JPH1027677A

JPH1027677A - シリカ膜で被覆した面状発熱体

Info

Publication number: JPH1027677A
Application number: JP19704696A
Authority: JP
Inventors: Shinrokurou Kawamori; 進六郎河森
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1996-07-08
Filing date: 1996-07-08
Publication date: 1998-01-27

Abstract

(57)【要約】本発明は、炭素繊維混抄紙などのような比較的粗な組織
の面状発熱シート（１）にシリカ溶液を含浸させ硬化さ
せてシリカ膜（６）を形成させることにより、機械的強
度を与え、内部組織を固定化し、電気抵抗値を安定させ
た、電気絶縁性・防水性・耐薬品性をもつ面状発熱体に
関するものである。シリカ溶液は、好適にオルガノポリ
シロキサンを主材とする液状ガラス前駆体であり、これ
は面状発熱シートの内部組織のすき間に浸透するととも
にシート表面に膜を形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の技術分野】本発明は硬化したシリカ膜で被覆し
た面状発熱体に関するもので、より具体的には炭素繊維
を導電体とする面状発熱シートを可撓性のある薄いガラ
ス状のシリカ膜で被覆して電気絶縁性と防水性を付与す
るとともにシート内部のゆるやかな組織を固定化し安定
化させた面状発熱体に関するものである。

【０００２】

【従来の技術とその問題点】従来、面状発熱シートとし
て、炭素繊維を紙に混抄したものや不織布としたものな
どが知られている。炭素繊維は、比較的低い発熱温度で
も遠赤外線を良好に輻射して、特に融雪や融氷に効果が
あるので、その面での用途が期待されているが、このよ
うな混抄紙や不織布は内部組織にすき間が多く強度が低
くて、いわゆる“腰”がないために、取扱いや加工に問
題があるだけでなく、ゆるい組織であって導電体である
炭素繊維が浮動する可能性があるために電気抵抗値など
の物性が安定せず、性能上信頼性が低いなどの問題があ
る。

【０００３】このような混抄紙や不織布をプラスチック
フィルムでラミネートすることにより、“腰”がつよく
なり、また防水性や電気絶縁性を与えることができる
が、“腰”がない紙や不織布をラミネーターに通すとき
シワを生じたり、紙・不織布が収縮したり、引っ張り強
さが小さいため容易に引きちぎれたりする加工上の難点
があった。また混抄紙・不織布をラミネートしただけで
は、炭素繊維とパルプ等とから成る内部組織の浮動性は
解消せず、従って電気抵抗値や物理的強度など性能の不
安定さが解消できないなどの問題があった。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、このような
問題点を解決するために、“腰”のない面状発熱シート
にシワや縮みを発生させずに組織に或る固さや引っ張り
強さなどを付与して機械的強度を上げ、防水性や電気絶
縁性を与えるとともに内部組織の安定化により電気抵抗
値などの物性を安定化させることを課題としてなされた
ものである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】このため本発明は、炭素
繊維混抄紙または不織布などのような、内部にすき間が
多い比較的粗な組織で“腰”のない面状発熱シートにシ
リカ溶液を浸漬又は噴霧などにより適用し、硬化させて
シリカ膜とすることにより、面状発熱シートに機械的強
度を与え、内部組織を固定化し、電気抵抗値などの物性
を安定させるとともに、硬化したシリカ膜により電気絶
縁性・防水性・耐薬品性・耐熱性などの良好な物性を付
与した面状発熱体を実現するものである。シリカ硬化膜
は当初液状または流動状で適用されるので、発熱シート
の内部までよく浸透し、そこで硬化すると組織を固定化
安定化させ、引き裂き強さなどの機械的強度を改良する
とともに、分散している炭素繊維の浮動性を固定するの
で電気抵抗値を安定化させることができる。

【０００６】本発明で使用されるシリカ溶液は、オルガ
ノポリシロキサンを主材とする液状ガラス前駆体であ
る。このシリカ溶液は含有ケイ素分がＳｉＯ₂換算で６
０％(重量)以上であり、常温において液状である。シリ
カ溶液の適用は、浸漬、ローラ塗り、刷毛塗り、または
噴霧方式など適宜の技術を利用することができ、多量に
含浸させる時は浸漬が、少量でよい時は噴霧方式が好適
である。溶液を適用した面状発熱体は、常温（２０〜２
５℃）で静置乾燥させることにより２〜３時間で指触乾
燥状態の膜が生成され、さらに２〜３日間放置乾燥する
と面状発熱体の内部および表面全体を覆うシリカ硬化膜
が形成される。

【０００７】このような硬化シリカ膜は、面状発熱シー
トの表面を被覆するだけでなく、シート内部にまで浸透
して固化し、それによりシートを構成している炭素繊維
とパルプまたは合成繊維ですき間だらけに形成されてい
る内部組織を固定化し、浮いている炭素繊維同志を密着
固定するから、物理的な“腰”の強さが付与されて取り
扱い性が改良されるとともに、引き裂き強さなどの機械
的強度が増加し、また重要なことは分散して互いに接触
している無数の炭素繊維を通じる電気抵抗値が安定化さ
れる。また外表面にはシリカ膜による防水性、電気絶縁
性が付与されるとともに耐熱性・耐薬品性などの有利な
特性も付与される。しかも、シリカ硬化膜はしなやか
さ、或いはたわみ性を有しているので、面状発熱シート
に物理的固さとともに可撓性をも付与することができ
る。また、面状発熱シートに電極として銅箔を貼着した
場合は、通常では湿気や薬品による酸化や劣化が発生し
やすいが、硬化シリカ膜により金属部分をも密封被覆す
れば、電極の耐久性も向上させることができる。

【０００８】シリカ被覆した面状発熱シートは、さらに
その外側にプラスチックフィルムまたはプラスチックシ
ート、例えばポリエステルフィルムまたはポリプロピレ
ンフィルムをラミネートすることにより絶縁性と防水性
を完璧にし、かつ機械的強度をさらに増加させることが
できる。ラミネート用のプラスチックとしては、熱可塑
性または熱硬化性プラスチックのフィルムまたはシート
を広く使用することができる。

【０００９】

【実施例】図面を参照して本発明の実施例について説明
する。図１は本発明のシリカ硬化膜で被覆した面状発熱
体の１つの実施例を模式的に示す略示的断面図である。
面状発熱シート１は、例えば５ミリ程度に短くカットし
た炭素繊維をパルプとともに混抄した炭素繊維混抄紙が
好適であるが、またカットした炭素繊維を天然繊維もし
くは合成繊維の中に湿式もしくは乾式法で分散させた不
織布を使用することもできる。このような発熱シート
は、繊維間にすき間がある非常に粗な組織であり、前述
のように“腰”がない。通電発熱体とするため、このよ
うなシートの適当な位置、例えば両側に電極２が設けら
れる。図示の例で電極２は、粗な組織に浸透させ固化さ
せた銀粉粒体３と、その上に貼りつけた銅箔４とから形
成されている。銀粉粒体３は、銀ペーストをシート１に
すり込んで、乾燥固化させることにより形成される。銅
箔４の一部は、図２に示すようにシート１のエッジより
長く延出させて、リード部５とされる。このリード部５
は後に電源に接続する導線がハンダその他により固着さ
れる。

【００１０】このように電極を設けた面状発熱シート１
の少なくとも発熱部分の全体、すなわち電極２を除いた
発熱シートの全面に硬化シリカ膜６が形成され得るが、
好適には、電極２も含めた全体に図１に示すように硬化
シリカ膜６を形成するのがよい。膜６の厚さは、０．１
ミクロンから５ミクロンまたはそれ以上（例えば約１ミ
リ）とすることができる。図では、明瞭のため、シリカ
膜６を発熱シート１から少し離して示してあるが、実際
は発熱シートの上下両表面にも４側面（エッジ部）にも
シリカ膜は密着しているし、また発熱シート１の内部に
もシリカ溶液は浸透して硬化している。平面図である図
２に示すように、リード部５はシリカ膜６から外へ延出
させて、ここに電源に通じるリード線を接続するように
する。なお、リード部５を形成せずに、発熱シート上に
ある銅箔４の一部をマスキングしてシリカ溶液を適用す
るようにしてもよい。

【００１１】シリカ膜６は、前述のようにオルガノポリ
シロキサンを主材とする液状ガラス前駆体から形成され
る。詳説すると、この液状ガラス前駆体は、主材である
オルガノポリシロキサンと、架橋剤と、硬化触媒とから
成る。主材は、メチル基またはフェニル基を有する液状
のオルガノポリシロキサンから成る。架橋材は、アルコ
キシ基、アシロキシ基、オキシム基等の官能性側鎖をも
つオルガノポリシロキサンから成る。硬化触媒は、Ｚ
ｎ、Ａｌ、Ｃｏ、Ｓｎ等の金属含有有機化合物、または
ホウ素イオン、ハロゲン等の無機物であり得る。これら
３成分を混合して１液タイプのシリカ溶液とし、好適に
は無溶剤で使用するが、場合によりイソプロピルアルコ
ールなどの溶剤で希釈して使用することもできる。この
ような溶液は、前記のように、浸漬、噴霧、ローラ塗り
など、適宜な方法で面状発熱シートに適用され得る。

【００１２】面状発熱シートに液状で適用されたシリカ
溶液は、前記のように、常温で静置すると自然に硬化す
るが、その硬化機構は主材オルガノポリシロキサンの官
能基（メチル基、またはフェニル基）が第１段で空気中
の水分により加水分解を受けて水酸基（ＯＨ）に変化
し、ついで第２段でこのオルガノポリシロキサンの水酸
基に架橋剤オルガノポリシロキサンの官能基が作用し、
さらに硬化触媒の作用も受けて脱アルコール反応が起こ
り、この反応が次第に進行して三次元構造の高分子ポリ
シロキサン化合物を形成するものである。こうして、硬
化が進んだ面状発熱シート上のシリカ物質は、いわば薄
いガラス膜のような外観を呈し、このガラス物質は面状
発熱シートの表面だけでなく、内部にも浸透形成されて
いる。

【００１３】硬化したシリカ膜またはガラス膜が面状発
熱シートを安定化させる機構を図３の断面拡大模式図を
参照して説明する。炭素繊維混抄発熱シートは、斜線で
全体的に示すパルプＰの中に無数の炭素繊維Ｃが分散し
て形成されている。炭素繊維Ｃの或るものは図でＳによ
り指示するように互いに接触して導通路を形成している
が、なかにはＡまたはＢの円で示すように互いに接触せ
ずに遊離または浮動しているものもある。このような浮
動性炭素繊維は、発熱シートに通電したとき、互いに付
いたり離れたりしてシートの電極間抵抗値を変動させる
要因となり、不安定性の原因となる。

【００１４】そこで、シリカ溶液を適用して、これが内
部にまで浸透し、仮に円Ａ内の炭素繊維どうしを周りか
ら包むように取り巻き、すき間をなくすように密着させ
たとすれば、この部分の炭素繊維どうしはもはや付いた
り離れたりすることがなくなり、抵抗値の安定した導通
路となる。逆に、例えば円Ｂ内の炭素繊維どうしのすき
まにシリカ溶液が入り込んで固化すれば、この部分では
もはや電気が流れることがないから、やはり抵抗値の安
定化がはかれる。

【００１５】こうしてシリカ膜６を適用された面状発熱
シート１は、液状で適用されたシリカ物質がシートの内
部に浸透して硬化し粗な組織を固定化しているので、引
き裂き強さなどの機械的強度が増加し、また導電体であ
るランダムに分散した炭素繊維も位置を固定化されるの
で電気抵抗などの物性が安定化され、また電極部分も含
めてシリカ溶液を適用した場合は銀・銅箔などの電極素
材の酸化劣化が防止されるので通電面状発熱体としての
性能が改善される。シートの外面では、シリカ膜６によ
って電気絶縁性と防水性が与えられ、また耐熱性や耐薬
品性も与えられるので、そのままの状態でも屋外・屋内
の種々な用途に供することができる。

【００１６】しかし、さらに好適には硬化シリカ膜の外
面に、図４に示すように飽和もしくは不飽和ポリエステ
ルフィルムまたはエポキシ樹脂シートなどの有機皮膜７
を積層することにより、より大きな機械的強度と絶縁性
・防水性を備えた面状発熱体とすることができる。図４
に示す発熱体は、炭素繊維混抄紙などの発熱シート１に
無機質であるシリカ物質を含浸させ、かつ膜６とし、そ
の外面に有機皮膜７を被着させた有機物無機物の複合的
な組成をもつ新規な発熱体といえる。図では、明瞭のた
め或る厚みをもって示してあるが、実際には、有機皮膜
７を含めても１ミリ以下、より具体的には約６００〜７
００ミクロン厚程度の非常に薄い発熱体とすることがで
きる。

【００１７】

【発明の効果】本発明によれば、面状発熱シートをシリ
カ膜で含浸被覆することにより、粗な組織のシートが固
定化・強化されるので、薄い発熱シートであるにもかか
わらず機械的強度が向上し、以後の加工・取扱いが容易
になるとともに、抵抗値など電気的性質も安定化され、
信頼性ある発熱体を製造することができるようになる。
シリカの性質により面状発熱シートには電極の耐酸化性
・耐薬品性が付与され、またシート外表面に絶縁性・防
水性も付与される。薄いシリカ膜の適用により発熱体に
はしなやかさ或いは可撓性を与えることができるので、
従来にない薄型で新しい機能をもつ面状発熱体の開発が
可能になる効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は本発明のシリカ膜で被覆した面状発熱体
の一実施例を略示的に示す断面図である。

【図２】図２は図１に示す発熱体の略示的平面図であ
る。

【図３】図３は本発明のシリカ膜適用による安定化の機
構を説明する断面拡大模式図である。

【図４】図４は硬化シリカ膜の上にさらに有機皮膜を被
着した面状発熱体の模式断面図である。

【符号の説明】

１…面状発熱シート２…電極３…銀粉
粒体４…銅箔５…リード部６…硬化シリカ膜７…有
機皮膜Ｐ…パルプＣ…炭素繊維Ｓ…接触点Ａ，Ｂ…遊離点

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】面状発熱シート(１)に電極(２)を設け、
面状発熱シートの少なくとも発熱部分全体を硬化シリカ
膜(６)で被覆し、電極を適宜電源に接続し得るようにし
た面状発熱体。
【請求項２】前記硬化シリカ膜が電源を含む面状発熱
シートの全体を被覆している請求項１に記載の面状発熱
体。
【請求項３】前記硬化シリカ膜はオルガノポリシロキ
サンを主材とする液状ガラス前駆体を液状で面状発熱シ
ートに適用して硬化させたものである請求項１または２
に記載の面状発熱体。
【請求項４】前記面状発熱シートは、短くカットした
炭素繊維を紙又は不織布に分散させて形成したもので、
すき間の多い比較的粗な内部組織をもつものである請求
項３に記載の面状発熱体。
【請求項５】前記シリカ膜は、液状で面状発熱シート
に適用され、シートの内部組織のすき間に浸透し、かつ
表面にも載り、内部および表面で硬化し、シート表面に
ガラス状膜を形成している請求項４に記載の面状発熱
体。
【請求項６】面状発熱シート(１)に電極(２)を設け、
電極を含む面状発熱シートの全体を硬化シリカ膜(６)で
被覆し、このシリカ膜の外表面にプラスチックフィルム
またはシートを積層し、プラスチックフィルムまたはシ
ートの外で電源に接続し得るようにした面状発熱体。
【請求項７】前記面状発熱シートは、短くカットした
炭素繊維を紙又は不織布に分散させて形成したもので、
すき間の多い比較的粗な内部組織をもち、また前記シリ
カ膜はオルガノポリシロキサンを主材とする液状ガラス
前駆体を液状で面状発熱シートに適用し、シートの内部
組織のすき間に浸透させるとともにシート表面に膜を形
成させたガラス状のものである請求項６に記載の面状発
熱体。