(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ジュール熱により発熱する面発熱体において、
導電剤を含有するゴムからなる電熱基材上に、少なくとも一対以上の電極対を形成して成る面発熱体であって、該電極対の電極端子を取り出す部分は、電熱基材上に端子絶縁層を形成してから、該端子絶縁層上に該電極対が形成されて成る、面発熱体。
【請求項２】
上記電熱基材が、幅５ｍｍで長さ６ｃｍに切断したサンプル片を引張試験機にて引張速度１００ｍｍ／ｍｉｎの条件で試験した伸度（破断時伸度）が５０％以上である、請求項１記載の面発熱体。
【請求項３】
更に電極対を形成して成る側の面に絶縁層を形成して成る、請求項１又は２記載の面発熱体。
【請求項４】
導電剤を含有するゴムからなる電熱基材上に、少なくとも一対以上の電極対を印刷形成する際に、該電極対の電極端子を取り出す部分は電熱基材上に端子絶縁層を印刷形成してから該端子絶縁層上に該電極対を印刷形成することを特徴とする面発熱体の製造方法。
【請求項５】
請求項４記載の面発熱体の製造方法において、更に前記印刷形成された電極対の上面から該電極対を被覆するように絶縁層を印刷形成することを特徴とする面発熱体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、平面的で均一な温度分布で発熱する熱源として好適な面発熱体及びその製造方法に関する。特に、可撓性、伸縮性に優れた面発熱体及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
面発熱体は、床暖房、電気カーペット、融雪ヒータ等の民生用途や、配管、タンクの保温等の産業用途の熱源として、広く利用されている。
従来の面発熱体としては、例えば、（１）絶縁性基板上にエッチング法等でパターニングした金属薄膜を貼り付けたもの、（２）チタン酸バリウムやチタン酸鉛酸バリウム粉末を成形して焼成したセラミックス、等の形態が知られている。
【０００３】
例えば、上記（１）の形態のものとしては、ステンレス薄膜やアルミニウム薄膜等を、エッチング法や機械的プレス法によって細い線幅のパターン状にし、それを絶縁処理を施したアルミニウム板やホーロー基板等に、シリコーン樹脂系接着剤や無機系接着剤で張り付けたものが知られている（特開平７−１１４９７６号公報等参照）。
【０００４】
一方、上記（２）の形態のものとしては、焼成で得られる焼結体自体が発熱体であり、且つチタン酸バリウム系素子は、キュリー点以上の温度で、抵抗値が極端に上昇する正の温度−抵抗特性（ＰＣＴ特性）を有している。そして、そのキュリー点が、チタン酸バリウム中のバリウムサイトを、ストロンチウム、カルシウム或いは鉛等で部分的に置換することにより、常温付近から３００℃位まで制御できることから、乾燥機、温風ヒータ等の各種熱源に広く用いられている（特開平７−２６３１２４号公報等参照）。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記（１）の形態のものは、発熱体の基板との接合に難点があり、高温用の面発熱体の作製が難しい。また、積層マイカ板にニクロム線を巻きつけ、その両面をマイカ板でサンドイッチ状に挟んだものが作られているが、この構成のものは、機械的強度が小さく、補強部材無しで独立して使用することが困難である。
【０００６】
また、上記（２）の形態のものは、その焼結体のサイズが小さく、広い面積の面発熱体に適用するには、多数の素子を並べる必要があり、コスト的に難点がある。
また、上記（１）及び（２）の形態のものは、いずれも素材が金属やセラミックス等の無機物である為、可撓性、伸縮性及び柔軟性に乏しく、折り曲げや巻き取り等の変形に追従できず、取り扱いに難点がある。
【０００７】
すなわち、本発明の課題は、可撓性、伸縮性、及び柔軟性に優れた面発熱体及びその製造方法を提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決すべく、本発明の面発熱体では、ジュール熱により発熱する面発熱体において、導電剤を含有するゴムからなる電熱基材上に、少なくとも一対以上の電極対を形成して成り、該電極対の電極端子を取り出す部分は、電熱基材上に端子絶縁層を形成してから、該端子絶縁層上に該電極対が形成されて成る構成とした。
【０００９】
この様に、導電基材にゴムを使用し、且つ基材自体が所定の電気抵抗の導電性を有する導電基材とした構成とすることで、他の方式の様に電熱（導電）層に補強目的で支持基材を積層する必要が無いので、柔軟性、可撓性、伸縮性に優れる。その結果、折り曲げ、巻き取り等の作業性、取り扱いが容易である上、布団、ベッド、座席等の伸縮性、弾力性を要する用途に好適に使用することができる。また、製造上でも、電熱層とを支持基材を別々に用意し積層する必要が無いので、それらを張り合わせたり、電熱層を塗布形成したりする工程も必要なく、容易に得られる面発熱体となる。
また、本発明の面発熱体は、前記構成に於いて更に、前記電熱基材が、幅５ｍｍで長さ６ｃｍに切断したサンプル片を引張試験機にて引張速度１００ｍｍ／ｍｉｎの条件で試験した伸度（破断時伸度）が５０％以上である構成が好ましい。
また、本発明の面発熱体は、上記いずれかの構成に於いて、更に電極対を形成して成る側の面に絶縁層を形成して成る構成が好ましい。
また、本発明の面発熱体の製造方法は、導電剤を含有するゴムからなる電熱基材上に、少なくとも一対以上の電極対を印刷形成する際に、該電極対の電極端子を取り出す部分は電熱基材上に端子絶縁層を印刷形成してから該端子絶縁層上に該電極対を印刷形成する様にした。また、本発明の面発熱体の製造方法は、更に前記印刷形成された電極対の上面から該電極対を被覆するように絶縁層を印刷形成する、様にした。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明について、実施の形態を説明する。
【００１１】
〔概要〕
先ず、図１は本発明の面発熱体の或る一形態を例示する図であり、図１（Ａ）及び（Ｂ）は断面図、図１（Ｃ）は平面図である。なお、図１（Ａ）は、図１（Ｃ）中のＡ−Ａ線部分での断面図、図１（Ｂ）は、図１（Ｃ）中のＢ−Ｂ線部分での断面図である。
【００１２】
図１に示す面発熱体１００は、導電剤を含有するゴムからなる電熱基材１０上に、一対の電極対２０が形成されて成る構成のものである。なお、同図の面発熱体１００は、電極対２０のうち電極端子を取り出す部分では、電熱基材１０を発熱させない様にする為に、端子絶縁層３０を介してから電極対２０を電極基材１０上に形成してある。なお、この端子絶縁層３０は、電極端子取出し部分（間）の電熱基材を発熱させても良い場合には、もちろん不要であり、省略できる。
なお、図１に示した様な構成の面発熱体１００は、例えば、電熱基材１０上に、先ず電極端子取出し部分に端子絶縁層３０を印刷形成し、次いで、電極対２０を印刷形成することで得ることができる。
【００１３】
〔電熱基材〕
電熱基材１０としては、導電剤を含有するゴムを使用する。この様な電熱基材としては、導電剤を含有する導電性ゴムシートを使用することができる。これにより、可撓性、伸縮性を面発熱体に付与できる。そして、支持基材を省略できる上、面発熱体に伸びや柔軟性が要求される用途（例えば、座席やベッド等）への適用も容易となる。なお、電熱基材１０は、ジュール熱により発熱する電熱層であり、且つそれ自体、形状を保持する支持基材でもある。
なお、可撓性、伸縮性としては、引張試験機による応力−伸度線図で、好ましくは伸度（破断時伸度）５０％以上、より好ましくは８０％以上である事が望ましい。座席やベッド等の用途への適用を満足させる可撓性、伸縮性を得るには、８０％以上の伸度を有する事が好ましい。ちなみに、金属箔エッング系の面発熱体で、その支持基材として使用されているガラスクロス含有シリコーンゴムの伸度は、４０％程度あるが、実用的な伸びが無い。
なお、電熱基材の厚みは、基材としての強度を維持させる点から、通常、１００〜１０００μｍ程度である。
なお、導電性ゴムシートは、導電剤をゴム中に混練した組成物を、カレンダー法、熔融押出法等により、シート状に成膜すれば得られる。
【００１４】
導電剤としては、例えば、カーボンブラック、黒鉛（グラファィト）、金、銀、銅、ニッケル、酸化錫、ＩＴＯ等の金属や金属酸化物、或いはこれらで表面被覆された樹脂粉末等が用いられる。
【００１５】
一方、ゴムとしては、例えば、シリコーンゴム、フッ素ゴム等の耐熱性の高いものが好ましい。また、ＥＰＤＭ（エチレンプロピレンジエンゴム）、ＮＢＲ（ニトリルブタジエンゴム）、ＣＲ（クロロプレンゴム）、ＣＥ（塩素化ポリエチレンゴム）、ＳＢＲ（スチレンブタジエンゴム等も使用することができる。
これらのゴムは、必要に応じ、硫黄、過酸化物等の公知の架橋剤を用いて適度に架橋させる。
【００１６】
上記耐熱性としては、面発熱体の使用温度範囲の最高温度に於いても、熔融、燃焼、分解、強度劣化等を起こさ無いだけの耐熱性が好ましい。使用最高温度としては、通常５０〜１００℃程度である。
【００１７】
また、導電基材中には、必要に応じ適宜、リン酸エステル系可塑剤（トリメチルホスフェート、トリブチルフォスフェート等）やアルキレンオキサイド系可塑剤等の各種可塑剤、ケイ酸塩、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム、ケイ酸マグネシウム、クレー等の各種体質顔料、或いは、難燃・不燃剤、各種安定剤等で耐熱性向上を図ることもできる。
【００１８】
〔電極対〕
電極対２０は、例えば、導電性インキの印刷で形成できる。導電性インキとしては、例えば、銀、銅、ＩＴＯ、酸化錫等の金属或いは金属酸化物の粒子、或いは鱗片状箔片等からなる導電剤を、例えば、エチレン−酢酸ビニル共重合体、アクリル樹脂、シリコーン樹脂、ポリイミド樹脂、ポリエステル樹脂、ポリアミド樹脂、ウレタン樹脂等のバインダー樹脂に混合したインキが用いられる。印刷方法としては、例えば、シルクスクリーン印刷、グラビア印刷、フレキソ印刷、オフセット印刷、ロール転写印刷等のパターン形成可能なものであれば特に限定は無い。
また、電極対は、例えば上記の様な金属或いは金属酸化物からなる導電性箔を貼り付けて形成しても良い。
【００１９】
なお、電極対は、少なくとも一対以上を形成し、図１は１対の例であったが、２対以上を形成しても良い。また、電極対の形成面は、電熱基材の表面のみ、裏面のみ、或いは表面と裏面の両面、いずれでも良い。
【００２０】
〔端子絶縁層〕
電極対の電極端子を取り出す部分にて、電熱基材を発熱させない必要がある場合には、その部分に端子絶縁層３０を形成してから、該端子絶縁層３０上に電極対２０を形成して、そこを電極端子取出部とすると良い。端子絶縁層によって、電極端子取出部の間に位置する電熱基材への電流のリークを防止し、その部分での発熱を防げる。
【００２１】
端子絶縁層３０は、例えば、絶縁ペースト（或いはインキ）で印刷形成できる。絶縁ペーストは、例えば、ポリエステル樹脂、アクリル樹脂、ポリイミド樹脂、ポリアミド樹脂、シリコーン樹脂等の樹脂が使用される。更に、絶縁ペーストには、必要に応じ、体質顔料、着色顔料等が添加される。また、絶縁ペーストは、光開始剤、増感剤等を添加して、紫外線硬化型とすることも出来る。
絶縁ペーストは、シルクスクリーン印刷、グラビア印刷、フレキソ印刷、オフセット印刷、ロール転写印刷等の印刷法により、端子絶縁層を形成する。
【００２２】
〔絶縁層〕
また、必要に応じ、電熱基材１０及び電極対２０とからなる面発熱体の片面、又は両面を絶縁層４０で被覆しても良い。絶縁層４０の厚みは、通常２０〜３００μｍ程度である。
【００２３】
図２は、絶縁層４０を設けた場合の幾つかの形態例を示す断面図である。図２（Ａ）は、電極対２０を電熱基材１０の片面に設け、更に電極対２０を設けた側全面に、絶縁層４０を設けた構成例である。また、図２（Ｂ）は、電極対２０を電熱基材１０の片面に設け、更に前記電極対２０を設けた面の反対側全面に、絶縁層４０を設けた構成例である。また、図２（Ｃ）は、電極対２０を電熱基材１０の片面に設けた上で、絶縁層４０は絶縁層４０ａ及び４０ｂとして両面の全面に設けた構成例である。電極対２０及び２０の間の電熱基材部分が、発熱部となる。
【００２４】
絶縁層４０としては、所望の使用時間の間に強度劣化、変形、溶融、変質、燃焼等の生じないだけの耐熱性を有すると共に、電熱基材の持つ可撓性、伸縮性、及び柔軟性を損なわ無い材料で構成する。例えば、前記の如き電熱基材に用いるゴム（もちろん、導電剤は無添加とする）が好ましい。その他、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、ポリエチレンナフタレート、エチレン−テレフタレート−イソフタレート共重合体、ポリアリレート等のポリエステル樹脂からなるシートで、好ましくは、２軸延伸シートが挙げられる。或いは、ポリフッ化ビニル、ポリフッ化ビニリデン、ポリ４フッ化エチレン、エチレン−４フッ化エチレン共重合体等のフッ素樹脂、ポリイミド樹脂等からなる樹脂シート等も使用できる。
難燃性を付与する為、これらの樹脂に難燃剤を添加しても良い。難燃剤としては、水酸化アルミニウム、水酸化マグネシウム、酸化モリブデン、三酸化二アンチモン等が用いられる。
また、絶縁層は、例えば、予め成膜した上記樹脂シートを電熱基材層に熱融着、ドライラミネーション等の方法により接着しても良い。或いは、端子絶縁層で述べた絶縁ペースト（或いはインキ）で形成することもできる。
絶縁層の厚さは、通常１００〜１０００μｍ程度とする。
【００２５】
〔面発熱体の用途〕
本発明による面発熱体の用途は、特に制限は無いが、例えば、床暖房、電気カーペット、椅子や座席の暖房、融雪ヒータ等の民生用途や、配管、タンクの保温等の産業用途に利用され得る。
なお、面発熱体を発熱させる為の電源は、直流、交流、いずれでも良い。発熱量を一定に保つ為には、電流、或いは電圧の安定化された電源が好ましい。更に、短絡、其の他過電流防止の為、フューズ或いは遮断機を取り付けることが好ましい。
【００２６】
【実施例】
次に実施例及び比較例により本発明を更に説明する。
【００２７】
〔実施例１〕
図１（Ａ）及び（Ｂ）の如き断面図、及び図１（Ｃ）の如き平面図の、面発熱体１００を次の様にして作製した。なお、図１（Ａ）は、図１（Ｃ）中の発熱部分に注目したＡ−Ａ線での断面図であり、図１（Ｂ）は、図１（Ｃ）中の端子部分に注目したＢ−Ｂ線での断面図である。
【００２８】
先ず、電熱基材１０として導電性カーボンブラックを含有する導電性シリコーンゴムシート（クレハエラストマー株式会社製、商品名「ＳＢ７０ＥＮＫ」、厚み２００μｍ）を用意し、この電熱基材１０の片面に、絶縁ペースト（十条ケミカル株式会社製、商品名「ＪＥＬＣＯＮ  ＩＮ−１５Ｍ」）を２００メッシュの版を用いてシルクスクリーン印刷した後、紫外線（ランプ強度１２０Ｗ／ｃｍ2、メタルハライドランプ１灯）をコンベアスピード６ｍ／ｍｉｎ、照射距離１０ｃｍの条件で照射して、インキを硬化させて、幅１０ｃｍ、長さ２ｃｍ、厚さ１８μｍの端子絶縁層３０を形成した。
【００２９】
次に、電極対２０として、銀ペースト（十条ケミカル株式会社製、商品名「ＪＥＬＣＯＮ  ＳＨ−１」）を２５０メッシュの版を用いてシルクスクリーン印刷し、オーブンで１５０℃、３０分、加熱し固化して、線幅５ｍｍ、電極間距離３０ｍｍ、膜厚９μｍで図１（Ｃ）の様な形状の対向電極パターンを形成して、面発熱体１００を得た。
なお、電極対の一部、すなわち、電源ケーブルを接続する為の電極端子部分は、端子絶縁層３０上に重なる様に印刷した。
【００３０】
以上の様にして得られた面発熱体１００は、表面抵抗は１７０Ω／□、端子間抵抗は５８Ωであった。
【００３１】
そして、図３で示す様に、上記面発熱体１００の電極対２０に、電源ケーブル３００で電源４００に接続した。そして、電源４００から直流１２Ｖを電極対２０に印加して電熱基材１０に通電し、発熱部Ｈの電熱基材１０をジュール発熱させた。
【００３２】
また、この面発熱体の伸縮性を評価すべく、その電熱基材１０について、幅５ｍｍ、長さ６ｃｍに切断したサンプル片を、引張試験機にて引張速度１００ｍｍ／ｍｉｎの条件で試験した。結果は、表１に比較例１と共に纏めて示す。また、図６（Ａ）は、その時の応力−伸度線図である。
【００３３】
〔比較例１〕
図４の如き断面図（於図５Ａ−Ａ線）、及び通電時の配線表示も兼ねた図５の如き平面図の、面発熱体１００を次の様にして作製した。なお、この面発熱体１００は、支持基材５０の上に、接着剤層６０により、パターン状の電熱層７０を貼り付けた構成のものである。
【００３４】
先ず、支持基材５０として、ガラスクロス入りシリコーンゴムシート（クレハエラストマー株式会社製、商品名「Ｒ７３３」、厚さ１．５ｍｍ）を用い、この片面に接着剤層６０として、ポリイミド系接着剤（三井化学株式会社製、商品名「ＬＡＲＣ−ＴＰＩ」）を全面に塗布し、更にその上にステレンレス鋼の箔（ＳＵＳ３０４、厚さ３０μｍ）を張り合わせ、１５０℃、１０分の予備乾燥後、更に２３０℃、３０分加熱して、支持基材５０上の全面に接着剤層６０を介して、ステレンレス鋼箔が積層された構成の積層シートを得た。
【００３５】
次いで、この積層シートのステレンレス鋼面を、電熱層の形成箇所を残す形で、エッチング加工を行い、図５の如きパターン形状の電熱層７０を形成して、面発熱体１００を得た。
【００３６】
そして、図５で示す様に、上記面発熱体１００の電熱層７０の端子部に電源ケーブル３００で電源４００に接続し、電源４００から直流１２Ｖを通電して電熱層７０をジュール発熱させた。
【００３７】
また、この面発熱体の伸縮性（伸び性）を評価すべく、実施例１と同様に、その支持基材５０について、幅５ｍｍ、長さ６ｃｍに切断したサンプル片を、実施例１と同様の条件で試験評価した。結果は、表１に示す。また、図６（Ｂ）は、その時の応力−伸度線図である。
【００３８】
【表１】
0004647846.tif 000002
【００３９】
〔評価結果〕
表１及び図６の如く、実施例１では、基本性能として通電４０秒で６０℃に到達しており発熱は良好であり、しかも、伸縮性も、最大点応力４ＭＰａ、最大点伸度１８２％と、良好であった。
これに対して、比較例１では、基本性能の発熱は、通電４０秒で８０℃に到達し良好であるものの、伸縮性は、最大点応力１３ＭＰａ、最大点伸度１８％と悪かった。
以上の如く、実施例１の面発熱体は、十分にヒータとして発熱か可能であり、また、引っ張り時の伸度が大きく、伸縮性に優れている。更に、その製造に於いては、エッチングの様な処理が不要で、工程が簡便でもある。しかし、比較例１の面発熱体では、製造にエッチング処理が必要等、工程が煩雑であり、製造の面で劣る。
【００４０】
【発明の効果】
本発明の面発熱体によれば、柔軟性、可撓性、伸縮性に優れる。その結果、折り曲げ、巻き取り等の作業性、取り扱いが容易である上、布団、ベッド、座席等の伸縮性、弾力性を要する用途に好適に使用することができる。
また、電熱層と支持基材とを兼ねる電熱基材を発熱させる構成である為に、製造上でも、電熱層と支持基材とを別々に用意し積層する必要が無いので、それらを張り合わせたり、電熱層を塗布形成したりする工程も必要なく、容易に得られる面発熱体となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の面発熱体の一形態を示す断面図と平面図。
【図２】本発明の面発熱体の別の形態例を示す断面図。
【図３】本発明の面発熱体への配線例を示す平面図。
【図４】従来の或る面発熱体の一例を示す断面図。
【図５】従来の或る面発熱体の一例を示す平面視と、その配線例を示す平面図。
【図６】実施例１及び比較例１の伸縮性評価時の応力−伸度線図。
【符号の説明】
１０    電熱基材層
２０    電極対
３０    端子絶縁層
４０、４０ａ、４０ｂ  絶縁層
５０    支持基材
６０    接着剤層
７０    電熱層
１００  面発熱体
２００  開閉器
３００  電源ケーブル
４００  電源（直流安定化電源等）
５００  温度計（デジタル温度計等）
５１０  温度センサ
Ｈ      発熱部
【図１】
0004647846.tif 000003
【図２】
0004647846.tif 000004
【図３】
0004647846.tif 000005
【図４】
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【図５】
0004647846.tif 000007
【図６】
0004647846.tif 000008