JP6726451B2

JP6726451B2 - 凍結防止ヒーター

Info

Publication number: JP6726451B2
Application number: JP2015205984A
Authority: JP
Inventors: 英人森泉; 裕一仲條; 千秋小池
Original assignee: Totoku Electric Co Ltd
Current assignee: Totoku Electric Co Ltd
Priority date: 2015-10-20
Filing date: 2015-10-20
Publication date: 2020-07-22
Anticipated expiration: 2035-10-20
Also published as: JP2017078275A

Description

本発明は、給水及び給湯の配管の凍結防止ヒーターに関する。

寒冷地においては、給水管や給湯管等の配管にヒーターが沿えられ、配管の凍結が防止されている。そうした凍結防止手段は、種々提案されている。

特許文献１で提案された給水・給湯管は、合成樹脂で構成された流水管と、前記流水管に並置され、前記流水管を加熱するためのヒーター線が内部に挿通可能である蛇腹状のヒーター管と、前記流水管及び前記ヒーター管の外周を被覆した断熱管と、を具備している。こうした構成の給水・給湯管によれば、ヒーター線の加熱効果と断熱管の保温効果とによって冬季における寒冷地の流水管の凍結を防止している。

特許文献２で提案された凍結防止ヒーターは、給水用および／または給湯用の配管に沿って設けられるヒーターガイド管に挿入されるヒーター線と、前記ヒーター線に電力を供給する電力供給線と、前記ヒーター線とともに前記ヒーターガイド管に挿入される管内温度センサーと、前記電力供給線を介して前記ヒーター線に供給される電力をオンオフするためのスイッチング素子および前記スイッチング素子を前記管内温度センサーの検出温度に基づき制御するための制御ユニットとを少なくとも内蔵したコントロールボックスとを有している。ここで用いるヒーター線としては、ＰＴＣ特性を実現するための樹脂層が不要な電熱ヒーター線が採用されている。そうした電熱ヒーター線は、たとえば、ニクロム線、その他のニッケルメッキ銅線、ニッケルメッキ銅撚線を適当な被覆材で覆った比較的細いヒーター線であって、柔軟性および耐久性が十分に高いヒーター線であり、ヒーターガイド管に挿入しやすく、ヒーターガイド管内の温度により制御することができるというものが用いられている。

特許文献３には、自己温度制御型ヒーター（ＰＴＣヒーター）が提案されている。このＰＴＣヒーターは、導電性付与剤のカーボンブラックが分散されてなる樹脂組成物中に２以上の電極が埋設されてなるヒーターであり、電極からの通電による発熱と、発熱による温度上昇に伴う樹脂膨張によって樹脂の導電性（電気抵抗）が変動し、結果として自動的に発熱温度の制御が行われることに特徴がある。このため、サーモスタット等の制御部品が不要であり、低コストで、かつ安全な発熱が得られ、上下水道の凍結防止ヒーターとしても使用されている。

特開２０１３−１８９８６０号公報特開２０１０−０６５５０８号公報特開２００８−１２３７６４号公報

特許文献１の凍結防止手段では、ヒーター線を挿入したヒーター管で流水管を加熱して流水管の凍結を防止している。しかし、この凍結防止手段では、蛇腹状のヒーター管を用いているので、ヒーター管と流水管とを備えた配管構造全体の外径が太くなり、嵩張ったり価格が上がるという問題がある。

特許文献２の凍結防止手段では、長手方向の中間部に形状や太さや強度が異なる温度センサー部を備えた電熱ヒーター線を用いている。しかし、この凍結防止手段では、電熱ヒーター線をヒーターガイド管に挿入する際に、中間部にある温度センサー部で折れが生じやすく、長い配管への挿入が困難である。また、配管や配管断熱の施工後に、敷設された曲りのある配管への挿入はさらに困難である。こうした問題に対し、特許文献２では、ヒーターガイド管に挿入するヒーターケーブルの外装被覆にフッ素系樹脂を採用して、ヒーターガイド管内への挿入性を改善しようとしている。

ところで、特許文献１，２の凍結防止手段では、いずれも、ヒーター線を挿入するヒーター管又はヒーターガイド管を備えているが、ヒーター管やヒーターガイド管を備えない場合は想定されていない。例えば、一般的な断熱管が被覆された合成樹脂配管とその断熱管との狭い隙間や、さや管付の合成樹脂配管におけるさや管と合成樹脂配管（流水管）との狭い隙間に、ヒーター線を挿入することは想定されていない。

仮にそうした狭い隙間にヒーター線を挿入しようとした場合、例えば特許文献２に記載のように、ヒーターケーブルの外装被覆にフッ素系樹脂を採用して挿入性を高めようとすることも考えられるが、そのヒーターケーブルの中間部は、形状や太さが異なる温度センサー部を備えているので、たとえフッ素系樹脂で外装被覆したとしても必ずしも挿入は容易でない。

一方、特許文献３に記載のＰＴＣヒーターにおいては、特許文献２のような温度センサー部が中間部に存在しないので、外装被覆としてフッ素系樹脂を採用すれば、狭い隙間への挿入も容易であろうと考えられる。しかし、成形温度の高いフッ素系樹脂をＰＴＣヒーターの外装として直接被覆した場合、ＰＴＣ素子の温度特性が悪化してしまうという難点がある。

本発明は、上記問題を解決するためになされたものであって、その目的は、ＰＴＣ素子の温度特性が安定かつ良好で、狭い隙間であっても挿入しやすい凍結防止ヒーターを提供することにある。

上記課題を解決するための本発明に係る凍結防止ヒーターは、給水用及び／又は給湯用の配管に沿って設けられる凍結防止ヒーターであって、前記配管の温度を検知して発熱量を制御するＰＴＣヒーター線と、前記ＰＴＣヒーター線を被覆する少なくとも２層の樹脂層とを有し、前記樹脂層のうち、最外層の第２樹脂層と該第２樹脂層の前記ＰＴＣヒーター線側に位置する第１樹脂層とが異なる熱可塑性樹脂からなり、前記第１樹脂層は前記第２樹脂層よりも成形温度が低い熱可塑性樹脂からなることを特徴とする。

この発明によれば、ＰＴＣヒーター線を被覆する少なくとも２層の樹脂層のうち、ＰＴＣヒーター線側に位置する第１樹脂層は、最外層の第２樹脂層よりも成形温度が低い熱可塑性樹脂で構成されているので、その第１樹脂層を被覆する際の熱によってＰＴＣヒーター線に熱ダメージを与えにくい。また、その後に第２樹脂層を被覆する際の熱は、ＰＴＣヒーター線に直接伝わらず、ＰＴＣヒーター線側に位置する第１樹脂層によって緩和されて伝わるので、その熱によってＰＴＣヒーター線に熱ダメージを与えにくい。その結果、ＰＴＣヒーター線の温度特性が安定かつ良好な凍結防止ヒーターを提供することができる。また、第２樹脂層は、第１樹脂層よりも成形温度が高い熱可塑性樹脂で構成されているので、その表面は平滑で硬く剛直性を有しやすく、その結果、得られた凍結防止ヒーターを狭い隙間にも容易に挿入でき、しかも隙間の奥の方まで挿入することができる。また、第２樹脂層は成形温度が高くてもよいので、成形温度のことをあまり考慮せずに選定することができる。

本発明に係る凍結防止ヒーターにおいて、前記第２樹脂層がフッ素系樹脂層であることが好ましい。

この発明によれば、第２樹脂層がフッ素系樹脂層であるので、その表面は平滑で硬く剛直性を有し、低摩擦で滑り性も良いので、得られた凍結防止ヒーターを狭い隙間にも容易に挿入でき、しかも隙間の奥の方まで挿入することができる。

本発明に係る凍結防止ヒーターにおいて、前記第２樹脂層の厚さが前記第１樹脂層の厚さよりも小さいことが好ましい。

この発明によれば、第２樹脂層の厚さが第１樹脂層よりも薄いので、第２樹脂層を被覆する際の熱量を低減することができ、第１樹脂層を介してＰＴＣヒーター線に及ぶ熱量を低減することができる。その結果、ＰＴＣヒーター線の温度特性を安定かつ良好なものとすることができる。

本発明に係る凍結防止ヒーターにおいて、前記ＰＴＣヒーター線の断面が偏平形状であることが好ましい。

この発明によれば、ＰＴＣヒーター線の断面が偏平形状であるので、その上に少なくとも２層の樹脂層を設けた凍結防止ヒーターの断面も偏平形状となっている。その結果、そうした断面形状の凍結防止ヒーターは、一定方向に曲がりやすいことから、隙間やガイド管に入れやすく、かつ隙間やガイド管の奥まで挿入しやすく、さらに配管との接触が大きくなって熱が伝わりやすい。

本発明に係る凍結防止ヒーターによれば、ＰＴＣ素子であるＰＴＣヒーター線の温度特性が安定かつ良好で、狭い隙間であっても挿入しやすい。

本発明に係る凍結防止ヒーターの断面構成図である。本発明に係る凍結防止ヒーターの全体構成図である。本発明に係る凍結防止ヒーターを配管に沿わせた態様を示す模式図であり、（Ａ）は隙間に差し込んだ形態例であり、（Ｂ）はガイド管に差し込んだ形態例である。凍結防止ヒーターの挿入長さの測定方法の説明図である。凍結防止ヒーターの剛直性の測定方法の説明図である。凍結防止ヒーターの熱変形試験方法の説明図である。

以下、本発明に係る凍結防止ヒーターについて、図面を参照しつつ説明する。なお、本発明は図示の実施形態に限定されるものではない。

［凍結防止ヒーター］
本発明に係る凍結防止ヒーター１０は、図３に示すように、給水用及び／又は給湯用の配管２０に沿って設けられる凍結防止ヒーターである。その特徴は、図１及び図２に示すように、（１）配管２０の温度を検知して発熱量を制御するＰＴＣヒーター線１と、そのＰＴＣヒーター線１を被覆する少なくとも２層の樹脂層４，５とを有していること、（２）樹脂層４，５のうち、最外層の第２樹脂層５とその第２樹脂層５のＰＴＣヒーター線側に位置する第１樹脂層４とが異なる熱可塑性樹脂からなること、（３）第１樹脂層４は第２樹脂層５よりも成形温度が低い熱可塑性樹脂で構成されていること、にある。なお、凍結防止ヒーター１０は、図２に示すように、発熱部１１と、発熱部１１の先端側に設けられた端末部１２と、発熱部１１の電源コード側に設けられた電源コード接続部１３とを備えている。その電源コード接続部１３には、電源コード１４が接続され、その電源コード１４の先端には電源プラグ１５が接続されている。

こうした構成からなる凍結防止ヒーター１０は、ＰＴＣヒーター線側に位置する第１樹脂層４が、最外層の第２樹脂層５よりも成形温度が低い熱可塑性樹脂で構成されているので、その第１樹脂層４を被覆する際の熱によってＰＴＣヒーター線１に熱ダメージを与えにくい。また、その後に第２樹脂層５を被覆する際の熱は、ＰＴＣヒーター線１に直接伝わらず、ＰＴＣヒーター線側に位置する第１樹脂層４によって緩和されて伝わるので、その熱によってＰＴＣヒーター線１に熱ダメージを与えにくい。その結果、ＰＴＣヒーター線１の温度特性が安定かつ良好な凍結防止ヒーター１０を提供することができる。また、第２樹脂層５は、第１樹脂層４よりも成形温度が高い熱可塑性樹脂で構成されているので、その表面は平滑で硬く剛直性を有しやすく、その結果、得られた凍結防止ヒーター１０を狭い隙間にも容易に挿入でき、しかも隙間の奥の方まで挿入することができる。また、第２樹脂層５は成形温度が高くてもよいので、成形温度のことをあまり考慮せずに第２樹脂層の構成樹脂を選定することができる。

以下、凍結防止ヒーター１０の構成要素を説明する。

＜ＰＴＣヒーター線＞
ＰＴＣヒーター線１は、温度を検知して発熱量を制御するＰＴＣ素子である。温度検知の対象は、図３に示すように、凍結防止ヒーター１０を沿わせる配管２０である。ＰＴＣヒーター線１は、芯線２と、その芯線２を覆う自己温度制御発熱体３とで構成されている。なお、「ＰＴＣ」とは、Positive Temperature Coefficient（正温度係数）の略称であり、温度が上昇するに伴ってヒーターの電気抵抗が増大する特性、つまり温度が上がると電気が流れにくくなり、温度が下がると電気が流れやすくなる特性である。

芯線２は、離間した少なくとも２本の線状導体であり、例えば、銅又は銅合金、アルミニウム又はアルミニウム合金、銅クラッドアルミニウム等の複合材料、それらに他の金属（例えばはんだ付け可能金属）がめっきされためっき材料等が好ましく用いられる。その芯線形態も、単線でも集合線（撚り線を含む。）でもよい。芯線２の離間幅は、特に限定されないが、通常、１ｍｍから５ｍｍ程度の範囲内であればよい。芯線２は、少なくとも２本であればよく、２本でも３本でもよいが、通常は２本である。芯線２の形態も特に限定されず、丸線でも偏平線でも異形線でもよく、また、その線径も特に限定されず、数百μｍから１ｍｍ前後の範囲内で任意に選択される。

自己温度制御発熱体３は、高分子重合体組成物にカーボンブラック等の導電性粒子が分散含有してなる半導電性重合体組成物である。高分子重合体組成物は、例えば、ポリオレフィン化合物やフッ素系樹脂等を挙げることができる。その高分子重合体組成物中に含有させる導電性粒子は、自己温度制御発熱体３にどの程度の導電性又は抵抗を持たせるかによって任意の量が配合される。この自己温度制御発熱体３は、図１に示すように、押出成形等の種々の手段によって芯線２を覆うように構成されている。

こうして構成されたＰＴＣヒーター線１の断面形状も特に限定されないが、通常は、図１に示すような偏平形状になっている。ＰＴＣヒーター線１の断面形状が偏平形状になっているので、そのＰＴＣヒーター線１の上に少なくとも２層の樹脂層４，５を設けた凍結防止ヒーター１０の断面も偏平形状となる。例えば、後述の実施例に示すように、断面形状で縦３．６ｍｍ、横５．０ｍｍ程度の偏平形状とすることができる。そうした断面形状の凍結防止ヒーター１０は、一定方向に選択的に曲がりやすくなる。その結果、図３に示すように、隙間２１やガイド管２２に入れやすく、かつ隙間２１やガイド管２２の奥まで挿入しやすく、さらに配管２０との接触が大きくなって熱が伝わりやすい。

＜樹脂層＞
樹脂層４，５は、ＰＴＣヒーター線１を被覆する少なくとも２層で構成されている。具体的には、最外層の第２樹脂層５と、その第２樹脂層５のＰＴＣヒーター線側に位置する第１樹脂層４とを挙げることができる。本発明では、この第１樹脂層４と第２樹脂層５とは、異なる熱可塑性樹脂で構成されている。なお、樹脂層は、少なくとも２層であればよく、３層以上であってもよいが、第２樹脂層５は最外層として配置されている。なお、３層以上の場合の第１樹脂層４は、第２樹脂層５のＰＴＣヒーター線側に、その第２樹脂層５と接して設けられていることが好ましい。

（第１樹脂層）
第１樹脂層４は、第２樹脂層５のＰＴＣヒーター線側に配置されており、第２樹脂層５に接して設けられていることが好ましい。この第１樹脂層４は、第２樹脂層５よりも成形温度が低い熱可塑性樹脂からなる層である。こうした第１樹脂層４をＰＴＣヒーター線１を覆うように設けることは、成形温度の高い第２樹脂層５をＰＴＣヒーター線１上に設ける場合と比較して、第１樹脂層４を被覆する際の熱によってＰＴＣヒーター線１に熱ダメージを与えにくいという利点がある。

第１樹脂層４を構成する熱可塑性樹脂は、第２樹脂層５を構成する熱可塑性樹脂よりも成形温度が低ければよく、例えばポリ塩化ビニル、ポリエチレン、ポリプロピレン等のように、成形温度が相対的に低い熱可塑性樹脂を好ましく挙げることができる。なかでも、成形温度が１５０℃以上２００℃以下（軟化点が７５℃以上１５０℃以下）程度のポリ塩化ビニル、成形温度が１３０℃以上２３０℃以下（融点が１０５℃以上１１５℃以下）程度のポリエチレン、成形温度が１７０℃以上２８０℃以下（融点が１５５℃以上１６０℃以下）程度のポリプロピレン、等が好ましい。特に、ポリ塩化ビニルは、絶縁性が高く、可塑剤の種類や量によって柔軟性や機械的強度を調整でき、しかも安価であることから好ましく用いることができる。なお、各熱可塑性樹脂は、融点や軟化点で表すことも可能であるが、融点や軟化点を明確に示さない熱可塑性樹脂もあることから、本願での第１樹脂層４と第２樹脂層５では、ＰＴＣヒーター線１に実際に加わる熱量と密接に関係する「成形温度」で表しており、融点や軟化点は括弧書きで書き添えている。成形温度には、押出成形における成形温度と、射出成形における成形温度が一般的であるが、その成形手段（押出成形や射出成形等）やコーティング手段（種々の樹脂コーティング）にかかわらず、ここでの成形温度は押出成形における成形温度を指している。

なお、第１樹脂層４には、本発明の効果を阻害しない範囲内で、必要に応じて他の成分が含まれていてもよい。そうした成分としては、可塑剤や安定剤等を挙げることができる。また、第１樹脂層４の厚さも特に限定されないが、例えば、０．４ｍｍから１．０ｍｍの範囲内であることが好ましい。

（第２樹脂層）
第２樹脂層５は、凍結防止ヒーター１０の最外層として配置されている。この第２樹脂層５は、第１樹脂層４よりも成形温度が高い熱可塑性樹脂で構成されている層である。こうした第２樹脂層５をＰＴＣヒーター線１を覆うように設ける場合、第２樹脂層を被覆する際の熱は、ＰＴＣヒーター線１に直接伝わらず、ＰＴＣヒーター線側に位置する第１樹脂層４によって緩和されて伝わるので、その熱によってＰＴＣヒーター線１に熱ダメージを与えにくいという利点があり、ＰＴＣヒーター線１の温度特性を安定かつ良好にすることができる。

第２樹脂層４を構成する熱可塑性樹脂は、第１樹脂層４を構成する熱可塑性樹脂よりも成形温度が高ければよく、例えばフッ素系樹脂等のように、成形温度が相対的に高い熱可塑性樹脂を好ましく挙げることができる。なかでも、成形温度が２５０℃以上４００℃以下程度のフッ素系樹脂が好ましい。そうしたフッ素系樹脂としては、成形温度が２５０℃以上３５０℃以下（融点が２７０℃）程度のエチレン−四フッ化エチレン共重合体（ＥＴＦＥ）、成形温度が３００℃以上４００℃以下（融点が２６０℃）程度の四フッ化エチレン−六フッ化プロピレン共重合体（ＦＥＰ）、成形温度が３００℃以上４００℃以下（融点が３１０℃）程度のフッ素化樹脂共重合体（ペルフルオロアルコキシフッ素系樹脂：ＰＦＡ）、等を挙げることができる。

成形温度が高い熱可塑性樹脂で構成された第２樹脂層５は、その表面は、平滑で、硬く、剛直性を有しやすい。その結果、第２樹脂層５を最表面に備えた凍結防止ヒーター１０は、狭い隙間にも容易に挿入でき、しかも隙間の奥の方まで挿入することができる。特に、フッ素系樹脂からなる第２樹脂層５の表面は平滑で硬く剛直性を有し、さらに低摩擦で滑り性も良いので、得られた凍結防止ヒーター１０を狭い隙間にも容易に挿入でき、しかも隙間の奥の方まで座屈する（折れる）ことなく挿入することができる。

なお、第２樹脂層５においても、本発明の効果を阻害しない範囲内で、必要に応じて他の成分が含まれていてもよい。そうした成分としては、可塑剤や安定剤等を挙げることができる。また、第２樹脂層５の厚さも特に限定されないが、例えば、０．０５ｍｍから０．４ｍｍの範囲内であることが好ましい。第２樹脂層５の厚さは、第１樹脂層４の厚さよりも小さいことが好ましい。成形温度の高い熱可塑性樹脂で構成された第２樹脂層５の厚さを第１樹脂層４よりも薄くすることにより、第２樹脂層５を被覆する際の熱量を低減することができ、第１樹脂層４を介してＰＴＣヒーター線１に及ぶ熱量を低減することができる。その結果、ＰＴＣヒーター線１の温度特性を安定かつ良好なものとすることができる。

（その他の層）
ＰＴＣヒーター線１上には、上記した第１樹脂層４及び第２樹脂層５以外の他の層を含んでいてもよい。そうした他の層は、通常、ＰＴＣヒーター線１と第１樹脂層４との間に設けることができる。例えば、ポリエステル、ポリエチレン等の材質からなる組成物やテープをＰＴＣヒーター線１上に直に設けることができる。組成物を設ける場合には、押出成形やコーティング等を採用でき、テープを設ける場合には、螺旋巻きや縦添え巻を採用できる。なお、第１樹脂層４をポリ塩化ビニルで形成する場合には、ポリ塩化ビニル中に含まれる可塑剤がＰＴＣヒーター線１を構成する自己温度制御発熱体の特性を低下させることがあることから、その影響を防ぐために、例えばポリエステルテープ等でＰＴＣヒーター線１上を隙間なく全周覆うことが好ましい。

（樹脂の成形時の熱作用）
熱可塑性樹脂からなる第２樹脂層５と第１樹脂層４は、ＰＴＣヒーター線１の上に押出成形やコーティング等で形成される。熱可塑性樹脂の選定にあたっては、それぞれの樹脂層４，５の形成時にＰＴＣヒーター線１に加わる熱量や温度が考慮される。

すなわち、第２樹脂層５に比べて相対的に成形温度が低い第１樹脂層４は、その第１樹脂層４をＰＴＣヒーター線１上に例えば押出成形やコーティング等で形成する際の熱や温度によって、そのＰＴＣヒーター線１の温度特性を悪化させない程度の温度で形成できるものであればよい。一方、第１樹脂層４に比べて相対的に成形温度が高い第２樹脂層５は、その第２樹脂層５をＰＴＣヒーター線１の最外層として例えば押出成形やコーティング等で形成する場合、形成時の熱や温度は、ＰＴＣヒーター線側に位置する第１樹脂層４で緩和されてＰＴＣヒーター線１に伝わるので、その熱や温度によってＰＴＣヒーター線１に熱ダメージを与えにくい。すなわち、第２樹脂層５は、その形成時の熱や温度が第１樹脂層４で緩和（熱緩衝）されるのを踏まえた上で、そのＰＴＣヒーター線１の温度特性を悪化させない程度の温度で形成できるものであればよい。本発明では、既述したように、融点や軟化点の代わりに成形温度で比較している。

例えば、後述の実施例に示すように、第２樹脂層５を構成するフッ素系樹脂の押出成形温度は３００℃前後であり、第１樹脂層４を構成するポリ塩化ビニル樹脂の押出成形温度は１５０℃〜２００℃程度であることから、比較的低い温度で第１樹脂層４を押出成形することで、ＰＴＣヒーター線１の熱変形や熱劣化となりうる熱的影響を抑えることができる。さらにその後、最外層に押出温度の高い第２樹脂層５を押出成形しても、内側の第１樹脂層４によって第２樹脂層の形成時の熱を緩和することができる。その結果、ＰＴＣヒーター線１を構成する自己温度制御発熱体組成物として、耐熱の低い組成物を選定することも可能となり、水道凍結防止等の用途に適した温度勾配となる組成物の選択の範囲を拡大することができるという利点がある。

（凍結防止ヒーターの全体構成）
凍結防止ヒーター１０は、図２に示すように、発熱部１１と、発熱部１１の先端側に設けられた端末部１２と、発熱部１１の電源コード側に設けられた電源コード接続部１３とを備えている。その電源コード接続部１３には、電源コード１４が接続され、その電源コード１４の先端には電源プラグ１５が接続されている。

発熱部１１は、図１に示すように、ＰＴＣヒーター線１と、そのＰＴＣヒーター線１を被覆する少なくとも２層の樹脂層４，５とを有し、その構成は既に説明している。発熱部１１の長さは特に限定されないが、通常、０．５ｍ程度から十数ｍの範囲内であることが好ましい。その長さは、使用場所の配管長に応じて設計される。

端末部１２は、発熱部１１の電源コード側に位置し、通常、発熱部１１の端部を樹脂モールドして形成されている。なお、樹脂モールド以外であってもよいが、コスト面からは樹脂モールドによって端末部１２を形成することが好ましい。端末部１２の形状は、図２に示すように、発熱部１１よりも太く、十数ｍｍから数ｃｍの長さになっている。この端末部１２が最初に隙間に挿入される部分であり、その先端は挿入しやすい曲面になっていることが好ましい。端末部１２の材質も発熱部１１の樹脂層と同様、第２樹脂層５が最外層になっていることが好ましく、特にフッ素系樹脂層で構成されていることが好ましい。

電源コード接続部１３は、発熱部１１の電源コード側に位置し、通常、発熱部１１と電源コード１４とを接続した後にその接続部分を樹脂モールドして形成されている。なお、樹脂モールド以外であってもよいが、コスト面からは樹脂モールドによって電源コード接続部１３を形成することが好ましい。電源コード接続部１３は、発熱部１１を構成する芯線２と電源コードとをカシメ等によって接続する箇所であることから、その形状や大きさは特に限定されないが、ある程度の太さと長さで構成されている。この電源コード接続部１３は隙間に挿入されないことから、電源コード接続部１３の材質は、必ずしも第２樹脂層５と同じである必要はなく、任意の樹脂材料等で形成することができる。

電源コード接続部１３には、各種の機能を備えさせてもよい。例えば、温度検知回路（図示しない）やヒューズ等を備えていてもよい。この温度検知回路の入力側に電源コード９が接続され、温度検知回路の出力側には発熱部１１が接続されているようにしてもよい。また、その温度検知回路のオンオフ動作によって点灯する小型ランプを備えていてもよい。また、凍結防止ヒーター１０の説明表示ラベルが装着されていてもよい。なお、電源コード１４と電源プラグ１５は、一般的なものを適用でき、ここではその説明を省略する。

凍結防止ヒーター１０は、発熱部１１の中間部位に構造や太さの異なる温度センサー等の部分がなく、発熱部１１の内部構造が全長にわたって同じになっている。その結果、発熱部１１が全長にわたって一定の機械的特性（強度、剛直性）を有するので、凍結防止ヒーター１０を挿入する過程で、発熱部１１の座屈（折れ）が発生しにくいという効果があり、ガイド管２２への挿入や、保温材２３と配管２０との間の狭い隙間２１への挿入に極めて効果的である。

（設置形態）
凍結防止ヒーター１０は、図３に示すように、給水用及び／又は給湯用の配管２０に沿って設けられる。図３（Ａ）は、保温材２３とその保温材２３で覆われた配管２０との隙間２１に凍結防止ヒーター１０を挿入して、配管２０に直に接触させて沿わせた例である。図３（Ｂ）は、配管２０とその配管２０に沿わせたガイド管２２とを保温材２３で覆い、そのガイド管２２に凍結防止ヒーター１０を挿入した例である。

図３（Ａ）の設置形態では、凍結防止ヒーター１０を隙間２１に挿入するが、本発明に係る凍結防止ヒーター１０は、最外層表面は平滑で硬く剛直性を有する第２樹脂層５で構成されているので、凍結防止ヒーター１０を狭い隙間にも途中で座屈する（折れる）ことなく容易に挿入でき、しかも隙間の奥の方まで挿入することができる。

ここでの隙間２１は、凍結防止ヒーター１０の端末部１２が挿入可能な程度の隙間であればよい。隙間２１が目に見えて存在しない場合であっても、保温材２３が柔軟な場合は、その保温材２３と配管２０との間に凍結防止ヒーター１０の先端を押し込むことができれば、保温材２３の柔軟性によって凍結防止ヒーター１０を奥の方まで挿入して配管２０に直に沿わせることができる。

図３（Ｂ）の設置形態では、凍結防止ヒーター１０をガイド管２２内に挿入するが、本発明に係る凍結防止ヒーター１０は、最外層表面は平滑で硬く剛直性を有する第２樹脂層５で構成されているので、凍結防止ヒーター１０を狭いガイド管２２内にも途中で座屈する（折れる）ことなく容易に挿入でき、しかも隙間の奥の方まで挿入することができる。

配管２０は特に限定されないが、樹脂製でも金属製でもよい。また、樹脂製である場合も、その樹脂の材質は硬い樹脂配管であってもよいし、柔軟性のある樹脂配管であってもよい。なお、樹脂配管は、通常、ポリエチレン、ポリブテン、ポリ塩化ビニル等の材質からなる配管を適用することができる。また、ガイド管２２も特に限定されないが、通常、ポリエチレン、ポリプロピレン等の材質からなるガイド管を適用することができる。また、保温材２３も特に限定されないが、通常、発泡ポリエチレン、発泡ポリウレタン等の材質からなる保温材を適用することができる。

以下、実施例により本発明をさらに詳しくて説明する。なお、これにより本発明が限定されるものではない。

［実施例１］
外径０．３２ｍｍの軟銅線を７本撚り合わせた芯線を２本準備し、この２本の芯線２をピッチ１．８ｍｍで平行に配置した状態で、融点が約１１０℃の自己温度制御発熱体組成物をスクリュー押出機にて押出成形した。押出成形は、押出機のシリンダー設定温度を１７０℃〜１９０℃の範囲とし、押出速度を１５ｍ／分とした。こうして、断面形状が縦１．８ｍｍ、横３．２ｍｍの長円形の偏平形状からなるＰＴＣヒーター線１を作製した。なお、自己温度制御発熱体組成物は、主成分となる樹脂が（ポリオレフィン化合物であり、導電性粒子としてカーボンブラックを含んでいる。

ＰＴＣヒーター線１の外周に、先ず、厚さ０．０１２ｍｍで幅１１ｍｍのポリエステルテープを縦添えして隙間なく覆い、次いで、その上に成形温度が１５０℃以上２００℃以下（軟化点が７５℃以上１５０℃以下）のポリ塩化ビニル樹脂組成物をスクリュー押出機にて押出成形した。スクリュー押出機の押出シリンダーの設定温度は１６５℃〜１９０℃の範囲内で制御し、押出速度を１５ｍ／分とした。こうして、厚さ０．７ｍｍの第１樹脂層４を形成した。

次いで、第１樹脂層４の上に成形温度が２５０℃以上３５０℃以下（融点が２７０℃）のＥＴＦＥ（エチレン−四フッ化エチレン共重合体）をスクリュー押出機にて押出成形した。スクリュー押出機の押出シリンダーの設定温度は２７０℃〜３１０℃の範囲内で制御し、押出速度を１０ｍ／分とした。こうして、厚さ０．２ｍｍの第２樹脂層５を形成した。最終的に得られた凍結防止ヒーター１０の発熱部１１は連続押出成形されるので、その発熱部１１をリール状に巻いた。発熱部１１の仕上り外形は、縦３．６ｍｍ、横５．０ｍｍ程度の長円形の偏平形状であった。

その後、発熱部１１の長尺品から所定長さ（例えば２ｍ）を切断し、一方の端部を樹脂モールドして端末部１２を形成し、他方の端部の芯線２を電源コード１４とヒューズに接続し、その接続部を樹脂モールドして電源コード接続部１３を形成した。なお、電源コード１４の先は電源プラグ１５を備えている。こうして凍結防止ヒーター１０を作製した。

［実施例２］
実施例１の凍結防止ヒーター１０において、第２樹脂層５の厚さを０．１ｍｍにした他は、実施例１と同様にして、実施例２の凍結防止ヒーター１０を作製した。

［比較例１］
実施例１の凍結防止ヒーター１０において、第２樹脂層５を設けず、第１樹脂層４の厚さを０．８ｍｍにした。それ以外は、実施例１と同様にして、比較例１の凍結防止ヒーターを作製した。

［挿入長さ］
実施例１，２及び比較例１で得られた凍結防止ヒーターについて、挿入長の比較実験を行った。実験は、図４に示すように、外径１７ｍｍの配管（ポリブテン樹脂製）を、外径３８ｍｍで内径１８ｍｍのチューブ状保温材（発泡ポリエチレン樹脂製）内に挿入し、その配管とチューブ状保温材との間の隙間に凍結防止ヒーターを端末部から挿入し、このときの挿入長さＬを計測した。挿入長さＬ（ｎ＝５）は、実施例１の凍結防止ヒーターでは平均１２９５ｍｍ、実施例２の凍結防止ヒーターでは平均１２０３ｍｍ、比較例１の凍結防止ヒーターでは平均１０１８ｍｍであった。この結果より、本発明に係る凍結防止ヒーターは、狭い隙間への挿入性が優れていることがわかった。

［剛直性］
実施例１，２及び比較例１で得られた凍結防止ヒーターについて、剛直性の比較実験を行った。実験は、図５に示すように、発熱部１１の長さ７００ｍｍの凍結防止ヒーターをそれぞれ準備し、端末部１２と電源コード接続部１４とをクランプ２７に取り付けて発熱部１１が輪２６になるように吊し、輪２６の下端に０．５ｋｇｆと１ｋｇｆのおもり２５を吊り下げて、輪２６の最大距離（線間距離）Ｄを計測した。輪２６の最大距離（サンプル数＝５）は、実施例１の凍結防止ヒーター１０では、おもり２５が０．５ｋｇｆの場合に平均１００ｍｍ、１ｋｇｆの場合に平均７８ｍｍであった。また、実施例２の凍結防止ヒーター１０では、おもり２５が０．５ｋｇｆの場合に平均８８ｍｍ、１ｋｇｆの場合に平均６３ｍｍであった。一方、比較例の凍結防止ヒーターでは、おもり２５が０．５ｋｇｆの場合に平均４０ｍｍ、１ｋｇｆの場合に平均２２ｍｍであった。この結果より、本発明に係る凍結防止ヒーター１０は、剛直性があり、座屈することなく隙間の奥の方まで挿入できるであろうことがわかった。

［熱変形］
実施例１，２及び比較例１で得られた凍結防止ヒーターに共通するＰＴＣヒーター線１について、熱変形の比較実験を行った。実験は、図６に示すように、偏平形状のＰＴＣヒーター線１を基盤３１上に載せ、そのＰＴＣヒーター線１の上に荷重Ｆ（１５０ｇｆ、３００ｇｆ、４００ｇｆ）の圧子３０を載せ、所定温度（９０℃〜１２０℃）の恒温槽内に３０分間放置した後における測定長さｄの変化率を測定した。図６（Ａ）はＰＴＣヒーター線１の幅広面を基盤３１に接するように載置した場合であり、図６（Ｂ）はＰＴＣヒーター線１の幅狭面を基盤３１に接するように載置した場合である。なお、変化率は、恒温槽内に入れる前の測定長さｄ０との比［（ｄ−ｄ０）／ｄ０×１００］である。結果を表１に示した。

表１の結果より、ＰＴＣヒーター線１の熱変形は、その温度により大きく変化することがわかった。このことは、ＰＴＣヒーター線１に第１樹脂層４や第２樹脂層５を押出成形する際のシリンダー温度がＰＴＣヒーター線１に影響することが理解でき、大きな熱的影響を受けないことが、ＰＴＣヒーター線１の特性（寸法等の機械的特性や温度特性）に影響を与えないことがわかった。

１ＰＴＣヒーター線
２芯線
３自己温度制御発熱体
４第１樹脂層
５第２樹脂層
１０凍結防止ヒーター
１１発熱部
１２端末部
１３電源コード接続部
１４電源コード
１５電源プラグ
２０配管
２１隙間
２２ガイド管
２３保温材
２５おもり
２６輪
２７クランプ
３０圧子
３１基盤
Ｌ挿入長
Ｆ荷重
ｄ測定長さ
Ｄ輪の最大距離

Claims

給水用及び／又は給湯用の配管に沿って設けられる凍結防止ヒーターであって、
前記配管の温度を検知して発熱量を制御するＰＴＣヒーター線と、前記ＰＴＣヒーター線を被覆する少なくとも２層の絶縁性の樹脂層とを有し、前記樹脂層のうち、最外層の第２樹脂層と該第２樹脂層の前記ＰＴＣヒーター線側に位置する第１樹脂層とが異なる熱可塑性樹脂からなり、前記第１樹脂層は前記第２樹脂層よりも成形温度が低いポリ塩化ビニル層であり、前記第２樹脂層はフッ素樹脂層であり、前記第２樹脂層の厚さが前記第１樹脂層の厚さよりも小さい、ことを特徴とする凍結防止ヒーター。
前記第２樹脂層と前記第１樹脂層とが接している、請求項１に記載の凍結防止ヒーター。
前記ＰＴＣヒーター線の断面が偏平形状である、請求項１又は２に記載の凍結防止ヒーター。
前記第１樹脂層の厚さが０．４ｍｍから１．０ｍｍの範囲内であり、前記第２樹脂層の厚さが０．０５ｍｍから０．４ｍｍの範囲内である、請求項１〜３のいずれか１項に記載の凍結防止ヒーター。