(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶媒と、結晶性高分子と、非結晶性高分子と、Ｃ５系石油樹脂あるいはＣ９系石油樹脂と、導電性物質とからなり、
前記結晶性高分子と前記非結晶性高分子との合計量１００重量部に対して、前記Ｃ５系石油樹脂あるいは前記Ｃ９系石油樹脂を０．５〜６０重量部添加してなり、
前記非結晶性高分子がフェノール樹脂であることを特徴とする導電性インキ組成物。
【請求項２】
請求項１記載の導電性インキ組成物を用いたことを特徴とする面状発熱体。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、導電性インキ組成物およびそれを用いた面状発熱体に関し、とくに、良好なＰＴＣ特性（正温度係数特性）を有し、ピンホールが発生しにくく、機械的強度に優れ、長期安定性に優れた塗膜を形成することができるインキ組成物およびそれを用いた面状発熱体に関する。
【０００２】
【従来の技術】
面状発熱体は、基板上に、導電性インキ組成物を印刷あるいは塗布し、任意の厚さおよび形状の塗膜を形成することによって得られるものであり、従来から、特殊な形状や小型の発熱体として使用されているものである。
この面状発熱体に使用される導電性インキ組成物として、結晶性高分子や非結晶性高分子などのベースポリマーと、カーボンブラック、金属粉末、グラファイトなどの導電性物質を溶媒に分散させてなるものなどが用いられている。
【０００３】
ベースポリマーにポリエチレンなどの結晶性高分子を用いた導電性インキ組成物は、温度上昇によって、急峻なＰＴＣ特性を示す塗膜を形成することができる優れたものである。このＰＴＣ特性は、温度変化による結晶性高分子の体積膨張により導電性物質の連鎖が切断され、それに伴って抵抗が上昇することによって発現するものである。
【０００４】
しかしながら、この結晶性高分子を用いた導電性インキ組成物は、ベースポリマーが溶媒に溶解しないことから塗布あるいは印刷に適した性状が得られないため、これを用いた面状発熱体の生産性が低下する、また、低温貯蔵時にゲル化しやすいなどの問題があった。さらに、これを基板上に印刷あるいは塗布して得られた塗膜の機械的強度および柔軟性が不十分であることや、得られた塗膜にピンホールなどの不具合が発生しやすいことが、問題となっていた。
【０００５】
また、ベースポリマーにエチレン−プロピレンゴムなどの非結晶性高分子を用いた導電性インキ組成物もある。この導電性インキ組成物は、ベースポリマーが溶媒に溶解しているため、塗布あるいは印刷に適した性状を有するものであり、塗布あるいは印刷時の作業性に優れたものである。
【０００６】
しかしながら、この非結晶性高分子を用いた導電性インキ組成物は、温度上昇による熱膨張が緩やかであるので、これを用いて得られる塗膜のＰＴＣ特性も緩やかである。このため、十分なＰＴＣ特性が得られず、熱暴走による焼損などを起こす恐れがあり、問題となっていた。したがって、これを用いた面状発熱体には、過熱防止機構などを具備する必要があり、問題となっていた。
【０００７】
また、ベースポリマーとして、結晶性高分子と非結晶性高分子の両者を用いた導電性インキ組成物が提案されている。具体的には、天然ゴムや合成ゴムなどの非結晶性高分子、前記非結晶性高分子と相溶性のないポリエチレンやポリエステルなどの結晶性高分子、導電性カーボンブラック、グラファイトおよび無機充填材からなる導電性インキ組成物などが提案されている。この導電性インキ組成物は、結晶性高分子の有する利点と、非結晶性高分子の有する利点を併せ持つものであり、とくに、極寒環境下においても抵抗の低下が小さく安定した作動を示す優れたものである。
【０００８】
しかしながら、この導電性インキ組成物を用いた面状発熱体では、溶媒乾燥時に結晶性高分子と非結晶性高分子の相分離が起こるため、得られた塗膜が均質な微細構造を有するものとならないので、良好なＰＴＣ特性が得られないことが問題となっていた。このため、例えば、周辺温度が上昇した場合や、面状発熱体が不測に断熱条件下にさらされた場合、発熱温度が上昇して熱暴走による焼損などを起こす恐れがあった。
また、ピンホールが発生しやすいことが問題となっていた。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
よって本発明は、前記事情を鑑みてなされたもので、溶媒乾燥時に結晶性高分子と非結晶性高分子の相分離が起こりにくく、良好なＰＴＣ特性を有する塗膜を形成することができ、さらに、塗膜にピンホールが発生しにくい導電性インキ組成物を提供することを課題としている。
また、この導電性インキ組成物を用いた面状発熱体を提供することを課題としている。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
前記課題は、溶媒と、結晶性高分子と、非結晶性高分子と、Ｃ５系石油樹脂あるいはＣ９系石油樹脂と、導電性物質とからなり、前記結晶性高分子と前記非結晶性高分子との合計量１００重量部に対して、前記Ｃ５系石油樹脂あるいは前記Ｃ９系石油樹脂を０．５〜６０重量部添加してなり、前記非結晶性高分子がフェノール樹脂である導電性インキ組成物によって解決できる。さらに、前記導電性インキ組成物を用いた面状発熱体によって解決できる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を詳しく説明する。
本発明の導電性インキ組成物に用いられる結晶性高分子としては、平均粒子径が０．２〜１００μｍ、好ましくは、１〜５０μｍのものが使用される。前記平均粒子径を０．２μｍ未満とした場合、インキの粘度が上昇し、塗布あるいは印刷に適さないものとなり、これを用いた面状発熱体の生産性が低下し、好ましくない。また、１００μｍを越える平均粒子径のものを使用した場合、これを用いて得られる塗膜にピンホールなどの不具合を生じやすく、好ましくない。
【００１２】
また、ここでの結晶性高分子としては、４０〜１４０℃の温度で溶媒と相溶状態となるものが好ましく使用される。４０℃未満の温度で溶媒と相溶状態となるものを使用した場合、導電性インキ組成物を調製する際の作業性が悪くなるため好ましくない。一方、１４０℃を越える温度で溶媒と相溶状態となるものを使用した場合、塗布あるいは印刷された導電性インキ組成物の乾燥時における結晶性高分子粒子と非結晶性高分子との分散状態が良好なものとならないので、これを用いて得られる塗膜の体積抵抗率が高くなるため好ましくない。
【００１３】
ここで使用される結晶性高分子としては、例えば、ポリアミド、ポリエステル、低分子量ポリエチレン、ポリプロピレン、トランスーポリブタジエン、ポリオキシメチレン、ポリスチレン、ポリオキシエチレン、ポリオキシプロピレン、ポリ塩化ビニルなどが使用される。
【００１４】
また、ここで使用される非結晶性高分子としては、常温で溶媒に可溶なものであれば任意ものを使用することができるが、例えば、エチレンと酢酸ビニル、アクリル酸、アクリル酸エステル、マレイン酸などとの共重合体、フェノール樹脂、非結晶性ポリエステル、天然ゴム、あるいはイソプレンゴム、ＮＢＲ、ＥＰＤＭなどの各種合成ゴム、アルキルアクリレート重合体などが用いられる。
【００１５】
ここで使用されるＣ５系石油樹脂あるいはＣ９系石油樹脂としては、溶媒中の結晶性高分子および非結晶性高分子の両者と相溶性があり、溶媒中でそれらを分離することなく均一な状態に混じり合わせることができるもので、溶媒に良く溶けるものとされ、石油類のスチームクラッキングにより、エチレンやプロピレンなどを製造するプラントから副生するものである分解油留分を、重合して得られるものなどが使用され、導電性インキ組成物に使用する材料の種類や、調製方法などに応じて適したものが選択され、使用される。
【００１６】
ここでのＣ５系石油樹脂としては、前記分解油留分中の炭素数５の留分を重合して得られるものなどが使用され、具体的には、例えば、軟化点が７０〜１００度で、分子量が８００〜２０００であり、イソプレン、ピペリレン、２−メチルブテン−１、２−メチルブテン−２などの共重合体を主成分とするものなどが好ましく使用される。
また、ここで使用されるＣ９系石油樹脂としては、前記分解油留分中の炭素数９の留分を重合して得られるものなどが使用され、例えば、軟化点が８０〜１５０度で、分子量が６００〜１５００であり、スチレン、ビニルトルエン、αーメチルスチレン、インデンなどの共重合体を主成分とするものなどが好ましく使用される。
【００１７】
また、導電性物質としては、導電性カーボンブラック、グラファイト、金属粉末などが使用される。
ここでの導電性カーボンブラックとしては、ストラクチャーが小さく、粒径が約３０〜１５０μｍ程度と比較的大きいもの、例えば、ＳＲＦ，ＧＰＦ，ＦＥＦ，ＦＴなどに分類されるものが用いられる。
また、グラファイトとしては、天然黒鉛および人造黒鉛のリン片状のもの、土塊状のものなどが使用される。
【００１８】
また、溶剤としては、非結晶性高分子と、Ｃ５系石油樹脂あるいはＣ９系石油樹脂とを良く溶解し、かつ、結晶性高分子粒子を安定して分散させることができるものが好ましい。具体的に例えば、トルエン、キシレン、ミネラルスピリット、ソルベントナフサ、テトラリンなどの炭化水素系溶剤や、ブチルセロソルブ、酢酸セロソルブ、ブチルカルビトール、酢酸カルビトールなどの多価アルコール誘導体系溶剤、酢酸ｎ−ブチル、酢酸メトキシブチル、γーブチロラクトンなどのエステル系溶剤などが好ましく使用される。
【００１９】
このような導電性インキ組成物の調製は、溶媒中に、結晶性高分子と、非結晶性高分子と、Ｃ５系石油樹脂あるいはＣ９系石油樹脂と、導電性物質を添加し、分散させることによって行われる。
これらの操作は、湿式分散装置、例えば、ダイノーミルや３本ロールなどを用いて行われる。また、導電性インキ組成物の分散度合いは、粒ゲージなどを用いて確認される。
【００２０】
この調製に際し、溶媒中における結晶性高分子と非結晶性高分子の重量比は、２０：８０〜９５：５、好ましくは、５０：５０〜８５：１５とされる。前記重量比を２０：８０未満とした場合、良好なＰＴＣ特性が得られないため好ましくない。また、９５：５を越える場合、塗布あるいは印刷に適した性状が得られないため、また、これを基板上に印刷あるいは塗布して得られた塗膜の機械的強度および柔軟性が不十分なものとなるため好ましくない。
【００２１】
また、溶媒中に添加されるＣ５系石油樹脂あるいはＣ９系石油樹脂の添加量は、結晶性高分子と非結晶性高分子とを合わせたもの１００重量部に対して０．５〜６０重量部とすることが好ましい。前記添加量を０．５重量部未満とした場合、溶媒中の結晶性高分子および非結晶性高分子が良好な分散状態とならず、溶媒乾燥時に相分離が発生する恐れがあるため好ましくない。また、６０重量部を越える場合、石油樹脂が結晶性樹脂を完全に覆ってしまい、熱膨張を阻害するため、得られた塗膜のＰＴＣ特性に悪影響を与えるため好ましくない。
【００２２】
また、溶媒中に添加される導電性物質の量は、結晶性高分子と非結晶性高分子とを合わせたもの１００重量部に対して１０〜１００重量部程度とすることができ、とくに限定されない。
さらに、ここで使用される溶媒の量は、とくに限定されないが、結晶性高分子と非結晶性高分子とを合わせたもの１００重量部に対して８０〜４００重量部程度が好ましい。
【００２３】
このような導電性インキ組成物にあっては、結晶性高分子と非結晶性高分子とを合わせたもの１００重量部に対して、Ｃ５系石油樹脂あるいはＣ９系石油樹脂を０．５〜６０重量部添加してなるものであるので、Ｃ５系石油樹脂あるいはＣ９系石油樹脂によって、結晶性高分子および非結晶性高分子が分離することなく均一な状態に混じり合い、良好な分散状態となり、溶媒乾燥時の相分離を防止することができるため、次のような効果が得られる。
（１）塗膜の微細構造を均質にすることができ、良好なＰＴＣ特性を有する塗膜が得られるものとなる。
（２）ピンホールが発生しにくいものとなる。
（３）長期にわたって安定した性能を維持できる塗膜が得られるものとなる。
（４）機械的強度に優れた塗膜が得られるものとなる。
【００２４】
本発明の面状発熱体は、前記導電性インキ組成物を用いた面状発熱体である。この面状発熱体は、電極層を設けた基板上に、前記導電性インキ組成物からなる塗膜を形成してなるものである。
【００２５】
ここで使用される基板としては、一般に厚さが１０〜１００μｍ程度のポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリイミド、ポリ塩化ビニルなどの樹脂フィルムなどが用いられ、発熱体としての使用を考えたとき、耐熱温度の高い材料が望ましい。
【００２６】
また、この基板上に設けられる電極層としては、前記基板上に接着剤を介し、厚さ約１０〜５０μｍ程度の銅箔、アルミニウム箔、銀箔などの金属箔、好ましくは銀箔を貼り合わせ、エッチング加工を施して、櫛形あるいはジグザク状などの細かいパターンや複雑なパターンなどの所望のパターンを形成させてなる電極層などが挙げられる。
【００２７】
本発明の面状発熱体を製造するには、電極層を設けた基板上に、導電性インキ組成物を、塗布あるいは印刷して、塗膜を形成させることによって行われる。
この塗布あるいは印刷は、均一な厚さの塗膜が得られる任意の方法を使用して行うことができ、例えば、スクリーン印刷、ナイフコータ、グラビアコータを用いる方法などを用いて好ましく行われる。
この製造に際し、使用された導電性インキ組成物は、ヒーターや炉を使用して約８０〜１５０℃の温度で約１〜３０分間程度乾燥させることによって、厚み約１０〜５０μｍ程度の塗膜とされる。
【００２８】
このような面状発熱体においては、前記導電性インキ組成物を用いたものであるため、塗膜の微細構造が均質となり、良好なＰＴＣ特性を有し、ピンホールが少なく、長期にわたって安定した性能を維持することができ、機械的強度に優れた面状発熱体となる。
【００２９】
【実施例】
以下、本発明を実施例を示して具体的に詳しく説明するが、本発明は、これらの実施例にのみ限定されるものではない。
（試験例１）
溶媒であるソルベントナフサ（商品名：ＩＰソルベント、出光石油（株）社製）２００重量部中に、結晶性高分子である平均粒子径７μｍの低分子量ポリエチレン（融点１１７℃、分子量３０００）６０重量部、非結晶性高分子であるフェノール樹脂４０重量部、Ｃ５系石油樹脂（軟化点１００℃）５重量部を分散させ、ついで、カーボンブラック（商品名：デンカブラック、電気化学工業製）２２重量部を添加し、撹拌したのち３本ロールミルで混練して導電性インキ組成物を調製した。
【００３０】
この導電性インキ組成物を、あらかじめ間隔５０ｍｍの銀の電極パターンを設けたポリエチレンテレフタレートからなる基板上に、１０×６０ｍｍ2の面積で塗布し、１５０℃の温度で３０分乾燥して、厚み２０±３μｍの塗膜を形成し、面状発熱体を作成した。
【００３１】
（試験例２）
非結晶性高分子として、ポリエステル（環球法軟化点１２３℃、分子量約２００００）を使用して、試験例１と同様に面状発熱体を作成した。
（試験例３）
Ｃ９系石油樹脂を使用して、試験例１と同様に面状発熱体を作成した。
（試験例４）
Ｃ９系石油樹脂を使用して、試験例２と同様に面状発熱体を作成した。
【００３２】
（試験例５）
石油樹脂を添加せずに、試験例１と同様に面状発熱体を作成した。
（試験例６）
石油樹脂を添加せずに、試験例２と同様に面状発熱体を作成した。
（試験例７）
Ｃ９系石油樹脂を０．１重量部添加して、試験例１と同様に面状発熱体を作成した。
（試験例８）
Ｃ９系石油樹脂を１００重量部添加して、試験例１と同様に面状発熱体を作成した。
【００３３】
このようにして得られた試験例１〜試験例８の面状発熱体うち、試験例１〜試験例４は、本発明の実施例であり、試験例５および試験例６は、従来例であり、試験例７および試験例８は、比較例である。
これら試験例１〜試験例８の面状発熱体それぞれについて、次の各項目の測定および評価を行った。
【００３４】
［体積抵抗率］
温度２０℃での体積抵抗率を測定した。
［ＰＴＣ抵抗変化倍率］
温度２０〜１５０℃の体積抵抗率を測定した。
ついで、温度２０℃での体積抵抗率に対する、２０〜１５０℃の温度範囲で得られた体積抵抗率の最大値の比を求めた。
［ピンホールの有無］
目視により、面状発熱体のピンホールの有無を調べた。
結果を表１に示す。
【００３５】
【表１】
0004357684.tif 000002
【００３６】
表１より、実施例である試験例１〜試験例４では、高いＰＴＣ抵抗変化倍率を有し、ピンホールが無いという結果となった。
これに対し、従来例または比較例である試験例５〜試験例８では、十分なＰＴＣ抵抗変化倍率が得られないという結果となった。また、試験例５〜試験例７では、ピンホールが発生した。
【００３７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の導電性インキ組成物にあっては、結晶性高分子と非結晶性高分子とを合わせたもの１００重量部に対して、Ｃ５系石油樹脂あるいはＣ９系石油樹脂を０．５〜６０重量部添加してなるものであるので、これを用いて塗膜を形成するに際し、Ｃ５系石油樹脂あるいはＣ９系石油樹脂によって、溶媒乾燥時の相分離を防止することができることから、良好なＰＴＣ特性を有する塗膜が得られ、ピンホールが発生しにくい導電性インキ組成物とすることができる。
本発明の面状発熱体においては、前記導電性インキ組成物を用いたものであるため、塗膜の微細構造が均質となり、良好なＰＴＣ特性を有する面状発熱体とすることができる。したがって、例えば、周辺温度が上昇した場合など、急激な温度上昇による熱暴走が起こりにくく、焼損が起こりにくい面状発熱体とすることできる。