JP4967641B2 - 高分子発熱体 - Google Patents

Description

本発明は、高分子抵抗体のジュール熱を利用した高分子発熱体に関し、更に詳しくは、耐久性や強度の高い生分解性樹脂を一部に使用して得られるものである。

従来から面状発熱体の発熱部として、カーボンブラックや金属粉末、グラファイトなどの導電性物質を樹脂に分散して得られたものが知られている。なかでも導電性物質と樹脂の組合せにより、自己温度制御機能を示すＰＴＣ発熱体（正の抵抗温度特性を意味する英語Ｐｏｓｉｔｉｖｅ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔの略を意味する）を用いた場合には、温度制御回路が不要となり、部品点数を少なくできるなど、メリットのあるデバイスとして知られている。

これらの構成は、図２に示すように、セラミックや絶縁処理された金属板など、筺体構造としての機能を有するベース材１２上に、導電性インキ組成物を印刷、あるいは塗布して得られる電極１４と、これにより給電される位置に抵抗体インク組成物を印刷、あるいは塗布して得られる抵抗体１５を設け、さらに電極１４及び抵抗体１５を被覆するカバー材１３から発熱体１１を形成する。図２（ａ）は発熱体の平面図、図２（ｂ）は図２（ａ）のｘ−ｙ位置断面図である。電極１４及び抵抗体１５は、ベース材１２やカバー材１３により外界から隔離されるため、長期信頼性を付与されることとなる。

従来から、印刷により高分子抵抗体を形成してこれを発熱体として用いた例としては、露・霜除去用として自動車のドアミラーや洗面台のミラー、床暖房器具等がある（例えば特許文献１参照）。

さらにこれら発熱体を高分子フィルムや繊維状の柔軟性材料を用いて構成することにより柔軟性機能を付与させたものもある（例えば特許文献２、３参照）。
特開２００２−３７１６９９号公報 特開２００３−１０９８０４号公報 特開２００５−１７４６２９号公報

近年家電製品を始め、パソコンや自動車に関しても使用済み製品のリサイクルの重要性が謳われており、ヒータ関連商品に関してもできうる限り環境を考慮した材料への代替化を推進することが望ましい。

一方、生分解性の樹脂を用いたフィルムや繊維の開発が活発に行われているが、従来品では、生分解性ゆえに、耐熱性や強度などの点で石油系由来の従来樹脂に比較して劣る場合が多く、長期耐久性を要求されるような製品への展開はできなかった。

本発明は、製品廃棄時にも易環境性を考慮しつつ、かつ長期信頼性を必要とされる用途にも使用可能となる、耐熱性や強度の高い生分解性樹脂を用いて高分子発熱体を提供することを目的とするもので、電極並びに抵抗体を保護する役目を有する樹脂フィルム部への生分解性樹脂材料の適用を検討することにより、有効とすることを目的としたものである。

前記従来の課題を解決するための本発明の高分子発熱体は、ベース側樹脂フィルムとカバー側樹脂フィルムに挟持してなる一対の電極と、前記一対の電極間に形成された抵抗体とを備え、前記ベース側樹脂フィルム及び前記カバー側樹脂フィルムの少なくとも一つが、ポリ乳酸繊維からなる不織布を、酸化させた大豆油に浸して得たものである。

本発明においては、耐熱性や強度を改善した生分解性樹脂を用いることにより、高分子発熱体への使用を可能とするものである。耐熱性を発現する手法としては、無機物の微粒子を加えたり、架橋やアロイ化することにより樹脂性能を向上させる方法や、二軸延伸など工法的な改善により性能向上を図る方法が挙げられる。また強度を向上させる手法としては、フィルム中に、生分解性の樹脂を用いて繊維化したものを不織布として含浸させることにより、補強材的に使用するなどの手法が考えられる。

例えば、ユニチカ社製「テラマック」は、生分解性樹脂であるポリ乳酸に、層状ケイ酸塩といった無機物の粒子が加えられており、結果、１４０℃まで原型を維持し変形しない、というものである。層状ケイ酸塩は元来、土中にある物質であり、樹脂に加えても生分解性は損なわれない。

住友電工ファインポリマー社製の生分解性樹脂は、ポリ乳酸を放射線架橋することにより耐熱性を向上させたものである。

東レ社製の「エコディア」は、ポリ乳酸と複数のポリマーをナノレベルでアロイ化（混合）しすることにより、耐熱性と柔軟性を有する生分解性高機能材料を提供している。

また、東セロ社製の「パルグリーンＬＣ」は、ポリ乳酸を二軸延伸したフィルムであり、１２０℃における収縮率がＯＰＰと同等レベルとなる。

ポリ乳酸以外の生分解性樹脂としては、デュポン社製の変性ポリエステル樹脂である「バイオマックス」や、それを二軸延伸させた東セロ社製の「パルグリーンＢＯ」、三菱ガス化学社製のポリ−３−ヒドロキシ酪酸を構成成分とする脂肪族ポリエステル系生分解性樹脂である「ビオグリーン」などが知られており、これらは比較的高融点を有するもので、耐熱安定性が高い。

高分子発熱体としては、樹脂フィルムのみに挟み込まれた構成であっても良いし、またそれら樹脂フィルムと、織布あるいは不織布などで代表される柔軟性を有する保護部材の両方を有していても良い。高分子発熱体としては、発熱体を構成する最低機能である電極と高分子抵抗体を被覆する樹脂フィルムを有しておればよい。

可能な限り生分解性を示す樹脂を用いることが好ましく、本発明においては、特に樹脂フィルムが生分解性により構成される場合について述べる。当然ながら、フィルムを保護する目的で使用される不織布などが生分解性樹脂由来のものであっても構わないし、さらには抵抗体や電極の一部が生分解性機能を有していても構わない。これらフィルムの一部に生分解性を示す樹脂が使用されておればよく、その好ましい比率は全重量の４０％以上、更に好ましくは７０％以上である。これら以外に含まれる無機物や有機物は、生分解不可能となるが、一部が生分解性を示すことにより、ヒータを廃棄した際に、生分解性の重量分のみＣＯ２の排出量を低減化することができる。

なお生分解性樹脂から形成されるこれらフィルムは、上記耐熱性や強度以外の機能を発現させるために、酸化防止剤や難燃剤、静電気防止剤などを混入していても構わない。

本発明の高分子発熱体は、生分解性を示す樹脂で作成した発熱体であり、耐熱性及び強度の高いデバイスを提供することが可能となる。さらに製品を廃棄した際には、生分解性機能があるためにこれら一部は速やかに分解させることが可能であることから環境性に優れたデバイスとなるものである。

第１の発明は、ベース側樹脂フィルムとカバー側樹脂フィルムに狭持してなる一対の電極と、前記一対の電極間に形成された抵抗体とを備え、前記ベース側樹脂フィルム及び前記カバー側樹脂フィルムの少なくとも一つが、生分解性の樹脂を成分として含有してなり、廃棄時にも環境に考慮した高分子発熱体を提供できる。

第２の発明は、ベース側樹脂フィルム及びカバー側樹脂フィルムの少なくとも一つが、二軸延伸された生分解性フィルムからなり、長期間使用時にも問題のないレベルの耐熱性を示す、信頼性の良好な高分子発熱体を提供できる。

第３の発明は、特に第１及び第２のいずれか１つの高分子発熱体において、生分解性の樹脂がポリ乳酸を含むものからなり、樹脂原料が比較的安価にかつ、安定して入手できるため、高品質でコストを抑えた高分子発熱体を提供できる。

第４の発明は、特に第３の高分子発熱体において、生分解性の樹脂がポリ乳酸を含む生分解性高機能アロイからなり、耐熱性と柔軟性に優れた高分子発熱体を提供できる。

第５の発明は、特に第３の高分子発熱体において、生分解性の樹脂がポリ乳酸と層状ケイ酸塩の粒子を含み、耐熱性に優れた高分子発熱体を得ることができる。

第６の発明は、特に第１の高分子発熱体において、ベース側樹脂フィルム及びカバー側樹脂フィルムの少なくとも一つが、生分解性樹脂を繊維として含有してなり、耐熱性に優れた高分子発熱体が得られる。

第７の発明は、特に第６の高分子発熱体において、ベース側樹脂フィルム及びカバー側樹脂フィルムの少なくとも一つが、大豆油を原料とするフィルム成分からなり、フィルムと繊維との融合体により、従来樹脂と同等レベルの強度を有する高分子発熱体が得られる。

第８の発明は、特に第６及び第７のいずれか１つの高分子発熱体において、ベース側樹脂フィルム及びカバー側樹脂フィルムの少なくとも一方のフィルムを、ポリ乳酸繊維を酸化させた大豆油に浸して得ることにより、耐熱性と強度に優れた高分子発熱体を提供できる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。

（実施の形態１）
図１は、本実施の形態１における高分子発熱体の概略切り欠き構成図を示すものであり、図１（ａ）は平面図、図１（ｂ）は（ａ）のｘ−ｙ断面図である。図１において、発熱体１の構成は以下の通りである。

ベース側樹脂フィルム２は、表１に示すように各メーカより入手したポリ乳酸を含む生分解性樹脂からなる。ユニチカ社製のフィルムは、ポリ乳酸に層状ケイ酸塩の粒子が加えられたもの、住友電工ファインポリマー社製のフィルムは、ポリ乳酸を放射線架橋したも
の、東レ社製のフィルムは、ポリ乳酸を含む樹脂と他のポリマーをナノレベルでアロイ化したもの、東セロ社製のフィルムは、ポリ乳酸を二軸延伸処理したものである。それぞれ厚みとしては５０−１００ミクロンのものを用意した。

このベース側樹脂フィルム２上に銀ペーストの印刷・乾燥により一対の電極４と、電極４により給電される位置にＰＴＣ抵抗体インクの印刷・乾燥により抵抗体５を作製した。抵抗体は、発熱温度が約６０℃程度に成るように作製されており、エチレン酢酸ビニル共重合体を２種類組み合わせ、カーボンブラックを混練・架橋したものにアクリロニトリルブチルゴムをバインダーとして溶剤でインク化することにより得た。

カバー側樹脂フィルム３は、ベース側樹脂フィルム２とそれぞれ同様のものを用意し、これを上述した電極４及びＰＴＣ抵抗体５に貼り合わせた。

高分子発熱体の実作動温度は約６０℃であるが、目標耐久時間を２５０００時間としている。耐久性を評価するにあたり、本来であれば２５０００時間の保温実験が必要であるが、評価に長時間を要するため、加速試験による評価を行った。加速係数を鑑み、６０℃−２５０００時間が１２０℃では２００時間に相当することが判明したので、１２０℃での加速実験を４つの高分子発熱体に関して実施した。評価は、６０℃における抵抗値が初期値から１０％変化するまでの時間とし、抵抗値変化が発生するまで加速実験を継続した。抵抗値が１０％以上変化した時間を「１２０℃耐久時間」とし、その結果を表１に示した。

結果、実施例１〜４のすべてにおいて、２００時間を超過しており、耐久時間の目標値をクリアできることがわかり、これらポリ乳酸からなるフィルムを用いてデバイスを作成した場合にも、長期信頼性を確保できることがわかった。

（実施の形態２）
本実施の形態２においても、実施の形態１における高分子発熱体と同様に図１に示す構成を用いて作成した。

ベース側樹脂フィルム２は、表２に示すように各メーカより入手した植物由来の生分解性樹脂からなる。デュポン社製のフィルム「バイオマックス」は、変性ポリエステル樹脂、東セロ社製のフィルム「パルグリーン」は、「バイオマックス」を二軸延伸処理したもの、三菱ガス化学社製のフィルム「ビオグリーン」は、脂肪族ポリエステル系生分解性樹脂からなる。それぞれ厚みとしては５０−１００ミクロンのものを用意した。

このベース側樹脂フィルム２上に銀ペーストの印刷・乾燥により一対の電極４と、電極４により給電される位置にＰＴＣ抵抗体インクの印刷・乾燥により抵抗体５を作製した。抵抗体は、発熱温度が約６０℃程度に成るように作製されており、エチレン酢酸ビニル共重合体を２種類組み合わせ、カーボンブラックを混練・架橋したものにアクリロニトリル
ブチルゴムをバインダーとして溶剤でインク化することにより得た。

カバー側樹脂フィルム３は、ベース側樹脂フィルム２とそれぞれ同様のものを用意し、これを上述した電極４及びＰＴＣ抵抗体５に貼り合わせた。

実施例１〜４で行ったと同様の、１２０℃での加速実験を３つの高分子発熱体に関して実施した。評価は、６０℃における抵抗値が初期値から１０％変化するまでの時間とし、抵抗値変化が発生するまで加速実験を継続した。抵抗値が１０％以上変化した時間を「１２０℃耐久時間」とし、その結果を表２に示した。

結果、実施例５〜７においても、２００時間を超過しており、耐久時間の目標値をクリアできることがわかり、これら生分解性樹脂からなるフィルムを用いてデバイスを作成した場合にも、長期信頼性を確保できることがわかった。

（実施の形態３）
本実施の形態３においても、実施例１〜７における高分子発熱体と同様に図１に示す構成を用いて作成した。

ベース側樹脂フィルム２を下記工程により作成した。

ポリ乳酸に電圧を加えながら紡糸し（電界紡糸）、直径５００ｎｍ程度の繊維を得、これを加工して不織布とした。このポリ乳酸で得られた不織布を、酸化させた大豆油に浸して、触媒存在下で加温し、厚み５０ミクロンのフィルムを作成した。

このベース側樹脂フィルム２上に銀ペーストの印刷・乾燥により一対の電極４と、電極４により給電される位置にＰＴＣ抵抗体インクの印刷・乾燥により抵抗体５を作製した。抵抗体は、発熱温度が約６０℃程度に成るように作製されており、エチレン酢酸ビニル共重合体を２種類組み合わせ、カーボンブラックを混練・架橋したものにアクリロニトリルブチルゴムをバインダーとして溶剤でインク化することにより得た。

カバー側樹脂フィルム３は、ベース側樹脂フィルム２と同様のものを用意し、これを上述した電極４及びＰＴＣ抵抗体５に貼り合わせた。

実施例１〜７で行ったと同様の、１２０℃での加速実験を得られた高分子発熱体に関して実施したところ、１２０℃耐久時間が、３００時間となることがわかった。またこの不織布が含浸されたフィルムの強度を評価したところ、大豆油のみから作成したフィルムと比べると、約１０倍の強度を示し、塩化ビニル樹脂レベルとなることがわかった。

結果、本実施の形態においても、２００時間を超過しており、耐久時間の目標値をクリアできることがわかり、これら生分解性樹脂からなるフィルムを用いてデバイスを作成した場合にも、長期信頼性を確保できることがわかった。また不織布を含浸させたフィルム
とすることにより、不織布が補強材として作用するために、耐熱性の確保に加え、強度も向上することがわかった。

以上のように、本発明における高分子発熱体は、生分解性の樹脂を用いているために廃棄時に環境に与えるダメージを少なくすることができ、また使用時においても充分な耐熱性と強度を示し、長期信頼性に優れた発熱体を提供できる。

（ａ）本実施の形態１における発熱体の構成を示す切り欠き平面図（ｂ）同発熱体の断面図 （ａ）従来の発熱体を示す平面図（ｂ）同発熱体の断面図

符号の説明

１、１１ 発熱体
２ ベース側樹脂フィルム
３ カバー側樹脂フィルム
４ 電極
５ 抵抗体
１２ ベース材
１３ カバー材
１４ 電極
１５ 抵抗体

Claims (1)

1. ベース側樹脂フィルムとカバー側樹脂フィルムに挟持してなる一対の電極と、前記一対の電極間に形成された抵抗体とを備え、前記ベース側樹脂フィルム及び前記カバー側樹脂フィルムの少なくとも一つが、ポリ乳酸繊維からなる不織布を、酸化させた大豆油に浸して得たことを特徴とする高分子発熱体。