JP2017195106A - 接合方法及び発熱装置 - Google Patents

Abstract

【課題】孔を形成することなくシート状発熱体と電極とを接合する。
【解決手段】シート状発熱体が両面において導電体と当接している位置において、上記シート状発熱体と上記導電体とを重ねて塑性変形させ、上記シート状発熱体及び上記導電体に凹部を形成する接合工程Ｓ２を有する。
【選択図】図２

Description

本発明は、接合方法及び発熱装置に関するものである。

例えば、特許文献１には、微細な炭素繊維を分散させた導電性を有する皮膜が開示されている。この特許文献１に係る皮膜は、微細な炭素繊維を含有する塗料を、薄いシート状の基材に塗布することにより、形成することができる。このように基材の表面に炭素繊維の皮膜を形成することで、導電性を有するシートを作製することができる。このシートは、電極を取り付け、通電することにより、シート状発熱体として用いることが可能である。

特開２００８−２７３８０６号公報

このようなシート状発熱体の基材として、紙を利用することが考えられる。しかしながら、炭素繊維には他の物質と接着しにくい特性がある。このため、シート状発熱体は、接着剤等の化学的な手法により電極と接合させることが難しい。また、シート状発熱体は、孔を形成すると通電時に孔の周囲が高温となる特性を有する。したがって、孔を形成して電極と接合すると、シート状発熱体の発熱が不均一となる。よって、シート状発熱体の温度分布を均一とするためには、導電体とシート状発熱体とを、孔を形成することなく接合する必要がある。

本発明は、上述する問題点に鑑みてなされたもので、孔を形成することなくシート状発熱体と電極とを接合することを目的とする。

本発明は、上記課題を解決するための接合方法に係る第１の手段として、シート状発熱体が両面において導電体と当接している位置において、前記シート状発熱体と前記導電体とを重ねて塑性変形させ、前記シート状発熱体及び前記導電体に凹部を形成する接合工程を有する、という構成を採用する。

接合方法に係る第２の手段として、上記第１の手段において、前記凹部は、複数個所に形成される、という構成を採用する。

接合方法に係る第３の手段として、上記第２の手段において、前記凹部は、一列に並んで形成されると共に複数列設けられる、という構成を採用する。

接合方法に係る第４の手段として、上記第１〜第３のいずれかの手段において、前記凹部は、平面視において、円形形状である、という構成を採用する。

発熱装置に係る第１の手段として、シート状発熱体と、前記シート状発熱体と両面において当接している導電体とを有する発熱装置であって、前記シート状発熱体は、前記導電体と両面において当接している位置において凹部を有し、前記導電体は、前記凹部と対応する位置において、前記凹部の上側から重ねられる上側凹部と、前記凹部の下側から重ねられる下側凹部とを有する、という構成を採用する。

本発明によれば、シート状発熱体と導電体とを重ねた状態で、シート状発熱体と導電体とを同時に塑性変形させ、凹部を形成している。これにより、シート状発熱体は、導電体に挟まれた状態で移動することが無い。したがって、シート状発熱体と導電体とを孔を形成することなく接合することが可能である。

本発明の一実施形態に係る発熱装置１の概略図であり（ａ）が全体を示す図であり、（ｂ）が接合凹部を含む断面拡大図である。 本発明の一実施形態に係る接合方法の工程を示すフローチャートである。 本発明の一実施形態におけるプレス機Ａによる加工動作を示す概略図である。 本発明の一実施形態における接合凹部の設け方の実施例である。

以下、図面を参照して、本発明に係る接合方法及び発熱装置の一実施形態について説明する。なお、以下の図面においては、各部材を認識可能な大きさとするために、各部材の縮尺を適宜変更している。図１は、本実施形態に係る発熱装置１の概略図であり（ａ）が全体を示す図であり、（ｂ）が接合凹部２ａ、３ａを含む断面拡大図である。

図１（ａ）に示すように、本実施形態に係る発熱装置１は、シート状発熱体２と、薄板状導電体３と、樹脂製被膜４とを有している。シート状発熱体２は、例えば塑性変形可能な紙等が基材とされ、基材を覆う導電性の皮膜を有する矩形状のシート材である。このシート状発熱体２は、基材に炭素繊維（カーボンナノチューブ）が分散された塗料を両面または片面に塗布し、乾燥させることで作製される。このシート状発熱体２は、縁部のうち対向する２か所において薄板状導電体３と当接している。また、シート状発熱体２は、図１（ｂ）に示すように、薄板状導電体３と重ねられた位置において、接合凹部２ａを有している。この接合凹部２ａは、後述する上側接合凹部３ａ１と下側接合凹部３ａ２と重なる位置に形成されており、平面視において円形である。このようなシート状発熱体２は、通電されることにより安定的に発熱する特性を有している。

薄板状導電体３は、銅鉄合金が薄い板状とされたものであり、高い導電性を有している。銅鉄合金は、銅に対して少量の鉄を加えて製造された合金であり、銅と比較して剛性が高い。この薄板状導電体３は、図１（ｂ）に示すように、シート状発熱体２の縁部の１カ所を挟むようにして中央部において折曲されており、シート状発熱体２に接合されている。また、薄板状導電体３は、シート状発熱体２の接合凹部２ａに対応する位置において、接合凹部２ａと同一方向に形成された接合凹部３ａを有している。この薄板状導電体３は、コード３ｂがはんだ付け等により接続されている。このような薄板状導電体３は、シート状発熱体２の縁部の２か所に設けられており、一方を正極、他方を負極として、シート状発熱体２に通電するための電極として機能する。

接合凹部３ａとして、シート状発熱体２に形成された接合凹部２ａの図１（ｂ）における上側に形成された上側接合凹部３ａ１と、接合凹部２ａの図１（ｂ）における下側に形成された下側接合凹部３ａ２とが備えられている。この上側接合凹部３ａ１と下側接合凹部３ａ２とにより、接合凹部２ａを挟み込んでいる。また、これらの接合凹部３ａは、図１（ａ）に示すように、平面視において円形形状とされている。このような接合凹部２ａ及び接合凹部３ａは、プレス機Ａによるプレス加工により形成されている。

樹脂製被膜４は、耐熱性の透明樹脂製であり、シート状発熱体２と薄板状導電体３とを面接触状態で被覆している。なお、コード３ｂの一部は、樹脂製被膜４の外側に露出している。

このような発熱装置１は、薄板状導電体３を介してシート状発熱体２に通電することにより、シート状発熱体２が発熱する。例えば、発熱装置１は、ホットカーペット等に適用することが可能である。

次に、本実施形態に係る発熱装置１の製造方法を説明する。図２は、本実施形態に係る接合方法の工程を示すフローチャートである。
まず、挟み込み工程が行われる（ステップＳ１）。挟み込み工程では、シート状発熱体２の縁部が折曲された薄板状導電体３の両端部に挟み込まれる。シート状発熱体２の該縁部と対向する縁部においても同様に、折曲された薄板状導電体３が取り付けられる。

続いて、接合工程が行われる（ステップＳ２）。図３は、実施形態におけるプレス機Ａによる加工動作を示す概略図である。
接合工程で用いられるプレス機Ａは、図３（ａ）に示すように、加工部Ａ１と、不図示の駆動部等を備えている。加工部Ａ１は、押さえ部Ａ２と、パンチ部Ａ３と、パンチ受部Ａ４とを有している。押さえ部Ａ２は、シート状発熱体２及び薄板状導電体３をパンチ受部Ａ４に押し付けることにより押さえる部位である。パンチ部Ａ３は、押さえ部Ａ２の薄板状導電体３との当接面の中央部に設けられ、突出可能とされている。パンチ受部Ａ４は、加工時にシート状発熱体２及び薄板状導電体３が載置される台座であり、パンチ部Ａ３と対応する位置において窪み部Ａ５が形成されている。このようなプレス機Ａは、シート状発熱体２と薄板状導電体３とを接合するために用いられる。

接合工程では、シート状発熱体２及び薄板状導電体３は、縁部近傍の互いに当接する位置において、表面に垂直な方向よりプレス機Ａで加圧され、局所的に塑性変形される。このとき、シート状発熱体２及び薄板状導電体３は、図３（ｂ）に示すように、まず押さえ部Ａ２により、シート状発熱体２及び薄板状導電体３が押さえられる。次に、シート状発熱体２及び薄板状導電体３は、図３（ｃ）に示すように、押さえ部Ａ２の中央から突出されたパンチ部Ａ３により、パンチ受部Ａ４の窪み部Ａ５に押し付けられ、塑性変形される。これにより、シート状発熱体２及び薄板状導電体３には、平面視において円形状の接合凹部２ａ及び接合凹部３ａが形成される。このような接合凹部２ａ及び接合凹部３ａが複数個所に形成されることにより、シート状発熱体２と薄板状導電体３とがカシメ止めされる。

次に、コード取付工程が行われる（ステップＳ３）。コード取付工程では、薄板状導電体３の表面にコード３ｂをはんだ付けする。最後に、被覆工程が行われる（ステップＳ４）。被覆工程では、ラミネータを用いて、接合凹部２ａ及び接合凹部３ａが形成されたシート状発熱体２及び薄板状導電体３を樹脂製被膜４で被覆する。なお、このときコード３ｂの端部は被覆されず、外部に露出した状態となる。

このような本実施形態に係る接合方法によれば、薄板状導電体３によって、シート状発熱体２が両面側から挟まれている位置において、接合凹部３ａを形成する。これにより、薄板状導電体３の接合凹部３ａによりシート状発熱体２の接合凹部２ａが挟み込まれる。よって、シート状発熱体２と薄板状導電体３とが表面に平行な方向に動かされることがない。したがって、シート状発熱体２と薄板状導電体３とを、孔を形成することなく接合することが可能である。また、本実施形態に係る接合方法は、このような接合方法は、機械的な接合であるため、炭素繊維の性質に関わらず接合可能であり、かつ温度変化による接合力の低下が小さい。

また、本実施形態に係る接合方法においては、シート状発熱体２と薄板状導電体３とを樹脂製被膜４により被覆加工している。これにより、シート状発熱体２と薄板状導電体３とは密着状態で固定される。したがって、シート状発熱体２と薄板状導電体３との接合状態を保持することができる。これにより、シート状発熱体２と薄板状導電体３とが面接触の状態で保持され、シート状発熱体２に均一に電流を流すことが可能である。

また、本実施形態に係る接合方法においては、接合凹部２ａ、３ａは、平面視において円形である。これにより、接合凹部２ａ、３ａを形成する際に、シート状発熱体２及び薄板状導電体３を破損させることが無い。また、この接合凹部２ａ、３ａは、シート状発熱体２と薄板状導電体３との当接部において複数個所に形成されている。したがって、より強固にシート状発熱体２と薄板状導電体３とを接合することができる。

また、本実施形態における薄板状導電体３は、銅鉄合金によって構成されている。これにより、銅のみの薄板で作製された導電体と比較して、剛性を有しており、接合凹部３ａの形状を保持することが可能である。

なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、例えば以下のような変形例が考えられる。
（１）上記実施形態では、シート状発熱体２は、矩形形状とされたが、本発明はこれに限定されない。シート状発熱体２は、例えば円形や星形等、形状を適宜変更可能である。また、薄板状導電体３をシート状発熱体２に取り付ける位置についても、適宜変更可能である。

（２）上記実施形態では、被覆工程（ステップＳ４）では、樹脂製被膜４により被覆するものとしたが、本発明はこれに限定されない。被膜は耐熱性であり、シート状発熱体２及び薄板状導電体３を密着状態で保持可能な材質を用いれば、被覆工程（ステップＳ３）は実施可能である。

（３） 図４は、接合凹部の設け方の実施例である。（ａ）は、上記実施形態における接合凹部２ａ、３ａの例である。また、（ｂ）は、平面視において、角を丸めた角丸四角形の接合凹部２ａ、３ａを一列に形成する例である。また、（ｃ）は、平面視において楕円形の接合凹部２ａ、３ａを一列に形成する例である。また、（ｄ）は、平面視において円形の接合凹部２ａ、３ａを複数列に形成する例である。

（４）本実施形態に係る接合方法により接合されたシート状発熱体２及び薄板状導電体３は、薄いシート状または金属箔状の部材である。したがって、平面視において矩形や多角形といった角の尖った形状の接合凹部２ａ、３ａを設けると、角が形成された位置において、プレス機Ａによる加工時にシート状発熱体２または薄板状導電体３が破損する可能性がある。このことから、接合凹部２ａ、３ａは、平面視において角のない形状が適していると考えられる。また、シート状発熱体２と薄板状導電体３との接合強度は、平面視における接合凹部２ａ、３ａの外周長さに依存している。つまり、接合凹部２ａ、３ａの外周長さの合計が大きいほど接合強度が大きくなると考えられる。このため、シート状発熱体２と薄板状導電体３全体との結合力を重視する場合においては、（ｄ）のように円形の接合凹部２ａ、３ａを列状に形成し、かつこの接合凹部２ａ、３ａの列を複数列設ける形態が望ましいと考えられる。

（５）上記実施形態においては、薄板状導電体３は、銅鉄合金を用いるものとしたが、本発明はこれに限定されない。薄板状導電体３は、柔軟性を有する導電性素材を薄板状に加工したものであれば、素材は限定されない。

１ 発熱装置
２ シート状発熱体
２ａ 接合凹部
３ 薄板状導電体
３ａ 接合凹部
３ａ１ 上側接合凹部
３ａ２ 下側接合凹部
３ｂ コード
４ 樹脂製被膜

Claims (5)

1. シート状発熱体が両面において導電体と当接している位置において、前記シート状発熱体と前記導電体とを重ねて塑性変形させ、前記シート状発熱体及び前記導電体に凹部を形成する接合工程を有することを特徴とする接合方法。
2. 前記凹部は、複数個所に形成されることを特徴とする請求項１記載の接合方法。
3. 前記凹部は、一列に並んで形成されると共に複数列設けられることを特徴とする請求項２記載の接合方法。
4. 前記凹部は、平面視において、円形形状であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の接合方法。
5. シート状発熱体と、前記シート状発熱体と両面において当接している導電体とを有する発熱装置であって、
   前記シート状発熱体は、前記導電体と両面において当接している位置において凹部を有し、
   前記導電体は、前記凹部と対応する位置において、前記凹部の上側から重ねられる上側凹部と、前記凹部の下側から重ねられる下側凹部とを有する
   ことを特徴とする発熱装置。

Images