(57)【要約】【課題】面状発熱体の周囲に均一に発熱させることができ、また加工性よく設置することができる熱安定性の高い面状発熱体を提供することを目的とする。【解決手段】内側電極としての芯電極２、前記芯電極２に周設された主成分が反応性樹脂を介して架橋された導電体を含有して成る高分子抵抗体３、および前記高分子抵抗体３の表面に周設された外側電極４を有する発熱体５と、この発熱体５を保持する金属フィルム６、熱融着フィルム７からなるシート状の積層フィルムとにより構成した。したがって、長期にわたり均熱性の優れたＰＴＣ特性を有する面状発熱体を実現することができる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内側電極としての芯電極、前記芯電極に周設された主成分が反応性樹脂を介して架橋された導電体を含有して成る高分子抵抗体、および前記高分子抵抗体の表面に周設された外側電極を有する発熱体と、この発熱体を保持する金属フィルム、熱融着フィルムからなるシート状の積層フィルムとにより構成した面状発熱体。
【請求項２】
外側電極が高分子抵抗体の表面に巻回された金属箔である請求項１に記載の面状発熱体。
【請求項３】
内側電極としての芯電極、前記芯電極に周設された主成分が反応性樹脂を介して架橋された導電体を含有して成る高分子抵抗体、および外側電極としての金属フィルムを有する発熱体と、この発熱体を保持するシート状の熱融着フィルムとから構成され、前記高分子抵抗体と金属フィルムとは電気的に接続した面状発熱体。
【請求項４】
金属フィルムにスリットが設けられ、このスリットを通して熱融着した請求項３に記載の面状発熱体。
【請求項５】
反応性樹脂は、エポキシ基、オキサゾリン基、無水マレイン酸基の少なくとも一種の官能基を含むものである請求項１または３に記載の面状発熱体。
【請求項６】
導電体は、導電性無機酸化物を少なくとも配合した請求項１または３に記載の面状発熱体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＰＴＣ特性に優れた高分子抵抗体を用いた面状発熱体に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の面状発熱体の発熱部の一つは、銅線などからなる２本の平行電極上に押出成形されて作製されるものである。
【０００３】
図５は具体的構成を示すもので、抵抗体５０は結晶性熱可塑性樹脂に金属粉末、カーボンブラック、グラファイトなどの導電性付与剤を１種または２種以上分散させて成形させたもので、この中に一対の電極５１を設けて通電し、発熱させる。
【０００４】
この発熱体はＰＴＣ特性を有している。ここで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を意味している。ＰＴＣ特性を有する発熱体は、自己温度調節機能を付与することができる（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開昭６２−１８８１９４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記従来の発熱体は電極５１が２本平行に配列しているため、通電すると埋設された２本の電極５１間が発熱し、周囲に熱が伝わりにくい構造になっていた。
【０００６】
また、発熱体の表面は、平面部位の温度が高く、曲面部位（電極の対電極に対して反対側）の温度が低いという不均一な発熱状態となる。
【０００７】
さらに、発熱体の断面が楕円形となるため自由度が低く、支持体との縫製や貼り付けなどの加工性が悪いという課題があった。
【０００８】
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、面状発熱体の周囲に均一に発熱させることができ、また加工性よく設置することができる熱安定性の高い面状発熱体を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記従来の課題を解決するために、本発明の面状発熱体は、内側電極としての芯電極、前記芯電極に周設された主成分が反応性樹脂を介して架橋された導電体を含有して成る高分子抵抗体、および前記高分子抵抗体の表面に周設された外側電極を有する発熱体と、この発熱体を保持する金属フィルム、熱融着フィルムからなるシート状の積層フィルムとにより構成したものである。
【００１０】
これにより、芯電極から放射状に発熱による熱が伝わり、さらに金属フィルムによって面上を熱が伝わる。そして熱融着することで長期にわたり均熱性に優れたＰＴＣ特性を有する面状発熱体を実現することができる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の面状発熱体は、中央と外周に電極を配置し、金属フィルムによって、発熱体全体で均一発熱が可能となる。これによって、長期にわたり均熱性の優れたＰＴＣ特性を有する面状発熱体を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
第１の発明は、内側電極としての芯電極、前記芯電極に周設された主成分が反応性樹脂を介して架橋された導電体を含有して成る高分子抵抗体、および前記高分子抵抗体の表面に周設された外側電極を有する発熱体と、この発熱体を保持する金属フィルム、熱融着フィルムからなるシート状の積層フィルムとにより構成したものである。
【００１３】
したがって、芯電極と外側電極との間に電圧をかけることで芯電極を中心に放射状に電界が発生し、高分子抵抗体が発熱する。さらに金属フィルムの熱伝導によって、面状発熱体の全体を均一に発熱させることができ、また、熱融着フィルムによって固定されるため、均熱安定性に優れた面状発熱体を実現できる。
【００１４】
第２の発明は、特に、第１の発明の外側電極が高分子抵抗体の表面に巻回された可撓性電極であることを特徴とするものである。
【００１５】
金属箔や金属板で高分子抵抗体を被覆した場合、面状発熱体の柔軟性に欠けるという欠点がある。そこで、短冊状の電極を高分子抵抗体の表面にスパイラル状に巻き付けることによって切れ目ができ、この切れ目によって柔軟性を確保することができる。
【００１６】
これにより、面状発熱体の全体を均一に発熱させることができるだけでなく、さらに加工上に優れた発熱体を実現できる。
【００１７】
第３の発明は、内側電極としての芯電極、前記芯電極に周設された主成分が反応性樹脂を介して架橋された導電体を含有して成る高分子抵抗体、および外側電極としての金属フィルムを有する発熱体と、この発熱体を保持するシート状の熱融着フィルムとから構成され、前記高分子抵抗体と金属フィルムとは電気的に接続したものである。
【００１８】
金属フィルムを外側電極とすることによって、部材点数の減少させることができ、製造工程を簡素化させることができる。
【００１９】
第４の発明は、特に、第３の発明の金属フィルムにスリットを設け、スリットから出た熱融着フィルムによって金属フィルムと高分子抵抗体を強固に圧着するものである。
【００２０】
これにより、安定した給電、さらには均熱安定性に優れた面状発熱体を実現できる。
【００２１】
第５の発明は、特に、第１または第３の発明の高分子抵抗体に含まれる反応性樹脂は、エポキシ基、オキサゾリン基、無水マレイン酸基の少なくとも一種の官能基を含む組成とするものである。
【００２２】
これにより、反応による化学結合を生じ、熱的安定性を高めることができる。そして、物理、化学、電気的な挙動を安定化させることができるので長期にわたり安定したＰＴＣ特性を実現することができる。
【００２３】
第６の発明は、第１または第３の発明の導電体が、導電性無機酸化物を少なくとも配合して成るものである。
【００２４】
導電性無機酸化物は、カーボンブラックなどの炭素系材料と異なり燃えにくい材料であるため、これを含んだ高分子抵抗体は、外部からの着火に対しても難燃性または不燃性を示す。したがって、長期にわたり信頼性を確保することができる。
【００２５】
第７の発明は、第１または第３の発明の積層フィルムが、真空排気して成る真空断熱材の外装フィルムとして使用することを特徴とするものである。
【００２６】
高断熱性の真空断熱材を発熱線の片側に設けることにより、熱の均一性と共に、一方向面の発熱量を増加させ、あるいは、一方向面の消費電力を抑えることができる。
【００２７】
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、以下に詳述する実施の形態によって、本発明が限定されるものではない。
【００２８】
（実施の形態１）
図１，２において、面状発熱体１は、芯電極２を内側電極として有するとともに、導電体を含有した高分子抵抗体３、およびその高分子抵抗体３の表面に周設された外側電極４からなる発熱体５と、この発熱体５の複数本を挟持する金属フィルム６、熱融着フィルム７、保護フィルム８によってシート状に構成されている。
【００２９】
芯電極２は、導電性の金属線であり、直径０．２ｍｍの錫鍍金銅線を１９本縒って使用した。これは、断線防止などの信頼性を考慮し、銀銅合金線とすることもできる。
【００３０】
なお、縒線に限らず、単線、編組線も使用できる。
【００３１】
高分子抵抗体３は、樹脂組成物と導電体とを混練成形し、作製する。樹脂組成物は、被反応性樹脂に反応性樹脂を配合して架橋構造としている。
【００３２】
被反応性樹脂としては、ＰＴＣ特性を発現するオレフィン系の熱可塑性樹脂であればよく、例えばエチレン酢酸ビニル共重合体、エチレンアクリル酸エチル共重合体、エチレンメタクリル酸メチル共重合体、エチレンメタクリル酸共重合体などがある。
【００３３】
本実施の形態では、６０℃から８０℃での急激な抵抗変化を期待し、融点が６０℃付近のエチレン酢酸ビニル共重合体を使用した。
【００３４】
反応性樹脂には無水マレイン酸基で変性したエチレンアクリル酸共重合体を使用したが、エポキシ基で変性したものや、オキサゾリン基で変性したものでも使用することができる。
【００３５】
導電体としては、１次粒子径２０ｎｍのカーボンブラックと、針状の酸化チタンを母体にＳｎＯ２／Ｓｂ導電層を被覆した導電性無機酸化物を使用した。
【００３６】
さらに、リン酸エステル系の難燃剤も添加した。
【００３７】
以上のような組成で混練し、芯電極２と共に押出成形することによって、芯電極２を中央に含む高分子抵抗体３を作製することができる。
【００３８】
外側電極４は、短冊状の金属箔で厚みは０．１ｍｍの銅箔を使用する。これを高分子抵抗体３の押出しと同時に連続的に巻き付けながら接触させることで密着させる。これは銀系ゴム塗料などの導電塗料を塗着して密着させることもできる。
【００３９】
金属フィルム６はアルミニウム箔で、厚みは１２μｍである。熱融着フィルム７はホモポリマーで結晶化度を上げた無延伸のポリプロピレンを使用し、保護フィルム８にはポリエチレンフィルムを使用した。
【００４０】
次に、面状発熱体の作製方法について一例を述べる。
【００４１】
先ず、カーボンブラック１５ｗｔ％に難燃剤数ｗｔ％を添加する。そして導電性被覆した針状酸化チタン４５ｗｔ％と混合する。
【００４２】
当該混合物を先ず、エチレン酢酸ビニル共重合体２０ｗｔ％と十分混練した後、無水マレイン酸基で変性したエチレンアクリル酸共重合体１０ｗｔ％を配合し、粘度変化が安定するまで１７０℃に設定したオープンロールで混練する。
【００４３】
なお、混練混合は、ニーダー、２軸押出混練機などの装置でもよい。
【００４４】
そして、シート状にした混練体を自然放冷後、粉砕機で数ミリ四辺に粉砕して、押出形成のための投入材料とした。
【００４５】
発熱体５は押出成形によって作製した。直径０．２ｍｍの錫鍍金銅線を１９本縒って作製した芯電極２としての電極線を用意し、押出成形機のヘッドの中央から成形体と共に押出されるようセットする。
【００４６】
高分子抵抗体３の直径は面状発熱体１の抵抗値と関係するため、所望抵抗値によって決定される。本実施の形態では、直径方向の厚みが約１ｍｍとなるようにヘッドの径を調整した。
【００４７】
そして、押出成形した高分子抵抗体３に外側電極４となる短冊状の金属箔を押出しと同時に連続的に巻き付けながら接触させることで密着させる。
【００４８】
ここで、外側電極４は、樹脂との反応性によって、あるいは冷却による熱収縮によって密着させることもできる。
【００４９】
最後に、外側から保護フィルム８、金属フィルム６、熱融着フィルム７の順でラミネートした積層フィルムによって外側電極を挟み、ラミネーターによって熱圧着して完成させた。
【００５０】
次に、面状発熱体１の使用方法について一例を説明する。
【００５１】
面状発熱体１を１００ｍｍ切り取り、芯電極２を正極、外側電極４を負極とし電圧を印加する。
【００５２】
電圧を２．３Ｖ、電力１．５Ｗを印加すると、温度範囲は３６℃から３８℃の範囲内となり、ＰＴＣ特性を発現して発熱量を所定値に安定させることができた。
【００５３】
実施の形態では、発熱体５が２本の例を示したが、１本または３本以上あっても良く、また、同時に印加する必要もない。
【００５４】
赤外線サーモグラフィで観察すると、面状発熱体１の全面について均一発熱が実現されていた。さらに、難燃剤の添加量が少量にもかかわらず、ライターで着火しても自己消火した。これは無機系材料が４割以上配合されているからと考えられる。
【００５５】
（実施の形態２）
図３，４は実施の形態２を示すもので、面状発熱体１１は、内側電極としての芯電極１２、導電体を含有した高分子抵抗体１３、金属フィルム１４からなる発熱体１５と、この
発熱体１５の複数本を挟持したシート状の熱融着フィルム１６によって構成されている。
【００５６】
芯電極１２、高分子導電体１３の組成は、実施の形態１と同じである。
【００５７】
外側電極は存在せず、代わりに金属フィルム１４を電極として用いている。
【００５８】
金属フィルム１４はステンレス箔で厚みは２０μｍであり、スリット１７が設けられている。
【００５９】
熱融着フィルム１６はホモポリマーで結晶化度を上げた無延伸のポリプロピレンを使用した。
【００６０】
次に、本実施の形態の面状発熱体１１の作製方法について一例を述べる。
【００６１】
発熱体１５の成形方法は、実施の形態１と同様である。ただし、金属箔を巻き付けることはしない。そして、外側から熱融着フィルム１６、金属フィルム１４の順でラミネートした積層フィルムによって発熱体１５を挟み、ラミネーターによって熱圧着して完成させた。
【００６２】
このとき、スリット１７を通して両面の熱融着フィルム１６が密着することになる。
【００６３】
なお、スリット１７は、細かく、また発熱体１５の近くの方が好ましい。例えば、メッシュ状の金属フィルムを使用することもできる。
【００６４】
次に、この面状発熱体１１の使用方法について一例を説明する。
【００６５】
発熱体１１を１００ｍｍ切り取り、芯電極１２を正極、金属フィルム１４の外延部１４ａを負極とし電圧を印加する。
【００６６】
電圧を２．３Ｖ、電力１．３Ｗを印加すると、温度範囲は３６℃から３８℃の範囲内となり、ＰＴＣ特性を発現して発熱量を所定値に安定させることができた。
【００６７】
本実施の形態では発熱体１５を２本配列したが、１本または３本以上あっても良い。
【００６８】
赤外線サーモグラフィで観察すると、面状発熱体１１の全面について均一発熱が実現されていた点は実施の形態１と同様であるが、本実施の形態のものは構成が簡素で、容易に作製することができる。
【産業上の利用可能性】
【００６９】
本発明による面状発熱体は、均熱性に優れたＰＴＣ特性を有する発熱体である。この面状発熱体は、例えば、連続した曲面や平面の組み合わせ等のある器具の表面形状に装着可能であるため、暖房用ヒータとして自動車の座席、ハンドル、トリム、その他の暖房を必要とする電気床暖房などの器具に適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００７０】
【図１】本発明の実施の形態１における面状発熱体を示す斜視図
【図２】図１のＸ−Ｙ断面図
【図３】本発明の実施の形態２における面状発熱体を示す斜視図
【図４】図３のＸ−Ｙ断面図
【図５】従来の面状発熱体の断面図
【符号の説明】
【００７１】
２，１２  芯電極
３，１３  高分子抵抗体
４  外側電極
５，１５  発熱体
６，１４  金属フィルム
７，１６  熱融着フィルム
１７  スリット
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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