JP2010073659A

JP2010073659A - 発熱体

Info

Publication number: JP2010073659A
Application number: JP2008243250A
Authority: JP
Inventors: Hisashi Komatsu; 寿小松
Original assignee: Alps Electric Co Ltd
Current assignee: Alps Alpine Co Ltd
Priority date: 2008-09-22
Filing date: 2008-09-22
Publication date: 2010-04-02

Abstract

【課題】特に、発熱効率を高めることが出来る発熱体を提供することを目的としている。
【解決手段】発熱体１は基材２上に発熱層３が形成された形態である。発熱層３はミアンダパターンで形成される。また発熱層３はバインダー樹脂と銀粉とを有してなり、前記銀粉は、鱗片状である。これにより、低抵抗で且つ熱伝導性を高めることができ、ミアンダパターンにて高い発熱効率を得ることができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、従来に比べて発熱効率が高い発熱体に関する。

下記の各特許文献１には発熱体（ヒータ）に関する発明が開示されている。発熱体は発熱層が基材上に所定パターンで形成された構成である。

特許文献１，２，３に記載された発明には、発熱層がミアンダパターンで形成された形態が開示されている。

しかしながら、これら特許文献には、発熱効率を向上させる手段が何ら記載されていない。発熱効率とは、単位電力当たりの発熱温度で示される。すなわち発熱効率が高いと、省電力でより高温に発熱でき、あるいは電力を一定としたときに所定温度に到達するまでの時間を短くできる。

各特許文献に記載された発明は、均一な発熱量を得ることや安定した品質を得ること等を目的したものであり、発熱層をミアンダパターンで形成した発熱体において、発熱効率を高くするための構成は開示されていない。
特開２００５−３０２５５３号公報特開平９−１３４７７５号公報特開２００７−２７３１３２号公報特許第３０３２８３９号公報

そこで本発明は上記従来の課題を解決するためのものであり、特に、発熱効率を高めることが出来る発熱体を提供することを目的としている。

本発明における発熱体は、基材上に、バインダー樹脂と銀粉とを有してなる発熱層がミアンダパターンで形成され、前記銀粉が、鱗片状であることを特徴とするものである。

これにより、低抵抗で且つ熱伝導性を高めることができ、ミアンダパターンにて高い発熱効率を得ることができる。

本発明では、前記鱗片状銀粉は、固形成分中、５〜４０ｖｏｌ％含み、平均粒径が０．２〜１５μｍの範囲内であることが好ましい。これにより、より安定して高い発熱効率を得ることができる。

また、前記バインダー樹脂は、ポリイミド樹脂であり、末端アセチレン基イソイミドオリゴマーを有することが好ましい。これにより、バインダー樹脂の硬化収縮率を大きくでき、より低抵抗を実現でき、より高い発熱効率を得ることができる。
本発明では、前記基材が可撓性の樹脂フィルムであることが好ましい。

本発明による発熱体によれば、ミアンダパターンにて高い発熱効率を得ることができる。

図１（ａ）は本実施の形態としての発熱体の平面図、（ｂ）は図１（ａ）のＡ−Ａ線に沿って厚さ方向に切断し矢印方向から見た前記発熱体の断面図、である。

図１に示す発熱体１は、基材２上にミアンダパターンの発熱層３が形成された構成である。

基材２はフィルム等の可撓性基材やリジッドな基材でもよいが、可撓性基材を用いても、発熱層３を薄いミアンダパターンで形成できるので、本実施形態では、可撓性に優れた発熱体１を構成できる。例えば基材２には、ポリイミド、アラミド、ポリアミドイミド、ポリエーテルイミド、ポリエーテルサルフォン、ポリエステルナフタレート、ポリエチレンテレフタレートを使用できる。また、基材２は、厚み１０μｍ〜２００μｍの可撓性の樹脂フィルムであることが好適である。これにより、フレキシブルな面状発熱体を形成できる。

発熱層３は、バインダー樹脂と銀粉を有して構成される。バインダー樹脂にはポリイミド樹脂、フェノール樹脂あるいはエポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂が好ましく使用される。ただし樹脂の材質を、これらに限定するものではない。

発熱層３に含まれる銀粉の形状は鱗片状（フレーク状）である。ここで「鱗片状」は、アスペクト比は、１以上が望ましい。また鱗片状銀粉は、固形成分中に５〜４０ｖｏｌ％含み、平均粒径が０．２〜１５μｍの範囲内であると好適である。

銀粉としては、上記した鱗片状銀粉以外に、微量（全銀粉に対して５ｖｏｌ％以下）の球状銀粉や不定形銀粉等を含んでもよい。

発熱層３は、溶媒中に、バインダー樹脂及び鱗片状銀粉が混合されて成る導電性ペーストを図１に示すミアンダパターンにスクリーン印刷し熱処理によって、前記溶媒を除去するとともに、前記バインダー樹脂を熱硬化したものである。

発熱層３の厚さ寸法Ｈ１（図１（ｂ）参照）は、５〜１５μｍ、幅寸法Ｔ１は、０．５〜３ｍｍ、パターン長さは、５００〜７００ｍｍ程度である。

図１（ａ）に示すように発熱層３の両側端部には電極部４，４が設けられている。本実施形態では、電極部４，４をミアンダパターンで形成された発熱層３と一体に形成したが、本実施形態での発熱層３の比抵抗は低いので、電極部４を発熱層３と同質で形成しても電極部４として適切に機能させることができる。ただし、電極部４，４を前記発熱層３と異なる材質にして別に形成してもかまわない。また、電極部４，４の部分を基材フィルムと共に適切な形状に加工し、電気接合用のフィルムコネクター（ＦＰＣ）で電気的に接合することもできる。

上記したように本実施形態では、バインダー樹脂としてポリイミド樹脂、フェノール樹脂あるいはエポキシ樹脂が好ましく使用される。

このうち、バインダー樹脂としてポリイミド樹脂を用いる場合、末端アセチレン基イソイミドオリゴマーを含むことが好適である。

また、以下の構造式で示される末端アセチレン基ビスイソイミドや前駆体である末端アセチレン基ビスアミック酸をバインダー樹脂全体の５ｗｔ（重量）％以上、含むことが好適である。

上記化１や化２の樹脂を含むことで、硬化収縮を大きくでき、発熱層３の低抵抗化を促進できる。

また、具体的には、主体となる樹脂は、末端アセチレン基ポリイソイミドオリゴマー（以下の化３）であり、上記化１や化２に示すモノマーを樹脂全体の５ｗｔ％以上含むように構成することが好ましい。

また、バインダー樹脂としてフェノール樹脂を用いる場合には、硬化剤が必要でないレゾール樹脂の使用が好適である。

本実施形態では、発熱層３に鱗片状（フレーク状）の銀粉が含まれている。これにより低抵抗で且つ熱伝導性を高めることができる。銀粉は、金、銅、アルミニウム等に比べて高い熱伝導率を有しており、銀粉を平坦な鱗片状としたことで、熱伝導の伝搬距離を延ばすことができる。そして本実施形態では後述する実験にも示す通り、ミアンダパターンにて高い発熱効率を得ることが出来る。ここで発熱効率とは、単位電力当たりの発熱温度で示される。すなわち発熱効率が高いと、省電力でより高温で発熱でき、あるいは電力を一定としたときに所定温度に到達するまでの時間を短くできる。図１（ａ）に示す電極部４，４間に電圧を印加すると、ミアンダパターンの発熱層３に電流が流れ、発熱層３が発熱する。本実施形態では、発熱層３をミアンダパターンで形成しても３Ｖ程度の低電圧印加で４０℃程度の発熱が得られることがわかっている。そして発熱層３をミアンダパターンで形成したことで、広範囲を発熱領域にできる。

しかも本実施形態では、ミアンダパターンの発熱層３の両側に電極部４，４を設ければ足り、簡単なパターン形状で広範囲を発熱領域にできる。例えば後述の実験での比較例の形態のように平坦な発熱層の上に櫛歯状電極を積層するといった複雑な形態で形成しなくてもよいので生産コストを低減でき、さらに生産効率を向上させることができる。

またミアンダパターンの発熱層３の厚さを薄く形成でき、図２に示す比較例のように積層構造で形成しなくてもよいため、基材２に可撓性基材を使用した場合に、発熱体１全体として良好な可撓性を維持できる。よって本実施形態の発熱体１を平坦な面でなく湾曲面等に適切に貼着することが可能である。

本実施形態における発熱体１は車載用として、あるいは電気製品等に適用できるが用途を特に限定するものではない。

図１に示す実施例の発熱体１を形成した。また比較例として図２に示す発熱体１０を形成した。図２に示す発熱体１０は、基材１１上に矩形状の発熱層１２を形成し、発熱層１２の上に櫛歯状電極１３，１３を形成した形態である。なお図２（ｂ）は図２（ａ）のＢ−Ｂ線に沿って厚さ方向に切断し矢印方向から見た発熱体１０の断面図である。

下記の表１に示すように、実施例には図１の発熱層３に含まれる銀粉として鱗片状（フレーク状）銀粉を使用した。また比較例には図２の発熱層１２に含まれる銀粉として球状銀粉を使用した。

なお比較例において図２のような積層形態で形成したのは、実施例と同じ平坦なミアンダパターンで形成すると、抵抗が高すぎて、発熱効率の実験を適切に行えないためである。したがって抵抗を下げるべく、図２に示すように矩形状の発熱層１２の上に櫛歯状電極１３，１３を積層形成した。

図３に実施例及び比較例の発熱効率の実験結果を示す。図３に示すように発熱層に鱗片状（フレーク状）銀粉を使用した実施例のほうが、発熱層に球状銀粉を使用した比較例に比べて発熱効率が高いことがわかった。

図４は各発熱体の発熱効率をグラフにしたものである。ここで図４に示す実施例は図３の実験での実施例と同じである。

図４に示すように発熱層に鱗片状（フレーク状）銀粉を使用した実施例の発熱体は、セラミックＰＴＣ、ミラーヒーター、ニクロム線やシリコンラバーヒーター等、既存の発熱体に比べて高い発熱効率を有していることがわかった。

（ａ）は本実施の形態としての発熱体の平面図、（ｂ）は図１（ａ）のＡ−Ａ線に沿って厚さ方向に切断し矢印方向から見た前記発熱体の断面図、（ａ）は比較例の形態としての発熱体の平面図、（ｂ）は図２（ａ）のＢ−Ｂ線に沿って厚さ方向に切断し矢印方向から見た前記発熱体の断面図、実施例（鱗片状銀粉）及び比較例（球状銀粉）の発熱効率を示すグラフ、実施例（鱗片状銀粉）、セラミックＰＴＣ、ミラーヒーター、ニクロム線、及びシリコンラバーヒーターの各発熱効率を示すグラフ、

符号の説明

１、１０発熱体
２、１１基材
３、１２発熱層
４電極部
１３櫛歯状電極

Claims

基材上に、バインダー樹脂と銀粉とを有してなる発熱層がミアンダパターンで形成され、前記銀粉は、鱗片状であることを特徴とする発熱体。
前記鱗片状銀粉は、固形成分中、５〜４０ｖｏｌ％含み、平均粒径が０．２〜１５μｍの範囲内である請求項１記載の発熱体。
前記バインダー樹脂は、ポリイミド樹脂であり、末端アセチレン基イソイミドオリゴマーを有する請求項１又は２に記載の発熱体。
前記基材が可撓性の樹脂フィルムである請求項１ないし３のいずれかに記載の発熱体。