JP2020181753A

JP2020181753A - カーボンナノチューブヒータ

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Publication number: JP2020181753A
Application number: JP2019085148A
Authority: JP
Inventors: 井上　鉄也; Tetsuya Inoue; 鉄也井上
Original assignee: Hitachi Zosen Corp
Current assignee: Hitachi Zosen Corp
Priority date: 2019-04-26
Filing date: 2019-04-26
Publication date: 2020-11-05

Abstract

【課題】容易に製造可能な大面積のカーボンナノチューブヒータを提供する。【解決手段】ＣＮＴヒータ１は、第１電極２１と、第２電極２２と、テープ状または線状のＣＮＴ成形体２３とを備える。第１電極２１は、複数の第１接続部２１２を有する。第２電極２２は、複数の第２接続部２２２を有する。ＣＮＴ成形体２３は、複数の第１接続部２１２および複数の第２接続部２２２の間に、複数回に亘って交互に接続される。ＣＮＴ成形体２３は、各第１接続部２１２および各第２接続部２２２に機械的に係止される。これにより、容易に製造可能な大面積のＣＮＴヒータ１を提供することができる。【選択図】図２

Description

本発明は、カーボンナノチューブヒータに関する。

近年、複数のカーボンナノチューブを様々な形状に成形し、ヒータやセンサ等の様々な製品に利用することが提案されている。例えば、特許文献１では、シート状または繊維状のカーボンナノチューブ構造体を接着剤を介して２枚の基板間に固定した比較的小型の加熱素子が開示されている。

特許第５７２１９９５号公報

ところで、特許文献１のような加熱素子を大面積化しようとすると、通常、多数のカーボンナノチューブ繊維等を長手方向に配列し、さらに、当該長手方向に垂直な方向に配列して電極間に接続する必要があるため、製品の製造が複雑化するおそれがある。また、多数のカーボンナノチューブ繊維において、発熱状態のムラが生じるおそれがある。したがって、上記加熱素子の大面積化は容易ではない。

本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、容易に製造可能な大面積のカーボンナノチューブヒータを提供することを目的としている。

請求項１に記載の発明は、カーボンナノチューブヒータであって、複数の第１接続部を有する第１電極と、複数の第２接続部を有する第２電極と、前記複数の第１接続部および前記複数の第２接続部との間に複数回に亘って交互に接続されるテープ状または線状のカーボンナノチューブ成形体とを備え、前記カーボンナノチューブ成形体は、各第１接続部および各第２接続部に機械的に係止される。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のカーボンナノチューブヒータであって、各第１接続部は、平板状の第１電極基部から突出する凸部であり、各第２接続部は、平板状の第２電極基部から突出する凸部であり、前記カーボンナノチューブ成形体は、前記各第１接続部を側方から挟み込んで前記各第１接続部に係止され、前記各第２接続部を側方から挟み込んで前記各第２接続部に係止される。

請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載のカーボンナノチューブヒータであって、前記カーボンナノチューブ成形体を間に挟んで互いに固定されることにより、前記カーボンナノチューブ成形体を内部に収容する一対の収容部材をさらに備え、前記一対の収容部材は、接着剤を介在させることなく前記カーボンナノチューブ成形体に直接的に接触する。

請求項４に記載の発明は、請求項１ないし３のいずれか１つに記載のカーボンナノチューブヒータであって、前記カーボンナノチューブヒータに求められるワット密度に基づいて、前記第１電極と前記第２電極との間における前記カーボンナノチューブ成形体の配置形状が決定される。

請求項５に記載の発明は、請求項１ないし４のいずれか１つに記載のカーボンナノチューブヒータであって、前記カーボンナノチューブ成形体は、テープ状または線状の第１成形体と、前記第１成形体の端部に接続されるとともに、前記第１成形体よりも単位長さ当たりの抵抗が高いテープ状または線状の第２成形体とを備え、前記第１電極と前記第２電極との間の領域は、所定の電極間隔を有する第１領域と、前記第１領域よりも電極間隔が狭い第２領域とを備え、前記第１成形体は、前記第１領域において前記第１電極と前記第２電極との間に接続され、前記第２成形体は、前記第２領域において前記第１電極と前記第２電極との間に接続される。

本発明では、容易に製造可能な大面積のカーボンナノチューブヒータを提供することができる。

第１の実施の形態に係るカーボンナノチューブヒータの側面図である。カーボンナノチューブヒータの平面図である。第１接続部近傍を拡大して示す斜視図である。第２の実施の形態に係るカーボンナノチューブヒータの平面図である。第１接続部近傍を拡大して示す斜視図である。

図１は、本発明の第１の実施の形態に係るカーボンナノチューブヒータ１を示す側面図である。図２は、カーボンナノチューブヒータ１を示す平面図である。カーボンナノチューブヒータ１（以下、「ＣＮＴヒータ１」とも呼ぶ。）は、例えば、加熱対象物の加熱に利用される比較的薄型のシート状ヒータである。図２に示す例では、ＣＮＴヒータ１の平面視における形状は、略矩形状である。以下の説明では、図１中の左右方向を「長手方向」とも呼び、図１中の上下方向を単に「上下方向」とも呼ぶ。また、図２中の上下方向（すなわち、長手方向に垂直な方向）を、「幅方向」とも呼ぶ。なお、上述の上下方向は、実際の重力方向と一致しなくてもよい。

ＣＮＴヒータ１は、カーボンナノチューブデバイス２（以下、「ＣＮＴデバイス２」とも呼ぶ。）と、収容部３１と、放熱部３４とを備える。ＣＮＴデバイス２、収容部３１および放熱部３４の平面視における形状はそれぞれ、例えば、略矩形状である。なお、ＣＮＴヒータ１、ＣＮＴデバイス２、収容部３１および放熱部３４の平面視におけるそれぞれの形状は、必ずしも略矩形である必要はなく、様々に変更されてよい。

ＣＮＴデバイス２は、電力を供給されることにより発熱する略シート状の発熱体である。本明細書におけるシート状とは、縦横の長さに対して厚さが薄い形状を意味し、可撓性を有していても有していなくてもよい。また、本明細書におけるシート状とは、フィルム状と呼ばれる形状も含む概念である。

ＣＮＴデバイス２は、第１電極２１と、第２電極２２と、カーボンナノチューブ成形体２３（以下、「ＣＮＴ成形体２３」とも呼ぶ。）とを備える。第１電極２１と第２電極２２とは、長手方向に離間して配置される。第１電極２１と第２電極２２との間の長手方向の距離は、例えば、５０ｍｍ〜２００ｍｍである。第１電極２１および第２電極２２はそれぞれ、平面視において幅方向に延びる略矩形帯状の薄板状部材である。第１電極２１および第２電極２２は、導電性の部材であり、例えば、銅（Ｃｕ）等により形成された金属薄板である。

第１電極２１は、第１電極基部２１１と、複数の第１接続部２１２とを備える。第１電極基部２１１は、平面視において幅方向に延びる略矩形帯状の１枚の平板状部材である。複数の第１接続部２１２は、第１電極基部２１１上において幅方向に配列される。各第１接続部２１２は、第１電極基部２１１の上面から上方に突出する凸部である。第１接続部２１２は、例えば、第１電極基部２１１の一部を周囲の部位から部分的に切り離し、当該一部を上向きに折り曲げることにより形成される。具体的には、例えば、第１電極基部２１１の第２電極２２側の端縁から長手方向に２つの切り込みを形成し、当該２つの切り込みの間の部位を上向きに折り曲げ、当該折り曲げられた部位を第１接続部２１２とする。なお、複数の第１接続部２１２の構造および形状は、同じであってもよく、異なっていてもよい。

第２電極２２は、第１電極２１と略同様の構造を有する。具体的には、第２電極２２は、第２電極基部２２１と、複数の第２接続部２２２とを備える。第２電極基部２２１は、平面視において幅方向に延びる略矩形帯状の１枚の平板状部材である。複数の第２接続部２２２は、第２電極基部２２１上において幅方向に配列される。各第２接続部２２２は、第２電極基部２２１の上面から上方に突出する凸部である。第２接続部２２２は、例えば、上述の第１接続部２１２と同様の方法で形成される。なお、複数の第２接続部２２２の構造および形状は、同じであってもよく、異なっていてもよい。また、第２電極２２は、第１電極２１と異なる構造および形状を有していてもよい。

ＣＮＴ成形体２３は、多数のカーボンナノチューブがテープ状（すなわち、長さに対して幅が細い帯状）に成形された導電性の部材である。当該多数のカーボンナノチューブは、ＣＮＴ成形体２３の長手方向におよそ沿う方向に配向する。ＣＮＴ成形体２３の幅方向の幅は、カーボンナノチューブデバイス２に求められる性能により様々に変化するが、例えば、５ｍｍ〜２０ｍｍである。

ＣＮＴ成形体２３は、例えば、複数のカーボンナノチューブシート（以下、「ＣＮＴシート」とも呼ぶ。）が厚さ方向に積層されることにより形成された可撓性を有する部材である。ＣＮＴ成形体２３におけるＣＮＴシートの積層数は、ＣＮＴデバイス２に求められる性能により様々に変化するが、例えば１０層〜１００層であり、本実施の形態では約４０層である。なお、ＣＮＴ成形体２３は、単層のＣＮＴシートにより形成されてもよい。

ＣＮＴ成形体２３では、ＣＮＴ成形体２３を構成する多数のカーボンナノチューブが、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）水溶液等を主成分とする接着剤により互いに接着されていてもよい。当該接着剤は、エポキシ系、アクリル系またはシリコンゴム系の接着剤であってもよい。当該接着剤は、導電性添加材を含んでいてもよい。これにより、ＣＮＴ成形体２３の導電性を増大させることができる。当該導電性添加材は、例えば、銀（Ａｇ）等の金属微粒子、グラフェン（具体的には、シート状グラフェンを粉砕した粉体）、ミルドファイバー、または、カーボンナノチューブの粉体である。当該導電性添加材の直径は、好ましくは１０μｍ以下であり、より好ましくは１μｍ未満である。なお、上記接着剤は、導電性添加材を含んでいなくてもよい。

なお、ＣＮＴヒータ１では、ＣＮＴ成形体２３は、多数のカーボンナノチューブが線状（ワイヤ状または糸状とも呼ぶ。）に成形された部材であってもよい。この場合も、当該多数のカーボンナノチューブは、ＣＮＴ成形体２３の長手方向におよそ沿う方向に配向する。

ＣＮＴヒータ１では、ＣＮＴ成形体２３により、第１電極２１と第２電極２２とが電気的に接続される。ＣＮＴ成形体２３は、複数の第１接続部２１２および複数の第２接続部２２２の間に複数回に亘って交互に電気的に接続される。具体的には、例えば、１本のＣＮＴ成形体２３の端部が、１つの第１接続部２１２に固定される。ＣＮＴ成形体２３の第１接続部２１２への固定は、例えば、ＣＮＴ成形体２３の端部を第１接続部２１２にくくりつけることにより実現される。続いて、ＣＮＴ成形体２３は、当該第１接続部２１２と長手方向において近接する第２接続部２２２に接続される。ＣＮＴ成形体２３の第２接続部２２２への接続は、ＣＮＴ成形体２３を第２接続部２２２に機械的に係止する（例えば、引っかける、または、孔を開けて通す等）ことにより実現される。

次に、当該ＣＮＴ成形体２３は、接続済みの第１接続部２１２に幅方向の一方側において隣接する未接続の第１接続部２１２に接続され、さらに、接続済みの第２接続部２２２に幅方向の上記一方側において隣接する未接続の第２接続部２２２に接続される。そして、第１接続部２１２および第２接続部２２２に対する交互の接続が繰り返されることにより、ＣＮＴ成形体２３が、第１電極２１と第２電極２２との間にて張り巡らされる。

ＣＮＴ成形体２３のうち、１つの第１接続部２１２から１つの第２接続部２２２へと延びる部位を「ＣＮＴ成形体要素」と呼ぶと、ＣＮＴ成形体２３は、幅方向に配列される複数のＣＮＴ成形体要素を備える。図２に示す例では、複数のＣＮＴ成形体要素は、第１電極２１と第２電極２２との間の空間において略平行であり、互いに非接触である。

収容部３１は、ＣＮＴデバイス２の全体を内部に収容して（すなわち、被覆して）固定する外装部材である。収容部３１は、例えば、可撓性を有する絶縁性のシート状部材である。収容部３１は、例えば、樹脂または弾性高分子材料により形成される。図１および図２に示す例では、収容部３１は、ＣＮＴ成形体２３を間に挟んで互いに固定される一対の収容部材３２，３３を備える。以下の説明では、図１中においてＣＮＴ成形体２３の下側に位置する収容部材３２を「下部材３２」と呼び、ＣＮＴ成形体２３の上側に位置する収容部材３３を「上部材３３」と呼ぶ。

下部材３２は、ＣＮＴ成形体２３を下側から支持して被覆する。上部材３３は、ＣＮＴ成形体２３を間に挟んで下部材３２の上面上に固定されることにより、ＣＮＴ成形体２３を上側から被覆する。換言すれば、ＣＮＴ成形体２３は、下部材３２と上部材３３とにより封止される。図１および図２に示す例では、第１電極２１および第２電極２２も、ＣＮＴ成形体２３と共に、下部材３２と上部材３３との間に収容される。

下部材３２と上部材３３との固定は、好ましくは、間に接着剤を介在させることなく行われる。例えば、下部材３２上にＣＮＴデバイス２および上部材３３を重ね、上部材３３を加熱しつつ下部材３２に対して押圧することにより、下部材３２と上部材３３とが貼着される。この場合、下部材３２および上部材３３は、接着剤を介在させることなくＣＮＴ成形体２３に直接的に接触する。

ＣＮＴヒータ１は、さらに、図示省略の一対の端子を備える。当該一対の端子は、収容部３１の内部において、第１電極２１および第２電極２２とそれぞれ電気的に接続される。また、当該一対の端子は、第１電極２１および第２電極２２から収容部３１を貫通して収容部３１の外部へと延びる。ＣＮＴデバイス２への電力の供給は、当該一対の端子を介して行われる。これにより、ＣＮＴデバイス２が発熱する。

ＣＮＴヒータ１では、収容部３１は、必ずしもＣＮＴデバイス２の全体を内部に収容する必要はなく、少なくともＣＮＴ成形体２３の全体を内部に収容していればよい。換言すれば、ＣＮＴヒータ１では、第１電極２１および第２電極２２の一部または全体が、収容部３１から外部に露出していてもよい。この場合、上述の一対の端子は省略され、収容部３１から露出している第１電極２１および第２電極２２に電線が直接的に接続されてもよい。

放熱部３４は、収容部３１の外面に設けられる膜状または薄板状の部材である。図１に示す例では、放熱部３４は、収容部３１の上面（すなわち、上部材３３の上側の主面）に設けられる。放熱部３４は、例えば、収容部３１の上面に接着剤等で固定された金属箔または金属製のシート部材である。当該金属として、例えば、アルミニウム（Ａｌ）や銅が利用可能である。放熱部３４は、例えば、収容部３１の上面に蒸着等により形成された金属製の薄膜であってもよい。放熱部３４の上面（すなわち、収容部３１と反対側の主面）は、ＣＮＴデバイス２からの熱を均等化して放熱する放熱面である。放熱部３４は、収容部３１の下面に設けられてもよく、上面および下面の双方に設けられてもよい。

図３は、ＣＮＴデバイス２において、第１電極２１の１つの第１接続部２１２近傍を拡大して示す斜視図である。図３に示すように、ＣＮＴ成形体２３は、第１接続部２１２に機械的に係止されている。ＣＮＴ成形体２３は、他の第１接続部２１２、および、各第２接続部２２２に対しても同様に、機械的に係止される。具体的には、ＣＮＴ成形体２３は、第１接続部２１２の幅方向の一方側を通過し、長手方向における第２電極２２とは反対側を通過し、幅方向の他方側を通過する。ＣＮＴ成形体２３は、第１接続部２１２に対して、長手方向における第２電極２２側以外の３方向から接触する。これにより、ＣＮＴ成形体２３は、第１接続部２１２を側方から挟み込んで（すなわち、幅方向の両側から挟み込んで）第１接続部２１２に機械的に係止される。

第２接続部２２２に対しても同様に、ＣＮＴ成形体２３は、第２接続部２２２の幅方向の一方側を通過し、長手方向における第１電極２１とは反対側を通過し、幅方向の他方側を通過する。ＣＮＴ成形体２３は、第２接続部２２２に対して、長手方向における第１電極２１側以外の３方向から接触する。これにより、ＣＮＴ成形体２３は、第２接続部２２２を側方から挟み込んで（すなわち、幅方向の両側から挟み込んで）第２接続部２２２に機械的に係止される。

第１接続部２１２は、図３に示すように、第１電極基部２１１に対して垂直な方向から、ＣＮＴ成形体２３が延びる方向（すなわち、長手方向における第２電極２２側）とは反対向きに傾斜していることが好ましい。これにより、第１接続部２１２に係止されたＣＮＴ成形体２３が、上方にずれて第１接続部２１２から脱離することを抑制することができる。より好ましくは、第１接続部２１２は、第１電極基部２１１の上面に近接または接触するまで傾斜している。これにより、第１接続部２１２に係止されたＣＮＴ成形体２３が脱離することをさらに抑制することができる。第２接続部２２２についても同様である。

図３に示すように、ＣＮＴ成形体２３のうち第１接続部２１２に接触する部位は、細いテープ状または線状となるように、束ねられ、または、ねじられることが好ましい。これにより、ＣＮＴ成形体２３の第１接続部２１２への係止を容易とすることができる。また、ＣＮＴ成形体２３と第１接続部２１２との電気的接続を好適に実現することもできる。ＣＮＴ成形体２３のうち第２接続部２２２に接触する部位についても同様である。

ＣＮＴ成形体２３と第１接続部２１２との接触部には、例えば、導電性ペーストが付与されていてもよい。当該導電性ペーストは、例えば、低融点ハンダ、金属ペーストまたは導電性接着剤である。導電性接着剤は、例えば、上述の導電性添加材を含む接着剤である。導電性ペーストが付与されることにより、ＣＮＴ成形体２３と第１接続部２１２との接合強度を増大させることができ、ＣＮＴ成形体２３と第１接続部２１２との接触抵抗を低減することもできる。ＣＮＴ成形体２３と第２接続部２２２との接触部についても、同様に、導電性ペーストが付与されてもよい。

図２に示す例では、ＣＮＴ成形体２３は、各第１接続部２１２および各第２接続部２２２に接続されているが、必ずしも全第１接続部２１２および全第２接続部２２２に接続される必要はない。例えば、ＣＮＴ成形体２３は、幅方向に並ぶ複数の第１接続部２１２のうち、１つおきの第１接続部２１２に接続されてもよい。複数の第２接続部２２２についても同様である。この場合、幅方向において隣接する２つのＣＮＴ成形体要素間の略三角形状の間隙は、幅方向に大きくなる。あるいは、複数のＣＮＴ成形体要素は、第１電極２１と第２電極２２との間において交差するように配置されてもよい。この場合、複数のＣＮＴ成形体要素は、互いに接触してもよく、非接触であってもよい。

第１電極２１と第２電極２２との間におけるＣＮＴ成形体２３の配置形状（すなわち、複数のＣＮＴ成形体要素の配置態様）は、ＣＮＴヒータ１に求められるワット密度に基づいて決定される。ワット密度とは、ＣＮＴヒータ１の電力（Ｗ）をＣＮＴヒータ１の表面積（ｃｍ^２）により除算した値である。ＣＮＴヒータ１の電力は、ＣＮＴヒータ１に供給される電流、および、ＣＮＴヒータ１の抵抗（すなわち、電気抵抗）により決定される。ＣＮＴヒータ１では、ＣＮＴ成形体２３の単位長さ当たりの抵抗が予め取得されており、当該単位長さ当たりの抵抗、第１電極２１と第２電極２２との間の距離、および、ＣＮＴヒータ１に求められるワット密度等に基づいて、ＣＮＴ成形体２３の配置形状が決定される。

以上に説明したように、ＣＮＴヒータ１は、第１電極２１と、第２電極２２と、テープ状または線状のＣＮＴ成形体２３とを備える。第１電極２１は、複数の第１接続部２１２を有する。第２電極２２は、複数の第２接続部２２２を有する。ＣＮＴ成形体２３は、複数の第１接続部２１２および複数の第２接続部２２２の間に、複数回に亘って交互に接続される。ＣＮＴ成形体２３は、各第１接続部２１２および各第２接続部２２２に機械的に係止される。

このように、比較的長い１つのＣＮＴ成形体２３を、複数の第１接続部２１２および複数の第２接続部２２２に対して、順番に機械的に係止することにより、比較的広い領域全体にＣＮＴ成形体２３を容易に張り巡らせることができる。その結果、容易に製造可能な大面積のＣＮＴヒータ１を提供することができる。また、ＣＮＴ成形体２３の配置形状を容易に変更することができるため、ＣＮＴヒータ１の形状選択の自由度を高くすることができる。その結果、加熱対象物の形状に合わせた適切な形状のＣＮＴヒータ１を提供することができる。

上述のように、各第１接続部２１２は、平板状の第１電極基部２１１から突出する凸部であることが好ましい。また、各第２接続部２２２は、平板状の第２電極基部２２１から突出する凸部であることが好ましい。そして、好ましくは、ＣＮＴ成形体２３は、各第１接続部２１２を側方から挟み込んで各第１接続部２１２に係止され、各第２接続部２２２を側方から挟み込んで各第２接続部２２２に係止される。これにより、ＣＮＴ成形体２３と第１接続部２１２および第２接続部２２２との電気的接続を、簡素な構造で実現することができる。

上述のように、ＣＮＴヒータ１は、一対の収容部材３２，３３（すなわち、下部材３２および上部材３３）をさらに備えることが好ましい。一対の収容部材３２，３３は、ＣＮＴ成形体２３を間に挟んで互いに固定されることにより、ＣＮＴ成形体２３を内部に収容する。好ましくは、一対の収容部材３２，３３は、接着剤を介在させることなくＣＮＴ成形体２３に直接的に接触する。これにより、ＣＮＴヒータ１で生じる熱により接着剤の劣化が生じないため、ＣＮＴヒータ１を長寿命化することができる。

ＣＮＴヒータ１では、第１電極２１と第２電極２２との間におけるＣＮＴ成形体２３の配置形状は、ＣＮＴヒータ１に求められるワット密度に基づいて決定されることが好ましい。このように、ＣＮＴヒータ１の仕様に合わせてＣＮＴ成形体２３の配置形状を適宜変更することにより、様々なワット密度のＣＮＴヒータ１を容易に製造することができる。

次に、第２の実施の形態に係るＣＮＴヒータ１ａについて説明する。図４は、ＣＮＴヒータ１ａを示す平面図である。ＣＮＴヒータ１ａでは、図２に示す第１電極２１および第２電極２２に代えて、第１電極２１および第２電極２２とは形状が異なる第１電極２１ａおよび第２電極２２ａが設けられる。また、ＣＮＴヒータ１ａでは、図２に示すＣＮＴ成形体２３に代えて、単位長さ当たりの抵抗が異なる２つのＣＮＴ成形体２３１，２３２が繋ぎ合わされたＣＮＴ成形体２３ａが設けられる。ＣＮＴヒータ１ａの他の構成は、図１および図２に示すＣＮＴヒータ１の構成と略同様であり、以下の説明では、ＣＮＴヒータ１ａの各構成に、対応するＣＮＴヒータ１の各構成と同符号を付す。

図４に示すように、第１電極２１ａおよび第２電極２２ａは、幅方向の中央部にてクランク状に折れ曲がった形状を有する。図４に示す例では、幅方向の一方側（すなわち、図４中の上側）における第１電極２１ａと第２電極２２ａとの間の長手方向の距離（以下、「電極間隔」とも呼ぶ。）は、幅方向の他方側（すなわち、図４中の下側）における電極間隔よりも広い。

以下の説明では、第１電極２１ａと第２電極２２ａとの間の領域を「電極間領域２４」とも呼ぶ。また、電極間領域２４のうち、幅方向の中央部よりも上記一方側の領域を「第１領域２５」とも呼び、幅方向の中央部よりも上記他方側の領域を「第２領域２６」とも呼ぶ。上述のように、第２領域２６における電極間隔は、第１領域２５における電極間隔よりも狭い。

上述のように、ＣＮＴ成形体２３ａは、２つのＣＮＴ成形体２３１，２３２が繋ぎ合わされたものである。以下の説明では、ＣＮＴ成形体２３１，２３２をそれぞれ、「第１成形体２３１」および「第２成形体２３２」とも呼ぶ。第１成形体２３１および第２成形体２３２はそれぞれ、多数のカーボンナノチューブがテープ状または線状に成形された導電性の部材である。当該多数のカーボンナノチューブは、第１成形体２３１および第２成形体２３２の長手方向におよそ沿う方向に配向する。図４に示す例では、第１成形体２３１および第２成形体２３２は、共にテープ状の部材である。

第２成形体２３２の単位長さ当たりの抵抗は、第１成形体２３１の単位長さ当たりの抵抗よりも高い。第１成形体２３１と第２成形体２３２との単位長さ当たりの抵抗の違いは、例えば、第１成形体２３１および第２成形体２３２におけるＣＮＴシートの積層数の違いにより実現される。具体的には、第２成形体２３２におけるＣＮＴシートの積層数を、第１成形体２３１におけるＣＮＴシートの積層数よりも少なくすることにより、第２成形体２３２の単位長さ当たりの抵抗が、第１成形体２３１の単位長さ当たりの抵抗よりも高くされる。第１成形体２３１と第２成形体２３２との単位長さ当たりの抵抗の違いは、第１成形体２３１および第２成形体２３２の幅の違い、または、第１成形体２３１および第２成形体２３２における上述の導電性添加材の含有率の違い等、様々な条件を変更することにより実現されてもよい。

第１成形体２３１の長手方向の一方の端部は、第２成形体２３２の長手方向の一方の端部に接続されている。第１成形体２３１と第２成形体２３２との接続は、例えば、第１成形体２３１の端部と第２成形体２３２の端部とを結ぶことにより実現される。第１成形体２３１と第２成形体２３２との接続は、導電性の糸による縫合、または、導電性の板状部材を２つ折りにして第１成形体２３１および第２成形体２３２の端部を挟んで固定すること等、様々な方法により実現されてもよい。

ＣＮＴ成形体２３ａのうち第１成形体２３１は、第１領域２５において、第１電極２１ａの複数の第１接続部２１２と第２電極２２ａの複数の第２接続部２２２との間に複数回に亘って接続される。第２成形体２３２は、第２領域２６において、第１電極２１ａの複数の第１接続部２１２と第２電極２２ａの複数の第２接続部２２２との間に複数回に亘って接続される。第１成形体２３１と第２成形体２３２との接続部２３３は、例えば、第２領域２６に面して配置される複数の第１接続部２１２および複数の第２接続部２２２のうち、第１領域２５に最も近い第１接続部２１２または第２接続部２２２の近傍に配置される。あるいは、第１成形体２３１と第２成形体２３２との接続部２３３は、例えば、第１領域２５に面して配置される複数の第１接続部２１２および複数の第２接続部２２２のうち、第２領域２６に最も近い第１接続部２１２または第２接続部２２２の近傍に配置されてもよい。

以上に説明したように、ＣＮＴヒータ１ａでは、ＣＮＴ成形体２３ａは、テープ状または線状の第１成形体２３１と、テープ状または線状の第２成形体２３２とを備える。第２成形体２３２は、第１成形体２３１の端部に接続される。第２成形体２３２は、第１成形体２３１よりも単位長さ当たりの抵抗が高い。また、ＣＮＴヒータ１ａでは、第１電極２１ａと第２電極２２ａとの間の領域（すなわち、電極間領域２４）は、所定の電極間隔を有する第１領域２５と、第１領域２５よりも電極間隔が狭い第２領域２６とを備える。第１成形体２３１は、第１領域２５において第１電極２１ａと第２電極２２ａとの間に接続される。また、第２成形体２３２は、第２領域２６において第１電極２１ａと第２電極２２ａとの間に接続される。

これにより、第１領域２５において第１接続部２１２と第２接続部２２２とを接続するＣＮＴ成形体要素の抵抗と、第２領域２６において第１接続部２１２と第２接続部２２２とを接続するＣＮＴ成形体要素の抵抗との差を小さくすることができる。その結果、第１領域２５におけるワット密度と第２領域２６におけるワット密度との差を小さくすることができる。このため、幅が異なる複数の部位を有する加熱対象物を加熱する場合、対象物の形状に合わせて電極間隔を変更しつつ、ＣＮＴヒータ１全体におけるワット密度の均一性を向上することができる。したがって、幅が異なる複数の部位を有する加熱対象物を略均等に加熱することができる。

ＣＮＴヒータ１ａでは、第１成形体２３１および第２成形体２３２の単位長さ当たりの抵抗は、第１領域２５におけるＣＮＴ成形体要素の抵抗と、第２領域２６におけるＣＮＴ成形体要素の抵抗とが同じになるように、第１領域２５および第２領域２６の電極間隔に基づいて決定されることが好ましい。これにより、ＣＮＴヒータ１全体におけるワット密度の均一性をさらに向上することができる。

上述のＣＮＴヒータ１，１ａでは、様々な変更が可能である。

例えば、ＣＮＴヒータ１では、下部材３２と上部材３３とが、間に接着剤を介在させて固定されてもよい。この場合、下部材３２および／または上部材３３は、接着剤を介在させてＣＮＴ成形体２３に間接的に接触する。ＣＮＴヒータ１ａにおいても同様である。

第１電極２１では、第１電極基部２１１および各第１接続部２１２の形状、構造、形成方法は適宜変更されてよい。例えば、図５に示すように、第１接続部２１２は、幅方向に離間する複数の接触位置にてＣＮＴ成形体２３と接触してもよい。第１電極２１ａおよび第２電極２２，２２ａにおいても同様である。

ＣＮＴヒータ１では、第１電極２１および第２電極２２に代えて、略平板状の第１絶縁板および第２絶縁板が設けられ、図１と同様に複数回折り返されたＣＮＴ成形体２３が、第１絶縁板上の複数の固定位置および第２絶縁板上の複数の固定位置にて、第１絶縁板および第２絶縁板に固定されてもよい。第１絶縁板および第２絶縁板の複数の固定位置は、図１中の複数の第１接続部２１２および複数の第２接続部２２２に対応する位置である。ＣＮＴ成形体２３と第１絶縁板および第２絶縁板との固定は、例えば、接着剤、耐熱性の糸、または、耐熱性の粘着テープ等により実現される。

そして、第１絶縁板上において、複数の固定位置上に位置するＣＮＴ成形体２３の複数の折り返し部を、導電性の糸で連続的に縫うことにより、当該複数の折り返し部を導通させる。この場合、当該導電性の糸が第１電極２１であり、導電性の糸のうちＣＮＴ成形体２３と接触する部位が第１接続部２１２となる。第２絶縁板上においても同様に、複数の固定位置上に位置するＣＮＴ成形体２３の複数の折り返し部を、導電性の糸で連続的に縫うことにより、当該複数の折り返し部を導通させる。この場合、当該導電性の糸が第２電極２２であり、導電性の糸のうちＣＮＴ成形体２３と接触する部位が第２接続部２２２となる。この場合も、上記と同様に、容易に製造可能な大面積のＣＮＴヒータ１を提供することができる。ＣＮＴヒータ１ａにおいても同様である。

上記実施の形態および各変形例における構成は、相互に矛盾しない限り適宜組み合わされてよい。

１，１ａＣＮＴヒータ
２１，２１ａ第１電極
２２，２２ａ第２電極
２３，２３ａＣＮＴ成形体
２４電極間領域
２５第１領域
２６第２領域
３２下部材
３３上部材
２１１第１電極基部
２１２第１接続部
２２１第２電極基部
２２２第２接続部
２３１第１成形体
２３２第２成形体

Claims

カーボンナノチューブヒータであって、
複数の第１接続部を有する第１電極と、
複数の第２接続部を有する第２電極と、
前記複数の第１接続部および前記複数の第２接続部との間に複数回に亘って交互に接続されるテープ状または線状のカーボンナノチューブ成形体と、
を備え、
前記カーボンナノチューブ成形体は、各第１接続部および各第２接続部に機械的に係止されることを特徴とするカーボンナノチューブヒータ。
請求項１に記載のカーボンナノチューブヒータであって、
各第１接続部は、平板状の第１電極基部から突出する凸部であり、
各第２接続部は、平板状の第２電極基部から突出する凸部であり、
前記カーボンナノチューブ成形体は、前記各第１接続部を側方から挟み込んで前記各第１接続部に係止され、前記各第２接続部を側方から挟み込んで前記各第２接続部に係止されることを特徴とするカーボンナノチューブヒータ。
請求項１または２に記載のカーボンナノチューブヒータであって、
前記カーボンナノチューブ成形体を間に挟んで互いに固定されることにより、前記カーボンナノチューブ成形体を内部に収容する一対の収容部材をさらに備え、
前記一対の収容部材は、接着剤を介在させることなく前記カーボンナノチューブ成形体に直接的に接触することを特徴とするカーボンナノチューブヒータ。
請求項１ないし３のいずれか１つに記載のカーボンナノチューブヒータであって、
前記カーボンナノチューブヒータに求められるワット密度に基づいて、前記第１電極と前記第２電極との間における前記カーボンナノチューブ成形体の配置形状が決定されることを特徴とするカーボンナノチューブヒータ。
請求項１ないし４のいずれか１つに記載のカーボンナノチューブヒータであって、
前記カーボンナノチューブ成形体は、
テープ状または線状の第１成形体と、
前記第１成形体の端部に接続されるとともに、前記第１成形体よりも単位長さ当たりの抵抗が高いテープ状または線状の第２成形体と、
を備え、
前記第１電極と前記第２電極との間の領域は、
所定の電極間隔を有する第１領域と、
前記第１領域よりも電極間隔が狭い第２領域と、
を備え、
前記第１成形体は、前記第１領域において前記第１電極と前記第２電極との間に接続され、
前記第２成形体は、前記第２領域において前記第１電極と前記第２電極との間に接続されることを特徴とするカーボンナノチューブヒータ。