JP4760470B2 - 面状発熱体 - Google Patents

Description

本発明は、床に配設して床面全体を暖めるような暖房ヒータとして、広範囲の部分に配設しやすいように構成した薄くて長尺の面状発熱体に関するものである。

従来、この種の面状発熱体の発熱部には、ベースポリマーと、カーボンブラック、金属粉末、グラファイトなどの導電性物質を溶媒に分散して、特にベースポリマーとして結晶性樹脂を用いてＰＴＣ特性を持たせたものがある（例えば、特許文献１、２、３参照）。

図４は従来のＰＴＣ特性を持たせた面状発熱体の平面図で、図５は図４の要部の拡大平面図、図６は面状発熱体の張り合わせ時の概略構成断面図である。図４に示したように、面状発熱体５０は、ポリエステルシートなどの電気絶縁性の基材５１の上面における外側部に、導電性ペーストを印刷・乾燥して得られる正と負になる幅の広い一対の主電極５２、５３及び主電極５２、５３より対向する電極５３、５２に向って交互に導出した幅の細い多数の枝電極５２ａ、５３ａと、枝電極５２ａ、５３ａより給電されるように、枝電極５２ａ、５３ａの上及び基材５１の上面に重ねて高分子抵抗体インクを印刷・乾燥して得られる高分子抵抗体５４を設け、さらに基材５１と同様の材質の被覆材５５で主電極５２、５３、枝電極５２ａ、５３ａ及び高分子抵抗体５４を被覆して保護する構成としたものである。そして、高分子抵抗体５４は多数の枝電極５２ａ、５３ａより給電されることで電流が流れ、発熱する。

基材５１及び被覆材５５としてポリエステルフィルムを用いる場合には被覆材５５に例えばポリエチレン系の熱融着性樹脂（図示せず）を予め接着しておき、熱を与えながら加圧する（熱時加圧）ことにより、基材５１と被覆材５５とを熱融着性樹脂を介して接合される。これにより、主電極５２、５３、その枝電極５２ａ、５３ａ及び高分子抵抗体５４は外界から隔離され、長期信頼性を付与されるのである。

前記した熱時加圧の手段としては、図６に被覆材５５を貼り合わせる際の概略構成断面図を示したが、矢印方向へ回転する２本の加熱ロール５６、５７からなるラミネーター５８が一般的である。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（抵抗が正の温度係数を有する意味の英語 Ｐｏｓｉｔｉｖｅ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ の頭文字を取っている）を意味しており、ＰＴＣ特性を有する高分子抵抗体５４は、自己温度調節機能を有する面状発熱体を提供できる。
特開昭５６−１３６８９号公報 特開平６−９６８４３号公報 特開平８−１２０１８２号公報

上記従来の面状発熱体５０では、長尺のものを作成しようとすると、印刷の版が大きくなるために、どうしても所定の長さの版を作成し、印刷の端部を重ね印刷して継ぎ足し連結する必要があり、そうすると、重ね印刷部分はその重ね代がばらついたり、また重ねた部分の高分子抵抗体５４の膜厚が厚くなることにより、抵抗値が低くなり発熱温度がばらつき、特に所定温度より高くなり不安全になることを考慮して、主電極のみを重ねて複数枚の面状発熱体を電気的に接続する方法がとられていた。このとき、連結部に隣接する枝電極は、交互に配設するため異極となり、重ね代がばらつき短絡による異常発熱やマイグ
レーション等の心配があり、そのため、継ぎ足す面状発熱体の間隔を広くとる必要があり、そうするとその部分は発熱しないため、温度が低くなってしまう課題があった。

また、面状発熱体５０は、所定の長さの版を作成し、印刷の端部を重ね印刷して継ぎ足し連結するため、長さは印刷の重ね数に版の長さを掛け合わせそれから重ね代を差し引いたものとなり、面状発熱体５０の長さの調整が難しく、面状発熱体５０を様々の長さに対応するために、様々の長さに印刷の版を用意しなければならないという課題があった。

上記従来の技術の問題点に鑑み、本発明が解決しようとする課題は、長尺の面状発熱体の様々の長さに対応しやすいようにするとともに、連結部の無発熱部の範囲をできるだけ小さくすることができるようにすることにある。

上記課題を解決するために、ロール状の電気絶縁性基材をロール状に巻き取りながら連続的にスクリーン印刷により形成し、巻き取り方向に略平行で対向するように配設した対となる第１主電極と、それぞれの第１主電極から交互に対向する主電極に向かって配設した櫛形形状の第１枝電極からなる電極と、前記電極に重ねてスクリーン印刷し、前記電極より給電され発熱する高分子抵抗体と、前記電極および高分子抵抗体を覆い、前記電気絶縁性基材と密着させた被覆材とを備え、前記スクリーン印刷はロール状の電気絶縁性基材をロール状に巻き取りながら連続的に電極及び高分子抵抗体をスクリーン印刷で形成する連続スクリーン印刷方式とするとともに、スクリーン印刷の少なくとも主電極の後部と次に印刷される主電極の前部の一部を重ねて連結し、連結部は高分子抵抗体を重ねないように隙間を設け、かつ、前記連結部を挟むように第１主電極から交互に対向する第１主電極に向かって一対の第２主電極を配設し、さらに前記第２主電極から交互に対向する第２主電極に向かって櫛形形状の第２枝電極を配設したものである。

上記した構成において、連結部を挟むように第１主電極から交互に対向する第１主電極に向かって一対の第２主電極を配設し、さらに前記第２主電極から交互に対向する第２主電極に向かって櫛形形状の第２枝電極を配設してあるので、第２枝電極が第１主電極と平行に配設され、面状発熱体を連結される方向と一致するようになる。そして、この第２枝電極上を連結部として、第２枝電極上に高分子抵抗体を重ねないように隙間を設けることで、第２枝電極間に直交するように高分子抵抗体の隙間は位置するため、第２枝電極間の高分子抵抗体はすべて発熱部として機能し、第２枝電極間の重ね代を調整することで、長尺の面状発熱体の様々の長さに対応しやすくすることができるようになる。また、連結部の高分子抵抗体は隙間を設ければよいだけなので、高分子抵抗体の印刷設定の自由度は増し、連結部の無発熱部の範囲をできるだけ小さくすることができる。

本発明の面状発熱体は、第２枝電極間の重ね代を調整することで、長尺の面状発熱体の様々の長さに対応しやすくすることができるようになるとともに、連結部の高分子抵抗体は隙間を設ければよいだけなので、高分子抵抗体の印刷設定の自由度は増し、連結部の無発熱部の範囲をできるだけ小さくすることができ、様々な寸法の長尺の面状発熱体に設計的に対応しやすく暖房感の向上させることのできる面状発熱体を提供できる。

第１の発明は、ロール状の電気絶縁性基材をロール状に巻き取りながら連続的にスクリーン印刷により形成し、巻き取り方向に略平行で対向するように配設した対となる第１主電極と、それぞれの第１主電極から交互に対向する主電極に向かって配設した櫛形形状の第１枝電極からなる電極と、前記電極に重ねてスクリーン印刷し、前記電極より給電され発熱する高分子抵抗体と、前記電極および高分子抵抗体を覆い、前記電気絶縁性基材と密
着させた被覆材とを備え、前記スクリーン印刷はロール状の電気絶縁性基材をロール状に巻き取りながら連続的に電極及び高分子抵抗体をスクリーン印刷で形成する連続スクリーン印刷方式とするとともに、スクリーン印刷の少なくとも主電極の後部と次に印刷される主電極の前部の一部を重ねて連結し、連結部は高分子抵抗体を重ねないように隙間を設け、かつ、前記連結部を挟むように第１主電極から交互に対向する第１主電極に向かって一対の第２主電極を配設し、さらに前記第２主電極から交互に対向する第２主電極に向かって櫛形形状の第２枝電極を配設したものである。

そして、連結部を挟むように第１主電極から交互に対向する第１主電極に向かって一対の第２主電極を配設し、さらに前記第２主電極から交互に対向する第２主電極に向かって櫛形形状の第２枝電極を配設してあるので、第２枝電極が第１主電極と平行に配設され、面状発熱体を連結される方向と一致するようになる。そして、この第２枝電極上を連結部として、第２枝電極上に高分子抵抗体を重ねないように隙間を設けることで、第２枝電極間に直交するように高分子抵抗体の隙間は位置するため、第２枝電極間の高分子抵抗体はすべて発熱部として機能し、第２枝電極間の重ね代を調整することで、長尺の面状発熱体の様々の長さに対応しやすくすることができるようになる。また、連結部の高分子抵抗体は隙間を設ければよいだけなので、高分子抵抗体の印刷設定の自由度は増し、連結部の無発熱部の範囲をできるだけ小さくすることができる。

第２の発明は、特に、第１の発明の第１枝電極の電極間距離よりも第２枝電極の電極間距離を同等あるいはそれよりも長くした構成としてある。

そして、発熱部の温度は枝電極間の抵抗値即ち電極間距離に反比例し、第１枝電極の電極間距離よりも第２枝電極の電極間距離を同等あるいはそれよりも長くしてあるので、連結部の温度は、第２枝電極に形成される発熱部は第１枝電極に形成される発熱部より同等あるいはそれよりも低くなり、連結部の発熱部が所定温度より高くなり不安全になる心配がなくなる。

第３の発明は、特に、第１の発明から第２の発明の第２主電極の電極間幅を第１枝電極の電極間幅よりも広く、第１主電極の電極間幅よりも狭くした構成としてある。

そして、第２主電極の電極間幅を第１枝電極の電極間幅よりも広くしてあるので、第２枝電極で形成される発熱部に供給される電流量が第２主電極より十分供給することができるようになり、第２枝電極に形成される発熱部の温度を保つことができるようになる。また、第１主電極の電極間幅よりも狭くしてあるので、第２主電極で供給できる最大電流量は第１主電極の電極間幅で規制されるので、第２主電極の電極間幅を不要に幅広くするしなくて済み、無駄な電極幅がなくなることにより、コストが削減されるとともに、発熱部の減少も削減できるようになる。

第４の発明は、特に、第１の発明から第２の発明の印刷条件検知手段は、前記連結部近傍を覆うように、被覆材の上面にアルミテープ等の均熱手段を配設した構成としてある。

そして、連結部近傍を覆うように、被覆材の上面にアルミテープ等の均熱手段を配設してあるので、連結部の前後の発熱部分より、均熱手段で伝熱させて、連結部の無発熱部の範囲での温度低下を減少させることができるようになる。

なお、本発明は本実施の形態により限定されるものではない。また、本実施の形態の説明において、同一構成並びに作用効果を奏するところには同一符号を付して重複した説明を行わないものとする。

（実施の形態１）
図１〜図３は、本発明の実施の形態１における面状発熱体の概略構成図を示し、図１は要部斜視図、図２は要部平面図、図３は同面状発熱体の印刷時の工程概略図である。

図１において、面状発熱体１は、ポリエステルフィルム等の薄肉のロール状の電気絶縁性基材２の上面に銀ペーストの印刷・乾燥により形成した一対（電気的に正側と負側）の電極３と、電極３に重なるように高分子抵抗体インクを印刷・乾燥により形成した高分子抵抗体としての高分子抵抗体４を有している。そして、上記電極３、高分子抵抗体４、及び電気絶縁性基材２と接着性を有するアクリル系接着剤等の接着性樹脂層（図示せず）を予め形成されたポリエステルフィルム等の薄肉の電気絶縁性の被覆材５を貼り合わせて面状発熱体１が形成される。

電極３は、相対向するように幅の広い一対（直流電源の正側と負側に対応）の第１主電極３ａ、３ｂを面状発熱体１の長手方向の外側部に沿って配設され、それぞれの第１主電極３ａ、３ｂから交互に相手側の第１主電極３ａ、３ｂに向って複数の第１枝電極３ｃ、３ｄを導出して全体として櫛形形状になっており、これに重なるように配設した高分子抵抗体４に多数の枝電極３ｃ、３ｄより給電することで、高分子抵抗体４に電流が流れ、発熱する。

ここで、図３に示すように、加工工程の順序としては、まず、ポリエステルフィルム製の電気絶縁性基材２をロール状に巻き取りながら、電気絶縁性基材２上に、スクリーン印刷方向を巻き取り方向と同一方向で連続的に電極３及び高分子抵抗体４をスクリーン印刷で形成する連続スクリーン印刷方式で、銀ペーストの印刷・乾燥により一対の電極３を形成し、この電極３に重なるように高分子抵抗体インクを印刷・乾燥により高分子抵抗体４を形成する。そして、電極３、高分子抵抗体４をその上に形成したロール状の電気絶縁性基材２と被覆材５を連続的に貼り合わせて形成して、複数の発熱体本体部分が完成され、この完成したものを枚様に外形抜きリード線付け等の後処理（図示せず）をして最終製品に仕上げていくようになっていて、これを床材等に組み込んで、広範囲の部分に配設して、床面全体を暖めるような暖房ヒータとして用いられるようにしてある。

ここで、スクリーン印刷の少なくとも主電極３ａ、３ｂの後部と次に印刷される主電極
３ａ、３ｂの前部の一部を重ねて連結し、この連結部は高分子抵抗体４を重ねないように隙間を設け、かつ、前記連結部を挟むように第１主電極３ａ、３ｂから交互に対向する第１主電極３ａ、３ｂに向かって一対の第２主電極３ｅ、３ｆを配設し、さらに前記第２主電極３ｅ、３ｆから交互に対向する第２主電極３ｅ、３ｆに向かって櫛形形状の第２枝電極３ｇ、３ｈを配設してある。また、第１枝電極３ｃ、３ｄの電極間距離と第２枝電極３ｇ、３ｈの電極間距離を略同等してあり、第２主電極３ｅ、３ｆの電極間幅を第１枝電極３ｃ、３ｄの電極間幅よりも広く、第１主電極３ａ、３ｂの電極間幅よりも若干狭くしてあり、さらに、連結部近傍を覆うように、被覆材５の上面にアルミテープ等の均熱手段６を配設してある。

そして、連結部を挟むように第１主電極３ａ、３ｂから交互に対向する第１主電極３ａ、３ｂに向かって一対の第２主電極３ｅ、３ｆを配設し、さらに前記第２主電極３ｅ、３ｆから交互に対向する第２主電極３ｅ、３ｆに向かって櫛形形状の第２枝電極３ｇ、３ｈを配設してあるので、第２枝電極３ｇ、３ｈが第１主電極３ａ、３ｂと平行に配設され、面状発熱体を連結される方向と一致するようになる。そして、この第２枝電極３ｇ、３ｈ上を連結部として、第２枝電極３ｇ、３ｈ上に高分子抵抗体４を重ねないように隙間を設けることで、第２枝電極３ｇ、３ｈ間に直交するように高分子抵抗体４の隙間は位置するため、第２枝電極３ｇ、３ｈ間の高分子抵抗体４はすべて発熱部として機能し、第２枝電極３ｇ、３ｈ間の重ね代を調整することで、長尺の面状発熱体１の様々の長さに対応しや
すくすることができるようになる。また、連結部の高分子抵抗体４は隙間を設ければよいだけなので、高分子抵抗体４の印刷設定の自由度は増し、連結部の無発熱部の範囲をできるだけ小さくすることができる。つまり、第２枝電極３ｇ、３ｈ間の重ね代を調整することで、スクリーン印刷の電極用の版は一つで、高分子抵抗体４の版を長さ方向の寸法を変えることで、面状発熱体１は長尺の様々の長さに対応できるようになる。

また、発熱部の温度は枝電極間の抵抗値即ち電極間距離に反比例し、第１枝電極３ｃ、３ｄの電極間距離よりも第２枝電極３ｇ、３ｈの電極間距離を略同等としてあるので、連結部の温度は、第２枝電極３ｇ、３ｈに形成される発熱部は第１枝電極３ｃ、３ｄに形成される発熱部より同等あるいはそれよりも低くなり、連結部の発熱部が所定温度より高くなり不安全になる心配がなくなる。

さらに、第２主電極３ｅ、３ｆの電極間幅を第１枝電極３ｃ、３ｄの電極間幅よりも広くしてあるので、第２枝電極３ｇ、３ｈで形成される発熱部に供給される電流量が第２主電極３ｅ、３ｆより十分供給することができるようになり、第２枝電極３ｇ、３ｈに形成される発熱部の温度を保つことができるようになる。また、第１主電極３ａ、３ｂの電極間幅よりも狭くしてあるので、第２主電極３ｅ、３ｆで供給できる最大電流量は第１主電極３ａ、３ｂの電極間幅で規制されるので、第２主電極３ｅ、３ｆの電極間幅を不要に幅広くせずに済み、無駄な電極幅がなくなることにより、コストが削減されるとともに、発熱部の減少も削減できるようになる。

そしてまた、連結部近傍を覆うように、被覆材５の上面にアルミテープ等の均熱手段６を配設してあるので、連結部の前後の発熱部分より、均熱手段６で伝熱させて、連結部の無発熱部の範囲での温度低下を減少させることができるようになる。

なお、連結部の無発熱部の範囲をできるだけ小さくするため、連結部の高分子抵抗体４の隙間をできるだけ小さくした例で説明したが、これは、使用環境が許されるならば、高分子抵抗体４の隙間も第２枝電極３ｇ、３ｈ間の重ね代に合わせて調整することで、スクリーン印刷の電極用の版と高分子抵抗体４の版は一つで、長尺の様々の長さに面状発熱体１を対応できるようになり、その他各部の構成も本発明の目的を達成する範囲であればその構成はどのようなものであってもよい。

以上のように、本発明にかかる面状発熱体は、広範囲の部分に配設しやすいように薄くて長尺の面状発熱体のものとすることが出来るようになり、床に配設して床面全体を暖めるような暖房ヒータや、その他広範囲の部分の暖房を必要する器具に使用できる。

本発明の実施の形態１における面状発熱体を示す要部斜視図 同実施の形態１における面状発熱体の要部平面図 同実施の形態１における同面状発熱体の印刷時の工程概略図 従来の面状発熱体を示す平面図 同面状発熱体の要部を拡大して示す平面図 同面状発熱体の被覆材の貼り合わせ時を示す概略構成図

符号の説明

１ 面状発熱体
２ 電気絶縁性基材
３ 電極
３ａ、３ｂ 第１主電極
３ｃ、３ｄ 第１枝電極
３ｅ、３ｆ 第２主電極
３ｇ、３ｈ 第２枝電極
４ 高分子抵抗体
５ 被覆材
６ 均熱手段

Claims (4)

1. ロール状の電気絶縁性基材をロール状に巻き取りながら連続的にスクリーン印刷により形成し、巻き取り方向に略平行で対向するように配設した対となる第１主電極と、それぞれの第１主電極から交互に対向する主電極に向かって配設した櫛形形状の第１枝電極からなる電極と、前記電極に重ねてスクリーン印刷し、前記電極より給電され発熱する高分子抵抗体と、前記電極および高分子抵抗体を覆い、前記電気絶縁性基材と密着させた被覆材とを備え、前記スクリーン印刷はロール状の電気絶縁性基材をロール状に巻き取りながら連続的に電極及び高分子抵抗体をスクリーン印刷で形成する連続スクリーン印刷方式とするとともに、スクリーン印刷の少なくとも主電極の後部と次に印刷される主電極の前部の一部を重ねて連結し、連結部は高分子抵抗体を重ねないように隙間を設け、かつ、前記連結部を挟むように第１主電極から交互に対向する第１主電極に向かって一対の第２主電極を配設し、さらに前記第２主電極から交互に対向する第２主電極に向かって櫛形形状の第２枝電極を配設した面状発熱体。
2. 前記第１枝電極の電極間距離よりも第２枝電極の電極間距離を同等あるいはそれよりも長くした請求項１記載の面状発熱体。
3. 前記第２主電極の電極間幅を第１枝電極の電極間幅よりも広く、第１主電極の電極間幅よりも狭くした請求項１または２のいずれか１項に記載の面状発熱体。
4. 前記連結部近傍を覆うように、被覆材の上面にアルミテープ等の均熱手段を配設した請求項１から３のいずれか１項に記載の面状発熱体。