JP2010267624A - 糸状カーボン発熱体及びこれを配設した面状発熱体 - Google Patents

Abstract

【課題】 余分なエネルギー消費が生じることがなく、熱効率を向上させるようにした糸状カーボン発熱体及びこれを配設した面状発熱体を提供することを目的とする。
【解決手段】 変形自在の炭素繊維糸よりなるカーボン抵抗体２を弾性線材３に巻き付け、さらに全体を可撓性を有する樹脂等の絶縁被覆材４で被覆して糸状カーボン発熱体１を構成した。また糸状カーボン発熱体１を面状部材に蛇行して配設して面状発熱体７を構成した。
【選択図】図１

Description

本発明は、糸状カーボン発熱体及びこれを配設した面状発熱体に関するものである。

従来、電気毛布や電気カーペット等の面状発熱体は、毛布やカーペットの内部に被覆を施したしなやかな電熱線（ニクロム線やタングステン線）が埋め込まれており、これに通電することで発生するジュール熱で毛布やカーペットが暖まるようになっている。また床暖房や融雪シート等にも、面状の部材に電熱線が埋め込まれており、これに通電することで発生するジュール熱で床を暖めたり、積もった雪を融かしている。

発明が解決しよううとする課題

しかしながら、熱源として使用されているニクロム線やタングステン線の電気抵抗率は温度の上昇とともに著しく大きくなるので、これを用いた機器の突入電流が大きく、電源をオンした瞬間に定格の約１０倍程度のラッシュ電流が流れる。このため電磁的ノイズが発生し、機器に対して電磁的障害を与えたり、電磁波が人体に悪影響を与える危険がある。

本発明は、上記したように従来の問題点に鑑みて考えられたもので、余分なエネルギー消費が生じることがなく、熱効率を向上させるようにした糸状カーボン発熱体及びこれを配設した面上発熱体を提供することを目的とする。
また本発明は、機器に対する電磁的障害のない糸状カーボン発熱体及びこれを配設した面状発熱体を提供することを目的とする。

課題を解決するための手段

上記のような目的を達成するために、本発明の糸状カーボン発熱体は、変形自在の炭素繊維糸よりなるカーボン抵抗体を弾性線材に巻き付け、さらに全体を可撓性を有する樹脂等の絶縁被覆材で被覆したことを特徴とするものである。
また本発明の糸状カーボン発熱体は、変形自在の炭素繊維糸よりなるカーボン抵抗体を可撓性を有する樹脂等の絶縁被覆材で被覆したことを特徴とするものである。
また本発明の面状発熱体は、前記した糸状カーボン発熱体を面状部材に蛇行して配設したことを特徴とするものである。

上記課題解決手段による作用は、次のとおりである。
炭素繊維は、電気抵抗値が大きく、発熱しやすいものである。このような炭素繊維糸よりなるカーボン抵抗体に導通することによってカーボン抵抗体が発熱する。炭素繊維は、温度上昇とともに抵抗値が低下する負の抵抗特性を有しているため、本発明の糸状カーボン抵抗体を使用することによって、電圧印可時の突入電流が小さくなる。

発明の効果

上記構成の本発明によれば、突入電流が小さくすることができるので、余分なエネルギー消費が生じることがなく、熱効率を向上させることができ、しかも機器に対する電磁的障害のない糸状カーボン発熱体及びこれを配設した面状発熱体を提供することができる。また炭素繊維糸を加熱することで遠赤外線が放射され、皮膚に対する刺激性が少なく、人の身体にやさしく作用するなどの遠赤外線効果も期待できる。

以下、図面を参照しながら、本発明に係わる実施の形態について説明する。

（イ）糸状カーボン発熱体（図１）
糸状カーボン発熱体１は針金や銅線などの弾性線材３に炭素繊維糸よりなるカーボン抵抗体２を巻き付けて、さらに全体を可撓性を有する樹脂等の絶縁被覆材４で被覆したものである。また絶縁被覆材４で被覆する替わりに液状の樹脂等をカーボン抵抗体２に塗布し、これを硬化させたものであってもよい。この糸状カーボン発熱体１の両端に端子５を取り付けて、端子５を介して導通することで糸状カーボン発熱体１が発熱する。

（ロ）カーボン抵抗体（図２）
炭素繊維糸から構成されるカーボン抵抗体２は、例えばポリアクリロニトリルを原料とするＰＡＮ系炭素繊維線２１を多数束ねてＰＡＮ系炭素戦繊維糸２２とし、このＰＡＮ系繊維糸２２を複数本撚り合わせた撚糸からなるものである。このようにＰＡＮ系炭素繊維糸２２を多数撚り合わせてなるカーボン抵抗体２は、高弾性・高強度の特性があるが、発熱体としての充分な耐熱性及び強度を保つためには、太さ（直径）を１ｍｍ〜５ｍｍ程度とすることが望ましい。撚糸とすることで、単にＰＡＮ系炭素繊維糸２２を束ねた場合に比べてカーボン抵抗体２がほどけにくくなっている。
被覆などの加工性を向上させるために、カーボン抵抗体２を液状樹脂等に浸して硬化させておくのがよい。また、カーボン抵抗体２を液状樹脂等に浸すことによって、表面がコーティングされて滑らかになる。

（ハ）端子（図３）
端子５は、折り曲げ可能な導電性の帯状金属５０と、これに接続されるリード線５１とで構成される（図３（Ｃ）（Ｄ））。この端子５をカーボン抵抗体２に取り付けるには、先ず図３（Ａ）に示すようにＴ字形の帯状金属板５０を形成し、両側を垂直に折り曲げるとともに一部に切り込み５２を入れ、さらに波状の凹凸部５３を形成しておく（図３（Ｂ））。
ここにカーボン抵抗体２の一端を差し込み、波状凹凸部５３を折り曲げていく（図３（Ｂ））。
さらに両側の垂直折曲部も折り曲げて波状凹凸５３をカーボン抵抗体２に圧着させる。
舌片５４にリード線５１をスポット溶接して両端に端子５が取り付けられる（図３（Ｃ）、（Ｄ））。
なお端子５は上記に限ることなく、帯状金属板５０を単に巻き付けるなどカーボン抵抗体２の一端を固定できるものであれば何でもよい。

（ニ）面状発熱体（図４）
図４に糸状カーボン発熱体１を埋め込んだ面状発熱体（電気毛布や電気カーペットなど）７の配線状態を示す。糸状カーボン抵抗体１が面状発熱体７の放熱面に蛇行して配設されており、端子５（リード線５１）が通電制御部８に接続されている。通電制御部８の先にコード９を介してプラグ１０が取り付けられている。プラグ１０をコンセント（図示せず）に差し込むことで通電制御部８でコントロールされながら糸状カーボン抵抗体１が発熱し、面状発熱体７が放熱する。
この面状発熱体７を製作する場合、先ず弾性線材３にカーボン抵抗体２を巻き付けて絶縁被覆材４で被覆するのであるが、カーボン抵抗体２は導電性を有しているため素線２１の径、素線２１を撚る本数等を調節することによりその導電率（抵抗値）を適宜調整することができる。

（ホ）作用
上記のように構成した糸状カーボン発熱体１の端子５に通電すると、カーボン抵抗体２に電流が流れ、カーボン抵抗体２が発熱する。カーボン発熱体２が、炭素繊維素線２１を複数本撚り合わせた撚糸よりなるため、カーボン抵抗体２には電流が均一に流れ、その表面全域において均一に高い発熱効率が得られる。また、カーボン抵抗体２は絶縁被覆材４で被覆しているので、高温環境下で使用してもカーボン抵抗２は酸化されることがなく、長寿命の糸状カーボン発熱体１が得られる。このため、糸状カーボン発熱体１を使用した面状発熱体７の寿命が大幅に延びる。
また糸状カーボン発熱体１には、面状発熱体７の形状に応じて折曲させることや、製造工程において適宜に変形させることのできる可撓性、柔軟性が得られことから面状発熱体７の設計の自由度が大きくなる。
糸状カーボン発熱体１の抵抗値は断面積に反比例し、長さに比例するため、撚り合わせる炭素繊維素線２１の径や、炭素繊維素線２１の本数の増減等によって必要な出力を設計することができる。

次に図５に基づき、本発明の他の実施形態を説明する。
本例は、カーボン抵抗体２を液状の樹脂等に浸して適度に硬化させた場合で、弾性線材３に巻き付けることなく、そのまま可撓性を有する樹脂等の絶縁被覆材４で被覆したものである。カーボン抵抗体２を適度に硬化させてあるので、面状発熱体７に応じて折曲させることや、製造工程において適宜に変形させることができる。

本発明の糸状カーボン発熱体を示す概略斜視図。 カーボン抵抗体の斜視図。 端子の製造工程を示す概略図。 本発明の面状発熱体を示す概略図。 糸状カーボン発熱体の他の例を示す概略斜視図。

１．糸状カーボン発熱体
２．カーボン抵抗体
２１．ＰＡＮ系炭素繊維素線
３．弾性線材
４．絶縁被覆材
５．端子
５０．帯状金属板
７．面状発熱体
８．通電制御部

Claims (3)

1. 変形自在の炭素繊維糸よりなるカーボン抵抗体を弾性線材に巻き付け、さらに全体を可撓性を有する樹脂等の絶縁被覆材で被覆したことを特徴とする、糸状カーボン発熱体。
2. 変形自在の炭素繊維糸よりなるカーボン抵抗体を、可撓性を有する樹脂等の絶縁被覆材で被覆したことを特徴とする、糸状カーボン発熱体。
3. 請求項１又は請求項２に記載する糸状カーボン発熱体を、面上部材に蛇行して配設したことを特徴とする、面上発熱体。

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