JPH0660969A

JPH0660969A - ヒーター用材料

Info

Publication number: JPH0660969A
Application number: JP13580393A
Authority: JP
Inventors: Kunio Tanaka; 邦雄田中
Original assignee: Teijin Ltd
Current assignee: Teijin Ltd
Priority date: 1992-06-09
Filing date: 1993-06-07
Publication date: 1994-03-04

Abstract

(57)【要約】【目的】本発明の目的は、くり返し使用によっても電気
抵抗値が変動せず、しかも加熱効率の著しく改善された
ヒーター用材料を提供することにある。【構成】有限長のステンレススチール細線20〜80重量％
と、有限長の耐熱非導電性糸条20〜80重量％とが混紡さ
れてなり、通電されたとき該ステンレススチール細線同
志の接触抵抗により発熱する可撓性発熱混紡糸条から主
として構成される繊維構造体が、可撓性連続芯材の外周
面に配置されてなる複合加熱体表面に、可撓性の絶縁被
膜が形成されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はヒーター用材料に関し、
さらに詳しくは融雪用ロードーティング等に好適な、可
撓性を有するヒーター用材料に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】これまで降雪地帯での道路等の融雪作業
に際しては温水散布方式が多く用いられてきたが、近
年、施工や維持が簡単な電気式ロードヒーティング方式
や温風あるいは温水循環ヒートパイプ方式の採用が増え
つつある。これらのうち、電気式ロードヒーティング方
式の発熱体にはこれまでニクロム線あるいはカーボン発
熱体が主として用いられてきた（例えば特開昭49-11423
2 号公報、実開昭63-65704 号公報など）が、いずれも
可撓性に乏しく、荷重や熱によってアスファルトが変形
した時に断線を起こすという欠点を有していた。

【０００３】即ち、ニクロム線は剛直な金属繊維である
上、体積固有抵抗が小さいので、ロードヒーティング材
に好適な線抵抗値を得るためには線径を極めて小さくし
なければならず、アスファルトの変形等による歪みを受
けた場合に容易に断線するという致命的な欠点がある。

【０００４】一方、カーボンコンパウンドの線条発熱体
は体積固有抵抗が大きいため、所定の熱量を得るために
は線径を大きくして抵抗値を下げることが余儀なくさ
れ、その結果発熱体の直径が太くならざるを得ず、特に
曲げに対する耐久性が劣るのでやはり断線しやすいとい
う欠点がある。

【０００５】このような問題を解決するため、発熱体を
あらかじめ補強用のコンクリート中に埋めこんでおく、
あるいはヒーターの配線を数十cm角程度のブロック単位
にまとめ交換を容易にしておくといった施工面からの工
夫がなされているが、コストや労力の面から、可撓性に
富み断線を起こさない発熱体が切望されていた。

【０００６】これらの要求に応えるため、先に本発明者
らは、ステンレススチールの不連続繊維と非導電性繊維
の不連続繊維とを混紡してなる、可撓性に富み、断線の
起こりにくい発熱糸条を開示（特開昭62-22386号公報）
した。

【０００７】しかしながら、該発熱糸条を、従来と同じ
方法でその中央部にのみ配置したヒーター用材料では、
ニクロム線やカーボン発熱体に比べ断線は起こりにくい
ものの、例えば発熱量を高めるために糸条の繊度を大き
くした場合には、圧縮歪みがくり返しかかった時電気抵
抗値が変動しやすいといった欠点を有していた。

【０００８】さらに、上記ヒーター用材料は発熱体が材
の中心部に位置し、中心部から熱伝導が起こるために加
熱面積が小さくなり、加熱効率が低いといった欠点を有
していた。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、上記
従来技術の有する問題点を解消し、くり返し使用によっ
ても電気抵抗値が変動せず、しかも加熱効率の著しく改
善されたヒーター用材料を提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明者らが上記目的を
達成するため鋭意検討した結果、可撓性発熱混紡糸条を
可撓性芯材の外周面に巻き付けることにより、圧縮歪に
対しても耐久性が改善され、しかも該巻き付け外周面か
らの放射状加熱を可能ならしめた、加熱効率の良好なヒ
ーター用材料が得られることが判明した。

【００１１】かくして本発明によれば、有限長のステン
レススチール細線20〜80重量％と、有限長の耐熱非導電
性糸条20〜80重量％とが混紡されてなり、通電されたと
き該ステンレススチール細線同志の接触抵抗により発熱
する可撓性発熱混紡糸条から主として構成される繊維構
造体が、可撓性連続芯材の外周面に配置されてなる複合
加熱体表面に、可撓性の絶縁被膜が形成されていること
を特徴とするヒーター用材料が提供される。

【００１２】以下、本発明を添付図面を参照しつつ説明
する。〔図１〕は本発明のヒーター用材料の１例を示す
斜視図であり、１はヒーター用材料、２は可撓性連続芯
材、３は可撓性発熱混紡糸条、４は耐熱非導電性糸条、
５は可撓性の非導電性被膜を示す。

【００１３】本発明に使用する有限長のステンレススチ
ールの細線とは、体積固有抵抗値が10^-5〜10^-6Ω−cmの
程度の連続したステンレススチールを牽切して得られる
ものであり、直径は 4〜30μm のものが好ましく使用さ
れる。直径が30μm を越えるものは可撓性が不良となる
し、直径が 4μm 未満の場合は容易に断線し、取り扱い
性が不良となるので好ましくない。また、該不連続繊維
の長さは平均繊維長が100mm 〜800mm のものが好ましく
使用される。該平均繊維長が100mm 未満では混紡糸の中
のステンレススチールからなる不連続繊維同士の接触回
数が減少し均一で安定な電気抵抗が得られないし、一方
800mm を越えるとダイレクトに流れる電流が増加するの
で好ましくない。

【００１４】ステンレススチールと混紡する、耐熱性を
有する有限長の非導電性糸条としては、その体積固有抵
抗値が10¹²Ω−cm以上あるものが使用される。具体的に
は通常の合成繊維、再生繊維、天然繊維のうち前記ステ
ンレススチール細線の発生する熱に耐えるものが採用さ
れるが、なかでも耐熱性に優れた芳香族ポリアミドを用
いれば、ステンレススチールの温度が上がりすぎても発
火したりする懸念がないので好ましい。

【００１５】これらの非導電性の不連続繊維とステンレ
ススチールの不連続繊維を混紡する際には、ステンレス
スチール細線の不連続繊維が糸全重量の20〜80％含まれ
ることが必要である。ステンレススチール細線の糸全重
量に対する割合は、所望の電気抵抗値に応じて20〜80％
の範囲で適宜選択すればよいが、この割合が20％未満で
はヒーター用材料として有用な発熱量が得られないし、
一方80％を越える場合には電気抵抗が小さくなり、発熱
量が大きくなりすぎるので好ましくない。

【００１６】上記の本発明の要件を満足する混紡糸条３
は、線抵抗値が0.05〜10Ω／cmの範囲にあり、ヒーター
用材料に好適な電気抵抗値を有している上、ニクロム線
やカーボン発熱体に比べて可撓性に優れ、しかも充分な
引張強度を有している。

【００１７】かかる混紡糸条３は前掲の特開昭62-22338
号公報の第３図に示すような装置により製造することが
できる。その概略を記すと、連続ステンレススチール細
線と非導電性の連続繊維とをある幅に広げて重ね合わせ
た状態で供給ローラーに供給し、これと牽切ローラーと
の間で牽切して共に不連続な繊維で構成される混紡糸条
を得る。この場合供給ローラーと牽切ローラーの間隔が
不連続繊維の平均繊維長を決定する。また、該混紡糸条
の番手は供給ローラーと牽切ローラーとの速度比を調節
して決定することができる。該混紡糸条は牽切ローラー
の下流に配した圧空ノズルにより集束性を付与すること
が好ましい。該圧空ノズルは旋回流を発生させるものや
繊維同士を相互に交絡させるもの等適宜使用することが
できる。

【００１８】次に、上記可撓性発熱混紡糸条３は、それ
単独で、あるいは必要に応じて可撓性を有する耐熱非導
電性糸条などとともに丸打組物、織編物、その他の繊維
構造体とされ、可撓性連続芯材２の外周面に配置され
る。

【００１９】ここで、可撓性を有する耐熱非導電性糸条
とは、上記可撓性発熱混紡糸条と同程度以上の可撓性を
有する合成繊維、再生繊維、天然繊維のうち該発熱糸条
の発生する熱に耐えられる糸条をいう。具体的にはポリ
エステル、ポリアミド等の合成繊維が使用される。

【００２０】また、外周面に配置されるとは、前記繊維
構造体が可撓性芯材２の外周面に円筒状あるいは螺旋状
に連続的に巻き付けられることをいい、発熱混紡糸条３
の熱が可撓性芯材の外周面から放射状に発生できる状態
であればどのような形状でもよい。

【００２１】特に、丸打組物を使用した場合には、繊維
構造体の形成と芯材への巻きつけが同時に行なえるので
好ましい。

【００２２】発熱糸条を巻き付ける可撓性芯材２は、可
撓性を有し、発熱による温度上昇に耐えられるものであ
れば特に制限はなく、クロロプレンゴム、エチレンプロ
ピレンゴム等の耐熱ゴム、あるいはポリ塩化ビニル、ポ
リエチレン、ポリプロピレンなどの熱可塑性樹脂が例示
できる。

【００２３】これらのゴムや樹脂にはその物性を損なわ
ない範囲で難燃剤、改質剤、耐光性向上剤、蓄熱剤、あ
るいはカーボン、セラミックスなどの遠赤外線発生剤等
を添加することもできる。また該芯材の断面形状は丸断
面の他、多角形断面、偏平断面、中空断面等自由に用い
ることができる。

【００２４】次に、上記発熱体はその外表面を可撓性の
非導電性物質５で被覆される。この被覆は通電時の、ヒ
ーター材外部への電流の漏洩を防止するとともに、発熱
体の表面を保護するためのものであり、非導電性のプラ
スチック、ゴム状材料等任意に用いてよい。

【００２５】本発明の発熱混紡糸条の場合は、糸自体の
強度が高く、かつ繊維構造体全体で歪みを吸収すること
ができるので被覆層の厚さを薄くすることが可能であ
り、可撓性を向上させることができる。

【００２６】また、被覆物質中には難燃剤改質剤、耐光
性向上剤、蓄熱剤などの遠赤外線発生剤等の添加剤が含
まれていてもよいことはいうまでもない。

【００２７】

【作用】本発明は、以上の構成を採っているので、以下
の作用を奏する。先ず、可撓性発熱混紡糸条は繊維構造
体の形で芯材の外周面に配置されているので、発熱混紡
糸条から発生した熱は芯材の外周面に均一に分布され
る。しかも、隣合う発熱混紡糸条間の間隔は、必ずしも
すべてが等間隔である必要はなく、間隔を変えることに
よって発熱密度を変化させることも可能である。

【００２８】さらに、上記繊維構造体は可撓性芯材の外
周面に連続的に巻き付けられているので、例えばヒータ
ー材料に圧縮歪みがくり返しかかった場合、従来のもの
に比べて以下の利点を有する。

【００２９】即ち、従来の、発熱体が材料の中心部のみ
に存在するヒーター材では該歪みをまともに受け、発熱
体が損傷されるのに対し、本発明では繊維構造体全体で
歪みを吸収することが可能で、圧縮や曲げに対する耐久
性が向上するとともに、かなり大きい曲率で曲げられて
も発熱混紡糸条自体の変形が少なく、断線等の心配がな
いので任意の形態に敷設することが可能である。

【００３０】さらに、上記従来のヒーター材では、まず
中心部から外周へ熱伝導が起こり、その後周囲への加熱
が行われるため、熱量の損失が多かったのに対し、本発
明では発熱体が芯材の外周面に巻き付けられているの
で、外周面からの直接放射状加熱が可能で加熱面積が広
くでき、熱量の損失が少ないという特徴を有している。

【００３１】

【実施例】以下、実施例をあげて本発明をさらに具体的
に説明する。

【００３２】

【実施例１】体積固有抵抗が10^-5Ω−cmオーダーを有
し、直径12μm の太さを有するステンレススチールの連
続長繊維を900 本束ねたものに、コポリパラフェニレン
−3,4´−オキシジフェニレンテレフタルアミド連続長
繊維（帝人製テクノーラ、単繊維デニール1.5de ）を50
00本束ねたものを重ね合わせて供給し、供給ローラーと
牽切ローラーとからなる牽切域で該ローラー間の距離を
1000mmに設定して両ローラー間で30倍に引き千切った
後、圧空圧力を 3kg／cm²に設定した空気旋回ノズルを
通して集束性を付与し、平均繊維長が約 310mm、ステン
レススチールの混率が50％の混紡糸を得た。

【００３３】該混紡糸にZ 500T/Mの下撚を付与した後、
右回りボビンおよび左回りボビンに該混紡糸２本をそれ
ぞれ供給して丸打組物としながら、丸断面を有する直径
5mm の耐熱性ポリ塩化ビニル芯材のまわりに巻き付け
た。さらに該複合発熱体を、遠赤外線発生剤を含む耐熱
性ポリ塩化ビニルチューブで被覆し、外径が7.5mm の可
撓性に富むヒーター用材料を得た。

【００３４】

【実施例２】実施例１と同様の方法で得られた混紡糸に
Z 500T/Mの下撚を付与し、該混紡糸を２本合糸した後、
S 355T/Mの上撚を付与した。

【００３５】上撚を施した混紡糸 2本と、別に作成した
ポリエチレンテレフタレートマルチフィラメント（全デ
ニール1000de） 2本とを右回りボビンに供給し、左回り
ボビンには該ポリエチレンテレフタレートマルチフィラ
メントを 4本供給して丸打組物としながら、丸断面を有
する直径 5mmの耐熱性ポリ塩化ビニル芯材のまわりに巻
き付けた。さらに該複合発熱体を、遠赤外線発生剤を含
む耐熱性ポリ塩化ビニルチューブで被覆し、外径が7.5m
m の可撓性に富むヒーター用材料を得た。

【００３６】

【比較例１】従来法に従い、直径1.5mm のニクロム線を
耐熱性ポリ塩化ビニルチューブで被覆し、外径が 7mmの
ヒーター用材料を得た。

【００３７】

【比較例２】比較例１において、ニクロム線の代わりに
外径が 5mmのカーボンコンパウンドを用い、材料の外径
を 7mmとした以外は比較例１と同様に実施した。

【００３８】得られた各ヒーター用材料を、供給電力が
18Ｗなるように〔図２〕の如く直列配置した後、蓄熱モ
ルタルで固めて厚さ 5cm、縦横30cmのヒーティングブロ
ックとした。次いで、このヒーティングブロックを気温
0℃および-5℃の恒温槽内に敷設し、通電後３時間保持
して温度が安定した後のブロックの内部温度およびブロ
ックの表面温度を測定した。結果を表１に示す。

【００３９】また、上記のヒーティングブロック各 9枚
を、大阪府茨木市耳原３丁目４番１号の帝人（株）大阪
研究センター内道路に敷設し、６ケ月経過した後の発熱
体の断線発生数を併せて表１に示す。

【００４０】

【表１】

【００４１】本発明のヒーター用材料を使用した場合に
は、歪みの分散が容易で、変形による断線等のトラブル
が少なく、耐久性に優れている上、従来のヒーター材料
に比べてヒーティングブロックの表面温度を高めること
が可能で、融雪が容易であるという特徴を有している。

【００４２】

【発明の効果】本発明によるヒーター用材料は、発熱体
自体が可撓性を有する糸条である上にさらにそれを芯材
の外周面に巻き付けることにより、変形による歪みを受
けた場合に、応力集中することなく分散させることが可
能となり、断線等のトラブルが発生しにくい。また、発
熱体を芯材の外周面に巻き付けることにより、該外周面
から放射状に加熱することができるので、同一の電力量
で広範囲の加熱が可能になるという特徴をも付与するこ
とができ、融雪用のヒーター用材料等に好適に使用でき
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のヒーター用材料の斜視図。

【図２】本発明のヒーター用材料を用いた融雪用コンク
リートブロックの斜視図

【符号の説明】

１ヒーター用材料２可撓性連続芯材３可撓性発熱混紡糸条４耐熱非導電性糸条５非導電性被膜

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】有限長のステンレススチール細線20〜80
重量％と、有限長の耐熱非導電性糸条20〜80重量％とが
混紡されてなり、通電されたとき該ステンレススチール
細線同志の接触抵抗により発熱する可撓性発熱混紡糸条
から主として構成される繊維構造体が、可撓性連続芯材
の外周面に配置されてなる複合加熱体表面に、可撓性の
絶縁被膜が形成されていることを特徴とするヒーター用
材料。
【請求項２】繊維構造体が、丸打組物である請求項１
記載のヒーター用材料。