JP2010091185A - 加熱装置およびそれを用いた車両用暖房装置 - Google Patents

Abstract

【課題】従来の車両用輻射暖房装置においてヒータと車輌内装材は物理的に固定していたため、内装材の曲率が大きい場合などはヒータが内装材に接触でず、熱伝導体が必要な場合があった。本発明はヒータと内装材の接着性を改良して快適な暖房効果を得ることができる加熱装置およびそれを用いた車両用暖房装置を提供することを目的とする。
【解決手段】面状の電気ヒータ３のどちらか一方の面に配置され接着層４を介して加熱、圧着された防水部材５と、この面状の電気ヒータのもう一方の面に配置され接着層４を介して加熱、圧着された表面部材２と、表面部材２の反対側の面に配された断熱性の背面部材６を備えた構成。
【選択図】図１

Description

本発明は、輻射による加熱装置およびそれを用いた車両用暖房装置の構成および取り付け方法に関する。

従来、この種の加熱装置、特に車両用暖房装置、車輌内装材の車室外側面上にシート状ヒータを設置し、このヒータの車室外側に弾性部材からなるインシュレータを設置し、さらにこのインシュレータの車室外側に押え板が配置され、ヒータ、インシュレータ、押え板の外周縁に内装材に立設したボスを貫通させた後、ボスの頭部を溶融させてかしめ、内装材に固定していた（例えば特許文献１参照）。
特開２００７−１１８８５１号公報

上記従来構成では、ヒータを、インシュレータを介して押え板で挟圧するので、内装材が平面でなくても内装材に沿わせてヒータを設定することができる。しかし、ヒータは内装材に物理的に接触しているために、内装材の加熱が必要な部分全面に密着させることは困難で、内装材が曲面を有し、その曲率が大きな場合などは内装材とヒータが接触できないために、ヒータと内装材の間に熱伝導体が必要な場合があった。

本発明は上記状況に鑑みてなされたもので、表面部材とヒータの密着性を向上し、表面材を均一に加熱することができ、快適な輻射暖房効果を得ることができる加熱装置およびそれを用いた車両用暖房装置を提供することを目的とする。

前記従来の課題を解決するために、本発明に係る加熱装置は、面状の電気ヒータと、前記面状の電気ヒータの一方の面に配置され接着層を介して加熱、圧着された防水部材と、前記面状の電気ヒータのもう一方の面に配置され接着層を介して加熱、圧着された表面部材とを備えたことを特徴とするものである。

本発明の加熱装置は、面状の電気ヒータと、前記面状の電気ヒータの一方の面に配置され接着層を介して加熱、圧着された防水部材と、前記面状の電気ヒータのもう一方の面に配置され接着層を介して加熱、圧着された表面部材とを備えているので電気ヒータと表面部材の接着を確実にして表面部材を均一に加熱して輻射を効果的に得ることができるとともに、防水部材によって水蒸気や水の浸入を防ぐことができるので、高温多湿の環境や万が一の水の浸入時にも安全に使用することができる。

第１の発明は、面状の電気ヒータと、前記面状の電気ヒータの一方の面に配置され接着層を介して加熱、圧着された防水部材と、前記面状の電気ヒータのもう一方の面に配置され接着層を介して加熱、圧着された表面部材とを備えているので電気ヒータと表面部材の接着を確実にして表面部材を均一に加熱して輻射を効果的に得ることができるとともに、防水部材によって水蒸気や水の浸入を防ぐことができるので、高温多湿の環境や万が一の水の浸入時にも安全に使用することができる。また断熱性の背面部材により背面部材側への熱伝導を小さくし、表面部材を効果的に加熱することができる。

また、第２の発明は、面状の電気ヒータと、前記面状の電気ヒータの両面に配置され接着層を介して加熱、圧着された防水部材と、前記面状の電気ヒータのどちらか一方の面に配置され接着層を介して加熱、圧着された表面部材と、前記表面部材の反対側の面に配された断熱性の背面部材を備えているので電気ヒータと表面部材の接着を確実にして表面部材を均一に加熱して輻射を効果的に得ることができるとともに、防水部材によって水蒸気や水の浸入を防ぐことができるので、高温多湿の環境や万が一の水の浸入時にも安全に使用することができる。特に表面部材と電気ヒータの間にも防水部材を設けることにより、表面部材にフェルト材や織布などの吸水性材料が用いられた場合、表面部材側から進入する水蒸気や水の浸入を防水部材によって防ぐことができるので、高温多湿の環境や万が一の水の浸入時にも安全に使用することができる。

また、第３の発明は、表面部材を車室内の内装部材とすることにより、輻射暖房によって効率よく在席者暖房することが出来る。

また、第４の発明は、加熱装置においてを電気ヒータは、柔軟性を有する電気絶縁性基材と、前記電気絶縁性基材上に面状に配され主成分が樹脂組成物と導電体とからなりＰＴＣ特性を有する高分子抵抗体と、前記高分子抵抗体と電気的に接続された少なくとも１対の線条電極とからなる構成としたしたことを特徴とする。加熱装置にＰＴＣ特性を有するヒータを用いることにより、通電後の立ち上がりが早く、かつ、自己温度制御によってヒータ温度の過昇がなく安全性であると共に、面状で加熱するため効率的に加熱することができる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。

（実施の形態１）
本発明の第１の実施の形態を図１を参照して説明する。

図１は本発明の第１の実施の形態における加熱装置の断面図である。加熱装置１において２は表面部材で面状の電気ヒータ３が接着層４を介して加熱、圧着されている。電気ヒータ３のもう一方の面には接着層４を介して防水部材５が加熱、圧着されている。６は断熱性の背面部材である。電気ヒータ３に通電すると（通電のためのリード線や電源装置は図示せず）、電気ヒータ３の温度が上昇し、表面部材２を所定の温度に加熱する。通常、人の暖房に用いられる加熱装置では人が接触して暖房する場合は４０℃前後、低温での輻射で暖房する場合は５０℃前後に加熱している。

図２は電気ヒータ３の断面を示したものである。電気ヒータ３は、電気絶縁性基材７と一対の線条電極８と高分子抵抗体９とからなる。線条電極８は、電気絶縁性基材７上に、左右対称になるように配置され、糸１０で部分的に縫製されている。高分子抵抗体９は線条電極８が配置された電気絶縁性基材７上に、例えばＴダイ押し出し法によりフィルム状に押し出して形成されている。これにより高分子抵抗体９が線条電極８と電気絶縁性基材７とに熱融着している。

高分子抵抗体９はＰＴＣ特性を有し、温度が上昇すると抵抗値が上昇して、所定の温度になるように自己温度調節機能を有する。すなわち、高分子抵抗体９は電気ヒータ３に安全性が高く温度コントロールを不要とする機能を付与する。

またＰＴＣ特性のない発熱体に比べて、ＰＴＣ特性を有する電気ヒータ３は速熱性と省エネルギー性とを発揮することができる。ＰＴＣ特性のない発熱体は、温度制御器を必要し、温度制御器はオン−オフ（ＯＮ−ＯＦＦ）制御で通電を制御して発熱温度を制御して
いる。特に、線条発熱線を用いたＰＴＣ特性のない発熱体の場合、線条発熱線間の低温部を回避するため、ＯＮ時の発熱体温度を表面部材２の目標温度よりかなり高温まで上昇させており、表面部材２の温度を均一にするために均熱部材が別途必要となる。これに対し電気ヒータ３では、高分子抵抗体９が均一に加熱され発熱体温度が自己制御される。そのため、電気ヒータ３は発熱体温度が低く、速熱性と外部への放熱ロスを低減できため省エネルギー性を実現できる。

柔軟性の電気絶縁性基材７は、例えばポリエステル繊維で作製されたニードルパンチタイプの不織布が用いられる。これ以外にポリエステル織布を用いてもよい。これらの電気絶縁性基材７は、電気ヒータ３に柔軟性を付与し、表面部材２が平面形状でない場合でも表面部材２の形状に合わせて成形可能である。

線条電極８は、金属導線と金属編組導線の少なくとも１種で構成される。これらの材料は、電気絶縁性基材７への縫製加工が容易であり、生産性が高い。線条電極８としては、銅、錫メッキを施した銅、銅−銀合金の単線、撚り線、編組線が使用可能である。特に、機械的強度の点では引っ張り強度の高い銅−銀合金を用いることが好ましい。また、線条電極８には金属導線または金属編組導線の外周に導電性被覆層（図示せず）を設けることもできる。導電性被覆層はＥＶＡ、ＥＭＡ、ＥＭＭＡやオレフィン系、スチレン系のエラストマーなどの樹脂組成物とカーボンブラック、グラファイト、導電性セラミック繊維やウィスカー、各種金属繊維や金属メッキガラス繊維などの導電体材料からなる。導電性被覆層の樹脂組成物は上記に限ったものではなく、また、導電体材料も上記以外に一般に用いられているものを用いてもよい。線条電極８は導電性被覆層を設けることにより、金属導線または金属編組導線を保護するので、何らかのストレスがかかったときに、金属導線または金属編組導線への直接的なダメージを緩和するので、長期間安全に使用することができる。

高分子抵抗体９は、ＰＴＣ特性の経時変化を抑制し、安定したＰＴＣ特性を再現するために、ＰＴＣを発現する被反応樹脂としてカルボキシル基を有する変性ポリエチレンと被反応樹脂と反応する反応性樹脂としてエポキシ基を有する変性ポリエチレンとを混成したものがよい。これは、被反応性樹脂の持つカルボニル基が反応性樹脂の持つエポキシ基の酸素と反応して化学結合し、架橋された構造を有することに起因している。この架橋反応により、被反応性樹脂単独の場合に比べ、熱的安定性を高めることができ、その結果、樹脂組成物中での導電体の導電パスの形成、切断する温度が安定する。

この架橋反応は、酸素以外に窒素を介しても起こり得るものである。酸素と窒素の少なくともいずれかを含む官能基を有する反応性樹脂と、これら官能基と反応が可能な官能基を有する被反応性樹脂の組み合わせであれば架橋反応が起こることになり、反応性樹脂の反応性官能基と被反応樹脂の官能基との組み合わせとしては、上述のエポキシ基とカルボニル基以外に以下のものがある。

エポキシ基は、上述のカルボン酸のカルボニル基以外に無水マレイン酸基などのカルボニル基、エステル基、水酸基、アミノ基、ビニル基と反応して付加重合する。これらの官能基を有する被反応樹脂を用いればよい。また、反応性樹脂の官能基としてはエポキシ基以外にオキサゾリン基や無水マレイン酸基を有する反応性樹脂を用いることもできる。

また、ＰＴＣ特性を発現させるための導電体としては、粒状導電体のカーボンブラック、繊維状導電体であれば酸化チタンに錫メッキしてアンチモンドープした導電性セラミック繊維、チタン酸カリウム系の導電性セラミックウィスカ、銅やアルミニウムなどの金属繊維、表面に導電層が形成された金属メッキガラス繊維、カーボン繊維、カーボンナノチューブ、さらにはポリアニリンなどからなる繊維状の導電性ポリマーが挙げられる。また
繊維状導電体の代わりにフレーク状導電体を用いてもよい。フレーク状導電体としては、表面に導電層が形成されたマイカフレークなどのセラミックフレーク、銅やアルミニウムなどの金属フレーク、さらには鱗片状黒鉛が挙げられる。上述の導電体は、単独でも２種以上の混合でも用いることが可能で目標とするＰＴＣ特性に応じて適宜選択可能である。

表面部材２は熱伝導率が０．１Ｗ／ｍ・Ｋ以上、好ましくは１Ｗ／ｍ・Ｋ以上（以下、熱伝導率が大きい材料と表現する場合がある）の材料が好ましい。熱伝導率が高い材料としては、金属やカーボンなどの熱伝導性材料の微粒子を混入させた樹脂が使用可能である。背面部材３は熱伝導率が０．１Ｗ／ｍ・Ｋ以下、好ましくは０．０１Ｗ／ｍ・Ｋ以下（以下熱伝導率が小さい材料と表現する場合がある）である。背面部材３としてはウレタンフォーム、グラスファイバー、ポリエステル繊維の不織布などが使用可能で、特に熱伝導率の小さい材料として特殊な微粉末、グラスファイバー、微小なサイズの連続気泡の発泡体などを真空保持性のよいプラスチック／金属ラミネートフィルム内に挿入し、真空密封した真空断熱材がある。また、表面部材２に熱伝導率の大きな材料を用いることで、電気ヒータ３からの熱を速やかに表面部材２に伝達することができるので、電気ヒータ３と表面部材２の温度差を小さくすることができ、電気ヒータ３の負荷を小さくして、省エネルギーとなることに加え、電気ヒータ３の温度を低く抑えることができるので、電気ヒータ３の長期信頼性も確保できる。また、背面部材３に熱伝導率の小さい材料を用いることで、背面部材６への熱の伝達を抑制し、効率的に表面部材２を加熱することができるので、省エネルギー化を図ることができる。

防水部材５は１０〜１００μｍ程度のＰＥＴシートで、接着層４を介して電気ヒータ３に加熱、圧着されている。この防水部材５は少なくとも電気ヒータ３より大面積を有しており、水蒸気や水分から保護することができる。本実施例では防水部材５としてＰＥＴシートを用いたが、柔軟性を持つ耐水性の樹脂シートであれば良い。

接着層４はポリエステル系またはオレフィン系を主成分とした熱可塑性エラストマーであり、１００℃前後で軟化、溶融し接着することができる。したがって、表面部材２と電気ヒータ３を接着する場合は電気ヒータ３と接着層４を重ねた状態で加熱し、表面部材２に重ね合わせて加圧することにより、表面部材２と電気ヒータ３を密着させることができる。加圧成型することで表面部材２が平面で無い場合でも、表面部材の形状に忠実に合わせて張り合わせることができる。したがって表面部材２が曲面を有し、その曲率が大きい場合でも密着させることができるので表面部材２を均一に加熱することができる。例えば、表面部材２と電気ヒータ３を弾性体等を用いて機械的に接触させた場合は、隙間無く表面部材２と電気ヒータ３を密着させることは困難であり、表面部材２を均一に加熱するために、表面部材２と電気ヒータ３の間に熱伝導性の高い均熱部材が必要になる場合があった。また、一般に用いられている接着剤や、両面接着テープは、加熱により接着力が低下する場合がある。

上記説明では、電気ヒータ３の高分子抵抗体９側に表面部材２を設置し、電気絶縁性基材７側に防水部材５を設置した場合について説明したが、電気絶縁性基材７側に表面部材２を設置し、高分子抵抗体９側に防水部材５を設置した構成としてもよい。

また、電気ヒータ３と表面部材２および防水部材５を接着層４で加熱圧着する場合は、同時に形成してもよく、また、個別のプロセスで形成してもよい。

（実施の形態２）
本発明の第２の実施の形態を図３を参照して説明する。実施の形態１と異なる点のみ説明すると、面状の電気ヒータ３の両面に接着層４を介して防水部材５を加熱、圧着し、さらに電気ヒータ３のどちらか一方の面に接着層を介して表面部材２を加熱、圧着する構成
としている。この構成により、実施の形態１と同様に、電気ヒータ３と表面部材２の接着を確実にして表面部材２を均一に加熱して輻射を効果的に得ることができるとともに、例えば、表面部材２にフェルト材や織布などの吸水性材料が用いられた場合、表面部材２側から進入する水蒸気や水の浸入を防水部材５によって防ぐことができるので、高温多湿の環境や万が一の水の浸入時にも安全に使用することができる。

（実施の形態３）
本発明の第３の実施の形態を図４を参照して説明する。実施の形態１と異なる点のみ説明すると、表面部材２として熱伝導率が約０．１Ｗ／ｍ・Ｋ以上好ましくは約１Ｗ／ｍ・Ｋ以上の熱伝導率を有する樹脂組成物を主成分とする車室内の内装部材であるサイドドアパネル１１であり、このサイドドアパネル１１背面に加熱装置１を備え、車両用暖房装置を構成している。ここで、サイドドアパネル１１は右ハンドル車の運転席側サイドドア用である。

上記構成により、電気ヒータに通電すると所定の温度に昇温する。電気ヒータ３の発熱によりサイドドアパネル１１が加熱され、サイドドアパネル１１から輻射熱が発生して、着座中の運転者の膝〜下腿部に輻射されて運転者の膝〜下腿部が暖まる。

図５は本実施の形態を適用した車室内を車内後方から見た外観図、図６は本実施の形態を適用した車室内を車内側方から見た外観図である。上記説明では加熱手段１を運転席側のサイドドアパネル１１の座席足元側に対応する場所（図６の符号１７）に配設したが、図５に示すように、加熱手段３をインパネ１２の下部１３やセンターコンソール１４の左右側面１５、アクセルペダル横のボディ側面１６等の内装部材に配設してもよい。

また、図６に示すように、加熱手段３をサイドドアパネル１１の座席肩口側に対応する場所１８や、後部座席のサイドドアパネル１９の座席足元側に対応する場所２０、座席肩口側に対応する場所２１の内装部材に配設する構成としてもよい。また、前席座席の背面部２２に配設して後部座席の在席者の足部〜脚部に熱輻射を当てる構成としてもよい。また、前席、後席の天井部２３に配設して、在席者の頭部に熱輻射をあてる構成としてもよい。また、図示はしないが、加熱手段３を座席やサイドドアパネルに装備された肘掛や、座席前方の床面等に配設してもよい。

以上のように、本発明の加熱装置および車両用暖房装置は、面状の電気ヒータのどちらか一方の面に配置され接着層を介して加熱、圧着された防水部材と、面状の電気ヒータのもう一方の面に配置され接着層を介して加熱、圧着された表面部材と、この表面部材の反対側の面に配された断熱性の背面部材を備えた構成としているので、表面部材と面状の電気ヒータの密着性をよくして表面部材を均一に加熱し、快適な輻射暖房を得ることともに防水部材により高温多湿環境や水が浸入したときも電気ヒータを保護することができるので、例えばデスクヒータや蹴込みヒータ、電気こたつ等、パーソナル暖房や壁面暖房などのシステム暖房用の輻射暖房装置に適用することが可能となる。

本発明の第１の実施の形態における加熱装置の断面図 図１の電気ヒータの断面図 本発明の第２の実施の形態における加熱装置の断面図 本発明の第３の実施の形態における車両用暖房装置の外観図 本実施の形態を適用した車室内を車内後方から見た外観図 本実施の形態を適用した車室内を車内側方から見た外観図

符号の説明

１ 加熱手段
２ 表面部材
３ 電気ヒータ
４ 接着層
５ 防水部材
６ 背面部材
７ 電気絶縁性基材
８ 線条電極
９ 高分子抵抗体

Claims (4)

1. 面状の電気ヒータと、前記面状の電気ヒータの一方の面に配置され接着層を介して加熱、圧着された防水部材と、前記面状の電気ヒータのもう一方の面に配置され接着層を介して加熱、圧着された表面部材と、前記表面部材の反対側の面に配された断熱性の背面部材を備えた加熱装置。
2. 面状の電気ヒータと、前記面状の電気ヒータの両面に配置され接着層を介して加熱、圧着された防水部材と、前記面状の電気ヒータのどちらか一方の面に配置され接着層を介して加熱、圧着された表面部材と、前記表面部材の反対側の面に配された断熱性の背面部材を備えた加熱装置。
3. 表面部材は車室内の内装部材である、請求項１または２に記載の加熱装置を有した車両用暖房装置。
4. 電気ヒータは、柔軟性を有する電気絶縁性基材と、前記電気絶縁性基材上に面状に配され、主成分が樹脂組成物と導電体とからなりＰＴＣ特性を有する高分子抵抗体と、前記高分子抵抗体と電気的に接続された少なくとも１対の電極とからなる請求項１から３のいずれか１項記載の加熱装置または車両用暖房装置。

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