JP2018073484A - 面状発熱体 - Google Patents
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Abstract
Description
図1は、実施形態1に係る面状発熱体の模式図である。図1(a)は平面図、図1(b)は図1(a)のA−A線断面図である。図1に示すように、面状発熱体10は、第1基材1と、発熱層2と、2つの電極3と、を備えている。
(第1基材)
第1基材1の構成材料としては、例えば、ガラス、シリコン、サファイア、ナノ結晶ダイヤモンド薄膜、フェノール樹脂(PF)、エポキシ樹脂(EP)、メラミン樹脂(MF)、尿素樹脂(ユリア樹脂、UF)、不飽和ポリエステル樹脂(UP)、アルキド樹脂、ポリウレタン(PUR)、熱硬化性ポリイミド(PI)、ポリエチレン(PE)、高密度ポリエチレン(HDPE)、中密度ポリエチレン(MDPE)、低密度ポリエチレン(LDPE)、ポリプロピレン(PP)、ポリ塩化ビニル(PVC)、ポリ塩化ビニリデン、ポリスチレン(PS)、ポリ酢酸ビニル(PVAc)、テフロン(登録商標)(ポリテトラフルオロエチレン、PTFE)、ABS樹脂(アクリロニトリルブタジエンスチレン樹脂)、AS樹脂、アクリル樹脂(PMMA)、ポリアミド(PA)、ナイロン、ポリアセタール(POM)、ポリカーボネート(PC)、変性ポリフェニレンエーテル(m−PPE、変性PPE、PPO)、ポリブチレンテレフタレート(PBT)、ポリエチレンテレフタレート(PET)、グラスファイバー強化ポリエチレンテレフタレート(GF−PET)、環状ポリオレフィン(COP)、ポリジメチルシロキサン(PDMS)、ポリフェニレンサルファイド(PPS)、ポリエーテルサルホン(PES)、ポリエチレンナフタレート(PEN)等の有機材料を用いることができるが、これらに限定されるものではない。耐熱温度の観点から熱硬化性ポリイミド(PI)又はポリフェニレンサルファイド(PPS)がよい。
発熱層2に含まれる導電材料のうち、カーボン材料は、例えば、ファーネスブラック、アセチレンブラック、ケッチェンブラックなどのカーボンブラック、人造黒鉛、膨張黒鉛、天然黒鉛、カーボンナノチューブ、フラーレンなどが挙げられる。これらの導電材料は、単独で又は二種以上組み合わせて使用できる。
発熱層2の接着剤成分としては、慣用の接着剤や粘着剤が利用できるが、発熱層2を第1基材1に強固に固定できる点から、接着剤が好ましい。接着剤には、慣用の接着剤、熱可塑性樹脂(ポリオレフィン系樹脂、アクリル系樹脂、酢酸ビニル系樹脂、スチレン系樹脂、ポリエステル系樹脂、ポリアミド系樹脂、熱可塑性ポリウレタン系樹脂、ポリフッ化ビニリデン樹脂など)、硬化性樹脂(硬化性アクリル系樹脂、硬化性ポリエステル系樹脂、ビニルエステル樹脂、エポキシ樹脂、メラミン系樹脂、尿素樹脂、フェノール系樹脂、シリコーン系樹脂、ポリイミド系樹脂、ウレタン系樹脂など)、ゴム又は熱可塑性エラストマーなどが挙げられる。これらの接着剤は、単独で又は二種以上組み合わせて使用できる。耐熱温度の観点からはポリフッ化ビニリデン樹脂がよい。
図2は、実施形態2に係る面状発熱体の模式図である。図2(a)は平面図、図2(b)は図2(a)のB−B線断面図である。図2に示すように、面状発熱体20は、第1基材1と、発熱層2と、2つの電極3と、第2基材4とを備えている。
実施例1として、実施形態1に係る面状発熱体10の構成を有する面状発熱体を作製した。まず、次の構成材料を使用して導電性ペーストを作製した。
導電材料:
カーボンブラック:東海カーボン社製トーカブラック#4300
グラフェン :グラフェンプラットホーム社製GNH−XC
接着剤成分 :クレハ化学社製PVDF W1300
溶剤 :三菱化学社製NMP
なお、トーカブラック#4300は平均粒子径が55nmである。また、GNH−XCは平均粒子径が3μmの剥離グラフェンである。
導電材料としてのカーボンブラックとグラフェンとの質量比率は80%、20%とした。また、接着剤成分と導電材料との質量比率は20%、80%とした。また、溶剤の量は、ペーストの固形分濃度が20質量%となるように調整した。
これらの材料を容器に投入し、ミキサー(シンキ―社製「練り太郎」)にて5分間混合し、導電性ペーストを作製した。
実施例2として、実施形態1に係る面状発熱体10の構成を有する面状発熱体を作製した。まず、実施例1の場合と同じ構成材料を使用して導電性ペーストを作製した。ただし、導電材料としてのカーボンブラックとグラフェンとの質量比率は95%、5%とした。また、接着剤成分と導電材料との質量比率は20%、80%とした。また、溶剤の量は、ペーストの固形分濃度が20質量%となるように調整した。
これらの材料から、実施例1と同様の方法にて導電性ペーストを作製した。
実施例3〜5として、実施例1,2と同様に面状発熱体を作製した。ただし、導電材料としてのカーボンブラックとグラフェンとの質量比率は、実施例3では60%、40%、実施例4では40%、60%、実施例5では20%、80%とした。さらに、実施例6として、実施例1〜5と同様に面状発熱体を作製した。ただし、導電材料はグラフェン100%とした。
実施例として、実施形態1に係る面状発熱体10の構成を有するが、発熱層にグラフェンを含まない面状発熱体を作製した。まず、導電性ペーストを作製した。このとき、導電材料はカーボンブラック100%とした。また、接着剤成分と導電材料(カーボンブラック)との質量比率は20%、80%とした。また、溶剤の量は、ペーストの固形分濃度が20質量%となるように調整した。
これらの材料から、実施例1と同様の方法にて導電性ペーストを作製した。
次に、実施例1〜6、比較例の面状発熱体の抵抗値をテスターにより測定した。なお、抵抗値の測定は、雰囲気温度−20℃〜120℃の範囲で行った。
2 発熱層
3 電極
4 第2基材
10、20 面状発熱体
100 ヒータベスト
101、102 前身頃
103 後身頃
104 コネクタ
Claims (13)
- 第1基材と、
前記第1基材の表面に形成された、導電材料を含む発熱層と、
互いに離間し、かつ前記発熱層に接触するように前記1基材に設けられた2つの電極と、
を備え、前記導電材料は、カーボン材料とグラフェンとからなる、又は、剥離グラフェンからなることを特徴とする面状発熱体。 - 前記グラフェンは剥離グラフェンであることを特徴とする請求項1に記載の面状発熱体。
- 前記発熱層におけるカーボン材料とグラフェンとの質量比が70:30〜10:90であることを特徴とする請求項1又は2に記載の面状発熱体。
- 前記カーボン材料は平均粒子径が10nm〜100nmであることを特徴とする請求項1〜3のいずれか一つに記載の面状発熱体。
- 前記グラフェンは平均粒子径が1μm〜10μmであることを特徴とする請求項1〜4のいずれか一つに記載の面状発熱体。
- 前記発熱層は接着剤成分としてポリフッ化ビニリデン樹脂を含むことを特徴とする請求項1〜5のいずれか一つに記載の面状発熱体。
- 前記2つの電極間に7.5V以上19.5V以下の電圧を印加したときに、前記第1基材が5℃以上30℃以下だけ昇温し、消費電力が100W/m2以上1000W/m2以下であることを特徴とする請求項1〜6のいずれか一つに記載の面状発熱体。
- 前記発熱層上に形成された第2基材をさらに備えることを特徴とする請求項1〜7のいずれか一つに記載の面状発熱体。
- 前記第2基材は、前記第1基材に接着剤で接合されていることを特徴とする請求項8に記載の面状発熱体。
- 前記発熱層の厚みと第1基材の厚みと前記第2基材の厚みとの合計が300μm以下であることを特徴とする請求項8又は9に記載の面状発熱体。
- 前記第1基材の厚みと前記発熱層の厚みとの合計が200μm以下であることを特徴とする請求項1〜10のいずれか一つに記載の面状発熱体。
- 前記第1基材はポリイミドからなることを特徴とする請求項1〜11のいずれか一つに記載の面状発熱体。
- 前記第1基材はポリフェニレンサルファイドからなることを特徴とする請求項1〜11のいずれか一つに記載の面状発熱体。
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