JP2007317618A - 面状発熱体およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】表面に凹凸のある面状導電体と平面電極とが良好に接合され、電流を安定的に流すことができる面状発熱体を提供する。
【解決手段】表面に凹凸のある面状導電体と平面電極との間に介在した高粘度の導電性物質を加熱し、この導電性物質を硬化させて、前記の面状導電体と平面電極とを接合することを特徴とする面状発熱体の製造方法、および表面に凹凸のある面状導電体と、平面電極と、前記の表面に凹凸のある面状導電体と前記の平面電極との間に介在した導電性物質とからなることを特徴とする面状発熱体。
【選択図】なし

Description

本発明は、面状発熱体およびその製造方法に関する。さらに詳しくは、本発明は、表面に凹凸のある面状導電体と平面電極とが良好に接合され、電流を安定的に流すことができる面状発熱体およびその製造方法に関する。

面状発熱体においては、その発熱面に均一に通電して均一な熱を発生させるために、面状導電体の両端に一対の電極を設ける必要がある。この面状導電体への電極の接続には種々の方法が提案されている。

たとえば、面状導電体に銀ペーストを含浸させ電極を積層する方法（特開平０７−２８８１７２号公報）、面状導電体に通電用電極を織り込む方法（特開平０６−２９０８６０号公報）、導電性テープを通電用電極として使用する方法（特開平０７−１４６６５号公報）等がある。

一方、和紙糸で製織した織物または編物を炭化して炭とした炭化物が知られており、そして、そのような炭化物シートを織物地または編物地で被覆して接着してなるシート状成形体が提案されている（特開２００３−３０６８５０号公報）。当該炭化物は導電性を有し、面状導電体と呼べる物質であるが、表面には凹凸があり、柔軟性には富んでいるが基材自身の強度は小さく取り扱いに難点がある。
特開平０７−２８８１７２号公報 特開平０６−２９０８６０号公報 特開平０７−１４６６５号公報 特開２００３−３０６８５０号公報

しかしながら、このような面状導電体について、面状導電体に銀ペーストを含浸させ電極を積層する方法、面状導電体に通電用電極を織り込む従来技術の方法を適用することは必ずしも容易ではなかった。また、導電性テープを通電用電極として使用する従来方法では、表面に凹凸があるため、凹凸部に取り込まれた空気が通電による発熱により熱膨張し、接触電気抵抗が大きくなり、電流を安定的に流せない等の問題点があった。

本発明者らは、上記の課題を解決するために種々検討を重ねたところ、特定の導電性物質を、表面に凹凸のある面状導電体と平面電極との間に介在させることにより、電流を安定的に流せる面状発熱体が得られることを見出し、本発明を完成させるに至った。

したがって、本発明による面状発熱体の製造方法は、表面に凹凸のある面状導電体と平面電極との間に介在した導電性物質を加熱し、この導電性物質を硬化させて、前記の面状導電体と平面電極とを接合することを特徴とするものである。

このような本発明による面状発熱体の製造方法は、好ましくは、前記の導電性物質が高粘度の導電性ペーストであるもの、を包含する。

このような本発明による面状発熱体の製造方法は、好ましくは、前記の導電性ペーストを形成している少なくとも一部の溶媒を除去した後、前記導電性物質を硬化させるもの、を包含する。

このような本発明による面状発熱体の製造方法は、好ましくは、前記の表面に凹凸のある面状導電体と前記の平面電極とを前記の導電性物質を介して圧着させた後、前記導電性物質を硬化させるもの、を包含する。

このような本発明による面状発熱体の製造方法は、好ましくは、前記の表面に凹凸のある面状導電体が、和紙糸で製織した織物または編物の炭化物であるもの、を包含する。

そして、本発明による面状発熱体は、表面に凹凸のある面状導電体と、平面電極と、前記の表面に凹凸のある面状導電体と前記の平面電極との間に介在した導電性物質とからなることを特徴とするもの、である。

本発明によれば、表面に凹凸のある面状導電体と平面電極とが良好に接合され、電流を安定的に流すことができる面状発熱体、即ち、高発熱効率の面状発熱体、を得ることができる。

このような本発明は、表面に凹凸があり柔軟性には富んでいるが、従来、基材自身の強度および電極との接合強度が小さくて取り扱いや、高発熱効率化ならびに耐久性等に難点があった面状導電体を、さらに高発熱効率の面状発熱体として利用することを可能にするものである。

本発明の表面に凹凸がある面状導電体としては、任意のそのような面状導電体を用いることができるが、本発明の効果が特に顕著に得ることができる好ましい面状導電体としては、例えば和紙糸で製織した織物または編物の炭化物を挙げることができる。このような炭化物面状導電体は、柔軟性に富んでいるが基材自身の機械的強度が小さく取り扱いに難点があり、また、表面に凹凸があることから平面電極との接合強度が十分でなくて良好な電気的特性を安定して得ることが従来困難とされてきた面状導電体である。本発明において特に好ましい、和紙糸で製織した織物または編物の炭化物としては、例えば特開２００３−３０６８５０号公報により提案されたものを挙げることができる。

本発明の平面電極は、導電性を有する金属あるいはその合金であればいずれも用いることができるが、銅、燐青銅、アルミニウム等が好ましい。

平面電極の形状についても、何ら制限は無く、本発明では、平板、梨地加工した平板、あるいはメッシュ状形状の平面電極を使用できる。本発明の平面電極の幅に特段の制約はないが、当該面状導電体の大きさとの相対的な比較で決定されるべきである。平面電極の占める面積が大きすぎれば、本発明の面状発熱体としての有効面積が損なわれる。また、本発明の平面電極の厚みが極端に厚いと、本発明の面状発熱体の柔軟性が損なわれるため好ましくない。本発明における平面電極の厚みは５００μｍ以下が好ましい。

本発明の導電性物質としては、好ましくは、例えば、２５℃における粘度が１００〜７００ｄＰａ・ｓ、特に２００〜５００ｄＰａ・ｓ、である、高粘度の導電性ペーストを挙げることができる。

導電性ペーストの粘度が低いと、平面電極に塗布しても流れやすく、また当該面状導電体に接触させたときに導電性ペーストが平面電極の端から染み出やすい。また、導電性ペーストの粘度が高すぎると平面電極に塗布しにくく、十分な流動性が得られず、面状導電体の表面の凹凸に取り込まれている空気を除去できない。

導電性ペーストの粘度は、適当な有機溶媒を添加することにより調整することができる。

このような導電性ペーストは、一般的に、導電性を付与するフィラーとバインダーとからなる。フィラーは、導電性が良好な粒子、例えば、銅、銀、カーボンあるいは銀とカーボンの併用系が一般的である。バインダーとしては、好ましくは、例えば、ポリエステル樹脂、ポリアミドイミド樹脂、エポキシ樹脂を挙げることができる。一般に、導電性ペーストは熱硬化型および蒸乾型に分類されているが、本発明では熱硬化型および蒸乾型のいずれの導電性ペーストも使用することができる。

導電性ペーストの溶媒成分として適当な有機溶媒は、主として導電性ペーストのバインダーの種類により決まり、たとえば熱硬化型のポリエステル樹脂系の導電性ペーストでは２−ブトキシエチルアセテート、２−（２−エトキシエトキシ）エチルアセテート等があり、また、ポリアミドイミド樹脂系の導電性ペーストではＮ−メチル−２−ピロリドンがある。

本発明において、導電性物質を表面に凹凸のある面状導電体と平面電極との間に介在させる際には、面状導電体あるいは平面電極のいずれか片方あるいは双方に、前記の導電性物質からなる層を形成させ、面状導電体と平面電極との間にこの導電性物質層が介在するように面状導電体と平面電極とを重ね合わせる方法を採用することができる。なお、本発明では、平面電極に高粘度の導電性ペーストを塗布することによって導電性物質からなる層を形成させることが好ましい。

導電性物質として前記の高粘度の導電性ペーストを用いる場合、その高粘度の導電性ペーストは、導電性物質からなる層を形成させる際に、２５℃における粘度が２００〜５００ｄＰａ・ｓであることが好ましいが、導電性物質からなる層を形成させた以降の時点においては必ずしも上記粘度範囲内である必要はない。例えば、導電性物質からなる層を形成させた以降は、導電性ペーストを形成している少なくとも一部の溶媒が除去されたことによって粘度が上昇したものであっても、多量の溶媒が除去されたことによって流動性が実質的に失われたもの、例えば乾燥状態にあるものであってもよい。

また、熱硬化型の導電性ペーストを使用するときは、好ましくは、平面電極に当該導電性ペーストを塗布して、次いで当該面状導電体に接触させてから加熱硬化させる。なお、加熱工程には、加熱の主目的に応じて、溶媒の除去を主目的とする加熱工程と、熱硬化型の導電性ペーストを硬化させる加熱工程とに分類することができるが、本発明では、両加熱を連続的に行うことも、同時に両目的が同時に達成されるような加熱を行うことも可能である。

本発明では、熱硬化型の導電性ペーストを硬化させる加熱工程の前であれば、電極に当該導電性ペーストを塗布後、直ちに当該面状導電体に接触させてもよいし、溶媒の除去を主目的とする加熱工程が終了後に当該面状導電体に接触させてもよい。

しかし、熱硬化型の導電性ペーストを電極板に塗布し、加熱硬化させてから当該面状導電体に接触させた場合は、導電性ペーストの流動性が実質的に観察されないか粘度が過度に高い等の理由によって、当該面状導電体における表面の凹凸部に硬化後導電性ペーストが充填されず空気が取り込まれてしまうので、本発明の目的を達成することは難しい。

本発明における加熱または加熱圧着の選択は、主として使用する導電性ペーストの種類によって定めることができる。蒸乾型の導電性ペーストあるいは熱硬化型の導電性ペーストを電極に塗布後、直ちに当該面状導電体に接触させた場合は加熱工程だけで十分である。ただし、加熱と圧着工程の採用を否定するものではない。なお、熱硬化型の導電性ペーストを用い、溶媒の除去を主目的とする加熱工程が終了後に当該面状導電体に接触させた場合は加熱と圧着工程を行うことが好ましい。

そして、平面電極に導電性ペーストを塗布後に、当該面状導電体に接触させた時、それらの密着を促進するために加熱あるいは加熱と圧着の操作前に、平面電極の上から軽くローラーがけをすることが好ましい。

溶媒の除去を主目的とする加熱工程における温度は８０〜１５０℃、時間は１〜３０分が好ましい。熱硬化型の導電性ペーストを硬化させるための硬化温度は８０〜２３０℃、時間は１〜６０分が好ましい。

圧着に要する圧力は、好ましくは０．５〜１．５ＭＰａである。

なお、本発明における圧着時間は導電性ペーストを当該面状導電体の凹凸部に浸透させる目的であるので、必ずしも加熱硬化に要する時間を通して圧着する必要はない。また、導電性ペーストの性質上、溶媒の除去を主目的とする加熱工程終了後で、次の加熱硬化工程に先立ち、室温で圧着することは好ましくない。圧着に要する最小時間は５〜６０秒で十分である。

導電性の高粘度物質の塗布量については、当該面状導電体の凹凸部の空隙部を充填させるのに十分な量であるが、その必要最小量は試行の結果決定できる。

本発明の面状発熱体は柔軟でかつ可撓性を有するものである。この面状発熱体の表面を必要に応じて適当な保護材料、例えば熱可塑性エラストマー、例えばポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリエステル樹脂、共重合ポリエステル樹脂、フッ素樹脂、シリコーン樹脂、天然ゴムまたは合成ゴムからなるエラストマー等により被覆することによって、強度および耐久性を向上させることができる。

＜実施例１＞
ポリエステル系樹脂中に銀フィラーが充填されている熱硬化型導電性ペースト（東洋紡績（株）製、「ＤＷ−２５０Ｈ−５」（商品名））を溶媒２−（２−エトキシエトキシ）エチルアセテートにて希釈し、粘度２７０ｄＰａ・ｓの導電性ペーストを作製した。

次に、この導電性ペーストをメッシュ状電極（燐青銅製、幅２０ｍｍ、長さ２５０ｍｍ、厚み１３０μｍ、１５０メッシュ）の片面に塗布（塗膜厚１３０μｍ）した後、和紙糸で製編した編物を炭化して炭とした炭化物（新日本テックス（株）製、「わし炭」（商品名））の両端に塗布面と面状導電体とが接するように両者を重ね合わせ、１５０℃で３０分間加熱硬化させることによって、面状発熱体を得た。

＜実施例２＞
ポリアミドイミド樹脂中に銀フィラーが充填されている熱硬化型導電性ペースト（東洋紡績（株）製、「ＤＷＰ−０２６」（商品名））を溶媒Ｎ−メチル−２−ピロリドンにて希釈し、粘度４４０ｄＰａ・ｓの導電性ペーストを作製した。

次に、この導電性ペーストをメッシュ状電極（燐青銅製、幅１５ｍｍ、長さ３００ｍｍ、厚み１３０μｍ、１５０メッシュ）の片面に塗布（塗膜厚１３０μｍ）した後、和紙糸で製編した編物を炭化させて炭とした炭化物（新日本テックス（株）製、「わし炭」（商品名））の両端に塗布面と面状導電体とが接するように両者を重ね合わせ、１５０℃で１０分間保持して、溶媒をほとんど除去した後、２３０℃で３０分間加熱硬化させることによって、面状発熱体を得た。

＜実施例３＞
ポリエステル系樹脂中に銀フィラーが充填されている熱硬化型導電性ペースト（東洋紡績（株）製、「ＤＷ−１０４Ｈ−３」（商品名））を溶媒２−（２−エトキシエトキシ）エチルアセテートにて希釈し、粘度２５０ｄＰａ・ｓの導電性ペーストを作製した。

次に、この導電性ペーストを平平面電極（銅製、幅２０ｍｍ、厚み１００μｍ）の片面に塗布（塗膜厚１３０μｍ）した後、１００℃で３０分間加熱し、溶媒を除去した。

ついで、和紙糸で製編した編物を炭化して炭とした炭化物（新日本テックス（株）製、「わし炭」（商品名））の両端に塗布面と面状導電体とが接するように両者を重ね合わせ、１４０℃で１５秒間の熱圧着（圧力１ＭＰａ）した後、再度１３０℃で３０分間加熱硬化させることによって、面状発熱体を得た。

＜実施例４＞
ポリエステル系樹脂中に銀フィラーが充填されている蒸乾型導電性ペースト（東洋紡績（株）製、「ＤＷ−１１４Ｌ−１」（商品名））を溶媒２−（２−エトキシエトキシ）エチルアセテートにて希釈し、粘度２９０ｄＰａ・ｓの導電性ペーストを作製した。

次に、この導電性ペーストを平平面電極（銅製、幅２０ｍｍ、厚み１００μｍ）の片面に塗布（塗膜厚１３０μｍ）した後、和紙糸で製編した編物を炭化して炭とした炭化物（新日本テックス製、「わし炭」（商品名））の両端に塗布面と面状導電体とが接するように両者を重ね合わせ、１３０℃で２０分間加熱硬化させることによって、面状発熱体を得た。

各実施例で得られた面状発熱体の両電極間に５０Ｖの電圧を２分間通電させる試験を行ったが、いずれの実施例においても面状導電体と電極間の接触電気抵抗変動に起因する電流値変動が生じないことを目視確認した。

また、各実施例で得られた面状発熱体の電極にテープを貼り付けた後、テープを剥がすというテープ剥離による密着強度試験を行ったが、電極が面状導電体から剥離することはなかった。

＜比較例１＞
実施例３と同様にして、導電性ペーストを塗布後１００℃、３０分間で溶媒を除去し、引き続き１３０℃で３０分保持して、導電性ペーストを硬化させた。その後、和紙糸で製編した編物を炭化して炭とした炭化物（新日本テックス（株）製、「わし炭」（商品名））の両端に塗布面と面状導電体とが接するように両者を重ね合わせ、１４０℃で１５秒間の熱圧着（圧力１ＭＰａ）を行ったが、この当該面状導電体との接着は不十分で、なおかつ、面状発熱体の両電極間に５０Ｖの電圧を２分間通電させる試験を行ったが、面状導電体と電極間の接触電気抵抗変動に起因する電流値変動が生じることを目視確認した。

Claims (6)

1. 表面に凹凸のある面状導電体と平面電極との間に介在した導電性物質を加熱し、この導電性物質を硬化させて、前記の面状導電体と平面電極とを接合することを特徴とする、面状発熱体の製造方法。
2. 前記の導電性物質が高粘度の導電性ペーストである、請求項１に記載の面状発熱体の製造方法。
3. 前記の導電性ペーストを形成している少なくとも一部の溶媒を除去した後、前記導電性物質を硬化させる、請求項２に記載の面状発熱体の製造方法。
4. 前記の表面に凹凸のある面状導電体と前記の平面電極とを前記の導電性物質を介して圧着させた後、前記導電性物質を硬化させる、請求項１〜３のいずれか１項に記載の面状発熱体の製造方法。
5. 前記の表面に凹凸のある面状導電体が、和紙糸で製織した織物または編物の炭化物である、請求項１〜４のいずれか１項に記載の面状発熱体の製造方法。
6. 表面に凹凸のある面状導電体と、平面電極と、前記の表面に凹凸のある面状導電体と前記の平面電極との間に介在した導電性物質とからなることを特徴とする、面状発熱体。