JP4705546B2 - 面状発熱体とこれを用いた衣料 - Google Patents
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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、
(e)高効率で保温効果を呈すること
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いない。さらに(e)の保温効果についてもさらなる向上を図る必要があり、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。
さらに、前記金属被覆層の主材料には銀材料を選択することもできる。
また、前記芯糸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。
ここで、前記面状発熱体は金属被覆糸を編織して構成されるため、当該糸同士の間に一定の間隙が確保される。このため、単なるフィルム状のシート体と異なり、通気性が遮断されて失われることはない。
さらに、Ag材料を利用した金属被覆繊維については製造技術が確立しており(特許文献4及び5)、これを本発明の金属被膜糸に利用すれば、洗濯処理による劣化防止等の日常生活耐性を十分備える発熱体が実現されることとなる。
また特許文献3には、ニクロム線等をガラスコートした電熱線を利用する構成が開示されているが、この構成では柔軟性が得られにくく、本発明の有するウェアラブル性に及ばないことが明らかである。
従って、一度面状発熱体に給電し、所定温度に達した後に給電を停止しても、所定期間、保温効果の持続を望むことができる。これにより、中空部を有する芯糸を面状発熱体に用いることで、発熱効果と保温効果の優れた両立を実現することができる。
また当該異形断面芯糸では、突起対が一定の距離をおいて、その空間を囲むように配設されていることから、単純な突起を有する従来の井桁異形断面糸に比べ、空気層の保持力が高くなっている。このため、従来に比べて空気層の滞留効果も高く、長期間にわたる保温効果が期待できる。
このように、本発明における異形断面芯糸によれば、保温効果と後処理の薬剤保持効果の両立を図ることができるものである。
<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1の構成を示す図である。
図1(a)は面状発熱体1の外観図、図1(b)は面状発熱体1の部分拡大図である。
面状発熱体1は、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とで構成される。
なお発熱部10の全体形状は、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3を用いることは必須ではなく、金属被覆糸2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3を含む構成とするのが好適である。
当該電極部11R、11Lは、例えば金属被覆糸2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2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。
図2は、本発明の金属被覆糸2の構成に掛かる斜視図である。図2(a)は金属被覆糸2の斜視図、図2(b)は金属被覆糸2の正面断面図である。
異形断面芯糸2xは、図5に示す紡糸装置6において、図6、7に示す異形断面糸用口金100よりポリマー溶液が押し出された糸材料Lが、その後に延伸処理等の所定の後処理を経て形成されるものである。その形状的特徴として、2個のリング体の一部を切り欠いてなるC型パターン部201、202が、互いの内部空間が重ね合わされるように重畳的に配され、口金100のノズルパターン150とほぼ同様の横断面形状を持つ。中空本体部212を中心とし、その円弧状側面から突起対201a、201b(202a、202b)が2対にわたり延出され、これが各先端部2010a、2010b(2020a、2020b)で一定のギャップをおいて形成されることで、帯状スリット221、222が配設されている。
すなわち、先に前記異形断面芯糸2xを紡糸し、これを一定量ワインディングした巻糸体を作製する。そして、当該巻糸体をメッキ槽に投入し、アルカリ処理、中和処理活性化処理を順次行い、その後にAgを用いた無電解メッキを施す。
なお金属被覆糸2は、複数本を束ねて縒り糸とし、当該縒り糸を絶縁糸3と組み合わせて面状発熱体1を構成してもよい。
異形断面芯糸2xに対する金属被覆層210の被覆態様は、必要な通電性、発熱性を得るために異形断面芯糸2x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、異形断面芯糸2xに対して金属細線を巻き付けて構成してもよい。
以上の構成を持つ面状発熱体1は、ミニプラグ用ソケット12R、12L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12R、12L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。
ここで、本発明の面状発熱体1は、金属被覆糸2及び絶縁糸3の編織物としても構成できる。編織物とすることにより、当該金属被覆糸2、絶縁糸3の間に均一に一定の間隙101が確保される。このため、例えば布地表面に対して一様に金属膜を配設した従来構成(特許文献2)に比べ、良好な通気性を確保することができる。また、発熱部10は繊維径、編織密度の各調節によって、金属被覆糸2及び絶縁糸3の密度を適度に維持しつつ、通気性を確保できる点で特に有効である。また、各種既存の合成繊維との交編又は交織も容易になっている。
なお本発明では、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2及び絶縁糸3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。
上記面状発熱体1としての効果の他、本発明では、さらに異形断面芯糸2xを用いたことによる特有の効果が得られる。
すなわち本発明の金属被覆糸2によれば、これを編織して衣料材料に用いた場合、第一の効果として、中空本体部212の内部に断熱状態で滞留される空気層が確保される。このため、これを熱媒体として円形断面を持つ中実の繊維等に比べて良好な保温効果が確保される。また、各突起対201a、201b(202a、202b)に囲まれたデッドエアー部211、213においても保温効果が確保される。また中空本体部212により空隙率(嵩密度)が高い構成であるから、比較的軽量に仕上げることができ、衣料用繊維として最適な構成となっている。
また、第二の効果として、突起対201a、201b(202a、202b)がデッドエアー部211、213を囲繞するように配設され、デッドエアー部211、213と対向する繊維表面については外部接触がほぼ遮断されていることから、後処理加工時に前記繊維表面に塗布された薬剤(例えば帯電防止加工剤や制菌・抗菌加工剤、防臭・消臭加工剤、遠赤外線加工剤など一般的に生地の後加工用として知られている薬剤)が、外部接触により脱落しにくい。このため異形断面芯糸2xによれば、従来技術における井桁異形断面糸に比べて後処理で付着させた薬剤を長期間維持でき、当該薬剤による効果を長期にわたり持続させることができる。
さらに第三の効果として、突起対201a、201b(202a、202b)の間に帯状スリット221、222が存在することにより、当該金属被覆糸22に付着した汗が帯状スリット221、222を通して、その内部に吸収される。そして、その後吸収された汗は、そのまま篭もり続けることなく、外部解放された前記帯状スリット221、222を通じて外気中に放散される。この作用のため、本発明によれば、吸汗・放散効果のいずれの効果も良好に発揮され、繊維のべたつきを防止し、ドライタッチに優れる肌触りの良い衣料を構成することができる。
(突起対の角度について)
金属被覆糸2における突起対201a、201b(202a、202b)は、デッドエアー部211、213を確保させるために空気層を保持できる角度に調整することが必要である。この点について、具体的な検討事項を説明する。
さらに、本発明の金属被覆糸2を構成するC型パターン部201(202)の重畳程度は適宜変更が可能であるが、横断面における全面積のうち、全突起対201a、201b(202a、202b)の面積が占める割合は1/2以上1/3以下とするのが望ましい。これは、主として中空本体部212に対する突起対201a、201b(202a、202b)のサイズを調整し、保温効果と後処理持続効果、並びに吸汗・放散効果の両立を図るためである。
ここでは、前記異形断面芯糸2xを紡糸するための紡績装置6の構成について説明する。図5は、紡績装置6の構成を示す図である。
紡績装置6は、いわゆる溶融紡糸法方式を採用する溶融紡糸装置であって、上流側からチップタンク17、装置本体部20、異形断面糸用口金100、冷却空気吹付セル30、冷却筒40、及びオイリングローラR1、R2、ゴデットローラR3、R4、未延伸スプールSP等で構成される。
チップタンク17に投入される樹脂チップとしては、例えば各種合成繊維材料をペレット状にしたものを用いる。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。これらの材料のいずれかを単独、または2種類以上を混合して用いることができる。
押出機21は、チップタンク17から供給される樹脂チップを内部通路とスクリューとの間に充填させて搬送するものであり、スクリューを回転させて搬送しつつ、樹脂チップを加熱溶融させてポリマー溶液とし、これをポリマー溶液流路24を通じて計量ポンプ22へ導入する。なお流路P1は予備通路である。図5において、押出機21は外装を断面図で示している。
冷却空気吹付セル30は、異形断面糸用口金100より吐出される糸材料Lに対し、流路V1を通じてその側面より送風する役目をなす。尚、当図では糸材料Lは一本で示しているが、実際には後述のノズルスリット150の個数に応じた本数の糸材料が存在する。
オイリングローラ(油剤塗布ローラ)R1、R2、ゴデットローラ(巻き取り速度調整ローラ)R3、R4、未延伸スプールSPは、所定の引き取り速度に基づいて、摩擦の発生を抑制して高速で糸を巻き取るための構成である。
駆動開始時にオペレータはまず、所定の樹脂チップをチップタンク17に投入する。
そして、前記樹脂チップを押出機21において、これに内蔵されるスクリューの回転によって搬送されつつ加熱・溶融させる。
溶融された材料は、押出機21に内蔵されたギアポンプにより精密に流量を計測しつつ、口金より吐出される。当該吐出された糸材料Lは、下流側に配された各ローラR1〜R4を経て、未延伸スプールSPにて巻き取られる。当該巻き取られた未延伸の糸材料Lは、その後、所定の延伸工程において処理される。これにより異形断面芯糸2xが完成する。
図6は、上記紡糸装置6に装着される異形断面糸用口金100の構成を示す上面図である。図7(a)は図7(b)のx-x”線に沿った口金断面図、図7(b)は、ノズル板140の正面図をそれぞれ示す。
異形断面糸用口金100は、前記スペース部23の下流側に装着されるものであって、スペース部23から供給されるポリマー溶液を穿孔部130に導入し、これをノズルスリット150より吐出させて、所定の異形断面芯糸2xを紡糸するものである。
異形断面糸用口金100は、図5、図6(a)に示すように一定の厚みを持つ円盤状の口金本体部101を有し、その主面中央には、当該異形断面糸用口金100を厚み方向へ貫通するように、装置本体部20への装着機能をなす小径部1031及び大径部1032を備える開口部103が形成されている。一方、異形断面糸用口金100の前記主面には、その外縁付近に沿って、円周状に一定の幅の溝部102が形成されている。
ノズル板140に設けられたノズルスリット150は、図7(b)に示すように全体的には2つのリング状スリットの一部を切り欠いてなるC型スリット部151、152が互いに対称的に重なり合ったパターニング形状を持つ。具体的には、2つのC型スリット部151、152の各中央付近において、前記C型スリット部151、152の各円弧部分を一連の閉じた周縁とする環状のスリット本体部153が形成されている。また、当該スリット本体部153以外のC型スリット部151、152の各円弧の部分では、前記スリット本体部153を挟んだ左右両端側に、当該本体部153を点中心とする対称位置に、突起状スリット対151a、151b(152a、152b)が形成されている。
さらに、異形断面糸用口金100に設ける円形穿孔部130の数も、紡糸する規模等に合わせて適宜変更が可能であることは言うまでもない。
<ベストジャケット5の構成>
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。
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。
ベストジャケット5は、ベスト本体50と、ポケット51R、51Lを有し、中綿・外ナイロンの構成からなる。主な用途としてはスウェットパーカーやネルシャツのアンダーウェアとして用いられる構成を想定している。ここで、その素材に遠赤素材を用いることで、保温効果を高め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CL、バッテリーケースBTを給電方向上流側とし、下流側にコントローラCL、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12R、12L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CL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。
(芯糸の形状について)
上記実施の形態では、芯糸として異形断面芯糸2xを用いる構成を例示したが、本発明の金属被覆糸に用いる芯糸は、中空部を有する構成であればよく、前記異形断面芯糸2xの構成に限定しない。
上記実施の形態1では、異形断面芯糸2xの材料に一般的な合成繊維材料を用いる構成について説明したが、本発明では、セラミックスを添加した材料からなるセラミックス入の異形断面芯糸とすることもできる。
セラミックス材料としては、ZrC、TiC等炭化物系、CaO、Al2O3、SiO2、MgO、Ni2O3、TiO2、Fe2O3等の各種材料からなるセラミックスが利用できる。
また、セラミックス成分は、合成繊維材料と練り合わせて混合させることにより、洗濯を行ってもセラミックス成分が脱落しにくく、良好な耐洗濯性を付与することができる。このような性能は、製造した繊維を二次加工する上でも大きなメリットととなる。
前記用意したセラミックス粒子を、例えば予め前記樹脂チップと攪拌しながら予備混合をする。そしてこれを2軸押出機に供給して、溶融混練してペレット化する。セラミックス粒子と樹脂とが複合化された該ペレットを前記樹脂チップとしてチップタンクに投入し、押出機21にて溶融押出することで、後は実施の形態1と同様の方法に基づいてセラミックス入異形断面芯糸を作製できる。
(発熱部10の構成について)
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4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。
金属被覆層210は、芯糸の少なくとも一部の表面(例えば外評面のみ)に配設してもよい。このような構成でも、金属被覆層の配設規模に応じた発熱効果が得られることとなる。
本発明は、例えば防寒具等の保温性が要求される衣料として利用できる。また、後処理性に優れるため、例えばプリントシャツの生地、或いは交通安全標識用の反射マーク付きコート等の生地として利用することができる。衣料の形態としては、上着、肌着の他、ズボン、手袋、靴下等のいずれにも利用することも可能である。
BT バッテリーケース
R1、R2 オイリングローラ
R3、R4 ゴデットローラ
SP 未延伸スプール
1 面状発熱体
2 金属被覆糸
2x 異形断面芯糸
3 絶縁糸
4 配線
5 ベストジャケット(発熱ベスト)
6 紡績装置
10 発熱エリア
11R、11L 電極部
12R、12L ミニプラグ
16 発熱体セット
17 チップタンク
20 装置本体部
21 押出機(エクストルーダ)
22 計量ポンプ
23 スペース部
24 流路
30 冷却空気吹付セル
40 冷却筒
40R、40L、42R、42L ライン
41R、41L ソケット
100 異形断面糸用口金
101 間隙
130 穿孔
140 ノズル板
150 ノズルスリット
151、152 C型スリット部
151a、151b、152a、152b 突起状スリット
171、172 ギャップ
201、202 C型パターン部
201a、201b、202a、202b 突起対
210 金属被覆層
211 デッドエアー部
212 中空本体部
211、222 帯状スリット
1510a、1510b、1520a、1520b、2010a、2010b、2020a、2020b 先端部
Claims (7)
- 全体又はその一部が金属被覆糸で編織されたシート状の発熱部と、外部からの給電を受ける電極部とを備える面状発熱体であって、
前記金属被覆糸は、中空部を有する芯糸の少なくとも一部の表面に金属被覆層が配設されてなり、
前記芯糸は異形断面芯糸であって、
その横断面形状において、2つのリング体が、各内部空間の一部を重ね合わせた状態で配され、
各リング体は、前記重ね合わせ部分以外の領域の一部において切り欠き部を有し、
前記重ね合わせ部の内部を除くリング体の内部空間が、前記切り欠き部により外部解放されてなる
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。 - 前記芯糸は、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から3のいずれかに記載の面状発熱体。 - 請求項1から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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