利用附着式电极的碳丝面状发热体的制造方法与流程

本发明涉及利用附着式电极的碳丝面状发热体的制造方法，更具体地，涉及如下的利用附着式电极的碳丝面状发热体的制造方法：在面状发热体的纬向上附着由电极部、保护部及粘接部构成的具备柔软性的附着式电极，其中该面状发热体是在经向上衬入碳丝而编织的。

背景技术：

利用碳丝(carbonthread)的发热体是电阻小且柔软性优异并且不具有热性变化。这样的碳丝(carbonthread)耐久性优异，不存在功耗的变动，张力比铁强10倍以上，且比铝轻，因此广泛使用于地暖垫、建筑用供暖地板材料、休闲及医疗用取暖机构等各种领域。利用碳丝(carbonthread)的发热体可用作编织为织物的面状发热体。

上述面状发热体中使用的碳纤维纱是通过由特殊材料来形成纤维并进行碳化而制造碳丝并进行编织的方法来制作的。

在编织的碳丝面状发热体中，以纬丝及经丝来供给一般纤维，并将作为发热部件的碳丝用作纬丝或经丝，但碳丝虽然拉伸强度强，但折弯强度(弯曲强度)弱，因此如果以纬丝来供给，则由于向左右折弯180度，因此容易被损伤。

碳丝由于电阻非常小，因此在恒压条件下发热量大，因此因过热而导致涂覆物质或涂敷物质的变形，并存在烧伤等安全事故上的危险，因此需要调整电源或调节电阻。为了调节碳丝的电阻，需要一种能够调节以经丝来供给而编织的碳丝的长度的方法。

作为能够调节碳丝的长度的方法，如果将碳丝形成为“z”字形的形态，则可增加长度，但以“z”字形方法来编织时，在折弯的部分被损伤而发生断线等的问题。

作为碳丝编织方法的以往技术，在韩国公开专利公报第10-2013-0015897号中公开了将发热体和碳丝一起混合以使发热体具备颜色的方法，在韩国公开专利公报第10-2013-0012609号中公开了以经丝和纬丝来供给纺纱并且以纬丝来供给电热线的编织物，但并未公开为了调节碳丝的电阻而衬入在一般织物上而形成图案的面状发热体的电极形成方法。

技术实现要素：

技术课题

本发明为了解决如上述的问题点，提供如下的利用附着式电极的碳丝面状发热体的制造方法：为了向为调节电阻而衬入在一般织物上而编织的碳丝供电，并未插入金属丝而形成电极，而是使用具备柔软性的电极膜而使之附着。

用于解决课题的手段

为了解决上述课题，本发明的利用附着式电极的碳丝面状发热体的制造方法的特征在于，编织面状发热体，该面状发热体是，在编织由纬丝和经丝形成的一般纤维时，通过碳丝供给装置在经向上衬入碳丝而编织的，为了向上述面状发热体供电，去除附着式电极的保护部而以与上述碳丝接触的方式附着。

特征在于，上述碳丝供给装置向左右往返移动规定距离，从而将上述碳丝以波浪形态衬入而进行编织。

特征在于，上述附着式电极形成有膜状或片状的导电性电极部及在上述电极部的下表面由导电性材料形成的粘接部。

特征在于，上述电极部形成有多个孔，在上述电极部的上表面形成有绝缘材料的保护部，上述粘接部是将粘接材料和导电性材料混合而形成的导电性粘接剂。

特征在于，上述碳丝是将作为有机纤维的人造丝(rayon)类、聚丙烯腈(pan)类、沥青(pitch)类中的任一个以上加热碳化而使碳含量成为90％以上的重量比的碳丝。

特征在于，在衬入碳丝而编织的面状发热体的上下两侧面附着由无纺布或一般纤维形成的盖布。

特征在于，上述碳丝供给装置包括供给碳丝并通过驱动部而向左右移送的供给部及与上述供给部结合而进行引导的引导部。

另外，作为本发明的其他实施例，特征在于，在碳丝面状发热体中，电极在纬向上附着到面状发热体，该面状发热体是在经向上衬入波浪形态的碳丝而编织的。

另外，作为本发明的另一实施例，利用碳丝面状发热体的保温用品可以是保暖用毯子、地板革、垫子、坐垫、防寒服或取暖用窗帘等。

发明效果

在本发明中，作为面状发热体的电极，不使用金属丝，而使用形成为膜形状的附着式电极，因此在如衬入的碳丝这样仅在一面形成发热体的情况下，能够简单地形成电极，减少制造费用，容易进行电极的维修更换。

另外，能够自由调节发热体的电阻，可如一般的纺织纸这样进行裁剪及清洗等。

另外，通过碳丝供给装置的供给部而调节碳丝的插入长度及花纹，因此能够改变碳丝的电阻来调节在碳丝上产生的热。

附图说明

图1是示出本发明的实施例的附着式电极的整体结构的图。

图2是示出本发明的附着式电极的俯视图。

图3是示出在用于本发明的面状发热体中使用的碳丝的照片。

图4是示出通过本发明的碳丝供给装置而编织面状发热体的情况的图。

图5是示出将本发明的附着式电极附着到面状发热体的情况的照片。

具体实施方式

下面，参照附图，对本发明的优选实施例进行详细说明。

图1是本发明的实施例的附着式电极的结构图，该附着式电极包括：电极部(10)，其由导电性材料构成，形成为具备规定的厚度和一定的宽度的板状，并长幅地形成，在前表面形成有多个孔(11)；保护部(20)，其形成于电极部的上侧而实现绝缘；及粘接部(30)，其形成于电极部的下侧面，使电极部粘接到作为对象物的面状发热体。

为了减少由电阻导致的功耗，电极部(10)以具备规定厚度和一定的宽度的膜状或片状来长幅地形成，以具备尽量低的电阻，并且在前表面形成有多个孔(11)。

关于上述电极部(10)的形状，例如形成为具备0.3mm～0.01mm的厚度和1cm～3cm的宽度的形状，长度可形成为任意的长度，并且形成多个孔(11)，由此构成电极部。

多个孔(11)增大如纤维这样形成为膜形状的电极部的柔软性而可自由地折叠或折弯，能够提高空气或水分的透过性，因此有利于散热。

上述电极部(10)可使用当施加电源时导电且具备柔软性的材料即金属、石墨或碳化硅等材料中的任一种而形成，优选由铜等这样的金属材料构成。

之所以由金属材料来形成上述电极部(10)，是因为即便在受到外部压力的情况下也破损率低且容易变形而容易制造电极部。

在上述电极部(10)的上侧面形成有保护电极部的上侧面且实现绝缘的保护部(20)。

如图2所示，保护部(20)通过涂敷或粘接的方式形成于电极部(10)的上侧面，并以薄的厚度形成，以不妨碍电极部的游动性。

上述保护部(20)可由绝缘材料形成而与粘接剂混合来涂敷到电极部(10)的上侧表面，或者可由绝缘材料形成为薄片状而粘接到电极部的上侧面，且也可涂覆绝缘物质。

上述保护部(20)使电极部(10)绝缘而防止可从外部施加的电源的施加，也防止电极部的电源施加到外部的装置，通过这样的保护层，防止因外部的冲击而导致电极部上侧面的破损，并在电极部被弄皱或折叠时，防止电极部被完全折叠而引起破损或电阻增加。

在对形成有上述保护部(20)的电极部(10)连接外部的电源时，为了能够施加外部电源而去除一部分的形成于末端的保护部(20)，然后将外部的电源连接到去除保护部(20)的电极部。

粘接部(30)涂敷或粘接于电极部(10)的下侧面而形成，并由导电性粘接材料形成，以将电极部粘接到作为对象物的面状发热体，这样的导电性粘接材料是将导电性材料混合到粘接材料而形成的，以使通过电极部施加的电源能够施加到作为对象物的面状发热体的碳丝。

在上述粘接部(30)的下表面附着有离型纸(31)而覆盖粘接部(30)的下表面来进行保护，在将电极部附着到面状发热体时，将离型纸(31)从粘接部(30)的下表面去除，以使粘接部(30)粘接到面状发热体。

构成上述粘接部(30)的粘接材料是混合导电性材料而形成的，这样的混合材料即导电性粘接材料常用于除了金属之外还使用塑料、陶瓷、水晶等不耐热而无法进行焊接的很多材料的电气部件、电子部件中。

导电性粘接材料中混合有添加剂等而形成，该添加剂由用金属粉末(au、pt、pd、ag、cu、ni等)、碳(carbon)、石墨(graphite)等构成的导电性填充剂、由环氧类等的根据目的而使用的各种树脂构成的粘结剂、含有导电性填充剂的溶剂、用于提高作业性的稀释剂、提高粘接强度的加强剂及帮助分散填充剂的分散剂等构成。

上述导电性填充剂从安全性、操作容易性、可靠性方面考虑主要使用ag，但此外还使用cu、ni、ag/pd合金、镀有ag的cu粉末等。粉末作为大致具备0.5μm～10μm的直径的球状及鳞片状的粒子，在其表面非常薄薄地涂覆有硬脂酸、油酸等高级脂肪酸。

上述导电性填充剂防止凝集及沉降，包括在粘结剂中。

作为上述添加剂，使用用于提高与被粘接物之间的粘接力的偶联剂、具备填充材料的分散和沉淀防止效果的无定形二氧化硅，并且为了进一步具备紧贴性及应力缓解特性，适当选择使用醇酸树脂、酚醛树脂等。

上述导电性粘接材料根据使用环境而变更粘结剂，分为常温固化型、常温干燥型、热固化型及uv固化型。

在上述常温固化型及常温干燥型的情况下，使用丙烯酸、橡胶等热塑性树脂，粘接强度不太强，因此用于引线等的粘接，为了在常温下抑制活性，可使用变性的胺、酰胺、酚醛树脂。

在上述热固化型的情况下，作为在100℃～300℃下反应而固化的类型，使用环氧、酚醛、聚酰胺等的热固化性树脂，在uv固化型的情况下，作为通过照射紫外线来固化的类型，将环氧人造树脂和光反应引发剂作为粘结剂而使用。

在上述热固化型的情况下，常用的是对固化物的耐热、耐湿、电气特性、粘接力等方面实现均衡的环氧树脂，此外使用酚醛、丙烯酸、聚酰亚胺这样的树脂。

导电性粘接剂从防止电子产品的工作不良的观点出发，严格限制cl、na、k、b、s等离子型包含物。

本发明的利用附着式电极(1)而形成面状发热体的电极的方法如下。

包括：形成面状发热体的步骤，该面状发热体是在编织由纬丝和经丝构成的一般纤维(40)时在经向上衬入碳丝(50)而编成的；及形成电极的步骤，在面状发热体的表面，在纬向上附着由电极部、保护部(20)及粘接部(30)构成的附着式电极(1)。

形成面状发热体的步骤是，在通过编织装置而编织由纬丝和经丝构成的一般纤维(40)时，在经向上衬入碳丝而编织面状发热体的步骤。

在一般纤维(40)的经向上衬入上述碳丝(50)而进行编织时，通过碳丝供给装置(100)以使碳丝形成波纹形态的花纹的方式将碳丝向左右移送而进行供给。

碳纤维是作为宇宙开发和军用火箭发动机及喷嘴中所需的轻量及高刚性的耐热材料而被研发的，但随着编织技术的发达，用作面状发热体。

图3所示的照片表示在本发明的面状发热体中使用的碳丝(50)，上述碳丝根据原料而分类成聚丙烯腈(pan)类、沥青类、人造丝类，其中pan类和人造丝类几乎占据大部分。pan类碳纤维是在惰性气体中在1000℃～2000℃以上的温度下烧制pan而形成的。在沥青类的情况下，在将来自煤炭的沥青纤维化之后，通过与pan类几乎相同的工序来完成，但与pan系列相比，其价格便宜，因此作为高温隔热材料或加强材料被广泛使用。人造丝类合成碳是将由直链聚合物(＝c＝c)n形成的卡宾(carbin)在氮气状态下以2200℃进行烧制，并进行热分解而制得的。

在本发明中，pan类或人造丝类及沥青类碳丝均可使用。在本发明中使用的碳丝形成为0.005mm～0.010mm的粗度，在实际使用时，将数千缕的碳丝搓捻而制造成丝(thread)而使用。可将这样的碳丝编织成各种图案。

上述碳丝的结晶结构具有如下优点：其与碳或碳粉末类似，向发热体通电而利用电荷的冲突，在制造成面状的情况下，均匀地分布在面状发热体，从而发热体整体能够均匀地发热，并且功耗小。

碳丝根据碳含量和单位碳丝的粗度和长度而具备不同的电阻，当捆绑3000缕的具备重量比为99％以上的碳含量和头发粗度(0.1mm)的1个碳丝时，可获得8x10-³ωcm的电阻率的值。因此，本发明的碳丝具有如下优点：能够以重量比为90％以上的碳含量利用碳丝缕数和长度来自由地改变电阻。

在恒压下，如数学式1所示，功耗与电阻的平方成正比，与电阻成反比。

[数学式1]

p＝v²/r

即，在恒压下，电阻越小，功耗变大，发热量增加，本发明是利用这样的原理，利用电阻小的碳丝来制造面状发热体。

如图4所示，碳丝供给装置(100)包括：供给部(120)，其将碳丝向左右移送来进行供给；引导部(110)，其在下侧形成有引导槽(111)，以引导供给部(120)向左右进行移送；及驱动部(130)，其形成于引导部(110)的一侧而使供给部(120)向左右进行移送。

供给部(120)向左右方向移送碳丝，以使与由纬丝和经丝构成而编织的一般纤维(40)隔开一定间隔而作为经丝来衬入的碳丝以一般的直线形态或波浪形状插入。

在上述供给部(120)的下端隔开一定间隔而形成有多个贯穿体(123)，使碳丝(50)贯穿插入该贯穿体(123)而在一般纤维(40)的经向上供给碳丝(50)。

上述引导部(110)结合到供给部(120)的上侧而引导供给部向左右进行移送。

在上述供给部的一侧或另一侧具备使供给部向左右进行移送的驱动部。

通过这样构成的碳丝供给装置，碳丝形成直线或波浪形状的图案而被衬入到一般纤维来进行编织。

通过上述驱动部(130)的旋转，调节供给部(120)移动的距离而改变碳丝的花纹，调节碳丝的编织长度。

之所以调节上述供给部(120)供给的碳丝(50)的长度，是为了通过碳丝的长度调节，增加或减少电阻，从而调节发热量。

图5是表示将附着式电极附着在通过这样的碳丝供给装置而编织的面状发热体的一面而形成电极的情况的照片。

根据本发明而编织的面状发热体可广泛应用到保暖用毯子、地板革、垫子、坐垫、防寒服、取暖用窗帘等。为了绝缘和防止面状发热体的损伤，根据应用用途，可进行涂覆，或者可衬入或附着一般布、无纺布等。

通过粘接盖布或用盖布包围的步骤，编织一般纤维(40)和碳丝(50)及金属丝而制得的面状发热体形成为，在上侧和下侧的两个侧面粘接由无纺布或一般纤维(40)形成的盖布，或者用该盖布包围织物的前表面。

通过上述涂覆的步骤，在编织上述一般纤维(40)、碳丝及金属丝而形成的织物的前表面涂敷聚乙烯(pe：polyethylene)、聚氯乙烯(pvc：polyvinylchloride)、聚氨酯(pu：polyurethane)及热塑性聚氨酯(tpu：thermoplasticpolyurethane)中的任一个以上而进行涂覆。

在对上述面状发热体粘接盖布或用盖布包围、或者进行涂覆的情况下，能够通过盖布或涂覆来防止织物的碳丝(50)和附着式电极(1)被折叠或弄皱而导致破损，在向碳丝施加电源而进行加热时，通过盖布或涂覆来防止直接接触，因此能够防止烧伤或触电等安全事故。

在这样构成的本发明中，将附着式电极附着而在不使用金属丝的情况下形成面状发热体的电极，因此具备能够简单地形成电极的优点，并且通过附着电极来形成，因此减少面状发热体的制造费用，并且形成薄的电极，因此在与面状发热体一起被弄皱或折叠时容易恢复，不存在厚度感，因此在使用面状发热体时，不会因电极的厚度而感到不便。

另外，通过碳丝供给装置的供给部来调节碳丝的长度及波浪形态的花纹，因此改变碳丝的电阻来调节在碳丝上产生的热。

如上所述的附着式电极和利用该附着式电极的面状发热体的电极形成方法不限于上述说明的实施例的结构和操作方式。上述实施例可通过将各个实施例的全部或一部分选择性地组合来实现各种变形。

产业上的可利用性

本发明的利用附着式电极的碳丝面状发热体可用作保暖用毯子、地板革、垫子、坐垫、防寒服或取暖用窗帘等各种保温用品。