JP6161318B2 - 長尺ｐｔｃヒーターおよびその使用方法 - Google Patents

Description

本発明は正温度係数特性を備えた長尺ＰＴＣヒーターとその使用方法に関する。

正温度係数（ＰＴＣ）特性を備えた発熱体は知られている。ここで、ＰＴＣ特性とは、Positive Temperature Coefficientの頭文字を取ったものであり、温度が高くなると電気抵抗が正の数の係数だけ変化する特性をいう。ＰＴＣ特性を備えた発熱体を持つヒーターは、優れた省エネ性を備えることから種々の分野で用いられている。ＰＴＣ特性を備えた発熱体として、チタン酸バリウムに添加物を加えたセラミックスからなるものと、樹脂組成物中にカーボンブラックのような導電体粉末を添加したものとが知られている。

後者の一例として、特許文献１には、２本の長尺状の給電線に対して、樹脂組成物（ポリマー）に導電性カーボンブラックを添加した導電性重合体（発熱体として機能する）を、直接的に溶融成形した長尺ＰＴＣヒーターが記載されている。これらの長尺ＰＴＣヒーターは全体が絶縁性部材で覆われている。

特開昭６０−２６２８５６号公報

前記特許文献１に記載される形状のＰＴＣ特性を備えた長尺ＰＴＣヒーターは、横幅が狭く、また全体として可撓性があり、水道管などに巻き付けて使用したり、凹凸の多い面に沿わせて使用するのに適している。また、セラミックス形のＰＴＣ発熱体と比較して、特許文献１に記載されるような、樹脂組成物に導電性カーボンブラックを添加したＰＴＣ発熱体は、軽量である利点もある。

しかしながら、特許文献１に記載される形態の長尺ＰＴＣヒーターは、給電線に加熱溶融した発熱体としての樹脂組成物を、そのほぼ全長にわたって一体成形して形成されたものであり、給電線と樹脂組成物との接合は面接合となっている。そのために、可撓性はあるとしても、長尺状のヒーターに反覆して折り曲げが作用したときに、樹脂組成物と給電線との間の接合面に剥離が生じる恐れがある。また、局部的に過度の折り曲げが作用したときにも、その部分の接合面に剥離が生じる恐れがある。このような剥離は、導通不良を引き起こすので避けなければならない。

本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、導電体粉末を含む樹脂組成物からなる正温度係数特性を備えた発熱体を持つ長尺ＰＴＣヒーターにおいて、反覆して折り曲げが作用したとき、あるいは局部的に過度の折り曲げが作用したときにも、樹脂組成物と給電線との間の接合面に剥離が生じるのを回避できるようにした、より改良された正温度係数特性を備えた発熱体を持つ長尺ＰＴＣヒーターを提供することを課題とする。

上記の課題を解決するための本発明による長尺ＰＴＣヒーターは、正温度係数特性を備えた発熱体を持つ長尺ＰＴＣヒーターであって、前記発熱体は導電体粉末を含む樹脂組成物からなるチップ状の発熱体であり、その複数個が金属端子を介して給電線に適宜の間隔をおいて機械的および電気的に接続しており、全体が絶縁性部材で覆われていることを特徴とする。

本発明による長尺ＰＴＣヒーターは、複数のチップ状の発熱体が所定の間隔をおいて配置されており、かつ、各発熱体と給電線との接続は金属端子を介して行われていて、金属端子の形状を適宜設定することにより、金属端子と給電線との接続を実質的に点による接続とすることができる。そのために、給電線の長手方向の全域にわたって発熱体と給電線とが面で接触しているものと比較して、長尺ＰＴＣヒーターが曲がりを受けたときに発熱体に作用する曲げ応力を小さくすることができ、発熱体と金属端子の間、金属端子と給電線との間での剥離は生じにくくなる。同時に、十分な可撓性も確保される。そのために、本発明による長尺ＰＴＣヒーターは、施工環境に左右されることなく、種々の施工現場で使用することが可能となり、かつ施工現場での取り扱いも容易となる。

本発明による長尺ＰＴＣヒーターにおいて、好ましくは、給電線が、金属単線のより線または編組線であることを特徴とする。より好ましくは、銅単線のより線または編組線である。編組線である給電線を用いることで、長尺ＰＴＣヒーターの折り曲げによる損傷を低減することができ、かつ曲げ耐性の大きな長尺ＰＴＣヒーターを得ることができる。金属単線は直径が０．２ｍｍ程度であることが好ましい。

本発明による長尺ＰＴＣヒーターにおいて、好ましくは、チップ状の発熱体と金属端子とは導電ペーストを介して電気的に接続していることを特徴とする。ここで、導電ペーストとは、低温溶融金属粒子を熱硬化樹脂組成物中に分散させたペースト状材料をいっており、チップ状の発熱体と金属端子との間により高い接続信頼性が確保される。低温溶融金属粒子としては、Ａｇ、ＡｇＰｄ、Ｐｄ、Ａｕ、Ａｌなどが例示できる。熱硬化樹脂としては、エポキシ樹脂などを例示できる。

本発明による長尺ＰＴＣヒーターにおいて、チップ状の発熱体の形状には特に制限はなく、矩形状、台形状、楕円状、円形状など任意である。好ましくは、チップ状の発熱体は幅Ｄおよび長さＬの矩形状であり、長さＬ方向の側辺が金属端子を介して給電線に接続しており、Ｄ／Ｌが１または１以上である。より好ましくは、Ｄ／Ｌは２以上である。

この形態では、長尺ヒーターを曲げたときに、Ｄ／Ｌが１未満であるチップ状の発熱体と比較して、曲げやすくなると共に、チップ状の発熱体が絶縁性の被覆樹脂に損傷を与えるのを抑制することができる。すなわち、曲げたときの応力を緩和できるので、より小さな曲率で曲げながら配設施工することが可能となる。

また、本発明による長尺ＰＴＣヒーターは加熱を必要とする任意の場所で使用することができる。ＰＴＣ特性を備えた発熱体を有することから、省エネルギーの効果も達成できる。使用方法の例として、可撓性に優れた特性を活用して、水道管などの通水管に本発明による長尺ＰＴＣヒーターを巻き付けるようにまたは直線状に配置して通電加熱することで該通水管内での凍結を防止する使用方法、コンクリート型枠に沿って上記の長尺ＰＴＣヒーターを配置して通電加熱することで打設したコンクリートの養生時にコンクリートの凍結を防止する使用方法、本発明による長尺ＰＴＣヒーターはセラミックス発熱体を全長に備えるものと比較して軽量であることから、建築物に付設された通水用の縦樋内に本発明による長尺ＰＴＣヒーターを配置して通電加熱することで該縦樋内での凍結を防止する使用方法、などを挙げることができる。

本発明において、導電体粉末としては、カーボンブラック、ニッケルなどの導電体粉末が挙げられる。カーボンブラックとしては、アセチレンブラックおよびファーネスブラックで表面積が大きいもの、例えば、バルカンＸＣ−７２（キャポット社製品）、コンチネックスＮ３３０（カポット社製品）などが挙げられる。導電体粉末の平均粒径は４０〜７０μｍであるか、それより大きな平均粒径のものあるいはそれより小さい平均粒径のものと混合したものでもよい。

本発明において、樹脂組成物とは、ポリマーとして一般に使用されている高分子材料であってよく、ポリエチレン、ポリエチレン共重合体、ポリエステル、フッ素樹脂、フッ素系ゴム、アクリルゴム、ポリ塩化ビニルなどを挙げることができる。

導電体粉末の樹脂組成物に対する添加量は、樹脂組成物１００重量部に対して、１５〜３０重量部であることが好ましい。導電体粉末の添加量が少なすぎると抵抗値が大きくなりすぎて発熱しなくなる。逆に多くなりすぎると抵抗が低くなると同時に、抵抗値の温度依存性がなくなりＰＴＣ特性を示さなくなる。

樹脂組成物には必要により、安定剤、特にフッ素樹脂の場合、炭酸カルシウムなどの酸受容体を含有させることもできる。また、樹脂組成物を架橋させるには、電子線架橋や有機過酸化物などによる化学架橋により行えばよい。

本発明において、全体を覆う絶縁性部材としては、電気絶縁性、可撓性および耐候性を有する材料である、例えば塩化ビニル系樹脂を用いることができる。他に、ポリエチレン、ポリプロピレンなどのポリオレフィン系樹脂、ポリウレタン樹脂、ポリ−4-メチルペンテン-1、シリコーン樹脂、フッ素樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリアミド樹脂、ポリフェニレンオキシド樹脂、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレンテレフタレート、ポリイミド樹脂などを挙げることができる。さらに、ゴム材料の例として、天然ゴム、ブタジエンゴム、エチレン−プロピレンゴム、クロロプレンゴム、イソプレンゴム、スチレン−ブタジエンゴム、アクリルゴム、クロロスルホン化ゴム、シリコーンゴム、フルオロシリコーンゴム、フッ素樹脂ゴム、ブチルゴムなどを挙げることができる。

本発明によれば、可撓性に優れることから、繰り返しの曲げが作用しても、また局所的に９０度から１８０度のような大きな曲げが作用しても、導電体粉末を含む樹脂組成物からなるチップ状の発熱体と給電線との間に剥離が生じるのを効果的に回避することができる、より改良された長尺ＰＴＣヒーターが得られる。また、本発明による長尺ＰＴＣヒーターを使用することで、種々の形態の通水管内での凍結を効果的に防止することができ、また打設したコンクリートが養生中に凍結するのも効果的に防止することができる。

本発明による長尺ＰＴＣヒーターの一実施の形態を示す断面図であり、図２のＩ−Ｉ線に沿って示している。 図１に示す長尺ＰＴＣヒーターの要部を示す斜視図であり、絶縁性部材を除去した状態で示している。 図１に示す長尺ＰＴＣヒーターで用いる金属端子を説明する斜視図。 本発明による長尺ＰＴＣヒーターを製造する工程の一例を説明するための図。 図４に示す製造工程で用いる押出成形機のクロスヘッドの概略断面図。 本発明による長尺ＰＴＣヒーターの他の実施の形態を示す３つの図。

以下、図面を参照しながら、本発明のいくつかの実施の形態を説明する。

図１〜図５を参照して、本発明による長尺ＰＴＣヒーターの第１の実施の形態を説明する。なお、以下の説明では、長尺ＰＴＣヒーターを単に「ヒーター」という。この例において、ヒーター１は、後に記載するように、押出成形によって全体が製造されており、例えば、厚み４ｍｍ、横幅１７ｍｍ、長さ１００ｍのような長尺なコード状をなしている。

ヒーター１の断面形状は任意であってよいが、図１には断面長方形のものが示される。他に、断面は、円や楕円状などであってもよい。好ましくは、被加熱体とヒーター１との密着性を向上させることができるように、表面に平面部を有していることが望ましく、その理由から、図１に示すような断面が長方形のものは、特に好適である。

ヒーター１内には、導電体粉末を含む樹脂組成物からなるチップ状の発熱体２の複数個と、各チップ状の発熱体２に給電するための一対の給電線３と、前記発熱体２と給電線３とを機械的および電気的に接続するめの金属端子４とが封入されており、それらが、前記のように塩化ビニル系樹脂などの熱可塑性樹脂である絶縁性部材５で覆われることで、ヒーター１とされている。

チップ状の発熱体２の形状に制限はないが、この例では、幅がＤ、長さがＬ、厚みがＨの直方体をなしている。チップ状の発熱体２は、限定されないが、ヒーター１が前記の寸法に形成されている場合、例えば、図２に示すように、幅Ｄ：８ｍｍ、長さＬ：６ｍｍ、厚みＨ：１．６ｍｍの寸法に形成される。なお、より可撓性を向上させるために、発熱体２での幅Ｄ／長さＬの値Ｐが１または１以上であることが望ましい。図示しないが、発熱体２は円盤状のものであってもよい。

チップ状の発熱体２は、ベース樹脂としての樹脂組成物（例えば、低密度ポリエチレンなど）と導電体粉末（例えば、カーボンブラックなど）、さらに必要に応じて、二酸化珪素などの適宜のフィラーや、安定剤のような適宜の添加物との混合組成物を、撹拌しながら押出機により所要形状に（例えば扁平な長尺板状に）押し出し、押し出し後の混合組成物を乾燥処理し、適宜の大きさに裁断することで得ることができる。なお、このような導電体粉末を含む樹脂組成物からなる発熱体の製造方法は、例えば特開昭６０−２６２８５６号公報、特公平４−３７５５７号公報、特開２００８−１２３７６４号公報など記載されるようすでに知られており、本発明による前記チップ状の発熱体２は、それらの公報に記載されている導電体粉末を含む樹脂組成物からなる発熱体を、所定の大きさと形状であるチップ状に裁断することで得ることができる。

前記チップ状の発熱体２は、図３に示す金属端子４を介して、前記した給電線３に機械的および電気的に接続している。金属端子４は、導電性を有すると共に柔軟に折り曲げることができる可撓性を有する材料、例えば銅などの金属板で作られる。この例において、金属端子４は、チップ状の発熱体２の長さＬ方向の端面とほぼ同じ形状と大きさである底面部４１と、該底面部４１の長手方向のほぼ中央部から一方側に延長する給電線把持片４２と、該給電線把持片４２の両側部において給電線把持片４２とは反対方向に延長する発熱体把持片４３、４３とで構成されており、前記給電線把持片４２は前記した給電線３にかしめられて給電線３と一体となり、発熱体把持片４３、４３はチップ状の発熱体２の長さＬ方向の端縁部にかしめられて発熱体２と一体となる。金属端子４の素材としては、前記した銅の他に、例えば、リン青銅、鉄、鉄ニッケル合金、金、銀、アルミニウムなどを用いることが可能である。

給電線３にかしめられる給電線把持片４２は、所要の機械的強度が得られることを条件に、より幅の狭いものであることが望ましい。それにより、金属端子４と給電線３との接触部はより点接触に近いものとなり、ヒーター１の柔軟性、可撓性が向上する。また、発熱体２にかしめられる発熱体把持片４３、４３は、より幅の広いものであることが望ましい。それにより、金属端子４とチップ状の発熱体２との接触面積をより広いものとすることができ、発熱体２への給電条件を良好にすることができる。好ましくは、少なくとも発熱体２と発熱体把持片４３、４３とが接触する領域には、前記した導電ペースト６が塗布される。

図２に示すように、前記した２本の給電線３、３が並置され、その間に、幅Ｄ方向の両端に前記金属端子４、４を固定したチップ状の発熱体２が、所定の間隔をおいて、適数だけ備えられる。そして、各給電線３の一端部には、外部の電源と接続するための電気供給コード（不図示）が半田付け等にて接続され、電気供給コードから各給電線３、３および金属端子４を介して、チップ状の発熱体２に電力が供給される。なお、本発明において、前記給電線３には、銅などの導電性を有する単線や集合線、より線を用いることができ
る。特に、容易に撓ませることができることから銅単線の編組線は好ましい。

次に、図４、図５をも参照して、上記ヒーター１の製造方法について説明する。まず、前記したようにしてチップ状の発熱体２を製造し、両端縁近傍に導電ペースト６を塗布し焼き付け固定する。また、適宜の方法で金属端子４を製造する。そして、チップ状の発熱体２の導電ペースト６が塗布されている端縁部に、該金属端子４の発熱体把持片４３、４３側を当接して、チップ状発熱体２の厚さ方向の両端面側から挟み込み、かしめることで、金属端子４をチップ状の発熱体２に固定する。なお、このとき、必要に応じて、各発熱体把持片４３、４３の互いに対向した内面上に予めクリーム半田などを塗布してもよい。

続いて、発熱体把持片４３、４３側をチップ状の発熱体２に固定した金属端子４の給電線把持片４２側に、前記給電線３、３を沿わせておき、給電線把持片４２をかしめることで金属端子４と給電線３とを一体に固定する。なお、このとき、必要に応じて、給電線把持片４２を給電線３に対してスポット溶接してもよい。このようにして製造された、平行に走る２本の給電線３、３の間に、所定の間隔をおいて複数個のチップ状の発熱体２を固定した長尺発熱ユニット２０が、図２に示される。そして、この長尺発熱ユニット２０は、図４に示すように、巻取ドラム１１にロール状に巻き取られて保管される。なお、隣接するチップ状の発熱体２、２間の距離は、所要の加熱環境が得られることを条件に任意であってよいが、通常は、１〜１００ｍｍ程度の範囲である。なお、隣接するチップ状の発熱体２、２の距離はすべて同じであってもよく、異なった間隔で配置されていてもよい。

ロール状に巻き取られた長尺発熱ユニット２０を巻取ドラム１１から引き出し、押し出し成形法を用いて全体を絶縁性部材５（例えば、電気絶縁性および可撓性を有する塩化ビニル系樹脂などの熱可塑性樹脂５ａ）で被覆することで、ヒーター１とされる。具体的には、図５に示すように、電気絶縁性および可撓性を有する塩化ビニル系樹脂などの熱可塑性樹脂５ａを押出成形機１２のクロスヘッド１３から所定圧力にて押し出して帯状の成形体を押出成形によって作製する際に、上記長尺発熱ユニット２０を、押し出される各熱可塑性樹脂５ａ間に順次挟み込むことにより、長尺発熱ユニット２０は、上記成形体の長さ方向に沿って上記成形体（絶縁性部材５）内に封入される。

図５に示すように、このとき、各熱可塑性樹脂５ａは、クロスヘッド１３のダイ１３ａとニップル１３ｂとの間をそれぞれ押し出される一方、長尺発熱ユニット２０は、ニップル１３ｂ内を通過することにより、各熱可塑性樹脂５ａが各チップ状の発熱体２の厚さ方向の両端面に向かうように長尺発熱ユニット２０に対してそれぞれ押し出される。

その際に、ニップル１３ｂ内の長尺発熱ユニット２０が通過する貫通孔１３ｃを介して吸引しており、ダイ１３ａとニップル１３ｂとの間からチューブ状に押し出された各熱可塑性樹脂５ａおよびニップル１３ｂの先端により囲まれた空間を減圧状態としている。これにより、上記各熱可塑性樹脂５ａが、迅速に長尺発熱ユニット２０に密着すると共に一体化するようになっている。

このようにして長尺発熱ユニット２０を挟んだ各熱可塑性樹脂５ａが一体化した後、図４に示すように、水冷槽１４内にて水冷することにより、図１に断面を示す形状の、上記長尺発熱ユニット２０を有する帯状の長尺ＰＴＣヒーター１が形成される。このヒーター１は、巻取ドラム１５にロール状に巻き取られる。この製造方法では、押出成形時に加熱によって膨張した熱可塑性樹脂の冷却による収縮によって、各発熱体把持片４３、４３がチップ状の発熱体２に、給電線把持片４２が各給電線３に押圧されながら、長尺発熱ユニット２０はヒーター１内に封入される。

このことから、上記方法では、金属端子４とチップ状の発熱体２および給電線３との接続が、ヒーター１を撓ませた場合においても熱可塑性樹脂の冷却時の収縮力によってヒーター１内にて維持できるので、従来のように発熱体および給電線とを接続する半田による結合を省くことができる。さらに、長尺発熱ユニット２０を熱可塑性樹脂の押出成形によって連続的に熱可塑性樹脂からなる帯状の成形体内に封入してヒーター１を作製できるので、長尺発熱ユニット２０を封入したヒーター１を特に長さの制限がなく作製することが容易となる。

本発明によるヒーター１では、チップ状の発熱体２は導電体粉末を含む樹脂組成物からなっており、それ自体で可撓性を持つ。また、セラミックス製の発熱体と比較して軽量である。さらに、チップ状の発熱体２は、所定の間隔をおいて、その複数個が金属端子４を介して給電線３に固定されている。従って、ヒーター１は十分な可撓性を備え、かつ軽量化も可能となる。さらに、金属端子４に形成した幅の狭い把持片（給電線把持片４２）によって、チップ状の発熱体２は給電線３に固定されており、特許文献１に記載されるような従来の長さの長い樹脂組成物からなる発熱体が給電線に対して一体成形されている形態の長尺ＰＴＣヒーターと比較して、ヒーター１が折曲したときに作用する曲げ応力によって、チップ状の発熱体２と金属端子４の間、金属端子４と給電線３との間で剥離が生じるのを、ほぼ完全に回避することができる。それにより、ヒーター１の使用態様を問わず、ヒーター１としての信頼性は大きく向上する。さらに、曲げ特性に優れていることから、被加熱体に対するヒーター１の接触面も広く確保することができる。

上記のように、本発明による長尺ＰＴＣヒーター１は曲げ特性に優れていることから、種々の場所での加熱手段として用いることができる。中でも、水道管などの通水管に上記の長尺ＰＴＣヒーター１を巻き付けるように配置して通電加熱することで当該通水管内での凍結を防止するという使用方法は好ましい態様である。前記のように本発明による長尺ＰＴＣヒーター１は曲げ特性に優れており、通水管の直径が５ｍｍ程度のものに対しても、チップ状の発熱体２を通水管の表面に直線的に沿わせた状態で密着させることが可能となる。

他の好適な使用態様として、コンクリート型枠に沿って上記の長尺ＰＴＣヒーター１を配置して通電加熱することで打設したコンクリートの養生時にコンクリートの凍結を防止するという使用態様が挙げられる。打設したコンクリートの表面が凹凸面であるような場合には、コンクリートの凹凸表面に沿って長尺ＰＴＣヒーター１を確実に配置することができるようになり、均一な養生を進行させることができる。また、型枠内に打設したコンクリートの場合にも、隣接する型枠内のコンクリートの表面に、型枠を跨ぐようにして連続して長尺ＰＴＣヒーター１を確実に配置することができるようになり、養生作業がきわめて容易となる。

他の好適な使用態様として、建築物に付設された通水用の縦樋内に上記の長尺ＰＴＣヒーター１を配置して通電加熱することで、該縦樋内での凍結を防止するという使用態様が挙げられる。長さの全長にわたって発熱体を配置した長尺ＰＴＣヒーターと比較して、本発明による長尺ＰＴＣヒーター１は、チップ状の発熱体２が間隔をおいて配置された形状であり、軽量となる。発熱体がセラミックスであるものと比較しても軽量となる。そのために、縦樋が１０ｍを超えるような長いものであっても、その全長にわたって、本発明による長尺ＰＴＣヒーターをそのまま投入した場合でも、自重によってヒーターが切断するような事態が生じるのを回避することができる。自重による切断を回避するために、途中の箇所で固定する作業を回避することができ、長さの長い縦樋内での凍結防止処理がきわめて容易となる。

図６（ａ）（ｂ）（ｃ）は、チップ状の発熱体２の他の形態を示している。図６（ａ）に示すチップ状の発熱体２ａは、平面視長方形ではなく、平行四辺形をなしている。他の部品は図２に示した長尺発熱ユニット２０と同じであり、同じ符号を付している。この形態のチップ状の発熱体２ａを持つヒーター１は、管などに巻き付けて使用するときに、管表面とチップ状の発熱体２ａとの馴染み性を一層よくすることが可能となる。

図６（ｂ）に示すチップ状の発熱体２ｂは、長さＬが、図２に示した長尺発熱ユニット２０で使用したチップ状の発熱体２の長さＬと比較して、十分に小さくなっている。一例として、図２に示したチップ状の発熱体２が幅Ｄ：８ｍｍ、長さＬ：６ｍｍ、厚みＨ：１．６ｍｍ（Ｄ／Ｌ＝１．３）であるのに対して、チップ状の発熱体２ｂでは、幅Ｄ：８ｍｍ、長さＬ：２ｍｍ、厚みＨ：１．６ｍｍ（Ｄ／Ｌ＝４．０）とされている。また、それに応じて、金属電極４ｂの幅も、チップ状の発熱体２ｂの長さＬ：２ｍｍに一致するように、狭くされている。この形態のチップ状の発熱体２ｂを持つヒーター１は、長手方向に直交する方向でも曲がりやすくなっており、細管の長手方向に沿ってヒーター１を配設するときに、チップ状の発熱体２ｂと管表面との接触面積を確実に確保しやすくなる。

図６（ｃ）に示すチップ状の発熱体２ｃは、前記図６（ｂ）に示したチップ状の発熱体２ｂの複数本（図では７本）を近接して平行に配置し、それを一つの金属電極４ｃで一体に固定している。この形態のチップ状の発熱体２ｃは、給電線３への取り付けが簡素化できる利点がある。長手方向に直交する方向での曲がりやすさは、チップ状の発熱体２ｂとほぼ同じであり、同様な効果が得られる。

次に、実施例と比較例により本発明による長尺ＰＴＣヒーター１の優位性を説明する。
（１）曲がり性の試験
Ａ．実施例品
［導電体粉末を含む樹脂組成物からなるチップ状発熱体の製造］
導電体粉末としてのカーボンブラック２０重量部と、樹脂組成物としての低密度ポリエチレン１００重量部と、クレー５重量部とで混和した材料を、２００〜２５０℃の温度で加熱押出機により混練しかつ押出成形することで、幅Ｄ：８ｍｍ、厚みＨ：１ｍｍである、樹脂組成物を発熱体として持つ長尺のＰＴＣ発熱体を得た。その長尺のＰＴＣ発熱体の幅方向の端縁に導電ペーストとして、Ａｇを混入した導電ペースト（大研化学工業株式会社製、ＧＡ−２５００Ｅ）を塗布して焼き付けた。

それを、長さＬ：１ｍｍに切断して発熱体チップＡを得た。また、その発熱体チップＡの６本を８ｍｍの幅内に平行に並べて発熱体チップＢとした。また、長さＬ：８ｍｍに切断して発熱体チップＣを得た。発熱体チップＡでの前記Ｄ／Ｌ＝８／１＝８、発熱体チップＢでの前記Ｄ／Ｌ＝８／（１×６）＝１．３、発熱体チップＣ１での前記Ｄ／Ｌ＝８／８＝１、である。

それぞれの発熱体チップＡ、Ｂ、Ｃに、図３に一例を示したような、銅板から加工した両端部に把持部を持つ金属端子の一端側の把持部を固定して、チップ状発熱体Ａ１、Ｂ１、Ｃ１とした。なお、各金属端子の他端側の把持部は給電線への把持部である。チップ状発熱体Ａ１で用いた金属端子の幅は約１ｍｍ、チップ状発熱体Ｂ１で用いた金属端子の幅は約８ｍｍ、チップ状発熱体Ｃ１で用いた金属端子の幅は約８ｍｍであり、給電線側の把持部の幅はほぼ１ｍｍとした。

Ｂ．比較例品
市販されている厚みＨ：１ｍｍのセラミックス形のＰＴＣ発熱体から、幅Ｄ：８ｍｍ、長さＬ：８ｍｍの発熱体チップＸを得た。それに、実施例でのチップ状発熱体Ｃ１で用いたものと同じ金属端子の一端を固定して、チップ状発熱体Ｘ１とした。

Ｃ．試験
細い水道管や機器のドレインパイプを想定した直径１０ｍｍの円筒形のパイプを被加熱物として想定し、使い方として、パイプに長尺ＰＴＣヒーターを巻き付けるのではなく、長手方向に沿って這わせることを想定したときの、実施例品Ａ１、Ｂ１、Ｃ１、比較例品Ｘ１のそれぞれと、パイプ表面との接触しやすさを比較した。試験では、各発熱体チップの幅：Ｄ方向をパイプの軸心線に直交する方向とし、手で各チップ状発熱体の表面をパイプ側に押し付けるようにした。

Ｄ．結果
・チップ状発熱体Ａ１は、容易にパイプの曲面に沿って変形することができた。
・チップ状発熱体Ｂ１も、チップ状発熱体Ａ１と同様、容易にパイプの曲面に沿って変形することができた。
・チップ状発熱体Ｃ１は、曲面に沿わせるのに、チップ状発熱体Ａ１、Ｂ１と比較して、大きな力を必要とした。また、発熱体チップの全面をパイプ表面の曲面に沿わせることは困難であった。
・チップ状発熱体Ｘ１は、チップ状発熱体Ｃ１と同じ力で押し付けても、パイプ表面の曲面に沿うように湾曲させることができなかった。

Ｅ．評価
実施例品は、チップ状発熱体の基材が樹脂製であることから、比較例品と比べて、曲がりやすくなっており、容易にかつ広い面積で被加熱体との間の伝熱面積を確保できることがわかる。そのために、実施例品Ａ１、Ｂ１では、パイプに巻き付けることなく、長手方向に沿わせるだけで、所要の加熱効果を得ることができ、被加熱物に対するヒーターの取り付け作業も容易となる。実施例品Ｃ１では、十分な加熱効果を得るためには、パイプに巻き付けることが求められるが、同じ加熱面積を得るためのヒーター１の製造作業は、簡素化できる利点がある。比較例品Ｘ１の場合は、例え巻き付けるとしても、被加熱物に対する接触面積が少ないために、実施例品と同等の加熱効果を得るのはできない。

なお、上記の比較は、実施例品と比較例品を用いて長尺ＰＴＣヒーターを製造し、それを用いて試験する場合でも、同様な結果となる。

（２）発熱体の長さと幅の比による被覆である絶縁性部材に与える影響試験
Ａ．実施例品
上記（１）曲がり性の試験で用いたと同じ長尺のＰＴＣ発熱体から、幅Ｄ：８ｍｍ、長さＬ：６ｍｍの発熱体チップＥ（Ｄ／Ｌ＝８／６＝１．３３）と、幅Ｄ：８ｍｍ、長さＬ：１５ｍｍの発熱体チップＦ（Ｄ／Ｌ＝８／１５＝０．５３）とを作り、図３に示した形状の銅製の金属端子を固定して、チップ状発熱体Ｅ１、Ｆ１とした。チップ状発熱体Ｅ１、Ｆ１の発熱体チップＥ、Ｆに一端を固定した金属端子の他端側の把持片に、直径０．２ｍｍの銅より線からなる直径０．８ｍｍの給電線を固定した。隣接するチップ状発熱体間の距離は、１０ｍｍとした。そして、全体をブチルゴム（絶縁性部材に相当する）で覆って、長尺ＰＴＣヒーターとした。

Ｂ．試験
それぞれの長尺ＰＴＣヒーターを、直径１９ｍｍのパイプに見立てた金属の棒に掛け渡し、その両端部を一つにして、そこにばね計りを接続し、引っ張り試験を行った。ブチルゴムの被覆が破壊され、チップ状発熱体が露出するときの力を測定した。

Ｃ．結果
・チップ状発熱体Ｅ１を用いた試験材では、引っ張り力が２５ｋｇになってもチップ状発熱体が露出することはなかった。
・チップ状発熱体Ｆ１を用いた試験材では、引っ張り力が１０ｋｇの時点で、被覆が破損して、チップ状発熱体が露出した。また、チップ状発熱体に変形する破損が見られた。

Ｄ．考察
この結果から、曲面に巻き付ける方法で長尺ＰＴＣヒーターを使用する場合に、発熱体チップの幅Ｄと長さＬの比Ｄ／ＬをＤ／Ｌ≧１とすることが、被覆破損を防ぎ、また発熱体破損も防ぐことができ、好ましいことがわかる。

（３）給電線と発熱体との剥離性試験（試験１）と破損試験（試験２）
Ａ．実施例品
上記（２）で用いた、発熱体としてチップ状発熱体Ｅ１（Ｄ／Ｌ＝８／６＝１．３３）を用い、直径０．２ｍｍの銅より線からなる直径０．８ｍｍの給電線に、隣接するチップ状発熱体Ｅ１間の距離が１０ｍｍとなるようにして固定した後、全体をブチルゴム（絶縁性部材に相当する）で覆った長尺ＰＴＣヒーターを、１０ｃｍの長さで切断したものを実施例品とした。

Ｂ．比較例品
チップ状発熱体として、市販されている厚みＨ：１ｍｍのセラミックス形のＰＴＣ発熱体から切り出した幅Ｄ：８ｍｍ、長さＬ：６ｍｍの発熱体チップを用いた以外は、実施例品と同じようにして長尺ＰＴＣヒーターを製造し、それを１０ｃｍの長さで切断したものを比較例品とした。

Ｃ．試験１（剥離性試験）
長尺ＰＴＣヒーターを、細い水道管や機器のドレインパイプに巻き付けて冬季以外は取り外す等の用途や、仮設的にパイプや建築物の基礎型枠の加温を繰り返す目的で取り付けることを想定して、双方の長尺ＰＴＣヒーターに対して繰り返し曲げ試験を行い、電気抵抗の変化をテスターを用いて測定した。試験は、一端から５ｃｍまでを万力で挟持した状態で、他端側を直角まで折り曲げ、折り曲げた後、元の直線状の姿勢に戻すことを、１０回行い、各回での伸ばした状態および直角に曲げた状態での電気抵抗を測定した。その結果を表１に示した。

Ｄ．評価
表１に示されるデータから、本発明による長尺ＰＴＣヒーターは、曲げによる電気的接触に影響がないことがわかる。これは、発熱体が導電体粉末を含む樹脂組成物からなるチップ状の発熱体であること、金属端子を介して給電線に固定していることから、曲げに対する追従性が良好となり、発熱体と給電線とが離れ難くなった結果である。

Ｅ．試験２（破損試験）
上記試験１（剥離性試験）での１０回目の曲げを行った実施例品と比較例品について、外観を目視により観察した。実施例品では絶縁性部材に相当するブチルゴムに破れはなく、外観に変化はなかった。一方、比較例品では、ブチルゴムに破れが生じ、給電線が外部に露出した状態となっていた。これは、実施例品は、発熱体が導電体粉末を含む樹脂組成物からなるチップ状の発熱体であることから、曲げに対する追従性が良好となった結果である。

１…本発明による長尺ＰＴＣヒーター、
２…導電体粉末を含む樹脂組成物からなるチップ状の発熱体、
３…給電線、
４…金属端子、
５…絶縁性部材、
６…導電ペースト、
２０…長尺発熱ユニット。

Claims (5)

1. 正温度係数特性を備えた発熱体を持ち管の表面に沿って配設するのに用いる長尺ＰＴＣヒーターであって、前記発熱体は導電体粉末を含む樹脂組成物からなる平面視で平行四辺形のチップ状の発熱体であり、その複数個が金属端子を介して給電線に適宜の間隔をおいて機械的および電気的に接続しており、全体が絶縁性部材で覆われていることを特徴とする管の表面に沿って配設するのに用いる長尺ＰＴＣヒーター。
2. 正温度係数特性を備えた発熱体を持ち管の表面に沿って配設するのに用いる長尺ＰＴＣヒーターであって、前記発熱体は、導電体粉末を含む樹脂組成物からなる幅Ｄおよび長さＬの矩形状であってＤ／Ｌが２以上である発熱体の複数本を近接して平行に配置して、その幅Ｄ方向の両端を一つの金属電極で一体に固定した形態のチップ状の発熱体であり、その複数個が金属端子を介して給電線に適宜の間隔をおいて機械的および電気的に接続しており、全体が絶縁性部材で覆われていることを特徴とする管の表面に沿って配設するのに用いる長尺ＰＴＣヒーター。
3. 給電線が、金属単線のより線または編組線であることを特徴とする請求項１または２に記載の長尺ＰＴＣヒーター。
4. チップ状の発熱体と金属端子とは導電ペーストを介して電気的に接続していることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか一項に記載の長尺ＰＴＣヒーター。
5. 水道管などの通水管に請求項１ないし４のいずれか一項に記載の長尺ＰＴＣヒーターを巻き付けるようにまたは直線状に配置して通電加熱することで該通水管内での凍結を防止することを特徴とする長尺ＰＴＣヒーターの使用方法。

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