JP2003243135A

JP2003243135A - 面状発熱体およびこれを用いた暖房装置

Info

Publication number: JP2003243135A
Application number: JP2002033649A
Authority: JP
Inventors: Keiko Yasui; 圭子安井; Takahito Ishii; 隆仁石井; Masayuki Terakado; 誠之寺門
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2002-02-12
Filing date: 2002-02-12
Publication date: 2003-08-29

Abstract

(57)【要約】【課題】本発明は自己温度制御機能を有する面状発熱
体に関するものであり、柔軟で加工性の良い面状発熱体
を提供することを目的としている。【解決手段】フッ素樹脂粉末を含んだ発熱体７あるい
は電極２を基材１に設け、基材１のしなやかに曲がりに
たいしてフッ素樹脂粉末による滑りにより発熱体７およ
び電極２もしなやかに曲がって追随し、発熱体７および
電極２に割れや剥れの発生がなくなり柔軟性を有する面
状発熱体を得ることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、自己温度制御機能
を有する面状発熱体と、電気カーペット、電気毛布、床
暖房、畳暖房、座椅子暖房、車搭載シート暖房等の暖房
機器に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来の自己温度制御機能を有する発熱体
は、ポリエステルフィルムなどからなる基材上に、電極
として銀あるいは銅などの金属粉末からなる導電材料を
塗布し、さらに電極と電気的に接続するように発熱体を
塗布している。発熱体としては、結晶性高分子からなる
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微粉末を溶剤に分散させてなるも
のなどが用いられ、特開昭５６−１３６８９号公報、特
開平６−９６８４３号公報、特開平８−１２０１８２号
公報などが提案されている。電極に電圧を印加すること
で、電流が流れ発熱体が発熱する。発熱体は、結晶性高
分子の体積膨張により、ある所定の温度に達すると抵抗
値が急激に増大する正温度特性（以下ＰＴＣ）を有する
ため、所定温度に達すると発熱体の発熱量が小さくなり
温度上昇が抑えられる自己温度制御機能を有している。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、前記従来の発
熱体は、基材として樹脂フィルムを用いているため湾曲
させることはできるが、毛布やシートなどの人体にフィ
ットさせて用いるような柔軟性は有していない。また、
基材として布や不職布などの繊維シート、ゴム系樹脂な
どの柔軟性のある基材を用いたものもあるが、発熱体に
結晶性高分子を用いているため基材のしなやかで柔らか
い曲がりに発熱体の曲げ追随できず、発熱体に割れや剥
れが発生するという課題があった。

【０００４】また、基材として布や不職布などの繊維シ
ートを用いる場合には、発熱体や電極を印刷形成する際
に基材を固定するために行うバキューム吸引時に、基材
に通気性があるため発熱体や電極のペーストも吸引され
染み出してしまい印刷工程の管理が困難になるという課
題があった。また、発熱体や電極の膜厚にばらつきが生
じると、電極膜厚が小さい個所は、抵抗値が大きくなり
異常発熱を引き起こしたり、印加電圧の電圧降下が大き
くなるという課題があった。また、発熱体についても同
様に膜厚のばらつきが不均一温度分布を生じるという課
題があった。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明の面状発熱体は上
記課題を解決するために基材に可とう性をもたせるとと
もに、基材の曲がりに追随できるようフッ素樹脂紛体を
発熱体あるいは電極に配合したものである。

【０００６】

【発明の実施の形態】請求項１記載の発明は、フッ素樹
脂粉体を含んだ発熱体あるいは電極を、可とう性を有す
る基材に設け、基材のしなやかに曲がりにたいしてフッ
素樹脂による滑りにより発熱体および電極もしなやかに
曲がって追随するため、発熱体および電極に割れや剥れ
の発生がなくなり柔軟性を有する面状発熱体を得ること
ができる。

【０００７】請求項２記載の発明は体積膨張物質を内包
したフッ素樹脂粉末とすることで、局所的もしくは全体
の温度が上がり過加熱状態になった場合、フッ素樹脂粉
末に内包した体積膨張物質が膨張して発熱体や電極を分
断することができ、過加熱を防止するヒューズ機能を備
えた面状発熱体を得ることができる。

【０００８】請求項３記載の発明は、基材を表面に含浸
防止層を設けた繊維もしくは不織布とすることで、発熱
体および電極の前記基材への含浸を防止することができ
印刷塗布工程において発熱体および電極の塗布ばらつき
がなくなり不均一発熱分布のない面状発熱体を得ること
ができる。

【０００９】請求項４記載の発明は、基材を底面に含浸
防止層を設けた繊維もしくは不織布とし、発熱体および
電極を基材に含浸させて形成することで、電極の断線が
起こりにくくなり信頼性高い面状発熱体を得ることがで
きる。また、底面に含浸防止層を設けているため、印刷
塗布工程での発熱体および電極インクの染み出しがなく
なり生産効率を向上することができる。

【００１０】請求項５記載の発明は、含浸防止層をポリ
エステル系樹脂、ポリウレタン系樹脂の少なくとも１つ
からなる薄膜を基材に積層して設けた構成とすること
で、含浸防止層の膜厚を均一にコントロールすることが
できるとともに、生産効率を向上することができる。

【００１１】請求項６記載の発明は、発熱体および電極
の上に電気絶縁機能を有する保護層を設けることで、外
気雰囲気から発熱体や電極を遮蔽するとともに外部との
接触による損傷を防ぐことができる。

【００１２】請求項７記載の発明は結晶性樹脂をエチレ
ン酢酸ビニル共重合体、エチレン酢酸ビニル共重合体ケ
ン化物、低密度ポリエチレン、高密度ポリエチレンを単
独、又は組み合わせて用いるため、種々の温度での抵抗
変化率の大きい異なる抵抗温度特性を有する発熱体を提
供できる。

【００１３】請求項８記載の発明は、導電体として、低
ストラクチャーカーボンブラックと高ストラクチャーカ
ーボンブラックとを組み合わせて用いこの構成により、
同一結晶性樹脂を用いた発熱体であっても、温度に対す
る抵抗の変化率を調節可能な発熱体を提供できる。

【００１４】請求項９記載の発明は、請求項１から７記
載の柔軟性を有する面状発熱体を、電気毛布、座椅子、
車搭載シートなどの暖房器具に用いるので、基材の人体
フィットしたしなやかで柔らかい曲がりに発熱体の曲げ
も追随し、発熱体に割れや剥れが発生せず、信頼性の高
い暖房器具を得ることができる。

【００１５】

【実施例】以下、本発明の実施例について図面を用いて
説明する。

【００１６】（実施例１）本発明の第１の実施例につい
て説明する。図１は本実施例１の面状発熱体の構成外観
図である。図２は実施例１の発熱体の概念図である。図
１において、柔軟性のあるゴム系樹脂からなる基材１上
に、銀、銅、カーボン等の導電性粉末を含む導電性ペー
ストを塗布して電極２ａ、２ｂを形成し、次にポリオレ
フィン系樹脂あるいは酢酸ビニル系樹脂などの結晶性樹
脂３と導電体４とバインダー５とフッ素樹脂粉体６とを
含んだ自己温度制御機能を有する発熱体７を電極２ａ、
２ｂと電気的に接続するように塗布している。

【００１７】基材１のゴム系樹脂としては、イソプロピ
レン系ゴム、ブタジエン系ゴム、ニトリルゴム、エチレ
ンプロピレンゴムなどの合成ゴムあるいは熱可塑性エラ
ストマーの１種もしくは２種以上の混合物を用いること
ができる。

【００１８】発熱体７は、図２示すように導電体４を分
散した結晶性樹脂３の塊の周囲を導電体４とフッ素樹脂
紛体６を分散したバインダー５が囲んだ構成となってお
り、バインダー５により導電体４を分散した結晶性樹脂
３の塊の間を物理的に結合している。

【００１９】基材１が曲がった時、電極２ａ、２ｂおよ
び発熱体７も基材１に追随して曲がろうとし、発熱体７
に応力がかかる。このとき、フッ素樹脂粉体６がすべる
ことで発熱体７にかかる応力を逃がすことができ、発熱
体の割れや剥れが防止できる。

【００２０】なお、バインダー５としてイソプロピレン
系ゴム、ブタジエン系ゴム、ニトリルゴム、エチレンプ
ロピレンゴムなどの合成ゴムあるいは熱可塑性エラスト
マーなど弾性材料の１種もしくは２種以上の混合物を用
いることで、さらに基材への追随性をよくすることがで
きる。

【００２１】なお、本実施例では発熱体のみにフッ素樹
脂粉体を混合したが、電極に用いる導電性ペーストにフ
ッ素樹脂紛体を加えても同様の効果を得ることができ
る。

【００２２】具体的には、エチレンプロピレンゴム（Ｅ
ＰＤＭ）からなる基材上に、銀紛末とニトリルゴムとフ
ッ素樹脂紛体を混合した導電性ペーストをスクリーン印
刷により塗布乾燥させ電極２ａ、２ｂを形成し、さらに
エチレン酢酸ビニル共重合体とカーボンブラックとニト
リルゴムとフッ素樹脂粉体とを含んだペーストを電極２
ａ、２ｂと電気的に接続するように塗布乾燥させ面状発
熱体を作製した。

【００２３】こうして得た面状発熱体を車のシート表皮
下に装着し、人の膝頭を想定した半円球を５０ｍｍスト
ロークで繰り返し荷重を与える耐久試験において１０万
回繰り返し後も発熱体および電極に割れや剥れの発生が
ないことを確認した。

【００２４】（実施例２）次に、本発明の第２の実施例
を図３に示す。図３において本実施例のフッ素樹脂紛体
８は体積膨張物質９を内包した構成となっている。一例
として本発明では体積膨張物質としてイソペンタンを内
包し粒径５〜３０μｍのフッ素樹脂粉体を形成した。

【００２５】フッ素樹脂紛体の粒径としては、膨張前は
発熱体の膜厚の１／２以下が望ましいが導電体の導電通
路を阻害しないのであれば特に限定するものではない、
また膨張後の粒径は発熱体を完全に分断することができ
る１．５倍以上が望ましいが発熱体が分断されるのなら
ば特に限定するものではない。

【００２６】なお体積膨張物質は、任意の温度において
急激に体積膨張する物質であれば特に限定するものでは
ない。

【００２７】発熱体の温度が上がった場合、フッ素樹脂
粉末に内包した体積膨張物質が膨張して発熱体や電極を
破壊し電気的に分断することができ、過加熱を防止する
ヒューズ機能を備えた面状発熱体を得ることができる。

【００２８】（実施例３）次に、本発明の第３の実施例
の断面図を図４に示す。図４において、基材１２は表面
に含浸防止層１３を設けた繊維もしくは不織布とし、含
浸防止層１３の上に電極１４および電極１４と電気的に
接続するように発熱体１５が形成されている。

【００２９】上記構成において、印刷工程で基材１２を
固定するために行うバキューム吸引時において、表面に
含浸防止層１３を設けているため発熱体１５や電極１４
は基材１２に染み込まず、基材１２表面に均一に塗布形
成することができる。そのため、電極１４や発熱体１５
の膜厚にばらつきがなくなり、発熱分布の良い面状発熱
体を得ることができる。

【００３０】（実施例４）次に、本発明の第４の実施例
の断面図を図５に示す。図５において、基材１６は底面
に含浸防止層１７を設けた繊維もしくは不織布とし、電
極１８および発熱体１９は基材１６に含浸形成されてい
る。上記構成により、発熱体１９および電極１８を基材
１６に含浸させて形成することで、電極の断線が起こり
にくくなり信頼性高い面状発熱体を得ることができる。
また、基材１６の底面に含浸防止層１７を設けているた
め、印刷塗布工程での発熱体および電極インクの染み出
しがなくなり生産効率を向上することができる。また、
発熱体１９および電極１８の上に電気絶縁機能を有する
保護層２０を設けることで。外気雰囲気から発熱体や電
極を遮蔽するとともに外部との接触による損傷を防ぐこ
とができる。

【００３１】また、含浸防止層１７をポリエステル系樹
脂、ポリウレタン系樹脂の少なくとも１つからなる薄膜
を基材に積層して設けた構成とすることで、含浸防止層
の膜厚を均一にコントロールすることができるととも
に、生産効率を向上することができる。

【００３２】（実施例５）次に本発明第５の実施例を示
す。本実施例において、結晶性樹脂はエチレン酢酸ビニ
ル共重合体、エチレン酢酸ビニル共重合体ケン化物、低
密度ポリエチレン、高密度ポリエチレンを単独、又は組
み合わせて用いている。

【００３３】すなわち、エチレン酢酸ビニル共重合体を
用いた場合には約６０℃から９０℃、エチレン酢酸ビニ
ル共重合体鹸化物の場合には約９０℃から１００℃、低
密度ポリエチレンの場合には約９０℃から１１０℃、高
密度ポリエチレンの場合には約１１０℃から１２０℃の
急峻な温度に対する抵抗上昇域（ＰＴＣ特性）を有し、
６０℃から１２０℃までの種々の温度域で、抵抗変化率
の大きい良好なＰＴＣ特性を有する面状発熱体を得るこ
とができる。なお、前述した温度は保温負荷時の発熱温
度に相当するもので、無負荷時の発熱温度はそれよりも
約２０〜３０℃低い（室温２０℃）。

【００３４】（実施例６）次に本発明第６の実施例を示
す。本実施例において、導電体は、低ストラクチャーカ
ーボンブラックと高ストラクチャーカーボンブラックと
を組み合わせて用いている。この構成により、同一結晶
性樹脂を用いたＰＴＣ発熱体であっても種々の勾配のＰ
ＴＣ特性、すなわち、温度に対する抵抗の変化率を調節
可能な変えたＰＴＣ発熱体を提供できる。

【００３５】具体的には、導電体として、ダイアブラッ
クＧ（三菱化学（株）製、粒子径８０ｎｍ、ＤＢＰ吸油
量８５ｍｌ／１００ｇ）等の低ストラクチャーカーボン
ブラックと、ＭＡ６００（三菱化学（株）製、粒子径２
０ｎｍ、ＤＢＰ吸油量１２０ｍｌ／１００ｇ）等の高ス
トラクチャーカーボンブラックとを用いたＰＴＣ発熱体
とした。ここで、低ストラクチャーカーボンブラックと
は、粒子径が約５０以上で比較的大きく、ＤＢＰ吸油量
が約５０から１００の間のもので、高ストラクチャーカ
ーボンブラックとは、粒子径が５０ｎｍ以下で、ＤＢＰ
吸油量が約１００以上のものを意味する。

【００３６】この構成により、低ストラクチャーカーボ
ンブラックは大きい抵抗温度特性、すなわち、所定の温
度（用いた結晶性樹脂の融点近傍）での抵抗の急峻な立
ち上がりの度合いが大きい特性を有するのに対して、高
ストラクチャーカーボンは低い抵抗温度特性を有し、一
方、抵抗の安定性（温度履歴繰り返しによる抵抗値の安
定性）は高ストラクチャーカーボンブラックの方が低ス
トラクチャーカーボンブラックより大きいという知見を
もとに、この両者のカーボンを、用いる結晶性樹脂に応
じて任意の割合で組み合わせて用いることで、所定の抵
抗温度特性を有し、かつ抵抗安定に優れたＰＴＣ発熱体
を提供できる。

【００３７】なお、上記実施例においては、２種類のカ
ーボンブラックについて述べたが、これに限定するもの
でないことは言うまでもない。低ストラクチャーカーボ
ンブラックとして、＃５（三菱化学（株）製、粒子径７
６ｎｍ，ＤＢＰ吸油量７０ｍｌ／１００ｇ）、高ストラ
クチャーカーボンブラックとしては、ＭＡ６００（三菱
化学（株）製、粒子径２０ｎｍ，ＤＢＰ吸油量１２０ｍ
ｌ／１００ｇ）、ＰｒｉｎｔｅｘＬ（デグサ社製、粒子
径２３ｎｍ，ＤＢＰ吸油量１１５ｍｌ／１００ｇ）等を
用いても良い。

【００３８】（実施例７）次に本発明第７の実施例を示
す。

【００３９】本実施例において、実施例１から実施例６
に記載した柔軟性を有する面状発熱体を、電気毛布、座
椅子、車搭載シート、電気ひざかけ、足温器、床暖房、
壁暖房、畳暖房、電気布団、電気座布団、電気マット、
暖房衣類、暖房便座などの暖房器具に用いるので、基材
の人体フィットしたしなやかで柔らかい曲がりに発熱体
の曲げも追随し、発熱体に割れや剥れが発生せず、信頼
性の高い暖房器具を得ることができる。

【００４０】

【発明の効果】以上より、本発明により、しなやかで、
均一な発熱体を提供することができるものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例１における面状発熱体の構成外
観図

【図２】本発明の実施例１における発熱体の概念図

【図３】本発明の実施例２における発熱体の概念図

【図４】本発明の実施例３における面状発熱体の断面図

【図５】本発明の実施例４における面状発熱体の断面図

【符号の説明】

１基材２ａ、２ｂ電極３結晶性樹脂４導電体５バインダー６フッ素樹脂粉体７発熱体９体積膨張物質１２基材１３含浸防止層２０保護層

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｈ０５Ｂ 3/03 Ｈ０５Ｂ 3/03 3/14 3/14 ＡＦ 3/34 3/34 3/36 3/36 (72)発明者寺門誠之大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内Ｆターム(参考） 3K034 AA05 AA06 AA08 AA33 AA34 BB08 BB10 BB13 BB15 BC03 BC12 BC17 CA03 CA08 CA14 CA17 3K092 PP05 PP06 QA05 QB02 QB14 QB21 QB76 QC07 QC12 QC20 QC49 RF04 RF14 RF22 VV03 VV28 3L072 AA01 AB04 AC02 AD14

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】結晶性樹脂と導電体を含んだ自己温度制
御機能を有する発熱体と、前記発熱体と電気的に接続さ
れた電極とを可とう性を有する基材に設け、前記発熱体
あるいは電極の少なくとも一部にフッ素樹脂紛体を含ん
だ面状発熱体。
【請求項２】フッ素樹脂紛体は、体積膨張物質を内包
した請求項１記載の面状発熱体。
【請求項３】基材は、表面に含浸防止層を設けた繊維
もしくは不織布とし、発熱体および電極の前記基材への
含浸を防止した請求項１または２記載の面状発熱体。
【請求項４】基材は、底面に含浸防止層を設けた繊維
もしくは不織布とし、発熱体および電極を前記基材に含
浸させて形成した請求項１または２記載の面状発熱体。
【請求項５】含浸防止層は、ポリエステル系樹脂、ポ
リウレタン系樹脂の少なくとも１つからなる薄膜を基材
に積層して設けた請求項１から４のいずれか１項記載の
面状発熱体。
【請求項６】発熱体および電極の上に電気絶縁機能を
有する保護層を設けた請求項１から５のいずれか１項記
載の面状発熱体。
【請求項７】結晶性樹脂は、少なくとも、エチレン酢
酸ビニル共重合体、エチレン酢酸ビニル共重合体ケン化
物、低密度ポリエチレン、高密度ポリエチレンのいずれ
か１つを用いる請求項１から６のいずれか１項記載の面
状発熱体。
【請求項８】導電体として、低ストラクチャーカーボ
ンブラックと高ストラクチャーカーボンブラックとを組
み合わせて用いる請求項１から７のいずれか１項記載の
面状発熱体。
【請求項９】請求項１から８のいずれか１項記載の面
状発熱体を有する暖房機器。