JP2011171254A

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

Info

Publication number: JP2011171254A
Application number: JP2010036508A
Authority: JP
Inventors: Yuichi Ishiyama; 友一石山
Original assignee: Kurabe Industrial Co Ltd
Current assignee: Kurabe Industrial Co Ltd
Priority date: 2010-02-22
Filing date: 2010-02-22
Publication date: 2011-09-01
Anticipated expiration: 2030-02-22
Also published as: JP5562677B2

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

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。
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。
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。
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。
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。
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。