図1は本発明のヒーターの一例とそれをセ ットしたプレス機構の断面図である。プレス 機構の開口部1(図は一部)に固定した、角パイ プ状のアルミの押し出し材による放熱台2の� �面の両側の縁に設けた高さ1.7mmのリブ3の間� �、底部に敷いて放熱台との間の熱と電気の� �縁体として0.45mm厚のサーコンテープ4(シリコ ンゴムにガラスクロスを入れ、窒化アルミや アルミナの粉末を混入したもの。富士高分子 工業製)を貼り、その上に0.1mm厚、幅2mmのジグ ザグ状の鉄クロムヒーター線5を重ね、その� �に0.6mm厚、幅2mmの窒化アルミの薄板6を載せ� �。その両側にリブ3との間に窒化アルミ6に隣 接して、0.6mm厚、幅0.8mmのガラスクロステー� �7を載せる。そしてヒーター線も含めてそれ� ��と窒化アルミの薄板6の境界を接着剤で接着 した。最後に窒化アルミ薄板6の上に0.1mm厚の 粘着剤付きフッ素樹脂テープ8を貼った。

平面的には図2、図3で説明する。図2は図1� �ヒーターの平面図で、分かりやすいように� �着剤付きフッ素樹脂テープ8を貼る前のもの� ��ある。図3はヒーター線の平面図である。窒 化アルミ薄板6はヒーター線5のジグザグ状の� ��くなって発熱する部分9と同じ大きさ、形状 の細長い四角形となり、窒化アルミ薄板6の� �手方向の両側の、放熱台のリブ3との間に幅0 .8mmの熱電気絶縁体としてガラスクロステー� �7を置く。さらにヒーター線5の発熱しない部 分と電極10は、図には無いが電源回路の電極� ��結線されていて、露出していると感電の恐� ��があるので、図2のようにガラスクロステー プ7を載せ、それらの境界を接着剤で接着し� �。これらによって表から触れて感電する恐� �のある部分は全てセラミックやガラスクロ� �、サーコンテープでカバーされ、接着剤又� �粘着剤で固められた。これらの上にフッ素� �脂テープ8を貼り付けるので、感電防止はさ� ��に強化される。

 動作及び機能を説明すると、プレス機構� ��もう一方の開口部1には従来のとおり2mm厚、 幅3.4mmの柔らかいシリコンゴム11を貼り付け� �台12を固定した。その開口部に厚さ0.05mm程度 のポリエチレンフィルムによる袋13を差し入� ��、挟んでプレスして、通電時間を、窒化ア� ��ミ薄板6が無い場合に0.8秒であったものを1� �に少し長くするときれいにシールされた。� �却時間にあまり差は無い。

ヒーター線5から発生した熱は速やかに窒� �アルミ薄板6に伝わるので、窒化アルミ薄板6 がシール可能な温度に達したときでも、ヒー ター線5の温度はそれよりも数度しか高くな� �ない。そして窒化アルミ薄板6は、シール温� ��は100~130℃であるし、ポリエチレン袋14がヒ� ��ターの幅よりも小さい場合、端に近い箇所� ��浮いた部分即ち熱を利用しない部分が出て� ��るが、そこの熱も速やかに中央方向に移動� ��るので、瞬間的にも150℃を超える箇所は発� ��しない。従って市販のシリコン系の高温用� ��着剤ならば普通使用で250℃に耐えるものも� ��るので、充分長持ちするし、多少柔軟性も� ��るので各部材の熱膨張の違いに追従できる� ��

 このヒーター線5は図3の平面図のように� �寸法的には正確ではないが、0.1mm厚の広い面 積の鉄クロム薄板をエッチングして、発熱部 9は2mmの細長い帯の側面から幅0.15mm程度の垂� �なスリット14を交互に入れ、ヒーター線自体 はほぼ0.4mm前後の均一な幅のジグザグの形状� ��してある。その両端の電極10を、熱膨張で� �びる程度、又はその半分程の長さを互いに� �っ張って、放熱台2に設けた電極(図は省略)� �固定すれば、ヒーター線5の伸縮を無視出来� ��。ジグザグになったヒーター線が太く短い� ��合には困難であるが、上記のように細く長� ��場合には長さ方向にたわみやすいので、先� ��のように引っ張らなくても、このヒーター� ��5をサーコンテープ4や窒化アルミ薄板6にし� ��かり接着すると、加熱時に動かないように� ��出来る。

ヒーター線5をジグザグにすることで、従� �の同じ外形寸法のリボン線よりも細く、長� �なるので、上記の例ではリボン線のままで� �2ωであった電気抵抗が、25ωにもなる。それ� ��より100Vの商業電源をそのまま流すと2ωでは 瞬時に切れてしまうのが、25ωならば半波整� �すれば丁度良い電流となるのでトランスを� �わなくても良くなった。ヒーター線へのス� �ットの入れ方はこのように目的の電圧に合� �せることが出来、さらにジグザグ線が多少� �均一な細幅であっても、ある程度の範囲で� �れば窒化アルミ薄板4が熱の不揃いを直ちに� ��均化してきれいなシールが可能である。従� ��て本発明のヒーターは自在な目的に合わせ� ��ことが出来、直線だけでなく四角形、円等� ��形状にも製作可能で、又後で述べるがヒー� ��ー線が1つばかりでなく複数存在する場合に も使える。

 窒化アルミ薄板6は、ヒーター線の発熱部 9と同形、同面積とするのが無理もない。し� �し熱源よりも広い面積にすると温度が下が� �し、断面を台形にして熱を受ける面よりも� �面を狭くすれば温度が上がるので、それら� �うまく使えばヒーター線発熱部と多少異な� �形状も取れる。又後から述べるが、山型の� �ーター補助具を一体に作ることも出来るの� �、多少の凹凸を持つ窒化アルミ薄板も作れ� �。しかしヒーター線と密着する一面を持ち� �本発明と同じ働きをする限り請求の範囲に� �める。また厚さは熱伝導が非常に良いので� �に薄くする必要は無く、丈夫さを考慮して� �0.6mm前後で充分である。

窒化アルミのつなぎや割れ目は、有っても それが0.1~0.2mm程度ならば、本発明者らのジグ ザグヒーター線の特許明細書にあるように、 貼ってあるフッ素樹脂テープや袋自身の熱の 拡散によりシールに影響は出ない。従って短 い材料を継ぎ足せばよいのでいくら長いヒー ターでも製作可能である。その場合窒化アル ミ薄板は、求められる形状が細く長いので、 使用中にさらに割れることが必ずある。しか し割れても破片が飛んで孔が開くようなこと さえ無ければよいので、ヒーター線5や両側� �ガラスクロステープ7と接着剤で貼り付ける� ��である。さらに予め割れやすい線をレーザ� ��等で入れておく方法もある。それにより思� ��がけず強い力が働いてもその線に沿って割� ��、むやみに細かい破片になったり、鋭角が� ��来たりすることを防ぐことが出来る。

 さらに積極的に窒化アルミや絶縁体を守� ��ために設けたものが放熱台の縁に設けた細� ��い突起即ちリブ3である。不注意で袋の中身 の硬いものがシールする袋の口まで来てしま って、プレス機構が閉じた時にヒーターがダ メージを受けるといった事故を防ごうとする ものである。例えば消毒袋に入ったメスの柄 が飛び出しているなどである。図1のように� �熱台2にリブ3が設けられている形状がヒータ ー単独の取り扱い上も便利であるが、図4の� �面図にあるように、ヒーターにリブが無く� �も、プレス機構の開口部1にヒーターを取り� ��けたときに、その開口部の縁15が飛び出し� �いる構造でも同様に機能すると言える。リ� �は少なくとも袋を差し込む側の片方だけで� �機能する。その高さは低くても横からの事� �を防ぐが、上からの事故にも耐えるよう高� �ほうが良い。

 ヒーター線と窒化アルミ薄板の熱の移動� ��グラフにしたものが図5である。縦軸に温度 、横軸に時間を取り、不必要ではあるが300℃ 近くまで加熱したものである。センサーは薄 いテープ状の熱電対で、図1の断面図で示す� �、測定点Aはヒーター線の底部で絶縁体のサ� ��コンテープ4との間、測定点Bは熱良導・電� �絶縁体である窒化アルミ薄板6の表面で、プ� ��ス機構を閉じて柔らかいシリコンゴム11で� �えた状態で測定した。このグラフによれば10 0℃~150℃ではA点、B点の温度差は殆ど無いと� �える。つまりヒーター線5の表面と窒化アル� ��薄板6は同じ温度で推移するくらいに窒化ア ルミ内の熱の移動は素早いと言える。

そして250℃~300℃ではA点のグラフが頂点を� ��えた時が電流を切って加熱を止めた時点で� ��るが、その時点からなお0.5秒近くB点が温度 上昇すると言う現象をB点のグラフで見るこ� �が出来る。これはそれらセンサーが、A点は� ��部の熱伝導率の高い、つまり熱の逃げる絶� ��体のサーコンテープ(熱伝導率0.9W/m・K)と接� ��ており、B点は熱伝導率の低い、つまり熱の 逃げない絶縁体の普通のシリコンゴム11(熱伝 導率0.16W/m・K)と接している違いで起きる現象 であると言える。そしてそれは鉄クロムとい う熱伝導率の低いヒーター線が熱の分断を行 っていることを表わしている。

窒化アルミ薄板6以外にも同様に機能する� �良導・電気絶縁体は、炭化珪素、酸化ベリ� �ウム、cBN等があり、コストが見合えばダイ� �モンドでも良いし、それらが主成分のセラ� �ックスでも良いし、複合したものでも良い� �これらはセラミックスで今まで述べてきた� �化アルミ薄板と全く同じ扱いで使用できる� �熱の伝導率で言えば窒化アルミは150~250W/m・K であるが、最低はヒーター線の材質の鉄クロ ムやニクロム等と同じ伝導率24W/m・K前後のア ルミナセラミックスまでを本発明では請求の 範囲に含める。このアルミナは窒化アルミに 比べて、同じ発熱量でもシールが弱くなるし 、熱の衝撃度も小さいが何とか使える。しか しアルミナ以下ではニクロム線から発生した 熱を全て吸収出来ずに、その分ヒーター線が 異常に高温になる傾向があるので使えない。

熱伝導率は熱良導・電気絶縁体を囲む熱電 気絶縁体の場合も重要である。インパルスシ ーラーは冷却が始まったら迅速な熱の放出、 アルミ台座への伝熱が必要になる。しかしあ まり熱伝導性が高いと使えない。磁器として 代表的なステアタイトは熱伝導率が2.5W/m・K� �あるが、0.6mmの薄板にして使用すると、底部 の放熱台に逃げるために、通常の強さの電流 を通して加熱しても、窒化アルミを通じて表 面まで充分な熱が出てこないのである。0.9W/m ・Kのサーコンテープならば熱が出てきてシ� �ルが出来た。この数値付近が、加える電力� �により多少の違いは生ずるが、使える絶縁� �の上限であろう。

逆に熱伝導率の低い方は使用不能になるこ とはない。低いガラスクロス(0.23W/m・K)やシ� �コンゴムでも、熱は大気に放出され、数秒� �内にシール温度から、収縮しない温度まで� �下するので、使用は可能である。しかし連� �使用すると累積した熱でヒーターが徐々に� �温になる。従ってこの場合は温度が上昇す� �につれて電流を制御する必要性がより大き� �。従ってヒートシーラーを設計する時、熱� �導性の高い絶縁体を使って熱を自然に放熱� �に逃がしながら使用するか、低い絶縁体を� �って高度な制御を行いながら使用するか選� �することになる。

表面の絶縁体と底部に使用する絶縁体とを 分けても、熱を逃がすという意味ではあまり 重要ではないので、製法上、図4又は図7のよ� ��に同一材料の絶縁体16で断面がコの字にな� �ように、一体にすることも出来る。例えば� �リコンゴムのサーコンテープとか、気泡を� �れたコージライト(磁器の一種)などで一体に 作れる。従って請求の範囲では、底部に貼る 絶縁体とその他の表面まで囲む絶縁体との加 工の時間差は無く、同時つまりは一体の場合 も含む。逆に複数の絶縁体を重ねても良い。 又シリコン系の絶縁体は隙間に充填して固め る方法もあるので、その場合絶縁体自身が接 着剤を兼ねると言える。

細かいことであるが図2のヒーター線の発� �しない部分と電極10をカバーするガラスクロ ステープ7は、窒化アルミ薄板6の両端の辺に� ��する部分は熱の断熱であり、電極部分の感� ��に対する、つまり電気の絶縁とは機能的に� ��なる。しかしガラスクロスだから両方を兼� ��たのであって、ステアタイトでは電気的に� ��良いが、熱的には先に記述したように伝導� ��が良すぎて、窒化アルミ薄板6に隣接しては 使えない。

電気絶縁性の主目的は、電気を流さないこ とであるが、耐圧とか難燃性、強度等その国 の法律又は基準があるので、それを満たす必 要がある。ガラステープやシリコンゴムは厚 さが0.6mmあれば二重絶縁の基準も満たしてい� ��し、0.6mmの窒化アルミ薄板や0.45mmのサーコ� �テープは電子部品の放熱材として基準を満� �すように作られているが、正確にはその関� �する国の基準に当てはめて見なければなら� �い。従って請求の範囲で絶縁体が適当な幅� �という表現の厚さは、熱の他にこの電気の� �準も満たす意味も含んでいる。

表面の熱電気絶縁体7の高さも重要である� �図1のガラスクロス7や図4の一体型絶縁体16の 上面のように、高さが同じ平面か、0.1~0.2mm低 い程度の平行な平面をなすと、従来のシーラ ーと同じくプレス機構1のシリコンゴム11とで 袋やフィルムを挟んで押えるので、しわが少 なく仕上がり、見た目がきれいで商品価値が 上がる。逆にその高さが低い場合は挟めない ので、シールとの境界にしわがよるし、加熱 時間が長ければエッジ切れの原因となる。し かし通常の加熱ではシール強度にあまり影響 は無いので、図6のように絶縁体17が低くても 斜めでも請求の範囲に入れる。ただし図には 無いが逆の絶縁体7が窒化アルミ6よりも高く� ��張っている形状ではシールが出来ず、使え� ��い。

 窒化アルミ薄板6の上に、フッ素樹脂テー プの下に、シールの目的に合わせた形のもの 、言わばヒーター補助具を載せることにより 、今までに無いシールが出来る。例えば図7� �断面図のように、窒化アルミ又はアルミを� �料にして断面が山型の、高さは0.3mm、底面の 幅0.6mm、長さはヒーターと同様の補助具18を� �せるのである。これによりシール及びヒー� �カットが出来る。図には無いが数字の補助� �を用いて日付をシールすることも出来るし� �これはインパルス・ホットスタンプとでも� �え、日付以外に色々応用も考えられる。

ヒーター補助具も熱の伝導性の良いものが 適している。従って窒化アルミ等の熱良導・ 電気絶縁体が使えるし、さらに窒化アルミ等 で電気的に絶縁しているので、アルミや銅も 使える。但しセラミックスと金属では膨張率 が違うので、長いものは注意が必要である。 又窒化アルミ等に同じものを載せるのであれ ば最初から塊として製作してもよい。

放熱台の素材はアルミ、銅、それらの合金 がよいが、ヒーターが熱伝導の低い絶縁体で 覆われれば放熱の効果は薄れるので、機能と しては単なる台又は補強板であり、その場合 熱伝導性は悪いが強度の強い鉄でも使用でき る。しかし熱が伝わっていくことは確かなの で、それらも含めて放熱台と称する。また本 発明のヒーターはその放熱台に囲われている のが強度や取り扱い上ベストの状態であるが 、図6、図7のヒーターの断面図のように熱電� ��絶縁体16,17と熱良導・電気絶縁体6とヒータ� ��線5が接着剤で固められていれば、それら主 要エレメントだけでも交換用部品として取り 扱いができるので、請求の範囲に含める。

従来のヒーター線は伸縮をするので、フッ 素樹脂テープを粘着剤で貼り付けると、使用 している間にそのテープに細かいしわが寄っ てしまう。その為粘着剤のない広幅のテープ を用い、その両縁を機械的に押える方法で固 定していた。しかし本発明のヒーターは殆ど 伸縮しないので、簡単に粘着剤付きフッ素樹 脂テープを貼り付けるだけでよくなった。フ ッ素樹脂テープと表現した中には基材にガラ スクロス討を用いたテープも含む。さらに本 発明のヒーターは異常高温にならないで、フ ッ素樹脂テープの寿命が非常に長くなったの で、例えば熱良導・電気絶縁体の表面に薄く 塗布することも出来る。また薄く塗布すると なれば離型剤としてシリコンゴムも使える。

離形剤としてのフッ素樹脂やシリコンゴム は熱の伝導率が非常に低い、つまり熱を伝え 辛い。0.1mm程度に薄くするから伝わるので、� ��形剤の層が薄ければ薄いほどよく、無いの� ��一番よい。ナイロンや紙、不織布などが表� ��になるラミネートフィルムは融けてヒータ� ��にくっ付かないので、それらばかりのシー� ��に用いる場合は不要である。従って離形剤� ��しで使う場合も請求の範囲に含める。

本発明に適したヒーター線は図3のジグザ� �線だけではない。スリットはヒーター線の� �さ方向を横切りさえすれば長さ方向の動き� �ある程度吸収するので、垂直だけでなくて� �めや、図8のように円弧にしても効果は同じ� ��ある。また図9、図10のようなヒーター線も� ��えるが、中心線でカットすると図3のジグザ グ線が2つ出来るので、合成した変形と考え� �ことも出来る。しかし図10のヒーター線はス リットが大きすぎて隙間が熱で埋められるま でのあいだ、時間と発熱量が必要になり、ま た線幅が均一ではないので、細い部分に余分 に発熱させることになる。つまりヒーター線 に無理が掛かる。従って滑らかに加熱するた めには、スリットは出来るだけ小さく、線幅 は均一な方がよい。

ヒーター線が図3のような撓み易いジグザ� �線ならば接着剤で伸縮を抑えられるので、� �れを利用して極薄のヒーター線を製作する� �とが出来る。0.09~0.01mmといった極薄板を、先 にセラミックスやガラスクロステープ等の熱 良導・電気絶縁体や熱電気絶縁体に貼り付け てからエッチングすればよい。薄ければより 電気抵抗を増し、より高い外部電源に直結で きる可能性が増えるからである。この場合薄 くても金属板自身によるジグザグ線は、熱良 導・電気絶縁体のセラミック薄板に酸化物等 を焼き付けたヒーター線とは違い、それなり の大電流を流すことが出来るし、絶縁体等が 割れても直ちに切れるということはない。こ の製法は、重ねて貼り付けてジグザグにする ので、請求の範囲とは加工順位が逆になる。 従って請求の範囲には時間的な順位は無い。

熱良導・電気絶縁体でヒーター線をカバー する利点は、ジグザグ線だけでなく一般のリ ボン線にも応用して生かすことができる。窒 化アルミ等のセラミックスは膨張率が小さい ので、膨張率の小さな金属、例えばニッケル 鉄合金のインバール等を材料としたヒーター 線が適する。2mとか3mの長いシーラーの場合� �ヒーター線に掛かる電圧は200Vや300Vになるの で、それを安全に絶縁するとか、3mのヒータ� ��を1mのヒーター線3本で構成しその繋ぎ目を� ��からなくして、100Vで切り替えながら利用す ることも出来る。水や腐食性の液体のシール の場合にヒーター線を保護することも出来る 。

膨張率が大きいヒーター線の場合でも短い 場合は簡単である。例えばチューブシーラー のような2cm前後のシーラーに応用して、細い チューブの場合にチューブから外れてオーバ ーヒートしやすい両端のフッ素樹脂テープの 焦げるのを防ぐことが出来る。長いシーラー の場合は熱良導・電気絶縁体も膨張率が大き くなることが都合よい。例えばヤスリのよう に、鉄合金ヒーター線の表面にダイヤモンド の薄い層を形成して熱良導・電気絶縁体とし て使うとか、逆に補助具としての帯状のアル ミ板の表面にアルミナ層や、将来は厚手の窒 化アルミを形成する等である。熱電気絶縁体 は膨張率の大きい物のほうが多い。

ヒーター線としての金属抵抗板は、鉄クロ ム、ニクロム等の鉄合金の他に、タングステ ン等、通常ヒーター線として使われるものな ら何でも使用出来る。また本発明のシーラー は軽く手に持って使うことが簡単になるので 、ヒーター側だけでシリコンゴム側が無いシ ーラーの場合もある。プレス機構としては人 が手でヒーター側のみを持って、作業台の上 の袋をシールする、言わば人体も含めたプレ ス機構も本発明には含める。