CN103959898B - 布状加热器 - Google Patents
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Abstract
本发明的布状加热器的主要特征在于,具有设有多个上层导通部(4)的上层(2)、设有至少1个下层导通部(6)的下层(3)、具有导通性且将上层(2)和下层(3)连结的中间发热层(8),上层导通部(4)和下层导通部(6)之间的中间发热层(8)的连结线(8a),在两层之间施加了电压时发热。
Description
技术领域
本发明涉及能够选择性地对多个部位进行加热的布状加热器。
背景技术
作为相关技术,如日本专利公开公报特开2010-144312号(专利文献1)的图1所例示,存在一种布状加热器,其将导电性线材加入到纤维制品内,利用导电性线材通电时产生的热量对纤维制品整体进行加热。对中间层导电性线材130通电,能够均匀地对整个面进行加热。
发明内容
由于在该相关技术的布状加热器中,设置多个加入有导电性纤维的加热部位,形成期望的温度分布,因此,如果希望针对每个加热部位选择性地施加电压而进行加热,则需要将导电性纤维作为导通部而加入到布料内,将各加热部位和电压施加单元电气连接。如果增大加热部位的面积,并且为了减小导通部的面积而使导通部较细,则会导致导通部的电阻变大,导通部自身发热。因此,所选择的加热部位以外的部位被加热,很难使布状加热器形成为期望的温度分布。另外,如果将该导通部设得较粗,则加热部位占布状加热器的面积变小,导致布状加热器整体的加热能力降低。
根据本发明,能够提供一种不降低加热能力,而能够仅对所选择的加热部位进行加热,实现期望的温度分布的布状加热器。
对于本发明的布状加热器,其主要特征在于,第三纤维层的连结线将设置在第一纤维层中的第一导通部、和设置在第二纤维层中的第二导通部电气连接,该第三纤维层的连结线选择性被施加电压而发热。
发明效果
根据本发明的布状加热器,如果对设置在第一纤维层中并被选择的第一导通部和设置在第二纤维层中的第二导通部施加电压,则从第一导通部对将第一导通部和第二导通部电气连接且构成第三纤维层的连结线通电而发热,从而对第三纤维层的加热部位进行加热。另一方面,由于能够抑制具有足够宽度的第一导通部和第二导通部发热,因此能够抑制选择加热部位以外的加热,能够将布状加热器加热控制为期望的温度分布。
附图说明
图1是在椅面上设有布状加热器的座椅的整体图。
图2是表示第1实施方式中的布状加热器的构造的概略图。
图3是图2的A-A剖视图。
图4是表示第2实施方式中的布状加热器的构造的概略图。
图5(a)是连结线的其它方式1,(b)是连结线的其它方式2。
图6(a)是由均匀材料制造的导电性高分子纤维的放大图,(b)是芯鞘构造的导电性高分子纤维的放大图,(c)是并排构造的导电性高分子纤维的放大图,(d)是海岛(多芯)构造的导电性高分子纤维的放大图,(e)是剖面为三角形的导电性高分子纤维的放大图,(f)是剖面为星形的导电性高分子纤维的放大图,(g)是中空构造的导电性高分子纤维的放大图。
具体实施方式
下面,以将本发明的布状加热器作为车辆用座椅的座椅加热器而使用的情况为例,对实施方式及附图进行详细说明。图1至3表示本发明所涉及的布状加热器的第1实施方式,图1是表示在椅面上设有布状加热器的座椅的整体图,图2是表示布状加热器的构造的局部概略图。图3表示图2的A-A剖视图。
本实施方式的布状加热器1如图1所示,设置在座椅的椅面上。如图2所示,布状加热器为三层构造,即,由将上层导通部4和上层非导通部5交替并列设置而成的上层2(与权利要求中记载的第一纤维层相当)、利用下层导通部6覆盖整个表面的下层3(与权利要求中记载的第二纤维层相当)、以及中间发热层8(与权利要求中记载的第三纤维层相当)构成。上层2和下层3设置在隔着包含中间发热层8在内的空间而相对的位置。
上层导通部4由多个上层导通部4a、b、c…构成,该上层导通部由镀银纤维(绍兴运佳纺织品公司制)形成,宽度为10mm、长度为200mm,在相邻的上层导通部4之间设置由纤维形成的宽度为2mm、长度为200mm的上层非导通部5,其中,该纤维由作为非导电性树脂的聚酯纤维(“中央纤维資材”制、“グンゼポリーナ”)构成。下层3由在整个面内编织有镀银纤维(绍兴运佳纺织品公司制)的下层导通部6a构成。
如图3所示,中间发热层8,以利用连结线8a将上层2和下层3之间缝合的方式,连续地往复形成,将上层2和下层3连结。连结线8a是通过湿式纺丝法获得的直径约10μm的导电性高分子纤维,通过下述方法生成:以2μL/min.的速度将纺丝原液从微注射器(“伊藤制作所”制、MS-GLL100、针部内径为260μm)中挤出而生成,其中,该纺丝原液是对于溶剂相而使用丙酮(“和光化学”制:019-00353),将过滤一次后的导电性高分子PEDOT/PSS的水分散液(“スタルク”制“CleviosRP”)和聚乙烯醇(PVA、“関東化学”制)的7wt%水溶液混合而成的。基于JISK7194(导电性塑料的4探针法的电阻率试验方法),对该导电性高分子纤维的导电率进行测定,其结果,电阻率[Ω·cm]为10-1Ω·cm的量级。
使用“福原精機(株)”制的圆编机,对针数、口数等进行调整,以使得上下层之间的中间发热层厚度为10mm,使中间发热层8的与上层2平行的面上的每单位面积的导电性高分子纤维剖面占总面积达到50%。上层电线9a与上层2的上层导通部4a电气连接,上层电线9b与上层导通部4b电气连接,上层电线9c与上层导通部4c电气连接。下层电线10a与下层3的下层导通部6电气连接,上层电线9和电线10分别与未图示的控制器(与权利要求中记载的控制单元相当)连接。
作为代表,对使与上层导通部4a连接的连结线8a发热的情况进行说明。如果通过控制器而在上层电线9a和下层电线10a之间施加规定的电压,则连结线8a由于电阻率较高而发热。将施加电压设为12V,在恒温槽中将温度条件设为25℃、将湿度设为60%R.H.,进行发热温度评价,其结果,中间发热层8的发热部位被加热至40℃。另一方面,通电后的上层导通部4a及下层导通部6a的温度为25℃。
具有充分宽度的上层导通部4及下层导通部6由于电阻率不高,施加电压时的发热被抑制,因此,能够抑制所选择的加热部位以外的加热,能够对布状加热器1进行加热控制以成为期望的温度分布。
图4表示第2实施方式,对于与所述第1实施方式相同结构的部分标记同一标号,省略重复的说明。如图4所示,形成为三层构造,即,由使上层导通部4和上层非导通部5交替并列设置而成的上层2、使下层导通部6和下层非导通部7交替并列设置而成的下层3、以及中间发热层8构成,该中间发热层8由连结线形成,该连结线以将上层2和下层3之间缝合的方式连续地往复。
上层2、上层导通部4和上层非导通部与第一实施方式相同。下层3由聚酯纤维形成,下层导通部6由多个下层导通部6a、b、c…构成,该下层导通部是在下层3上涂敷导电浆料(“藤倉化学”制、“ドータイト”)而形成的,宽度为200mm、长度为10mm,下层非导通部7是指没有涂敷导电浆料的宽度200mm、长度2mm的部分。下层导通部6通过连结线8a而与整个上层导通部4电气连接,从座椅上方观察,上层导通部4的沿着长度方向的边和下层导通部6的沿着长度方向的边交叉地配置。典型的配制方法为,使上层导通部4和下层导通部6各自的长度方向彼此正交。
下层电线10a与下层导通部6a电气连接,下层电线10b与下层导通部6b电气连接,下层电线10c与下层导通部6c电气连接。上层电线9和电线10分别与未图示的控制器(与权利要求中记载的控制单元相当)连接。作为代表,对使将上层导通部4a和下层导通部6a连接的连结线8a发热的情况进行说明。如果通过控制器而在上层电线9a和下层电线10a之间施加规定的电压,则连结线8a由于电阻率较高而发热。将施加电压设为12V,在恒温槽中将温度条件设为25℃、将湿度设为60%R.H.,对发热温度进行评价,其结果,中间发热层8的发热部位被加热至41℃。另一方面,非发热部位的上层导通部及下层导通部的温度为25℃。
由于具有足够宽度的上层导通部4及下层导通部6的电阻率不高,使得施加电压时的发热被抑制,因此能够控制所选择的加热部位以外的加热,能够对布状加热器1进行温度控制以成为期望的温度分布。
在第3实施方式中,作为第1实施方式中的连结线8a中所使用的导电性高分子纤维,使用将分散有20wt%炭黑(“三菱化学”制)的PVA溶液,以剖面积比为50:50的方式涂敷到聚酯纤维上而制成的导电性高分子纤维。电阻率为100Ω·cm,获得与第1实施方式相同的效果,中间发热层8的发热部位被加热至38℃。另一方面,非发热部位的上层导通部及下层导通部的温度为25℃。
在第4实施方式中,作为第1实施方式中的连结线8a中所使用的导电性高分子纤维,使用镀银纤维。电阻率为0.01Ω·cm,获得与第1实施方式相同的效果,中间发热层8的发热部位被加热至42℃。另一方面,非发热部位的上层导通部及下层导通部的温度为25℃。
在第5实施方式中,作为第1实施方式中使用的导电性高分子纤维,使用将PVA中分散有20wt%氧化锌(ZnO)的涂敷溶液,以剖面积比为50:50的方式涂敷到聚酯纤维上而制成的导电性高分子纤维。电阻率为10Ω·cm,获得与第1实施方式相同的效果,中间发热层8的发热部位被加热至39℃。另一方面,非发热部位的上层导通部及下层导通部的温度为25℃。
在第6实施方式中,作为第1实施方式中连结线8a所使用的导电性高分子纤维,使用将PEDOT/PSS水分散液以剖面积比为50:50的方式涂敷到聚酯纤维上而制成的导电性高分子纤维。电阻率为1Ω·cm,获得与第1实施方式相同的效果,中间发热层8的发热部位被加热至39℃。另一方面,非发热部位的上层导通部及下层导通部的温度为25℃。
在第7实施方式中,作为第1实施方式中连结线8a所使用的导电性高分子纤维,使用以湿式纺丝法将导电性高分子为聚吡咯的5%水溶液(“アルドリッチ”制)制成直径约10μm的纤维。电阻率为1Ω·cm,获得与第1实施方式相同的效果,中间发热层8的发热部位被加热至38℃。另一方面,非发热部位的上层导通部及下层导通部的温度为25℃。
第1至第7实施方式中的评价结果如表1所示。
[表1]
本发明的布状加热器1是以前述实施方式为例进行了说明,但其并不限定于该实施方式,能够在不脱离本发明主旨的范围内采用多种其它实施方式,例如,不仅是车辆用座椅,也适合于例如缓冲垫的罩或电热毯等多种用途。作为本发明中使用的导电性原材料,也可以使用金、银、铜或镍铬合金等金属线,由碳、石墨等碳类材料或金属金属氧化物等半导体构成的粒子,乙炔类、5元杂环类、亚苯类、苯胺类等导电性高分子等中的任一种。
作为导电性的原料,以碳类材料为例,除了由碳构成的纤维体(“トレカ”(“東レ”制)、“ドナカーボ”(“大阪ガスケミカル社”制)等)这种普通市售的材料以外,也可以使用混合有碳纤维、碳粉末等纺丝制成的纤维等。另一方面,作为用作导电材料的粒子的例子,包括炭黑、柯琴黑等碳类粉末、碳类纤维、铁、铝等金属微粒子,此外,作为半导电性微粒,可以举出氧化锡(SnO2)或氧化锌(ZnO)等。
本发明中所称的导电性高分子纤维,是指上述导电性原材料中除了金属以外的材料。能够使用由上述材料单体制得的材料、通过蒸镀、涂敷等而在表面进行包覆制得的材料、将其作为芯材使用而在表面包覆其它材料制得的材料等。其中,从市场购买的容易性、比重等方面考虑,优选在导电性原材料中使用碳纤维或碳粉末。另外,导电性原材料由单一原材料构成还是由多种原材料构成,并不特别限定。
为了具有通气性,优选上层2、下层3本身由纤维形成,但上层导通部4及下层导通部6也可以在上层2和下层3上,以带状或在整个表面内均匀地涂敷导电涂料等而形成。作为导电涂料的例子,可以举出“藤倉化成”制的“ドータイト”等。作为布状加热器,从避免局部硬度差异而造成不适感的角度来说,上层导通部4及下层导通部6也可以使用将剖面积与用于形成上层2、下层3或中间发热层8的纤维大致相同的金属线或导电性纤维,例如镍等金属绞合而成的绞合线等。
从成本和实用性的角度,优选在上层非导通部5和下层非导通部7中单独或组合使用由尼龙6、尼龙66等聚酰胺、聚对苯二甲酸乙二醇酯、含有共聚成分的聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二烯酯、聚丙烯腈等常用树脂构成的纤维。另外,上层2及下层3的形状如果形成为具有通气性的布状,则基本没有问题,但从用于固定中间发热层、使其发热而使人感受到温度的目的,优选使用由上述广泛使用的纤维构成的织布、无纺布、编织品等。
在用于使任意部位发热的发热部位控制单元中,将广泛使用的开关元件、中继器等单独或组合使用。在本发明中,所谓纤维,除了通过熔融纺丝、湿式纺丝、静电纺丝等方法纺制而成的纤维以外,还包括薄膜切割等切丝而成的纤维。对于此时的纤维直径或宽度,从形成织物、编织品时的纺织/编织容易度、纺织/编织后的织物、编织品的柔软性、作为布料的处理容易度等,优选为每1根大约几μm至几百μm左右。
通过将几十根至几千根上述纤维集成一束(束状),从而使得纤维处理变得容易。这时,也可以进行绞合。由于金属是电阻率非常低的导体,因此,为了使中间发热层高效发热,需要使用非常细的纤维或增大上层-下层之间的距离。如果使用较细的纤维,则即使希望使任意的部位、面积发热,也会基本上以点状发热,另外,由于金属纤维周围的空气成为隔热层,因此很难获得加热效果。在增大上层2和下层3之间的距离的情况下,金属纤维的柔软性变为缺点,很难仅由金属纤维承受布料压缩方向的力,因此,要加入其它非导电纤维,结果形成隔热层,导致发热效率下降。
将在前述普通纤维中使用上述导电性原材料而制得的材料,即,使高分子分散制得的材料、涂敷制得的材料、自身纤维化制得的材料等称为导电性高分子纤维。作为导电性原材料,特别优选使用半导体、导电性高分子、碳纤维的导电性高分子纤维。上述导电性原材料在导电性高分子纤维中的配合量,优选为0.5至30vol%。如果上述导电性原材料的配合量低于0.5vol%,则由于混合的导电性原材料的量较少,因此,材料性能与没有添加的情况相比实质上没有变化,只会造成成本升高,因此不优选。如果配合量超过30vol%,则在混合到基质树脂中时,由于混合后的树脂溶融时的粘度増加,因此进一步大幅度降低纺丝性,存在很难纤维化的倾向。
从成本和实用性的角度,优选上述基质树脂中单独或混合使用尼龙6、尼龙66等聚酰胺、聚对苯二甲酸乙二醇酯、含有共聚成分的聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二烯酯、聚丙烯腈等常用树脂。另外,优选上述导电性高分子纤维是通过由其它高分子涂敷而制得的。
通过在导电性高分子纤维上进行涂敷,从而能够提高导电性高分子纤维的强度、耐久性,另外,能够获得稳定的发热性能。对于涂敷量而言,不妨碍上述性能的范围都可以,但优选涂敷材料相对于导电性高分子纤维的剖面积占10至80%左右,更加优选20至50%左右。
另外,作为用于获得上述性能的其它手段,优选在获得导电性高分子纤维的阶段,或者,纤维化后的纺织/编织之前的阶段,将导电性高分子纤维形成为与其它高分子材料组合而成的芯鞘型、并排型、海岛型剖面形状。在通常的纤维材料中,如图6所示,能够采用由导电性部分13及非导电性部分14构成的多种构造。包括图6a所示的由均匀材料形成的纤维,图6b所示的在剖面上观察为芯鞘构造的纤维,图6c所示的并排构造、图6d所示的海岛(多芯)构造的纤维,图6e、6f所示的剖面为非圆形的变形剖面形状、图6g所示的中空构造的纤维等。作为纤维功能化的手段之一,上述手段用于使纤维自身形成自然扭转的形状而改变手感,使纤维表面积增大而实现轻量化、隔热性等。
本发明的意图不仅是改变上述的纤维的静态特性,还在于提高发热性能,通过对纤维构造和材料进行组合而实现上述功能。在上述构造中,优选使用芯鞘型。这里所说的芯鞘型,是指芯鞘面积相对于剖面积的比值接近50%时的构造,在考虑纤维强度与发热性能的平衡时,其也能够实现最优的功能。
为了得到上述的发热功能,导电性原材料的电阻率的范围优选使用10-3至102Ω·cm左右。这是由于,在制造织物或编织品时,导电性高分子纤维作为电阻体起作用,如果电阻值过小,则导通部发热,很难对任意部位进行加热。另外,如果电阻值过大,则很难流过用于发热的电流,无法获得充分的发热。作为更加优选的电阻率范围,其为10-2至101Ω·cm左右,从而能够更加高效地实现发热功能。
特别地,在示出上述电阻率的导电性高分子纤维中,更加优选制成含有导电性高分子的聚吡咯、和/或PEDTOT/PSS、和/或聚苯胺、和/或PPV中的任一种物质的导电性高分子纤维。此外,其中,对于容易作为纤维获得的材料,可以举出在噻吩类导电性高分子的聚3,4-乙撑二氧噻吩(PEDOT)中掺杂聚4-苯乙烯磺酸钠(PSS)的PEDOT/PSS(“Bayer社”、“CleviosP(注册)”)、或亚苯类的聚对苯撑乙炔(PPV)、吡咯类的聚吡咯等。
在导电性高分子中,上述材料容易通过湿式纺丝或静电纺丝的方法实现纤维化,另外,它们作为满足上述电阻率的材料而优选。例如,对于噻吩类、吡咯类、苯胺类,能够通过湿式纺丝制造,例如,通过从圆筒中将PEDOT/PSS的水分散液(“Bayer社CleviosPR”)压入到丙酮中,从而能够容易地获得导电性高分子纤维。
通过采用上述工序,从而能够容易地制造用于形成布状加热器的导电性高分子纤维。在本发明中,连结线8a不一定是在连结部11处以1根进行连接,如图5(a)(b)所示,连结线8a也可以在上层2或下层3中的任一方、或者在上层2和下层3这两方被切断。但是,对于该切断端部12,必须通过某种方法固定在上层2或下层3上。
(美国指定)
关于美国指定,本国际专利申请基于美国专利法第119条(a),援引2011年12月9日申请的日本专利申请第2011-269636号的优先权权益,并对其公开内容进行了引用。
Claims (9)
1.一种布状加热器,其具有第一纤维层、设置在隔着空间而与该第一纤维层相对的位置的第二纤维层、和设置在所述第一纤维层和所述第二纤维层之间的第三纤维层,该布状加热器的特征在于,
第一纤维层具有多个第一导通部和多个第一非导通部,其中,该第一导通部具有导电性,配置在所选择的部位,该第一非导通部具有绝缘性,配置在该第一导通部以外的部位,
第二纤维层具有至少1个第二导通部和多个第二非导通部,其中,第二导通部具有导电性,配置在所选择的部位,该第二非导通部具有绝缘性,配置在除了该第二导通部以外的部位,
第三纤维层具有连结线,该连结线将所述第一导通部和至少1个所述第二导通部连结,从而将所述第一纤维层和所述第二纤维层电气连接,该连结线具有规定的电阻率,
该布状加热器具有控制单元,其向所选择的所述第一导通部和所述第二导通部之间施加电压,使所述连结线发热。
2.根据权利要求1所述的布状加热器,其特征在于,
所述第一导通部形成为带状形状,所述第二导通部形成为带状形状,且配置在与所述第一导通部相交叉的方向上。
3.根据权利要求1所述的布状加热器,其特征在于,
所述连结线由导电性高分子纤维构成。
4.根据权利要求3所述的布状加热器,其特征在于,
所述连结线是含有半导体的导电性高分子纤维。
5.根据权利要求3所述的布状加热器,其特征在于,
所述连结线是含有导电性高分子的导电性高分子纤维。
6.根据权利要求3所述的布状加热器,其特征在于,
所述连结线是含有碳的导电性高分子纤维。
7.根据权利要求3所述的布状加热器,其特征在于,
所述连结线是在作为芯的具有导电性的纤维表面涂敷其它高分子而成的导电性高分子纤维。
8.根据权利要求3所述的布状加热器,其特征在于,
所述连结线是在作为芯的纤维表面涂敷导体而成的导电性高分子纤维。
9.根据权利要求3所述的布状加热器,其特征在于,
所述导电性高分子纤维的电阻率为10-3至102Ω·cm。
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Legal Events
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PB01 | Publication | ||
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CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
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Granted publication date: 20160203 |