り出されたストラップジャケット１９０の一部である。ストラップジャケット１９０は、ジャケット３６に接着剤により接着される。ストラップジャケット１９０は制御キャビティ１１５を覆い、それにより温度ヒューズ１１６，定温保持器１１７，任意に設けるモニター定温保持器や他の電気設備が外部に晒されることがない。もしストラップジャケット１９０が用いられないならば、予め切断され硬化処理され、制御キャビティ１１５上でジャケット３６に接着剤で接着される適切なサイズのＰｅｒｍａｃｅｌ＃５０１２によってカバーされることができる。ストラップジャケット１９０はまたヒータ３０の外観における美観を改善するために、成型プロセス中にできる統合ラインの全部又は一部をカバーするためにも用いることができる。更に、電源コード４８，４９の負荷の軽減が、電源コード４８，４９からストラップジャケット１９０へのスリーブを硬化処理することにより得ることができる。
【００６６】
任意に装飾的なオーバーモールド５０が、ストラップジャケット１９０又はジャケット３６に接着剤により接着されるＰｅｒｍａｃｅｌ♯Ｐ５０１２の一部に取り付けてもよい。オーバーモールド５０は、電源コード４８，４９がオーバーモールド５０を通過するように電源コード４８，４９のスリーブに取り付けてもよい。オーバーモールド５０は、例えばニューヨーク州ウオーターフォードのGeneral Electricにより製造されたＬＳＲ９５０のような液状シリコンゴム材で構成してもよい。オーバーモールド５０はジャケット３６から半径方向に外方に延びて図１〜４に示されているが、オーバーモールド５０は実際は非常に小さく、ヒータ３０の外表面１１４やストラップジャケット１９０を大きく越えて延びることはない。
【００６７】
ヒータ３０の作動及び使用中、ヒータ３０はパイプＰの周囲に設置される。電源コード４８はコンセント（図示せず）又は他の電源（図示せず）に接続される。それにより電流が熱を発生するために電熱線材４０を流れる。電源コード４８には、１２アンプ程度の電流が流れることができる。ヒータ３０中のヒータマット３４により生成される熱は、パイプＰに伝導され、パイプＰを加熱する。
【００６８】
本発明の著しい特徴の一つは、図２２に示されるようなパイプネットワーク中のパイプの周りを巻回し、加熱するために、ヒータ装置を連鎖的につなげることにある。５つのパイプセグメント２００，２０２，２０４，２０６，２０８が、ヒータ２１０，２１２，２１４，２１６，２１８により各々巻回されて加熱される。パイプセグメント２００，２０２は、フランジ接触面２２０で接続される。パイプセグメント２０２，２０４は、フランジ接触面２２２で接続される。パイプセグメント２０４，２０６は、フランジ接触面２２４で接続される。パイプセグメント２０６，２０８は、フランジ接触面２２６で接続される。パイプセグメント２００，２０２，２０４，２０６，２０８は、パイプ業界で公知の溶接，ボルト接着その他の適切な方法又は装置により、フランジ接触面２２０，２２２，２２４，２２６の箇所で互いに接続される。ヒータ２１０，２１２，２１４，２１６，２１８の連鎖的配置において、ヒータ２１０の電源コード２２９上の雄型プラグ２２８は、ヒータ２１２の電源コード２３１の雌型プラグ２３０に接続される。ヒータ２１２の電源コード２３３上の雄型プラグ２３２は、ヒータ２１４の電源コード２３５の雌型プラグ２３４に接続される。ヒータ２１４の電源コード２３７上の雄型プラグ２３６は、ヒータ２１６の電源コード２３９の雌型プラグ２３８に接続される。ヒータ２１６の電源コード２４１上の雄型プラグ２４０は、ヒータ２１８の電源コード２４３の雌型プラグ２４２に接続される。ヒータ２１０，２１２，２１４，２１６，２１８は、各々前記のヒータ２０のための図９に示された電気回路と同じ電気回路及びその配置を有している。また、その回路は、同様に温度ヒューズ１１６及び任意の定温保持器１１７を有している。更に、ヒータ２１０，２１２，２１４，２１６，２１８は、各々図９に示される任意の監視定温保持器１２１を有することができ、監視定温保持器１２１用のプラグ１２３，１２５も連鎖的に接続することができる。単純化の目的のために、プラグ１２３，１２５や監視定温保持器１２１は図２２，２３には示されていない。
【００６９】
図２２に示されるように、ヒータを連鎖的に繋げることができることにより、ヒータの長い列を共に接続することができ、それにより電流をヒータに供給するのに必要な電流運搬ワイヤの数を著しく減らすことができる。ワイヤの数を減らすことは、パイプネットワークの付近で仕事をする人にとって障害物を減らすという利点を与える。更に、図９に示される電気回路の並列接続は、図２３では同様の回路が多数連鎖接続されて示されているが、これらは共に１以上のヒータが不調であっても、残りのヒータに供給される電流は維持する。例えば、図２３に示されるヒータ２１２のヒューズ２４４がとんだり不調になったり、電熱線材２４６の電流路が切断されるならば、電流はヒータ２１２中の電熱線材２４６を流れなくなる。しかしながら、ヒータ２１４中の電熱線材２４８やヒータ２１６中の電熱線材２５０に対しては、電流はまだ流れることになる。
【００７０】
前記の記載は、発明の要旨を説明することを意図したものである。また、当業者にとり多くの変形又は変更が可能であるので、本明細書に記載した構造及びプロセスは本発明を限定するものではない。従って、本発明のあらゆる適切な変形物または対応物は、クレームによって限定された発明の範囲内にあるものと考えられるべきである。
【図面の簡単な説明】
【図１】 固定用のストラップおよび電源プラグと電源ソケットを有し管路に装着された本発明のフレキシブルシリンダー状のヒータを示す斜視図である。
【図２】 図１に示すヒータの側面図である。
【図３】 図２の３−３線に沿った断面図であり、管路に装着した本発明のフレキシブルシリンダー状ヒータを示している。
【図４】 図３に似たような斜視図であり、管路に装着するため開けられた本発明のヒータを示している。
【図５】 本発明のフレキシブルシリンダー状ヒータとその制御キャビティを示す斜視図である。
【図６】 エルボ形状のヒータを示す斜視図である。
【図７】 Ｔ字状のヒータを示す斜視図である。
【図８】 バルブヒータを示す斜視図である。
【図９】 図１のヒータに用いた電気回路図である。
【図１０】 図１に示すフレキシブルヒータの加熱マットを説明するために、ヒータ組み立て前の両マットと電熱線材とを示す斜視図である。
【図１１】 マイラー「ラップおよび焼き付け」方法で硬化させる前に心棒を包んだ電熱線材を示しているヒータマットの斜視図である。
【図１２】 圧板によるプレスを行う前に心棒を包んだ電熱線材を示しているヒータマットの斜視図である。
【図１３】 図６に示すエルボ状ヒータに使用される硬化前のヒータマットを示す平面図である。
【図１４】 図７に示すＴ字状ヒータに使用される硬化前のヒータマットを示す平面図である。
【図１５】 図８に示すバルブヒータに使用される硬化前のヒータマットを示す平面図である。
【図１６】 円錐状ヒータに使用される硬化前のヒータマットを示す平面図である。
【図１７】 図１のヒータに使用される電熱線材の配置パターンを示す図である。
【図１８】 図１７に似ているが、ヒータ両端近傍に高い配線密度を有する電熱線材の他の配置パターンである。
【図１９】 図１に示すヒータの加熱マットを覆うように断熱材を造型する前、心棒を覆った硬化後の加熱マットを示す図である。
【図２０】 図１に示すヒータの加熱マットを覆うように断熱材を射出成形する前、心棒を覆った硬化後の加熱マットを示す図である。
【図２１】 図１のヒータおよびそのストラップ引き具を示す斜視図である。
【図２２】 図１のシリンダー状ヒータと図６のエルボ状ヒータとを同時に使用するシステムを示している。
【図２３】 図２２に示すヒータの電気回路を示している。
【図２４】 圧縮率（％）対圧縮力（1bs.／in2）で作成したグラフ図であり、室温状態のシリコンスポンジゴム（硬質、中間、軟質）の圧縮モジュールを示している。
【図２５】 図２４に似ているグラフであり、更に軟質のシリコン発泡ゴムの圧縮モジュールを示している。
【図２６】 図２４および図２５と似ているグラフであり、比較のため幾つかの組成によるシリコン固体ゴム（気孔率：０）の圧縮モジュールを示している（ここで、数字３００、４００、・・・７００は、３０Ｓｈｏｒｅ Ａ、 ４０ＳｈｏｒｅＡ、．．． ７０ Ｓｈｏｒｅ Ａのデュロメータ（ゴム用硬度計）の硬度値であり、例えば数字５００は、５０Ｓｈｏｒｅ Ａのデュロメータ硬度値である）。
Claims (10)
- 円筒状の被加熱物体を加熱するためのヒータ装置であって、
内部に電熱部材を埋設し、かつ内面が前記被加熱物体の円筒状曲面を実質的に取り囲み一致するようにガラスファイバー補強のシリコンゴムにより円筒状に形成された厚さが２ｍｍ未満のヒータマットと、
前記ヒータマットの外表面を取り囲むように接着し、かつ該ヒータマットよりも厚さが厚く１／４インチ以上を有するシリコンスポンジゴム又はシリコン発泡ゴムから形成されたジャケットと、
前記ヒータマットとジャケットとが一体に接着した成形体に、その厚さ方向及び長手方向に沿って切り込まれたスリットと
から構成されたヒータ装置。 - 前記シリコンスポンジゴム又はシリコン発泡ゴムの伝熱係数が０．０６〜０．１２ワット／メータＫである請求項１に記載のヒータ装置。
- 前記ジャケットの厚さが１／４〜１インチである請求項１又は２に記載のヒータ装置。
- 前記被加熱物体がパイプ部材である請求項１〜３のいずれかに記載のヒータ装置。
- 請求項１〜４のいずれかに記載された複数のヒータ装置からなり、これらヒータ装置が電気的に並列に接続されたヒータアセンブリ。
- 円筒状の被加熱物体を加熱するためのヒータ装置の製造方法であって、
ガラスファイバーで補強されたシリコンゴムからなる２枚のシートの間に電熱部材を配置し、
前記電熱部材を間に配置した２枚のシートを、前記被加熱物体の円筒状曲面と実質的に同じ形状の表面を有する心棒の周囲に巻き付け、
前記心棒上に巻き付けた２枚のシートに圧力と熱とを与えて、該シートを前記被加熱物体の円筒状曲面と実質的に一致する円筒状の厚さが２ｍｍ未満のヒータマットに成形し、 前記ヒータマットを、該ヒータマットよりも外周寸法及び形状が大きい金型のキャビティ内に配置し、
該金型キャビティにおける前記ヒータマットの周囲にシリコンゴム基礎材と触媒との混合物を充填し、
前記混合物を前記ヒータマットの周囲で前記金型のキャビティが充満状態になるまで膨張させて、厚さが１／４インチ以上のシリコンスポンジゴム又はシリコン発泡ゴムが前記ヒータマットの周囲に接着したジャケットを形成し、
前記ヒータマットとジャケットとが一体に接着した成形体を前記金型のキャビティから脱型し、
該ヒータマットとジャケットの成形体に厚さ方向及び長手方向に沿って切り込みを入れて、該ヒータマットとスポンジゴムの成形体にスリットを形成する
工程からなるヒータ装置の製造方法。 - 前記心棒に巻き付けた２枚のシートに圧力と熱を与える工程で、該２枚のシートの外表面の周囲に熱収縮性材料からなるバンドを巻き付け、次いで加熱することにより前記２枚のシートに半径方向内側向きの圧力を与える請求項６に記載のヒータ装置の製造方法。
- 前記バンドが前記２枚のシートに与える半径方向内側向きの圧力が１０〜１５ＰＳＩである請求項７に記載のヒータ装置の製造方法。
- 前記心棒に巻き付けた２枚のシートに圧力と熱を与える工程で、該２枚のシートを加熱可能な圧板枠内に挿入して、該圧板枠により２枚のシートの外側表面に圧力を与える請求項６に記載のヒータ装置の製造方法。
- 前記被加熱物体がパイプ部材である請求項６〜９のいずれかに記載のヒータ装置の製造方法。
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