НАГРЕВАТЕЛЬНЫЙ ЭЛЕМЕНТ, РУЛЕВОЕ КОЛЕСО И СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ НАГРЕВАТЕЛЬНОГО ЭЛЕМЕНТА
HEATING ELEMENT, STEERING WHEEL AND METHOD OF HEATING ELEMENT MANUFACTURING

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Настоящее изобретение относится к рулевому колесу, используемому, например, для автомобиля или корабля, и к нагревательному элементу, используемому для нагревания колесного участка рулевого колеса. В частности, настоящее изобретение относится к нагревательному элементу и рулевому колесу, которое не создает неудобство для пользователя при управлении рулевым колесом.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Обычно предлагают, чтобы нагревательный элемент был установлен на колесном участке рулевого колеса для согревания рук водителя в условиях холода. Как показано на фиг. 3, рулевое колесо 71 включает в себя колесный участок 72, спицевый участок 73 и ступичный участок 74. Колесный участок 72 включает в себя материал 77 сердцевины колеса и покрывающий материал 78, образованный из синтетической смолы, ткани, кожи и т.п. Нагревательный элемент 31 установлен между материалом 77 сердцевины колеса и покрывающим материалом 78. Нагревательный элемент 31 соединен с непоказанным вводным проводом, проходящим через спицевый участок 73 и ступичный участок 74, для приема подвода энергии.
Для нагревательного элемента, устанавливаемого на рулевом колесе, известен нитевидный нагреватель, расположенный на подложке в заданной структурной форме, показанный в Патентных документах 1 и 2. Здесь в качестве подложки раскрыты различные листы вспененной смолы, листы пенорезины, листы резины, нетканые материалы и тканые материалы.
ПАТЕНТНЫЕ ДОКУМЕНТЫ
Патентный документ 1: публикация не прошедшей экспертизу заявки на патент Японии № 2003-317905 (Matsushita Electric Industrial Co., Ltd.)
Патентный документ 2: публикация не прошедшей экспертизу заявки на патент Японии № 2011-121477 (KURABE INDUSTRIAL CO., LTD.)
ЗАДАЧИ, РЕШАЕМЫЕ ИЗОБРЕТЕНИЕМ
Однако, в общепринятых нагревательных элементах, например, в вышеупомянутых Патентных документах 1 и 2, как показано на фиг. 8, нитевидный нагреватель 101 просто расположен на подложках 110, 110'. Таким образом, толщина на участке, на котором расположен нитевидный нагреватель 101, является большей, чем толщина в другой области. Следовательно, пользователь чувствует неравную толщину при захватывании рулевого колеса и испытывает неудобство при управлении рулевым колесом.
Настоящее изобретение обеспечивает рулевое колесо, которое не заставляет пользователя испытывать неудобство при управлении рулевым колесом, и нагревательный элемент, используемый для рулевого колеса.
СРЕДСТВО ДЛЯ РЕШЕНИЯ ЗАДАЧИ
Нагревательный элемент настоящего изобретения состоит из подложки, изготовленной из вспененного полимерного материала; и нитевидного нагревателя, расположенного на подложке, причем толщина подложки на участке, на котором расположен нитевидный нагреватель, является меньшей, чем толщина в другой области, так что упомянутый участок образован по форме нитевидного нагревателя, и нагревательный элемент является приблизительно плоским.
В описанном выше нитевидном нагревателе, плавящийся от тепла участок может быть образован на самом удаленном слое нитевидного нагревателя.
Рулевое колесо согласно настоящему изобретению состоит из описанного выше нагревательного элемента; материала сердцевины колеса; и покрывающего материала, причем нагревательный элемент расположен между материалом сердцевины колеса и покрывающим материалом.
В способе изготовления нагревательного элемента настоящего изобретения нагревательный элемент содержит: подложку, изготовленную из вспененного полимерного материала; и нитевидный нагреватель, причем способ содержит: этап расположения нитевидного нагревателя на подложке в заданной структурной форме; и этап термического сжатия подложки плоской пластиной, причем толщина подложки на участке, на котором расположен нитевидный нагреватель, является меньшей, чем толщина в другой области, так что упомянутый участок образован по форме нитевидного нагревателя, и нагревательный элемент является приблизительно плоским.
ЭФФЕКТЫ НАСТОЯЩЕГО ИЗОБРЕТЕНИЯ
С использованием настоящего изобретения, поверхность нитевидного нагревателя является приблизительно плоской и не образует неровность. Таким образом, пользователь не испытывает неудобство при управлении рулевым колесом.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Фиг. 1 является видом сверху, показывающим конфигурацию нагревательного элемента согласно настоящему изобретению.
Фиг. 2 является сечением, показывающим главную часть нагревательного элемента согласно настоящему изобретению в увеличенном масштабе.
Фиг. 3 является видом в перспективе, показывающим состояние, в котором нагревательный элемент настоящего изобретения встроен в рулевое колесо, посредством частичного разрезания рулевого колеса.
Фиг. 4 является видом сбоку, показывающим конфигурацию нитевидного нагревателя, используемого в настоящем изобретении, посредством частичного разрезания нитевидного нагревателя.
Фиг. 5 является видом сбоку, показывающим конфигурацию нитевидного нагревателя, используемого в настоящем изобретении, посредством частичного разрезания нитевидного нагревателя.
Фиг. 6 является чертежом, показывающим конфигурацию устройства для изготовления нагревателей горячим прессованием, используемого в настоящем изобретении.
Фиг. 7 является частичным видом в перспективе, показывающим состояние, в котором нитевидный нагреватель расположен в заданной структурной форме в нагревательном элементе настоящего изобретения.
Фиг. 8 является сечением, показывающим главную часть общепринятого нагревательного элемента в увеличенном масштабе.
Фиг. 9 является SEM-изображением главной части сечения нагревательного элемента первого варианта осуществления.
Фиг. 10 является сечением, показывающим главную часть нагревательного элемента третьего варианта осуществления.
Фиг. 11 является SEM-изображением главной части сечения нагревательного элемента третьего варианта осуществления.
Фиг. 12А является чертежом, показывающим вид поверхности нагревательного элемента.
Фиг. 12В является чертежом, показывающим вид поверхности нагревательного элемента.
Фиг. 12С является чертежом, показывающим вид поверхности нагревательного элемента.
Фиг. 13А является чертежом, показывающим вид обратной поверхности нагревательного элемента.
Фиг. 13В является чертежом, показывающим вид обратной поверхности нагревательного элемента.
Фиг. 13С является чертежом, показывающим вид обратной поверхности нагревательного элемента.
Фиг. 14А является SEM-изображением сечений нагревательного элемента.
Фиг. 14В является SEM-изображением сечений нагревательного элемента.
Фиг. 14С является SEM-изображением сечений нагревательного элемента.
ВАРИАНТЫ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Далее, со ссылкой на чертежи будут объяснены предпочтительные варианты осуществления настоящего изобретения.
Первый вариант осуществления изобретения
Сначала будет объяснена конфигурация нитевидного нагревателя 1 настоящего варианта осуществления. Нитевидный нагреватель 1 настоящего варианта осуществления имеет конфигурацию, показанную на фиг. 5. Обеспечена сердцевинная проволока 3, изготовленная из пучка волокон из ароматического полиамида, имеющих внешний диаметр 0,2 мм. Семь проводящих проводов 5а, которые образованы из провода из оловосодержащего твердого медного сплава, имеющего диаметр жилы, равный 0,08 мм, спирально обмотаны, с шагом около 1,00 мм, вокруг внешней периферии сердцевинной проволоки 3, в состоянии параллельности друг другу. Таким образом сконфигурирован нитевидный нагреватель 1. Следует отметить, что изолирующая пленка 5b, изготовленная из полиуретана, покрывает проводящие провода 5а и имеет толщину, равную приблизительно 0,005 мм. В качестве плавящегося от тепла участка 9, полиэтиленовая смола, содержащая антипирен, экструзионным способом нанесена с толщиной, равной 0,25 мм, на внешнюю периферию намотанных проводящих проводов 5а. Нитевидный нагреватель 1 имеет конфигурацию, описанную выше, и имеет окончательный внешний диаметр, равный 0,9 мм.
3
Далее будет объяснена конфигурация подложки 10, на которой расположен описанный выше нитевидный нагреватель 1. Подложка 10 первого варианта осуществления образована из вспененной полиуретановой смолы, имеющей кажущуюся плотность, равную 0,04 г/см (согласно JIS K7222), твердость, равную 220 Н (согласно JIS K6400-2), и толщину, равную 8 мм.
Далее будет объяснена конфигурация расположения нитевидного нагревателя 1 на подложке 10 в заданной структурной форме и, затем, конфигурация сцепления и скрепления их друг с другом. Фиг. 6 является чертежом, показывающим конфигурацию устройства 13 для изготовления нагревателей горячим прессованием, используемого для термического сжатия подложки, на которой расположен нитевидный нагреватель 1. Подготавливают кондуктор 15 горячего прессования, и множество зацепляющих механизмов 17 обеспечивают на кондукторе 15 горячего прессования. Как показано на фиг. 7, зацепляющие механизмы 17 имеют штифты 19. Штифты 19 вставлены снизу в отверстия 21, просверленные на кондукторе 15 горячего прессования. Зацепляющие элементы 23 установлены на верхней части штифтов 19 подвижно в осевом направлении. Кончики зацепляющих элементов 23 являются игловидными. Зацепляющие элементы 23 всегда смещены вверх спиральными пружинами 25. Как показано виртуальной линией на фиг. 7, нитевидный нагреватель 1 расположен на одной стороне подложки 10 в заданной структурной форме посредством зацепления нитевидного нагревателя 10 на множестве зацепляющих элементов 23 зацепляющих механизмов 17.
Как показано на фиг. 6, обеспечена пластина 27 горячего прессования, способная подниматься и опускаться поверх множества зацепляющих механизмов 17. Другими словами, нитевидный нагреватель 1 располагают в заданной структурной форме посредством зацепления нитевидного нагревателя 1 на множестве зацепляющих элементов 23 зацепляющих механизмов 17, и затем подложку 10 помещают на него. В этом состоянии, пластину 27 горячего прессования опускают таким образом, чтобы термически сжать нитевидный нагреватель 1 и подложку 10. Пластина 27 горячего прессования должна быть выполнена с возможностью сжатия подложки 10 более чем на величину внешнего диаметра нитевидного нагревателя 1. Таким образом, подложку 10 сжимают и сплавляют с плавящимся от тепла слоем 9 нитевидного нагревателя 1. В результате, нитевидный нагреватель 1 и подложка 10 сцепляются и скрепляются. Следует отметить, что, когда пластину 27 горячего прессования опускают для термического сжатия, множество зацепляющих элементов 23 зацепляющих механизмов 17 перемещают вниз против смещающего усилия спиральных пружин 25. После этого, в настоящем варианте осуществления, подложку 10 переворачивают, чтобы снова термически сжать подложку 10 со стороны поверхности, на которой расположен нитевидный нагреватель 1.
Посредством описанных выше процедур, получили нагревательный элемент 31 для рулевого колеса, показанный на фиг. 1 и 2. Следует отметить, что фиг. 2 является сечением, показывающим главную часть фиг. 1 в увеличенном масштабе. Поскольку подложка 10 сжимается пластиной 27 горячего прессования в форме плоской пластины, прикладываемое давление на участке, на котором расположен нитевидный нагреватель 1, является большим, чем давление в другой области. Таким образом, толщина подложки 10 на участке, на котором расположен нитевидный нагреватель 1, является меньшей, чем толщина в другой области, так что упомянутый участок образуется по форме нитевидного нагревателя 1. Дополнительно, плавящийся от тепла слой 9 нитевидного нагревателя 1 в значительной степени деформируется при термическом сжатии. Таким образом, толщина плавящегося от тепла слоя 9 на участке, с которым не контактирует подложка 10, является меньшей, чем толщина в другой области, и нитевидный нагреватель 1 расширяется и принимает по существу плоскую форму. Как объяснено выше, нагревательный элемент 31 становится приблизительно плоским и не образует неровность даже на участке, на котором расположен нитевидный нагреватель 1. Дополнительно, приблизительно плоская форма сохраняется вследствие эффекта сохранения формы плавящегося от тепла слоя 9. Поскольку подложка 10 сжимается и имеет более высокую плотность в нагревательном элементе 31, получаемом посредством вышеупомянутых процедур, механическая прочность может быть улучшена. Следует отметить, что толщина нагревательного элемента, получаемого посредством вышеупомянутых процедур, составляет 1,00 мм, минимальная толщина подложки 10 на участке, котором расположен нитевидный нагреватель 1, составляет 0,52 мм, и толщина подложки 10 на участке, на котором не расположен нитевидный нагреватель 1, составляет 1,00 мм. Фиг. 9 показывает SEM-изображение главной части сечения нагревательного элемента 31. Плавящийся от тепла слой 9 нитевидного нагревателя 1 внедрен в подложку 10 вплоть до 0,5 мм от поверхности подложки 10. Например, на участке, на котором расположен нитевидный нагреватель 1, когда неровность не может быть распознана по сравнению с толщиной окружающего участка, и различие в толщине находится в диапазоне, приблизительно, ±10%, нагревательный элемент 31, можно сказать, является приблизительно плоским и имеет по существу постоянную толщину. Дополнительно, когда пользователь визуально и тактильно не чувствует неровность, нагревательный элемент 31, можно сказать, является приблизительно плоским.
Касательно нагревательного элемента 31, получаемого посредством варианта осуществления, описанного выше, оба конца нитевидного нагревателя 1 выведены для соединения с вводным проводом 35. Нитевидный нагреватель 1, контроллер 39 температуры и непоказанный соединитель соединены друг с другом вводным проводом 35. Контроллер температуры расположен на нитевидном нагревателе 1 для осуществления контроля температуры нагревательного элемента с использованием тепла, генерируемого в нитевидном нагревателе 1. Выступающий участок 10f может быть образован на подложке 10. В целях защиты соединительного участка контроллера 39 температуры, нитевидного нагревателя 1 и вводного провода 35 от повреждения, соединительный участок может быть покрыт выступающим участком 10f подложки. С этой точки зрения, можно предотвратить термическое сжатие на выступающем участке 10f. Нитевидный нагреватель 1 соединен с непоказанной электрической системой транспортного средства через описанный выше соединитель. Нагревательный элемент 31, сконфигурированный, как описано выше, расположен между материалом 77 сердцевины колеса рулевого колеса 71 и покрывающим материалом 78 в состоянии, показанном на фиг. 3.
Непроиллюстрированный адгезионный слой образуют на подложке 10 для сцепления нагревательного элемента 31 с покрывающим материалом 78 рулевого колеса. Предпочтительно, чтобы адгезионный слой был образован посредством предварительного образования адгезионного слоя, изготовленного только из адгезионного материала, на отсоединяемом листе, и затем, переноса адгезионного слоя с отсоединяемого листа на поверхность подложки 10. Таким образом, предотвращается введение адгезионного материала в подложку 10, и адгезионный слой образуется только на поверхности подложки 10. В варианте осуществления фиг. 3, при сцеплении нагревательного элемента 31 с покрывающим материалом 78, покрывающий материал 78 предпочтительно должен быть сцеплен со стороной, на которой не расположен нитевидный нагреватель 1, вместо сцепления со стороной на которой расположен нитевидный нагреватель 1. Таким образом, неровность от нитевидного нагревателя 1 едва ли появится на поверхности покрывающего материала 78.
Нагревательный элемент 31, полученный посредством объясненных выше процедур, установили на рулевое колесо, показанное на фиг. 3, и фактически использовали для подтверждения неровности. Десять пользователей захватывали рулевое колесо и выполняли каждую операцию рулевого управления по десять раз в правом и левом направлениях. После этого пользователей спрашивали, чувствовалась или нет неровность нитевидного нагревателя 1. В результате, никто из пользователей не ответил, что он почувствовал неровность на рулевом колесе этого варианта осуществления.
Второй вариант осуществления изобретения
3
3
Вспененное тело, образованное из вспененной полиуретановой смолы, имеющей кажущуюся плотность, равную 0,04 г/см (согласно JIS K7222), твердость, равную 220 Н (согласно JIS K6400-2), и толщину, равную 6 мм, используют в качестве подложки 10, и нитевидный нагреватель располагают так же, как в первом варианте осуществления. Таким образом, получают нагревательный элемент, показанный на фиг. 1 и 2. В этом случае, подложку 10 термически сжимают до тех пор, пока толщина подложки не станет равной 1 мм. После термического сжатия подложки 10, кажущаяся плотность составляет 0,32 г/см (согласно JIS K7222).
Третий вариант осуществления изобретения
3
3
Два образованных тела, образованных из вспененной полиуретановой смолы, имеющей кажущуюся плотность, равную 0,04 г/см (согласно JIS K7222), твердость, равную 220 Н (согласно JIS K6400-2), и толщину, равную 4 мм, используют посредством наслаивания друг на друга в качестве подложки 10, и нитевидный нагреватель располагают так же, как в других вариантах осуществления. Таким образом, получают нагревательный элемент 31 для рулевого колеса, показанный на фиг. 1 и 2. Следует отметить, что фиг. 10 является сечением, показывающим главную часть фиг. 1 в увеличенном масштабе. В этом случае, подложку 10 термически сжимают до тех пор, пока толщина подложки 10 не станет равной 1 мм. После термического сжатия подложки 10, кажущаяся плотность составляет 0,32 г/см (согласно JIS K7222). В третьем варианте осуществления, для удобства объяснения, вспененное тело, расположенное на стороне нитевидного нагревателя нитевидного нагревателя 1, называется первым вспененным телом 11, и вспененное тело с противоположной стороны называется вторым вспененным телом 12.
В этом случае, если плавящийся от тепла слой 9 выполнен с возможностью быть внедренным как в первое вспененное тело 11, так и во второе вспененное тело 12, то первое вспененное тело 11 и второе вспененное тело 12 сильно сцепляются друг с другом. Таким образом, предотвращается отделение первого вспененного тела 11 и второго вспененного тела 12 друг от друга.
Когда нитевидный нагреватель 1 плавится от тепла, если первое вспененное тело 11 и второе вспененное тело 12 термически сжаты достаточно, чтобы они были сильно сжаты, то первое вспененное тело 11 и второе вспененное тело 12 могут быть скреплены вместе без использования адгезионного слоя, даже на участке, на котором не расположен нитевидный нагреватель 1. Это так, поскольку участки, не относящиеся к порам, одного образованного тела вводятся в участки пор другого образованного тела, таким образом, два образованных тела скрепляются посредством эффекта якоря. Измеряли прочность на отрыв подложки 10, которая получена наслаиванием двух образованных тел, как описано выше. Прочность на отрыв измеряли динамометром. Подложку 10 обрезали в размер 25 мм * 150 мм, предварительно разорвали продольный конец на длине 50 мм, концевой участок первого образованного тела 11 прикрепили к динамометру, а концевой участок второго вспененного тела 12 удерживали и тянули в противоположном направлении от динамометра (угол отрыва: 180°) со скоростью 10 мм/с. Таким образом, измеряли максимальную нагрузку в качестве прочности на отрыв. В отношении нагревательного элемента 31 третьего варианта осуществления, прочность на отрыв между первым образованным телом 11 и вторым вспененным телом 12, измеренная, как описано выше, составила 6,2 Н. Это является достаточным значением для практического применения. Также было подтверждено, что отрыв был вызван разрушением материала, а не межповерхностным отрывом. Также с этой точки зрения было подтверждено, что была получена достаточная прочность сцепления. Для справки, прочность на отрыв измеряли с использованием образца, в котором первое образованное тело 11 и второе вспененное тело 12 были сцеплены друг с другом двусторонней клейкой лентой. Прочность на отрыв составила 13,7 Н. Прочность на отрыв также измеряли с использованием другого примера, в котором первое образованное тело 11 и второе вспененное тело 12 были сцеплены друг с другом посредством их термического сжатия без использования нитевидного нагревателя, так что они были сильно сжаты так же, как в третьем примере. Прочность на отрыв составила 5,0 Н, и произошел межповерхностный отрыв.
В нормальной подложке 10, образованной одним образованным телом, если вспененное тело случайно треснет или разорвется, то трещина или разрыв увеличится, и подложка 10 разрушится. Когда используется подложка, образованная наслаиванием множества образованных тел, даже если одно из вспененных тел треснет или разорвется, то трещина или разрыв будут ограничены в одном из вспененных тел, и это не повлияет на другие образованные тела. Таким образом, предотвращается разрушение подложки 10 в целом.
Дополнительно, если подложка 10 образована наслаиванием первого вспененного тела 11 и второго вспененного тела 12, то могут быть использованы два вида вспененного тела, имеющие разные характеристики. Таким образом, подложка может включать в себя множественные характеристики. Например, могут быть рассмотрены следующие изменения. Вспененное тело, имеющее высокую пористость, может быть выбрано для одного из образованных тел. Если вспененное тело, имеющее высокую пористость, используется для стороны, на которой расположен нитевидный нагреватель 1, то нитевидный нагреватель 1 более надежно войдет во вспененное тело. Таким образом, может быть получен приблизительно плоский нагревательный элемент 31. Альтернативно, можно рассмотреть случай, когда вспененное тело, имеющее высокую пористость, используется для стороны, на которой не расположен нитевидный нагреватель 1, и другой вид смолы плавится и загружается для образования композиционного материала. Рулевое колесо, в которое встроен нагревательный элемент 31, может быть получено посредством сцепления нагревательного элемента 31 с материалом 77 сердцевины колеса и, затем, литьевого формования уретановой смолы и т.п. на нем. Здесь, если вспененное тело, имеющее высокую пористость, используется на стороне, на которой не расположен нитевидный нагреватель 1, то отформованная литьем уретановая смола и т.п. заполняет поры вспененного тела, и нагревательный элемент 31 надежно скрепляется. Если образованные тела, имеющие разную твердость, наслаиваются, то пользователь едва ли почувствует присутствие нитевидного нагревателя 1, когда пользователь прикоснется к продукту, в котором установлен нагревательный элемент 31. Посредством объединения различных вспененных тел, таких как вспененное тело, имеющее превосходную огнестойкость, вспененное тело, имеющее высокий предел прочности при растяжении, вспененное тело, имеющее превосходную химическую стойкость, вспененное тело, имеющее превосходную стойкость к нагреванию, вспененное тело, имеющее превосходную стойкость к электрическому напряжению, вспененное тело, имеющее свойство экранирования электромагнитных волн, вспененное тело, имеющее низкую характеристику отталкивания, вспененное тело, имеющее низкотемпературную хрупкость, и вспененное тело, имеющее высокую удельную теплопроводность, дополнительные функции могут быть добавлены нагревательному элементу 31. Если наслаиваются тонкие вспененные тела, то процесс прикрепления других вспененных тел может быть добавлен после расположения нитевидного нагревателя на тонких вспененных телах посредством теплового плавления. Таким образом, может быть предотвращено дефектное плавление, вызванное влиянием тепловой изоляции вспененного тела. Дополнительно, посредством наслаивания других вспененных тел, таких как третье образованное тело, может быть использована многослойная структура. В таком случае, плавящийся от тепла слой 9 предпочтительно должен быть внедрен в поры всех вспененных тел.
Фиг. 11 показывает SEM-изображение главной части сечения нагревательного элемента 31 третьего варианта осуществления. На этой фигуре подтверждается, что плавящийся от тепла слой 9 внедрен в поры первого вспененного тела 11 и второго вспененного тела 12. Дополнительно, участки, не относящиеся к порам, второго вспененного тела 12, входят в участки пор первого вспененного тела 11, и участки, не относящиеся к порам, первого вспененного тела 11, входят в участки пор второго вспененного тела 12. Таким образом, подтверждается, что первое вспененное тело 11 и второе вспененное тело 12 скреплены друг с другом посредством эффекта якоря. Плавящийся от тепла слой 9 нитевидного нагревателя 1 внедряется в подложку 10 вплоть до, приблизительно, 5 мм от поверхности подложки 10.
Четвертый, пятый и шестой варианты осуществления изобретения
Далее, со ссылкой на фиг. 12А-14С, будут объяснены четвертый, пятый и шестой варианты осуществления.
Фиг. 12А-12С являются чертежами, показывающими вид поверхности нагревательного элемента. Фиг. 12А показывает четвертый вариант осуществления, фиг. 12В показывает пятый вариант осуществления, и фиг. 12С показывает шестой вариант осуществления.
Фиг. 13А-13С являются чертежами, показывающими вид обратной поверхности нагревательного элемента. Фиг. 13А показывает четвертый вариант осуществления, фиг. 13В показывает пятый вариант осуществления, и фиг. 13С показывает шестой вариант осуществления.
Фиг. 14А-14С являются SEM-изображениями сечений нагревательного элемента. Фиг. 14А показывает четвертый вариант осуществления, фиг. 14В показывает пятый вариант осуществления, и фиг. 14С показывает шестой вариант осуществления.
Нагревательный элемент вариантов осуществления с четвертого по шестой образован нитевидным нагревателем и подложкой, изготовленной из вспененного полимерного материала. Как описано выше, нитевидный нагреватель образован с использованием сердцевины нагревателя, изготовленной из пучка волокон из ароматического полиамида, имеющих внешний диаметр, равный приблизительно 0,19 мм, и проводящих проводов из медно-оловянного сплава, имеющих диаметр жилы, равный 0,08 мм, причем семь проводящих проводов запараллелены вместе, и, причем, запараллеленные проводящие провода спирально обмотаны вокруг внешней периферии сердцевины нагревателя с шагом, равным 1,00 мм. Толщина изолирующей пленки проводящих проводов составляет 0,005 мм. Состояние спирального обматывания проводящих проводов вокруг внешней периферии сердцевины нагревателя называется материалом сердцевины. Полиэфирная смола, смешанная с антипиреном, в качестве плавящегося от тепла участка 9, нанесена экструзионным способом на внешнюю периферию материала сердцевины.
Диаметр материала сердцевины составляет 0,37 мм в вариантах осуществления с четвертого по шестой. Внешний диаметр нитевидного нагревателя составляет 0,60 мм в четвертом варианте осуществления, 0,77 мм в пятом варианте осуществления, и 0,97 мм в шестом варианте осуществления, поскольку толщина (величина) плавящегося от тепла участка 9 является разной. Толщина плавящегося от тепла участка составляет 0,115 мм в четвертом варианте осуществления, 0,20 мм в пятом варианте осуществления, и 0,30 мм в шестом варианте осуществления.
В нагревательном элементе, плавящийся от тепла участок 9 образован на самом удаленном слое, покрывающем материал сердцевины нагревателя. Нитевидный нагреватель располагают на подложке 10 и затем термически сжимают. В вышеупомянутом процессе, плавящийся от тепла участок 9 нитевидного нагревателя плавится и проникает во вспененный полимерный материал подложки 10. Таким образом, образуется скрепленный участок. Когда плавящийся от тепла участок 9 плавится, зона внедрения в подложку 10, которая является вспененным полимерным материалом, изменяется в зависимости от толщины (величины) плавящегося от тепла участка 9. Скрепленный участок является участком, где плавящийся от тепла участок нитевидного нагревателя проник во вспененный полимерный материал подложки 10 и закрепился, поскольку плавящийся от тепла участок плавится и прижимается к подложке 10.
Плавящийся от тепла участок 9 образует скрепленный участок при его плавлении. Плавящийся от тепла участок 9 не должен сохранять исходную форму. Поскольку нитевидный нагреватель прижимается к подложке 10, нитевидный нагреватель принимает силу отталкивания от подложки 10 перед термическим сжатием нитевидного нагревателя. Когда плавящийся от тепла участок 9 термически сжимается, часть или весь плавящийся от тепла участок 9 плавится и сжижается. В результате, расплавленный плавящийся от тепла участок 9, как считается, должен проникать в поры вспененного полимерного материала с участка, контактирующего с подложкой 10. После завершения термического сжатия и охлаждения нитевидного нагревателя, имеется проникновение плавящегося от тепла участка 9 в подложку 10 в направлении ширины и направлении толщины подложки 10. Плавящийся от тепла участок 9 объединяется с подложкой 10, которая является вспененным полимерным материалом, на самом удаленном слое. Поскольку образуется объединенный участок, нитевидный нагреватель считается сильно сцепленным с подложкой 10.
Дополнительно, нитевидный нагреватель находится внутри скрепленного участка, и скрепленный участок входит в подложку 10. Толщина участка, на участке, на котором расположен нитевидный нагреватель, не превышает толщины подложки 10, на которой не расположен нитевидный нагреватель. Хотя в настоящем варианте осуществления толщина участка, на котором расположен нитевидный нагреватель, не превышает толщины подложки 10, на которой не расположен нитевидный нагреватель, участок, на котором расположен нитевидный нагреватель, может быть немного более толстым, чем подложка 10, на которой не расположен нитевидный нагреватель. Даже если толщина является немного большей, это включено в настоящее изобретение, поскольку пользователь не почувствует неудобство при управлении рулевым колесом. С другой точки зрения, пользователь может не почувствовать неудобство, даже если толщина является большей, чем толщина подложки 10, или меньшей, чем толщина подложки 10, в зависимости от твердости скрепленного участка, содержащего нитевидный нагреватель.
Толщина (KA) подложки 10, диаметр (KB) материала сердцевины (сердцевина+провод), ширина (KC) плавящегося от тепла участка (скрепленного участка), проникшего в подложку, и глубина (KD) плавящегося от тепла участка (скрепленного участка), проникшего в подложку, показаны в следующей таблице.
Четвертый вариант осуществления
Пятый вариант осуществления
Шестой вариант осуществления
(KA)
0,8
0,78
0,74
(KB)
0,37
0,37
0,37
(KC)
1,43
1,57
1,80
(KD)
0,50
0,78
0,74
Для разъяснения состояния проникновения плавящегося от тепла участка в подложку, ниже вычислено и показано соотношение (KD/KA) между толщиной скрепленного участка и толщиной подложки, соотношение (KC/KB) между шириной скрепленного участка и шириной материала сердцевины, и соотношение (KD/KB) между толщиной скрепленного участка и шириной материала сердцевины.
Четвертый вариант осуществления
Пятый вариант осуществления
Шестой вариант осуществления
(KD/KA)
63%
100%
100%
(KC/KB)
386%
424%
486%
(KD/KB)
135%
211%
200%
Нагревательный элемент настоящего изобретения состоит из: подложки, образованной из вспененного полимерного материала; и нитевидного нагревателя, расположенного на подложке, причем плавящийся от тепла участок образован на самом удаленном слое, покрывающем материал сердцевины нагревателя, и плавящийся от тепла участок нитевидного нагревателя плавится и проникает во вспененный полимерный материал для образования скрепленного участка.
Дополнительно, способ изготовления нагревательного элемента отличается тем, что плавящийся от тепла участок нитевидного нагревателя плавится и проникает во вспененный полимерный материал для образования скрепленного участка.
Кроме того, нагревательный элемент и способ, описанные выше, имеют следующие признаки.
Из четвертого варианта осуществления, толщина скрепленного участка превышает 60% толщины подложки.
Из пятого и шестого вариантов осуществления, толщина скрепленного участка является приблизительно такой же, как толщина всей подложки.
Из четвертого варианта осуществления, ширина скрепленного участка превышает утроенную ширину материала сердцевины.
Из пятого и шестого вариантов осуществления, ширина скрепленного участка не превышает пятикратную ширину материала сердцевины.
Из четвертого варианта осуществления, толщина скрепленного участка превышает ширину материала сердцевины, умноженную на 1,3.
Из пятого варианта осуществления, толщина скрепленного участка не превышает ширину материала сердцевины, умноженную на 2,5.
Конечно, вышеупомянутые значения являются просто примером данного варианта осуществления. С учетом общих и разумных ожиданий специалистов в данной области техники, тот же результат можно ожидать в диапазоне от 50% нижнего предельного значения до 200% верхнего предельного значения. Предпочтительно, лучший результат можно ожидать в диапазоне от 75% нижнего предельного значения до 150% верхнего предельного значения. Более предпочтительно, лучший результат можно ожидать в диапазоне от 90% нижнего предельного значения до 110% верхнего предельного значения.
Авторы изобретения учитывали следующее.
В настоящий момент, толщина плавящегося от тепла участка составляет минимально 0,115 мм в качестве практически применимого размера.
Адгезионная прочность увеличивается, когда плавящийся от тепла участок проникает глубже. В случае, когда плавящийся от тепла участок достигает обратной стороны подложки (KD/KA=100%), участок, достигший обратной стороны, может появиться на поверхности рулевого колеса в виде инородного вещества.
Поскольку ширина и глубина скрепленного участка определяется таким образом, чтобы материал сердцевины (сердцевина+провод) был надежно скреплен с подложкой, ширина и глубина скрепленного участка должна быть сравнимой с диаметром материала сердцевины (сердцевина+провод). Хотя провод поперечно обматывается вокруг сердцевины нагревателя в продукте настоящего варианта осуществления, этот продукт может быть также обеспечен только скручиванием проводов без использования сердцевины нагревателя.
Адгезионная прочность увеличивается, когда ширина скрепленного участка увеличивается. Однако, если эта ширина является слишком большой, это может обусловить неудобство. В этой связи считается, что диапазон, приблизительно, 300% ≤ KC/KB ≤ 500%, является адекватным.
Что касается глубины скрепленного участка относительно материала сердцевины (сердцевина+провод), следует соблюдать KD/KB > 100%, чтобы скрепленный участок не выступал из подложки. Однако, если эта глубина является слишком большой, это может обусловить неудобство. Таким образом, считается, что диапазон, приблизительно, KD/KB ≤ 250%, является адекватным.
3
Что касается способа изготовления, который обеспечивает сжатие полиуретана, имеющего кажущуюся плотность, равную 0,04 г/см, до 0,8 мм, способ четвертого и пятого вариантов осуществления отличается следующим.
Условия термического сжатия
пластина 27 горячего прессования: 215°С ± 10°С
кондуктор 15 горячего прессования: 230°С ± 10°С
нисходящее давление, первый раз: 0,3 МПа, второй раз 0,5-1,0 МПа
время сжатия: 25 ± 2 секунды
Условия термического сжатия могут отличаться согласно конфигурации продукта. Например, условия отличаются, когда для подложки и плавящегося от тепла участка используются другие типы материалов, когда используется подложка, имеющая другую кажущуюся плотность и пористость, и когда изменяется толщина после сжатия.
Дополнительно, тот же самый продукт может быть получен, даже если используются условия, отличные от вышеупомянутых условий. Например, тот же самый продукт может быть получен при уменьшении температуры и увеличении времени сжатия.
Следует отметить, что настоящее изобретение не ограничено описанными выше вариантами осуществления.
Любые общеизвестные нитевидные нагреватели могут быть использованы в качестве нитевидного нагревателя 1. Например, может быть использован нитевидный нагреватель, показанный в патенте Японии № 4202071. Этот нитевидный нагреватель образован посредством обматывания генератора тепла, в котором генерирующие тепло провода параллельны, вокруг внешней периферии сердцевины нагревателя, и образования изолирующего слоя, изготовленного из FEP, и, необязательно, плавящегося от тепла слоя, изготовленного из полиэтилена. Дополнительно, может быть использован нитевидный нагреватель, показанный в публикации заявки на патент Японии № 2007-158452. В этом нитевидном нагревателе, сердцевина 3 нагревателя имеет свойство термической усадки и свойство плавления от тепла. Дополнительно, может быть использован нитевидный нагреватель, показанный в публикации заявки на патент Японии № 2007-158453. Этот нитевидный нагреватель образован посредством запараллеливания проводящих проводов, в которых генератор тепла покрыт изолирующей пленкой. Дополнительно, может быть использован нитевидный нагреватель, показанный в публикации заявки на патент Японии № 2007-134341. В этом нитевидном нагревателе, генератор тепла образован проводом из серебросодержащего медного сплава, в котором твердый раствор меди и медно-серебряный эвтектический сплав находятся в волокнистом состоянии. Может также рассматриваться конфигурация, показанная на фиг. 4. Конкретно, нитевидный нагреватель 1 образован с использованием сердцевины 3 нагревателя, изготовленной из пучка волокон из ароматического полиамида, имеющих внешний диаметр, равный приблизительно 0,2 мм, и проводящих проводов 5а, изготовленных из медно-оловянного сплава, имеющих диаметр жилы, равный 0,08 мм, причем семь проводящих проводов 5а запараллелены вместе, и, причем, запараллеленные проводящие провода спирально обмотаны вокруг внешней периферии сердцевины 3 нагревателя с шагом, равным 1,00 мм. Следует отметить, что проводящие провода 5а покрыты изолирующей пленкой 5b, изготовленной из полиуретана, имеющей толщину, равную приблизительно 0,005 мм. Нитевидный нагреватель 1 имеет описанную выше конфигурацию. Окончательный внешний диаметр нитевидного нагревателя 1 составляет 0,38 мм.
Подложка 10 не ограничена вспененной полиуретановой смолой. Например, могут быть использованы различные вспененные полимерные материалы, такие как лист вспененной смолы, изготовленный из других материалов, и лист пенорезины. Особенно предпочтительными являются материалы, имеющие превосходную растяжимость. Предпочтительно, чтобы твердость настраивалась таким образом, чтобы неровность нитевидного нагревателя не появлялась на поверхности. Для настройки твердости, могут быть использованы различные способы. Например, может быть настроена скорость пенообразования, поры могут быть закрытыми ячейками и открытыми ячейками, или твердость материала может быть выбрана согласно цели. Материалы могут быть выбраны из различных смол, резин, и термопластических эластомеров, таких как полиуретановая смола, хлоропреновая резина, силиконовая смола, силоксановый каучук, неопреновый каучук, диеновый каучук, нитрильный каучук, натуральный каучук, полиэтиленовая смола, полипропиленовая смола, и сополимер этилена и винилацетата. Может быть использовано множество подложек 10. Множество подложек 10 может наслаиваться послойно. В этом случае, разные виды материалов могут быть использованы для каждой из множества подложек 10. Вследствие этого, неровность нитевидного нагревателя едва ли появится на поверхности. Предпочтительно, чтобы адгезионный слой был образован таким образом, чтобы адгезионный материал не входил в поры и другие участки внутри подложки 10. Таким образом, предотвращается затвердевание подложки 10, и может быть сохранена растяжимость. Дополнительно, могут быть сохранены тактильные ощущения.
При расположении нитевидного нагревателя 1 на подложке 10, нитевидный нагреватель 1 может быть скреплен с подложкой 10 с использованием различных способов, отличных от плавления термического сжатия. Например, нитевидный нагреватель 1 может быть прикреплен на подложке 10 посредством пришивания. При термическом сжатии подложки 10, кондуктор 15 горячего прессования может быть также нагрет, дополнительно к пластине 27 горячего прессования. В этом случае, если задано, что температуры пластины 27 горячего прессования и кондуктора 15 горячего прессования являются разными, то степень сжатия подложки 10 может быть изменена для изменения пористости.
Различные материалы могут быть использованы в качестве адгезионного слоя. Например, может быть использован адгезионный слой, изготовленный из полимерного акрилового клея, без использования ленты-подложки, или адгезионный слой, имеющий адгезионный материал на обеих сторонах полипропиленовой пленки. Материал, имеющий огнестойкость, удовлетворяющую требованиям испытания на горение автомобильного внутреннего материала FMVSS № 302, является предпочтительным, поскольку улучшается огнестойкость нагревательного элемента. Для сохранения растяжимости нагревательного элемента предпочтительно образование адгезионного слоя только из адгезионного материала.
Настоящее изобретение может обеспечить рулевое колесо, которое не создает неудобство для пользователя при управлении рулевым колесом. Нагревательный элемент настоящего изобретения используется, например, для рулевого колеса автомобиля, корабля, различных транспортных средств, различных сельскохозяйственных транспортных средств, и различного тяжелого оборудования для машиностроения и строительства. Конкретно, нагревательный элемент соответствующим образом используется для нагрева колесного участка рулевого колеса. Поскольку нитевидный нагреватель нагревательного элемента настоящего изобретения является приблизительно плоским и не образует неровность, нагревательный элемент может быть применен не только для рулевого колеса. Например, нитевидный нагреватель может быть применен для электрического одеяла, электрического ковра, листового нагревателя автомобиля, нагревателя рулевого управления, нагревателя сиденья на унитазе, нагревателя для незапотевающего зеркала, варочного аппарата с подогревом, нагревателя для нагревания пола и нагревателя для одежды.
Следует отметить, что настоящее изобретение не ограничено вышеупомянутыми вариантами осуществления. Хотя это и предназначено для специалистов в данной области техники, нижеследующее раскрыто в качестве одного варианта осуществления настоящего изобретения.
- Взаимозаменяемые элементы, конфигурации, и т.д., раскрытые в данном варианте осуществления, могут быть использованы в комбинации, измененной соответствующим образом.
- Не раскрытые в данном варианте осуществления элементы, конфигурации, и т.д., которые относятся к известной технологии и могут быть заменены элементами, конфигурациями, и т.д., раскрытыми в данном варианте осуществления, могут соответствующим образом заменяться или использоваться с изменением их комбинации.
- Не раскрытые в данном варианте осуществления элементы, конфигурации, и т.д., которые могут рассматриваться специалистами в данной области техники в качестве замен элементов, конфигураций, и т.д., раскрытых в данном варианте осуществления, соответствующим образом заменяются вышеупомянутыми элементами, конфигурациями, и т.д., или используются с изменением их комбинации.
В то время как настоящее изобретение было конкретно показано и описано в отношении его предпочтительных вариантов осуществления, специалистам в данной области техники следует понимать, что вышеупомянутые и другие изменения в форме и подробностях могут быть реализованы, не выходя за рамки сущности и объема настоящего изобретения, определенного в прилагаемой формуле изобретения.