JP2001237052A - 面状発熱体 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 低電圧でも発熱可能にし、消費電力を低減可
能にする面状発熱体を提供する。 【解決手段】 樹脂又はゴムに導電性粉末を配合した混
合体のシート状物又は多数本の炭素繊維束を平行に並べ
たシート状物から発熱性シート１を構成し、該発熱性シ
ート１の両縁部に電極２を設けた面状発熱体１０におい
て、電極１を複数本の導電性素線４ａからなる撚り線４
を発熱性シート１の表裏に貫通するように縫い込んで構
成するか、或いは導電性素線５ａをメッシュ状に織製又
は編製した導電性テープ５を発熱性シート１に貼り付け
又は埋設して構成する。

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に関し、
さらに詳しくは、低電圧で発熱可能にした面状発熱体に
関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に面状発熱体は、樹脂又はゴムにカ
ーボンを配合した混合体を成形したシートを発熱部と
し、この発熱性シートの両縁部に、それぞれ電極として
導電線を貼り付けるか又は埋設するように構成され、そ
の両電極間に電圧を印加することにより発熱性シートを
発熱させるようにしたものである。

【０００３】しかし、上記構成からなる従来の面状発熱
体では、電極間に相当高い電圧を印加しなければ発熱性
シートを発熱させることができない。すなわち、乾電池
等の低電圧の電源では発熱させることが難しく、高電圧
を要するため電力消費量が多くならざるを得ない欠点が
あった。また、高電圧に対する感電防止対策も必要にな
るため、製造コストが高くならざるを得なかった。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、低電
圧でも発熱可能にし、消費電力を低減可能にする面状発
熱体を提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成する本発
明の面状発熱体は、樹脂又はゴムに導電性粉末を配合し
た混合体のシート状物又は多数本の炭素繊維束を平行に
並べたシート状物から発熱性シートを構成し、該発熱性
シートの両縁部に電極を設け、該電極を複数本の導電性
素線からなる撚り線を前記発熱性シートの表裏に貫通す
るように縫い込んで構成したことを特徴とするものであ
る。

【０００６】上記のように電極を撚り線の縫い目で構成
する場合には、撚り線がそれぞれ電気を表面に沿って流
す導電性素線の複数本の集合によって構成されているた
め、一度に多量の電気を流すことができ、さらにこの撚
り線が発熱性シートの表裏に貫通するように縫い込まれ
た構成になっているため、発熱性シートの内部に電気を
満遍なく通電させることができる。

【０００７】また、本発明の他の面状発熱体は、樹脂又
はゴムに導電性粉末を配合した混合体のシート状物又は
多数本の炭素繊維束を平行に並べたシート状物から発熱
性シートを構成し、該発熱性シートの両縁部に電極を設
け、該電極を導電性素線をメッシュ状に織製又は編製し
た導電性テープを前記発熱性シートに貼り付け又は埋設
して構成したことを特徴とするものである。

【０００８】このように電極を導電性テープで構成する
場合には、電気を表面に沿って流す導電性素線がメッシ
ュ状に織製又は編製された集合体として導電性テープが
構成されているため、一度に多量の電気を流すことがで
き、さらにこの導電性テープが発熱性シートの表面に貼
り付けられ又は埋設されているため、発熱性シートの内
部に電気を満遍なく通電させることができる。

【０００９】したがって、上記いずれの面状発熱体の場
合にも、発熱性シートに安定した抵抗値が得られ、低い
印加電圧であっても高い温度に発熱することができ、消
費電力を少なくすることができる。

【００１０】

【発明の実施の形態】本発明において発熱性シートは、
樹脂又はゴムをマトリックスとし、それに導電性粉末を
配合した混合体から成形されている。導電性粉末にはカ
ーボンまたはグラファイトが好ましく使用される。特
に、自己温度制御性を有するグラファイトが好適であ
る。

【００１１】マトリックスに使用されるゴムとしては、
天然ゴム、合成ゴムのいずれでもよい。樹脂としては、
熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂等の合成樹脂を挙げること
ができ、例えばポリエステル樹脂、エポキシ樹脂、ポリ
アミド樹脂、ポリイミド樹脂、ポリオレフィン樹脂、ポ
リエーテル・エーテルケトン樹脂、ポリフェニレンサル
ファイド樹脂、シリコーン樹脂、ポリチタノカルボシラ
ン樹脂を挙げることができる。中でも軟質樹脂が好まし
く、特にシリコーン樹脂がよい。

【００１２】導電性粉末に使用されるカーボンまたはグ
ラファイトは、平均粒径０．５〜５００μｍの球状、貝
殻状、鱗状、針状、繊維状等の粒子が好ましい。特に、
球状体の粒子を多く含むグラファイトは自己温度制御性
を有しているため、温度センサーや制御回路などの温度
コントローラを設けることなく所定温度を維持すること
ができる。

【００１３】マトリックス樹脂又はゴムに対する導電性
粉末の配合量としては、マトリックス１００重量部に２
０〜１００重量部にするとよい。

【００１４】また、本発明において、発熱性シートは、
多数本の炭素繊維束を平行に引き揃えてシート状にした
ものであっても良い。

【００１５】炭素繊維束は、種類は特に限定されるもの
ではなく、ポリアクリロニトリル繊維を焼成したもの、
ピッチから成形し焼成したものなどいずれでもよい。一
本当りの炭素繊維束を構成する炭素繊維の本数は１，０
００〜６０，０００本、好ましくは３，０００〜３０，
０００本であるものがよい。

【００１６】多数の炭素繊維束をシート状に形成する方
法としては、樹脂又はゴムのシート等の下地材に平行に
貼り付け、その繊維束長手方向の両縁部に電極を装着後
シリコーンやフッ素樹脂等の耐熱性樹脂で炭素繊維束の
表面側をラミネート処理することが好ましい。

【００１７】本発明において、発熱性シートの端部に設
ける電極としては、細い導電性素線を撚り合わせた撚り
線を発熱性シートに対して表裏に貫通するように縫うよ
うに構成する場合と、同じく細い導電性素線をメッシュ
状に織製又は編製した導電性テープにし、この導電性テ
ープを発熱性シートに貼り付けるか、又は埋設するよう
にして構成する場合とがある。

【００１８】前者の縫い目の電極においては、導電性素
線には銅、銀、アルミニウム、錫などの電気抵抗の小さ
い金属材料から線引きした素線、合成繊維或いは天然繊
維の表面に銅、銀、アルミニウム、錫などの同じく電気
抵抗の小さい金属材料をメッキした素線などを使用する
とよい。その線径としては０．０１〜０．５ｍｍ、好ま
しくは０．１２〜０．３６ｍｍがよい。撚り線を構成す
る導電性素線の数は３〜１００本、さらに好ましくは３
〜２５本がよい。

【００１９】撚り線は発熱性シートの縁部に上下に貫通
するように縫い込まれて電極を構成するが、縫い目の間
隔は３〜１０ｍｍが好ましく、この範囲内で設定温度に
応じて適宜選択すればよい。縫い目は、手縫い又は工業
用ミシンのいずれで形成するようにしてもよいが、好ま
しくは工業用ミシンを用いて縫う方がよい。工業用ミシ
ンを使用すれば、寸法精度のよい縫い目を得ることがで
き、設定温度も安定させることができる。

【００２０】導電線の縫い目には、必要により導電性樹
脂や導電性インク等の導電性物質を充填するとよく、特
に上下に貫通する針穴を充填させるようにするとよい。
このように導電性物質を縫い目に充填することにより、
発熱性シートと電極との間の導電性を向上し、さらに安
定した温度発熱を行うことができる。

【００２１】後者の導電性テープからなる電極の場合
は、前者の電極と同様に、導電性素線には銅、銀、アル
ミニウム、錫などの電気抵抗の小さい金属材料から線引
きした素線、合成繊維或いは天然繊維の表面に銅、銀、
アルミニウム、錫などの同じく電気抵抗の小さい金属材
料をメッキした素線などを使用するとよい。線径として
は０．０３〜１．９ｍｍ、好ましくは０．１〜０．５ｍ
ｍがよく。また織編物構造におけるメッシュの大きさは
１．５〜３００メッシュの範囲がよく、導電性テープの
幅は５〜１００ｍｍの範囲がよい。

【００２２】メッシュ状の導電性テープには、必要によ
り導電性樹脂を含浸させてもよく、またその導電性樹脂
に金属粉末を配合するようにしてもよい。導電性テープ
を発熱性シートに貼り付ける場合には、市販の導電性接
着剤で貼り付ければよい。

【００２３】上述した前者および後者の電極構造による
と、発熱性シートを３０Ｖ以下の低い印加電圧で発熱さ
せることができる。さらには詳しくは、１．２Ｖ〜２４
Ｖ程度の低電圧であっても、温度２０℃〜１５０℃に発
熱させることができる。したがって、電源としては、商
用の１００Ｖなどの高圧の交流電源は勿論のこと、電池
（乾電池など）などの低電圧のものであっても十分に高
い発熱温度を得ることができる。したがって、定置型の
面状発熱体に限られず、携帯可能な小型の面状発熱体に
も展開可能になる。

【００２４】本発明の面状発熱体の用途は、特に限定さ
れるものではなく、平面状あるいは曲面状の加熱部分を
備えた加熱装置、例えば保温プレート、ヒータ、道路，
屋根等の凍結防止或いは融雪装置、床，壁，カーペッ
ト，毛布等の加熱装置、防寒衣、運動衣服、作業着、靴
の中敷、保温腰巻、保温ポシェット等の保温装置など広
く利用することができる。また、上述したように、低電
圧の電池でも発熱可能にできるため、後述する実施形態
に示したような携帯可能な殺虫器や発香器などにも利用
することができる。

【００２５】図１は本発明の面状発熱体の一例を示した
ものである。

【００２６】図１の面状発熱体１０は、発熱性シート１
が長方形に形成され、その両縁部に電極２，２を設けら
れ、さらに電極２，２に電源に接続するためのリード線
３，３が設けられて構成されている。発熱性シート１
は、樹脂又はゴムのマトリックスにカーボン等の導電性
粉末を混練した混合体から成形されている。

【００２７】電極２は、図２（Ａ）に示すように、１本
の撚り線４を発熱性シート１の縁部に上下に貫通させる
と共に、交互にジグザグに進行させるように縫い付けて
構成されている。その撚り線４は、図３（Ａ），（Ｂ）
に示すように、銅線などの導電性素線４ａが複数本撚り
合わされて構成されたものである。各導電性素線４ａ
は、その表面に沿って電気を流す機能を有し、これら導
電性素線４ａが複数本集合することにより多量の電気を
流すことができる。

【００２８】このように多量の電気を流す機能をもつ撚
り線４が、発熱性シート１の縁部で表裏に貫通するよう
に縫い込まれているため、その発熱性シート１の内部に
電気を満遍なく通電させることができる。したがって、
電極２，２間に印加する電圧が低くても発熱性シート１
を発熱させることができる。

【００２９】工業用ミシンを使用して導電性の撚り線４
を縫う場合は、図２（Ｂ）に示すように、上側の撚り線
４（上糸に相当）を上下に往復させながら、下側の撚り
線４（下糸に相当）に係合させるように縫い込んで電極
２を構成する。このように上糸の撚り線４と下糸の撚り
線４とが上下に配置され、かつ針穴には素線４ａが往復
して２本貫通した構造になるため、撚り線４の密度が増
大し、さらに導電性を向上することができる。

【００３０】電極２は、導電性の撚り線４を、図１のよ
うに一列に縫い込んだものでもよいが、図７に示すよう
に、複数列（図では４列）に渡って縫い込むようにして
もよい。このように撚り線４の縫い目を複数列に設ける
ことにより、さらに撚り線４の密度を増すため、発熱性
シート１に対する導電性を向上させ、さらに低い印加電
圧でも発熱可能になる。

【００３１】撚り線４の縫い目は、図８に示すように、
発熱性シート１の縁部にカガリ縫いにするうようにして
電極２を構成してもよい。このカガリ縫いの場合にも、
導電性撚り線４の密度が増すため、発熱性シート１に対
する導電性を向上することができる。

【００３２】本発明において、発熱性シート１の平面形
状は特に限定されず、上述した実施形態のような長方形
のほか、正方形であっても、図９に示すような円形であ
っても、図１０に示すような六角形などの多角形であっ
てもよい。また、多角形としては、三角形、五角形、七
角形、八角形などいずれであってもよい。

【００３３】図４（Ａ），（Ｂ）は、電極として導電性
テープを用いた本発明のさらに他の実施形態からなる面
状発熱体を示す。

【００３４】図４（Ａ），（Ｂ）の面状発熱体１０は、
図１の場合と同様に、発熱性シート１が長方形に形成さ
れ、その両縁部の表裏両面に導電性テープ５，５が貼り
付けられて電極２が構成されている。さらに各電極２に
リード線３が電源に接続するために接続されている。導
電性テープ５は、銅線などの細い導電性素線５ａが細か
いメッシュ状に織製或いは編製されて構成されたもので
ある。

【００３５】電極２を構成する導電性テープ５の貼り付
けは、発熱性シート１端部の片面だけであってもよい
が、好ましくは図４（Ｂ）のように表裏両面（上下両
面）に貼り付けるのがよい。このように導電性テープ５
を表裏両面に貼り付けると、導電性素線５ａの接触面積
を増大させるため、発熱性シート１に対する導電性を向
上することができる。

【００３６】また、導電性テープ５の貼り付け方は、図
５（Ａ）のように発熱性シート１の端部を包み込むよう
にして、表裏両面に貼り付けるようにしてもよい。この
ような貼り付け方にすると、図４（Ｂ）の場合よりも更
に導電性素線５ａの接触面積を増大させ、発熱性シート
１に対する導電性を向上することができる。また、導電
性テープ５は、図５（Ｂ）のように発熱性シート１の内
部に埋設させるようにしてもよい。この埋設の場合に
は、導電性テープ５の全表面が発熱性シート１と接触す
るため、導電性の向上に有効である。

【００３７】図１１は発熱性シートが炭素繊維束から構
成された本発明のさらに他の実施形態からなる面状発熱
体を示す。

【００３８】図１１（Ａ）の面状発熱体１０は、長方形
の下地材１５に多数本の炭素繊維束１６を平行に並べて
貼り付けることにより発熱性シート１が形成され、その
炭素繊維束１６の長手方向の両縁部に図１の場合と同様
に電極２，２が設けられている。更に電極２，２に電源
に接続するためのリード線３，３が設けられ、発熱シー
ト１の表裏両面をラミネート材１７で被覆することによ
り構成されている。下地材１５には織物、編物、不織布
などの布状物、樹脂シート、ゴムシート等を使用すると
よい。また、ラミネート材としては電気絶縁性と耐熱性
を有する材料が好ましく、例えばフッ素樹脂、ケイ素樹
脂などのフィルムがよい。

【００３９】電極２は、図１１（Ｂ）に示すように、１
本の撚り線４を発熱性シート１の縁部に上下に貫通させ
ると共に、交互にジグザグに進行させるように縫い付け
て構成されている。その撚り線４は、図３（Ａ），
（Ｂ）に示したものを使用している。また、電極として
は、図４、図５に示したような導電性テープ５を使用し
てもよい。

【００４０】炭素繊維はその長さ及び本数により発熱温
度が変化するため、使用目的に合わせてその仕様をきめ
ることが好ましい。

【００４１】前述したように本発明の面状発熱体は、比
較的低電圧の乾電池を電源にしても発熱させることがで
きるため、携帯用小型発熱機器としても適用することが
できる。

【００４２】図６（Ａ），（Ｂ）は、本発明の面状発熱
体を小型携帯用の蒸発器（殺虫器、発香器、消臭器な
ど）として利用した場合を示す。

【００４３】面状発熱体１０の上面に蓄熱性能と熱伝導
性を有するプレート６が貼り付けられ、容器１１の中に
断熱材１４を介して収納されている。プレート６を構成
する蓄熱性、熱伝導性の材料としては、セラミック、
鋼、銅などを使用することができる。面状発熱体１０の
電極２，２には乾電池１２が接続され、その回路はスイ
ッチ１３で開閉されるようになっている。

【００４４】上記構成からなる蒸発器は小型で携帯可能
であると共に、１．２Ｖ〜２４Ｖ程度の低電圧の印加で
発熱性シート１を２０℃〜１５０℃程度に発熱させるこ
とができる。したがって、プレート６の上に殺虫剤、虫
忌避剤などを載せれば、殺虫成分、虫忌避成分などを蒸
発（揮発）させる殺虫器とすることができ、農作業者、
森林作業者、釣り人、キャンパー等が携帯用に便利に使
用することができる。また、プレート６の上にアロマセ
ラピー用等の芳香剤を載せれば芳香成分を蒸発（揮発）
させる発香器として使用することができ、またペット
臭、糞尿臭、体臭などの生物臭を消す消臭剤を載せれ
ば、消臭成分などを蒸発（揮発）させる消臭器として使
用することができる。

【００４５】図１２（Ａ）（Ｂ）は本発明の面状発熱体
を保温腰巻として利用した場合を示す。

【００４６】図１２（Ａ）に示す保温腰巻１８は袋状の
本体２２の上縁に開閉口２３を有し、その開閉口２３か
らは発熱部１９を出し入れ自在に挿入するようになって
いる。この腰巻本体２２の両端にベルト２４が取り付け
られ、体に装着できるようになっている。

【００４７】図１２（Ｂ）は腰巻本体２２に挿入される
発熱部１９を示す。発熱部１９は、面状発熱体１０を布
製の台２０に３列平行に並べて貼り付け、面状発熱体１
０の各電極２に電池１２をリード線３を介して接続し、
その回路をスイッチ１３で開閉するように構成されてい
る。

【００４８】発熱部１９は、面状発熱体を貼り付けた布
製の台２０をシリコーン製のラミネート材２１でラミネ
ートされている。

【００４９】上記構成からなる保温腰巻は電池による低
電圧の印加で十分な保温性を発揮し、冬季の外出時に防
寒用として使用でき、室内で使用すれば暖房の補助とな
る。また、体質や健康上の理由で腰部の保温が必要な場
合にも使用できる。

【００５０】本発明の面状発熱体は、保温ポシェットと
しても利用することができる。

【００５１】保温ポシェットも保温腰巻と同様にポシェ
ット本体に本発明の面状発熱体を含む発熱部位を装着す
ることにより構成され、ポシェットを肩に掛ける等によ
り、体に接触させることにより保温効果が得られる。こ
の保温ポシェットは紐の長さを変える等により、保温す
る場所を変えることができる。

【００５２】

【発明の効果】上述したように本発明によれば、電極を
撚り線の縫い目で構成する場合には、撚り線がそれぞれ
電気を表面に沿って流す導電性素線の複数本の集合によ
って構成されているため、一度に多量の電気を流すこと
ができ、さらにこの撚り線が発熱性シートの表裏に貫通
するように縫い込まれた構成になっているため、発熱性
シートの内部に電気を満遍なく通電させることができ
る。また、電極を導電性テープで構成する場合には、電
気を表面に沿って流す導電性素線がメッシュ状に織製又
は編製された集合体として導電性テープが構成されてい
るため、一度に多量の電気を流すことができ、さらにこ
の導電性テープが発熱性シートの表面に貼り付けられ又
は埋設されているため、発熱性シートの内部に電気を満
遍なく通電させることができる。

【００５３】したがって、上記いずれの場合にも、発熱
性シートに安定した抵抗値が得られ、低い印加電圧であ
っても高い温度に発熱することができ、消費電力を少な
くすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の面状発熱体の一例を概略的に示す平面
図である。

【図２】（Ａ），（Ｂ）は、それぞれ本発明の面状発熱
体の電極部分を示す縦断面図である。

【図３】（Ａ）は本発明の面状発熱体に使用される導電
製の撚り線を例示する側面図、（Ｂ）は（Ａ）における
Ｘ−Ｘ矢視図である。

【図４】本発明の他の実施形態からなる面状発熱体を概
略的に示し、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は（Ａ）のＹ−Ｙ
矢視図である。

【図５】図４（Ｂ）に対応する他の実施形態を示す断面
図である。

【図６】本発明の面状発熱体を応用した発熱機器を例示
し、（Ａ）はその概略縦断面図、（Ｂ）は底面図であ
る。

【図７】本発明の面状発熱体の更に他の例を概略的に示
す平面図である。

【図８】本発明の面状発熱体の更に他の例を概略的に示
す平面図である。

【図９】本発明の面状発熱体の更に他の例を概略的に示
す平面図である。

【図１０】本発明の面状発熱体の更に他の例を概略的に
示す平面図である。

【図１１】（Ａ）は本発明の面状発熱体の更に他の例を
概略的に示す平面図である。（Ｂ）は（Ａ）における電
極部分を示す縦断面図である。

【図１２】本発明の面状発熱体を応用した保温腰巻を例
示し、（Ａ）は保温腰巻を概略的に示す外観図、（Ｂ）
は保温腰巻内にセットされる発熱部を概略的に示す平面
図である。

【符号の説明】

１ 発熱性シート ２ 電極 ４ 撚り線 ４ａ 導電性素線 ５ 導電性テープ ５ａ 導電性素線 ６ プレート １０ 面状発熱体

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０５Ｂ 3/14 Ｈ０５Ｂ 3/14 Ｆ 3/34 3/34

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 樹脂又はゴムに導電性粉末を配合した混
   合体のシート状物又は多数本の炭素繊維束を平行に並べ
   たシート状物から発熱性シートを構成し、該発熱性シー
   トの両縁部に電極を設け、該電極を複数本の導電性素線
   からなる撚り線を前記発熱性シートの表裏に貫通するよ
   うに縫い込んで構成した面状発熱体。
2. 【請求項２】 樹脂又はゴムに導電性粉末を配合した混
   合体のシート状物又は多数本の炭素繊維束を平行に並べ
   たシート状物から発熱性シートを構成し、該発熱性シー
   トの両縁部に電極を設け、該電極を導電性素線をメッシ
   ュ状に織製又は編製した導電性テープを前記発熱性シー
   トに貼り付け又は埋設して構成した面状発熱体。
3. 【請求項３】 前記導電性粉末がカーボンまたはグラフ
   ァイトである請求項１又は２に記載の面状発熱体。
4. 【請求項４】 請求項１，２又は３に記載の面状発熱体
   の発熱性シート表面に熱伝導性材料のプレートを貼り付
   け、該プレートの表面に揮発性の殺虫剤、虫忌避剤、芳
   香剤、消臭剤などを載せて、それら成分を蒸発させるよ
   うに構成した蒸発器。