(57)【要約】【課題】  所望の電気抵抗率を有する導電性組成物を得ること。またこの導電性組成物を用いて自由な形状で均一な発熱特性を有する面状発熱体を得ることができる。異なる電気抵抗率を有する複数種の導電性組成物を用いて、単一の回路内において発熱特性の異なる複数の発熱部を有する面状発熱体をも容易に得ることができる。【解決手段】  絶縁性樹脂と、第一導電性材料と、前記第一導電性材料よりも高い電気抵抗率を有する第二導電性材料とを含み、前記第一導電性材料の含有量に対する前記第二導電性材料の含有量の質量比が０．０１〜１００である導電性組成物。この導電性組成物を用いて、シート状あるいは板状基材の表面に線状パターンからなる発熱部が形成されている面状発熱体。【選択図】  なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁性樹脂と、第一導電性材料と、前記第一導電性材料よりも高い電気抵抗率を有する第二導電性材料とを含み、前記第一導電性材料の含有量に対する前記第二導電性材料の含有量の質量比が０．０１〜１.００であることを特徴とする導電性組成物。
【請求項２】
前記第一導電性材料が、金属を主成分とする粒子であることを特徴とする請求項１に記載の導電性組成物。
【請求項３】
前記第二導電性材料が、炭素粒子であることを特徴とする請求項１または２に記載の導電性組成物。
【請求項４】
シート状あるいは板状の基材の表面に、請求項１に記載の導電性組成物を用いて形成された線状パターンからなる発熱部を有することを特徴とする面状発熱体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、導電性組成物と、該導電性組成物を用いて形成された発熱部を有する面状発熱体に関する。
【背景技術】
【０００２】
面状発熱体は、シート状あるいは板状基材の表面の一部あるいは全面に、比較的に高い電気抵抗率を有する材料を用いて発熱部を形成し、該発熱部に電圧を印加して電気抵抗率に応じた発熱をするように構成されている。
【０００３】
特許文献１には、絶縁性繊維材料と導電性繊維材料とを経緯方向に配列して製織した発熱部を有する、面状発熱体が開示されている。特許文献２においては、ポリウレタン樹脂と球状カーボンとを含む面状発熱体用導電性ペースト、及びこの面状発熱体用導電性ペーストを用いた面状発熱体が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１３−０７７３８４号公報
【特許文献２】国際公開第２００９／１２５７４０号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１の面状発熱体においては、製織による導電性繊維材料の配列によって発熱部が形成されるため、その形状は矩形に限定される。一方、特許文献２によれば自由な形状の発熱部を形成できるものの、発熱部全体が均一に発熱するものにできるとは限らない。電圧を印加する電極間の抵抗値を、発熱部の各部分において同一とすることが困難であるためである。自由な形状の発熱部について、電極間距離が短い部分は導電性ペーストによる発熱部を薄く形成し、電極間距離が長い部分は導電性ペーストによる発熱部を厚く形成すれば両部分の電極間抵抗値をほぼ等しくすることは不可能ではないが、現実的ではない。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明者は、鋭意研究の結果、導電性組成物に電気抵抗率の異なる２種の導電性材料を配合し、これら２種の導電性材料の配合比を調整することにより、容易に電気抵抗率の設定が可能となることを見出し本発明の完成に至った。
【０００７】
すなわち本発明は、絶縁性樹脂と、第一導電性材料と、前記第一導電性材料よりも高い電気抵抗率を有する第二導電性材料とを含み、前記第一導電性材料の含有量に対する前記第二導電性材料の含有量の質量比が０．０１〜１．０であることを特徴とする導電性組成物である。
【０００８】
これによれば、所望の電気抵抗率を有する導電性組成物を得ることができる。またこの導電性組成物を用いることで、従来技術では達成できなかった自由な形状であっても均一な発熱特性を有する面状発熱体を得ることができる。
【０００９】
前記第一導電性材料が、金属を主成分とする粒子であることが好ましい。前記第二導電性材料が、炭素粒子であることが好ましい。
【００１０】
本発明の面状発熱体は、シート状あるいは板状の基材の表面に、前記導電性組成物を用いて形成された線状パターンからなる発熱部を有することを特徴とする面状発熱体である。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、所望の電気抵抗率を有する導電性組成物を得ることが可能となる。またこの導電性組成物を用いることで、従来技術では達成できなかった自由な形状で均一な発熱特性を有する面状発熱体を得ることができる。更には、異なる電気抵抗率を有する複数種の導電性組成物を用いて、単一の回路内において発熱特性の異なる複数の発熱部を有する面状発熱体をも容易に得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の導電性組成物を評価する際に用いた線状パターンを示す図である。
【図２】赤外線サーモグラフィーにより面状発熱体の表面温度を観察した一例を示す写真である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明の導電性組成物は、絶縁性樹脂と、第一導電性材料と、前記第一導電性材料よりも高い電気抵抗率を有する第二導電性材料とを含む。絶縁性樹脂は第一導電性材料および第二導電性材料をその内部に分散し、発熱部を形成する際には固化してこれら導電性材料を保持する、所謂バインダーとして機能する。したがって、絶縁性樹脂は熱や光エネルギーによって、あるいは溶媒成分の除去や置換によって硬化または固化するものであることが望ましい。また硬化または固化した後に絶縁性を呈するものであることが肝要である。
【００１４】
このような絶縁性樹脂の例としては、アクリル樹脂、フェノキシ樹脂、ポリビニルホルマール樹脂、 ポリスチレン樹脂、ポリビニルブチラール樹脂、ポリエステル樹脂、ポリアミド樹脂、ポリイミド樹脂、キシレン樹脂、ポリウレタン樹脂、エポキシ樹脂等が挙げられる。柔軟性が高く変形に対して耐久性が求められる場合には、アクリル樹脂、ポリウレタン樹脂が好ましい。
【００１５】
本発明の導電性組成物に用いられる第一導電性材料の例としては、金属を主成分とする粒子が挙げられる。金属としては金、銀、白金、銅、ニッケル、鉄、スズ等が挙げられる。第一導電性材料としてはこれら金属とその酸化物、塩化物等との混合物であってもよい。粒子の形状は特に限定されず、球状、板状、針状、柱状等であってよい。第一導電性材料の粒径は０．１〜１０μｍであることが好ましい。第一導電性材料の電気抵抗率は１．０×１０−８〜１．０×１０−７Ω・ｍであることが好ましい。
【００１６】
本発明の導電性組成物に用いられる第二導電性材料は、前記第一導電性材料に比較してより高い電気抵抗率を有する。第二導電性材料の電気抵抗率は１．０×１０−６〜１．０×１０−４Ω・ｍであることが好ましい。このような第二導電性材料としては、炭素粒子が挙げられる。具体的にはカーボンブラック、カーボンナノチューブ、グラファイト粒子、フラーレン等が挙げられる。第二導電性材料の粒径は１０〜２００ｎｍであることが好ましい。粒子の形状は特に限定されず、球状、板状、針状、柱状等であってよい。炭素以外に、ニッケル・クロム合金（ニクロム）や鉄・クロム・アルミニウム合金（カンタル）も利用可能である。
【００１７】
前記第一導電性材料の含有量に対する前記第二導電性材料の含有量の質量比は０．０１〜１．０であることが必要である。質量比が０．０１〜１．０であれば、面状発熱体の発熱部として機能し、所望の電気抵抗率を有する導電性組成物が得られる。
【００１８】
前記第一導電性材料と前記第二導電性材料の合計含有量は、本発明の導電性組成物の全固形分量に対して６０〜９０質量％であることが好ましい。前記第一導電性材料と前記第二導電性材料の合計含有量がこの範囲内であれば、面状発熱体の発熱性と耐久性の両立という効果が得られる。
【００１９】
本発明の導電性組成物は、その他の成分として溶媒、分散剤、消泡剤、レべリング剤、増粘剤等を含有していてもよい。なかでも溶媒や分散剤は本発明の導電性組成物を用いて発熱部を形成する手段として印刷法を採用する場合には重要な成分となる。
【００２０】
溶媒としては水の他、使用する前記絶縁性樹脂を溶解あるいは分散可能な有機溶剤も利用可能である。溶媒は発熱部を形成する際、熱処理等によって除去されるものであるため、沸点が３０〜２００℃であることが好ましい。分散剤の例としては、硫酸塩、スルホン酸塩、燐酸塩等のアニオン性化合物や脂肪族アミン塩等のカチオン性化合物、脂肪酸エステル等の非イオン系化合物等が挙げられる。消泡剤の例としては、シリコーン、界面活性剤、ポリエーテル、高級アルコール等が挙げられる。
【００２１】
本発明の面状発熱体は、前記導電性組成物を用いて、シート状あるいは板状基材の表面に線状パターンからなる発熱部が形成されている。シート状あるいは板状基材の例としては、織物や編物等の布帛、紙、樹脂フィルム、樹脂板、木板、石板等である。これら基板の表面に形成される発熱部は、線状パターンからなる。発熱部の線状パターンは、必要とされる発熱部の発熱特性と、発熱部に用いられる導電性組成物の電気抵抗率に応じて線幅および線高（膜厚）が決定される。
【００２２】
従来技術（例えば引用文献２）では同じ形状の二つの発熱部を、同一の電圧印加条件の下で、一方は低発熱性（低温部）に、他方は高発熱性（高温部）にしようとすると線状パターンの線幅や線高（膜厚）を変えて形成する必要があった。このため二つの発熱部において柔軟性や手触りが異なるものとなってしまう。しかしながら、本発明の導電性組成物を用いて同様の二つの発熱部を形成する場合、電気抵抗率の異なる二つの導電性組成物を用意することで全く同じ線幅と線高（膜厚）を有する線状パターンとして形成することが可能となる。つまり高温部用には比較的に電気抵抗率の小さな導電性組成物Ａを、低温部用には比較的に電気抵抗率の大きな導電性組成物Ｂを用意すればよい。
【００２３】
また発熱部に電圧を印加する電極間の距離が異なるような形状の発熱部であっても、電極間距離に応じて電気抵抗率の異なる複数種の導電性組成物を用いることで、自由な形状であって且つ均一な発熱特性を有する発熱部を形成することが可能となる。
【００２４】
本発明の面状発熱体においては、線状パターンの線幅や線高（膜厚）を同一としたままで発熱部の形状や発熱特性を自由に設計が可能である。そのため、発熱部を保護するシート等を積層した場合に段差ができない。布帛や紙、樹脂フィルム等の可撓性を有する基材を用いた場合には柔軟性の差が生じない。
【００２５】
本発明の導電性組成物を用いた面状発熱体の応用例として、電圧を印加する一対の電極間において、異なる電気抵抗率を有する導電性組成物による線状パターンの発熱部を形成することにより、単一の回路で異なる発熱特性を有する複数の発熱部が形成された面状発熱体を得ることも可能である。
【実施例】
【００２６】
以下に本発明を実施例により説明するが、本発明はこれらの実施例により何らの制限を受けるものではない。本実施例における各種物性の評価方法は以下の通りである。
【００２７】
＜発熱部の評価＞
各実施例または比較例で得られた面状発熱体について、硬化後の発熱部の線高（膜厚）はデジタルマイクロメータ（ソニー株式会社製Ｍ−３０）、線幅はマイクロスコープ（株式会社キーエンス製、ＶＨＸ５０００）、両端間の電気抵抗はデジタルマルチメーター（三和電気計器株式会社製、ＰＭ３）を用いて測定した。
【００２８】
＜発熱性の評価＞
面状発熱体の発熱部の両端に導線を接続して電圧を印加し、赤外線サーモグラフィー（フリアーシステムズ社製、ＦＬＩＲ  Ｃ２）にて面状発熱体の表面温度を観察した（図２）。解析ソフト（フリアーシステムズ社製、ＦＬＩＲ  Ｔｏｏｌｓ）を用いて、電圧印加前後における表面温度の上昇値を算出し、発熱性を評価した。
【００２９】
（実施例１）
絶縁性樹脂としてポリカーボネート系ポリウレタン（ＤＩＣ株式会社製、クリスボンＭＰ１２０）、第一導電性材料として粒径３．５〜５．５μｍのフレーク状銀粒子から成るシルコートＡｇＣ−Ａ（福田金属箔粉工業株式会社製）、第二導電性材料として粒径４０ｎｍの導電性カーボンブラックから成るケッチェンブラックＥＣ３００Ｊ（ライオン・スペシャリティ・ケミカルズ株式会社製）を固形分配合比が表１に示すとおりとなるよう配合し、自転・公転ミキサー（株式会社シンキー製、あわとり練太郎ＡＲＥ−３１０）にて攪拌・脱泡した後、溶剤としてジメチルホルムアミドを加えて粘度を１０Ｐａ・ｓ（５０ｒｐｍ）に調整することにより、導電性組成物（ペースト）を調製した。
【００３０】
得られた導電性ペースト組成物を用いて、厚み１２５μｍのポリウレタンフィルム（倉敷紡績株式会社製、Ｕ１４９０）上に、ディスペンサーにて折り返し長１５０ｍｍ、折り返しピッチ５ｍｍで折り返した発熱長９５５ｍｍの評価用パターン（図１）を塗工し、１２０℃で３０分間の熱乾燥により、導電性ペースト組成物中の溶剤成分を除去し、評価用の面状発熱体を作製した。得られた面状発熱体について、発熱部の印加電圧６Ｖでの温度上昇ΔＴは７７．９Ｋであった。
【００３１】
（実施例２、３）
導電性組成物中の各成分の配合比が表１のとおりである以外は実施例１と同様にして導電性組成物を調製し、実施例１と同様にして面状発熱体を作製した。得られた面状発熱体について、印加電圧６Ｖによる発熱部の温度上昇ΔＴはそれぞれ３８．８Ｋ、１９．２Ｋであった。実施例１〜３は発熱部の線幅、線高（膜厚）、発熱長が同じであるにも関わらず、異なる発熱性を示した。つまり、第一導電性材料と第二導電性材料の配合比を調整することにより、所望の電気抵抗率を有する導電性組成物が得られることを示した。
【００３２】
【表１】
2020136153.tif 000002
【００３３】
（実施例４、５）
導電性組成物中の各成分の配合比を表２のとおりとした以外は実施例１と同様にして導電性組成物を調製した。得られた導電性組成物を用いて面状発熱体を作製するにあたり、実施例４については折り返し長を９０ｍｍとして発熱長を５９５ｍｍとし、実施例５については折り返し長を４０ｍｍとして発熱長を２９５ｍｍとした以外は実施例１と同様にして面状発熱体を作製した。得られた面状発熱体の印加電圧６Ｖにおける発熱部の温度上昇ΔＴはそれぞれ実施例４が７７．１Ｋ、実施例５が７８．８Ｋであった。実施例１、実施例４、実施例５の面状発熱体を同じ印加電圧６Ｖにて比較した場合、発熱長が異なるにもかかわらず、同様の発熱性を示した。
【００３４】
【表２】
2020136153.tif 000003
【００３５】
（比較例１〜３）
第二導電性材料を配合せず、各成分の配合比を表３のとおりとした以外は実施例１と同様に導電性組成物を調製した。得られた導電性組成物を用いて面状発熱体を作製するにあたり、比較例１については折り返し長を１５０ｍｍとして発熱長を９５５ｍｍとし、比較例２については折り返し長を９０ｍｍとして発熱長を５９５ｍｍとし、比較例３については折り返し長を６０ｍｍとして発熱長を４１５ｍｍとした以外は実施例１と同様にして面状発熱体を作製した。得られた面状発熱体の印加電圧２Ｖにおける発熱部の温度上昇ΔＴはそれぞれ比較例１が１４．４Ｋ、比較例２が３９．２Ｋ、比較例３が７６．５Ｋと全て異なる発熱性を示すものであった。
【００３６】
【表３】
2020136153.tif 000004
【符号の説明】
【００３７】
１：発熱部
２：基材
【図１】
2020136153.tif 000005
【図２】
2020136153.tif 000006