專利名稱：包覆導體及以其形成的加熱器的制作方法
技術領域：
本發明總體上涉及包覆(例如涂覆)導體，并且尤其涉及在機動車輛座位或其它制品的加熱系統中使用的包覆導體。
背景技術：
許多年以來，在工業上非常關心為多種制品和應用設計改進的導體。作為一個實例，工業上已經設計出集成到加熱器中的導體，所述加熱器可以在機動車輛的座位中使用以向車輛中的乘客供熱。為了繼續這種革新，本發明提供了一種導體，它可以適于多種應用，但是現已發現該導體特別適用于可以集成到機動車輛的座位的加熱器中。
發明內容
根據本發明的一個方面，本發明公開了一種導體和用于形成該導體的方法。導體是通過提供一種導電元件并且向該導電元件涂覆涂層形成的。通常，所述涂層至少包括具有相對較低熔點的一部分。根據一個優選實施例，導體具有內部和外部，內部具有第一熔點，外部具有第二熔點，且同第一熔點相比，第二熔點較低。
根據本發明的另一方面，提供了一種加熱器及形成加熱器的方法。加熱器是通過提供如上所述的導體并且使導體與基底接觸而形成的。在該接觸期間，導體的涂層中相對較低熔點部受到加熱而軟化并且與基底結合。此后，涂層的相對較低熔點部通過冷卻而硬化，從而將導體連接到基底上。
根據本發明的另一個方面，提供了一種用于機動車輛的座位以及用于形成座位的方法。座位是通過提供如上所述的加熱器并且將加熱器并入座位中形成的。
通過閱讀下面的詳細說明、權利要求書和附圖，本發明的特征和發明方面將會更加顯而易見，其中附圖的簡要說明如下圖1是依照本發明的一個示例方面的導體的剖視圖；圖2是依照本發明的另一個示例導體的剖視圖；圖2A是依照本發明的另一個可選示例導體的剖視圖；圖3是依照本發明使用的一個示意性加熱器元件的俯視圖；并且圖4是依照本發明的示例方面的機動車輛座位裝置的座位的部分剖面透視圖。
具體實施例方式
本發明是旨在提供一種改進的包覆導體，所述導體可以預期用在多種制品中，所述制品包括但不限于電子制品，例如門板、輪子、地板墊(floormats)、收音機、電視機、計算器、計算機等。然而，所述導體特別適于用在加熱器中，并且更特別地，所述導體適于在機動車輛中使用的座位中的加熱器系統中使用。
根據一個方面，本發明的導體配設有覆蓋物(例如涂層)，其中至少一部分覆蓋物是可活化的(例如，具有相對較低的熔點)。更加有利的是，盡管不一定必須，但是覆蓋物中可活化的(例如，具有相對較低的熔點)部分可以活化(例如，被加熱并且軟化)，這樣軟化部就可以將其自身與基底融合從而將導體連接到基底上。一旦冷卻，優選地，它就會重新硬化并且連接到基底上。
參照圖1，圖中顯示了依照本發明的一個方面的導體10的示意圖。導體10包括導電元件12和置于導電元件12的至少一部分之上的覆蓋物14(例如，涂層)。如圖所示，覆蓋物14與導電元件12的表面20直接接觸，然而，可以預期，在覆蓋物14和導電元件12之間可以放置一個或多個中間層，且中間層位于導電元件的部分或全部之上。
當在此使用時，術語導電元件12指的是任何能夠承載電荷、導熱或電或其組合的介質。因此，導電元件12能夠以幾種不同的形狀、尺寸、配置等提供。作為實例，導電元件12可以提供為一或多個板、塊、絞合線、條帶、薄板、織物或其組合的沉積軌跡(例如電化學沉積軌跡、蒸汽沉積軌跡)。元件的形狀可以為直的、弓形的、平面的、螺旋的、交織的、扭曲的、纏繞的、波形的、幾何形的或其組合等。另外，可以預期，導電元件12可以形成為單個元件(例如，形成單根導線)或多個元件(例如，形成多根導線，它們纏繞或盤繞在一起，沿軸向排列，或者彼此結合)。還可以預期，導電元件可能包括多根通常平行的相互間隔開的導線，例如用于帶狀電纜等的導線。
導電元件也可以由多種材料構成。此類材料可以包括金屬、塑料、聚合材料、彈性體、玻璃和光學材料、有機材料、無機材料及其組合等。部分或完全構成導電元件的示例金屬包括但不限于銅、鋁、銀、錫、鎢、金、鉑等。可以部分或完全地構成導電元件的示例聚合材料包括導電聚合物，例如聚苯胺、共軛聚合物、摻雜聚合物其組合等。在一個實施例中，導電元件可以提供為具有散布的金屬或碳黑的聚合材料。
覆蓋物14與導電元件12一樣，能夠以多種不同的形狀、尺寸和配置形成。因此，覆蓋物可以是平面的、波形的、連續的、不連續的(例如間斷的、多孔的等)或其組合。優選地，覆蓋物14在導電元件12上形成一層，其中該層具有大體上均勻的厚度，然而可變的厚度也預期包含在本發明的范圍內。
可以預期，涂層相對于導電元件的形成是一些材料置于導電元件的分開的細絲的間隙中。
根據一個實施例，覆蓋物14可以由具有單一的均一材料形成。對于該實施例，均一材料的熔化溫度通常在大約40℃或更低與大約275℃或更高之間，更優選地，它位于大約90℃和大約180℃之間，更優選地，它在大約110℃和大約160℃之間。
盡管一個實施例在整個包覆導體上提供了一種均一成分的涂層材料，但是通常，覆蓋物14優選的成分在沿著截面或沿著包覆導體長度的位置上變化。作為實例，覆蓋物14的成分在覆蓋物14的一部分(例如，從覆蓋物14的導電元件12到外表面28)上呈現梯度。這可以通過在單個涂層中導入梯度實現，也可以通過使用多個層而每個單個的層為大體上均一的層，或是具有一個多個非均一的層來實現。
作為實例，參照圖1，一個優選覆蓋物14由第一部34和第二部36形成，且第一部和第二部均由成分不同的材料形成。優選地，所選取的第一部34的材料大體上不會與第二部36的材料混合。因此，第一部34和第二部36均能保持大體上彼此分離。當然，可以預期，在特定情形下，可以出現材料的部分或相當大部分的混合或相互擴散，特別是在部分34和36的界面38之處。
盡管未要求覆蓋物的第一部34和第二部36具有特定的厚度，但是可以預期，特別是對于在加熱器中的應用而言，第一部34和第二部36相對較薄。作為實例，內部34的厚度或單一均一覆蓋物的厚度優選在大約0.001英寸或更低與大約0.1英寸或更高之間，更優選地在大約0.005英寸和大約0.05英寸之間，更優選地在大約0.0075英寸和大約0.025英寸之間。外部36的示例厚度優選在大約0.0001英寸或更低與大約0.03英寸或更高之間，更優選地在大約0.001英寸和大約0.01英寸之間，更優選地在大約0.0025英寸和大約0.0075英寸之間。
在一個優選實施例中，第一部34和第二部36的成分是內部34的材料比外部36具有更高的熔點。例如，內部34的熔點優選比外部36的熔點高大約10℃和大約200℃之間，更優選地高大約30℃和大約150℃之間，并且更優選地高大約40℃和大約120℃之間。
內部34的實際熔點優選在大約80℃或更低和大約400℃或更高之間，更優選地在大約110℃和大約330℃之間，更優選地在大約170℃和大約275℃之間。外部36的實際熔點優選在大約40℃或更低和大約275℃或更高之間，更優選地在大約90℃和大約180℃之間，更優選地在大約110℃和大約160℃之間。
覆蓋物14優選由一或多種聚合材料形成，所述聚合材料可以包括塑料、熱塑料、彈性體及其組合等。示例材料包括但不限于硅、聚四氟乙烯(PTFE)、聚氯乙烯(PVC)、聚丙烯、高密度聚乙烯(HDPE)、低密度聚乙烯(LDPE)、氟化或氯化聚乙烯、氟乙烯丙烯、聚氟乙烯(PFE)其組合等。可以預期，上文提到的材料或其組合可以用作用于單一材料均一覆蓋物或非均一覆蓋物(例如，具有兩個或更多大體上分離部分的覆蓋物)的材料。
參照圖2，圖中顯示了依照本發明的一個方面形成的示例導體50。在圖2中，導體50是以剖面圖顯示的導線。導體50包括導電元件52，導電元件52由多股(例如六股)裝配在一起的金屬絞合線54組成。可選擇的是，絞合線可以圍繞插入物56裝配，插入物56可以由KEVLAR或另一個材料形成。導電元件52大體上由覆蓋物58整個圍繞。在所描述的實施例中，覆蓋物58包括內部60，內部60通常為環形并且大體上整個地圍繞著導電元件52。覆蓋物58還包括大體上整個地圍繞著內部60和導電元件52的外部64。在所示實施例中，內部60直接與導電元件52接觸并且外部64直接與內部60接觸，不過這并非是必需的。
在示例實施例中，覆蓋物58的內部60由氟乙烯丙烯形成并且大約為0.005英寸厚并且具有在大約185℃和大約215℃之間的熔化溫度。覆蓋物58的外部64由聚乙烯形成并且大約為0.010英寸厚并且具有在大約90℃和大約115℃之間的熔化溫度。導電元件52的絞合線54為三十八規格(GAGE)并且由于具有大約0.32歐姆電阻的錫/銅材料形成。此外，導電元件52的最外徑大約為0.0365英寸。
參照圖2A，圖中顯示了依照本發明的導體70的另一個示例實施例。如圖所示，圖2A顯示的導體70包括與圖2中的導體50相同的導電元件52。然而，導體70包括由單一的均一材料形成的覆蓋物72。特別地，整個覆蓋物72由用于形成圖2中導體50的外部64的聚乙烯材料形成。
本發明的導體的制造通常包括向導電元件涂敷覆蓋物。熟練的技術人員可以認識到，可以使用許多技術來將覆蓋物涂覆到導電元件上。例如，覆蓋物可以刷、輕敷、油漆、傾瀉、壓按、擠壓或放置到導電元件上以部分或大體上完全覆蓋或涂敷導電元件。或者，可以預期，導電元件可以沉浸在大體上熔化的覆蓋材料的熔體中。此外，對于導體具有覆蓋物而覆蓋物具有多個由不同材料組成的部分而言，可以預期，覆蓋物可以分階段涂敷(例如，涂敷一種材料以形成第一部，然后涂敷第二種材料以形成第二部)。
為形成圖2所示的實施例，導電元件52可以穿過擠壓機，這樣擠壓機就可以向導電元件涂上一層內部60的熔化材料，然后允許熔化材料冷卻、固化、硬化或其組合以形成內部60。此后，導電元件52和內部60可以一起經過原始的擠壓機或另一個擠壓機，這樣這些擠壓機之一就向內部60上涂上一層外部64的熔化材料，然后通過允許熔化材料冷卻、固化、硬化或其組合以形成第二部64。
如此前討論的那樣，可以預期，本發明的導體可以用作多種制品并且能夠以多種容量進行操作。然而，現已發現本發明的導體在加熱器中的特定應用。根據一個實施例，導體被連接到基底上以形成加熱器或至少其一部分。
導體可以連接到多種基底上以形成加熱器并且基底的類型通常取決于所希望的加熱器的類型。示例基底包括織物、板、構件、其組合等。此外，可以使用多種材料以形成基底。例如，基底可以由纖維材料、聚合材料、金屬及其組合等形成。在優選實施例中，基底由羊毛材料、薄紗材料、毛氈材料或其組合形成。
為將導體連接到基底上，可以使用多種連接裝置，例如粘合劑、緊固件及其組合等。可以預期，導體可以交突地連接到基底上，例如通過將導體與基底交織在一起。作為另一種替換方案，導體覆蓋物的一部分可以活化(例如，軟化或熔化)并且將自身粘附到基底上或是將自身與基底融合。例如，導體覆蓋物的溫度可以通過加熱覆蓋物來提高，這樣一個或多個部分(例如，具有較低熔點的部分)就會軟化，從而允許覆蓋物將其自身與基底融合，然后通過降低覆蓋物的溫度，這樣覆蓋物就會硬化并且將其自身和導體連接到基底上。
作為實例，可以預期，加熱構件(例如加熱板)可以與加熱器的基底接觸而基底與導體接觸。加熱構件又將能量傳遞給基底，基底將能量傳遞給覆蓋物從而軟化覆蓋物。這樣，軟化的覆蓋物就與基底結合，然后通過降低覆蓋物的溫度，這樣覆蓋物就會硬化并且將其自身和導體連接到基底上。
參照圖3，圖中顯示了依照本發明的一個方面形成的示例加熱器80。為形成加熱器80，配設了基底82并且將導體連接到它上面。出于示例的目的，圖2所示的導體50被連接到基底82上，但是應當理解，可以使用在此討論的所有導體。
基底82優選為作為薄片或板提供的織物材料。優選織物材料包括羊毛材料、毛氈材料及其組合等。然后以希望的配置將導體50布置(例如鋪砌)在基底82上。在圖2中，導體50以蛇行鋪砌并且形成兩個波狀通道86，且兩個通道86彼此呈側向或并排關系。然而，應當理解，導體50能夠以本發明范圍之內的多種配置鋪砌在基底82上。
為將導體50連接到基底82上，優選將能量(例如，熱)施加到導體50的覆蓋物58上以加熱并且至少部分地軟化(例如，熔化)至少覆蓋物58的外部64并且優選大體上僅熔化覆蓋物58的外部64。雖然可以根據不同的技術應用這種能量，但是特定實例顯示，優選通過使電流流過導電元件52以加熱元件和覆蓋物58，從而應用這種能量。
當覆蓋物58的外部64軟化時，外部64優選地將其自身與基底82融合，例如通過流入基底82中，濕潤基底82的一部分或表面及其組合等。在覆蓋物58的外部64與基底82融合之后，優選允許覆蓋物58的外部64冷卻和硬化(例如，凝固)，從而將導體52連接(例如粘附)到基底82上以形成加熱器80。如果需要的話，也可以使用板或其它構件來向基底82上施加壓力或力，并且在覆蓋物58與基底82融合過程中，導體50或兩者會推動基底82和導體50更加密切地接觸。
更加有利的是，對于圖2所示的導體，導體50的內部60的熔點通常比導體50的外部64的熔點更高，這樣加熱覆蓋物58僅會大體上軟化導體50的外部64而大體上不會軟化內部60。這就允許導體50的外部64連接到基底上而不會導致導電元件52、內部60或兩者的相當大部分的重新定位或其它的損壞。
可以預期，盡管使用具有預先選定熔點的材料是提供可以將其自身連接到基底上的覆蓋物的一種優選方法，但是可以預料，也可以使用其它方法。特別地，可以預期，可以通過多種方法配置覆蓋物以啟動(例如軟化)并且將其自身與基底融合。例如，覆蓋物可以通過暴露到例如熱、壓力、水蒸氣、熱等狀況中以活化，在這些狀況中覆蓋物會化學或物理地活化或軟化。
車座對于使用本發明的導體形成的加熱器，現已發現加熱器例如圖3所示的加熱器80特別適用于集成到機動車輛的座位中。當然，依照本發明形成的導體和加熱器也可以應用于其它制品中，例如在船、家具等中。
依照本發明的加熱器可以位于機動車輛座位的多個部分，例如支撐部、靠背部、靠肩部或頭靠部。加熱器可以位于座位的裝飾和座位的緩沖泡沫之間。加熱器也可以集成到座位的裝飾、座位的緩沖泡沫或兩者之中。
參照圖4，圖中顯示了機動車輛的座位90，其中圖3中所示的加熱器80已經放入座位靠背部件92和座位支撐部件94之中。在所示實施例中，座位90的每個部件92、94均包括裝飾層96和泡沫墊98并且每個加熱器80都大體上放置在泡沫墊98和裝飾層96之間。優選地，每個加熱器80緊固至座位90(例如，裝飾層96、泡沫墊98或兩者)用于保持加熱器80相對于座位90靜止。
在操作，可以和加熱器80一起使用溫度調節裝置。例如，溫度調節裝置可以包括控制器和配置用來在加熱過程中保持希望溫度的恒溫器。
除非另外聲明，否則在此描述的多種結構的尺寸和幾何結構并非旨在限制本發明，并且其它尺寸或幾何結構也是可能的。可以通過單個集成機構提供多個結構部件。或者，單個集成結構可以被分成多個分開的部件。另外，盡管在上下文中僅在一個所示實施例中描述了本發明的特征，但是對于任何給定的應用而言，該特征可以與其它實施例中的一個或多個其它特征接合。同樣可以理解，在此描述的上述獨特結構的制造及其操作也構成依照本發明的方法。
上文公開了本發明的優選實施例。然而，本領域的普通技術人員將會認識到，可以在本發明的示教內進行特定的修改。因此，應當研究下面的權利要求以確定本發明的真實范圍和內容。
權利要求
1.一種加熱器，包括基本上配置成板的基底；以及在基底的至少一個表面上布置成圖案的導體，所述導體包括i)導電元件；以及ii)基本上圍繞導電元件的覆蓋物，覆蓋物的至少一部分在暴露至一狀態時可被活化；其中，涂層被結合到基底中，用于將導體連接到基底上。
2.如權利要求1所述的加熱器，其特征在于，導電元件包括多股金屬絞合線。
3.如權利要求2所述的加熱器，其特征在于，多股金屬絞合線至少部分地圍繞著插入物。
4.如權利要求1、2或3所述的加熱器，其特征在于，活化覆蓋物的狀況為加熱并且導電元件能夠發出數量足以活化覆蓋物的熱。
5.如權利要求1、2、3或4所述的加熱器，其特征在于，覆蓋物是涂敷導電元件的聚合材料。
6.如權利要求1、2、3、4或5所述的加熱器，其特征在于，基底由柔性材料形成。
7.如權利要求6所述的加熱器，其特征在于，基底由從包括羊毛、薄紗和毛氈的組中選取的織物材料形成。
8.如權利要求1、2、3、4、5、6或7所述的加熱器，其特征在于，覆蓋物具有大體上均勻的厚度并且均勻的厚度在大約0.001英寸和大約0.1英寸之間。
9.如權利要求8所述的加熱器，其特征在于，厚度在大約0.005英寸和大約0.05英寸之間。
10.如權利要求1、2、3、4、5、6、7、8或9所述的加熱器，其特征在于，覆蓋物包括內部和外部，并且覆蓋物被結合到基底中以將導體連接到基底上。
11.如權利要求10所述的加熱器，其特征在于，內部具有大約80℃和大約400℃之間的熔點，并且外部具有大約40℃和大約275℃之間的熔點。
12.如權利要求10所述的加熱器，其特征在于，內部具有大約170℃和大約275℃之間的熔點，并且外部具有大約110℃和大約160℃之間的熔點。
13.如權利要求10、11或12所述的加熱器，其特征在于，導電元件能夠發出足夠數量的熱以軟化覆蓋物的外部。
14.如權利要求10、11、12或13所述的加熱器，其特征在于，覆蓋物是聚合涂層并且導電元件能夠發出足夠數量的熱以將涂層外部的溫度升高到外部的熔點。
15.如權利要求10、11、12、13或14所述的加熱器，其特征在于，外部是由第一聚合材料形成的，并且內部是由不同于第一聚合材料的第二聚合材料形成的。
16.如權利要求15所述的加熱器，其特征在于，外部的聚合材料包括從包括PTFE、PVC、聚丙烯、HDPE、LDPE、氯化聚乙烯和氟化聚乙烯的組中選取的聚合材料。
全文摘要
本發明公開了一種導體(10)，導體(10)具有導電元件(12)和至少圍繞導電元件(12)的一部分的覆蓋物(14)。優選地，覆蓋物(14)具有內部(34)和外部(36)，內部(34)和外部(36)是由不同的材料制成的，這樣內部(34)的熔點就高于外部(36)的熔點。導體(10)特別適用于形成可以集成到機動車輛的座位(90)中的加熱器(80)。
文檔編號H05B3/34GK1711185SQ200380103388
公開日2005年12月21日 申請日期2003年11月13日 優先權日2002年11月15日
發明者肖恩·卡爾文·豪伊克, 戈蘭·巴吉克 申請人:W.E.T.汽車系統股份公司