JP5862414B2 - 布状ヒーター - Google Patents

Description

本発明は、複数の部位を選択的に加温することが可能な布状ヒーターに関する。

従来、導電性糸を繊維製品内に組み込み、導電性糸が通電した時に発生する熱で繊維製品全体を暖める布状ヒーターがある。（例えば、特許文献１参照）
中間層の導電性糸130に通電し、面全体を均一に加温することが出来る。

特開２０１０−１４４３１２号公報（第1図）

かかる従来の布状ヒーターに導電性繊維を組み込んだ加温部位を複数設け、意図する温度分布にするために、加温部位ごとに選択的に電圧を印加し加温しようとすると、加温部位で発生した熱が加温部位の周囲に伝わるため、布状ヒーターを意図した温度分布にすることが困難である。
そこで、本発明では、選択された加温部位のみを加温し、選択された加温部位の周囲へ加温部位で発生した熱が伝わることを抑制し、意図した温度分布にすることが可能な布状ヒーターを提供することを目的とする。

本発明の布状ヒーターにあっては、
第一繊維層に設けられた第一導通部と、第二繊維層に設けられた第二導通部とを電気的に接続する第三繊維層の連結糸を有し、第一導通部と第二導通部との間に設けられた、連結糸からなる複数の発熱層を有し、隣り合う発熱層の間に断熱層を有することを最も主要な特徴とする。

本発明の布状ヒーターによれば、第一繊維層に設けられた第一導通部と、第二繊維層に設けられた第二導通部とを所定の電気抵抗値を有して電気的に接続する連結糸からなる複数の発熱層の周囲に断熱性を有する断熱層を設け、選択された第一導通部と選択された第二導通部との間の選択された発熱層に制御手段によって電圧を印加すると、選択された発熱層が発生した熱が、断熱層により他の発熱層に伝わることを抑制することが可能となる。このため、意図しない部位が加温されることが抑制され、布状ヒーターを意図した温度分布にすることが可能になる。

座面に布状ヒーターを設けたシートの全体図 第１の実施形態における布状ヒーターの構造を示した概略図 （ａ）図2のＡ−Ａ断面図、（ｂ）図２のＢ−Ｂ断面図 第２の実施形態における布状ヒーターの構造を示した概略図 図４のＣ−Ｃ断面図 （ａ）連結糸のその他の形態１、（ｂ）連結糸のその他の形態２ （ａ）布状ヒーターのその他の形態、（ｂ）中間発熱層のその他の形態

以下、本発明の布状ヒーターを自動車用シートのヒーターとして用いた場合を例に、実施形態を図面とともに詳述する。
図１〜３は本発明にかかる布状ヒーターの第１実施形態を示し、図１は座面に布状ヒーター１を設けたシートの全体図、図2は布状ヒーター１の構造を示した部分概略図、図３
は図2の断面図を示し、（ａ）はＡ−Ａ断面図、（ｂ）はB―B断面図を示す。

本実施形態の布状ヒーター1は、図1に示すとおり、シートの座面に設けられる。図２に示すとおり、布状ヒーターは、上層導通部４（請求項に記載の第一導通部に相当）と上層非導通部５（請求項に記載の第一非導通部に相当）とが交互に並行して設けられた上層２（請求項に記載の第一繊維層に相当）と、下層導通部６（請求項に記載の第二導通部に相当）からなる下層３（請求項に記載の第二繊維層に相当）と、上層２と下層３との間に設けられた中間層８（請求項に記載の第三繊維層に相当）とを有する。

上層導通部４は銀コーティング繊維（紹興運佳紡織品社製）で形成された、幅10mm、長さ200mmの複数の上層導通部４ａ、ｂ、ｃ・・・・からなり、隣り合う上層導通部４の間
には非導電性樹脂であるポリエステル繊維（中央繊維資材製、グンゼポリーナ）からなる繊維で形成された幅２ｍｍ、長さ２００ｍｍの上層非導通部６が設けられる。下層３は銀コーティング繊維（紹興運佳紡織品社製）が全面に編みこまれた下層導通部６ａからなる。

図3（ａ）、（ｂ）に示すとおり、中間層８は、上層導通部４と下層導通部６との間を
往復し、上層導通部４と下層導通部６とを電気的に接続する連結糸８aで形成される中間
発熱層９（請求項記載の発熱層に相当）と、上層非導通部５と下層導通部６との間を往復させる断熱性を有する断熱糸８ｂで形成され、隣り合う中間発熱層９の間に設けられる中間断熱層10（請求項記載の断熱層に相当）とからなる。

連結糸８aは、湿式紡糸法により得られた直径約１０μmの導電性高分子繊維であり、溶媒相にアセトン（和光化学製：０１９-００３５３）を用い、一度濾過した導電性高分子
ＰＥＤＯＴ/ＰＳＳの水分散液（スタルク製Clevios^R P）とポリビニルアルコール（PVA
、関東化学製）の7wt％水溶液とを混合した紡糸原液を2μL/min.の速度でマイクロシリンジ（伊藤製作所製、MS−GLL100、針部内径２６０μm）から押し出して生成させる。この
導電性高分子繊維の導電率をJIS K 7194（導電性プラスチックの４探針法による電気抵抗率試験方法）に準拠して測定した結果、電気抵抗率（Ω・cm）は、約１0^-1Ω・cmとなっ
た。

福原精機（株）製の丸編機を用い、ゲージ、口数等を、上層２と下層３との間の抵抗可変発熱層８の厚さが１０mmとなり、抵抗可変発熱層８の上層２と水平な面の単位面積にあたりの導電性高分子繊維の断面の総面積が５０％になるように調整を行った。
断熱糸８ｂは、上層非導通部と同様にポリエステル繊維（中央繊維資材製、グンゼポリーナ）からなる。

上層2の上層導通部４と下層3の下層導通部６とは電圧印加コントローラー１３（請求項記載の制御手段に相当）と接続される。
上層導通部４ａと下層導通部6aとに電気的に接続された連結糸８ａからなる中間発熱層９ａを発熱させる場合を説明する。電圧印加コントローラー１３により上層導通部４ａと下層導通部６aとの間に所定の電圧を印加すると、上層導通部４ａと下層導通部６aとの間に設けられた連結糸８aは電気抵抗率が高いため発熱するため、連結糸８ａからなる中間
発熱層９ａは発熱する。

このとき、中間発熱層９ａには断熱性を有する中間断熱層１０が隣接しているため、中間発熱層９aで発生した熱が中間断熱層１０を介して中間発熱層９ｂ、９ｃに伝わること
を抑制することが可能となる。
このように、布状ヒーター１は、中間発熱層９に中間断熱層を隣接させることで、中間発熱層９で発生した熱が周囲の中間断熱層１０を介して他の中間発熱層９に伝わることをが抑制され、布状ヒーター１を意図した温度分布に加温することが可能になる。

図４は第２実施形態を示し、前記第１実施形態と同一構成部分に同一符号を付して、重複する説明を省略して述べるものとする。図４に示すとおり、上層導通部４と上層非導通部５とが交互に並行して設けられる上層２と、下層導通部６と下層非導通部７とが交互に並行して設けられる下層３と、上層導通部４と下層導通部６とを電気的に接続して往復させる連結糸８ａで形成された中間発熱層９と、中間発熱層９の周囲に隣接し、上層導通部４と下層非導通部７とを結ぶ、若しくは上層非導通部５と下層導通部６とを結ぶ、若しくは上層非導通部５と下層非導通部７とを結ぶ断熱糸８ｂからなる中間断熱層１０と、からなる。

上層２と上層導通部４と上層非導通部５とは第一実施形態と同様である。下層３はポリエステル繊維で形成され、下層導通部６は下層３に導電ペースト（藤倉化学製、ドータイト）を塗布し形成された幅２００ｍｍ、長さ１０ｍｍの複数の下層導通部６ａ、ｂ、ｃ・・・からなり、下層非導通部７は導電ペーストが塗布されていない幅２００ｍｍ長さ２ｍｍの部分を指す。下層導通部６は全ての上層導通部４と連結糸８ａで電気的に接続され、シート上方からみると上層導通部４の長手方向に沿った辺と下層導通部６の長手方向に沿った辺とは直行するように配置される。

上層導通部４a、4b、4cと下層導通部６ａ、６ｂ、６ｃとは不図示の電圧印加コントロ
ーラー１３と接続される。
上層導通部４ｂと下層導通部6ｂとに電気的に接続された連結糸８ａからなる中間発熱
層９ｅを発熱させる場合を説明する。電圧印加コントローラー１３により上層導通部４ｂと下層導通部６ｂとの間に所定の電圧を印加すると、上層導通部４ｂと下層導通部６ｂとの間に設けられた連結糸８aは電気抵抗率が高いため発熱するため、これら連結糸８ａか
らなる中間発熱層９ｅが発熱する。

図４のＣ−Ｃ断面図である図５に示すとおり、中間発熱層９ｅの周囲を断熱性を有する中間断熱層１０が取り囲んでいるこのため、中間発熱層９ｅで発生した熱が中間断熱層１０を介して中間発熱層９ａ、９ｂ、９ｃ、９ｄ、９ｆ、９ｇ、９ｈ、９ｉに伝わることを抑制することが可能となる。
このように、布状ヒーター１は、中間発熱層９の周囲に中間断熱層１０を隣接させることで、選択された中間発熱層９で発生した熱が周囲の中間断熱層を介して他の中間発熱層に伝わることをが抑制され、布状ヒーター１を意図した温度分布に加温することが可能になる。

ところで、本発明の布状ヒーター１は、前記実施形態に例をとって説明したが、この実施形態に限ることなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で他の実施形態を各種採ることができ、例えば、自動車用シートのみならず、クッションのカバーやホットカーペットなど、様々な用途に適用できる。
本発明の中間非機能層は、絶縁性を有する繊維の他、空洞にして例えば空気のような気体の層とすることも可能である。ただし、空洞を大きくしすぎると、印加された圧力に対する布状ヒーター１の表面の剛性が不均一となり、シートやベッド等に用いると、座り心地、眠り心地に違和感を与えてしまうことになる。そのため、中間発熱層を大きく、中間断熱層を小さくとることが求められる。

本発明に使用する導電性の素材として、金、銀、銅やニクロム等の金属線、カーボン、グラファイト等の炭素系材料や金属、金属酸化物等の半導体からなる粒子、アセチレン系、複素５員環系、フェニレン系、アニリン系等の導電性高分子等のいずれを採用してもよい。
導電性の素材として、炭素系材料の例としては、カーボンからなる繊維体（トレカ（東レ製）、ドナカーボ（大阪ガスケミカル社製）等）のように一般に市販されているものの他、炭素繊維、炭素粉末等を混入し紡糸した繊維等を用いることも可能である。

一方、導電材として用いる粒子の例としては、カーボンブラック，ケッチェンブラックなどの炭素系粉末、炭素系繊維、鉄，アルミニウムなどの金属微粒子があり、さらに半導電性微粒子として酸化錫（ＳｎＯ_２）や酸化亜鉛（ＺｎＯ）などが挙げられる。
これらの材料単体で出来ているもの、表面に蒸着、塗布等で被覆したもの、芯材として使用し表面を別の材料で被服したもの等を用いることが出来る。

これらのうちで、市場での入手の容易性、比重等の点から導電性の素材には炭素繊維あるいは炭素粉末の使用が望ましい。また、導電性の素材は単一の素材からなることも、複数の素材からなることも特に制限はない。
通気性を持たせるために、上層２、下層３自体は繊維で形成されるのが好ましいが、上層導通部４および下層導通部６は、上層２と下層３とに均一に帯状もしくは全面に導電塗料等を塗布して形成することも可能である。導電塗料の例としては、藤倉化成製ドータイト等が挙げられる。

布状ヒーターとして、部分的な硬さの違いによる違和感をさける意味においては、上層導通部４および下層導通部６は、上層２や下層３や中間層８を形成する繊維とほぼ同じ断面積を有する金属線や導電性繊維、例えばニッケル等の金属を撚った撚線等を用いることも可能である。
非導通部である上層非導通部５と下層非導通部７、および中間断熱層１０は、ナイロン６，ナイロン６６等のポリアミド、ポリエチレンテレフタレート、共重合成分を含むポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリアクリロニトリルなどの汎用樹脂からなる繊維を単独あるいは混合したものを用いることが、コストや実用性の点から好ましい。

また、上層２及び下層３の形状は、通気性のある布状を成していれば特に問題はないが、上述の一般に用いられる繊維からなる織布、不織布、編物等を用いるのが抵抗可変発熱層８を固定する意味合いや、発熱させて暖かさを感じさせる目的や、圧力による変形を均一にする目的、上下層間の絶縁性を保つ目的からも好ましい。
本発明の短絡防止層は、上下層に平行に設置される。これは、上下層間でのセンシングの際、平行でないと、各センシング部位ごとに、抵抗値の変化の仕方が異なってしまうためである。平行に設置されていれば、上層に寄っていたり、下層に寄っていたりしていても、センシング出力の均一性は保たれるので構わない。極端には、上層や下層の内側、抵抗可変発熱層がある側に接触していても構わない。ただし、上下層の両方に設置することは、センシング性能が低下するために好ましくない。センシング性能をなるべく高くするには、上下層の中間に設置するのがより好ましい。

任意の部位を発熱させるために用いる中間発熱層の制御手段には、一般に用いられるスイッチング素子、リレー等を単独、およびまたは組合せたものが用いる。
本発明で言う絶縁体とは、電気的な性能の絶縁性を持つ材料を言い、一般に導電性の低い材料を指す。ここでは概ね抵抗率が10⁶Ω・ｃｍより大きいものを言う。
ここで言う抵抗率とは、JIS K 7194（導電性プラスチックの４探針法による抵抗率試験
方法）に準拠して求めた抵抗率を言う。

本発明において繊維とは、溶融紡糸や湿式紡糸、エレクトロスピニング等の方法で紡糸された繊維の他、フィルム切り出し等、スリットしたものを言う。この時の繊維の径や幅は、１本あたり概ね数μmから数百μm程度のものが、織物、編物を形成する上で、織り、編み易さ、織り、編んだ後の織り布、編物としての柔らかさ、生地としての扱い易さ等から好ましい。

これらの繊維を数十本から数千本の束（バンドル状）にすることで、繊維としての扱いも容易になる。このとき、撚りがかかることも構わない。
本発明ではこれらの繊維、およびまたはバンドル状の繊維を用いて、前記の布帛を形成する。
合成繊維とは、汎用の樹脂を用いた繊維を言い、先述の一般の繊維に用いられる、ナイロン６、ナイロン６６等のポリアミド、ポリエチレンテレフタレート、共重合成分を含むポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリアクリロニトリルなどの汎用樹脂からなる繊維を単独あるいは混合して用いる。

天然繊維を用いることも物理的には可能であるが、ヒーター性能を考慮した場合、繊維径や繊維長方向の物性のバラツキ等の品質が合成繊維の方が安定して得やすいことから好ましく、コストや入手性の点でも合成繊維が好ましい。
本発明では、連結糸８ａは連結部１１で必ずしも1本でつながっている必要はなく、図
６(ａ)（ｂ）に示したとおり、上層２または下層３のどちらか、若しくは上層２と下層３との両方で連結糸８ａが切れていても良い。しかし、この切断端部１２は何がしかの手段により上層２若しくは下層３に固定されている必要がある。

本発明の第二の実施形態では、上層導通部４の長手方向と下層導通部６の長手方向とが交差する形態としたが、図７（ａ）のように上層導通部４の長手方向と下層導通部６の長手方向が並行する形態も可能である。また、図７（ｂ）のように連絡糸８ａが上層導通部４と、上層導通部４から最短距離にない下層導通部６とを連結する実施形態も可能である。

１ 布状ヒーター
２ 上層
３ 下層
４ 上層導通部
５ 上層非導通部
６ 下層導通部
７ 下層非導通部
８ 中間層
８ａ 連結糸
９ 中間発熱層
１０ 中間断熱層

Claims (5)

1. 第一繊維層と、該第一繊維層と離間して対向する位置に設けられた第二繊維層と、前記第一繊維層および前記第二繊維層との間に設けられた第三繊維層とを有する布状ヒーターであって、
   前記第一繊維層は、絶縁性を有する第一非導通部によって電気的に絶縁された、導電性を有する複数の第一導通部を有し、
   前記第二繊維層は、導電性を有する第二導通部を有し、
   前記第三繊維層は、前記第一導通部及び前記第二導通部とに交絡させ、前記第一繊維層と前記第二繊維層とを所定の電気抵抗値を有して電気的に接続する連結糸からなる複数の発熱層と、隣り合う前記発熱層の間に、周囲へ熱が伝わることを抑制する断熱層と、を有し、
   選択された前記第一導通部と前記第二導通部との間に電圧を印加し、前記連結糸を発熱させる制御手段を有することを特徴とする布状ヒーター
2. 前記第二繊維層は、絶縁性を有する第二非導通部によって電気的に絶縁されて、導電性を有する複数の第二導通部を有し、
   前記第二導通部は、前記第一導通部と前記連結糸により電気的に接続されることを特徴とする請求項１記載の布状ヒーター
3. 前記断熱層は、前記発熱層または前記第一導通部もしくは前記第二導通部よりも熱伝導率の低い断熱材からなることを特徴とする請求項1または2に記載の布状ヒーター
4. 前記断熱材は、前記発熱層または前記第一導通部もしくは前記第二導通部よりも熱伝導率の低い繊維からなることを特徴とする請求項3に記載の布状ヒーター
5. 前記断熱材は、気体からなることを特徴とする請求項3に記載の布状ヒーター

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