特許 7537911 難燃性に優れた高屈曲ヒータ線及び発熱体

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-08-13

(45)【発行日】2024-08-21

(54)【発明の名称】難燃性に優れた高屈曲ヒータ線及び発熱体

(51)【国際特許分類】

   H05B 3/10 20060101AFI20240814BHJP

【ＦＩ】

H05B3/10 C

【請求項の数】 4

(21)【出願番号】P 2020090833

(22)【出願日】2020-05-25

(65)【公開番号】P2021190170

(43)【公開日】2021-12-13

【審査請求日】2023-05-23

(73)【特許権者】

【識別番号】323004813

【氏名又は名称】株式会社ＴＯＴＯＫＵ

(74)【代理人】

【識別番号】110003904

【氏名又は名称】弁理士法人ＭＴＩ特許事務所

(74)【代理人】

【識別番号】100117226

【弁理士】

【氏名又は名称】吉村 俊一

(72)【発明者】

【氏名】杉本 裕昭

(72)【発明者】

【氏名】中山 毅安

(72)【発明者】

【氏名】田中 大介

【審査官】吉澤 伸幸

(56)【参考文献】

【文献】米国特許出願公開第２０１９／０２５４１２２（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特開２００８－３１１１１０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１３－０２０９５１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０９－２５５８１２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開昭６３－２９２５９３（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０５Ｂ ３／１０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

繊維芯と、該繊維芯の外周に複数本の発熱線を螺旋状に巻き付けてなる発熱部と、該発熱部の外周に設けられた絶縁外被とを有し、前記絶縁外被が、難燃剤を含有する、ショア硬さがＤ７０以上７８以下のナイロン又はポリエステルエラストマーで押出形成されており、前記難燃剤が、前記絶縁外被の構成材料１００質量部に対して、５～４０質量部の範囲で含まれるテトラブロモビスフェノールＡ及び１～１０質量部の範囲で含まれる三酸化二アンチモンである、ことを特徴とするヒータ線。

【請求項2】

前記絶縁外被が、厚さ０．１０ｍｍ以上０．３０ｍｍ以下の範囲内の押出被覆である、請求項１に記載のヒータ線。

【請求項3】

前記発熱線が、金属素線、又は、該金属素線上に絶縁被膜が設けられた焼付け線である、請求項１又は２に記載のヒータ線。

【請求項4】

請求項１～３のいずれか１項に記載のヒータ線が基材に配設されている、ことを特徴とする発熱体。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、高屈曲ヒータ線及び発熱体に関し、さらに詳しくは、自動車等に用いられ、細径化を実現できるとともに高い屈曲耐久性と高い難燃性を有するヒータ線、及びそれを装着した発熱体に関する。

【背景技術】

【0002】

ヒータ線は、電気カーペット、電気毛布等の暖房製品や、座席用ヒータ、ステアリングヒータ等の車両用暖房部材の発熱源として利用され、それぞれの用途に応じた形態が提案されている。自動車の座席用のヒータ線として、例えば特許文献１には、引張強度や折り曲げに強い発熱線が提案され、具体的には、ａ）複数本の発熱体素線を撚り合わせて発熱体を構成し、その発熱体の上に絶縁外皮を設けたもの、ｂ）リボン状の発熱体素線をポリエステル等の芯体に螺旋状に巻き付け、その上に絶縁外皮を設けたもの、ｃ）複数本の発熱体素線を撚り合わせた発熱体をポリエステル等の芯体に螺旋状に巻き付け、その上に絶縁外皮を設けたもの、ｄ）絶縁被覆した１本又は複数本の発熱体素線で構成した発熱体をポリエステル等の芯体に螺旋状に巻き付け、その上に絶縁外皮を設けたもの、が記載されている。

【0003】

ヒータ線を自動車の座席に装着した場合、ヒータ線が着座時に異物感を与えたり、座席の表皮面への浮き出しが指摘されたりして、ヒータ線により可撓性や柔軟性を持たせる必要があった。この要求に対し、異物感を与えないためパット材を厚くして、このパット材を介して発熱体を装着することが提案されていた。しかし、パット材が断熱材となって、座席の表皮面を素早く暖める速熱性を阻害することがあり、逆に速熱性を向上しようとすれば発熱体の消費電力を大きくする必要があり、車両のバッテリー容量等による制約が生じた。

【0004】

こうした問題に対し、例えば特許文献２には、着座感に優れ、かつ耐久性、信頼性の高い発熱線を用いた発熱体が提案されている。この発熱体は、可撓性を有する支持体に配設される発熱線を、複数本の金属繊維強化を利用した銀入り銅合金線の素線に個別に絶縁被覆を施して撚り線状に構成し、かつ発熱線の外側には被覆を施さないように構成している。これにより、外径が小さいために着座時の違和感が無く、かつ金属繊維強化で個別に絶縁を施した素線を用いたために、耐久性、信頼性をより向上することができるとされている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【文献】特開昭６１－４７０８７号公報

【文献】特開２００７－１３４３４１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

近年、自動車の座席用等に使用されるヒータ線は、即暖（速やかに暖まる）に対応するために狭ピッチでの配線が要請され、それゆえ細径化が要求されている。外径の小さいヒータ線は、熱伝導がよくなり、速熱性を向上できるとともに、着座時の違和感を低減できる。

【0007】

こうしたヒータ線において、従来はヒータ線を配線する不織布のみに難燃性を付与し、難燃性を高めていたが、難燃性はより高い方が望ましい。特に自動車部品は高い難燃性が要求されており、ヒータ線単体においても同様である。ヒータ線に難燃性を付与するためには、絶縁外被を難燃化させることが主流であり、絶縁外被の材質としてＰＶＣ樹脂やフッ素樹脂等が採用されている。しかし、これらの樹脂は、燃焼の祭にポリマーヒュームや有毒ガスが発生する問題があった。

【0008】

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであって、その目的は、自動車等に用いられ、細径化を実現できるとともに高い屈曲耐久性と高い難燃性を有するヒータ線、及びそれを装着した発熱体を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0009】

本発明者は、ヒータ線単体について、ＩＳＯ６７２２（自動車用電線規格）やＦＭＶＳＳ３０２（米国連邦自動車安全規格）の難燃基準をクリアすることを目指し、本発明を完成させた。

【0010】

本発明に係るヒータ線は、繊維芯と、該繊維芯の外周に複数本の発熱線を螺旋状に巻き付けてなる発熱部と、該発熱部の外周に設けられた絶縁外被とを有し、前記絶縁外被が、難燃剤を含有する、ナイロン又はポリエステルエラストマーで押出形成されている、ことを特徴とする。

【0011】

この発明によれば、絶縁外被が難燃剤を含有するナイロン又はポリエステルエラストマーで押出形成されているので、ヒータ線がＩＳＯ６７２２やＦＭＶＳＳ３０２の難燃基準をクリアする高い難燃性を有する。また、絶縁外被がナイロン又はポリエステルエラストマーの樹脂材料で形成されているので、ポリマーヒュームや有毒ガスの発生を防ぐことができる。また、比較的硬い材料であるそれら樹脂材料を押出して絶縁外被を形成しているので、狭ピッチでの配線のために細径化した場合であっても局部的な屈曲が起きにくい。その結果、着座時に違和感がない程度の細径化を実現して、発熱体とする場合の狭ピッチ配線を行うことができるとともに、屈曲耐久性を高めることができる。

【0012】

本発明に係るヒータ線において、前記難燃剤が、臭素系難燃剤及び三酸化二アンチモンである。なお、臭素系難燃剤としては、テトラブロモビスフェノールＡ（ＴＢＢＰＡ）であることが好ましい。この発明によれば、特定有害物質使用制限指令（ＲｏＨＳ）にも適う。

【0013】

本発明に係るヒータ線において、前記絶縁外被が、厚さ０．１０ｍｍ以上０．３０ｍｍ以下の範囲内の押出被覆である。

【0014】

本発明に係るヒータ線において、前記発熱線が、金属素線、又は、該金属素線上に絶縁被膜が設けられた焼付け線である。

【0015】

本発明に係る発熱体は、上記本発明に係るヒータ線が装着されていることを特徴とする。

【発明の効果】

【0016】

本発明によれば、自動車等に用いられ、細径化を実現できるとともに高い屈曲耐久性を有するヒータ線、及びそれを装着した発熱体を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0017】

【図1】本発明に係るヒータ線の一例を示す模式的な説明図である。

【図2】発熱線の説明図である。

【図3】屈曲試験の態様を示す説明図である

【発明を実施するための形態】

【0018】

以下、本発明に係るヒータ線及び発熱体について図面を参照しつつ説明する。なお、本発明は図示の実施形態に限定されるものではない。

【0019】

［ヒータ線］
本発明に係るヒータ線１０は、図１に示すように、繊維芯１と、繊維芯１の外周に設けられた複数本の発熱線２を螺旋状に巻き付けてなる発熱部と、その発熱部の外周に設けられた絶縁外被３とを有している。そして、絶縁外被３が、難燃剤を含有する、ナイロン又はポリエステルエラストマーで押出形成されている。なお、「有し」とは、本発明の効果を阻害しない範囲でそれ以外の構成が含まれていてもよいことを意味し、例えば、金属素線２ａの表面にめっき（図示しない）や絶縁被膜２ｂが設けられていてもよいことを意味している。

【0020】

このヒータ線１０は、絶縁外被３が難燃剤を含有するナイロン又はポリエステルエラストマーで押出形成されているので、ヒータ線１０がＩＳＯ６７２２（自動車用電線規格）やＦＭＶＳＳ３０２（米国連邦自動車安全規格）の難燃基準をクリアする高い難燃性を有する。また、絶縁外被３がナイロン又はポリエステルエラストマーの樹脂材料で形成されているので、ポリマーヒュームや有毒ガスの発生を防ぐことができる。また、比較的硬い材料であるそれら樹脂材料を押出して絶縁外被３を形成しているので、狭ピッチでの配線のために細径化した場合であっても局部的な屈曲が起きにくい。その結果、着座時に違和感がない程度の細径化を実現して、発熱体とする場合の狭ピッチ配線を行うことができるとともに、屈曲耐久性を高めることができる。

【0021】

以下、ヒータ線の各構成要素を詳しく説明する。

【0022】

（繊維芯）
繊維芯１は、ヒータ線１０を断面視した際の中央に芯材として位置する必須の構成であり、巻芯として機能する高張力体であることが好ましい。断面視した際の中央とは、断面視した際において、繊維芯１の中心位置とヒータ線１０の断面の中心位置とが一致又はほぼ一致した位置のことである。繊維芯１の例としては、複数の繊維を束ねた繊維糸が好ましく用いられる。繊維糸を構成する繊維としては、強度があり、耐熱性であればなおよい。例えば、繊維として、テトロン（登録商標）等のポリエステル繊維や、ケブラ（登録商標）等の全芳香族ポリアミド繊維や、ベクトラン（登録商標）等のポリアリレート繊維、ガラス繊維等を挙げることができる。また、繊維芯１は、異なる材質の繊維や、外径の異なる繊維糸を任意に複合させたものであってもよい。

【0023】

繊維芯１は、繊維糸を集合線、撚り線又は編み込み線にして同心円状（真円形）又は略同心円状の断面になっている。このとき、繊維芯１を同心円状又は略同心円状の断面にするためには、繊維糸を撚り線とすることがより好ましい。繊維芯１の外径は特に限定されないが、例えば０．１ｍｍ以上１．０ｍｍ以下の範囲を挙げることができる。繊維糸からなる繊維芯１は柔軟で変形し易いことから、繊維芯１の外径は、繊維芯１が真円形である場合はその外径とし、繊維芯１が扁平形である場合はその断面積から真円形の断面積に換算した外径として評価する。

【0024】

繊維芯１は、通常、繊維糸を重量換算で示す繊度（ｄｔｅｘ）で表示され、１ｄｔｅｘは、長さ１００００ｍで１ｇである。繊維芯１のｄｔｅｘの範囲は、１１０～２０００ｄｔｅｘであることが好ましい。こうした繊維芯１は、単一の繊維糸からなるものを用いてもよいし、２種以上の繊維糸からなるものを用いてもよい。２種以上の繊維糸からなるもので繊維芯１を構成した場合は、合計のｄｔｅｘを上記範囲内とすればよい。１１０ｄｔｅｘ未満では、耐久性不足となりやすい。一方、２０００ｄｔｅｘを超えると、外径が大きくなり、作業性や加工性に影響が出やすい。

【0025】

（発熱部）
発熱部は、繊維芯１の外周に複数本の発熱線２を螺旋状に巻き付けてなる必須の構成部分である。発熱線２は、電流によって発熱する抵抗線であり、発熱仕様により所定の抵抗値となる抵抗線及びその本数を任意に選択して用いることができる。螺旋状に巻き付けるとは、例えば後述の実施例のように、６本の発熱線２を同時に螺旋状に巻くことにより、６本毎に単層に巻かれた形態のことである。なお、ヒータ線１０の最終外径が太くならないように通常は単層であるが、２層であってもよい。

【0026】

発熱線２は、直径が０．０４ｍｍ以上、０．２ｍｍ以下の抵抗線を複数本用いて構成されている。細い発熱線２を螺旋状に巻きつけることで、細径化でき、ヒータ線全体の細径化と軽量化と柔軟化を実現できる。複数本とは、図１に示すような螺旋状に巻きつけることができる本数の範囲であり、後述の実施例では６本としているが、例えば１～１０本を好ましく挙げることができる。なお、螺旋状に巻きつけるときのピッチは、繊維芯１の径や発熱線２の直径によって異なるので一概に言えないが、例えば０．２～２．５ｍｍのピッチで巻き付けることが好ましい。

【0027】

発熱線２は、図２（Ａ）に示すように金属素線２ａだけからなるもの、又は、図２（Ｂ）に示すように金属素線２ａ上に絶縁被膜２ｂが設けられた焼付け線からなるものを挙げることができる。金属素線２ａとしては、例えば、銅線や銅合金線等を挙げることができる。銅合金線としては、ＣｕＡｇ合金、ＣｕＳｎ合金、ＣｕＮｉ合金等を挙げることができる。金属素線２ａの表面にはめっき層が施されていてもよい。めっき層としては、はんだめっき層、錫めっき層、金めっき層、銀めっき層、ニッケルめっき層等が好ましい。絶縁被膜２ｂとしては、耐熱性を有するポリウレタン（ＰＵ）、ポリエステルイミド（ＰＥＩ）、ポリイミド（ＰＩ）、ポリアミドイミド（ＰＡＩ）等を挙げることができる。絶縁被膜２ｂの厚さは、一般的な日本工業規格（ＪＩＳ Ｃ ３２０２：２０１４）で１種、２種、３種の程度であり、その中から任意の厚さに選択することができる。

【0028】

（絶縁外被）
絶縁外被３は、発熱線２を設けた後に、その外周を覆うように樹脂材料で押出形成されている。絶縁外被３の構成材料としては、絶縁性があり、耐熱性のある樹脂材料であればよいが、本発明では、絶縁外被３は、難燃剤を含有する、ナイロン又はポリエステルエラストマーを用いている。

【0029】

難燃剤は、臭素系難燃剤及び三酸化二アンチモンであることが好ましい。臭素系難燃剤としては、テトラブロモビスフェノールＡ（ＴＢＢＰＡ）であることが好ましく、特定有害物質使用制限指令（ＲｏＨＳ）にも適うものとすることができる。難燃剤は、樹脂材料１００質量部に対して５～５０質量部の範囲で含まれていることが好ましい。さらに詳しくは、臭素系難燃剤は、樹脂材料１００質量部に対して５～４０質量部の範囲で含まれ、三酸化二アンチモンは、樹脂材料１００質量部に対して１～１０質量部の範囲で含まれていることが好ましい。この範囲内とすることにより、ＩＳＯ６７２２やＦＭＶＳＳ３０２の難燃基準をクリアする高い難燃性を有することができる。

【0030】

絶縁外被３の樹脂材料として用いられるナイロン又はポリエステルエラストマーは、ポリマーヒュームや有毒ガスの発生が生じないという利点がある。例えばナイロン１２はショア硬さがＤ７８であり、ポリエステルエラストマーはショア硬さがＤ７５であり、いずれもショア硬さがＤ７０以上となる比較的硬い材料である。

【0031】

こうした樹脂材料を押出して絶縁外被３を形成したとき、一定の厚さになりやすく、発熱線２を螺旋状に巻いたときに現れる凹凸が絶縁外被３の表面への凹凸として浮き上がるのを極力防止することができる。そのため、絶縁外被３の表面凹凸が小さくなり、押出形成した硬い絶縁外被３を最外層として設けることにより、特定部位への応力集中が生じにくく、ヒータ線１０の製造時や配線時に応力が加わっても、応力集中による屈曲が生じるのを防ぐことができる。その結果、狭ピッチでの配線のために細径化した場合であっても局部的な屈曲が起きにくいので、着座時に違和感がない程度の細径化を実現して、発熱体とする場合の狭ピッチ配線を行うことができるとともに、屈曲耐久性を高めることができるという利点がある。なお、ショア硬さ（Ｄスケール）は、ＩＳＯ ８６８により測定される値である。

【0032】

絶縁外被３の厚さは、０．０５ｍｍ以上１．０ｍｍ以下の程度であればよいが、屈曲耐久性のためには可能な範囲で厚い方がよく、例えば０．１０ｍｍ以上０．３０ｍｍ以下の範囲内であることが好ましい。

【0033】

［発熱体］
本発明に係る発熱体は、本発明に係るヒータ線１０を適用した他は、公知形態の発熱体と同様である。すなわち、本発明に係る発熱体は、本発明に係るヒータ線１０を装着しているので、屈曲耐久性のよいヒータ線１０を備えた発熱体を提供することができる。

【0034】

発熱体としては、各種の用途に用いるものを挙げることができ、例えば、電気カーペット、電気毛布等の暖房製品や、シートヒータ、ステアリングヒータ等の車両用暖房部材を挙げることができ、好ましくは自動車用のシートに装着することができる。自動車用暖房部材としての発熱体では、ヒータ線はシート基材等の対象物に縫い込んで配設されている。

【0035】

本発明に係るヒータ線１０は、ヒータ線全体の細径化と屈曲耐久性を実現できているので、発熱体を構成するシート基材等の対象物へのヒータ線１０の縫い付けを狭ピッチで行うことが容易になるとともに、最小曲げ半径を小さくすることもできる。

【0036】

シート基材へのヒータ線の縫い付けは、ヒータ線の直径が細く、柔軟であるほど好ましいが、本発明に係るヒータ線１０はその両方を満たすので、最小曲げ半径を小さくして縫い込むことができる点で有利である。師匠曲げ半径を小さくして縫い込む際に、ヒータ線１０に応力が加わるが、本発明に係るヒータ線１０は、そうした応力に対する耐性が高いので、着座時に違和感がない程度の細径化を実現した上で、発熱体とする場合の狭ピッチ配線を行うことができるという利点がある。

【実施例】

【0037】

以下、実施例により本発明をさらに詳しく説明する。なお、これにより本発明が限定されるものではない。

【0038】

［実施例１］
繊維芯１として、ポリアリレート繊維を束ねて外径約０．１７ｍｍにしたものを用いた。この繊維芯１上に、外径０．１０ｍｍの銅合金線６本を発熱線２とし、６本同時に単層になるようにピッチ１．５ｍｍで螺旋状に横巻きした（図１参照）。このときの銅合金線は、約２Ω／ｍのものを用いた。次に、ナイロン１２（ショアＤ７８のもの）を採用し、１００質量部のナイロン１２に対して２０質量部のＴＢＢＰＡと５質量部の三酸化二アンチモンを含有させた押出材料を準備し、厚さ０．２６ｍｍとなるように溶融押出して絶縁外被３を形成した。こうして総外径０．９０ｍｍのヒータ線１０を作製した。

【0039】

［実施例２］
ナイロン１２に代えてポリエステルエラストマー（ショアＤ７５のもの）を樹脂材料として採用した他は、実施例１と同様にしてヒータ線１０を作製した。

【0040】

［実施例３］
１００質量部のナイロン１２に対して２５質量部のＴＢＢＰＡと８質量部の三酸化二アンチモンを含有させた押出材料を用いた。それ以外は実施例１と同様にしてヒータ線１０を作製した。

【0041】

［実施例４］
１００質量部のポリエステルエラストマーに対して２５質量部のＴＢＢＰＡと８質量部の三酸化二アンチモンを含有させた押出材料を用いた。それ以外は実施例２と同様にしてヒータ線１０を作製した。

【0042】

［比較例１］
ＰＶＣ（ショアＤ４０のもの）を樹脂材料とし、難燃剤を含有させない押出材料を用いた。それ以外は、実施例１と同様にしてヒータ線１０を作製した。

【0043】

［比較例２］
ＰＶＣ（ショアＤ４０のもの）を樹脂材料とし、難燃剤を実施例１と同量配合した押出材料を用いた。それ以外は、実施例１と同様にしてヒータ線１０を作製した。

【0044】

［比較例３］
１００質量部のナイロン１２に対して６０質量部のＴＢＢＰＡを含有させた押出材料を用いた。それ以外は実施例１と同様にしてヒータ線１０を作製した。

【0045】

［比較例４］
１００質量部のナイロン１２に対して３０質量部の三酸化二アンチモンを含有させた押出材料を用いた。それ以外は実施例１と同様にしてヒータ線１０を作製した。

【0046】

［特性評価］
難燃性試験は、ＩＳＯ６７２２（試験１）とＦＭＶＳＳ３０２（試験２）の難燃基準をいずれもクリアできるか否かで評価した。その結果を表１に示した。ＩＳＯ６７２２（試験１）では、４５°傾斜燃焼試験の方法で試験した。試験１の結果は、燃焼時間（７０秒以内に消火）、燃焼距離（５０ｍｍ以上が残ること）で判断し、両方とも満足したものを「合」、どちらか一方でも満足しなかったものを「否」とした。一方、ＦＭＶＳＳ３０２（試験２）では、試験片を水平に保持した燃焼試験の方法で試験した。試験２の結果は、燃焼距離（５１ｍｍ以内）、燃焼時間（６０秒以内）、燃焼速度（１０２ｍｍ／分以下）で判断し、全て規格を満足したものを「合」、いずれかでも満足しなかったものを「否」とした。

【0047】

各ヒータ線１０の表面を光学顕微鏡で目視観察し、評価した。評価は、凹凸が目立つものを「▲」とし、やや目立たないもの「△」とし、目立たないものを「○」とした。

【0048】

屈曲耐久性試験は、図３に示すように、半径５ｍｍのマンドレル４２，４２の間に各実施例と比較例で作製した長さ１０００ｍｍのヒータ線１０を挟み、ヒータ線１０の下方端部に荷重４１を取り付け、マンドレル４２と垂直方向に毎分３０回の速度で両側９０度ずつの屈曲を１回として屈曲回数を測定した。屈曲回数の評価は、ヒータ線１０の抵抗値が１０％上昇するまでの回数とした。試験に供したヒータ線１０は、いずれも屈曲回数５０００回を超えたので、評価を「○」とし、超えた時点で測定は終了した。一方、比較例１は、屈曲回数が５０００回まで到達しなかったので、評価を「△」とした。

【0049】

【表1】

【符号の説明】

【0050】

１ 繊維芯
２ 発熱線
２ａ 金属素線
２ｂ 絶縁被膜
３ 絶縁外被
１０ ヒータ線
４１ 荷重
４２ マンドレル
４３ ガイド

【図1】

【図2】

【図3】