(57)【要約】【課題】  発熱量を容易に調整可能な面状ヒータを提供すること。【解決手段】  面状ヒータ１は、可撓性の基材２と、基材２の少なくとも一方の面上に形成されるＰＴＣ樹脂組成物からなる発熱体層３と、発熱体層３に接して形成される第一電極６及び第二電極７と、を備え、第一電極６又は第二電極７の何れか一方は、互いに電気的に非接続の複数の分割電極７ａ,７ｂ,７ｃを有しており、第一電極６又は第二電極７における複数の分割電極７ａ,７ｂ,７ｃが、他方の電極に対して距離が離れる方向に沿って配列されることを特徴とする。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
可撓性の基材と、前記基材の少なくとも一方の面上に形成されるＰＴＣ樹脂組成物からなる発熱体層と、前記発熱体層に接して形成される第一電極及び第二電極と、を備える面状ヒータであって、
前記第一電極又は前記第二電極の何れか一方は、互いに電気的に非接続の複数の分割電極を有しており、前記第一電極又は前記第二電極における前記複数の分割電極が、他方の電極に対して距離が離れる方向に沿って配列されることを特徴とする面状ヒータ。
【請求項２】
前記複数の分割電極が、互いに等間隔に離間して設けられることを特徴とする請求項１記載の面状ヒータ。
【請求項３】
前記第一電極又は前記第二電極における前記複数の分割電極及び他方の電極が、互いに略平行に形成されることを特徴とする請求項１又は２記載の面状ヒータ。
【請求項４】
前記第一電極が前記発熱体層の一方の面側に形成され、前記第二電極が前記発熱体層の他方の面に形成されることを特徴とする請求項１〜３記載の面状ヒータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、面状ヒータに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、自動車用シート、ドアミラー、床暖房器具、配水管の凍結防止などに用いられる面状ヒータは、ＰＴＣ（Ｐｏｓｉｔｉｖｅ  Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ  Ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ）特性を有する自己温度制御型の発熱体が用いられている。
【０００３】
このＰＴＣ特性を有する発熱体は、樹脂中にカーボンブラック等の導電性粒子が所定量分散されている。この発熱体は、導電性粒子が樹脂中で導電パスを形成しており全体として抵抗体として機能し、導電パスに電流が流れた際に生ずるジュール熱を利用して発熱される。そして、発熱体が加熱されると温度変化に伴う樹脂の膨張により導電性粒子の接触状態が変化して抵抗値が上昇する。そうすると、発熱体に流れる電流が小さくなり発熱量も抑えられ、所定の温度以上に温度が上昇しない。このようにして、ＰＴＣ特性を有する発熱体を用いた面状ヒータは、自己温度制御が可能となる。
【０００４】
このような面状ヒータは、シート状の基材上に発熱体層が設けられ、基材と発熱体との間に発熱体に電圧を印加するための一対の電極が形成されている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００１−３５７９６６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述した面状ヒータの発熱量は、その形状や発熱体の性能により一義的に決定されるものであり、一の面状ヒータで発熱量を自在に調整することは難しい。このような面状ヒータについて設置場所に応じた所望の発熱量を得るためには、主として発熱体の材料設計を最適化することが行われている。例えば、樹脂の結晶性、導電性粒子の含有量等を調整し導電パスを制御している。このため、所望の発熱量に応じた多種の発熱体を開発することが一般的に行われている。
【０００７】
本発明は、発熱量を容易に調整可能な面状ヒータ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】
【０００８】
上記目的を達成するために、本発明に係る面状ヒータは、可撓性の基材と、前記基材の少なくとも一方の面上に形成されるＰＴＣ樹脂組成物からなる発熱体層と、前記発熱体層に接して形成される第一電極及び第二電極と、を備える面状ヒータであって、前記第一電極又は前記第二電極の何れか一方は、互いに電気的に非接続の複数の分割電極を有しており、前記第一電極又は前記第二電極における前記複数の分割電極が、他方の電極に対して距離が離れる方向に沿って配列されることを特徴とする。
【０００９】
本発明に係る面状ヒータによれば、発熱体層に接して形成される第一電極又は第二電極の何れか一方が、互いに電気的に非接続の複数の分割電極を有しており、第一電極又は第二電極における複数の分割電極が、他方の電極に対して距離が離れる方向に沿って配列される。このため、第一電極又は第二電極における複数の分割電極から一の分割電極を発熱体層に電圧を印加する一方の電極として選択すれば、発熱体層に電圧を印加する一対の電極、すなわち、第一電極及び第二電極の距離を任意に選択することができる。そして、発熱体層の発熱量は抵抗値、換言すれば各電極間の距離に依存することから、一方の電極とする分割電極を選択するだけで所望の発熱量に調整することができる。その結果、発熱量を容易に調整することができる。
【００１０】
また、本発明に係る面状ヒータは、前記複数の分割電極が、互いに等間隔に離間して設けられることが好ましい。これにより、発熱量の調整がさらに容易となる。
【００１１】
また、本発明に係る面状ヒータは、前記第一電極又は前記第二電極における前記複数の分割電極及び他方の電極が、互いに略平行に形成されることが好ましい。これにより、発熱量の調整がさらに容易となる。
【００１２】
また、本発明に係る面状ヒータは、前記第一電極が前記発熱体層の一方の面側に形成され、前記第二電極が前記発熱体層の他方の面に形成されることが好ましい。これにより、発熱体層の片面に第一電極及び第二電極が形成される場合に比べて、発熱体層全体に形成された導電性パスに電流が流れやすくなり発熱体層全体が発熱するため、より大きな発熱量を確保できる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、発熱量を容易に調整可能な面状ヒータを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本実施形態に係る面状ヒータを部分的に破断した概略的な斜視図である。
【図２】図１においてＩＩ−ＩＩ線方向における断面図である。
【図３】本実施例に係る面状ヒータの特性を示す図である。
【図４】他の実施形態に係る面状ヒータの構造を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、添付図面を参照して、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、図面の説明において同一又は相当部分には同一符号を付し、重複する説明は省略する。
【００１６】
図１は、本実施形態に係る面状ヒータ１を部分的に破断した概略的な斜視図である。図２は、図１においてＩＩ−ＩＩ線方向における断面図である。
【００１７】
図１及び２に示されるように面状ヒータ１は、基材２と、発熱体層３と、一対の電極４と、絶縁体層５とを備えている。
【００１８】
基材２は、可撓性を有する絶縁性のシートであり、例えば、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）が用いられる。この基材２は、発熱体層３を保持すると共に外界から絶縁保護するためのものであり、面状ヒータ１の設置場所に応じて適宜その外形が定められる。本実施形態においては、矩形状のシートであるがこれに限らず、例えば、円形状、楕円形状、帯状などの外形のシートを用いることができる。またこの厚さは、その外形と同様に面状ヒータ１の設置場所に応じて適宜定められ５００〜１０００μｍ程度である。
【００１９】
発熱体層３は、発熱する部分であり基材２の一面上にその外形よりも内側に形成されている。本実施形態においては、基材２と同様に矩形状の外形であるがこれに限らず、例えば、円形状、楕円形状、帯状などの外形であってもよい。また、発熱体層３の厚さは、出力などに応じて適宜決定され１ｍｍ以上である。発熱体層３の厚さが薄過ぎるとＰＴＣ特性が悪くなりやすく自己温度制御がし難くなる。
【００２０】
また、この発熱体層３の材質は、ＰＴＣ特性を発現する樹脂、すなわち樹脂と、この樹脂中に分散された導電性粒子とを含むＰＴＣ樹脂組成物からなる。
【００２１】
樹脂としては、結晶性樹脂が用いられ、例えば、ポリオレフィン樹脂、ポリアミド系樹脂、ポリアセタール樹脂、ポリエステル樹脂、フッ素樹脂などが挙げられる。
【００２２】
ポリオレフィン樹脂としては、例えば、高密度ポリエチレン、中密度ポリエチレン、低密度ポリエチレン、直鎖状低密度ポリエチレンなどのポリエチレン類、アイソタクチックポリプロピレン、シンジオタクチックポリプロピレンなどのポリプロピレン類、ポリブテン、４−メチルペンテン−１樹脂などが挙げられる。ポリアミド系樹脂としては、例えば、ナイロン６、ナイロン８、ナイロン１１、ナイロン６６、ナイロン６１０などが挙げられる。ポリアセタール樹脂は、モノマーによる単独重合体であっても２種以上のモノマーによる共重合体であってもよい。また、ポリエステル樹脂としては、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレートなどが挙げられる。フッ素樹脂としては、ポリビニリデンフルオライド（ＰＶＤＦ）、エチレン−テトラフルオロエチレン共重合体（ＥＴＦＥ）、テトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体（ＰＦＡ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）などが挙げられる。
【００２３】
これらの中でもフッ素樹脂、ＰＦＡ、ＰＶＤＦなどが耐熱温度の観点から好ましく用いることができる。また、これら結晶性樹脂は、１種単独で用いてもよいし、２種以上をブレンドして併用してもよい。
【００２４】
導電性粒子としては、カーボンブラック粒子、グラファイト粒子などの炭素系粒子、鉄（Ｆｅ）、ニッケル（Ｎｉ）、プラチナ（Ｐｔ）、銅（Ｃｕ）、銀（Ａｇ）、金（Ａｕ）などの金属粒子、スズ添加酸化インジウム（Ｉｎｄｉｕｍ−Ｔｉｎ−Ｏｘｉｄｅ：ＩＴＯ）、酸化スズ（ＳｎＯ２）、フッ素添加酸化スズ（Ｆｌｕｏｒｉｎｅ−Ｔｉｎ−Ｏｘｉｄｅ：ＦＴＯ）、アンチモン添加酸化スズ（Ａｎｔｉｍｏｎｙ−Ｔｉｎ−Ｏｘｉｄｅ：ＡＴＯ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）などの導電性金属酸化物粒子などが挙げられる。
【００２５】
これらの中でも炭素系粒子が金属粒子などに比べた自己温度制御のしやすさ、コスト、軽量であるといった観点から好ましい。
【００２６】
これら導電性粒子の平均粒径としては、特に制限されるものではないが、例えば、平均粒径が３０〜９０ｎｍであることが、電気伝導性の観点で好ましく、特に４５〜６０ｎｍであることが、発熱体層３の抵抗を得る観点からより好ましい。なお、平均粒径は、ＳＥＭによる観察で測定した場合の値である。
【００２７】
また、発熱体層３における導電性粒子の含有率は、特に制限されるものではないが、例えば、３〜３０質量％であることが、発熱体層３の抵抗を得る観点から好ましい。
【００２８】
絶縁体層５は、発熱体層３を外界から絶縁保護するためのものであり、発熱体層３及び後述する一対の電極４を覆うように設けられている。この絶縁体層５は、基材２と同様にＰＥＴやＰＥＮなどの可撓性を有する絶縁性のシートを用いて発熱体層３及び一対の電極４を覆うように接着してもよく、絶縁体のペーストを塗布して形成しても良い。
【００２９】
絶縁体のペーストには、絶縁体材料と硬化剤とが含まれており、絶縁体材料としては、エポキシ、ポリイミドなどの樹脂が挙げられる。また、硬化剤としては、紫外線硬化剤を用いるのが熱負荷を与えないことから好ましく用いることができる。
【００３０】
電極４は、発熱体層３における一面上であって絶縁体層５側に設けられており、第一電極６及び第二電極７を有している。そして、この第一電極６及び第二電極７で一対をなしており、これら第一電極６及び第二電極７を介して発熱体層３に電圧を印加させる。
【００３１】
電極４は、Ｃｕ，Ａｇ，Ａｕ，Ｐｔなどの金属材料からなる金属箔を接着してよく、またはこれら金属材料からなる電極ペースト印刷して形成することもできる。
【００３２】
第一電極６は、矩形状の発熱体層３における一側辺（図中ｙ方向）に沿って延びる矩形状をなし、発熱体層３の一側辺側の領域に設けられている。この第一電極６は、発熱体層３の一面全体を覆うことなく、発熱体層３の一側面側のみを覆うように設けられている。また、第一電極６の一端部側には、この第一電極６から引出される第一電極パット６１が基材２の面上設けられている。
【００３３】
一方で第二電極７は、発熱体層３における第一電極６が設けられている一面と同一面上であって、第一電極６に対して他側辺側の領域に設けられている。
【００３４】
さらに、この第二電極７は、互いに電気的に独立した複数の分割電極７ａ，７ｂ，７ｃからなる。各分割電極７ａ，７ｂ，７ｃは、それぞれ第一電極６と同様に矩形状の発熱体層３における一側辺（図中ｙ方向）に沿って延びる矩形状をなしており、第一電極６に対して距離が離れる方向（図中ｘ方向）、すなわち発熱体層３の両側辺を結ぶ方向に沿って配列されている。各分割電極７ａ，７ｂ，７ｃは互いに等間隔に離間してそれぞれが略平行に配列されており、さらに第一電極６に対しても略平行に配列されている。また、各分割電極７ａ，７ｂ，７ｃには、その一端部側に、これら各分割電極７ａ，７ｂ，７ｃから引出される第二電極パッド７１ａ，７１ｂ，７１ｃが基材２の面上設けられている。
【００３５】
なお、本実施形態においては３つの分割電極からなるが、２以上の分割電極であれば特に制限されるものではない。
【００３６】
続いて、本実施形態に係る面状ヒータ１についての使用方法について説明する。なお、第一電極及び各第二電極間に印加する電圧Ｖ１が一定の場合について説明する。
【００３７】
不図示の電源から面状ヒータ１の第一電極パッド６１を介して第一電極６と、第二電極パッド７１ａを介して第二電極である分割電極７ａに電圧Ｖ１を印加すると、第一電極６と分割電極７ａとの間に電流が流れる。そうすると発熱体層３が、第一電極６と分割電極７ａとの距離Ｔ１に応じた抵抗値から所定の発熱量となり、面状ヒータ１から出力Ｗ１が得られる。
【００３８】
また、同様に不図示の電源から面状ヒータ１の第一電極パッド６１を介して第一電極６と、第二電極パッド７１ｂを介して第二電極である分割電極７ｂに電圧Ｖ１を印加すると、第一電極６と分割電極７ｂとの間に電流が流れる。そうすると、発熱体層３は、第一電極６と分割電極７ｂとの距離Ｔ２に応じた抵抗値から所定の発熱量となり、面状ヒータ１からＷ１よりも小さな出力Ｗ２が得られる。
【００３９】
さらに、不図示の電源から面状ヒータ１の第一電極パッド６１を介して第一電極６と、第二電極パッド７１ｃを介して第二電極である分割電極７ｃに電圧Ｖ１を印加すると、第一電極６と分割電極７ｃとの間に電流が流れる。そうすると、発熱体層３は、第一電極６と分割電極７ｃとの距離Ｔ３に応じた抵抗値から所定の発熱量となり、面状ヒータ１からＷ２よりも小さな出力Ｗ３が得られる。
【００４０】
なお、同一の面状ヒータ１であっても、第一電極６と第二電極である各分割電極７ａ，７ｂ，７ｃとの各電極間で流れる電流値が一定になるように調整すれば、電極間距離が大きくなるに従い大きな出力が得られることになる。
【００４１】
以上のように、本実施形態に係る面状ヒータ１によれば、発熱体層３に接して形成される第二電極７が、互いに電気的に非接続の複数の分割電極７ａ，７ｂ，７ｃを有しており、第二電極７における複数の分割電極７ａ，７ｂ，７ｃが、第一電極６に対して距離が離れる方向に沿って配列されている。このため、第二電極における複数の分割電極７ａ，７ｂ，７ｃから一の分割電極を発熱体層３に電圧を印加する一方の電極として選択すれば、発熱体層３に電圧を印加する一対の電極４、すなわち、第一電極６及び第二電極７の距離を任意に選択することができる。そして、発熱体層３の発熱量は抵抗値、換言すれば各電極間の距離に依存することから、一方の電極とする分割電極７ａ，７ｂ，７ｃを選択するだけで所望の発熱量に調整することができる。その結果、発熱量を容易に調整することができる。
【００４２】
また、本実施形態に係る面状ヒータ１は、複数の分割電極７ａ，７ｂ，７ｃが、互いに等間隔で離間して設けられる。これにより、発熱量の調整がさらに容易となる。
【００４３】
また、本実施形態に係る面状ヒータ１は、第一電極及び第二電極における複数の分割電極７ａ，７ｂ，７ｃが、互いに略平行に形成される。これにより、発熱量の調整がさらに容易となる。
【００４４】
次に、発熱量の調整が容易であることを具体的な実施例を示しながら説明する。
【００４５】
図１に示す面状ヒータにおいて、第二電極における分割電極を６つにしたものを準備した。ここで、第一電極からの各分割電極までの距離をそれぞれ１，２，４，６，８，１０ｃｍとした。また、発熱体層の厚さは２ｍｍであり、その外形は縦（図１中ｙ方向寸法）１２０ｍｍ×横（図１中ｘ方向寸法）１２０ｍｍの矩形状とした。
【００４６】
また、発熱体層は、ＰＶＤＦ（商品名Ｈｙｒａｒ４６０；Ｓｏｌｖａｙ社製）及びカーボンブラック（商品名Ｖｕｌｃａｎ  ＸＣ７２；Ｃａｂｏｔ社製）を二軸混練機でペレットを作製し、電熱プレスを用いてシートを作製した。電極は、導電性ペースト（商品名ドータイトＤ−５００；藤倉化成社製）を塗布して乾燥・加熱することで形成した。
【００４７】
この面状ヒータに第一電極と各分割電極との間で２０Ｖの一定電圧を印加して、面状ヒータ温度が一定になったときのその電流値、抵抗値より出力を算出した。なお、発熱温度はサーモカメラを用いて観測した。
【００４８】
その結果を図３に示す。図３は、本実施例に係る面状ヒータの特性を示す図であり、電極間距離に対する出力の変化を示している。なお、出力は測定した発熱量と各電極間距離から算出した。また、同時に抵抗値についても示す。
【００４９】
これにより、本実施例においては、各電極間に一定電圧で印加することで各電極間距離に応じて出力が変化、すなわち距離に応じて出力が小さくなることが確認された。
【００５０】
次に、本実施形態に係る面状ヒータ１の製造方法について説明する。
【００５１】
まず、樹脂と、導電性粒子とを含む樹脂組成物含有液を調製する。樹脂としては、例えば結晶性樹脂が用いられる。調製は、はじめに樹脂中に予め乾燥処理を施した導電性粒子を加え、例えばボールミルなどの撹拌手段を用いて撹拌混合する。そして、撹拌混合と共に熱処理を行い、溶融混練を行う。このとき、熱処理の温度は、結晶性樹脂の融点以上の温度であることが好ましい。そして、得られた樹脂組成物を、所定形状のシートに、例えば電熱プレスを用いて成形して発熱体層３を作製する。
【００５２】
次いで、発熱体層３の両面の所定の位置に、例えば銅箔を接着して電極４を形成する。さらに、電極４が形成された発熱体層３の一面側に、例えば発熱体層３よりも外形の大きなＰＥＴからなる基材を接着し、さらに他面側に発熱体層３と電極４とを覆うように、例えばエポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、溶剤などを含む絶縁体ペーストを塗布乾燥して絶縁体層５を形成する。なお、絶縁性のシートを接着剤により積層して形成しても良い。
【００５３】
最後に基材に各電極４から引き出される第一電極パッド６１,第二電極パッド７１を電極ペーストを塗布乾燥することで形成する。こうして、面状ヒータ１が得られる。
【００５４】
続いて、他の実施形態に係る面状ヒータ１０について説明する。図４は他の実施形態に係る面状ヒータの構造を示す断面図である。
【００５５】
面状ヒータ１０は、上述した実施形態に係る面状ヒータ１に対して、第二電極が発熱体層３における第一電極６が設けられている一面と対向する他面側の一部の領域に形成されていること以外は同一の構成である。
【００５６】
以上のように、他の実施形態に係る面状ヒータ１０によれば、第一電極６が発熱体層３の一方の面側に形成され、第二電極７が発熱体層３の他方の面に形成される。これにより、発熱体層３の片面に第一電極６及び第二電極７が形成される場合に比べて、発熱体層３全体にわたり電流が流れやすくなり発熱体層３全体が発熱するため、より大きな発熱量を確保できる。
【００５７】
なお、本発明に係る面状ヒータは本実施形態に限定されない。上記実施形態においては第二電極７が複数の分割電極７ａ,７ｂ,７ｃを有しているが、第一電極６が分割電極を有していても良い。
【符号の説明】
【００５８】
１，１０…面状ヒータ、２…基材、３…発熱体層、４…電極、５…絶縁体層、６…第一電極、７…第二電極、７ａ,７ｂ,７ｃ…分割電極、６１…第一電極パッド、７１…第二電極パッド。
【図１】
2010160954.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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