JP3725570B2

JP3725570B2 - 面状絶縁導体及び面状発熱体

Info

Publication number: JP3725570B2
Application number: JP28250294A
Authority: JP
Inventors: 政宏笹田
Original assignee: Kurabe Industrial Co Ltd
Current assignee: Kurabe Industrial Co Ltd
Priority date: 1994-10-21
Filing date: 1994-10-21
Publication date: 2005-12-14
Anticipated expiration: 2020-12-14
Also published as: JPH08124428A

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、面状に形成された絶縁導体及び発熱体に係り、特に耐熱性、可撓性及び防水性に優れるとともに、金属導体に酸化、変形等の不具合が発生しない程度の低温域での加工が容易になるように工夫したものに関する。
【０００２】
【従来の技術】
金属導体に対する絶縁被覆の構成の一例として、金属導体を、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）フィルム、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）フィルム、ポリイミドフィルム等の絶縁性フィルムで挟持し、これらの間を接着剤によって接着固定し一体化したものや、金属導体をポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、エチレン−テトラフルオロエチレン共重合体（ＥＴＦＥ）、テトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体（ＰＦＡ）、テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体（ＦＥＰ）等のフッ素樹脂中に埋設し、一体成型したものなどがある。
【０００３】
このような絶縁被覆構成を有する面状絶縁導体は、金属導体を構成する金属材料の種類、抵抗値等が適宜に選択されることによって、各種の用途に適用される。例えば、金属導体を構成する金属材料としては、アルミニウム、ステンレス、ニッケルクロム合金、銅、銅合金等の種々の金属を挙げることができるが、これらの中でも低抵抗の金属材料が選択された場合は、例えばテープ状絶縁電線、回路配電用フレキシブルプリント基板等に好適に使用されることになり、また、高抵抗の金属材料が選択された場合は、例えば各種機器の保温加熱用ヒータ、各種油類、薬品類等の直接加熱用ヒータなどの面状発熱体として好適に使用されることになる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来の面状絶縁導体には次のような問題点があった。まず、金属導体を絶縁性フィルム間に接着剤を介して挟持した構成のものは、優れた可撓性を有しているものの、耐熱性が使用する接着剤の耐熱範囲に限られてしまうという欠点があった。つまり、この種の用途で使用される接着剤として比較的耐熱温度が高いとされるシリコーン系の接着剤であっても、その耐熱範囲は１８０℃程度であるため、例え絶縁性フィルムとして２１０℃程度の耐熱性を有するポリイミドフィルムを使用したとしても、その耐熱性はシリコーン系接着剤の耐熱範囲である１８０℃程度が限界となってしまうのである。また、これ以外に防水性に劣るという欠点もあった。すなわち、このものは金属導体の両面に配置された絶縁性フィルムが接着剤によって接着固定、一体化された構成となっているため、この接着状態が不完全であると、その部分から水分、湿気等が内部に浸入し絶縁不良が発生してしまう恐れがあった。
【０００５】
一方、金属導体をフッ素樹脂中に埋設一体化した構成のものは、接着剤の使用に起因した問題の発生が無く、優れた耐熱性と防水性を有しているという利点は有るものの、可撓性が著しく劣るため使用用途が限られてしまうという問題があった。また、このものは、絶縁材料として使用されるＰＴＦＥ、ＰＦＡ、ＦＥＰ等のフッ素樹脂が高融点を有しているため３００℃以上の高温度で加工されるが、このような高温加工は、金属導体を酸化させたり、金属導体に反りや歪み等の変形を生じさせる原因となっていた。
【０００６】
この場合、金属導体の表面に酸化防止処理を施す方法や、高温下においても酸化、変形しにくい金属材料を選択する方法などが対策として考えられるが、これらの方法では必然的にコストの上昇を招いてしまうとともに、得られる面状絶縁導体の使用用途を大幅に制限してしまうことになる。また、別の対策として絶縁体の構成材料を特定する方法も考えられる。例えば、実開平４−６６０８７号公報には、絶縁体（絶縁外皮）としてＰＴＦＥを含浸、焼結したガラスクロスを用いることにより、得られる面状絶縁導体（面状発熱体）の変形を防止する方法が開示されている。しかしながら、この方法の場合も３００℃以上の高温加工が必要であるため、金属導体の酸化を防ぐことができないとともに、絶縁体を一体化させる際に、熱熔融性のフッ素樹脂接着層を介在させる必要があるため構造が複雑化し、コストが上昇してしまう。
【０００７】
本発明はこのような点に基づいてなされたもので、耐熱性、可撓性及び防水性に優れるととともに、金属導体に酸化、変形等の不具合が発生しない程度の低温域での加工が容易な面状絶縁導体及び面状発熱体を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するべく本発明の請求項１による面状絶縁導体は、金属導体の両面に結晶融点６０℃以上２００℃以下のテトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン−ビニリデンフルオロライド三元共重合体からなる絶縁体を積層または塗布し、融着一体化した後、放射線架橋したことを特徴とするものである。又、本発明の請求項２による面状発熱体は、抵抗発熱素子である金属導体の両面に結晶融点６０℃以上２００℃以下の低融点フッ素樹脂からなる絶縁体を積層または塗布し、融着一体化した後、放射線架橋したことを特徴とするものである。
【０００９】
本発明において用いられる金属導体としては、例えば、アルミニウム、ステンレス、ニッケルクロム合金、銅、銅合金、更にこれらの金属に錫、銀等の表面処理を施したもの、などからなる金属箔を打ち抜き加工またはエッチング加工により所定形状に形成したものや、アルミニウム、ステンレス、ニッケルクロム合金、銅、銅合金、更にこれらの金属に錫、銀等の表面処理を施したもの、などからなる金属細線の単線、撚り線または、それらの金属細線をポリエステル繊維、ガラス繊維、芳香族ポリアミド繊維、全芳香族ポリエステル繊維等の耐熱繊維上に巻装したものを所定形状に配設したものなどを挙げることができる。これらの金属材料は、所望する用途等によって適宜選択する。例えば、面状絶縁導体をテープ状絶縁電線として利用する場合は、銅、銅合金、アルミニウム等の低抵抗の金属材料を選択すれば良く、また各種の保温加熱用ヒータ等の面状発熱体として利用する場合は、アルミニウム、ステンレス、ニッケルクロム合金等の高抵抗の金属材料を選択し、抵抗発熱素子とすれば良い。
以上
【００１０】
金属導体の両面に積層または塗布される絶縁体は、結晶融点６０℃以上２００℃以下の低融点フッ素樹脂で構成する。結晶融点が６０℃に満たないものは、未架橋状態で絶縁体が熱変形し易く、また２００℃を超えるものでは、低温での加工が困難となり金属導体の酸化、変形等を防止することができない。好ましい低融点フッ素樹脂の一例として、結晶融点が上記の範囲内であるテトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン−ビニリデンフルオロライド三元共重合体、例えば３ＭＩｎｄｕｓｔｒｉａｌＣｈｅｍｉｃａｌＰｒｏｄｕｃｔｓＤｉｖｉｓｉｏｎから商品名ＴＨＶとして市販されているものなどを挙げることができる。このものは、１１５℃から２５０℃程度の低温域での加工が可能であるとともに、後述する放射線架橋を施すことにより２００℃程度以上の優れた耐熱性を有するものとなるため特に好ましい。更に、このものはフッ素樹脂であるにもかかわらず、優れた可撓性を有しているため、得られた面状絶縁導体の使用用途が制限されない。
【００１１】
絶縁体は上記の材料で構成されていれば、その厚さ、形状、形態等は特に限定されず、また他の材料との組み合わせについても任意である。つまり、絶縁体は単独で用いても良いし、他の特性を付与するために複数の材料を重ね合わせて用いても良い。更に、絶縁体を融着一体化させる際にも様々な態様が考えられる。例えば、金属導体の両面に上記の低融点フッ素樹脂から構成されたフィルムやシートを重ね合わせ、その状態で加圧加熱して融着一体化させる方法、上記の低融点フッ素樹脂から構成されたフィルムやシートの上に金属導体を載置し、それらの上面に低融点フッ素樹脂の水性ディスパージョンを塗布し焼き付けることにより融着一体化させる方法、金属導体の両面に低融点フッ素樹脂の水性ディスパージョンを塗布し焼き付ける方法などが考えられる。要は、最終的に絶縁体が面状になり一体化されていれば良いのである。
【００１２】
本発明では、絶縁体を融着一体化した後、電子線、ガンマ線等の放射線を照射することにより架橋を施す。電子線架橋、ガンマ線架橋どちらの架橋方法であっても構わないが、好ましくは放射線管理が容易であることから電子線架橋を選択する。電子線の照射は市販の電子線照射装置により行うことができる。電子線の線量は５〜２０Ｍｒａｄの範囲が好ましい。照射線量が少ない程製造コスト上有利であるが、余りに少な過ぎては熱変形や熱溶融が防止されないので架橋による耐熱性向上の効果が発揮されず、一方、照射線量が多過ぎると照射時間が長くなり製造コスト上不利であるばかりでなく、電子線による劣化や照射時に発熱したりする不具合がある。
【００１３】
【作用】
絶縁体の構成材料として、ある特定の条件を備えたフッ素樹脂、すなわち結晶融点が６０℃以上２００℃以下の低融点フッ素樹脂を採用し、これを架橋させることにより、耐熱性、可撓性及び防水性に優れた面状絶縁導体を得ることが可能になる。また、上記のフッ素樹脂は、低温度域での加工が容易であるため、金属導体の酸化、変形等の不具合が発生する恐れが無い。従って、金属導体を構成する金属材料の選択に何ら制限を受けることがないとともに、金属導体への特別な酸化防止処理等も不要である。よって、コストの上昇を招くことがない。
【００１４】
【実施例】
以下、図１乃至図３を参照して本発明の実施例を説明する。本実施例においては、結晶融点６０℃以上２００℃以下の低融点フッ素樹脂として、３ＭＩｎｄｕｓｔｒｉａｌＣｈｅｍｉｃａｌＰｒｏｄｕｃｔｓＤｉｖｉｓｉｏｎ製、商品名：ＴＨＶを使用した。また、放射線架橋としては電子線架橋を選択した。
【００１５】
実施例１
実施例１は、本発明の面状絶縁導体をテープ状絶縁電線に適用した例を示すものである。図１に示すような構成のテープ状絶縁電線（面状絶縁導体）１を、以下の手順により製造した。まず、厚さ３５μの銅箔を任意のパターンにエッチング加工することにより得られた金属導体２を用意し、その両面に縦７０ｍｍ、横１００ｍｍ、厚さ１ｍｍのＴＨＶ２００Ｇ（３ＭＩｎｄｕｓｔｒｉａｌＣｈｅｍｉｃａｌＰｒｏｄｕｃｔｓＤｉｖｉｓｉｏｎ製、結晶融点１１５℃−１２５℃）からなる絶縁体３を重ね合わせた。次に、この積層体を予め１５０℃に加熱されたプレス機にセットし、０．５Ｍｐａ以下の圧力で３分間程度保持して絶縁体どうしを融着一体化させた。最後に、６５０ｋｖの電子線照射装置で８Ｍｒａｄの電子線を照射して架橋を行った。
【００１６】
実施例２
この実施例も、実施例１と同様に本発明の面状絶縁導体をテープ状絶縁電線に適用した例を示すものであるが、金属導体及び絶縁体の構成材料を変更させている。図２に示すような構成のテープ状絶縁電線（面状絶縁導体）１を、以下の手順により製造した。まず、外径０．２ｍｍの錫メッキ軟銅線を７本撚り合わせることにり得られた金属導体２を用意し、その両面に、縦７０ｍｍ、横１００ｍｍ、厚さ１ｍｍのＴＨＶ５００Ｇ（３ＭＩｎｄｕｓｔｒｉａｌＣｈｅｍｉｃａｌＰｒｏｄｕｃｔｓＤｉｖｉｓｉｏｎ製、結晶融点１６５℃−１８０℃）からなる絶縁体３を重ね合わせた。次に、この積層体を予め２００℃に加熱されたプレス機にセットし、１．０Ｍｐａ以下の圧力で３分間程度保持して絶縁体どうしを融着一体化させた。最後に、６５０ｋｖの電子線照射装置で８Ｍｒａｄの電子線を照射して架橋を行った。尚、この実施例では金属導体２の両端部にリード線接続用の端子（図示しない）を設けた。
【００１７】
実施例３
この実施例は、本発明の面状絶縁導体を面状発熱体に適用した例を示すものである。図３に示すような構成の面状発熱体（面状絶縁導体）１１を、以下の手順により製造した。まず、厚さ３０μのステンレス箔を任意のパターンにエッチング加工することにより得られた抵抗発熱素子（金属導体）１２を用意し、その両面に、縦７０ｍｍ、横１００ｍｍ、厚さ１ｍｍのＴＨＶ２００Ｇ（３ＭＩｎｄｕｓｔｒｉａｌＣｈｅｍｉｃａｌＰｒｏｄｕｃｔｓＤｉｖｉｓｉｏｎ製、結晶融点１１５℃−１２５℃）からなる絶縁体１３を重ね合わせた。次に、この積層体を予め１５０℃に加熱されたプレス機にセットし、０．５Ｍｐａ以下の圧力で３分間程度保持して絶縁体どうしを融着一体化させた。最後に、６５０ｋｖの電子線照射装置で８Ｍｒａｄの電子線を照射して架橋を行った。尚、図３において、符号１２ａ、１２ｂは抵抗発熱素子（金属導体）１２の両端に連続して設けられた電極接続部であり、この電極接続部１２ａ、１２ｂには軟質フッ素樹脂の絶縁被覆が施されたリード線１４がスポット溶接により接続されている。
【００１８】
実施例４
この実施例では、絶縁体の構成材料として、ＴＨＶ５００Ｇ（３ＭＩｎｄｕｓｔｒｉａｌＣｈｅｍｉｃａｌＰｒｏｄｕｃｔｓＤｉｖｉｓｉｏｎ製、結晶融点１６５℃−１８０℃）を使用した他は、実施例３と同様の材料、同様の手順により図３に示したような構成の面状発熱体（面状絶縁導体）１１を製造した。
【００１９】
実施例５
この実施例も、実施例３及び実施例４と同様に本発明の面状絶縁導体を面状発熱体に適用した例を示すものであるが、絶縁体の形成方法を変更させている。まず、ＴＨＶ５００Ｇ（３ＭＩｎｄｕｓｔｒｉａｌＣｈｅｍｉｃａｌＰｒｏｄｕｃｔｓＤｉｖｉｓｉｏｎ製、結晶融点１６５℃−１８０℃）からなる絶縁体を用意し、この絶縁体上に厚さ３０μのステンレス箔を載置した後、任意のパターンにエッチング加工することにより抵抗発熱素子（金属導体）を形成した。次いで、それらの上面にＴＨＶ３５０の水性ディスパージョン（ＴＨＶ３５０Ｃ、３ＭＩｎｄｕｓｔｒｉａｌＣｈｅｍｉｃａｌＰｒｏｄｕｃｔｓＤｉｖｉｓｉｏｎ製、結晶融点１４０℃−１５０℃）を塗布した後、１０５℃で予備乾燥を行い、更に加熱炉中で１８０℃、１０分間加熱して絶縁体どうしを融着一体化させた。最後に、６５０ｋｖの電子線照射装置で８Ｍｒａｄの電子線を照射して架橋を行い、その後、縦７０ｍｍ、横１００ｍｍの寸法に打ち抜いて図３に示したような構成の面状発熱体（面状絶縁導体）１１を得た。
【００２０】
ここで、上記実施例により得られたテープ状絶縁電線と面状発熱体を試料として、以下の試験を行った。まず、実施例１及び実施例２のテープ状絶縁電線を試料として水中絶縁抵抗を測定した。絶縁抵抗値はともに１０００ＭΩ以上と良好であった。更に、各々の試料を２００℃に保持された恒温槽内及び、１５０℃の高温油中に連続放置した状態で外観を目視により確認してみたが、何の異常も認められなかった。
【００２１】
次に、実施例３乃至実施例５の面状発熱体を試料として水中絶縁抵抗を測定した。絶縁抵抗値はともに１０００ＭΩ以上と良好であった。更に、表面温度２００℃での連続通電及び断続通電を実施してみたが、外観には何の異常も認められなかった。
【００２２】
また、可撓性についても評価すべく、上記各試料の厚さ（約２ｍｍ）の３倍径に丸めてみたが何の困難性も認めらず、また外観にクラックの発生も無かった。
【００２３】
本発明は前記各実施例に限定されるものではない。まず、面状絶縁導体の基本的な構成については実施例に限定されず、様々な構成のものが考えられ、それらについても同様に適用可能である。つまり、面状絶縁導体は、使用箇所の構造、寸法等を考慮して適宜な大きさ、厚さ、形状に構成され、必要によっては穴開け加工を施すことも考えられる。また、耐熱性、可撓性及び防水性については、実使用用途に対して任意に選ばれるべきものであって、必ずしも全ての特性を有していなければ、本発明を満足しないものとは言えない。尚、本発明の面状絶縁導体を実使用に供する場合のリード線や接続端子の取り出しについては、通常用いられている方法で行えば良く、特に限定されない。
【００２４】
【発明の効果】
以上詳述したように本発明によれば、絶縁体として、ある特定の条件を備えたフッ素樹脂、すなわち結晶融点が６０℃以上２００℃以下の低融点フッ素樹脂を採用し、これを架橋させるように構成したので、耐熱性、可撓性及び防水性に優れた面状絶縁導体を簡単に得ることが可能になった。また、この面状絶縁導体は、金属導体の選択により電線または発熱体として機能するため、上記の諸特性を備えていることと相まって、各種の用途への適用が可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例を示す図で、（ａ）はテープ状絶縁電線（面状絶縁導体）の斜視図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面図である。
【図２】本発明の第２実施例を示す図で、（ａ）はテープ状絶縁電線（面状絶縁導体）の斜視図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ断面図である。
【図３】本発明の第３実施例及び第４実施例を示す図で、（ａ）は面状発熱体（面状絶縁導体）の斜視図、（ｂ）は（ａ）のＣ−Ｃ断面図である。
【符号の説明】
１テープ状絶縁電線（面状絶縁導体）
２金属導体
３絶縁体
１１面状発熱体（面状絶縁導体）
１２抵抗発熱素子（金属導体）
１２ａ電極接続部
１２ｂ電極接続部
１３絶縁体
１４リード線

Claims

金属導体の両面に結晶融点６０℃以上２００℃以下のテトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン−ビニリデンフルオロライド三元共重合体からなる絶縁体を積層または塗布し、融着一体化した後、放射線架橋したことを特徴とする面状絶縁導体。
抵抗発熱素子である金属導体の両面に結晶融点６０℃以上２００℃以下の低融点フッ素樹脂からなる絶縁体を積層または塗布し、融着一体化した後、放射線架橋したことを特徴とする面状発熱体。