JP2005322431A

JP2005322431A - 発熱材および発熱素子並びに発熱素子の使用方法

Info

Publication number: JP2005322431A
Application number: JP2004137236A
Authority: JP
Inventors: Yasutane Takato; 恭胤高藤
Original assignee: BLEST KK; FREEDOM KK; Blest Co Ltd
Current assignee: BLEST KK; FREEDOM KK; Blest Co Ltd
Priority date: 2004-05-06
Filing date: 2004-05-06
Publication date: 2005-11-17

Abstract

【課題】
家電製品のみならず工業用ヒータとして使用できる発熱材およびこれを付着させた発熱素子及び消費電力の小さい発熱素子の使用方法を提供する。
【解決手段】
シリコン系樹脂主剤と炭素粒子と硬化剤を４：２：１の割合で混合してペーストとし、これをフィルム上のプラスチック基材上にパターン印刷し、その印刷パターンをカバーフィルムで被い、多重巻にして使用すると温度とカロリーを調節でき、各発熱素子をスイッチング回路１０１で切換加熱して消費電力を少なくする。
【選択図】図１

Description

本発明は、電気によって発熱する発熱材およびこの発熱材を面状体に形成した面状の発熱素子及びその使用方法に関する。

一般に、床暖房のヒータとして面状発熱体が知られており、例えば、特許文献１には、カーボンペーストを絶縁性のフィルムシート上に印刷した面状発熱体が開示されているが、この面状発熱体はほぼ純粋なカーボンペーストをＰＥＴフィルム状に塗布したものである。
特開２００４−３６９６１

ところが、上述の面状発熱体としてのカーボンペーストは発熱はするけれどもその発熱温度が４０〜５０℃と低く、せいぜい床暖房用として使用できるのみであり、しかも立上がり速度が遅く５０℃程度まで温度が上昇するのに数分を要するという欠点がある。また、消費電力量も多いという問題がある。

そこで、本発明の発熱材はシリコン系樹脂主剤と炭素粒子と硬化剤とからなり、前記シリコン系樹脂主剤と炭素粒子と硬化剤との重量比が４：２：１であることが好ましい。また、前記シリコン系樹脂主剤はアクリルシリコン樹脂４０〜５０重量％、プロピレングリコールモノメチル−エーテルアセテート４０〜５０重量％およびキシレン５〜１０重量％から構成してもよい。更にまた、前記炭素はナノカーボン粒子であることが好ましい。前記硬化剤はポリイソシアネートプレポリマー７５重量％および酢酸エチル２５重量％から構成されてもよい。

また、本発明の発熱素子は、それを帯状に形成して、これを耐熱絶縁フィルム上に所定パターンで付着するか、前記発熱材を耐熱絶縁フィルム上に所定パターンで印刷してその印刷面を更に耐熱絶縁フィルムで被覆するようにして構成した。そして、前記耐熱絶縁フィルムはポリイミドプラスチックフィルム又はシリコンラバーフィルムであってもよい。

更に、本発明の発熱素子は多重に重ねるか、多重巻きにして使用でき、各発熱素子単体又は発熱素子群をスイッチング回路に接続して、全工程に亘って切換加熱可能にできる。

更に、また、加熱場所の加熱立上げ時に全発熱素子を加熱し、所定温度に達した後に切換加熱してもよい。

本発明による発熱材は、面状にフィルム上に形成すると、低電流で数秒で２００℃程度まで発熱し、使用電力量が少なくて効率よい物体の加熱が可能となるという効果を奏する。

以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。

図１において、ＰＥＴフィルム又はポリイミドフィルム等の耐熱絶縁性フィルムはロール１上に巻回され、このロール１からのフィルム２は塗布ロール３に供給された塗料によって図２に示すようなパターンに印刷塗布される。塗布ロール３には中間ロールを介してケース５内に収納された発熱材６が供給される。この発熱材６は、シリコン系樹脂主剤と、炭素粒子と、硬化剤とからなっており、必要に応じてシンナーが添加される。そして、これらシリコン系樹脂主剤と、炭素粒子と硬化剤との重量比は４：２：１が好ましい。前記主剤は、アクリルシリコン樹脂４０〜５０重量％、プロピレングリコールモノメチル−エーテルアセテート４０〜５０重量％およびキシレン５〜１０重量％から構成される。炭素粒子は余り入れすぎると電気抵抗が大きくなり、温度上昇も遅くなるし、最高温度も低くなる。したがって、１０重量％以上の値で適宜選定されるが、上述の重量比が最も好ましい。

この主剤のシリコン樹脂中のシリコンが半導体の作用を果たし、半導体は温度の上昇に伴って電気抵抗が小さくなり急激な温度上昇が可能となる。

更に、前記炭素は主として発熱抵抗体をなし、ナノカーボン粒子とすれば、より発熱効果が上昇する。

また、前記硬化剤としてはポリイソシアネートプレ−ポリマーク７５重量％および酢酸エチル２５重量％からなる。

これらが混合した発熱材６は、例えば図２に示すように、所定間隔で発熱ストライプ１３、１３…１３の形でフィルム２上に塗布され、このストライプ１３の長さおよびその厚さに伴って抵抗が変化するので、ストライプＢの長さ、厚さ（横断面積）を調整することにより発熱温度が調整される。上述の成分割合による発熱材６は最高温度約２００℃まで上昇し、熱容量はストライプ１３の体積（長さ×幅×厚さ）の調整によって任意に設定できる。この際、電源としての電圧を１００Ｖとした場合の最高温度を例えば１００℃に設定した場合（長さＬ１）、同一長さＬ１では、温度がほぼ倍の２００℃となり、電力量は４倍となり熱量（カロリー量）は４倍となる。

前記フィルム２上に所定間隔で発熱ストライプ１３が印刷により形成された後に、図２に示すように電極２０、２０の一方が電源の＋極に他方がその−極に接続される。前記電極２０は、塗布ロール７によって塗布され、この塗布ロール７には、ケース９に収納された銅粒子又は銀粒子のペースト８が供給され、その後、フィルム２上には接着剤が塗布されたカバーフィルム１０が押付けローラ１１によって押付けられて接着される。その後、前記フィルム２とカバーフィルム１０とが組み合わさった状態でロール１２の形で巻き取られる。なお、前記塗布ロール３に対向して基材フィルム２の下方には、ガイドローラ１５が設けられ、前記塗布ロール７に対向してガイドローラ１４が、更に押付けローラ１１に対向してガイドローラ２３が設けられている。前記基材フィルム２及びカバーフィルム１０は特に高温が必要な場合には絶縁性耐熱材であるポリイミドプラスチックで形成してもよく、発熱材と熱膨張率が近いシリコンラバーフィルムを用いることもでき、１００℃以下での使用の場合には、ポリエチレンテレフレート（ＰＥＴ）又はポリエステル（ＰＥ）で形成してもよい。基材フィルム２をＰＥＴでカバーフィルム１０をＰＥ（ポリエステル）で形成してもよい。基材フィルム２を硬く、カバーフィルム１０をこれよりも柔らかく形成すれば、帯状に形成された発熱素子Ｅの幅方向の反りが有効に防止される。また、発熱材は帯状の形で例えば引出して帯状発熱材とし、これを絶縁性フィルム上に付着し、更にその上を絶縁性フィルムで被って発熱素子を形成してもよい。発熱素子は連続フィルム状に形成してもよく、所定幅と長さの矩形状に形成してもよい。

また、前記電極２０、２０としては、両面接着型の銅テープを使用してもよく、アルミ箔を代用とすることも可能である。

前記基材フィルム２には、任意のパターンで発熱材を塗布することが可能であり、印刷方式も任意であり、スクリーン印刷が特に適用し易い。

また、図２において、ストライプ１３の中央に電極２１を設け、左右の電極を＋極とし、中央電極２１を−電極とすると、同一電圧では、通電距離が１／２となるので、最高温も２００℃以下の範囲で２倍となる。

次に、本発明の発熱素子の使用具体例について示す。図３に示すように、例えば被加熱容器５０内の水を所定温度まで加熱しようとするときは、容器５０の側壁に巻き付けて多重巻回ヒータ５１として使用する。なお、符号５２はリード線である。容器５０内の水を加熱する際に必要ワット数（必要エネルギー）に応じて巻数を増やせば充分なるエネルギーが確保できる。なお、矩形の発熱素子を複数枚重ねて使用することもできる。しかも、その施工もきわめて容易である。なお、図４に示すように一枚の連続帯状フィルムを多重巻ヒータ５３として使用してその最外巻からリード線５４、５４を伸ばして電源５５に接続する。なお、図５に示すように多重巻ヒータ５４を各巻独立してそれぞれからリード線ｌ、ｌ…ｌを引出してこれらを適宜接続すればよい。すなわち、図６に示すように、例えば内巻５５、中間巻５６、外巻５７を連続帯状フィルムと同じ発熱状態となるように並列に接続してもよく、図７に示すように各巻を直列に接続してもよい。一般に、面状フィルムを重ねると、一枚のときの発熱温度の１．３〜１．４倍となるので、各巻を重ねることにより出力エネルギー（カロリー）と温度の両方が上昇する。

図８は、本発明の発熱素子の他の使用方法を示すものであり、所定の発熱材パターンが形成されている単一の発熱素子１００が独立にスイッチング回路１０１に接続され、このスイッチング回路１０１が電源に接続されている。これら発熱素子１００は加熱場所に所定数セットされる。例えば、床暖房の場合には、床面に複数の発熱素子１００が設置され、これら発熱素子単体１００の電源Ｅ、Ｅ…Ｅが独立にスイッチング回路１０１に接続され、床面の一部が逐次加熱されることとなる。本発明の発熱材６は半導体であり、このような半導体は少量の電力で加熱可能であり、その立上がりも早い。

したがって、例えば１秒の間に２０〜４０枚以上の発熱素子１００を切換えても加熱が可能である。更に、具体的に説明すれば、８畳間に２４枚（１畳につき３枚）の発熱素子１００を設置した場合に、１秒の間に２４枚を切換えれば、発熱素子１枚分の消費電力で足りることとなり、１秒ずつ切換えて２４秒で１周りしてもよい。また、１畳（３枚）ずつ切換えるように複数の発熱素子１００を１グループとして、すなわち、発熱素子群毎切換えるようにしてもよい。加熱場所の立上げ時には全発熱素子を切換加熱し、所望温度に達した後にはＯＮ・ＯＦＦ制御してもよく、全行程に亘って切換加熱することも可能である。また、立上げ時に切換加熱し、所望温度に達した後にＯＮ・ＯＦＦ制御してもよい。なお、所望温度に達した後の切換えは、一定温度を維持できるようなタイミングで切換えることが必要である。

前述した発熱素子は基材上にストライプを形成しているが、図９に示すように、基材上にベタ面１１０を形成するように印刷し、その幅方向両端近傍に電極１１１、１１１を設ければ、１枚の発熱素子の抵抗が減少しストライプを形成したものよりも多くの電流が流れ発熱スピードが早くなり各素子毎のスイッチング加熱が可能となる。発熱素子の長さと幅を制約（３ｃｍ×５ｃｍ程度）すれば、例えば３Ｖの電圧でも８０〜１００℃の温度に加熱できる。したがって、小面積の５０〜１００℃の加熱は乾電池（３〜９Ｖ）でも可能となる。この場合においてもスイッチング回路でスイッチング加熱すれば、低電圧で加熱場所の加熱が可能となる。

なお、スイッチング加熱は、図５に示す多重巻において、各巻毎切換えて加熱することも可能であり、特に加熱場所の立上げ時には、全発熱素子（群）を加熱して迅速に所望温度迄上昇せしめ、被加熱場所が暖まった後にスイッチング加熱に移行することも可能である。

発熱温度が２００℃程度まで上昇するので、電熱ヒータが組込まれた家庭用製品のみならず工業用の発熱ヒータとして広く適用される。

本発明の発熱剤材および発熱素子の製造工程図。本発明の発熱素子の平面図。本発明の発熱諸氏の使用状態斜視図。本発明の発熱素子の連続多重巻状態斜視図。本発明の発熱素子の各巻毎独立した多重巻状態斜視図。図５における本発明の発熱素子の直列接続図。図５における本発明の発熱素子の並列接続図。本発明素子を用いたスイッチング加熱素子を示す図。本発明素子の他の実施例を示す図。

符号の説明

１…ロール
２…フィルム
６…発熱材
７…塗布ロール
１０…カバーフィルム
２０…電極
５３…多重巻ローラ
１００…発熱素子
１０１…スイッチング回路

Claims

シリコン系樹脂主剤と炭素粒子と硬化剤とからなる発熱材。
前記シリコン系樹脂主剤と炭素粒子と硬化剤との重量比が４：２：１である請求項１記載の発熱材。
前記シリコン系樹脂主剤はアクリルシリコン樹脂４０〜５０重量％、プロピレングリコールモノメチル−エーテルアセテート４０〜５０重量％およびキシレン５〜１０重量％からなる請求項１又は２記載の発熱材。
前記炭素はナノカーボン粒子である請求項１乃至３のいずれかに記載の発熱材。
前記硬化剤はポリイソシアネートプレポリマー７５重量％および酢酸エチル２５重量％からなる請求項１乃至５のいずれかに記載の発熱材。
前記発熱材を耐熱絶縁フィルム上に所定パターンで印刷してその印刷面を更に耐熱絶縁フィルムで被覆した発熱素子。
前記発熱材を帯状に形成して、これを耐熱絶縁フィルム上に所定パターンで付着した発熱素子。
前記耐熱絶縁フィルムはポリイミドプラスチックフィルムである請求項６又は７記載の発熱素子。
前記耐熱絶縁フィルムはシリコンラバーフィルムである請求項６又は７記載の発熱素子。
帯状の発熱素子を多重として発熱量と加熱温度とを調整するようにした発熱素子の使用方法。
被加熱場所に複数の加熱素子を設定し、それらの加熱素子毎に又はそれらの加熱素子の所定数を組合わせた加熱素子群毎にスイッチング手段に接続し、加熱素子毎又は加熱素子群毎に切換加熱可能にした発熱素子の使用方法。
被加熱場所の加熱立上げ時には、配置した全加熱素子又は全加熱素子群を加熱し、所望温度に達した後にそれらを切換加熱する請求項１１記載の発熱素子の使用方法。