KR20150080548A

KR20150080548A - 코드 형상 히터와 면 형상 히터

Info

Publication number: KR20150080548A
Application number: KR1020157013586A
Authority: KR
Inventors: 야스히로 하세; 모토유키 오바; 타다오 스즈키; 토모야 오타
Original assignee: 쿠라베 가부시키가이샤
Priority date: 2012-12-25
Filing date: 2013-12-24
Publication date: 2015-07-09
Also published as: WO2014103981A1; US10136475B2; CN104871639B; EP2941089B1; ES2656097T3; CA2892044A1; CA2892044C; JP6320935B2; EP2941089A1; KR101809928B1; CN104871639A; JPWO2014103981A1; US20150257205A1; EP2941089A4

Abstract

절연 피막(5b)에 의해 피복된 복수개의 도체 소선(5a)을 갖는 코드 형상 히터(10)로서, 상기 절연 피막(5b)이 실리콘 수지를 함유하는 코드 형상 히터(10). 상기 절연 피막(5b)에 있어서의 실리콘 수지의 함유량이 중량비로 40~80%인 코드 형상 히터(10). 상기 도체 소선(5a)이 정렬된 상태에서 심재(3) 상에 권취되어 있는 코드 형상 히터(10). 상기 도체 소선(5a)의 외주에 절연체층(7)이 형성되어 있고, 그 일부 또는 전부가 열융착재로 이루어지는 코드 형상 히터(10). 상기 코드 형상 히터(10)를 기재(11)에 배치한 것을 특징으로 하는 면 형상 히터(31).

Description

코드 형상 히터와 면 형상 히터{CORD-SHAPED HEATER AND SHEET-SHAPED HEATER}

본 발명은 전기 담요, 전기 카펫, 카시트 히터, 스티어링 히터 등에 적합하게 사용 가능한 코드 형상 히터 및 그것을 사용한 면 형상 히터에 관한 것이고, 특히 난연성이 높고, 또한 만일 단선되었다고 해도 스파크의 발생을 방지하는 것이 가능한 것에 관한 것이다.

전기 담요, 전기 카펫, 카시트 히터 등에 사용되는 코드 형상 히터는 심선에 히터선을 나선 형상으로 권취하고, 그 위로부터 절연체층에 의한 외피를 피복하는 구성인 것이 일반적으로 알려져 있다. 여기서, 히터선으로서는 구리선이나 니켈 크롬 합금선 등의 도체 소선을 복수개 정렬하거나 또는 꼰 것으로 구성되어 있다. 또한, 이 발열선의 외주에는 열융착부가 형성되고, 이 열융착부에 의해, 예를 들면 부직포나 알루미늄박과 같은 기재에 접착되어 있다(예를 들면, 특허문헌 1 등 참조).

종래의 코드 형상 히터는 각 도체 소선이 접한 상태가 되어 있기 때문에 인장이나 굴곡을 받아서 도체 소선의 일부가 단선되었을 경우, 이 단선된 부분은 히터선의 지름이 가늘어진 것과 동일한 상태가 된다. 그 때문에 이 부분은 단위 단면적당 전류량이 증가하게 되어 이상 발열을 일으킬 가능성이 있다. 이에 대하여 히터선으로서 도체 소선 1개씩을 개별적으로 절연 피막을 형성하고, 도체 소선 1개씩이 병렬 회로를 구성하도록 한 것이 있다. 이것에 의하면 도체 소선의 일부에 단선이 발생해도 병렬 회로의 일부가 단선된 것과 동의가 되어 이상 가열을 방지할 수 있다(예를 들면, 특허문헌 2, 특허문헌 3 등 참조).

또한, 본 발명에 관련된 기술로서 해당 출원인으로부터 특허문헌 4, 5가 출원되어 있다.

일본 특허 공개 2003-174952 공보: KURABE INDUSTRIAL CO., Ltd. 일본 특허 공개 소 61-47087호 공보: Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. 일본 특허 공개 2008-311111 공보: KURABE INDUSTRIAL CO., Ltd. 일본 특허 공개 2010-15691 공보: KURABE INDUSTRIAL CO., Ltd. 국제 공개 WO2011/001953 공보: KURABE INDUSTRIAL CO., Ltd.

코드 형상 히터는 실사용시에 인장이나 굴곡 등 여러 가지 외력이 가해지는 경우가 있다. 이와 같은 외력이 가해지면 코드 형상 히터에 사용되는 도체 소선은 일반적으로 매우 가는 선재로 이루어지기 때문에 도체 소선에 단선이 발생할 우려가 있다. 여기서, 만약 도체 소선에 단선이 발생했을 경우, 단선된 각각의 가장자리가 완전히 분리되어 있으면 좋지만, 단부가 접하거나 떨어지거나를 반복했을 경우에는 스파크가 발생해 버리는 경우가 있을 수 있다.

여기서, 상기 특허문헌 2, 3에는 도체 소선의 절연 피막으로서 여러 가지 재료가 기재되어 있지만, 주로 사용되고 있는 것은 소위 에나멜선이라 칭해지는 것이며, 절연 피막의 재료로서는 폴리우레탄 수지, 폴리이미드 수지 등의 유기 재료가 사용되고 있다. 이와 같은 재료는 스파크가 발생해 버렸을 경우에 그 열에 의해 용융이나 열분해되어 버려서 절연 기능을 소실해 버리게 된다. 그 결과, 도체 소선의 노출부가 증대되어 스파크가 더 발생하기 쉬워진다는 문제를 갖고 있었다.

본 발명은 이와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 행해진 것이며, 그 목적으로 하는 것은 난연성이 높고, 또한 만일 단선되었다고 해도 스파크의 발생을 방지하는 것이 가능한 코드 형상 히터 및 그것을 사용한 면 형상 히터를 제공하는 것에 있다.

본 발명에 의한 코드 형상 히터는 절연 피막에 의해 피복된 복수개의 도체 소선을 갖는 코드 형상 히터로서, 상기 절연 피막이 알키드, 폴리에스테르, 우레탄, 아크릴, 에폭시 중 어느 하나 또는 이들의 조합으로 이루어지는 수지와 실리콘 수지를 함유하고, 또한 상기 절연 피막에 있어서의 상기 실리콘 수지의 함유량이 중량비로 10~90%인 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 절연 피막이 알키드, 폴리에스테르, 아크릴 중 어느 하나 또는 이들의 조합으로 이루어지는 수지와 실리콘 수지를 함유하는 구성으로 해도 좋다.

또한, 상기 절연 피막이 알키드, 폴리에스테르 중 어느 하나 또는 이들의 조합으로 이루어지는 수지와 실리콘 수지를 함유하는 구성으로 해도 좋다.

또한, 상기 도체 소선이 정렬된 상태에서 심재 상에 권취되어 있는 구성으로 해도 좋다.

또한, 상기 절연 피막에 있어서의 상기 실리콘 수지의 함유량이 중량비로 40~80%인 구성으로 해도 좋다.

또한, 상기 절연 피막의 막 두께가 1㎛~100㎛의 범위인 구성으로 해도 좋다.

또한, 상기 도체 소선의 외주에 절연체층이 형성되어 있는 구성으로 해도 좋다.

또한, 상기 절연체층의 일부 또는 전부가 열융착재로 이루어지는 구성으로 해도 좋다.

또한, 상기 코드 형상 히터를 기재에 배치한 구성으로 하는 구성으로 해도 좋다.

(발명의 효과)

본 발명의 코드 형상 히터에 의하면 실리콘 수지로 이루어지는 절연 피막은 내열성이 우수함과 아울러 불연성인 것이며, 스파크시의 고열을 받은 경우에도 산화 규소 피막을 형성해서 절연을 유지할 수 있다. 또한, 스파크시의 고열에 의해 실록산 가스를 발생시키고, 이 실록산 가스가 도체 소선의 끝면에서 산화 규소 피막을 석출시켜 절연되기 때문에 그 후의 스파크를 방지할 수 있다.

도 1은 본 발명에 의한 실시형태를 나타내는 도면이며, 코드 형상 히터의 구성을 나타내는 일부 노치 측면도이다.
도 2는 본 발명에 의한 실시형태를 나타내는 도면이며, 핫프레스식 히터 제조 장치의 구성을 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명에 의한 실시형태를 나타내는 도면이며, 코드 형상 히터를 소정의 패턴 형상으로 배치하는 모양을 나타내는 일부 사시도이다.
도 4는 본 발명에 의한 실시형태를 나타내는 도면이며, 면 형상 히터의 구성을 나타내는 평면도이다.
도 5는 본 발명에 의한 실시형태를 나타내는 도면이며, 면 형상 히터를 차량용 시트 내에 메워 넣은 모양을 일부 노치해서 나타내는 사시도이다.
도 6은 본 발명에 의한 다른 실시형태를 나타내는 도면이며, 코드 형상 히터의 구성을 나타내는 일부 노치 측면도이다.
도 7은 본 발명에 의한 다른 실시형태를 나타내는 도면이며, 코드 형상 히터의 구성을 나타내는 일부 노치 측면도이다.
도 8은 본 발명에 의한 다른 실시형태를 나타내는 도면이며, 코드 형상 히터의 구성을 나타내는 일부 노치 측면도이다.
도 9는 본 발명에 의한 다른 실시형태를 나타내는 도면이며, 코드 형상 히터의 구성을 나타내는 일부 노치 측면도이다.
도 10은 본 발명에 의한 다른 실시형태를 나타내는 도면이며, 코드 형상 히터의 구성을 나타내는 일부 노치 측면도이다.
도 11은 본 발명에 의한 다른 실시형태를 나타내는 도면이며, 코드 형상 히터의 구성을 나타내는 일부 노치 측면도이다.
도 12는 굴곡 시험의 방법을 설명하기 위한 참고도이다.
도 13은 실리콘 수지의 구조 단위를 나타내는 도면이다.
도 14는 실리콘 고무의 분자 구조를 나타내는 도면이다.
도 15는 실리콘 수지의 분자 구조를 나타내는 도면이다.
도 16은 컷스루 강도 평가의 시험 방법을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 17은 실리콘 수지의 전자 현미경 사진을 나타내는 도면이다.
도 18은 실리콘 수지와 에폭시의 혼합물의 전자 현미경 사진을 나타내는 도면이다.
도 19는 실리콘 수지와 알키드의 혼합물의 전자 현미경 사진을 나타내는 도면이다.

이하, 도 1~도 11을 참조해서 본 발명의 실시형태를 설명한다. 이들 실시형태는 본 발명을 면 형상 히터로 해서 차량용 시트 히터에 적용하는 것을 상정한 예를 나타내는 것이다.

우선, 도 1~도 5를 참조해서 본 실시형태를 설명한다. 이 실시형태에 있어서의 코드 형상 히터(10)의 구성부터 설명한다. 본 실시형태에 있어서의 코드 형상 히터(10)는 도 1에 나타내는 바와 같은 구성이 되어 있다. 우선, 외경 약 0.2㎜의 방향족 폴리아미드 섬유 다발로 이루어지는 심선(3)이 있고, 상기 심선(3)의 외주에는 소선 지름 0.08㎜의 경질 주석 함유 구리 합금선으로 이루어지는 5개의 도체 소선(5a)을 정렬시켜 구성된 것이 피치 약 1.0㎜로 나선 형상으로 권취되어 있다. 도체 소선(5a)에는 알키드 실리콘 바니시(알키드:실리콘 수지=50:50)를 도포하고, 건조시켜 형성한 실리콘 수지를 함유하는 절연 피막(5b)이 두께 약 5㎛로 형성되어 있다. 이 심선(3) 상에 도체 소선(5a)를 권취한 것의 외주에 절연체층(7)으로서 난연제가 배합된 폴리에틸렌 수지가 0.2㎜의 두께로 압출 피복되어 발열선(1)이 구성되어 있다. 또한, 이 실시형태에 있어서 절연체층(7)에 사용된 폴리에틸렌 수지는 열융착재로서 기능한다. 코드 형상 히터(10)는 이와 같은 구성이 되어 있고, 그 마무리 외경은 0.8㎜이다. 또한, 굴곡성이나 인장 강도를 고려했을 경우에는 상기 심선(3)은 유효하지만, 심선(3) 대신에 복수개의 도체 소선을 정렬하거나 또는 꼰 것을 사용하는 것도 고려된다.

이어서, 상기 구성을 이루는 코드 형상 히터(10)를 접착·고정하는 기재(11)의 구성에 대해서 설명한다. 본 실시예에 있어서의 기재(11)는 저융점 폴리에스테르를 초성분으로 하는 심초 구조를 갖는 열융착성 섬유 10%와 난연성 폴리에스테르 섬유로 이루어지는 난연성 섬유 90%를 혼합한 부직포(단위 면적당 중량 100g/㎡, 두께 0.6㎜)로 구성되어 있다. 이와 같은 기재(11)는 다이 컷팅 등의 공지의 방법에 의해 소망의 형상으로 된다.

이어서, 상기 코드 형상 히터(10)를 기재(11) 상에 소정의 패턴 형상으로 배치해서 접착·고정하는 구성에 대해서 설명한다. 도 2는 코드 형상 히터(10)를 기재(11) 상에 접착·고정시키기 위한 핫프레스식 히터 제조 장치(13)의 구성을 나타내는 도면이다. 우선, 핫프레스 지그(15)가 있고, 이 핫프레스 지그(15) 상에는 복수개의 록킹 기구(17)가 설치되어 있다. 상기 록킹 기구(17)는 도 3에 나타내는 바와 같이 핀(19)을 구비하고 있고, 이 핀(19)은 핫프레스 지그(15)에 천공된 구멍(21) 내에 하방으로부터 집어 넣어져 있다. 이 핀(19)의 상부에는 록킹 부재(23)가 축 방향으로 이동 가능하게 부착되어 있어서 코일 스프링(25)에 의해 상시 상방으로 바이어싱되어 있다. 그리고, 도 3 중 가상선으로 나타내는 바와 같이 이들 복수개의 록킹 기구(17)의 록킹 부재(23)에 코드 형상 히터(10)를 걸면서 소정의 패턴 형상으로 배치하게 된다.

도 2로 돌아가서, 상기 복수개의 록킹 기구(17)의 상방에는 프레스 열판(27)이 승강 가능하게 배치되어 있다. 즉, 코드 형상 히터(10)를 복수개의 록킹 기구(17)의 록킹 부재(23)에 걸면서 소정의 패턴 형상으로 배치하고, 그 위에 기재(11)를 놓는다. 그 상태에서 상기 프레스 열판(27)을 하강시켜 코드 형상 히터(10)와 기재(11)에, 예를 들면 230℃/5초간의 가열·가압을 실시하는 것이다. 그것에 의해 코드 형상 히터(10)측의 절연체층(7)의 열융착재와 기재(11)측의 열융착성 섬유가 융착하게 되고, 그 결과 코드 형상 히터(10)와 기재(11)가 접착·고정되게 된다. 또한, 상기 프레스 열판(27)의 하강에 의한 가열·가압시에는 복수개의 록킹 기구(17)의 록킹 부재(23)는 코일 스프링(25)의 바이어싱력에 저항해서 하방으로 이동하는 것이다.

기재(11)의 코드 형상 히터(10)를 배치하지 않는 측의 면에는 접착층의 형성 또는 양면 테이프의 부착이 행해져도 좋다. 이것은 좌석에 부착할 때, 면 형상 히터(31)를 좌석에 고정하기 위한 것이다.

상기 작업을 행함으로써 도 4에 나타내는 바와 같은 차량용 시트 히터의 면 형상 히터(31)를 얻을 수 있다. 또한, 상기 면 형상 히터(31)에 있어서의 코드 형상 히터(10)의 양단 및 온도 제어 장치(39)에는 리드선(40)이 접속 단자(도시하지 않음)에 의해 접속되어 있고, 이 리드선(40)에 의해 코드 형상 히터(10), 온도 제어 장치(39) 및 커넥터(35)가 접속되어 있다. 그리고, 이 커넥터(35)를 통해서 도시하지 않는 차량의 전기 계통에 접속되게 된다.

그리고, 상기 구성을 이루는 면 형상 히터(31)는 도 5에 나타내는 바와 같은 상태에서 차량용 시트(41) 내에 메워 넣어져 배치되게 된다. 즉, 상기한 바와 같이 차량용 시트(41)의 표피 커버(43) 또는 좌석 패드(45)에 면 형상 히터(31)가 부착되게 되는 것이다.

또한, 본 발명은 상기 실시형태에 한정되는 것은 아니다. 우선, 코드 형상 히터(10)는 실리콘 수지를 함유하는 절연 피막(5b)에 의해 피복된 도체 소선(5a)을 갖는 것이면 종래 공지의 여러 가지 코드 형상 히터를 사용할 수 있다.

또한, 발열선(1)의 구성으로서는, 예를 들면 상기 실시형태와 같이 절연 피막(5b)에 의해 피복된 도체 소선(5a)을 복수개 꼬거나 또는 정렬하고, 이것을 심선(3) 상에 권취해서 그 외주에 절연체층(7)을 형성한 것(도 1 참조), 절연 피막(5b)에 의해 피복된 도체 소선(5a)을 복수개 꼰 것(도 6 참조), 절연 피막(5b)에 의해 피복된 도체 소선(5a)을 복수개 정렬한 것(도 7 참조) 등을 들 수 있지만, 그들 이외에도 여러 가지 구성의 것이 상정된다.

또한, 예를 들면 절연 피막(5b)에 의해 피복된 도체 소선(5a)과 절연 피막(5b)에 의해 피복되어 있지 않은 도체 소선(5a)이 교대로 배치된 형태(도 8 참조)나 절연 피막(5b)에 의해 피복된 도체 소선(5a)의 개수를 늘려서 절연 피막(5b)에 의해 피복된 도체 소선(5a)끼리를 정렬하여 배치하는 것과 같은 형태도 고려되고(도 9 참조), 그들 이외에도 여러 가지 구성의 것이 상정된다. 또한, 심선(3)과 도체 소선(5a)을 꼬는 것도 고려된다.

심선(3)으로서는, 예를 들면 유리 섬유 등의 무기 섬유나 폴리에틸렌테레프탈레이트 등의 폴리에스테르 섬유, 지방족 폴리아미드 섬유, 방향족 폴리아미드 섬유, 전체 방향족 폴리에스테르 섬유 등의 유기 섬유의 모노 필라멘트, 멀티 필라멘트, 스팬 또는 그들의 섬유 재료 또는 그들의 섬유 재료를 구성하는 유기 고분자 재료를 심재로 하고, 그 둘레 상에 열가소성 유기 고분자 재료가 피복된 구성을 갖는 섬유 등을 들 수 있다. 또한, 심선(3)을 열수축성 및 열용융성을 갖는 것으로 하면 도체 소선(5a)이 단선되어 버렸을 때의 이상 가열에 의해 심선이 용융 절단됨과 아울러 수축됨으로써 권취된 도체 소선(5a)도 이 심선(3)의 동작에 추종해서 단선된 도체 소선(5a)의 단부끼리를 분리시키게 된다. 그 때문에 단선된 도체 소선의 각각의 단부가 접하거나 떨어지거나 하는 것이나 점접촉과 같은 근소한 접촉 면적으로 접하는 일이 없어져 이상 발열을 방지할 수 있다. 또한, 도체 소선(5a)이 절연 피막(5b)에 의해 절연되어 있는 구성이면 심선(3)은 절연 재료에 구애될 필요는 없다. 예를 들면, 스테인레스강선이나 티탄 합금선 등을 사용하는 것도 가능하다. 그러나, 도체 소선(5a)이 단선되었을 때를 고려하면 심선(3)은 절연 재료인 편이 좋다.

도체 소선(5a)으로서는 종래 공지의 것을 사용할 수 있고, 예를 들면 구리선, 구리 합금선, 니켈선, 철선, 알루미늄선, 니켈-크롬 합금선, 철-크롬 합금선 등을 들 수 있고, 구리 합금선으로서는 예를 들면 주석-구리 합금선, 구리-니켈 합금선, 구리 고용체와 구리 은 공정(共晶)이 섬유 형상이 된 은 함유 구리 합금선 등을 들 수 있다. 이 중, 비용과 특성의 밸런스의 점으로부터 구리선 또는 구리 합금선을 사용하는 것이 바람직하다. 이들 구리선 또는 구리 합금선에는 연질인 것과 경질인 것이 있지만, 내굴곡성의 관점으로부터는 연질인 것보다 경질인 편이 특히 바람직하다. 또한, 경질 구리선이나 경질 구리 합금선이란 와이어드로잉 가공 등의 냉간 가공에 의해 개개의 금속 결정립이 가공 방향으로 길게 신장되어 섬유 형상 조직이 된 것이다. 이와 같은 경질 구리선이나 경질 구리 합금선은 재결정 온도 이상으로 가열하면 금속 결정 내에 발생한 가공 변형이 해소됨과 아울러 새로운 금속 결정의 기점이 되는 결정각이 출현하기 시작한다. 이 결정핵이 발달해서 순차적으로 구 결정립과 치환되는 재결정이 일어나 결정립이 더 성장한 상태가 된다. 연질 구리선이나 연질 구리 합금선은 이와 같은 결정립이 성장한 상태인 것이다. 이 연질 구리선이나 연질 구리 합금선은 경질 구리선이나 경질 구리 합금선에 비해서 신장이나 전기 저항값은 높지만, 인장 강도가 낮은 성질이 되기 때문에 내굴곡성은 경질 구리선이나 경질 구리 합금선에 비해서 낮아진다. 이와 같이 경질 구리선이나 경질 구리 합금선은 열처리에 의해 내굴곡성이 낮은 연질 구리선이나 연질 구리 합금선이 되기 때문에 가능한 열 이력이 적은 가공을 행하는 것이 바람직하다. 또한, 경질 구리선은 JIS-C3101(1994), 연질 구리선은 JIS-C3102(1984)에 있어서도 정의가 이루어져 있고, 외경 0.10~0.26㎜에서는 신장 15% 이상, 외경 0.29~0.70㎜에서는 신장 20% 이상, 외경 0.80~1.8㎜에서는 신장 25% 이상, 외경 2.0~7.0㎜에서는 신장 30% 이상인 것이 연질 구리선으로 된다. 또한, 구리선에는 주석 도금이 실시되어 있는 것도 포함된다. 주석 도금 경질 구리선은 JIS-C3151(1994), 주석 도금 연질 구리선은 JIS-C3152(1984)에서 정의가 이루어져 있다. 또한, 도체 소선(5a)의 단면 형상에 대해서도 여러 가지 것을 사용할 수 있고, 통상 사용되는 단면 원형인 것에 한정되지 않고, 소위 평각선이라 칭해지는 것을 사용해도 좋다.

단, 심선(3)에 도체 소선(5a)을 권취할 경우에는 상기 도체 소선(5a)의 재료 중에서도 권취되었을 때의 스프링백되는 양이 적은 것이 좋고, 복원율이 200% 이하가 되는 것이 바람직하다. 예를 들면, 구리 고용체와 구리 은 공정이 섬유 형상이 된 은 함유 구리 합금선 등은 항장력성이 우수해서 인장 강도나 굴곡 강도는 우수하지만, 권취되었을 때 스프링백되기 쉽다. 그 때문에 심선(3)에 권취할 때에 도체 소선(5a)의 플로팅이나 과도한 권취 텐션에 의한 도체 소선(5a)의 파단이 발생하기 쉽고, 또한 가공 후에는 꼬이는 습성이 발생하기 쉽기 때문에 바람직하지 않다. 특히, 도체 소선(5a)에 절연 피막(5b)이 피복되는 형태로 했을 경우에는 이 절연 피막(5b)에 의한 복원력도 가해지게 된다. 그 때문에 도체 소선(5a)의 복원율이 작은 것을 선정해서 절연 피막(5b)에 의한 복원력을 커버하는 것이 중요해진다.

여기서, 본 발명에서 규정하는 복원율의 측정에 대해서 상세하게 기술한다. 우선, 도체 소선에 일정 하중을 가하면서 도체 소선 지름의 60배의 지름의 원기둥형 맨드릴에 대하여 도체 소선이 겹치지 않도록 3회 이상 권취한다. 10분 후, 하중을 제거해서 도체 소선을 맨드릴로부터 분리하고, 탄성에 의해 복원된 형상의 내경을 측정해서 도체 소선을 스프링백하는 비율을 다음의 식(Ⅰ)에 의해 산출해서 복원율로서 평가한다.

R=(d₂/d₁)×100 --- (Ⅰ)

기호의 설명:

R: 복원율(%)

d₁: 권취 시험에 사용한 맨드릴 지름(㎜)

d₂: 도체 소선을 맨드릴에 권취한 후, 하중을 개방시켜 복원한 형상의 내경(㎜)

도체 소선(5a)에 피복되는 절연 피막(5b)으로서는, 예를 들면 폴리우레탄 수지, 폴리아미드 수지, 폴리이미드 수지, 폴리아미드이미드 수지, 폴리에스테르이미드 수지, 나일론 수지, 폴리에스테르나일론 수지, 폴리에틸렌 수지, 폴리에스테르 수지, 염화 비닐 수지, 불소 수지, 실리콘 등을 들 수 있지만, 이들 중으로부터 실리콘을 함유한 것이 선택된다. 실리콘은 실록산 결합에 의한 주골격을 갖는 인공 고분자 화합물의 총칭이며, 실리콘 수지나 실리콘 고무(실리콘 엘라스토머) 등의 형태를 취하는 것이다. 치환기로서 메틸기와 페닐기의 양을 적당히 조정한 것이나 에테르기, 플루오로알킬기, 에폭시기, 아미노기, 카르복실기 등의 다른 치환기를 적당히 도입한 것도 고려된다. 또한, 예를 들면 폴리에스테르 수지와 실리콘 수지를 혼합한 소위 알키드 실리콘, 아크릴 폴리머와 디메틸폴리실록산의 그래프트 공중합체인 소위 아크릴 실리콘과 같은 실리콘 수지와 다른 고분자 재료의 혼합물이나 폴리실록산과 다른 폴리머 성분의 공중합체를 사용하는 것도 고려된다. 절연 피막(5b)에 함유되는 실리콘 수지의 양은 여러 가지 특정 관점으로부터 특정 범위 내로 하는 것이 바람직하다. 또한, 실리콘 수지와 다른 폴리머 성분의 공중합체를 사용할 경우에는 공중합체에 있어서의 실리콘 수지분만의 중량을 실리콘 수지의 양으로서 산출한다. 실리콘 수지의 양이 너무 적으면 스파크시의 열에 의한 다른 성분의 열분해에 의해 절연 피막(5b)이 탈리되어 버릴 가능성이 있다. 또한, 외관에도 악영향을 미칠 가능성이 있다. 난연성의 관점에서 합격해 있는 점으로부터 실리콘 수지 함유량은 중량비로 10% 이상으로 하는 것이 바람직하다. 또한, 20% 이상으로 하는 것이 바람직하고, 또한 30% 이상, 또한 40% 이상, 또한 50% 이상, 또한 60% 이상, 또한 70% 이상, 또한 80% 이상, 또한 90% 이상으로 하는 것이 고려된다. 또한, 실리콘 수지의 양이 너무 많으면 젖음성이 낮아져 도체 소선(5a)으로의 도포가 곤란해져 버려 외관에 문제가 발생할 가능성이 있다. 또한, 그것에 의해 절연 피막(5b)의 절연성이 충분한 것이 아니게 되어 버릴 가능성이 있다. 이 관점으로부터 실리콘 수지 함유량은 중량비로 90% 이하로 하는 것이 바람직하고, 또한 80% 이하, 또한 70% 이하, 또한 60% 이하, 또한 50% 이하, 또한 40% 이하, 또한 30% 이하, 또한 20% 이하로 하는 것이 고려된다. 또한, 도체 소선(5a)과 절연 피막(5b)의 밀착성을 향상시키기 위해서 미리 도체 소선(5a)에 프라이머를 도포해 두는 것도 고려된다.

이들과 같은 실리콘 수지를 함유한 절연 피막(5b)은 내열성이 우수함과 아울러 불연성이어서 화학적으로 안정적인 것이며, 스파크시의 고열을 받았을 경우에도 산화 규소 피막을 형성해서 절연을 유지할 수 있다. 또한, 스파크시의 고열에 의해 실록산 가스를 발생시키고, 이 실록산 가스가 도체 소선의 단면에서 산화 규소 피막을 석출시켜 절연되기 때문에 그 후의 스파크를 방지할 수 있다.

여기서, 본 발명에서 사용하는 실리콘 수지에 대해서 설명한다. 도 13은 실리콘 수지의 구조 단위를 나타내는 도면이고, 도 14는 실리콘 고무의 분자 구조를 나타내는 도면이고, 도 15는 실리콘 수지의 분자 구조를 나타내는 도면이다.

우선, 실리콘 수지는 4개의 기본 단위(M 단위, D 단위, T 단위, Q 단위)로 이루어지는 폴리머이다. 그리고, 실리콘 고무라 칭해지는 것은 M 단위와 D 단위로 이루어져 있고, 직쇄상의 폴리머가 되어 가교에 의해 고무 형상이 된다. 즉, 과산화물이나 UV 조사 등에 의한 가교가 형성된다. 한편, 실리콘 수지라 칭해지는 것은 T 단위와 Q 단위를 포함하는 분기상의 폴리머가 되고, 3차원 메쉬 구조를 갖는다. 예를 들면, 클로로실란 유도체의 가수분해나 중축합에 의해 가교가 형성된다.

도 13과 도 15에서는 평면상으로 묘화되어 있지만, -O-Si-O-의 결합은 나선 형상으로 연결되어 가기 때문에 Q 단위나 T 단위가 지면의 깊이 방향 등으로 손을 뻗는 부분도 있어 실리콘 수지의 분자 구조는 3차원 구조가 된다.

분자 구조로서는 실리콘 고무와 실리콘 수지는 상술한 바와 같은 구별이 있다. 한편, 별도의 관점에서는 실리콘 고무와 실리콘 수지에서는 소위 유리 전이점으로 구별하는 것이 가능하다.

실리콘 고무를 포함하는 고무에서는 그 유리 전이점은 일례로서 -124℃이다. 이에 대하여 실리콘 수지를 포함하는 수지에서는 유리 전이점은 실온 이상이다. 이 때문에 본 발명에서 사용하는 실리콘 수지는 유리 전이점이 20℃ 이상인 것으로 한다. 유리 전이점이 20℃ 이상인 실리콘 수지이면 본 발명을 적용 가능하다. 또한, 시트 히터의 표면 온도로서는 40℃ 정도이거나 급속 가열시에는 120℃ 전후까지 상승하는 경우도 있다. 이 경우, 유리 전이점이 그와 같은 온도 이하였다고 해도 문제는 없다. 유리 전이점을 초과하면 실리콘 수지가 금방 연질화된다는 것은 아니기 때문이다.

그 반면, 예를 들면 시트 히터에 사용할 경우이면 시트 히터의 가열시의 평균 온도가 40℃이면 유리 전이점이 40℃이거나 시트 히터의 가열시의 평균 온도가 60℃이면 유리 전이점이 60℃라는 것과 같이 유리 전이점을 시트 히터의 평균 온도를 목표로서 설정한다는 것도 가능하다.

이들과 같은 실리콘 수지는, 예를 들면 용제나 물과 같은 용매 또는 분산매에 용해 또는 분산시킨 상태에서 도체 소선(5a)에 도포해서 건조시키는 방법, 도체 소선(5a)의 외주에 압출 성형 등의 성형 수단에 의해 형성하는 방법 등에 의해 도체 소선(5a)에 피복되어 절연 피막(5b)으로 된다. 실리콘 수지의 압출 성형은 비교적 정온에서 할 수 있지만, 용제나 물 등으로 용해 또는 분산시킨 실리콘 수지를 도포할 경우에는 건조를 단시간에 완료하기 위해서 비교적 고온 환경에 노출되게 된다. 상기와 같이 구리선 또는 구리 합금선의 도체 소선(5a)은 열이력에 의해 경질인지 연질인지가 바뀌게 되기 때문에 이 점도 고려한 절연 피막(5b)의 형성 방법을 선택할 필요가 있다. 또한, 절연 피막(5b)의 형성시에는 압출 성형보다 도포 쪽이 절연 피막(5b)의 두께를 얇게 할 수 있다. 이것에 의해 코드 형상 히터로서 세경화를 도모할 수 있다.

또한, 절연 피막(5b)의 두께는 도체 소선(5a)의 직경의 3~30%인 것이 바람직하다. 3% 미만이면 충분한 내전압 특성이 얻어지지 않아 도체 소선(5a)을 개별적으로 피복하는 의미가 없어질 가능성이 있다. 또한, 30%를 초과하면 접속 단자를 압착할 때에 절연 피막(5b)의 제거가 곤란해짐과 아울러 코드 형상 히터가 쓸데없이 굵어져 버리게 된다.

상기 도체 소선(5a)을 정렬 또는 꼬아서 심재(3) 상에 권취할 때에는 꼬는 것보다 정렬하는 편이 바람직하다. 이것은 코드 형상 히터의 지름이 가늘어짐과 아울러 표면도 평활해지기 때문이다. 또한, 정렬 또는 꼬는 것 외에 심재(3) 상에 도체 소선(5a)을 편조하는 것도 고려된다.

본 발명에 의한 코드 형상 히터는 절연 피막(5b)이 형성된 도체 소선(5a)의 외주에 절연체층(7)이 형성되어 있는 것이 바람직하다. 이 절연체층(7)에 의해 만일 도체 소선(5a)이 단선되었을 경우에도 다른 부재로의 통전이 절연됨과 아울러 스파크가 발생했을 경우에도 고온의 발열을 단열하게 된다. 또한, 릴레이나 스위치를 갖는 전장 부품이 실록산 가스에 노출되면 접점 불량을 야기하는 경우가 있는 것이 알려져 있다. 절연체층(7)이 형성되어 있으면 절연체층(7)에 의해 실록산 가스의 누출이 방지되어 절연체층(7)의 내부에서 산화 규소로서 석출되게 되기 때문에 전장 부품이 근방에 배치되어 있었다고 해도 접점 불량이 발생하는 일은 없다. 또한, 본 발명에 있어서는 실리콘 수지는 매우 얇은 절연 피막(5b)에 함유되어 있을 뿐이며, 방출되는 실록산 가스는 극저농도가 되기 때문에 실질적으로는 절연 피막(5b)에 함유된 실리콘 수지에 기인하는 실록산 가스에 의해 전장 부품에 문제가 발생할 가능성은 매우 낮다.

절연체층(7)을 형성할 경우에는 압출 성형 등에 의해 행해도 좋고, 미리 튜브 형상으로 성형한 절연체층(7)을 피복해도 좋고, 형성 방법에는 특별히 한정은 없다. 압출 성형에 의해 절연체층(7)을 형성하면 도체 소선(5a)의 위치가 고정되기 때문에 위치 어긋남에 의한 도체 소선(5a)의 마찰이나 굴곡을 방지할 수 있는 점으로부터 내굴곡성이 향상되기 때문에 바람직하다. 절연체층(7)을 구성하는 재료로서도 코드 형상 히터의 사용 형태나 사용 환경 등에 의해 적당히 설계하면 좋고, 예를 들면 폴리올레핀계 수지, 폴리에스테르계 수지, 폴리우레탄계 수지, 방향족 폴리아미드계 수지, 지방족 폴리아미드계 수지, 염화 비닐 수지, 변성 노릴 수지(폴리페닐렌옥사이드 수지), 나일론 수지, 폴리스티렌 수지, 불소 수지, 합성 고무, 불소 고무, 에틸렌계 열가소성 엘라스토머, 우레탄계 열가소성 엘라스토머, 스티렌계 열가소성 엘라스토머, 폴리에스테르계 열가소성 엘라스토머 등 여러 가지 것을 들 수 있다. 특히, 난연성을 갖는 고분자 조성물이 바람직하게 사용된다. 여기서의 난연성을 갖는 고분자 조성물이란 JIS-K7201(1999년) 연소성 시험에 있어서의 산소 지수가 21 이상인 것을 나타낸다. 산소 지수가 26 이상인 것은 특히 바람직하다. 이와 같은 난연성을 얻기 위해서 상기 절연체층(7)을 구성하는 재료에 적당히 난연재 등을 배합해도 좋다. 난연제로서는, 예를 들면 수산화 마그네슘, 수산화 알루미늄 등의 금속 수화물, 산화 안티몬, 멜라민 화합물, 인계 화합물, 염소계 난연제, 브롬계 난연제 등을 들 수 있다. 이들 난연제에는 공지의 방법으로 적당히 표면 처리를 실시해도 좋다.

또한, 이 절연체층(7)을 열융착재로 형성함으로써 가열 가압에 의해 코드 형상 히터(10)를 기재(11)에 열융착할 수 있다. 이와 같은 경우, 상기 절연체층(7)을 구성하는 재료 중에서도 기재와의 접착성이 우수한 올레핀계 수지가 바람직하다. 올레핀계 수지로서는, 예를 들면 고밀도 폴리에틸렌, 저밀도 폴리에틸렌, 초저밀도 폴리에틸렌, 직쇄상 저밀도 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리부텐, 에틸렌-α-올레핀 공중합체, 에틸렌-불포화 에스테르 공중합체 등을 들 수 있다. 이들 중에서도 특히 에틸렌-불포화 에스테르 공중합체가 바람직하다. 에틸렌-불포화 에스테르 공중합체는 분자 내에 산소를 갖는 분자 구조이기 때문에 폴리에틸렌과 같은 탄소와 수소뿐인 분자 구조를 하고 있는 수지와 비교해서 연소열이 작아지고, 그 결과 연소의 억제로 연결되게 된다. 또한, 원래 접착성이 높기 때문에 기재와의 접착성도 양호함과 아울러 무기 분말 등을 배합했을 때의 접착성의 저하가 적기 때문에 여러 가지 난연제를 배합하는데 적합하다. 에틸렌-불포화 에스테르 공중합체로서는, 예를 들면 에틸렌-아세트산 비닐 공중합체, 에틸렌-(메타)아크릴산 메틸 공중합체, 에틸렌-(메타)아크릴산 에틸 공중합체, 에틸렌-(메타)아크릴산 부틸 공중합체 등을 들 수 있고, 이들 단독 또는 2종 이상의 혼합물이어도 좋다. 여기서, 「(메타)아크릴산」이란 아크릴산과 메타크릴산 양쪽을 나타내는 것이다. 이들 중에서 임의로 선택하면 좋지만, 상기 절연 피막(5b)을 구성하는 재료의 분해 개시 온도 이하 또는 융점 이하의 온도에서 용융되는 재료인 편이 좋다. 또한, 기재(11)와의 접착성이 우수한 재료로서 폴리에스테르계 열가소성 엘라스토머를 들 수 있다. 폴리에스테르계 열가소성 엘라스토머로서는 폴리에스테르-폴리에스테르형, 폴리에스테르-폴리에테르형인 것이 있지만, 폴리에스테르-폴리에테르형 쪽이 높은 접착성을 갖기 때문에 바람직하다. 또한, 코드 형상 히터(10)와 기재(11)를 열융착할 경우, 코드 형상 히터(10)와 기재(11)의 접착 강도는 매우 중요한 것이다. 이 접착 강도가 충분하지 않으면 사용해 가는 동안에 기재(11)와 코드 형상 히터(10)가 박리되어 버리고, 그것에 의해 코드 형상 히터(11)에는 예기치 않은 굴곡이 가해지게 되기 때문에 도체 소선(5a)이 단선될 가능성이 높아진다. 도체 소선(5a)이 단선되면 히터로서의 역할을 다하지 못하게 될 뿐만 아니라 채터링에 의해 스파크에 이를 우려도 있다.

절연체층(7)은 1층뿐만 아니라 복수층 형성해도 좋다. 예를 들면, 도체 소선(5a)의 외주에 불소 수지에 의한 층을 형성하고, 그 외주에 열융착재로서 폴리에틸렌 수지의 층을 형성하고, 이들 2층에 의해 절연체층(7)을 구성하는 형태도 고려된다. 물론 3층 이상이 되어 있어도 상관없다. 또한, 절연체층(7)은 길이 방향으로 연속해서 형성하는 것에 한정되지 않는다. 예를 들면, 코드 형상 히터(10)의 길이 방향을 따라 직선 형상이나 스파이럴선 형상으로 형성하거나 도트 모양으로 형성하거나 단속적으로 형성하는 등의 실시형태가 고려된다. 이 때, 열융착재가 코드 형상 히터의 길이 방향으로 연속되어 있지 않으면, 예를 들어 열융착재의 일부에 착화되어도 연소부가 확장되지 않기 때문에 바람직하다. 또한, 열융착재의 체적이 충분히 작으면 열융착재가 연소성의 재료이어도 금방 연소물이 없어져 소화되게 되고, 드립(연소 적하물)도 발생하지 않게 된다. 따라서, 열융착재의 체적은 기재(11)와의 접착성을 유지할 수 있는 최저한으로 하는 것이 바람직하다.

또한, 상기와 같이 해서 얻어진 코드 형상 히터(10)는 자기 지름의 6배의 곡률 반경에서 90°씩의 굴곡을 행하는 굴곡성 시험에 있어서 도체 소선이 적어도 1개 끊어질 때까지의 굴곡 횟수가 2만회 이상인 것이 바람직하다.

기재(11)로서는 상기 실시형태에서 나타낸 부직포 외에, 예를 들면 직포, 종이, 알루미늄박, 마이카판, 수지 시트, 발포 수지 시트, 고무 시트, 발포 고무 시트, 연신 다공질체 등 여러 가지 것을 사용할 수 있지만, FMVSS No. 302 자동차 내층 재료의 연소 시험에 합격하는 난연성을 갖는 것이 바람직하다. 여기서, FMVSS란 Federal Motor Vehicle Safety Standard, 즉 미국 연방 자동차 안전 기준이며, 그 No. 302로서 자동차 내장 재료의 연소 시험이 규정되어 있다. 이들 중에서도 부직포는 촉감이 좋고, 유연하기 때문에 특히 카시트 히터의 용도에 있어서 바람직하다. 또한, 부직포를 사용할 경우에도 상기 실시형태의 경우에는 부직포를 구성하는 열융착성 섬유로서 저융점 폴리에스테르를 초성분으로 하는 심초 구조를 갖는 섬유를 사용하고 있지만, 그 이외에도 예를 들면 저융점 폴리프로필렌을 초성분으로 하는 심초 구조를 갖는 섬유 또는 폴리에틸렌을 초성분으로 하는 심초 구조를 갖는 섬유 등의 사용이 고려된다. 이와 같은 열융착성 섬유를 사용함으로써 열융착성 섬유의 심부를 둘러싼 상태에서 열융착성 섬유의 초부와 절연체층(7)의 열융착재가 서로 융착되어 일체화되기 때문에 코드 형상 히터(1)와 부직포의 접착은 매우 강고한 것이 된다. 또한, 난연성 섬유로서는, 예를 들면 상기 난연성 폴리에스테르 이외에 여러 가지 난연성 섬유의 사용이 고려된다. 여기서, 난연성 섬유란 JIS-L1091(1999년)에 합격하는 섬유를 가리킨다. 이와 같은 난연성 섬유를 사용함으로써 기재는 우수한 난연성이 부여되게 된다.

열융착성 섬유의 혼합 비율은 5% 이상이 바람직하고, 또한 20% 이하가 바람직하다. 열융착성 섬유의 혼합 비율이 5% 미만이면 충분한 접착성이 얻어지지 않는다. 또한, 열융착성 섬유의 혼합 비율이 20%를 초과하면 부직포가 딱딱해져서 착석자가 위화감을 호소하게 될 수 있을 뿐만 아니라, 반대로 코드 형상 히터와의 접착성이 저하되어 버린다. 또한, 열융착할 때의 열에 의해 기재가 수축되어 설계에서 의도한 치수가 얻어지지 않게 될 가능성도 있다. 난연성 섬유의 혼합 비율은 70% 이상이며, 바람직하게는 70% 이상 95% 이하이다. 난연성 섬유의 혼합 비율이 70% 미만이면 충분한 난연성이 얻어지지 않는다. 또한, 난연성 섬유의 혼합 비율이 95%를 초과하면 상대적으로 열융착성 섬유의 혼합 비율이 부족하게 되어 버려서 충분한 접착성이 얻어지지 않는다. 또한, 열융착성 섬유의 혼합 비율과 난연성 섬유의 혼합 비율을 합산해서 100%가 될 필요는 없고, 다른 섬유를 적당히 혼합해도 좋다. 또한, 열융착성 섬유가 혼합되어 있지 않을 경우에도, 예를 들면 상기 열융착부의 재료와 기재를 구성하는 섬유의 재료를 동 계통의 재료로 함으로써 필요 충분한 접착성이 얻어지는 경우도 있으므로 열융착성 섬유가 혼합되어 있지 않은 것도 충분히 고려된다.

또한, 부직포의 크기나 두께 등은 사용 용도에 따라서 적당히 변경하는 것이지만, 그 두께(건조시에 측정한 값)는, 예를 들면 0.6㎜~1.4㎜ 정도로 하는 것이 바람직하다. 이와 같은 두께의 부직포를 사용하면 가열·가압에 의해 코드 형상 히터와 부직포를 접착·고정했을 때, 부직포가 코드 형상 히터의 외주의 30% 이상, 바람직하게는 50% 이상의 부분과 양호하게 접착되게 되기 때문이며, 그것에 의해 강고한 접착 상태를 얻을 수 있기 때문이다.

상기 기재 중에서도 공극을 갖고 있는 것이 바람직하고, 특히 코드 형상 히터가 배치되는 면(이하, 배치면이라 기재함)이 코드 형상 히터가 배치되지 않는 면(이하, 비배치면이라 기재함)보다 공극이 많아지게 되어 있도록 구성되는 것이 바람직하다. 공극이 많은 상태란, 예를 들면 직포나 부직포 등의 천체의 경우, 단위 중량, 즉 단위 체적당 섬유 중량이 작은 상태, 발포 수지 시트나 발포 고무 시트와 같은 다공체의 경우, 기공률이 큰 상태를 나타낸다. 본 발명에 의한 기재의 구체적인 실시형태로서는, 예를 들면 온도나 압력을 조절하는 등 해서 편면만 또는 양면에서 강약이 다른 캘린더 가공을 행한 직포 또는 부직포, 편면만으로부터 니들펀칭을 행한 부직포, 편면에 파일 형성이나 기모를 시킨 천체, 두께 방향으로 기공률이 경사지도록 발포 제어한 발포 수지 시트 또는 발포 고무 시트, 공극이 많은 정도가 다른 재료를 접합시킨 것 등을 들 수 있다. 또한, 특히 기재의 공극은 연속되어 있는 것이 바람직하다. 이것은 용융된 열융착층이 연속된 공극에 침투해 감으로써 앵커 효과가 늘어서 접착 강도가 향상되기 때문이다. 이와 같은 공극이 연속되어 있는 실시형태로서는 섬유의 집합체인 직포나 부직포 등의 천체, 연속 기공을 갖는 발포 수지 시트나 발포 고무 시트 등이 고려된다. 또한, 비배치면은 공극을 갖고 있지 않는 것도 고려된다.

또한, 코드 형상 히터(10)를 기재(11)에 배치할 때, 가열 가압에 의한 융착에 의해 접착·고정하는 실시형태가 아닌 다른 실시형태에 의해 코드 형상 히터(10)를 기재(11)에 고정해도 좋다. 예를 들면, 온풍에 의해 열융착재로 이루어지는 절연체층(7)을 용융시켜 접착·고정하는 실시형태, 도체 소선(5a)에 통전되어 그 발열이 의해 열융착재로 이루어지는 절연체층(7)을 용융시켜 접착·고정하는 실시형태, 가열하면서 한쌍의 기재(11)로 협지 고정하는 실시형태 등 여러 가지 실시형태가 고려된다.

또한, 열융착재를 사용하지 않는 형태도 고려되고, 예를 들면 봉제에 의해 코드 형상 히터(10)를 기재(11) 상에 배치하는 것이나 한쌍의 기재(11)로 코드 형상 히터(10)를 협지 고정하는 것도 고려된다. 이와 같은 경우, 도 10이나 도 11에 나타내는 바와 같이 절연체층(7)을 형성하지 않는 것이 고려된다.

또한, 면 형상 히터(31)를 좌석에 고정하기 위한 접착층에 대해서는 기재(11)의 신축성의 점이나 양질인 촉감의 유지라는 점으로부터 하면 이형 시트 등의 위에 접착제만으로 이루어지는 접착층을 형성하고, 상기 접착층을 상기 이형 시트로부터 상기 기재(11) 표면에 전사함으로써 접착층을 형성하는 것이 바람직하다. 또한, 이 접착층은 난연성을 갖는 것이 바람직하고, 그것 단독으로 FMVSS No. 302 자동차 내장 재료의 연소 시험에 합격하도록 난연성을 갖는 것이 바람직하다. 예를 들면, 고분자 아크릴계 점착제 등을 들 수 있다. 접착층은 기재의 배치면에 형성해도 좋고 비배치면에 형성해도 좋다.

실시예

상기 실시형태와 마찬가지의 방법에 의해 절연 피막(5b)이 형성된 도체 소선(5a)을 심재(3)에 권취해서 얻어지는 코드 형상 히터(10)(도 1 참조)에 대해서 실시예 1로 해서 굴곡성 시험을 행했다. 또한, 이 코드 형상 히터로부터 도체 소선(5a)을 추출하고, 이 도체 소선(5a)에 대해서 인장 강도 및 신장과 절연 파괴 전압의 측정을 행함과 아울러 수평 난연 시험을 행했다. 시험 결과를 실시예 1의 방법과 함께 표 1에 나타낸다.

굴곡성 시험은 자기 지름의 6배의 곡률 반경에서 90°씩의 굴곡을 행해서 도체 소선(5a)이 적어도 1개 끊어질 때까지의 굴곡 횟수를 측정하는 것이다. 본 시험에 있어서는 각 도체 소선(5a)의 저항값을 측정해 두고, 도 12에 나타내는 바와 같이 한쌍의 반경 5㎜의 맨드릴(90)로 코드 형상 히터를 협지하고, 이 맨드릴(90)과 수직 방향으로 양측 90°씩의 굴곡을 1회로 해서 단선될 때까지의 굴곡 횟수를 측정했다. 이 때, 어느 1개의 도체 소선(5a)의 저항값이 무한대가 되었을 때에 단선으로 했다. 기계적 강도 및 신장은 JIS-C3002(1992년)에 준거해서 도체 소선(5a)의 편측을 고정하고, 타단을 인장 시험기로 인장해서 도체 소선(5a)이 절단될 때의 강도 및 신장을 측정했다. 내전압 시험은 절연 피막(5b)의 절연 파괴 전압의 시험을 행했다. 도체 소선(5a)에 업무용 전압에 대응하기 위해서 200V를 인가해서 절연 파괴의 유무를 확인했다. 수평 난연 시험은 UL1581 수평 연소 시험(2008년, 제 4 판)에 의거해서 측정하고, 아울러 불꽃의 영향을 받은 폭을 측정했다.

상기 실시예 1에 의한 코드 형상 히터에 있어서 절연 피막(5b)을 내열 폴리우레탄 수지의 연소에 의해 형성해서 이루어지는 것을 비교예 1로 하고, 아울러 시험을 행했다. 시험 결과를 비교예 1의 방법과 함께 표 1에 나타낸다.

표 1에 나타내는 바와 같이 본 실시예 1에 의한 코드 형상 히터(10)는 내굴곡성, 인장 강도, 신장, 절연 파괴 전압 모두 필요 충분한 특성을 갖는 것이 확인되었다. 또한, 수평 난연 시험에 있어서는 불꽃의 영향을 받은 폭이 25㎜이며, 이것은 불꽃의 폭과 거의 동일한 값이며, 불연인 것이 확인되었다. 또한, 불꽃을 직접 받은 부분에 대해서도 절연 피막(5b)은 잔존하고 있어 도체 소선(5a)이 노출되는 일은 없었다. 한편, 비교예 1에 의한 코드 형상 히터는 난연 시험 자체는 합격했지만, 절연 피막을 불꽃이 전파하고 있던 부분이 발생해 있었다. 또한, 60㎜의 폭으로 절연 피막이 탈리되어 있어 도체 소선(5a)이 노출되게 되었다.

또한, 소선 지름 0.08㎜의 경질 주석 함유 구리 합금선으로 이루어지는 도체 소선(5a)에 대해서 표 2에 나타내는 바와 같이 알키드 실리콘 바니시의 실리콘 함유량(중량비)을 변화시켜 절연 피막(5b)을 형성하여 참고예 1~9로 하는 도체 소선(5a)을 작성했다. 이들 도체 소선(5a)에 대해서 난연 시험, 선간 절연 저항 측정, 선간 BDV 측정 및 외관의 확인을 행했다. 이들 결과에 대해서 표 2에 함께 나타낸다.

난연 시험은 도체 소선(5a)을 80개 묶은 것을 사용하고, UL1581 수평 연소 시험(2008년, 제 4 판)에 의거해서 측정하고, 아울러 불꽃의 영향을 받은 폭을 측정했다. 선간 절연 저항 측정은 JIS-C3216-5(2011년)에 준거해서 측정했다. 선간 BDV 측정은 JIS-C3216-5(2011년)에 준거해서 측정했다. 외관의 확인은 SEM에 의한 형상의 촬영과 맨손의 촉각으로 표면에 거칠함이나 요철이 없는지를 확인했다.

표 2에 나타내는 바와 같이 참고예 1~9에 의한 도체 소선(5a)은 소선 단독으로도 난연 시험에 합격하는 것이며, 난연성이 높은 것을 확인할 수 있었다. 특히, 실리콘 수지 함유량이 40% 이상인 참고예 4~9의 것은 불꽃에 의해 영향을 받은 폭이 불꽃의 폭(25㎜)의 2배 미만이 되어 있음과 아울러 절연 피막(5b)은 잔존하고 있어 도체 소선(5a)이 노출되는 일은 없이 우수한 난연성을 갖는 것이 확인되었다. 참고예 1~3의 것은 약간이지만 절연 피막(5b)의 탈리가 확인되었다. 또한, 참고예 1~3은 실리콘 수지 함유량이 40% 미만이었기 때문에 표면에 요철이 발생해 있어서 외관이 약간 떨어지는 것이었다. 한편, 참고예 9는 실리콘 수지 함유량이 80%를 초과하고 있기 때문에 이쪽도 표면에 거칠함이 발생해 있어 외관이 약간 떨어지는 것이었다. 단, 실리콘 수지 함유량이 10%~90%의 범위에 있어서 난연 시험은 모두 합격해 있다.

종래, 실리콘 수지를 포함하지 않는 수지에서 절연 피막(5b)을 형성하고 있었다. 종래의 것에서는 난연성의 관점에서는 바람직한 결과를 얻을 수 없었다. 한편, 난연성의 관점에서는 실리콘 수지는 양호한 특성을 기대할 수 있지만, 실리콘 수지만으로는 이하에 설명하는 컷스루 강도나 굴곡 성능에 있어서 충분한 성능을 발휘할 수 없었다.

도 16은 컷스루 강도 평가의 시험 방법을 개략적으로 나타내는 도면이다.

동 도면에 나타내는 바와 같이 단면 각도가 90°인 V자날(100) 상에 시료(101)를 실은 위에 하중(103)을 가해 가며 도통하지 않는 최대 하중을 측정한다. 시료(101)는 도통 소재의 심선(104)의 주위에 비도통 소재의 피막(105)을 피복하고 있다. V자날(100)은 도통 소재의 기대(106) 상에 적재되어 있고, 기대(106)와 심선(104)에 전원과 피구동 소자로 이루어지는 도통 체커(107)가 개재되어 있다. 그리고, 당초에는 피막(105)이 V자날(100)에 저항해서 절연되어 있지만, 가중(103)이 늘어 가면 어느 시점에서 V자날(100)이 피막(105)을 절단해서 심선(103)에 접촉한다. 그러면 도통 체커(107)의 양단이 도통 상태가 되어 램프가 점등되거나 버저가 울리거나 한다. 즉, 이 컷스루 강도 평가에서는 피막(105)에 있어서의 비도통 상태로부터 도통 상태로 변화될 때의 가중을 측정하고 있다. 또한, 보다 상세한 설명은 CSA(Canadian Standards Association) C22.2 No. 0.3~09 5.13 Cutting 항목을 참조한다.

표 3은 실리콘 고무와 각종 단체 성분의 수지의 컷스루 강도를 대비하는 표이다.

실리콘 고무는 0.31㎏이지만, 실사용에는 전혀 견딜 수 없을 정도로 부드럽다. 실리콘 수지는 9.8㎏이며, 매우 높은 내구력을 갖고 있는 것을 나타내고 있다. 또한, 단체 성분의 수지인 아크릴은 1.2㎏이며, 내구력은 약간 약하다. 한편, 에폭시는 1.8㎏이지만, 내구력으로서 만족스러운 것이다.

이어서, 표 4는 실리콘 수지와 다른 수지의 혼합물의 컷스루 강도를 대비하는 표이다.

단체 성분의 수지의 대비에서는 알키드는 아크릴이나 에폭시보다 평가값이 높은(단단한) 것이었다. 그러나, 실리콘 수지와의 혼합물로 했을 경우에는 실리콘 수지와 알키드의 혼합물의 평가값이 2.1㎏이 되고, 폴리에스테르와 실리콘 수지의 혼합물의 평가값이 5.5㎏이 되고, 아크릴이나 에폭시의 혼합물의 수치와 비교해서 낮아져 있다. 또한, 알키드와 폴리에스테르는 실리콘 수지 단체의 경우에 비해 실리콘 수지의 수치를 낮추고 있으므로, 부드러움을 부여하고 있다고 할 수 있다.

컷스루 강도 강화에 추가하여, 이어서 굴곡 평가를 행했다.

제 1 굴곡 평가에서는 알루미늄박에 막을 작성(두께: 약 0.2㎜)하고, 각종 핀게이지에 권취했을 때의 막의 모양을 평가하고 있다. 표 5에 나타내는 것에서는 핀게이지로서 굵기가 각각 R=30㎜, R=15㎜, R=10㎜, R=5㎜, R=2㎜인 각종의 것을 준비해서 실리콘 수지 단체 및 실리콘 수지의 혼합물의 막의 모양을 평가한 결과를 나타내고 있다. 또한, 본 시험에서는 알키드의 상위 개념으로서 폴리에스테르를 평가하고 있어 알키드는 등가로 고려한다.

표 중, ○ … 변화 없음 × … 균열 발생을 나타내고 있다.

본 발명에서는 심선(3)의 외주에 5개의 도체 소선(5a)을 정렬해서 구성된 것이 피치 약 1.0㎜로 나선 형상으로 권취되어 있다. 또한, 도체 소선(5a)은 주위가 두께 약 5㎛의 절연 피막(5b)으로 피복되므로 이 절연 피막(5b)에는 굴곡에 견딜 수 있는 성능이 요구된다. 즉, 균열이 발생하는 소재는 절연 피막(5b)으로서 너무 단단한 경향이 있다. 그러나, 도체 소선(5a)을 나선 형상으로 권취할 것인지의 여부 등의 모든 조건에 좌우되며, 절연 피막(5b)으로서도 유효하다.

표를 참조하면 실리콘 수지 단체와 실리콘 수지와 에폭시의 혼합물에서는 굴곡 평가에 있어서 용이하게 균열이 발생하고 있고, 이 조건 하에서는 절연 피막(5b)으로서 너무 단단한 경향이 있다. 즉, 균열되지 않는 수지보다는 성능이 뒤떨어지는 것은 부정할 수 없고, 절연 피막을 형성한 상태에서 도체 소선을 심재 상에 권취할 경우나 굴곡 등의 외력을 받는 환경에서 사용할 경우에는 절연 피막에 적합하지 않다. 그러나, 권취할 것인지의 여부 등의 모든 조건의 변경으로 개선 가능하다.

이어서, 실리콘 수지와 폴리에스테르(알키드와 등가)의 혼합물은 모든 핀게이지에 있어서 균열이 발생하지 않았지만, 실리콘 수지와 아크릴의 혼합물에서는 핀게이지의 지름이 작아지면 균열이 발생하는 것이 확인되었다. 즉, 가는 직경이 되면 아크릴은 폴리에스테르나 알키드에 굴곡 성능에서 따라가지 못하는 것도 확실하다.

제 2 굴곡 평가에서는 0.08㎜의 심선에 8㎛ 막 두께의 절연 피막을 형성하고, R=1.5㎜, R=1.0㎜, R=0.5㎜의 핀게이지를 사용해서 마찬가지의 균열의 유무를 평가했다.

도 17과 도 18과 도 19는 제 2 굴곡 평가에서 확인된 전자 현미경 사진을 나타내는 도면이다. 도 17은 실리콘 수지의 것이며, 균열을 육안으로 확인할 수 있다. 도 18은 실리콘 수지와 에폭시의 혼합물의 것이며, 균열을 육안으로 확인할 수 있다. 그러나, 도 19는 실리콘 수지와 알키드의 혼합물의 것이지만, 균열을 육안으로 확인할 수 없다.

표에 나타내는 바와 같이 실리콘 수지 단체와 실리콘 수지와 에폭시의 혼합물에서는 용이하게 균열이 발생되어 있고, 너무 단단해서 절연 피막(5b)에는 적합하지 않는 것이 재차 명백해졌다.

실리콘 수지와 알키드의 혼합물도, 실리콘 수지와 아크릴의 혼합물에서도 모든 핀게이지에 있어서 균열이 발생하지 않았다. 그러나, 제 1 굴곡 평가에서 명백한 바와 같이 보다 가는 직경이 되면 아크릴은 폴리에스테르나 알키드에 굴곡 성능에서 따라가지 못하는 것은 용이하게 추측할 수 있다.

이상의 평가로부터 추측할 수 있는 것은 실리콘 수지를 포함하지 않는 수지에 있어서는 어느 경우에 있어서도 난연성의 관점으로부터는 만족스럽지 않다. 이 점, 실리콘 수지를 포함함으로써 난연성에 있어서 만족스러운 결과가 얻어진다. 단, 실리콘 수지를 포함한다고 해도 실리콘 고무의 경우에는 너무 유연해서 내구성의 점에서 실사용은 곤란하다. 단, 난연성의 관점만으로 실리콘 수지를 채용할 수 없었다. 즉, 실리콘 수지만으로는 소위 너무 단단해서 굴곡 성능이 떨어지고, 시트 표피와 쿠션 사이에 개재되는 시트 히터로의 적용은 곤란했다.

그리고, 적어도 실리콘 수지의 중량비가 40% 이상이면 불꽃의 영향을 받는 폭도 작고, 피막의 탈리도 발생하고 있지 않아 특히 난연이 우수한 것을 확인할 수 있었다. 또한, 실리콘 수지의 함유량 10~30%와 90%인 것에서는 요철이나 거칠함이 발생해서 외관이 약간 떨어지는 결과가 되었다.

실리콘 수지와 혼합했을 때에 실리콘 수지를 변성시켜서 유연성을 부여할 수 있던 소재로서 가장 적성이 좋았던 것은 폴리에스테르 또는 알키드라고 할 수 있다. 필요 최저한의 컷스루 강도 평가를 구비하면서 굴곡 평가에 있어서 양호한 결과를 발휘했기 때문이다.

이와 같이 가장 적성이 좋은 것은 실리콘 수지와 알키드의 혼합물이다. 그러나, 알키드 수지만을 사용할 수 있는 것은 아니다. 알키드 수지의 대체 재료에 대해서 검토하면 실리콘 수지의 분자 구조에 들어가도록 해서 실리콘 수지를 변성시키는 것과 같은 재료가 바람직하다고 할 수 있다. 이 관점으로부터 추측하면, 예를 들면 알키드, 폴리에스테르, 우레탄, 아크릴, 에폭시 등을 바람직한 것으로 추측할 수 있다. 그리고, 실제로 변성되어 있는지의 여부에 상관없이 변성될 수 있는 재료이면 사용 가능하다고 추측할 수 있다.

본 실시예에서는 외경 약 0.2㎜의 심선(3)의 외주에 소선 지름 0.08㎜의 5개의 도체 소선(5a)을 정렬한 상태에서 피치 약 1.0㎜로 나선 형상으로 권취되어 있다. 도체 소선(5a)에는 두께 약 5㎛의 절연 피막(5b)이 형성되어 있다. 심선(3) 상에 도체 소선(5a)을 권취했지만, 외주에 절연체층(7)으로서 0.2㎜의 두께로 압출 피복되어 그 마무리 외경은 0.8㎜이다.

물론 이것은 일례에 지나지 않고, 실제 치수가 상술한 것에 한정되는 것이 아닌 것은 말할 필요도 없다. 적어도 이하에 나타내는 바와 같이 마무리 외경으로서 0.4㎜~1.6㎜의 범위이면 충분히 본 발명이 적용 가능하다. 또한, 도체 소선(5a)의 외경으로서 0.04㎜~0.16㎜의 범위이면 충분히 본 발명이 적용 가능하다. 또한, 절연 피막(5b)의 막 두께에 대해서도 1㎛~100㎛의 범위이면 충분히 본 발명이 적용 가능하다. 또한, 심선(3)으로서 0.1㎜~0.4㎜의 범위이면 충분히 본 발명이 적용 가능하다.

이상, 상세하게 서술한 바와 같이 본 발명에 의하면 난연성이 높고, 또한 만일 단선되었다고 해도 스파크의 발생을 방지하는 것이 가능한 코드 형상 히터를 얻을 수 있다. 이 코드 형상 히터는, 예를 들면 알루미늄박이나 부직포 등의 기재 상에 사행 형상 등의 소정의 형상으로 배치되어 면 형상 히터로 하고, 전기 담요, 전기 카펫, 카시트 히터, 스티어링 히터, 난방 변기, 성에 방지 거울용 히터, 가열 조리 기구 등에 적합하게 사용 가능하다. 또한, 코드 형상 히터 단체로서도, 예를 들면 파이프나 조 등에 권취해서 접착하거나 파이프 내에 배치하는 것과 같은 실시형태가 고려된다. 구체적인 용도로서는, 예를 들면 배관이나 냉동고의 파이프드레인 등의 동결 방지용 히터, 에어콘이나 제습기 등의 보온용 히터, 냉장고나 냉동고 등 제상용 히터, 건조용 히터, 바닥 난방용 히터로서 적합하게 사용할 수 있다. 또한, 상기 면 형상 히터의 용도로서 예시한 전기 담요, 전기 카펫, 카시트 히터, 스티어링 히터, 난방 변기, 성에 방지 거울용 히터, 가열 조리 기구, 바닥 난방 등에 대해서 가열 대상물에 본 발명의 코드 형상 히터를 직접 부착하거나 권취하거나 할 수도 있다.

1 : 발열선 3 : 심재
5a : 도체 소선 5b : 절연 피막
7 : 절연체층 10 : 코드 형상 히터
11 : 기재 31 : 면 형상 히터
41 : 차량용 시트

Claims

절연 피막에 의해 피복된 복수개의 도체 소선을 갖는 코드 형상 히터로서,
상기 절연 피막의 실리콘 수지의 함유량은 중량비로 10~90%인 것을 특징으로 하는 코드 형상 히터.
제 1 항에 있어서,
상기 절연 피막은 알키드, 폴리에스테르, 우레탄, 아크릴, 에폭시 중 어느 하나 또는 이들의 조합으로 이루어지는 수지와, 상기 실리콘 수지를 함유해서 구성되는 것을 특징으로 하는 코드 형상 히터.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 절연 피막은 알키드, 폴리에스테르, 아크릴 중 어느 하나 또는 이들의 조합으로 이루어지는 수지와, 실리콘 수지를 함유하는 것을 특징으로 하는 코드 형상 히터.
제 3 항에 있어서,
상기 절연 피막은 알키드, 폴리에스테르 중 어느 하나 또는 이들의 조합으로 이루어지는 수지와, 실리콘 수지를 함유하는 것을 특징으로 하는 코드 형상 히터.
제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 도체 소선은 정렬된 상태로 심재 상에 권취되는 것을 특징으로 하는 코드 형상 히터.
제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 절연 피막에 있어서의 상기 실리콘 수지의 함유량은 중량비로 40~80%인 것을 특징으로 하는 코드 형상 히터.
제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 절연 피막의 막 두께는 1㎛~100㎛의 범위인 것을 특징으로 하는 코드 형상 히터.
제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 도체 소선의 외주에 절연체층이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 코드 형상 히터.
제 8 항에 있어서,
상기 절연체층의 일부 또는 전부는 열융착재로 이루어지는 것을 특징으로 하는 코드 형상 히터.
제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 기재된 코드 형상 히터를 기재에 배치한 것을 특징으로 하는 면 형상 히터.