JP3197751B2

JP3197751B2 - 面状発熱装置

Info

Publication number: JP3197751B2
Application number: JP14795194A
Authority: JP
Inventors: 勇次北御門; 弘巳野村; 直樹西川; 勇田熊
Original assignee: Nok Corp
Current assignee: Nok Corp
Priority date: 1994-06-29
Filing date: 1994-06-29
Publication date: 2001-08-13
Anticipated expiration: 2016-08-13
Also published as: JPH0817563A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、面状発熱装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】面状発熱装置は、霜取り、融氷、凍結防
止、加熱、保温などの目的で多用途に使用されている。
従来の面状発熱装置としては、たとえば実開昭６０−１
４５５９４号または特開平２−２７２７０２号公報に示
す装置が知られている。

【０００３】これら公報に示す面状発熱装置では、図１
０，１１に示すように、絶縁フィルム２上に、導電性イ
ンキ（銀粉末が混入）を印刷することにより電極４，６
が形成してあり、その上に、面状発熱素子８が印刷して
ある。面状発熱素子８は、樹脂に、カーボングラファイ
トなどの導電性粒子、その他に溶剤を加えて、ペースト
状にしたものをフィルム上に印刷することで形成され
る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】面状発熱素子８の材料
としては、様々な正温度特性（ＰＴＣ）の面状抵抗体材
料が開発されているが、１００℃以上程度の高温領域で
は、負温度特性（ＮＴＣ）を示す面状抵抗体材料が多
い。高温領域でもＰＴＣ特性を有すれば、面状発熱素子
が高温になるにつれて、抵抗が増大し、良好な自己温度
調節機能を発揮する。したがって、面状発熱素子におい
ては、高温領域でもＰＴＣ特性を有するものが望まれて
いる。

【０００５】また、従来の面状発熱装置に用いられてい
る面状発熱素子では、通電時間が長くなるほど、抵抗値
が変動し、良好な温度制御を得られないおそれがあっ
た。本発明は、このような実状に鑑みてなされ、通電時
間による抵抗変化率が小さく、しかも高温領域でもＰＴ
Ｃ特性を有し、たとえば自動車のミラーの曇り取りとし
て用いて好適な面状発熱装置を提供することを目的とす
る。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明に係る面状発熱装置は、基体材料に導電性粒
子と酸化物粒子とを混練した導電性高分子材料からなる
面状発熱素子と、該面状発熱素子の表面に形成された電
極とを備える面状発熱装置であって、前記導電性粒子の
粒径が３０〜３００ｎｍであり、当該導電性粒子に対す
るフタル酸ジブチルの吸油可能量が１００〜１５０ｍｌ
／１００ｇとしている。

【０００７】前記基体材料としては、エチレンビニルア
セテートコポリマ、エチレンアクリレートコポリマ、ポ
リオレフィン、エチレンプロピレンジエンターポリマ、
アクリル系樹脂などの高分子材料が好ましく用いられ
る。アクリル樹脂としては、アクリル酸およびその誘導
体を重合したものであれば、特に限定されないが、エチ
レンアクリル酸共重合体（ＥＡＡ）が好ましく用いられ
る。

【０００８】前記酸化物粒子の粒径が、１００〜３００
ｎｍの範囲にあり、前記導電性高分子材料中における酸
化物粒子の占める容積割合が、好ましくは５〜３０％、
さらに好ましくは１０〜３０％の範囲にある。前記酸化
物粒子としては、特に限定されないが、好ましくは酸化
チタン、酸化鉄、酸化亜鉛、酸化シリコンなど、さらに
好ましくは酸化チタンが好ましく用いられる。

【０００９】前記導電性粒子としては、導電性を有する
粒子であれば特に限定されないが、好ましくは金属粒
子、カーボン粒子（カーボンブラック粒子、カーボング
ラファイト粒子、黒鉛粒子）が用いられる。

【００１０】前記導電性粒子は、その粒子のストラクチ
ャーが発達していることが望ましく、フタル酸ジブチル
（ＤＢＰ）の給油可能量として、１００〜１５０ｍｌ／
１００ｇと必要とする。カーボン粒子において、ＤＢＰ
の給油可能量は、カーボン粒子の三次元構造の複雑さを
表わす数値であるが、粒子径とも密接に関係する。本発
明において、好ましいカーボン粒子の径は、７０〜９０
ｎｍである。

【００１１】

【００１２】

【作用】本発明に係る面状発熱装置では、面状発熱素子
が、導電性粒子以外に、酸化物粒子を含む。酸化物粒子
を含むことで、面状発熱素子の通電後の抵抗変化率特性
を改善することができる。たとえば基体材料としての熱
可塑性樹脂中に、導電性粒子としてのカーボン粒子のみ
を含有させた場合と、酸化物粒子としての酸化チタンを
０〜２０容積％含ませた場合とで、面状発熱素子の通電
後の抵抗変化率特性を図７に示す。

【００１３】図７中、横軸は面状発熱素子に対する通電
時間を示し、縦軸は抵抗変化率を示す。また、図７中、
ａは、酸化チタンの容積％が０である面状発熱素子を一
定時間通電（発熱温度が９０℃となるような電圧、以下
同様）した後の抵抗の変化率特性を示し、ｂは、酸化チ
タンの容積％が５である面状発熱素子を一定時間通電し
た後の抵抗の変化率特性を示し、ｃは、酸化チタンの容
積％が１０である面状発熱素子を一定時間通電した後の
抵抗の変化率特性を示し、ｄは、酸化チタンの容積％が
１５〜２０である面状発熱素子を一定時間通電した後の
抵抗の変化率特性を示す。なお、酸化チタンの粒径は、
１００〜３００ｎｍである。

【００１４】図７に示す結果から理解できるように、酸
化チタンを全く含まない場合（ａ）には、発熱素子の通
電後に、室温に戻すと、抵抗が著しく高くなり、酸化チ
タンの配合量が増大するほど、抵抗変化が少なくなる。
これは、高温下で基体材料としての樹脂が溶融状態にな
ったときに、ミクロな構造変化を起こし難くする補強作
用を、酸化チタンが有することと考えられる。同様な作
用は、酸化鉄（Ｆｅ₂Ｏ₃ ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸
化シリコン（ＳｉＯ₂ ）などの酸化物粒子も有する。

【００１５】本発明において、面状発熱素子に含まれる
導電性粒子として、ＤＢＰ吸油可能量が大きいものが好
ましい理由は、次のことから説明される。たとえば平均
粒径が７０〜９０ｎｍのカーボン粒子で、ＤＢＰの吸油
可能量が６０〜８０ｍｌ／１００ｇであるカーボン粒子
を用いて製造された面状発熱素子と、ＤＢＰの吸油可能
量が１００〜１５０ｍｌ／１００ｇのカーボン粒子を用
いて製造された面状発熱素子とのＰＴＣ特性比較を図８
に示す。図８中、横軸は、面状発熱素子の発熱温度を示
し、縦軸は、２５℃での抵抗に対する所定温度ｔ℃での
抵抗の比（抵抗率）を示す。

【００１６】図８中の特性ｅに示すように、ＤＢＰの吸
油可能量が６０〜８０ｍｌ／１００ｇのものを用いて製
造された面状発熱素子では、樹脂の融点以上の高温領域
で、ＰＴＣ特性（温度上昇と共に抵抗が高くなる）がな
くなり、ＮＴＣ特性（温度上昇と共に抵抗が低くなる）
を示す。これに対し、図８中の特性ｆに示すように、Ｄ
ＢＰの吸油可能量が１００〜１５０ｍｌ／１００ｇのも
のを用いて製造された面状発熱素子では、樹脂の融点以
上の高温領域でも、ＰＴＣ特性を示す。

【００１７】カーボン粒子の粒径が同じでＤＢＰ吸油可
能量が大と言うことは、カーボンストラクチャーが発達
していると考えられる。このことが、高温領域でのＰＴ
Ｃ特性を発揮させる原因か否かは明かではないが、おそ
らく、樹脂が溶融した状態でも、ミクロな構造を壊し難
くする補強作用を、このカーボンストラクチャーが有し
ているためと考えられる。

【００１８】なお、ＤＢＰの吸油可能量が１５０ｍｌ／
１００ｇよりも大きなカーボン粒子を用いて製造された
面状発熱素子では、ＰＴＣ特性が出難くなることが確認
されている。したがって、カーボン粒子などの導電性粒
子のＤＢＰ吸油可能量は、１００〜１５０ｍｌ／１００
ｇが好ましい。

【００１９】本発明において、混練物のフロー特性（温
度１９０℃、圧力１００ｋｇ／ｃｍ ² 、ノズル径０．５
mm、ノズル長さ１mmの条件）が、１０^-1〜１０^-5ｃｃ／
ｍｉｎの流量特性であることが好ましい理由を説明す
る。上記範囲のように、発熱素子材料としての混練物の
粘度が高温領域で高く設定されていれば、端子カシメ部
の応力緩和による密着力低下が生じ難く、導通の安定性
が保持されるからである。

【００２０】

【実施例】以下、本発明に係る面状発熱装置を、図面に
示す実施例に基づき、詳細に説明する。図１は本発明の
一実施例に係る自動車用ドアミラーのための面状発熱装
置の一部破断背面図、図２は図１に示す面状発熱装置の
表面側電極パターンを示す図、図３は図１に示す面状発
熱装置の背面側電極パターンを示す図、図４は図１に示
すIV−IV線に沿う要部断面図、図５は図１に示すV−V線
に沿う要部断面図、図６は図２に示す電極パターンの要
部拡大図である。

【００２１】図１〜６に示すように、本発明の一実施例
に係る面状発熱装置１０は、面状発熱素子１２と、その
表面に形成された所定パターンの電極１４と、素子の裏
面に形成されたダミー電極１６とを有する。面状発熱素
子１２は、基体材料に、導電性粒子および酸化物粒子を
混練した導電性高分子材料で構成してあり、本実施例で
は、自動車のドアミラーに合致した形状を有している。

【００２２】素子１２の表面に形成された電極１４は、
図６に示すように、第１電極パターン１４ａと、第２電
極パターン１４ｂとから成り、その全体のパターンは、
図２に示すように、三列の櫛形電極パターンであり、中
央部の電極パターンは、凸レンズの断面形状となってい
る。すなわち、図２に示すように、中央列の電極パター
ンにおいて、素子１２の中央部での電極１４の長さＬ
（図６参照）は、周辺部での電極１４の長さよりも長く
設定してある。また、電極１４のパターンは、異方導電
性を有する発熱素子の導電率が高い（抵抗が低い）方向
に平行なパターンにする。

【００２３】異方導電性を有する面状発熱素子１２で
は、導電率が高い（抵抗が低い）方向に平行に電極を形
成することで、電極長さＬが長いほど、単位長さ当りの
電極間の抵抗が低下する。そこで、この作用を利用し、
面状発熱素子１２の中央部での電極長さＬが、素子の周
辺部での電極長さよりも大きくなるように、電極パター
ンを設計する。このようにすることで、面状発熱装置１
０の中央部での電極間抵抗が、周辺領域よりも低くな
り、発熱量が増大する。図２に示すように、電極１４
を構成する一方の第１電極パターン１４ａには、その端
子カシメ部１５ａにおいて、図１に示す第１端子１８が
カシメられて接続される。また、電極１４を構成する他
方の第２電極パターン１４ｂには、その端子カシメ部１
５ｂにおいて、図１に示す第２端子２０がカシメられて
接続される。第１端子１８および第２端子２０は、図１
に示すハーネス２８およびコネクタ２２を通して外部電
源に接続される。

【００２４】これら端子１８，２０と、端子カシメ部１
５ａ，１５ｂとの接続部の詳細を、図５に示す。ただ
し、図５では、端子１８と端子カシメ部１５ａとの接続
部の断面を示す。端子２０と端子カシメ部１５ｂとの接
続は図５に示す場合と同様なので省略する。

【００２５】図５に示すように、端子カシメ部１５ａ
は、素子１２を貫通する雄端子１９を通じて、雌端子で
ある端子１８に接続される。雄端子１９の先端部１９ａ
は、雌端子である端子１８に対してカシメ止めさせ接続
される。端子１８は、ハーネス２８を介して図１に示す
コネクタ２２に接続される。

【００２６】図３に示すように、素子１２の背面側に形
成されるダミー電極１６の電極パターンは、図２に示す
端子カシメ部１５ａ，１５ｂに対応する裏電極カシメ部
１７，１７のパターンを除き、素子１２の表面側に形成
される電極１４と同じパターンである。また、ダミー電
極１６の材質および厚みも、電極１４と同様である。こ
れは、面状発熱装置１０の反りやカールを防止するため
である。図３に示す裏電極カシメ部１７のパターンが、
図２に示す電極カシメ部１５ａ，１５ｂのパターンと異
なるのは、図３に示す背面側のダミー電極１６には通電
する必要がないためである。

【００２７】図４，５に示すように、電極１４，１６が
形成された素子１２の両面には、室温圧着型シリコーン
粘着剤２４を介して、絶縁フィルム２６が張り合わせて
ある。室温圧着型シリコーン粘着材を使用する理由は、
面状発熱素子１２の抵抗の経時変化を小さくするためで
ある。また、前記雄端子１９のカシメも、絶縁フィルム
２６の貼着と同時に行う。

【００２８】図５に示すように、装置の表面側、すなわ
ち電極１４側に位置する絶縁フィルム２６の表面には、
両面テープ３０および剥離紙３２が順次積層してある。
剥離紙３２が剥離されることにより、その面に自動車用
ミラーが貼着される。自動車用ミラーは、電極１４によ
り通電されて発熱する素子１２により加熱されることが
できる。

【００２９】なお、図５中、符号３４は絶縁用熱収縮チ
ューブを示し、符号３６は絶縁用液状シリコン剤を示
す。この面状発熱装置１０は、たとえば次に示す方法で
製造される。導電性粒子として、たとえばカーボン粒子
（たとえば東海カーボン社製ＧＧ０１３）を用い、酸化
物粒子としては、酸化チタン粒子を用いる。また、基体
材料としては、ＥＡＡ樹脂を用いる。ＥＡＡ樹脂と、カ
ーボン粒子と酸化チタン粒子との混合比の一例を、表１
に示す。

【００３０】

【表１】

【００３１】カーボン粒子の粒径は、７０ｎｍであり、
酸化チタンの粒径は２００ｎｍである。容積比は、ＥＡ
Ａ樹脂５９％に対し、カーボン粒子が１７％、酸化チタ
ン粒子が２４％である。面状発熱素子を構成する材料１
００ｃｃ中のカーボン粒子の表面積は、５８０ｍ² であ
り、酸化チタン粒子の表面積は、７３０ｍ² である。

【００３２】混練装置としては、オープンロールもしく
は密封式ニーダ混練機を用いる。また、混練温度は、Ｅ
ＡＡ樹脂などの基体材料の融点よりも１０〜５０℃程度
高い温度に設定される。導電性粒子としては、導電性粒
子がカーボン粒子である場合には、カーボン粒子１００
グラムに対してＤＢＰが１００〜１５０ｍｌ程度吸油可
能な性質を有するカーボン粒子を用いる。

【００３３】このようにして得られた発熱素子材料は、
図８中の曲線ｆで示すように、１００℃以上の高温領域
でも、ＮＴＣ特性を示さない良好なＰＴＣ特性を有す
る。発熱素子の現材料および混練後の材料は、高湿度下
では吸湿する性質があり、その吸湿量が加工後の抵抗値
に影響を及ぼす。したがって、これら材料は、恒温恒湿
下で保存することが好ましい。本実施例では、温度２０
℃および湿度５０％の条件下で、これら材料を保管し
た。

【００３４】混練工程とは別に、接合面側を粗面化処理
した電解銅箔を準備する。電解銅箔としては、特に限定
されないが、たとえば古河サーキットフォイル社製ＧＴ
−１８を用いる。粗面化処理された電解銅箔の表面に
は、亜鉛コーティングおよびニッケルコーティングを施
すことが好ましい。

【００３５】次に、混練した材料を分出しし、シート状
の発熱素子材料を得る。そのシート厚さは、特に限定さ
れないが、たとえば０．３mm程度である。このシート状
発熱素子材料の表裏面に、前記粗面化処理された電解銅
箔を加熱圧着する。その際に、電解銅箔の粗面化処理面
が発熱素子材料に対して圧着する。

【００３６】この加熱圧着工程は、電解銅箔と発熱素子
材料とを圧着し剥がれなくする機能の他、混練後の材料
を加熱することにより、導電性粒子であるカーボン粒子
を凝集させ、所定の抵抗値を発現させる作用を有する。
加熱圧着条件としては、特に限定されないが、加熱温度
が１７０〜１９０℃、圧着圧力が約２００Ｋｇ／ｃｍ ²
である。この圧着により、厚み約０．３mmの面状発熱素
子を得ることができる。

【００３７】加熱圧着工程時およびその後の冷却工程あ
るいはエッチング工程には、発熱素子に反りやカールな
どは生じない。発熱素子の両面に電解銅箔を加熱圧着す
るからである。加熱圧着時の加熱温度を変えることによ
り、任意の抵抗値を有する面状発熱素子を得ることがで
きる。

【００３８】加熱圧着後には、発熱素子の両面に加熱圧
着された銅箔を、図２，３に示すパターンにエッチング
加工する。このエッチング時にも、素子１２に反りやカ
ールなどは発生しない。その後、図４，５に示すよう
に、電極１４，１６が形成された素子１２の両面に、室
温圧着型シリコン粘着剤２４を介して、絶縁フィルム２
６を張り合わせる。その際に、図５に示すように、雄端
子１９を、電極カシメ部１５ａ，１５ｂの位置で、素子
１２に対して貫通させ、端子１９の先端部１９ａをカシ
メ、雌端子である端子１８，２０に接続する。

【００３９】その後、図５に示すように、装置の表面
側、すなわち電極１４側に位置する絶縁フィルム２６の
表面に、両面テープ３０および剥離紙３２が順次積層す
る。自動車に装着する際には、剥離紙３２を剥離するこ
とにより、その面に自動車用ドアミラーを貼着できる。

【００４０】実際に装置１０の表面に、厚さ１．８mmの
背面クロムメッキされた耐熱ガラス製ドアミラーを貼着
し、ＤＣ１２Ｖの電圧を印加し、環境温度２０℃で動作
させた結果を図９に示す。図９に示すように、ミラーの
鏡面温度は曲線Ｘで示すように通電時間と共に上昇する
が、一定以上の通電時間では約６０℃以上に上昇しな
い。また、作動電流は、曲線Ｙで示すように、通電時間
と共に低下し、一定電流に近づく。すなわち、本実施例
に係る面状発熱装置１０が良好なＰＴＣ特性を有するこ
とが確認された。

【００４１】なお、本発明は、上述した実施例に限定さ
れるものではなく、本発明の範囲内で種々に改変するこ
とができる。たとえば、本発明に係る面状発熱装置で
は、面状発熱素子の材質に特徴を有し、電極の材質、構
造およびパターンは特に限定されず、種々の変形例が考
えられる。

【００４２】また、本発明に係る面状発熱装置は、自動
車のミラー用として用いられるのみではなく、その他の
用途にも好適に用いることができる。

【００４３】

【発明の効果】本発明に係る面状発熱装置によれば、粒
径が３０〜３００ｎｍで、フタル酸ジブチルの吸油可能
量が１００〜１５０ｍｌ／１００ｇの導電性粒子を用い
た面状発熱素子を備えることにより、樹脂の融点以上の
高温領域においても、ＮＴＣ特性を示さない良好なＰＴ
Ｃ特性を示す。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は本発明の一実施例に係る自動車用ドアミ
ラーのための面状発熱装置の背面図である。

【図２】図２は図１に示す面状発熱装置の表面側電極パ
ターンを示す図である。

【図３】図３は図１に示す面状発熱装置の背面側電極パ
ターンを示す図である。

【図４】図４は図１に示すIV−IV線に沿う要部断面図で
ある。

【図５】図５は図１に示すV−V線に沿う要部断面図であ
る。

【図６】図６は図２に示す表面側電極パターンの拡大図
である。

【図７】図７は導電性粒子としてのカーボン粒子のみを
含有させた場合と、酸化物粒子としての酸化チタンを０
〜２０容積％含ませた場合とで、面状発熱素子の通電後
の抵抗変化率特性を示す図である。

【図８】図８はＤＢＰを６０〜８０ｍｌ／１００ｇ含油
可能なカーボン粒子を用いて製造された面状発熱素子
と、ＤＢＰを１００〜１５０ｍｌ／１００ｇ含油可能な
カーボン粒子を用いて製造された面状発熱素子とのＰＴ
Ｃ特性比較を示す図である。

【図９】図９は本発明の実施例に係る面状発熱装置を自
動車用ミラーとして用いた場合の特性図である。

【図１０】図１０は従来例に係る面状発熱装置の要部断
面図である。

【図１１】図１１は図１０に示す装置の平面図である。

【符号の説明】

１０… 面状発熱装置１２… 面状発熱素子１４… 電極１４ａ… 第１電極パターン１４ｂ… 第２電極パターン１５ａ，１５ｂ… 端子カシメ部１６… ダミー電極１７… 裏電極カシメ部１９… 雄端子２４… シリコーン粘着剤２６… 絶縁性フィルム

フロントページの続き (72)発明者田熊勇佐賀県三養基郡中原町大字簔原609 エヌオーケー株式会社内 (56)参考文献特開平３−62488（ＪＰ，Ａ) 特開平２−213432（ＪＰ，Ａ) 特開平３−195782（ＪＰ，Ａ) 特開平４−308605（ＪＰ，Ａ) 実開平５−84086（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H05B 3/20

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】基体材料に導電性粒子と酸化物粒子とを
混練した導電性高分子材料からなる面状発熱素子と、該
面状発熱素子の表面に形成された電極とを備える面状発
熱装置であって、前記導電性粒子の粒径が３０〜３００ｎｍであり、当該
導電性粒子に対するフタル酸ジブチルの吸油可能量が１
００〜１５０ｍｌ／１００ｇであることを特徴とする面
状発熱装置。
【請求項２】前記基体材料が、エチレンビニルアセテ
ートコポリマ、エチレンアクリレートコポリマ、ポリオ
レフィン、エチレンプロピレンジエンターポリマ、アク
リル系樹脂のうちのいずれかで構成される請求項１に記
載の面状発熱装置。
【請求項３】前記導電性高分子材料中における導電性
粒子の占める容積割合が５〜５０％であり、前記導電性
高分子材料中における酸化物粒子の占める容積割合が５
〜３０％である、請求項１または２のいずれかに記載の
面状発熱装置。