JPH0715830B2 - 面状発熱体 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 本発明は通電により発熱する面状発熱体に関し、さらに
詳しくは、絶縁基板に発熱抵抗体用塗料を塗布すること
により容易に製造でき、暖房用、育苗用、融雪用、着
氷、結露防止用途等に利用可能な面状発熱体に関する。

〈従来の技術〉 近年、ニクロム線等の発熱材を使用した面状発熱体に比
較して製造が容易であること、発熱体表面の温度分布が
均一であること、さらには、必要に応じて発熱体自体に
自己温度制御機能を持たせることが可能なことから絶縁
基板に発熱抵抗体用塗料を塗布した面状発熱体が広く検
討されている。これら面状発熱体は、絶縁基板に樹脂成
分と、導電性フィラーとからなる発熱抵抗体用塗料を塗
布することにより製造されており、例えば特開昭55-134
229号公報、特開昭56-53781号公報、特開昭63-110590号
公報には、導電性カーボンブラックあるいはフラファイ
トを含有する発熱抵抗体用塗料を塗布した面状発熱体
が、また特開昭55-96591号公報、特開昭57-11489号公
報、特開昭63-133480号公報にはNi,Ag,Fe等の金属粉末
を含有する発熱抵抗体用塗料を塗布した面状発熱体が提
案されている。

〈発明が解決しようとする課題〉 しかしながら、前記導電性カーボンブラック又はグラフ
ァイトを含有する発熱抵抗体用塗料を塗布した面状発熱
体は、導電性フィラーとして電気比抵抗の高いカーボン
ブラックあるいはグラファイトを使用しているため、得
られる面状発熱体の体積固有抵抗値が高くなりすぎ、所
望の発熱を得るためには、高い電圧を必要とするか、ま
たは電極間距離を広くすることができないという欠点が
ある。一方、金属粉末を導電性フィラーとして用いる前
記面状発熱体は、金属自体が高い比重を有するため、発
熱抵抗体用塗料中において、該金属粉末の沈降が生じ易
く、面状発熱体を製造する際の塗布工程の管理が困難で
ある。また、一般に使用される金属粉末が、微細な球状
粒子であることから、所望の体積固有抵抗値を得るため
には、金属粉末と樹脂バインダーとの含有割合におい
て、金属粉末の含有割合を高くする必要があるため、発
熱抵抗体用塗膜の物理的強度が低下すること、さらには
抵抗値を漸次変化させることが困難である。また高価な
金属粉末を多量に用いるため経済的に不利である等の欠
点がある。

従って、本発明の目的は、製造が容易で且つ安価であ
り、しかも低電圧において発熱可能で、自己温度制御機
能を有する面状発熱体を提供することにある。

〈課題を解決するための手段〉 本発明によれば、結晶化度20〜100％の結晶性樹脂を、
樹脂成分中に10〜90重量％含む樹脂成分と、樹脂固形分
100重量部に対して、平均径５〜100μｍ、厚さ0.01〜20
μｍの偏平状金属めっき粉体40〜150重量部とを含有す
る発熱抵抗体用塗料を、帯状電極を備えた絶縁基板に塗
布し、発熱抵抗体用塗膜を形成してなる面状発熱体が提
供される。

以下本発明を更に詳細に説明する。

本発明の面状発熱体は、特定の偏平状金属めっき粉体
と、特定の結晶性樹脂を有する樹脂成分とを含む発熱抵
抗体用塗料を、帯状電極を備えた絶縁基板に塗布し、発
熱抵抗体用塗膜を形成してなることを特徴とする。

本発明に用いる偏平状金属めっき粉体は、従来の面状発
熱体に使用される導電性フィラーに比して、面状発熱体
の導電性、平滑性を向上させ、且つ軽量化、低コスト化
を可能とする成分である。前記偏平状金属めっき粉体を
構成する基材としては、例えば絹雲母、白雲母、金雲
母、ガラス及びプラスチックフレーク等を挙げることが
でき、まためっき金属としては、ニッケル、銅、銀及び
これらの多層又は合金から成る群より選択される金属を
好ましく挙げることができる。さらに、前記偏平状金属
めっき粉体は、公知の手法、例えば特開昭59-78248号に
記載の無電解めっき手法等により容易に得ることができ
る。前記偏平状金属めっき粉体の大きさは、平均径５〜
100μｍ、厚さ0.01〜20μｍである必要がある。平均径
が５μｍ未満の場合には、表面積が大きくなりすぎるた
め被覆金属量が増大し、得られる粉体の比重が高くな
り、更には経済的にも問題が生ずる。また平均粒径が10
0μｍを超える場合には、得られる面状発熱体の表面平
滑性が損われる。更に厚さが0.01μｍ未満では、粉体自
体の物理的強度が低下するので発熱抵抗体用塗膜の強度
が低下し、更にまた厚さが20μｍを超える場合には偏平
状金属粉体としての特性が失われ、その結果、少ない含
有量で良好な発熱性を示す面状発熱体が得られない。

本発明に用いる樹脂成分は、面状発熱体に自己温度制御
機能等を付与する、結晶化度20〜100％の結晶性樹脂を
樹脂成分中に10〜90重量％含有する。該結晶性樹脂は、
面状発熱体の発熱に伴い結晶状態から無定形状態へ相転
移し、高い体積膨脹率の増加を示すことによって、発熱
抵抗体用樹脂中の偏平状金属めっき粉体のつながりを切
断し、抵抗値を上昇させる。該結晶性樹脂の結晶化度が
20％未満の場合、良好な自己温度制御機能が得られな
い。また、樹脂成分全体に対する結晶性樹脂の配合割合
は10〜90重量％である。前記配合割合が、10重量％未満
の場合、十分な自己温度制御機能が得られず、また90重
量％を超える場合には、非架橋の樹脂成分の含有割合が
増大し、発熱抵抗体用塗膜の耐久性が低下する。

前記結晶性樹脂としては、例えばポリエチレン、EVA樹
脂、アイオノマー樹脂、エチレン−プロピレン共重合
体、ポリプロピレン樹脂、ポリフッ化ビニリデン、フッ
素樹脂、ポリ塩素ビニリデン、ポリエチレンオキシド、
ポリエステル、ポリアミド又はこれらの共重合体若しく
は液晶ポリマー等を挙げることができ、使用に際して
は、粉末状、有機溶媒に溶解した溶液又はエマルジョン
等の形態で用いることができる。

前記樹脂成分としては、結晶性樹脂の他に、物理性、化
学性において、長期に渡る耐久性を保持させるために、
架橋性の樹脂を含有させるのが好ましい。該架橋性の樹
脂としては、塗料一般に使用される反応性樹脂等を挙げ
ることができ、必要に応じて各種硬化剤等と組合せて使
用することもできる。前記架橋性の樹脂の具体例として
は、例えば不飽和基、水酸基、カルボシキル基、エステ
ル基、Ｎ−メチロール基、アミノ基、エポキシ基等を含
有するポリエステル樹脂、アクリル樹脂、エポキシ樹
脂、シリコン樹脂、フェノール樹脂等を挙げることがで
きる。また前記硬化剤としては、アミノープラスト樹
脂、イソシアネート化合物、ブロック化イソシアネート
化合物、ポリアミン化合物、ポリカルボン酸化合物等を
挙げることができ、使用に際しては、単独若しくは混合
物として用いることができる。

本発明に用いる前記発熱抵抗体用塗料中の前記偏平状金
属めっき粉体と前記樹脂成分との配合割合は、樹脂成分
の固形分100重量部に対して、偏平状金属めっき粉体40
〜150重量部の範囲となるように配合する必要がある。
前記偏平状金属めっき粉体の配合割合が40重量部未満の
場合には、導電性が低下し、また150重量部を超える場
合には導電性が高くなって、面状発熱体として不適当で
あり、また塗膜の強度が低下する。一般に前記導電性、
即ち面状発熱体として利用する際の発熱抵抗体用塗膜の
体積固有抵抗値は0.001Ω・cm以上、１Ω・cm未満の範
囲に調整するのが好ましい。

本発明に用いる前記発熱抵抗体用塗料を調製するには、
前記偏平状金属めっき粉体と、樹脂成分とを通常の塗料
と同様な方法により得ることができ、有機溶剤溶液型、
非水系分散型、水溶性型又はエマルジョン型等の形態と
することができる。また必要に応じ、前記成分の他に通
常塗料に用いられる種々の着色剤、添加剤等を添加する
こともできる。

本発明において、前記発熱抵抗体用塗料を塗布するため
の基板は、帯状電極を備えた絶縁基板を使用する。該絶
縁基板としては、プラスチック、コンクリート、木材、
スレート、ガラス、セラミックス、紙又は絶縁被覆を施
した金属等を用いることができる。また前記絶縁基板に
設ける帯状電極としては、銅又は銀等の金属テープや金
網あるいは導電性ペースト等を挙げることができる。前
記絶縁基板に帯状電極を設置するには、一対以上の帯状
電極を発熱抵抗体用塗料を塗布する前に、予め絶縁基板
に設置するか、あるいは絶縁基板に発熱抵抗体用塗料を
塗布し、硬化させた後、得られた塗膜上に接着剤又は加
熱加圧により接着、設置することができる。

本発明の面状発熱体を製造するには、前記絶縁基板の片
面又は両面に、発熱抵抗体用塗料を、例えば浸漬塗料、
スプレー塗装、ロール塗装又は印刷塗装等により塗布し
た後、使用する硬化剤の種類に応じた硬化方法により硬
化させ、発熱抵抗体用塗膜を形成するとにより得られる
ことができる。前記発熱抵抗体用塗膜の膜厚は、特に限
定されるものではないが、10〜500μｍであるのが好ま
しい。また面状発熱体の耐久性を増大し、あるいは美粧
性を付与するために、前記発熱抵抗体用塗膜上に、更に
通常の塗料を塗装することも可能である。

〈発明の効果〉 本発明の面状発熱体は、特定の偏平状金属めっき粉体を
用いているので、製造が容易であり且つ安価であって、
しかも低電圧により発熱が可能である。また樹脂成分と
して特定の結晶性樹脂を有するので、面状発熱体が自己
温度制御機能を有する。従って、暖房用、育苗用、融雪
用、着氷又は結露防止等の用途に有用である。

〈実施例〉 以下本発明を実施例及び比較例により更に詳細に説明す
るが、本発明はこれらに限定されるものではない。

実施例１ Niめっきセリサイト（商品名「METAL-ON,NSER-6」平均
径30μm,厚さ３μm,金属含有量30重量％，日曹金属化学
株式会社製）30.8gを、アクリル樹脂塗料（商品名「ハ
イウレタンNo.5000クリヤー51HA」，固形分40.8重量
％，日本油脂株式会社製）55.1g及びポリエチレン粒子
（商品名「ネオゼックス4060R」三井石油化学工業
（株）製、結晶化度60％）3.1gの樹脂成分に投入し、デ
ィゾルバーで30分間攪拌した後、硬化剤（商品名「ハイ
ウレタン硬化剤HA」日本油脂株式会社製，固形分48重量
％）11.0gを混合した。次いで希釈シンナー（商品名
「ウレタンシンナーＷ」、日本油脂株式会社製）を用い
て、フォードカッブ＃４粘度が15秒になるように希釈
し、発熱抵抗体用塗料を得た。得られた塗料中における
Niめっきセリサイト粉末の含有量は、塗料樹脂固形分10
0重量部に対して、100重量部であった。次に幅5cmのダ
ル鋼板（JISG3141）上に絶縁塗膜（商品名「エピコNo.1
500,TX-100」日本油脂株式会社製）を塗装した絶縁基板
を製造し、該絶縁基板上に長さ5cmの導電性テープ（商
品名「Scotch導電性テープNo.2245」住友スリーエム株
式会社製）２本を、該導電性テープ間隔が10cmとなるよ
うに貼着した。得られた導電性テープを備えた絶縁基板
に、前記発熱抵抗体用塗料を、歓送膜厚が100μｍにな
るようエアースプレー塗装した後、140℃で30分焼付乾
燥して面状発熱体を得た。

得られた面状発熱体の室温（20℃）における体積固有抵
抗値は、0.09〔Ω・cm〕であった。この発熱体は、交流
10Vで通電したところ、表面温度が54℃（外気温20℃）
であった。

また、得られた面状発熱体の印加電圧、発熱温度及び体
積固有抵抗の関係を測定した。その結果を第１図に示
す。第１図より、印加電圧20〔Ｖ〕以上では、体積固有
抵抗値が上昇し、発熱温度が一定となったので、得られ
た面状発熱体は、自己温度制御機能を有していることが
判った。

実施例２ アクリル樹脂（商品名「パラロイドWR-97」固形分70重
量％，ローム・アンド・ハース社製）15.40gにトリエチ
ルアミン0.59g、メラミン樹脂（商品名「Cyme1303」，
固形分98重量％,AMERICAN CYANAMID COMPANY」4.61gを
投入し、ディゾルバーで攪拌した。次いで水32.96gを攪
拌しながら徐々に投入し、樹脂水溶液を得た。次いで、
アイオノマー（商品名「ケミパールＳ−100」固形分27
重量％，三井石油化学工業株式会社製）24.44gに攪拌し
ながら前記樹脂水溶液を入れた後、実施例１と同様なNi
めっきセリサイト22.00gを投入し、ディゾルバーで30分
攪拌混合した後にパラトルエンスルホン酸0.006gを入れ
た。次に、水でフォードカップ＃４粘度が15秒になるよ
うに希釈して発熱抵抗体用塗料を調製した。この際、樹
脂固形分100重量部に対するNiめっきセリサイトの含有
量100重量部であった。次いで、幅4cmのガラス板（厚さ
2mm）上に長さ4cmの導電性テープ（商品名「Scotch導電
性テープNo.2245」住友スリーエム株式会社製）２本
を、該導電性テープ間隔が7cmとなるように貼着した絶
縁基板に、前記発熱抵抗体用塗料をエアースプレー塗装
した後、160℃で30分間焼付乾燥を行って面状発熱体を
得た。

得られた面状発熱体の体積固形抵抗値は0.05〔Ω・cm〕
であり、交流15〔Ｖ〕の通電による面状発熱体の表面温
度は80℃であった（外気温20℃）。また、印加電圧を高
くしたところ、体積固有抵抗値が急上昇するにつれ、電
流値が低下し、これ以上の表面温度の上昇はみられなか
った。従って、得られた面状発熱体が、自己温度制御機
能を有していることが判った。

比較例１〜３ 表１に示す配合の塗料を実施例１と同様の方法で作成
し、次いで実施例１と同様な絶縁基板に塗装し、Niフレ
ーク含有発熱体を得た。

得られたNiフレーク含有発熱体に、各々交流10Vを通電
した結果を表１に示す。表１の結果よりNiフレークを使
用した場合、発熱体が良好に発熱する為には、Niフレー
クを樹脂固形分100重量部に対して150重量部を超える量
必要であることが判った。

比較例４ 導電性カーボン（商品名「CONDUCTEX975BEADS」、コロ
ンビアン・カーボン日本（株）製）7.6g、アクリル樹脂
塗料（商品名「ハイウレタンNo.5000クリヤー51HA主
剤」日本油脂（株）製，固形分40.8重量％）36.3g及び
キシレン56.1gを混合し、ディゾルバーで30分間攪拌し
た後、グラインドミルで30分間分散した。次いで、得ら
れた分散体93.2gと硬化剤（商品名「ウレタン硬化剤H
A」日本油脂（株）製、固形分48重量％）6.8gとを混合
して導電性カーボンが最大量含有された（30重量％）塗
料を得た。次いで得られた導電性カーボン含有塗料を、
実施例２で製造した導電性テープを備えたガラス板に膜
厚60μｍとなるようにエアースプレー塗装した後、140
℃で30分焼付乾燥して面状発熱体を得た。得られた面状
発熱体の体積固形抵抗値は0.06〔Ω・cm〕であった。ま
た、印加電圧交流40Vの通電による面状発熱体の表面温
度は44℃であった。従って導電性カーボンを用いる場合
には、本発明の面状発熱体よりも印加電圧を高くする必
要があることが判った。

【図面の簡単な説明】

第１図は、実施例１で製造した面状発熱体の印加電圧と
発熱温度との関係及び印加電圧と体積固有抵抗値との関
係を示すグラフである。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 越崎 直人 茨城県つくば市吾妻２丁目712―1215 (72)発明者 石戸谷 昌洋 神奈川県鎌倉市梶原２丁目26―６―305 (72)発明者 相馬 透 神奈川県横浜市戸塚区下倉田町473 (72)発明者 林 克之 福島県会津若松市室町２―７ (72)発明者 高野 実 千葉県市原市有秋台東２―４ 審査官 平上 悦司 (56)参考文献 特開 昭48−101455（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−78248（ＪＰ，Ａ)

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】結晶化度20〜100％の結晶性樹脂を、樹脂
   成分中に10〜90重量％含む樹脂成分と、樹脂固形分100
   重量部に対して、平均径５〜100μｍ、厚さ0.01〜20μ
   ｍの偏平状金属めっき粉体40〜150重量部とを含有する
   発熱抵抗体用塗料を、帯状電極を備えた絶縁基板に塗布
   し、発熱抵抗体用塗膜を形成してなる面状発熱体。
2. 【請求項２】前記発熱抵抗体用塗料中の樹脂成分が、架
   橋性の樹脂を含むことを特徴とする請求項１記載の面発
   熱体。