JP2000077167A

JP2000077167A - 面状発熱体

Info

Publication number: JP2000077167A
Application number: JP24430498A
Authority: JP
Inventors: Koji Ono; 浩司小野
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 1998-08-31
Filing date: 1998-08-31
Publication date: 2000-03-14

Abstract

(57)【要約】【課題】金属基体２上に、絶縁層３を介して、炭素系材
料と絶縁材の混合物からなる発熱抵抗体４を形成した面
状発熱体１において、大気中処理においても炭素系材料
の劣化が無く、発熱抵抗体４を安定に形成する。【解決手段】前記発熱抵抗体４が、球状、鱗片形状、及
びウイスカー形状のいずれかの黒鉛から成る導電成分
と、ポリイミドから成る絶縁成分から構成され、上記黒
鉛が、Ｍｅｒｉｎｇ−Ｍａｉｅｒ式から算出される黒鉛
化度が３５％以上であることを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、面状発熱体に関
し、特に発熱抵抗体の導電成分に黒鉛材料を、また絶縁
マトリクスにポリイミドを利用したものに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、導電性粉末、例えばカーボン
ブラック、球状炭素、黒鉛、酸化物等の粉末と合成樹脂
バインダーとを混合した導電性発熱組成物を用いた面状
発熱体は周知である。かかる発熱体の具体例として、カ
ーボンブラックとポリイミドからなる発熱体（特開昭５
１−９９３４０号）、あるいは食品関係の成型用ロー
ラ、プラスチックの圧延成型用ローラ、電子写真装置の
粉末定着用ローラとしてカーボンブラックとフッ素系樹
脂からなる発熱体（特公昭６２−４５９９２号）を、絶
縁層を介して金属円筒上に焼き付けたものや、融雪用パ
ネルヒータとして粉末、繊維、ウイスカー状炭素材をア
ルキレンオキシドを単位構造とする合成樹脂（ＰＥＧ
等）に分散させたもの（特公平４−２９１９７号）等が
報告されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】これら従来の面状発熱
体の中で、特に炭素系材料を導電成分に用いたものは、
炭素系材料の表面活性が低いことに起因して、低温での
樹脂マトリクスとの反応性は極めて低いという利点があ
る。

【０００４】しかしながら、ここで、黒鉛の単結晶を黒
鉛化度１００％と考えたとき、上記導電材をなす炭素材
料の相対的な黒鉛化度は低いものであった。そのため、
相対的な黒鉛化度が低い不定形炭素は、高温で容易に酸
化されることに起因し、例えば、樹脂の焼き付け工程で
炭酸ガスによる樹脂層の膨れ、ピンホールという不具合
が発生するという第一の問題点があった。

【０００５】さらに、炭素系材料の黒鉛化度が低い場
合、抵抗の温度係数が負になるＮＴＣＲ特性を示すが、
このような面状発熱体を任意の温度に設定しようとする
と、温度が上昇、下降を繰り返しながら昇温するため、
通電初期の面状発熱体の温度分布が悪くなるという第二
の問題点があった。

【０００６】一方、面状発熱体の絶縁材料に関して、金
属基板等の発熱抵抗体の支持体に設ける絶縁層、あるい
は発熱抵抗体の絶縁マトリクス材料として知られている
ポリイミドは、電気器具等の絶縁材料として、耐熱性に
ついては約２５０℃までは安定に使用可能であり、一般
的な絶縁樹脂材料の中でも最も高温下にて使用可能な材
料である。

【０００７】ところが、該樹脂材料は比較的吸水性が高
く、そのため、面状発熱体を高湿下にて放置するような
場合、吸水量によっては、該発熱体を通電発熱させた時
に吸水水分が一気に気化し、膨れ、絶縁破壊を生じ、電
流のリーク、焼損、その他の重大な事故が生じる恐れを
有するという第三の問題点があった。

【０００８】さらに、面状発熱体の電極部を構成する
際、該ポリイミド樹脂を絶縁マトリクスに選択すると、
ポリイミドはＡｕ、Ａｌを除くＡｇ、Ｃｕ、Ｎｉ等の殆
どの金属成分、及びＳｎＯ₂−Ｓｂ₂Ｏ₃固溶体あるい
はＺｎＯ等の半導体酸化物に対し分解され易いため、導
電成分として上記金属あるいは金属酸化物を選択する
と、電極部の耐久性が著しく損なわれるという第四の問
題点があった。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明者は上記事情に鑑
みて鋭意研究に努めた結果、第一の問題点に関しては、
炭素系材料の黒鉛化度を高くするほど耐酸化性が向上す
ることにより、面状発熱体の製造歩留まりおよび通電耐
久性が向上可能であることを見いだした。

【００１０】さらに、第二の問題点に関しては、黒鉛の
抵抗の温度係数は、黒鉛化温度として約２８００〜２９
００℃を境に、負から正に逆転する、すなわち半導体性
から金属性に変化する点、および発熱抵抗体の導電構造
は、隣接する黒鉛粒子間における電子のトンネル効果で
成立するという点の二つの見地から、発熱抵抗体におけ
る半導体性および金属性の二種の黒鉛量を適度に制御す
ることにより、通電初期の面状発熱体の温度分布を改善
するための抵抗の温度係数が任意に設定可能なことを見
いだした。

【００１１】また、第三の問題点に関しては、ポリイミ
ドの平衡吸着水分量が低いほど、面状発熱体の耐久性能
が向上するということを見いだした。さらに、第四の問
題点に関しては、該ポリイミド樹脂と上記黒鉛材料から
２８０℃の高温でも高耐久性を有する電極部用ペースト
が成立可能なことを発見した。

【００１２】本発明は上記知見により完成されたもので
あり、その目的は直流及び交流のいずれの印加電圧を使
用しても、室温から絶縁材料であるポリイミドの法的な
使用温度上限である２５０℃までの温度範囲に対し、高
い性能を安定的に維持し、十分な耐久性を有する面状発
熱体を提供することにある。

【００１３】即ち、本発明は、金属基板上に、絶縁層を
介して発熱抵抗体を形成して成る面状発熱体において、
前記絶縁層がポリイミドから成り、前記発熱抵抗体が、
球状、鱗片形状及びウイスカー形状のいずれかの形状を
有する黒鉛からなる導電成分と、ポリイミドから成る絶
縁成分から構成され、上記黒鉛がＭｅｒｉｎｇ−Ｍａｉ
ｅｒ式から算出される黒鉛化度が３５％以上であること
を特徴とするものである。

【００１４】特に前記黒鉛は、Ｍｅｒｉｎｇ−Ｍａｉｅ
ｒ式から算出される黒鉛化度が３５〜９４％である成分
と、９４％以上の黒鉛化度を有する成分の二種類からな
り、両者の体積比が０：１００〜８０：２０であること
が望ましい。

【００１５】また、前記絶縁層として使用するポリイミ
ドは、６０℃、湿度９５％の高温高湿下における吸水量
が４％以下であることが望ましい。

【００１６】さらに、前記発熱抵抗体の抵抗温度係数
が、１０００ｐｐｍ／℃（２５〜３００℃）以上である
ことが、面状発熱体の昇温速度に関し、特に好ましい。

【００１７】また、電極部を構成する導電性ペースト
は、絶縁成分が、６０℃、湿度９５％の高温高湿下にお
ける吸湿量が４％以下であるポリイミドからなり、導電
成分がＭｅｒｉｎｇ−Ｍａｉｅｒ式から算出される黒鉛
化度が３５％以上である球状、鱗片状およびウィスカー
形状のいずれかの形状の黒鉛から成り、この黒鉛からな
る導電成分と絶縁成分であるポリイミドの固形分との体
積比率が４０：６０〜８０：２０であることを特徴とす
る。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図によ
って説明する。

【００１９】図１に示す面状発熱体１は、平面状のもの
であり、Ａｌ及びその他の金属基板材料（Ｃｕ、Ｆｅ、
ＳＵＳ材等）から成る金属基体２の表面上に、ポリイミ
ド樹脂から成る絶縁層３を設け、さらに該絶縁層３上
に、黒鉛の導電成分とポリイミド樹脂とから成る発熱抵
抗体４を形成している。使用環境によっては人体の接触
等による感電の恐れがある場合、発熱抵抗体４の表面に
ポリイミドによる絶縁保護層を設けても良い。

【００２０】一方、前記発熱抵抗体４上の両端部に詳細
を後述する導電性ペーストを塗布して電極部５、５を形
成し、各電極部５に、ワイヤー形状の電極金具６を接合
してある。なお、電極金具はポリイミドに対し不活性な
金属であるＡｌを用いた。また、電極金具の形状には制
約はなく、目的に応じた任意の形状で良い。

【００２１】そして、この電極金具６を介して発熱抵抗
体４に通電し、発熱させることができ、平面状のヒータ
として使用することができる。

【００２２】次に、本発明の他の実施形態として、図２
に示すように、円柱状の面状発熱体とすることもでき
る。この場合、円柱状の金属基体２の外周面に絶縁層３
と発熱抵抗体４を形成し、その両端に電極部５を備え
て、電極金具６を接合してある。

【００２３】あるいは、さらに他の実施形態として、図
３に示すように、円筒状の金属基体２の内周面に絶縁層
３と発熱抵抗体４を形成し、内周面の両端に電極部５を
形成して円柱状の電極金具６を接合することもできる。

【００２４】これらの、図２、３に示す円柱または円筒
形状の面状発熱体１は、例えば定着用ヒートロータ等と
して好適に使用することができる。

【００２５】以下、本発明の実施形態で前述の問題点を
解消できる理由を詳述する。

【００２６】第一の問題点に関しては、発熱抵抗体３中
に混入する黒鉛として黒鉛化度３５％以上のものを用い
ることによって解決できる。ここで、黒鉛化度とは、黒
鉛の単結晶を１００％としたときの相対的な値であり、
下記のＭｅｒｉｎｇ−Ｍａｉｅｒ式で与えられる。

【００２７】黒鉛化度（％）＝（0.344 −ｄ００２）／
（0.344 −0.3354）×100 なお、式中のｄ００２はＸ線回折法により測定した、グ
ラファイトのミラー指数表示における（００２）面の面
間距離（ｎｍ）である。

【００２８】ここで、上記黒鉛化度が３５％未満である
と、大気中での発熱抵抗体４の焼き付け処理時に、不定
形炭素分の炭酸ガス化が連続的に生じ、発熱抵抗体４の
膨張によるクラック、さらに無数のピンホール等の不具
合が生じる。これに対し、黒鉛化度が３５％以上である
と、大気中処理においても炭素系材料の劣化が無く、発
熱抵抗体４が安定に形成可能である。

【００２９】また、本発明における発熱抵抗体４の抵抗
調整の方法について、概略を以下に説明する。なお、上
記発熱抵抗体４において、導電成分の黒鉛は球状、鱗片
形状及びウイスカー形状のいずれかを用いればよい。

【００３０】黒鉛自体の導電機構は、黒鉛結晶面内の電
子伝導で知られるが、これは黒鉛の結晶形態に非常に相
関がある。即ち、一般的な球状、鱗片形状黒鉛は、欠陥
の無い特定の面指数の炭素六角環網平面のみで構成され
ている場合は皆無であり、このことが電荷の移動を妨げ
ていると考えられている。しかしながら、気相成長法に
よる黒鉛ウイスカーは炭素六角環網平面が同心的に積み
重なって形成されており、電荷の移動が障害を受けな
い。

【００３１】また、一般的な導体である金属粒子の場合
は、隣接する金属粒子相互の接触抵抗が発熱抵抗体の比
抵抗を支配するが、黒鉛の場合は、隣接する黒鉛粒子間
での電子のジャンプのし易さ、いわゆるトンネル効果が
発熱抵抗体の比抵抗を支配すると考えられる。このトン
ネル効果は、隣接する黒鉛粒子間距離と密接な関係があ
る。即ち、画一的な形状を有するため凝集しにくい球状
黒鉛や、鱗片形状黒鉛では、隣接黒鉛粒子間の距離が比
較的大きく、トンネル効果が阻害されるため、発熱抵抗
体の比抵抗が増加する。一方、ウイスカー状黒鉛はアス
ペクト比が大きくなるほどウイスカーが凝集しやすく、
このことがトンネル効果を助長しているのである。ま
た、成形手段の制約から高アスペクト比を有するウイス
カー形状黒鉛が使用できない場合でも、黒鉛化ケッチェ
ンブラックのような形状不定黒鉛を画一的な形状の黒鉛
粒子間に配することでトンネル効果を効果的に発現可能
である。

【００３２】従って、前述の形状を適度に組み合わせる
ことにより、さらに、後述の黒鉛添加量と黒鉛形状との
組み合わせにより、目的に応じた任意の室温抵抗を設定
可能である。

【００３３】黒鉛粉体のサイズに関しては特に制約は無
いが、球状黒鉛は直径１〜２０ミクロン、鱗片形状黒鉛
は、長軸が４〜２０ミクロン、ウイスカー形状黒鉛は、
直径０．１〜１０ミクロンかつアスペクト比１〜３０で
あるとワニス状ポリイミドと混合した際、均一に混合し
易く望ましい。

【００３４】黒鉛のＢＥＴ比表面積値に関しても特に制
約は無いが、ＢＥＴ比表面積値は低いほど平衡吸着水分
量が少なくなるため、前処理としての乾燥工程が省略で
きるというメリットがある。ワニス状ポリイミドとの混
合性に関しては、ＢＥＴ比表面積値が１０ｍ²／ｇ以下
であると少ない溶媒量で均一に混合し易く好ましい。ま
た、第二の問題点に対し、本発明では、発熱抵抗体４に
用いる黒鉛として、黒鉛化度が３５〜９４％である成分
と９４％以上の黒鉛化度を有する成分とを体積比が０：
１００〜８０：２０の範囲で混合してある。

【００３５】前述のように黒鉛の抵抗の温度係数は、黒
鉛化温度として約２８００〜２９００℃を境に、負から
正に逆転する、すなわち半導体性から金属性に変化する
特徴を有する。

【００３６】２９００℃における黒鉛化度は前記Ｍｅｒ
ｉｎｇ−Ｍａｉｅｒ式によると約９４％であるが、発熱
抵抗体４においてＭｅｒｉｎｇ−Ｍａｉｅｒ式から算出
される黒鉛化度が３５〜９４％である成分と９４％以上
の黒鉛化度を有する成分とのの体積比が１００：０〜８
０：２０であると、発熱抵抗体４の室温〜３００℃での
抵抗の温度係数は−６００ｐｐｍ／℃以下となる。この
とき通電初期の面状発熱体１の温度分布は、ＮＴＣＲ性
が大きいことにより、昇温時の温度の波打ち幅が４０℃
以上大きくなるため悪くなる。

【００３７】一方、上記黒鉛化度が３５〜９４％である
成分と９４％以上の黒鉛化度を有する成分との体積比が
０：１００〜８０：２０である場合には、発熱抵抗体４
の室温〜３００℃での抵抗の温度係数は−６００ｐｐｍ
／℃以上となり、ＮＴＣＲ性を示しても温度の波打ち幅
が小さいため上記のような不具合が無く、通電初期の面
状発熱体１の温度分布における温度ばらつきを小さくす
ることができるのである。

【００３８】さらに好ましくは、上記体積比において黒
鉛化度が８６〜９４％である成分と９４％以上の黒鉛化
度を有する成分の体積比が０：１００〜５：９５である
場合に、発熱抵抗体４の抵抗温度係数が１０００ｐｐｍ
／℃（２５〜３００℃）以上となる。このとき、面状発
熱体１の昇温速度は良好であり、急速昇温が要求される
分野において有用である。

【００３９】なお、面状発熱体１から上記体積比を求め
る方法を以下に示す。

【００４０】面状発熱体１において発熱抵抗体４の任意
部を薄く切り出し、透過型電子顕微鏡（以下、ＴＥＭ）
用サンプルを作製する。該ＴＥＭ用サンプル中において
隣接する１００個の黒鉛成分に対し収束電子回折像を求
め、該回折像よりグラファイトのミラー指数表示におけ
る（００２）面の面間距離ｄ００２（ｎｍ）を求め、前
記Ｍｅｒｉｎｇ−Ｍａｉｅｒ式から黒鉛化度を算出す
る。さらに、上記ＴＥＭ用サンプルの観察面において、
該黒鉛成分１個１個が占有する面積を黒鉛化度と対応さ
せて測定する。以上の方法より求まる黒鉛化度９４％以
上の成分と、３５〜９４％の成分の面積比を体積比とす
る。

【００４１】第三の問題点に関して、本発明では、絶縁
層３や発熱抵抗体４を成すポリイミドとして、６０℃、
湿度９５％の高温高湿下における吸水量が４％以下であ
るポリイミドを用いる。

【００４２】絶縁層３や発熱抵抗体４の絶縁マトリクス
材として使用するポリイミドは一般的に吸湿性を有する
が、６０℃、湿度９５％の高温高湿下におけるポリイミ
ドの吸水量が４％以上であると、高温高湿環境下での、
面状発熱体１における絶縁層３の剥離が生じる確率が高
くなる。これに対し本発明のように、４％以下の場合は
このような不具合が生じない。

【００４３】第四の問題点に関しては、本発明の面状発
熱体１における電極部５をなす導電性ペーストとして、
６０℃、湿度９５％の高温高湿下における吸湿量が４％
以下であるポリイミドと、黒鉛化度が３５％以上である
球状、鱗片状およびウイスカー形状を有する黒鉛とを体
積比率が４０：６０〜８０：２０の範囲で混合した導電
性ペーストを用いる。

【００４４】この際の導電成分である黒鉛材料と絶縁成
分であるポリイミドの固形分の体積比率が０：１００〜
４０：６０であると、ペーストの比抵抗が高くなり電極
部５の塗布厚みを極めて大きくする必要がある。また、
該体積比率が１００：０〜８０：２０であると電極部５
の膜強度が皆無であり、電極部を安定に形成できない。

【００４５】一方、本発明のように上記体積比率を４
０：６０〜８０：２０とした場合は、比抵抗および膜強
度が良好であり、安定な電極部５を形成可能である。

【００４６】かくして本発明の面状発熱体１によれば、
抵抗発熱体４において導電成分の黒鉛材料の耐酸化性を
向上させ、絶縁層３や抵抗発熱体４の絶縁マトリクスで
あるポリイミドの高温高湿下における吸水量上限を明確
にし、高耐久性を有する導電性ペースト材を電極部５に
使用した結果、発熱体の耐久性が著しく向上した。

【００４７】さらに、発熱抵抗体４における抵抗の温度
係数を最適化させた結果、通電初期の温度分布が改善さ
れ、さらには、急速昇温可能な発熱体が得られた。

【００４８】なお、本発明の面状発熱体の用途として
は、食品関係の加熱成形用面状発熱体、プラスチックの
加熱成型用面状発熱体、電子写真装置の粉末定着用面状
発熱体、融雪用面状発熱体、温風用ヒータ、その他利用
され得るあらゆる分野に対応する。

【００４９】

【実施例】本発明を実施例にて更に説明するが、本発明
は下記の実施例に限定されるものではない。

【００５０】図１〜３に示すさまざまな形状の面状発熱
体１を作成した。金属基板２は、絶縁層を形成するポリ
イミド樹脂の分解反応に対し不活性である、熱伝導率が
良好であるといった点からＡｌを用いた。ただし、その
他の金属基板材料（Ｃｕ、Ｆｅ、ＳＵＳ材等）であって
も、基板表面を無機コーティング材（例えばシランカッ
プリング材、シリカゾル等）により被覆すれば、ポリイ
ミドとの反応性が十分回避されるため、選択可能である
（表１試料１７〜１８）。なお、基板形状は目的に応
じ、棒状、円筒形状、板状、その他任意の形状を選択す
れば良く、形状に関する制約は無い。

【００５１】該基板２の表面上に、ワニス状ポリイミド
樹脂を塗布し、焼き付け絶縁層３を設けた。ポリイミド
樹脂は塗布性の点からワニス状が好ましく、これをノル
マルメチルピロリドン（ＮＭＰ）等の溶剤で任意の粘度
に調整後、スプレー法、ディッピング法、刷毛塗り、ス
クリーン印刷法等の公知の手法で塗布すると良い。

【００５２】次に、該絶縁層３上に、黒鉛から成る導電
成分と上記ワニス状ポリイミド樹脂から成る絶縁成分を
表１記載の比率で混合した導電ペーストをディッピング
法にて、焼き付け膜厚が５０ミクロンとなるように塗布
し、その後焼き付け固定し発熱抵抗体４を形成した。ペ
ースト塗布方法には、他にスプレー法、刷毛塗り、スク
リーン印刷法等の公知のいずれの手法を用いても良い。
該発熱抵抗体４に関しては、図３に示す様に円筒状の金
属基体２の内面に発熱抵抗体４がある場合を除いて、使
用環境によっては人体の接触等による感電の恐れがある
場合、発熱抵抗体４の表面にポリイミドによる絶縁保護
層を設けても良い。

【００５３】最終的に、前記発熱抵抗体４における電極
部５に、図１〜２に示すワイヤー形状電極金具６、図３
に示す様な円柱形状の電極金具６を取り付けた。取り付
け方法は、抵抗発熱体４において電極部５を形成する部
位に表１記載の比率で混合した導電ペーストを塗布し、
電極金具６の取り付け端部を該導電ペースト内に埋設保
持しながら焼き付け固定した。

【００５４】なお、電極金具６はポリイミドに対し不活
性な金属であるＡｌを用いた。また、電極金具６の形状
には制約はなく、目的に応じた任意の形状で良い。

【００５５】かくして得られた面状発熱体を、基板形状
面状発熱体（Ｓ）、棒形状面状発熱体（Ｒ）、パイプ形
状面状発熱体（Ｐ）とし、表１に結果を示した。

【００５６】表１において、黒鉛化度はＸ線回折法を用
いて前記Ｍｅｒｉｎｇ−Ｍａｉｅｒ式より算出した。

【００５７】また、ポリイミド吸水量は６０℃、湿度９
５％環境下における飽和吸水量を測定した。

【００５８】昇温時の温度ばらつきに関しては、直流電
圧を印加して２０秒後の面状発熱体内における温度の最
大値と最小値の差を赤外線計測装置を用いて測定した。
ただし、面状発熱体において両電極部に隣接した抵抗調
整部（単位長さ当たりの抵抗を発熱抵抗体部より１５％
向上）を除いている。

【００５９】表面抵抗は、膜厚５０ミクロンの抵抗発熱
体においてシート抵抗を算出している。

【００６０】抵抗変化率は、室温における初期抵抗を測
定し、直流電圧を印加し２８０℃に９秒加熱し、９０秒
空冷させる冷熱サイクルを１００００サイクル実施した
後の抵抗変化率（初期抵抗を基準とした抵抗増加率）を
算出した。なお、表１において全試料は昇温評価及び耐
久評価前に６０℃、湿度９５％環境下において１００時
間エージングされている。

【００６１】また、表２には、発熱抵抗体における黒鉛
成分の黒鉛化度を一種類に固定した場合の製造歩留まり
を示した。

【００６２】表１の結果から明らかな通り、本発明の面
状発熱体においては、いずれも昇温時の温度ばらつきが
２４℃以下と優れた温度分布を有しており、さらに６０
℃、湿度９５％環境下において１００時間エージング後
であっても、２８０℃、１００００サイクルの冷熱サイ
クルに対し、抵抗変化率が１％以下と優れた耐久性を示
した。

【００６３】さらに、以下に前述の問題点に関し、本結
果と照らし合わせ詳述する。

【００６４】前記第一の問題点に関しては、表２から明
らかなように、黒鉛成分の黒鉛化度を３５％以上にする
ことにより、不定形炭素の炭酸ガス化による発熱抵抗体
のクラックやピンホールが出現していない。このことよ
り、ポリイミドの焼き付け温度である２００℃〜３００
℃において、大気中酸素により酸化されないための黒鉛
成分の黒鉛化度は３５％以上である必要がある。

【００６５】前記第二の問題点に関しては、温度分布を
改善するための黒鉛成分の組成が表１の試料１〜５から
明らかである。試料１〜２については、発熱抵抗体にお
ける該黒鉛組成が、黒鉛化度３５〜９４％の成分と黒鉛
化度９４％以上の成分の体積比において１００：０〜８
０：２０の範囲にあり、このためＮＴＣＲ特性が−６５
０ｐｐｍ／℃以下と負の方向に大きく、昇温時の温度ば
らつきが４０℃以上と極めて大きい。

【００６６】一方、試料３〜５については、前記黒鉛組
成が前記体積比において０：１００〜８０：２０の範囲
にあり、抵抗の温度係数（ＴＣＲ）が−６００ｐｐｍ／
℃以上であり、このため昇温時の温度ばらつきが２０℃
以下と小さい。

【００６７】さらに、試料５〜９においては前記黒鉛組
成が、黒鉛化度８６〜９４％の成分と９４％以上の黒鉛
化度の成分の体積比において０：１００〜５：９５の範
囲にあり、このためＴＣＲが１０００ｐｐｍ／℃以上で
あった。このことにより、面状発熱体の昇温速度が速
く、直流電圧印加から２０秒経過後には、ほぼ温度が飽
和しており、温度ばらつきが１３℃以下と非常に平坦に
なっていた。

【００６８】前記第三の問題点に関して、ポリイミドの
吸水量と面状発熱体の性能に関する相関関係が試料１０
〜１２から明らかである。前述のように、試料は昇温評
価及び耐久評価前に６０℃、湿度９５％環境下において
１００時間エージングされているが、ポリイミドの飽和
吸水量が前記環境下において４％以上であると、通電耐
久評価時にポリイミド中の水分が一気に気化し、発熱抵
抗体表面に無数の泡状の膨張を生じ、スパークした。特
に、試料１２においては１回の通電において前記現象が
みられた。

【００６９】前記第四の問題点に関して、黒鉛を使用し
た導電ペーストの組成が試料１３〜１６から明らかであ
る。導電成分である黒鉛材料と絶縁成分であるポリイミ
ドの固形分の体積比率が０：１００〜４０：６０の範囲
にある試料１３は、ペーストの比抵抗が高くなり、通電
時に電極部が抵抗発熱する不具合を生じた。また、該体
積比率が１００：０〜８０：２０の範囲にある試料１６
は電極部の膜強度が皆無であり、電極部の焼き付け後、
接触により電極金具がとれてしまう不具合を生じた。

【００７０】一方、該体積比率が４０：６０〜８０：２
０の範囲にある試料１４〜１５では、比抵抗および膜強
度が良好であり、安定な電極部を形成した。

【００７１】

【表１】

【００７２】

【表２】

【００７３】

【発明の効果】以上の通り、本発明の面状発熱体によれ
ば、抵抗発熱体において導電成分である黒鉛材料の黒鉛
化度を３５％以上にしたことで黒鉛自体の耐酸化性を向
上させ、さらに、黒鉛組成において黒鉛化度３５〜９４
％の成分と黒鉛化度９４％以上の成分の体積比を０：１
００〜８０：２０とすることにより、ＴＣＲを−６００
ｐｐｍ／℃以上に設定可能とし、電圧印加初期の面状発
熱体の温度ばらつきを２４℃以下に抑制することができ
る。

【００７４】また、絶縁層や抵抗発熱体の絶縁マトリク
スであるポリイミドについて、６０℃、湿度９５％の高
温高湿下における飽和吸水量上限を４％とし、さらに、
前記黒鉛材料と該ポリイミドから作製した導電性ペース
ト材を電極部に使用した結果、発熱体の耐久性が著しく
向上し、室温からポリイミドの法的な使用温度上限の２
５０℃までの温度範囲に対し高い性能を安定に維持し、
十分な耐久性を有する長期信頼性の面状発熱体が提供で
きた。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）は本発明の実施形態に係る基板形状の面
状発熱体の斜視図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線断面図で
ある。

【図２】（ａ）は本発明の実施形態に係る棒形状の面状
発熱体の斜視図、（ｂ）は同図（ａ）のＢ−Ｂ線断面
図、（ｃ）は同図（ａ）のＣ−Ｃ線断面図である。

【図３】（ａ）は本発明実施例に係る円筒形状の面状発
熱体の斜視図、（ｂ）は同図（ａ）のＤ−Ｄ線断面図、
（ｃ）は同図（ａ）のＥ−Ｅ線断面図である。

【符号の説明】

１面状発熱体２金属基体３絶縁層４発熱抵抗体５電極部６電極金具

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 3K034 AA05 AA16 AA19 AA34 BA08 BA15 BA18 BB02 BB12 BB14 BC03 BC12 BC14 CA04 CA14 CA32 HA01 HA07 HA08 HA10 3K092 PP18 QA01 QA02 QA05 QB15 QB31 QC03 QC25 QC49 RA06 RD16 RD28 RD33 RD42 RF03 RF09 RF17 RF22 VV09 VV22 VV33 VV34

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】金属基体上に、絶縁層を介して、発熱抵抗
体を形成して成る面状発熱体において、前記絶縁層がポ
リイミドから成り、前記発熱抵抗体が、球状、鱗片形
状、及びウイスカー形状のいずれかの黒鉛から成る導電
成分と、ポリイミドの絶縁成分から構成され、上記黒鉛が、Ｍｅｒｉｎｇ−Ｍａｉｅｒ式から算出され
る黒鉛化度が３５％以上であることを特徴とする面状発
熱体。
【請求項２】前記黒鉛が、Ｍｅｒｉｎｇ−Ｍａｉｅｒ式
から算出される黒鉛化度が３５〜９４％である成分と９
４％以上の黒鉛化度を有する成分から成り、両者の体積
比が０：１００〜８０：２０であることを特徴とする請
求項１記載の面状発熱体。
【請求項３】前記絶縁層として使用するポリイミドが、
６０℃、湿度９５％の高温高湿下における吸水率が４％
以下であることを特徴とする請求項１記載の面状発熱
体。
【請求項４】前記発熱抵抗体の抵抗温度係数が、１００
０ｐｐｍ／℃（２５〜３００℃）以上であることを特徴
とする請求項１乃至２記載の面状発熱体。
【請求項５】６０℃、湿度９５％の高温高湿下における
吸湿量が４％以下であるポリイミドと、Ｍｅｒｉｎｇ−
Ｍａｉｅｒ式から算出される黒鉛化度が３５％以上であ
る球状、鱗片状およびウイスカー形状のいずれかよりな
る黒鉛とを、体積比率が４０：６０〜８０：２０の範囲
で混合してなる導電性ペーストを用い、該導電性ペース
トを上記発熱抵抗体の端部に塗布し焼き付けて電極部を
形成したことを特徴とする請求項１乃至４記載の面状発
熱体。