(57)【要約】  【課題】  もっと優れたもっと有利な全体的な結果を提供する一方で、上記欠点および他の欠点を克服する改良形自己調整型ヒータ・アセンブリを提供すること。  【解決手段】  自己調整型正温度係数（ＰＴＣ）のヒータ・アセンブリおよびヒータ・アセンブリの製造方法。ＰＴＣヒータ・アセンブリは、少なくとも１つのＰＴＣ発熱素子および１対の間に間隔を有する電極を含む。各電極は、相互間に間隔を有する１対の電極の第１の側面を含む。この場合、少なくとも１つのＰＴＣ素子は、１対の電極間に位置していて、１対の電極により支持され、電力の供給を受ける。少なくとも１つのＰＴＣ素子は、間に間隔を有する１対の電極の縦軸をほぼ横切る方向を向いている。電気的に絶縁性で熱伝導性の界面パッドが、１対の電極のうちの少なくとも１つの第１の側面と、ＰＴＣ素子の壁部との間に挿入されていてこれらに隣接している。それぞれが１対の各電極に接続している１対の電力リード線が、１対の電極に電力を供給する。【選択図】      図１
2006190639.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つの正温度係数（ＰＴＣ）の発熱素子と、
それぞれが相互に離間している第１の側面を含む１対の離間した電極と、  
前記電極対のうちの少なくとも１つの前記第１の側面と前記ＰＴＣ素子の壁部との間に挿入され且つ隣接している導電性で熱伝導性の界面パッドと、
各々が前記電極対の各々に電力を供給するように前記電極対の各々に接続している第１の電力リード線対とを備え、前記少なくとも１つのＰＴＣ素子が、前記電極対間に位置していて、支持され、電力の供給を受け、前記離間した電極対の長手方向の軸をほぼ横切る方向を向いていることを特徴とする、自己調整型ヒータ・アセンブリ。
【請求項２】
前記少なくとも２つのＰＴＣ素子が充填材料を通って延びるように、前記電極対の前記第１の側面の間に電気的に絶縁性で熱伝導性の前記充填部材が設けられた請求項１に記載の自己調整型ヒータ・アセンブリ。
【請求項３】
前記電極対を囲む外装と、前記外装を囲む保護スリーブとをさらに備える請求項１に記載の自己調整型ヒータ・アセンブリ。
【請求項４】
前記外装と各電極の第２の側面との間に少なくとも１つの電気的に絶縁性のスペーサ部材をさらに備える請求項３に記載の自己調整型ヒータ・アセンブリ。
【請求項５】
各電極の前記第２の側面が、前記少なくとも１つの絶縁性スペーサ部材の一部を収容するための少なくとも１つの凹部を含み、前記凹部が、前記凹部内に前記少なくとも１つの絶縁性スペーサ部材を固定するための少なくとも１つの戻り止めを含む請求項４に記載の自己調整型ヒータ・アセンブリ。
【請求項６】
前記凹部が、前記少なくとも１つの絶縁性スペーサ部材を外側に押すためのバイアス部材を含む請求項４に記載の自己調整型ヒータ・アセンブリ。
【請求項７】
各電極の前記第１の側面が、前記ＰＴＣ素子の一部を収容するための少なくとも１つの凹部を含む請求項１に記載の自己調整型ヒータ・アセンブリ。
【請求項８】
各電極の前記第２の側面が、押しねじを収容するためのねじ付き孔を含み、前記押しねじが、前記電極との電気的接続を確実に行うために、各電力リード線と接触している請求項１に記載の自己調整型ヒータ・アセンブリ。
【請求項９】
離間した複数の加熱部を備え、各加熱部が、
少なくとも１つの正温度係数（ＰＴＣ）の発熱素子と、
それぞれの電極がほぼ平らな第１の側面および第２の側面を有する前記少なくとも１つのＰＴＣ素子を支持し、電力を供給するための離間した１対の電極と、
前記少なくとも１つのＰＴＣ素子の表面と接触していて、前記少なくとも１つのＰＴＣ素子と前記電極対の各々との間に配置されている導電性で熱伝導性の界面パッドと、
前記複数の加熱部の隣接する加熱部の間に位置する電気的に絶縁性で熱伝導性のセグメント間隔部材と、
それぞれが前記各加熱部に電力を供給するために、前記離間した複数の加熱部の各々の前記電極の各々に接続している少なくとも１対の電力リード線とを備える自己調整型ヒータ・アセンブリ。
【請求項１０】
各加熱部の一部の周囲に位置する、電気的に絶縁性で熱伝導性の充填材料をさらに含む請求項９に記載の自己調整型ヒータ・アセンブリ。
【請求項１１】
前記ヒータ・アセンブリを収容している金属性外装と、
前記金属性外装を囲んでいる保護スリーブとをさらに備える請求項９に記載の自己調整型ヒータ・アセンブリ。
【請求項１２】
各加熱部が、各電極と前記金属性外装との間に位置する少なくとも１つの電気的に絶縁性のスペーサ部材をさらに備える請求項１１に記載の自己調整型ヒータ・アセンブリ。
【請求項１３】
各電極の前記第２の側面が、前記少なくとも１つの絶縁性スペーサ部材の一部を収容するための少なくとも１つの凹部を含む請求項１２に記載の自己調整型ヒータ・アセンブリ。
【請求項１４】
各電極の前記第２の側面が、押しねじを収容するためのねじ付き孔を含み、前記押しねじが、前記電極との電気的接続を確実に行うために、前記電力リード線と接触している請求項９に記載の自己調整型ヒータ・アセンブリ。
【請求項１５】
複数の正温度係数（ＰＴＣ）の発熱素子を供給するステップと、
各電極が、前記電極に電力を供給するための少なくとも１つの関連する電力リード線を収容するための少なくとも１つの開口部を含む、前記複数のＰＴＣ素子に電力を供給するための複数の電極を供給するステップと、
前記電極対の長手方向軸に対してある角度で、前記複数の電極の各対の間に少なくとも１つのＰＴＣ素子を設置するステップと、
その間にほぼ均一な電気的接触を確立し、維持するために、前記少なくとも１つのＰＴＣ素子に対して前記１対の電極を押しつけるステップとを含む自己調整型ヒータ・アセンブリを製造するための方法。
【請求項１６】
複数の導電性で熱伝導性の界面パッドを供給し、前記電極対の各電極の平らな第１の側面と各ＰＴＣ素子との間に、各界面パッドを挿入するステップをさらに含む請求項１５に記載の自己調整型ヒータ・アセンブリの製造方法。
【請求項１７】
少なくとも１つの関連する電力リード線上で、前記複数の電極を一列に並べるステップをさらに含む請求項１５に記載の自己調整型ヒータ・アセンブリの製造方法。
【請求項１８】
複数の縦方向に間に間隔を有する加熱部を備える細長いヒータ・アセンブリであって、各加熱部が、
離間した１対の電極と、
それぞれが前記離間した電極対の高さより低く、前記電極対と電気的にも熱的にも接触している前記離間した電極対の間に固定されている複数の正温度係数（ＰＴＣ）の発熱素子と、
前記離間した複数の加熱部の隣接する加熱部の間に位置する、電気的に絶縁性で熱伝導性のセグメント間隔部材と、
前記離間した複数の加熱部を収容している金属性外装と、
前記金属性外装と前記複数の各加熱部との間に位置する電気的に絶縁性で熱伝導性の充填材料と、
それぞれが各加熱部の前記離間した電極対のうちのそれぞれに接続している１対の離間した電力リード線とを備えるヒータ・アセンブリ。
【請求項１９】
電極の各組が、平らな第１の側面およびねじ付き孔を含む第２の側面を備え、さらに、前記押しねじが前記各電力リード線に接触するまで、前記孔にねじ込むための押しねじを備える請求項１８に記載のヒータ・アセンブリ。
【請求項２０】
前記金属性外装と前記複数の加熱部との間に位置する複数のスペーサ部材と、それぞれが前記複数の各スペーサ部材を収容する前記複数の各加熱部の前記離間した電極対の外面上に位置する少なくとも１つのソケットをさらに備える請求項１８に記載のヒータ・アセンブリ。
【請求項２１】
複数の正温度係数（ＰＴＣ）の発熱素子と、
それぞれが前記複数の電極の離間した１対の電極間に装着されていてこれら電極の間に接続している前記複数のＰＴＣ素子に電力を供給するための複数の電極と、
前記複数の電極のうちの少なくともいくつかに固定されている複数の電気的に絶縁性のスペーサ部材と、
前記複数の電極を囲んでいて、前記複数の絶縁性スペーサ部材を前記複数の電極のうちの少なくともいくつかの方向に押しつけている金属性外装とを備える自己調整型ヒータ・アセンブリ。
【請求項２２】
前記金属性外装と前記複数の電極との間に位置する、電気的に絶縁性で熱伝導性の充填材料をさらに含む請求項２１に記載の自己調整型ヒータ・アセンブリ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般的に言えば、ヒータ・アセンブリに関し、特に正温度係数の発熱デバイスを備えていて、過酷な環境で使用するようにした自己調整型ヒータ・アセンブリに関する。
【背景技術】
【０００２】
自己調整型ヒータ・アセンブリは当業者にとって周知である。正温度係数（ＰＴＣ）の発熱デバイスは、温度に感応する電気抵抗を有する半導体である。ＰＴＣデバイスの電気抵抗は温度に比例して変化する。ＰＴＣデバイスは、通常、セラミックスまたはポリマーとして入手することができ、温度センサ、電流リミッタおよびヒータに使用されることは周知である。自己調整型ヒータは組み立てることができるので、ヒータとしてのその有用性は特に魅力的である。電流がＰＴＣデバイスを流れると、ＰＴＣデバイスの内部抵抗により熱が発生し、結果として得られる電流は、ある所定の温度（キュリー点または自己安定温度）で抵抗が事実上指数的に増大し始め、電力を低減するという点を除けば、他の抵抗ヒータの電流に類似している。それ故、ＰＴＣデバイスは、特定の所定温度で自動的に安定する。ＰＴＣデバイスが自動的に安定する温度は、特定のＰＴＣデバイスにより異なる。このように、ＰＴＣデバイスの温度が自動的に安定するという特徴は有用である。何故なら、この特徴は、ヒータ環境の点火温度または化学的耐性を有するフルオロポリマー・コーティングの融点未満の温度に確立することができるからである。
【０００３】
従来のＰＴＣ自己調整型ヒータは化学処理産業のような過酷な環境で使用する場合、特に使用に適したものではなかった。このような過酷な環境においては、強力な酸化剤、遊離ハロゲン・イオン、および強力な還元酸がＰＴＣヒータ・アセンブリを劣化させる。
【０００４】
米国特許第４，９７２，０６７号には、１対の電極間に複数のＰＴＣ発熱素子がある１つの加熱部を含む細長い自己調整型ＰＴＣヒータ・アセンブリが開示されている。しかし、この設計では、電極を外側のポリマー外装と一緒に金属性外装の内側で、ＰＴＣ発熱素子の表面と接触状態に保持するために熱収縮チューブを使用している。その結果、プラスチック層の厚さが、ＰＴＣヒータ・アセンブリの温度をその自己安定温度以上に上昇させるのに高い耐熱性を生成する場合があり、発熱デバイスとして動作しなくなってしまう。また、この設計では、ＰＴＣヒータ・アセンブリの全長にわたって延びる１対の電極の間にＰＴＣ素子の１つのコラムしか使用していないので、発生し得る熱の量が制限される。
【特許文献１】米国特許第４，９７２，０６７号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
それ故、もっと優れたもっと有利な全体的な結果を提供しつつ、上記欠点その他の欠点を克服した改良形の調整型ヒータ・アセンブリの開発が待望されてきた。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の例示としての実施形態においては、自己調整型ヒータ・アセンブリが提供される。
【０００７】
より詳細に説明すると、本発明のこの態様によれば、自己調整型ヒータ・アセンブリは、少なくとも１つの正温度係数（ＰＴＣ）の発熱素子と、１対の離間した電極を備える。各電極は第１の側面を含み、１対の電極の第１の側面は相互に離れており、少なくとも１つのＰＴＣ素子がその間にあって、１対の電極により支持され、電力の供給を受ける。上記少なくとも１つのＰＴＣ素子は、１対の離間した電極の長手方向の軸をほぼ横切る方向を向いている。電気的に絶縁性で熱伝導性の界面パッドが１対の電極のうちの少なくとも一方の第１の側面とＰＴＣ素子の壁部との間に隣接して挿入されている。１つが１対の電極の各々に接続している１対の電力リード線が１対の電極に電力を供給する。
【０００８】
本発明の他の態様によれば、自己調整型ヒータ・アセンブリは、複数の離間した加熱部を備える。各加熱部は、少なくとも１つのＰＴＣ発熱素子および少なくとも１つのＰＴＣ素子を支持していて、それに電力を供給する１対の離間した電極を備える。各電極はほぼ平らな第１の側面および第２の側面を有する。導電性で熱伝導性の界面パッドが、少なくとも１つのＰＴＣ素子の表面と接触していて、その少なくとも１つのＰＴＣ素子と１対の電極の各々との間に配置されている。電気的に絶縁性で熱伝導性のセグメント間隔部材が、複数の加熱部の隣接する加熱部の間に配置されている。１つが複数の離間した加熱部の各々の電極対の各々に接続している１対の電力リード線が各加熱部に電力を供給している。
【０００９】
本発明のもう１つの態様によれば、細長いヒータ・アセンブリは、複数の長手方向に離間した加熱部を備える。各加熱部は、１対の離間した電極と、その離間した電極対の間に固定されている複数のＰＴＣ素子を備える。各ＰＴＣ素子の高さは、離間した電極対の高さより低く、その電極対と電気的にも熱的にも接触している。電気的に絶縁性で熱伝導性のセグメント間隔部材が、複数の離間した加熱部の隣接した加熱部間に配置されている。金属の外装が、離間した複数の加熱部を包んでいる。電気的に絶縁性で熱伝導性の充填材が、金属の外装と複数の加熱部の各々との間に配置されている。加熱部は、さらに、１対の離間した電力リード線を含んでおり、電力リード線対の各々は、加熱部の離間電極対の各々にそれぞれ接続している。
【００１０】
本発明のさらに他の態様によれば、自己調整型ヒータ・アセンブリは、複数のＰＴＣ発熱素子および複数のＰＴＣ素子に電力を供給する複数の電極を備える。複数のＰＴＣ素子の各々は、複数の電極の離間電極対の間に取り付けられて接続している。複数の電気絶縁性のスペーサ部材が、複数の電極のうちの少なくともいくつかに固定されている。金属の外装が複数の電極を囲んでいる。この金属外装は、複数の絶縁性スペーサ部材を複数の電極のうちの少なくともいくつかの方向に押しつけている。
【００１１】
本発明のさらに他の態様によれば、自己調整型ヒータの製造方法は、複数のＰＴＣ発熱素子および複数のＰＴＣ素子に電力を供給する複数の電極を用意するステップを含む。各電極は、電極に電力を供給する少なくとも１つの関連する電力リード線を収容する少なくとも１つの開口部を含む。少なくとも１つのＰＴＣ素子は、複数の電極の各対の間に電極対の長手方向軸に対してある角度で配置される。電極対は、その間にほぼ均一な電気接触を確立し維持するために、少なくとも１つのＰＴＣ素子に対して押しつけられている。
【００１２】
本発明のさらに他の面は、下記の実施形態の詳細な説明を読んで理解すれば明らかになるだろう。
【００１３】
本発明は、いくつかの部品および部品の配置において物理的な形状をとることができる。本発明の実施形態については、本明細書内に詳細に説明し、本明細書の一部である添付の図面に示す。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
図面について説明すると、これらの図面は、本発明の好ましい実施形態を示すが、これら実施形態は本発明を制限するためのものではない。
【００１５】
図１は、本発明の第１の実施形態による自己調整型ヒータ・アセンブリ１０の分解図である。この実施形態の場合には、自己調整型ヒータ・アセンブリ１０は、垂直軸にほぼ沿った方向を向いている。それ故、「上」および「下」という用語は、自己調整型ヒータ・アセンブリ１０のある構造を記述するために使用する。しかし、自己調整型ヒータ・アセンブリ１０が水平軸に沿った方向を向いていた場合には、「上」および「下」という用語は、そのそれぞれの意味を失うことを理解されたい。
【００１６】
自己調整型ヒータ・アセンブリ１０は、離間した複数の加熱部１２を備えている。図２を参照すると、各加熱部１２は、少なくとも１つの正温度係数（ＰＴＣ）の発熱素子１４を含む。ＰＴＣ素子１４の形は長方形であってもよく、１対の対向するほぼ平行な平面１６および１８を含む。もちろん、例えば、ディスク状の素子のようなＰＴＣ素子に対する他の幾何学的形状も使用することができる。
【００１７】
加熱部１２は、またＰＴＣ素子に電力を供給するための１対の低い電気抵抗の通電電極２０および２２を含む。図２を見れば分かるように、各電極の長さは、ＰＴＣ素子１４の幅よりも長い。これにより、４つの離間したＰＴＣ素子１４を、１対の電極２０、２２の間に収容することができる。もちろん、４つ以上または以下のＰＴＣ素子１４（例えば、６つまたは３つ）も、所望により各加熱部１２に対して使用することができる。ＰＴＣ素子１４は、ＰＴＣ素子の形状および加熱中の媒体により相互に接触することができることも理解されたい。この実施形態の場合には、ＰＴＣ素子は、約１．２２ｃｍ（０．４８インチ）だけ相互に分離している。
【００１８】
通常、１対の電極２０、２２は、約５．０８ｃｍ（２インチ）の長さを有する。ほぼこの長さの電極は、通常、ＰＴＣ素子の温度が所定の自己安定温度に上昇しても過度に湾曲しない。もちろん所望により電極をもっと長くすることもできるし、もっと短くすることもできる。しかし、電極が長すぎると、ＰＴＣ素子が加熱された場合、ＰＴＣ素子が電極から分離するほど湾曲する場合がある。一方、加熱部内のもっと長い電極の過度の湾曲を防止するためにもっと少ないＰＴＣ素子を使用した場合には、加熱部はもっと少ない熱しか発生しない。それ故、長さが約５．０８ｃｍ（２インチ）程度の電極が、加熱部の故障を起こす恐れがある過度の湾曲を起こさないで、適度な熱を供給するために適していることが分かっている。
【００１９】
図２に示すように、電極２０、２２を、それぞれ半分のシリンダの形にすることができる。しかし、電極は、所望により図に示す半分のシリンダ以外の形にすることもできる。例えば、電極の断面を六角形または長方形にすることもできる。もっと一般的にいうと、本明細書はほぼシリンダー状のヒータ・アセンブリを開示しているが、本発明によるヒータは、各ヒータ・セクションが過度の湾曲を起こさないで十分な熱を発生している限りは、そしてヒータを保護外装でうまく覆うことができる限りは、所望により、プレートまたはボックスの形にすることもできることを理解されたい。
【００２０】
引き続き図２を参照すると、各加熱部は、さらに、各ＰＴＣ素子１４の表面１６および１８に接触している導電性で且つ応力を軽減する界面パッド、フィルムまたはコーティング２４を含む。界面パッド２４は、黒鉛のフィルムまたはＰＴＣ素子に電力が供給された場合に、ＰＴＣ素子１４から周囲の環境に電気および熱をよく伝える化合物で作ることができる。界面パッド２４は、断熱性の隙間を満たし、異なる材料の膨張率が変化することにより発生する引張応力を軽減し、ＰＴＣ素子１４の平面１６および１８に優れた潤滑性を与える。当業者であれば、他の周知の導電性で熱伝導性の界面パッド、フィルムまたはコーティングも使用することができることを理解されたい。
【００２１】
１対の電極２０および２２は、好適には、適当な金属材料で作ることが好ましい。このような材料を２つ挙げると、電気銅およびアルミニウム合金がある。各電極は、上面２６、下面２８、第１の側面３０および第２の側面３２を含む。第１の側面３０は、全体的に平面であってもよいし、第２の側面３２は全体的にアーチ状であってもよい。しかし、当業者であれば、各電極の第２の側面は、自己調整型ヒータ・アセンブリ１０の最終用途に応じて、他の形状を有することができることが理解できるであろう。各電極の第１の側面３０は、界面パッド２４の少なくとも１つの一部、および各ＰＴＣ素子１４の平面１６および１８のうちの１つに隣接している。図２に示すように、各ＰＴＣ素子１４および各界面パッド２４は、各電極２０、２２の長手方向の軸をほぼ横切る方向を向くことができる。１対の電極２０、２２の第２の側面３２は、協働して自己調整型ヒータ・アセンブリ１０に対するほぼ円形の断面形状を形成することができる。いくつかのＰＴＣ素子１４も、ヒータ素子１２の長手方向に対して他の角度の方向を向くことができる。しかし、電極の長手方向軸にほぼ垂直方向を向いているＰＴＣ素子が、限界的により優れていることが分かっている。
【００２２】
引き続き図２を参照すると、１対の電極２０、２２の第２の側面３２は、少なくとも１つの電気的に絶縁性のスペーサ部材４０を固定するための少なくとも１つの凹部３６を含むことができる。図６Ａに示すように、凹部３６は平らな底部を含むことができる。凹部３６は、スペーサ部材４０の一部を収容できる大きさになっている。それ故、スペーサ部材４０の一部は凹部３６から外に突き出ている。凹部３６は、さらに、スペーサ部材４０を凹部３６内に固定する少なくとも１つの戻り止め３８を含むことができる。一実施形態の場合には、各電極の第２の側面３２は、６つのスペーサ部材４０を収容するための６つの凹部３６を含む。もちろん、６つの凹部および６つのスペーサ部材以上または以下の凹部およびスペーサ部材を使用することもできる。
【００２３】
図４および図５に示すように、スペーサ部材４０は、その間にほぼ均一な電気接触を確立するために、各電極２０、２２の平らな第１の側面３０を、界面パッド２４および各ＰＴＣ素子１４の平面１６および１８のうちの１つに対して押しつけられる。スペーサ部材４０はほぼ丸い輪郭を有する。しかし、本発明のいくつかの実施形態は、異なる輪郭を有するスペーサ部材を使用していることを理解されたい。
【００２４】
引き続き図１および図２を参照すると、１対の電極２０および２２の上面２６および下面２８上には、電極の長手方向軸に平行にそこを通して延びる少なくとも１つの開口部４４が形成されている。この開口部４４は、１対の電極に電力を供給するための電力リード線４６を収容する。この実施形態の場合には、各電極は、３本の電力リード線４６を収容するための３つの開口部４４を含む。それ故、図は三相デルタ結線を示す。もちろん、各電極に電力を供給するために、３本より多いまたは少ない電力リード線を使用することもできる。例えば、単相の電力を電極に供給する場合には、３本の電力リード線は必要ない。
【００２５】
１対の電極２０および２２の第２の側面３２は、さらに、押しねじ５２を収容するための少なくとも１つのねじ付き孔５０を含む。図４に示すように、押しねじ５２は、押しねじ５２が電力リード線４６に接触するまで孔５０にねじ込まれる。この接触により、電極２０、２２と電力リード線４６との電気的接続を確立する。
【００２６】
自己調整型ヒータ１０を組み立てるために、ＰＴＣ素子１４は、最初、導電性で熱伝導性の界面パッド２４が、ＰＴＣ素子１４と１対の電極との間にこれらと接触して挿入されるように、１対の電極２０および２２に固定される。より詳細に説明すると、界面パッド２４が各電極２０、２２の第１の側面３０に接着される。次に、ＰＴＣ素子１４が界面パッド２４に接着される。より詳細に説明すると、ＰＴＣ素子１４の平面１６は、第１の電極２０に固定されている界面パッドに２４接着され、同じＰＴＣ素子１４の平面１８は、第２の電極２２に固定されている対応する界面パッド２４に接着される。一実施形態の場合には、界面パッド２４を電極２０、２２に固定するために、またＰＴＣ素子１４を界面パッドに固定するために、シリコンをベースとする周知の接着剤が使用される。ＰＴＣ発熱素子は周知のものであり、ペンシルベニア州セントメアリー所在のＡｄｖａｎｃｅｄ  Ｔｈｅｒｍａｌ  Ｐｒｏｄｕｃｔｓ社およびオーストリア・クレムス所在のＰＴＣ  Ｃｅｒａｍｉｃｓ社、および韓国Ｋｙｏｕｎｇｋｉ−Ｄｏ所在のＨｉｅｌ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ社が市販している。
【００２７】
次に、スペーサ部材４０が、１対の電極２０、２２のそれぞれの第２の側面３２の周囲に位置する凹部３６内に挿入される。再び図１を参照すると、セグメント間隔部材６０は、１対の電極の下面２８と各加熱部１２の隣接する１対の電極の上面２６との間に位置する。セグメント間隔部材６０は、電気的に絶縁性で熱伝導性の材料で形成することができる。自己調整型ヒータ・アセンブリ１０は、セグメント間隔部材６０のところで曲がることができるように柔軟なものであってもよい。セグメント間隔部材６０は、各電極用の各電力リード線４６を収容するために、各電極２０および２２の開口部４４と整合している少なくとも１つの孔６２を含む。セグメント間隔部材６０は優れた電気抵抗特性を有し、中程度の機械的強度および温度耐性を有し、高温で保持できるステアタイトのような珪酸マグネシウム材料で作ることができる。
【００２８】
次に、組立てた加熱部１２が、１対の電極２０および２２を界面パッド２４およびＰＴＣ素子１４の平面１６および１８と接触状態に保持している外装７０内に挿入される。外装７０でスペーサ部材４０に圧力を加えることにより、自己調整型ヒータ・アセンブリ１０の組立てが簡単になり、スペーサ部材４０が１対の電極２０、２２、界面パッド２４およびＰＴＣ素子１４をしっかりと固定する。
【００２９】
外装７０は、ＰＴＣ素子１４と１対の電極２０、２２間にほぼ均一な接触圧力を維持するばかりでなく、自己調整型ヒータ・アセンブリ１０の熱特性を改善する働きもする。外装７０は、ＰＴＣ素子１４に電力が供給された場合に、熱をＰＴＣ素子１４から環境に伝える。外装７０は、さらに、ＰＴＣ素子１４を過酷な環境および物理的損傷から保護する。さらに、外装７０は、ショートした場合、自己調整型ヒータ・アセンブリ１０に対して導体およびアース経路回路としての働きをする。そのために、アース導体（図示せず）を、電気的な故障が起きた場合に、操作スタッフを保護するためのアース経路回路として機能するように外装７０に接続することができる。
【００３０】
図３を参照すると、組立てた加熱部１２はスペーサ部材４０により正しい位置に保持される。スペーサ部材４０は、半径方向内側への力を外装７０から導電性界面パッド２４および各ＰＴＣ素子１４に伝える。これにより、ＰＴＣ素子１４、界面パッド２４および１対の電極２０、２２間の接触圧力がほぼ均一に維持されるばかりでなく、自己調整型ヒータ・アセンブリ１０の熱特性を改善する働きもする。さらに、界面パッド２４は、自己調整型ヒータ・アセンブリの熱効率を低減する自己調整型ヒータ・アセンブリ内のすべての空隙を減らし、異質の材料間のすべての熱膨張の違いによる応力を軽減する。
【００３１】
必要があれば、すべての残りの隙間を埋めるために、外装７０を電気的に絶縁性で熱伝導性の充填部材７２で満たすことができる。充填部材７２は、酸化マグネシウムまたは酸化ジルコニウムで作ることができるが、すべての適当な電気的に絶縁性で熱伝導性の材料も使用することができる。充填部材７２は、１対の電極２０および２２の第２の側面３２の少なくとも一部、その第１の側面３０の一部、およびＰＴＣ素子１４の側縁部および端縁部の周囲に位置している。充填部材７２は、また、ＰＴＣ素子１４を保護していて、ＰＴＣ素子１４に電力が供給された場合、ＰＴＣ素子１４から熱を放出する。
【００３２】
引き続き図１および図３を参照すると、保護スリーブ８０は、過酷な環境から自己調整型ヒータ・アセンブリ１０をさらに保護するために、外装７０を囲むことができる。スリーブ８０は、厚い壁部を有するスリーブであってもよいし、過フッ化炭化水素ポリマー、エチレン化過フッ化炭化水素ポリマー、塩素化過フッ化炭化水素ポリマー、エチレン化／塩素化過フッ化炭化水素ポリマー、ポリビニール過フッ化炭化水素ポリマー、またはパーフルオロアルコキシ・ポリマーのような化学薬品および熱に対して耐性を有するポリマー材料で作ることができる。
【００３３】
電力リード線４６は開口部４４を通り、１対の各電極２０および２２を通して長手方向に延びる。電力リード線は１対の電極に電力を供給する。図４および図５に示すように、電極上で確実に電気的接続を行うために、各押しねじ５２が各電力リード線に接触するまで、押しねじ５２が、１対の電極２０および２２の第２の側面３２のねじ付き孔５０内にねじ込まれる。電力リード線４６は、単相および多相動作用の平行結線であってもまたはデルタ結線であってもよい。電力が電力リード線４６に供給されると、１対の電極２０および２２に電力が供給され、導電性界面パッド２４およびＰＴＣ素子１４を通して電極間で回路が完成する。電流がＰＴＣ素子１４を通して流れると、ＰＴＣ素子１４はその内部抵抗により熱を発生する。熱は導電性界面パッド２４、１対の電極２０および２２、充填部材７２、外装７０および保護スリーブ８０を通して、自己調整型ヒータ・アセンブリ１０が設置されている環境へ伝わる。
【００３４】
図３および図４を参照すると、ヒータ・アセンブリが浸漬されている流体に対して自己調整型ヒータ・アセンブリの上部を密封するために、耐熱性ポッティング化合物８２を自己調整型ヒータ・アセンブリ１０の上部内に入れることができる。図１に示すように、スリーブ８０と同じ材料でできているプラグまたは端部キャップ８４が、下部を密封するために自己調整型ヒータ・アセンブリ１０の下部に設置されている。底部絶縁体８６を、電極２０、２２の下面２８と端部キャップ８４の上面との間に設置することができる。底部絶縁体は、セグメント間隔部材６０と同じ珪酸マグネシウム材料で作ることができる。
【００３５】
図６Ｂおよび図７は、上記実施形態に類似した２つの他の実施形態を示す。大部分の構造および機能はほぼ同じであるので、１つのプライム（’）を付けた参照番号は類似の構成要素を示し（例えば、電極には参照番号２２’がついている）、新しい参照番号は図６Ｂの他の実施形態の新しい構成要素を示す。同様に、２つのプライム（”）を付けた参照番号は、図７のもう１つの実施形態の類似の構成要素を示し（例えば、ＰＴＣ素子は参照番号１４”で示す）、新しい参照番号は新しい構成要素を示す。
【００３６】
図６Ｂを参照すると、１対の電極２０’、２２’の第２の側面３２’は、少なくとも１つの絶縁性スペーサ部材１４０を取り外すことができるように固定するための少なくとも１つの凹部１３６を含む。スペーサ部材１４０は、ほぼ丸い輪郭を有し、スプリング装填することができる。この目的のために、スプリング・ワッシャー１４２が、スペーサ部材１４０を外側に押すために凹部１３６内に取り外すことができるように固定されている。
【００３７】
図７を参照すると、１対の電極２０”、２２”の平らな第１の側面３０”が、ＰＴＣ素子１４”の一部を取り外し可能な寸法とした少なくとも１つのスロット２００を含むことができる。この実施形態の場合には、平らな第１の側面３０”は、４つのＰＴＣ素子１４”を収容するための４つのスロット２００を含む。もちろん、４つより多くのまたは少ないスロットを各加熱部のために使用することができる。
【００３８】
図７の自己調整型ヒータを組み立てるために、導電性で熱伝導性の界面パッド（図示せず）が、ＰＴＣ素子１４”と１対の電極２０”および２２”の間に隣接状態で挿入される。次に、ＰＴＣ素子１４’が電極のスロット２００内に取り外し可能に固定される。より詳細に説明すると、界面パッドがＰＴＣ素子１４”の平面１６”および１８”に接着される。各ＰＴＣ素子の第１の部分は、第１の電極２０”の平らな第１の側面３０”のスロット２００内に位置していて、同じＰＴＣ素子の第２の部分は、第２の電極２２”の平らな第１の側面３０”の対応するスロット内に位置している。
【００３９】
図８を参照すると、自己調整型ヒータ・アセンブリ１０は、液体を加熱するために、タンク２１２内の液体２１０に熱を伝えることができる。図８に破線で示すように、自己調整型ヒータ・アセンブリ１０は、まっすぐのものでも（１０’参照）曲がったものでもよく、種々の所望の構成を収容するように種々の形状および大きさに製作することができる。図８は、ヒータ・アセンブリ１０、１０’用の２つの異なる構成を示すが、タンク２１２内の液体２１０に熱を伝えるには、１つのヒータ・アセンブリだけで十分であることを理解されたい。ヒータ・アセンブリ１０’は、また、電力リード線を収容するために、ヒータ・アセンブリの頂部上に固定されているハウジング２１４を含むことができる。
【００４０】
本発明は、ＰＴＣ素子１４の自己調整型効果が、過酷な環境の点火温度未満の温度で起こる過酷な環境で使用するのに特に適している自己調整型ヒータ・アセンブリ１０を提供する。この構造の場合、ＰＴＣ素子の最大許容温度は２６０℃（５００°Ｆ）である。導電性界面パッド２４、１対の電極２０、２２、充填材料７２、外装７０および保護スリーブ８０を組み合わせることにより、ＰＴＣ素子から液体２１０のような環境への優れた熱伝導性を維持しながら、ＰＴＣ素子内に蓄積される温度が最小限度に低減する。
【００４１】
上の説明から、本発明が、新規で改良形の自己調整型ヒータ・アセンブリ１０およびその製造方法を提供することは明らかである。自己調整型ヒータ・アセンブリは、少なくとも１つのＰＴＣ素子１４、およびこのＰＴＣ素子１４に電力を供給するための１対の電極２０、２２を含む。各電極の第１の側面３０は、界面パッド２４のうちの少なくとも１つ、およびＰＴＣ素子１４の平面１６、１８のうちの１つに隣接している。さらに、各電極の第１の側面３０は、各ＰＴＣ素子１４の一部を取り外すことができるように固定するための少なくとも１つのスロット２００を含むことができる。絶縁性のスペーサ部材４０は、１対の電極２０、２２の第２の側面３２上に位置している。スペーサ部材４０は、外装７０に挿入する際に、ＰＴＣ素子１４、界面パッド２４および１対の電極２０、２２を正しい位置に保持することにより、自己調整型ヒータ１０の組立てを容易にする。外装上のスペーサ部材４０からの圧力は、１対の電極、界面パッドおよびＰＴＣ素子の間に、均一で実質的な電気的および熱的接触を提供する。保護する力があり、耐熱性のスリーブ、好適には、化学薬品および熱に耐性を有するスリーブ８０は、自己調整型ヒータ・アセンブリ１０をさらに保護するために外装７０を囲むことができる。外装７０は、残りの隙間を充填するために、電気的に絶縁性で熱伝導性の充填部材７２で充填することができる。
【００４２】
いくつかの好ましい実施形態を参照しながら、本発明の例示としての実施形態を説明してきた。当然、上記詳細な説明を読み、理解すれば、種々の修正および変更を思い付くだろう。本発明は、上記実施形態に限定されない。それどころか、本発明は、添付の特許請求の範囲またはその等価物の範囲に入るすべての修正および変更を含むと解釈すべきである。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明の第１の実施形態による自己調整型ヒータ・アセンブリの分解斜視図である。
【図２】図１の自己調整型ヒータ・アセンブリの加熱部の拡大分解斜視図である。
【図３】組み立てた場合の図１の自己調整型ヒータ・アセンブリの一部断面状態の拡大斜視図である。
【図４】図３の自己調整型ヒータ・アセンブリの断面図である。
【図５】図４のＡ−Ａ線に沿って切断した図４の自己調整型ヒータ・アセンブリの断面図である。
【図６Ａ】図４のヒータ・アセンブリの一部の拡大断面図である。
【図６Ｂ】本発明の第２の実施形態による自己調整型ヒータ・アセンブリの断面図である。
【図７】本発明の第３の実施形態によるヒータ・アセンブリの分解斜視図である。
【図８】腐食性であってもよい液体のタンクを加熱するために使用する図１の自己調整型ヒータ・アセンブリを示す概略図である。
【図１】
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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６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７】
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【図８】
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