JPH076104B2 - 発熱体の製造方法 - Google Patents

発熱体の製造方法

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JPH076104B2
JPH076104B2 JP2279373A JP27937390A JPH076104B2 JP H076104 B2 JPH076104 B2 JP H076104B2 JP 2279373 A JP2279373 A JP 2279373A JP 27937390 A JP27937390 A JP 27937390A JP H076104 B2 JPH076104 B2 JP H076104B2
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fibers
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良幸 佐々木
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    • D—TEXTILES; PAPER
    • D02—YARNS; MECHANICAL FINISHING OF YARNS OR ROPES; WARPING OR BEAMING
    • D02G—CRIMPING OR CURLING FIBRES, FILAMENTS, THREADS, OR YARNS; YARNS OR THREADS
    • D02G3/00—Yarns or threads, e.g. fancy yarns; Processes or apparatus for the production thereof, not otherwise provided for
    • D02G3/02—Yarns or threads characterised by the material or by the materials from which they are made
    • D02G3/12—Threads containing metallic filaments or strips

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  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Textile Engineering (AREA)
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  • Yarns And Mechanical Finishing Of Yarns Or Ropes (AREA)
  • Woven Fabrics (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 (発明の分野) 本発明は繊維束に電流を流して効果的に発熱させる新規
な発熱体の製造方法に関するものである。
(従来技術) 従来から、適当な抵抗値を持つ金属、例えばニクロム線
の様な抵抗体に電流を流して発熱させる事は良く知られ
ている。然しながらこれらの抵抗体合金は延性に欠ける
ので、細い繊維状にする事は出来ず、可撓性がなくゴワ
ゴワしたものであった。一方、延性に優れ細い繊維状に
する事が出来る金属は必ず抵抗値が低い為(銅やアル
ミ,鉄など)、これに電流を流すと過大な電流が流れ発
熱体としては用い難い。このため繊維の様に可撓性のあ
るしなやかな発熱体を作る試みがなされた。例えば実開
昭51-99829号公報や実開昭51-115653号公報には、短く
切った多数のステンレス繊維を用いて平行状態に並べ集
束してひも状とし、太細のむらを修正しつつ引き伸ばし
たものを発熱体として用いることが記載され、さらに、
該ステンレス繊維と一緒に、ポリアミド,ポリエステル
などの合成樹脂からなる短い繊維を約1:4の割合で均一
に混ぜ合せた後、それらを引揃えて混紡糸とし、該混紡
糸の中で該ステンレス繊維を互に接触させて発熱体とし
たものが開示されている。しかしこれらの発熱体は、ス
テンレス繊維と合成繊維とを均一に混ぜ合せた後、引揃
えて混紡糸とするものであるため糸軸方向に沿って均一
な抵抗値とすることが困難であり、工業的には製造する
ことが出来ないものであった。すなわち、ステンレス繊
維と合成繊維とでは、繊維物性を著しく異にするため均
一に混ぜ合わせるのが困難であり、特に、両者の表面摩
擦係数が相違するため、引き揃えて細くする際に摩擦係
数が高いステンレス繊維が集まり塊を作るため、該ステ
ンレス繊維を均一に糸軸方向に沿って配置することは出
来なかった。特に、ステンレス繊維の接触点、又は接触
回数を均一化するためには、長い繊維長のものを使用す
ることが好ましいが、この様な長いステンレス繊維を用
いた発熱体を得ることは全く不可能であった。
(発明の目的) 本発明の目的は繊維化し易い普通の金属繊維を使って、
しかもこれ等を適当な抵抗値を有するものに変える事に
より、柔軟で可撓性があり、且つ大電流が流れる事なく
適当な発熱状態が得られる発熱体を工業的に製造する方
法を提案するものである。
(発明の構成および作用) 即ち、本発明は、導電性を有する連続繊維と導電性を有
しない連続繊維を同時に牽切域に供給して牽切し不連続
繊維とすることにより、該導電性を有する不連続繊維と
導電性を有しない不連続繊維とが混合された繊維束とな
し、該混合繊維束の任意の断面において該導電性を有す
る不連続繊維の本数が平均10本以上含まれるようにし、
且つ、圧空ノズルを用いて該混合繊維束を処理すること
により該導電性を有する不連続繊維を相互に接触させる
ようにしたことを特徴とする発熱体の製造方法にある。
図により、本発明を詳細に説明する。
第一図は本発明の方法を実施するための好ましい工程の
一例を示す図である。即ち、第一図(G)の1は細く繊
維状に形成された銅,スチール、アルミ等の電気良導体
の束であって、このままでは電気抵抗値が10-5〜10-6Ω
−cmオーダーという低い抵抗値の為、電流が流れ過ぎて
発熱体としては使えない。これを、第一図(H)に示す
ように回転する一対のローラー2及びこれより数倍〜数
10倍速く回転する一対のローラー3の間(牽切域)で強
引に引き伸ばすと該電気良導体の束を構成する繊維は悉
く引き千切られて、短く切られた(牽切された)繊維の
集まりとなる。このままではバラバラになり易いので、
圧空ノズル4などで抱合して繊維束とする。この様に導
体を短く切って不連続繊維としたものはこれに電流を流
してもダイレクトに流れず、接触抵抗を介して流れるの
でその抵抗値は元の数倍〜数10倍となって発熱体として
の好ましい抵抗値の範囲に変化させることができる。従
って、この場合糸軸に沿って均一に発熱させる為には各
所での接触抵抗にあまり変化が無い事が望ましいが、こ
れは繊維の本数さえ多ければ接触点が増加する為大数の
法則で各所の接触点は予想外に平均化され、温度のバラ
ツキは実用上殆んど問題が無くなる。これを期待するに
は繊維束の各部分に於いて、少くとも10本以上出来れば
25本以上の構成繊維本数を有する事が接触点を平均化す
る上で望ましい。
本発明においては、前記導電性不連続繊維と導電性を有
しない不連続繊維とが混合された複合繊維束とする必要
がある。
この様な複合繊維束は、例えば第二図の工程図に示す様
な方法によって作る事が出来る。即ち、導電性の素材1
に加えて電気絶縁性の連続長繊維束5を重ね合わせる様
にしてローラー2に供給し、第一図に示す原理により両
者を一緒に引き千切るのである。この様にする事により
両繊維は牽切されると同時に入り混り、よく混繊された
複合繊維束を形成する。
さらに、複数の素材1と複数の電気絶縁性の連続長繊維
束5とを、それぞれ交互に配置し、第二図のローラー2
に供給して重ね切りを行うことも可能である。また、不
連続繊維の繊維長はローラー2とローラー3の間の距離
により決定することが出来、さらにローラー2とローラ
ー3の間の距離により決定することが出来、さらにロー
ラー2とローラー3の周速度の比により得られる複合繊
維束の太さを決定することができる。
この様に電気絶縁性繊維を混合することにより該導電性
繊維同士の接触するチャンスを適宜、増減させることが
でき好ましい接触抵抗にすることができ、良好な発熱体
が得られる。また複合繊維束を形成したものでは、繊維
本数が増すので、相対的に少い導電性繊維本数でも繊維
束の形態が安定に保たれ、抵抗値も安定する。勿論、染
色性の良い繊維と複合して色を付けたり柔軟な繊維や感
触の良い繊維と複合して金属の硬い感触を改良したりす
る等の特徴も目的に応じて利用出来る事は云う迄もな
い。これ等の複合効果を期待するには、絶縁性繊維を全
体の70〜95%ぐらいに混ぜると特に効果的であるが、こ
れに限定されるものではない。この様に絶縁性の繊維と
の混用により更に電気抵抗値の一桁高い発熱体を作る事
が出来る。
該複合繊維束を構成する導電性の不連続繊維は全部有限
長の不連続繊維にされていなければならないが、繊維長
があまり極端に短くなると一本の不連続繊維当りの接触
点が少くなって不安定になるので、出来れば平均100mm
以上あった方が良い。この様に長くする事により数多く
の繊維との接触が増え、安定になる。但し、あまり長く
なると繊維の中をダイレクトに流れる成分が増えるの
で、長くても平均800mm以下にした方が良い。また、繊
維が適当な接触状態を保つためには、繊維を単に束ねる
だけでなく、第一図、又は第二図の4に示すように圧空
ノズル等で絡めたり、又は通常の方法により撚ったりす
るなど、適当な抱合状態にするのが望ましい。
該圧空ノズルとしては、旋回流を発生させるものや、繊
維同士を相互に交絡させるものが使用出来、具体的には
公知の圧空ノズルが使用出来る。
本発明において、該複合繊維束に使用する導電性繊維
は、電気抵抗値として、10-5〜10-6Ω−cmオーダー位の
ものが望ましい。これよりも抵抗値の高いものは延伸し
て細い繊維状にする事が難しくなる。細さの目安として
は直径60ミクロン以下、好ましくは16ミクロン以下のも
のが柔軟性があって好ましい。材料としては銅,アル
ミ,スチール等の金属を用いるのが便利であるが、中で
もステンレススチールは発熱しても酸化しないので好ま
しい。その外、金属をメッキした繊維、或いはポリアセ
チレン,ポリピロール等の導電性高分子でも良い。また
電気絶縁性繊維と複合する場合は絶縁性繊維としては通
常の合成繊維,再生繊維,天然繊維を用いらればその電
気抵抗値は導電性繊維のそれに比べてはるかに高く、い
ずれでもその目的を達する事が出来るが、中でも全芳香
族ポリアミドを用いればその耐熱性が高いので導電性繊
維が発熱して温度が上っても劣化したり発火したりする
事なく好ましい結果が得られる。この外ポリベンズイミ
ダゾール,ポリイミド,ポリエーテルエーテルケトンな
どの耐熱性高分子も好適である。この様にして出来た発
熱体の見掛抵抗値としては、10-4〜10-2Ω−cmオーダー
ぐらいにする事が望ましい。即ち、10-4Ω−cmオーダー
より低くなると電流が流れ過ぎて過熱したり、低電圧第
電流の電源を必要としコントロールが難しくなったりす
る。逆に10-2Ω−cm以上の高抵抗になれば、電流が少な
過ぎて十分温度が上らなかったり、無理に流そうとして
高い電圧を加え危険性が増したりするおそれがある。
また、従来の金属粉やカーボン粉をポリマーに練り込ん
だり表面に塗ったりする発熱体では、粉体がお互いにく
っついていないと電流が流れないので相当混率を上げな
いと発熱体にならないが、本発明の場合には長い繊維状
であり、中でも、100〜800mmの様な長い繊維長の場合な
ど特にそうであるが、接触個所が非常に増えるので僅か
の混率でも発熱体になるという大きな特長がある。例え
ば粉体の場合50%以上混入しないと発熱するほどの電流
が流れないが、本発明では5〜30%でも十分発熱に必要
な電流を極めて安定に流す事が可能である。
第三図は、本発明の方法により得られる発熱体の作用を
説明する図である。
第三図(A)はニクロム線などの従来の針金状の抵抗体
を示す。これ等の抵抗体は電流を流すと適度に発熱する
程度の適当な抵抗値を有している。然しながら、この様
な針金をしやなかにする為、これを細くし、さらにマル
チ化しようとすると、一般にこの様な抵抗体合金は延性
がなく細く引き伸ばすには限界があるので、(B)の如
くあまり細いものは出来ない。一方、銅やアルミ,鉄な
どの金属は延性が良く(C)の如く細くてマルチ化され
た繊維状にする事が出来るが、一般に延性の良い金属は
抵抗値が極めて低い電気良導体であるので、これに電流
を通じると過大な電流が流れ過ぎて発熱体としては使い
難い。
これに対して(D)は本発明の発熱体を模型的に示すも
のであって、金属線は引き千切るなどして悉く短く切っ
てあり、一本として全体を通して連続するものはない。
その為従来の発熱体では(E)の如く構成金属にダイレ
クトに電流が流れるのに対し、本発明の発熱体の場合に
は不連続であるので電流は(F)の如く必ず接触面イ,
ロ,ハ,ニ,ホを伝って流れる。ところが接触面では接
触抵抗を生じる(自由電子が移る為)ので発熱体全体と
してダイレクトに電流が流れ場合よりも大きな抵抗値を
有する様になる。
従って、抵抗値の低い電気良導体の素材でも高抵抗合金
の様な抵抗値となり、電流を通じても過大電流が流れる
事なく適度な発熱を生ずる。従って、細く引き伸ばし得
る抵抗値の低い一般的な金属(銅,鉄,アルミ等)でも
発熱体に出来るので、今迄に無かった非常に柔軟で可撓
性のある発熱体が可能となる。
さらに、電気絶縁性繊維を混合することにより該導電性
繊維同士の接触するチャンスを適宜、増減させることが
でき好ましい接触抵抗にすることができ、良好な発熱体
が得られる。また複合繊維束を形成したものでは繊維本
数が増すので、相対的に少い導電性繊維本数でも繊維束
の形態が安定に保たれ、抵抗値も安定する発熱体が得ら
れることは前記に述べたとおりである。
(実施例1) 体積固有抵抗が10-5Ω−cmオーダーを有し、直径8ミク
ロンの細さに延ばされたスチール連続長繊維を1500本束
ねたものに、ポリメタフェニレンイソフタルアミド長繊
維(単糸デニール2de)を約2700本束ねたものを重ね合
わせて第二図に示すローラー2から牽切域に供給する。
ローラー2とローラー3によりなる牽切域は、両ローラ
ー間の距離を1000mmに設定して、さらに両ローラー間で
20倍に引き千切って平均繊維長が約310mm,ポリメタフェ
ニレンイソフタルアミド繊維の混率が50%,平均スチー
ル繊維の本数約75本の不連続繊維束とし、これを更に5k
g/cm2の圧力を有する空気旋回ノズルに通して抱合して
捲取った。この時の見掛体積固有抵抗は10-4Ω−cmオー
ダーであった。次いで、この繊維束を平織物に織り、こ
の織物の両端から交流電流を流した時の電圧(E)とそ
の時に流れる電流(I)との関係を第四図に、またその
時の織物の表面温度(T)との関係を第五図に示す。出
来た発熱体は柔軟性は勿論風合は全く従来の繊維のまま
のふんわりした感触とバルキー性を有しており一般衣料
に全く問題なく使えるという今迄に無い画期的な発熱体
が得られた。
(発明の効果) 本発明で得られるこの様な発熱体の用途としては、柔軟
性があるので、硬くては困る所、押せば曲がる事が要求
される所、常に動いている所、凹凸のある面に沿わせた
い所などに適している。又複合発熱体にした場合には上
記特長に加え、触れてもソフト,バルキーがある,色が
付けられる,織編物にもし易い,などの特長があり従来
困難であった発熱体100%の衣料やインテリアも可能と
なる。例えば部屋の壁や床に用いこれを発熱させる暖房
具,トイレ便座を暖める暖房具,ベッド表面あるいは椅
子等をカバリングしこれを発熱させる暖房家具,身体の
一部に着用し局部的に温める医療器具,手袋,靴下,腹
巻,ベスト,上着,ズボン等の衣料など各種暖房具の基
材などに使用するとその特徴が発揮される。
【図面の簡単な説明】
第一図は本発明の方法を説明する図,第二図は本発明方
法を実施するための工程の例を示す図,第三図は本発明
の方法により得られる発熱体の作用を説明する図,第四
図は本発明の実施態様の発熱体の電圧と電流の関係を示
す図,第五図は本発明の実施態様の発熱体の電圧と表面
温度の関係を示す図である。 (D)……発熱体 1……導電性を有する繊維 5……不導電性繊維 イ,ロ,ハ,ニ,ホ……接触面

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】導電性を有する連続繊維と導電性を有しな
    い連続繊維を同時に牽切域に供給して牽切し不連続繊維
    とすることにより、該導電性を有する不連続繊維と導電
    性を有しない不連続繊維とが混合された繊維束となし、
    該混合繊維束の任意の断面において該導電性を有する不
    連続繊維の本数が平均10本以上含まれるようにし、且
    つ、圧空ノズルを用いて該混合繊維束を処理することに
    より該導電性を有する不連続繊維を相互に接触させるよ
    うにしたことを特徴とする発熱体の製造方法。
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