JP5070608B2

JP5070608B2 - 電気導体

Info

Publication number: JP5070608B2
Application number: JP2009549777A
Authority: JP
Inventors: ヴァイス、ミヒャエル; トレンメル、ペーター; フォルク、マルクス
Original assignee: ヴィー・エー・テー・オートモーティヴ・システムス・アクチェンゲゼルシャフト
Priority date: 2007-02-28
Filing date: 2008-02-28
Publication date: 2012-11-14
Anticipated expiration: 2028-02-28
Also published as: KR20090052871A; WO2008104171A1; KR101069157B1; DE112008000283A5; WO2008104141A1; JP2010518588A; CN104952509A; DE102007010145A1; CN101548576A; US8723043B2; US20100044075A1

Description

本発明は、請求項１および請求項２の前段部による電気導体に関し、またこの電気導体のヒーター、センサー、座席および乗物における使用に関する。

銅の導体を腐食から護るために、銅の導体を銀メッキすることが知られている。しかし、銀がピンホール無しで密に付着していない場合には、銅が腐食されてしまうことがある。さらに、時が経つにつれて銀は銅の中に拡散することによって、非常にもろい銀、銅の合金から成る境界層ができる。この境界層は、損傷すると、同じく導体をおびやかす初期クラックを形成する。

この問題を解決するためには、特許文献１、特許文献２中に出てくるような、スチールの芯線を備える導体に銅被覆を有する、いわゆる被覆線を使用することができる。プラチナの被覆と貴金属を含有する材料からできた芯線から成る被覆線は、特許文献３から知られている。この材料の組み合わせの重大な短所は、コストが高いことである。さらに、多くの応用目的にとって、銅被覆の耐食性は必ずしも十分ではない。

特許文献４から、多数のカーボンファイバーが熱収縮性チューブで被覆されている発熱導体が知られている。しかし、このような構造は耐破断性があまりない。

特許文献５は、プラスチックの芯線および金属コーティングを備えた導体について説明している。このような導体の耐食性は、本発明により更に改良されることになる。

独国特許出願公開第１９６３８３７２号明細書独国特許出願公開第１０２０６３３６号明細書独国特許発明第３８３２３４２号明細書特開２００１−２１７０５８号公報独国実用新案第２０２００４０２０４２５．８号明細書

それゆえ、最新の技術を更に進展させるために、請求項１および請求項２による電気導体が提案される。
すなわち、請求項１による発明は、少なくとも一部が導電性材料からできている電気導体であって、該電気導体は、導電性の伝導層と、導電性であるが極弱い導電性の材料のキャリアとを有すると共に、該電気導体の少なくとも一部は、前記電気導体の前記導電性材料よりも低い比電気伝導率を少なくとも局所的に有する保護層を備えており、該保護層は、１ｎｍ〜４００μｍの厚さを有すると共に、少なくとも部分的に脆い材料または掻き取り易い材料からできていることを特徴とする、電気導体を提供している。また、請求項２による発明は、少なくとも一部が導電性材料からできている電気導体であって、該電気導体の少なくとも一部は、該電気導体の前記導電性材料よりも低い比電気伝導率を少なくとも局所的に有する導電性の保護層を備えると共に、前記電気導体は、前記保護層を剥がさずに、かつ、前記保護層に電流が流れる状態で、電気的に接触されることを特徴とする、電気導体を提供している。
また、請求項２による発明は、少なくとも一部が導電性材料からできている電気導体であって、該電気導体の少なくとも一部は、該電気導体の前記導電性材料よりも低い比電気伝導率を少なくとも局所的に有する導電性の保護層を備えると共に、前記電気導体は、前記保護層を剥がさずに、かつ、前記保護層に電流が流れる状態で、電気的に接触されることを特徴とする、電気導体を提供している。
この電気導体は、その特別な構造により、湿っていて、しかも塩分を含む環境内で作動させる場合においても、その機能が腐食により妨げられることから護られる。これは、１つの導電性の保護層が、耐食性と強度を生み出すためである。

その他の有利な実施形態は、従属請求項および以下の図の説明を読めばわかる。

ヒーターおよびセンサーを一部含める立面図で表わされた乗物の側面図図１によるヒーターの上面図テキスタイル電気導体の拡大部分の上面図２つのテキスタイル電極を備えた容量性センサーの横断面図

以下に、本発明の詳細を説明する。これらの実施形態は本発明をわかりやすくするためのものである。しかし、これらは単なる例にすぎない。記述された個々のあるいは複数の特性を、本発明の枠内で省略・変更あるいは補足することもできるのは当然である。また当然、異なる実施形態の特性を組み合わせることもできる。以下、添付図面に基づき本発明の詳細を説明する。

図１は乗物２００を示す。
この中には、例えば座席暖房、座席に人が座っていることの検出装置、または操作盤（Tastatur）６０などの、内部スペースの特定のゾーン内で（選択された）点または面において、例えば暖房・圧力検出あるいはスイッチのオン・オフ等の特定の機能を使用可能にする様々な機能エレメント５が予定されていてよい。そのために、少なくとも機能エレメント５のうちの一つは、図２，２ａ，２ｂあるいは図３による電気導体を少なくとも１本は備えている。

この電気導体は、例えば発熱導体２、接触導体３、電気ヒューズおよび／または接続ケーブル４８であってよい。

この電気導体は、例えば少なくとも部分的に座席カバー３０に接するか、および／またはその中にというように、機能ゾーンに接して、その中に、またはその近くに配置されている。

この電気導体は、平型か、または図２、図３の実施例のようにストランド状に作られていてよい。ストランドとは、その長さの寸法がその横断面の寸法よりもはるかに大きな長い構造のことである。横断面の縦・横の大きさは似たような寸法であるのが好ましい。この構造は、曲げ弾性を有するが固体の状態であるのが好ましい。

少なくとも１本の導体２５は、たとえばフィルムなどの平型構造体１００として作られていてよい。図２の実施例では、合成繊維の不織布が使われる。好ましくは隣り合って蛇行して走る多数の導体２５、および／または電気的に並列に配置された多数の導体２５が使用されることが好ましい。これらの導体は、例えば縫製や、または編むことにより不織布に固定される。図２の実施例において、個々の導体２５は、それぞれ隣の導体２５から約２ｃｍの平均距離をおいて、それに対してほぼ平行に配置されている。平行とは、２本の長手方向に走る導体間の距離が、平均してほぼ同じに保たれていることを意味する。

図３のように、少なくとも部分的に一緒になって１つの平型構造体１００を形成する、多数の導体２５が用いられてもよい。

このような平型構造体１００は、例えばテキスタイル、縦ニット、ニット、繊維、不織布、可撓性の熱可塑性樹脂、通気性の材料などを有していてよく、および／または少なくとも一部がこのような材料からできていてよい。

導体２５の機械的な安定性を増すために、少なくとも１本の電気導体２５が少なくとも１つのキャリア１２を有することが有利である。キャリア１２は、複数の次元に拡がっていてよい。しかし、キャリア１２は、できれば主に二次元、あるいは図２および図３に示すように、主要な延び方向を有していてよく、たとえば導体ストランドの芯線として形成されているのが好ましい。

キャリア１２は、好ましくは弾性、耐熱性かつ耐破断性のプラスチックから少なくともその一部ができているが、好ましいのはその少なくとも一部が、もっと好ましくはその全てが、カーボンファイバーから、ポリプロピレン、熱可塑性樹脂またはポリアミドからおよび／またはガラスの繊維からできているのが有利であり、および／または少なくとも一部が銅および／あるいはスチールからできているのが有利である。プラスチックとは、合成の非天然材料、特に、カーボンファイバーのようなポリマーおよびそれから派生する物質をいう。

キャリア１２の材料は、紡ぐことができるフィラメントまたはワイヤーに、好ましくは１００μｍ未満の、好ましくは１０μｍ未満の、好ましくは１μｍ未満の、好ましくは０．１μｍ未満の、好ましくは０．０１μｍ未満の太さのフィラメントに引き抜き加工できると有利だろう。

１本の導体２５のキャリア、特に図２に示すような発熱導体のキャリアは、少なくとも一部が、基本的には全てが熱可塑性の材料から、できればプラスチック、できればポリアミド、ポリエステル、カプトン、あるいはこの例のようにポリイミドからできていると有利だろう。これにより、コスト的に有利な構造が可能になる。さらに、このようなファイバーは柔らかく、とがってもいないし脆くもない。これによって、周辺のシステム（たとえば、シートに人が座っていることの検出装置）の安全作動が可能になる。

通常の作動温度（約−２０℃〜約９０℃）における伝導層１４および／または電気導体２５の導電性構成材料および／または保護層１１の比電気伝導率は、１００×１０ ^６Ｓ／ｍ〜１０ ^−８Ｓ／ｍ、好ましくは６２×１０ ^６Ｓ／ｍ〜１０ ^−３Ｓ／ｍであり、保護層１１の比電気伝導率は、伝導層１４および／または電気導体２５またはその導電性構成材料の比電気伝導率よりも少なくとも１０倍、好ましくは１００倍、好ましくは１０００倍大きく、好ましくは１０ ^３〜１０ ^−３Ｓ／ｍである。
少なくとも１本の電気導体２５の電気伝導率は、その温度が少なくとも局所的に２００℃〜４００℃の時、好ましくは２２０℃〜２８０℃の時に、少なくとも一時的に減少すると有利であろう。このため、ヒーターの周囲が許容温度以上に加熱されることを防止できる。上記の温度範囲内において、電気導体２５の少なくとも一部、好ましくはおおよそ全部が、好ましくは非可逆的に遮断されていることが有利であろう。

電気導体２５の電気抵抗は、０〜３Ω／ｍ、できれば０〜２Ω／ｍ、好ましくは０．１〜３Ω／ｍ、できれば０．２〜０．５Ω／ｍであると有利だろう。

少なくとも１本の電気導体２５は、少なくとも１つの伝導層１４を有する。

この伝導層１４は、例えば薄膜の形で、実質的に平らに配置されていてよい。しかし伝導層１４は、たとえばフィラメント状のキャリア１２のように、内部ストランドを少なくとも部分的に囲む被覆層としてできていてもよい。

層とは、主に二次元の伸びを有しており、好ましくは、ただし不可欠ではないが、平らで弾性のある構造体の全て、特に平型の構造体を意味する。これは、連続した面を成すのが好ましいが、たとえばスペーサーニット、ネット、チューブシステム、あるいはフォームのように断絶していてもよい。

被覆層とは、直接的あるいは間接的に、対象物を少なくとも部分的に覆っている層のことであるが、必ずしもこの対象物を一番外側で被覆している層であるとは限らない。

伝導層１４の材料としては、特にニッケル、金、銀、銅、あるいは金と銀の合金が適している。これらは、特にメッキ法によって施すことができる。被膜は非常に可撓性があり、それゆえに長い作動時間を通じて耐曲げサイクル強度が高い。

伝導層１４は、約０．０１μｍ〜約３ｍｍの厚さであるのが好ましい。その応用および希望する抵抗（値）によって、その厚さは、例えば発熱導体用には０．１μｍ〜０．５ｍｍ、できれば０．１μｍ〜１０μｍ、そして低い総合抵抗を有する導体用には、５μｍ〜１ｍｍであるのが好ましい。

導体キャリア１２の材料は、伝導層１４の材料よりも高い曲げ疲れ抵抗および／または低い引張り強度あるいは耐圧縮性を有すると有利である。

伝導層１４は、例えば糸の場合には、その後工程の前に施されていてもよい。しかしながら、伝導層は、たとえばテキスタイルのような完成品の場合、吹き付けあるいは浸漬によって一つ以上のキャリアに施すことができる。

少なくとも１本の導体２５は、少なくとも部分的に保護層１１を備える。保護層１１は、できれば少なくともその一部が、化学的に、特に電気化学的に反応しにくい材料でできていると好ましい。これは、この材料が普通の作動状態においては、その化学的組成ならびにその原子構造をおおよそ保持することを意味する。これによって、その下にある伝導層１４が腐食から保護される。保護層は機械的に耐磨耗性であるのが好ましい。保護層は、例えば押出しによって伝導層１４および／または導体２５の上に施される。保護層はまたラックとして施されていてもよい。ラックとは、対象物上に薄く施され、化学的あるいは物理的なプロセス（たとえば溶剤の蒸着）によって連続したフィルムとして固着される、液状あるいはまた粉末状のコーティング材のことである。特に適しているのは、パウダーラック、水中のラックパーティクル懸濁液、光線に曝されて硬化するタイプのラックシステムまたはポリウレタンラックである。

少なくとも部分的に、保護層１１は、少なくとも条件によっては導電性である材料から、好ましくは、化学的あるいは電気化学的に反応しにくい材料からできている。保護層は、できれば少なくとも部分的に、導体２５の伝導層１４よりも低い電気伝導率（特に比電気伝導率）を有することが好ましい。できれば、導体２５の横断面方向における保護層の抵抗は、少なくともセクション単位で導体２５の縦方向における抵抗と同じくらいに高いのが好ましい。これにより、導体２５の総面積での電解反応の均等な分配が実現されて、保護層１４の起こり得る故障の箇所に電流が集中するのを防止できる。ここでは、例えば導電性であるプラスチック（例えばもともと導電性のプラスチック）、プラチナ、すす、カーボンの形の黒鉛、カーボンファイバー、ナノチューブあるいはダイヤモンド、ステンレススチールまたは不動態化されたあるいは酸化された金属が適している。この際、導電性の材料が、伝導層の主な割合を占めてよい。しかし、これはまた、パーティクルの形で電気化学的に反応しにくい他の材料から作られたマトリックスの中に埋め込まれていてもよい。これらのパーティクルは、その寸法の１つ、できればその直径が、コーティングの厚さの約１０^−６〜２倍にあたる寸法、好ましくは１ｎｍ〜１０μｍ、好ましくは５０ｎｍ〜１μｍである寸法を有する。これらのパーティクルは、たとえばファイバー状あるいは球状である。

保護層１１は、特にその厚さ、電気伝導率および熱安定性に関し、導体２５および／または平型構造体１００の保護層１１を剥がさずに、および保護層１１に電流が流れる状態で、たとえば接続ケーブル４８あるいは電極４によって電気的に接触可能であるかあるいは接触されているようにできているのが好ましい。しかし、伝導層１４とのより良い接触を保証するために、保護層１１は少なくとも局所的に除去されていてもよい。

少なくとも１本の導体２５の表面は、完全にあるいは少なくとも部分的に、導電性である材料または導電率の低い材料によってコーティングされること、特に完全にあるいは少なくとも一部がプラスチックおよび／またはラックおよび／または完全にあるいは少なくとも一部がポリウレタン、ＰＶＣ、ＰＴＦＥ、ＰＦＡおよび／またはポリエステルによってコーティングされることが予定されていてよい。発熱導体およびセンサー導体はこのようにして腐食から保護され、この層が十分に薄いのであればその機能性は本質的にはそれほど変わらない。

本発明によるコーティングは、特に接触導体の保護に、とりわけ接触されるべき多数のコンポーネント（例えば発熱導体）とその電気的接触のために接続している接触導体の保護にも適している。このような接触導体においては、全ての接触箇所の絶縁層を後で再び剥がすのは余りにも手間と費用がかかりすぎてしまうことから、絶縁できないことがよくある。

このような接触導体に、電気抵抗が低く、さらに耐食性が高く、有害な物質を抑制する能力が高いコーティングが施された場合、この接触導体は、走るルートに沿ってその両端間においても、絶縁層を剥がさずに多数の負荷（電気を消費する機器）と電気的に接触することができる。

このような保護層１１は、１〜３００ｎｍ、できれば１０〜１００ｎｍの厚さを有するのが好ましい。これには、特にポリウレタン、ポリアクリル、ポリカーボネート、ポリエステル、ＦＲ４、ポリプロピレンおよび／またはポリスチロールが適している。電気導体は、作動中は少なくとも一時的にアースに対して５〜５０Ｖ、好ましくは１２Ｖ±２の電圧をかけるのが好ましい。この電圧の衝撃（昇圧）により、もう１本の電気導体（例えば発熱導体）を被覆線に接して配置する場合に、絶縁破壊が保護層１１を局所的に剥がし、両方の導体の接触（電気的にも）をひきおこすことになる。

また、保護層１１が３００ｎｍ〜４００μｍの厚さを有することを予定してもよい。この場合、保護層が少なくとも部分的に脆い材料および／または掻き取り易い材料からできていると有利である。これにより、もう１本の導体を上に載せる時、または交差させる時に、機械的な負荷（たとえば、ヒーターの使用）によって保護層を局所的に掻き取ることができるようになる。そのため、保護層１１の材料は少なくとも局所的に０〜６．５、好ましくは１〜５の絶対強度(absolute hardness)を有することが好ましい。

しかし、保護層が導電性であるように予定されていてもよい。この場合、保護層は、少なくとも１つの接触箇所の領域において、（丸い）導体のラジアル方向（または平型の導体の場合には垂直方向）に０〜１００Ω、好ましくは１ｍΩ〜５０Ωの抵抗を有すると好ましい。これに適する材料は、例えば、それぞれ黒鉛パーティクルおよび／または貴金属パーティクルを配合したポリウレタン、ポリエステルおよび／またはポリアクリルである。さらに、もともと導電性のプラスチックも考慮の対象になる。ここで、層の厚さは３００ｎｍ〜２ｍｍ、できれば３００ｎｍ〜５０μｍ、できれば３００ｎｍ〜１０μｍであるのが好ましい。

図２は、平たいヒーターキャリア８と、ほぼ平行して互いに距離をおきキャリアに配置された多数の発熱導体２を介して接続している一対の電極４とを備えたヒーター２０を示している。発熱導体２は、互いにほぼ平行してヒーターキャリア８に配置されており、電気的に並列接続している。少なくとも発熱導体２の一部がその両端間で少なくとも一部が導電性に接触箇所７７において互いに接触していることにより、少なくとも発熱導体２の一部が互いに接続することが予定されている。これにより、例えば縫製時の、または乱暴な扱いによる局所的破損によっての局所的な発熱導体の故障により、ヒーター２０の作動が妨げられることがない。なぜなら、個々の発熱導体２が局所的に故障した場合、加熱電気が近くの発熱導体に分配されるためである。電極４自体は、電気接続ケーブル４８を通じて電源７０と接続している。その際、発熱導体も接触導体３も中実の金属線からできた芯線１３を有していてよい（図２ａ）。発熱導体および接触導体は、図２ｂに示したような伝導層１４を備えたキャリアを有していてもよい。発熱導体および接触導体は、保護層１１により被覆されているのが好ましい。

さらにヒーターにとって、６０℃〜８０℃の温度でヒーター２０への給電を遮断する温度センサー８０を有するのが妥当である。

ヒーターが、乗物の座席、ハンドル、アームレスト、座席クッション、暖房用毛布などに組み込まれていると有利だろう。

図３は、少なくとも部分的に、できればほとんどが導体２５からできている平型構造体１００を示している。このような電気導体２５は、少なくとも部分的にストランド状のキャリア１２を有する。キャリアは１つの伝導層１４で被覆されている。一方、伝導層は、１つの保護層１１によって覆われている。このように織られた導電性平型構造体１００は、ヒーター用テキスタイルあるいはこの例のようにセンサー電極３５として容量性センサー５０の中で使用されてよい。

このようなセンサー５０の横断面図が図４に示されている。センサー５０は、コンデンサーのセンサー電極３５，３５´の役目をする２つの平型構造体１００を有する。これらは、例えばプラスチックフィルムあるいは皮などから作られた、弾性のある平たい誘電体５５によって互いに距離をおいている。このように作られたコンデンサーは、その上側と下側とで２枚のカバー層４４によって被覆されている。

こうして、座席の監視されるべき面３２上の使用者を検知するためには、誘電体５５を圧縮することによって生じるコンデンサーの容量の変動を計測すればよい。また、人がセンサー電極の１つに近づくことによって生じる電磁界の変動を測ってもよい。

２電気導体
３接触導体
４電極
５機能エレメント
８ヒーターキャリア
１１保護層
１２キャリア
１４伝導層
２０ヒーター
２５電気導体
３０座席カバー
３２監視されるべき面
３５センサー電極
４４カバー層
４８接続ケーブル
５０センサー
５５誘電体
６０操作盤
７０電源
７７接触箇所
８０温度センサー
１００平型構造体
１５０座席
２００乗物

Claims

少なくとも一部が導電性材料からできている電気導体（２５）であって、
該電気導体（２５）は、導電性の伝導層（１４）と、導電性であるが極弱い導電性の材料のキャリア（１２）とを有すると共に、該電気導体（２５）の少なくとも一部は、前記電気導体（２５）の前記導電性材料よりも低い比電気伝導率を少なくとも局所的に有する保護層（１１）を備えており、該保護層（１１）は、１ｎｍ〜４００μｍの厚さを有すると共に、少なくとも部分的に脆い材料または掻き取り易い材料からできていることを特徴とする、電気導体（２５）。
少なくとも一部が導電性材料からできている電気導体（２５）であって、該電気導体（２５）の少なくとも一部は、該電気導体（２５）の前記導電性材料よりも低い比電気伝導率を少なくとも局所的に有する導電性の保護層（１１）を備えると共に、前記電気導体（２５）は、前記保護層（１１）を剥がさずに、かつ、前記保護層（１１）に電流が流れる状態で、電気的に接触されることを特徴とする、電気導体（２５）。
前記電気導体（２５）の少なくとも一部が平型構造体（１００）の形状を有しており、
前記電気導体（２５）が前記平型構造体（１００）に組み込まれると共にその上に置かれて追加の縫い糸あるいは編み糸を使って固定されており、
前記電気導体（２５）は、少なくとも１つの前記平型構造体と接着され、および／または２つの前記平型構造物の間に接着されており、
少なくとも１つの前記平型構造体は、テキスタイル、フィルム、ネットまたはこれらの組み合わせを有し、
前記保護層（１１）は、前記平型構造体（１００）の少なくとも幾つかの部分に施されていることを特徴とする、請求項１または２に記載の電気導体。
前記キャリア（１２）の極弱い導電性の材料は、ＰＵ，ＰＰ，ＰＥ，ＰＡ，ＰＥＴのようなプラスチックのファイバまたは糸、金属被膜化できる材料、および／または少なくとも７５℃までの温度に対する耐性がある材料であることを特徴とする、請求項１に記載の電気導体。
前記導電性の伝導層（１４）は、少なくとも一部が、
金、銀、ニッケル、クローム、銅、プラチナのような金属、
フッ素を含有するニッケル、
上述した諸材料の合金、または
表面が不動態化された、不動態可能に酸化された、またはクロームメッキされた材料、
から作られている、請求項１に記載の電気導体。
前記導電性の伝導層（１４）は、メッキ法により前記キャリア（１２）上に付着されている、および／または前記キャリア（１２）に材料的に結合されていることを特徴とする、請求項１または５に記載の電気導体。
通常の作動温度−２０℃〜９０℃における前記伝導層（１４）、前記電気導体の前記導電性材料および／または前記保護層（１１）の比電気伝導率は、１００×１０^６Ｓ／ｍ〜１０^−８Ｓ／ｍであり、
前記保護層（１１）の比電気伝導率は、前記伝導層（１４）および／または前記電気導体（２５）の前記導電性構成材料の比電気伝導率よりも少なくとも１０倍大きいことを特徴とする、請求項１、４〜６のいずれか１項記載の電気導体。
請求項１〜７のいずれか１項記載の電気導体（２５）を少なくとも１本有することを特徴とする、乗物の座席（１５０）用の電気ヒーター（２０）。
乗物の内部の面（３２）の接触および／または圧力を監視するためのセンサー（５０）であって、
少なくとも前記センサーの一部は、少なくともそのセンサー電極（３５）の１つが、請求項１〜８のいずれか１項記載の電気導体（２５）および／または電気ヒーター（２０）を有することを特徴とする、センサー（５０）。
請求項１〜９のいずれか１項記載の電気導体（２５）、電気ヒーター（２０）および／またはセンサー（５０）を有することを特徴とする、乗物用の座席（１５０）。
請求項１〜１０のいずれか１項に記載の電気導体（２５）、電気ヒーター（２０）、センサー（５０）および／または座席（１５０）を有することを特徴とする、乗物。