JP2002075602A

JP2002075602A - 面状発熱体

Info

Publication number: JP2002075602A
Application number: JP2000254860A
Authority: JP
Inventors: Shigeki Ono; 成樹尾野
Original assignee: Shimadzu Corp; Research Institute of Innovative Technology for the Earth RITE
Current assignee: Shimadzu Corp; Research Institute of Innovative Technology for the Earth RITE
Priority date: 2000-08-25
Filing date: 2000-08-25
Publication date: 2002-03-15

Abstract

(57)【要約】【課題】温度制御機器を使用せずに、任意の温度に保つ
ことができ、取り付け工程が簡単で安価な面状発熱体を
提供する。【解決手段】バインダー樹脂と導電性粉末の混合比から
決まる体積固有抵抗値を有する発熱シート１の両端に電
極板３を形成すると共に、前記発熱シート１の片面ある
いは両面に熱可塑性樹脂あるいは熱硬化性樹脂である保
護シート２を接着する。電極を介して供給された電力
は、前記発熱シート１の体積固有抵抗、断面積、長さに
より決まる抵抗値に反比例し、電源電圧の自乗に比例
し、その消費電力は熱エネルギーに変換され、面状発熱
体を一定温度に維持することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電気カーペット、
床暖房機器、壁面暖房機器等の加熱源であるヒーターと
して使用可能な面状発熱体に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、電気エネルギーを熱エネルギーに
変換して暖房するために用いられる面状発熱体の温度を
一定に維持するには、所定部位における温度を検出し、
それが所定温度になるよう面状発熱体を制御する温度制
御装置が必要である。また、従来の面状発熱体は、工場
で製品として製作されたものを現場の状態に合わせて組
み込むようにしており、その製作および現場での組み込
み工程が煩雑になっている。さらに、電気エネルギーを
熱エネルギーに変えて利用する面状発熱体の発熱には、
金属導電抵抗線が使用されており、これらが主として用
いられる電気カーペットや床暖房機器において適用され
ている発熱構造は非常に複雑である。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記のような金属導電
抵抗線を発熱体として使用する電気カーペットや床暖房
機器を製造する際、複雑な工程を必要とし、その製造費
も高価なものとなる。また、その製品重量も金属線を使
用する関係上極めて重く、その取り付けに大変な労力を
要するとともに、使用電気料金も高額なものとなる。

【０００４】また、その構造上、外部衝撃により金属導
電抵抗線が損傷され易く、そのため局部高温を招き正常
な発熱機能を停止し、火災発生の原因となる恐れがあ
る。さらに、温度制御装置の故障によっても同様な異常
発熱を起こす恐れがある。本発明は、このような事情に
鑑みてなされたものであって、製造、取り付け工程が簡
単で、温度制御装置を不要とし、軽量・安価で異常発熱
の恐れのない面状発熱体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】上記の目的を達成するた
め、本発明の面状発熱体は、導電性粉末とバインダー樹
脂とからなる導電層と、該導電層の片面あるいは両面に
熱可塑性樹脂もしくは熱硬化性樹脂からなる絶縁層を接
着するようにしたことを特徴としている。また、本発明
の面状発熱体は、導電性粉末とバインダー樹脂からなる
導電層および熱可塑性樹脂からなる絶縁層をペースト状
のものとし、これらを順次塗り重ねるようにしたことを
特徴としている。さらには、前記導電性粉末としていず
れもカーボンナノチューブを用いることも特徴としてい
る。本発明の面状発熱体は上記の構成により、温度制御
装置を必要としないで面状発熱体自体で所定の温度にな
る発熱を行い、異常発熱などの故障を除去すると共に、
製造、取り付けを簡単にし、軽量安価な面状発熱体を提
供することができる。

【０００６】

【発明の実施の形態】本発明の面状発熱体の実施例を図
１に基づいて説明する。１はバインダー樹脂と導電性粉
末からなる導電層をシート状に成形した発熱シートであ
り、２は発熱シート１の片面あるいは両面に接着した熱
可塑性樹脂もしくは熱硬化性樹脂からなる絶縁層を形成
するための保護シートである。前記発熱シート１の両端
には電極板３がそれぞれ取り付けられ、その電極板３に
は外部からの電源を供給するための電線が接続されてい
る。

【０００７】前記保護シート２は、成形可能な樹脂組成
物であれば、下記に示すような熱硬化性樹脂、熱可塑性
樹脂のいずれも用いることができ、目的とする発熱シー
ト１の温度に応じて適宜選択することができる。この熱
硬化性樹脂として、フェノール樹脂、ユリア樹脂あるい
は不飽和ポリエステル樹脂が用いられ、また熱可塑性樹
脂として、ポリエステル樹脂、ポリスチレン樹脂、ポリ
エチレン樹脂あるいは、ポリカーボネイト樹脂が用いら
れる。

【０００８】前記発熱シート１は、保護シート２として
使用する絶縁層と同一のバインダー樹脂と、導電性粉末
および溶剤とを必要な体積固有抵抗値が得られるような
割合で混合混練し成形したものである。この体積固有抵
抗値に対するバインダー樹脂と導電性粉末の混合比率
は、予め各種の混合比による体積固有抵抗を測定してお
き、そのデータを用いて決めるものである。

【０００９】前記導電性粉末として例えばカーボンナノ
チューブを使用することができる。このカーボンナノチ
ューブは、図２に示す流通式固定床反応器を用いて生成
することができる。本流通式固定床反応器は、内径８ｃ
ｍ、長さ３０ｃｍの石英製の反応管１１と、これを囲ん
で加熱するための電気炉１４と、反応管１１内の反応ガ
スを排出するためのバルブ１５から構成されている。前
記反応管１１の中央付近には触媒１２とその上下部分に
グラスウール１３が充填されている。

【００１０】前記反応管１１に重量比で各５０％づつの
ＮｉとＳｉＯ_２からなる触媒を充填し、流量２Ｌ／ｍｉ
ｎのＨ_２ガスを供給し、４００℃で２ｈｒ還元した後、
体積比で２：１のＨ_２ガスとＣＯ_２ガスからなる混合ガ
スを流量７．５Ｌ／ｍｉｎで導入し、５００℃で４ｈｒ
反応させた後、同反応管１１内を窒素ガスで置換して室
温まで冷却することにより、カーボンナノチューブが生
成される。このカーボンナノチューブは触媒表面に生成
され、走査電子顕微鏡で確認することができる。なお、
放電法、レーザー蒸発法、化学気相成長法、熱分解法な
どの公知のカーボンナノチューブ生成法によって得られ
るカーボンナノチューブも前記導電性粉末として用いる
ことができる。

【００１１】上記の方法で得られたカーボンナノチュー
ブを導電性粉末として、また不飽和ポリエステル樹脂を
バインダー樹脂として用い、これらを重量比で５０：５
０の割合で混合混練した後、これをプレス成形機で延伸
することにより厚さ０．８ｍｍの発熱シート１を成形す
ることができる。この発熱シート１を一定長さに切断し
その両端に電極板３を圧着する。この発熱シート１の体
積固有抵抗は、１０^-1Ω・ｃｍであり、極めて低い低電
圧の良導電体としての性能を有している。そして、さら
にこの発熱シート１の片面あるいは両面に、同寸法で厚
さ０．８ｍｍの不飽和ポリエステル樹脂を熱圧着する。
本発明の面状発熱体はこのような単純な製作工程により
製作することができる。

【００１２】前記発熱シート１の断面積をＳｃｍ^２、長
さをＬｃｍ、体積固有抵抗をμ（Ω・ｃｍ）とすると、
発熱シート１の電極間の抵抗値ＲはＲ＝μ・Ｌ／Ｓ（Ω）で表される。例えば発熱シート１の幅を１ｍ、長さを６
ｍとすると電極間の抵抗値は７．５Ωとなる。この発熱
シート１に３０Ｖの電圧を加えると、その消費電力は１
２０Ｗとなる。この消費電力は発熱シート全体で均一に
消費されるので、各部での温度差はなく面状発熱体の各
部は一様に一定温度に保たれる。

【００１３】上記面状発熱体は任意の大きさに形成する
ことができ、現場の広さに合わせて製作することができ
る。また数種類の厚みあるいは大きさの異なる面状発熱
体を用意しておき、それらを組み合わせることにより現
地の広さに合わせることができ、現地での取り付け工程
が簡略化される。

【００１４】図３は他の実施例による面状発熱体の構成
を示したものである。本実施例の面状発熱体はバインダ
ー樹脂と導電性粉末からなるペースト状の導電層４と、
熱可塑性樹脂と溶剤を混合してなるペースト状の絶縁層
５と、前記導電層４の両端に設けられた給電端子６から
構成される。

【００１５】前記絶縁層５は、ポリエステル樹脂とトル
エン、メチルエチルケトンおよび酢酸エチルからなる混
合溶剤とを重量比５０：５０の割合で混合しペースト状
にしたものが使用される。また、導電層４はポリエステ
ル樹脂と導電性粉末と溶剤を一定の重量比で混合してペ
ースト状にしたものが使用される。このような導電性粉
末として例えばカーボンナノチューブを使用することが
できる。この場合には、ポリエステル樹脂、カーボンナ
ノチューブ、トルエン、メチルエチルケトンおよび酢酸
エチルからなる混合溶剤を重量比で２５：２５：５０の
割合で混合しペースト状にして使用する。

【００１６】本面状発熱体は、最初絶縁層５を塗布によ
り形成した後、その上に導電層４を塗布して形成すると
共にその両端に給電端子２の組み込みを行う。そして、
導電層４の上にさらに絶縁層５を塗布して形成する。各
層の厚さはいずれも０．５ｍｍ程度にすることによりシ
ート状の面状発熱体をつくることができる。この導電層
の体積固有抵抗率は１０^-1Ω・ｃｍとなり、極めて低い
低電圧の良導電体としての性能を有している。

【００１７】この面状発熱体は塗布により導電層４と絶
縁層５を形成するものであるので、これらをペースト
状、すなわち塗料の状態で現場に持ち込み、現場の設置
場所の形状に合わせて絶縁層５と導電層４を交互に塗り
重ねて、所定の電気抵抗を有する面状発熱体を単純な工
程と安い製作コストにより形成することができる。さら
に、この面状発熱体によれば、一定の体積固有抵抗値を
有する導電層４と絶縁層５を複数回重ねて塗布すること
により、同じ面積での発熱量を変えることもできる。

【００１８】なお、本発明の面状発熱体では、金属導電
抵抗線の代わりに、導電性粉末とバインダー樹脂を混合
混練した導電層を用いることを特徴の一つとしている
が、導電性粉末やバインダー樹脂およびそれらの混合比
率は本実施例に限定されるものではない。

【００１９】

【発明の効果】請求項１、２の発明による面状発熱体
は、導電層をシート状にすると共にその片面あるいは両
面に導電層と同一のバインダー樹脂の絶縁層を接着して
構成されるので、その目的や用途に合わせた形に容易に
成形することができる。また、請求項３、４の発明によ
る面状発熱体は、導電層と絶縁層を塗料の状態で現場に
持ち込み、重ねて塗布することにより形成することもで
きるので、その目的や用途に合わせて簡単に製作するこ
とができ、工程が単純化され、製作コストが安価にな
る。また、床もしくは壁面がどんな形状であっても対応
することができる。そして、上記いずれの面状発熱体も
その導電層の導電性粉末とバインダー樹脂の混合比を変
えて必要な電気抵抗を持たせることにより、所定の発熱
温度を外部の温度制御機器なしに維持することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例の面状発熱体の構成図である。

【図２】本発明に係わる流通式固定床反応器の構成図で
ある。

【図３】本発明の他の実施例の面状発熱体の構成図であ
る。

【符号の説明】１…発熱シート２…保護シート３…電極板４…導電層５…絶縁層６…給電端子１１…反応管１２…触媒１３…グラスウール１４…電気炉１５…バルブ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 3K034 AA05 AA16 AA34 BA13 BA14 BA18 BB08 BB13 BB14 BC16 BC23 CA32 HA04 HA10 JA09 JA10 3K092 PP05 QA05 QB14 QB16 QB32 QC21 QC25 RF03 RF14 RF26 SS02 SS24 VV18 VV22 VV25 3L072 AB01 AB03 AB04 AC02 AD03 AE06 AE07

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】導電性粉末とバインダー樹脂とからなる導
電層と、該導電層の片面あるいは両面に熱可塑性もしく
は熱硬化性樹脂からなる絶縁層を接着したことを特徴と
する面状発熱体。
【請求項２】導電性粉末がカーボンナノチューブである
ことを特徴とする請求項１に記載の面状発熱体。
【請求項３】導電性粉末とバインダー樹脂とからなる導
電層と、熱可塑性樹脂からなる絶縁層とを、順次塗り重
ねたことを特徴とする面状発熱体。
【請求項４】導電性粉末がカーボンナノチューブである
ことを特徴とする請求項３に記載の面状発熱体。