(57)【要約】【課題】  本発明は、炭素素材フェルト発熱装置及びこの製造方法に係り、さらに詳しくは、一対の基材の間に炭素素材フェルトを挟持させて熱融着方式により貼り合わせられるようにする炭素素材フェルト発熱装置及びこの製造方法に関する。【解決手段】  このような本発明は、第１の基材と、第１の基材の上部に配置される第２の基材と、第１の基材と第２の基材との間に挟持されて電源が供給されることにより熱を放出する炭素素材フェルトと、を備えるものであり、第１の基材及び第２の基材は、熱融着方式により貼り合わせられて炭素素材フェルトに含有されている炭素素材粒子の流出を防止することを特徴とする炭素素材フェルト発熱装置及びこの製造方法を技術的要旨とする。【選択図】  図１
2020536344.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の基材と、
前記第１の基材の上部に配置される第２の基材と、
前記第１の基材と前記第２の基材との間に挟持されて電源が供給されることにより熱を放出する炭素素材フェルトと、
を備えるものであって、
前記第１の基材及び前記第２の基材は、
熱融着方式により貼り合わせられて前記炭素素材フェルトに含有されている炭素素材粒子の流出を防止することを特徴とする炭素素材フェルト発熱装置。
【請求項２】
前記炭素素材フェルトは、
炭素を２，０００℃以上において炭化させて形成したグラファイト（Ｇｒａｐｈｉｔｅ）製のシートであることを特徴とする請求項１に記載の炭素素材フェルト発熱装置。
【請求項３】
前記第１の基材の内面と前記第２の基材の内面には、接着剤からなる接着層が形成されることにより、前記第１の基材、前記第２の基材及び前記炭素素材フェルトが熱融着方式により貼り合わせられることを特徴とする請求項１に記載の炭素素材フェルト発熱装置。
【請求項４】
前記第１の基材及び前記第２の基材のどちらか一方以上の表面に断熱材が取り付けられることにより、電源の供給により生じる熱が一方向に放出されるようにすることを特徴とする請求項１に記載の炭素素材フェルト発熱装置。
【請求項５】
前記第１の基材及び前記第２の基材は、
ポリウレタン（ＰＵ；Ｐｏｌｙｕｒｅｔｈａｎｅ）及び熱可塑性ポリウレタン（ＴＰＵ；Ｔｈｅｒｍｏｐｌａｓｔｉｃ  Ｐｏｌｙｕｒｅｔｈａｎｅ）のどちらか一方以上であることを特徴とする請求項１に記載の炭素素材フェルト発熱装置。
【請求項６】
第１の基材と、前記第１の基材の上部に第２の基材と、を配置する第１のステップと、
前記第１の基材と前記第２の基材との間に炭素素材フェルトを挟持させた後、熱融着方式により前記第１の基材と前記第２の基材とが貼り合わせられて前記炭素素材フェルトに含有されている炭素素材粒子の流出を防止する第２のステップと、
を含むことを特徴とする炭素素材フェルト発熱装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、炭素素材フェルト発熱装置及びこの製造方法に係り、さらに詳しくは、一対の基材の間に炭素素材フェルトを挟持させて熱融着方式により貼り合わせられるようにする炭素素材フェルト発熱装置及びこの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、炭素発熱装置とは、アーク放電による熱を熱源として用いる装置であって、炭素の両端に電流を流すことにより、炭素間のアーク放電と接触抵抗により高温の熱が生じる装置のことをいう。
【０００３】
ここで、炭素は、セラミックスのうち、電気伝導度に優れており、しかも、高温下で耐え得る性質を有することから、発熱体として多用されているが、このように、炭素を用いた発熱体は、多数の炭素を配列し、炭素の両側に配置された電源線と炭素とが接触されるように連結されることにより、炭素が発熱するようになっている。
【０００４】
特に、炭素のタイプのうち、炭素繊維は、有機繊維を不活性気体中において加熱し且つ炭化させて製造して通電に際して発熱を引き起こすものであり、例えば、各種の無機鉱物が含有されている炭素粉をペースト化させてマルチフィラメント繊維糸に塗布して製造してもよく、炭素とタングステン、マンガン及びステンレスなどを高温で溶融させた状態で紡糸したり、ポリアクリロニトリル繊維を炭化させたりして製造してもよく。
【０００５】
しかしながら、炭素繊維の材質の特性からみて、硬くて可撓性（たわみ性）がないため、炭素繊維それ自体が外部に離脱するという現象が生じるため、耐久性が低下するという問題がある。
【０００６】
このように、炭素繊維が硬くて可撓性（たわみ性）がないため、使用目的に適した形状に製作し難く、これは、製造コストの高騰につながるという問題があるため、現状では、これを改善可能な技術への取り組み・開発が切望される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】韓国登録特許公報第１０−１８６５８２５、２０１８．６．１登録
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、上述した問題を解消するために案出されたものであり、一対の基材の間に炭素素材フェルトを挟持させて熱溶着方式により貼り合わせられるようにする炭素素材フェルト発熱装置及びこの製造方法を提供するところにその目的がある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の目的を達成するための本発明は、第１の基材と、前記第１の基材の上部に配置される第２の基材と、前記第１の基材と前記第２の基材との間に挟持されて電源が供給されることにより熱を放出する炭素素材フェルトと、を備えるものであって、前記第１の基材及び前記第２の基材は、熱融着方式により貼り合わせられて前記炭素素材フェルトに含有されている炭素素材粒子の流出を防止することを特徴とする炭素素材フェルト発熱装置を技術的な要旨とする。
【００１０】
好ましくは、前記炭素素材フェルトは、炭素を２，０００℃以上において炭化させて形成したグラファイト（Ｇｒａｐｈｉｔｅ）製のシートであることを特徴とする。
【００１１】
好ましくは、前記第１の基材の内面と前記第２の基材の内面には、接着剤からなる接着層が形成されることにより、前記第１の基材、前記第２の基材及び前記炭素素材フェルトが熱融着方式により貼り合わせられることを特徴とする。
【００１２】
好ましくは、前記第１の基材及び前記第２の基材のどちらか一方以上の表面に断熱材が取り付けられることにより、電源の供給により生じる熱が一方向に放出されるようにすることを特徴とする。
【００１３】
好ましくは、前記第１の基材及び前記第２の基材は、
ポリウレタン（ＰＵ；Ｐｏｌｙｕｒｅｔｈａｎｅ）及び熱可塑性ポリウレタン（ＴＰＵ；Ｔｈｅｒｍｏｐｌａｓｔｉｃ  Ｐｏｌｙｕｒｅｔｈａｎｅ）のどちらか一方以上であることを特徴とする。
【００１４】
一方、上記の目的を達成するための本発明は、第１の基材と、前記第１の基材の上部に第２の基材と、を配置する第１のステップと、前記第１の基材と前記第２の基材との間に炭素素材フェルトを挟持させた後、熱融着方式により前記第１の基材と前記第２の基材とが貼り合わせられながら前記炭素素材フェルトに含有されている炭素素材粒子の流出を防止する第２のステップと、を含むことを特徴とする炭素素材フェルト発熱装置の製造方法も技術的な要旨とする。
【発明の効果】
【００１５】
上記の課題の解決手段による本発明に係る炭素素材フェルト発熱装置及びこの製造方法は、一対の基材の間に炭素素材フェルトを挟持させて熱融着方式により貼り合わせられるようにすることで、炭素素材フェルトに含有されている炭素素材粒子の流出を防止することができ、しかも、物性に優れているという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の好適な第１の実施形態に係る炭素素材フェルト発熱装置である。
【図２】本発明の好適な第２の実施形態に係る炭素素材フェルト発熱装置である。
【図３】接着剤なしに製造される炭素素材フェルト発熱装置である。
【図４】本発明の好適な実施形態に係る断熱材が取り付けられている炭素素材フェルト発熱装置である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、添付図面に基づいて、本発明の好適な実施形態について詳しく説明する。
【００１８】
図１は、本発明の好適な第１の実施形態に係る炭素素材フェルト発熱装置である。図１を参照すると、第１の基材１１０及び第１の基材１１０の上部に配置される第２の基材１２０からなる一対の基材１００と、第１の基材１１０と第２の基材１２０との間に挟持されて電源が供給されることにより熱を放出する炭素素材フェルト２００と、を備える炭素素材フェルト発熱装置であることを確認することができる。
【００１９】
特に、図１の場合、第１の基材１１０の下部に配設された下プレス５１０及び第２の基材１２０の上部に配設された上プレス５２０からなる熱プレス５００が炭素素材フェルト２００の向きに熱と圧力を加えたとき、上側には炭素素材フェルト２００の上周縁に沿って包み込む形状の折れ曲がった第１の凹凸Ｐ１が形成され、下側には第１の凹凸Ｐ１と対応する形状に炭素素材フェルト２００の下周縁に沿って包み込む形状の折れ曲がった第２の凹凸Ｐ２が形成される。
【００２０】
これにより、炭素素材フェルト２００を中心として上下部に凹凸状の立体的なパターンが形成可能であるだけではなく、第１の基材１１０及び第２の基材１２０は、熱融着方式により貼り合わせられて炭素素材フェルト２００に含有されている炭素素材粒子の流出を防止することが可能であるという特徴がある。
【００２１】
図２は、本発明の好適な第２の実施形態に係る炭素素材フェルト発熱装置である。図２を参照すると、図１と同様に、第１の基材１１０、第１の基材１１０の上部に配置される第２の基材１２０、第１の基材１１０と第２の基材１２０との間に挟持されて電源が供給されることにより熱を放出する炭素素材フェルト２００を備える炭素素材フェルト発熱装置であることを確認することができる。
【００２２】
しかしながら、図２の場合、図１とは異なり、下プレス５１０と上プレス５２０とからなる熱プレス５００が炭素素材フェルト２００を中心として下部に配設された第１の基材１１０及び上部に配設された第２の基材１２０に熱と圧力を加えたとき、炭素素材フェルト２００の上部にのみ凹凸状の第１の凹凸Ｐ１が形成されることにより、炭素素材フェルト２００を中心として上部にのみ立体的な凹凸パターンが形成されるという特異点がある。
【００２３】
これは、上プレス５２０の内面にのみ軟質（ｓｏｆｔ）のシリコンパッド５２２を取り付け、下プレス５１０の内面にはシリコンパッド５２２を取り付けなかった状態で、炭素素材フェルト２００を中心として上下部に熱と圧力を互いに異ならせて印加することにより達成可能である。
【００２４】
図１の場合と同様に、図２の場合であっても、第１の基材１１０及び第２の基材１２０が熱融着方式により貼り合わせられて炭素素材フェルト２００に含有されている炭素素材粒子の流出を防止することが可能になるという特徴がある。
【００２５】
このように、図１及び図２に基づいて述べた特徴は、第１の基材１１０及び第１の基材１１０の上部に第２の基材１２０を配置する第１のステップ（Ｓ１）と、第１の基材１１０と第２の基材１２０との間に炭素素材フェルト２００を挟持させた後、熱融着方式により第１の基材１１０と第２の基材１２０とが貼り合わせられて炭素素材フェルト２００に含有されている炭素素材粒子の流出を防止する第２のステップ（Ｓ２）と、により達成可能である。
【００２６】
先ず、第１のステップは、第１の基材１１０及び第１の基材１１０の上部に第２の基材１２０を配置するステップである（Ｓ１）。
【００２７】
すなわち、第１のステップは、第１の基材１１０と、第１の基材１１０の上部に第１の基材１１０と対応するように互いに並ぶ方向に第２の基材１２０と、を配置することにより、電源が供給されたとき、炭素素材フェルト２００の熱伝導率を高めるために用意するステップであるといえる。
【００２８】
ここで、第１の基材１１０及び第２の基材１２０は、電源が供給されることにより発熱した熱が炭素素材フェルト２００へと円滑に伝わるように、ポリウレタン（ＰＵ；Ｐｏｌｙｕｒｅｔｈａｎｅ）及び熱可塑性ポリウレタン（ＴＰＵ；Ｔｈｅｒｍｏｐｌａｓｔｉｃ  Ｐｏｌｙｕｒｅｔｈａｎｅ）のどちらか一方以上であることが好ましい。
【００２９】
このとき、ポリウレタンまたは熱可塑性ポリウレタンを採用した理由は、これらが、今後、第２のステップにおいて第１の基材１１０、第２の基材１２０及び炭素素材フェルト２００に所定の温度及び圧力を加えて熱融着させる過程を経るとき、第１の基材１１０及び第２の基材１２０の貼り合わせを安定的に行う材質であるだけではなく、電源の供給に際して炭素素材フェルト２００への伝熱を効率よく行うためである。
【００３０】
例えば、熱可塑性ポリウレタン（ＴＰＵ；Ｔｈｅｒｍｏｐｌａｓｔｉｃ  Ｐｏｌｙｕｒｅｔｈａｎｅ）は、ポリウレタン（ＰＵ；Ｐｏｌｙｕｒｅｔｈａｎｅ）よりも相対的に厚肉であるという性質があるため、耐久性が求められる場合に主として使用可能であり、それ以外の場合にはポリウレタン（ＰＵ；Ｐｏｌｙｕｒｅｔｈａｎｅ）が使用可能である。
【００３１】
参考までに、図１を参照すると、第１の基材１１０及び第２の基材１２０の上下部に対して、下プレス５１０と上プレス５２０とからなる熱プレス５００による熱融着過程が行われるまでは、第１の基材１１０及び第２の基材１２０が互いに並ぶ方向に配置されていることが判る。
【００３２】
このような図１の場合には、今後、第２のステップにおいて熱融着過程が行われれば、第１の基材１１０の下部に配置された下プレス５１０及び第２の基材１２０の上部に配置された上プレス５２０が炭素素材フェルト２００の向きに熱と圧力を加えることにより、炭素素材フェルト２００の形状に対応する形状を呈する第１の凹凸Ｐ１及び第２の凹凸Ｐ２の立体的なパターンが形成可能である。
【００３３】
図２は、図１のように、第１の基材１１０及び第２の基材１２０の上下部に対して、下プレス５１０と上プレス５２０とからなる熱プレス５００による熱融着過程が行われるまでは、第１の基材１１０及び第２の基材１２０が互いに並ぶ方向に配置されていることが判る。
【００３４】
しかしながら、図２は、図１とは異なる方式であって、下プレス５１０及び上プレス５２０のどちらか一方の内面に軟質（ｓｏｆｔ）のシリコンパッド５２２が取り付けられ（本発明の図２においては、上プレス５２０の内面にシリコンパッド５２２が取り付けられる）、下プレス５１０の内面にはシリコンパッド５２２が取り付けられてないことが判る。
【００３５】
このように、上プレス５２０の内面に取り付けられた軟質のシリコンパッド５２２により凹凸の形成が行われ易いので、今後、第２のステップにおいて熱融着過程が行われれば、第２の基材１２０のみが四角い形状を呈する多数の炭素素材フェルト２００の上側面に沿って第１の凹凸Ｐ１が形成されるのである。
【００３６】
次いで、第２のステップは、第１の基材１１０と第２の基材１２０との間に炭素素材フェルト２００を挟持させた後、熱融着方式により第１の基材１１０と第２の基材１２０とが貼り合わせられて炭素素材フェルト２００に含有されている炭素素材粒子の流出を防止するステップである（Ｓ２）。
【００３７】
換言すれば、第２のステップは、第１の基材１１０と第２の基材１２０との間に挟持された炭素素材フェルト２００の形状を安定的に保ちながら離脱を防止し、炭素素材フェルト２００に含有されている炭素素材粒子が炭素素材フェルト２００を取り囲んでいる第１の基材１１０及び第２の基材１２０により外部に流出されるという現象を源泉的に防止する働きをする。
【００３８】
これにより、第１の基材１１０と第２の基材１２０との間に挟持された炭素素材フェルト２００は、熱融着だけで剛性を有するので、一定の厚さを保って物性を維持することが可能であるという効果が奏される。
【００３９】
また、第１の基材１１０及び第２の基材１２０が炭素素材フェルト２００を取り囲んで炭素素材フェルト２００が孤立した状態で一つのモジュールとして作製されることにより、ヒーター（ｈｅａｔｅｒ）の役割を果たさせることができるという効果が奏される。
【００４０】
ここで、熱融着は、第１の基材１１０の表面と第２の基材１２０の表面に熱と圧力を加える一連の工程であり、１３０〜１７０℃の温度条件下で５〜２０秒の間に３０〜７０ｋｇ／ｃｍ２の圧力を加えることが好ましい。
【００４１】
もし、１３０℃未満であるか、５秒未満であるか、あるいは、３０ｋｇ／ｃｍ２未満であるときには、第１の基材１１０の内面に形成された接着層３００の界面と、第１の基材１１０の内面に形成された接着層３００に対応するように第２の基材１２０の内面に形成された接着層３００の界面との貼り合わせを強固に行うことができないだけではなく、貼り合わせる力が足りないため接着力の低下が招かれ、その結果、第１の基材１１０と第２の基材１２０との間に挟持された炭素素材フェルト２００に含有されている炭素素材粒子の外部への離脱を源泉的に防止することができないという問題がある。
【００４２】
これに対し、１７０℃を超える条件や２０秒を超える条件、あるいは、７０ｋｇ／ｃｍ２を超える条件下で熱融着を行えば、高過ぎる温度と高過ぎる圧力により接着層３００をなす接着剤が第１の基材１１０及び第２の基材１２０の表面に流れ出て基材の表面がべたついて製品性がなくなるだけではなく、炭素素材フェルト２００の熱伝導率を効率よく高めることができないという問題がある。
【００４３】
特に、炭素素材フェルト２００は、炭素を２，０００℃以上において炭化させて形成したグラファイト（Ｇｒａｐｈｉｔｅ）製のシートであることが好ましい。グラファイトの場合、熱だけではなく遠赤外線が出るため、人体にやさしいことから、本発明に適用した。
【００４４】
上記のことから明らかなように、本発明において、炭素素材フェルト２００に含有されている炭素素材粒子の流出が防止可能になる理由は、第１の基材１１０の内面と第２の基材１２０の内面に形成された接着層３００により熱融着方式により貼り合わせられる方式が採用されるためである。
【００４５】
このように、第１の基材１１０の内面及び第２の基材１２０の内面に接着剤からなる接着層３００が形成されているため、第１の基材１１０、第２の基材１２０及び炭素素材フェルト２００が互いに離間する隙間ができることなく、強固に貼り合わせられる。これについては、今後、図３と結びつけて説明する。
【００４６】
特に、従来の面状発熱体の場合、印刷方式により製造されるが故に発熱装置を立体的な形状にすることができなかったのに対し、本発明でのように、第１の基材１１０、第２の基材１２０及び炭素素材フェルト２００が熱融着により貼り合わせられる場合、次のように、立体的な形状にすることが可能になることから、様々な需要者を満足させることができるというメリットがある。
【００４７】
例えば、図１でのように、第２の基材１２０は、四角い形状を呈する多数の炭素素材フェルト２００の上側面に沿って折れ曲がった第１の凹凸Ｐ１をなし、第１の基材１１０は、炭素素材フェルト２００の下側面に沿って第１の凹凸Ｐ１に対応するように折れ曲がった第２の凹凸Ｐ２をなしてもよい。
【００４８】
他の例によれば、図２でのように、第１の基材１１０は、多数の炭素素材フェルト２００の下面にそのまま貼着され、第２の基材１２０は、炭素素材フェルト２００の上側面に沿って折れ曲がった第１の凹凸Ｐ１をなすことにより、種々の立体的な形状を呈させることが可能になる。
【００４９】
さらに、第１の基材１１０の内面と第２の基材１２０の内面には、接着剤からなる接着層３００が形成されることにより、第１の基材１１０、第２の基材１２０及び炭素素材フェルト２００が互いに強固に貼り合わせられる。
【００５０】
但し、接着剤は、フィルム状のエチレンビニールアセテートであってもよいが、必ずしも上記の種類に限定されるわけではなく、ポリウレタン（ＰＵ；Ｐｏｌｙｕｒｅｔｈａｎｅ）及び熱可塑性ポリウレタン（ＴＰＵ；Ｔｈｅｒｍｏｐｌａｓｔｉｃ  Ｐｏｌｙｕｒｅｔｈａｎｅ）のどちらか一方以上の材質からなる第１の基材１１０と第２の基材１２０とを貼り合わせる材質であれば、いかなるものも採用可能である。
【００５１】
図３は、接着剤なしに製造される炭素素材フェルト発熱装置である。図３を参照すると、第１の基材１１０’と第２の基材１２０’とからなる一対の基材１００’の間に炭素素材フェルト２００’を挟持させた後、図１及び図２とは異なり、第１の基材１１０’の内面及び第２の基材１２０’の内面に接着剤を塗布しなかった状態で熱融着を行う様子を示すものであることが判る。
【００５２】
このように、接着剤を用いることなく、第１の基材１１０’と第２の基材１２０’とを熱融着させると、第１の基材１１０’と第２の基材１２０’との貼り合わせが行われるとはいえ、炭素素材フェルト２００’が隣設された個所では貼り合わせが行われずに浮いた隙間Ｓができてしまうため、製品性が著しく低下してしまう。
【００５３】
これに伴い、当然のことながら、炭素素材フェルト２００’の熱伝導率も著しく低下するため、本発明でのように、第１の基材１１０の内面と第２の基材１２０の内面に接着層３００を形成した後に熱融着を行うことが好ましい。
【００５４】
図４は、本発明の好適な実施形態に係る断熱材４００が取り付けられた炭素素材フェルト発熱装置である。図４を参照すると、第１の基材１１０と第２の基材１２０のどちらか一方以上の表面に断熱材４００が取り付けられた形状を示すものであることが判る（本発明の図４においては、第１の基材１１０の表面に断熱材４００を取り付けている）。
【００５５】
このような図４に示すように、第１の基材１１０及び第２の基材１２０のどちらか一方以上の表面に断熱材４００が取り付けられることにより、電源の供給により生じる熱を一方向にのみ放出することができる。
【００５６】
これは、必要に応じて、第１の基材１１０と第２の基材のどちらか一方以上の表面に断熱材４００を取り付けることにより、伝熱方向を一方向にすることができるという効果が奏される。
【００５７】
以上の説明事項は、本発明の技術的思想を例示したものに過ぎず、本発明が属する技術分野において通常の知識を有する者であれば、本発明の本質的な特性から逸脱しない範囲内において種々の修正及び変形を行うことが可能になるはずである。
【００５８】
よって、本発明に開示されている実施形態は、本発明の技術思想を限定するためのものではなく、単に説明するためのものであり、このような実施形態により本発明の技術思想の範囲が限定されることはない。
【００５９】
本発明の保護範囲は、特許請求の範囲により解釈されるべきであり、それと同等な範囲内にある全ての技術思想は、本発明の権利範囲に含まれると解釈されるべきである。
【符号の説明】
【００６０】
１００  基材
１１０  第１の基材
１２０  第２の基材
２００  炭素素材フェルト
３００  接着層
４００  断熱材
５００  熱プレス
５１０  下プレス
５２０  上プレス
５２２  シリコンパッド
Ｓ  隙間  
Ｐ１  第１の凹凸
Ｐ２  第２の凹凸
【図１】
2020536344.tif 000003
【図２】
2020536344.tif 000004
【図３】
2020536344.tif 000005
【図４】
2020536344.tif 000006
【国際調査報告】
2020536344.tif 000007
2020536344.tif 000008
2020536344.tif 000009
2020536344.tif 000010