(57)【要約】【課題】高効率かつ低コストの導電性ウェブを用いた発熱物品を提供する。【解決手段】導電性繊維を混抄した不織繊維からなる第１の層を含む発熱素子と、電源とを含む発熱物品を提供する。ここで、第１の層は、導電性領域と非導電性領域とに分けられ、導電性領域は、第１の層の大部分にわたって同一平面上に延在し、導電性領域は、第１及び第２の端部を有する。電源は、第１及び第２の端部に取り外し可能に結合されている。第１の層は、非金属の導電性繊維を混抄した不織繊維からなることができる。発熱物品は、第１の層に重ね合わされた第２の層を含むこともでき、第２の層は、実質的に非金属の導電性繊維を含まない。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
導電性繊維を混抄した不織繊維からなる第１の層を含む発熱素子であって、前記第１の層が、該層の大部分にわたって同一平面上に延在しかつ第１及び第２の端部を有する導電性領域と、非導電性領域とに分けられているような、該発熱素子と、
前記第１及び第２の端部に取り外し可能に結合される電源とを含むことを特徴とする発熱物品。
【請求項２】
前記非導電性領域の少なくとも一部が、ボンディングによって形成されることを特徴とする請求項１の発熱物品。
【請求項３】
前記第１の層が、吸収性であることを特徴とする請求項１の発熱物品。
【請求項４】
前記不織繊維が、高分子繊維を含むことを特徴とする請求項１の発熱物品。
【請求項５】
前記発熱素子が、使い捨てであることを特徴とする請求項１の発熱物品。
【請求項６】
前記電源が、充電式であることを特徴とする請求項１の発熱物品。
【請求項７】
前記電源が、耐久性があることを特徴とする請求項１の発熱物品。
【請求項８】
前記電源に、前記第１の層に正しい向きでつなぐためのラベルが付されていることを特徴とする請求項１の発熱物品。
【請求項９】
前記電源が、導電性フック材料により前記第１の層に結合されることを特徴とする請求項１の発熱物品。
【請求項１０】
前記発熱素子が、前記第１の層に重ね合わされた第２の層をさらに含み、該第２の層が、非金属の導電性繊維を混抄した不織繊維を含み、該第２の層が、導電性領域と非導電性領域とに分けられていることを特徴とする請求項１の発熱物品。
【請求項１１】
前記第１及び第２の層が、分離層によって分離されていることを特徴とする請求項１０の発熱物品。
【請求項１２】
前記分離層が、絶縁層であることを特徴とする請求項１１の発熱物品。
【請求項１３】
前記分離層が、断熱層であることを特徴とする請求項１１の発熱物品。
【請求項１４】
前記発熱素子が、前記第１の層に重ね合わされた耐水性層をさらに含むことを特徴とする請求項１の発熱物品。
【請求項１５】
前記発熱素子が、前記第１の層に重ね合わされた吸収層をさらに含むことを特徴とする請求項１の発熱物品。
【請求項１６】
前記発熱素子が、前記第１の層に重ね合わされた保護層をさらに含むことを特徴とする請求項１の発熱物品。
【請求項１７】
前記発熱素子が、前記第１の層に重ね合わされた熱反射層をさらに含むことを特徴とする請求項１の発熱物品。
【請求項１８】
加熱されたときに香りを放出するように適合された芳香物質をさらに含むことを特徴とする請求項１の発熱物品。
【請求項１９】
前記導電性繊維が、非金属であることを特徴とする請求項１の発熱物品。
【請求項２０】
非金属の導電性繊維を混抄した不織繊維からなる第１の層を含む発熱素子であって、前記第１の層が、該層の大部分にわたって同一平面上に延在しかつ第１及び第２の端部を有する導電性領域と、非導電性領域とに分けられているような、該発熱素子と、
前記第１の層に重ね合わされた、実質的に非金属の導電性繊維を含まない第２の層と、
第１及び第２の端部に取り外し可能に結合される電源とを含むことを特徴とする発熱物品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、多数の加熱用途に用いられ得る導電性不織ウェブに関する。
【背景技術】
【０００２】
本願は、２００８年５月２９日に米国特許商標庁に出願された仮出願第６１／１３０，２２０号（特許文献１）に基づく優先権を主張する。特許文献１の全体は、引用を以て本明細書の一部となす。
【０００３】
様々な製品で使われる発熱素子に関して、製造経費の節減や使用者間の物質の伝達の回避を含む種々の理由のために、発熱素子及び／または製品自体を完全にまたは部分的に使い捨てにすることが必要とされている。
【０００４】
本明細書では、加熱／加温用途における導電紙（セルロースと炭素繊維の複合材料）の使用について説明する。加熱材料としての導電紙の加熱特性及び効率を調査するために、既に数多くの研究がなされてきた。また、その他の用途に関しても、商品として流通させるための導電紙の開発が行われており、それにより、加熱／加温の分野においても高効率かつ低コストの導電紙を製造できる可能性があることが分かっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】米国特許仮出願第６１／１３０，２２０号明細書
【特許文献２】米国特許第１２／１３０，５７３号明細書
【特許文献３】米国特許第１２／３４１，４１９号明細書
【特許文献４】米国特許第４，７９３，８９８号明細書
【特許文献５】米国特許第４，５９４，１３０号明細書
【特許文献６】米国特許第３，５８５，１０４号明細書
【特許文献７】米国特許出願第                    号明細書
【特許文献８】米国特許出願第１１／７４０，６７１号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、概括的には、多数の加熱用途に用いられ得る導電性不織ウェブを対象としている。本明細書に記載の発明は、上記の問題を解決し、様々な加熱製品の効果を向上させる。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
より具体的には、本願発明は、導電性繊維を混抄した不織繊維からなる第１の層と、電源とを含む発熱素子を含む発熱物品を提供する。ここで、第１の層は、導電性領域と非導電性領域とに分けられ、導電性領域は、第１の層の大部分にわたって同一平面上に延在し、導電性領域は、第１及び第２の端部を有し、電源は、第１及び第２の端部に取り外し可能に結合される。
【０００８】
本願発明はまた、非金属の導電性繊維を混抄した不織繊維からなる第１の層と、第１の層に重ね合わされた第２の層とを含む発熱素子を含む発熱物品を提供する。ここで、第１の層は、導電性領域と非導電性領域とに分けられ、導電性領域は、第１の層の大部分にわたって同一平面上に延在し、導電性領域は、第１及び第２の端部を有し、第２の層は、実質的に非金属の導電性繊維を含まない。発熱物品には、第１及び第２の端部に取り外し可能に結合される電源も含まれる。
【０００９】
本願発明の他の機能及び態様については、以下に詳細に述べる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本願の発熱物品の平面概略図。
【図２】図１の発熱物品と関連して用いられる電力／制御回路の概略図。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
当業者であれば、本明細書中の記述が本願発明の例示的な態様を説明するに過ぎず、本願発明のより広範な態様を制限するものではないことを理解されよう。
【００１２】
本願発明は、概括的には、導電性素子を含む発熱製品を対象としている。本明細書に記載のいくつかの製品は使い捨てであり、これは、製品が再使用のために洗濯されるかまたは別な方法で元の状態に戻されるよりは限られた回数だけ使用された後に廃棄される目的で作られていることを意味する。
【００１３】
導電性ウェブ及び導電性ウェブの製造工程については、同時係属中かつ共有の米国特許出願第１２／１３０，５７３号（特許文献２）及び同第１２／３４１，４１９号（特許文献３）に詳細に記載されており、特許文献２及び３の開示は、本明細書と矛盾しない範囲で引用を以て本明細書の一部となす。
【００１４】
本願発明に従って用いられ得る導電性繊維は、特定の用途及び所望の結果によって異なり得る。不織ウェブを形成するために用いられ得る導電性繊維には、炭素繊維、金属繊維、導電性高分子から製造される繊維を含む導電性高分子繊維、または導電性材料を含む高分子繊維、及びこれらの混合物が含まれる。用いられ得る金属繊維には、例えば、銅繊維、アルミニウム繊維、及び同類のものが含まれる。導電性材料を含む高分子繊維には、導電性材料に浸透させるか導電性材料とブレンドした導電性材料または熱可塑性繊維でコーティングされた熱可塑性繊維が含まれる。例えば、一態様では、銀でコーティングされた熱可塑性繊維が用いられ得る。
【００１５】
本願発明に用いられ得る炭素繊維は、専ら繊維が導電性であるように十分な量の炭素または炭素含有繊維から製造される繊維を含む。一態様では、例えば、ポリアクリロニトリル高分子から形成される炭素繊維が用いられ得る。具体的には、炭素繊維は、ポリアクリロニトリル高分子繊維を加熱、酸化または炭化することによって形成される。そのような繊維は、典型的には高純度を有しかつ比較的高分子量の分子を含む。例えば、繊維は、約９０重量％以上、例えば約９３重量％以上、例えば約９５重量％以上の量の炭素を含むことができる。ポリアクリロニトリルベースの炭素繊維は、テネシー州ロックウッドのトーホウ・テナックス・アメリカ社（Toho Tenax America, Inc.）を含む数多くの商業的供給源から入手可能である。
【００１６】
炭素繊維を製造するために用いられる他の原材料は、レーヨン及び石油ピッチである。
【００１７】
本願発明に従って導電性不織ウェブを形成する際に、上記の導電性繊維は、薄葉紙製造工程において使用するのに適した他の繊維と結合される。導電性繊維と結合される繊維には、コットン、アバカ、ケナフ、サバイグラス、亜麻、アフリカハネガヤ、わら、ジュートヘンプ、バガス、トウワタフロス繊維、パイナップルの葉の繊維などの非木質繊維；北方及び南方針葉樹クラフト繊維などの針葉樹繊維を含む針葉樹及び落葉樹から得られる木質繊維またはパルプ繊維などの木質繊維またはパルプ繊維；ユーカリ、カエデ、バーチ、ポプラなどの広葉樹繊維を含むが、これに限定されるものではない任意の天然または合成セルロース繊維が含まれ得る。パルプ繊維は、高収率または低収率の形態で調製されることができ、かつ、クラフトパルプ化法、サルファイト法、高収率パルプ化法及び他の既知のパルプ化法（蒸解法）を含む任意の既知の方法でパルプ化されることができる。米国特許第４，７９３，８９８号（特許文献４）、同第４，５９４，１３０号（特許文献５）、同第３，５８５，１０４号（特許文献６）に開示されている繊維及び方法を含めて、オルガノソルブパルプ化法から調製される繊維を用いることもできる。有用な繊維は、米国特許第５，５９５，６２８号に例示されているアントラキノンパルプ化法によって生産されることもできる。
【００１８】
繊維の一部、例えば乾燥重量で最大１００％またはそれ以下は、レーヨン、ポリオレフィン繊維、ポリエステル繊維、ポリビニルアルコール繊維、鞘芯型複合繊維、多成分バインダー繊維、及び同類のものなどの合成繊維であり得る。例示的なポリエチレン繊維は、米国デラウエア州ウィルミントンのハーキュリーズ社（Hercules, Inc.）製のＰｕｌｐｅｘ（登録商標）である。合成セルロース繊維の種類には、あらゆる種類のレーヨン及び他のビスコースまたは化学修飾セルロース由来の繊維が含まれる。
【００１９】
一般に、本願発明の製品を、その使用目的と対立しない任意の既知の材料及び化学物質と関連して用いることができる。そのような材料の例は、ベビーパウダー、ベーキングソーダ、キレート剤、ゼオライト、香水または他の臭気マスキング剤、シクロデキストリン化合物、酸化剤、及び同類のものを含むが、これに限定されるものではない。特に有利であることには、炭素繊維は、導電性繊維として用いられるときに、臭気吸収剤としても作用する。高吸収性粒子、合成繊維、またはフィルムを用いてもよい。追加の選択肢には、染料、光学的光沢剤、保湿剤、皮膚軟化剤、及び同類のものが含まれる。
【００２０】
本願発明に従って製造される不織ウェブは、１つの均質繊維層を含むことができ、あるいは層化または層状構造を含み得る。例えば、不織ウェブ層（プライ）は、２層または３層の繊維層を含み得る。各層は、異なる繊維組成を有し得る。各繊維層は、繊維の希釈水性懸濁液を含む場合がある。各層に含まれる特定の繊維の種類は、一般的に、形成される製品及び所望の結果によって決まる。一態様では、例えば、中間層には、導電性繊維とともにパルプ繊維が含まれる。その一方で、外層には、針葉樹繊維及び／または広葉樹繊維などのパルプ繊維のみを含めることができる。
【００２１】
中間層内に導電性繊維を配置することにより、様々な利点及び恩恵がもたらされ得る。ウェブの中心に導電性繊維を配置することで、例えば、尚も表面の手触りが柔らかい導電性材料を生産することができる。ウェブの１層に繊維を集中させることで、多量の導電性繊維を添加する必要なく材料の伝導率を向上させることもできる。一態様では、例えば、各層が約１５重量％ないし約４０重量％のウェブの割合を占めるような３層のウェブが形成される。外層は、パルプ繊維のみまたはパルプ繊維と熱可塑性繊維を結合して作られることができる。その一方で、中間層は、導電性繊維と結合されたパルプ繊維を含み得る。導電性繊維は、中間層に、約３０重量％ないし約７０重量％、例えば約４０重量％ないし約６０重量％、例えば約４５重量％ないし約５５重量％の量が含まれ得る。
【００２２】
不織ウェブの伝導率は、ウェブに組み込まれる導電性繊維の種類、ウェブに組み込まれる導電性繊維の量と、ウェブ内で導電性繊維が配置、集中または配向される方法によっても異なり得る。一態様では、例えば、不織ウェブは、約１５００Ω／ｓｑ未満、例えば約１００Ω／ｓｑ未満、例えば約１０Ω／ｓｑ未満の抵抗を有することができる。
【００２３】
シートの伝導率は、オーム（Ω）で表されるシートの抵抗測定値を、シートの長さと幅との比率で除した商として計算される。結果として得られるシートの抵抗は、オームパースクエア（単位面積当たりの抵抗値）で表される。より具体的には、抵抗測定は、ＡＳＴＭ Ｆ１８９６−９８（"Test Method for Determining the Electrical Resistivity of a Printed Conductive Material"）に従う。ＡＳＴＭ Ｆ１８９６−９８を実施するために用いられる抵抗測定装置（またはオームメータ）は、フルーク・ワニ口クリップ（型番ＡＣ１２０）を備えたフルーク・マルチメータ（型番１８９）であり、これらは共に米国ワシントン州エバレット市のフルーク・コーポレーション（Fluke Corporation）製である。
【００２４】
本願発明の導電性ウェブの一例には、次のものが含まれる。導電性ウェブは、炭素短繊維を、セルロースまたは合成材料とコフォーム（co-form）することによって製造される。炭素繊維は、直径０．０００２〜０．０００４インチ（５〜１０μｍ）の繊維幅、３ｍｍの短繊維長さを有し、大部分が純度９２〜９５％の炭素原子からなり、水溶性サイズ剤を含む。導電性ウェブは、典型的には、炭素繊維１０％及びセルロースパルプ９０％のブレンドを含む。湿潤強度及び着色のための添加剤を含めることができる。積層できることを利用して、坪量及び強度は低いが伸縮性はより大きい３層薄葉紙シートの中間層に、炭素繊維を集中させることができる。導電紙の場合、伝統的にクレープ加工されない単層枚葉紙が形成される。導電紙は、より大きな坪量及び強度を有するが、脆弱になってしまうことがある。材料特性を変化させるようにセルロースと合成繊維との比率を調整することができる。あるいは、導電性ウェブを、メルトブローンウェブと炭素繊維からコフォーム工程で形成することができる。
【００２５】
本願発明に従って製造された導電性ウェブは、単独で１プライの製品として用いられることがあり、あるいは他のウェブと結合させてマルチプライ（多層）の製品を形成することができる。一態様では、導電性不織ウェブを他の薄葉紙ウェブと結合させて、２プライの製品または３プライの製品を形成することができる。他の薄葉紙ウェブは、例えば、完全にパルプ繊維から製造され得、かつ上記した工程のうち任意のものに従って製造されることができる。
【００２６】
別の態様では、本願発明に従って製造される導電性不織ウェブは、接着剤または別な方法を用いて、他の不織または高分子フィルム材料に積層され得る。例えば、一態様では、導電性不織ウェブは、ポリプロピレン、ポリエステルまたは複合繊維などの高分子繊維から製造されるメルトブローンウェブ及び／またはスパンボンドウェブに積層され得る。上記したように、一態様では、導電性不織ウェブには合成繊維を含めることができる。この態様では、不織ウェブは、メルトブローンウェブやスパンボンドウェブなどの合成繊維を含む相対するウェブに結合され得る。
【００２７】
導電性不織ウェブをマルチプライの製品に取り入れることは、様々な利点及び恩恵をもたらし得る。例えば、結果として得られるマルチプライの製品は、より良好な強度を有することができ、より柔らかいものであり得、かつ及び／またはより良好な液体ウィッキング特性を有し得る。
【００２８】
一態様では、伝導率の異なる複数のゾーンを形成するために、不織ウェブ内に導電性繊維が含まれ得る。例えば、一態様では、ウェブの厚さ方向に繊維同士を分離する代わりに、またはそれに加えて、ヘッドボックスが用いられ得る。ウェブの平面において繊維同士を分離するようにヘッドボックスを設計することもできる。このようにして、導電性繊維は、ウェブの長さ（マシン方向）に沿って特定のゾーンにのみ含まれ得る。導電性ゾーン同士は、パルプ繊維などの非導電性材料のみを含む非導電性ゾーンによって分離され得る。
【００２９】
例示の目的のために、かつ図１及び図２に示すように、本明細書に開示されている技術に従って製造される製品は、温熱療法及び他の低価格の加熱用途のための携帯用装置として用いるために製造される発熱物品１０であり得る。熱療法は、痛み、特に筋肉の緊張またはけいれんの痛みを軽減する。さらに、その他の種類の痛みを伴う患者も恩恵を受けることができる。熱治療は、（１）皮膚への血流を増加させるように作用し、（２）血管を拡張し、局部組織への酸素及び栄養素の搬送を増加させるように作用し、（３）筋弾性を増加させることによって関節の硬直を減少させるように作用する。携帯用発熱物品１０は、一般的に、使い捨て発熱素子２０と、再使用可能な電池で動く制御装置などの電源５０と、使い捨て発熱素子２０を電源５０に接続するための機械的及び／または電気的手段とを含むことができる。
【００３０】
発熱物品１０には、上記したような非金属の導電性繊維を混抄した不織繊維から形成された第１の層２４を包含している使い捨て発熱素子２０が含まれる。第１の層２４は、導電性領域２８と非導電性領域３２とに分けられる。本願発明の一態様では、導電性領域２８は、第１の層２４の大部分にわたって同一平面上に延在する。導電性領域２８は、電源５０を接続することができる第１及び第２の端部またはリード線３４、３６を含む。
【００３１】
図１は、本願発明の一態様をより詳細に示す。発熱素子２０に関して、図１に示すような巻線コイル状の導電性領域２８によって熱を提供することができる。コイル構造にする理由は、発熱素子２０全域にわたって発熱作用を集中及び分散させるためである。
【００３２】
第１の層２４の導電性及び非導電性領域２８、３２は、上記したような導電性繊維のゾーニングを通じて形成されることができる。本願発明の別の態様では、第１の層２４の導電性及び非導電性領域２８、３２は、ボンディングを用いて形成されることができる。導電性の異なるゾーンを形成するように、複数のボンドラインを不織ウェブの形にすることができる。ボンディング及び他の手段により形成される回路に関するさらなる情報は、同時係属中かつ共有の米国特許出願第      号（特許文献７）から得ることができ、特許文献７の開示は、本明細書と矛盾しない範囲で引用を以て本明細書の一部となす。
【００３３】
導電性ウェブから回路を作るには、繊維の炭素−炭素結合の一部を破壊、除去または変更し、より高抵抗の領域を導電性ウェブ内に作ることが不可欠である。これは、処理中にウェブに適用される超音波ボンディングまたは加圧ボンディングによって達成されることができる。ボンディング技術は当分野で公知であり、回路を画定するような特定の複数のより高抵抗または低抵抗の道を作るように多数のパターンで構成されることができる。例えば、超音波ボンディング技術は、脆性導電性繊維材料を破壊するが基板は残すために十分なエネルギーをウェブに与える。回路経路は、高速で処理されることができ、効率は、様々な健康及び衛生製品または他の消費材における低価格の使い捨て回路の製造を可能にする。結合剤の幅及び塗布時の結合剤の圧力または強度は、抵抗増加の程度を決定することができる。ボンディング工程によって影響されない領域は、同じ導電性レベルにとどめられる。この種の処理は、現在の産業用途に合わせて、ハイスループット薄葉紙回路を作るように容易に適合させることができる。
【００３４】
回路経路を作る他の方法は、高い抵抗が要求される領域において導電性薄葉紙を分断または除去するために導電性薄葉紙または材料を裁断するフレックスナイフ及びダイカットなどの機械的方法を含む。これは、原則的には、標準的な加工技術を用いて回路パターンを切り取っている。回路パターンを最も効果的に作成するために、機械的切断、加圧ボンディング法及び超音波ボンディング法を同時に用いることができ、回転機械技術またはプランジ機械技術を用いて行うことができる。
【００３５】
発熱素子２０の抵抗は、特定用途のために調整可能である。一態様では、発熱素子２０中の導電性繊維のパーセンテージが上がると、発熱素子２０の抵抗が低下し、発熱がより少なくなる。別の態様では、発熱素子２０は、並列に接続された複数の抵抗器と同様に、１つの層の第１及び第２の端部３４、３６が別の層の第１及び第２の端部に電気的に接続された状態で、層状にされることができる。各層は、固有の抵抗を有する。複数の抵抗器を並列に結合すると、公知のように抵抗の逆数の値が加算されるので効果的である。これらの端部は、結合剤、導電性ピンまたは接着剤を用いて、または任意の他の適切な方法によって電気的に接続され、それによって層間に導電性結合を作り出す。
【００３６】
本願発明の別の態様では、高分子繊維は、不織繊維の一部または全部を構成することができる。その上、セルロース繊維、高分子繊維を問わず任意の適切な繊維と、適切な表面処理を、第１の層が吸収性であるように選択することができる。導電性及び非導電性材料の選択は、第１の層が使い捨てできるほど十分に廉価であるが十分に耐久性があるように、使用目的に合わせて変更できる。
【００３７】
あるいは、発熱素子２０の熱伝導率を、仕様に応じて設計することができる。高分子繊維は断熱材として働き、高分子繊維の変化が発熱素子２０の熱伝導率を調整することができる。高分子繊維を層状にすることにより、加熱の指向性を集中させることもできる。合成または天然の繊維からなる追加層を用いて、環境への熱損失を最小にするための断熱材を提供することができる。詳細に後述するようなアルミニウム蒸着膜を用いて使用者の身体に熱を反射させることもできる。
【００３８】
発熱物品１０は、ヒトに対して治療的である範囲内で熱を産生するように大きさを変えられる（縮小／拡大される）ことを含めて、様々な要件に合うように大きさを変えられることができる。導電性領域２８の抵抗率は、導電性繊維の濃度を変化させることによっても、導電性領域２８の幅及び厚さを変化させることによっても、変更可能である。その上、電源５０は、治療域において熱が発生するように大きさを変えられることができる。同時に、導電性領域２８の抵抗率及び電源５０により供給される電力は、過剰な電力要求を回避するように選択される。１つの重要な温熱療法温度は約３６．１℃（９７°Ｆ）であるが、この温度は、当分野で既知であるように、人によって、また用途によって、変わることになる。その上、電源５０は、所期の治療時間持続することが望ましい。例えば、８時間の電池寿命は、多くの場合、温熱療法セッションを提供するのに十分である。また、充電式電池は、特に持続性のために、望ましい。発熱素子に電力を供給するのに高い電流引き込みが必要とされるので、電池は充電式であることが理想的である。電力方程式の簡単なレビューにより、発熱素子の機能性を最適化するための電流、電圧及び抵抗要件が決定づけられる。例えば、物品（５ｃｍ×６．８ｃｍ）の長さに沿って１２％の導電性繊維濃度を有する３９ｇｓｍの導電紙を６．７Ｖ及び２０５ｍＡの電源に接続することにより、温熱療法物品１０のための３６．１℃の温度を達成することができる。
【００３９】
より具体的には、使い捨て電池または充電式電池のいずれかを用いて、発熱物品１０の可搬性を促進することができる。図２に示す１つの潜在的な態様では、３Ｖの充電式リチウムイオン電池５４が用いられる。リチウムポリマー二次電池や空気亜鉛電池などの他の電池技術を用いることもできる。電池５４はまた、十分な電流を供給するのに十分な大きさである必要がある。電源５０内の電池５４の電圧出力は、集積回路を用いて適用可能な電位まで上昇させられる。例えば、電池５４は、マキシム・インテグレーテッド・プロダクツ社（Maxim Integrated Products.）製のＭＡＸ６６９コントローラなどのブーストコンバータ５８に接続されることができる。ブーストコンバータ５８は、電池出力の３Ｖを２４Ｖに変換する。電池５４は、マイクロチップ・テクノロジー社（Microchip Technology Inc.）製のＰＩＣ １６Ｆ８７６Ａマイクロコントローラなどのマイクロコントローラ６２に電力を供給するためにも用いられる。マイクロコントローラ６２は、発熱素子２０の温度を監視しかつパルス幅変調（ＰＷＭ）信号を用いて発熱素子２０の温度を制御して所望の温度にするために、温度センサ６６を用いる。マイクロコントローラ６２によって生成されるＰＷＭ信号は、ブースト電圧と混合されて、発熱素子２０を加熱する。
【００４０】
その上、図２に示す回路を用いて発熱素子２０を制御することができる。一般的な化学的ヒータでは、パッケージの開封により空気と接触してヒータが活性化され、加熱には概ね数分掛かる。化学的ヒータは、一般的には化学反応がなくなるまで熱を供給し、熱量は典型的には使用中にゆっくりと低下する。電子制御装置を備えた本願発明では、発熱素子２０は一定の加熱出力を提供することができるか、発熱素子２０は、特定周期の熱パルスを発生させることができるか、熱は、ピークまでゆっくりと上昇し、その後経時的に低下することができるか、または任意の他の適切な制御方式が用いられることができる。その上、本願発明の発熱素子２０は、急速に、通常は数秒以内に、治療用途に妥当な温度まで暖まる。
【００４１】
本願発明の別の態様では、電源５０は、プラグを壁コンセントまたは他の電源に差し込むことができ、変圧器と、発熱素子２０に適切な電力を供給するのに必要な他の電気回路とを含むことができる。
【００４２】
発熱素子２０の内部で、導電性領域２８は、図１に示す２つの末端または端部３４、３６において電源５０に取り付けられる巻線コイル状の導電性ウェブであり得る。２つの端部３４、３６は、電源５０への接続に適合する限り、任意の適切な形状であり得る。
【００４３】
本願発明の一態様では、電源５０は、任意の適切な手段によって、第１及び第２の端部３４、３６に取り外し可能に結合される。適切な手段は、同時係属中かつ共有の米国特許出願第１１／７４０，６７１号（特許文献８）に記載の種類のものを含む任意の他の適切な手段とともに、標準または特注設計のコネクタ、金属製クランプまたはワニ口クリップ、スナップ、ボタン、導電性フックアンドループ材料を含み、特許文献８の開示は、本明細書と矛盾しない範囲で引用を以て本明細書の一部となす。電池５４の理想的な用途は、製造中により多くの操作を必要とし得る最低限の高価な小型コネクタを有する。本願発明の一態様では、導電性フックまたはループ材料で包まれた充電式電池パックを用いることによって費用を低減することができ、ここで、発熱素子２０は対向ループ材料を含む。導電性フックアンドループの表面積をより大きくすると、発熱素子２０の電源５０に対する接続抵抗が確実により小さくなる。
【００４４】
本願発明の別の態様では、第１及び第２の端部３４、３６は、各端部に隣接して導電性配線を印刷することによって、電源５０に結合されることができる。一態様では、良好な電気的接続は、各端部における銀インク配線により、または電源５０に接続された金属クリップを用いて、導電性薄葉紙にスクリーン印刷を行うことによって達成されることができる。銀インクは、導電紙の構造の内部に深く浸透することが分かった。他の態様では、任意の適切な導電性材料及び印刷法を用いることができる。
【００４５】
本願発明の様々な態様において、電源５０は、耐久性がありかつ再使用可能である。換言すれば、電源５０を使い捨ての発熱素子２０から取り外し、別の発熱素子２０とともに再使用することができる。
【００４６】
電源５０の発熱素子２０への結合を容易にするために、発熱素子２０及び電源５０のうちの一方または両方にラベル７０を付すことができ、それによって、使用者は、両者をつなげるときに両者を正しい向きにすることができる。正確な配置のために、電源５０が発熱素子２０に結合される領域には、電源５０に合うようにラベルを付すことができる。通常、この用途においては電源５０を発熱素子２０に結合する方法に不適切なものはないが、そのようなラベル付け７０は、消費者を安心させるのに役立つ。
【００４７】
本願発明の別の態様では、電源５０または発熱素子２０は、所期の範囲内に発熱素子の温度を維持するのに足る任意の適切な型の電子温度制御装置を含むことができる。
【００４８】
本願発明の別の態様では、発熱素子２０は、１若しくは複数の追加層を含むことができ、各追加層は、第１の層２４に類似または補完的に設計されている。各追加層は、第１の層２４に重ね合わされ、かつ非金属の導電性繊維を混抄した不織繊維を含むことができ、各追加層はまた、導電性領域２８と非導電性領域３２とに分けられに分けられている。全体の抵抗がより低くかつ熱質量がより大きい発熱素子２０を作るために、数層の導電紙から発熱素子２０を構築することができる。各加熱層は、必要に応じて絶縁層または断熱層のいずれか（または両方）である別の層によって分離されることができる。層は、分離層を介在させることなく次の層と向き合って直に配置されることもできる。各層は実質的に導電性繊維を含まない固有の表面を有するので、層同士を分離セパレータなしで積み重ねることができる。
【００４９】
本願発明のさらに別の態様では、発熱素子２０は、水または他の導電性流体の存在に起因する電気的短絡（ショート）から導電性領域２８を保護するために、ポリエチレンフィルムなどの高分子フィルム、または他の適切な材料から製造される１若しくは複数の耐流体性層を含むこともできる。その上、発熱素子２０は、他の層に重ね合わされた適切な構造の１若しくは複数の吸収層を含むことができる。そのような吸収層は、耐流体性層によって導電性領域２８から分離されることができる。さらに、発熱素子２０は、性能を制限するダメージを導電性領域２８が受けないようにすることを目的とした高分子フィルムまたは他の適切な材料からなる１若しくは複数の保護層を含むことができる。その上、発熱素子２０は、使用者の身体への発熱素子２０の取り外し可能な取付けを容易にするために、発熱素子２０の身体側に感圧接着剤層を含むことができる。接着剤層は、発熱素子２０の全部または一部のみ、例えば外周部などをカバーすることができる。最終的に、発熱素子２０は、発熱素子２０からの加熱を特定の方向に集中するのを助けるために、アルミニウム蒸着膜などの１若しくは複数の完全または部分的な熱反射層を含むこともできる。
【００５０】
加熱用途の場合、発熱物品１０は、使い捨てまたは耐久性がある治療用ヒータとして用いられることができる（例えば、筋肉痛、患者の加温）。さらなる加熱用途には、床マット、下部構造を加熱するための床材、つり下げ型スペースヒータが含まれる。加熱特性は、１つの基板上に複数の異なる画像を表示することによって異なる温度に反応する低廉なディスプレイに対して、サーモクロミックインクと併用されることもできる。より具体的には、本願発明の発熱物品１０は、治療的癒しかつ筋肉痛を和らげるために、並びに物質及び皮膚の加熱を通じて治療剤の経皮吸収を高めるために、用いられることができる。発熱素子２０の多孔特性により、サルチル酸メチルなどの加熱を増進する様々な活性医薬用原料を含む様々な物質を保持することができる。発熱素子２０は、同時に、アロマセラピーを提供するために、任意の香りまたはフレグランスでコーティングされることもできる。さらに、本願発明の発熱素子２０は、外科手術中に低体温を防止するための使い捨ての患者加温器として、または乳児用加温ブランケットとして用いられることができる。発熱素子２０の使い捨て特性は、患者間で物質を伝達することなしに、より容易な掃除を可能にする。
【００５１】
香り放出用途の場合、発熱素子２０は、香料入りのワックス、ゲル、液体、または発熱素子２０が加熱されるときに放出されることができる他の香料入りの温度応答性材料で部分的にまたは完全にコーティングされることができる。制御発熱装置を用いて、特定の時間に１つの単独の香りを放出するか、あるいは香りの組合せを放出することができる。そのような香りを放出する用途は、アロマセラピー、家庭用フレグランス、虫よけ、層状徐放、及び他の適切な用途を含む。例えば、発熱物品１０は、４６．１℃（１１５°Ｆ）まで加熱され、当該温度またはその付近で溶けるか、蒸発するか、または昇華するような塗布された香りを放出するように設計されることができる。このとき、発熱物品１０は、埋込み型または電池式の電源を用いる。発熱物品１０は、ヒータとしてのみならず香料入りの材料の担体基体としての機能を果たすこともできる。
【００５２】
掃除用途の場合、適切な洗剤を保持するための発熱基板を用いてクリーニング効果を増幅させることができる。グリース除去ワイプを例にすると、より多くのグリースまたはオイルを表面上に効率的に捕捉するように、発熱素子２０を加熱して、グリースまたはオイルの粘性を低下させかつそれにより発熱素子２０の吸収層によって吸収されやすくすることができる。そのような掃除用具は、その高い効果のおかげで、使用する化学洗浄剤を減らすことができる。使い捨てのモップ、化学雑巾、スポンジ、塗布器などは、クリーニング効果を高めるために発熱素子２０を含むことができる。
【００５３】
不利な条件または寒冷気候条件でヒトまたは動物に熱を与えることを含む他の用途も可能である。発熱物品１０は、腕、脚、胴、首、毛布にフィットするように設計されることができ、馬、牛、ウサギ、各種爬虫類、犬及び猫などの動物のために用いられることすらもできる。これらの発熱物品１０は、ダイバーのためのドライスーツ、海難事故のためのレスキュースーツなどの厳しい環境、または極寒環境での自動車事故など他の極寒条件で用いられることができる。これらの発熱物品１０は、家庭用、医療用、またはホテルで使用するための使い捨ての加温バスタオルとして用いられることもできる。これらの発熱素子２０は、コート、スキーウエア、または他の衣類のための使い捨て発熱裏地に用いられることができる。さらに、これらの発熱物品１０は、飲料容器などの日常的な商品を加温するために用いられることができる。使用者は、半耐久性または再使用可能な電源５０を、これらの態様のうちの任意のものに結合して、製品を使用することができる。
【００５４】
発熱物品１０は、コスト効率が良く、かつ特定の用途の加熱要件に合わせられることができる。コストは、発熱素子材料が１回の使用毎に使い捨てであるが、材料は、半耐久性または耐久性のある加熱用途を可能にするために、元々十分に耐久性があるか、またはより長持ちするように上記の如く製造されることができることを示している。発熱素子２０の形状因子は、加熱特性を特定の仕様に合わせることを可能にする。発熱素子材料の導電性繊維含量、坪量、または大きさ／形状のプロセス変更は、発熱素子デザインの柔軟性を可能にすることができる。この可変性は、幾つかの用途において、その抵抗加熱特性のために導電紙の使用を可能にする。その上、発熱素子材料そのものは柔らかく、使用者の身体に密接にかつ／または人間工学的に適合することができる。
【００５５】
開示されている導電性ウェブ技術を用いた発熱素子２０の構造は、発熱化学反応を用いる現在市販されている製品に対して数多くの利点を提供する。本願発明の携帯用発熱装置は、化学的に活性化される製品と比べて使い捨て発熱素子２０を安価にすることができる。その上、調整可能な自動制御装置によって、発熱物品１０は、発熱量を調整することができる。さらに、電池５４の形態の電源５０は、充電式または交換可能であり得る。身体の反対側の反射性材料は、熱効率を高める。最終的に、ヒューズリンクの使用により、着用者をオーバーヒートから保護することができる。
【００５６】
実験１
【００５７】
実験開発において、２”×４”（５０．８ｍｍ×１０１．６ｍｍ）の導電紙シートを用意し、導電紙の互いに反対側にある２つの端部には、銀で印刷された２つのインクストリップ（各々４ｍｍ幅で、シートの全幅にわたる）を設けた。２つの銀インクストリップを電源からの別々のリード線に接続することによって、各試料を電源に接続した。試料を５分間加熱（電源オン）し、５分間冷却（電源オフ）した。赤外線カメラを用いて、１秒当たり４フレームで紙の温度を捕らえた。フレーム毎の導電紙の表面全体の平均温度を計算し、時間の関数としての温度曲線を作成した。温度曲線の停滞領域の平均温度から最大温度を計算した。所与の電力／面積の入力及び所与の導電性繊維充填率における最大温度を表１に示す。
【００５８】
実験２
【００５９】
８”×１２”（２０３．２ｍｍ×３０４．８ｍｍ）、約４０グラム、炭素繊維３５重量％の導電紙シートを用意し、導電紙の互いに反対側にある２つの端部には、２つのアルミ箔ストリップ（各々０．５”（１２．７ｍｍ）幅で、シートの全長にわたる）を取り付けた。２つのアルミニウムストリップを電源からの別々のリード線に接続することによって、電源を用いて、試料を発熱させた。約２８Ｖ及び約２Ａで、１４０℃を超える温度でシートを加熱した。焦げた形跡は見られなかった。
【００６０】
実験３
【００６１】
２”×３”の導電紙シートに２グラムのシアバターワックスをコーティングすることにより、香り放出試料を作製した。導電紙を電源に接続して４５．６℃（１１４°Ｆ）まで加熱した後に、シアバターの香りが漂っていた。
【表１】
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【００６２】
本願発明のこれら及び他の変更形態及び変形形態は、本願の、より詳細には添付の請求項に記載の、趣旨及び範囲から逸脱することなしに、当業者によって実行され得る。その上、当然のことながら、本願発明の様々な態様は、全部または一部のいずれかにおいて入れ替えられ得る。さらに、当業者は、前述の説明が例示に過ぎず、添付の請求項にさらに述べられる本願発明を限定する意図はないことを理解するであろう。
【図１】
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【図２】
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【国際調査報告】
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