JPH08124661A - 発熱体用積層基板 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】 炭素繊維混抄シートからなる発熱体の高温発
熱時における短截炭素繊維の接触電気抵抗を安定にす
る。 【構成】 短截炭素繊維による導体網を形成させた炭素
繊維混抄紙シート２の一方面にプリプレグシート３を重
ね合せ他方面に銅箔１を重ね合せて全体を加圧・加熱し
一体に形成するに際して、加圧力が前記短截炭素繊維シ
ート２の導電路を形成する短截炭素繊維の表面露出部と
前記銅箔１を接触を保持し且つ導電路を形成する短截炭
素繊維と短截炭素繊維との間の接触を保持すると共に、
加熱温度によりプリプレグ樹脂３を熱溶融させて炭素繊
維混抄紙シート２の内部隙間を通じて他方面の銅箔面に
至らしめて反応硬化させてなる発熱体用積層基板。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は内部に短截炭素繊維に
よる導体路を形成し、この導体路に通電させて発熱させ
る方式の発熱体の基板に関するものである。

【０００２】

【従来技術及びその問題点】内部に短截炭素繊維による
導電路を形成し、この導電路に通電して発熱させる方式
の発熱体として、繊維表面の少なくとも一部が粘着固形
分によって部分的に被覆され、所定長さに切断された短
截炭素繊維の或る必要量をパルプ繊維に混合し抄き水中
に均一に分散させ、これを抄紙することにより、短截炭
素繊維による無数の回路網を形成し、この無数の回路網
が全体として導電路を構成してなる発熱体用シートがあ
る（例えば、特開昭６２−２８１２９３号公報）。この
発熱体シートは、予め短截炭素繊維の表面に適量の粘着
固形物を部分的に被覆したものを使用して抄造するた
め、炭素繊維表面の粘着固形物による炭素繊維の接触部
位における機械的絡まり合いが強まり、接触電気抵抗の
機械的応力に対する変動が少なくなるが、粘着固形物で
炭素繊維混抄紙体の紙構造を機械的或は熱的に安定させ
るには、未だ充分に補強されたとは云えず、高温発熱時
に不安定になり易いと云う欠点がある。また、通電用電
極は発熱体用シート表面の所定箇所に所定大きさに銀ペ
ーストを塗付して形成しているが、発熱体用シートの短
截炭素繊維の補強が未だ充分でないことに起因して電極
と短截炭素繊維間の接触が不安定になり易いと云う問題
もある。

【０００３】

【問題点を解決するための手段】この発明の発熱体用積
層基板は、上記問題点を解決するために、短截炭素繊維
による導体網を形成させた炭素繊維混抄紙シートの一方
面にプリプレグシートを重ね合せ他方面に銅箔を重ね合
せ、全体を加圧・加熱して一体に形成するに際して、加
圧力が前記短截炭素繊維シートの導電路を形成する短截
炭素繊維の表面露出部と前記銅箔の接触を保持し、且つ
導電路を形成する短截炭素繊維と短截炭素繊維との間の
接触を保持すると共に、加熱温度によりプリプレグ樹脂
を熱溶融させて炭素繊維混抄紙シートの内部隙間を通じ
て他方面の銅箔面に至らしめて反応硬化させるようにし
たのである。

【０００４】短截炭素繊維による導体路を形成させた炭
素繊維混抄紙シートは、導体路を形成する短截炭素繊維
の一部がシート表面に露出し、導体路は所定発熱量を得
るための所定の電気抵抗を有し、且つ繊維の抄造構造に
由来する内部隙間を有しているものであることが必要で
ある。導体路の電気抵抗は、短截炭素繊維の断面積や截
断長さ、パルプ繊維に対する短截炭素繊維の混合割合、
等を決めることによって所定の値に定めることができ
る。短截炭素繊維混抄紙シートの内部隙間は、抄き水と
共に混抄可能なものであれば、短截炭素繊維表面に適量
の粘着固形物を部分的に被覆したものであっても、プリ
プレグの溶融樹脂が浸透し通過するに必要な大きさの隙
間が生じていて使用可能である。

【０００５】プリプレグは、その基材種や樹脂種を問わ
ず使用可能である。用途に応じ、例えば耐熱性を要求す
る場合には基材や樹脂をその耐熱性の程度に適合させて
適宜に選択する。一般的には、紙基材にフェノール樹脂
とその硬化剤とを含浸しＢステージ状態に乾燥させたプ
リプレグ、ガラスクロス基材にエポキシ樹脂とその硬化
剤とを含浸しＢステージ状態に乾燥させたプリプレグ等
を例示できる。

【０００６】銅箔は、その製造方法を問わず使用可能で
ある。一般的には、電解銅箔、圧延銅箔を例示できる。
電解銅箔はその製作過程によって生じるマット面が内側
になるように重ね合わせると接着強度が大となり好都合
である。銅箔の厚みは発熱体に通じる電流の容量により
決定される。

【０００７】加圧力は、プリプレグ樹脂が加熱温度サイ
クルにより未だ溶融軟化しない状態から溶融軟化して反
応硬化する迄の間を通じて、短截炭素繊維混抄紙シート
の導体路を形成している短截炭素繊維の表面露出部と銅
箔とを接触させ、且つ導体路を形成している短截炭素繊
維と短截炭素繊維との間の接触を保持させるに足る圧力
と、更にプリプレグの溶融樹脂を短截炭素繊維混抄シー
トの内部隙間を通じて銅箔面に至らしめ、内部隙間等に
滞留している気泡を除去させる、等の観点からの圧力を
加算した圧力値より若干高い圧力（＝所定圧力）が必要
である。所定圧力は概ね１０ｋｇ／ｃｍ^２〜１００ｋｇ
／ｃｍ^２の範囲である。加圧力が弱いと短截炭素繊維混
抄紙シートの状態の電気抵抗と積層した後の電気抵抗が
大幅に変化し所望の値にできなくなる。

【０００８】加熱温度は、プリプレグ樹脂が溶融軟化
（＝液相化）開始温度から反応硬化（＝ゲル化）開始温
度を経てこのゲル化開始温度より若干高い温度（＝所定
温度）が必要である。この所定温度はプリプレグの樹脂
種に依って定まり、エポキシ樹脂の場合は概ね１３０℃
〜１８０℃の範囲である。

【０００９】尚、この発熱体用積層基板は、銅箔の一部
をケミカルエッチングすることにより通電用の電極を形
成でき、所定寸法に截断し、電極に引き出し線を接続す
る等の加工を経て発熱体素子に形成することができる。

【００１０】

【作用】発熱体用積層基板は、加圧・加熱に際して、加
圧力と加熱温度により概ね三つの段階を経て、一体に形
成される。

【００１１】第一段階はプリプレグ樹脂の液相化開始温
度まで昇温すると共に、所定圧力まで昇圧する過程であ
る。この第一段階では、プリプレグ樹脂の液相化する前
に、加圧力を所定圧力まで昇圧させて、短截炭素繊維混
抄紙シート表面に露出している短截炭素繊維と銅箔との
接触部や導体路を形成している短截炭素繊維と短截炭素
繊維との接触部に外部圧力が加わって導通が確実にな
る。

【００１２】第二段階は所定圧力が保持され、加熱温度
を液相化開始温度を所定温度に昇温し、一定時間保持す
る過程である。プリプレグ樹脂が液相化開始温度以上に
なると先ず溶融軟化して粘度が下がり流動可能な状態
（液相状態）になる。流動可能な状態になった樹脂は、
粘度の低下に伴って、外部からの所定加圧力を受けなが
ら短截炭素繊維混抄紙シートの繊維間の内部隙間に、内
部隙間内の空気を外部に排出しながらおきかわって浸入
し、内部隙間を溶融状態の樹脂で満たし、銅箔面に至
る。尚、その際に、溶融樹脂が流動し内部隙間に浸透す
る過程では、短截炭素繊維混抄紙シート表面に露出して
いる短截炭素繊維と銅箔との接触部や導体路を形成して
いる短截炭素繊維と短截炭素繊維との接触部は外部圧力
で接触状態が保たれているので、接触面には溶融樹脂は
浸透して行かない。所定温度に到達すると液相化したプ
リプレグ樹脂の硬化反応が進み、時間の経過と共に架橋
反応が進んで硬化され、外部圧力を取り除いても形状が
保持できる状態になる。

【００１３】第三段階は冷却し脱圧して取り出す過程で
ある。一体に積層成形した発熱体基板を得ることができ
る。

【００１４】次に、この発明を図面の符号を引用し実施
例、比較例を用いて説明する。

【実施例】３５μｍ厚の電解銅箔１，２．５Ω／ｃｍの
炭素繊維混抄紙シート２，ガラス布基材エポキシ樹脂プ
リプレグシート３を準備し、ガラス布基材エポキシ樹脂
プリプレグシート３炭素繊維混抄紙シート２電解銅箔１
の順に、電解銅箔１をマット面が内側になるように配置
して重ね合せ、上下に鏡面板を当て、加圧力１００ｋｇ
／ｃｍ^２（＝所定圧力）、加熱温度１６０℃（＝所定温
度）の条件で加圧・加熱して一体に形成して発熱体用積
層基板４ａを得た。この発熱体用積層基板４ａを短辺１
７７ｍｍ×長辺２７４ｍｍに裁断し、短辺の対向両縁部
に巾１０ｍｍの銅箔部（電極対５ａ，５ａ′）を残し、
他の不要な銅箔部をケミカルエッチングして発熱体素子
６ａを得た。短辺１７７ｍｍ×長辺２７４ｍｍに裁断し
た裁断面は炭素繊維混抄紙シート２の内部隙間にプリプ
レグ樹脂が充填し、電解銅箔１に接着して全体が一体に
形成されていた。電極対５ａ，５ａ′間の電気抵抗は６
７Ωであった。電極対５ａ，５ａ′間に交流電圧１００
Ｖを印加し、表面の図４に示す符号〜の各位置にお
ける温度上昇特性ａ_１〜ａ_４を図５に示した。温度上昇
曲線の到達温度は、表面中央部が高く周辺部で低くなる
傾向があり、到達温度の差は約４０℃であった。各測定
位置（〜）での温度上昇特性ａ_１，ａ_２，ａ_３，ａ
_４は全て連続した特性を示した。

【００１４】

【比較例１】加圧力を所定圧力以下の８ｋｇ／ｃｍ^２と
した以外は、実施例と同一条件で加圧・加熱し一体に成
形して発熱用積層体基板４ｂを得た。この発熱体用積層
基板４ｂを短辺１７７ｍｍ×長辺２７４ｍｍに裁断し、
短辺の対向両縁部に巾１０ｍｍの銅箔部（電極対５ｂ，
５ｂ′）を残し、他の不要な銅箔部をケミカルエッチン
グして発熱体素子６ｂを得た。裁断面は炭素繊維混抄紙
シート２の内部隙間にプリプレグ樹脂が充填され、電解
銅箔１が接着し一体化していた。電極対５ｂ，５ｂ′間
の電気抵抗は∞Ωであった。電極対５ｂ，５ｂ′間の電
気抵抗が∞Ωになった原因は、全体を加圧・加熱して一
体に形成するに際しての加圧力が所定の圧力に到達して
いないため、短截炭素繊維シート２の導電路を形成して
いる短截炭素繊維の表面露出部と電解銅箔１との接触圧
が不足したり、或は導電路を形成している短截炭素繊維
と短截炭素繊維との間の接触圧が不足して、これら接触
部位の間にプリプレグ樹脂が浸入しプリプレグ樹脂によ
り電気絶縁されたものと思われる。

【比較例２】実施例と同じ炭素繊維混抄シート２ａを用
い、短辺１７７ｍｍ×長辺２７４ｍｍに裁断し、短辺の
対向両縁部に巾１０ｍｍに銀ペーストを含浸しその上に
長さ２７４ｍｍ×巾１０ｍｍ×厚み０．０７０ｍｍの圧
延銅箔を貼り合わせて電極対を設けた。この電極対間の
電気抵抗は４０Ωであった。電極対間に７５Ｖの交流電
圧を印加し、表面の図４に示す符号〜の各位置にお
ける温度上昇特性ｃ_１〜ｃ_４を図６に示した。温度上昇
曲線の到達温度は、実施例に供給した電力とほぼ同じ電
力を供給したことにより、ほぼ同じ温度になった。表面
中央部の温度が高く周辺部が低くなると云った傾向はみ
られなかった。測定位置間の温度差は約４０℃であっ
た。温度上昇曲線ｃ_１，ｃ_２，ｃ_３，ｃ_４に急激な変動
や上下に脈動する現象が多く見られた。このような現象
は、導体路を形成している短截炭素繊維の発熱による熱
膨張の際に接触点に機械的なズレが発生したり、或は接
触に不具合が生じたため、脈動や急激な変動が生じるも
のと推定できる。

【００１６】

【発明の効果】この発明の発熱体用積層基板は、短截炭
素繊維による導体網を形成させた炭素繊維混抄紙シート
の一方面にプリプレグシートを重ね合せ他方面に銅箔を
重ね合せ、全体を加圧・加熱して一体に形成するに際し
て、加圧力が前記短截炭素繊維シートの導電路を形成す
る短截炭素繊維の表面露出部と前記銅箔の接触を保持
し、且つ導電路を形成する短截炭素繊維と短截炭素繊維
との間の接触を保持すると共に、加熱温度によりプリプ
レグ樹脂を熱溶融させて炭素繊維混抄紙シートの内部隙
間を通じて他方面の銅箔面に至らしめて反応硬化させた
ので、導体路を形成する短截炭素繊維の接触点や炭素繊
維混抄紙シートの表面に露出している短截炭素繊維と銅
箔との接触面が一体に固定されて接触状態が確実に保
ち、更に通電時の発熱の際の熱膨張によっても接触点が
安定に保たれて発熱特性が安定する、と云う効果があ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明における重ね合わせ順を説明する説明
図である。

【図２】この発明における発熱体用積層基板の断面を説
明する説明図である。尚、引用符号の括弧記載は比較例
の引用符号を示す。

【図３】この発明における発熱体素子を説明する説明図
である。尚、引用符号の括弧記載は比較例の引用符号を
示す。

【図４】発熱体素子表面の温度測定位置を示す説明図で
ある。

【図５】実施例における発熱体素子の表面温度上昇特性
図である。

【図６】比較例２における発熱体素子の表面温度上昇特
性図である。

【符号の説明】

１ 銅箔 ２ 短截炭素繊維混抄紙シート ３ プリプレグシート ４ａ，４ｂ それぞれ発熱体用積層基板 ５ａ，５ａ′ 電極対 ５ｂ，５ｂ′ 電極対 ６ａ，６ｂ それぞれ発熱体素子 ａ_１，ｃ_１ それぞれの位置における表面温度上昇
特性 ａ_２，ｃ_２ それぞれの位置における表面温度上昇
特性 ａ_３，ｃ_３ それぞれの位置における表面温度上昇
特性 ａ_４，ｃ_４ それぞれの位置における表面温度上昇
特性

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 短截炭素繊維による導体網を形成させた
   炭素繊維混抄紙シートの一方面にプリプレグシートを重
   ね合せ他方面に銅箔を重ね合せて全体を加圧・加熱し一
   体に形成するに際して、加圧力が前記短截炭素繊維シー
   トの導電路を形成する短截炭素繊維の表面露出部と前記
   銅箔の接触を保持し且つ導電路を形成する短截炭素繊維
   と短截炭素繊維との間の接触を保持すると共に、加熱温
   度によりプリプレグ樹脂を熱溶融させて炭素繊維混抄紙
   シートの内部隙間を通じて他方面の銅箔面に至らしめて
   反応硬化させてなる発熱体用積層基板。