JP2007179776A - 面状発熱体 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、柔軟性と印刷性そして強度をそれぞれの機能を有する材料で項別に構成し、柔軟性を維持したまま、ものづくりをしやすくするとともに、器具に装着した際の面状発熱体の使用感と耐久性等の信頼性を向上させることにある。
【解決手段】前記柔軟性基材２および柔軟性樹脂フィルム４は電極５と高分子抵抗体６の印刷形成時に必要な強度あるいは使用時の伸び等の応力に対する強度を有しないようにして柔軟性を保持させるとともに、柔軟性基材２の表裏のどちらか１面あるいは両面に電極５と高分子抵抗体６の印刷形成時に必要な強度あるいは使用時の伸び等の応力に対する強度を有する伸び規制部３を設け、柔軟性基材２の柔軟性を維持しながら、柔軟性基材２及び柔軟性樹脂フィルム４の伸びを規制して、柔軟性基材２上に形成された電極５及び高分子抵抗体６に柔軟性を保ちながら伸びが生じないようにすることができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、カーシートヒータや、ハンドルヒータ等に用いられ、柔軟性を有し任意の曲面形状に装着可能で、かつ自己温度調節機能を有する面状発熱体に関するものである。

従来、この種の面状発熱体の発熱部には、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物質を溶媒に分散して、特にベースポリマーとして結晶性樹脂を用いて高分子特性を持たせたものが多い（例えば、特許文献１、２、３参照）。

図４は従来の高分子特性を持たせた面状発熱体の平面図で、図５は同面状発熱体の断面図、図６は同面状発熱体の被覆材の貼り合わせ時を示す概略構成図である。図４、図５に示したように、面状発熱体は、ポリエステルシートなどの電気絶縁性の基材５０上に、導電性ペーストを印刷・乾燥して得られる一対の櫛形状電極５１、５２と、これにより給電される位置に高分子抵抗体インクを印刷・乾燥して得られる高分子抵抗体５３を設け、さらに基材５０と同様の材質の被覆材５４で櫛形状電極５１、５２及び高分子抵抗体５３を被覆して保護する構成としたものである。

基材５０及び被覆材５４としてポリエステルフィルムを用いる場合には被覆材５４に例えばポリエチレン系の熱融着性樹脂５５を予め接着しておき、熱を与えながら加圧する（熱時加圧）ことにより、基材５０と被覆材５４とを熱融着性樹脂５５を介して接合される。これにより、櫛形状電極５１、５２及び高分子抵抗体５３は外界から隔離され、長期信頼性を付与されるのである。前記した熱時加圧の手段としては、図６に被覆材５４を貼り合わせる際の概略構成断面図を示したが、２本の加熱ロール５６、５７からなるラミネーター５８が一般的である。

高分子特性とは、温度上昇によって抵抗値が上昇し、ある温度に達すると抵抗値が急激に増加する抵抗温度特性（抵抗が正の温度係数を有する意味の英語 Positive Temperature Coefficient の頭文字を取っている）を意味しており、高分子特性を有する高分子抵抗体５３は、自己温度調節機能を有する面状発熱体を提供できる。
特開昭５６−１３６８９号公報 特開平６−９６８４３号公報 特開平８−１２０１８２号公報

しかしながら、前記従来の構成では、ポリエステルシートなどの電気絶縁性の基材５０に印刷した櫛形状電極５１、５２及び高分子抵抗体５３を同じく電気絶縁性の被覆材５４で保護する多層構造で、基材５０や被覆材５４の材質やその厚さによっては、柔軟性に欠け、この面状発熱体をカーシートヒータ（自動車の座席）に用いられた場合の着座感や、ハンドルヒータに用いられた場合の手触り感が損なわれるといった問題があった。

そのため、柔軟性を付与するために、ポリエステルシートなどの電気絶縁性基材５０や電気絶縁性の被覆材５４を薄くしたり柔らかい素材で構成しようとすると、ものづくりし難くなり、生産性に欠け、品質が安定しなくなってしまう欠点があった。

例えば、電気絶縁性基材５０を柔軟性を有するように極めて薄くしたり柔らかい素材で構成すると、基材５０自身の強度が極端に無くなるので、印刷の工程で、導電性ペースト
あるいは高分子抵抗体インクと印刷の版を電気絶縁性基材５０に所定の印圧で押しつけられず、かすれたり、欠けたりするために、面状発熱体の性能が安定しない心配があった。また、導電性ペーストあるいは高分子抵抗体インクを印刷したのち、乾燥させる際に熱収縮を生じて皺を生じ易いため、形状が安定せず、面状発熱体の性能・品質が劣化する心配もあった。そこで、電気絶縁性基材５０を機械的に強度を増すため、電気絶縁性基材５０にテンションをかけると、そのテンションで電気絶縁性基材５０が大きく伸び、やはりテンションを除去したときの伸びのバラツキで形状が安定せず、面状発熱体の性能・品質が劣化する課題があった。

特に、ロール状の電気絶縁性基材５０をロール状に巻き取りながら連続的に電極及び高分子抵抗体をスクリーン印刷で形成する連続スクリーン印刷方式で生産される面状発熱体においては、複数の面状発熱体を連続的に印刷・乾燥生産するために、電気絶縁性基材５０が長く保持した状態でテンションが掛けられるので、単位幅当たりのテンションがどうしても大きくならざるおえず、電気絶縁性基材５０が柔軟性を有するものでは、より形状が安定せず面状発熱体の性能・品質が劣化するという課題があった。

たとえ、印刷できたとしても、使用条件等によって、伸びなどの機械的応力が加わった場合に櫛形電極や高分子抵抗体に断線や亀裂を生ずる恐れがあった。

前述したように，高分子特性の発現は結晶性高分子の熱的体積変化により導電性物質の連鎖状態が変化することによるものであり、基材の物理・化学的及び機械的寸法変化は、高分子抵抗体の特性に著しい影響を与えることは容易に想像できる。

本発明は、前記従来の課題を解決するもので、柔軟性と印刷性そして強度をそれぞれの機能を有する材料で項別に構成し、柔軟性を維持したまま、ものづくりをしやすくするとともに、器具に装着した際の面状発熱体の使用感と耐久性等の信頼性を向上させることにある。

上記課題を解決するために、本発明の面状発熱体は、本発明は、柔軟性基材および柔軟性樹脂フィルムは櫛形電極と高分子抵抗体インクの印刷形成時に必要な強度あるいは使用時の伸び等の応力に対する強度を有しないようにして柔軟性を保持させるとともに、柔軟性基材の表裏のどちらか１面あるいは両面に櫛形電極と高分子抵抗体インクの印刷形成時に必要な強度あるいは使用時の伸び等の応力に対する強度を有する伸び規制部を設けて、柔軟性基材の柔軟性を維持しながら、柔軟性基材及び柔軟性樹脂フィルムの伸びを規制して、柔軟性を保ちながら柔軟性基材上に形成された櫛形電極及び高分子抵抗体に伸びが生じないようにすることができる。したがって、面状発熱体の機械的応力に対して櫛形電極や高分子抵抗体自身に過度の伸び応力を与えることなく、伸びに対する抵抗値の安定性及び荷重繰り返し耐久性に優れ、器具に装着した際の面状発熱体の使用感がよく、かつ耐久性が向上し、結果として器具の使用感と信頼性の向上にも繋がるものである。

本発明の面状発熱体は、柔軟性基材上に形成された櫛形電極及び高分子抵抗体に柔軟性を維持しながら伸びが生じないようにすることができ、使用感と信頼性を向上できるとともに、面状発熱体を使用した器具の使用感と信頼性も向上できる。

請求項１に記載した発明は、柔軟性基材と、前記柔軟性基材上に接合されたインク不通過性を有する柔軟性樹脂フィルムと、前記柔軟性樹脂フィルム上に導電性ペーストにより印刷形成される主電極と枝電極からなる櫛形電極と、高分子抵抗体インクにより印刷形成
され前記櫛形電極により給電される高分子抵抗体を備え、前記柔軟性基材および柔軟性樹脂フィルムは櫛形電極と高分子抵抗体インクの印刷形成時に必要な強度あるいは使用時の伸び等の応力に対する強度を有しないようにして柔軟性を保持させるとともに、柔軟性基材の表裏のどちらか１面あるいは両面に櫛形電極と高分子抵抗体インクの印刷形成時に必要な強度あるいは使用時の伸び等の応力に対する強度を有する伸び規制部を設けてなる。

この構成により、製品加工における印刷時や製品使用における着座時に加わる外力による伸びなどの機械的応力を、柔軟性基材の柔軟性を維持しながら、柔軟性基材及び柔軟性樹脂フィルムの伸びを規制して、柔軟性基材上に形成された櫛形電極及び高分子抵抗体に柔軟性を保ちながら伸びが生じないようにすることができる。したがって、面状発熱体の機械的応力に対して櫛形電極や高分子抵抗体自身に過度の伸び応力を与えることなく、伸びに対応できるので、伸びに対する抵抗値の安定性及び荷重繰り返し耐久性に優れ、器具に装着した際の面状発熱体の使用感がよく、かつ耐久性が向上し、結果として器具の使用感と信頼性の向上できる。

請求項２に記載した発明は、特に、第１の発明の柔軟性樹脂フィルム上に印刷形成した前記櫛形電極と前記高分子抵抗体を被覆する柔軟性被覆材を配設した構成としてある。

そして、柔軟性樹脂フィルム上に印刷形成した前記櫛形電極と前記高分子抵抗体を被覆する柔軟性被覆材を配設してあるので、柔軟性樹脂フィルムが柔軟性被覆材と一体化されて柔軟性樹脂フィルムの機械的強度を高めることができるとともに、櫛形電極および高分子抵抗体を柔軟性樹脂フィルムと柔軟性被覆材内に密封でき、外部からの水分や塵埃などの影響を受けにくくなり、さらに耐久性・信頼性が向上できる。

請求項３に記載した発明は、特に、第１〜２の発明の柔軟性基材はスポンジ状の柔軟性多孔質材で形成した構成としてある。

そして、スポンジ状の柔軟性多孔質材は弾力性と柔軟性に富み、身体にフィットして、身体に接触している面状発熱体として、例えばカーシートヒータとして着座時の違和感がなく、かつ耐久性の高い実用的な面状発熱体を提供できる。

請求項４に記載した発明は、特に、第１〜２の発明の柔軟性基材はゲル状の物質を内包した袋体で形成した構成としてある。

そして、ゲル状の物質を内包した袋体は弾力性に非常に富み、身体にさらにフィットして、身体と接触している面状発熱体として、例えばカーシートヒータとして着座感が向上させることができる。

請求項５に記載した発明は、特に、第１〜４の発明の伸び規制部はスパンレース型不織布または縦方向に連続繊維を配設した不織布で形成した構成としてある。

そしてこの構成により、強度を有する伸び規制部つまりスパンレース型不織布または縦方向に連続繊維を配設した不織布の柔軟性が面状発熱体の柔軟性となるため、簡単な構成で面状発熱体の柔軟性を確保しつつ柔軟性基材及び柔軟性樹脂フィルムの伸びを規制することができるとともに、柔軟性基材上に形成された櫛形電極及び高分子抵抗体に設計以上の伸びが生じないようにすることができる。

請求項６に記載した発明は、特に、第１〜４の発明の伸び規制部として織布で形成した構成としてある。

そして、第５の発明の伸び規制部を他の材質の織布構成してあるので、第５の発明の効果が得られるとともに、織布は織り込んであるため強度が均一に得られ厚さを薄くしても強いため、面状発熱体を薄く構成することができ、さらに柔軟性しなやかさを得ることができる。

請求項７に記載した発明は、特に、第１〜６の発明の伸び規制部で伸びを規制した方向に沿うように、前記櫛型電極の主電極を配設した構成としてある。

そして、櫛形電極の主電極はそれぞれの枝電極へ電力を供給するため電流値が高く、外力等による伸びによって電極抵抗値等が高くなったりすることで電位低下を生じ発熱特性に大きな影響を及ぼしたりする心配があるが、櫛形電極の主電極を柔軟性基材および柔軟性樹脂の伸びを規制された方向に配置して伸び規制部で伸びを規制することで、主電極の伸びに対するを保護し、信頼性の高い面状発熱体を提供できる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、本実施の形態によって本発明が限定されるものではない。

（実施の形１）
図１〜図３は、本発明の実施の形態１における面状発熱体の概略構成図を示し、図１は平面図、図２は同面状発熱体の断面図、図３は同面状発熱体の印刷時の工程概略図である。

図１、図２において、柔軟性を有するスポンジ状の柔軟性多孔質材で形成した柔軟性基材２の一方の面に、該柔軟性基材２の伸縮制限し、その伸縮方向に揃って配列された長繊維の不織布によって形成された伸び規制部３を配設し、反対側の面にポリエステルフィルム等の薄肉の柔軟性樹脂フィルム４がラミネートしてあり、この柔軟性基材２上に接合された柔軟性樹脂フィルム４はインク不通過性を有し、柔軟性基材２の印刷性を確保している。

面状発熱体１は、この柔軟性基材２の柔軟性樹脂フィルム４上に銀ペーストの印刷・乾燥により形成した一対の電極５と、電極５に重なるように高分子抵抗体インクを印刷・乾燥により形成した高分子抵抗体６を形成するとともに、上記電極５、高分子抵抗体６、及び柔軟性基材２と接着性を有するアクリル系接着剤等の接着性樹脂層７を予め形成されたポリエステルフィルム等の薄肉の電気絶縁性オーバコート材をラミネートした柔軟性被覆材８を貼り合わせて形成される。

上記電極５は、伸び規制部３で伸びを規制した方向に沿うように対向させて幅が広い主電極５ａ，５ｂを配設し、それぞれの主電極５ａ，５ｂから交互に櫛形形状の複数の枝電極５ｃ、５ｄを設けてあり、これに重なるように配設した高分子抵抗体６に枝電極５ｃ、５ｄより給電することで、高分子抵抗体６に電流が流れ、発熱するようになる。この高分子抵抗体６は高分子特性を有し、温度が上昇すると高分子抵抗体６の抵抗値が上昇し、所定の温度になるように自己温度調節機能を有するようになり、温度コントロールが不要で安全性の高い面状発熱体としての機能を有するようになる。

また、柔軟性基材２と柔軟性樹脂フィルム４は、電極５と高分子抵抗体６の印刷形成時に必要な強度あるいは使用時の伸び等の応力に対する強度を有しないようにして柔軟性を保持させてあり、また、伸び規制部３は、電極５と高分子抵抗体６の印刷形成時に必要な強度あるいは使用時の伸び等の応力に対する強度を有するように構成してある。

ここで、加工工程の順序としては、まず、スポンジ状の柔軟性多孔質材で形成した柔軟性基材２の一方の面に、伸縮方向（長手方向）に揃って配列された長繊維によって形成された伸び規制部３を接着手段等で接合していき、柔軟性基材２と伸び規制部３を一体化してロール状ものに仕上げ、このロール状のものに、伸び規制部３の反対側の面にポリエステルフィルム等の薄肉の柔軟性樹脂フィルム４をラミネートして、完成基材を作成し、この完成基材は、その伸縮制限方向に揃って配列された長繊維から形成された伸び規制部３によって、ロール方向に伸縮制限されるようになっている。

つぎに、図３に示すように、ロール状の完成基材をロール状に巻き取りながら、柔軟性基材２の柔軟性樹脂フィルム４上に、スクリーン印刷方向を巻き取り方向と同一方向で連続的に電極５及び高分子抵抗体６をスクリーン印刷で形成する連続スクリーン印刷方式で、銀ペーストの印刷・乾燥により一対の電極５を形成し、この電極５に重なるように高分子抵抗体インクを印刷・乾燥により高分子抵抗体６を形成する。そして、電極５、高分子抵抗体６をその上に形成したロール状の柔軟性基材２と接着性を有するアクリル系接着剤等の接着性樹脂層７を予め形成されたポリエステルフィルム等の薄肉の電気絶縁性オーバコート材をラミネートした被覆材８を連続的に貼り合わせて形成して、複数の発熱体本体部分が完成され、この完成したものを枚様に外形抜きリード線付け等の後処理をして最終製品に仕上げていくようになっている。

ここで、柔軟性基材２および柔軟性樹脂フィルム４は電極５と高分子抵抗体６の印刷形成時に必要な強度あるいは使用時の伸び等の応力に対する強度を有しないようにして柔軟性を保持させるとともに、伸び規制部３で電極５と高分子抵抗体６の印刷形成時に必要な強度あるいは使用時の伸び等の応力に対する強度を有するようにしてあり、柔軟性と強度を兼ね備えるようにしてある。

つまり、製品加工における印刷時や製品使用における着座時に加わる外力による伸びなどの機械的応力を、柔軟性基材２の柔軟性を維持しながら、柔軟性基材２及び柔軟性樹脂フィルム４の伸びを規制して、柔軟性基材２上に形成された電極５及び高分子抵抗体に柔軟性を保ちながら伸びが生じないようにすることができる。したがって、面状発熱体の機械的応力に対して電極５や高分子抵抗体自身に過度の伸び応力を与えることなく、伸びに対応できるので、伸びに対する抵抗値の安定性及び荷重繰り返し耐久性に優れ、器具に装着した際の面状発熱体の使用感がよく、かつ耐久性が向上し、結果として器具の使用感と信頼性の向上できる。

また、柔軟性樹脂フィルム４上に印刷形成した前記電極５と前記高分子抵抗体６を被覆する柔軟性被覆材８を配設してあるので、柔軟性樹脂フィルム４が柔軟性基材２と一体化されて柔軟性樹脂フィルム４の機械的強度を高めることができるとともに、電極５および高分子抵抗体６を柔軟性樹脂フィルム４と柔軟性被覆材８内に密封でき、外部からの水分や塵埃などの影響を受けにくくなり、さらに耐久性・信頼性が向上できる。

さらに、柔軟性基材２はスポンジ状の柔軟性多孔質材で形成した構成としてあるので、スポンジ状の柔軟性多孔質材は弾力性と柔軟性に富み、身体にフィットして、身体に接触している面状発熱体として、例えばカーシートヒータとして着座時の違和感がなく、かつ加振耐久性の高い実用的な面状発熱体を提供できるようになる。

そして、伸び規制部３は縦方向に連続繊維を配設した不織布で形成してあるので、強度を有する伸び規制部３つまり縦方向に連続繊維を配設した不織布の柔軟性が面状発熱体１の柔軟性となるため、簡単な構成で面状発熱体１の柔軟性を確保しつつ柔軟性基材２及び柔軟性樹脂フィルム４の伸びを規制することができるとともに、柔軟性基材２上に形成された電極５及び高分子抵抗体６に設計以上の伸びが生じないようにすることができる。

尚、伸び規制部３は縦方向に連続繊維を配設した不織布で形成した構成で説明したが、これは水流交絡製法（水流でポリエステル繊維を絡ませて織らずに作成する不織布の生産方法：詳細は省略）で製作したスパンレース型不織布としてもよく、これによれば厚みが厚くなってしまう傾向にあるが、伸び規制部３の伸び規制方向が全方向となる。

（実施の形態２）
図４は本発明の実施の形態２における面状発熱体１の断面図ある。本実施の形態は、柔軟性基材２の構成が実施の形態１の発明と異なるだけで、同一部分は同一番号を付記して、図１、図３を利用して説明する。

柔軟性基材１１は、ゲル状の物質を内包した袋体で形成した柔軟性基材１１の一方の面に、該柔軟性基材１１の伸縮制限し、その伸縮方向に織布よって形成された伸び規制部１２を配設し、反対側の面にポリエステルフィルム等の薄肉の柔軟性樹脂フィルム１３がラミネートしてある。

ここで、ゲル状の物質を内包した袋体は弾力性に非常に富み、身体にさらにフィットして、身体と接触している面状発熱体１として、例えばカーシートヒータとして着座感が向上させることができる。また、柔軟性基材１１に内包したゲル状の物質を衝撃を吸収する性質の物質や、消火性を有する性質の物質とすることで、新たな機能を付加することができ、例えば、前者によれば面状発熱体１の加熱の機能に振動防止の機能が、また後者によれば面状発熱体１の異常加熱時に消火の機能が付加されより安全にすることができる。

また、織布よって形成されは伸び規制部１２は、織布は織り込んであるため強度が均一に得られ厚さを薄くしても強いため、面状発熱体１を薄く構成することができ、さらに柔軟性しなやかさを得ることができ、さらに、器具に装着した際の面状発熱体１の使用感がよく、かつ耐久性が向上し、結果として器具の使用感と信頼性の向上できるようになる。

以上のように、本発明にかかる面状発熱体は、柔軟性を有し、かつ外力による繰り返し折り曲げ等の機械的応力のかかる実用環境下での使用に耐える得るので、暖房用ヒータとして自動車の座席、ハンドル、その他の暖房を必要とする器具に適用できる。

本発明の実施の形態１における面状発熱体を示す平面図 同実施の形態１における面状発熱体の断面図 同実施の形態１における面状発熱体の印刷時の工程概略図 実施の形態２における面状発熱体の断面図 従来の面状発熱体を示す平面図 同面状発熱体の断面図 同面状発熱体の被覆材の貼り合わせ時を示す概略構成図

符号の説明

１ 面状発熱体
２、１１ 柔軟性基材
３、１２ 伸び規制部
４、１３ 樹脂フィルム
５ 電極
５ａ・５ｂ 主電極
６ 高分子抵抗体
８ 柔軟性被覆材

Claims (7)

1. 柔軟性基材と、前記柔軟性基材上に接合されたインク不通過性を有する柔軟性樹脂フィルムと、前記柔軟性樹脂フィルム上に導電性ペーストにより印刷形成される主電極と枝電極からなる櫛形電極と、高分子抵抗体インクにより印刷形成され前記櫛形電極により給電される高分子抵抗体を備え、前記柔軟性基材および柔軟性樹脂フィルムは櫛形電極と高分子抵抗体の印刷形成時に必要な強度あるいは使用時の伸び等の応力に対する強度を有しないようにして柔軟性を保持させるとともに、柔軟性基材の表裏のどちらか１面あるいは両面に櫛形電極と高分子抵抗体の印刷形成時に必要な強度あるいは使用時の伸び等の応力に対する強度を有する伸び規制部を配設した面状発熱体。
2. 前記柔軟性樹脂フィルム上に印刷形成した前記櫛形電極と前記高分子抵抗体を被覆する柔軟性被覆材を配設した請求項１記載の面状発熱体。
3. 前記柔軟性基材はスポンジ状の柔軟性多孔質材で形成した請求項１〜２のいずれか１項に記載の面状発熱体。
4. 前記柔軟性基材はゲル状の物質を内包した袋体で形成した請求項１〜２のいずれか１項に記載の面状発熱体。
5. 前記伸び規制部はスパンレース型不織布または縦方向に連続繊維を配設した不織布で形成した請求項１〜４のいずれか１項に記載の面状発熱体。
6. 前記伸び規制部は織布で形成した請求項１〜４のいずれか１項に記載の面状発熱体。
7. 前記伸び規制部で伸びを規制した方向に沿うように、前記櫛型電極の主電極を配設した請求項１〜６のいずれか１項に記載の面状発熱体。

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