JPH11273843A - 面状発熱体の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】使用時における作動電流の増加を抑制でき、品
質の向上した面状発熱体の製造方法を提供する。 【解決手段】絶縁性の材料からなる絶縁シート１上に、
櫛状に形成された第１および第２の電極２，３の櫛歯部
２ａ，３ａが交互に配列されるように第１および第２の
電極２、３を形成し、第１および第２の電極２，３が形
成された絶縁シート１上に、高分子材料に少なくとも導
電性粒子を含有させた導電性高分子材料を第１および第
２の電極２，３の櫛歯部２ａ，３ａの配列方向に沿って
印刷して発熱体層を形成するものとした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、面状発熱体の製造
方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】面状発熱体は、たとえば、自動車用のド
アミラーの背面に設置されて、ドアミラーを加熱するこ
とにより当該ドアミラーに発生する曇りを除去する曇除
去装置として使用されている。図５および図６は、面状
発熱体の構造の一例を示す説明図であって、図５は面状
発熱体の斜視図であり、図６は図４のＡ−Ａ線断面図で
ある。図５および図６に示す面状発熱体１０１におい
て、絶縁性の材料からなる平板状の絶縁シート１上に
は、櫛状に形成された第１および第２の電極２，３が接
着されている。第１および第２の電極２，３は、たとえ
ば、銅箔などの導電性の材料からなり、櫛状に形成され
ている。また、第１および第２の電極２，３は、それぞ
れの櫛歯部２ａおよび３ａが交互に配列されるように絶
縁シート１上に配置されている。第１および第２の電極
２，３が設けられた絶縁シート１上には、第１および第
２の電極２，３を覆うように発熱体層４が形成されてい
る。発熱体層４は、ポリマー中にカーボン等の導電性粒
子を含有させた導電性高分子材料からなり、第１および
第２の電極２，３の間に直流電圧を印加すると、第１お
よび第２の電極２，３の櫛歯部２ａおよび３ａ間に発熱
体層４を介して電流が流れて発熱体層４が発熱する。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記構成の面状発熱体
１０１では、発熱体層４の形成は、たとえば、印刷法に
よって行なっている。たとえば、図７に示すように、絶
縁シート１上に第１および第２の電極２，３を形成した
のち、印刷スキージ１１によって絶縁シート１上に発熱
体層４となる導電性高分子材料を印刷する。印刷スキー
ジ１１は、第１および第２の電極２，３の櫛歯部２ａ，
３ａに沿う方向に移動されながら、溶剤によってペース
ト状あるいはインク状になっている発熱体層４となる導
電性高分子材料を押し出し、当該導電性高分子材料を絶
縁シート１上に印刷する。なお、印刷スキージ１１を第
１および第２の電極２，３の櫛歯部２ａ，３ａに沿う方
向に移動するのは、第１および第２の電極２，３の櫛歯
部２ａ，３ａ間の発熱体層４と絶縁シート１との間にエ
アが混入するのを防ぐためである。そして、絶縁シート
１に印刷された導電性高分子材料は、溶剤が乾燥され、
所定の架橋処理が施され、面状発熱体１０１となる。

【０００４】上述の工程を経て完成した面状発熱体１０
１では、第１および第２の電極２，３の間に通電を繰り
返すと作動電流（および突入電流）が増加していくとい
う不利益が存在する。このため、面状発熱体１０１の設
計時には、作動電流（および突入電流）の増加分を考慮
して通電を繰り返した後よりも初期段階における性能
（発熱量）を低く設定する必要があった。このため、面
状発熱体１０１の通電を開始した初期段階では、面状発
熱体１０１に通電を開始したのちに所望の温度までの上
昇に要する時間、すなわち昇温特性が悪いという欠点が
あった。たとえば、上記構成の面状発熱体１０１をたと
えば、自動車のドアミラーに曇除去装置として適用され
た場合には、面状発熱体１０１への通電開始の初期段階
で昇温特性が悪いと、ドアミラーの曇り除去が良好に行
なわれないことがあるなどの不利益が発生する。特に、
寒冷地では、面状発熱体１０１への通電開始の初期段階
においても良好な昇温特性が要求される。

【０００５】上記のような、面状発熱体１０１に通電を
繰り返すことにより作動電流（および突入電流）が増加
していく原因としては、通電を繰り返すことにより発熱
体層４の抵抗値が低下していくことが考えられる。たと
えば、図８（ａ）に示すように、印刷スキージ１１を矢
印Ｐの方向に移動しながら導電性高分子材料を絶縁シー
ト１に印刷していくと、第１および第２の電極２，３の
櫛歯部２ａ，３ａ間では、ポリマー９中の導電性粒子１
０の多数が印刷方向Ｐに沿う方向に並びやすくなる。

【０００６】溶剤の乾燥およびポリマー９の架橋処理を
行なうと、ポリマー９中の導電性粒子１０は上記の状態
で固定される。この状態で、第１および第２の電極２，
３間に所定電圧を印加すると、電流はポリマー９中の導
電性粒子１０を通じて流れる。このとき、ポリマー１０
中にカーボン等の導電性粒子９を分散させた導電性高分
子材料では、電圧を印加すると、導電性粒子９は電流の
流れる方向に並び始める性質を有することが知られてい
る（参考文献：ラバーダイジェスト社発行 大北熊一著
「カーボンブラックのグラフト化」１２４頁）。このた
め、第１および第２の電極２，３間に所定電圧の印加を
繰り返すと、図８（ｂ）に示すように、導電性粒子９は
櫛歯部２ａ，３ａに直交する方向（電流が流れる方向）
に並ぶようになり、あるいは、多数の導電性粒子９のう
ち櫛歯部２ａ，３ａに直交する方向に並ぶものが選択さ
れて、櫛歯部２ａ，３ａ第１および第２の電極２，３の
櫛歯部２ａ，３ａ間を流れる電流の経路が次第に短くな
る。

【０００７】この結果、初期段階では櫛歯部２ａ，３ａ
間の抵抗値は大きいが、第１および第２の電極２，３間
に所定電圧の印加を繰り返すと、次第に抵抗値が下がっ
ていくことになる。このため、第１および第２の電極
２，３間に所定電圧を印加した状態の下では、次第に作
動電流が増加し、電圧の印加をある程度繰り返した後に
作動電流は安定することになる。

【０００８】本発明は、上述のような不利益を解消すべ
くなされたものであって、使用時における作動電流の増
加を抑制でき、品質の向上した面状発熱体の製造方法を
提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、第１および第
２の電極が対向して配置された絶縁性の材料からなる絶
縁シート上に、高分子材料に少なくとも導電性粒子を含
有させた導電性高分子材料を第１および第２の電極の対
向方向に沿って面状に印刷して発熱体層を形成する工程
を有する。

【００１０】本発明では、高分子材料に少なくとも導電
性粒子を含有させた導電性高分子材料を第１および第２
の電極の対向方向に沿って面状に印刷するため、第１お
よび第２の電極間の対向する方向に並びやすくなる。第
１および第２の電極に所定の電圧を印加すると、電流は
第１および第２の電極の間の発熱体層を介して、第１お
よび第２の電極間の対向する方向、すなわち、第１およ
び第２の電極の最短距離方向に流れようとする。したが
って、導電性高分子材料中の導電性粒子の多数は、既
に、第１および第２の電極の最短距離方向に配列されて
いるため、第１および第２の電極間に電圧を印加した際
に、導電性粒子の配列方向はあまり変化がないと考えら
れる。このため、通電の初期段階と通電を繰り返し行な
った後とで面状発熱体の抵抗値の変化はすくなくなり、
通電の回数に従う作動電流の増加は抑制される。

【００１１】また、本発明は、絶縁性の材料からなる絶
縁シート上に、櫛状に形成された第１および第２の電極
の櫛歯部が交互に配列されるように当該第１および第２
の電極を形成する工程と、前記第１および第２の電極が
形成された前記絶縁シート上に、高分子材料に少なくと
も導電性粒子を含有させた導電性高分子材料を前記第１
および第２の電極の櫛歯部に直交する方向に面状に印刷
して発熱体層を形成する工程とを有する。

【００１２】本発明では、交互に配列され第１および第
２の電極の櫛歯部の配列方向、すなわち直交する方向に
沿って導電性高分子材料が印刷される。これにより、導
電性高分子材料に含有する導電性粒子は、第１および第
２の電極の櫛歯部に直交する方向に並びやすくなる。第
１および第２の電極に所定の電圧を印加すると、電流は
第１および第２の電極の櫛歯部間を発熱体層を介して、
当該第１および第２の電極の櫛歯部に直交する方向、す
なわち、最短距離方向に流れようとする。したがって、
高分子材料中の導電性粒子は、電流の流れる方向に並ぶ
性質を有することから、発熱体層の形成時に導電性粒子
が電流の流れる方向（第１および第２の電極の櫛歯部に
直交する方向）に並んでいると、第１および第２の電極
間に電圧を印加した際に、第１および第２の電極の櫛歯
部間に存在する発熱体層の抵抗値の変化は小さくなる。
このため、第１および第２の電極間に電圧を印加した際
に作動電流（および突入電流）の増加を抑制することが
できる。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照して説明する。本実施形態に係る面状発熱
体の製造方法によって製造される面状発熱体の構造は、
図５に示した面状発熱体１０１と同様であり、まず、図
５に示した、たとえば、ポリエステルやポリイミドなど
の樹脂材料からなるフィルム状の絶縁性シート１を用意
し、これに第１および第２の電極２，３を設ける。第１
および第２の電極２，３の絶縁シート１への形成は、た
とえば、絶縁シート１に電解銅箔を接着剤により接合し
た後、エッチング加工によって形成することができる。
なお、所定のパターンに形成された第１および第２の電
極２，３を予め用意しておき、これらを絶縁シート１接
着剤によって接合することも可能である。

【００１４】次いで、第１および第２の電極２，３が形
成された絶縁シート１に発熱体層４を形成する。発熱体
層４は、高分子材料に導電性粒子および無機充填剤が含
有された導電性高分子材料を溶剤に溶解ないし分解した
ペースト状あるいはインク状の導電性高分子材料を絶縁
シート１に印刷する。

【００１５】本実施形態では、図１に示すように、印刷
スキージ１１によって導電性高分子材料を絶縁シート１
に印刷する際に、上述の導電性高分子材料を第１および
第２の電極２，３の櫛歯部２ａ，３ａの配列方向に沿っ
て印刷する。絶縁性シート１への導電性高分子材料の印
刷は、スクリーン印刷によって一定の厚みに印刷する。
具体的には、たとえば、金属製の枠にナイロン、ポリエ
ステル、ステンレス等の材料からなるスクリーンを貼
り、この表面に感光材料を塗布または接着し、ポジフィ
ルムを焼き付けて、光硬化により上述の導電性高分子材
料を通さない部分を作る。そして、上述のスクリーンを
介してスキージ１１を図１の矢印方向に移動させなが
ら、スキージ１１の所定の場所から上述の導電性高分子
材料を押し出して印刷する。

【００１６】ここで、上述の高分子材料としては、たと
えば、エチレンビニルアセテートコポリマ、エチレンア
クリレートコポリマ、ポリオレフィン、アクリル樹脂な
どの非結晶性、結晶性ポリマーが用いられる。すなわ
ち、面状発熱体の適用される対象、および使用環境に応
じて、可撓性を有する材料を用いたり、伸縮可能な材料
を用いたりすることができる。

【００１７】高分子材料に含有させる導電性粒子として
は、導電性を備えた粒子であればほとんどのものが利用
でき、たとえば、カーボンブラック、カーボングラファ
イト、黒鉛などのカーボンを用いることができる。導電
性粒子９の粒径は、たとえば、３０〜３００ｎｍの範囲
のものを用いることができる。また、高分子材料に含ま
れる容積割合は、たとえば、５〜５０％程度とすること
ができる。

【００１８】高分子材料に含有させる無機充填剤は、上
述の導電性高分子材料の性質を調整するのに用いられ、
たとえば、酸化チタン、酸化鉄、酸化シリコン、酸化亜
鉛などが用いられる。導電性高分子材料を溶解あるいは
分解するのに用いられる溶剤としては、たとえば、キシ
レン等の溶剤を用いることができる。

【００１９】また、絶縁性シート１へ印刷された導電性
高分子材料の厚みは、たとえば、５０〜３００μｍ程度
である。

【００２０】絶縁性シート１へスクリーン印刷によって
導電性高分子材料を一定の厚みに印刷したのち、溶剤を
乾燥させ、高分子材料としてのポリマーを架橋させる。
これにより、発熱体層４が形成される。

【００２１】この状態において、発熱体層４の内部で
は、図２（ａ）に示すように、導電性粒子９は、印刷方
向Ｐに沿って、すなわち、第１および第２の電極２，３
の櫛歯部２ａ，３ａに直交する方向に多くが並んでいる
と考えられる。

【００２２】したがって、図２（ｂ）に示すように、第
１および第２の電極２，３の櫛歯部２ａ，３ａ間に所定
の電圧Ｅ₀ が印加されると、櫛歯部２ａ，３ａ間を流れ
る電流は、導電性粒子９を通じて最短距離方向、すなわ
ち、櫛歯部２ａ，３ａに直交する方向に流れようとす
る。

【００２３】上述したように、ポリマー１０中に導電性
粒子９を分散させた導電性高分子材料では、電圧を印加
すると、導電性粒子９は電流の流れる方向に並び始める
性質を有することが知られている。このため、ポリマー
１０中の導電性粒子９は、図２（ｂ）に示すように、電
流の流れる方向に並び始める。このとき、ポリマー１０
中の導電性粒子９は、図２（ａ）に示したように、既に
第１および第２の電極２，３の櫛歯部２ａ，３ａに直交
する方向に多くが並んでいるため、図２（ｂ）に示すよ
うな状態となるのは容易である。このことから、図２
（ａ）から図２（ｂ）への状態の遷移によっては、第１
および第２の電極２，３の櫛歯部２ａ，３ａ間の抵抗値
の変動は小さくなる。この結果、繰り返し通電による作
動電流の増加は抑制されることになる。

【００２４】以上のように、本実施形態によれば、繰り
返し通電による作動電流の増加は抑制されるため、面状
発熱体への通電の初期段階における作動電流を高めに設
定することができ、初期状態における昇温特性（発熱特
性）を向上でき、また、繰り返し通電を行なっても作動
電流が安定し、品質の向上した面状発熱体を製造でき
る。

【００２５】ここで、図３に上述した製造方法による面
状発熱体の評価結果を従来の製造方法による面状発熱体
の評価結果と併せて示す。評価条件としては、−３０℃
の環境下で、面状発熱体の第１および第２の電極２，３
間に直流電源によって１３．５Ｖの電圧を間欠的（３分
間オン／３分間オフ）に印加することを１２００回繰り
返し、作動電流の変化を観察した。

【００２６】図３において、横軸は通電回数を示してお
り、縦軸は作動電流の変化比率を示している。図３に示
すように、本発明の製造方法による面状発熱体では、通
電回数が２００回までに作動電流にわずかな変化がみら
れるが、従来の製造方法による面状発熱体では、通電回
数が２００回までに作動電流の大きな変化がみられる。

【００２７】上述した実施形態では、面状発熱体の面内
における温度分布の均一化を図るために第１および第２
の電極２，３を櫛状に形成しているが、本発明は上述の
実施形態に限定されない。たとえば、図４に示すよう
に、絶縁シート１上に矩形状の電極２、３を対向して平
行に配列して構成される面状発熱体のような場合も、導
電性高分子材料を第１および第２の電極２、３の対向方
向（図中の矢印方向）に沿って面状に印刷することによ
って、上述の実施形態と同様の効果が得られる。

【００２８】すなわち、図４に示すように、矩形状の電
極２、３を対向して平行に配列した場合に、第１および
第２の電極２、３間に直流電圧Ｅを印加すると、第１お
よび第２の電極２、３間に導電性の材料が存在すると、
電流は電極２、３を結ぶ最短距離の方向、すなわち、第
１および第２の電極２、３の対向方向に流れようとす
る。したがって、導電性高分子材料を第１および第２の
電極２、３の対向方向に面状に印刷することにより、ポ
リマー中の導電性粒子の多数が対向方向に沿って配列さ
れることになる。したがって、ポリマー中の導電性粒子
の多数は、電極２、３間を流れる電流の方向と一致する
ため、電極２、３間への電圧の印加を繰り返しても、電
極２、３間に介在する導電性高分子材料の抵抗値の変動
は抑制されることになる。

【００２９】

【発明の効果】本発明によれば、初期状態時と繰り返し
通電を行なった後とで、作動電流の変化が抑制された面
状発熱体を製造することができる。このため、初期状態
における作動電流を高めに設定することができ、初期状
態における昇温特性（発熱特性）を向上できる。また、
繰り返し通電を行なっても作動電流が安定し、品質の向
上した面状発熱体を製造できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る製造方法の一実施形態を示す説明
図であって、印刷スキージによって絶縁シート上にスク
リーン印刷を行なっている様子を示す斜視図である。

【図２】発熱体層における導電性粒子の状態を示す図で
あって、（ａ）は非通電時の場合であり、（ｂ）は通電
時の場合である。

【図３】本発明に係る製造方法による面状発熱体の評価
結果を示す図である。

【図４】本発明に係る製造方法の他の実施形態を示す説
明図である。

【図５】面状発熱体の構造の一例を示す斜視図である。

【図６】図５に示す面状発熱体のＡ−Ａ線方向の断面図
である。

【図７】印刷スキージによって絶縁シート上に導電性高
分子材料を印刷する様子を示す斜視図である。

【図８】発熱体層における導電性粒子の状態を示す図で
あって、（ａ）は非通電時の場合であり、（ｂ）は通電
時の場合である。

【符号の説明】

１…絶縁シート ２…第１の電極 ２ａ…櫛歯部 ３…第２の電極 ３ａ…櫛歯部 ９…導電性粒子 １０…ポリマー １１…印刷スキージ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】第１および第２の電極が対向して配置され
   た絶縁性の材料からなる絶縁シート上に、高分子材料に
   少なくとも導電性粒子を含有させた導電性高分子材料を
   第１および第２の電極の対向方向に沿って面状に印刷し
   て発熱体層を形成する工程を有する面状発熱体の製造方
   法。
2. 【請求項２】絶縁性の材料からなる絶縁シート上に、櫛
   状に形成された第１および第２の電極の櫛歯部が交互に
   配列するように当該第１および第２の電極を形成する工
   程と、 前記第１および第２の電極が形成された前記絶縁シート
   上に、高分子材料に少なくとも導電性粒子を含有させた
   導電性高分子材料を前記第１および第２の電極の櫛歯部
   の配列方向に沿って面状に印刷して発熱体層を形成する
   工程とを有する請求項１に記載の面状発熱体の製造方
   法。