JPH0113634B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は導電性エレメント（導電性要素）およ
びその製造法に関する。

本発明の新規導電性エレメントは可撓性ポリマ
ーフイルム支持体およびこの支持体中に部分的に
埋め込んでランダムに配分した繊維（たとえばガ
ラス繊維）を包含し、該繊維の一部突き出した部
分に導電性固体粒子を固着して導電性層を形成せ
しめて構成されたものである。本発明の導電性エ
レメントは、支持体およびこの支持体内に部分的
に埋め込まれかつ該支持体から部分的に突き出て
ランダムに配置された繊維から成る基体に、導電
性粒子の分散物（好ましくは炭素粒子の水性分散
液）を適用し、次いで該分散液を固化させること
により製造することができる。本発明の導電性エ
レメントは、特にヒーター（加熱器）として有用
である。

従来、導電性粒子の分散液を基体に塗布したの
ち、分散液を固化して導電性層を形成することか
らなる方法によつて、導電性エレメント、特に加
熱器を製造することが提案されてきた。基体は高
分子フイルムまたは織布もしくは不織布繊維物質
であつてもよい。導電性粒子、例えばカーボンブ
ラツクおよび／または黒鉛を水性または有機液体
媒質中に分散させることができる（例えば、米国
特許第2803566号；第2952761号；第2991257号：
第3400254号；第3876968号および第3900654号参
照）。これらの方法は特に経済性および安全性の
理由により好まれる水性分散液を使用する場合に
多くの欠点を有する。すなわち、特に基体が可撓
性であり、および／またはその液体組成物によつ
て適当に濡れていなければ、導電性粒子を基体に
良好に固着させることがしばしば困難である。た
とえ、はじめに良好な固着が達成されたとして
も、特に基体を曲げた場合、長期間の使用に対し
て安定な電気的諸性質を有する製品を製造するこ
とは困難である。商業的に成功した可撓性加熱エ
レメントは、均一な石綿マツトをカーボン粒子の
水性分散液に含浸することによつて製造されてき
たが、石綿繊維の使用は将来健康上の危害となる
かもしれない。

本発明者らは、部分的に支持体中に埋め込ま
れ、かつ液体組成物をその表面上に付着させた支
持体表面から突き出た多数のランダムに分布され
た繊維ならびに支持体からなる基体上に導電性粒
子を含有してなる液体組成物を付着させることに
より、改良された導電性エレメントが製造できる
ことを見出した。とりわけ部分的に埋め込まれた
繊維の存在は曲げられる導電性エレメントの電気
的安定性を改良するのに特に有用である。

一方の要旨として本発明は、支持体ならびにラ
ンダムに分布された繊維およびその繊維に固着し
た導電性固体物質を含んで成る隣接導電性層を有
して成る導電性エレメントであつて、(1)高分子物
質から成る可撓性連続フイルムである支持体、お
よび(2)支持体から突き出ており導電性固体物質を
固着して導電性層を形成する第１部分と支持体中
に埋込まれて固着導電性物質をかなり有しない、
好ましくは実質的に含まない第２部分を有するラ
ンダムに分布された繊維を有して成ることを特徴
とする導電性エレメントを提供することができ
る。

他方の要旨として本発明は、支持体ならびにラ
ンダムに分布された繊維およびその繊維に固着し
た導電性固体物質を含んで成る隣接導電性層を有
して成る導電性エレメントであり、(1)高分子物質
の可撓性連続フイルムである支持体および(2)支持
体から突き出ており導電性固体物質を固着して導
電性層を形成する第１部分と支持体中に埋込まれ
て固着導電性物質をかなり有しない第２部分を有
するランダムに分布された繊維を有して成る導電
性エレメントを製造する方法において、 導電性粒子含有液体組成物を基体に適用して組
成物を固化させることによつて該導電性エレメン
トを製造する方法であつて、 (1)支持体および(2)支持体から突き出た第１部分
と支持体中に埋め込まれた第２部分を有するラン
ダムに分布された繊維（(1)支持体と(2)ランダムに
分布された繊維）を有して成る基体であり、支持
体とこれに埋め込まれた繊維部分が導電性粒子含
有液体組成物に対してかなり不浸透性である、好
ましくは実質的に浸透を受けない基体の突出繊維
に、該導電性粒子含有液体組成物を付着させるこ
とを特徴とする方法を提供することができる。

導電性エレメントは好ましくは導電性層に電流
を通じるための少くとも２個の電極を含有する。
かかるエレメントは特に加熱器として有用であ
る。電極を全く必要としないか、または電極１個
のみを必要とするエレメントの他の用途としては
マイクロ波検定器、RFI／EMI（無線周波障害／
電磁気障害）遮蔽、電気化学工法用炭素電極、プ
リント配線板および静電気抽出器（static
electricity bleeder）が例示される。

支持体は一般には電気絶縁体であるが、導電性
であつてもよい。それは可撓性であつても、ある
いは剛直であつてもよいが、本発明は支持体が可
撓性である場合、例えばエレメントが直径15cmま
たはそれ以下、例えば、直径1.25cmの心棒のまわ
りで少なくとも90゜の角度で破壊せずに折曲げら
れる程十分に可撓性である場合とくに有用であ
る。好ましい支持体は高分子物質の可撓性の連続
したフイルムである。フイルムは均一な組成物、
例えば、加熱すると、その表面中に繊維を型押で
きるほど軟化する熱可塑性物質であつてもよい。
しかし好ましい支持体は、裏張り、特に高分子フ
イルム形成組成物の連続した層、および高分子組
成物（また好ましくは、フイルム形成組成物）の
接着性層を有して成る。接着性層は、少くとも支
持体中に繊維を埋め込もうとする際、繊維がその
表面中に型押され得る程度に接着性層を加熱した
場合に支持体構造の完全性を損失する危険がない
ように裏張りよりも低い軟化点を有するのが好ま
しい。繊維性層としては、単一の高分子または高
分子混合物、例えば、部分的に繊維をその中に埋
め込んでしまつた後に十分に硬化される、部分的
硬化された熱硬化性樹脂、例えば、Ｂ段階ポリエ
ステル樹脂であつてもよい接着剤が挙げられる。
またそれはホツトメルト接着剤であつてもよい。

裏張りおよびそれに対する接着剤のための適当
な高分子物質としては、エチレン、プロピレン、
塩化ビニル、フツ化ビニル、塩化ビニリデン、フ
ツ化ビニリデン、テトラフルオロエチレン、エチ
レンテレフタレート、エチレンセバケイト、ヘキ
サメチレンアジパアミド、ε−カプロラクタムお
よびメチルメタアクリレートのポリマー；ポリエ
ポキシド；フエノール−ホルムアルデヒド樹脂；
ゴム；エチレン−プロピレンゴム；エチレン−プ
ロピレン−ジエン・ターポリマーゴム；およびア
クリロニトリル−ブタジエン−スチレン・ターポ
リマーが例示される。好ましい支持体はポリエチ
レンテレフタレートおよびポリエチレンの可撓性
積層物（ラミネート）である。

支持体は、それから突き出ている繊維の埋込ま
れた部分を除いて、すべての繊維または少なくと
もランダムに分布された繊維から実質的に離れて
いるが、繊維強化高分子フイルムもまた支持体と
してまたは支持体の成分として使用できる。支持
体はしばしば実質的に水を浸透しない。

適当な繊維としては、望ましいものであるが、
好ましくは平均直径３〜50ミクロンのガラス繊
維；綿、紙、その他セルロース繊維；およびセラ
ミツク繊維が挙げられる。繊維は一般に支持体と
は化学に異なるものである。繊維は好ましくは本
質的にランダムに分布された繊維からなる。不織
布繊維マツトが好ましくは部分的に支持体に埋込
まれるが、個々の繊維がフロツク加工法によつて
部分的に支持体に埋め込まれてもよい。不織布繊
維マツトを使用するときには、その厚みは通常少
なくとも0.05mm、好ましくは0.07〜0.6mm、とくに
0.13〜0.25mmである。

それぞれの繊維（不織布繊維として利用しよう
と、あるいはその他の方法によろうと）は多数の
埋込まれた部分および／または多数の突き出てい
る部分を有してもよい。すなわち繊維の突き出て
いる部分は環状および／または自由は末端の形で
あつてもよい。考えられることは、少なくともあ
る場合には、エレメントの製造中液体組成物をそ
の層に適用するとき、部分的に埋込まれた繊維の
突き出ている部分は相互に関連して動くことであ
る。

導電性物質は好ましくは、液体媒質、好ましく
は、水中に分散させた導電性粒子、好ましくはカ
ーボンブラツクおよび／または黒鉛を含有する組
成物として、突出繊維に適用され、次いで、好ま
しくは熱の助けによつて液体媒質を蒸発させて、
導電性粒子を繊維に固着させる。しかし、本発明
はまた、液体組成物を適用したのち、その適用の
際加熱温度から冷却するか、あるいは化学反応に
よつて固化する液体組成物の使用を含む。液体組
成物は好ましくは実質的に強化繊維を含まない。
１種または２種以上の液体組成物からの２つまた
は３つ以上のコーテイングを適用できる；一方の
コーテイングを、好ましくはないが、他方のコー
テイングを適用する前に乾燥させることもでき
る。適当な組成物は例えば米国特許第2803566号
において文献上公知である。

導電性物質は、例えば平均厚み約10〜約200ミ
クロンのコーテイング物として繊維上に好ましく
は析出され、それ故に導電性層が、好ましくはそ
の厚み全体にわたつて、その中にランダムに分布
された空〓を有する。その空〓は連続しているお
よび／または閉ざされた空洞であつてもよい。導
電性層の厚み全体にわたつて任意に分布された繊
維が存在することが望ましい。

導電性物質を水性分散液として適用する場合、
しかもとくに突き出ている繊維がガラス繊維であ
る場合、その分散液を適用する前にその繊維をカ
ロチン性湿潤剤の水溶液で有利に洗浄することが
できる。これは導電性粒子の繊維に対する固着性
を促進させる。

液体組成物はいずれかの適当な技術、例えば、
シルクスクリーン印刷もしくはグラビア印刷など
好ましいプリント（印刷）または塗布もしくは噴
霧によつて基体に適用される。組成物は所定の形
模様を印刷することによつて、および／または相
異なる区域に使用する液体組成物を変化させるこ
とによつて均一または非均一に適用される。これ
は加熱エレメントに対してとくに有用である。液
体組成物の非均一塗布は、所望の非均一な熱出力
を有する加熱エレメントを製造するために使用さ
れ得る。非均一印刷もまた、それぞれ電極に接続
しているが、もし焼け切れまたは他の欠陥が生じ
た場合、それが加熱器にそつて伝播できないよう
に、相互に分離した多数の加熱パネルを有する加
熱器の製造に有用である。もしパネルが短い距離
でしか離れていないなら、加熱器の熱出力は実質
的に均一であるはずである。

電極をも含むエレメントを製造するにあたつ
て、電極は、繊維を部分的に支持体中に埋込む前
に支持体上に、または液体組成物を適用する前に
部分的に埋込まれた繊維の上に、または導電性層
が形成したのちにその導電性層の上に、設置でき
る。導電性接着剤が電極を導電性層に結合させる
ために使用できる。文献上知られている種類のス
トリツプ電極が好ましい。

材料を適当に選択することによつて、本発明
は、広い範囲の電圧、例えば12〜600ボルト、好
ましくは110〜220ボルトにて、かつ作動温度約
150℃以下およびそれ以上で作動できる加熱器を
製造するために使用できる。

新規なエレメントにおいて、支持体の１個以上
の表面、例えば、可撓性高分子フイルムの両面に
保持された導電性層であつてもよい。エレメント
はまた相互にまたは他の導電性エレメントに積層
させて、積層構造を作つてもよい。ある種の好ま
しい態様として、エレメントはまた、好ましくは
エレメントの中立の折曲線が導電層を通過するよ
うに、支持体から離れた導電性層の表面に保持さ
れた電気絶縁性高分子層を含有する。その電気絶
縁性は裏張りおよび接着性層（支持体について前
記したように）を含有してなり、被膜した突き出
ている繊維が接着性層中に埋込まれるように、加
熱および加圧下にエレメントに積層される。接着
性層は、それが流れて導電性層中の全ての空〓を
実質的に充てんするようなものであつてもよい。

本発明を添付の図面において説明する。そこで
は本発明の加熱エレメントが図面によつて説明さ
れる。エレメントは、ポリエチレンテレフタレー
トおよびポリエチレンの積層物（ラミネート）で
ある可撓性支持体１、支持体のポリエチレン層中
に部分的に埋込まれている不織ウエブのガラス繊
維２、そのウエブを埋込む前にポリエチレン表面
上に配置されたストリツプ電極３および３Ａ、お
よび両電極の間の区域においてウエブの上で、両
電極上にパネル４，４Ａ，４Ｂとして連続してい
る形模様にウエブ上に印刷された、水性導電性粒
子組成物の乾燥残渣を有する。第１図のエレメン
トの断面部分において図示するように、ガラス繊
維２は、支持体１から突き出ており導電性物質が
固着された第１部分２１、及び支持体１に埋め込
まれており導電性物質が固着されていない第２部
分２２を有する。

さらに本発明は下記の実施例によつて説明さ
れ、そこでは部は重量による。

実施例 結合剤(A)50部、結合剤(B)50部および導電性混合
物100部を混合して液体導電性組成物を調製する。
ただし、各々は下記に従つて調製される。

導電性混合物の調製：− シヨウイニーガン（Shawinigan）アセチレン
ブラツク260部、バルカン（Vulcan）XC−72（オ
イルフアーネスカーボンブラツク）140部および
水1822部を混合したのち、混合物を少なくとも１
日熟成（エージング）させた。

結合剤Ａの調製：− 高せん断混合タンク中で脱イオン水17部、シリ
カ40％を含有する水性コロイド状シリカゾル（商
品名ルドツクス（Ludox）HS−40）200部、アク
リル酸エチルおよびアクリル酸ブチルのコポリマ
ーを含有するアクリル酸ラテツクス接着剤（市販
名AC−61X）59部および混合物のpHを約9.9に
調整できるだけ十分の水酸化アンモニウムを混合
し、次いでこの混合物にジシアンジアミドホルム
アルデヒド縮合物（商品名ワーコフイツクス
（Warcofix）なるカチオン性湿潤剤）３部を含む
脱イオン水128部を加えることによつて、シリカ
分散液が得られた。分散液を一夜熟成させた。

結合剤Ａは、上記シリカ分散液204部およびベ
ントナイトクレイ68部を混合したのち、得られる
混合物を少なくとも24時間熟成することにより得
られた。

結合剤Ｂの調製：− 結合剤Ｂは、高せん断混合タンク中で、結合剤
Ａのために使用されたシリカゾル200部、結合剤
Ａのために使用されたアクリル酸接着剤126部お
よびpHを約9.9に調整するに十分な水酸化アンモ
ニウムを混合して得られた。この混合物に結合剤
Ａのために使用された湿潤剤５部を含む脱イオン
水88部を加えた。混合物を24時間熟成させた。

導電性エレメントの製造：− 幅1.25cmおよび厚み0.013cmの引延ばしたニツ
ケル小片２個を、ポリエチレンテレフタレート
（厚み0.013cm）およびポリエチレン（厚み0.005
cm）の積層物（ラミネート）を有して成る可撓性
小片のポリエチレン表面の長さに沿つて両端に並
行して設置した。ガラス繊維（平均直径3.8ミク
ロン）の不織ウエブ（厚み0.075cm）を加熱およ
び加圧下にポリエチレン表面に配置した。次い
で、脱イオン水99.8部、結合剤Ａに使用したカチ
オン性湿潤剤0.1部および商品名トライトン
（Triton）CF10なる非イオン性界面活性剤0.1部
からなる溶液を使用して、その表面を洗浄して遊
離した繊維を除去した。

液体導電性組成物を、200メツシユのスクリー
ン（ふるい穴0.0075cm）を使用して表面上にシル
クスクリーン印刷に付した。組成物の２回塗布を
施して完全な被覆を確保し、その際第１被膜が乾
燥する前に第２被膜を塗布した。導電性組成物を
２本の金属小片電極と電気的に接触させ、かつ両
金属小片間の区域上に完全に拡げた。組成物を乾
燥させたのち、ポリエチレンテレフタレートおよ
びポリエチレンフイルムの可撓性積層物の上部層
を導電性組成物および支持体に積層させた。

得られた加熱エレメントは約500オーム／スク
エアの抵抗を有し、かつ110ボルトの交流電源に
接続すると、ワツト密度約24ワツト／スクエア
（単位面積）を示した。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の導電性エレメントの一部分の
斜視図である。 １……支持体、２……繊維（ガラス繊維）、３
および３Ａ……ストリツプ電極、４，４Ａおよび
４Ｂ……パネル、２１……第１部分、２２……第
２部分。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 支持体ならびにランダムに分布された繊維お
   よびその繊維に固着した導電性固体物質を含んで
   成る隣接導電性層を有して成る導電性エレメント
   であつて、 (1) 高分子物質からなる可撓性連続フイルムであ
   る支持体、および (2) 支持体から突き出ており導電性固体物質を固
   着して導電性層を形成する第１部分と支持体中
   に埋込まれて固着導電性物質をかなり有しない
   第２部分を有するランダムに分布された繊維 を有して成ることを特徴とする導電性エレメン
   ト。 ２ 繊維が支持体中に部分的に埋込まれた不織布
   繊維マツトの形をしていることを特徴とする特許
   請求の範囲第１項記載のエレメント。 ３ 繊維マツトが平均直径３〜50ミクロンのガラ
   ス繊維からなり、厚み0.07〜0.6mmであることを
   特徴とする特許請求の範囲第２項記載のエレメン
   ト。 ４ (i)支持体が高分子フイルム形成組成物の第１
   の連続した層および第１高分子組成物よりも低い
   軟化点を有する第２高分子組成物の第２層を有す
   る積層物（ラミネート）であり、(ii)繊維が第２層
   中に部分的に埋込まれていることを特徴とする特
   許請求の範囲第１、２または３項記載のエレメン
   ト。 ５ (i)支持体および繊維が電気絶縁性物質からな
   り、(ii)エレメントはさらに支持体から離れた繊維
   の表面に付着した高分子物質の電気絶縁性層を有
   し、(iii)エレメントの中立の折曲り軸が導電性層を
   通過することを特徴とする特許請求の範囲第１〜
   ４項のいずれかに記載のエレメント。 ６ 導電性層がその中に多数のランダムに分布さ
   れた空〓を有することを特徴とする特許請求の範
   囲第１〜５項のいずれかに記載のエレメント。 ７ (i)導電性層が10〜150000オーム／電気的単位
   面積（electrical square）の抵抗を有し、(ii)さら
   にエレメントが、電力源に接続すると導電性層に
   電流を通じ得る少くとも２個の空間的に離れた電
   極を有することを特徴とする特許請求の範囲第１
   〜６項のいずれかに記載のエレメント。 ８ 支持体ならびにランダムに分布された繊維お
   よびその繊維に固着した導電性固体物質を含んで
   成る隣接導電性層を有して成る導電性エレメント
   であり、(1)高分子物質の可撓性連続フイルムであ
   る支持体および(2)支持体から突き出ており導電性
   固体物質を固着して導電性層を形成する第１部分
   と支持体中に埋込まれて固着導電性物質をかなり
   有しない第２部分を有するランダムに分布された
   繊維を有して成る導電性エレメントを製造する方
   法において、 導電性粒子含有液体組成物を基体に適用して組
   成物を固化させることによつて該導電性エレメン
   トを製造する方法であつて、 (1)支持体および(2)支持体から突き出た第１部分
   と支持体中に埋め込まれた第２部分を有するラン
   ダムに分布された繊維を有して成る基体であり、
   支持体とこれに埋め込まれた繊維部分が導電性粒
   子含有液体組成物に対してかなり不浸透性である
   基体の突出繊維に、該導電性粒子含有液体組成物
   を付着させることを特徴とする方法。 ９ 支持体が疎水性高分子物質の可撓性の連続し
   たフイルムであり、液体組成物が導電性粒子の水
   性分散液であることを特徴とする特許請求の範囲
   第８項記載の方法。 １０ 液体組成物が実質的に強化繊維を含まない
   ものであつて、この組成物をプリント工法によつ
   て基体に適用することを特徴とする特許請求の範
   囲第８または９項記載の方法。