(57)【要約】【課題】衝撃荷重に対してもセラミックス系の面状発熱体が高い耐性を持つことができる線状ＰＴＣヒータ線を提供する。【解決手段】第１および第２の線状の給電線１１、１２と給電線の間で並列に接続される正温度係数特性を備えた複数の矩形状の面状発熱体１３とからなる発熱本体部１０と、発熱本体部１０を被覆する被覆層１６、１８とを少なくとも備えた線状ＰＴＣヒータ線１であって、面状発熱体１３はセラミックス系の面状発熱体であり、被覆層１６、１８はシリコン樹脂であり、発熱本体部１０の全体は隙間の無い状態で前記被覆層１６、１８で被覆されている。また、線状ＰＴＣヒータ線１の短手方向での厚みは面状発熱体１３の厚みの５〜１３倍である。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１および第２の線状の給電線と前記給電線の間で並列に接続される正温度係数特性を備えた複数の矩形状の面状発熱体とからなる発熱本体部と、前記発熱本体部を被覆する被覆層と、を少なくとも備えた線状ＰＴＣヒータ線であって、
前記面状発熱体はセラミックス系の面状発熱体であり、前記被覆層はシリコン樹脂であり、前記発熱本体部の全体は隙間の無い状態で前記被覆層で被覆されており、かつ、線状ＰＴＣヒータ線の短手方向での厚みが前記面状発熱体の厚みの５〜１３倍であることを特徴とする線状ＰＴＣヒータ線。
【請求項２】
線状ＰＴＣヒータ線の短手方向での厚みが７．５〜２６ｍｍであることを特徴とする請求項１に記載の線状ＰＴＣヒータ線。
【請求項３】
線状ＰＴＣヒータ線の短手方向での厚みが１０〜２０ｍｍであることを特徴とする請求項２に記載の線状ＰＴＣヒータ線。
【請求項４】
前記面状発熱体の厚みが１．５〜２．０ｍｍであることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の線状ＰＴＣヒータ線。
【請求項５】
前記被覆層は第１の被覆層と第２の被覆層とで構成され、前記第１の被覆層と第２の被覆層との界面には金属の編組線によるシールドが介装されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の線状ＰＴＣヒータ線。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、線状ＰＴＣヒータ線に関する。
【背景技術】
【０００２】
正温度係数（ＰＴＣ）特性を備えた面状発熱体を持つ線状ＰＴＣヒータ線は知られており、柔軟性があり敷設が容易なことから、融雪等の用途に広く用いられている。ここで、ＰＴＣ特性とは、Positive Temperature Coefficientの頭文字を取ったものであり、温度が高くなると電気抵抗が正の数の係数だけ変化する特性をいう。
【０００３】
その一例として、特許文献１あるいは特許文献２には、第１および第２の給電線と、給電線の間で並列に接続されている複数の正温度係数特性を備えた矩形状の面状発熱体と、給電線および面状発熱体とを被覆する絶縁材料からなる第１の被覆層と第２の被覆層を備えた線状ＰＴＣヒータ線が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１５−２２５８１１号公報
【特許文献２】特開２０１８−１８７１３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１あるいは特許文献２に記載される形態の線状ＰＴＣヒータ線は、それが使用される周囲の温度環境を、使用している正温度係数特性を備えた面状発熱体の物性に応じて設定される所要の温度範囲に、容易に維持可能であることから、種々の分野で使用されるようになっており、今後も、さらに使用範囲は拡大することが期待できる。そのような使用場所として、線状ＰＴＣヒータ線に作用する荷重が、静荷重のみでなく、一時的にあるいは繰り返して衝撃荷重が作用するような使用場所を考慮することも必要となる。そのような使用場所の例としては、工場の冷凍庫などで使用される冷凍機のように振動が絶えず生じている場所での使用や、設置後に動く部位（例えば、機器のアーム）での使用等が挙げられる。
【０００６】
現在使用されている正温度係数特性を備えた面状発熱体は、その構成上、静荷重に対しての耐性は十分であるものの、一時的あるいは反復して作用する衝撃荷重に対しては、耐性が十分とは言えない場合があり、面状発熱体に破損が生じて発熱性能が低下する恐れがある。特に、面状発熱体が、チタン酸バリウムに添加物を加えたセラミックスのようにセラミックス系の面状発熱体の場合、カーボンブラックのような導電体粉末を含む樹脂組成物からなる面状発熱体と比較して、衝撃荷重に対しての耐性は低い。
【０００７】
本発明は、セラミックス系の面状発熱体を加熱源として備える線状ＰＴＣヒータ線において起こり得る上記のような不都合に対処すべくなされたものであり、衝撃荷重に対してもセラミックス系の面状発熱体が高い耐性を持つことができるようにした線状ＰＴＣヒータ線を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明者らは、上記の課題を解決すべく、線状ＰＴＣヒータ線に対して重錘の落下による耐衝撃性試験を反復して行うことにより、前記面状発熱体がセラミックス系のものであっても、給電線と面状発熱体とからなる発熱本体部をシリコン樹脂によって隙間の無い状態で包み込み、かつ、面状発熱体の厚みに対する線状ＰＴＣヒータ線の厚みの比を所定の範囲とすることで、面状発熱体を衝撃荷重から確実に保護できること、かつ必要な表面温度も確保できることを知見した。
【０００９】
本発明は、上記の知見に基づくものであり、本発明による線状ＰＴＣヒータ線は、第１および第２の線状の給電線と前記給電線の間で並列に接続される正温度係数特性を備えた複数の矩形状の面状発熱体とからなる発熱本体部と、前記発熱本体部を被覆する被覆層とを少なくとも備えた線状ＰＴＣヒータ線であって、前記面状発熱体はセラミックス系の面状発熱体であり、前記被覆層はシリコン樹脂であり、前記発熱本体部の全体は隙間の無い状態で前記被覆層で被覆されており、かつ、線状ＰＴＣヒータ線の短手方向での厚みが前記面状発熱体の厚みの５〜１３倍であることを特徴とする。
【００１０】
本発明による線状ＰＴＣヒータ線の一態様では、線状ＰＴＣヒータ線の短手方向での厚みが７．５〜２６ｍｍ、より好ましくは、１０〜２０ｍｍであることを特徴とする。
【００１１】
本発明による線状ＰＴＣヒータ線の一態様では、前記面状発熱体の厚みが１．５〜２．０ｍｍであることを特徴とする。
【００１２】
本発明による線状ＰＴＣヒータ線の一態様では、前記被覆層は第１の被覆層と第２の被覆層とで構成され、前記第１の被覆層と第２の被覆層との界面には金属の編組線によるシールドが介装されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、セラミックス系の面状発熱体が衝撃荷重によって破損するのを有効に回避することのできる線状ＰＴＣヒータ線が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】線状ＰＴＣヒータ線における発熱本体部の一例を示す斜視図。
【図２】一実施の形態である線状ＰＴＣヒータ線を部分的に部材を除去した状態で示す斜視図。
【図３】図２でのＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿う断面図。
【図４】図２でのＩＶ−ＩＶ線に沿う断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明による線状ＰＴＣヒータ線の一実施の形態を添付の図面を参照しながら説明する。
【００１６】
最初に、図１を参照して、線状ＰＴＣヒータ線１を構成する発熱本体部１０を説明する。発熱本体部１０は、好ましくは銅単線のより線または編組線である第１の給電線１１と第２の給電線１２とを有し、第１の給電線１１と第２の給電線１２の間には複数の正温度係数特性を備えた矩形状の面状発熱体１３の複数個が所要の間隔をおいて並列に接続されている。
【００１７】
面状発熱体１３は、従来知られたものであり、チタン酸バリウムに添加物を加えたセラミックスからなる。また、面状発熱体１３の寸法は、厚みが１．５〜２．０ｍｍ程度、第１の給電線１１と第２の給電線１２の間の方向である横幅が８〜９ｍｍ程度、給電線方向の長さが５．５〜６．５ｍｍ程度である。
【００１８】
第１の給電線１１および第２の給電線１２と矩形状の面状発熱体１３とは、両者を機械的および電気的に接続するための金属端子１４によってかしめられて一体化している。金属端子１４の素材としては、銅、リン青銅、鉄、鉄ニッケル合金、金、銀、アルミニウムなどを用いることができる。また、好ましくは、面状発熱体１３と金属端子１４との間には、導電ペースト１５が塗布される。
【００１９】
図２〜図４を参照して、図１に示した発熱本体部１０を備えた線状ＰＴＣヒータ線１を説明する。製造に際し、最初に、発熱本体部１０に対し、例えば従来知られた押出成形法の手法を用いて、全体を絶縁性樹脂であるシリコン樹脂で被覆して第１の被覆層１６を形成する。被覆に際して、被覆樹脂であるシリコン樹脂と発熱本体部１０との間に、隙間が形成されないように、押出成形を行う。なお、押出成形の過程でシリコン樹脂と発熱本体部１０との間に不可避的にわずかな空隙が形成される場合があるが、そのような場合も、本発明でいう「隙間が無い」範疇である。
【００２０】
図３に図２でのＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿う断面図を、図４に図２でのＩＶ−ＩＶ線に沿う断面図を示すように、発熱本体部１０を被覆した第１の被覆層１６の短手方向での断面形状は上下の面がほぼ平行である長円形であり、厚みｈ１は６〜７ｍｍ程度である。
【００２１】
次に、第１の被覆層１６の上に、例えばスズメッキ軟銅線のような金属の編組線によるシールド１７を巻き付ける。限定されないが、シールド１７を構成する編組線によって第１の被覆層１６の表面が被覆される割合は、５０〜９０％が好ましい。形成したシールド１７の上に、さらに、例えば押出成形法を用いて、再度、シリコン樹脂による第２の被覆層１８を形成する。それにより、線状ＰＴＣヒータ線１とされる。
【００２２】
図３および図４に示すように、第２の被覆層１８で覆われた線状ＰＴＣヒータ線１の短手方向の断面形状は、上下の面はほぼ平行である長円形であり、厚みｈ２は７．５〜２６ｍｍ程度であり、それは、前記面状発熱体１３の厚みの５〜１３倍程度である。より好ましくは、厚みｈ２は１０〜２０ｍｍ程度である。
【００２３】
なお、第２の被覆層１８を形成する場合も、第１の被覆層１６と第２の被覆層１８との界面に隙間が形成されないようにして、押出成形を行う。界面にシールド１７が存在することで、押出成形の過程でシールド１７の編組部に不可避的な空隙が形成される場合があるが、前記と同様に、その場合も、本発明でいう「隙間が無い」範疇に含まれる。
【００２４】
上記のようにして形成される線状ＰＴＣヒータ線１は、前記発熱本体部１０の全体が、すなわち、図３に示すように面状発熱体１３が存在する部位も、図４に示すように面状発熱体１３が存在しない部位も、隙間の無い状態でシリコン樹脂である第１の被覆１６によって覆われ、さらに第１の被覆１６の表面は隙間の無い状態でシリコン樹脂である第２の被覆１８で覆われた形状となる。
【００２５】
図示しないが、第１の被覆層１６と第２の被覆層１８との界面にシールド１７を配置することなく、シリコン樹脂による１つの被覆層のみで、発熱本体部１０の全体を隙間の無い状態で被覆することで、線状ＰＴＣヒータ線を構成することもできる。その場合であっても、線状ＰＴＣヒータ線の短手方向の断面形状は、上下の面はほぼ平行である長円形であり、厚みｈ２は７．５〜２６ｍｍ程度であり、それは、前記面状発熱体１３の厚みの５〜１３倍程度である。より好ましくは、厚みｈ２は１０〜２０ｍｍ程度である。
【００２６】
［実施例］
次に、実施例と比較例により、本発明品の優位性を説明する。
Ａ．耐衝撃性試験
耐衝撃性試験は、ＩＥＣ／ＩＥＥＥ  ６００７９−３０−１：２０１５（５．１．５．１  Ｒｏｏｍ  Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ  Ｉｍｐａｃｔ  ｔｅｓｔ）に準拠して、以下の条件で行った。
＜試験条件＞
・ハンマー質量：１ｋｇ
・ハンマーの落下高さ：０．７ｍ
・基板：２０ｋｇ（幅１９５ｍｍ×奥行１９５ｍｍ×高さ７０ｍｍ）のステンレス鋼
＜試験方法＞
線状ＰＴＣヒータ線１をステンレス鋼の基板上に設置する。このとき、ハンマーの加重が、線状ＰＴＣヒータ線１の厚み方向で、かつ、面状発熱体１３の真上に掛かるように設置する。ハンマーを０．７ｍの高さから落下させ、試験後の面状発熱体１３の状態をＸ線撮影装置で確認する。
＜評価基準＞
合格：面状発熱体１３に破損が無く、かつ、金属端子１４が面状発熱体１３から外れていないこと。
不合格：面状発熱体１３に破損がある、または、金属端子１４が面状発熱体１３から外れている。
【００２７】
［実施例品］
試験に用いた線状ＰＴＣヒータ線は、図１〜図４に基づき先に説明した線状ＰＴＣヒータ線１の構成を備える。用いた線状ＰＴＣヒータ線１の横幅（短手方向の幅）は２６ｍｍ、厚み（短手方向の厚み）は１８ｍｍである。発熱本体部１０を構成する面状発熱体１３はチタン酸バリウム系セラミックスであり、寸法は、厚みが１．６ｍｍ、第１の給電線１１と第２の給電線１２の間の方向である横幅が８．３ｍｍ、給電線方向の長さが６．０ｍｍである。
【００２８】
その発熱本体部１０の全体を押出成形法により隙間の無い状態でシリコン樹脂により被覆し、第１の被覆層１６を形成した。形成した第１の被覆層１６の外周面に、スズメッキ軟銅線の編組線によるシールド１７を巻き付けた。シールド１７での第１の被覆層１６の表面の被覆率は７５％とした。シールド１７で被覆した後の第１の被覆層１６の横幅（短手方向の幅）は１５．５ｍｍ、厚み（短手方向の厚み）は６．５ｍｍである。
【００２９】
シールド１７で被覆した第１の被覆層１６の全体を、押出成形法により隙間の無い状態でシリコン樹脂により被覆して第２の被覆層１８を形成し、前記した線状ＰＴＣヒータ線１とした。この線状ＰＴＣヒータ線１に対して、耐衝撃性試験を行った。
【００３０】
［結果］
合格。面状発熱体１３の破損、および、金属端子１４の外れは見られなかった。
【００３１】
［比較例１］
実施例と同じ構成の線状ＰＴＣヒータ線を用いた。ただし、第２の被覆層１８の厚みを薄くして線状ＰＴＣヒータ線の厚み（短手方向の厚み）を７．５ｍｍとした。この厚みは、面状発熱体１３の厚み（１．６ｍｍ）の約４．７倍である。この線状ＰＴＣヒータ線に対して、実施例と同じ耐衝撃性試験を行った。
【００３２】
［結果］
不合格。面状発熱体１３の一部に破損が見られた。
【００３３】
［比較例２］
実施例と同じ構成の線状ＰＴＣヒータ線を用いた。ただし、第１の被覆層１６における第１の給電線１１と第２の給電線１２の間の厚みを、第１の給電線１１と第２の給電線１２の部分での厚みよりも薄くして、少なくとも面状発熱体１３の上下の面上に段差が形成されるようにした。そして、シールド１７を巻き付けた後、該段差の部分に被覆樹脂が入り込まないようにして、全体を第２の被覆層１８で覆うようにした。それにより、少なくとも面状発熱体１３の部分において、第１の被覆層１６と第２の被覆層１８との界面には、１〜２ｍｍ程度の厚みの隙間が形成されるようにした。この線状ＰＴＣヒータ線に対して、実施例と同じ耐衝撃性試験を行った。
【００３４】
［結果］
不合格。面状発熱体１３から金属端子１４の外れ破損が見られた。
【００３５】
［比較例３］
実施例と同じ構成の線状ＰＴＣヒータ線を用いた。ただし、被覆樹脂として、シリコン樹脂ではなく、塩化ビニル樹脂を用いた。この線状ＰＴＣヒータ線に対して、実施例と同じ耐衝撃性試験を行った。
【００３６】
［結果］
不合格。面状発熱体１３の一部に破損が見られた。
【００３７】
Ｂ．表面温度試験
＜試験方法＞
線状ＰＴＣヒータ線１を、２５℃の恒温層に入れ、３０分間静置する。その後、ＡＣ２００Ｖの電源に接続して通電し、面状発熱体１３を発熱させる。１０分後に、第２の被覆層１８の表面温度を表面温度計（アンリツ計器製：型番ＡＭ−７００２）で測定する。測定は任意の５箇所を測定し、平均値で算出する。
＜評価基準＞
合格：表面温度（℃）が、２５＋１５℃以上（恒温層の温度より１５℃以上高い）
不合格：表面温度（℃）が、２５＋１５℃未満
【００３８】
［実施例］
耐衝撃性試験で用いた実施例品と同じ構成の線状ＰＴＣヒータ線１を用いて、表面温度試験を行った。
［結果］
合格。表面温度は４１．２℃であった。
【００３９】
［比較例４］
実施例と同じ構成の線状ＰＴＣヒータ線を用いた。ただし、用いた線状ＰＴＣヒータ線１の厚み（短手方向の厚み）を、第２の被覆層１８を厚くすることで、２１ｍｍとした。実施例品と同様に通電して面状発熱体１３の表面温度を測定した。
【００４０】
［結果］
不合格。表面温度は３６．０℃であった。
【００４１】
［考察］
（１）Ａ．耐衝撃性試験において、比較例１で、セラミックス系の面状発熱体１３の一部に破損が見られたのは、柔軟性と衝撃吸収性に富むシリコン樹脂を被覆層として用いた場合でも、被覆層全体の厚みが薄い場合には、面状発熱体１３の保護が十全でないことを示している。このことから、本発明において、線状ＰＴＣヒータ線の厚みが使用する面状発熱体１３の厚みの５倍以上であることが必要であることが示される。
【００４２】
（２）Ａ．耐衝撃性試験において、比較例２で、セラミックス系の面状発熱体１３から金属単紙１４の外れが見られたのは、柔軟性と衝撃吸収性に富むシリコン樹脂を被覆層として用いた場合でも、第１の被覆層１６と第２の被覆層１８との界面に隙間が存在すると、隙間に起因して、面状発熱体１３に作用する衝撃力が大きくなったためと解される。このことから、本発明において、発熱本体部の全体が隙間の無い状態でシリコン樹脂で被覆されていることが必要であることが示される。
【００４３】
（３）Ａ．耐衝撃性試験において、比較例３で、セラミックス系の面状発熱体１３の一部に破損が見られたのは、被覆樹脂がシリコン樹脂ではなく、塩化ビニル樹脂を用いたことによると解される。本発明者らの実験では、厚み１．６ｍｍの面状発熱体１３を使用し、厚さｈ２が１１．６ｍｍ、または、厚さｈ２が１７．６ｍｍの条件で耐衝撃性試験を行うと、被覆層がシリコン樹脂の場合にはセラミックス系の面状発熱体１３に作用する圧力は１００〜５００ｋｇｆ／ｃｍ２であったが、被覆層が塩化ビニル樹脂の場合は、衝撃吸収能が劣っているために、１３００〜３０００ｋｇｆ／ｃｍ２の圧力であった。このことから、本発明において、発熱本体部の全体がシリコン樹脂で被覆されていることが必要であることが示される。
【００４４】
（４）Ｂ．表面温度試験は、面状発熱体１３の厚みに対する線状ＰＴＣヒータ線の厚みの上限を示している。被覆層の厚みが厚いほど、緩衝材としての機能が向上して、衝撃荷重からセラミックス系の面状発熱体１３をより十全に保護するが、一方において、面状発熱体１３の発熱が被覆層の表面にまで伝達されにくいことが起こり得る。本発明の場合、線状ＰＴＣヒータ線で使用されているセラミックス系の面状発熱体１３は、電源ＡＣ２００Ｖ、周囲温度２５℃、および、線状ＰＴＣヒータ線の厚みが１９．５ｍｍの条件において、表面温度が周囲温度＋１５℃（４０℃）以上となるものであり、その厚みは１．６ｍｍ程度である。この場合、線状ＰＴＣヒータ線１の厚みが比較例４のように２１ｍｍ（２１／１．６＝１３．１）であると、表面への熱伝達に不十分となることがわかる。このことから、本発明において、線状ＰＴＣヒータ線の短手方向での厚みの上限は面状発熱体の厚みの１３倍を超えないことが好ましいことが示される。
【符号の説明】
【００４５】
１…線状ＰＴＣヒータ線、
１０…発熱本体部、
１１…第１の給電線、
１２…第２の給電線、
１３…正温度係数特性を備えた矩形状のセラミックス系の面状発熱体、
１４…金属端子、
１５…導電ペースト、
１６…第１の被覆層、
１７…金属の編組線によるシールド、
１８…第２の被覆層。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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