JP2004273227A - 面状発熱体 - Google Patents
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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
【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101 Ω〜103 Ω、単位抵抗値は101 Ωcm〜103 Ωcm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
【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101 Ω〜103 Ω、単位抵抗値は101 Ωcm〜103 Ωcm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 (5)
- 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
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2003061060A JP2004273227A (ja) | 2003-03-07 | 2003-03-07 | 面状発熱体 |
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2003061060A JP2004273227A (ja) | 2003-03-07 | 2003-03-07 | 面状発熱体 |
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Publication Number | Publication Date |
---|---|
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Country Status (1)
Country | Link |
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Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2019514164A (ja) * | 2016-04-07 | 2019-05-30 | マテリオン コーポレイション | 酸化ベリリウム一体抵抗加熱器 |
JP2020521291A (ja) * | 2017-05-24 | 2020-07-16 | ベバスト エスエーWebasto SE | 電気式空気加熱装置、空気加熱装置の動作方法、空気加熱装置の生成方法、空気加熱装置及び/又は炭素系コーティングの使用、及び車両 |
-
2003
- 2003-03-07 JP JP2003061060A patent/JP2004273227A/ja not_active Withdrawn
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2019514164A (ja) * | 2016-04-07 | 2019-05-30 | マテリオン コーポレイション | 酸化ベリリウム一体抵抗加熱器 |
JP2022062057A (ja) * | 2016-04-07 | 2022-04-19 | マテリオン コーポレイション | 酸化ベリリウム一体抵抗加熱器 |
JP7194592B2 (ja) | 2016-04-07 | 2022-12-22 | マテリオン コーポレイション | 酸化ベリリウム一体抵抗加熱器 |
JP2020521291A (ja) * | 2017-05-24 | 2020-07-16 | ベバスト エスエーWebasto SE | 電気式空気加熱装置、空気加熱装置の動作方法、空気加熱装置の生成方法、空気加熱装置及び/又は炭素系コーティングの使用、及び車両 |
JP2022023890A (ja) * | 2017-05-24 | 2022-02-08 | ベバスト エスエー | 車両用空気加熱装置 |
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