JP6760941B2 - ヒータユニット、ステアリングホイールおよびヒータユニットの製造方法 - Google Patents
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Description
また、上記コード状ヒータが、最外層に熱融着部が形成されたものであることが考えられる。
本発明によるステアリングホイールは、上記のヒータユニットと、ホイール芯材と、被覆材とからなり、上記ホイール芯材と上記被覆材の間に上記ヒータユニットが設置されるものである。
また、本発明によるヒータユニットの製造方法は、高分子発泡体からなる基材と、コード状ヒータとからなるヒータユニットの製造方法であって、上記基材上に、所定のパターン形状で上記コード状ヒータを配設し、上記基材を平板によって加熱加圧することで、上記基材における上記コード状ヒータが配設される箇所の厚さを、該コード状ヒータの形状に沿うように薄くし、それによって概ね平坦な形状のヒータユニットとするものである。
まず、本実施の形態におけるコード状ヒータ1の構成から説明する。本実施の形態におけるコード状ヒータ1は図5に示すような構成になっている。まず、外径約0.2mmの芳香族ポリアミド繊維束からなるヒータ芯3の外周に、素線径0.08mmの錫銅合金線からなる導体素線5aを7本引き揃え、ピッチ1.00mmで螺旋状に巻装してコード状ヒータ1を構成する。なお、導体素線5aには、ポリウレタンからなる絶縁被膜5bが厚さ約0.005mmで被覆されている。この外周に、熱融着部9としての難燃剤が配合されたポリエチレン樹脂が0.25mmの厚さで押出・被覆されている。コード状ヒータ1はこのような構成になっていて、その仕上外径は0.9mmである。
基材10として、見かけ密度0.04g/cm3(JIS K7222準拠)、硬さ220N(JIS K6400−2準拠)、厚さ6mmの発泡ポリウレタン樹脂からなる1枚の発泡体を使用し、実施の形態1と同様にコード状ヒータを配設した。このようにして、図1及び図2に示すようなヒータユニットを得た。この際、厚さ1mmになるまで基材10を加熱加圧して圧縮しており、加熱加圧後は、見かけ密度0.32g/cm3(JIS K7222準拠)となっている。
基材10として、見かけ密度0.04g/cm3、(JIS K7222準拠)、硬さ220N(JIS K6400−2準拠)、厚さ4mmの発泡ポリウレタン樹脂からなる発泡体2枚を重ねて使用し、本実施の形態と同様にコード状ヒータを配設した。このようにして、図1及び図10に示すようなステアリングホイール用のヒータユニット31を得た。なお、図10は図1の要部を拡大して示す断面図である。この際、厚さ1mmになるまで基材10を加熱加圧して圧縮しており、加熱加圧後は、見かけ密度0.32g/cm3(JIS K7222準拠)となっている。実施の形態3では便宜的に、コード状ヒータ1が配設される側の発泡体を第1の発泡体11、反対側の発泡体を第2の発泡体とする。
この際、熱融着層9が、基材10を構成する第1の発泡体11及び第2の発泡体12の両方に含浸されるようにすれば、第1の発泡体11と第2の発泡体12が強固に接着される。そのため、第1の発泡体11と第2の発泡体12が分離してしまうことを防止できる。
なお、コード状ヒータ1を熱融着する際に、第1の発泡体11と第2の発泡体12に対して充分に加熱加圧して高圧縮とした場合、接着層を使用しなくても、コード状ヒータ1が配設されていない箇所について、第1の発泡体11と第2の発泡体12を固定させることができる。これは、一方の発泡体の気孔中にもう一方の発泡体の非気孔部が入り込み、アンカー効果によって2つの発泡体を固定させることによるものである。このようにして2枚の発泡体が積層された基材10に対し、剥離強度を測定した。剥離強度の測定は、剥離強度は、プッシュプルゲージによって測定される。基材10を25mm×150mmに切り出し、長手方向端部から50mmの部分を予め剥離しておき、第1の発泡体11の端部をプッシュプルゲージに固定し、第2の発泡体12の端部を掴持して、10mm/sの速度でプッシュプルゲージと反対の方向に引き剥がし(剥離角度180度)、最大荷重となった値を剥離強度とした。このようにして測定された実施の形態3によるヒータユニット31における第1の発泡体11と第2の発泡体12との剥離強度は、6.2Nであり、実使用上充分な値であった。また、剥離後の状態を確認したところ、界面剥離ではなく、材料破壊による剥離であることが確認でき、この点からも充分な接着が得られていることが確認された。参考までに、第1の発泡体11と第2の発泡体12とを両面粘着テープで接着したサンプルを使用して、同様に剥離強度を測定したところ、剥離強度は、13.7Nであった。また、コード状ヒータ1を使用せず、単に第1の発泡体11と第2の発泡体12とを上記実施の形態3と同様に加熱加圧して高圧縮とし、第1の発泡体11と第2の発泡体12とを固定したサンプルを使用して、同様に剥離強度を測定したところ、剥離強度は、5.0Nであり、界面剥離がされていた。
通常の発泡体1つのみからなる基材10の場合、万が一、発泡体に亀裂や裂けが生ずると、その亀裂や裂けが拡大していって、基材10として断裂してしまうことになる。ここで、複数の発泡体を積層した基材であれば、1つの発泡体に亀裂や裂けが生じても、その亀裂や裂けの拡大は、当該発泡体のみで収まり、他の発泡体には影響しない。そのため、基材10として断裂に至ることを防止できる。
また、基材10が、第1の発泡体11及び第2の発泡体12を積層してなるものであれば、これら2つの発泡体を異なる特性のものとすることで、複合的な特性を有する基材とすることができる。例えば、以下のようなものが考えられる。一方の発泡体について、気孔率の高いものを選択することが考えられる。コード状ヒータ1を配設する側の発泡体を気孔率の高いものとすることで、コード状ヒータ1がより確実に発泡体中に入り込み、概ね平坦なヒータユニット31を得ることができる。また、コード状ヒータ1を配設しない側の発泡体を気孔率の高いものとし、その他の樹脂を溶融充填して複合材料とすることも考えられる。ヒータユニット31をホイール芯材77上に接着し、その上にウレタン樹脂等を射出成型することで、ヒータユニット31が埋設されたステアリングホイールを得ることができるが、コード状ヒータ1を配設しない側の発泡体を気孔率の高いものとした発泡体を使用すれば、射出成型したウレタン樹脂等が発泡体の気孔中に充填され、確実にヒータユニット31が固定されることになる。また、硬度が異なる発泡体を積層することで、ヒータユニット31やそれを組み込んだ製品に使用者が触れた際に、コード状ヒータ1が存在することを感じにくくさせることができる。また、難燃性に優れる発泡体、引張強度の高い発泡体、耐薬品性に優れる発泡体、耐熱性に優れる発泡体、耐電圧特性に優れる発泡体、電磁波遮蔽特性を備える発泡体、低反発性を有する発泡体、低温脆性に優れる発泡体、熱伝導率が高い発泡体等、種々の発泡体を組合せることによって、付加的な機能が付与されたヒータユニット31にすることができる。また、薄い発泡体を積層したものであれば、コード状ヒータを熱融着により配設する際にも、薄い発泡体に配設した後に、他の発泡体を貼付するような工程を取ることができ、発泡体による断熱の影響による融着不良を防ぐことができる。また、更に第3の発泡体等、他の発泡体を積層させた多層構造としても良い。この場合、全ての発泡体の気孔に熱融着層9が含浸されていることが好ましい。
図11に、実施の形態3によるヒータユニット31の断面における要部のSEM写真を示す。熱融着層9が第1の発泡体11及び第2の発泡体12の気孔中に含浸されていることが確認される。また、第1の発泡体11の気孔中に第2の発泡体12の非気孔部が入り込み、且つ、第2の発泡体12の気孔中に第1の発泡体11の非気孔部が入り込み、アンカー効果によって第1の発泡体11と第2の発泡体12が固定されていることが確認される。また、コード状ヒータ1の熱融着層9は、基材10の表面から約5mmの部分まで含浸されていた。
次に、図12A〜図14Cを参照して、第4の実施形態、第5の実施形態、第6の実施形態を説明する。
図12A〜12Cはヒータユニットの表面外観を示す図であり、図12Aは第4の実施形態を示し、図12Bは第5の実施形態を示し、図12Cは第6の実施形態を示している。
図13A〜13Cはヒータユニットの裏面外観を示す図であり、図13Aは第4の実施形態を示し、図13Bは第5の実施形態を示し、図13Cは第6の実施形態を示している。
図14A〜14Cはヒータユニットの断面のSEM写真を示す図であり、図14Aは第4の実施形態を示し、図14Bは第5の実施形態を示し、図14Cは第6の実施形態を示している。
第4〜第5の実施形態のヒータユニットは、高分子発泡体からなる基材と、コード状ヒータとからなる。コード状ヒータは、上述したように、外径約0.19mmの芳香族ポリアミド繊維束からなるヒータ芯の外周に、素線径0.08mmの錫銅合金線からなる導体素線を7本引き揃え、ピッチ1.00mmで螺旋状に巻装して形成されている。導体素線の絶縁被膜の厚みは、0.005mmである。このようにしてヒータ芯の外周に導体素線を螺旋状に巻装した状態のことを芯材と呼ぶ。芯材の外周に、熱融着部9としての難燃剤が配合されたポリエステル系樹脂が押出・被覆されている。
芯材の径は、第4〜第6の実施形態において共通の0.37mmであり、熱融着部9の厚み(量)を変えることで、コード状ヒータの外径は、第4の実施形態において0.60mm、第5の実施形態において0.77mm、第6の実施形態において0.97mmとなっている。また、それぞれにおいて、熱融着部の厚さは、第4の実施形態において0.115mm、第5の実施形態において0.20mm、第6の実施形態において0.30mmとなっている。
このヒータユニットでは、ヒータの芯材を包み込む最外層には熱融着部9が形成され、コード状ヒータを基材10上に配設させた上で加熱加圧する。この過程でコード状ヒータの熱融着部9が溶融するため、液状となって基材10の高分子発泡体に浸透し、固定部を形成する。熱融着部9の厚み(量)が変わることで、溶融したときに高分子発泡体である基材10に含浸される範囲に変化が生じる。固定部は、コード状ヒータの熱融着部が溶融し、押圧されている基材10の高分子発泡体に浸透して固着している部位を指している。
熱融着部9が溶融して固定部を形成しており、熱融着部9の原形をとどめている必要はない。むしろ、コード状ヒータは基材10に対して押圧されているので、加熱加圧される前は基材10から反発力を受けている。加熱加圧されることで、熱溶着部9は一部または全部が溶融して液状となり、基材10と接していた部分から高分子発泡体の気泡内に入り込むと考えられる。加熱加圧を終了して冷却した状態では、断面視で基材10を基準とした幅方向および厚み方向に浸透した形状となっていることが分かる。その最外層部分で高分子発泡体である基材10と合体した部位を形成することになる。このように両者が合体した部位を形成することにより、コード状ヒータと基材10との接着強度が強固になっていると推察される。
また、コード状ヒータは固定部の内部にあり、さらに固定部は基材10に入り込んでいる。コード状ヒータを配設した部位の厚さは、コード状ヒータを配設していない基材10だけの部位の厚さを超えていない。ただし、本実施例では、コード状ヒータを配設した部位の厚さは、コード状ヒータを配設していない基材10だけの部位の厚さを超えていないが、コード状ヒータを配設した部位の厚さがわずかにコード状ヒータを配設していない基材10の部位の厚さを超えている場合を完全に排除するものではない。わずかに超えているとしても、ステアリングを操作して違和感を感じない範囲であれば、本発明の範囲といえる。別の観点で、コード状ヒータを内蔵する固定部の堅さによっては、基材10よりも厚くても違和感を感じなかったり、基材10よりも薄くても違和感を感じなかったりすることは想定可能である。
基材10の厚さ(KA)、芯材(芯+素線)の径(KB)、基材に含浸した熱融着部(固定部)の幅(KC)、基材に含浸した熱融着部(固定部)の基材の深さ(KD)とすると、以下の結果であった。
ここで、熱融着部の基材への含浸の状況を表すため、本実施形態においては、固定部の厚さと基材の厚みの比(KD/KA)、固定部の幅と芯材の幅の比(KC/KB)、固定部の厚さと芯材の幅の比(D/B)を計測したところ、以下の結果であった。
まず、本実施形態のヒータユニットは、高分子発泡体からなる基材と、ヒータの芯材を包み込む最外層には熱融着部が形成されて前記基材上に配設されるコード状ヒータとからなるヒータユニットであって、上記コード状ヒータの熱融着部が溶融して上記高分子発泡体に浸透した固定部を有している。
また、このヒータユニットの製造方法は、上記コード状ヒータの熱融着部を溶融せしめて上記高分子発泡体に浸透した固定部を形成させることを特徴としている。
さらに、これらに共通して、以下の特徴がある。
第4の実施形態より、上記固定部の厚さが、上記基材の厚みの60%を超えているといえる。
第5および第6の実施形態より、上記固定部の厚さが、上記基材の全体の厚みと略同一といえる。
第4の実施形態より、上記固定部の幅が、上記芯材の幅の3倍を超えるといえる。
第5および第6の実施形態より、上記固定部の幅が、上記芯材の幅の5倍を超えない
といえる。
第4の実施形態より、上記固定部の厚さが、上記芯材の幅の1.3倍を超えるといえる。
第5の実施形態より、上記固定部の厚さが、上記芯材の幅の2.5倍を超えないといえる。
むろん、少なくとも上記数値は一実施形態の具体例に過ぎないから、当業者の一般的な感覚を考慮しても、下限値の50%〜上限値の200%の範囲、好ましくは下限値の75%〜上限値の150%の範囲、さらに好ましくは下限値の90%〜上限値の110%の範囲では、同様の効果を発することは期待できる。
発明者の考察は、以下のようであった。
現時点では、熱融着部厚さ=0.115mmのものが、現実的には実施可能な最も薄いものといえる。
熱融着部の含浸深さは、深いほど接着力は強くなる。基材裏側まで達するようなもの(KD/KA=100%)の場合、その部分が異物になってステアリング表面に浮き出て違和感となってしまう可能性はある。
固定部の幅や深さは、芯材(芯や素線)を基材に確実に固定するために必要な値が設計されるため、芯材(芯+素線)の径と対比する必要があると考えた。本実施形態では、当社品はヒータ芯に素線を横巻する構成としたが、ヒータ芯を使用せず複数の素線を撚り合わせるだけのものとして実現することも可能である。
固定部の幅も、広いほど接着力は強くなる。広すぎても違和感の原因となる。この点に関しては、300%≦KC/KB≦500%程度が好適であると考える。
芯材(芯+素線)に対する固定部の深さについて、基材からはみ出ないようにするためKD/KB>100%とする必要がある。深すぎても違和感の原因となるため、KD/KB≦250%程度にすることが好適であると考える。
製造方法に関して(見かけ密度0.04g/cm3のポリウレタンを0.8mmに圧縮する)
第4の実施形態〜第5の実施形態の製造条件は以下のとおりであった。
熱圧縮条件
プレス熱板27 215℃±10℃
ホットプレス冶具15 15230℃±10℃
下降圧力 1回目0.3MPa 2回目0.5〜1.0MPa
圧縮時間 25±2秒(s)
成果物の形態が異なる場合、例えば、基材や熱融着部に他種類の材料を使用する、基材の見かけ密度・気孔率が異なるものを使用する、圧縮後の厚さを変更する、等といった場合、この条件とは異なる条件にて加熱加圧することになる。また、もっと低い温度にして圧縮時間を長くする等、この条件に当てはまらない製法でも得られるものが同じになる可能性もある。
・上記実施例の中で開示した相互に置換可能な部材および構成等を適宜その組み合わせを変更して適用すること
・上記実施例の中で開示されていないが、公知技術であって上記実施例の中で開示した部材および構成等と相互に置換可能な部材および構成等を適宜置換し、またその組み合わせを変更して適用すること
・上記実施例の中で開示されていないが、公知技術等に基づいて当業者が上記実施例の中で開示した部材および構成等の代用として想定し得る部材および構成等と適宜置換し、またその組み合わせを変更して適用すること
は本発明の一実施例として開示されるものである。
Claims (15)
- 高分子発泡体からなる基材と、該基材上に配設されるコード状ヒータとからなるヒータユニットであって、
上記基材における上記コード状ヒータが配設される箇所の厚さが、該コード状ヒータの形状に沿うように薄くなっており、それによって概ね平坦な形状となっており、
上記コード状ヒータは、ヒータ芯の外周に導体素線を巻装した芯材を有し、
上記コード状ヒータの最外層に熱融着部が形成され、
上記コード状ヒータの熱融着部が溶融して上記高分子発泡体に浸透した固定部を有しており、
上記固定部の幅が、上記コード状ヒータの上記芯材の幅の3倍を超えることを特徴とするヒータユニット。 - 上記コード状ヒータが配設される箇所の厚さが、概略一定の厚みとなっていることを特徴とする請求項1記載のヒータユニット。
- 上記固定部の厚さが、上記基材の厚みの60%を超えていることを特徴とする請求項1記載のヒータユニット。
- 上記固定部の厚さが、上記基材の厚みと略同一であることを特徴とする請求項1記載のヒータユニット。
- 上記固定部の幅が、上記芯材の幅の5倍を超えないことを特徴とする請求項1記載のヒータユニット。
- 上記基材における、上記コード状ヒータが配設される面には、上記コード状ヒータ以外は配設されないことを特徴とする請求項1または請求項2に記載のヒータユニット。
- 当該ヒータユニットは、ホイール芯材と、被覆材との間に積層され、上記基材における上記コード状ヒータを配設した側を上記被覆材の側に接着してあることを特徴とする請求項1または請求項2に記載のヒータユニット。
- 上記基材は、気孔率の異なる複数の発泡体の層で構成され、上記コード状ヒータが配設される発泡体の気孔率が、積層される他の発泡体の層の気孔率よりも高いことを特徴とする請求項1または請求項2に記載のヒータユニット。
- 高分子発泡体からなる基材と、コード状ヒータとからなるヒータユニットの製造方法であって、上記基材上に、所定のパターン形状で上記コード状ヒータを配設し、上記基材を平板によって加熱加圧することで、上記基材における上記コード状ヒータが配設される箇所の厚さを、該コード状ヒータの形状に沿うように薄くし、それによって概ね平坦な形状のヒータユニットとし、
上記コード状ヒータは、ヒータ芯の外周に導体素線を巻装した芯材を有し、
上記コード状ヒータにおける上記コード状ヒータの芯線を包み込む最外層に熱融着部が形成され、
上記コード状ヒータの熱融着部が溶融して上記高分子発泡体に浸透した固定部を有しており、
上記固定部の幅が、上記コード状ヒータの上記芯材の幅の3倍を超えるヒータユニットの製造方法。 - 上記コード状ヒータが配設される箇所の厚さが、概略一定の厚みとなっていることを特徴とする請求項9に記載のヒータユニットの製造方法。
- 請求項1に記載のヒータユニットと、ホイール芯材と、被覆材とからなり、上記ホイール芯材と上記被覆材の間に上記ヒータユニットが設置されるステアリングホイール。
- 上記ヒータユニットは、上記基材における上記コード状ヒータを配設した側を上記被覆材の側に接着してあることを特徴とする請求項11に記載のステアリングホイール。
- 上記固定部の厚さが、上記コード状ヒータの上記芯材の幅の1.3倍を超えることを特徴とする請求項1記載のヒータユニット。
- 上記固定部の厚さが、上記芯材の幅の2.5倍を超えないことを特徴とする請求項13に記載のヒータユニット。
- 上記固定部が、上記基材の裏側に達しないことを特徴とする請求項1記載のヒータユニット。
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