(57)【要約】      （修正有）【課題】導電性フィラー充填樹脂系材料を用いて構成したヒータ装置を提供する。【解決手段】導電性フィラー充填樹脂系材料は、ミクロンオーダーの導電性粉体、導電性ファイバ、それらの混合物を、樹脂ホスト材料の中に均一に分散させて成る材料であり、樹脂ホスト材料の重量に対する重量比は、約０．２０〜約０．４０の範囲内にある。導電性粉体は、カーボンやグラファイト等の非金属粉体、非金属粉体に金属メッキしたファイバ、金属粉体、金属粉体に金属メッキした粉体、それら粉体を混合したものである。導電性ファイバは、ニッケルメッキしたカーボンファイバ、ステンレス鋼ファイバ、銅ファイバ、銀ファイバ、等とする。ヒータ装置の製作方法は、射出成形法、圧縮成形法、押出成形法等がある。また裁断することで所望の形状にすることのできる、薄く、可撓性を有する織物状の材料とすることも可能である。【選択図】図１ａ
2004319493.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ヒータ装置において、
発熱エレメントと、
前記発熱エレメントの第１端に接続された第１端子と、
前記発熱エレメントの第２端に接続された第２端子とを備え、
前記発熱エレメントは導電性フィラー充填樹脂系材料で形成されており、該導電性フィラー充填樹脂系材料は、樹脂材料から成るホスト材料である樹脂ホスト材料の中に、導電性材料を充填して成る材料である、
ことを特徴とするヒータ装置。
【請求項２】
前記樹脂ホスト材料の重量に対する前記導電性材料の重量比が約０．２０〜約０．４０の範囲内にある請求項１記載のヒータ装置。
【請求項３】
前記導電性材料が金属粉体から成る請求項１記載のヒータ装置。
【請求項４】
前記金属粉体が、ニッケル、銅、または銀の粉体である請求項３記載のヒータ装置。
【請求項５】
前記金属粉体が、非導電性材料に金属メッキを施して成る粉体である請求項３記載のヒータ装置。
【請求項６】
前記金属メッキが、ニッケルメッキ、銅メッキ、または銀メッキである請求項５記載のヒータ装置。
【請求項７】
前記金属粉体の粒径が、約３μｍ〜約１２μｍの範囲内にある請求項３記載のヒータ装置。
【請求項８】
前記導電性材料が非金属粉体から成る請求項１記載のヒータ装置。
【請求項９】
前記非金属粉体が、カーボン、グラファイト、またはアミン系材料の粉体である請求項８記載のヒータ装置。
【請求項１０】
前記導電性材料が、金属粉体と非金属粉体との混合物から成る請求項１記載のヒータ装置。
【請求項１１】
前記導電性材料がミクロンオーダーの導電性ファイバから成る請求項１記載のヒータ装置。
【請求項１２】
前記ミクロンオーダーの導電性ファイバが、ニッケルメッキしたカーボンファイバ、ステンレス鋼ファイバ、銅ファイバ、銀ファイバ、またはそれらの混合物である請求項１１記載のヒータ装置。
【請求項１３】
前記ミクロンオーダーの導電性ファイバの直径が、約３μｍ〜約１２μｍの範囲内にあり、前記ミクロンオーダーの導電性ファイバの長さが、約２ｍｍ〜約１４ｍｍの範囲内にある請求項１１記載のヒータ装置。
【請求項１４】
前記導電性材料が、導電性粉体と導電性ファイバとの混合物から成る請求項１記載のヒータ装置。
【請求項１５】
前記発熱エレメントを囲繞する絶縁層を更に備える請求項１記載のヒータ装置。
【請求項１６】
前記絶縁層が大きな熱伝導性を有する請求項１５記載のヒータ装置。
【請求項１７】
前記絶縁層が樹脂系材料から成る請求項１５記載のヒータ装置。
【請求項１８】
前記絶縁層が金属酸化物から成る請求項１５記載のヒータ装置。
【請求項１９】
前記絶縁層がセラミックスから成る請求項１５記載のヒータ装置。
【請求項２０】
前記絶縁層がポリカーボネート材料から成る請求項１５記載のヒータ装置。
【請求項２１】
前記絶縁層がマイカ系材料から成る請求項１５記載のヒータ装置。
【請求項２２】
前記発熱エレメント及び前記絶縁層が可撓性を有する請求項１５記載のヒータ装置。
【請求項２３】
前記絶縁層に埋め込まれた配線を更に備える請求項１５記載のヒータ装置。
【請求項２４】
前記樹脂ホスト材料及び前記絶縁層が、難燃性材料から成る請求項１５記載のヒータ装置。
【請求項２５】
前記発熱エレメントの表面に形成した金属層を更に備える請求項１記載のヒータ装置。
【請求項２６】
前記発熱エレメントが平面形状のパッドから成る請求項１記載のヒータ装置。
【請求項２７】
前記平面形状のパッドが螺旋形状のパターンに形成されている請求項２６記載のヒータ装置。
【請求項２８】
前記ヒータ装置が座席装置に内蔵されている請求項１記載のヒータ装置。
【請求項２９】
前記ヒータ装置が透明パネルに積層されている請求項１のヒータ装置。
【請求項３０】
前記樹脂ホスト材料が透明である請求項２９記載のヒータ装置。
【請求項３１】
前記ヒータ装置がミラーに取付けられている請求項１記載のヒータ装置。
【請求項３２】
前記ヒータ装置が床システムに内蔵されている請求項１記載のヒータ装置。
【請求項３３】
前記ヒータ装置がカートリッジである請求項１記載のヒータ装置。
【請求項３４】
複数の導電性フィンを更に備える請求項１記載のヒータ装置。
【請求項３５】
前記導電性フィンが導電性フィラー充填樹脂系材料で形成されている請求項３４記載のヒータ装置。
【請求項３６】
前記ヒータ装置が、管の周囲に取り付けられている請求項１記載のヒータ装置。
【請求項３７】
前記ヒータ装置が、液体を送給する中空の管ないしチューブである請求項１記載のヒータ装置。
【請求項３８】
前記ヒータ装置が断面円形のロッドである請求項１記載のヒータ装置。
【請求項３９】
前記発熱エレメントに埋め込まれた配線を更に備える請求項１記載のヒータ装置。
【請求項４０】
ヒータ装置において、
発熱エレメントと、
前記発熱エレメントを囲繞する絶縁層と、
前記発熱エレメントの第１端に接続された第１端子と、
前記発熱エレメントの第２端に接続された第２端子とを備え、
前記発熱エレメントは導電性フィラー充填樹脂系材料で形成されており、該導電性フィラー充填樹脂系材料は、樹脂材料から成るホスト材料である樹脂ホスト材料の中に、導電性粉体と導電性ファイバとの混合物を充填して成る材料である、
ことを特徴とするヒータ装置。
【請求項４１】
前記樹脂ホスト材料の重量に対する前記導電性材料の重量比が約０．２０〜約０．４０の範囲内にある請求項４０記載のヒータ装置。
【請求項４２】
前記導電性粉体が非金属粉体から成る請求項４０記載のヒータ装置。
【請求項４３】
前記非金属粉体が、カーボン、グラファイト、またはアミン系材料の粉体である請求項４２記載のヒータ装置。
【請求項４４】
前記導電性粉体が金属粉体から成る請求項４０記載のヒータ装置。
【請求項４５】
前記金属粉体が、ニッケル、銅、または銀の粉体である請求項４４記載のヒータ装置。
【請求項４６】
前記金属粉体が、非導電性材料に金属メッキを施して成る粉体である請求項４４記載のヒータ装置。
【請求項４７】
前記金属メッキが、ニッケルメッキ、銅メッキ、または銀メッキである請求項４６記載のヒータ装置。
【請求項４８】
前記金属粉体の粒径が、約３μｍ〜約１２μｍの範囲内にある請求項４４記載のヒータ装置。
【請求項４９】
前記ミクロンオーダーの導電性ファイバが、ニッケルメッキしたカーボンファイバ、ステンレス鋼ファイバ、銅ファイバ、銀ファイバ、またはそれらの混合物である請求項４０記載のヒータ装置。
【請求項５０】
前記ミクロンオーダーの導電性ファイバの直径が、約３μｍ〜約１２μｍの範囲内にあり、前記ミクロンオーダーの導電性ファイバの長さが、約２ｍｍ〜約１４ｍｍの範囲内にある請求項４０記載のヒータ装置。
【請求項５１】
前記絶縁層が樹脂系材料から成る請求項４０記載のヒータ装置。
【請求項５２】
前記絶縁層が金属酸化物から成る請求項４０記載のヒータ装置。
【請求項５３】
前記絶縁層がセラミックスから成る請求項４０記載のヒータ装置。
【請求項５４】
前記絶縁層がポリカーボネート材料から成る請求項４０記載のヒータ装置。
【請求項５５】
前記絶縁層がマイカ系材料から成る請求項４０記載のヒータ装置。
【請求項５６】
前記発熱エレメント及び前記絶縁層が可撓性を有する請求項４０記載のヒータ装置。
【請求項５７】
発熱エレメント装置の製作方法において、
導電性フィラー充填樹脂系材料を用意し、該導電性フィラー充填樹脂系材料は、樹脂材料から成るホスト材料である樹脂ホスト材料の中に、導電性材料を充填して成る材料であり、
モールド成形法を用いて、前記導電性フィラー充填樹脂系材料を成形して、発熱エレメント装置とする、
ことを特徴とする発熱エレメント装置の製作方法。
【請求項５８】
前記樹脂ホスト材料の重量に対する前記導電性材料の重量比を約０．２０〜約０．４０の範囲内とする請求項５７記載の発熱エレメント装置の製作方法。
【請求項５９】
前記導電性材料として導電性粉体を用いる請求項５７記載の発熱エレメント装置の製作方法。
【請求項６０】
前記導電性材料としてミクロンオーダーの導電性ファイバを用いる請求項５７記載の発熱エレメント装置の製作方法。
【請求項６１】
前記導電性材料として導電性粉体と導電性ファイバの混合物を用いる請求項５７記載の発熱エレメント装置の製作方法。
【請求項６２】
前記モールド成形法が、
前記導電性フィラー充填樹脂系材料を成形型の中へ注入し、
前記導電性フィラー充填樹脂系材料を硬化させ、
前記成形型から前記発熱エレメント装置を取り出す、
ことから成る請求項５７記載の発熱エレメント装置の製作方法。
【請求項６３】
前記発熱エレメント装置の表面に更に絶縁層を形成する請求項６２記載の発熱エレメント装置の製作方法。
【請求項６４】
オーバーモールド法を用いて前記絶縁層を形成する請求項６３記載の発熱エレメント装置の製作方法。
【請求項６５】
ドブ付け法、スプレー塗装法、またはコート層形成法を用いて前記絶縁層をを形成する請求項６３記載の発熱エレメント装置の製作方法。
【請求項６６】
絶縁層を形成した後に前記導電性フィラー充填樹脂系材料を成形型の中へ注入し、オーバーモールド法を用いて前記絶縁層に前記発熱エレメント装置を形成する請求項６２記載の発熱エレメント装置の製作方法。
【請求項６７】
前記モールド成形法が、
前記導電性フィラー充填樹脂系材料をチャンバ内に充填し、
前記導電性フィラー充填樹脂系材料を、成形開口を介して前記チャンバから押し出し、
前記導電性フィラー充填樹脂系材料を硬化させて前記発熱エレメント装置を製作する、
ことから成る請求項５７記載の発熱エレメント装置の製作方法。
【請求項６８】
モールド成形法を用いて成形した前記導電性フィラー充填樹脂系材料に対して、スタンピング加工または切削加工を施す請求項６７記載の発熱エレメント装置の製作方法。
【請求項６９】
前記発熱エレメント装置の表面に更に絶縁層を形成する請求項６７記載の発熱エレメント装置の製作方法。
【請求項７０】
押出成形法を用いて前記絶縁層を形成する請求項６９記載の発熱エレメント装置の製作方法。
【請求項７１】
ドブ付け法、スプレー塗装法、またはコート層形成法を用いて前記絶縁層を形成する請求項６９記載の発熱エレメント装置の製作方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ヒータ装置に関する。より詳しくは、本発明は、モールド成形法を用いて導電性フィラー充填樹脂系材料で製作するようにしたヒータ装置に関し、その導電性フィラー充填樹脂系材料は、モールド成形が完了した時点で、ミクロンオーダーの導電性粉体、またはミクロンオーダーの導電性ファイバ、またはそれらの混合物が、樹脂材料から成るホスト材料である樹脂ホスト材料の中に均一に分散した状態となっている。そして、それによって、ＥＭＦスペクトル領域ないし電子スペクトル領域において大きな有用性を発揮する、導電性を備えた構成部品ないし材料が形成されている。
【０００２】
本件特許出願は、米国特許仮出願第60/461,877号（2003年4月10日出願）に基づく優先権、並びに、米国特許仮出願第60/478,774号（2003年6月16日出願）に基づく優先権を主張するものであり、それら２件の米国特許仮出願の内容は、この言及をもってそれらの全体が本願開示に組込まれたものとする。
【０００３】
本件特許出願の基礎米国出願は、米国特許出願第10/309.429号（2002年12月4日出願、整理番号：INT01-002CIP）の一部継続出願であり、該米国特許出願第10/309.429号の内容もまた、この言及をもってその全体が本願開示に組込まれたものとする。更に、該米国特許出願第10/309.429号は、米国特許出願第10/075,778号（2002年2月14日出願、整理番号：INT01-002）の一部継続出願であり、該米国特許出願第10/075,778号は、米国特許仮出願第60/317,808号（2001年9月7日出願）に基づく優先権、同じく第60/269,414号（2001年2月16日出願）に基づく優先権、及び同じく第60/317,808号（2001年2月15日出願）に基づく優先権を主張するものである。
【背景技術】
【０００４】
ごく普通の調理機器から、科学関連の複雑精緻な温度制御装置に至るまで、抵抗発熱エレメントは多くの用途に広く用いられている。大部分の発熱エレメントは、例えばニクロム線やタングステン線などの高抵抗金属線で形成されており、要求される発熱作用に必要とされる大きな抵抗値を持つように設計されている。発熱エレメントの抵抗値は、その金属線の抵抗率と、断面積と、長さとによって決まるものである。また、発熱エレメントの発熱量は、その発熱エレメントを流れる電流の大きさによって決まるものである。多くの場合、発熱エレメントは、金属線の周囲を被覆する外部被覆層を備えており、この外部被覆層は、電気絶縁体として機能すると共に、熱伝導体としても機能する材料で形成されている。
【０００５】
抵抗発熱エレメントで発生した熱は、伝導、対流、及び／または放射によって、加熱対象物へ伝達される。伝導伝熱は、発熱エレメントと加熱対象物とが直接接触することによる熱伝達である。例えば、電気レンジから金属製の鍋への熱伝達は、基本的に伝導によるものである。対流伝熱は、流体の流れを介した熱伝達である。例えば、沸騰している鍋の湯の中で玉子を茹でる場合には、対流伝熱によって、金属製の鍋から湯を介して玉子へ熱が伝達される。この場合、鍋底の湯は過熱状態となってその密度が減少し、それによって上昇流となる。この過熱状態の湯から成る上昇流が、湯の中に浮いている玉子へ熱エネルギを伝達する。一方、鍋の湯の表面付近は温度が低く、密度が大きいため、鍋底へ向かう下降流となる。これらによって鍋の中の湯に対流が発生する。放射伝熱は、放射エネルギ（例えば光）によって発熱エレメントから加熱対象物へ熱が伝達されるものである。例えば、電気オーブンの中でケーキを焼く場合には、そのケーキに対する加熱は、部分的に、赤熱した発熱エレメントから放射される熱によってなされる。太陽のエネルギが地球に到達するのも、放射伝熱によるものである。現実の熱の伝達は、以上の伝熱の３方式が相互に関連して行われており、また、しばしば、それら３つの方式による伝熱が同時に行われている。
【０００６】
様々な加熱システムに装備されており、また様々な加熱目的に用いられている抵抗発熱エレメントは、例えば燃焼によって熱を発生する発熱源と比べて、幾つもの利点を備えている。電気によって熱を発生する電気発熱エレメントであるため、有毒なガス、窒息性のガスなどを発することがない。また、抵抗発熱エレメントは高精度の制御が可能であり、その制御は電気信号によって行うことができ、更には、デジタル回路による制御も可能である。抵抗発熱エレメントは、様々な形状に形成することができる。加熱箇所を一点に絞り、周囲のものに対して及ぼす熱の影響を最小限にとどめることができる。酸素の存在していないところでも加熱が可能である。また、抵抗発熱エレメントは、適当に設計することによって、液体の加熱にも使用することができ、可燃性液体の加熱すら可能である。
【特許文献１】米国特許第4,197,218号公報
【特許文献２】米国特許第5,771,027号公報
【特許文献３】米国特許第6,249,261号公報
【特許文献４】米国特許第6,277,303号公報
【特許文献５】米国特許第6,558,746号公報
【特許文献６】米国特許第6,602,446号公報
【非特許文献１】"I Want My Pizza Hot!," by Sbenaty, in the Journal of Science, Technology, Engineering and Math Education, 2000年1-4月、第1巻、第1号
【非特許文献２】"Nanocomposite Materials Offer Higher Conductivity and Flexibility", McCluskey et al., Proceedings of 3rd International Conference on Adhesive Joining and Coating Technology in Electronics Manufacturing, 1998年、pp: 282-286
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、従来用いられていた抵抗発熱エレメントには、幾つもの短所が付随していた。金属系材料から成る発熱エレメントのうちには、特にニクロム線やタングステン線などのように、延性に乏しいものがあり、そのようなものは、可撓性を有する発熱エレメントを必要とする用途には不適当であった。更に、製造関係の用途のうちには、発熱エレメントが、反復する熱サイクルに長期に亘ってさらされるような用途が数多くあり、かかる用途においては、延性に乏しい金属系材料は、熱疲労によって破壊を起こすおそれがある。一方、発熱エレメントのうちには、銅系材料のように可撓性に富む金属材料で形成したものもあった。しかしながら、そのような抵抗発熱エレメントであっても、屈曲などの変形をすることを要求される用途に用いた場合には、金属疲労によって、その抵抗発熱エレメントが損傷するおそれがあった。金属系材料から成る抵抗発熱エレメントは、多くの場合、金属線で形成されている。金属線で形成する発熱エレメントは高コストとなり、場合によっては非常に高温の加工を必要とし、その発熱エレメントの形状も制約される。更に加えて、金属線は、上述したように疲労を起こすことによって断線するおそれがあり、もし断線したならば、発熱エレメントの全体が機能しなくなるため、交換が必要となる。
【０００８】
従来より、導電性プラスチックに関する発明が幾つも提案されている。米国特許第4,197,218号公報（McKaveney）には、導電性の物品が記載されている。その物品は、絶縁性材料から成る母材の中に、鉄系合金の微細粉、シリコン系合金の微細粉、またはそれらの混合物から成る、導電性フィラーを分散させたものである。米国特許第5,771,027号公報（Marks et al.）には、グリッド構造を有する複合アンテナが記載されている。この複合アンテナは多層構造体として構成されており、そのグリッド構造は、多層構造体の各層を形成している樹脂で補強した布の縦糸に、導電性繊維を編み込むことによって構成されている。米国特許第6,249,261号公報（Solberg, Jr. et al.）には、電波方向探知器に使用する材料が詳細に記載されており、この材料は導電性を有するポリマー複合材料である。また、このポリマー複合材料は、それ以前に使用されていた金属材料に取って代わるものである。米国特許第6,277,303号公報（Foulger）には、導電性ポリマー複合材料が記載されている。この導電性ポリマー複合材料は、半結晶性ポリマーから成るマイナー相材料を含んでいる。この複合材料は更に、マイナー相材料の中に分散させた導電性フィラー材料を含んでおり、この導電性フィラー材料の含有量は、マイナー相材料の中に連続した導電性網状構造を構築するのに十分な量またはそれ以上の量としている。この複合材料は更に、メジャー相材料を含んでいる。このメジャー相材料はポリマーから成り、このポリマーには、マイナー相材料と混合したときにも静電作用に関与しないものを使用しており、それによって混和性を高めている。メジャー相材料の中にマイナー相材料を分散させてあり、そのマイナー相材料の含有量は、メジャー相材料の中に連続した導電性網状構造を構築するのに十分な量またはそれ以上の量としている。従って、この複合材料は、互いに異なった２つの共連続相を備えた半導電性を有する三元複合材料を構成している。
【０００９】
米国特許第6,558,746号公報（Starz et al.）には、導電性コーティングを形成するためのコーティング用組成物が詳細に記載されており、このコーティング用組成物は、有機バインダと、１種類または２種類以上の導電性顔料とを含有して成るものである。このコーティング用組成物には、更に、添加剤や補助剤を加えることもある。この組成物で形成したコーティングは、特に付着力に優れており、機械的作用に対する耐性並びに溶剤に対する耐性を備え、そして、適当な導電率の値（シート抵抗率の値）を持つものである。米国特許第6,602,446号公報（Ushijima）には、導電性フィラーを成分とする導電性ペーストと、電磁誘導により熱を発生する発熱エレメントとを組合せて利用することが記載されている。そこでは、導電性ペーストは、樹脂に混合されている。Nv Bekaert sa社（ベルギー、Kortrijk）が製造している製品のうちに、金属糸、編み上げた金属織物、短く切断して製造した金属ファイバ及び金属ペレット、焼結法により製造した多孔質材料などがある。同社が製造して市販している金属ファイバは、直径が１μｍ〜２０μｍの範囲内にあり、これを短く切断して金属ファイバピースとするか、或いは、そのまま連続金属糸として使用する。同社のウェブサイトであるwww.bekaet.comに2003年1月25日の時点で掲載されていた製品説明には、ステンレス鋼、耐熱合金、ニッケル及びニッケル合金、チタン、アルミニウム、それに銅などの金属材料が示されている。Sbenatyによる記事「"I Want My Pizza Hot!," in the Journal of Science, Technology, Engineering and Math Education, 2000年1-4月、第1巻、第1号」には、設計演習問題として、ピザなどの宅配食品を加熱するための発熱エレメントについて説明されており、この発熱エレメントを形成している材料は、可撓性を有する導電性ポリマー材料の両面に銅製のバス配線を一体に設けたものである。
【００１０】
McCluskeyらによる論文「"Nanocomposite Materials Offer Higher Conductivity and Flexibility", Proceedings of 3rd International Conference on Adhesive Joining and Coating Technology in Electronics Manufacturing, 1998年、pp: 282-286」には、銀フレークのナノ粒子から成る導電性フィラーを充填して成る導電性ポリマー材料の、機械特性並びに電気特性について記載されている。この導電性ポリマー材料は、ナノ粒子から成る導電性フィラーを充填することによって、従来の導電性フィラー充填ポリマー材料と比べて、導電性フィラーの充填量を格段に低減しつつ、同程度の導電率を達成したものである。また、この導電性ポリマー材料は、その導電率が大きく、導電性フィラーを充填したポリマーが高い安定性を備えると同時に、可撓性を有し、しかも低密度の材料となっている。金属のナノ粒子から成る導電性フィラーを計測したところ、その直径は２００ｎｍ〜２０μｍの範囲内にあったと記載されている。また、その導電性フィラーを母材である非導電性ポリマー材料に混合して成る材料の抵抗率は１０Ωｃｍ〜１００Ωｃｍであったと記載されている。更に、このMcCluskeyらの論文に記載されているところによれば、粒径が３μｍ〜２０μｍの銀粒子から成る導電性フィラーをシリコンに充填する場合には、そのシリコンが導電性を呈しはじめるのは、シリコンの重量に対する充填銀粒子の重量比が６５％〜７５％に達してからである。一方、粒径が２００ｎｍの銀粒子から成る導電性フィラーをシリコンに充填する場合には、シリコンの重量に対する充填銀粒子の重量比が３５％〜４０％に達したならば、そのシリコンが導電性を呈しはじめる。
【００１１】
本発明の重要な目的の１つは、効果的なヒータ装置を提供することにある。
本発明の更なる目的は、ヒータ装置の製作方法を提供することにある。
本発明の更なる目的は、モールド成形法を用いて導電性フィラー充填樹脂系材料で製作したヒータ装置を提供することにある。
【００１２】
本発明の更なる目的は、モールド成形法を用いて導電性フィラー充填樹脂系材料で製作することにより、樹脂ホスト材料にドープする導電性材料のドープ量に基づいて、その特性を適宜設定することができるようにしたヒータ装置を提供することにある。
【００１３】
本発明の更なる目的は、モールド成形法を用いて導電性フィラー充填樹脂系材料で製作することにより、使用する樹脂系材料の特性に基づいて、その特性を適宜設定することができるようにしたヒータ装置を提供することにある。
【００１４】
本発明の更なる目的は、様々な形態の成分材料を含有した導電性フィラー充填樹脂系材料でヒータ装置を製作することのできるヒータ装置の製作方法を提供することにある。
本発明の更なる目的は、導電性フィラー充填樹脂系材料で形成した発熱エレメントを備えた様々なヒータ装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明は、以上の目的に鑑み、次のごときヒータ装置を提供するものである。このヒータ装置は、発熱エレメントを備えている。発熱エレメントは導電性フィラー充填樹脂系材料で形成されており、この導電性フィラー充填樹脂系材料は、樹脂材料から成るホスト材料である樹脂ホスト材料の中に、導電性材料を充填して成る材料である。発熱エレメントの第１端には、第１端子が接続されている。発熱エレメントの第２端には、第２端子が接続されている。
【００１６】
また、本発明は、以上の目的に鑑み、次のごときヒータ装置を提供するものである。このヒータ装置は、発熱エレメントを備えている。発熱エレメントは導電性フィラー充填樹脂系材料で形成されており、この導電性フィラー充填樹脂系材料は、樹脂材料から成るホスト材料である樹脂ホスト材料の中に、導電性粉体と導電性ファイバとの混合物を充填して成る材料である。発熱エレメントを絶縁層が囲繞している。発熱エレメントの第１端には、第１端子が接続されている。発熱エレメントの第２端には、第２端子が接続されている。
【００１７】
また、本発明は、以上の目的に鑑み、次のごとき発熱エレメント装置の製作方法を提供するものである。この発熱エレメント装置の製作方法においては、導電性フィラー充填樹脂系材料を用意し、この導電性フィラー充填樹脂系材料は、樹脂材料から成るホスト材料である樹脂ホスト材料の中に、導電性材料を充填して成る材料である。更に、モールド成形法を用いて、導電性フィラー充填樹脂系材料を成形して、発熱エレメント装置とする。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
本発明は、モールド成形法を用いて導電性フィラー充填樹脂系材料で製作するようにしたヒータ装置に関するものであり、その導電性フィラー充填樹脂系材料は、モールド成形が完了した時点で、ミクロンオーダーの導電性粉体、またはミクロンオーダーの導電性ファイバ、またはそれらの混合物が、樹脂材料から成るホスト材料である樹脂ホスト材料の中に均一に分散した状態となっている。
【００１９】
本発明における導電性フィラー充填樹脂系材料は、樹脂材料に導電性フィラーを充填することによって、その樹脂材料を、絶縁性材料ではなく導電性材料としたものである。樹脂材料は、モールド成形法を用いて形成する構成部品に、必要とされる強度を付与するための構造材料としての役割を果たすものである。また、モールド成形の工程において、ミクロンオーダーの導電性ファイバ、またはミクロンオーダーの導電性粉体、またはそれらの混合物が、樹脂材料の中に均一に分散することによって、電気的接続に必要とされる導電性を備えた材料となるようにしたものである。
【００２０】
この導電性フィラー充填樹脂系材料は、押出成形法をはじめとする様々なモールド成形法を用いて、殆どいかなる形状及び寸法にも成形することのできるものである。モールド成形した導電性フィラー充填樹脂系材料に対して更に加工を施すことも可能であり、例えば、射出成形法や押出成形法などを用いて製作した板状または棒状の材料に対して、切断加工、スタンピング加工、真空成形加工などを施すことも可能であり、また、オーバーモールド加工、積層加工、切削加工などを施して、所望の形状及び寸法に仕上げることも可能である。導電性フィラー充填樹脂系材料で製作するヒータ装置の熱特性ないし電気特性は、使用する導電性フィラー充填樹脂系材料の材料組成に影響される。導電性フィラー充填樹脂系材料の機械特性や電気特性をはじめとする様々な物理特性を所望の特性にするには、導電性フィラー充填樹脂系材料にドープする導電性フィラーの、その充填量、即ちドープ量に関するパラメータを調節するとよい。ヒータ装置を製作するために用いる成分材料を選定したならば、それら成分材料をモールド成形の工程で均一に混合するようにし、また、その際のモールド成形法としては、射出成形法、オーバーモールド法、熱硬化成形法、押出成形法、等々の方法を用いることができる。これによって得られる２Ｄ、３Ｄ、４Ｄ、及び５Ｄ構造に関する特性、モールド成形特性、それに電気特性は、種々の利点をもたらすものであり、それら利点のうちには、モールド成形法を用いて実際の構成部品を製作することによって得られる機械特性及び電気特性に関する利点や、モールド成形法を用いて製作した構成部品ないし材料の内部に形成される網状の導電構造に関するポリマーの物性に関する利点などが含まれる。
【００２１】
導電性フィラー充填樹脂系材料を用いてヒータ装置を製作することによって、材料コスト及び設計コストを大幅に低減でき、またそれと共に、導電性フィラー充填樹脂系材料は所望の形状及び寸法に成形できることから、寸法誤差を非常に小さな許容範囲内に維持するために必要となる製作コストも、大幅に低減することができる。更に、従来の一般的な成形法を用いて、無数の様々な形状及び寸法のヒータ装置を製作することができ、用いることのできる一般的な成形法としては、射出成形法、オーバーモールド法、押出成形法、及びその他の方法がある。モールド成形法による成形が完了した時点での、導電性フィラー充填樹脂系材料の導電率の実用的な望ましい範囲は、約５オーム／スクエア〜約２５オーム／スクエアの範囲であるが、ただしこれに限られるものではなく、導電率の値をこの範囲から外れる値とすることもある。導電率の値を変更するには、導電性フィラーのドープ量に関するパラメータを変更するようにしてもよく、また、使用する樹脂材料の種類を変更するようにしてもよい。
【００２２】
導電性フィラー充填樹脂系材料としては、ミクロンオーダーの導電性粉体、またはミクロンオーダーの導電性ファイバ、またはそれらの混合物を充填して成る材料を使用する。充填するそれら導電性フィラーは、モールド成形の工程において樹脂材料の中に均一に分散され、それによって、容易に製作でき、低コストで、導電性に優れ、寸法誤差の小さな構成部品ないし回路部品を製作することのできる、導電性フィラー充填樹脂系材料が得られる。ミクロンオーダーの導電性粉体としては、例えば、カーボンパウダー、グラファイトパウダー、それにアミンパウダーなどの粉体、及び／または、ニッケル、銅、銀、それにメッキ粉体などの金属粉体を用いることができる。カーボンパウダーやグラファイトパウダーを使用した場合には、それによって、低レベルの電子交換能力が付加され、また、カーボンパウダーやグラファイトパウダーを、ミクロンオーダーの導電性ファイバと併用した場合には、導電性ファイバにより形成されるミクロンオーダーの網状の導電構造の内部に、ミクロンオーダーの導電性フィラーであるそれらパウダーが入り込むために、更に導電性を高まり、またそれと共に、それらパウダーが、モールド成形機の潤滑剤としての機能も果たすことになる。ミクロンオーダーの導電性ファイバとしては、例えば、ニッケルメッキしたカーボンファイバ、ステンレス鋼ファイバ、銅ファイバ、銀ファイバ、等々を用いることができ、また、それらのうちの２種類以上を混合して用いるようにしてもよい。構造材料としての機能を果たす樹脂材料としては、例えば、任意のポリマー系樹脂材料などを用いることができる。構造材料としての機能を果たす樹脂材料としては、例えば、GE PLASTICS社（米国、マサチューセッツ州、Pittsfield）が製造している幾つかのポリマー樹脂、同じくGE PLASTICS社が製造しているその他の一連の樹脂材料、その他のメーカーが製造している一連の樹脂材料、GE SILICONES社（米国、ニューヨーク州、Waterford）が製造している幾つかのシリコーン材料、それに、その他のメーカーが製造している、可撓性を有する幾つかの樹脂系ラバー複合材料などを用いることができ、更にその他にも、使用可能な様々な樹脂材料がある。
【００２３】
ミクロンオーダーの導電性粉体、またはミクロンオーダーの導電性ファイバ、またはそれらの混合物を充填して成る構造材料である、この導電性フィラー充填樹脂系材料は、射出成形法、オーバーモールド法、押出成形法などをはじめとする一般的な種々のモールド成形法を用いて、所望の形状及び寸法に成形することができる。また、モールド成形法を用いて成形した導電性フィラー充填樹脂系材料に対しては、必要に応じて更に、スタンピング加工、切断加工、切削加工などを施すことができ、それら加工を施すことによって、ヒータ装置の形状に関するファクタを所望のものとすることができる。導電性フィラー充填樹脂系材料に充填するミクロンオーダーの導電性フィラーの配合構造と、その配向方向とは、ヒータ装置の電気特性及び機械特性に影響を及ぼすものであり、それらは、成形型の構造、成形機のゲート部の構造、及び／または、成形機の押出部の構造を適宜設計することによっても精密に制御することができ、また、モールド成形の工程の実行の仕方を適宜定めることによっても精密に制御することができる。更に、導電性フィラー充填樹脂系材料のホスト材料とする樹脂材料には、その導電性フィラー充填樹脂系材料が、例えば非常に高い融点を持つという特性や、特定の熱伝導率を有するという特性などのような、望ましい熱特性を備えたものとなるような樹脂材料を選択するとよい。
【００２４】
樹脂系積層材料を製作することもでき、それには、例えば、ミクロンオーダーのステンレス鋼ファイバなどの導電性ファイバを、連続的に編み上げるか、またはランダムに絡み合わせることによって、布状の材料を形成する。そして、その導電性ファイバで形成した布状の材料を、例えばテフロン（登録商標）、ポリエステルなどの材料や、樹脂系の可撓性を有する材料ないしは剛性を有する材料と貼り合わせるなどすればよく、このようにして製作した積層材料は、その導電性ファイバの含有量、配向方向、及び形状を適宜選定することによって、導電性及び可撓性に優れた布状材料となる。このような布状材料で製作したヒータ装置は、衣服に縫い込むことも可能であり、また、ゴム材料やプラスチック材料などの樹脂材料に埋め込むことも可能である。導電性ファイバを編み上げて、または絡み合わせて、積層材料または布状の材料の一部を成す導電性材料として使用するときには、その導電性ファイバの直径を、約３μｍ〜約１２μｍの範囲内のものとし、また一般的には、約８μｍ〜約１μｍの範囲内、即ち約１０μｍの前後の範囲内のものとするのがよく、また、長手方向に継ぎ目のない導電性ファイバ、または長手方向に重なり部を有する導電性ファイバとするのがよい。
【００２５】
本発明の導電性フィラー充填樹脂系材料は、腐蝕及び／または金属電触に対する耐性を備えた材料とすることができ、それには、ミクロンオーダーの導電性ファイバ及び／またはミクロンオーダーの導電性粉体、並びにホスト材料とする樹脂材料として、腐蝕及び／または金属電触に対する耐性を有する材料を選択すればよい。例えば、耐腐蝕性及び／または耐金属電触性を有する樹脂材料に、ステンレス鋼ファイバと、カーボンファイバないしカーボンパウダを組合せた場合には、それによって耐腐蝕性及び／または耐金属電触性を備えた導電性フィラー充填樹脂系材料が得られる。本発明のもう１つの重要な特徴として、本発明の導電性フィラー充填樹脂系材料は、難燃性を備えた材料とし得るということがある。ホスト材料とする樹脂材料として、難燃性（ＦＲ）を備えた材料を選択すれば、完成した製品は、難燃性を備えたものとなる。このことは、後にも説明するように、発熱エレメントの材料にとって非常に重要な点でる。
【００２６】
ホスト材料とする樹脂材料に、ミクロンオーダーの導電性ファイバ及び／またはミクロンオーダーの導電性粉体を均一に混合することを、本明細書では「ドープする」と表現している。このプロセスは、一般的には非導電性材料であるところの、ホスト材料とする樹脂材料を、それに導電性フィラーを均一に混合することによって導電性材料に転換するプロセスである。そして、このプロセスは、半導体デバイスの分野では周知の、ドナーイオンやアクセプタイオンを注入することでシリコンなどの半導体材料を導電性材料に転換するドーピングプロセスと、同様のプロセスである。それゆえ、本発明に関しては、一般的には非導電性材料であるところの、ホスト材料とする樹脂材料を、それにミクロンオーダーの導電性ファイバ及び／またはミクロンオーダーの導電性粉体を均一に混合することによって導電性材料に転換することを、「ドープする」という用語を使用して言い表しているのである。
【００２７】
本発明の更なる重要な特徴として、モールド成形法によって成形する導電性フィラー充填樹脂系材料が、優れた伝熱特性を有する材料であるということがある。そのため、モールド成形法を用いて導電性フィラー充填樹脂系材料で製作するヒータ装置を、そのヒータ装置の用途に適した、大きな伝熱能力を備えたものとすることができる。
【００２８】
図１ａ及び図１ｂは、本発明の第１の実施の形態を示した図である。これらの図には、本発明の幾つかの重要な特徴が示されており、それら特徴について以下に説明して行く。図１ａに示したのは、本発明に従って導電性フィラー充填樹脂系材料で製作した抵抗発熱エレメント１２である。発熱エレメント１２は、導電性フィラー充填樹脂系材料で形成した中実のストリップ（帯状体）１６から成り、このストリップ１６は電源Ｖheat１４に接続されている。ストリップ１６を形成している導電性フィラー充填樹脂系材料は導電性を備えた材料である。この導電性フィラー充填樹脂系材料の導電率は、容易に調節することができ、それには、ホスト材料とする樹脂材料に混合する導電性フィラーの混合比や、その導電性フィラーの種類を適当に定めればよい。発熱エレメント１２の抵抗値は、導電性フィラー充填樹脂系材料の導電率に発熱エレメント１２の長さを乗じた積を、この発熱エレメント１２の断面積で除した値となる。ホスト材料とする樹脂材料としていかなる材料を選択するかを決定するファクタは多岐に渡り、それらファクタのうちには、例えば、機械的強度、可撓性、外観性、耐腐蝕性、耐電触性、難燃性、化学的特性、加工性、透明性または遮光性、コストなどあり、また更に、個々の用途における熱的要求条件も、そのファクタのうちに含まれる。例えば、発熱エレメントの個々の用途に適した材料を選択する際には、モールド成形法を用いて成形する導電性フィラー充填樹脂系材料のホスト材料である樹脂材料の、ガラス転移温度や最高供用温度なども考慮する必要がある。非常に高い温度に耐える耐熱性を有する樹脂材料のうちには、例えば１０００℃以上の供用温度にまで対応可能なものもあり、そのような樹脂材料を使用して、本発明に係る導電性フィラー充填樹脂系材料から成る抵抗発熱エレメントを製作するならば、その抵抗発熱エレメントは、非常に高い温度に耐え得るものとなる。
【００２９】
図１ａ及び図１ｂに示した実施の形態では、発熱エレメント１２はＵ字形に形成されており、電流Ｉheatは、電源Ｖheat１４からそのＵ字形の図中上側の腕部及び端子へ流入し、そしてそのＵ字形の図中下側の腕部及び端子から電源Ｖheat１４へ還流する。電流Ｉheatが流れることによって、この発熱エレメント１２に、Ｉ2Ｒで表される熱が発生する。導電性フィラー充填樹脂系材料は大きな熱伝導率を有するため、このＩ2Ｒで表される熱エネルギは、発熱エレメント１２の表面へ伝導伝熱される。続いて、この熱エネルギは、伝導、対流、または放射によって、発熱エレメント１２から放熱され、実際にどの方式で放熱されるかは、発熱エレメント１２の用途によって決まり、即ち、この発熱エレメント１２が置かれている環境条件によって決まるものである。この実施の形態では、発熱エレメント１２に供給している電流は、直流電流（ＤＣ）である。ただし、交流電流（ＡＣ）を供給するようにしても何ら問題はなく、例えば、住居用機器や生産設備用機器などにおいて、発熱エレメント１２の電源として電灯線や電力線を使用する場合には、交流電流を供給するようにすると好都合である。
【００３０】
図１ａのうちの断面図は、導電性ファイバ及び／または導電性粉体によって樹脂ホスト材料の内部に構成された格子構造ないし網状構造１６を示している。導電性ファイバ及び／または導電性粉体により構成された網状構造１６は、発熱エレメント１２の表面にも出現しているが、図を見易くするために、図１ａのうちの平面図にはそれを示していない。図１ａに示した本発明の発熱エレメント１２は、その表面に絶縁層を備えていない。そのため、この発熱エレメント１２の表面に接触する加熱対象物ないし液体は、導電性材料に直接接触することによって、電気回路の一部を形成することになるが、これは望ましいことではない。それゆえ、第２の断面図１７に示したように、導電性フィラー充填樹脂系材料１６の表面に絶縁層１８及び２０を形成するようにするのもよい。絶縁層１８及び２０を形成する絶縁性材料としては、熱伝導率の大きな材料を用いることもあり、熱伝導率の小さな材料を用いることもある。放射伝熱を行うようにした発熱エレメントでは、絶縁層１８及び２０を、特定の波長の電磁エネルギに対する透過率の大きな材料とするとよい。また、発熱エレメント１２を温熱パッドに使用するのであれば、この発熱エレメント１２が発生した熱を、温熱パッドに接触している加熱対象物へ伝導伝熱するのに都合がよいように、上面側の絶縁層２０を熱伝導率の大きな材料で形成するとよい。また更に、その場合に、下面側の絶縁層１８は絶縁性を有すると共に断熱性を有する材料で形成し、発熱エレメント１２が発生した熱が下方へ逃げるのを防止するようにするとよい。或いはまた、上面側の絶縁層２０と下面側の絶縁層１８との両方を、同じ材料で形成するようにしてもよい。
【００３１】
絶縁層１８及び２０を形成する絶縁性材料としては、例えば、耐熱性樹脂系材料、金属酸化物、ポリカーボネート材料、セラミックス、それにマイカなどを使用するとよく、またこれらに限られず、その他の材料も使用可能である。絶縁層１８及び２０を形成するための形成方法としては、例えば、ドブ付け法、スプレー塗装法、コート層形成法、メッキ法、オーバーモールド法、押出成形法、接着法、等々の方法を用いることができる。第２の断面図１７に示したものでは、絶縁層１８及び２０は、発熱エレメント１２のＵ字形の各腕部の上下の水平面だけを被覆するように形成されている。別法として、第３の断面図１９に示したように、導電性フィラー充填樹脂系材料で形成した部材１６の全表面を絶縁層２２で被覆するようにしてもよい。また、その場合の絶縁層は、発熱エレメント１２のＵ字形の２本の腕部の間のギャップ１３を渡って延在しているようにしてもよく、ギャップ１３の部分には存在していないようにしてもよい。絶縁層２２がギャップ１３を渡って延在しているようにした場合には、その絶縁層２２のために、発熱エレメント１２の機械的強度が向上すると共に、発熱エレメント１２の表面積も増大する。
【００３２】
また、次のような特徴を備えるようにしてもよく、その特徴とは、第４の断面図２１及び第５の断面図２３に示したように、導電性フィラー充填樹脂系材料の表面に金属層２４を形成するというものである。第４の断面図２１に示したものでは、金属層２４を導電性フィラー充填樹脂系材料１６の表面に直接形成している。第５の断面図２３に示したものでは、導電性フィラー充填樹脂系材料の表面に先ず絶縁層２５を形成し、その上に金属層２７を形成している。発熱エレメント１２に金属層２４ないし２７を形成することによって複合構造を構成することができ、またそれによって、発熱エレメント１２の電気特性、熱特性、外観性、及び表面特性を変化させることができる。導電性フィラー充填樹脂系材料１６の表面に金属層２４を直接形成する場合の、その金属層２４の形成方法としては、金属メッキ法やコート層形成法を用いることができる。特に、その形成方法として、金属メッキ法を用いる場合には、導電性フィラー充填樹脂系材料２４のホスト材料であり構造材料としての機能を果たす樹脂材料として、金属メッキが可能な樹脂材料を選択するようにする。金属メッキ法によって表面に金属層を形成することのできるポリマー樹脂は数多く存在している。金属メッキが可能な樹脂系材料のほんの幾つかの例を挙げるならば、例えば、いずれもGE PLASTICS社の製品である、SUPEC（登録商標）、VALOX（登録商標）、ULTEM（登録商標）、CYCOLAC（登録商標）、UGIKRAL（登録商標）、STYRON（登録商標）、それにCYCOLOY（登録商標）などがある。金属層２４は、例えば、電気メッキ法によって形成することもでき、また、物理蒸着法によって形成することもできる。同様に、第５の断面図２３に示した絶縁層２５を形成するための絶縁性材料として、樹脂系材料を使用する場合には、その樹脂系材料２５を、上述したような金属メッキが可能な材料とすることが好ましい。更に別の実施の形態として、図示はしないが、絶縁層を２層以上の多層構造としたもの、導電性フィラー充填樹脂系材料１６または絶縁層１８、２０、２２、及び２５の中に、導体及び／またはその他の構造物を埋め込んだもの、及び／または、導電性フィラー充填樹脂系材料で形成した発熱エレメント１２の内部に絶縁層を埋め込んだものなどもある。
【００３３】
図７は、本発明の第２の好適な実施の形態１００を示した図である。この図に示した抵抗発熱エレメント１００は、本発明に従って導電性フィラー充填樹脂系材料で形成したものである。発熱エレメント１００は、螺旋形状に形成されており、外側端子１０５と内側端子１０６とを備えている。この構成は、伝導、対流、または放射のいずれの方式で熱を伝達する場合であっても、その伝熱のための表面を大面積のものとすることができ、極めて有用なものである。図７のうちの断面図に示したように、導電性フィラー充填樹脂系材料から成る発熱エレメント１０４を、絶縁層１０８及び１１２で被覆した構成とすることが好ましい。例えば、オーバーモールド法を用いて、導電性フィラー充填樹脂系材料から成る螺旋形状のパターンを、絶縁基板１０８の上に形成する。そして、その螺旋形状のパターンの上に、薄膜絶縁層１１２を形成し、その形成方法としては、スプレー塗装法、ドブ付け法、等々を用いることができる。上面に形成した絶縁層１１２は、電気ショックを与えることがないように表面を絶縁すると共に、発熱エレメント１０が発する熱を、この表面１１２に接触する加熱対象物へ伝導伝熱する役割を果たすものである。
【００３４】
螺旋形発熱エレメント１００は、高速の加熱を可能とするものであり、電気ホットプレートや電気加熱調理器などの用途において特に有用なものである。螺旋形発熱エレメント１００を可撓性を有する材料で形成するようにするのもよく、それには、導電性フィラー充填樹脂系材料１０４のホスト材料である樹脂材料として、可撓性を有する樹脂材料を選択すると共に、絶縁層１０８及び１１２も可撓性を有する樹脂系材料で形成すればよい。このようにして形成した螺旋形発熱エレメント１００は撓むことができるため、非平面形状の表面に直接接触させて使用する用途にも、好適に用いることができる。螺旋形発熱エレメント１００は、接着剤や係止具などを用いて加熱対象物に直接取付けることもでき、そうすることによって、水平に延在していない表面を加熱する用途にも、好適に用いることができる。例えば、極低温環境で動作する必要のある航空機器用の電子装置であるコンピュータディスプレイなどに、この螺旋形発熱エレメント１００を貼り付けて使用することなどが考えられる。また、この螺旋形発熱エレメント１００をミラーの背面に貼り付ければ、自動車等に装備されているミラーの凍結防止及び曇り止めとしたり、トイレやシャワールームに設定されているミラーの曇り止めとすることができる。導電性フィラー充填樹脂系材料を螺旋形状のパターンに形成して成るこの螺旋形発熱エレメント１００に対しては、様々な変更を加えることができ、そのような変更を加えたものも、本発明の範囲に含まれる。また、図示したものは角形の螺旋形状のパターンとしたものであるが、これに限られず、任意の螺旋形状とすることができ、例えば、円形の螺旋形状、楕円形の螺旋形状、複合螺旋形状、３次元的な螺旋形状なども可能であり、更にその他の螺旋形状とすることも可能である。
【００３５】
図８ａは、本発明の第３の好適な実施の形態１２０を示した図である。同図に示したものは、温熱式座席装置１２０である。本発明に従って構成した抵抗発熱エレメント１２４及び１３０を、チェアアセンブリないしシートアセンブリ１２０に内蔵するようにしたものである。着座部ヒータ１２４は、シートアセンブリの着座部１２１に内蔵されている。背もたれ部ヒータ１３０は、シートアセンブリ１２０の背もたれ部１２３に内蔵されている。別法として、着座部ヒータ１２４と背もたれ部ヒータ１３０とのいずれか一方のみを使用するようにしてもよく、或いはまた、１つの発熱エレメントを、着座部１２１と背もたれ部１２３との両方に亘って延在する形状に形成するようにしてもよい。発熱エレメント１２４及び１３０は、本発明に係る導電性フィラー充填樹脂系材料で形成されている。発熱エレメント１２４及び１３０は、図７に示したような螺旋形状のパターンに形成してもよく、或いは、図８ａに示したようなジグザグ形のパターンに形成してもよい。また更に、図８ｂに示したように、線状ないし枝状のパターンに形成するのではなく一様なパッドとして形成してもよい。発熱エレメント１２４及び１３０は、上に説明した実施の形態と同様にして絶縁被覆が施されている。
【００３６】
導電性フィラー充填樹脂系材料で発熱エレメントを形成すると、ミクロンオーダーの導電性ファイバ及び／またはミクロンオーダーの導電性粉体により構成される網状構造の中に、幾つもの電流経路が存在するようになる。そのことによって、発熱エレメント１２４及び１３０は、機械的及び電気的な原因による疲労を起こし難い、高い信頼性を有するものとなっている。比較のために、従来の一般的な温熱式座席装置について説明すると、従来この用途にはコイル形のニクロム線が使用されていた。着座部及び背もたれ部の屈曲変形が絶えず繰り返されることによって、ニクロム線で形成された発熱エレメントには、機械的な原因による疲労が発生し、その結果としてニクロム線の断線が生じていた。この種の従来のシステムでは単線のニクロム線が使用されていたため、ニクロム線が断線することによって電気回路が開いてしまい、ヒータが機能しなくなっていた。これに対して、本発明の発熱エレメント１２４及び１３０は、本来的に複数の電流経路を持つものであり、そのことによって信頼性が向上している。このような発熱エレメントは、その一部に亀裂が入った場合でも、機能し続けることができる。更に、ホスト材料である樹脂材料が可撓性を有するため、着座者の運動に起因する撓みエネルギを吸収することができ、そのことによっても信頼性が向上している。
【００３７】
発熱エレメント１２４は一対の配線１２６及び１２８を介して、また、発熱エレメント１３０は一対の配線１３２及び１３４を介して、いずれも電源に接続されている。図には示していないが、温度の検出及び制御のためのデバイスや回路を装備して、着座者にとって快適な暖かさとなるようにするとよい。かかる座席装置は、特に自動車用座席として用いるのに適しており、かかる座席装置を装備することによって、冬の寒い日に長距離を走行する場合などにも、血液の循環が悪化するのを緩和して、身体を暖かな状態に保つことができる。更に、かかる温熱式座席装置は、航空機用座席、事務用椅子、レクリエーショナルビーイクル用座席、医療用ベッド、家庭用家具などの用途にも好適に用いることができる。
【００３８】
図８ｂは、シート用の発熱エレメントの別の実施の形態３９を示した図である。この図に示したものは、着座部と背もたれ部とのいずれにも使用することのできる発熱エレメント１３９を、上面部１４０と下面部１４１とに分割した分割型としたものである。上面部１４０と下面部１４１とはいずれも、本発明に係る導電性フィラー充填樹脂系材料で形成されている。中間絶縁層１４２が上面部１４０と下面部１４１とを互いに絶縁しており、これによって、発熱エレメント１３９の一方の端部にだけ配線１４５及び１４６を接続すればよいようにしている。上面部１４０と下面部１４１とは、他方の端部において互いに電気的に接続されており、この接続は、導電性のステープル、導電性の金属線、または導電性の縫い糸１４３などによることができる。
【００３９】
図９は、本発明の第４の好適な実施の形態を示した図である。同図に示したのは、加熱式ウィンドウ１５０である。加熱式ミラーと同様に、ウィンドウを加熱する目的は、曇り止め、ないしは凍結防止を図ることにある。ただし、加熱式ミラーとは異なる点として、ウィンドウを加熱するための加熱方式は、ウィンドウを透過する光を遮らない方式としなければならないということがある。ウィンドウを加熱するための従来の加熱方式には、非常に細い金属線を、ウィンドウの表面にループ状または格子状に延在させて配置し、その金属線を、ウィンドウに貼着する透明フィルムによって、その位置に固定するという方法や、インジウム錫酸化物（ＩＴＯ）から成る導電性透明薄膜を、ウィンドウの表面に形成するという方法などがあった。本発明においては、導電性フィラー充填樹脂系材料１５６を透明パネル１５２に密着させるようにしており、特に図示例では、２枚のウィンドウパネル１５２と１５４との間に導電性フィラー充填樹脂系材料１５６を挟んだ、積層構造を採用している。導電性フィラー充填樹脂系材料１５６のホスト材料である樹脂材料には、透明な樹脂材料を使用している。ミクロンオーダーの導電性ファイバやミクロンオーダーの導電性粉体はいずれも不透明材料であるが、しかしながら、それらは非常に微細な材料であり、しかも、樹脂ホスト材料の中に均一に分散するようにして混合されているため、それらのドーピング濃度を適切に選択することによって、導電性フィラー充填樹脂系材料から成るパネル１５６を、それを透して視界を確保することのできる十分な可視性を備えたものとすることができる。このパネル形発熱エレメント１５６は更に、その両端１５８及び１６０を電源に接続するようにしてあり、その電源は、例えば車載バッテリとしてもよく、ＡＣ電源としてもよい。この発熱エレメント１５６を好適に使用することのできる適用箇所は多岐に渡っており、例えば、情報ディスプレイ、軍用車両、軍用艦艇の戦闘甲板用の機器、重機器及び建設機器の制御パネル、潜望鏡、それに海洋掘削用プラットフォームなどに使用することができる。
【００４０】
図１０は、本発明の第５の好適な実施の形態１７０を示した図である。同図に示したのは加熱式ミラー１７０である。この加熱式ミラー１７０は、ミラーアセンブリ１７０と、導電性フィラー充填樹脂系材料で形成した発熱エレメント１７４とを備えており、発熱エレメント１７４は、反射パネルであるミラーパネル１７２の背面に接触させて取り付けてある。ミラーパネル１７２及び発熱エレメント１７４は、図１０のうちの断面図に示したように、モールド成形法を用いてミラーハウジング１７６の中に組み込むようにしてもよい。発熱エレメント１７４を形成する方法としては、射出成形法を用いることができ、射出成形法を用いれば、この発熱エレメント１７４を、必要とされる寸法及び形状に容易に形成することができる。配線１７８及び１８０は、発熱エレメント１７４を不図示の電源に接続するためのものである。ハウジングの材料として適当な絶縁性樹脂を使用し、またミラーパネルの材料として適当な絶縁性材料（ガラスなど）を使用すれば、発熱エレメント１７４そのものに絶縁層を形成する必要はない。図に示したミラー１７０は、自動車に通常装備されているリアビューミラーとして構成したものである。ただし、この発明は、車外ミラーにも好適に適用し得るものである。更に、導電性フィラー充填樹脂系材料で形成したこの発熱エレメントは、バスルームやシャワールームに設置されているミラーの背面に取り付けて曇り止めとすることも可能である。
【００４１】
図１１は、本発明の第６の好適な実施の形態を示した図である。この実施の形態は、本発明に従って構成した放射型床暖房装置２００である。放射型床暖房システムは、多くの家庭で用いられている一般的な温風循環型暖房システムと比べて、幾つもの独特の利点を備えている。先ず、床を温めることによって体感温度としての室内温度を上昇させるようにしているということがあり、これは特に、床がタイル張りのバスルームに適用した場合に大きな利点となる。また、室内を均一に暖めることができる。更に、放射型床暖房システムは、室内や屋内を温めるために空気を流動（対流）させる必要がないため、空気の汚染の問題や、その汚染を除去するためのフィルタに関する問題が発生しない。従来の典型的な放射型床暖房システムでは、発熱エレメントとして、金属線をループ状に取り回したものが用いられていた。これに対して、本発明の好適な実施の形態に係る発熱エレメント２０８は、導電性フィラー充填樹脂系材料で形成したものである。図示例の発熱エレメント２０８は、連続ループ構造を成すように形成してあり、これを形成する方法としては、例えば、押出成形法によって薄いシート状の導電性フィラー充填樹脂系材料を製作し、続いて、そのシート状の材料に対してスタンピング加工を施して、ループ状のパターンに形成するようにすればよい。
【００４２】
発熱エレメント２０８を形成している導電性材料は、絶縁層２２２で被覆されている。この発熱エレメント２００を、例えばコンクリート造の床スラブや、木造の床構造の上に打設したコンクリート系レベラー材料の上に敷設する。続いて、敷設したその発熱エレメント２００に網体２０６を取り付けるようにしてもよく、そうすることによって、タイル貼付用モルタル２１０の定着力を増強し、その強度を向上させることができる。発熱エレメント２００の上に、或いは、網体を取り付けた場合であれば発熱エレメント２００及びその網体の上に、タイル貼付用モルタルを打設して、タイル２１２を貼り付けるための土台を形成する。本発明に係る床暖房用のこの発熱エレメント２００は、住宅のバスルームの暖房や地下室の暖房などの用途に、特に好適に用いることができる。
【００４３】
図１２は、本発明の第７の好適な実施の形態を示した図である。この実施の形態は、本発明に係る導電性フィラー充填樹脂系材料を用いて構成した加熱用テープ２３０である。この種の加熱用テープ２３０は、液体配管２３６を局所的に加熱して凍結を防止するために用いられるものである。典型的な適用対象は、住宅の床下配管空間やガレージなどに配管されている配水管２３６である。従来の典型的なこの種の加熱用テープは、金属線をゴム材料の中に埋め込むことで構成されていた。本発明の好適な実施の形態に係る加熱用テープ２３０は、導電性フィラー充填樹脂系材料で形成した発熱エレメント２３２及び２３４と、端部接続用ストラップ２３８とを備えている。端部接続用ストラップ２３８は、加熱用テープ２３０の電源配線が接続されている端部とは反対側の端部において、発熱エレメント２３２と２３４とを電気的に接続している。発熱エレメント２３２と２３４とは、端部接続用ストラップによって互いに接続されている箇所以外は、絶縁層２３９によって互いに絶縁されている。発熱エレメント２３２及び２３４を形成している導電性フィラー充填樹脂系材料のホスト材料である樹脂材料は、可撓性を備えた樹脂材料である。絶縁層２３９も、可撓性を備えた樹脂材料で形成されている。この加熱用テープの製作方法の一例は、先ず押出成形法を用いて、導電性フィラー充填樹脂系材料で発熱エレメント２３２及び２３４を形成し、続いて、再び押出成形法を用いて、発熱エレメント２３２及び２３４の周囲に絶縁層２３９を形成するというものである。
【００４４】
図１３は、本発明の第８の好適な実施の形態を示した図である。これは、本発明の導電性フィラー充填樹脂系材料を用いて、カートリッジ型ヒータ装置２５０を構成したものである。この種のカートリッジ型ヒータ装置は、限局されたワークエリアを局所的に加熱する用途であって、しかも精密な熱制御を必要とする用途に用いられるものである。カートリッジ型ヒータ装置が用いられる商業上及び工業上の用途は多岐に渡っており、例えば、コンプレッサのクランクケースを加熱するためにも用いられ、また、コピー機や、成形ダイ、フードプロセッシング、プラスチック成形型、ワックスポット、等々にも用いられるものである。従来の典型的なこの種のカートリッジ型ヒータ装置は、その発熱エレメントとして、絶縁被覆を施したニクロム線を使用し、その発熱エレメントを巻回したものを密閉金属ケースに封入することで構成されていた。本発明の好適な実施の形態に係るカートリッジ型ヒータ装置２５０は、図示したように、導電性フィラー充填樹脂系材料で形成した発熱エレメント２５２ａ及び２５２ｂと、絶縁性材料で形成したコア２６０と、同じく絶縁性材料で形成した外殻部材２６２とで構成されている。図示例のカートリッジを構成するには、例えば、絶縁性材料で形成したコア２６０の周囲に、モールド成形法を用いて発熱エレメント２５２を形成するようにすればよい。金属線２５６及び２５８は、このカートリッジを不図示の電源に接続するために備えられている。発熱エレメントはＵ字形をしており、図中上側のＵ字形の腕部と、図中下側のＵ字形の腕部とは、金属線２５６及び２５８が接続されている側の端部とは反対側の端部において互いに連結している。尚、図示していないが、カートリッジ２５０の表面に金属層をメッキ形成するようにしてもよく、表面に金属層を形成することで、熱的特性を変化させることができる。
【００４５】
図１４は、本発明の第９の好適な実施の形態を示した図である。同図に示したものは、浸漬式ヒータ装置２７０である。この種の浸漬式ヒータ装置は、液体を加熱するために用いられるものである。浸漬式ヒータ装置は、通常、タンクに貯留されている液体の精密加熱制御を行うために、そのタンクの内部に配置して用いる。従来の典型的なこの種の浸漬式ヒータ装置は、絶縁被覆を施した発熱用のニクロム線を、金属製チューブの中に密封することで構成されていた。本発明の好適な実施の形態に係る浸漬式ヒータ装置２７０は、図示したように、導電性フィラー充填樹脂系材料で形成した発熱エレメント２７６を、液密構造の保護管２７８の中に封入て構成したものであり、この保護管２７８は樹脂系材料で形成され、絶縁性を備えたものである。この実施の形態では、外周に雄ネジを形成した側の端部２７１に電源端子が連結されている。一対の配線のうちの一方を抵抗発熱エレメント２７６の端部２７１に接続し、他方の配線を導体２７２に接続するようにしてあり、この導体２７２は絶縁被覆２７４で被覆されて、抵抗発熱エレメント２７６の中を延在している。雄ネジを形成した側の端部２７１とは反対側の端部には、金属製のエンドキャップ２８２が配設されており、このエンドキャップ２８２は、絶縁性の樹脂系材料２８０で被覆されている。このエンドキャップ２８２によって、中心導体２７２と導電性フィラー充填樹脂系材料２７６とが接続されており、それによってヒータ装置の海路が完成している。以上の構成によれば、断面図で示した構造の抵抗発熱エレメントを、モールド成形法を用いて、任意の長さの長尺部材として製作した後に、それを切断して短尺部材とすることで、所望の長さの浸漬式ヒータ装置２７０を製作することができる。
【００４６】
図１５は、本発明の第１０の好適な実施の形態を示した図である。この図に示したものは、フィン付ストリップ形ヒータ装置３００である。この種のフィン付ストリップ形ヒータ装置は、熱風式オーブンにおいて空気を加熱するためなどにも用いられ、また、試験用負荷装置（ロードバンク）にも用いられるものである。従来の典型的なこの種のフィン付ストリップ形ヒータ装置においては、絶縁被覆を施した発熱用のニクロム線を、金属製のハウジングの中に密封し、そして、そのハウジングに設けた金属製のフィンを介して、熱を空気へ伝達するようにしていた。本発明の好適な実施の形態に係るフィン付ストリップ形ヒータ装置３００は、図示したように、導電性フィラー充填樹脂系材料で形成した抵抗発熱エレメント３０４を、絶縁層３１０の中に封入して構成したものである。抵抗発熱エレメント３０４は、導電性フィラー充填樹脂系材料で形成を単にストリップの形状に形成したものであり、その一端に端子３１４を埋め込み、他端に端子３１６を埋め込んである。外面ケース３０８は、内部の抵抗発熱エレメント３０４から電気的には絶縁されている。ただし、発熱エレメント３０４で発生した熱は何の支障もなく外面ケース３０８へ伝達され、そしてその熱は、外面ケース３０８に設けた多数のフィン３２０から成るフィンブロックの大面積の表面を介して、空気へ伝達される。フィン３２０どうしの間にはギャップ３２２が画成されている。外面ケース３０８の図中下側にもフィンを設けるようにしてもよい。外面ケース３０８は、スタンピング加工により金属材料で形成することができる。ただし、外面ケース３０８を、本発明に係る導電性フィラー充填樹脂系材料で形成するようにしてもよい。なぜならば、本発明に係る導電性フィラー充填樹脂系材料は優れた伝熱性を有するからである。フィン付ストリップ形ヒータ装置３００を製作するための好適な製作方法の一例は、射出成形法を用いて形成した抵抗発熱エレメント３０４の上に、オーバーモールド法を用いて絶縁層３１０を形成し、そして更に、その絶縁層−抵抗発熱エレメント−サブアセンブリの上に、オーバーモールド法を用いて外面ケース３０８を形成するというものである。
【００４７】
図１６は、本発明の第１１の好適な実施の形態を示した図である。この図に示したものは、可撓性ヒータ装置３３０である。この種の可撓性ヒータ装置は、様々な形状及び寸法の加熱対象物に対して局所的加熱を施すことが必要な多くの用途に用いられており、例えば、航空機器の電子部品のように、極低温環境におかれる電子部品を適切な動作温度に維持するためなどに用いられている。従来の典型的なこの種の可撓性ヒータ装置は、金属箔にエッチング加工を施したものを、絶縁性材料に封入することで構成されていた。本発明の好適な実施の形態に係る可撓性ヒータ装置３３０は、図示の如く、導電性フィラー充填樹脂系材料で形成する発熱エレメント３３２を、その全体がループ形で、両側から交互に延出したジグザグ形となるように形成したものである。発熱エレメント３３２の両端に埋め込んで接続した配線３３６及び３３８を介して電力を供給するようにしてある。この抵抗発熱エレメント３３２は、絶縁層３３４で被覆してある。絶縁層３３４の好ましい材料は樹脂系材料であり、抵抗発熱エレメント３３２を形成する導電性フィラー充填樹脂系材料のホスト材料である樹脂材料と同じ樹脂材料とすればなお好ましい。可撓性ヒータ装置３３０は、加熱対象物に密着させて使用することができ、図示例は、集積回路デバイス３４２、３４０に密着させてある。ヒータ装置３３０と加熱対象物３４２とは、接着剤などを用いて、互いに密着した状態に維持するようにするとよい。可撓性ヒータ装置３３０を製作するための製作方法の一例は、例えば、射出成形法を用いて、均一に混合した導電性フィラー充填樹脂系材料で抵抗発熱エレメント３３２を形成した後に、その発熱エレメント３３２の表面に、オーバーモールド法を用いて絶縁層３３４をコーティングするというものである。
【００４８】
図１７は、本発明の第１２の好適な実施の形態を示した図である。この図に示したものは、ストラップ形、即ちバンド形のヒータ装置３５０である。この種のバンド形ヒータ装置３５０は、液体３６０を流動させている配管３５４に対して局所的加熱を施すために用いられるものであり、その目的は、氷結防止や、液体３６０の粘度を制御することなどにあり、これらを必要とする用途は数多く存在している。従来の典型的なこの種のバンド形ヒータ装置は、配管の周囲に締結するようにした金属製リングの中に、絶縁被覆を施したニクロム線を収容することで構成されていた。本発明の好適な実施の形態に係るバンド形ヒータ装置３５０は、図示の如く、導電性フィラー充填樹脂系材料から成る抵抗発熱エレメント３５２を、絶縁性材料から成るバンド３５３、３６２の中に埋め込んで構成したものである。抵抗発熱エレメント３５２の周方向の両端には、配線３５６及び３５８を埋め込んで接続してあり、それら配線を介して電力を供給するようにしてある。このバンド形ヒータ装置３５０を製作するための製作方法の一例は、先ず、射出成形法を用いて、均一に混合した導電性フィラー充填樹脂系材料で発熱エレメント３５２を形成し、続いて、その発熱エレメント３５２の表面に、ドブ付け法やコート層形成法などを用いて、絶縁層３５３及び３６２を形成するというものであり、形成する絶縁層は単層であっても構わない。また、以上とは別の好適な実施の形態として、バンド形ヒータ装置を、十分な弾性を備えたものとし、配管の周囲に嵌合するだけで固定できるような構成とするのもよく、そうする場合には、導電性フィラー充填樹脂系材料のホスト材料である樹脂材料として、十分な弾性を有する樹脂材料を選択すると共に、絶縁層３５３及び３６２を形成する絶縁性材料を、十分な弾性を有する樹脂系材料とすればよい。
【００４９】
図１８は、本発明の第１３の好適な実施の形態を示した図である。この図に示したものは、インサート成形法を用いて製作した、加熱管装置３７０である。この種の加熱管装置は、配管の中を流動する液体を加熱するために用いられるものであり、その目的は、氷結防止や、液体３７８の粘度を制御することなどにあり、これらを必要とする用途は数多く存在している。インサート成形法を用いて製作した、本発明の好適な実施の形態に係る加熱管装置３７０は、図示の如く、導電性フィラー充填樹脂系材料から成る抵抗発熱エレメント３７４を、絶縁性材料から成るハウジング３７２の中に埋め込んで構成したものである。この加熱管装置３７０を製作するための公的な製作方法は、先ず、モールド成形法を用いて、導電性フィラー充填樹脂系材料で発熱エレメント３７４を形成し、続いて、その発熱エレメント３７４の周囲に、オーバーモールド法を用いて、樹脂系材料でハウジング３７２を形成するというものである。また、抵抗発熱エレメント３７４に埋め込んだ２本の端子３７６は、それらを介して、抵抗発熱エレメント３７４に電力を供給するためのものである。
【００５０】
図１９は、本発明の第１４の好適な実施の形態を示した図である。この図に示したのは加熱管装置４００である。この種の加熱管装置は、チューブの中を流動する液体を加熱するために用いられるものであり、その目的は、氷結防止や、液体４１４の粘度を制御することなどにあり、これらを必要とする用途は数多く存在している。従来の典型的なこの種の加熱管装置は、金属線から成る発熱エレメントを、ゴム製チューブの中に埋め込むことで構成されていた。本発明の好適な実施の形態に係る加熱管装置４００は、液体４１４を送給することのできる液送チューブ４０１を備えており、この液送チューブ４０１は、例えばゴム製チューブとして形成される。導電性フィラー充填樹脂系材料から成る発熱エレメント４０２が、液送チューブ４０１を囲繞するようにして形成されている。更に、その発熱エレメント４０２を囲繞するようにして絶縁層４０９が形成されており、これによって加熱管装置４００の表面が電気的に絶縁されている。
【００５１】
最も簡明な実施の形態とするのであれば、導電性フィラー充填樹脂系材料から成る発熱エレメント４０２の両端部を露出させ、その露出させた両端部に配線を接続した上で、その加熱管装置４００を然るべき位置に機械的に連結すればよい。そして、不図示の電源から、その加熱管装置４００の長手方向に電流を流すようにする。一方、回路の構築が容易な実施の形態とするのであれば、図示例のように、絶縁被覆層を備えた配線４１６を、導電性フィラー充填樹脂系材料から成る発熱エレメント４０２の中に埋め込むようにする。この配線４１６を備えることによって、クランプ接合機構４１０、４１２を用いて、容易に回路を構築するが可能となる。この実施の形態では、クランプ接合機構４１０、４１２は、金属材料から成る接合子４１２を備えている。加熱管装置４００の一端では、接合子４１２が、抵抗発熱エレメント４０２の中へ貫入すると共に、配線４１６の絶縁被覆層を切り裂いて配線４１６に接触するようにし、それによって配線４１６と抵抗発熱エレメント４０２とを電気的に接続する。また、加熱管装置４００の他端でも、クランプ接合機構４１０、４１２を使用しているが、これは、抵抗発熱エレメント４０２に電気的に接続するためだけに用いられているものである。発熱エレメント４０２を形成する導電性フィラー充填樹脂系材料のホスト材料である樹脂材料と、絶縁層４０９を形成する樹脂材料とはいずれも、可撓性を有する樹脂材料とすることが好ましい。また、液送チューブ４０１を形成する材料を、発熱エレメント４０２を形成する導電性フィラー充填樹脂系材料のホスト材料である樹脂材料と、同じ樹脂材料としてもよい。この実施の形態に係る加熱管装置４００を製作するための製作方法としては、例えば、液送チューブ４０１を押出成形する際に共押出成形法を用いるようにし、続いて、液送チューブ４０１と絶縁被覆を施した配線４１４とを、抵抗発熱エレメント４０２を形成する押出成形機から引き抜きながら押出成形するようにすればよい。
【００５２】
図２０〜図２２は、本発明の第１５の好適な実施の形態を示した図である。これらの図に示したものは、チューブ形ヒータ装置である。この種のチューブ形ヒータ装置は、液体などを加熱するために用いられるものであり、具体的には、給湯装置や、レストランの保温トレイ、それに保温用オーブンなどに用いられるものである。従来の典型的なこの種のチューブ形ヒータ装置は、絶縁被覆層を備えた金属線から成る発熱エレメントを、金属管の中に封入することによって構成されていた。図２０は、本発明の好適な実施の形態に係るチューブ形ヒータ装置４５０を示した図である。このチューブ形ヒータ装置４５０は、導電性フィラー充填樹脂系材料から成るコア４５２の周囲を絶縁層４５４で被覆して構成したものである。管体４５０はループ形に形成されており、この形状は、例えば、食品加熱装置や湯沸装置などに用いる形状である。電気接点４５６は、管体４５０の中の抵抗発熱エレメント４５２の両端に対する電気的接続のために設けられている。このチューブ形ヒータ装置を製作するための製作方法としては、例えば、押出成形法を用いて、可撓性を有する導電性フィラー充填樹脂系材料で発熱エレメント４５２を形成し、続いて、その発熱エレメントに、絶縁層４５４を被覆するようにすればよい。また別法として、射出成形法を用いて、チューブ形発熱エレメント４５２を形成するようにしてもよい。図２１は、湯沸装置４６０を示した図である。この湯沸装置４６０は、上側のチューブ形ヒータ装置４６８と下側のチューブ形ヒータ装置４６４とを備えており、それら発熱エレメント４６４、４６８は、導電性フィラー充填樹脂系材料で形成されている。
【００５３】
図２２は、本発明に係るチューブ形ヒータ装置を、加熱式タオル掛４８０に適用したものを示した図である。タオル掛ロッド４８３は、導電性フィラー充填樹脂系材料から成る発熱エレメント４８２で形成されている。発熱エレメント４８２は、絶縁層４８４で囲繞されている。また、コート層形成法またはメッキ法を用いて、その絶縁層４８４の上に更に表面金属層４８６を形成するようにしてもよく、それによって金属的な外観を付与することができる。発熱式ロッド４８３は、保持部材４８８に指示されている。ロッド４８３は、配線４８７を介して制御ユニット４８９に接続されており、この制御ユニット４８９は、ロッド４８３を流れる電流を制御することで、温度制御を行う。チューブ形発熱ロッド４８３は、例えば、押出成形法などを用いて形成することができる。
【００５４】
以上に説明した導電性フィラー充填樹脂系材料は、樹脂材料をホスト材料とし、この樹脂ホスト材料の中に、導電性粒体から成るミクロンオーダーの粉体、または導電性材料から成るファイバ（導電性ファイバ）、またはそれらの混合物を充填して成る材料である。図２は、導電性フィラー充填樹脂系材料の１つの実施の形態３２の断面を示した断面図であり、この実施の形態では、樹脂ホスト材料３０の中に、導電性粒体３４から成る粉体が充填されている。この実施の形態では、粉体を構成している導電性粒体３４の粒径Ｄは、約３μｍ〜約１２μｍの範囲内にある。
【００５５】
図３は、導電性フィラー充填樹脂系材料の別の１つの実施の形態３６の断面を示した断面図であり、この実施の形態は、樹脂ホスト材料３０の中に導電性ファイバ３８を充填したものである。導電性ファイバ３８の直径は約３μｍ〜約１２μｍの範囲内にあり、典型的には１０μｍ前後の範囲内、即ち、約８μｍ〜約１２μｍの範囲内にあるようにする。また、図３の実施の形態では、導電性ファイバ３８の長さは、約２ｍｍ〜約１４ｍｍの範囲内にある。導電性粒体３４ないし導電性ファイバ３８として用いる導電性材料は、例えば、ステンレス鋼、ニッケル、銅、それに銀などの適当な金属材料などとすればよく、またその他の導電性を有する適当なファイバ状の材料なども使用でき、２種類以上の材料を組合せて使用するようにしてもよい。そして、そのような導電性粒体や導電性ファイバを樹脂ホスト材料の中に均一に分散させるようにする。既述のごとく、この導電性フィラー充填樹脂系材料の導電率の値は、約５オーム／スクエア〜約２５オーム／スクエアの範囲内の値とするのが一般的であるが、この範囲から外れる値とすることもあり、導電率の値を変更するには、導電性フィラーのドープ量に関するパラメータ、及び／または、使用する樹脂材料の種類を変更するなどすればよい。導電率の値を上述した範囲内の値とする場合には、樹脂ホスト材料３０の重量に対する、それに充填する導電性粒体３４及び／または導電性ファイバ３８から成る導電性材料の重量比を、約０．２０〜約０．４０の範囲内とし、好ましくは、約０．３とするのがよい。導電性フィラーとして、ステンレス鋼ファイバを使用する場合には、その直径が８μｍ〜１１μｍの範囲内にあり、その長さが４ｍｍ〜６ｍｍの範囲内にあるステンレス鋼ファイバを使用するようにし、また、樹脂ホスト材料の重量に対するそのステンレス鋼ファイバの重量比が０．３０になるような配合量とするのがよく、そうすれば、あらゆるＥＭＦスペクトル領域において高い効率を達成することのできる、非常に高い導電率を備えた材料とすることができる。図４は、導電性フィラー充填樹脂系材料の更に別の１つの実施の形態の断面を示した断面図であり、この実施の形態は、樹脂ホスト材料３０の中に、導電性粉体３４とミクロンオーダーの導電性ファイバ３８とを混合して成る導電性材料を充填したものであり、それら導電性材料が、モールド成形の工程において、ホスト材料である樹脂材料３０の中に均一に分散した状態となったものである。
【００５６】
図５ａ及び図５ｂは、上述した導電性フィラー充填樹脂系材料の、好適な構成例を示した図である。導電性フィラー充填樹脂系材料は、それを繊維状に形成した上で、その繊維状にしたものを織り上げるか、または絡み合わせることによって、導電性織物とすることができる。また、導電性フィラー充填樹脂系材料は、それを撚糸状に形成した上で、図示したように織り上げることも可能である。図５ａには、繊維状にした導電性フィラー充填樹脂系材料を、縦糸４６及び横糸５０として、２次元的に織り上げて形成した導電性織物４２を示した。また、図５ｂには、繊維状にした導電性フィラー充填樹脂系材料を、互いに絡み合わせて形成した導電性織物４２’を示した。繊維状にした導電性フィラー充填樹脂系材料を絡み合わせたものでは、導電性ファイバがつながり合った撚糸状の材料がランダムに絡み合っている。このようにして形成する図５ａの導電性織物４２と、図５ｂの導電性織物４２’とは、いずれも、非常に薄い織物とすることも、厚手の織物とすることもでき、剛性を有するものとすることも、可撓性を有するものとすることもでき、更には、かたまり状に形成することも可能である。
【００５７】
同様に、ミクロンオーダーのステンレス鋼などから成る導電性ファイバを織り上げ、或いは絡み合わせたものを用いて、導電性を有し、しかも布状の材料を形成することも可能である。また、このように導電性ファイバを織り上げ、或いは絡み合わせて形成した、導電性を有する布状の材料を、例えばポリエステル、テフロン（登録商標）、ケブラーなどの適当な樹脂系材料の層に貼り合わせて、積層材料とすることも可能である。こうして形成した導電性の織物材料は、それを裁断することで、所望の形状及び寸法にすることができる。
【００５８】
導電性フィラー充填樹脂系材料を用いて形成する以上のヒータ装置は、例えば射出成形法、押出成形法、化学反応を伴うモールド成形法などをはじめとする、様々なモールド成形法を用いて形成し得るものである。図６ａは、射出成形用の成形型を示した簡略化した模式図であり、同図には、成形型５０の下型５４と上型５８とが示されている。成分材料の配合を完了した導電性フィラー充填樹脂系材料を、注入開口６０からモールドキャビティ６４の中へ注入する。この注入が完了した時点で、樹脂ホスト材料の中に導電性フィラーが均一に分散した状態となっており、それを熱反応によって硬化させる。硬化が完了したならば、上型５８と下型５４とを分離してヒータ装置を取出す。
【００５９】
図６ｂは、押出成形法を用いてヒータ装置を形成するための押出成形機７０の簡略化した模式図である。押出機構７４のホッパ８０の中に、導電性フィラー充填樹脂系材料を投入する。次に、加熱溶融した、或いは化学反応により硬化するようにした導電性フィラー充填樹脂系材料を、ピストン、スクリュー、プレスなどの適宜の手段７８によって、押出開口８２から押し出すようにする。すると、この押出開口８２によって、その加熱溶融した、或いは化学反応により硬化するようにした導電性フィラー充填樹脂系材料に、所望の形状が付与される。続いて、化学反応によって、或いは熱的変化によって、その導電性フィラー充填樹脂系材料が完全に硬化して、高い硬度を有する状態または弾性を有する状態になったならば、それによって使用可能となる。
【００６０】
本発明の利点を要約するならば、次の通りである。効果的なヒータ装置を提供することができる。ヒータ装置の製作方法を提供することができる。モールド成形法を用いて導電性フィラー充填樹脂系材料から成るヒータ装置を製作することができる。モールド成形法を用いて導電性フィラー充填樹脂系材料から成るヒータ装置を製作することにより、樹脂ホスト材料にドープする導電性材料のドープ量に基づいて、ヒータ装置の特性を適宜設定することができる。モールド成形法を用いて導電性フィラー充填樹脂系材料から成るヒータ装置を製作することにより、使用する樹脂系材料の特性に基づいて、ヒータ装置の特性を適宜設定することができる。導電性フィラー充填樹脂系材料でヒータ装置を製作する製作方法は、様々な形態の成分材料を含有した導電性フィラー充填樹脂系材料に対応することができる。導電性フィラー充填樹脂系材料で形成した発熱エレメントを備えた様々なヒータ装置を提供することができる。
【００６１】
以上の様々な好適な実施の形態に関連して説明したように、本発明に係る新規な方法及び装置は、従来の方法及び装置と比べて、より効果的で製作の容易なものである。
以上に本発明をその幾つかの好適な実施の形態に即して具体的に図示して説明したが、当業者には容易に理解されるように、それら実施の形態は、本発明の概念及び範囲から逸脱することなく様々な形態及び細部構造に関する変更を加え得るものである。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１ａ】本発明の第１の好適な実施の形態を示した図であり、この図に示したものは、導電性フィラー充填樹脂系材料を用いて構成したヒータ装置である。
【図１ｂ】本発明の第１の好適な実施の形態を示した図であり、この図に示したものは、導電性フィラー充填樹脂系材料を用いて構成したヒータ装置である。
【図２】導電性材料として粉体を用いた、導電性フィラー充填樹脂系材料の第１の好適な実施の形態を示した図である。
【図３】導電性材料としてミクロンオーダーの導電性ファイバを用いた、導電性フィラー充填樹脂系材料の第２の好適な実施の形態を示した図である。
【図４】導電性材料として導電性粉体とミクロンオーダーの導電性ファイバとの両方を用いた、導電性フィラー充填樹脂系材料の第３の好適な実施の形態を示した図である。
【図５ａ】導電性フィラー充填樹脂系材料によって導電性を有する布状の材料を形成した、第４の好適な実施の形態を示した図である。
【図５ｂ】導電性フィラー充填樹脂系材料によって導電性を有する布状の材料を形成した、第４の好適な実施の形態を示した図である。
【図６ａ】モールド成形法を用いて導電性フィラー充填樹脂系材料から成る回路導体を形成するために使用することのできる、射出成形機を示した簡略化した模式図である。
【図６ｂ】モールド成形法を用いて導電性フィラー充填樹脂系材料から成る回路導体を形成するために使用することのできる、押出成形機を示した簡略化した模式図である。
【図７】本発明の第２の好適な実施の形態を示した図であり、この図に示したものは、導電性フィラー充填樹脂系材料を用いて渦巻形状の温熱パッドとして形成したヒータ装置である。
【図８ａ】本発明の第３の好適な実施の形態を示した図であり、この図に示したものは、導電性フィラー充填樹脂系材料を用いて構成した温熱式座席装置である。
【図８ｂ】本発明の第３の好適な実施の形態を示した図であり、この図に示したものは、導電性フィラー充填樹脂系材料を用いて構成した温熱式座席装置である。
【図９】本発明の第４の好適な実施の形態を示した図であり、この図に示したものは、導電性フィラー充填樹脂系材料用いて構成した加熱式ウィンドウ装置である。
【図１０】本発明の第５の好適な実施の形態を示した図であり、この図に示したものは、導電性フィラー充填樹脂系材料を用いて構成した加熱式ミラー装置である。
【図１１】本発明の第６の好適な実施の形態を示した図であり、この図に示したものは、導電性フィラー充填樹脂系材料を用いて構成した放射型床暖房装置である。
【図１２】本発明の第７の好適な実施の形態を示した図であり、この図に示したものは、導電性フィラー充填樹脂系材料を用いて構成した加熱テープ装置である。
【図１３】本発明の第８の好適な実施の形態を示した図であり、この図に示したものは、導電性フィラー充填樹脂系材料を用いて構成したカートリッジ型ヒータ装置である。
【図１４】本発明の第９の好適な実施の形態を示した図であり、この図に示したものは、導電性フィラー充填樹脂系材料を用いて構成した浸漬型ヒータ装置である。
【図１５】本発明の第１０の好適な実施の形態を示した図であり、この図に示したものは、導電性フィラー充填樹脂系材料を用いて構成したフィン付ストリップ形ヒータ装置である。
【図１６】本発明の第１１の好適な実施の形態を示した図であり、この図に示したものは、電子デバイスの温度補償に用いる、導電性フィラー充填樹脂系材料を用いて構成した可撓性を有するヒータ装置である。
【図１７】本発明の第１２の好適な実施の形態を示した図であり、この図に示したものは、導電性フィラー充填樹脂系材料を用いて構成したストラップ形、即ちバンド形のヒータ装置である。
【図１８】本発明の第１３の好適な実施の形態を示した図であり、この図に示したものは、導電性フィラー充填樹脂系材料を用いて構成し、インサート成形法を用いて製作した加熱管装置である。
【図１９】本発明の第１４の好適な実施の形態を示した図であり、この図に示したものは、導電性フィラー充填樹脂系材料を用いて構成した加熱管装置である。
【図２０】本発明の第１５の好適な実施の形態を示した図であり、この図に示したものは、導電性フィラー充填樹脂系材料を用いて構成したチューブ形ヒータ装置である。
【図２１】本発明の第１５の好適な実施の形態に係るチューブ形ヒータ装置を適用した湯沸装置を示した図である。
【図２２】本発明の第１５の好適な実施の形態に係るチューブ形ヒータ装置を適用した加熱式タオル掛を示した図である。
【図１ａ】
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【図１ｂ】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５ａ】
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【図５ｂ】
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【図６ａ】
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【図６ｂ】
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【図７】
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【図８ａ】
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【図８ｂ】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【外国語明細書】
2004319493000001.pdf