JPH09298084A - 炭素繊維混抄紙の電極接続部の絶縁防水電蝕防止方法及び電極接続部の取付構造 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 炭素繊維面状発熱体において、特に端子接続
部分の電極に浸水するのを防止し、電極が腐食すること
を防ぎ、炭素繊維発熱体が安定して発熱を行うことがで
きるようにすることを目的とする。 【解決手段】 炭素繊維混抄紙２の表面の一部に銀ペー
ストを塗布し、該銀ペースト上に電極板６を接着し、前
記炭素繊維混抄紙を合成樹脂製被覆材８で被覆し、該合
成樹脂製被覆材の一部を欠損させて電極板一端に導電線
の接続用端子１０を半田付けして接合部を形成し、前記
接続用端子を含む電極板取付部の表裏にゴム系シート１
３を接着し、該ゴム系シートの上に耐熱性熱可塑性樹脂
１４を被覆した炭素繊維混抄紙の電極接続部の絶縁防水
電蝕防止方法及び表面の一部に銀ペーストを介して電極
板５を設け、炭素繊維混抄紙を被覆した合成樹脂製被覆
材８の一部を欠損させた部分に電極板５一端に導電線の
接続用端子１０を半田付けした接合部の表裏にゴム系シ
ート１３と耐熱性熱可塑性樹脂１４を積層した炭素繊維
混抄紙の電極接続部の取付構造としたものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、炭素繊維面状発熱
体を各種用途に適用するに際し、特に路面に埋設する炭
素繊維面状発熱体を電源と接続する電極接続部の絶縁防
水電蝕防止方法及び電極接続部の取付構造に関する。

【０００２】

【従来の技術】暖房用あるいは各種加熱源として面状発
熱体が用いられており、その熱源の一つとして、炭素繊
維を含有した面状発熱体が、特に遠赤外線の放射源とし
て注目されており、近年の炭素繊維発熱体の研究開発の
進展により、その用途範囲が急速に拡がりつつある。

【０００３】炭素繊維発熱体としては、特に和紙の原料
と炭素繊維の短繊維と混合して抄紙したものが、発熱特
性、耐久性及びその軽量さの点から注目されている。即
ち、コーゾ、ミツマタ、マニラ麻等の靭皮繊維に５〜１
５ｍｍ程度の長さで１０〜１５ｍｍ程度の長さで１０〜
３０μΩｍ程の比電気抵抗を有する炭素繊維を混合し、
抄紙してなる炭素繊維発熱体は、靭皮繊維が繊維表面に
羽毛状または針状小突起有するので、混抄した炭素繊維
を捕捉する能力を有する点で炭素繊維の適切な分散が行
われ、主として炭素繊維相互の接触点部分で発熱作用が
行われるこの種の炭素繊維発熱体として安定した発熱作
用が得られ、また和紙特有の耐久性等の点から注目され
ている。

【０００４】このような炭素繊維を用いた面状発熱体を
各種用途の発熱体として用いるためには、外部の電源か
らこの炭素繊維に電極を設ける必要があり、この電極は
通常、面状発熱体の相対する辺に沿って、ほぼその辺の
全長に亘って形成し、両電極の一端部に端子を接続し、
電源のプラス側とマイナス側と接続することにより通電
している。それにより、電源からの電流は、面状発熱体
上において相対する電極間で流れ、その間に存在する炭
素繊維の相互に重なった部分を電流路として流れ、特に
炭素繊維相互の接触部分での接触抵抗による発熱、及び
炭素繊維自体の抵抗により発熱を行わせている。

【０００５】従来の電極の取付構造としては、炭素繊維
面状発熱体を台上に水平に載置し、面状発熱体の相対す
る辺に沿って銀ペーストを塗付し、加熱して導電体の銀
を繊維状発熱体中に含浸させることにより、炭素繊維と
充分な接触面積を有する電極基層を形成し、その上に導
電性を有する接着剤等で銅箔を貼着して電極を形成して
いた。このようにして電極を形成した後は、この面状発
熱体の使用環境に応じて、炭素繊維発熱体に周囲の水分
が侵入するのを防ぐため、また容易に損傷するのを防止
するために、合成樹脂製シートを上下面に積層して発熱
体を形成していた。

【０００６】この炭素繊維面状発熱体に通電するため、
上記のように形成された電極の端部にリード線を接続し
た端子を嵌着あるいは半田付け等により固定し、この固
定部の上方から全体を覆うように、合成樹脂シートを貼
着していた。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上記従来の炭素繊維面
状発熱体用電極接続部においては、特にその端子を取付
ける部分において、一層の合成樹脂製シートを積層する
かせいぜい同一物性の二層の合成樹脂製シートを積層す
るだけであるので、一層又は同一物性の二層の合成樹脂
製シートがはがれ、年月の経過とともに防水性が劣化し
酸化による劣化が激しく、この部分から水分が浸み込
み、リベットの外周を伝わって内部に侵入し、銀素材か
らなる電極基層及び銅箔を腐食させ、漏電の原因とな
り、端子と電極板との接触不良を生じるほか、炭素繊維
混抄紙と電極板の接触不良を生じ、導電性が変化して安
定した発熱を行えなり通電不能状態となる故障が生じる
こともあった。

【０００８】したがって、本発明は、炭素繊維面状発熱
体において、特に端子接続部分の電極に浸水するのを防
止し、電極が腐食することを防ぎ、炭素繊維発熱体が安
定して発熱を行うことができるようにすることを目的と
する。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題を解
決するため、炭素繊維混抄紙の表面の一部に銀ペースト
を塗布し、該銀ペースト上に電極板を接着し、前記炭素
繊維混抄紙を合成樹脂製被覆材で被覆し、該合成樹脂製
被覆材の一部を欠損させて電極板一端に導電線の接続用
端子を半田付けして接合部を形成し、前記接続用端子を
含む電極板取付部の表裏にゴム系シートを接着し、該ゴ
ム系シートの上に耐熱性熱可塑性樹脂を被覆した炭素繊
維混抄紙の電極接続部の絶縁防水電蝕防止方法及び表面
の一部に銀ペーストを介して電極板を設け、該合成樹脂
製被覆材の一部を欠損させた部分に該電極板一端に導電
線の接続用端子を半田付けした接合部の表裏にゴム系シ
ートと耐熱性熱可塑性樹脂を積層した炭素繊維混抄紙の
電極接続部の取付構造を有するものである。

【００１０】本発明は、上記のように構成したので、樹
脂製被覆材で被覆した炭素繊維混抄紙の電極板を取付け
た部分において、前記接続用端子を含む電極板取付部の
表裏にゴム系シートを接着し、該ゴム系シートの上に耐
熱性熱可塑性樹脂を被覆すると、電極板の上からゴム系
シートと耐熱性熱可塑性樹脂とによりシール作用をな
し、安定した通電作用を維持する。

【００１１】

【発明の実施の形態】本発明の実施例を図面に基づいて
説明する。本発明が適用される炭素繊維面状発熱体は、
その断面を図４に示すように、コウゾ、マニラ麻、ミツ
マタ等からなる和紙用靭皮繊維又は木材パルプ繊維２１
と、炭素繊維２２とを混合し抄紙して形成されている。
炭素繊維としては、フィラメント径６．８μ、比抵抗２
０μΩｍ程度のＰＡＮ系炭素繊維を約５〜１５％程混合
したものが用いられる。

【００１２】このような靭皮繊維等を混合して抄出する
際には、例えばトロロアオイの根から抽出した粘液を混
合する。勿論、公知のサイズ剤を用いてもよい。トロロ
アオイの根から抽出した粘液を炭素繊維と混抄する際に
は、炭素繊維の分散を良好とし、また、抄紙後に乾燥す
ると、粘性が消える特性は面状発熱体として好特性であ
り、かつこの粘液は、炭素繊維が相互に重なり合う部分
に接着剤のように付着し、炭素繊維の接触抵抗を安定化
し、面状発熱体の温度暴走を防止し、通電電流に応じた
一定の温度維持特性を発揮させる。

【００１３】上記のような組成をなす炭素繊維面状発熱
体素材２は、バッチ方式でも、あるいは長網を用いた連
続抄紙法でも製造することができ、連続長に製造された
場合においても、本素材からなる炭素繊維面状発熱体の
厚さは０．３ｍｍ程度であり、しかも炭素繊維は塊りで
なく、数ミクロンの単繊維に分離分散しているので、通
常の刃物で容易に所定長に裁断し、例えば８００×６０
０ｍｍの矩形等、所望の形状、寸法の通電発熱体を形成
することができる。

【００１４】上記のようにして形成された面状発熱体に
対して、例えば図３、図５に示す矩形の炭素繊維面状発
熱体１の相対向する長辺側の側縁３，４に沿って後に詳
述する手段によって電極板５，６を設け、電極に設けた
端子から各々導電線７を導出している。このようにして
形成される面状発熱体は、例えば両電極間に１００Ｖの
交流電圧を印加した時、その面上に直接触れても人体に
重大な危険を及ぼすことはないが、実際上の電気製品と
するには、防水、防湿のため、また安全性の見地から、
あるいは発熱体の損傷防止の点から、発熱体の部分及び
電極を含め、図７に示すように、例えばポリエステル、
ポリイミド系プラスチックシート又は板状体８でラミネ
ートする。このプラスチックラミネートは、本素材を外
気から密封する状態で施すのが、炭素繊維及び紙質繊維
を酸化劣化から保護するのに好適である。このようなラ
ミネートの外周を、更に図８に示すような保護材９でカ
バーしても良い。この保護材９は、この面状発熱体の用
途に応じて、布地、不織布、皮革、あるいはベニヤ板、
セラミック板などの保護材を用いることができる。

【００１５】上記図４に示すように、靭皮繊維等と炭素
繊維をサイズ剤やねりと共に混合し抄出した炭素繊維面
状発熱体素材２に対し、図５に示すように、電極板５を
形成するに際しては、図１の電極板形成後の状態に示す
ように、炭素繊維面状発熱体素材２の側縁３に近接して
銀ペーストを含侵し、この上に厚さ３０〜５０μ程度の
ニッケルメッキ９を施した銅箔からなる電極板５を貼着
する。そうすると発熱体と電極板間の通電特性は極めて
良好である。

【００１６】次いで図１、図２に示すように、発熱体素
材２側縁近傍に設けた電極板５を含め、発熱体素材２の
表裏両面をプラスチックシート８で覆う。それからプラ
スチックシート８を一部欠損させて前記電極板５の一端
に導電線７の接続用端子１０を半田付けし半田付け接合
部１２を形成する。

【００１７】次いで、図２に示すような、耐浸水性の優
れた１ｍｍ厚さのブチルゴム系シート１３を接続用端子
１０を含め電極板５の上に接着する。更にブチルゴム系
シート１３の上に耐熱性熱可塑性樹脂、例えばポリエチ
レン−酢酸ビニル共重合体樹脂（ＥＶＡ樹脂）、ポリプ
ロピレン樹脂、ポリアミド樹脂等１４を被覆する。即
ち、熱可塑性樹脂１４を２００℃で溶融すると、ゴム系
シート１３は８０℃で軟化するので、ゴムの被膜を形成
しながら４〜５分後に硬化する。図３に示すように電極
板５と接続用端子１０が取り付けられる。

【００１８】これにより、端子１０も含めて合成樹脂に
よって強い力でシール作用がなされ、周囲からの水の侵
入を防止する。また、炭素繊維混抄紙からなる発熱体素
材２の周囲において炭素繊維と広い面積で接触し、同様
に貫通した電極板５ともその周囲において広い面接で接
触することとなり、端子１０からの電流を電極及び発熱
体に確実に流すことができる。

【００１９】上記実施例において、ブチルゴム系シート
に代えてニトリルゴム、ネオプレンゴム等を使用しても
よい。また、炭素繊維面状発熱体素材２に対し、図２に
示すように、裏面側にも同様の樹脂製被覆を設けること
により、よりシール性を向上させることができる。

【００２０】

【実施例】

実施例１ 本発明の実施例を具体的に説明する。炭素繊維面状発熱
体は、コウゾからなる和紙用靭皮繊維９５重量％と、炭
素繊維５重量％とを混合し抄紙する。炭素繊維として
は、フィラメント径６．０μ、５ｍｍに切断した比抵抗
２０μΩｍのＰＡＮ系炭素繊維が用いられる。

【００２１】コウゾ繊維を混合して抄出する際には、Ｃ
ＭＣを濃度５ｋｇ／ｍ²の割合で混合する。上記のよう
な組成をなす炭素繊維面状発熱体素材は、通常の長網式
抄紙法でも製造し、発熱体の厚さは０．３ｍｍで、通常
の刃物で８００×６００ｍｍの矩形発熱体を形成する。

【００２２】上記のようにして形成された面状発熱体に
対して、相対向する長辺側の側縁に銀ペーストを含侵
し、この上に厚さ３０μのニッケルメッキを施した銅箔
からなる電極板を貼着する。電極に設けた端子から各々
導電線を導出する。次いで発熱体の部分及び電極を含
め、ポリエステルシートをラミネートする。それからポ
リエステルシートを一部欠損させて前記電極板の一端に
導電線の接続用端子を半田付けし半田付け接合部を形成
する。

【００２３】次いで、１ｍｍ厚さのブチルゴムシートを
接続用端子を含め電極板の上に８０℃に軟化する。更に
ブチルゴムシートの上にＥＶＡ樹脂（製品番号ＥＣ−３
７３８）を１００℃、３０秒で溶融軟化しながら４〜５
分後に硬化し電極板と接続用端子が取り付けられる。Ｅ
ＶＡ樹脂の剪断接着強度は２６ｋｇｆ／ｃｍ² 、１８０
°剥離強度は１８ｋｇｆ／２５ｍｍ、耐衝撃強度は７．
０ｋｇｆ／ｃｍ²であった。

【００２４】実施例２ 炭素繊維面状発熱体は、パルプ繊維９０重量％と、炭素
繊維１０重量％とを混合し抄紙する。炭素繊維として
は、フィラメント径５．０μ、６ｍｍに切断した比抵抗
２０μΩｍのＰＡＮ系炭素繊維が用いられる。

【００２５】パルプ繊維を混合して抄出する際には、Ｃ
ＭＣを濃度５ｋｇ／ｍ²の割合で混合する。上記のよう
な組成をなす炭素繊維面状発熱体素材は、通常の長網式
抄紙法でも製造し、発熱体の厚さは０．３ｍｍで、通常
の刃物で８００×６００ｍｍの矩形発熱体を形成する。

【００２６】上記のようにして形成された面状発熱体に
対して、相対向する長辺側の側縁に銀ペーストを含侵
し、この上に厚さ２０μのニッケルメッキを施した銅箔
からなる電極板を貼着する。電極に設けた端子から各々
導電線を導出する。次いで発熱体の部分及び電極を含
め、ポリエステルシートをラミネートする。それからポ
リエステルシートを一部欠損させて前記電極板の一端に
導電線の接続用端子を半田付けし半田付け接合部を形成
する。

【００２７】次いで、１ｍｍ厚さのブチルゴムシートを
接続用端子を含め電極板の上に８０℃に軟化する。更
に、ブチルゴムシートの上にポリアミド樹脂（製品番号
ＥＣ−３７７９）を１８０℃、２０秒で溶融軟化しなが
ら４〜５分後に硬化し、電極板と接続用端子が取り付け
られる。ポリアミド樹脂の剪断接着強度は４９ｋｇｆ／
ｃｍ² 、１８０°剥離強度は２０ｋｇｆ／２５ｍｍ、耐
衝撃強度は１２．５ｋｇｆ／ｃｍ²であった。

【００２８】実施例３ 炭素繊維面状発熱体は、パルプ繊維８５重量％と、炭素
繊維１５重量％とを混合し抄紙する。炭素繊維として
は、フィラメント径５．５μ、５ｍｍに切断した比抵抗
２５μΩｍのＰＡＮ系炭素繊維が用いられる。

【００２９】パルプ繊維を混合して抄出する際には、で
ん粉を濃度６ｋｇ／ｍ²の割合で混合する。上記のよう
な組成をなす炭素繊維面状発熱体素材は、通常の長網式
抄紙法でも製造し、発熱体の厚さは０．４ｍｍで、通常
の刃物で８００×６００ｍｍの矩形発熱体を形成する。

【００３０】上記のようにして形成された面状発熱体に
対して、相対向する長辺側の側縁に銀ペーストを含侵
し、この上に厚さ３０μのニッケルメッキを施した銅箔
からなる電極板を貼着する。電極に設けた端子から各々
導電線を導出する。次いで発熱体の部分及び電極を含
め、ポリイミドシートをラミネートする。それからポリ
イミドシートを一部欠損させて前記電極板の一端に導電
線の接続用端子を半田付けし半田付け接合部を形成す
る。

【００３１】次いで、２ｍｍ厚さのブチルゴムシートを
接続用端子を含め電極板の上に８０℃に軟化する。更に
ブチルゴムシートの上にポリプロピレン樹脂（製品番号
ＪＡ−７３９９）を１５０℃、６０秒で溶融軟化しなが
ら４〜５分後に硬化し電極板と接続用端子が取り付けら
れる。ポリプロピレン樹脂の剪断接着強度は８ｋｇｆ／
ｃｍ² 、１８０°剥離強度は７ｋｇｆ／２５ｍｍ、耐衝
撃強度は１３．０ｋｇｆ／ｃｍ²であった。

【００３２】上記剪断接着強度、１８０°剥離強度、耐
衝撃強度は以下の方法で測定される。（１）剪断接着強
度 ５ｍｍ×２５ｍｍ×１００ｍｍのカバ材同士を２５．０
ｍｍ重ね合わせて、０．３８ｍｍの針金をスペーサーを
用いて接着し試験片とする。試験片を２３℃，５０％Ｒ
Ｈで２４時間養生後、毎分５０ｍｍの速度で引っ張り破
断時の強度を測定する。 （２）１８０°剥離強度 ５ｍｍ×２５ｍｍ×１０ｍｍのカバ材上に接着剤を塗布
し、金属メッシュ（＃１６）を載せ、接着剤が固化する
まで固定する。これを２５ｍｍ幅に切取り２３℃，５０
％ＲＨで２４時間養生後、毎分５０ｍｍの速度で１８０
℃剥離強度を測定する。 （３）耐衝撃強度 ＪＩＳ Ｋ−６８５５に準拠する。２５ｍｍ×２５ｍｍ
×９ｍｍと２５ｍｍ×４５ｍｍ×１２．５ｍｍの形状で
カバ材を接着し、２３℃，５０％ＲＨで２４時間養生
し、試験片とする。試験片を振り子型衝撃試験装置を用
いてたたきハンマーの衝撃仕事量（ｋｇ・ｃｍ）を測定
し、それを接着面積（ｃｍ² )で割り、ｋｇ／ｃｍで表
す。

【００３３】

【発明の効果】本発明は、上記のように、ゴム系シート
が粘着性を有し、熱可塑性樹脂が固化し、ゴム系シート
の軟化点が熱可塑性樹脂の軟化点より低いため、熱可塑
性樹脂が溶融し固化するとともにゴム系シートが軟化し
炭素繊維面状発熱体素材に接着することができる。ま
た、ゴム系シートが電極接続部を被覆しながら粘着する
ので外部からの浸水を防止し、特にブチルゴム系シート
の気体の透過性が小さいことによる接続部の酸化を防止
することができる。更に、熱可塑性樹脂がゴム系シート
の耐熱性、耐衝撃性、低軟化性を補完しながら２層の樹
脂を積送することによって、二重保護が可能になり、接
続部の接触抵抗、電蝕防止ができるので、発熱隊の寿命
が伸び、加工コストも低減することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例における面状発熱体の電極に端
子を設けた状態を示す平面図である。

【図２】同断面図である。

【図３】本発明の実施例における面状発熱体に電極及び
端子を設けた状態を示す一部平面図である。

【図４】本発明を適用する炭素繊維面状発熱体の発熱体
素材の拡大断面図である。

【図５】面状発熱体の全体を示す平面図である。

【図６】同断面図である。

【図７】面状発熱体に保護材を設けた例を示す断面図で
ある。

【符号の説明】

１ 面状発熱体 ２ 発熱体素材 ３ 側縁 ４ 側縁 ５ 電極板 ６ 電極板 ７ 導電線 ８ プラスチックシート ９ 保護材 １０ 接続用端子 １２ 接合部 １３ ゴム系シート １４ 熱可塑性樹脂 ２１ 靭皮繊維 ２２ 炭素繊維

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 炭素繊維混抄紙の表面の一部に銀ペース
   トを塗布し、該銀ペースト上に電極板を接着し、前記炭
   素繊維混抄紙両面を合成樹脂製被覆材で被覆し、該合成
   樹脂製被覆材を一部欠損させて前記電極板一端に導電線
   の接続用端子を半田付けして接合部を形成し、前記接続
   用端子を含む電極板取付部の表裏にゴム系シートを接着
   し、該ゴム系シートの上に耐熱性熱可塑性樹脂を被覆し
   たことを特徴とする炭素繊維混抄紙の電極接続部の絶縁
   防水電蝕防止方法。
2. 【請求項２】 ゴム系シートはブチル系ゴム系シートで
   ある請求項１に記載の炭素繊維混抄紙の電極接続部の絶
   縁防水電蝕防止方法。
3. 【請求項３】 耐熱性熱可塑性樹脂はポリエチレン−酢
   酸ビニル共重合体樹脂、ポリプロピレン樹脂またはポリ
   アミド樹脂である請求項１に記載の炭素繊維混抄紙の電
   極接続部の絶縁防水電蝕防止方法。
4. 【請求項４】 表面の一部に銀ペーストを介して電極板
   を設け、該電極板一端に導電線の接続用端子を半田付け
   した接合部を有する炭素繊維混抄紙を合成樹脂製被覆材
   で被覆した炭素繊維混抄紙の電極接続部において、該合
   成樹脂製被覆材を一部欠損させた部分に前記接続用端子
   を含む電極板取付部の表裏にゴム系シートと耐熱性熱可
   塑性樹脂を積層したことを特徴とする炭素繊維混抄紙の
   電極接続部の取付構造。
5. 【請求項５】 ゴム系シートはブチル系ゴム系シートで
   ある請求項１または請求項４に記載の炭素繊維混抄紙の
   電極接続部の取付構造。
6. 【請求項６】 耐熱性熱可塑性樹脂はポリエチレン−酢
   酸ビニル共重合体樹脂、ポリプロピレン樹脂またはポリ
   アミド樹脂である請求項４に記載の炭素繊維混抄紙の電
   極接続部の取付構造。