JP2007220616A - 面状発熱体とこれを用いた衣料 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】面状発熱体1を矩形シート状の発熱部10と、その両端に配設された電極部11R、11Lとで構成する。発熱部10は、横糸として金属被覆糸100a、縦糸として絶縁糸100bをそれぞれ用い、これを平織りの編織物として構成する。金属被膜糸100aは、芯材1000に対し、Ag材料を主材料としてなる金属被覆層1001をコートした構成とする。電極部11R、11Lにはミニプラグソケット110R、110Lを設け、外部電源から給電を行えるようにする。発熱部10の発熱抵抗としては、端子間抵抗値を5Ω以上100Ω以下、より望ましくは10以上30Ω以下の範囲に調整する。
【選択図】図1
Description
金属線を利用する面状発熱体は、不燃材との組み合わせで電気炉の熱源として使用されたり、溶接手段として超高温環境で使用されるが、一般にはホットカーペットとしての利用の他、特許文献1に示すように合成繊維等に当該金属線を混紡させて、自動車用の着座センサーとして普及している。近年では、この合成繊維との組み合わせによる面状発熱体の利用が拡大しつつあり、例えば衣料への適用が模索されている。
ここで、衣料に配設することを前提とする場合、面状発熱体の効果を良好に得るためには、衣料との一体感や日常生活耐性を備える特性、いわゆるウェアラブル性が重要である。当該特性としては、
(a)着衣とともに人間の動作に合わせて柔軟に追随する特性、
(b)洗濯処理等によって劣化するのを防止する特性、
(c)肌着等への適用において通気性を有すること、
(d)軽量性を備えること、
等の諸特性を想定することができる。
例えば特性(a)については、衣料表面に金属膜を蒸着させる構成の場合、繊維が目詰まりして通気性が大幅に損なわれる。また、金属線を利用すると、一般繊維に比べて極端に密に編織されやすく、通気性が無くなるほか、当該金属線の太さや本数によっては面状発熱体の柔軟性が損なわれ、人体動作に追随することが困難になり易い。
さらに、仮に特性(a)、(b)を備えているとしても、特性(c)については具体的な対策は講じられておらず、面状発熱体としては、未だ改善すべき余地が残されている。
ここで前記発熱部は、編織物で構成することもできる。
また、前記芯材はポリエチレンテレフタレート、ポリプロピレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリヘキサメチレンテレフタレート、ポリアミド、ポリアクリル、ポリプロピレン、ポリ塩化ビニル、ポリビニルアルコール、アセテート、レーヨン、羊毛、絹、木綿、麻のうち少なくとも1種以上からなる構成とすることもできる。
ここで、前記電極部及び前記電源部は、互いに脱着自在に接続されているものとすることができる。
また、本発明ではジュール熱による発熱手段として金属材料を用いるが、金属材料を芯材をコートする金属被覆層として用いるため、金属線を用いた従来構成や衣料表面の繊維に一体的に金属膜を配設する従来構成に比べ、格段に柔軟に構成することができ、動作追随性に優れる。このため衣料としても最適な構成となっている。
なお、当該特許文献4及び5の技術に対し、本発明ではAg材料に一定量の通常繊維を交編又は交織する方法等により、通電可能な面状発熱体とした点で明確に異なる発明である。
<面状発熱体の構成>
図1は、本発明の実施の形態1における面状発熱体の構成を示す図である。
図1(a)は面状発熱体の外観図、図1(b)は発熱体の部分拡大図、図1(c)は発熱体を構成する繊維構造の部分拡大図である。
発熱部10は、図1(b)に示すように、金属被覆繊維である金属被覆糸100aを横糸とし、ポリエステル等の合成繊維である絶縁糸100bを縦糸として、例えば織物(平織り構造)で形成されている。これにより、一定密度で金属被覆糸100a、絶縁糸100bが編織され、且つ、適度な間隙101が確保されるようになっている。
なお、発熱部10は当然ながら矩形に限定せず、これ以外のパターン形状で形成してもよい。また、発熱部10においては絶縁糸100bを用いることは必須ではなく、金属被覆糸100aのみで発熱部10の全体を構成してもよいが、実際に適度な発熱抵抗を調節する上では、発熱部10の一部として絶縁糸100bを含む構成とするのが好適であると言える。
芯材(芯糸)1000は、一般的な繊維材料から構成される。すなわち、例えば合成繊維、半合成繊維、天然繊維等を用いることができる。
合成繊維としては、例えば、ポリエチレンテレフタレート、ポリプロピレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリヘキサメチレンテレフタレート等のポリエステル、ナイロン6、ナイロン66等のポリアミド、ポリアクリル、ポリプロピレン、ポリ塩化ビニル、ポリビニルアルコールが好適である。
金属被覆層1001は、ここではAgを主材料として構成されたものである。
なお、金属被覆糸としては、ここでは金属被覆繊維である市販材料(三菱マテリアル株式会社製「シルファイバー(登録商標」)を用いることが可能である。当該金属被覆繊維の製造方法としては、特許文献4又は5に開示されている。
芯材1000に対する金属被覆層1001の被覆態様は、芯材1000に対して略全面的に層状にコーティングさせるのが望ましいが、一部コーティングしても、それなりの効果は望める。またこの他、芯材1000に対して金属細線を巻き付けて構成してもよい。
当該電極部11R、11Lは、例えば金属被覆糸100aを用いて構成することができるが、発熱体10への給電手段として設ける理由から、電力損失がない(抵抗値が0である)ことが理想的である。実際には、電極部11R、11Lを構成する金属被覆糸100aの編織密度、幅、厚み等の各パラメータを設定して、その抵抗値が発熱部10に対して出来る限り非常に小さくなるよう(現実的には0.1Ω程度以下まで)調整を行うことが望ましい。
以上の構成を持つ面状発熱体は、ミニプラグ用ソケット110R、110Lを利用して給電配線に接続され、衣料の所定位置に配設される。そして、ミニプラグ用ソケット110R、110Lから所定の電力供給を受けることで、発熱作用が発揮される。
なお本願発明では、面状発熱体1を構成する上の留意点として、例えば金属被覆糸100a及び絶縁糸100bを所定の方法で編織してこれらの糸の混率を調整し、電極11R及び11L間の端子間抵抗値を調整することで、発熱体10における所定の発熱抵抗を確保するようにする。
これにより同一の給電条件において、前記端子間抵抗値を増加(すなわち、前記接点数を低減)させれば、これに比例して発熱量を増加させることができる。また、反対に同一の給電条件において、前記抵抗値を低減(すなわち、前記接点数を増加)させれば、発熱量を低く調節することができる。
また、発熱体10を一旦構成した上で、当該発熱体10に絶縁材料をスプレーで吹き付ける等 の被膜形成を行えば、絶縁性を向上させることもできる。
次に、上記本発明の面状発熱体1の具体的適用例について説明する。
図2(a)、(b)は、本発明の面状発熱体を内蔵するベストジャケット(発熱ベスト)の模式的な構成を示す図である。
当図に示されるベストジャケット5は、ベストジャケット5と、発熱体セット16とで構成される。
前記面状発熱体1は、一例として、ユーザの首筋付近に対応するエリアAに対し、不図示の面ファスナーで脱着自在に固定されている。当該エリアAへの配設は、ユーザに対し最も適した温感領域を考慮したものであるが、本発明の面状発熱体1は、当然ながらこれ以外のエリア(例えば腰痛対策等の所定患部に対応するエリア)に設けてもよいし、ベストジャケット5の内面全体にわたり配設するようにしてもよい。
発熱体セット16は、面状発熱体1、コントローラ2、バッテリーケース3を給電方向上流側とし、下流側にコントローラ2、面状発熱体1を同順に配線4で電気接続することで構成される。
なお、プラグ41R、41L及びソケット110R、110Lは、互いに脱着が容易になるように設けているものであって、結線として配線を行う場合にはこれを省略することもできる。
また、面状発熱体1に外部より公知のサーモスタット素子を配設し、当該素子による温度をコントローラ2の基板にて管理し、面状発熱体1における一定の発熱温度値を上限として、当該温度値に達したときは配線42R、42Lへの給電をオートカットする省電力化・安全化対策を講じることもできる。
なお、ここでは面状発熱体をベストジャケットに適用する例について説明したが、本発明の衣料は当然ながらこれ以外の衣料に適用してもよい。上着、肌着の他、ズボン、手袋、靴下等に利用することも可能である。
以下、本発明の実施例について行った実験の結果を説明する。
(実験目的)
金属被覆糸(銀被覆糸)と絶縁糸(ポリエステル繊維)とをフライス交編してなる生地を用いて、本発明の面状発熱体の実施例を作製し、通電発熱試験を行った。
各サンプルA〜Fは縦長に使用し、両端を電極としてのクリップで挟んで通電させた。
実験で得られた測定値は表2の通りである。
図3及び図4に示されるように、サンプルA〜C、D〜Fの測定値はそれぞれ同一の曲線上に位置している。従って、当該各曲線の示す関数に基づけば、銀被覆糸とポリエステル繊維の混率により、発熱体の抵抗値が任意に制御可能であることが確認できる。
また、発明者らの行った別の実験により、混率の違いによる電極端子間の抵抗値の差があっても、同面積に同じ電力を印加すれば、温度上昇値は同じになることが確認された。
<実験2>
実験で得られた測定値は表3の通りである。
図5に示されるように、各データの測定値から線形性が確認される。これにより任意の温度上昇値に設定するためには、消費電力で制御が可能であると言える。
以上より、本願の面状発熱体を設計する際には、
a.面状発熱体に使用できる電源について、その印加電圧を決定する。
c.前記電源から逆算される端子間抵抗値を算出する。
d.上記図3、図4で示した関数等に基づき、端子間抵抗値が所定の値になるように、銀被覆糸と他の糸との混率を決める。
との各手順で行うことができる。
本発明の発熱部10に係る編織物としては、実施例のフライス編みに限定されるものではなく、例えば図6に示すように平編み(天竺編み、シングルジャージー)としてもよく、さらに、ゴム編み(フライス編み、リブ編み)、パール編み等の丸編地やその他の横編地、デンビー編み、アトラス編み、コード編み、クサリ編み等の縦編地、または織物の構成とすることが挙げられる。
2 コントローラ
3 バッテリーケース
4 配線
5 ベストジャケット(発熱ベスト)
10 発熱エリア
11R、11L 電極部
16 発熱体セット
40R、40L、42R、42L ライン
41R、41L ソケット
100a 金属被覆糸
100b 絶縁糸
101 間隙
110R、110L ミニプラグ
1000 芯材
1001 Agコート層
Claims (7)
- シート状の発熱部と、当該発熱部に対して外部より給電するための電極部とを備え、
前記発熱部は、その全体又は一部が金属被覆糸で構成されており、
前記金属被覆糸は、芯材に金属被覆層を配設した1本以上の金属被覆繊維からなる
ことを特徴とする面状発熱体。 - 前記発熱部が、編織物で構成されてなる
ことを特徴とする請求項1に記載の面状発熱体。 - 前記金属被覆層の主材料は銀材料である
ことを特徴とする請求項1または2に記載の面状発熱体。 - 前記芯材はポリエチレンテレフタレート、ポリプロピレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリヘキサメチレンテレフタレート、ポリアミド、ポリアクリル、ポリプロピレン、ポリ塩化ビニル、ポリビニルアルコール、アセテート、レーヨン、羊毛、絹、木綿、麻のうち少なくとも1種以上からなる
ことを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の面状発熱体。 - 請求項1〜4のいずれかに記載の面状発熱体における電極部に対し、外部より給電を行うための電源部と、当該給電に係る条件を調節するための制御部とが接続されてなる
ことを特徴とする発熱体セット。 - 前記電極部及び前記電源部は、互いに脱着自在に接続されている
ことを特徴とする請求項5に記載の発熱体セット。 - 請求項6に記載の発熱体セットを備える
ことを特徴とする衣料。
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