JP6554408B2

JP6554408B2 - 自己温度制御型発熱線の製造方法

Info

Publication number: JP6554408B2
Application number: JP2015240472A
Authority: JP
Inventors: 憲世安田
Original assignee: Fujikura Ltd
Current assignee: Fujikura Ltd
Priority date: 2015-12-09
Filing date: 2015-12-09
Publication date: 2019-07-31
Anticipated expiration: 2035-12-09
Also published as: JP2017107733A

Description

本発明は、自己温度制御型発熱線の製造方法に関する。

従来、正の温度係数特性（ＰＴＣ）を有する材料を利用した自己温度制御型の発熱線が用いられている（例えば、特許文献１を参照）。
図８は、発熱線の一例である発熱線５０を示す図である。発熱線５０は、２本の電極５１，５１と、ＰＴＣ材料からなる発熱材５２と、発熱材５２を被覆する絶縁材５３とを備えている。２本の電極５１，５１は発熱材５２に埋設されている。発熱材５２は、扁平な形状とされている。

特開平５−１５９８６８号公報

図９に示すように、発熱線５０は、長径方向に曲げると発熱材５２に無理な力がかかるため、曲げを加える場合には、通常、図１０に示すように、短径方向に曲げられる。
そのため、発熱線５０を蛇行させて配線する場合には（図５参照）、発熱線５０は、直線部分では被設置面に平行に配線すれば被設置面からの突出寸法が小さくなるが、折り返し箇所では被設置面に垂直となり突出寸法が大きくなる。よって、発熱線５０では被設置面からの突出寸法の変動が大きくなる。
また、発熱線５０をプロセス配管などに巻き付けて設置する場合、バルブやフランジ部に配線する際に発熱線５０に局所曲げを加えることがある。発熱線５０は、この局所曲げ部分において発熱特性が低下したり、発熱が不十分となることがあった。

本発明は、上記課題に鑑みなされたものであって、曲げ部分において発熱特性の低下、発熱不良などが起こらず、かつ被設置面からの突出寸法の変動を小さくできる自己温度制御型発熱線およびその製造方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明は、通電により発熱する自己温度制御型発熱線であって、少なくとも一対の電極線と、前記一対の電極線に電気的に接続された発熱体層と、前記電極線および前記発熱体層を覆う絶縁被覆層とを備え、前記一対の電極線は、前記発熱体層を介して並行配置されており、かつ、前記電極線の並び方向の中央を通る中心軸線の周りに螺旋状に形成されている、自己温度制御型発熱線を提供する。
前記発熱体層は、前記電極線を埋設しており、前記電極線の螺旋ピッチは、前記電極線の並び方向の前記発熱体層の外径寸法に対して、１０〜３０倍とされていることが好ましい。

本発明は、通電により発熱する自己温度制御型発熱線を製造する方法であって、少なくとも一対の電極線と、前記電極線に電気的に接続された発熱体層とを有し、前記一対の電極線が前記発熱体層を介して並行配置された発熱線本体を作製し、かつ前記電極線を螺旋状に形成する螺旋化工程と、前記発熱線本体を覆う絶縁被覆層を形成する被覆工程と、を有し、前記螺旋化工程においては、前記発熱線本体を前記電極線の並び方向の中央を通る中心軸線の周りに捻回させることと、前記発熱体層を加熱し軟化させることと、によって、前記一対の電極線を前記中心軸線の周りに螺旋状に形成し、次いで前記発熱体層を冷却し硬化させる、自己温度制御型発熱線の製造方法を提供する。
前記螺旋化工程においては、前記電極線を前記中心軸線の周りに捻回させた後、前記発熱体層を加熱し軟化させることが好ましい。

本発明の一態様によれば、電極線が螺旋状に形成されているため、曲げを加えたときに、曲げ方向によらず、電極線に急峻な曲げが生じにくい。そのため、発熱体層に無理な力がかかりにくい。本発明の一態様は、曲げ方向の自由度が高いことから、大きな曲げが加えられても、破損、および発熱特性の劣化が起こりにくい。よって、発熱特性に優れ、発熱不良が起こりにくく、製品寿命の長い自己温度制御型発熱線が得られる。
本発明の一態様によれば、電極線が螺旋状に形成されているため、蛇行させて配線した場合でも被設置面からの突出寸法の変動が小さくなり、美観などの点で好適である。

本発明の自己温度制御型発熱線の第１実施形態を示す正面図である。（Ａ）図１に示す自己温度制御型発熱線のＩ−Ｉ断面を示す図である。（Ｂ）図１に示す自己温度制御型発熱線のＩＩ−ＩＩ断面を示す図である。図１に示す自己温度制御型発熱線を製造することができる製造装置を模式的に示す概略図である。前図に示す製造装置の加熱炉に用いられる整形用型を示す概略断面図である。図１に示す自己温度制御型発熱線が使用された床暖房装置を示す模式図である。本発明の自己温度制御型発熱線の第２実施形態を示す斜視図である。試験装置を模式的に示す概略図である。（Ａ）従来の自己温度制御型発熱線の一例を示す前面図である。（Ｂ）（Ａ）に示す自己温度制御型発熱線の正面図である。図８の自己温度制御型発熱線に長径方向の曲げを加えた状態を模式的に示す斜視図である。図８の自己温度制御型発熱線に短径方向の曲げを加えた状態を模式的に示す斜視図である。自己温度制御型発熱線の他の例を示す斜視図である。自己温度制御型発熱線の他の例を示す斜視図である。自己温度制御型発熱線の他の例を示す斜視図である。

本発明に係る自己温度制御型発熱線（以下、単に発熱線という）の実施形態について図面に基づいて説明する。なお、以下の説明で用いる図面は、特徴をわかりやすくするために、便宜上特徴となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率などが実際と同じであるとは限らない。また、本発明は以下の実施形態に限定されない。
以下の説明においては、ＸＹＺ直交座標系を採用する。図２（Ａ）において、Ｘ方向は発熱線の長さ方向に直交する断面における長径方向である。Ｙ方向は短径方向である。Ｚ方向は、Ｘ方向およびＹ方向に直交する方向であり、発熱線の長さ方向である。

＜自己温度制御型発熱線（第１実施形態）＞
図１は、本発明の発熱線の第１実施形態である発熱線１０を示す正面図である。図２（Ａ）は発熱線１０のＩ−Ｉ断面（ＸＹ断面）を示す図である。図２（Ｂ）は発熱線１０のＩＩ−ＩＩ断面（ＸＹ断面）を示す図である。

図１、図２（Ａ）および図２（Ｂ）に示すように、発熱線１０は、一対の電極線１，１と、発熱体層２と、絶縁被覆層３と、金属編組４と、保護層５とを備えている。
電極線１，１と発熱体層２とは、発熱線本体６を構成している。

電極線１としては、銅線、ニッケルメッキ銅線、スズメッキ銅線等を使用できる。電極線１は、撚り線でもよいし、単線でもよい。発熱線１０の可撓性を確保するためには撚り線が有利である。電極線１は、発熱体層２との密着を良くし、導通信頼性を高めるためには集合撚りよりも同心撚りが好ましい。電極線１の線径（外径）は例えば０．６〜３．０ｍｍ程度としてよい。２つの電極線１，１の線径は互いに等しいことが好ましい。

電極線１，１は、互いに離間して並行配置されている。電極線１，１の間隔は、電極線１の長さ方向に一定であることが好ましい。電極線１，１の間隔は、電極線１の線径（外径）の４倍以下が好ましい。

図２（Ａ）に示すように、発熱線１０の長さ方向に直交する断面（ＸＹ断面）において、電極線１，１の中心Ｃ１，Ｃ２どうしを結ぶ基準直線Ｌ１の長さ方向の中央を通り、発熱線１０の長さ方向（Ｚ方向）に沿う線を、発熱線１０の中心軸線Ｃ３という。２つの電極線１，１は中心軸線Ｃ３について回転対称となる位置にある。中心軸線Ｃ３は、発熱体層２の長径方向および短径方向の中央に位置する。

電極線１，１は、中心軸線Ｃ３の周りに螺旋状に形成されている。
電極線１の軌道は、ＸＹＺ直交座標系において、ｘ＝ｒｃｏｓθ（Ｘ座標）、ｙ＝ｒｓｉｎθ（Ｙ座標）、ｚ＝ａθ（Ｚ座標）と表すことができる。ｒは定数であり、ＸＹ平面における電極線１，１の中心Ｃ１，Ｃ２と中心軸線Ｃ３との距離である。θは中心軸線Ｃ３を中心とする回転角度である。ａは定数であり、任意の実数である。

図１に示すように、電極線１の捻り角度が３６０°変化したときのＺ方向の距離を螺旋ピッチｐ１という。
螺旋ピッチｐ１は、発熱体層２の外径寸法Ｄ１を基準として、外径寸法Ｄ１の１０〜３０倍とするのが好ましい。図２（Ａ）に示すように、外径寸法Ｄ１は、電極線１，１の並び方向（Ｘ方向）の発熱体層２の外径寸法である。

螺旋ピッチｐ１は、短すぎると発熱体層２に大きな力がかかり、発熱体層２の抵抗値が不安定になるおそれがあるが、螺旋ピッチｐ１を外径寸法Ｄ１の１０倍以上とすれば、発熱体層２の抵抗値の変化を抑えることができるため、抵抗値が設計値から大きく外れるのを回避できる。
螺旋ピッチｐ１は、外径寸法Ｄ１の３０倍以下とすることによって、発熱線１０の曲げの自由度を高めることができる。
電極線１，１は、発熱体層２に埋設されることにより発熱体層２に電気的に接続されている。

発熱体層２は、例えば、基材樹脂と導電性粒子とを含む導電性樹脂からなる。
基材樹脂は、結晶性樹脂が好ましく、具体的には、ポリオレフィン樹脂、ポリアミド系樹脂、ポリアセタール樹脂、ポリエステル樹脂、フッ素樹脂等を挙げることができる。

ポリオレフィン樹脂としては、例えば、高密度ポリエチレン、中密度ポリエチレン、低密度ポリエチレン、エチレンプロピレンジエン共重合体（ＥＰＤＭ）等のポリエチレン類；アイソタクチックポリプロピレン、シンジオタクチックポリプロピレン等のポリプロピレン類；ポリブテン；４−メチルペンテン−１樹脂等を挙げることができる。ポリアミド系樹脂としては、例えば、ナイロン６、ナイロン８、ナイロン１１、ナイロン６６、ナイロン６１０等を挙げることができる。ポリアセタール樹脂は、モノマーによる単独重合体であっても、２種以上のモノマーによる共重合体であってもよい。ポリエステル樹脂としては、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート等を挙げることができる。フッ素樹脂としては、ポリビニリデンフルオライド（ＰＶＤＦ）、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）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、パーフロロエチレン−プロピレン樹脂（ＦＥＰ）等を挙げることができる。そのほか、エチレン・酢酸ビニル共重合体（以下ＥＶＡ）、エチレン・エチルアクリレート共重合体（以下ＥＥＡ）等の、オレフィンとカルボキシル化合物との共重合体も使用できる。
基材樹脂は、これらのうち１種を単独で用いてもよいし、２種以上をブレンドして用いてもよい。なかでも、ポリオレフィン樹脂が好ましい。

導電性粒子としては、カーボンブラック粒子、グラファイト粒子等の炭素系粒子；鉄（Ｆｅ）、ニッケル（Ｎｉ）、プラチナ（Ｐｔ）、銅（Ｃｕ）、銀（Ａｇ）、金（Ａｕ）等からなる金属粒子；スズ添加酸化インジウム（Indium−Tin−Oxide：ＩＴＯ）、酸化スズ（ＳｎＯ_２）、フッ素添加酸化スズ（Fluorine−Tin−Oxide：ＦＴＯ）、アンチモン添加酸化スズ（Antimony−Tin−Oxide：ＡＴＯ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）等からなる導電性金属酸化物粒子等を挙げることができる。

導電性粒子としては、特に、炭素系粒子が好ましい。導電性粒子として炭素系粒子を用いると、導電性樹脂は、温度が上昇する際の抵抗上昇が緩やかになるため、発熱体層２の温度を安定させることができる。
炭素系粒子の平均粒径は、特に制限されないが、例えば３０〜９０ｎｍとすることができる。

導電性樹脂中の導電性粒子の含有率は、必要となる抵抗値が得られるように選択される。導電性粒子の含有率は、例えば３〜３０質量％とすることができる。
導電性樹脂には、非導電性の充填剤、酸化防止剤、難燃剤等を添加することができる。
発熱体層２の抵抗値は、例えば１００〜１００００（Ω−ｍ）とすることができる。

図２（Ａ）に示すように、発熱体層２は、断面が例えば長円形とされている。長円形とは、一対の互いに平行な直線と、これらの直線の一端および他端に形成された湾曲凸状の曲線とからなる形状をいう。発熱体層２の断面の外周縁２ａは、例えば、互いに平行な直線状の一対の主縁２ｂ，２ｂと、それらの両端に形成された半円形の端縁２ｃ，２ｃとを有する。端縁２ｃ（２ｃ１，２ｃ２）がなす半円の中心は、それぞれ電極線１（１Ａ，１Ｂ）の中心Ｃ１，Ｃ２にほぼ一致している。

電極線１上の発熱体層２の厚さは、特に制限されないが、例えば０．１〜０．３ｍｍとすることができる。
発熱体層２は電極線１，１の外周面の全面に密着して接し、電極線１，１と一体化されている。

絶縁被覆層３は絶縁材料からなり、発熱体層２を被覆する。発熱体層２には電極線１，１が埋設されているため、絶縁被覆層３は電極線１，１および発熱体層２を覆っている。絶縁材料としては、ポリオレフィン樹脂、フッ素樹脂などを使用できる。
絶縁被覆層３は、周方向に一定の厚さとすることができる。絶縁被覆層３の厚さは、例えば０．３〜０．８ｍｍとすることができる。絶縁被覆層３の材料は、耐熱性、機械的特性などを考慮して選択される。

金属編組４（編組層）は、複数の金属線材を編み込んで構成されている。金属線材は、金属素線の単線材であってもよいし、金属素線の束材であってもよい。金属素線としては、特に限定されないが、例えば、銅線、スズメッキ銅線、ニッケルメッキ銅線等を使用できる。
金属編組４は、絶縁被覆層３を被覆しており、発熱線１０に衝撃、屈曲が加えられた場合に発熱線本体６および絶縁被覆層３を保護することができる。金属編組４は、漏電時にはアースとして機能する。また、金属編組４の被覆率は５０〜９０％程度であることが望ましい。

保護層５（ジャケット）は、フッ素樹脂、ポリオレフィン樹脂などからなる。
保護層５は、金属編組４を被覆しており、発熱線１０に外力が加えられた場合に、発熱線本体６、絶縁被覆層３および金属編組４を、外力による衝撃、薬品による化学的腐食などから保護する。保護層５の厚さは、例えば０．２〜２ｍｍとすることができる。

発熱線１０の温度が低いときには、発熱体層２の導電性粒子どうしの接触により導電パスが形成され、発熱体層２の抵抗は低く保たれる。そのため、電極線１，１間に電圧が印加されると、発熱体層２に大きな電流が流れ、発熱体層２の温度が上昇する。
発熱体層２の温度が上昇すると、発熱体層２は膨張し、それに伴って一部の導電性粒子が互いに離間する。そのため、導電パスの一部が切れて、発熱体層２の抵抗が高くなる。その結果、発熱体層２に流れる電流が小さくなり、発熱体層２の温度は低くなる。このようにして、発熱体層２の温度は一定範囲に保たれる。

＜自己温度制御型発熱線の製造方法＞
次に、本発明の自己温度制御型発熱線の製造方法の一実施形態について説明する。
本実施形態の製造方法では、図３および図４に示す製造装置１００を使用することができる。
図３に示すように、製造装置１００は、ボビン１１と、加熱炉１２（加熱手段）と、冷却槽１３（冷却手段）と、引取り機１４（引取手段）と、巻取り機１５（巻取手段）とを備えている。加熱炉１２、冷却槽１３、引取り機１４および巻取り機１５は、発熱線本体６の引取り方向（図３における右方向）の上流側から下流側にかけて、この順で設置されている。

加熱炉１２は、炉本体１７と、炉本体１７の内部に設けられた整形用型１８とを備えている。
図４に示すように、整形用型１８の挿通孔１８ａは、発熱線本体６の引取り方向（図４における右方向）に向かって徐々に内径が小さくなる略円錐台形の縮径部１９ａと、縮径部１９ａの最小内径部である先端１９ｂから前記引取り方向に向かって形成された一定内径の定径部１９ｃとを有する。

定径部１９ｃは例えば断面円形であり、その内径は先端１９ｂの内径に等しい。定径部１９ｃの内径は、発熱線本体６の最大外径よりやや大きくするのが好ましい。定径部１９ｃの内径は、例えば発熱線本体６の最大外径の１．１〜２倍とすることができる。縮径部１９ａおよび定径部１９ｃの中心軸は、ボビン１１の回転の中心軸と一致するのが好ましい。
図３に示すように、整形用型１８は、炉本体１７の内部空間２０の最後部２０ａ近傍（炉本体１７の出口近傍）に設けられている。

冷却槽１３は、冷却水などの冷媒２２を貯留でき、発熱線本体６を冷媒２２に接触させることによって冷却することができる。

本実施形態の製造方法は、発熱線本体６を作製するとともに電極線１，１を螺旋状に形成する螺旋化工程と、絶縁被覆層３を形成する被覆工程と、金属編組４を形成する金属編組形成工程と、保護層５を形成する保護層形成工程とを有する。

（１）螺旋化工程
螺旋化工程は、発熱体層２を成形する成形工程と、発熱線本体６に捻りを加える捻り工程と、発熱体層２を硬化させる硬化工程と、を有する。
［成形工程］
図示しない押出し機等を使用して、加熱により軟化させた導電性樹脂により、電極線１，１の上に、押出成形等により発熱体層２を形成し、硬化させる。これによって、発熱線本体６を得る。
発熱線本体６は、図３に示す製造装置１００のボビン１１に巻き取られる。

［捻り工程］
図３に示すように、発熱線本体６を、引取り機１４によって一定速度で引き取ることによってボビン１１から繰り出す。
この際、ボビン１１を、中心軸線Ｃ３の周りに一定方向に回転させる。これにより、発熱線本体６には、加熱炉１２に導入される前に捻りが加えられ、電極線１，１は中心軸線Ｃ３の周りの螺旋状となる。
ボビン１１の回転速度は、螺旋ピッチｐ１（図１参照）が発熱体層２の外径寸法Ｄ１（図２（Ａ）参照）に対して１０〜３０倍となるように設定するのが好ましい。

発熱線本体６に捻りを加える際には、２本の電極線１，１の間隔が変化しないようにする。また、電極線１，１の螺旋形状が発熱線本体６の長さ方向（Ｚ方向）に一様となるようにする。電極線１，１の螺旋形状が発熱線本体６の長さ方向に一様であると、螺旋ピッチｐ１が発熱線本体６の長さ方向に一定となり、加熱炉１２での加熱による発熱体層２の抵抗値の変化が小さくなる。

発熱線本体６は、加熱炉１２の内部空間２０に導入され、ヒータ（図示略）によって加熱されることにより発熱体層２は軟化する。
加熱炉１２における加熱温度は、発熱体層２を構成する導電性樹脂の結晶化温度以上であると、導電性樹脂の結晶構造が変化することにより抵抗値が設計値を外れるおそれがある。そのため、加熱炉１２の加熱温度は、前記導電性樹脂の結晶化温度より低く、かつ発熱体層２の形状を変化させ得る温度（軟化点）以上、しかも電極線１，１の間隔が変化しない程度の発熱体層２の硬さを維持できる温度とするのが好ましい。
加熱炉１２における加熱温度は、例えば１１０〜１４０℃とすることができる。

加熱温度が導電性樹脂の結晶化温度より低くても発熱体層２の抵抗値の変化は起こり得るため、成形工程における加熱温度の設定、導電性樹脂の選択等にあたっては、捻り工程における抵抗値の変化を考慮に入れる必要がある。

本工程では、加熱炉１２よりも送出し側（前段側）においてボビン１１により発熱線本体６に捻りを加える。すなわち、本工程では、ボビン１１により発熱線本体６を捻回させた後に加熱炉１２による加熱を行っている。
この方法によれば、加熱炉１２より引取り側（後段側）において発熱線本体６に捻りを加える方法に比べ、装置構成を簡略にできる。すなわち、引取り側（後段側）において発熱線本体６に捻りを加えるには、引取り機１４および巻取り機１５を中心軸線Ｃ３の周りに回転可能に構成するなどの大掛かりな装置改造が必要となるが、本実施形態のように送出し側（前段側）でボビン１１により発熱線本体６に捻りを加える方法では、装置構成は比較的簡略になり、装置コストを抑制することができる。

発熱線本体６には捻りが加えられるため、長周期のうねりが生じることがある。うねりは、発熱線本体６に捻りが加えられることにより、発熱線本体６の弾性的な反発力によって、回転の中心軸から離れる方向の力が発熱線本体６に作用することにより生じると考えられる。
図４に示すように、発熱線本体６は、整形用型１８の挿通孔１８ａに導入され、縮径部１９ａおよび定径部１９ｃを通過する過程で回転中心からのずれが是正されるため、うねりを小さくできる。

［硬化工程］
発熱線本体６は、冷却槽１３に導入され、冷媒２２（例えば冷却水）に接触することによって冷却される。これによって、発熱体層２は、導電性樹脂の軟化点を下回る温度となり、捻りが加えられた形状で硬化する。
なお、本実施形態では冷却槽１３を使用するが、冷却槽１３を使用せず、外気との接触により発熱体層２を冷却し硬化させてもよい。

電極線１，１が螺旋状となった発熱線本体６は、引取り機１４を経て巻取り機１５により巻き取られる。

発熱線本体６には、発熱体層２の抵抗値の調整のため、加熱処理を施してもよい。加熱処理の温度は、必要となる抵抗値に応じて設定されるが、例えば１５０〜１７０℃とすることができる。

発熱線本体６には、電子線架橋等の架橋処理を行ってもよい。架橋処理を行うと、高温下でも発熱体層２の硬度低下が起こりにくくなるため、安全性確保の点で好ましい。

（２）被覆工程
加熱により軟化させた前記絶縁材料を用いて、発熱体層２の上に、押出成形等により絶縁被覆層３を形成する。

（３）金属編組形成工程
絶縁被覆層３の上に、複数本の金属線材を編み込んだ金属編組４を形成する。

（４）保護層形成工程
加熱により軟化させた前記樹脂材料を用いて、金属編組４の上に、押出成形等により保護層５を形成する。
以上の工程を経て、図１等に示す発熱線１０を得る。

本実施形態の製造方法によれば、螺旋化工程において、発熱線本体６を捻回させ、かつ発熱体層２を加熱し軟化させることによって、電極線１，１を螺旋状に構成する。この製造方法は、工程が少なく操作が煩雑でないため、発熱線１０を効率よく作製することができる。

本実施形態の製造方法では、成形工程において発熱体層２を成形した後に、捻り工程において発熱線本体６に捻りを加える。発熱体層２は捻り工程の前に成形されるため、捻りによって電極線１，１に互いに接近する方向の力が作用した場合でも、電極線１，１同士の間隔は変化せず、短絡が起こりにくい。
また、本実施形態の製造方法では、成形工程の後に捻り工程を行うため、押出成形機、巻取り機等を回転可能に構成するなどの大掛かりな装置の改造は必要ない。そのため、捻りを加えるための装置の構成が簡略になり、装置コストを抑制することができる。

本実施形態の製造方法では、発熱体層２を形成した後、絶縁被覆層３等の形成に先だって螺旋化を行う。そのため、絶縁被覆層３の形成後（あるいは、金属編組４または保護層５の形成後）に螺旋化を行う方法に比べて、発熱線本体６の螺旋ピッチｐ１の均一性を高めるとともに、発熱体層２の抵抗値の調整がしやすくなる。
螺旋ピッチｐ１の均一性を高めることができるのは、絶縁被覆層３等がなく剛性が低い段階で発熱線本体６の螺旋化を行うことができるため、螺旋ピッチｐ１の変動が起こりにくいからである。発熱体層２の抵抗値の調整がしやすくなるのは、絶縁被覆層３等がないため、加熱処理等における温度などの条件設定を正確に行うことができるからである。

図５は、発熱線１０を用いた床暖房装置６０を示す模式図である。
床暖房装置６０では、発熱線１０は、基板６１の表面（被設置面６１ａ）に設置されている。被設置面６１ａは平坦面である。
発熱線１０は、並行配置された複数の直線部６２（６２ａ，６２ｂ，・・・）と、これらを連結する折返し部６３（６３ａ，６３ｂ，・・・）とからなる蛇行構造を有する。詳しくは、発熱線１０は、例えば、第１直線部６２ａと第２直線部６２ｂの一方側の端部同士が第１折返し部６３ａによって連結され、第２直線部６２ｂと第３直線部６２ｃの他方側の端部同士が第２折返し部６３ｂによって連結されたＳ字形構造が繰り返された構造を有する。

発熱線１０は、次のような効果を奏する。
例えば、図１１に示すように、直線状の電極線７１，７１と、発熱体層７２と、絶縁被覆層７３と、金属編組７４と、保護層７５とを有する扁平形状の発熱線７０では、局所曲げ部分において発熱特性の低下などの問題が起きる可能性がある。
これに対し、図１等に示す発熱線１０は、電極線１，１が螺旋状に形成されているため、曲げを加えたときに、曲げ方向によらず、電極線１に急峻な曲げが生じにくい。そのため、発熱線１０は、発熱体層２に無理な力がかかりにくく、曲げ方向の自由度が高い。よって、大きな曲げが加えられても、破損、および発熱特性の劣化が起こりにくい。したがって、発熱線１０は、発熱特性に優れ、発熱不良が起こりにくく、製品寿命が長い。

図１１に示す発熱線７０は、長径方向に曲げると（図９参照）発熱体層７２に無理な力がかかるため、曲げを加える場合には、通常、短径方向に曲げられる（図１０参照）。そのため、発熱線７０を蛇行させて配線する場合には（図５参照）、発熱線７０は、直線部分では被設置面に平行に配線すれば被設置面からの突出寸法が小さくなるが、折り返し箇所では被設置面に垂直となり被設置面からの突出寸法が大きくなる。よって、発熱線７０は、被設置面からの突出寸法が大きく変動する。
これに対し、図１等に示す発熱線１０は、電極線１，１が螺旋状に形成されているため、図５に示すように、蛇行させて配線した場合でも、被設置面６１ａからの突出寸法は大きく変動せず、美観などの点で好適である。

図１２に示すように、内部導体８１と、金属編組からなる外部導体８２と、これらの間に設けられた発熱体層８３とを有する発熱線８０では、金属編組からなる外部導体８２の、発熱体層８３に対する密着性が十分ではなく、外部導体８２と発熱体層８３との間で安定した導通を得るのは容易でない。
これに対し、図１等に示す発熱線１０は、電極線１，１が発熱体層２によって接続された構造を有するため、電極線１，１と発熱体層２との間に確実な導通確保が可能である。

図１３に示す発熱線９０は、コア９１の外周に、２本の電極線９２と、発熱体層９３とが設けられ、２本の電極線９２は絶縁性の介在９４によって隔てられている。発熱線９０では、構成部品が多く、構造が複雑であるため、外径が大きくなりやすい。また、製造工程が煩雑である。
これに対し、図１等に示す発熱線１０は、コアがないため構成部品が少なく、構造が簡略であるから、外径を小さくできる。そのため、例えば床暖房装置６０に適用する場合には、装置（例えば床暖房パネル）の薄型化が可能となる。また、発熱線１０は、外径を小さくできるため、窓枠、ドア枠等に設置する場合に、窓、ドアの開閉に支障が生じることがない。また、発熱線１０は、構造が簡略であるため製造工程の数が少なく、製造が容易である。

＜自己温度制御型発熱線（第２実施形態）＞
図６は、本発明の発熱線の第２実施形態である発熱線１１０を示す斜視図である。なお、図１等に示す第１実施形態の発熱線１０と同じ構成については、同じ符号を付して説明を省略する。
発熱線１１０は、金属編組４および保護層５がないこと以外は図１等に示す発熱線１０と同じ構成である。発熱線１１０は、金属編組４および保護層５がないため細径化が可能である。

（実施例１）
撚り線からなる電極線１，１（２２ＡＷＧ）の上に、押出成形により導電性樹脂からなる発熱体層２を形成し、発熱線本体６を得た。発熱体層２の長径方向の外径寸法Ｄ１は５ｍｍ、発熱体層２の厚さは１．４ｍｍとした。発熱線本体６は、図３に示す製造装置のボビン１１に巻き取った。
導電性樹脂は、ＰＶＤＦ（ソルベイ・ソレクシス社のソーレフ４６０）７２．４ｗｔ％、カーボンブラック（キャボット社のバルカンＸＣ−７２）９．３ｗｔ％、老化防止剤としての炭酸カルシウム（白石カルシウム社の白艶華ＣＣＲ）５．３ｗｔ％、充填剤として酸化亜鉛の微粒品（三井金属鉱業社）１１．８ｗｔ％、架橋助剤としてＴＡＩＣ（日本化成社）１．２ｗｔ％を含む。

発熱線本体６をボビン１１から繰り出し、加熱炉１２に導入し、発熱体層２を１１０〜１３０℃で加熱した。
この際、ボビン１１を、中心軸線Ｃ３の周りに一定方向に回転させることによって発熱線本体６に捻りを加え、電極線１，１を中心軸線Ｃ３の周りの螺旋状とした。電極線１，１の螺旋ピッチｐ１は６０ｍｍとした。

発熱体層２の上に、押出成形によりフッ素系樹脂（ＥＴＦＥ）からなる絶縁被覆層３（厚さ０．２ｍｍ）を形成した。
絶縁被覆層３の上に、スズメッキ銅線（０．１２ＴＡ５本）２４本で構成した金属編組４（厚さ０．３ｍｍ）を形成した。
金属編組４の上に、押出成形によりフッ素系樹脂（ＥＴＦＥ）からなる保護層５（厚さ０．３ｍｍ）を形成した。

（比較例１）
図１１に示す発熱線７０を次のようにして作製した。
撚り線からなる電極線７１，７１（１７ＡＷＧ）の上に、押出成形により導電性樹脂からなる発熱体層７２（厚さ１．７ｍｍ）を形成した。発熱体層７２の長径方向の外径寸法は８ｍｍ、発熱体層７２の厚さは１．７ｍｍとした。導電性樹脂としては実施例１で用いた導電性樹脂と同じものを使用した。
発熱体層７２の上に、押出成形によりフッ素系樹脂（ＥＴＦＥ）からなる絶縁被覆層７３（厚さ０．５ｍｍ）を形成した。
絶縁被覆層７３の上に、スズメッキ銅線（０．１６ＴＡ８本）２４本で構成した金属編組７４（厚さ０．３ｍｍ）を形成した。
金属編組７４の上に、押出成形によりフッ素系樹脂（ＥＴＦＥ）からなる保護層５（厚さ０．６ｍｍ）を形成した。

実施例１および比較例１の発熱線について、室温（２３℃）における抵抗値（Ω−ｍ）と、通電時の表面温度（℃）を測定した。
また、Ｙ方向およびＸ方向の屈曲時の特性の変化を次のようにして測定した。Ｙ方向は短径方向であり、Ｘ方向は長径方向である。この測定には、図７に示す曲げ試験装置１２０を用いた。曲げ試験装置１２０は、並置された２つの円筒体１２１，１２２（外径２５ｍｍ）を有する。
Ｙ方向に屈曲させた場合の特性の測定においては、発熱線に対して、第１円筒体１２１に沿わせてＹ方向に＋９０°の曲げを加え（実線を参照）、次いで、第２円筒体１２２に沿わせて−９０°の曲げを加えた（仮想線を参照）。
Ｘ方向に屈曲させた場合の特性の測定においては、発熱線に対して、第１円筒体１２１に沿わせてＸ方向に＋９０°の曲げを加え（実線を参照）、次いで、第２円筒体１２２に沿わせて−９０°の曲げを加えた（仮想線を参照）。
屈曲時の発熱線の表面温度は屈曲部分で測定した。

表１に示すように、実施例１では、屈曲前の抵抗値４７５（Ω−ｍ）に対し、Ｘ方向屈曲時およびＹ方向屈曲時の抵抗値は５０３〜５０５（Ω−ｍ）であり、大きな変化がなかった。また、Ｘ方向屈曲時とＹ方向屈曲時とは同等の変化を示した。
通電時の表面温度は屈曲前の６８℃に対してＸ方向屈曲、Ｙ方向屈曲ともに６６〜６７℃であり、屈曲前とほとんど変わらない良好な特性を示した。
これらの結果は、実施例１では、屈曲方向によらず、発熱特性が低下しないことを示している。

表２に示すように、比較例１では、屈曲前の抵抗値３５０（Ω−ｍ）に対し、Ｘ方向屈曲時に、抵抗値が６７２０（Ω−ｍ）に大きく変化した。また、通電時の表面温度は、屈曲前の７２℃がＸ方向屈曲時には３８℃と大きく変化しており、比較例１では発熱特性が低下したことがわかる。

以上、本発明の実施形態を説明したが、実施形態における構成は一例であり、本発明の趣旨から逸脱しない範囲内で、構成の付加、省略、置換、およびその他の変更が可能である。
例えば、図１等に示す発熱線１０は、一対の電極線１，１を有するが、電極線１の数はこれに限らず、３以上の任意の数であってもよい。
発熱線１０では、発熱体層２、絶縁被覆層３、金属編組４、および保護層５は断面が長円形であるが、発熱体層、絶縁被覆層、金属編組、および保護層の断面形状はこれに限らず、例えば円形であってもよい。
また、前述の製造方法では、成形工程の後に捻り工程を行うが、発熱体層の成形と捻り付与とを同じ工程で行ってもよい。また、捻り工程では、ボビン１１により発熱線本体６を捻回させた後に加熱炉１２により発熱線本体６を加熱するが、発熱線本体の捻回と発熱線本体の加熱は同じ工程で行ってもよい。

本発明の発熱線は、曲げ方向の自由度が高いため、曲げ部分があっても発熱特性が低下せず、発熱不良が起こりにくい。また、螺旋ピッチを適切に設定すれば長さ方向の抵抗値の変化が小さくなるため、ヒータの設計が容易となる。
本発明は、床暖房、水道凍結防止、配管保温などに適用できる。本発明は、排水路、排水管などの凍結防止または解氷に用いることもできる。

１…電極線、２…発熱体層、３…絶縁被覆層、６…発熱線本体、１０，１１０…発熱線、Ｃ３…中心軸線、ｐ１…螺旋ピッチ。

Claims

通電により発熱する自己温度制御型発熱線を製造する方法であって、
少なくとも一対の電極線と、前記電極線に電気的に接続された発熱体層とを有し、前記一対の電極線が前記発熱体層を介して並行配置された発熱線本体を作製し、かつ前記電極線を螺旋状に形成する螺旋化工程と、
前記発熱線本体を覆う絶縁被覆層を形成する被覆工程と、を有し、
前記螺旋化工程においては、
前記発熱線本体を前記電極線の並び方向の中央を通る中心軸線の周りに捻回させることと、
前記発熱体層を加熱し軟化させることと、
によって、前記一対の電極線を前記中心軸線の周りに螺旋状に形成し、次いで前記発熱体層を冷却し硬化させる、自己温度制御型発熱線の製造方法。
前記螺旋化工程において、前記電極線を前記中心軸線の周りに捻回させた後、前記発熱体層を加熱し軟化させる、請求項１に記載の自己温度制御型発熱線の製造方法。