JP2011171254A - 温度検知機能付きコード状ヒータ及び面状ヒータ - Google Patents

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Abstract

【課題】長さが短くなったとしても充分な温度検知が可能な温度検知機能付きコード状ヒータ及び面状ヒータを提供すること。
【解決手段】発熱線と検知線とを有し、該検知線は温度変化により抵抗値が変化する検知素線を有しており、上記検知線を複数本有し、該複数の検知線における検知素線同士が検知素線に被覆される絶縁被膜により絶縁されており、上記複数本の検知線における検知素線同士が直列に電気的接続されているコード状ヒータ。上記発熱線が、絶縁被膜により被覆された発熱素線からなるコード状ヒータ。芯線上に、上記発熱線と上記検知線とが引き揃えられて巻回されているコード状ヒータ。上記検知素線の抵抗値が、正特性温度係数を有するコード状ヒータ。コード状ヒータを基材上に配設した面状ヒータ。
【選択図】 図1

Description

本発明は、例えば、シートヒータ、電気カーペット、床暖房などの採暖器具に使用される、発熱機能と温度検知機能を兼ね備えたコード状ヒータとそれを使用した面状ヒータに係り、特に、コード状ヒータの長さが短くなったとしても充分な温度検知が可能なものに関する。
従来より、電気カーペット、電気毛布などに使用されるコード状ヒータとして、温度検知のための検知線と発熱線を一つの線とした温度検知機能付きのコート状ヒータ(所謂、一線式ヒータと称されるもの)が知られている。これは、図5に示すように、中心の芯線102上に発熱線103を巻回し、その外周に被覆層110を被覆し、その外周に検知線104を巻回し、その外周にシース105を備えた構造のコード状ヒータ101となっている。そして、検知線103の温度による抵抗値変化を検知することで、温度検知が行われている(例えば、特許文献1,2参照)。
また、本発明に関連する技術として、例えば、特許文献3が挙げられる。
特開昭58−214295号公報:松下電器産業 特許第4202071号公報:クラベ 特開2008−311111号公報:クラベ
上記のようなコード状ヒータは、検知線の抵抗値変化を検知するため、検知線の抵抗値をある程度高くしないと抵抗値変化量も小さくなってしまい、充分な検知ができなくなってしまう。そのため、コード状ヒータの長さをなるべく長くとることで検知線の長さを長くし、検知線の抵抗値を高くすることが必要になる。このようなことより、上記のようなコード状ヒータは、電気カーペットや電気毛布などの比較的広範囲を加熱するヒータでのみ適用されており、小さい部分を加熱するようなヒータには適用が非常に困難となっている。
本発明は、このような従来技術の欠点を解決するためになされたものであって、その目的とするところは、長さが短くなったとしても充分な温度検知が可能な温度検知機能付きコード状ヒータ及び面状ヒータを提供することにある。
上記目的を達成するべく、本発明の請求項1によるコード状ヒータは、発熱線と検知線とを有し、該検知線は温度変化により抵抗値が変化する検知素線を有しているコード状ヒータにおいて、上記検知線を複数本有し、該複数の検知線における検知素線同士が検知素線に被覆される絶縁被膜により絶縁されており、上記複数本の検知線における検知素線同士が直列に電気的接続されていることを特徴とするものである。
又、請求項2記載のコード状ヒータは、上記発熱線が、絶縁被膜により被覆された発熱素線からなることを特徴とするものである。
又、請求項3記載のコード状ヒータは、芯線上に、発熱線と検知線とが引き揃えられて巻回されており、上記検知線は温度変化により抵抗値が変化する検知素線を有しているコード状ヒータにおいて、上記発熱線が絶縁被膜により被覆された発熱素線からなり、上記検知線を複数本有し、該複数の検知線における検知素線同士が検知素線に被覆される絶縁被膜により絶縁されており、上記複数本の検知線における検知素線同士が一端において接続されていることを特徴とするものである。
又、請求項4記載のコード状ヒータは、上記検知素線の抵抗値が、正特性温度係数を有することを特徴とするものである。
又、請求項5記載のコード状ヒータは、上記発熱線及び上記検知線が、それぞれ異なる色で識別されていることを特徴とするものである。
又、請求項6記載の面状ヒータは、上記のコード状ヒータを基材上に配設したものである。
本発明によれば、従来と同様の構造で検知線の長さを長くすることができることから、コード状ヒータの長さが短くなったとしても、検知線の抵抗値を充分に高くすることができ、充分な温度検知が可能となる。
また、発熱線と複数の検知線が引き揃えられて芯線に巻回されていれば、コード状ヒータの径を細くすることができる。
また、検知線の抵抗値が正特性温度係数を有するものであれば、万が一、抵抗線が断線したとしても、異常温度として検知されることになるため、安全装置としての信頼度が向上することになる。
また、発熱線と複数の検知線それぞれ異なる色で識別されていれば、発熱線や検知線の接続作業が非常に容易となる。
本発明における実施の形態を示す図で、コード状ヒータの構成を一部切り欠いて示す側面図である。 本発明における他の実施の形態を示す図で、コード状ヒータの構成を一部切り欠いて示す側面図である。 本発明における他の実施の形態を示す図で、コード状ヒータの構成を一部切り欠いて示す側面図である。 本発明における他の実施の形態を示す図で、コード状ヒータの構成を一部切り欠いて示す側面図である。 従来技術を示す図で、コード状ヒータの構成を一部切り欠いて示す側面図である。
本発明の構成について図1を参照して説明する。まず、外径約0.2mmのアラミド繊維からなる芯線2の外周に、5本の発熱線3と、2本の検知線4を引き揃え、ピッチ1mmで螺旋状に巻装する。発熱線3は、素線径0.08mmの錫銅合金線からなる発熱素線3aに、ポリウレタンからなる絶縁被膜3bを厚さ約0.04mmで被覆したものである。検知線4は、素線径0.08mmのニッケル線からなる検知素線4aに、フッ素樹脂からなる絶縁被膜4bを厚さ約0.04mmで被覆したものである。この外周に、厚さ2mmでポリエチレンを被覆してシース5を形成し、これをコード状ヒータ1とする。このコード状ヒータ1を所定の長さに切断した後、一端において、検知線4の絶縁被膜4bを除去し、検知素線4a同士が接続端子6により接続される。これにより、検知素線4a同士が直列に電気的接続されるようになる。
以下、本発明の他の態様について詳述する。
芯線2としては、例えば、ガラス繊維等の無機繊維や、ポリエチレンテレフタレート等のポリエステル繊維、脂肪族ポリアミド繊維、芳香族ポリアミド繊維、全芳香族ポリエステル繊維等の有機繊維のモノフィラメント、マルチフィラメント、スパン、或いはそれらの繊維材料、若しくは、それらの繊維材料を構成する有機高分子材料を芯材とし、その周上に熱可塑性の有機高分子材料が被覆された構成を有する繊維などが挙げられる。また、本発明においては、発熱線3が絶縁被膜3bにより絶縁されており、検知線4が絶縁被膜4bにより絶縁されているため、芯線2は絶縁材料にこだわる必要はない。例えば、ステンレス鋼線やチタン合金線等を使用することも可能である。しかし、発熱線3や検知線4が断線したときのことを考慮すると、芯線2は絶縁材料であった方が良い。
発熱素線3aとしては、従来公知のものを使用することができ、例えば、銅線、銅合金線、ニッケル線、鉄線、アルミニウム線、ニッケル−クロム合金線、銅−ニッケル合金、鉄−クロム合金などが使用できる。これらの中でも、巻付けたときのスプリングバックする量が小さい材料が良く、復元率が200%以下となるものが好ましい。
発熱素線3aに被覆される絶縁被膜3bとしては、従来公知の樹脂材料等を使用することができ、例えば、ポリウレタン樹脂、ポリアミド樹脂、ポリイミド樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリエステル樹脂、塩化ビニル樹脂、フッ素樹脂、シリコーン樹脂などが挙げられる。これらの中でも、熱融着性を有する材料を使用すれば、発熱線3同士を融着することができることから、接続端子との接続等の端末加工時に発熱線3がバラけることがないため、加工性を向上させることができ好ましい。また、負特性温度係数を持つ有機半導体を使用することも考えられる。絶縁被膜3bを被覆する際には、押出被覆、塗布など従来公知の手法を用いれば良い。尚、態様によっては絶縁被膜3bを省略することも可能である。
発熱線3は、単数本でも良いし、複数本を用いても良い。複数本を用いる場合は、引き揃えても良いし、撚合せても良いが、引き揃えた方が、コード状ヒータの径が細くなるとともに、表面も平滑になるため好ましい。また、発熱線3を複数本用いる場合は、発熱素線3aの1本ずつが絶縁被膜3bにより被覆されている構成とすることが好ましい。これにより、発熱素線3aの1本ずつが並列の回路を構成するようになるため、発熱素線3aの一部に断線が生じても、並列の回路の一部回路が断線したことと同義になり、コード状ヒータ全体として抵抗値が高くなることになる。そのため、断線部分において単位断面積当たりの電流量が増加することはなく、異常発熱を起こすこともなくなる。
検知素線4aとしては、従来公知のものを使用することができ、温度変化により抵抗値が変化する材料が用いられる。例えば、銅線、銅合金線、ニッケル線、鉄線、アルミニウム線、ニッケル−クロム合金線、銅−ニッケル合金、鉄−クロム合金などの各種金属線、炭素繊維線、導電性樹脂線などが挙げられる。これらの中でも、正特性温度係数を有するものが好ましい。特に係数が大きいニッケル線、プラチナ線が好ましく使用できる。正特性温度係数を有するものであると、温度が上昇するに従い抵抗値が大きくなることになるため、抵抗値が大きくなると異常温度と判断され、発熱線3への通電を停止する制御の方式になる。従って、万が一、検知素線4aが断線したときには、抵抗値が∞になることから、異常温度が発生したときと同様、発熱線3への通電を停止することになる。これは、安全装置としてみたときに非常に信頼度の高い方式である。
検知素線4aに被覆される絶縁被膜4bとしては、上記発熱素線3aに被覆される絶縁被覆3bと同様、従来公知の樹脂材料等を使用することができ、例えば、ポリウレタン樹脂、ポリアミド樹脂、ポリイミド樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリエステル樹脂、塩化ビニル樹脂、フッ素樹脂、シリコーン樹脂などが挙げられる。これらの中でも、熱融着性を有する材料を使用すれば、検知線4同士或いは、検知線4と発熱線3を融着することができることから、接続端子との接続等の端末加工時に検知線4がバラけることがないため、加工性を向上させることができ好ましい。また、負特性温度係数を持つ有機半導体を使用することも考えられる。また、絶縁被膜4bを所定の温度で溶融するものとすれば、所定の温度により検知素線4bが接触することになり、検知線の抵抗値が大幅に低下することになるため、この大幅な抵抗値の低下によって非可逆的な異常温度の検知を行うこともできる。絶縁被膜4bを被覆する際には、押出被覆、塗布など従来公知の手法を用いれば良い。尚、上記発熱線3の場合は、発熱素線3aの1本ずつが絶縁被膜3bにより被覆されていることが好ましいが、検知線4の場合、複数本の線を撚り合せたものを1本の検知素線4aとして取扱っても良い。また、態様によっては絶縁被膜4bを省略することも可能である。例えば、1本の検知線について、検知素線を絶縁被膜で被覆したものとし、もう1本の検知線について、絶縁被膜を省略したものとすれば、それぞれの検知線における検知素線同士が絶縁被膜により絶縁された状態となり得る。
検知線4は、複数本用いられる。これらは、引き揃えても良いし、撚合せても良いが、引き揃えた方が、コード状ヒータの径が細くなるとともに、表面も平滑になるため好ましい。また、複数本の検知線4における検知素線4a同士は、直列に電気的接続される。例えば、2本の検知線を用いた場合、一端において接続されることで、検知線の長さは一往復した長さとなる。また、3本の検知線を用いた場合、仮に3本の検知線を検知線A、検知線B、検知線Cとすると、一端において検知線Aと検知線Bを接続し、もう一方の端で検知線Bと検知線Cを接続することで、検知線の長さは一往復半した長さとなる。4本以上の検知線を用いた場合も同様にすれば、更に検知線の長さを長くすることができる。このように、複数の検知線を1本の線となるように接続することで、検知線の長さを長くすることができ、検知線の抵抗値を大きくすることができる。それにより、コード状ヒータの長さが短くなったとしても、検知線の抵抗値を充分に高くすることができ、充分な温度検知が可能となる。複数の検知素線の接続については、例えば、端子によって接続する、半田付けによって接続するなど、従来公知の種々手法を用いることができる。又、複数の検知線それぞれを回路基板等に接続し、この回路基板内でそれぞれの検知線が直接接続されているような形態も考えられる。
また、発熱線3の絶縁被膜3bと検知線4の絶縁被膜4bについて、それぞれ異なる色に着色することも考えられる。これにより、作業者がそれぞれの線を接続する際、識別が容易になり、発熱線3や検知線4の接続作業が非常に容易となる。また、発熱線3と検知線4の識別だけでなく、複数の検知線4それぞれの識別をはかるため、複数の検知線4をそれぞれ異なる色に着色することも考えられる。これは特に検知線4を3本以上用いる際に有効である。絶縁被膜への着色は、例えば、絶縁被膜を構成する材料に染料や顔料を混合しても良いし、絶縁被膜に着色用塗料等を塗布しても良く、従来公知の種々手法を用いることができる。
上記芯線2の外周に、上記発熱線3と複数本の上記検知線4が巻回されるが、この際、発熱線3と検知線4は引き揃えられていると、コード状ヒータの径が細くなるとともに、表面も平滑になるため好ましい。これにより、例えば、基材にコード状ヒータを配設して面状ヒータとした際、コード状ヒータが目立たなくなり、コード状ヒータの出っ張りに起因する違和感を抑えることができる。また、発熱線3や検知線4とともに、短絡検知線や温度過昇防止用ハンダ線を巻回しても良い。また、図4に示すように、発熱線3と検知線4の間に、ナイロンやポリエステル等のモノフィラメントなどによる熱絶縁線8を配置しても良い。例えば、コード状ヒータを車両用シート等の中に配置した場合、熱伝導の関係上、シート表面の温度は発熱線3の温度に遅れて上昇することになる。ここで、熱絶縁線8を配置すれば、実際の発熱線3の温度上昇に遅れて検知線4の温度が上昇することになる。即ち、シート表面の温度上昇の遅れを熱絶縁線8より擬似的に作り出し、シート表面の温度と検知線4の温度を一致させることができるため、シート表面が充分に温度上昇していないにもかかわらず発熱線3への通電が遮断されてしまうようなことを防止できる。
発熱線3や検知線4を構成する材料が充分な引張強度を有している場合や、コード状ヒータに外力がかからない環境で使用される場合等には、上記芯線2を使用しないことも考えられる。その場合、図2に示すように、発熱線3と複数の検知線4を撚り合せた構成、又は、発熱線3と複数の検知線4を引き揃えた構成となる。又、発熱線3と複数の検知線4とを紐状に編組したものとしても良い。
発熱線3及び検知線4の外周に、必要に応じて、シース5を形成しても良い。シースの形成に際しては、押出成形等によって行っても良いし、予めチューブ状に成形したシースを被せても良く、形成の方法には特に限定はない。シースを構成する材料としても、コード状ヒータの使用形態や使用環境などによって適宜設計すれば良く、例えば、ポリエチレン樹脂、ポリエステル樹脂、ポリウレタン樹脂、ポリアミド樹脂、塩化ビニル樹脂、フッ素樹脂、合成ゴム、フッ素ゴム、ポリオレフィン系熱可塑性エラストマー、ポリウレタン系熱可塑性エラストマー、ポリエステル系熱可塑性エラストマー等、種々のものが挙げられる。また、このシースの外周に、更に保護被覆を形成しても良い。
また、図3に示すように、中心の芯線2上に発熱線3を巻回し、その外周にポリアミド樹脂等からなる被覆層10を押出被覆し、その外周に検知素線4aを絶縁被膜4bで被覆した検知線4を2本引き揃えて巻回し、その外周にシース5を押出被覆し、2本の検知線4の検知素線同士を端子6等で接続して構成したものとすることも考えられる。この場合、発熱線3は発熱素線3aを絶縁被膜3bで被覆したものでもよいし、発熱素線3aのみからなるものでも良い。また、2本の検知素線4の内の1本について、絶縁被膜4bを省略して検知素線4aのみからなるものとすることも考えられる。
上記のようにして得られたコード状ヒータ1は、例えば、パイプや槽等に巻き付けられて凍結防止用ヒータや保温ヒータとして供される。また、アルミ箔、不織布、樹脂シート、発泡樹脂シート、ゴムシート等の基材上に蛇行形状等の所定の形状に配設されて面状ヒータとしてもよい。このような面状ヒータは、例えば、電気毛布、電気カーペット、カーシートヒータ等に供されることになる。また、コード状ヒータを基材上に配設して面状ヒータとする際には、上記特許文献2を参照して、発熱線3と検知線4の外周に熱融着層を形成し、加熱加圧を加えることで基材に接着することも考えられる。上記したシース5を形成する場合は、熱融着層はシース5の外周に形成されることになる。このように、熱融着層は、コード状ヒータにおける最外層として形成されるものである。熱融着層を構成する材料としては、例えば、ポリエチレン等のポリオレフィン、ポリエステル、塩化ビニル、ポリアミド等の熱可塑性高分子材料などが挙げられる。これらの内から任意に選択すれば良いが、上記した絶縁被膜3b及び絶縁被膜4bを構成する材料の分解開始温度以下又は融点以下の温度で溶融する材料である方が良い。尚、上記したような面状ヒータとする際の工程についても、例えば上記した特許文献2などを参照することができる。勿論、上記のような熱融着層により基材に配設する方法に限定されることはなく、例えば、接着性を有する基材にコード状ヒータを貼り付けて面状ヒータとする方法、2枚の基材で挟み込んでコード状ヒータを固定して面状ヒータとする方法、縫製によりコード状ヒータを基材に固定して面状ヒータとする方法など、種々の方法が考えられる。
以上詳述したように本発明によれば、コード状ヒータの長さが短くなったとしても充分な温度検知が可能な温度検知機能付きコード状ヒータを得ることができる。このコード状ヒータは、例えば、アルミ箔や不織布等の基材上に蛇行形状等の所定の形状に配設されて面状ヒータとし、電気毛布、電気カーペット、カーシートヒータ、暖房便座、加熱調理器具、床暖房、二次電池加熱用ヒータ等に好適に使用可能である。また、コード状ヒータ単体としても、例えば、パイプ、槽、ケース等に巻き付けられ、或いは、貼り付けられて凍結防止用ヒータや保温ヒータとして好適に使用することができる。
1 コード状ヒータ
2 芯線
3 発熱線
3a 発熱素線
3b 絶縁被膜
4 検知線
4a 検知素線
4b 絶縁被膜
5 シース
6 端子

Claims (6)

  1. 発熱線と検知線とを有し、該検知線は温度変化により抵抗値が変化する検知素線を有しているコード状ヒータにおいて、
    上記検知線を複数本有し、該複数の検知線における検知素線同士が検知素線に被覆される絶縁被膜により絶縁されており、上記複数本の検知線における検知素線同士が直列に電気的接続されていることを特徴とするコード状ヒータ。
  2. 上記発熱線が、絶縁被膜により被覆された発熱素線からなることを特徴とする請求項1記載のコード状ヒータ。
  3. 芯線上に、発熱線と検知線とが引き揃えられて巻回されており、上記検知線は温度変化により抵抗値が変化する検知素線を有しているコード状ヒータにおいて、
    上記発熱線が絶縁被膜により被覆された発熱素線からなり、上記検知線を複数本有し、該複数の検知線における検知素線同士が検知素線に被覆される絶縁被膜により絶縁されており、上記複数本の検知線における検知素線同士が一端において接続されていることを特徴とするコード状ヒータ。
  4. 上記検知素線の抵抗値が、正特性温度係数を有することを特徴とする請求項1〜請求項3記載のコード状ヒータ。
  5. 上記発熱線及び上記検知線が、それぞれ異なる色で識別されていることを特徴とする請求項1〜請求項4記載のコード状ヒータ。
  6. 請求項1〜請求項5記載のコード状ヒータを基材上に配設した面状ヒータ。
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