JP2013196958A

JP2013196958A - 車載用のヒータエレメント

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Publication number: JP2013196958A
Application number: JP2012063943A
Authority: JP
Inventors: Bunpei Morita; 文平森田
Original assignee: Toyoda Gosei Co Ltd
Current assignee: Toyoda Gosei Co Ltd
Priority date: 2012-03-21
Filing date: 2012-03-21
Publication date: 2013-09-30
Anticipated expiration: 2032-03-21
Also published as: JP5678914B2; US20130248513A1

Abstract

【課題】絶縁層の損傷に伴う電熱線の発熱量増大を抑える。
【解決手段】ヒータエレメント４０は、断熱シート４１と、断熱シート４１上に重ね合わされた熱伝導シート４３と、断熱シート４１及び熱伝導シート４３の間に配設されて通電により発熱する電熱線を有した発熱体４５と、電熱線及び熱伝導シート４３の間を電気的に絶縁する絶縁層とを有する。熱伝導シート４３は、電熱線の延設方向に対して交差する方向に延びる第１スリット６１、第２スリット６２、第３スリット６３、第４スリット６４、第５スリット６５によって分割されている。
【選択図】図４

Description

本発明は、車両に搭載されるヒータエレメントに関するものである。

車両に搭載されるヒータエレメントとして、例えば特許文献１には、ステアリングホイールに設けられたヒータエレメントが開示されている。
この特許文献１に記載のヒータエレメントは、電熱線と、電熱線の外側に設けられた内側外皮と、内側外皮の外側に設けられた外側外皮と、外側外皮に溶着されたアルミニウム製の熱伝導シート（均熱箔）とを備えている。こうしたヒータエレメントでは、導電体である電熱線と熱伝導シートとの間の電気的絶縁性が、内側外皮や外側外皮といった絶縁層によって確保されている。

実公昭６３−１１０２９号公報

ところで、上記絶縁層が２箇所以上損傷すると、それら損傷箇所の間の熱伝導シートには、本来電熱線を流れるはずの電流が流れるようになるため、電熱線全体の抵抗値が小さくなり、電熱線の発熱量が増大してしまうおそれがある。

この発明は、こうした実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、絶縁層の損傷に伴う電熱線の発熱量増大を抑えることのできる車載用のヒータエレメントを提供することにある。

上記の目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、非導電性の基材と、前記基材上に重ね合わされた導電性の熱伝導シートと、前記基材及び前記熱伝導シートの間に配設されて通電により発熱する電熱線と、前記電熱線及び前記熱伝導シートの間を電気的に絶縁する絶縁層とが設けられた車載用のヒータエレメントであって、前記電熱線の延設方向において前記熱伝導シートが分割されていることを要旨とする。

同構成では、電熱線の延設方向において熱伝導シートを分割するようにしており、分割された熱伝導シート間では電気の導通が起きない。従って、互いに異なる熱伝導シートの下で絶縁層が損傷しても、それら熱伝導シート間には電熱線の電流が流れない。そのため、電熱線全体の抵抗値が変化することは無く、絶縁層の損傷に伴う電熱線の発熱量増大も生じない。

また、１つの熱伝導シートの下で絶縁層が２箇所以上損傷した場合、電熱線を流れる電流は、その１つの熱伝導シート上を流れるだけである。従って、複数に分割された熱伝導シート全体に対して、電熱線の電流が流れる熱伝導シートは一部のみであり、電熱線の短絡距離は比較的短くなる。そのため電熱線全体の抵抗値の減少が抑えられ、これにより絶縁層の損傷に伴う電熱線の発熱量増大も抑えられる。

このように同構成によれば、絶縁層の損傷に伴う電熱線の発熱量増大を抑えることができるようになる。
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の車載用のヒータエレメントにおいて、前記電熱線の延設方向に対して交差する方向に延びるスリットによって前記熱伝導シートが分割されていることを要旨とする。

同構成によれば、熱伝導シートにスリットを形成するだけで熱伝導シートを分割することができるため、簡易な構成で熱伝導シートを分割することができるようになる。
上記絶縁層については、請求項３に記載の発明によるように、電熱線の外周面を絶縁層で被覆する、という構成や、請求項４に記載の発明によるように、熱伝導シートにあって基材側の面に絶縁層を形成する、という構成を採用することができる。

請求項５に記載の発明は、請求項１〜４のいずれか１項に記載の車載用のヒータエレメントにおいて、前記ヒータエレメントは、ステアリングホイールに設けられるヒータエレメントであることを要旨とする。

車両の車室内に設けられるステアリングホイールは、車両走行中、車両の運転者が常時触れている。従って、ステアリングホイールにヒータエレメントを設けた場合において、上述したような電熱線の発熱量増大が起きると、比較的長い時間に渡って運転者に不快感を与えてしまうおそれがある。この点、同構成では、ステアリングホイールに設けられるヒータエレメントにおいて、上述したような電熱線の発熱量増大を抑えることができるため、長い時間に渡って運転者に不快感を与えることを抑えることができるようになる。

本発明にかかる車載用のヒータエレメントの一実施形態について、これが適用されるステアリングホイールの側面図。図１のステアリングホイールのＣ矢視図。同実施形態におけるヒータエレメントの部分断面図（図４の３−３線に沿った部分断面図）。同実施形態におけるヒータエレメントの平面図。同実施形態における熱伝導シートの分割状態を示す模式図。従来のヒータエレメントの部分断面図（電熱線の延設方向における部分断面図）。同実施形態におけるヒータエレメントの部分断面図（電熱線の延設方向における部分断面図）。同実施形態におけるヒータエレメントの部分断面図（電熱線の延設方向における部分断面図）。同実施形態の変形例におけるヒータエレメントの部分断面図（電熱線の径方向における部分断面図）。

以下、この発明にかかる車載用のヒータエレメントを具体化した一実施形態について、図１〜図８を併せ参照して説明する。
図１及び図２に示すように、車両の運転席よりも前方（図１の左方）には、回転軸線Ｌ１を中心として回転するステアリングシャフト（操舵軸）１１が、運転席側（図１の右側）ほど高くなるように傾斜した状態で配設されている。ステアリングシャフト１１の後端部には、ステアリングホイール１２が一体回転可能に取付けられている。

ステアリングホイール１２は、リム部（ハンドル部、リング部と呼ばれることもある）１３、パッド部１４及びスポーク部１６（図２参照）を備えている。リム部１３は、運転者によって把持されて回転操作（操舵）される部分であり、上記回転軸線Ｌ１を中心とした略円環状をなしている（図２参照）。

パッド部１４は、リム部１３によって囲まれた空間に配置されている。パッド部１４の前側部分はロアカバー１５によって構成されている（図１参照）。スポーク部１６は、リム部１３及びパッド部１４間に複数本（ここでは３本）設けられている。

なお、回転操作（操舵）されるリム部１３における周方向の位置を特定するために、本実施形態では、車両が直進しているときの状態（中立状態）を基準に、「上」、「下」、「左」、「右」を規定するものとする。

ステアリングホイール１２の上記リム部１３、スポーク部１６及びパッド部１４の各内部には、鉄、アルミニウム、マグネシウム、又はこれらの合金等によって形成された芯金が配設されている。この芯金のうち、リム部１３内に位置するものはリム部１３の骨格部分をなすものであって、運転者側から見て略円環状をなしており、リム部芯金２０と呼ばれる。

先の図２に破線で示すように、リム部１３の周方向について、多くの運転者が握る箇所である左右両側部にはヒータエレメント４０が組込まれている。より詳細には、ヒータエレメント４０は、リム部芯金２０を覆うように貼り付けられている。

以下、本実施形態におけるヒータエレメント４０の構造を説明する。
図３に、ヒータエレメント４０の断面構造を示す。また、図４に、ヒータエレメント４０を展開した状態での平面図を示す。

これら図３及び図４に示すように、ヒータエレメント４０は、断熱シート４１、熱伝導シート４３、発熱体４５及び粘着層４７を備えている。なお、本実施形態における熱伝導シート４３は、複数の熱伝導シート、より具体的には第１〜第１０熱伝導シート４３ａ〜４３ｊにて構成されている。

図３に示すように、断熱シート４１は、可撓性を有する非導電性の断熱材料によって、厚みが均一（本実施形態では２〜３ｍｍ程度）な板状に形成されている。この断熱材料としては、弾性を有していて柔軟な樹脂材料、例えば、ウレタン、ゴム等が適している。ちなみに、断熱性を高めるうえでは断熱シート４１は発泡体であることが好ましい。そこで本実施形態では、発泡ウレタンによって断熱シート４１が形成されている。なお、この断熱シート４１は、上記基材を構成する。

熱伝導シート４３は、発熱体４５から発せられる熱を素早く拡散するためのものであり、上記断熱シート４１よりも厚みが薄く、熱伝導率の高い材料によって形成されている。熱伝導シート４３は、上記断熱シート４１と同様にリム部芯金２０に沿って撓ませられるものであるため、厚みの薄いものであることが好ましい。本実施形態では、熱伝導シート４３が導電性のアルミ箔によって形成されている。この熱伝導シート４３は、上記断熱シート４１上に重ね合わされ、接着等の固定手段によって同断熱シート４１に固定されている。

発熱体４５は、断熱シート４１及び熱伝導シート４３の間に配設されて通電により発熱する電熱線４５ａと、この電熱線４５ａ及び熱伝導シート４３の間を電気的に絶縁する絶縁層４５ｂとで構成されている。

電熱線４５ａは、通電により発熱するものであればよく、例えば、電気抵抗が大きく、通電により発熱する線材によって形成されている。また、図４に示すように、発熱体４５（電熱線４５ａ）は、ヒータエレメント４０の長手方向（図４の上下方向）に波状をなすように繰り返し曲げられて配置されている。

絶縁層４５ｂは、非導電性の樹脂等で形成されており、電熱線４５ａの外周面を被覆している。
粘着層４７は、断熱シート４１の発熱体４５とは反対側の面において、その全面に渡って均一の厚みに形成されている。

図４に示すように、ヒータエレメント４０は、展開された状態では長尺状をなしている。このヒータエレメント４０は、相対向した状態で長手方向に延びる一対の対向縁部４８を有している。ヒータエレメント４０における断熱シート４１及び熱伝導シート４３には、各対向縁部４８の複数箇所から対向する対向縁部４８側へ向けて延びる切欠き部４９が形成されている。ここでは、各切欠き部４９は、各対向縁部４８から遠ざかるに従い幅狭となるように形成されている。これら切欠き部４９により、ヒータエレメント４０をリム部芯金２０に貼り付けた状態において、同ヒータエレメント４０には、皺が入りにくくなる。

断熱シート４１上に重ね合わされた熱伝導シート４３には、ヒータエレメント４０の中央部付近であって同ヒータエレメント４０の長手方向に形成された第１スリット６１と、ヒータエレメント４０の長手方向に対して直交する方向に形成された第２〜第５スリット６２〜６５とが設けられている。これら第２〜第５スリット６２〜６５は、互いに対向する切欠き部４９の間に設けられており、それら第２〜第５スリット６２〜６５のヒータエレメント４０の長手方向に対する形成間隔は略均等にされている。

図５に模式的に示すように、これら第１〜第５スリット６１〜６５により、熱伝導シート４３は１０枚の熱伝導シート、すなわち第１〜第１０熱伝導シート４３ａ〜４３ｊに分割されている。より詳細には、発熱体４５（電熱線４５ａ）に対して交差するスリット、つまり発熱体４５（電熱線４５ａ）の延設方向に対して交差する方向に延びるスリット（第１〜第５スリット６１〜６５）によって、熱伝導シート４３は発熱体４５（電熱線４５ａ）の延設方向において分割されている。具体的には、発熱体４５が外部に取り出されている熱伝導シートを第１熱伝導シート４３ａとする。そして、第１熱伝導シート４３ａを基準にして発熱体４５の延設方向に向かい時計回りに第２熱伝導シート４３ｂ、第３熱伝導シート４３ｃ、第４熱伝導シート４３ｄ、第５熱伝導シート４３ｅ、第６熱伝導シート４３ｆ、第７熱伝導シート４３ｇ、第８熱伝導シート４３ｈ、第９熱伝導シート４３ｉ、第１０熱伝導シート４３ｊが設けられている。

次に、図６〜図８を参照して、熱伝導シート４３が複数に分割された本実施形態のヒータエレメント４０の作用を説明する。なお、図６に示すヒータエレメント４００は、本実施形態のヒータエレメント４０とは異なり、熱伝導シート４３が分割されていないヒータエレメント、いわば従来相当のヒータエレメントとなっている。

図６に示すように、熱伝導シート４３が分割されていないヒータエレメント４００では、例えば絶縁層４５ｂが２箇所損傷し、それら第１損傷箇所Ｓ１及び第２損傷箇所Ｓ２のそれぞれで熱伝導シート４３が電熱線４５ａに接触した場合、第１及び第２損傷箇所Ｓ１、Ｓ２の間の熱伝導シート４３には、本来電熱線４５ａを流れるはずの電流が流れる。このようにして電熱線４５ａの一部が熱伝導シート４３によって短絡すると、電熱線４５ａ全体の抵抗値が小さくなるため、電熱線４５ａの発熱量が増大してしまうおそれがある。なお、こうした電熱線４５ａの発熱量増大は、絶縁層４５ｂの損傷が２箇所以上あれば生じ得るものである。

一方、本実施形態のヒータエレメント４０は、上述したように電熱線４５ａの延設方向において熱伝導シート４３が分割されている。このように分割された熱伝導シート４３間では電気の導通が起きない。

従って、互いに異なる熱伝導シート４３の下で絶縁層４５ｂが損傷した場合、例えば図７に示すように、第４熱伝導シート４３ｄの下で絶縁層４５ｂが損傷し、この第１損傷箇所Ｓ１で熱伝導シート４３が電熱線４５ａに接触する。また、第８熱伝導シート４３ｈの下でも絶縁層４５ｂが損傷し、この第２損傷箇所Ｓ２でも熱伝導シート４３が電熱線４５ａに接触する場合には、熱伝導シート４３が分割されているため、それら第４熱伝導シート４３ｄと第８熱伝導シート４３ｈとの間には電熱線４５ａの電流が流れない。そのため、電熱線４５ａ全体の抵抗値が変化することは無く、絶縁層４５ｂの損傷に伴う電熱線４５ａの発熱量増大が生じない。ちなみに互いに異なる３つ以上の熱伝導シート４３の下でそれぞれ絶縁層４５ｂが１箇所づつ損傷した場合でも、各熱伝導シート４３間には電熱線４５ａの電流が流れないため、この場合でも電熱線４５ａ全体の抵抗値が変化することは無く、絶縁層４５ｂの損傷に伴う電熱線４５ａの発熱量増大が生じない。

また、１つの熱伝導シートの下で絶縁層４５ｂが２箇所以上損傷した場合、例えば図８に示すように、第２熱伝導シート４３ｂの下で絶縁層４５ｂが２箇所損傷し、それら第１損傷箇所Ｓ１及び第２損傷箇所Ｓ２のそれぞれで熱伝導シート４３が電熱線４５ａに接触する場合には、次のようになる。すなわち電熱線４５ａを流れる電流は、その１つの熱伝導シート上、つまり第２熱伝導シート４３ｂ上を流れるだけである。従って、複数に分割された熱伝導シート４３全体に対して、電熱線４５ａの電流が流れる熱伝導シートは一部のみとなり、電熱線４５ａの短絡距離は比較的短くなる。そのため電熱線４５ａ全体の抵抗値の減少が抑えられ、これにより絶縁層４５ｂの損傷に伴う電熱線４５ａの発熱量増大が抑えられるようになる。ちなみに、１つの熱伝導シートの下で絶縁層４５ｂが２箇所以上損傷した場合（例えば第２熱伝導シート４３ｂの下で絶縁層４５ｂが３箇所損傷した場合など）には、短絡距離がもっとも長い２つの損傷箇所の間を電熱線４５ａの電流が流れる。従って、１つの熱伝導シートの下で絶縁層４５ｂが３箇所以上損傷した場合でも、実質的には１つの熱伝導シートの下で絶縁層４５ｂが２箇所損傷した場合と同一の上記作用が得られる。

また、車両の車室内に設けられるステアリングホイール１２は、車両走行中、運転者が常時触れている。従って、ステアリングホイール１２にヒータエレメントを設けた場合において、上述したような電熱線４５ａの発熱量増大が起きると、比較的長い時間に渡って運転者に不快感を与えてしまうおそれがある。この点、本実施形態では、ステアリングホイール１２に設けられるヒータエレメント４０において、上述したような電熱線４５ａの発熱量増大を抑えることができるため、長い時間に渡って運転者に不快感を与えてしまうことを抑えることができる。

以上説明したように、本実施形態によれば、次の効果が得られる。
（１）車載用のヒータエレメント４０には、電熱線４５ａ及び熱伝導シート４３の間を電気的に絶縁する絶縁層４５ｂが設けられている。そして、電熱線４５ａの延設方向において熱伝導シート４３が分割されている。従って、互いに異なる熱伝導シート４３の下で絶縁層４５ｂが損傷しても、それら互いに異なる熱伝導シート４３間には電熱線４５ａの電流が流れない。そのため、電熱線４５ａ全体の抵抗値が変化することは無く、絶縁層４５ｂの損傷に伴う電熱線４５ａの発熱量増大も生じない。

また、１つの熱伝導シート４３の下で絶縁層４５ｂが２箇所以上損傷した場合、電熱線４５ａを流れる電流は、その１つの熱伝導シート４３上を流れるだけである。そのため電熱線４５ａ全体の抵抗値の減少が抑えられ、これにより絶縁層４５ｂの損傷に伴う電熱線４５ａの発熱量増大も抑えられる。

このようにして上記実施形態によれば、絶縁層４５ｂの損傷に伴う電熱線４５ａの発熱量増大を抑えることができるようになる。
（２）電熱線４５ａの延設方向に対して交差する方向に延びるスリット（第１〜第５スリット６１〜６５）によって熱伝導シート４３を分割するようにしている。従って、熱伝導シート４３にスリットを形成するだけでその熱伝導シート４３を分割することができるため、簡易な構成で熱伝導シート４３を分割することができる。

（３）ステアリングホイール１２に設けられたヒータエレメント４０の熱伝導シート４３を分割するようにしている。そのため、上述したような電熱線４５ａの発熱量増大によって、長い時間に渡り運転者に不快感を与えてしまうことを抑えることができる。

なお、本発明は次に示す別の実施形態に具体化することができる。
・熱伝導シート４３を１０枚に分割したが、分割枚数は適宜変更することができる。
・熱伝導シート４３にスリットを設けることで、同熱伝導シート４３を分割するようにした。この他、予め複数の熱伝導シート４３を用意しておく。そして、各熱伝導シート４３を互いに離間させた状態で断熱シート４１上に設けることで、電熱線４５ａの延設方向において熱伝導シート４３が分割された状態にしてもよい。

・熱伝導シート４３を重ね合わせる基材として断熱シート４１以外のものを適用することもできる。例えば、粘着層４７を構成するシートを基材にしてもよい。
・絶縁層４５ｂは、電熱線４５ａの外周面を被覆するように設けられていた。この他、電熱線４５ａ及び熱伝導シート４３の間を電気的に絶縁するように設けられているのであれば、他の配設態様であってもよい。

例えば図９に示すように、発熱体４５から絶縁層４５ｂを省略し、発熱体４５を電熱線４５ａのみで構成する。そして、熱伝導シート４３にあって断熱シート４１側（基材側）の面に、絶縁層４５ｂと同等の機能を有する絶縁層１００を形成するようにしてもよい。この場合でも、絶縁層１００の損傷に伴う電熱線４５ａの発熱量増大を抑えることができる。

・熱伝導シート４３は、発熱体４５が発した熱を素早く拡散できるものであればよく、アルミ箔とは異なる材料によって形成されたものが熱伝導シート４３として用いられてもよい。例えば、熱伝導シート４３は、銅箔からなるものであってもよい。

・発熱体４５は通電により発熱するものであればよく、上述した電熱線４５ａとは異なるものが発熱部材として用いられてもよい。例えば、絶縁シート上に抵抗体層が形成されたものが発熱体４５とされてもよい。

・発熱体４５は、上記実施形態とは異なる態様で、断熱シート４１及び熱伝導シート４３間に配置されてもよい。例えば、発熱体４５は、ヒータエレメント４０の短手方向に波状をなすように繰り返し曲げられて配置されてもよい。

・ヒータエレメント４０における粘着層４７を省略してもよい。この場合には、ヒータエレメント４０は、例えば接着剤によってリム部芯金２０に貼付けられてもよい。
・第２〜第５スリット６２〜６５を、互いに対向する切欠き部４９の間に設けるようにしたが、この他の部位に設けるようにしてもよい。要は、熱伝導シート４３において、電熱線４５ａの延設方向に対し交差する方向にスリットが形成されていればよい。

・切欠き部４９は、上記実施形態とは異なる形状に形成されてもよい。また、切欠き部４９を省略してもよい。
・本発明にかかるヒータエレメントは、上述したステアリングホイール１２に限らず、シフトノブ、座席等の他の車載用部材のヒータエレメントに適用することもできる。

１１…ステアリングシャフト、１２…ステアリングホイール、１３…リム部、１４…パッド部、１５…ロアカバー、１６…スポーク部、２０…リム部芯金、４０…ヒータエレメント、４１…断熱シート、４３…熱伝導シート、４３ａ…第１熱伝導シート、４３ｂ…第２熱伝導シート、４３ｃ…第３熱伝導シート、４３ｄ…第４熱伝導シート、４３ｅ…第５熱伝導シート、４３ｆ…第６熱伝導シート、４３ｇ…第７熱伝導シート、４３ｈ…第８熱伝導シート、４３ｉ…第９熱伝導シート、４３ｊ…第１０熱伝導シート、４５…発熱体、４５ａ…電熱線、４５ｂ…絶縁層、４７…粘着層、４８…対向縁部、４９…切欠き部、６１…第１スリット、６２…第２スリット、６３…第３スリット、６４…第４スリット、６５…第５スリット、１００…絶縁層、４００…ヒータエレメント。

Claims

非導電性の基材と、前記基材上に重ね合わされた導電性の熱伝導シートと、前記基材及び前記熱伝導シートの間に配設されて通電により発熱する電熱線と、前記電熱線及び前記熱伝導シートの間を電気的に絶縁する絶縁層とが設けられた車載用のヒータエレメントであって、
前記電熱線の延設方向において前記熱伝導シートが分割されている
ことを特徴とする車載用のヒータエレメント。
前記電熱線の延設方向に対して交差する方向に延びるスリットによって前記熱伝導シートが分割されている
請求項１に記載の車載用のヒータエレメント。
前記絶縁層は、前記電熱線の外周面を被覆している
請求項１または２に記載の車載用のヒータエレメント。
前記絶縁層は、前記熱伝導シートにあって前記基材側の面に形成されている
請求項１または２に記載の車載用のヒータエレメント。
前記ヒータエレメントは、ステアリングホイールに設けられるヒータエレメントである
請求項１〜４のいずれか１項に記載の車載用のヒータエレメント。