JP2022031199A

JP2022031199A - ヒータ線、及び面状ヒータ

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Publication number: JP2022031199A
Application number: JP2021126929A
Authority: JP
Inventors: 信樹飯尾; Nobuki Iio; 淳上田; Atsushi Ueda
Original assignee: Nissei Electric Co Ltd
Current assignee: Nissei Electric Co Ltd
Priority date: 2020-08-07
Filing date: 2021-08-02
Publication date: 2022-02-18

Abstract

【課題】被覆層の除去時における電熱線の位置ずれを抑制しつつ、接続端子類を設ける際の作業性に優れ、細径化に適したヒータ線を提供することにある。【解決手段】芯材の外周に所定のピッチで電熱線を巻回したコア線と、コア線を被覆する被覆層とを有するヒータ線において、被覆層の内周面を電熱線と接触させると共に、芯材、電熱線、被覆層とで包囲された空隙部を形成する。空隙部における芯材の表面と被覆層の内周面との間の距離は、電熱線の直径の３分の１以上、かつ、電熱線の直径未満とする。もしくは、被覆層の内径Ｒｉ、コア線の外径Ｒｃを、０．０５≦（Ｒｉ－Ｒｃ)π≦０．６を満たすように設定する。【選択図】図２

Description

本発明は、芯材上に電熱線を巻回したコア線に被覆層を設けたヒータ線に関するものである。

従来から、芯材上に電熱線を巻回したコア線に被覆層を設けた構造のヒータ線が使用されている。ヒータ線を使用する際には、必要な長さに調整したヒータ線の端部において被覆層を除去し、電熱線に給電するための接続端子類が設けられることが多い。

被覆層を除去する際は通常、被覆層に切込み線を設けた後、被覆層をヒータ線の長さ方向に沿って移動させることになるが、被覆層を移動させる際にその内周面が電熱線に接触し、電熱線の位置ずれが発生することがある。電熱線は所定の発熱量を得るため、予め設定された所定のピッチで芯材上に巻回されているため、電熱線の位置ずれはヒータ線の性能に影響を及ぼす場合がある。

電熱線の位置ずれを防ぐためには、被覆層の除去作業を慎重に行う必要があるが、作業性に難がある。

作業性を確保しつつ、被覆層の除去時に電熱線の位置ずれを抑制する方法の一例として、特許文献１が存在する。特許文献１では不織布からなるセパレータを使用することで、被覆層の除去作業の作業性を高めている。

しかしながら、特許文献１に記載の方法はセパレータの存在により、ヒータ線の外径が太径化する傾向にあり、ヒータ線の細径化が要求される場面においては採用が困難である。

加えて、セパレータを使用する際は、被覆層の除去作業の作業性を高めるために、コア線とセパレータとの間の摩擦抵抗を減少させる構成を採用することがあるが、摩擦抵抗が必要以上に小さい場合、却って被覆層の除去作業の作業性が悪化する場合が存在する。

特開平１０－１７２７４２号公報

本発明の課題は、被覆層の除去時における電熱線の位置ずれを抑制しつつ、細径化に適したヒータ線を提供することにある。

本発明者は、ヒータ線の構造を鋭意検討した結果、芯材の外周に電熱線を巻回したコア線と、コア線を被覆する被覆層とを有するヒータ線において、電熱線と被覆層とを接触させる一方、芯材と被覆層とは接触させないことで、コア線と被覆層との間の密着力を制御し、課題解決に至った。

上記の構成を採る本発明によれば、以下のような作用・効果が奏される。

（ａ）コア線と被覆層との間の密着力が小さく、被覆層の除去時における電熱線の位置ずれを抑制できる。

（ｂ）セパレータを使用することなくコア線と被覆層との間の密着力を小さくできるため、ヒータ線の細径化に寄与する。

本発明のヒータ線の基本的構造である。本発明のヒータ線の長さ方向の断面図である。本発明の他の態様における、ヒータ線の長さ方向の断面図である。電熱線を巻回するピッチを可変させた本発明である。本発明のヒータ線を使用したヒータ加工品である。

以下、本発明について図１、２を参照しながら説明する。図１及び図２では本発明のヒータ線１の一例を示し、ヒータ線１はコア線１０と、コア線１０を被覆する被覆層２０とで構成される。コア線１０は芯材１１と、芯材１１上に所定のピッチｐで巻回された電熱線１２とで構成される。

本発明で特徴的なことは、図２に示したように、被覆層２０の内周面が電熱線１２と接触すると共に、芯材１１、電熱線１２、被覆層２０で包囲された空隙部Ｓが存在することである。

上記の特徴は、被覆層２０の内周面と電熱線１２とが接触する一方で、被覆層２０の内周面と芯材１１とは接触しないと言い換えることができる。

被覆層２０の内周面と電熱線１２とが接触することで、コア線１０と被覆層２０との間に一定量の密着力が発生するため、コア線１０と被覆層２０との間の摩擦抵抗が必要以上に小さくなることを抑制できる。

また、芯材１１、電熱線１２、被覆層２０とで包囲された空隙部Ｓが存在し、芯材１１と被覆層２０とが接触しないことで、コア線１０と被覆層２０との間の密着力が必要以上に高くなることが抑制され、ヒータ線１から被覆層２０を除去する際に必要な力は小さくなる。このため、被覆層２０を除去する際における電熱線１２の位置ずれを抑制できる。

以上のように本発明は、芯材１１と被覆層２０を接触させない一方、電熱線１２と被覆層２０の内周面を接触させることで、被覆層２０の除去のために意図的に作用させる力は小さくしつつも、コア線１０と被覆層２０との間に一定量の密着力を得ている。

本発明は、ヒータ線１の全長に渡って、被覆層２０の内周面と電熱線１２とが接触する一方で、被覆層２０の内周面と芯材１１とは接触しないことを意図したものであるが、ヒータ線１の一部において、被覆層２０の内周面と電熱線１２とが接触しない状態、被覆層２０の内周面と芯材１１とが接触した状態となることを否定するものではなく、本発明の技術的思想の範囲内において、被覆層２０の内周面と電熱線１２とが接触しない領域、被覆層２０の内周面と芯材１１とが接触した領域が存在しても良い。

本発明において、芯材１１の表面と被覆層２０の内周面との間の距離Ａは、電熱線１２の直径の３分の１以上、かつ、電熱線１２の直径未満とするのが好ましい。
距離Ａを電熱線１２の直径未満とすることで、電熱線１２に対して被覆層２０の内周面が面接触した状態になるため、被覆層２０の内周面とコア線１０との間の密着力が確保できる。

また距離Ａが電熱線１２の直径の３分の１以上であることで、空隙部Ｓに被覆層２０が過度に落ち込まず、被覆層２０を除去する際に必要な力の上昇が抑制される。より好ましくは、距離Ａを電熱線１２の直径の２分の１以上とする。

言い換えると、本発明において電熱線１２の頂点付近は、その直径の３分の２以下の範囲、より好ましくは直径の２分の１以下の範囲で、被覆層２０に埋設されるのが好ましいと言える。

本発明では被覆層２０の材料として、ふっ素樹脂が好ましく利用できる。ふっ素樹脂は表面の摩擦性が低いため、電熱線１２と接触しても密着力の上昇が抑制され、被覆層２０を除去する際の電熱線１２の位置ずれを抑制できる。

被覆層２０をふっ素樹脂とした態様は、特に距離Ａを電熱線１２の直径の３分の１以上、かつ、電熱線１２の直径未満とする場合に好ましく利用できる。

距離Ａを電熱線１２の直径の３分の１以上かつ、直径未満とする場合は、図２に示すように、電熱線１２の頂点付近が被覆層２０に埋設された状態になり、電熱線１２と被覆層２０の接触面積が増大するが、ふっ素樹脂が有する低摩擦性によって密着力の上昇が抑制され、被覆層２０を除去する際に必要な力は小さくなるため、電熱線１２の位置ずれが抑制される。

一方、電熱線１２の頂点付近が被覆層２０に埋設された状態のため、被覆層２０の内周面とコア線１０との間で一定量の密着力が維持される。

電熱線１２に対して被覆層２０の内周面が面接触した態様においては、コア線１０と被覆層２０の間の密着力を４～５０Ｎの範囲に設定できる。密着力がこの範囲にあることで、電熱線１２の位置ずれが発生しない程度の力で被覆層２０を除去できる。より好ましい密着力の範囲は１０～３０Ｎである。

以上、電熱線１２に対して被覆層２０の内周面が面接触した態様の本発明について述べたが、本発明のヒータ線１は先述したように、被覆層２０の内周面と電熱線１２とが接触しない領域が存在する態様としても良い。

被覆層２０の内周面と電熱線１２とが接触しない領域が存在する態様とする際は、被覆層２０の内径Ｒ_ｉを、コア線１０の外径Ｒ_ｃ以上に設定する。

本発明のヒータ線１は後述するように、面状部材３０上に配設して使用することも想定したものであるが、この時に被覆層２０の内径Ｒ_ｉがコア線１０の外径Ｒ_ｃ以上に設定されていると、重力の影響で図３に示したようにコア線１０の下部が被覆層２０の内周面に接触し、コア線１０の上部と被覆層２０の内周面の間には隙間が形成され、被覆層２０の内周面と電熱線１２とが接触しない領域が存在する態様となる。

この態様は、コア線１０と被覆層２０との間の密着力をより小さくする必要がある場合に採用することができる。

被覆層２０の内径Ｒ_ｉを、コア線１０の外径Ｒ_ｃ以上に設定する際は、０．０５≦（Ｒ_ｉ－Ｒ_ｃ)π≦０．６を満たすように、Ｒ_ｉとＲ_ｃを設定するのが好ましい。πは円周率である。

Ｒ_ｉ×πはヒータ線１を長さ方向に垂直な方向に断面視した際におけるコア線１０の外周長、Ｒ_ｃ×πは同様に断面視した際における被覆層２０の内周面の周長をそれぞれ示し、（Ｒ_ｉ－Ｒ_ｃ)πは両者の周長の差を示す。

ヒータ線１の単位長さをＬとすると、単位長さあたりのコア線１０の外周面積はＲ_ｉ×πＬ、単位長さあたりの被覆層２０の内周面積はＲ_ｃ×πＬで表される。

コア線１０と被覆層２０との間の密着力は両者の接触状態に依存し、接触状態を示す指標として接触面積が挙げられる。両者の接触面積が大きいと密着力が上昇し、接触面積が小さいと密着力が減少する。

（Ｒ_ｉ－Ｒ_ｃ）が小さくなるとコア線１０と被覆層２０との接触面積は大きくなり、逆に（Ｒ_ｉ－Ｒ_ｃ）が大きくなると接触面積は小さくなる。

０．０５≦（Ｒ_ｉ－Ｒ_ｃ)πを満たすようＲ_ｉとＲ_ｃを設定することによって、コア線１０と被覆層２０との接触面積が過度に大きくならず、密着力を一定値以下に維持することができる。

（Ｒ_ｉ－Ｒ_ｃ)π≦０．６を満たすようＲ_ｉとＲ_ｃを設定することによって、コア線１０と被覆層２０との接触面積が過度に小さくならず、必要最小限の密着力を得ることができる。

被覆層２０の内径Ｒ_ｉを、コア線１０の外径Ｒ_ｃ以上に設定した態様においても、被覆層２０の材料として、ふっ素樹脂が好ましく利用できる。

被覆層２０の内径Ｒ_ｉを、コア線１０の外径Ｒ_ｃ以上に設定した態様においては、コア線１０と被覆層２０の間の密着力をより小さくすることができ、被覆層２０を除去する際に発生することがある電熱線１２の位置ずれの抑制効果を高めることができる。

被覆層２０を構成するふっ素樹脂としては、ＰＦＡ、ＦＥＰ、ＥＴＦＥ、ＰＴＦＥなどを使用することができるが、本発明では被覆層２０としてＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）が特に好ましく利用できる。ＰＴＦＥは加熱しても流動性が小さいため、コア線１０に被覆する際に空隙部Ｓに充填されにくい。このため、芯材１１と被覆層２０の間に空隙部Ｓを設けつつ、電熱線１２と被覆層２０を接触させることを意図した本発明を得るために好ましく利用できる。

加えて、ＰＴＦＥの有する低摩擦性は被覆層２０を除去する際の電熱線１２の位置ずれ抑制に寄与し、ＰＴＦＥの有する耐熱性・難燃性は、熱源として使用される本発明に好ましい物性である。

本発明で使用される芯材１１としては、ガラス芯、ゴム弾性芯に代表される単芯の芯材や、ガラス繊維、ポリアミド繊維、ポリエステル繊維などの繊維類を複数本撚り合わせたものが使用でき、耐熱性及びヒータ線１の屈曲性を得る観点ではガラス繊維を撚り合わせたものが特に好ましく利用できる。

本発明で使用される電熱線１２としては、常用されているニクロム線、ステンレス線、銅ニッケル合金線などの抵抗線が利用でき、これらの抵抗線を単線もしくは複数本組み合わせて利用できる。

また、電熱線１２の巻回ピッチは、通常ヒータ線１に所望される発熱量に従って決定されるが、コア線１０と被覆層２０との間の密着力に注目した本発明においては、特定の範囲に設定するのが好ましい。巻回ピッチが必要以上に小さいと空隙部Ｓの長さ方向の寸法が小さくなり、コア線１０の表面が全体として平滑面に近づくため、コア線１０と被覆層２０との間の密着力が必要以上に小さくなる場合がある。

一方、巻回ピッチが必要以上に大きいと、被覆層２０をコア線１０に被覆する際に被覆層２０を構成する材料が空隙部Ｓに充填されやすくなり、被覆層２０の内周面と芯材１１とが接触しやすい状態となる。

具体的な巻回ピッチは電熱線１２によって変化するが、本発明のようなヒータ線に使用されることが多い、外径が概ね０．０２５～０．２６ｍｍ程度の電熱線１２の場合は、０．１～２．０ｍｍ程度の巻回ピッチが好ましく採用できる。

なお、上記の説明は、芯材１１の外周に一定のピッチｐで電熱線１２を巻回した場合を意図したものだが、本発明においては電熱線１２を巻回するピッチｐを必ずしも一定にする必要はなく、所望する発熱量に応じ、図４に示すように電熱線１２を巻回するピッチｐを可変させても良い。

本発明のヒータ線１は、加熱対象物に配設・巻回した態様や、図５に示すようにアルミ箔やアルミ板などの面状部材３０上に配設した面状ヒータなどの態様で使用される。

以下に、本発明のヒータ線１の実施例について述べる。

[実施例１]
芯材１１となる外径０．８ｍｍのガラス芯の上に、電熱線１２として外径０．０６ｍｍのニクロム線をピッチ０．２５ｍｍにて長手方向に巻回し、コア線１０を得る。

コア線１０の外周に、被覆層２０としてＰＴＦＥを押出被覆し、本発明のヒータ線１を完成させた。被覆層２０の外径は２ｍｍに設定し、肉厚は距離Ａが０．０４ｍｍ以上となるように設定する。

完成したヒータ線１の、空隙部Ｓにおける距離Ａは、０．０４２～０．０５４ｍｍの間で変動した。

[実施例２]
芯材１１となる外径０．７ｍｍのガラス芯の上に、電熱線１２として外径０．０５ｍｍのニクロム線をピッチ０．５ｍｍにて長手方向に巻回し、コア線１０を得る。コア線１０の外径は０．８ｍｍである。

コア線１０の外周に、被覆層２０としてＰＴＦＥを押出被覆し、本発明のヒータ線１を完成させた。被覆層２０の外径は２ｍｍ、内径は０．９７ｍｍに設定した。

完成したヒータ線１の、（Ｒ_ｉ－Ｒ_ｃ)πは０．５３である。

[比較例]
比較例として、被覆層２０’としてＰＴＦＥを押出被覆する際に、空隙部Ｓが形成されないよう、すなわち、芯材１１’の表面と被覆層２０’の内周面との間の距離Ａがほぼ０ｍｍとなるように被覆層２０’を設ける以外は、実施例１と同様のヒータ線１’を準備した。

比較例のヒータ線１’は距離Ａがほぼ０ｍｍで、空隙部Ｓが形成されたとは言い難いものであった。

[密着力の測定]
上記のように得た各ヒータ線における、コア線と被覆層の間の密着力を以下のように測定した。

ヒータ線を１００ｍｍの長さに切断し、片端側５０ｍｍの被覆層を除去したものを測定サンプルとした。測定サンプルは、実施例及び比較例のヒータ線から長さ方向の任意の場所を選択して採取し、実施例及び比較例のそれぞれで各５本準備した。

露出したコア線の端部、及び片端側に残る被覆層の端部のそれぞれを引張試験機のチャックに固定し、引張速度５００ｍｍ／ｍｉｎで引張った際に得られた引張強度をコア線と被覆層の間の密着力として扱った。測定結果を表１に示す。

実施例１のヒータ線１におけるコア線１０と被覆層２０の間の密着力は１１．２～２７．１Ｎの間で変動し、各サンプルとも最終的に被覆層２０がコア線１０上から完全に除去されるまでに至った。また、試験後の各サンプルを目視した限りでは、電熱線１２の明らかな位置ずれは観察されなかった。

実施例２のヒータ線１におけるコア線１０と被覆層２０の間の密着力は実施例１よりも小さくなり、測定が困難であったため表１からは割愛した。実施例１と同様、実施例２の各サンプルとも最終的に被覆層２０がコア線１０上から完全に除去されるまでに至り、試験後の各サンプルを目視した限りでは、電熱線１２の明らかな位置ずれは観察されなかった。

一方、比較例１のヒータ線１’におけるコア線１０’と被覆層２０’の間の密着力は各サンプルとも７０Ｎ以上であり、被覆層２０’はコア線１０’上から除去されるまでには至らなかった。また、試験後の各サンプルから被覆層２０’を除去したところ、電熱線１２の位置ずれが発生しているサンプルも観察された。

以上のように、本発明のヒータ線１は、コア線１０と被覆層２０との間に一定量の密着力を得つつも、電熱線１２の位置ずれを発生させることなく被覆層２０の除去が行え、被覆層の除去作業の作業性に優れることが確認できた。

本発明のヒータ線１は、炊飯器、保温容器等、従来からヒータ線が使用されている各種用途への適用が可能である。

１ヒータ線
１０コア線
１１芯材
１２電熱線
２０被覆層
３０面状部材
Ｓ空隙部
Ａ芯材１１の表面と被覆層２０の内周面との間の距離
Ｒ_ｃコア線１０の外径
Ｒ_ｉ被覆層２０の内径
ｐピッチ

Claims

芯材の外周に所定のピッチで電熱線を巻回したコア線と、該コア線を被覆する被覆層とを有するヒータ線であって、該被覆層の内周面は該電熱線と接触すると共に、該芯材、該電熱線、該被覆層とで包囲された空隙部を有することを特徴とするヒータ線。
該空隙部における該芯材の表面と該被覆層の内周面との間の距離は、該電熱線の直径の３分の１以上、かつ、該電熱線の直径未満であることを特徴とする、請求項１に記載のヒータ線。
該コア線と該被覆層の内周面との間の密着力が４～５０Ｎであることを特徴とする、請求項２に記載のヒータ線。
該被覆層の内径Ｒ_ｉは、該コア線の外径Ｒ_ｃ以上であることを特徴とする、請求項１に記載のヒータ線。
πを円周率とした時、０．０５≦（Ｒ_ｉ－Ｒ_ｃ)π≦０．６を満たすことを特徴とする、請求項４に記載のヒータ線。
該被覆層はふっ素樹脂からなることを特徴とする、請求項１～５の何れか一項に記載のヒータ線。
該ふっ素樹脂は、ポリテトラフルオロエチレンであることを特徴とする、請求項６に記載のヒータ線。
該電熱線の外径が０．０２５～０．２６ｍｍであるとともに、該電熱線の巻回ピッチが０．１～２．０ｍｍであることを特徴とする、請求項１～７の何れか一項に記載のヒータ線。
請求項１～８の何れか一項に記載のヒータ線を、面状部材上に配設したことを特徴とする面状ヒータ。