KR20140015253A

KR20140015253A - 면형 발열체

Info

Publication number: KR20140015253A
Application number: KR1020137007686A
Authority: KR
Inventors: 다케로 데라모토; 히데카즈 시라사와; 다이고 가키우치; 유스케 야마다
Original assignee: 호쿠리쿠 에스티알 교도구미아이
Priority date: 2011-05-20
Filing date: 2012-05-11
Publication date: 2014-02-06
Also published as: WO2012160995A1; CN103141155A; EP2608630B1; EP2608630A4; EP2608630A1; JP5436491B2; JP2012243596A; US20130168382A1

Abstract

편조직(1)과, 상기 편조직(1)에 세로 방향으로 간격을 두고 가로 방향으로 짜여진 복수 개의 제1 발열사(3a)와, 상기 가로 방향에서의 편조직(1)의 양측 테두리부(6, 6)에 세로 방향으로 짜여진 복수 개의 도전사(4)를 구비한 것을 특징으로 하는 면형 발열체.

Description

면형 발열체{Planar heating body}

본 발명은 통전에 의해 발열하는 면형 발열체에 관한 것이다.

특허문헌 1은, 차량용 시트에 매립되는 면형 발열체를 개시하고 있다. 면형 발열체는, 천부재와, 이 천부재에 병렬 형태로 설치된 복수의 가열선과, 이 천부재의 양측 테두리부에 접착 또는 봉착에 의해 설치된 통전 수단을 구비한다. 가열선은, 심부로서의 탄소 섬유와, 이 탄소 섬유에 꼬아넣은 커버링사로 이루어진다. 특허문헌 1은, 상기 천부재로서 직물(실시예 1), 편물(실시예 2), 레이스(실시예 3, 4)를 개시하였다.

특허문헌 1： 일본특개2010-218813호 공보

특허문헌 1의 면형 발열체에서는, 천부재의 제작 후 접착이나 봉착에 의해 통전 수단이 해당 천부재에 장착되기 때문에 그 제작이 번거롭다. 또 사용할 때에 통전 수단이 천부재에서 빠지거나 어긋날 우려가 있다. 또한 가열선이 단선되면 온도가 낮은 부분이 천부재의 폭 전체에 걸쳐 발생한다.

본 발명은 이상과 같은 실정을 감안하여 생산성이나 내구성이 우수한 면형 발열체의 제공을 목적으로 한다.

본 발명의 1태양은 면형 발열체로서, 편조직과, 상기 편조직에 세로 방향으로 간격을 두고 가로 방향으로 짜여진 복수 개의 제1 발열사와, 상기 가로 방향에서의 상기 편조직의 양측 테두리부에 세로 방향으로 짜여진 복수 개의 도전사(導電絲)를 구비한 것을 요지로 한다.

상기 면형 발열체는, 세로 방향으로 상기 제1 발열사와 교차하도록 짜여진 복수 개의 제2 발열사를 더 구비해도 좋다.

상기 제1 발열사 및 상기 제2 발열사는, 그 사이에 빈틈이 있도록 그물 모양으로 편성되어도 좋다.

상기 제1 발열사 및 상기 제2 발열사는, 50~1000Ω/m의 저항값을 가진 피치계의 탄소 섬유로 이루어져도 좋다.

상기 면형 발열체는, 상기 편조직 전체를 피복하는 수지 또는 고무의 시트를 더 구비해도 좋다.

본 발명에 의하면, 생산성이나 내구성이 우수한 면형 발열체를 제공할 수 있다.

도 1은, 본 발명의 일실시형태에 관한 면형 발열체를 개략적으로 도시한 평면도이다.
도 2는, 도 1에 도시한 면형 발열체를 구성하는 발열 기포(基布)의 확대 평면도이다.
도 3은, 도 2에 도시한 발열 기포의 일부를 더 확대하여 도시한 평면도이다.
도 4는, 도 2에 도시한 발열 기포를 구성하는 조직을 각각 분리하여 도시한 평면도이다.
도 5는, 본 발명의 일실시형태에 관한 발열사를 확대하여 도시한 측면도이다.
도 6은, 본 발명의 일실시형태에 관한 면형 발열체에서의 보호 시트의 표면 온도 변화를 도시한 그래프이다.
도 7은, 단위길이당 저항값이 다른 탄소 섬유를 이용한 발열사에 대해 전압을 인가했을 때의 전류치, 소비 전력, 저항 및 온도를 측정한 결과를 도시한 표이다.
도 8은, 도 7의 측정 결과로 소비 전력과 표면 온도의 관계를 도시한 그래프이다.

이하, 본 발명의 실시형태를 도면에 기초하여 설명하기로 한다. 도 1은, 본 발명의 일실시형태에 관한 면형 발열체(20)를 도시한다. 면형 발열체(20)는, 그물 모양의 편조직(편물)으로 이루어진 발열 기포(1)와, 발열 기포(1) 전체를 피복하는 보호 시트(2)로 구성된다. 발열 기포(1)에는, 복수 개의 발열사(제1 발열사)(3a)가, 세로 방향(경도 방향)으로 소정 간격을 두고 가로 방향(위도 방향)으로 짜여져 있다. 또 발열 기포(1)에는, 복수 개의 발열사(제2 발열사)(3b)가 가로 방향(위도 방향)으로 소정 간격을 두고 발열사(3a)와 교차하도록 세로 방향(경도 방향)으로 짜여져 있다. 상기 소정 간격은 본 발명에 한정되지는 않지만, 예를 들면 2~4㎝이다. 즉, 발열 기포(1)에는 발열사(3a) 및 발열사(3b)가 세로 방향 및 가로 방향으로 각각 2~4㎝정도의 길이를 가진 빈틈(5)이 복수 개 형성되도록 격자형(그물형)으로 짜여져 있다. 발열사(3a, 3b )는 모두 탄소 섬유로 이루어지고 소정의 저항값을 가진 도전체(저항체)이다. 따라서 후술하는 바와 같이 발열사(3a, 3b)에 전류가 흐르면 이들은 발열하고, 그 결과 발열 기포(1)의 전면이 발열한다.

발열 기포(1)에 대해 상술하기로 한다.

본 실시형태의 발열 기포(1)는 편조직(편물)으로서, 예를 들면 라셀 편기에 의해 편성된다. 라셀 편기의 편게이지는 본 발명에 한정되지는 않으나, 예를 들면 12G(게이지)/인치(12니들/인치)이다. 또 발열 기포(1)의 편성시 박는 횟수는 본 발명에 한정되지는 않으나, 예를 들면 22회/인치이다. 즉, 이 박는 횟수 이하이면 편성시에 세로 방향을 따라 1인치당 22개의 코(루프)가 편성된다.

발열 기포(1)는, 메쉬부(7)와, 가로 방향에서의 메쉬부(7)의 양측에 설치된 테두리부(6, 6)를 가진다. 우선, 테두리부(6)에 대해 설명하기로 한다. 도 2 및 도 3에 도시한 바와 같이, 테두리부(6)는 바탕실(11)과 삽입사(12)와 도전사(4)를 이용하여 편성된다. 여기에서 바탕실(11) 및 삽입사(12)는 예를 들면 면사이고, 도전사(4)는 구리사(구리선)이다. 구체적으로는, 바탕실(11)의 사슬뜨기(21)를 복수 편성하고 이들 복수의 사슬뜨기(2)에 대해 삽입사(12)를 지그재그로 짜넣음으로써 사슬뜨기(21)끼리 연결하고, 복수의 사슬뜨기(21) 중 적어도 1개에 도전사(4)를 짜넣는다. 또 도 2에 도시한 바와 같이, 테두리부(6)에는 세로 방향을 따라 상술한 소정 간격마다 메쉬부(7)를 구성하는 삽입사(13, 14)와 발열사(3a)가 짜여진다. 여기에서 삽입사(13, 14)는, 예를 들면 면사이다. 사슬뜨기(21)는, 예를 들면 도 4에 도시한 편성 패턴(P1)에 따라 편성된다. 또 삽입사(12)는, 예를 들면 도 4에 도시한 편성 패턴(P5)에 따라 편성된다. 아울러 바탕실(11) 및 삽입사(12)는 모두 다른 편성 패턴에 기초하여 편성되어도 좋다. 사슬뜨기(21)의 개수는 임의이지만, 본 실시형태의 각 테두리부(6)는, 도 3에 도시한 바와 같이 예를 들면 22웨일(wale)의 사슬뜨기(21)를 가지고 있다.

테두리부(6)에는, 또한 복수의 도전사(4)가 세로 방향으로 짜여져 있다. 구체적으로는, 테두리부(6) 내의 메쉬부(7)측에 위치하는 복수의 사슬뜨기(2) 각각에 대해 도전사(4)가 지그재그로 짜여져 있다. 도전사(4)는, 예를 들면 도 4에 도시한 편성 패턴(P4)을 따라 사슬뜨기(2)로 짜여져 발열사(3a)에 전류를 공급하는 경로로서의 역할을 담당하기 위해 테두리부(6)에 삽입된 발열사(3a)와 전기적으로 접속한다. 이러한 목적이 있기 때문에 도전사(4)는 구리 등 도전성이 높은 금속 또는 합금으로 이루어진다.

아울러 원하는 기계적 특성이나 전기적 특성을 충족하는 한, 각 사슬뜨기(21)에 짜여지는 도전사(4)의 개수는 임의이다. 예를 들면 도 3에 도시한 바와 같이, 본 실시형태에서는 1웨일의 사슬뜨기(21)당 2개의 도전사(4)가 나란히 짜여져 있다. 또 원하는 기계적 특성이나 전기적 특성을 충족하는 한, 도전사(4)가 짜여지는 사슬뜨기(21)의 수(웨일)도 임의이다. 예를 들면 도 3에 도시한 바와 같이, 본 실시형태에서는 메쉬부(7)측에서 보아 15웨일의 사슬뜨기(21) 각각에 도전사(4)가 짜여져 있다. 따라서 본 실시형태에서는, 합계 30개의 도전사(4)가 테두리부(6)에 짜여지게 된다.

세로 방향에서의 각 테두리부(6)의 일단부에는 단자(8)가 설치되어 있다. 단자(8)는 도전사(4)와 전기적으로 접속되어 있다. 또 각 테두리부(6)의 단자(8)에 리드선(9)과 접속하고, 리드선(9)은 전원(10)의 출력에 접속한다. 따라서 전원(10)으로부터의 전류는 리드선(9), 단자(8), 도전사(4)를 통해 발열사(3a, 3b)로 흐른다. 아울러 전원(10)의 출력 전류는 직류 및 교류 어느 쪽이어도 좋다. 또 전원(10)의 구동 전력도 직류 및 교류 어느 쪽이어도 좋다. 예를 들면, 전원(10)은 가정용 전력에 의해 가동하는 것이어도 좋고, 전지에 의해 가동하는 것이어도 좋다.

다음으로, 메쉬부(7)에 대해 설명하기로 한다. 메쉬부(7)는 바탕실(11)과 삽입사(13, 14)와 발열사(3b)를 이용하여 격자형(그물형)으로 편성된다. 바탕실(11)로는 1조의 사슬뜨기(21)가 상술한 소정 간격을 두고 복수 편성된다. 발열사(3b)는 1조의 사슬뜨기(21) 각각에 그 사이에 걸쳐 세로 방향으로 지그재그로 짜여져 이들 사슬뜨기(21)를 연결함과 동시에 발열사(3a)와 동일한 발열체로서 기능한다. 또한 삽입사(13, 14)는 이들 사슬뜨기의 조를 가로 방향을 따라 연결하여 각 조의 사슬뜨기(2) 및 각 발열사(3b) 간의 상대적인 어긋남을 방지한다.

본 실시형태의 메쉬부(7)에서는, 쌍을 이루는 2웨일의 사슬뜨기(21, 21)(도 3의 사슬뜨기(21a, 21b))가 8웨일의 간격을 두고 복수 개 편성된다. 다시 말하면, 바탕실(11)을 이용한 사슬뜨기(21)의 편성을 8out/2in으로 소정 횟수 반복한다. 즉, 사슬뜨기(21)의 형성에 관하여는 (a) 한쪽 테두리부(6)를 형성하기 위해 22웨일의 사슬뜨기(21)를 편성하고, (b) 메쉬부(7)를 형성하기 위해 사슬뜨기(21)의 편성을 8out/2in으로 예를 들면 38회 반복하고 8니들 비우고, (c) 다른 쪽 테두리부(6)를 형성하기 위해 22웨일의 사슬뜨기(2)를 편성한다.

도 3에 도시한 바와 같이, 쌍을 이루는 왼쪽의 사슬뜨기(21) 및 오른쪽의 사슬뜨기(21)를 각각 21a, 21b로 표시하면, 삽입사(13)는, 예를 들면 편성 패턴(P2)(도 4 참조)에 따라 사슬뜨기(21b)를 기점으로 하여 사슬뜨기(21a)에 걸치도록 편도 12웨일(니들)의 왕복을 2회 반복한 후, 사슬뜨기(21b)에 대해 세로 방향으로 지그재그로 15단(course) 짜여진다. 한편 삽입사(14)의 편성 패턴(P3)(도 4 참조)은 삽입사(13)의 편성 패턴(P2)을 반전시킨 것으로 되어 있다. 즉, 삽입사(14)는 사슬뜨기(21a)를 기점으로 하여 사슬뜨기(21b)에 걸치도록 편도 12웨일(니들)의 왕복을 2회 반복한 후, 사슬뜨기(21a)에 대해 세로 방향으로 지그재그로 15단 짜여진다. 이와 같이 삽입사(13) 및 삽입사(14)를 서로 반전시킨 편성 패턴으로 편성함으로써 1조의 사슬뜨기(21a, 21b)는 가로 방향에서의 왼쪽 및 오른쪽에서 대략 균등한 장력을 받는다. 따라서 메쉬부(7)에서의 사슬뜨기(2)의 상대적인 어긋남이 억제되어 메쉬부(7)는 빈틈(5)을 가진 격자(그물)로서의 전체적인 형상을 견고하게 유지할 수 있다. 아울러 도 3에 도시한 바와 같이, 삽입사(13) 및 삽입사(14)는 각각 편성 패턴(P2) 및 (P3)에 따라 테두리부(6)에 짜여져도 좋다.

메쉬부(7)에는 또한 발열사(3a)가 가로 방향으로 삽입된다. 구체적으로는, 삽입사(13) 또는 삽입사(14)가 2조의 사슬뜨기(2) 사이에 걸쳐지는 위치에 발열사(3a)가 삽입된다. 예를 들면 도 3에 도시한 바와 같이, 삽입사(13)가 왼쪽으로 12웨일 움직인 후 오른쪽으로 12웨일 되돌아올 때에 발열사(3a)가 발열 기포(1)의 전체 폭에 걸쳐 삽입된다. 본 실시형태에서는, 발열사(3a)의 삽입을 삽입사(13) 또는 삽입사(14)의 실넣기에 맞추기 때문에 발열사(3a)는 18단마다 삽입된다.

발열사(3a, 3b)는 피치계의 탄소 섬유(15) 다발과 아라미드 섬유(16)로 구성된다. 예를 들면, 도 5에 도시한 바와 같이 발열사(3a, 3b)는 각각 탄소 섬유(15) 다발의 외주에 아라미드 섬유(16)를 나선형으로 감음으로써 구성된다. 다시 말하면, 발열사(3a, 3b)는 각각 탄소 섬유(15) 다발과 아라미드 섬유(16)를 꼬아넣음으로써 구성된다. 1개의 발열사(3a)(3b)에는 약 1000개의 탄소 섬유(15)가 포함된다. 발열사(3a, 3b)의 저항값은 본 발명에 한정되지는 않지만, 예를 들면 300Ω/m이다.

상술한 바와 같이 보호 시트(2)는 발열 기포(1) 전체를 피복하는 전기적 절연성 및 내열성을 가진 가요성 필름 또는 시트로서, 예를 들면 라미네이트 가공에 의해 발열 기포(1)를 끼워넣도록 발열 기포(1)의 표면 및 이면에 접착되어 있다. 보호 시트(2)의 재료로서는, PET(Polyethylene terephthalate) 등의 수지나 고무 등의 엘라스토머를 들 수 있다. 아울러 보호 시트(2)로서 PET 필름을 이용할 경우 그 두께는 예를 들면 0.1㎜이며, 천연 고무시트를 이용할 경우 그 두께는 예를 들면 1㎜이다. 아울러 본 발명에서 보호 시트(2)는 반드시 필요하지는 않다. 따라서 발열 기포(1)가 외부에 노출된 상태로 사용하는 것도 가능하다.

도 6은, 1OV, 20V, 30V, 33V의 전압을 발열사(3a)(3b)에 인가했을 때의 보호 시트(2)의 표면 온도 변화를 도시하고 있다. 아울러 이 측정에서는 기온 17℃ 아래에서 길이 900㎜의 발열사(3a)(3b)에 대해 교류 전류를 흐르게 한다. 동 도면에 도시한 바와 같이 발열사(3a)(3b)에 인가되는 전압을 변경하면 그 표면 온도는 신속하게 변화되고 인가 전압의 상승에 맞춰 표면 온도도 신속하게 상승했다. 예를 들면 33V의 전압을 인가했을 때 발열사(3a)(3b)의 면형 발열체(20)의 표면 온도는 약 46℃였다.

도 7은, 단위길이당 저항값이 다른 탄소 섬유(15)를 이용한 발열사(3a)(3b)에 대해 전압을 인가했을 때의 전류치, 소비 전력 및 그 표면 온도를 측정한 결과를 도시한 표이다. 도 8은, 도 7의 측정 결과로 소비 전력과 발열사(3a)(3b)의 표면 온도와의 관계를 도시한 그래프이다. 이들 표 및 그래프에 도시한 바와 같이 탄소 섬유(15)로 이루어진 발열사(3a, 3b)를 이용하면 소량의 소비 전력으로도 충분한 온도 상승을 얻을 수 있다. 발열사(3a, 3b)를 격자형으로 짠 발열 기포(1)에서는, 같은 인가 전압 및 인가 전류에서의 발열사(3a, 3b) 단체(單體)의 경우보다 온도가 더욱 높아진다. 이것은, 발열사(3a, 3b)를 근접 배치함으로써 서로 따뜻하게 할 수 있게 되어 보호 시트(2)의 축열 효과나 시트(2)에 의한 보온 효과의 상승(相乘) 효과를 얻을 수 있기 때문이다.

이상과 같이 본 실시형태의 면형 발열체(20)에서는, 발열 기포(1)가 발열사(3a, 3b)와 도전사(4)를 포함한 일체의 편조직(편물)으로서 형성되어 있다. 따라서 나중에 발열사(3a, 3b)나 구리선(4)을 장착하는 번거로움이 없어 생산성이 우수하다. 또 발열사(3a, 3b)와 구리선(4)은 바탕실(11)이나 삽입사(12, 13, 14)와 휘감겨 있기 때문에 내구성이 우수하여 빠지거나 어긋나지 않는다. 또한 발열 기포(1)를 보호 시트(2)로 피복한 경우에는 그 내구성이 한층 더 향상됨과 동시에 온도의 균일화, 보온성 향상이라는 효과를 얻을 수 있다.

아울러 면형 발열체(20)는 발열사(3a)만 있는 발열 기포(1)로 구성되어도 좋다. 즉, 발열사(3b)의 편성을 생략해도 좋다. 이 경우에도 면형 발열체(20)는 발열사(3a)와 도전사(4)를 포함한 일체의 편조직(편물)으로서 형성되므로 상술한 바와 같은 효과를 발휘할 수 있다.

발열 기포(1)에 발열사(3a, 3b)가 세로 방향과 가로 방향으로 격자형으로 짜여져 있는 경우에는 면형 발열체(20) 전체를 효율적으로 또한 재빨리 승온시킬 수 있게 된다. 또 가령 가로 방향의 발열사(3a)가 단선되었다 해도 그 발열사(3a)와 교차하여 배치된 세로 방향의 발열사(3b)를 경유하여 단선된 발열사(3a)에도 전류가 흐른다. 따라서 발열하지 않는 부분을 최소한으로 억제할 수 있다. 또한 발열사(3a, 3b)들 사이에 빈틈(5)을 가진 그물 모양으로 편성됨으로써 발열 기포(1)의 경량화나 제조비용 절약을 꾀할 수 있다. 발열사(3a, 3b)에 피치계의 탄소 섬유(15)를 이용하여 그 저항값을 50∼1000Ω/m로 했기 때문에 내구성이 우수하고 또한 발열 효율이 높아 소비 전력이 적은 고성능의 면형 발열체가 된다.

본 발명은 이상에서 설명한 실시형태로 한정되지는 않는다. 발열 기포(1)의 편성 패턴(P1, P2, P3, P4)은 적절히 변경할 수 있다. 또 발열사(3a, 3b), 도전사(4), 바탕실(11), 삽입사(12, 13, 14)의 각 종류 및 재질도 적절히 변경할 수 있다. 예를 들면 도전사(4)에 관하여는, 구리선 이외에 나일론 등의 합성 섬유에 구리 등의 금속을 도금 가공한 것을 이용할 수도 있다.

본 발명의 면형 발열체는 보온 기구로서 이용할 수 있다. 이 경우, 예를 들면 의자의 좌석면에 붙이거나 쿠션, 모포나 의복 등에 매립할 수 있다. 또 이 면형 발열체는 주택의 마루 난방 장치나 옥외의 제설 장치 등으로서 이용할 수도 있다. 상술한 바와 같이 보호 시트(2)로 발열 기포(1)를 피복하는 것은 필수는 아니므로 발열 기포(1) 자체를 직접 의자의 좌석면 등에 매립해도 좋다. 발열사는 통전에 의해 발열하는 실이면 되고, 피치계 이외의 탄소 섬유(예를 들면 PAN(Polyacrylonitrile)계 탄소 섬유)를 이용한 것이어도 좋다.

<산업상 이용 가능성>

Claims

면형 발열체로서,
편조직,
상기 편조직에 세로 방향으로 간격을 두고 가로 방향으로 짜여진 복수 개의 제1 발열사,
상기 가로 방향에서의 상기 편조직의 양측 테두리부에 세로 방향으로 짜여진 복수 개의 도전사,
세로 방향으로 상기 제1 발열사와 교차하도록 짜여진 복수 개의 제2 발열사,
를 구비한 것을 특징으로 하는 면형 발열체.
제1항에 있어서, 상기 제1 발열사 및 상기 제2 발열사는 각각의 사이에 빈틈이 있도록 그물 모양으로 편성되어 있는 것을 특징으로 하는, 면형 발열체.
제1항에 있어서, 상기 제1 발열사는 50~1000Ω/m의 저항값을 가진 피치계의 탄소 섬유로 이루어진 것을 특징으로 하는, 면형 발열체.
제1항에 있어서, 상기 제2 발열사는 50~1000Ω/m의 저항값을 가진 피치계의 탄소 섬유로 이루어진 것을 특징으로 하는, 면형 발열체.
제1항에 있어서, 상기 편조직 전체를 피복하는 수지 또는 고무의 시트를 더 구비한 것을 특징으로 하는, 면형 발열체.