JP6472325B2 - 面状ヒータ - Google Patents

Description

本発明は、土壌の加温、室内の加温、融雪のための加温、衣類の加温といった各種分野での加温に使用することのできる線状ヒータ及び面状ヒータに関するものである。

農業用や園芸用に使用されるヒータとして、本件発明者が先に権利を取得した農・園芸用ヒータ（特許文献１）がある。この農・園芸用ヒータは、ステンレス線の外周に可撓性エポキシ樹脂を静電紛体塗装し、その外周を絶縁被膜で被覆したヒータ線を、銅パイプ内に挿入したものである。

特許第３２２８５０１号公報

本発明の解決課題は、従来の農・園芸用ヒータに比して放熱性に優れ、加温効率の高い線状ヒータ及び面状ヒータを提供することにある。

［線状ヒータ］
本発明の線状ヒータは、抵抗線（発熱線）の外周に、炭素系の放熱性材料を含む放熱性材料が混入された樹脂（本願において「放熱性樹脂」という。）からなる放熱性被膜を備えたものである。炭素系の放熱性材料として少なくともカーボンナノチューブ（ＣＮＴ）が使用される。炭素系の放熱性材料として、更に、グラフェン、グラファイトの一方又は双方を含むこともできる。ここで、備えたとは、放熱性被膜で発熱線の外周面の全面を被覆することのみならず、発熱線の外周面の一部を被覆することも含む。前記発熱線には可撓性を備えたものを用いることができる。この場合は、放熱性被膜も可撓性を備えたものとして、発熱線の可撓性が阻害されないようにするのがよい。放熱性被膜は抗菌剤を含むものが望ましい。

［面状ヒータ１］
本発明の面状ヒータは、前記線状ヒータがフィルム間の所望領域に配線されて挟まれたものであり、線状ヒータを挟むフィルムの一方又は双方が、少なくともカーボンナノチューブを含む放熱性材料を備えたものであってもよく、放熱性材料を備えないものであってもよい。ここで、備えたとは、フィルムの表裏両面又は一方の面の全面又は一部が放熱性材料で被覆されていること、放熱性材料が付着されていること、フィルムが放熱性材料の混入された放熱性樹脂製であることを含む。
［面状ヒータ２］
本発明の面状ヒータは、放熱性被膜を備えない発熱線が、前記放熱性材料を備えたフィルム間に配線されて挟まれたものであってもよい。
［面状ヒータ３］
本発明の面状ヒータは、前記放熱性材料を備えた前記線状ヒータを、織ったり編んだりして面状にしたものであってもよい。
［フィルム］
前記いずれの面状ヒータの場合も、フィルムは可撓性のあるものでもないものでもよく、透明、半透明、着色されたもの、無色透明で透光性を有するもの、等のいずれであってもよい。また、前記いずれの場合も、フィルムの放熱性被膜は抗菌剤を含むもの、可撓性のあるものが望ましい。

［線状ヒータ］
本発明の線状ヒータは、次の効果を奏する。
（１）発熱線の外周に、少なくともカーボンナノチューブを含む放熱性材料が混入された放熱性樹脂からなる放熱性被膜を備えるため、従来の農・園芸用ヒータに比して放熱性に優れ、加温効率が良い。
（２）可撓性を有する発熱線を用い、放熱性被膜も可撓性を備えたものとした場合、折曲げや変形が自在であり、用途限定が少なくなり、各種用途に用いることができる。
（３）可撓性を有する発熱線を用いた場合、線状ヒータを生地や糸などに織り込むことができるため、被服や帽子、マフラーなど、加温或いは防寒を目的とする各種製品に使用でき、用途が広がる。
（４）放熱性被膜が抗菌剤を含む場合、抗菌性の必要な場所での使用に適する。

［面状ヒータ］
本発明の面状ヒータは、次の効果を奏する。
（１）前記のように放熱効率の良い線状ヒータが、少なくともカーボンナノチューブを含む放熱性材料が混入された放熱性樹脂からなる放熱性被膜を備えたフィルム間に配線されているため、線状ヒータ単線の場合よりも放熱性に優れ、加温効率が良い。面状であるため、広い面積の加温に使用できる。
（２）前記線状ヒータを織ったり編んだりして面状にしたものの場合は、可撓性に富んで扱い易い。
（３）可撓性を有するフィルムを用いた場合、折曲げや変形が自在であり、用途制限が少なくなり、広範囲の分野で使用できる。
（４）無色透明で透光性を有するフィルムを用いた場合、太陽光パネルの表面に貼るとか配置する等しても太陽光がほとんど遮光されないので、融雪ヒータとして使用することもできる。
（５）農・園芸用ヒータとして用いる場合、加温用のボイラーを設ける場合よりも導入コストを抑えることができる。また、ボイラーと異なり、二酸化炭素の排出もないため、環境にやさしい。
（６）フィルム、放熱性被膜が抗菌剤を含む場合、抗菌性の必要な場所での使用に適する。

（ａ）は本発明の線状ヒータの一例を示す斜視図、（ｂ）は（ａ）の線状ヒータの断面図。 （ａ）は本発明の面状ヒータの一例を示すものであって、線状ヒータを上下のシート間に配線する場合の説明図、（ｂ）は（ａ）に示す面状ヒータの平面図、（ｃ）は（ｂ）のＸ−Ｘ断面図。 （ａ）は本発明の面状ヒータの一例を示すものであって、発熱線を上下のシート間に配線する場合の説明図、（ｂ）は（ａ）に示す面状ヒータの平面図、（ｃ）は（ｂ）のＹ−Ｙ断面図。 本発明の面状ヒータの他例を示す断面図。 本発明の線状ヒータを編んだ面状ヒータの斜視図。

（線状ヒータの実施形態）
本発明の線状ヒータ１の一例を、図面を参照して説明する。一例として図１（ａ）（ｂ）に示す線状ヒータ１は、抵抗線（発熱線）２の外周が炭素系の放熱性材料を含む放熱性樹脂による放熱性被膜３で被覆されたものである。炭素系の放熱性材料としては少なくともカーボンナノチューブ（ＣＮＴ）を使用する。カーボンナノチューブは単層カーボンナノチューブ（ＳＷＮＴ）、多層カーボンナノチューブ（ＭＷＮＴ）であってもよく、その両者であってもよい。放熱性樹脂はＣＮＴに加えて、グラフェン、グラファイトといった放熱性材料を含むものであってもよい。前記発熱線２には可撓性を備えたものを用いることができる。この場合は、放熱性被膜３も可撓性のあるものにして、発熱線２の可撓性が損なわれないようにする。放熱性被膜３の被覆は、放熱性材料が混入された放熱性樹脂で被覆されたものでも、当該放熱性樹脂がコーティングされたものでも積層されたものでよく、放熱性材料が混入されていない樹脂被膜の外周に当該放熱性材料が混入された放熱性樹脂がコーティングされたものでも積層されたものであってもよい。放熱性被膜３は抗菌性のあるものが望ましい。抗菌性は抗菌剤を前記放熱性樹脂に混入したり、前記放熱性被膜３にコーティングしたり、抗菌剤を含む被膜を前記放熱性被膜３の表面に積層したりして備えることができる。

この実施形態では、発熱線２としてステンレス（ＳＵＳ）製の繊維、例えば、大阪コートロープ株式会社製のワイヤロープを用いることができる。このワイヤロープは可撓性を有するものである。発熱線２は数ｎｍ〜数μｍ程度の太さ（径）のものが適する。発熱線２の素材にはステンレス線、銅線、タングステン線、それらの複合線、或いは、それらに形状記憶特性を付与した形状記憶合金線などを使用することもできる。それら素線は集合させて或いは撚り線にしたものであってもよい。

この実施形態の放熱性被膜３は、樹脂と放熱性材料を混練した放熱性樹脂製である。放熱性材料の混合量は、例えば、樹脂の重量に対して０．１％〜４０％が適する。放熱性材料を混練する樹脂にはフッ素樹脂やポリエステル、ＰＥＴ樹脂、ポリイミド等を用いることができる。放熱性被膜３の厚さはできるだけ薄くするのが望ましく、発熱線２の太さや可撓性の有無によっても異なるが、可撓性を有する場合は、可撓性が損なわれない程度に薄くする。例えば、数ｎｍ、数μｍ、０．１ｍｍ〜１ｍｍ程度とすることができる。放熱性被膜３はできるだけ均一厚であることが望ましい。本発明の線状ヒータ１は、発熱線２の長さ、太さ等は用途に合わせて設計することができる。図示は省略してあるが、発熱線２には、必要に応じて通電用の電極を設ける。

（線状ヒータの使用例）
本発明の線状ヒータ１は、後述する面状ヒータ１０のヒータ線として使用できるほか、生地や糸の一部に織り混ぜたり、編み込んだりして、或いは、それ自体を織り込んだり、編み込んだりして生地とすることもできる。その生地は被服や帽子、マフラー、布団、毛布といった各種製品の材料として用いることができる。

（面状ヒータの実施形態１）
本発明の面状ヒータ１０の一例を、図面を参照して説明する。一例として図２（ａ）〜（ｃ）に示す面状ヒータ１０は、二枚のフィルム４（説明の便宜上、図中の上側のフィルムを「上フィルム４ａ」、下側のフィルムを「下フィルム４ｂ」という）の間に前記線状ヒータ１を配線し、挟んで固定したものである。

前記フィルム４は可撓性のあるものでもないものでもよい。フィルム４は透光性のあるもの、有色透明のもの、不透明のものなどを用いることもできる。図２（ａ）〜（ｃ）に示すフィルム４には放熱性樹脂からなる放熱性被膜３は形成していないが、フィルム４は図３（ａ）〜（ｃ）のように放熱性被膜３を備えたものであってもよい。図３（ａ）〜（ｃ）では、フィルム４の片面のみに放熱性被膜３を設ける場合を一例としているが、放熱性被膜３はフィルム４の表面及び裏面の双方に形成することができる。

フィルムに設ける放熱性被膜３は、線状ヒータ１の実施形態と同様の放熱性樹脂で形成することができる。一例としては、少なくともＣＮＴを含む樹脂が望ましい。放熱性材料としてはグラフェン、グラファイトといった炭素系の放熱性材料を、放熱性材料を混練する樹脂としてフッ素樹脂やポリエステル、ＰＥＴ樹脂、ポリイミド等を用いることができる。放熱性被膜３の厚さはフィルムの厚さ、可撓性の有無等に合わせて選択できるが、可撓性が損なわれないようにするためには、できるだけ薄くするのが望ましく、例えば、数ｎｍ、数μｍ、０．１ｍｍ〜１ｍｍ程度が望ましい。放熱性被膜３もできるだけ均一厚にする。放熱性被膜３は放熱性材料が混入された放熱性樹脂で被覆されたものでも、当該樹脂でコーティングされたものでも当該樹脂層が積層されたものでもよく、放熱性材料が混入されていない樹脂被膜の外周に放熱性材料が混入された放熱性樹脂がコーティングされたものでも積層されたものでもよい。この場合の放熱性被膜３も抗菌性のあるものが望ましい。抗菌性は抗菌剤を前記放熱性樹脂に混入したり、前記放熱性被膜３にコーティングしたり、抗菌剤を含む被膜を前記放熱性被膜３の表面に積層したりして備えることができる。これは以下の面状ヒータにおいても同じである。

フィルム４のサイズは用途に応じて適宜サイズとすることができる。フィルム４間に配置された線状ヒータ１の端部には、通電用の電極（図示しない）を、フィルム４の外周縁よりも外側に突出するように設けることができる。

本発明の面状ヒータ１０は、例えば、次の要領で製造することができる。
（１）二枚のフィルム（上フィルム４ａと下フィルム４ｂ）及び線状ヒータ１を用意する。
（２）前記フィルム４ａ、４ｂには、フィルム４ａ、４ｂの表裏両面又はいずれか一方の面に放熱性被膜５を備えたものを使用する。
（３）下フィルム４ｂの上に線状ヒータ１を配置し、その上から上フィルム４ａを被せて、両フィルム４ａ、４ｂを接着或いは熱融着などして線状ヒータ１を配置位置に固定する。

線状ヒータ１はフィルム４間に各種形態で配置することができ、例えば、二本以上を並列に配置することも、蛇行させて配置することも、螺旋状に配置することもできる。並列配置する場合の線状ヒータ１の本数、蛇行配置する場合、らせん状配置する場合の線状ヒータ１の長さ等は、加温する用途に合わせて設計することができる。
複数本の線状ヒータ１を配置する場合は、それらを直列接続することも並列接続することもできる。

（面状ヒータの実施形態２）
実施形態２の面状ヒータは、基本的には実施形態１の面状ヒータと同じであり、異なるのは、図３（ａ）〜（ｃ）に示すように、フィルム４ａ、４ｂ間に、放熱性被膜を備えない発熱線２そのものを配線することである。この場合のフィルム４ａ、４ｂは、双方又は一方が放熱性被膜を備える必要がある。

（面状ヒータの実施形態３）
実施形態３の面状ヒータは、前記線状ヒータそのものを、織ったり、編んだりして、図５のように面状シートにしたものである。織り方、編み方は任意とすることができる。

（面状ヒータの実施形態４）
前記実施形態では、上フィルム４ａと下フィルム４ｂの二枚を用いる場合を一例として説明したが、一枚のフィルム４を折り畳んで重ね、重ねたフィルム間に線状ヒータ１を配置することもできる。

（面状ヒータの使用例）
本発明の面状ヒータ１０は、農業用ハウス内に敷設したり土壌内に埋設したりして農業用ハウス内暖の房用に使用するとか、太陽光パネルの表面に張ったり、道路に敷設するなどして融雪ヒータとして用いることができる。住宅の壁、床材、窓などに加温用として張ったり、鏡の裏面に貼って曇り止めにしたり、車両の座席、医療用や介護用のベッドなど、各種物品に敷いて加温用としたりして用いることができる。

本発明の線状ヒータ１及び面状ヒータ１０は、農・園芸用ヒータのほか、生地や糸の一部に織り混ぜたり、それ自体を織り込んで生地としたりするなどして、被服や帽子、マフラー、布団、毛布といった各種製品の材料として用いたり、太陽光パネルの表面に配置する融雪ヒータとして用いるなど、様々な産業分野において利用することができる。

１ 線状ヒータ
２ 抵抗線（発熱線）
３ 放熱性被膜
４ フィルム
４ａ 上フィルム
４ｂ 下フィルム
１０ 面状ヒータ

Claims (8)

1. 線状ヒータの表裏両面がフィルム間に挟まれ、両フィルムが貼り合わされて固定された面状ヒータにおいて、
   線状ヒータは、発熱線の外周が放熱性被膜で被覆されており、前記発熱線が可撓性のある繊維であり、前記放熱性被膜は樹脂にカーボンナノチューブが混入された液状の放熱性樹脂が発熱線の外周にコーティングされて形成されており、厚さが発熱線の可撓性が損なわれない厚さであり、
   前記表裏両面のフィルム又はいずれか一方のフィルムは、可撓性があり、少なくとも貼り合わせ面が放熱性被膜で被覆されており、前記放熱性被膜は樹脂にカーボンナノチューブが混入された液状の放熱性樹脂が貼り合わせ面にコーティングされて形成されており、厚さがフィルムの可撓性が損なわれない厚さである、
   ことを特徴とする面状ヒータ。
2. 請求項１記載の面状ヒータにおいて、
   フィルム間に線状ヒータが二本以上並列に配置された、
   ことを特徴とする面状ヒータ。
3. 請求項１記載の面状ヒータにおいて、
   フィルム間に線状ヒータが蛇行して配置された、
   ことを特徴とする面状ヒータ。
4. 請求項１記載の面状ヒータにおいて、
   フィルム間に線状ヒータが螺旋状に配置された、
   ことを特徴とする面状ヒータ。
5. 請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の面状ヒータにおいて、
   線状ヒータとフィルムの双方又はいずれか一方が抗菌性を備えたものである、
   ことを特徴とする面状ヒータ。
6. 請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の面状ヒータにおいて、
   フィルムが透光性を有するものである、
   ことを特徴とする面状ヒータ。
7. 線状ヒータが編まれて又は織られて面状にしてある面状ヒータにおいて、
   線状ヒータは、発熱線の外周が放熱性被膜で被覆されており、前記発熱線が可撓性のある繊維であり、当該放熱性被膜は樹脂にカーボンナノチューブが混入された液状の放熱性樹脂を発熱線の外周にコーティングすることにより形成されており、その放熱性被膜の厚さは発熱線の可撓性が損なわれない厚さであり、
   前記線状ヒータが縦横に編まれて又は他の繊維や生地の一部に織りこまれて面状にしてある、
   ことを特徴とする面状ヒータ。
8. 請求項７記載の面状ヒータにおいて、
   線状ヒータの放熱性被膜が抗菌性を備えたものである、
   ことを特徴とする面状ヒータ。
   

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