JPH01211888A - 炭素繊維／炭素コンポジット製面発熱体 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明はジュール熱で発熱し、ヒータとして使用される
炭素繊維／炭素コンポジット製面発熱体に関する。

（従来の技術とその課題） 炭素（または黒鉛）をマトリックスとし、炭素繊維（ま
たは黒鉛繊維）を強化材として構成される炭素繊維／炭
素コンポジット（以下、Ｃ／Ｃコンポジットという）を
抵抗発熱体として使用する試ろがなされている。

たとえば、特開昭５８−１１０４１１号公報においては
、細い円柱状Ｃ／Ｃコンポジットの発熱体としての用途
が提案され、更に、特開昭５８−１２６５１０号公報に
おいては、光フアイバー接続部の補強時に用いる線状発
熱体が開示されている。

また、発熱体としては、タングステン、モリブデンのよ
うな高融点金属や、黒鉛で構成された抵抗発熱体が知ら
れている。

しかしながら、上記高融点金属の発熱体の場合、熱変形
し易すく高温下における寸法安定性に欠けるため、反復
使用の過程でその形状が当初の形状から変わってくる。

その結果、加熱の様相が変わってきて、基材等の温度を
所定の値に維持し得ないという問題が発生する。

また、黒鉛（または炭素）の発熱体の場合は、上記した
ような熱変形は起こさず、また耐食性も優れているとい
う利点を有するが、しかしその機械的強度が低いという
問題がある。また、脆いために、製造時に所望の発熱体
形状への加工が難しいという問題がある。

一般に抵抗発熱する発熱体は、その通電断面積を小さく
する、例えば全体形状を薄形（板状発熱体の場合）また
は細径（棒状発熱体の場合）にすれば、抵抗を増大させ
ることができるのでコンバクと化が図れるが、黒鉛の発
熱体について薄形化または細径化を行った場合、黒鉛の
機械的強度が小さいので、たとえば、組立時や被加熱体
への装着時等に破損することがある。それゆえ、黒鉛発
熱体の場合は、通常、その厚みが１０〜２０ｍｍ程度に
ならざるを得ず、その結果、発熱体の内部に異常な温度
分布が生じてクラックが発生するなどの間０題が生じて
いる。

ところで、一般に発熱体においては、被加熱体にたいす
る熱処理の態様に応じて、発熱体に均温部分が設けられ
たり、また、発熱体にたとえば温度勾配のような所定の
温度分布が生ずるような機能を有していることが好まし
い。しかしながら、現在までのところ、Ｃ／Ｃコンポジ
ットを用いた抵抗発熱体であってかつ上記したような機
能を有するものは知られていない。

前記した先行技術に開示されている発熱体は、いずれも
Ｃ／Ｃコンポジットからなる抵抗発熱体であるが、しか
しそれらは棒状体ないし線条体であって、面として、ま
たは全体として面状に形成されているわけではない。し
かも、それらは、厚み方向もしくは面内所定方向に積極
的に所定の温度分布が生ずるように、または生じないよ
うに構成されているものではない。

本発明は、面状に発熱し、しかも発熱時に厚み方向また
は面内の所定方向で所定の温度分布が生ずるように、ま
たは生じないように構成されているＣ／Ｃコンポジット
製面発熱体の促供を目的とする。

（課題を解決するための手段） 本発明のＣ／Ｃコンポジット製面発熱体は、上記目的を
達成するために、その構成が、面または面状に形成され
、かつ、マトリックス炭素中に、厚み方向または面内所
定方向に所定の温度分布を生じ、または生じないように
炭素繊維が配置されていることを特徴とする。

本発明の発熱体は、Ｃ／Ｃコンポジットからなる。

本発明の発熱体は、面として、または全体として面状に
形成されている。面形状は、面かまたは曲面である。こ
こで、曲面としては、例えば円筒状曲面、半球状曲面、
放物面状曲面、円錐台状曲面などがある。そして発熱体
の使用全体形状、したがって発熱面の形状は、発熱体の
使用目的等に応じて決められている。

ところで、Ｃ／Ｃコンポジットに通電した場合、電流は
マトリックス炭素の中よりも炭素繊維によく流れる。そ
れゆえ、コンポジット内における炭素繊維の配置状態を
同一として定電圧下の通電を行なった場合、より多くの
炭素繊維が充填されているＣ／Ｃコンポジットの方が、
炭素繊維の充填量が少ないＣ／Ｃコンポジットの場合に
比べて、より大きな値の電流が流れる。したがって、前
者の方が後者の場合よりも発生するジュール熱量は大と
なり、より高い温度を示すことになる。

また、炭素繊維の充填量が同一であった場合でも、マト
リックス炭素の種類が異なるとＣ／Ｃコンポジットに流
れる電流値は変化する。たとえば、ＣＶＤ法で得られた
炭素やピッチを炭化して得られた炭素の方が、フェノー
ル樹脂やフラン樹脂のような樹脂を炭化して得られた樹
脂炭よりも黒鉛化度が高く、その抵抗率は小さくなるの
で、これらをマトリックス炭素とするＣ／Ｃコンポジッ
トは、樹脂炭をマトリックス炭素とするＣ／Ｃコンポジ
ットの場合よりも流れる電流値が大きくなり、発熱する
ジュール熱量は大となる。

このように、同じＣ／Ｃコンポジットの中で炭素繊維の
形態や配置状態、あるいはマトリックス炭素の種類等を
変化させ、電流の流れ易い領域（電気抵抗が小）と流れ
にくい領域（電気抵抗大）を厚み方向または面内所定方
向に適宜に分布せしめれば、放熱等の熱損失を考慮しな
ければ、前者の領域では発生するジュール熱が大となっ
て高温領域となり、後者の領域は低温領域になるので、
同一のコンポジットの厚み方向や面内方向に所定の温度
分布をつけたり、逆に温度分布をなくしたリすることが
可能となる。

本発明の発熱体は上記した着想に基づいて開発されたも
のであり、Ｃ／Ｃコンポジットの製造過程で後述するよ
うに各種の炭素繊維とマトリックス炭素から製造するこ
とができる。

本発明の発熱体は次のような方法で製造することができ
る。

第１の方法はプリプレグ法である。この方法においては
まず、後述する炭素繊維に、Ｂステージのフェノール樹
脂、フラン樹脂のような熱硬化性樹脂や、ピンチ等の炭
化可能物質が含浸されているプリプレグを用い、このプ
リプレグを必要枚数だけ積層したりまたは必要回数巻回
して所望の発熱体形状に整形する。

つぎに、得られた整形体を不活性ガス雰囲気下において
６００〜３０００℃の温度域で焼成し、プリプレグ中の
炭化可能物質を熱分解せしめて炭素化または黒鉛化し、
Ｃ／Ｃコンポジットとなして発熱体を得る。しかしなが
ら、得られた発熱体は多孔質で低密度であるため、再び
これに前記炭化可能物質を含浸し、焼成するという操作
を複数回反復して所定の密度になるまで高密度化するの
が好ましい。

第２の方法は樹脂含浸法である。この方法は、生の炭素
繊維それ自体を積層または巻回して発熱体形状に整形し
たのち、これに上記炭化可能物質を含浸し焼成するとい
う方法である。含浸−焼成を必要回反復して高密度化す
るのが好ましいことはプリプレグ法の場合と同様である
。

第３の方法はＣＶＤ法である。この方法は、前記樹脂含
浸法の場合と同様に生の炭素繊維を整形して発熱体形状
とし、これを１０００〜２０００°Ｃの高温下において
メタン、プロパン等の炭化水素を含む気流中で熱処理す
ることにより、炭素繊維の表面に熱分解炭素（または黒
鉛）を必要量沈積せしめてＣ／Ｃコンポジットとし、発
熱体にする方法である。

第４の方法は、単糸径が３〜１５μｍ程度でアスペクト
比が数百という短繊維に適用できるブレンド法ともいう
べき方法である。この方法においては、上記短繊維と上
記炭化可能物質との混合物に各種の成形法を適用して、
発熱体形状に成形したのちこれを焼成する。

以上説明した第１〜第４の方法においては、あらかじめ
発熱体形状に成形したものを焼成しているが、焼成後に
切削加工等の機械加工を施して所望の発熱体形状にする
こともできる。

なお、このときに得られるＣ／Ｃコンポジットの電気抵
抗値の大小、すなわち発熱体の発熱量の大小は、炭素繊
維用原料繊維の種類、原料繊維を炭素繊維にするときの
焼成温度、使用する炭素繊維の形態、配置の仕方、炭素
繊維の含有量や、マトリックス炭素の種類や、発熱体の
密度、Ｃ／Ｃコンポジットにするときの焼成温度などの
因子によって規定される。

たとえば、ピッチ系の原料からなる炭素繊維は、炭化す
るときの焼成温度が同一であれば、ＰＡＮ系やレーヨン
系の炭素繊維よりも、その抵抗率（Ω・ｃｎ）が小さい
ので、炭素繊維の種類を適宜に選択することにより発熱
体の発熱量を変化させることができる。また、炭素繊維
の原料が同一であった場合、その焼成温度を変化させる
ことにより得られた炭素繊維の抵抗率を変化させること
ができる。すなわち、高い焼成温度は炭素繊維の黒鉛化
度を高めて炭素繊維の抵抗率を小たらしめるのである。

本発明の発熱体において、電流は炭素繊維の繊維方向に
沿って流れるので、使用した炭素繊維の形態によって発
熱量が変化するが、一般に炭素繊維が連続している形態
の場合の方が電流は流れ易すく、発熱量が大となる。

本発明に使用する炭素繊維の形態に関しては次のような
ものがあげられる。

第１に織物である。織物は平織物、綾織物、朱子織物の
いずれであってもよい。

また、特開昭５１−５８５６８号、特開昭５９−３２２
９１号公報にそれぞれ開示されている円形織物ないし螺
旋状円形織物を使用することができる。

上記した織物は、その全体の平面図である第１３図、一
部拡大図である第１４図と第１５図、織物を引き延ばし
た状態を示す見取図の第１６図で示すように、炭素繊維
からなる連続した経糸と緯糸とが平織組織または畝織ａ
ｍを構成しており、複数本の経糸が円周方向に配列され
、緯糸は、緯糸と交錯する部分においては、経糸とほぼ
直角に交わり、全体的には、経糸の描く円の半径方向に
配列されており、かつ、−円周以上の部分は、同一円が
連続して層状に形成されていることを特徴とするもので
ある。

どのような組織、どのような形状の織物を使用するかと
いうことは、発熱体の形状、要求される特性等に応じて
決めればよい、たとえば、比較的複雑な形状の発熱体の
場合には、ドレープ性に優れた朱子織物の使用も好まし
い。

これら織物は１枚で用いてもよいが、複数枚を積層して
用いてもよい、積層して用いる場合は、隣接する織物間
で経糸または緯糸の方向が少しづつずれるように（たと
えば、１５度、３０度づつずれるように）積層すると、
異方性が改善され、抵抗値が面内疑似等方性になる。も
っとも、線動は、経糸または緯糸の方向を一致させて積
層し、使用することもできる。

第２に解繊マットである。これは、１本１本の炭素短繊
維がランダム配向しているものでありて、本来が疑似等
方性を備えている。

第３はチョンブドストランドマントである。これは、炭
素繊維の束を所定の長さに裁断し、各裁断束をランダム
配向せしめて成るマントであり、同じ（疑似等方性を備
えている。

第４は、スクールマットである。これは、短繊維ではな
く、解繊され、または解繊されていない連続繊維（若し
くは連続繊維束）がランダム配向されているものである
。

第５図は筒状編組である。これはその径方向および長手
方向への伸縮性に富む。筒状のままでも使用できるしま
た平らに押しつぶして使用することもできる。

第６は、一方向に互いに並行に、かつテープ状またはシ
ート状に引き揃えた、連続繊維の一方向引揃え体である
。これには、通常、引揃え状態を維持するために、Ｂス
テージの、フェノール樹脂等の熱硬化性樹脂や、ピッチ
などが含浸されている。別に、一方向性プリプレグと呼
ばれるものである。　第７の形態は、アスペクト比の小
さい短繊維であり、前記したブレンド法による発熱体の
製造時に使用される。

なお、上記解繊マット、チョツプドストランドマット、
スワールマット、筒状＆ｉ組、一方向引揃え体もまた、
ただ１枚で用いてもよいし、積層ないしは巻回して用い
てもよい。

なお、上記した第１〜第６の形態の炭素繊維を積層して
用いる場合、炭素繊維の糸を用い、たとえば単環縫によ
って一体にステイフナしておくと、発熱体の眉間剥離強
度や層間剪断強度、衝撃強度等が向上するようになるの
で好ましい。

炭素繊維の含有量もＣ／Ｃコンポジットの電気抵抗の大
小に影響を与えるが、一般にその含有量が多くなると得
られたＣ／Ｃコンポジットの電気抵抗は小さくなって大
電流が流れ易すくなり、発熱量は大となる。

また、マトリックス炭素の種類もＣ／Ｃコンポジットの
電気抵抗に影響をあたえるが、たとえば、ＣＶＤ法によ
る炭素、ピッチを炭化して得られた炭素、樹脂を炭化し
て得られた炭素の順で電気抵抗は高くなる。一般にマト
リックス炭素の黒鉛化度が高くなれば、そのＣ／Ｃコン
ポジットの電気抵抗は小さくなり、通電量が大となるの
でジュール発熱量を大きくすることができる。

また、Ｃ／Ｃコンポジット化のときの焼成温度によって
も影響を受ける。たとえば、同じ種類の炭化可能物質を
用いた場合、焼成温度を高くするほど、炭素繊維、マト
リックス炭素の黒鉛化度は高くなり、その結果、発熱量
大のＣ／Ｃコンポジットにすることができる。

製造したＣ／Ｃコンポジット全体の密度も発熱量に影響
を与えるが、一般に、密度が高くなるとそのＣ／Ｃコン
ポジットの電気抵抗は低くなり、その結果、電通量を大
にして発熱量を大とすることができる。

次に、第１図〜第４図に模式図として示した断面図に基
づいて発熱体の厚み方向に積極的に温度分布を付与する
、または付与しない場合の炭素繊維の配置を説明する。

第１図は、焼成温度が同じで同一形態の炭素繊維の織物
１ａ、ｌｂを厚み方向に２枚積層した場合の断面を例示
するものである９図において、第１層１ａ、第２層１ｂ
の中にはそれぞれ炭素繊維が配室されているが、第１層
４ａ中の織物の方が第２ＪＩｌｂ中の織物よりも日付け
（ｇ　／　ｒｄ　）が大となっている。

なお、炭素繊維の形態が織物や編組の場合、目付けの大
小は炭素繊維の織糸の太さと織密度（本／ｃ１１）に依
存することになり、また、解繊マット、チョツプドスト
ランドマット、スワールマットや、一方向引揃え体や、
短繊維と炭化可能物質との混合物の場合は、そこに含有
されている炭素繊維の量に依存することになる。そして
、一般に目付けが大きい炭素繊維を含有するＣ／Ｃコン
ポジットは、電気抵抗が低く、したがって通Ｎ、量が大
となるので発熱量大となって高温にすることができる。

例えば、形態が同じ織物の場合、織密度が大（小）であ
る織物を用いれば電気抵抗が小（大）のＣ／Ｃコンポジ
ットにすることができる。

第１図のＣ／Ｃコンボジフトに通電（紙面と直交する方
向から）すると、第１層１ａの方が第２層ｌｂの場合よ
りも通電量が大となり、発熱量は太き（なる。したがっ
て、各層の熱損失を考慮しない場合、第１図の発熱体に
おいて、第１層１ａは高温に、第２層ｌｂは第１層１ａ
よりは低温になり、その結果、厚み方向に温度勾配がつ
くことになる。

しかし、たとえば、第２図に示したように、第２１１ｉ
１ｂの周囲を支持体２Ｃで被包すれば、高温の第１層１
ａからの放熱等の熱損失は進行するが、しかし低温の第
２層１ｈの放熱等のａｔ＊失は抑制されて保温されるこ
とになるので、第１層１ａの発熱量と熱損失量とのバラ
ンス、第２Ｎｌｂの保温状態とを勘案して両層の電気抵
抗を設定すれば、両層の温度を略同じにすることができ
、その結果、厚み方向に温度勾配が生じないようにする
ことができる。

上記織物の外に、目付けが異なる解繊マット、千ｇ７ブ
ドストランドマツト、スワールマットや、一方向引揃え
体を積層したり、また、ブレンド法において短繊維の充
填密度が異なる混合物の薄片をそれぞれ必要枚数積層し
ても、厚み方向で炭素繊維の配置が異なるＣ／Ｃコンポ
ジットを得、発熱体とすることができる。

また、単糸径が異なる炭素繊維を使用すると、その場合
も得られたＣ／Ｃコンポジットの電気抵抗が変化してそ
の発熱量を変えることができる。

第３回は、種類は同じで形態が異なる炭素繊維を厚み方
向に積層した場合の断面を例示するものである。図にお
いて、炭素繊維の織物が充填されている第１層３ａの上
に、解繊マットが充填されている第２層３ｂが積層され
ている。一般に、織物が充填されているＣ／Ｃコンポジ
ットの方が解繊マットが充填されているそれよりも、電
気抵抗小、通電量大となるので、第１ＦＩ３　ａの方が
第２層３Ｂよりも高温となり、厚み方向に温度勾配が付
与されることになる。いずれにしても第２図のような場
合は、Ｃ／Ｃコンポジット内に充填されている炭素繊維
の形態によって、Ｃ／Ｃコンポジットの電気抵抗が変化
するという性質を利用するものである。

また、この発熱体の場合も、第１図と第２図に示した場
合と同様に、厚み方向に積掻的に温度勾配をつけないよ
うにすることができる。

第４図は、第２図の場合の変形であり、充填されている
炭素繊維の種類、繊度や、コンポジットの密度は同じで
あるが、炭素繊維の焼成温度が異なる場合を例示するも
のである。すなわち、第１層４ａ中に充填されている炭
素繊維の焼成温度の方が第２ＦＪＪ　ｂ中の炭素繊維の
焼成温度よりも高く、それゆえ黒鉛化が進んでいる場合
である。このとき、第１　Ｎ　４　ａの方が第２７１４
　ｂの場合よりも通電量は大となり、したがって高温と
なるので、このＣ／Ｃコンボジフトの厚み方向には温度
勾配が付与されることになる。この場合も、前述したよ
うに厚み方向には積極的に温度勾配をつけないようにす
ることかできる。

ところで、このような発熱体が機能する場合、被加熱体
と対向している発熱面の発熱量は大きくそこは所定温度
になっており、他の面の発熱量は小さく前者の発熱面の
温度よりも低い温度になっている。それゆえ、この面か
らの熱放射、熱対流に基づく熱損失は、高温の発熱面の
場合よりも小さく、その結果、発熱体を保持することが
容易になる。

このように、本発明の発熱体は、通電時に、被加熱体と
対向する面で発生するジュール熱量を大たらしめると同
時に他の面における発生ジュール熱量を小たらしめるよ
うに、それぞれの面における電気抵抗を調整して製造す
ることができる。そして、その際の温度分布の付与は、
前述したように、Ｃ／Ｃコンポジットの電気抵抗に影響
を与える各種の因子を組合せて発熱体を製造することに
より可能となる。そして、発熱体の使用状態によっては
この温度分布をつけないこともできる。

また、積層数は例示の２層に限定されることはなく、何
層であってもよい。

次に、面内の所定方向に温度勾配を付与せしめる、また
は付与せしめない場合の炭素繊維の配置について説明す
る。

まず、第５図に平面図として示したように、面の外側部
分を積層された織物５ａで、中心部分を同じく積層され
た解繊マット５ｂのような形態の異なる炭素繊維を用い
て構成した場合である。この発熱体の面内方向に通電す
ると、外側の織物５ａは、中心の解繊マット５ｂに比べ
て通電量大となり発熱量は大となり、中心部分よりも高
温になるため、発熱体の周囲と中心部との間に所定の温
度分布が付与されることになる。

この場合、織物５ａと解繊マット５ｂとの配置を逆にし
てもよく、また複数の異種形態の炭素繊維を適宜に選ん
で組合せてもよい。また、形状は円形に限定されるもの
ではない。

つぎに、第６図に示すように、目付けが異なり同一形態
の炭素繊維の積層された織物６ａ、６ｂを、樹脂、ピッ
チやカーボンセメントなどを用いて平面的に接合した場
合である。この場合、目付けが大きい織物６ａの方が、
目付けの小さい織物６ｂよりも通電量は大となり、高温
となるため、面内には高温−低温の温度分布が付与され
る。

また、第７図に示すように、目付けも形態も同じである
が面内における繊維方向が異なる織物７ａ、７ｂを第６
図の場合と同じように接合した場合である。この場合、
通電方向に対し繊維方向が平行である織物（図で７ａと
する）の方が、他の織物７ｂの場合よりも通電量は大と
なり、結局発熱量大となって高温になる。それゆえ、面
内には温度分布が付与される。

なお、発熱体の面内に温度分布を付与するためには、上
記したように炭素繊維を平面的に２枚接合することに限
定されることなく、適宜な形態の炭素繊維を必要とする
枚数接合して構成することができる。

つぎは炭素繊維として編組を用いる場合である。

編組は伸縮性に冨む。そして長手方向への引張または圧
縮によって経糸と緯糸が織りなす模様が変化し、それゆ
え、長手方向の各部分における目付けも変化する。した
がって、長手方向をある模様状態、すなわち長手方向で
変化する所定の目付は状態となるようにｈＨ組を引張ま
たは圧縮して、それをＣ／Ｃコンポジット中に配置せし
めれば、得られたＣ／Ｃコンポジットにおいては、その
長手方向に通電量が変化する部分が分布することになり
、長手方向の温度分布が付与される。

つぎは、面内のいかなる部位においても炭素繊維の配列
模様が各部位間で同一かまたは実質的に同一であるよう
にしたＣ／Ｃコンポジットの面内の所定方向に他の部位
とはその幅が異なる通電パスを切削加工して形成する場
合である。例えば第８図に平面図として示したように、
面内のいかなる部位においても炭素繊維の配列模様が同
一かまたは実質的に同一であるＣ／Ｃコンポジットの平
板８ａを切削して中央部に幅の狭い通電バス８ｂを形成
する。

このようにすれば、幅広の部分と通電パス８ｂの部分と
では電気抵抗が異なり、したがって通電パス８ｂの個所
は高温となり端部側はそれよりも低い温度となるため、
長手方向（通電方向）に温度分布が付与されることにな
る。

なお、例えば、前述したような電気抵抗に影響を与える
各因子を長手方向に適宜組合せてなるＣ／Ｃコンポジッ
トを製造すれば、電気抵抗の異なるＣ／Ｃコンポジット
が長手方向に連設された状態になるので、得られた発熱
体は、同様の効果を発揮することができる。

その他、発熱体の面内所定方向に温度分布を付与せしめ
るためには、上記した例に限定されることなく、前述し
たＣ／Ｃコンポジットの電気抵抗を変化せしめる諸因子
を適宜組合せて、所望する温度分布を実現することがで
きる。

また、この場合も、既に説明した厚み方向に温度分布が
生ずる発熱体に積極的に温度分布を生ぜしめない場合と
同様に、低温になっている部分のみを支持体等で被包し
てその熱放射等の熱損失を抑制することにより、その部
分の温度と、より高温になっていて熱放散等の熱損失の
大きい他の部分との温度とを路間−にすることもできる
。すなわち、面内の所定方向には温度分布が生じないよ
うな発熱体にすることができる。

（発明の実施例） 実施例１ 第９図は本発明に係る円筒状発熱体を示し、この発熱体
９は、目付けが異なる炭素繊維の織物のプリプレグを四
枚積層したものである。より詳細には、最内層９１（第
１０図参照）のプリプレグ中の織物の日付けを最大に′
、最外Ｎ９４のプリプレグ中の織物の目付けを最小にな
るように積層されたプリプレグを巻回して円筒を形成し
、これを常法のプリプレグ法によって円筒Ｃ／Ｃコンポ
ジットにした。得られたコンポジットにおいて、その断
面は、第１０図に一部切欠断面図として示すように、円
筒の内面はＮ９１から成り、順次目付けの小さい炭素繊
維の織物が充填されている層９２、層９３が積層され、
外周面は目付けが最小の炭素繊維物が充填されている層
９４となっている。

この円筒状発熱体９には、第９図に示したように長手方
向に全長に亘るスリット９ａが、周方向には等間隔に多
数のスリン）９ｂがそれぞれ刻設され、長手方向に沿っ
て実質的に等幅のジグザグの通電パス９Ｃが形成されて
いる。

この発熱体９に通電すると、内周面の温度は外周面に比
べて高温になり、その厚み方向に所要の温度勾配かつ（
。しかも、通電パス９ｃが長手方向に実質的に等幅であ
るから内周面の長手方向の温度むらは少なく円筒内に配
置される被加熱体への均質加熱が可能になる。

そして、外周面は温度が低いので、外周面からの熱放散
が少なく、炉内の熱対流も小さく全体としての熱損失が
小となる。

したがって、このような発熱体は、例えば半導体製造時
の管状炉を均一加熱するための発熱体として好適である
。

実施例２ 第１１図は本発明に係る面状発熱体を示し、この発熱体
１１は、Ｃ／Ｃコンポジット中の炭素繊維が解繊マット
により形成されるもので、その製法としては、前述のプ
リプレグ法を適用して、まず解繊マットから角形の平板
Ｃ／Ｃコンポジットが製造される。この平板Ｃ／Ｃコン
ポジットは、面内のいずれの箇所においても炭素繊維の
模様が同一になっている。次に、この平板コンポジット
に、糸のこを用いて図のようなスリットｌｌａを刻設し
、長手方向にジグザグに折曲する通電パス１１ｂを形成
する。この通電パスは、長手方向に全てが同じ幅ではな
く、中央部から両端部にかけて順次幅広となるように形
成されている。

この発熱体１１の両端のターミナルＩｌｃを電源に接続
して通電すると、中央部は最高温度となり、両端部側に
いくほど温度が低下する所要の温度分布が得られる。

したがって、長い被加熱体を加熱する際に、その長手方
向の温度を変化させたい場合には、上記した通電パスの
幅を長手方向に適宜に変化させることによりその目的を
容易に達成することができる。

なお、前述した編組の長手方向の織り模様を変化させて
マトリックス炭素内に配置すれば、第１１図に示す実施
例のようにスリットを刻設する必要がないので、幅の狭
い長尺の発熱体の場合には、Ｃ／Ｃコンポジット中の炭
素繊維として編組を用いて形成するものが好適である。

実施例３ 第１２図に示したように、実施例２の場合とは逆に、実
施例２で用いた平板Ｃ／Ｃコンポジットに中央部側はど
順次幅広となるように通電バスを刻設して平板状発熱体
とした。

この発熱体に通電すると、中央部の発熱量は少なく両端
部側にいくほど発熱量は多くなる。しかし、両端部側の
熱放散は中央部のそれに比べて大きいので、結局、発熱
体の長手方向の温度はどこでも略等しくなり、面内に温
度分布が生じないことになる。

なお、本発明は上記実施例に限定されることなく、各種
の変形も可能である。すなわち、Ｃ／Ｃコンポジットは
炭素繊維の配置状態を適宜選定することにより、その電
気抵抗を所定の値に設定することが可能になるが、同時
に熱伝導率をも所定の値に設定することができる。

一方、ジュール発熱体はその電気抵抗に基づく発熱作用
とともに熱伝導体としての作用も兼ね備えている。その
ようなことから、上記したＣ／Ｃコンポジットにおいて
、炭素繊維の配置状態を所定の状態に設定することによ
り、発熱体内部における熱伝導や、発熱体から支持体、
または電極部への熱伝導量を調整することができるよう
になる。

そのため、本発明の発熱体は、ジュール発熱量の調整に
加えて熱伝導量の調整もすることができるので、前述し
た発熱体の温度分布を一層効果的に設定することができ
る。

（発明の効果） 以上の説明で明らかなように、本発明の炭素繊維／炭素
コンポジット製面発熱体は、その構成が、面または面状
に形成され、かつ、マトリックス炭素中に、厚み方向ま
たは面内所定方向に所定の温度分布を生じ、または生じ
ないように炭素繊維が配置されているようにしたので、
厚み方向または面内の所定方向に所望の温度分布を積極
的に付与することができるし、また温度分布を付与しな
いこともできる。

また、本発明の発熱体はＣ／Ｃコンポジットであるため
、その機械的強度は極めて大である。それゆえ、薄形、
細径に加工することができ、小形・精密な発熱体が得ら
れると同時に、通電負荷が小さくても高温発生が可能と
なる。

このように本発明の発熱体は、厚み方向や面内の所定方
向に温度分布をつけたり、またはつけなかったりするこ
とを積極的に行なうことができ、また精密な加工もでき
るので、複雑な形状の発熱体にすることもでき、更には
、複数の発熱体を組合せる場合でも、発熱体の厚み方向
で自然に発生してしまう温度勾配を意識的に解消するよ
うな設計を施すことができる。

また、発熱体の面内方向において均温部分を広く設定す
ることができ、被加熱体を−様な温度で加熱することが
可能になるばかりではなく、使用する加熱装置から無駄
な空間を除去することができるので小形化が可能となり
、加熱装置内部の空間利用率を高めることが可能になる
。

【図面の簡単な説明】

第１図は厚み方向に温度分布が付与される本発明の発熱
体の断面構成の１例を概念的に示す一部切欠断面図、第
２図は厚み方向に温度分布を生ぜしめない場合の１例の
断面図、第３図、第４図はいずれも厚み方向に温度分布
が付与された本発明の発熱体の断面を示す一部切欠断面
図、第５図〜第８図は、面内方向に温度分布が付与され
た発熱体平面構成の１例を概念的に示す平面図、第９図
は本発明の１実施例を示す円筒状発熱体の斜視図、第１
０図は第５図のＸ円拡大断図面、第１１図、第１２図は
いずれもは本発明の別の実施例を示す発熱体の平面図、
第１３図は螺旋状円形繊維物の全体の平面図、第１４図
と第１５図はその一部拡大図、第１６図はそれを引き延
ばした状態を示す見取図である。 ｌａ、ｌｂ、３ａ、３ｂ、４ａ、４ｂ、５ａ。 ５ｂ、６ａ、６ｂ、７ａ、１ｂ・　Ｃ／Ｃ，１ンボジッ
ト層、２Ｃ・・・支持体、８ｂ・・・通電パス、９・・
・円筒状発熱体、９ａ、９ｂ・・・スリット、９１〜９
４・・・Ｃ／Ｃコンポジット層、１１・・・面状発熱体
、ｌｌａ・・・スリット、ｌｌｂ・・・通電パス。 出願人　　ハナワ熱電金属株式会社 出願人　　東　し　株　式　会　社 代理人　　弁理士　　長　門　侃　二 第１　図 第２図 第３図 第４図 第５図 第６図 第７図 第８図 ＼ ｌ１ｌ）　　　ＩＩＱ 第１３図 第１４図　　　第１５図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 面または面状に形成され、かつ、マトリックス炭素中に
   、厚み方向または面内所定方向に所定の温度分布を生じ
   、または生じないように炭素繊維が配置されていること
   を特徴とする炭素繊維／炭素コンポジット製面発熱体。