(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
フィラメント数が１０００本〜１２０００本の炭素繊維織物又は炭素繊維束の表面に樹脂の炭化層が形成され、
前記炭化層の厚みが５〜７０μｍであり、
全体の厚みが０．１〜０．５ｍｍである可撓性ヒーター。
【請求項２】
幅が２ｃｍである請求項１に記載の可撓性ヒーターを支点から５ｃｍ突き出すと共に突き出した前記可撓性ヒーターの先端に５ｇの重りを吊り下げたときの前記可撓性ヒーターの撓み量が１０〜４０ｍｍであることを特徴とする請求項１に記載の可撓性ヒーター。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、一般用の暖房機器や工業用のヒーター、また、自動車用シートや椅子等の座部や背部、床や壁等の形状に沿って設置されて使用される柔軟な形状変化が要求される一般用及び工業用の平面状の可撓性ヒーター、特に、取り扱いが楽で、抵抗の大きさを容易に調整できる平面状の可撓性ヒーターに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、可撓性を有するヒーターとして、例えば、特公昭５１−１５２３４号公報に示されているように、炭素繊維の表面を絶縁性の樹脂で被覆し、その樹脂を硬化、焼結せずに、柔軟性を損なわない樹脂の状態のままで炭素繊維表面を被覆して、この樹脂で被覆された内部の炭素繊維に通電し、発熱させるものが使用されている。
【０００３】
ところが、このような従来の可撓性ヒーターの場合、そのヒーターの発熱特性等は内部の炭素繊維の厚みや、炭素繊維の密度等の炭素繊維含有量で調節していた。したがって、高い発熱特性を得ようとした場合、内部の炭素繊維含有量を増加させていたため、それに伴って、炭素繊維の有する可撓性を損なうこととなっていた。
【０００４】
【発明が解決しようする課題】
そこで、本発明は、炭素繊維の有する可撓性を損なうことなく、ヒーターの発熱特性を容易に調整できる可撓性ヒーターを提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するための本発明の可撓性ヒーターは、フィラメント数が１０００本〜１２０００本の炭素繊維織物または炭素繊維束の表面に樹脂の炭化層が形成され、前記炭化層の厚みが５〜７０μｍであり、全体の厚みが０．１〜０．５ｍｍである。また、幅が２ｃｍである本発明の可撓性ヒーターを支点から５ｃｍ突き出すと共に突き出した前記可撓性ヒーターの先端に５ｇの重りを吊り下げたときの前記可撓性ヒーターの撓み量が１０〜４０ｍｍである。 
【０００６】
使用される炭素繊維は、ＰＡＮ系、ピッチ系、レーヨン系のいずれの種類のものでも適用でき、特に限定はない。
【０００７】
また、炭素繊維は、面状であれば、特に限定されず、可撓性を有しつつ、高い強度を有することができる炭素繊維束若しくは織物が好ましい。また、炭素繊維が縦方向若しくは横方向のいずれか一方の方向にのみ配列している１次元のものや、縦方向と横方向に交互に交差して形成されている２次元のもの等いずれであってもよい。また、これら炭素繊維束若しくは織物を構成する炭素繊維のフィラメント数が１０００〜１２０００本、好ましくは１０００〜６０００本であることが好ましい。フィラメント数が１０００本未満であれば、強度が高くならず、また、１２０００本を越えると、逆に強度が高くなりすぎ、可撓性が低下することになる。
【０００８】
この炭素繊維の表面に形成される炭化層となる樹脂としては、熱硬化性樹脂であれば特に限定はなく、例えば、フェノール樹脂、ユリア樹脂、メラミン樹脂、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、ポリカルボジイミド樹脂等が使用できる。これら樹脂に必要に応じて硬化させるための硬化剤、促進剤を併用する。ここで、樹脂自体は熱可塑性樹脂であるが、それに硬化剤を併用することにより、全体として熱硬化性となる熱硬化性樹脂組成物も、本発明の熱硬化性樹脂に包含されるものとする。これら樹脂の中でも、ポリイミド樹脂、ポリカルボジイミド樹脂等を用いると、表面が滑らかな外観となることから好ましい。
【０００９】
本発明にかかる可撓性ヒーターは、前記炭素繊維織物若しくは炭素繊維束の表面に前記樹脂を塗布若しくは含浸後、硬化させて、焼成処理を経て樹脂を炭化させて、前記炭素繊維織物若しくは炭素繊維束の相互間を固着し、その表面を被覆して作製される。樹脂を塗布若しくは含浸させる方法は特に限定されないが、例えば、刷毛等によって表面に塗布するか、若しくは液状の樹脂中に浸漬する方法を適用できる。樹脂を塗布若しくは含浸した後、２００〜６００℃の任意の温度で熱処理し、樹脂を硬化させた後、８００〜２０００℃の任意の温度で、不活性ガス雰囲気中で、熱処理し、樹脂を炭化させる。焼成時の温度によって、後述する炭化層の固有抵抗を調整することができる。
【００１０】
前記樹脂を塗布若しくは含浸させる量は、硬化、焼成処理を経て炭化させた後に全体の厚みが０．１〜０．５ｍｍ、好ましくは０．１５〜０．５ｍｍとなるように調整する。厚みが０．１ｍｍ未満であると、ヒーターとして適用できる十分な強度とはいえず、また、０．５ｍｍを越えると、可撓性が低下する。また、炭素繊維織物若しくは炭素繊維束に含浸、被覆される炭化層のうち表面に被覆される炭化層の厚みが５〜７０μｍ、好ましくは５〜６０μｍとなるようにすることが好ましい。炭化層の厚みが５μｍ未満であると、ヒーターの形状保持が困難になるとともに、薄すぎるために、ヒーターの熱分布が均等にならない。また、７０μｍを越えると、炭素繊維織物若しくは炭素繊維束との熱膨張率の違いによって剥離することがあるとともに、固有抵抗が高くなり、従来の表面が絶縁体の樹脂で被覆された可撓性ヒーターの如く、内部の炭素繊維織物及び炭素繊維束への通電用の電極を設ける必要がでてくる。
【００１１】
本発明における可撓性ヒーターは、内部の炭素繊維織物若しくは炭素繊維束及び表面に被覆されたこの炭化層に通電することで、ヒーターとして使用されるものである。そのため、この表面に被覆された炭化層の厚みや、前述のように炭化させるときの焼成温度を調整することによってヒーター全体の固有抵抗を調整することが可能となる。すなわち、ヒーター特性を高める場合は、この表面に被覆された炭化層の厚みを厚めにすることで、固有抵抗を高めることが可能となる。従って、表面に被覆された炭化層の厚みを前述の５〜７０μｍ、好ましくは５〜６０μｍとすることで、ヒーターの固有抵抗を１０〜９０μΩ・ｍの範囲で安定させることができ、ヒーター全面を均等な熱分布とすることができる。
【００１２】
また、本発明の可撓性ヒーターは、その可撓性を示す指標として、例えば、幅を２ｃｍ一定とし、支点から５ｃｍ突き出し、その先端に５ｇの重りを吊り下げた場合の撓み量を用いると、本発明にかかるヒーターは、その撓み量が１０〜４０ｍｍを示す。これは、例えば、一般用暖房機器のヒーター等のような不活性ガスが充填された任意の形状に湾曲等された石英管内に封入したり、自動車用シートや椅子等の座部や背部、床や壁等の形状に沿って設置するに十分な可撓性である。このことから、本発明にかかる可撓性ヒーターが、一般用暖房機器のヒーター等のような不活性ガスが充填された任意の形状に湾曲等された石英管内に封入したり、自動車用シートや椅子等の座部や背部、床や壁等の形状に沿って設置する面状の可撓性ヒーターとして適用できるといえる。
【００１３】
また、本発明の可撓性ヒーターは、前述のように従来の可撓性ヒーターと異なり、内部の炭素繊維のみに通電するのではなく、この炭素繊維を固着している含浸、被覆された炭化層の両方に通電する。したがって、通電するための電極は、樹脂が含浸、被覆され、内部及び表面に炭化層が形成された炭素繊維織物若しくは炭素繊維束の両端部を、上下からその全体を挟むような形態のものでよい。この電極の形態は特に限定されるものではない。そして、実際に使用する場合は、適宜、電極を含む全面若しくは部分的に絶縁層を設けたり、防水性の膜を形成することもできる。これによって、使用環境に適応させることができ、自動車用シートや椅子等の座部や背部、床や壁等の形状に沿って設置する場合に適応させることができる。
【００１４】
また、炭素繊維を固着している樹脂が完全に炭化されているため、従来の可撓性ヒーターのように、使用中にその使用温度によって、樹脂が硬化して、可撓性が変化したり、樹脂分が揮発しガスとして発生することを抑制することができる。したがって、例えば、石英管等に封入されて使用された場合であっても、使用中にガスの発生がなく、石英管等を曇らすことがなくなる。
【００１５】
【実施例】
以下、実施例により本発明を具体的に説明する。
（実施例１）
フィラメント数１０００本のＰＡＮ系炭素繊維の平織織物１層にワニス状ポリイミド樹脂を塗布し、空気中で１２０℃で３０分間熱処理した後、さらに２５０℃で３時間熱処理し、樹脂を硬化させた。引き続き、さらに、１０００℃で３時間、窒素雰囲気中で焼成し硬化した樹脂を炭化させた。炭化処理後、１０×１００ｍｍに加工した。加工後、ヒーターの厚みを測定し、その厚みから、形成されている炭化層の厚みを算出した。また、電圧降下法により、室温での固有抵抗の測定を行った。また、ヒーターを５ｃｍ支点から突き出し、その先端に長さ５ｃｍの糸に付けた５ｇの重りを吊り下げて、その時の撓み量を測定した。また、目視によって表面外観を判定した。
【００１６】
（実施例２）
樹脂硬化後の熱処理温度を２０００℃とした以外は、実施例１と同様の手段により可撓性ヒーターを作製した。この可撓性ヒーターを、実施例１同様に、ヒーターの厚み、固有抵抗、撓み量の測定を行った。
【００１７】
（実施例３）
フィラメント数１０００本のＰＡＮ系炭素繊維の平織織物を３層積層し、樹脂硬化後の熱処理温度を２０００℃とした以外は、実施例１と同様の手段により可撓性ヒーターを作製した。この可撓性ヒーターを、実施例１同様に、ヒーターの厚み、固有抵抗、撓み量の測定を行った。
【００１８】
（実施例４）
フェノール樹脂を使用した以外は、実施例１と同様の手段により可撓性ヒーターを作製した。この可撓性ヒーターを、実施例１同様に、ヒーターの厚み、固有抵抗、撓み量の測定を行った。
【００１９】
（実施例５）
ポリカルボジイミド樹脂を使用し、樹脂硬化後の熱処理温度を２０００℃とした以外は、実施例１と同様の手段により可撓性ヒーターを作製した。この可撓性ヒーターを、実施例１同様に、ヒーターの厚み、固有抵抗、撓み量の測定を行った。
【００２０】
（実施例６）
エポキシ樹脂を使用した以外は、実施例１と同様の手段により可撓性ヒーターを作製した。この可撓性ヒーターを、実施例１同様に、ヒーターの厚み、固有抵抗、撓み量の測定を行った。
【００２１】
（実施例７）
フィラメント数３０００本のＰＡＮ系炭素繊維の平織織物を使用した以外は、実施例１と同様の手段により可撓性ヒーターを作製した。この可撓性ヒーターを、実施例１同様に、ヒーターの厚み、固有抵抗、撓み量の測定を行った。
【００２２】
（実施例８）
フィラメント数６０００本のＰＡＮ系炭素繊維の平織織物を使用した以外は、実施例１と同様の手段により可撓性ヒーターを作製した。この可撓性ヒーターを、実施例１同様に、ヒーターの厚み、固有抵抗、撓み量の測定を行った。
【００２３】
（実施例９）
フィラメント数１２０００本のＰＡＮ系炭素繊維束を使用した以外は、実施例１と同様の手段により可撓性ヒーターを作製した。この可撓性ヒーターを、実施例１同様に、ヒーターの厚み、固有抵抗、撓み量の測定を行った。
【００２４】
（参考例１）
焼成処理後の炭化層の厚みが厚くなるように、樹脂を厚めに塗布した以外は、実施例１と同様の手段により可撓性ヒーターを作製した。この可撓性ヒーターを、実施例１同様に、ヒーターの厚み、固有抵抗、撓み量の測定を行った。
【００２５】
（比較例１）
焼成処理後の炭化層の厚みが厚くなるように、樹脂を厚めに塗布した以外は、実施例３と同様の手段により可撓性ヒーターを作製した。この可撓性ヒーターを、実施例１同様に、ヒーターの厚み、固有抵抗、撓み量の測定を行った。
【００２６】
（比較例２）
樹脂を硬化したのみで、焼成処理を行わなかった点以外は、実施例１と同様の手段により可撓性ヒーターを作製した。この可撓性ヒーターを、実施例１同様に、ヒーターの厚み、固有抵抗、撓み量の測定を行った。
【００２７】
実施例１乃至９、参考例１及び比較例１及び２の可撓性ヒーターの厚み、固有抵抗、撓み量の測定結果を表１にまとめて示す。
【００２８】
【表１】
0004463930.tif 000002
【００２９】
表１より、実施例１乃至９、参考例１の本発明にかかる可撓性ヒーターは、炭化層の厚みや使用した樹脂によって固有抵抗が変化することがわかる。すなわち、炭化層の厚みや使用する樹脂によって固有抵抗を調整することができるといえる。例えば、実施例１と実施例２は、フィラメント数、積層枚数等、内部の炭素繊維基材を同一にし、焼成温度を変えて、炭化層の厚みを変えたものであるが、炭化層の厚い実施例１のヒーターの方が炭化層の薄い実施例２のヒーターよりも固有抵抗が高くなった。このことから高めの固有抵抗を得るためには、炭化層を厚くすればよいことが判る。また、その厚みを参考例１のように７０μｍを越えて厚くしすぎると、炭素繊維と炭化層の熱膨張率の違いから炭化層にクラックが発生するが、実用上差し支えない程度である。ところが、比較例１のように、炭素繊維織物を３層積層し、その表面に樹脂被覆を施すと、そのヒーター自身の可撓性が損なわれることになる。また、樹脂硬化層が内部に含浸、表面に被覆されている比較例２のヒーターは、加熱処理中に樹脂部分よりガスが発生した。
【００３０】
【発明の効果】
本発明の可撓性ヒーターは以上のように構成されており、フィラメント数が１０００本〜１２０００本の炭素繊維織物または炭素繊維束の表面に樹脂の炭化層を形成し、全体の厚みを０．１〜０．５ｍｍとし、好ましくは、炭化層の厚みを５〜７０μｍとすることで、可撓性を有し、面の熱分布が均一な面状ヒーターとすることができ、炭化層の厚みを焼成温度、樹脂の種類等を調整することで、そのヒーター特性を容易に調整することができるため、適用分野に合わせて、適宜ヒーター特性を適応させた可撓性ヒーターを提供することができる。