(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
カーボンナノチューブを含有する面状発熱体において、
ポリエチレン樹脂を蓄えた容器と、カーボンナノチューブを蓄えた容器と、りん状黒鉛を蓄えた容器とが設置されており、これら各容器内のポリエチレン樹脂、カーボンナノチューブおよびりん状黒鉛は、自動計量装置によって制御されている送り出し装置を通して混練造粒機に送り出し、前記混練造粒機で、ポリエチレン樹脂、カーボンナノチューブおよびりん状黒鉛を混ぜ合わせ、その後、ペレット製造機で押し出しながら所定形状のペレット状体にし、このペレット状体を溶解機で溶かし、成膜生成機で加工し、前記ポリエチレン樹脂を６０〜８４ｗｔ％、前記カーボンナノチューブを８〜１５ｗｔ％、前記りん状黒鉛を８〜２５ｗｔ％含有するシート状のほぼ１００μmの極薄成膜の面状発熱体としたことを特徴とする面状発熱体。
【請求項２】
前記カーボンナノチューブを１０．５〜１２．５ｗｔ％、前記りん状黒鉛を９．５〜１４．５ｗｔ％含有す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】
前記ポリエチレン樹脂ＰＥを７４ｗｔ％、前記カーボンナノチューブを１２．５ｗｔ％、前記りん状黒鉛を１３．５ｗｔ％含有することを特徴とする請求項１に記載の面状発熱体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、カーボンナノチューブを使用した面状発熱体に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般にカーボンナノチューブ（メーカによりカーボンナノファイバーCNFとも呼ぶ）を使用した面状発熱体が知られており（例えば、特許文献１〜５を参照）、特許文献２の段落番号００２３には、カーボンナノチューブＣＮＴと黒鉛粉末の好ましい比率として８０：２０〜２０：８０と記載され、特許文献３の段落番号０１０６には、樹脂＋添加剤＋黒鉛が記載され、特許文献４には合成樹脂分散媒に微小粒径の黒鉛とカーボンブラックとを所定割合で混入したものが記載され、特許文献５には、鱗片形状の黒鉛を用いたものが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−４５０２５号公報
【特許文献２】特開２００９−１４４０００号公報
【特許文献３】特開２００９−１９９７９４号公報
【特許文献４】特開２００６−７３２１７号公報
【特許文献５】特開２０００−７７１６７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、従来の面状発熱体は、カーボンナノチューブとグラファイトとの混合比については十分な検討がなされておらず、十分な発熱量、シート状に加工したときの脆さ、などの関係が明らかにされていなかった。このため、カーボンナノチューブの使用量が多くなって高価な面状発熱体となっていた。
【０００５】
本発明の目的は、十分な発熱量が得られ、シート状に加工したときに粘りを有して割れにくくなり、しかも安価な面状発熱体を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は上記目的を達成するために、カーボンナノチューブを含有する面状発熱体において、 ポリエチレン樹脂を蓄えた容器と、カーボンナノチューブを蓄えた容器と、りん状黒鉛を蓄えた容器とが設置されており、これら各容器内のポリエチレン樹脂、カーボンナノチューブおよびりん状黒鉛は、自動計量装置によって制御されている送り出し装置を通して混練造粒機に送り出し、前記混練造粒機で、ポリエチレン樹脂、カーボンナノチューブおよびりん状黒鉛を混ぜ合わせ、その後、ペレット製造機で押し出しながら所定形状のペレット状体にし、このペレット状体を溶解機で溶かし、成膜生成機で加工し、前記ポリエチレン樹脂を６０〜８４ｗｔ％、前記カーボンナノチューブを８〜１５ｗｔ％、前記りん状黒鉛を８〜２５ｗｔ％含有するシート状のほぼ１００μmの極薄成膜の面状発熱体としたことを特徴とする面状発熱体。
【０００７】
上記構成によれば、成膜１００μｍ程度にまで薄くすることができ、十分な発熱量が得られ、シート状に加工したときに粘りを有して割れにくくなり、しかも安価な面状発熱体を得ることができる。
【０００８】
また本発明は、上述の構成に加えて、前記カーボンナノチューブを１０．５〜１２．５ｗｔ％、りん状黒鉛を９．５〜１４．５ｗｔ％含有することを特徴とする。
【０００９】
上記構成によれば、カーボンナノチューブの含有量が少なくて発熱性に優れた面状発熱体を得ることができる。
【００１０】
また本発明は、上述の構成に加えて、ポリエチレン樹脂ＰＥを７４ｗｔ％、カーボンナノチューブを１２．５ｗｔ％、りん状黒鉛を１３．５ｗｔ％含有することを特徴とする。
【００１１】
上記構成によれば、成膜を１００μｍに薄くして製作しても、望ましい発熱温度を得ることができる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明による面状発熱体によれば、十分な発熱量が得られ、シート状に加工したときに粘りを有して割れにくくなり、しかも安価な面状発熱体を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の一実施の形態による面状発熱体の製造工程を示す概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００１５】
図１は、本発明の一実施の形態による面状発熱体の製造工程を示す概略構成図である。
【００１６】
ポリエチレン樹脂ＰＥを蓄えた容器１と、カーボンナノチューブＣＮＴを蓄えた容器２と、りん状黒鉛ＧＦを蓄えた容器３とが設置されており、これら各容器１〜３内のポリエチレン樹脂ＰＥ、カーボンナノチューブＣＮＴおよびりん状黒鉛ＧＦは、自動計量装置４によって制御されている送り出し装置５Ａ〜５Ｃを通して混練造粒機６に送り出されている。
【００１７】
自動計量装置４によって制御されて送り出されるポリエチレン樹脂ＰＥは６０〜８４ｗｔ％であり、カーボンナノチューブＣＮＴは８〜１５ｗｔ％であり、りん状黒鉛ＧＦは８〜２５ｗｔ％である。
【００１８】
混練造粒機６では、上述した割合で供給されたポリエチレン樹脂ＰＥ、カーボンナノチューブＣＮＴおよびりん状黒鉛ＧＦを混ぜ合わせている。その後、ペレット製造機７で押し出しながら所定形状のペレット状体にする。
【００１９】
その後の所定のタイミングで第二工程を実施し、ペレット状体を溶解機８で溶かし、成膜生成機９で面状発熱体に加工する。
【００２０】
このようにして面状発熱体を製造すると、カーボンナノチューブを１８ｗｔ％程度使用した場合とほぼ同様の発熱量を得ることができた。しかしながら、実際にカーボンナノチューブを１８ｗｔ％程度使用すると、シート状に加工したとき脆くなるため、グラファイト１５ｗｔ％が限界である。
【００２１】
この点、ポリエチレン樹脂ＰＥと、カーボンナノチューブＣＮＴと、グラファイトとしてりん状黒鉛ＧＦを使用して上述した割合とすると、カーボンナノチューブＣＮＴの添加量を抑えながらグラファイトの添加量を増やすことができるようになった。
【００２２】
条件を満たすあるモデルでは、シート状に加工したとき粘りを得ることがグラファイトの添加量を２５ｗｔ％まで上げても割れにくくなり、カーボンナノチューブＣＮＴを８〜１５ｗｔ％に抑えることができ、コストダウンを図ることができた。
【００２３】
グラファイトとしては、りん状黒鉛ＧＦを使用するが、球状黒鉛を使用した場合よりも発熱の点でよい結果を得ることができた。平均粒径が大きすぎると、成膜時に望ましくない結果が現れてしまう。
【００２４】
成膜生成時に、成膜生成機８におけるダイスまたはロールの温度をなるべく高めに設定することにより、電気抵抗値の低下および発熱量の改善が期待できる。グラファイトの添加量が上述の選定量の上限を超えると、原料コストを下げることはできるが、強度不足や粘度が上昇してしまい、成膜が困難になる。
【００２５】
グラファイトの添加量を上述の選定量の上限を設定することは、カーボンナノチューブＣＮＴの添加量を多くすることになる。それによってコスト高となってしまうが、上述したように薄い成膜を良好に生成することができるので、全体としてはコストダウンを図ることができる。
【００２６】
望ましい結果を得られた具体的な面状発熱体を紹介する。モデルＡは、ポリエチレン樹脂ＰＥが７４ｗｔ％であり、カーボンナノチューブＣＮＴが１２．５ｗｔ％であり、りん状黒鉛ＧＦが１３．５ｗｔ％を含んで成膜が１００μｍの面状発熱体を製作すると、１０ｃｍ×１０ｃｍの電極を用いて印可電圧４０Ｖで発熱を観察した場合、発熱温度は５２℃、また５ｃｍ×５ｃｍの電極を用いて印可電圧３０Ｖで発熱を観察すると、発熱温度は６８℃であった。後者の場合、通電開始前は２６．２℃、通電開始３０秒後には６２．１℃、通電開始３分後には６７．２℃、通電開始５分後には最高温度の６８℃となった。
【００２７】
またモデルＢは、ポリエチレン樹脂ＰＥが７４ｗｔ％であり、カーボンナノチューブＣＮＴが１１．５ｗｔ％であり、りん状黒鉛ＧＦは１４．５ｗｔ％を含んで成膜が１３０μｍの面状発熱体を製作すると、１０ｃｍ×１０ｃｍの電極を用いて印可電圧４０Ｖで発熱を観察した場合、発熱温度は５４℃、また５ｃｍ×５ｃｍの電極を用いて印可電圧３０Ｖで発熱を観察した場合、発熱温度は６６℃であった。後者の場合、通電開始前は２７．４℃、通電開始３０秒後には６０．２℃、通電開始３分後には６６．３℃となり、通電開始５分後には最高温度の６６．８℃であった。
【００２８】
またモデルＣは、ポリエチレン樹脂ＰＥが７５ｗｔ％であり、カーボンナノチューブＣＮＴが１０．５ｗｔ％であり、りん状黒鉛ＧＦは１４．５ｗｔ％を含んで成膜が１３０μｍの面状発熱体を製作すると、１０ｃｍ×１０ｃｍの電極を用いて印可電圧４０Ｖで発熱を観察した場合、発熱温度は４５℃、また５ｃｍ×５ｃｍの電極を用いて印可電圧３０Ｖで発熱を観察した場合、発熱温度は６０℃であった。後者の場合、通電開始前は２６．７℃、通電開始３０秒後には５０．８℃、通電開始１分３０秒後には６０．０℃となり、通電開始５分後には最高温度の６０．９℃であった。
【００２９】
さらに、モデルＤは、ポリエチレン樹脂ＰＥが７８ｗｔ％であり、カーボンナノチューブＣＮＴが１２．５ｗｔ％であり、りん状黒鉛ＧＦは９．５ｗｔ％を含んで成膜が１３０μｍの面状発熱体を製作すると、１０ｃｍ×１０ｃｍの電極を用いて印可電圧４０Ｖで発熱を観察した場合、発熱温度は４５℃、また５ｃｍ×５ｃｍの電極を用いて印可電圧３０Ｖで発熱を観察した場合、発熱温度は６３℃であった。後者の場合、通電開始前は２７．４℃、通電開始３０秒後には５５．２℃、通電開始３分後には最高温度の６３．６℃であった。
【００３０】
このように本発明では、ポリエチレン樹脂ＰＥは６０〜８４ｗｔ％であり、カーボンナノチューブＣＮＴは８〜１５ｗｔ％であり、りん状黒鉛ＧＦは８〜２５ｗｔ％として面状発熱体を製造すると、カーボンナノチューブＣＮＴの添加量を抑えながらグラファイトの添加量を増やすことができるようになり、シート状に加工したとき粘りを得て割れにくくなり、しかも、発熱性に優れた安価な面状発熱体を得ることができる。
【００３１】
しかも、りん状黒鉛ＧＦを含有しないでカーボンナノチューブＣＮＴの含有量の多い従来のものでは、成膜が２２０μｍの面状発熱体と厚く製作する必要があったのに対して、成膜１００μｍ程度にまで薄くすることができる。
【００３２】
また、良好な実験結果が得られた上述の各モデルＡ〜Ｄに注目すると、カーボンナノチューブＣＮＴの含有量が少なくて発熱性に優れたモデルは、先の混合条件の範囲内で、カーボンナノチューブＣＮＴは１０．５〜１２．５ｗｔ％であり、りん状黒鉛ＧＦは同９．５〜１４．５ｗｔ％とするのが良い。
【００３３】
さらに、上述の各モデルＡ〜Ｄのうち最も良い実験結果が得られたモデルＡは、ポリエチレン樹脂ＰＥが７４ｗｔ％であり、カーボンナノチューブＣＮＴが１２．５ｗｔ％であり、りん状黒鉛ＧＦが１３．５ｗｔ％である。このモデルＡによれば、成膜を１００μｍに薄くして製作しても、望ましい発熱温度を得ることができる。
【符号の説明】
【００３４】
ＰＥ    ポリエチレン樹脂
ＣＮＴ  カーボンナノチューブ
ＧＦ    りん状黒鉛
【図１】
0006591159.tif 000002