JP5428566B2 - 面状発熱体 - Google Patents

Description

本発明は、薄くて長尺の面状発熱体に関するものであり、特に電極、抵抗体が同一面上で形成される面状発熱体の電極および抵抗体のパターン構成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３，４は従来のＰＴＣ特性を持たせた面状発熱体を示し、ポリエステルシートなどの電気絶縁性基材５１の上面両側に一対の平行な主電極５２、５３を配置し、これら主電極５２、５３からは相手側にのびる枝電極５２ａ、５３ａを交互に位置するように分岐し、これら枝電極５２ａ、５３ａに電気的接続状態で高分子抵抗体５４が配置してあった。

そして、主電極５２、５３、枝電極５２ａ、５３ａは電気絶縁性基材５１上に導電性ペーストを印刷・乾燥して形成されるもので、また、高分子抵抗体５４は高分子抵抗体インクを印刷・乾燥して得ていた。

これら主電極５２、５３、枝電極５２ａ、５３ａ、および高分子抵抗体５４は電気絶縁性基材５１と同材質の被覆材５５で被覆して保護する構成としてある。

前記高分子抵抗体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。

電気絶縁性基材５１、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５６を予め接着しておき、熱を与えながら加圧する（熱加圧）ことにより、電気絶縁性基材５１と被覆材５５とを熱融着性樹脂５６を介して接合する。

これにより、主電極５２，５３、その枝電極５２ａ，５３ａ、および高分子抵抗体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５に示すように、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（Ｐｏｓｉｔｉｖｅ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ）を意味しており、したがって、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（例えば、特許文献１，２，３参照）。

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、印刷する必要があった。

印刷直後は乾燥されていないため、所定の距離をあけて次の印刷を行う必要があるところから、印刷端部間は発熱しなくなり、部分的に温度が低くなってしまう課題があった。さらに、高分子抵抗体５４を枝電極５２ａ，５３ａよりも内側に配設しようとすると、さらに印刷端部間距離が広くなってしまう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、長尺の面状発熱体において、連結部の非発熱領域を最小とすることで発熱分布が改善された面状発熱体を提供することにある。

本発明の面状発熱体は、前記目的を達成するために、間隔をおいて位置した一対の主電極が形設され、前記主電極から相互に、しかも平行に分岐したそれぞれ複数の副電極およ
びそれら副電極よりさらに分岐した接続電極からなる給電電極を電気絶縁性基材上に印刷進行方向に第１の印刷間距離だけ離して繰り返される第１の印刷領域でスクリーン印刷により形設するとともに、対応する副電極の接続電極と電気的に接続して印刷進行方向に第２の印刷間距離だけ離して繰り返される第２の印刷領域でスクリーン印刷により高分子抵抗体を形設し、前記第１の印刷領域の後端部と次に印刷される第１の印刷領域の前端部の間の領域を含むように前記高分子抵抗体の第２の印刷領域が設定され、かつ、前記高分子抵抗体は異極同士の前記接続電極毎に分離独立形成された構成としたものである。

本発明の面状発熱体は、抵抗体発熱部間距離を最小化することができるので、面状発熱体を連結して長尺にしても、連結部の温度低下を可及的に小さくできるものである。

本発明の実施の形態１における面状発熱体の構成を示す平面図 同要部拡大平面図 従来の面状発熱体の構成を示す平面図 図３のＸ−Ｙ断面図 同加工説明図

第１の発明の面状発熱体は、間隔をおいて位置した一対の主電極が形設され、前記主電極から相互に、しかも平行に分岐したそれぞれ複数の副電極およびそれら副電極よりさらに分岐した接続電極からなる給電電極を電気絶縁性基材上に印刷進行方向に第１の印刷間距離だけ離して繰り返される第１の印刷領域でスクリーン印刷により形設するとともに、対応する副電極の接続電極と電気的に接続して印刷進行方向に第２の印刷間距離だけ離して繰り返される第２の印刷領域でスクリーン印刷により高分子抵抗体を形設し、前記第１の印刷領域の後端部と次に印刷される第１の印刷領域の前端部の間の領域を含むように前記高分子抵抗体の第２の印刷領域が設定され、かつ、前記高分子抵抗体は異極同士の前記接続電極毎に分離独立形成された構成としてある。

これにより、接続電極の印刷端部間距離にかかわらず高分子抵抗体の端部間距離を決めることができるので発熱端部間距離を最小化することができる。

第２の発明の面状発熱体は、前記第１の発明の面状発熱体において、第１の印刷領域の後端部と前端部に位置する副電極および接続電極は印刷進行方向に対し垂直方向に略整列されて形成したものである。

これにより、接続電極印刷間距離を最小化することができ、接続電極と抵抗体の印刷領域をずらしたことの影響を少なくすることができ、発熱分布を良化することができる。

第３の発明の面状発熱体は、前記第１または第２の発明の面状発熱体において、第１の印刷領域の後端部に位置する接続電極と次に印刷される第１の印刷領域の前端部に位置する接続電極との間の距離は他の接続電極間距離よりも広く形成設定したため、発熱量としては小さくなるが、当然、非発熱部よりは発熱することとなり、設計意図する接続電極間距離が印刷間距離よりも短かった場合においても発熱分布が良化することとなる。

さらに、製品全体の長さ調整をこの接続電極印刷領域の後端部と次に印刷される接続電極印刷領域の前端部に位置する接続電極間距離で調整することが可能となり、設計意図する端部まで発熱させうることができ、発熱分布を向上させることができる。

第４の発明の面状発熱体は、前記第１〜３のいずれか一つの発明において、第１の印刷領域の後端部に位置する接続電極と次に印刷される第１の印刷領域の前端部に位置する接
続電極は共に、高分子抵抗体の第２の印刷領域の前端部または後端部に位置する高分子抵抗体と電気的に接続される接続電極とは異なる接続電極としたものである。

これにより、特に第３の発明のように接続電極間距離が短い面状発熱体において構成される他の接続電極間距離よりも広く形成されている発熱部の発熱減少を隣接する発熱部からのもらい熱により抑制することができ、使用感がよくなる。

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、本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１，２において、面状発熱体１は、電気絶縁性基材２に複数対の給電電極３，４およびこれら給電電極３，４に接続して高分子抵抗体５を配置し、それらを被覆材（図示せず）で覆って構成したものである。

そして、前記給電電極３，４は、ポリエステルフィルムなどからなる電気絶縁性基材２上に銀ペーストをスクリーン印刷し、その後、乾燥して形成したものである。

また、高分子抵抗体５も、同じく電気絶縁性基材２上にあって、高分子抵抗体インキをスクリーン印刷し、その後、乾燥して形設してある。

前記給電電極３，４は、電気絶縁性基材２の両側に位置する主電極６，７と、それら主電極６，７の一方より相手電極へ向かい交互に伸びるように櫛歯状に分岐された複数の副電極６ａおよび副電極７ａと、隣接する副電極６ａ，７ａより対向するように分岐され、しかも向きを反対方向のＬ字状に設定した複数対の接続電極６ｂおよび接続電極７ｂとからなるものである。

前記高分子抵抗体５は、対となった接続電極６ｂ，７ｂにそれぞれ独立形成してある。ここで留意すべきは、この高分子抵抗体５が接続電極６ｂ，７ｂからはみ出さないようにすることである。

それぞれ独立した高分子抵抗体５は、電気絶縁性基材２の長手方向にブロック分けして形成され、各ブロックの間には高分子抵抗体５が印刷・乾燥されていない非形成部Ｙ１が設定してある。

副電極６ａ，７ａおよび接続電極６ｂ，７ｂの一回の印刷領域がＸ、高分子抵抗体５の一回の印刷領域がＹ、そして、主電極６，７の一回の印刷領域はそれぞれＺ１、Ｚ２である。

そして、副電極６ａ，７ａおよび接続電極６ｂ，７ｂの一回の印刷領域Ｘと高分子抵抗体５の一回の印刷領域Ｙとはずらした配置としてある。

同一版にて繰り返し印刷を行うため、副電極６ａ，７ａおよび接続電極６ｂ，７ｂの一回の印刷領域Ｘと次段の印刷領域Ｘとは所定の印刷間距離Ｘ１だけ離して印刷を行っている。

これは、高分子抵抗体５の一回の印刷領域Ｙと次段の印刷領域Ｙでも同様で、印刷間距離となる高分子抵抗体５の非形成部Ｙ１が設定してある。

印刷した直後においては、給電電極３，４または高分子抵抗体５は乾燥されておらず、濡れた状態であるため、連続して同じ形状の印刷を行うためには前記した印刷間距離Ｘ１，Ｙ１が必要である。これら印刷間距離Ｘ１，Ｙ１は印刷版の大きさにもよるが最低でも１０ｍｍは必要である。

副電極６ａ，７ａの印刷領域始部位、終端部位の間は他の部位よりも距離が広くしてあり、かつ印刷進行方向に垂直に整列している。

ここで、副電極６ａが電極印刷の前端部であり、副電極７ａが後端部となっている。

高分子抵抗体インキとしては樹脂にカーボンを練り込んだ高分子抵抗体材料を溶剤に溶かしたもの、あるいは特に結晶性樹脂にカーボンを練り込んだ高分子抵抗体材料を溶剤に溶かしたものを使用している。

全ての印刷が終了した後、抵抗体非印刷領域Ｙ１の略中央に位置する場所にて電気絶縁性基材２を切断することで、所定の長さ形状を持つ面状発熱体１が完成する。

このように、接続電極印刷領域Ｘと抵抗体印刷領域Ｙがずらして印刷されているため、印刷端部および切り替えのための送り位置が異なることとなる。

その結果、抵抗体印刷領域Ｙとその次に印刷する抵抗体印刷領域Ｙの距離Ｙ１よりも、抵抗体印刷領域Ｙの前端・後端に接続されている副電極６ａ，７ａおよび接続電極６ｂ，７ｂの距離は短くできる。

面状発熱体１は絶縁や発熱分布の都合上、抵抗体が印刷されていない領域で切断され、その部位が面状発熱体１の端部となるため、副電極６ａ，７ａおよび接続電極６ｂ，７ｂ間距離を短くすることで、端部まで発熱させることができることとなり発熱分布が向上される。

印刷領域端部に位置する副電極６ａ，７ａおよび接続電極６ｂ，７ｂは、他よりも距離が広く構成されており十分距離をおいているため、副電極６ａ，７ａおよび接続電極６ｂ，７ｂを次に印刷する際にも接続電極印刷版と接触することなく良好な印刷をすることが可能である。

副電極６ａ，７ａおよび接続電極６ｂ，７ｂの印刷領域端部に位置する副電極６ａ，７ａおよび接続電極６ｂ，７ｂは他よりも距離が広く構成されているが、副電極６ａ，７ａおよび接続電極６ｂ，７ｂにまたがるように高分子抵抗体５を印刷しているため、その部位も発熱量は小さくなるものの発熱可能である。

特に、高分子抵抗体５にＰＴＣ特性を有するものを用いた時には、低温での発熱量が大きくなるため、副電極６ａ，７ａおよび接続電極６ｂ，７ｂの距離が大きくとも発熱量の低下を軽減することができ、より発熱分布の向上を行うことができる。

また、副電極６ａ，７ａおよび接続電極６ｂ，７ｂの端部は印刷進行方向に垂直に整列しており、印刷スキージに平行に整列されているところから、印刷端部が揃うこととなっている。

その結果、印刷を良好に行うために必要な接続電極印刷間距離Ｘ１を最小とすることができ、発熱分布の向上を行うことができる。もちろん、接続電極印刷間距離Ｘ１を小さくするために副電極６ａ，７ａおよび接続電極６ｂ，７ｂを整列させているので、他の副電極６ａ，７ａおよび接続電極６ｂ，７ｂは整列させる必要はなく千鳥型に整列させてもよい。

副電極６ａ，７ａおよび接続電極６ｂ，７ｂの端部は抵抗体非印刷領域Ｙ１から離して配設してある。同端部と高分子抵抗体５により形成される発熱部分は他の接続電極間距離よりも広いため発熱量が小さく、その結果温度上昇が小さくなる。

しかしながら、前記端部の隣にある発熱部からもらい熱をうけるため、この端部による発熱量の減少を抑えることができ、面状発熱体１全体として発熱分布の向上が得られ使用感が向上することとなる。

ただし、印刷版の中央を用いてパターンを形成することで安定した印刷を行うことが通常のスクリーン印刷の方法であるため、接続電極非印刷領域Ｘ１と高分子抵抗体非印刷領域Ｙ１は近いほど印刷しやすくなる。

そのため、前記端部は図１においては、抵抗体印刷領域Ｙの２〜４番目のブロックに位置する副電極にするのが良いといえる。

また、本実施の形態では給電電極印刷領域をＺ１とＺ２に分けたが、どちらか一方を接続電極印刷Ｘに含んでも良い。

以上のように、本発明にかかる面状発熱体は、スクリーン印刷により形成される比較的長尺の面状発熱体の構成において発熱分布を向上させることができるため、床暖房用パネル、電気カーペット等の暖房商品に適用できるだけでなく、櫛歯電極間距離を小さくすることで発熱量を大きくする必要のある輻射暖房の発熱分布向上に適用できる。

１ 面状発熱体
２ 電気絶縁性基材
３，４ 給電電極
５ 高分子抵抗体
６，７ 主電極
６ａ７ａ 副電極
６ｂ，７ｂ 接続電極
Ｘ 接続電極印刷領域
Ｘ１ 接続電極非印刷領域
Ｙ 抵抗体印刷領域
Ｙ１ 抵抗体非印刷領域
Ｚ１、Ｚ２ 給電電極印刷領域

Claims (4)

1. 間隔をおいて位置した一対の主電極が形設され、前記主電極から相互に、しかも平行に分岐したそれぞれ複数の副電極およびそれら副電極よりさらに分岐した接続電極からなる給電電極を電気絶縁性基材上に印刷進行方向に第１の印刷間距離だけ離して繰り返される第１の印刷領域でスクリーン印刷により形設するとともに、対応する副電極の接続電極と電気的に接続して印刷進行方向に第２の印刷間距離だけ離して繰り返される第２の印刷領域でスクリーン印刷により高分子抵抗体を形設し、前記第１の印刷領域の後端部と次に印刷される第１の印刷領域の前端部の間の領域を含むように前記高分子抵抗体の第２の印刷領域が設定され、かつ、前記高分子抵抗体は異極同士の前記接続電極毎に分離独立形成された面状発熱体。
2. 第１の印刷領域の後端部と前端部に位置する副電極および接続電極は印刷進行方向に対し垂直方向に略整列されて形成した請求項１記載の面状発熱体。
3. 第１の印刷領域の後端部に位置する接続電極と次に印刷される第１の印刷領域の前端部に位置する接続電極との間の距離は他の接続電極間距離よりも広く形成設定した請求項１または２記載の面状発熱体。
4. 第１の印刷領域の後端部に位置する接続電極と次に印刷される第１の印刷領域の前端部に位置する接続電極は共に、高分子抵抗体の第２の印刷領域の前端部または後端部に位置する高分子抵抗体と電気的に接続される接続電極とは異なる接続電極とした請求項１〜３いずれか１項記載の面状発熱体。