专利名称：线状发热丝的制作方法
技术领域：
本发明涉及在电热毛毯、电热地毯等面状取暖器具中使用的线状发热丝。
背景技术：
通常在电热毛毯、电热地毯等面状取暖器具中使用的线状发热丝已被熟知，最为普及的构造如图7所示。在该图中，线状发热丝包括以下部分聚酯纤维等纤维束卷芯IOA ;在卷芯IOA的外周上将铜或铜合金的导体卷绕成螺旋状形成的发热芯线IOB ;在发热芯线IOB的外周上挤压成形高分子感热树脂而形成的高分子感热层IOC ;在高分子感热层IOC的外周上将镍导体绕成螺旋状形成的温度检测芯线IOD ;以及在最外周上挤压成形聚氯乙烯树脂等而形成的绝缘被覆层10F。另外，根据需要有时在温度检测芯线IOD和绝缘被覆层IOF之间设置将聚酯带卷绕成螺旋状而形成的、针对来自绝缘被覆层IOF的可塑剂转移的阻挡层。并且，也有将发热芯线IOB和温度检测芯线IOD颠倒配置的构造，还有用铜合金等形成温度检测芯线IOD的构造。其中，高分子感热层IOC对温度的交流阻抗特性显示出阻抗随着温度上升而减小的所谓负温度系数热敏电阻特性的形状，表示敏感度性能的常数B大致在8000K 11000K。并且，温度检测芯线IOD是与普通金属一样具有电阻值随着温度上升而增加的正温度系数的电阻体，表示其敏感度性能的电阻的温度系数为每l°c约O. 44%。在这种结构的线状发热丝100中，基于温度变化的电阻值的变化被作为电气信号从温度检测芯线IOD的两端提取出来，并用于温度控制。并且，当高分子感热层IOC由于局部保温而成为局部过热状态的情况下，高分子感热层IOC的阻抗的急剧减小被作为电气信号从发热芯线IOB和温度检测芯线IOD之间提取出来，并用于防止过热控制。另外，在上述的各个控制部分破损而处于不能控制状态的情况下，对发热芯线IOB的通电被连续，整体处于过热状态，因此高分子感热层IOC在固有的熔点时熔融，发热芯线IOB和温度检测芯线IOD接触，被插入到包括电源和该接触点的回路中的温度熔断器一体型的加热用电阻被加热，温度熔断器在预定时间内熔断，电源被切断，如此构成防止火灾发生的最终保护电路。这种现有的线状发热丝100是使各个功能兼备温度控制和两个安全保护功能的良好构造。
作为外观结构与上述说明相似的技术，可以列举专利文献I 4。
现有技术文献
专利文献
专利文献I日本特开昭52-27594号公报
专利文献2日本特开平6-5175号公报
专利文献3日本特开平7-216174号公报专利文献4日本特开2004-221443号公报专利文献5日本特开平6-124771号公报近年来，随着电热毛毯和电热地毯的面积增大并且从视觉和触感考虑，坯料和外罩变厚，而从成本方面考虑，每单位面积的线状发热丝的布线密度减少，这种市场需求增强，每单位面积的发热温度的上升增加，其结果是由于被局部保温的部分的局部过热而导致的冒烟和烧焦增加，而引发安全上的问题。上述专利文献I 4也存在同样的问题。为了避免这种问题，图7所示的线状发热丝100的高分子感热层IOC的敏感度特性是如图5的现有例I所示足够高的特性，因而即使是基于局部过热的某种程度上的较小面积，其交流阻抗也急剧减小。将该阻抗变化作为电气信号从发热芯线IOB和温度检测芯线IOD之间提取出来，并输入过热保护控制部，当在比高分子感热层IOC的熔融温度低的范围内超过预先设定的温度的时刻，切断对发热芯线IOB的通电，防止局部的冒烟和烧焦，同时抑制高分子感热层IOC容易熔断。但是，在线状发热丝100的结构中，例如在总长36m的线状发热丝100的局部Im成为过热状态的情况下，实际得到的过热检测信号的大小比较小，只不过是图5所示特性的1/36，因而如果将其检测为不怎么高的温度例如约120°C，则只能是与温度检测信号相同程度的大小。可是，检测高分子感热层IOC的阻抗的一个电极也被温度检测芯线IOD共用，因而温度检测信号与过热检测信号的分离困难，检测精度下降，在控制电路的复杂程度和成本方面成为重要问题。为了解决这种问题，作为图7的进步，提出了图8所示构造的发热丝(专利文献5)。在图8中，高分子感热层IOC内侧的结构与图7相同，将被绝缘被覆的温度检测芯线IOD和裸的过热检测芯线IOE相互隔开间隔地以固定的间距螺旋卷绕在高分子感热层IOC的外周上，其外周被绝缘被覆层IOF绝缘，由此形成线状发热丝110。根据图8的构造，被绝缘被覆的温度检测芯线IOD构成为相对于其它部分是电气独立的，只能够检测纯正的温度检测信号，同时能够从发热芯线IOB和过热检测芯线IOE之间检测到没有混入温度检测信号的、纯正的高分子感热层的过热信号。但是，这种结构充分有效地发挥作用是在施加给高分子感热层的电压为直流模式的情况下，由于实际上隔着高分子感热层向发热芯线IOB和被绝缘被覆的温度检测芯线IOD之间施加交流电压，因而在温度检测芯线较薄的绝缘被膜中，流过与被膜的静电容量对应的交流电流，导致温度检测信号产生误差。这种现象通常随着温度的上升而增加，因而在高温区域所需要的温度检测信号与过热检测信号的高精度分离可以说几近不可能。并且，对温度检测芯线涂敷气孔极少的绝缘被膜的步骤比较困难，而且高价不经济。
发明内容
本发明的目的在于提供一种经济性良好的线状发热丝，在高分子感热层的外周上，将没有绝缘被覆的温度检测芯线和过热检测芯线交替地以固定的间隔卷绕成螺旋状，并设置即使重叠施加直流和交流电压时也能够将温度控制信号和过热保护信号分离的电路，由此能够得到各自稳定的温度控制信号和过热保护信号。为了达到上述目的，本发明的第一方面的线状发热丝具有发热芯线，以固定的间距被螺旋卷绕在卷芯上；高分子感热层，被密着配置在所述发热芯线上，并在预定的温度时熔融，其阻抗具有温度特性；由相互隔开间隔并以固定的间距被螺旋卷绕在所述高分子感热层的外周上的温度检测芯线和过热检测芯线构成的两条导体；以及将所述两条导体绝缘的被覆层，所述线状发热丝的特征在于，从所述温度检测芯线的电气信号中减去来自所述过热检测芯线的电气信号，得到去除了高分子感热层的阻抗变化量的温度控制信号，由此进行基于该温度控制信号的温度控制和基于所述过热检测芯线的防止过热控制。本发明的第二方面的线状发热丝的特征在于，在第一方面的线状发热丝中，所述温度检测芯线和所述过热检测芯线以各自的厚度或者直径的10%以上50%以下被咬入高分子感热层中的方式进行螺旋卷绕。本发明的第三方面的线状发热丝的特征在于，在第一及第二方面的线状发热丝中，所述高分子感热层由高分子感热树脂构成，并且具有阻抗随着温度上升而下降的负温度系数热敏电阻特性。本发明的第四方面的线状发热丝的特征在于，在第一、第二及第三方面的线状发热丝中，所述高分子感热层的熔融温度为130°C以上190°C以下。本发明的第五方面的线状发热丝的特征在于，在第一及第二方面的线状发热丝中，所述温度检测芯线是具有正的温度系数的金属线。本发明的第六方面的线状发热丝的特征在于，在第一、第二及第五方面的线状发热丝中，所述过热检测芯线是具有所述温度检测芯线的温度系数的大致1/10以下的温度系数的金属线。下面，详细说明本发明的结构。本发明的线状发热丝所使用的芯线是聚酯纤维束、聚酰亚胺纤维束、玻璃纤维束等，但从耐热性、柔软性和成本方面考虑优选聚酯纤维束，根据用途，只要是耐热性、柔软性良好的纤维束，就没有特殊限定，另外也可以是多种纤维的混合纤维束。本发明的线状发热丝所使用的以预定的间距被螺旋卷绕而成的发热芯线，其材质有纯铜线或铜与锡的合金线、以及铜与银的合金线等，其形状可以是圆线状或薄片状，这些芯线可以是单股线，也可以是扭绞线，或者将多股线对齐进行螺旋卷绕，但是为了以预定的尺寸得到预定的电阻值，对其材质和形状的选择没有任何限定。在此，发热芯线是为了发热而流过电流的导体，也作为检测在高分子感热层流过的电流的一个电极而发挥作用，该高分子感热层的阻抗根据温度而变化。本发明的线状发热丝所使用的高分子感热层由氯乙烯树脂或聚酰胺树脂、聚酯树脂、或这些各种树脂的聚合物等热塑性树脂构成，相比电热毛毯和电热地毯等产品的表面温度和线状发热丝的耐热温度，高分子感热层的熔融温度为130°C以上190°C以下，高分子感热层优选在150°C 170°C时显示出比较急剧的熔融特性的聚酰胺树脂或聚酰胺弹性体或者它们的混合物。在此，如果高分子感热层的熔融温度为130°C以下，在通常的温度控制中发热芯线的峰值温度有时会在瞬间上升到120°C附近，如果反复产生这种情况，则发热芯线和过热检CN 102932977 A
书
明
说
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测芯线在短时间内短路的可能性增大，而如果高分子感热层的熔融温度为190°C以上，则发`热芯线的过热加快，导致冒烟和烧焦的产生增加，所以不适合。并且，高分子感热层的负温度系数的热敏电阻特性可以按照众所周知的那样，通过添加第四级铵盐、咪唑盐、锂盐或卤化金属盐、以及这些盐的混合物等导电赋予剂而实现，为了得到所需要的热敏电阻特性，不限定于这种选择。本发明的线状发热丝所使用的温度检测芯线和过热检测芯线，相互隔开间隔以固定的间距被螺旋卷绕在表面未绝缘的裸表面的高分子感热层的外周上，并且是以各个芯线的厚度或者直径的10%以上被咬入高分子感热层中的方式进行螺旋卷绕，由此即使线状发热丝受到弯曲应力时，温度检测芯线和过热检测芯线也不会接触。并且，温度检测芯线和过热检测芯线都与控制电路用的直流低电压稳定电源连接，并能够进行温度检测和过热检测动作，因而例如在两条芯线将要接触的情况下，也能够容易检测到接触状态，并切断电源以确保安全。被螺旋地卷绕在高分子感热层的外周上的温度检测芯线只要是具有正的温度系数的金属线，就没有特殊限定，但如果采用在金属中温度系数比较高的镍，即使遭受到拉丝加工或绕线加工等的机械应力时，其电阻值和温度系数也稳定，由此形成具有正的温度系数、温度对电阻特性呈直线性、再现性能良好、随时间的变化较小的温度检测芯线。被螺旋地卷绕在高分子感热层的外周上的过热检测芯线是其温度系数比温度检测芯线的温度系数足够小的金属线，能够采用广为熟知的Ni-Cr类、Fe-Cr类、Cu-Mn-Ni类、Cu-Ni类等的合金线，但只要是温度检测芯线的温度系数的约1/10以下，就能够确保实际应用中的S/N比，因而从经济上考虑优选其中体积电阻率与镍没有较大差异的Cu-Ni类合金线。在温度检测芯线和过热检测芯线的外周上，通过挤压成形等而密着形成电气绝缘性较高、柔软而且低廉的氯乙烯树脂等绝缘被覆层，由此形成线状发热丝。发明效果根据本发明的线状发热丝，相互隔开间隔并以固定的间距被螺旋卷绕在高分子感热层的外周上的温度检测芯线和过热检测芯线这两条芯线，都能够与发热芯线之间将高分子感热层的阻抗变化变换为电气信号进行检测。并且，温度检测芯线能够从其两端将基于温度的电阻变化变换为电气信号进行检测，但由于过热检测芯线的温度系数非常小，因而即使从其两端将基于温度的电阻变化变换为电气信号，也只能得到误差程度的信号。因此，如果在电子电路中将来自温度检测芯线的电气信号和来自过热检测芯线的电气信号相减，则能够消除高分子感热层的阻抗变化量，能够只检测近似纯正的温度信号。另一方面，来自过热检测芯线的电气信号几乎不含温度信号，只含有高分子感热层的阻抗变化量，因而能够作为过热信号进行独立检测。这样，根据本发明的线状发热丝，能够实现基于基本纯正的温度检测信号的温度控制，同时能够实现基于基本纯正的过热检测信号的防止过热控制，因而能够在高分子感热层熔融之前切断对发热芯线的通电，防止局部的冒烟和烧焦，同时防止高分子感热层容易熔融。并且，各条芯线以其厚度或者直径的10%以上50%以下、优选20%以上40%以下
6被咬入高分子感热层中的方式进行螺旋卷绕，由此即使线状发热丝受到弯曲应力时，温度检测芯线和过热检测芯线也不会接触。在此，如果咬入量为10%以下，则温度检测芯线和过热检测芯线容易滑动并接触，而如果在50%以上，则难以控制咬入量，导致高分子感热层的阻抗的偏差增加，因而不适
入
口 ο根据本发明的线状发热丝，由于高分子感热层利用熔融温度为130°C以上190°C以下、优选150°C以上170°C以下的高分子感热树脂形成，因而通过根据用途来选择合适的材质，能够灵活地确保最终的防止过热功能。根据本发明的线状发热丝，温度检测芯线是具有正的温度系数的金属线，因而温度系数较小，而温度对电阻特性呈直线性，并且随时间的变化相比高分子感热层非常小，因而能够实现精密稳定且再现性能良好的温度控制。
图I是表示本发明的实施方式的线状发热丝的构造图。图2是使用本发明的实施方式的线状发热丝将温度检测信号和过热检测信号分离并提取的电路的一例的电路图。图3是表示本发明的实施方式中温度检测信号相对于线状发热丝的温度的变化的曲线图。图4是从发热芯线和过热检测芯线之间电气地提取并测定基于高分子感热层的温度变化的交流阻抗的变化的电气连接图。图5是表示本发明的实施方式中阻抗相对于线状发热丝的温度的变化的曲线图。图6是表示本发明的实施方式中过热检测信号相对于线状发热丝的温度的变化的曲线图。图7是现有例I的线状发热丝的构造图。图8是现有例2的线状发热丝的构造图。
具体实施例方式下面，参照附图等更详细地说明本发明的线状发热丝的实施方式。另外，本发明只要不脱离其宗旨，就不限定于以下内容。图I是表示本发明的实施方式的线状发热丝IH的一个端部的横剖面图。该线状发热丝IH包括以下部分玻璃纤维或者聚酯纤维等纤维束的卷芯I ;在卷芯I的外周上将铜或铜合金的扁导体卷绕成螺旋状而形成的发热芯线2 ;在发热芯线2的外周上挤压成形高分子感热树脂而形成的高分子感热层3 ;在高分子感热层3的外周上相互隔开间隔并以固定的间距螺旋卷绕的温度检测芯线4和过热检测芯线5 ；以及在最外周上挤压成形聚氯乙烯等而形成的绝缘被覆层6。在此，高分子感热层3优选聚酰胺树脂中吸水率小的尼龙12，通过用捏合机或者挤压机向聚酰胺树脂中混揉铵盐或者咪唑盐、锂盐或卤化金属盐等导电赋予剂而得到。并且，在使聚酰胺树脂含有铵盐或者咪唑盐、锂盐或卤化金属盐等导电赋予剂的情况下，考虑到亲和性，也可以预先使用捏合机或者挤压机将导电赋予剂和各种聚酰胺弹性体或聚乙烯甘醇进行混揉，然后再次用捏合机或者挤压机将该混合物和聚酰胺树脂进行混揉，由此得到高分子感热层3。并且，由温度检测芯线4和过热检测芯线5构成的两条导体以各自的厚度或者直径的10%以上50%以下咬入高分子感热层3中的状态，相互隔开间隔并以固定的间距被螺旋卷绕在高分子感热层3的外周上，该咬入的大小通过绕线机的张紧管理而实现。并且，为了防止绝缘被覆层6的聚氯乙烯树脂混合物中所包含的可塑剂向高分子感热层3转移，也可以在温度检测芯线4及过热检测芯线5与绝缘被覆层6之间设置纵向添加聚酯带而形成的阻挡层。图I所示的实施方式中的各个数据如下所述。卷芯I的材质聚酯纤维束发热芯线2的材质铜锡合金发热芯线2的尺寸断面O. 06X0. 42mm(扁导体)，间距O. 86mm高分子感热层3的材质表I高分子感热层3的尺寸厚度O. 33mm高分子感热层3的导电剂表I温度检测芯线4的材质镍温度检测芯线4的尺寸断面直径Φ0. 08mm(圆线状导体)，间距O. 86mm过热检测芯线5的材质=Cu-Ni类合金(CNl5)过热检测芯线5的尺寸断面直径Φ0. 08mm(圆线状导体)，间距O. 86mm绝缘被覆层6的材质聚氯乙烯树脂混合物绝缘被覆层6的尺寸厚度O. 4mm表I与高分子感热层的材质的配合条件
权利要求
1.一种线状发热丝，具有发热芯线，以固定的间距被螺旋卷绕在卷芯上；高分子感热层，被密着配置在所述发热芯线上，并在预定的温度时熔融，该高分子感热层的阻抗具有温度特性；由相互隔开间隔并以固定的间距被螺旋卷绕在所述高分子感热层的外周上的温度检测芯线和过热检测芯线构成的两条导体；以及将所述两条导体绝缘的被覆层，所述线状发热丝的特征在于， 从所述温度检测芯线的电气信号中减去来自所述过热检测芯线的电气信号，得到去除了高分子感热层的阻抗变化量的温度控制信号，由此进行基于该温度控制信号的温度控制、和基于所述过热检测芯线的防止过热控制。
2.根据权利要求I所述的线状发热丝，其特征在于， 所述温度检测芯线和所述过热检测芯线以各自的厚度或者直径的10%以上50%以下被咬入高分子感热层中的方式进行螺旋卷绕。
3.根据权利要求I或2所述的线状发热丝，其特征在于， 所述高分子感热层由高分子感热树脂构成，并且具有阻抗随着温度上升而下降的负温度系数热敏电阻特性。
4.根据权利要求1-3中的任一项所述的线状发热丝，其特征在于， 所述高分子感热层的熔融温度为130°C以上190°C以下。
5.根据权利要求I或2所述的线状发热丝，其特征在于， 所述温度检测芯线是具有正的温度系数的金属线。
6.根据权利要求1、2和5中的任一项所述的线状发热丝，其特征在于， 所述过热检测芯线是具有所述温度检测芯线的温度系数的大致1/10以下的温度系数的金属线。
全文摘要
本发明提供一种经济性良好的线状发热丝，将未绝缘被覆的温度检测芯线和过热检测芯线交替以固定间隔螺旋状卷绕在高分子感热层的外周上，设置即使重叠施加直流和交流电压时也能够将温度控制信号和过热保护信号分离的电路，能够得到各自稳定的温度控制信号和过热保护信号。在卷芯上呈螺旋状地卷绕发热芯线。在发热芯线的外周上形成高分子感热层，将过热检测芯线和温度检测芯线交替以固定间隔且呈螺旋状地卷绕在高分子感热层的外周上，再在其上形成绝缘被覆层。从来自温度检测芯线的电气信号中减去过热检测芯线的电气信号，计算被去除了交流阻抗的温度控制信号。能够高精度地进行基于温度检测芯线的温度控制和基于过热检测芯线的防止过热控制。
文档编号H05B3/56GK102932977SQ20111041652
公开日2013年2月13日 申请日期2011年12月14日 优先权日2011年8月10日
发明者野村卓志, 朝仓正博 申请人:香港塔祈巴那电器有限公司