JP2010509727A

JP2010509727A - ツイスト加熱電線およびその製造方法

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Publication number: JP2010509727A
Application number: JP2009536141A
Authority: JP
Inventors: ソクソン，ジョン
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2006-11-13
Filing date: 2006-11-13
Publication date: 2010-03-25
Also published as: US7987659B2; CN101347044B; WO2008059997A1; US20090188231A1; CN101347044A

Abstract

本発明は、電気カーペットや電気毛布など電気を利用して人体を保温するための電熱機器に使用される加熱電線に関し、特に、人体に有害な電磁場の発生を最小化するためにニクロム線など抵抗体の撚線を心線とし、これをフッ素樹脂で被覆した絶縁皮膜を有する第１の電熱素線および第２の電熱素線が３軸でツイストされることを特徴とする。このような本発明は、接着剤などの別途部材を使用しなくても自由な状態でツイストがほどけることがなく、ツイスト間隔を狭くすることができるので密着性および柔軟性が良好で、さらに、漏れ磁束を減少させる効果が優れており、外径が細くて軽く、薄い電熱機器に有用で、製造費用が安価である。
【選択図】図３

Description

本発明は電気カーペットや電気毛布など電気を利用して人体を保温するための電熱機器に使用される加熱電線に関し、特に、人体に有害な電磁場（ELECTROMAGNETIC FIELDS）の発生を最小化するために２つの熱線をねじって一体化した漏れ磁束防止用のツイスト加熱電線（TWISTED ELECTRIC HEATING CABLES）に関するものである。

電線から任意の距離離れた地点の磁界の強さは、距離に反比例して増加するので、通常、数メートル離隔して使用する一般電気機器と異なり、人体を保温するための電熱機器の場合は、数センチメートル以内の狭い間隔を置いて重なるように人体に接触しており、人体に露出する磁場は、数十、数百倍の密度となる。このため、このような電熱機器の加熱電線は漏れ磁束の少ない構造が要求されている。

このような要求に応えるため、種々の形態の漏れ磁束阻害用の加熱電線が開発されているが、特に、特許文献１に開示されたものと類似した同軸に積層された加熱電線が漏れ磁束阻害用加熱電線として多く使用されており、図１にその外周面の一部を切開した同軸加熱電線の構造を示している。

同軸加熱電線は、中心には軟銅撚線（Annealed Copper Stranded Wire）からなる心線１１と、心線１１の外周を耐熱性の良好なナイロンやフッ素樹脂（TEFLON）などで被覆した絶縁内皮１２と、絶縁内皮１２の外周に螺旋状に巻かれた外周熱線１３と、および外周熱線１３の表面は、シリコンや塩化ビニル（PVC）などの絶縁体で被覆した絶縁外被１４とを含み、前記外周熱線１３は円形や角形のニクロム線のような抵抗体を円形やリボン状に加工され、前記心線１１と外周熱線１３とに互いに反対方向に電流を流して磁場を相殺させることによって漏れ磁束を除去したものである。

このような同軸加熱電線は、心線１１と、絶縁内皮１２と、外周熱線１３および絶縁外被１４が多層に積層されて太く柔軟性が不足し、特に、絶縁内皮１２は、両端の心線１１と外周熱線１３に電源が直接印加され、外周熱線１３の内側に存在するので、耐熱性と耐電圧を同時に保障しなければならない。このため、機械的熱的特性の優れているフッ素樹脂を使用しても相当の厚さが要求され、実用製品の直径はほぼ２．５ｍｍを超過し、絶縁外被１４を機械的強度が劣るシリコンや塩化ビニルなどとした場合は、直径は３ｍｍ前後であり、薄い電熱機器では同軸加熱電線部位が突っ張り、直径を減らすため絶縁外被１４にフッ素樹脂を使用する場合は、コストの増大を招き、さらに、高温圧出のため生産性が低下する。

また、外周熱線１３は、同軸加熱電線が折り曲げられるなど外部衝撃が加わると、１ヶ所に片寄って間隔が狭くなり、同軸加熱電線の一面が過熱して絶縁材が溶けたり損傷し、さらに、外周熱線１３の断線短絡が発生しやすく、漏れ磁束が増加する。

さらに、前記同軸加熱電線とは異なる方法で漏れ磁束を抑制する構造の加熱電線が提示されており、図２にその外周面の一部を切開した２重絶縁ツイスト加熱電線の基本構造を示している。

図２の２重絶縁ツイスト加熱電線は、ニクロム線のような抵抗体の撚線を心線２１とし、これをフッ素樹脂のような高温樹脂で絶縁内皮２２を形成した２本の電熱素線２０を合わせて引っ張りながら回転させるか、あるいは、２本の電熱素線２０を同時に回転させながら引っ張りツイストして一体化し、同時に、前記ツイストした電熱素線２０の密着と、ほどけ防止のため、外周に絶縁外被２３を被覆したもので、２つの電熱素線２０に流れる電流の方向が互いに逆方向になるようにして磁場が互いに相殺され漏れ磁束が減少したもので、特許文献２および特許文献３は、上記の２重絶縁ツイスト加熱電線を応用した例である。

このような２重絶縁ツイスト加熱電線は、電源が印加される心線２１の間の間隔が絶縁内皮２２の厚さの２倍に達するので、機械的熱的特性が許容される範囲で絶縁内皮２２の厚さを最大限薄くしても相当な耐電圧を有し、同軸加熱電線において螺旋状に巻かれた外周熱線１３が１ヶ所に片寄る現象は解決できるが、全体直径は依然として二重絶縁構造のため太くて柔軟性が不足し、薄い電熱機器において突出するという問題点があり、絶縁外被２３を覆う工程により費用および生産性の面で不利である。

このような同軸加熱電線と二重絶縁ツイスト加熱電線の構造的な問題点は、前記２重絶縁ツイスト加熱電線において絶縁外被２３を覆わないツイスト加熱電線をそのまま使うことによりほぼ解消されるが、この場合の最大の問題点は、１軸回転からなるツイスト加熱電線は、特別の拘束なしに自由な状態で放置したり、前記ツイスト加熱電線が埋設された電熱機器が変形したりする場合、電熱素線の間に空間が発生し、漏れ磁束を抑制する効果が減少することである。

このようなツイスト加熱電線の弱点を補完する手段として、特許文献４に２つの電熱素線の間を接着手段を用いてほどけを防止して、前記絶縁外被２３を取り除く方法が開示されている。しかし、フッ素樹脂などの低摩擦係数を有する素材を接着することができ、また、電熱機器内部のほぼ１００℃以上に達する電熱素線間における変形や接着力の低下がなく、また、薄い電熱機器が激しく折り畳まれるなどの機械的損傷にも耐える引張強度および柔軟性を有する接着剤の製造は大変難しい技術である。さらに、接着剤の費用および接着剤の塗布にかかる生産性も重要な課題である。
韓国特許登録第０１８４３６号韓国登録実用新案第０３１７４３７号韓国公告実用新案第０１７６４４７号米国特許第６７３４４０４Ｂ２号

そこで、本発明は上記従来の漏れ磁束防止用加熱電線の問題点を解決するためになされたものであって、本発明の目的は、接着剤などの部材を使用しなくても自由な状態でツイストがほどけることがなく、ツイスト間隔を狭くすることができるので密着性および柔軟性が良好で、さらに、漏れ磁束を減少させる効果が優れており、外径が細く薄い電熱機器に有用で、製造費用が安価なツイスト加熱電線を提供することである。

上記目的を達成するためになされた本発明によるツイスト加熱電線の製造方法は、第１の電熱素線および第２の電熱素線を互いに対称する方向に投入してツイスト処理を行い、前記第１および第２の電熱素線がツイストされる軸線と、第１の電熱素線が投入される軸線との角度、および、前記第１および第２の電熱素線がツイストされる軸線と、第２の電熱素線が投入される軸線との角度は同一であり、前記第１の電熱素線が投入される軸線周囲の回転方向と、第２の電熱素線が投入される軸線周囲の回転方向、および、前記第１および第２の電熱素線がツイストされる方向軸線の回転方向は同一方向に同時に回転する。

前記第１および第２の電熱素線が個別に投入される軸線の回転速度は互いに同一であり、前記第１および第２の電熱素線が個別に投入される軸線の回転速度は、ツイスト方向の軸線の回転速度より速い。

本発明のツイスト加熱電線は、抵抗体の撚線材質の心線およびこの心線の外周に被覆されたフッ素樹脂の絶縁皮膜を有する第１および第２の電熱素線がツイスト処理され、前記第１および第２の電熱素線がツイストされる軸線と、第１の電熱素線が投入される軸線との角度、および前記第１および第２の電熱素線がツイストされる軸線と、第２の電熱素線が投入される軸線との角度は同一であり、前記第１の電熱素線が投入される軸線周囲の回転方向と、第２の電熱素線が投入される軸線周囲の回転方向、および、前記第１および第２の電熱素線がツイストされる方向軸線の回転方向は同一方向で同時に回転する。

前記第１および第２の電熱素線は１本からなり、その中間部が折り曲げられてツイスト処理される。

本発明によれば、接着剤など別途の部材を使用しなくても自由な状態でツイストがほどけることがなく、ツイスト間隔を狭くすることができるので密着性および柔軟性が良好で、さらに、漏れ磁束を減少する効果が優れており、外径が細く薄い電熱機器に有用で、製造費用が安価なツイスト加熱電線を提供することができる。

以下、添付した図面を参照して本発明の実施形態による３軸ツイスト加熱電線を詳細に説明する。

図３は、本発明によるツイスト加熱電線のツイスト方法を示したものである。図４は、本は梅井によるツイスト加熱電線の断面の一例を示したものである。

図３および図４のツイスト加熱電線は、ニクロム線など抵抗体の撚線を心線（３１、４１）とし、これをフッ素樹脂のような高温樹脂で被覆した絶縁被膜（３２、４２）を有し、前記心線（３１、４１）と絶縁被膜（３２、４２）とを同一素材にした第１の電熱素線３０と第２の電熱素線４０との２本から構成されている。

本発明のツイスト加熱電線は、図３に示したように、第１の電熱素線３０および第２の電熱素線４０が互いに異なる軸線（Ｌ１、Ｌ２）に沿って投入されており、第１および第２の電熱素線（３０、４０）が互いにツイストされる軸線方向Ｌ２へ引っ張られてツイスト処理される。

第１の電熱素線３０が投入される軸線Ｌ１とツイストされる軸線Ｌ３とは角度Ａをなしており、第２の電熱素線４０が投入される軸線Ｌ２とツイストされる軸線Ｌ３とは角度Ｂをなしている。前記角度Ａおよび角度Ｂは同じ大きさで対称方向であり、前記第１の電熱素線３０が投入される軸線Ｌ１周囲の回転方向Ｒ１、第２の電熱素線４０が投入される軸線Ｌ２周囲の回転方向Ｒ２、並びに、第１および第２の電熱素線（３０、４０）がツイストされる軸線Ｌ３周囲の回転方向Ｒ３は同じ方向へ同時に回転する。

この際、第１の電熱素線３０が投入される軸線Ｌ１周囲の回転速度Ｎ１および第２の電熱素線４０が投入される軸線Ｌ２周囲の回転速度Ｎ２が同じ速度になれば、第１および第２の電熱素線（３０、４０）のツイストバランスが良くなり、その発生する磁束がほぼ同量となり漏れ磁束が大きく減少する。

さらに、第１の電熱素線３０の回転速度Ｎ１と、第２の電熱素線４０の回転速度Ｎ２とがツイストされる軸線Ｌ３周囲の回転速度Ｎ３と同一または速くなることにより、第１の電熱素線３０と第２の電熱素線４０のツイストが良好になり、また、絶縁皮膜（３２、４２）と心線（３１、４２）そのものにもツイストが発生して、該ツイスト加熱電線がより柔軟になり、ツイスト間隔Ｐが十分狭くなって密着性がよくなり、ツイスト加熱電線の一部を拘束しない自由な状態でもツイストがほどけない。

すなわち、本発明は、３軸方向に個別に回転しながらツイスト処理を行う３軸ツイスト方式により実現される。

このような本発明は、電熱素線を連続投入し３軸でツイストして３軸ツイスト加熱電線を製造した後、必要な長さだけ切断して使用することができると同時に、図５に示したように、１本の電熱素線を中間点で折り曲げて３軸でツイストして３軸ツイスト加熱電線を製造することができるため、実用段階で３軸ツイスト加熱電線の終端を連結するといった不便を解消することができる。

また、本発明の３軸ツイスト加熱電線は、基本的な絶縁被膜（３２、４２）の他にも別途の被膜を追加しないので、熱的、電気的特性および引張強度、耐摩耗性などの機械的特性に優れたPTFEやFEPなどのフッ化樹脂を絶縁材として使用できる。

図６は、絶縁被覆の材質はFEPを使用し、７本の抵抗体から構成された心線の外径が０．６ｍｍ、絶縁被覆の外径が１．０ｍｍの電熱素線を用いて製造した本発明の３軸ツイスト加熱電線５０と、従来の同軸加熱電線６０とを比較したものである。

図６を参照すれば、ツイスト加熱電線５０は、外径が２．０ｍｍを超過せず、ツイストピッチは１０ｍｍ以内で、２つの電熱素線間の耐電圧は５ｋＶ以上で、インダクタンスは１ｍ当たり１ｕＨ以下で、心線の温度が１５０℃に逹した状態でも熱による変形や損傷が発生しない。また、直径５ｍｍの棒に巻いてもツイストがほどけない。さらに、類似の発熱特性を有し、シリコンを絶縁被覆として使用した同軸加熱電線の重量の４０％程度であって材料の所要量が大きく減少した。

従来の漏れ磁束防止用同軸加熱電線の一部を切開した側面図である。従来の漏れ磁束防止用２重絶縁ツイスト加熱電線の一部を切開した側面図である。本発明によるツイスト加熱電線の３軸ツイスト方式を示した図である。本発明によるツイスト加熱電線の一例を示した断面図である。本発明によるツイスト加熱電線の一例を示した側面図である。本発明の一実施形態によるツイスト方式の加熱電線と、従来の同軸加熱電線を比較した写真である。

Claims

第１の電熱素線および第２の電熱素線を互いに対称する方向に投入してツイスト処理を行い、
前記第１および第２の電熱素線がツイストされる軸線と、第１の電熱素線が投入される軸線との角度、および、前記第１および第２の電熱素線がツイストされる軸線と、第２の電熱素線が投入される軸線との角度は同一であり、
前記第１の電熱素線が投入される軸線周囲の回転方向と、第２の電熱素線が投入される軸線周囲の回転方向、および、前記第１および第２の電熱素線がツイストされる方向軸線の回転方向は同一方向に同時に回転することを特徴とするツイスト加熱電線の製造方法。
前記第１および第２の電熱素線が個別に投入される軸線の回転速度は互いに同一であり、前記第１および第２の電熱素線が個別に投入される軸線の回転速度は、ツイスト方向の軸線の回転速度より速いことを特徴とする請求項１に記載のツイスト加熱電線の製造方法。
前記第１の電熱素線および第２の電熱素線は１本からなり、その中間部が折り曲げられてツイスト処理されていることを特徴とする請求項１に記載のツイスト加熱電線の製造方法。
抵抗体の撚線材質の心線およびこの心線の外周に被覆されたフッ素樹脂の絶縁皮膜を有する第１および第２の電熱素線がツイスト処理され、
前記第１および第２の電熱素線がツイストされる軸線と、第１の電熱素線が投入される軸線との角度、および前記第１および第２の電熱素線がツイストされる軸線と、
第２の電熱素線が投入される軸線との角度は同一であり、
前記第１の電熱素線が投入される軸線周囲の回転方向と、第２の電熱素線が投入される軸線周囲の回転方向、および、前記第１および第２の電熱素線がツイストされる方向軸線の回転方向は同一方向に同時に回転することを特徴とするツイスト加熱電線。
前記第１および第２の電熱素線が個別に投入される軸線の回転速度は互いに同一であり、前記第１および第２の電熱素線が個別に投入される軸線の回転速度は、ツイスト方向の軸線の回転速度より速いことを特徴とする請求項４に記載のツイスト加熱電線。
前記第１の電熱素線および第２の電熱素線は１本からなり、その中間部が折り曲げられてツイスト処理されていることを特徴とする請求項４に記載のツイスト加熱電線。