面状発熱体およびそれを用いた座席
【課題】面状発熱体に変形が生じても優れた耐久性をもたせたことを目的とする。
【解決手段】柔軟性を有する電気絶縁性基材２と、前記電気絶縁性基材２に取り付けられた主成分が樹脂組成物と導電体とからなる高分子抵抗体４と、前記高分子抵抗体４と電気的に接続された少なくとも１対の線条電極３と、主成分が熱可塑性エラストマーからなる接着層を介して前記高分子抵抗体４上に接合されるとともに、汎用樹脂よりも小弾性率の樹脂からなる柔軟性の電気絶縁性フィルム７とを具備した構成とした。
【解決手段】柔軟性を有する電気絶縁性基材２と、前記電気絶縁性基材２に取り付けられた主成分が樹脂組成物と導電体とからなる高分子抵抗体４と、前記高分子抵抗体４と電気的に接続された少なくとも１対の線条電極３と、主成分が熱可塑性エラストマーからなる接着層を介して前記高分子抵抗体４上に接合されるとともに、汎用樹脂よりも小弾性率の樹脂からなる柔軟性の電気絶縁性フィルム７とを具備した構成とした。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、任意の面形状を有する器具に装着可能な柔軟性と高い信頼性とを有する面状発熱体およびそれを用いた座席に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来この種の面状発熱体は、発熱部がベースポリマーと、導電性物質とを溶媒に分散した抵抗体インクを基材に印刷・乾燥・焼成して作製される抵抗体が用いられている（例えば特許文献１、特許文献２、特許文献３参照）。
【０００３】
そして、導電性物質としてカーボンブラック、金属粉末、グラファイトなどが用いられ、ベースポリマーとして結晶性樹脂が用いられる。このような材料によりこの発熱部はＰＴＣ特性を発揮する。
【０００４】
具体的には、図８，９に示すように、電気絶縁性の基材１０１上に一対の櫛形状電極１０２，１０３およびＰＴＣ特性をもつ高分子抵抗体１０４を配置するとともに、それらを被覆材１０５で被覆して面状発熱体１０６としていた。
【０００５】
前記基材１０１はポリエステルフィルムなどの樹脂で作製され、櫛形状電極１０２，１０３がこの基材１０１上に銀ペーストなどの導電性ペーストを印刷・乾燥して形成されている。
【０００６】
高分子抵抗体１０４は、櫛形状電極１０２，１０３により給電される位置に高分子抵抗体インクを印刷・乾燥して形成されている。
【０００７】
基材１０１と同材質の被覆材１０５は櫛形状電極１０２，１０３と高分子抵抗体１０４を保護するものである。
【０００８】
基材１０１、被覆材１０５としてポリエステルフィルムを用いる場合、前記被覆材１０５に、例えば変性ポリエチレンなどの熱融着性樹脂１０７を予め接着しておく。そして、熱を与えながら加圧する。
【０００９】
このようにすることにより、基材１０１と被覆材１０５とが熱融着性樹脂１０７を介して接合される。
【００１０】
被覆材１０５と熱融着性樹脂１０７とは、櫛形状電極１０２，１０３と高分子抵抗体１０４とを外界から隔離する。そのため、面状発熱体１０６は長期信頼性が付与される。
【００１１】
図１０は、被覆材１０５を貼り合わせる加熱加圧の装置を示し、２つの加熱ロール１０８，１０９からなるラミネータ１１０を用いるのが一般的である。
【００１２】
すなわち、櫛状電極１０２，１０３と高分子抵抗体１０４とを予め形成した基材１０１と、熱融着性樹脂１０７を予め接着した被覆材１０５とを供給し、これらを加熱ロール１０８，１０９で加熱加圧する。このようにして面状発熱体１０６が作製される。
【００１３】
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、したがって、面状発熱体１０６が自己温度調節機能を発揮することとなる（例えば、特許文献１参照）。
【００１４】
また、非晶質ポリマー、結晶性ポリマー粒子、導電性カーボンブラック、グラファイトおよび無機充填剤からなるＰＴＣ組成物を有機溶剤に分散させてインクを作製した後、電極を設けた樹脂フィルム上に印刷して高分子抵抗体を作製し、架橋のための熱処理を行い、高分子抵抗体の保護層として樹脂フィルムを積層した面状発熱体も提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【００１５】
さらに、図１１に示すように、柔軟性基材１１２の上に電極１１３，１１４、高分子抵抗体１１５を印刷方式により順次積層し、さらに、柔軟性被覆層１１６を覆設するところの面状発熱体１１７も見受けられる。
【００１６】
柔軟性基材１１２は、ガスバリア性と防水性、高分子抵抗体のインク等の液体を含浸する機能を有しており、長繊維からなるポリエステル不織布とこのポリエステル不織布の表面にポリウレタン系などのホットメルトフィルムを貼り合わせ、面状発熱体１１７としたものとなっている。
【００１７】
一方、柔軟性被覆層１１６は、ガスバリア性、防水性を有し、電極１１３，１１４、高分子抵抗体１１５の全体を被覆しており、ポリエステル不織布とこのポリエステル不織布の表面にポリエステル系などのホットメルトフィルムを貼り合わせた構成であり、柔軟性基材１１２と接着されている。
【００１８】
したがって、この面状発熱体１１７は全部で６層構造の構成となっている（例えば、特許文献３参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１９】
【特許文献１】特開昭５６−１３６８９号公報
【特許文献２】特開平８−１２０１８２号公報
【特許文献３】米国特許第７０４９５５９号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２０】
従来における前者の面状発熱体１０６には、基材１０１としてポリエステルフィルムなどの剛直な材料が用いられている。また、基材１０１の上には印刷された櫛形状電極１０２，１０３、高分子抵抗体１０４および接着層１０７を有する被覆材１０５が存在し、所謂、５層構造となっている。
【００２１】
そのため、基材１０１や被覆材１０５の材質や、その厚さによっては柔軟性に欠ける課題を有していた。すなわち、面状発熱体１０６を自動車用座席の暖房用ヒータに用いる場合に、着座感が損なわれ、ハンドルヒータに用いる場合には手触り感が損なわれる。
【００２２】
また、形状が面状であるため、面の一部に着座などによる荷重が加わった場合、その力が全体に及んで面状発熱体１０６が変形する。
【００２３】
その変形の形状によっては、面状発熱体１０６の端に近いほど変形量が増え、面の一部に折り皺などが生じる。
【００２４】
そして、この折り皺部分で櫛形状電極１０２，１０３や高分子抵抗体１０４に亀裂などが生じ、耐久性が低下する虞がある。
【００２５】
また、通気性のないポリエステルシートなどの基材１０１や被覆材１０５が用いられているため、自動車用座席やハンドルヒータに用いられた場合に湿気がこもりやすく、長時間使用すると着座感や手触り感が損なわれるものであった。
【００２６】
一方、後者の面状発熱体１１７は、電極１１３，１１４、高分子抵抗体１１５、基材１１２および被覆層１１６が柔軟性を有しているため、自動車用座席やハンドルヒータに用いられても着座感や手触り感は良好であるが、面状発熱体１１７が多層構造で構成されるため、生産性が悪く、結果としてコストが高くなるという課題を有する。
【００２７】
また、電極１１３，１１４、高分子抵抗体１１５の全体を被覆している柔軟性被覆層１１６は、ガスバリア性、防水性を有するが、エンジンオイル、有機溶剤、飲料などの化学物質に対する耐性（以下、耐液性と記す）がなく、化学物質よって高分子抵抗体１１５が変質し、抵抗値が変化し安定した発熱性能が得られないという課題を有する。
【００２８】
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、外力が加わっても柔軟性を発揮しやすく、使用感をたかめるとともに、耐久性や信頼性に優れた低コストの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】
【００２９】
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、柔軟性を有する電気絶縁性基材と、前記電気絶縁性基材に取り付けられた主成分が樹脂組成物と導電体とからなる高分子抵抗体と、前記高分子抵抗体と電気的に接続された少なくとも１対の線条電極と、主成分が熱可塑性エラストマーからなる接着層を介して前記高分子抵抗体上に接合されるとともに、汎用樹脂よりも小弾性率の樹脂からなる柔軟性の電気絶縁性フィルムとを具備した構成としたものである。
【発明の効果】
【００３０】
本発明の面状発熱体は、柔軟性、外力からの対変形応力に優れ、オイルなどの液体の化学物質に対しても高い耐性を発揮させることができるもので、優れた耐久性、信頼性、使用感、手触り感を実現することができるとともに、低コストの面状発熱体を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の実施の形態１における面状発熱体を示す平面図
【図２】図１のＸ―Ｙ断面図
【図３】実施の形態１における面状発熱体を取りつけた自動車用座席の透視側面図
【図４】同座席の透視正面図
【図５】粒状導電体を用いた場合のＰＴＣ発現メカニズムを説明する説明図
【図６】同面状発熱体の作用、効果を示す特性図
【図７】同面状発熱体の特性評価装置の概略図
【図８】従来の面状発熱体の透視平面図
【図９】図８のＸ−Ｙ断面図
【図１０】従来の面状発熱体の作製装置の一例の概略構成を示す断面図
【図１１】従来の他の面状発熱体の断面図
【発明を実施するための形態】
【００３２】
第１の発明は、柔軟性を有する電気絶縁性基材と、前記電気絶縁性基材に取り付けられた主成分が樹脂組成物と導電体とからなる高分子抵抗体と、前記高分子抵抗体と電気的に接続された少なくとも１対の線条電極と、前記抵抗体上に主成分が熱可塑性エラストマーからなる接着層を介して接合された電気絶縁性フィルムとを有する構成とすることにより
、従来の面状発熱体の５〜６層構成から４層構造とすることができるので柔軟性を発揮しやすくすることができる。したがって、カーシートヒータとして用いた際に外力を受けても容易に変形し、折り皺が原因で起こる高分子抵抗体の亀裂や剥離を防止することができる。
【００３３】
また、電気絶縁性フィルムは汎用樹脂よりも弾性率の小さな樹脂で形成しているので、柔軟性が高く、カーシートヒータとして用いた際の着座感を良好に保つとともに、樹脂フィルム同士が摺りあったときの音鳴りを防止することができる。
【００３４】
また、面状発熱体は４層の簡素な構成で作製することができるので生産性に優れ、その結果、低コストで生産できる。
【００３５】
さらに、電極は線条で構成されているので従来の複雑な櫛形電極とは異なり、簡素な構成とすることができる。したがって、電極材料の低コスト化が図れるとともに、カーシートヒータとして用いた際に外力が加わっても電極の皺の発生が抑制され、電極の破損を防止することができる。
【００３６】
加えて、電気絶縁性フィルムを設けることにより、エンジンオイル、有機溶剤、飲料などの液体の化学物質が高分子抵抗体を構成する樹脂と接触した場合に起こる樹脂の膨潤や劣化も抑制することができる。その結果、高分子抵抗体の抵抗値の安定性が確保され、面状発熱体として高い耐久性、信頼性が得られる。
【００３７】
第２の発明は、特に、第１の発明の線条電極を、金属導線と金属編組導線の少なくとも１種からなる芯線と、前記芯線の外側に主成分が樹脂組成物と導電体とからなる導電性被覆を有した構成とすることにより、外力が加わっても導電性被覆により芯線の屈曲や圧力を緩和するので、電極の破損を防止し、耐久性の優れた電極を得ることができる。
【００３８】
第３の発明は、特に、第１の発明の柔軟性の電気絶縁性フィルムの弾性率を５００ＭＰａ以下とすることによりカーシートヒータとして用いた際の着座感を良好に保つとともに、樹脂フィルム同士が摺りあったときの音鳴りを防止することができる。
第４の発明は、特に、第１または第３のいずれか１つの発明の面状発熱体の柔軟性の電気絶縁性フィルムを植物由来成分を含むポリマーアロイで構成することにより、面状発熱体が不要になり、廃棄する場合に環境負荷を低減することができる。
【００３９】
第５の発明は、特に、第１の発明の接着層が、（１）ガスの炎で電気絶縁性フィルムの端面をあぶり、６０秒後に前記ガスの炎を消すと、電気絶縁性フィルムは焦げても電気絶縁性フィルム自体は燃えない、（２）ガスの炎で電気絶縁性フィルムの端面をあぶり、電気絶縁性フィルムに一旦火がついても６０秒以内、しかも２インチ以内で消火する、（３）ガスの炎で電気絶縁性フィルムの端面をあぶり、電気絶縁性フィルムに着火しても表面から厚さ１／２インチの領域で、炎が４インチ／分以上の速度で進行しない、という条件の少なくとも１つを満たす難燃性を付与する難燃剤をさらに含むことにより、面状発熱体の難燃性を向上させることができ、ヒータや応用商品の安全性を高めることができる。
【００４０】
第６の発明は、特に、第５の発明の難燃剤を常温で液状、または混練温度で融解する融点を有するものであって、リン系、窒素系、シリコーン系化合物の少なくとも１種を用いることにより、電気絶縁性基材や高分子抵抗体の有する柔軟性を損なうことなく、難燃性を付与することができ、面状発熱体およびその応用商品の安全性を高めることができるとともに、面状発熱体としての機械的な耐久性、信頼性が確保される。
【００４１】
第７の発明は、第１〜第７のいずれかの１つの発明の面状発熱体を座席の暖房用熱源と
して搭載したものであり、具体的には、第８の発明のように、座部および背もたれの少なくとも一方に電気絶縁性基材が表面側になるように配置した構成とすることにより、発熱面を直接座面に接触させることにより座面の温度を速やかに上昇させるとともに、接着層に難燃性を付与した場合、燃焼時における延焼が阻止でき、安全性の高い座席が得られることとなる。
【００４２】
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、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。
【００４３】
（実施の形態１）
図１，２において、面状発熱体１は、電気絶縁性基材２と、第１，第２線条電極３ａ，３ｂ、および高分子抵抗体４とからなる。なお、線条電極をまとめて線条電極３として説明する場合がある。
【００４４】
線条電極３ａ，３ｂは電気絶縁性基材２上にそれぞれが左右対称になるように配置され、糸で部分的に縫い付けられており、金属導線または金属編組導線からなる芯線５の外周に主成分が樹脂組成物と導電体とからなる導電性被覆６を有している。
【００４５】
高分子抵抗体４は線条電極３が配置された電気絶縁性基材２上に、例えばＴダイ押し出し法によりフィルム状に押し出して形成されている。
【００４６】
電気絶縁性フィルム７は高分子抵抗体４を覆うように主成分が熱可塑性エラストマーからなる接着層８を介して設けられており、例えばＴダイ押し出し法により主成分が熱可塑性エラストマーからなる接着層８をフィルム状に押し出して貼り合わせてシート状に成形したものを熱融着によって線条電極３、電気絶縁性基材２に張り合わせている。
【００４７】
面状発熱体１の中央部は、線条電極３、および電気絶縁性基材２に高分子抵抗体４が熱融着された後に打ち抜かれている。
【００４８】
なお、線条電極３ａ，３ｂに電源からの電力を供給するためのリード線は図示していない。
【００４９】
また、中央部の打ち抜きはこの場所に限定されず、例えば、座席の表皮の材料や形状によりこれ以外の場所に設けてもよい。この場合、線条電極３の配線パターンを変更する。
【００５０】
図３，４は前記した面状発熱体１を取りつけた自動車の座席を示している。
【００５１】
面状発熱体１は、暖房用ヒータとして自動車の座席である座部９や、背もたれ１０に取り付けて使用される。座部９や背もたれ１０には座席基材１１と表皮１２が用いられている。
【００５２】
ウレタンパットなどの座席基材１１は、座席に腰掛けた人体による荷重がかかった時に変形し、荷重がかからなくなると形状が復元する。
【００５３】
表皮１２は座席基材１１を覆っている。すなわち、面状発熱体１は座席基材１１に電気絶縁性基材２側を、表皮１３に電気絶縁性フィルム７側を位置させて取り付けられる。
【００５４】
なお、座部９や背もたれ１０の吊り込み部（図示せず）に対応するために、中央部や周縁部に吊り込むための電気絶縁性基材２の延長部（図示せず）が設けられている場合がある。
【００５５】
このように薄い面状発熱体１は変形可能な座席基材１１と表皮１２に沿って配置されている。そのため、面状発熱体１も座部９や背もたれ１０の変形に対応して相似の変形をしなければならない。故に、種々の発熱パターンを設計し、そのための線条電極３の配置形状を変更する必要がある。ここではその詳細は省略する。
【００５６】
相対向するように配置された幅の広い１対の線条電極３は、面状発熱体１の長手方向の外側部沿って配設されている。
【００５７】
線条電極３に重なるように配設された高分子抵抗体４に線条電極３より給電することで、電流が流れて発熱する。
【００５８】
高分子抵抗体４はＰＴＣ特性を有し、温度が上昇すると抵抗値が上昇して、所定の温度になるように自己温度調節機能を有する。すなわち、高分子抵抗体４は面状発熱体１に安全性が高く温度コントロールを不要とする機能を付与する。
【００５９】
高分子抵抗体４のＰＴＣ発現メカニズムは以下のように推察される。
【００６０】
図５は、ＰＴＣ発現メカニズムを説明するためのもので、（ａ）、（ｂ）はカーボンブラックのような粒状導電体１３を用いた場合を示し、（ｃ）、（ｄ）は繊維状導電体１４を用いた場合を示している。そして、（ａ）、（ｃ）の状態から温度が上昇した状態がそれぞれ（ｂ）、（ｄ）である。
【００６１】
導電体としてカーボンブラックのような粒状導電体１３を用いた高分子抵抗体４では、（ａ）のように粒状導電体１３は１次粒子の集合体構造を有し、樹脂組成物１５の中で粒と粒との点接触した状態の導電パスを形成している。
【００６２】
線状電極３ａ，３ｂ間に電流を印加すると、（ｂ）に示すように粒状導電体１３の導電パスにより高分子抵抗体４が発熱し、樹脂組成物１５の比容積が変化することにより敏感に導電パスの切断が起こる。
【００６３】
このようにして急激な抵抗値上昇を有する正の抵抗温度特性が発現される。
【００６４】
一方、導電体として繊維状導電体１４を用いた高分子抵抗体４では、（ｃ）に示すようにカーボンブラックのような１次粒子の集合体構造はないが、繊維状導電体１４の長手方向に重なり合って状態で導電パスを形成している。
【００６５】
この構造においても、線状電極３ａ，３ｂ間に電流を印加すると繊維状導電体１４の導電パスにより高分子抵抗体４が発熱し、樹脂組成物１５の比容積が変化することにより、（ｄ）に示すように敏感に導電パスの切断が起こる。このようにして急激な抵抗値上昇を有する正の抵抗温度特性が発現される。
【００６６】
本実施の形態の高分子抵抗体４は上述のどちらのタイプでも適用することができる。
【００６７】
用いられる導電体としては、粒状導電体１３であれば、上述のカーボンブラックが挙げられ、繊維状導電体１４であれば、酸化チタンに錫メッキしてアンチモンドープした導電性セラミック繊維、チタン酸カリウム系の導電性セラミックウィスカ、銅やアルミニウムなどの金属繊維、表面に導電層が形成された金属メッキガラス繊維、カーボン繊維、カーボンナノチューブ、さらにはポリアニリンなどからなる繊維状の導電性ポリマーが挙げられる。
【００６８】
また、繊維状導電体１４の代わりにフレーク状導電体を用いてもよい。フレーク状導電体としては、表面に導電層が形成されたマイカフレークなどのセラミックフレーク、銅やアルミニウムなどの金属フレーク、さらには鱗片状黒鉛が挙げられる。
【００６９】
上述の導電体は、単独でも２種以上の混合でも用いることが可能で目標とするＰＴＣ特性に応じて適宜選択される。
【００７０】
高分子抵抗体４の樹脂組成物１５は、ＰＴＣ特性の経時変化を抑制し、安定したＰＴＣ特性を再現するために、ＰＴＣを発現する被反応樹脂としてカルボキシル基を有する変性ポリエチレンと被反応樹脂と反応する反応性樹脂としてエポキシ基を有する変性ポリエチレンとを混成したものがよい。
【００７１】
これは、被反応性樹脂の持つカルボニル基が反応性樹脂の持つエポキシ基の酸素と反応して化学結合し、架橋された構造を有することに起因している。
【００７２】
この架橋反応により、被反応性樹脂単独の場合に比べ、熱的安定性を高めることができ、その結果、樹脂組成物１５中での導電体の導電パスの形成、切断する温度が安定する。
【００７３】
この架橋反応は、酸素以外に窒素を介しても起こり得るものである。酸素と窒素の少なくともいずれかを含む官能基を有する反応性樹脂と、これら官能基と反応が可能な官能基を有する被反応性樹脂の組合せであれば架橋反応が起こることになり、樹脂組成物１５を構成する反応性樹脂の反応性官能基と被反応樹脂の官能基との組み合わせとしては、上述のエポキシ基とカルボニル基以外に以下のものがある。
【００７４】
エポキシ基は、上述のカルボン酸のカルボニル基以外に無水マレイン酸基などのカルボニル基、エステル基、水酸基、アミノ基、ビニル基と反応して付加重合する。
【００７５】
これらの官能基を有する被反応樹脂を用いればよい。また、反応性樹脂の官能基としてはエポキシ基以外にオキサゾリン基や無水マレイン酸基を有する反応性樹脂を用いることもできる。
【００７６】
このように樹脂組成物１５は酸素と窒素との少なくともいずれかを介して架橋された構造を有する。
【００７７】
樹脂組成物１５が反応性樹脂とＰＴＣ特性を発現する被反応性樹脂とを含むことにより、反応性樹脂の接着力と結合力により導電体が捕捉され、さらに反応性樹脂と被反応性樹脂との結合力により、繊維状導電体１４による導電パスが安定化する。
【００７８】
自動車用座席に用いられるヒータのように発熱温度が４０〜５０℃と比較的低い場合には、ＰＴＣ特性を発現する被反応樹脂として、低融点の樹脂である変性オレフィン系樹脂、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、エチレンアクリル酸ブチル等のエステル系のエチレンコポリマーを用いることが好ましい。
【００７９】
上述の樹脂組成物１５の被反応性樹脂と反応性樹脂は、それぞれ単独でも複合でも用いることが可能で目標値するＰＴＣ特性に応じて適宜選択される。
【００８０】
また、それ以外に、ＰＴＣ特性の経時変化の許容範囲に応じて、反応性樹脂、被反応性樹脂単独でも用いることも可能である。
【００８１】
また、樹脂組成物１５の架橋反応は反応性樹脂を用いたが、反応性樹脂とは異なる架橋剤を用いることもできる。さらに、電子線などの架橋手段を用いることもできる。その場合は、上述の官能基を持たない被反応性樹脂が適用可能であり、また、反応性樹脂を用いる必要はない。
【００８２】
また、自動車用座席に組み込まれるヒータとして、面状発熱体１は着座感を満足することができる。
【００８３】
着座感は、紙のような音鳴り感がなく、座席表皮材と同等の伸び特性、すなわち５％の伸びに対して７ｋｇｆ以下の荷重であることで満足できる。
【００８４】
また、ＰＴＣ特性のない発熱体に比べて、ＰＴＣ特性を有する面状発熱体１は速熱性と省エネ性とを発揮することができる。
【００８５】
ＰＴＣ特性のない発熱体は、温度制御器を必要し、温度制御器はオン−オフ（ＯＮ−ＯＦＦ）制御で通電を制御して発熱温度を制御している。
【００８６】
特に、線条発熱線を用いたＰＴＣ特性のない発熱体の場合、線条発熱線間の低温部を回避するため、ＯＮ時の発熱体温度を約８０℃まで上昇させており、表皮１２とはある程度の距離をおいて配置する必要がある。
【００８７】
これに対し本実施の形態の面状発熱体１では、発熱体温度が４０℃〜４５℃の範囲に自己制御される。そのため、表皮１２の近傍に近接して配置することができる。
【００８８】
面状発熱体１は発熱体温度が低く、表皮１２の近傍に配置されることより、速熱性と外部への放熱ロスを低減できる。そのため省エネルギー性を実現できる。
【００８９】
上述したように、本実施の形態の面状発熱体１は、従来の面状発熱体が基材と電極と高分子抵抗体と熱融着性樹脂と被覆材との５〜６層構造で構成されているのに対して、電気絶縁性基材２と高分子抵抗体４と１対の線条電極３と電気絶縁性フィルム７との４層構造で構成している。
【００９０】
この簡素な構成により、外力が加わってもその外力の規制が少なくなるので柔軟性を発揮しやすくなる。
【００９１】
したがって、自動車用座席のヒータとして用いた際に外力を受けても柔軟性が高いので容易に変形し、従来のように折り皺が原因で起こる高分子抵抗体の亀裂や剥離が防止される。
【００９２】
また、面状発熱体１は４層の簡素な構成で作製することができるので生産性に優れ、かつ面状発熱体１を構成する材料費が少なくなる。その結果、低コストで生産できる。
【００９３】
また、電極３は線条で構成されているので従来の複雑な櫛形電極とは異なり、簡素な構成とすることができる。
【００９４】
したがって、電極材料の低コスト化が図れるとともに、カーシートヒータとして用いた際に外力が加わっても電極の皺の発生が抑制され、電極の破損を防止することができ、耐久性に優れた面状発熱体１が得られる。
【００９５】
電気絶縁性基材２は、例えばポリエステル繊維で作製されたニードルパンチタイプの不織布が用いられる。これ以外にポリエステル織布を用いてもよい。これらの電気絶縁性基材２は、面状発熱体１に柔軟性を付与し、外力が加わっても容易に変形して自動車用座席のヒータとして用いた際の着座感を向上させる。
【００９６】
特に、線条電極３を縫製により取り付ける場合は、縫製による電気絶縁性基材２の針孔から発生する亀裂の防止や柔軟性の点で上記の不織布、織布が最適である。
【００９７】
また、電気絶縁性フィルム７は表皮１２側に設けられているので座席にエンジンオイル、有機溶剤、飲料などが誤ってこぼされた場合でも、液体の化学物質が高分子抵抗体を構成する樹脂と接触した場合に起こる樹脂の膨潤や劣化を抑制することができる。
【００９８】
その結果、高分子抵抗体の抵抗値の安定性が確保され、面状発熱体として高い耐久性、信頼性が得られる。
【００９９】
耐液性とは、無極性オイルであるエンジンオイルや極性オイルであるブレーキオイル等のオイル類や、低分子溶剤であるシンナーなどの有機溶剤等の液体の化学物質が接触した時の抵抗値安定性が高いことを意味している。
【０１００】
上述の液体の化学物質が高分子抵抗体４と接触すると、その樹脂組成物は容易に膨潤して比容積が変化し、導電体の導電パスが切断されて抵抗値が上昇する傾向を示す。
【０１０１】
この現象は熱による比容積の変化（ＰＴＣ特性）と同様である。しかしながら、高分子抵抗体４の樹脂組成物が液体の化学物質で膨潤した場合、初期の抵抗値に回復しないか、あるいは回復に時間を要し、発熱性能が低下する。
【０１０２】
電気絶縁性フィルム７はこれを防止するために設けられている。液体の化学物質が浸透してくる方向が電気絶縁基材２側となるように面状発熱体１を配置することにより、電気絶縁性基材２に貼り付けている電気絶縁性フィルム７が液体の化学物質と接触を防止し、その結果、高分子抵抗体４の抵抗値の安定性が確保され、面状発熱体１として高い耐久性、信頼性が得られる。
【０１０３】
電気絶縁性フィルム７の膜厚は、面状発熱体１の柔軟性の点から薄い方が好ましいが、耐液性の性能確保の点から５〜１００μｍの範囲で使用される。
【０１０４】
さらに、生産性、コストを考慮すると１０〜５０μｍが好ましい。
【０１０５】
電気絶縁性フィルム７を設けた面状発熱体１と電気絶縁性フィルムのない面状発熱体に、上述の液体の化学物質を滴下して２４時間後に通電を２４時間行い、その後室温に２４時間放置した場合の試験前後の抵抗値は、電気絶縁性フィルム７のない面状発熱体は２００〜３００倍増加したのに対し、電気絶縁性フィルム７を設けた面状発熱体１はいずれの液体の化学物質においても１．３〜２倍の増加であり、良好な結果を得た。
【０１０６】
この結果より、電気絶縁性フィルム７を設けることにより、エンジンオイル、有機溶剤、飲料などの液体の化学物質による高分子抵抗体４を構成する樹脂組成物の膨潤を抑制していることがわかる。
【０１０７】
これにより、高分子抵抗体４の抵抗値の安定性が確保され、面状発熱体１として高い耐久性、信頼性が得られる。
【０１０８】
電気絶縁性フィルム７の材料としては、エチレン−ビニルアルコール共重合体、熱可塑性ポリエステル樹脂、ポリアミド樹脂、ポリプロピレン樹脂、アイオノマーを単独もしくは組み合わせて用いることができるが、これらの汎用樹脂は、弾性率が１０００ＭＰａ以上と高く、着座感を良好に保つためには、５〜２０μｍの薄いフィルムが好ましい。
【０１０９】
しかし、この程度に薄くても、樹脂フィルム同士が擦れ合うときに生じる音鳴りは完全には抑制できない。
【０１１０】
また、樹脂フィルムは薄くなりすぎると、取り扱いが難しくなる。
【０１１１】
着座感や、音鳴りを防止は、電気絶縁性フィルム７として上記汎用樹脂よりも弾性率の小さな樹脂を適用することで実現することができる。
【０１１２】
弾性率が約５００ＭＰａ以下であれば着座感や、音鳴り防止を満足することができ、これを実現する材料としては軟質ＰＶＣやポリアロイ樹脂フィルムが利用できる。
【０１１３】
特に、ポリアロイ樹脂フィルムとして東レ（株）のナノアロイフィルムは好適である。ナノアロイフィルムは弾性率が１００〜２００ＭＰａと小さく、フィルム厚さが１００μｍでも着座感は良好であり、音鳴りも見られなかった。
【０１１４】
面状発熱体１は電気絶縁性基材２、線条電極３、高分子抵抗体４、接着層８、電気絶縁性フィルム７の積層一体構成であり、面状発熱体１が不要になった場合は、分解不可能で廃棄することになる。
【０１１５】
この点から、軟質ＰＶＣは使用しにくい。ナノアロイフィルムは植物由来成分を含むポリエステル系ポリマーアロイであり、廃棄時の環境負荷を低減することができる。
【０１１６】
自動車用座席に用いられるヒータは米国自動車用内装材難燃規格ＦＭＶＳＳ３０２規格の難燃性を満足する必要があり、具体的には以下の条件のいずれかを満たせば難燃性が実現可能となる。
【０１１７】
（１）ガスの炎で試験品の端面をあぶり、６０秒後に前記ガスの炎を消すと、高分子抵抗体４は焦げても試験品自体は燃えない。
【０１１８】
（２）ガスの炎で試験品の端面をあぶり、試験品に一旦火がついても６０秒以内、しかも２インチ以内で消火する。
【０１１９】
（３）ガスの炎で試験品の端面をあぶり、試験品に着火しても表面から厚さ１／２インチの領域で、炎が４インチ／分以上の速度で進行しない。
【０１２０】
以上の難燃性は、電気絶縁性基材２、高分子抵抗体４や導電性被覆７、接着層８に付与することが望ましく、これは難燃剤を含有させることで実現できる。
【０１２１】
難燃剤としては、リン酸アンモニウムやトリクレジルホスフェートなどのリン系難燃剤や、メラミン、グアニジン、グアニル尿素などの窒素系難燃剤や、シリコーン系化合物の単独あるいはこれらの組み合わせで用いることができる。
【０１２２】
また、水酸化マグネシウムや三酸化アンチモンなどの無機系難燃剤や臭素系や塩素系などのハロゲン系難燃剤を用いることができる。
【０１２３】
これらの難燃剤を高分子抵抗体４や導電性被覆７、電気絶縁性基材２に含有させることにより、上述の難燃性の条件が満たされ、面状発熱体１として優れた難燃性が実現するため、自動車用座席のヒータなどの面状発熱体１やその応用商品の安全性を高めることができる。
【０１２４】
また、難燃剤は、特に、常温で液状、または混練温度で融解する融点を有するものがよく、リン系、窒素系、シリコーン系化合物の少なくとも１種を用いることにより、樹脂組成物３３の柔軟性を高くすることができ、その結果、高分子抵抗体４も柔軟性を向上させることができる。
【０１２５】
これにより、電気絶縁性基材２の有する柔軟性を損なうことがなく、難燃性を付与することができ、面状発熱体１としての機械的な耐久性、信頼性が確保される。
【０１２６】
難燃剤の添加量は導電性被覆７の組成全体で決定される。難燃剤が少なくなると難燃性が劣り、上述の難燃性の条件を満足しない。その点から、難燃剤の添加量は高分子抵抗体５の組成物に対して、５重量％以上であればよい。
【０１２７】
しかしながら、難燃剤の添加量が多くなると、樹脂組成物１４と導電体の組成バランスが悪くなり、導高分子抵抗体４の比抵抗が高くなることやＰＴＣ特性が悪くなるため、好ましくは１０〜３０重量％、最良は１５〜２５重量％の範囲である。
【０１２８】
また、電極３は線条で構成されているので従来の複雑な櫛形電極とは異なり、簡素な構成とすることができる。したがって、電極材料の低コスト化が図れるとともに、自動車用座席のヒータとして使用した際に外力が加わっても電極３の皺の発生が抑制され、その破損を防止することができ、耐久性に優れた面状発熱体１が得られる。
【０１２９】
線条電極３は、金属導線と金属編組導線の少なくとも１種で構成される。これらの材料は、電気基材絶縁性２への縫製加工が容易であり、生産性が高い。また、金属導線、金属編組導線の材質、形状の選択範囲が広がる。また、金属導線、金属編組導線は可撓性に優れ、かつ機械的強度が高いので面状発熱体の伸び、屈曲、変形などを繰り返しても長期にわたり耐え得る。
【０１３０】
線条電極３の抵抗はできるだけ低く、線条電極３での電圧ドロップが小さいことが好ましい。
【０１３１】
線条電極３は、面状発熱体１に印加する電圧の電圧ドロップが１Ｖ以下となる抵抗値が適しており、抵抗値で表現すれば１Ω／ｍ以下がよい。
【０１３２】
また、線条電極３の線径は、大きいと面状発熱体１に凹凸が形成され、着座感が損なわれるため、直径１ｍｍ以下が好ましく、さらに、より快適な着座感を実現するには直径０．５ｍｍ以下がよい。
【０１３３】
この抵抗値を実現する材料は、銅、錫メッキを施した銅、銅−銀合金の単線、撚り線、編組線が挙げられる。特に、機械的強度の点では引っ張り強度の高い銅−銀のそれらを用いることが好ましい。
【０１３４】
線条電極３は、主成分が樹脂組成物と導電体とからなる導電性被覆６を有している。樹脂組成物としては、高分子抵抗体４と同様、変性オレフィン系樹脂、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、エチレンアクリル酸ブチル等のエステル系のエチ
レンコポリマーや上述した反応性樹脂と、それぞれ単独もしくは複合でも用いることが可能である。
【０１３５】
また、導電性を付与する導電体としては、カーボンブラック、グラファイト、酸化チタンに錫メッキしてアンチモンドープした導電性セラミック繊維、チタン酸カリウム系の導電性セラミックウィスカ、銅やアルミニウムなどの金属繊維、表面に導電層が形成された金属メッキガラス繊維、カーボン繊維、カーボンナノチューブ、さらにはポリアニリンなどからなる繊維状の導電性ポリマー、表面に導電層が形成されたマイカフレークなどのセラミックフレーク、銅やアルミニウムなどの金属フレーク、さらには鱗片状黒鉛などを用いることができる。
【０１３６】
線条電極３は、電気絶縁性基材２にミシン等で縫製されて取り付けられる。この方法で作製された構成によると、線条電極３は、電気絶縁性基材２に強固な固定と電気絶縁性基材２の変形に追従した変形が可能となり、機械的信頼性が向上する。
【０１３７】
また、電気絶縁性基材２への縫製は、糸によって行われるので電極材料や形状の選択範囲が広がる。
【０１３８】
さらに、線条電極３は、従来の複雑な櫛形電極とは異なり、少なくとも直線状の１対の形状の簡素な構成とすることができるので材料費が廉価で低コスト化が図れる。
【０１３９】
また、自動車用座席のヒータとして用いた際に外力が加わっても線条電極３の皺の発生が抑制され、電極の破損が防止される。
【０１４０】
また、線条電極３に導電性被覆を有した構成とすることにより、外力加えられた場合、特に屈曲などの過酷なストレスが加えられても線条電極３を保護し、その断線を防止することができる。
【０１４１】
さらに、電気絶縁性フィルム７は線条電極３、高分子抵抗体４覆うように設けられているので、線条電極３、高分子抵抗体４の保護効果を高めることができる。
【０１４２】
特に、図３，４に示すように面状発熱体１が自動車用座席に用いられた場合などは、人の荷重による強いストレスがかかるため線条電極３の耐久性が必要となってくる。
【０１４３】
図６は線条電極３の屈曲に対する耐久性を評価した結果である。図７に示すようにヘッド１６と台１７との間に線条電極３を縫製した電気絶縁性基材２を設置し、電気絶縁性基材２の両端を固定してヘッド１６を上下させて１８０°屈曲させ、線条電極３の抵抗値の変化から耐久性を評価した。
【０１４４】
図６において、抵抗値の変化率の増加は、線条電極の断線が進行していることを示す。線条電極は直径０．０６ｍｍの素線１９本の撚り線のみの場合（Ａ）と、同撚り線に導電性被覆６を設けた場合（Ｂ）について評価した。撚り線のみの場合（Ａ）は屈曲回数約２０００回程度で抵抗値が増大しているのに対し、撚り線に導電性被覆６を設けた場合（Ｂ）は約１００００回まで変化が無く、導電性被覆６によって屈曲に対する耐久性が大幅に改善されている。
【０１４５】
さらに、電気絶縁性基材２、導電性被覆６を設けた線条電極３、高分子抵抗体４上に接着層８を介して電気絶縁性フィルム７を設けた（Ｃ）の場合では、３００００回以上まで変化が無く、屈曲に対する耐久性がさらに改善されている。
【０１４６】
ここで、電気絶縁性フィルム７として厚さ５０μｍの東レ（株）製ナノアロイフィルムを用いた。図５に示すように、面状発熱体１がカーシートとして用いられた場合などは、電気絶縁性フィルム７によって人の荷重による屈曲などの過酷なストレスが加えられても線条電極３を保護し、線条電極３の断線を防止することができる。
【０１４７】
さらに、電気絶縁性フィルム７によって面状発熱体１表面に電気絶縁性を付与することができ、安全性がさらに向上する。
【０１４８】
電気絶縁性基材２は、例えばポリエステル繊維で作製されたニードルパンチタイプの不織布が用いられる。これ以外にポリエステル織布を用いてもよい。
【０１４９】
これらの電気絶縁性基材２は、面状発熱体１に柔軟性を付与し、外力が加わっても容易に変形して自動車用座席のヒータとして用いた際の着座感を向上させる。特に、線条電極３を縫製により取り付ける場合は、縫製による電気絶縁性基材２の針孔から発生する亀裂の防止や柔軟性の点で上記の不織布、織布が最適である。
【０１５０】
次に、面状発熱体１の作製方法について一例を述べる。
【０１５１】
先ず、ポリエステル繊維の不織布からなる電気絶縁性基材２に直径０．０６μｍの銅―銀合金線１９本を撚り線化したものを用い、ポリエステルの糸でミシンで縫製し、線条電極３を形成する。この時の１対の線条電極３の電極間距離は１００ｍｍとしている。
【０１５２】
次に、ＰＴＣ特性を発現する被反応樹脂と耐液性樹脂と導電体とから混練物Ａを作製し、反応性樹脂と難燃剤とからなる混練物Ｂを作製する。
【０１５３】
そして、両者をさらに混練混合して押出装置に連結されたＴダイまたは熱ロールより押し出してフィルム状に成型する。このようにして高分子抵抗体４が作製される。
【０１５４】
混練物Ａ、混練物Ｂ、両者の混練は、熱ロール、ニーダー、２軸混練機などの装置で行われる。
【０１５５】
高分子抵抗体４の厚みは、特に限定されるものではないが、柔軟性、材料コスト、適正な抵抗値、加重が加わった時の強さの点で２０〜２００μｍが適切であり、望ましくは３０〜１００μｍがよい。
【０１５６】
次に、フィルム状に成型され、押し出された高分子抵抗体４は、予め作製された線条電極３を取り付けた電気絶縁性基材２の線条電極３の存在する面と貼り合わされる。
【０１５７】
次に、接着層８の材料のペレットを押出装置に連結されたＴダイより押し出して電気絶縁性フィルム７上に熱融着により成形したフィルムと張り合わせて面状発熱体１が完成する。
【０１５８】
このように熱融着により線条電極３と高分子抵抗体４、電気絶縁性フィルム７と高分子抵抗体４とがそれぞれ接合されている。
【０１５９】
結果として、線条電極３は電気絶縁性フィルム７と高分子抵抗体４との間に電気的に接続された状態で配置されている。
【０１６０】
高分子抵抗体４は、柔軟性のあるシートまたはフィルムとすることにより、面状発熱体１に外力が加わっても電気絶縁性基材２と同様に高分子抵抗体４自体が外力に応じて伸び
や変形を起こすので高分子抵抗体４の亀裂や破断などの破損が防止され、優れた耐久性を実現する。
【０１６１】
また、高分子抵抗体４をシートまたはフィルム状に形成することにより、印刷膜の高分子抵抗体よりもその膜厚を厚くすることができ、線条電極３との電気的接続および機械的接合の信頼性が高くなる。
【０１６２】
また、高分子抵抗体４は、電気絶縁性基材２よりも伸びが同等かそれ以上とすることが好ましい。
【０１６３】
高分子抵抗体４の伸びを電気絶縁性基材２と同等かそれ以上とすることにより、機械的強度の強い電気絶縁性基材２が外力による伸びや変形を規制することができるのでより優れた耐久性、信頼性が得られる。
【０１６４】
さらに、高分子抵抗体４を線条電極３に熱融着することにより、線条電極３の周囲に高分子抵抗体４の材料が移行し、線条電極３と高分子抵抗体４は点接着ではなく、面接着とすることができる。
【０１６５】
その結果、線条電極３と高分子抵抗体４の機械的接合と電気的接続が強固になり、面状発熱体１として電気的、機械的に安定したものが得られる。
【０１６６】
以上のように構成された面状発熱体１は、座部９や背もたれ１０に、電気絶縁性基材２が表面側になるように配置して用いることが好適である。
【０１６７】
すなわち、電気絶縁性基材２によるクッション性で線条電極３の厚みや固さによる凹凸間が座面で感じられず、着座感や背もたれ感を損なうことがない。
【産業上の利用可能性】
【０１６８】
本発明による面状発熱体は、構成が簡単で、外力による変形に容易に馴染む柔軟性を有する。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、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。また、生産性に優れ低コストが図れるので応用商品の適用範囲が拡大される。
【符号の説明】
【０１６９】
１ 面状発熱体
２ 電気絶縁性基材
３ 線条電極
４ 高分子抵抗体
５ 芯線
６ 導電性被覆
７ 電気絶縁性フィルム
８ 接着層
９ 座部
１０ 背もたれ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、任意の面形状を有する器具に装着可能な柔軟性と高い信頼性とを有する面状発熱体およびそれを用いた座席に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来この種の面状発熱体は、発熱部がベースポリマーと、導電性物質とを溶媒に分散した抵抗体インクを基材に印刷・乾燥・焼成して作製される抵抗体が用いられている（例えば特許文献１、特許文献２、特許文献３参照）。
【０００３】
そして、導電性物質としてカーボンブラック、金属粉末、グラファイトなどが用いられ、ベースポリマーとして結晶性樹脂が用いられる。このような材料によりこの発熱部はＰＴＣ特性を発揮する。
【０００４】
具体的には、図８，９に示すように、電気絶縁性の基材１０１上に一対の櫛形状電極１０２，１０３およびＰＴＣ特性をもつ高分子抵抗体１０４を配置するとともに、それらを被覆材１０５で被覆して面状発熱体１０６としていた。
【０００５】
前記基材１０１はポリエステルフィルムなどの樹脂で作製され、櫛形状電極１０２，１０３がこの基材１０１上に銀ペーストなどの導電性ペーストを印刷・乾燥して形成されている。
【０００６】
高分子抵抗体１０４は、櫛形状電極１０２，１０３により給電される位置に高分子抵抗体インクを印刷・乾燥して形成されている。
【０００７】
基材１０１と同材質の被覆材１０５は櫛形状電極１０２，１０３と高分子抵抗体１０４を保護するものである。
【０００８】
基材１０１、被覆材１０５としてポリエステルフィルムを用いる場合、前記被覆材１０５に、例えば変性ポリエチレンなどの熱融着性樹脂１０７を予め接着しておく。そして、熱を与えながら加圧する。
【０００９】
このようにすることにより、基材１０１と被覆材１０５とが熱融着性樹脂１０７を介して接合される。
【００１０】
被覆材１０５と熱融着性樹脂１０７とは、櫛形状電極１０２，１０３と高分子抵抗体１０４とを外界から隔離する。そのため、面状発熱体１０６は長期信頼性が付与される。
【００１１】
図１０は、被覆材１０５を貼り合わせる加熱加圧の装置を示し、２つの加熱ロール１０８，１０９からなるラミネータ１１０を用いるのが一般的である。
【００１２】
すなわち、櫛状電極１０２，１０３と高分子抵抗体１０４とを予め形成した基材１０１と、熱融着性樹脂１０７を予め接着した被覆材１０５とを供給し、これらを加熱ロール１０８，１０９で加熱加圧する。このようにして面状発熱体１０６が作製される。
【００１３】
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、したがって、面状発熱体１０６が自己温度調節機能を発揮することとなる（例えば、特許文献１参照）。
【００１４】
また、非晶質ポリマー、結晶性ポリマー粒子、導電性カーボンブラック、グラファイトおよび無機充填剤からなるＰＴＣ組成物を有機溶剤に分散させてインクを作製した後、電極を設けた樹脂フィルム上に印刷して高分子抵抗体を作製し、架橋のための熱処理を行い、高分子抵抗体の保護層として樹脂フィルムを積層した面状発熱体も提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【００１５】
さらに、図１１に示すように、柔軟性基材１１２の上に電極１１３，１１４、高分子抵抗体１１５を印刷方式により順次積層し、さらに、柔軟性被覆層１１６を覆設するところの面状発熱体１１７も見受けられる。
【００１６】
柔軟性基材１１２は、ガスバリア性と防水性、高分子抵抗体のインク等の液体を含浸する機能を有しており、長繊維からなるポリエステル不織布とこのポリエステル不織布の表面にポリウレタン系などのホットメルトフィルムを貼り合わせ、面状発熱体１１７としたものとなっている。
【００１７】
一方、柔軟性被覆層１１６は、ガスバリア性、防水性を有し、電極１１３，１１４、高分子抵抗体１１５の全体を被覆しており、ポリエステル不織布とこのポリエステル不織布の表面にポリエステル系などのホットメルトフィルムを貼り合わせた構成であり、柔軟性基材１１２と接着されている。
【００１８】
したがって、この面状発熱体１１７は全部で６層構造の構成となっている（例えば、特許文献３参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１９】
【特許文献１】特開昭５６−１３６８９号公報
【特許文献２】特開平８−１２０１８２号公報
【特許文献３】米国特許第７０４９５５９号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２０】
従来における前者の面状発熱体１０６には、基材１０１としてポリエステルフィルムなどの剛直な材料が用いられている。また、基材１０１の上には印刷された櫛形状電極１０２，１０３、高分子抵抗体１０４および接着層１０７を有する被覆材１０５が存在し、所謂、５層構造となっている。
【００２１】
そのため、基材１０１や被覆材１０５の材質や、その厚さによっては柔軟性に欠ける課題を有していた。すなわち、面状発熱体１０６を自動車用座席の暖房用ヒータに用いる場合に、着座感が損なわれ、ハンドルヒータに用いる場合には手触り感が損なわれる。
【００２２】
また、形状が面状であるため、面の一部に着座などによる荷重が加わった場合、その力が全体に及んで面状発熱体１０６が変形する。
【００２３】
その変形の形状によっては、面状発熱体１０６の端に近いほど変形量が増え、面の一部に折り皺などが生じる。
【００２４】
そして、この折り皺部分で櫛形状電極１０２，１０３や高分子抵抗体１０４に亀裂などが生じ、耐久性が低下する虞がある。
【００２５】
また、通気性のないポリエステルシートなどの基材１０１や被覆材１０５が用いられているため、自動車用座席やハンドルヒータに用いられた場合に湿気がこもりやすく、長時間使用すると着座感や手触り感が損なわれるものであった。
【００２６】
一方、後者の面状発熱体１１７は、電極１１３，１１４、高分子抵抗体１１５、基材１１２および被覆層１１６が柔軟性を有しているため、自動車用座席やハンドルヒータに用いられても着座感や手触り感は良好であるが、面状発熱体１１７が多層構造で構成されるため、生産性が悪く、結果としてコストが高くなるという課題を有する。
【００２７】
また、電極１１３，１１４、高分子抵抗体１１５の全体を被覆している柔軟性被覆層１１６は、ガスバリア性、防水性を有するが、エンジンオイル、有機溶剤、飲料などの化学物質に対する耐性（以下、耐液性と記す）がなく、化学物質よって高分子抵抗体１１５が変質し、抵抗値が変化し安定した発熱性能が得られないという課題を有する。
【００２８】
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、外力が加わっても柔軟性を発揮しやすく、使用感をたかめるとともに、耐久性や信頼性に優れた低コストの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】
【００２９】
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、柔軟性を有する電気絶縁性基材と、前記電気絶縁性基材に取り付けられた主成分が樹脂組成物と導電体とからなる高分子抵抗体と、前記高分子抵抗体と電気的に接続された少なくとも１対の線条電極と、主成分が熱可塑性エラストマーからなる接着層を介して前記高分子抵抗体上に接合されるとともに、汎用樹脂よりも小弾性率の樹脂からなる柔軟性の電気絶縁性フィルムとを具備した構成としたものである。
【発明の効果】
【００３０】
本発明の面状発熱体は、柔軟性、外力からの対変形応力に優れ、オイルなどの液体の化学物質に対しても高い耐性を発揮させることができるもので、優れた耐久性、信頼性、使用感、手触り感を実現することができるとともに、低コストの面状発熱体を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の実施の形態１における面状発熱体を示す平面図
【図２】図１のＸ―Ｙ断面図
【図３】実施の形態１における面状発熱体を取りつけた自動車用座席の透視側面図
【図４】同座席の透視正面図
【図５】粒状導電体を用いた場合のＰＴＣ発現メカニズムを説明する説明図
【図６】同面状発熱体の作用、効果を示す特性図
【図７】同面状発熱体の特性評価装置の概略図
【図８】従来の面状発熱体の透視平面図
【図９】図８のＸ−Ｙ断面図
【図１０】従来の面状発熱体の作製装置の一例の概略構成を示す断面図
【図１１】従来の他の面状発熱体の断面図
【発明を実施するための形態】
【００３２】
第１の発明は、柔軟性を有する電気絶縁性基材と、前記電気絶縁性基材に取り付けられた主成分が樹脂組成物と導電体とからなる高分子抵抗体と、前記高分子抵抗体と電気的に接続された少なくとも１対の線条電極と、前記抵抗体上に主成分が熱可塑性エラストマーからなる接着層を介して接合された電気絶縁性フィルムとを有する構成とすることにより
、従来の面状発熱体の５〜６層構成から４層構造とすることができるので柔軟性を発揮しやすくすることができる。したがって、カーシートヒータとして用いた際に外力を受けても容易に変形し、折り皺が原因で起こる高分子抵抗体の亀裂や剥離を防止することができる。
【００３３】
また、電気絶縁性フィルムは汎用樹脂よりも弾性率の小さな樹脂で形成しているので、柔軟性が高く、カーシートヒータとして用いた際の着座感を良好に保つとともに、樹脂フィルム同士が摺りあったときの音鳴りを防止することができる。
【００３４】
また、面状発熱体は４層の簡素な構成で作製することができるので生産性に優れ、その結果、低コストで生産できる。
【００３５】
さらに、電極は線条で構成されているので従来の複雑な櫛形電極とは異なり、簡素な構成とすることができる。したがって、電極材料の低コスト化が図れるとともに、カーシートヒータとして用いた際に外力が加わっても電極の皺の発生が抑制され、電極の破損を防止することができる。
【００３６】
加えて、電気絶縁性フィルムを設けることにより、エンジンオイル、有機溶剤、飲料などの液体の化学物質が高分子抵抗体を構成する樹脂と接触した場合に起こる樹脂の膨潤や劣化も抑制することができる。その結果、高分子抵抗体の抵抗値の安定性が確保され、面状発熱体として高い耐久性、信頼性が得られる。
【００３７】
第２の発明は、特に、第１の発明の線条電極を、金属導線と金属編組導線の少なくとも１種からなる芯線と、前記芯線の外側に主成分が樹脂組成物と導電体とからなる導電性被覆を有した構成とすることにより、外力が加わっても導電性被覆により芯線の屈曲や圧力を緩和するので、電極の破損を防止し、耐久性の優れた電極を得ることができる。
【００３８】
第３の発明は、特に、第１の発明の柔軟性の電気絶縁性フィルムの弾性率を５００ＭＰａ以下とすることによりカーシートヒータとして用いた際の着座感を良好に保つとともに、樹脂フィルム同士が摺りあったときの音鳴りを防止することができる。
第４の発明は、特に、第１または第３のいずれか１つの発明の面状発熱体の柔軟性の電気絶縁性フィルムを植物由来成分を含むポリマーアロイで構成することにより、面状発熱体が不要になり、廃棄する場合に環境負荷を低減することができる。
【００３９】
第５の発明は、特に、第１の発明の接着層が、（１）ガスの炎で電気絶縁性フィルムの端面をあぶり、６０秒後に前記ガスの炎を消すと、電気絶縁性フィルムは焦げても電気絶縁性フィルム自体は燃えない、（２）ガスの炎で電気絶縁性フィルムの端面をあぶり、電気絶縁性フィルムに一旦火がついても６０秒以内、しかも２インチ以内で消火する、（３）ガスの炎で電気絶縁性フィルムの端面をあぶり、電気絶縁性フィルムに着火しても表面から厚さ１／２インチの領域で、炎が４インチ／分以上の速度で進行しない、という条件の少なくとも１つを満たす難燃性を付与する難燃剤をさらに含むことにより、面状発熱体の難燃性を向上させることができ、ヒータや応用商品の安全性を高めることができる。
【００４０】
第６の発明は、特に、第５の発明の難燃剤を常温で液状、または混練温度で融解する融点を有するものであって、リン系、窒素系、シリコーン系化合物の少なくとも１種を用いることにより、電気絶縁性基材や高分子抵抗体の有する柔軟性を損なうことなく、難燃性を付与することができ、面状発熱体およびその応用商品の安全性を高めることができるとともに、面状発熱体としての機械的な耐久性、信頼性が確保される。
【００４１】
第７の発明は、第１〜第７のいずれかの１つの発明の面状発熱体を座席の暖房用熱源と
して搭載したものであり、具体的には、第８の発明のように、座部および背もたれの少なくとも一方に電気絶縁性基材が表面側になるように配置した構成とすることにより、発熱面を直接座面に接触させることにより座面の温度を速やかに上昇させるとともに、接着層に難燃性を付与した場合、燃焼時における延焼が阻止でき、安全性の高い座席が得られることとなる。
【００４２】
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、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。
【００４３】
（実施の形態１）
図１，２において、面状発熱体１は、電気絶縁性基材２と、第１，第２線条電極３ａ，３ｂ、および高分子抵抗体４とからなる。なお、線条電極をまとめて線条電極３として説明する場合がある。
【００４４】
線条電極３ａ，３ｂは電気絶縁性基材２上にそれぞれが左右対称になるように配置され、糸で部分的に縫い付けられており、金属導線または金属編組導線からなる芯線５の外周に主成分が樹脂組成物と導電体とからなる導電性被覆６を有している。
【００４５】
高分子抵抗体４は線条電極３が配置された電気絶縁性基材２上に、例えばＴダイ押し出し法によりフィルム状に押し出して形成されている。
【００４６】
電気絶縁性フィルム７は高分子抵抗体４を覆うように主成分が熱可塑性エラストマーからなる接着層８を介して設けられており、例えばＴダイ押し出し法により主成分が熱可塑性エラストマーからなる接着層８をフィルム状に押し出して貼り合わせてシート状に成形したものを熱融着によって線条電極３、電気絶縁性基材２に張り合わせている。
【００４７】
面状発熱体１の中央部は、線条電極３、および電気絶縁性基材２に高分子抵抗体４が熱融着された後に打ち抜かれている。
【００４８】
なお、線条電極３ａ，３ｂに電源からの電力を供給するためのリード線は図示していない。
【００４９】
また、中央部の打ち抜きはこの場所に限定されず、例えば、座席の表皮の材料や形状によりこれ以外の場所に設けてもよい。この場合、線条電極３の配線パターンを変更する。
【００５０】
図３，４は前記した面状発熱体１を取りつけた自動車の座席を示している。
【００５１】
面状発熱体１は、暖房用ヒータとして自動車の座席である座部９や、背もたれ１０に取り付けて使用される。座部９や背もたれ１０には座席基材１１と表皮１２が用いられている。
【００５２】
ウレタンパットなどの座席基材１１は、座席に腰掛けた人体による荷重がかかった時に変形し、荷重がかからなくなると形状が復元する。
【００５３】
表皮１２は座席基材１１を覆っている。すなわち、面状発熱体１は座席基材１１に電気絶縁性基材２側を、表皮１３に電気絶縁性フィルム７側を位置させて取り付けられる。
【００５４】
なお、座部９や背もたれ１０の吊り込み部（図示せず）に対応するために、中央部や周縁部に吊り込むための電気絶縁性基材２の延長部（図示せず）が設けられている場合がある。
【００５５】
このように薄い面状発熱体１は変形可能な座席基材１１と表皮１２に沿って配置されている。そのため、面状発熱体１も座部９や背もたれ１０の変形に対応して相似の変形をしなければならない。故に、種々の発熱パターンを設計し、そのための線条電極３の配置形状を変更する必要がある。ここではその詳細は省略する。
【００５６】
相対向するように配置された幅の広い１対の線条電極３は、面状発熱体１の長手方向の外側部沿って配設されている。
【００５７】
線条電極３に重なるように配設された高分子抵抗体４に線条電極３より給電することで、電流が流れて発熱する。
【００５８】
高分子抵抗体４はＰＴＣ特性を有し、温度が上昇すると抵抗値が上昇して、所定の温度になるように自己温度調節機能を有する。すなわち、高分子抵抗体４は面状発熱体１に安全性が高く温度コントロールを不要とする機能を付与する。
【００５９】
高分子抵抗体４のＰＴＣ発現メカニズムは以下のように推察される。
【００６０】
図５は、ＰＴＣ発現メカニズムを説明するためのもので、（ａ）、（ｂ）はカーボンブラックのような粒状導電体１３を用いた場合を示し、（ｃ）、（ｄ）は繊維状導電体１４を用いた場合を示している。そして、（ａ）、（ｃ）の状態から温度が上昇した状態がそれぞれ（ｂ）、（ｄ）である。
【００６１】
導電体としてカーボンブラックのような粒状導電体１３を用いた高分子抵抗体４では、（ａ）のように粒状導電体１３は１次粒子の集合体構造を有し、樹脂組成物１５の中で粒と粒との点接触した状態の導電パスを形成している。
【００６２】
線状電極３ａ，３ｂ間に電流を印加すると、（ｂ）に示すように粒状導電体１３の導電パスにより高分子抵抗体４が発熱し、樹脂組成物１５の比容積が変化することにより敏感に導電パスの切断が起こる。
【００６３】
このようにして急激な抵抗値上昇を有する正の抵抗温度特性が発現される。
【００６４】
一方、導電体として繊維状導電体１４を用いた高分子抵抗体４では、（ｃ）に示すようにカーボンブラックのような１次粒子の集合体構造はないが、繊維状導電体１４の長手方向に重なり合って状態で導電パスを形成している。
【００６５】
この構造においても、線状電極３ａ，３ｂ間に電流を印加すると繊維状導電体１４の導電パスにより高分子抵抗体４が発熱し、樹脂組成物１５の比容積が変化することにより、（ｄ）に示すように敏感に導電パスの切断が起こる。このようにして急激な抵抗値上昇を有する正の抵抗温度特性が発現される。
【００６６】
本実施の形態の高分子抵抗体４は上述のどちらのタイプでも適用することができる。
【００６７】
用いられる導電体としては、粒状導電体１３であれば、上述のカーボンブラックが挙げられ、繊維状導電体１４であれば、酸化チタンに錫メッキしてアンチモンドープした導電性セラミック繊維、チタン酸カリウム系の導電性セラミックウィスカ、銅やアルミニウムなどの金属繊維、表面に導電層が形成された金属メッキガラス繊維、カーボン繊維、カーボンナノチューブ、さらにはポリアニリンなどからなる繊維状の導電性ポリマーが挙げられる。
【００６８】
また、繊維状導電体１４の代わりにフレーク状導電体を用いてもよい。フレーク状導電体としては、表面に導電層が形成されたマイカフレークなどのセラミックフレーク、銅やアルミニウムなどの金属フレーク、さらには鱗片状黒鉛が挙げられる。
【００６９】
上述の導電体は、単独でも２種以上の混合でも用いることが可能で目標とするＰＴＣ特性に応じて適宜選択される。
【００７０】
高分子抵抗体４の樹脂組成物１５は、ＰＴＣ特性の経時変化を抑制し、安定したＰＴＣ特性を再現するために、ＰＴＣを発現する被反応樹脂としてカルボキシル基を有する変性ポリエチレンと被反応樹脂と反応する反応性樹脂としてエポキシ基を有する変性ポリエチレンとを混成したものがよい。
【００７１】
これは、被反応性樹脂の持つカルボニル基が反応性樹脂の持つエポキシ基の酸素と反応して化学結合し、架橋された構造を有することに起因している。
【００７２】
この架橋反応により、被反応性樹脂単独の場合に比べ、熱的安定性を高めることができ、その結果、樹脂組成物１５中での導電体の導電パスの形成、切断する温度が安定する。
【００７３】
この架橋反応は、酸素以外に窒素を介しても起こり得るものである。酸素と窒素の少なくともいずれかを含む官能基を有する反応性樹脂と、これら官能基と反応が可能な官能基を有する被反応性樹脂の組合せであれば架橋反応が起こることになり、樹脂組成物１５を構成する反応性樹脂の反応性官能基と被反応樹脂の官能基との組み合わせとしては、上述のエポキシ基とカルボニル基以外に以下のものがある。
【００７４】
エポキシ基は、上述のカルボン酸のカルボニル基以外に無水マレイン酸基などのカルボニル基、エステル基、水酸基、アミノ基、ビニル基と反応して付加重合する。
【００７５】
これらの官能基を有する被反応樹脂を用いればよい。また、反応性樹脂の官能基としてはエポキシ基以外にオキサゾリン基や無水マレイン酸基を有する反応性樹脂を用いることもできる。
【００７６】
このように樹脂組成物１５は酸素と窒素との少なくともいずれかを介して架橋された構造を有する。
【００７７】
樹脂組成物１５が反応性樹脂とＰＴＣ特性を発現する被反応性樹脂とを含むことにより、反応性樹脂の接着力と結合力により導電体が捕捉され、さらに反応性樹脂と被反応性樹脂との結合力により、繊維状導電体１４による導電パスが安定化する。
【００７８】
自動車用座席に用いられるヒータのように発熱温度が４０〜５０℃と比較的低い場合には、ＰＴＣ特性を発現する被反応樹脂として、低融点の樹脂である変性オレフィン系樹脂、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、エチレンアクリル酸ブチル等のエステル系のエチレンコポリマーを用いることが好ましい。
【００７９】
上述の樹脂組成物１５の被反応性樹脂と反応性樹脂は、それぞれ単独でも複合でも用いることが可能で目標値するＰＴＣ特性に応じて適宜選択される。
【００８０】
また、それ以外に、ＰＴＣ特性の経時変化の許容範囲に応じて、反応性樹脂、被反応性樹脂単独でも用いることも可能である。
【００８１】
また、樹脂組成物１５の架橋反応は反応性樹脂を用いたが、反応性樹脂とは異なる架橋剤を用いることもできる。さらに、電子線などの架橋手段を用いることもできる。その場合は、上述の官能基を持たない被反応性樹脂が適用可能であり、また、反応性樹脂を用いる必要はない。
【００８２】
また、自動車用座席に組み込まれるヒータとして、面状発熱体１は着座感を満足することができる。
【００８３】
着座感は、紙のような音鳴り感がなく、座席表皮材と同等の伸び特性、すなわち５％の伸びに対して７ｋｇｆ以下の荷重であることで満足できる。
【００８４】
また、ＰＴＣ特性のない発熱体に比べて、ＰＴＣ特性を有する面状発熱体１は速熱性と省エネ性とを発揮することができる。
【００８５】
ＰＴＣ特性のない発熱体は、温度制御器を必要し、温度制御器はオン−オフ（ＯＮ−ＯＦＦ）制御で通電を制御して発熱温度を制御している。
【００８６】
特に、線条発熱線を用いたＰＴＣ特性のない発熱体の場合、線条発熱線間の低温部を回避するため、ＯＮ時の発熱体温度を約８０℃まで上昇させており、表皮１２とはある程度の距離をおいて配置する必要がある。
【００８７】
これに対し本実施の形態の面状発熱体１では、発熱体温度が４０℃〜４５℃の範囲に自己制御される。そのため、表皮１２の近傍に近接して配置することができる。
【００８８】
面状発熱体１は発熱体温度が低く、表皮１２の近傍に配置されることより、速熱性と外部への放熱ロスを低減できる。そのため省エネルギー性を実現できる。
【００８９】
上述したように、本実施の形態の面状発熱体１は、従来の面状発熱体が基材と電極と高分子抵抗体と熱融着性樹脂と被覆材との５〜６層構造で構成されているのに対して、電気絶縁性基材２と高分子抵抗体４と１対の線条電極３と電気絶縁性フィルム７との４層構造で構成している。
【００９０】
この簡素な構成により、外力が加わってもその外力の規制が少なくなるので柔軟性を発揮しやすくなる。
【００９１】
したがって、自動車用座席のヒータとして用いた際に外力を受けても柔軟性が高いので容易に変形し、従来のように折り皺が原因で起こる高分子抵抗体の亀裂や剥離が防止される。
【００９２】
また、面状発熱体１は４層の簡素な構成で作製することができるので生産性に優れ、かつ面状発熱体１を構成する材料費が少なくなる。その結果、低コストで生産できる。
【００９３】
また、電極３は線条で構成されているので従来の複雑な櫛形電極とは異なり、簡素な構成とすることができる。
【００９４】
したがって、電極材料の低コスト化が図れるとともに、カーシートヒータとして用いた際に外力が加わっても電極の皺の発生が抑制され、電極の破損を防止することができ、耐久性に優れた面状発熱体１が得られる。
【００９５】
電気絶縁性基材２は、例えばポリエステル繊維で作製されたニードルパンチタイプの不織布が用いられる。これ以外にポリエステル織布を用いてもよい。これらの電気絶縁性基材２は、面状発熱体１に柔軟性を付与し、外力が加わっても容易に変形して自動車用座席のヒータとして用いた際の着座感を向上させる。
【００９６】
特に、線条電極３を縫製により取り付ける場合は、縫製による電気絶縁性基材２の針孔から発生する亀裂の防止や柔軟性の点で上記の不織布、織布が最適である。
【００９７】
また、電気絶縁性フィルム７は表皮１２側に設けられているので座席にエンジンオイル、有機溶剤、飲料などが誤ってこぼされた場合でも、液体の化学物質が高分子抵抗体を構成する樹脂と接触した場合に起こる樹脂の膨潤や劣化を抑制することができる。
【００９８】
その結果、高分子抵抗体の抵抗値の安定性が確保され、面状発熱体として高い耐久性、信頼性が得られる。
【００９９】
耐液性とは、無極性オイルであるエンジンオイルや極性オイルであるブレーキオイル等のオイル類や、低分子溶剤であるシンナーなどの有機溶剤等の液体の化学物質が接触した時の抵抗値安定性が高いことを意味している。
【０１００】
上述の液体の化学物質が高分子抵抗体４と接触すると、その樹脂組成物は容易に膨潤して比容積が変化し、導電体の導電パスが切断されて抵抗値が上昇する傾向を示す。
【０１０１】
この現象は熱による比容積の変化（ＰＴＣ特性）と同様である。しかしながら、高分子抵抗体４の樹脂組成物が液体の化学物質で膨潤した場合、初期の抵抗値に回復しないか、あるいは回復に時間を要し、発熱性能が低下する。
【０１０２】
電気絶縁性フィルム７はこれを防止するために設けられている。液体の化学物質が浸透してくる方向が電気絶縁基材２側となるように面状発熱体１を配置することにより、電気絶縁性基材２に貼り付けている電気絶縁性フィルム７が液体の化学物質と接触を防止し、その結果、高分子抵抗体４の抵抗値の安定性が確保され、面状発熱体１として高い耐久性、信頼性が得られる。
【０１０３】
電気絶縁性フィルム７の膜厚は、面状発熱体１の柔軟性の点から薄い方が好ましいが、耐液性の性能確保の点から５〜１００μｍの範囲で使用される。
【０１０４】
さらに、生産性、コストを考慮すると１０〜５０μｍが好ましい。
【０１０５】
電気絶縁性フィルム７を設けた面状発熱体１と電気絶縁性フィルムのない面状発熱体に、上述の液体の化学物質を滴下して２４時間後に通電を２４時間行い、その後室温に２４時間放置した場合の試験前後の抵抗値は、電気絶縁性フィルム７のない面状発熱体は２００〜３００倍増加したのに対し、電気絶縁性フィルム７を設けた面状発熱体１はいずれの液体の化学物質においても１．３〜２倍の増加であり、良好な結果を得た。
【０１０６】
この結果より、電気絶縁性フィルム７を設けることにより、エンジンオイル、有機溶剤、飲料などの液体の化学物質による高分子抵抗体４を構成する樹脂組成物の膨潤を抑制していることがわかる。
【０１０７】
これにより、高分子抵抗体４の抵抗値の安定性が確保され、面状発熱体１として高い耐久性、信頼性が得られる。
【０１０８】
電気絶縁性フィルム７の材料としては、エチレン−ビニルアルコール共重合体、熱可塑性ポリエステル樹脂、ポリアミド樹脂、ポリプロピレン樹脂、アイオノマーを単独もしくは組み合わせて用いることができるが、これらの汎用樹脂は、弾性率が１０００ＭＰａ以上と高く、着座感を良好に保つためには、５〜２０μｍの薄いフィルムが好ましい。
【０１０９】
しかし、この程度に薄くても、樹脂フィルム同士が擦れ合うときに生じる音鳴りは完全には抑制できない。
【０１１０】
また、樹脂フィルムは薄くなりすぎると、取り扱いが難しくなる。
【０１１１】
着座感や、音鳴りを防止は、電気絶縁性フィルム７として上記汎用樹脂よりも弾性率の小さな樹脂を適用することで実現することができる。
【０１１２】
弾性率が約５００ＭＰａ以下であれば着座感や、音鳴り防止を満足することができ、これを実現する材料としては軟質ＰＶＣやポリアロイ樹脂フィルムが利用できる。
【０１１３】
特に、ポリアロイ樹脂フィルムとして東レ（株）のナノアロイフィルムは好適である。ナノアロイフィルムは弾性率が１００〜２００ＭＰａと小さく、フィルム厚さが１００μｍでも着座感は良好であり、音鳴りも見られなかった。
【０１１４】
面状発熱体１は電気絶縁性基材２、線条電極３、高分子抵抗体４、接着層８、電気絶縁性フィルム７の積層一体構成であり、面状発熱体１が不要になった場合は、分解不可能で廃棄することになる。
【０１１５】
この点から、軟質ＰＶＣは使用しにくい。ナノアロイフィルムは植物由来成分を含むポリエステル系ポリマーアロイであり、廃棄時の環境負荷を低減することができる。
【０１１６】
自動車用座席に用いられるヒータは米国自動車用内装材難燃規格ＦＭＶＳＳ３０２規格の難燃性を満足する必要があり、具体的には以下の条件のいずれかを満たせば難燃性が実現可能となる。
【０１１７】
（１）ガスの炎で試験品の端面をあぶり、６０秒後に前記ガスの炎を消すと、高分子抵抗体４は焦げても試験品自体は燃えない。
【０１１８】
（２）ガスの炎で試験品の端面をあぶり、試験品に一旦火がついても６０秒以内、しかも２インチ以内で消火する。
【０１１９】
（３）ガスの炎で試験品の端面をあぶり、試験品に着火しても表面から厚さ１／２インチの領域で、炎が４インチ／分以上の速度で進行しない。
【０１２０】
以上の難燃性は、電気絶縁性基材２、高分子抵抗体４や導電性被覆７、接着層８に付与することが望ましく、これは難燃剤を含有させることで実現できる。
【０１２１】
難燃剤としては、リン酸アンモニウムやトリクレジルホスフェートなどのリン系難燃剤や、メラミン、グアニジン、グアニル尿素などの窒素系難燃剤や、シリコーン系化合物の単独あるいはこれらの組み合わせで用いることができる。
【０１２２】
また、水酸化マグネシウムや三酸化アンチモンなどの無機系難燃剤や臭素系や塩素系などのハロゲン系難燃剤を用いることができる。
【０１２３】
これらの難燃剤を高分子抵抗体４や導電性被覆７、電気絶縁性基材２に含有させることにより、上述の難燃性の条件が満たされ、面状発熱体１として優れた難燃性が実現するため、自動車用座席のヒータなどの面状発熱体１やその応用商品の安全性を高めることができる。
【０１２４】
また、難燃剤は、特に、常温で液状、または混練温度で融解する融点を有するものがよく、リン系、窒素系、シリコーン系化合物の少なくとも１種を用いることにより、樹脂組成物３３の柔軟性を高くすることができ、その結果、高分子抵抗体４も柔軟性を向上させることができる。
【０１２５】
これにより、電気絶縁性基材２の有する柔軟性を損なうことがなく、難燃性を付与することができ、面状発熱体１としての機械的な耐久性、信頼性が確保される。
【０１２６】
難燃剤の添加量は導電性被覆７の組成全体で決定される。難燃剤が少なくなると難燃性が劣り、上述の難燃性の条件を満足しない。その点から、難燃剤の添加量は高分子抵抗体５の組成物に対して、５重量％以上であればよい。
【０１２７】
しかしながら、難燃剤の添加量が多くなると、樹脂組成物１４と導電体の組成バランスが悪くなり、導高分子抵抗体４の比抵抗が高くなることやＰＴＣ特性が悪くなるため、好ましくは１０〜３０重量％、最良は１５〜２５重量％の範囲である。
【０１２８】
また、電極３は線条で構成されているので従来の複雑な櫛形電極とは異なり、簡素な構成とすることができる。したがって、電極材料の低コスト化が図れるとともに、自動車用座席のヒータとして使用した際に外力が加わっても電極３の皺の発生が抑制され、その破損を防止することができ、耐久性に優れた面状発熱体１が得られる。
【０１２９】
線条電極３は、金属導線と金属編組導線の少なくとも１種で構成される。これらの材料は、電気基材絶縁性２への縫製加工が容易であり、生産性が高い。また、金属導線、金属編組導線の材質、形状の選択範囲が広がる。また、金属導線、金属編組導線は可撓性に優れ、かつ機械的強度が高いので面状発熱体の伸び、屈曲、変形などを繰り返しても長期にわたり耐え得る。
【０１３０】
線条電極３の抵抗はできるだけ低く、線条電極３での電圧ドロップが小さいことが好ましい。
【０１３１】
線条電極３は、面状発熱体１に印加する電圧の電圧ドロップが１Ｖ以下となる抵抗値が適しており、抵抗値で表現すれば１Ω／ｍ以下がよい。
【０１３２】
また、線条電極３の線径は、大きいと面状発熱体１に凹凸が形成され、着座感が損なわれるため、直径１ｍｍ以下が好ましく、さらに、より快適な着座感を実現するには直径０．５ｍｍ以下がよい。
【０１３３】
この抵抗値を実現する材料は、銅、錫メッキを施した銅、銅−銀合金の単線、撚り線、編組線が挙げられる。特に、機械的強度の点では引っ張り強度の高い銅−銀のそれらを用いることが好ましい。
【０１３４】
線条電極３は、主成分が樹脂組成物と導電体とからなる導電性被覆６を有している。樹脂組成物としては、高分子抵抗体４と同様、変性オレフィン系樹脂、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、エチレンアクリル酸ブチル等のエステル系のエチ
レンコポリマーや上述した反応性樹脂と、それぞれ単独もしくは複合でも用いることが可能である。
【０１３５】
また、導電性を付与する導電体としては、カーボンブラック、グラファイト、酸化チタンに錫メッキしてアンチモンドープした導電性セラミック繊維、チタン酸カリウム系の導電性セラミックウィスカ、銅やアルミニウムなどの金属繊維、表面に導電層が形成された金属メッキガラス繊維、カーボン繊維、カーボンナノチューブ、さらにはポリアニリンなどからなる繊維状の導電性ポリマー、表面に導電層が形成されたマイカフレークなどのセラミックフレーク、銅やアルミニウムなどの金属フレーク、さらには鱗片状黒鉛などを用いることができる。
【０１３６】
線条電極３は、電気絶縁性基材２にミシン等で縫製されて取り付けられる。この方法で作製された構成によると、線条電極３は、電気絶縁性基材２に強固な固定と電気絶縁性基材２の変形に追従した変形が可能となり、機械的信頼性が向上する。
【０１３７】
また、電気絶縁性基材２への縫製は、糸によって行われるので電極材料や形状の選択範囲が広がる。
【０１３８】
さらに、線条電極３は、従来の複雑な櫛形電極とは異なり、少なくとも直線状の１対の形状の簡素な構成とすることができるので材料費が廉価で低コスト化が図れる。
【０１３９】
また、自動車用座席のヒータとして用いた際に外力が加わっても線条電極３の皺の発生が抑制され、電極の破損が防止される。
【０１４０】
また、線条電極３に導電性被覆を有した構成とすることにより、外力加えられた場合、特に屈曲などの過酷なストレスが加えられても線条電極３を保護し、その断線を防止することができる。
【０１４１】
さらに、電気絶縁性フィルム７は線条電極３、高分子抵抗体４覆うように設けられているので、線条電極３、高分子抵抗体４の保護効果を高めることができる。
【０１４２】
特に、図３，４に示すように面状発熱体１が自動車用座席に用いられた場合などは、人の荷重による強いストレスがかかるため線条電極３の耐久性が必要となってくる。
【０１４３】
図６は線条電極３の屈曲に対する耐久性を評価した結果である。図７に示すようにヘッド１６と台１７との間に線条電極３を縫製した電気絶縁性基材２を設置し、電気絶縁性基材２の両端を固定してヘッド１６を上下させて１８０°屈曲させ、線条電極３の抵抗値の変化から耐久性を評価した。
【０１４４】
図６において、抵抗値の変化率の増加は、線条電極の断線が進行していることを示す。線条電極は直径０．０６ｍｍの素線１９本の撚り線のみの場合（Ａ）と、同撚り線に導電性被覆６を設けた場合（Ｂ）について評価した。撚り線のみの場合（Ａ）は屈曲回数約２０００回程度で抵抗値が増大しているのに対し、撚り線に導電性被覆６を設けた場合（Ｂ）は約１００００回まで変化が無く、導電性被覆６によって屈曲に対する耐久性が大幅に改善されている。
【０１４５】
さらに、電気絶縁性基材２、導電性被覆６を設けた線条電極３、高分子抵抗体４上に接着層８を介して電気絶縁性フィルム７を設けた（Ｃ）の場合では、３００００回以上まで変化が無く、屈曲に対する耐久性がさらに改善されている。
【０１４６】
ここで、電気絶縁性フィルム７として厚さ５０μｍの東レ（株）製ナノアロイフィルムを用いた。図５に示すように、面状発熱体１がカーシートとして用いられた場合などは、電気絶縁性フィルム７によって人の荷重による屈曲などの過酷なストレスが加えられても線条電極３を保護し、線条電極３の断線を防止することができる。
【０１４７】
さらに、電気絶縁性フィルム７によって面状発熱体１表面に電気絶縁性を付与することができ、安全性がさらに向上する。
【０１４８】
電気絶縁性基材２は、例えばポリエステル繊維で作製されたニードルパンチタイプの不織布が用いられる。これ以外にポリエステル織布を用いてもよい。
【０１４９】
これらの電気絶縁性基材２は、面状発熱体１に柔軟性を付与し、外力が加わっても容易に変形して自動車用座席のヒータとして用いた際の着座感を向上させる。特に、線条電極３を縫製により取り付ける場合は、縫製による電気絶縁性基材２の針孔から発生する亀裂の防止や柔軟性の点で上記の不織布、織布が最適である。
【０１５０】
次に、面状発熱体１の作製方法について一例を述べる。
【０１５１】
先ず、ポリエステル繊維の不織布からなる電気絶縁性基材２に直径０．０６μｍの銅―銀合金線１９本を撚り線化したものを用い、ポリエステルの糸でミシンで縫製し、線条電極３を形成する。この時の１対の線条電極３の電極間距離は１００ｍｍとしている。
【０１５２】
次に、ＰＴＣ特性を発現する被反応樹脂と耐液性樹脂と導電体とから混練物Ａを作製し、反応性樹脂と難燃剤とからなる混練物Ｂを作製する。
【０１５３】
そして、両者をさらに混練混合して押出装置に連結されたＴダイまたは熱ロールより押し出してフィルム状に成型する。このようにして高分子抵抗体４が作製される。
【０１５４】
混練物Ａ、混練物Ｂ、両者の混練は、熱ロール、ニーダー、２軸混練機などの装置で行われる。
【０１５５】
高分子抵抗体４の厚みは、特に限定されるものではないが、柔軟性、材料コスト、適正な抵抗値、加重が加わった時の強さの点で２０〜２００μｍが適切であり、望ましくは３０〜１００μｍがよい。
【０１５６】
次に、フィルム状に成型され、押し出された高分子抵抗体４は、予め作製された線条電極３を取り付けた電気絶縁性基材２の線条電極３の存在する面と貼り合わされる。
【０１５７】
次に、接着層８の材料のペレットを押出装置に連結されたＴダイより押し出して電気絶縁性フィルム７上に熱融着により成形したフィルムと張り合わせて面状発熱体１が完成する。
【０１５８】
このように熱融着により線条電極３と高分子抵抗体４、電気絶縁性フィルム７と高分子抵抗体４とがそれぞれ接合されている。
【０１５９】
結果として、線条電極３は電気絶縁性フィルム７と高分子抵抗体４との間に電気的に接続された状態で配置されている。
【０１６０】
高分子抵抗体４は、柔軟性のあるシートまたはフィルムとすることにより、面状発熱体１に外力が加わっても電気絶縁性基材２と同様に高分子抵抗体４自体が外力に応じて伸び
や変形を起こすので高分子抵抗体４の亀裂や破断などの破損が防止され、優れた耐久性を実現する。
【０１６１】
また、高分子抵抗体４をシートまたはフィルム状に形成することにより、印刷膜の高分子抵抗体よりもその膜厚を厚くすることができ、線条電極３との電気的接続および機械的接合の信頼性が高くなる。
【０１６２】
また、高分子抵抗体４は、電気絶縁性基材２よりも伸びが同等かそれ以上とすることが好ましい。
【０１６３】
高分子抵抗体４の伸びを電気絶縁性基材２と同等かそれ以上とすることにより、機械的強度の強い電気絶縁性基材２が外力による伸びや変形を規制することができるのでより優れた耐久性、信頼性が得られる。
【０１６４】
さらに、高分子抵抗体４を線条電極３に熱融着することにより、線条電極３の周囲に高分子抵抗体４の材料が移行し、線条電極３と高分子抵抗体４は点接着ではなく、面接着とすることができる。
【０１６５】
その結果、線条電極３と高分子抵抗体４の機械的接合と電気的接続が強固になり、面状発熱体１として電気的、機械的に安定したものが得られる。
【０１６６】
以上のように構成された面状発熱体１は、座部９や背もたれ１０に、電気絶縁性基材２が表面側になるように配置して用いることが好適である。
【０１６７】
すなわち、電気絶縁性基材２によるクッション性で線条電極３の厚みや固さによる凹凸間が座面で感じられず、着座感や背もたれ感を損なうことがない。
【産業上の利用可能性】
【０１６８】
本発明による面状発熱体は、構成が簡単で、外力による変形に容易に馴染む柔軟性を有する。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、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。また、生産性に優れ低コストが図れるので応用商品の適用範囲が拡大される。
【符号の説明】
【０１６９】
１ 面状発熱体
２ 電気絶縁性基材
３ 線条電極
４ 高分子抵抗体
５ 芯線
６ 導電性被覆
７ 電気絶縁性フィルム
８ 接着層
９ 座部
１０ 背もたれ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
柔軟性を有する電気絶縁性基材と、前記電気絶縁性基材に取り付けられた主成分が樹脂組成物と導電体とからなる高分子抵抗体と、前記高分子抵抗体と電気的に接続された少なくとも１対の線条電極と、主成分が熱可塑性エラストマーからなる接着層を介して前記高分子抵抗体上に接合されるとともに、汎用樹脂よりも小弾性率の樹脂からなる柔軟性の電気絶縁性フィルムとを具備した面状発熱体。
【請求項２】
線条電極は、金属導線と金属編組導線の少なくとも１種からなる芯線の外側に主成分が樹脂組成物と導電体とからなる導電性被覆を覆設して構成した請求項１に記載の面状発熱体。
【請求項３】
電気絶縁性フィルムの弾性率を５００ＭＰａ以下に設定した請求項１記載の面状発熱体。
【請求項４】
電気絶縁性フィルムは、植物由来成分を含むポリマーアロイからなる請求項１または３記載の面状発熱体。
【請求項５】
接着層は、以下の条件の少なくとも１つを満たす難燃特性の難燃剤を有する請求項１記載の面状発熱体。
（１）ガスの炎で前記接着層の端面をあぶり、６０秒後に前記ガスの炎を消すと、前記接着層は焦げても前記電気絶縁性基材自体は燃えない。
（２）ガスの炎で前記接着層の端面をあぶり、前記接着層に一旦火がついても６０秒以内、しかも２インチ以内で消火する。
（３）ガスの炎で前記接着層の端面をあぶり、前記接着層に着火しても表面から厚さ１／２インチの領域で、炎が４インチ／分以上の速度で進行しない。
【請求項６】
難燃剤は、常温で液状、または混練温度で融解する融点を有するものであって、リン系、窒素系、シリコーン系化合物の少なくとも１種からなる請求項５記載の面状発熱体。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか１項記載の面状発熱体を暖房用熱源として装着した座席。
【請求項８】
座部および背もたれの少なくとも一方に電気絶縁性基材が表面側になるように面状発熱体を配置した請求項７記載の座席。
【請求項１】
柔軟性を有する電気絶縁性基材と、前記電気絶縁性基材に取り付けられた主成分が樹脂組成物と導電体とからなる高分子抵抗体と、前記高分子抵抗体と電気的に接続された少なくとも１対の線条電極と、主成分が熱可塑性エラストマーからなる接着層を介して前記高分子抵抗体上に接合されるとともに、汎用樹脂よりも小弾性率の樹脂からなる柔軟性の電気絶縁性フィルムとを具備した面状発熱体。
【請求項２】
線条電極は、金属導線と金属編組導線の少なくとも１種からなる芯線の外側に主成分が樹脂組成物と導電体とからなる導電性被覆を覆設して構成した請求項１に記載の面状発熱体。
【請求項３】
電気絶縁性フィルムの弾性率を５００ＭＰａ以下に設定した請求項１記載の面状発熱体。
【請求項４】
電気絶縁性フィルムは、植物由来成分を含むポリマーアロイからなる請求項１または３記載の面状発熱体。
【請求項５】
接着層は、以下の条件の少なくとも１つを満たす難燃特性の難燃剤を有する請求項１記載の面状発熱体。
（１）ガスの炎で前記接着層の端面をあぶり、６０秒後に前記ガスの炎を消すと、前記接着層は焦げても前記電気絶縁性基材自体は燃えない。
（２）ガスの炎で前記接着層の端面をあぶり、前記接着層に一旦火がついても６０秒以内、しかも２インチ以内で消火する。
（３）ガスの炎で前記接着層の端面をあぶり、前記接着層に着火しても表面から厚さ１／２インチの領域で、炎が４インチ／分以上の速度で進行しない。
【請求項６】
難燃剤は、常温で液状、または混練温度で融解する融点を有するものであって、リン系、窒素系、シリコーン系化合物の少なくとも１種からなる請求項５記載の面状発熱体。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか１項記載の面状発熱体を暖房用熱源として装着した座席。
【請求項８】
座部および背もたれの少なくとも一方に電気絶縁性基材が表面側になるように面状発熱体を配置した請求項７記載の座席。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２０１１−３３３０（Ｐ２０１１−３３３０Ａ）
【公開日】平成２３年１月６日（２０１１．１．６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１４３８６２（Ｐ２００９−１４３８６２）
【出願日】平成２１年６月１７日（２００９．６．１７）
【出願人】（０００００５８２１）パナソニック株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１月６日（２０１１．１．６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年６月１７日（２００９．６．１７）
【出願人】（０００００５８２１）パナソニック株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
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