JPS62100971A - 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、電気的に発熱す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、可撓性に富み、長期間
の使用に耐える糸状発熱体に関するものである。

Ｃ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
、電気カーペット等民生用にも広く普及し、その便利さ
から今後型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２．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撞き付けた
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
コンジェ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
糸状発熱体を得るには、径を太くすることが必要となり
衣料用等の目的には適合しにくいという問題がある。し
かもこれらのものは、導電層が、屈曲、摩擦等によって
剥離し易い、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、従来の問題点を改善し、細い糸状で
電気抵抗が低く、しかも各部の前記値が均一で、その上
、可撓性に冨み、発熱体層と芯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、芯
糸の周囲に、カーボン粒子及び金属粒子を合成樹脂中に
分散させたカーボン粒子及び金属粒子の混合層が単層又
は複数層の導電層を形成していることを特徴とするもの
である。

又、前記積層された糸状発熱体を製造する本発明の方法
ぽ、カーボン粒子及び金属粒子の合成樹脂懸濁溶液に芯
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芯糸上に形成させの
工程を１回以上繰り返して、前記芯糸の周囲にカーボン
粒子及び金属粒子の混合層を単層又は複数層の導電層を
形成させたこと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芯糸は、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〜ｌＯＯ℃の下で長期間安定
した物性を与えるものとしては、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には特に限
定はないが、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
、撚糸が好ましく特に、玉子撚り糸が織物としたときに
方向ムラがなく、品質のよい面状発熱体を得ことができ
るので、高級品用として通している。

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る。又
、前記と同様の理由で熱可塑性の樹脂の使用が好ましい
。

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。

本発明の糸状発熱体を実施するに当り、必要に応じ、カ
ーボン粒子と金属粒子との混合層を複数層積層すること
を包含するものであるが、その際の合成樹脂層に分散さ
れたカーボン粒子及び金属粒子の濃度を、例えば、糸条
発熱体の表面滑性を高めるために順次低減するなど、必
要に応じ各層毎に変更することができる。

本発明に使用する金属粒子は、得られる発熱体の単位長
さ当りの電気抵抗値を低くすることが目的であり、同じ
抵抗値をカーボン粒子のみで実現するよりも道かに細い
糸条体とすることができる。使用し得る金属には特に限
定はないカ、通常、銅、アルミニウム、ステンレス、ニ
ッケル、銀等が使用され、銅など錆の発生のおそれのあ
る場合には、防錆処理を施したものの使用が望ましい。

又、その粒径は、２０μ以下、好ましくは、１０〜２０
μのものを使用し、カーボン粒子との混合比は、通常、
カーボンに対し１００重量％、好ましくは５０重量％以
下の量を使用する。

カーボン粒子及び金属粒子の混合物の使用量は、とくに
限定はないが、通常、前記樹脂固形分１００重量部あた
り、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の抵抗値は、前記合成樹脂中のカー
ボン含有量、発熱層の厚さ等により一定しないが、通常
は１回のコーティングでほぼ０．６〜１２に９７ｍの抵
抗体を得ることができるので細い糸状発熱体とすること
ができる。

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、 く準備工程〉 芯糸の準備：結び玉のない糸条を容易する。

カーボン粒子及び金属粒子の混合樹脂懸濁液の準備：適
切な溶媒に樹脂、カーボン粒子及び金属粒子を熔解・懸
濁させ、その粘度が通常５０ポイズ以上１００ボイズ以
下とする。１００ボイズ以上ではコーティング作業が困
難となり、５０ボイズ以下では金属粒子の沈降が激しく
なるのでこのましくない。

〈コーティング工程〉 カーボン粒子及び金属粒子の懸濁液は、特に金属粒子の
沈降が激しいので、前記樹脂懸濁液を十分に攪拌しなが
ら前記芯糸を浸漬させた後、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関節する。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。

〈乾燥工程〉 コーティング工程から引き出された芯糸は、連続して次
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。

金属粒子は、カーボン粒子はど細かいものの入手が困難
であるので平滑な表面となり難（，２次加工の際の加工
性が低下することがある。

したがって、導電層を積層構造とし表層に樹脂含有量の
多い層を形成させることが有効である。

更に必要に応じ電導層を積層して更に抵抗値を低くする
こともできる。この場合は、所定の各粒子を懸濁させ、
粘度を調整した懸濁液により前記コーティング工程と乾
燥工程を所定回数繰り返せばよい。

く後工程〉 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。

かくして得られた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
発熱素材として有利に利用できる。以下、実施例を掲げ
て本発明、及びその優れた特性を具体的に説明する。

〔実施例１〕 平均粒径１０μの防錆加工した銅粉（三井製）と平均粒
径２０ｍμの炭素粉末とを第１表に示す組成比によ、て
混合したものを、ウレタン樹脂（大日精化製）をバイン
ダーとして使用し、それぞれ１０重量％となるように混
練した。

これをＭＥＫに溶解し溶液濃度２４重量％の懸濁液を得
た。かくして得られた懸濁液中にポリエステル２０番双
糸の紡績糸を２０℃の下で浸漬せしめ、直径０．７１１
℃ｍφのダイスで樹脂の付着量をコントロールした後、
連続して１２０℃に調整した乾燥機中を通して乾燥固着
させた。

かくして得た糸状発熱体の電気抵抗を測定した結果を前
記第１表に示す。なお表中の粘度は３０℃の下で測定し
た値である。

第　　１　　表 ＊　測定温度：３０℃ 第１表から防錆処理をした銅を使用した場合、カーボン
／銅の重量混合比が、はぼ７５／２５〜９０／１０でコ
ーティング時の含浸液の粘度がほぼ６４〜６７ポイズの
とき沈降安定性がよく、その時得られる電気抵抗値がほ
ぼ４〜ｌｌｋΩ／ｍの糸状発熱体が得られることがわか
る。

〔実施例２〕 実施例１の銅粉に代えて金属粉を粒径３〜５０μのニッ
ケル粉、粒径１０μのアルミ粉、粒径１０μのステンレ
ス粉、及び粒径１０μの銀粉を用い、炭素粒子／全金属
粉の重量割合が９０／１０とした外は、実施例１と同様
にして糸状発熱体を得、同様に電気抵抗値を測定した。

その結果を第２表に示す、なお、表中の沈降安定性及び
導電層表面のザラツキは観察により行い、Ｑは合格を、
又×は不合格を表す。

（以下余白） 第２表の結果から、粒子径を小さくしてカーボン粒子の
含有量を多くすると得られる導電層の表面が平滑になる
ことが分る。

以上実施例１及び実施例２によって得た本発明の糸状発
熱体は、（１）　　防寒用衣料分野としてライダースー
ツ、釣用、ダイパー服、インナースーツ、各種業務服、
下着等、（２）防寒用連装分野としてカーペット、毛布
、スポーツ膝掛は毛布、鉄道、バス等のモケット等、（
３）メディカル分野として遠赤外線利用の医療用途とし
てサポータ−１腹巻等、いわゆるシルバー産業商品とし
てのマット等、メディカルシート、（４）暖房用生活資
材分野として手袋、靴、靴下、座蒲団等、（５）暖房用
建材分野として床材、炬燵用資材等、（６）電材分野と
してＯＡ機器、自動車計器等の保温、（７）　　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及び金属粒子の混合層を積層す
る構成としたことにより、次の効果が得られる。

■　カーボン粒子のみを使用した場合よりも細い糸状発
熱体により遥かに低い電気抵抗値を得ることができるの
で、同じ電圧に対し大きな電流を流すことができるので
カーボン粒子のみによる同じ太さの糸状発熱体よりも発
熱量を増加させることができる。

■　発熱層となるカーボン粒子及び金属粒子の混合分散
層の付着が均一化されているので均一な電気抵抗体が得
られる。

■　カーボン粒子及び金属粒子の混合分散層を積層する
こと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
れは、前記年輪状に積層された各分散層の分散粒子が１
種マイグレーション現象を起しているため各層に電流が
分散されるものと考えられる。

■　カーボン粒子及び金属粒子の混合分散層の各層が緻
密構造となっているので、各種の機械的強度が向上し耐
久性が得られる。

■　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。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）芯糸の周囲に、カーボン粒子及び金属粒子を合成
   樹脂中に分散させたカーボン粒子及び金属粒子の混合層
   が単層又は複数層の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）カーボン粒子及び金属粒子の合成樹脂懸濁溶液に
   芯糸を浸漬し、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芯糸上に形成させ
   の工程を１回以上繰り返して、前記芯糸の周囲にカーボ
   ン粒子及び金属粒子の混合層を単層又は複数層の導電層
   を形成させたことを特徴とする糸状発熱体の製造方法。