JP2007052944A - 面状発熱体 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、面状発熱体に柔軟性を有する電気絶縁性基材を用いながら、電気絶縁性基材に伸縮性を制限する手段を付与することにより、ものづくりをしやすくするとともに、形状を安定させて面状発熱体の性能・品質性能を向上させることにある。
【解決手段】柔軟性を有する電気絶縁性基材１２に前記電極及び高分子抵抗体１４のスクリーン印刷方向と同一方向の伸縮性を制限する手段、あるいは、ロール状の電気絶縁性基材１２に該ロール方向と同一方向の伸縮性を制限する手段を有する保護層を配設してあるので、電気絶縁性基材１２は柔軟性を有する素材を用いることができるようになり、柔軟性を保持しつつ、ものづくり性を向上することができるようになる。
【選択図】図２

Description

本発明は、暖房、加熱、乾燥などの熱源として用いることのできる発熱体に関するものである。

従来、この種の面状発熱体の発熱部には、ベースポリマーと、カーボンブラック、金属粉末、グラファイトなどの導電性物質を溶媒に分散して、特にベースポリマーとして結晶性樹脂を用いてＰＴＣ特性を持たせたものが多い（例えば、特許文献１、２、３参照）。

図４は従来のＰＴＣ特性を持たせた面状発熱体の平面図で、図５は図４のｘ−ｙ線の断面図、図６は製作時の概略構成断面図である。図４、図５に示したように、面状発熱体は、ポリエステルシートなどの電気絶縁性基材５０上に、導電性ペーストを印刷・乾燥して得られる一対の櫛形状電極５１、５２と、これにより給電される位置に高分子抵抗体インクを印刷・乾燥して得られる高分子抵抗体５３を設け、さらに基材５０と同様の材質の被覆材５４で櫛形状電極５１、５２及び高分子抵抗体５３を被覆して保護する構成としたものである。

基材５０及び被覆材５４としてポリエステルフィルムを用いる場合には被覆材５４に例えばポリエチレン系の熱融着性樹脂５５を予め接着しておき、熱を与えながら加圧する（熱時加圧）ことにより、基材５０と被覆材５４とを熱融着性樹脂５５を介して接合される。これにより、櫛形状電極５１、５２及び高分子抵抗体５３は外界から隔離され、長期信頼性を付与されるのである。前記した熱時加圧の手段としては、図６に被覆材５４を貼り合わせる際の概略構成断面図を示したが、２本の加熱ロール５６、５７からなるラミネーター５８が一般的である。

ＰＴＣ特性とは、温度上昇によって抵抗値が上昇し、ある温度に達すると抵抗値が急激に増加する抵抗温度特性（抵抗が正の温度係数を有する意味の英語 Ｐｏｓｉｔｉｖｅ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ の頭文字を取っている）を意味しており、ＰＴＣ特性を有する高分子抵抗体５３は、自己温度調節機能を有する面状発熱体を提供できる。
特開昭５６−１３６８９号公報 特開平６−９６８４３号公報 特開平８−１２０１８２号公報

しかしながら、前記従来の構成では、ポリエステルシートなどの電気絶縁性基材５０に印刷した櫛形状電極５１、５２及び高分子抵抗体５３を同じく電気絶縁性の被覆材５４で保護する多層構造で、基材５０や被覆材５４の材質やその厚さによっては、柔軟性に欠け、この面状発熱体をカーシートヒータ（自動車の座席）に用いられた場合の着座感や、ハンドルヒータに用いられた場合の手触り感が損なわれるといった問題があった。

そのため、柔軟性を付与するために、ポリエステルシートなどの電気絶縁性基材５０や電気絶縁性の被覆材５４を薄くしたり柔らかい素材で構成しようとすると、ものづくりし難くなり、生産性に欠け、品質が安定しなくなってしまう欠点があった。

例えば、電気絶縁性基材５０を柔軟性を有するように極めて薄くしたり柔らかい素材で
構成すると、基材５０自身の強度が極端に無くなるので、印刷の工程で、導電性ペーストあるいは高分子抵抗体インクと印刷の版を電気絶縁性基材５０に所定の印圧で押しつけられず、かすれたり、欠けたりするために、面状発熱体の性能が安定しない心配があった。また、導電性ペーストあるいは高分子抵抗体インクを印刷したのち、乾燥させる際に熱収縮を生じて皺を生じ易いため、形状が安定せず、面状発熱体の性能・品質が劣化する心配もあった。そこで、電気絶縁性基材５０を機械的に強度を増すため、電気絶縁性基材５０にテンションをかけると、そのテンションで電気絶縁性基材５０が大きく伸び、やはりテンションを除去したときの伸びのバラツキで形状が安定せず、面状発熱体の性能・品質が劣化する課題があった。

特に、ロール状の電気絶縁性基材５０をロール状に巻き取りながら連続的に電極及び高分子抵抗体をスクリーン印刷で形成する連続スクリーン印刷方式で生産される面状発熱体においては、複数の面状発熱体を連続的に印刷・乾燥生産するために、電気絶縁性基材５０が長く保持した状態でテンションが掛けられるので、単位幅当たりのテンションがどうしても大きくせざるおえず、電気絶縁性基材５０が柔軟性を有するものでは、より形状が安定せず面状発熱体の性能・品質が劣化するという課題があった。

前記従来の技術の問題点に鑑み、本発明が解決しようとする課題は、面状発熱体に柔軟性を有する電気絶縁性基材を用いながら、電気絶縁性基材に伸縮性を制限する手段を付与することにより、ものづくりをしやすくするとともに、形状を安定させて面状発熱体の性能・品質性能を向上させることにある。

前記課題を解決するために、本発明の面状発熱体は、柔軟性を有する電気絶縁性基材と、前記電気絶縁性基材上にスクリーン印刷で形成された電極及び電極により給電される高分子抵抗体と、前記電極及び高分子抵抗体を覆い前記電気絶縁性基材と密着させて配設した被覆材とを備えた面状発熱体において、前記電気絶縁性基材に前記電極及び高分子抵抗体のスクリーン印刷方向と同一方向の伸縮性を制限する手段を有する保護層を配設した構成としてある。

また、ロール状の柔軟性を有する電気絶縁性基材をロール状に巻き取りながら連続的に電極及び高分子抵抗体をスクリーン印刷で形成する連続スクリーン印刷方式で生産されたものに、前記電極及び高分子抵抗体を覆い前記電気絶縁性基材と密着させて配設した被覆材とを備えた面状発熱体において、前記電気絶縁性基材に該ロール方向と同一方向の伸縮性を制限する手段を有する保護層を配設した構成としてある。

前記した構成によって、柔軟性を有する電気絶縁性基材に前記電極及び高分子抵抗体のスクリーン印刷方向と同一方向の伸縮性を制限する手段、あるいは、ロール状の電気絶縁性基材に該ロール方向と同一方向の伸縮性を制限する手段を有する保護層を配設してあるので、電気絶縁性基材は柔軟性を有する素材を用いることができるようになり、柔軟性を保持しつつ、ものづくり性を向上することができるようになる。

つまり、伸縮性を制限する手段を有する保護層はスクリーン印刷方向あるいはロール方向の１方向のみ強度を有すればよいので、制限する伸縮方向に揃って配列された長繊維等の柔軟性を有した素材でよく、１方向だけの強度ＵＰなので、その厚さも極めて薄くすることができ、保護層を含む電気絶縁性基材は柔軟性を保持することができる。そして、保護層が伸縮性を制限する手段を有するので該保護層を含む電気絶縁性基材を印刷・乾燥時にスクリーン印刷方向あるいはロール方向と同一方向にテンションをかけることで、機械的に強度を増すことができるので、印刷・乾燥時における形状変化を抑制することができ、面状発熱体の性能・品質を向上させることができるようになる。

本発明の面状発熱体は、電極及び高分子抵抗体をスクリーン印刷で形成する電気絶縁性基材を柔軟性を有する素材を用いることができ、ものづくりしやすくして生産性を向上するとともに、面状発熱体を使用した器具の使用感と信頼性も向上できる。

第１の発明は、柔軟性を有する電気絶縁性基材と、前記電気絶縁性基材上にスクリーン印刷で形成された電極及び電極により給電される高分子抵抗体と、前記電極及び高分子抵抗体を覆い前記電気絶縁性基材と密着させて配設した被覆材とを備えた面状発熱体において、前記電気絶縁性基材に前記電極及び高分子抵抗体のスクリーン印刷方向と同一方向の伸縮性を制限する手段を有する保護層を配設した面状発熱体である。

第２の発明は、ロール状の柔軟性を有する電気絶縁性基材をロール状に巻き取りながら連続的に電極及び高分子抵抗体をスクリーン印刷で形成する連続スクリーン印刷方式で生産されたものに、前記電極及び高分子抵抗体を覆い前記電気絶縁性基材と密着させて配設した被覆材とを備えた面状発熱体において、前記電気絶縁性基材に該ロール方向と同一方向の伸縮性を制限する手段を有する保護層を配設した面状発熱体である。

前記の構成とすることにより、柔軟性を有する電気絶縁性基材に前記電極及び高分子抵抗体のスクリーン印刷方向と同一方向の伸縮性を制限する手段、あるいは、ロール状の電気絶縁性基材に該ロール方向と同一方向の伸縮性を制限する手段を有する保護層を配設してあるので、電気絶縁性基材は柔軟性を有する素材を用いることができるようになり、柔軟性を保持しつつ、ものづくり性を向上することができるようになる。

つまり、伸縮性を制限する手段を有する保護層はスクリーン印刷方向あるいはロール方向の１方向のみ強度を有すればよいので、制限する伸縮方向に揃って配列された長繊維等の柔軟性を有した素材でよく、１方向だけの強度ＵＰなので、その厚さも極めて薄くすることができ、保護層を含む電気絶縁性基材は柔軟性を保持することができる。そして、保護層が伸縮性を制限する手段を有するので該保護層を含む電気絶縁性基材を印刷・乾燥時にスクリーン印刷方向あるいはロール方向と同一方向にテンションをかけることで、機械的に強度を増すことができるので、印刷・乾燥時における形状変化を抑制することができ、面状発熱体の性能・品質を向上させることができるようになる。

第３の発明の面状発熱体は、特に第１〜２の発明の柔軟性を有する電気絶縁性基材の伸縮性を制限する保護層は、制限する伸縮方向に揃って配列された長繊維によって形成した構成としてある。

そして、保護層は制限する伸縮方向に揃って配列された長繊維によって形成されているので、柔軟性を有しつつ長繊維に方向に十分な強度を有し、その厚さも極めて薄くすることができ、該保護層を電気絶縁性基材と一体とすることで、電気絶縁性基材の伸縮性を制限することができ、電気絶縁性基材の柔軟性等を損なわずに、ものづくりに必要な強度を向上することができる。

第４の発明の面状発熱体は、特に第３の発明の電気絶縁性基材の伸縮性を制限する保護層は、制限する伸縮方向に揃って配列された長繊維によって形成するとともに、前記保護層を形成する長繊維は電気絶縁性基材を形成する繊維と交絡するように形成して電気絶縁性基材と一体化した構成としてある。

そして、第３の発明の効果に加え、保護層を形成する長繊維は柔軟性を有する電気絶縁
性基材を形成する繊維と交絡するように形成して電気絶縁性基材と一体化してあるので、保護層と電気絶縁性基材の接着強度を強くすることができ、何らかの理由で保護層と電気絶縁性基材が剥離したりして問題を生じる心配がなくなるとともに、保護層を形成する長繊維に電気絶縁性基材を形成する繊維が絡み合い立体的になるので、一体化した保護層と電気絶縁性基材の柔軟性がより得られるようになる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。

（実施の形態１）
図１〜図３は、本発明の実施の形態１における面状発熱体の概略構成図を示し、図１は平面図、図２は概略斜視図、図３は同面状発熱体の印刷時の工程概略図である。

図１、図２において、柔軟性を有する電気絶縁性基材１２は、柔軟性のポリエステル不織布１２ａの一方の面に、該電気絶縁性基材１２の伸縮制限し、その伸縮方向に揃って配列された長繊維によって形成された保護層１２ｂを配設し、反対側の面にポリエステルフィルム等の薄肉の基材フィルム１２Ｃがラミネートしてある。

面状発熱体１１は、この電気絶縁性基材１２の基材フィルム１２Ｃ上に銀ペーストの印刷・乾燥により形成した一対の電極１３と、電極１３に重なるように高分子抵抗体インクを印刷・乾燥により形成した高分子抵抗体１４を形成している。そして、上記電極１３、高分子抵抗体１４、及び電気絶縁性基材１２と接着性を有するアクリル系接着剤等の接着性樹脂層１５を予め形成されたポリエステルフィルム等の薄肉の電気絶縁性オーバコート材をラミネートした被覆材１６を貼り合わせて形成される。

上記電極１３は、対向するように幅が広い主電極１３ａ，１３ｂを配設し、それぞれの主電極１３ａ，１３ｂから交互に櫛形形状の複数の枝電極１３ｃ、１３ｄを設けてあり、これに重なるように配設した高分子抵抗体１４に枝電極１３ｃ、１３ｄより給電することで、高分子抵抗体１４に電流が流れ、発熱するようになる。この高分子抵抗体１４はＰＴＣ特性を有し、温度が上昇すると高分子抵抗体１４の抵抗値が上昇し、所定の温度になるように自己温度調節機能を有するようになり、温度コントロールが不要で安全性の高い面状発熱体としての機能を有するようになる。

ここで、加工工程の順序としては、まず、ポリエステル不織布１２ａを水流交絡製法（水流でポリエステル繊維を絡ませて織らずに作成する不織布の生産方法：詳細は省略）で製作する過程で、一緒に保護層１２ｂとなる長繊維を絡ませていき、ポリエステル不織布１２ａと保護層１２ｂを一体化して一方の面に配設したロール状ものに仕上げ、このロール状のものに、保護層１２ｂの反対側の面にポリエステルフィルム等の薄肉の基材フィルム１２Ｃをラミネートして、電気絶縁性基材１２を作成し、この電気絶縁性基材１２は、その伸縮制限方向に揃って配列された長繊維から形成された保護層１２ｂによって、ロール方向に伸縮制限されるようになっている。

つぎに、図３に示すように、ロール状の電気絶縁性基材をロール状に巻き取りながら、電気絶縁性基材１２の基材フィルム１２Ｃ上に、スクリーン印刷方向を巻き取り方向と同一方向で連続的に電極及び高分子抵抗体をスクリーン印刷で形成する連続スクリーン印刷方式で、銀ペーストの印刷・乾燥により一対の電極１３を形成し、この電極１３に重なるように高分子抵抗体インクを印刷・乾燥により高分子抵抗体１４を形成する。そして、電極１３、高分子抵抗体１４をその上に形成したロール状の電気絶縁性基材１２と接着性を有するアクリル系接着剤等の接着性樹脂層１５を予め形成されたポリエステルフィルム等の薄肉の電気絶縁性オーバコート材をラミネートした被覆材１６を連続的に貼り合わせて
形成して、複数の発熱体本体部分が完成され、この完成したものを枚様に外形抜きリード線付け等の後処理をして最終製品に仕上げていくようになっている。

ここで、電気絶縁性基材１２は、その伸縮制限方向に揃って配列された長繊維から形成された保護層１２ｂによって、電気絶縁性基材１２のロール方向に伸縮制限されるようになっていて、この電気絶縁性基材１２のロール方向と同一方向に、電極１３及び高分子抵抗体１４のスクリーン印刷方向としてあるので、電気絶縁性基材１２は柔軟性を有する素材を用いることができるようになり、柔軟性を保持しつつ、ものづくり性を向上することができるようになる。

つまり、電気絶縁性基材１２の伸縮性を制限する手段を有する保護層１２ｂはスクリーン印刷方向あるいは電気絶縁性基材１２のロール方向の１方向のみ強度を有すればよいので、制限する伸縮方向に揃って配列された長繊維等の柔軟性を有した素材でよく、１方向だけの強度ＵＰなので、その厚さも極めて薄くすることができ、保護層１２ｂを含む電気絶縁性基材１２は柔軟性を保持することができる。

そして、保護層１２ｂが伸縮性を制限する手段を有するので、該保護層１２ｂを含む電気絶縁性基材１２に電極１３及び高分子抵抗体１４を印刷・乾燥する時にスクリーン印刷方向あるいはロール方向と同一方向にテンションをかけることで、機械的に強度を増すことができるので、印刷・乾燥時における形状変化を抑制することができ、面状発熱体１１の性能・品質を向上させることができるようになる。

また、保護層１２ｂは制限する伸縮方向に揃って配列された長繊維によって形成されているので、柔軟性を有しつつ長繊維に方向に十分な強度を有し、その厚さも極めて薄くすることができ、該保護層１２ｂを電気絶縁性基材１２と一体とすることで、電気絶縁性基材１２の伸縮性を制限することができ、電気絶縁性基材１２の柔軟性等を損なわずに、ものづくりに必要な強度を向上することができる。

さらに、保護層１２ｂを形成する長繊維は電気絶縁性基材１２を形成する繊維と交絡するように形成して電気絶縁性基材１２と一体化してあるので、保護層１２ｂと電気絶縁性基材１２の接着強度を強くすることができ、何らかの理由で保護層１２ｂと電気絶縁性基材１２が剥離したりして問題を生じる心配がなくなるとともに、保護層１２ｂを形成する長繊維に電気絶縁性基材１２を形成する繊維が絡み合い立体的になるので、一体化した保護層１２ｂと電気絶縁性基材１２の柔軟性がより得られるようになる。

なお、上記実施の形態１では、電気絶縁性基材１２を水流交絡製法で製作する過程で、一緒に保護層１２ｂとなる長繊維を絡ませた例で説明したが、これは電気絶縁性基材１２に保護層１２ｂとなる長繊維を熱エンボスで接着するようにしてもよく、その他各部の構成も本発明の目的を達成する範囲であればその構成はどのようなものであってもよい。

以上のように、本発明は面状発熱体は、柔軟性の付与された素材で構成され柔軟性を有するので、暖房用ヒータとして自動車の座席、ハンドル、その他の暖房を必要とする器具に適用できる。

本発明の実施の形態１における面状発熱体の構成を示す平面図 同面状発熱体の概略斜視図 同面状発熱体の印刷時の工程概略図 従来の面状発熱体の構成を示す平面図 同面状発熱体の断面図 従来の面状発熱体を示す構成断面図

符号の説明

１１ 面状発熱体
１２ 電気絶縁性基材
１２ａ ポリエステル不織布
１２ｂ 保護層
１２Ｃ 基材フィルム
１３ 電極
１４ 高分子抵抗体
１６ 被覆材

Claims (4)

1. 柔軟性を有する電気絶縁性基材と、前記電気絶縁性基材上にスクリーン印刷で形成された電極及び電極により給電される高分子抵抗体と、前記電極及び高分子抵抗体を覆い前記電気絶縁性基材と密着させて配設した被覆材とを備えた面状発熱体において、前記電気絶縁性基材に前記電極及び高分子抵抗体のスクリーン印刷方向と同一方向の伸縮性を制限する手段を有する保護層を配設した面状発熱体。
2. ロール状の柔軟性を有する電気絶縁性基材をロール状に巻き取りながら連続的に電極及び高分子抵抗体をスクリーン印刷で形成する連続スクリーン印刷方式で生産されたものに、前記電極及び高分子抵抗体を覆い前記電気絶縁性基材と密着させて配設した被覆材とを備えた面状発熱体において、前記電気絶縁性基材に該ロール方向と同一方向の伸縮性を制限する手段を有する保護層を配設した面状発熱体。
3. 柔軟性を有する電気絶縁性基材の伸縮性を制限する保護層は、制限する伸縮方向に揃って配列された長繊維によって形成した請求項１または２に記載の面状発熱体。
4. 柔軟性を有する電気絶縁性基材の伸縮性を制限する保護層は、制限する伸縮方向に揃って配列された長繊維によって形成するとともに、前記保護層を形成する長繊維は電気絶縁性基材を形成する繊維と交絡するように形成して電気絶縁性基材と一体化した請求項３記載の面状発熱体。