JPH0896935A - アーチ状ヒータ及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】 身体への圧迫感のない安全で安価なアーチ状
ヒータ及びその製造方法を提供する。 【構成】 アーチ状に湾曲成形したアルミニウム製フレ
ーム材４３の湾曲内面にウレタン発泡材４４と、炭素繊
維混抄紙からなり遠赤外線を放射する面状発熱体４２を
順に積層することによりアーチ状ヒータ４０を構成した
ものであり、また、アーチ状に湾曲した相対向する面を
備えた上下金型の噴出空間表面にウレタン材を吹き付
け、湾曲外面成形金型の表面にアーチ状に湾曲成形した
アルミニウム製フレーム材を載置し、湾曲内面形金型の
表面に炭素繊維混抄紙からなり遠赤外線を放射する面状
発熱体を付着し、該上下金型の合わせ面の空間にウレタ
ン材を射出しフレーム材と面状発熱体を一体化すること
によりアーチ状ヒータを製造したものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、炭素繊維面状発熱体を
発熱源として使用したアーチ状ヒータ及びその製造方法
に関する。

【０００２】

【従来の技術】暖房装置として石油、ガス燃焼器具及び
電熱器具等が広く用いられているが、特に、局部的な暖
房を行う暖房器具としては電熱によるヒータが用いられ
ている。このような電熱によるヒータにおいては、近年
遠赤外線を放射するヒータが、被服等の貫通力が大きく
暖房効率が高いことで注目されている。

【０００３】遠赤外線を放射するヒータの熱源としては
主としてニクロム線等の電気抵抗値の高い金属発熱体を
用い表面にカーボンパウダー、セラミックス等を設け、
これを加熱することによって、カーボンやセラミックス
から遠赤外線を放射させることが行われている。また、
ヒータの熱源として、炭素繊維面状発熱体を用いること
も提案されているが、実用化のために多くの解決すべき
課題が存在し、普及するには至っていない。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記従来のニクロム線
等の金属発熱体表面にカーボンやセラミックス等の設け
たヒータにおいては、発熱源としてのニクロム線、及び
熱放射源としてのカーボンやセラミックスが嵩ばり、か
つ重いため、その使用範囲が限定されるほか、遠赤外線
は発熱源から遠赤外線放射源に熱を伝達させているので
伝熱効率が悪く、遠赤外線の放射効率が悪い欠点があ
る。また、発熱源としてのニクロム線の配置等により発
熱ムラが生じるほか、発熱源の熱が裏面にも伝達される
ため熱効率が悪く、これを防止するため断熱ボート等を
設けると更に重量が増加することとなる。

【０００５】また、炭素繊維面状発熱体をヒータとして
用いる場合には、全面に亘って均一に発熱するととも
に、所定温度に速やかに発熱する炭素繊維面状発熱体が
開発されておらず、しかも低温に温度調節することが困
難であり、局部的な熱暴走を生じることがあるため、そ
の実用化はきわめて困難であった。更にこのような炭素
繊維面状発熱体の上記欠点を解消するため、面状発熱体
に各種部材を積層し一体化してヒータを形成する必要が
あるが、その適切な形成手段が開発されていなかった。
また、炭素繊維面状発熱体は薄く、軽量で自由に変形す
る長所を有する一方、所定形状を維持するためには補強
部材及び枠体等を必要とするが、それ等の部材を製品と
しての見栄えが良く、軽量でありながら充分な強度を有
し、ヒータとしての安全性が高く、容易にかつ安価に組
み立てることができパネルヒータの開発が必要とされ
る。

【０００６】一方、病院等において、患部を保温、ある
いは加熱する必要がある場合には、温湿布、アンカ、電
気毛布類等で保温、加熱することが行われている。しか
しながら、特に手術後の患者に対しては、患部に物を接
触させることが極めて不適切な場合があり、また、患部
を圧迫することが禁止される場合が多い。このような場
合においても患部の保温、加熱を必要とする際には適切
な手段が存在せず、このような時に簡単に使用できるヒ
ータの開発が望まれていた。また、病院の入院患者に対
してのみならず、例えば体力の低下している老人にとっ
て、厳寒期の就寝時の保温、採暖のために、厚手の布団
や電気毛布類を掛けることは、身体を圧迫し、睡眠が不
充分となり、体力を消耗する原因となっており、身体に
圧迫感を与えることのない就寝用ヒータの開発が望まれ
ていた。

【０００７】したがって、本発明は、薄く軽量で遠赤外
線放射効率が良く、温度暴走を生じることがなく、表面
全体で均一な遠赤外線を安定して放射するとともに、所
定温度に速やかに発熱することができ、身体への採暖に
際して圧迫感を与えることなく、しかも充分な強度を有
するとともにヒータとしての安全性が高く容易にかつ安
価に組み立てることができるアーチ状ヒータ及びその製
造方法を提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題を解
決するため、アーチ状に湾曲成形したアルミニウム製フ
レーム材の湾曲内面にウレタン発泡材と、炭素繊維混抄
紙からなり遠赤外線を放射する面状発熱体を順に積層す
ることによりアーチ状ヒータを構成したものであり、ま
た、アーチ状に湾曲した相対向する面を備えた上下金型
の噴出空間表面にウレタン材を吹き付け、湾曲外面成形
金型の表面にアーチ状に湾曲成形したアルミニウム製フ
レーム材を載置し、湾曲内面形金型の表面に炭素繊維混
抄紙からなり遠赤外線を放射する面状発熱体を付着し、
該上下金型の合わせ面の空間にウレタン材を射出しフレ
ーム材と面状発熱体を一体化することによりアーチ状ヒ
ータを製造したものである。

【０００９】

【作 用】本発明は、上記のように構成したので、ア
ーチ状ヒータはアルミニウム製フレームによりその形状
は強固に保持され、ウレタン材により断熱性が確保さ
れ、アーチ状ヒータ内周面側の物に対して外周面側の物
が接触、圧迫することを防止する。また、炭素繊維混抄
紙から放射される遠赤外線は表面全体から均一に放射さ
れ、アーチ状の内周の中央位置に集中することにより、
この部分に存在する身体等を効率良く加熱し保温する。
また、ヒータは極薄かつ軽量の成形されるので取扱いに
便利であり、接触しても火傷等を生じる危険が無く、か
つヒータ通電時の温度の立ち上がりが良く、低電圧でも
充分遠赤外線を放射し、多数のヒータを同時使用しても
安定した通電がなされ、使用上も安全なヒータとなる。

【００１０】

【実施例】本発明の実施例を図面に基づいて説明する。
本発明が適用される炭素繊維面状発熱体は、その断面を
図６に示すように、北海道に自生する千島笹、熊笹、コ
ウゾ、マニラ麻、ミツマタ等からなる和紙用靭皮繊維２
１と、炭素繊維２２とを混抄し抄紙して形成されてい
る。炭素繊維としては、フィラメント径６．８μ、比抵
抗２０μΩｍ程度のＰＡＮ系炭素繊維を約５〜１５％程
混合したものが用いられる。

【００１１】このような靭皮繊維を混合して抄出する際
には、例えばトロロアオイの根から抽出した粘液を混合
する。トロロアオイの根の粘液は、和紙の「ネリ」とし
て使用されているものであるが、特に炭素繊維と混抄す
る際には、炭素繊維の分散を良好とし、また、抄紙後に
乾燥すると、粘性が消える特性は面状発熱体として好特
性であり、かつこの粘液は炭素繊維が相互に重なり合う
部分に接着剤のように付着し、炭素繊維の接触抵抗を安
定化し、面状発熱体の温度暴走を防止し、通電電流に応
じた一定の温度維持特性を発揮させる。その他、炭素繊
維と靭皮繊維とを結合する粘剤、例えばポリアクリルア
ミド、ポリエチレンオキサイド、ＣＭＣ等の合成粘剤を
用いてもよい。

【００１２】上記のような組成をなす炭素繊維面状発熱
体素材２は、バッチ方式でも、あるいは長網を用いた連
続抄紙法でも製造することができ、連続長に製造された
場合においても、本素材からなる炭素繊維面状発熱体の
厚さは０．３ｍｍ程度であり、しかも炭素繊維は塊りで
なく、数ミクロンの単繊維に分離分散しているので、通
常の刃物で容易に所定長に裁断し、例えば８００×６０
０ｍｍの矩形等、所望の形状、寸法の通電発熱体を形成
することができる。

【００１３】上記のようにして形成された面状発熱体に
対して、例えば図５、図７に示す矩形の炭素繊維面状発
熱体１の相対向する長辺側の側縁３，４に沿って後に詳
述する手段によって電極５，６を設け、電極に設けた端
子２０から各々リード線７を導出している。このように
して形成される面状発熱体は、例えば両電極間に１００
Ｖの交流電圧を印加した時、その面上に直接触れても人
体に重大な危険を及ぼすことはないが、実際上の電気製
品とするには、防水、防湿のため、また安全性の見地か
ら、あるいは発熱体の損傷防止の点から、発熱体の部分
及び電極を含め、図８に示すように、例えば、芳香族ポ
リアミド繊維にエポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、テトラ
フルオロエチレン樹脂を含浸させたＦＲＰシート８でラ
ミネートする。このプラスチックラミネートは、本素材
を外気から密封する状態で施すのが、炭素繊維及び紙質
繊維を酸化劣化から保護するのに好適である。このよう
なラミネートの表面を、更に図９に示すような植毛布９
でカバーしても良い。なお、この植毛布の代わりに、プ
ラスチックシート８の表面に直接植毛加工することもで
きる。

【００１４】上記図５に示すように、靭皮繊維と炭素繊
維をねり等の粘着剤と共に混合し抄出した炭素繊維面状
発熱体素材２に対し、図７に示すように電極５を形成す
るに際しては、図１０の電極形成後の状態に示すよう
に、炭素繊維面状発熱体２の側縁３に近接して銀ペース
トを載せ、これを加熱溶触することにより、発熱体素材
２中に含浸した電極基部１０を形成する。この電極基部
１０は炭素繊維にも充分含浸されるので、発熱体と電極
間の通電特性は極めて良好である。この時、発熱体素材
２側縁近傍には含浸されなかった電極基部１０の表面が
露出している。

【００１５】この電極基部１０の露出表面に対し、厚さ
３０〜５０μ程度の銅箔１１の帯を載置する。この銅箔
１１の表面１２に対しては、予めメッキ等による厚さ１
〜２μ程度の金の表面被覆層１３を形成している。銅箔
に対して金メッキを施すに際しては、銅箔の表面に厚さ
０．５μ程度のニッケルメッキ層を設け、これに対して
金メッキを施すと、接触抵抗が減少し、端子として好特
性を示す。また、銅箔の表面にパラジウムをメッキ後、
金メッキを施してもよい。

【００１６】発熱体素材２上に、その表面に金の表面被
覆を施した銅箔を積層後、図１１に示すように、炭素繊
維面状発熱体素材２の裏面に適宜の台１４を当て、銅箔
１１の金の表面被覆１３側の表面からミシン針１５を当
て、直線またはジグザグ等により、上記積層した端子付
き面状発熱体の積層端子部分をミシン針１５で挿通させ
る。

【００１７】ミシン針１５の挿通長さは、銅箔を貫通
し、銀を含浸している電極基層１０に充分突入しうる長
さにすることが望ましいが、炭素繊維面状発熱体素材２
の裏面まで貫通させてもよい。また、ミシン針１５によ
る挿通孔の模様は、直線またはジグザグのほか任意の模
様でもよい。

【００１８】上記のようにしてミシン針１５による穿孔
１７を施してなる面状発熱体の電極１８は、図１２に一
部拡大して示すように、銅箔１１の穿孔１７外周に、電
極基層１０に突入する結合部１９が形成される。それに
より、銅箔１１は従来のような接着剤等を用いることな
く、容易にかつ強固に電極基層１０に固定することがで
きる。なお、炭素繊維面状発熱体素材２を１対のニード
ルローラ間に通過させ、ミシン針１５により炭素繊維面
状発熱体素材２の表裏両面からミシン針による穿孔を施
してもよい。

【００１９】電極１８を設けた後、図１３に示すように
電極１８の端部に端子２０をリベット止め等の適宜の手
段により固定し、この端子２０からリード線７を引き出
し、両端子からのリード線をプラグに接続して電流の供
給を可能としている。その後、前記したように、電極部
分を含めて図１５に示すようにプラスチックシート８で
上下面をラミネート被覆する。

【００２０】上記実施例において、銀素材からなる電極
基層に銅箔を固定例を示したが、銅箔以外にアルミニウ
ム箔でも良く、その際にアルミニウム箔表面に金のメッ
キ層を形成する時は、予めニッケルメッキを施すことが
好ましい。

【００２１】また、銅箔あるいはアルミニウム箔等の金
属箔の表面に金の表面被覆層を施す際には、上記実施例
におけるメッキのほか、蒸着等、各種の手段を採用する
ことができる。

【００２２】また、上記実施例において、ニードルロー
ラのニードルにより穿孔を施した例を示したが、そのほ
か、ミシン掛けによる穿孔手段等、各種穿孔手段を採用
できる。

【００２３】更に、上記実施例においては、ニードルロ
ーラを両側に当て、両側から穿孔した例を示したが、必
ずしも両側から穿孔する必要はなく、例えば面状発熱体
素材の裏面、即ち電極を固着する面と反対側の面は平面
状ローラを当て、金属箔を載せた側からのみニードルロ
ーラを当てる等の穿孔を施しても良い。

【００２４】次いで、図１４に示すような、リベット３
０の頭部１４にナイロン６６等の合成樹脂製キャップ２
８を被せ、頭部２７の近傍の軸部２５の一部に軸方向に
沿って多数のローレット溝２６を設けたリベット３０
を、図１５に示すように、ナイロン等の合成樹脂製ワッ
シャ３３を組込み、リード線７を備えた端子３１を貫通
させた状態で、その先端３２を上記のようにして形成し
た電極板の端部に当て、先端３２を押し込み、発熱体素
材２の裏面のプラスチックフィルム８側に配置したかし
め受け具中に強く押し込むと、図１５に示すように先端
３２はかしめられる。

【００２５】この時、頭部２７に被せた合成樹脂製キャ
ップ２８は、かしめ時の強い圧力により塑性変形し、か
つ表面のプラスチックシート８に強く喰い込む。同時に
頭部２７の周囲も端子２５も含めて合成樹脂製キャップ
によって強い力でシールされる。また、この時、リベッ
ト３０の軸部２５の外周に形成した多数の溝２６は、炭
素繊維混抄紙からなる発熱体素材２を貫通する時、その
周囲において炭素繊維と広い面積で接触し、同様に貫通
した電極板の電極基部１０及び銅箔１１ともその周囲に
おいて広い面接で接触することとなり、端子３１からの
電流を電極及び発熱体に確実に流すことができる。

【００２６】上記のようにして形成された所要の電極を
備えてなる面状発熱体を、アーチ状ヒータとして用いる
際には、図１に構成要素毎の分解斜視図を、図２に一体
化された状態の斜視図を、図３に一部断面図を、また図
４に製造時の態様を示すように、アーチ状ヒータ４０は
略１８０度湾曲した形状を有し、その内周面側４１に前
記面状発熱体４２を配置して使用する。

【００２７】このアーチ状ヒータ４０の構成部材は、図
１に示すように、アーチ状態の骨格を形成し外部からの
力を受けるアルミニウム製フレーム材４３、外周面にフ
レーム材４３を収容し内周面に面状発熱体４２を収容す
るウレタン材４４、一端に電源接続部４５を有する面状
発熱体４２、及びヒータ調節部４６を有する電源コード
４７に大別される。

【００２８】このアーチ状ヒータ４０の成形に際して
は、図４に示すように、上下の金型５０，５１を合わせ
てその内部空間５２内にウレタン材を射出成形するに先
立ち、上型５０及び下型５１における内部空間５２を成
形する表面に予めウレタン材５３を吹き付け被覆する。
次いで、アーチ状ヒータの外周面を成形する表面形状を
有する下型５の内面に、前記ウレタン材５３を吹き付け
た上の所定位置に、アルミニウム製フレーム材４３を載
置する。下型５１の内面形状とフレーム材４３の湾曲形
状は一致しており、図示実施例においては断面円弧状を
なし、その円弧の角は１８０度としている。

【００２９】この下型５１に対向して位置する上型５０
も、上記下型と同形状の表面が形成され、上下の型が一
体化した時、両者に空間５２が形成されるよう製作され
ている。上型５０に対して上記のようにウレタン材５３
を吹き付け被覆した後、その表面の所定位置に前記のよ
うに形成された面状発熱体４２を貼り付ける。その後上
型５０と、下型５１を当接させ、両者間の空間５２にウ
レタン材４４を注入し発泡させる。それによりアルミニ
ウム製フレーム材４３と面状発熱体４２は強固に一体化
するとともに、上型と下型を分離すると一体化されたア
ーチ状ヒータの外周面全体にはウレタン材が被覆されて
いる。この時、面状発熱体４２の電源接続部４５は一端
を外部に露出され、それ以外の部分はウレタン材４４中
に埋没され、強固に固定される。

【００３０】電源コード４７にはその中間部にヒータ調
節部４６を備え、その一端には面状発熱体４２の電源接
続部４５に挿入する雌プラグ５５を備え、他端には電源
に接続する雄プラグ５６を備えている。ヒータ調節部４
６には温度調節部５７、タイマ調節部５８、電源スイッ
チ部５９とを有し、温度調節部５７では上下２個の押ボ
タンスイッチにより通電電流の調節を行い、ヒータの温
度調節を行い、その設定温度は発光ダイオードにより表
示可能としている。また、タイマ調節部５８は１個の押
ボタンスイッチにより、１０分、２０分、３０分タイマ
切等順に作動可能とし、タイマ作動状態の時には発光ダ
イオードにより作動時間等も表示可能としている。更に
電源スイッチ部５９にも発光ダイオードを設け、電源ス
イッチのオン状態を表示可能としている。

【００３１】上記アーチ状ヒータ４０への通電時には、
面状発熱体４２が湾曲した表面の内面側に配置されてい
るので、面状発熱体４２から放射される遠赤外線は中心
点にむけて集中する。その結果、面状発熱体４２の内側
に置かれた物は効率的に受熱することが可能となる。特
にこのアーチ状ヒータ４０を病院において術後の患者の
保温必要個所を覆うように設置し、その上を毛布、布団
等で覆い、ヒータに通電すると、患部は遠赤外線がすみ
やかに、かつ穏やかに、しかも強い浸透力で内部まで均
一に加熱することができ、しかもアルミニウム製フレー
ム４３によって形状は強固に保持されているので、その
上に布団等の重量物を掛けても潰れることはなく、患部
に物が接触すること、及び圧迫することを防止すること
ができる。また、ウレタン材により断熱性が良く、面状
発熱体の熱が背面に逃げることを防止し、かつアーチ状
ヒータの内面空間部の保温性を向上することができ、低
電力で効率的な加熱が可能となる。

【００３２】更に、面状発熱体は炭素繊維混抄紙からな
るので、この面状発熱体に身体の一部が接触した時、発
熱体の接触部分の温度は直ちに身体に吸収されて低下
し、その極部的に低下した部分の温度を高めるように作
用することはないので、身体が直接触れても安全であ
り、上記の患部の加熱用として最適なものである。ま
た、面状発熱体の表面にはウレタン材が被覆されている
ので、身体が接触した際の安全性は更に高く、ウレタン
材がアーチ状ヒータの前面に被覆されることによりヒー
タとして美的な面でも商品性が向上する。このアーチ状
ヒータは上記のような数多くの特徴を有するものであ
り、その利用分野は上記の患部の加熱のみならず、体力
の衰えている病人、あるいは老人等の就寝時において、
特に厳寒期に室内暖房が充分とれない際には、このアー
チ状ヒータで胸部や腹部を覆うように位置させ、その上
に毛布や布団類で隙間なく覆い、通電することにより、
身体には布団類の重量がかかることなく、自由に寝返り
も可能であり、かつ安全であるのでこのようなヒータと
しても最適である。

【００３３】このアーチ状ヒータは、上記のように病
院、老人ホーム等において各人が使用する結果、大量に
使用されることとなるが、この面状発熱体は例えば２５
Ｖ程度の低電圧でも充分発熱するので、ヒータ調節部等
に電圧調節器を設け、１００Ｖの電源電圧を２５Ｖに低
下させて使用することも可能である。その際にはヒータ
の使用者に対しても低電圧で安全であり、また病院や老
人ホーム全体の電力系統の負担も減少し、大量使用も充
分に可能となる。このようなヒータは単に採暖、保温の
目的のみならず、病院あるいは家庭において、例えば神
経痛、リューマチ、関節炎等の治療等に際し、患部を積
極的に加熱する際にも有効であり、更にこのアーチ状ヒ
ータの両端面のうち片面を下方にして立設状態で設置
し、立っている人、あるいは座っている人の所要部分を
加熱する際に使用することもでき、その応用範囲は極め
て広いものである。

【００３４】

【発明の効果】本発明は上記のように構成し作用するの
で、このアーチ状ヒータはアルミニウウム製フレームに
よってその形状は強固に保持され、ヒータの上に重量物
を載置しても潰れることはなく、ウレタン材により断熱
性が確保されているので、面状発熱体の熱は背面に逃げ
ることはなく、保温性は向上し、アーチ状ヒータの内面
側の被加熱物は周囲から均等にかつ集中的に遠赤外線に
より加熱される。また、アーチ状ヒータの内面側の被加
熱物は、外部から他の物が接触すること、及び圧迫する
ことを防止され、面状発熱体が炭素繊維混抄紙からなる
ので、面状発熱体に身体の一部が接触しても火傷するこ
とがなく、低電圧で加熱可能であるので身体に対して安
全であり、大量使用しても電力系統に負担をかけること
がなく、また、軽量かつ薄く成形されているので取扱い
が容易である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例の分解状態の斜視図である。

【図２】同一体成形された状態の斜視図である。

【図３】同一部断面図である。

【図４】本発明のアーチ状ヒータの製造時の状態を示す
断面図である。

【図５】本発明に用いる面状発熱体に電極及び端子を設
けた状態を示す一部拡大平面図である。

【図６】本発明に用いる面状発熱体の発熱体素材の拡大
断面図である。

【図７】同面状発熱体の全体を示す平面図である。

【図８】同断面図である。

【図９】同面状発熱体に植毛布を設けた例を示す断面図
である。

【図１０】同面状発熱体の素材上に電極を形成する部材
を載置した状態を示す断面図である。

【図１１】図７に示す部材に穿孔する状態を示す断面図
である。

【図１２】同穿孔後の状態を示す断面図である。

【図１３】同発熱体の電極に端子を設ける前の状態を示
す断面図である。

【図１４】端子固定に用いるリベットの斜視図である。

【図１５】面状発熱体に端子をリベットで取付けた状態
を示す断面図である。

【符号の説明】

１ 面状発熱体 ２ 発熱体素材 ３ 側縁 ４ 側縁 ５ 電極 ６ 電極 ７ リード線 ８ プラスチックシート ９ 植毛布 １０ 電極基部 １１ 銅箔 ２０ 端子 ２１ 和紙用靱皮繊維 ２２ 炭素繊維 ３０ リベット ４０ アーチ状ヒータ ４１ 内周面側 ４２ 面状発熱体 ４３ フレーム材 ４４ ウレタン材 ４５ 電源接続部 ４６ ヒータ調節部 ４７ 電源コード ５０ 上型 ５１ 下型 ５２ 内部空間 ５３ ウレタン材

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 アーチ状に湾曲成形したアルミニウム製
   フレーム材の湾曲内面にウレタン発泡材と、炭素繊維混
   抄紙からなり遠赤外線を放射する面状発熱体とを順に積
   層したことを特徴とするアーチ状ヒータ。
2. 【請求項２】 アーチ状ヒータ外周全面にウレタン材を
   被覆してなる請求項１記載のアーチ状ヒータ。
3. 【請求項３】 アーチ状に湾曲した相対向する面を備え
   た上下金型の噴出空間表面にウレタン材を吹き付け、湾
   曲外面成形金型の表面にアーチ状に湾曲成形したアルミ
   ニウム製フレーム材を載置し、湾曲内面形金型の表面に
   炭素繊維混抄紙からなり遠赤外線を放射する面状発熱体
   を付着し、該上下金型の合わせ面の空間にウレタン材を
   射出しフレーム材と面状発熱体を一体化したことを特徴
   とするアーチ状ヒータの製造方法。