JP5686891B2

JP5686891B2 - 発熱線

Info

Publication number: JP5686891B2
Application number: JP2013516312A
Authority: JP
Inventors: 正平宮原; 裕一仲條; 林　重雄; 重雄林; 信次依田
Original assignee: Totoku Electric Co Ltd
Current assignee: Totoku Electric Co Ltd
Priority date: 2011-05-20
Filing date: 2012-05-16
Publication date: 2015-03-18
Anticipated expiration: 2032-05-16
Also published as: WO2012161052A1; US20140091081A1; US9301342B2; JPWO2012161052A1; CN103563481B; CN103563481A; EP2712265A1; EP2712265A4; EP2712265B1

Description

本発明は、発熱線に関し、さらに詳しくは、電流容量を増やしたときの屈曲性を大幅に高めることが出来る発熱線に関する。

従来、巻芯の外周に平角線をスパイラル状に巻き回し、その外周に熔断層を設けた第１の発熱線と、その第１の発熱線と同じ構造を有する第２の発熱線とを対撚りにし、その外周に信号線をスパイラル状に巻き回し、その外周に絶縁シースを設けたヒータ線が知られている（例えば、特許文献１参照。）。

特開平１０−３４０７７８号公報

上記従来の発熱線では、平角線が１本であるため、その１本の平角線の断面積によって電流容量と屈曲性が規定されてしまい、電流容量を増やすために平角線の断面積を大きくすると、屈曲性が大きく低下してしまう問題点があった。
そこで、本発明の目的は、電流容量を増やしたときの屈曲性を大幅に高めることが出来る発熱線を提供することにある。

第１の観点では、本発明は、巻芯（１）の周りに平角線（２）をスパイラル状に巻回した複数本の発熱素線（１０）を撚り合わせ、その外周に絶縁被覆（３）を形成したことを特徴とする発熱線（１００）を提供する。
上記第１の観点による発熱線（１００）では、発熱素線（１０）の数を増やせば電流容量を増やすことが出来る。すなわち、１本の平角線（２）の断面積を大きくしなくてもよいので、屈曲性を大幅に高めることが出来る。

第２の観点では、本発明は、前記第１の観点による発熱線（１００）において、前記平角線（２）の巻回方向と前記発熱素線（１０）の撚り方向が逆向きであることを特徴とする発熱線（１００）を提供する。
上記第２の観点による発熱線（１００）では、平角線（２）の巻回方向と発熱素線（１０）の撚り方向が逆向きであるため、発熱素線（１０）を撚る時に平角線（２）の巻き締まりが発生せず、柔軟性を維持することが出来る。また、発熱線（１００）に係る内力（残留応力）は、互いにベクトル方向が異なるため打ち消され、発熱線（１００）の柔軟性を維持することが出来る。

第３の観点では、本発明は、絶縁被覆した平角線（４）を巻芯（１）の周りにスパイラル状に巻回した複数本の発熱素線（２０）を撚り合わせ、その外周に絶縁被覆（３）を形成したことを特徴とする発熱線（２００）を提供する。
上記第３の観点による発熱線（２００）では、発熱素線（２０）の数を増やせば電流容量を増やすことが出来る。すなわち、１本の平角線（４）の断面積を大きくしなくてもよいので、屈曲性を大幅に高めることが出来る。また、複数の発熱素線（２０）同士が絶縁されているので、１本の発熱素線（２０）が断線した場合に、断線箇所で異常発熱が生じることを回避できる。

第４の観点では、本発明は、前記第３の観点による発熱線（２００）において、前記平角線（４）の巻回方向と前記発熱素線（２０）の撚り方向が逆向きであることを特徴とする発熱線（２００）を提供する。
上記第４の観点による発熱線（２００）では、平角線（４）の巻回方向と発熱素線（２０）の撚り方向が逆向きであるため、発熱素線（２０）を撚る時に平角線（４）の巻き締まりが発生せず、柔軟性を維持することが出来る。また、発熱線（２００）に係る内力（残留応力）は、互いにベクトル方向が異なるため打ち消され、発熱線（２００）の柔軟性を維持することが出来る。

本発明の発熱線（１００，２００）によれば、電流容量を増やしたときの屈曲性を大幅に高めることが出来る。

実施例１に係る発熱線を示す側面図である。図１のＡ−Ａ’断面図である。実施例１に係る発熱素線を示す側面図である。図３の発熱素線の縦断面図である。発熱線の柔軟性の測定方法を示す説明図である。発熱線の屈曲性の試験方法を示す説明図である。実施例２に係る発熱線を示す側面図である。図７のＡ−Ａ’断面図である。実施例２に係る発熱素線を示す側面図である。図９の発熱素線の縦断面図である。実施例３に係る発熱線を示す断面図である。実施例４に係る発熱線を示す断面図である。

以下、図に示す実施の形態により本発明をさらに詳細に説明する。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−
図１は、実施例１に係る発熱線１００を示す側面図である。
この発熱線１００は、３本の発熱素線１０を撚り合わせ、その外周に絶縁被覆３を形成した構成である。

図２の（ａ）および（ｂ）は、図１のＡ−Ａ’断面図である。
発熱素線１０は、巻芯１の周りに平角線２をスパイラル状に巻回した構成である。
撚り合わせた３本の発熱素線１０の外周に、ストロー状の絶縁被覆３を被せて、それを押出装置にセットして引き抜くストロー押出方法で発熱線１００を製造した場合、図２の（ａ）に示すように３本の発熱素線１０で囲まれた中心部分および隣接する発熱素線１０で形成される谷間の部分が空洞になるときと、図２の（ｂ）に示すように３本の発熱素線１０で囲まれた中心部分のみが空洞になるときとがある。通常の押出しにより、撚り合わせた３本の発熱素線１０の外周に絶縁被覆３を形成した場合は、図２の（ｂ）に示すように３本の発熱素線１０で囲まれた中心部分のみが空洞になる。
図２の（ａ）に示すように３本の発熱素線１０で囲まれた中心部分および隣接する発熱素線１０で形成される谷間の部分が空洞になったときは、断面外形が非円形になる場合がある。この場合、平面上に布線したときに平面との接触面積が断面外形が円形の場合よりも増えるため、熱伝達効率を向上することが出来る。

図３は、発熱素線１０を示す側面図である。図４は、発熱素線１０を示す縦断面図である。
発熱素線１０において平角線２をスパイラル状に巻回する方向と、発熱線１００において３本の発熱素線１０を撚り合わせる方向は逆向きになっている。

巻芯１は例えばポリアリレート繊維であり、外径ｓは例えば０．１０ｍｍ〜０．２７ｍｍである。
平角線２は例えば軟銅平角線であり、厚さｔは例えば０．０２３ｍｍ〜０．０６０ｍｍであり、幅ｗは例えば０．１５ｍｍ〜０．７５ｍｍである。
従って、平角線厚さｔ／巻芯外径ｓ＝０．０８５〜０．６００であり、平角線幅ｗ／巻芯外径ｓ＝０．５５６〜７．５００であり、平角線幅ｗ／厚さｔ＝５．００〜１５．００である。
絶縁被覆３は、例えばポリアミド樹脂であり、押出しにより形成されている。
発熱線１００の外径Ｄは例えば０．９ｍｍである。

図５は、柔軟性の測定方法を示す説明図である。
（１）周長７００ｍｍの発熱線１００のループＬをクランプＣＬから下げる。
（２）ループＬの下端を２ｇの負荷荷重Ｇで引き下げる。
（３）ループＬの横幅Ｑを測定する。
巻芯外径ｓ＝０．１７ｍｍ、平角線厚さｔ＝０．０２７ｍｍ、平角線幅ｗ＝０．３２ｍｍ、平角線巻きピッチｐ＝０．４５ｍｍ、平角線厚さｔ／巻芯外径ｓ＝０．１５９、平角線幅ｗ／巻芯外径ｓ＝１．８８２、平角線幅ｗ／厚さｔ＝１１．８５の発熱線１００に対する測定結果は、温度２２℃において、Ｑ＝８２．７ｍｍであった。

図６は、屈曲性の試験方法を示す説明図である。
（１）半径５ｍｍの２本のローラＲを２．５ｍｍの隙間ｆを空けて並べ、その隙間ｆに発熱線Ｋを通し、発熱線Ｋの下端を５００ｇの負荷荷重ｇで引っぱる。
（２）発熱線Ｋの上端側を左右９０°に繰り返し屈曲させて破断に至る往復屈曲回数を測定する。
巻芯外径ｓ＝０．１７ｍｍ、平角線厚さｔ＝０．０２７ｍｍ、平角線幅ｗ＝０．３２ｍｍ、平角線巻きピッチｐ＝０．４５ｍｍ、平角線厚さｔ／巻芯外径ｓ＝０．１５９、平角線幅ｗ／巻芯外径ｓ＝１．８８２、平角線幅ｗ／厚さｔ＝１１．８５の発熱素線１０を３本撚りした外径Ｄ＝０．９ｍｍの発熱線１００に対する測定結果は、温度２２℃において、１５万回でも破断しなかった。
この屈曲性の試験における曲げ半径Ｒ＝５ｍｍ、発熱線１００の曲げ外周（２π・Ｒ）＝３１．４ｍｍであるから、発熱線１００の外径Ｄ／発熱線１００の曲げ外周＝２．９％となる。発熱線１００の外径／発熱線１００の曲げ外周の値が２．９％以下なら、この屈曲性の試験条件よりも緩い条件になるから、１５万回でも破断しない。

比較例１として、巻芯外径ｓ＝０．１７ｍｍ、平角線厚さｔ＝０．０２７ｍｍ、平角線幅ｗ＝０．３１ｍｍ、平角線巻きピッチｐ＝０．４５ｍｍの発熱素線１０を１本だけ用いた発熱線に対する測定結果は、温度２２℃において、４１５００回で破断した。従って、実施例１の発熱線１００は、比較例１に比べて電流容量（導体断面積）が約３．１倍になると共に屈曲性が約３．６倍以上になった。
比較例２として、巻芯外径ｓ＝０．１７ｍｍ、平角線厚さｔ＝０．０６０ｍｍ、平角線幅ｗ＝０．３６ｍｍ、平角線巻きピッチｐ＝０．４５ｍｍの発熱素線１０を１本だけ用いた発熱線に対する測定結果は、温度２２℃において、１８３００回で破断した。従って、実施例１の発熱線１００は、比較例２に比べて電流容量（導体断面積）が１．２倍になると共に屈曲性が約８．２倍以上になった。

実施例１の発熱線１００によれば次の効果が得られる。
（１）発熱素線１０の数を増やせば電流容量を増やすことができ、１本の平角線２の断面積を大きくしなくてもよいので、屈曲性を大幅に高めることが出来る。
（２）発熱素線１０を撚る時に平角線２の巻き締まりが発生せず、柔軟性を維持することが出来る。

−実施例２−
図７は、実施例２に係る発熱線２００を示す側面図である。
この発熱線２００は、３本の発熱素線２０を撚り合わせ、その外周に絶縁被覆３を形成した構成である。

図８の（ａ）および（ｂ）は、図７のＡ−Ａ’断面図である。
発熱素線２０は、巻芯１の周りにエナメル被覆平角線４をスパイラル状に巻回した構成である。
撚り合わせた３本の発熱素線２０の外周に、ストロー状の絶縁被覆３を被せて、それを押出装置にセットして引き抜くストロー押出方法で発熱線２００を製造した場合、図８の（ａ）に示すように３本の発熱素線２０で囲まれた中心部分および隣接する発熱素線２０で形成される谷間の部分が空洞になるときと、図８の（ｂ）に示すように３本の発熱素線２０で囲まれた中心部分のみが空洞になるときとがある。通常の押出しにより、撚り合わせた３本の発熱素線２０の外周に絶縁被覆３を形成した場合は、図８の（ｂ）に示すように３本の発熱素線２０で囲まれた中心部分のみが空洞になる。
図８の（ａ）に示すように３本の発熱素線２０で囲まれた中心部分および隣接する発熱素線２０で形成される谷間の部分が空洞になったときは、断面外形が非円形になる場合がある。この場合、平面上に布線したときに平面との接触面積が断面外形が円形の場合よりも増えるため、熱伝達効率を向上することが出来る。

図９は、発熱素線２０を示す側面図である。図１０は、発熱素線２０を示す縦断面図である。
発熱素線２０においてエナメル被覆平角線４をスパイラル状に巻回する方向と、発熱線２００において３本の発熱素線２０を撚り合わせる方向は逆向きになっている。

巻芯１は例えばポリアリレート繊維であり、外径ｓは例えば０．１０ｍｍ〜０．２７ｍｍである。
エナメル被覆平角線４は例えばポリエステルイミド樹脂被覆を施した軟銅平角線であり、厚さｔは例えば０．０２３ｍｍ〜０．０６０ｍｍであり、幅ｗは例えば０．１５ｍｍ〜０．７５ｍｍである。
従って、平角線厚さｔ／巻芯外径ｓ＝０．０８５〜０．６００であり、平角線幅ｗ／巻芯外径ｓ＝０．５５６〜７．５００であり、平角線幅ｗ／厚さｔ＝５．００〜１５．００である。
絶縁被覆３は、例えばポリアミド樹脂であり、押出しにより形成されている。
発熱線２００の外径Ｄは例えば０．９ｍｍである。

図５の柔軟性の測定方法による発熱線２００に対する測定結果は、実施例１と差が無かった。一方、図６の屈曲性の試験方法による発熱線２００に対する測定結果は、２２℃において６０万回でも破断しなかった。
比較例３として、巻芯外径ｓ＝０．１７ｍｍ、平角線厚さｔ＝０．０２７ｍｍ、平角線幅ｗ＝０．３１ｍｍ、平角線巻きピッチｐ＝０．４５ｍｍの発熱素線２０を１本だけ用いた発熱線に対する測定結果は、温度２２℃において、１６６０００回で破断した。従って、実施例２の発熱線２００は、比較例３に比べて電流容量（導体断面積）が約３．１倍になると共に屈曲性が約３．６倍以上になった。
比較例４として、巻芯外径ｓ＝０．１７ｍｍ、平角線厚さｔ＝０．０６０ｍｍ、平角線幅ｗ＝０．３６ｍｍ、平角線巻きピッチｐ＝０．４５ｍｍの発熱素線２０を１本だけ用いた発熱線に対する測定結果は、温度２２℃において、７３２００回で破断した。従って、実施例２の発熱線２００は、比較例４に比べて電流容量（導体断面積）が１．２倍になると共に屈曲性が約８．２倍以上になった。
なお、実施例２の発熱線２００の屈曲性は、比較例１に比べて１４倍以上、比較例２に比べて３２倍以上向上している。

実施例２の発熱線２００によれば実施例１と同様の効果に加えて次の効果が得られる。
（１）発熱素線２０の数を増やせば電流容量を増やすことができ、１本のエナメル被覆平角線４の断面積を大きくしなくてもよいので、屈曲性を大幅に高めることが出来る。
（２）発熱素線２０を撚る時にエナメル被覆平角線４の巻き締まりが発生せず、柔軟性を維持することが出来る。
（３）複数の発熱素線２０同士が絶縁されているので、１本の発熱素線２０が断線した場合に、断線箇所で異常発熱が生じることを回避できる。

−実施例３−
電流容量が小さい場合は、図１１に示すように、発熱素線１０（または２０）を最小数２本にしてもよい。
撚り合わせた２本の発熱素線１０（または２０）の外周に、ストロー状の絶縁被覆３を被せて、それを押出装置にセットして引き抜くストロー押出方法で発熱線１００（または２００）を製造した場合、図１１の（ａ）に示すように２本の発熱素線１０（または２０）で形成される谷間の部分が空洞になるときと、図１１の（ｂ）に示すようにその谷間の部分が空洞にならないときとがある。通常の押出しにより、撚り合わせた２本の発熱素線１０（または２０）の外周に絶縁被覆３を形成した場合は、図１１の（ｂ）に示すように２本の発熱素線１０（または２０）で形成される谷間の部分が空洞にならない。
図１１の（ａ）に示すように２本の発熱素線１０（または２０）で形成される谷間の部分が空洞になったときは、断面外形が非円形になる場合がある。この場合、平面上に布線したときに平面との接触面積が断面外形が円形の場合よりも増えるため、熱伝達効率を向上することが出来る。

−実施例４−
電流容量が大きい場合は、図１２に示すように、発熱素線２０（または１０）の数を４本以上にすればよい。
撚り合わせた４本以上の発熱素線２０（または１０）の外周に、ストロー状の絶縁被覆３を被せて、それを押出装置にセットして引き抜くストロー押出方法で発熱線２００（または１００）を製造した場合、図１２の（ａ）に示すように７本の発熱素線２０（または１０）で囲まれた中心部分および隣接する発熱素線２０（または１０）で形成される谷間の部分が空洞になるときと、図１２の（ｂ）に示すように７本の発熱素線２０（または１０）で囲まれた中心部分のみが空洞になるときとがある。通常の押出しにより、撚り合わせた７本の発熱素線２０（または１０）の外周に絶縁被覆３を形成した場合は、図１２の（ｂ）に示すように７本の発熱素線２０（または１０）で囲まれた中心部分のみが空洞になる。
図１２の（ａ）に示すように７本の発熱素線２０（または１０）で囲まれた中心部分および隣接する発熱素線２０（または１０）で形成される谷間の部分が空洞になったときは、断面外形が非円形になる場合がある。この場合、平面上に布線したときに平面との接触面積が断面外形が円形の場合よりも増えるため、熱伝達効率を向上することが出来る。
また、図１２の（ａ）または（ｂ）に示すような発熱線の場合、中心となる発熱素線２０（または１０）の過剰加熱防止のため、中心となる発熱素線２０（または１０）１本を巻芯１とすることも出来る。

本発明の発熱線は、例えば電気毛布、電気カーペット、自動車用シートヒータ、便座加熱ヒータ、温水洗浄便座の貯蔵温水加熱ヒーター、複写機の加熱ヒータ、自動販売機の加熱ヒータ、瞬間昇温加熱用ヒータ等の面状採暖具に利用することが出来る。

１巻芯
２平角線
３絶縁被覆
４エナメル被覆平角線
１０，２０発熱素線
１００，２００発熱線

Claims

巻芯（１）の周りに平角線（２）をスパイラル状に巻回した複数本の発熱素線（１０）を撚り合わせ、その外周に複数本の発熱素線（１０）で囲まれた中心部分および隣接する発熱素線（１０）で形成される谷間の部分に空洞ができるように絶縁被覆（３）を形成したことを特徴とする発熱線（１００）。
請求項１に記載の発熱線（１００）において、前記平角線（２）の巻回方向と前記発熱素線（１０）の撚り方向が逆向きであることを特徴とする発熱線（１００）。
絶縁被覆した平角線（４）を巻芯（１）の周りにスパイラル状に巻回した複数本の発熱素線（２０）を撚り合わせ、その外周に複数本の発熱素線（２０）で囲まれた中心部分および隣接する発熱素線（２０）で形成される谷間の部分に空洞ができるように絶縁被覆（３）を形成したことを特徴とする発熱線（２００）。
請求項３に記載の発熱線（２００）において、前記平角線（４）の巻回方向と前記発熱素線（２０）の撚り方向が逆向きであることを特徴とする発熱線（２００）。