JPS62100970A - 糸状発熱体及びその製造方法 - 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、カーボン粒子層による新規な糸状発熱体及び
その製造方法に関し、更に詳細には、この種カーボン粒
子層としては低い電気抵抗を持ち、しかも各種の特性に
優れ、長期間の使用に耐える糸状発熱体及びその製造方
法に関するものである。

〔従来技術〕

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
、電気カーベント等民生用にも広く普及し、その便利さ
から今後益々商品の多用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
撓性の芯に極細い抵抗線をスパイラル状に捲き付けたも
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、又、暖房用の衣料や、老人、病人用に
使用するには、なお可撓性が不足しており、更に、改善
が要求されている。

そこで、可撓性に富む糸をカーボン粒子で被覆した糸状
の加熱体を得る各種の試みがなされている。例えば、特
開昭５１−１０９３２１号公報の発明は、ナイロン製の
コンジュゲートフィラメント等の繊維を膨潤させてカー
ボン粒子を含浸・分散させ、加熱処理により正の電気抵
抗の温度係数を持つ糸状加熱体としたものである。この
発熱体は、前記のとおり正の抵抗温度係数としたために
温度制御装置を使用しないで済む等の特徴を持つもので
あるが、ここに開示された方法では、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ずなお改
善の必要が認められる。

その他の方法としては、芯糸にカーボン粒子を樹脂バイ
ンダーで固着させたものが提案されているが、カーボン
粒子の樹脂への混入量に限度があるので低い電気抵抗の
糸条発熱体を得ることができない。しかもこれらのもの
は、導電層が一層で形成されているため、屈曲、摩擦等
によって樹脂層が剥離し易く、しかも、発熱線の各部分
の電気抵抗が均一でない等の欠点が認められ広く使用さ
れるに至っていない。

〔発明の目的〕

そこで、本発明は、発熱層にカーボン粒子を有する発熱
体の前記問題点を改善し、各部の電気抵抗が均一で、し
かも電気抵抗が低く、可撓性に冨み、発熱体層と単位糸
との接着が良好で屈曲、摩擦等により剥離し難く、長期
間安定して使用し得る糸状の発熱体及びその製造方法を
提供することを目的としている。

〔発明の構成〕

以上の目的を達成するための本発明の糸状発熱体は、カ
ーボン粒子を合成樹脂に分散させたカーボン粒子層を被
覆した単位糸を複数本撚り合せた芯糸に、更にカーボン
粒子を合成樹脂に分散させたカーボン粒子層を１層以上
積層して導電層を形成していることを特徴とすものであ
る。

又、前記の糸状発熱体を製造する本発明の方法は、カー
ボン粒子の合成樹脂懸濁溶液に単位糸を浸漬し、乾燥固
着させてカーボン粒子を合成樹脂中に分散させたカーボ
ン粒子層を前記単位糸の周囲に形成させ、これを複数本
撚り合せて芯糸とし、次いで、この芯糸を前記と同種又
は異種のカーボン粒子の合成樹脂懸濁溶液に浸漬、乾燥
固着することを１回以上繰り返して、前記芯糸の周囲に
カーボン粒子層を積層させたことを特徴とするものであ
る。

次に、以上の本発明の各構成要素について順次説明する
。

本発明に使用し得る単位糸は、天然又は合成繊維の糸条
を用いことができるが、好ましくは、加熱体として通常
使用される温度、即ち、２０〜１００℃の下で長期間安
定した物性を与えるものとして、熱可塑性の合成樹脂を
原料とする繊維の使用が好ましい。

前記の熱可塑性合成樹脂の使用が好ましい理由としては
、耐熱性、非吸湿性であり、耐薬品性である上に熱によ
る劣化が少ないことの外、何等かの理由で局部的過熱が
生じた場合に溶断して、一種の温度フユーズとして作用
するからである。前記のとおり使用する素材は特に限定
されないが、好ましくは、ナイロン系、ポリエステル系
、ポリオレフィン系などの繊維であり、カーボン粒子層
との接着を良くするために、これらの繊維を糸状、好ま
しくは、紡績糸として使用する。糸状の形状としては、
撚糸が好ましい。

又、使用する糸の太さは特に限定されないが、通常４０
〜１０番手、好ましくは３０〜２０番手のものを使用す
る。

本発明に使用する前記合成樹脂としては、前記記載の温
度に対し安定した性能を保ち、かつ接着性、耐屈曲性、
耐摩擦性等に優れた合成樹脂ならば、特に制限はないが
、好適に使用し得る樹脂としては、ポリウレタン樹、脂
、ポリアクリル樹脂、ブチラール樹脂等が挙げられ、前
記と同様の理由で熱可塑性のものの使用が好ましい。

本発明に使用するカーボン粒子は、通常粉体として市販
されているカーボンを使用することができ、粒子径とし
ては、通常２０〜４０ｍμのものが使用される。その使
用量は、前記樹脂固形分１００重量部あたり、通常、５
〜１５重量部、好ましくは、７〜１２重量部が使用され
る。前記５重量部以下となると、抵抗値が高くなるので
単位容積当りの発熱量が低下し、又、前記１５重量部以
上となると樹脂分が不足するので均一なコーティングが
できず、しかも、耐屈曲性、耐摩擦性等の機械的強度が
低下するので好ましくない。

本発明の糸状発熱体は、単位糸に予め、前記合成樹脂に
前記カーボン粒子を分散させた層を形成し、これを複数
本撚り合せたものを芯糸としてこの上に更にカーボン粒
子層を形成するものであるが、この際の撚り合せ手段は
、懲り糸を製造する際の手段を援用することができる。

本発明の前記撚り合せの際の本数には特に限定はないが
、通常３〜５本程度であり、その際の撚り回数は、通常
９０〜１４０回／ｍ、好ましくは１００〜１２０回／と
する。撚り回数が９０回／ｍ以下となると樹脂層に斑が
出易く、又、１４０回／ｍ以上となると樹脂が芯糸の間
に入ちらないため屈曲、摩擦等に対する強度がでない。

本発明の糸状発熱体は、前記のとおりカーボン粒子層を
複数層積層するものであるが、合成樹脂層に分散された
カーボン粒子の濃度は、必要に応じ各層毎に変更するこ
とができる。例えば表面の平滑性を得るためには、撚る
前には１２重量％とし、ｌ然り合せ後、内層から順次１
０重量％、５重量％と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、前記合成樹脂中のカー
ボン含有量、積層する層の厚さ、懲り合せ糸の本数等に
より一定しないが、３本撚りとしたときに、はぼ７〜１
２に０７ｍの抵抗体を得ることができる。本発明におい
て、前記積層する数には、特に制限はないが、通常２〜
４層程度のものが使用される 本発明の前記糸状発熱体は、次の各工程により製造する
ことができる。即ち、 〈準備工程〉 単位糸の準備：結び玉のない糸条を用意する。

カーボン粒子の樹脂懸濁液の準備：適切な溶媒に樹脂及
びカーボン粒子を溶解・懸濁させ、事前によく攪拌した
ものを、溶媒の蒸発を防ぐために糸道以外を密封しか型
の容器に入れる。

前記懸濁液の粘度は、使用する樹脂の種類及び濃度やカ
ーボン粒子の径及び懸濁量等により一定しないが、通常
２０〜工００ボイズに調整して使用する。

くコーティング工程〉 カーボン粒子を懸濁させた前記樹脂懸濁液を攪拌しなが
ら前記単位糸を浸漬させた後、取り出し、必要に応じダ
イスを通して前記懸濁液の付着量を調節する。この場合
、発熱体層の機械的強度を向上させるには、糸を構成し
ている各単繊維が前記懸濁液で十分に濡れることが必要
であり、そのためには、粘度のコントロールとダイス径
の調整が必要である。工業的には、ボビンに巻取った芯
糸をローラ機構により、連続的に引き出して懸濁液中を
潜らせる方法を採用することが好ましい。

く乾燥工程〉 コーティング工程から引き出された単位糸は、次に乾燥
工程に送られる。乾燥は、通常の通気乾燥で良いが、生
産性の向上環を考慮して乾燥空気の加温、赤外線ランプ
による製品の加熱等、乾燥を促進するために通常用いら
れる各種の手段を併用することができる。

この工程の後撚り工程に移るが、その前に前記コーティ
ング工程を複数回繰り返してカーボン粒子層を積層して
もよい。

〈１然り工程〉 前記工程で得た芯糸を所定本数取り、通常使用される撚
糸機を用い撚りが均一となるように注意する。

く積層工程〉 本工程は、前工程で撚り合せた芯糸を一体として導電層
を積層構造に形成する工程であって、本発明の特徴的工
程であり、具体的には、前記コーティング工程と乾燥工
程を所定回数繰り返して単位糸上に合成樹脂に分散させ
たカーボン粒子層を年輪状に形成させるものである。そ
の際、前回の工程で形成した樹脂層が溶剤に再熔解しな
いように前工程の乾燥を十分行う必要がある。

積層する各層のカーボン粒子の分散濃度あるいは樹脂の
種類が異なる場合は当然として、カーボン粒子の分散濃
度が同一の場合でも、工業的に実施するときには、一般
に各積層工程の含浸液をそれぞれ別とする方が能率的で
ある。

〈後工程〉 以上によって得た糸・状発熱体は、必要に応じ電線を被
覆絶縁すると動揺に表面を絶縁する。

使用される絶縁材料には、特に限定はなく、又、下地と
なる発熱体層との接着性に問題がある場合には、前処理
として、アンダーコート材を使用する等通常、この種の
工程に使用される技術を適宜用いることができる。

以下、実施例を掲げて本発明、及びその特徴について具
体的に説明する。

〔実施例〕

平均粒径４０ｍμの炭素粒子を１０重量％含有するウレ
タン樹脂をメチルエチルケトンとＤＭＦの重量混合比８
０　：　２０とした混合溶媒に溶解して、２０重量％の
カーボン粒子を懸濁したウレタン樹脂溶液を得た。

前記で得た懸濁液を２０℃に制御した中に、ポリエステ
ル２０番双糸の紡績糸から成る単位糸を、２ｍ／分の速
度で浸漬し、取り出したものを直径０．７ｍ＋ｍφのダ
イスで、樹脂の付着を調整した後、連続して１２０℃に
調整した乾燥機の中を通して乾燥固着させた。

このようにして得た１次処理系を、撚糸機を用い撚り回
数１１０回／ｍの撚り条件で、それぞれ３本、５本、８
本の三つの場合について撚りを加えて芯糸を得た。この
ようにして得たそれぞれの撚り合せ体の芯糸を、前記と
同一のカーボン粒子懸濁液に浸漬し、引出した後３本撚
り、５本撚り、８本撚りに対し、それぞれ１．２　＋＋
ｕ＋＋φ、１．４　ｍｍφ、１．７ｍ＋ｎφのダイスを
用いて樹脂の付着量を調整した後、前記と同様に乾燥固
着させて本発明の糸状発熱体を得た。

この糸状発熱体の性質を測定した結果を第１表に示す。

（以下余白） 第１表 第１表から、本実施例で得た糸状発熱体は、次の特徴を
有していた。即ち、 ■　抵抗値の斑がなく、精度のよい発熱線が得られる。

■　撚り合せ本数により、抵抗値を自由に設計できる。

■　撚る合せによって、樹脂付着量が高くなるので、非
常に低抵抗値の糸状発熱体が得られる。

以上実施例によって得た本発明の糸状発熱体は、主とし
て産業資材用としての用途に適し、（１）　　防寒用達
寝装分野としてカーペット、毛布、鉄道、バス等のモケ
ット等、（２）暖房用生活資材分野として手袋、靴、靴
下、座蒲団等、（３）暖房用建材分野として床材、炬燵
用資材等、（４）電材分野としてＯＡ機器、自動車計器
等の保温、（５）農業、土木資材として温床シート、養
生シート等の各種の用途の発熱用素材として有利に利用
することができる。

〔発明の効果〕

本発明の糸状発熱体は、以上のように合成繊維等の芯糸
に、前記のカーボン粒子層を積層する構成としたことに
より、次の効果が得られる。

■　カーボン分散層の各層が緻密構造となっており、し
かも芯糸を複数本使用しているので、高抗張力で、しか
も耐摩擦性、耐屈曲性等の各種機械的強度が向上し耐久
性が得られる外、発熱層となるカーボン分散層の付着が
多くしかも均一化されているので抵抗値のムラがなく、
従来のこの種製品では得られなかった低抵抗値の素線を
得ることができる。

■　撚り合せ本数により、抵抗値を自由に設計できる。

■　撚る合せによって、樹脂付着量が高（なるので、非
常に低抵抗値の糸状発熱体が得られる。

■　積層されたカーボン分散層により電流路が分散され
るので、電流密度の均一化が達成され、局部的過熱が防
止され安全性が保たる。

この現象は、各カーボン粒子層中のカーボン粒子が一種
のマイグレーション現象を起して−いるものと考えられ
る。

■　しかも、カーボン分散層は正の抵抗温度係数を持つ
ので、自己温度制御作用を発揮できるので安全である。

■　本発明の糸状発熱体は、可撓性に富む糸を使用して
おり、しかも積層されているためにカーボン分散層の表
面が平滑となるので、面状発熱体とする等の際の加工、
即ち、織り、編み等の際に高い加工性が得られるので従
来得られなかったような高度な商品化を可能にする。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）カーボン粒子を合成樹脂に分散させたカーボン粒
   子層を被覆した単位糸を複数本撚り合せた芯糸に、更に
   、カーボン粒子を合成樹脂に分散させたカーボン粒子層
   を１層以上積層して導電層を形成していることを特徴と
   する糸状発熱体。
2. （２）カーボン粒子の合成樹脂懸濁溶液に単位糸を浸漬
   し、乾燥固着させてカーボン粒子を合成樹脂中に分散さ
   せたカーボン粒子層を前記単位糸の周囲に形成させ、こ
   れを複数本撚り合せて芯糸とし、次いで、この芯糸を前
   記と同種又は異種のカーボン粒子の合成樹脂懸濁溶液に
   浸漬、乾燥固着することを１回以上繰り返して、前記芯
   糸の周囲にカーボン粒子層を積層させたことを特徴とす
   る糸状発熱体の製造方法。