JP2004273227A

JP2004273227A - 面状発熱体

Info

Publication number: JP2004273227A
Application number: JP2003061060A
Authority: JP
Inventors: Katsumi Kawaguchi; 勝巳川口
Original assignee: KAWAGUCHI GOSEI KK
Current assignee: KAWAGUCHI GOSEI KK
Priority date: 2003-03-07
Filing date: 2003-03-07
Publication date: 2004-09-30

Abstract

【課題】本発明は表面が均一に発熱し、かつ耐久性に富み、また電力効率のよい面状発熱体を提供することを課題とする。
【解決手段】粗面を有する基材２の表面に、筋状の発熱層３の複数条を形成する。基材２表面は粗であるから、発熱層３は密着性が良く、基材２の熱変形にも容易に追従して亀裂、剥がれ等を生じない。また該発熱層３は筋状に形成されるので、抵抗値のばらつきが少なくなり、発熱が均一になる。
【選択図】図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は面状発熱体に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来から例えばポリエステル等のプラスチックのシート表面に炭素粉を分散した合成樹脂層を発熱層として形成した面状発熱体が提供されている（例えば特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００１−２１４０９１号
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来の面状発熱体は発熱層の両端に電極を形成し、該電極に電圧を印加すれば電流が流れて発熱する。しかしプラスチックシートと発熱層との熱膨張係数の相違によって、繰返し通電、発熱により発熱層に亀裂を生じ易いこと、炭素粉は合成樹脂と均一に混じりにくゝ、発熱層の抵抗を全面的に均一にすることが困難であり加熱むらを生ずること等の問題点がある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記従来の課題を解決するための手段として、粗面を有する基材（２）の表面に、筋状の発熱層（３）の複数条を形成した面状発熱体（１）を提供するものである。
例えば該粗面を有する基材（２）として望ましいものは、繊維シート、あるいはセラミック板である。
該発熱層（３）は導電性粉体を分散した合成樹脂コーティング層あることが望ましく、更に該導電性粉体は炭素粉および／または炭素微細繊維と酸化金属粉および／または酸化金属微細繊維との５：９５〜５０：５０質量比の混合粉末であることが望ましい。
【０００６】
【作用】
本発明では基材（２）として表面が粗面である材料を使用するので、発熱層（３）が該基材（２）表面の粗面に食い込み、発熱層（３）と基材（２）との熱膨張率に差があっても、繰返し通電、発熱による基材（２）の膨張、収縮に発熱層（３）が追従するようになり、発熱層（３）に亀裂が生じない。
更に発熱層（３）は筋状に複数条形成されているから、各条の発熱層（３）では抵抗値が均一になり易く、発熱むらが生じない。
また発熱層（３）の厚みや長さ、あるいは巾を調節することによって、一定電圧に対する発熱温度を調節することが容易に出来る。
【０００７】
【発明の実施の形態】
本発明を以下に詳細に説明する。
〔基材〕
本発明に使用する基材は表面が粗面である基材である。このような基材としては、例えば繊維編織物、不織布、あるいは上記編織物や不織布表面に植毛層を設けたもの、プラスチック発泡体シート、プラスチックシート表面をコロナ放電処理、エッチング処理等によって粗面化したもの、プラスチックシート表面に植毛層を設けたもの、表面が多孔質であるセラミック板等が例示される。
【０００８】
〔発熱層〕
本発明の発熱層は、主として炭素、酸化亜鉛、酸化スズ、酸化チタン、酸化アンチモン、酸化ビスマス、酸化鉛、酸化ガリウム、酸化インジウム、ＩＴＯ等の酸化金属、あるいは上記酸化金属表面に炭素を蒸着した複合体、チタン酸バリウム等の導電性あるいは半導電性物質の単独または二種以上の混合物が使用される。更に抵抗値を調節するために、銅、アルミニウム、銀等の金属が混合されてもよい。
上記発熱層は通常上記導電性物質あるいは半導電性物質の粉末あるいは微細繊維と合成樹脂溶液あるいは合成樹脂エマルジョンに添加混合して調製した導電性あるいは半導電性塗料を上記基材表面に塗布し、所望なれば加熱乾燥することによって形成される。
【０００９】
上記導電性あるいは半導電性塗料に使用される合成樹脂としては、アクリル樹脂、アクリルウレタン樹脂、アクリルシリコン樹脂、ウレタン樹脂、アルキド樹脂、シリコン樹脂、エポキシ樹脂、メラミン樹脂、フェノール樹脂等の熱可塑性あるいは熱硬化性の合成樹脂が使用されるが、耐久性の点からアクリル樹脂、アクリルウレタン樹脂、更に耐熱性の点ではアクリルシリコン樹脂、シリコン樹脂、エポキシ樹脂等が望ましい合成樹脂である。
【００１０】
上記合成樹脂は通常、酢酸エチル、酢酸ｎ−ブチル、トルエン、キシレン、アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、メチルセロソルブ、ｎ−ブチルセロソルブ等の有機溶剤溶液、あるいは界面活性剤によって水に分散させてエマルジョンあるいはディスパージョンとして使用される。
【００１１】
上記導電性あるいは半導電性物質の粉末は、通常上記溶液あるいはエマルジョン（ディスパージョン）中の樹脂分１００質量部に対して６０〜１４０質量部、望ましくは８０〜１２０質量部添加される。
【００１２】
炭素粉あるいは炭素微細繊維は望ましい導電性物質であるが、樹脂に対する分散性が悪いので、上記酸化金属粉あるいは酸化金属微細繊維と併用することが望ましい。この場合、炭素粉あるいは炭素微細繊維と酸化金属粉あるいは酸化金属微細繊維との混合比率は５：９５〜５０：５０質量比望ましくは１０：９０〜４０：６０質量比とする。
【００１３】
上記導電性あるいは半導電性塗料を基材表面に筋状に塗布するには、インクジェット塗装、シルクスクリーン印刷塗装、マスキング材を使用してスプレー塗装、ロールコーティング、フローコーティング、エアスプレー、エアレススプレー等が適用される。
塗膜の厚みは上記塗料の固形分および粘度によって適宜調節され、塗膜の厚みが厚い程抵抗値は低くなる。また発熱層は筋状であれば、直線状でも曲線状でもよい。
【００１４】
本発明の発熱層の電極間抵抗値は、通常１０^１Ω〜１０^３Ω、単位抵抗値は１０^１Ωｃｍ〜１０^３Ωｃｍとされる。
【００１５】
上記方法以外、上記発熱層は例えばスパッタリング等によって形成されてもよい。
【００１６】
本発明の面状発熱体において、発熱層の導電性あるいは半導電性物質が炭素および／または酸化金属である場合には、通電発熱によって遠赤外域の熱線が放射される。従来の例えばニッケル−クロム合金のような発熱体の場合には、近赤外域の熱線が放射される。したがって本発明の場合は熱線エネルギーが１０倍以上になり、電力消費量が大巾に節減される。
【００１７】
〔実施例１〕
アクリルウレタン樹脂エマルジョン（樹脂分５０質量％）１００質量部に炭素粉（ケッチェンブラック）：酸化チタン：酸化亜鉛＝１：２：２質量比混合物５０質量部を添加しミキサーによって均一に混合して導電性塗料を調製した。
ポリエチレンテレフタレートのシート（長さ５０ｍｍ、巾３０ｍｍ、厚み５０μｍ）の表面にポリエチレンテレフタレート繊維（０．９ｄ、０．３ｍｍ）の植毛層を形成した基材表面に、上記導電性塗料をシルクスクリーンにより図１に示すように筋状に塗布し、１５０℃、１５分の加熱乾燥を行なった。
【００１８】
このようにして図１に示すような６条の筋状発熱層（３）を基材（２）表面に形成した面状発熱体（１）を作成した。上記面状発熱体（１）において、１条の巾は３ｍｍ、条間隔は２ｍｍ、発熱層（３）の厚みは０．１２ｍｍである。このようにして形成した発熱層（３）の抵抗値は３３０Ωｃｍであった。
【００１９】
上記面状発熱体（１）の発熱層（３）の両端に、図２に示すように銀ペーストを塗布して電極（４）を形成した。この場合の電極間抵抗値は１８８Ωであった。電極（４）間に１６Ｖの電圧（直流）をかけたところ６０ｍＡの電流が流れ、通電後１分以内で表面温度が５４℃〜６０℃に上昇した。
【００２０】
上記面状発熱体（１）に対して図３に示すように電極（４Ａ，４Ｂ，４Ｃ）を形成したところ、両端電極（４Ａ，４Ｂ）間における抵抗値は７０５Ωになり、電極（４Ａ，４Ｂ）間に３２Ｖの電圧（直流）をかけたところ２０ｍＡの電流が流れ、通電後１分以内に表面温度が５１℃〜５５℃に上昇した。
【００２１】
本実施例のように基材が熱可塑性繊維やプラスチックシートからなる場合、該繊維やプラスチックシートの延伸工程によって生ずる残留応力により、該熱可塑性繊維やプラスチックシートの軟化点以上に加熱されると基材が収縮して筋状発熱層が切断される。したがってこのような面状発熱体にあっては基材の熱可塑性繊維やプラスチックシートの軟化点以上に過熱することが防止される。捲縮性繊維を使用すれば基材の縮み量は更に大きくなる。
【００２２】
〔実施例２〕
水溶性エポキシ樹脂の５０質量％水溶液１００質量部に、酸化亜鉛４０質量部、酸化スズ５質量部、酸化アンチモン５質量部を添加し、更にアミン硬化剤を０．５質量部添加し、ミキサーにて均一に攪拌混合し、導電性塗料を調製した。
【００２３】
シリカ板（長さ５０ｍｍ、巾３０ｍｍ、厚み２ｍｍ）の表面に、上記塗料を実施例１と同様にして塗布し、図１に示すと同様な筋状発熱層を形成した。図２に示すように発熱層の両端には電極を形成したが、本実施例では片面に粘着層を設けた銅箔のテープを電極として使用した。上記発熱層の電極間抵抗値は１９５Ωであった。
【００２４】
このようにして形成した発熱層（３）の表面には電極部分を除いてポリイミド前躯体のジメチルホルムアミド溶液が塗布され、３００℃、１０分間の加熱によりポリイミド樹脂被膜を形成した。
電極間に１００Ｖの電圧（交流）をかけたところ５００ｍＡの電流が流れ、通電後５分以内で表面温度が３００℃に上昇した。
【００２５】
〔実施例３〕
基材としてアラミド繊維不織布を使用し、その他は実施例２と同様にして作成した面状発熱体は実施例２と同様な性能を示した。
【００２６】
【発明の効果】
本発明では表面が均一に発熱し、かつ発熱層の亀裂や剥がれのない耐久性の良い面状発熱体が得られる。更に従来のニッケル−クロム合金発熱体に比べると所定の発熱量に対する必要電力量は略１／３〜１／４に節減される。
【図面の簡単な説明】
図１〜図３は本発明の一実施例を示すものである。
【図１】平面図
【図２】電極形成後の平面図
【図３】電極形成後の平面図
【符号の説明】
１面状発熱体
２基材
３発熱層
４電極

Claims

粗面を有する基材の表面に、筋状の発熱層の複数条を形成したことを特徴とする面状発熱体
該基材は繊維シートである請求項１に記載の面状発熱体
該基材はセラミック板である請求項１に記載の面状発熱体
該発熱層は導電性粉体を分散した合成樹脂コーティング層ある請求項１〜３に記載の面状発熱体
該導電性粉体は炭素粉および／または炭素微細繊維と酸化金属粉および／または酸化金属微細繊維との５：９５〜５０：５０質量比の混合粉末である請求項４に記載の面状発熱体