CN1104598C - 薄膜状发热装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种薄膜状发热装置，所述发热装置包括由高结晶石墨薄膜组成的发热部件10和由给该发热部件10通电的电源20及线路22等组成的通电设备。本发明的薄膜状发热装置薄而柔软，适用于须经受反复曲折的用途。

Description

薄膜状发热装置

技术领域

本发明涉及一种薄膜状发热装置。

背景技术

以往，有将镍铬丝或陶瓷发热元件等的发热部件夹于片状材料之间，形成片状发热装置的技术。

上述片状发热装置被利用装入汽车的座垫中，以形成保温座垫。

另外，也有人提出，将石墨材料作为厚度较薄的发热装置，用作薄膜状发热装置。

蒸发舟为一种在进行真空蒸镀处理时，容纳蒸镀材料的容器，对其的要求是，可以迅速地将蒸镀材料加热至高温。

已知有利用了上述镍铬丝等的发热装置的加热炉。这种加热炉组装、使用于各种产品的制造装置及其它的仪器装置内。

然而，在使用了上述以往的镍铬丝的片状发热装置的技术中，由于发热部件的厚度相当大，因此，使得整个发热装置的厚度也相当大。又，由于装有发热部件的地方和不装有发热部件的地方对发热装置的厚度的影响很大，导致在膜片上产生凹凸不平，将这样的发热装置用于上述的保温座垫，使人感到不舒适。在片状的发热装置中，其中存在发热部件的地方温度升高，而无发热部件的地方温度较低，导致温度分布的差异较大。另外，在需要反复曲折的片状发热装置的用途中，镍铬丝等的发热部件及连接该发热部件的连线易被折断。

使用石墨材料的薄膜状发热装置，比使用镍铬丝等的发热装置，可以形成其厚度远薄于后者的发热装置。然而，通常的石墨材料由于可挠性差，很难用于须经受反复曲折的用途。特别是，为了提高发热效率而制造薄型发热装置时，则该发热装置因性脆而缺乏实用性。在上述保温座垫的场合，也要求该座垫能够合乎人体的体形作柔软的形状改变，因此，以往的石墨制的发热装置仍不能充分发挥性能。

其次，已有的蒸发舟是用陶瓷及前述的石墨材料制造的，在约1000℃的加热温度下尚可使用，但在2000～3000℃的高温下，其使用就很困难。近年来，蒸镀技术在各个领域得到利用，要求该技术能够应用于更高的高温下，然而，能够适用于如此高温蒸镀处理的蒸发舟的材料尚未发现。

再有，在将加热炉组装于各种仪器装置内时，为使整个仪器装置的体积不至于过大，或者，在要求不影响其它装置部分的设置和动作，及不使加热工序影响到其它的处理工序，人们要求使用的加热炉小型化，并具有较高的加热效率。

本发明的目的在于，提供一种质优的薄膜状发热装置，所述薄膜状发热装置薄而柔软，可使用于需经受反复曲折的用途。

本发明的目的还在于，提供一种保温座垫，该座垫具有舒适感和优异的保温效果。

本发明的目的还在于，提供一种适用于高温处理的蒸发舟，在于提供一种小型的、具有优良的加热效率的加热炉。

发明内容

本发明的薄膜状发热装置中，设有由高结晶的石墨薄膜组成的发热部件和对此发热部件通电的通电设备。

上述高结晶石墨薄膜的厚度可以是5～200μm。

至少在上述发热部件的一面上，可以再层积有由不同于所述发热部件的材料组成的包覆材料。

上述包覆材料可由绝缘材料组成。

上述包覆材料可由保温材料组成。

上述包覆材料可具有贯通部。

本发明的保温座垫系将上述薄膜状发热装置敷设于座垫下面而成。

本发明的蒸发舟由具有高结晶石墨薄膜组成的发热部件和崐向该发热部件通电的通电设备的薄膜状发热装置组成，具有存放蒸发材料的凹部。

又，所述高结晶石墨薄膜的厚度为5～200μm。

本发明的加热炉具有容纳加热物的加热处理室和上述发明的薄膜状发热装置。

作为本发明中所用的高结晶石墨，已知有公布于特开平3-75211号公报、特开平4-21508号公报上的、具有高定向性和可挠性的石墨。该石墨系在惰性气体中，在2400℃以上的温度下，对聚酰亚胺和聚酰胺等的特定的高分子化合物的薄膜进行热处理，必要时，在该热处理后再进行压延所得。该石墨薄膜可由高温热处理成均匀的发泡状态，再对此作压延处理，即可得到具有柔软性和弹性、可挠曲的石墨薄膜。而且，所述石墨薄膜，其结晶取向均匀地排列于薄膜的面方向上(具有高定向性)，尽管其厚度很薄，但其导热性却与薄膜厚度较大的比较起来没有大的变化，因此，可以提供一种轻质、具有良好的传热性和耐热性的材料。

本发明的高结晶石墨最好是石墨结晶的定向度高的高结晶石墨，特别是锁定特性为20度以下的石墨。作为这样的石墨，可以举出：在惰性气体中、2000℃以上的高温下，热处理并压延处理高分子化合物的薄膜所得的石墨化薄膜，以及在惰性气体中、2400℃以上的高温下，热处理并压延处理添加了填料的高分子化合物的薄膜所得的石墨化薄膜。

这里所测的锁定特性为使用理学电机公司制的ロ-タフレツクスRU-200B型X射线衍射装置所测，在石墨(0002)线的峰值位置处的锁定特性。

作为上述特定的高分子化合物，可从下述化合物中至少选用一种：

各种聚二唑(POD)，聚苯并噻唑(PBT)，聚苯并双噻唑(PBBT)，聚苯并唑(PBO)，聚苯并双唑(PBBO)，各种聚酰亚胺(PI)，各种聚酰胺(PA)，聚亚苯基苯并咪唑(PBI)，聚亚苯基苯并双咪唑(PPBI)，聚噻唑(PT)，聚对苯乙烯(PPV)。

作为上述各种聚二唑，有聚对苯-1，3，4-二唑及其异构体。

上述各种聚酰亚胺中，有可用下述通式(1)表示的芳香族聚酰亚胺。

其中，R₁＝上述各种聚酰胺中，有如下述通式(2)表示的芬香族聚酰胺。

其中，

可使用的聚酰亚胺、聚酰胺不限于上述结构。

本发明可以在上述高分子化合物的薄膜中添加如磷酸酯类、磷酸钙类、聚酯类、环氧类、硬脂酸类、氧化金属类、铝类、偶氮类、亚硝基类、磺酰肼类的各种化合物的有机或无机类填料。

填料的添加量，以0.2～20％(重量)为好，更好地，在1～10％(重量)范围。其最佳添加量依高分子薄膜的厚度而异。薄膜薄时，宜多添加，薄膜厚时，可以少加。獎；填料的作用在于使热处理后的薄膜处于均匀发泡的状态。即，添加的填料在加热过程中发生气体，该气体产生后形成的空洞成为通道，有助于分解气体从薄膜内部稳定地通过，添料即这样用于形成均匀的发泡状态。

上述高分子化合物薄膜的石墨化热处理条件并无特定限制，但在2400℃以上，更好地，在3000℃附近的温度区域热处理时，可以获得更优异的高定向性。热处理通常在惰性气体中进行。热处理时，为抑止石墨化过程中发生的气体的影响，高分子化合物薄膜的厚度最好在5μm以上。当最高温度不至2000℃焙烧(热处理)时，所得石墨易发硬、发脆。焙烧(热处理)后，也可按需要再予以压延处理。上述高分子化合物薄膜的石墨化可将该高分子化合物的薄膜切割成适当大小，放入焙烧炉中，升温至2400℃以上后，予以石墨化处理而制造。热处理后，可按需要予以压延处理。

如上所制得的高定向性石墨材料，例如，焙烧芳香族聚酰亚胺得到的具挠曲性的高定向石墨材料，其比重为0.5～1.5，AB面方向上的传热性为860Kcal/m.h.℃(为铜的2.5倍，Al的4.4倍)，AB面方向上的导电性能为250,000s/cm，AB面方向上的弹性率为84,300kgf/mm²。

本发明的薄膜状发热装置使用了高结晶石墨薄膜作为发热部件。高结晶石墨薄膜比起通常的石墨薄膜来，具有特别优异的挠曲性，因此，即使用于须承受反复曲折应力的用途，也不会损伤，比起通常的石墨薄膜来，容易得到薄的膜，制得发热效率大的发热装置。且，由于电阻小，在低电压和低电流下也能发热，其电源容量可制得较小。由于可以发出丰富的远红外线，其得自于远红外线的加热效率高。又，由于可用通常的割刀或剪子进行切断，按目的和用途的不同可容易地得到具有任意形状的发热装置。

另外，上述高结晶石墨薄膜的厚度在5～200μm时，则发热装置可作柔软的变形，其发热效率高。当该石墨薄膜的厚度超过200μm时，则挠曲性降低。另一方面，厚度不到5μm的石墨薄膜，则制造困难。

在发热部件上层积有包覆材料时，可以发挥出单个发热部件所无法达到的各种功能。具体说来，包覆部件可对发热部件作机械的保护，或起增强的作用。如果，所用的包覆材料为一种绝缘材料，则可对作为导电材料的发热部件作电绝缘。如果，包覆材料为一种保温材料，则可蓄积发热部件的发热量，提高其保温性能。

包覆材料可以具有贯通部，发热部件所暴露出的贯通部可增加由其它部分所散发的热量，在发热部件为薄膜状的场合，该贯通部还可调节温度的分布。

本发明有关的保温座垫是将上述薄膜状发热装置设于座垫面下，因此，可以有效地对座垫进行保温，同时，可以根据使用者的身体作柔软的变形，在座垫面上不产生凹凸，触感舒适。

本发明有关的蒸发舟由在发热部件上使用了高结晶的石墨薄膜的薄膜状发热器构成，可发挥上述高结晶石墨薄膜的优点，使用时的发热效率高。可以简单地制成各种形状，构成其形状适用于座垫技术的蒸发舟。在真空中，即使发热至2000℃以上至约3000℃，也可充分耐热。当高结晶石墨薄膜厚度为15～200μm时，可以充分发挥上述作用。

本发明的加热炉中，使用了在发热部件上覆以高结晶石墨薄膜的薄膜状发热装置，可以更好地发挥上述本发明薄膜状发热装置的作用效果，特别是，加热炉可以小型化并提高加热效率。

附图说明

图1为显示本发明的实施例的截面图。

图2(a)为显示本发明的另一实施例的截面图。

图2(b)为上图主要部分的放大的截面图。

图3为显示另一实施例的发热部件的平面图。

图4为显示另一实施例的包覆材料的平面图。

图5为显示另一实施例的发热部件的平面图。

图6为显示另一实施例的包覆材料的平面图。

图7为显示另一实施例的发热部件的平面图。

图8为显示另一实施例的蒸发舟的截面图。

图9为显示另一实施例的加热炉的截面图。

图中，10为发热部件，20为电源，30、40为包覆材料，42为贯通部，50为蒸发舟，60为加热炉，62为加热处理室，64为壁面发热器，67为中间发热器。

具体实施方式

实施例1

图1所示的薄膜状发热装置，是在由高结晶石墨薄膜组成的发热部件10的两端通过线路22、22连接有直流电源20。又，在线路22、22的中途装有切断电路的开关结构(图中未示)。

高结晶石墨薄膜10可从厚为25μm的聚酰亚胺(杜邦公司，カプトンH薄膜)制得。高结晶石墨薄膜10的石墨结晶在面的方向上定向，其锁定特性在20度以下具有高定向性。

本实施例的薄膜状发热装置可组装使用于各种机械装置和结构中。按用途不同，可以自由变换高结晶石墨薄膜10的形状和设置图案。

实施例2

图2(a)所示的薄膜状发热装置，在如同前述的高结晶石墨薄膜组成的发热部件10的两面上覆有薄膜状的包覆材料30。40。如图2(b)所示，一面的包覆材料30将由聚酰亚胺树脂薄膜组成的发热部件10全面包覆住。其相反一面的包覆材料40也由聚酰亚胺材料构成，在一部分包覆材料40上设有贯通部42。

如图3所示，发热部件10的平面形状为左右弯曲设置的细带状部分。在该带状部分的两端，连接有接通电源20的线路22、22。该发热部件10由将平面状的高结晶石墨薄膜切割而得。

又，如图4所示，在包覆材料40上，设有多个贯通部42。

上述实施例中的薄膜状发热器中，包覆材料30、40、保护了发热部件10。另外，该包覆材料30、40也可用作绝缘材料，防止发热部件10的电流泄漏。

包覆材料30、40可对由发热部件10所产生的热量的发出进行控制，即，由于包覆材料30、40可以阻碍热能的通过，所以可抑制热量从发热部件10散发至外部。但是，发自发热部件10的热量却容易通过包覆材料40的贯通部42散发至外。特别是，在该贯通部以外的地方被包覆材料30、40所遮住的散发的热量都集中于贯通部42发出。因此，在包覆材料40的贯通部42和其它的地方，由薄膜状发热装置发出的热量也不同。在使用薄膜状发热装置时，贯通部42可设于热量散发最多的地方。

在图2的实施例中，如将具有贯通部42的包覆材料30、40置于需要取热的一侧，就可有效地利用发热装置的发热。

改变包覆材料30、40的厚度，也可分别调节其向各个侧面的放热性能。

上述实施例的薄膜状发热装置可装于汽车座垫中使用的外装材料中。此时，通常的座垫用外装材料也可用作包覆材料30、40的一部分。薄膜状发热装置的电源可以设有汽车的车内电源。

图5所示的发热部件10，其平面图案与上述图3的不同。改变发热部件10的平面图案，可以调节来自发热部件10的热量的平面分布。

图6所示的包覆材料40，其平面图案适用层积于上述图5的发热部件10上。其中间设有细长的椭圆形的贯通部42，在其长度方向上，沿其两侧边设有细槽状的贯通部42。

实施例4

图7所示的薄膜状发热器的发热部件10系将多片长带状的高结晶石墨薄膜10a、10b组合，整体形成S形。这样，组合多片膜片，也可形成整个发热部件10。

实施例5

图8所示的蒸发舟50形成其中央部内凹的浅盘状。蒸发舟50可如同前述实施例的高结晶石墨薄膜作成形加工而得到。在蒸发舟50的外周边上连接有线路22、22，可对蒸发舟通电。该蒸发舟50中容纳有蒸镀材料，再放于通常的真空蒸镀的处理崐室内，在处理室内成真空状态下，对此蒸发舟50通电，蒸发舟50发热，蒸镀材料X升温、蒸发。进行蒸镀处理。该蒸发舟50可使其升温至约3000℃。

实施例6

图9所示的加热炉60中设有可容纳被加热物的加热处理室62。加热处理室62置有绝热壁63，在绝热壁的里侧面上贴有壁面发热装置64。该壁面发热装置64使用了与上述实施例同样的、本发明的薄膜状发热装置。壁面发热装置64在加热处理室62的外面与电源65连接。

加热处理室62内设有多层载物架66，载物架66由铁丝网构成，被加热物分别置于各载物架66上。

沿着载物架66的下侧方，设有中间发热装置67。中间发热装置67也具有与上述的壁面发热装置64同样的结构。中间发热装置67的两端被支承轴68、68所支承。另外，各中间发热装置67与加热处理室62之外设置的电源69线路连接。

在各载物架66上分别放上被加热物w，使壁面发热装置64及中间发热装置67发热，该被加热物w即受到来自上、下二面及四周的加热。

壁面发热装置64及中间发热装置67因其薄，且加热效率高，可有效地利用加热处理室62内的空间，高效地加热被加热物w.特别是，薄型的中间发热装置67可方便地置放于载物架66的狭小空间内，可有效地加热上下的被加热物w。各个发热装置64、67的热容量小，升降温的速度大，加热处理的操作效率也提高。

其它的实施例

(a)本发明的薄膜状发热装置可用于以往的、使用片状或薄膜状的发热装置的各种技术领域。例如，可用于如前所述的、用于汽车及飞机等其它交通工具上的座垫保温用的发热器。也可用于对铺垫物和毛毯、防寒用具、防寒服装等的保温。装入枕中就成了保温枕头。也可装于各种机械设备中。

又，利用其高耐热性，则除了上述蒸发舟外，也可用于需要高温加热的技术领域中。

(b)作为包覆材料30、40，除了合成树脂、金属、陶瓷等各种材料组成的薄膜之外，也可使用编织布和无纺布等。包覆材料30、40可以层叠于发热部件10的一面或二面，也可在其一面上层叠多层的包覆材料30、40。包覆材料30、40最好是与发热部件10一样，具有优异的挠曲性的材料。改变各个包覆材料30、40的厚度，可以调节各个包覆材料30、40的特性。

(c)薄膜状发热装置的形状可按用途作自由的改变。由高结晶石墨薄膜组成的发热部件10因可用割刀或剪子等通常的切割工具即可容易地进行切取，所以，可以在发热器的使用现场，将发热部件10作成必要的形状后使用。

(d)有关通电设备20，只要是可使发热部件10通电，则电源的种类和线路的结构可以自由设定。电源可根据使用目的，使用电池及蓄电池等的直流电源或商业用交流电源。高结晶石墨薄膜10因在低电源、低电流下也可有效地发热，所以也可使用如太阳能电池等的小容量电池。

发明的效果

本发明的薄膜状发热装置使用高结晶石墨薄膜作为发热部件，由此具有的优点是：薄而具有优异的挠曲性，可承受反复曲折的应力；发热效率高，辐射的远红外线丰富，电源容量小；切割及成形容易等。从而，可用于以往石墨材料组成的发热装置所无法利用的各种用途上。

另外，所述高结晶石墨薄膜厚度在5～200μm时，可更好地发挥上述效果，其制造、操作方便。奬；在发热部件上层积包覆材料时，可以充分发挥单个发热部件所无法达到的各种功能。具体说来的，可以提高机械强度及耐用性、绝缘性、保温性等。包覆材料上如形成有贯通部，则在使用薄膜状发热装置的场合，可因此调节温度的分布。

本发明的保温座垫由于使用上述薄膜状发热装置，可提高保温效果，触感柔和。

本发明的蒸发舟因是由在发热部件上覆以高结晶石墨薄膜而成的薄膜状发热装置，因此，其加热效率高，可方便地制成各种所需的形状。能承受以往的蒸发舟所无法达到的高温，其耐用性优异。如高结晶石墨薄膜厚度在5～200μm时，则可更好地发挥所述作用。

本发明的加热炉由在发热部件上覆以高结晶石墨薄膜而成的薄膜状发热装置，使加热炉小型化，加热效率提高，可将加热炉装入各种装置仪器内作良好的使用。

Claims (1)

1.一种薄膜状发热装置，所述发热装置包括：

由高结晶石墨薄膜组成的发热部件及向所述发热部件通电的通电设备，其特征在于，所述高结晶石墨薄膜厚度为5～200μm，其锁定特性在20度以下。

Images