JPH02103885A - 発熱装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、炭素繊維／炭素コンポジット（以下、Ｃ／Ｃ
コンポジットという）を発熱体とする発熱装置に関する
。

（従来の技術） マトリックスが炭素（または黒鉛）で、強化材が炭素繊
維（または黒鉛繊維）から成る複合材であるＣ／Ｃコン
ポジットを発熱体として使用する試みがなされている。

そして、本発明者らは、このＣ／Ｃコンポジットを用い
た面発熱体を開発し、既にそれを、特願昭６３−３７０
６９号、特願昭６３−３７０７０号として出願した。

これらＣ／Ｃコンポジットを発熱体として使用する場合
、Ｃ／Ｃコンポジットの機械的強度が大きいので、薄形
、細径に加工することができ、小型で精密な形状に賦形
することが可能であり、また通電負荷が小さくても高温
発生が可能になるという効果が得られる。その場合には
、Ｃ／Ｃコンポジットは給電路である電極と接続されな
ければならない。

従来、この接続に関しては、たとえば、電極とＣ／Ｃコ
ンポジット発熱体の端子部とを直接面接触させるという
方法や、電極を炭素材（または黒鉛材）で製作しこれに
発熱体端子部を接触せしめ、両者を単にビス止めしたり
または導電性接着剤で接合するという方法などが採用さ
れている。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、上記したような接続方法の場合には、次
のような問題が発生する。

たとえば、発熱体の端子部と電極とを直接接触させて両
者を接続した場合、発熱体の熱伝導損失が大きくなり、
発熱体に所望する温度分布を設定することが困難になる
。また、この接続においては、発熱体の端子部と電極と
は単なる面接触状態にあるため、その接触抵抗が大きく
なる。その結果、通電時にこの接続部の温度上昇が進ん
で電極が高温となり、たとえば電極が銅のような金属製
であった場合、その電極が劣化し消耗するという事態を
招く。

発熱体がＣ／Ｃコンポジット、電極が炭素材で、両者を
ビス止めするような接続の場合、このＣ／Ｃコンポジッ
トは一般にその剛性が極めて高く弾性に欠けるので、ビ
スを緊締しても電極とＣ／Ｃコンポジットとは互いにな
じまず、結局は充分に密着した状態の接続が果せないと
いう問題が生ずる。また、導電性接着剤を用いて接続し
た場合には、導電性接着剤を硬化した後であっても前記
接着剤からのガス発生があるため、全体の環境を劣悪に
するという事態を招く。

本発明は上記したような諸問題解決し得るＣ／Ｃコンポ
ジット発熱体と電極との接続部を有する発熱装置の提供
を目的とする。

（課題を解決するための手段・作用） 上記目的を達成するために、本発明においては、Ｃ／Ｃ
コンポジット発熱体の端子部と電極との間に、前記Ｃ／
Ｃコンポジット発熱体よりも剛性の低い耐熱導電材から
成る接続部材を介在させ、前記端子部と電極とを接続し
て成る接続部を有することを特徴とする発熱装置が提供
される。

発熱体であるＣ／Ｃコンポジットは次のような方法で製
造することができる。

第１の方法はプリプレグ法である。この方法においては
まず、後述する炭素繊維に、Ｂステージのフェノール樹
脂、フラン樹脂のような熱硬化性樹脂や、ピッチ等の炭
化可能物質が含浸されているプリプレグを用い、このプ
リプレグを必要枚数だけ積層したりまたは必要回数巻回
して所望の発熱体形状に整形する。

つぎに、得られた整形体を不活性ガス雰囲気下において
６００〜３０００°Ｃの温度域で焼成し、プリプレグ中
の炭化可能物資を熱分解せしめて炭素化または黒鉛化し
、Ｃ／Ｃコンポジットとなして発熱体を得る。しかしな
がら、得られた発熱体は多孔質で低密度であるため、再
びこれに前記炭化可能物質を含浸し焼成するという操作
を複数回反復して所定の密度になるまで高密度化するこ
とが好ましい。

第２の方法は樹脂含浸法である。この方法は、生の炭素
繊維それ事態を積層または巻回して発熱体形状に整形し
たのち、これに上記炭化可能物質を含浸し焼成するとい
う方法である。含浸−焼成を必要面反復して高密度化す
るのが好ましいことはプリプレグ法の場合と同様である
。

第３の方法はＣＶＤ法である。この方法は、前記樹脂含
浸法の場合と同様に生の炭素繊維を整形して発熱体形状
とし、これを１０００〜２０００°Ｃの高温下において
メタン、プロパン等の炭化水素を含む気流中で熱処理す
ることにより、炭素繊維の表面に熱分解炭素（または黒
鉛）を必要量沈積せしめてＣ／Ｃコンボジントメトし、
発熱体にする方法である。

第４の方法は、単糸径が３〜１５μｍ程度でアスペクト
比が数百という短繊維に適用できるブレンド法ともいう
べき方法である。この方法においては、上記短繊維と上
記炭化可能物質との混合物に各種の成形法を適用して、
発熱体形状に成形したのちこれを焼成する。

以上説明した第１〜第４の方法においては、あらかじめ
発熱体形状に整形したものを焼成しているが、焼成後に
切削加工等の機械加工を施して所望の発熱体形状にする
こともできる。

これらの方法に用いられる炭素繊維としては次のような
形態のものがあげられる。

第１に織物である。織物は平織物、綾織物、朱子織物の
いずれであってもよい。また、特開昭５１５８５６８号
、特公昭５９−３２２９１号公報にそれぞれ開示されて
いる円形織物ないし螺旋状円形織物を使用することがで
きる。

第２に解繊マットである。これは、１本１本の炭素短繊
維がランダム配向しているものである。

第３はチョツプドストランドマットである。これは、炭
素繊維の束を所定の長さに裁断し、各裁断束をランダム
配向セしめて成るマットである。

第４は、スワールマントである。これは、短繊維ではな
く、解繊され、または解繊されていない連続繊維（若し
くは連続繊維束）がランダム配向されているものである
。

第５は筒状編組である。これはその径方向および長手方
向への伸縮性に冨む。筒状のままでも使用できるしまた
平らに押しつぶして使用することもできる。

第６は、一方向に互いに並行に、かつテープ状またはシ
ート状に引揃えた、連続繊維の一方向引揃え体である。

これには、通常、引揃え状態を維持するために、Ｂステ
ージの、フェノール樹脂等の熱硬化性樹脂や、ピッチな
どが含浸されている。

別に、一方向性プリプレグと呼ばれるものである。

第７の形態は、アスペクト比の小さい短繊維であり、前
記したブレンド法による発熱体の製造時に使用される。

なお、上記した第１〜第６の形態の炭素繊維を積層して
用いる場合、炭素繊維の糸を用い、たとえば単環縫によ
って一体にステイフナしておくと、発熱体の層間剥離強
度や層間剪断強度、衝撃強度等が向上するようになるの
で好ましい。

発熱体の電気抵抗は、使用した炭素繊維の種類、形態、
配置の仕方、含有量、炭素繊維にするときの焼成温度や
、マトリックス炭素の種類や、発熱体の嵩密度や、Ｃ／
Ｃコンポジット化するときの焼成温度等によって変化さ
せることができる。

上記したＣ／Ｃコンポジット発熱体に電流を給電するた
めの電極の材料としては、汎用されているＣｕ、Ｎ、、
ステンレスなどの合金のような電気伝導度の大きい材料
の外に、たとえば、焼結炭素（またはその黒鉛化物）　
；　Ｍｏ　、　Ｗ、　　Ｃｒ　、　ＴｉＺｒ、Ｔａのよ
うな高融点金属；各種の耐熱合金、ＢＮのような導電性
窒化物；Ｍ６Ｓｉｘのような導電性金属けい化物、Ｂ、
Ｃのような導電性炭化物に代表される、導電性と同時に
耐熱性も備えた材料をあげることができる。

本発明の発熱装置においては、Ｃ／Ｃコンポジット発熱
体の端子部と上記電極との間に、後述の接続部材を介在
せしめることにより両者が接続されて接続部が構成され
る。

ここで用いる接続部材は、導電性を有することはもち論
のことであるが、さらには、前記したＣ／Ｃコンポジッ
トよりもその剛性が低いという特性を備えていることが
必要である。

このような特性を満足する材料としては、前記した、焼
結炭素（またはその黒鉛化物）；Ｍ。

Ｗ、Ｃｒ、Ｔ、、Ｚｒ、Ｔａのような高融点金属；各種
の耐熱合金；導電性窒化物、導電性金属けい化物、導電
性炭化物のような導電性セラミックス、さらにはこれら
材料の粉末を、コールタール。

コールタールピッチなどの炭素質バインダ　フェノール
樹脂、フラン樹脂、コブナ樹脂などの樹脂バインダと混
練して成る導電性セメントや導電性接着剤をあげること
ができる。

発熱体の端子部と電極を接続する際には、上記した材料
から、たとえばワッシャを製作し、このワッシャを前記
端子部と電極の間に介在せしめ、全体を常法のビス止め
のような手段で緊締すればよい。また、ワッシャに代え
て、上記材料の発泡体を介在せしめてもよい。さらには
、端子部または電極に上記した導電性接着剤を塗布し、
それを乾燥硬化せしめたのち両者をビス止めのような手
段で緊締すればよい。

また、電極と発熱体の端子部の間に上記した材料で構成
した接続部材を橋絡せしめ、この接続部材の一方の端部
と電極、およびこの接続部材の他方の端部と発熱体の端
子部とをビス止めのような手段でそれぞれ緊締してもよ
い。

この前者の接続部の場合、接続部材はその剛性がＣ／Ｃ
コンポジットよりも低く軟質であるため、緊締手段で発
熱体の端子部と電極間を緊締したとき、この接続部材が
発現するある種の弾発力の作用により、この接続部材は
、常時、発熱体の端子部と電極との両者を緊締方向に逆
向した方向に押圧することになり、その結果、接続部に
おける発熱体の端子部と電極との電気的接続状態は良好
に維持される。

また、後者の接続部の場合も、緊締手段によってその両
端部で電極と発熱体の端子部とにそれぞれ圧接されてい
る接続部材は、その弾発力によってその両端部が電極と
端子部に密着することになるので、電極と発熱体の端子
部との間の電気的接続状態は良好に維持される。

（実施例） 以下に、本発明装置における接続部を添付図面に基づい
てさらに詳細に説明する。

第１図は本発明にかかる接続部の１例を示す分解斜視図
である。図において、発熱体１１は発熱部がジクザクに
屈曲したＣ／Ｃコンポジットの板体であり、その端子部
１１ａには透孔１１ｂが形成されている。この発熱体の
端子部１１ａは、上部にねじ穴１２ａが形成されている
ＢＮスタンド１２の上に、透孔１１ｂとねし穴１２ａを
合致させた状態で載置される。

そして、透孔１１ｂとねじ穴１２ａには、ねし頭１３ｃ
の下面に雄ねじ１３ａが突設され上面にはねじ穴１３ｂ
が形成されているＭＯ製のねし１３が螺着されて、発熱
体の端子部１１ａがねし１３のねし頭１３ｃの下面とＢ
Ｎスタンド１２の上面の間で強く挟持される。

ねじ頭１３ｃの上面には、端部に透孔１４ａが形成され
、ニッケルメッキが施されているＣｕ製のブスバー１４
が載置され、この透孔１４ａとねじ穴１３ｂには、雄ね
じ１５ａが形成されているＭ。

製のねじ１５が螺着されて、ねじ１３の上面とねじ１５
のねし頭の下面とでＣｕブスバー４が強く挟持される。

このような構造の接続部においては、発熱体の端子部１
１ａは軟質なＭＯ製ねじ１３のねし頭１３ｃの下面と密
着した状態で接続するので、Ｃｕブスバー１４と発熱体
１１との電気的接続は良好となる。

第２図は、他の接続部材を用いたときの、Ｃ／Ｃコンポ
ジット発熱体とカーボンなどの炭素質電極の接続部を例
示する分解斜視図である。

図において、発熱体２１の端子部２１ａには透孔２１ａ
が形成され、また炭素質電極２２の端部にも透孔２２ａ
が穿設されている。接続部材２３は、棒状の炭素または
黒鉛材から成り、その両端に透孔２３ａ、２３ｂがそれ
ぞれ穿設されている。

接続部材２３の一側面の２つの透孔２３ａ、２３ｂの外
周には、同心状にねし２４ａ、２５ａより大径の凹部が
形成されていて、この四部間は長手方向に伸びる凹溝で
連絡されている。そして、透孔２３ａ、２３ｂの凹部と
凹溝にはＭＯが組込まれて埋設されている。

発熱体の端子部２１ａと電極２２の上には、対応する互
いの透孔が合致するように前記した接続部材２３が載置
され、これらの透孔に雄ねじ２４ａ２５ａがそれぞれ嵌
挿され、それを雌ねじ２４ｂ２５ｂで緊締した構造にな
っている。この場合の雄ねじ、雌ねじは耐熱性、導電性
を備えていればよく、その材質は問わない。

この場合は、接続部材２３は発熱体の端子部２１ａと電
極２２を橋絡した構造であり、端子部２１ａはその部分
のＣ／Ｃコンポジットよりも剛性が低く軟質である炭素
または黒鉛材と密着するので、第１図の場合と同じよう
に、端子部２１ａと電極２２との間の電気的接続は良好
となる。

第３図は、接続部材がＭｏの箔である場合の分解斜視図
である。図において、Ｃ／Ｃコンポジットの発熱体３１
の端子部３１ａ、およびＣｕ電極３２の端部にはそれぞ
れ透孔３１ｂ、３２ａが形成され、この両者間に、両端
に透孔３３ａ、３３ｂを有し、波状に折り曲げられたＭ
ｏ箔３３が載置され、これらは、雄ねじ３４　ａ、　　
３５　ａ、雌ねじ３４ｂ、３５ｂによってねし止めされ
ている。なお、この場合も、第２図の場合と同じように
、雄ねじ、雌ねじは耐熱性、導電性を備えていればよく
、その材質を問うものではない。

この場合は、接続部材３３がＭｏｆｆ３であるためその
熱容量は小さく、それゆえ、発熱体３１で発生した熱量
が、熱容量の大きいＣｕ電極３２側に伝達するという熱
伝導損失の問題を抑制し、その結果、発熱体３１の熱効
率を改善することもできる。

第４図は、発熱体が捕型形状をしており、電極がＣ／Ｃ
コンポジットである場合の接続部を例示する分解斜視図
である。

図において、発熱体４１は置型形状をし、その端子部４
１ａは足状に引き出され、そこに透孔Ｊｌｂが形成され
ている。

ｔｌｆｉ４２もｃ／Ｃコンポジットで構成されているが
、その比抵抗は発熱体４１のそれよりも小さい値になっ
ている。そして、電極４２の上端には透孔４２ａが形成
されている。

接続部材４３はＭｏ板から成り、その上部には、発熱体
の端子部４１ａを抱きかかえるような側板部４３ａが形
成され、またその下部には、上記側板部４３ａとは逆方
向に折曲され、電極４２を抱きかかえられるような側板
部４３ｂが形成されている。そしてＭｏ板の上部には透
孔４３ｃが穿設されている。

接続に当っては、発熱体の端子部４１ａにＭ。

板の上部と電極４２の上部を互いの透孔４１ｂ。

４３ａ、４２ａが合致するように重ね合せ、Ｍ。

板の側板部４３ｂを折曲して端子部４１．ａを抱きかか
えさせ、その状態で、Ｍｏ製の雄ねじ４４を各透孔に嵌
挿し、それを雌ねじでねし止めすればよい。

この構造の場合、軟質なＭＯ板４３が介在するため、発
熱体の端子部４１ｂと電極４２との密着性が向上して両
者間の電気的接続状態は良好になるのみならず、Ｍｏ板
４３とＣ／Ｃコンポジット電極４２の併用によって、端
子部、ｌｌｂの機械的強度が補強されるという効果も得
られる。

（発明の効果） 以上の説明で明らかなように、本発明装置における接続
部は、Ｃ／Ｃコンポジット発熱体の端子部と電極とをＣ
／Ｃコンポジットよりも剛性の低い材料の接続部材を介
在させた状態で互いに接続しているので、Ｃ／Ｃコンポ
ジット発熱体と電極間の電気的接続は良好となり、接続
部の発熱は抑制される。また、この接続部材は軟質であ
るため緊締時に形状追随して応力集中を緩和することに
なり、その結果、接続部の機械的強度も補強される。さ
らには、この接続部材は、発熱体からの熱４゜ 流が電極側に流れ込むことを制限することもできるので
、発熱体の熱効率を高めるという効果も発揮する。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第４図は、いずれも本発明方法で形成した接続
部の構造例を示す分解斜視図である。 １１　２１．３１．４１・・・Ｃ／Ｃコンポジット発熱
体、１１．ａ、２１ａ、３１ａ、４１ａ、・・・発熱体
の端子部、Ｉｌｂ、１４ａ、２］ａ、２２ａ。 ２３ａ　　２３ｂ、３１ａ、３２ａ、３３ａ、３３ｂ。 ４１ｂ　　４２ａ　　４３ｃｍ透孔、１２・ＢＮスタン
ド、１．２　ａ、　　１３　ｂ・＝ねじ穴、１３　、１
５−Ｍ。 製のねじ、２２・・・炭素質電極、２４ａ、２５ａ３４
　ａ、　　３５　ａ、　４４−雄ねじ、２４ｂ、２５ｂ
３４ｂ　　３５ｂ・・・雌ねじ、３３・・・Ｍｏ箔、４
２・・・Ｃ／Ｃコンポジントメト極、４３・・・Ｍｏ板
、４３ａ。 ４３ｂ・・・側板部。 出願人　　ハナワ熱電金属株式会社 出願人　　東　し　株　式　会　社 代理人　　弁理士　　長　門　侃　ニ 第２ 図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 炭素繊維／炭素コンポジット発熱体の端子部と電極との
   間に、前記炭素繊維／炭素コンポジット発熱体よりも剛
   性の低い耐熱導電材から成る接続部材を介在させ、前記
   端子部と電極とを接続して成る接続部を有することを特
   徴とする発熱装置。