JPS62100969A - 糸状発熱体 - 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、電気的に発熱する新規な糸状発熱体く及びそ
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（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、スズメッキした銅線、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、可撓性に冨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てい。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（、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、従来の問題点を改善し、各部の電気
抵抗が均一で可撓性に冨み、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、しかも長期間安
定して使用することができ、且つ万一過熱したときの安
全性の高い糸状の発熱体及びその製造方法を提供するこ
とを第一の目的としている。

更に、本発明は、万一発熱体が過熱したときに発熱体自
体が溶断して安全を保つことのできる糸状の発熱体及び
その製造方法を提供することを第二の目的としている。

〔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、明
確な融点を持つ合成繊維の紡績糸から成る芯糸に、カー
ボン粒子を合成樹脂に分散させたカーボン粒子層が複数
積層されて導電層を形成している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
。

本発明で言う前記の「明確な融点を有する合成繊維」と
は、加熱により除々に軟化したり、変質したりすること
がなく、結晶性高分子から成り融点に達するまでは強度
が高く、融点に達すると瞬時に融解する熱可塑性の合成
樹脂を原料とする繊維を意味している。このような繊維
で製造した発熱体は、何等かの理由で局部的過熱が生じ
た場合に一瞬にして溶断し、一種の温度フユーズとして
作用するので安全な発熱体とすることができる。好まし
い合成繊維を例示すると、ナイロン（融点範囲＝２１５
〜２２０”Ｃ）、ナイロン６６（融点範囲：２５５〜２
６０℃）、ポリエステル系（融点範囲＝２５５〜２６０
°ｃ）、ポリプロピレン系（融点範囲＝１６０〜１７０
°ｃ）、ポリエチレン系（融点範囲：１２５〜１３５℃
）などの繊維である。

本発明に使用する芯糸は、表面をラフ構造としてカーボ
ン粒子層との接着を良くするために前記の合成樹脂によ
り製造した紡績糸又はシースコアヤーンを使用するもの
である。

本発明に使用する前記紡績糸は、双糸、三子撚り糸等の
撚り糸の使用が好ましく、特に、三子撚り糸が織物とし
たときは方向ムラがないので、品質のよい面状発熱体を
得ことができるので、高級品用として適している。

又、本発明に使用する前記シースコアヤーンは、フィラ
メントを芯にしてその表面に綿状の短繊維を巻き付は処
理によって形成したものであり、紡績糸様の感触でしか
も強度の高い糸条であり、本発明の実施に好適な素材で
ある。本発明を実施する際の前記綿状の短繊維も明確な
融点を持つ合成繊維であることが好ましいが、それに限
定されず綿等を用いることができる。

又、芯糸の太さには特に制限はとないが、通常は４０番
手〜１０番手、好ましくは３０〜２０番手のものが使用
される。

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、熱可
塑性のものが好適である。

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重量部当り、通常５〜１
５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」二
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、本発明の発熱層は、１層でもよ
いが、電気抵抗値の調整、表面の平滑化等の目的で複数
層積層してもよい。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。その際、
合成樹脂層に分散されたカーボン粒子の濃度は、例えば
、線条発熱体の表面の平滑性を高めるためには、最内層
から順次１２市量％、１０重量％、最外層を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、積層する層の厚さ等により一定しないが、
通常は０．４〜０．６ｍｍ　φ、好ましくは０．５〜０
．５５ｍＩ＋＋φとしたときに、はぼ１２〜１４に０７
ｍの抵抗体を得ることができる。この糸状発熱体を更に
複数本撚り合せ太くすることにより、抵抗値を小さくす
ることが可能である。

本発明の前記糸状発熱体は、次の各工程により製造する
ことがでへる。即ち、 〈準備工程〉 芯糸の準備：結び玉のない糸条を用意する。

カーボンの樹脂恐濁液の準備：適切な溶媒に樹脂及びカ
ーボン粒子を熔解・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た型の容
器に入れる。懸濁液の粘度は、樹脂の種類及び濃度、カ
ーボン粒子径及び懸濁量等により一定しないが、通常２
０〜１００ボイズ稈度の範囲とすることが適当である。

くコーティング工程〉 コロイド状カーボンを懸濁させた前記樹脂１ｕ濁液を攪
拌しながら前記芯糸を浸漬させた後、取り出し、必要な
大きさの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芯糸は、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。

発熱層を複数層とするときには、前記のコーティング工
程と乾燥工程とを繰り返すことにより実施できる。

〈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
絶縁すると同様な手段により表面を絶縁する。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。

前記の導電層を積層したものは、発熱層となるカーボン
分散層の付着が均一化されており、しかも、積層された
カーボン分散層が年輪状となり、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。このこと
は、積層された各部分のカーボン粒子の分散濃度が、一
種のマイグレーション現象を起すことによるものと考え
られる。

かくして得られた本発明の糸状発熱体は、可撓性に冨み
、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１〜５及び比較例１〜４〕 本実施例は、各種の樹脂の双糸、三子撚り糸とを使用し
、比較例として同じ材質のフィラメントについて行った
ものである。

平均粒径１０μの炭素粒子を１０％含有するエステル型
ポリウレタン樹脂（大日精化製）をメチルエチルケトン
とＤＭＦとの重量比を８０７２０とした混合溶媒に濃度
２４％となるように溶解し、カーボン粒子の分散溶液（
以下「含浸液」という）を得た。

次いで、以下に掲げる第１表中に示す各種素材の紡績糸
及び／又はフィラメント糸のそれぞれについて、２０℃
に温度調節した前記の含浸液中に、２ｍ／分の速度で？
ｉ　？ｆｉした後、ダイスにより含浸液の付着量を調整
し、連続して温度を１２０℃とした乾燥機中を通過させ
て乾燥固着させて、カーボン粒子の分散層でコーティン
グした糸状体を得た。

前記で得た糸状体に対し、前記と同じ操作を３回繰り返
し、３層にカーボン粒子分散層が積層された本発明の糸
状発熱体を得た。このようにして得た各糸状発熱体につ
いて特性を測定した結果を前記第１表に示す。なお、円
形性の測定は顕微鏡により行い、又、樹脂付着安定性の
判定は観察により行った。

（以下余白） 第１表の結果から、明確な融点を持つ合成繊維を紡績糸
、シースコアヤーンを芯糸として作成した糸状発熱体は
、次の特徴を持つことが分る。

■　異常事態により発熱体が過熱されたとき、糸状発熱
体が熔融切断して温度フユーズ的効果を発揮する。

■　使用繊維が熱可塑性のために、カーボン粒子バイン
ダー用樹脂との接着性が高い。

■　芯糸として紡績糸、特に双糸、三子撚り糸、及びシ
ースコアヤーンを使用したものは、紡績糸が粗表面構造
となりコーティングする際の樹脂とのイ」着性が高く、
製造の際の加熱時及びヒータとしての発熱時の際に樹脂
が流下・流動することなく高い安定性が得られる。

以上のように本発明の糸状発熱体は、優れた性質を持つ
ので、次に示すような各種の用途に使用することができ
る。即ち、（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）防寒用建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、以上のように明確な融点を持つ
合成繊維による紡績糸を芯糸に使用し、この芯糸の周囲
にカーボン粒子層を形成する構成としたことにより、次
の効果が得られる。

■　異常発熱時（加熱時）に溶融切断し、いわゆる温度
フユーズ的効果があるので安全性が確保される。

■　熱可塑性合成樹脂で製造した繊維を使用したために
カーボン分散層との接着性と糸状発熱体の加工性が向上
する。

■　芯糸を紡績糸としたたため糸の表面がラフ構造にな
り、カーボン粒子懸濁液（含浸液）の付着量が増加し、
低抵抗化を達成、加熱時の流動防止による安全性が向上
する。

■　コーティングを繰り返すことによりカーボン分散層
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
。

特に、芯糸に三子撚り糸を使用した場合には、得られる
糸状発熱体の断面形状が方向性のない円形状となるので
摩擦係数が更に減少し、高級品等の製造に適した糸状発
熱体とすることができる。

■　カーボン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外、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。

■　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 (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）明確な融点を持つ合成繊維の紡績糸又はシースコ
   アヤーンから成る芯糸の周囲に、カーボン粒子を合成樹
   脂に分散させたカーボン粒子層から成る導電層を形成し
   ていることを特徴とする糸状発熱体。
2. （２）紡績糸が双糸であることを特徴とする特許請求の
   範囲第１項に記載の糸状発熱体。
3. （３）紡績糸が三子撚り糸であることを特徴とする特許
   請求の範囲第１項に記載の糸状発熱体。