发热体的制作方法

1.本发明涉及一种发热体。本技术要求基于2019年11月18日在日本提出申请的专利申请第2019-208251号的优先权，在此援引其内容。


背景技术：

2.作为面状发热体，已知例如，使用碳复合纤维的发热体。碳复合纤维的电阻高，需要较多电力，因此安全性令人担忧。
3.因此，专利文献1中公开了以具备针织物和电极部的布加热器作为发热体，该针织物由芯线表面被导电层(铜、铜合金、银等)覆盖的导电纱线(conductive yarn)连成多个线圈并将该线圈缠绕编织而成。该发热体中的电极部，由在芯线(合成纤维等)的外周将粗细更换的铜进行捻纱而形成的第1、第2电极纱线构成，第1电极纱线和第2电极纱线被缝入针织物的另一面。[现有技术文献][专利文献]
[0004]
专利文献1：wo第2013/085051号


技术实现要素：

[发明所要解决的课题]
[0005]
但是，专利文献1记载的发热体，由于电极部的导电部为铜，与作为针织物导电部的银的电阻不同，因此会产生过度发热和温度不均的问题。此外，由于过度发热可能会引起短路的出现，因此需要避免过度发热。
[0006]
上述问题，在例如将发热体用于与皮肤直接接触的护具(supporter)等时，会导致皮肤烫伤、无法达到所需温度而不能发挥作用等的问题。
[0007]
本发明是考虑了以上问题点而完成的，目的在于提供一种抑制耗电、过度发热和温度不均以及使用时短路、追随性也优异的发热体。[用于解决课题的手段]
[0008]
根据本发明的第1方式，提供了一种发热体，包含：发热部主体，其具有包含被导电性金属覆盖的导电纱线(conductive yarn)的机织物(woved fabric)或针织物(knitted fabric)；以及电极部，其沿着所述导电纱线的方向有间隔地设置在所述发热部主体上，包含具有所述导电性金属的材料。
[0009]
另外，在上述本发明的一个方式涉及的发热体中，所述电极部形成在所述发热部主体上配置有所述导电性金属的微粒的区域。
[0010]
另外，在上述本发明的一个方式涉及的发热体中，所述电极部是包含被所述导电性金属覆盖、沿着与前述导电纱线的配置方向交叉的方向配置的导电纱线的机织物或针织物。
[0011]
另外，在上述本发明的一个方式涉及的发热体中，所述电极部是由所述导电性金属形成、沿着与前述导电纱线的配置方向交叉的方向配置的箔。
[0012]
另外，在上述本发明的一个方式涉及的发热体中，所述发热部主体和所述电极部中的至少一方具有所述针织物。
[0013]
另外，在上述本发明的一个方式涉及的发热体中，所述针织物通过经编形成。
[0014]
另外，在上述本发明的一个方式涉及的发热体中，在所述发热部主体的至少一个面上，层叠有塑料膜。[发明的效果]
[0015]
本发明可以提供一种抑制耗电、过度发热和温度不均以及使用时短路、追随性也优异的发热体。
附图说明
[0016]
[图1]显示本实施方式的发热体的示意性平面视图。[图2]图1中的正面视图。[图3]局部显示形成发热部主体10的经编的针织物的一例的的组织的图。[附图标记]1
…
发热体；10
…
发热部主体；30
…
电极部；40
…
塑料膜；71、72、73、74、75、76
…
导电纱线
具体实施方式
[0017]
以下，参照图1～图3说明本发明的发热体的实施方式。另外，以下的实施方式表示本发明的一个方式，并不限定本发明，可以在本发明的技术思想的范围内进行任意变更。另外，在以下附图中，为了使各结构便于理解，会使实际结构与各结构中的比例尺和数量等不同。
[0018]
图1是显示本实施方式的发热体的示意性平面视图。图2是图1中的正面视图。
[0019]
如图1所示，发热体1具备发热部主体10、电极部30和塑料膜40(图1中未图示)。发热部主体10在平面视角下形成为大致矩形。电极部30在发热部主体10的长度方向上有间隔地配置。本实施方式的电极部30在发热部主体10的长度方向的两端有间隔地配置。
[0020]
另外，在以下的说明中，将沿着下述的发热部主体的导电纱线的方向、即电极部30相对于发热部主体10所配置的方向设为x方向，将与沿着所述导电纱线的方向交叉的方向、即与x方向正交的方向设为y方向，将与x方向和y方向正交的发热部主体10的厚度方向设为z方向，进行适当说明。
[0021]
发热部主体10具有：位于比y方向中央更靠近-y侧的矩形部11，从矩形部11的x方向两端分别向+y侧延伸之后向x方向的中央侧屈曲、沿x方向延伸的屈曲部12，以及从屈曲部12的前端起向+y侧延伸的突部13。沿x方向延伸的屈曲部12与矩形部11之间有间隙地配置。另外，屈曲部12的前端彼此之间以及突部13彼此之间有间隙地配置。
[0022]
在各突部13，分别设置有端子14。端子14介由配线15与电源16连接。作为电源16，直流电源和交流电源均可使用。使用直流电源的情况下，电源16可使用输出电压为dc1.5v以上、dc25v以下者。此时，作为电源16，可举出例如，dc1.5v的干电池、锂聚合物电池、锂电
池、固态锂电池。此外，电源16也可以使用恒定电压装置，该恒定电压装置中，通过ac/dc适配器，将ac100v或ac200v的交流电源转换成例如dc1.5v以上、dc25v以下的直流电流，输出转换后的直流电流。在将发热体1用作护具等的情况下，基于便携性的观点，优选电源16为直流电源(电池)。发热部主体的温度设定没有特别规定，但最好设定在20℃～100℃之间。作为此时的电极部的温度，最好低于发热部主体的温度或者20℃以下。
[0023]
发热部主体10由机织物或针织物形成。机织物通过将沿纵向呈直线状延伸的纱线(yarn)和沿横向呈直线状延伸的纱线垂直相交织进而构成。针织物是由纱线连成多个线圈(loop)、将这些线圈彼此规则缠绕而构成。作为本实施方式的发热部主体10，基于伸缩性的观点，优选为针织物。另外，作为本实施方式的发热部主体10，基于伸缩过大时则温度过度上升的观点，与线圈沿横向成圈同时制作针织物的纬编相比，优选为线圈沿纵向成圈同时制作针织物的经编。
[0024]
图3是局部显示形成发热部主体10的经编的针织物的一例的组织的图。如图3所示，实线表示的纱线是由同一筘提供的可染纱线61、63、65，实线表示的纱线是由其它的同一筘提供的可染纱线62、64、66，可染纱线61、63、65与可染纱线62、64、66呈镜面对称编成，形成网眼经编织物(net warp-knitted fabric)。粗实线表示的纱线是由同一筘提供的导电纱线71、73、75，粗虚线表示的纱线是由其它的同一筘提供的导电纱线72、74、76，导电纱线71、73、75与导电纱线72、74、76一起插入由可染线纱编成的网眼经编织物。
[0025]
图3中，导电纱线71、73、75的组与其他组的导电纱线72、74、76在经编织物中交叉。如上所述，由于导电纱线的表面被金属覆盖，因此相邻的导电纱线交叉并沿x方向配置，由此，经编织物中的实质上所有导电纱线都被电气连接。其结果是，即使在导电纱线中的一个断线的情况下，也能够抑制在y方向特定位置处不被加热、产生过度发热和温度不均这一情况。
[0026]
导电纱线71～76例如由由纤维形成的芯线和覆盖该芯线表面的导电层(导电物质)构成。作为导电层，例如由金、银、铜、锌、铅、锡、铝、铁等金属形成。导电层可对应于所使用的金属，例如通过蒸镀、电镀等形成。即，导电纱线71～76是镀覆金属纱线。作为形成导电层的金属，考虑到成本、对生物体的过敏反应以及电阻小，优选为银、铜、金、铁，更优选为银、铜。
[0027]
作为芯线，可使用例如，聚酰胺纤维、聚酯纤维、聚氨酯纤维、尼龙纤维、丙烯酸(类)纤维(acrylic fiber)、维尼纶纤维(vinylon fiber)、聚乙烯纤维、聚氯乙烯纤维、聚丙烯纤维等各种合成纤维、醋酸纤维(acetate fiber)、聚乳酸纤维等各种半合成纤维、棉、麻等各种天然纤维、人造纤维(rayon)等各种再生纤维。关于导电纱线71～76的粗细，在银镀覆金属纱线时采用10d～110d左右的单丝(monofilament)或复丝(multifilament)，这种纱线时的含银率按重量换算计为10％～50％。
[0028]
电极部30形成在发热部主体10中的矩形部11的x方向两端部、所述屈曲部12和突部13。如图1和图2所示，电极部30中，作为具有导电性金属的材料，具有设置在发热部主体10的两端部和发热部主体10的+z侧的面10a上的金属微粒层31。金属微粒层31形成在发热部主体10上配置有导电性金属的区域。作为金属微粒层31的形成方法，没有特别限定，可选择例如，使用含有金属微粒的墨水的丝网印刷、胶版印刷、喷墨印刷等各种印刷方法。
[0029]
作为形成金属微粒层31的金属微粒，可选择与形成导电纱线71～76的导电层的金属相同的金属的微粒。在本实施方式中，如上所述，考虑到成本和对生物体的过敏反应，使用银的微粒。更具体地，微粒是银粒径为纳米级(0.01～50微米)的纳米银粒子。
[0030]
本实施方式所示的微粒是指，没有形状等的限制，通过动态(
·
静态)光散射测定装置测定的平均粒径为0.01～50微米的微粒。作为微粒的平均粒径，优选为0.01～50微米，更优选为0.5～50微米，进一步优选为1～20微米。作为微粒粒径的测定方法，可举出例如，德国alv公司制造的cgs-3、anton paar公司制造的saxsess mc2等。
[0031]
在发热部主体10上层叠有金属微粒层31的电极部30中，通过紧密配置的微小金属微粒的集合体，会作为线状的导电体而发挥作用。另外，通过金属微粒附着在导电纱线，藉此发热部主体10的导电纱线与金属微粒层31电气连接。
[0032]
如图2所示，塑料膜40层叠在发热部主体10的-z侧的面10b上。塑料膜40可为层叠在发热部主体10的z方向的两面的结构。作为塑料膜40，为了维持发热部主体10的伸缩性，例如由聚酯、聚氨酯、聚烯烃等弹性体形成。
[0033]
上述结构的发热体1可广泛用于例如，安装在毛毯等的内侧、安装在椅子的就座面、安装在内衣和鞋类上、或者是护具的至少一部分、其他设备和材料、与其附随的水等的保温、等。
[0034]
上述结构的发热体1中，通过介由配线15、端子14和电极部30从电源16供电，藉此向导电纱线71～76通电，发热部主体10发热。
[0035]
在本实施方式的发热体1中，形成发热部主体10中的导电纱线71～76的导电层的金属、与形成电极部30(金属微粒层31)的金属由同一金属形成，因此发热部主体与电极部的电阻差变小，能够抑制电极部30的过度发热和短路的危险性，提高安全性。另外，在本实施方式的发热体1中，发热部主体10与电极部30之间的电阻差小，因此能够抑制过度发热和温度不均的发生，由此可以抑制由因反复使用和洗涤而产生的汗、水、活性剂引起的劣化，能够长时间均匀地在一定温度下进行温热。
[0036]
另外，在本实施方式的发热体1中，发热部主体10和电极部30的导电部为金属，电阻小，因此，在例如40℃发热所需的电力减少，可以抑制耗电。特别地，在本实施方式的发热体1中，使用银作为导电性金属时，可以更进一步抑制耗电。另外，在本实施方式的发热体1中，作为电极部30具有金属微粒层31时，电阻变小，因此能够抑制电极部30的过度发热，可以进一步抑制温度不均的产生。
[0037]
另外，在本实施方式的发热体1中，作为发热部主体10由经编的针织物形成时，因洗涤和反复使用导致的收缩比纬编针织物的情况下的收缩小，因此能够抑制发热体1的温度随着收缩而上升，同时还可以抑制机织物中的变形引起的温度变化。
[0038]
另外，在本实施方式的发热体1中，在发热部主体10的一个面上层叠有塑料膜40时，可以在维持发热部主体10的伸缩性的同时，抑制导电纱线71～76和电极部30的劣化，得到即使经历洗涤和反复使用也可以稳定发热的发热体1。另外，还可以抑制伴随着劣化的短路的危险性。
[0039]
[实施例]
以下，结合实施例对本发明进行详细说明，但本发明不限定于以下的实施例，可以在不脱离其主旨的范围内适当地变更实施。
[0040]
(实施例1～6、比较例1～2)按照下述的[表1]所示的规格，制作实施例1～6、比较例1～2的发热体。具体地，实施例1～6、比较例2中，使用导电纱线为银镀覆金属纱线的发热部主体。比较例1中，使用导电纱线为碳复合纤维的发热部主体。另外，实施例1～4中，使用针织方法为经编的发热部主体。实施例5、比较例1中，使用为机织物的发热部主体。实施例6、比较例2中，使用针织方法为纬编的发热部主体。并且，实施例1中，电极部由芯线表面被银覆盖的银导电纱线形成。实施例2～3、5～6、比较例1中，电极部由银导电纱线和银微粒层形成。实施例4中，电极部由银微粒层形成。比较例2中，电极部由芯线表面被铜覆盖的铜导电纱线形成。实施例3～6中，发热体的一个面上层叠有塑料膜。实施例1～2、比较例1、2中，发热体的一个面上没有叠层塑料膜。
[0041]
在上述发热体中，作为用于发热部主体和电极部的银导电纱线，使用silbern zag(注册商标)银离子纤维，作为铜导电纱线，使用将14根50微米镀镍铜线卷附在33分特(dtex)的芳族聚酰胺纤维(aramid fiber)上而得到的导电纱线。银微粒层的平均粒径为1～5微米，不添加其他导电物质，含有塑性树脂以使涂膜具有伸缩性。塑料膜使用由聚酯制成、厚度为50μm的塑料膜。塑料膜通过层压加工层叠在发热部主体和电极部上。
[0042]
[评价方法]实施例1～6、比较例1的各发热体采用约10cm
×
约20cm的发热部主体，比较例2采用约8cm
×
约13cm的发热部主体。
[0043]
对于上述各发热体，以7v使发热部主体通电。用通过发热部主体的各边中央的线进行分割，4等分分割成约5cm
×
约10cm(比较例2为约4cm
×
约6.5cm)大小，分别评价：根据4个部位的各最高温度和最低温度算出的中间温度((最高温度+最低温度)/2、四舍五入至小数点后第二位)、发热部主体的4个部位的中间温度和2个电极部的各中间温度共计6个部位的中间温度之差、因反复使用和洗涤导致的上述中间温度之差、以及有无因断线导致的通电不良、因反复使用和洗涤导致的发热部主体的中间温度的温度变化、基于担当者的的膝屈曲部处的柔软性。上述各温度采用flir c2紧凑型热像仪(compact thermography)进行测定，分别确认最高温度和最低温度，用于评价。另外，关于电极部(各个+部、-部)的中间温度，通过上述热像仪测定电极部的最高温度和最低温度，将上述2点的温度的平均值作为电极部的中间温度。
[0044]
对于发热部主体是否能够在7v下发热至40℃的评价，是在7v下使发热部主体通电的情况下，上述4个部位的中间温度全部可以发热至40℃时评为“〇”(ok)，在7v下未发热至40℃时评为
“×”
(ng)。
[0045]
根据发热部主体的4个部位和电极部的2个部位的共计6个部位的中间温度之差是否在20℃以内，评价有无过度发热(有无温度不均)。6个部位的中间温度中的最高温度与最低温度之差在20℃以内时评为“〇”(ok)，差值超过20℃时评为
“×”
(ng)。
[0046]
由反复使用和洗涤导致的过度发热(温度不均)、通电不良的评价通过重复进行6次的1小时通电(7v)、洗衣机中加入洗涤剂洗涤、干燥的循环，按与上述相同的方法评价共
计6个部位的中间温度之差而进行。6个部位的中间温度中的最高温度与最低温度之差超过20℃时评为
“×”
(ng)，发热部主体不发热(因为断线)时评为
“△”
(no bad)。另外，未对上述发热部主体4个部位的中间温度均未发热至40℃的比较例1的发热体进行评价。
[0047]
由反复使用和洗涤导致的发热部主体的发热温度变化的评价通过测定发热部主体的4个部位进行。初期(6次反复使用和洗涤前)的中间温度与上述试验后的中间温度之差在4个部位中全部在2℃以下时评为“〇”(ok)，中间温度之差在4个部位中即使有1个部位超过2℃时，则评为
“△”
(no bad)。另外，未对由反复使用和洗涤导致过度发热的比较例2和产生通电不良的实施例4的发热体进行评价。
[0048]
对屈曲部位处的柔软性进行评价。关于柔软性的评价，由3名担当者(成人)将各发热体安装在圆筒状的护膝(桐灰化学株式会社制造的“hizahotton(暖膝护具)”辅助支架)内，进行10次屈伸运动后，感觉到具有柔软性时评为3分，感觉到稍有柔软性时评为2分，感觉到没有柔软性时评为1分，算出3人评价的平均值计算至小数点后一位。2.5～3分为“〇”(ok)，1.5～2.4为
“△”
(no bad)，1.4以下为
“×”
(ng)。
[0049]
护具是支撑人体的可动部位(膝、肘、颈、脚踝、肩、手腕、腰、股关节及其周边部位)的支撑用具。作为护具，优选具有可将发热体组装到上述人体可动部位的结构的护具。作为护具，可以采用形成为圆筒形状的结构或连接至少一个的平面体端部并形成为筒状的结构。作为护具的材料，只要是例如，弹力网(power net)材料、软绒(soft pile)材料、双层拉舍尔(double raschel)材料、单层拉舍尔(single raschel)材料、网眼(mesh)材料及其组合、圆编针织材料等具有伸缩性和柔软性、穿戴在人体上时可以压迫而使人体的可动部位(关节部等)稳定的材料，则没有特别限定。另外，为了具有缓冲(cushion)性、保温效果，可构成弹性体发泡体。
[0050]
[表1]
[0051]
如[表1]所示，在发热部主体的导电纱线与电极部的导电层为同一金属的实施例1～6的发热体中，在发热部主体在40℃发热所需的电力、以及发热部主体与电极部的发热温
度之差方面，获得了良好的评价。即，在实施例1～6的发热体中，得到了可以抑制耗电和过度发热、温度不均的结果。另外，在发热部主体的导电纱线与电极部的导电层为同一金属的实施例1～6的发热体中，由于电阻差变小，因此能够推定可以抑制过度发热和使用时的短路。
[0052]
与此相对，在发热部主体的导电纱线与电极部的导电层为不同金属的比较例1的发热体中，在发热部主体在40℃发热所需的电力方面，未得到良好的评价，另外，在比较例2中，在过度发热(温度不均)方面，未得到良好的评价。因此，在导电纱线的导电层与电极部的导电层为不同金属的情况下，得到了不能抑制耗电和过度发热(温度不均)中的至少一个的结果。
[0053]
另外，在电极部由银导电纱线和银微粒层形成的实施例1～3、5～6的发热体中，关于由反复使用和洗涤导致的电极部的过度发热和通电不良方面，得到了良好的评价。
[0054]
另外，在发热部主体的针织方法为经编的实施例1～3的发热体中，得到了因反复使用和洗涤导致的发热部主体的发热温度变化在2℃以下的良好评价。另一方面，在为机织物的实施例5的发热体和针织方法为纬编的实施例6的发热体中，发热部主体的发热温度变化没有控制在2℃以下。因此，通过使发热部主体的针织方法为经编，可以抑制因反复使用和洗涤导致的发热部主体的温度变化。
[0055]
另外，在导电纱线为银镀覆纱线且为针织物的实施例1～4、实施例6、比较例2的发热体中，关于柔软性方面，得到了良好的评价。另外，在为机织物的实施例5的发热体中，虽然比实施例1～4差，但显示出了柔软性。
[0056]
以上，参见附图对本发明的适宜实施方式进行说明，但本发明当然不限定于所涉及的示例。上述示例中所示的各构成部件的各种形状和组合等是一个例子，可以在不脱离本发明主旨的范围内，根据设计要求等进行各种变更。
[0057]
例如，在上述实施方式中，例示了发热部主体10由经编的针织物形成的结构，但不限定于该结构，例如可为由纬编的针织物形成的结构。另外，其可为发热部主体10不是针织物而是机织物的结构。在发热部主体10为机织物的情况下，将沿纵向呈直线状延伸的纱线和沿横向呈直线状延伸的纱线中的任一方作为导电纱线，在该导电纱线的两端侧设置上述的电极部即可。
[0058]
另外，在上述实施方式中，例示了电极部具有导电纱线和金属微粒层中的至少一方的结构，但不限定于该结构，例如，可由由导电性金属形成、沿着与导电纱线交叉的方向配置的箔形成。即使采用该结构，也可以得到与上述实施方式相同的作用效果。产业上的可利用性
[0059]
本发明可以适用于发热体。