JP2000040579A - 面状発熱体 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 高価な均熱板を使用することなく発熱むらの
少ない面状発熱体を提供する。 【解決手段】発熱シートとこの発熱シートを覆う絶縁層
とを有する面状発熱体であって、この絶縁層はマトリッ
クスを構成する合成樹脂とこのマトリックス中に分散保
持された熱伝導度３０Ｗ／ｍ℃以上の電気絶縁体とから
なる。熱伝導の高い電気絶縁体を絶縁層に埋設すること
により絶縁層に電気絶縁性とともに優れた熱伝導性をも
たせた。絶縁層は均熱板としても機能する。このため面
状発熱体の温度むらが少なくなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、発熱シートと該発
熱シートを覆う絶縁層とを有する面状発熱体、特に温度
むらの少ない面状発熱体に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の面状発熱体としては図２にその断
面を示すものが知られている。この面状発熱体は発熱シ
ート１００とこの発熱シート１００を両面より挟持する
発熱シート１００にラミネートされた絶縁層２００、２
００とこれらの絶縁層２００、２００上に積層接合され
たアルミニウム箔からなる均熱板３００とからなる。発
熱シート１００は結晶性のポリオレフィン系樹脂にカー
ボンブラツクを配合したものを押し出し成形でシート状
に成形したものである。なお、この押し出し成形時に薄
いリボン状電極１１０、１１０がインサート成形され、
得られる発熱シート１００の両側端部に電極１１０、１
１０が一体的に埋設されている。これらの電極１１０、
１１０には図示しない外部端子が結合されている。

【０００３】この従来の面状発熱体は発熱シート１００
が所定温度以上で電気抵抗が高くなるＰＴＣ特性をもつ
もので、所定最高温度に自己制御する機能を持つ。従来
の他の面状発熱体としては特開昭６０−２６２８５６号
公報に発熱シートのＰＴＣ特性を高めるためにポリマー
と導電性カーボンとからなる導電性ポリマーにクレー、
タルク等のフィラーを配合することを開示している。ま
た、特開平５−２１７７１１号公報には、発熱シートの
ＰＴＣ特性を高めるために、導電性粒子と無機窒素化物
粒子および熱可塑性樹脂からなるＰＴＣ組成物を開示し
ている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】従来の均熱板を使用す
る面状発熱体は均熱板としてアルミニウム箔を使用する
ために高価となる。一方、より均等な発熱を指向する発
熱シートを改良する方法は、発熱シートに導電性粒子と
共に無機物粒子を配合する必要がある。この無機物粒子
の配合により均熱性が高まるが発熱シートの柔軟性が悪
化する。

【０００５】本発明はかかる問題を克服するもので、安
価でかつ均熱性に優れた面状発熱体を提供することを目
的とする。

【０００６】

【課題を解決する為の手段】本発明者は均熱性を高める
ために発熱シートを被覆する絶縁層に着目し、絶縁層に
電気絶縁機能と共に均熱機能を持たすことに創達した。
すなわち、電気絶縁性と共に熱を絶縁層の広がり方向に
伝達し、発熱シートに生ずる部分的な温度のむらを絶縁
層で解消することに思い至った。そして、絶縁層を広が
り方向の良熱伝導層として機能させるために絶縁層に電
気絶縁性と共に優れた熱伝導特性をもつフィラーを配合
することに思い至り本発明を完成したものである。

【０００７】すなわち、本発明の面状発熱体は、発熱シ
ートと該発熱シートを覆う絶縁層とを有する面状発熱体
であって、該絶縁層はマトリックスを構成する合成樹脂
と該マトリックス中に分散保持された熱伝導度３０Ｗ／
ｍ℃以上の電気絶縁体とからなることを特徴とする。本
発明の面状発熱体を構成する絶縁層は電気絶縁性という
本来の機能と共に優れた熱伝導特性を持つ。このため発
熱シートに発熱むらがあり、発熱シートの温度が部分的
に異なっても、絶縁層で温度の部分的なむらが少なくな
り、面状発熱体としてより均熱性の高いものとなる。

【０００８】

【発明の実施態様】本発明の面状発熱体は発熱シートと
絶縁層とを有する。発熱シートは通電により発熱シート
全面より発熱し、高温となるものである。本発明の発熱
シートとしては従来の面状発熱体の発熱シートをそのま
ま使用することができる。好ましい面状発熱体としては
結晶性樹脂に導電性カーボンを配合したＰＴＣ特性をも
つ発熱シートである。なお、発熱シートとしては結晶性
樹脂と導電性カーボン以外にクレー、タルク、無機窒化
物粒子を配合するものでもよい。また、発熱シートは電
極が発熱シートに埋設されているものでも、発熱シート
の両側端部の表面に当接しているものでもよい。

【０００９】本発明の面状シートを構成する絶縁層は本
発明の特色をなすもので、面状シートのマトリックスを
構成する合成樹脂と該マトリックス中に分散保持された
熱伝導度３０Ｗ／ｍ℃以上の電気絶縁体とからなる。こ
の絶縁層は熱伝導度３０Ｗ／ｍ℃以上の電気絶縁体を分
散保持しているため良熱伝導体となり熱が絶縁層の広が
る方向にも良く伝わり均熱性が高くなる。

【００１０】熱伝導度３０Ｗ／ｍ℃以上の電気絶縁体と
しては熱伝導度４０Ｗ／ｍ℃程度のアルミナ、熱伝導度
４０Ｗ／ｍ℃程度の水酸化アルミニウム、熱伝導度１５
０Ｗ／ｍ℃程度の炭化珪素、熱伝導度２００Ｗ／ｍ℃程
度の窒化珪素、窒化アルミニウム等を使用できる。特に
アルミナは熱的に安定であり安価であるために実用性が
高い。

【００１１】熱伝導性の良い絶縁体は通常の粒状のもの
でも良いが、ウイスカ、繊維等の棒状、フレーク等の薄
片状のものが好ましい。かかる繊維状、薄片状の絶縁体
は絶縁層のマトリックスを構成する合成樹脂中に絶縁層
が広がる方向に配向させる必要がある。このように配向
することにより熱は絶縁層の厚さ方向より広がり方向に
より伝導されることになり、発熱シートの温度むらがよ
り効果的に解消される。

【００１２】なお、熱伝導性の良い絶縁体は絶縁層の広
がり方向に互いに接触しつつ延びていることが好まし
い。接触しつつ延びることにより熱は一層効果的に絶縁
層の拡がり方向に伝達され、より均熱性が向上する。か
かる見地より熱伝導性の良い絶縁体はシート状に形成さ
れているのがよい。特に、熱伝導性の良い絶縁体で形成
されたフィラメントを織った布あるいは不織布を使用す
るのが好ましい。

【００１３】絶縁層はその厚さが厚くなるほど形状効果
として拡がり方向の熱伝導性が高まる。かかる見地か
ら、絶縁層の厚さは０．２〜１．０ｍｍ程度が好まし
い。絶縁層のマトリックスを形成する合成樹脂としては
発熱シートのマトリックスと同じ樹脂、あるいは発熱シ
ートのマトリックスと接着性がありより耐熱性のある樹
脂がのぞましい。

【００１４】なお、面状発熱体の均熱性がより一層求め
られる場合には、従来と同様に本発明の面状発熱体の絶
縁層の上にアルミニウム箔等の均熱板を併用することも
できる。本発明の面状発熱体は従来と同様の発熱シート
の両面に本発明に係る熱伝導性の良い絶縁体を配合した
樹脂で作ったフィルムをラミネートして形成すること
も、あるいは発熱シートをインサート押し出しで発熱シ
ートの周囲を本発明に係る熱伝導性の良い絶縁体を配合
した樹脂で覆うようにして形成することもできる。ま
た、他の方法で、例えば三層同時押出法（コーエクスト
ルージョン）にて本発明の面状発熱体を製造しても良
い。

【００１５】

【発明の作用効果】本発明の面状発熱体はその発熱シー
トに通電することによるジュール熱により発熱シート全
体が発熱し、高温に加熱される。発熱シートの熱は発熱
シートを覆う絶縁層に伝達され、絶縁層中に分散保持さ
れている良熱伝導の絶縁体により絶縁層の拡がり方向に
伝熱される。この拡がり方向の伝熱により発熱シートに
生ずる温度むらが少なくなり、面状発熱体の均熱性が向
上する。

【００１６】

【実施例】以下、実施例を示し本発明をさらに具体的に
説明する。図１に本発明の実施例の面状発熱体の一部欠
損斜視図を示す。この面状発熱体は厚さ１．４ｍｍ、幅
１１０ｍｍ、長さ２００ｍｍのシート状で、発熱シート
１と絶縁層２とからなる。発熱シート１は厚さ０．４ｍ
ｍ、幅１００ｍｍのシート状で、ＰＴＣ特性を持つ導電
性樹脂からなるシート本体１１とこのシート本体１１の
両端側に一体的に埋設された電極１２、１３とからな
る。導電性樹脂はポリエテレンからなるポリオレフィン
７０重量部と導電性カーボンブラック３０重量部、その
他分散剤を１重量部とを混練した押し出し成形材料で構
成されている。電極１２、１３は厚さ５０μｍ、幅７ｍ
ｍの銅箔テープで構成されている。

【００１７】絶縁層２はこの発熱シート１の前後端面を
除く全ての表面を厚さ約０．５ｍｍで一体的に覆ってい
る。発熱シート１の前後端面は絶縁テープ等で絶縁処理
がしてある。絶縁層２は発熱シート１のマトリックスと
同じポリエテレンを用い、これに平均粒径２．８μｍの
アルミナ粉末を配合した良熱伝導樹脂で形成されてい
る。アルミナ粉末は全体を１００体積％としたとき、５
０体積％を占める。

【００１８】本実施例の面状発熱体は、上記した一対の
電極１２、１３と上記した導電性樹脂と上記した良熱伝
導樹脂とを３層押し出し成形し、所定長さに切断し、一
対の電極に通電コード（図示せず）を接合すると共に両
端面絶縁処理（図示せず）したものである。本実施例の
面状発熱体は上記した構成をもつ。この面状発熱体を構
成する発熱シート１は、シート中に埋設されているカー
ボンブラツク粉末の接触により導電性が保たれ、一対の
電極１２、１３間に電圧を印加すると電流がカーボンブ
ラック粉末の接触を介して流れ、発熱する。そして発熱
シート１の温度が所定温度以上となるとマトリツクス部
を構成するポリオレフィンの部分的な結晶のくずれによ
り大きな熱膨張を伴い、この熱膨張によりカーボンブラ
ック粉末の接触が部分的に離れ、導通抵抗が高くなると
いわれているものである。すなわちＰＴＣ特性を持つ。

【００１９】本実施例の面状発熱体の絶縁層２は、マト
リックス樹脂中に熱伝導性の高いアルミナ粒子が５０体
積％配合されている。このためこの絶縁層２は熱絶縁特
性と共に優れた熱導電特性を持つ。このため発熱シート
１の発熱に部分的に温度の異なる不均一発熱の部分が有
っても、絶縁層２で熱が厚さ方向に伝導され、温度の差
異が少なくなる。このため、絶縁層２の表面部分におけ
る温度の差異は少なくなる。

【００２０】本実施例の面状発熱体に家庭用の１００Ｖ
の交流電流を流したところ３０分後に絶縁層２の表面は
ほぼ４０℃の一定温度となった。この時の室温は２０℃
であった。そして絶縁層２の表面の温度のばらつきを見
るため、絶縁層の一面側を幅方向及び長さ方向にそれぞ
れ３等分し、合計９つの部分表面に区分けし、区分けし
た各部分表面の中央部分の温度を測定し、測定した温度
の最高温度と最低温度の最大温度差を求めた。本実施例
の面状発熱体では最大温度差は３℃であった。

【００２１】参考までに、絶縁層２を形成するマトリッ
クス樹脂に配合されるアルミナの配合量を変えた樹脂組
成物を調製し、実施例と同じ方法で面状発熱体を作っ
た。得られた各面状発熱体にそれぞれ通電し、同じ条件
で各面状発熱体の絶縁層表面上の前記した区分け各部分
表面の温度を測定し、最大温度差を求めた。アルミナ配
合量が０体積％のものの最大温度差は２０℃、アルミナ
配合量が３０体積％のものの最大温度差は８℃であっ
た。

【００２２】なお、図２に一部欠損斜視図を示す従来の
均熱板を用いた面状発熱体の同じ条件での最大温度差は
３℃であった。なお、この従来の面状発熱体は本実施例
の発熱シート１と同じ発熱シート１００を用い、この発
熱シート１００をその両面に厚さ５０μｍのポリエステ
ルフィルムからなる絶縁シート２００を挟持するように
接合し、さらにその一方の絶縁シート１００の上面に厚
さ５０μｍのアルミニウム箔からなる均熱板３００を一
体的に積層接合したものである。

【００２３】このように本実施例の面状発熱体は均熱板
を使用していないのに従来の均熱板を用いた面状発熱体
と同等の均熱特性を持つことがわかる。

【００２４】

【本発明の効果】本発明の面状発熱体は均熱板を使用し
ないでも優れた均熱特性を持つ。均熱板を必要としない
ため部品点数が少なく、製造が容易で安価に製造でき
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例の面状発熱体の一部欠損斜視図
である。

【図２】従来の面状発熱体の一部欠損斜視図である。

【符号の説明】

１：発熱シート ２：絶縁層 １１：シート
本体 １２、１３：電極

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 3K034 AA04 AA05 AA07 AA08 AA09 AA10 AA16 BB06 BB08 BB14 BB15 BC16 BC29 CA02 CA11 CA17 CA32 4J002 AA011 DE146 DF016 DJ006 FA016 FA046 FA066 FD016 FD206 GF00 GQ01

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 発熱シートと該発熱シートを覆う絶縁層
   とを有する面状発熱体であって、該絶縁層はマトリック
   スを構成する合成樹脂と該マトリックス中に分散保持さ
   れた熱伝導度３０Ｗ／ｍ℃以上の電気絶縁体とからなる
   ことを特徴とする面状発熱体。
2. 【請求項２】 前記電気絶縁体はアルミナである請求項
   １記載の面状発熱体。
3. 【請求項３】 前記電気絶縁体はフレーク状、あるいは
   線状である請求項１記載の面状発熱体。
4. 【請求項４】 前記電気絶縁体はシート状に形成されて
   いる請求項１記載の面状発熱体。