JP2003264052A - 面状発熱体およびこれを用いた暖房装置 - Google Patents

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】 電極を含浸形成した基材１と、発熱体７
を印刷塗布した保護層３を積層接着することで、布や不
職布などの柔軟性を有する基材を用いても発熱体が含浸
せず結晶高分子の膨張が阻害されないため、抵抗温度特
性の良い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、発熱体を
布や不職布などの基材に含浸させると結晶高分子の体積
膨張が妨げられ抵抗値の増大が低下するという課題や、
発熱体の膜厚にばらつきが生じ不均一温度分布が生じる
という課題があった。

【０００４】また、発熱体の膜厚が厚いと基材のしなや
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し、発熱体を薄く形成すると、発熱
体の抵抗値が高くなり発熱量が低下するという課題があ
った。

【０００５】また、使用目的に合わせて異なる自己温度
制御特性を持つ面状発熱体を組み合わせて用いる場合、
従来の印刷方法では電極を共通して用いることができ
ず、高価な電極の使用量が増えコストが高くなるという
課題があった。

【０００６】

【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可とう性を有する基材に含浸形
成した電極と、保護層に形成した発熱体を積層接着する
ことで、布や不職布などの柔軟性を有する基材を用いて
も発熱体が含浸せず結晶高分子の膨張が阻害されないた
め、抵抗温度特性の良い柔軟性を有する面状発熱体を得
ることができる。

【０００７】

【発明の実施の形態】請求項１記載の発明は、可とう性
を有する基材に含浸形成した電極と、保護層に形成した
発熱体を積層接着することで、布や不職布などの柔軟性
を有する基材を用いても発熱体が含浸せず結晶高分子の
膨張が阻害されないため、抵抗温度特性の良い柔軟性を
有する面状発熱体を得ることができる。また。印刷塗布
工程において発熱体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。

【０００８】請求項２記載の発明は、発熱体を塗布形成
した保護層を基材の両面に積層することで、それぞれの
発熱体は薄膜であるため基材の曲がりにしなやかに曲が
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
きるとともに、発熱体を両面に積層することで、大きな
発熱量を得ることができる。

【０００９】請求項３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。

【００１０】請求項４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。

【００１１】請求項５の発明は、異なる自己温度制御特
性を有する発熱体を塗布形成した保護層を基材の両面に
積層することで、使用目的に合わせて異なる自己温度制
御特性を持つ面状発熱体を組み合わせて用いることがで
きる。また電極を共通して用いることができるため、高
価な電極の使用量を減らすことができる。

【００１２】請求項６記載の発明は、異なる自己温度制
御特性を有する発熱体を融点の異なる結晶性樹脂を用い
て作製することで、抵抗値が急激に増大する温度を変化
させることができ、発熱量を調整することができる。

【００１３】請求項７記載の発明は、保護層をポリエス
テル系樹脂、ポリウレタン系樹脂の少なくとも１つから
なる薄膜で形成することで、発熱体の抵抗温度特性を阻
害せず柔軟性を有する面状発熱体を得ることができる。

【００１４】請求項８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の面状発熱体の断面図で
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、繊維もしくは不織布からなる基材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含
浸塗布して電極２ａ、２ｂを形成し、次に電気絶縁機能
を有する保護層３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４と導電体５とバインダ
ー６とを含んだ自己温度制御機能を有する発熱体７を印
刷塗布している。そして、基材１と保護層３を電極２
ａ、２ｂと発熱体７が電気的に接続するように積層して
いる。

【００１７】発熱体７は、図２示すように導電体５を分
散した結晶性樹脂４の塊の周囲を導電体５とバインダー
６が囲んだ構成となっており、バインダー６により導電
体５を分散した結晶性樹脂４の塊の間を物理的に結合し
ている。発熱体７を保護層３に印刷塗布することで、布
や不職布などの柔軟性を有する基材を用いても、発熱体
７が基材１に含浸せず結晶高分子の膨張が阻害されない
ため、抵抗温度特性の良い柔軟性を有する面状発熱体を
得ることができる。また。印刷塗布工程において発熱体
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。

【００１８】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。

【００１９】また、保護層３として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
とすることで、発熱体の抵抗温度特性を阻害せず柔軟性
を有する面状発熱体を得ることができ、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。

【００２０】具体的には、不職布からなる基材上に、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２
ａ、２ｂを形成し、さらにポリエステル樹脂からなる保
護層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
印刷塗布する。その後基材と保護層を電極２ａ、２ｂと
発熱体が電気的に接続するように積層接着させ面状発熱
体を作製した。

【００２１】こうして得た面状発熱体の、２０℃の抵抗
値（Ｒ２０）は２５Ω（面積抵抗値３ｋΩ／□）、２０
℃の抵抗値に対する５０℃の抵抗値の比（Ｒ５０／Ｒ２
０）は３で布基材を用いたことによる抵抗温度特性の低
下は認められなかった。

【００２２】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。

【００２３】（実施例２）次に、本発明の第２の実施例
の断面図を図３に示す。図３において、繊維もしくは不
織布からなる基材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含浸塗布して電極２ａ、２
ｂを形成し、次に電気絶縁機能を有する保護層３に自己
温度制御機能を有する発熱体７を印刷塗布している。そ
して、基材１の両面に保護層３を電極２ａ、２ｂと発熱
体７が電気的に接続するように積層している。

【００２４】上記構成において、発熱体を塗布形成した
保護層を基材の両面に積層することで、それぞれの発熱
体は薄膜であるため基材の曲がりに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
とともに、発熱体を両面に積層することで、大きな発熱
量を得ることができる。

【００２５】（実施例３）次に本発明第３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。

【００２６】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℃）。

【００２７】（実施例４）次に本発明第４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。

【００２８】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。

【００２９】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。

【００３０】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。

【００３１】（実施例５）次に、本発明の第５の実施例
の断面図を図４に示す。図４において繊維もしくは不織
布からなる基材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含浸塗布して電極２ａ、２ｂ
を形成し、次に電気絶縁機能を有する第１の保護層８に
自己温度制御機能を有する発熱体９を印刷塗布、また第
２の保護層１０に異なる自己温度制御特性を有する発熱
体１１を印刷塗布している。そして、基材１の両面に第
１の保護層８および第２の保護層１０を電極２ａ、２ｂ
と発熱体９および発熱体１１が電気的に接続するように
積層している。

【００３２】上記構成において、異なる自己温度制御特
性を有する発熱体を塗布形成した保護層を基材の両面に
積層することで、使用目的に合わせて異なる自己温度制
御特性を持つ面状発熱体を組み合わせて用いることがで
きる。また電極を共通して用いることができるため、高
価な電極の使用量を減らすことができる。

【００３３】また、異なる自己温度制御特性を有する発
熱体を融点の異なる結晶性樹脂を用いて作製すること
で、抵抗値が急激に増大する温度を変化させることがで
き、発熱量を調整することができる。

【００３４】（実施例６）次に本発明第６の実施例を示
す。

【００３５】本実施例において、実施例１から実施例５
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。

【００３６】

【発明の効果】請求項１記載の発明は、可とう性を有す
る基材に含浸形成した電極と、保護層に形成した発熱体
を積層接着することで、布や不職布などの柔軟性を有す
る基材を用いても発熱体が含浸せず結晶高分子の膨張が
阻害されないため、抵抗温度特性の良い柔軟性を有する
面状発熱体を得ることができる。また。印刷塗布工程に
おいて発熱体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。

【００３７】請求項２記載の発明は、発熱体を塗布形成
した保護層を基材の両面に積層することで、それぞれの
発熱体は薄膜であるため基材の曲がりにしなやかに曲が
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
きるとともに、発熱体を両面に積層することで、大きな
発熱量を得ることができる。

【００３８】請求項３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ＰＴＣ発熱
体を提供できる。

【００３９】請求項４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ＰＴＣ発熱体であっても種々の勾
配のＰＴＣ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。

【００４０】請求項５の発明は、異なる自己温度制御特
性を有する発熱体を塗布形成した保護層を基材の両面に
積層することで、使用目的に合わせて異なる自己温度制
御特性を持つ面状発熱体を組み合わせて用いることがで
きる。また電極を共通して用いることができるため、高
価な電極の使用量を減らすことができる。

【００４１】請求項６記載の発明は、異なる自己温度制
御特性を有する発熱体を融点の異なる結晶性樹脂を用い
て作製することで、抵抗値が急激に増大する温度を変化
させることができ、発熱量を調整することができる。

【００４２】請求項７記載の発明は、保護層をポリエス
テル系樹脂、ポリウレタン系樹脂の少なくとも１つから
なる薄膜で形成することで、発熱体の抵抗温度特性を阻
害せず柔軟性を有する面状発熱体を得ることができる。

【００４３】請求項８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。

【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における面状発熱体の断面図

【図４】本発明の実施例５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 保護層 ４ 結晶性樹脂 ５ 導電体 ６ バインダー ７ 発熱体 ８ 第１の保護層 ９ 第１の発熱体 １０ 第２の保護層 １１ 第２の発熱体

フロントページの続き (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 AA02 AA05 AA06 AA07 AA08 AA09 AA15 AA34 BB08 BB10 BB13 BB15 BB16 BC04 BC12 BC13 CA02 CA03 CA06 CA08 CA14 CA22 CA27 CA32 HA01 HA10 JA01 JA09 3K092 PP05 PP15 QA05 QB02 QB14 QB18 QB19 QB21 QB31 QB75 QB76 QC02 QC05 QC07 QC09 QC19 QC25 QC36 QC38 QC42 QC49 QC58 QC62 RF02 RF04 RF13 RF14 RF17 RF22 RF23 VV31 3L072 AA01 AB04 AC02 AD13 AD17

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 可とう性を有する基材に含浸形成した電
   極と、電気絶縁機能を有する保護層に塗布形成した結晶
   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
   体からなり、前記基材と前記保護層を積層接着すること
   で、前記電極と前記発熱体とを電気的に接続する面状発
   熱体。
2. 【請求項２】 自己温度制御機能を有する発熱体を塗布
   形成した保護層を、基材の両面に積層した請求項１記載
   の面状発熱体。
3. 【請求項３】 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
   せて用いる請求項１または２項記載の面状発熱体。
4. 【請求項４】 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３のいずれか１項記載の
   面状発熱体。
5. 【請求項５】 異なる自己温度制御特性を有する発熱体
   を塗布形成した保護層を基材の両面に積層した請求項１
   から４のいづれか１項記載の面状発熱体。
6. 【請求項６】 異なる自己温度制御特性を有する発熱体
   は、融点の異なる結晶性樹脂を用いて作製した請求項５
   記載の面状発熱体。
7. 【請求項７】 保護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つからなる薄膜からなる請求
   項１から６のいずれか１項記載の面状発熱体。
8. 【請求項８】 請求項１から７のいずれか１項記載の面
   状発熱体を有する暖房機器。