JPS63270828A - 糸状発熱体およびその製造法 - 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］ 本発明は可撓性に富み、長期間の使用に耐える電気的に
発熱する糸状発熱体およびその製造方法に関するもので
ある。

［従来の技術］ 従来から機器類の保温ないし加熱用に金属細線から成る
可撓性の発熱線が使用されているが、特に、電気毛布、
電気カーペット等民生用にも広く普及し、その便利さか
ら今後袋々商品に多様化が促進される趨勢にある。

従来これらの発熱体には、ステンレス線、ニクロム線等
の金属細線から成る抵抗体が使用されていたが、前記の
各製品に可撓性であることを要求される場合には、可撓
性の芯に極細いの抵抗線をスパイラル状にて捲きつけた
もの、布帛上にカーボンを樹脂バインダーにより固着さ
せたもの等が使用されている。

しかしながら、これれらは何れも、耐屈曲性、耐摩擦性
等の点で要求する性能を充たすことができず、また、可
撓性が不足しており、改善が要求されている。

可撓性に富む糸状の発熱体を得る試みとして、例えば、
ナイロンのコンジュゲートフィラメントを加熱により軟
化させるかおるいは膨潤剤により膨潤させて、カーボン
粒子をフィラメント表層部に固着させて糸状の発熱体と
した特開昭５１−１０９３２１号公報が開示されている
がこの発熱体は、長さあたりの抵抗値が高すぎ、発熱素
子として用いるには適さないものである。

また、補強材である芯糸にアクリル樹脂などの接着剤を
塗布した後、導電性粒子を覆着させて糸状の発熱体とし
た実公昭４０−１５７５０号公報がおる。これらの方法
ではカーボン粒子を均一に固着させるのはむずかしく、
したがっての 抵抗値ヂバラツキが大きく、要求される抵抗値のものを
工業的に安定して供給することができない。

また、導電性粒子をゴムまたはプラスチックに配合した
導電性樹脂を芯糸に被覆した実公昭３８−１４７０号公
報があるが、ここに記載された導電性樹脂の体積固有抵
抗１１ｉｃ比抵抗）が２０ΩＣＪＲ以上としてかなり高
いばかりでなく、単に被覆しても発熱体の抵抗値バラツ
キが大きく、工業的に安定して供給することができるも
のではなかった。

［発明が解決しようとする問題点］ 本発明は、かかる従来の７問題点を改善し、可撓性に富
み、長さあたりの抵抗値のバラツキが小さく、長期間安
定して使用でき、低温発熱体として好ましく使用される
糸状の発熱体およびその製造方法を提供するものである
。

［問題を解決するための手段］ 前記した本願発明の目的は、芯糸の周囲に熱可塑性樹脂
と該樹脂中に分散配合させた導電性粒子とから成る導電
層を形成させたものであり、下記式に定義される離心率
（ｅ）が０．７以下でおり、かつ糸軸方向の重量バラツ
キＣＶが２゜０％以下である糸状発熱体によって達成で
きる。

上記構成のうち、芯糸は糸状発熱体に可撓性をもたせ、
繰返し折りや摩耗に対する耐久性をもたせるために必要
である。

また、糸軸方向の重量バラツキＣｖを２．０％以下とす
ることにより製品としたときの発熱性能が従来の金属細
線からなる製品と同等の水準を満足する。特に重量バラ
ツキＣｖは１．０％以下が好ましい。ここで、重量バラ
ツキＣｖ（％）は、糸軸方向に２５ｃずつ４０本の重量
を連続して測定したときのＣＶ（％）で求められ、抵抗
値バラツキを実用化レベルとするために必要な構成要件
である。測定を２５ｔｘｔ間隔で連続測定することは、
この長さが通常製品としたときの一電極間隔に略等しく
このため製品の大きざを考慮した有効な測定方法である
。

さらに本願発明では製品の横断面の離心率を０．７以下
とする必要がある。離心率を０．７以下とすることによ
り、すなわち、真円に近づけることにより、糸状発熱体
を製織なとして布帛発熱体を製造する際の工程通過性が
良好となりトラブルを生じないばかりでなく、糸状発熱
体の発熱性能、すなわち抵抗値バラツキも小さくなる。

この理由は導電層の微視的な付着ムラが小さくなるため
と考えられる。離心率が０゜５以下ものが特に好ましく
使用される。

又、本発明の糸状発熱体の好ましい製造方法は次の構成
を有する。すなわち、熱可塑性樹脂と該樹脂中に分散配
合された導電性粒子とから成る熱可塑性導電性樹脂を加
熱流動下で溶融計量し、連続走行している芯糸の周囲に
、下記式で定義されるドラフト率が０．８〜３．０とな
るように押出し被覆した後、冷却固化することにより、
導電性粒子を分散配合した導電層を該芯糸上に連続形成
させることを特徴とする糸状発熱体の製造法でおる。

ドラフト率＝ 本発明に用いる芯糸の素材としては、天然繊維、再生繊
維または合成繊維の糸条が用いられるが、発熱体として
通常使用される温度、すなわち、２０〜１００℃という
低温範囲で長期間安定した性能を維持共するもの；社社
荘庇が好ましい。ここで、合成繊維とはポリアミド、ポ
リエステル、ポリオレフィン、ポリアクリロニトリル、
ポリビニルアルコール、ポリ塩化ビニル等の一般的に知
られた合成繊維の他、ガラス繊維、アルミナあるいはジ
ルコニア等の無機繊維や各種金属繊維が含まれる。中で
もポリアミド、ポリエステル、ポリオレフィンなどの熱
可塑性合成繊維は、非吸湿性、耐薬品性でおり、上記発
熱体使用温度範囲（２０〜１００℃）での熱劣化が少な
いほか、万一局所的異常加熱が生じた場合には溶断する
というヒユーズ機能を有するので好ましい。また、芳香
族ポリアミド、仝芳香族ポリエステル、ポリベンズイミ
ダゾール、ポリフェニレントリアゾール、ポリオキクサ
ジアゾール、ポリイミド、熱硬化性樹脂繊維などの耐熱
性合成繊維、無機繊維あるいは金属繊維などを用いた場
合には使用可能な温度範囲を高くでき、また製品寿命を
著しく延ばすことができるなどの利点があり好ましい。

本発明に用いる芯糸の形態としては紡績糸マルチフィラ
メント、モノフィラメントなど、形単繊維を有するダブ
ルストラクヂャードヤーンあるいは嵩高加工を施したフ
ィラメントなどが好ましい。また、単糸の断面形状を異
形としても良い。

本発明の構成の１つである離心率を０．７以下とするた
めに特に好ましい芯糸の形態とじては集束性良好なもの
を使用することである。すなわち、紡績糸フィラメント
の場合には、撚糸、特に双糸や三子が溶融被覆した際、
ムラのない導電層を形成できるのみではなく、被覆後の
糸の横断面形状が真円に近くなり、後加工での工程通過
性が良好となるため好ましい。

予め導電性粒子を分散配合した熱可塑性樹脂と芯糸の両
方に親和性の高い物質で、芯糸を処理しておくことも好
ましい。

本発明に用いる導電性粒子を分散配合させる熱可塑性樹
脂は、発熱体の使用温度範囲（２０〜１００℃）で安定
した電気抵抗性能を保ち、使用温度の上限以上の温度で
溶融もしくは軟化するものでおればとくに制限はないが
、通常行なわれている押出成型１１１１１００〜３５０
℃で押出し可能なものが良い。中でもポリオレフィン系
、ポリエステル系、ポリウレタン系、ポリ塩化ビニル系
、ポリビニルアルコール系、ポリスチレン系、などの熱
可塑性エラストマーが可撓性や屈曲性の点から好ましく
使用される。

ここで熱可塑性エラストマーとは常温でゴム弾性を示し
高温で押出し可能な可塑性を示すのであるが、ＪＩＳ　
　Ｋ６３０１規定のＡ硬度が低いもの程、可撓性が良好
であり、より多量の導電性粒子を分散配合できるばかり
でなく、できあがった糸状発熱体を屈曲させた場合に被
覆された導電層に割れや切断を生じにくいため好ましい
。ここで熱可塑性エラストマーとしてはＪＩＳ　　Ｋ６
３０１規定のＡ硬度が９５以下のものが好ましく、より
好ましくは９０以下であり、８０以下のものが更に好ま
しく使用される。

これらの熱可塑性樹脂は二種以上をブレンド使用しても
良いし、その際二種以上の樹脂がブロックかあるいはグ
ラフト化することにより反応していても良い。

本発明に用いる導電性粒子としては、たとえば、カーボ
ンブラックやグラファイトに代表される導電性カーボン
粒子、有機導電性粒子、導電性金属粒子、導電性金属酸
化物粒子およびそれらの被膜を有する粒子があげられる
。ここで粒子とは、最大平均粒子径が１００μ以下のも
れる。また、二種以上の導電性粒子を混合して使用して
も良い。上記導電性粒子の中で、導電性カーボン粒子は
熱可塑性樹脂への分散配合が容易であり軽く高導電性の
ものが得られるため特に好ましい。中でも、平均粒子径
が、１０〜１００ｍμのアセチレンブラック、ファーネ
スブラック、ケツチングブラックなどのカーボンブラッ
ク類が好ましく使用される。

本発明で使用される熱可塑性導電性樹脂は、前記熱可塑
性樹脂３０〜７５重量％、好ましくは３５〜７０重量％
、更に好ましくは４０〜６５重量％と前記導電性粒子７
０〜２５重量％、好ましくは６５〜３０重量％、更に好
ましくは６０〜３５重量％とから成っている。熱可塑性
樹脂が３０重量％未満の場合加熱流動性が悪いため、芯
糸に該導電性樹脂を均一に被覆することがむずかしく、
導電性粒子が２５重量％未満とがむずかしい。また、該
導電性樹脂は熱可塑性樹脂と導電性粒子の配合割合が前
述の範囲であるならば、目的に応じて種々の改質剤や添
加剤を含有することができる。

本発明においては、必要に応じて導電層を複数層設ける
ことも行なわれる。この場合、熱可塑性樹脂中に分散さ
れた導電性粒子の組成および含有量を、必要に応じＺ各
層毎に変更することができる。例えば、糸状発熱体の表
面滑性を高めるために、最外層における含有量を内層よ
り少なくする等適宜に決定して実施できる。

本発明の糸状発熱体の抵抗値は、前記合成樹脂中に分散
含有される導電性粒子の含有量、被覆する層の厚さ等に
より適宜設定することができるが、１〜１００にΩ／ｍ
の抵抗値のものが好ましい。抵抗値が１にΩ／ｍ未満で
あると単位長さ当りの発熱量が大きすぎ、また１　００
にΩ／ＴｒＬを越えると単位長さ当りの発熱量が小さ過
ぎるため本発明の発熱体の主要な用途である均一加熱可
能な低温発熱体として使用する上で好ましくない。

本発明の糸状発熱体の糸径は必要とされる導電性および
製品形態によって適宜選択できるが、出来るだけ細いも
のが好ましく、導電性を被覆した糸状発熱体の状態で１
Ｍ径以下のものが好ましく、０．７ｍ径以下のものが更
に好ましい。

本発明の糸状発熱体は溶融被覆装置を用いて連続走行し
ている芯糸の周囲に熱可塑性導電性樹脂を加熱流動下で
溶融計口して溶融押出し被覆することで製造されるが、
その際、被覆樹脂の下式で定義されるドラフト率を０．
８〜３゜０、好ましくは０．９〜１．８、更に好ましく
は０．９５〜１．５になるようにすることが必要である
。

ドラフト率＝ ここで、芯糸の断面積と糸状発熱体の導電層の断面積と
は糸状発熱体の断面積を顕微鏡観察することで求めるこ
とができる。

ドラフト率が３．０よりも大きいと走行している芯糸の
周囲に熱可塑性導電性樹脂を被覆した際、該樹脂が延伸
されるため導電層と芯糸との接着性が悪くなり、それら
の間に空隙を生じる。それ故、得られた糸状発熱体の断
面形状が偏平となり離心率が大きくなることにより発熱
体の電気抵抗値レベルが高くなるばかりでなく抵抗値バ
ラツキＣＶ（％）が大きくなり、発熱体として安定した
性能が得られない。この理由は明確ではないが、熱可塑
性導電性樹脂が延伸されることにより、該樹脂中に分散
配合された導電性粒子の構造が破壊されること、導電層
中にボイドを生じること、および／または糸軸方向に導
電層の微視的な付着ムラを生じること、などが考えられ
る。

又、ドラフト率が０．７よりも小さいとダイ孔出口表面
に熱可塑性導電性樹脂の一部が付着するなどして安定な
付着が難しくなり、得られた糸状発熱体は糸軸方向の重
量バラツキＣｖ（％）が大きくなるばかりでなく、該発
熱体の断面形状の離心率が大きくなるため、電気抵抗値
の糸軸方向のバラツキＣＶ（％）が大きくなり、安定し
た電気性能の糸状発熱体が得られなでコントロールする
ことがでる。

次に本発明の糸状発熱体の製造方法について一例を挙げ
て説明する。

第１図に本発明の製造方法として好ましく用いられる実
ＩＭ態様の一例を示す。芯糸１は実質的に延伸されるこ
となく連続走行しながらダイ５に入り、一方、導電性粒
子を分散配合した熱可塑性導電性樹脂２はメルトエクス
トルーダー３で加熱溶融おるいは加熱流動化され計量ポ
ンプ４で連続計量される。計量された該導電性樹脂は芯
糸１とは別口からダイ５に入り、第２図に示したように
ダイ５の中のニップルを通過してきた芯糸上にドラフト
率が０．８〜３．０で溶融被覆される。導電性樹脂で被
覆された芯糸巻き取られる。

かくして本発明の糸状発熱体は、可撓性に富み、耐屈曲
性、耐摩擦性等の機械的強度に優れ発熱線単位長さ当り
の抵抗値が均一であり、各種の発熱体製品の発熱素材、
特に低温発熱素材として有利に利用できる。

以下、実施例により本発明を具体的に説明する。なお実
施例中、得られた糸状発熱体の特性の測定は次の方法で
行なった。

△、電気抵抗値：テスターを用いて２５ｃｍ当りの抵抗
値をｎ＝４０で測定し、その平均値とそのＣＶ（％）−
標準偏差／平均値を求めた。

Ｂ、糸径：糸横断面の顕微鏡観察により該横断面積をｎ
＝１０で測定し、その平均値に等しい面積を持つ円の直
径で表示した。

Ｃ３可撓性：糸状発熱体を手で折り曲げた際の柔軟性レ
ベルで表示した。

実施例１ 第１図の装置において、ニップル孔径０．３５ｍφのニ
ップルを通って７０ｍ／分の速度で連続走行している融
点２６０℃のポリエステル双糸の紡績糸（４７０デニー
ル）に各種の熱可塑性樹脂６０重量％と平均粒径４０ｍ
μの導電性カーボンブラック４０重量％とからなる熱可
塑性導電性樹脂を２００〜２３０℃で加熱流動（溶融）
し、計量ポンプで１０ｇ／分の割合で連続計量し、ダイ
孔径０．４５ｍのダイを通して溶融押出し被覆した。結
果を第１表に示す。

（以下余白） 第１表から明らかなように、本発明の方法により熱可塑
性導電性樹脂が糸軸方向に均一に付着しその断面形状も
真円に近く微視的な付着むらも小さいため、糸状発熱体
の抵抗値のバラツキはきわめて小さいものとなった。ま
た、得られた糸状発熱体の柔軟性も使用した熱可塑性樹
脂の硬度には依存するが、金属ニクロム線に比較すると
、かなり良好なレベルであった。

第３図によって前記糸状発熱体を用いて得た電極線１３
とポリエステル糸条１４とを用い、緯糸には前記したＮ
Ｑ’ｌの糸状発熱体１１と発熱量調節用のポリエステル
糸条１５とを用い通常の織機によって布帛状発熱体とし
た。さらに絶縁被覆する目的で布帛両面にポリエチレン
溶融体をバインダーとしてポリエチレンフィルムをこの
布帛状発熱体をベストの裏地に縫い付けたものにＮｉ−
Ｃｄ電池から電気を供給したところ、局所的な温度ムラ
がなく、極めて柔軟であり、試着者に好評であった。

実施例２ 実施例１のＮＱｌと同じ方法にて、芯糸の走行速度と熱
可塑性導電性樹脂の供給速度とダイ孔径を変更して糸状
発熱体を製造した。結果を第２表に示す。

（以下余白） 第２表から明らかなように、ドラフト率が本発明の範囲
であるＮα６〜８は離心率と重量バラツキＣＶ（％）が
本発明の範囲におり、抵抗値バラツキＣＶ（％）が５％
以下とニクロム線や市販コードヒータ並みの安定な性能
を示した。

Ｎα５は、ドラフト率が小さすぎたため、得られた糸状
発熱体表面に凹凸を生じ、離心率にバラツキが大きく、
重量バラツキＣｖ（％）も非常に大きくなった。これに
より抵抗値バラツキＣＶ（％）大きかった。

又、Ｎα９はドラフト率が大きかったため、抵抗値バラ
ツキＣＶ（％）が大きかった。

［発明の効果コ 本発明は、可撓性に富み、かつ長さ必たりの抵抗値のバ
ラツキが小ざく、長期間安定して使用でき、低温発熱体
として好ましく使用される糸状の発熱体であり、これに
よって、製編織可能で、衣料分野、連装分野、農業、水
産、土木分野など各種の用途に適用できる発熱体を提供
し得たものである。熱論、自動車、電車などの車両や航
空渫、船舶、宇宙ロケットなどあらゆる乗物にも好適に
適用される。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の糸状発熱体の製造装置の一例でおり、
第２図はその中のダイの断面図を示す。また、第３図は
糸状発熱体を製織して得た布帛状発熱体の説明図である
。 １：芯糸 ２：熱可塑性導電性樹脂 ３：メルトエクストルーダー ４：計量ポンプ ５：ダイ ６：冷却水槽 ７：巻き取り機 ８：ダイ孔 ９：ニップル １０：ニップル孔

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）芯糸の周囲に熱可塑性樹脂と該樹脂中に分散配合
   された導電性粒子とから成る導電層を形成させたもので
   あり、下記式に定義される離心率ｅが０．７以下であり
   、かつ糸軸方向の重量バラツキＣＶが２．０％以下であ
   る糸状発熱体。 ｅ＝√（ａ＾２−ｂ＾２）／ａ 〔ここで、ａ：糸状発熱体の横断面の外接 円直径（μ） ｂ：上記外接円と中心を同じに した該横断面の内接円の直 径（μ）〕 （２）熱可塑性樹脂がＪＩＳ　Ｋ６３０１規定のＡ硬度
   で９５以下の熱可塑性エラストマーである特許請求の範
   囲第（１）項記載の糸状発熱体。 （３）熱可塑性樹脂と該樹脂中に分散配合された導電性
   粒子とから成る熱可塑性導電性樹脂を加熱流動下で溶融
   計量し、連続走行している芯糸の周囲に、下記式で定義
   されるドラフト率が０．８〜３．０となるように押出し
   被覆した後、冷却固化することにより、導電性粒子を分
   散配合した導電層を該芯糸上に連続形成させることを特
   徴とする糸状発熱体の製造法。 ドラフト率＝ ｛（ダイ孔の断面積）−（芯糸の断面積）｝／（糸状発
   熱体の導電層の断面積）（４）熱可塑性樹脂がＪＩＳ　
   Ｋ６３０１規定のＡ硬度で９５以下の熱可塑性エラスト
   マーであることを特徴とする特許請求の範囲第（３）項
   記載の糸状発熱体の製造法。 （５）ドラフト率が０．９〜１．８であることを特徴と
   する特許請求の範囲第（３）項記載の糸状発熱体の製造
   法。