JPS61172732A - 被覆導電性シ−ト材 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は炭素繊維フィラメントを利用した被覆導電性シ
ート材に関するもので、具体的に炭素繊維フィラメント
を無数にまばらな間隔で展開配向してその位置に固定し
、その両面に薄いゴム引き内層を有する布などの絶縁被
覆層を設けた導電性シート材に関するもので、このシー
ト材は炭素繊維フイラメ、ントに通電することによシミ
熱シート、たとえば従来の電気毛布に代わるもの、床敷
ヒーター、あるいはチョッキなどに仕立てた温暖着衣な
どとして利用され得るものである。

〔従来の技術〕

従来知られているシート状の電気ヒーターは、たとえば
電気または電子毛布や電熱カーベントがあるが、いずれ
も通電体として金属細線を使用している。金属は細くす
るにも限界があシ、そのためもっと細い線でよい場合で
も、加工技術上の制約から、必要径より太い金属線を使
用しなければならない。従って、たとえば電気毛布につ
いていえば、所要発熱量に比し重量のかさむ構造となり
、掛は毛布として使用するには、繊維製品とは違った、
金属特有の重みを体感するので、必ずしも快適ではなく
、むしろ違和感さえ感じるという問題がある。また、カ
ーペットとして使用する時は、踏みつけたり坐ったりし
て荷重をかけることによシ導線が断線するのを防ぐため
、保護構造を添着しなければならないので、カー（ット
が床面から厚く盛シ上シ、その縁につまづいたシ、見栄
えがよくないなど、使用上の問題がある。このような従
来のシート状電熱体の重量を軽減するには導線を細くす
るよりほかないが、連続長で従来より細い金属導線を作
ることはほとんど不可能であり、また仮にできたとして
も今度は機械的強度が不足するので断線防止の保護構造
を必要とし、結局重量を軽減することができなくなる。

さらに金属細線を入れた電熱シート材は剛直な感触を呈
し、柔軟性に欠けるので着衣など身につける製品に仕立
てるには難があり、仮に柔軟な編織布で表を被覆したと
しても、芯の導線と表皮とが密着しないでズレるので違
和感がある。

〔発明が解決しようとする問題点〕

本発明は、このような従来の電熱シート材に固有の重量
感や剛直な違和感、あるいは嵩の大きさや断線のおそれ
などの問題を一挙に解決し、薄くて軽く紡織繊維同様の
柔軟性があり、しかも荷重による断線・通電不能のおそ
れのない、被覆導電性ンート材を提供することを目的と
する。

〔問題点を解決するだめの手段〕

上記の目的に鑑み、本発明は無数の炭素繊維フィラメン
トをまばらな間隔に展開し、しかも一方向には必ずどこ
かでフィラメントどうしが接触して導通路を形成する状
態に配向した炭素繊維フィラメント層を、展開の媒体と
して使用した媒体繊維と共に相対位置関係を固定し、こ
の両面に内面に絶縁薄膜を有する布などの被覆層を設け
て被覆導電性シート材としたものである。

炭素繊維は７〜１５μｍ程度の微細フィラメントを１０
，０００本ないしそれ以上集束させたトウ状のものが提
供されている。集束させ適宜サイノ／グ剤で周囲を固め
たものは、１２，０００本のフィラメントを集めたもの
でも太さ２〜３閤程度のトウである。

このようなトウ状のものをそのまま通電体として使用す
るのでは、コストが非常に高くつくシ、また必要量以上
の炭素繊維が無駄に使用されるので材料経済上も不都合
であるだけでなく、着衣などとしては厚くなシすぎ、ま
た剛直で柔軟性に欠けるなどの難点がある。そこで本発
明はこのような炭素繊維フィラメントをなるべく個々の
フィラメントにパラけさせ、まばらな間隔になるよう横
方向に展開させ、しかもフィラメント長さ方向に、はフ
ィラメントどうしが多少屈曲したシ、うねったシして必
ずどこかで互いに接触し合うようにして長さ方向に連続
した導通路を形成させるように配向する。実際に、たと
えば約７μｍ径のフィラメント１２，０００本から成る
太さ約２．５ｍのトウは、その太さの約５００倍または
それ以上にも展開することができる。５００倍に拡幅し
た時すべてのフィラメントが１本ずつ横に分離したとす
れば、平均１ｆｉ程度の間隔で炭素繊維フィラメントは
配向されたことになる。しかし、現実には７μｍのフィ
ラメントを完全に１本ずつに分離することはむづかしく
、２〜３本から１０数本のフィラメントが少なくとも長
さ方向沿いの一部で束として固ｔｂ絡み合っている。そ
して長さ方向には幾何学的に真っすぐではなく、うねっ
たり曲ったシして延びているので、肉眼では２〜３ＩＩ
ＩＩ＋ないし１０数■またはそれ以上の間隔で横方向に
展開され、長さ方向には必ずどこかで接触し合っている
太さの異なるフィラメントのように見える。

非常に細いフィラメントから成るトウをそれ自体で上記
のように展開またはパラけさせるのは困難であるので、
本発明では展開を助ける媒体繊維を使用する。この媒体
繊維は、炭素繊維フィラメントの展開配向を助けると共
に、展開後は一部熱融着して炭素繊維フィラメントの位
置を固定する働きをするもので、ポリエチレン繊維、ポ
リプロピレン繊維などを綿状に集合させた集合体が好適
である。ポリエチレンテレフタレート繊維、ポリアミド
線維（特にナイロン）、あるいはポリウレタン繊維（特
にスー４？７テツクス）などを綿状に集合させて展開媒
体および固定手段として用いることもできる。この集合
体は、はじめ可視的な厚さをもっているが、幅方向およ
び長さ方向に順次繰返して延伸力を作用させることによ
シ薄い疎な紙状またはシート状に展開することができる
。そこで、この綿状集合体に炭素繊維フィラメントのト
ウを、好適にはカーディフグして成る程度ルーズな集束
にゆるめてから乗せ、綿状の媒体繊維と共に繰返し展開
力を作用させてフィラメントどうしがまばらに展開配向
された状態とする。こうして展開配向された炭素繊維フ
ィラメントは、直線的ではなく、軽度に曲ったシ、うね
ったりしているので、成る所ではフィラメントどうしが
離れているが、他の所では互いに接触し、結局長さ方向
に必ずどこかで他のフィラメントとつながっているから
シートの一端から他端にかけて連続した導通路が形成さ
れる。そして媒体繊維もまたまばらな間隔に展開されて
極めて薄いシート状になっていて、媒体繊維の成るもの
は炭素繊維の上に、他のものは下に位置しているが、い
ずれにしても最初の綿状集合体とトウとの見かけ上の体
積比率に対応して媒体繊維の見た目の密度は炭素繊維フ
ィラメントの密度より大きくなっている。

次に、このように展開した炭素繊維フィラメントと媒体
繊維とに、媒体繊維を少なくとも一部融着させるに足る
加熱を行なう。媒体繊維は少なくとも一部が溶融軟化し
て互いに融着すると共に融着部（膜状になることもある
）が炭素繊維フィラメントに絡まり、あるいは炭素繊維
フィラメントを一部取巻き、こうして炭素繊維フィラメ
ントは展開した相対位置関係から再びもとの凝集状態に
戻らないように展開状態に固定される。加熱は、熱風の
吹付け、あるいは加熱固体の直接接触などＫよシ行なわ
れる。これと異なる方法として、媒体繊維と親和性のあ
る溶融高温樹脂を媒体繊維上に流し込み、または軟化状
態のフィルムとして添着し、媒体繊維の軟化融着を促す
と共に、自らも結合用の薄膜を形成するようにさせても
よい。ただし、このような薄膜で全面的に被覆してしま
うことは、完成品の柔軟性を損なう危険があるから、注
意が必要である。

最後の工程は、上記のように形成された媒体繊維とその
中に展開保持された炭素繊維フィラメントとから成る導
電性シートに絶縁層を有する被覆層を適用することであ
る。被覆層としては、編織布などを表層として、その内
面に樹脂またはコ９ムなどを絶縁層としてライニングし
たものを用いる。

好適には、耐熱性ある接着剤を絶縁層内面に適用した上
、導電性シートに熱圧着して合体させるのがよい。絶縁
被覆層は導電性シートの両面に適用されるが、両面とも
同じ材料としてもよく、あるいは異なる材料としてもよ
い。こうして、まばらな間隔に展開し、長さ方向には一
端から他端へかけて連続導通路を形成するように配向し
た炭素繊維フィラメント層を展開媒体繊維と共に固定し
た導電性シートを絶縁被覆層で包んだ、薄くて軽量で柔
軟性ある触感を呈する被覆導電性シート材が得られる。

〔作　用〕 本発明の被覆導電性シート材は、非常に細い炭素繊維フ
ィラメントをその展開の助材として用いた媒体繊維と共
に固定したもので、量的に優勢を占める媒体繊維は一部
が膜状化しても紡織繊維の風合を保持しているから、全
体として十分な柔軟性を発揮し、電気または電子毛布と
かチョッキなどの着衣とした時も、軽量さ、薄さと相俟
って快適な触感を呈する。また、炭素繊維フィラメント
の細さによシ通電量および発熱量は適度に抑えられるか
ら、安全性を備えている。さらに、炭素繊維フィラメン
トは、いわば無数に散在し、種々の部分で他のフィラメ
ントと接触しているから、シートの一端から他端へかけ
て連続した導通路が確保され、仮に局部的な断線があっ
ても全体としての機能に影響を与えることがない。この
ような連続導通路を形成しているため、本発明の被覆導
電性シートは、電熱シートのほか、電磁波シールド材、
静電防止材などとしても用い得る。

〔実施例〕

次に図面を参照して本発明の実施例について説明する。

第１図は本発明の被覆導電性シート材の断面を拡大して
模式的に示す部分拡大断面図であり、第２図は展開固定
された炭素繊維フィラメントの配列状態の概念を示す部
分拡大平面図である。

第１図で、黒丸で示すのが炭素繊維フィラメント１であ
シ、白丸はこの炭素繊維フィラメントのトウまたは集束
をまばらな間隔に展開するのに使用された媒体繊維２、
たとえばＩリグロピレン繊維、ポリエチレン繊維、また
はこれらの複合繊維である。媒体繊維２の一部は加熱に
より融着部３を形成しており、一部は膜状化しているも
のもある。これら１，２．３全体が展開固定された炭素
繊維フィラメント層または導電性シート４を構成してい
る。媒体繊維２による融着固定が十分でない場合には、
ポリエステル樹脂などを別に形成する膜物質５（第１図
、第４図鎖線）として適用してもよいが、導電性シート
４に剛硬性を与えないよう配慮が必要である。炭素繊維
フィラメント１は径がせいぜい１０　ａｍ前後であり、
太くても１５μｍ程度である。フィラメント間隔は図示
の例ではミクロン単位であるが、実際の間隔はもっと大
きく、たとえば２〜３ｍ程度にまで展開させてもよい。

媒体繊維２の炭素繊維フィラメント１に対する割合も図
示の例よシ多くしてもよい。

このような展開固定された炭素繊維フィラメントｌを無
数に含む導電性シート４０両面に絶縁被覆層６，６′が
適用される。絶縁被覆層６，６′は、布その他伝熱性の
よい表層７，７′とその内面にライニングまたはラミネ
ートされている絶縁層８゜８′とから構成される。表層
７．７′は比較約０の粗い織布または編布を用いるのが
好適である。絶縁層８，８′は、樹脂たとえば？リクロ
ロ）　ＩＪフルオロエチレン、ポリテトラフルオロエチ
レン、または合成ゴムなどを薄膜として表層内面にライ
ニングまたはラミネートするのが好適である。絶縁被覆
層６と６′とは異なる材質、異なる構成としてもよい。

こうして絶縁被覆層６，６′の間に導電性シート４を圧
着すれば、第１図で図面上表われている空隙Ｖは事実上
埋めつくされる。こうして形成された本発明の被覆導電
性シート材は、芯（導電性シート４）の厚みを３０〜５
０μｍ程度の極薄にすることができ、絶縁被覆層を含め
てもせいぜい１鴎程度の薄さとすることができる。

炭素繊維フィラメント１は、第２図に示すように、長さ
方向に必ずしも真っすぐな配列状態とはなっていない。

製造工程に由来して、曲が９、あるいはうねシながら媒
体繊維２によって支えられ、あるいは固定されている。

媒体繊維２の成るもの、または成る部分は融着部３を形
成して、繊維として形をとどめないもの、または繊維と
しては短かく、あるいは細くなっているものもあるが、
すべての媒体繊維２が消失するほどには加熱されない。

こうして展開状態に固定された炭素繊維フィラメントＩ
は、その１本ずつについて見ると、長さ方向のどこかの
部分で必ず他の炭素繊維フィラメントと接触したシ、絡
まったシして配列されているから、集合的に見ればシー
トの一端から他端へかけて必ず連続した導通路が形成さ
れているといってよい。

本発明の被覆導電性シート材を電熱シート（電気毛布）
または電熱着衣（暖房チョッキ）などの最終製品とする
場合は、所定の幅と長さに切断して、幅方向の縁部６ｅ
ｇは適宜封着し、長さ方向の端部６ｅｄには多数の炭素
繊維フィラメント１の端末を外部の電源またはアースに
接続するための適宜コネクター（図示せず）を取付けれ
ばよい。

次に、本発明の被覆導電性シート材を製造する方法の一
例を第３図および第４図に示す。

ま膏薬３図において、炭素繊維フィラメントのトウｌＯ
を用意する。トウ１０は、たとえば径７μｍ程度のフィ
ラメントを１２，０００本集東宮せたものを用いること
ができる。炭素繊維は、ポリアクニロニトリル（ＰＡＮ
）、レーヨン、ピッチまタハフェノール系重合体繊維な
どを先駆体として酸化または分解工程（一般に約４００
℃以下）と、炭化工程または黒鉛化工程（１０００〜３
０００℃、まれにはそれ以上）とを経て製造される、高
性能品（ＨＰＣＦ）と呼ばれるもの、および汎用品（Ｇ
ＰＣＦ）と呼ばれるもの、いずれも使用し得る。また、
フィラメント径は上記に限らず１５μｍ程度のものまで
入手可能であり、本発明において使用可能である。トウ
１０が含むフィラメント数も特に限定されない。

このようなトウ１０を適宜長さに切断した上、力゛−デ
ィ／グによシフィラメントをパラけさせ、ルーズな状態
１１にして、展開助材たる媒体繊維の集合体２０の上に
横たえる。媒体繊維としては？リグロビレン繊維、？リ
エチレン繊維、その他加熱によシ一部融着して炭素繊維
フィラメントに付着する熱可塑性繊維などが適当であり
、これら繊維は綿状の集合体２０を構成している。第３
図では、パラけた炭素繊維フィラメント１１を際立たせ
るため集合体２０を構成している個々の媒体繊維は表示
せず、集合体の輪郭だけを描いであるが、要するに媒体
繊維はフカ７カの綿状に集合している。なお、第３図で
は媒体繊維集合体２０の上に炭素繊維フィラメント１１
を乗せただけの状態を示しであるが、この上にさらに同
様な媒体繊維集合体を乗せ、いわばサンドイタチ状にし
てもよい。炭素繊維フィラメントと媒体繊維との混合比
率は、重量にして１：２０から２：５程度、電熱シート
として利用するものにありては、重量で約３０チの炭素
繊維フィラメントを混入すればよい０ このような炭素繊維フィラメント１１を混入した媒体繊
維集合体２０に、ついで幅方向および長さ方向に延伸力
または展開力を繰返し適用して薄いシート状に引き延ば
し、展開させる。縦向きの２個の白ヌキ矢印は、このよ
うな展開工程が複数回繰返されることを示している。

展開されると、媒体繊維も炭素繊維フィラメントも互い
の間隔を疎にして隙間の多い薄い７−ト状に拡がる。長
さ方向にもずらされる。こうして薄くのばされた媒体繊
維シート２１の上および（または）中に、まばらな間隔
に展開され、しかし一応長さ方向に配向された炭素繊維
フィラメント層１２が形成される。個々の炭素繊維フィ
ラメント１は、媒体繊維シート２１の端から突出してい
るものもあれば、シート２１両端の間にフィラメント端
を位置させているもの１′もある。しかし炭素繊維フィ
ラメントは互いに接触したシ絡み合っているからシート
２１の一端から他端にかけて事実上回個所かで接続した
連続導通路が形成される。

ついで、このように展開した炭素繊維フィラメント層１
２を支持している媒体繊維シート２１に、媒体繊維を一
部融着させるための加熱工程が実施される。加熱工程は
、第４図の左半分に示すように、炭素繊維フィラメント
層１２と媒体繊維シート２１とを挟圧する一対の加熱加
圧ロール２４゜２４′によシ媒体繊維を一部溶融軟化さ
せる程度の加熱を行なって実施する。ロール２４．２４
’を通過すると一部軟化して膜状となった媒体繊維材料
が炭素繊維フィラメントに融着して展開固定された炭素
繊維フィラメント層または導電性シート４が得られる。

あるいは、鎖線５で示すように、柔軟性ある別の膜物質
を添加して炭素繊維フィラメントの固定を助長してもよ
い。

ついで第４図の右半分に示すように、展開固定された炭
素繊維フィラメント層４に絶縁被覆層６゜６′が適用さ
れる。絶縁被覆層６，６′は、第１図に示したような布
層７とライニング絶縁層８を合体させたものをロール２
５．２５’により上下よシ案内して合流させる。２６．
２６’は加熱または加圧によシ絶縁被覆層を合着させる
ロールである。案内ロール２５．２５’に至る手前で絶
縁被覆層６゜６′の内面には適宜接着剤が適用される。

このように形成された本発明の被覆導電性シート材は、
炭素繊維フィラメントの導電性を利用した種々の用途に
使用され得る。例えば、両側縁を密封し、両端を適宜コ
ネクターを介して電源に接続するようにすれば、炭素繊
維フィラメントの抵抗発熱を利用して電熱シート、すな
わち掛は毛布、敷き毛布、あるいは床敷カーペットなど
として応用することができる。絶縁被覆層として柔軟性
ある紡織材料を使用した場合は、本発明の導電性シート
材を、着衣の全部または一部として仕立てることにより
軽くて着心地のよい温暖衣料にすることができる。たと
えば、チョッキ、オーバーズゲン、ヤッケ、腹巻、ソッ
クスカバーなどがその例であり、電源は乾電池を用いれ
ばよい。このような着衣および掛は毛布とした時、炭素
繊維フィラメントは金属細線と違ったしなやかさがある
上に媒体繊維のしなやかが残っているから、紡織繊維と
よくなじみ、金属細線を入れた場合のような違和感がな
い。また敷物とした時なども、炭素繊維フィラメントは
十分な引張シ強さを有する上に媒体繊維が緩衝効果をも
つから、踏みつけたりしても断線のおそれは少なく、ま
た従来の金属細線を入れたものよりはるかに多数のフィ
ラメントが連続導通路を形成するように、いわばランダ
ムに接続しているから、仮に多少の局部的断線が起きて
も通電不能になるような問題はない。いずれにしても、
本発明の被覆導電性シート材は非常に薄く、軽量であっ
て柔軟性に富むから、従来の電熱材がその嵩や重量や剛
直さのため利用できなかった分野にも広く進出して利用
され得るものである。

また本発明の被覆導電性シート材は、電磁波シールド材
、静電防止材としても用途を有する。薄くて軽量であっ
て紡織繊維におおわれた本発明の導電性シート材は、た
とえば車両の内装材として利用した時、好適な静電防止
材になり、また電子機器、音響機器などのプラスチック
製、木製ハウジングの外張りに使用することで、これま
でにない斬新なデザインを与えつつ電磁波シールド材と
して作用する。

〔発明の効果〕

本発明によれば、従来例を見ない薄さと軽さおよびしな
やかさを有する電熱シート（掛は毛布、衣料など）を作
ることができ、紡織繊維ともよくなじむしなやかさおよ
び軽さと相俟って、すぐれた触感および保温効果のある
製品を得ることができる。また、炭素繊維フィラメント
は十分な引張り強さを有する上に、本発明の導電性シー
ト材においては無数のフィラメントが媒体繊維に支持さ
れつつ展開配向されているから、その緩衝作用により断
線の危険は著しく軽減され、仮にその一部のものが断線
したとしても全体として連続導通路が確保されており、
製品機能の信頼性を高めることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の被覆導電性シート材を模式的に示す部
分拡大断面図、 第２図は同じく部分拡大平面図、 第３図は本発明の被覆導電性シート材を製造する一方法
の一部の工程（展開工程）を説明する斜視図、 第４図は同じく一方法の加熱固定と被覆工程を説明する
側面図である。 〔主要符号〕 １・・・炭素繊維フィラメント ２・・・媒体繊維 ３・・・融着部 ４・・・展開固定された炭素繊維フィラメント層６・・
・絶縁被覆層 １２・・・展開した炭素繊維フィラメント層２１・・・
媒体繊維のシート

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 無数の炭素繊維フィラメントをまばらな間隔に展開し、
   長さ方向には一端から他端にかけて連続した導通路を形
   成するように配向した炭素繊維フィラメント層を展開媒
   体繊維と共に固定し、両面に絶縁被覆層を適用して成る
   被覆導電性シート材。