JP2009117199A - Surface heating body - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、PTC特性に優れた高分子抵抗体組成物と、この高分子抵抗体組成物を用いた任意の面形状を有する器具に装着可能な柔軟性と高い信頼性を有する変形自在な面状発熱体に関する。 The present invention relates to a polymer resistor composition having excellent PTC characteristics and a deformable surface having flexibility and high reliability that can be attached to an instrument having an arbitrary surface shape using the polymer resistor composition. Related to a heating element.
従来この種の面状発熱体は発熱部がベースポリマーと、導電性物質とを溶媒に分散した抵抗体インクを基材に印刷・乾燥・焼成して作製される抵抗体が用いられている(例えば特許文献1、特許文献2、特許文献3参照)。
Conventionally, in this type of planar heating element, a heating element is used that is manufactured by printing, drying, and firing a resistor ink in which a base polymer and a conductive material are dispersed in a solvent. For example, refer to
この抵抗体は通電により発熱する。この種の抵抗体には一般に、導電性物質としてカーボンブラック、金属粉末などが用いられ、ベースポリマーとして結晶性樹脂が用いられる。このような材料によりこの発熱部はPTC特性を発揮する。 This resistor generates heat when energized. For this type of resistor, generally, carbon black, metal powder, or the like is used as a conductive substance, and a crystalline resin is used as a base polymer. With such a material, the heat generating portion exhibits PTC characteristics.
図5,6は前記特許文献1に記載された従来技術を示すもので、面状発熱体30は、基材31と、一対の櫛形状電極32、33と、高分子抵抗体34と、被覆材35とを有する。電気絶縁性の基材31はポリエステルフィルムなどの樹脂で構成されている。
5 and 6 show the prior art described in the above-mentioned
櫛形状電極32、33は基材31上に銀ペースト等の導電性ペーストを印刷・乾燥して形成されている。
The comb-
高分子抵抗体34は、櫛形状電極32、33により給電される位置に高分子抵抗体インクを印刷・乾燥して形成されている。
The
基材31と同様の材質の被覆材35は櫛形状電極32、33と高分子抵抗体34とを被覆して保護している。
The covering
基材31、被覆材35としてポリエステルフィルムを用いる場合、被覆材35に例えば変性ポリエチレン等の熱融着性樹脂36を予め接着しておく。
When using a polyester film as the
そして熱を与えながら加圧する。このようにすることにより、基材31と被覆材35とが熱融着性樹脂36を介して接合される。
Then, pressurizing while applying heat. By doing in this way, the
被覆材35と熱融着性樹脂36とは、櫛形状電極32、33と高分子抵抗体34とを外界から隔離する。そのため面状発熱体30には長期信頼性が付与される。
The covering
図7は、被覆材34を貼り合わせる装置を示しており、このように加熱加圧の方法としては、2つの加熱ロール37、38からなるラミネータ39を用いるのが一般的である。すなわち、櫛状電極32、33と高分子抵抗体34とを予め形成した基材31と、熱融着性樹脂36を予め接着した被覆材35とを供給し、これらを加熱ロール37、38で加熱加圧する。このようにして面状発熱体30が作製される。
FIG. 7 shows an apparatus for laminating the covering
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を意味している。PTC特性を有する高分子抵抗体34は、面状発熱体30に自己温度調節機能を付与することができる。
The PTC characteristic means a resistance temperature characteristic in which the resistance value increases as the temperature rises, and the resistance value increases rapidly when a certain temperature is reached. The
また、特許文献2は、非晶質ポリマーと結晶性ポリマー粒子とカーボンブラックと無機
充填剤からなるPTC組成物を有機溶剤に分散させ、インクを作製した後、電極を設けた樹脂フィルム上にPTC組成物インクで高分子抵抗体を印刷し、架橋のための熱処理を行い、高分子抵抗体の保護層として樹脂フィルムを積層した面状発熱体が記載されている。
この特許文献2の面状発熱体は、特許文献1と同様な発熱機能を有するものである。
The planar heating element of
高分子抵抗体44のPTC特性を発現する樹脂として、低融点の樹脂である変性オレフィン系樹脂、例えばエチレン酢酸ビニル共重合体、エチレンアクリル酸エチル共重合体、エチレンメタクリル酸メチル共重合体、エチレンメタクリル酸共重合体、エチレンアクリル酸ブチル等のエステル系のエチレンコポリマーが用いられ、高分子抵抗体44の抵抗値の経時変化による変化を抑制するため、架橋材や紫外線照射などの方法で架橋されるのが一般的である。 As the resin exhibiting the PTC characteristics of the polymer resistor 44, a modified olefin resin which is a low melting point resin, such as ethylene vinyl acetate copolymer, ethylene ethyl acrylate copolymer, ethylene methyl methacrylate copolymer, ethylene An ester-based ethylene copolymer such as a methacrylic acid copolymer or ethylene butyl acrylate is used, and the polymer resistor 44 is cross-linked by a method such as a cross-linking material or ultraviolet irradiation in order to suppress a change due to a change in resistance value with time. It is common.
ここで、高分子抵抗体44の50℃の抵抗値と20℃の抵抗値の比である抵抗変化倍率(R50/R20)はすべて2未満である。
前記従来の面状発熱体30には、基材31としてポリエステルフィルムなどの剛直な材料が用いられている。また基材31と、その上に印刷された櫛形状電極32、33、高分子抵抗体34と、さらにその上に配置された接着層を有する被覆材35とから構成された5層構造を有する。
The conventional
そのため、基材31や被覆材35の材質やその厚さによっては、柔軟性に欠ける。すなわち、面状発熱体30をカーシートヒータ(自動車の座席暖房用ヒータ)に用いる場合に着座感が損なわれ、ハンドルヒータに用いる場合には手触り感が損なわれる。
Therefore, depending on the material and the thickness of the
また形状が面状であるため、その面の一部に着座等による荷重が加わった場合、その力が全体に及んで面状発熱体30が変形する。
Moreover, since the shape is planar, when a load due to seating or the like is applied to a part of the surface, the force is exerted on the entire surface and the
その変形の形状によっては、面状発熱体30の端に近いほど変形量が増え、面の一部に折り皺などが生じる。この折り皺部分で櫛形状電極32、33や高分子抵抗体34に亀裂などが生じる可能性がある。そのため耐久性が低下する可能性がある。
Depending on the shape of the deformation, the closer to the end of the
また通気性のないポリエステルシートなどの基材31や被覆材35が用いられているため、カーシートヒータやハンドルヒータに用いられた場合に湿気がこもりやすい。そのため長時間使用すると着座感や手触り感が損なわれる。
Further, since the
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、外力が加わっても柔軟性を発揮しやすく、着座感、手触り感を向上させるとともに、変化倍率を向上させた面状発熱体を提供することを目的とする。 The present invention solves the above-described conventional problems, and provides a planar heating element that easily exhibits flexibility even when an external force is applied, improves a seating feeling and a feeling of touch, and has an improved magnification. With the goal.
前記従来の課題を解決するために、本発明の面状発熱体は、主成分が反応性樹脂を介して架橋された樹脂組成物と、複数種のカーボンブラック及びグラファイトから成る導電体と電気絶縁性基材とを備え、前記複数種のカーボンブラック及びグラファイトの平均粒子径が異なることを特徴とした高分子抵抗体を備えたものである。 In order to solve the above-described conventional problems, the planar heating element of the present invention includes a resin composition in which a main component is cross-linked through a reactive resin, a conductor composed of a plurality of types of carbon black and graphite, and electrical insulation. And a polymer resistor characterized in that the plurality of types of carbon black and graphite have different average particle diameters.
これにより、高い変化倍率を実現できる。また、抵抗体組成物は樹脂組成物が架橋されているので固有抵抗値の経時変化を抑制することができる。これによって、長期にわたり安定したPTC特性、すなわち安定した発熱性能を実現することができる。 Thereby, a high change magnification can be realized. Moreover, since the resin composition is bridge | crosslinked, the resistor composition can suppress the time-dependent change of a specific resistance value. Thereby, stable PTC characteristics over a long period, that is, stable heat generation performance can be realized.
本発明の面状発熱体は、高いPTC特性を有する高分子抵抗体で構成することにより、発熱体としての性能に優れ、かつ加工性が高いことにより、生産性を向上させることができ、低コストの高分子抵抗体を作製することができる。 The planar heating element of the present invention is composed of a polymer resistor having high PTC characteristics, so that it has excellent performance as a heating element and high workability, so that productivity can be improved. Cost polymer resistors can be produced.
第1の発明は、主成分が反応性樹脂を介して架橋された樹脂組成物と、複数種のカーボンブラック及びグラファイトから成る導電体と電気絶縁性基材とを備え、前記複数種のカーボンブラック及びグラファイトの平均粒子径が異なることを特徴とした高分子抵抗体を備えたものである。 A first invention includes a resin composition in which a main component is cross-linked through a reactive resin, a conductor composed of a plurality of types of carbon black and graphite, and an electrically insulating substrate, and the plurality of types of carbon black And a polymer resistor characterized in that the average particle diameters of graphite and graphite are different.
粒子径の異なるカーボンブラックとグラファイト、又はカーボンブラックと粒子径の異なるグラファイト、又は粒子径の異なるカーボンブラックと粒子径の異なるグラファイトを導電体として混合して使用することにより、変化倍率を2以上と高くすることができる。 By using carbon black and graphite having different particle diameters, or carbon black and graphite having different particle diameters, or carbon black having different particle diameters and graphite having different particle diameters as a conductor, the change ratio can be set to 2 or more. Can be high.
また、樹脂組成物が架橋されているので固有抵抗値の経時変化を抑制することができ、長期にわたり安定したPTC特性を得ることができる。言い換えれば、予め設定された発熱温度の低下や上昇が防止されて安定した発熱性能を実現することができる。 In addition, since the resin composition is cross-linked, it is possible to suppress the time-dependent change of the specific resistance value and to obtain stable PTC characteristics over a long period of time. In other words, it is possible to realize a stable heat generation performance by preventing a decrease or rise in a preset heat generation temperature.
第2の発明は、2種のカーボンブラックの平均粒子径の比が3倍以上であるものである。カーボンブラックの平均粒子径の比が3倍未満であるものは、変化倍率が小さく、発熱温度の低下や上昇が阻害されて安定した発熱性能を実現することができない。一方、平均粒子径の比が3倍以上あるものは、変化倍率で2倍以上を実現できる。 In the second invention, the ratio of the average particle diameter of the two types of carbon black is 3 times or more. When the average particle diameter ratio of carbon black is less than 3 times, the rate of change is small, and the decrease or increase in heat generation temperature is hindered, and stable heat generation performance cannot be realized. On the other hand, when the ratio of the average particle diameter is 3 times or more, the change magnification can be 2 times or more.
第3の発明は、特に、第2の発明に含まれるカーボンブラックをサーマルブラックとするものである。サーマルブラックは一般に100nm以上の大粒子径であり、かつ単一粒子であるため変化倍率をさらに大きくすることができる。 In the third invention, in particular, the carbon black included in the second invention is thermal black. Thermal black generally has a large particle diameter of 100 nm or more and is a single particle, so that the rate of change can be further increased.
第4の発明は、2種のグラファイトの平均粒子径の比が10倍以上であるものである。グラファイトの平均粒子径の比が10倍未満であるものは、変化倍率が小さく、発熱温度の低下や上昇が阻害されて安定した発熱性能を実現することができない。一方、平均粒子径の比が10倍以上あるものは、変化倍率で2倍以上を実現でき、さらに導電性を高く得ることができる。 In the fourth invention, the ratio of the average particle diameter of the two types of graphite is 10 times or more. When the ratio of the average particle diameter of graphite is less than 10 times, the rate of change is small, and the lowering or raising of the heat generation temperature is hindered and stable heat generation performance cannot be realized. On the other hand, those having an average particle size ratio of 10 times or more can realize a change magnification of 2 times or more, and can obtain high conductivity.
第5の発明は、特に、第1の発明に含まれる樹脂組成物を少なくともPTC特性を発現する被反応性樹脂と、反応性樹脂の組成とすることにより、導電体を反応性樹脂の接着力と結合力で捕捉し、導電体で形成している導電パスの安定化を図ることができる。さらに、反応性樹脂とPTC特性を発現する被反応性樹脂との結合力により、冷熱の繰り返しによる膨張率の温度特性や溶融温度の経時変化が抑制され、導電パスをより安定化することができる。これにより、物理、化学、電気的な挙動を安定化させることができるので長期にわたり安定したPTC特性を実現することができる。 In the fifth invention, in particular, the resin composition included in the first invention is composed of a reactive resin that exhibits at least PTC characteristics and a composition of the reactive resin, whereby the conductor is bonded to the reactive resin. The conductive path formed by the conductor can be stabilized by capturing with the binding force. Furthermore, due to the bonding force between the reactive resin and the reactive resin that exhibits PTC characteristics, the temperature characteristics of the expansion coefficient and the change over time of the melting temperature due to repeated cooling are suppressed, and the conductive path can be further stabilized. . As a result, physical, chemical, and electrical behavior can be stabilized, so that stable PTC characteristics can be realized over a long period of time.
第6の発明は、特に、第5の発明の抵抗体組成物Bに含まれる樹脂組成物は、主成分がカルボキシル基、カルボニル基、水酸基、エステル基、ビニル基、アミノ基、オキサゾリン基、無水マレイン酸基の少なくとも1種の官能基を含む被反応樹脂と、主成分が前記被
反応性樹脂の官能基とは異なるエポキシ基、オキサゾリン基、無水マレイン酸基の少なくとも1種の官能基を含む反応性樹脂とからなる組成とすることにより、被反応性樹脂と反応性樹脂の極性を有する官能基間で反応による化学結合を生じ、被反応性樹脂単独の熱的安定性を高めることができる。これにより、第5の発明と同様に、物理、化学、電気的な挙動を安定化させることができるので長期にわたり安定したPTC特性を実現することができる。
In the sixth invention, in particular, the resin composition contained in the resistor composition B of the fifth invention is mainly composed of a carboxyl group, a carbonyl group, a hydroxyl group, an ester group, a vinyl group, an amino group, an oxazoline group, anhydrous A reaction resin containing at least one functional group of a maleic acid group, and a main component containing at least one functional group of an epoxy group, an oxazoline group, or a maleic anhydride group different from the functional group of the reaction resin By using a composition comprising a reactive resin, a chemical bond is formed between the reactive resin and the functional group having the polarity of the reactive resin by a reaction, and the thermal stability of the reactive resin alone can be enhanced. . Thereby, similarly to the fifth invention, physical, chemical, and electrical behavior can be stabilized, so that stable PTC characteristics can be realized over a long period of time.
第7の発明は、特に、第1の発明の電気絶縁性基材を織布、不織布の少なくとも1種で構成することにより、面状発熱体に柔軟性を付与し、外力が加わっても容易に変形してカーシートヒータとして用いた際の着座感の向上が図れる。 In the seventh aspect of the invention, in particular, by constituting the electrically insulating base material of the first aspect of the invention with at least one of a woven fabric and a non-woven fabric, the planar heating element is imparted with flexibility and easy even when an external force is applied. It is possible to improve the seating feeling when it is deformed to be used as a car seat heater.
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。また各実施の形態特有の構成を適宜組み合わせることができる。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. Note that the present invention is not limited to the present embodiment. In addition, a configuration unique to each embodiment can be combined as appropriate.
(実施の形態1)
図1,2において、面状発熱体1は、電気絶縁性基材2と第1線条電極(以下、線条電極)3Aと第2線条電極(以下、線条電極)3Bと高分子抵抗体5とを含む。
(Embodiment 1)
1 and 2, a
以下、線条電極3A、3Bをまとめて線条電極3として説明する場合がある。線条電極3A、3Bは電気絶縁性基材2に、それぞれが左右対称になるように配置され、糸4で部分的に縫い付けられている。
Hereinafter, the
高分子抵抗体5は線条電極3が配置された電気絶縁性基材2上に、例えばTダイ押し出し法によりフィルム状に押し出して形成されている。
The
これにより高分子抵抗体5が線条電極3と電気絶縁性基材2とに熱融着している。
As a result, the
面状発熱体1の中央部は、線条電極3と電気絶縁性基材2とに高分子抵抗体5が熱融着された後に打ち抜かれている。このようにして面状発熱体1が構成されている。
The central portion of the
なお、線条電極3A、3Bに電源からの電力を供給するためのリード線は図示していない。また、中央部の打ち抜きはこの場所に限定されない。座席の表皮の材料や形状によりこれ以外の場所に設けてもよい。この場合、線条電極3の配線パターンを変更する。
In addition, the lead wire for supplying the electric power from a power supply to the
図3,4は前記面状発熱体1を取り付けた自動車の座席を示すものであり、面状発熱体1は、暖房用ヒータとして自動車の座席である座部6や、座部6から立ち上がるように設けられた背もたれ7に電気絶縁性基材2を表面側に配置するように取り付けて使用されている。
3 and 4 show a seat of an automobile to which the
座部6や背もたれ7には、座席基材9と表皮10とが用いられている。ウレタンパット等の座席基材9は、座席に腰掛けた人体による荷重がかかった時に変形し、荷重がかからなくなると形状が復元する。
A
表皮10は座席基材9を覆っている。すなわち、面状発熱体1は、座席基材9に高分子抵抗体5側を、表皮10に電気絶縁性基材2側を配置して取り付けられる。
The
なお、座部6や背もたれ7の吊り込み部(図示せず)に対応するために、中央部や周縁部に吊り込むための電気絶縁性基材2の延長部(図示せず)が設けられている場合がある。
In addition, in order to correspond to the hanging part (not shown) of the
このように薄い面状発熱体1は変形可能な座席基材9と表皮10に沿って配置されている。そのため面状発熱体1も、座部6や背もたれ7の変形に対応して相似の変形をしなければならない。
Thus, the thin
そのために、種々の発熱パターンを設計し、そのための線条電極3の配置形状を変更する必要がある。ここではその詳細は省略する。
Therefore, it is necessary to design various heat generation patterns and to change the arrangement shape of the
相対向するように配置された幅の広い1対の線条電極3A、3Bは、面状発熱体1の長手方向の外側部沿って配設されている。線条電極3A、3Bに重なるように配設された高分子抵抗体5に線条電極3A、3Bより給電することで、高分子抵抗体5に電流が流れ、高分子抵抗体5が発熱する。
A pair of wide
高分子抵抗体5はPTC特性を有し、温度が上昇すると抵抗値が上昇して、所定の温度になるように自己温度調節機能を有する。
The
すなわち、高分子抵抗体5は面状発熱体1に安全性が高く温度コントロールを不要とする機能を付与する。
That is, the
また、自動車用座席に組み込まれるカーシートヒータとして、面状発熱体1は着座感や難燃性を満足することができる。
In addition, as a car seat heater incorporated in an automobile seat, the
着座感は、紙のような音鳴り感がなく、座席表皮材と同等の伸び特性、すなわち5%の伸びに対して7kgf以下の荷重であることで満足できる。 The seating sensation is satisfactory because there is no squeaking like paper and an elongation characteristic equivalent to that of the seat skin material, that is, a load of 7 kgf or less for an elongation of 5%.
またPTC特性のない発熱体に比べて、PTC特性を有する面状発熱体1は速熱性と省エネ性とを発揮することができる。
In addition, the
PTC特性のない発熱体は、温度制御器を必要し、温度制御器はオン−オフ(ON−OFF)制御で通電を制御して発熱温度を制御している。特に、線条発熱線を用いたPTC特性のない発熱体の場合、線条発熱線間の低温部を回避するため、ON時の発熱体温度を約80℃まで上昇させており、表皮10とはある程度の距離をおいて配置する必要がある。 A heating element having no PTC characteristic requires a temperature controller, and the temperature controller controls the heat generation temperature by controlling energization by ON-OFF control. In particular, in the case of a heating element having a PTC characteristic using a filament heating wire, the heating element temperature at the time of ON is raised to about 80 ° C. in order to avoid a low temperature portion between the filament heating wires. Need to be placed at some distance.
これに対し面状発熱体1では、発熱体温度が40℃〜45℃の範囲に自己制御される。そのため、表皮10の近傍に近接して配置することができる。
On the other hand, in the
面状発熱体1は発熱体温度が低く、表皮10の近傍に配置されることより、速熱性と外部への放熱ロスを低減できる。そのため省エネルギー性を実現できる。
The
上述したように、本実施の形態の面状発熱体1は、従来の面状発熱体が基材と電極と高分子抵抗体と熱融着性樹脂と被覆材との5〜6層構造で構成されているのに対して、面状発熱体1は電気絶縁性基材2と1対の線条電極3と高分子抵抗体5との3層構造で構成している。この簡素な構成により、外力が加わってもその外力の規制が少なくなるので柔軟性を発揮しやすくなる。
As described above, in the
したがって、カーシートヒータとして用いた際に外力を受けても柔軟性が高いので容易に変形し、従来のように折り皺が原因で起こる高分子抵抗体の亀裂や剥離が防止される。 Therefore, even when subjected to an external force when used as a car seat heater, it is highly flexible and easily deformed, and cracking and peeling of the polymer resistor caused by creases as in the prior art are prevented.
また、面状発熱体1は3層の簡素な構成で作製することができるので生産性に優れ、か
つ面状発熱体1を構成する材料費が少なくなる。その結果、低コストで生産できる。
Further, the
また、高分子抵抗体5を挟んで通気性のないポリエステルシートなどの樹脂フィルムを用いていないので従来の面状発熱体のようにカーシートヒータやハンドルヒータに用いられた場合に湿気がこもりやすいという課題が解決され、長時間使用しても初期と同等の着座感や手触り感が得られ、快適な暖房効果が得られる。
Further, since a resin film such as a non-breathable polyester sheet is not used with the
電気絶縁性基材2は、例えばポリエステル繊維で作製されたニードルパンチタイプの不織布が用いられる。これ以外にポリエステル織布を用いてもよい。これらの電気絶縁性基材2は、面状発熱体1に柔軟性を付与し、外力が加わっても容易に変形してカーシートヒータとして用いた際の着座感を向上させる。
As the electrically insulating
特に、線条電極3を縫製により取り付ける場合は、縫製による電気絶縁性基材2の針孔から発生する亀裂の防止や柔軟性の点で上記の不織布、織布が最適である。
In particular, when the
線条電極3は、電気絶縁性基材2にミシン等で縫製されて取り付けられる。この方法で作製された構成によると、線条電極3は、電気絶縁性基材2に強固な固定と電気絶縁性基材2の変形に追従した変形が可能となり、機械的信頼性が向上する。
The
また、電気絶縁性基材2への縫製は、糸4によって行われるので電極材料や形状の選択範囲が広がる。
Moreover, since the sewing to the electrically insulating
さらに線条電極3は、従来の複雑な櫛形電極とは異なり、少なくとも直線状の1対の形状の簡素な構成とすることができるので材料費が廉価で低コスト化が図れる。
Furthermore, unlike the conventional complicated comb-shaped electrode, the
また、カーシートヒータとして用いた際に外力が加わっても線条電極3の皺の発生が抑制され、電極の破損が防止される。
Further, even when an external force is applied when used as a car seat heater, the generation of wrinkles on the
線条電極3は、金属導線と金属編組導線の少なくとも1種で構成される。これらの材料は、電気基材絶縁性2への縫製加工が容易であり、生産性が高い。
The
また、金属導線、金属編組導線の材質、形状の選択範囲が広がる。 Further, the selection range of the material and shape of the metal conductor and the metal braided conductor is widened.
また、金属導線、金属編組導線は可撓性に優れ、かつ機械的強度が高いので面状発熱体の伸び、屈曲、変形などを繰り返しても長期にわたり耐え得る。 Further, since the metal conductor and the metal braided conductor are excellent in flexibility and have high mechanical strength, they can endure for a long period of time even if the planar heating element is repeatedly stretched, bent, or deformed.
また、電極は線条で構成されているので従来の複雑な櫛形電極とは異なり、簡素な構成とすることができ、電極材料の低コスト化が図れる。 In addition, since the electrode is composed of a filament, unlike the conventional complicated comb-shaped electrode, it can have a simple structure, and the cost of the electrode material can be reduced.
線条電極3の抵抗は、できるだけ低く、線条電極3での電圧ドロップが小さいことが好ましい。
The resistance of the
線条電極3は、面状発熱体1に印加する電圧の電圧ドロップが1V以下となる抵抗値が適しており、抵抗値で表現すれば1Ω/m以下がよい。
The
また線条電極3の線径は、大きいと面状発熱体1に凹凸が形成され、着座感が損なわれるため、直径1mm以下が好ましく、さらにより快適な着座感を実現するには直径0.5mm以下がよい。
Further, if the wire diameter of the
この抵抗値を実現する材料は、銅、錫メッキを施した銅、銅−銀合金の単線、撚り線、
編組線が挙げられる。
Materials that realize this resistance value are copper, tin-plated copper, copper-silver alloy single wire, stranded wire,
For example, a braided wire.
特に、機械的強度の点では引っ張り強度の高い銅−銀のそれらを用いることが好ましい。 Particularly, in terms of mechanical strength, it is preferable to use copper-silver having high tensile strength.
なお、本実施の形態では、電極として線条電極3を用いたが、これに限定されるものではなく、金属箔の電極、銀ペーストなどのスクリーン印刷による電極膜なども用いることができる。
In this embodiment, the
高分子抵抗体5の樹脂組成物は、PTC特性の経時変化を抑制し、安定したPTC特性を再現するために、PTCを発現する被反応樹脂としてカルボキシル基を有する変性ポリエチレンと被反応樹脂と反応する反応性樹脂としてエポキシ基を有する変性ポリエチレンとを混成したものがよい。これは、被反応性樹脂の持つカルボニル基が反応性樹脂の持つエポキシ基の酸素と反応して化学結合し、架橋された構造を有することに起因している。
The resin composition of the
この架橋反応により、上述したように被反応性樹脂単独の場合に比べ、熱的安定性を高めることができ、その結果、樹脂組成物中での導電体の導電パスの形成、切断する温度が安定する。 By this crosslinking reaction, as described above, the thermal stability can be improved compared to the case of the resin alone, and as a result, the temperature at which the conductive path of the conductor in the resin composition is formed and cut is reduced. Stabilize.
この架橋反応は、酸素以外に窒素を介しても起こり得るものである。酸素と窒素の少なくともいずれかを含む官能基を有する反応性樹脂と、これら官能基と反応が可能な官能基を有する被反応性樹脂の組み合わせであれば架橋反応が起こることになり、樹脂組成物を構成する反応性樹脂の反応性官能基と被反応樹脂の官能基との組み合わせとしては、上述のエポキシ基とカルボニル基以外に以下のものがある。 This cross-linking reaction can occur even through nitrogen in addition to oxygen. If a combination of a reactive resin having a functional group containing at least one of oxygen and nitrogen and a reactive resin having a functional group capable of reacting with these functional groups, a crosslinking reaction will occur, and the resin composition As a combination of the reactive functional group of the reactive resin and the functional group of the resin to be reacted, there are the following in addition to the above-described epoxy group and carbonyl group.
エポキシ基は、上述のカルボニル基以外にカルボキシル基、エステル基、水酸基、アミノ基、ビニル基、無水マレイン酸基、オキサゾリン基と反応して付加重合する。これらの官能基を有する被反応樹脂を用いればよい。 The epoxy group undergoes addition polymerization by reacting with a carboxyl group, an ester group, a hydroxyl group, an amino group, a vinyl group, a maleic anhydride group, or an oxazoline group in addition to the above carbonyl group. A reaction resin having these functional groups may be used.
一方、反応性樹脂の官能基としてはエポキシ基以外にオキサゾリン基や無水マレイン酸基を有する反応性樹脂を用いることもできる。 On the other hand, as a functional group of the reactive resin, a reactive resin having an oxazoline group or a maleic anhydride group in addition to an epoxy group can be used.
このように樹脂組成物は酸素と窒素との少なくともいずれかを介して架橋された構造を有する。 Thus, the resin composition has a structure crosslinked through at least one of oxygen and nitrogen.
カーシートヒータのように発熱温度が40〜50℃と比較的低い場合には、PTC特性を発現する被反応樹脂として、低融点の樹脂である変性オレフィン系樹脂、例えばエチレン酢酸ビニル共重合体、エチレンアクリル酸エチル共重合体、エチレンメタクリル酸メチル共重合体、エチレンメタクリル酸共重合体、エチレンアクリル酸ブチル等のエステル系のエチレンコポリマーを用いることが好ましい。 When the exothermic temperature is relatively low as 40 to 50 ° C. like a car seat heater, a modified olefin resin that is a low melting point resin such as an ethylene vinyl acetate copolymer, It is preferable to use ester ethylene copolymers such as ethylene ethyl acrylate copolymer, ethylene methyl methacrylate copolymer, ethylene methacrylic acid copolymer, and ethylene butyl acrylate.
上述の被反応性樹脂と反応性樹脂は、それぞれ単独でも複合でも用いることが可能で目標値するPTC特性に応じて適宜選択される。 The above-mentioned reactive resin and reactive resin can be used either individually or in combination, and are appropriately selected according to the target PTC characteristics.
また、それ以外に、PTC特性の経時変化の許容範囲に応じて、反応性樹脂、被反応性樹脂単独でも用いることも可能である。 In addition, it is also possible to use a reactive resin or a reactive resin alone depending on the allowable range of change with time in PTC characteristics.
また、架橋反応は反応性樹脂を用いたが、反応性樹脂とは異なる架橋剤を用いることもできる。 Moreover, although reactive resin was used for the crosslinking reaction, the crosslinking agent different from reactive resin can also be used.
さらに、電子線などの架橋手段を用いることもできる。その場合は、上述の官能基を持たない被反応性樹脂が適用可能であり、また、反応性樹脂を用いる必要はない。 Furthermore, crosslinking means such as an electron beam can be used. In that case, the above-described reactive resin having no functional group is applicable, and it is not necessary to use a reactive resin.
以上のように、高分子抵抗体5を構成する樹脂の組成の最適化により、高分子抵抗体5の安定した膜厚のフィルム加工、優れた耐久性、信頼性を実現することができるが、高分子抵抗体5のPTC特性すなわち20℃と50℃の抵抗変化倍率が2倍以上得られないという課題を有する。
As described above, by optimizing the composition of the resin constituting the
そこで導電体として、平均粒子径の異なる複数種のカーボンブラック及びグラファイトを使用する。 Therefore, a plurality of types of carbon black and graphite having different average particle diameters are used as the conductor.
次に、面状発熱体1の作製方法について一例を述べる。
Next, an example of a method for manufacturing the
先ず、ポリエステル繊維の不織布からなる電気絶縁性基材2に直径0.05μmの銅―銀合金線19本を撚り線化したものを用い、ポリエステルの糸4で図1のA、Bで示す形状にミシンで縫製し、線条電極3を形成する。
First, the shape shown by A and B of FIG. 1 with the polyester thread |
この時の1対の線条電極3の電極間距離は100mmとしている。次に、PTC特性を発現する被反応樹脂と反応性樹脂と導電体に混練混合して押出装置に連結されたTダイより押し出してフィルム状に成型する。このようにして高分子抵抗体5が作製される。
The distance between the electrodes of the pair of
なお、混練混合は、熱ロール、ニーダー、2軸混練機などの装置で行われる。 In addition, kneading | mixing mixing is performed with apparatuses, such as a hot roll, a kneader, and a biaxial kneader.
高分子抵抗体5の厚みは、特に限定されるものではないが、柔軟性、材料コスト、適正な抵抗値、加重が加わった時の強さの点で20〜200μmが適切であり、望ましくは30〜100μmがよい。
The thickness of the
次に、フィルム状に成型され、Tダイから押し出された高分子抵抗体5は、予め作製された線条電極3を取り付けた電気絶縁性基材2の線条電極3の存在する面とラミネータにより熱融着されて貼り合わされる。以上のようにして面状発熱体1が完成する。
Next, the
線条電極3と高分子抵抗体5、電気絶縁性基材2と高分子抵抗体5は、それぞれ熱融着により接合されることにより、線条電極3は電気絶縁性基材2と高分子抵抗体5との間に電気的に接続された状態で配置されている。
The
高分子抵抗体5は、柔軟性のあるシートまたはフィルムとすることにより、面状発熱体1に外力が加わっても電気絶縁性基材2と同様に高分子抵抗体5自体が外力に応じて伸びや変形を起こすので高分子抵抗体5の亀裂や破断などの破損が防止され、優れた耐久性を実現する。
The
また、高分子抵抗体5をシートまたはフィルム状に形成することにより、印刷膜の高分子抵抗体よりもその膜厚を厚くすることができ、線条電極3との電気的接続および機械的接合の信頼性が高くなる。
Further, by forming the
さらに、連続で押出成型される高分子抵抗体5を線条電極3が取り付けられた電気絶縁性基材2に貼り合わせながら接着加工できるので生産性に優れ、低コストが実現できる。
Furthermore, since the
また、高分子抵抗体5は、電気絶縁性基材2よりも伸びが同等かそれ以上とすることが好ましい。高分子抵抗体5の伸びを電気絶縁性基材2と同等かそれ以上とすることにより、機械的強度の強い電気絶縁性基材2が外力による伸びや変形を規制することができるの
でより優れた耐久性、信頼性が得られる。
The
また、高分子抵抗体5を電気絶縁性基材2と線条電極3上に配置することにより、予め線条電極3が取り付けられた電気絶縁性基材2に高分子抵抗体5を貼り付ける製法を採用することができる。この製法によれば、成型直後の高分子抵抗体5は温度が高い状態であるので容易に、かつ強固に線条電極3と電気絶縁性基材2に接着される。その結果、電気的接続、機械的接合が安定して得られる。
Moreover, the
さらに、高分子抵抗体5を線条電極3に熱融着することにより、線条電極3の周囲に高分子抵抗体5の材料が移行し、線条電極3と高分子抵抗体5は点接着ではなく、面接着とすることができる。その結果、線条電極3と高分子抵抗体5の機械的接合と電気的接続が強固になり、面状発熱体1として電気的、機械的に安定したものが得られる。
Further, by thermally fusing the
以上のように構成された面状発熱体1は、座部6や背もたれ7に、電気絶縁性基材2が表面側になるように配置して用いることが好適である。すなわち、電気絶縁性基材2によるクッション性で線条電極3の厚みや固さによる凹凸間が座面で感じられず、着座感や背もたれ感を損なうことがない。
The
表1に、カーボンブラックのみを添加した場合(No.1、2)、グラファイトのみを添加した場合(No.3、4)、2種類のカーボンブラックと1種類のグラファイト(No.5、6)、1種類のカーボンブラックと2種類のグラファイト(No.7)、及び2種類のカーボンブラックと2種類のグラファイトを添加した場合(No.8)を示す。この結果より、以下のことが導き出される。 In Table 1, when only carbon black is added (No. 1, 2), when only graphite is added (No. 3, 4), two types of carbon black and one type of graphite (No. 5, 6) One type of carbon black and two types of graphite (No. 7), and two types of carbon black and two types of graphite are added (No. 8). From this result, the following can be derived.
すなわち、カーボンブラックのみ、グラファイトのみでは変化倍率(50℃の抵抗値/20℃の抵抗値)が2未満となる(No1〜4)。しかし、平均粒子径の比が3倍のカー
ボンブラックとグラファイトを混合添加させたもの(No.5、6)、平均粒子径の比が11倍のグラファイトとカーボンブラックを混合添加させたもの(No.7)、平均粒子径の比が3倍のカーボンブラックと平均粒子径の比が11倍のグラファイトを混合添加させたもの(No.8)では、変化倍率が3前後となる。なお、No.7、8の変化倍率はNo.5、6のそれより小さくなっているが、これは抵抗値が低下したためであると考えられ、変化倍率を低下させる効果が小さいわけではない。また、別の試験では、平均粒子径の比が小さいものは変化倍率は2未満の小さいものであった。
That is, the change magnification (resistance value at 50 ° C./resistance value at 20 ° C.) is less than 2 (
本発明による面状発熱体は、構成が簡素で、PTC特性に特に優れる。この面状発熱体は、例えば連続した曲面や平面の組み合わせ等のある器具の表面形状に装着可能であるため、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電気床暖房などの器具に適用できる。また、生産性に優れ低コストが図れるので応用商品の適用範囲が拡大される。 The planar heating element according to the present invention has a simple configuration and is particularly excellent in PTC characteristics. Since this planar heating element can be mounted on the surface shape of an appliance having, for example, a continuous curved surface or a combination of flat surfaces, an automobile floor, a handle, and other electric floor heating that requires heating as a heater for heating, etc. Applicable to any apparatus. In addition, since the productivity is excellent and the cost can be reduced, the application range of applied products is expanded.
1 面状発熱体
2 電気絶縁性基材
5 高分子抵抗体
DESCRIPTION OF
Claims (7)
Priority Applications (1)
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2007
- 2007-11-07 JP JP2007289479A patent/JP2009117199A/en active Pending
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