(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被加熱体を加熱するためのコード状の本体（１）が、電気絶縁性および可撓性を有して設けられ、
正特性サーミスタであるセラミックスからなる発熱体（２）が、本体（１）の長さ方向に沿って、複数、本体（１）に設けられ、
各発熱体（２）に給電するための一対の給電線（３）が本体（１）に設けられ、
発熱体（２）を保持する第１保持片（３３）と、給電線（３）を保持する第２保持片（３４）とが互いに背向するように設けられている、導電性を有する一対の保持部材（５）が、各給電線（３）と発熱体（２）とを電気的にそれぞれ接続し、かつ、保持するように本体（１）に設けられていることを特徴とするヒータ。
【請求項２】
被加熱体を加熱するためのコード状の本体（１）が、電気絶縁性および可撓性を有して設けられ、
正特性サーミスタであるセラミックスからなる発熱体（２）が、本体（１）の長さ方向に沿って、複数、本体（１）に設けられ、
各発熱体（２）に給電するための一対の給電線（３）が本体（１）に設けられ、
導電性を有する一対の保持部材（５）が、各給電線（３）と発熱体（２）とを電気的にそれぞれ接続し、かつ、保持するように本体（１）に設けられ、
保持部材（５）には、給電線（３）を保持する保持片（３９）が、上記保持片（３９）の先端を延ばして発熱体（２）も保持するように設けられていることを特徴とするヒータ。
【請求項３】
被加熱体を加熱するためのコード状の本体（１）が、電気絶縁性および可撓性を有して設けられ、
正特性サーミスタであるセラミックスからなる発熱体（２）が、本体（１）の長さ方向に沿って、複数、本体（１）に設けられ、
各発熱体（２）に給電するための一対の給電線（３）が本体（１）に設けられ、
導電性を有する一対の保持部材（５）が、各給電線（３）と発熱体（２）とを電気的にそれぞれ接続し、かつ、保持するように本体（１）に設けられ、
保持部材（５）は、各給電線（３）および発熱体（２）の少なくとも一部を把持によって保持するようになっていることを特徴とするヒータ。
【請求項４】
請求項１または２記載のヒータにおいて、
給電線は、導電線が集められた集合線であることを特徴とするヒータ。
【請求項５】
請求項３記載のヒータにおいて、
発熱体（２）における保持部材（５）によって把持される端部の陵が面取りされていることを特徴とするヒータ。
【請求項６】
被加熱体を加熱するためのコード状の本体（１）が、電気絶縁性および可撓性を有して設けられ、
正特性サーミスタであるセラミックスからなる発熱体（２）が、本体（１）の長さ方向に沿って、複数、本体（１）に設けられ、
各発熱体（２）に給電するための一対の給電線（３）が本体（１）に設けられ、
導電性を有する一対の保持部材（５）が、各給電線（３）と発熱体（２）とを電気的にそれぞれ接続し、かつ、保持するように本体（１）に設けられ、
本体（１）は、熱可塑性樹脂の押出成形によってコード状に形成され、
保持部材（５）に対し、発熱体（２）を保護するための保護片（３５）が、押出成形の押出方向に対する保持部材（５）の端部から上記押出方向に沿って突出するように設けられていることを特徴とするヒータ。
【請求項７】
請求項１記載のヒータにおいて、
本体（１）の長さ方向に対する発熱体（２）における、一端部側に対して、他端部側の厚さが薄くなるように形成されていることを特徴とするヒータ。
【請求項８】
正特性サーミスタであるセラミックスからなる発熱体（２）に一対の各電極（７）を成形する工程と、
発熱体（２）および給電線（３）をそれぞれ電気的に接続すると共に上記発熱体（２）と各給電線（３）とをそれぞれ保持する第１保持片（３３）および第２保持片（３４）を有する一対の保持部材を、第１保持片（３３）および第２保持片（３４）を互いに背向させて上記発熱体の各電極にそれぞれ取り付ける工程と、
各保持部材を取り付けた各発熱体を、互いに間隔を有して一対の給電線に長さ方向に沿って上記各保持部材を介してそれぞれ取り付けた長尺の発熱ユニットを作製する工程と、
熱可塑性樹脂の押出成形に基づいて上記発熱ユニットを上記熱可塑性樹脂によりコード状に被覆したヒータ本体を作製する工程とを含むことを特徴とするヒータの製造方法。
【請求項９】
正特性サーミスタであるセラミックスからなる発熱体に一対の各電極を成形する工程と、
発熱体（２）および給電線（３）をそれぞれ電気的に接続すると共に上記発熱体（２）と各給電線（３）とをそれぞれ保持する第１保持片（３３）および第２保持片（３４）を有する一対の保持部材を、第１保持片（３３）および第２保持片（３４）を互いに背向させて上記発熱体の各電極にそれぞれ取り付ける工程と、
各保持部材を取り付けた各発熱体を、互いに間隔を有して一対の給電線に長さ方向に沿って上記各保持部材を介してそれぞれ取り付けた長尺の発熱ユニットを作製する工程と、
熱可塑性樹脂の２枚のシート間に上記発熱ユニットを挟み込むことにより、上記発熱ユニットを上記各シート間に封入したコード状のヒータ本体を作製する工程とを含むことを特徴とするヒータの製造方法。
【発明の詳細な説明】
技術分野
本発明は、湾曲した表面を有する水道管等の水の滞留部位が、水の凍結によって損傷することを防止するために、上記滞留部位をその表面を介して効率的に加熱するヒータおよびその製造方法に関するものである。
背景技術
従来、寒冷地において、厳冬期の水道管凍結防止を目的として、図４０に示すように、テレビ等のフィーダー線状の帯状ヒータ２３が使用されてきた。この帯状ヒータ２３は、ニクロム線などの金属抵抗線２１を電気絶縁体である塩化ビニル樹脂などで被覆した帯状の本体２２からなるものである。
上記帯状ヒータ２３は、例えば、寒冷地の家屋にて地上に露出した水道管の外面に密着するように、本体２２を上記の外面に対しらせん状に巻き付けたり水道管の長さ方向に沿って圧着させたりして用いられている。上記帯状ヒータ２３は凍結防止のために、所定の、例えば水道管１ｍ当り６Ｗの消費電力を消費するよう設定されている。
また、上記帯状ヒータ２３を検出温度によってＯＮ／ＯＦＦ制御するセンサー、例えば白金センサーが、家屋の最も寒冷な場所、通常家屋の北側に、水道管の露出した部位に近接した位置に設置されている。
このような帯状ヒータ２３は、センサーによる検出温度が、０℃未満となると、金属抵抗線２１が通電されて発熱し、帯状ヒータ２３が巻き付けられた水道管の外面が加熱されることにより、検出温度が０℃未満といった低温時における水の凍結による上記水道管の破裂を防止できるようになっている。
ところが、上記の帯状ヒータ２３は、家屋の北側等の最も低温となる可能性の高い場所に設置されたセンサーの検出温度に基づいてＯＮ／ＯＦＦ制御が行われる仕様のものである。
このため、例えば上記帯状ヒータ２３が家屋の南側に面した水道管に設置されている場合、家屋の南側で外気温が上昇し、水道管内の水が凍結を考慮する必要がない水温まで上昇したときでも、上記センサの検出温度が０℃未満であれば上記帯状ヒータ２３はＯＮ状態となる。このため加熱を必要としない部分に対しても上記帯状ヒータ２３は、１日中ＯＮ状態となることがある。
このことから、上記帯状ヒータ２３は、水道管の温度が低い特定の部分だけを集中的に加熱することはできないため、必要以上に電力を消費する場合があり、消費電力の増加を招来するという問題点を有している。
そこで、上記問題点を回避するために、寒冷地において厳冬期の水道管内等の水の凍結防止を目的としたヒータとして、米国特許第4,072,848号公報に開示されている加熱用ケーブルを用いることが考えられた。
上記公報では、図４１に示すように、熱可塑性樹脂等の絶縁体からなるケーブル状の本体５１に、通電されると発熱するチップ形状の各発熱体５２と、上記各発熱体５２にそれぞれ給電するための銅からなる一対の各電線５３とが封入されている。
上記各発熱体５２は、チタン酸バリウム系のセラミックスからなる正特性サーミスタであり、上記本体５１の長さ方向における両側面にオーミックコンタクト用の電極５４をそれぞれ有している。
そして、上記各発熱体５２は、複数、上記長さ方向に沿って、所定間隔にて各電線５３の間に配置されており、上記各電極５４とそれらの側面に沿って当接する各電線５３とがそれらの側面に沿って半田により電気的にそれぞれ接続された接合部５５とをそれぞれ有している。
このようなヒータは、水道管等の水が滞留する滞留部位に本体５１を当接させて用いた場合、各発熱体５２が温度に応じて発熱して、上記滞留部位内の温度が０℃未満といった低温時における水の凍結による上記滞留部位の損傷を防止できるものとなっている。
すなわち、発熱体５２の温度が例えば５℃以下となると、上記発熱体５２が発熱に必要な程度に通電状態となることから、そのようにして発熱した各発熱体５２にそれぞれ近接した本体５１の部分と当接した上記滞留部位が上記各発熱体５２により本体５１を介して加熱されるので、上記滞留部位内の水温が０℃未満となるといった低温環境下における水の凍結による上記滞留部位の損傷を防止できるものとなっている。
ところが、上記の従来公報のヒータは、外面において曲率の大きな水道管等の滞留部位の外側に巻き付けて用いることが多く、そのようにして上記ヒータを撓ませて用いた場合、本体５１に対して大きな曲げ応力が加わり、そのような曲げ応力が発熱体５２と電線５３とを電気的に接続する接合部５５にも加わる。
このとき、本体５１に封入された電線５３は銅からなるから延性を有しており、熱可塑性樹脂からなる本体５１の撓みに沿って曲がることができて上記の曲げ応力の影響を回避できるが、発熱体５２および接合部５５は、セラミックスおよび半田からなることから硬質であり、上記曲げ応力を対応して湾曲することができず、そのような曲げ応力が加わった状態となっている。
このことから、上記従来のヒータでは、水の滞留部位の凍結防止に用いられるので、温度変化が大きく、その温度変化が頻繁に生じることにより、上記接合部５５が熱膨張と熱収縮を繰り返す内に、前記の大きな曲げ応力によって接合部５５とそれと接続されている電極５４や発熱体５２との間に亀裂を生じることがある。
これにより、上記接合部５５を介した発熱体５２と電線５３との電気的な接続が維持できなくなったり、発熱体５２と電線５３との間の電気抵抗値が上昇したりして、各発熱体５２による被加熱体に対する加熱が不安定になるという問題を生じている。
本発明は、上記の問題点に鑑みなされたもので、適切な加熱によって水道管等の水の滞留部位の凍結を防止し得ると共に、使用時における加熱を安定化できるヒータおよびその製造方法を提供することを目的としている。
発明の開示
本発明のヒータは、上記の課題を解決するために、被加熱体を加熱するためのコード状の本体が、電気絶縁性および可撓性を有して設けられ、正特性サーミスタであるセラミックスからなる発熱体が、本体の長さ方向に沿って、複数、本体に設けられ、各発熱体に給電するための一対の給電線が本体に設けられ、発熱体を保持する第１保持片と、給電線を保持する第２保持片とが互いに背向するように設けられている、導電性を有する一対の保持部材が、各給電線と発熱体とを電気的にそれぞれ接続し、かつ、保持するように本体に設けられていることを特徴としている。
上記の構成によれば、各発熱体が、コード状の本体の長さ方向に沿って上記本体に設けられているので、硬質なセラミックスからなる各発熱体を本体に有していても、可撓性を有する上記本体を撓ませて、被加熱体としての水道管等の水の滞留部位となる湾曲した表面に対して沿わせることが可能となる。また、上記各発熱体には、導電性を有する各保持部材によって一対の各給電線にそれぞれ接続されて上記各給電線から電力を供給される。
これらのことから、正特性サーミスタである発熱体のキュリー温度を、例えば10℃〜80℃程度に設定した場合、外気温が常温より低い氷点温度である部分の発熱体を低抵抗値にできる。このとき、発熱体に対し通電すると、上記発熱体に大電流が流れ、上記発熱体が発熱して被加熱体に迅速に加熱できる。
このことから、上記被加熱体としての滞留部位の水の凍結を加熱によって防止できる。また、キュリー温度近傍に上昇した部分の発熱体は抵抗値が高くなり、流れる電流が減少する。よって、上記発熱体における消費電力が抑制される。
この結果、上記構成では、被加熱体に対して加熱が必要な部分のみを適切に加熱できることから、被加熱体としての遺留部位の凍結を防止できると共に無駄な電力の消費を抑制することができる。
さらに、上記構成では、各保持部材が一対の各給電線および各発熱体を保持しているから、従来のような発熱体の側面と電線との半田による接続と比べて、本体を撓ませた場合に生じる曲げ応力の少なくとも一部を、保持部材による各発熱体および各給電線の保持によって吸収できる。これにより、各発熱体と各給電線との間の電気的な接続に対する上記曲げ応力による悪影響を上記保持部材によって低減できる。
このことから、上記構成は、本体を撓めて用いた場合でも、容易に撓む給電線と撓み難い発熱体との接続を保持部材によって維持できる。このことにより、上記構成は、上記保持部材によって曲げに対して強い構造となっており、本体の曲率を大きくして用いることができるものとなっている。
これにより、上記構成では、例えば、被加熱体である水の滞留部位としての水道管の表面に本体をらせん状に巻き付ける場合に、上記の表面に本体を密着させて巻き付けることが可能となる。また、上記構成では、上記の表面に、その長さ方向に沿って密着させて用いる場合に、水道管等の曲がっている部分において給電線が本体と共に上記の部分に沿うように撓ませることが可能となる。これらの場合においても、発熱体と給電線との接続を保持部材によって、より安定に維持できるものとなっている。
その上、上記構成では、発熱体によって温度変化が大きく、かつ、その温度変化が頻繁に生じても、そのような温度変化による曲げ応力の変化も、保持部材によって一部吸収できるので、各発熱体と一対の給電線との間の電気的な接続を維持できる。
さらに、上記の構成によれば、第１保持片と、第２保持片とを互いに背向させて設けることにより、保持部材において、発熱体との保持部分と給電線との保持部分とを離間させることが可能となる。このことから、本体を撓ませたときに第２保持片に生じる曲げ応力が、第１保持片と発熱体との保持部分に対する影響を保持部材によって、より吸収できる。これにより、上記構成では、上記の曲げ応力に対して、さらに強度を高めることができる。
本発明のさらに他のヒータは、さらに、保持部材には、給電線を保持する保持片が、上記保持片の先端を延ばして発熱体も保持するように設けられていることを特徴としている。
上記の構成によれば、給電線を保持する保持片を、上記保持片の先端を延ばして発熱体も保持するように設けたから、上記保持片によって給電線および発熱体を共に保持できて、保持部材を簡素化できる。
本発明のさらに他のヒータは、さらに、保持部材が、各給電線および発熱体の少なくとも一部を把持によって保持するようになっていることを特徴としている。
上記の構成によれば、導電性を有する保持部材が各給電線および発熱体を把持によって保持するから、保持部材と各給電線および発熱体との間の電気的な接続を、半田を省いても確実なものとすることが可能となる。
本発明のさらに他のヒータは、さらに、給電線が、導電線が集められた集合線であることを特徴としている。
上記の構成によれば、本体に設けられた給電線が、導電線が集められた集合線からなるので、上記給電線の可撓性をさらに高めることができ、かつ、撓んだときの復元力を低減できることから、本体をより撓め易くすることが可能となる。
本発明のさらに他のヒータは、さらに、発熱体における保持部材によって把持される端部の陵が面取りされていることを特徴としている。
上記の構成によれば、発熱体における保持部材によって把持される端部の陵が面取りされているので、保持部材によって発熱体を保持するように取り付けるときに上記面取りによって上記の取付けが容易となる。
本発明のさらに他のヒータは、さらに、本体は、熱可塑性樹脂の押出成形によってコード状に形成され、保持部材に対し発熱体を保護するための保護片が、押出成形の押出方向に対する保持部材の端部から上記押出方向に沿って突出するように設けられていることを特徴としている。
上記の構成によれば、正特性サーミスタであるセラミックスからなり、一対の各給電線に接続されている各発熱体を、溶解した熱可塑性樹脂と共に押し出す押出成形により、熱可塑性樹脂からなるコード状の本体内に上記各給電線と各発熱体とが一体的に封入される。
このとき、上記構成では、上記発熱体と上記各給電線とをそれぞれ電気的に接続する保持部材が設けられているため、上記発熱体と上記各給電線とが、より強固に保持される。
ところで、上記押出成形において、押出時の振動等により、発熱体が押出口の中心部からずれ、発熱体の前部側が押出口にあるニップル・ダイに接触して上記発熱体を破損することがあった。このように発熱体が破損した場合、上記各発熱体の全体としての発熱効率が劣化していた。
しかしながら、上記構成では、押出方向となる本体の長さ方向に対する保持部材の端部から押出方向に突出する保護片が保持部材に設けられているため、押出成形による上記本体の作製時において、押出成形のためのダイやニップルと発熱体との間に上記保護片を介在させることにより、発熱体と上記ダイ、ニップルとの接触が防止できるので、発熱体の破損を回避できる。
上記ヒータは、上記本体の長さ方向に対する発熱体における、一端部側に対して、他部側の厚さが薄くなるように形成されていることを特徴としている。
上記の構成によれば、発熱体を熱可塑性樹脂の押出成形によって本体内に封入するために熱可塑性樹脂と共に発熱体が押出成形の押出口から押し出されるとき、上記熱可塑性樹脂は、発熱体に面した部分において、押出口と発熱体との間に挟まれることから、より弾性圧縮される。
従来では、発熱体が押出方向の縦断面が長方形状であることから熱可塑性樹脂がこのように弾性圧縮されると、押出に伴い上記弾性圧縮が発熱体における押出方向の後方に上記発熱体の表面に沿って伝達される。その結果、従来では、上記発熱体が押出された後の本体において上記熱可塑性樹脂が弾性膨張して上記本体上に凸部を形成することがあった。
しかしながら、上記構成では、発熱体の後部（他端部）側が薄くなるように形成されているため、薄くなった発熱体の後部側にて熱可塑性樹脂が存在し得る空間が、発熱体の前部（一端部）側に対して大きくなることから発熱体の押出時における熱可塑性樹脂の弾性圧縮の後方への伝達が緩和される。
本発明のヒータの製造方法は、正特性サーミスタであるセラミックスからなる発熱体に一対の各電極を設ける工程と、発熱体および給電線をそれぞれ電気的に接続すると共に上記発熱体と各給電線とをそれぞれ保持する第１保持片および第２保持片を有する一対の保持部材を、第１保持片および第２保持片を互いに背向させて上記発熱体の各電極にそれぞれ取り付ける工程と、各保持部材を取り付けた各発熱体を、互いに間隔を有して一対の給電線に長さ方向に沿って上記各保持部材を介してそれぞれ取り付けた長尺の発熱ユニットを作製する工程と、上記発熱ユニットを熱可塑性樹脂の押出形成によってコード状に被覆した本体を作製する工程とを含むことを特徴としている。
上記の方法によれば、前述したように、無駄な電力の消費を抑制することが可能となると共に、被加熱体としての滞留部位の水の凍結をより確実に防止できるヒータを作製できる。
その上、上記方法では、一対の給電線と、上記給電線に対し互いに間隔を有して取り付けられた各発熱体とからなる長尺の発熱ユニットを、ロール状に巻き取ることが可能であり、また、上記発熱ユニットを熱可塑性樹脂の押出成形にてコード状に被覆して得られた本体もロール状に巻き取ることが可能である。
このことから、上記方法では、長尺の本体を作製するために必要な金型や作業所の大きさを上記の本体の長さに応じた広さとすることを回避できるので、上記本体を容易に作製することが可能となる。
本発明のさらに他のヒータの製造方法は、正特性サーミスタであるセラミックスからなる発熱体に一対の各電極を設ける工程と、発熱体および給電線をそれぞれ電気的に接続すると共に上記発熱体と各給電線とをそれぞれ保持する第１保持片および第２保持片を有する一対の保持部材を、第１保持片および第２保持片を互いに背向させて上記発熱体の各電極にそれぞれ取り付ける工程と、各保持部材を取り付けた各発熱体を、互いに間隔を有して一対の給電線に長さ方向に沿って上記各保持部材を介してそれぞれ取り付けた長尺の発熱ユニットを作製する工程と、熱可塑性樹脂の２枚のシート間に上記発熱ユニットを挟み込むことにより、上記発熱ユニットを上記各シート間に封入したコード状の本体を作製する工程とを含むことを特徴としている。
上記の方法によれば、前述したように、無駄な電力の消費を抑制することが可能となると共に、被加熱体としての滞留部位の水の凍結をより確実に防止できるヒータを作製できる。
その上、上記方法では、一対の給電線と、上記給電線に対し互いに間隔を有して取り付けられた各発熱体とからなる長尺の発熱ユニットを、ロール状に巻き取ることが可能であり、また、上記発熱ユニットを熱可塑性樹脂の各シート間に封入して得られたコード状の本体もロール状に巻き取ることが可能となる。
このことから、上記方法では、長尺の本体を作製するために必要な金型や作業所の大きさを上記の本体の長さに応じた広さとすることを回避できるので、上記本体を容易に作製することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
図１は、本発明のヒータの実施の一形態を示す要部破断説明図であり、図２は、上記ヒータにおける図１のＩ−Ｉ矢視断面図であり、図３は、上記ヒータにおける止め具の構成を示すものであって、図３（ａ）は上記止め具の展開図であり、図３（ｂ）は上記止め具の斜視図であり、図４は、上記ヒータの製造方法の一工程を示し、発熱体に各止め具を取り付ける前を示す斜視図であり、図５は、上記ヒータの製造方法の他の一工程を示し、発熱体に各止め具を取り付けた後を示す斜視図であり、図６は、上記ヒータの製造方法のさらに他の一工程を示し、上記止め具に各給電線を取り付ける直前を示す斜視図であり、図７は、上記ヒータの製造方法のさらに他の一工程を示し、上記止め具に各給電線を取り付けた後を示す斜視図であり、図８は、上記ヒータの製造方法のさらに他の一工程を示し、上記各発熱体を各給電線に対し各止め具を介して取り付けた発熱ユニットの要部斜視図であり、図９は、上記ヒータの製造方法のさらに他の一工程を示し、発熱ユニットをヒータ本体内に押出成形機によって封入する工程を示す構成図であり、図１０は、上記押出成形機のクロスヘッドの概略断面図であり、図１１は、上記発熱体に形成された面取り部を示すものであって、図１１（ａ）は上記発熱体の斜視図であり、図１１（ｂ）は上記発熱体のII−II矢視断面図であり、図１２は、上記発熱体に形成された面取り部の他の例を示す上記発熱体の斜視図であり、図１３は、上記ヒータにおける発熱体の電極形成位置の他の例を示す説明図であって、図１３（ａ）は正面図であり、図１３（ｂ）は平面図であり、図１４は、上記ヒータにおける発熱体の電極形成位置のさらに他の例を示す説明図であって、図１４（ａ）は正面図であり、図１４（ｂ）は平面図であり、図１５は、上記ヒータにおける発熱体の電極形成位置のさらに他の例を示す説明図であって、図１５（ａ）は正面図であり、図１５（ｂ）は平面図であり、図１６は、上記止め具と給電線とを半田付けした状態を示す発熱ユニットの要部斜視図であり、図１７は、上記止め具における給電線把持片の各変形例を、図１７（ａ）、図１７（ｂ）、図１７（ｃ）、図１７（ｄ）によりそれぞれ示す正面図であり、図１８は、上記止め具の他の一変形例を示す説明図であって、図１８（ａ）は正面図であり、図１８（ｂ）は斜視図であり、図１９は、上記止め具の他の各変形例を図１９（ａ）、図１９（ｂ）、図１９（ｃ）によりそれぞれ示す正面図であり、図２０は、上記止め具のさらに他の一変形例を示す説明図であって、図２０（ａ）は斜視図であり、図２０（ｂ）は上記各止め具を発熱体に取り付けた際の斜視図であり、図２１は、本発明のヒータの他の製造方法を示す構成図であり、図２２は、上記製造方法における要部拡大図であり、図２３は、上記ヒータの要部破断説明図であり、図２４は、上記ヒータにおけるIII−III銭矢視断面図であり、図２５は、本発明の実施の形態２のヒータの説明図であり、図２６は本発明の実施の形態３のヒータの説明図であり、図２７は、上記ヒータの要部破断平面説明図であり、図２８は、上記ヒータにおけるIV−IV線矢視断面図であり、図２９は、上記ヒータにおける止め具の構成を示し、図２９（ａ）は、上記止め具の展開図���あり、図２９（ｂ）は上記止め具の斜視図であり、図３０は、従来のヒータを製造する際に、上記ヒータの発熱体に破損が生じ易いことを示す説明図であり、図３１は、本発明の実施の形態３のヒータを用いた場合、上記止め具によって発熱体を破損から保護することを示す説明図であり、図３２は、上記止め具に代えて他の例としての各止め具を図３２（ａ）、図３２（ｂ）にてそれぞれ示す斜視図であり、図３３は、本発明の実施の形態４のヒータの要部破断斜視図であり、図３４は、上記ヒータの発熱体の斜視図であり、図３５は、従来のヒータを製造する際に、上記ヒータの表面に凹凸が生じ易いことを示す説明図であり、図３６は、上記ヒータに凹凸が生じたことを示す説明図であり、図３７は、本発明の実施の形態４のヒータの構成を用いることにより、上記ヒータの表面に凹凸が生じ難いことを示す説明図であり、図３８は、上記ヒータにおける止め具の構成を示すものであって、図３８（ａ）は、上記止め具の展開図であり、図３８（ｂ）は上記止め具の斜視図であり、図３９は、上記発熱体の形状の各変形例を、図３９（ａ）、図３９（ｂ）、図３９（ｃ）、図３９（ｄ）によりそれぞれ示す斜視図であり、図４０は、従来のヒータを示す説明図であって、図４０（ａ）は平面図であり、図４０（ｂ）は側面図であり、図４１は、他の従来のヒータを示す説明図である。
発明を実施するための最良の形態
〔発明の実施の形態１〕
本発明の発明の実施の一形態を実施の形態１として図１ないし図２４に基づいて以下に説明する。
ヒータでは、図１および図２に示すように、水の滞留部位を有する水道管等の湾曲した表面を備える被加熱体に対して、その表面に容易に沿うように撓ませて当接や熱輻射によって上記被加熱体を加熱するためのヒータ本体（本体）１が、塩化ビニル系樹脂等の熱可塑性樹脂の押出成形によって、例えば厚み5.1mm、幅16.6mmの長尺なコード状に形成して設けられている。なお、上記のようなコード状のものを成形するための押出成形は、引抜き成形とも呼ばれている。
上記コード状とは、長さ方向に対して垂直な断面が円や楕円状の電線状や、上記の断面が長方形となる帯状のものをいう。なお、ヒータ本体１の形状としては、被加熱体とヒータ本体１との密着性を向上できる平面部を有していることが望ましく、よって、特に帯状が好ましい。このことから、以下のヒータ本体１については帯状としたものとして説明する。
上記の帯状のヒータ本体１内には、長方形板状の正特性サーミスタであるセラミックスからなる発熱体２が、複数、発熱体２の一端面がヒータ本体１の長さ方向に沿うように所定間隔にて封入されている。上記発熱体２は、ヒータ本体１が前記の寸法に形成されている場合、例えば縦6.0mm、横8.0mm、厚み1.6mmの寸法に形成され、外部気温が−20℃のときに商用電圧である100Ｖの交流を通電すると各発熱体２の全消費電力が、例えば１ｍ当り約18Ｗとなるように設定されている。なお、上記発熱体２の形状としては、円盤状のものを用いることも可能である。
このような各発熱体２は、発熱体２における厚さ方向の両面がヒータ本体１における厚さ方向の両面に対してほぼ平行となり、かつ、ヒータ本体１の厚さ方向における発熱体２上のヒータ本体１の各厚さがほぼ同一となるようにヒータ本体１内に、つまり、上記ヒータ本体１内の中央部にそれぞれ設定されている。
発熱体２には、発熱体２における厚さ方向の両端面上に、かつ、ヒータ本体１の長さ方向の両側部に、帯状の電極７が、ヒータ本体１の長さ方向に沿うようにそれぞれ形成されている。上記電極７は、オーミックコンタクト電極形成用の銀ペースト（デグザ社製）を塗布した後、発熱体２を560℃にて５分間加熱することにより得られる。
このように各電極７が形成されていることにより、発熱体２は、各電極７を介して給電されると、発熱体２における厚さ方向の両面上にてそれぞれ対抗する各電極７間にて、まず、発熱体２の両面の表面およびその近傍にて通電によって発熱し、それらが昇温するに伴い、発熱体２の内部が順次発熱する。
これにより、上記のように各電極７を配置することにより、まず、発熱体２の厚さ方向の両端面側から面発熱することから、上記両面に近い、ヒータ本体１の厚さ方向の両面が迅速に加熱される。したがって、上記構成は、上記各電極７の配置によって、各発熱体２による加熱効率を向上できるものとなっている。
上記ヒータ本体１内には、各発熱体２に給電するための一対の給電線３が、互いに平行となるように上記ヒータ本体１の長さ方向に沿って封入されており、よって、各給電線３間において上記各発熱体２は互いに所定の間隔に、かつ、電気的に互いに並列となるように上記各給電線３に対して接続されている。このような給電線３としては、銅等の導電性を有する単線や集合線を用いることができ、特に、容易に撓ませることができることから銅線の編組線が好ましい。
そして、ヒータ本体１内には、ヒータ本体１の長さ方向に対する上記の発熱体２の両側部に形成された各電極７と各給電線３とをそれぞれ電気的に接続する一対の止め具（保持部材）５が、発熱体２およびその両側面に沿って配設された各給電線３をそれぞれ保持するように設けられている。また、上記各止め具５は導電性および可撓性を有している。
このような実施の形態１の構成によれば、各発熱体２が、コード状のヒータ本体１の長さ方向に沿って上記ヒータ本体１に設けられているので、硬質なセラミックスからなる各発熱体２をヒータ本体１に有していても、可撓性を有する上記ヒータ本体１を撓ませて、被加熱体としての水道管等の水の滞留部位となる湾曲した表面に対して沿わせることが可能となる。また、上記各発熱体２には、導電性を有する各止め具５によって一対の各給電線３にそれぞれ接続されて上記各給電線３から電力を供給される。
これらのことから、正特性サーミスタである発熱体２のキュリー温度を、例えば10℃〜80℃程度に設定した場合、外気温が常温より低い氷点温度である部分の発熱体２を低抵抗値にできる。
このとき、発熱体２に対し通電すると、上記発熱体２に大電流が流れ、上記発熱体２が発熱して被加熱体を迅速に加熱できるものとなる。このことから、上記被加熱体としての滞留部位の水の凍結を加熱によって防止できる。また、キュリー温度近傍に上昇した部分の発熱体２は抵抗値が高くなり、流れる電流が減少する。よって、上記発熱体２における消費電力が抑制される。
この結果、上記構成では、被加熱体に対して加熱が必要な部分のみを適切に加熱できることから、被加熱体としての滞留部位の凍結を防止できると共に無駄な電力の消費を抑制することができる。
さらに、上記構成では、可撓性を有する各止め具５が一対の各給電線３および各発熱体２を保持しているから、従来のような発熱体の側面と電線との半田による線状の接続と比べて、ヒータ本体１を撓ませた場合に生じる曲げ応力の少なくとも一部を、止め具５による各発熱体２および各給電線３の保持によって吸収できる。これにより、各発熱体２と各給電線３との間の電気的な接続に対する上記曲げ応力による悪影響を上記止め具５によって低減できる。
このことから、上記構成は、ヒータ本体１を撓めて用いた場合でも、容易に撓む給電線３と撓み難い発熱体２との接続を止め具５によって維持できる。このことにより、上記構成は、上記止め具５によって曲げに対して強い構造となっており、ヒータ本体１の曲率を大きくして用いることができるものとなっている。
これにより、上記構成では、例えば、被加熱体である水の滞留部位としての水道管の表面にヒータ本体１をらせん状に巻き付ける場合に、上記の表面にヒータ本体１を密着させて巻き付けることが可能となる。また、上記構成では、上記の表面に、その長さ方向に沿って密着させて用いる場合に、水道管等の曲がっている部分において給電線３がヒータ本体１と共に上記の部分に沿うように撓ませることが可能となる。これらの場合においても、発熱体２と給電線３との接続を止め具５によって、より安定に維持できるものとなっている。
その上、上記構成では、発熱体２によって温度変化が大きく、かつ、その温度変化が頻繁に生じても、そのような温度変化による曲げ応力の変化も、止め具５によって一部吸収できるので、各発熱体２と一対の給電線３との間の電気的な接続を維持できる。
さらに、上記止め具５は、発熱体２を厚さ方向の両側から挟むように把持して各電極７と止め具５とを電気的に接続するために２組の１対の各発熱体把持片（第１保持片）３３と、給電線３の周方向に沿って上記給電線３をそれぞれ挟むように形成された１対の各給電線把持片（第２保持片）３４とを互いに背向するようにそれぞれ備えている。
また、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６が半田付けにて接続されており、電気供給コード６から各給電線３および各止め具５を介して、発熱体２に電力が供給されるようになっている。
このような各発熱体２、各給電線３および各止め具５により長尺な発熱ユニット１０が形成されている。このような発熱ユニット１０を、前記の熱可塑性樹脂からなる被覆部材４の押出成形によって形成したヒータ本体１内に封入することにより、上記発熱ユニット１０は、ヒータ本体１内に支持されると共に外部と絶縁した状態を維持できるものとなっている。
このようなヒータ本体１は、容易に撓ませることができるので、水道管等の水が滞留する滞留部位の湾曲した表面に沿わせることが容易にできる。このように沿わせた状態にて、各発熱体２に通電すると、上記各発熱体２がそれぞれ発熱し、その熱がヒータ本体１の表面に伝達される。
このとき、上記熱が、被覆部材４よりも熱伝導性が大きい各給電線３に介しても伝達されることから、上記ヒータ本体１の表面をより均一に加熱することが可能となる。これにより、上記構成は、前記滞留部位をヒータ本体１によって迅速に加熱できるものとなっている。
その上、上記構成は、止め具５によって各発熱体２と給電線３との電気的な接続を、撓ませた状態においても、確実に維持できて、上記滞留部位の加熱を安定化できるものとなっている。
すなわち、上記構成によれば、給電線３に上記発熱体２が各止め具５の各給電線把持片３４を介して接続され、かつ、上記各給電線把持片３４が給電線３の周方向に沿って給電線３をそれぞれ挟むように形成されているから、従来のような半田による発熱体の側面の全体にわたる給電線との線状の接続と比べて、給電線３の長さ方向における給電線３と給電線把持片３４との接触長さをより小さくできて、従来より点接触に近づけることが可能となる。
このため、上記構成では、ヒータ本体１を曲率を有する被加熱体に沿わせるために撓ませて用いた場合、給電線３がヒータ本体１と共に撓んだ際に生じる給電線把持片３４に対する曲げ応力による給電線３と給電線把持片３４との接続に対する悪影響を従来より軽減することができる。
これは、上述したように給電線３と給電線把持片３４との接続がほぼ点接触にできることと、給電線３と各給電線把持片３４との電気的な接続が上記各給電線把持片３４のかしめによることとから説明できる。
その上、止め具５が可撓性を有することから上記止め具５が半田や発熱体２と比べてより容易に撓むことができることにより、前記曲げ応力による給電線３と給電線把持片３４との接続に対する悪影響をさらに軽減することができる。
このことから、上記構成では、ヒータ本体１を撓めて用いた場合、発熱体２が発熱を繰り返して止め具５の温度が大きく、かつ頻繁に変動しても、容易に撓む給電線３と撓み難い発熱体２との電気的な接続を維持できる。
このことから、上記構成は、温度変化の大きい環境下においても、止め具５の給電線把持片３４によって、ヒータ本体１を撓ませて用いた場合に対して電気的な接続を維持できる強い構造となっており、ヒータ本体１の曲率を大きくして用いることができる。
これにより、上記構成では、例えば、被加熱体である水の滞留部位としての水道管の外部にヒータ本体１をらせん状に巻き付けて用いる場合に、水道管の外周にヒータ本体１を密着させて巻き付けて用いることが可能となり、また、水道管の長さ方向に沿って水道管に密着させてヒータ本体１を使用する場合に、水道管の曲がっている部分に沿わせてヒータ本体１と共に給電線３が撓んでも発熱体２と給電線３との接続をより確実に維持できるものとなっている。
次に、上記ヒータの製造方法について説明する。まず、止め具５の作製方法について説明すると、図３（ａ）に示すように、金属板のプレスによる打抜き加工で、スリット溝を有し、長方形状の底面部３２の各長辺に対して左右対象となるように形成された平板材３１を、折曲げ線Ｌｖに沿って順次折り曲げるという簡素な工程によって、図３（ｂ）に示すように、底面部３２、各発熱体把持片３３および各給電線把持片３４を有する形状に形成される。なお、上記止め具５の素材には、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、例えば銅等の金属板が適している。
続いて、止め具５を用いて前記発熱ユニット１０が作製される。まず、図４に示すように、発熱体２の電極７が形成されている部分を、各発熱体把持片３３が各電極７に当接するように発熱体２の厚さ方向の両端面側から挟み込み、発熱体２を挟み込んだ上記各発熱体把持片３３を互いに近づける方向にかしめて、図５に示すように、止め具を発熱体２に取り付ける。なお、このとき、必要に応じて、各発熱体把持片３３が互いに対抗した内面上に予めクリーム半田等を塗布してもよい。
その後、図６に示すように、発熱体２の外方へ突出する片となる各給電線把持片３４に給電線３を通した後、上記各給電線把持片３４を互いに近づける方向にかしめることにより、図７に示すように、上記各給電線把持片３４を給電線３の周方向に沿わせてそれぞれ上記各給電線把持片３４が給電線３を挟み込んで把持するようになる。なお、このとき、必要に応じて、給電線把持片３４を給電線３に対してスポット溶接してもよい。
このようにして上記各止め具５の各給電線把持片３４に各給電線３をそれぞれ通し、上記各給電線把持片３４を上記各給電線３に対し、把持によってそれぞれ固定することにより、図８に示すように、上記止め具５を介して上記各発熱体２を各給電線３間に順次挟んだ長尺な発熱ユニット１０が作製される。このような発熱ユニット１０は、図９に示すように、巻取ドラム１１にロール状に巻き取られる。
このような発熱ユニット１０を有するヒータは、熱可塑性樹脂の押出成形の方法を用いて作製される。まず、図１０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等の熱可塑性樹脂４’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、上記発熱ユニット１０を、押し出される各熱可塑性樹脂４’間に順次挟み込むことにより、上記成形体の長さ方向に沿って上記成形体内に封入する。
このとき、各熱可塑性樹脂４’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、発熱ユニット１０は、ニップル１３ｂ内を通過することにより、各熱可塑性樹脂４’が各発熱体２の長さ方向の両端面に向かうように発熱ユニット１０に対してそれぞれ押し出される。
その際に、ニップル１３ｂ内の発熱ユニット１０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４’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４’が、迅速に発熱ユニット１０に密着すると共に、互いに一体化するようになっている。
このようにして発熱ユニット１０を挟んで各熱可塑性樹脂４’が一体化した後、図９に示すように、水冷槽１４内にて水冷することにより、上記発熱ユニット１０を有する帯状のヒータ本体１が形成される。このようなヒータ本体１は、巻取ドラム１５にロール状に巻き取られる。
このように上記方法では、発熱ユニット１０の作製を容易に自動化でき、また、上記発熱ユニット１０を熱可塑性樹脂の押出成形によって連続的にヒータ本体１内に封入できる。
その上、発熱ユニット１０や得られたヒータ本体１をロール状に巻き取ることができるから、特に長さの制限がない上記発熱ユニット１０を封入したヒータ本体１を作製する際に、圧縮成形を用いた場合のようにヒータ本体１の長さに応じた金型を用いる必要がなく、省スペース化が可能となる。この結果、上記方法では、ヒータ本体１を作製することが容易となる。
さらに、上記方法では、発熱体２と各止め具５の各発熱体把持片３３との当接と、上記各止め具５の各給電線把持片３４と各給電線３との当接とによって上記発熱体２が各給電線３にそれぞれ接続され、かつ、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３３が発熱体２に、かつ、各給電線把持片３４が各給電線３に押圧されながら発熱ユニット１０がヒータ本体１内に封入される。
このことから、上記方法では、発熱体２と各止め具５の各発熱体把持片３３との、かつ、上記各止め具５の各給電線把持片３４と各給電線３との接続が、ヒータ本体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本体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、上記方法では、発熱体２を止め具５の各発熱体把持片３３間に嵌め込み、かつ、給電線３を上記止め具５の各給電線把持片３４間に嵌め込んだ後、それらをかしめることにより、発熱体２を各給電線３に各止め具５を介して接続して発熱ユニット１０を作製することができる。
このことにより、上記方法では、嵌め込んだり、かしめたりという自動化し易い工程を用いることができ、その上、半田付けの工程を上述のように省くことができることから、発熱体２を各給電線３に接続した発熱ユニット１０の作製を容易に自動化できる。
その上、そのように自動化により省力化されて作製できる発熱ユニット１０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本体１を作製できるから、上記発熱ユニット１０を封入したヒータ本体１を特に長さの制限がなく作製することが容易となる。
これらのことから、上記方法では、長尺な上記ヒータ本体１の連続的な作製を自動化して簡素化できるから、上記ヒータ本体１の製造コストを軽減することが可能となる。
なお、上記実施の形態１の構成では、図１１に示すように、上記発熱体２における発熱体把持片３３と面する各陵を予め面取りした面取り部２ａを形成してもよい。これにより、上記発熱体２がセラミックスからなることから硬質で脆いものであるので、上記各発熱体把持片３３により発熱体２を挟むため発熱体２を各発熱体把持片３３間に挿入するときに上記面取り部２ａによって発熱体２の陵となる角部の欠損やひび割れを防止できる。
このことから、上記のように予め面取りとした構成では、上記面取り部２ａに近接した位置にある発熱体２の電極７に対する上記の欠損等による悪影響を回避できるから、ヒータ本体１内に封入された発熱体２の発熱をさらに安定化できて、確実に発熱するヒータ本体１をより安定に作製することが可能となる。
さらに、上記の実施の形態１の構成に対し、図１２に示すように、発熱体２における押出方向の両端面の各陵を面取りした面取り部２ｂを形成してもよい。これにより、発熱体２が押出成形時にダイ１３ａやニップル１３ｂに接触して、発熱体２が欠損することを面取り部２ｂによって回避できるので、同様にヒータ本体１内に封入された発熱体２の発熱をさらに安定化できて、確実に発熱するヒータ本体１をより安定に作製することが可能となる。
次に、上記発熱体２の素材について説明すると、発熱体２は、正特性サーミスタの特性であるＰＴＣ（Positive Temperature Coefficient）特性を有するセラミックス半導体からなる素材、例えばチタン酸バリウム等を主原料としたセラミックス半導体からなり、室温からキュリー温度Ｔc（抵抗急変温度）までは低抵抗であるが、キュリー温度Ｔcを越えると急峻に抵抗値が増大する特性を有する感熱素子である。
この特性により、発熱体２は、キュリー温度Ｔcを下回る低温下において電圧が印加されると、最初は、低温であるために抵抗値が小さいため大電流が流れ、この結果、急激に温度が上昇する。一方、温度がキュリー温度Ｔcを越えると抵抗値が急峻に増大し、流れる電流値が低下して発熱量が減少することにより、一定温度以上には温度が上がらず、温度を安定に保つこととなる。すなわち、発熱体２は自己温度制御機能を有している。
なお、上記発熱体２は、材料組成によりキュリー温度Ｔcをおよそ−15〜250℃の範囲で任意に設定することができる。発熱体２のキュリー温度Ｔcは、ヒータ本体１の厚さや各発熱体２の間隔および被加熱体の熱容量に合わせて設定すればよいが、本実施の形態１では40℃〜50℃に設定されている。
上記のようにヒータ本体１は、所定の間隔に配置された個々の発熱体２が外気の温度に対応して抵抗値が迅速に上昇（または低下）する。すなわち、水道管の周囲の外気温が常温より低い、例えば氷点温度未満の部位においては、その部位に位置する発熱体２の抵抗値は小さくなり、電流が流れ易くなって水道管等の被加熱体の水の滞留部位が加熱されて、上記滞留部位の水の凍結が防止される。
一方、外気温が高い部位となる滞留部位では、その部位に位置する発熱体２の抵抗値は大きくなり、流れる電流が減少して発熱量が減少し、一定温度を保つと共に発熱体２の消費電力を低減できる。
このように、加熱が必要な部位のみを部分的に加熱することができるので、ヒータ本体１全体としての消費電力を従来よりも低下させることができ、水道管等の水の滞留部位内の水の凍結防止のための維持費用である電気料金を従来より抑制できるものとなっている。
この結果、上記構成では、水道管等の水の滞留部位等の被加熱体の加熱を必要な箇所のみに対して加熱でき、かつ、ヒータ本体１を曲げて用いた場合でも温度が大きく変動する発熱体２への給電不良を回避できるから、無駄な電力の消費を抑制することが可能となると共に、発熱体２による加熱を安定化できるから被加熱体としての滞留部位の水の凍結をより確実に防止できるようになっている。
なお、上記実施の形態１では、電極７を発熱体２の厚さ方向の両端面にそれぞれ設けた例を挙げたが特に上記に限定されることはなく、例えば図１３に示すように、電極７を止め具５における発熱体把持片３３および底面部３２の双方と当接し得るように断面コの字状に発熱体２の両側部にそれぞれ形成してもよい。これにより、止め具５と発熱体２との当接面積を増加させることができるから、上記両者間の電気的接続を確実化できる。
また、図１４に示すように、電極７を、止め具５における底面部３２とを囲んで当接し得るように、長さ方向における発熱体２の両側面にそれぞれ形成してもよい。このような各電極７の形成位置により、有効な電極面積を増加させることができるので、発熱体２における低温時の抵抗値を低減できることから、印加電圧を低くでき、かつ、電極７用の銀ペーストの使用量を抑制できて製造コストを削減できる。
さらに、図１５に示すように、上記電極７を、止め具５の発熱体把持片３３に当接し得る発熱体２における厚さ方向の片面上に、かつ、発熱体２におけるヒータ本体１の長さ方向の両側に、上記長さ方向に沿う帯状にそれぞれ形成してもよい。これにより、上記の片面を被加熱体に向けてヒータ本体１を用いることにより、上述したように被加熱体を迅速に加熱でき、かつ、電極７用の銀ペーストの使用量をさらに抑制できて製造コストを削減できる。
さらに、図１６に示すように、必要に応じて、給電線把持片３４と給電線３とを半田１６で固定し、また、給電線把持片３３および底面部３２と発熱体２の電極７と当接する部分については、導電性を有する粘着テープや接着材を用いて接着したり、あるいは半田付けを行うことによって固定してもよい。
このように発熱体２と給電線３とを止め具５によって接合し、さらに給電線３と止め具５とを半田１６で固定することによって、給電線３と発熱体２との接続強度をより改善できる。
このことから、ヒータ本体１を水道管にらせん状に巻き付けたり、水道管の長さ方向に沿って圧着させたりする際の給電線３のたわみによって生じる応力に対してより強い接続強度を発揮できて、曲げに対してより強い構造とすることができるので、発熱体２と給電線３との接続部分が外れることをさらに防止することができ、さらに、発熱体２と給電線３とが電気的により確実に接続された状態となっているので、水の滞留部位の加熱を効率よくより確実に行うことが可能となる。
また、上記実施の形態１では、止め具５の各給電線把持片３４が互いに背向するようにヒータ本体１の幅方向に外片に突出するようにそれぞれ形成されていたが、上記に特に限定されるものではなく、上記給電線把持片３４に代えて、例えば図１７（ａ）に示すように、給電線３を全周にわたって囲んで当接するリング状の給電線把持環３５を設けてもよい。このような給電線把持環３５の形状により、給電線３に対して外部より機械的な外力が印加されても、給電線３が給電線把持環３５から外れ難く、給電線３と止め具５との電気的な接続をより確実なものとすることができる。
さらに、上記給電線把持片３４に代えて、図１７（ｂ）に示すように、断面Ｌ字状の給電線把持片３６を、止め具５の底面部３２の中央部から外方に突出するように設けてもよい。このような給電線把持片３６により、止め具５を取り付けた発熱体２を、上記給電線把持片３６が容易に給電線３に係止できるので、一対の給電線３間に容易に取り付けることが可能となる。
さらに、上記給電線把持片３４に代えて、図１７（ｃ）に示すように、断面Ｌ字状の給電線把持片３７を、一方の発熱体把持片３３から外方に延びるように設けてもよい。このような給電線把持片３７により、止め具５を取り付けた発熱体２を、上記給電線把持片３７が容易に給電線３に係止できるので、一対の給電線３間に容易に取り付けることが可能となる。
さらに、上記給電線把持片３４に代えて、図１７（ｄ）に示すように、一方の発熱体把持片３３から底面部３２の表面に沿った外方に延びる一対の給電線把持片３８を設けてもよい。
なお、上記各図１７（ｂ）〜（ｄ）に示した各給電線把持片３６・３７・３８を設けた場合、各給電線３を挿入するためには、上記各給電線３の間隔を広げなくとも上方から落とし込むだけでよく、給電線３に対する取り付け作業を簡素化できる。
また、上記実施の形態１の止め具５では、給電線把持片３４と発熱体把持片３３とが互いに背向するように設けた例を挙げたが、上記止め具５に代えて、例えば図１８に示すように、断面コの字状の止め具５を用いてもよい。このような止め具５では、給電線３を保持する保持片３９が、その先端をさらに延ばして発熱体２の各電極７と当接できるように形成されている。このような止め具５の構造では、その構造が簡素化されることにより上記止め具５の作製が容易となる。
さらに、上記各保持片３９に、図１９（ａ）に示すように、互いに近接するように順次絞り込んだテーパー部３９ａをそれぞれ形成してもよい。このようなテーパー部３９ａによって、給電線３をより強固に保持できる。
また、上記各保持片３９に、図１９（ｂ）に示すように、互いに間隔が小さく設定された給電線用保持部３９ｂをそれぞれ形成してもよい。このような給電線用保持部３９ｂによって、給電線３をより強固に保持できる。
さらに他の保持片３９として、図１９（ｃ）に示すように、止め具５における一方の保持片３９に底面部３２の表面に沿った方向の外方に膨らんだ給電線用保持部３９ｃをそれぞれ形成してもよい。このような給電線用保持部３９ｃによって、給電線３をより強固に保持できると共に、給電線３の幅の分だけ、得られたヒータ本体１の幅を小さく設定できるものとなっている。
また、上記実施の形態１では、止め具５を金属板の打ち抜き加工から作製した例を挙げたが、例えば図２０に示すように、電極７を有する発熱体２の端部を嵌合によって保持する発熱体嵌合部４４および給電線把持片３４を有する止め具５を鋳物により作製してもよい。なお、上記発熱体嵌合部４４は発熱体把持片３３に相当するものである。
さらに、上記実施の形態１の製造方法では、ヒータ本体１を押出成形により作製した例を挙げたが、例えば図２１ないし図２４に示すように、塩化ビニル系樹脂等の熱可塑性樹脂の各シート４１間に発熱ユニット１０を挟んで、上記各シート４１を互いに加熱ロール４２により熱圧着することにより、発熱ユニット１０が封入されたヒータ本体１を作製してもよい。
このような方法により、上記ヒータ本体１を巻取ロール４３に巻き取ることができるので、前述と同様にヒータ本体１の作製が容易となり、その上、各シート４１を加熱圧着するだけであるので、押出機を用いる場合と比べて製造工程を簡素化できる。
なお、上記方法では、シート４１の素材として、塩化ビニル系樹脂を用いた例をあげたが、例えば自己融着性のあるブチルゴムをシート４１の素材として用いてもよい。
この場合、発熱ユニット１０における発熱体２の厚さ方向の両側から、発熱ユニット１０を一対のシート４１にて挟み、上記発熱ユニット１０の周囲を押さえて成形すると、シート４１の自己融着性によって、各シート４１同士が互いに接着して一体化して、発熱ユニット１０が各シート４１にて被覆されたヒータ本体１が得られる。
したがって、上記方法では、発熱ユニット１０を被覆するために各シート４１間を接着したり、その接着のための接着材を乾燥したりする手間を省くことができ、製造工程を簡略化することができる。
〔発明の実施の形態２〕
本発明の他の実施の形態を実施の形態２として図２５に基づいて以下に説明する。なお、上記の実施の形態と同様の機能を有する部材には、同一の番号を付し、その説明を省略する。
本実施の形態２のヒータでは、図２５に示すように、各発熱体２、各給電線３および各止め具５で構成される発熱ユニット１０を露出して保持する支持体４０がヒータ本体１７に設けられている。上記支持体４０は、塩化ビニル系樹脂等の熱可塑性樹脂から形成されている。
このように発熱ユニット１０を支持体４０に貼り付ける場合、給電線３の裏側には、図示しない粘着テープまたは接着材が取り付けられており、この粘着テープまたは接着材により、給電線３と支持体４０とは互いに動かないように固定されることで、上記発熱ユニット１０は安定した形で支持体４０に保持されるものとなっている。
本実施の形態２の構成において、支持体４０は上記発熱ユニット１０の一方の面のみに設けられている。これにより、ヒータ本体１７を水道管の軸方向に沿うように水道管の外周面にらせん状に巻き付け、その上から例えばグラスウール、絶縁テープでカバーを施した場合、凸の部分が片面のみに集中していることにより、上記発熱ユニット１０の全面を覆った場合に比べ、撓み易くなっている。
したがって、本実施の形態のヒータ本体１７は、曲率の大きい、すなわち径の小さい水道管であっても、その軸方向に沿って水道管の外周面にらせん状に無理なく巻き付けることができる。また、上記のようにらせん状に巻き付けるのでなく、水道管の長さ方向に沿って水道管に密着させてもよい。
また、上記発熱体２の片面は、上記支持体４０により被覆されておらず露出した状態である。これにより、上記発熱体２は、外気温の変化に対してより素速く感応し、その抵抗値をより速く変化させることが可能なものとなっている。したがって、水道管における湾曲した表面を上記各発熱体２によって迅速に加熱でき、水道管内の水の凍結を確実に防止することができる。
〔発明の実施の形態３〕
本発明のさらに他の実施の形態を実施の形態３として図２６ないし図３２に基づいて以下に説明する。なお、前記の実施の各形態と同様の機能を有する部材には、同一の番号を付し、その説明を省略する。
本実施の形態３のヒータでは、上記止め具５に代えて、図２６ないし図２８に示すように、押出成形の押出方向に対する発熱体２の前部側および後部側を覆うように突出して、上記発熱体２を保護する保護片３５を有する止め具５’が用いられている。
上記保護片３５は、図２９（ｂ）に示すように、押出方向に沿って前方と後方に延びて突出する突出片３５ａを、先端に向かって順次、発熱体２の厚さ方向の長さが小さくなるテーパー形状にてそれぞれ有している。
その上、上記保護片３５は、突出片３５ａにおける発熱体２の厚さ方向の両辺と、その突出片３５ａの先端片から、発熱体２の押出方向の両端面上に延びる延出片３５ｂをそれぞれ備えている。このような止め具５’は、図２９（ａ）に示すように、前述した打ち抜き加工による金属板３１を折り曲げることにより容易に作製される。
ところで、図３０に示すように、直方体形状の各発熱体５２を、各給電線５３と共に熱可塑性樹脂５４’の押出成形によりコード状の被覆部材５４内に封入する場合、押出時の振動により発熱体５２が上記押出口となるダイ５８の中心部からずれ、押出機の押出方向Ｂに対して発熱体５２の前部側が、押出口にあるニップル５９やダイ５８に接触することが生じる。これにより、硬質で脆い発熱体５２が接触により破損して発熱しなくなり、局部的にヒータとしての機能を発揮できないという問題が生じることがあった。
しかしながら、本実施の形態３の構成では、保護片３５が発熱体２の前部側を覆うことによって、図３１に示すように、硬質な発熱体２が、押出成形時に前述のニップル１３ｂやダイ１３ａに接触する程に近接しても、各止め具５’の保護片３５が発熱体２とニップル１３ｂやダイ１３ａとの間に介在するから上記発熱体２が上記保護片３５により保護される。したがって、上記構成では、上記発熱体２の破損を防止できる。
一方、上記発熱体２の後部側を保護片３５により覆うことによって、ダイ１３ａの間を通過する際の、熱可塑性樹脂４’の弾性圧縮の範囲を、止め具５’のより広い面積にて分散させることにより、上記弾性圧縮による発熱体２の位置の変動を抑制できるので、発熱体２の位置を、よりヒータ本体１の中央部となるように制御できる。
なお、上記止め具５’の他の形状の例を図３２に止め具５”として示す。この止め具５”は共に、押出成形の押出方向に対して発熱体２の前部側及び後部側にコの字状の折り曲げた部分が省かれているので、上記止め具５”は図２９に示す止め具５’より作製の工数を低減できて、作製の手間を軽減できるものとなっている。
〔発明の実施の形態４〕
本発明のさらに他の実施の形態を実施の形態４として図３３ないし図３９に基づいて以下に説明する。なお、前記の実施の各形態と同様の機能を有する部材には、同一の番号を付し、その説明を省略する。
本実施の形態４のヒータでは、略直方体形状の上記発熱体２に代えて、図３３および図３４に示すように、押出方向における一端に向かって順次厚さが薄くなるように形成された発熱体２’を用いている。上記発熱体２’では、断面が二等辺三角形となる三角柱の二等辺に挟まれた各面が外方へ膨らみを有するように形成されている。その上、本実施の形態４の場合には、各発熱体２’は、押出方向Ａに対して発熱体２の厚さの薄くなる側が後方となるように配置されている。
ところで、従来では、図３５および図３６に示すように、発熱体５２が直方体形状のため、そのような発熱体５２を、被覆部材となる熱可塑性樹脂５４の押出成形によりコード状の本体５１内に封入する際、熱可塑性樹脂５４の被覆にむらが生じることから、本体５１の表面上に凸部Ｃが形成されていた。そのため被加熱体に対する本体５１の密着性が低下して、発熱体５２の加熱効率が劣化することがあった。
しかしながら、上記実施の形態４の構成では、図３４に示した発熱体２’を用いることにより、図３７に示すように、押出成形時において、発熱体２’の後部側で、被覆部材４となる熱可塑性樹脂が存在し得る空間が、発熱体２’の前部側に比べて順次大きくなる。このことから、発熱体２’の押出時における熱可塑性樹脂の弾性圧縮の後方への伝達が緩和され、ヒータ本体１の表面上に凸部を形成することが従来より抑制される。
これにより、上記構成では、ヒータ本体１上での凹凸の形成を防止できて、上記ヒータ本体１の表面を、より平滑化できる。よって、上記構成は、上記ヒータ本体１における被加熱体への密着性を改善できるから、各発熱体２’による加熱効率をより向上できるものとなっている。
さらに、従来では、図３６に示す熱可塑性樹脂５４における被覆のむらの状態が著しい場合、外観が劣化したり、被覆むらによる熱伝達効率が低下したりするという問題が生じることがあった。
このような問題に対し、各発熱体５２が直方体形状であっても、それらの厚さを薄くすることで上記の樹脂被覆のむらは回避できるが、セラミックスからなる発熱体５２を薄く形成すると、硬質で、脆い上記発熱体５２に対して破損が起こり易くなる。よって、このような各発熱体５２を有するヒータでは、発熱が不安定になり易いという問題が生じる。
しかしながら、本実施例の構成では、樹脂の被覆のむらを回避し、しかも発熱体２’の厚さを薄くする必要がないので、発熱体２’の強度も確保できて、従来の外観の劣化、熱伝達効率の低下や発熱の不安定性という各問題を防止できる。
このような発熱体２’を用いる場合、前記実施の形態１に記載の止め具５に代えて、図３８に示す止め具５”’が用いられている。上記止め具５”’では、流線形の発熱体２’の湾曲部を把持するよう折り曲げるとき歪みが生じないよう図３８（ａ）のＬｗに示すように、開口部から中に向かって、切り口の幅が小さくなるように切込みＬｗが形成されている。
上記の止め具５”’を折り曲げ線Ｌｖに沿って折り曲げた際、発熱体把持片３３と底面部３２とが隙間なく接するよう打抜き加工するため、切込み箇所には敢えて導電性を有する粘着テープまたは接着剤を用いて接着をしたり、半田付けをしたりすることによって固定する必要は必ずしもない。
上記のように形成された止め具５”’を用いて、図３３に示すように、各給電線３と各発熱体２’を接続する場合、発熱体２’の電極７が形成されている部分を、発熱体把持片３３・３３が電極７に当接するように挟み込んだ後、発熱体２’の外側へ突出する形となる給電線把持片３４に給電線３を挟み込み、さらに、給電線把持片３４を給電線３の周方向に沿うよう曲げて、給電線把持片３４が給電線３を把持するようにする。
なお、給電線把持片３４と給電線３とを半田で固定し、また、発熱体把持片３３および底面部３２と発熱体２’との当接する部分については、導電性を有する粘着テープまたは接着材を用いて接着したり、半田付けをしたりすることによって固定してもよい。上記のように、止め具５”’を用いて発熱体２’と給電線３とを接合することにより、給電線３と発熱体２’との接合強度が高められる。
なお、発熱体２’はその他、図３９（ａ）、図３９（ｂ）、図３９（ｃ）、図３９（ｄ）のような形状であってもヒータ本体１の表面上に凸部が形成することを抑制できる。それぞれの特徴を説明すると図３９（ａ）、図３９（ｃ）の場合、発熱体２ｅ、２ｃの後方だけではなく前方に対しても熱可塑性樹脂４’に対する被覆時の圧迫が低減され、図３４に示す発熱体２’よりヒータ本体１上に凸部Ｃが形成されるのを防ぐことが可能となる。
また、図３９（ｂ）、図３９（ｄ）の場合、発熱体２ｆ、２ｄの後方が丸みを帯びており、図３４の発熱体２’に対して、不測の衝撃による角部の欠損不良を減少することができる。
また、前記被覆部材４としては、電気絶縁性、可撓性および耐候性を有する材料を用いることができる。なお、上記耐候性とは、耐熱性および耐寒性に優れて、例えば50℃程度の加熱と−10℃程度の冷却が繰り返されても、物性の変化が少ない特性をいう。
上記被覆部材４および支持体４０のゴム材料の例としては、前述した塩化ビニル系樹脂の他に、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、フッ素樹脂ゴム等を挙げることができる。
また、上記被覆部材４および支持体４０の樹脂材料の他の例としては、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン等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、ポリイミド樹脂等を挙げることができる。
また、前記の各形態１〜４における各止め具５等の素材としては、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、アルミニウム等を用いることが可能である。
なお、上記実施の各形態の構成は、どのような水道管に対しても用いることができるが、特に、東北南部や信州の寒冷地において用いられている鉄等の鋳物からなる水道管に対して最も好適に用いられる。
なぜならば、上記水道管は、その中の水が凍結した際に、高電流を流すことによって水道管自身を発熱させ、凍結した水を発熱によって溶融するためにも用いられており、よって、大きな熱伝導性を有することにより、線接触となる上記実施の各形態の構成からの熱を効率よく水道管全体に伝達するからである。
また、上記実施の各形態では、本願発明のヒータを適用する水の滞留部位として水道管を例に挙げたが、特にそれに限定されるものではなく、ポンプや、水槽、排水溝、排水管におけるＵ字状の水封部等の湾曲した外面に密着させて用いたり、水中に直接投入したり、線路の側部や道路の表層の下側に埋設して用いたりすることが可能であり、特に、道路のセンターラインの下側に埋設することにより、積雪時において上記センターラインの目視状況を向上できる。
産業上の利用可能性
本発明のヒータは、以上のように、水道管等の水の滞留部位等の被加熱体の加熱を正特性サーミスタである発熱体によって必要な箇所のみに対して加熱できて無駄な電力の消費を抑制することが可能となると共に、本体を撓ませて用いた場合でも温度が大きく変動する発熱体に対する給電不良を回避できるから、発熱体による加熱を安定化できて、被加熱体としての滞留部位の水の凍結をより確実に防止できるものとして有用であり、特に湾曲した被加熱体の表面を加熱するのに適している。
本発明の他のヒータは、さらに、保持部材に保護片を有することにより、上記ヒータを押出成形により製造する際、押出成形要の押出口のダイやニップルと発熱体との間に上記保護片を介在させることが可能となる。
このことにより、上記ヒータは、発熱体と上記ダイ、ニップルとの接触が保護片により防止されるので、発熱体の破損を回避でき、発熱体の損傷による加熱効率の劣化を軽減でき、上記ヒータの製造を安定化できるものとなる。
本発明のさらに他のヒータは、さらに、本体の押出方向に対する上記発熱体の後部側の厚さが薄くなるように形成されているため、上記本体に凸部を形成することを抑制できるものとなっている。
このことから、上記ヒータは、被加熱体に対する上記本体の密着性を改善でき、被加熱体に対する上記本体内に封入された発熱体の加熱効率を向上できるものとなっている。
したがって、上記ヒータは、被加熱体としての滞留部位の水の凍結をより確実に防止できるものとして有用であり、特に湾曲した被加熱体の表面を加熱するのに適している。
本発明のヒータの製造方法は、ロール状に巻き取ることが可能な発熱ユニットを熱可塑性樹脂の押出成形またはシート成形によって連続的に本体内に封入でき、得られた本体もロール状に巻き取ることが可能であるから、長尺な本体を作製することが容易となり、特に湾曲した被加熱体の表面を加熱するのに適しているヒータの製造を簡素化できるものとなっている。
【図１】
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【図２】
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【図３（ａ）】
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【図３（ｂ）】
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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（ａ）】
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【図１１（ｂ）】
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【図１２】
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【図１３（ａ）】
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【図１３（ｂ）】
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【図１４（ａ）】
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【図１４（ｂ）】
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【図１５（ａ）】
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【図１５（ｂ）】
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【図１６】
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【図１７（ａ）】
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【図１７（ｂ）】
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【図１７（ｃ）】
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【図１７（ｄ）】
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【図１８（ａ）】
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【図１８（ｂ）】
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【図１９（ａ）】
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【図１９（ｂ）】
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【図１９（ｃ）】
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【図２０（ａ）】
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【図２０（ｂ）】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９（ａ）】
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【図２９（ｂ）】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２（ａ）】
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【図３２（ｂ）】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８（ａ）】
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【図３８（ｂ）】
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【図３９（ａ）】
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【図３９（ｂ）】
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【図３９（ｃ）】
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【図３９（ｄ）】
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【図４０（ａ）】
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【図４０（ｂ）】
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【図４１】
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