JP2010257684A - 面状発熱体 - Google Patents

Abstract

【課題】柔軟性に富むとともに、耐久性に優れた面状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】柔軟性を有する電気絶縁性基材２と、前記電気絶縁性基材２に取り付けられた主成分が樹脂組成物と導電体とからなる高分子抵抗体４と、前記高分子抵抗体４と電気的に接続された少なくとも１対の線条電極３と、前記高分子抵抗体４上に主成分が熱可塑性エラストマーからなる接着層９を介して接合された電気絶縁性フィルム８とを有するものである。したがって、構造が簡素で、かつ柔軟性を有する材料で構成されているので外力が加わっても容易に変形することができるので耐久性、信頼性に優れている。
【選択図】図１

Description

本発明は、柔軟性に富み、しかも高い信頼性とＰＴＣ特性とを有する面状発熱体に関する。

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。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、グラファイトなどが用いられ、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。

図８，９は従来の面状発熱体の具体的構成を示しており、面状発熱体５１は、基材５２と、一対の櫛形状電極５３，５４と、高分子抵抗体５５と、被覆材５６とを有する。

電気絶縁性の基材５２はポリエステルフィルムなどの樹脂で構成されている。櫛形状電極５３，５４は基材５２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。

高分子抵抗体５５は、櫛形状電極５３，５４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。基材５２と同様の材質の被覆材５６は櫛形状電極５３，５４と高分子抵抗体５５とを被覆して保護している。

基材５２、被覆材５６としてポリエステルフィルムを用いる場合、例えば、被覆材５６に変性ポリエチレン等の熱融着性樹脂５７を予め接着しておく。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５２と被覆材５６とが熱融着性樹脂５７を介して接合される。

被覆材５６と熱融着性樹脂５７とは、櫛形状電極５３，５４と高分子抵抗体５５とを外界から隔離する。そのため面状発熱体５１には長期信頼性が付与される。

図１０は、被覆材５６を貼り合わせる装置を示している。加熱加圧の方法としては、２つの加熱ロール５８，５９からなるラミネータ６０を用いるのが一般的である。

すなわち、櫛状電極５３，５４と高分子抵抗体５５とを予め形成した基材５２と、熱融着性樹脂５７を予め接着した被覆材５６とを供給し、これらを加熱ロール５８，５９で加熱加圧する。

このようにして面状発熱体５１が作製される。

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５５は、面状発熱体５１に自己温度調節機能を付与することができる（例えば、特許文献１参照）。

また、非晶質ポリマーと結晶性ポリマー粒子と導電性カーボンブラックとグラファイト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も見受けられる（例えば、特許文献２参照）。

また、図１１に示す面状発熱体６１は、柔軟性基材６２の上に電極６３，６４、高分子抵抗体６５が印刷方式により順次積層されており、さらに柔軟性被覆層６６が形成されている。

柔軟性基材６２は、ガスバリア性と防水性、高分子抵抗体のインク等の液体を含浸する機能を有しており、長繊維からなるポリエステル不織布とこのポリエステル不織布の表面にポリウレタン系などのホットメルトフィルムを貼り合わせた構成となっている。

一方、柔軟性被覆層６６は、ガスバリア性、防水性を有し、電極６３，６４、高分子抵抗体６５全体を被覆しており、ポリエステル不織布とこのポリエステル不織布の表面にポリエステル系などのホットメルトフィルムを貼り合わせた構成であり、柔軟性基材６２と接着されている。

したがって、図１１に示す面状発熱体６１は、全部で６層構造の構成となっている（例えば、特許文献３参照）。

特開昭５６−１３６８９号公報 特開平８−１２０１８２号公報 米国特許第７０４９５５９号明細書

特許文献１および２の前記従来の面状発熱体５１には、基材５２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５２と、その上に印刷された櫛形状電極５３、５４、高分子抵抗体５５と、さらにその上に配置された接着層を有する被覆材５６とから構成された５層構造を有する。

そのため、基材５２や被覆材５６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５１を自動車用座席装置の暖房用として装着した場合に着座感が損なわれ、また、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ものであった。

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５１が変形する。その変形の形状によっては、面状発熱体５１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５３、５４や高分子抵抗体５５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。

さらに、通気性のないポリエステルシートなどの基材５２や被覆材５６が用いられているため、自動車用座席装置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く、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。

一方、特許文献３の面状発熱体６１は、電極６３、６４、高分子抵抗体５５の基材と被覆層が柔軟性を有しているため、自動車用座席装置やハンドルヒータとして用いられても着座感や手触り感は良好であるが、面状発熱体６１が６層構造で構成されるため、生産性が悪く、結果としてコストが高くなるという課題を有する。

また、電極６３、６４、高分子抵抗体５５の全体を被覆している柔軟性被覆層６６は、ガスバリア性、防水性を有するが、エンジンオイル、有機溶剤、飲料などの化学物質に対する耐性（以下、耐液性と記す）がなく、化学物質よって高分子抵抗体５５が変質し、抵抗値が変化し安定した発熱性能が得られないという課題を有する。

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、耐久性や信頼性に優れた低コストの面状発熱体を提供することを目的とする。

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、柔軟性を有する電気絶縁性基材と、前記電気絶縁性基材に取り付けられた主成分が樹脂組成物と導電体とからなる高分子抵抗体と、前記高分子抵抗体と電気的に接続された少なくとも１対の線条電極と、前記抵抗体上に主成分が熱可塑性エラストマーからなる接着層を介して接合された耐液性フィルムとを有する構成としている。

したがって、電気絶縁性基材と高分子抵抗体と接着層と耐液性フィルムの４層構造で構成しているので、柔軟性を発揮しやすくすることができる。

本発明の面状発熱体は、従来の５〜６層構成に対して４層構造の構成とすることにより、柔軟性が高く、外力による変形に対して強く、かつオイル等の液体の化学物質に対して高い耐性を有する面状発熱体が得られ、優れた耐久性、信頼性、着座感、手触り感を実現することができるとともに、低コストの面状発熱体を提供することができる。

本発明の実施の形態１における面状発熱体を示す平面図 図１のＸ−Ｙ断面図 実施の形態１の面状発熱体を装着した自動車用座席装置の側面図 同自動車用座席装置の正面図 粒状導電体を用いた場合のＰＴＣ発現メカニズムを示す説明図 面状発熱体の特性図 面状発熱体の特性評価装置の概略図 従来の面状発熱体の平面図 図８のＸ−Ｙ断面図 従来の面状発熱体の作製装置の概略構成を示す断面図 従来の他の面状発熱体の断面図

第１の発明は、柔軟性を有する電気絶縁性基材と、前記電気絶縁性基材に取り付けられた主成分が樹脂組成物と導電体とからなる高分子抵抗体と、前記高分子抵抗体と電気的に接続された少なくとも１対の線条電極と、前記抵抗体上に主成分が熱可塑性エラストマーからなる接着層を介して接合された耐液性フィルムとを有する構成とすることにより、従来の面状発熱体の５〜６層構成から４層構造とすることができるので柔軟性を発揮しやすくすることができる。

したがって、外力を受けても容易に変形し、折り皺が原因で起こる高分子抵抗体の亀裂や剥離を防止することができる。

また、４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、その結果、低コストで生産できる。

さらに、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、したがって、電極材料の低コスト化が図れるとともに、外力が加わっても電極の皺の発生が抑制され、電極の破損を防止することができる。

加えて、耐液性フィルムを設けることにより、エンジンオイル、有機溶剤、飲料などの液体の化学物質が高分子抵抗体を構成する樹脂と接触した場合に起こる樹脂の膨潤や劣化を抑制することができ、その結果、高分子抵抗体の抵抗値の安定性が確保され、面状発熱体として高い耐久性、信頼性が得られる。

第２の発明は、特に、第１の発明の線条電極を、金属導線と金属編組導線の少なくとも１種からなる芯線と、前記芯線の外側に主成分が樹脂組成物と導電体とからなる導電性被覆を有した構成とすることにより、外力が加わっても導電性被覆により芯線の屈曲や圧力を緩和するので、電極の破損を防止し、耐久性の優れた電極を得ることができる。

第３の発明は、特に、第１の発明の耐液性フィルムに、エチレン−ビニルアルコール共重合体、熱可塑性ポリエステル樹脂、ポリアミド樹脂、ポリプロピレン樹脂、アイオノマーの少なくとも１種を用いることにより、エンジンオイル、有機溶剤、飲料などの液体の化学物質に対する安定性をより高くすることができるので優れた耐液性が得られる。

第４の発明は、特に、第１の発明の接着層が、（１）ガスの炎で耐液性フィルムの端面をあぶり、６０秒後に前記ガスの炎を消すと、耐液性フィルムは焦げても耐液性フィルム自体は燃えない、（２）ガスの炎で耐液性フィルムの端面をあぶり、耐液性フィルムに一旦火がついても６０秒以内、しかも２インチ以内で消火する、（３）ガスの炎で耐液性フィルムの端面をあぶり、耐液性フィルムに着火しても表面から厚さ１／２インチの領域で、炎が４インチ／分以上の速度で進行しない、という条件の少なくとも１つを満たす難燃性を付与する難燃剤をさらに含むことにより、面状発熱体の難燃性を向上させることができ、ヒータや応用商品の安全性を高めることができる。

第５の発明は、特に、第４の発明の難燃剤を常温で液状、または混練温度で融解する融点を有するものであって、リン系、窒素系、シリコーン系化合物の少なくとも１種を用いることにより、電気絶縁性基材や高分子抵抗体の有する柔軟性を損なうことなく、難燃性を付与することができ、面状発熱体およびその応用商品の安全性を高めることができるとともに、面状発熱体としての機械的な耐久性、信頼性が確保される。

第６の発明は、特に、第１の発明の耐液性フィルムを着色性の顔料を含有する構成とすることにより、面状発熱体を被加熱物の中に収納して使用する場合だけでなく、面状発熱体直接露出して使用されるような場合でも、顔料を選定することにより任意の着色が可能となり、周囲の外観に合致した面状発熱体を得ることができる。

第７の発明は、第１の発明の耐液性フィルムを高熱伝導性の添加剤を含有する構成とすることにより、面状発熱体の面方向の熱伝導を良好にして温度差を小さくするので、温度の偏りの無い快適な面状発熱体を得ることができる。

第８の発明は、特に、第１〜第６のいずれかの１つの発明の面状発熱体を自動車用座席装置に装着したもので、電気絶縁性基材の有するクッション性で凹凸や硬さが緩和され、着座感を損なうことがない。

第９の発明は、第７の発明において、面状発熱体の電気絶縁性基材を座部および背もたれの表面側になるように配置したものである。

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、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１，２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４とを含むものである。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５で部分的に縫い付けられている。

また、線条電極３は主成分が樹脂組成物と導電体とからなる導電性被覆７を有している。高分子抵抗体４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。

耐液性フィルム８は高分子抵抗体４を覆うように主成分が熱可塑性エラストマーからなる接着層９を介して設けられている。

耐液性フィルム８は、例えばＴダイ押し出し法により主成分が熱可塑性エラストマーからなる接着層９をフィルム状に押し出して貼り合わせてシート状に成形したものを、熱融着によって高分子抵抗体４および線条電極３、電気絶縁性基材２に張り合わせている。

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。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。例えば、使用される自動車用座席装置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。

図３，４は前記面状発熱体１を暖房用熱源として装着した自動車用座席装置を示し、面状発熱体１は、座部１０や、この座部１０から立ち上がるように設けられた背もたれ１１に電気絶縁性基材２を表面側にして配置してある。

座部１０や背もたれ１１には、座席基材１２と表皮１３とが用いられている。ウレタンパット等の座席基材１２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。

表皮１３は座席基材１２を覆っている。すなわち、面状発熱体１は、座席基材１２に電気絶縁性基材２側を、表皮１３に耐液性フィルム８側を配置して取り付けられる。

なお、座部１０や背もたれ１１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。

このように薄い面状発熱体１は変形可能な座席基材１２と表皮１３に沿って配置されている。

そのため、面状発熱体１も座部１０や背もたれ１１の変形に対応して相似の変形をしなければならない。

よって、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。

相対向するように配置された幅の広い１対の線条電極３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３に重なるように配設された高分子抵抗体４に線条電極３より給電することで、高分子抵抗体４に電流が流れて発熱する。

高分子抵抗体４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４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。

高分子抵抗体４のＰＴＣ発現メカニズムは以下のように推察される。

図５において、（ａ），（ｂ）はカーボンブラックのような粒状導電体を用いた場合を示し、（ｃ），（ｄ）は繊維状導電体を用いた場合を示している。そして、（ａ），（ｃ）の状態から温度が上昇した状態がそれぞれ（ｂ），（ｄ）である。

導電体としてカーボンブラックのような粒状導電体３１を用いた高分子抵抗体３２では、（ａ）に示すように粒状導電体３１は１次粒子の集合体構造を有し、樹脂組成物３３の中で粒と粒との点接触した状態の導電パスを形成している。電極３４、３５間に電流を印加すると、粒状導電体３１の導電パスにより高分子抵抗体３２が発熱し、樹脂組成物３３の比容積が変化することにより、（ｂ）示すように敏感に導電パスの切断が起こる。このようにして急激な抵抗値上昇を有する正の抵抗温度特性が発現される。

一方、導電体として繊維状導電体３６を用いた高分子抵抗体３７では、（ｃ）に示すようにカーボンブラックのような１次粒子の集合体構造はないが繊維状導電体３６の長手方向に重なり合って状態で導電パスを形成している。この構造においても電極３４、３５間に電流を印加すると（ｄ）に示すように繊維状導電体３６の導電パスにより高分子抵抗体３２が発熱し、樹脂組成物３３の比容積が変化することにより敏感に導電パスの切断が起こる。このようにして急激な抵抗値上昇を有する正の抵抗温度特性が発現される。

本実施の形態の高分子抵抗体４は、上述のどちらのタイプでも適用することができる。用いられる導電体としては、粒状導電体３１であれば上述のカーボンブラックが挙げられ、繊維状導電体３６であれば、酸化チタンに錫メッキしてアンチモンドープした導電性セラミック繊維、チタン酸カリウム系の導電性セラミックウィスカ、銅やアルミニウムなどの金属繊維、表面に導電層が形成された金属メッキガラス繊維、カーボン繊維、カーボンナノチューブ、さらにはポリアニリンなどからなる繊維状の導電性ポリマーが挙げられる。

また、繊維状導電体３６の代わりにフレーク状導電体を用いてもよい。

フレーク状導電体としては、表面に導電層が形成されたマイカフレークなどのセラミッ
クフレーク、銅やアルミニウムなどの金属フレーク、さらには鱗片状黒鉛が挙げられる。

上述の導電体は、単独でも２種以上の混合でも用いることが可能で目標とするＰＴＣ特性に応じて適宜選択される。

高分子抵抗体４の樹脂組成物３３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。この架橋反応により、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３３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。

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合せであれば架橋反応が起こることになり、樹脂組成物３３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。

エポキシ基は、上述のカルボン酸のカルボニル基以外に無水マレイン酸基などのカルボニル基、エステル基、水酸基、アミノ基、ビニル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。

また、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。このように樹脂組成物３３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。

このように樹脂組成物３３が反応性樹脂とＰＴＣ特性を発現する被反応性樹脂とを含むことにより、反応性樹脂の接着力と結合力により導電体が捕捉され、さらに反応性樹脂と被反応性樹脂との結合力により、繊維状導電体３６による導電パスが安定化する。

自動車用座席装置の暖房熱源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。

上述の樹脂組成物３３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。

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。

また、樹脂組成物３３の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。

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。

また、自動車用座席装置に組み込まれる熱源としての面状発熱体１は着座感を満足することができる。

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。

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。

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１３とはある程度の距離をおいて配置する必要がある。これに対し本実施の形態の面状発熱体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１３の近傍に近接して配置することができる。面状発熱体１は発熱体温度が低く、表皮１３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。

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、電気絶縁性基材２と高分子抵抗体４と１対の線条電極３と耐液性フィルム８との４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。

したがって、自動車用座席装置に組み込まれる熱源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。

また、面状発熱体１は４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。

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る。

したがって、電極材料の低コスト化が図れるとともに、自動車用座席装置に組み込まれる熱源として用いた際に外力が加わっても電極の皺の発生が抑制され、電極の破損を防止することができ、耐久性に優れた面状発熱体１が得られる。

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自動車用座席装置に組み込まれる熱源として用いた際の着座感を向上させる。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。

また、耐液性フィルム８は表皮１３側に設けられているので座席にエンジンオイル、有機溶剤、飲料などが誤ってこぼされた場合でも、液体の化学物質が高分子抵抗体を構成する樹脂と接触した場合に起こる樹脂の膨潤や劣化を抑制することができる。

その結果、高分子抵抗体の抵抗値の安定性が確保され、面状発熱体として高い耐久性、信頼性が得られる。

耐液性とは、無極性オイルであるエンジンオイルや極性オイルであるブレーキオイル等のオイル類や、低分子溶剤であるシンナーなどの有機溶剤等の液体の化学物質が接触した時の抵抗値安定性が高いことを意味している。

上述の液体の化学物質が高分子抵抗体４と接触すると、高分子抵抗体４の樹脂組成物は容易に膨潤して比容積が変化し、導電体の導電パスが切断されて抵抗値が上昇する傾向を示す。この現象は熱による比容積の変化（ＰＴＣ特性）と同様である。

しかしながら、高分子抵抗体４の樹脂組成物が液体の化学物質で膨潤した場合、高分子抵抗体４は初期の抵抗値に回復しないか、あるいは回復に時間を要し、発熱性能が低下する。耐液性フィルム８はこれを防止するために設けられている。

液体の化学物質が浸透してくる方向が電気絶縁基材２側となるように面状発熱体１を配置することにより、電気絶縁性基材２に貼り付けている耐液性フィルム８が液体の化学物質と接触を防止し、その結果、高分子抵抗体４の抵抗値の安定性が確保され、面状発熱体１として高い耐久性、信頼性が得られる。

耐液性フィルム８の材料としては、エチレン−ビニルアルコール共重合体、熱可塑性ポリエステル樹脂、ポリアミド樹脂、ポリプロピレン樹脂、アイオノマーを単独もしくは組み合わせて用いることができる。

耐液性フィルム８の膜厚は、面状発熱体１の柔軟性の点から薄い方が好ましいが、耐液性の性能確保の点から５〜１００μｍの範囲で使用される。さらに、生産性、コストを考慮すると１０〜５０μｍが好ましい。

耐液性フィルム８を設けた面状発熱体１と耐液性フィルムのない面状発熱体１に、上述の液体の化学物質を滴下して２４時間後に通電を２４時間行い、その後室温に２４時間放置した場合の試験前後の抵抗値は、耐液性フィルム８のない面状発熱体１は２００〜３００倍増加したのに対し、耐液性フィルム８を設けた面状発熱体１はいずれの液体の化学物質においても１．３〜２倍の増加であり、良好な結果を得た。

この結果より、耐液性フィルム８を設けることにより、エンジンオイル、有機溶剤、飲料などの液体の化学物質による高分子抵抗体５を構成する樹脂組成物の膨潤を抑制していることがわかる。

これにより、高分子抵抗体４の抵抗値の安定性が確保され、面状発熱体１として高い耐久性、信頼性が得られる。

自動車用座席装置の熱源は米国自動車用内装材難燃規格ＦＭＶＳＳ３０２規格の難燃性を満足する必要があり、具体的には以下の条件のいずれかを満たせば難燃性が実現可能となる。

（１）ガスの炎で試験品の端面をあぶり、６０秒後に前記ガスの炎を消すと、高分子抵抗体４は焦げても試験品自体は燃えない。

（２）ガスの炎で試験品の端面をあぶり、試験品に一旦火がついても６０秒以内、しかも２インチ以内で消火する。

（３）ガスの炎で試験品の端面をあぶり、試験品に着火しても表面から厚さ１／２インチの領域で、炎が４インチ／分以上の速度で進行しない。

以上の難燃性は、電気絶縁性基材２、高分子抵抗体４や導電性被覆７、耐液性フィルム８、接着層９に付与することが望ましく、これは難燃剤を含有させることで実現できる。

難燃剤としては、リン酸アンモニウムやトリクレジルホスフェートなどのリン系難燃剤や、メラミン、グアニジン、グアニル尿素などの窒素系難燃剤や、シリコーン系化合物の単独あるいはこれらの組み合わせで用いることができる。

また、水酸化マグネシウムや三酸化アンチモンなどの無機系難燃剤や臭素系や塩素系などのハロゲン系難燃剤を用いることができる。

これらの難燃剤を高分子抵抗体４や導電性被覆７、電気絶縁性基材２に含有させることにより、上述の難燃性の条件が満たされ、面状発熱体１として優れた難燃性が実現するため、自動車用座席装置の熱源などの面状発熱体１やその応用商品の安全性を高めることができる。

また、難燃剤は、特に、常温で液状、または混練温度で融解する融点を有するものがよく、リン系、窒素系、シリコーン系化合物の少なくとも１種を用いることにより、樹脂組成物３３の柔軟性を高くすることができ、その結果、高分子抵抗体５も柔軟性を向上させることができる。

これにより、電気絶縁性基材２の有する柔軟性を損なうことがなく、難燃性を付与することができ、面状発熱体１としての機械的な耐久性、信頼性が確保される。

難燃剤の添加量は導電性被覆７の組成全体で決定される。難燃剤が少なくなると難燃性が劣り、上述の難燃性の条件を満足しない。

その点から、難燃剤の添加量は高分子抵抗体４の組成物に対して、５重量％以上であればよい。

しかしながら、難燃剤の添加量が多くなると、樹脂組成物３３と導電体の組成バランスが悪くなり、高分子抵抗体４の比抵抗が高くなることやＰＴＣ特性が悪くなるため、好ましくは１０〜３０重量％、最良は１５〜２５重量％の範囲である。

また、耐液性フィルム８を着色性の顔料を含有する構成とすることにより、面状発熱体１を被加熱物の中に収納して使用する場合だけでなく、面状発熱体１を直接露出して使用されるような場合でも、顔料を選定することにより任意の着色が可能となり、周囲の外観に合致した面状発熱体を得ることができる。

さらに、耐液性フィルム８に高熱伝導性の添加剤を含有させることにより、面状発熱体の面方向の熱伝導を良好にして温度差を小さくするので、温度の偏りの無い快適な面状発熱体を得ることができる。

高熱伝導性の添加剤としては銀、銅など金属粉、Ａｌ２Ｏ３、ＭｇＯなどの金属酸化物、ＢＮ、ＡｌＮなどの窒化物、カーボンチューブなどが使用可能である。

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る。

したがって、電極材料の低コスト化が図れるとともに、自動車用座席装置の熱源として用いた際に外力が加わっても電極の皺の発生が抑制され、電極の破損を防止することができ、耐久性に優れた面状発熱体１が得られる。

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。

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。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。

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。

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。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。

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。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。

線条電極３は、主成分が樹脂組成物と導電体とからなる導電性被覆７を有している。樹脂組成物としては、高分子抵抗体５と同様、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や上述した反応性樹脂と、それぞれ単独もしくは複合でも用いることが可能である。

また、導電性を付与する導電体としては、カーボンブラック、グラファイト、酸化チタンに錫メッキしてアンチモンドープした導電性セラミック繊維、チタン酸カリウム系の導電性セラミックウィスカ、銅やアルミニウムなどの金属繊維、表面に導電層が形成された金属メッキガラス繊維、カーボン繊維、カーボンナノチューブ、さらにはポリアニリンなどからなる繊維状の導電性ポリマー、表面に導電層が形成されたマイカフレークなどのセラミックフレーク、銅やアルミニウムなどの金属フレーク、さらには鱗片状黒鉛などを用いることができる。

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。

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。

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。

また、自動車用座席装置の熱源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。

また、線条電極３に導電性被覆を有した構成とすることにより、外力加えられた場合、特に屈曲などの過酷なストレスが加えられても線条電極を保護し、線条電極の断線を防止することができる。

特に図３，４に示すように面状発熱体１が自動車用座席装置の熱源として用いられた場合などは、人の荷重による強いストレスがかかるため線条電極３の耐久性が必要となってくる。

図６は線条電極３の屈曲に対する耐久性を評価した結果である。図７に示すようにヘッド１４と台１５との間に線条電極３を縫製した電気絶縁性基材２を設置し、電気絶縁性基材２の両端を固定してヘッド１４を上下させて１８０°屈曲させ、線条電極３の抵抗値の変化から耐久性を評価した。

図６において抵抗値の変化率の増加は、線条電極の断線が進行していることを示す。線条電極は直径０．０６ｍｍの素線１９本の撚り線のみの場合（Ａ）と同撚り線に導電性被覆７を設けた場合（Ｂ）について評価した。

撚り線のみの場合（Ａ）は屈曲回数約２０００回程度で抵抗値が増大しているのに対し、撚り線に導電性被覆７を設けた場合（Ｂ）は約１００００回まで変化が無く、導電性被覆７によって屈曲に対する耐久性が大幅に改善されている。

さらに、電気絶縁性基材２、導電性被覆７を設けた線条電極３、高分子抵抗体４上に接着層９を介して耐液性フィルムを設けた場合（Ｃ）では２００００回以上まで変化が無く、屈曲に対する耐久性がさらに改善されている。

したがって、面状発熱体１が自動車用座席装置の熱源として用いられた場合などは、耐液性フィルム８によって人の荷重による屈曲などの過酷なストレスが加えられても線条電極を保護し、線条電極の断線を防止することができる。

さらに、耐液性フィルム８によって面状発熱体１表面に電気絶縁性を付与することができ、安全性がさらに向上する。

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自動車用座席装置の熱源として用いた際の着座感を向上させる。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。

次に、面状発熱体１の作製方法について一例を述べる。

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１，２で示す形状にミシンで縫製し、線条電極３を形成する。

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耐液性樹脂と導電体とから混練物Ａを作製し、反応性樹脂と難燃剤とからなる混練物Ｂを作製する。

そして両者をさらに混練混合して押出装置に連結されたＴダイまたは熱ロール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４が作製される。混練物Ａ、混練物Ｂ両者の混練は、熱ロール、ニーダー、２軸混練機などの装置で行われる。

高分子抵抗体４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。

次に、フィルム状に成型され、押し出された高分子抵抗体４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の存在する面と貼り合わされる。

次に、接着層９の材料のペレットを押出装置に連結されたＴダイより押し出して耐液性フィルム８上に熱融着により成形したフィルムと張り合わせて面状発熱体１が完成する。

このように熱融着により線条電極３と高分子抵抗体４、耐液性フィルム８と高分子抵抗体５とがそれぞれ接合されている。

結果として、線条電極３は耐液性フィルム８と高分子抵抗体４との間に電気的に接続された状態で配置されている。

高分子抵抗体４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４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。

また、高分子抵抗体４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。

また、高分子抵抗体４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４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。

さらに、高分子抵抗体４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４の材料が移行し、線条電極３と高分子抵抗体４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４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。

以上のように構成された面状発熱体１は、座部１０や背もたれ１１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。

本発明による面状発熱体は、構成が簡単で、外力による変形に容易に馴染む柔軟性を有する。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。

１ 面状発熱体
２ 電気絶縁性基材
３ 線条電極
４ 高分子抵抗体
６ 芯線
７ 導電性被覆
８ 耐液性フィルム
９ 接着層
１０ 座部
１１ 背もたれ

Claims (9)

1. 柔軟性を有する電気絶縁性基材と、前記電気絶縁性基材に取り付けられた主成分が樹脂組成物と導電体とからなる高分子抵抗体と、前記高分子抵抗体と電気的に接続された少なくとも１対の線条電極と、前記高分子抵抗体上に主成分が熱可塑性エラストマーからなる接着層を介して接合された耐液性フィルムとを有する面状発熱体。
2. 線条電極は、金属導線と金属編組導線の少なくとも１種からなる芯線と、前記芯線の外側に主成分が樹脂組成物と導電体とからなる導電性被覆を有した請求項１記載の面状発熱体。
3. 耐液性フィルムは、エチレン−ビニルアルコール共重合体と熱可塑性ポリエステル樹脂とポリアミド樹脂とポリプロピレン樹脂とアイオノマーの少なくとも１種の材料で構成される請求項１記載の面状発熱体。
4. 接着層は、以下の条件の少なくとも１つを満たす難燃性を付与する難燃剤を含む請求項１記載の面状発熱体。
   （１）ガスの炎で前記接着層の端面をあぶり、６０秒後に前記ガスの炎を消すと、前記接着層は焦げても前記電気絶縁性基材自体は燃えない。
   （２）ガスの炎で前記接着層の端面をあぶり、前記接着層に一旦火がついても６０秒以内、しかも２インチ以内で消火する。
   （３）ガスの炎で前記接着層の端面をあぶり、前記接着層に着火しても表面から厚さ１／２インチの領域で、炎が４インチ／分以上の速度で進行しない。
5. 難燃剤は、常温で液状、または混練温度で融解する融点を有するものであって、リン系、窒素系、シリコーン系化合物の少なくとも１種からなる請求項４記載の面状発熱体。
6. 耐液性フィルムは着色性の顔料を含有する請求項１記載の面状発熱体。
7. 耐液性フィルムは高熱伝導性の添加剤を含有する請求項１記載の面状発熱体。
8. 請求項１〜６のいずれか１項に記載の面状発熱体を暖房用熱源として装着した自動車用座席装置。
9. 電気絶縁性基材が座部および背もたれの表面側になるように面状発熱体を装着した請求項７記載の自動車用座席装置。
   

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