JP3982555B2 - 面状発熱体 - Google Patents

Description

本発明は、自己温度制御機能を有する床暖房、電気カーペット、畳暖房、車載用シートヒーター等で用いられる面状採暖具や、湯沸器や炊飯器等で用いられる保温器等の面状発熱体に関するものである。

従来の面状発熱体は、例えば図６に示すように、基材１０１と、基材１０１上に導電性を有する導体皮膜で形成された一対の電極部１０３ａ、１０３ｂと、一対の電極部１０３ａ、１０１ｂに電気的に接続された自己温度制御機能を有した発熱体１０４で構成されている。１０５は電源である。１０６は接続部でハトメとメガネ端子等が使用される。１０７は接続線でリード線等が使用される。そして、電流は、電源１０５から接続線１０７ａ、１０７ｂ、接続部１０６ａ、１０６ｂを介して、電極部１０３ａ、１０３ｂに供給される。図７は、図６に示す面状発熱体のＰ−Ｐ断面図である。この図７に示すように、電極部１０３ａと１０３ｂとの間に生じた電位差によって電流Ｉが流れることにより発熱部１０４が発熱する。なお、この自己温度制御機能を有する発熱体１０４は、通電すると発熱体の温度が上昇するとともに、ある温度に到達すると抵抗値が急激に増加し自己温度調節を行うという特性を有している。

なお、従来の面状発熱体は、インク状にした材料を印刷によって、ＰＥＴフィルム等の含浸しない基材に、導体皮膜で構成された電極部および自己温度制御機能を有する発熱部を形成していた。しかしながら、床暖房、電気カーペット、畳暖房、車載用シートヒーター等の面状発熱体では、発熱体そのものの可撓性が求められており、上記従来のような、ＰＥＴフィルム等を基材として用いた従来の面状発熱体は利用できなかった。特に、可撓性のある基材としては、紡織繊維を用いるのが一般的であるが、基材を紡織繊維とすると印刷をする際に基材内の繊維状に編まれた格子穴にインク状の材料が入り込んだり、あるいは繊維自体に浸透するため、導体皮膜の膜厚にバラツキが発生していた。その結果、電極であれば薄膜の箇所の抵抗値が局部的に大きくなり異常発熱を引き起こしたり、この箇所の抵抗値が大きくなり電極の終端部まで安定して電流を流すことができずに電圧降下してしまうという課題があった。そして、発熱部に適正な電圧を印加することができず、発熱部の温度性能が満足しなくなることがあった。また、発熱部では膜厚にバラツキが生じると所望の発熱温度にならず、不均一な温度分布になるという課題もあった。

本発明は上記課題を解決するために、可撓性を有する繊維状の基材と、前記基材の表面に配設された電極部と、前記電極部と電気的に接続され前記基材の表面に配設された自己温度制御機能を有する発熱部とを有し、少なくとも前記基材と電極部または発熱部の間に、それぞれの配線パターンを印刷により形成するインクが含浸するのを防ぐ含浸防止処理部を備え、前記含浸防止処理部は非含浸処理材料を塗布することによって設けた面状発熱体
とする。

また、含浸防止処理部は非含浸処理材料を積層することによって設けた面状発熱体とする。

さらに、含浸防止処理部は基材の表面を熱溶融することによって設けた面状発熱体とす
る。

上記発明によれば、電気的導体材料からなる電極部および自己温度制御機能を有する発熱部をペースト状に生成してインクとして扱う印刷工法を利用して含浸防止処理を施した基材上に、ムラのない良好な状態の配線パターンを形成することができる。つまり、基材への含浸がないので電極部および発熱部を形成している導体皮膜の膜厚を極力ばらつかせることなく形成できる。

また、可撓性のある基材に設けた含浸防止処理部上に電極部および発熱部を形成することによって、電気カーペット、車載用シートヒーター等の容易に屈曲される商品に対しても利用が可能となる。

本発明の面状発熱体によれば、印刷工法等によって電極部および発熱部を薄膜状態で形成する際にも、基材への含浸を防止するので導体材料の膜厚のバラツキを極力発生させることなく、安定して形成することができる。また、膜厚バラツキを抑え、均一な厚みの電極部および発熱部を構成することができるので、電極部では、抵抗値が局部的に大きくなり異常発熱を引き起こすこともなく、電極の終端部まで安定して電流を流すことができ、発熱部では、不均一な温度分布を得ることができるのである。

第１の発明は、可撓性を有する繊維状の基材と、前記基材の表面に配設された電極部と、前記電極部と電気的に接続され前記基材の表面に配設された自己温度制御機能を有する発熱部とを有し、少なくとも前記基材と電極部または発熱部の間に、それぞれの配線パターンを印刷により形成するインクが含浸するのを防ぐ含浸防止処理部を備え、前記含浸防止処理部は非含浸処理材料を塗布することによって設けた面状発熱体とする。

非含浸処理材料を塗布する工法では、非含浸処理材料を溶剤中に溶かし込んだものを噴霧して、紡織繊維の基材上に付着させて、乾燥させることによって、繊維の格子状の網の目内に、あるいは繊維内に非含浸処理材料がしみ込むことによって、容易に含浸防止処理が可能となる。また、非含浸処理材料が紡織繊維と絡み合うことによって、密着性がよくなり剥離しにくくなる。

第２の発明は、可撓性を有する繊維状の基材と、前記基材の表面に配設された電極部と、前記電極部と電気的に接続され前記基材の表面に配設された自己温度制御機能を有する発熱部とを有し、少なくとも前記基材と電極部または発熱部の間に、それぞれの配線パターンを印刷により形成するインクが含浸するのを防ぐ含浸防止処理部を備え、前記含浸防止処理部は非含浸処理材料を積層することによって設けた面状発熱体とする。

そして、非含浸処理材料を積層する工法によって、塗布する工法よりも非含浸処理材料の膜厚を安定して形成できるとともに、生産工程的にも溶剤をとばす乾燥工程が短縮できるので、生産効率の向上が可能である。

第３の発明は、可撓性を有する繊維状の基材と、前記基材の表面に配設された電極部と、前記電極部と電気的に接続され前記基材の表面に配設された自己温度制御機能を有する発熱部とを有し、少なくとも前記基材と電極部または発熱部の間に、それぞれの配線パターンを印刷により形成するインクが含浸するのを防ぐ含浸防止処理部を備え、前記含浸防止処理部は基材の表面を熱溶融することによって設けた面状発熱体とする。

そして、熱ローラ等を用いて基材の表面を熱溶融することによって安定して大量生産す
ることが可能となる。

以下、本発明の実施例について図面に基づいて説明する。

（実施例１）
図１は本発明の実施例１の面状発熱体の構成を示す断面図である。図２は、実施例１の面状発熱体の構成を示す外観図である。図１において、１は、可撓性を
有する基材として紡織繊維を用いたものである。そして基材１上の少なくとも一部に含浸防止処理部２を備える。さらに、含浸防止処理部２の上にスクリーン印刷等の印刷を可能とする導電性材料によって形成された導体皮膜状の一対の電極部３ａ、３ｂを構成する。電極部の導電性材料としては銀ペースト、銅ペースト等が挙げられる。さらに、一対の電極部３ａ、３ｂの一部に電気的に接続された自己温度制御機能を有する発熱部４が構成されている。自己温度制御機能を有する発熱部４としては、樹脂材料にカーボン等の導電粒子を混合させ、発熱体としたＰＴＣヒータを用いており、温度上昇に対して電気抵抗値が増加する特性を有している。そして、該ＰＴＣヒータは、電極部と同様にスクリーン印刷等の方法によって可撓性のある平面形状を成している。図２のように、電極部３ａ、３ｂへの電源供給は、バッテリー等の電源５から行う。電極部３ａ、３ｂと電源５は、ハトメとメガネ端子等の接続部６ａ、６ｂおよび、リード線等の接続線７ａ、７ｂによって接続されている。これによって電極部３ａ、３ｂに電圧が印加されるようになっている。このようにして、基材１の表面上に含浸防止処理部２を設けることによって、紡織繊維のような繊維状の基材においても、編まれた格子穴にインクが入り込んだり、あるいは繊維自体に浸透することなく、導体皮膜の膜厚にバラツキが生じることがない。そして、印刷工法による導体皮膜を形成する際に、均一な膜厚とすることができる。

次にこの実施例の構成おける動作を説明する。図１に示すように、自己温度制御機能を有する発熱部４は電極部３ａ、３ｂと電気的に接続されている。電源５により、電極３ａにプラス電源電位を、電極３ｂにマイナス電位を印加することによって、電流Ｉは電極３ａから発熱部４を通って電極３ｂの方向に流れて発熱部４が発熱する。

なお、電気的絶縁性は、電極部３ａ、３ｂと発熱部４の印刷面に要求されもので、含浸防止処理部等に電気絶縁材料を混合して実現するか、あるいは電気的絶縁性能を有した基材を用いることで実現可能である。

なお、本実施例では、電源としてＤＣ電源を電源供給源として説明したが、自己温度制御機能を有する発熱部の材料としてＡＣ電源用の特性を有する材料を用いれば、電源供給源をＡＣ電源としても同様の効果とすることができるのはいうまでもない。

また、電極および発熱部の配線パターンを形成するのに、導電性材料を有したインクとして扱い乾燥工程をもつ印刷工法によって実現したが、この導電性材料にＵＶ硬化材料を混入して行う工法も考えられる。また他の工法として、たとえば粉体で形成した導電性材料を用いて静電塗工によっても同様の配線パターンを形成することもできる。

なお、可撓性を有する基材としては、縦糸と横糸を用いて織った織物、、ベッチン、コール天、タオル、ビロードなどのパイル組織による布、、平編、ゴム編、パール編、タック編、浮編、パイル編、レース編、シングルデンビー編、シングルバンダイク編、ダブルデンビー編、ダブルバンダイク編などの織物、あるいはニードルパンチなどによって基布に綿を打ち込んだ不織布、人工皮革、合成皮革、ゴムなどを利用できる。

また、非含浸処理材料としては、ポリエステル系樹脂、ウレタン系樹脂、フッ素系樹脂
等が考えられ、紡織繊維状の基材の網の目を埋めるように積層するか、あるいは繊維自体に含浸させてインクの浸透を防ぐ等の方法が考えられる。また、非含浸処理材料自体に断熱機能を持たせることにより、発熱効率を高めることができる。

なお、基材に含浸防止処理を施す範囲としては、基材の全面としなくとも、電極および発熱部の配線パターンを覆うことができれば、一部分としてもよく、含浸材料防止材料の使用量を減らすことができ、材料コストの削減が可能となる。

図３にその具体例を示す。図３は、本発明の面状発熱体を車載用シートヒータに利用したもものの平面図（図３−（ａ））及び断面図（図３−（ｂ））である。

すなわち、図３に示すうように、基材１の一部分に含浸防止処理部２を配設し、この含浸防止処理部２の上に、電極３ａ、３ｂ及び発熱体４を配設することで、面状発熱体を構成しており、前記基材１の周囲からは、車両のシートに組み込む際のつり込み部１５が複数箇所延出されている。この場合、つり込み部１５には、含浸防止処理を施していないので基材そのものの柔軟性を維持されており、つり込み部が含浸防止処理によって硬化することによる着座時の突っ張り感やったり、つり込み作業時の作業性悪化を防止できる。このように、面状発熱体を熱機器に利用する際に、個々の熱機器で要求される機能に応じて含浸防止処理部を設ける箇所を限定することができるのである。

また、非含浸処理材料を積層することによって基材の表面を含浸防止処理部したものとしては、不織布等にＰＥＴ等のフィルムを貼り合わせたもの、あるいはＰＰ、ＰＥ等の樹脂材料を基材の表面上にラミネートした基材が考えられる。

また、基材の表面を熱溶融することによって基材の表面を含浸防止処理部としたものとしては、ポリエステル、アクリル等の材質を有し、加熱および圧力によって基材自体が溶融して、表面が平滑となるものが考えられる。

含浸防止処理部が電気絶縁性を備えることによって、電極部および発熱部が短絡することなく、正常な通電状態とすることができる。

また、非含浸処理材料あるいは基材に帯電防止を施すことによって、帯電防止処理を行うことができる。その方法としては、界面活性剤を非含浸処理材料に混合して繊維表面に付着させるか、あるいは界面活性剤を単独で基材表面に付着させるかの方法で摩擦係数を低下させ電気の発生を抑制し、また電気抵抗を減少させて伝導度を高める方法がある。

また、電極部および発熱部の上にポリエステル、ＰＥＴフィルム等の電気絶縁層および保護層を備えることにより、電極部の異極間で短絡することを防止したり、あるいは電極部および発熱部の耐摩耗性能、耐浸水性、剥離性能を向上させるなど、外部応力、外部環境から保護することができる。

また、電極部および発熱部に柔軟性材料を混合させることによって、紡織繊維のように伸縮性のある基材でも電極部、発熱部が断線することなく、基材に追従できることになる。

本発明の面状発熱体は、他の使用方法として、例えば図４のような電気カーペットに代表される電気採暖具が考えられる。８は発熱面で、内部に発熱部４を備えている。９は操作部で、発熱部４を温度制御するとともに、所望の温度に調整することが可能となっている。１０は電源コードであり、ＡＣ電源等から電源を供給する。以上の構成によって、使用者は発熱面８の上に載り採暖する。また、図５のような保温器等にも用いることができ
る。１１は発熱部であり、１２の保温対象物を熱する。１３は外郭で、発熱部１１および保温対象物１２を覆って断熱するとともに外部から保護する。１４は電源コードであり、ＡＣ電源等から電源を供給する。以上の構成によって、保温対象物１２を保温することができる。その他の具体的な商品としては、電気ひざかけ、電気毛布、足温器、床暖房、壁暖房、畳床暖房、電気フトン、電気座布団、風呂用暖房マット、暖房ジャケット、暖房手袋、カバー付き暖房便座、車載用シートヒーターなどの電気採暖具あるいは、保温器が挙げられる。

本発明の面状発熱体は、床暖房、電気カーペット、畳床暖房、車載用シートヒーター等で用いられる面状採暖具や、電気ひざかけ、電気毛布、足温器、床暖房、壁暖房、畳床暖房、電気フトン、電気座布団、風呂用暖房マット、暖房ジャケット、暖房手袋、カバー付き暖房便座の他、湯沸器や炊飯器等で用いられる保温器等において利用可能な面状発熱体を提供できるのである。

本発明の実施例１の面状発熱体を示す断面構成図 本発明の実施例１の面状発熱体を示す外観図 本発明の実施例１において基材の一部を含浸防止処理部とした面状発熱体を示す構成図 本発明の面状発熱体を利用した応用商品である電気採暖具の一例を示す外観図 本発明の面状発熱体を利用した応用商品である保温器の一例を示す外観図 従来の面状発熱体の構造を示す外観図 従来の面状発熱体の構造を示す断面構成図

符号の説明

１ 基材
２ 含浸防止処理部
３ａ、３ｂ 電極部
４ 発熱部]

Claims (3)

1. 可撓性を有する繊維状の基材と、前記基材の表面に配設された電極部と、前記電極部と電気的に接続され前記基材の表面に配設された自己温度制御機能を有する発熱部とを有し、少なくとも前記基材と電極部または発熱部の間に、それぞれの配線パターンを印刷により形成するインクが含浸するのを防ぐ含浸防止処理部を備え、前記含浸防止処理部は非含浸処理材料を塗布することによって設けた面状発熱体。
2. 可撓性を有する繊維状の基材と、前記基材の表面に配設された電極部と、前記電極部と電気的に接続され前記基材の表面に配設された自己温度制御機能を有する発熱部とを有し、少なくとも前記基材と電極部または発熱部の間に、それぞれの配線パターンを印刷により形成するインクが含浸するのを防ぐ含浸防止処理部を備え、前記含浸防止処理部は非含浸処理材料を積層することによって設けた面状発熱体。
3. 可撓性を有する繊維状の基材と、前記基材の表面に配設された電極部と、前記電極部と電気的に接続され前記基材の表面に配設された自己温度制御機能を有する発熱部とを有し、少なくとも前記基材と電極部または発熱部の間に、それぞれの配線パターンを印刷により形成するインクが含浸するのを防ぐ含浸防止処理部を備え、前記含浸防止処理部は基材の表面を熱溶融することによって設けた面状発熱体。
   
   
   

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