JP2000058234A - 発熱装置及びその構成部品、並びにそれらの製造方法及び応用 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 発熱装置内部での空洞をなくし、発熱体から
被加熱面への熱伝導を促進し、かつ、面状発熱材の単位
面積あたりの出力を上げて発熱温度を上げること。 【解決手段】 発熱体の少なくとも表裏両面に対して合
成樹脂シートを挟着してなる面状発熱材を有し、その少
なくとも片面が、放熱板またはその加工品で被覆された
発熱装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、発熱装置、とくに
高出力、長時間使用する発熱装置（例えば、鉄道の軌道
の分岐箇所における転轍機（分岐ポイント）周辺の氷雪
を融かすなどの用途に好適なヒーター）及びその構成部
品、並びにそれらの製造方法及び応用に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】鉄道の分岐ポイント（軌条ポイント）の
可動部に氷雪が入り込むと、その動きを阻害し、転轍の
機能を損なうので、効率良くかつ迅速に融雪を行うこと
が必要となる。

【０００３】従来、そのために発熱体を用いたヒーター
を用い、軌条のレールの側面に固定することが行われて
いる（例えば、特開平７−１０６０５６号、特開平８−
１０５００１号）。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】このように、発熱体
で、レールの側面の如き平面を加熱しようとする際、図
７（Ａ）および図７（Ｂ）に示すヒーター１５によれ
ば、発熱体２の一方の面をエポキシ樹脂１０で固め、他
の面を粘着シート１１、絶縁材１２及び粘着シート１３
を介してアルミニウム伝熱板（放熱板）１４に固着し、
この放熱板１４をレールに固定する。なお、図中の３０
ａ、３０ｂ及び３１ａ、３１ｂはそれぞれ発熱体２の電
極である。

【０００５】このヒーター１５を作製するには、まずア
ルミニウム放熱板１４に粘着材１３付き絶縁材１２をは
りつけてから、電極３０ａなど付きの発熱体２を粘着材
１１で絶縁材１２にはりつける。そして、エポキシ１０
を注入し、真空脱泡、加熱して、エポキシ１０を硬化
（１５０℃、１ｈｒ）させる。

【０００６】しかしながら、このような構造のヒーター
では、図７（Ａ）のＢ部分の拡大図である図７（Ｂ）に
示すように、粘着シート１１およびエポキシ１０におい
て発熱体２と電極３０ａおよび３０ｂなどとの段差によ
って空洞１６が生じてしまう。このような空洞１６が発
生すると、その部分の熱伝導率が下がり、発生した熱が
被加熱平面（放熱板１４の側）に伝わらず、局部加熱と
なり易い。この結果、発熱体２が溶けて、電流が流れず
に加熱不能となり、またヒーター出力を上げられない。
そのために、例えば、前記空洞をなくすように空洞１６
の部分を真空にして、樹脂等を充填することがあるが、
完全ではなく、空洞が残る。

【０００７】本発明の目的は、発熱装置内部での前記空
洞をなくし、発熱体から被加熱面への熱伝導を促進し、
かつ、面状発熱材の単位面積あたりの出力を上げて発熱
温度を上げることにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】即ち、本発明は、発熱体
の少なくとも表裏両面を合成樹脂シートで挟着し、また
は、熱硬化性樹脂含浸非導電性布で被包し、硬化圧着し
てなる面状発熱材の少なくとも片面が、伝熱板またはそ
の加工品で被覆された発熱装置（例えば鉄道の軌道の分
岐箇所における転轍機（分岐ポイント）周辺の氷雪を融
かすなどの用途に好適なヒーター）、及び発熱体の少な
くとも表裏両面に対して熱硬化性樹脂含浸非導電性布を
被包し、硬化圧着してなる面状発熱材、更には、この面
状発熱材を用いた食品保温器に係るものである。

【０００９】このように構成することによって、発熱装
置中に発熱体をエポキシ封入する前に、合成樹脂シート
により挟着し、または、エポキシや不飽和ポリエステル
等の硬化性樹脂を含浸したガラスクロスなどの非導電性
布でサンドイッチし、電極部の段差をなくしておく（実
質的に平面としておく）ことができるので、装置を組み
立てたときに発熱装置内部に空洞が生じることがなく、
結果として面状発熱材の出力を向上させ、また熱的及び
強度的にも十分なものとなり、被加熱体となる鉄道の分
岐ポイント周辺の氷雪を融かすための用途、焼き鳥やハ
ンバーガーなどの食品の保温、その他の各種の用途に好
都合となる。

【００１０】本発明はまた、発熱体の少なくとも表裏両
面に対して熱硬化性樹脂含浸非導電性布を被包し、次い
で、熱硬化性樹脂の硬化温度下に２０〜１５０ｋｇ／ｃ
ｍ²の圧力で、前記発熱体の少なくとも表裏両面に前記
熱硬化性樹脂含浸非導電性布を硬化圧着する、面状発熱
材の製造方法、並びに得られた面状発熱材を次いで伝熱
板またはその加工品に、接着剤を介して固着し、さらに
伝熱板またはその加工品の凹部に熱硬化性樹脂を充填
し、熱硬化する発熱装置の製造方法も提供するものであ
る。

【００１１】この製造方法では、エポキシや不飽和ポリ
エステル等の熱硬化性樹脂を含浸したガラスクロスなど
の非導電性布を発熱体、被包し、上記条件下で熱プレス
することにより硬化させる。このプレスは、２０ｋｇ／
ｃｍ² 以上（特に５０ｋｇ／ｃｍ² 以上）の高圧で行う
ため、空洞が生じる余地がない。また、高圧であること
による面状発熱材の伸びは、ガラスクロスなどにより抑
制される。

【００１２】

【発明の実施の形態】本発明においては、発熱体の材料
が耐熱性合成樹脂であるＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロ
エチレン）であるときは、多少の蓄熱による発熱が仮に
あっても、抵抗力があり、有利に用いることができる。

【００１３】また、前記合成樹脂シートは、硬化された
熱硬化性樹脂含浸非導電性布が好ましく、ポリエステル
とポリエチレンとの積層体、ポリエーテルイミド樹脂を
フェノール樹脂でパウチしたものなども用いられる。

【００１４】また、前記熱硬化性樹脂含浸非導電性布
が、エポキシ樹脂含浸のガラス繊維のプリプレグである
のがよい。

【００１５】ここに、本発明における単位面積当たりの
出力（Ｗ／ｃｍ² ）は、幅２．７ｃｍ、長さ１５．５ｃ
ｍの発熱体の両端に銅電極を取り付け、それに交流電圧
１００Ｖを印加し、２０分後の電流と電圧を測定し、得
られた各値から、次式により求められる。

【００１６】単位面積当りの出力 (W/cm² )＝｛電流(I)
×電圧（100V) ｝／｛発熱体の幅(cm)×電極間距離(c
m)｝

【００１７】前記従来の発熱装置中の面状発熱材は、発
熱装置内部にある空洞の存在により、上記出力の測定の
結果、ほとんどのものが焼損してしまったり、溶断した
りして、電流が０となるか、或いは、単位面積当りの出
力が２Ｗ／ｃｍ² 未満であるのに対し、本発明による面
状発熱材のそれは２〜１０Ｗ／ｃｍ² である。

【００１８】次に、本発明の好ましい実施の形態を図面
について述べる。

【００１９】図１（Ａ）、（Ｂ）に示すように、本実施
の形態による発熱装置（ヒーター）５５は発熱体２の両
面をエポキシ樹脂含浸のガラスクロス（プリプレグ４０
と５０）で固め、面状発熱材４１を形成する。この一方
の面を粘着シート４３を介してアルミニウム伝熱板（放
熱板）１４に固着すると共に、この伝熱板１４の凹部に
エポキシ樹脂１０を充填する。この伝熱板１４は例えば
レールに固定される。なお、図中の３０ａ、３０ｂ、及
び３１ａ、３１ｂはそれぞれ発熱体２の電極である。

【００２０】プリフレグ４０、５０において、使用可能
な熱硬化性樹脂は、エポキシ、不飽和ポリエステルなど
がある。また、使用可能な無機繊維としては、ガラスク
ロス、ガラスマットがあり、有機繊維としては、紙パル
プ、不織布、ナイロン布、ポリエステル布があり、上記
の中では、伸びにくさ、耐熱性の点からガラスクロスが
最適である。

【００２１】次に、発熱装置５５の作製方法を説明す
る。

【００２２】まず、エポキシプリプレグ４０、５０は図
２のように、ガラスクロス４２にエポキシ４４を含浸さ
せたものであってよいが、エポキシ以外に、不飽和ポリ
エステル、フェノール、メラミン等がある。これは、図
３のように、例えばエポキシ樹脂液４４中にガラスクロ
ス４２を通すことによって作製できる。

【００２３】そして次に、電極３０ａ、３０ｂ、３１
ａ、３１ｂ付きの発熱体２の両面より、上記のエポキシ
プリプレグ材４０、５０をそれぞれ１５０℃、１ｈｒ、
５０ｋｇ／ｃｍ² で熱プレスする。これによって、エポ
キシ含浸ガラスクロスで被包された面状発熱材を得る。

【００２４】次いで、このヒーター素子に粘着シート４
３をはりつけた後、例えば、アルミニウム放熱板１４へ
はりつける。しかる後、エポキシ１０を封入し、加熱し
てエポキシ１０を硬化（１５０℃、１ｈｒ）させる。こ
の場合、前記従来技術で必要であった真空脱泡の工程は
原則として必要がない。ただ必要に応じ、真空脱泡工程
を採用することは自由である。

【００２５】本実施の形態によるヒーター５５は、図４
に示すように、軌条の分岐ポイントのレール６１の側面
などに固着される。ヒーター５５の加熱温度は１１０℃
とし、レールの温度を２〜２０℃とすることができる。
このヒーターにおいては上記したように空洞が生じない
ために、エポキシ充填後に真空脱泡を行う必要はなく、
空洞部の存在による局部発熱（断線）を起こすことがな
く、これによってヒーター出力を上げ、単位面積あたり
の出力を２〜５Ｗ／ｃｍ² （通常のものは１Ｗ／ｃｍ²
以下）と大きくできる。

【００２６】次に、本実施の形態によるヒーターの面状
発熱材４１の構成をその作製工程に沿って説明すると、
まず図５に示すように、発熱体２の両端に銅箔電極を取
り付ける。これらの電極はそれぞれ一対の銅箔３０ａ、
３０ｂ及び３１ａ、３１ｂからなり、これらを発熱体２
の両面からミシン縫い、ホッチキス止め又はリベット止
めなどで固定し、その周辺で互いに接し合うようにして
おく。

【００２７】次いで、熱ロール（例えば１５０℃、１ｈ
ｒ、５０ｋｇ／ｃｍ² ）を使用して上記のプリプレグ４
０及び５０と、電極３０ａ、３０ｂ及び３１ａ、３１ｂ
に電源コード３６の一方のコード３６Ａ、他方のコード
３６Ｂを接続した発熱体２とをラミネートし、面状発熱
材４１を得る。ここで、一方のコード３６Ａを電極３１
ａ、３１ｂに、他方のコード３６Ｂを電極３０ａ、３０
ｂに接続させる。

【００２８】こうして作製された面状発熱材４１を組み
込んだ図１のヒーター５５において注目すべき構成は、
ヒーターとして発熱体２が組み込まれていることであ
る。この発熱体２は、従来のシーズヒーターなどとは全
く異なり、ヒーター面（上記では放熱板１４）の面を一
様（均等）に加熱することができ、導電性合成樹脂シー
ト、合成樹脂シート基材に導電性塗料を塗布したものな
どである。導電性付与物質としては、導電性カーボンな
どが挙げられる。

【００２９】このような発熱体２としては、図６
（Ａ）、および図６（Ｂ）に例示する如きものが使用可
能である。即ち、図６（Ａ）は、１６０ｍｍ幅のＰＴＦ
Ｅシート２１ｂの両端に銅箔３０、３１を取り付けたヒ
ーターを示し、更に図６（Ｂ）は、シリコンゴム４２内
にコードヒーター２１ｃを蛇行させたシリコンゴムヒー
ターを示す。いずれも、面加熱に適しており、特に図６
（Ｂ）の如きヒーターでは、ヒーター間ピッチＰが１５
ｍｍ以下であることが必要である。

【００３０】なお、図５に仮想線で示すように、発熱体
２の近傍（特にプリプレグ４０との間）にサーモスタッ
トや温度ヒューズなどの温度過上昇防止手段６４や、サ
ーミスタおよび制御装置を配置してもよい。

【００３１】上記のサーモスタットなど６４を配置する
ことによって、温度が過熱状態になると、自動的に発熱
体２をオフして安全な動作を可能とする。また、急激に
温度が降下した際、サーモスタットに代えてサーミスタ
および制御回路を配しておけば、精度高く温度調節する
ことができる。

【００３２】以上に述べた実施の形態は、本発明の技術
的思想に基づいて、更に変形が可能である。

【００３３】例えば、発熱体２、面状発熱材４１、プリ
プレグ４０、５０などをはじめ、ヒーター構成部分の構
造、形状や材質などは種々に変化させてよい。発熱体２
に対する電極及び電源コードの取り付け方法又は取り付
け構造は、上述したものに限られることはない。また、
加熱対象は、上述のレールに限られるものではなく、種
々であってよい。

【００３４】

【発明の作用効果】本発明は上述した如く、発熱体の少
なくとも表裏両面に合成樹脂シートを挟着してなる面状
発熱材を有し、その少なくとも片面が、伝熱板またはそ
の加工品で被覆されているので、発熱装置中に発熱体を
エポキシ封入する前に、合成樹脂シートにより挟着し、
又はエポキシや不飽和ポリエステル等の硬化性樹脂を含
浸したガラスクロスなどの非導電性布でサンドイッチ
し、電極部の段差をなくしておくことができる。このた
め、装置を組み立てたときに発熱装置内部に空洞が生じ
ることがなく、結果として面状発熱材の出力を向上させ
ることができ、又熱的および強度的にも十分なものとな
り、被加熱体である鉄道の分岐ポイント周辺の融氷雪装
置や食品の保温用に用いられる。また、硬化圧着時に、
高圧で行うために、空洞が生じる余地がなく、また、高
圧であることによる発熱体の伸びは、ガラスクロスなど
の非導電性布により抑制される。

【図面の簡単な説明】

【図１（Ａ）】本発明の実施の形態による発熱装置（ヒ
ーター）の断面図である。

【図１（Ｂ）】同、発熱装置の要部の拡大断面図であ
る。

【図２】同、発熱装置に用いる熱硬化性樹脂含浸ガラス
クロスの断面図である。

【図３】同、熱硬化性樹脂含浸ガラスクロスの作製方法
を示す断面図である。

【図４】同、発熱装置の固定状態を示す断面図である。

【図５】同、発熱装置の要部分解断面図である。

【図６（Ａ）】同、発熱装置に用いる発熱体の具体例の
斜視図である。

【図６（Ｂ）】同、他の具体例の斜視図である。

【図７（Ａ）】従来例による発熱装置（ヒーター）の断
面図である。

【図７（Ｂ）】同、発熱装置の要部の拡大断面図であ
る。

【符号の説明】

２…発熱体、１０、４４…エポキシ樹脂、１１、１３、
４３…粘着シート、１２…絶縁材、１４…アルミニウム
放熱板（伝熱板）、１５、５５…発熱装置（ヒータ
ー）、１６…空洞、３０、３１、３０ａ、３０ｂ、３１
ａ、３１ｂ…電極、３６…電源コード、４０、５０…エ
ポキシ含浸ガラスクロス、４１…面状発熱材、４２…ガ
ラスクロス、６０…分岐ポイント、６１…レール

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０５Ｂ 3/14 Ｈ０５Ｂ 3/14 Ｆ Ｆターム(参考） 3K034 AA01 AA05 AA06 AA09 AA16 BA08 BA12 BA13 BA18 BB02 BB20 BC03 BC17 BC27 CA02 CA17 CA30 CA32 FA13 FA33 GA04 HA04 HA09 JA01 JA10 3K092 PP15 QA05 QB19 QB31 QB65 QB70 QB77 QC05 QC20 QC25 RF03 RF09 RF17 RF19 RF27 SS12 SS14 SS17 VV12 VV16 VV31 VV33

Claims (15)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 発熱体の少なくとも表裏両面を合成樹脂
   シートで挟着してなる面状発熱材を有し、その少なくと
   も片面が、伝熱板またはその加工品で被覆された発熱装
   置において、前記面状発熱材の少なくとも一方の表面が
   実質的に平面であることを特徴とする発熱装置。
2. 【請求項２】 前記合成樹脂シートが硬化された熱硬化
   性樹脂含浸非導電性布である、請求項１に記載した発熱
   装置。
3. 【請求項３】 前記面状発熱材は、その単位面積当りの
   出力が２〜１０Ｗ／ｃｍ² である、請求項１又は２に記
   載した発熱装置。
4. 【請求項４】 前記発熱体が導電性カーボン含有合成樹
   脂シートである、請求項１〜３のいずれか１項に記載し
   た発熱装置。
5. 【請求項５】 前記合成樹脂がポリテトラフルオロエチ
   レンである、請求項４に記載した発熱装置。
6. 【請求項６】 前記発熱体が、ヒーター間ピッチが１５
   ｍｍ以下となるようにコードヒーターをゴム内に配した
   ものによって構成されている、請求項１〜３のいずれか
   １項に記載した発熱装置。
7. 【請求項７】 前記熱硬化性樹脂含浸非導電性布が、エ
   ポキシ樹脂含浸のガラス繊維のプリプレグである、請求
   項２〜６のいずれか１項に記載した発熱装置。
8. 【請求項８】 発熱体の少なくとも表裏両面に対して熱
   硬化性樹脂含浸非導電性布を被包し、硬化圧着してなる
   面状発熱材。
9. 【請求項９】 前記発熱体が導電性カーボン含有合成樹
   脂シートである、請求項８に記載した面状発熱材。
10. 【請求項１０】 前記合成樹脂がポリテトラフルオロエ
    チレンである、請求項９に記載した面状発熱材。
11. 【請求項１１】 前記熱硬化性樹脂含浸非導電性布が、
    エポキシ樹脂含浸のガラス繊維のプリプレグである、請
    求項８〜１０のいずれか１項に記載した面状発熱材。
12. 【請求項１２】 発熱体の少なくとも表裏両面に対して
    熱硬化性樹脂含浸非導電性布を被包し、次いで、熱硬化
    性樹脂の硬化温度下に２０〜１５０ｋｇ／ｃｍ² の圧力
    で、前記発熱体の少なくとも表裏両面に前記熱硬化性樹
    脂含浸非導電性布を硬化圧着する、面状発熱材の製造方
    法。
13. 【請求項１３】 請求項１２で得られた面状発熱材を、
    次いで伝熱板またはその加工品に接着材を介して固着
    し、さらに前記伝熱板またはその加工品の凹部に熱硬化
    性樹脂を充填し、熱硬化する、発熱装置の製造方法。
14. 【請求項１４】 被加熱体であるレール本体に金属製の
    前記伝熱板又はその加工品が接した状態で装着乃至固着
    され、前記発熱体の加熱により軌条ポイント周辺の氷雪
    を融かす、請求項１〜７のいずれか１項に記載した発熱
    装置。
15. 【請求項１５】 請求項８〜１１のいずれか１項に記載
    した面状発熱材をヒーターとして用いる食品保温器。