JPH067509B2 - 電気ヒータ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は電子ストリップヒータに関する。

種々の長い電気ヒータ、例えば、パイプ加熱用とか、化
学処理工業におけるタンク用およびその他の装置用のも
のは、導体(または、当該技術において電極として示さ
れる)間に互いに並列に接続された複数の加熱要素とと
もに、電源に接続されかつ当該ヒータを機能させる比較
的低抵抗の２つ(又はそれ以上)の導体を備えている。従
来の導電性ポリマのストリップヒータにおいては、発熱
素子は、内部に導体が埋め込まれた導電性ポリマから成
る連続したストリップの形態である。帯(Zone)ヒータ等
として知られる他の公知のヒータにおいては、発熱素子
は、１つ又はそれ以上の抵抗発熱金属線材とされる。こ
の種の帯ヒータにおいては、各発熱線材が各導体に巻付
けられ、各導体は当該各発熱線材と接続される空間的に
離間した点を除いて絶縁されている。各発熱線材は、各
導体と交互に接触して、接続点間で各導体の周りで多数
の巻き付け部が形成されている。種々の用途のために、
延在した各ヒータは自己制御性のものであることが好ま
しい。このことは、公知の導電性ポリマのヒータにおい
ては、ＰＴＣ(正温度特性)を呈する導電性ポリマから成
る連続したストリップを用いて達成される。また、帯ヒ
ータに自己制御性を持たせるには、ヒータ(各ヒータ)
を、ＰＴＣのセラミック材料から成る接続素子を介し
て、１つ又は両方の導体に接続させることが提案され
た。

種々のヒータおよびそのようなヒータ用の導電性のポリ
マは、米国特許第２，９５２，７６１、２，９７８，６
６５、３，２４３，７５３、３，３５１，８８２、３，
５７１，７７７、３，７５７，０８６、３，７９３，７
１６、３，８２３，２１７、３，８５８，１４４、３，
８６１，０２９、４，０１７，７１５、４，０７２，８
４８、４，０８５，２８６、４，１１７，３１２、４，
１７７，３７６、４，１７７，４４６、４，１８８，２
７６、４，２３７，４４１、４，２４２，５７３、４，
２４６，４６８、４，２５０，４００、４，２５５，６
９８、４，２７１，３５０、４，２７２，４７１、４，
３０９，５９６、４，３０９，５９７、４，３１４，２
３０、４，３１５，２３７、４，３１８，８８１、４，
３２７，３５１、４，３３０，７０４、４，３３４，１
４８、４，３３４，３５１および、４，３６１，７９９
号；ジャーナル・アプライド・ポリマ・サイエンス
（Ｊ．Applied Ｐolymer Ｓcience１９，８１３−８
１５（１９７５）,クラソンおよびクバット（Klason an
d Kubat);ポリマエンジニアリング・アンド・サイエン
ス(Polymer Engineering and Science)１８，６４９−
６５３（１９７８),ナーキス(Narkis)等;ドイツ国出願
公開公報第２，６３４，９９９、２，７５５，０７７、
２，７４６，６０２、２，７５５，０７６、２，８２
１，７９９および３，０３０，７９９号;英国特許第
１，６００，２５６、および１，６０５，００５号;ヨ
ーロッパ特許出願公告第００３８７１３、００３８７１
４、００３８７１８、および００６３４４０号;米国特
許出願第３００，７０９、３６９，３０９、１４１，９
８８、１５０，９０９、および２５４，３５２号に対応
する出願である。上記参照の各特許公報、刊行物、およ
び出願に開示された事項は、この明細書において参照す
る。

この発明は延在した電気ヒータの改良に係るもので、 （１）電源に接続し得るようにした延在しかつ空間的に
離間した第１および第２の導体と、 （２）ストリップの長さおよび各導体の長さに沿って長
さ方向に長さ方向で離間した各接触点で第１および第２
の導体に交互に電気的に接触している延在した電気発熱
ストリップ とを有して成る。

この発明の第１の態様において、発熱ストリップは延在
した非金属の抵抗性の発熱要素、特に、延在した導電性
のポリマ組成物を有して成る。そのような発熱ストリッ
プは、公知の導電性ポリマのストリップヒータ、並び
に、米国特許第４，２７１，３５０および４，３０９，
５９７号に開示されるような導電性ポリマヒータとは各
接続点は発熱ストリップに亘って長さ方向に間隔をもた
せるようにすることが要求される点で区別される。この
ことは、非常に重要な利点を持たらす差異点である。そ
の利点の１つは、例えば、溶融押出法あるいは基材への
付着法等で導電性ポリマ組成物を連続的にストリップ状
に成形することを含む方法により、延材した導電性のポ
リマ要素が一般的に製造されるということにある。その
ようなストリップの抵抗の均一性は、横方向におけるよ
りも長さ(もしくは“機会加工”)方向(例えば、押出方
向)においてより大きいということが見い出された。公
知の導電性のポリマヒータにおいては、電流は主にある
いは専ら導電性ポリマの横断方向に流れるが、本発明の
ストリップヒータにおいては、電流は、通常、主にある
いは専ら導電性のポリマの長さ方向に流れる。したがっ
て、当該新規なヒータは電力出力および電圧安定性を改
善するものである。もう１つの利点は、公知の導電性の
ポリマヒータにおいて仮りにアーク欠陥が生じた場合に
は、この欠陥はヒータの全体に亘って伝播され、したが
って、当該ヒータ全体が作動不能となる。一方、本発明
のヒータにおいては、そのような欠陥がたとえ生起した
としても、発熱ストリップの導電性のポリマ要素と導体
との間に連続した界面が存在しないので、当該ヒータに
沿ってその欠陥が伝播することは困難あるいは不可能で
ある。

この発明の第２の態様においては、発熱ストリップはＰ
ＴＣ動作を呈する連続的に延在した素子を含んでいるか
ら、当該ヒータは自己制御性のヒータである。この明細
書において、１００℃以上の温度範囲において少なくと
も略２の係数をもって抵抗値が増大するならば、要素は
ＰＴＣ動作を呈するものであるという。抵抗値はより急
速に増大することが好ましく、たとえば、抵抗は、１４
℃の温度範囲において少なくとも２．５の係数をもって
増大し、あるいは、１００℃の温度範囲において少なく
とも１０の係数をもって増大し、好ましくは、両者をも
って増大するものとする。そのようなヒータは、公知の
導電性のポリマヒータとは上述したように、ストリップ
における各接続点を空間的に離間する必要があることに
より区別され、かつ、米国特許第４，１１７，３１２号
に開示されているような自己制御性の帯ヒータとは、該
特許第４，１１７，３１２号ではＰＴＣ動作を呈するの
は接続素子のみとされるのに対し、本発明の発熱ストリ
ップがＰＴＣ動作を呈する連続的に延在した素子を含ん
でいることにより区別される。この差異によって重大な
利点が持たらされる。何故ならば、上記特許第４，１１
７，３１２号に記載されるような小さなＰＴＣの接続素
子を用いることにより、該接続素子における電力密度が
非常に高くなり、したがって、当該素子あるいは該素子
のバス線および発熱線との接続部を損傷する危険性があ
ることになるからである。

この発明の第３の態様においては、(a)発熱ストリップ
は、温度２３℃で長さ１cm当り少なくとも１０オーム、
好ましくは少なくとも１００オームの抵抗値を有し、か
つ、少なくとも０．０００１cm²、残ましくは少なくと
も０．００１cm²の断面積を有するとともに、(b)発熱ス
トリップは、各導体と交差する毎に、各導体と電気的に
接触部を形成する。そのようなヒータは、公知の導電性
のポリマヒータとは、上述したように、当該ストリップ
における各接続点を空間的に離間することが要求される
ことにより区別され、かつ、米国特許第４，１１７，３
１２号に開示されるような自己制御性の帯ヒータとは、
所要の抵抗および断面積、並びに、各交差点で電気的接
触が要求されることにより区別される。このようにし
て、公知の帯ヒータの大きな不利な点、即ち、所要の抵
抗レベルを得るために各接触点間の発熱線を複数回巻き
付ける、したがって、各接触点を除いて各導体を絶縁す
る必要性は排除される。

これ等の３つの本発明の態様は、勿論、相互に排他的な
ものではない。従って、本発明のヒータの好ましい態様
のものは、一対の導体の周りに巻付けられて各巻付け点
で各導体とそれぞれ接触するＰＴＣの導電性ポリマの発
熱ストリップを含んでいる。この発熱ストリップは、例
えば、０．００２乃至０．０８cm²の断面積、および、
長さ１cm当り１００乃至５，０００オームの抵抗を有し
ている。本発明の他のクラスのヒータは、延在したＰＴ
Ｃの導電性ポリマの発熱ストリップと延在した絶縁要素
とを有して成る中心要素の周囲に巻き付けられた２つあ
るいは３つの導体を有して成る。各導体は、各巻き付け
点でＰＴＣ素子と接触し、発熱ストリップは、例えば、
０．００２乃至０．６cm²の断面積を有するとともに、
２３℃で１乃至１０，０００Ω・cmの抵抗率、好ましく
は、低電圧源から当該ヒータに給電するように１乃至１
００Ω・cmの抵抗率、公知の電圧線から当該ヒータに給
電するように１００乃至５，０００Ω・cmの抵抗率を有
する。

上述した利点に加えて、この新規なヒータは、従来のヒ
ータにおいては十分に用いられなかったポリマ、特に、
高融点を有するが故に特に有用性を有するテトラフルオ
ロエチレン／ペルフルオロアルコキシポリマから優れた
導電性ポリマのヒータを作ることができるという非常な
利益を持たらす。また、連続した金属／導電性ポリマの
界面が存在しないことは、当該ヒータが湿気の存在下で
より故障しにくくする。最後に、異なった出力のヒータ
が、同一の要素から単にヒータの幾何学的寸法を変化さ
せることにより作成できる。

新規なヒータは、好ましくは、ＰＴＣ動作を呈する発熱
ストリップを有して成る自己制御性のヒータである。特
に、発熱ストリップは、当該ヒータの他の構成要素を欠
いた状態でその抵抗／温度の特性が測定された際、当該
発熱ストリップの長さに亘って連続しかつＰＴＣ動作を
呈する要素を含んでおり、特に、発熱ストリップはＰＴ
Ｃの導電性ポリマ要素を含んで成る。しかしながら、発
熱ストリップは、また当該ヒータの温度が上昇した際、
この発熱ストリップは、抵抗が増大する可逆の物理的変
化(例えば、発熱ストリップおよび／又は当該ヒータの
他の構成部分の部分的な熱膨張に基づく弾性伸長)を受
けるように当該ヒータを(少なくとも部分的に)構成しか
つ配列する結果としてＰＴＣ動作を呈することもでき
る。ヒータが絶縁性のポリマ−ジャケットを有して成る
(通常の場合である)と、この被覆材により作用する圧力
は、当該ストリップのＰＴＣ動作に影響を与えることが
あるが通常はそうでない。

所望に各接触点を空間的に離間させる発熱ストリップ
(又は複数の発熱ストリップ)および各導体に相対的構造
には種々のものがある。一般に、各導体を真っ直ぐなも
のとしかつ発熱ストリップ(又は複数の発熱ストリップ)
を規則正しくうねらせた経路に追従させる、あるいは、
その逆も便利である。上記経路は、例えば、一般的に螺
旋状(略円形、扁平円形の螺旋状のものも含む)、正弦波
状もしくはＺ形状としてもよい。しかしながら、導体お
よび発熱ストリップの両者を、互いに異なった形状、ピ
ッチもしくは逆向きの規則正しいくねった経路を追従す
るようにするか、あるいは、その一方もしくは両者を、
不規則にくねった経路を追従するようにすることもでき
る。１つの好ましい形態においては、発熱ストリップは
真直な一対の平行な導体の周りに、巻き付けられ、か
つ、それ等の導体は分離用ストリップにより所望の距離
を隔てて保持される。他の形態においては、発熱ストリ
ップは分離用ストリップの周りに巻き付けられ、この巻
き付けられたストリップを真っ直ぐな導体に接触させ
る。もう１つの好ましい形態においては、各導体は１つ
またはそれ以上の真っ直ぐの発熱ストリップおよび１つ
又はそれ以上の真っ直ぐの絶縁コア(芯)の周りに巻き付
けられている;該コアは加熱される基材、例えば、絶縁
された金属パイプもしくは絶縁材料から成るパイプであ
ってよい(あるいは該基材を含んでよい)。他の形態にお
いては、各導体は絶縁性のコアの周りに巻き付けられ、
次に、真っ直ぐの発熱ストリップに接触させる。巻き付
けられた要素は、公知の線材巻付け装置を用いて得られ
るような略螺旋状の形態にすると度々好都合である。し
かし、他の巻付形態にすることもでき、発熱ストリップ
を流れる実質的に全ての電流を、当該ストリップの軸に
沿って流通させるのを確保する利点がある;例えば、各
導体を発熱ストリップの周りに巻付ける際、これ等の導
体が当該発熱ストリップと交差する毎に各導体の軸が実
質的に発熱ストリップの軸と直角を成すように、これ等
の導体を巻付けると、これ等の導体が当該発熱ストリッ
プと接触しないでこれ等の導体が、当該発熱ストリップ
の長さに沿って主にあるいは専ら進行することができ
る。他の種々の巻付け形態においては、巻付け部材は、
例えば、略円形、楕円形もしくは矩形で角部に丸味を持
たせた経路を追従させるようにすることができる。基材
への最良の熱伝達に対しては、ヒータは略矩形で角部に
丸味を持たせるようにした形状にすることはしばしば好
ましいことである。

発熱ストリップは、例えば、振動式の押出ヘッドを用い
て、各導体の表面もしくは支持部材のいずれかに、規則
正しい曲りくねったパターンで配置でき、後者の場合、
次に配置した発熱ストリップに導体を適用する。もし、
発熱ストリップが各導体の表面に配置されるのであれ
ば、別の導体を最初からの導体の上に配置することがで
き、このようにして、２つの導体部分の中間に発熱スト
リップをはさみ込ませることもできる。

新規なヒータは、一般的に発熱ストリップと交互に接触
する２つの延在した導体を含む。一方、３つ又はそれ以
上の導体は順に発熱ストリップと接触するようにするこ
ともでき、これ等の導体は、１つ又はそれ以上の適宜な
電源と適宜に接続するように設けられる。３つ又はそれ
以上の導体が存在する場合には、各導体対を別々に単相
又は２相の電源に接続することにより種々の電力出力が
得られるようにすることができる。３つの導体が存在す
る場合には、これ等の導体は、ヒータが３相電源との接
続に適するように設けられ得る。各導体は一般に互いに
平行に設けられる。各導体は好ましくは金属の、例え
ば、単線もしくは撚線とされるが、低抵抗性の他の材料
を用いるようにしてもよい。発熱ストリップとの各接触
点での導体の形状は、接続部の電気的特性に影響を及ぼ
すことができる。丸形の線状の導体はしばしば便利であ
り、良好な結果がもたらされるが、他の断面形状(例え
ば平坦な金属ストリップ)の導体を用いることもでき
る。各導体は発熱ストリップと直接にあるいは導電性の
仲介部材を介して接触させることができる;例えば、各
導体は、発熱ストリップと接触させる前に、導電性材
料、たとえば、低抵抗率のＺＴＣの導電性ポリマ組成物
から成る層で被覆するようにしてもよい。

各導体は互いに空間をもって離間した状態に保持すべき
であり、このため、新規なヒータは、好ましくは、各導
体間に設置される少なくとも１つの分離用ストリップを
含む。この分離用ストリップは、好ましくは、温度変化
に基づく熱的な伸縮を除いて、当該ヒータの製造および
使用時に実質的に変形しないものである;そのような熱
的な伸縮は、さらに後述するように、特に分離用ストリ
ップが金属挿入部材を含む場合、より特に、該挿入部材
が当該ヒータの使用時にＩ²Ｒにしたがって発熱する導
体である場合に、ＰＴＣ動作に影響を及ぼす場合は重要
である。分離用ストリップは、通常、導体と同じ一般的
な形態、たとえば、これ等の導体が真っ直ぐなものであ
ればこのセパレータは真っ直ぐなものとされ、また、こ
れ等の導体が巻付けられるものであればこのセパレータ
はそれ等と共に巻付けられる形態である。

ある種のヒータにおいては、分離用ストリップは互いに
各導体を電気的に絶縁し、これ等の導体が電源に接続さ
れた際に各導体間を流通する全ての電流が発熱ストリッ
プもしくは各発熱ストリップを流通するようになってい
る。そのような分離用ストリップは本質的に電気絶縁材
料で構成することができる。しかし、上記セパレータが
良熱伝導率を有するものとすればヒータの性能は改善さ
れ、この理由故に(良熱伝導率を有するほとんどの材料
はまた電気導体であるから)、分離用ストリップは、絶
縁材料で包囲された導電性材料、たとえば、金属で構成
することができる。絶縁材料は一般に高分子材料、好ま
しくは、熱伝導性材料を含有するものとされる。

もう１つの種類のヒータでは、分離用ストリップは電気
抵抗材料で構成され、従って、各導体が電源に接続され
た際に付加的な熱源を提供する。この種のヒータでは、
ヒータは、好ましくは、導電性ポリマ組成物で構成され
るとともに各導体と連続的に電気的に接触している第２
の抵抗発熱ストリップを含む。そのような分離用ストリ
ップの抵抗および抵抗／温度の特性は、さらに詳細に後
述するように、所望の結果が生じるように発熱ヒータも
しくは各発熱ヒータの特性と相関付けることができる。
そのようなヒータにおいては、一般に、各導体と導電性
の分離用ストリップとの間に連続した界面が存在し、少
なくとも該分離用ストリップを流れる電流の少なくとも
実質的な割合が横方向に流れる。

各導体は、また、各導体および発熱ストリップの周部で
絶縁ジャケットも提供する絶縁材料により所望の位置に
保持される。このジャケットは、例えば、各導体の周り
に巻付けられた発熱ストリップを有する一対の導体の周
部に引き出された管状の形態であってよい。

発熱ストリップと接触するようにした各導体に加えて、
新規なヒータは、他の電気的構成部分から絶縁され、米
国特許出願第３６９，３０９号に開示されるような新規
な方法で当該ヒータを接続しかつ場合により補助熱源を
提供するように用いることができる、１つ又はそれ以上
の追加の導体を含むようにすることができる。そのよう
な１つ又はそれ以上の導体は、絶縁性の分離用ストリッ
プ内に埋設することができる。

新規なヒータは、延在した各導体と接触する少なくとも
１つの発熱ストリップを含む。多くの場合、単一の発熱
ストリップを使用するようにすれば優秀な結果が得られ
る。しかし、２つ又はそれ以上の発熱ストリップを使用
することもでき、この場合には各発熱ストリップは、一
般的に、しかしながら必ずしも必要的ではないが、当該
ヒータの長さ方向に沿って互いに平行である;各発熱ス
トリップは好ましくは同一のものであるが、互いに異な
ったものにすることもできる;たとえば、これ等の発熱
ストリップの一方はある温度のＴｓを有するＰＴＣのも
のであってよく、他方はＺＴＣまたは異なった温度のＴ
ｓを有するＰＴＣのものとすることができる。特定の発
熱ストリップに対しては、比較的小さいピッチで巻付け
られた(単位長さ当りの巻回数が多い)単一のストリッ
プ、あるいは、比較的大きいピッチで巻付けられた複数
の平行な発熱ストリップにより同一の電力出力のヒータ
とすることができる;複数のストリップを用いることに
より当該発熱ストリップにおける電圧ストレスを低下さ
せることになる。

各導体における連続した接触点が互いに空間をもって離
間するように、ストリップもしくは複数のストリップが
配置される。もし、必要であれば、発熱ストリップもし
くは各発熱ストリップの隣接した巻き間に所望の空間が
保たれるように、１つ又はそれ以上の絶縁部材を１つ又
はそれ以上の発熱ストリップと共に巻き付けるようにす
ることもできる。

発熱ストリップは、各導体と所望に互い違いに接触する
ものであれば、どのような形状としてもよい。しかし、
発熱ストリップを曲げ過ぎると、その電気的および／又
は物理的性能にしばしば逆効果を持たらすことになる。
したがって、電気的に作動する(即ち、ヒータの熱出力
に有効に貢献する)発熱ストリップの大部分および好ま
しくは実質的にその全体が過度に曲げられることのな
い、例えば、実質的な電流路における全ての点での各曲
率半径が当該発熱ストリップの直径の少なくとも３倍、
好ましくは少なくとも５倍、特に少なくとも１０倍とな
るような構造にすることが好ましい。

発熱ストリップは好ましくは当該発熱ストリップの長さ
に沿って連続する導電性ポリマ要素を有して成り、よっ
て、本発明を主としてそのようなストリップを参照して
説明する。しかし、この発明は、随意の種類の抵抗発熱
ストリップ、例えば、シングルフィラメントあるいはマ
ルチフィラメント糸に付着した導電性のセラミック材料
等から構成した発熱ストリップをも包含するものである
ことが理解されよう。

発熱ストリップは本質的に単一の導電性要素で構成する
ことができ、あるいは、該発熱ストリップは、(a)発熱
ストリップの長さに亘って連続する第１の構成要素と、
(b)該発熱ストリップの長さに亘って連続しかつ導電性
組成物から成る第２の要素とを有して成ってよく、第２
の構成要素の少なくとも一部分は第１の構成要素と各導
体との間に存在している。第１の構成要素は導電性のも
のであってよく、例えば、導電性ポリマ組成物から成る
か、あるいは、電気絶縁性のものであってよく、例え
ば、ガラス、又は、セラミック又は天然もしくは合成の
高分子材料から成ってよい。第１および第２の構成要素
は、好ましくは、互いに区別できる形態とされ、例え
ば、第１の構成要素はコアであり、一方、第２の構成要
素は該コアを被覆するジャケットの形態である。しか
し、第２の構成要素は、また、好ましくは電気絶縁材料
である第１の構成要素内に分配配置するようにしてもよ
く、該電気絶縁材料は、例えば、液状の導電組成物、た
とえば、溶剤系組成物を貫通させたガラスフィラメント
糸であってもよい。第１および第２の構成要素がともに
導電性ポリマ組成物で構成される場合には、第１の構成
要素は、好ましくは、第２の構成要素のスイッチング温
度より低いスイッチング温度でＰＴＣ動作を呈する導電
性ポリマ組成物で構成される。

所望のＰＴＣ動作を提供するようにする(あるいは、Ｐ
ＴＣ発熱ストリップを用いることにより生じるＰＴＣ動
作を修正する)もう１つの方法は、ヒータ温度が上昇し
たときに、発熱ストリップの導電性ポリマ要素の長さが
その通常の熱膨張量もしくは熱収縮量とは違った量で変
化するように、当該ヒータを構成することである。例え
ば、ヒータは高い熱膨張係数を有する導体あるいは材料
で成る分離用ストリップを含んでよいか、あるいは、発
熱ストリップは高い熱膨張係数を有する材料から構成さ
れた第１の構成部分を含んでよい。このようにして、例
えば、ＺＴＣ(零温度特性)の導電性ポリマ要素を有する
発熱ストリップにＰＴＣ動作を惹起させることができ
る。これは、例えば、特定の物理的性能のためにＺＴＣ
導電性ポリマ要素を使用することが望ましい場合、その
使用を可能とするから、有用なことである。勿論、発熱
ストリップのどのような伸長もその弾性限界以下のもの
にすべきことは重要なことであり、それ故に、発熱スト
リップはエラストマ材料から作られた第１の構成部分を
有して成ってよい。

上記の如く概説したように、新規なヒータは、第２の抵
抗発熱ストリップを提供する分離用ストリップを含むこ
とができ、該第２抵抗発熱ストリップは第２の導電性ポ
リマ組成物から構成されるとともに連続的に各導体と電
気的に接触している。第２の導電性ポリマ組成物は、巻
付けられた発熱ストリップ内のＰＴＣの導電性ポリマの
スイッチング温度Ｔｓより高いあるいは低いスイッチン
グ温度をもってＰＴＣ動作を呈することができる。これ
に代えて、第２の導電性ポリマ組成物はＴｓ以下の温度
でＺＴＣ動作を呈しかつ導体間に(a)当該ヒータが温度
２３℃であるときに第１の発熱ストリップに沿った電流
路の抵抗よりも高く、かつ、(b)上昇した温度で第１の
発熱ストリップに沿った電流路の抵抗よりも低い抵抗を
有する電流路を提供できる。

この発明において用いられる導電性ポリマの発熱ストリ
ップの製造は、例えば、通常好ましくは溶融押出法、あ
るいは、基材を液状(即ち溶剤系)の導電性ポリマに通過
させ、その後冷却あるいは溶剤除去をおこなう方法等、
随意に簡便におこなうことができる。ストリップを溶融
押出法で製造する際、引落比は当該ヒータの電気的性能
への重要な効果を有する。より高い引落比を用いると、
一般的にストリップの抵抗均一性を増大させるが、ＰＴ
Ｃ効果の程度を低減させる。最適な引落比は、導電性ポ
リマ要素による。

発熱ストリップにおける導電性ポリマの厚さは好ましく
は０．０２５乃至０．２cm、例えば、０．０６乃至０．
１４cmとされる。このストリップは丸形あるいは他の断
面形状であってよい;例えば、発熱ストリップは平テー
プ形態とすることができる。

場合により、導電性ポリマの発熱ストリップは、当該ヒ
ータに組込む前又は後のいずれかに、例えば放射線照射
により、架橋させることができる。

発熱ストリップには、非常に幅広い範囲で種々の導電性
ポリマを使用することができ、例えば、ポリオレフィン
系の組成物、オレフィンおよび極性コモノマーのコポリ
マ、フルオロポリマおよびエラストマ、並びに、それ等
の２つ又はそれ以上の混合物を用いることができる。適
宜な導電性ポリマは前記刊行物に記載される。そのよう
な導電性ポリマの抵抗率は、温度２３℃において、通
常、１乃至１００，０００、好ましくは１００乃至５，
０００、特に、２００乃至３，０００オーム・cmであ
る。導電性ポリマはＰＴＣ又はＺＴＣであってよい。
「ＺＴＣ」なる語は、当該導電性ポリマが当該ヒータの
通常の動作温度範囲においてＰＴＣ動作を呈しない(即
ち、ＮＴＣ(負温度特性)動作を含む)ことを意味するも
のとして使用する。

新規なヒータは、好ましくは、各導体の周りで発熱スト
リップ(あるいは複数の発熱ストリップ)を巻き付ける
か、あるいは、各導体を、分離用ストリップもしくはそ
れと同類のもののいずれかを介して所望の間隔をもって
保持しながら上記とは逆に巻き付けて作られる。ＰＴＣ
の発熱ストリップを用いる場合は、発熱ストリップを各
導体と良好に接触させる要求と該ストリップの伸長を回
避しようとする要求とを適宜に妥協できるような巻付張
力が惹起するように注意すべきであり、ストリップの伸
長は一般にその抵抗、および／又は抵抗／温度特性に好
ましくない変化を惹起させる。各導体と発熱ストリップ
との各接合部を、接触抵抗を低減すべく低抵抗率(好ま
しくは１オーム・cm以下)の組成物、例えば、導電性ポ
リマ組成物(例えば、適用後に放置すると乾燥する溶剤
系組成物)でコーティングすることが好ましい。そのよ
うなコーティングは、また、実質的に全ての電流が発熱
ストリップの実質的に直線部分を流通するのみであるこ
とを確実にする助けとなり得る。しかるに、上記コーテ
ィングは、発熱ストリップが実質的にいささかも各接続
部を越えてはみ出さないようにすることを確実にするよ
うに注意すべきである。なぜならば、これにより、発熱
ストリップの(発熱をおこなう)実効長が低減するからで
ある。同様にして、他の方法、例えば、金属の溶射ある
いは蒸着により、各接触点に同様な低抵抗のコーティン
グをおこなうことができる。

接触抵抗の低減化に使用できる他の方法には、各導体が
発熱ストリップと接触する前に該各導体を予備加熱する
こと、および、当該ヒータが組み立てられた後に各導体
に隣接する導電性ポリマを熱処理することが含まれる。
ヒータ全体を加熱するか、あるいは、各導体に通電する
ことにより局部的に加熱することもできる。

この発明の特別の利点は、種々の電気的特性を有するヒ
ータが簡単に単一の発熱ストリップから製作できること
である。例えば電力出力の範囲の非常に異なったヒータ
を、容易に製作することができ、例えば、発熱ストリッ
プもしくは各導体を巻付ける際のピッチを変化させる、
および／又は、２つもしくはそれ以上の発熱ストリップ
を用いる、および／又は各導体間の間隔を変化させるこ
とにより容易に製作することができる。発熱ストリップ
のピッチは、好ましくは、０．２０乃至２．５cmとさ
れ、かつ、各導体間の間隔は、好ましくは、０．５乃至
１．５cmとされる。これ等の種々の変化要因を実質的に
一定に保持するか、又は、それ等の１つ又はそれ以上の
ものを周期的に変化させることにより、種々の電力出力
の領域部分(セグメント)を有するヒータを作ることがで
きる。さらに、所望するならば、巻付ける構成部分およ
び／又は各導体間の間隔を漸次変化させて、電源からの
種々の離隔位置で各導体間の電位差の変化を補償するよ
うにすることができる。

上記新規なヒータを組み立てる際、好ましくは空隙が生
じないようにされ、ポリシロキサングリスあるいは他の
熱伝導性材料を、空隙を充填するのに用いることができ
る。

さて、添付図面を参照すると、第１乃至１８図には、本
発明に係るヒータの平面図および断面図が示され、第１
９乃至２２図には、この発明において適用できる発熱ス
トリップの断面図が示される。これ等の図面において、
同一又は同様の構成部分に同一符号が付される。これ等
の数字符号１,２,１Ａおよび２Ａは発熱ストリップを示
す;１１は、発熱ストリップの第１の導電性ポリマの構
成要素を示す;１２は、発熱ストリップの第２の導電性
ポリマの構成要素を示す;１３は発熱ストリップの絶縁
構成要素を示す;１４は絶縁材料から構成されるマルチ
フィラメント糸を示す;３,４,５,および５Ａは丸型の線
導体を示す;６は各導体を所望の形態に保持する分離用
ストリップを示す;６１は、絶縁性分離用ストリップに
埋設された金属導体を示す;７は外部絶縁ジャケットを
示す;９は、発熱ストリップと各導体との接続部での低
抵抗率の導電材料を示す。

第１乃至第４図において、単一の発熱ストリップ１は、
導体３および４,並びに、分離用ストリップ６の周りに
螺旋状に巻き付けられている。発熱ストリップと各導体
との間の電気的接続は、該ストリップと導体との間で各
接触点にすみ肉部を形成する低抵抗率の材料９を介して
強化される。分離用ストリップは高分子絶縁材料で成形
するか(第２図)、あるいは、高分子絶縁材料内に金属導
体を埋設したものから形成するか(第３図)、あるいは、
導電性ポリマ組成物で成形してよい(第４図)。第５図お
よび第６図のものは、２つの発熱ストリップ１および２
が存在する点を除いて、第１図および第２図のものと非
常によく似ている。第７図は、３相電源用に適したヒー
タを示し、該ヒータは、略３角形の絶縁ストリップ６を
介して分離された３つの導体３,４および５を有して成
るとともに、それ等の周りに巻付けられた発熱ストリッ
プ１を備える。第１図乃至第７図のそれぞれのものに
は、発熱ストリップ、各導体および分離部材(セパレー
タ)を包囲する高分子絶縁ジャケット７が設けられてい
る。第８図のものは、分離用ストリップを含まない点を
除いて第１図のものと同様であり、絶縁ジャケット７が
各導体を所望の形態に保持すべく作用する。第９図のも
のは、発熱ストリップが分離部材の周りに巻付けられ、
したがって、各導体が該発熱ストリップと接触するよう
にされていることを除いて、第１図のものと同様であ
る。第１０図および第１１図は、発熱ストリップ１,２,
１Ａおよび２Ａを絶縁性の分離用ストリップ６の周部に
離間させるとともに、導体３および４を分離用ストリッ
プおよび各発熱ストリップの周りに螺旋状に巻付けたヒ
ータを示す。

第１２図は、絶縁材料６で包囲された金属パイプ６１に
より支持された４つの導体３,４,５および５Ａの周り
に、発熱ストリップ１を螺旋状に巻付けたヒータを示
す。第１３図および第１４図は、発熱ストリップ１およ
び２間に挟まれた絶縁ストリップ６を有して成るコアの
周りに導体３および４を螺旋状に巻き付けたヒータを示
す。第１５図および第１６図は、各導体はＺ形状に巻付
られ、よって、これ等の導体は発熱ストリップ１および
２と直角に交差している点を除いて第１３図および第１
４図のものと同様であるヒータを示す。第１７図および
第１８図は、発熱ストリップ１が導体３および４の上側
で正弦波状の経路で取り付けられたヒータを示す。

第１９図、第２０図、第２１図および第２２図は、この
発明に用いることができる互いに異なった発熱ストリッ
プの断面図を示す。第１９図は、ＰＴＣの導電性ポリマ
を単に溶融押出成形したストリップを示す。第２０図
は、ＺＴＣの導電性ポリマを溶融押出成形したコア１２
と、ＰＴＣの導電性ポリマを溶融押出成形した外部層１
１とを含んだストリップを示す。第２１図は、絶縁コア
１３とＰＴＣの導電性ポリマを溶融押出成形した外部層
１１とを含んだストリップを示す。第２２図は、少なく
とも表面を導電性ポリマ組成物でコーティングされた、
例えば、糸を水もしくは溶剤系組成物中に通過させてそ
の後乾燥させたマルチフィラメントガラス糸を示す。

実施例 本発明は、以下の種々の実施例にしたがって説明され、
これ等の実施例は下記の表にまとめて示す。各実施例に
おいて、表に記入されたそれぞれの重量部の成分をドラ
イブレンドし、二軸スクリュー押出機により溶融押出
し、ペレットに細断した。ペレットは、表に示された直
径のダイが嵌め込まれたブラベンダー押出成形機により
溶融押出しされ、押出物は、表に示された直径を有する
ＰＴＣの発熱ストリップとするに必要な程度まで引き落
したものである。実施例６においては、導電性ポリマが
直径０．０４２cmのグラスファイバ糸の周りに溶融押出
しされ、該糸は、予めグラファイトエマルジョンでコー
ティングされ、乾燥されたものである。そして、発熱ス
トリップは、上記表に示された寸法の一対のニッケル被
覆された銅導体の周りに巻付けられる。実施例１におい
ては、各導体はグラファイトエマルジョンで最初に被覆
が形成され、その後、乾燥される。実施例６において
は、各導体は、ＰＴＣの発熱ストリップ用のものと同じ
組成物により層厚０．０３４cmの被膜を最初に形成し
た。ストリップの巻付けは、上記表に示されたピッチで
なされた。実施例１乃至４および６においては、１本の
ストリップが巻回された。実施例５においては、等間隔
に離間させた２つのストリップが巻回された。実施例１
においては、各導体は、０．６３cmの間隔を維持しなが
ら巻付けられた。その他の実施例においては、ストリッ
プは各導体および分離用ストリップの周りに巻付けられ
た。分離用ストリップの寸法および材料は表に示され
る。実施例３乃至６においては、表に示される寸法のア
ルミニウムストリップを含有したセパレータは高分子の
セパレータ用材料で封入成形されたことに注意しなけれ
ばならない。各分離用ストリップは各導体が嵌め込まれ
る凹状の端部を有している。実施例２乃至６において
は、各導体と発熱ストリップとの接続部はグラファイト
エマルジョンでコーティングされ、そして、乾燥され
た。最後に、上記表に示されるような材料および肉厚の
高分子材料のジャケットが当該ヒータの周りに溶融押出
成形法で適用された。実施例２乃至４において、第１の
ジャケット層は、ＰＦＡポリマと５重量％のグラスファ
イバとの混合物で成形された;第２層(上記表には示さな
い)は、錫の被膜が形成された銅ブレード(素糸１２本、
３４ＡＷＧ)とされた;最終層は、ＥＴＦＥで形成され
た。実施例６において、ジャケットは、ＦＥＰポリマと
１０重量％のグラスファイバとの混合物で成形された。
上記表に示すような種々の配合剤が使用され、上述した
ものは、さらに下記のものに相当する。ＥＴＦＥポリマ
は、デュポン(duＰont)の販売に係る商品名テフジル(Ｔ
efzel)２０１０のエチレン／テトラフルオロエチレンコ
ポリマである。ＰＦＡポリマは、デュポンの販売に係る
商品名テフロン(Ｔeflon)ＰＦＡのテトラフルオロエチ
レン／ペルフルオロアルコキシコポリマである。ＦＥＰ
ポリマは、デュポンの販売に係る商品名テフロンＦＥＰ
１００のテトラフルオロエチレン／ヘキサフルオロプロ
ピレンコポリマである。酸化亜鉛は、ガルフ(Ｇulf)・
アンド・ウエスタン(Ｗestern)からのカドックス(Ｋado
x)５１５である。コンチネックス(Ｃontinex)Ｎ３３０
は、カボット(Ｃabot)からのカーボンブラックである。
ヴアルカン(Ｖulcan)ＸＣ−７２は、カーボンブラック
である。グラファイトエマルジョンはアチソン・コロイ
ド(Ａcheson Ｃolloids)からのエレクトロダグ(Ｅlect
rodag)５０２である。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明の一実施例の電気ストリップヒータ
の構成を示す一部切欠斜視図、第２図は第１図のヒータ
の２−２線断面図、第３図は第２図のヒータの変形例を
示す断面図、第４図は第２図のヒータのもう１つの変形
例を示す断面図、第５図は、この発明の他の実施例の一
部切欠斜視図、第６図は第５図のヒータの６−６線断面
図、第７図は、第５図のヒータの変形例の断面図、第８
図は、第５図のヒータのもう１つの変形例の断面図、第
９図は、第１図のヒータの変形例の断面図、第１０図
は、この発明のもう１つの実施例のヒータの構成を示す
一部切欠斜視図、第１１図は第１０図の１１−１１線断
面図、第１２図は第１１図のヒータの変形例の断面図、
第１３図は、この発明に係るヒータの他の実施例の一部
切欠斜視図、第１４図は第１３図のヒータの１４−１４
線断面図、第１５図および第１６図は、それぞれ、この
発明に係るヒータのさらに別の実施例の一部切欠斜視
図、第１７図はこの発明のもう１つの実施例の一部切欠
斜視図、第１８図は、第１７図のヒータの１８−１８線
断面図、第１９図乃至第２２図は、それぞれ、この発明
に使用できる発熱ストリップの断面図である。 １、１Ａ、２、２Ａ…発熱、ストリップ、 ３、４、５、５Ａ…丸形の線導体、 ６…分離用ストリップ(セパレータ)、 ６１…金属導体、７…外部絶縁ストリップ、 ９…低抵抗の導電材料、 １１…導電性の外部層、１２…導電性のコア、 １３…絶縁コア、１４…マルチフィラメント糸。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭52−101737（ＪＰ，Ａ) 特開 昭56−59493（ＪＰ，Ａ) 実開 昭52−119146（ＪＰ，Ｕ) 特公 昭52−30728（ＪＰ，Ｂ２) 特公 昭55−27433（ＪＰ，Ｂ２) 特公 昭57−10148（ＪＰ，Ｂ２) 実公 昭41−15076（ＪＰ，Ｙ１) 実公 昭48−32019（ＪＰ，Ｙ１)

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】（１）電源に接続し得る、延在しかつ離間
   した第１および第２の導体、 （２）電気絶縁材料から構成され、導体間に存在する分
   離用ストリップ、ならびに （３）（ａ）溶融押出法で作成さかつＰＴＣ動作を呈す
   る導電性ポリマから構成された延在した抵抗発熱要素を
   有して成り、 （ｂ）ストリップの長さに沿ってかつ各導体の長さに沿
   って長さ方向に離間した接触点で第１の導体と第２の導
   体とに交互に電気的に接触するように導体の回りに巻き
   付けられた 延在した抵抗発熱ストリップ を有して成る延在した電気ヒータであって、 （ｉ）発熱ストリップは、 （Ａ）丸い断面を有し、 （Ｂ）（ａ）結晶フルオロポリマーおよびその中で分散
   したカーボンブラックを含んで成り、 （ｂ）２３℃において１〜１００００オーム・cmの抵抗
   率を有する 導電性ポリマーから本質的に成り、 （Ｃ）２３℃において長さ１cm当たり少なくとも１００
   オームの抵抗値を有し、また、 （Ｄ）０．００２〜０．６cm²の断面積を有し、 （ii）分離用ストリップは、ほぼ矩形の断面を有し、延
   在した導体が矩形断面の端部に存在し、 （iii）導体と発熱ストリップとの間の接触点上に低抵
   抗率のＺＴＣ導体性ポリマ組成物のコーティングが存在
   する 電気ヒータ。
2. 【請求項２】導体は０．５〜１．５cm離れ、発熱ストリ
   ップは、２３℃において１００〜５０００オーム・cmの
   抵抗率を有する導電性ポリマから作られ、ＺＴＣ導電性
   ポリマは１オーム・cm以下の抵抗率を有する特許請求の
   範囲第１項記載の電気ヒータ。