JP5870822B2

JP5870822B2 - 布状ヒーター

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Publication number: JP5870822B2
Application number: JP2012085634A
Authority: JP
Inventors: 清水　洋志; 洋志清水; 三浦　宏明; 宏明三浦; 寸田　剛司; 剛司寸田; 康弘福山
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2012-04-04
Filing date: 2012-04-04
Publication date: 2016-03-01
Anticipated expiration: 2032-04-04
Also published as: US20130264331A1; JP2013218791A; US9485808B2

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、加温部位周辺の繊維も通電し、発熱してしまうため、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導電性繊維に電圧を印加し発熱させ、選択された加温部位の周辺の繊維が通電し、発熱することを抑制し、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からなる複数の機能層と、隣り合う機能層の間に設けられた絶縁性を有する非機能層と、選択された第一導通部と第二導通部との間に電圧を印加し、連結糸を発熱させる制御手段と、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機能層の間に絶縁性を有する非機能層を設け、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機能層に制御手段によって電圧を印加すると、選択された機能層を構成する連結糸が通電し発熱する。一方で、選択された機能層と選択されていない機能層との間に設けられた非機能層は、絶縁性を有するため通電せず、発熱しない。このため、選択された機能層以外の繊維が通電し発熱することにより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（ａ）圧力印加前の図２のＡ−Ａ断面図、（ｂ）圧力印加中の図２のＡ−Ａ断面図連結糸の長さと電気抵抗値との関係図（ａ）連結糸のその他の形態１、（ｂ）連結糸のその他の形態２

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１〜４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、図４は図２の断面
図を示し、（ａ）は圧力印加前のＡ−Ａ断面図、（ｂ）は圧力印加中のＡ−Ａ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１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）と下層非導通部（請求項に記載の第二非導通部）とが交互に並行して設けられた下層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、下層導通部６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200mm、長さ10ｍｍの複数の下層
導通部６ａ、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５が設けられ、隣り合う下層導通部５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２００ｍｍ、長さ２ｍｍの下層非導通部７が設けられる。

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
機能層９（請求項記載の機能層に相当）と、上層非導通部５と下層導通部６との間を往復させる絶縁性を有する絶縁性糸８ｂで形成され、隣り合う中間機能層９の間に設けられる中間非機能層10（請求項記載の非機能層に相当）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との間の中間機能層８の厚さが１０mmとなり、中間機能層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。
絶縁性糸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とは電圧コントローラー１３（請求項記載の制御手段に相当）および電気抵抗値測定装置１４（請求項記載の測定手段に相当）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からなる中間機能層９ａを発熱させる場合を説明する。電圧コントローラー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は電気抵抗値が高いため発熱するため、連結糸８ａからなる中間機能
層９ａは発熱する。

このとき、中間機能層９ａには絶縁性を有する中間非機能層１０が隣接しており、この中間非機能層１０は絶縁性を有する繊維からなり通電しないため、中間非機能層１０は発熱しない。また、その他の中間機能層９ｂ〜９ｉについても、少なくともどちらか一端が電圧を印加されていない上層導通部４ｂ、４ｃもしくは下層導通部６ｂ、６ｃと電気的に接続されているため発熱することはない。このため、上層導通部４ａと下層導通部６ａとに電圧を印加することで、中間機能層９ａを選択的に発熱させることが可能となる。

さらに、布状ヒーターを圧力センサーとして使用し、上層導通部４ｂに外部から下層導通部６ｂに向かって印加された圧力を測定する場合を説明する。図４（ａ）に示す上層導通部４ｂと下層導通部６ｂとの間の連結糸８ａの長さＬは、布状ヒーター１に加えられる圧力Ｆの関数として、下記（１）式ように表される。係数αは、おおよそ布の圧縮方向のバネ定数の逆数にあたる値になる。
［数１］
L＝αF・・・・・（１）
L:連結糸８ａの長さ[ｍｍ]、Ｆ:布状ヒーター１に印加される圧力[Pa]、α：係数[ｍｍ/Ｐａ]
ここで、上層導通部４ａと下層導通部６ａとの間の電気抵抗値Ｒと電気抵抗率ρと連結糸８ａの長さＬと連結糸８ａの断面積Ｓとの関係は下記（２）式のように表される。
［数２］
R＝ρL/S・・・・・（２）
Ｒ：抵抗値[kΩ]、ρ：抵抗率[Ω・ｍｍ]、Ｌ：長さ[mm]、Ｓ：断面積[ｍｍ²]
上層導通部４ｂに圧力が加わっていない場合、図４（ａ）に示すとおり、上層導通部４ｂと下層導通部６ｂとの間の連結糸８ａは所定の距離Lを自立的に保たれる。図４（ｂ）
に示すとおり、上層導通部４ｂに圧力Fが印加されると、上層導通部４ｂは下層導通部６
ｂに向かって湾曲し、接触点Bにて連結糸８ａと上層導通部４及び下層導通部６とが接触
するように上層導通部４と連結された連結糸８ａは湾曲し、上層導通部４と下層導通部６との通電経路（図４（ｂ）に破線で図示）の長さはＬ‘となり、圧力印加前のＬと比べて短くなる。さらに上層導通部４ａに圧力が印加されると、上層導通部４はさらに湾曲し、上層導通部４と下層導通部６との通電経路の長さはＬ’’となり、Ｌ’と比べてさらに短くなる。このため、連結糸８ａの長さＬと比例関係にある、上層導通部４と下層導通部６との間の電気抵抗値Ｒは上層導通部４に圧力が加えられるほど低くなる。

このため、印加する圧力Ｆと上層導通部４と下層導通部６との間の電気抵抗値は、図５に示すような、連続的変化を示し、電気抵抗値の変化から圧力Ｆを算出することが可能となり、中間機能層９は圧力センサーとして機能する。
このように、選択された中間機能層に電圧を印加し発熱させる際に、選択された中間機能層と選択されていない中間機能層との間の繊維が通電し発熱することを抑制できる。このため、選択された中間機能層以外の繊維が通電し発熱することにより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。さらに印加された圧力と上層導通部４と下層導通部６との電気抵抗値との間に相関関係があることから、電気抵抗値測定装置１４により布状ヒーターに圧力センサー機能を付与することも可能となる。

なお、上層導通部４および下層導通部６には、それぞれ電圧コントローラー１３および電気抵抗値測定装置１４に接続されており、例えば、中間機能層９ａが電圧コントローラー１３によって電圧を印加され、発熱している際に、中間機能層９ａの電気抵抗値を電気抵抗値測定装置１４により測定し印加された圧力を測定することも可能である。同様に、中間機能層9ａが発熱している際に、中間機能層９ｅに印加された圧力を測定することも
可能である。

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、中間機能層を大きく、中間非機能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、および中間非機能層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。

任意の部位を発熱させる、もしくは任意の部位に印加された圧力を測定するために用い
る電圧コントローラー１３もしくは電気抵抗値測定装置１４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。

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中間機能層
１０中間非機能層
１３電圧コントローラー
１４電気抵抗値測定装置

Claims

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、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た、導電性を有する複数の第二導通部を有し、
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、前記第一導通部と前記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機能層と、隣り合う該機能層の間に電気的な絶縁性を有する非機能層とを有し、
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
前記非機能層は、絶縁性を有する絶縁材からなることを特徴とする請求項1記載の布状
ヒーター。
前記絶縁材は、絶縁性を有する繊維からなることを特徴とする請求項２に記載の布状ヒーター。
前記絶縁材は、気体からなることを特徴とする請求項２に記載の布状ヒーター。
前記第一導通部と前記第二導通部との間の電気抵抗値を測定する測定手段をさら有し、
前記連結糸は、外部から圧力が印加され変形した前記第一導通部または前記第二導通部に押されて湾曲し、前記第一導通部及び前記第二導通部と前記連結糸との連結部間の途中部分と前記第一導通部または前記第二導通部とが接触することを特徴とする請求項１から４のいずれか記載の布状ヒーター。