JP2021190172A - 高屈曲ヒータ線及び発熱体 - Google Patents

Abstract

【課題】自動車等に用いられ、高い屈曲耐久性を有する低コストのヒータ線、及びそれを装着した発熱体を提供する。【解決手段】繊維芯と、繊維芯の外周に設けられた複数本の発熱線２を螺旋状に巻き付けてなる発熱部と、その発熱部の外周に設けられた絶縁外被とを有している。そして、発熱線２は、金属素線２ａとその金属素線２ａ上に設けられた絶縁被膜２ｂとを有し、絶縁被膜２ｂ上には滑性ナイロン又は滑性ポリアミドイミド２ｃが設けられているように構成し、滑性ナイロン又は滑性ポリアミドイミド２ｃの厚さは０．１〜３μｍの範囲内であることが好ましい。【選択図】図２

Description

本発明は、自動車等に用いられ、高い屈曲耐久性を有する低コストのヒータ線、及びそれを装着した発熱体に関する。

ヒータ線は、電気カーペット、電気毛布等の暖房製品や、座席用ヒータ、ステアリングヒータ等の車両用暖房部材の発熱源として利用され、それぞれの用途に応じた形態が提案されている。自動車の座席用のヒータ線として、例えば特許文献１には、引張強度や折り曲げに強い発熱線が提案され、具体的には、ａ）複数本の発熱体素線を撚り合わせて発熱体を構成し、その発熱体の上に絶縁外皮を設けたもの、ｂ）リボン状の発熱体素線をポリエステル等の芯体に螺旋状に巻き付け、その上に絶縁外皮を設けたもの、ｃ）複数本の発熱体素線を撚り合わせた発熱体をポリエステル等の芯体に螺旋状に巻き付け、その上に絶縁外皮を設けたもの、ｄ）絶縁被覆した１本又は複数本の発熱体素線で構成した発熱体をポリエステル等の芯体に螺旋状に巻き付け、その上に絶縁外皮を設けたもの、が記載されている。

ヒータ線を自動車の座席に装着した場合、ヒータ線が着座時に異物感を与えたり、座席の表皮面への浮き出しが指摘されたりして、ヒータ線により可撓性や柔軟性を持たせる必要があった。この要求に対し、異物感を与えないためパット材を厚くして、このパット材を介して発熱体を装着することが提案されていた。しかし、パット材が断熱材となって、座席の表皮面を素早く暖める速熱性を阻害することがあり、逆に速熱性を向上しようとすれば発熱体の消費電力を大きくする必要があり、車両のバッテリー容量等による制約が生じた。

こうした問題に対し、例えば特許文献２には、着座感に優れ、かつ耐久性、信頼性の高い発熱線を用いた発熱体が提案されている。この発熱体は、可撓性を有する支持体に配設される発熱線を、複数本の金属繊維強化を利用した銀入り銅合金線の素線に個別に絶縁被覆を施して撚り線状に構成し、かつ発熱線の外側には被覆を施さないように構成している。これにより、外径が小さいために着座時の違和感が無く、かつ金属繊維強化で個別に絶縁を施した素線を用いたために、耐久性、信頼性をより向上することができるとされている。

特開昭６１−４７０８７号公報 特開２００７−１３４３４１号公報

近年、自動車の座席用等に使用されるヒータ線は、即暖（速やかに暖まる）に対応するために狭ピッチでの配線が要請され、それゆえ細径化が要求されている。こうしたヒータ線は、製造時、配線時及び装着時にそれぞれ負荷が加わるので、高い屈曲耐久性が要求されている。屈曲耐久性が不十分では、各工程時に断線が発生することがあり、工程停止や追加作業が発生し、コストアップになる。

具体的には、従来のヒータ線は、発熱線の表面に、ポリウレタン樹脂、ポリアミドイミド樹脂、ポリイミド樹脂等の硬質焼付け材料が絶縁被膜として設けられている。しかし、これらの絶縁被膜は表面の滑りがあまりよくないため、ヒータ線に曲げ応力が加わった場合に、発熱線とその外周に設けられた絶縁外被との間に摩擦が生じて発熱線に応力が加わり、繰り返しの屈曲により断線が生じやすいおそれがある。また、発熱線の滑り性が乏しいと、芯材に発熱線をらせん状に巻く製造工程において、発熱線が複数の滑車を通過する際の繰り返し応力を受けたり、巻き線時に発熱線が重なったりして断線するケースが発生する。これらの課題に対し、絶縁被膜の表面に流動パラフィンを塗布して滑り性を向上させる手段も用いることができる、流動パラフィンは、絶縁外被の押出し時の熱で揮発しやすく、その揮発ガスの影響でヒータ線の外観に悪影響を及ぼしてしまうおそれがある。

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであって、その目的は、自動車等に用いられ、高い屈曲耐久性を有する低コストのヒータ線、及びそれを装着した発熱体を提供することにある。

本発明に係るヒータ線は、繊維芯と、該繊維芯の外周に複数本の発熱線を螺旋状に巻き付けてなる発熱部と、該発熱部の外周に設けられた絶縁外被とを有し、前記発熱線は、金属素線と該金属素線上に設けられた絶縁被膜とを有し、該絶縁被膜上には滑性ナイロン又は滑性ポリアミドイミドが設けられている。

この発明によれば、発熱線を構成する絶縁被膜上に滑性ナイロン又は滑性ポリアミドイミドが設けられているので、発熱線の表面に滑性が生じ、製造時、配線時及び装着時にそれぞれ負荷が加わって屈曲が繰り返されても断線しにくく、コストアップを抑制できる。特に、滑り性があまりよくない硬質焼付け材料が絶縁被膜として設けられている場合であっても、ヒータ線に曲げ応力が加わったときに発熱線とその外周の絶縁外被との間に摩擦が生じにくく、繰り返しの屈曲が生じても断線が生じにくい。また、発熱線の滑り性がよいので、ヒータ線の製造工程時に発熱線が複数の滑車を通過する際の繰り返し応力を受けにくく、巻き線時に発熱線が重なったりしにくくなり、それに基づく断線の発生を抑制できる。また、流動パラフィンを用いる場合のような揮発の問題も生じない。

本発明に係るヒータ線において、前記滑性ナイロン又は前記滑性ポリアミドイミドの厚さが、０．１〜３μｍの範囲内である。

本発明に係るヒータ線において、前記絶縁被膜が、耐熱性を有するポリウレタン、ポリエステルイミド、ポリイミド及びポリアミドイミドから選ばれる。

本発明に係るヒータ線において、前記発熱線の線径が、０．０５〜０．２４ｍｍの範囲内である。

本発明に係る発熱体は、上記本発明に係るヒータ線が装着されていることを特徴とする。

本発明によれば、自動車等に用いられ、高い屈曲耐久性を有する低コストのヒータ線、及びそれを装着した発熱体を提供することができる。

本発明に係るヒータ線の一例を示す模式的な説明図である。 発熱線の説明図である。 屈曲試験の態様を示す説明図である。

以下、本発明に係るヒータ線及び発熱体について図面を参照しつつ説明する。なお、本発明は図示の実施形態に限定されるものではない。

［ヒータ線］
本発明に係るヒータ線１０は、図１及び図２に示すように、繊維芯１と、繊維芯１の外周に設けられた複数本の発熱線２を螺旋状に巻き付けてなる発熱部と、その発熱部の外周に設けられた絶縁外被３とを有している。そして、発熱線２は、金属素線２ａとその金属素線２ａ上に設けられた絶縁被膜２ｂとを有し、絶縁被膜２ｂ上には滑性ナイロン又は滑性ポリアミドイミド２ｃが設けられている、ことに特徴がある。なお、「有し」とは、本発明の効果を阻害しない範囲でそれ以外の構成が含まれていてもよいことを意味し、例えば、金属素線２ａの表面にめっき（図示しない）が設けられていたり、絶縁外被３の外周に融着層等が設けられたりしてもよいことを意味している。

このヒータ線１０は、発熱線２を構成する絶縁被膜２ｂ上に滑性ナイロン又は滑性ポリアミドイミド２ｃが設けられているので、発熱線２の表面に滑性が生じ、製造時、配線時及び装着時にそれぞれ負荷が加わって屈曲が繰り返されても断線しにくく、コストアップを抑制できる。特に、滑り性があまりよくない硬質焼付け材料が絶縁被膜２ｂとして設けられている場合であっても、ヒータ線１０に曲げ応力が加わったときに発熱線２とその外周の絶縁外被３との間に摩擦が生じにくく、繰り返しの屈曲が生じても断線が生じにくい。また、発熱線２の滑り性がよいので、ヒータ線１０の製造工程時に発熱線２が複数の滑車を通過する際の繰り返し応力を受けにくく、巻き線時に発熱線２が重なったりしにくくなり、それに基づく断線の発生を抑制できる。また、流動パラフィンを用いる場合のような揮発の問題も生じない。

以下、ヒータ線の各構成要素を詳しく説明する。

（繊維芯）
繊維芯１は、ヒータ線１０を断面視した際の中央に芯材として位置する必須の構成であり、巻芯として機能する高張力体であることが好ましい。断面視した際の中央とは、断面視した際において、繊維芯１の中心位置とヒータ線１０の断面の中心位置とが一致又はほぼ一致した位置のことである。繊維芯１の例としては、複数の繊維を束ねた繊維糸が好ましく用いられる。繊維糸を構成する繊維としては、強度があり、耐熱性であればなおよい。例えば、繊維として、テトロン（登録商標）等のポリエステル繊維や、ケブラ（登録商標）等の全芳香族ポリアミド繊維や、ベクトラン（登録商標）等のポリアリレート繊維、ガラス繊維等を挙げることができる。また、繊維芯１は、異なる材質の繊維や、外径の異なる繊維糸を任意に複合させたものであってもよい。

繊維芯１は、繊維糸を集合線、撚り線又は編み込み線にして同心円状（真円形）又は略同心円状の断面になっている。このとき、繊維芯１を同心円状又は略同心円状の断面にするためには、繊維糸を撚り線とすることがより好ましい。繊維芯１の外径は特に限定されないが、例えば０．１〜１．０ｍｍの範囲を挙げることができる。繊維糸からなる繊維芯１は柔軟で変形し易いことから、繊維芯１の外径は、繊維芯１が真円形である場合はその外径とし、繊維芯１が扁平形である場合はその断面積から真円形の断面積に換算した外径として評価する。

繊維芯１は、通常、繊維糸を重量換算で示す繊度（ｄｔｅｘ）で表示され、１ｄｔｅｘは、長さ１００００ｍで１ｇである。繊維芯１のｄｔｅｘの範囲は、１１０〜２０００ｄｔｅｘであることが好ましい。こうした繊維芯１は、単一の繊維糸からなるものを用いてもよいし、２種以上の繊維糸からなるものを用いてもよい。２種以上の繊維糸からなるもので繊維芯１を構成した場合は、合計のｄｔｅｘを上記範囲内とすればよい。１１０ｄｔｅｘ未満では、耐久性不足となりやすい。一方、２０００ｄｔｅｘを超えると、外径が大きくなり、作業性や加工性に影響が出やすい。

（発熱部）
発熱部は、繊維芯１の外周に複数本の発熱線２を螺旋状に横巻きしてなる必須の構成部分である。発熱線２は、電流によって発熱する抵抗線であり、発熱仕様により所定の抵抗値となる抵抗線及びその本数を任意に選択して用いることができる。螺旋状に巻き付けるとは、例えば後述の実施例のように、６本の発熱線２を同時に螺旋状に巻くことにより、６本毎に単層に巻かれた形態のことである。なお、ヒータ線１０の最終外径が太くならないように通常は単層であるが、２層であってもよい。

発熱線２は、図２に示すように、金属素線２ａと、金属素線２ａ上に設けられた絶縁被膜２ｂと、絶縁被膜２ｂ上に最外層として設けられた滑性ナイロン又は滑性ポリアミドイミド２ｃとで少なくとも構成されている。発熱線２の線径は、０．０５〜０．２４ｍｍの範囲内とすることができる。細い発熱線２を螺旋状に巻きつけた場合は、ヒータ線全体の細径化と軽量化と柔軟化を実現できる。複数本とは、図１に示すような螺旋状に巻きつけることができる本数の範囲であり、後述の実施例では６本としているが、例えば１〜１０本を好ましく挙げることができる。なお、螺旋状に巻きつけるときのピッチは、繊維芯１の径や発熱線２の本数及び直径によって異なるので一概に言えないが、例えば０．２〜２．５ｍｍのピッチで巻かれていることが好ましい。

金属素線２ａとしては、直径が０．０４ｍｍ以上、０．２ｍｍ以下の銅線や銅合金線等を挙げることができる。銅合金線としては、ＣｕＡｇ合金、ＣｕＳｎ合金、ＣｕＮｉ合金等を挙げることができる。金属素線２ａの表面にはめっき層が施されていてもよい。めっき層としては、はんだめっき層、錫めっき層、金めっき層、銀めっき層、ニッケルめっき層等が好ましい。

絶縁被膜２ｂとしては、耐熱性を有するポリウレタン（ＰＵ）、ポリエステルイミド（ＰＥＩ）、ポリイミド（ＰＩ）、ポリアミドイミド（ＰＡＩ）等を挙げることができる。絶縁被膜２ｂの厚さは、一般的な日本工業規格（ＪＩＳ Ｃ ３２０２：２０１４）で１種、２種、３種の程度であり、その中から任意の厚さに選択することができる。絶縁被膜２ｂは、焼付け工程により任意の厚さに成膜される。これらの絶縁被膜２ｂは、滑り性があまりよくない硬質焼付け被膜であるが、後述の滑性ナイロン又は滑性ポリアミドイミド２ｃをその上に設けることで、ヒータ線１０に応力が加わったときに発熱線２とその外周の絶縁外被３との間に摩擦が生じにくく、繰り返しの屈曲が生じても断線が生じにくい。

滑性ナイロン又は滑性ポリアミドイミド２ｃは、絶縁被膜２ｂの焼付け装置において、絶縁被膜２ｂを形成した後に例えばワンパス（１回塗布した後に加熱処理）してオーバーコートされる。滑性ナイロン又は滑性ポリアミドイミドの厚さは、０．１〜３μｍの範囲内とすることが好ましい。滑性ナイロンとしては、例えば、ナイロン６６等を挙げることができる。滑性ポリアミドイミドとしては、ポリアミドイミドに添加物質（例えばポリエチレン等）を添加して滑性を向上させてなるものを挙げることができる。こうした滑性ナイロン又は滑性ポリアミドイミド２ｃは発熱線２の表面に滑性を生じさせ、製造時（例えば複数の滑車を通過する際に加わる応力、巻き線時に発熱線が重なることに基づいた応力集中等）、配線時（曲げて配置する際に加わる応力等）及び装着時（座席用ヒータ線として用いる場合の着座時の繰り返し応力等）にそれぞれ負荷が加わって屈曲が繰り返されても断線しにくく、コストアップを抑制できる。なお、滑性ナイロン又は滑性ポリアミドイミド２ｃは、流動パラフィン等の揮発性が小さいので、揮発の問題も生じない。なお、シリコーンオイルも滑性ナイロンや滑性ポリアミドイミドと同様の作用効果を奏するので、使用可能である。

（絶縁外被）
絶縁外被３は、発熱線２を覆うように設けられている。例えば、発熱線２を設けた後に、その外周を覆うように樹脂押出等で形成することができる。絶縁外被３の構成材料としては、絶縁性があり、耐熱性のある樹脂材料であればよいが、本発明では、絶縁外被３は、ＰＶＣ（ポリ塩化ビニル）、ナイロン、ポリエステルエラストマー、ＥＴＦＥ、ＦＥＰ、ＰＦＡのフッ素系樹脂を好ましく挙げることができる。また、ポリエチレン等のポリオレフィン、ポリエチレンテレフタレート等のポリエステルであってもよい。

絶縁外被３の厚さは、発熱部の外径寸法や最終的なヒータ線の外径によっても異なるが、０．０５〜１．０ｍｍ程度とすることが好ましく、０．１０〜０．３０ｍｍであることがより好ましい。

絶縁外被３は樹脂押出で形成されることが望ましい。押出形成した後の絶縁外被３は、一定の厚さになりやすく、その表面も凹凸が小さくすることができる。こうした押出形成した絶縁外被３を最外層として設けることにより、狭ピッチでの配線のために細径化した場合であっても局部的な屈曲が起きにくいという効果も兼ね備える。その結果、着座時に違和感がない程度の細径化を実現して発熱体とする場合の狭ピッチ配線を行うことができるとともに、屈曲耐久性を高めることができる。

［発熱体］
本発明に係る発熱体は、本発明に係るヒータ線１０を装着している。こうした発熱体は、高い屈曲耐久性を有する低コストのヒータ線１０を用いて形成されるので、発熱体を構成するシート基材等の対象物へのヒータ線１０の縫い付けを配線性よく行うことが容易になる。

発熱体としては、各種の用途に用いるものを挙げることができ、例えば、電気カーペット、電気毛布等の暖房製品や、シートヒータ、ステアリングヒータ等の車両用暖房部材を挙げることができ、好ましくは自動車用のシートに装着することができる。自動車用暖房部材としての発熱体では、ヒータ線はシート基材等の対象物に縫い込んで配設されている。

シート基材へのヒータ線１０の縫い付けは、ヒータ線１０の外観が揮発ガスの影響による悪化せず、発熱線２と絶縁外被３との間の摩擦が生じにくいので、配線性よく縫い込むことができる。ヒータ線１０を配線して縫い込む際に、ヒータ線１０に応力が加わるが、本発明に係るヒータ線１０は、そうした応力に対する耐性が高いので、着座時に違和感がない程度の細径化を実現した上で、発熱体とする場合の狭ピッチ配線も可能となる。

以下、実施例により本発明をさらに詳しく説明する。なお、これにより本発明が限定されるものではない。

［実施例１］
繊維芯１として、ポリアリレート繊維を束ねて外径約０．１７ｍｍにしたものを用いた。この繊維芯１上に、６本の発熱線２を６本同時に単層になるようにピッチ１．５ｍｍで螺旋状に横巻きした。発熱線２は、線径０．１０ｍｍの銅合金線（錫を０．３質量％含有する銅合金からなる金属素線２ａ）と、その上に焼き付けコーティングした厚さ０．０１ｍｍのポリエステルイミド樹脂層（絶縁被膜２ｂ）と、その上に最表面層として塗布形成した厚さ０．５μｍのナイロン６６（滑性ナイロン）とで構成した。螺旋巻きした発熱線２を覆う絶縁外被３として、ＰＶＣを厚さ０．２４ｍｍとなるように溶融押出して絶縁外被３を形成した。こうして総外径０．９ｍｍのヒータ線１０を作製した。

［実施例２］
ポリエステルイミド樹脂層に代えてポリウレタン樹脂層を同じ厚さで設けた。それ以外は実施例１と同様にして、総外径０．９ｍｍのヒータ線１０を作製した。

［実施例３］
滑性ナイロンの厚さを３μｍに変更した。それ以外は実施例１と同様にして、総外径０．９ｍｍのヒータ線１０を作製した。

［実施例４］
滑性ナイロンに代えて厚さ０．５μｍの滑性ポリアミドイミド（ポリエチレン含有ポリアミドイミド）を絶縁被膜２ｂ上に設けた。それ以外は実施例１と同様にして、総外径０．９ｍｍのヒータ線１０を作製した。

［実施例５］
ＰＶＣに代えて厚さ０．２４μｍのナイロンを絶縁外被３として設けた。それ以外は実施例１と同様にして、総外径０．９ｍｍのヒータ線１０を作製した。

［比較例１］
実施例１において、滑性ナイロンを設けなかった。それ以外は実施例１と同様にして、総外径０．９ｍｍのヒータ線を作製した。

［比較例２］
実施例２において、滑性ナイロンを設けなかった。それ以外は実施例１と同様にして、総外径０．９ｍｍのヒータ線を作製した。

［特性評価］
屈曲耐久性試験は、図５に示すように、半径５ｍｍのマンドレル４２，４２の間に各実施例と比較例で作製した長さ１０００ｍｍのヒータ線１０を挟み、ヒータ線１０の下方端部に荷重４１を取り付け、マンドレル４２と垂直方向に毎分３０回の速度で両側９０度ずつの屈曲を１回として屈曲回数を測定した。屈曲回数の評価は、ヒータ線１０の抵抗値が１０％上昇するまでの回数とした。実施例１〜５のヒータ線１０は、いずれも屈曲回数５０，０００回を超えた。一方、比較例１，２は、屈曲回数が３０，０００回まで到達しなかった。

１ 繊維芯
２ 発熱線
２ａ 金属素線
２ｂ 絶縁被膜
２ｃ 滑性ナイロン又は滑性ポリアミドイミド
３ 絶縁外被
１０ ヒータ線
４１ 荷重
４２ マンドレル
４３ ガイド

Claims (5)

1. 繊維芯と、該繊維芯の外周に複数本の発熱線を螺旋状に巻き付けてなる発熱部と、該発熱部の外周に設けられた絶縁外被とを有し、前記発熱線は、金属素線と該金属素線上に設けられた絶縁被膜とを有し、該絶縁被膜上には滑性ナイロン又は滑性ポリアミドイミドが設けられている、ことを特徴とするヒータ線。
2. 前記滑性ナイロン又は滑性ポリアミドイミドの厚さが、０．１〜３μｍの範囲内である、請求項１に記載のヒータ線。
3. 前記絶縁被膜が、耐熱性を有するポリウレタン、ポリエステルイミド、ポリイミド及びポリアミドイミドから選ばれる、請求項１又は２に記載のヒータ線。
4. 前記発熱線の線径が、０．０５〜０．２４ｍｍの範囲内である、請求項１〜３のいずれか１項に記載のヒータ線。
5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載のヒータ線が装着されている、ことを特徴とする発熱体。
   
   
   
   

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