JP2003031343A - 面発熱体 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 可撓性、伸縮性、及び柔軟性に優れた面発熱
体を提供する。 【解決手段】 導電剤を含有するゴムからなる電熱基材
１０上に、少なくとも一対以上の電極対２０を形成した
構成とする。例えば、導電剤にはカーボンブラック等を
用い、ゴムにはシリコーンゴム等を用いる。この様な構
成とすることで、面発熱体に、可撓性、伸縮性、及び柔
軟性を付与することができる。その結果、面発熱体は、
折り曲げ、巻き取り等の作業性、取り扱いが容易である
上、布団、ベッド、座席等の伸縮性、弾力性を要する用
途に好適なものとなる。

Description

【発明の詳細な説明】 【０００１】 【発明の属する技術分野】本発明は、平面的で均一な温
度分布で発熱する熱源として好適な面発熱体に関する。
特に、可撓性、伸縮性に優れた面発熱体に関する。 【０００２】 【従来の技術】面発熱体は、床暖房、電気カーペット、
融雪ヒータ等の民生用途や、配管、タンクの保温等の産
業用途の熱源として、広く利用されている。従来の面発
熱体としては、例えば、（１）絶縁性基板上にエッチン
グ法等でパターニングした金属薄膜を貼り付けたもの、
（２）チタン酸バリウムやチタン酸鉛酸バリウム粉末を
成形して焼成したセラミックス、等の形態が知られてい
る。 【０００３】例えば、上記（１）の形態のものとして
は、ステンレス薄膜やアルミニウム薄膜等を、エッチン
グ法や機械的プレス法によって細い線幅のパターン状に
し、それを絶縁処理を施したアルミニウム板やホーロー
基板等に、シリコーン樹脂系接着剤や無機系接着剤で張
り付けたものが知られている（特開平７−１１４９７６
号公報等参照）。 【０００４】一方、上記（２）の形態のものとしては、
焼成で得られる焼結体自体が発熱体であり、且つチタン
酸バリウム系素子は、キュリー点以上の温度で、抵抗値
が極端に上昇する正の温度−抵抗特性（ＰＣＴ特性）を
有している。そして、そのキュリー点が、チタン酸バリ
ウム中のバリウムサイトを、ストロンチウム、カルシウ
ム或いは鉛等で部分的に置換することにより、常温付近
から３００℃位まで制御できることから、乾燥機、温風
ヒータ等の各種熱源に広く用いられている（特開平７−
２６３１２４号公報等参照）。 【０００５】 【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記
（１）の形態のものは、発熱体の基板との接合に難点が
あり、高温用の面発熱体の作製が難しい。また、積層マ
イカ板にニクロム線を巻きつけ、その両面をマイカ板で
サンドイッチ状に挟んだものが作られているが、この構
成のものは、機械的強度が小さく、補強部材無しで独立
して使用することが困難である。 【０００６】また、上記（２）の形態のものは、その焼
結体のサイズが小さく、広い面積の面発熱体に適用する
には、多数の素子を並べる必要があり、コスト的に難点
がある。また、上記（１）及び（２）の形態のものは、
いずれも素材が金属やセラミックス等の無機物である
為、可撓性、伸縮性及び柔軟性に乏しく、折り曲げや巻
き取り等の変形に追従できず、取り扱いに難点がある。 【０００７】すなわち、本発明の課題は、可撓性、伸縮
性、及び柔軟性に優れた面発熱体を提供することであ
る。 【０００８】 【課題を解決するための手段】上記課題を解決すべく、
本発明の面発熱体では、ジュール熱により発熱する面発
熱体において、導電剤を含有するゴムからなる電熱基材
上に、少なくとも一対以上の電極対を形成して成る構成
とした。 【０００９】この様に、導電基材にゴムを使用し、且つ
基材自体が所定の電気抵抗の導電性を有する導電基材と
した構成とすることで、他の方式の様に電熱（導電）層
に補強目的で支持基材を積層する必要が無いので、柔軟
性、可撓性、伸縮性に優れる。その結果、折り曲げ、巻
き取り等の作業性、取り扱いが容易である上、布団、ベ
ッド、座席等の伸縮性、弾力性を要する用途に好適に使
用することができる。また、製造上でも、電熱層とを支
持基材を別々に用意し積層する必要が無いので、それら
を張り合わせたり、電熱層を塗布形成したりする工程も
必要なく、容易に得られる面発熱体となる。 【００１０】 【発明の実施の形態】以下、本発明について、実施の形
態を説明する。 【００１１】〔概要〕先ず、図１は本発明の面発熱体の
或る一形態を例示する図であり、図１（Ａ）及び（Ｂ）
は断面図、図１（Ｃ）は平面図である。なお、図１
（Ａ）は、図１（Ｃ）中のＡ−Ａ線部分での断面図、図
１（Ｂ）は、図１（Ｃ）中のＢ−Ｂ線部分での断面図で
ある。 【００１２】図１に示す面発熱体１００は、導電剤を含
有するゴムからなる電熱基材１０上に、一対の電極対２
０が形成されて成る構成のものである。なお、同図の面
発熱体１００は、電極対２０のうち電極端子を取り出す
部分では、電熱基材１０を発熱させない様にする為に、
端子絶縁層３０を介してから電極対２０を電極基材１０
上に形成してある。なお、この端子絶縁層３０は、電極
端子取出し部分（間）の電熱基材を発熱させても良い場
合には、もちろん不要であり、省略できる。なお、図１
に示した様な構成の面発熱体１００は、例えば、電熱基
材１０上に、先ず電極端子取出し部分に端子絶縁層３０
を印刷形成し、次いで、電極対２０を印刷形成すること
で得ることができる。 【００１３】〔電熱基材〕電熱基材１０としては、導電
剤を含有するゴムを使用する。この様な電熱基材として
は、導電剤を含有する導電性ゴムシートを使用すること
ができる。これにより、可撓性、伸縮性を面発熱体に付
与できる。そして、支持基材を省略できる上、面発熱体
に伸びや柔軟性が要求される用途（例えば、座席やベッ
ド等）への適用も容易となる。なお、電熱基材１０は、
ジュール熱により発熱する電熱層であり、且つそれ自
体、形状を保持する支持基材でもある。なお、可撓性、
伸縮性としては、引張試験機による応力−伸度線図で、
好ましくは伸度（破断時伸度）５０％以上、より好まし
くは８０％以上である事が望ましい。座席やベッド等の
用途への適用を満足させる可撓性、伸縮性を得るには、
８０％以上の伸度を有する事が好ましい。ちなみに、金
属箔エッング系の面発熱体で、その支持基材として使用
されているガラスクロス含有シリコーンゴムの伸度は、
４０％程度あるが、実用的な伸びが無い。なお、電熱基
材の厚みは、基材としての強度を維持させる点から、通
常、１００〜１０００μｍ程度である。なお、導電性ゴ
ムシートは、導電剤をゴム中に混練した組成物を、カレ
ンダー法、熔融押出法等により、シート状に成膜すれば
得られる。 【００１４】導電剤としては、例えば、カーボンブラッ
ク、黒鉛（グラファィト）、金、銀、銅、ニッケル、酸
化錫、ＩＴＯ等の金属や金属酸化物、或いはこれらで表
面被覆された樹脂粉末等が用いられる。 【００１５】一方、ゴムとしては、例えば、シリコーン
ゴム、フッ素ゴム等の耐熱性の高いものが好ましい。ま
た、ＥＰＤＭ（エチレンプロピレンジエンゴム）、ＮＢ
Ｒ（ニトリルブタジエンゴム）、ＣＲ（クロロプレンゴ
ム）、ＣＥ（塩素化ポリエチレンゴム）、ＳＢＲ（スチ
レンブタジエンゴム等も使用することができる。これら
のゴムは、必要に応じ、硫黄、過酸化物等の公知の架橋
剤を用いて適度に架橋させる。 【００１６】上記耐熱性としては、面発熱体の使用温度
範囲の最高温度に於いても、熔融、燃焼、分解、強度劣
化等を起こさ無いだけの耐熱性が好ましい。使用最高温
度としては、通常５０〜１００℃程度である。 【００１７】また、導電基材中には、必要に応じ適宜、
リン酸エステル系可塑剤（トリメチルホスフェート、ト
リブチルフォスフェート等）やアルキレンオキサイド系
可塑剤等の各種可塑剤、ケイ酸塩、炭酸カルシウム、炭
酸マグネシウム、ケイ酸マグネシウム、クレー等の各種
体質顔料、或いは、難燃・不燃剤、各種安定剤等で耐熱
性向上を図ることもできる。 【００１８】〔電極対〕電極対２０は、例えば、導電性
インキの印刷で形成できる。導電性インキとしては、例
えば、銀、銅、ＩＴＯ、酸化錫等の金属或いは金属酸化
物の粒子、或いは鱗片状箔片等からなる導電剤を、例え
ば、エチレン−酢酸ビニル共重合体、アクリル樹脂、シ
リコーン樹脂、ポリイミド樹脂、ポリエステル樹脂、ポ
リアミド樹脂、ウレタン樹脂等のバインダー樹脂に混合
したインキが用いられる。印刷方法としては、例えば、
シルクスクリーン印刷、グラビア印刷、フレキソ印刷、
オフセット印刷、ロール転写印刷等のパターン形成可能
なものであれば特に限定は無い。また、電極対は、例え
ば上記の様な金属或いは金属酸化物からなる導電性箔を
貼り付けて形成しても良い。 【００１９】なお、電極対は、少なくとも一対以上を形
成し、図１は１対の例であったが、２対以上を形成して
も良い。また、電極対の形成面は、電熱基材の表面の
み、裏面のみ、或いは表面と裏面の両面、いずれでも良
い。 【００２０】〔端子絶縁層〕電極対の電極端子を取り出
す部分にて、電熱基材を発熱させない必要がある場合に
は、その部分に端子絶縁層３０を形成してから、該端子
絶縁層３０上に電極対２０を形成して、そこを電極端子
取出部とすると良い。端子絶縁層によって、電極端子取
出部の間に位置する電熱基材への電流のリークを防止
し、その部分での発熱を防げる。 【００２１】端子絶縁層３０は、例えば、絶縁ペースト
（或いはインキ）で印刷形成できる。絶縁ペーストは、
例えば、ポリエステル樹脂、アクリル樹脂、ポリイミド
樹脂、ポリアミド樹脂、シリコーン樹脂等の樹脂が使用
される。更に、絶縁ペーストには、必要に応じ、体質顔
料、着色顔料等が添加される。また、絶縁ペーストは、
光開始剤、増感剤等を添加して、紫外線硬化型とするこ
とも出来る。絶縁ペーストは、シルクスクリーン印刷、
グラビア印刷、フレキソ印刷、オフセット印刷、ロール
転写印刷等の印刷法により、端子絶縁層を形成する。 【００２２】〔絶縁層〕また、必要に応じ、電熱基材１
０及び電極対２０とからなる面発熱体の片面、又は両面
を絶縁層４０で被覆しても良い。絶縁層４０の厚みは、
通常２０〜３００μｍ程度である。 【００２３】図２は、絶縁層４０を設けた場合の幾つか
の形態例を示す断面図である。図２（Ａ）は、電極対２
０を電熱基材１０の片面に設け、更に電極対２０を設け
た側全面に、絶縁層４０を設けた構成例である。また、
図２（Ｂ）は、電極対２０を電熱基材１０の片面に設
け、更に前記電極対２０を設けた面の反対側全面に、絶
縁層４０を設けた構成例である。また、図２（Ｃ）は、
電極対２０を電熱基材１０の片面に設けた上で、絶縁層
４０は絶縁層４０ａ及び４０ｂとして両面の全面に設け
た構成例である。電極対２０及び２０の間の電熱基材部
分が、発熱部となる。 【００２４】絶縁層４０としては、所望の使用時間の間
に強度劣化、変形、溶融、変質、燃焼等の生じないだけ
の耐熱性を有すると共に、電熱基材の持つ可撓性、伸縮
性、及び柔軟性を損なわ無い材料で構成する。例えば、
前記の如き電熱基材に用いるゴム（もちろん、導電剤は
無添加とする）が好ましい。その他、ポリエチレンテレ
フタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレ
ンナフタレート、エチレン−テレフタレート−イソフタ
レート共重合体、ポリアリレート等のポリエステル樹脂
からなるシートで、好ましくは、２軸延伸シートが挙げ
られる。或いは、ポリフッ化ビニル、ポリフッ化ビニリ
デン、ポリ４フッ化エチレン、エチレン−４フッ化エチ
レン共重合体等のフッ素樹脂、ポリイミド樹脂等からな
る樹脂シート等も使用できる。難燃性を付与する為、こ
れらの樹脂に難燃剤を添加しても良い。難燃剤として
は、水酸化アルミニウム、水酸化マグネシウム、酸化モ
リブデン、三酸化二アンチモン等が用いられる。また、
絶縁層は、例えば、予め成膜した上記樹脂シートを電熱
基材層に熱融着、ドライラミネーション等の方法により
接着しても良い。或いは、端子絶縁層で述べた絶縁ペー
スト（或いはインキ）で形成することもできる。絶縁層
の厚さは、通常１００〜１０００μｍ程度とする。 【００２５】〔面発熱体の用途〕本発明による面発熱体
の用途は、特に制限は無いが、例えば、床暖房、電気カ
ーペット、椅子や座席の暖房、融雪ヒータ等の民生用途
や、配管、タンクの保温等の産業用途に利用され得る。
なお、面発熱体を発熱させる為の電源は、直流、交流、
いずれでも良い。発熱量を一定に保つ為には、電流、或
いは電圧の安定化された電源が好ましい。更に、短絡、
其の他過電流防止の為、フューズ或いは遮断機を取り付
けることが好ましい。 【００２６】 【実施例】次に実施例及び比較例により本発明を更に説
明する。 【００２７】〔実施例１〕図１（Ａ）及び（Ｂ）の如き
断面図、及び図１（Ｃ）の如き平面図の、面発熱体１０
０を次の様にして作製した。なお、図１（Ａ）は、図１
（Ｃ）中の発熱部分に注目したＡ−Ａ線での断面図であ
り、図１（Ｂ）は、図１（Ｃ）中の端子部分に注目した
Ｂ−Ｂ線での断面図である。 【００２８】先ず、電熱基材１０として導電性カーボン
ブラックを含有する導電性シリコーンゴムシート（クレ
ハエラストマー株式会社製、商品名「ＳＢ７０ＥＮ
Ｋ」、厚み２００μｍ）を用意し、この電熱基材１０の
片面に、絶縁ペースト（十条ケミカル株式会社製、商品
名「ＪＥＬＣＯＮ ＩＮ−１５Ｍ」）を２００メッシュ
の版を用いてシルクスクリーン印刷した後、紫外線（ラ
ンプ強度１２０Ｗ／ｃｍ²、メタルハライドランプ１
灯）をコンベアスピード６ｍ／ｍｉｎ、照射距離１０ｃ
ｍの条件で照射して、インキを硬化させて、幅１０ｃ
ｍ、長さ２ｃｍ、厚さ１８μｍの端子絶縁層３０を形成
した。 【００２９】次に、電極対２０として、銀ペースト（十
条ケミカル株式会社製、商品名「ＪＥＬＣＯＮ ＳＨ−
１」）を２５０メッシュの版を用いてシルクスクリーン
印刷し、オーブンで１５０℃、３０分、加熱し固化し
て、線幅５ｍｍ、電極間距離３０ｍｍ、膜厚９μｍで図
１（Ｃ）の様な形状の対向電極パターンを形成して、面
発熱体１００を得た。なお、電極対の一部、すなわち、
電源ケーブルを接続する為の電極端子部分は、端子絶縁
層３０上に重なる様に印刷した。 【００３０】以上の様にして得られた面発熱体１００
は、表面抵抗は１７０Ω／□、端子間抵抗は５８Ωであ
った。 【００３１】そして、図３で示す様に、上記面発熱体１
００の電極対２０に、電源ケーブル３００で電源４００
に接続した。そして、電源４００から直流１２Ｖを電極
対２０に印加して電熱基材１０に通電し、発熱部Ｈの電
熱基材１０をジュール発熱させた。 【００３２】また、この面発熱体の伸縮性を評価すべ
く、その電熱基材１０について、幅５ｍｍ、長さ６ｃｍ
に切断したサンプル片を、引張試験機にて引張速度１０
０ｍｍ／ｍｉｎの条件で試験した。結果は、表１に比較
例１と共に纏めて示す。また、図６（Ａ）は、その時の
応力−伸度線図である。 【００３３】〔比較例１〕図４の如き断面図（於図５Ａ
−Ａ線）、及び通電時の配線表示も兼ねた図５の如き平
面図の、面発熱体１００を次の様にして作製した。な
お、この面発熱体１００は、支持基材５０の上に、接着
剤層６０により、パターン状の電熱層７０を貼り付けた
構成のものである。 【００３４】先ず、支持基材５０として、ガラスクロス
入りシリコーンゴムシート（クレハエラストマー株式会
社製、商品名「Ｒ７３３」、厚さ１．５ｍｍ）を用い、
この片面に接着剤層６０として、ポリイミド系接着剤
（三井化学株式会社製、商品名「ＬＡＲＣ−ＴＰＩ」）
を全面に塗布し、更にその上にステレンレス鋼の箔（Ｓ
ＵＳ３０４、厚さ３０μｍ）を張り合わせ、１５０℃、
１０分の予備乾燥後、更に２３０℃、３０分加熱して、
支持基材５０上の全面に接着剤層６０を介して、ステレ
ンレス鋼箔が積層された構成の積層シートを得た。 【００３５】次いで、この積層シートのステレンレス鋼
面を、電熱層の形成箇所を残す形で、エッチング加工を
行い、図５の如きパターン形状の電熱層７０を形成し
て、面発熱体１００を得た。 【００３６】そして、図５で示す様に、上記面発熱体１
００の電熱層７０の端子部に電源ケーブル３００で電源
４００に接続し、電源４００から直流１２Ｖを通電して
電熱層７０をジュール発熱させた。 【００３７】また、この面発熱体の伸縮性（伸び性）を
評価すべく、実施例１と同様に、その支持基材５０につ
いて、幅５ｍｍ、長さ６ｃｍに切断したサンプル片を、
実施例１と同様の条件で試験評価した。結果は、表１に
示す。また、図６（Ｂ）は、その時の応力−伸度線図で
ある。 【００３８】 【表１】【００３９】〔評価結果〕表１及び図６の如く、実施例
１では、基本性能として通電４０秒で６０℃に到達して
おり発熱は良好であり、しかも、伸縮性も、最大点応力
４ＭＰａ、最大点伸度１８２％と、良好であった。これ
に対して、比較例１では、基本性能の発熱は、通電４０
秒で８０℃に到達し良好であるものの、伸縮性は、最大
点応力１３ＭＰａ、最大点伸度１８％と悪かった。以上
の如く、実施例１の面発熱体は、十分にヒータとして発
熱か可能であり、また、引っ張り時の伸度が大きく、伸
縮性に優れている。更に、その製造に於いては、エッチ
ングの様な処理が不要で、工程が簡便でもある。しか
し、比較例１の面発熱体では、製造にエッチング処理が
必要等、工程が煩雑であり、製造の面で劣る。 【００４０】 【発明の効果】本発明の面発熱体によれば、柔軟性、可
撓性、伸縮性に優れる。その結果、折り曲げ、巻き取り
等の作業性、取り扱いが容易である上、布団、ベッド、
座席等の伸縮性、弾力性を要する用途に好適に使用する
ことができる。また、電熱層と支持基材とを兼ねる電熱
基材を発熱させる構成である為に、製造上でも、電熱層
と支持基材とを別々に用意し積層する必要が無いので、
それらを張り合わせたり、電熱層を塗布形成したりする
工程も必要なく、容易に得られる面発熱体となる。

【図面の簡単な説明】 【図１】本発明の面発熱体の一形態を示す断面図と平面
図。 【図２】本発明の面発熱体の別の形態例を示す断面図。 【図３】本発明の面発熱体への配線例を示す平面図。 【図４】従来の或る面発熱体の一例を示す断面図。 【図５】従来の或る面発熱体の一例を示す平面視と、そ
の配線例を示す平面図。 【図６】実施例１及び比較例１の伸縮性評価時の応力−
伸度線図。 【符号の説明】 １０ 電熱基材層 ２０ 電極対 ３０ 端子絶縁層 ４０、４０ａ、４０ｂ 絶縁層 ５０ 支持基材 ６０ 接着剤層 ７０ 電熱層 １００ 面発熱体 ２００ 開閉器 ３００ 電源ケーブル ４００ 電源（直流安定化電源等） ５００ 温度計（デジタル温度計等） ５１０ 温度センサ Ｈ 発熱部

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 【請求項１】 ジュール熱により発熱する面発熱体にお
   いて、 導電剤を含有するゴムからなる電熱基材上に、少なくと
   も一対以上の電極対を形成して成る、面発熱体。