JP2001257058A

JP2001257058A - 可撓性ヒーター

Info

Publication number: JP2001257058A
Application number: JP2000076300A
Authority: JP
Inventors: Yasuhisa Ogita; 泰久荻田; Toshiaki Sogabe; 敏明曽我部; Masatoyo Okazaki; 正豊岡崎
Original assignee: Toyo Tanso Co Ltd
Current assignee: Toyo Tanso Co Ltd
Priority date: 2000-03-14
Filing date: 2000-03-14
Publication date: 2001-09-21
Anticipated expiration: 2020-03-14
Also published as: JP4463930B2

Abstract

(57)【要約】【課題】炭素繊維の有する可撓性を損なうことなく、
ヒーターの発熱特性を容易に調整できる可撓性ヒーター
を提供する。【解決手段】フィラメント数が１０００本〜１２００
０本の炭素繊維織物または炭素繊維束の表面に樹脂の炭
化層を形成し、全体の厚みを０．１〜０．５ｍｍとし、
また、炭化層の厚みを、５〜７０μｍとする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、一般用の暖房機器
や工業用のヒーター、また、自動車用シートや椅子等の
座部や背部、床や壁等の形状に沿って設置されて使用さ
れる柔軟な形状変化が要求される一般用及び工業用の平
面状の可撓性ヒーター、特に、取り扱いが楽で、抵抗の
大きさを容易に調整できる平面状の可撓性ヒーターに関
する。

【０００２】

【従来の技術】従来、可撓性を有するヒーターとして、
例えば、特公昭５１−１５２３４号公報に示されている
ように、炭素繊維の表面を絶縁性の樹脂で被覆し、その
樹脂を硬化、焼結せずに、柔軟性を損なわない樹脂の状
態のままで炭素繊維表面を被覆して、この樹脂で被覆さ
れた内部の炭素繊維に通電し、発熱させるものが使用さ
れている。

【０００３】ところが、このような従来の可撓性ヒータ
ーの場合、そのヒーターの発熱特性等は内部の炭素繊維
の厚みや、炭素繊維の密度等の炭素繊維含有量で調節し
ていた。したがって、高い発熱特性を得ようとした場
合、内部の炭素繊維含有量を増加させていたため、それ
に伴って、炭素繊維の有する可撓性を損なうこととなっ
ていた。

【０００４】

【発明が解決しようする課題】そこで、本発明は、炭素
繊維の有する可撓性を損なうことなく、ヒーターの発熱
特性を容易に調整できる可撓性ヒーターを提供すること
を目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
の本発明の可撓性ヒーターは、フィラメント数が１００
０本〜１２０００本の炭素繊維織物または炭素繊維束の
表面に樹脂の炭化層が形成され、全体の厚みが０．１〜
０．５ｍｍである。また、前記炭化層の厚みが、５〜７
０μｍであるものが好ましい。

【０００６】使用される炭素繊維は、ＰＡＮ系、ピッチ
系、レーヨン系のいずれの種類のものでも適用でき、特
に限定はない。

【０００７】また、炭素繊維は、面状であれば、特に限
定されず、可撓性を有しつつ、高い強度を有することが
できる炭素繊維束若しくは織物が好ましい。また、炭素
繊維が縦方向若しくは横方向のいずれか一方の方向にの
み配列している１次元のものや、縦方向と横方向に交互
に交差して形成されている２次元のもの等いずれであっ
てもよい。また、これら炭素繊維束若しくは織物を構成
する炭素繊維のフィラメント数が１０００〜１２０００
本、好ましくは１０００〜６０００本であることが好ま
しい。フィラメント数が１０００本未満であれば、強度
が高くならず、また、１２０００本を越えると、逆に強
度が高くなりすぎ、可撓性が低下することになる。

【０００８】この炭素繊維の表面に形成される炭化層と
なる樹脂としては、熱硬化性樹脂であれば特に限定はな
く、例えば、フェノール樹脂、ユリア樹脂、メラミン樹
脂、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、ポリカルボジイミ
ド樹脂等が使用できる。これら樹脂に必要に応じて硬化
させるための硬化剤、促進剤を併用する。ここで、樹脂
自体は熱可塑性樹脂であるが、それに硬化剤を併用する
ことにより、全体として熱硬化性となる熱硬化性樹脂組
成物も、本発明の熱硬化性樹脂に包含されるものとす
る。これら樹脂の中でも、ポリイミド樹脂、ポリカルボ
ジイミド樹脂等を用いると、表面が滑らかな外観となる
ことから好ましい。

【０００９】本発明にかかる可撓性ヒーターは、前記炭
素繊維織物若しくは炭素繊維束の表面に前記樹脂を塗布
若しくは含浸後、硬化させて、焼成処理を経て樹脂を炭
化させて、前記炭素繊維織物若しくは炭素繊維束の相互
間を固着し、その表面を被覆して作製される。樹脂を塗
布若しくは含浸させる方法は特に限定されないが、例え
ば、刷毛等によって表面に塗布するか、若しくは液状の
樹脂中に浸漬する方法を適用できる。樹脂を塗布若しく
は含浸した後、２００〜６００℃の任意の温度で熱処理
し、樹脂を硬化させた後、８００〜２０００℃の任意の
温度で、不活性ガス雰囲気中で、熱処理し、樹脂を炭化
させる。焼成時の温度によって、後述する炭化層の固有
抵抗を調整することができる。

【００１０】前記樹脂を塗布若しくは含浸させる量は、
硬化、焼成処理を経て炭化させた後に全体の厚みが０．
１〜０．５ｍｍ、好ましくは０．１５〜０．５ｍｍとな
るように調整する。厚みが０．１ｍｍ未満であると、ヒ
ーターとして適用できる十分な強度とはいえず、また、
０．５ｍｍを越えると、可撓性が低下する。また、炭素
繊維織物若しくは炭素繊維束に含浸、被覆される炭化層
のうち表面に被覆される炭化層の厚みが５〜７０μｍ、
好ましくは５〜６０μｍとなるようにすることが好まし
い。炭化層の厚みが５μｍ未満であると、ヒーターの形
状保持が困難になるとともに、薄すぎるために、ヒータ
ーの熱分布が均等にならない。また、７０μｍを越える
と、炭素繊維織物若しくは炭素繊維束との熱膨張率の違
いによって剥離することがあるとともに、固有抵抗が高
くなり、従来の表面が絶縁体の樹脂で被覆された可撓性
ヒーターの如く、内部の炭素繊維織物及び炭素繊維束へ
の通電用の電極を設ける必要がでてくる。

【００１１】本発明における可撓性ヒーターは、内部の
炭素繊維織物若しくは炭素繊維束及び表面に被覆された
この炭化層に通電することで、ヒーターとして使用され
るものである。そのため、この表面に被覆された炭化層
の厚みや、前述のように炭化させるときの焼成温度を調
整することによってヒーター全体の固有抵抗を調整する
ことが可能となる。すなわち、ヒーター特性を高める場
合は、この表面に被覆された炭化層の厚みを厚めにする
ことで、固有抵抗を高めることが可能となる。従って、
表面に被覆された炭化層の厚みを前述の５〜７０μｍ、
好ましくは５〜６０μｍとすることで、ヒーターの固有
抵抗を１０〜９０μΩ・ｍの範囲で安定させることがで
き、ヒーター全面を均等な熱分布とすることができる。

【００１２】また、本発明の可撓性ヒーターは、その可
撓性を示す指標として、例えば、幅を２ｃｍ一定とし、
支点から５ｃｍ突き出し、その先端に５ｇの重りを吊り
下げた場合の撓み量を用いると、本発明にかかるヒータ
ーは、その撓み量が１０〜４０ｍｍを示す。これは、例
えば、一般用暖房機器のヒーター等のような不活性ガス
が充填された任意の形状に湾曲等された石英管内に封入
したり、自動車用シートや椅子等の座部や背部、床や壁
等の形状に沿って設置するに十分な可撓性である。この
ことから、本発明にかかる可撓性ヒーターが、一般用暖
房機器のヒーター等のような不活性ガスが充填された任
意の形状に湾曲等された石英管内に封入したり、自動車
用シートや椅子等の座部や背部、床や壁等の形状に沿っ
て設置する面状の可撓性ヒーターとして適用できるとい
える。

【００１３】また、本発明の可撓性ヒーターは、前述の
ように従来の可撓性ヒーターと異なり、内部の炭素繊維
のみに通電するのではなく、この炭素繊維を固着してい
る含浸、被覆された炭化層の両方に通電する。したがっ
て、通電するための電極は、樹脂が含浸、被覆され、内
部及び表面に炭化層が形成された炭素繊維織物若しくは
炭素繊維束の両端部を、上下からその全体を挟むような
形態のものでよい。この電極の形態は特に限定されるも
のではない。そして、実際に使用する場合は、適宜、電
極を含む全面若しくは部分的に絶縁層を設けたり、防水
性の膜を形成することもできる。これによって、使用環
境に適応させることができ、自動車用シートや椅子等の
座部や背部、床や壁等の形状に沿って設置する場合に適
応させることができる。

【００１４】また、炭素繊維を固着している樹脂が完全
に炭化されているため、従来の可撓性ヒーターのよう
に、使用中にその使用温度によって、樹脂が硬化して、
可撓性が変化したり、樹脂分が揮発しガスとして発生す
ることを抑制することができる。したがって、例えば、
石英管等に封入されて使用された場合であっても、使用
中にガスの発生がなく、石英管等を曇らすことがなくな
る。

【００１５】

【実施例】以下、実施例により本発明を具体的に説明す
る。（実施例１）フィラメント数１０００本のＰＡＮ系炭素
繊維の平織織物１層にワニス状ポリイミド樹脂を塗布
し、空気中で１２０℃で３０分間熱処理した後、さらに
２５０℃で３時間熱処理し、樹脂を硬化させた。引き続
き、さらに、１０００℃で３時間、窒素雰囲気中で焼成
し硬化した樹脂を炭化させた。炭化処理後、１０×１０
０ｍｍに加工した。加工後、ヒーターの厚みを測定し、
その厚みから、形成されている炭化層の厚みを算出し
た。また、電圧降下法により、室温での固有抵抗の測定
を行った。また、ヒーターを５ｃｍ支点から突き出し、
その先端に長さ５ｃｍの糸に付けた５ｇの重りを吊り下
げて、その時の撓み量を測定した。また、目視によって
表面外観を判定した。

【００１６】（実施例２）樹脂硬化後の熱処理温度を２
０００℃とした以外は、実施例１と同様の手段により可
撓性ヒーターを作製した。この可撓性ヒーターを、実施
例１同様に、ヒーターの厚み、固有抵抗、撓み量の測定
を行った。

【００１７】（実施例３）フィラメント数１０００本の
ＰＡＮ系炭素繊維の平織織物を３層積層し、樹脂硬化後
の熱処理温度を２０００℃とした以外は、実施例１と同
様の手段により可撓性ヒーターを作製した。この可撓性
ヒーターを、実施例１同様に、ヒーターの厚み、固有抵
抗、撓み量の測定を行った。

【００１８】（実施例４）フェノール樹脂を使用した以
外は、実施例１と同様の手段により可撓性ヒーターを作
製した。この可撓性ヒーターを、実施例１同様に、ヒー
ターの厚み、固有抵抗、撓み量の測定を行った。

【００１９】（実施例５）ポリカルボジイミド樹脂を使
用し、樹脂硬化後の熱処理温度を２０００℃とした以外
は、実施例１と同様の手段により可撓性ヒーターを作製
した。この可撓性ヒーターを、実施例１同様に、ヒータ
ーの厚み、固有抵抗、撓み量の測定を行った。

【００２０】（実施例６）エポキシ樹脂を使用した以外
は、実施例１と同様の手段により可撓性ヒーターを作製
した。この可撓性ヒーターを、実施例１同様に、ヒータ
ーの厚み、固有抵抗、撓み量の測定を行った。

【００２１】（実施例７）フィラメント数３０００本の
ＰＡＮ系炭素繊維の平織織物を使用した以外は、実施例
１と同様の手段により可撓性ヒーターを作製した。この
可撓性ヒーターを、実施例１同様に、ヒーターの厚み、
固有抵抗、撓み量の測定を行った。

【００２２】（実施例８）フィラメント数６０００本の
ＰＡＮ系炭素繊維の平織織物を使用した以外は、実施例
１と同様の手段により可撓性ヒーターを作製した。この
可撓性ヒーターを、実施例１同様に、ヒーターの厚み、
固有抵抗、撓み量の測定を行った。

【００２３】（実施例９）フィラメント数１２０００本
のＰＡＮ系炭素繊維束を使用した以外は、実施例１と同
様の手段により可撓性ヒーターを作製した。この可撓性
ヒーターを、実施例１同様に、ヒーターの厚み、固有抵
抗、撓み量の測定を行った。

【００２４】（実施例１０）焼成処理後の炭化層の厚み
が厚くなるように、樹脂を厚めに塗布した以外は、実施
例１と同様の手段により可撓性ヒーターを作製した。こ
の可撓性ヒーターを、実施例１同様に、ヒーターの厚
み、固有抵抗、撓み量の測定を行った。

【００２５】（比較例１）焼成処理後の炭化層の厚みが
厚くなるように、樹脂を厚めに塗布した以外は、実施例
３と同様の手段により可撓性ヒーターを作製した。この
可撓性ヒーターを、実施例１同様に、ヒーターの厚み、
固有抵抗、撓み量の測定を行った。

【００２６】（比較例２）樹脂を硬化したのみで、焼成
処理を行わなかった点以外は、実施例１と同様の手段に
より可撓性ヒーターを作製した。この可撓性ヒーター
を、実施例１同様に、ヒーターの厚み、固有抵抗、撓み
量の測定を行った。

【００２７】実施例１乃至１０及び比較例１及び２の可
撓性ヒーターの厚み、固有抵抗、撓み量の測定結果を表
１にまとめて示す。

【００２８】

【表１】

【００２９】表１より、実施例１乃至１０の本発明にか
かる可撓性ヒーターは、炭化層の厚みや使用した樹脂に
よって固有抵抗が変化することがわかる。すなわち、炭
化層の厚みや使用する樹脂によって固有抵抗を調整する
ことができるといえる。例えば、実施例１と実施例２
は、フィラメント数、積層枚数等、内部の炭素繊維基材
を同一にし、焼成温度を変えて、炭化層の厚みを変えた
ものであるが、炭化層の厚い実施例１のヒーターの方が
炭化層の薄い実施例２のヒーターよりも固有抵抗が高く
なった。このことから高めの固有抵抗を得るためには、
炭化層を厚くすればよいことが判る。また、その厚みを
実施例１０のように７０μｍを越えて厚くしすぎると、
炭素繊維と炭化層の熱膨張率の違いから炭化層にクラッ
クが発生するが、実用上差し支えない程度である。とこ
ろが、比較例１のように、炭素繊維織物を３層積層し、
その表面に樹脂被覆を施すと、そのヒーター自身の可撓
性が損なわれることになる。また、樹脂硬化層が内部に
含浸、表面に被覆されている比較例２のヒーターは、加
熱処理中に樹脂部分よりガスが発生した。

【００３０】

【発明の効果】本発明の可撓性ヒーターは以上のように
構成されており、フィラメント数が１０００本〜１２０
００本の炭素繊維織物または炭素繊維束の表面に樹脂の
炭化層を形成し、全体の厚みを０．１〜０．５ｍｍと
し、好ましくは、炭化層の厚みを５〜７０μｍとするこ
とで、可撓性を有し、面の熱分布が均一な面状ヒーター
とすることができ、炭化層の厚みを焼成温度、樹脂の種
類等を調整することで、そのヒーター特性を容易に調整
することができるため、適用分野に合わせて、適宜ヒー
ター特性を適応させた可撓性ヒーターを提供することが
できる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者岡崎正豊香川県三豊郡大野原町萩原850 東洋炭素株式会社内Ｆターム(参考） 3K034 AA05 AA06 AA09 AA25 AA34 BA08 BA19 HA01 HA03 HA04 JA09 3K092 PP05 PP15 QA05 QB16 QB19 QB20 QB74 QB76 RF04 RF13 RF27 VV18

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】フィラメント数が１０００本〜１２００
０本の炭素繊維織物又は炭素繊維束の表面に樹脂の炭化
層が形成され、全体の厚みが０．１〜０．５ｍｍである
可撓性ヒーター。
【請求項２】前記炭化層の厚みが、５〜７０μｍであ
る請求項１に記載の可撓性ヒーター。