JPH11339934A - フレキシブル発熱体およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 面状発熱体の局部的な変形による過加熱の発
生を防止すると共に、面状発熱体と電極の間の電気的お
よび機械的接続を確実に行わせて給電性能の安定性を確
保し、もって製品歩留りを向上できるフレキシブル発熱
体およびその製造方法を提供する。 【解決手段】 発熱部材と帯状電極の各々を形成する繊
維状材料が相互に絡み合って電気的に接続され、被覆部
材が発熱部材および帯状電極の繊維状材料の空間を充満
して固化することにより機械的に接続される。局部的な
変形に対しては被覆部材がダンパーとして作用し、発熱
部材および帯状電極の各々の繊維状材料の離間間隔を一
定に保持して抵抗値の低下を回避する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は面状発熱体、特に、
柔軟性または可撓性を有するフレキシブル発熱体および
その製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】柔軟性または可撓性を有する面状発熱体
としては、四フッ化エチレン等の樹脂の中にカーボン等
の導電性粉末を分散し固化したものが知られている。こ
のような面状発熱体は屈曲されたときや局部的な圧力が
加えられ変形されたとき、この屈曲部または圧力変形部
における導電性粉末間の間隔が小さくなって抵抗値が低
くなり、過電流が流れることによって局部的に過加熱
し、製品寿命を縮めるだけでなく火災発生の危険性をも
有するものであった。

【０００３】また、従来の面状発熱体と電極との間の電
気的および機械的接続は、電極として銅等の金属箔を使
用し、この金属箔を銅線等の金属線でミシン縫いした
り、リベット止めしたり、押さえ板を介してボルト止め
したりすることによって発熱体に接続されていた。しか
しながら、ミシン縫いやリベット止めによる接続は、電
気的に見たとき、両者は相互に点接触しているだけであ
り、所要の電力を伝送させるには不十分な接続面積しか
確保できずかつ長期的な使用によって電気的な接触不良
を発生し安く、また、ボルト止めによる接続は、それら
に加え、前述した局部的な過加熱を発生し易いものであ
った。そのため、従来の面状発熱体における電極の取付
けはその給電性能が不安定であり、製品歩留りを著しく
低下させる要因となっていた。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、面状発熱体
を屈曲したり、局部的な圧力を加えたりしても、局部的
な過加熱が発生するのを確実に防止して耐久性を高める
と共に火災発生の危険性を回避することができ、また、
面状発熱体と電極との間の電気的および機械的接続を確
実に行わせることにより給電性能の安定性を確保し、も
って製品歩留りを向上することのできるフレキシブル発
熱体およびその製造方法を提供しようとするものであ
る。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明によるフレキシブ
ル発熱体は、通電することにより発熱する繊維状発熱材
料によりマット状またはシート状に形成された発熱部材
と、この発熱部材の相互に対向する各側部にそれぞれ配
設されかつ良好な導電性を有する繊維状導電材料により
それぞれ形成された一対の帯状電極と、柔軟性または可
撓性を有する耐熱性の樹脂材料により形成されかつ発熱
部材および一対の帯状電極をその内部に内包するように
成形された被覆部材とから構成されている。

【０００６】発熱部材と帯状電極は、その各々を形成す
る繊維状材料が相互に絡み合うことによって電気的に接
続され、被覆部材が発熱部材および帯状電極の繊維状材
料の空間を充満して固化することにより機械的に接続さ
れる。これにより、本フレキシブル発熱体は、発熱部材
と帯状電極の間に電気的接続手段を別途に設けることな
しに電気的に接続されると共に、屈曲や局部的な圧力に
対して被覆部材がダンパーとして作用し、発熱部材およ
び帯状電極の各々の繊維状材料の離間間隔を一定に保持
して抵抗値の低下を回避し、それにより、局部的な過加
熱およびそれによる火災の発生を防止する。

【０００７】本発明によるフレキシブル発熱体はまた、
発熱部材を相互に積層された少なくとも２枚の発熱シー
トにより構成し、各帯状電極を相互に隣接する２枚の発
熱シート間にそれぞれ配置することもできる。これによ
り、帯状電極はその両面にそれぞれ隣接する発熱シート
の繊維状発熱材料に繊維状導電材料がそれぞれ絡み付く
ことにより電気的接続をより確実なものにすると共に、
発熱部材と帯状電極の間が被覆部材によって遊離される
のを防止する。

【０００８】また、本発明によるフレキシブル発熱体
は、一対の帯状電極を発熱部材の相互に対向する各側部
に形成された各スリットにそれぞれ挿入し、各スリット
により分離された発熱部材の部分を固定糸により各帯状
電極と共にそれぞれ縫着するように構成することもでき
る。これにより、帯状電極と発熱部材との間の機械的お
よび電気的な接続をより一層確実にすることができる。

【０００９】更に、本発明によるフレキシブル発熱体
は、被覆部材にセラミックス粉および／またはチタン粉
を含ませることもでき、これにより、被覆部材を遠赤外
線の発生部材として作用させ、遠赤外線を発する発熱体
として加熱効果より効率良く行わせることが可能とな
る。

【００１０】本発明によるフレキシブル発熱体の製造方
法は、通電することにより発熱する繊維状発熱材料によ
りマット状またはシート状に形成された発熱部材の相互
に対向する各側部に良好な導電性を有する繊維状導電材
料によりそれぞれ形成された一対の帯状電極をそれぞれ
配設し、この帯状電極を配設された発熱部材に架橋剤を
含む柔軟性または可撓性を有する耐熱性樹脂材料の溶液
を注入して含浸させ、この発熱部材に含浸された樹脂材
料の溶液を加熱して予成形発熱層を成形する。それと共
に、所望の発熱体に応じた寸法形状の鋳型に前述と同じ
樹脂材料の溶液を注入し、この樹脂材料を加熱して予成
形被覆層を成形する。次いで、鋳型中の予成形被覆層上
に予成形発熱層を配置し、この鋳型に前述と同じ樹脂材
料の溶液を注入して加熱し、予成形発熱層の予成形被覆
層に対向する側にこの予成形被覆層と同様な層を成形す
ると共に予成形被覆層および予成形発熱層を一体化する
ことにより被覆部材を成形する。

【００１１】帯状電極を配設された発熱部材を樹脂材料
の溶液に含浸させて予成形発熱層を成形することは、こ
の時点で発熱部材と帯状電極の間の電気的および機械的
接続が達成されることになり、後続の工程において両者
の位置関係にズレを生じて電気的および機械的接続が損
なわれてしまうのを回避する。従って、極論すれば、こ
の工程を確実に行うことによって製品歩留りを１００％
に近いものすることが可能となる。また、鋳型に予成形
被覆層を成形した後に予成形発熱層を載置し、樹脂材料
の溶液を注入して被覆部材を成形することは、被覆部材
中における発熱部材および帯状電極の配設位置を所定の
位置に確実に配置させ、発熱部材および帯状電極を被覆
部材で確実に防護する。

【００１２】

【発明の実施の形態】

【実施例１】《フレキシブル発熱体》本発明の実施例に
よるフレキシブル発熱体は、図１および図２に示すよう
に、マット状またはシート状の発熱部材１と、発熱部材
１の相互に対向する各側部にそれぞれ配設される一対の
帯状電極２，２と、発熱部材１および一対の帯状電極
２，２をその内部に内包または封入するように成形され
た被覆部材３とから構成される。

【００１３】発熱部材１は通電することにより発熱する
繊維状発熱材料により形成される。この繊維状発熱材料
としては、一定の抵抗値を有し、少なくともその外面に
繊維状のヒゲを有し、後述する帯状電極２の繊維状導電
材料と良好に絡み合うことができ、そして少なくとも本
フレキシブル発熱体が発熱する温度で耐えられるもので
あれば、どのような材料も適用できる。しかしながら、
好適な繊維状発熱材料としては、大阪ガス株式会社が開
発したピッチ系炭素繊維「ドナカーボ・Ｓ（商品名）」
の炭素含有率を適当に変更することによって得られるカ
ーボンフェルトや、チタンやチタンカーバイト等の金属
の粉末をガラス繊維に付着混在させたもの等を使用する
ことができる。

【００１４】各帯状電極２はシート状またはフィルム状
の繊維状導電材料を帯状に形成したものである。この繊
維状導電材料としては、良好な導電性を有し、少なくと
もその外面に繊維状のヒゲを有し、発熱部材１の繊維状
発熱材料と良好に絡み合うことができ、そして少なくと
も本フレキシブル発熱体が発熱する温度で耐えられるも
のであれば、どのような材料も適用できる。しかしなが
ら、好適な繊維状導電材料としては、前述したピッチ系
炭素繊維「ドナカーボ・Ｓ」の一形体である繊維間の間
隔を小さく成形したカーボンペーパーや、前記ピッチ系
炭素繊維を原料基材としてそれにニッケルめっきを施し
た大阪ガス株式会社開発の「ＣＮＰニッケルマット（商
品名）」を用いることができる。

【００１５】被覆部材３は、柔軟性または可撓性を有
し、少なくとも本フレキシブル発熱体が発熱する温度で
耐えることができ、そして発熱部材１の繊維状発熱材料
および帯状電極２の繊維状導電材料の空間に充満して固
化することにより発熱部材１および帯状電極２を内包し
て一体化できるものであれば、どのような樹脂材料も適
用できるが、入手の容易性や原料コスト等の観点から、
シリコンを用いるのが好ましい。

【００１６】上述の如く構成される本発明のフレキシブ
ル発熱体は、発熱部材１と帯状電極２がその各々を形成
する繊維状材料が相互に絡み合うことによって電気的に
接続される。これにより、従来のミシン縫いやリベット
止めやボルト止め等の接続のため部品およびそれを設け
るための作業工程を省くことができるだけでなく、所要
の電力を伝送させるのに十分な接続面積を確保すること
ができ、電気的に安定した接触を長期的に遂行でき、加
えて、製品の歩留りを著しく向上することができる。

【００１７】また、発熱部材１および帯状電極２はその
繊維状材料の空間に被覆部材３を充満させて固化するこ
とにより機械的に接続される。このため、本フレキシブ
ル発熱体が屈曲されたり、局部的に圧力が加えられて変
形するとき、発熱部材１を形成する繊維状発熱材料の繊
維間の間隔は、被覆部材３がその間に介在することによ
って実質的に非変形時の間隔が保たれることになり、そ
の部位における抵抗値が低下することはなく、従来にお
けるような抵抗値の低下による局部的な過加熱およびそ
れによる火災の発生を確実に防止することができる。

【００１８】

【実施例２】《積層型フレキシブル発熱体》図３は、本
発明の別の実施例によるフレキシブル発熱体を示す図
で、前記実施例で述べた発熱部材１が相互に積層された
少なくとも２枚の発熱シート１ａ，１ｂにより構成さ
れ、一対の帯状電極２，２が相互に隣接する２枚の発熱
シート１ａ，１ｂ間にそれぞれ配置される点で異なる以
外、前記実施例と同様に構成されている。

【００１９】この実施例におけるフレキシブル発熱体
は、帯状電極２がその両面にそれぞれ隣接する発熱シー
ト１ａ，１ｂの繊維状発熱材料に帯状電極２の繊維状導
電材料がそれぞれ絡み付くことにより電気的に接続され
るため、両者間の電気的接続をより確実なものにするこ
とができる。それに加え、帯状電極２は発熱シート１
ａ，１ｂ間に挟持された状態で機械的に保持されるた
め、被覆部材３内への封入作業時に帯状電極２と発熱シ
ート１ａ，１ｂの間が遊離されて両者間の電気的接続が
損なわれるのを確実に防止できる利点を更に有してい
る。

【００２０】

【実施例３】図４は、本発明の更に別の実施例によるフ
レキシブル発熱体を示す図で、帯状電極２の発熱部材１
への取付け手段が異なることを除き、前記実施例と同様
に構成される。

【００２１】各帯状電極２は、発熱部材１の相互に対向
する各側部に形成されたスリット４，４にそれぞれ挿入
されており、そして、固定糸５，５を用いて各スリット
４により分離された発熱部材１の部分を帯状電極２に対
応した位置でそれぞれ縫合することにより、各帯状電極
２は発熱部材１の前記分離部分内に縫合されて取着され
る。

【００２２】発熱部材１と各帯状電極２との間を固定糸
５により縫着することにより、発熱部材１と各帯状電極
２との間の機械的および電気的な接続は確実に遂行さ
れ、かつ、外部からの振動や変形応力等によって両者間
の接続が損なわれてしまう虞を確実に回避している。こ
こにおいて、固定糸５の材質は帯状電極２を発熱部材１
に取着させることができるものであればどのような部材
も適用することできるが、好ましくは、両者間に介在す
る固定糸５によってもまた電気的な接続を行うことがで
きるように、導電性の糸状部材が用いられる。

【００２３】

【実施例４】《遠赤外線発生型フレキシブル発熱体》図
５は、本発明の更に別の実施例によるフレキシブル発熱
体を示す図で、前記実施例で述べた被覆部材３がセラミ
ックス粉および／またはチタン粉６を含んでいることを
除き、前述の実施例１、２または３と同様に構成されて
いる。被覆部材３に混入されるセラミックス粉および／
またはチタン粉６の量および分布については特に限定さ
れるものではないが、通常、全体的に均一に分布するよ
うに混入される。

【００２４】被覆部材３に混入されたセラミックス粉お
よび／またはチタン粉６は、帯状電極２を介して発熱部
材１に電気が流されると、遠赤外線を発生し、加熱効果
をより一層高めることができる。なお、図示のものは、
図３を参照して説明した実施例２の積層型フレキシブル
発熱体を例に取り示されているが、図１および図２の実
施例１のフレキシブル発熱体の被覆部材３にセラミック
ス粉および／またはチタン粉６を適用することによって
同様に遠赤外線を発生できることは容易に理解されよ
う。

【００２５】

【実施例５】《フレキシブル発熱体の製造方法》本発明
によるフレキシブル発熱体の製造方法は、図６の〔Ａ〕
に示すように、発熱部材１の相互に対向する各側部に一
対の帯状電極２，２をそれぞれ配設する。この帯状電極
２を配設された発熱部材１に、最終的に被覆部材３を形
成することになる架橋剤を含むシリコンまたはその他の
柔軟性または可撓性を有する耐熱性の樹脂材料の溶液７
を注入して含浸させ、この樹脂材料の溶液７を加熱して
固化することによって予成形発熱層Ｈを成形する。

【００２６】このとき、発熱部材１および帯状電極２
は、樹脂材料の溶液７が注入されて固化するまでの間、
加圧板（図示なし）等の加圧手段を用いて、相互に対向
する面側から適当な圧力を加えた状態で保持するのが好
ましく、これにより、発熱部材１と帯状電極２の間が遊
離して電気的接続が損なわれてしまうのを確実に防止す
ることができる。

【００２７】予成形発熱層Ｈの成形に伴ってまたはその
後に、所望の発熱体の寸法形状に応じた鋳型８に樹脂材
料の溶液７を注入し、加熱することにより、図６の
〔Ｂ〕に示すように、予成形被覆層Ｌが成形される。こ
の予成形被覆層Ｌは、図２に示すフレキシブル発熱体の
被覆部材３の下側（または上側）部分を構成するように
成形される。

【００２８】次いで、図６の〔Ｃ〕に示すように、鋳型
８に成形された予成形被覆層Ｌ上に予成形発熱層Ｈを配
置した後、樹脂材料の溶液７をまた注入し、加熱するこ
とによって、図６の〔Ｄ〕に示すように、前述のフレキ
シブル発熱体の被覆部材３の上側（または下側）部分を
構成するように成形すると同時に、予成形発熱層Ｈおよ
び予成形被覆層Ｌを被覆部材３内に内包または封入した
状態で一体化する。このため、通常、予成形発熱層Ｈお
よび予成形被覆層Ｌの成形時における架橋は不完全な状
態で終了される。

【００２９】発熱部材１と帯状電極２の間の電気的およ
び機械的接続は、実質的に、帯状電極２を配設された発
熱部材１を樹脂材料の溶液７に含浸させて予成形発熱層
Ｈを成形した時点で行われるため、後続の工程において
両者の位置関係にズレを生じるのを確実に回避できる。
また、被覆部材３中における発熱部材１および帯状電極
２の配設位置は、予成形被覆層Ｌを成形した後に予成形
発熱層Ｈを含む全体を一体化することによって確実に所
定の中間位置に位置させることができ、発熱部材１およ
び帯状電極２が位置ズレして外部に露呈することによる
感電やショートや部材の劣化等の障害が発生するのを確
実に防止することができる。

【００３０】上述の製造方法の説明は、図１および図２
を参照して説明した実施例１のフレキシブル発熱体の製
造方法であるが、冗長を避けるためにそれらについての
詳細は割愛するが、発熱部材１の代わりに発熱シート１
ａ，１ｂを使用し、帯状電極２を発熱シート１ａ，１ｂ
間に挟持させて樹脂材料の溶液７を注入、固化すること
によって、図３を参照して説明した実施例２のフレキシ
ブル発熱体の製造方法となり、また、樹脂材料の溶液７
としてセラミックス粉および／またはチタン粉６を混入
した樹脂材料の溶液を用いることによって、図４を参照
して説明した実施例３のフレキシブル発熱体の製造方法
となることは当業者にとって容易に理解されよう。

【００３１】一方、図４を参照して説明した実施例３の
フレキシブル発熱体を製造する場合、始めに、発熱部材
１の相互に対向する各側部にスリット４をそれぞれ形成
し、スリット４の各々に帯状電極２をそれぞれ挿入した
後、発熱部材１のスリット４により分離された部分を固
定糸５を用いて帯状電極２と共にそれぞれ縫着すること
により、帯状電極２を発熱部材１に機械的および電気的
に接続しておくことにより行われることもまた当業者に
とって容易に理解されよう。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例によるフレキシブル発熱体を示
す模式的な図である。

【図２】図１に示すフレキシブル発熱体の模式的な部分
拡大断面図である。

【図３】本発明の別の実施例によるフレキシブル発熱体
を示す図１と同様な図である。

【図４】本発明のまた別の実施例によるフレキシブル発
熱体を示す図１と同様な図で、図中、被覆部材は仮装線
で示されている。

【図５】本発明の更に別の実施例によるフレキシブル発
熱体を示す図２と同様な図である。

【図６】本発明の実施例によるフレキシブル発熱体の製
造方法を説明するための図である。

【符号の説明】

１ 発熱部材 １ａ，１ｂ 発熱シート ２ 帯状電極 ３ 被覆部材 ４ スリット ５ 固定糸 ６ セラミックス粉および／またはチタン粉 ７ 樹脂材料の溶液 ８ 鋳型 Ｈ 予成形発熱層 Ｌ 予成形被覆層

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 通電することにより発熱する繊維状発熱
   材料によりマット状またはシート状に形成された発熱部
   材と、該発熱部材の相互に対向する各側部にそれぞれ配
   設されかつ良好な導電性を有する繊維状導電材料により
   それぞれ形成された一対の帯状電極と、柔軟性または可
   撓性を有する耐熱性樹脂材料により形成されかつ前記発
   熱部材および一対の帯状電極をその内部に内包するよう
   に成形された被覆部材とから構成されることを特徴とす
   るフレキシブル発熱体。
2. 【請求項２】 前記発熱部材は相互に積層された少なく
   とも２枚の発熱シートにより構成され、前記各帯状電極
   は相互に隣接する２枚の発熱シート間にそれぞれ配置さ
   れることを特徴とする請求項１記載のフレキシブル発熱
   体。
3. 【請求項３】 前記一対の帯状電極は発熱部材の相互に
   対向する各側部に形成された各スリットにそれぞれ挿入
   され、前記各スリットにより分離された発熱部材の部分
   は固定糸により各帯状電極と共にそれぞれ縫着されるこ
   とを特徴とする請求項１記載のフレキシブル発熱体。
4. 【請求項４】 前記被覆部材はセラミックス粉および／
   またはチタン粉を含んでいることを特徴とする請求項
   １、２または３記載のフレキシブル発熱体。
5. 【請求項５】 通電することにより発熱する繊維状発熱
   材料によりマット状またはシート状形成された発熱部材
   の相互に対向する各側部に、良好な導電性を有する繊維
   状導電材料によりそれぞれ形成された一対の帯状電極を
   それぞれ配設し、該帯状電極を配設された発熱部材に架
   橋剤を含む柔軟性または可撓性を有する耐熱性樹脂材料
   の溶液を注入して含浸させ、該発熱部材に含浸された樹
   脂材料の溶液を加熱して予成形発熱層を成形すると共
   に、所望の発熱体に応じた寸法形状の鋳型に前記樹脂材
   料の溶液を注入し、該樹脂材料を加熱して予成形被覆層
   を成形し、前記鋳型中の予成形被覆層上に予成形発熱層
   を配置し、該鋳型に前記樹脂材料の溶液を注入して加熱
   し、予成形発熱層の予成形被覆層に対向する側に該予成
   形被覆層と同様な層を成形すると共に予成形被覆層およ
   び予成形発熱層を一体化することにより被覆部材を成形
   することを特徴とするフレキシブル発熱体の製造方法。
6. 【請求項６】 前記発熱部材は相互に積層された少なく
   とも２枚の発熱シートにより構成され、前記各帯状電極
   は相互に隣接する２枚の発熱シート間にそれぞれ配置さ
   れることを特徴とする請求項５記載の製造方法。
7. 【請求項７】 前記一対の帯状電極は、発熱部材の相互
   に対向する各側部にスリットをそれぞれ形成し、該スリ
   ットの各々に各帯状電極をそれぞれ挿入した後、前記各
   スリットにより分離された発熱部材の部分と各帯状電極
   との間を固定糸を用いてそれぞれ縫着することにより取
   着されることを特徴とする請求項５記載の製造方法。
8. 【請求項８】 前記被覆部材はセラミックス粉および／
   またはチタン粉を含んでいることを特徴とする請求項
   ５、６または７記載のフレキシブル発熱体の製造方法。