(57)【要約】【課題】本発明は、エッジ部でのＰＴＣ導電性インクの裂け目が生じず、均一に抵抗体が発熱する面状発熱体を提供することを目的とする。【解決手段】電気絶縁性基板３と、電気絶縁性基板３上に形成される導電性の複数の導電性母線２ａ、２ｂと、導電性母線２ａ、２ｂに接続するように抵抗体インク１２を塗布し、乾燥して形成される抵抗体６とを備え、抵抗体インク１２には、塗布中に高流動性を付与し、且つ塗布後は塗布前の粘性に迅速に回復する擬塑性流動を付与する膜形成安定剤を添加する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気絶縁性基板と、前記電気絶縁性基板上に対向するように形成してなる一対の導電性母線と、前記導電性母線から櫛歯状に延出してなる導体通路と、前記導体通路を覆いかつ電気的に接続するように抵抗体インクを塗布し、乾燥して形成される抵抗体とを備え、前記抵抗体インクには、塗布中に高流動性を付与し、且つ塗布後は塗布前の粘性に迅速に回復する擬塑性流動を付与する膜形成安定剤を添加してなる面状発熱体。
【請求項２】
前記膜形成安定剤は、層状珪酸塩鉱物を主成分とする粘土鉱物である請求項１に記載の面状発熱体。
【請求項３】
前記層状珪酸塩鉱物は、スメクタイト系粘土鉱物あるいはスメクタイト系粘土鉱物の１種であるモンモリロナイトを主成分とするベントナイトからなる請求項２に記載の面状発熱体。
【請求項４】
前記抵抗体インクは、固形成分と溶剤を主成分とするディスパージョンタイプインクである請求項１〜３のいずれか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、例えば電気床暖房パネル、電気カーペット等に使われる面状発熱体に関するものであり、特に抵抗体が絶縁性基板上に抵抗体インクを塗布し、乾燥させることにより形成される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２１は、図５に示すように、ポリエステルフィルム等の電気絶縁性基板２２上に、一対の導電性母線２３ａ、２３ｂと、導電性母線２３ａ、２３ｂから垂直に伸び互いに間隔を隔てて平行に櫛形電極を形成する導体通路２４ａ、２４ｂとを導電性銀ポリマーを印刷し、乾燥して形成している。そして、図６に示すように、導体通路２４ａ、２４ｂの上に、導体通路２４ａ、２４ｂを覆うようにＰＴＣ導電性インクを印刷し、乾燥して抵抗体２５を形成し、導体通路２４ａ、２４ｂの間に加熱領域２６を構成している。
【０００３】
この加熱領域２６を形成するＰＴＣ導電性インクは、結晶性高分子であるエチレン酢酸ビニル共重合体樹脂（以下ＥＶＡ樹脂）にカーボンブラックを添加し、溶剤と混合して構成されている（例えば特許文献１参照）。
【０００４】
印刷方法としては、グラビア印刷、凸版印刷、スクリーン印刷等種々あるが、印刷パターンの自由度と印刷厚みの調整の自由度から、この種の面状発熱体２１では、一般的にスクリーン印刷が用いられている。
【０００５】
スクリーン印刷は、図７に示すように、印刷ベース４４上に載置した絶縁性基板２２上にスクリーン版４０を載置して、スクリーン版４０上にＰＴＣ導電性インク２８を載置する。そして、ＰＴＣ導電性インク２８をスキージ４２と呼ばれるゴム板によってスクリーン版４０に押し込むように圧力を加え、その状態でスキージ４２を移動させる。スキージ４２の移動後にスクリーン版４０のスクリーン４３を絶縁性基板２２から徐々に離すことによってスクリーン版４０に設けられた印刷パターンを構成する微小孔（メッシュ）を通して電気絶縁性基板２２にＰＴＣ導電性インク２８を転写させる印刷方法である。
【０００６】
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（抵抗が正の温度係数を有する意味の英語  Ｐｏｓｉｔｉｖｅ  Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ  Ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ  の頭文字を取っている）を意味しており、ＰＴＣ特性を有する加熱領域は、自己温度調節機能を有する面状発熱体を提供できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平３−１２９６９３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
従来の面状発熱体２１において、前述したように、スクリーン印刷によりＰＴＣ導電性インク２８を導体通路２４ａ、２４ｂを覆うように印刷した時、例えば図８に示すように導体通路２４ａ、２４ｂのエッジ部２７（導体通路２４ａ、２４ｂと導体通路２４ａ、２４ｂのない部分との段差部）において加熱領域２６にスリット状の裂け目２９が発生する場合がある。この状態で乾燥すると、抵抗体２５と導体通路２４ａ、２４ｂは、裂け目２
９が発生した部分が物理的、電気的に接続されないため、裂け目２９が発生した部分の加熱領域２６は発熱しない。また、図５に示すように、裂け目２９が大きく、抵抗体２５と導体通路２４ａ、２４ｂとの接続箇所３０が小さい場合には、小さい接続箇所３０に電流が集中するために異常発熱が発生する問題があった。
【０００９】
裂け目２９の発生原因については種々考えられ、一義的に決められないが、考えられる一因として、ＰＴＣ導電性インク２８のチキソトロピー性によってＰＴＣ導電性インク２８が流動することである。ＰＴＣ導電性インク２８を構成するＥＶＡ樹脂とカーボンブラックの導電性組成物は、溶剤と混合する際にすり潰されて微粒子化されているが、微粒子化された導電性組成物は、溶剤と物理的、化学的には結合していない。このようなＰＴＣ導電性インク２８は、一般的にはインクに加わる力などによって発生するずり速度（ずり応力）が大きくなるに従って粘度が減少し、その後逆にずり速度（ずり応力）を小さくしていくと粘度は増加するが、チキソトロピー性によって同じカーブを辿らず、元の粘度よりも低い粘度にしか戻らないため、元の粘度に回復するには時間がかかる性質を有することが多い。
【００１０】
スクリーン印刷の場合、印刷開始前にはＰＴＣ導電性インク２８は静止状態のため、ずり速度は０であり粘度が高いが、スキージ４２が移動すると、ＰＴＣ導電性インク２８はスキージ４２の前方にインク溜りを形成しながら移動する。インク溜り内部ではＰＴＣ導電性インク２８のローリングが起きてずり速度（ずり応力）が発生し、ずり速度（刷り応力）が次第に大きくなり、ＰＴＣ導電性インク２８の粘度が減少していく。スキージ４２が移動した後の電気絶縁性基板２２に転写されたＰＴＣ導電性インク２８は、ずり速度（ずり応力）が０、もしくは極度に小さくなっているが、チキソトロピー性によって元の粘度よりも低い粘度がしばらく続くため、自由に移動しやすい状態になっている。そのため、ＰＴＣ導電性インク２８は導体通路２４ａ、２４ｂのエッジ部２７で自重により流動し、導体通路２４ａ、２４ｂのエッジ部２７と加熱領域２６の間にスリット状の裂け目２９が発生すると考えられる。
【００１１】
また、スクリーン印刷においては、スキージ４２をスクリーン版４０に押し当てる圧力（以下、印圧と呼ぶ）によってＰＴＣ導電性インク２８の膜厚が変動し、この膜厚の変動によってＰＴＣ導電性インク２８を印刷し、乾燥して得られる抵抗体２５の抵抗値も変動する。
【００１２】
すなわち、印圧が弱ければ、ＰＴＣ導電性インク２８の膜厚は厚くなって抵抗体２５の抵抗値は低くなり、印圧が強ければ、ＰＴＣ導電性インク２８の膜厚は薄くなって抵抗体２５の抵抗値は高くなる。したがって、逆にＰＴＣ導電性インク２８の抵抗値がばらついたとしても、印圧の調整によって、面状発熱体２１は所定の抵抗値範囲に調整することができるが、エッジ部での裂け目２９が発生する場合には、印圧の調整による面状発熱体２１の抵抗値調整が困難になり、面状発熱体２１の製造に重大な支障を来たすこととなる。
【００１３】
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、エッジ部でのＰＴＣ導電性インクの裂け目の発生を抑制し、均一に抵抗体を発熱することのできる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】
【００１４】
本発明の面状発熱体は、前記従来の課題を解決するために、電気絶縁性基板と、前記電気絶縁性基板上に対向するように形成してなる一対の導電性母線と、前記導電性母線から櫛歯状に延出してなる導体通路と、前記導体通路を覆いかつ電気的に接続するように抵抗体インクを塗布し、乾燥して形成される抵抗体とを備え、前記抵抗体インクには、塗布中に高流動性を付与し、且つ塗布後は塗布前の粘性に迅速に回復する擬塑性流動を付与する
膜形成安定剤を添加する構成としている。
【００１５】
したがって、塗布前は粘性が高くても、抵抗体インクを導体通路のエッジ部を覆うように塗布する際には、擬塑性流動性によって粘性が低くなって高流動性を示すので、抵抗体インクは電気絶縁性基板にむらなく均一に転写でき、印刷後は電気絶縁性基板に転写された抵抗体インクはすばやく元の高粘性に戻り、流動しにくくなるため、スリット状の裂け目が生じることがなく、面状発熱体を均一に発熱させることができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の面状発熱体によれば、抵抗体インクに添加する膜形成安定剤は、抵抗体インクに、塗布中に高流動性を付与し、且つ塗布後は塗布前の粘性に迅速に回復する擬塑性流動を付与するので、電気絶縁性基板に転写された抵抗体インクは流動しにくくなり、スリット状の裂け目が生じることはない。したがって、面状発熱体を均一に発熱させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の実施の形態１における面状発熱体の構成を示す平面図
【図２】本発明の実施の形態１における膜形成安定剤の主成分であるモンモリロナイトの単位結晶層の構造図
【図３】本発明の実施の形態１における膜形成安定剤の主成分であるモンモリロナイトの結晶外略図
【図４】本発明の実施の形態１における膜形成安定剤の抵抗体インク中の状態図
【図５】従来の面状発熱体の平面図
【図６】従来の面状発熱体の部分断面図
【図７】従来の面状発熱体の印刷動作図
【図８】従来の面状発熱体の印刷状態図
【発明を実施するための形態】
【００１８】
第１の発明は、電気絶縁性基板と、前記電気絶縁性基板上に対向するように形成してなる一対の導電性母線と、前記導電性母線から櫛歯状に延出してなる導体通路と、前記導体通路を覆いかつ電気的に接続するように抵抗体インクを塗布し、乾燥して形成される抵抗体とを備え、前記抵抗体インクには、塗布中に高流動性を付与し、且つ塗布後は塗布前の粘性に迅速に回復する擬塑性流動を付与する膜形成安定剤を添加するものである。
【００１９】
これにより、塗布前は粘性が高くても、抵抗体インクを導体通路のエッジ部を覆うように塗布する際には、擬塑性流動性によって粘性が低くなって高流動性を示すので、抵抗体インクは電気絶縁性基板にむらなく均一に転写され、印刷後は電気絶縁性基板に転写された抵抗体インクはすばやく元の高粘性に戻り、流動しにくくなるため、スリット状の裂け目は生じることはない。したがって、面状発熱体を均一に発熱させることができる。
【００２０】
第２の発明は、特に膜形成安定剤として層状珪酸塩鉱物を主成分とする粘土鉱物を添加したものである。
【００２１】
添加された層状珪酸塩鉱物は、本来有している電気的性質によって溶剤を結晶層間に取り込んで膨潤すると共に、インク中で立体的な会合構造（カードハウス構造）を形成するので、静止状態では、粘性が高くなるが、外力を加えるとカードハウス構造が壊れ、外力が加えられる方向に層状珪酸塩鉱物が配向して粘性が低下する特性を有している。これにより、抵抗体インクには、塗布中に抵抗体インクが移動する方向にずり速度（ずり応力）が発生するので、抵抗体が移動する方向に層状珪酸塩鉱物が配向して粘性が低下し、塗布後にはずり速度（ずり応力）がなくなるので、急速にカードハウス構造を形成して塗布前
の粘性に迅速に回復し、スリット状の裂け目が生じることはなく、面状発熱体を均一に発熱させることができる。
【００２２】
第３の発明は、特に層状珪酸塩鉱物のうちスメクタイト系粘土鉱物あるいはスメクタイト系粘土鉱物の１種であるモンモリロナイトを主成分とするベントナイトを使用するものである。これにより、第２の発明における効果に加えて、スメクタイト系粘土鉱物やベントナイトは世界中で産出するため、安定供給が可能であり、面状発熱体の製造価格を増加させることなく、安定して生産することができる。
【００２３】
第４の発明は、特に抵抗体インクが固形成分と溶剤を主成分とするディスパージョンタイプインクであることを特徴とするものである。
【００２４】
抵抗体インクがＰＴＣ導電性インクである場合、印刷し、乾燥させた後にＰＴＣ特性を発現させるためには、ＥＶＡ樹脂などの結晶性高分子とカーボンブラックとからなる導電性組成物を形成することが良いが、結晶性高分子はインク化するための溶剤を吸収して膨潤はするが溶剤には溶解しないため、ＥＶＡ樹脂などの結晶性高分子とカーボンブラックとの導電性組成物からなる固形成分と溶剤とを主成分とするディスパージョンタイプのインクになる。このような抵抗体インクを印刷した場合、前述したようにチキソトロピー性によって元の粘度よりも低い粘度がしばらく続くため、流動しやすい状態になり、固形成分の微粒子同志が結合していないことにより、お互いに動きやすくなっている。そのため、抵抗体インクは導体通路のエッジ部でずり落ちてしまい、エッジ部と加熱領域の間にスリット状の裂け目が発生することになる。
【００２５】
このような抵抗体インクに膜形成安定剤を添加すると、電気絶縁性基板に転写された抵抗体インクはすばやく元の高粘性に戻り、抵抗体インクが流動しにくくなるため、スリット状の裂け目が生じることはなく、面状発熱体を均一に発熱させることができる。
【００２６】
以下、本発明の実施の形態について説明する。なお、本実施の形態によって本発明が限定されるものではない。
【００２７】
（実施の形態１）
本実施の形態１の面状発熱体１は、図１に示すように、ポリエステルフィルム等の電気絶縁性基板３上に、一対の導電性母線２ａ、２ｂと、導電性母線２ａ、２ｂから垂直に伸び互いに間隔を隔てて平行に櫛形電極を形成する導体通路５ａ、５ｂとを、導電性銀ポリマーを印刷し、乾燥して形成している。そして、その上に抵抗体インクを導体通路５ａ、５ｂを覆うように印刷し、乾燥して抵抗体６を形成し、導体通路５ａ、５ｂの間に加熱領域２６を構成している。
【００２８】
本実施の形態の抵抗体インクは、結晶性樹脂、例えば、エチレン酢酸ビニル共重合体とカーボンブラックを、加熱ミキシングロール機で混練してカーボンブラックを十分に分散させた導電性組成物を作成し、次にこの導電性組成物を芳香族炭化水素系溶剤を用いて、ペースト状に溶解しながら膜形成安定剤としてベントナイト（（株）ホージュン製エスベン）を添加して作製した。
【００２９】
また、比較サンプルとして、結晶性樹脂、例えば、エチレン酢酸ビニル共重合体とカーボンブラックを、加熱ミキシングロール機で混練してカーボンブラックを十分に分散させ導電性組成物を作成し、次にこの導電性組成物を芳香族炭化水素系溶剤を用いて、ペースト状に溶解して抵抗体インクを作製した。
【００３０】
印刷は、ニューロング社製ＬＳ−１５０型スクリーン印刷機を使用し、図１に示すよう
に、銀ペーストによって導電性母線２ａ、２ｂおよび導体通路５ａ、５ｂを形成したＰＥＴフィルムの電気絶縁性基板３上にスクリーン印刷し、その後１６０℃の熱風乾燥炉で３０分乾燥して抵抗体６を形成して、面状発熱体１を作成した。
【００３１】
印刷時の条件としては、印圧を５Ｎ、１３Ｎ、２０Ｎ、２８Ｎ、３５Ｎと５種類変化させた。印圧を５Ｎより弱くすると、インク印刷面に微小孔が多数発生し、３５Ｎより強くすると、インク印刷面がかすれるため、上記印圧を選択した。なお、印圧は、約５ｃｍ幅のＰＥＴフィルムの短冊をスキージとスクリーン版の間に挟み込んで引っ張った時の引張力で表示している。
【００３２】
エッジ部の裂け目の有無については、目視にて評価した。
【００３３】
試験の結果、比較サンプルの抵抗体インクを印刷し、乾燥した面状発熱体は、印刷時の印圧を２０Ｎ、２８Ｎ、３５Ｎに設定した面状発熱体にエッジ部の裂け目が発生し、印圧を１３Ｎに設定した面状発熱体には裂け目はないが、溝状の筋が認められた。
【００３４】
一方、本発明の抵抗体ペーストを印刷し、乾燥した面状発熱体は、印刷時の印圧を５Ｎから３５Ｎに設定したすべての面状発熱体についてエッジ部の裂け目および溝状の筋は発生しなかった。
【００３５】
以上のように構成された面状発熱体について、以下その動作、作用を詳述する。
【００３６】
膜形成安定剤であるベントナイトは、石英、長石等の鉱物が混在しているが、主成分はスメクタイト系粘土鉱物であるモンモリロナイトである。モンモリロナイトの単位結晶層構造は、図２に示すように中央に珪素が入り込んだ四面体構造がシート状に連なった２枚の四面体シート７の間に、中央にアルミニウムまたはマグネシウムが入り込んだ八面体構造がシート状に連なった八面体シート８を挟み込んだ３層構造になっており、その単位層は、厚みが約１ｎｍの薄い板状結晶が積み重なった層状構造を形成している。
【００３７】
図３に示すように、モンモリロナイトの結晶１１は、八面体シート８の中心原子である３価のアルミニウムの一部が２価のマグネシウムに置換されることで単位結晶層９自体は負に帯電するが、単位結晶層９間にナトリウム、カリウム、カルシウム、マグネシウムなどの陽イオン１０を挟むことで電化不足を中和し、電気的に中和されている。
【００３８】
モンモリロナイトの結晶１１は、全体としては電気的中和状態であるが、図４に示すように、結晶１１側面はマイナス電荷、端部はプラス電荷を帯びた状態になっている。モンモリロナイトの結晶１１を抵抗体インク１２中に分散させると、結晶１１同士が電気的結合を引き起こし、立体的な会合構造（カードハウス構造）を形成する。カードハウス構造を形成しようとする力が抵抗となり、導電性組成物は、抵抗体インク１２として高粘度化する。
【００３９】
印刷時においては、図７に示すようにスキージ４２の移動によってインク４１溜り内部にローリングが起こってずり速度（ずり応力）が発生してカードハウス構造が崩壊し、モンモリロナイトの結晶がずり速度（ずり応力）方向に配向するので、導電性組成物はモンモリロナイトの結晶１１間を動きやすくなり、抵抗体インク１２の粘度は低下し、抵抗体インク１２はむらなく均一にＰＥＴフィルムの電気絶縁性基板３に転写される。
【００４０】
印刷後、電気絶縁性基板３に転写された抵抗体インク１２にはずり速度（ずり応力）がなくなるので、モンモリロナイトの結晶１１は再びカードハウス構造を形成し、印刷前の粘度に急速に回復するため、導電性組成物は動きにくくなり、自重により移動することが
なくなる。したがって、スリット状の裂け目２９が生じることなく、抵抗体６が発熱する、あるいは部分的に異常発熱が発生する等の不具合が発生することがなく、面状発熱体１は均一に発熱することができる。
【００４１】
比較サンプルの抵抗体インクを印刷し、乾燥した面状発熱体において、５Ｎ、１３Ｎの印圧で印刷したものにエッジ部の裂け目が発生しなかったのは、印圧が弱いために膜厚が厚くなったためと考えられる。
【００４２】
また、エッジ部２７での裂け目２９の発生原因としては、上述した以外に静電気による帯電も考えられ、この場合においても本発明は有効な効果を発揮すると思われる。以下、作用、効果について説明する。
【００４３】
スクリーン印刷においては、図７に示すようにスキージ４２をスクリーン版４０に押し当てながら移動させるため、摩擦帯電が発生し、図５、６、８における電気絶縁性基板２２、導電性母線２３ａ、２３ｂ、導体通路２４ａ、２４ｂ、ＰＴＣ導電性インク２８が帯電する。導体通路２４ａ、２４ｂとＰＴＣ導電性インク２８、特に、ＰＴＣ導電性インク２８を構成している導電性組成物が導電性母線２３ａ、２３ｂと同極電荷に帯電すると、電気的反発が発生し、導体通路２４ａ、２４ｂのエッジ部２７からＰＴＣ導電性インク２８の導電性組成物が離れることが、裂け目２９の発生の一因であると推測される。
【００４４】
膜形成安定剤として添加しているベントナイトは、前述したように単位結晶層９側面はマイナス電荷、端部はプラス電荷を帯びているので、スクリーン印刷で発生した静電気のプラス電荷、マイナス電荷はベントナイトの単位結晶層９の側面、端部で吸収され、帯電量を減少させるため、導体通路２４ａ、２４ｂのエッジ部２７と導電性組成物との間での電気的反発は生じにくく、したがって裂け目２９の発生が抑制される。
【００４５】
なお、本発明における実施の形態１では、膜形成安定剤としてベントナイトを使用したが、ベントナイトに限定されるものではなく、ベントナイトの主成分であるモンモリロナイトと同様な結晶構造を有する鉱物、すなわち、バイデライト、ノントロナイト、サポナイト、ヘクトライト、ソーコナイト、スチーブンサイトなどのスメクタイト系粘土鉱物でも同様の作用、効果が得られるものである。
【００４６】
さらに、スメクタイト系粘土鉱物と同じく単位結晶層構造が四面体シート２枚と八面体シート１枚からなる雲母や単位結晶層構造が四面体シート１枚と八面体シート１枚からなるカオリン鉱物や蛇紋石なども同様の作用、効果が得られるものである。スメクタイト系粘土鉱物、雲母、カオリン鉱物、蛇紋石などを総称して層状珪酸塩鉱物と呼ばれている。
【００４７】
本発明における実施の形態１では、スクリーン印刷を採用しているが、他の印刷方式においても、印刷時にインクにせん断力などの外力が加わるような印刷方式であれば、本発明の抵抗体インクは有効である。
【産業上の利用可能性】
【００４８】
以上のように、本発明にかかる面状発熱体は、導電性インクの裂け目の発生を抑制し、均一に発熱する面状発熱体を提供することが可能となるので、床暖房用パネル、電気カーペット等の暖房商品に限らず、面状に形成した発熱体すべてに適用できる。
【符号の説明】
【００４９】
１  面状発熱体
２ａ、２ｂ  導電性母線
３  電気絶縁性基板
５ａ、５ｂ  導体通路
６  抵抗体
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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