JP4867439B2

JP4867439B2 - 面状発熱体

Info

Publication number: JP4867439B2
Application number: JP2006105958A
Authority: JP
Inventors: 隆彦山北; 武彦重岡
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2006-04-07
Filing date: 2006-04-07
Publication date: 2012-02-01
Anticipated expiration: 2026-04-07
Also published as: JP2007280789A

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９は従来のＰＴＣ特性を持たせた面状発熱体の平面図で、図１０は図９の要部の拡大平面図、図１１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９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１１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ＰｏｓｉｔｉｖｅＴｅｍｐｅｒａｔｕｒｅＣｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ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、長尺で狭い幅のものを作成しようとすると、電極がスクリーン印刷で形成されているため、どうしても電極の伝達ロスすなわち電圧ドロップを生じてしまい、温度分布が発生して、下流の発熱部分の発熱温度が低くなってしまう課題があり、それを少なくしようとすると、電極の伝達ロスを少なくするように電極断面積を確保するため、電極の厚さあるいは幅で対処する必要があった。前者の電極の厚さで対処する方法は、電極がスクリーン印刷で形成されているため、１回の印刷ではどうしても限界があり厚くすることができず、またたとえ、電極を厚く印刷できた場合には、段差を生
じるため、枝電極５２ａ、５３ａ上に重ねて形成する高分子抵抗体５４が、枝電極５２ａ、５３ａの段差のエッジ部分で、一部分あるいは広範囲に断線を生じてしまうエッジ切れの心配があった。また、後者の電極の幅で対処する方法は、電極上が発熱部分とはならないため、面状発熱体の無発熱部分が増えるとともに、電極に使用する材料はスクリーン印刷用でなければならないため、銀等の貴金属を使用するため、使用量が増えるとコストアップとなる課題があった。

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、長尺の面状発熱体を形成するために、電極の主電極５２、５３部分と枝電極５２ａ、５３ａ部分の厚さを変えて形成することにより、電流が多く流れる主電極の電圧ドロップを低減させるとともに、枝電極５２ａ、５３ａ上に重ねて形成する高分子抵抗体５４のエッジ切れを防止し、品質の安定した面状発熱体を提供することにある。

上記課題を解決するために、電気絶縁性基材と、前記電気絶縁性基材上にスクリーン印刷により形成し、対向するように配設した対となる主電極と、それぞれの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、前記電極の印刷は少なくとも前記主電極部分の一部あるいは全域を重ね印刷するとともに、前記枝電極部分よりも前記主電極部分の重ね印刷回数を多く形成してある。

上記した構成において、前記電極の印刷は少なくとも前記主電極部分の一部あるいは全域を重ね印刷するとともに、前記枝電極部分よりも前記主電極部分の重ね印刷回数を多く形成してあるので、主電極部分は枝電極部分よりも重ね印刷回数を多い分厚く形成されるため、主電極の伝達ロスを少なくすることができ、主電極の幅を狭くするすることができ、発熱部を多くすることができる。また、それぞれに流れる電流は少ないためにその厚さを薄く形成した枝電極の上に形成した高分子抵抗体は、枝電極の段差のエッジ部分で生じるエッジ切れを抑制することができるとともに、電極に使用する材料も少なくすることができ、安価に構成出来るようになる。

本発明の面状発熱体は、電極の主電極部分を枝電極部分の厚さより厚く形成することにより、主電極の幅を狭く形成して、発熱部の面積を確保出来るようにするとともに、枝電極の段差のエッジ部分で生じる高分子抵抗体のエッジ切れを抑制することができ、そして、安価に安定した品質の面状発熱体を提供できる。

第１の発明は、電気絶縁性基材と、前記電気絶縁性基材上にスクリーン印刷により形成し、対向するように配設した対となる主電極と、それぞれの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、前記電極の印刷は少なくとも前記主電極部分の一部あるいは全域を重ね印刷するとともに、前記枝電極部分よりも前記主電極部分の重ね印刷回数を多く形成してある。

上記した構成において、前記電極の印刷は少なくとも前記主電極部分の一部あるいは全域を重ね印刷するとともに、前記枝電極部分よりも前記主電極部分の重ね印刷回数を多く形成してあるので、主電極部分は枝電極部分よりも重ね印刷回数を多い分厚く形成されるため、主電極の伝達ロスを少なくすることができ、主電極の幅を狭くするすることができ
、発熱部を多くすることができる。また、それぞれに流れる電流は少ないためにその厚さを薄く形成した枝電極の上に形成した高分子抵抗体は、枝電極の段差のエッジ部分で生じるエッジ切れを抑制することができるとともに、電極に使用する材料も少なくすることができ、安価に安定した品質の面状発熱体を提供できるようになる。

第２の発明は、特に、第１の発明のスクリーン印刷はロール状の柔軟性を有する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し、前記電極の全面印刷をしたのち、乾燥工程を経て、続けて少なくとも前記主電極部分の一部あるいは全域を重ね印刷した構成としてある。

そして、電極を連続スクリーン印刷方式で形成してあるので、電極の重ね印刷の位置合わせが容易にでき、位置ズレを防止することができるとともに、電極の全面印刷をしたのち続けて主電極部分を重ね印刷してあるので、電極の重ね印刷での密着は強固にすることができ、主電極の伝達ロスを少なくす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は本発明の実施の形態１における面状発熱体の要部斜視図、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、図４は同面状発熱体の電極全体印刷用の第１スクリーン印刷用版の構成図、図５は同面状発熱体の主電極印刷用の第２スクリーン印刷用版の構成図、図６は同面状発熱体の高分子抵抗体印刷用の第３スクリーン印刷用版の構成図である。

図１〜図６において、面状発熱体１は、ポリエステルフィルム製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スクリーン印刷・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スクリーン印刷・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、それぞれの主電極３ａ、３ｂから交互に相手側の主電極に向って複数の枝電極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。また、主電極は、スクリーン印刷方向に沿って配設し、この主電極に対し略平行に高分子抵抗体を配設するとともに、主電極に対し枝電極を傾斜させて配設してある。

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行う。印刷順序としては、図４の版６に示すように、主電極３ａ、３ｂ、枝電極３ｃ、３ｄを含むすべての電極３を銀ペーストの印刷・乾燥により形成し、次に図５の版７に示すように、この電極３の主電極部３ａ、３ｂのみを銀ペーストの印刷・乾燥により形成し、最後に図６の版８に示すように、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、主電極３ａ、３ｂ、枝電極３ｃ、３ｄを含むすべての電極３を銀ペーストの印刷・乾燥により形成し、次にこの電極３の主電極部３ａ、３ｂのみを銀ペーストの印刷・乾燥により形成し、枝電極３ｃ、３ｄ部分は１回印刷で、主電極３ａ、３ｂ部分は２回印刷の重ね印刷をして、主電極３ａ、３ｂ部分は枝電極３ｃ、３ｄ部分の約２倍の厚さとしてあるので、主電極３ａ、３ｂ部分は枝電極３ｃ、３ｄ部分よりも重ね印刷回数を多い分厚く形成されるため、主電極３ａ、３ｂの伝達ロスを少なくすることができ、主電極３ａ、３ｂの幅を狭くするすることができ、発熱部を多くすることができる。また、それぞれに流れる電流は少ないためにその厚さを薄く形成した枝電極３ｃ、３ｄの上に形成した高分子抵抗体４は、枝電極３ｃ、３ｄの段差のエッジ部分で生じるエッジ切れを抑制することができるとともに、電極３に使用する銀ペースト材料も少なくすることができ、安価に安定した品質の面状発熱体を提供できるようになる。

さらに、電極３を連続スクリーン印刷方式で形成してあるので、電極３の重ね印刷の位置合わせが容易にでき、位置ズレを防止することができるとともに、電極３の全面印刷をしたのち続けて主電極３ａ、３ｂ部分を重ね印刷してあるので、電極３の重ね印刷での密着は強固にすることができ、主電極３ａ、３ｂの伝達ロスを少なくすることができるようになる。

（実施の形態２）
図７は本発明の実施の形態２における面状発熱体の要部平面図である。なお、本実施の形態は、電極の構成が実施の形態１の発明と異なるだけで、同一の番号を付与し、異なる構成についてのみ説明を行う。

図７に示すように、主電極３ａ、３ｂはスクリーン印刷方向矢印Ｅに沿って配設し、かつ、前記高分子抵抗体４は前記主電極に対し略平行に配設するとともに、前記主電極３ａ、３ｂに対し枝電極３ｃ、３ｄを傾斜させて配設した構成としてある。

そして、主電極３ａ、３ｂをスクリーン印刷方向矢印Ｅに沿って配設し、かつ、前記高分子抵抗体４は前記主電極３ｃ、３ｄに対し略平行に配設するとともに、前記主電極３ａ、３ｂに対し枝電極３ｃ、３ｄを傾斜させて配設してあるので、傾斜させてある分、枝電極３ｃ、３ｄと高分子抵抗体４の重なり長さを多くすることができるようになり、枝電極３ｃ、３ｄの段差のエッジ部分で生じるエッジ切れに対して、余裕を持つことができるとともに、スクリーン印刷方向に枝電極３ｃ、３ｄが直交しないので、印刷時の枝電極３ｃ、３ｄの端部に生じやすい高分子抵抗体４のエッジ切れを抑制することができるようになる。

なお、実施の形態２では、主電極３ａ、３ｂに対し枝電極３ｃ、３ｄを傾斜させて配設した構成で説明したがこれは、図８に示すように、枝電極３ｃ、３ｄをＶ字状に途中で折り返すようにしても良く、これによれば、傾斜させても傾斜による発熱部の面積ロスは少なくなり、さらに、折り返しの繰り返しを多くして、Ｗ状あるいはさらに多くして波状にすればさらに効果的であり、傾斜角度も自由に設定できるようになる。

また、主電極３３ａ、３ｂの重ね印刷と主電極３ａ、３ｂに対して枝電極３ｃ、３ｄを傾斜させて配設する構成を個別に説明したが、これは、電極３の重ね印刷と主電極３ａ、３ｂに対して枝電極３ｃ、３ｄを傾斜させて配設する構成を同時に行うようにしてもよく、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同実施の形態１における同面状発熱体の電極全体印刷用の第１スクリーン印刷用版の構成図同実施の形態１における同面状発熱体の主電極印刷用の第２スクリーン印刷用版の構成図同実施の形態１における同面状発熱体の高分子抵抗体印刷用の第３スクリーン印刷用版の構成図本発明の実施の形態２における要部平面図本発明の実施の形態２の他の実施例を示す要部平面図従来の面状発熱体を示す平面図同面状発熱体の要部の拡大平面図同面状発熱体の被覆材５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主電極
３ｃ、３ｄ枝電極
４高分子抵抗体
５被覆材

Claims

電気絶縁性基材と、前記電気絶縁性基材上にスクリーン印刷により形成し、対向するように配設した対となる主電極と、それぞれの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、前記電極の印刷は少なくとも前記主電極部分の一部あるいは全域を重ね印刷するとともに、前記枝電極部分よりも前記主電極部分の重ね印刷回数を多く形成した面状発熱体。
前記スクリーン印刷はロール状の柔軟性を有する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し、前記電極の全面印刷をしたのち、乾燥工程を経て、続けて少なくとも前記主電極部分の一部あるいは全域を重ね印刷した請求項１記載の面状発熱体。