JP4118878B2 - 被覆された導体と導体が形成されるヒータ - Google Patents

Description

本出願は、参照として本明細書に組込まれる、２００２年１１月１５日に出願された米国出願番号１０／２９５，４９１の出願日の利点を主張する。

本発明は、被覆された（たとえば、被膜された）導体、より詳細には、自動車シートまたは他の製造物品の暖房システムに使用される被覆された導体に関する。

多年にわたり業界は、種々の物品と用途に使用される改良された導体の設計にたずさわってきた。一例として業界では、ヒータ中への組込みに好適な導体が設計されており、その導体は、自動車内の乗客の暖房のために自動車のシートに採用できる。そのような技術革新を継続するために本発明は、種々の用途に好適であるが、自動車のシートに組込みできるヒータに特に利用されている導体を提供する。

本発明の１つの態様によれば、導体および導体を形成する方法が開示される。その導体は、伝導性エレメントを形成し、ついで伝導性エレメントへ被膜を塗布することにより形成される。一般的に被膜部材は、比較的低い融点を有する部分を少なくとも備える。１つの好ましい実施態様によれば、導体は、第１の融点を有する内側部分、および第１の融点と比べて比較的低い第２の融点を有する外側部分を備える。

本発明の他の態様によれば、ヒータおよびヒータを形成する方法が提供される。そのヒータは、上述のような導体を形成し、ついでその導体を支持体と接触させることにより形成される。そのような接触中に、導体の被膜部材の比較的低い融点部分が加熱により軟化されて、支持体と一体化される。その後に、被膜部材の比較的低い融点部分が冷却により硬化され、それにより導体が支持体へ装着される。

本発明のさらに他の態様によれば、自動車用シート、およびシートを形成する方法が提供される。そのシートは、ちょうど今述べたヒータを形成し、ついでそのヒータをシート中に組込むことにより形成される。

本発明の特徴および発明の態様は、以下の詳細な説明、クレームおよび以下で簡単に説明される図面を読めば一層明らかになる。

本発明は、改良された被膜された導体を提供することに基づいている。その導体は、ドアパネル、ホイール、フロアマット、ラジオ、テレビ、計算機またはコンピュータなどのような電子物品を含むが、それらに限定されない種々の製造物品に採用できるようになっている。しかしながら、その導体は、ヒータ内の使用に特に適切であり、および一層特に、自動車に使用されるシートのヒータシステムでの使用に適切である。

１つの態様によれば、本発明の導体には、被覆部材（たとえば、被膜部材）が設けられ、そこにおいて、その被膜部材の少なくとも一部分は、活性化される（たとえば、比較的低い融点を有する）。好都合には、必ずしも必要ではないが、活性化される（たとえば、比較的低い融点を有する）被覆部材のその部分は、軟化された部分が支持体と一体化されて導体を支持体へ装着できるように、活性化できる（たとえば、加熱および軟化できる）ことが実現可能である。導体は、冷却されると、好ましくは再硬化されて、支持体へ装着する。

図１を参照すると、本発明の１つの態様に従う導体１０の概略線図が図示される。導体１０は、伝導性エレメント１２、および伝導性エレメント１２の少なくとも一部分上に配設される被覆部材１４（たとえば、被膜部材）を備える。被覆部材１４は、示されるように、伝導性エレメント１２の表面２０に直接接触するが、１つ以上の中間層を、伝導性エレメントの一部または全ての上で、被覆部材１２と伝導性エレメント１４との間に配設できるようになっている。

本明細書で使用される用語の伝導性エレメント１２は、電荷を移送でき、熱または電気を伝達でき、もしくはそれらの組合せを実施できる任意の媒体を指すのに使用される。したがって伝導性エレメント１２は、幾つかの互いに異なる形状、サイズまたは構成などで形成できる。例として伝導性エレメント１２は、１つまたは複数のプレート、ブロック、ストランド、テープ、シート、製織、溶着されたトレース（たとえば、電気化学的に溶着されたトレース、蒸着されたトレース）、またはそれらの組合せとして形成できる。このエレメントの形状は、直線状、円弧状、平面状、螺旋状、織り状、撚り状、巻き状、輪郭状、幾何的形状、またはそれらの組合せなどにできる。さらに、伝導性エレメント１２は、単一の構成部材として（たとえば、単一のワイヤとして）、もしくは複数の構成部材として（たとえば、共に巻かれるか撚られ、軸方向に整合されるか、または互いに一体化される複数のワイヤとして）形成できるようになっている。伝導性エレメントは、リボンケーブルなど用の複数のほぼ平行に離間するワイヤを備えることができるようにもなっている。

伝導性エレメントは、種々の材料からも形成できる。そのような材料には、金属、プラスチック、高分子材料、エラストマー、ガラスと光学材料、有機材料、またはそれらの組合せが含まれる。伝導性エレメントを部分的にまたは全体に構成できる代表的な金属には、銅、アルミニウム、銀、錫、タングステン、金、または白金などが、限定することなく、含まれる。伝導性エレメントを部分的にまたは全体に構成できる代表的な高分子材料には、ポリアニリンのような伝導性ポリマー、共役ポリマー、ドープドポリマー、またはそれらの組合せなどが含まれる。１つの実施態様において、伝導性エレメントは、金属またはカーボンブラックの分散体を有する高分子材料として形成できる。

被覆部材１４は、伝導性エレメント１２と同様に、種々の互いに異なる形状、サイズおよび構成で形成できる。かくして被覆部材は、平面状、輪郭状、連続状、不連続状（たとえば、間歇状または多孔状など）、もしくはそれらの組合せにできる。好ましくは被覆部材１４は、伝導性エレメント１２上に層を形成し、そこにおいて、その層がほぼ均一な厚さを有するが、可変厚さも、本発明の範囲内で考えられる。

被覆部材は、部材の一部が伝導性エレメントの分離フィラメントの隙間に配設されるように伝導性エレメントに関して形成されるようにもなっている。

１つの実施態様によれば、被覆部材１４は、単一の均質材料から形成できる。そのような実施態様の場合、均質材料の融解温度は、一般的に約４０℃以下と約２７５℃以上との間であり、より好ましくは約９０℃と約１８０℃との間であり、さらにより好ましくは約１１０℃と約１６０℃との間である。

１つの実施態様が、被覆される導体全体を通して被膜材料の均質な組成を意図するが、一般的に、被覆部材１４が、断面を横断する箇所において、または被覆される導体の長さ方向に沿って組成が変わるのが好ましい。一例として、被覆部材１４の組成は、被覆部材１４の一部分を通して勾配を示す（たとえば、伝導性エレメント１２から被覆部材１４の外面２８まで）。これは、単一の被膜層内に勾配を導入することにより達成できる。それは、それぞれが個別のほぼ均質な層である複数の層を採用することにより、または１つ以上の非均質層を有することにより達成できる。

一例として図１を参照すると、１つの好ましい被覆部材１４は、第１の部分３４と第２の部分３６から形成され、その両方の部分が組成的に互いに異なる材料から形成される。好ましくは、それらの材料は、第１の部分３４が第２の部分３６の材料と実質的に混合しないように選択される。その結果、部分３４と３６のそれぞれは、互いにほぼ別個のままにできる。勿論、それらの材料の一部またはかなりの混合または相互拡散が、一定の状態において、特に部分３４、３６の界面３８において生じることがあるのが考えられる。

被覆部材の部分３４、３６について、特定の厚さが必要とされないが、特にヒータ内に適用される場合、部分３４、３６は比較的薄いようになっている。例として、内側部分３４の厚さ、または単一の均質被覆部材の厚さは、好ましくは約０．００１インチ以下と約０．１インチ以上との間であり、より好ましくは約０．００５インチと約０．０５インチとの間であり、さらにより好ましくは約０．００７５インチと約０．０２５インチとの間である。外側部分３６の代表的な厚さは、好ましくは約０．０００１インチ以下と約０．０３インチ以上との間であり、より好ましくは約０．００１インチと約０．０１インチとの間であり、さらにより好ましくは約０．００２５インチと約０．００７５インチとの間である。

好ましい実施態様において、第１の部分３４と第２の部分３６の組成は、内側部分３４の材料は、外側部分３６の材料よりも高い融点を有するような組成である。たとえば、内側部分３４の融点は、好ましくは約１０℃と約２００℃との間であり、より好ましくは約３０℃と約１５０℃との間であり、さらにより好ましくは約４０℃と外側部分３６の融点よりも高い約１２０℃との間である。

内側部分３４の実際の融点は、好ましくは約８０℃以下と約４００℃以上との間であり、より好ましくは約１１０℃と約３３０℃との間であり、さらにより好ましくは約１７０℃と約２７５℃との間である。外側部分３６の実際の融点は、好ましくは約４０℃以下と約２７５℃以上との間であり、より好ましくは約９０℃と約１８０℃との間であり、さらにより好ましくは約１１０℃と約１６０℃との間である。

被覆部材１４は、好ましくは１つ以上の高分子材料から形成され、それらの材料には、プラスチック、熱可塑性プラスチック、エラストマー、またはそれらの組合せなどを含むことができる。代表的な材料には、シリコーン、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）、ポリプロピレン、高密度ポリエチレン（ＨＤＰＥ）、低密度ポリエチレン（ＬＤＰＥ）、弗素化または塩素化ポリエチレン、フルオロエチレンプロピレン、ポリフルオロエチレン（ＰＦＥ）、またはそれらの組合せなどが、限定されることなく含まれる。上述の材料またはそれらの組合せは、単一材料の均質被覆部材または非均質被覆部材（たとえば、２つ以上の実質的に分離された部分を有する被覆部材）用の材料として使用できることが意図される。

図２を参照すると、本発明の態様に従って形成される１つの代表的な導体５０が図示される。図２において導体５０は、断面が図示されるワイヤである。導体５０は、互いに組合せられる複数の（たとえば、６本の）金属ストランド５４から成る伝導性エレメント５２を備える。任意選択的にストランドは、ＫＥＶＬＡＲ^Rまたは他の材料から形成される挿入部材５６の周りに組合せできる。伝導性エレメント５２は、被覆部材５８により、ほぼ全体が取囲まれる。具体的に示されるこの実施態様において被覆部材５８には、内側部分６０が備えられ、その部分６０は、ほぼ環状であり、かつほぼ全体が伝導性エレメント５２を取囲む。被覆部材５８は、ほぼ全体が内側部分６０と伝導性エレメント５２を取囲む外側部分６４をさらに備える。図示されるこの実施態様において、内側部分６０は伝導性エレメント５２に直接接触し、また外側部分６４は内側部分６０に直接接触するが、そのような構成は必ずしも必要とされない。

この代表的な実施態様において被覆部材５８の内側部分６０は、フルオロエチレンプロピレンから形成され、かつ厚さが約０．００５インチであり、かつ約１８５℃と約２１５℃との間の融解温度を有する。被覆部材５８の外側部分６４は、ポリエチレンから形成され、かつ厚さが約０．０１０インチであり、かつ約９０℃と約１１５℃との間の融解温度を有する。伝導性エレメント５２のストランド５４は、３８の線番号のものであり、かつ約０．３２オームの抵抗を有する錫／銅材料から形成される。さらに伝導性エレメント５２の最終外径は、約０．０３６５インチである。

図２（ａ）を参照すると、本発明に従う導体７０の他の代表的な実施態様が図示される。示されるように、図２（ａ）の導体７０は、図２の導体５０と同一の伝導性エレメント５２を備える。しかしながら、導体７０は、単一の均質材料から形成される被覆部材７２を備える。特に、全体の被覆部材７２は、図２（ａ）の導体５０の外側部分６４を形成するのに使用されるポリエチレン材料から形成される。

本発明の導体の製造は、一般的に、被覆部材の伝導性エレメントへの被覆を含む。技術に有能な者は、被覆部材を伝導性エレメントへ被覆するために、多くの技法を採用できることが分かる。たとえば、被覆部材を、伝導性エレメント上へ、はけ塗り、一塗り、ペンキ塗り、押付け、押出し、または載置して、伝導性エレメントを部分的に、またはほぼ全体的に被覆または被膜できる。代わりに、伝導性エレメントを、溶融被覆材料の槽にほぼ浸漬できるように意図される。種々の材料の複数の部分を有する被覆部材を備える導体の場合、被覆部材を段階的に被覆できる（たとえば、１つの材料を被覆して第１の部分を形成し、ついで第２のそれと異なる材料を被覆して第２の部分を形成する）ように意図される。

図２の実施態様を形成するために、押出し機が、内側部分６０の溶融材料で伝導性エレメント５２を被膜し、ついで溶融材料を冷却、熟成、硬化、またはそれらの組合せを実施させて、内側部分６０を形成するように、伝導性エレメント５２を押出し機に通過させることができる。その後に伝導性エレメント５２と内側部分６０を共に、当初の押出し機または他の押出し機のいずれかに通過させて、これらの押出し機のいずれかが、外側部分６４の溶融材料で内側部分６０を被膜し、ついで溶融材料を冷却、熟成、硬化、またはそれらの組合せを実施させて、第２の部分６４を形成するようにすることができる。

上述のように、本発明の導体は、種々の製造物品に採用でき、かつ種々の容量で作動できるようになっている。しかしながら、本発明の導体は、ヒータ内での使用に特に利用されている。１つの実施態様によれば、導体は、支持体へ装着されて、ヒータまたはヒータの少なくとも一部分を形成する。

導体は、各種の支持体へ装着されて、ヒータを形成でき、また支持体の種類は、所要のヒータの種類に左右されることが多い。代表的な支持体には、織物、パネル、構成材、またはそれらの組合せなどが含まれる。さらに種々の材料を採用して、支持体を形成できる。たとえば、支持体は、繊維材料、高分子材料、金属、またはそれらの組合せなどから形成できる。好ましい実施態様において支持体は、フリース材料、ゴーズ材料、フェルト材料、またはそれらの組合せから形成される。

導体を支持体へ装着するために、接着剤、締結具、またはそれらの組合せなどの種々の装着手段を採用できる。導体を、導体を支持体で織り合わせるように、支持体へ干渉的に装着できるようにもなっている。さらに他の代案として、導体の被覆部材の一部分を、活性化（たとえば、軟化または溶融）して、それ自体を支持体へ接着するか、または支持体と一体化できる。たとえば、導体の被覆部材の温度を、１つ以上の部分（たとえば、低い融点を有する部分）が軟化されて、被覆部材自体を支持体と一体化させるように被覆部材を加熱することにより上昇させ、ついで被覆部材の温度を低下されて、被覆部材が硬化して、それ自体と導体を支持体へ装着するようにできる。

一例として、加熱された構成材（たとえば、加熱されたプレート）を、ヒータの支持体が導体と接触している間に、その支持体と接触できるようになっている。ついで加熱された構成材は、エネルギーを支持体へ伝達し、ついで支持体がエネルギーを被覆部材へ伝達し、それにより被覆部材が軟化する。このようにして、軟化された被覆部材は、支持体と一体化され、ついで被覆部材の温度が低下されて、被覆部材が硬化して、それ自体と導体を支持体へ装着するようになる。

図３を参照すると、本発明の態様に従って形成される代表的なヒータ８０が図示される。ヒータ８０を形成するために、支持体８２が設けられ、また導体がその支持体へ装着される。代表的な目的のために、図２の導体５０が支持体８２へ装着されているが、本明細書で述べられる任意の導体も使用できることを理解されるものとする。

支持体８２は好ましくは、シートまたはパネルとして形成される織物材料である。好ましい織物材料には、フリース材料、フェルト材料、またはそれらの組合せなどが含まれる。ついで導体５０は、支持体８２上に所要の形状で配置される（たとえば、パターン付けされる）。図３において導体５０は、蛇行するようにパターン付けされ、かつ互いに横方向にあるか、または並列する２つの波形経路８６を形成する。しかしながら、導体５０は、本発明の範囲内で支持体８２上に無数の形状でパターン付けできることを理解するものとする。

導体５０を支持体８２へ装着するために、エネルギー（たとえば、熱）が、好ましくは導体５０の被覆部材５８へ加えられて、被覆部材５８の少なくとも外側部分６４を、かつ好ましくは被覆部材５８のほぼ外側部分６４だけを加熱し、かつ少なくとも部分的に軟化（たとえば、溶融）する。そのようなエネルギーを種々の技法に従って加えることができるが、示されるこの特定の例の場合、そのようなエネルギーを、電流を伝導性エレメント５２を通して流すことにより加えて、そのエレメントと被覆部材５８を加熱するのが好ましい。

被覆部材５８の外側部分６４が軟化するにつれて、その部分６４は、支持体８２中への流入、支持体８２の一部または表面の湿潤、またはそれらの組合せなどにより、好ましくはそれ自体を支持体８２と一体化する。被覆部材５８の外側部分６４の支持体８２との一体化後に、被覆部材５８の外側部分６４は好ましくは、冷却と硬化（たとえば、凝固）され、それにより導体５２が支持体８２へ装着（たとえば、接着）されて、ヒータ８０を形成する。必要に応じて、プレートまたは構成材を採用し、支持体８２、導体５０または両方の上に圧力または力を加えて、被覆部材５８の支持体８２との一体化中に、支持体８２と導体５０を、より密接に接触するように押圧できる。

図２の導体にとり好都合には、導体５０の内側部分６０の融点は、被覆部材５８の加熱が、内側部分６０をほぼ軟化することなく、導体５０のほぼ外側部分６４だけを軟化するように、導体５０の外側部分６４の融点よりも一般的に高い。これにより、伝導性エレメント５２、内側部分６０または両方の、かなりの位置変更の恐れが無く、かつ他の損傷の危険が無く、導体５０の外側部分６４を支持体へ装着できる。

事前選択された融点を有する材料の使用は、自体が支持体へ装着される被覆部材を形成する１つの好ましい方法であるが、他の方法も同様に採用できるようになっていることを理解すべきである。特に、被覆部材は、種々の方法により、活性化され（たとえば、軟化され）かつそれ自体を支持体内に組込むように、構成できるようになっている。たとえば、被覆部材は、化学的にまたは物理的に活性化または軟化するように、熱、圧力、湿気、または熱などの条件に曝すことにより、活性化できる。

（車両シート）
本発明の導体が形成されるヒータに関して、図３のヒータ８０のようなヒータは、自動車のシートへ組込むのに特に適切であることが判明している。勿論、本発明に従って形成される導体とヒータは、ボートまたは家具などのような他の製造物品において同等に利用される。

本発明に従うヒータは、サポート部分、背当て部分、肩サポート部分またはヘッドレストのような自動車シートの種々の部分に位置決めできる。ヒータは、シートの外装とシートの発泡クッションとの間に位置決めできる。ヒータは、シートの外装、シートの発泡クッション、または両方の中に組込むこともできる。

図４を参照すると、自動車のシート９０が図示され、そこにおいて、図３のヒータ８０が、シート背当て構成部分９２とシートサポート構成部分９４の両方の内部に載置されている。図示される実施例において、シート９０のそれぞれの構成部分９２，９４は、外装層９６と発泡クッション９８を備え、またヒータ８０のそれぞれは、発泡クッション９８と外装層９６との間にほぼ位置決めされる。好ましくは、それぞれのヒータ８０は、ヒータ８０をシート９０に関して固定しておくために、シート９０（たとえば、外装層９６、発泡クッション９８または両方）へ締付けられる。

使用に際して、温度調節ユニットを、ヒータ８０と連係して採用できる。たとえば、温度調節ユニットは、コントローラ、および暖房中に所要の温度を維持するように構成されるサーモスタットを備えることができる。

別途指定がない限り、本明細書で具体的に示される種々の構成材の寸法と形状は、本発明を制約しようとするものではなく、また他の寸法または形状は実施可能である。複数の構成材は、単一で一体の構成材により形成できる。代わりに、単一で一体の構成材は、分離された複数の構成材に分割されることができるであろう。加えて、本発明の特徴が、図示される実施態様の１つだけの内容において述べられてきたが、そのような特徴は、任意の用途について、他の実施態様の１つ以上の他の特徴と組合せできる。本明細書における独自の構成材の製造、およびそれらの構成材の作用も、本発明に従う方法を構成することは、上記から明らかである。

本発明の好ましい実施態様を開示してきた。しかしながら、当該技術において通常の技量を有する者は、一定の変更態様が本発明の教示内に入ることを理解するであろう。したがって、下記のクレームを、本発明の真の範囲と内容を求めるために検討すべきである。

本発明の１つの代表的な態様に従う導体の断面図である。 本発明に従う他の代表的な導体の断面図である。 本発明に従う他の代わりの代表的な導体の断面図である。 本発明に従う有用な１つの説明的なヒータエレメントの平面図である。 本発明の代表的な態様に従う自動車シート組立体のシートの部分的に切り取った透視図である。

符号の説明

１０ 導体
１２ 伝導性エレメント
１４ 被覆部材
３４ 内側部分
３６ 外側部分
８０ ヒータ
９０ シート

Claims (14)

1. パネルとして構成される支持体と、
   前記支持体の少なくとも１つの表面上にパターン付けされる導体であって、
   i）伝導性エレメントと、
   ii）前記伝導性エレメントを取囲む、内側部分と外側部分とを有する被覆部材と、を備える導体と、を含むヒータであって、
   前記被覆部材は、少なくとも前記外側部分が所定の熱に曝されると活性化され、
   前記伝導性エレメントが、前記被覆部材を活性化するに足る量の熱を放出可能であり、
   前記支持体にパターン付けされた前記導体の前記被覆部材の少なくとも前記外側部分が、前記伝導性エレメントによって前記被覆部材を活性化するに足る量の熱を加えられることにより前記支持体中に組込まれることによって、前記導体が前記支持体に装着されることを特徴とするヒータ。
2. 前記伝導性エレメントは、複数の金属ストランドを備えていることを特徴とする請求項１に記載のヒータ。
3. 前記複数の金属ストランドは、挿入部材を少なくとも部分的に取囲むことを特徴とする請求項２に記載のヒータ。
4. 前記被覆部材は、前記伝導性エレメントを被膜する高分子材料であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のヒータ。
5. 前記支持体は、屈曲自在の材料から形成されることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のヒータ。
6. 前記支持体は、フリース、ゴーズおよびフェルトから成るグループから選択された織物から形成されることを特徴とする請求項５に記載のヒータ。
7. 前記被覆部材は、略均一な厚さを有し、前記均一な厚さは、０．００１インチから０．１インチまでの範囲内であることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載のヒータ。
8. 前記厚さは、０．００５インチから０．０５インチまでの範囲内であることを特徴とする請求項７に記載のヒータ。
9. 前記内側部分は、８０℃と４００℃との間の融点を有し、前記外側部分は、４０℃と２７５℃との間の融点を有することを特徴とする請求項１に記載のヒータ。
10. 前記内側部分は、１７０℃と２７５℃との間の融点を有し、前記外側部分は、１１０℃と１６０℃との間の融点を有することを特徴とする請求項１に記載のヒータ。
11. 前記伝導性エレメントは、前記被覆部材の前記外側部分を軟化するに足る量の熱を放出できることを特徴とする請求項１、９及び１０のいずれか１項に記載のヒータ。
12. 前記被覆部材は、高分子被膜部材であり、前記伝導性エレメントは、前記被覆部材の前記外側部分の温度を前記外側部分の融点まで上昇するに足る熱を放出できることを特徴とする請求項１、９、１０及び１１のいずれか１項に記載のヒータ。
13. 前記外側部分は、第１の高分子材料から形成され、前記内側部分は、前記第１の高分子材料とは異なる第２の高分子材料から形成されることを特徴とする請求項１、９、１０、１１及び１２のいずれか１項に記載のヒータ。
14. 前記外側部分の前記高分子材料は、ＰＴＦＥ、ＰＶＣ、ポリプロイレン、ＨＤＰＥ、ＬＤＰＥ、塩素化ポリエチレンおよび弗素化ポリエチレンから成るグループから選択された高分子材料を含むことを特徴とする請求項１３に記載のヒータ。

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