説明

面状発熱体

【課題】本発明は、エッジ部でのPTC導電性インキの裂け目が生じず、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3aと、基板3a上に形成される薄肉かつ高導電性の複数の電極ブロック2a、2bと、電極ブロック2a、2bに接続するように塗布・乾燥して形成される抵抗体6とを備え、抵抗体6は塗布・乾燥により所定の導電性の抵抗体6を形成するが、塗布前には電気絶縁性を示す抵抗体ペーストであり、抵抗体ペーストに少なくとも帯電を防止するだけの導電性を付与する導電性付与剤を添加してなる構成としている。

【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、特に電極、抵抗体が塗布・乾燥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上に導電性銀ポリマーを印刷して得られる一対の導電性母線23a、23bと各母線23a、23bから垂直に伸び互いに間隔を隔てて平行に印刷して櫛形電極を形成する導体通路24a、24bが設けられ、その上にPTC導電性インキを図6に示すように、導体通路24a、24bを覆うように印刷、乾燥して抵抗体25を形成し、その結果、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導電性インキは、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、溶剤と混合させてインキにしている(例えば、特許文献1参照)。
【0004】
印刷方式としては、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自由度から、この種の面状発熱体21ではスクリーン印刷が望ましい。
【0005】
スクリーン印刷は、図7に示すようにスクリーン版40上に戴置されたインキ41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が移動し、スキージ42の移動後にスクリーン版40のスクリーン43が徐々に離れる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している微小孔(メッシュ)を通して電気絶縁性基板22に付着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導電性インキを導体通路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のエッジ部27に加熱領域26のスリット状の裂け目29が発生することがある。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は発熱せず、また裂け目29が大きく、導体通路24a、24bとの接続箇所30が小さいと、その接続箇所30に電流が集中するために異常発熱が発生するという課題があった。
【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、その一つとして静電気による帯電が考えられる。
【0010】
例えば、エボナイト棒を布で擦った場合、静電気によってエボナイト棒が帯電するのはよく知られている。また、パイプ内を流れる液体やフィルターを通過する液体、気体もパイプと液体の擦れ、あるいはフィルターと液体、気体との擦れによって液体や気体が帯電する。
【0011】
同じように、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に押し当てながら移動させるので、スキージ42とスクリーン版40との間で摩擦帯電が起こる。その時、スキージ42がスクリーン版40に押し当たっている部分ではスクリーン版40と電気絶縁性基板22が接触しているため、電気絶縁性基板22も帯電する。特に、電気絶縁性基板22上に前もって印刷・乾燥されている導体通路24a、24bは導電体となっているが、導電性母線23a、23bおよび導体通路24a、24bはアースされていないため、集電効果により電気絶縁性基板22上の導電性母線23a、23bおよび導体通路24a、24bが印刷・乾燥されていない箇所より帯電量が多くなる。
【0012】
PTC導電性インキの導電性の意味するところは、印刷・乾燥した後にEVA樹脂とカーボンブラックの混合物が残り、カーボンブラックが導電経路を形成するためであり、インキの状態では溶剤中にEVA樹脂とカーボンブラック粒子が浮遊している状態でカーボンブラックによる導電経路が形成されないため、インキとしては電気絶縁物となっている。そのため、PTC導電性インキも帯電することになる。
【0013】
PTC導電性インキのスクリーン印刷後、面状発熱体21が印刷ベース44上に静置状態であれば、電気絶縁性基板22、導電性母線23a、23b、導体通路24a、24bは、PTC導電性インキが帯電していても各部材の表面に(−)電荷と(+)電荷が混在している電気二重層の状態になっており、見た目には帯電していないように見える。
【0014】
しかし、乾燥させるために、印刷ベース44から面状発熱体21を離した瞬間、(−)電荷、(+)電荷が移動する。(−)電荷、(+)電荷の移動方向は定かではないが、例えば、電気絶縁性基板22の印刷反対面に(+)電荷が移動すると、印刷面、すなわち導電通路24a、24bには(−)電荷が移動して(−)帯電し、PTC導電性インキの溶剤に(+)電荷が移動して(+)帯電し、EVA樹脂およびカーボンブラック粒子に(−)電荷が移動して(−)帯電することとなる。
【0015】
したがって、面状発熱体21が印刷ベース44上に静置している間は導電通路 24a、24bを覆う形でPTC導電性インキが付着しているが、面状発熱体21が印刷ベース44から離れると導電通路24a、24bのエッジ部27からEVA樹脂およびカーボンブラック粒子が電気的反発により離れていってしまう。その結果、裂け目29が発生することとなる。
【0016】
裂け目29が必ずしも導電通路24a、24bの全てに起こるものでなく、部分的に発生することがあるのは、導電通路24a、24bの全てに均一に電荷が移動し均一に帯電するわけではなく、また、PTC導電性インキの方も均一に帯電するわけではないためであると考えられる。特に、面状発熱体21が印刷ベース44から離れる際に、導電通路24aのうちの1本が最後に離れるようなことがあれば、その1本の導電通路24aに電荷が集中するので、その部分に裂け目29が発生しやすくなる。
【0017】
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)によってインキの膜厚が変動し、この膜厚の変動によってPTC導
電性インキの印刷・乾燥によって得られる抵抗体25の抵抗値も変動する。
【0018】
すなわち、印圧が弱ければインキの膜厚は厚くなって抵抗体25の抵抗値は低くなり、印圧が強ければインキ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、PTC導電性インキの比抵抗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わけであるが、例えば、エッジ部での裂け目29が印圧の小さいところで発生してしまうならば、面状発熱体21の抵抗値調整ができなくなってしまい、面状発熱体21の製造に重大な支障を来たすこととなる。
【0019】
また、面状発熱体21において、導電性母線23a、23bと導電通路24a、24bを別々に印刷し、導電通路24a、24bを印刷・乾燥した後にPTC導電性インキを印刷するような場合、あるいは、図9に示すように、電気絶縁性基板34に形成した電極32a、32bを覆うようにしてPTC導電性インキ33を印刷して、小さな面状発熱体31を1回の印刷で多数作製するような場合は、電極32a、32bが完全に独立しているので、帯電量のばらつきも大きく、エッジ部での裂け目の発生確率は高くなり、発生する個数も多くなる。図5に示す面状発熱体のような場合、導電性母線23a、23bと各導電通路24a、24bが同時に形成されていれば、各導電通路24a、24bに発生した電荷は導電性母線23a、23bを通してある程度移動するので、前述したように均一ではないにしろ、各導電通路24a、24bの帯電量のばらつきを抑えるようになっているが、導電通路24a、24bが独立していれば、電荷の移動ができないので、帯電量の多い導電通路、帯電量の少ない導電通路はそのままの状態で帯電量のばらつきは大きい。
【0020】
本発明は、前記従来の面状発熱体に発生する課題を解決するもので、エッジ部でのPTC導電性インキの裂け目が生じず、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。
【課題を解決するための手段】
【0021】
前記課題を解決するために、様々に試行錯誤を繰返し本考案に至ったものである。
【0022】
すなわち、本発明の面状発熱体は、電気絶縁性基板と、前記電気絶縁性基板上に形成される薄肉かつ高導電性を有する複数の電極ブロックと、前記電極ブロックに接続するように塗布・乾燥して形成される抵抗体とを備え、前記抵抗体は、塗布前には電気絶縁性を示す抵抗体ペーストであり、前記抵抗体ペーストに少なくとも帯電を防止するだけの導電性を付与する導電性付与剤を添加してなり、塗布・乾燥により所定の導電性の抵抗体を形成する構成としている。
【0023】
したがって、抵抗体ペーストを電極ブロックのエッジ部を覆うように塗布した時、抵抗体ペーストには帯電を防止するだけの導電性を付与する導電性付与剤を添加しているので、抵抗体ペーストの帯電量は極めて小さくなり、電極ブロックのエッジ部での電気的反発がなくなり、スリット状の裂け目は生じることなく、抵抗体が発熱しないとか部分的に異常発熱が発生するとかの不具合は発生せず、面状発熱体は均一に発熱することができる。
【発明の効果】
【0024】
本発明の面状発熱体によれば、抵抗体ペーストに少なくとも帯電を防止だけの導電性を付与する導電性付与剤を添加しているので、抵抗体ペーストの帯電量は極めて小さくなり、電極ブロックのエッジ部での電気的反発がなくなり、スリット状の裂け目は生じることなく、抵抗体が発熱しないとか部分的に異常発熱が発生するとかの不具合は発生せず、面状発熱体は均一に発熱することができる。
【図面の簡単な説明】
【0025】
【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】(a)、(b)同実施の形態1における面状発熱体の製造手順を示す図
【図3】本発明の実施の形態2における面状発熱体の構成を示す平面図
【図4】(a)、(b)、(c)同実施の形態2における面状発熱体の製造手順を示す図
【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スクリーン印刷の説明図
【図8】従来の面状発熱体の印刷状態断面図
【図9】従来の他の面状発熱体の平面図
【発明を実施するための形態】
【0026】
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形成される薄肉かつ高導電性を有する複数の電極ブロックと、前記電極ブロックに接続するように塗布・乾燥して形成される抵抗体とを備え、前記抵抗体は、塗布前には電気絶縁性を示す抵抗体ペーストであり、前記抵抗体ペーストに少なくとも帯電を防止するだけの導電性を付与する導電性付与剤を添加してなり、塗布・乾燥により所定の導電性の抵抗体を形成するものである。
【0027】
これにより、抵抗体ペーストを電極ブロックのエッジ部を覆うように塗布した時、抵抗体ペーストには帯電を防止するだけの導電性を付与する導電性付与剤を添加しているので、抵抗体ペーストの帯電量は極めて小さくなり、電極ブロックのエッジ部での電気的反発がなくなり、スリット状の裂け目は生じることなく、抵抗体が発熱しないとか部分的に異常発熱が発生するとかの不具合は発生せず、面状発熱体は均一に発熱することができる。
【0028】
第2の発明は、特に第1の発明において、複数の電極ブロックは、それぞれ抵抗体と接続される複数の接続電極と、前記抵抗体とは接続されず前記接続電極と電気的に接続される給電電極とからなり、前記給電電極は、前記抵抗体ペーストの塗布・乾燥はが形成された後に形成されるものである。
【0029】
これにより、第1の発明における効果に加えて、抵抗体と接続される接続電極は一つ一つ独立しており給電電極と別に形成できるため、給電電極よりも薄肉に形成することができ、抵抗体ペーストが塗布される接続電極の静電気による帯電量を減少させることができる。また、小さな面状発熱体を一度に多数作製することができ、生産の効率化を図ることができる。
【0030】
第3の発明は、特に第1または第2の発明の抵抗体ペーストの塗布をスクリーン印刷によって行うものである。
【0031】
これにより、第1または第2の発明における効果に加えて、スクリーン版に対するスキージの印刷圧力を調整することができるため、印刷された抵抗体ペーストの静電気による帯電量を減少させることができる。
【0032】
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。
【0033】
(実施の形態1)
図1,2を用いて、第1の実施の形態について説明する。
【0034】
抵抗体6となる抵抗体ペーストは、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用意し、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ながら導電性付与剤としてイミダゾリン系界面活性剤を添加して作製した。
【0035】
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用意し、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抵抗体ペーストを作製した。
【0036】
上記2種類の抵抗体ペーストについて、(株)エーディーシー社製エレクトロメータ8340Aを使用して体積固有抵抗を測定した。
【0037】
その結果、比較サンプルの抵抗体ペーストは4×1012Ω−mであったのに対し、本発明の抵抗体ペーストは3×10Ω−mであった。したがって、本発明の抵抗体ペーストの方が体積固有抵抗が低いので導電性が付与されていることが確認できた。
【0038】
ここで、本実施の形態の面状発熱体1bの製造過程を図2を用いて説明する。まず、図2(a)に示す様に、電気絶縁性基板3aには予め電極ブロック2a、2bが形成されており、次に、図2(b)に示す様に、電極ブロック2a、2bの導電性母線2a−1、2b−1から分岐した導体通路2a−2、2b−2を覆うように抵抗体ペーストを印刷し、乾燥させる。
【0039】
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、銀ペーストによって図1に示すような電極ブロック2a、2bを形成したPETフィルムの電気絶縁性基板3a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を形成し面状発熱体1aを作成した。
【0040】
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。(印圧が5N以下だとインキ印刷面に微小孔が多数発生し、35N以上だとインキ印刷面がかすれてしまう。)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み引っ張った時の引張力で表示している。
【0041】
エッジ部の裂け目の有無については目視にて判断した。
【0042】
その結果、比較サンプルの抵抗体ペーストを印刷・乾燥した面状発熱体は、印圧28N、35Nでエッジ部の裂け目が発生し、20Nにおいては裂け目ではないが溝状の筋が認められた。一方、本発明の抵抗体ペーストを印刷・乾燥した面状発熱体は、5Nから35Nまでのすべての印圧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。
【0043】
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、作用を説明する。
【0044】
導電性付与剤であるイミダゾリン系界面活性剤は、芳香族炭化水素系溶剤の中および導電性組成物周辺に存在し、体積固有抵抗が従来の抵抗体ペーストよりも低く現れているということは、イオン化しているものと考えられる。
【0045】
この本発明の抵抗体ペーストを印刷した後、乾燥させるために面状発熱体を移動させるが、その時に前述したように静電気によって帯電した電荷が移動する。しかし、イオン化した導電性付与剤であるイミダゾリン系界面活性剤が電荷を吸収してしまい、帯電量を減少させてしまうため電極ブロック2a、2bのエッジ部5a、5bと導電性組成物との間での電気的反発が起こらず、裂け目も発生しない。
【0046】
本実施の形態において、従来の抵抗体インキを印刷・乾燥した面状発熱体でも5N、13Nの弱い印圧でエッジ部の裂け目が発生しないのは、帯電量と膜厚の関係が起因しており、印圧が弱いと帯電量は少なく、膜厚は厚くなるので、電気的反発力よりもエッジ部5a、5b上の抵抗体ペーストの重量によるエッジ部5a、5bへの充填力の方が勝り、裂け目が発生しないと考えられる。
【0047】
(実施の形態2)
抵抗体ペーストとしては、実施の形態1と同じ本発明の抵抗体ペーストと比較のための従来の抵抗体ペーストを使用して印刷を行った。
【0048】
ここで、本実施の形態の面状発熱体1bの製造過程を図4を用いて説明する。まず、図4(a)に示す様に、電気絶縁性基板3aには予め接続電極4が等間隔で複数形成されており、次に、図4(b)に示す様に、この接続電極4の端部を残して抵抗体ペーストが覆うように印刷し、乾燥させる。その後、図4(c)に示す様に、接続電極4を互い違いに2つの給電電極7a、7bで接続することで、面状発熱体1bが完成する。
【0049】
印刷も実施の形態1と同じくニューロング社製LS−150型スクリーン印刷機を使用したが、銀ペーストによって図3に示すような接続電極4を形成したPETフィルム3bにスクリーン印刷し、その後160℃の熱風乾燥炉で30分乾燥して面状発熱体1bを作成した。
【0050】
印刷時の条件も実施の形態1と同じく、印圧を5N、13N、20N、28N、35Nと5種類変化させた。
【0051】
エッジ部の裂け目の有無についても目視にて判断した。
【0052】
その結果、比較サンプルの抵抗体ペーストを印刷・乾燥した面状発熱体は、印圧20N、28N、35Nでエッジ部の裂け目が発生し、13Nにおいては裂け目ではないが溝状の筋が認められた。
【0053】
実施の形態1に比べて弱い印圧で裂け目、溝状の筋が発生しているのは、接続電極4が独立しているために、それぞれの接続電極4の間で電荷の移動ができないため、電荷の多い、すなわち帯電量の大きい接続電極4で裂け目、溝状の筋が発生しているものと思われる。
【0054】
一方、本発明の抵抗体ペーストを印刷・乾燥した面状発熱体は、5Nから35Nまでのすべての印圧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。
【0055】
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、作用を説明する。
【0056】
導電性付与剤であるイミダゾリン系界面活性剤は、芳香族炭化水素系溶剤の中および導電性組成物周辺に存在し、体積固有抵抗が従来の抵抗体ペーストよりも低く現れているということは、イオン化しているものと考えられる。
【0057】
この本発明の抵抗体ペーストを印刷した後、乾燥させるために面状発熱体 を移動させるが、その時に前述したように静電気によって帯電した電荷が移動する。しかし、イオン化した導電性付与剤であるイミダゾリン系界面活性剤が電荷を吸収してしまい、帯電量を減少させてしまうため接続電極4のエッジ部と導電性組成物との間での電気的反発が起こらず、裂け目も発生しない。
【0058】
なお、本発明における実施の形態1および2では、導電性付与剤としてイミダゾリン系界面活性剤を使用したが限定されるものではなく、抵抗体ペーストを構成する溶剤中でイオン化する材料であれば良い。
【0059】
また、本発明における実施の形態1および2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、印刷時に静電気が発生して帯電する方式であれば、本発明の抵抗体ペーストは有効である。
【産業上の利用可能性】
【0060】
以上のように、本発明にかかる面状発熱体は、電気絶縁性基板と、基板上に形成される薄肉かつ高導電性の複数の電極ブロックと、電極ブロックに接続するように塗布・乾燥して形成される抵抗体とを備え、抵抗体は塗布・乾燥により所定の導電性の抵抗体を形成するが、塗布前には電気絶縁性を示す抵抗体ペーストであり、抵抗体ペーストに少なくとも帯電を防止するだけの導電性を付与する導電性付与剤を添加しているため、抵抗体ペーストの帯電量は極めて小さくなり、電極ブロックのエッジ部での電気的反発がなくなり、スリット状の裂け目は生じることなく、抵抗体が発熱しないとか部分的に異常発熱が発生するとかの不具合は発生せず、面状発熱体は均一に発熱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、抵抗体を面的に形成し、電力供給用電極を配置した発熱体すべてに適用できる。
【符号の説明】
【0061】
1a、1b 面状発熱体
2a、2b 電極ブロック
3a、3b 電気絶縁性基板
4 接続電極
5a、5b エッジ部
6 抵抗体
7a、7b 給電電極

【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形成される薄肉かつ高導電性を有する複数の電極ブロックと、前記電極ブロックに接続するように塗布・乾燥して形成される抵抗体とを備え、前記抵抗体は、塗布前には電気絶縁性を示す抵抗体ペーストであり、前記抵抗体ペーストに少なくとも帯電を防止するだけの導電性を付与する導電性付与剤を添加してなり、塗布・乾燥により所定の導電性の抵抗体を形成する面状発熱体。
【請求項2】
複数の電極ブロックは、それぞれ抵抗体と接続される複数の接続電極と、前記抵抗体とは接続されず前記接続電極と電気的に接続される給電電極とからなり、前記給電電極は、前記抵抗体ペーストの塗布・乾燥が形成された後に形成される請求項1に記載の面状発熱体。
【請求項3】
抵抗体ペーストの塗布はスクリーン印刷によりなされることを特徴とする請求項1または2に記載の面状発熱体。

【図7】
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【図8】
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【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9】
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【公開番号】特開2011−134527(P2011−134527A)
【公開日】平成23年7月7日(2011.7.7)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2009−291728(P2009−291728)
【出願日】平成21年12月24日(2009.12.24)
【出願人】(000005821)パナソニック株式会社 (73,050)
【Fターム(参考)】