专利名称：柔性座垫加热器的制作方法
技术领域：
本发明涉及适合使用在汽车部件中的加热系统，但其也可以使用在其它方面。尤其是，本发明涉及一种具有绝缘基层的加热装置，该绝缘基层具有一导电材料和一印制在其上的电阻网层，该加热装置尤其适合使用在柔性应用中，如加热汽车座垫。
背景技术：
在汽车工业中使用具有温度调节性能的加热装置。一些诸如用于外反射镜的自动调节加热器这样的汽车应用不需要柔性。这些加热器在美国专利US4,931,627和US4,857,711中已经公开，本申请通常具有这两篇文献所公开的内容。
上述类型的自动调节加热器构造在一聚酯基层上，该聚酯基层不允许拉伸且只有有限的柔性。这些产品特性允许印制有网层的加热器和导体迹线(conductor trace)在许多应用中适当地起作用。当使用在非柔性应用中，如反射镜加热器时，就不需要拉伸和柔性。但是，在需要柔性的应用中，如汽车的座垫加热器，也希望使用自动调节加热器。在这些应用中，对耐久性而言也需要刚性，以便包含加热器的导体迹线不能拉伸而且不能扯断。然而，上述不变的刚性由于限制了加热器适应使用者的能力而导致座垫不舒适。另外，当加热器弯曲时聚酯基底的刚性将产生折皱噪声。此外，在诸如汽车座垫这样的应用中，来自加热器的折皱噪声是令人讨厌的。另外，座垫加热器必须透气(breathe)。座垫覆盖物常常由可透气的材料或其内具有小针孔的材料构成。用于座垫中的填料或泡沫材料也设有透气用的孔。透气是必须的，以通过毛细作用带走由于使用者长时间使用而留在座垫中的湿气。另外，一些汽车座垫甚至设有通风系统，其包括电风扇和/或空调回路。因此，作为座垫上表面附近的一层而设置的加热器也必须是透气的，以便为使用者提供适当的通风和舒适感。
本申请的母申请提供一种当需要柔性，例如在汽车座垫这样的汽车应用中时令人非常满意的柔性加热器。然而，其需要进一步改进，以允许加热器的材料能够更好地弯曲，而在性能上，尤其是有关加热能力和加热的均匀性方面没有任何下降。尤其是，需要提供最大的柔性和最大的加热器表面积。类似地，在提供改进的应力释放、柔性和通风方面需要进一步改进。
发明内容
本发明提供一种尤其适用于汽车座垫并具有有利地设计的孔的自动调节加热器，其具有改进的柔性，减小了来自折皱的噪音并具有有利于加热均匀性而增加了的表面积。
在本发明的一个方面，本发明提供一种当连接到电源上时用于产生热量的加热装置，该加热装置具有位于一柔性部件下面的电绝缘基层和通过基层和部件的多个孔。至少其中的一些孔为狭小的细长孔。导电层是以一种方式印制在基层上的网层，其形成一包括沿基层的相对两侧延伸的第一和第二汇流条(busses)的汇流条结构，和电连接到相对的汇流条上并在汇流条之间延伸的交替迹线。这些迹线环绕着上述孔。电阻层涂敷在导电层上，以便当电源连接到加热装置的汇流条结构上时，能够产生热量。
在本发明的另一方面，本发明提供一种当连接到电源上时用于产生热量的加热装置，该加热装置具有带有多个延伸通过的十字形孔的电绝缘基层。一位于基层上的导电层包括沿基层的相对边缘延伸的汇流条和从汇流条延伸并围绕上述孔的迹线。电阻层紧靠在导电层上，以便当电源连接到加热装置的汇流条结构上时，能够产生热量。
在本发明的另一方面，本发明提供一种当连接到电源上时用于产生热量的加热装置，该加热装置具有一基层和一层电阻材料。多个十字形孔穿过基层和电阻材料形成。一层导电材料形成一沿基层的一个边缘和电阻材料延伸的第一汇流条，一沿基层的相对边缘和电阻材料延伸的第二汇流条，多条从第一汇流条朝向第二汇流条延伸的第一迹线和多条从第二汇流条朝向第一汇流条延伸的第二迹线。第一和第二迹线围绕至少一些上述孔，并彼此交替设置。
因此，本发明的一个特征是提供一种尤其用于汽车工业的座垫加热应用的加热装置，，其在不影响性能的情况下提供增加的柔性和抗疲劳性。
因此，本发明的一个特征是提供一种尤其用于汽车工业的座垫加热应用的加热装置，，其在产品的整个使用寿命中均保持其加热能力和加热均匀性。
因此，本发明的一个特征是提供一种尤其用于汽车工业的座垫加热应用的加热装置，，其能够在重复弯折之后保持其性能。
因此，本发明的另一个特征是提供一种尤其用于汽车工业的座垫加热应用的加热装置，，其当弯折或甚至拉伸时提供减小的应力。
因此，本发明的另一个特征是提供一种尤其用于汽车工业的座垫加热应用的加热装置，，其提供改进的通风性能。
在下面详细的描述、权利要求和附图的基础上，本发明的其它特征和优点对本领域技术人员来说将变得很明显，附图中相同的标记表示相同的零件。
图1为示出了根据本发明加热装置中的各层的剖视示意图；图2为示出了根据本发明加热装置中的另一顺序的各层的剖视示意图；图3为根据本发明加热器的一个实施例的示意性平面图；图4为图3示出的加热器中的电阻层的示意性平面图，其示出了其内的孔；图5为图3示出的加热器的示意性平面图，但是仅仅示出了其上有电路的电阻层而没有显示穿过图4所示层的孔；图6为示出了用于本发明加热器的印制电路的另一实施例的示意图；图7为用于本发明加热器的印制电路的另一实施例的示意图；以及图8为根据本发明加热器的另一实施例的示意性平面图。
在详细说明本发明的实施例之前，应该理解的是本发明并不仅仅将其应用局限于下面描述的或附图所示部件的结构细节和布置方式。本发明可以有其它的实施例并且可以以各种方式进行实践或实现。同样，应该理解的是在此使用的用语和术语是为了描述，而不应该认为是对其进行限定。在此使用的“包括”，“由……组成”和其各种变化形式意味着包含其后所列的物件及其等价物，以及附加的物件及其等价物。
具体实施例方式
现在详细参考附图，图3-5示出了本发明加热装置10的典型外形，尤其是用于汽车座垫或类似应用中的加热器的外形。类似应用包括越野汽车、海上应用以及类似应用，但不仅仅局限于此。
图1示出了根据本发明的一个实施例的加热装置10的顺序层。加热装置10设置成放置在一层泡沫橡胶12或座垫的其它弹性垫层或填密材料上。图1示出的实施例的加热装置10包括电阻或热敏电阻层14、导电层16以及粘结层18。包括各种汇流条(busses)、导电迹线和如图3-8所示的类似线条的导电层16可为直接印制在基层20上的网层，在这种情况下不需要粘结层18，如图2所示。基层20由电绝缘材料形成，如涤纶薄膜(Mylar)这样的聚酯薄膜，但是根据本发明的原理，也可以由任何合适的材料形成。例如，基层20可以由各种聚合物薄膜和其它绝缘材料形成。而且，基层20设置成足够薄，以允许热可以从其中通过，但是也足够厚来提供与本发明所教导的一致的机械性能。如果导电层16不是印制在基层20上(如，它可以印制在热敏电阻层14上)的网层，那么通常需要粘结层18。粘结层18由任何合适的材料形成，并且以现有技术中的任何合适的方式进行涂敷。导电层16通常由导电金属，如铜、银、金、铝、碳或石墨材料形成，也可以为固有的导电聚合物，如聚苯胺(polyaniline)或polypryrrole。然而，本领域技术人员在这些所公开内容的研究基础上认可一定范围的等价替换的材料。通常来说，导电材料由聚合物基体中的细小薄片材料形成。如果这种材料导致过度拉伸或重复拉伸引起疲劳，导电层通常就会破裂，从而出现不希望的拱形。因此，根据本发明，基层20适合于保护和阻止导电层16在需要柔性加热器的应用中免受破坏。
将电阻或热敏电阻层14涂敷到导电层16上。电阻层14可以为苯基硫脲(PTC)材料，以提供一自动调节加热器或可以是需要电子控制器(未示出)来调节热度的固定电阻元件。电阻层14通常为一聚合物厚的薄膜。制成的加热装置10可以设置在汽车座垫的一层座垫装饰织物层22和内部泡沫橡胶12之间。加热装置10可以由泡沫层压而成，以便容易并入座垫中。虽然没有示出粘结层和织物层，但是其可以位于热敏电阻层14和泡沫材料12之间。但是，图2示出了粘结层24，通过该粘结层24可以将加热装置10固定到泡沫橡胶12或任意织物层(未示出)。粘结层24可以由任何合适的材料形成，但是根据本发明的原理，尤其适合使用压敏粘结剂。粘结剂和织物可以以任何合适的方式，如通过层压来进行涂敷。织物可以优选由阻燃剂材料形成。织物也可以优选为用于加热器组件的隔音器、大型稳定器和绝热器。织物的密度可以为每平方码1至10盎司，但是也可以为其它合适的密度。阻燃剂材料可以为卤素/锑、三聚氰胺、磷或无机阻燃剂化学制品。
根据本发明的一个实施例，作为另外的选择，绝缘膜(未示出)通过层压可以施加在导电层16上该绝缘。膜(未示出)提高了加热装置10的抗化学性和耐久性。因此，加热装置10可以获得改进的抗化学制品性，所述化学制品可以是在一些加工汽车座垫中遇到的增塑剂和溶剂。层压通过阻止导体中的银和炭黑由于与织物或其它座垫部件接触和磨损而被去除来进一步保护加热装置10的表面。粘结层进一步帮助减少或消除导电层16的破裂，从而延长导电层16和加热装置10的使用寿命。例如，使用具有聚酯粘结剂的聚酯薄膜。然而，也可以使用其它类型的膜，如尼龙、聚烯烃和聚酰亚胺，以及其它类型的粘结剂，如环氧树脂和聚丙烯粘结剂，或者相同类型的压敏粘结剂而不是需要加热激活的粘结剂。
现在参考图3，4和5，示出了导电层16和电阻层14的构造的第一实施例。加热装置10包括边缘30、32、34和36，所示的典型实施例包括四个边缘30、32、34和36。本领域技术人很容易理解，根据应用的需要，加热装置10可以构造为各种形状和尺寸。图3-5所示的加热装置10的实施例仅仅是一种用于加热座垫的合适构造。
形成导电层16以构成主汇流条(main buss)40和主汇流条接地线42。主汇流条40沿一边缘30延伸，并且电连接到导线44上。主汇流条接地线42沿与边缘30相对的边缘32延伸，并且电连接到导线46上。导线44和46将汇流条40和42以公知的方式电连接到电力系统上，以将电流供应到加热装置10上。汇流条40，42从加热装置10的一个剩余边缘36附近延伸到其相对的剩余边缘34附近。
多条迹线50，52从汇流条40，42分别朝另外的汇流条42，40延伸。迹线50，52彼此交替，并且可交替地连接到汇流条40，42上。因而，在从边缘34朝向边缘36的方向上，第一迹线52电连接到汇流条42上，并且与连接到汇流条40上的一第一迹线50邻接。该第一迹线50邻接一第二迹线52，其又邻接第二迹线50，从边缘34到边缘36如此循环下去。每条迹线50电连接到主汇流条40上，每条迹线52电连接到主汇流条接地线42上。
设置孔60、62使它们通过加热装置10的所有层，并且其中一些孔60具有细长形状，而另外一些孔62大致为圆形。为了清楚起见，在附图中仅用标号标识了一些孔60、62而不是所有的孔60、62。圆形孔62在将加热装置10并入座垫结构的情况下提供了许多优点，其后进行更充分地描述。然而，根据本发明，加热装置也可以全部设置细长孔60。在所示的典型结构中，细长孔60包括两个彼此成直角交叉的细长槽64、66，从而形成具有十字形或T形结构的孔60。十字形或T形结构提高了加热装置10在各个方向的柔性，但是也可以使用其它的细长槽结构。例如，在加热装置10的一些应用和使用中，细长孔60可以使用单个的槽。当只需要有限的柔性时，单个槽的孔60可以布置在不同的方向或布置在单一方向上。另外，当槽64、66如图所示彼此交叉时，槽64、66的交叉可以不在每个槽的中点。另外，槽64和66的交叉不需要总是以直角进行，槽64、66可以形成X形的结构。另外，三个或更多槽可以布置成以各种角度彼此交叉。
作为十字形形成的多个细长孔60被相互靠近地设置，以便为加热装置10提供柔性。然而，不同于使用所有的圆形孔62，十字形孔60在围绕十字形孔的各个臂的四个象限提供了附加的表面积。因此，迹线50或另一迹线52或两条迹线50、52可以设有支线(spur)70，所述支线从迹线50或另迹线52延伸入与十字形细长孔60的细长槽64、66邻接的附近象限。为了清楚起见，在附图中仅用标号标识了一些支线70而不是所有的支线70。附图示出的一个合适的结构具有设置成沿细长槽64、66的轴线成行和列对齐的十字形孔60，并且相邻的行和列彼此错开(offset)，以便孔60在邻近的行和列中交错并且相互靠近嵌套。
细长孔60在加热装置10中提供足够的开口面积，以便为加热装置10提供所需的柔性和通风性能。另外，大的开口面积可以减少来自加热装置10的折皱或弯曲引起的噪音。十字形孔60和具有与槽64、66的长度相同的直径的圆形孔基本上提供相同程度的柔性，然而，因为槽64、66附近的剩余象限，与使用圆形孔相比在导电层16上可得到更多的表面积。因而，通过将迹线50、52和支线70紧密地设置在细长孔60周围和它们之间，迹线50、52和支线70可以设置为更大的总长度。当迹线50、52和支线70设置的密度更大时，沿加热装置10的表面的加热更加均匀。
为了提高由汇流条40、42覆盖的加热装置10区域中的柔性，细长开口80沿其长度设置。为了清楚起见，在附图中仅用标号标记了一些开口80而不是所有的开口80。在示出的优选典型实施例中，开口80延伸通过加热装置10的所有的层。如同孔60一样，开口80提高了柔性和通风性能。
在座垫结构中，通常将各种层缝合在一起。但是，不希望所述的缝合对迹线50、52或支线70连续性的破坏比必然的更多。因此，图3示出了稍微放大的相互连接的细长孔90和紧密间隔的圆形孔62，这些孔限定了缝合线92、94和96的优选位置。稍微放大的细长孔90和圆形孔62提供适当尺寸的目标面积，通过所述面积可以进行缝合，其对导电层16和迹线50、52和其支线70的破坏可以减至最小。
本发明也适合具有系紧通道(tie-down channel)的汽车座垫，该系紧通道通常使用在汽车座垫结构中。图8示出了加热装置100的结构，在该装置中，开口区域102邻近相对限定的加热区域104、106和108设置。加热装置100可以在区域102处折叠并放入座垫结构的系紧通道中，以便不需要缝合就能安装在座垫上。通过选择各加热区域的尺寸、数量和形状，对各种尺寸、形状和式样的座垫而言可以提供整个座垫加热。
作为十字形的细长孔60的不连续切口优于通过加热装置10而形成的简单切口。十字形孔60可以形成有圆形端，如图所示，以提供应力释放并减少由于使用时的弯曲和挠曲造成的潜在的撕裂。
应该进一步认识到可以为孔60、62周围和附近的迹线50、52和支线70设计各种图案。通常最好靠近孔60、62的边缘设置迹线60、62。狭小和细长的孔60在邻近的迹线50、52之间形成最小的间隔，从而比专门使用相同尺寸的圆形孔62提供更均匀的热量分布。图6示出了围绕孔60而不具有支线70的迹线图案。图7示出了具有支线122的迹线120，该支线带有从其中延伸的分支124。为了清楚起见，在附图中仅用标号标识了一些支线122和一些分支124而不是所有的支线122和分支124。本领域技术人员很容易认识到迹线、支线和/或分支的其它结构也可以很方便地用于本发明。
上述内容的变化和修改落入本发明的范围之内。应该理解的是在此公开和限定的本发明延伸至上述或从文本和/或附图中显然得出的各特征的两个或多个特征的所有不同组合。所有这些不同的组合构成本发明的各种可选择的方案。在此描述的实施例说明用于实施本发明公知的最好的模式，并且能够使本领域的其它技术人员使用本发明。权利要求包括现有技术允许的范围内的可选择的实施例。
本发明的所有特征在下面的权利要求中提出。
权利要求
1.一种当连接到电源上时产生热量的加热装置，其包括一位于一柔性部件下面的电绝缘基层；多个通过所述基层和所述部件的孔，至少一些孔为狭小的细长孔；一以一种图案设置在基层上的导电层，其形成包括沿所述基层的相对两侧延伸的第一和第二汇流条的汇流条结构，和电连接到相对的所述汇流条上并在所述汇流条之间延伸的交替迹线，所述迹线围绕所述孔，其中当所述基层受到弯折作用时，该基层适合限制所述导电层的拉伸，以便提高导电层的耐久性；以及一涂敷在导电层上的电阻层，以便当电源连接到加热装置的汇流条结构上时，能够产生热量。
2.如权利要求1所述的加热装置，其中所述孔包括相互交叉的细长槽。
3.如权利要求2所述的加热装置，其中所述的相互交叉的槽基本上彼此正交，从而形成十字形孔。
4.如权利要求2所述的加热装置，其中所述的相互交叉的槽相互平分。
5.如权利要求2所述的加热装置，其中所述的孔沿所述槽的轴线成行和列对齐。
6.如权利要求5所述的加热装置，其中邻近的行和列彼此相对错开并且邻近的行和列的孔交错。
7.如权利要求5所述的加热装置，其中还包括从至少一些迹线朝向下一条邻近的迹线延伸的支线。
8.如权利要求1所述的加热装置，其中还包括从至少一些迹线朝向下一条邻近的迹线延伸的支线。
9.如权利要求1所述的加热装置，其中包括通过所述基层和部件的细长孔，所述孔包括相互靠近嵌套的多行十字形孔。
10.如权利要求1所述的加热装置，其中所述孔包括限定缝合区域的放大的孔，缝合区域用于将所述加热装置缝合成某种结构。
11.一种当连接到电源上时用于产生热量的加热装置，其包括一具有许多延伸通过的十字形孔的电绝缘基层；一位于所述基层上的导电层，其包括沿基层的相对边缘延伸的汇流条和从所述汇流条延伸并围绕所述孔的迹线；以及一紧靠在导电层上的电阻层，以便当电源连接到加热装置的汇流条结构上时，能够产生热量。
12.如权利要求11所述的加热装置，其中至少一些迹线包括朝邻近的迹线延伸的支线。
13.如权利要求12所述的加热装置，其中至少一些支线包括从其中延伸的分支。
14.如权利要求12所述的加热装置，其中所述支线延伸进入形成所述十字形孔的细长槽之间的象限。
15.如权利要求14所述的加热装置，其中至少一些支线包括从其中延伸的分支。
16.如权利要求11所述的加热装置，其中加热装置构造成作为汽车座垫的加热器。
17.一种当连接到电源上时用于产生热量的加热装置，其包括一基层；一层电阻材料；多个穿过基层和电阻材料形成的十字形孔；一层导电材料，其形成沿所述基层和所述电阻材料的一个边缘延伸的第一汇流条、沿所述基层和所述电阻材料的相对边缘延伸的第二汇流条、多条从所述第一汇流条朝向所述第二汇流条延伸的第一迹线和多条从所述第二汇流条朝向所述第一汇流条延伸的第二迹线，第一和第二迹线围绕至少一些孔，并彼此交替设置。
18.如权利要求17所述的加热装置，其中至少一些迹线包括从其中延伸的支线。
19.如权利要求18所述的加热装置，其中所述的支线延伸进入限定在十字形孔附近的电阻层的象限。
20.如权利要求19所述的加热装置，其中至少一些支线包括从其中延伸的分支。
全文摘要
一加热装置包括一位于电绝缘基层上的导电层。基层和导电层具有多个从其中穿过的十字形孔。导电层包括汇流条和从汇流条延伸的迹线，所述汇流条围绕所述孔。电阻或热敏电阻层设置在导电层上面。
文档编号H05B3/34GK1717126SQ20051007721
公开日2006年1月4日 申请日期2005年6月16日 优先权日2004年7月1日
发明者F·布加朱斯基 爱德华 申请人:伊利诺斯器械工程公司