JP2004512439A - 加温性繊維製品 - Google Patents

Abstract

電源から熱を発生させるために、少なくとも一部が導電性糸により作られている繊維製品。この繊維製品は、導電性を有する導電性糸（ヒーター）と、用いられる電源に適合するようにかつ熱が発生するように調整された間隔とを有する。加熱用糸は、正温度係数を有し、それにより、糸の抵抗は、温度が上昇すると大きくなり、温度が低下すると小さくなる。導電性糸のような「リード」は、電気を加熱用糸に供給するのに使用される。繊維製品への被覆は、繊維製品を電気的に絶縁することができ、また、洗濯や使用などの作業時に繊維製品を保護することができる。

Description

【０００１】
（技術分野）
本発明は、一般的に、電気によって熱を発生させる繊維製品に関する。
【０００２】
（背景技術）
導電性糸に通電した時に熱を発生する、導電性糸を繊維製品内に組み込んだ発熱性繊維製品は知られている。しかしながら、熱を発生させるために用いられるこの導電性糸は自己制御性ではなく、保護しなければ繊維製品が過熱する可能性がある。
【０００３】
熱の発生を自己制御するために、繊維製品と共に発熱性ワイヤーを用いている。典型的には、自己制御加温性ワイヤーは、間に配置された発熱性材料を有する２本の平行伝導体である。二つの伝導体の間に通電した時に、このワイヤーによって熱が発生する。ワイヤーの発熱を制御するために、二つの伝導体の間にある発熱性材料は、温度が上昇すると抵抗が大きくなり、そして温度が低下すると抵抗が小さくなるという特性を有する。しかしながら、繊維製品に伴ったワイヤーは、製品のユーザーが心地よく感じない不規則さ（凹凸）を製品に与えてしまう。
【０００４】
したがって、加熱用ワイヤーを用いずに、加熱を自己制御する加温性繊維製品が求められている。
【０００５】
（発明の開示）
本発明によれば、加温性繊維製品又は生地は、織物、織物又は同様の繊維製品であり、少なくとも一部が電源から熱を発生させるための導電性糸により作られている。繊維製品は、平坦（パイルなし）構造、パイル構造又は他の構造であってよい。繊維製品は、導電性を有する導電性糸（ヤーン）［ヒーター］と、用いられる電源および発生する熱に合わせて調整された間隔とを有する。ヒーターは縦方向でも横方向でもよい。ヒーターに電気を供給するために、ヒーターに接続した導電性ストランド（リード）、例えば糸（ヤーン）が存在してもよく、しなくてもよい。機械的安定性のために、非導電性糸を構造中に含めるのが一般的である。一つの態様においては、繊維製品は、従来の繊維製品の製造と同様に連続ロール形状で作られ、続いて、最終製品において用いるための適当な寸法のピース（パネル）に切断される。加熱用繊維製品は、表側繊維製品の背後にくるように意図された繊維製品でもよく、あるいは、表側繊維製品、例えばプリントされた室内装飾布地などであってもよい。
【０００６】
本発明において、ヒーターは正温度係数（ＰＴＣ）糸（ヤーン）である。ＰＴＣ糸は、温度が上昇すると電気抵抗が大きくなり、温度が低下すると電気抵抗が小さくなる導電性糸である。ＰＴＣ糸は一般に、温度が上昇すると抵抗が大きくなり、温度が低下すると抵抗が小さくなるという伝導特性を有するＰＴＣ材料を組み込んでいる。一つの態様において、ＰＴＣ糸は、低導電性又は非導電性コアと、ＰＴＣ材料の鞘とを有するヤーンである。本発明における加熱用（ヒーター）糸として好適に用いることができる芯／鞘糸の一例は、２０００年９月２９日にＤｅＡｎｇｅｌｉｓらによって出願された米国特許出願第０９／６６７，０６５号（発明の名称 ”Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｄｅｐｅｎｄｅｎｔ Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙ Ｒｅｓｉｓｔｉｖｅ Ｙａｒｎ）に記載されている。
【０００７】
本発明において加熱用糸として用いることができる芯／鞘糸の一例は、ＰＴＣ糸１０として図１に図示されている。図１に示されるように、ＰＴＣ糸１０は、通常、コア糸１１と正温度抵抗係数（ＰＴＣＲ）を持つ鞘１２とを有する。さらに、ＰＴＣ糸１０は、ＰＴＣＲ鞘１２の上に絶縁体１３を有することもできる。図示されているように、ＰＴＣ糸１０の断面は円形である。しかしながら、糸１０は、繊維製品の製造に適した他の断面形状、例えば楕円、扁平などを有していてもよい。
【０００８】
コア糸１１は、通常、繊維製品の糸に適した柔軟性及び強度を与える材料から作られる。コア糸１１は、例えば、ポリエステル、ナイロン、アクリル、レーヨン、ケブラー、ノメックス、ガラスなどの合成糸から形成することができ、又は、例えば、綿、ウール、絹、亜麻などの天然繊維から形成することもできる。コア糸１１を単繊維、マルチフィラメント、又は短繊維（ステープルファイバ）から形成することができる。加えて、コア糸１１は、繊維製品中で用いられる、フラットヤーン、紡績糸又は他のタイプの糸であり得る。一つの態様においては、コア糸１１は非導電性材料である。
【０００９】
ＰＴＣＲ鞘１２は、温度が上昇すると電気抵抗が大きくなる材料である。本発明の態様において、図１に示されるように、鞘１２は、通常、熱膨張性低導電性（ＴＥＬＣ）マトリックス２２内に混合された、独立した電気伝導体２１を含む。
【００１０】
独立した電気伝導体２１により、ＰＴＣＲ鞘１２を通して導電経路が形成される。独立した電気伝導体２１としては、導電性材料の粒子、導電性被覆球体、導電性フレーク、導電性繊維などのような粒子が好ましい。導電性粒子、繊維又はフレークは、炭素、グラファイト、金、銀、銅又は他の同様の導電性材料のような材料から形成することができる。被覆球体は、ガラス、セラミック又は銅などの材料の球体であり、球体は、炭素、グラファイト、金、銀、銅又は他の同様の導電性材料のような導電性材料で被覆されている。球体は微小球体であり、一つの態様において、球体の直径は約１０〜約１００μｍである。
【００１１】
ＴＥＬＣマトリックス２２の膨張係数は、導電性粒子２１の膨張係数よりも大きい。ＴＥＬＣマトリックス２２の材料は、温度によって膨張するように選択され、それによってＴＥＬＣマトリックス２２内にある種々の導電性粒子２１が分離される。導電性粒子２１が分離されることにより、ＰＴＣＲ鞘１２の電気抵抗が大きくなる。また、ＴＥＬＣマトリックス２２は、糸に組み込まれるのに必要な程度の柔軟性を有する。一つの態様において、ＴＥＬＣマトリックス２２はエチレン−アクリル酸エチル（ＥＥＡ）又はＥＥＡとポリエチレンの組み合わせである。ＴＥＬＣマトリックス２２として用いる材料にとって必要な条件を満たし得る他の材料には、ポリエチレン、ポリオレフィン、ポリエチレンのハロゲン誘導体、熱可塑性材料又は熱硬化性材料が含まれるが、これらに限定されるものではない。
【００１２】
押出、被覆、又はコア糸１１に材料層を適用できる他の方法によって、コア１１にＰＴＣＲ鞘１２を適用することができる。独立した電気伝導体２１（例えば、フレーク、繊維、球体など）の特定のタイプを選択することにより、ＰＴＣＲ鞘１２の機械的性質に影響を及ぼすだけでなく、異なる抵抗−温度特性を付与することもできる。動作温度での軟化又は溶融に対抗するか又は防止するように、ＴＥＬＣマトリックス２２を形成することができる。ＰＴＣ糸１０にとって有用な抵抗値は、所望の用途に依存して、約０．１〜約２５００オーム／インチの範囲内の任意のところで変わり得ることが見出された。
【００１３】
本発明の一つの態様において、コア糸１１に適用した後に、例えば放射線照射により材料を架橋することによってＴＥＬＣマトリックス２２を硬化することができる。別の態様において、ＴＥＬＣマトリックス２２として熱硬化性ポリマーを用いてＴＥＬＣマトリックス２２を硬化することができる。さらに別の態様において、ＴＥＬＣマトリックス２２が特定の温度で軟化するようにしておき、選択された温度の位置にてＴＥＬＣマトリックス２２の導電性を遮断する内蔵「ヒューズ」を提供することができる。
【００１４】
絶縁体１３は、糸の柔軟性に適した非導電性材料である。一つの態様においては、膨張係数はＴＥＬＣマトリックス２２に近い。絶縁体１３は、熱可塑性物質、熱硬化性樹脂、又はポリエチレンなどの処理時に熱硬化性に変化する熱可塑性物質であってよい。絶縁体１３に適した材料には、ポリエチレン、ポリ塩化ビニルなどが含まれる。絶縁体１３の材料の押出、被覆、包囲、又は包囲と加熱によって、絶縁体１３をＰＴＣＲ鞘１２に適用することができる。
【００１５】
ＰＴＣ糸１０に電圧を印加することによって、電流をＰＴＣＲ鞘１２に流すことができる。ＰＴＣ糸１０の温度が上昇するに従い、ＰＴＣＲ鞘１２の抵抗が増す。ＰＴＣ糸１０の抵抗は、ＴＥＬＣマトリックス２２が膨張してＴＥＬＣマトリックス２２の内部の導電性粒子２１を分離することによって大きくなり、それによりＰＴＣ糸１０に沿った微小な経路が消失し、ＰＴＣＲ鞘１２全体の抵抗が大きくなると考えられる。この特定の導電率対温度の関係は特定の用途に対して設計される。例えば、導電率は所定の点まで徐々に高くなり、次いで遮断温度で急激に上昇する。
【００１６】
ＰＴＣ糸の電気的接続を助長するために、熱と圧力とを用いて、より完全な接続のためにＰＴＣ材料を軟化することができる。さらに、最終繊維製品における電気的接続を向上するために、繊維製品中の導電性糸を高導電性被覆で予め被覆しておくことができる。
【００１７】
加熱を均一に行うために、加熱用糸は約１〜２インチの間隔で離すことができる。しかしながら、必要であれば、本発明の基本的な性質を変えることなく間隔をより広くすることも狭くすることもできる。ヒーター用ＰＴＣ糸を用いることにより、温度制御機構が直接織物製品に組み込まれる。なぜなら、ＰＴＣ糸の温度が上昇するにつれて、ＰＴＣ糸からの加熱が弱くなるからである。従って、加温性繊維製品の温度が上昇するに従い、ＰＴＣ糸の抵抗が増加し、その結果、加温性繊維製品による熱の発生が減少する。逆に言えば、加温性繊維製品の温度が下がるにつれて、ＰＴＣ糸の抵抗が減少し、その結果、加温性繊維製品による熱の発生が増加する。
【００１８】
リードは、（常にというわけではないが）通常ヒーターよりも導電性が高く、かつより少数である。一つの態様においては、リードは高導電性材料の糸である。別の態様においては、リードは、繊維製品の糸とほぼ同じ断面積を有する導電性ワイヤー、例えばニッケルの撚線であり得る。
【００１９】
機械的な構造を改善するためにいずれの非導電性糸を用いてもよい。例えば、横糸中に加熱用糸を有する織物に、さらに非導電性の横糸を用いて機械的安定性を改善してもよく、高温用途などのために、ガラス又はアラミド糸を用いてもよい。
【００２０】
洗濯や使用などの作業時に繊維製品を保護するよう、電気絶縁性のために加熱用織物製品を被覆することも可能である。被覆材は、電気絶縁性ポリマーであってよく、所望の手段によって、ヒーターに適用することができる。被覆材の厚さは変えることができるが、一つの態様においては、約５〜約１３ミルである。絶縁性が高く、柔軟性があり、かつ非粘性であることから、アクリルが好適である。柔軟性は、パネルが繊維製品の感触を保持するのに役立つ。低い粘度は、被覆された繊維製品がある程度の通気性を被覆後に保持するのに役立つ。本発明の隙間のある構造によって、通気性を大きく損なうか又は完全になくすことなく、繊維製品を被覆することができる。通気性は、例えば衣料、座席又は毛布における心地よさにとって重要である。被覆は、機械的安定性も与える。機械的安定性は、繊維製品における電気的接続の信頼性を確保することのに特に重要である。また、難燃性、撥水性又は被覆された繊維製品が通常有する他の特性を与えるために用いることもできる。
【００２１】
ここで図２Ａ及び図２Ｂを参照すると、それぞれ本発明の態様を例示する織物生地２１０及び２２０が示されている。図２Ａに示されているように、織物生地２１０には、織物生地に織り込まれている複数の非導電性糸１３が含まれ、連続した加熱用糸１１がその中に混在されている。加熱用糸１１の二つの末端間に電圧を印加することにより、織物生地２１０に熱を発生させる。図２Ｂに示されているように、織物生地２２０には、織物生地に織り込まれている、複数の加熱用糸１１、リード糸１２及び非導電性糸１３が含まれる。一つの態様において、加熱用糸１１は一本の連続糸のセグメントである。織物生地２２０における加熱用糸１１は、リード糸１２の間で並列に接続されている。リード糸１２に電圧を印加することにより、織物生地２２０に熱を発生させる。
【００２２】
図３Ａ及び図３Ｂを参照すると、それぞれ本発明の態様を例示するニット生地（編物）３１０及び３２０が示されている。図３Ａに示されているように、生地３１０には、生地に編み込まれている非導電性糸１３が含まれ、その中に加熱用糸１１が位置する。加熱用糸の二つの末端間に電圧を印加することにより、生地３１０に熱を発生させる。図３Ｂに示されているように、生地３２０は生地に編み込まれている非導電性糸１３を含み、その中に加熱用糸１１及びリード糸１２が位置する。加熱用糸１１はリード糸１２の間で並列に接続されている。リード糸１２に電圧を印加することにより、生地３２０に熱を発生させる。生地３１０及び３２０は、加熱用糸１１及びリード糸が非導電性糸１３の編み目模様中に位置するように図示しているが、本発明では、加熱用糸１１及び／又はリード糸１２を生地３１０又は３２０の編み目を形成するのに用いてもよい。
【００２３】
最終織物製品はフェイス（表面）仕上げを行ってもよい。好ましい仕上げ技術は、用いる糸の種類による。導電性糸を主成分として用いたパイル生地が特に望ましい。
【００２４】
繊維製品ヒーターが従来のワイヤー構造よりも優れている点として、柔軟性、通気性、迅速な加熱、熱の均等な分布及び薄い側面（「ワイヤーレス」）が挙げられる。さらに、ある場合には、織物製品を積層しまたは縫製して構造物にしたり、ロール形状で加工できるので、織物製品は最終製品の製造を簡素化することができる。ＰＴＣ材料の加熱用糸は自己制御性であり、一般に、従来の導電性ヒーターよりも好ましい。ＰＴＣ材料を組み込むことにより、織物製品は、温度フィードバック又は外部温度制御回路の必要性を単純にするか又は排除することができる内蔵制御機構を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明において用いる加熱用糸の拡大断面図である。
【図２Ａ】織物生地を用いた本発明の態様を例示する織物製品を示す図である。
【図２Ｂ】織物生地を用いた本発明の態様を例示する織物製品を示す図である。
【図３Ａ】ニット生地を用いた本発明の態様を例示する織物製品を示す図である。
【図３Ｂ】ニット生地を用いた本発明の態様を例示する織物製品を示す図である。

Claims (32)

1. 少なくとも一つの非導電性糸、
   少なくとも一つの正温度係数（ＰＴＣ）を持つ加熱用糸を含み、
   該非導電性糸及び該ＰＴＣ加熱用糸が組み合わされて加熱用織物製品となっている加温性繊維製品。
2. ＰＴＣ加熱用糸が約０．１オーム／インチ〜約２５００オーム／インチの範囲の抵抗値を有する請求項１に記載の加温性繊維製品。
3. ＰＴＣ加熱用糸が芯／鞘糸である請求項１に記載の加温性繊維製品。
4. 鞘は正温度係数の抵抗を持つ材料である請求項３に記載の加温性繊維製品。
5. ＰＴＣ加熱用糸のコアが単繊維のコア糸を含む請求項４に記載の加温性繊維製品。
6. ＰＴＣ加熱用糸のコアがマルチフィラメントのコア糸を含む請求項４に記載の加温性繊維製品。
7. ＰＴＣ加熱用糸のコアが短繊維のコア糸を含む請求項４に記載の加温性繊維製品。
8. コア糸の短繊維が紡績短繊維である請求項７に記載の加温性繊維製品。
9. 鞘は、熱膨張性低導電性マトリックス内に独立した電気伝導体を含み、該マトリックスが電気伝導体よりも高い膨張係数を有する請求項４に記載の加温性繊維製品。
10. マトリックスが架橋されている請求項９に記載の加温性繊維製品。
11. マトリックスが、選択された温度で導電性を遮断する特定の軟化温度を有する請求項９に記載の加温性繊維製品。
12. ＰＴＣ糸が絶縁被覆を含む請求項１に記載の加温性繊維製品。
13. 加熱用織物製品の上に絶縁被覆をさらに含む請求項１に記載の加温性繊維製品。
14. ＰＴＣ加熱用糸が円形断面を有する請求項１に記載の加温性繊維製品。
15. ＰＴＣ加熱用糸が楕円形断面を有するる請求項１に記載の加温性繊維製品。
16. ＰＴＣ加熱用糸が扁平断面を有する請求項１に記載の加温性繊維製品。
17. 該ＰＴＣ加熱用糸に接続される、少なくとも一つの導電性リードをさらに含む請求項１に記載の加温性繊維製品。
18. さらに二つの導電性リードを含み、該ＰＴＣ加熱用糸が二つの導電性リードの間に電気的に接続されている請求項１に記載の加温性繊維製品。
19. 該少なくとも一つのＰＴＣ加熱用糸が複数のＰＴＣ加熱用糸と、さらに二つの導電性リードを含み、該ＰＴＣ加熱用糸が二つの導電性リードの間で並列に気的に接続されている請求項１に記載の加温性繊維製品。
20. 該加熱用繊維製品が織物である請求項１に記載の加温性繊維製品。
21. 該ＰＴＣ加熱用糸に接続される、少なくとも一つの導電性リードをさらに含む請求項２０に記載の加温性繊維製品。
22. 二つの導電性リードをさらに含み、該ＰＴＣ加熱用糸が二つの導電性リードの間に電気的に接続されている請求項２０に記載の加温性繊維製品。
23. 該少なくとも一つのＰＴＣ加熱用糸が複数のＰＴＣ加熱用糸と、さらに二つの導電性リードを含み、該ＰＴＣ加熱用糸が二つの導電性リードの間で並列に電気的に接続されている請求項２０に記載の加温性繊維製品。
24. 該加熱用繊維製品がニット生地である請求項１に記載の加温性繊維製品。
25. 該加熱用糸が該ニット生地の編み目を形成する請求項２４に記載の加温性繊維製品。
26. 該加熱用糸が該非導電性糸の編み目内に位置される請求項２４に記載の加温性繊維製品。
27. 該ＰＴＣ糸に電気的に接続された少なくとも一つの導電性リードをさらに含む請求項２４に記載の加温性繊維製品。
28. 該リードが導電性糸を含み、該加熱用織物製品がニット生地を含み、該導電性糸が該ニット生地の編み目を形成する請求項２４に記載の加温性繊維製品。
29. 該導電性リードが該非導電性糸の編み目内に位置する請求項２４に記載の加温性繊維製品。
30. 該加熱用繊維製品がニット生地を含み、該リードが該非導電性糸の編み目内に位置する請求項２４に記載の加温性繊維製品。
31. さらに二つの導電性リードを含み、該ＰＴＣ加熱用糸が二つの導電性リードの間に電気的に接続されている請求項２４に記載の加温性繊維製品。
32. 該少なくとも一つのＰＴＣ加熱用糸が複数のＰＴＣ加熱用糸と、さらに二つの導電性リードを含み、該ＰＴＣ加熱用糸が二つの導電性リードの間で並列に気的に接続されている請求項２４に記載の加温性繊維製品。