JP2005290585A

JP2005290585A - 温度制御繊維製品及びその製造方法

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Publication number: JP2005290585A
Application number: JP2004104331A
Authority: JP
Inventors: Chogun Ho; 兆群彭; Hakuyu Ko; 博雄黄; Koon Chin; 宏恩陳; Eisei Ren; 榮盛連
Original assignee: Taiwan Textile Research Institute
Current assignee: Taiwan Textile Research Institute
Priority date: 2004-03-31
Filing date: 2004-03-31
Publication date: 2005-10-20

Abstract

【課題】
繊維製品に均一的な発熱効果を発揮することができるうえ、繊維製品が有する特質を維持できる、温度制御繊維製品及びその製造方法を提供する。
【解決手段】
物理真空蒸着法を利用して、繊維製品の表面に均一的に導電発熱蒸着膜を形成させ、温度制御繊維製品を形成する。導電発熱蒸着膜を形成する前に、表面処理を施して、繊維製品の表面を平坦にする。
【選択図】図１

Description

本発明は温度制御繊維製品及びその製造方法に関するものであり、特に均一的に発熱することができる上、繊維製品従来の特質を維持することができる温度制御繊維製品及びその製造方法に関するものである。

繊維製品のハイテク化は紡績技術の主流になりつつある。２０世紀８０年代以降から、ハイテク繊維製品が繊維製品市場の全体に占める比率は成長しつつある。資料によると、最近５年間、技術先進国家におけるハイテク繊維製品の市場シェアは２倍強の増加を示した。ヨーロッパー繊維製品市場におけるハイテク繊維製品の市場シェアは４０％を上回っている。現在、ハイテク繊維製品の主な製品は高性能化学繊維、高技術産業用の繊維製品、特殊医療と保健用の繊維製品などがある。これらのハイテク繊維製品の応用範囲は、国防、航空宇宙、水利、自動車製造、医療、農業などの分野を幅広く含む。このため、紡績技術に対する要求も高めた。

これらのハイテク繊維製品の中で、より良い保温効果のある発熱繊維製品については、現在、様々な研究が行われている。その製品は防寒着、年配者や幼児の保健着、保温作業服またはダイビングスーツに応用できる。現在よく使われる技術には、下記の２つの技術がある。一つは導電金属線または加熱ユニットを繊維製品の内部に埋め込み、または充填する方法。もう一つは化学塗布プロセスを用いて繊維製品の表面に導熱物質を塗布する方法。

繊維製品内部に導電金属線や加熱ユニットを埋め込み、または充填する技術で製造された製品は、電気毛布においてよく見られる。しかし、この技術はまだたくさんの問題が存在している。例として、使用する電気のパワー及び製品の電気抵抗は製品に充填された導電金属線の長さに比例して高くなる。そのため、この技術を応用した製品の発熱面積、発熱密度と発熱量は制限される。電気使用の安全性について、電気パワーや電気抵抗を引き上げて発熱量を高めようとする場合は、導電金属線の太さを倍増しなければならない。しかし、そうすると、着服の不快感を与えるため、この分野の応用が大幅に制限される。しかも、漏電などの安全問題も非常に大きい。製品の加工プロセスが煩雑のうえ、品質管理が極めて困難である。さらに、この技術で作られた繊維製品の加熱箇所は導電金属線や加熱ユニットに集中するため、温度分布を均一にすることには困難である。さらに、いったん紡績製品の導電金属線が断線すると、その繊維製品は発熱保温機能を失う。

一方、化学塗布プロセスを利用して繊維製品の表面に導熱物質を塗布する技術では、導電性のある粉末と樹脂を混練した後、溶剤または水を加えて溶液に溶かしてから、これを生地に塗布し導電導熱膜を形成させ、さらに、導電導熱膜の上に表面装飾品を覆って仕上げる。しかし、全製造過程に、大量の化学薬品を使用するため、環境汚染に繋がる。そのほか、導電性のある粉末と樹脂の混合溶液を均一的に生地に塗布することが困難な上、導電性のある粉末、樹脂、生地との間の付着状態も丈夫とは言えない。よって、均一に導熱するのが困難で、使用寿命も限られる。

本発明の目的は、繊維製品に均一な発熱効果を発揮できる上、繊維製品の有する特質を維持できる、温度制御繊維製品及びその製造方法を提供することにある。
また、本発明の他の目的は、膜層の発熱の利用が可能で、短絡の心配のない、温度制御繊維製品及びその製造方法を提供することにある。
さらに、本発明の他の目的は、製造過程が簡単で、環境汚染の問題がない、温度制御繊維製品及びその製造方法を提供することにある。

本発明では、繊維製品の表面に物理真空蒸着法を利用し、繊維製品の表面に均一な導電発熱薄膜を形成させる。その材質としては、金属、金属合金、金属酸化物または/及び導電高分子などが使用される。さらに、導線エリアの上に、物理真空蒸着法を利用して低電気抵抗導電薄膜を形成する、その材質としては、銀または銅が使用される。次に、導電発熱薄膜と低電気抵抗導電薄膜の上に物理真空蒸着法を利用して絶縁保護膜を形成する、その材質としては酸化シリコンなどが使用される。

導電発熱薄膜、低電気抵抗導電薄膜と絶縁保護膜を形成する物理真空蒸着法を実行する前に、蒸着膜をよりよく形成するための繊維製品の表面を平坦させる表面処理を施す。表面処理の方法としては、繊維製品を表面処理剤を含んだ溶液中に浸す浸漬法などがある。表面処理剤として、フッ素撥水剤、フッ素撥水剤/架橋剤などが使用される。

導電発熱薄膜と低電気抵抗導電薄膜を夫々別の繊維製品の表面に形成してから、ニット方式でもって両者を組み合わせることもできる。

複数層の導電発熱薄膜と低電気抵抗導電薄膜に覆われた繊維製品を重ねることによって、より良い発熱效果を発揮できる。

本発明によれば、繊維製品の表面に均一に導電発熱蒸着膜を製造することができ、その膜の厚みは０．１〜１０マイクロメートルである。よって、一枚の繊維製品を均一に、かつ恒温的に発熱させることができ、局部が過熱するという問題が存在しない。そのほか、導線と絶縁保護層ともに物理真空蒸着法を利用して形成され、膜厚は１０マイクロメートル以下であるため、繊維製品全体は本来の特質を維持できる。裁縫により、さまざまな衣類に加工することができる。製造された温度制御繊維製品は１２ボルト以下またはそれに等しい低電圧のみを消費するため、携帯性が向上する。

従って、本発明は、製造過程が簡単かつ環境汚染が発生しない、生産された繊維製品は膜層による発熱を利用するため、均一に発熱させる効果があり、短絡する恐れがない、さらに、繊維製品本来の特質を維持できる、温度制御繊維製品及びその製造方法を提供することになる。

本発明の効果として、下記のメリットが期待できる。
１．１２ボルトより少ないまたはこれに等しい低電圧電源で、繊維製品全体を一定の恒温範囲に維持できるほか、局部を過熱することがない。
２．導電発熱材質は繊維製品の表面に均一に蒸着膜を形成するため、温度制御繊維製品はなお柔軟で体にフィットでき、裁縫により様々な衣類に仕上げることができる。
３．導電発熱材質と導線材質ともに繊維製品の表面の蒸着膜であるため、導電回路と導電接点の破損問題が起きなく、温度制御繊維製品の使用寿命が大幅に延長される。
４．導電発熱材質と導線材質ともに繊維製品の表面の蒸着膜であるため、それぞれの厚みが薄い。よって、温度制御繊維製品の重量と厚みを減少でき、使用するときの快適感が向上できる。
５．１２〜１４ボルトの低電圧の電源を使用するため、一般の乾電池が電源として使え、その携帯性が向上できる。
６．さらに、多層の導電発熱薄膜と低電気抵抗導電薄膜を蒸着した繊維織物を重ねて組み合わせることによって、より良い発熱效果を発揮できる。

温度制御繊維製品及びその製造方法１
本発明の好ましい実施例によると、繊維製品を物理真空蒸着室に入れ、真空度１０^−７〜１０^−５トールで、０．１〜１．２キロワットのパワーを用いて、ここで金属、金属合金、金属酸化物などの導電発熱可能な材料のプラズマを発生させる。このときに、２０〜３５sccmのアルゴン(Ａｒ)を注入し、物理真空蒸着室中の操作圧力を２×１０^−３〜４×１０^−３トール前後に維持する。そして、摂氏１００〜１５０度の温度で、繊維製品の表面に均一様に膜厚０．１〜１０マイクロメートルの導電発熱蒸着膜を蒸着する。導電発熱蒸着膜完成した後、温度制御繊維製品が得られる。さらに、繊維製品の表面に遮蔽シートで導電発熱エリアを覆い、導線エリアだけを露出させる。物理真空蒸着法を利用して、その表面に、低電気抵抗の金属を蒸着して、外部の電源及びコントローラーと接続するための導線として作り上げる。また、低電気抵抗の金属は他の繊維製品に蒸着してから、ニット法などを用いて2枚の繊維製品を接続する。そして、繊維製品の表面に物理真空蒸着法を利用して酸化ケイ素を蒸着して、絶縁保護層として作り上げる。

繊維製品として、糸、編み方により各種製品(織物や編み物など)または不織布などが使用される。また、その材質として、ポリエステル繊維、ポリプロピレン繊維、ナイロン繊維またはその他利用可能な人造繊維などが使用される。導電発熱蒸着膜の材質として、ニッケル、ニッケル・クロム合金、酸化ケイ素、インジウムスズの酸化物、酸化チタンなどが使用される。導線の材質として、銅または銀が使用される。

以下本発明の温度制御繊維製品及びその製造方法１について実施例を用いて詳しい説明するがこれらは本発明を何ら限定するものではない。

蒸着対象物はポリエステル不織布とし、導電発熱物と導線の蒸着材料はそれぞれニッケル・クロム合金と銀を用いる。

蒸着対象物をポリプロピレン不織布とし、導電発熱物と導線の蒸着材料はそれぞれニッケル・クロム合金と銅を用いる。

蒸着対象物をポリエステル織物とし、導電発熱物の蒸着材料はそれぞれニッケル・クロム合金またはニッケルを使用し、導線の蒸着材料は銀または銅を用いる。

温度制御繊維製品及びその製造方法２
本発明の他の好ましい実施例によると、まずは繊維製品に表面処理を施して、製品の表面の繊維交叉する凹凸表面を平坦させる。これによって、その後物理真空蒸着法により、連続した平面導電体を形成して導電発熱をよりよくする。そして、繊維製品を物理真空蒸着室に入れて、真空度１０^−７〜１０^−５トールで、０．１〜１．２キロワットのパワーを用いて物理真空蒸着室の中で、金属、金属合金、金属酸化物などの導電発熱可能な材料のプラズマを発生させる。このときに、２０〜３５sccmのアルゴン(Ａｒ)を注入し、物理真空蒸着室中の操作圧力を２×１０^−３〜４×１０^−３トール前後に維持する。そして、摂氏１００〜１５０度の温度で、繊維製品の表面に均一的に膜厚０．１〜１０マイクロメートルの導電発熱蒸着膜を蒸着する。導電発熱蒸着膜完成した後、温度制御繊維製品が得られる。さらに、繊維製品の表面に遮蔽シートで導電発熱エリアを覆い、導線エリアだけを露出させる。物理真空蒸着法を利用して、その表面に、低電気抵抗の金属を蒸着して、外部の電源及びコントローラと接続するための導線として作り上げる。また、低電気抵抗の金属は他の繊維製品に蒸着してから、ニット法などを用いて2枚の繊維製品を接続する。そして、繊維製品の表面に物理真空蒸着法を利用して酸化ケイ素を蒸着して、絶縁保護層として作り上げる。

表面処理の方法としては、繊維製品を表面処理剤を含んだ溶液中に浸す浸漬法などがある。表面処理剤として、フッ素撥水剤またはフッ素撥水剤と架橋剤両方などが使用される。表面処理剤溶液の表面張力は５〜７０ｅｒｇ／ｃｍ^２が好ましく、さらに好ましいのは１０〜３０ｅｒｇ／ｃｍ^２である。前記架橋剤(ポリウレタンまたはエチルオキシドとエステル系活性剤より構成された防水乳剤など)は製品の経緯の隙間を接続して、製品の表面をより平坦にし、導電発熱蒸着膜材料がその上に「面状導体」をよりよく形成させる。

以下本発明の温度制御繊維製品及びその製造方法２について実施例を用いて詳しい説明するがこれらは本発明を何ら限定するものではない。

蒸着対象物はポリエステル織物、表面処理剤は防水乳剤(エチルオキシド及びエステル系活性剤)、導電発熱物の蒸着材料はニッケル、そして導線の蒸着材料は銀または銅それぞれが使用される。

温度制御繊維製品システム
図1に示したものは、本発明の一実施例による温度制御繊維製品システムの略図である。図１に示したように、温度制御繊維製品１００の表面に、蒸着材質によって二つのエリアに分られる。一つは導電発熱エリア１０２、もう一つは導線エリア１０４。その上に、導電発熱蒸着膜と導線がそれぞれ覆われる。温度制御繊維製品１００表面の導線エリア１０４から電線１４０が引き出され、電源１１０とコントローラー１２０に接続させ、温度制御繊維製品システム全体を構成する。電源１１０は温度制御繊維製品１００に必要な電気を供給する。本システムは１２ボルト以下またはこれに等しい低電圧で、９００ｃｍ^２ぐらいの温度制御繊維製品１００を摂氏１０度に上昇することができる。制御システム１２０は、温度制御繊維製品１００に供給する電流量を制御して、温度制御繊維製品１００の発熱温度を制御することができる。温度制御繊維製品１００の温度は最大摂氏４０±５度前後に恒温維持することができる。温度制御精度約±０．５℃で、しかも温度制御繊維製品１００の温度分布が均一で、局部過熱されることはない。

一つ好ましい実施例として、温度制御繊維製品１００の導電発熱エリア１０２の面積９００ｃｍ^２、その表面に蒸着される導電発熱蒸着膜材質をニッケルとし、温度制御繊維製品１００の導線エリア１０４に蒸着した導線材質を銀とし、電源１１０から供給される電力約１２ボルトとする。定電圧１２ボルトの温度上昇パターンにおける昇温結果は、下表を参照ください。

図２Ａは、前記製造方法１により生産された温度制御繊維製品である。図1の導電発熱エリアに相当する場所に蒸着されたのはニッケルで、導線エリアに蒸着されたのは銅で、蒸着対象物の繊維製品の材質はポリエステル織物である。図２Ｂはこの温度制御繊維製品を４ボルトの電源につないで発熱させた後、赤外線カメラで写した映像である。図２Ｂに示したように、発熱面積の分布は均一的に摂氏４９〜５２度の前後である。

図３Ａは製造方法２により生産された温度制御繊維製品である。図１の導電発熱エリアに相当する場所に蒸着されたのはニッケルで、導線エリアに蒸着されたのは銀で、蒸着対象物の繊維製品の材質はポリエステル織物である。図３Ｂはこの温度制御繊維製品を３ボルトの電源につないで発熱させた後、赤外線カメラで写した映像である。図３Ｂに示したように、発熱面積の分布は均一的に摂氏３３〜３７度の前後である。

本発明の技術思想範囲内で様々な応用実施が可能であり、このような応用実施も本発明の権利範囲に含まれるものと理解されるべきである。

本発明の一実施例に係る温度制御繊維製品システムの略図である。本発明の一実施例に係る温度制御繊維製品、製造方法１に従って、生産された温度制御繊維製品の写真である。本発明の一実施例に係る温度制御繊維製品、製造方法１に従って、生産された温度制御繊維製品の導電発熱後の赤外線映像である。本発明の他の実施例に係る温度制御繊維製品、製造方法２に従って、生産された温度制御繊維製品の写真である。本発明の他の実施例に係る温度制御繊維製品、製造方法２に従って、生産された温度制御繊維製品の導電発熱後の赤外線映像である。

符号の説明

１００温度制御繊維製品
１０２導電発熱エリア
１０４導線エリア
１１０電源
１２０コントローラー
１４０電線

Claims

蒸着法を利用して、導電発熱薄膜を繊維製品の表面に形成し、前記導電発熱薄膜を遮蔽シートで覆って導線エリアのみを露出させ、蒸着法を利用して、低電気抵抗導電薄膜を前記導電発熱薄膜上に形成して導線エリアを形成する工程を少なくとも含むことを特徴とする温度制御繊維製品の製造方法。
蒸着法を利用して、導電発熱薄膜を繊維製品の表面に形成する一方、他の繊維製品の表面に蒸着法を利用して、低電気抵抗導電薄膜を形成し、前記繊維製品と前記他の繊維製品を組み合わせて、前記導電発熱薄膜と前記低電気抵抗導電薄膜に接続して導電させる工程を少なくとも含むことを特徴とする温度制御繊維製品の製造方法。
前記導電発熱薄膜が、金属、金属合金、金属酸化物及び導電高分子からなる群から選択される材料からなる、請求項１または２に記載の温度制御繊維製品の製造方法。
前記導電発熱薄膜が、ニッケル、ニッケル・クロム合金、酸化ケイ素、インジウムスズの酸化物、酸化チタン及びこれらの組み合わせからなる群から選択される材料からなる、請求項１または２に記載の温度制御繊維製品の製造方法。
前記低電気抵抗導電薄膜が、銀または銅を含む、請求項１または２に記載の温度制御繊維製品の製造方法。
繊維製品が、糸、織布または不織布を含む、請求項１または２に記載の温度制御繊維製品の製造方法。
前記織布が、織物または編み物を含む、請求項６に記載の温度制御繊維製品の製造方法。
前記繊維製品が、人造繊維を含む、請求項１または２に記載の温度制御繊維製品の製造方法。
前記蒸着法が気体流量２０〜３５sccmの物理真空蒸着法である、請求項１または２に記載の温度制御繊維製品の製造方法。
前記蒸着法がプラズマを発生させるパワーが０．１〜１．２キロワットの物理真空蒸着法である、請求項１または２に記載の温度制御繊維製品の製造方法。
前記蒸着法が、２×１０^−３〜４×１０^−３トールの操作圧力である物理真空蒸着法である、請求項１または２に記載の温度制御繊維製品の製造方法。
前記導電発熱薄膜と低電気抵抗導電薄膜の厚みが、０．１〜１０マイクロメートルである、請求項１または２に記載の温度制御繊維製品の製造方法。
蒸着法を実行する前に、蒸着膜をよりよく形成するための繊維製品の表面を平坦させる表面処理を施す、請求項１または２に記載の温度制御繊維製品の製造方法。
表面処理方法が、繊維製品を表面処理剤を含んだ溶液中に浸す浸漬法である、請求項１３に記載の温度制御繊維製品の製造方法。
表面処理剤として、フッ素撥水剤を含む、請求項１４に記載の温度制御繊維製品の製造方法。
表面処理剤として、フッ素撥水剤と架橋剤を含む、請求項１４に記載の温度制御繊維製品の製造方法。
架橋剤として、ポリウレタンまたはエチルオキシドとエステル系活性剤より構成された防水乳剤を含む、請求項１６に記載の温度制御繊維製品の製造方法。
表面処理剤の溶液の表面張力が、５〜７０ｅｒｇ／ｃｍ^２である、請求項１４に記載の温度制御繊維製品の製造方法。
表面処理剤の溶液の表面張力が、１０〜３０ｅｒｇ／ｃｍ^２である、請求項１４に記載の温度制御繊維製品の製造方法。
繊維製品が、人造繊維または天然繊維を含む、請求項１３に記載の温度制御繊維製品の製造方法。
人造繊維が、ポリエステル繊維、ポリプロピレン繊維またはナイロン繊維を含む、請求項８または請求項２０のいずれかに記載の温度制御繊維製品の製造方法。
蒸着法を利用して、絶縁保護薄膜を導電発熱薄膜と低電気抵抗導電薄膜の上に形成する、請求項１、２または１３のいずれかに記載の温度制御繊維製品の製造方法。
絶縁保護薄膜の材質として、酸化ケイ素を含む、請求項２２に記載の温度制御繊維製品の製造方法。
少なくとも、繊維製品と、その表面にある導電発熱エリアと、導線エリアと、前記繊維製品の表面の前記導電発熱エリアに設けた導電発熱薄膜と、前記繊維製品表面の前記導線エリアに設けた低電気抵抗導電薄膜とからなり、前記導電発熱エリアと前記導線エリアとが部分的に重なることを特徴とする、温度制御繊維製品。
前記導電発熱薄膜が、金属、金属合金、金属酸化物と導電高分子からなる群から選択される、請求項２４に記載の温度制御繊維製品。
前記導電発熱薄膜が、ニッケル、ニッケル・クロム合金、酸化ケイ素、インジウムスズの酸化物、酸化チタン及びこれらの組み合わせからなる群から選択される、請求項２４に記載の温度制御繊維製品。
前記低電気抵抗導電薄膜が、銀または銅を含む、請求項２４に記載の温度制御繊維製品。
前記繊維製品が、糸、織布または不織布を含む、請求項２４に記載の温度制御繊維製品。
前記織布が、織物または編み物を含む、請求項２８に記載の温度制御繊維製品。
前記繊維製品が、人造繊維または天然繊維を含む、請求項２４に記載の温度制御繊維製品。
前記人造繊維が、ポリエステル繊維、ポリプロピレン繊維、またはナイロン繊維を含む、請求項３０に記載の温度制御繊維製品。
前記導電発熱薄膜と低電気抵抗導電薄膜の厚みは、０．１〜１０マイクロメートルである、請求項２４に記載の温度制御繊維製品。
さらに、導電発熱薄膜と低電気抵抗導電薄膜の上に絶縁保護薄膜を含む、請求項２４に記載の温度制御繊維製品。
前記絶縁保護薄膜が、酸化ケイ素を含む、請求項３３に記載の温度制御繊維製品。
さらに、複数層の導電発熱薄膜と低電気抵抗導電薄膜に覆われた繊維製品を重ねたものを含む、請求項２４に記載の温度制御繊維製品。