(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
積層体の一方の表面層を形成する耐熱性樹脂製テープＡ、中間層を形成する接着剤層、および積層体の他方の表面層を形成する耐熱性樹脂製テープＢの構成を有する積層体の上記耐熱性樹脂製テープＡと上記耐熱性樹脂製テープＢとの間に、上記積層体の長手方向に複数の線状またはテープ状の発熱体を相互に間隔をあけて配置し、これらを、加熱炉内の加圧ロールに連続的に供給し、該発熱体が配置されていない部分を加圧ロールで加熱圧着して上記耐熱性樹脂製テープＡと上記耐熱性樹脂製テープＢとを上記接着剤層を介して積層一体化することにより、
積層体の一方の表面層を形成する耐熱性樹脂製テープＡ、中間層を形成する接着剤層、および積層体の他方の表面層を形成する耐熱性樹脂製テープＢの構成を有する積層体の上記耐熱性樹脂製テープＡと上記耐熱性樹脂製テープＢとの間に、上記積層体の長手方向に複数の線状またはテープ状の発熱体が相互に絶縁されて配置されているテープ状ヒーターを連続的に製造する方法。
【請求項２】
線状の発熱体が、１本以上の金属線からなる請求項１記載のテープ状ヒーターを連続的に製造する方法。
【請求項３】
耐熱性樹脂製テープＡおよび耐熱性樹脂製テープＢが、それぞれテープ状芳香族ポリイミドフィルムである請求項１記載のテープ状ヒーターを連続的に製造する方法。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかに記載の方法によって製造されたテープ状ヒーターを、適当な長さに切断し、一方の端部で発熱体を導電性板に接合し、他方の端部ではそれぞれの発熱体を導電性板に接合し、さらに該導電性板それぞれにリード線を接合することを特徴とするテープ状ヒーターを製造する方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、被加熱体との密着性が良好で、熱効率の良好なヒーターなどの用途に好適で、特にパイプやホースの加熱、保温などの目的に使用できるテープ状ヒーターの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、液体クロマトグラフ装置あるいは質量分析装置などの分析機器におけるパイプや半導体製造装置における薬液などの搬送路を構成するパイプへの搬送対象物質の凝固や付着を防止するためにパイプを加熱して保温することが必要であり、また内面に付着した物質を蒸発させて真空度を確保するめにパイプを加熱する場合がある。さらには、水道管の凍結防止のために水道管を保温・加熱する場合がある。
このような場合、従来は、リボンヒーターのような可撓性の面状発熱体を帯状にしてパイプなどの被加熱体に巻きつけることが一般的に行われている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、一般的に使用されるリボンヒーターは、ガラスクロスでニクロム線を絶縁しており、かなり嵩張るものであるので、パイプなどの被加熱体との密着性が悪い。そのため、熱効率が低く、温度の制御も正確に行うことができない。しかも、ニクロム線が裸であり、水滴が直接ニクロム線に接触し、安全上問題がある。また、発熱体を複数配設し、一対の発熱体の端子をヒーターの一端部のみから取り出せるようにすることが困難である。
【０００４】
従って、本発明の目的は、被加熱体への密着性が良く、熱効率が良好で、温度の制御を正確に行うことができ、しかも安全上の問題がなく、かつ一対の発熱体の端子をヒーターの一端部のみから取り出し可能なテープ状ヒーターおよびその製造方法を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記目的を、下記のテープ状ヒーターの製造方法を提供することにより達成したものである。
【０００７】
積層体の一方の表面層を形成する耐熱性樹脂製テープＡ、中間層を形成する接着剤層、および積層体の他方の表面層を形成する耐熱性樹脂製テープＢの構成を有する積層体の上記耐熱性樹脂製テープＡと上記耐熱性樹脂製テープＢとの間に、上記積層体の長手方向に複数の線状またはテープ状の発熱体を相互に間隔をあけて配置し、これらを、加熱炉内の加圧ロールに連続的に供給し、該発熱体が配置されていない部分を加圧ロールで加熱圧着して上記耐熱性樹脂製テープＡと上記耐熱性樹脂製テープＢとを上記接着剤層を介して積層一体化することにより、
積層体の一方の表面層を形成する耐熱性樹脂製テープＡ、中間層を形成する接着剤層、および積層体の他方の表面層を形成する耐熱性樹脂製テープＢの構成を有する積層体の上記耐熱性樹脂製テープＡと上記耐熱性樹脂製テープＢとの間に、上記積層体の長手方向に複数の線状またはテープ状の発熱体が相互に絶縁されて配置されているテープ状ヒーターを連続的に製造する方法。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明のテープ状ヒーターおよびその製造方法を図面を参照しながら詳しく説明する。
先ず、本発明のテープ状ヒーターを図１〜３に示す実施形態について説明する。
図１は、線状の発熱体を使用した本発明のテープ状ヒーターの断面図である。
図２は、図１に示す本発明のテープ状ヒーターの平面図である。
図３は、テープ状の発熱体を使用した本発明のテープ状ヒーターの断面図である。
【０００９】
図１及び図２に示す実施形態のテープ状ヒーター１は、耐熱性樹脂製テープＡからなる表面層２と、耐熱性樹脂製テープＢからなる表面層３と、中間層を形成する接着剤層４と、該接着剤層４中に、積層体の長手方向に間隔をあけて配設された二つの線状の発熱体５，５とから構成されている。
そして、上記線状の発熱体５，５は、図１及び図２に示すように、それぞれ、４本の金属線を一束として構成されている。また、上記線状の発熱体５，５は、両者間に存在する接着剤層４の接着剤により相互に絶縁されている。
【００１０】
また、図３に示す実施形態のテープ状ヒーター１０は、接着剤層４中に配設される発熱体として、テープ状の発熱体６を使用したもので、該テープ状の発熱体６以外は、図１及び図２に示す実施形態のテープ状ヒーター１と同様に構成されている。
【００１１】
而して、本発明における耐熱性樹脂製テープＡおよびＢの形成材料としては、ガラス転移温度あるいは融点が１８０℃以上である芳香族ポリイミドあるいは芳香族ポリアミドからなり、好適には厚みが１５〜２００μｍ、より好ましくは１５〜１００μｍ、特に好ましくは２５〜１００μｍ、幅が３〜５０ｍｍのテープ状フィルムが使用される。特に、５０〜３００℃での線膨張係数（ＣＴＥ）が６０×１０-5ｃｍ／ｃｍ／℃（ｐｐｍで表示することもある）以下、その中でも特に３〜５０×１０-6ｃｍ／ｃｍ／℃であって、引張弾性率が２００〜１４００kg／ｍｍ2 である芳香族ポリイミドフィルムあるいは芳香族ポリアミドフィルムが好適に使用される。その中でも、吸水率が４％以下、特に３％以下である芳香族ポリイミドフィルムが好適に使用される。また、シリコンラバーのような耐熱性ゴムも上記耐熱性樹脂製テープＡおよびＢの形成材料として好適に使用される。上記耐熱性樹脂製テープＡおよびＢは、同一の形成材料から形成された同一のテープでも、異なる形成材料から形成されたテープでもよく、また何方が被加熱体に接触する側の表面層（テープ状ヒーターの内側層）であってもよいが、被加熱体に接触する側の表面層を形成する方の耐熱性樹脂製テープは、芳香族ポリイミドからなるものであることが好ましい。
【００１２】
上記の芳香族ポリイミドは、例えば３，３’，４，４’−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物、ピロメリット酸二無水物、３，３’，４，４’−ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物などの芳香族テトラカルボン酸二無水物とｐ−フェニレンジアミン、４，４’−ジアミノジフェニルエーテルなどの芳香族ジアミンとを重合、イミド化して得られる。特に、芳香族ポリイミドとして３，３’，４，４’−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物を芳香族テトラカルボン酸成分中１５モル％以上使用して得られるものが耐熱性、低線膨張係数、低吸水率であることから好ましい。
また、上記の芳香族ポリアミドは、例えば２−クロロテレフタル酸クロリド、２，５−ジクロロテレフタル酸クロリドなどの芳香族酸クロリドと２−クロロ−ｐ−フェニレンジアミン、４，４’−ジアミノジフェニルエーテルなどの芳香族ジアミンとの反応で得られる。
【００１３】
また、本発明における中間層の接着剤層は、耐熱性の熱可塑性接着剤や熱硬化性接着剤からなり、好適には積層した接着剤層の乾燥状態での厚みが２〜１００μｍ、幅が３〜５０ｍｍである。
この接着剤層は、上記耐熱性樹脂製テープＡおよび／またはＢを接着剤付きのテープ状フィルムとすることにより設けてもよく、あるいは上記耐熱性樹脂製テープＡおよび／またはＢに接着剤を塗布あるいは接着剤シートを張り合わせることにより設けてもよい。
【００１４】
上記接着剤層を形成する上記熱硬化性接着剤としては、エポキシ樹脂、ＮＢＲ−フェノール系樹脂、フェノール−ブチラール系樹脂、エポキシ−ＮＢＲ系樹脂、エポキシ−フェノール系樹脂、エポキシ−ナイロン系樹脂、エポキシ−ポリエステル系樹脂、エポキシ−アクリル系樹脂、アクリル系樹脂、ポリアミド−エポキシ−フェノール系樹脂、ポリイミド系樹脂、ポリイミドシロキサン−エポキシ樹脂などが挙げられる。また、上記熱可塑性接着剤としては、ポリイミド系樹脂、ポリイミドシロキサン系樹脂、ポリアミドイミド系樹脂、ポリアミドイミドエーテル系樹脂、ポリイミドエステル系樹脂などが挙げられる。
【００１５】
また、本発明における線状の発熱体としては、１本以上（通常１〜１０本程度）の金属線からなるものが挙げられる。この金属線としては、直径が１０〜５００μｍ、特に２０〜２００μｍのものが好ましい。
また、本発明におけるテープ状の発熱体としては、金属箔や帯状の金属が挙げられ、厚みが５〜１００μｍ、幅が０．４〜４０ｍｍ程度のものが好ましい。
また、上記の金属線、金属箔および帯状の金属を形成する金属としては、ニクロム、カンタル、インコネル、鋳鉄などの電気抵抗を有するものが挙げられ、特に抵抗率が３０×１０-6Ωｃｍ以上のものが好ましい。
上記の線状またはテープ状の発熱体は、相互に間隔をあけて複数配設され、該間隔は、ヒーターの幅や線状またはテープ状の発熱体の配設数などにより異なるが、通常、１〜２０ｍｍ程度となるようにするのが好ましい。
【００１６】
上記の耐熱性樹脂製テープＡおよびＢの形成材料として用いられる上記芳香族ポリイミドフィルムおよび上記芳香族ポリアミドフィルムの好ましい製造方法について以下にさらに詳しく説明する。
上記芳香族ポリイミドフィルムは、例えば以下のようにして製造することができる。先ず芳香族テトラカルボン酸二無水物と芳香族ジアミンとをＮ，Ｎ−ジメチルアセトアミドやＮ−メチル−２−ピロリドンなどの有機極性溶媒中で重合して、ポリマーの対数粘度（測定温度：３０℃、濃度：０．５ｇ／１００ｍｌ溶媒、溶媒：Ｎ−メチル−２−ピロリドン）が１〜５、ポリマー濃度が１５〜２５重量％であり、回転粘度（３０℃）が５００〜４５００ポイズであるポリアミック酸（イミド化率：５％以下）溶液を得る。
次いで、好適にはこのポリアミック酸１００重量部に対して０．０１〜１重量％のリン化合物、例えば（ポリ）リン酸エステルおよび／またはリン酸エステルのアミン塩などの有機系リン化合物あるいは無機リン化合物および、好適にはさらにポリアミック酸１００重量部に対して０．０２〜６重量部のコロイダルシリカ、窒化珪素、タルク、酸化チタン、燐酸カルシウムなどの無機フィラー（好適には平均粒径０．００５〜５μｍ、特に０．００５〜２μｍ）を添加してポリアミック酸溶液組成物を調製する。
このポリアミック酸溶液組成物をそのままあるいは化学イミド化剤を加えて、平滑な表面を有する支持体表面に流延し、乾燥して固化フィルムを形成し、上記固化フィルムを支持体表面から剥離する。
次いで、固化フィルムの片面または両面にアミノシラン系、エポキシシラン系あるいはチタネート系の表面処理剤を含有する表面処理液を塗布した後、さらに乾燥することもできる。
上記のようにして得られた固化フィルムを、必要であれば両方向に延伸した後乾燥フィルムの幅方向の両端縁を把持した状態で、最高加熱温度：３５０〜５００℃の範囲内の温度で加熱して乾燥およびイミド化して芳香族ポリイミドフィルムとして好適に製造することができる。
上記のようにして得られた芳香族ポリイミドフィルムを、好適には低張力下あるいは無張力下に２００〜４００℃程度の温度で加熱して応力緩和処理し、巻き取る。
この芳香族ポリイミドフィルムは、そのままあるいはコロナ放電処理、プラズマ処理、紫外線照射、グロー放電処理、火炎処理で表面処理を施した後、接着性を改良した芳香族ポリイミドフィルムとして使用することができる。
【００１７】
上記芳香族ポリアミドフィルムは、例えば以下のようにして製造することができる。芳香族酸クロリドと芳香族ジアミンとを有機極性溶媒中で溶液重合、あるいは水系媒体を使用する界面重合などで合成される。ポリマー溶液は単量体として酸クロリドとジアミンとを使用すると塩化水素が副生するためこれを中和するために水酸化カルシウムなどの無機の中和剤、またはエチレンオキサイドなどの有機の中和剤を添加する。
また、イソシアネートとカルボン酸との反応は非プロトン性有機極性溶媒中、触媒の存在下で行われる。
これらのポリマー溶液はそのままフィルムを形成する製膜原液にしてもよく、またポリマーを一度単離してから上記の溶媒に再溶解して製膜原液を調製してもよい。製膜原液には溶解助剤として無機塩例えば塩化カルシウム、塩化マグネシウムなどを添加してもよい。製膜原液中のポリマー濃度は２〜３５重量％が好ましい。
【００１８】
次に本発明のテープ状ヒーターの製造方法を図１及び図２に示す上記実施形態のテープ状ヒーターを製造する場合を例にとり説明する。
図１及び図２に示す実施形態のテープ状ヒーターは、例えば、耐熱性樹脂製テープＡからなる表面層２と耐熱性樹脂製テープＢからなる表面層３との間の接着剤層４中に、積層体の長手方向に４本の金属線を一束とした二つの線状の発熱体５，５を間隔をあけて配置し、該発熱体が配置されていない部分（二つの発熱体の両外側部分と二つの発熱体の間の部分）を加圧ロールで加熱圧着して耐熱性樹脂製テープＡからなる表面層２と耐熱性樹脂製テープＢからなる表面層３とを接着剤層４を介して積層一体化することにより得られる。
【００１９】
上記の方法は、好適には、例えば次のようにして実施できる。先ず、耐熱性樹脂製テープＡおよびＢの形成材料となる耐熱性樹脂フィルムの片面に接着剤を塗布し、該接着剤の乾燥厚みが２〜１００μｍである接着剤付きのフィルムを得る。このフィルムをスリットして同じ幅（５〜６０ｍｍ）の２本の接着剤付きのテープを製造し、一つを接着剤付きの耐熱性樹脂製テープＡとし、他の一つを接着剤付きの耐熱性樹脂製テープＢとする。この接着剤付きの耐熱性樹脂製テープＡの接着剤側を上にし、該テープＡ上の長手方向に４本の金属線を一束とした二つの線状の発熱体を所定の間隔（１〜２０ｍｍ）をあけて配置し、さらにその上に、上記接着剤付きの耐熱性樹脂製テープＢをその接着剤側を下にして重ねる。次いで、図５及び図６に示すように、二つの発熱体の両外側部分と二つの発熱体の間の部分に各々１個ずつ配置した計３個のロール（幅１〜２０ｍｍ）１１とこれら３個のロール１１を受ける１個の受けロール１２とを１組とする加圧ロールを、積層体の長手方向に１〜１０組（図では２組）配置し、加熱炉（１５０〜４００℃）の中で積層体を上記加圧ロールで加熱圧着し、接着剤を軟化、硬化させて耐熱性樹脂製テープＡと耐熱性樹脂製テープＢとを接着剤を介して積層一体化することにより、連続的に図１及び図２に示す実施形態のテープ状ヒーターを得ることができる。
【００２０】
本発明のテープ状ヒーターは、適当な長さに切断して、例えば図４に示すように、一方の端部を接続し、他方の端部を加工し端子出しをした形態で使用するのが好ましい。図４において、テープ状ヒーターは、一方の端部で二つの線状の発熱体５、５が導電性板７に接合され、他方の端部では二つの線状の発熱体５、５が各々導電性板８、８に接合され、さらに該導電性板８、８それぞれにリード線９が接合されている。
これらの接合方法としては、導電性が確保されるかぎり任意の方法が適用でき、例えば、はんだ付け、ろう付け、溶接、金型打ち抜きなどが挙げられる。
【００２１】
本発明のテープ状ヒーターは、パイプ状被加熱体に適用する場合、該被加熱体の周囲にスパイラル状に巻き付けて使用するのが好ましい。
この場合、熱をより均一に被加熱体に伝導させるために、本発明のテープ状ヒーターの外側に熱伝導性の良い材料（例えば銅線）を編組することができる。ガラスクロスでニクロム線を絶縁した従来のリボンヒーターでは、絶縁性の問題があり、銅線を編組することは難しいが、本発明のテープ状ヒーターは、芳香族ポリイミドなどから形成された耐熱性樹脂製テープで絶縁されているので、その上に銅線を編組しても問題がない。
また、被加熱体の周囲にスパイラル状に巻き付けた本発明のテープ状ヒーターの外側を、例えばシリコーン樹脂の発泡体、ガラス繊維、フッ素系樹脂の発泡体などから形成された耐熱性発泡シートや耐熱性多孔シートなどの保温材で覆うことが好ましい。
【００２２】
【実施例】
以下に本発明の実施例を示すが、本発明は下記の実施例に制限されるものではない。
【００２３】
〔実施例１〕
２５μｍの厚みを有する宇部興産（株）製ポリイミドフィルム（ユーピレックスＲ）にポリイミドシロキサン系の熱硬化性接着剤（ポリイミドシロキサン、エポキシ樹脂およびＢＴレジンからなる接着剤）のテトラヒドロフラン溶液（固形分濃度：２５重量％）を乾燥後の厚みが２５μｍになるように塗布し、１００℃で乾燥して接着剤付きポリイミドフィルムを得た。このフィルムを１０ｍｍ幅にスリットして２本の接着剤付きテープＡおよびＢを作成した。この接着剤付きテープＡの接着剤層側の長手方向に外径５０μｍのニクロム線４本を一束とした二つの線状の発熱体を約２ｍｍの間隔をあけて配置し、さらにその上に、上記接着剤付きテープＢをその接着剤層側を下にして重ねた。次いで、図５及び図６に示すように、二つの発熱体の両外側部分と二つの発熱体の間の部分に各々１個ずつ配置した計３個の金属製ロール（幅２ｍｍ）とこれら３個のロールを受ける１個の受けロールとを１組とする加圧ロールを、積層体の長手方向に２組配置し、加熱炉（３００℃）の中で積層体を上記加圧ロールで加熱圧着し、本発明のテープ状ヒーターを得た。
得られた本発明のテープ状ヒーターを長さ２ｍに切り、図４に示すように、一方の端部で二つの発熱体をニッケル箔にスポット溶接して接合し絶縁処理を施し、他方の端部では二つの発熱体を各々ニッケル箔にスポット溶接し、さらにリード線と接合し、端子を出した。
このテープ状ヒーターを径２０ｍｍのステンレス製のパイプにスパイラル状に巻き付け、１００Ｖの電圧を加えてパイプを加熱したところ、均一にパイプを加熱することができた。
【００２４】
【発明の効果】
本発明のテープ状ヒーターは、被加熱体への密着性が良く、熱効率が良好で、温度の制御を正確に行うことができ、しかも安全上の問題がなく、かつ一対の発熱体の端子をヒーターの一端部のみから取り出し可能なものである。
また、本発明のテープ状ヒーターは、厚みを薄くすることができるため、パイプなどの被加熱体に巻き付けて使用する場合に、ヒーター部の厚みを薄くすることが可能で、保温材で覆った場合の最終的なパイプの外径を小さくできる。
また、本発明のテープ状ヒーターの製造方法によれば、上記の本発明のテープ状ヒーターを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、線状の発熱体を使用した本発明のテープ状ヒーターの断面図である。
【図２】図２は、図１に示す本発明のテープ状ヒーターの平面図である。
【図３】図３は、テープ状の発熱体を使用した本発明のテープ状ヒーターの断面図である。
【図４】図４は、端子加工した図１に示す本発明のテープ状ヒーターの平面図である。
【図５】図５は、加圧ロールによる積層体の加熱圧着の一例を示す概略側面図である。
【図６】図６は、図５の平面相当図である。
【符号の説明】
１  テープ状ヒーター
２  耐熱性樹脂製テープＡ
３  耐熱性樹脂製テープＢ
４  接着剤層
５  線状の発熱体
６  テープ状の発熱体
７  導電性板
８  導電性板
９  リード線
１０  テープ状ヒーター
１１  ロール
１２  受けロール
【図１】
0004031888.tif 000002
【図２】
0004031888.tif 000003
【図３】
0004031888.tif 000004
【図４】
0004031888.tif 000005
【図５】
0004031888.tif 000006
【図６】
0004031888.tif 000007