JP2018060760A - 面状発熱体、面状発熱装置、面状発熱体用電極、及び面状発熱体の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】発熱部における発熱の均一性及び発熱効率が高く、かつ発熱特性が安定した面状発熱体、面状発熱装置、面状発熱体用電極、及び面状発熱体の製造方法を提供すること。
【解決手段】導電性繊維を含む繊維構造体で形成された発熱部と、前記発熱部の導電性繊維に電流を供給するための電極部と、を備える面状発熱体であって、前記電極部は、金属からなり、電流が供給される第１電極部と、金属からなり、前記第１電極部を覆うように設けられた第２電極部と、導電材料を含有し、少なくとも一部が前記発熱部の繊維構造体と前記第２電極部との間に充填されるように設けられる導電性接着剤と、を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、面状発熱体、面状発熱装置、面状発熱体用電極、及び面状発熱体の製造方法に関する。

面状発熱体は、シート状の発熱面から全体的に熱を放射するものであり、例えば、凍結防止、除霜、防湿、保温、加温などの各種用途において利用されている。特に、繊維構造体を発熱部として有する面状発熱体は、柔軟性や耐屈曲性に優れるだけでなく、軽量で厚さを薄くすることが可能であるため、ファブリックヒーターとして利用することが可能である。

このような面状発熱体として、例えば特許文献１には、導電性繊維を含む編織物で形成された発熱部と、この発熱部を通電するための電極部とで構成された面状発熱体であって、導電性繊維が、有機繊維と、この有機繊維の表面を被覆するカーボンナノチューブとを含む面状発熱体が開示されている。また、特許文献２には、導電性繊維を含む繊維構造体で形成された発熱部と、この発熱部に通電するための電極部とで形成された面状発熱体であって、電極部が導電剤及びバインダー成分を含む面状発熱体が開示されている。また、特許文献３には、導電性繊維を発熱糸として含む織編物で構成された発熱部と、この発熱部を通電するための少なくとも一対の電極部とで構成された面状発熱体であって、導電性繊維が、導電剤を含有及び／又は担持している有機繊維であり、電極部が、織編物の所望の位置に縫われた第１の金属繊維で構成された第１の電極部と、第１の金属繊維を覆い、第１の金属繊維と通電可能な第２の金属繊維で構成された第２の電極部とで構成されている面状発熱体が開示されている。

特開２０１０−１９２２１８号公報 特開２０１３−１９１５５１号公報 特開２０１５−１５６３４３号公報

しかしながら、特許文献２に開示される面状発熱体では、電極部の抵抗が比較的高くなってしまうため、電極部の長手方向で電圧降下を生じてしまい、発熱部における発熱が不均一になり、かつ供給した電力が熱に変換される効率（発熱効率）が低下するという問題がある。また、特許文献３に開示される面状発熱体では、導電性繊維と第１電極との接続は接触により行われているため、接触面積を十分大きくできず、接触抵抗が比較的高くなる。また、発熱部に掛かる外圧、時間経過、外部環境の影響等によって接触面積が変動するため、接触抵抗も変動する。そのため、安定した導電性繊維と電極の接触抵抗が得られ難く、面状発熱体の発熱特性も安定しないという問題がある。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、発熱部における発熱の均一性及び発熱効率が高く、かつ発熱特性が安定した面状発熱体、面状発熱装置、面状発熱体用電極、及び面状発熱体の製造方法を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の一態様に係る面状発熱体は、導電性繊維を含む繊維構造体で形成された発熱部と、前記発熱部の導電性繊維に電流を供給するための電極部と、を備える面状発熱体であって、前記電極部は、金属からなり、電流が供給される第１電極部と、金属からなり、前記第１電極部を覆うように設けられた第２電極部と、導電材料を含有し、少なくとも一部が前記発熱部の繊維構造体と前記第２電極部との間に充填されるように設けられる導電性接着剤と、を備えることを特徴とする。

本発明の一態様に係る面状発熱装置は、本発明の一態様に係る面状発熱体と、前記面状発熱体の前記電極部に電流を供給する電源部と、を備えることを特徴とする。

本発明の一態様に係る面状発熱体用電極は、導電性繊維を含む繊維構造体で形成された発熱部を備える面状発熱体の前記導電性繊維に電流を供給するための面状発熱体用電極であって、電流が供給される第１電極部と、前記第１電極部を覆う第２電極部と、導電材料を含有し、少なくとも一部が前記発熱部の繊維構造体と前記第２電極部との間に充填されるように設けられる導電性接着剤と、を備えることを特徴とする。

本発明の一態様に係る面状発熱体の製造方法は、第１電極部を第２電極部で覆う工程と、導電材料を含有する導電性接着剤のペーストを、前記第２電極部及び導電性繊維を含む繊維構造体で形成された発熱部の少なくとも一方に塗布する工程と、前記塗布した導電性接着剤のペーストを介して前記第２電極部と前記発熱部とを接触させる工程と、を含むことを特徴とする。

本発明によれば、発熱部における発熱の均一性及び発熱効率が高く、かつ発熱特性が安定した面状発熱体を実現できるという効果を奏する。

図１は、実施形態１に係る面状発熱装置の模式図である。 図２は、図１に示す面状発熱体の製造方法を説明する模式図である。 図３は、実施形態２に係る面状発熱体の模式図である。 図４は、電圧−電流特性を示す図である。 図５は、電圧−抵抗特性を示す図である。 図６は、サーモグラフィにより測定した発熱状態を示す図である。 図７は、サーモグラフィにより測定した発熱状態を示す図である。

以下に、図面を参照して本発明の実施形態を詳細に説明する。なお、この実施形態によりこの発明が限定されるものではない。また、各図面において、同一又は対応する要素には適宜同一の符号を付している。

（実施形態１）
図１は、実施形態１に係る面状発熱装置の模式図である。図１（ａ）は平面図、図１（ｂ）は図１（ａ）のＡ−Ａ線断面図である。図１に示すように、面状発熱装置１００は、面状発熱体１０と、電源部１０１と、コントローラ１０２と、を備える。

面状発熱体１０は、発熱部１と、第１電極部２と、第２電極部３と、導電性接着剤４と、を備えている。

発熱部１は、導電性繊維を含む繊維構造体で形成されており、本実施形態では、図面上横方向に延びている経糸１ａ及び図面上縦方向に延びている緯糸１ｂで構成された織物である。経糸１ａは導電性繊維からなる糸であり、緯糸１ｂは非導電性繊維からなる糸である。なお、経糸１ａとして所定の割合で非導電性繊維からなる糸を含めてもよい。

導電性繊維は、炭素系導電材料を含むものであり、例えば非導電性繊維の表面に炭素系導電材料を担持させたものである。炭素系導電材料としては、カーボンナノチューブを用いることができる。

第１電極部２、第２電極部３、及び導電性接着剤４は、発熱部１の導電性繊維からなる糸に電流を供給するための電極部（面状発熱体用電極）を構成している。電極部は、本実施形態では２つ有り、長方形状の発熱部１の各短辺側に、互いに離間し、かつ互いに平行に延伸するように設けられている。すなわち、電極部は、経糸１ａと交差（本実施形態では直交）する方向に延伸している。

金属からなる各第１電極部２は、電源部１０１に接続されており、コントローラ１０２で調整された値の電流が供給される。各第１電極部２は、金属線や、金属繊維からなる糸等で構成されており、緯糸１ｂに沿って延伸している。本実施形態では、各第１電極部２は、本実施形態では発熱部１の織物に縫われているが、発熱部１の織物の表面に接触するように渡されていてもよい。

金属からなる各第２電極部３は、各第１電極部２を覆うように設けられている。各第２電極部３は、本実施形態では金属網線で構成されているが、金属板や金属シートで構成されていてもよい。また、本実施形態では、各第２電極部３は発熱部１の片面側から各第１電極部２を覆っているが、発熱部１の両面側から各第１電極部２を覆うようにしてもよい。

各導電性接着剤４は、導電材料を含有し、少なくとも一部が、発熱部１の繊維構造体と各第２電極部３との間に充填されるように設けられている。

つぎに、面状発熱装置１００の動作について説明する。電源部１０１によって２つの電極部の間に電圧を印加し、一方の第１電極部２にコントローラ１０２で値を調整された電流を供給すると、電流は第１電極部２、第２電極部３、導電性接着剤４を介して、発熱部１の導電性繊維からなる経糸１ａを流れ、他方の導電性接着剤４、第２電極部３、第１電極部２を介して電源部１０１に戻る。このとき、経糸１ａは所定の抵抗値を有するので、電流が流れると抵抗発熱体として機能する。その結果、発熱部１が全体的に発熱する。

ここで、上述したように、各第１電極部２、各第２電極部３は金属からなるので、電極部の長手方向での電圧降下が小さい。具体的には、各第１電極部２に電流供給される下端側から上端側までの電圧降下が小さいので、発熱部１における発熱の均一性及び発熱効率が高くなる。

さらに、上述したように、各導電性接着剤４の少なくとも一部が、発熱部１の繊維構造体と各第２電極部３との間に充填されているため、発熱部１の経糸１ａと各第２電極部３との間の隙間が導電性材料で充填されることとなり、接触抵抗が小さくなる。そのため、発熱効率が高くなる。さらには、発熱部１の経糸１ａと各第２電極部３とは各導電性接着剤４により固着されるので、発熱部１に掛かる外圧や、時間経過や、外部環境の影響等による接触面積の変化はきわめて小さい又は変化しないので、接触抵抗が安定する。そのため、面状発熱体１０の発熱特性も安定する。

また、各導電性接着剤４の一部が発熱部１の繊維構造体(図１（ｂ）に示す部分１ｃ)に含浸していることが好ましい。これにより、発熱部１の経糸１ａと各第２電極部３とがより一層強固に固着されるので、接触抵抗及び面状発熱体１０の発熱特性がより一層安定する。

さらには、導電性接着剤４の一部が各第１電極部２とこれを覆う各第２電極部３との間に充填されていることがより好ましい。これにより、各第１電極部２と各第２電極部３との間の隙間が導電性材料で充填されることとなり、接触抵抗が小さくなるので、発熱効率がさらに高くなるとともに、面状発熱体１０の発熱特性もさらに安定する。

つぎに、導電性接着剤４の好ましい構成について説明する。
（導電材料）
導電性接着剤４に含有される導電材料としては、例えば、炭素類（例えば、ファーネスブラック、アセチレンブラック、ケッチェンブラックなどのカーボンブラック、人造黒鉛、膨張黒鉛、天然黒鉛、カーボンナノチューブ、グラフェン、フラーレンなど）、金属単体又は合金（例えば、銀、金、銅、クロム、ニッケル、鉄、マグネシウム、アルミニウム、白金、亜鉛、マンガン、タングステン、ステンレスなど）、金属化合物又はセラミックス類（例えば、硫化銅、フェライト、トルマリン、珪藻土など）などが挙げられる。これらの導電材料は、単独で又は二種以上組み合わせて使用でき、例えば、炭素系導電材料と金属系導電材料とを組み合わせてもよい。また、複合体であってもよく、例えば、上述した金属単体をメッキ又は蒸着した有機又は無機化合物（銀コート銅など）や、カーボンブラックやグラファイトを担持したセラミックスなどであってもよい。さらに、複合体は、非導電材料との複合体であってもよい。

これらの導電材料のうち、導電性の点から、銀、金、銅、アルミニウムなどの金属を含む金属系導電材料、カーボンブラックやカーボンナノチューブ、グラフェンなどの炭素系導電材料が汎用される。さらに、導電性の点から、金属系導電材料（特に金属粒子）を含むのが好ましく、銀系導電材料（例えば、銀単体、銀コート又はメッキ銅など）が特に好ましい。また、耐久性や耐腐食性に優れる点から、炭素系導電材料を含むのが好ましく、カーボンブラックやカーボンナノチューブ、グラフェンなどの炭素系粒子が特に好ましい。

導電材料の形状としては、例えば、粒子状（粉末状）、板状（又は鱗片状）、繊維状、不定形状などが挙げられる。これらの形状のうち、略球状や多角体状などの粒子状、繊維状などが汎用されるが、発熱部１を構成する繊維構造体の繊維間空隙に入り込み、導電性繊維と電極部との接触性を向上できる点から、粒子状が好ましい。

導電材料の平均粒径（カーボンナノチューブなどの異方形状の場合、長径と短径との平均径）は、１０ｎｍ〜１００μｍ程度の範囲から適宜選択でき、電極部の機械的特性や導電性などの点から、例えば、０．３〜８０μｍ、好ましくは０．５〜５０μｍ、さらに好ましくは１〜４０μｍ（特に３〜５０μｍ）程度であり、また複数の粒径（特に１〜１０μｍと３０〜５０μｍ）を組み合わせてもよい。炭素系導電材料（炭素系粒子）の場合、例えば、１０〜５００ｎｍ、好ましくは２０〜３００ｎｍ、さらに好ましくは３０〜１００ｎｍ（特に４０〜８０ｎｍ）程度である。

（接着剤成分）
導電性接着剤４の接着剤成分は、金属線や金属箔と異なり、繊維構造体の繊維間（例えば、織物において、隣接する糸間や、経糸と緯糸との交点の隙間、経糸や緯糸がマルチフィラメント糸である場合、単繊維間など）および第１電極部２と第２電極部３との間にも侵入可能である（特に硬化していない状態において）。そのため、発熱部１を構成する繊維構造体に含まれる導電性繊維と電極部との接触状態を向上できる。また、繊維構造体が非導電性繊維を含んでいても、非導電性繊維の形状に追従して接着剤成分が充填され、又は非導電性繊維がマルチフィラメント糸である場合は単繊維間の隙間に接着剤成分が侵入するため、第１、第２電極と導電性繊維との接触状態を向上でき、かつ均一に両者を接触できる。

接着剤成分としては、慣用の接着剤や粘着剤が利用できるが、導電材料を発熱部１の繊維構造体に強固に固定できる点から、接着剤が好ましい。接着剤には、慣用の接着剤、熱可塑性樹脂（ポリオレフィン系樹脂、アクリル系樹脂、酢酸ビニル系樹脂、スチレン系樹脂、ポリエステル系樹脂、ポリアミド系樹脂、熱可塑性ポリウレタン系樹脂、ポリフッ化ビニリデン樹脂など）、硬化性樹脂（硬化性アクリル系樹脂、硬化性ポリエステル系樹脂、ビニルエステル樹脂、エポキシ樹脂、メラミン系樹脂、尿素樹脂、フェノール系樹脂、シリコーン系樹脂、ポリイミド系樹脂、ウレタン系樹脂など）、ゴム又は熱可塑性エラストマーなどが挙げられる。これらの接着剤は、単独で又は二種以上組み合わせて使用できる。

これらの接着剤のうち、発熱部１の繊維構造体に対して強固に接着し、一体化できる点から、硬化性アクリル系樹脂、硬化性ポリエステル系樹脂、ウレタン系樹脂などの硬化性樹脂を熱や光で硬化した硬化樹脂（特に熱硬化性樹脂を硬化した硬化樹脂）が好ましく、繊維構造体との組み合わせにおいて接着性と柔軟性と耐屈曲性とを両立できる点から、硬化性ポリエステル系樹脂が特に好ましい。

硬化性ポリエステル系樹脂には、不飽和ポリエステル、共重合ポリエステルが含まれる。不飽和ポリエステルは、柔軟性及び耐屈曲性に優れる点から、ジカルボン酸成分として、重合性ジカルボン酸成分（無水マレイン酸、マレイン酸、フマル酸など）に加えて、アジピン酸やセバシン酸などのＣ_６−１６脂肪族ジカルボン酸を含む不飽和ポリエステル；ジオール成分として、長鎖アルカンジオール（ブタンジオールなどのＣ_４−１０アルカンジオールなど）やポリアルキレングリコール（ジエチレングリコール、ジプロピレングリコール、ポリテトラメチレングリコールなど）などの長鎖ジオール成分を含む不飽和ポリエステル；脂肪族ジカルボン酸成分及び長鎖ジオール成分を含む不飽和ポリエステルなどでもよい。共重合ポリエステルも、エチレンテレフタレートやブチレンテレフタレートなどのＣ_２−４アルキレンＣ_６−１４アリレート単位に加えて、脂肪族ジカルボン酸成分、長鎖ジオール成分の単位を含んでいてもよく、さらに硬化剤に対する反応性基（例えば、ヒドロキシル基、カルボキシル基、アミノ基など）を有する単量体の単位を含んでいてもよい。硬化剤は、例えば、イソシアネート系硬化剤、アミン系硬化剤、酸無水物系硬化剤、イミダゾール系硬化剤（特にポリイソシアネートなどのイソシアネート系硬化剤）などでもよい。

接着剤成分の割合は、導電材料１００質量部に対して１〜１００質量部程度の範囲から選択でき、例えば、３〜８０質量部、好ましくは５〜６０質量部、さらに好ましくは１０〜５０質量部（特に１０〜４０質量部）程度である。接着剤成分の割合が多すぎると、導電性が低下し、逆に少なすぎると接着性が低下する。導電材料は、このような割合（濃度）で接着剤成分中に均一に分散しているのが好ましい。

（製造方法）
つぎに、図１に示す面状発熱体１０の製造方法を、図２を参照して説明する。なお、図２（ａ）、（ｂ）はそれぞれ図１（ａ)、（ｂ）に対応する図である。はじめに、２本の第１電極部２を発熱部１の両短辺側に縫い付ける。

つづいて、第１電極部２を第２電極部３で覆う。つづいて、導電材料を含有する導電性接着剤のペーストを、第２電極部３及び発熱部１の少なくとも一方に塗布する。つづいて、塗布した導電性接着剤４のペースト（以下、導電性ペーストと記載する場合がある）を介して第２電極部３と発熱部１とを接触させる。つづいて、導電性接着剤が硬化性樹脂を含む場合は導電性接着剤を硬化させ、硬化性樹脂を含まない場合には例えば圧着し、第２電極部３と発熱部１との接着を強固にする。これにより、面状発熱体１０が完成する。

硬化工程は、硬化性樹脂の種類に応じて、紫外線などの光照射や加熱処理を行う。簡便性などの点から、熱硬化性樹脂を含む導電性接着剤を用いて、硬化工程として加熱処理を行うことが好ましい。

導電性ペーストは、導電性接着剤４を構成する導電材料及び接着剤成分を含んでいればよいが、塗工性を向上させ、繊維構造体の繊維間に導電性接着剤を十分に侵入させる点から、溶媒に溶解又は分散された状態のものが好ましい。

溶媒は、接着剤成分の種類に応じて選択でき、例えば、アルコール類（エタノール、イソプロパノールなど）、ケトン類（アセトン、メチルエチルケトンなど）、エーテル類（テトラヒドロフランなど）、脂肪族炭化水素類（ヘキサンなど）、脂環式炭化水素類（シクロヘキサンなど）、芳香族炭化水素類（トルエン、キシレンなど）、ハロゲン化炭素類（ジクロロメタンなど）、エステル類（酢酸メチルなど）、水、セロソルブ類（メチルセロソルブ、エチルセロソルブなど）、セロソルブアセテート類（ブチルセロソルブアセテートなど）、スルホキシド類（ジメチルスルホキシドなど）、アミド類（ジメチルホルムアミドなど）、Ｎ−メチル−２−ピロリドン（ＮＭＰ）などが例示できる。これらの溶媒は、単独で又は二種以上組み合わせて使用できる。

溶媒の割合は、導電材料１００質量部に対して０〜２００質量部程度の範囲から選択でき、例えば、５〜１００質量部、好ましくは１０〜８０質量部、さらに好ましくは２０〜６０質量部程度である。ペーストの固形分濃度は、例えば、２０〜９０質量％、好ましくは３０〜８０質量％、さらに好ましくは４０〜７５質量％（特に４５〜７０質量％）程度である。溶媒の割合が多すぎると、導電性の高い導電性接着剤の作製が困難となり、少なすぎると、発熱部の繊維構造体の繊維の隙間に十分な量の導電材料及び接着剤成分を侵入させるのが困難となる。すなわち、固形分濃度が高すぎるとペーストの粘度が高すぎるために、導電材料及び接着剤成分が繊維構造体内部（特に、マルチフィラメント糸の繊維間）に侵入し難くなり、低すぎると繊維構造体に対する導電材料及び接着剤成分の担持量の確保が困難となる。

導電性ペーストの塗布方法としては、例えば、スクリーン印刷法、ディスペンス塗布法、グラビア印刷法、グラビアオフセット印刷法、オフセット印刷法、インクジェット印刷法などが利用できる。これらの方法のうち、導電性ペーストを繊維構造体内部に侵入させるための厚肉の塗膜に対して適度な圧力を付与できる点から、スクリーン印刷法が好ましい。

導電性ペーストの塗布量は、面状発熱体の厚みなどに応じて選択できるが、例えば、５〜１００ｍｇ／ｃｍ^２、好ましくは１０〜５０ｍｇ／ｃｍ^２、さらに好ましくは２０〜４０ｍｇ／ｃｍ^２（特に２５〜３５ｍｇ／ｃｍ^２）程度である。塗布量が少なすぎると、十分な発熱特性の安定性が得られない。塗布量が多すぎると、発熱部の屈曲性が低下するとともに、製造コストが高くなる。

（実施形態２）
図３は、実施形態２に係る面状発熱体の模式図である。図３（ａ）は平面図、図３（ｂ）は図３（ａ）のＢ−Ｂ線断面図である。面状発熱体２０は、図１に示す面状発熱体１０の電極部における導電性接着剤４を、銀ペーストを用いた導電性接着剤５に置き換えたものである。この面状発熱体２０も、面状発熱体１０と同様に面状発熱装置として使用することができ、発熱部１における発熱の均一性及び発熱効率が高く、かつ発熱特性が安定したものとなる。

以下、実施例により、本発明をさらに具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に何ら限定されるものではない。

実施例１、２として、実施形態１にしたがって面状発熱体（試料番号＃１、＃２）をそれぞれ複数作製した。具体的には、導電性繊維であるカーボンナノチューブ含有ポリエステル系導電繊維（茶久染色製 Ｑｎａｃ、１．２ｋΩ／ｃｍ）からなる糸を経糸とし、非導電性繊維であるポリエステル系導電繊維からなる糸を緯糸として、織物にして発熱部を作製した。つぎに、第１電極部としてステンレス金属糸（日本精線製）、第２電極部として、幅５ｍｍの平編スズめっき銅線（田中電線製）を、それぞれ発熱部に縫い付け、中間製品を製作した。さらに、中間製品の製作日の５日後に、導電性接着剤として、導電性カーボンペースト（導電性材料である東海カーボン製カーボンブラック（＃４３００）と、接着剤成分であるＰＶＤＦ（ポリフッ化ビニリデン）と、溶剤であるＮＭＰを混合したもの）を電極部に塗布し、面状発熱体とした。

なお、発熱部は長方形とし、そのサイズは、導電性繊維と平行の方向（経糸の延びる方向）：２００ｍｍ、導電性繊維と直角の方向（緯糸の延びる方向）：１００ｍｍとした。また、第１電極部、第２電極の長さ：１００ｍｍ、２つの電極部の間の距離：１８０ｍｍとした。また、導電性カーボンペーストは、各電極部に幅１０ｍｍで塗布した。

また、実施例３として、実施形態２にしたがって面状発熱体（試料番号＃４）を複数作製した。具体的には、実施例１、２の面状発熱体の製造方法において、導電性カーボンペーストの代わりに銀ペースト（藤倉化成製ドータイト）を用いた。なお、銀ペーストの塗布は、中間製品の製作日の２９日後に行った。

比較例１、２として、実施例１、２と同様な製造方法であるが、導電性カーボンペーストを塗布しない、未処理の面状発熱体（試料番号＃３、＃５）をそれぞれ複数作製した。

それぞれ複数作製した試料番号＃１〜＃５の面状発熱体からそれぞれ１つを選択し、２つの電極部の間に、１２Ｖの電圧を印加して電流を供給するとともに、汎用の電流計を用いて電流値を測定して面状発熱体の抵抗値を算出した。なお、測定は、面状発熱体の製作日と、製作日から５日後及び２９日後の一方または両方で行った。

その結果、表１に示すように、作製日の導電性接着剤を塗布していない状態では、抵抗値は２４０Ω〜２８０Ωの間であった。しかし、５日後に導電性接着剤を塗布した実施例１、２（試料番号＃１、＃２）の抵抗値は、８５Ωまで低下し、２９日後でも８８Ωまたは８７Ωの安定した低い値を示していた。また、実施例３（試料番号＃４）の抵抗値も、２９日後に導電性接着剤を塗布前は３６０Ωであったが、塗布した後は８８Ωの低い値となった。

一方、比較例１（試料番号＃３）の抵抗値は、５日後も２６０Ωと高いままであり、２９日後には４６０Ωとさらに高くなり、不安定であった。同様に、比較例２（試料番号＃５）の抵抗値は、２９日後には３３０Ωと高くなり、不安定であった。

このように、実施例の面状発熱体の抵抗値は、比較例の約１／４以下であり、発熱効率がきわめて高いことが期待される。

つぎに、試料番号＃１、♯４、＃５の面状発熱体からそれぞれ別の１つを選択し、２つの電極部の間に、７Ｖ〜１９Ｖの電圧を印加して電流を供給するとともに、汎用の電流計を用いて電流値を測定して面状発熱体の抵抗値を算出した。なお、測定は、面状発熱体の製作日から５日後に行った。さらにサーモグラフィ（フリアーシステムズ社製「ＦＬＩＲ ｉ５」）を用いて、発熱状態を確認した。

その結果、図４に電圧−電流特性を、図５に電圧−抵抗特性を示すように、実施例１、３である試料番号＃１、＃４の面状発熱体では、測定した電圧の範囲にて約９０Ωの安定した均一な抵抗値が得られた。一方、比較例２である試料番号＃５の面状発熱体では、測定した電圧の範囲にて抵抗値が約１４５Ω〜約１２０Ωと高く、かつ、変化した。なお、試料番号＃５の抵抗値が図４、５と表１とで大きく異なるのは、比較例の構成では、導電性繊維からなる経糸と第１電極部との接触部の接触状態が安定せず、この接触部に流れる電流の大きさや外部からの応力（接触圧の大小）、温度によって抵抗値が変化するからであると考えられる。

また、図６、７は、面状発熱体をサーモグラフィにより測定した面状発熱体の発熱状態を示す図である。なお、印加電圧は１２Ｖの直流電圧である。図６は試料番号♯１、♯５からそれぞれ選んだサンプル（♯１、♯５）を測定したものである。また、図中の２４．５℃とは、マーカで示した測定ポイントの温度であり、ほぼ室温を示している。図６に示すように、サンプル♯５では電極部の位置では高温で発熱しているが、その他の位置ではそれよりも低温で発熱しているのに対して、サンプル♯１ではほぼ全面が均一に高温で発熱していることが確認された。

また、図７（ａ）はサンプル＃５の電極部を測定した図であるが、電極部の温度が一番高く、２８．３℃であった。一方、図７（ｂ）はサンプル＃１の発熱部の中央付近を測定した図であるが、サンプル＃１では発熱部の中央部において２９．０℃となっていることが確認された。

なお、上記実施形態では、導電性繊維は経糸に含まれているが、導電性繊維は経糸及び緯糸の少なくともいずれか一方に含まれていればよい。また、上記実施形態では、２つの電極部は長方形状の発熱部の各短辺側に設けられているが、各長辺側に設けられていてもよい。また、発熱部の形状も長方形状に限られず、任意の形状としてもよい。また、第１電極部、第２電極部は、発熱部の繊維構造体に対して、縫い付けられていることにより機械的に固定されていてもよいし、ホチキスなどの固定部材で留められることにより機械的に固定されていてもよい。

また、上記実施形態では、面状発熱体は２つの電極部を備えているが、３以上の複数の電極部を備えていてもよい。また、複数の電極部は、平行に延伸している少なくとも２つの電極部を含んでいてもよいし、互いに非平行に延伸している少なくとも２つの電極部を含んでいてもよい。互いに非平行に延伸している少なくとも２つの電極部を含んでいる場合、２つの電極部の間において、温度分布が所望のパターンになるように発熱部を発熱させることができる。すなわち、２つの電極部間の距離を短くすることでその場所での発熱量を多くでき、距離を長くすることでその場所での発熱量を小さくできる。したがって、２つの電極部間の距離を場所毎に変えることによって、温度分布のパターンを設定することができる。

本発明の面状発熱体および面状発熱装置は、各種の分野、例えば、道路などの屋外設備のための用途（例えば、ロードヒーティング、融雪装置、凍結防止装置など）、農業用途（例えば、園芸用マットなど）、建造物の構成要素としての用途（例えば、結露防止や防曇装置、床暖房、壁暖房など）、内部構成要素としての用途（例えば、電車、自動車などの車輌、航空機などの座席シートなど）、防寒のための身飾品のための用途（例えば、ジャケット、ベスト、ひざ掛けなどの衣料、寝具、靴、カイロ、ホットカーペットなど）、家具や日用品としての用途（例えば、いす、足温器など）などに利用可能である。

また、上記実施形態により本発明が限定されるものではない。上述した各構成要素を適宜組み合わせて構成したものも本発明に含まれる。また、さらなる効果や変形例は、当業者によって容易に導き出すことができる。よって、本発明のより広範な態様は、上記の実施形態に限定されるものではなく、様々な変更が可能である。

１ 発熱部
１ａ 経糸
１ｂ 緯糸
１ｃ 部分
２ 第１電極部
３ 第２電極部
４、５ 導電性接着剤
１０、２０ 面状発熱体
１００ 面状発熱装置
１０１ 電源部
１０２ コントローラ

Claims (20)

1. 導電性繊維を含む繊維構造体で形成された発熱部と、前記発熱部の導電性繊維に電流を供給するための電極部と、を備える面状発熱体であって、
   前記電極部は、
   金属からなり、電流が供給される第１電極部と、
   金属からなり、前記第１電極部を覆うように設けられた第２電極部と、
   導電材料を含有し、少なくとも一部が前記発熱部の繊維構造体と前記第２電極部との間に充填されるように設けられる導電性接着剤と、
   を備えることを特徴とする面状発熱体。
2. 前記導電性接着剤の一部が前記発熱部の繊維構造体に含浸していることを特徴とする請求項１に記載の面状発熱体。
3. 前記導電性接着剤の一部が前記第１電極部と前記第２電極部との間に充填されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の面状発熱体。
4. 前記繊維構造体は織物であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載の面状発熱体。
5. 前記繊維構造体は、非導電性繊維を含み、前記導電性繊維は経糸及び緯糸の少なくともいずれか一方に含まれていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載の面状発熱体。
6. 複数の前記電極部を備え、前記複数の電極部は、前記繊維構造体に含まれる導電性繊維と交差する方向に延伸していることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一つに記載の面状発熱体。
7. 前記複数の電極部は互いに平行に延伸している少なくとも２つの電極部を含むことを特徴とする請求項６に記載の面状発熱体。
8. 前記複数の電極部は互いに非平行に延伸している少なくとも２つの電極部を含むことを特徴とする請求項６に記載の面状発熱体。
9. 前記導電性接着剤は熱可塑性樹脂又は硬化性樹脂を含むことを特徴とする請求項１〜８のいずれか一つに記載の面状発熱体。
10. 前記硬化性樹脂はポリエステル系樹脂であることを特徴とする請求項９に記載の面状発熱体。
11. 前記導電材料は金属粒子を含むことを特徴とする請求項１〜１０のいずれか一つに記載の面状発熱体。
12. 前記導電材料は炭素系材料からなる粒子を含むことを特徴とする請求項１〜１１のいずれか一つに記載の面状発熱体。
13. 前記第２電極部が前記繊維構造体に機械的に固定されていることを特徴とする請求項１〜１２のいずれか一つに記載の面状発熱体。
14. 前記導電性繊維は炭素系導電材料を含むことを特徴とする請求項１〜１３のいずれか一つに記載の面状発熱体。
15. 前記炭素系導電材料がカーボンナノチューブであることを特徴とする請求項１４に記載の面状発熱体。
16. 請求項１〜１５のいずれか一つに記載の面状発熱体と、
    前記面状発熱体の前記電極部に電流を供給する電源部と、
    を備えることを特徴とする面状発熱装置。
17. 導電性繊維を含む繊維構造体で形成された発熱部を備える面状発熱体の前記導電性繊維に電流を供給するための面状発熱体用電極であって、
    電流が供給される第１電極部と、
    前記第１電極部を覆う第２電極部と、
    導電材料を含有し、少なくとも一部が前記発熱部の繊維構造体と前記第２電極部との間に充填されるように設けられる導電性接着剤と、
    を備えることを特徴とする面状発熱体用電極。
18. 面状発熱体の製造方法であって、
    第１電極部を第２電極部で覆う工程と、
    導電材料を含有する導電性接着剤のペーストを、前記第２電極部及び導電性繊維を含む繊維構造体で形成された発熱部の少なくとも一方に塗布する工程と、
    前記塗布した導電性接着剤のペーストを介して前記第２電極部と前記発熱部とを接触させる工程と、
    を含むことを特徴とする面状発熱体の製造方法。
19. 前記塗布した導電性接着剤のペーストを硬化する工程をさらに含むことを特徴とする請求項１８に記載の面状発熱体の製造方法。
20. 前記塗布する工程において、スクリーン印刷で前記導電性接着剤のペーストを塗布することを特徴とする請求項１８又は１９に記載の面状発熱体の製造方法。