(57)【要約】【課題】視認性を犠牲にすることなく対象物を加熱あるいは保温する。【解決手段】通電電流によって発熱する発熱シート１ａ、１ｂと、当該発熱シート１ａ、１ｂの両端に配置され、発熱シート１ａ、１ｂに給電する一対の電極２ａ、２ｂとを備え、発熱シート１ａ、１ｂには、一方側から他方側が視認自在な光透過部Ｈが二次元的に複数形成されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
通電電流によって発熱する発熱シートと、
当該発熱シートの両端に配置され、前記発熱シートに給電する一対の電極とを備え、
前記発熱シートには、一方側から他方側が視認自在な光透過部が二次元的に複数形成されていることを特徴とする発熱体。
【請求項２】
前記発熱シートは、シート状基材の両面あるいは片面に前記通電電流によって発熱する発熱層を備えることを特徴とする請求項１に記載の発熱体。
【請求項３】
前記発熱層は、炭素繊維が基質に分散してなる炭素繊維分散皮膜であることを特徴とする請求項２に記載の発熱体。
【請求項４】
前記基質は塗料であることを特徴とする請求項３に記載の発熱体。
【請求項５】
前記光透過部は、貫通孔であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の発熱体。
【請求項６】
前記シート状基材は透明あるいは半透明な材料から形成され、
前記光透過部は、前記シート状基材の両面あるいは片面から前記発熱層が部分的に除去された部位であることを特徴とする請求項２〜４のいずれか一項に記載の発熱体。
【請求項７】
前記光透過部は、前記通電電流が前記一対の電極間に直線的に流れないように配置されていることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の発熱体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発熱体に関する。
【背景技術】
【０００２】
下記特許文献１には、炭素繊維が被膜基質中に分散されてなる炭素繊維分散皮膜が開示されている。この炭素繊維分散皮膜は、カーボンナノチューブに代表されるカーボンナノ構造体等の微細炭素繊維を分散剤あるいは溶媒中に分散させてなる炭素繊維分散液を基板上に膜状に展開し、当該膜状展開層を乾燥あるいはゲル化することにより炭素繊維が分散配置された繊維骨格組織層を備え、この繊維骨格組織層に皮膜形成成分を含有する流動体をオーバーコートしたものである。このような炭素繊維分散皮膜は、発熱材料や導線等に適用可能である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−２７３８０６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、上述した炭素繊維分散皮膜等から構成した発熱体を用いて発光体を加熱あるいは保温することを考えた場合、発熱体が光透過性を有しないため、このような適用は困難である。しかしながら、例えば信号機のように屋外で使用される発光体のうち、特に寒冷地で使用されるものは、雪の付着によって信号機の視認性が損なわれるため、何らかの発熱体で加熱することにより雪の付着を防止したいという要求がある。
【０００５】
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、視認性を犠牲にすることなく対象物を加熱あるいは保温することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために、本発明では、発熱体に係る第１の解決手段として、通電電流によって発熱する発熱シートと、当該発熱シートの両端に配置され、前記発熱シートに給電する一対の電極とを備え、前記発熱シートには、一方側から他方側が視認自在な光透過部が二次元的に複数形成されている、という手段を採用する。
【０００７】
本発明では、発熱体に係る第２の解決手段として、上記第１の解決手段において、前記発熱シートは、シート状基材の両面あるいは片面に前記通電電流によって発熱する発熱層を備える、という手段を採用する。
【０００８】
本発明では、発熱体に係る第３の解決手段として、上記第２の解決手段において、前記発熱層は、炭素繊維が基質に分散してなる炭素繊維分散皮膜である、という手段を採用する。
【０００９】
本発明では、発熱体に係る第４の解決手段として、上記第３の解決手段において、前記基質は塗料である、という手段を採用する。
【００１０】
本発明では、発熱体に係る第５の解決手段として、上記第１〜第４のいずれかの解決手段において、前記光透過部は、貫通孔である、という手段を採用する。
【００１１】
本発明では、発熱体に係る第６の解決手段として、上記第２〜第４のいずれかの解決手段において、前記シート状基材は透明あるいは半透明な材料から形成され、前記光透過部は、前記シート状基材の両面あるいは片面から前記発熱層が部分的に除去された部位である、という手段を採用する。
【００１２】
本発明では、発熱体に係る第７の解決手段として、上記第１〜第６のいずれかの解決手段において、前記光透過部は、前記通電電流が前記一対の電極間に直線的に流れないように配置されている、という手段を採用する。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、発熱シートには、一方側から他方側が視認自在な光透過部が二次元的に複数形成されているので、視認性を犠牲にすることなく対象物を加熱あるいは保温することが可能な発熱体を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の第１実施形態に係る発熱体Ａ、Ａ１の正面図である。
【図２】図１におけるＸ−Ｘ線の矢視図である。
【図３】本発明の第１実施形態の変形例に係る発熱体Ａ２の正面図である。
【図４】本発明の第２実施形態に係る発熱体Ｂ、Ｂ１の正面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。
〔第１実施形態〕
最初に、本発明の第１実施形態に係る２つの発熱体Ａ、Ａ１について説明する。なお、これら２つの発熱体Ａ、Ａ１は、図１に示すように正面から見た構成は同一なものの、図２に示すように断面として見た場合に構成が異なる。
【００１６】
これら２つの発熱体Ａ、Ａ１は、図１に示すように発熱シート１ａ、１ｂ及び一対の帯状電極２ａ、２ｂを備えている。ここで、発熱シート１ａは発熱体Ａが備えるものであり、また発熱シート１ｂは発熱体Ａ１が備えるものである。すなわち、２つの発熱体Ａ、Ａ１は、発熱シート１ａ、１ｂの構成が若干異なるものの、一対の帯状電極２ａ、２ｂの構成は同一である。
【００１７】
発熱シート１ａ、１ｂは、通電電流Ｉによって発熱する矩形状のシート状部材であり、図１に示すように互いに平行な一対の辺Ｓ１、Ｓ２と当該一対の辺Ｓ１、Ｓ２に直交すると共に互いに平行な一対の辺Ｓ３、Ｓ４を備える。また、一方の発熱シート１ａは、図２（ａ）に示すようにシート状基材１ｃと発熱層１ｄとを備え、他方の発熱シート１ｂは、図２（ｂ）に示すようにシート状基材１ｅと発熱層１ｄとを備える。
【００１８】
シート状基材１ｃ、１ｅは、可撓性及び耐熱性を有する材料から形成されており、発熱シート１ａ、１ｂの機械的特性を担う矩形状部材である。一方のシート状基材１ｃは、例えば紙あるいは耐熱性の樹脂から形成されており、他方のシート状基材１ｅは、耐熱性を有すると共に透明あるいは半透明な樹脂から形成されている。
【００１９】
発熱層１ｄは、上記シート状基材１ｃ、１ｅの片面に設けられ、発熱シート１ａ、１ｂの発熱特性を担う矩形状の膜である。この発熱層１ｄは、通電電流Ｉによって発熱する特性を有し、例えば炭素繊維が所定の基質中に分散してなる炭素繊維分散皮膜である。上記炭素繊維は、カーボンナノチューブに代表されるカーボンナノ構造体からなる微細な導電性繊維である。上記基質は、所定の分散剤あるいは溶媒であり、例えば塗料である。
【００２０】
このような発熱層１ｄは、通電電流Ｉによる発熱性を有するものの、光を透過しない光遮蔽性を有する。例えば炭素繊維分散皮膜からなる発熱層１ｄは黒色である。また、このような発熱層１ｄを備える発熱シート１ａ、１ｂ（発熱層１ｄ）は、光学的な光遮蔽性を有するものの、炭素繊維が矩形の全領域において均一に分散しているので、電気的には均一な電気抵抗を有する。
【００２１】
さらに、２つの発熱シート１ａ、１ｂには、表側（一方側）から裏側（他方側）が視認自在な光透過部Ｈ、Ｈａが二次元的に複数形成されている。なお、光透過部Ｈは、一方の発熱シート１ａに形成されているものであり、光透過部Ｈａは、他方の発熱シート１ｂに形成されているものである。これら複数の光透過部Ｈ、Ｈａは、図示するように通電電流Ｉが一対の電極２ａ、２ｂ間に直線的に流れないように千鳥格子状に配置されている。
【００２２】
すなわち、光透過部Ｈは、発熱シート１ａの表面から裏面に貫通する円形の貫通孔、つまりシート状基材１ｃ及び発熱層１ｄが部分的かつ円形に除去された部位である。これに対して、光透過部Ｈａは、発熱層１ｄのみが部分的かつ円形に除去された部位であり、シート状基材１ｅには何ら加工が施されていないものである。上記光透過部Ｈは、貫通孔であるが故に光透過性を有し、また光透過部Ｈａは、シート状基材１ｅが透明あるいは半透明なので光透過性を有する。
【００２３】
なお、この第１実施形態における発熱シート１ａ、１ｂは、図２に示すようにシート状基材１ｃ、１ｅの片面に発熱層１ｄを備える。しかしながら、発熱層１ｄは、必要に応じてシート状基材１ｃ、１ｅの両面に設けられていてもよい。すなわち、発熱シート１ａ、１ｂの両面に発熱性能を付与するためにはシート状基材１ｃ、１ｅの両面に発熱層１ｄを設ける。
【００２４】
一対の帯状電極２ａ、２ｂは、図１に示すように直線形状の帯状電極であり、発熱シート１ａ、１ｂの発熱層１ｄに接触するように発熱シート１ａ、１ｂの上面かつ両端に配置されている。これら一対の帯状電極２ａ、２ｂは、互いに平行な姿勢で発熱シート１ａ、１ｂの上面に離間配置されており、外部の電源Ｄ（直流電源）から接続電線３ａ、３ｂを介して供給された電力を発熱シート１ａ、１ｂ（より正確には発熱層１ｄ）に給電する。
【００２５】
すなわち、一対の帯状電極２ａ、２ｂのうち、一方の帯状電極２ａは、発熱シート１ａ、１ｂの辺Ｓ１に平行かつ近接して沿うように配置されており、一方の接続電線３ａを介して電源Ｄのプラス端子に接続されている。他方の帯状電極２ｂは、発熱シート１ａ、１ｂの辺Ｓ２に平行かつ近接して沿うように配置されており、他方の接続電線３ｂを介して電源ＤのＤＮＤ端子（接地端子）に接続されている。
【００２６】
また、このような一対の帯状電極２ａ、２ｂは、所定の接合手法によって発熱シート１ａ、１ｂの上面に設けられる。上記接合手法は、例えば導電性接着剤あるいはカシメ等の圧着である。なお、上述したようにシート状基材１ｃ、１ｅの両面に発熱層１ｄを設ける場合には、一対の帯状電極２ａ、２ｂを発熱シート１ａ、１ｂの両面に設ける。
【００２７】
次に、このように構成された発熱体Ａ、Ａ１の作用効果について詳しく説明する。
この発熱体Ａ、Ａ１では、発熱シート１ａ、１ｂ（発熱層１ｄ）が均一な電気抵抗を有し、かつ一対の電極２ａ、２ｂが平行に配置されているので、発熱シート１ａ、１ｂに通電電流Ｉが略均等に流れる。この結果として発熱シート１ａ、１ｂは、全域に亘って所定の温度（表面温度）に均一に発熱する。
【００２８】
ここで、光透過部Ｈ，Ｈａは、発熱シート１ａ、１ｂに対して千鳥格子状に配置されており、通電電流Ｉが一対の電極２ａ、２ｂ間に蛇行して流れるように工夫されているので、このような光透過部Ｈ，Ｈａの配置によっても発熱シート１ａ、１ｂは、全域に亘って均一に発熱する。
【００２９】
例えば、図３に示す発熱体Ａ２、つまり一対の電極２ａ、２ｂの対峙方向において光透過部Ｈ，Ｈａを碁盤の目のように規則正しく配置した発熱シート１ｆを採用したものでは、通電電流Ｉは蛇行して流れることはなく、対の電極２ａ、２ｂ間を直線的かつ筋状に流れる。この結果として、一対の電極２ａ、２ｂの対峙方向の直交方向に並列する筋状の発熱むらが発生し得る。
【００３０】
また、この発熱体Ａ、Ａ１では、発熱シート１ａに光透過部Ｈが二次元的に複数形成され、また発熱シート１ｂには光透過部Ｈａが二次元的に複数形成されているので、表側から裏側が、また裏側から表側が十分に視認可能である。特に一定距離だけ離間して発熱体Ａ、Ａ１を一方側から見た場合に、光の回折現象によって発熱体Ａ、Ａ１の存在が殆ど知覚されない。
【００３１】
したがって、本第１実施形態に係る発熱体Ａ、Ａ１によれば、一方側から他方側が視認自在であり、よって視認性を犠牲にすることなく一方側あるいは他方側に配置された対象物を加熱あるいは保温することが可能である。
【００３２】
例えば、電球あるいはＬＥＤ等によって発光する信号機に各発光部の表面（前面）に本第１実施形態に係る発熱体Ａ、Ａ１を設置した場合、各発光部の前方から発光色を確実に視認することが可能であると共に、各発光部の表面（前面）に付着した雪を容易に溶かすことが可能なので、雪の付着による発光色の視認性劣化を確実に防止することが可能である。
【００３３】
〔第２実施形態〕
次に、本発明の第２実施形態について、図４を参照して説明する。なお、この図４では、図１に示した構成要素と同一の構成要素には同一符号を付している。以下の説明では、この同一符号を付した構成要素については説明を省略する。
【００３４】
本第２実施形態に係る発熱体Ｂ、Ｂ１は、図４に示すように発熱シート１ｇ、１ｈ及び一対の帯状電極２ａ、２ｂを備えている。発熱シート１ｇ、１ｈは、上述した発熱シート１ａ、１ｂと同様に通電電流Ｉによって発熱する矩形状のシート状部材であり、互いに平行な一対の辺Ｓ１、Ｓ２と当該一対の辺Ｓ１、Ｓ２に直交すると共に互いに平行な一対の辺Ｓ３、Ｓ４を備える。また、一方の発熱シート１ｇは、上述した発熱シート１ａと同様にシート状基材１ｃと発熱層１ｄとを備え、他方の発熱シート１ｂは、上述した発熱シート１ｂと同様にシート状基材１ｅと発熱層１ｄとを備える。
【００３５】
このような発熱シート１ｇ、１ｈには、表側（一方側）から裏側（他方側）が視認自在な光透過部Ｈｂ、Ｈｃが二次元的に複数形成されている。光透過部Ｈｂは、一方の発熱シート１ｇに形成されているものであり、光透過部Ｈｃは、他方の発熱シート１ｈに形成されているものである。これら複数の光透過部Ｈｂ、Ｈｃは、図示するように通電電流Ｉが一対の電極２ａ、２ｂ間に直線的に流れないように千鳥格子状に配置されている。
【００３６】
このような光透過部Ｈｂ、Ｈｃは、図４に示すように、上述した光透過部Ｈ、Ｈａとは異なり、形状が六角形（正六角形）であり、また配置が蜂の巣状である。また、光透過部Ｈｂ、Ｈｃのうち、光透過部Ｈｂは、発熱シート１ｇの表面から裏面に貫通する円形の貫通孔、つまりシート状基材１ｃ及び発熱層１ｄの一部が六角形に除去された部位である。これに対して、光透過部Ｈｃは、発熱層１ｄの一部のみが六角形に除去された部位である。このような光透過部Ｈｂ、Ｈｃは、各々に光透過性を有する。
【００３７】
このように構成された発熱体Ｂ、Ｂ１によれば、発熱シート１ｇ、１ｈ（発熱層１ｄ）が均一な電気抵抗を有し、かつ一対の電極２ａ、２ｂが平行に配置されているので、発熱シート１ｇ、１ｈに通電電流Ｉが略均等に流れる。この結果として発熱シート１ｇ、１ｈは、全域に亘って所定の温度（表面温度）に均一に発熱する。
【００３８】
また、この発熱体Ｂ、Ｂ１では、発熱シート１ｇに光透過部Ｈｂが二次元的に複数形成され、また発熱シート１ｈには光透過部Ｈｃが二次元的に複数形成されているので、表側から裏側が、また裏側から表側が視認自在である。このような複数の光透過部Ｈｂ、Ｈｃを備えた発熱体Ｂ、Ｂ１では、一定距離だけ離間して発熱体Ｂ、Ｂ１を一方側から見た場合に、光の回折現象によって発熱体Ｂ、Ｂ１の存在が殆ど視認されない。
【００３９】
このような本第２実施形態に係る発熱体Ｂ、Ｂ１によれば、一方側から他方側が視認自在であり、よって視認性を犠牲にすることなく一方側あるいは他方側に配置された対象物を加熱あるいは保温することが可能である。したがって、例えば信号機における各発光部の表面（前面）に設置した場合に、各発光部の前方から発光色を確実に視認することが可能であると共に、雪の付着による各発光色の視認性劣化を確実に防止することが可能である。
【００４０】
なお、本発明は上記各実施形態に限定されるものではなく、例えば以下のような変形例が考えられる。
（１）上記各実施形態では、発熱シート１ａ、１ｂ、１ｆ、１ｇ、１ｈにおける発熱層１ｄを炭素繊維分散皮膜で形成したが、本発明はこれに限定されない。発熱層は、通電によって発熱する抵抗体（発熱抵抗体）であれば如何なるものであってもよい。例えば炭素繊維以外の導電性材料の粉末として、グラファイト（黒鉛）や導電性金属の粉末を所定の分散剤や溶剤を用いて分散させた分散膜を採用してもよい。
【００４１】
（２）上記各実施形態では、光透過部Ｈ、Ｈａ、Ｈｂ、Ｈｃの形状を円形あるいは六角形（正六角形）としたが、本発明はこれに限定されない。光透過部の形状は、円形あるいは六角形（正六角形）の他に、楕円形あるいは六角形（正六角形）以外の各種多角形、また幾何学的に分類されない様々な形状であってもよい。また、複数の光透過部は、同一形状でなくてもよく、異なる形状の光透過部を組み合わせてもよい。
【００４２】
（３）上記各実施形態では、通電電流Ｉが一対の帯状電極電２ａ、２ｂ間に直線的に流れないように光透過部Ｈ、Ｈａ、Ｈｂ、Ｈｃを配置したが、例えば光透過部Ｈ、Ｈａ、Ｈｂ、Ｈｃの個数をさらに増やした場合には、図３に示したように通電電流Ｉが一対の帯状電極電２ａ、２ｂ間に直線的に流れるように配置としてもよい。この場合、通電電流Ｉの通電経路がさらに増えるので、発熱むらが軽減される。また、上記各実施形態では、光透過部Ｈ、Ｈａ、Ｈｂ、Ｈｃを規則的に配置したが、光透過部Ｈ、Ｈａ、Ｈｂ、Ｈｃを規則性のない態様で配置してもよい。
【００４３】
（４）上記各実施形態では、発熱体Ａ、Ａ１、Ａ２、Ｂ、Ｂ１を信号機に適用した場合について説明したが、本発明はこれに限定されない。本発明に係る発熱体は様々なアプリケーションに適用可能である。例えば屋外に設置される比較的大型の表示パネルの前面に設けることにより、雪等の付着を防止ると共に所謂シャドーマスクとして機能させることが考えられる。
【００４４】
（５）上記各実施形態では、一対の帯状電極２ａ、２ｂを発熱シート１ａ、１ｂ、１ｆ、１ｇ、１ｈに設けたが、本発明はこれに限定されない。例えば、一対の帯状電極２ａ、２ｂとの間及び当該一対の帯状電極２ａ、２ｂの対峙方向における光透過部Ｈ、Ｈａ、Ｈｂ、Ｈｃの間に、比較的細い帯状電極を間隔を空けて追加配置してもよい。この場合、視認性を犠牲にすることなく電極間距離を減少させることが可能なので、発熱シート１ａ、１ｂ、１ｆ、１ｇ、１ｈの発熱量（表面温度）を上昇させることができる。
【００４５】
（６）上記各実施形態では、一対の帯状電極２ａ、２ｂを用いて発熱シート１ａ、１ｂ、１ｆ、１ｇ、１ｈに給電したが、本発明はこれに限定されない。例えば、一対（２つ）以上の帯状電極を用いて発熱シートに給電してもよい。また、電極の形状は、帯状に限定されることなく、各種形状の電極を採用することが可能である。
【００４６】
（７）上記各実施形態では、電源Ｄとして直流電源を用いたが、本発明はこれに限定されない。必要に応じて交流電源を採用してもよい。
【符号の説明】
【００４７】
Ａ、Ａ１、Ａ２、Ｂ、Ｂ１  発熱体
Ｄ  電源
Ｈ、Ｈａ、Ｈｂ、Ｈｃ  光透過部
１ａ、１ｂ、１ｆ、１ｇ、１ｈ  発熱シート
１ｃ  シート状基材
１ｄ  発熱層
２ａ、２ｂ  帯状電極
３ａ、３ｂ  接続電線
【図１】
2018106953.tif 000003
【図２】
2018106953.tif 000004
【図３】
2018106953.tif 000005
【図４】
2018106953.tif 000006