JP2009140735A - 高分子発熱体 - Google Patents

Abstract

【課題】製品廃棄時にも易環境性を考慮しつつ、かつ長期信頼性を必要とされる用途にも使用可能となる耐熱性や強度の高いバイオプラスチックを用いて高分子発熱体を提供することを目的とするものである。
【解決手段】ベース側基材２とカバー側基材３に狭持してなる一対の電極４，４’と、この一対の電極間に形成されたＰＴＣ特性を有する高分子抵抗体５とを備えた高分子発熱体において、前記ベース側基材２及び前記カバー側基材３の少なくとも一方が融点２００℃以上のバイオプラスチックを有する高分子発熱体１であって、耐熱性及び強度の高いものとすることが可能となり、廃棄の際には、生分解性機能があるために、速やかに分解させることが可能であることから、環境面でも優れたものとなる。
【選択図】図１

Description

本発明は、高分子抵抗体のジュール熱を利用した高分子発熱体に関し、更に詳しくは、長期信頼性を有し、かつ低コストで作成できる高分子発熱体に関するものである。

従来から面状発熱体の発熱部として、カーボンブラックや金属粉末、グラファイトなどの導電性物質を樹脂に分散して得られたものが知られている。

なかでも導電性物質と樹脂との組合せにより、自己温度制御機能を示すＰＴＣ発熱体（正の抵抗温度特性を意味する英語Ｐｏｓｉｔｉｖｅ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔの略を意味する）を用いた場合には、温度制御回路が不要となり、部品点数を少なくできるなど、メリットのあるデバイスとして知られている。

これらの構成は、図３に示すように、セラミックや絶縁処理された金属板など、筺体構造としての機能を有するベース材２１上に、導電性インキ組成物を印刷、あるいは塗布して得られる電極２２と、これにより給電される位置に抵抗体インク組成物を印刷、あるいは塗布して得られる抵抗体２３を設け、さらに電極２２及び抵抗体２３を被覆するカバー材２３とから発熱体２５を形成していた。

電極２４及び抵抗体２５は、ベース材２２やカバー材２３により外界から隔離されるため、長期信頼性を付与されることとなる。ベース材２２やカバー材２３の間にさらに接着層を別途設けた場合も種々提案されている。

従来から、印刷により高分子抵抗体を形成してこれを発熱体として用いた例としては、露・霜除去用として自動車のドアミラーや洗面台のミラー、床暖房器具等がある（例えば特許文献１参照）。
特開２００２−３７１６９９号公報

近年家電製品を始め、パソコンや自動車に関しても環境配慮型商品としての重要性が謳われており、ヒータ関連商品に関してもできうる限り環境を考慮した材料への代替化を推進することが望ましい。

一方植物原料由来のバイオプラスチックを用いたフィルムや繊維の開発が活発に行われているが、従来品では、生分解性ゆえに、耐熱性や強度などの点で石油系由来の従来樹脂に比較して劣る場合が多く、長期耐久性を要求されるような製品への展開はできなかった。

本発明は、製品廃棄時にも易環境性を考慮しつつ、かつ長期信頼性を必要とされる用途にも使用可能となる、耐熱性や強度の高いバイオプラスチックを用いて高分子発熱体を提供することを目的とするものである。

前記従来の課題を解決するための本発明の高分子発熱体は、ベース側基材とカバー側基材に狭持してなる一対の電極と、該一対の電極間に形成されたＰＴＣ特性を有する高分子抵抗体とを備えた高分子発熱体において、前記ベース側基材及び前記カバー側基材の少な
くとも一方が融点２００℃以上のバイオプラスチックを有するものである。

このように、耐熱性や強度を改善したバイオプラスチックを用いることにより、高分子発熱体への使用を可能とするものである。耐熱性を発現する手法としては、東セロ社製の植物原料由来のバイオプラスチックを用いることができる。

本発明の高分子発熱体は、植物原料由来のバイオプラスチックで作成した発熱体であり、かつ耐熱性及び強度の高いデバイスを提供することが可能となる。さらに製品を廃棄した際には、生分解性機能があるためにこれら一部は速やかに分解させることが可能であることから環境性に優れたデバイスとなるものである。

第１の発明は、ベース側基材とカバー側基材に狭持してなる一対の電極と、この一対の電極間に形成されたＰＴＣ特性を有する高分子抵抗体とを備えた高分子発熱体において、前記ベース側基材及び前記カバー側基材の少なくとも一方が融点２００℃以上のバイオプラスチックを有するものであり、耐熱性に優れ、かつ廃棄時にも環境に考慮した高分子発熱体を提供できる。

第２の発明は、第１の高分子発熱体において、バイオプラスチックが、ポリ乳酸を含むものであり、樹脂原料が比較的安価にかつ安定して入手できるため、高品質でコストを抑えた高分子発熱体を提供できる。

第３の発明は、特に第２の高分子発熱体において、ポリ乳酸が、Ｌ乳酸とＤ乳酸の混合により形成されるものであり、化学的にも機械的にも安定したフィルムを比較的容易に作成することができ、信頼性の高い高分子発熱体を得ることができる。

第４の発明は、特に第１〜第３のいずれか１つの発明の高分子発熱体において、バイオプラスチックが、難燃剤を含むものであり、容易な工法で安全性を向上させた高分子発熱体を作成できる。

第５の発明は、特に第４の発明の高分子発熱体において、２００℃以下における重量変化率が０．５％以下となる難燃剤成分を含む難燃剤を用いることによって、基材と共に難燃剤の耐熱性も考慮することにより、劣化反応を長期的に抑制することができる最適な高分子発熱体を提供することができる。

第６の発明は特に第１〜第５のいずれか１つの発明の高分子発熱体において、カバー側基材の電極及び高分子抵抗体を被覆する側の面に、共重合ポリエステル樹脂からなる接着層を設けることにより、抵抗体や電極との接着性、密着性に優れるため、抵抗体や電極は容易に酸素に触れることがなく、良好な発熱特性を有する高分子発熱体を長期に渡り提供することができる。

第７の発明は、特に第１〜第６のいずれか１つの発明の高分子発熱体において、ベース側基材及びカバー側基材の少なくとも一方が、ポリエステル系フィルム層とバイオプラスチック層の少なくとも一方の層を複数層含有してなるものであり、ポリエステル層／バイオプラスチック層／ポリエステル層、あるいはバイオプラスチック層／ポリエステル層／バイオプラスチック層といったサンドイッチ構成とすることにより、酸素遮断性を更に向上することができ、長期間高温使用しても信頼性の高い高分子発熱体を提供することができる。

第８の発明は、特に第１〜第７のいずれか１つの発明の高分子発熱体において、ベース側基材及びカバー側基材の少なくとも一方が、不織布あるいは織布からなる繊維層とバイオプラスチック層を有するフィルム層を積層してなり、柔軟性、快適性に優れた高分子発熱体を得ることができる。

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、この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、高分子発熱体１は、電気絶縁性のベース側基材２とカバー側基材３とに狭持された一対の電極４，４’及び、高分子抵抗体５を含む。

ベース側基材２、カバー側基材３としては、Ｄ型乳酸とＬ型乳酸を１：１で加熱混練してＴダイ成形して得られた厚み１００μｍのフィルムを用いた。このフィルムに関して融点を測定したところ、２１０℃であった。

電気的に正側と負側となる一対の電極４，４’は、ベース側基材２に導電性ペーストを印刷、乾燥することによって形成した。

導電性ペーストは共重合ポリエステル樹脂中に導電性付与材として銀粉末を分散したものを使用している。

また、高分子抵抗体５は正抵抗温度特性を有し、エチレン酢酸ビニル共重合体とカーボンブラックの混練物をペースト化したものを、電極４，４’が形成された面に印刷、乾燥して形成したものである。

電極４，４’は、相対向するように幅の広い一対の主電極部と、それぞれの主電極部から交互に相手側の主電極部に向かって複数の枝電極部を導出した櫛形形状になっており、これに重なるように抵抗体を配設することにより、多数の枝電極部より給電すると抵抗体に電流が流れ発熱するようになっている。

電極４，４’および高分子抵抗体５をカバー側基材３により被覆し、発熱体周囲を封止することにより高分子発熱体１を得た。なお封止の様子は図示していない。

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。

すなわち、高分子抵抗体５は高分子発熱体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。また従来の線条のヒータに比べて、ＰＴＣ特性を有する高分子発熱体１は速熱性と省エネ性とを発揮することができる。

バイオプラスチックの耐熱性を確認するために、８０℃における耐久性を評価したところ、８０℃で１５，０００時間まで抵抗値変化が生じないことを、また８０℃以上での加速試験の実施により、抵抗体の抵抗値はその後、高抵抗側に徐々に変化することを確認し、実使用でのレベルにおいて極めて長時間の耐久性を示すことが明らかとなった。

（実施の形態２）
図２において、高分子発熱体１１は、電気絶縁性のベース側基材１２とカバー側基材１３とに狭持された一対の電極１４，１４’及び、高分子抵抗体１５、接着層１６を含む。

ベース側基材１２、カバー側基材１３としては、Ｄ型乳酸とＬ型乳酸を１：１で加熱混練してＴダイ成形して得られた厚み１００μｍのフィルムを用いた。このフィルムに関して融点を測定したところ、２１０℃であった。

電気的に正側と負側となる一対の電極１４，１４’は、ベース側基材１２に導電性ペーストを印刷、乾燥することによって形成した。導電性ペーストは共重合ポリエステル樹脂中に導電性付与材として銀粉末を分散したものを使用している。

また、高分子抵抗体１５は正抵抗温度特性を有し、エチレン酢酸ビニル共重合体とカーボンブラックの混練物をペースト化したものを、電極１４，１４’が形成された面に印刷、乾燥して形成したものである。

電極１４，１４’は、相対向するように幅の広い一対の主電極部と、それぞれの主電極部から交互に相手側の主電極部に向かって複数の枝電極部を導出した櫛形形状になっており、これに重なるように抵抗体を配設することにより、多数の枝電極部より給電すると抵抗体に電流が流れ発熱するようになっている。

接着層１６として、融点１０７℃の飽和共重合ポリエステル樹脂を５０μｍの厚みになるように、カバー側基材１３にＴダイ押出し法にて熱融着によって積層したものである。接着層１６側が、電極１４，１４’および高分子抵抗体１５を被覆するようにラミネート加工した。

主電極間を１５０ｍｍとし、枝電極どうしの間隔が１０ｍｍになるようにし、高分子発熱体１１を得た。得られた高分子発熱体に直流１３．５Ｖ印加時の表面温度は４２℃であった（外気温度２０℃）。

バイオプラスチックの耐熱性を確認するために、８０℃における耐久性を評価したところ、８０℃で１4，０００時間まで抵抗値変化が生じないことを、また８０℃以上での加速試験の実施により、抵抗体の抵抗値はその後、高抵抗側に徐々に変化することを確認し、実使用でのレベルにおいて極めて長時間の耐久性を示すことが明らかとなった。

（実施の形態３）
本発明の実施の形態３における高分子発熱体としては、実施の形態２と同様の構成を有するものを下記に示すような方法で作成した。

ベース側基材１２、カバー側基材１３としては、Ｄ型乳酸とＬ型乳酸の１：１配合品に、難燃剤を１０重量パーセント、難燃性助剤としてテフロン（登録商標）微粉末を０．３重量パーセント加え加熱混練を行い、Ｔダイ押し出しにより８０μｍの厚みのフィルムを得た。

このとき用いた難燃剤は、アデカ社製ＦＰ−２２００であり、ＴＧ分析したところ、２００℃における熱重量変化率は０．５％以下であった。

また、この難燃剤を含有したフィルムに関して融点を測定したところ、２１０℃であった。

接着層１６は、融点１４５℃の飽和共重合ポリエステル樹脂を５０μｍの厚みになるように、カバー側基材１３にＴダイ押出し法にて熱融着によって積層したものである。それ以外の材料、構成、工法は実施の形態２と同一とした。

主電極間を１５０ｍｍとし、枝電極どうしの間隔が１０ｍｍになるようにし、高分子発熱体１１を得た。

得られた高分子発熱体に直流１３．５Ｖ印加時の表面温度は４２℃であった（外気温度２０℃）。

バイオプラスチックの耐熱性を確認するために、８０℃における耐久性を評価したところ、８０℃で１３，０００時間まで抵抗値変化が生じないことを、また８０℃以上での加速試験の実施により、抵抗体の抵抗値はその後、高抵抗側に徐々に変化することを確認し、実使用でのレベルにおいて極めて長時間の耐久性を示すことが明らかとなった。

（実施の形態４）
本発明の実施の形態４における高分子発熱体としては、実施の形態２と同様の構成を有するものを下記に示すような方法で作成した。

ベース側基材１２、カバー側基材１３としては、Ｄ型乳酸とＬ型乳酸の１：１配合品に、難燃剤を１０重量パーセント、難燃性助剤としてテフロン（登録商標）微粉末を０．３重量パーセント加え加熱混練を行い、Ｔダイ押し出しにより８０μｍの厚みのフィルムをポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）フィルムの片面に作成したものを用いた。難燃剤の種類は実施の形態３で用いたものと同一である。

主電極間を１５０ｍｍとし、枝電極どうしの間隔が１０ｍｍになるようにし、高分子発熱体１１を得た。得られた高分子発熱体に直流１３．５Ｖ印加時の表面温度は４２℃であった（外気温度２０℃）。

バイオプラスチックの耐熱性を確認するために、８０℃における耐久性を評価したところ、８０℃で１６，０００時間まで抵抗値変化が生じないことを、また８０℃以上での加速試験の実施により、抵抗体の抵抗値はその後、高抵抗側に徐々に変化することを確認し、実使用でのレベルにおいて極めて長時間の耐久性を示すことが明らかとなった。

（実施の形態５）
本発明の実施の形態５における高分子発熱体としては、実施の形態２と同様の構成を有するものを下記に示すような方法で作成した。

ベース側基材１２、カバー側基材１３として、ポリエチレンテレフタレート繊維を交絡させた不織布上に、Ｄ型乳酸とＬ型乳酸を１：１で加熱混練してＴダイ成形して得られた厚み１００μｍのフィルムを成形したものを用いた。

主電極間を１５０ｍｍとし、枝電極どうしの間隔が１０ｍｍになるようにし、高分子発熱体１１を得た。

得られた高分子発熱体に直流１３．５Ｖ印加時の表面温度は４２℃であった（外気温度２０℃）。

バイオプラスチックの耐熱性を確認するために、８０℃における耐久性を評価したところ、８０℃で１３，０００時間まで抵抗値変化が生じないことを、また８０℃以上での加速試験の実施により、抵抗体の抵抗値はその後、高抵抗側に徐々に変化することを確認し、実使用でのレベルにおいて極めて長時間の耐久性を示すことが明らかとなった。

以上のように、本発明にかかる発熱体は、高分子と導電性カーボンからなる高分子抵抗体と電極をベース側基材、カバー側基材でサンドイッチすると共に、ベース側基材及びカバー側基材の少なくとも一方に融点が２００℃以上のバイオプラスチックを設けることによって、長期信頼性を有する発熱体を低コストで提供可能となり、また量産性に優れた商品を提供できる。

（ａ）は本実施の形態１における高分子発熱体の構成を示す平面図、（ｂ）は（ａ）のＸ−Ｙ断面図 （ａ）は本実施の形態２における発熱体の構成を示す切り欠き平面図、（ｂ）は（ａ）のＸ−Ｙ断面図 （ａ）は従来の発熱体を示す平面図、（ｂ）は（ａ）のＸ−Ｙ断面図

符号の説明

１，１１ 高分子発熱体
２，１２ ベース側基材
３，１３ カバー側基材
４，４’，１４，１４’ 電極
５，１５ 高分子抵抗体
１６ 接着層

Claims (8)

1. ベース側基材とカバー側基材に狭持してなる一対の電極と、この一対の電極間に形成されたＰＴＣ特性を有する高分子抵抗体とを備えた高分子発熱体において、前記ベース側基材及び前記カバー側基材の少なくとも一方が融点２００℃以上のバイオプラスチックを有することを特徴とする高分子発熱体。
2. 前記バイオプラスチックが、ポリ乳酸を含む請求項１記載の高分子発熱体。
3. 前記ポリ乳酸が、Ｌ乳酸とＤ乳酸の混合により形成される請求項２記載の高分子発熱体。
4. 前記バイオプラスチックが、難燃剤を含む請求項１〜３のいずれか１項に記載の高分子発熱体。
5. 前記難燃剤において、２００℃以下における重量変化率が０．５％以下となる難燃剤成分よりなることを特徴とする請求項４に記載の高分子発熱体。
6. 前記カバー側基材の前記電極及び前記高分子抵抗体を被覆する側の面に、共重合ポリエステル樹脂からなる接着層を設けてなる請求項１〜５のいずれか１項に記載の高分子発熱体。
7. 前記ベース側基材及び前記カバー側基材の少なくとも一方が、ポリエステル系フィルム層とバイオプラスチック層の少なくとも一方の層を複数層含む請求項１〜６のいずれか１項に記載の高分子発熱体。
8. 前記ベース側基材及び前記カバー側基材の少なくとも一方が、不織布あるいは織布からなる繊維層とバイオプラスチック層を有するフィルム層を積層してなる請求項１〜７のいずれか１項に記載の高分子発熱体。