JPH1140326A - 面状発熱体および面状発熱体用シート - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】軽量、薄厚で取り扱いが容易で、特に、耐久性
に優れた面状発熱体を提供する。 【解決手段】経緯に絶縁用硝子繊維を織り、経方向に電
極用の導体を織り込むとともに、緯方向に発熱用の炭素
繊維を電気抵抗体として織り込み、織物体としたものを
絶縁性樹脂で被覆した面状発熱体であって、電極用の導
体として、すずメッキした銅線を用いた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、絶縁性に優れた面状発
熱体に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、屋外その他寒冷の場所で使用され
る用品の保温、道路や建築物出入口の融雪及び凍結防
止、室内床暖房、洗面所等での鏡の防曇のための保温等
に対応する必要性から面状発熱体の適用の要望が多くな
ってきている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
面状発熱体は、ニクロム線等の金属系抵抗体を面状にし
たもの、硝子繊維フィラメントにカーボンブラックを付
着させたものを織物体にしたもの、硝子繊維織物にカー
ボンブラックを付着させたもの等であり、これらの電気
抵抗体では耐久性、安定性、重さ、厚み等の点で限界が
あった。また、電源供給のランニングコストが高いとい
う欠点を有していた。本発明の目的は、耐久性、安定性
に優れ、軽量、薄厚で取り扱いの簡易な面状発熱体を提
供することにある。

【０００４】

【課題を解決するための手段】 上記目的を達成する
ための本発明にかかる第１の発明は、経糸として電極用
導体と硝子繊維を、緯糸として炭素繊維と硝子繊維を織
り込んだ織物体を、絶縁性樹脂で被覆した面状発熱体用
シートにおいて、電極用導体が、異種の金属によりメッ
キされた金属線あるいは該金属線の束からなることを特
徴とする面状発熱体用シートである。

【０００５】第２の発明は、第１の発明の前記面状発熱
体用シートにおいて、前記金属線が、スズでメッキされ
た銅線であることを特徴とするものであり、また、第３
の発明は、前記金属線が、スズでメッキされた銅線であ
り、且つ前記絶縁性樹脂がエポキシ樹脂であることを特
徴とするものである。また、第４の発明は、第１乃至第
３の発明の前記面状発熱体シートの片面あるいは両面
に、硝子繊維織物を積層したことを特徴とする面状発熱
体用シートである。

【０００６】第５の発明は、第１乃至第４の発明の面状
発熱体用シートと、回路形成用端子と、絶縁性補強材と
からなることを特徴とする面状発熱体である。

【０００７】第６の発明は、第５の発明の前記面状発熱
体において、前記絶縁性補強材がゴムであり、ゴムで面
状発熱体全面を被覆したことを特徴とする融雪マットで
ある。また、第７の発明は、前記ゴムが、エチレン−プ
ロピレンゴムであることを特徴とする融雪マットであ
る。

【０００８】第８の発明は、第５の発明の面状発熱体に
おいて、前記絶縁性補強材がＰＥＴフィルムであること
を特徴とする面状発熱体である。

【０００９】

【作用】本発明は、面状発熱体用シートにおいて、経緯
に絶縁用硝子繊維を織り、経方向に電極用の導体を織り
込むと共に、緯方向に発熱用の炭素繊維を電気抵抗体と
して、所定間隔毎に織り込んだ発熱体本体と、前記硝子
繊維、前記導体及び前記炭素繊維とを結合被覆させる絶
縁性樹脂からなる結合剤を含むことを特徴とするもので
ある。

【００１０】本発明における発熱体用シートの電極用の
導体には金属線が使用されるが、金属線は異種の金属に
よりメッキされた物を使用するのが好ましく、スズでメ
ッキされた銅線を使用することがさらに好ましい。

【００１１】また、電気抵抗体には、連続フィラメント
状炭素繊維が使用される。連続フィラメント状炭素繊維
の使用は、連続フィラメント状炭素繊維が長い連続体で
あるため、カーボンブラックや炭素繊維の短繊維の使用
におけるような電気抵抗の変化がなく、屋外や高湿度環
境でも耐えることができる。また、炭素繊維による発熱
のため、遠赤外線の放射率が大きく、輻射熱が強い。

【００１２】前記電極用導体及び前記電気抵抗体を織り
込む硝子繊維織物は、連続フィラメント状硝子繊維を経
緯方向に製織した織物であり、該織物の経方向に電極用
導体、緯方向に発熱用の炭素繊維を所定の間隔で織り込
むことができる。硝子繊維はそれ自体が絶縁性であり、
通電時に短絡の恐れがなく、緯糸打ち込みの所定本数毎
に炭素繊維を打ち込むことにより、炭素繊維の位置決め
を容易にできる。

【００１３】本発明において発熱体用シートは、絶縁性
樹脂で固定されており、絶縁性樹脂としては、エポキシ
樹脂、フェノール樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、シリ
コンゴム等の熱硬化性樹脂が挙げられるが、これらに限
定されるものではない。また、発熱体用シートの絶縁性
樹脂により固定する方法は任意であり、例として、絶縁
性樹脂を含有する溶液もしくは分散物を浸漬、噴霧もし
くは、はけ塗り等によって発熱体用シートに含浸させる
方法等が挙げられるが、これらに限定されるものではな
い。

【００１４】好ましい方法を例示すると、絶縁性樹脂を
含有する溶液に発熱シートを浸漬し、引き上げた後６０
〜２００℃で０．５〜１０分間乾燥する。樹脂の含有量
は、繊維及び樹脂の合計重量に対して５〜６０重量％、
特に１０〜５０重量％にするのが好ましい。

【００１５】前記発熱体用シートの電極用導体をシート
の両端付近で織り込むと共に、その導体を交互に等間隔
で切断して遮断した切断部を備え、回路を組むことによ
り、任意の抵抗値及び発熱量を有した発熱シートを得る
ことができる。

【００１６】前記発熱体シートの片面あるいは両面に熱
硬化性樹脂を含浸した硝子繊維織物を積層し、一体硬化
させることにより耐久性を付加させることができる。得
られた発熱体用シートは、両面を絶縁性のゴムあるいは
フィルムで被覆することにより、絶縁性、温度均一性及
びシートの耐久性がさらに向上する。

【００１７】また、絶縁性のゴムまたはフィルムの素材
を選択することにより、加熱の対象物と発熱体用シート
の剥離性を付与することもできる。さらに、絶縁性のゴ
ムまたはフィルムと発熱体用シートの間に金属箔等の熱
を反射する性質のものを挿入することにより、片面のみ
を効率的に加熱することが可能となる。ここで、絶縁性
のゴムまたはフィルムには、エチレン−プロピレンゴ
ム、ＰＥＴフィルム、ＰＶＣフィルム、ＰＣフィルム
等、用途に応じ適宜選択して使用できるが、軽量で効率
的な加熱を要求される用途にはＰＥＴが特に好ましく、
屋外の用途には、熱、光、酸素、オゾンに抜群の抵抗性
を示すエチレン−プロピレンゴムを使用するのが、特に
好ましい。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して、この発明
に好適な例をあげて、さらに詳しく説明する。

【００１９】図１は、この発明による面状発熱体用シー
トの一例の説明図であり、図２は図１の発熱体用シート
を用いた面状発熱体の一例を示す斜視図である。面状発
熱体用シート１は、硝子繊維２、炭素繊維３、電極用導
体４を紡織したものであり、さらに、これを絶縁性樹脂
で被覆したものである。ここで、硝子繊維２を経糸、緯
糸として織り上げると共に、所定間隔で炭素繊維３を緯
糸として織り込み、さらに両端に電極となる電極用導体
４を経糸として織り込んである。従って、炭素繊維３と
炭素繊維３の間は、硝子繊維２が布状に形成されるの
で、位置決めされて動くことはなく、完全に絶縁され
る。また、炭素繊維２と両端の電極用導体４とは、密着
して電気的な接続がなされる。

【００２０】さらに、図２に示すように、図１の面状発
熱体用シートの両端の電極用導体４の部分に、交互に切
断部５Ａ、５Ｂを形成して、電極４Ａ、４Ｂ、４Ｃと
し、電極４Ａ、炭素繊維群３Ａ、電極４Ｂ、炭素繊維群
３Ｂ、電極４Ｃ、炭素繊維群３Ｃと電気回路を形成す
る。そして、さらに二つの回路形成用端子６，６を設け
て、一方の端子を電極４Ａの一端に接続し、もう一方の
端子を電極４Ｄの一端に接続して回路を構成する。これ
が面状発熱体９である。ここで、切断部の数、電極の
数、炭素繊維群の数は適宜設定する。

【００２１】また、図３および図４に示すように、面状
発熱体用シート１の片面あるいは両面を熱硬化性樹脂を
含浸した硝子繊維織物７で積層し、さらに、絶縁性補強
材８で一体硬化させることにより、より耐久性に優れた
面状発熱体９を得ることができる。

【００２２】このように、本発明の面状発熱体用シート
は、絶縁用の硝子繊維と、発熱用の炭素繊維と、導体を
織り込むと共に、硝子繊維、炭素繊維及び導体を絶縁性
樹脂によって固定してあるので、各炭素繊維間及び炭素
繊維と導体の位置決め及び固定が容易にできる。また、
連続フィラメント状炭素繊維は、金属の抵抗体やカーボ
ンブラック系抵抗体とは違い、電気抵抗の変化がなく、
遠赤外線の放射率が大きいため輻射熱が強い。また、炭
素繊維及び硝子繊維が補強材としての機能も有している
ため、耐久性に優れ、軽量、薄厚な発熱シートを得るこ
とができる。

【００２３】さらに、電極用導体に異種の金属によりメ
ッキされた金属線、特にスズでメッキされた銅線を用い
ることにより、導体と絶縁性樹脂との接着性が向上し、
発熱体用シートを絶縁性のゴムやフィルムで加工する際
の加工条件、或いは過酷な条件下での長期使用等で発生
する、導体と絶縁性樹脂の剥離を防止することができ
る。特に絶縁性樹脂としてエポキシ樹脂を使用した場
合、導体としてスズでメッキされた銅線を用いると剥離
防止効果は大きい。これは、銅線の表面をスズでメッキ
することによりエポキシ樹脂との接着面積を大きくする
と共に、銅線の表面の凹凸形状がエポキシ樹脂との結合
を強固にするためである。

【００２４】また、電極用導体をシートの両端付近で織
り込むとともに、その導体を交互に等間隔で切断して遮
断した切断部を備えたことにより、同一の発熱体用シー
トから任意の抵抗値及び発熱量を有した発熱シートを得
ることができる。さらには、発熱用の炭素繊維を織り込
む間隔を予め調整することにより、所望の大きさで、所
望の発熱量を有する発熱シートを自由に得ることができ
る。

【００２５】前記発熱体用シートの片面あるいは両面を
熱硬化性樹脂を含浸した硝子繊維織物で積層し、一体硬
化させることにより、耐久性を付加させることができ
る。また、発熱体用シートは、絶縁性のゴムあるいはフ
ィルムで被覆することにより、絶縁性、温度均一性及び
シートの耐久性がさらに向上する。さらに、絶縁性のゴ
ムまたはフィルムの素材を選択することにより、加熱の
対象物と発熱体用シートの剥離性を付与することもでき
る。また、ゴムで被覆することにより、完全防水とな
り、荷重に耐えることができるため、屋外での使用に好
適となる。また、滑らないから、この上を人が歩くこと
も可能となり、融雪マットとして最適である。特に絶縁
性ゴムとして、エチレン−プロピレンゴムを使用する
と、熱、光、酸素、オゾンに抜群の抵抗性を示す耐久性
に優れた面状発熱体を得ることができる。

【００２６】一方、ＰＥＴフィルムで積層した場合は、
軽量、薄厚で加熱効率の高い面状発熱体を得ることがで
きる。

【００２７】

【実施例】

（実施例）面状発熱体用シート１に用いる織物体におい
て、炭素繊維３として、４５０Ω／ｍの抵抗値を有して
いる、トレカＴ３００（商品名、フィラメント数１００
０本：東レ社製）を使用し、炭素繊維３の本数が９６本
になるように、幅０．７２１ｍ×１．８ｍに織り上げ
た。また、電極用導体４として直径０．１６ｍｍのスズ
メッキ銅線、硝子繊維２としてＥガラス繊維（フィラメ
ント直径９μｍ、１３５ｔｅｘ：日本電気硝子社製）を
使用した。この発熱体用シート１は、両端のロス部３０
ｍｍと両端の電極部分２４ｍｍを有しているために、有
効寸法は６６７ｍｍとなり、炭素繊維２の１本当たりの
抵抗値は、４５０Ω×０．６６７＝３００Ωとなる。

【００２８】この面状発熱体用シート１に用いる織物体
は、長さが１．８ｍの場合に、炭素繊維２の本数が９６
本で、図２のような３回路構成にしたとき、３２本／回
路となり、発熱体用シート１の抵抗値は、３００Ω／３
２本×３回路＝２８．１Ωとなる。一般家庭用電源の１
００Ｖの電圧を印加した場合に、その電流は、１００Ｖ
／２８．１Ω＝３．５６Ａとなる。従って、発熱体用シ
ート１は、１枚当たりの容量が１００Ｖ×３．５６Ａ＝
３５６Ｗとなる。また、ワット密度は３５６Ｗ／（１．
８ｍ×０．７２１ｍ）＝２７４Ｗ／ｍ² となり、熱量
は、２７４Ｗ／ｍ² ×１０−３×８６０＝２３６ｋｃａ
ｌ／ｍ² ｈとなる。

【００２９】この織物体をエポキシ樹脂で被覆して、面
状発熱体用シート１とする。

【００３０】前記面状発熱体用シート１にシラン系プラ
イマーを塗布し、エチレン−プロピレンゴムを両面から
挟んだ後、加熱・加圧により被覆一体成形し、耐久性、
安定性に優れ、軽量、薄厚の面状発熱体を得ることがで
きた。

【００３１】

【比較例】 実施例において用いたスズでメッキされ
た銅線に代えて、裸銅線を使用した以外は、実施例と同
様にして面状発熱体用シートを得た。得られた発熱体用
シートにシラン系プライマーを塗布し、エチレン−プロ
ピレンゴムを両面から挟んだ後、加熱・加圧により被覆
一体成形した面状発熱体を得たが、長期間の使用によ
り、銅線−エポキシ樹脂の界面で剥離が発生した。

【００３２】

【発明の効果】本発明の面状発熱体は、耐久性、安定
性、熱効率、防水性、可撓性に優れ、軽量、薄厚で取り
扱いが簡易なため、道路、玄関及び屋根の融雪及び凍結
防止、その他寒冷の場所で使用される用品の保温、土木
工事現場でのセメントやエポキシ樹脂の硬化・養生、室
内床暖房、洗面所等での鏡の防曇のための保温等、広範
囲に好適に使用できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】面状発熱体用シートを構成する織物体の説明図
である。

【図２】面状発熱体の説明図である。

【図３】面状発熱体の他の例の説明図である。

【図４】図３におけるＡ−Ａ方向の断面図である。

【符号の説明】

１ 面状発熱体用シート ２ 硝子繊維 ３ 炭素繊維 ４ 電極用導体 ５ 切断部 ６ 回路形成用端子 ７ 硝子繊維織物 ８ 絶縁性補強材 ９ 面状発熱体

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 経糸として電極用導体と硝子繊維を、緯
   糸として炭素繊維と硝子繊維を織り込んだ織物体を、絶
   縁性樹脂で被覆した面状発熱体用シートにおいて、電極
   用導体が、異種の金属によりメッキされた金属線あるい
   は該金属線の束からなることを特徴とする面状発熱体用
   シート
2. 【請求項２】 前記金属線が、スズでメッキされた銅線
   であることを特徴とする請求項１記載の面状発熱体用シ
   ート
3. 【請求項３】 前記金属線が、スズでメッキされた銅線
   であり、且つ前記絶縁性樹脂がエポキシ樹脂であること
   を特徴とする請求項１記載の面状発熱体用シート
4. 【請求項４】 前記面状発熱体シートの片面あるいは両
   面に、硝子繊維織物を積層したことを特徴とする請求項
   １乃至３記載の面状発熱体用シート
5. 【請求項５】 請求項１乃至４記載の面状発熱体用シー
   トと、回路形成用端子と、絶縁性補強材とからなる面状
   発熱体
6. 【請求項６】 請求項５記載の面状発熱体において、前
   記絶縁性補強材がゴムであり、ゴムで面状発熱体全面を
   被覆したことを特徴とする融雪マット
7. 【請求項７】 前記ゴムが、エチレン−プロピレンゴム
   であることを特徴とする請求項６記載の融雪マット
8. 【請求項８】 前記絶縁性補強材がＰＥＴフィルムであ
   ることを特徴とする請求項５記載の面状発熱体