(57)【要約】      （修正有）【課題】３次元印刷された正温度係数加熱チューブを提供する。【解決手段】印刷されたヒーター・チューブ２０Ａは、内側から外側へ向かって、ライナー２２、導電性チューブ２４Ａ、内側誘電体２６、ＰＴＣ発熱体２８、バスバー３０、被覆接着剤３２、外側誘電体３４、及び、保護層３６を含む。導電性チューブ２４Ａは、流体が流れるチューブ２０Ａの構造部品であり、ステンレス鋼またはチタンを含む。ＰＴＣ発熱体２８は、ヒーター・チューブ２０Aの加熱エレメントであり、内側誘電体２６の表面上に付加的に製造されたＰＴＣインクである。【選択図】図２
2020077617.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ヒーター・チューブ・アセンブリであって、
チューブと、
第１の付加的に製造された導電性インクの１または複数の層を備える、前記チューブ上のバスバー・ネットワークと、
第２の付加的に製造された導電性インクの１または複数の層を備え、バスバー・ネットワークに電気的に接続された、前記チューブ上の正温度係数発熱体と、
前記バスバー・ネットワーク及び前記正温度係数発熱体を前記チューブに固定する被覆接着剤と、
前記バスバー・ネットワーク及び前記正温度係数発熱体を覆う外側誘電体層と、
を備える、ヒーター・チューブ・アセンブリ。
【請求項２】
前記チューブは、ステンレス鋼及びチタンからなる群から選ばれる導電性材料を含む、請求項１に記載のアセンブリ。
【請求項３】
前記バスバー・ネットワーク及び前記正温度を前記チューブから隔離する内側誘電体層を更に含む、請求項２に記載のアセンブリ。
【請求項４】
前記チューブは、ポリエーテルイミド、ポリエーテルエーテルケトン、ポリフェニレンサルファイド、ポリイミド、エチレン四フッ化エチレン、ポリ塩化ビニル、ポリフッ化ビニリデン、及びそれらの組合せからなる群から選ばれる非導電性材料を含む、請求項１に記載のアセンブリ。
【請求項５】
前記チューブは、グラスファイバ、ガラスの球、ガラスの中空球、カーボンブラック、カーボンナノチューブ、または、炭素繊維を更に含む、請求項４に記載のアセンブリ。
【請求項６】
フッ化ポリマー、フッ化エラストマー、シリコーン、ポリオレフィン、アクリロニトリルブタジエンゴム、エチレンプロピレンジエンモノマーゴム、ポリウレタン、及びそれらの組合せからなる群から選ばれる材料を備えるライナーを更に含む、請求項１に記載のアセンブリ。
【請求項７】
前記バスバー・ネットワークは、少なくとも１つのホットバスバー及び少なくとも１つのニュートラルバスバーを含む、請求項１に記載のアセンブリ。
【請求項８】
前記バスバー・ネットワークは、らせん状のパターン、冗長性を有する双対回路パターン、十字パターン、またはそれらの組合せからなる群から選ばれる幾何学的パターンを含む、請求項７に記載のアセンブリ。
【請求項９】
前記第１の付加的に製造された導電性インクは銀を充填したインクである、請求項１に記載のアセンブリ。
【請求項１０】
前記正温度係数発熱体は、前記チューブの少なくとも一部を覆うシートを含む、請求項１に記載のアセンブリ。
【請求項１１】
前記正温度係数発熱体は、前記チューブの周りにらせん形に巻きつけられた単一のシートを含む、請求項１に記載のアセンブリ。
【請求項１２】
前記正温度係数発熱体は、前記チューブの周りの平行な複数の帯を含む、請求項１に記載のアセンブリ。
【請求項１３】
前記複数の帯の各々の幅は、前記チューブの第１の端から前記チューブの第２の端まで増加する、請求項１２に記載のアセンブリ。
【請求項１４】
前記第２の付加的に製造された導電性インクは、正温度係数インクである、請求項１に記載のアセンブリ。
【請求項１５】
前記被覆接着剤は、感圧性接着剤またはエチレン酢酸ビニルである、請求項１に記載のアセンブリ。
【請求項１６】
前記外側誘電体層は、編組されたステンレス鋼ワイヤ、編組されたチタン・ワイヤ、編組されたアラミド、編組された乾燥ファイバ・ガラス、炭素繊維複合材、ファイバ・ガラスの混合物、及びそれらの組合せからなる群から選ばれる材料を含む、請求項１に記載のアセンブリ。
【請求項１７】
前記外側誘電体層を覆う１または複数の保護層を更に含む、請求項１に記載のアセンブリ。
【請求項１８】
ヒーター・チューブ・アセンブリであって、
チューブと、
前記チューブ上に少なくとも１つのホットバスバー及び少なくとも１つのニュートラルバスバーを備えたバスバー・ネットワークであって、第１の付加的に製造された導電性インクの１または複数の層を備え、更に、らせん状のパターン、冗長性を有する双対回路パターン、十字パターン、またはそれらの組合せからなる群から選ばれる幾何学的パターンを備えた、バスバー・ネットワークと、
前記チューブ上の発熱体であって、０．０００１〜０．０１０インチの厚さを有し、それぞれ１〜１００ミクロンの厚さを有する第２の付加的に製造された導電性インクの複数の層を備え、前記正温度係数発熱体が前記バスバー・ネットワークに電気的に接続されている、発熱体と、
前記バスバー・ネットワーク及び前記発熱体を前記チューブに固定する被覆接着剤と、
前記バスバー・ネットワーク及び前記発熱体を覆う外側誘電体層と、
を備えた、ヒーター・チューブ・アセンブリ。
【請求項１９】
ヒーター・チューブ・アセンブリの作製方法であって、
バスバーを作成するために、チューブ上に第１の導電性インクの１または複数の層を付加的に製造することと、
前記バスバーと重なる正温度係数発熱体を作成するために、チューブ上に第２の導電性インクの１または複数の層を付加的に製造することと、
前記バスバー及び前記正温度係数発熱体を接着剤によって被覆することと、
前記バスバー及び前記正温度係数発熱体を外側誘電体層によって被包することと、
を備えた、方法。
【請求項２０】
前記付加的な製造は、マイクロ分配ポンプによって押し出されたインクを用いた直接印刷、インクジェット印刷、または、エアロゾール・ジェル印刷によってなされる、請求項１９に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、一般に、正温度係数加熱エレメントに関し、そして、特に、付加的に製造された正温度係数加熱エレメントに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
加熱チューブまたは加熱管は様々の産業において用いられており、そのような管を通過する流体を加熱し、好ましくない氷結を防止する。先行技術においては、チューブまたは管のコアの周りに巻きつけられた抵抗発熱体が熱を供給するために用いられている。或いは、チューブまたは管のコアの周りに発熱体テープが巻きつけられる。これらの種類の加熱エレメントは過熱を防止するためのセンサまたはサーモスタットを、或いは、過熱を制限するための抵抗の温度係数（ＰＴＣ）が正の加熱材料の使用を必要とする。これらの種類の加熱エレメントは、外部制御を必要とすることに加えて、かさばり、チューブの周りに過剰なスペースを必要とすることがあり得る。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本発明は、導電性インクを用いた付加的な製造によって作られる加熱エレメントを提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
第１の実施形態においては、ヒーター・チューブ・アセンブリは、チューブと、このチューブ上のバスバー・ネットワークと、このチューブ上の正温度係数発熱体と、これらバスバー・ネットワーク及び正温度係数発熱体を上記チューブに固定する被覆接着剤と、上記バスバー・ネットワーク及び上記正温度係数発熱体を覆う外側誘電体層とを含む。上記バスバー・ネットワークは、第１の付加的に製造された（additively manufactured）導電性インクの１または複数の層を含む。上記正温度係数発熱体は、第２の付加的に製造された導電性インクの１または複数の層を備える。上記正温度係数発熱体は、上記バスバー・ネットワークに電気的に接続されている。
【０００５】
第２の実施形態においては、ヒーター・チューブ・アセンブリは、チューブと、このチューブ上に少なくとも１つのホットバスバー（hot bus bar）及び少なくとも１つのニュートラルバスバー（neutral bus bar）を含むバスバー・ネットワークと、このチューブ上の０．０００１と０．０１０インチとの間の厚さを有する発熱体と、これらバスバー・ネットワーク及び発熱体を上記チューブに固定する被覆接着剤と、上記バスバー・ネットワーク及び上記発熱体を覆う外側誘電体層とを含む。上記バスバー・ネットワークは、第１の付加的に製造された導電性インクの１または複数の層で作られており、らせん状のパターン、冗長性を有する双対回路パターン（ｒｅｄｕｎｄａｎｔ  ｄｕａｌ−ｃｉｒｃｕｉｔ  ｐａｔｔｅｒｎ）、十字パターン（ｃｒｉｓｓｃｒｏｓｓ  ｐａｔｔｅｒｎ）、またはそれらの組合せからなるグループから選ばれる幾何学的パターンである。上記発熱体は第２の付加的に製造された導電性インクの複数の層を含み、複数の層の各々は１〜１００ミクロンの厚さを有し、上記発熱体は前記バスバー・ネットワークに電気的に接続されている。
【０００６】
第３の実施形態においては、ヒーター・チューブ・アセンブリを作製する方法は、バスバーを作成するためにチューブ上で第１の導電性インクの１または複数の層を付加的に製造することと、このバスバーと重なる正温度係数発熱体を作成するためにチューブ上において第２の導電性インクの１または複数の層を付加的に製造することと、上記バスバー及び上記正温度係数発熱体を接着剤によって被覆することと、上記バスバー及び上記正温度係数発熱体を外側誘電体層によって被包することとを含む。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１Ａ】先行技術の発熱体ワイヤ・チューブ構成の透視図である。
【図１Ｂ】先行技術の発熱体ワイヤ・チューブ構成の透視図である。
【図２】導電性チューブを有する、印刷されたヒーター・チューブの断面図である。
【図３】非導電性チューブを有する、印刷されたヒーター・チューブの断面図である。
【図４】様々のパターンに印刷されたバスバーを有する、印刷されたヒーター・チューブの透視図である。
【図５】様々のパターンに印刷されたバスバーを有する、印刷されたヒーター・チューブの透視図である。
【図６】様々のパターンに印刷されたバスバーを有する、印刷されたヒーター・チューブの透視図である。
【図７】印刷されたＰＴＣ発熱体を有する、印刷されたヒーター・チューブの透視図である。
【図８】印刷されたＰＴＣ発熱体を有する、印刷されたヒーター・チューブの透視図である。
【図９】印刷されたＰＴＣ発熱体を有する、印刷されたヒーター・チューブの透視図である。
【図１０】印刷されたＰＴＣ発熱体を有する、印刷されたヒーター・チューブの透視図である。
【図１１】ヒーター・チューブ上の印刷されたバスバー接続及び発熱体の透視図である。
【図１２】ヒーター・チューブ上の印刷されたバスバー接続及び発熱体の透視図である。
【図１３】ヒーター・チューブ上の印刷されたバスバー接続及び発熱体の透視図である。
【図１４】ヒーター・チューブ上の印刷されたバスバー接続及び発熱体の透視図である。
【図１５】ヒーター・チューブ上の印刷されたバスバー接続及び発熱体の透視図である。
【図１６】パワー一定を可能にする、印刷されたバスバー及び発熱体の透視図である。
【図１７Ａ】チューブの長さ全体にわたって電圧一定とすることを可能にする、印刷されたＰＴＣ発熱体及びバスバーの透視図である。
【図１７Ｂ】チューブの長さ全体にわたって電圧一定とすることを可能にする、印刷されたＰＴＣ発熱体及びバスバーの横断面図である。
【図１８】印刷されたバスバーの電気的接続の横断面図である。
【図１９】印刷されたバスバーの電気的接続の横断面図である。
【図２０】印刷されたバスバーの電気的接続の横断面図である。
【図２１】印刷されたバスバーの電気的接続の横断面図である。
【図２２】印刷されたバスバーの電気的接続の横断面図である。
【図２３】印刷されたバスバーの電気的接続の横断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
導電性インクを用いた付加製造によって作られる、フレキシブルな印刷された加熱エレメントが開示される。この印刷された加熱エレメントが、それが適用される構成部品の表面の形に適合し得るように、フレキシブルな基板が使用される。自己制御型正温度係数（ＰＴＣ）加熱材が使用される。
【０００９】
図１Ａ〜図１Ｂは、先行技術の、発熱体ワイヤが巻かれたチューブ１０の図である。図１Ａは、チューブ１０の部分斜視図、図１Ｂは、チューブ１０の１つの壁の概略側面図である。図１Ａ及び１Ｂは共に議論されるであろう。チューブ１０は、ＰＦＡライナー（ｌｉｎｅｒ）１２、複数の発熱体ワイヤ１４、ステンレス鋼ブレード（ｂｒａｉｄ）１６、及び、アラミド繊維ブレード（ｂｒａｉｄ）１８を含む。
【００１０】
ＰＦＡライナー１２は、チューブ１０の内側のペルフルオロアルコキシ・アルカン・ライナーである。ＰＦＡライナーは、チューブ１０を通過する流体から発熱体ワイヤ１４を絶縁する、チューブ１０の内側の絶縁材である。ＰＦＡライナー１２は、発熱体ワイヤ１４及びブレード１６、１８からチューブ１０を通過する流体を電気的に、そして、化学的に隔離する。
【００１１】
発熱体ワイヤ１４はチューブ１０に熱を供給し、チューブ１０の周りにらせん状に巻きつけられる。発熱体ワイヤ１４は、例えば、ポリイミド絶縁ニクロムであり得る。発熱体ワイヤ１４はまた、シリコーン材に埋められ得る。チューブ１０の端部において正（＋）及び負（−）の両方のワイヤを電気的に接続することを可能にするために、発熱体ワイヤ１４はチューブ１０の端部において接続される。二要素チューブ（ｄｕａｌ  ｅｌｅｍｅｎｔ  ｔｕｂｅｓ）の場合、共に巻かれた２組のワイヤが存在してもよい。ステンレス鋼ブレード１６及びアラミド繊維ブレード１８は、発熱体ワイヤ１４の構造支持及び保護を提供する。チューブ１０の先行技術の構成は、ブレード１６、１８の形の複数の保護及び支持の層のために、そして、コア材料の周りのワイヤ１４の巻付けのためにかさばる。
【００１２】
図２は、導電性チューブ２４Ａを有する、印刷されたヒーター・チューブ２０Ａの断面図である。印刷されたヒーター・チューブ２０Ａは、内側から外側へ向かって、ライナー２２、導電性チューブ２４Ａ、内側誘電体２６、ＰＴＣ発熱体２８、バスバー３０、被覆接着剤３２、外側誘電体３４、及び、保護層３６を含む。
【００１３】
ライナー２２は、チューブ２０Ａを流れる流体との化学的適合性のためにチューブ２０Ａの内部に置かれる。場合によっては、ライナー２２は水飲用を許容する材料で作られている。例えば、ライナー２２は、（例えば、ポリ四フッ化エチレン（ＰＴＦＥ）またはペルフルオロアルコキシ（ＰＦＡ）のような）フッ化ポリマー材料、フッ化エラストマー、シリコーン、（例えば、ポリエチレンまたはポリプロピレンのような）ポリオレフィン、（例えば、ニトリルまたはＮＢＲのような）アクリロニトリルブタジエンゴム、（例えば、ＥＰＤＭのような）エチレンプロピレンジエンモノマーゴム、ポリウレタン（ＰＵ）、またはそれらの組合せであり得る。
【００１４】
導電性チューブ２４Ａは、流体が流れるチューブ２０Ａの構造部品である。導電性のチューブ材料は、（例えば、ステンレス鋼またはチタンのような）金属を含む。他の種類の導電性チューブ材料は、炭素を充填したプラスチックを含む。（例えば、カーボンブラック、カーボンナノチューブまたは炭素繊維のような）炭素を充填した、例えば、ポリエーテルイミド（ＰＥＩ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、ポリイミド（ＰＩ）、エチレン四フッ化エチレン（ＥＴＦＥ）、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ））、或いは、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）を含む。
【００１５】
内側誘電体２６は、導電性チューブ２４Ａをバスバー２８及びＰＴＣ発熱体３０から絶縁する。内側誘電体２６は、ポリイミド、ポリウレタン、シリコーン、または、当業者によって適当であると考えられる他の材料であり得る。導電性チューブ２４Ａが炭素を充填したプラスチックであるならば、内側誘電体２６は、無充填またはガラスを充填した同じプラスチックであり得る。
【００１６】
ＰＴＣ発熱体２８は、ヒーター・チューブ２０の加熱エレメントである。ＰＴＣ発熱体２８は、内側誘電体２６の表面上に付加的に製造されたＰＴＣインクである。ＰＴＣ発熱体は、如何なる外部診断コントロールも無しに開ループで動作する自動制御発熱体である。正温度係数発熱体はフルパワーとなり、急速に最適温度まで温度上昇するが、温度が上昇すると、電力消費は減少する。このダイナミックな種類の発熱体は効果的であり、時間効率及びエネルギー効率がよい。このように、ＰＴＣインクで製造されるＰＴＣ発熱体２８は、外部の温度制御を必要としない。ＰＴＣインクの例は、米国ＤｕＰｏｎｔ社のＤｕＰｏｎｔ（登録商標）  ７２９２、または、Ｈｅｎｋｅｌ社のＨｅｎｋｅｌ（登録商標）  ＥＣｌ  ８０６０を含む。
【００１７】
ＰＴＣ発熱体２８のＰＴＣインクは、非常に精密で高精度で印刷することを可能にし、付加的に製造された隣接するライン間のブリーディング（ｂｌｅｅｄｉｎｇ）無しに高い抵抗を維持するように調整されている。ＰＴＣインクは、例えば、インクジェット、エアロゾルジェット印刷、または、他の適当なプロセスのような印刷プロセスによって、内側誘電体２６上に付加的に製造される。
【００１８】
ＰＴＣ発熱体２８を付加的に製造するために、典型的には、選ばれるＰＴＣインクの種類、所望の層厚、及び、ＰＴＣ発熱体２８の寸法に依って、インクジェットまたはエアロゾルジェット印刷が用いられ得る。印刷用ＰＴＣインクは、高精度を可能にし、プリント・ヘッドの詰まりを防ぐために、インクの希釈を必要とする場合がある。使用される特定のＰＴＣインクに依っては、インクは適切な溶媒で１％から５０％まで薄められる必要がある場合がある。
【００１９】
インクジェット及びエアロゾルジェットの方法については、プリント・ヘッドは少なくとも（ｘ，ｙ，ｚ）軸で動かせるべきであり、ＰＴＣ発熱体２８が使用される構成部品に特有の幾何学的パターンでプログラム可能であるべきである。特定の印刷熱及び付加製造方法は、ＰＴＣインクのメーカーによって規定された正確なＰＴＣインクの調整及び要求に依存するであろう。インクジェット及びエアロゾルジェットのプリンタ及びプリント・ヘッドはまた、例えば、非導電性チューブの誘電体層上の印刷のような２次元の用途にも利用され得るが、理想的には、数値制御されたロボットアーム上にプリント・ヘッドを取り付けることによって３次元（３次元）印刷の能力を有効にするように構成され得る。例えば、Ｕｌｔｉｍａｋｅｒ（登録商標）によって開発された３次元インクジェット装置、または、Ｏｐｔｏｍｅｃ（登録商標）によって開発された３次元エアロゾルジェット装置が、３次元インクジェット及びエアロゾルジェットの印刷装置として使用され得る。インクジェットまたはエアロゾルジェットの方法については、プリント・ヘッド温度、流量、ノズル・サイズもまた、印刷されるＰＴＣインク、必要な導電性インクの厚さ、及び、その上に付加的に製造される基板に基づいて選ばれる。或いは、ＰＴＣインクは、ｎＳｃｒｙｐｔ（登録商標）によって作られるようなマイクロ分配ポンプを用いるチューブ上にインクが押し出されることによって、デポジットされ得るか、または、直接印刷され得る。
【００２０】
印刷は付加的な方法で達成される。すなわち、プリント・ヘッドは、構成部品の曲率と一致する、所望の幾何学的パターン及び所望の寸法における所望の素子抵抗に到達する前に、１または複数回の運行（ｐａｓｓ）を行う。用途によって、２回以上、３回以上、４回以上の、または、更なる回数の運行が適切である場合がある。
【００２１】
付加的に製造されるＰＴＣ発熱体２８のＰＴＣインクは、凡そ０．０００１〜０．０１０インチの間の厚さを有するべきである。導電性インクを使用するとき、複数回の運行はプリント・ヘッドによってなされる。プリント・ヘッドの個々の運行によってデポジットされる各々の層は、およそ１〜１００ミクロンの厚さを有するべきである。複数回の運行は、正しい抵抗及び幾何学的パターンに到るまでＰＴＣインクを緩やかに積み上げることを可能にする。更に、複数回の運行は、構成部品の表面の特定の部分の上のＰＴＣインクを適合させることを可能にする。例えば、構成部品の第１の部分上において、構成部品の第２の部分と比較して、（例えば、より多い層数によって）より低い抵抗とより大きな厚さとを有するＰＴＣインクを付加的に製造してもよい。
【００２２】
ＰＴＣ発熱体２８の付加製造の後、ＰＴＣインクは硬化される。付加的に製造されたＰＴＣ発熱体２８の硬化プロセスは、使用されるＰＴＣインクの種類に依存する。ある場合には、ＰＴＣインクは、空気乾燥する。他の例では、ＰＴＣインクを硬化するために、熱、赤外線照射、紫外線照射、化学的または他の方法が用いられ得る。印刷処理中のインクの滴下またはスミアリングを避けるために、ＰＴＣインクは印刷処理の間に（部分的にまたは完全に）硬化され得る。
【００２３】
バスバー３０は、内側誘電体２６の表面上にも付加的に製造される。導電性インクで作られたバスバー３０はＰＴＣ発熱体２８から外側のコントローラ（図示せず）までの電気的接続を提供する。バスバー３０は、例えば、米国ＤｕＰｏｎｔ社から入手可能なＤｕＰｏｎｔ（登録商標）  ５２０５、または、Ｈｅｎｋｅｌ社から入手可能なＨｅｎｋｅｌ（登録商標）  ＥＣｌ  １０１０のような、導電性のカーボンまたは銀を充填したインクで作られ得る。
【００２４】
バスバー３０は、ＰＴＣ発熱体２８について記述された方法と同様の方法で付加的に製造される。ＰＴＣ発熱体２８とバスバー３０との間において電気的接続を確立するために、一般に、バスバー３０は、ＰＴＣ発熱体２８の複数の部分の上面上に、ＰＴＣ発熱体２８のこれらの部分と重なって、付加的に製造される。バスバー３０及びＰＴＣ発熱体２８の特定の形状は、以下において図４〜図１５に関連して議論される。
【００２５】
被覆接着剤３２は、ＰＴＣ発熱体２８及びバスバー３０を密封し、被包する。これらの構成部品を固定し、保護するために、被覆接着剤３２はＰＴＣ発熱体２８及びバスバー３０上において使用され、ＰＴＣ発熱体２８及びバスバー３０を外部環境から隔離する。被覆接着剤３２は、例えば、アクリル系またはゴム系感圧性接着剤またはエチレン酢酸ビニルであり得る。
【００２６】
外側誘電体３４は、被覆接着剤３２が硬化または乾燥した後に、印刷されたヒーター・チューブ２０Ａに塗られる。外側誘電体３４は、外部環境からバスバー３０を電気的に絶縁して、ショートすることを防止する。外側誘電体３４は、内側誘電体２６と同じ、または、内側誘電体２６とは異なる誘電材料で作られ得る。外側誘電体３４は、例えば、ポリイミド、ポリウレタン、または、シリコーンであり得る。導電性チューブ２４Ａが炭素充填プラスチックであるならば、外側誘電体３４は無充填であるか、または、グラスファイバを充填した同じプラスチックで作られ得る。
【００２７】
保護層３６は、ＰＴＣ発熱体２８に特別の保護を与える、印刷されたヒーター・チューブ２０Ａの任意の外側層である。保護層３６は取り扱い及び摩滅の損傷から守ることができ、アセンブリに耐圧強度を加えることができる。保護層３６は、静電放電及び避雷のために、オプションとして導電性を有するものとしてもよい。保護層３６は、例えば、ステンレス鋼またはチタンのような編組されたメタリック・ワイヤ、編組されたアラミド、或いは、編組された乾燥ファイバ・ガラスであり得る。或いは、導電性チューブ２４Ａが堅いチューブであるならば、保護層３６は、エポキシ、フェノール、または、ベンゾオキサジン樹脂で作られる、炭素繊維またはファイバ・ガラスの混合物であり得る。そのような炭素繊維またはファイバ・ガラスの混合物は、更なる強さのために、編組されるか、らせんに巻かれているであろう。或いは、保護層３６は、複数のサブレイヤで作られてもよい。
【００２８】
図３は、非導電性チューブ２４Ｂを有する、印刷されたヒーター・チューブ２０Ｂの断面図である。印刷されたヒーター・チューブ２０Ｂは、内側から外側へ向かって、ライナー２２、非導電性チューブ２４Ｂ、ＰＴＣ発熱体２６、バスバー２８、被覆接着剤３０、外側誘電体３２、及び、保護層３４を含む。別途注意される場合を除き、印刷されたヒーター・チューブ２０Ｂの構成部品は印刷されたヒーター・チューブ２０Ａのチューブと同じである。
【００２９】
具体的には、非導電性チューブ２４Ｂが導電性でない材料で作られているという点で、非導電性チューブ２４Ｂは図２のチューブ２４Ａと異なる。例えば、チューブ２４Ｂは、例えば、ポリエーテルイミド（ＰＥＩ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、ポリイミド（ＰＩ）、エチレン四フッ化エチレン（ＥＴＦＥ）、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）、または、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）のような、非充填またはガラス充填プラスチックであり得る。非導電性チューブ２４Ｂがガラス充填されているならば、ガラスは、球、中空球、または、ファイバの形であり得る。
【００３０】
印刷されたヒーター・チューブ２０Ｂにおける非導電性チューブ２４Ｂの使用によって、チューブ２４Ｂ及びＰＴＣ発熱体２８（または、バスバー３０）の間で電気的絶縁が必要とされないので、内側誘電体２６の必要性が無くなった。この理由から、ＰＴＣ発熱体２８及びバスバー３０は、非導電性チューブ２４Ｂの表面上に直接、付加的に製造され得る。
【００３１】
図４〜図６は、印刷されたバスバーが様々のパターンに配置された、印刷されたヒーター・チューブの透視図である。一般に、図２及び３のバスバー３０は、適切な電気的接続をＰＴＣ発熱体２８に提供するチューブの表面上のホットバスバー（hot bus bars）及びニュートラルバスバー（neutral bus bars）の両方として、印刷され得る。
【００３２】
図４は、ヒーター・チューブ４０の長さに沿って平行であるホットバスバー４２及びニュートラルバスバー４４を有する、印刷されたヒーター・チューブ４０を示す。図２を参照して議論したように、ホットバスバー４２及びニュートラルバスバー４４の両方は導電性インクで作られており、チューブ４０全体に亘って反対の極性を確立する。ホットバスバー４２及びニュートラルバスバー４４は、チューブ４０の長さに沿って付随するＰＴＣ発熱体に電気的接続を提供する。付随するＰＴＣ発熱体（図示せず）は、それがホットバスバー４２及びニュートラルバスバー４４の両方と重なるように、ヒーター・チューブ４０全体に亘って印刷され得る。
【００３３】
図５は、ホットバスバー４８及びニュートラルバスバー５０を有する、印刷されたヒーター・チューブ４６を示す。ホットバスバー４８及びニュートラルバスバー５０は、図４のバスバーと同様に機能する。チューブ４６において、バスバー４８、５０はチューブ４６の表面の周りにらせんパターンに設けられ、バスバー４８、５０上に印刷されるＰＴＣ発熱体（図示せず）に更なる電気的接続を与える。
【００３４】
図６は、２本のホットバスバー５４及び２本のニュートラルバスバー５６を有する、印刷されたヒーター・チューブ５２を示す。２本のホットバスバー５４及び２本のニュートラルバスバー５６は、図４のバスバーと同様に機能する。バスバー５４、５６は、冗長性を有する双対回路パターンに配置されている。或いは、バスバー５４、５６は、図５におけるバスバー４６、４８と同様に、らせん形に巻かれ得る。所望のＰＴＣ発熱体パターン、所望の発熱体抵抗の範囲、加熱の整合性、そして、印刷されたヒーター・チューブを通って流れる流体に要求される加熱に影響を及ぼす他の要因に依って、図４〜図６の中のバスバーの様々な幾何学的パターンが選ばれ得る。
【００３５】
図７〜図１０は、印刷されたＰＴＣ発熱体が様々の幾何学的パターンに配置された、印刷されたヒーター・チューブの透視図である。ＰＴＣインクは、チューブの端を除いてチューブ全体に適用され得る。図７〜図１０におけるＰＴＣインクは、図２を参照して論じられたように作成され得る。
【００３６】
図７〜図８は、印刷されたヒーター・チューブ上のＰＴＣインクのみを示す。図７は、チューブ５８の長さに沿った異なる複数の等しい帯のパターンに印刷されたＰＴＣインク６０を有する、印刷されたヒーター・チューブ５８を示す。これにより、チューブ５８を横切る方向におけるＰＴＣインク６０の分布を一様にすること、及び、その流体がＰＴＣインク６０の帯を通過するときにチューブ５８を流れる流体の加熱を適度に調整することを可能にする。
【００３７】
図８は、チューブ６２の周りのスリーブとしての働きをするモノリシック構造のＰＴＣインク６４を有する、印刷されたヒーター・チューブ６２を示す。この実施形態では、ＰＴＣインク６４は、チューブ６２を流れる流体を、チューブ６２の長さに沿ってむらなく加熱する。加熱のために要望されるときには、ＰＴＣインクの他の幾何学的パターンも使用され得る。
【００３８】
図９〜図１０に示すように、バスバーのための導電性インクは、ＰＴＣインクの上に印刷され得る。図９は、ＰＴＣインク６８、ホットバスバー７０、及び、ニュートラルバスバー７２を有する、印刷されたヒーター・チューブ６６を示す。バスバー７０及び７２は、図４におけるバスバーと同様に配置される。ＰＴＣインク６８がバスバー７０、７２と重なる箇所で必要な電気的接続を確立するために、（バスバー７０及び７２の上に印刷される）ＰＴＣインク６８は、導電性インクで作られたバスバー７０、７２の逆方向にらせん状に巻きつけられる。
【００３９】
図１０は、それぞれが電気的接続７８Ａ及び８０Ａを有する、ＰＴＣインク７６、ホットバスバー７８、及び、ニュートラルバスバー８０を備える、印刷されたヒーター・チューブ７４を示す。図１０のパターンにおいて、接続７８Ａ、８０Ａを有するバスバー７８、８０はチューブの端部のみに存在する。ＰＴＣインク７６とバスバー７８、８０との間で電気的接続が維持されるので、この構成は、図８を参照して論じられたようにＰＴＣインク７６が連続的なスリーブのパターンである場合に機能する。
【００４０】
図１１〜図１２は、ヒーター・チューブ上の印刷されたバスバー接続の透視図である。図１１において、印刷されたヒーター・チューブ８２は、（接続８４Ａを有する）ホットバスバー８４及び（接続８６Ａを有する）ニュートラルバスバー８６を含む。両方のバスバー８４、８６は、チューブ８２の一端で揃えられた接続（８４Ａ、８６Ａ）を有する。この場合、バスバー８４、８６へ電力を供給する電気配線へのはんだ付けまたは導電性の接着剤のために、バスバー８４、８６の端において、導電性インクの大きなパッチ（ｐａｔｃｈ）が接続８４Ａ、８６Ａに亘って印刷され得る。接続８４Ａ、８６Ａの位置、及びバスバーの導電性インクの抵抗のために、バスバー接続の近くの、バスバーからバスバーへの電圧は、チューブ８２の反対端の電圧より高い。
【００４１】
図１２において、印刷されたヒーター・チューブ８８は、（接続９０Ａを有する）ホットバスバー９０及び（接続９２Ａを有する）ニュートラルバスバー９２を備えている。ここでは、バスバー９０、９２への接続９０Ａ、９２Ａは、チューブ８８の両端にある。このことにより、チューブ８８の長さに沿って、一方のバスバー９０から他方のバスバー９２までの電圧を一定とすることが可能となる。
【００４２】
図１３〜図１５は、ＰＴＣインク無しで印刷されたヒーター・チューブ・アセンブリにおけるヒーター・チューブ上の印刷されたバスバーの透視図である。これらの種類のアセンブリには自己制御の性質が無いが、ＰＴＣインクを有するアセンブリより高い電力密度を有し得る。
【００４３】
図１３において、印刷されたヒーター・チューブ９３は、導電性インク９４、（接続９５Ａを有する）ホットバスバー９５、及び、（接続９６Ａを有する）コールドなバスバー９６を備えている。ここでは、バスバー９５、９６への接続９５Ａ、９６Ａはチューブ９３の両端にあるが、ＰＴＣ発熱体９４を介して接続されている。導電性インク９４は、典型的には、バスバー９５、９６と同じ材料で作られているが、より薄く印刷され得る。
【００４４】
図１４は、ホットバスバー９８及びコールドなバスバー９９を有する、印刷されたヒーター・チューブ９７を示す。この場合、コールドなバスバー９９は、印刷されたヒーター・チューブ９７の１つの側に印刷され、ホットバスバー９８は、印刷されたヒーター・チューブ９７の他の側に印刷される。電力密度を下げ、印刷されたヒーター・チューブ９７に柔軟性を与えるために、バスバー９８、９９は複数の穴を有する。印刷されたヒーター・チューブ９７の長さに亘って電力密度を調節するように穴のサイズ、形、及び、パターンを調整することによって、バスバー９８、９９の密度は変えられ得る。
【００４５】
同様に、図１５において、印刷されたヒーター・チューブ１００は、１つの側に（接続１０２Ａを有する）ホットバスバー１０２を、そして、他の側に（接続１０４Ａを有する）コールドなバスバー１０４を備えているが、バスバー１０２、１０４は、複数のラインを有する真直ぐなパターンの代わりに、バスバー１０２、１０４の表面を横断する曲がりくねったライン内にある。
【００４６】
図１６は、ホットバスバー１０８、ニュートラルバスバー１１０、及び、ＰＴＣインク１１２を有する、印刷されたヒーター・チューブ１０６の透視図である。バスバー１０８、１１０は、ヒーター・チューブ１０６の長さにわたって延びており、図１１のバスバーのように同じ端部で終端する。ＰＴＣインク１１２は、（図７と同様の）複数の帯に分けられている。しかし、ＰＴＣインク１１２の帯の幅は、チューブ１０６の第１の端から第２の端に到るまでに徐々に減少する。チューブの長さに沿ってＰＴＣインクの帯の幅を変えることにより、両方のバスバー１０８、１１０が同じ端で終端するにもかかわらず、チューブ１０６の長さに亘って電力を一定にすることが可能となる。
【００４７】
図１７Ａ及び図１７Ｂは、ホットバスバー１１６、ニュートラルバスバー１１８、及び、ＰＴＣインク１２０を有する、印刷されたヒーター・チューブ１１４を示す。ヒーター・チューブ１１４において、ホットバスバー１１６はチューブ１１４の１つの側面に沿って延びるが、ニュートラルバスバー１１８は、平行に延びて、コネクタからチューブ１１４の反対の端で接続する３本のストランドを含む。チューブ１１４上のＰＴＣインク１２０は、チューブ１１４の長さに沿ったシートである。この構成はＰＴＣインク１２０の電圧をチューブ１１４の長さに亘って一定に維持するが、更に両方のバスバー１１６、１１８（チューブ１１４の同じ端における接続）を有する。ＰＴＣインク１２０は、チューブ１１４の周りを完全には周回しない（図１７Ｂを参照）。バスバー及びＰＴＣインクのためのこれらの幾何学的パターンは必要に応じて変えられ得る。
【００４８】
図１８〜図２３は、ＰＴＣヒーター・チューブ上における印刷されたバスバー接続を示す。図１８は、ホットバスバー１２４、（接続１２６Ａを有する）コールドなバスバー１２６、印刷されたＰＴＣ発熱体１２８、及び、絶縁層１３０を備える、印刷されたヒーター・チューブ１２２を示す。印刷されたヒーター・チューブ１２２において、コールドなバスバー１２６の接続１２６Ａは、ＰＴＣ発熱体１２８の印刷されたインクの下で起こるが、コールドなバスバー１２４が電気的に接続されている箇所における電気的短絡を絶縁体層１３０が防ぐ。図１３において、ヒーター・チューブ１２２の全周に亘って、複数の接続が付加的に製造される。バスバーの電気的接続を隔離しておくために、バスバー１２６はバスバー１２４より短い。バスバー１２６からバスバー接続１２６Ａを電気的に絶縁するために、より長いバスバー１２４の上に局所的に絶縁層１３０が追加される。
【００４９】
図１９〜図２３は、バスバー接続を作製の他の実施形態を、図１１〜図１６における接続と比較して示す。図１９〜図２１は機械的結合を示し、図２２及び図２３は接続の別の方法を示す。図１９は、バスバー１３４、コネクタ１３６、及び、絶縁層１３８を有する、印刷されたヒーター・チューブ１３２の横断面を示す。（例えば、ナットのような）コネクタ１３６が、チューブ１３２の壁に埋められており、これはねじ留め具である。コネクタ１３６は、例えば、銅、アルミニウム、ステンレス鋼、チタン、銀、または、他の適切な金属であり得る。バスバー１３４は、コネクタ１３６上に印刷される。バスバー１３４と接触している間にコネクタ１３６に電気ターミナルが固定され得る。
【００５０】
図２０は、バスバー１４２、コネクタ１４４、及び、絶縁体１４６を有する、印刷されたヒーター・チューブ１４０の横断面を示す。図２０はチューブ１４０の壁を貫通しているコネクタ１４４（鋲）を示し、これは、取り外し可能なねじ留め具である。コネクタ１４４は、例えば、銅、アルミニウム、ステンレス鋼、チタン、銀、または、他の適切な金属であり得る。バスバー１４２は、コネクタ１４４の周りに印刷される。バスバー１４２と接触している間にコネクタ１４４に電気ターミナルが固定され得る。流体の電気的及び化学的隔離を確実にするために、絶縁体１４６（ライナー）は、コネクタ１４４の上部をカバーしなければならない。
【００５１】
図２１は、表面１５２上の絶縁体１５０、バスバー１５４、端子１５６、及び、リベット１５８を有する、印刷されたヒーター・チューブ１４８の横断面を示す。リベット１５８は、取り外し不可能で、バスバー１５４の電気的接続を可能にする機械的留め具である。リベット１５８は、例えば、銅、アルミニウム、ステンレス鋼、チタン、銀、または、他の適切な金属であり得る。バスバー１５４は、端子１５６においてリベット１５８を覆う。表面１５２上の絶縁体１５０は、リベットが電気的短絡を起こすことを防ぐ。
【００５２】
図２２は、表面１６２、バスバー１６４、導電性の接着剤１６６、及び、金属箔１６８を有する、印刷されたヒーター・チューブ１６０の横断面を示す。金属箔１６８は、導電性の接着剤１６６によってバスバー１６４に接続される。金属箔１６８は、例えば、銅、アルミニウム、ステンレス鋼、チタン、銀、または、他の適切な金属であり得る。バスバー１６４と金属箔１６８との間の電気的接続を提供するために、導電性の接着剤１６６は電気導電性であり、（例えば、ＭＧ  Ｃｈｅｍｉｃａｌｓ  ８３３１のような）導電性のエポキシ化合物が使用され得る。
【００５３】
図２３は、表面１７２、バスバー１７４、及び、はんだペースト１７６を有する、印刷されたヒーター・チューブ１７０の横断面を示す。バスバー１７４は、チューブ１７０の表面１７２に印刷される。はんだペースト１７６は、電気的接続を提供するために、バスバー１７４上に適用される。はんだペースト１７６は、（例えば、ＭＧ  Ｃｈｅｍｉｃａｌｓ  ４９００Ｐのような）ワイヤをはんだ付けするのに適したはんだペーストであって、フラックス・ペーストに混合させたスズ及び銀から作られ得る。
【００５４】
開示された、ＰＴＣ発熱体を有する、印刷されたヒーター・チューブは、流体を輸送するチューブの表面において軽量でコンパクトである自己制御型加熱用構成部品である。
【００５５】
（可能な実施形態の説明）
以下は、本発明の可能な実施形態の非排他的な説明である。
【００５６】
ヒーター・チューブ・アセンブリは、チューブと、前記チューブ上のバスバー・ネットワークと、前記チューブ上の正温度係数発熱体と、前記バスバー・ネットワーク及び前記正温度係数発熱体を前記チューブに固定する被覆接着剤と、前記バスバー・ネットワーク及び前記正温度係数発熱体を覆う外側誘電体層とを含む。前記バスバー・ネットワークは、第１の付加的に製造された導電性インクの１または複数の層を含む。前記正温度係数発熱体は、第２の付加的に製造された導電性インクの１または複数の層を備える。前記正温度係数発熱体は、前記バスバー・ネットワークに電気的に接続されている。
【００５７】
前段落のアセンブリは、追加的に及び／または選択的に、以下の複数の特徴、構成、及び／または追加的な構成部品のうちの如何なる１または複数をも任意に含むことができる。
【００５８】
前記チューブは、ステンレス鋼及びチタンからなるグループから選ばれる導電性材料である。
【００５９】
前記アセンブリは、前記バスバー・ネットワーク及び前記正温度を前記チューブから隔離する内側誘電体層を含む。
【００６０】
前記チューブは、ポリエーテルイミド、ポリエーテルエーテルケトン、ポリフェニレンサルファイド、ポリイミド、エチレン四フッ化エチレン、ポリ塩化ビニル、ポリフッ化ビニリデン、及びそれらの組合せからなるグループから選ばれる非導電性材料である。
【００６１】
前記チューブは、グラスファイバ、ガラスの球、ガラスの中空球、カーボンブラック、カーボンナノチューブ、または、炭素繊維を含む。
【００６２】
前記アセンブリは、フッ化ポリマー、フッ化エラストマー、シリコーン、ポリオレフィン、アクリロニトリルブタジエンゴム、エチレンプロピレンジエンモノマーゴム、ポリウレタン、及びそれらの組合せからなるグループから選ばれる材料を備えるライナーを含む。
【００６３】
前記バスバー・ネットワークは、少なくとも１つのホットバスバー及び少なくとも１つのニュートラルバスバーを含む。
【００６４】
前記バスバー・ネットワークは、らせん状のパターン、冗長性を有する双対回路パターン（ｒｅｄｕｎｄａｎｔ  ｄｕａｌ−ｃｉｒｃｕｉｔ  ｐａｔｔｅｒｎ）、十字パターン（ｃｒｉｓｓｃｒｏｓｓ  ｐａｔｔｅｒｎ）、またはそれらの組合せからなるグループから選ばれる幾何学的パターンを含む。
【００６５】
前記第１の付加的に製造された導電性インクは、銀を充填したインクである。
【００６６】
前記正温度係数発熱体は、前記チューブの少なくとも一部を覆うシートを含む。
【００６７】
前記正温度係数発熱体は、前記チューブの周りにらせん形に巻きつけられた単一のシートを含む。
【００６８】
前記正温度係数発熱体は、前記チューブの周りの複数の帯を平行に含む。
【００６９】
前記複数の帯の各々の幅は、前記チューブの第１の端から前記チューブの第２の端まで増加する。
【００７０】
前記第２の付加的に製造された導電性インクは、正温度係数インクである。
【００７１】
前記被覆接着剤は、感圧性接着剤またはエチレン酢酸ビニルである。
【００７２】
前記外側誘電体層は、編組されたステンレス鋼ワイヤ、編組されたチタン・ワイヤ、編組されたアラミド、編組された乾燥ファイバ・ガラス、炭素繊維複合材、ファイバ・ガラスの混合物、及びそれらの組合せからなるグループから選ばれる材料を含む。
【００７３】
前記アセンブリは、前記外側誘電体層を覆う１または複数の保護層を含む。
【００７４】
ヒーター・チューブ・アセンブリは、チューブと、前記チューブ上に少なくとも１つのホットバスバー及び少なくとも１つのニュートラルバスバーを含むバスバー・ネットワークと、前記チューブ上の０．０００１と０．０１０インチとの間の厚さを有する発熱体と、前記バスバー・ネットワーク及び前記発熱体を前記チューブに固定する被覆接着剤と、前記バスバー・ネットワーク及び前記発熱体を覆う外側誘電体層とを含む。前記バスバー・ネットワークは、第１の付加的に製造された導電性インクの１または複数の層から作られており、らせん状のパターン、冗長性を有する双対回路パターン（ｒｅｄｕｎｄａｎｔ  ｄｕａｌ−ｃｉｒｃｕｉｔ  ｐａｔｔｅｒｎ）、十字パターン（ｃｒｉｓｓｃｒｏｓｓ  ｐａｔｔｅｒｎ）、またはそれらの組合せからなるグループから選ばれる幾何学的パターンである。前記発熱体は第２の付加的に製造された導電性インクの複数の層を含み、複数の層の各々は１〜１００ミクロンの厚さを有し、前記発熱体は前記バスバー・ネットワークに電気的に接続されている。
【００７５】
ヒーター・チューブ・アセンブリを作製する方法であって、バスバーを作成するために、チューブ上に第１の導電性インクの１または複数の層を付加的に製造することと、前記バスバーと重なる正温度係数発熱体を作成するために、チューブ上に第２の導電性インクの１または複数の層を付加的に製造することと、前記バスバー及び前記正温度係数発熱体を接着剤によって被覆することと、前記バスバー及び前記正温度係数発熱体を外側誘電体層によって被包することとを備える。
【００７６】
前段落の方法は、追加的に及び／または選択的に、以下の複数の特徴、構成、及び／または追加的な構成部品のうちの如何なる１または複数をも任意に含むことができる。
【００７７】
付加的な製造は、マイクロ分配ポンプによって押し出されたインクを用いた直接印刷、インクジェット印刷、または、エアロゾール・ジェル印刷によってなされる。
【００７８】
本発明は例示的な実施形態(複数可)を参照して記述されたが、本発明の技術範囲を逸脱することなく、様々の変形がなされ得、本発明の要素は等価物と置換され得ることは当業者によって理解されるであろう。また、特定の状況または材料を本発明の教示に適応させるために多くの変更が、本発明の必須の技術範囲を逸脱することなくなされ得る。したがって、本発明は開示された特定の実施形態(複数可)に限定されないが、本発明が添付の特許請求の範囲内に含まれる全ての実施形態を含むことが意図されている。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７Ａ】
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【図１７Ｂ】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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