JP2009252675A - 面状発熱体 - Google Patents

Abstract

【課題】生産性に優れ、しかも許容電流が大きく、信頼性に優れた端子構成を持つ発熱体を提供する。
【解決手段】電気絶縁性基材２と、塗布乾燥してなる電極３と、電極３により電圧を印加して発熱する抵抗体４と、電極３とリード線７の電気的接合を行うための金属板５ａと金属板５ａの電極３と接合される面に形成された導電性樹脂材料５ｂとからなる端子５とを備え、端子５は電極３または導電性樹脂材料５ｂから発生する気体やかみ込んだ空気を排出する貫通孔１０を備えている。
【選択図】図３

Description

本発明は、面状発熱体の特にリード線と電極とを接合するための端子近傍の構成に関するものである。

従来の面状発熱体において、電極の端子にリード線を接合する態様としては、電極、抵抗体、及びリード線接続を行う面に半田をあらかじめ形成し、他方の面に導電性樹脂材料を形成してなる端子を含む面状発熱体全体を外装材で覆った後に外装材を熱溶融させて開口部を形成すると同時に、電極と端子とリード線とを同時に接合するものがあった（例えば特許文献１、２参照）。

図１０は前記公報に記載された従来の面状発熱体を示すものである。図１０に示すように、ポリエチレンテレフタレートフィルム１上に一対の電極２を配設し、正抵抗温度特性を有する抵抗体３を電極２上に配設してある。電極２の給電部分には端子４が形成されており、これらの電極２及び抵抗体４が形成された基板１の全体は、ポリエチレンテレフタレートフィルムに熱溶融性樹脂フィルムを積層した外装材６によって被覆されている。そして、端子４と電極２とは導電性樹脂材料を介して電気的接合を行っており、外装材６を貫通する穴に接合金属７、８の溶融相が充填され電気的及び物理的に接続した構成としてある。
特開２００５−１４９８７７号公報 特開２００５−３０２３０１号公報

しかしながら前記従来の面状発熱体では、端子の導電性樹脂材料を圧着するとともに熱を加えて硬化させる時に、端子と電極の間に空気をかみ込んだり、導電性樹脂材料または電極の硬化反応による生成成分や乾燥しきれなかった溶剤揮発成分に由来する気泡が発生したりすることで、端子と電極の間に気泡が残留し、端子と電極の間の電気的接合を阻害し、信頼性が低下する恐れがあった。

また、端子と電極との間の気泡は端子を大きくすればするほど発生する可能性が高くなるため、端子の外形を大きくすることができず、端子と電極との間の物理的接合力を強化しにくいという課題もあった。

本発明は、前記従来の課題を解決するものであり、電極と端子の間に気体がかみ込むまたは、気体が発生した場合であっても、電極と端子の間に気体が残留することがなく端子全体が良好な接合状態を保つ信頼性の高い面状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に電気絶縁性基材と、電源を供給するためのリード線と、電気絶縁性基材上に塗布乾燥してなる一対以上の電極と、電極とリード線の電気的接合を行うための金属板と金属板の電極と接合される面に形成された導電性樹脂材料とからなる端子と、電極により電圧を印加して発熱する抵抗体とを備えた面状発熱体において、電極と導電性樹脂材料との間の気体を除去する気体除去手段を備えている。

したがって、電極と端子の間に気体がかみ込むまたは、気体が発生した場合であっても
、気泡として電極と端子の間に溜まることがなく端子全体が良好な接合状態を保つ面状発熱体の端子構成を提供することができる。

本発明の面状発熱体によれば、電極と端子の間に気体がかみ込むまたは、気体が発生した場合であっても、気泡として電極と端子の間に溜まることがなく端子全体が良好な接合状態を保つ面状発熱体の端子構成を提供することができる。

第１の発明は、電気絶縁性基材と、電源を供給するためのリード線と、電気絶縁性基材上に塗布乾燥してなる一対以上の電極と、電極とリード線の電気的接合を行うための金属板と金属板の電極と接合される面に形成された導電性樹脂材料とからなる端子と、電極により電圧を印加して発熱する抵抗体とを備えた面状発熱体において、電極と導電性樹脂材料との間の気体を除去する気体除去手段を備えている。電極と端子の間に気体がかみ込むまたは、気体が発生した場合であっても、気泡として電極と端子の間に溜まることがなく端子全体が良好な接合状態を保つ面状発熱体の端子構成を提供することができる。

第２の発明は、気体除去手段は少なくとも金属板に設けられた貫通孔を経由して気体を放出する構造となっている。これにより電極または導電性樹脂材料から発生する気体あるいは端子貼り付け時にかみ込んだ気体は近傍にある貫通孔を通り排出することが可能である。また、端子を所定の外形に切断する際に同時に孔を形成することが可能であり、任意の部位に簡便に実現することができる。

第３の発明は、気体除去手段は、少なくとも金属板に設けられたスリットを経由して前記気体を放出する構造となっている。スリットで気体除去手段を形成するため、溝の面積はほぼ無いに等しく、同一端子面積で最大の接着面積を確保することができる。さらに、貫通孔を形成する第２の発明に比べ、貫通孔部分を端子から除去する必要が無く簡便に製造可能である。

第４の発明は、気体除去手段は、少なくとも金属板に設けられた少なくとも１つ以上の外周から延長された貫通溝を経由して気体を放出する構造となっている。これにより、気体を除去できるだけでなく端子の剛性を下げ端子を取り付ける基材に柔軟に対応することができる柔軟性を付与できる。さらに、端子の外形抜きと同時に不必要な部位を除去することができるため簡便に製造可能である。

第５の発明は、少なくとも金属板に設けられた多数の微細な貫通孔を経由して気体を放出する構造となっている。これにより、端子全体から均一に気体を排出することが可能であるだけでなく、柔軟性が増すため基材の変化に柔軟に追従することができる。さらに、貫通孔を微細としたことで端子とリード線の電気的接合時に用いる半田はこの貫通孔を通過することができず、端子とリード線の電気的接合を阻害することなく、気体を除去できる。

第６の発明は、気体除去手段は、導電性樹脂材料と電極の間に網目状の導電体の空隙を経由して気体を放出する構造となっている。端子を熱圧着するのと同時に導電性樹脂材料が網目状の導電体に食い込んでいくため、導電性樹脂材料は端子と電極の間にあった空気や反応した気体を押し出しながら電極に達し、接着をする。そのため、導電性樹脂材料と電極の間には反応により発生した気体による気泡が出来ることはなく、残った気体も網目の凹凸を通じて排出される。同時に、導電性樹脂材料は網目状の導電体の網目に食い込んでいくため、完全に一体となり、第２から第５の発明に比べ信頼性が格段に高い。さらに、網目状の導電体としたことで端子と電極の接触抵抗を低く抑えることができる。

第７の発明は、気体除去手段は、導電性樹脂材料と電極の間に設けられた空隙溝を経由して前記気体を放出する構造となっている。これにより、端子を熱圧着する際に圧着されるのは空隙溝の凸部のみとなり、空隙溝の凹部は電極とほとんど接着しない。そのため、端子と電極の間にかみこんだ気体や、導電性樹脂材料または電極から発生する気体は凹部の経路を通じて排出されることとなる。

第８の発明は、空隙溝は、導電性樹脂材料または電極を配さない部位を少なくとも１箇所以上設けている。端子の熱圧着時にも空隙溝は熱板にふさがれることが無いため、確実に気体を排出可能である。さらに、製造方法としては端子の外形を変更することがないため、細かで高度な切断加工無しで実現でき簡便である。

第９の発明は、導電性樹脂材料に添加された吸着材料により気体を吸着する構造となっている。端子の熱圧着時に導電性樹脂材料や電極から発生した気体は添加した吸着材料に吸着され、気体状態でなくなるため１分子あたりの体積を小さくすることができ、気泡として端子と電極の間に溜まることがなくなる。そのため、気泡が溜まることで端子と電極との間の接合が悪化する面積を極めて小さくすることが可能である。吸着材料を導電性樹脂材料に添加するだけで端子と電極の間に気泡が溜まることが無くなるため、端子と電極の接触面積は減少することがなく、さらに端子の剛性も変化しないため端子を電極に貼り付ける際の加工性の低下もない。

第１０の発明は、気体除去手段は、多孔質材料により形成される電気絶縁性基材を経由して前記気体を放出する構造となっている。これにより、端子を熱圧着する時、電気絶縁性基材面から気体を排出することが出来る。さらに、多孔質材料を用いることで電気絶縁性基材に凹凸が設けられることとなり、凹凸による電気絶縁性基材面に平行方向への貫通孔も同時に具備することとなる。第１から第９の発明と併せて適用することでより気体を排出する効果が増す。

第１１の発明は、リード線と端子の接合部は、気体除去手段を避けて配設してある。これにより、リード線接合を平滑面で行うことができ、リード線と端子との接合の信頼性を低下させることなく気体を排出可能となる。さらに、リード線接合に半田を用いた場合、貫通孔や貫通溝は熱抵抗の働きを同時に持つため、リード線接合部位から見て端子の貫通孔以遠の部位は端子と電極の接合状態を良好に保つことができ、信頼性がより高まる。

（実施の形態１）
図１から図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は図１における端子部近傍のＡ−Ａ断面図、図３は実施の形態１における端子部近傍のＢ部拡大平面図である。

図１において、面状発熱体１は、ポリエチレンテレフタレート等の比較的弾力性のある電気絶縁性基材２上に一対の電極３と、電極３に重なるように高分子抵抗体４を印刷・乾燥し、上記電極３、高分子抵抗体４、及び電気絶縁性基材２の上に共重合ポリエステル系接着剤等の接着性樹脂層１０を予め形成したポリエチレンテレフタレート等の電気絶縁性被覆材９を貼り合わせて形成している。

高分子抵抗体４はＰＴＣ特性を有し、温度が上昇すると高分子抵抗体４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１としての機能を有するようになる。この種のＰＴＣ特性を持つ面状発熱体１は一般に、速熱性を得るために大きな突入電流を必要とするため、給電部である端子５には大きな電流が流れることとなる。

この端子５は銅箔にスズめっきを施した金属板５ａと導電性樹脂材料５ｂからなっている。電極３の給電部分に接する面に導電性樹脂材料５ｂを印刷・乾燥により形成してあり、導電性樹脂材料５ｂは電極３に対して熱接着性を示すとともに熱硬化性としてあり、共重合ポリエステルに導電性付与材として銀粉末を分散し、さらに、硬化剤としてイソシアネートを適量添加して作製された導電性ペーストを使用している。端子５の外形としては１０ｍｍ×２０ｍｍの略長方形としてあり、長辺方向のリード線７を接合しない側には４個のφ２．０ｍｍの貫通孔１０があけられている。この段階の導電性樹脂材料５ｂは、イソシアネートによる硬化反応が生じないように硬化反応抑制のためのブロッキングイソシアネートを適量添加してあるので、低温で乾燥してやれば熱可塑性を保持している。イソシアネート硬化反応温度以上に加熱しつつ、加圧すれば電極３との熱融着することになり、この導電性樹脂材料５ｂによって電極３と端子５の間は電気的及び物理的に接合されることとなる。この場合、特に、電極３に導電性樹脂材料５ｂと同種の樹脂および同種の金属粉末を使用すると熱融着性は極めて良く、十分な熱融着強度および低接触抵抗が得られるようになる。

ここで、加工工程の順序としては、まず、ポリエチレンテレフタレート等の電気絶縁性基材２をロール状に作成したものに、銀ペーストの印刷・乾燥により一対の電極３を形成する。次に、電極３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４を形成し、電気絶縁性基材２上の高分子抵抗体４と電極３とこの電極３に給電する端子５を電極３上に置き、端子５の導電性樹脂材料５ｂと電極３を導電性樹脂材料５ｂの熱硬化反応とともに熱溶着した後、電気絶縁性被覆材９を接着性樹脂層１０を介して覆った後、レーザー等で電気絶縁性被覆材９に開口部を端子５に形成された貫通孔１０を避けるように形成し端子５を露出させた後、開口部にてリード線８を端子５と半田等による溶着によって接続する。

端子５は電気絶縁性基材２と電極３および電気絶縁性被覆材９に挟まれ、かつ接着性樹脂層１０により一体とする構成となっているため、端子５と電極３との間に機械的な固定をする構成となっており、電気用品安全法に準拠した高安全性の構成を実現することが可能となっている。

また、印刷可能な電極３の材料はほとんど半田６接続が不可能であるが、金属板５ａにスズめっき銅箔を用い、導電性樹脂材料５ｂを介することで、端子５と電極３を面接合しながら、端子５に半田６接続が可能となる。そして、上述の接続方法によれば、導電性樹脂材料５ｂは薄肉の面状に形成することによって接合抵抗値を極めて低くすることができるため、大電流を流すことができ、また、面状に接合することによって十分な強度を確保できるようになる。

従って、複雑な電極３パターンを描け、柔軟性にも優れる半面、半田６接続が不可能な場合が多い印刷によって形成された電極３であっても、半田６によってリード線７を形成することを可能にするものであり、生産性に極めて優れていると同時に、電気的にも物理的にも極めて強固な接合であり、高電流に耐え、高信頼性である。さらに、電源電圧が低いために多くの電流が必要とされる場合や、速熱性を得るために大きな突入電流を必要とする正抵抗温度特性を有する発熱体を形成する場合には、極めて有用である。

端子５を熱硬化反応とともに熱溶着する工法としては熱板で端子近傍全体に外部から熱を加える方法や誘導加熱や高周波溶着等で導電性の高い金属板５ａのみを加熱する方法などがある。

例えば外部から加熱する場合、電気絶縁性基材２にポリエチレンテレフタレートを用い
、導電性樹脂材料５ｂの硬化剤としてイソシアネートを使用するとポリエチレンテレフタレートの熱収縮開始温度は約１８０℃からであり、導電性樹脂材料５ｂのイソシアネート硬化反応は約１５０℃から開始する。導電性樹脂材料５ｂを完全に熱硬化反応させるとともに熱溶着させ、かつ電気絶縁性基材２と電気絶縁性被覆材９を一定以上熱収縮と熱収縮にともなう変形をさせない条件としては電気絶縁性基材２、電極３、端子５のそれぞれの厚みにも依るが、外部加熱用の熱板温度を１５０℃から２５０℃程度とし、５秒から３０分程度圧着する必要がある。

次に、端子５と電極３の間に発生する気体とその排出過程について述べる。端子５を電極３に貼り付ける際、端子５を電気絶縁性基材２上の電極３に完全に追従させて置くことは難しく、端子５と電極３の間に少量の空気をかみ込む。次に熱圧着時には、例えば導電性樹脂材料５ｂの硬化剤としてイソシアネートとその抑制剤としてブロッキングイソシアネートを用いたとすると、硬化反応はブロッキングイソシアネートが外れる脱オキシム反応であり、反応ガスが導電性樹脂材料５ｂまたは電極３から生成される。また、印刷時の乾燥が不十分な場合、電極３や導電性樹脂材料５ｂを印刷して形成する際の溶剤も同時に蒸散する。

このかみ込んだ空気や反応ガスは熱圧着による圧力によって端子５に形成した貫通孔１０または端子５の外周へ押出されていくこととなる。必要な貫通孔１０の数は端子５の外形、大きさと熱圧着時間にもよるが、例えば５ｍｍ四方に１箇所程度配置すればよい。

従来の方法では、かみ込んだ空気や熱圧着時の反応ガスは端子５の外周からのみ排出されるため熱圧着時間を延長するか、端子５の外形を小さくするという対策をとっていた。しかしながら、熱圧着時間の延長は効率的な生産方法とは言えず、端子５の外形を小さくすることは即ち電極３との接着強度を下げることと同意であり、信頼性が低下してしまう。さらに、熱圧着の温度、時間が不十分な場合、反応ガスは端子５と電極３の間に残り、気泡となり、気泡部分では端子５と電極３は接着していない状態となってしまう。よって、気泡の発生は端子５の接触抵抗の上昇、並びに接着強度の低下を意味する。本発明により貫通孔１０を適切に設けることで気体の放出が可能となり、熱圧着時間の短縮による生産性向上と、端子５の外形を大きくすることによる高信頼性の確保を同時に実現可能となる。

さらに、貫通孔１０は上述の通り、ある面積あたりに１箇所必要であるのだが、貫通孔１０を略円形に飛び飛びに配置しているため、端子５の剛性はほとんど変化せず、端子５を電極３に貼付ける際に折れ曲がる恐れは少なく、従って生産性の低下は引き起こさない。

端子５の外形及び貫通孔１０を形成する際には一般にトムソン加工が用いられる。トムソン加工を用いた場合、端子５の片面から刃を入れるため、その逆面にはバリが出来る。特に角の有る切断を行う部位では深いバリが発生しやすい。貫通孔１０を略円形にすることでそのバリ深さを低減できるため、端子５の熱圧着時に電極３または熱板を傷つける心配が減る。もちろん、貫通孔１０の径を大きくとれば傷をつける可能性が低くなり、なお良い。さらに、端子５の外周にもＲを取るとなお良い。

次に、半田６によるリード線７と端子５との接合について述べる。簡便な品質管理状況において半田６は濡れ性の良好な開口部でのみ広がり、電気絶縁性被覆材９に覆われているため濡れ性の悪い開口部の外側にはみ出ることは無い。

半田６を配設する際の熱により電気絶縁性基材２や電気絶縁性被覆材８、端子５、電極３はそれぞれ別々の温度係数で熱膨張・収縮し、熱溶着させた端子５と電極３との間の接
着強度が小さくなることがある。特に、本実施の形態のように電気絶縁性基材２や電気絶縁性被覆材８にポリエチレンテレフタレート等の樹脂材料を用いた場合、金属である金属板５ａと電気絶縁性基材２、電気絶縁性被覆材８との間の熱膨張率は大きく異なり、内部応力がかかるため、半田６の周辺の端子５と電極３との間の接着強度は小さくなる。

しかしながら、貫通孔１０を適切に配置したことにより熱は貫通孔１０を遠回りするように熱伝導するため、半田６の作業による熱影響は開口部までとなり、開口部から遠い導電性樹脂材料５ｂと電極３との間は半田６の熱影響を受けることはなくなり、面状の十分な接着強度を保つことができる。このような半田６の熱影響を考慮すると、端子５は開口部の約２倍程度の面積が必要である。この時、半田６を形成する際に熱を加えられるため、電極３または導電性樹脂５ｂに硬化反応ガスによる気泡発生の懸念が考えられるが、本実施の形態では貫通孔１０を設けたため、気体を放出することができ、その懸念は無い。

一方、半田６を配設する場所には貫通孔１０を設けていない。半田部位に貫通孔１０が無い場合、半田６を平滑面で行うことができるため、作業性及び半田６の濡れ性が良く、さらにリード線８と端子５との接合の信頼性を低下させることが無いというメリットが有る。例えば、半田６の信頼性試験として高温と低温を繰り返し与えるヒートショック試験時には急峻な熱膨張収縮が端子５と半田６の間にかかり、その材料の違いによる熱膨張収縮の差に相当する応力が半田６にかかる。平滑面に半田６を設けていれば半田６全体でこの応力を受けることとなるが、もしも貫通孔１０の上に半田６を載せたとすると、貫通孔１０と端子５との境界で半田６に集中応力が加わりやすくなり半田６がクラックを起こす可能性があり、信頼性の低下につながる。本実施の形態１ではこのような懸念は無く、良好な半田６状態を保つことが出来る。

半田６を配設する貫通孔１０を空けていない部位では端子５と電極３の間に気泡が溜まりやすく、接着強度の低下を引き起こすが、前述の通り、半田６の作業時に半田６を配設する近傍の端子５と電極３との間の接着強度は低下する。そのため、端子５と電極３の接合は半田６の熱影響の無い部位と考えると半田６を配設する部位に貫通孔１０を配設する必要は無いといえる。端子５と半田６の接合部と、端子５と電極３の接合部を分けて配設すると考えることでそれぞれの接合を妨げない構成としてある。

また、半田６を行う際には、半田６直下付近にのみ熱が加わるように、電気絶縁性基材２の下にはアルミ等熱伝導率の高い物質でできた均熱板を置き、電気絶縁性被覆材９の上には半田作業性を低下させない程度に端子５近傍を覆い、下に置いた均熱板と電気絶縁性基材２との間に高い密着性を付与するようにし、半田作業を行うことで半田６による端子５と電極３との接着状態への熱影響をより小さくすることができる。

さらに、本実施の形態１では電気絶縁性基材２にポリエチレンテレフタレートを用いて説明を行ったが、電気絶縁性基材２に不織布などの多孔質材料を用いることで電気絶縁性基材２側にも気体を排出可能な空隙を設けることができる。同時に、柔軟性が増し、端子５への追従性が増し、急峻な熱膨張収縮にも耐えうる端子構成となり、信頼性が高まる。

電気絶縁性基材２に柔軟性が増したことで、シートヒーターなどにも着座時の違和感なくこの面状発熱体を利用することができる。

なお、本実施の形態では貫通孔１０として略円形を仮定したが、長方形や三角形などの多角形やその他いかなる形状でも本発明の目的を発揮できる範囲であればどのような形状でもかまわない。

なお、本実施の形態では電気絶縁性被覆材９を面状発熱体1の電気絶縁性基材２全体を
覆うと仮定したが、他の方法で絶縁が取れる場合などにおいては配設しなくともよい。

（実施の形態２）
面状発熱体の形状としては実施の形態１と同様であり、実施の形態と同一図を用いる（図１から２）。図４は、本発明の実施の形態２における面状発熱体の端子部の平面拡大図を示す。気体除去手段の形状が実施の形態１と異なるもので、同一部分は同一番号を付して異なる部分のみを説明する。即ち、図４においては端子５の気体除去手段の形状をスリット１１としてある。

まず、スリット１１をあける製造方法について述べる。一般に、本実施の形態２で示すような薄肉の端子５を所定の形状にするにはシート状の端子５からトムソン加工にて外形抜きを行う。スリット１１形状のトムソン刃を作成することは直線状の刃を追加するのみであるため容易である。さらに加工時にはスリット１１が切り込み形状であるため面積がないことから、実施の形態１と違い、端子５から不要部分を除去する必要がなく製造方法が簡便である。

直線状にスリット１１をあけるためバリが出にくく電極または熱板を傷つけることがないのと同時に、連続した比較的一個あたりの周長が長いため、目詰まりすることがなく気体を排出しやすい。

また、スリット１１が切り込み形状であるためスリット１１の面積はほぼ無いに等しく同一端子面積で最大の接着面積を確保することができる。

スリットの方向としては、電流が多く流れる方向に平行にするとよい。例えば、本実施の形態２の場合には図１のように端子５の長辺方向に電流が多く流れる構造となっているため図４のごとく端子５の長辺方向に平行にスリットを入れている。

また、実施の形態１でも述べたようにスリット１１には半田６接合時の熱抵抗の効果も持つ。従って、半田６を端子５の長辺方向の端に接合すると仮定すると端子５の短辺方向に平行にスリット１１を入れると熱抵抗としての効果が付与され、半田６接合から遠い部位での端子５と電極３との接合の信頼性が高まる。上述のスリットの方向とは垂直方向になるが、端子５の貼り方によっては同一方向とすることもできる。

なお、図４ではスリット１１を端子５の内側に配置した図としてあるが、スリット１１の形状としては外周まで繋がっていてもよい。

なお、図４ではスリット１１を２本の平行な直線形状としたが、曲線形状やスリット１１同士が交差する形状であってもよい。

（実施の形態３）
面状発熱体の形状としては実施の形態１と同様であり、実施の形態１と同一図を用いる（図１から２）。図５に本発明の実施の形態３における面状発熱体の端子部の平面拡大図を示す。空隙の形状が実施の形態１と異なるもので、同一部分は同一番号を付して異なる部分のみを説明する。即ち、図５においては端子５に貫通溝１２を設けている。

切り欠きを入れ貫通溝１２を設ける際の留意点としては、端子５と電極３の間に発生する気体を排出する目的で貫通溝１２を作成しているので、端子５の外形からの距離をある一定以下にする必要がある。実施の形態１でも述べたように５ｍｍ四方に一箇所は気体を排出する場所が必要であるので、例えば、端子５を略長方形とし、長辺方向を２０ｍｍ、短辺方向を１０ｍｍとすると、図５のように２箇所の切り欠きを入れることで貫通溝１２
を設ければ十分である。同様の考え方で貫通溝１２を設けるならば、端子５の外形が円形であっても、その他多角形であっても、クローバー状であっても良い。

端子５、電極３、電気絶縁性基材２はそれぞれ異なる熱膨張収縮係数を持っており、特に金属である金属板５aと樹脂である電気絶縁性基材２では大きく異なる。そのため、貫通溝を適切に設け、端子５の剛性を下げ、電気絶縁性基材２への追従性をよくすることにより、熱膨張収縮の差による端子５と電極３、電気絶縁性基材２との剥離を抑えることは信頼性の向上に非常に有用である。例えば、図５のように切り欠きを入れ貫通溝とした場合、端子５の長辺方向への剛性が下げることが可能である。

（実施の形態４）
面状発熱体の形状としては実施の形態１と同様であり、実施の形態と同一図を用いる（図１から２）。本実施の形態４では端子５の材質が実施の形態１と異なるもので、同一部分は同一番号を付して異なる部分のみを説明する。即ち、端子５が網目状に編みこまれており、網目の隙間により形成される空隙により端子５と電極３との間にかみ込んだ空気や硬化反応により発生した反応ガスを排出する微細な貫通孔としている。

まず、製造方法について述べる。あらかじめ、網目状に線径５０μｍ程度のスズめっき銅線の細線を編みこんで金属板５ａを形成する。その後、金属板５ａに導電性樹脂５ｂを印刷・乾燥し、所定の形状にトムソン加工で抜くことで端子５ができる。以降の工程は実施の形態１と同様である。

網目の空隙による微細な貫通孔が端子５の全体にあるため、端子全体から均一に気体を排出し気泡が溜まることはできない構造となっているだけでなく、柔軟性が増すため基材の変化に柔軟に追従することができる。さらに、金属板５ａと導電性樹脂５ｂとの結合は網目全体に導電性樹脂材料５ｂがからむように接着するため、導電性樹脂材料５ｂとの接合は極めて良好で、金属板５ａと導電性樹脂材料５ｂとの間の信頼性が増す。

さらに、網目による貫通孔は小さいため半田６は網目を通過することが出来ず、半田６が電極３または電気絶縁性基材２に達することは無い。また、端子５の近傍に冷熱サイクルによる熱膨張収縮がかかった場合においても、網目が小さいため応力集中がかかりにくいのと同時に、網目がゆるむなどしてマクロ的に応力が緩和されるため、半田クラックは起きにくい。半田６形成時には熱が加わるため電極３または導電性樹脂材料５ｂから反応ガスが発生することが懸念されるが、端子５全体に網目が有るため、半田６形成時の反応ガスも排出することができ、実施の形態１から３よりも信頼性が高い。

一方、端子５と電極３の接合は実施の形態３でも述べたように金属と樹脂の接合であり、熱膨張収縮係数が大きい。金属板５ａを網目状にしたことで、端子５の剛性を下げることができ、電気絶縁性基材２に追従しやすくなり、実施の形態１から３よりも信頼性が高い端子構成となる。

なお、本実施の形態では金属板５ａを網目状に織り込んだが、微細な貫通孔を開ける方法としては無数の小孔をレーザーやエッチングで金属板５ａにあける方法や金属板５ａの材質に焼結金属を用いる方法などがあるが、本発明の目的を達成する範囲であればどのような方法であっても良い。

（実施の形態５）
面状発熱体の形状としては実施の形態１と同様であり、実施の形態と同一図を用いる（図１）。図６に本発明の実施の形態５における面状発熱体の端子部の平面拡大図を示し、図７に端子部近傍のＡ−Ａ断面図を示す。本実施の形態では端子構成部材が実施の形態１
と異なるもので、同一部分は同一番号を付して異なる部分のみを説明する。

即ち、導電性樹脂材料５ｂと電極３の間に設けられた網目状の導電体１３により形成される空隙を経由して端子５の熱圧着時に導電性樹脂材料５ｂまたは電極３から発生した反応ガスや電極３と端子５の間にかみ込んだ空気を放出するようになっている。

まず、製造方法を述べる。まず、金属板５ａに導電性樹脂材料５ｂとして銀ペーストを１００μｍ程度の厚みで印刷・乾燥し、トムソン加工で所定の形状にする。別途、線径３０μｍ程度のスズめっき銅線の細線を網目状に編み、その後端子５と同一もしくは若干大きめの形状にトムソン加工で抜くことで導電体１３が形成される。次に、絶縁性基材２に形成された電極３上に導電体１３を置き、その上に端子５をさらに重ねて置き熱圧着を行う。導電体１３を端子５と同一もしくは若干大きめの形状としているのは重ねて置いた際に多少ずれても効果を発揮させるためである。

端子５を熱圧着するのと同時に導電性樹脂材料５ｂが網目状の導電体１３に食い込んでいくため、導電性樹脂材料５ｂは端子５と電極３の間にあった空気や導電性樹脂材料５ｂ、電極３の硬化反応による反応ガスを押し出しながら電極３に達し、接着をする。そのため、導電性樹脂材料５ｂと電極３の間には反応により発生した気体による気泡が出来ることはなく、残った気体も網目の凹凸、隙間といった空隙を通じて排出される。同時に、導電性樹脂材料５ｂは網目状の導電体１２の網目に食い込んでいくため、完全に一体となり、きわめて信頼性が高く剥離不能となる。さらに、網目状のスズめっき銅線としたことで端子５と導電体１２と電極３の間の接触抵抗を低く抑えることができるため、より安全な端子構成となっている。

以上のような工程で端子５と電極３との間の接合が行われるため、導電性樹脂材料５ｂの厚みと間に挟む導電体１３の厚みは非常に重要であり、共に厚すぎても薄すぎても気泡を排出する能力が低くなるか、導電性樹脂材料５ｂと電極３との間の接合が不十分となる。我々の鋭意研究の結果、上述の導電性樹脂材料５ｂを１００μｍとし、導電体１３に３０μｍの細線を用いた場合、良好な接合状態を得られたため、厚みの比率として１０：３程度で良好な接続を得られることがわかっている。

なお、本実施の形態５では導電体１３としてスズめっき銅線を用いたが、本発明の目的を達成する範囲であれば、その他の金属、導電性樹脂などで構成してもよい。

なお、本実施の形態５では端子５を電極３に貼り付ける際に、導電体１３を重ねたが金属板５ａに導電性樹脂材料５ｂを印刷した直後に導電体１３を貼り付け、その後所定の形状に打ち抜いてもよい。その他、工程の順序は本発明の目的を達成する範囲であればどのような順序であっても良い。

なお、導電性樹脂材料５ｂと導電体１３の厚みを例として１００μｍと３０μｍとしたが、本発明の目的を達成する範囲で端子５と電極３が接合できればどのような厚みでもよい。

（実施の形態６）
面状発熱体の形状としては実施の形態１と同様であり、実施の形態と同一図を用いる（図１）。図８に本発明の実施の形態６における面状発熱体の端子部の平面拡大図を示し、図９に端子部近傍のＡ−Ａ断面図を示す。本実施の形態では端子構成部材が実施の形態１と異なるもので、同一部分は同一番号を付して異なる部分のみを説明する。図８において、本実施の形態６では、端子５の形状が実施の形態１から５と異なるもので、同一部分は同一番号を付して異なる部分のみを説明する。

即ち、導電性樹脂材料と電極の間に設けられた空隙溝１４が導電性樹脂材料５ｂまたは電極３を配さない部位を設けることで形成され、端子５の熱圧着時に導電性樹脂材料５ｂまたは電極３から発生した反応ガスや電極３と端子５の間にかみ込んだ空気を放出する構造となっている。

空隙溝１４を導電性樹脂材料５ｂと電極３のいずれに空隙溝１４を配設する場合でも、空隙溝１４を形成できるようにそれぞれの印刷版を設計すればよい。ただし、電極３に空隙溝１４を形成する場合には端子５を貼り付け位置がずれることを考慮し、大きさに余裕をもって印刷しない部位を形成する必要がある。図７の端子５の断面図では導電性樹脂材料５ｂを印刷しないことで空隙溝１４を設けた図としている。

空隙溝１４を設けた場所は当然、電極３とは接合していないため、空隙溝１４の方向としては電極３が伸びる方向と平行にすれば、電極３上の電力集中を抑えることができ、より信頼性が増す。

また、気体を排出するための空隙溝１４が端子５の電気絶縁性基材２に望む面の略水平方向に配設してあるため、端子５の熱圧着時の熱板に空隙溝１４をふさがれることが無く、確実に気体を排出可能となっている。

さらに、製造方法としては端子５の外形を変更することがないため、高度な切断加工無しで実現でき簡便である。

なお、本実施の形態では導電性樹脂材料５ｂまたは電極３を配さないことで空隙溝１４を形成したが、空隙溝１４さえ形成できれば、導電性樹脂材料５ｂまたは電極３を貫通孔１０部のみ薄く印刷することでも実現可能なことは言うまでも無い。

また、同じく空隙溝１４を端子５の電気絶縁性基材２に望む面の略水平方向に形成する方法として端子５または電気絶縁性基材２の少なくともいずれか一方に凹凸を設けても同様に空隙溝１４を形成できる。端子５または電気絶縁性基材２の少なくともいずれか一方に凹凸を設けることで熱板からの圧力を不均一にすることができ、圧力がよくかかる凸部は端子５と電極３の接合するが、凹部は接合しないまたは弱く接合する。よって凹部が空隙溝１４として機能することで発生した気体を排出することが可能となる。

例えば、熱圧着時にはポリエチレンテレフタレートで形成された電気絶縁性基材２は熱によってやわらかくなっているので、受け台に凹凸をつけることで簡便に実現可能である。同じく、端子５に凹凸をつける場合は熱圧着用の熱板の表面に凹凸を設ければよい。

熱圧着時の熱板またはその受け台に凹凸をつけるだけで空隙溝１４を実現可能なため、他の実施の形態にしめす端子構成とともに用いることでより気体を排出する効果が高くなる。

（実施の形態７）
実施の形態７において気体を吸着可能な空隙として、導電性樹脂材料５ｂに吸着材料を添加している。

これにより、端子５の熱圧着時に導電性樹脂材料５ｂまたは電極３から発生した反応ガスや電極３と端子５の間にかみ込んだ空気は添加した吸着材料に吸着される。吸着された気体は、気体状態でなくなるため１分子あたりの体積を小さくすることができ、気泡として端子５と電極３の間に溜まることがなくなる。そのため、気泡を形成することができな
くなるため、端子５と電極３との間の接合が悪化する面積を極めて小さくすることが可能である。吸着材料を導電性樹脂材料５ｂに添加するだけで端子５と電極３の間に気泡が溜まることが無くなるため、端子５と電極３の接触面積は減少することがなく、さらに端子５の剛性も変化しないため端子５を電極３に貼り付ける際の加工性の低下もない。

吸着材料としては端子５の熱圧着時に発生する気体を吸着する目的で添加されているため、緻密な微細孔構造を持ち、かつ熱圧着を行った際にもその構造を保つような材料が好ましく、例えば粉末状の活性炭やシリカゲル、ゼオライトなどがよい。

特に、活性炭は安価であり、導電性樹脂材料５ｂとの混錬が比較的容易であり、さらに吸着効率が高いため非常に有用である。

また、脱離を考慮した場合にも活性炭は有用である。気体を吸着するという性質上、気体の脱離が懸念されるが面状発熱体１、特に端子５近傍の通常使用温度域は脱離するような温度域（２００℃以上）にならないため、脱離の心配は無いといえる。

以上のように本発明にかかる面状発熱体は、電極と端子との接合状態を簡便に、確実に確保することができ、端子の剥離を抑えることができるため、床暖房や車載用のシートヒーターなどの大電流が流れる端子に対し有用である。

本発明の実施の形態１から６における面状発熱体の模式図 本発明の実施の形態１から４、６における図１の端子部近傍のＡ−Ａ断面模式図 本発明の実施の形態１における図１の端子部近傍Ｂ部拡大平面図 本発明の実施の形態２における図１の端子部近傍Ｂ部拡大平面図 本発明の実施の形態３における図１の端子部近傍Ｂ部拡大平面図 本発明の実施の形態５における図１の端子部近傍Ｂ部拡大平面図 本発明の実施の形態５における図１の端子部近傍のＡ−Ａ断面模式図 本発明の実施の形態６における図１の端子部近傍Ｂ部拡大平面図 本発明の実施の形態６における図１の端子部近傍のＡ−Ａ断面模式図 （ａ）従来の発熱体の構成を示す平面図、（ｂ）同発熱体端子部の断面図

符号の説明

１ 面状発熱体
２ 電気絶縁性基材
３ 電極
４ 高分子抵抗体
５ 端子
６ 半田
７ リード線
８ 電気絶縁性被覆材
９ 接着性樹脂層
１０ 貫通孔
１１ スリット
１２ 貫通溝
１３ 導電体
１４ 空隙溝

Claims (11)

1. 電気絶縁性基材と、電源を供給するためのリード線と、前記電気絶縁性基材上に塗布乾燥してなる一対以上の電極と、前記電極と前記リード線の電気的接合を行うための金属板と前記金属板の前記電極と接合される面に形成された導電性樹脂材料とからなる端子と、前記電極により電圧を印加して発熱する抵抗体とを備えた面状発熱体において、前記電極と前記導電性樹脂材料との間の気体を除去する気体除去手段を備えた面状発熱体。
2. 気体除去手段は、少なくとも金属板に設けられた貫通孔を経由して前記気体を放出してなる請求項１に記載の面状発熱体。
3. 気体除去手段は、少なくとも金属板に設けられたスリットを経由して前記気体を放出してなる請求項1に記載の面状発熱体。
4. 気体除去手段は、少なくとも金属板に設けられた少なくとも１つ以上の外周から延長された貫通溝を経由して前記気体を放出してなる請求項１に記載の面状発熱体。
5. 気体除去手段は、少なくとも金属板に設けられた多数の微細な貫通孔を経由して前記気体を放出してなる請求項２に記載の面状発熱体。
6. 気体除去手段は、導電性樹脂材料と電極の間に網目状の導電体の空隙を経由して前記気体を放出してなる請求項１に記載の面状発熱体。
7. 気体除去手段は、導電性樹脂材料と電極の間に設けられた空隙溝を経由して前記気体を放出してなる請求項１に記載の面状発熱体。
8. 空隙溝は、導電性樹脂材料または電極を配さない部位を少なくとも１箇所以上設けてなる請求項７に記載の面状発熱体。
9. 気体除去手段は、導電性樹脂材料に添加された吸着材料により前記気体を吸着してなる請求項１に記載の面状発熱体。
10. 気体除去手段は、多孔質材料により形成される電気絶縁性基材を経由して前記気体を放出してなる請求項１から９のいずれか１項に記載の面状発熱体。
11. リード線と端子の接合部は、気体除去手段を避けて配設してなる請求項２から４のいずれか１項に記載の面状発熱体。