JP7210299B2

JP7210299B2 - 面状ヒータ

Info

Publication number: JP7210299B2
Application number: JP2019009072A
Authority: JP
Inventors: 唯郎鈴木; 彰文和田
Original assignee: Kurabe Industrial Co Ltd
Current assignee: Kurabe Industrial Co Ltd
Priority date: 2019-01-23
Filing date: 2019-01-23
Publication date: 2023-01-23
Anticipated expiration: 2039-01-23
Also published as: JP2020119724A

Description

本発明は、電気毛布、電気カーペット、カーシートヒータ、ステアリングヒータなどに好適に使用可能なコード状ヒータ及びそれを使用した面状ヒータに係り、特に、接着性が高く、絶縁性も充分なものとすることが可能なものに関する。

各種ヒータ等に使用されるコード状ヒータは、芯線に抵抗体となる導体素線を螺旋状に巻き、その上から絶縁体層による外被を被覆する構成のものが一般的に知られている。ここで、導体素線としては、銅線やニッケルクロム合金線などが使用され、複数本引き揃え又は撚合せて構成されている。これら導体素線には、導体素線ごとに絶縁被膜が形成され、相互の絶縁がなされているものも知られている。又、この導体素線の外周や、絶縁体層の外周には熱融着部が形成されたものも知られている。例えば不織布、アルミ箔、高分子発泡体といった基材上にコード状ヒータを配置し、加熱加圧をすることで、この熱融着部によりコード状ヒータと基材が熱融着され、面状ヒータとすることが知られている（例えば、特許文献１～特許文献８など参照）。

特許第４２０２０７１号公報：クラベ特開昭６１－４７０８７号公報：松下電器産業特開２００８－３１１１１１公報：クラベ特開２０１０－１５６９１公報：クラベ国際公開ＷＯ２０１１／００１９５３公報：クラベ国際公開ＷＯ２０１４／１０３９８１公報：クラベ特開２０１４－１４３１７５公報：クラベ特許第４１１８８７８号公報：Ｗ．Ｅ．Ｔ．オートモーティブ

上記特許文献に記載のコード状ヒータと面状ヒータには、以下のような課題があった。まず、導体素線上に熱融着材を直接形成したものであると、加熱加圧の際に熱融着材が押し潰されて変形し、導体素線の絶縁に充分な厚さが得られなくなってしまうおそれがあった。導体素線ごとに絶縁被膜が形成されたものであれば、必要最低限の絶縁性は維持できるのであるが、より安全性を高めるよう要求はなされていた。また、導体素線の外周に絶縁体層を形成し、その外周に熱融着材を形成したものであれば、絶縁体層は変形せず、充分な絶縁性を維持できる。しかしながら、絶縁体層と熱融着材との接着については何ら検討されていないため、加熱加圧の際に熱融着材が押し潰されて変形した部分において、熱融着のみが基材に残存し、絶縁体層と導体素線が基材から脱離してしまうおそれがあった。

本発明はこのような従来技術の問題点を解決するためになされたもので、その目的とするところは、接着性が高く、絶縁性も充分なコード状ヒータ及びそれを使用した面状ヒータを提供することにある。

上記目的を達成するべく、本発明によるコード状ヒータは、導体素線と、該導体素線の外周に形成された内層被覆と、該内層被覆の外周に形成された外層被覆を有し、上記外層被覆が流動化し且つ上記内層被覆が流動しない温度領域を有し、上記外層被覆が熱可塑性のウレタン系材料から構成されており、上記内層被覆と上記外層被覆が接着されていることを特徴とするものである。
また、上記導体素線を複数本有し、該導体素線が絶縁被膜により被覆されていることが考えられる。
本発明による面状ヒータは、上記のコード状ヒータが基材に配設されていることを特徴とするものである。
また、上記基材が空隙を有する構造のものであり、上記外層被覆の少なくとも一部が上記基材の空隙間に侵入しており、上記内層被覆が上記基材の空隙間に侵入していないことが考えられる。
また、上記内層被覆の断面形状が略円形を保持していることが考えられる。
本発明による面状ヒータの製造方法は、導体素線と、該導体素線の外周に形成された内層被覆と、該内層被覆の外周に形成された外層被覆を有するコード状ヒータを、空隙を有する構造の基材上に配置し、加熱加圧によって、上記内層被覆を略溶融させずに上記外層被覆を溶融させて、上記外層被覆を上記基材の空隙間に侵入させ、上記コード状ヒータと上記基材とを熱融着するものである。

本発明のコード状ヒータによると、上記外層被覆が流動化し且つ上記内層被覆が流動しない温度領域を有すため、加熱加圧等により外層被覆を融着させる際にも、内層被覆の形状が略変形せず、充分な絶縁性能を維持することができる。また、外層被覆が熱可塑性のウレタン系材料であることから、基材と強固に熱融着するとともに、内層被覆とも充分に接着するため、コード状ヒータやその一部が基材から脱離することを防ぐことができる。

本発明による実施の形態示す図で、コード状ヒータの構成を示す一部切り欠き側面図である。本発明による実施の形態示す図で、面状ヒータの構成を示す平面図である。本発明による実施の形態示す図で、面状ヒータの要部を拡大して示す断面図である。本発明による実施の形態を示す図で、ホットプレス式ヒータ製造装置の構成を示す図である。本発明による実施の形態を示す図で、コード状ヒータを所定のパターン形状に配設する様子を示す一部斜視図である。本発明による他の実施の形態示す図で、コード状ヒータの構成を示す一部切り欠き側面図である。本発明による他の実施の形態示す図で、コード状ヒータの構成を示す一部切り欠き側面図である。本発明の実施の形態によるヒータユニットの断面を示す顕微鏡写真である。本発明の比較の形態によるヒータユニットの断面を示す顕微鏡写真である。本発明による面状ヒータをステアリングホイール内に埋め込んだ様子を一部切り欠いて示す斜視図である。本発明による面状ヒータを車両用シート内に埋め込んだ様子を一部切り欠いて部示す斜視図である。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。これらの実施の形態は、本発明を面状ヒータとし、車両用ステアリングヒータに適用することを想定した例を示すものである。

まず、図１～図５を参照して本実施の形態を説明する。この実施の形態におけるコード状ヒータ１０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１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芯線３があり、該芯線３の外周には、素線径０．０８ｍｍの硬質錫入り銅合金線からなる５本の導体素線５ａを引き揃えて構成されたものがピッチ約１．０ｍｍで螺旋状に巻装されている。導体素線５ａには、アルキドシリコーンワニス（アルキド：シリコーン＝５０：５０）を塗布し乾燥して形成したシリコーンを含有する絶縁被膜５ｂが、厚さ約５μｍで形成されている。この芯線３上に導体素線５ａを巻装したものの外周に、内層被覆７として、のポリエステル樹脂（融点２２５℃、ビカット軟化温度１７５℃）が０．０６０ｍｍの厚さで押出被覆される。この内層被覆７の外周に、外層被覆９として、熱可塑性ポリエーテル系ポリウレタンエラストマー（ビカット軟化温度９９℃）が０．０７５ｍｍの厚さで押出被覆される。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０．６４ｍｍである。又、屈曲性や引張強度を考慮した場合には上記芯線３は有効であるが、芯線３を使用せず、複数本の導体素線を引き揃えるか或いは撚り合わせたものとすることも考えられる。

次に、上記構成をなすコード状ヒータ１を接着・固定する基材１１の構成について説明する。本実施例における基材１１は、見かけ密度０．０４ｇ／ｃｍ^３、（ＪＩＳＫ７２２２準拠）、硬さ１１．７７（ＪＩＳＫ６４００－２準拠）、厚さ４ｍｍの発泡ポリウレタン樹脂からなる。このような基材１１は、型抜き等の公知の手法により所望の形状とされる。

次に、上記コード状ヒータ１を基材１１上に所定のパターン形状で配設して接着・固定する構成について説明する。図４はコード状ヒータ１が配設された基材を加熱加圧するためのホットプレス式ヒータ製造装置１３の構成を示す図である。まず、ホットプレス治具１５があり、このホットプレス治具１５上には複数個の係り止め機構１７が設けられている。上記係り止め機構１７は、図５に示すように、ピン１９を備えていて、このピン１９はホットプレス冶具１５に穿孔された孔２１内に下方より差し込まれている。このピン１９の上部には先端が針となった係り止め部材２３が軸方向に移動可能に取り付けられていて、コイルスプリング２５によって常時上方に付勢されている。そして、図５中仮想線で示すように、これら複数個の係り止め機構１７の係り止め部材２３にコード状ヒータ１を引っ掛けながら、一方の基材１１上に、コード状ヒータ１を所定のパターン形状にて配設することになる。

図４に戻って、上記複数個の係り止め機構１７の上方にはプレス熱板２７が昇降可能に配置されている。すなわち、コード状ヒータ１を複数個の係り止め機構１７の係り止め部材２３に引っ掛けながら所定のパターン形状にて配設し、その上に基材１１を置く。その状態で上記プレス熱板２７を降下させてコード状ヒータ１と基材１１に、加熱加圧を施すものである。このプレス熱板２７の効果にあたっては、少なくとも、基材１１の圧縮量がコード状ヒータ１の外径よりも大きくなるように設計する必要がある。それによって、基材１１が圧縮されるとともに、コード状ヒータ１の熱融着層９が融着してコード状ヒータ１と基材１１が接着・固定されることになる。尚、上記プレス熱板２７の降下による加熱加圧時には複数個の係り止め機構１７の係り止め部材２３はコイルスプリング２５の付勢力に抗して下方に移動するものである。本実施の形態においては、この後に基材１１を裏返し、コード状ヒータ１を配設した側の面から更にプレス熱板によって加熱加圧を行った。

上記作業を行うことにより、図２及び図３に示すような面状ヒータ３１を得ることができる。なお、図３は図２の要部を拡大して示す断面図である。基材１１は、平板のプレス熱板２７によって圧縮されることになるため、コード状ヒータ１が配設される箇所については、より強く加圧されることになる。これにより、基材１１におけるコード状ヒータ１が配設される箇所は、コード状ヒータ１の形状に沿うような形状で、他の箇所よりも高密度化され且つ薄くなる。これにより、面状ヒータ３１は、コード状ヒータ１が配設される箇所においても凹凸がなく、平坦な形状となる。また、このようにして得られた面状ヒータ３１は、基材１１が圧縮され高密度になっているため、機械的強度を向上させることができる。なお、本実施の形態によって得られた面状ヒータ３１の厚さは１．００ｍｍであり、コード状ヒータ１が配設された箇所における基材１１の最小厚さは０．５０ｍｍであり、コード状ヒータ１が配設されていない箇所における基材１１の厚さは１．００ｍｍであった。

なお、コード状ヒータ１の外層被覆９は、加熱加圧により変形して流動し、その一部が基材１１の空隙（気孔）間に侵入していた。また、コード状ヒータ１の内層被覆７は、加熱加圧によっても略変形せず、基材１１の空隙（気孔）間に侵入しておらず、当初の形状である断面円形状を略保っていた。

上記のようにして得られた実施の形態による面状ヒータ３１について、コード状ヒータ１の両端は、引き出されてリード線３５に接続され、このリード線３５により、コード状ヒータ１、温度制御装置３９、及び、コネクタ（図示しない）が接続されている。温度制御装置はコード状ヒータ１上に配置され、コード状ヒータ１の発熱によってヒータユニットの温度制御を行うこととなる。そして、上記したコネクタを介して図示しない車両の電気系統に接続されることになる。又、上記構成をなすヒータユニット３１は、図１０に示すような状態で、ステアリングホイール７１に設置される。このステアリングホイール７１は、ホイール部７２、スポーク部７３及びボス部７４からなり、面状ヒータ３１は、ホイール部７２のホイール芯材７７と被覆材７８の間に設置されることになる。

基材１１には、ヒータユニット３１とステアリングホイールの被覆材７８とを接着するための接着層（図示しない）が形成される。接着層の形成は、予め離型シート上に接着剤のみからなる接着層を形成し、該接着層を上記離型シートから上記基材１１の表面に転写することが好ましい。これにより、接着剤は基材１１の内部には侵入せず、基材１１の表面のみに接着層が形成されることになる。なお、実施の形態３においては、ヒータユニット３１と被覆材７８とを接着する際、コード状ヒータ１を配設した側と被覆材７８とを接着するより、コード状ヒータ１を配設しない側と被覆材７８とを接着する方が好ましい。これは、コード状ヒータ１による凹凸が被覆材７８表面に表れにくくなるためである。一方で、熱効率を重視する場合は、コード状ヒータ１を配設した側と被覆材７８とを接着することも考えられる。

上記のようにして得られた実施の形態によるヒータユニット３１について、図１０に示すようにステアリングホイールに組み込んだ状態で、実使用に供し、違和感の確認を行った。確認は、１０人の使用者がステアリングホイールを握り、左右１０回ずつ操舵作業を行って、コード状ヒータ１による凹凸を感じるかを聞き取り調査した。その結果、実施の形態のものについて、違和感を覚えると回答した使用者は０人だった。

また、コード状ヒータ１と基材１１の接着強度の測定を行った。接着強度の測定方法は、ヒータ状ヒータ１をプッシュプルゲージで固定し、コード状ヒータ１の配設方向に対して１８０°方向に引っ張り、基材１１からコード状ヒータ１が剥離した時に要した荷重を測定することで評価を行った。また、面状ヒータ３１の絶縁性の測定を行った。絶縁性の測定方法は、導電板の間に面状ヒータ３１をセットし、導電板とコード状ヒータ１の間に２０００Ｖ／ｍｉｎの昇圧速度にて電圧を印加し、１０ｍＡ以上電流がリークしたときを破壊電圧として評価を行った。併せて、上記実施の形態において、外層被覆９を使用せず、内層被覆７の肉厚を２倍としたものを比較の形態として同様の測定を行った。これら測定結果を表１に示す。

表１にも記載の通り、実施の形態による面状ヒータは、優れた接着性と充分な絶縁性能を有するものであった。一方、比較の形態１による面状ヒータは、接着性は優れていたものの、絶縁性は実使用上問題ない数値ではあったが実施の形態に比べて劣る結果となった。

図８に実施の形態による面状ヒータの断面要部の光学顕微鏡写真（１７５倍）を示す。また、図９に比較の形態による面状ヒータの断面要部の光学顕微鏡写真（１７５倍）を示す。実施の形態による面状ヒータについては、内層被覆が略円形で、導体素線が内層被覆に覆われた状態を維持しており、充分な絶縁性能を有していることが見込まれる。一方、実施の形態による面状ヒータについては、導体素線が露出寸前の状態となっていた。導体素線には絶縁被膜が形成されているため、最低限の絶縁性は有しているものの、より安全性を高めるべく絶縁性能を向上させる必要性があった。また、実施の形態及び比較の形態の何れにおいても、外層被覆が基材の空隙間に侵入しており、熱融着及びアンカー効果によって基材とコード状ヒータがしっかりと接着固定されていることが確認された。

尚、本発明は、上記実施の形態に限定されるものではない。まず、コード状ヒータ１の構成としては、例えば、上記実施の形態のように、絶縁被膜５ｂにより被覆された導体素線５ａを複数本撚り合わせ又は引き揃え、これを芯線３上に巻装し、その外周に内層被覆７と外層被覆９を形成したもの（図１参照）。芯線３を使用せず、絶縁被膜５ｂにより被覆された導体素線５ａを複数本撚り合わせたもの（図６参照）、絶縁被膜５ｂにより被覆された導体素線５ａを複数本引き揃えたもの（図７参照）であっても良い。

又、導体素線５ａには、絶縁被覆５ｂが形成されていないものも考えられる。例えば、全ての導体素線５ａについて絶縁被覆５ｂが形成されていない形態、絶縁被膜５ｂにより被覆された導体素線５ａと絶縁被膜５ｂにより被覆されていない導体素線５ａが交互に配置された形態、一部の導体素線５ａのみが絶縁被膜５ｂにより被覆されている又は被覆されてない形態が考えられ、それら以外にも様々な構成のものが想定される。又、芯線３と導体素線５ａを撚り合せることも考えられる。

芯線３としては、例えば、ガラス繊維等の無機繊維や、ポリエチレンテレフタレート等のポリエステル繊維、脂肪族ポリアミド繊維、芳香族ポリアミド繊維、全芳香族ポリエステル繊維等の有機繊維のモノフィラメント、マルチフィラメント、スパン、或いはそれらの繊維材料、若しくは、それらの繊維材料を構成する有機高分子材料を芯材とし、その周上に熱可塑性の有機高分子材料が被覆された構成を有する繊維などが挙げられる。又、芯線３を熱収縮性及び熱溶融性を有するものとすれば、導体素線５ａが断線してしまった際の異常加熱により芯線が溶融切断されるとともに収縮することで、巻装された導体素線５ａもこの芯線３の動作に追従し、断線した導体素線５ａの端部同士を分離することになる。そのため、断線した導体素線のそれぞれの端部が接したり離れたりすることや点接触のようなわずかな接触面積で接することがなくなり、異常発熱を防止することができる。又、導体素線５ａが絶縁被膜５ｂにより絶縁されている構成であれば、芯線３は絶縁材料にこだわる必要はない。例えば、ステンレス鋼線やチタン合金線等を使用することも可能である。しかし、導体素線５ａが断線したときのことを考慮すると、芯線３は絶縁材料であった方が良い。

導体素線５ａとしては、従来公知のものを使用することができ、例えば、銅線、銅合金線、ニッケル線、鉄線、アルミニウム線、ニッケル－クロム合金線、鉄－クロム合金線、などが挙げられ、銅合金線としては、例えば、錫－銅合金線、銅－ニッケル合金線、銅固溶体と銅銀共晶がファイバー状になった銀入り銅合金線などが挙げられる。このうち、コストと特性のバランスの点から、銅線又は銅合金線を使用することが好ましい。これら銅線又は銅合金線には軟質のものと硬質のものがあるが、耐屈曲性の観点からは、軟質のものよりも硬質のものの方が特に好ましい。尚、硬質銅線や硬質銅合金線とは、線引き加工等の冷間加工によって個々の金属結晶粒が加工方向に長く引き伸ばされ繊維状組織となったものである。このような硬質銅線や硬質銅合金線は、再結晶温度異常で加熱すると、金属結晶内に生じた加工歪みが解消されるとともに、新たな金属結晶の基点となる結晶各が出現し始める。この結晶核が発達して、順次旧結晶粒と置換される再結晶が起き、更に結晶粒が成長した状態となる。軟質銅線や軟質銅合金線はこのような結晶粒が成長した状態のものである。この軟質銅線や軟質銅合金線は、硬質銅線や硬質銅合金線と比べて伸びや電気抵抗値は高いものの引張強さが低い性質となるため、耐屈曲性は硬質銅線や硬質銅合金線と比べて低くなる。このように、硬質銅線や硬質銅合金線は、熱処理によって耐屈曲性が低い軟質銅線や軟質銅合金線になるため、できるだけ熱履歴の少ない加工を行うことが好ましい。尚、硬質銅線はＪＩＳ－Ｃ３１０１（１９９４）、軟質銅線はＪＩＳ－Ｃ３１０２（１９８４）においても定義がなされており、外径０．１０～０．２６ｍｍでは伸び１５％以上、外径０．２９～０．７０ｍｍでは伸び２０％以上、外径０．８０～１．８ｍｍでは伸び２５％以上、外径２．０～７．０ｍｍでは伸び３０％以上のものが軟質銅線とされる。また、銅線には錫メッキが施されているものも含まれる。錫メッキ硬質銅線はＪＩＳ－Ｃ３１５１（１９９４）、錫メッキ軟質銅線はＪＩＳ－Ｃ３１５２（１９８４）にて定義がなされている。又、導体素線５ａの断面形状についても種々のものが使用でき、通常使用される断面円形のものに限られず、いわゆる平角線と称されるものを使用しても良い。

但し、芯線３に導体素線５ａを巻装する場合は、上記した導体素線５ａの材料の中でも、巻付けたときのスプリングバックする量が小さいものが良く、復元率が２００％以下となるものが好ましい。例えば、銅固溶体と銅銀共晶がファイバー状になった銀入り銅合金線などは、抗張力性に優れ引張強度や屈曲強度には優れるものの、巻付けたときスプリングバックし易い。そのため、芯線３に巻装する際に、導体素線５ａの浮きや、過度の巻付けテンションによる導体素線５ａの破断が生じ易く、又加工後には撚り癖が生じ易いため好ましくない。特に、導体素線５ａに絶縁被膜５ｂが被覆される形態とした場合は、この絶縁被膜５ｂによる復元力も加わることになる。そのため、導体素線５ａの復元率が小さいものを選定し、絶縁被膜５ｂによる復元力をカバーすることが重要となる。

ここで、本発明で規定する復元率の測定について詳しく記述する。まず、導体素線に一定荷重を掛けながら、導体素線径の６０倍の径の円柱形マンドレルに対して、導体素線が重ならないように３回以上巻きつける。１０分後、荷重を取り去り導体素線をマンドレルから外し、弾性により復元した形状の内径を測定して、導体素線のスプリングバックする割合を次の式（Ｉ）により算出して、復元率として評価する。
Ｒ＝（ｄ_２／ｄ_１）×１００―――（Ｉ）
記号の説明：
Ｒ：復元率（％）
ｄ_１：巻付試験に用いたマンドレル径（ｍｍ）
ｄ_２：導体素線をマンドレルに巻きつけた後、荷重を開放して復元した形状の内径（ｍｍ）

導体素線５ａに被覆される絶縁被膜５ｂとしては、例えば、ポリウレタン樹脂、ポリアミド樹脂、ポリイミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、ポリエステルイミド樹脂、ナイロン樹脂、ポリエステルナイロン樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリエステル樹脂、塩化ビニル樹脂、フッ素樹脂、シリコーンなどが挙げられるが、これらの中でもシリコーンを含有したものが好ましい。シリコーンは、シロキサン結合による主骨格を持つ人工高分子化合物の総称であり、シリコーン樹脂やシリコーンゴム（シリコーンエラストマー）などの形態をとるものである。置換基としてメチル基とフェニル基の量を適宜調整したものや、エーテル基、フルオロアルキル基、エポキシ基、アミノ基、カルボキシル基等の他の置換基を適宜導入したものも考えられる。また、例えば、ポリエステル樹脂とシリコーン樹脂を混合した所謂アルキドシリコーン、アクリルポリマーとジメチルポリシロキサンのグラフト共重合体である所謂アクリルシリコーンのような、シリコーンと他の高分子材料の混合物や、ポリシロキサンと他のポリマー成分の共重合体を使用することも考えられる。絶縁被膜５ｂに含有されるシリコーンの量は、種々特定の観点から特定の範囲内とすることが好ましい。尚、シリコーンと他のポリマー成分の共重合体を使用する場合は、共重合体におけるシリコーン分のみの重量をシリコーンの量として算出する。シリコーンの量が少なすぎると、スパーク時の熱による他の成分の熱分解によって、絶縁被膜５ｂが脱離してしまう可能性がある。また、外観にも悪影響を及ぼす可能性がある。この観点から、シリコーン含有量は、重量比で、２０％以上とすることが好ましく、更には４０％以上とすることが考えられる。また、シリコーンの量が多すぎると、濡れ性が低くなって導体素線５ａへの塗布が困難となってしまい、外観に問題が生じる可能性がある。また、それによって、絶縁被膜５ｂの絶縁性が充分なものでなくなってしまう可能性がある。この観点から、シリコーン含有量は、重量比で、９０％以下とすることが好ましく、更には８０％以下とすることが考えられる。また、導体素線５ａと絶縁被膜５ｂの密着性を向上させるために、予め導体素線５ａにプライマーを塗布しておくことも考えられる。

これらのようなシリコーンを含有した絶縁被膜５ｂは耐熱性に優れるとともに不燃性で化学的に安定したものであり、スパークの際の高熱に受けた場合でも酸化ケイ素被膜を形成し、絶縁を保持することができる。更には、スパークの際の高熱によってシロキサンガスを発生させ、このシロキサンガスが導体素線の端面で酸化ケイ素被膜を析出させ絶縁するため、その後のスパークを防止することができる。これらのようなシリコーンは、例えば、溶剤や水のような溶媒又は分散媒に溶解又は分散した状態で導体素線５ａに塗布し乾燥する方法、導体素線５ａの外周に押出成形等の成形手段によって形成する方法などにより、導体素線５ａに被覆され、絶縁被膜５ｂとされる。シリコーンの押出成形は比較的定温ですることができるが、溶剤や水等で溶解または分散したシリコーンを塗布する場合は、乾燥を短時間で済ますために比較的高温環境に晒されることになる。上記のように、銅線又は銅合金線の導体素線５ａは、熱履歴によって硬質か軟質かが変わることになるため、この点も考慮した絶縁被膜５ｂの形成方法を選択する必要がある。また、絶縁被膜５ｂの形成に当たっては、押出成形よりも、塗布の方が絶縁被膜５ｂの厚さを薄くすることができる。これにより、コード状ヒータとして細径化を図ることができる。

また、絶縁被膜５ｂの厚さは、導体素線５ａの直径の３～３０％であることが好ましい。３％未満であると、十分な耐電圧特性が得られず、導体素線５ａを個別に被覆する意味がなくなる可能性がある。また、３０％を超えると、接続端子を圧着する際に絶縁被膜５ｂの除去が困難となるとともに、コード状ヒータが無駄に太くなってしまうことになる。

上記導体素線５ａを引き揃え又は撚り合せて芯材３上に巻装する際には、撚り合せるよりも、引き揃えた方が好ましい。これは、コード状ヒータの径が細くなるとともに、表面も平滑になるためである。又、引き揃え又は撚り合わせの他に、芯材３上に導体素線５ａを編組することも考えられる。

本発明によるコード状ヒータは、導体素線５ａの外周に内層被覆７が形成されていることが好ましい。この内層被覆７により、万が一導体素線５ａが断線した場合にも、他の部材への通電が絶縁されるとともに、スパークが発生した場合も高温の発熱を断熱することになる。内層被覆７を形成する場合は、押出成形等によって行っても良いし、予めチューブ状に成形した絶縁体層７を被せても良く、形成の方法には特に限定はない。押出成形によって絶縁体層７を形成すると、導体素線５ａの位置が固定されるため、位置ズレによる導体素線５ａの摩擦や屈曲を防止できることから、耐屈曲性が向上されるため好ましい。内層被覆７を構成する材料としても、コード状ヒータの使用形態や使用環境などによって適宜設計すれば良く、例えば、ポリオレフィン系樹脂、ポリエステル系樹脂、ポリウレタン系樹脂、芳香族ポリアミド系樹脂、脂肪族ポリアミド系樹脂、塩化ビニル樹脂、変性ノリル樹脂（ポリフェニレンオキサイド樹脂）、ナイロン樹脂、ポリスチレン樹脂、フッ素樹脂、合成ゴム、フッ素ゴム、熱可塑性ポリエチレンエラストマー、熱可塑性ポリウレタンエラストマー、熱可塑性ポリスチレンエラストマー、熱可塑性ポリエステルエラストマー等、種々のものが挙げられる。特に、難燃性を有する高分子組成物が好ましく使用される。ここでの難燃性を有する高分子組成物とは、ＪＩＳ－Ｋ７２０１（１９９９年）燃焼性試験における酸素指数が２１以上のものを示す。酸素指数が２６以上のものは特に好ましい。このような難燃性を得るため、上記した絶縁体層７を構成する材料に適宜難燃材等を配合してもよい。難燃剤としては、例えば、水酸化マグネシウム、水酸化アルミニウム等の金属水和物、酸化アンチモン、メラミン化合物、リン系化合物、塩素系難燃剤、臭素系難燃剤などが挙げられる。これらの難燃剤には公知の方法で適宜表面処理を施しても良い。

この内層被覆７の外周に外層被覆９を形成することにより、加熱加圧によりコード状ヒータ１１を基材１１に熱融着することができる。外層被覆９を構成する材料は、上記の内層被覆７を構成する材料と同様のものを使用することもできるが、これらの中でも、基材との接着性に優れるウレタン系材料が好ましく、ウレタン系材料の中から熱可塑性のものが選択される。このようなウレタン系材料としては、例えば、熱可塑性ポリウレタンエラストマーが挙げられる。熱可塑性ポリウレタンエラストマーは、機械的強度、耐摩耗性、耐屈曲性に優れるものである。また、熱可塑性ポリウレタンエラストマーには、ポリエステル系、ポリエーテル系、ポリカーボネート系のものがあるが、特に低温での耐屈曲性と耐加水分解性に優れ、押出加工性に優れるポリエーテル系の熱可塑性ポリウレタンエラストマーが好ましい。なお、コード状ヒータ１と基材１１を熱融着する場合、コード状ヒータ１と基材１１との接着強度は非常に重要なものである。この接着強度が充分でないと、使用していくうちに基材１１からコード状ヒータ１が離脱してしまい、それにより、コード状ヒータ１１には予期せぬ屈曲が加わることになるため、導体素線５ａが断線する可能性が高くなる。導体素線５ａが断線すると、ヒータとしての役を果たさなくなるだけでなく、チャタリングによりスパークに至るおそれもある。また、上記実施の形態のように、本発明によるヒータユニット３１をステアリングホイールのような使用者が直接触れる部分の近傍に配置する場合、使用者がコード状ヒータ１を感じ取って違和感を覚えることがないようにする必要がある。そのためには、基材１１と外層被覆９について、硬度や剛性を同等の値とすることが要求される。熱可塑性ポリウレタンエラストマーは硬度や合成の設計の幅が広いため、使用者が違和感を覚えることのないヒータユニット３１を適切に設計することができる。

本発明によるコード状ヒータ１は、外層被覆９が流動化し且つ上記内層被覆７が流動しない温度領域を有していることが求められる。これにより、加熱加圧等により外層被覆９を融着させる際にも、内層被覆７の形状が略変形せず、充分な絶縁性能を維持することができる。「外層被覆９が流動化し且つ上記内層被覆７が流動しない温度領域を有する」という例として、内層被覆７と外層被覆９がともに融点を有する場合、内層被覆７の融点が、外層被覆９の融点よりも高いものが挙げられる。また、内層被覆７と外層被覆９の何れかが明確な融点を有さない場合、内層被覆７のビカット軟化温度が、外層被覆９のビカット軟化温度よりも高いものが挙げられる。内層被覆７の融点又はビカット軟化温度としては、１７０℃～２５０℃であることが好ましく、外層被覆９の融点又はビカット軟化温度としては、９５℃～１８５℃であることが好ましく、内層被覆７の融点と外層被覆９の融点の差又は内層被覆７と外層被覆９のビカット軟化温度の差は、５０～１００℃であることが好ましい。また、導体素線５ａに絶縁被膜５ｂを形成する場合は、内層被覆７の融点又はビカット軟化点は、絶縁被膜５ｂの融点よりも低いことが好ましい。なお、ビカット軟化温度はＪＩＳ－Ｋ７２０６（２０１６年）に記載された方法により測定することができる。

導体素線５ａの外周には、内層被覆７と外層被覆９の２層だけでなく、他の層を適宜形成してもよい。３層以上となった場合、最も外側の層が外層被覆９となり、そのすぐ内側の層が内層被覆７となる。又、内層被覆７や外層被覆９は、長さ方向に連続して形成することに限定されず、例えば、コード状ヒータ１０の長さ方向に沿って直線状やスパイラル線状に形成する、ドット模様に形成する、断続的に形成するなどの態様が考えられる。但し、接着強度の観点から、内層被覆７及び外層被覆９は、長さ方向に連続して形成することが好ましい。

また、上記のようにして得られたコード状ヒータ１０は、自己径の６倍の曲率半径で９０度ずつの屈曲を行う屈曲性試験において、導体素線が少なくとも１本切れるまでの屈曲回数が２万回以上であることが好ましい。

基材１１についても、発泡ポリウレタン樹脂に限定されるものではなく、例えば、他の材質からなる発泡樹脂シート、発泡ゴムシートなど種々の高分子発泡体が考えられる。特に空隙を有するもので、伸縮性に優れるものが好ましく、表面にコード状ヒータの凹凸が現れないように硬度を調節したものが好ましい。また、硬度を調節するには、発泡率を調整する、気泡の状態を独立気泡または連続気泡にする、目的に応じた硬度の材料を使用するなどの方法がある。材料としては、ポリウレタン樹脂、クロロプレンゴム、シリコーン樹脂、シリコーンゴム、ネオプレンゴム、ジエン系ゴム、ニトリルゴム、天然ゴム、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、エチレン－酢酸ビニル共重合体など、種々の樹脂、ゴム、熱可塑性エラストマーなどから選択すれば良い。これらの中でも、外層被覆９との接着の相性が良いポリウレタン樹脂や熱可塑性ポリウレタンエラストマーが好ましい。

また、基材１１としては、例えば、不織布、織布、編物のような布材も考えられる。布材を使用する場合、繊維の種類も種々のものから適宜選択すればよいが、コード状ヒータ１と基材１１の接着性を向上させるため、熱融着性繊維を含有させたり、コード状ヒータ１の外層被覆９と同系の材料からなる繊維を含有させたりすることが好ましい。特に、不織布は、風合いが良く柔軟であるため、特にカーシートヒータの用途において好ましい。熱融着性繊維として、低融点ポリエステルを鞘成分とする芯鞘構造を有する繊維を使用することが考えられる、それ以外にも、例えば、低融点ポリプロピレンを鞘成分とする芯鞘構造を有する繊維、又はポリエチレンを鞘成分とする芯鞘構造を有する繊維等の使用が考えられる。このような熱融着性繊維を使用することで、熱融着性繊維の芯部を取り囲んだ状態で、熱融着性繊維の鞘部と外層被覆９とが互いに融着し一体化することとなるため、コード状ヒータ１と不織布との接着は非常に強固なものとなる。又、難燃性繊維としては、例えば、上記の難燃性ポリエステルの他に、種々の難燃性繊維の使用が考えられる。ここで、難燃性繊維とは、ＪＩＳ－Ｌ１０９１（１９９９年）に合格する繊維のことを指す。このような難燃性繊維を使用することで、基材は優れた難燃性を付与されることとなる。

熱融着性繊維の混合割合は、５％以上が好ましく、又、２０％以下が好ましい。熱融着性繊維の混合割合が５％未満だと、十分な接着性が得られない。又、熱融着性繊維の混合割合が２０％を超えると、不織布が固くなり、着座者が違和感を訴えることになり得るのみでなく、逆にコード状ヒータとの接着性が低下してしまう。更には、熱融着する際の熱によって基材が収縮し、設計で意図した寸法が得られなくなる可能性もある。難燃性繊維の混合割合は、７０％以上であり、好ましくは７０％以上９５％以下である。難燃性繊維の混合割合が７０％未満だと、十分な難燃性が得られない。又、難燃性繊維の混合割合が９５％を超えると、相対的に熱融着性繊維の混合割合が不足してしまい、十分な接着性が得られない。尚、熱融着性繊維の混合割合と難燃性繊維の混合割合を合算して１００％になる必要はなく、他の繊維を適宜混合させても良い。又、熱融着性繊維が混合されていない場合であっても、例えば、上記の熱融着部の材料と基材を構成する繊維の材料を同系統の材料とすることで、必要充分な接着性を得られることもあるので、熱融着性繊維が混合されていないことも充分に考えられる。

又、不織布の大きさや厚さなどは、使用用途によって適宜に変更するものであるが、その厚さ（乾燥時に測定した値）は、例えば、０．６ｍｍ～１．４ｍｍ程度とすることが望ましい。このような厚さの不織布を使用すれば、加熱・加圧によりコード状ヒータと不織布とを接着・固定した際、不織布がコード状ヒータの外周の３０％以上、好ましくは５０％以上の部分と良好に接着することになるからであり、それによって、強固な接着状態を得ることができるからである。

また、基材１１は複数用いても良い。複数の基材１１を層状に積層しても良い。この場合、複数の基材１１それぞれを異なる材質のものとしても良い。これにより、表面にコード状ヒータの凹凸が表れにくくなる。また、気泡内など基材１１の内部空隙にまで接着剤が侵入しないように接着層を形成すれば、基材１１が硬化して伸縮性を損なうことはなく、風合いが悪化することもないため好ましい。

基材１１としては、空隙を有しているものが好ましいが、特に、コード状ヒータ１が配設される面（以下、配設面と記す）が、コード状ヒータ１が配設されない面（以下、非配設面と記す）よりも空隙が多くなっているように構成されることが好ましい。空隙が多い状態とは、例えば、織布や不織布等の布材の場合、目付け、即ち単位体積当たりの繊維重量が小さい状態、発泡樹脂シートや発泡ゴムシートのような多孔体の場合、気孔率が大きい状態のことを示す。例えば、温度や圧力を調節するなどして片面のみ又は両面で強弱異なるカレンダー加工を行った織布又は不織布、片面のみからニードルパンチを行った不織布、片面にパイル形成や起毛をさせた布体、厚さ方向で気孔率が傾斜するように発泡制御した発泡樹脂シート又は発泡ゴムシート、空隙の多さが異なる材料を貼り合わせたもの、などが挙げられる。又、特に基材１１の空隙は連続していることが好ましい。これは、溶融した熱融着層が連続した空隙に浸透していくことで、アンカー効果が増して接着強度が向上するためである。このような空隙が連続している態様としては、繊維の集合体である織布や不織布等の布材、連続気孔を有する発泡樹脂シートや発泡ゴムシートなどが考えられる。なお、基材１１として空隙を有するものを使用する場合、コード状ヒータ１の外層被覆９が侵入する範囲まで空隙を有していれば充分であり、例えば、非配設面は空隙を有していないものも考えられる。

また、コード状ヒータ１を基材１１に配設する際、加熱加圧による融着によって接着・固定する態様でなく、他の態様によりコード状ヒータ１を基材１１に固定しても良い。例えば、通常の使用よりも高い温度になるよう、コード状ヒータ１に通電して加熱させ、その熱で外層被覆９を溶融させて基材１１と接着・固定する態様、誘導加熱によって導体素線５を加熱させ、その熱で外層被覆９を溶融させて基材１１と接着・固定する態様、温風により熱融着材からなる外層被覆９を溶融させて接着・固定する態様、加熱しながら一対の基材１１で挟持固定する態様などが考えられる。また、基材１１を加熱加圧する際には、プレス熱板２７のみでなくホットプレス治具１５についても加熱しても良い。この際、プレス熱板２７とホットプレス治具１５の温度を異なるものとして、基材１１の圧縮率を変え、即ち気孔率を変化させることも考えられる。

また、接着層としては、例えば、高分子アクリル系粘着剤からなりテープ基材を使用しない接着層や、ポリプロピレンフィルムの両面に接着剤を形成してなる接着層など種々のもの使用できる。それ単独でＦＭＶＳＳＮｏ．３０２自動車内装材料の燃焼試験に合格するような難燃性を有するものであれば、ヒータユニットの難燃性が向上し好ましい。また、ヒータユニットの伸縮性を損なわないために、粘着剤のみからなる接着層であることが好ましい。

なお、本発明の面状ヒータ３１を車両用シートヒータとして適用する場合、図１１に示すような状態で、車両用のシート４１内に埋め込まれて配置されることになる。すなわち、車両用シート４１の表皮カバー４３又は座席パット４５に、面状ヒータ３１が貼り付けられることとなるものである。

以上詳述したように本発明によれば、接着性が高く、絶縁性も充分なものとすることが可能なコード状ヒータを得ることができる。このコード状ヒータは、例えば、高分子発泡体や不織布等の基材上に蛇行形状等の所定の形状に配設されて面状ヒータとし、電気毛布、電気カーペット、カーシートヒータ、ステアリングヒータ、暖房便座、防曇鏡用ヒータ、加熱調理器具等に好適に使用可能である。又、コード状ヒータ単体としても、例えば、パイプや槽等に巻き付けて接着したり、パイプ内に配置したりするような態様が考えられる。具体的な用途としては、例えば、配管や冷凍庫のパイプドレーンなどの凍結防止用ヒータ、エアコンや除湿機などの保温用ヒータ、冷蔵庫や冷凍庫などの除霜用ヒータ、乾燥用ヒータ、床暖房用ヒータとして好適に使用することができる。又、上記面状ヒータの用途として例示した電気毛布、電気カーペット、カーシートヒータ、ステアリングヒータ、暖房便座、防曇鏡用ヒータ、加熱調理器具、床暖房等について、加熱対象物に本発明のコード状ヒータを直接貼り付けたり、巻き付けたりすることもできる。

１コード状ヒータ
３芯材
５ａ導体素線
５ｂ絶縁被膜
７内層被覆
９外層被覆
１１基材
３１面状ヒータ

Claims

基材と、基材上に配設されているコード状ヒータとからなり、
上記コード状ヒータが、導体素線と、該導体素線の外周に形成された内層被覆と、該内層被覆の外周に形成された外層被覆を有し、
上記外層被覆が流動化し且つ上記内層被覆が流動しない温度領域を有し、上記外層被覆が熱可塑性のウレタン系材料から構成されており、上記内層被覆と上記外層被覆が接着されていることを特徴とする面状ヒータ。
上記コード状ヒータが、上記導体素線を複数本有し、該導体素線が絶縁被膜により被覆されていることを特徴とする請求項１記載の面状ヒータ。
上記基材が空隙を有する構造のものであり、上記外層被覆の少なくとも一部が上記基材の空隙間に侵入しており、上記内層被覆が上記基材の空隙間に侵入していないことを特徴とする請求項１記載の面状ヒータ。
上記内層被覆の断面形状が略円形を保持していることを特徴とする請求項３記載の面状ヒータ。