(57)【要約】【課題】本発明は面状発熱体および面状発熱体の製造方法に関し、例えば暖房畳、床暖房、道路や屋根の融雪を行ったり、凍結を防止する等に最適に使用され、短い立ち上がり時間にて電気エネルギーの変換効率が良く、均一な発熱温度分布が得られ、しかも形状に制約されずに発熱が行え、また抵抗の低下に伴う過剰電流が流れることなく安全であり、ランニングコストが低く、製造工程が簡単であり、成形材料も少なく製作費および資材費を安価になす。【解決手段】フッソ系樹脂を主成分とする合成樹脂分散媒に、黒鉛とカーボンブラックとよりなる導電性材料を混入、分散させた面状発熱体において、前記合成樹脂分散媒に所定の微小粒径の前記黒鉛と、前記カーボンブラックとが所望割合に混合・分散される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
フッソ系樹脂を主成分とする合成樹脂分散媒に、黒鉛とカーボンブラックとよりなる導電性材料を混入、分散させた面状発熱体において、前記合成樹脂分散媒に、所定の微小粒径の前記黒鉛と、前記カーボンブラックとが所望割合に混合・分散されることを特徴とする面状発熱体。
【請求項２】
前記合成樹脂分散媒と、前記黒鉛と、前記カーボンブラックとの組成比が、５〜９：２〜６：１〜４（重量％）、好適には８：２：１（重量％）の割合に混合・分散されることを特徴とする請求項１に記載の面状発熱体。
【請求項３】
前記黒鉛と前記カーボンとの粒子径は、定方向フェレー径にて５〜１μｍクラスが約１５重量％、１〜０．３μｍクラスが約７０重量％、０．３〜０．０５μｍクラスが約１５重量％ほど均一に合成樹脂分散媒中に分散されることを特徴とする請求項１または２に記載の面状発熱体。
【請求項４】
前記組成割合の前記合成樹脂分散媒と、前記黒鉛と、前記カーボンブラックとに対して添加物としてＬｉ,Ｂｅ,Ｎａ,Ｍｇ, Ａｌ,Ｓｉ,Ｋ,Ｃａ, Ｔｉ ,Ｆｅ,Ｍｏ,Ｐb、またはこれらの群から選ばれる酸化物もしくは炭化物を約５重量％ほど添加して混合・分散させることを特徴とした請求項１,２,３に記載の面状発熱体。
【請求項５】
フッソ樹脂系の合成樹脂分散媒に、所定の微小粒径の黒鉛と、カーボンブラックと、添加物とを所望割合、混入して所望時間混練する工程と、
該合成樹脂分散媒と、黒鉛と、カーボンブラックと、添加物との混練物に水を混入して軟固形物を形成する工程と、
該軟固形物を押出成形することにより面状発熱体を成形する、
ことを特徴とした面状発熱体の製造方法。
【請求項６】
フッソ樹脂系の合成樹脂分散媒に、所定の微小粒径の黒鉛と、カーボンブラックと、添加物との混合物に水を所望量混入して混練する工程と、
その後に前記混合物を乾燥する工程と、
該混合物に揮発性溶剤を所望量混入し、乾燥して軟固形物を形成する工程と、
該軟固形物を押出成形することにより面状発熱体を成形する、
ことを特徴とした面状発熱体の製造方法。
【請求項７】
前記黒鉛と前記カーボンとの粒子径は、定方向フェレー径にて５〜１μｍクラスが約１５重量％、１〜０．３μｍクラスが約７０重量％、０．３〜０．０５μｍクラスが約１５重量％ほど均一に合成樹脂分散媒中に分散されることを特徴とする請求項５,６に記載の面状発熱体の製造方法。
【請求項８】
前記添加物が、Ｌｉ,Ｂｅ,Ｎａ,Ｍｇ, Ａｌ,Ｓｉ,Ｋ,Ｃａ, Ｔｉ ,Ｆｅ,Ｍｏ,Ｐb、またはこれらの群から選ばれる酸化物もしくは炭化物であることを特徴とした請求項５,６,７に記載の面状発熱体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は面状発熱体および面状発熱体の製造方法に関し、例えば暖房畳、床暖房、道路や屋根の融雪を行ったり、凍結を防止する等に最適に使用され、短い立ち上がり時間にて電気エネルギーの変換効率が良く、均一な発熱温度分布が得られ、しかも形状に制約されずに確実な発熱が行え、また所定温度を超えた場合に抵抗が減少されず、過剰に電流が流れることなく、安全性を高くする。
【背景技術】
【０００２】
従来、暖房用、また道路や屋根の融雪を行ったり、凍結を防止するのに用いる発熱体として、温度制御回路が不要な正温度係数特性を有する面状発熱体が脚光を浴びてきている。そして、正温度係数（「Ｐｏｓｉｔｉｖｅ  Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ  Ｃｏｅｆｆｉｅｎｔ」、以下、単に「ＰＴＣ」という。）とは、発熱体の温度が設計時に定められた所定温度まで上昇すると、発熱体の電気特性が増加する特性である。そして、発熱体は、通電されると、発熱で所定温度まで上昇するが、ＰＴＣ特性により電気抵抗が増加し、流れる電流が規制されることで発熱温度が所定温度で維持される、いわゆる自己温度制御機能を有するものであった。このＰＴＣ特性を発揮する面状発熱体を用いた暖房畳があった（例えば特許文献１参照）。
【０００３】
また、いわゆる自己温度制御機能を有する従来の面状発熱体は、発熱体を布や不織布などの基材に含浸させることにより柔軟性を発揮させるものがあった（例えば、特許文献２参照）。
【０００４】
また、裸ニクロム線を絶縁材料からなる粘着層上に配設し、この粘着層と裸ニクロム線とは、周辺部分をヒートシールされている多層の複合フィルムの内部に配設したものがあった（例えば特許文献３参照）。
【０００５】
また、シート状基体上にＰＴＣ特性を有する発熱層を有し、該発熱層の片面または両面に、熱膨張性球状体または熱分解性化合物を含有する熱膨張性層を設けたものがあった（特許文献４参照）。
【特許文献１】特開２００３−５９６２６号公報
【特許文献２】特開２００３−２６４０５２号公報
【特許文献３】特開２００３−２５７５９７号公報
【特許文献４】特開２００２−３１３５４１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１に記載の上記従来のＰＴＣ特性を発揮する面状発熱体は、発熱温度を設計時に定めた所定温度まで上昇すると、発熱体の電気抵抗が増加し、流れる電流が規制され、発熱温度が所定の温度に保たれるが、温度が変化する環境において実用に供する時に単に１種のＰＴＣ発熱体を使用するのではなく、特性の異なる複数の発熱体を組み合わせることにより実用に供されされていた。従って、立ち上がり時間が長くなり、電気エネルギーの変換効率は概して約７０〜８０％程度であり、ランニングコストは高くなる。また、製造工程が複雑で多岐になり、しかも成形材料の種類も多いので、製作費および資材費は高価なものであった。
【０００７】
また、発熱体を布や不織布などの基材に含浸させる特許文献２に記載の上記従来の面状発熱体は、柔軟性が完璧であるものとは言えなかった。しかも、発熱体を布や不織布等の基材に含浸させた場合に、通電に伴う発熱による結晶高分子の体積膨張が妨げられ、抵抗値が低下したり、または、発熱体の膜厚が均一に形成されずにバラツキを生ずるので、均一な温度分布が得られなかった。
【０００８】
また、裸ニクロム線を絶縁材料からなる粘着層上に配設し、この粘着層と裸ニクロム線との周辺部分をヒートシールする多層の複合フィルムの内部に配設した特許文献３に記載の上記従来の面状発熱体は、裸ニクロム線の周辺部分がヒートシールされるものなので、電極部配線の構造として発熱体の形状が、平面四角形、平面長方形等の角形に制約されて形成されるものであった。
【０００９】
従って、平面楕円形や平面円形の鏡等の加熱対象物に面状発熱体を形成した場合には、その形状に沿って面状発熱体を隈無く加熱することはできなかった。このため、鏡の全面に「曇り防止」をするニーズに対応することができなかった。
【００１０】
また、シート状基体上にＰＴＣ特性を有する発熱層を有し、該発熱層の片面または両面に、熱膨張性球状体または熱分解性化合物を含有する熱膨張性層を設けた特許文献４に記載の上記面状発熱体は、面状発熱体に通電が行われることにより発熱が所定の温度を超えて高温域に達すると、ＰＴＣ特性がＮＴＣ特性に変わり、電気抵抗が低くなることにより過剰の電流が流れて発熱・発火に到る危険があった。
【００１１】
本発明は上記従来の欠点を解決し、短い立ち上がり時間にて電気エネルギーの発熱への変換効率が良く、また均一な膜厚にて形成されて安定した発熱温度分布が得られ、また柔軟性に優れ、しかも形状に制約されずに発熱が充分に行え、また所定温度を超えた場合の発熱・発火がなく安全性が高く、ランニングコストが低く、さらには製造工程が簡単にして成形材料も少なく製作費および資材費が安価な面状発熱体および面状発熱体の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は上記課題に鑑みなされたものであり、請求項１に記載の発明は、フッソ系樹脂を主成分とする合成樹脂分散媒に、黒鉛とカーボンブラックとよりなる導電性材料を混入、分散させた面状発熱体において、前記合成樹脂分散媒に、所定の微小粒径の前記黒鉛と、前記カーボンブラックとが所望割合に混合・分散されることを特徴とする。
【００１３】
また、本発明の請求項２に記載の発明は、請求項１において、前記合成樹脂分散媒と、前記黒鉛と、前記カーボンブラックとの組成比が、５〜９：２〜６：１〜４（重量％）、好適には８：２：１（重量％）の割合に混合・分散されることを特徴とする。
【００１４】
また、本発明の請求項３に記載の発明は、請求項１または請求項２において、前記黒鉛と前記カーボンブラックとの粒子径は、定方向フェレー径にて５〜１μｍクラスが約１５重量％、１〜０．３μｍクラスが約７０重量％、０．３〜０．０５μｍクラスが約１５％ほど均一に合成樹脂分散媒中に分散されることを特徴とする。
【００１５】
また、本発明の請求項４に記載の発明は、請求項１、請求項２、請求項３において、前記組成割合の前記合成樹脂分散媒と、前記黒鉛と、前記カーボンブラックとに対して添加物としてＬｉ,Ｂｅ,Ｎａ,Ｍｇ, Ａｌ,Ｓｉ,Ｋ,Ｃａ, Ｔｉ ,Ｆｅ,Ｍｏ,Ｐb、またはこれらの群から選ばれる酸化物もしくは炭化物を約５重量％ほど添加して混合・分散させることを特徴とした。
【００１６】
また、本発明の請求項５に記載の発明は、フッソ樹脂系の合成樹脂分散媒に、所定の微小粒径の黒鉛と、カーボンブラックと、添加物とを所望割合、混入して所望時間混練する工程と、
該合成樹脂分散媒と、黒鉛と、カーボンブラックと、添加物との混練物に水を混入して軟固形物を形成する工程と、
該軟固形物を押出成形することにより面状発熱体を成形する、
ことを特徴としたという手段を採用した。
【００１７】
また、本発明の請求項６に記載の発明は、フッソ系樹脂の合成樹脂分散媒に、所定の微小粒径の黒鉛と、カーボンブラックと、添加物との混合物に水を所望量混入して混練する工程と、
その後に前記混合物を乾燥する工程と、
該混合物に揮発性溶剤を所望量混入し、乾燥して軟固形物を形成する工程と、
該軟固形物を押出成形することにより面状発熱体を成形する、
ことを特徴とした。
【００１８】
また、請求項７に記載の発明は、請求項５,６において、前記黒鉛と前記カーボンとの粒子径は、定方向フェレー径にて５〜１μｍクラスが約１５重量％、１〜０．３μｍクラスが約７０重量％、０．３〜０．０５μｍクラスが約１５重量％ほど均一に合成樹脂分散媒中に分散されることを特徴とする。
【００１９】
また、本発明の請求項８に記載の発明は、請求項５,６,７において前記添加物が、Ｌｉ,Ｂｅ,Ｎａ,Ｍｇ, Ａｌ,Ｓｉ,Ｋ,Ｃａ, Ｔｉ ,Ｆｅ,Ｍｏ,Ｐb、またはこれらの群から選ばれる酸化物もしくは炭化物であることを特徴とした。
【発明の効果】
【００２０】
本発明の面状発熱体および面状発熱体の製造方法は、短い立ち上がり時間にて電気エネルギーの熱変換効率が良く、また均一な膜厚にて形成されて安定した発熱温度分布が得られ、また柔軟性に優れ、しかも形状に制約されずに形状に沿う発熱が確実に行え、また所定温度を超えた場合に発熱・発火がなく安全であり、ランニングコストが低く、製造工程が簡単にして成形材料も少なく製作費および資材費は安価になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下図面に従い、本発明を実施するための最良の形態につき詳細を説明する。
【００２２】
図１は本発明の面状発熱体の実施形態１を示す顕微鏡写真、図２は同じく本実施形態１の面状発熱体の時間の経過に伴う表面温度変化を測定した特性のグラフである。
【００２３】
本実施形態１では、フッソ系樹脂を主成分とする合成樹脂分散媒に、黒鉛とカーボンブラックとよりなる導電性材料を混入、分散させた面状発熱体において、前記合成樹脂分散媒に、所定の微少粒径の前記黒鉛と、前記カーボンブラックとが所望割合に混合・分散されることを特徴とする。
【００２４】
前記黒鉛とカーボンブラックとの粒子径は、定方向フェレー径にて５〜１μｍクラスの大粒径のもの、また１〜０．３μｍクラスの中粒径のもの、０．３〜０．０５μｍクラスの小粒径のものとそれぞれ粒子径が大小異なるものを混合して使用される。
【００２５】
また、前記合成樹脂分散媒と、前記黒鉛と、前記カーボンブラックとは５〜９：２〜６：１〜４（重量％）の割合、好適には、その組成比が、８：２：１（重量％）の割合に混合される。
【００２６】
このように、本実施形態１での面状発熱体において、黒鉛とカーボンブラックとの粒子径が、定方向フェレー径にて５〜１μｍクラス、１〜０．３μｍクラス、０．３〜０．０５μｍクラスとそれぞれ粒子径が大小異なるものを所定割合、混合するようにしたのは、フッソ系の合成樹脂を主成分とする合成樹脂分散媒中に、１〜０．３μｍクラスの中粒の黒鉛とカーボンが黒鉛とカーボンブラックの全混入量の全体の約７０重量％の大部分を占め、そして、この中粒の黒鉛とカーボンブラック中に、５〜１μｍクラスの大粒径の黒鉛とカーボンとが約１５重量％存在し、さらに０．３〜０．０５μｍクラスの小粒径の黒鉛とカーボンとが１５重量％ほど、前記中粒クラスと前記大粒クラスの黒鉛とカーボンとの間に隈無く、均一に合成樹脂分散媒中に全体的に分散・混合させ、通電材料を合成樹脂分散媒中に高密度に分散させるようにするためである。
【００２７】
そして、本実施形態１で得られる面状発熱体を使用する場合に、通電が行われ、電気エネルギーの熱エネルギーへの変換効率が高く、少ない消費電力にて効率良く熱エネルギーを発生することができる。
【００２８】
また、前記合成樹脂分散媒としてフッソ系樹脂を主成分とするものが使用されるが、このフッソ系樹脂を使用するのは、例えば電気絶縁性のほか、耐寒性、耐熱性、耐薬品性、耐摩耗性、耐衝撃性等の機械的特性に優れているためである。
【００２９】
また、前述のように、フッソ系樹脂を主成分とする前記合成樹脂分散媒と、前記黒鉛と、前記カーボンブラックとの組成比が、５〜９：２〜６：１〜４（重量％）の割合、また、好適には、それらの組成比が、８：２：１（重量％）の所定割合に混合するのは、合成樹脂分散媒としてのフッソ系樹脂の電気絶縁性のほか、耐寒性、耐熱性、不燃性、耐薬品性、耐摩耗性、耐衝撃性、柔軟性等の機械的特性を充分に発揮するためと、合成樹脂分散媒に黒鉛およびカーボンブラックよりなる通電材料を前記組成割合に全体的に均一に分散させることにより良好な通電性を発揮するとともに電気エネルギーを熱エネルギーに効率良く変換する等の優れた電気特性を発揮するのと、前記合成樹脂分散媒と前記通電材料等との結合性を強固にするためである。
【００３０】
例えば、合成樹脂分散媒の組成比が、前記５〜９（重量％）よりも低く、黒鉛およびカーボンブラックの組成比が上記２〜６：１〜４（重量％）の割合よりも高くなる場合には、製造される面状発熱体は、亀裂やかけを生じ易く、柔軟性に欠けて引張、圧縮等の機械的強度の低下が著しく機械的寿命が短命になり、また、面状発熱体の製造時の成形性が悪く、さらには合成樹脂分散媒中に黒鉛およびカーボンブラックよりなる通電材料の混合・分散が不均一になって偏在し、通電性等が悪いものとなるためである。
【００３１】
また、前記組成割合の前記合成樹脂分散媒と、前記黒鉛と、前記カーボンブラックとに対して添加物としてＬｉ,Ｂｅ,Ｎａ,Ｍｇ, Ａｌ,Ｓｉ,Ｋ,Ｃａ, Ｔｉ ,Ｆｅ,Ｍｏ,Ｐbまたはこれらの群から選ばれる酸化物もしくは炭化物を約５重量％ほどの少量添加することにより混合・分散させる。このＬｉ,Ｂｅ,Ｎａ,Ｍｇ, Ａｌ,Ｓｉ,Ｋ,Ｃａ, Ｔｉ ,Ｆｅ,Ｍｏ,Ｐb、またはこれらの群から選ばれる酸化物もしくは炭化物としては、例えば前記群から選ばれる物質が数種含まれる鉱物を細かく粉砕したものを用いてもよい。
【００３２】
このように、前記組成割合の前記合成樹脂分散媒と、前記黒鉛と、前記カーボンブラックとに対して添加物としてＬｉ,Ｂｅ,Ｎａ,Ｍｇ, Ａｌ,Ｓｉ,Ｋ,Ｃａ, Ｔｉ ,Ｆｅ,Ｍｏ,Ｐb、またはこれらの群から選ばれる酸化物もしくは炭化物を混合して添加するのは、面状発熱体に通電し、発熱させることにより、１０〜４０ｍｍの波長の電磁波、例えばマイクロ波、遠赤外線等を発生させるためである。
【００３３】
このような波長の電磁波を面状発熱体が発生するように、融雪や、凍結を防止するための面状発熱体に適用する場合には、遠赤外線による電磁波の伝搬により面状発熱体から発生する熱エネルギーを損なうことなく雪や氷の分子と共鳴振動して活性化したり、または励起状態から基底状態に戻る際に水の分子等から放出される熱エネルギーにより融雪と凍結の防止とを効率的に行える。
【００３４】
そして、本実施形態１の面状発熱体を成形するには、混合用の撹拌容器内に、前記合成樹脂分散媒と、所定の微少粒径の前記黒鉛と、前記カーボンブラックと、前記添加物とを前記組成割合づつ投入し、所望時間、所望速度にて撹拌する。
【００３５】
この時、前記合成樹脂分散媒と、前記黒鉛と、前記カーボンブラックとの組成比は、例えば５〜９：２〜６：１〜４（重量％）の所定割合、さらに好適には前記合成樹脂分散媒と、前記黒鉛と、前記カーボンブラックとの組成比が、８：２：１（重量％）の割合に混合され、しかも、前記合成樹脂分散媒と、前記黒鉛と、前記カーボンブラックとに対してＬｉ,Ｂｅ,Ｎａ,Ｍｇ, Ａｌ,Ｓｉ,Ｋ,Ｃａ, Ｔｉ ,Ｆｅ,Ｍｏ,Ｐb、またはこれらの群から選ばれる酸化物もしくは炭化物よりなる添加物は、例えば約５重量％程度の少量の組成割合に混入させる。
【００３６】
次いで、これらの前記合成樹脂分散媒と、前記黒鉛と、前記カーボンブラックと、前記添加物との混合物に水を適量加えて所望時間混練することにより合成樹脂分散媒中に前記黒鉛と、前記カーボンブラックとをゲル状に均一に分散させる。その後、前記混合物に混入した水を除去し、乾燥させることにより前記混合物の半生固形物を造る。
【００３７】
このように、合成樹脂分散媒と、黒鉛と、カーボンブラックとの混合物とに適量の水を加えて混練するのは、通電性材料としての黒鉛と、カーボンブラックとを合成樹脂分散媒に対してゲル状になして偏在することなく均一に分散するのと、黒鉛と、カーボンブラックとの水分含有量を増すことにより混練時の摩擦係数を減らして合成樹脂分散媒に対する黒鉛とカーボンブラックとの混入作業を円滑かつ迅速に行うのと、半生固形物となすようにして加工性と取扱いとをを良くするためである。この時、混入する水の量を、合成樹脂分散媒と、黒鉛と、カーボンブラックとの混合量に応じて増減することにより、黒鉛と、カーボンブラックとの水分含有量や合成樹脂分散媒に対する黒鉛とカーボンブラックと摩擦係数を調整して加工性を良くする。
【００３８】
そして、前記混合物から面状発熱体を成形し易くするために、揮発性の溶剤を所望量ほど処理容器内の合成樹脂分散媒と、黒鉛と、カーボンブラック等との前記混合物に混入し、該処理容器を密閉し、乾燥する。
【００３９】
その後、揮発性の溶剤を蒸発させ、軟固形物を製造する。この乾燥は、自然乾燥を行うようにしても良いし、ヒータを用いて加熱するようにしてもよい。
【００４０】
このように、合成樹脂分散媒と、黒鉛と、カーボンブラック等との前記混合物に揮発性の溶剤を混入し、その後に乾燥するようにしたのは、合成樹脂分散媒の濃度を調整し、この合成樹脂分散媒内に混入・分散される前記黒鉛と、前記カーボンブラック等に対する馴染みと付着強度を強固になるように調整を行うためと、前記混合物を軟固形物に形成することにより面状発熱体の加工性を良くし、取扱い易くするためである。
【００４１】
それから、合成樹脂分散媒と、黒鉛と、カーボンブラック等とが混合された軟固形物を処理容器から取り出し、押出成形機を用いて加熱しながら面状に押出成形する。
【００４２】
さらに、加圧ローラにより軟固形物を延圧することにより面状発熱体を成形する。そして、この面状発熱体は、例えば厚さが０．１２ｍｍ、幅が３１ｍｍの素子形態として均一の厚さにて形成される。
【００４３】
この際、フッソ系樹脂を主成分とする合成樹脂分散媒と、黒鉛と、カーボンブラックと、前記少量の添加物とよりなる混合物は、予め合成樹脂分散媒中に黒鉛、カーボンブラック、添加物とを均一に混合・分散された軟固形物を用いて押出成形するので、短時間の成形時間にて迅速かつ作業効率良く、合成樹脂分散媒内に黒鉛と、カーボンブラックと、少量の添加物とが均一に分散された面状発熱体を成形することができ、成形は容易かつ確実である。
【実施例１】
【００４４】
先ず、混合用の撹拌容器内にフッソ系樹脂よりなる合成樹脂分散媒と、粒子径が定方向フェレー径にて５〜１μｍクラス、１〜０．３μｍクラス、０．３〜０．０５μｍクラスとそれぞれ大小異なる粒子径の黒鉛と、カーボンブラックとを所望の組成割合、例えば８：２：１（重量％）の組成割合に、しかも合成樹脂分散媒と、黒鉛と、カーボンブラックとに対してＬｉ,Ｂｅ,Ｎａ,Ｍｇ, Ａｌ,Ｓｉ,Ｋ,Ｃａ, Ｔｉ ,Ｆｅ,Ｍｏ,Ｐbまたはこれらの群から選ばれる酸化物もしくは炭化物の何れか１種，または複数種を添加物として約５重量％の少量の組成割合に投入し、混入する。
【００４５】
この際、本実施例１において用いる黒鉛とカーボンブラックとは、例えば定方向フェレー径にて５〜１μｍクラスの大粒径のものが約重量１５重量％、１〜０．３μｍクラスの中粒径が約７０重量％、さらに、０．３〜０．０５μｍクラスの中粒径が約１５重量％ほどの配合比にて使用される。
【００４６】
次いで、撹拌容器内において、この混合物に水を加えて混練することにより合成樹脂分散媒としてのフッソ系樹脂内に、黒鉛と、カーボンブラックと、前記添加物とをゲル状に均一に分散させる。その後、水を除去し、乾燥させることによりフッソ系樹脂と、黒鉛と、カーボンブラックと、添加物との混合物よりなる半生固形物を造る。そして、この半生固形物を処理容器内に移し、揮発性の溶剤を混入し、密閉して乾燥する。それから、揮発性の溶剤を蒸発させ、軟固形物になすことにより面状発熱体を成形し易くする。
【００４７】
そして、この軟固形物を加熱しながら面状に押出成形し、さらに加圧ローラにより延圧することにより厚さが０．１２ｍｍ、幅が３１ｍｍの素子形態の面状発熱体を成形した。
【００４８】
このようにして本実施例１の面状発熱体は成形される。
【００４９】
そして、この面状発熱体を倍率が３０００倍の顕微鏡にて観察し、撮影した図１に示す顕微鏡写真によると、フッソ系樹脂よりなる合成樹脂分散媒中には黒鉛とカーボンブラックとがむらなく均一に混合・分散されている。この黒鉛とカーボンブラックとの粒子径は、定方向フェレー径にて５〜１μｍクラスの大粒径のものが約１５重量％、１〜０．３μｍクラスの中粒径が約７０重量％、０．３〜０．０５μｍクラスの細粒径のものが約１５重量％ほど均一にフッソ系樹脂よりなる合成樹脂分散媒中に分散されている。このうち合成樹脂分散媒中には、黒鉛とカーボンブラックと全混入量の全体の約７０重量％の大部分を占める１〜０．３μｍクラスの中粒径の黒鉛とカーボン中に、大粒径の５〜１μｍクラスの黒鉛とカーボンとが約１５重量％存在し、さらに約１５重量％を占める０．３〜０．０５μｍクラスの小粒径の黒鉛とカーボンとが前記中粒径クラスと前記大粒径クラスの黒鉛とカーボンとの間に隈無く、均一に合成樹脂分散媒中に全体的に分散・混合されている。この時、使用された顕微鏡は、株式会社キーエンス社製の電子顕微鏡  型式ＶＩ−７８００を使用した。
【００５０】
このうち、合成樹脂分散媒中に約７０重量％もの多量を占めるように、混合・分散している中粒径に属する０．３〜０．５μｍクラスの粒子の黒鉛とカーボンブラックとは、炭素原子の一列数が約３０００〜５０００個の粒子が存在しているものと考えられる。これは、単純に（２７〜１２５）×１０9個の原子数で構成されている粒子と考えられる。
【００５１】
このことから、面状発熱体内の粒子の個々は、内部の炭素原子数より表面の原子数が遙かに多いことがわかり、それらの粒子は活性化され易く、面状発熱体内部での素子表面への熱伝導が効率良く行われ、発熱体として、電気エネルギーが熱エネルギーへ変換される効率が高くなる。
【００５２】
そして、本実施形態１の面状発熱体は、フッソ系樹脂よりなる合成樹脂分散媒内に黒鉛とカーボンブラックとよりなる通電材料がむらなく均一に混合・分散されるので、面状発熱体を使用する場合に通電が行われると、面状発熱体は活性化され易くなり、電気エネルギーの熱エネルギーへの変換効率が９０％以上と極めて高い。従って、少ない消費電力にて効率良く熱エネルギーを発生することができる。
【００５３】
また、本実施形態１の面状発熱体は、黒鉛とカーボンブラックとの全混合量中で約１５重量％を占める小粒径に属する０．０１μｍクラスの黒鉛とカーボンブラックとの粒子は、発熱体の表面を占める原子数が極めて多いので、面状発熱体に通電が行われると、活性化され易く、極めて良好な通電性も発揮される。
【００５４】
こうして成形された本実施形態１の面状発熱体について時間の経過に伴う表面温度変化を測定した結果、図２に示す特性のグラフを得た。
【００５５】
この温度測定は、測定室内温度Ｃが＋２０℃の下に部屋に設置するＥＳＰＥＣ社製のＳＨ−２４１小型環境試験器を用い、この小型環境試験器内において厚さが０．１２ｍｍ、幅が３１ｍｍの素子形態のサンプルＡの面状発熱体と、同形態のサンプルＢの面状発熱体とを被験対象とし、このサンプルＡと、サンプルＢとにつき、＋１００℃に１時間１５分加熱させるのと、−４０℃に１時間１５分冷却させることとを交互に４回繰り返して熱衝撃を与えた後に、サンプルＡとサンプルＢとについて２０サイクルの電気を通電し、時間の経過に伴う表面温度変化をそれぞれ測定した。この時、面状発熱体のサンプルＡ,Ｂの表面温度の測定には、測定記録計は日置電気株式会社製  ８４２１型を用い、温度センサには株式会社チノー製  ＶＴ−３型を用いて測定を行った。
【００５６】
そして、この表面温度の測定結果から分かったことは、図２に示すグラフに示すように、サンプルＡの面状発熱体では、約１０時間経過すると、その後の表面温度は約４５℃に上昇して以後略一定に安定化されることがわかった。またサンプルＢの面状発熱体では、約１０時間経過すると、その後の表面温度は約４０℃に上昇して以後略一定に安定化することがわかった。
【００５７】
こうして、サンプルＡ,Ｂともに通電性は良好になり、１０時間経過後には表面温度は略一定になり、安定化することがわかった。
【００５８】
しかも、サンプルＡ,Ｂともに通電を継続し続ければ、その表面温度は何時までも変化せずに低下しないことがわかった。
そして、サンプルＡの電気抵抗を調べた結果、６４Ωであり、また、サンプルＢの電気抵抗を調べると、７４Ωであることを確認した。
【００５９】
従って、シート状基体上にＰＴＣ特性を有する発熱層を有し、該発熱層の片面または両面に、熱膨張性球状体または熱分解性化合物を含有する熱膨張性層を設けた特許文献４に記載の前記面状発熱体が、所定の温度を超えて高温域に達すると、ＰＴＣ特性がＮＴＣ特性に変わり、電気抵抗が低くなることにより過剰の電流が流れて発熱・発火に到る危険があったのとは異なり、本実施形態１の面状発熱体では、発熱温度が略一定になった後での電気抵抗の低下がなく、電流が過剰に流れて発熱・発火する危険がなく、安全に発熱される。
【００６０】
なお、本測定試験では、面状発熱体に通電される電流として、交流を使用するようにしているが、これに限ることなく、直流であっても特性に変化はない。
【００６１】
また、本実施形態１の面状発熱体は、前述のようにフッソ系樹脂よりなる合成樹脂分散媒内に、通電性材料よりなる黒鉛と、カーボンブラック等を均一に混入・分散しているので、発熱体を布や不織布などの基材に含浸させた特許文献２に記載の上記従来の面状発熱体が、柔軟性が完璧ではなく、しかも発熱体を布や不織布等の基材に含浸させた場合に、結晶高分子の体積膨張が妨げられ、抵抗値の増加が低下し、発熱体の膜厚が均一に形成されずに発熱温度分布が不均一であったのとは異なり、本実施形態１の面状発熱体は、柔軟性は充分に発揮され、しかも発熱体の膜厚が均一な厚さに成形されて均一な発熱温度分布になる。
【００６２】
また、本実施形態１の面状発熱体は、フッソ系樹脂よりなる合成樹脂分散媒に、前記組成割合にて通電性材料よりなる黒鉛と、カーボンブラックとに対して添加物としてＬｉ,Ｂｅ,Ｎａ,Ｍｇ, Ａｌ,Ｓｉ,Ｋ,Ｃａ, Ｔｉ ,Ｆｅ,Ｍｏ,Ｐbまたはこれらの群から選ばれる酸化物もしくは炭化物が、約５重量％程度の少量混合されているので、面状発熱体に通電し、発熱がされると、１０〜４０ｍｍの波長の電磁波、例えばマイクロ波、遠赤外線等が発生される。そして、この遠赤外線による電磁波の伝搬により面状発熱体から発生する熱エネルギーは損なわれることはなく、面状発熱体として最適である。
【００６３】
このため、面状発熱体を屋根や道路の融雪装置や凍結防止装置に適用した場合に、合成樹脂分散媒中に前記添加物を所定割合混合・分散したことにより発生される遠赤外線による電磁波の伝搬により面状発熱体から発生する熱エネルギーを損なうことなく雪や氷の分子と共鳴振動して活性化したり、励起状態から基底状態に戻る際に水の分子等から放出される熱エネルギーにより融雪と凍結の防止とを効率的に行うことができる。
【００６４】
しかも、本実施形態１の面状発熱体は、合成樹脂分散媒としてフッソ系樹脂を主成分として使用しているので、例えば電気絶縁性のほか、耐寒性、耐熱性、不燃性、耐薬品性、耐摩耗性、耐衝撃性等の機械的特性に優れるため、例えばコンクリートにより構築される道路や駐車場での融雪装置や凍結防止装置に最適に使用することができる。
【００６５】
また、本実施形態の面状発熱体は、厚さが０．１２ｍｍ、幅が３１ｍｍの素子形態の薄いテープ状に形成されるので、例えば裸ニクロム線を絶縁材料からなる粘着層上に配設し、この粘着層と裸ニクロム線との周辺部分をヒートシールした多層の複合フィルムの内部に配設するような特許文献３に記載の面状発熱体では、裸ニクロム線の周辺部分をヒートシールしたことにより電極部配線の構造として発熱体の平面形状が、四角形、長方形等の角形に制約され、平面楕円や平面円形の鏡等の加熱対象物に面状発熱体を形成した場合に、その形状に沿って面状発熱体を発熱できず、例えば鏡に対して全面に「曇り防止」をするニーズに対応できなかったのとは異なり、本実施形態の面状発熱体では平面形状が四角形、長方形等の角形に限らず、平面楕円や円形状の鏡等の加熱対象物に面状発熱体を形成した場合に、その形状に沿って面状発熱体を確実かつむらなく均一に発熱させることができるという自由度がある。
【００６６】
なお上記説明では、面状発熱体は、厚さが０．１２ｍｍ、幅が３１ｍｍの素子形態の薄いテープ状に形成されたものにつき、代表的に説明したが、これは例示であり、面状発熱体の厚さ、幅の増減変更は自由であり、また形状、大きさの変更は適宜変更し得る。
【産業上の利用可能性】
【００６７】
本発明の面状発熱体および面状発熱体の製造方法は、短い立ち上がり時間にて電気エネルギーの変換効率が良く、また均一な膜厚にて形成されて均一で安定した発熱温度分布が得られ、また柔軟性に優れ、しかも形状に制約されずに形状に沿った発熱が行え、また所定温度を超えた場合に発熱・発火がなく安全であり、ランニングコストが低く、製造工程が簡単にして成形材料も少なく製作費および資材費を安価になす分野・用途に適する。
【図面の簡単な説明】
【００６８】
【図１】図１は本発明の面状発熱体の実施形態１を示す顕微鏡写真である。
【図２】図２は同じく本実施形態１の時間の経過に伴う表面温度変化を測定した特性のグラフである。
【符号の説明】
【００６９】
Ａ  サンプル
Ｂ  サンプル
【図２】
2006073217.tif 000003
【図１】
2006073217.tif 000004