特開 2022-90646 ヒータ線及び面状ヒータ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022090646

(43)【公開日】2022-06-17

(54)【発明の名称】ヒータ線及び面状ヒータ

(51)【国際特許分類】

   H05B 3/56 20060101AFI20220610BHJP

   H05B 3/20 20060101ALN20220610BHJP

【ＦＩ】

H05B3/56 B

H05B3/20 340

【審査請求】未請求

【請求項の数】8

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021198065

(22)【出願日】2021-12-06

(31)【優先権主張番号】P 2020202720

(32)【優先日】2020-12-07

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(71)【出願人】

【識別番号】000226932

【氏名又は名称】日星電気株式会社

(72)【発明者】

【氏名】益井 宣年

(72)【発明者】

【氏名】飯尾 信樹

(72)【発明者】

【氏名】上田 淳

【テーマコード（参考）】

3K034

3K092

【Ｆターム（参考）】

3K034AA02

3K034AA12

3K034BB01

3K034BB11

3K034BC03

3K034BC12

3K034FA13

3K034HA04

3K034HA05

3K034HA10

3K092PP02

3K092PP05

3K092PP15

3K092PP20

3K092QA01

3K092QA02

3K092QA03

3K092QB02

3K092QB26

3K092QB44

3K092RF01

3K092RF08

3K092RF19

3K092RF22

3K092SS12

3K092VV04

3K092VV31

(57)【要約】

【課題】 耐熱性や耐電圧性は維持しつつ、被加熱体の小型化によってヒータ線の配設スペースが狭小化されても配設し易い、柔軟性に優れるヒータ線及びそれを配設された面状ヒータを提供することにある。
【解決手段】 発熱部材の上に、絶縁被覆層を形成されるヒータ線において、絶縁被覆層の少なくとも一層は、複数本の絶縁性線状体からなる編組構造体であって、編組構造体の絶縁性線状体間の少なくとも一部に、絶縁性材料が充填されていることを特徴とする。また、編組構造体は絶縁被覆層のうち最外層に形成され、さらに、絶縁被覆層を除く絶縁性材料の厚さは２００μｍ未満であることが好ましい。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

発熱部材の上に、一層又は複数層からなる絶縁被覆層を形成されるヒータ線において、
前記絶縁被覆層の少なくとも一層は、複数本の絶縁性線状体からなる編組構造体であって、
前記編組構造体の絶縁性線状体間の少なくとも一部に、絶縁性材料が充填されていることを特徴とするヒータ線。

【請求項2】

前記編組構造体は、前記絶縁被覆層のうち最外層に形成されることを特徴とする、
請求項１に記載のヒータ線。

【請求項3】

絶縁被覆層を除く前記絶縁性材料の厚さは２００μｍ未満であることを特徴とする、
請求項１又は２に記載のヒータ線。

【請求項4】

前記絶縁性材料はポリテトラフルオロエチレンから成ることを特徴とする、
請求項１～３の何れか一項に記載のヒータ線。

【請求項5】

最外層を除く前記絶縁被覆層は、複数本の絶縁性線状体からなる横巻構造体であって、かつ、４層以上施されることを特徴とする、
請求項１～４の何れか一項に記載のヒータ線。

【請求項6】

Ｒ＝５にて３回巻き付けた前後で絶縁破壊電圧が変化しないように施されることを特徴とする、
請求項１～５の何れか一項に記載のヒータ線。

【請求項7】

請求項１～６の何れか一項に記載のヒータ線を配設された面状ヒータ。

【請求項8】

家庭用電気器具に用いられる、請求項７に記載の面状ヒータ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、電気炊飯器、電気カーペット等の家庭用電気器具や車両座席シート、便座などの加熱・保温用に使用されるヒータ線及びヒータ線を配設された面状ヒータに適用される。

【背景技術】

【0002】

昨今、面状ヒータが組み込まれる器具本体の小型化が進むのに伴い、面状ヒータを配置する面積の狭小化が著しい。狭小化により、ヒータ線は以前より密な状態で面状ヒータ内に配設されるため、局所的に高熱となる傾向がある。そのため、ヒータ線に対する耐熱性の要求が益々高まっている。

【0003】

特許文献１では、発熱線（抵抗線）の上に、無機又は有機繊維を編組した被覆層を施し、さらにその上に、合成樹脂からなる樹脂被覆層を備えた電熱ヒータ（ヒータ線）が記載されている。また、樹脂被覆層はふっ素樹脂を用いる記載がある。

【0004】

特許文献１の電熱ヒータは、樹脂被覆層としてふっ素樹脂を使用する場合、耐熱性に優れる一方、繊維を編組した上層に施されるため、仮に実施例のように厚さ２００μｍのふっ素樹脂層を施すと、ヒータ線の外径が増して硬くなり、ヒータ線を密に配設し難しいという問題が生じる。

【0005】

この他、特許文献１と類似した構造で、樹脂被覆層としてシリコーンワニスを塗布する構造も一般的に知られているが、シリコーンワニスから成る樹脂被覆層は、狭小部への配設で曲げＲが小さくなると割れ易く耐電圧の悪化が著しい。そのため、狭小部への配設へは不向きである。

【0006】

そこで、ヒータ線の耐熱性や耐電圧性は維持しつつ、器具本体（以下、被加熱体という）の小型化によってヒータ線の配設スペースが狭小化されても配設し易い、柔軟性に優れるヒータ線の開発が切望されている。

【0007】

【特許文献1】特開２０１０－９７８０９号公報

【発明の開示】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

本発明の課題は、耐熱性や耐電圧性は維持しつつ、被加熱体の小型化によってヒータ線の配設スペースが狭小化されても配設し易い、柔軟性に優れるヒータ線及びそれを配設された面状ヒータを提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0009】

本発明のヒータ線及び面状ヒータの要旨は、以下のとおりである。

【0010】

（１）発熱部材の上に、一層又は複数層からなる絶縁被覆層を形成されるヒータ線において、絶縁被覆層の少なくとも一層は、複数本の絶縁性線状体からなる編組構造体であって、編組構造体の絶縁性線状体間の少なくとも一部に、絶縁性材料が充填されていることを特徴とする。
（２）編組構造体は、前記絶縁被覆層のうち最外層に形成されることが好ましい。
（３）絶縁被覆層を除く前記絶縁性材料の厚さは２００μｍ未満であることが好ましい。
（４）絶縁性材料はポリテトラフルオロエチレンから成ることが好ましい。
（５）最外層を除く前記絶縁被覆層は、複数本の絶縁性線状体からなる横巻構造体であって、かつ、４層以上施されることが好ましい。
（６）Ｒ＝５にて３回巻き付けた前後で、ヒータ線の絶縁破壊電圧が変化しないように施されることが好ましい。

【発明の効果】

【0011】

本発明のヒータ線及び面状ヒータにあっては、以下に記載した優れた効果を期待できる。
（１）従来技術と異なり、編組構造体の線状体間に絶縁性材料を充填させる構造で絶縁性材料の厚さを薄くできるため、耐熱性や耐電圧性は維持しつつ、細径化を維持でき、柔軟性が改善される。
（２）柔軟性に優れる結果、密に配設できるため、被加熱体のさらなる狭小化においても適応できる。
（３）曲げＲが厳しい狭小部への配設でも、ヒータ表面の割れ等を防止できるため、耐電圧性に優れる。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】本発明のヒータ線の一例を示す図である。

【図2】本発明のヒータ線の他の一例を示す図である。

【図3】本発明のヒータ線を使用する面状ヒータの一例を示す図である。

【図4】本発明における柔軟性試験方法を表す概略図を示す。

【発明を実施するための形態】

【0013】

以下、本発明のヒータ線の一例について、図面を参照しながら説明する。

【0014】

図１において、ヒータ線１は、芯材２に抵抗線３を巻きつけた発熱部材４の上に、編組構造体からなる絶縁被覆層６を施し、さらに、絶縁被覆層６の線間の少なくとも一部を絶縁性材料７により充填されている。

【0015】

本発明は、発熱部材４の上に、一層又は複数層からなる絶縁被覆層６を形成されるヒータ線１において、絶縁被覆層６の少なくとも一層は、複数本の絶縁性線状体からなる編組構造体であって、絶縁性線状体間の少なくとも一部に、絶縁性材料７が充填されていることを特徴とする。

【0016】

本発明の特徴として、絶縁被覆層の少なくとも一層は編組構造体であることが挙げられる。また、絶縁被覆層の層数は特に限定されず、図１のように編組構造体の一層からなる他、図２の絶縁被覆層５、６のように、複数層設けてもよい。絶縁被覆層の構造は、絶縁性線状体からなり、編組構造体の他、横巻構造体であってもよく、特に限定されない。横巻構造体は、編組構造体と比較して生産性に優れる。編組構造体は、横巻き構造体と比較して、ばらけ難いという特徴がある。ばらけ防止の目的においては、最外層の絶縁被覆層６は編組構造体であることが好ましい。

【0017】

絶縁性、耐熱性の観点で最も好ましい構造は、発熱部材の上に、横巻構造体からなる絶縁被覆層５を複数層施し、さらに最外層に編組構造体からなる絶縁被覆層６を施した上で、絶縁被覆層６の線間を絶縁性材料７で充填する構造である。絶縁性向上の観点で、絶縁被覆層は４層以上からなることが好ましく、さらに生産性を鑑みて、最外層を除く内側の絶縁被覆層は横巻構造体からなることが好ましい。

【0018】

さらなる特徴として、最外層の絶縁被覆層６は、編組構造体の線状体間の少なくとも一部に絶縁性材料７が充填されている。絶縁性材料７は、線状体間の少なくとも一部に充填されればよいか、好ましくは隙間が無いようヒータ線１の表面全体に充填されることが好ましい。ヒータカット機による端末処理の際に、絶縁性線状体がばらけることがなく端末加工性が向上する。

【0019】

絶縁性材料７は、編組構造体の線状体間の隙間に充填されるため、絶縁被覆層６とほぼ同層に施される。そのため、ヒータ線１の外径は、絶縁性材料７を充填する前後でほとんど変わらないことが好ましいが、柔軟性を損なわない程度に、絶縁被覆層６の上層に薄く施されてもよく、特に限定されない。

【0020】

絶縁性材料７が絶縁被覆層６の上層にまで施される場合、絶縁被覆層６を除く絶縁性材料７の厚さ（すなわち、絶縁被覆層６の上層に施される絶縁材料７の厚さ）は２００μｍ未満が好ましく、より好ましくは１００μｍ未満、さらに好ましくは７０μｍ未満である。細径化による柔軟性改善の観点で、最も好ましくは５０μｍ未満である。

【0021】

絶縁性材料７は、編組構造体からなる最外層の絶縁被覆層６にのみ施されればよいが、内側の絶縁被覆層５にまで充填されていてもよく、特に限定されない。ばらけ防止（端末加工性）の観点において、最外層より下の絶縁被覆層の線状体間まで、絶縁性材料７が充填されていることが好ましく、さらには、全ての絶縁被覆層に充填されていることが好ましい。

【0022】

絶縁被覆層５、６を構成する絶縁性線状体の材質は、特に限定されないが、ガラス繊維やセラミック繊維等の無機繊維又はアラミド繊維等の有機繊維が挙げられる。耐熱性や耐久性、汎用性の観点で、ガラス繊維が好ましい。編組構造体あるいは横巻構造体の構成は、特に限定されない。

【0023】

絶縁性材料７の材質は、特に限定されないが、好ましくはふっ素樹脂であり、中でも耐熱性、細径化の観点でポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）が最も好ましい。

【0024】

絶縁性材料７の製造方法は特に限定されないが、線状体からなる絶縁被覆層間に均一に充填するため、ヒータ線を絶縁性材料７の水分散液（ディスパージョン）へ含浸させ、固着させる方法が好ましい。絶縁被覆層６の線間へ充填する工程の成形性や外観の点で、水分散液の粘度（２３℃）は１０～１００ｍＰａ・ｓが好ましい。より好ましくは１０～５０ｍＰａ・ｓである。粘度が低い程、絶縁被覆層の内側まで充填されやすいため、ばらけ防止の観点において、より好ましい。また、押出被覆と比較して、肉厚を薄くできる点においても好ましい。

【0025】

さらに本願発明は、Ｒ＝５にて３回巻き付けた前後で絶縁破壊電圧が変化しないように施される。曲げに対する耐久性に優れるため、曲げＲが厳しい狭小部への配設においても、絶縁性が維持され、安定して使用可能となる。ここで「変化しない」とは、測定誤差（ばらつき）を超える変化がないことを示す。

【0026】

その他、ヒータ線１の基本構造を以下に示すが、これに限定されない。

【0027】

発熱部材４の構造は特に限定されないが、柔軟性の観点で、芯材２に抵抗線３を巻きつける構造が好ましい。

【0028】

芯材２の材質は特に限定されないが、ガラス繊維、ポリアミド繊維、ポリエステル繊維、ゴム弾性芯などが使用でき、その中でも複数本のガラス繊維を撚ったもの（ガラス芯）が特に好ましい。

【0029】

抵抗線３の材料としては、ニッケルクロム線、銅ニッケル線、鉄クロム線などを適宜選択して使用すれば良い。抵抗線の寸法（径）は、必要な熱量に応じて適宜決められ、中でもφ０．０２～φ０．２６のものが好適に用いられる。

【0030】

図３において、本発明のヒータ線１を配設される面状ヒータ８の一例である。面状ヒータ８は、被加熱体の仕様に応じて所望の形状に設計され、ヒータ線１はその面内で配設され、固定される。被加熱体の狭小化に伴い、ヒータ線１を配設するスペースは益々狭くなるが、本願発明品は柔軟性に優れるため密に配設可能となる。また耐熱性に優れるため、密に配設されることにより使用中に局所的に高温となっても、ヒータ線１の損傷や劣化等の恐れはない。

【0031】

面状ヒータ８の構造は特に限定されない。例えば、被加熱体の仕様に対応した所望形状の両面粘着部材（図示せず）の表面に、ヒータ線１を配設かつ固定し、さらに両面粘着部材の表面上にヒータ線１を覆うように熱伝導部材９が貼付される。熱伝導部材９は特に限定されず、アルミニウム、銅など、熱伝導材料として一般的に使用されている金属を使用すれば良いが、汎用性の点でアルミ箔が好ましい。ヒータ線１の両端は、接続子１０を介してリード線１１に繋がれる。

【実施例0032】

以下に、本発明のヒータ線１の実施例について述べる。

【0033】

実施例１のヒータ線は、発熱部材４として、ガラス芯からなる芯材２の上に、銅ニッケル線又はニッケルクロム線からなるφ０．０４～０．１２の抵抗線３を巻きつけた構造を用いる。発熱部材４の上に、絶縁被覆層として、ガラス繊維束からなる横巻構造体を３層施し、さらに同材質の編組構造体を施す。さらに、絶縁被覆層の表面全体を覆うように、ＰＴＦＥからなる絶縁性材料を充填する。絶縁性材料は、全ての絶縁被覆層の線状体間に充填され、絶縁被覆層を除く絶縁性材料の厚さは約２５μｍである。

【0034】

実施例２のヒータ線は、実施例１のうち、横巻構造体を４層施すものとする。

【0035】

実施例３のヒータ線は、実施例１のうち、横巻構造体を５層施すものとする。

【0036】

実施例４のヒータ線は、実施例１のうち、横巻構造体を６層施すものとする。

【0037】

比較例１のヒータ線は、実施例２のうち、絶縁被覆層のみで、絶縁性材料は施されないものとする。外径はφ２．４である。

【0038】

比較例２のヒータ線は、実施例２のうち、絶縁性材料としてシリコーンワニスを施すものとする。絶縁被覆層を除く絶縁性材料の厚さは約７５μｍである。

【0039】

実施例、比較例について、加工性評価、耐電圧試験、柔軟性試験を行い、表１に記す。各試験方法については、以下の通りである。

【0040】

（加工性評価）
ヒータ線をカットする際、端部での絶縁性線状体のばらけ発生有無について確認する。ばらけ発生が無い場合は、加工性は良好とする。

【0041】

（耐電圧試験方法）
ヒータ線をマンドレル（Ｒ＝５）に３回巻きつけた前後で、絶縁破壊電圧（ｋＶ）の変化有無について確認する。絶縁破壊電圧の試験方法は、ＪＩＳ Ｃ ２１１０に基づき、印加電圧は２０００Ｖ、時間は２Ｓとする。

【0042】

（柔軟性試験）
長さ５００ｍｍのヒータ線に、端部から１０ｍｍの箇所に２５ｇの重りを取付け、測定台の支点より２５０ｍｍが外側に出るように固定する。測定台とヒータ線との距離Ｘ（ｍｍ）を測定する。（図４参照）

【0043】

【表1】

【0044】

実施例１乃至４のヒータ線は、編組構造体の絶縁性線状体間に絶縁性材料が充填され、さらに絶縁性材料にＰＴＦＥを用いるため耐熱性に優れる上２５μｍと薄く施すことができるため、比較例と比較して細径化し柔軟性が向上することが示されている。その結果、曲げに対する耐久性が向上するため、曲げても耐電圧性が悪化することなく安定性に優れる。これにより、狭小部であっても小さい曲げＲにてヒータ線の配設が可能となる。さらに、ヒータ線端部の加工性についてもばらけが発生せず、優れていると言える。

【0045】

比較例１は絶縁性材料を施さないため、ヒータ線端部の加工時にばらけが発生する。比較例２の絶縁性材料にシリコーンワニスを施す場合、ばらけ発生はなく加工性は良好であるが、Ｒ＝５の曲げに対してはシリコーンワニスの割れが発生し、耐電圧試験が悪化する結果となった。

【0046】

以上より、本願発明のヒータ線は、耐熱性や耐電圧性は維持しつつ、柔軟性に優れるため、狭小部への配設に適していると言える。

【0047】

以上の例は、本発明のヒータ線及び面状ヒータの一例に過ぎず、本発明の思想の範囲内であれば、種々の変更及び応用が可能であることは言うまでもない。

【産業上の利用可能性】

【0048】

本発明のヒータ線及び面状ヒータの一例に過ぎず、本発明の思想の範囲内であれば、種々の変更及び応用が可能であることは言うまでもない。炊飯器等の小型家電の蓋用ヒータとして、特に好適であるが、各種用途への適用が可能となる。

【符号の説明】

【0049】

１ ヒータ線
２ 芯材
３ 抵抗線
４ 発熱部材
５ 絶縁被覆層（横巻構造体）
６ 絶縁被覆層（編組構造体）
７ 絶縁性材料
８ 面状ヒータ
９ 熱伝導部材
１０ 接続子
１１ リード線

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】