JP3081856B2 - 面状発熱体 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は，炭素繊維をシート化し
た面状発熱体に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】炭素繊維が不燃性で電気伝導特性の優れ
ていることを利用し，炭素繊維を抄き込んだ薄いペーパ
ー状の面状発熱体を和紙または不織布の技術で開発し，
これに電極を設置し，電気絶縁・防水などの表面保護処
理を行ってヒーターをつくり，断熱材またはクッション
材，更に表板と裏板を貼合して種々の暖房ユニットとし
て用いられている。炭素繊維を湿式不織布の技術で薄い
ペーパー状に抄き込むことについては既に公知技術であ
り，その製法とは，天然パルプに炭素繊維を加えて分散
し，粘剤を加えて良い地合となる様に抄紙するもので，
あとは様々な工夫により面状発熱体としての導電性の均
一性や発熱温度の均一性を出す方法，あるいは非常に高
価な炭素繊維を少なく配合して同じ導電性の効果を出せ
る合理的な方法などが発明されて現在に至っている。炭
素繊維をシート化した面状発熱体による暖房の方式はニ
クロム線ヒーターや燃焼暖房装置の様な伝導熱ではなく
人体に良好な遠赤外線放射加熱暖房であり火災の心配は
なく，薄型で壁面や床面に取付け式なので邪魔にもなら
ないなど安全性や応用性に優れているのでユニット床暖
房，コンクリート床暖房，座席シートの暖房，寒冷地コ
ンクリート養生そのほか多くの用途が見込まれている。

【０００３】これらの多くの用途に対応していくために
は当然のことながら面状発熱体の後加工での加工適性が
必要とされる。即ちヒーターを作成する過程の表面保護
処理の樹脂フィルムをラミネート等の表面加工をする時
にシートが破れないことが何よりも重要である。また，
ユニットを作成する過程で断熱材，クッション材などを
貼合する時に暖房用途によっては貼合せ面が曲面を形成
しなければならない場合があり，この時に曲げ，捩れ，
せん断を受けてもシートが破れないことが重要である。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】従来の面状発熱体はヒ
ーターを作成する過程でシートの引裂強度が不足してい
るためにラミネート加工時にシートの一部が切れるとい
う加工適性上致命的な欠陥があった。また，ユニットを
作成する過程で断熱材，クッション材などを貼合する時
曲げ，捩れ，せん断という外力が働くとシートの一部が
切れるという欠陥があった。本発明は，面状発熱体のシ
ートに充分な引裂強度を持たせることによって，ラミネ
ート等の表面加工時や断熱材，クッション材などの貼合
せや曲面成形加工時のシートの切断を皆無にすることに
よって，いかなる用途の暖房ユニットの作成にも対応可
能な面状発熱体を提供することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は，上記問題点を
改良すべく，次の様な手段で面状発熱体の引裂強度の飛
躍的な向上を図った。即ち，２層以上の湿式ウエブのい
ずれかの層間に補強用ネットを抄込むことで引裂強度を
持たせ，各層の湿式ウエブの組成には炭素繊維のほかに
合成繊維と熱溶融型バインダー繊維を含み，補強用ネッ
トとの接着性を良好にさせてある面状発熱体である。以
下に，その詳細について述べる。

【０００６】ここで炭素繊維とは，大別してポリアクリ
ロニトリル系とピッチ系とが製造されているが，特にど
ちらにも限定しない。繊度は１〜３デニールの範囲が好
ましいが特に限定するものではない。繊度が細すぎると
繊維本数が多くなり未分散とモツレの発生と地合の不均
一の問題があり，逆に太すぎると繊維本数が少なくなり
繊維同士の接触箇所が減り導電不良の箇所が増えるとい
う問題があり，両者のバランスで繊度が決められる。繊
維長は５〜１０mmの範囲が好ましいが特に限定するもの
ではない。短かすぎると抄紙ワイヤーの目から繊維が抜
け易くなりワンパスリテンションの低下の問題があり，
長すぎると繊維同士のモツレが発生し易くなるので，両
者のバランスで繊維長が決められる。

【０００７】本発明の面状発熱体の繊維分のみの坪量は
一般的に，用途，炭素繊維の配合率，シートの強度，経
済性によって決められる。即ち，用途とは，各種暖房用
途によって仕様規格で定格電圧と最大消費電力が各々に
異なり，これらの規格は面状発熱体の導電性に依存し，
面状発熱体には炭素繊維以外に導電性を持つ繊維を含ま
ないことから，面状発熱体が含む炭素繊維の量に依存す
る。炭素繊維の量とは坪量と炭素繊維の配合率で決まる
が，坪量が軽すぎると炭素繊維の濃度が濃くなって均一
な地合がとれなくなりヒーターとしての温度上昇分布に
バラツキが大きくなること及びシートの強度が不足し後
加工でシート破れが増えるという問題，重すぎると面積
当たりの製造コストが高いという問題があり、両者のバ
ランスをとって坪量が決められる。

【０００８】本発明の面状発熱体の繊維分のみの層構成
を２層以上とした理由を述べる。シートのＺ方向を含め
た地合の均一性が面状発熱体としての均一な導電性能を
付与し，ヒーターとしての温度上昇分布のバラツキを小
さくすることから，ウエブの形成は単層で抄くよりも２
層以上とすることで紙料スラリーの濃度を下げることが
出来，繊維の分散が良くなるので，よりウエブの形成を
均一な地合にすることが出来るので，層構成を２層以上
とすることが好ましい。

【０００９】本発明の面状発熱体の繊維組成は炭素繊維
のほかには熱溶融型バインダー繊維，合成繊維を含み，
そのほかに無機繊維，セルロース繊維を配合してもよ
い。本発明では２層以上からなる層構成のいずれかの層
間に補強用ネットを抄込むので，該補強用ネットが層間
で接触する両方のウエブによく接着することが必要であ
り，そのために熱溶融型バインダー繊維を配合する。該
補強用ネットとの層間でのウエブとの接着をよくするに
は，熱溶融型バインダー繊維の組成，繊度，融点，配合
量，ウエブのドライヤー入口の水分，ドライヤー入口の
接触圧，ドライヤーの乾燥温度などの条件が適切である
ことが必要である。熱溶融型バインダー繊維の組成は，
補強用ネットとの接着が良ければよく，特に限定しな
い。しかし一般に，補強用ネットと熱溶融型バインダー
繊維は同質の組み合わせが最も好ましく，例えばポリエ
ステルネットとポリエステルバインダー繊維，ビニロン
ネットとビニロンバインダー繊維という組み合わせが好
ましい。熱溶融型バインダー繊維の繊度は特に限定はし
ないが炭素繊維の繊度と同程度でよい。繊度が太すぎる
と繊維本数が少なくなり補強用ネットとの接点が少なく
なり接着強度が低下するので，接着強度との関係で繊度
を決めれば良い。熱溶融型バインダー繊維の融点は特に
限定しないが，この融点よりもドライヤーの乾燥温度を
若干高くする必要があることから，ドライヤーの能力に
見合っている融点を持つ熱溶融型バインダー繊維を選択
すれば問題はない。熱溶融型バインダー繊維の配合量は
特に限定はしないが，充分な補強用ネットとの接着強度
即ち充分な層間剥離強度が得られればそれ以上は配合す
る必要はない。ウエブのドライヤー入口の水分は湿式抄
紙では概して６０％以上であるが，熱溶融型バインダー
繊維の性能を発揮させるのに最小限必要な水分は各々異
なるので，適度な水分となる様にプレス圧などで調節す
る必要がある。ドライヤー入口の接触圧は特に限定はし
ないが充分な補強用ネットとの接着強度即ち充分な層間
剥離強度が得られればそれ以上に上げる必要はない。上
げすぎるとドライヤーシリンダー面に繊維をとられるの
で好ましくない。ドライヤーの乾燥温度は熱溶融型バイ
ンダー繊維の融点よりも若干高くすれば問題はない。合
成繊維は熱溶融型バインダー繊維に接着させるために配
合する。何故なら，熱溶融型バインダー繊維の溶融部分
が補強用ネットと炭素繊維との接着だけでは余るので，
何か別に熱溶融型バインダー繊維と接着する繊維を配合
しないと，ドライヤーシリンダー面が溶融バインダーで
汚れるからである。熱溶融型バインダー繊維に接着させ
る合成繊維はポリエステルバインダー繊維に対してポリ
エステル繊維，ビニロンバインダー繊維に対してビニロ
ン繊維という様に，同質の組み合わせにすれば最も接着
が良いので好ましい。合成繊維の種類は特に限定はしな
いが，熱溶融型バインダー繊維と接着するものであれば
何でもよい。合成繊維の繊度は熱溶融型バインダー繊維
の繊度以下にすることが好ましい。合成繊維のほかに
も，熱溶融型バインダー繊維に接着させる目的で，ガラ
ス繊維をはじめとする無機繊維と，そのほかにはパル
プ，レーヨン，麻などセルロース繊維を配合しても良
い。

【００１０】本発明で使用する補強用ネットの材質は特
に限定しないが，用途上必要とする特性例えば柔軟性，
耐熱性，強靭性など，用途または後加工での適応性のあ
る材質を選択すればよい。材質の例としてはポリエステ
ル，ビニロン，ガラス，麻などが一般的である。柔軟性
を必要とする時はポリエステル，強靭性を必要とする時
はビニロン，麻，耐熱性を必要とする時はガラスの材質
の補強用ネットを選択すればよい。補強用ネットの強度
はフィラメントの剛度と太さのほか，タテ糸とヨコ糸の
各々のピッチ即ち格子の広さで決まるが，用途上の必要
に応じた強度の補強用ネットを選択すればよい。補強用
ネットの層間への抄込む方法を述べる。補強用ネットを
はさむ層と層の２つの円網シリンダーの間に補強用ネッ
トの巻取をリールスタンドで固定し，２つ目の円網シリ
ンダーとウェットフエルトの間に補強用ネットを食い込
ませるのが一般に行われている方法である。即ち，ウェ
ットフエルトにはウエブが付いているので，２つ目の円
網シリンダーとの間に補強用ネットを食い込ませれば，
以後補強用ネットはウェットフエルトに駆動されて走行
し，層間に抄込まれ続ける。２層以上のウエブとそのい
ずれかの層間に補強用ネットを抄込み一体となったウエ
ブはフエルトについてヤンキードライヤーへ運ばれヤン
キードライヤーの温度と入口の接触圧によって熱溶融型
バインダー繊維が融け補強用ネットが１層と２層のウエ
ブに接着し，乾燥されてリーラーで巻き取られる。

【００１１】

【作用】本発明では，公知技術である炭素繊維抄込みの
面状発熱体に対して下記の様な工夫を行った。即ち ２層以上の層構成とし，層間に補強用ネットを抄込ん
だ。 繊維組成として，炭素繊維のほかに，熱溶融型バイン
ダー繊維と合成繊維を含む配合とした。 とによって，面状発熱体の２層以上の層構成のいず
れかの層間に補強用ネットが抄込まれ且つ層間剥離しな
い様に２つの層に接着されたので，従来の面状発熱体よ
りも飛躍的に引裂強度が向上した。

【００１２】

【実施例】本発明の実施例を下記に示す。尚本発明はこ
の実施例に限定されるものではない。 実施例１ 濾水度４７０mlのＮＢＫＰ４０部，鞘部の融点１１０℃
のポリエステルバインダー繊維２デニール×５mm４０
部，ポリエステル繊維０．５デニール×５mm１４部，ポ
リアクリロニトリル系の炭素繊維２デニール×６mm６部
から成る繊維組成で攪拌・分散しポリアクリルアミド系
の粘剤を加えて単層２０ｇ／m²ずつ円網２層抄とし，１
層と２層の間に補強用ポリエステルネット（ネット本数
タテ，ヨコ共３本／cm，坪量２４ｇ／m²）を抄込み，ヤ
ンキードライヤー温度１２０℃で乾燥し，リーラーで巻
取った。この面状発熱体を巾９００mm×長さ２００mmに
裁断し，長さ方向の両端２箇所各々２００mmに亘って両
面に銀ペーストを塗って電極を取り付け更にリード線を
取り付け，これに面状発熱体表面の電気的絶縁，防水な
どの表面保護処理としてエポキシ樹脂フィルムをラミネ
ート加工し，ヒーターを作成した。このヒーターの上面
に表板，フローリングを貼り合わせ，下面にはウレタン
フォーム，裏板を貼り合わせてユニット床暖房を作成し
た。表１に繊維配合と層構成を,表２,表３に結果を示
す。

【００１３】実施例２ 濾水度４７０mlのＮＢＫＰ７４部，融点６０℃のビニロ
ンバインダー繊維１デニール×３mm１０部，ビニロン繊
維１デニール×６mm１０部，ポリアクリロニトリル系の
炭素繊維２デニール×６mm６部から成る繊維組成で攪拌
・分散しポリアクリルアミド系の粘剤を加えて単層２０
ｇ／m²ずつ円網２層抄とし，１層と２層の間に補強用ビ
ニロンネット（ネット本数タテ，ヨコ共３本／cm，坪量
２４ｇ／m²）を抄込み，ヤンキードライヤー温度１０５
℃で乾燥し，リーラーで巻取った。 この面状発熱体に
対して実施例１と全く同様にヒーターを作成し，更にユ
ニット床暖房を作成した。表１に繊維配合と層構成を,
表２,表３に結果を示す。

【００１４】実施例３ 濾水度４７０mlのＮＢＫＰ３０部，融点６０℃のビニロ
ンバインダー繊維１デニール×３mm２０部，ビニロン繊
維１デニール×６mm１０部，ガラス繊維９μ×６mm３４
部，ポリアクリロニトリル系の炭素繊維２デニール×６
mm６部から成る繊維組成で攪拌・分散しポリアクリルア
ミド系の粘剤を加えて単層２０ｇ／m²ずつ円網２層抄と
し，１層と２層の間に補強用ガラスネット（ネット本数
タテ，ヨコ共３本／cm，坪量２４ｇ／m²）を抄込み，ヤ
ンキードライヤー温度１０５℃で乾燥し，リーラーで巻
取った。この面状発熱体に対して実施例１と全く同様に
ヒーターを作成し，更にユニット床暖房を作成した。表
１に繊維配合と層構成を,表２,表３に結果を示す。

【００１５】比較例１ 補強用ポリエステルネットを抄込まないこと以外は全く
実施例１と同様にして，抄造し巻取って，ヒーターを作
成し，更にユニット床暖房を作成した。表１に繊維配合
と層構成を,表２,表３に結果を示す。

【００１６】

【表１】

【００１７】表２に面状発熱体の物性値を示す。各項目
の物性値の測定は，坪量，厚さ，引裂タテは ＩＳ−Ｌ
−１０８５により行った。厚み計の錘の加圧は２０ｇ／
cm²で行った。引裂タテはエレメンドルフＣ法により測
定した。引張強度，層間剥離強度はＪＩＳ−Ｌ−１０６
８によりテンシロン型引張試験機で測定した。面積固有
抵抗は，面状発熱体の巻取より試料を巾９００mm×マシ
ン方向２００mmの寸法で採取し，これに巾方向の両端に
２００mmに亘って電極を取付けて，レジスタンスメータ
ーにてこの面積に於ける抵抗値を測定した。

【００１８】

【表２】

【００１９】表３にヒーター及びユニット床暖房を作成
する過程でのシート破れ又は層間剥離による不良発生率
を示す。

【００２０】

【表３】

【００２１】実施例１〜３まで，各々ポリエステル，ビ
ニロン，ガラス製の補強用ネットを１層と２層の層間に
抄込んでいるので，面状発熱体の引裂強度が飛躍的に向
上し，ヒーター作成及びユニット作成時のシート破れを
皆無にすることが出来た。補強用ネットを層間に抄込む
ために，各層の繊維組成には補強用ネットと接着性の良
い熱溶融型バインダー繊維とその他合成繊維，無機繊
維，セルロース繊維を配合したので，層間剥離しなかっ
た。比較例は補強用ポリエステルネットがないため，引
裂強度の不足でヒーター及びユニット作成時にシート破
れが多く発生した。

【００２１】

【発明の効果】従来の面状発熱体ではヒーター及びユニ
ットを作成する過程で引裂強度の不足によりシート破れ
による不良率が高く生産効率を低下させていたが，本発
明によって，面状発熱体の引裂強度は飛躍的に向上し，
ヒーター及びユニットを作成する過程でのシート破れに
よる不良率を皆無にすることが出来た。よって，面状発
熱体を利用した暖房ユニットの生産効率の向上に大きく
貢献することが出来た。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ Ｆ２４Ｄ 13/02 Ｆ２４Ｄ 13/02 Ｅ (56)参考文献 特開 昭63−158783（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−168991（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−202878（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−73199（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−291885（ＪＰ，Ａ) 実開 昭58−61849（ＪＰ，Ｕ) 特公 昭63−11757（ＪＰ，Ｂ２) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H05B 3/20 - 3/38 D21H 13/50 D21H 27/30 G

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 炭素繊維，合成繊維，及び熱溶融型バイ
   ンダー繊維を含む２層以上の湿式ウエブのいずれかの層
   間に補強用ネットが抄き込まれ，一体化されたことを特
   徴とする面状発熱体。