JP2007173038A

JP2007173038A - 面状発熱体

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Publication number: JP2007173038A
Application number: JP2005369204A
Authority: JP
Inventors: Jiro Tsubouchi; 二郎坪内; Tokuaki Takeda; 篤明武田; Hirokazu Nakamura; 弘和中村
Original assignee: Japan Pionics Ltd; Ryoyu Industrial Corp
Current assignee: Japan Pionics Ltd; Ryoyu Industrial Corp
Priority date: 2005-12-22
Filing date: 2005-12-22
Publication date: 2007-07-05

Abstract

【課題】２００℃以上の比較的に高温の領域内で使用することが可能で、しかも優れた可撓性あるいは柔軟性を有する面状発熱体を提供する。
【解決手段】可撓性あるいは柔軟性を有するガラス繊維成形基板、好ましくは低温度で熱分解するバインダーを含まないガラス繊維成形基板の片側または両側に、好ましくはガラス繊維成形基板の平滑化材を介して、金属酸化物等の導電性薄膜を設けた構成とする。さらに必要に応じて、導電性薄膜の外側を電気絶縁層により被覆する。
【選択図】図１

Description

本発明は、電気エネルギーを利用する面状発熱体に関するものである。更に詳細には、２００℃以上の高温の領域内で使用することが可能で、しかも優れた可撓性あるいは柔軟性を有する面状発熱体に関するものである。

従来から、床暖房、サウナ、洗面化粧台の防曇鏡等の分野で、２００℃以下の比較的に低温の領域内で使用される面状発熱体として、各種の面状の発熱体を電気絶縁層で被覆した構造のものが広く利用されている。このような面状の発熱体としては、例えば、カーボン系あるいは金属系の導電性樹脂をガラスクロスに含浸させた発熱体、前記のような導電性樹脂をポリエステルシート、ポリイミドシート、マイカ等の基材に塗布または印刷により保持させたもの等が使用されている。

また、半導体等の分野で、２００℃〜１０００℃の比較的に高温の領域内で使用される面状発熱体として、電気絶縁基板の表面に、抵抗発熱体を設けた構造のものが広く利用されている。このような面状発熱体としては、電気絶縁基板として、アルミナ、シリカ、チタニア等のセラミックが使用され、抵抗発熱体として、酸化錫、酸化インジウム、酸化バナジウム、酸化クロム等の酸化金属が使用され、例えば、コーティング法、溶射法、ＣＶＤ法等により、電気絶縁基板の表面に、抵抗発熱体が形成されている。

特開平１−５７５８５号公報特開平５−４１２７１号公報特開平７−３１２２７７号公報特開平２−２７８６８８号公報特開平６−６８９５９号公報特開平７−２３０８７６号公報

導電性樹脂をガラスクロスに含浸させて得られる発熱体を有する面状発熱体、あるいは導電性樹脂をポリエステルシート等の基材に塗布または印刷により保持させた発熱体を有する面状発熱体は、優れた可撓性、柔軟性を有するが、耐熱性が低く約２００℃以上の温度では使用できないという不都合があった。また、電気絶縁基板の表面に、抵抗発熱体を設けた面状発熱体は、優れた耐熱性を有するが、可撓性、柔軟性がないという不都合があった。
従って、本発明が解決しようとする課題は、２００℃以上の比較的に高温の領域内で使用することが可能で、しかも優れた可撓性あるいは柔軟性を有する面状発熱体を提供することである。

本発明者らは、これらの課題を解決すべく鋭意検討した結果、可撓性あるいは柔軟性を有するガラス繊維成形基板、好ましくは低温度で熱分解するバインダーを含まないガラス繊維成形基板の片側または両側に、好ましくはガラス繊維成形基板の平滑化材を介して、金属酸化物等の導電性薄膜を設けることにより、２００℃以上の比較的に高温の領域内で使用することが可能で、しかも優れた可撓性あるいは柔軟性を有する面状発熱体が得られること等を見出し、本発明の面状発熱体に到達した。
すなわち本発明は、ガラス繊維成形基板の片側または両側に、導電性薄膜を設けてなることを特徴とする面状発熱体である。

本発明の面状発熱体は、耐熱性、可撓性、柔軟性を有するガラス繊維成形基板の片側または両側に、従来から高温度の面状発熱体に採用されている酸化金属等の発熱体を設けた構成なので、２００℃以上の比較的に高温の領域内で使用することが可能であり、しかも優れた可撓性あるいは柔軟性を有し、高温度の加熱を必要とする曲面状の加熱面に容易に用いることができる。

本発明の面状発熱体は、平面状あるいは曲面状の加熱面を加熱するための電気エネルギーを利用した面状発熱体に適用されるが、特に曲面状の加熱面を比較的に高温で加熱するための面状発熱体に好適に適用される。
以下、本発明の面状発熱体を、図１及び図２に基づいて説明するが、本発明がこれらにより限定されるものではない。尚、図１及び図２は、本発明の面状発熱体の例を示す断面構成図である。

本発明の面状発熱体は、図１、図２に示すように、ガラス繊維成形基板１の片側（または両側）に、導電性薄膜２を設けてなる面状発熱体である。また、好ましくはガラス繊維成形基板の平滑化材３が使用される。
また、導電性薄膜２の端部に、電極４が設けられる。さらに必要に応じて、導電性薄膜の外側が、電気絶縁層（図示しない）により被覆される。

本発明において、ガラス繊維成形基板は、低温度で熱分解するバインダーを含まないようにするか、予め加熱処理してバインダーを熱分解しておくか、あるいはバインダーを使用しないようにする。低温度で熱分解するバインダーが含まれる場合、抵抗発熱体である導電性薄膜が高温になるとバインダーが熱分解し、面状発熱体が劣化する不都合が生じ、熱硬化性樹脂を使用した場合、可撓性、柔軟性が失われる虞が生じる。

本発明におけるガラス繊維成形基板は、通常はガラスクロスとされる。ガラス繊維成形基板は、強度及び耐熱性を向上させるために、セラミック繊維、炭素繊維等を含ませてもよいが、これらの含有量が大きくなると可撓性、柔軟性が失われる虞があるので、これらを含ませる場合は、基板全量に対して３０ｗｔ％以下であることが好ましい。また、本発明において用いられるガラス繊維成形基板の厚みは、通常は０．０５〜０．５ｍｍ、好ましくは０．１〜０．３ｍｍである。厚みが０．０５ｍｍ未満の場合は強度が弱く、０．５ｍｍを超えると可撓性、柔軟性が失われる虞が生じる。

本発明の面状発熱体は、前記のようなガラス繊維成形基板の表面に、導電性薄膜を設けたものであるが、ガラスクロス等のガラス繊維成形基板の表面には、通常は凹凸が存在し、また、ガラス繊維と導電性薄膜の接着性は良好なものではない。そのため、ガラス繊維成形基板の表面に、導電性薄膜を直接設けてもよいが、図１に示すように、ガラス繊維成形基板と導電性薄膜の間に、ガラス繊維成形基板の平滑化材層を設けるか、あるいは図２に示すように、ガラス繊維成形基板と導電性薄膜の間隙に、ガラス繊維成形基板の平滑化材部を設けて、ガラス繊維と導電性薄膜の接着性向上を図ることが好ましい。

本発明において用いられる平滑化材としては、耐熱性及び絶縁性を有し、ガラス繊維成形基板及び導電性薄膜との接着性がよいものであれば特に限定されることはないが、例えば、シリコン化合物（シリコーン系樹脂、Ｓｉ−Ｏ結合を有する化合物等）、セラミック成分を含むものを使用することができる。これらの中でもセラミック成分を含むものが好ましい。

このようなセラミック成分を含む平滑化材は、例えば、セラミック塗料を塗布、乾燥後、微粉体の状態で固化、あるいは焼成することにより形成させることができる。セラミック塗料としては、例えば、アルミナ、シリカ、ジルコニア、チタニア、マイカ等のセラミック原料、あるいはこれらの２種類以上のセラミック原料を、必要に応じて無機充填材、有機充填材とともに溶媒に溶かしたものを用いることができる。平滑化材を塗布する際には、一部がガラス繊維成形基板に含浸してもよい。

さらに前記のセラミック成分の中でも、ポリカルボシラン樹脂、ポリシラスチレン樹脂、ポリチタノカルボシラン樹脂、ポリシラザン樹脂、及びポリボロシロキサン樹脂から選ばれる１種以上の樹脂を含む組成物を、溶媒に溶かして塗液を調製し、ガラス繊維成形基板の表面に塗布した後、焼成して前記樹脂の有機基を分解し、セラミック化することにより形成させたものが好ましい。
このようなセラミック化平滑化材は、耐熱性及び絶縁性を有するとともに、可撓性、柔軟性を有し、かつガラス繊維との接着性も良好である。また、この平滑化材の表面に、容易に金属酸化物等の導電性薄膜を形成させることもできる。

本発明における導電性薄膜の構成成分としては、通常は、酸化錫、酸化インジウム、酸化バナジウム、酸化クロム等の酸化金属が用いられる。導電性薄膜の成膜方法については、特に制限されることはないが、通常はコーティング法、溶射法、ＣＶＤ法等により行なわれる。
本発明の面状発熱体は、必要に応じて導電性薄膜の外側を、電気絶縁層により被覆することができる。このような電気絶縁層の構成成分としては、例えば前述のシリコン化合物（シリコーン系樹脂、Ｓｉ−Ｏ結合を有する化合物等）、あるいはセラミック成分を含むものを使用することができる。

以上のように、本発明の面状発熱体は、耐熱性、可撓性、柔軟性を有する構成要素からなり、互いに接着性も良好なので、高温で使用することが可能であり、しかも優れた可撓性、柔軟性を有する面状発熱体である。
次に、本発明を実施例により具体的に説明するが、本発明がこれらにより限定されるものではない。

（面状発熱体の製作）
表面に凹凸を有する縦１５ｃｍ、横１５ｃｍ、厚さ０．２ｍｍのバインダーを含まないガラスクロス基板の表面に、ポリボロシロキサン樹脂を有機溶媒に溶かしたセラミック塗料を塗布し、乾燥して有機溶媒を蒸発させた。次に、５５０℃の温度で３０分間焼成して、ガラスクロス基板の表面に、セラミック成分を含む厚さ約５０μｍの平滑化材層を形成した。ガラスクロス基板は、平滑化材層により充分に被覆されていることが確認された。

続いて、約４５０℃で加熱された平滑化材層の表面に、塩化錫を２ｗｔ％の濃度でアセトン溶媒に溶解した液を噴霧して、塩化錫を平滑化材層の表面で加熱分解させ、厚さ約０．３μｍの酸化錫を含む導電性薄膜を形成した。さらに、導電性薄膜の横方向の両端部に、銀及びパラジウムを含む液を印刷により塗布して幅１０ｍｍの電極を設けた後、電極の端部に端子を設けるとともに、リード線を端子に接続して図１に示すような層構造を有する面状発熱体を得た。

（面状発熱体の検査）
以上のようにして得られた面状発熱体５枚について、柔軟性試験を行なった結果、いずれの面状発熱体も、Ｒ１０ｃｍに湾曲が可能であった。
次に、５０Ｖの交流電圧を通電し、発熱体の表面温度が３２０℃となるように温度調節しながら１５分間通電後、１５分間室温下で放置する加熱サイクルを繰り返し、面状発熱体の耐久性を観察した。その結果、繰り返し回数２０回後において、いずれの面状発熱体も、抵抗値の変化、導電性薄膜の剥がれ、及び変形は認められなかった。

（面状発熱体の製作）
ガラス繊維を主成分として、５ｗｔ％のセラミック繊維、及び２００℃以下の温度で熱分解するバインダーを含み、表面に凹凸を有する縦１５ｃｍ、横１５ｃｍ、厚さ０．１ｍｍのガラス繊維成形基板を、３５０℃の温度で熱処理した。次に、このガラス繊維成形基板の表面に、実施例１と同様にして、ガラスクロス基板の表面に平滑化材層を形成し、さらに平滑化材層の表面に導電性薄膜を形成した後、電極及び端子を設け、リード線を接続して、図１に示すような面状発熱体を得た。

（面状発熱体の検査）
以上のようにして得られた面状発熱体５枚について、柔軟性試験を行なった結果、いずれの面状発熱体も、Ｒ８ｃｍに湾曲が可能であった。
次に、５０Ｖの交流電圧を通電し、発熱体の表面温度が３５０℃となるように温度調節しながら１５分間通電後、１５分間室温下で放置する加熱サイクルを繰り返し、面状発熱体の耐久性を観察した。その結果、繰り返し回数２０回後において、いずれの面状発熱体も、抵抗値の変化、導電性薄膜の剥がれ、及び変形は認められなかった。

以上のように、本発明の実施例の面状発熱体は、２００℃以上の高温の領域内で使用することが可能で、しかも優れた可撓性あるいは柔軟性を有する。

本発明の面状発熱体の一例を示す断面構成図本発明の図１以外の面状発熱体の一例を示す断面構成図

符号の説明

１ガラス繊維成形基板
２導電性薄膜
３平滑化材
４電極

Claims

ガラス繊維成形基板の片側または両側に、導電性薄膜を設けてなることを特徴とする面状発熱体。
ガラス繊維成形基板が、バインダーを含まないものである請求項１に記載の面状発熱体。
ガラス繊維成形基板が、ガラスクロス基板である請求項１に記載の面状発熱体。
ガラス繊維成形基板と導電性薄膜の間に、ガラス繊維成形基板の平滑化材層を設けた請求項１に記載の面状発熱体。
ガラス繊維成形基板と導電性薄膜の間隙に、ガラス繊維成形基板の平滑化材部を設けた請求項１に記載の面状発熱体。
ガラス繊維成形基板の平滑化材が、耐熱性及び絶縁性を有するものである請求項４または請求項５に記載の面状発熱体。
ガラス繊維成形基板の平滑化材が、セラミック成分を含むものである請求項４または請求項５に記載の面状発熱体。
ガラス繊維成形基板が、ガラス繊維のほか、セラミック繊維及び／または炭素繊維を含むものである請求項１に記載の面状発熱体。
導電性薄膜が金属酸化物からなるものである請求項１に記載の面状発熱体。
導電性薄膜の外側を、電気絶縁層により被覆した請求項１に記載の面状発熱体。