JP2015115316A - 炭素繊維面状発熱体の電極及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】発熱体の製造過程で電極の不具合によって引き起こされる不良発生を減少させ、電極自体の物理的耐久性を向上させた炭素繊維面状発熱体の電極及びその製造方法を提供する。
【解決手段】炭素繊維面状発熱体の電極３００は、中央に位置するコア線、複数の電極細線がコア線の周りに撚り合わされてなる電極体、及び、電極体を一定間隔でメインパネル１００に固定するステッチング部、を含む。また、その製造方法は、中央にコア線を配置する中心段階、複数の電極細線をコア線の周りに撚り合わせて電極体を生成する撚り段階、及び、電極体をメインパネルに一定間隔でステッチングする固定段階、を含むことを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は炭素繊維面状発熱体の電極及びその製造方法に係り、より詳しくは、発熱体の製造過程で電極の不具合によって引き起こされる不良発生を減少させ、電極自体の物理的耐久性を向上させて製品の品質を向上させる炭素繊維面状発熱体の電極及びその製造方法に関する。

従来、自動車用発熱シートの発熱体としては、ニクロム線、鉄線、ニッケル線、銀メッキ銅線などの金属発熱体が一般的に使われて来た。このような金属発熱体は比抵抗が小さく過電流が流れると過熱して火事の危険性があり、また、直列連結方式のコイル状に構成されることによって断線する問題点も同時に持っている。
近年、これらを改善するために、炭素繊維を抵抗発熱体として使用し、並列に構成した面状発熱体が開発され使われるようになった。炭素繊維を用いた面状発熱体の製造方法は、多くの場合、多数の炭素繊維を経方向パターンで製織し、その両端部に並列型で予め付着された多くの形態の電極を固定糸で炭素繊維に接触連結するものであり、電源を印加することで炭素繊維が発熱する。

炭素繊維面状発熱体は、金属熱線面状発熱体に比べ、消費電力が少なく、面状発熱による温熱安楽感が良く、昇温速度が速いという利点があるが、シート状の発熱体が高価であり、織造された炭素繊維の両端部に配置された電極の耐久性及び電極の接着安定性によって発熱体の寿命が決定されるという問題点を有している。電極の耐久性改善のための方法が従来の技術として開示されているが、電極を具現するパターン形態に限定されている。
従来の炭素繊維糸を用いた面状発熱シート及びその製造方法は、メインシートの両端部に前もってレース状に織造された第１電源線に並んで直線状に第２電源線を付着した後、織造機及び編織機などを使って多数列の炭素繊維を多様なパターン状でメインシートに一括的に返し縫い処理するものである。

このような従来技術は、炭素繊維発熱体の電源線をメインシートの指定部分に固定するに際して位置偏差が発生し、前もって織造された電源線を使用する時ごとに要求する長さに合わせて裁断するため、この過程で資材ロスが発生する問題がある。
また、メインシートに電源線をホットメルト接着剤で塗布して接着する工程を含むので、追加の費用が発生し、さらに電源線の形状が一定した直線状に配列されるため、シート及び発熱体のデザインに制約があり、また、電源線をなす電極が直線状に配列されるため、着座により生ずる引張及び屈曲に対する耐久性が低下する問題点がある。

大韓民国特許公開第１０−２０１２−００３９３７０Ａ号明細書 日本国特許公開番号 特願２０１０−０４５０２５公報 日本国特許公開番号 特願２０１３−２５８０５５公報

本発明は、上記の問題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、炭素繊維面状発熱体に使用する電極の形態及び構造を改善し、発熱体の製造過程で電極の不具合によって引き起こされる不良発生を減少させ、電極自体の物理的耐久性を向上させて製品の品質を向上させることにある。
すなわち、本発明は、発熱体の製造過程で電極の不具合によって引き起こされる不良発生を減少させ、電極自体の物理的耐久性を向上させ、製品の品質を向上させる炭素繊維面状発熱体の電極及びその製造方法を提供することにその目的がある。

上記の目的を達成するためになされた本発明の炭素繊維面状発熱体の電極は、中央に位置するコア線、複数の電極細線がコア線の周りに撚り合わされてなる電極体、及び、電極体を一定間隔でメインパネルに固定するステッチング部、を含むことを特徴とする。

コア線は、アラミド系またはポリベンズオキサゾール（ＰＢＯ）系またはポリフェニレンスルフィド（ＰＰＳ）系引張繊維であることができる。
電極細線は、銅電極に銀またはニッケルでメッキされてなることができる。
電極体は複数の電極束がコア線の周りに撚り合されてなり、電極束は複数の電極細線が撚り合されてなることができる。
電極体は、メインパネルに複数が一定間隔で並んで、正弦波状に屈曲するように配置されることができる。

また、本発明の炭素繊維面状発熱体の電極の製造方法は、中央にコア線を配置する中心段階、複数の電極細線をコア線の周りに撚り合わせて電極体を生成する撚り段階、及び電極体をメインパネルに一定間隔でステッチングする固定段階、を含むことを特徴とする。
撚り段階では、複数の電極細線を撚り合わせて電極束を生成し、コア線の周りに複数の電極束を撚り合わせることで電極体を生成することができる。
撚り段階の後には、複数の電極体をメインパネルに一定間隔に並べて、正弦波状に屈曲するように配置する配置段階をさらに含むことができる。

本発明の炭素繊維面状発熱体の電極及びその製造方法によると、発熱体の製造過程で電極の不具合によって引き起こされる不良発生を減少させ、電極自体の物理的耐久性を向上させて製品の品質を向上させることができる。
また、個々の電極線の細線化（径を７０μｍから５０μｍに縮小）及び耐食メッキ（ＡｇまたはＮｉメッキ）による柔軟性及び耐食性の改善が可能であり、アラミド系またはＰＢＯ系の高強度引張補強糸のコア及び導体の二重撚り構造を電極線に適用することによって電極線の引張強度及び耐久特性の向上を果たすことができる。

そして、ステッチング装備によって電極の構成が可能であり、導体の二重撚り構造及び撚数調節によってステッチング時の電極線の破損及び切断を減少させることができ、既存の電極製造技術に比べ、曲げに対する耐久性の改善を果たすことができる。電極正弦波の形状は電極線のステッチング方式によって一定間隔を維持して重複区間を排除することができる。
また、炭素繊維発熱体の電極線をステッチング装備で直接配列することによってメインシートの指定部分に正確に位置させ、電極線帯を別途に製作しなくとも電極線をメインシート（原材シート）に直接ステッチング配列することによって費用を節減することができ、多様なシートのフォームパッド状、つまり曲線区間が適用される形状に適した電極端子の具現が可能な利点がある。

本発明の一実施例による炭素繊維面状発熱体の電極を示した図である。 本発明の他の実施例による炭素繊維面状発熱体の電極を示した図である。 本発明の一実施例による炭素繊維面状発熱体の電極の断面図である。 本発明のさらに他の実施例による炭素繊維面状発熱体の電極の断面図である。 本発明の炭素繊維面状発熱体電極の製造方法のフローチャートである。

以下、添付図面を参照して本発明の好適な実施例について詳細に説明する。
図１及び図２に本発明の実施例による炭素繊維面状発熱体の電極を示した。
図１に示したとおり、車両シートの表面に配置されたメインパネルの両側に電極を設置し、その電極を炭素繊維で連結することにより、発熱シートの機能を具現する。具体的に、本発明による炭素繊維面状発熱体の電極３００は、中央に位置するコア線３２２、複数の電極細線３２４がコア線３２２の周りに撚り合されてなる電極体３２０及び電極体３２０を一定間隔でメインパネル１００に固定するステッチング部４００を含む。

図３は本発明の一実施例による炭素繊維面状発熱体の電極の断面図であり、図４は本発明のさらに他の実施例による炭素繊維面状発熱体の電極の断面図である。
図３に示したとおり、コア線３２２が中央に位置し、その周りに電極体３２０が形成される。電極体３２０は複数の電極細線３２４がコア線３２２の周りに撚り合されて形成される。
そして、その電極体３２０はメインパネル１００にステッチング部４００によって縫い合わされて固定される。
一方、コア線３２２はアラミド系、ＰＢＯ（ポリベンズオキサゾール）系またはＰＰＳ（ポリフェニレンスルフィド）系繊維である。そして、電極細線３２４は銅電極に銀またはニッケルをメッキされてなる。

他の実施例の電極体３２０は、図４に示したとおり、複数の電極束３２６がコア線３２２を中心に撚り合されることで形成され、電極束３２６は複数の電極細線３２４が撚り合されることで形成できる。
そして、電極体３２０は、図２に示したとおり、メインパネル１００に複数が一定間隔で並んで配置されて正弦波状に屈曲することができる。

図５は本発明の炭素繊維面状発熱体電極の製造方法のフローチャートである。図５に示したとおり、本発明の炭素繊維面状発熱体電極の製造方法は、中央にコア線を配置する中心段階（Ｓ１００）、複数の電極細線をコア線の周りに撚り合わせて電極体を生成する撚り段階（Ｓ２００）、及び電極体をメインパネルに一定間隔でステッチングする固定段階（Ｓ４００）を含む。
撚り段階（Ｓ２００）においては、複数の電極細線を撚り合わせて電極束を生成し、コア線を中心に置き、複数の電極束をコア線の周りに撚り合わせることで電極体を生成する。
撚り段階（Ｓ２００）以後は、複数の電極体をメインパネルに一定間隔で並べた後、正弦波状に屈曲して配置する配置段階（Ｓ３００）をさらに含むことができる。

本発明によると、アラミド系またはＰＢＯ系の高強度引張補強糸をコアに適用して引張耐久性を増加させ、そして、耐食性改善のために銅電極細線に銀またはニッケルメッキを施した。
また、各細線の直径を既存の約７０μｍから約５０μｍに減少させて曲げ耐久特性を向上させ、約５〜９本の細線に撚りを与えて集束体を先に作り、この集束体４〜７本をさらに撚り合わせて（導体二重撚り）電極を構成することで引張及び曲げに対する耐久特性を補った。

特に、従来の技術によって電極線をレース帯状に製作した後、不織布原材シートに付着する方式は、電極線の配列を緩やかな曲線状に具現するときに、完全な曲線状に表現するのは困難であった。本発明では、このような問題を解決し、シートフォームパッドの形状に合わせて電極線配列を曲線及び多様な形状に製作することが可能となる。そして、電極線をステッチング装備で原材シートに配列する当たり、従来の技術による電極帯を接着する方式に比べ、接着安全性及び耐久特性が向上した。
また、電極線の曲線化は電極線の物理的な耐久性の向上及び炭素繊維との接触性を維持するために必要な技術であるが、従来の技術は部分的に電極線が集束して炭素繊維諸職過程中に電極及び針の破損問題を引き起こす問題があった。本発明の技術のステッチング装備を用いる場合、電極線の正弦波状の曲線化を維持しながら各電極線の間隔を一定に維持することができる。
さらに、ステッチング装備を用いた原材シート上の電極構成のために導体の二重撚り構造は必須であり、撚数は５〜２０ＴＰＩ（ｔｗｉｓｔ ｐｅｒ ｉｎｃｈ）であることが好ましい。撚数が５未満であれば、電極のステッチングの際、針が電極を貫いて電極を破損させる恐れがあり、撚数が２０以上になると、電極の引張強度の低下が起こる恐れがある。

本発明では、上記の構成によって引張強度が４０１Ｎに上昇し、曲げ試験による耐久性が９０００００回以上に向上し、Ｚ方向折り畳み試験においても９０００００回以上に強度が向上した。引張試験は、負荷荷重８８０ｇを置き、左右に各９０度の角度で数回曲げを実施した。折り畳み試験の場合には、両端を段差を挟んで互いに近接させることと遠く離すことを繰り返すもので、ストローク５０ｍｍで９０ｒｐｍの速度で試験した。
前述した構造を持つ炭素繊維面状発熱体の電極及びその製造方法によれば、発熱体の製造過程で電極の不具合によって引き起こされる不良発生を減少させ、電極自体の物理的耐久性を向上させて製品の品質を向上させることができる。
また、各電極線の細線化（径を７０μｍから５０μｍに縮小する）及び耐食メッキ（ＡｇまたはＮｉメッキ）による柔軟性及び耐食性の改善が可能であり、アラミド系またはＰＢＯ系の高強度引張補強糸のコア及び導体の二重撚り構造を電極線に適用することによって電極線の引張強度及び耐久特性の向上を達成することができる。

そして、ステッチング装備で電極を固定することができ、導体二重撚り構造及び撚数調節により、ステッチングの際、電極線の破損及び切断を減少させることができる。また、既存の電極技術に比べ、曲げに対する耐久性の改善を果たすことができる。電極の正弦波状は電極線のステッチング方式によって一定間隔を維持することができるため、電熱線の偏りや重複区間を排除することができる。
さらに、炭素繊維発熱体の電極線をステッチング装備で直接配列することにより、メインシートの指定部分に正確に位置させることができる。また、電極線帯を別途に製作せずに電極線をメインシート（原材シート）に直接ステッチング配列することによって費用を節減することができる。またさらに、多様なシートのフォームパッド形状、つまり曲線区間が適用される形状に適した電極端子の具現が可能になるという利点もある。

以上、本発明に関する好ましい実施例を説明したが、本発明の範囲は特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲によって解釈されなければならない。また、この技術分野で通常の知識を有する者なら、本発明の技術的範囲内で多くの修正と変形ができることはいうまでもない。

本発明は、発熱体の製造過程で電極の不具合によって引き起こされる不良発生を減少させ、電極自体の物理的耐久性を向上させて製品の品質を向上させることから、炭素繊維面状発熱体の電極及びその製造方法に好適である。

１００ メインパネル
３００ 電極
３２０ 電極体
３２２ コア線
３２４ 電極細線
３２６ 電極束
４００ ステッチング部

Claims (8)

1. 中央に位置するコア線、
   複数の電極細線が前記コア線の周りに撚り合わされてなる電極体、及び、
   前記電極体を一定間隔でメインパネルに固定するステッチング部、を含むことを特徴とする炭素繊維面状発熱体の電極。
2. 前記コア線は、アラミド系またはポリベンズオキサゾール（ＰＢＯ）系またはポリフェニレンスルフィド（ＰＰＳ）系引張繊維であることを特徴とする請求項１に記載の炭素繊維面状発熱体の電極。
3. 前記電極細線は、銅電極に銀またはニッケルでメッキされてなることを特徴とする請求項１に記載の炭素繊維面状発熱体の電極。
4. 前記電極体は複数の電極束が前記コア線の周りに撚り合わされてなり、前記電極束は複数の前記電極細線が撚り合わされてなることを特徴とする請求項１に記載の炭素繊維面状発熱体の電極。
5. 前記電極体は、前記メインパネルに複数が一定間隔で並んで、正弦波状に屈曲するように配置されたことを特徴とする請求項１に記載の炭素繊維面状発熱体の電極。
6. 中央にコア線を配置する中心段階、
   複数の電極細線を前記コア線の周りに撚り合わせて電極体を生成する撚り段階、及び、
   前記電極体をメインパネルに一定間隔でステッチングする固定段階、を含むことを特徴とする炭素繊維面状発熱体の電極製造方法。
7. 前記撚り段階では、複数の電極細線を撚り合わせて電極束を生成し、前記コア線の周りに複数の電極束を撚り合わせることで電極体を生成することを特徴とする請求項６に記載の炭素繊維面状発熱体の電極製造方法。
8. 前記撚り段階の後には、複数の電極体をメインパネルに一定間隔で並べて、正弦波状に屈曲するように配置する配置段階をさらに含むことを特徴とする請求項６に記載の炭素繊維面状発熱体の電極製造方法。

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