JP4213743B2 - 可撓ヒータ・デバイス - Google Patents

Description

本発明は、自動車構成要素における使用に適するだけでなく他の用途においても使用され得る加熱システムに関する。特に本発明は、導電体材料と、該導電体材料上にスクリーン印刷された抵抗層とを有する誘電基材を備えた加熱デバイスに関する。

自動車産業においては、温度調節特性を備えた加熱デバイスが用いられる。但し、外部ミラーに対する自己調整式ヒータなどの一定の自動車用途は、可撓性を必要としない。斯かるヒータは、両者ともに本出願と同様に本出願人が所有する米国特許第４，９３１，６２７号および第４，８５７，７１１号に見られる。

本出願の親出願は、たとえば自動車の座席などの自動車用途において可撓性が必要とされる場合には非常に満足の行く可撓ヒータを提供している。しかし、特に加熱容量および加熱均一性に関して一切の性能低下なしでヒータの材料が更に良好に撓曲し得るには、更なる工夫が望まれる。また、零（こぼ）れ液体と接触するのを防止すべく保護層を配備するためには、一層の工夫が望まれる。同様に、応力除去、可撓性および通気性を改善する上では、それ以上の工夫が望まれる。

故に本発明のひとつの特徴は特に自動車産業の座席用途に対し、性能を低下させずに大きな可撓性および疲労抵抗を提供する加熱デバイスを提供するに在る。

故に本発明の更なる特徴は特に自動車産業の座席用途に対し、製品の寿命に亙り加熱の容量および均一性を維持する加熱デバイスを提供するに在る。

故に本発明の更なる特徴は特に自動車産業の座席用途に対し、撓曲が反復された後でも性能を維持する加熱デバイスを提供するに在る。

故に本発明の更なる特徴は特に自動車産業の座席用途に対し、零れ液体に対して露出された後でも性能を維持する加熱デバイスを提供するに在る。

故に本発明の更なる特徴は特に自動車産業の座席用途に対し、単純な制御により種々の加熱レベルを提供する加熱デバイスを提供するに在る。

故に本発明の更なる特徴は特に自動車産業の座席用途に対し、撓曲されたときまたは延伸されたときでさえも応力を減少する加熱デバイスを提供するに在る。

故に本発明の更なる特徴は特に自動車産業の座席用途に対し、優れた通気性を提供する加熱デバイスを提供するに在る。

これらのおよび他の特徴は、導電体材料がスクリーン印刷された（或いは接着剤などで取付けられた）電気絶縁基材を含む可撓ヒータを提供することで達成される。上記基材は高弾性係数を有する材料で作成されることにより、導電体材料の伸びを制限すると共に上記導電体材料を零れ液体から保護する層を提供することで、上記導電体の疲労寿命を増大する。上記基材はまた好適に、上記ヒータを絶縁する。

上記導電体が上記基材上に位置された後、上記導電体上には抵抗要素が装着され得る。一実施例において上記抵抗要素はＰＴＣ（正温度係数）材料、すなわち温度の上昇に応じて抵抗が概略的に増大することで典型的に自己調整式加熱デバイスに帰着する材料で作成される。代替的に上記抵抗要素は、加熱レベルを調節する制御器を用いる固定抵抗要素とされ得る。いずれの場合にも上記抵抗要素は典型的に厚寸のポリマ・フィルムであるが、他の適切な材料から作成されても良い。

本発明の一実施例においてヒータ回路は、第２バスと、第２バス用アースと、第２バス用アース延長部と、第１バスと、第１バス用アースとを有する導電層、ならびに、サーミスタ層を含む。上記第１バスは、均一な加熱を提供すべく蛇行形態を含む。上記各バスの極性接続を変更することで、異なる加熱レベルが提供され得る。これにより外部電子制御器は、単純な多極スィッチと殆ど同じ様に簡素化される。

本発明の更に別の実施例においては、ヒータ・アセンブリの可撓性および疲労抵抗を改善すべく該ヒータ・アセンブリを貫通する開孔が配備され得る。該開孔は、上記アセンブリが撓曲されたときに該アセンブリに対し、特に上記導電体材料に対して付与される応力の量を減少する。上記開孔は更に、上記アセンブリを貫通して空気が流れるのを好適に許容する。

当業者であれば、本発明の他の特徴および利点は以下の詳細な説明、各請求項、および、同様の特徴を示すべく同様の番号が用いられる図面を参照すれば更に明らかとなろう。

本発明の各実施例を説明する前に、本発明はその用途において以下の説明にて記述されまたは図面中に示された要素の構成および配置の詳細に限定されないことを理解すべきである。本発明は、他の実施例が可能であると共に、種々の様式で実施もしくは実行され得る。同様に、本明細書中で用いられる表現および用語は、記述を目的としたものであり限定的と解釈されてはならない。本明細書中における”含む（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）”および”備える（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）”ならびにそれらの変化形の用法は、それらの後に列挙される要素およびその均等物ならびに付加的要素およびその均等物を包含することが意味される。

次に図面を詳細に参照すると図２および図３は、特に自動車座席もしくは同様の用途のヒータに対して用いられるときの本発明の加熱デバイス１０の典型的な概要を示している。限定的なものとしてで無く、同様の用途としてはオフロード車両、船舶用途が挙げられる。

図１ａは、本発明の一実施例に係る加熱デバイス１０の各層の順序を示している。図２および図３に示された如き種々のバス（ｂｕｓｓ）を含む導電層１６は、基材２０上にスクリーン印刷される。基材２０は、ポリエステル膜もしくはＭｙｌａｒ（登録商標）などの電気絶縁材料から作成されるが、本発明の原理に従い任意の適切な材料から作成され得る。たとえば上記基材は、種々のポリマ・フィルムおよび他の誘電材料で作成され得る。上記基材は更に、熱の通過を許容すべく十分に薄寸ではあるが本発明の教示に従う機械的特性を提供すべく十分に厚寸に構成される。もし導電層１６が基材２０にスクリーン印刷されるのでなければ（たとえばそれはサーミスタ層１４上にプリントされ得る）、概略的には接着剤層１８が必要とされる。上記接着剤は、任意数の適切な材料から作成されると共に、業界公知の任意の適切な様式で塗付される。導電層１６は典型的には銅、銀、金、アルミニウム、炭素もしくはグラファイト材料などの導電体材料で作成されるが、ポリアニリンもしくはポリピロールなどの本来的な導電ポリマともされ得る。但し当業者であれば、本開示を考察することで所定範囲の同等の代替材料を認識し得よう。概略的に上記導電体材料は、ポリマ母材中における非常に小寸の材料薄片から成る。もしこの材料が過剰延伸されまたは反復的延伸に委ねられて疲労を起こしたなら、上記導電層は実際に裂開することで不都合なアーク発生に帰着する。故に本発明に依れば基材２０は、可撓ヒータが望まれる用途において導電層１６が損傷するのを防御および防止し得る。

導電層１６に対しては、抵抗層すなわちサーミスタ層１４が装着される。抵抗層１４は、自己調整式ヒータを提供すべくＰＴＣ材料とされ得るか、または、加熱レベルを調節する（不図示の）電子的制御器を必要とする固定抵抗要素とされ得る。抵抗層１４は典型的に、厚寸のポリマ・フィルムである。結果的な加熱デバイス１０は、自動車座席の座席用掛け布２２と内側気泡ゴム材料１２との間に載置され得る。上記ヒータには、座席内への取入れを促進すべく発泡体が貼合わされ得る。不図示ではあるが、抵抗層１４と発泡体材料１２との間には接着剤層および織地層（ｆａｂｒｉｃ ｌａｙｅｒ）が位置され得る。但し図１ｂは、接着剤層２４を示している。上記接着剤は任意の適切な材料で作成され得るが、本発明の原理に従う用途に対しては感圧接着剤が特に適切である。上記接着剤および織地は、貼合わせなどの任意の適切な様式で装着され得る。上記織地は好適には、難燃性材料で作成され得る。上記織地はまた好適には、ヒータ・アセンブリに対する雑音遮断材料、体積安定材（ｂｕｌｋ ｓｔａｂｉｌｉｚｅｒ）および断熱材ともされ得る。上記織地の密度は、１乃至１０オンス／平方ヤードの範囲とされ得るが、他の適切な密度ともされ得る。上記難燃性材料は、ハロゲン／アンチモン、メラミン、リンもしくは無機の難燃性化学物質に基づき得る。

本発明の一実施例に依れば、上記導電体上には加熱積層により誘電膜が装着され得る。この膜は、加熱デバイス１０の化学的な耐性および耐久性を改善する。これにより加熱デバイス１０は、一定の製造業者の自動車座席に見られる可塑剤および溶媒などの化学物質に対して改善された耐性を実現する。上記積層物は更に、上記織地または他の座席部材による接触および摩滅により上記導電体の銀およびカーボンブラックが除去されるのを防止することで、加熱デバイス１０の表面を保護する。上記接着剤積層物は導電層１６の裂開の減少もしくは排除を更に助力することで、導電層１６の寿命および加熱デバイス１０の寿命を伸ばし得る。たとえば、ポリエステル接着剤を備えたポリエステル膜が使用され得る。但し、ナイロン、ポリオレフィンおよびポリイミドなどの他の種類の膜、ならびに、エポキシおよびアクリルなどの他の種類の接着剤、あるいは、加熱活性化を要する以外の感圧的な種類の接着剤でさえも使用され得る。

次に図２を参照すると、導電層１６および抵抗層１４の構成の一実施例が示される。更に、加熱デバイス１０は典型的に上縁部３０、側縁部３２、３４および下縁部３６を含むことが示される。導電層１６は、第２バス４０、第２バス用アース４２、第１バス４６、および、第１バス用アース４８を生成すべく形成される。これに加え、以下に記述される如く第２バス４０および第２バス用アース４２からは数本の第２バス用アース延長部が延在する。図２の実施例において第１バス用アース４８は、上縁部３０、側縁部３２、３４および下縁部３６により形成された加熱デバイス１０の周縁部の内方近傍に形成される。第１バス４６は連続的な内向きおよび外向き湾曲部から形成された２つの蛇行経路５０、５２から形成される。蛇行経路５０、５２は、上縁部３０の内方近傍の第１バス用アース４８の部分から、下縁部３６の内方近傍である第１バス用アース４８の部分まで延在する。蛇行経路５０は概略的に側縁部３２から側縁部３４までの直交距離の約１／４の距離に位置される一方、蛇行経路５２は概略的に側縁部３２から側縁部３４までの直交距離の約３／４の距離に位置される。加熱の均一性を高めるべく、蛇行経路５０、５２は抵抗層１４内へと延在する突出部５４を含む。同様に、下縁部３６の内方近傍の第１バス用アース４８の部分は突出部５６を含む。第２バス４０は、側縁部３２、３４の内方近傍である長寸脚部６４、６６と、相互に共直線的であると共に上縁部３０の内方近傍である短寸脚部６８、７０とを備えた（図２に示された配向における）倒立Ｌ形状部分６０、６２から形成される。長寸脚部６４は、抵抗層１４内へ且つ蛇行経路５０の外向き湾曲部内へと内方延在する第２バス延長部７２、７４、７６を含む。第２バス延長部７２、７４、７６は、直線部分８０により接合されることで該直線部分と電気接続された円形部分７８を含む。円形部分７８は開孔８２を囲繞するが、該開孔は典型的に加熱デバイス１０の全ての層を貫通することで通気性および熱循環を改善すると共に、応力除去および大きな可撓性を更に提供する。円形部分７８は更に、加熱の均一性を高めるべく抵抗層１４内へと延在する突出部８４を含む。同様に長寸脚部６６は、抵抗層１４内へ且つ蛇行経路５２の外向き湾曲部内へと延在する第２バス延長部８６、８８、９０を含む。第２バス延長部８６、８８、９０は、直線部分８０により接合されることで該直線部分と電気接続された円形部分７８を含む。

第２バス用アース４２は、蛇行経路５０、５２間に位置された加熱デバイス１０の中央部分に亙り延在する。第２バス用アース４２は更に、蛇行経路５０の内方湾曲部内へと延在する第２バス用アース延長部９２、９４、９６と、蛇行経路５２の内向き湾曲部内へと延在する第２バス用アース延長部９８、１００、１０２とを含む。第２バス用アース延長部９２乃至１０２は、開孔８２を囲繞する円形部分７８の上記構造を含む。円形部分７８は、直線部分８０により第２バス用アース４２と電気接続されると共に、突出部８４を更に含むことで加熱の均一性を高めている。

結果的な構造は、（不図示の）簡素な多極スィッチにより”低”および”高”の設定を提供し、更に抵抗デバイスとしては極性により左右されない。

比較的に大規模な加熱に対する”高”設定を達成するには、第２バス４０のＬ形状部分６０、６２および第２バス用アース４２の両者が正のバッテリ極性に接続される一方、第１バス用アース４８と電気接続された第１バス４６は負のバッテリ端子に接続される。電流は、第１バス４６の２つの蛇行経路５０、５２から抵抗層１４を介して流れることで熱を生成してから、第２バス用アース４２および第２バス４０の倒立Ｌ形状部分６０、６２へと流れる。先に記述された如く種々の突出部および延長部によれば、上記抵抗層を通る電流の分布の均一性が促進されて更に均一な加熱が達成される。

比較的に小規模の加熱に対して”低”設定を達成するには、第２バス４０のＬ形状部分６０、６２の両者が正のバッテリ極性に接続されると共に、第２バス用アース４２は負のバッテリ極性に接続される。電流は（第２バス用アース延長部９２乃至１０２を含む）第２バス用アース４２から抵抗層１４を介して流れることで熱を生成してから、（第２バス延長部７２、７４、７６、８６、８８、９０を含む）第２バス４０へと流れる。

尚、回路の接続に依存し、”中”、”中高”および”中低”などの他の設定組み合わせも可能である。

第１バス用アース４８によればヒータ回路全体に亙る電流の均一分布が許容されることを銘記することが重要である。これは座席ヒータもしくは同様の設計態様において、回路の大寸サイズの故に重要である。もし第１バス用アース４８が上記回路において用いられなければ、蛇行第３バス４０における累加的電気抵抗は、回路の端部に向かう電流を抑圧するであろう。第３バス４０などにおいて導電体幅を増大することで電気抵抗を減少することは一般的な電気設計手法である。但しこれは、おそらくは設計態様を非実用的とする点まで設計自由度を制限する。第１バス用アース４８によれば第３バス４０は減少幅に維持されることから、実用的で均一な加熱設計態様が達成される。

図３は、図２に対応する参照番号を有する同様の設計態様を示している。図３は、蛇行経路５０、５２の更に緊密に離間された内向きおよび外向きループを備えることで付加的な小寸バス７３、７５、８７、８９、９３、９５、９９、１０１に帰着する設計態様を示している。

故に、上述の幾つかの特徴および利点は最も効率的に達成される。本明細書中においては本発明の好適実施例が開示かつ記述されたが、上記に対する変更および改変は本発明の有効範囲内である。本明細書中に開示かつ定義された発明は、言及された或いは本文および／または図面から明らかな個々の特徴の２つ以上の全ての代替的組み合わせまで拡張されることは理解される。これらの異なる組み合わせの全ては、本発明の種々の代替的見地を構成する。本明細書中に記述された各実施例は、発明を実施するものとして知られた最良形態を説明するとともに、当業者が本発明を利用することを可能とする。各請求項は、先行技術により許容された程度までの代替実施例を包含するものと解釈されるべきである。

本発明の種々の特徴は、請求項中に示される。

図１ａは、本発明に係る加熱デバイスにおける各層の順序を示す概略断面図である。図１ｂは、本発明に係る加熱デバイスにおける各層の代替的な順序を示す概略断面図である。 本発明の一実施例のバス構造の概略図である。 本発明の別実施例のバス構造の概略図である。

符号の説明

１０ 加熱デバイス
１２ 内側気泡ゴム材料
１２ 発泡体材料
１４ 抵抗層
１６ 導電層
１８ 接着剤層
２０ 基材
２２ 座席用掛け布
２４ 接着剤層
３０ 上縁部
３２、３４ 側縁部
３６ 下縁部
４０ 第２バス
４２ 第２バス用アース
４６ 第１バス
４８ 第１バス用アース
５０、５２ 蛇行経路
５４、５６ 突出部
６０、６２ Ｌ形状部分
６４、６６ 長寸脚部
６８、７０ 短寸脚部
７２、７４、７６、８６、８８、９０ 第二バス延長部
７３、７５、８７、８９、９３、９５、９９、１０１ 小寸バス
７８ 円形部分
８０ 直線部分
８２ 開孔
８４ 突出部

Claims (14)

1. 電力源に接続されたときに熱を生成する加熱デバイスにおいて、
   基材と、
   抵抗材料層と、
   上記抵抗材料層に電流を供給するためのバス構造を形成する導電材料層と、を含んでおり、
   上記バス構造は、前記加熱デバイスの周縁部の回りに延在する第１バス用アースと、該第１バス用アースにより境界付けられた領域に亙り延在する少なくとも２本の蛇行経路を含んでいて前記第１バス用アースに電気接続されている第１バスと、上記少なくとも２本の蛇行経路の間に位置された第２バス用アースと、上記第１バス用アースと上記少なくとも２本の蛇行経路との間に配置された第２バスとを含んでいる、加熱デバイス。
2. 前記少なくとも２本の蛇行経路は交互配置された内向き湾曲部および外向き湾曲部を含む、請求項１記載の加熱デバイス。
3. 前記第２バス用アースは、前記少なくとも２本の蛇行経路の前記内向き湾曲部内へと延在する第２バス用アース延長部を含む、請求項２記載の加熱デバイス。
4. 前記第２バスは、前記少なくとも２本の蛇行経路の前記外向き湾曲部内へと延在する第２バス延長部を含む、請求項３記載の加熱デバイス。
5. 前記第２バス用アース延長部および前記第２バス延長部は前記加熱デバイスを貫通する開孔を形成する円形部分を有する、請求項４記載の加熱デバイス。
6. 前記第２バスは、第１短寸脚部と第１長寸脚部とを備えた第１のＬ形状部分と、第２短寸脚部と第２長寸脚部とを備えた第２のＬ形状部分とを含む、請求項５記載の加熱デバイス。
7. 前記第１短寸脚部および前記第２短寸脚部は前記加熱デバイスの第１縁部に沿って共直線的であり、且つ、上記第１短寸脚部と上記第２短寸脚部との間には前記少なくとも２本の蛇行経路が貫通延在する空間が形成される、請求項６記載の加熱デバイス。
8. 前記第１長寸脚部は前記加熱デバイスの第２縁部に沿って延在し且つ前記第２長寸脚部は前記加熱デバイスの第３縁部に沿って延在し、上記第１長寸脚部は上記第２長寸脚部に対して平行である、請求項７記載の加熱デバイス。
9. 前記第１長寸脚部および前記第２長寸脚部は前記第１短寸脚部および前記第２短寸脚部に対して直交する、請求項８記載の加熱デバイス。
10. 前記第２バス用アースは前記第１長寸脚部および前記第２長寸脚部に対して平行である、請求項９記載の加熱デバイス。
11. 前記少なくとも２本の蛇行経路は突出部分を含む、請求項１０記載の加熱デバイス。
12. 前記第２バス用アース延長部は突出部分を含む、請求項１１記載の加熱デバイス。
13. 前記第２バス延長部は突出部分を含む、請求項１２記載の加熱デバイス。
14. 前記抵抗層の抵抗は温度上昇により増大し、それにより、自己調整式温度特性を有する、請求項１記載の加熱デバイス。

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