JP3977001B2

JP3977001B2 - 発熱体

Info

Publication number: JP3977001B2
Application number: JP2000284478A
Authority: JP
Inventors: 照久近藤; 寿己楠山; 哲朗東城; 峰宏上山; 正樹泉宮; 秀紀井元; 宏早川
Original assignee: Toyo Tanso Co Ltd
Current assignee: Toyo Tanso Co Ltd
Priority date: 2000-09-20
Filing date: 2000-09-20
Publication date: 2007-09-19
Anticipated expiration: 2020-09-20
Also published as: JP2002093554A

Description

【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明は発熱体に関し、更に詳しくは、特に乗物用ヒーターとして極めて優れた膨張黒鉛シートからなる発熱体に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、膨張黒鉛シートを発熱体として使用できること、就中面状ヒーターとして使用できることは知られている。しかし従来の膨張黒鉛シートは、強度や可撓性が必ずしも大きくないという難点があり、発熱体として使用する場合の解決すべき一つの問題点となっている。特に、これ等強度や可撓性が強く要求される乗物用就中乗物座席用ヒーターとして膨張黒鉛シートを用いる場合は、大きな問題となっている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明が解決しようとする課題は、上記従来の難点を解消せんとすることであり、更に詳しくは、発熱体として要求される電気特性を充分に有し、且つ強度及び可撓性の優れた膨張黒鉛シートからなる発熱体、就中乗物座席用ヒーターとして使用できる膨張黒鉛シートからなる発熱体を開発することである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
この課題は、膨張黒鉛シートとして、膨張黒鉛、導電性無機質繊維、アラミドパルプ及びゴムラテックスを混合し、抄造して得られる膨張黒鉛シート、就中その電気抵抗率が１０，０００〜１００，０００μΩｃｍ、引張強度が１００ｋｇｆ／ｃｍ²以上（引張速度５０ｍｍ／ｍｉｎのとき）及び破断時の伸び率が５％以上（引張速度５０ｍｍ／ｍｉｎのとき）であり、更に好ましくは破裂強度が２ｋｇｆ／ｃｍ²以上、引裂強度５ｋｇｆ以上である膨張黒鉛シートを発熱体として使用することにより解決される。
この発熱体は膨張黒鉛６０〜８０重量％、導電性無機質繊維例えば炭素繊維２〜８重量％、アラミドパルプ５〜１０重量％及びゴムラテックス１２〜２２重量％を混合し、必要に応じ導電性充填剤を更に混合して抄造して得られるものである。但し、ゴムラテックスの割合は固形分（ゴム分）換算である。
【０００５】
【発明の実施態様】
本発明の発熱体は膨張黒鉛シートの表面いずれにも補強材を使用することなく、シート本体自体の強度及び可撓性を改善し、且つ発熱体として必要な電気特性をも同時に具備せしめようとするものである。
【０００６】
そして、膨張黒鉛シートの製造に際し、繊維質成分として導電性無機質繊維とアラミドパルプを用い、これ等とゴムラテックスとを併用することにより、膨張黒鉛シートの機械強度及び可撓性を向上させて、補強材を全く使用しなくても、発熱体としての充分なる機械強度、可撓性を賦与し、且つ電気特性をも具備せしめようとするものである。
【０００７】
本発明の発熱体は、下記の如き物性を有している。即ち、電気抵抗率が１０，０００〜１００，０００μΩｃｍ、引張強度が１００ｋｇｆ／ｃｍ²以上、破断時の伸び率が５％以上（いずれも引張速度５０ｍｍ／ｍｉｎのとき）、更に好ましくは破裂強度が２ｋｇｆ／ｃｍ²以上、引裂強度が５ｋｇｆ以上である。
【０００８】
引張強度や伸び率、破裂強度や引裂強度等の特性は、この発熱体を乗物用、特に乗物座席用ヒーターとして使用するときに極めて望ましい特性であり、また電気抵抗率については電圧と電流との制限、座席サイズとの関係から、上記特定の範囲のものが好ましい。尚、本発明の発熱体は上記座席用ヒーターばかりでなく、その他例えば床暖房、壁暖房、ホットカーペットなどのものにも用いることができる。
【０００９】
本発明発熱体は例えば次のような方法で製造される。
（Ａ）平均として５０倍以上に膨張した膨張黒鉛を、０．０２〜２．０ｇ／ｃｍ³の嵩密度になるように圧縮し、これを粉砕した膨張黒鉛粒子６０〜８０重量％、
（Ｂ）アラミド繊維をフィブリル化してその比表面積を３．０ｍ²／ｇ以上となしたアラミドパルプ５〜１０重量％、好ましくは６〜８重量％、
（Ｃ）結合剤としてのゴムラテックス１２〜２２重量％、好ましくは１５〜１８重量％（固形分換算）、及び
（Ｄ）導電性無機質繊維２〜８重量％、好ましくは４〜６重量％
（Ｅ）必要に応じ導電性充填剤、
を水に懸濁せしめて抄造用スラリーとなし、このスラリーを湿式抄造してシート化して製造される。
【００１０】
本発明に於いて使用する膨張黒鉛としては平均として５０倍以上に膨張したものを使用する。従って５０倍以上に膨張した膨張黒鉛粒子だけを使用してもよいし、５０倍以下の膨張黒鉛と５０倍以上の膨張黒鉛とを混合して全体として５０倍以上となるようにして使用してもよい。しかし乍ら平均して５０倍未満では目的物シートの可撓性が低下する。
この膨張黒鉛は０．０２〜２．０ｇ／ｃｍ³、好ましくは０．０２〜１．６ｇ／ｃｍ³、更に好ましくは０．０５〜１．０ｇ／ｃｍ³の嵩密度となるように圧縮する。
【００１１】
本発明に於いては圧縮した膨張黒鉛は次いで粉砕される。粉砕は湿式及び乾式いずれも採用することができる。湿式法の場合は圧縮した膨張黒鉛を予め水と混合した状態で粉砕し、得られた粉砕物は水と分離することなく、そのまま次のスラリー調製に使用する。粉砕物の大きさは通常５０メッシュの篩を通過する大きさ、好ましくは６０〜１００メッシュの範囲の大きさである。
次いで、アラミドパルプについて説明するが、このアラミドパルプはアラミド繊維をフィブリル化して、その比表面積を３．０ｍ²／ｇ以上となしたものが使用でき、これ等は従来公知のもの例えば特開平４−２４０２９５号公報に記載のものが使用できる。
【００１２】
本発明に於いては、結合剤としては、ゴムラテックスを使用する。
ゴムラテックスはアラミドパルプや導電性無機質繊維との併用で、膨張黒鉛シートの機械強度は勿論のこと、可撓性を向上させて補強材なしの発熱体を製造することができる。
【００１３】
機械強度を高くするためには、上記繊維や結合剤の使用量を増やす必要がある。このために使用するゴムは柔軟性に富んでいることが極めて好ましい。ゴムの硬さはガラス転移温度で表されるので、ガラス転移温度の低いものほど柔軟性に富み有利となる。また、低温、高温の冷熱サイクルを繰り返すと、ガラス転移温度の高いゴムラテックスはゴム弾性が失われ易くなる。このように柔軟性及び弾力性の確保の点から、ガラス転移温度の低いゴムラテックスの使用が好ましい。また車の座席ヒーターは寒冷地で使用されるケースが多い。寒冷地では車の内部温度が−４０℃近くになることがある。ガラス転移温度が−４０℃以上の場合は、−４０℃以下に冷やされると弾力性が失われる。このため本発明では、ガラス転移温度が−４０℃以下のものが特に好ましい。
【００１４】
本発明に於いては、この結合材としてのゴムラテックスの使用量は特に重要で、上記で述べた通り、１２〜２２重量％特に好ましくは１５〜１８重量％を使用する必要がある。この際１２重量％未満では機械的強度が低下し望ましくない。また逆に２２重量％より多くなり過ぎると電気抵抗が高くなり、昇温速度が遅くなって望ましくない。
ゴムラテックスとしては、アクリルゴム系ラテックス、アクリルニトリルゴム系（以下ＮＢＲ系という）ラテックス、ＳＢＲ系ラテックス、天然ゴムラテックスが使用できるが、このうちＳＢＲ系ラテックス及び天然ゴムラテックスは可燃性のため、多量使用する場合は、アクリルゴム系又は（及び）ＮＢＲ系ラテックスと併用することが好ましく、この際の使用割合もＳＢＲ系ラテックスが５０％以下が好ましい。
ゴムラテックス自体の濃度は特に重要でなく、他の材料と均一に混合できる濃度で良い。
【００１５】
本発明に於いては、無機質繊維としては導電性のものを使用する。これは膨張黒鉛シートの補強効果及び導電性の向上のために主に使用され、その形態は、導電性向上のために繊維径は細く、繊維長は長いものが好ましい。繊維径としては５〜１０μｍ、繊維長としては３〜６ｍｍのものが好ましい。
【００１６】
具体的な導電性繊維としては、例えば炭素繊維、金属繊維等を例示でき、金属繊維としては、例えばステンレス繊維を例示できる。特に炭素繊維が好ましい。その使用量は２〜８重量％で、好ましくは４〜６重量％である。
【００１７】
本発明に於いて、必要に応じ使用する導電性充填剤は、導電性を向上せしめるために使用される。この充填剤としては、例えばカーボンブラックをはじめ、アモルファス金属粉粒体等を例示できる。特にカーボンブラックが好ましい。
【００１８】
本発明に於いては、炭素繊維等の分散を良くするために、高粘度の分散剤を使用しても良い。この際の分散剤としては、ポリエチレンオキサイドが例示できる。
【００１９】
抄造用スラリーを抄造するに際しては通常湿式抄造法が採用され、湿式抄造法自体の条件や装置は従来のものが夫々そのまま適宜に採用される。
【００２０】
本発明の発熱体を使用するに際しては、その端部に電源コネクタ用端子を設ける必要がある。この端子としては特にその形成手段は限定されないが、例えば次のような手段が好ましい手段として例示できる。
【００２１】
導電材料としての各種金属、例えばステンレス（代表例ＳＵＳ−３０４）の薄板を、図１の如く一部目立てし、これを図２に示す如く発熱体シートにプレスやロールを用いて圧入して一体化する。尚、図１に於いて（１）は発熱体シート、（２）はステンレス薄板、（３）は目立て部分を示し、また図２に於いて（４）は目立てをしないステンレス薄板の部分を示す。
【００２２】
また、本発明の発熱体は、その一部に又は全体に亘ってスリットを設けることができる。これにより抵抗が増加し発熱量を調整できるので実用上好ましい。
【００２３】
本発明の発熱体は各種の電気的な性質を満足し、且つ発熱体として要求される機械強度を有するものであり、特に優れた機械強度を有しているので、乗物用座席ヒーターとして最適なものである。
また本発明に於いては、例えば図５に示すようなしぼり形状（７）として発熱体を使用する際、図５中（８）で示すしぼり部分（くぼみ部分）には、電流が集中して、この部分だけが他の部分に比し、発熱量が多くなり、均一な温度となり難い。
このような場合には図６に示す通り、発熱体に均一に小さな孔（９）を設けることにより、このしぼり部分（８）の不均一な発熱量を均一にすることができる。この際の小孔（９）の大きさや数量はしぼり部分の大きさや電流の量により適宜に決定する。
【００２４】
本発明の発熱体は各種の電気的な性質を満足し、且つ発熱体として要求される機械強度を有するものである。
【００２５】
【実施例】
以下に好ましい実施例を挙げて本発明を具体的に説明する。
【００２６】
【実施例１〜５】
平均として２００倍に膨張した膨張黒鉛を約０．８ｇ／ｃｍ³の嵩比重になるように圧縮し、これを粉砕した膨張黒鉛粒子、アラミド繊維をフィブリル化してその比表面積を１４ｍ²／ｇとなしたアラミドパルプ、結合剤としてのゴムラテックス及びシートの電気抵抗を調整するための炭素繊維を均一に分散させて、少量のカチオン系凝集剤を加えて水に懸濁させて抄造用スラリーとなし、このスラリーを湿式抄造して、本発明発熱体を得た。尚、原料の配合割合は表１の通りであり、全て重量％で表す。
【００２７】
【表１】

【００２８】
但し、上記表１で使用した各原料の詳細は下記の通り。
膨張黒鉛：嵩密度０．７〜０．８ｇ／ｃｍ³
アラミドパルプ：アクゾ社製
炭素繊維：ドナック社製
アクリルゴムラテックス：Ｔｇ−４８℃，固形分４５％，（日本ゼオン社製）
ＳＢＲラテックス：Ｔｇ−５６℃，固形分４１％，（日本ゼオン社製）
カチオン系凝集剤：三洋化成社製
【００２９】
【比較例１】
下記表２に示す原料配合（重量％）を採用し、その他は実施例１と同様に処理して膨張黒鉛シートを製造した。
【００３０】
【表２】

【００３１】
【比較例２】
上記比較例１の膨張黒鉛シートの一表面に、ＰＶＡ製網目状補強材（ＰＶＡの延伸フィルムのスリット品を縦横に組み合わせたシートで、厚み：２５μｍ）を、ドライヤー工程で熱水により圧着させて一体化して発熱体を得た。
【００３２】
上記実施例１〜５、比較例１〜２の夫々についてその特性を測定した。この結果を表３に示す。
【００３３】
【表３】

【００３４】
但し、上記の特性の測定方法は以下の通り。
引張強度及び破断時の伸び：材料試験機を用いて、引張速度５０ｍｍ／ｍｉｎにより測定。
引裂強度：引張強度測定試料（巾：２５ｍｍ、長さ：１５０ｍｍ）の中央部片側に５ｍｍの切り込みを入れ、引張強度と同じ条件で測定。
破裂強度：ミューレン低圧形試験機を用いる。試験片としては、ＪＩＳＰ８１１０の方法で採取したもの（試験片サイズ７０×７０ｍｍ）を使用し、ＪＩＳＰ８１１１の方法に従って前処理及び測定を行った。そして試験片が破れたときの最大圧力(ｋｇｆ／ｃｍ²)で表示した。
電気抵抗率の測定方法：２０×１００ｍｍの試料に一定の電流を流し、一定の距離をおいた２点間の電圧(Ｅ)を測定し、試料の抵抗率を求めた。この場合の電流（Ｉ）を１Ａ(一定)、電圧をＥ(Ｖ)、試料の断面積をＳ′(ｃｍ²)、電圧測定用電極間距離（Ｌ）を４ｃｍ（一定）とすると、電気抵抗率(μΩ・ｃｍ)は次の式で表される。

【００３５】
【実施例６〜７】
上記実施例１で得られた発熱体について、図３の如くスリットを形成しないもの（実施例６）、及び図４の如くスリットを形成したもの（実施例７）の２種類を用意し、夫々について発熱特性の測定（昇温試験）を大気中で行った。この結果も図３及び図４に併せて示す。但し、昇温試験は図３及び図４に示す金属端子間に所定の電流を負荷し、夫々表４に示す所定の条件で所定時間保持後、温度が一定となった時点でシート表面の温度分布を測定した。尚、図３及び図４に於いては、所定の箇所（図３では９箇所、図４では７箇所）に於いて、温度を測定し、この時の測定した温度（℃）を示した。また符号５は電源コネクタ用端子を、６はスリットを示す。
【００３６】
【表４】

【００３７】
この結果から、スリット有りの方がスリット無しの場合より抵抗が大きくなり、同一電流の場合、より昇温温度が高く、且つそれに至る時間も短くなる。
【００３８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の発熱体によれば、補強材を用いなくても機械強度や可撓性が向上し、電気特性も発熱体として充分に満足できるものであり、発熱体、特に乗物座席用ヒーターとして最適である。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は電源コネクタ端子接続のために使用される金属薄板の目立ての状態を示す説明図である。
【図２】図２は本発明発熱体シートに電源コネクタ用端子を設けた場合の一例を示す説明図である。
【図３】図３は発熱体の昇温試験の測定の際に使用したスリット加工のない発熱体の一例を示す図面である。
【図４】図４は図３と同じ試験に於いて使用したスリット加工のある発熱体の他の一例を示す図面である。
【図５】図５は発熱体をしぼり形状で使用する場合の概略説明図である。
【図６】図６は本発明のしぼり形状の発熱体を示す概略説明図である。
【符号の説明】
１．発熱体シート
２．ステンレス薄板
３．目立て部分
４．目立てをしていない部分
５. 電源コネクタ用端子
６．スリット
７．しぼり形状の発熱体
８．しぼり部分
９．小孔

Claims

膨張黒鉛６０〜８０重量％、導電性無機質繊維２〜８重量％、アラミドパルプ５〜１０重量％及びゴムラテックス１２〜２２重量％（固形換算）を混合し、抄造して得られる発熱体。
ゴムラテックスが、アクリルゴムラテックス及びＮＢＲラテックスの少なくとも１種である請求項１に記載の発熱体。
ゴムラテックスが、ガラス転移温度が−４０℃以下のアクリルゴムラテックス及びＮＢＲラテックスの少なくとも１種である請求項１又は２に記載の発熱体。
電気抵抗率が１０，０００〜１００，０００μΩｃｍである請求項１〜３のいずれかに記載の発熱体。
引張強度が１００ｋｇｆ／ｃｍ^２以上（引張速度５０ｍｍ／ｍｉｎのとき）、破断時の伸び率が５％以上（引張速度５０ｍｍ／ｍｉｎのとき）である請求項１〜４のいずれかに記載の発熱体。
スリット状の切り込みを設けた請求項１〜５のいずれかに記載の発熱体。
電源コネクタ用端子をその端部に設けた請求項１〜６のいずれかに記載の発熱体。
電源コネクタ用端子がフックメタルである請求項７に記載の発熱体。
発熱体が乗物用ヒーターである請求項１〜８のいずれかに記載の発熱体。
請求項１〜９のいずれかに記載の発熱体を用いた乗物用座席ヒーター。
しぼり部分を有する請求項１０に記載の乗物用座席ヒーター。
しぼり部分以外の部分に小孔を設けた請求項１０又は１１に記載の乗物用座席ヒーター。