WO2023189184A1 - シート状ヒータ - Google Patents

シート状ヒータ Download PDF

Info

Publication number
WO2023189184A1
WO2023189184A1 PCT/JP2023/007892 JP2023007892W WO2023189184A1 WO 2023189184 A1 WO2023189184 A1 WO 2023189184A1 JP 2023007892 W JP2023007892 W JP 2023007892W WO 2023189184 A1 WO2023189184 A1 WO 2023189184A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
electrode
sheet
heating element
porous heating
heater
Prior art date
Application number
PCT/JP2023/007892
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
誠 後藤
卓 蔵原
陽輔 菅原
Original Assignee
株式会社巴川製紙所
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 株式会社巴川製紙所 filed Critical 株式会社巴川製紙所
Publication of WO2023189184A1 publication Critical patent/WO2023189184A1/ja

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05BELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B3/00Ohmic-resistance heating
    • H05B3/20Heating elements having extended surface area substantially in a two-dimensional plane, e.g. plate-heater
    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05BELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B3/00Ohmic-resistance heating
    • H05B3/20Heating elements having extended surface area substantially in a two-dimensional plane, e.g. plate-heater
    • H05B3/34Heating elements having extended surface area substantially in a two-dimensional plane, e.g. plate-heater flexible, e.g. heating nets or webs
    • H05B3/36Heating elements having extended surface area substantially in a two-dimensional plane, e.g. plate-heater flexible, e.g. heating nets or webs heating conductor embedded in insulating material

Definitions

  • the present invention relates to a sheet-like heater.
  • Patent Document 1 discloses a planar heater consisting of a plurality of thin stainless steel heating elements arranged in parallel and an insulating base material superimposed on at least one surface of these heating elements.
  • a power introduction terminal is fixed to one end of the heating element, and a brazing material and a terminal piece are stacked on the other end to connect the heating element to another adjacent heating element.
  • a planar heater is disclosed, in which the power introduction terminal forms a connection part, and the power introduction terminal is fixed to the end of the heating element via a conductive brazing material.
  • a heater that heats an object to be heated such as a pipe, that has a curved surface is required to be flexible so that it can follow the object to be heated. Furthermore, it is required that the heating element of the heater and the electrode remain connected even when external forces such as vibration and rocking are applied to the joint. However, if the connection between the heating element and the electrode is made too strong, the flexibility of the heater may decrease.
  • An object of the present invention is to provide a sheet-like heater in which a heating element and an electrode are firmly joined, and which has excellent flexibility.
  • the present invention includes the following (1) to (11).
  • a sheet-shaped heater including a sheet-shaped porous heating element, an electrode is present on at least one main surface of the porous heating element, The porous heating element and the electrode each have a bonded portion formed by melting at least a portion of each of the electrodes and then solidifying the porous heating element and the electrode by the bonding portion. , a sheet-shaped heater in which the electrodes are electrically connected.
  • a first insulating layer; the sheet-shaped porous heating element; and a second insulating layer are laminated in this order, The sheet-like heater according to (1) above, wherein at least a portion of the electrode is not covered by the first insulating layer and the second insulating layer.
  • the bonded portion is formed by heating at least a portion of each of the porous heating element, the bonding auxiliary material, and the electrode, and then solidified, and the bonded portion
  • a reinforcing material is provided on the main surface of the porous heating element on the side where the electrode is not present, The joint portion is formed by heating so that at least a portion of each of the reinforcing material, the porous heating element, the joining aid, and the electrode melts, and then solidifies.
  • the present invention it is possible to provide a sheet-like heater in which the heating element and the electrode are firmly joined and have excellent flexibility.
  • FIG. 1 is a diagram (schematic diagram) of the main surface of a sheet-like heater 1a of the present invention in Embodiment 1, viewed from the perpendicular direction.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view (schematic diagram) taken along the line AA in FIG.
  • FIG. 3 is a sectional view (schematic diagram) taken along line BB in FIG.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view (schematic diagram) taken along the line CC in FIG.
  • FIG. 5 is a diagram (schematic diagram) of a cross section obtained by cutting the sheet-like heater 1b of the present invention in the second embodiment in a direction parallel to the perpendicular to the main surface thereof.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view (schematic diagram) taken along the line AA in FIG.
  • FIG. 3 is a sectional view (schematic diagram) taken along line BB in FIG.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view (schematic diagram) taken along the line CC in FIG
  • FIG. 6 is an SEM image of a cross section near the joint of Embodiment 2, observed with a scanning electron microscope (SEM).
  • FIG. 7 is a diagram (schematic diagram) of the main surface of the sheet-like heater 1c of the present invention in Embodiment 3, viewed from the perpendicular direction.
  • FIG. 8 is a sectional view (schematic diagram) taken along the line DD in FIG.
  • FIG. 9 is a cross-sectional view (schematic diagram) taken along the line EE in FIG.
  • FIG. 10 is a cross-sectional view (schematic diagram) taken along line FF in FIG.
  • FIG. 11 is a diagram (schematic diagram) of the main surface of the sheet-like heater 1d of the present invention in Embodiment 4, viewed from the perpendicular direction.
  • FIG. 12 is a diagram (schematic diagram) of the main surface of the sheet-like heater 1e of the present invention in Embodiment 5, viewed from the perpendicular direction.
  • FIG. 13 is a diagram (schematic diagram) of the main surface of the sheet-like heater 1f of the present invention in Embodiment 6, viewed from the perpendicular direction.
  • FIG. 14 is a diagram for explaining a method of manufacturing a sheet-like heater according to the second embodiment.
  • FIG. 15 is another diagram for explaining the method for manufacturing the sheet-like heater according to the second embodiment.
  • the sheet-like heater of the present invention is a sheet-like heater including a sheet-like porous heating element, wherein an electrode is present on at least one main surface of the porous heating element, and when heated, the porous heating element is heated.
  • the porous heating element and the electrode have a joint formed by melting and then solidifying at least a portion of each of the heating element and the electrode, and the joining part allows the porous heating element and the electrode to electrically connect.
  • Embodiment 1 is A sheet-shaped heater including a sheet-shaped porous heating element, a first insulating layer; the sheet-shaped porous heating element; and a second insulating layer are laminated in this order, an electrode is present on at least one main surface of the porous heating element, further comprising a bonding aid between the porous heating element and the electrode, At least a portion of the electrode is not covered by the first insulating layer and the second insulating layer,
  • the porous heating element, the bonding aid, and the electrode each have a bonded portion formed by melting at least a portion of each of the porous heating element, the bonding aid material, and the electrode by being heated, and then solidifying the bonded portion, and the bonding portion allows the bonding member to
  • the present invention is a sheet-like heater in which a porous heating element, the bonding aid, and the electrode
  • Embodiment 1 is a preferred embodiment of the sheet-like heater of the present invention, which further includes a first insulating layer, a second insulating layer, and a bonding aid.
  • the joint is formed by heating at least a portion of the porous heating element, at least a portion of the joining aid, and at least a portion of the electrode, each of which melts and then solidifies. It was formed. Further, the porous heating element, the joining aid, and the electrode are electrically connected through the joint.
  • FIG. 1 is a diagram (schematic diagram) of the main surface of the sheet-like heater 1a of the present invention in Embodiment 1, viewed from the perpendicular direction.
  • 2 is a cross-sectional view (schematic diagram) taken along the line AA in FIG. 1
  • FIG. 3 is a cross-sectional view taken along the line B-B (schematic diagram) in FIG. Figure).
  • 2 to 4 each show a cross section of the main surface of the sheet-like heater 1a of the present invention in a direction parallel to a perpendicular line.
  • the stacked state is confirmed by observing the cross section corresponding to FIGS. 2 to 4 with an optical microscope or a scanning electron microscope. be able to.
  • the sheet-like heater 1a of the present invention of Embodiment 1 has a first insulating layer 6a, a sheet-like porous heating element 4, and a second insulating layer 6b laminated in this order. ing. Then, the electrode 2 is present on one main surface of the porous heating element 4 with the joining aid 3 interposed therebetween. As described above, in the present invention, the electrode 2 is present on at least one main surface of the porous heating element 4, but the electrode 2 does not need to be in contact with the main surface of the porous heating element 4. As in Embodiment 1, it may be present on the main surface of the porous heating element 4 via the joining aid 3.
  • the electrode 2 is not covered by the first insulating layer 6a and the second insulating layer 6b. That is, at least a portion of the outer surface of the electrode 2 is exposed.
  • the outer surface of the electrode 2 is exposed to the surface.
  • the sheet-like heater 1a of the present invention has three joints 7 and one electrode 2, as shown in FIGS. 1 to 4.
  • the joint portion 7 is formed by heating at least a portion of the porous heating element 4, at least a portion of the joining aid 3, and at least a portion of the electrode 2, each of which melts and then solidifies. It was formed.
  • the electrode 2 is attached to the main surface of the porous heating element 4 via the joining aid 3 and a welding rod is pressed onto the surface of the electrode 2 for welding, the heat will cause the electrode 2, the joining aid 3 and the porous At least a portion of each of the quality heating elements 4 is melted. Thereafter, when the melted portion is allowed to cool and solidified, this constitutes the joint portion 7.
  • the porous heating element 4, the bonding aid 3, and the electrode 2 are electrically connected through the bonding portion 7.
  • the porous heating element 4, the bonding aid 3, and the electrode 2 may be made of different metals, but are preferably made of the same metal. This is because when the porous heating element 4, the joining aid 3, and the electrode 2 are made of the same type of metal, the strength of the formed joint 7 tends to be high.
  • the same type of metal means that the main elements are the same.
  • the main elements are the elements that make up the metal, arranged in descending order of their content (mol%), and the elements with the highest content (mol%) added up in order, and the elements that exceed 90 mol%. It shall mean a set of one or more elements whose content rates have been added up to that point. In the case of a metal in which the content of one element is 90 mol% or more, the main element of the metal is only that one element.
  • the sheet-like heater 1a of the present invention of Embodiment 1 has three joints 7.
  • the sheet-like heater of the present invention including Embodiment 1 and another embodiment described below, it is preferable that a plurality of joint portions 7 exist for one electrode 2.
  • the sheet-like heater of the present invention preferably has 2 to 20 joints, more preferably 3 to 15 joints, for one electrode.
  • the electrode and the porous heating element can be more firmly joined, and the sheet-like heater of the present invention also has good flexibility. Because it will be.
  • the size, shape, etc. of the joints are all the same. It may be different or it may be different. Further, when the sheet-like heater of the present invention has a plurality of joints for one electrode, the joints may be localized on the electrode, but it is preferable that they are scattered and kept at a constant distance. It is preferable to splurge regularly.
  • the joint portion when the main surface of the sheet heater of the present invention is viewed from the side where the electrode is present, the joint portion is dotted and/or linear. It is preferable that it is shaped like this. Note that the joint portion may have a shape other than a point shape or a linear shape, for example, a planar shape. When the main surface of the sheet-like heater of the present invention is viewed from the side where the electrodes are present, it is more preferable that the joint portion is linear. In this case, the bond between the electrode 2 and the porous heating element 4 can be strengthened, and the sheet-like heater of the present invention also has good flexibility when folded.
  • the joint portion 7 of the sheet-like heater 1a of the present invention according to Embodiment 1 has a linear shape as shown in FIG. 1 when its main surface is viewed from the side where the electrodes are present.
  • the porous heating element 4 will be explained.
  • the sheet-like heater of the present invention includes a sheet-like porous heating element as an essential element. Note that the following description of the porous heating element 4 is not limited to the porous heating element 4 included in the sheet-like heater 1a of the present invention in Embodiment 1, but also applies to the sheet-like heater of the present invention including another embodiment described later. This is also an explanation of the porous heating element included in the system.
  • the porous heating element 4 may be any porous body that generates heat when energized.
  • the material of the porous heating element 4 is not particularly limited as long as it generates heat when energized, and is preferably stainless steel (for example, SUS304, SUS316, SUS316L), but Cu (copper), Al (aluminum) , Ni (nickel), nichrome, or carbon.
  • the porous heating element 4 is made of a fibrous material.
  • the porous heating element 4 made of a fibrous material may be, for example, a sheet-like metal mesh made of linear fibers arranged substantially perpendicularly, a metal fiber nonwoven fabric made of randomly arranged metal fibers, or a metal fiber woven fabric. It may be cloth, linear metal fiber, or tape-shaped metal fiber.
  • the metal mesh includes, for example, a 200 to 500 mesh metal mesh.
  • the metal fiber nonwoven fabric for example, a 1500 g/m 2 stainless steel fiber nonwoven fabric (SUS316L needle punch web, manufactured by Nikko Techno Co., Ltd.) can be mentioned.
  • the metal fiber woven fabric include SUS cloth (Naslon Cloth A, manufactured by Nippon Seisen Co., Ltd.).
  • examples of linear metal fibers include filament yarn (Naslon 12-2000/3, manufactured by Nippon Seisen Co., Ltd.).
  • a tape-shaped metal fiber for example, SUS tape (Naslon Tape B W16 (manufactured by Nippon Seisen Co., Ltd.) can be mentioned.
  • the porous heating element 4 mainly consists of metal fibers, and more preferably consists only of metal fibers.
  • “mainly” means that the content is 70% by mass or more. That is, it is preferable that 70% by mass or more of the porous heating element 4 is metal fiber.
  • the proportion of metal fibers contained in the porous heating element 4 is more preferably 80% by mass or more, more preferably 90% by mass or more, more preferably 95% by mass or more, and 98% by mass or more. It is more preferable that When the content of metal fibers in the porous heating element 4 is within the above range, the porous heating element 4 can sufficiently exhibit its electrical conductivity and heat generation properties.
  • the proportion of metal fibers contained in the porous heating element 4 shall be specified by the following method.
  • an SEM image of the surface of the porous heating element 4 is obtained by magnifying it 1,000 times using a scanning electron microscope (SEM).
  • EDS analysis is performed on the field of view of 90 ⁇ m x 120 ⁇ m in the SEM image to identify the presence and type of metal fibers, and further image processing is performed to determine the metal fibers (excluding voids) occupying the field of view. Find the area ratio of. Then, the area ratio is raised to the third power of 2 to convert it into a volume ratio, and further multiplied by the true specific gravity of the metal fiber to obtain the mass ratio, and the content rate of the metal fiber is calculated. When two or more types of metal fibers are included, the content rate of each metal fiber is determined and the summed value is taken as the proportion of metal fibers contained in the porous heating element 4.
  • the metal fiber is preferably a metal fiber having a cross-sectional equivalent area diameter of 2 to 100 ⁇ m (preferably 5 to 20 ⁇ m) and a length of 2 to 20 mm.
  • the porous heating element 4 is a metal fiber nonwoven fabric (hereinafter also referred to as a metal fiber sheet) in which such metal fibers are randomly arranged.
  • the metal fiber sheet consists only of metal fibers and may have voids, but in addition to the metal fibers, other than metal fibers (for example, resin fibers that function as a binder, etc.) may be added to the extent that does not impede heat generation. It may include. Examples of the binder include carbon, glass, and silicone resin.
  • the metal fibers constituting the metal fiber sheet are connected to each other at a contact point at least to the extent that they conduct electricity. For example, it is more preferable that some of the metal fibers are melted by sintering at a high temperature and then solidified so that the metal fibers are fused to each other at their contact points.
  • the metal fiber sheet is preferably a stainless steel fiber sheet because it has high heat resistance and chemical resistance.
  • the stainless steel fiber sheet include a stainless steel fiber sheet (for example, Tomy Firec SS, manufactured by Tomogawa Paper Manufacturing Co., Ltd.).
  • the basis weight of the metal fiber sheet is preferably 25 g/m 2 or more, more preferably 50 g/m 2 or more. Further, it is preferably 1000 g/m 2 or less, more preferably 200 g/m 2 or less. When the basis weight of the metal fiber sheet is 25 g/m 2 to 1000 g/m 2 , the strength as a metal fiber sheet can be ensured, and the points of contact between the metal fibers can be made relatively uniform. A sheet-like heater using such a metal fiber sheet as a porous heating element can bond the porous heating element and the electrode more firmly, and has excellent flexibility. Note that the basis weight is calculated by calculating the volume of fibers per unit area of the metal fiber sheet from image observation using an optical microscope, determining the weight from the specific gravity, and calculating the basis weight.
  • the density of the metal fiber sheet is preferably 1.0 to 5.0 g/cm 3 , more preferably 1.4 to 2.0 g/cm 3 , and approximately 1.7 g/cm 3 preferable.
  • the metal fiber sheet can be manufactured by a dry nonwoven fabric manufacturing method or a wet paper forming method.
  • a dispersion medium water, organic solvent, etc.
  • an organic flocculant, etc. is added, and the sheet is formed into a sheet using a square hand-sheeting device (manufactured by Toyo Seiki Co., Ltd., etc.), and a dry sheet with a basis weight of 50 to 1100 g/m 2 is obtained using a ferro-type drying device. .
  • a metal fiber sheet can be obtained by firing at 400 to 1300°C.
  • the porous heating element 4 preferably has a specific electrical resistance of 5 to 3000 ⁇ cm, more preferably 10 to 2500 ⁇ cm.
  • the specific electrical resistance of the porous heating element 4 is a value determined in accordance with JIS K 7194.
  • the thickness of the porous heating element 4 is preferably 10 to 600 ⁇ m, more preferably 20 to 150 ⁇ m.
  • a sheet-like heater using a porous heating element 4 having a thickness of 10 to 600 ⁇ m can bond the porous heating element and the electrode more firmly, and has excellent flexibility.
  • the thickness of the porous heating element 4 shall be determined as follows. First, a cross section of the sheet heater of the present invention in a direction parallel to a perpendicular to its main surface is obtained. This cross section corresponds to FIGS. 2 to 4. Next, after obtaining an enlarged photograph (200x) of its cross section using an optical microscope, the thickness of the porous heating element 4 was measured at 100 randomly selected locations on the enlarged photograph, and the thickness of the porous heating element 4 was measured at 100 randomly selected locations. Find the average value. Then, the obtained simple average value is taken as the thickness of the porous heating element 4. Note that the thicknesses of elements other than the porous heating element 4 included in the sheet-like heater of the present invention are also determined by the same method.
  • the shape and size of the porous heating element 4 can be adjusted as appropriate depending on the shape and size of the object to be heated.
  • the sheet-like heater of the present invention has an electrode on at least one main surface of the sheet-like porous heating element 4. As described above, the electrode 2 does not need to be in contact with the main surface of the porous heating element 4, and may be present on the main surface of the porous heating element 4, for example, via a bonding aid.
  • the following description of the electrode 2 is not limited to the electrode 2 included in the sheet-like heater 1a of the present invention in Embodiment 1, but is also a description of the electrode included in the sheet-like heater of the present invention including another embodiment described later. There is also.
  • the electrode 2 may be of any type as long as it can be connected to an external power source and can supply electricity supplied from the external power source to the porous heating element 4.
  • the material of the electrode 2 is not particularly limited. Although Cu (copper), Ag (silver), Au (gold), etc. may be used, stainless steel (for example, SUS304, SUS316, SUS316L) is more preferable.
  • the electrode 2 may be made of, for example, metal foil, a sheet-like metal mesh in which linear fibers are arranged substantially perpendicularly, a metal fiber nonwoven fabric in which metal fibers are randomly arranged, a metal fiber woven fabric, a linear metal fiber, It may be a tape-shaped metal fiber.
  • the metal mesh includes, for example, a 200 to 500 mesh metal mesh.
  • the metal fiber nonwoven fabric include a 1500 g/m 2 stainless steel fiber nonwoven fabric (SUS316L needle punch web, manufactured by Nikko Techno Co., Ltd.).
  • the metal fiber woven fabric include SUS cloth (Naslon Cloth A, manufactured by Nippon Seisen Co., Ltd.).
  • linear metal fibers include filament yarn (NASLON 12-2000/3, manufactured by Nippon Seisen Co., Ltd.).
  • tape-shaped metal fibers include SUS tape (Naslon Tape B W16 (manufactured by Nippon Seisen Co., Ltd.)).
  • the electrode 2 includes a connection part (not shown) to an external power source.
  • the porous heating element 4 is configured to be energized from an external power source via the electrode 2.
  • the external power source and the electrode 2 may be connected by a cable using a crimp terminal or the like.
  • the shape and size of the electrode 2 can be adjusted as appropriate as long as it can provide a connection part with an external power source and can sufficiently conduct electricity to the porous heating element 4.
  • the electrode 2 preferably has a specific electrical resistance of 5 to 100 ⁇ cm, more preferably 10 to 90 ⁇ cm.
  • the electrode 2 is preferably composed of a fibrous material, and more preferably a woven fabric made of twisted metal fibers or a woven metal fiber fabric. If the electrode 2 is made of a woven fabric made of twisted metal fibers or a woven metal fiber fabric, it has appropriate flexibility and strength, so even when an external force is applied to the sheet-like heater of the present invention, the porous The heating element and electrode are difficult to separate from the joint.
  • the woven fabric made of twisted metal fibers or the metal fiber woven fabric may use fibers other than metal fibers as its constituent elements, but it is preferable that it mainly consists of metal fibers, and more preferably that it consists only of metal fibers. preferable.
  • "mainly” means 70% by mass or more. That is, it is preferable that 70% by mass or more of the electrode 2 is metal fiber.
  • the content of metal fibers in the electrode 2 is more preferably 80% by mass or more, more preferably 90% by mass or more, more preferably 95% by mass or more, and more preferably 98% by mass or more. More preferred.
  • the woven fabric or metal fiber woven fabric made of twisted metal fibers may have voids left.
  • the woven fabric made of twisted metal fibers or the metal fiber woven fabric may also contain materials other than metal fibers (for example, resin fibers that function as a binder).
  • the woven fabric made of twisted metal fibers or the metal fibers constituting the metal fiber woven fabric are preferably fibers with a cross-sectional equivalent area circle diameter of 1 to 50 ⁇ m (preferably 2 to 30 ⁇ m).
  • the diameter equivalent to an equal area circle of the cross section of the metal fiber is determined by using a scanning electron microscope (SEM) to obtain an SEM image of 1000 times the cross section of the electrode 2. It means the value obtained by measuring the diameter at a certain point and simply averaging them.
  • SEM scanning electron microscope
  • the thickness of the electrode 2 is preferably 0.5 to 3 mm. This is because, with such a thickness, the bond between the electrode and the bonding aid or the porous heating element becomes stronger, and the flexibility of the sheet-like heater of the present invention is also improved.
  • the thickness of the electrode 2 so that the electrode 2 protrudes from the outer surface of the first insulating layer 6a.
  • the connection work between the electrode 2 and the external power source becomes easy, and various connection methods can be easily used.
  • Embodiment 1 of the sheet-like heater of the present invention has a bonding aid 3 between the porous heating element 4 and the electrode 2. It is preferable that the sheet-like heater of the present invention has a bonding aid 3 between the electrode 2 and the porous heating element 4 as in the first embodiment.
  • the bonding aid 3 is not limited to the bonding aid 3 included in the sheet-shaped heater 1a of the present invention in Embodiment 1, but also applies to the bonding aid 3 included in the sheet-shaped heater of the present invention including another embodiment described later. This is also a description of the joining aid 3 to be obtained.
  • the material of the bonding aid 3 is not particularly limited as long as it has conductivity. It may be made of Cu (copper), Al (aluminum), Ni (nickel), nichrome, carbon, Fe (iron), Cr (chromium), etc., but stainless steel is preferable.
  • the material of the bonding aid 3 can be appropriately selected in consideration of the bonding strength and ease of bonding between the electrode 2 and the porous heating element 4, the flexibility of the sheet-like heater of the present invention, and the like.
  • the bonding aid 3 may be, for example, metal foil, sheet-like metal mesh, metal fiber nonwoven fabric, metal fiber woven fabric, linear metal fiber, or tape-like metal fiber.
  • the metal mesh includes, for example, a 200 to 500 mesh metal mesh.
  • the metal fiber nonwoven fabric include a 1500 g/m 2 stainless steel fiber nonwoven fabric (SUS316L needle punch web, manufactured by Nikko Techno Co., Ltd.).
  • the metal fiber woven fabric include SUS cloth (Naslon Cloth A, manufactured by Nippon Seisen Co., Ltd.).
  • linear metal fibers include filament yarn (NASLON 12-2000/3, manufactured by Nippon Seisen Co., Ltd.).
  • tape-shaped metal fibers include SUS tape (Naslon Tape B W16 (manufactured by Nippon Seisen Co., Ltd.)).
  • the bonding aid 3 is preferably a metal foil, more preferably a stainless steel foil.
  • the joining aid 3 is a metal foil, it is easy to weld and join the joining aid 3, the electrode 2, and the porous heating element 4.
  • the joining part 7 can be easily formed by using the joining aid 3 made of stainless steel.
  • the electrode 2, the porous heating element 4, and the joining aid 3 are made of stainless steel having the same composition, it is easier to form the joining part 7.
  • the joining part 7 can be formed more easily.
  • the electrode 2, the porous heating element 4, and the joining aid 3, which is a stainless steel foil are made of stainless steel having the same composition, it is easier to form the joining part 7. In this case, even if the bonding portion 7 is small, the bonding strength between the electrode 2, the bonding aid 3, and the porous heating element 4 can be easily ensured, and the flexibility of the sheet-like heater 1 of the present invention is increased.
  • the electrode 2 is made of copper and the porous heating element 4 is made of stainless steel, it is preferable that the joining aid 3 is made of a nickel alloy.
  • the shape and size of the bonding aid 3 can be adjusted as appropriate, but the area of the main surface of the bonding aid 3 facing the electrode 2 is the area of the main surface of the electrode 2 facing the bonding aid 3. It is preferable that it is above. This is because by doing so, one or more joint portions 7 can be formed without worrying about the arrangement of the joining aid 3.
  • the bonding aid 3 preferably has a specific electrical resistance of 5 to 100 ⁇ cm, more preferably 10 to 90 ⁇ cm.
  • the specific electrical resistance of the bonding aid 3 is a value determined in accordance with JIS K 7194.
  • the thickness of the bonding aid 3 is preferably 10 to 100 ⁇ m.
  • the thickness of the bonding aid 3 is 10 to 100 ⁇ m, it is easy to ensure the flexibility of the sheet-like heater 1 of the present invention and the bonding strength between the porous heating element 4 and the electrode 2.
  • the first insulating layer 6a and the second insulating layer 6b will be explained. It is preferable that the sheet-like heater of the present invention has a first insulating layer 6a and/or a second insulating layer 6b. Further, in the sheet-like heater of the present invention, as in Embodiment 1, it is preferable that the first insulating layer 6a, the porous heating element 4, and the second insulating layer 6b are laminated in this order.
  • first insulating layer 6a and the second insulating layer 6b is not limited to the first insulating layer 6a and the second insulating layer 6b included in the sheet-like heater 1a of the present invention in Embodiment 1, and will be described later. This is also a description of a first insulating layer and a second insulating layer that may be included in a sheet-like heater of the present invention including another embodiment.
  • the first insulating layer 6a and the second insulating layer 6b serve to electrically insulate the porous heating element 4 from others. Therefore, it is preferable to use a sheet-like material made of a material with high insulation properties.
  • the sheet-like heater 1a of the present invention when installed on the surface of the object to be heated, it is preferable that the insulating layer closer to the surface of the object to be heated has thermal conductivity in addition to insulation.
  • the first insulating layer 6a and the second insulating layer 6b are made of, for example, PET (polyethylene terephthalate), PI (polyimide), PP (polypropylene), PE (polyethylene), PEN (polyethylene naphthalate), TAC (triacetyl cellulose), silicone It may be made of resin, ceramic, or the like. This is because these have high insulation properties.
  • the first insulating layer 6a and/or the second insulating layer 6b made of PI (polyimide) can be preferably used because they have excellent heat resistance and insulation properties.
  • the thickness of the first insulating layer 6a and the second insulating layer 6b is not particularly limited, but each is preferably 50 to 700 ⁇ m, more preferably 100 to 600 ⁇ m, and even more preferably 200 to 500 ⁇ m. .
  • the shapes and sizes of the first insulating layer 6a and the second insulating layer 6b are not particularly limited. However, since the first insulating layer 6a and the second insulating layer 6b play a role of electrically insulating the porous heating element 4 from others, the size of the main surface of the first insulating layer 6a and the second insulating layer 6b is usually the same as the main surface of the porous heating element 4 or larger than the main surface of the porous heating element 4.
  • the first insulating layer 6a, the porous heating element 4, and the second insulating layer 6b are laminated in this order as in Embodiment 1, the first insulating layer 6a and the porous
  • the main surfaces of the porous heating element 4 and the main surfaces of the porous heating element 4 and the second insulating layer 6b can be bonded together using, for example, an adhesive.
  • first insulating layer 6a and the porous heating element 4 may be present between the first insulating layer 6a and the porous heating element 4 or between the porous heating element 4 and the second insulating layer 6b.
  • the first insulating layer 6a and the second insulating layer 6b may be made of the same material or may be made of different materials.
  • the first insulating layer 6a and the second insulating layer 6b may have the same thickness or may have different thicknesses.
  • the electrode 2 is not covered by the first insulating layer 6a and the second insulating layer 6b.
  • the electrode 2 is not covered with the first insulating layer 6a, and the outer surface of the electrode 2 is exposed when viewed from the outer surface side of the first insulating layer 6a. That is, an opening is formed in the first insulating layer 6a so that the outer surface of the electrode 2 is exposed.
  • a sheet-like heater 1a of the present invention according to Embodiment 1 has an electrode 2 on one main surface of a sheet-like porous heating element 4 with a bonding aid 3 interposed therebetween.
  • other materials may be used between the electrode 2 and the bonding aid 3 in Embodiment 1, or between the bonding aid 3 and the porous heating element 4, as long as they do not interfere with the formation of the bonding portion 7. may exist.
  • the thickness of the sheet-like heater of the present invention is preferably 150 to 500 ⁇ m, more preferably 300 to 400 ⁇ m.
  • Embodiment 2 of the sheet-like heater of the present invention will be described with reference to the drawings.
  • Embodiment 2 is A sheet-shaped heater including a sheet-shaped porous heating element, a first insulating layer; the sheet-shaped porous heating element; and a second insulating layer are laminated in this order, an electrode is present on at least one main surface of the porous heating element, further comprising a bonding aid between the porous heating element and the electrode, At least a portion of the electrode is not covered by the first insulating layer and the second insulating layer, A reinforcing material is provided on the main surface of the porous heating element on the side where the electrode is not present, The reinforcing material, the porous heating element, the bonding aid, and the electrode each have a bonded portion formed by melting at least a portion of each of the reinforcing material, the bonding aid material, and the electrode by being heated, and then solidifying the bonded portion.
  • Embodiment 2 is a preferred embodiment of the sheet-like heater of the present invention, which further includes a first insulating layer, a second insulating layer, a joining aid, and a reinforcing material.
  • a first insulating layer a first insulating layer
  • a second insulating layer a joining aid
  • a reinforcing material in this case, at least a portion of the reinforcing material, at least a portion of the porous heating element, at least a portion of the joining aid, and at least a portion of the electrode are each melted and then solidified. It was formed by. Further, the reinforcing material, the porous heating element, the joining aid, and the electrode are electrically connected through the joint.
  • a diagram (schematic diagram) of the main surface of the sheet-like heater 1b of the present invention in Embodiment 2 viewed from the perpendicular direction is similar to FIG. 1.
  • a cross-sectional view (schematic view) obtained by cutting the sheet-like heater 1b of the present invention in Embodiment 2 in a direction parallel to the perpendicular to the main surface at a location corresponding to line AA in FIG. It is 5.
  • FIG. 6 shows a cross section obtained by cutting the vicinity of the joint 7 in the sheet-like heater 1b of the present invention in a direction parallel to the perpendicular to the main surface of the sheet-like heater 1b of the present invention, using a scanning electron microscope (SEM). ) is an SEM image obtained by observation.
  • SEM scanning electron microscope
  • a tape-shaped metal fiber (tape B W16, manufactured by Nippon Seisen Co., Ltd.) is used as the electrode 2
  • 30 ⁇ m stainless steel foil is used as the joining aid 3 and reinforcing material 8
  • stainless steel fiber is used as the porous heating element 4.
  • a sheet (Tomy Firec SS, manufactured by Tomoekawa Paper Mills) was used.
  • Embodiment 2 of the sheet-like heater of the present invention has a reinforcing material 8 on the main surface of the porous heating element 4 on the side where the electrode 2 is not present. It is preferable that the sheet-like heater of the present invention has a reinforcing material 8 on the main surface of the porous heating element 4 on the side where the electrode 2 is not present, as in the second embodiment.
  • reinforcing material 8 is not limited to the reinforcing material 8 included in the sheet-like heater 1b of the present invention in Embodiment 2, but also refers to the reinforcing material that may be included in the sheet-like heater of the present invention including another embodiment described later. This is also an explanation of material 8.
  • the reinforcing material 8 may be an inorganic material or an organic material as long as it is flexible and has heat resistance to the temperature reached when the porous heating element 4 included in the sheet-like heater 1b of the present invention generates heat (heat generation temperature). , not particularly limited.
  • the reinforcing material 8 is made of metal, which is an inorganic material.
  • the joint portion 7 of the sheet-like heater 1b of the present invention in Embodiment 2 includes at least a part of the reinforcing material, at least a part of the porous heating element, and a joining aid. At least a part of the material and at least a part of the electrode are each melted and then solidified, and the joint part forms a reinforcing material, a porous heating element, a joining aid, It is electrically connected to the electrode.
  • the joint portion of the sheet-like heater of the present invention in such an embodiment includes at least part of the porous heating element, at least part of the joining aid, and at least part of the electrode. It is formed by melting each part and then solidifying it.
  • the material of the reinforcing material 8 may be the same as that of the joining aid 3 or may be different from the joining aid 3.
  • the material of the reinforcing material 8 is preferably the same kind of metal as the porous heating element 4 , more preferably the same kind of metal as the porous heating element 4 and the joining aid 3 , and the reinforcing material 8 is preferably made of the same kind of metal as the porous heating element 4 and the joining aid 3 . It is more preferable that the auxiliary material 3 and the electrode 2 are made of the same type of metal.
  • the material of the reinforcing material 8 is more preferably stainless steel (for example, SUS304, SUS316, SUS316L).
  • the reinforcing material 8 may be in the form of, for example, metal foil, sheet-like metal mesh, metal fiber nonwoven fabric, metal fiber woven fabric, linear metal fiber, tape-like metal fiber, or the like.
  • the metal mesh includes, for example, a 200 to 500 mesh metal mesh.
  • the metal fiber nonwoven fabric include a 1500 g/m 2 stainless steel fiber nonwoven fabric (SUS316L needle punch web, manufactured by Nikko Techno Co., Ltd.).
  • the metal fiber woven fabric include SUS cloth (Naslon Cloth A, manufactured by Nippon Seisen Co., Ltd.).
  • linear metal fibers include filament yarn (NASLON 12-2000/3, manufactured by Nippon Seisen Co., Ltd.).
  • tape-shaped metal fibers include SUS tape (Naslon Tape B W16 (manufactured by Nippon Seisen Co., Ltd.)).
  • the reinforcing material 8 is preferably metal foil, more preferably stainless steel foil. Furthermore, since the reinforcing material 8 is in the form of a foil, when the electrode 2, the joining aid 3, the porous heating element 4, and the reinforcing material 8 are laminated and welded together, it fills the voids in the porous heating element 4. A stronger joint 7 can be formed.
  • Embodiment 2 is an aspect in which a part of the reinforcing material 8 forms the joint part 7. At least a portion of the electrode 2, at least a portion of the joining aid 3, at least a portion of the porous heating element 4, and at least a portion of the reinforcing material 8 are integrated to form a joint. is more preferable.
  • the size and shape of the reinforcing material 8 are not particularly limited. It is preferable that the area of the main surface of the reinforcing material 8 facing the electrode 2 is greater than or equal to the area of the main surface of the electrode 2 facing the reinforcing material 8. Further, when the sheet-like heater 1b of the present invention has the joining aid 3, the area of the main surface of the reinforcing material 8 facing the joining aid 3 is larger than the area of the main surface of the joining aid 3 facing the reinforcing material 8. It is preferable that the area is equal to or larger than . This is because by doing so, one or more joints 7 can be formed without worrying about the arrangement of the reinforcing material 8. This is also because a stronger joint 7 can be formed.
  • the thickness of the reinforcing material 8 is preferably 10 to 100 ⁇ m. When the thickness of the reinforcing material 8 is 10 to 100 ⁇ m, it is easier to form a stronger joint 7.
  • Embodiment 3 of the sheet-like heater of the present invention will be described with reference to the drawings.
  • Embodiment 3 is A sheet-shaped heater including a sheet-shaped porous heating element, a first insulating layer; the sheet-shaped porous heating element; and a second insulating layer are laminated in this order, an electrode is present on at least one main surface of the porous heating element, further comprising a bonding aid between the porous heating element and the electrode, At least a portion of the electrode is not covered by the first insulating layer and the second insulating layer, A protective member is provided on the outer main surface of the electrode, At least a portion of each of the porous heating element, the bonding aid, the electrode, and the protective member is melted by being heated, and has a bonded portion formed by solidifying, and the bonding The porous heating element, the bonding aid, the electrode, and the protective member are electrically connected to each other by a portion of the heater.
  • Embodiment 3 is a preferred embodiment of the sheet-like heater of the present invention, which further includes a first insulating layer, a second insulating layer, a bonding aid, and a protective member.
  • a first insulating layer a first insulating layer
  • a second insulating layer a bonding aid
  • a protective member a protective member.
  • at least part of the porous heating element, at least part of the joining aid, at least part of the electrode, and at least part of the protective member are each melted and then solidified. It was formed by. Further, the porous heating element, the joining aid, the electrode, and the protective member are electrically connected through the joint.
  • FIG. 7 is a diagram (schematic diagram) of the main surface of the sheet-like heater 1c of the present invention in Embodiment 3, viewed from the perpendicular direction.
  • 8 is a cross-sectional view (schematic diagram) taken along the line DD in FIG. 7
  • FIG. 9 is a cross-sectional view taken along the line E-E (schematic diagram) in FIG. 7, and FIG. Figure).
  • 8 to 10 each represent a cross section of the main surface of the sheet-like heater 1c of the present invention in a direction parallel to a perpendicular line.
  • the sheet-like heater 1c of the third embodiment of the present invention has a protective member 9 on the outer surface side of the electrode 2, that is, on the main surface of the electrode 2 on the side far from the bonding aid 3. have.
  • the protective member 9 is provided to protect the electrode 2.
  • the protective member 9 is provided, even if the sheet-like heater 1c of the present invention is used for a long period of time, the electrode 2 is unlikely to deteriorate, and the electrode 2 and the joint portion 7 tend to be firmly joined.
  • the presence of the protective member 9 makes it possible to protect the outer surface of the electrode 2 when an external force is applied to the sheet-like heater 1c of the present invention, thereby protecting the electrode 2, the bonding aid 3, and the porous heating element. It is easy to maintain the joint to the joint part 7 with 4.
  • the protective member 9 is not particularly limited as long as it can protect the electrode 2.
  • the material of the protective member 9 is not particularly limited, and may be an insulating material, a conductive material, or a semiconductor.
  • the protective member 9 in the sheet-like heater 1c of the present invention in Embodiment 3 is made of metal.
  • the material of the protective member 9 is preferably metal, and more preferably stainless steel (for example, SUS304, SUS316, SUS316L).
  • the protective member 9 may be, for example, metal foil, sheet-like metal mesh, metal fiber nonwoven fabric, metal fiber woven fabric, linear metal fiber, or tape-shaped metal fiber.
  • the metal mesh includes, for example, a 200 to 500 mesh metal mesh.
  • the metal fiber nonwoven fabric include a 1500 g/m 2 stainless steel fiber nonwoven fabric (SUS316L needle punch web, manufactured by Nikko Techno Co., Ltd.).
  • the metal fiber woven fabric include SUS cloth (Naslon Cloth A, manufactured by Nippon Seisen Co., Ltd.).
  • linear metal fibers include filament yarn (NASLON 12-2000/3, manufactured by Nippon Seisen Co., Ltd.).
  • tape-shaped metal fibers include SUS tape (Naslon Tape B W16 (manufactured by Nippon Seisen Co., Ltd.)).
  • the protective member 9 is preferably a metal foil, more preferably a stainless steel foil.
  • the protective member 9 made of a conductive material When the protective member 9 made of a conductive material is joined to the electrode 2, the electrical connection points and the electrical connection area between the electrode 2 and the porous heating element 4 increase, so that the connection between the electrode 2 and the porous heating element 4 increases. It also has the effect of stabilizing electrical connections.
  • the protective member 9 By having the protective member 9, not only can the electrode 2 and the bonding aid 3 be electrically connected directly, but also the electrode 2 and the bonding aid 3 can be electrically connected via the protective member 9. It is also possible to connect to.
  • the protective member 9 may or may not be joined to the electrode 2, but it is preferably joined to the electrode 2.
  • the size of the protective member 9 is not particularly limited, it is preferable that its main surface is about the same size as the main surface of the electrode 2 or larger. Moreover, the shape of the protection member 9 is not limited.
  • the thickness of the protective member 9 is preferably 10 to 100 ⁇ m.
  • FIG. 11 is a diagram (schematic diagram) of the main surface of the sheet-like heater 1d of the present invention in Embodiment 4, viewed from the perpendicular direction.
  • Embodiment 4 is similar to Embodiment 1 or Embodiment 2, but differs from Embodiment 1 or Embodiment 2 in the joint portion 7, and is otherwise common.
  • the sheet-like heater 1d of the present invention according to Embodiment 4 has twelve dotted joints 7 scattered therein.
  • FIG. 12 is a diagram (schematic diagram) of the main surface of the sheet-like heater 1e of the present invention in Embodiment 5, viewed from the perpendicular direction.
  • Embodiment 5 is similar to Embodiment 1 or Embodiment 2, but differs from Embodiment 1 or Embodiment 2 in the joint portion 7, and is otherwise common.
  • the sheet-like heater 1e of the present invention according to Embodiment 5 has one linear joint 7.
  • FIG. 13 is a diagram (schematic diagram) of the main surface of the sheet-like heater 1f of the present invention in Embodiment 6, viewed from the perpendicular direction.
  • Embodiment 6 is similar to Embodiment 1 or Embodiment 2, but differs from Embodiment 1 or Embodiment 2 in the joint portion 7, and is otherwise common.
  • the sheet-like heater 1f of the present invention according to Embodiment 6 has two linear joints 7. Further, in this embodiment 6, the joint portions 7 are localized.
  • the method for manufacturing a sheet-like heater of the present invention (hereinafter referred to as the manufacturing method of the present invention) will be described with reference to FIGS. 14 and 15.
  • the manufacturing method of the present invention described below is an example of a preferred manufacturing method.
  • the sheet-like heater of the present invention is not limited to the sheet-like heater manufactured by the manufacturing method of the present invention described below.
  • FIG. 14 and 15 are diagrams for explaining a method of manufacturing the sheet-like heater 1b of the second embodiment.
  • a base material is prepared in which the first insulating layer 6a, the bonding aid 3, the porous heating element 4, the reinforcing material 8, and the second insulating layer 6b are laminated and each layer is adhered (FIG. 14).
  • Each layer can be stuck together, for example, by using an adhesive.
  • a part of the first insulating layer 6a is cut out using a cutter or the like to form an opening 10 and expose the bonding aid 3 (FIG. 15).
  • the bonding aid 3 and the electrode 2 are arranged so as to overlap, and the electrode 2 is combined with the bonding aid 3 to obtain the sheet-like heater 1b of the present invention. Any means known to those skilled in the art can be used as the joining means, such as welding.
  • the sheet-like heater according to the present invention can be applied, for example, to piping applications, film forming apparatus applications, hot air generation applications, and the like.

Landscapes

  • Resistance Heating (AREA)

Abstract

発熱体と電極との確実な接合が可能であり、かつ可撓性に優れたシート状ヒータを提供することを課題とする。シート状ヒータにおいて、電極と、接合助材と、多孔質発熱体とが、この順で積層されている電極領域が存在し、前記電極と、前記接合助材と、前記多孔質発熱体とが接合されている接合部が、前記電極領域に少なくとも1つ存在していることを特徴とするシート状ヒータによって解決する。

Description

シート状ヒータ
 本発明は、シート状ヒータに関する。
 従来いくつかのシート状ヒータが提案されている。
 例えば、特許文献1には、並列して配設された複数の薄板状ステンレス発熱体と、これらの発熱体のいずれか少なくとも一方の面に重畳された絶縁性基材とからなる面状ヒータにおいて、前記発熱体の、一方の端部には電力導入端子が固着され、他方の端部には隣接する他の発熱体との間をつなぐための、ろう材と端子片とを重ね合わさせてなる接続部を形成しており、前記電力導入端子は、発熱体端部に導電性のろう材を介して固着されていることを特徴とする面状ヒータが開示されている。
実用新案登録第3127850号
 配管等の湾曲した表面を有する被加熱体を加熱するヒータは、被加熱体に追従できるよう可撓性が求められる。また、接合部に振動や揺動等の外力が加わってもヒータの発熱体と電極とが接合されていることが求められる。しかしながら、発熱体と電極との接合を強固にし過ぎると、ヒータの可撓性が低下する場合があった。
 本発明では、発熱体と電極とが強固に接合されており、かつ可撓性に優れたシート状ヒータの提供を目的とする。
 本発明は、以下の(1)~(11)である。
(1)シート状の多孔質発熱体を含むシート状ヒータであって、
 前記多孔質発熱体の少なくとも一方の主面上に電極が存在し、
 加熱されたことで前記多孔質発熱体と前記電極との各々の少なくとも一部が溶融し、その後、固化したことで形成された接合部を有し、前記接合部によって、前記多孔質発熱体と、前記電極とが電気的につながっている、シート状ヒータ。
(2)第一絶縁層と、
 シート状の前記多孔質発熱体と、
 第二絶縁層と、がこの順に積層しており、
 前記電極の少なくとも一部は前記第一絶縁層および前記第二絶縁層によっては覆われていない、上記(1)に記載のシート状ヒータ。
(3)前記多孔質発熱体と前記電極との間に、さらに接合助材を有し、
 前記接合部が、加熱されたことで前記多孔質発熱体と前記接合助材と前記電極との各々の少なくとも一部が溶融し、その後、固化したことで形成されたものであり、前記接合部によって、前記多孔質発熱体と、前記接合助材と、前記電極とが電気的につながっている、上記(1)または(2)に記載のシート状ヒータ。
(4)さらに、前記多孔質発熱体における前記電極が存在しない側の主面上に補強材を有し、
 前記接合部が、加熱されたことで前記補強材と前記多孔質発熱体と前記接合助材と前記電極との各々の少なくとも一部が溶融し、その後、固化したことで形成されたものであり、前記接合部によって、前記補強材と、前記多孔質発熱体と、前記接合助材と、前記電極とが電気的につながっている、上記(3)に記載のシート状ヒータ。
(5)さらに、前記多孔質発熱体における前記電極が存在しない側の主面に補強材を有し、
 前記接合部が、加熱されたことで前記補強材と前記多孔質発熱体と前記電極との各々の少なくとも一部が溶融し、その後、固化したことで形成されたものである、上記(1)または(2)に記載のシート状ヒータ。
(6)1個の前記電極につき、複数の前記接合部を有する、上記(1)~(5)のいずれかに記載のシート状ヒータ。
(7)前記電極が存在する側から主面を見た場合に、前記接合部が点状および/または線状となっている、上記(1)~(6)のいずれかに記載のシート状ヒータ。
(8)前記電極と、前記多孔質発熱体と、が同種の金属からなる、上記(1)~(7)のいずれかに記載のシート状ヒータ。
(9)前記電極と、前記多孔質発熱体と、が異種の金属からなる、上記(1)~(7)のいずれかに記載のシート状ヒータ。
(10)前記電極が金属繊維を含む、上記(1)~(9)のいずれかに記載のシート状ヒータ。
(11)前記多孔質発熱体が金属繊維を含む、上記(1)~(10)のいずれかに記載のシート状ヒータ。
 本発明によれば、発熱体と電極とが強固に接合されており、かつ可撓性に優れたシート状ヒータを提供することができる。
図1は実施形態1における本発明のシート状ヒータ1aの主面を、その垂線方向から見た場合の図(概略図)である。 図2は図1のA-A線断面図(概略図)である。 図3は図1のB-B線断面図(概略図)である。 図4は図1のC-C線断面図(概略図)である。 図5は実施形態2における本発明のシート状ヒータ1bを、その主面における垂線に平行な方向に切って得られる断面の図(概略図)である。 図6は実施形態2の接合部付近の断面を走査型電子顕微鏡(SEM)で観察したSEM画像である。 図7は、実施形態3における本発明のシート状ヒータ1cの主面を、その垂線方向から見た場合の図(概略図)である。 図8は図7のD-D線断面図(概略図)である。 図9は図7のE-E線断面図(概略図)である。 図10は図7のF-F線断面図(概略図)である。 図11は、実施形態4における本発明のシート状ヒータ1dの主面を、その垂線方向から見た場合の図(概略図)である。 図12は、実施形態5における本発明のシート状ヒータ1eの主面を、その垂線方向から見た場合の図(概略図)である。 図13は、実施形態6における本発明のシート状ヒータ1fの主面を、その垂線方向から見た場合の図(概略図)である。 図14は実施形態2のシート状ヒータの製造方法を説明するための図である。 図15は実施形態2のシート状ヒータの製造方法を説明するための別の図である。
 本発明について説明する。
 本発明のシート状ヒータは、シート状の多孔質発熱体を含むシート状ヒータであって、前記多孔質発熱体の少なくとも一方の主面上に電極が存在し、加熱されたことで前記多孔質発熱体と前記電極との各々の少なくとも一部が溶融し、その後、固化したことで形成された接合部を有し、前記接合部によって、前記多孔質発熱体と、前記電極とが電気的につながっている、シート状ヒータである。
 本発明のシート状ヒータの実施形態について、図を用いて説明する。
 なお、以下に説明する実施形態は、本発明のシート状ヒータの好適例を示しており、本発明は以下に説明する実施形態に限定されない。また、図に示す各部の大きさや形状なども例を示しており、本発明はこれに限定されない。
<<実施形態>>
<実施形態1>
 本発明のシート状ヒータの実施形態1について、図を用いて説明する。
 実施形態1は、
 シート状の多孔質発熱体を含むシート状ヒータであって、
 第一絶縁層と、
 シート状の前記多孔質発熱体と、
 第二絶縁層と、がこの順に積層しており、
 前記多孔質発熱体の少なくとも一方の主面上に電極が存在し、
 前記多孔質発熱体と前記電極との間に、さらに接合助材を有し、
 前記電極の少なくとも一部は前記第一絶縁層および前記第二絶縁層によっては覆われておらず、
 加熱されたことで前記多孔質発熱体と前記接合助材と前記電極との各々の少なくとも一部が溶融し、その後、固化したことで形成された接合部を有し、前記接合部によって、前記多孔質発熱体と、前記接合助材と、前記電極とが電気的につながっている、シート状ヒータである。
 つまり、実施形態1は、本発明のシート状ヒータであって、さらに第一絶縁層、第二絶縁層および接合助材を有する好適態様である。
 この場合、接合部は、加熱されたことで、多孔質発熱体の少なくとも一部と、接合助材の少なくとも一部と、電極の少なくとも一部との各々が溶融し、その後、固化したことで形成されたものである。
 また、接合部によって多孔質発熱体と、接合助材と、電極とは電気的につながっている。
 図1は、実施形態1における本発明のシート状ヒータ1aの主面を、その垂線方向から見た場合の図(概略図)である。また、図2は図1のA-A線断面図(概略図)、図3は図1のB-B線断面図(概略図)、図4は図1のC-C線断面図(概略図)である。図2~図4は、いずれも本発明のシート状ヒータ1aの主面における垂線に平行な方向における断面を表している。
 なお、実施形態1および後述する別の実施形態を含む本発明のシート状ヒータにおいて、その積層状態は図2~図4に相当する断面を光学顕微鏡または走査型電子顕微鏡で観察することで確認することができる。
 図1~4に示すように、実施形態1の本発明のシート状ヒータ1aは第一絶縁層6aと、シート状の多孔質発熱体4と、第二絶縁層6bと、がこの順に積層している。
 そして、多孔質発熱体4の一方の主面上に、接合助材3を介して電極2が存在している。
 このように本発明において電極2は多孔質発熱体4の少なくとも一方の主面上に存在するが、電極2は多孔質発熱体4の主面に接していなくてもよい。実施態様1のように、接合助材3を介して多孔質発熱体4の主面上に存在していてもよい。
 ここで電極2の少なくとも一部は、第一絶縁層6aおよび第二絶縁層6bによっては覆われていない。つまり、電極2の外面は、少なくともその一部が露出している。実施形態1の本発明のシート状ヒータ1aの場合、図1および図4に示すように、電極2の外面は表面に露出している。
 実施形態1の本発明のシート状ヒータ1aは、図1~4に示すように、3個の接合部7と1個の電極2を有する。
 接合部7は、加熱されたことで多孔質発熱体4の少なくとも一部と、接合助材3の少なくとも一部と、電極2の少なくとも一部との各々が溶融し、その後、固化したことで形成されたものである。
 例えば、多孔質発熱体4の主面上に接合助材3を介して電極2を付け、電極2の表面上に溶接棒を押し付けて溶接すると、その熱により電極2、接合助材3および多孔質発熱体4の各々における少なくとも一部が溶融する。その後、放冷して溶融した部分を固化させると、これが接合部7を構成することになる。
 接合部7によって、多孔質発熱体4と、接合助材3と、電極2とは電気的につながる。
 ここで多孔質発熱体4と、接合助材3と、電極2とは異種の金属からなるものであってよいが、同種の金属からなることが好ましい。多孔質発熱体4と、接合助材3と、電極2とが同種の金属からなると、形成された接合部7の強度が高くなる傾向があるからである。
 なお、同種の金属とは主元素が同じであることを意味するものとする。
 また、主元素とは、その金属を構成する元素を含有率(モル%)が高い順にならべ、含有率(モル%)が高い元素から順にその含有率を加算していき、90モル%を超えた時点で、それまでにその含有率を加算した1以上の元素の集合を意味するものとする。ここで1つの元素の含有率が90モル%以上である金属の場合、その金属の主元素はその1つの元素のみとする。
 上記のように、実施形態1の本発明のシート状ヒータ1aは3つの接合部7を有する。
 実施形態1および後述する別の実施形態を含む本発明のシート状ヒータにおいて、1個の電極2に対して接合部7が複数存在することが好ましい。具体的には、本発明のシート状ヒータは1個の電極に対して2~20個の接合部を有することが好ましく、3~15個の接合部を有することがより好ましい。
 本発明のシート状ヒータが1個の電極に対して複数の接合部を有すると、電極と多孔質発熱体とをより強固に接合し、かつ本発明のシート状ヒータの可撓性も良好になるからである。
 実施形態1および後述する別の実施形態を含む本発明のシート状ヒータにおいて、本発明のシート状ヒータが複数の接合部を有する場合、それらの接合部の大きさ、形状などは全て同一であってもよいし、異なっていてもよい。
 また、本発明のシート状ヒータが1個の電極に対して複数の接合部を有する場合、接合部は電極において局在してもよいが、散在していることが好ましく、一定の距離を保つように規則的に散財していることが好ましい。
 実施形態1および後述する別の実施形態を含む本発明のシート状ヒータにおいて、本発明のシート状ヒータの主面を電極が存在する側から見た場合に、接合部が点状および/または線状となっていることが好ましい。なお、接合部は点状や線状ともいえない形状、例えば面状をなしていてもよい。
 本発明のシート状ヒータの主面を電極が存在する側から見た場合に、接合部が直線状となっていることがより好ましい。この場合、電極2と多孔質発熱体4との接合を強固にすることができ、さらに本発明のシート状ヒータを折り曲げた場合の可撓性も良好なるからである。
 実施形態1の本発明のシート状ヒータ1aが有する接合部7は、その主面を電極が存在する側から見た場合、図1に示すように、直線状をなしている。
 多孔質発熱体4について説明する。
 本発明のシート状ヒータは、シート状の多孔質発熱体を必須要素として含む。
 なお、多孔質発熱体4についての以下の説明は、実施形態1における本発明のシート状ヒータ1aが含む多孔質発熱体4に限らず、後述する別の実施形態を含む本発明のシート状ヒータが備える多孔質発熱体についての説明でもある。
 多孔質発熱体4は通電することで発熱する多孔質体であればよい。
 多孔質発熱体4の材質は、通電することで発熱するものであれば特に限定されず、ステンレス(例えば、SUS304、SUS316、SUS316L)であることが好ましいが、Cu(銅)、Al(アルミニウム)、Ni(ニッケル)、ニクロム、カーボンであってもよい。
 多孔質発熱体4は繊維状物によって構成されていることが好ましい。
 繊維状物によって構成された多孔質発熱体4として、例えば直線状の繊維が略直交して配置されてなるシート状の金属メッシュ、金属繊維がランダムに配置されてなる金属繊維不織布、金属繊維織布、線状の金属繊維、テープ状の金属繊維であってよい。
 具体的には、金属メッシュとして、例えば200~500メッシュの金属メッシュが挙げられる。
 また、金属繊維不織布として、例えば1500g/m2のステンレス繊維不織布(SUS316Lニードルパンチウェブ、株式会社日工テクノ製)が挙げられる。
 また、金属繊維織布として、例えばSUSクロス(ナスロンクロスA、日本精線株式会社製)が挙げられる。
 また、線状の金属繊維として、例えばフィラメントヤーン(ナスロン12-2000/3、日本精線株式会社製)が挙げられる。
 また、テープ状の金属繊維として、例えばSUSテープ(ナスロンテープB W16(日本精線株式会社製)が挙げられる。
 多孔質発熱体4は主として金属繊維からなることが好ましく、金属繊維のみからなることがより好ましい。
 ここで「主として」とは、含有率が70質量%以上であることを意味する。すなわち、多孔質発熱体4はその70質量%以上が金属繊維であることが好ましい。多孔質発熱体4に含まれる金属繊維の割合は80質量%以上であることがより好ましく、90質量%以上であることがより好ましく、95質量%以上であることがより好ましく、98質量%以上であることがさらに好ましい。
 多孔質発熱体4における金属繊維の含有率を上記の範囲とすると、多孔質発熱体4の通電性、発熱性を十分に発揮することができる。
 なお、多孔質発熱体4に含まれる金属繊維の割合は次の方法によって特定するものとする。
 初めに、多孔質発熱体4の表面を走査型電子顕微鏡(SEM)を用いて1,000倍に拡大して得たSEM像を得る。
 次に、そのSEM像における90μm×120μmの視野内についてEDS分析を行って金属繊維の存在およびその種類を特定し、さらに画像処理を行うことで、その視野内に占める金属繊維(空隙を除く)の面積比率を求める。
 そして、その面積比率を2分の3乗とすることで体積比率に換算し、さらに金属繊維の真比重を乗じることで質量比率を求め、金属繊維の含有率を算出する。
 ここで金属繊維が2種類以上含まれている場合、それぞれの金属繊維について含有率を求め合算した値を、多孔質発熱体4に含まれる金属繊維の割合とする。
 金属繊維は、断面の等面積円相当径が2~100μm(好ましくは5~20μm)、長さが2~20mmの金属製の繊維であることが好ましい。
 また、多孔質発熱体4は、このような金属製の繊維がランダムに配置された金属繊維不織布(以下、金属繊維シートとも言う。)であることが好ましい。
 ここで金属繊維シートは金属繊維のみからなり、空隙を有していてもよいが、金属繊維に加え、発熱性を妨げない範囲で金属繊維以外(例えばバインダーとしての機能がある樹脂繊維等)を含むものであってもよい。
 バインダーとしては、カーボンやガラス、シリコーン樹脂などが挙げられる。
 ここで、金属繊維シートを構成する金属繊維同士は少なくとも通電する程度に接点においてつながっていることが好ましい。例えば高温にて焼結することで金属繊維の一部が溶けた後、凝固することで、金属繊維同士がその接点において融着していることがより好ましい。
 金属繊維シートは耐熱性や耐薬品性が高いことからステンレス繊維シートであることが好ましい。ステンレス繊維シートとして、ステンレス繊維シート(例えば、トミーファイレックSS、巴川製紙所社製)が挙げられる。
 金属繊維シートは坪量が25g/m2以上であることが好ましく、50g/m2以上であることが好ましい。また、1000g/m2以下であることが好ましく、200g/m2以下であることがより好ましい。
 金属繊維シートの坪量が、25g/m2~1000g/m2であると、金属繊維シートとしての強度を確保することができ、金属繊維同士の接点を比較的、均一にすることができるため、このような金属繊維シートを多孔質発熱体として用いたシート状ヒータは、多孔質発熱体と電極とをより強固に接合することができ、かつ可撓性に優れる。
 なお、坪量は光学顕微鏡による画像観察から、金属繊維シートの単位面積あたりの繊維の体積を算出し、比重から重量を割り出し、坪量を算出する。
 金属繊維シートの密度は1.0~5.0g/cm3であることが好ましく、1.4~2.0g/cm3であることがより好ましく、1.7g/cm3程度であることが好ましい。
 なお、金属繊維シートの密度は、JIS P 8118に従い、密度(g/cm3)=坪量(g/m2)/(厚さ(mm)×1000)により求めた値とする。
 金属繊維シートの密度が、1.0~5.0g/cm3であると金属繊維シートとしての強度を確保することができ、金属繊維同士の接点を比較的、均一にすることができるため、このような金属繊維シートを多孔質発熱体として用いたシート状ヒータは、多孔質発熱体と電極とをより強固に接合することができ、かつ可撓性に優れる。
 金属繊維シートは、乾式不織布の製造方法によっても、湿式抄造法によっても製造することができる。湿式抄造法によって製造する場合には、例えば、断面の等面積円相当径が2~100μm、長さが2~20mmの無数の金属製の繊維を分散媒(水や有機溶媒等)内で撹拌した後、有機系の凝集剤等を加え、角形手漉き装置(東洋精機社製など)を用いてシート化し、フェロタイプの乾燥装置を用いて坪量が50~1100g/m2の乾燥シートを得る。その後、400~1300℃で焼成すると金属繊維シートを得ることができる。
 多孔質発熱体4は、その比電気抵抗が5~3000μΩcmのものであることが好ましく、10~2500μΩcmのものであることがより好ましい。
 ここで多孔質発熱体4の比電気抵抗は、JIS K 7194に準拠して求めた値とする。
 多孔質発熱体4の厚さは10~600μmであることが好ましく、20~150μmであることがより好ましい。厚さが10~600μmである多孔質発熱体4を用いたシート状ヒータは、多孔質発熱体と電極とをより強固に接合することができ、かつ可撓性に優れる。
 ここで多孔質発熱体4の厚さは、次のように求めるものとする。
 初めに、本発明のシート状ヒータについて、その主面の垂線に平行な方向における断面を得る。この断面は図2~図4に相当する。
 次に、光学顕微鏡を用いてその断面の拡大写真(200倍)を得た後、拡大写真において多孔質発熱体4の厚さを無作為に選択した100か所にて測定し、それらの単純平均値を求める。
 そして、得られた単純平均値をその多孔質発熱体4の厚さとする。
 なお、本発明のシート状ヒータが備える多孔質発熱体4以外の要素の厚さについても、同様の方法によって求めるものとする。
 多孔質発熱体4の形状や大きさは、加熱対象物の形状や大きさ等に合わせて、適宜、調整することができる。
 電極2について説明する。
 本発明のシート状ヒータは、シート状の多孔質発熱体4の少なくとも一方の主面上に電極を有する。前述のように、電極2は多孔質発熱体4の主面に接していなくてもよく、例えば接合助材を介して多孔質発熱体4の主面上に存在していてもよい。
 なお、電極2についての以下の説明は、実施形態1における本発明のシート状ヒータ1aが含む電極2に限らず、後述する別の実施形態を含む本発明のシート状ヒータが備える電極についての説明でもある。
 電極2は外部電源とつながることができ、外部電源から供給された電気を多孔質発熱体4へ供給できる態様のものであればよい。
 電極2の材質は特に限定されない。Cu(銅)、Ag(銀)、Au(金)などであってもよいが、ステンレス(例えば、SUS304、SUS316、SUS316L)であることがより好ましい。
 電極2は、例えば金属箔、直線状の繊維が略直交して配置されたシート状の金属メッシュ、金属繊維がランダムに配置されてなる金属繊維不織布、金属繊維織布、線状の金属繊維、テープ状の金属繊維であってよい。
 具体的には、金属メッシュとして、例えば200~500メッシュの金属メッシュが挙げられる。
 金属繊維不織布として、例えば1500g/m2のステンレス繊維不織布(SUS316Lニードルパンチウェブ、株式会社日工テクノ製)が挙げられる。
 金属繊維織布として、例えばSUSクロス(ナスロンクロスA、日本精線株式会社製)が挙げられる。
 線状の金属繊維として、例えばフィラメントヤーン(ナスロン12-2000/3、日本精線株式会社製)が挙げられる。
 テープ状の金属繊維として、例えばSUSテープ(ナスロンテープB W16(日本精線株式会社製)が挙げられる。
 電極2は、外部電源との接続部(不図示)を備えている。そして、外部電源から電極2を介して多孔質発熱体4へ通電できるように構成されている。例えば、外部電源と電極2とを、圧着端子等を用いてケーブルで接続してもよい。
 電極2の形状や大きさは、外部電源との接続部を設けることができ、かつ多孔質発熱体4に対して十分に通電できるものであれば良く、適宜、調整することができる。
 電極2は、その比電気抵抗が5~100μΩcmのものであることが好ましく、10~90μΩcmのものであることがより好ましい。
 ここで、電極2の比電気抵抗は、電極2をXRD分析することで、構成組成を求め、元素組成から求めた電気伝導率を参考に、「比電気抵抗=1/電気伝導率」の計算式により算出した値とする。
 電極2は、繊維状物によって構成されるものが好ましく、金属繊維の撚糸からなる織布または金属繊維織布であることがより好ましい。
 電極2が金属繊維の撚糸からなる織布または金属繊維織布からなれば、適度な可撓性と強度があるため、本発明のシート状ヒータに外力が加わった場合であっても、多孔質発熱体および電極が接合部から離れ難い。
 また、金属繊維の撚糸からなる織布または金属繊維織布は、金属繊維以外の繊維をその構成要素として用いてもよいが、主として金属繊維からなることが好ましく、金属繊維のみからなることがより好ましい。
 ここで「主として」とは、70質量%以上であることを意味するものとする。すなわち、電極2はその70質量%以上が金属繊維であることが好ましい。電極2における金属繊維の含有率は80質量%以上であることがより好ましく、90質量%以上であることがより好ましく、95質量%以上であることがより好ましく、98質量%以上であることがさらに好ましい。
 金属繊維の撚糸からなる織布または金属繊維織布は、空隙を残した状態となっていてもよい。
 金属繊維の撚糸からなる織布または金属繊維織布は、金属繊維以外(例えばバインダーとしての機能がある樹脂繊維等)も含むものであってもよい。
 金属繊維の撚糸からなる織布または金属繊維織布を構成する金属繊維は、断面の等面積円相当径が1~50μm(好ましくは2~30μm)の繊維であることが好ましい。
 ここで金属繊維の断面の等面積円相当径は、走査型電子顕微鏡(SEM)を用いて、電極2の断面の1000倍のSEM像を得た後、そのSEM像から金属繊維における任意の30か所において径を計測し、それらの単純平均して得た値を意味するものとする。
 金属繊維の断面の等面積円相当径がこの範囲にあると、電極と、接合助材または多孔質発熱体との接合がより強固になり、かつ本発明のシート状ヒータの可撓性も良好になるからである。
 電極2の厚さは、0.5~3mmであることが好ましい。このような厚さであると、電極と、接合助材または多孔質発熱体との接合がより強固になり、かつ本発明のシート状ヒータの可撓性も良好になるからである。
 また、電極2が第一絶縁層6aの外面から突出するように、電極2の厚さを調整することが好ましい。この場合、電極2と外部電源との接続作業が容易となり、様々な接続方法を利用しやすいからである。
 接合助材3について説明する。
 本発明のシート状ヒータの実施形態1は、多孔質発熱体4と電極2との間に、接合助材3を有する。
 本発明のシート状ヒータは実施形態1のように、電極2と多孔質発熱体4との間に接合助材3を有することが好ましい。
 なお、接合助材3についての以下の説明は、実施形態1における本発明のシート状ヒータ1aが含む接合助材3に限らず、後述する別の実施形態を含む本発明のシート状ヒータが備え得る接合助材3についての説明でもある。
 接合助材3は導電性を有していれば、その材質は特に限定されない。Cu(銅)、Al(アルミニウム)、Ni(ニッケル)、ニクロム、カーボン、Fe(鉄)、Cr(クロム)などであってよいが、ステンレスであることが好ましい。
 接合助材3の材質は、電極2と多孔質発熱体4との接合強度および接合容易性、ならびに本発明のシート状ヒータの可撓性等を考慮して適宜選択することができる。
 接合助材3は、例えば金属箔、シート状の金属メッシュ、金属繊維不織布、金属繊維織布、線状の金属繊維、テープ状の金属繊維であってよい。
 具体的には、金属メッシュとして、例えば200~500メッシュの金属メッシュが挙げられる。
 金属繊維不織布として、例えば1500g/m2のステンレス繊維不織布(SUS316Lニードルパンチウェブ、株式会社日工テクノ製)が挙げられる。
 金属繊維織布として、例えばSUSクロス(ナスロンクロスA、日本精線株式会社製)が挙げられる。
 線状の金属繊維として、例えばフィラメントヤーン(ナスロン12-2000/3、日本精線株式会社製)が挙げられる。
 テープ状の金属繊維として、例えばSUSテープ(ナスロンテープB W16(日本精線株式会社製)が挙げられる。
 接合助材3は金属箔であることが好ましく、ステンレス箔であることがより好ましい。接合助材3が金属箔であると、接合助材3と電極2および多孔質発熱体4とを溶接接合をしやすい。
 電極2および多孔質発熱体4の材質がステンレスである場合に、同様にステンレスからなる接合助材3を用いると、接合部7を形成しやすい。
 電極2、多孔質発熱体4および接合助材3が同一組成のステンレスからなると、接合部7をより形成しやすい。
 電極2および多孔質発熱体4の材質がステンレスである場合に、ステンレス箔を接合助材3として用いると、接合部7をより形成しやすい。
 電極2、多孔質発熱体4およびステンレス箔である接合助材3が同一組成のステンレスからなると、接合部7をより形成しやすい。この場合、接合部7が小さくても電極2と接合助材3と多孔質発熱体4との接合強度を確保しやすく、かつ、本発明のシート状ヒータ1の可撓性が高まる。
 例えば、電極2が銅、多孔質発熱体4がステンレスである場合には、接合助材3はニッケル合金であることが好ましい。
 接合助材3の形状や大きさは、適宜、調整することができるが、接合助材3の電極2に対向する主面の面積が、電極2における接合助材3に対向する主面の面積以上であることが好ましい。このようにすることで、接合助材3の配置を気にせず、1以上の接合部7を形成することができるからである。
 接合助材3は比電気抵抗が5~100μΩcmのものであることが好ましく、10~90μΩcmのものであることがより好ましい。
 ここで接合助材3の比電気抵抗は、JIS K 7194に準拠して求めた値とする。
 接合助材3の厚さは10~100μmであることが好ましい。
 接合助材3の厚さが10~100μmであると、本発明のシート状ヒータ1の可撓性を確保したうえで、多孔質発熱体4と電極2との接合強度を確保しやすい。本発明のシート状ヒータ1の可撓性を確保したうえで、多孔質発熱体4と接合助材3と電極2との接合強度も確保することができる。
 第一絶縁層6aおよび第二絶縁層6bについて説明する。
 本発明のシート状ヒータは、第一絶縁層6aおよび/または第二絶縁層6bを有することが好ましい。
 また、本発明のシート状ヒータは実施形態1のように、第一絶縁層6aと、多孔質発熱体4と、第二絶縁層6bとがこの順に積層していることが好ましい。
 なお、第一絶縁層6aおよび第二絶縁層6bについての以下の説明は、実施形態1における本発明のシート状ヒータ1aが含む第一絶縁層6aおよび第二絶縁層6bに限らず、後述する別の実施形態を含む本発明のシート状ヒータが備え得る第一絶縁層および第二絶縁層についての説明でもある。
 第一絶縁層6aおよび第二絶縁層6bは多孔質発熱体4と他とを電気的に絶縁する役割を果たす。したがって絶縁性が高い材質からなるシート状のものであることが好ましい。
 また、本発明のシート状ヒータ1aを加熱対象物の表面に設置したときに、加熱対象物の表面に近い方の絶縁層は、絶縁性に加え、熱伝導性を備えることが好ましい。
 第一絶縁層6aおよび第二絶縁層6bは、例えばPET(ポリエチレンテレフタレート)、PI(ポリイミド)、PP(ポリプロピレン)、PE(ポリエチレン)、PEN(ポリエチレンナフタレート)、TAC(トリアセチルセルロース)、シリコーン樹脂、セラミック等からなるものであってよい。これらは絶縁性が高いからである。これらの中でもPI(ポリイミド)からなる第一絶縁層6aおよび/または第二絶縁層6bは耐熱性および絶縁性が優れるため好ましく用いることができる。
 第一絶縁層6aおよび第二絶縁層6bの厚さは特に限定されないが、各々、50~700μmであることが好ましく、100~600μmであることがより好ましく、200~500μmであることがさらに好ましい。
 第一絶縁層6aおよび第二絶縁層6bの形状や大きさは特に限定されない。ただし、第一絶縁層6aおよび第二絶縁層6bは多孔質発熱体4と他とを電気的に絶縁する役割を果たすため、第一絶縁層6aおよび第二絶縁層6bの主面の大きさは、通常、多孔質発熱体4の主面と同じか、多孔質発熱体4の主面よりも大きい。
 実施形態1のように、第一絶縁層6aと、多孔質発熱体4と、第二絶縁層6bとがこの順に積層している本発明のシート状ヒータの場合、第一絶縁層6aと多孔質発熱体4との主面同士、および、多孔質発熱体4と第二絶縁層6bとの主面同士は、例えば接着剤を用いて接着させることができる。
 第一絶縁層6aと多孔質発熱体4との間や、多孔質発熱体4と第二絶縁層6bとの間に、他層等が存在していてもよい。
 第一絶縁層6aと第二絶縁層6bとは同一の材料からなるものであってよいし、異なる材料からなるものであってもよい。
 第一絶縁層6aと第二絶縁層6bとは同一の厚さであってもよいし、異なる厚さのものであってもよい。
 本発明のシート状ヒータ1aにおいて電極2の少なくとも一部は、第一絶縁層6aおよび第二絶縁層6bによっては覆われていない。実施形態1の本発明のシート状ヒータ1aにおいては電極2が第一絶縁層6aによって覆われておらず、第一絶縁層6aの外面側から見て電極2の外面が露出している。つまり、電極2の外面が露出するように、第一絶縁層6aには開口が形成されている。
 実施形態1の本発明のシート状ヒータ1aは、シート状の多孔質発熱体4の一方の主面上に接合助材3を介して電極2を有する。
 本発明のシート状ヒータは、実施形態1における電極2と接合助材3との間や、接合助材3と多孔質発熱体4との間に、接合部7の形成を妨げない範囲において他が存在してもよい。
 本発明のシート状ヒータの厚さは150~500μmであることが好ましく、300~400μmであることがより好ましい。
<実施形態2>
 本発明のシート状ヒータの実施形態2について、図を用いて説明する。
 実施形態2は、
 シート状の多孔質発熱体を含むシート状ヒータであって、
 第一絶縁層と、
 シート状の前記多孔質発熱体と、
 第二絶縁層と、がこの順に積層しており、
 前記多孔質発熱体の少なくとも一方の主面上に電極が存在し、
 前記多孔質発熱体と前記電極との間に、さらに接合助材を有し、
 前記電極の少なくとも一部は前記第一絶縁層および前記第二絶縁層によっては覆われておらず、
 前記多孔質発熱体における前記電極が存在しない側の主面上に補強材を有し、
 加熱されたことで前記補強材と前記多孔質発熱体と前記接合助材と前記電極との各々の少なくとも一部が溶融し、その後、固化したことで形成された接合部を有し、前記接合部によって、前記補強材と、前記多孔質発熱体と、前記接合助材と、前記電極とが電気的につながっている、シート状ヒータである。
 つまり、実施形態2は、本発明のシート状ヒータであって、さらに第一絶縁層、第二絶縁層、接合助材および補強材を有する好適態様である。
 この場合、接合部は補強材の少なくとも一部と、多孔質発熱体の少なくとも一部と、接合助材の少なくとも一部と、電極の少なくとも一部との各々が溶融し、その後、固化したことで形成されたものである。
 また、接合部によって補強材と、多孔質発熱体と、接合助材と、電極とは電気的につながっている。
 実施形態2における本発明のシート状ヒータ1bの主面を、その垂線方向から見た場合の図(概略図)は、図1と同様になる。また、実施形態2における本発明のシート状ヒータ1bを、図1のA-A線に相当する箇所においてその主面における垂線に平行な方向に切って得られる断面の図(概略図)が図5である。
 また、図6は、本発明のシート状ヒータ1bにおける接合部7の付近を、本発明のシート状ヒータ1bの主面における垂線に平行な方向に切って得た断面を走査型電子顕微鏡(SEM)で観察して得たSEM画像である。
 ここで電極2としてテープ状の金属繊維(テープB W16、日本精線株式会社製)を用い、接合助材3および補強材8として30μmのステンレス箔を用い、多孔質発熱体4としてはステンレス繊維シート(トミーファイレックSS、巴川製紙所社製)を用いた。
 そして、補強材8、多孔質発熱体4、接合助材3および電極2をこの順に積層した後、電極2の上面にてスポット溶接を行い、接合部7を形成した。
 図6から、電極2の一部と、接合助材3の一部と、多孔質発熱体4の一部と、補強材8の一部が溶融した後、固化して、接合部7が形成されていることが理解できる。
 また、補強材8が存在することによって150μm以上の厚さの接合部7を形成することができた。この接合部7の厚さは十分に大きいため、本発明のシート状ヒータ1bへ外力が加わっても、接合部7は破損し難いと考えられる。
 補強材8について説明する。
 本発明のシート状ヒータの実施形態2は、多孔質発熱体4における電極2が存在しない側の主面上に補強材8を有する。
 本発明のシート状ヒータは実施形態2のように、多孔質発熱体4における電極2が存在しない側の主面上に補強材8を有することが好ましい。
 なお、補強材8についての以下の説明は、実施形態2における本発明のシート状ヒータ1bが含む補強材8に限らず、後述する別の実施形態を含む本発明のシート状ヒータが備え得る補強材8についての説明でもある。
 補強材8は、可撓性を有し、本発明のシート状ヒータ1bが含む多孔質発熱体4が発熱した場合に到達する温度(発熱温度)に対する耐熱性があれば無機物、有機物を問わず、特に限定されない。
 ただし、実施形態2は、補強材8が、無機物の一つである金属からなる態様である。
 実施形態2は補強材8が金属からなるため、実施形態2の本発明のシート状ヒータ1bが有する接合部7は補強材の少なくとも一部と、多孔質発熱体の少なくとも一部と、接合助材の少なくとも一部と、電極の少なくとも一部との各々が溶融し、その後、固化したことで形成されたものであり、接合部によって補強材と、多孔質発熱体と、接合助材と、電極とは電気的につながっている。
 しかし、補強材8が金属ではない場合、そのような態様の本発明のシート状ヒータが有する接合部は多孔質発熱体の少なくとも一部と、接合助材の少なくとも一部と、電極の少なくとも一部との各々が溶融し、その後、固化したことで形成されたものである。
 補強材8の材質は、接合助材3と同じであってもよいし、接合助材3と異なっていてもよい。
 補強材8の材質は、多孔質発熱体4と同種の金属であることが好ましく、多孔質発熱体4と接合助材3と同種の金属であることがより好ましく、多孔質発熱体4と接合助材3と電極2と同種の金属であることがさらに好ましい。
 補強材8の材質は、ステンレス(例えば、SUS304、SUS316、SUS316L)であることがより好ましい。
 補強材8は、例えば金属箔、シート状の金属メッシュ、金属繊維不織布、金属繊維織布、線状の金属繊維、テープ状の金属繊維等の態様であってよい。
 具体的には、金属メッシュとして、例えば200~500メッシュの金属メッシュが挙げられる。
 金属繊維不織布として、例えば1500g/m2のステンレス繊維不織布(SUS316Lニードルパンチウェブ、株式会社日工テクノ製)が挙げられる。
 金属繊維織布として、例えばSUSクロス(ナスロンクロスA、日本精線株式会社製)が挙げられる。
 線状の金属繊維として、例えばフィラメントヤーン(ナスロン12-2000/3、日本精線株式会社製)が挙げられる。
 テープ状の金属繊維として、例えばSUSテープ(ナスロンテープB W16(日本精線株式会社製)が挙げられる。
 補強材8は金属箔であることが好ましく、ステンレス箔であることがより好ましい。また、補強材8が箔状であることによって、電極2、接合助材3、多孔質発熱体4、補強材8を積層して溶接接合した場合に、多孔質発熱体4の空隙を埋めてより強固な接合部7を形成することができる。
 補強材8が存在することにより、シート状ヒータに外力が加わった場合であっても、多孔質発熱体および電極が接合部から離れ難い。
 補強材8は、その一部が接合部7を形成していなくてもよいが、形成していることが好ましい。
 実施形態2は、補強材8の一部が接合部7を形成している態様である。
 電極2の少なくとも一部と、接合助材3の少なくとも一部と、多孔質発熱体4の少なくとも一部と、補強材8の少なくとも一部とが、一体化して接合部を形成していることがより好ましい。
 補強材8の大きさ、形状は特に限定されない。
 補強材8の電極2に対向する主面の面積が、電極2における補強材8に対向する主面の面積以上であることが好ましい。また、本発明のシート状ヒータ1bのように接合助材3を有する場合、補強材8の接合助材3に対向する主面の面積が、接合助材3における補強材8に対向する主面の面積以上であることが好ましい。このようにすることで、補強材8の配置を気にせず、1以上の接合部7を形成することができるからである。また、より強固な接合部7を形成することができるからである。
 補強材8の厚さは、10~100μmであることが好ましい。補強材8の厚さが10~100μmであると、より強固な接合部7を形成しやすい。
<実施形態3>
 本発明のシート状ヒータの実施形態3について、図を用いて説明する。
 実施形態3は、
 シート状の多孔質発熱体を含むシート状ヒータであって、
 第一絶縁層と、
 シート状の前記多孔質発熱体と、
 第二絶縁層と、がこの順に積層しており、
 前記多孔質発熱体の少なくとも一方の主面上に電極が存在し、
 前記多孔質発熱体と前記電極との間に、さらに接合助材を有し、
 前記電極の少なくとも一部は前記第一絶縁層および前記第二絶縁層によっては覆われておらず、
 前記電極における外面側の主面上に保護部材を有し、
 加熱されたことで前記多孔質発熱体と前記接合助材と前記電極と前記保護部材との各々の少なくとも一部が溶融し、その後、固化したことで形成された接合部を有し、前記接合部によって前記多孔質発熱体と、前記接合助材と、前記電極と、前記保護部材と、が電気的につながっている、シート状ヒータである。
 つまり、実施形態3は、本発明のシート状ヒータであって、さらに第一絶縁層、第二絶縁層、接合助材および保護部材を有する好適態様である。
 この場合、接合部は多孔質発熱体の少なくとも一部と、接合助材の少なくとも一部と、電極の少なくとも一部と、保護部材の少なくとも一部との各々が溶融し、その後、固化したことで形成されたものである。
 また、接合部によって多孔質発熱体と、接合助材と、電極と、保護部材と、は電気的につながっている。
 図7は、実施形態3における本発明のシート状ヒータ1cの主面を、その垂線方向から見た場合の図(概略図)である。また、図8は図7のD-D線断面図(概略図)、図9は図7のE-E線断面図(概略図)、図10は図7のF-F線断面図(概略図)である。図8~図10は、いずれも本発明のシート状ヒータ1cの主面における垂線に平行な方向における断面を表している。
 図7~図10に示すように、実施形態3の本発明のシート状ヒータ1cは、電極2における外面側、すなわち、電極2における接合助材3から遠い側の主面上に保護部材9を有している。
 保護部材9は、電極2を保護するために設けられている。保護部材9を設けた場合、本発明のシート状ヒータ1cを長期間使用しても、電極2が劣化し難く、電極2と接合部7とが強固に接合する傾向がある。
 また、保護部材9が存在することにより、本発明のシート状ヒータ1cに外力が加わった場合に電極2の外面を保護することができ、電極2と、接合助材3と、多孔質発熱体4との接合部7への接合を保持しやすい。
 保護部材9は、電極2を保護できるものであれば特に限定されない。
 保護部材9の材質は特に限定されず、絶縁性材料であってもよいし、導電性材料であってもよいし、半導体であってもよい。
 ただし、実施形態3における本発明のシート状ヒータ1cにおける保護部材9は金属からなる。
 保護部材9の材質は、金属であることが好ましく、ステンレス(例えば、SUS304、SUS316、SUS316L)であることがより好ましい。
 保護部材9は、例えば金属箔、シート状の金属メッシュ、金属繊維不織布、金属繊維織布、線状の金属繊維、テープ状の金属繊維であってよい。
 具体的には、金属メッシュとして、例えば200~500メッシュの金属メッシュが挙げられる。
 金属繊維不織布として、例えば1500g/m2のステンレス繊維不織布(SUS316Lニードルパンチウェブ、株式会社日工テクノ製)が挙げられる。
 金属繊維織布として、例えばSUSクロス(ナスロンクロスA、日本精線株式会社製)が挙げられる。
 線状の金属繊維として、例えばフィラメントヤーン(ナスロン12-2000/3、日本精線株式会社製)が挙げられる。
 テープ状の金属繊維として、例えばSUSテープ(ナスロンテープB W16(日本精線株式会社製)が挙げられる。
 保護部材9は金属箔であることが好ましく、ステンレス箔であることがより好ましい。
 導電材料からなる保護部材9が電極2と接合された場合、電極2と多孔質発熱体4との電気的接続点や電気的接続面積が増えることで、電極2と多孔質発熱体4との電気的な接続を安定させる効果もある。保護部材9を有することにより、電極2と、接合助材3とを、直接的に電気的に接続できるだけでなく、保護部材9を介して、電極2と、接合助材3とを、電気的に接続することも可能となる。
 保護部材9は、電極2と接合されていても良いし、接合されていなくても良いが、電極2と接合されている方が好ましい。
 保護部材9の大きさは特に限定されないが、その主面は電極2の主面と同程度、またはそれ以上の大きさであること好ましい。
 また、保護部材9の形状は限定されない。
 保護部材9の厚さは、10~100μmであることが好ましい。
<実施形態4>
 本発明のシート状ヒータの実施形態4について、図を用いて説明する。
 図11は、実施形態4における本発明のシート状ヒータ1dの主面を、その垂線方向から見た場合の図(概略図)である。
 実施形態4は、実施形態1または実施形態2と類似する形態であるが、実施形態1または実施形態2とは接合部7が異なり、それ以外は共通する。
 実施形態4の本発明のシート状ヒータ1dは、12個の点状の接合部7が散在している態様である。
<実施形態5>
 本発明のシート状ヒータの実施形態5について、図を用いて説明する。
 図12は、実施形態5における本発明のシート状ヒータ1eの主面を、その垂線方向から見た場合の図(概略図)である。
 実施形態5は、実施形態1または実施形態2と類似する形態であるが、実施形態1または実施形態2とは接合部7が異なり、それ以外は共通する。
 実施形態5の本発明のシート状ヒータ1eは、1個の直線状の接合部7を有する態様である。
<実施形態6>
 本発明のシート状ヒータの実施形態6について、図を用いて説明する。
 図13は、実施形態6における本発明のシート状ヒータ1fの主面を、その垂線方向から見た場合の図(概略図)である。
 実施形態6は、実施形態1または実施形態2と類似する形態であるが、実施形態1または実施形態2とは接合部7が異なり、それ以外は共通する。
 実施形態6の本発明のシート状ヒータ1fは、2個の直線状の接合部7を有する態様である。また、この実施形態6において接合部7は局在している。
<<製造方法>>
 本発明のシート状ヒータの製造方法(以下、本発明の製造方法という)について、図14および図15を用いて説明する。
 以下に説明する本発明の製造方法は好ましい製造方法の例示である。本発明のシート状ヒータは、以下に説明する本発明の製造方法によって製造されたシート状ヒータに限定されない。
 図14、図15は、実施形態2のシート状ヒータ1bの製造方法を説明するための図である。
 先ず、第一絶縁層6a、接合助材3、多孔質発熱体4、補強材8、第二絶縁層6bを積層し、各層を密着した基材を用意する(図14)。各層は、例えば接着剤を用いることによって密着することができる。
 次に、第一絶縁層6aの一部をカッター等を用いて切り取り、開口部10を形成し、接合助材3を露出させる(図15)。
 次に、接合助材3と電極2が重なるように配置し、電極2を接合助材3へ合することで本発明のシート状ヒータ1bが得られる。接合手段としては、当業者の知る任意の手段を用いることが可能であり、例えば溶接加工を用いることができる。
 本発明に係るシート状ヒータは、例えば、配管用途、成膜装置用途や温風発生用途等に適用可能である。
 この出願は、2022年3月31日に出願された日本出願特願2022-058697を基礎とする優先権を主張し、その開示のすべてをここに取り込む。
 1a、1b、1c、1d、1e、1f シート状ヒータ
 2 電極
 3 接合助材
 4 多孔質発熱体
 6a、6b 絶縁層
 7 接合部
 8 補強材
 9 保護部材
 10 開口部

Claims (11)

  1.  シート状の多孔質発熱体を含むシート状ヒータであって、
     前記多孔質発熱体の少なくとも一方の主面上に電極が存在し、
     加熱されたことで前記多孔質発熱体と前記電極との各々の少なくとも一部が溶融し、その後、固化したことで形成された接合部を有し、前記接合部によって、前記多孔質発熱体と、前記電極とが電気的につながっている、シート状ヒータ。
  2.  第一絶縁層と、
     シート状の前記多孔質発熱体と、
     第二絶縁層と、がこの順に積層しており、
     前記電極の少なくとも一部は前記第一絶縁層および前記第二絶縁層によっては覆われていない、請求項1に記載のシート状ヒータ。
  3.  前記多孔質発熱体と前記電極との間に、さらに接合助材を有し、
     前記接合部が、加熱されたことで前記多孔質発熱体と前記接合助材と前記電極との各々の少なくとも一部が溶融し、その後、固化したことで形成されたものであり、前記接合部によって、前記多孔質発熱体と、前記接合助材と、前記電極とが電気的につながっている、請求項1または2に記載のシート状ヒータ。
  4.  さらに、前記多孔質発熱体における前記電極が存在しない側の主面上に補強材を有し、
     前記接合部が、加熱されたことで前記補強材と前記多孔質発熱体と前記接合助材と前記電極との各々の少なくとも一部が溶融し、その後、固化したことで形成されたものであり、前記接合部によって、前記補強材と、前記多孔質発熱体と、前記接合助材と、前記電極とが電気的につながっている、請求項3に記載のシート状ヒータ。
  5.  さらに、前記多孔質発熱体における前記電極が存在しない側の主面に補強材を有し、
     前記接合部が、加熱されたことで前記補強材と前記多孔質発熱体と前記電極との各々の少なくとも一部が溶融し、その後、固化したことで形成されたものである、請求項1または2に記載のシート状ヒータ。
  6.  1個の前記電極につき、複数の前記接合部を有する、請求項1~5のいずれかに記載のシート状ヒータ。
  7.  前記電極が存在する側から主面を見た場合に、前記接合部が点状および/または線状となっている、請求項1~6のいずれかに記載のシート状ヒータ。
  8.  前記電極と、前記多孔質発熱体と、が同種の金属からなる、請求項1~7のいずれかに記載のシート状ヒータ。
  9.  前記電極と、前記多孔質発熱体と、が異種の金属からなる、請求項1~7のいずれかに記載のシート状ヒータ。
  10.  前記電極が金属繊維を含む、請求項1~9のいずれかに記載のシート状ヒータ。
  11.  前記多孔質発熱体が金属繊維を含む、請求項1~10のいずれかに記載のシート状ヒータ。
PCT/JP2023/007892 2022-03-31 2023-03-02 シート状ヒータ WO2023189184A1 (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2022058697 2022-03-31
JP2022-058697 2022-03-31

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2023189184A1 true WO2023189184A1 (ja) 2023-10-05

Family

ID=88201218

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2023/007892 WO2023189184A1 (ja) 2022-03-31 2023-03-02 シート状ヒータ

Country Status (1)

Country Link
WO (1) WO2023189184A1 (ja)

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS4920011B1 (ja) * 1969-10-02 1974-05-22
JPS55161392A (en) * 1979-05-31 1980-12-15 Matsushita Electric Works Ltd Method of connecting lead wire to panel heater terminal
JPS56127691U (ja) * 1980-02-29 1981-09-29
JPS59166391U (ja) * 1983-04-25 1984-11-07 西脇 秋史 導電性発熱体
JPH10144459A (ja) * 1996-05-05 1998-05-29 Seiichiro Miyata 通電発熱体
JPH1167426A (ja) * 1997-08-26 1999-03-09 Toshiba Ceramics Co Ltd プレートヒータ及びその製造方法
JP2004039647A (ja) * 2003-08-20 2004-02-05 K-Tech Devices Corp 抵抗発熱体及びその製造方法
JP2004314705A (ja) * 2003-04-14 2004-11-11 Tokai Rika Co Ltd 車両用ミラー装置

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS4920011B1 (ja) * 1969-10-02 1974-05-22
JPS55161392A (en) * 1979-05-31 1980-12-15 Matsushita Electric Works Ltd Method of connecting lead wire to panel heater terminal
JPS56127691U (ja) * 1980-02-29 1981-09-29
JPS59166391U (ja) * 1983-04-25 1984-11-07 西脇 秋史 導電性発熱体
JPH10144459A (ja) * 1996-05-05 1998-05-29 Seiichiro Miyata 通電発熱体
JPH1167426A (ja) * 1997-08-26 1999-03-09 Toshiba Ceramics Co Ltd プレートヒータ及びその製造方法
JP2004314705A (ja) * 2003-04-14 2004-11-11 Tokai Rika Co Ltd 車両用ミラー装置
JP2004039647A (ja) * 2003-08-20 2004-02-05 K-Tech Devices Corp 抵抗発熱体及びその製造方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JPWO2007110976A1 (ja) 面状発熱体とそれを用いた座席
JP3888434B2 (ja) 電池の製造方法
WO2023189184A1 (ja) シート状ヒータ
WO2023189185A1 (ja) シート状ヒータ
JP7016453B2 (ja) 温度センサおよび温度センサの製造方法
TW202418878A (zh) 片狀加熱器
TW202418877A (zh) 片狀加熱器
JPH10146679A (ja) 異種材料の電気抵抗溶接方法
JP2018077963A (ja) 面状発熱体
JP2023002984A (ja) シート状ヒータ
CN109789515A (zh) 用于接合实心与多孔金属部件的激光焊接方法
JP2023053041A (ja) シート状ヒータ
JP2010247200A (ja) 金属部材の接合方法
WO2023181649A1 (ja) 配管加熱構造体および配管加熱構造連結体
JP5125581B2 (ja) 面状発熱体
JP2023044077A (ja) シート状ヒータ連結体
JP4552486B2 (ja) 面状発熱体
JP4492186B2 (ja) 発熱体
JP6114913B2 (ja) 真空断熱材
JP6590827B2 (ja) 低抵抗金属繊維シート及びその製造方法
TW200917305A (en) Temperature fuse
JP4430979B2 (ja) 異種金属接合構造物
JP4777198B2 (ja) 超音波センサ
WO2004020191A1 (ja) アルミニウム/ニッケルクラッド材およびその製造方法並びに電池用外部端子
JP6502588B2 (ja) 温度センサ及び温度センサを備えた装置

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 23779213

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1