JPH025390A - ポジティブ温度係数サーミスターを使用した加熱用パッド - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は自己調節ヒーターとしてポジティブな温度係数
サーミスターを使用した電気加熱装置に関する。

〔従来の技術〕

米国特許第４，０７２，８４８号に示すように、寒冷環
境で、パイプやタンクを加熱するため成る時期、電気加
熱ケーブルが使用された。

米国特許第４，０７２，８４８号に示す加熱ケーブルは
、自己調節機能をもつ可変抵抗の加熱材を使用すること
によってその温度調節を行った。

加熱材は一般に、チタンバリウムで成る部片に形成され
るか、或いは、種々のドープ剤を加えることによって半
導体にされるチタンストロン千つムとバリウムの一様の
溶液に形成される。これらの部片はポジティブ温度係数
サーミスターと呼ばれ、低温で比較的低い温度係数の抵
抗を有する。サーミスターの温度が上昇すると、″キュ
ーリー点”と呼ばれる時点で、抵抗の急上昇か生じる。

米国特許第４，０７２，８４８号に示すように、低抵抗
から高抵抗への移行は、比較的急な鋭角点で生じる。こ
れらの部片はこの技術に精通した人々にとって周知であ
るので、その構造についてはこれ以上説明しないことに
する。

サーミスターに電圧がかかると、そのサーミスターは抵
抗効果により熱を発生する。この熱はそれから、ケーブ
ルを取付けた、例えばパイプのような周囲の環境へ伝達
される。サーミスターと周囲環境の温度が上昇すると、
サーミスターの温度はキューリー点に達し、サーミスタ
ーの発熱能力は低下して、サーミスターは冷える。かく
してサーミスターの温度はキューリー点附近に落ちつき
、その周囲環境の温度は、そのサーミスターと接触する
種々の材料の熱伝導度に基づいて決まる。

〔発明が解決しようとする課題〕

従来のサーミスターを使った装置はケーブルやその他そ
れに似た装置であって、たとえそれを長手方向へ伸ばし
たとしても、横の面積を少しばかりカバーできる程度の
ものである。従来のケーブルは横方向の面積をもっと大
きくカバーするように曲がりくねった形に作ることがで
きるけれども、そうすると、表面部分の温度分布が不均
等になる他、それは製造も困難である。

米国特許第４．３３０，７０３号は発熱材料層を利用し
た従来のケーブルの例をいくつか示しており、金属シー
ト、格子、或いはメツシュに形成される導電体を有する
発熱材はケーブルの部分全体にわたって配置され、サー
ミスターを使ったケーブルの場合のように、別個の分離
した部分に配置される訳ではない。さらに、導電体は細
くて、電流を発熱体へ供給するためにのみ使用され、適
量の熱を伝達するために使用されるのではない。

〔課題を解決するための手段〕

そこで、本発明の加熱パッドは、事実上平らで織った導
電体を有し、それらの導電体は平行に重ねて配置され、
そして電気接続した複数の間隔をおいて位置するサーミ
スターを有し、その導電体は、サーミスターによって生
じた熱をそこから周囲へ分散することにより主たる熱伝
達手段として作用する。それらのサーミスターは加熱用
パッドの部分にわたって格子模様に、又は事実上均等な
模様に間隔をおいて位置する。そのような構造にすると
、導電体とサーミスターとの間で有効な熱移動が行われ
、かくしてサーミスターから熱が除去される。そのよう
な構造はまた、サーミスターか自己制限温度即ちキュー
リー点に達する前に、所与の電圧でサーミスターに高電
力を生じさせることができる。

そのような導電体を使った熱移動は、パッドの表面にわ
たって温度分布か改善される。なぜなら、その熱は熱の
良導体でもある導電体に沿ってあらゆる方向へ伝達され
サーミスターから分散し、局部的熱量か制限され、パッ
ドの熱平衡が改善されるからである。本発明の加熱バッ
ドの構造は、複雑な屈曲通路を必要としないので、製造
し易い。

織り型の導電体を使用すると、導電体とサーミスターと
の間の接続部に生じる熱応力、又は機械的応力を大きく
減退させることができる。なぜなら、その材料内のワイ
ヤストランドのサイズが小さくて、数が多いために、そ
こに作用する力が他方向に分散されるからである。

〔実施例〕

ここで図面を参照すれば、文字Ｐは本発明に従った加熱
パッドの全体を示す。

第１−図は本発明に従って構成された加熱パッドＰの好
ましい実施例を示す。分離用誘電絶縁体１２内に複数の
サーミスター１０が挿入される。分離用誘電絶縁体１２
は一連の孔、即ち空所１４を有し、その中にサーミスタ
ー１０が嵌合する。孔１４間のスペースは、サミスター
１０の特定サイズや、加熱パッドＰの所与の望ましい熱
出力に必要なサーミスター１０の数によって変わる。孔
１４はサーミスター１０のサイズよりわずかに小さいの
で、サーミスター１０は分離用誘電絶縁体１２内に確実
に保持される。サーミスター１０は横断面を円形として
示されているが、その他の形を使用することもできる。

その場合、孔１４もそれに対応した形にする。誘電材は
ゴムや熱可塑性樹脂、例えば、ポリエチレンやポリテト
ラフルオロエチレン、石綿繊維、或いは電気絶縁材であ
って、サーミスター１０の温度に耐えることができるが
、所望の十分な熱を伝達でき、しかも加熱パッドＰか所
望により曲げ得るように可撓性のある満足な材料で作ら
れる。

導電シート１６．１８は互いに平行に、しかも分離用誘
電体１２の両側に配置され、サーミスター１０により熱
に変換される電気エネルギー源となる。導電シート１６
．１８ははんたづけ、ろうづけ、溶接によってサーミス
ター１０に取付けられ、その他、導電シー１−１６．１
８をサーミスター１０の表面に電気的、機械的に接続さ
せることによりサーミスター１０に取付けられる。導電
線１７．１９は導電シート］、６．１８に取付られ、さ
らに、加熱用パッドＰに電気エネルギーを供給するため
に使用される電源（図示せず）に取付けられる。導電シ
ート１６．１８がサーミスター１０に接続されたのち、
加熱パッドＰを周囲から保護するために、絶縁層２０を
かぶせる。この方法で、短絡やポテンシャルショック状
態を防止する。

さらに機械的保護や腐食防止を必要としたり、層強剛性
表面が望ましい場合、加熱パッドＰの絶縁層２０に、金
属さや体２２を形成する。金属さや体２２はアルミニウ
ム、ステンレス鋼、銅、又はパッドのまわりに形成する
ことのできる満足な金属又は金属合金て作られる。

適切な熱移動性を有する導電シート１６．　１８を使っ
たそのような構造は、導電シート１６，１８を主たる熱
移動手段にする。主たる熱移動手段として導電シート１
６．１８を使用すると、サーミスター１０からの熱の除
去が増し、加熱パッドＰの表面上の熱分配をより均等に
する。かくして、本発明の理由により、熱は加熱パッド
Ｐの部分に均等に分配される。

導電シート１６．１８は加熱パッドＰとほぼ同じサイズ
と同じ形の銅ワイヤクロスで形成するのが好ましい。導
電シート１６．１８はまた、アルミニウム、ステンレス
鋼、又はその他の金属導電体のワイヤクロスで形成する
こともできる。また、自動点火ケーブルに一般に使用さ
れ、米国特許第４．３６９．４２３号に示されるように
、炭素やや黒鉛繊維、伝導被覆した繊維ガラス糸又はそ
の他、従来の構造を有する同様の材料を使用することが
できる。その繊維はその伝導性をさらに高めるために、
ニッケルで電気めっきされる。必要な電気負荷及び熱負
荷を伝達することのできる導電シートにするために、十
分な数の繊維を織る。更にもうひとつの変形例では、導
電シートは例えば銅アルミニウムのような材料、又はそ
の他の適切な材料で成る一様の金属シートで形成される
。典型的な銅クロスは、０．０１１インチ直径の銅ワイ
ヤをいずれの方向へも１インチ当り１６本のワイヤを有
するメツシュに形成したもので成る。個々の銅ストラン
ドは、錫、銀、アルミニウム、ニッケルめっき仕上げで
被覆される。

本発明に従った導電シート構造は、多数の細いワイヤを
シートに織ったもので形成するのが好ましい。導電体を
織ったもので生じるメツシュ、即ち織りパターン、及び
細いワイヤの接触数を増やせば、導電シート１．６，１
．８とサーミスター１０との間の接続部で生じる熱応力
や機械的応力を減少させることができる。熱応力は膨張
率の差異、その他の理由で生じ、機械的応力は加熱パッ
ドＰの可撓性によって生じる。織りワイヤは細くて、い
くつかの異なる方向へ配置されるので、各ストランド即
ち、ワイヤにかかる力は小さくなり、それによって、加
熱パッドＰの信頼度か増す。

本発明に従った加熱パッドＰは所望の形にいくらでも切
断したり、形成したりすることができる。

第１図に示す典型的な実施例は四角形に形成されている
が、加熱パッドＰは所望により、円形や不規則な形、又
は正多角形又は多角形に形成することもできる。サーミ
スター１０は比較的小さくて、本発明に使用される他の
材料は可撓性を有するのが好ましいので、加熱パッドＰ
は加熱されるべき容器又は管のような品物に事実上なじ
むように可撓性を有する。

〔具体例〕

加熱用パッドＰは第１図に従った銅ワイヤクロスで構成
され、キュリー温度１２４〜１２８℃のサーミスター１
０を有する。０．０フインチの厚みを有する被覆繊維ガ
ラスで成る１フイート平方の分離用誘電層１２を使用し
た。分離用誘電層１２の部分に開口１４が均等に分散し
て形成され、そこに１２個のサーミスター１０を配置し
た。１６×１６のメツシュを有し、０．０１１インチ直
径のワイヤで形成された銅ワイヤクロス１フイート平方
のシートに形成し、それを前もって錫めっきしたサーミ
スター１０に、銀を含む高温はんだ合金ではんたづけし
た。この加熱用バッドＰを、高温ＲＴＶシリコンで絶縁
し、絶縁層２０を形成した。このように形成した完成加
熱用パッドＰは約２５℃（７７°Ｆ）の室温で９０オー
ムの抵抗を有していた。

この加熱用バッドＰを、それから周囲の部屋に配置し、
−３７℃（−３５’　Ｆ）、−１７℃（０’Ｆ）、１．
０℃（５０°Ｆ）、３７．８℃（１００°Ｆ）、９３．
３℃（２００’　Ｆ）の平衡温度でテスｌ−Ｌ、０〜３
００ボルトの電圧で加勢した。

種々の電圧と温度でもって電力消費を記録し、その結果
を第２，３図に示した。かくして、本発明は、サーミス
ターが自己制限温度に達する前に、所与の作用電圧で高
電力レベルを生じさせる構造を提供することが判る。

もうひとつのテストにおいて、同じ加熱用バッドＰが約
１２０ボルトで加熱され、その加熱用バッドＰを２４．
４℃（７６°Ｆ）の温度を有する自由な気体中に懸架し
た。サーミスター１０の真上の位置の最高温度と最低温
度は９２．７℃（１９９’Ｆ）と８１−．１℃（１７８
’　Ｆ）であった。

サーミスター１０の真上の温度は、約８３．８℃（１８
３°Ｆ）であった。加熱用バッドＰの外縁は、４３．８
℃（１１１’　Ｆ）、４６．６℃（１１８６°Ｆ）、４
４．４℃（１１２°Ｆ）、３８゜８℃（１０２°Ｆ）の
温度を有していた。サーミスター１０間の位置の表面積
の平均温度は約４９゜４℃（１２１°Ｆ）であって、最
高温度は５６゜６℃（１３４°Ｆ）で最低温度は４２．
２℃（１０８°Ｆ）であった。そのような結果は、サー
ミスター１０から導電シート１６．１８への有効な熱移
動を示し、さらに、導電シート１６．１８のすぐれた熱
伝導を示した。

熱か最初に発生するのはサーミスターの所であるので、
そのパッドは所望の形に選択的に形成され、又は切断さ
れ、その際、選択された部分に対して１平方フィート当
りほぼ同じワット数を出すことかでき、１個のサーミス
ター当り残りの加熱パッド部分もそれに等しい。

本発明の前述の内容は例示であって、その典型的な例で
あり、本発明の精神から離れることなしに、図示の構造
のサイズ、形、÷オ料も変形することができ、そのよう
な全ての変形は特許請求の範囲の範囲内にあるものと考
えられる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に従って構成した加熱用パッドの斜視図
であって、一部、横断面図で示す。 第２図は第１図の加熱用パッドにおいて所与の温度と所
与の電圧とで生じる単位電力を示すグラフであり、 第３図は第１図に従らた加熱用パッドにおいて所与の温
度と所与の電圧とで生じる単位電力を表わすグラフであ
る。 ２２・・・金属製遮蔽体

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、電流を運び、熱を伝達するため互いに事実上平行で
   、お互いに間隔をおいて離れて位置する第１及び第２の
   伝導手段と、 前記伝導手段の各々は、電気と熱を伝導する材料ででき
   た事実上平らなシートで成り、 電流が流れる時に熱を生じさせるために、前記第１伝導
   手段と第２伝導手段との間を電気的に接続する可変抵抗
   の加熱材で形成された加熱手段と、前記可変抵抗の加熱
   手段は温度制限に達する時事実上抵抗を増し、前記加熱
   手段を流れる電流を低下させて加熱用パッドの熱出力を
   調節するようになっている事と、 前記第１伝導手段と第２伝導手段との間の接触を防ぐた
   めに、それらの伝導手段間に配置された電気絶縁手段と
   、 短絡やショックを防ぐため前記伝導手段の外側に配置さ
   れた電気絶縁材とで成る電気加熱用パッド。 ２、前記加熱手段は、複数の前記可変抵抗加熱材の小片
   で成ることを特徴とする請求項１に記載の加熱用パッド
   。 ３、前記電気絶縁手段は或る間隔をおいた所に開口を有
   する絶縁材で成り、それらの開口に、前記可変抵抗の小
   片が配置されることを特徴とする請求項２に記載の加熱
   用パッド。４、前記開口は互いに事実上均等な間隔をお
   いて位置し、前記小片を、加熱用パッドの部分にわたっ
   て事実上均等に位置付けることを特徴とする請求項３に
   記載の加熱用パッド。５、前記伝導手段の各々は、織り
   ワイヤクロスで成ることを特徴とする請求項２に記載の
   加熱用パッド。 ６、前記ワイヤクロスは銅であることを特徴とする請求
   項５に記載の加熱用パッド。 ７、前記電気絶縁材の上に形成される金属製包囲体をさ
   らに有することを特徴とする請求項２に記載の加熱用パ
   ッド。 ８、前記金属製包囲体はステンレス鋼で形成されること
   を特徴とする請求項７に記載の加熱用パッド。 ９、前記伝導手段はクロスに織った複数の導電繊維で成
   ることを特徴とする請求項２に記載の加熱用パッド。 １０、前記伝導手段と、前記電気絶縁手段と、前記電気
   絶縁材とは全部、可撓性を有し、加熱用パッドによって
   加熱される種々の品物に事実上なじむように加熱用パッ
   ドに可撓性をもたせることができることを特徴とする請
   求項１に記載の加熱用パッド。