JP4858144B2 - 発熱体 - Google Patents
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Landscapes
- Resistance Heating (AREA)
Description
レフタレート板5に塗布して外装材6とする場合、熱溶融性材料フィルム4は、有機溶剤で溶解させた溶剤系接着剤タイプや、熱で融かして液化させるホットメルト系接着剤タイプで使用される。このような材料構成にすると、熱溶融性材料フィルム4が抵抗体材料3を被覆するので、その融点やガラス転移点もしくは脆化温度が、抵抗体材料3の抵抗品質特性およびその耐久信頼性特性に影響する。そこでその影響を回避するために、熱溶融性材料フィルム4は、抵抗体材料3への影響を回避する特殊材料をさらに添加するという複雑な材料組成とし、複雑な製法で熱溶融性材料フィルム4をポリエチレンテレフタレート板5に形成している。また、このことは、熱溶融性材料フィルム4だけで外装材6を構成する場合でも同様である。
、前記抵抗体に用いる高分子材料の結晶化温度Tcより低温側に有りしかも、前記接着性材料の融点tmは、前記抵抗体に用いる高分子材料の融点Tmより高温側に有るとした。
接着性材料に積層された有機性コート材で構成されるとした。接着性材料は、ポリエステル樹脂が主成分であるため接着力が強く、基材と有機性コート材の接着の長期間にわたる耐久信頼性が確保でき、接着部分から抵抗体への水の浸入を完全に防止して、抵抗体の水分付着による電気抵抗変化を起こらなくし、加湿耐久信頼性を向上させる。しかも、接着性材料に用いたポリエステル材料は、多価カルボン酸の組成を適正化して融点が約90〜130℃としているため、結晶性が高まり、耐ブロッキング性と接着性と耐加水分解性が向上している。また、接着性材料に使用したポリエステル材料の結晶性が高まることにともなって、抵抗体も結晶性が高まりその耐久信頼性が向上する利点が生じている。また、接着性材料は、硬化剤を使用しないので線状の柔らかい非架橋型となっているうえに難溶剤溶解性としているので、耐ブロッキング性に優れておりロール状に巻取ったときにお互いがくっつくことがない。さらに、この接着性材料を形成してこれを被覆材に接合する技術とこの被覆材を用いて発熱体を製造する技術は、簡単な製法と品質管理で製造でき、生産性と信頼性を一層高めた発熱体が提供できる。
とがなく、優れた耐久信頼性を長期間維持できる。これに加えて、給電用リード線を通過させるために有機性被覆材に設ける空隙が、導電性端子の外形寸法より小さい寸法であるため、有機性補強材が導電性端子の外周部分を覆ってここからの水の浸入を完全に防止し、抵抗体の水分付着による電気抵抗変化を起こらなくして加湿耐久信頼性を向上させる。また、この構成は、簡単な製法と品質管理で製造でき、これにより、生産性と信頼性を一層高めた発熱体が提供できる。
図1は、本発明の実施の形態である発熱体の断面図と効果特性図であり、(a)は断面図、(b)は適用範囲を表わす特性図である。まず、構造について説明する。図1(a)の断面図に示すように、発熱体は、有機材料系の基材12と、基材12に形成した1対以上の電極13、14と、電極13、14の間に配置され少なくともその1部分を覆って積層される発熱可能な有機材料系の抵抗体15と、電極13、14と抵抗体15の全体を覆っている有機性被覆材16を、少なくとも備えている。抵抗体15は、高分子材料に導電性付与材が混合された組成物であり、直流や交流の電圧を印加されると発熱する。抵抗体15がこの構成であるため、その下部にある基材12は、抵抗体15に用いる高分子材料の融点Tmより、高い融点を持つ材料を使用した。これは、この熱物性を有する基材12にしないと、抵抗体15を基材の表面に厚膜印刷し乾燥硬化させることで形成することができないためである。
くともその1部分を覆って積層されるように形成した。抵抗体15は、正抵抗温度特性を有する有機材料系の抵抗体であり、高分子材料(エチレン酢酸ビニル共重合体を使用)と架橋材(ジクミルパーオキサイドを使用)とカーボンブラックの混練物をペースト化したものを、印刷乾燥により10μm厚みとして形成している。
コート材18に塗布して乾燥硬化させてフィルムとしロール状に巻いて有機性被覆材16を形成する製造工程と、基材12と有機性被覆材16をラミネートして熱融着する工程と、熱融着品を低温エイジングする工程に関する、製造し易さと検査の容易さを評価した指標である。◎◎は製造・検査に極めて優れる、◎は製造・検査に優れる、○は製造・検査が容易である、△は製造・検査がやや複雑であること、×は大変複雑であり不適格を表わす。
実施の形態2は、接着性材料17のガラス転移点tgもしくは脆化温度tbと、融点tmの関係について詳細に検討した内容である。結晶性が低く非結晶領域が多く存在する接着性材料17は、ガラス転移点tgや脆化温度tbが明確に存在するが、結晶性が高く非結晶領域が僅かしか存在しない接着性材料17は、ガラス転移点tgや脆化温度tbが明確に存在しない。そこで、ガラス転移点tgや脆化温度tbが明確でない、結晶性が高く非結晶領域が僅かしか存在しない接着性材料17の使用可否について検討した。
が推定できる。
実施例3は、接着性材料17に使用する材料ついてさらに詳細に検討した内容である。(表1)や(表2)に示すように、接着性材料17は、飽和結晶性ポリエステル樹脂、熱可塑性オレフィンエラストマー、熱可塑性オレフィン樹脂、エチレン・アクリル酸エステル・無水マレイン酸3元共重合物のいずれか、もしくはこれらの複合材料が、使用できることがわかる。これら接着性材料17は、ガラス転移点tgもしくは脆化温度tbが非常に低い材料であるので、これら温度に関する使用制限が非常に少なく使用し易いうえに低温で長期間使用しても、発熱体は、その抵抗特性に影響を受けることなく優れた低温信頼性を長期間維持できる。しかも、この接着性材料17は、その融点tmが僅かに高いだけであるので、ホットメルト温度を僅かに高くするだけで対応でき、簡単な製造技術と品質管理技術を用いて製造できる効果と、抵抗体に与える熱影響が低減する効果が生じる。そのため、生産性と信頼性を一層高めた発熱体が提供できるようになる。
実施例4は、抵抗体15に用いる高分子材料について検討した内容である。(表3)は、抵抗体15の高分子材料と接着性材料17の実施例および比較例の効果特性表である。
ポリエチレンテレフタレートであり、その片面に電極13、14、さらに抵抗体15を形成している。
実施例5は、有機性被覆材16の構成と、接着性材料17の材質について検討した内容である。前述の(表1)や(表3)よりわかる様に、有機性被覆材16が、接着性材料17とこれに積層された有機性コート材18で構成され、接着性材料17が、結晶化度を高めた難溶剤溶解性の硬化剤未使用タイプのポリエステル樹脂が主成分であると、優れた効果を有することがわかった。このことをさらに詳細に検討した結果を、(表4)に示す。検討は、接着性材料17としてポリエステル系を使用し種別を変化させ、他は前述の実施の形態1と同じ材料系である発熱体で行なった。これらの評価は、次のようにしておこなっている。
検査の容易さ、加湿中耐久信頼性が優れている。
塑性材料をポリプロピレンまたはポリエチレンとし、これに架橋剤とカーボンブラックを混練した混練物でも、同様の優れた効果が得られた。
実施例6は、接着性材料17として用いる、結晶化度を高めた難溶剤溶解性の硬化剤未使用タイプのポリエステル樹脂の分子量について検討した内容である。その検討結果を、(表9)に示す。
実施例7は、有機性被覆材16の構成と、接着性材料17の材質について検討した内容である。前述の(表2)の実施例9よりわかる様に、有機性被覆材16が、特殊エチレンエラストマーとオレフィン系熱可塑性エラストマーとエチレン・アクリル酸エステル・無水マレイン酸3元共重合物が主成分の接着性材料17と、接着性材料17に積層された有機性コート材18で構成され、基材12が、オレフィン系エラストマーとスチレン系エラストマーとアクリル酸エステル・無水マレイン酸3元共重合物の混合物が主成分の耐熱フィルムが被覆させた材料であると、優れた効果を有することがわかった。
実施例8は、電極13、14の材質について検討した内容である。電極13等は、その給電部分に導電性有機材料19を介して給電用の導電性端子20が積層されており、さらに導電性端子20にはハンダなどの接合材23を用いて、給電用リード線22が接合される構造である。給電用リード線22は、発熱体に電圧電流を供給するリード線であり、電圧電流供給時に頻繁に引っ張られる。電極13等の給電部分と導電性有機材料19は、この給電用リード線22の引っ張りによって剥離しないことが肝要であり、この影響を回避するため、ただ単に電極13、14の材質を決めると、複雑な工法と高度な品質管理を用いて硬化を行なわななければならない必要が生じる。これに加えて、電極13、14は、その上部に接着性材料17がホットメルトされた際の熱溶融液化物が積層されるので、この影響が回避できる材質としなければならない。
を固定化するとともに、上記樹脂(A)の末端基等とも反応する。塗布液調製時の樹脂(B)は、親水性であるため耐水性が悪いが、塗布、乾燥および熱セットして熱反応が完了すると、ウレタン樹脂(B)の親水基すなわちブロック剤がはずれるため、耐水性が良好な塗膜が得られる。上記親水性すなわちブロック剤のうち、熱処理温度および熱処理時間が適当で、工業的に広く用いられるものとしては、重亜硫酸塩類が最も好ましい。また、上記樹脂(B)において使用されるウレタンプレポリマーの化学組成としては、(1)分子内に2個以上の活性水素原子を有する分子量が200〜20000の化合物、(2)分子内に2個以上のイソシアネート基を有する有機ポリイソシアネート、(3)分子内に少なくとも2個の活性水素原子を有する鎖伸長剤を反応せしめて得られる末端イソシアネート基を有する化合物、である。
実施例9は、給電用リード線22を電極13等に接続する構造について検討した内容である。図1(a)に記載したように、有機性被覆材16は、導電性端子20の外形寸法より小さい寸法の空隙21が設けられている。そして、この小さな空隙21を経由して、給電用リード線22が、電極13等に積層した導電性端子20に接合材23を用いて接合される構成とした。給電用リード線22を通過させるために有機性被覆材16に設ける空隙21が、導電性端子20の外形寸法より小さい寸法であるため、有機性被覆材16が導電性端子20の外周部分を覆って強固に接着しここからの水の浸入を完全に防止して、抵抗体15の水分付着による電気抵抗変化を起こらなくして加湿耐久信頼性を向上させる。
実施例10は、電極13、14と導電性有機材料19と導電性端子20と接合材23の材質について検討した内容である。導電性有機材料19は、給電用リード線22を接続する導電性端子20を、電極13等の給電部分に物理的電気的に接着する材料である。この給電用リード線22は、発熱体に電圧電流を供給するリード線でありハンダなどの接合材23を用いて導電性端子20に接続固定されているのであるが、電圧電流供給時に頻繁に引っ張られている。導電性有機材料19は、この給電用リード線22の引っ張りによって、電極13等の給電部分から剥離しないことが肝要であり、ただ単にこれらの材質を決めると、複雑な工法と高度な品質管理を用いて硬化を行なわななければならない必要が生じる。
することなく強固に接合していた。またこのことで、導電性有機材料19は、簡単な工法と品質管理を用いて硬化を行なうことができるようになった。
実施例11は、有機性被覆材16に設ける空隙21の位置について検討した内容である。空隙21は、給電用リード線22を導電性端子20にハンダなどの接合材23を用いて接合するために、有機性被覆材16に設けて給電用リード線22を通過させる穴である。導電性端子20は、ハンダなどの接合材23で加熱されるため、その下部にある導電性有機材料19も同時に加熱される。このハンダなどの接合材23による加熱は、導電性有機材料19の導電性端子20および電極13等に対する物理的電気的な接着に影響を与えるため、この影響を回避するため、ただ単に空隙21の位置を決めると、複雑な工法と高度な品質管理を用いて加熱を行なう必要が生じる。
とが大きく低減し、給電用リード線22が頻繁に引っ張られても、電極13等と剥離することなくこれらと強固に接合している。また、このことで、ハンダなどの接合材23による加熱は、簡単な工法と品質管理を用いて行なうことができるようになる。
実施の形態12は、基材12および有機性コート材18の材質について検討した内容であり、(表10)は、その検討結果である。検討は、基材12および有機性コート材18として、材質が異なる芳香族ジカルボン酸が主成分のポリエステル系材料を使用した以外は、前述の実施の形態1と同じ材料系である発熱体で行なった。
実施例12は、給電用リード線22を接合する接合材23の周辺構造について検討した内容である。給電用リード線22は、電圧電流供給時に頻繁に引っ張られるので、導電性端子20から剥離しないことが肝要であり、この影響を回避するため、ただ単に接合材23を加熱すると、複雑な工法と高度な品質管理を用いて加熱を行なう必要が生じる。
なうことができるようになる。有機性補強材24で使用する飽和ポリエステル樹脂は、ポリブチレンテレフタレートまたはポリエチレンテレフタレートまたは接着性材料17に使用した樹脂など、結晶性を有する熱可塑性樹脂に分類される樹脂であり、これをホットメルトしてその熱溶解物を接合材23の周囲に被覆し、冷却して固化した状態で使用される。さらに、有機性補強材24は、リンなどの難燃材を混合した樹脂を使用し、耐トラッキング性を向上されてもよい。
13、14 電極
15 抵抗体
16 有機性被覆材
17 接着性材料
18 有機性コート材
19 導電性有機材料19
20 導電性端子
21 空隙
22 給電用リード線
23 接合材
24 有機性補強材
Claims (14)
- 有機材料系の基材と、前記基材に形成した1対以上の電極と、前記電極の間に配置されており高分子材料に導電性付与材が混合された組成物である発熱可能な抵抗体と、前記電極および抵抗体の全体を覆う接着性材料を有する有機性被覆材を少なくとも備え、前記接着性材料は、そのガラス転移点tgもしくは脆化温度tbのいずれかが、前記抵抗体に用いる高分子材料の結晶化温度Tcより低温側に有りしかも、その融点tmは、前記抵抗体に用いる高分子材料の融点Tmより高温側に有るとした発熱体。
- 接着性材料は、その融点tmが、抵抗体に用いる高分子材料の融点Tmの1.13〜1.38倍にあり、そのガラス転移点tgもしくは脆化温度tbが、前記融点tmに0.62を乗じた温度で代替される請求項1に記載の発熱体。
- 接着性材料は、飽和結晶性ポリエステル樹脂、熱可塑性オレフィンエラストマー、熱可塑性オレフィン樹脂、エチレン・アクリル酸エステル・無水マレイン酸3元共重合物のいずれかもしくは、これらの複合材料が主成分である請求項1または2に記載の発熱体。
- 抵抗体に用いる高分子材料が、熱可塑性樹脂である請求項1に記載の発熱体。
- 有機性被覆材は、結晶化度を高めた難溶剤溶解性の硬化剤未使用タイプのポリエステル樹脂が主成分である接着性材料と、前記接着性材料に積層された有機性コート材で構成される請求項1に記載の発熱体。
- 接着性材料は、その分子量が5000〜15万であるポリエステル樹脂を主成分とする請求項5に記載の発熱体。
- 有機性被覆材は、特殊エチレンエラストマーとオレフィン系熱可塑性エラストマーとエチレン・アクリル酸エステル・無水マレイン酸3元共重合物が主成分の接着性材料と、前記接着性材料に積層された有機性コート材で構成され、基材は、オレフィン系エラストマーとスチレン系エラストマーとアクリル酸エステル・無水マレイン酸3元共重合物の混合物が主成分の耐熱フィルムが被覆させた材料である請求項1に記載の発熱体。
- 電極は、銀粉を主成分とする導電性付与材と、共重合ポリエステル樹脂とイソシアネート系硬化剤を少なくとも含有している結合剤とからなり、前記導電性付与剤/前記結合剤の組成比が60/40〜95/5(硬化後の重量比)である請求項1に記載の発熱体。
- 電極は、その給電部分に接着性の導電性有機材料を介して、給電用の導電性端子が積層されており、前記導電性端子には、その外形寸法より小さい寸法で有機性被覆材に設けられた空隙を経由して、給電用リード線が接合材で接合される請求項1に記載の発熱体。
- 電極と導電性有機材料は、銀を主成分とする導電性付与材と熱硬化性のポリエステル樹脂を少なくとも含有しており、導電性端子は錫メッキした銅箔からなり、接合材はスズを含むハンダからなる請求項9に記載の発熱体。
- 有機性被覆材に設ける空隙は、導電性端子の中心部より外れた部分に設けられている請求項9に記載の発熱体。
- 基材が、結晶化核剤を用いて結晶化させた芳香族ジカルボン酸が主成分のポリエステル系材料である請求項1に記載の発熱体。
- 有機性コート材が、結晶化核剤を用いて結晶化させた芳香族ジカルボン酸が主成分のポリエステル系材料である請求項5に記載の発熱体。
- 接合材は、ポリエステル樹脂を主成分とする有機性補強材でその周囲を被覆されているとした請求項項9もしくは請求項10に記載の発熱体。
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