JP2541215B2 - 糸状発熱体およびその製造法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は可撓性に富み、長期間の使用に耐える電気的
に発熱する糸状発熱体およびその製造方法に関するもの
である。

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

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

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

可撓性に富む糸状の発熱体を得る試みとして、例え
ば、ナイロンのコンジュゲートフィラメントを加熱によ
り軟化させるかあるいは膨潤剤により膨潤させて、カー
ボン粒子をフィラメント表層部に固着させて糸状の発熱
体とした特開昭51−109321号公報が開示されているがこ
の発熱体は、長さあたりの抵抗値が高すぎ、発熱素子と
して用いるには適さないものである。また、補強材であ
る芯糸にアクリル樹脂などの接着剤を塗布した後、導電
性粒子を覆着させて糸状の発熱体とした実公昭40−1575
0号公報がある。これらの方法ではカーボン粒子を均一
に固着させるのはむずかしく、したがって抵抗値のバラ
ツキが大きく、要求される抵抗値のものを工業的に安定
して供給することができない。

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

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

［問題を解決するための手段］ 前記した本願発明の目的は、芯糸の周囲に熱可塑性樹
脂と該樹脂中に分散配合させた導電性粒子とから成る溶
融被覆導電層（以下単に導電層という）を融着させたも
のであり、下記式に定義される離心率（ｅ）が0.7以下
であり、かつ糸軸方向の重量バラツキCVが2.0％以下で
ある糸状発熱体によって達成できる。

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

また、糸軸方向の重量バラツキCVを2.0％以下とする
ことにより製品としたときの発熱性能が従来の金属細線
からなる製品と同等の水準を満足する。特に重量バラツ
キCVは1.0％以下が好ましい。ここで、重量バラツキCV
（％）は、糸軸方向に25cmずつ40本の重量を連続して測
定したときのCV（％）で求められ、抵抗値バラツキを実
用化レベルとするために必要な構成要件である。測定を
25cm間隔で連続測定することは、この長さが通常製品と
したときの一電極間隔に略等しくこのため製品の大きさ
を考慮した有効な測定方法である。

さらに本願発明では製品の横断面の離心率を0.7以下
とする必要がある。離心率を0.7以下とすることによ
り、すなわち、真円に近づけることにより、糸状発熱体
を製織などして布帛発熱体を製造する際の工程通過性が
良好となりトラブルを生じないばかりでなく、糸状発熱
体の発熱性能、すなわち抵抗値バラツキも小さくなる。
この理由は導電層の微視的な付着ムラが小さくなるため
と考えられる。離心率が0.5以下のものが特に好ましく
使用される。

又、本発明の糸状発熱体の好ましい製造方法は次の構
成を有する。すなわち、熱可塑性樹脂と該樹脂中に分散
配合された導電性粒子とから成る熱可塑性導電性樹脂を
加熱流動下で溶融計量し、連続走行している芯糸の周囲
に、下記式で定義されるドラフト率が0.8〜3.0となるよ
うに押出し被覆した後、冷却固化することにより、導電
性粒子を分散配合した導電層を該芯糸上に融着させて連
続形成させることを特徴とする糸状発熱体の製造法であ
る。

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

本発明に用いる芯糸の形態としては紡績糸マルチフィ
ラメント、モノフィラメントなど、形態を問わないが、
導電層との接着性が良好で、剥離し難いもの、たとえ
ば、紡績糸、表層部に単繊維を有するダブルストラクチ
ャードヤーンあるいは嵩高加工を施したフィラメントな
どが好ましい。また、単糸の断面形状を異形としても良
い。

本発明の構成の１つである離心率を0.7以下とするた
めに特に好ましい芯糸の形態としては集束性良好なもの
を使用することである。すなわち、紡績糸フィラメント
の場合には、撚糸、特に双糸や三子が溶融被覆した際、
ムラのない導電層を融着させて形成できるのみではな
く、被覆後の糸の横断面形状が真円に近くなり、後加工
での工程通過性が良好となるため好ましい。

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

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

ここで熱可塑性エラストマーとは常温でゴム弾性を示
し高温で押出し可能な可塑性を示すのであるが、JIS K
6301規定のＡ硬度が低いもの程、可撓性が良好であり、
より多量の導電性粒子を分散配合できるばかりでなく、
できあがった糸状発熱体を屈曲させた場合に被覆融着さ
れた導電層に割れや切断を生じにくいため好ましい。こ
こで熱可塑性エラストマーとしてはJIS K6301規定のＡ
硬度が95以下のものが好ましく、より好ましくは90以下
であり、80以下のものが更に好ましく使用される。これ
らの熱可塑性樹脂は二種以上をブレンド使用しても良い
し、その際二種以上の樹脂がブロックかあるいはグラフ
ト化することにより反応していても良い。

本発明に用いる導電性粒子としては、たとえば、カー
ボンブラックやグラファイトに代表される導電性カーボ
ン粒子、有機導電性粒子、導電性金属粒子、導電性金属
酸化物粒子およびそれらの被膜を有する粒子があげられ
る。ここで粒子とは、最大平均粒子径が100μ以下のも
のであればどのような形状でも良く、長さ100μ以下の
カーボン繊維も本発明でいう粒子含まれる。また、二種
以上の導電性粒子を混合して使用しても良い。上記導電
性粒子の中で、導電性カーボン粒子は熱可塑性樹脂への
分散配合が容易であり軽く高導電性のものが得られるた
め特に好ましい。中でも、平均粒子径が、10〜100mμの
アセチレンブラック、ファーネスブラック、ケッチング
ブラックなどのカーボンブラック類が好ましく使用され
る。

本発明で使用される熱可塑性導電性樹脂は、前記熱可
塑性樹脂30〜75重量％、好ましくは、35〜70重量％、更
に好ましくは40〜65重量％と前記導電性粒子70〜25重量
％、好ましくは65〜30重量％、更に好ましくは60〜35重
量％とから成っている。熱可塑性樹脂が30重量％未満の
場合加熱流動性が悪いため、芯糸に該導電性樹脂を均一
に被覆することがむずかしく、導電性粒子が25重量％未
満であると発熱体として充分な導電性を保持することが
むずかしい。また、該導電性樹脂は熱可塑性樹脂と導電
性粒子の配合割合が前述の範囲であるならば、目的に応
じて種々の改質剤や添加剤を含有することができる。

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

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

本発明の糸状発熱体の糸径は必要とされる導電性およ
び製品形態によって適宜選択できるが、出来るだけ細い
ものが好ましく、導電性を被覆した糸状発熱体の状態で
1mm径以下のものが好ましく、0.7mm径以下のものが更に
好ましい。

本発明の糸状発熱体は溶融被覆装置を用いて連続走行
している芯糸の周囲に熱可塑性導電性樹脂を加熱流動下
で溶融計量して溶融押出し被覆することで製造される
が、その際、被覆樹脂の下式で定義されるドラフト率を
0.8〜3.0、好ましくは0.9〜1.8、更に好ましくは0.95〜
1.5になるようにすることが必要である。

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

ドラフト率が3.0よりも大きいと走行している芯糸の
周囲に熱可塑性導電性樹脂を被覆した際、該樹脂が延伸
されるため導電層と芯糸との接着性（融着性）が悪くな
り、それらの間に空隙を生じる。それ故、得られた糸状
発熱体の断面形状が偏平となり離心率が大きくなること
により発熱体の電気抵抗値レベルが高くなるばかりでな
く抵抗値バラツキCV（％）が大きくなり、発熱体として
安定した性能が得られない。この理由は明確ではない
が、熱可塑性導電性樹脂が延伸されることにより、該樹
脂中に分散配合された導電性粒子の構造が破壊されるこ
と、導電層中にボイドを生じること、および／または糸
軸方向に導電層の微視的な付着ムラを生じること、など
が考えられる。

又、ドラフト率が0.7よりも小さいとダイ孔出口表面
に熱可塑性導電性樹脂の一部が付着するなどして安定な
融着（付着）が難しくなり、得られた糸状発熱体は糸軸
方向の重量バラツキCV（％）が大きくなるばかりでな
く、該発熱体の断面形状の離心率が大きくなるため、電
気抵抗値の糸軸方向のバラツキCV（％）が大きくなり、
安定した電気性能の糸状発熱体が得られない。なお、ド
ラフト率は芯糸の走行速度と熱可塑性樹脂の供給速度と
ダイ孔径とを変更することでコントロールすることがで
る。

次に本発明の糸状発熱体の製造方法について一例を挙
げて説明する。

第１図に本発明の製造方法として好ましく用いられる
実施態様の一例を示す。芯糸１は実質的に延伸されるこ
となく連続走行しながらダイ５に入り、一方、導電性粒
子を分散配合した熱可塑性導電性樹脂２はメルトエクス
トルーダー３で加熱溶融あるいは加熱流動化され計量ポ
ンプ４で連続計量される。計量された該導電性樹脂は芯
糸１とは別口からダイ５に入り、第２図に示したように
ダイ５の中のニップルを通過してきた芯糸上にドラフト
率が0.8〜3.0で溶融状態で融着して被覆される。導電性
樹脂で融着して被覆された芯糸は、ダイ５のダイ孔８か
ら出た後、オーバーフロー型の冷却水槽６で水冷され、
巻き取り機７で巻き取られる。

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

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

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

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

C.可撓性：糸状発熱体を手で折り曲げた際の柔軟性レベ
ルで表示した。

実施例１ 第１図の装置において、ニップル孔径0.35mmφのニッ
プルを通って70m/分の速度で連続走行している融点260
℃のポリエステル双糸の紡績糸（470デニール）に各種
の熱可塑性樹脂60重量％と平均粒径40mμの導電性カー
ボンブラック40重量％とからなる熱可塑性導電性樹脂を
200〜230℃で加熱流動（溶融）し、計量ポンプで10g/分
の割合で連続計量し、ダイ孔径0.45mmのダイを通して溶
融押出し被覆した。結果を第１表に示す。

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

第３図によって前記糸状発熱体を用いて得た布帛状の
発熱体について説明する。図の布帛状の発熱体12は、経
糸には銅線をすず鍍金した電極線13とポリエステル糸条
14とを用い、緯糸には前記したNo.1の糸状発熱体11と発
熱量調節用のポリエステル糸条15とを用い通常の織機に
よって布帛状発熱体とした。さらに絶縁被覆する目的で
布帛両面にポリエチレン溶融体をバインダーとしてポリ
エチレンフィルムをはり合せた。また、前記電極線13に
電流を通ずるリード線16をハンダ付け17によって接続し
た、この布帛状発熱体をベストの裏地に縫い付けたもの
にNi−Cd電池から電気を供給したところ、局所的な温度
ムラがなく、極めて柔軟であり、試着者に好評であっ
た。

実施例２ 実施例１のNo.1と同じ方法にて、芯糸の走行速度と熱
可塑性導電性樹脂の供給速度とダイ孔径を変更して糸状
発熱体を製造した。結果を第２表に示す。

第２表から明らかなように、ドラフト率が本発明の範
囲であるNo.6〜８は離心率と重量バラツキCV（％）が本
発明の範囲にあり、抵抗値バラツキCV（％）が５％以下
とニクロム線や市販コードヒータ並みの安定な性能を示
した。

No.5は、ドラフト率が小さすぎたため、得られた糸状
発熱体表面に凹凸を生じ、離心率にバラツキが大きく、
重量バラツキCV（％）も非常に大きくなった。これによ
り抵抗値バラツキCV（％）大きかった。

又、No.9はドラフト率が大きかったため、抵抗値バラ
ツキCV（％）が大きかった。

［発明の効果］ 本発明は、導電層を溶融被覆し、かつ、芯糸に融着さ
せて形成したことにより、可撓性に富み、かつ長さあた
りの抵抗値のバラツキが小さく、長期間安定して使用で
き、低温発熱体として好ましく使用される糸状の発熱体
であり、これによって、製編織可能で、衣料分野、建装
分野、農業、水産、土木分野など各種の用途に適用でき
る発熱体を提供し得たものである。無論、自動車、電車
などの車両や航空機、船舶、宇宙ロケットなどあらゆる
乗物にも好適に適用される。

【図面の簡単な説明】

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

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】芯糸の周囲に熱可塑性樹脂と該樹脂中に分
   散配合された導電性粒子とから成る溶融被覆導電層を融
   着させたものであり、−下記式に定義される離心率ｅが
   0.7以下であり、かつ糸軸方向の重量バラツキCVが2.0％
   以下であることを特徴とする糸状発熱体。
2. 【請求項２】熱可塑性樹脂がJIS K6301規定のＡ硬度で
   95以下の熱可塑性エラストマーである特許請求の範囲第
   １項記載の糸状発熱体。
3. 【請求項３】熱可塑性樹脂と該樹脂中に分散配合された
   導電性粒子とから成る熱可塑性導電性樹脂を加熱流動下
   で溶融計量し、連続走行している芯糸の周囲に、下記式
   で定義されるドラフト率が0.8〜3.0となるように押し出
   し被覆した後、冷却固化することにより、導電性粒子を
   分散配合した導電性層を該芯糸上に融着させて連続形成
   させることを特徴とする糸状発熱体の製造方法。
4. 【請求項４】熱可塑性樹脂がJIS K6301規定のＡ硬度で
   95以下の熱可塑性エラストマーである特許請求の範囲第
   ３項記載の糸状発熱体の製造方法。
5. 【請求項５】ドラフト率が0.9〜1.8である特許請求の範
   囲第３項記載の糸状発熱体の製造方法。