JP2008103233A - 面状発熱体 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、電気床暖房パネルの反りによる面状発熱体への剥離力が発生しても枝電極の断線を確実に防止する面状発熱体を提供することを目的とする。
【解決手段】ベース材２と、ベース材２に印刷により形成してなる一対の主電極３ａと枝電極３ｂから構成される櫛型電極３と、一対の枝電極３ｂと電気的および／または物理的に結合するよう印刷により分割形成してなる高分子抵抗体ブロック４ａ、４ｂ、４ｃと、ベース材２と櫛型電極３と高分子抵抗体ブロック４ａ、４ｂ、４ｃの表面全体に被覆してなるホットメルト樹脂５を塗布した被覆材６よりなり、枝電極３ｂ上には高分子抵抗体４が印刷され、高分子抵抗体ブロック４ａ、４ｂ、４ｃ間を枝電極３ｂ上に印刷されてなる高分子抵抗体４にて架橋した構成としている。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えば電気床暖房パネル、電気カーペット等に使われる面状発熱体に関するものであり、特に電極、抵抗体を印刷にて形成する面状発熱体の抵抗体の印刷形状に関するものである。

従来、この種の面状発熱体１０１は、図４（ａ）、（ｂ）に示したように、ポリエステルフィルムなどの電気絶縁性のベース材２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電極３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４を設けて、さらにベース材２と同質の被覆材６で櫛形電極３及び高分子抵抗体４を被覆して保護する構成としたものである（例えば特許文献１参照）。具体的には、被覆材６に、ホットメルト樹脂５をあらかじめ塗布しておき、全面熱接着することにより、ベース材２と被覆材６とをホットメルト樹脂５を介して接合する。これにより、櫛形電極３及び高分子抵抗体４は外界から隔離され、空気が内部に侵入することがなく、また櫛形電極３および高分子抵抗体４と被覆材６との間には空気の存在が極めて少なくなるため、空気中の酸素による櫛形電極３および高分子抵抗体４の酸化劣化がほとんどなく長期信頼性を付与される。

図５は、他の従来の面状発熱体１０２の平面図であり、抵抗値の調整あるいは発熱温度の均一化のため、ベース材２上に高分子抵抗体４の印刷領域をブロックに分割して印刷・乾燥して形成している（例えば特許文献２参照）。なお、図示されてはいないが、ベース材２、櫛形電極３、高分子抵抗体４上に、あらかじめホットメルト樹脂５が塗布された被覆材を熱接着している。

高分子抵抗体４の体積固有抵抗を細かく管理することは難しく、また、居住空間の快適性に対する要求も強くなり、上記のような印刷により発熱体を構成するタイプは、面状発熱体１０２のようなタイプが多くなってきている。

この高分子抵抗体４を形成する高分子抵抗体インクとしては、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なり、特にベースポリマーとして結晶性樹脂を用いてＰＴＣ特性を持たせたものが多い（例えば、特許文献３、４参照）。

ＰＴＣ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、ＰＴＣ特性を有する高分子抵抗体４は、自己温度調節機能を有する面状発熱体を提供できる。

このような面状発熱体１０２を使って、例えば図６に示すような電気床暖房パネルが得られる（特許文献５参照）。図６において、１１は木材薄板、１２は基材である。そして、木材薄板１１、基材１２、面状発熱体１０２を接着剤等により貼着一体化している。この中で面状発熱体の構成については、特許文献４中では明示されていないが、上記従来例で説明した構成の面状発熱体１０２でも十分使用できる。
特開昭５６−１３６８９号公報 実開昭５７−１８６９９７号公報 特開平６−９６８４３号公報 特開平８−１２０１８２号公報 実開昭６１−９３７０９号公報

しかしながら前記従来の面状発熱体１０２の構成において、ベース材２と被覆材６を熱接着により接合した際、どうしてもベース材２、櫛形電極３、高分子抵抗体４および被覆材６には残留応力が発生し、この残留応力の影響で高分子抵抗体４の電気抵抗特性が変動してしまうので、通常、高分子抵抗体４と被覆材６に塗布されているホットメルト樹脂５とは接着力が小さくなるよう高分子抵抗体４およびホットメルト樹脂５の材料を選定している。

図７は、図６における面状発熱体１０２を使用してなる電気床暖房パネル１３のａ−ａ断面使用状態図であり、面状発熱体１０２の加熱により木材薄板１１と基材１２が膨張するが、木材薄板１１と基材１２は厚み、木材種類等が違うため熱膨張率が異なり、電気床暖房パネル１３は下に凸あるいは上に凸になるように反ってしまう（図７においては、一例として下に凸になる場合を図示している）。

この場合、図８に示すように、木材薄板１１は面状発熱体１０２から剥れようとし、面状発熱体１０２は基材１２とも接着しているため、櫛形電極３と高分子抵抗体４にはホットメルト樹脂５を介して剥離力１４が加わることとなる。しかもこの剥離力１４は電気床暖房パネル１３の長さ方向、幅方向のいずれに対しても端部から中央部に向って強くなる。

前述したように、高分子抵抗体４とホットメルト樹脂５との間は接着力が小さいため、剥離力１４により高分子抵抗体４とホットメルト樹脂５との間で剥れるが、櫛形電極３とホットメルト樹脂５との間は、その接着力と櫛形電極３とベース材２との間の接着力との兼合いとなる。

位置的に言えば、櫛形電極３を構成している主電極３ａは電気床暖房パネル１３内において端部付近にあるため、剥離力１４は小さく、もうひとつ櫛形電極３を構成している枝電極３ｂは電気床暖房パネル１３内において中央部に向って延出しているため、大きな剥離力１４が加わることとなる。

すなわち、枝電極３ｂが十分に乾燥されており、ベース材２と強く接着していれば、剥離力１４によって枝電極３ｂとホットメルト樹脂５との間で剥れ、枝電極３ｂはベース材２上に残る。一方、高分子抵抗体４もベース材２に残っているので、枝電極３ｂと高分子抵抗体４は、電気的、物理的にも接合されており、枝電極３ｂへの給電およびそれに伴う高分子抵抗体４の発熱は変らず電気床暖房パネル１３は通常通り使用できる。しかし、枝電極３ｂが十分に乾燥されておらず、ベース材２との接着力が枝電極３ｂとホットメルト樹脂５との間の接着力よりも弱ければ、図９に示すように、剥離力１４によって枝電極３ｂはベース材２から剥れてしまう。一方、高分子抵抗体４はベース材２に残っているので、枝電極３ｂには高分子抵抗体４の印刷領域端面で引張力が発生し、それによって枝電極３ｂの内部抵抗が増大して発熱量が変化したり、甚だしい場合は、枝電極３ｂに亀裂が生じて断線に至り、発熱しなくなるという課題が発生する可能性がある。

本発明は、前記従来の課題を解決するもので、電気床暖房パネルの反りによる面状発熱体への剥離力が発生しても枝電極の断線を確実に防止する面状発熱体を提供することを目的とする。

前記課題を解決するために、本発明の面状発熱体は、ベース材と、前記ベース材に印刷により形成してなる一対の主電極と枝電極から構成される櫛型電極と、前記一対の枝電極と電気的および／または物理的に結合するよう印刷により分割形成してなる複数の高分子抵抗体ブロックと、前記ベース材と前記櫛型電極と前記高分子抵抗体ブロックの表面全体に被覆してなるホットメルト接着剤を塗布した被覆材よりなり、前記枝電極上には前記高分子抵抗体が印刷され、前記高分子抵抗体ブロック間を前記枝電極上に印刷されてなる前記高分子抵抗体にて架橋した構成としている。

したがって、枝電極上には高分子抵抗体が乗っており、ホットメルト樹脂と接着しているのは高分子抵抗体であるため、剥離力によって剥がれるのは高分子抵抗体とホットメルト樹脂の間であり、常に枝電極は高分子抵抗体と同じくベース材側に存在するので、断線は発生しない。

本発明の面状発熱体によれば、複数の高分子抵抗体ブロック間を走る枝電極の上にも高分子抵抗体が印刷・乾燥されており、ホットメルト樹脂はこの高分子抵抗体と接着しているため、剥離力により剥がれるのは高分子抵抗体とホットメルト樹脂の間であり、枝電極は高分子抵抗体ブロックと同じくベース材に接着したままとなるので、枝電極の断線が防止できる。

第１の発明は、ベース材と、ベース材に印刷により形成してなる一対の主電極と枝電極から構成される櫛型電極と、一対の枝電極と電気的および／または物理的に結合するよう印刷により分割形成してなる複数の高分子抵抗体ブロックと、ベース材と櫛型電極と高分子抵抗体ブロックの表面全体に被覆してなるホットメルト接着剤を塗布した被覆材よりなり、枝電極上には高分子抵抗体が印刷され、高分子抵抗体ブロック間を枝電極上に印刷されてなる高分子抵抗体にて架橋したものである。これにより、複数の高分子抵抗体ブロック間を走る枝電極の上にも高分子抵抗体が印刷・乾燥されており、ホットメルト樹脂はこの高分子抵抗体と接着しているため、剥離力により剥がれるのは高分子抵抗体とホットメルト樹脂の間であり、枝電極は高分子抵抗体ブロックと同じくベース材に接着したままとなるので、枝電極の断線が防止できる。

第２の発明は、特に第１の発明の枝電極の主電極からの延出開始部まで高分子抵抗体ブロックを印刷し、枝電極の主電極からの延出開始部両側および枝電極の終端部と反対極の主電極との間に高分子抵抗体の非印刷領域を設けたものである。これにより、万が一枝電極の主電極からの延出開始部付近に大きな剥離力が加わったとしてもホットメルト樹脂は枝電極の主電極からの延出開始部上に印刷された高分子抵抗体と接着しているので、剥離力により剥がれるのは、ホットメルト樹脂と高分子抵抗体の間であり、枝電極の主電極からの延出開始部は高分子抵抗体と同じくベース材に接着したままとなるので、枝電極の主電極からの延出開始部での断線が防止できる。

また、印刷時の高分子抵抗体ブロックの滲み、印刷ズレにより、高分子抵抗体が主電極上に印刷され、電気的に結合してしまった場合、電流は最短距離を流れるため、枝電極の主電極からの延出開始部と反対極の枝電極の終端部および主電極と反対極の枝電極の終端部との間で電流が流れやすくなる。これによって主電極近傍で高分子抵抗体が発熱するので、その箇所の主電極の温度が上昇し、かつ、保温材が載置されるとさらに温度上昇してしまう。しかし、本発明では、枝電極の主電極からの延出開始部両側および枝電極の終端部と反対極の主電極との間に高分子抵抗体の非印刷領域を設けたので、電流の最短通路が遮断され、主電極の温度上昇は妨げられる。

第３の発明は、特に第１の発明の枝電極の主電極からの延出開始部まで高分子抵抗体ブロックから高分子抵抗体を突出させて印刷したものである。これにより、万が一枝電極の主電極からの延出開始部付近に大きな剥離力が加わったとしてもホットメルト樹脂は枝電極の主電極からの延出開始部上に印刷された高分子抵抗体と接着しているので、剥離力により剥がれるのは、ホットメルト樹脂と高分子抵抗体の間であり、枝電極の主電極からの延出開始部は高分子抵抗体と同じくベース材に接着したままとなるので、枝電極の主電極からの延出開始部での断線が防止できる。

また、高分子抵抗体ブロックは主電極と電気的に結合しない距離を置いて印刷され、突出させて印刷しているのは、枝電極の主電極からの延出開始部上だけなので、枝電極の主電極からの延出開始部と反対極の枝電極の終端部および主電極と反対極の枝電極の終端部との間で電流が流れ、主電極近傍で高分子抵抗体が発熱し、その箇所の主電極の温度が上昇するという問題も発生しない。

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。

（実施の形態１）
図１において、面状発熱体１は、ポリエステルフィルム等の薄肉の電気絶縁性フィルムからなるベース材２上に銀ペーストからなる一対の櫛形電極３を印刷・乾燥している。櫛形電極３は、主電極３ａと枝電極３ｂから構成されており、枝電極３ｂに重なるように高分子抵抗体インクからなる高分子抵抗体４を印刷・乾燥している。そして、上記櫛形電極３、高分子抵抗体４、及びベース材２に共重合ポリエステル樹脂を主体としたホットメルト樹脂５をあらかじめラミネート塗布したポリエステルフィルム等の薄肉の電気絶縁性フィルムからなる被覆材６をラミネーター等により貼り合わせて形成される。

高分子抵抗体４は、ポリエチレン、ポリプロピレン、エチレン−酢酸ビニル共重合体等の結晶性樹脂をベースポリマーとし、カーボンブラックおよび各種添加剤を配合している。これらの結晶性樹脂は、共重合ポリエステル樹脂と親和性がないため、接着力は弱い。

また、高分子抵抗体４の印刷形状は、３列の高分子抵抗体ブロック４ａ、４ｂ、４ｃを基本とし、枝電極３ｂが略直交するように印刷している。そして、高分子抵抗体ブロック４ａ、４ｂ間および４ｂ、４ｃ間の高分子抵抗体４の非印刷領域を走る枝電極３ｂの上にも高分子抵抗体４を印刷している。この高分子抵抗体ブロック４ａ、４ｂ、４ｃと枝電極３ｂ上の高分子抵抗体４は、ひとつのスクリーン印刷版を用いて１回の印刷・乾燥で形成される。すなわち、言い方を変えるならば、高分子抵抗体４の印刷形状は、略矩形形状の印刷領域の中に相対する枝電極３ｂ間に矩形の高分子抵抗体４の非印刷領域７ａを整列して並べた形状をなしている。なお、図中では３列の高分子抵抗体ブロック４ａ、４ｂ、４ｃを図示しているが、列数およびその幅寸法等は面状発熱体１の使用様態によって変えられるものである。

さらに、非印刷領域７ａは元々抵抗値調整あるいは発熱温度均一化のためであり、その目的が達せられるならば、矩形に限らず円形、楕円形等でもよい。

図２は、図１のＡ部の拡大平面図であり、高分子抵抗体ブロック４ａは、主電極３ａの端辺まで印刷されており、枝電極３ｂの主電極３ａからの延出開始部８は高分子抵抗体ブロック４ａに覆われている。また、枝電極３ｂの延出開始部８の両側には円形の高分子抵抗体４の非印刷領域７ｂを設け、枝電極３ｂの終端部９と反対極の主電極３ａとの間には矩形の高分子抵抗体４の非印刷領域７ｃを設けている。

図３は、図１のＢ部の拡大平面図であり、高分子抵抗体ブロック４ｃは、主電極３ａとの間に距離を設けている。これは、高分子抵抗体４の印刷がズレても主電極３ａに重ならないようにするためである。そして、高分子抵抗体４ｃから高分子抵抗体４の突出印刷部１０が枝電極３ｂの上に重ねられて延出開始部８まで印刷されている。

なお、枝電極３ｂ上に印刷されている高分子抵抗体４の幅は枝電極３ｂの幅と同一でなく、高分子抵抗体４の印刷がズレても枝電極３ｂを覆うように枝電極３ｂの幅よりも大きく印刷している。

次に、動作、作用について説明する。

図１において、枝電極３ｂは、すべて高分子抵抗体４で覆われており、ホットメルト樹脂５は高分子抵抗体４と接着している。したがって、図７のように電気床暖房パネル１３の反りにより面状発熱体１０２に剥離力１４が発生したとしても、剥離力１４により剥がれるのは、高分子抵抗体４とホットメルト樹脂５との間であり、枝電極３ｂはベース材２と接着したままの状態となっている。また、高分子抵抗体４もベース材２と接着しており、枝電極３ｂと高分子抵抗体４とは電気的および／または物理的状態はかわらない。よって、枝電極３ｂの断線が確実に防止できる。

また、枝電極３ｂの延出開始部８の近傍に設けられた非印刷領域７ｂは、電流の流れる最短通路のひとつである枝電極３ｂの延出開始部８と反対極の枝電極３ｂの終端部９との間を遮断しているため、高分子抵抗体４の発熱はない。同じように、枝電極３ｂの終端部９と反対極の主電極３ａの間に設けられた非印刷領域７ｃは、同じく電流の流れる最短通路のひとつである枝電極３ｂの終端部９と反対極の主電極３ａの間を遮断しているため、この間でも高分子抵抗体４の発熱はない。よって、この箇所における主電極３ａの温度上昇は妨げられる。

以上のように、本発明にかかる面状発熱体は、電気床暖房パネルの木材の熱膨張差による反りによって発生する剥離力が面状発熱体に加わったとしても、電力を供給する櫛形電極、特に枝電極が断線せず、継続して高分子抵抗体の発熱が得られるため、床暖房や壁暖房等の家屋内に設置され、長期間使用される設備暖房商品に内臓される発熱体として有用である。

本発明の実施の形態１における面状発熱体の構成を示す平面図 本発明の実施の形態１における面状発熱体のＡ部拡大図 本発明の実施の形態１における面状発熱体のＢ部拡大図 （ａ）従来の面状発熱体の構成を示す平面図（ｂ）同面状発熱体のｘ−ｙ断面図 従来の他の面状発熱体の構成を示す平面図 従来の面状発熱体を使用した電気床暖房パネルの斜視図 電気床暖房パネルの使用状態ａ−ａ断面図 電気床暖房パネルの使用状態拡大断面図 電気床暖房パネルの使用状態ｂ−ｂ拡大断面図

符号の説明

１ 面状発熱体
２ ベース材
３ 櫛形電極
３ａ 主電極
３ｂ 枝電極
４ 高分子抵抗体
４ａ、４ｂ、４ｃ 高分子抵抗体ブロック
５ ホットメルト樹脂
６ 被覆材
７ａ、７ｂ、７ｃ 非印刷領域
８ 延出開始部
９ 終端部
１０ 突出印刷部
１１ 木材薄板
１２ 基材
１３ 電気床暖房パネル

Claims (3)

1. ベース材と、前記ベース材に印刷により形成してなる一対の主電極と枝電極から構成される櫛型電極と、前記一対の枝電極と電気的および／または物理的に結合するよう印刷により分割形成してなる複数の高分子抵抗体ブロックと、前記ベース材と前記櫛型電極と前記高分子抵抗体ブロックの表面全体に被覆してなるホットメルト接着剤を塗布した被覆材よりなり、前記枝電極上には前記高分子抵抗体が印刷され、前記高分子抵抗体ブロック間を前記枝電極上に印刷されてなる前記高分子抵抗体にて架橋してなる面状発熱体。
2. 前記枝電極の前記主電極からの延出開始部まで前記高分子抵抗体ブロックが印刷され、前記枝電極の前記主電極からの延出開始部両側および前記枝電極の終端部と反対極の前記主電極との間に前記高分子抵抗体の非印刷領域を設けてなる請求項１に記載の面状発熱体。
3. 前記枝電極の前記主電極からの延出開始部まで前記高分子抵抗体ブロックから前記高分子抵抗体を突出させて印刷してなる請求項１に記載の面状発熱体。