JPH07147183A - 面状発熱体およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 炭素繊維および繊維間の均一性の条件を緩和
し、高い歩留りで効率良く大量生産することが可能な電
極構造を有する面状発熱体を提供することである。 【構成】 炭素繊維混抄紙１の表面に、対向する２つの
短辺に沿って一対の電極層２が形成される。炭素繊維混
抄紙１の表面において一対の電極層２間にそれらの電極
層２と平行に１または複数の電界平滑用電極層１０が形
成される。一対の電極層２間に電圧を印加すると、各電
界平滑用電極層１０の各部は同一の電位に保たれ、各電
界平滑用電極層１０に沿って等電位面が形成される。そ
れにより、炭素繊維混抄紙１内の電界のばらつきが平滑
化される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は面状発熱体およびその
製造方法に関し、特に電極部分の構造の改良および電極
部分の製造方法の改良に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、炭素繊維混抄紙を用いた面状発熱
体が遠赤外線を効率よく放射する発熱体として注目され
ている。炭素繊維混抄紙は、和紙の製造工程でパルプに
適度に裁断された炭素繊維を混入させることにより製造
される。

【０００３】炭素繊維混抄紙を用いた面状発熱体の製造
方法を図１３および図１４を参照しながら説明する。ま
ず、炭素繊維混抄紙１の表面に、対向する２辺に沿って
帯状の一対の電極を形成する。ただし、図１４には、一
対の電極のうち一方の電極２のみが示される。その後、
生乾き状態（未硬化の状態）の樹脂層でその炭素繊維混
抄紙１を挟み、ホットプレスすることにより、その樹脂
層を熱硬化させる。このようにして、炭素繊維混抄紙１
の両面に樹脂層３，４がラミネートされる。そして、電
極２上の樹脂層３の所定箇所を削り取ることにより、樹
脂層３に電気的接続のためのスルーホール５が形成され
る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記の面状発熱体にお
いて、炭素繊維混抄紙内に炭素繊維が均一に分布してい
れば、一対の電極間に電圧を印加した場合にそれらの電
極間に均一な電界が発生し、炭素繊維混抄紙の全面から
一様に遠赤外線が放射される。

【０００５】しかしながら、炭素繊維の分布または繊維
間の接触に不均一な部分があると、発生する電界がばら
つき、すなわち、電界の場所によるゆらぎが生じる。比
較的長い発熱体を形成した場合には高い電圧を印加する
ことが必要となるが、その場合、電界のばらつき、すな
わち電界の場所によるゆらぎが大きく現れる。このよう
に、電界のばらつきの大きさは電極間の距離に正の相関
をするので、面状発熱体の面積が大きくなって電極間の
距離が長くなるほど、電界のばらつきは大きくなり、結
果として、均一な発熱密度性能が得られなかった。

【０００６】また、電界のばらつきが大きくなって異常
電界が発生すると、局所的に面状発熱体が過熱する。そ
のため、検査工程において、製造された炭素繊維混抄紙
のうち炭素繊維の分布がある程度均一なものを選択し、
それ以外のものは破棄することになる。面状発熱体の面
積が大きくなるほど、炭素繊維の不均一性による電界の
ばらつきが大きくなるので、大面積の面状発熱体ほど歩
留りが悪くなる。そのため、大面積の面状発熱体を大量
生産することが困難となっていた。

【０００７】一方、図１３および図１４に示した製造方
法において、ラミネートされた樹脂層３の一部を削り取
ることによりスルーホール５を形成する工程は容易では
なく、非常に手間がかかり、また、電極面に破損が生じ
ることがある。そのため、このスルーホール５の形成の
ための工程も、面状発熱体を効率的に大量生産すること
の妨げとなっていた。

【０００８】この発明の目的は、炭素繊維の均一性の条
件を緩和するとともに、電極間の温度上昇を平均化し、
高い歩留りで効率良く大量生産することが可能な電極構
造を有する面状発熱体を提供することである。この発明
の他の目的は、面状発熱体の電極部分の製造工程を容易
にする製造方法を提供することである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】

（１）第１の発明 第１の発明に係る面状発熱体は、電流供給用電極間に１
または複数の電界平滑用電極を設けたものである。

【００１０】（２）第２の発明 第２の発明に係る面状発熱体の製造方法は、炭素繊維混
抄紙の表面に３本以上の帯状の電極を設けるものであ
る。

【００１１】（３）第３の発明 第３の発明に係る面状発熱体の製造方法は、電極層の形
成後、スルーホール埋込片を電極層上に設置した後、ス
ルーホール形成用埋込片の一部分が電極層と樹脂層との
間に挟み込まれかつスルーホール形成用埋込片の残りの
部分またはそれに連帯する部分が樹脂層の外部に突出す
るように樹脂層を炭素繊維混抄紙上に積層するものであ
る。

【００１２】（４）第４の発明 第４の発明に係る面状発熱体の製造方法は、電極層の形
成後、スルーホールに相当する大きさおよび樹脂層とほ
ぼ同じ厚さを有するスルーホール形成用埋込層を電極層
の所定位置に設置した後、樹脂層を炭素繊維混抄紙上に
積層するものである。

【００１３】

【作用】

（１）第１の発明 第１の発明に係る面状発熱体において、一対の電流供給
用電極に電圧を印加する場合、それらの間に設けられた
電界平滑用電極の各部分は同一電位に保たれる。すなわ
ち、電界平滑用電極に沿って等電位が形成される。この
場合、炭素繊維および繊維間の不均一性により必然的に
生じる電界のばらつきの大きさは、電流供給用電極と電
界平滑用電極との間の距離により決まることになる。し
たがって、面状発熱体の面積が大きく一対の電流供給用
電極間の距離が長い場合でも、それらの間に電界平滑用
電極を設けることにより、電界のばらつきを小さくする
ことができる。結果として、電界平滑用電極により炭素
繊維の不均一性に基づく電界のばらつきが平滑化され、
均一な発熱性能が得られる。

【００１４】（２）第２の発明 第２の発明に係る面状発熱体の製造方法よれば、炭素繊
維混抄紙の表面に３本以上の帯状の電極を設けることに
より、電極形成後、所望に応じて、それらの電極の各々
を電流供給用の電極、電界平滑用の電極または温度制御
用の電極として用いることができる。また、任意の電極
間で炭素繊維混抄紙を裁断することにより、任意のサイ
ズの面状発熱体を製造することができる。

【００１５】（３）第３の発明 第３の発明に係る面状発熱体の製造方法よれば、スルー
ホール形成用埋込片の一部分が電極層と樹脂層との間に
挟み込まれ、かつスルーホール形成用埋込片の残りの部
分またはそれに連帯する部分が外部に突出する。したが
って、その突出した部分を樹脂層に対して上方に引っ張
れば、電極層と樹脂層との間に挟み込まれたスルーホー
ル形成用埋込片のエッジによりその上部の樹脂層が剪断
され、樹脂層に電気的接続のためのスルーホールが形成
される。

【００１６】（４）第４の発明 第４の発明に係る面状発熱体の製造方法によれば、スル
ーホール形成用埋込層が電極層上の樹脂層に埋設され
る。したがって、そのスルーホール形成用埋込層を取り
除けば、樹脂層に電気的接続のためのスルーホールが形
成される。

【００１７】

【実施例】図１はこの発明の第１の実施例による面状発
熱体の模式的な平面図であり、図２は図１の面状発熱体
の断面図である。

【００１８】この面状発熱体は、炭素繊維混抄紙１およ
びその炭素繊維混抄紙１の両面にラミネートされた樹脂
層３，４からなる。樹脂層３，４は、例えばガラス繊維
強化エポキシ樹脂（以下、ガラスエポキシ樹脂と呼ぶ）
により形成される。この面状発熱体は長方形の形状を有
する。

【００１９】炭素繊維混抄紙１は次のようにして製造さ
れる。和紙の原料となるコウゾ、ミツマタまたはガンピ
等の靱皮繊維に水を加えてパルプ液を作るともに、例え
ば５ｍｍ程度にカッテングされた炭素繊維をその中に混
入し、分散させる。そのパルプ液を抄紙用の網上に流
し、ウエットシートを形成する。そのウエットシートを
搾水用のロールを用いて機械的に脱水し、乾燥させた
後、所定の寸法に裁断する。このようにして、厚さ０．
２ｍｍ前後の炭素繊維混抄紙１が形成される。

【００２０】炭素繊維混抄紙１の表面には、対向する２
つの短辺に沿って幅約１ｃｍの帯状に銀ペースト６が印
刷され、導電性の接着剤が塗布された銅箔テープからな
る電流供給用電極層（以下、単に電極層と呼ぶ）２が銀
ペースト６上に接着されている。電極層２上の樹脂層３
の所定箇所に導線取り付け用のスルーホール５が形成さ
れている。このスルーホール５を通して導線７がはんだ
付け等により電極層２に接続されている。

【００２１】また、炭素繊維混抄紙１の表面において、
一対の電極層２の間にそれらの電極層２と平行に１また
は複数の電界平滑用電極層１０が形成されている。この
実施例では、一対の電極層２間に２つの電界平滑用電極
層１０が設けられている。これらの電界平滑用電極層１
０も、電極層２と同様に、銀ペースト１１を介して炭素
繊維混抄紙１に接着されている。

【００２２】導線７を介して面状発熱体の一対の電極層
２に電圧を印加すると、炭素繊維混抄紙１内に分散され
た炭素繊維に電流が流れ、それらの炭素繊維が発熱して
炭素繊維混抄紙１の表面から前方に遠赤外線が放射され
る。

【００２３】この実施例の場合、各電界平滑用電極層１
０の各部分が同一電位に保たれる。すなわち、各電界平
滑用電極層１０に沿って等電位が形成される。それによ
り、炭素繊維混抄紙１内の炭素繊維の分布の均一性によ
る電界のばらつきの大きさが、電極間の距離により決ま
ることになる。すなわち、電界のばらつきの大きさが、
炭素繊維混抄紙１の領域Ａでは一方の電極層２と一方の
電界平滑用電極層１０との間の距離で決まり、炭素繊維
混抄紙１の領域Ｂでは一方の電界平滑用電極層１０と他
方の電界平滑用電極層１０との間の距離で決まり、炭素
繊維混抄紙１の領域Ｃでは他方の電界平滑用電極層１０
と他方の電極層２との間の距離で決まる。

【００２４】したがって、面状発熱体の面積が大きく一
対の電極層２間の距離が長い場合でも、電界平滑用電極
層１０により電界のばらつきを小さくすることができ
る。結果として、電界平滑用電極層１０により炭素繊維
の不均一性に基づく電界のばらつきが平滑化される。

【００２５】なお、この実施例では、２つの電界平滑用
電極層１０が設けられているが、電界平滑用電極層１０
の数は面状発熱体の一対の電極層２間の距離に応じて適
宜決定する。また、この実施例では、電界平滑用電極層
１０が銀ペースト６上の銅箔テープからなるが、電界平
滑用電極を銀ペーストのみで形成してもよい。さらに、
上記の目的のためなら、如何なる導電性の材料を印刷し
てもよい。

【００２６】図３はこの発明の第２の実施例による面状
発熱体の模式的な平面図である。図３の面状発熱体が図
１の面状発熱体と異なるのは、電界平滑用電極層１０に
も、電極層２と同様に導線が接続されている点である。
すなわち、一方の電極層２、一方の電界平滑用電極層１
０、他方の電界平滑用電極層１０および他方の電極層２
にそれぞれ導線７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄが接続されてい
る。

【００２７】この実施例の面状発熱体では、導線７ａ，
７ｂ間、導線７ｂ，７ｃ間および導線７ｃ，７ｄ間にそ
れぞれ独立に電圧を印加することができる。それによ
り、炭素繊維混抄紙１の領域Ａ、炭素繊維混抄紙１の領
域Ｂおよび炭素繊維混抄紙１の領域Ｃの発熱密度をそれ
ぞれ独立に制御することができる。

【００２８】例えば、この面状発熱体を部屋の壁に縦に
設置した場合、上部の温度を低く、下部の温度を高く設
定することにより、頭寒足熱が実現される。また、部屋
内の下部の温度が低く、上部の温度が高い場合でも、炭
素繊維混抄紙１の下部の領域の温度を高く設定し、炭素
繊維混抄紙１の上部の領域の温度を低く設定することに
よって、部屋全体の空気の温度が均一になるように制御
することが可能である。逆に、壁面の温度を制御し、必
要な箇所と不必要な箇所とを自由に調整することができ
る。さらに、この面状発熱体を床に設置した場合、所望
の領域の温度を高くあるいは低く設定することができ
る。すなわち、発熱密度を場所・環境と調和するように
調節することができる。

【００２９】図４はこの発明の第３の実施例による面状
発熱体の製造方法を説明するための模式的な平面図であ
り、図５はその製造方法により製造された面状発熱体の
模式的な平面図である。

【００３０】この製造方法では、図４に示すように、炭
素繊維混抄紙１の表面に複数の電極層２ａ，２ｂ，２
ｃ，２ｄ，２ｅ，２ｆをほぼ平行に形成する。その後、
その炭素繊維混抄紙１に樹脂層をラミネートするととも
に、導線７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄ，７ｅ，７ｆをそれぞ
れ接続すると、図５に示す面状発熱体が製造される。図
５の面状発熱体の電極層２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ，２
ｅ，２ｆの各々は、所望に応じて、電流供給用電極、電
界平滑用電極、あるいは温度制御用電極として用いるこ
とができる。

【００３１】図４に示すように、炭素繊維混抄紙１の表
面に複数の電極層２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ，２ｅ，２ｆ
をほぼ平行に形成した後、電極層２ｂ，２ｃ間および電
極層２ｄ，２ｅ間で炭素繊維混抄紙１を裁断することに
より、小サイズの３枚の面状発熱体を製造することがで
きる。あるいは、図５の面状発熱体の製造後、電極層２
ｂ，２ｃ間および電極層２ｄ，２ｅ間で炭素繊維混抄紙
１を裁断することにより、小サイズの３枚の面状発熱体
を製造することもできる。

【００３２】このように、炭素繊維混抄紙１の表面に複
数の電極層２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ，２ｅ，２ｆを形成
することにより、電界の平滑化および領域ごとの種々の
温度制御が可能となり、かつ所望に応じて任意のサイズ
の面状発熱体を製造することが可能になる。

【００３３】なお、上記第１〜第３の実施例では、直線
状の電極を用いているが、電極の形状はこれには限られ
ない。図６の（ａ）に示すように、環状の電極２Ａおよ
びその中心部に設けられた円形の電極２Ｂを用いてもよ
い。この場合、電極２Ｂの中心から半径方向の距離をｒ
とすれば、図６の（ｂ）に示すように、面状発熱体の各
部の温度上昇ΔＴは中心からの距離ｒに依存して変化す
る。また、電極を、楕円形、その他の任意の形状に形成
することもできる。このように、電極を任意の形状に形
成することにより、面状発熱体の温度分布を所望に応じ
て自由に設定することができる。

【００３４】次に、図７を参照して上記実施例の面状発
熱体におけるスルーホール５の形成方法の一例を説明す
る。

【００３５】まず、図７の（ａ）に示すように、炭素繊
維混抄紙１の表面に銀ペースト６を介して電極層２を形
成した後、電極層２上に埋込片２０を設置する。埋込片
２０は、例えば、金属、硬質の樹脂等により電極層２よ
りも狭い幅の帯状に形成されている。この埋込片２０
は、その中央部で屈曲され、一方が埋込部２０ａ、他方
が引張部２０ｂとなっており、埋込部２０ａが電極層２
に沿うように設置される。

【００３６】次に、図７の（ｂ）に示すように、生乾き
状態（未硬化の状態）の樹脂層３，４で炭素繊維混抄紙
１を挟む。この際、埋込片２０の埋込部２０ａが樹脂層
３と電極層２との間に挟み込まれ、かつ把持部２０ｂが
樹脂層３の外部に出るようにする。

【００３７】さらに、図７の（ｃ）に示すように、ホッ
トプレスにより樹脂層３，４を熱硬化させる。その結
果、炭素繊維混抄紙１の両面に樹脂層３，４がラミネー
トされる。図８に図７（ｃ）の状態における面状発熱体
の平面図を示し、図９に図８の面状発熱体のＸ−Ｘ線断
面図を示す。図８および図９に示すように、埋込片２０
の埋込部２０ａが炭素繊維混抄紙１と樹脂層３との間に
埋め込まれ、把持部２０ｂが樹脂層３の外部に取り出さ
れている。

【００３８】この状態で、図７の（ｄ）に示すように、
埋込片２０の把持部２０ｂを把持して樹脂層３に対して
上部後方に引っ張れば、埋込部２０ａのエッジによりそ
の上部の樹脂層３が剪断され、その樹脂層３の部分が電
極層２から剥ぎ取られる。剥ぎ取られた部分を残りの樹
脂層３から切り取ることにより、電極層２上にスルーホ
ール５が形成される。このスルーホール５を利用して、
電極層２に導線を接続することができる。

【００３９】図７の方法を用いれば、面状発熱体の電極
部分の製造工程が容易になり、面状発熱体を効率良く大
量生産することができる。なお、埋込片２０を金属等の
導電性の材料で形成すれば、その埋込片２０を樹脂層３
から剥ぎ取ることなく、埋込部２０ａが樹脂層２０に埋
め込まれた状態でも、把持部２０ｂを電極の引出し部分
として用いることができる。

【００４０】次に、図１０を参照して上記実施例の面状
発熱体におけるスルーホール５の形成方法の他の例を説
明する。

【００４１】まず、図１０の（ａ）に示すように、炭素
繊維混抄紙１の表面に銀ペースト６を介して電極層２を
形成した後、電極層２の表面の所定箇所に裏面に粘着剤
が塗布された埋込層３０を設置する。そして、生乾き状
態の樹脂層３，４で炭素繊維混抄紙１を挟む。この埋込
層３０は、例えば、耐熱性がありかつ可撓性の樹脂から
なり、形成すべきスルーホールに対応する形状および寸
法を有し、樹脂層３とほぼ同じ厚さを有する。

【００４２】次に、図１０の（ｂ）に示すように、ホッ
トプレスにより樹脂層３、４を熱硬化させる。図１１に
図１０の（ｂ）の状態における面状発熱体の平面図を示
し、図１２に図１１の面状発熱体のＹ−Ｙ線断面図を示
す。図１１および図１２に示すように、電極２上の樹脂
層３に埋込層３０が埋設されている。

【００４３】その後、図１０の（ｃ）に示すように、樹
脂層３に埋設された埋込層３０を剥ぎ取ることにより、
電極層２上の樹脂層３にスルーホール５が形成される。
埋込層３０は粘着剤により電極層２に粘着されているだ
けであるので、容易に剥ぎ取ることができる。

【００４４】図１０の方法を用いても、面状発熱体の電
極部分の製造工程が容易になり、面状発熱体を効率良く
大量生産することができる。

【００４５】

【発明の効果】第１の発明によれば、炭素繊維の不均一
性に基づく電界のばらつきが電界平滑用電極により平滑
化されるので、異常電界の発生が防止される。したがっ
て、炭素繊維の均一性の条件が緩和され、安全性が確保
されるとともに、大面積の面状発熱体を高い歩留りで効
率良く大量生産することが可能になる。

【００４６】第２の発明によれば、電極形成後、所望に
応じて、それらの電極の各々を電流供給用の電極、電界
平滑用の電極または温度制御用の電極として用いること
ができるので、安全性の確保、歩留りの向上および用途
の拡大が実現される。また、任意の電極間で炭素繊維混
抄紙を裁断することにより、任意のサイズの面状発熱体
を製造することができるので、製造ラインを増やすこと
なく種々のタイプの面状発熱体を製造することができ
る。

【００４７】第３の発明によれば、樹脂層から突出した
スルーホール形成用埋込片の部分を上方に引っ張るだけ
で樹脂層に電気的接続のためのスルーホールが形成され
るので、面状発熱体の電極部分の製造工程が容易にな
る。したがって、面状発熱体を効率良く大量生産するこ
とが可能になる。

【００４８】第４の発明によれば、樹脂層に埋設された
スルーホール形成用埋込層を取り除くだけで樹脂層に電
気的接続のためのスルーホールが形成されるので、面状
発熱体の電極部分の製造工程が容易になる。したがっ
て、面状発熱体を効率良く大量生産することが可能にな
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の第１の実施例による面状発熱体の模
式的な平面図である。

【図２】図１の面状発熱体の一部の断面図である。

【図３】この発明の第２の実施例による面状発熱体の模
式的な平面図である。

【図４】この発明の第３の実施例による製造方法を説明
するための炭素繊維混抄紙の模式的な平面図である。

【図５】この発明の第３の実施例による製造方法により
製造された面状発熱体の模式的な平面図である。

【図６】環状および円形の電極を示す図およびそれらの
電極を用いた面状発熱体の温度分布を示す図である。

【図７】面状発熱体におけるスルーホールの形成方法の
一例を示す断面図である。

【図８】埋込片が埋設された面状発熱体の電極部分の平
面図である。

【図９】図８の面状発熱体のＸ−Ｘ線断面図である。

【図１０】面状発熱体におけるスルーホールの形成方法
の他の例を示す断面図である。

【図１１】埋込層が埋設された面状発熱体の電極部分の
平面図である。

【図１２】図１１の面状発熱体のＹ−Ｙ線断面図であ
る。

【図１３】従来の面状発熱体におけるスルーホールの形
成前の状態を示す断面図である。

【図１４】従来の面状発熱体におけるスルーホールの形
成後の状態を示す断面図である。

【符号の説明】

１ 炭素繊維混抄紙 ２，２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ，２ｅ，２ｆ 電極層 ２Ａ，２Ｂ 電極 ３，４ 樹脂層 ５ スルーホール ６，１１ 銀ペースト ７，７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄ，７ｅ，７ｆ 導線 １０ 電界平滑用電極層 ２０ 埋込片 ２０ａ 埋込部 ２０ｂ 把持部 ３０ 埋込層 なお、各図中同一符号は同一または相当部分を示す。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 炭素繊維を含むシートに帯状の電流供給
   用電極を設けた面状発熱体において、 前記電流供給用電極間に１または複数の電界平滑用電極
   を設けたことを特徴とする面状発熱体。
2. 【請求項２】 炭素繊維混抄紙の表面に３本以上の帯状
   の電極を設けることを特徴とする面状発熱体の製造方
   法。
3. 【請求項３】 炭素繊維混抄紙に電極層を形成した後、
   前記電極層が形成された炭素繊維混抄紙上に樹脂層を積
   層し、前記電極層上の前記樹脂層に電気的接続のための
   スルーホールを形成する面状発熱体の製造方法におい
   て、 前記電極層の形成後、スルーホール形成用埋込片を前記
   電極層上に設置した後、前記スルーホール形成用埋込片
   の一部分が前記電極層と前記樹脂層との間に挟み込まれ
   かつ前記スルーホール形成用埋込片の残りの部分または
   それに連帯する部分が前記樹脂層の外部に突出するよう
   に前記樹脂層を前記炭素繊維混抄紙上に積層することを
   特徴とする面状発熱体の製造方法。
4. 【請求項４】 炭素繊維混抄紙に電極層を形成した後、
   前記電極層が形成された炭素繊維混抄紙上に樹脂層を積
   層し、前記電極層上の前記樹脂層に電気的接続のための
   スルーホールを形成する面状発熱体の製造方法におい
   て、 前記電極層の形成後、前記スルーホールに相当する大き
   さおよび前記樹脂層とほぼ同じ厚さを有するスルーホー
   ル形成用埋込層を前記電極層の所定位置に設置した後、
   前記樹脂層を前記炭素繊維混抄紙上に積層することを特
   徴とする面状発熱体の製造方法。