WO2019021970A1 - コード状ヒータ、面状ヒータおよび面状ヒータの製造方法 - Google Patents
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Definitions
- the cord-like heater 1 in this embodiment is configured as shown in FIG. First, there is a core wire 3 made of an aromatic polyamide fiber bundle having an outer diameter of about 0.2 mm, and on the outer periphery of the core wire 3, five conductor wires made of a hard tin-containing copper alloy wire having a wire diameter of 0.08 mm. What is configured by aligning 5a is spirally wound at a pitch of about 1.0 mm.
- a press heat plate 27 is disposed above the plurality of locking mechanisms 17 so as to be capable of moving up and down. That is, the cord-like heater 1 is disposed in a predetermined pattern shape while being hooked on the locking members 23 of the plurality of locking mechanisms 17, and the base material 11 is placed thereon. In this state, the press heat plate 27 is lowered to apply heat and pressure to the cord-like heater 1 and the base material 11. In the lowering of the press heat plate 27, it is necessary to design at least the amount of compression of the base 11 to be larger than the outer diameter of the cord-like heater 1. As a result, the base material 11 is compressed, and the heat fusion layer 9 of the cord-like heater 1 is fused to bond and fix the cord-like heater 1 and the base material 11.
- this soft copper wire or soft copper alloy wire has high elongation and electric resistance value but lower tensile strength than hard copper wire and hard copper alloy wire, the bending resistance is hard copper wire or hard copper. It is lower than alloy wire. As described above, since a hard copper wire or a hard copper alloy wire becomes a soft copper wire or a soft copper alloy wire having low bending resistance by heat treatment, it is preferable to perform processing with as little heat history as possible.
- Hard copper wire is defined in JIS-C3101 (1994) and soft copper wire in JIS-C3102 (1984), and the outer diameter is 0.10 to 0.26 mm, the elongation is 15% or more, the outer diameter is 0.
- a plurality of base materials 11 may be used.
- a plurality of substrates 11 may be laminated in layers.
- the plurality of substrates 11 may be made of different materials. As a result, the unevenness of the cord-like heater is less likely to appear on the surface.
- the adhesive layer is formed so that the adhesive does not intrude into the internal void of the base material 11 such as in the air bubbles, the base material 11 is not cured and the stretchability is not impaired, and the feeling does not deteriorate. preferable.
Landscapes
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Abstract
導体素線5aと、該導体素線5aの外周に形成された内層被覆7と、該内層被覆7の外周に形成された外層被覆9を有し、上記内層被覆7の融点が、上記外層被覆9の融点より高く、上記内層被覆7と上記外層被覆9が同系の高分子材料から構成されており、上記内層被覆7と上記外層被覆9が接着されているコード状ヒータ1。上記導体素線5aを複数本有し、該導体素線5aが絶縁被膜5bにより被覆されているコード状ヒータ1。上記コード状ヒータが基材に配設され、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面状ヒータ。
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)。
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、上記内層被覆の融点が、上記外層被覆の融点より高く、上記内層被覆と上記外層被覆が同系の高分子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。
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、内層被覆の融点が外層被覆の融点より高いため、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、外層被覆は充分に溶融して基材と熱融着するとともに、内層被覆と外層被覆が同系の材料であることから、相互が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。
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、融点225℃のポリエステル樹脂が0.065mm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、融点163℃のポリエステル樹脂が0.065mm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0.63mm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0.03g/cm3、(JIS K7222準拠)、硬さ11.77(JIS K6400-2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の降下にあたっては、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の発熱によって面状ヒータ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、上記構成をなす面状ヒータ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、面状ヒータ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、面状ヒータ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面状ヒータ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、内層被覆7を使用せず、外層被覆9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=(d2/d1)×100―――(I)
記号の説明:
R:復元率(%)
d1:巻付試験に用いたマンドレル径(mm)
d2: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)
R=(d2/d1)×100―――(I)
記号の説明:
R:復元率(%)
d1:巻付試験に用いたマンドレル径(mm)
d2: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、エチレン系熱可塑性エラストマー、ウレタン系熱可塑性エラストマー、スチレン系熱可塑性エラストマー、ポリエステル系熱可塑性エラストマー等、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ができる。これらの中でも、基材との接着性に優れるオレフィン系樹脂が好ましい。オレフィン系樹脂としては、例えば、高密度ポリエチレン、低密度ポリエチレン、超低密度ポリエチレン、直鎖状低密度ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリブテン、エチレン-α-オレフィン共重合体、エチレン-不飽和エステル共重合体などが挙げられる。これらの中でも特に、エチレン-不飽和エステル共重合体が好ましい。エチレン-不飽和エステル共重合体は、分子内に酸素を有する分子構造であるため、ポリエチレンのような炭素と水素のみの分子構造をしている樹脂と比較して燃焼熱が小さくなり、その結果、燃焼の抑制につながることとなる。又、元々の接着性が高いため基材との接着性も良好である上、無機粉末等を配合した際の接着性の低下が少ないため、種々の難燃剤を配合するのに好適である。エチレン-不飽和エステル共重合体としては、例えば、エチレン-酢酸ビニル共重合体、エチレン-(メタ)アクリル酸メチル共重合体、エチレン-(メタ)アクリル酸エチル共重合体、エチレン-(メタ)アクリル酸ブチル共重合体などが挙げられ、これらの単独又は2種以上の混合物であってもよい。ここで「(メタ)アクリル酸」とは、アクリル酸とメタクリル酸の両方を表すものである。これらの内から任意に選択すれば良いが、上記した絶縁被膜5bを構成する材料の分解開始温度以下又は融点以下の温度で溶融する材料である方が良い。又、基材11との接着性に優れる材料として、ポリエステル系熱可塑性エラストマーが挙げられる。ポリエステル系熱可塑性エラストマーを使用すると、融点の温度をより広い範囲で設定することが可能となる。ポリエステル系熱可塑性エラストマーとしては、ポリエステル-ポリエステル型、ポリエステル-ポリエーテル型のものがあるが、ポリエステル-ポリエーテル型の方が高い接着性を有するため好ましい。尚、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。
内層被覆7の融点は、外層被覆9の融点よりも高いことが求められる。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。内層被覆7の融点としては、下限として外層被覆9の融点+30℃、上限として300℃の間で設定可能で、215℃~250℃であることが好ましい。内層被覆7の融点が上記範囲よりも低いと、基材への加熱・加圧の際に変形してしまう可能性があるため好ましくない。内層被覆7の融点が上記範囲よりも高いと、ヒーター線外周への押出成形時等にヒーターが劣化する可能性があり好ましくない。外層被覆9の融点としては、100℃~225℃の間で設定可能で、130℃~185℃であることが好ましい。外層被覆9の融点が上記範囲よりも低いと、ヒータ使用時の温度で溶融して位置ずれを起こす可能性があるため好ましくない。外層被覆9の融点が上記範囲よりも高いと、基材への熱プレスの際に基材が劣化する可能性があるため好ましくない。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の融点は、絶縁被膜5bの融点よりも低いことが好ましい。ステアリングヒータ等として使用した際の異物感を低減するため、内層被覆7の厚さはなるべく薄い方が好ましい。ただし、0.04mm未満だと十分な耐電圧特性を得られない可能性があるため、0.04mm以上が好ましい。内層被覆7の厚さが0.04mmの場合、1000Vまでの耐電圧特性が得られる。外層被覆9の厚さもなるべく薄い方が好ましい。外層被覆9が薄くても、接着性への影響は大きくない。ステアリングヒータ等として使用した際の異物感を低減するため、芯材3、導体素線5a、内層被覆7および外層被覆9を合わせたヒータ線のトータルの外径が0.73mm以下であることが好ましい。
また、内層被覆7を構成する材料と、外層被覆9を構成する材料は、同系の高分子材料であることが求められる。ここで、同系の高分子材料とは、それぞれが、共通の主鎖構造を有している高分子材料、共通の官能基を有している高分子材料、分子量のみ異なる高分子材料、共通のモノマー単位を有している共重合体、共通の高分子材料を配合している混合物、などが該当する。このようなものであれば、内層被覆7と外層被覆9の相互が充分に接着するため、コード状ヒータが基材から脱離することを防ぐことができる。
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1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1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。
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FMVSS No.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、面状ヒータの難燃性が向上し好ましい。また、面状ヒータ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
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 (14)
- 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、
上記内層被覆の融点が、上記外層被覆の融点より高く、上記内層被覆と上記外層被覆が同系の高分子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コード状ヒータ - 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記載のコード状ヒータ。
- 上記高分子材料がポリエステル系熱可塑性エラストマーであることを特徴とする請求項1記載のコード状ヒータ。
- 上記外層被覆の融点が100℃~225℃であり、
上記内層被覆の融点が、下限として上記外層被覆の融点+30℃、上限として300℃の間であることを特徴とする請求項1記載のコード状ヒータ。 - 上記外層被覆の融点が130℃~185℃であり、
上記内層被覆の融点が215℃~250℃であることを特徴とする請求項1記載のコード状ヒータ。 - 上記内層被覆の厚さが0.04mm以上であり、
上記コード状ヒータの外径が0.73mm以下であることを特徴とする請求項1記載の面状ヒータ。 - 請求項1記載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7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8記載の面状ヒータ。
- 上記高分子材料がポリエステル系熱可塑性エラストマーであることを特徴とする請求項7記載の面状ヒータ。
- 上記外層被覆の融点が100℃~225℃であり、
上記内層被覆の融点が、下限として上記外層被覆の融点+30℃、上限として300℃の間であることを特徴とする請求項7記載の面状ヒータ。 - 上記外層被覆の融点が130℃~185℃であり、
上記内層被覆の融点が215℃~250℃であることを特徴とする請求項7記載の面状ヒータ。 - 上記内層被覆の厚さが0.04mm以上であり、
上記コード状ヒータの外径が0.73mm以下であることを特徴とする請求項7記載の面状ヒータ。 - 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面状ヒータの製造方法。
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