面状発熱体
【課題】薄肉でかつ高いＰＴＣ特性を有するとともに、高信頼性を有する面状発熱体を提供する。
【解決手段】不織布６と、前記不織布６にカレンダー加工により薄膜状に貼り合わされたＰＴＣ抵抗体５と、２０ｍｍから２５０ｍｍの間隔で前記ＰＴＣ抵抗体５と電気的に接続された一対の電極８と、前記不織布６と前記ＰＴＣ抵抗体５と前記電極８を両面よりホットメルト接着剤４を介して被覆する２枚のポリエステルフィルム２，３と、前記ポリエステルフィルム２，３の外側の少なくとも一面に接着された熱伝導性部材１１とからなる。
【解決手段】不織布６と、前記不織布６にカレンダー加工により薄膜状に貼り合わされたＰＴＣ抵抗体５と、２０ｍｍから２５０ｍｍの間隔で前記ＰＴＣ抵抗体５と電気的に接続された一対の電極８と、前記不織布６と前記ＰＴＣ抵抗体５と前記電極８を両面よりホットメルト接着剤４を介して被覆する２枚のポリエステルフィルム２，３と、前記ポリエステルフィルム２，３の外側の少なくとも一面に接着された熱伝導性部材１１とからなる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、薄肉で環境に優しく、ＥＶ用の暖房やリチウムイオンバッテリー加温に適したＰＴＣ特性を有する面状発熱体に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の面状発熱体には、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して抵抗体インクとして、これを基材に印刷・乾燥して通電により発熱する抵抗体組成物を用いている。特にベースポリマーとして結晶性樹脂を用いてＰＴＣ特性を持たせたものが多い（例えば、特許文献１、２、３参照）。
【０００３】
図４は従来のＰＴＣ特性を持たせた面状発熱体の平面図（ａ）、ｘ−ｙ線の断面図（ｂ）である。図４に示したように、面状発熱体は、ポリエステルフィルムなどの電気絶縁性の基材５０上に、銀ペースト等の導電性ペーストを印刷・乾燥して得られる一対の櫛形状電極５１、５２と、これにより給電される位置に高分子抵抗体インクを印刷・乾燥して得られる高分子抵抗体５３を設け、さらに基材５０と同様の材質の被覆材５４で櫛形状電極５１、５２及び高分子抵抗体５３を被覆して保護する構成としたものである。
【０００４】
基材５０及び被覆材５４としてポリエステルフィルムを用いる場合には、被覆材５４に例えば変性ポリエチレン系の熱融着性樹脂５５を予め接着しておき、熱を与えながら加圧する（熱時加圧）ことにより、基材５０と被覆材５４とを熱融着性樹脂５５を介して接合される。これにより、櫛形状電極５１、５２及び高分子抵抗体５３は外界から隔離され、長期信頼性を付与されるのである。
【０００５】
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特性を有する高分子抵抗体５３は、自己温度調節機能を有する面状発熱体を提供できる。
【０００６】
また、抵抗体組成物をインクとしてではなく、結晶性樹脂をベースポリマーとして、これにカーボンブラックやグラファイトなどの導電性物質を混練して作製された混練物を電極ケーブルとともに押し出し成型して形成したものもある。凍結防止用ヒータとして用いられている。図５に従来のケーブル状発熱体の断面図を示した。
【０００７】
電極ケーブル５５を平行に押し出し機のダイスより引き出しながら、同時にその周囲に抵抗体混練物５６を押し出し被覆して、続いてこの周囲に絶縁被覆材５７を被覆して構成されていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開昭５６−１３６８９号公報
【特許文献２】特開平６−９６８４３号公報
【特許文献３】特開平８−１２０１８２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、前記従来の構成では、用いられる抵抗体組成物の比抵抗は通常１０００
０Ω・ｃｍ以上であり、そのため、例えば、自動車用としてＤＣ駆動の発熱体に用いる場合には、数ミリメートル間隔とする櫛形電極のように非常に近接して給電する構成となっていた。通常、櫛形電極は銀ペーストに印刷・乾燥により形成されるので高価なものとなっていた。
【００１０】
一方、押し出し成型による発熱体では、インクに供するものに比べてミリメートル単位の厚肉となるとともに、電極ケーブル間が近接した構成となり面状発熱体と言えるものではなかった。
【００１１】
上記従来の技術の問題点に鑑み、本発明が解決しようとする課題は、薄肉でかつ低比抵抗を有するＰＴＣ特性を有し、かつ信頼性の高い面状発熱体を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記課題を解決するために、本発明の面状発熱体は、不織布と、前記不織布にカレンダー加工により薄膜状に貼り合わされたＰＴＣ抵抗体と、２０ｍｍから２５０ｍｍの間隔で前記ＰＴＣ抵抗体と電気的に接続された一対の電極と、前記不織布と前記ＰＴＣ抵抗体と前記電極を両面よりホットメルト接着剤を介して被覆する２枚のポリエステルフィルムと、前記ポリエステルフィルムの外側の少なくとも一面に接着された熱伝導性部材とからなる。
【発明の効果】
【００１３】
上記構成により、カレンダー加工によりＰＴＣ抵抗体を薄膜状とするとともに、電極間を広くできるため、インクのように溶剤を使用することなく、すなわち環境に優しく薄肉で、電極使用量を削減できるため低コスト化を実現できる面状発熱体を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施の形態における面状発熱体を示す平面図・断面図
【図２】本発明のカレンダー加工を示す概略図
【図３】本発明のラミネート加工を示す概略図
【図４】従来の面状発熱体を示す平面図
【図５】従来のケーブル状発熱体の断面図
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本発明の面状発熱体は、不織布と、前記不織布にカレンダー加工により薄膜状に貼り合わされたＰＴＣ抵抗体と、２０ｍｍから２５０ｍｍの間隔で前記ＰＴＣ抵抗体と電気的に接続された一対の電極と、前記不織布と前記ＰＴＣ抵抗体と前記電極を両面よりホットメルト接着剤を介して被覆する２枚のポリエステルフィルムと、前記ポリエステルフィルムの外側の少なくとも一面に接着された熱伝導性部材とからなる。
【００１６】
この構成により、カレンダー加工によりＰＴＣ抵抗体を薄膜状とするとともに、電極間を広くできるため、インクのように溶剤を使用することなく、すなわち環境に優しく薄肉で、電極使用量を削減できるため低コスト化を実現できる面状発熱体を提供できる。
【００１７】
また、本発明の面状発熱体は、不織布として開口部を有するメッシュ状ポリエステル製不織布を用いてなる。
【００１８】
この構成により、メッシュ状不織布が開口部を有し、繊維同士が絡まっている（水流交絡）だけであるので、カレンダー加工時のＰＴＣ抵抗体の溶融温度での熱収縮を繊維のずれで吸収できるので、仕上がりのきれいなカレンダー品としてＰＴＣ抵抗体を提供できるので、ホットメルト接着剤付のポリエステルフィルムを用いたラミネート等の後工程の容
易な面状発熱体を提供できる。
【００１９】
また、本発明の面状発熱体は、少なくとも１００℃以下の融点を有する低融点結晶性樹脂と１００℃以上の融点を有する高融点結晶性樹脂とからなる樹脂組成物と、少なくとも２種類のカーボンブラックからなる導電体と、離型剤と、分散安定剤と、反応性添加剤とからＰＴＣ抵抗体を構成してなる。
【００２０】
この構成により、低融点結晶性樹脂でＰＴＣ特性の発現を、高融点結晶性樹脂で耐熱性を、２種類のカーボンブラックでＰＴＣ特性を、離型剤と分散安定剤でカレンダー加工時の離型性とＰＴＣ抵抗体混練物のまとまりを、反応性添加剤で樹脂とカーボンブラックとの結合を付与することができて、ＰＴＣ特性の設定が容易で、かつカレンダー加工に適した抵抗安定性の高い面状発熱体を提供できる。
【００２１】
また、本発明の面状発熱体は、樹脂組成物を、低融点結晶性樹脂と高融点結晶性樹脂と無水マレイン酸変性結晶性樹脂とから構成してなる。
【００２２】
この構成により、無水マレイン酸変性結晶性樹脂で、低融点結晶性樹脂と高融点結晶性樹脂間とを結合するとともに、低融点および高融点結晶性樹脂とカーボンブラックからなる導電体とを結合して、抵抗値安定性の高い面状発熱体を提供できる。
【００２３】
また、本発明の面状発熱体は、樹脂組成物を、０から６０％の低融点結晶性樹脂と、３０から８５％の高融点結晶性樹脂と、１５から４０％の無水マレイン酸変性結晶性樹脂とから樹脂分を構成してなる。
【００２４】
この構成により、低融点結晶性樹脂のＰＴＣ特性の発現温度と、高融点結晶性樹脂による耐熱性付与度合いと、無水マレイン酸変性結晶性樹脂による抵抗安定性を調節可能な面状発熱体を提供できる。
【００２５】
また、本発明の面状発熱体は、導電体として、１次粒子径が１０から３０ナノメートルのカーボンブラックＡと１次粒子径が６０から１５０ナノメートルのカーボンブラックＢとグラファイトを組み合わせて用いてなる。
【００２６】
この構成により、抵抗安定性と導電性をカーボンブラックＡで、ＰＴＣ特性をカーボンブラックＢで、導電性、ＰＴＣ特性、および熱伝導性をグラファイトで発揮できる導電体とすることができる。
【００２７】
また、本発明の面状発熱体は、グラファイトとして、薄片化グラファイトまたは球状化グラファイトを単独もしくは組み合わせて用いてなる。
【００２８】
この構成により、ＰＴＣ特性を、カーボンブラックだけではなく、グラファイトによっても調節できて、ＰＴＣ特性の調節幅の広い面状発熱体を提供できる。
【００２９】
また、本発明の面状発熱体は、離型剤として反応性シリコーンオイル、分散安定剤としてアクリル変性ポリテトラフルオロエチレン、反応性添加剤としてカップリング剤を用いてなる。
【００３０】
この構成により、反応性シリコーンオイルがカレンダー加工時ロール離型性を付与するとともにＰＴＣ抵抗体混練物との親和性を発揮することができる。また、アクリル変性ポリテトラフルオロエチレンが、アクリル部を蜘蛛の巣状にＰＴＣ抵抗体中に張り巡らせてＰＴＣ抵抗体混練物のまとまりを発揮してカレンダー加工適正を高めることができる。さ
らに、カップリング剤により導電体と結晶性樹脂間に化学結合を生じて、抵抗安定性の高い面状発熱体を提供できる。
【００３１】
また、本発明の面状発熱体は、電極として、錫メッキ銅集合撚り線、または被覆抵抗体で被覆された錫メッキ銅集合撚り線、ホットメルト接着剤として結晶性ポリエステル樹脂を用いてなる。
【００３２】
この構成により、電極として、錫メッキ銅集合撚り線を単独で用いることができれば低コストの電極を提供することができる。また、単独で使用が難しい場合に、被覆抵抗体を仲立ちとしてＰＴＣ抵抗体と錫メッキ銅集合撚り線を電気的に接続することができる。
【００３３】
また、本発明の面状発熱体は、少なくとも１００℃以上の融点を有する高融点結晶性樹脂と、カーボンブラックと導電性繊維とカーボンナノチューブとからなる導電体と、分散安定剤と、反応性添加剤とから被覆抵抗体を構成してなる。
【００３４】
この構成により、カーボンナノチューブの高コスト・高導電性と、導電性繊維の難燃性・スパーク発生防止性能・低導電性と、カーボンブラックの低コスト・中導電性のバランスの取れ、ＰＴＣ特性不要な多被覆抵抗体を提供できる。
【００３５】
また、本発明の面状発熱体は、被覆抵抗体として、導電体と反応性添加剤とを予め前熱処理したものを用いてなる。
【００３６】
この構成により、導電体と反応性添加剤とを予め前熱処理したことにより、反応性添加剤の反応を終了させることができるので、錫メッキ銅集合撚り線の周囲に被覆抵抗体を押し出し加工する際に、反応時に発生する気泡を消滅させて、表面の綺麗な被覆抵抗体を作製することができる。
【００３７】
また、本発明の面状発熱体は、熱伝導性部材として、アルミニウムのフィルム、板材のいずれか、または両方を用いてなる。
【００３８】
この構成により、ＰＴＣ抵抗体の温度分布の均一化を図り、ヒートスポットの発生の無い耐久性に優れた面状発熱体を提供できる。
【００３９】
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。
【００４０】
（実施の形態１）
図１は、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（ａ）と断面図（ｂ）である。なお、断面図（ｂ）では、わかりやすいように積層状態を示している。実際はこれら全て熱融着された一体物となる。
【００４１】
図１において、面状発熱体１は、２枚のポリエステルフィルム、例えば、１８８μｍ厚みの厚肉ポリエステルフィルムＡ２と５０μｍ厚みの薄肉ポリエステルフィルムＢ、どちらもＴダイ押し出し法によりホットメルト接着剤４として結晶性ポリエステル樹脂（商品名「バイロン ＧＭ９２０」、融点１１０℃、東洋紡績（株）製）が５５マイクロメートルの厚みで設けられている。
【００４２】
ＰＴＣ抵抗体５は、カレンダー加工により薄膜状に約１００μｍの厚みでメッシュ状ポリエステル製不織布６に貼り合わされており、このＰＴＣ抵抗体カレンダー品７のＰＴＣ抵抗体５と、電極８としての被覆抵抗体９で押し出し加工により被覆された錫メッキ銅集
合撚り線１０が電気的に接続される。具体的には、ラミネート加工によりホットメルト接着剤付ポリエステルフィルムＡ２とホットメルト接着剤付ポリエステルフィルムＢ３の間に約４０ｍｍの間隔で一対の電極８を配置して、この電極８とＰＴＣ抵抗体５が近接された状態でラミネートされることにより実現される。ラミネート機のゴムロール温度は１８０℃〜２００℃の間の設定であり、この温度では、ホットメルト接着剤４、ＰＴＣ抵抗体５、被覆抵抗体９は溶融しており、錫メッキ銅集合撚り線１０と被覆抵抗体９とＰＴＣ抵抗体５は熱融着されるとともに、その周囲はホットメルト接着剤付のポリエステルフィルム２および３で被覆される。１１は熱伝導性部材としてのアルミ板であり、接着剤でポリエステルフィルムＡに貼り合わされている。
【００４３】
図２はカレンダー加工の状態を示している。６本の１５０℃に設定されたカレンダーロール１２を設けて、頭頂部のカレンダーロール１２ＡとＢの間に溶融したＰＴＣ抵抗体５を投入する。溶融プロセスは、熱ロールや押し出し機により行われる。
【００４４】
投入されたＰＴＣ抵抗体５は、カレンダーロール１２Ｂ・Ｃ・Ｄ・Ｅを経て、その間に次第に膜厚が薄くなり、最終のカレンダーロール１２Ｆに至り約１００μｍ厚みとなるように調節される。この安定した状態で、下部からメッシュ状ポリエステル製不織布６をタッチロール１３でカレンダーロール１２Ｆに押し当てることにより、ＰＴＣ抵抗体５の薄膜をカレンダーロール１２からメッシュ状ポリエステル製不織布６に転写して、メッシュ状ポリエステル製不織布６に一部食い込んだ形でＰＴＣ抵抗体５の薄膜が形成される。これを冷却して一定速度で巻き取る形でＰＴＣ抵抗体５のカレンダー品１４が作製される。
【００４５】
図３は、ラミネート加工の状態を示している。１５はシリコンゴム被覆のラミネートロールで約１８０℃に設定されている。ホットメルト接着剤付ポリエステルフィルムＡ２をラミネートロール１５の下部に、ホットメルト接着剤付ポリエステルフィルムＢ３はラミネートロール１５の上に設けて、そこからラミネートロール１５に引き込む構成としている。ラミネートロール１５との接触面はポリエステルフィルム、その反対面はホットメルト接着剤である。
【００４６】
このホットメルト接着剤付ポリエステルフィルムＡ２とＢ３間に電極８を一定間隔で投入し、その電極８とポリエステルフィルムＡ２の間にＰＴＣ抵抗体５が電極８と接触するようにカレンダー品１４を投入し、その状態で２本のラミネートロール１５の間に導入する。そして、ラミネートロール１５の線圧でポリエステルフィルムＡ２とＢ３間にホットメルト接着剤を介してＰＴＣ抵抗体５と電極８が密封された状態、すなわち、ラミネート品１６を得ることができる。なお、ラミネート温度はラミネート速度に関係しており、ラミネート速度が増すとラミネートロール温度を高く設定する必要がある。また、ホットメルト接着剤を予め溶融するために、図３のホットメルト接着剤付ポリエステルフィルムＢ３で図示したように、ラミネートロールに沿わして溶融した状態でラミネートロールの線圧部分に導入することで安定した品質のラミネート品１６と面状発熱体１を得ることができる。
【００４７】
このラミネート品を高温熱処理、冷熱サイクル処理をして、端子処理、ｔ＝０．５ｍｍおアルミニウム板を接着剤で貼り合わせて面状発熱体とする。
【００４８】
ＰＴＣ抵抗体５は、結晶性樹脂として、エチレン・メタアクリル酸メチル共重合体（商品名「アクリフト ＷＨ２０６」、融点８６℃、住友化学（株）製））１０重量％と、低密度ポリエチレン（商品名「ペトロセン ２０８」、融点 １１１℃、東ソー（株）製）１５重量％と、無水マレイン酸変性結晶性樹脂として、無水マレイン酸変性直鎖状低密度ポリエチレン（商品名「アドマー ＮＦ−５３９」、融点１２５℃、三井化学（株）製）１０重量％で構成し、これに、３種類の導電体として、カーボンブラック（商品名「プリ
ンテックスＬ」、１次粒子径２１ｎｍ、デグサ社製）と、カーボンブラック（商品名「＃１０Ｂ」、１次粒子径７９ｎｍ、三菱化学（株）製）と、薄片化グラファイト（商品名「ＵＰ−１０」、日本黒鉛（株）製）とを組み合わせて６１重量％と、離型剤として、反応性シリコーンオイル（商品名「Ｘ−２２−４７４１」、信越シリコーン（株）製）１．５重量％、分散安定剤としてポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）にアクリル変性を施した添加剤（商品名「メタブレンＡ３０００」、三菱レイヨン（株）製）２．５重量％、反応性添加剤としてチタニウム系カップリング剤（商品名「プレンアクトＫＲ−４４」、味の素ファインテクノ（株）製）１．０重量％とをニーダーで混練して作製した。なお、上記実施例では、薄片化グラファイトを用いたが、高いＰＴＣ特性が要求される場合には球状化グラファイトを組みわせて用いても良い。
【００４９】
また、被覆抵抗体９は、高密度ポリエチレン（商品名「ニポロンハード ５７００」、融点１３０℃、東ソー（株）製）３３重量％と、無水マレイン酸変性結晶性樹脂として、無水マレイン酸変性直鎖状低密度ポリエチレン（商品名「アドマー ＮＦ−５３９」、融点１２５℃、三井化学（株）製）１４重量％で構成し、導電体として、カーボンブラック（商品名「プリンテックスＬ」、１次粒子径２１ｎｍ、デグサ社製）と、導電性ウィスカ（商品名「ＭＰＴ−２５６」、石原産業（株）製）と、カーボンナノチューブ（商品名「ＣＮＴ ＮＣ７０００」、ベルギー製）を組み合わせて５０重量％、分散安定剤としてポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）にアクリル変性を施した添加剤（商品名「メタブレンＡ３０００」、三菱レイヨン（株）製）２．５重量％、反応性添加剤としてチタニウム系カップリング剤（商品名「プレンアクトＫＲ−４４」、味の素ファインテクノ（株）製）０．５重量％とをニーダーで混練して作製した。なお、反応性添加剤と導電体とは予め分散熱前処理して混練に供することで、発泡の少ない押し出し品とすることができる。
【００５０】
上記実施の形態において、得られた面状発熱体１の面積抵抗は２５Ω□（２０℃、難燃性のＰＴＣ抵抗体５の膜厚１００マイクロメートル）であった。３００ｍｍ×３５０ｍｍ四角の面積に難燃性電極３間隔１００ｍｍで２列の配置構成とした場合（難燃性電極３間隔１００ｍｍで長さ６００ｍｍに相当）の比抵抗は、約０．２５Ω・ｃｍであった。
【００５１】
カレンダー加工での膜厚は最低でも７５マイクロメートル、ロールコーター加工では１０マイクロメートルと見ている。また、比抵抗としては、本実施例の難燃性ＰＴＣ抵抗体で用いたカーボンブラック・グラファイト系では０．０３Ω・ｃｍが下限と見ている。したがって、０．１Ω・ｃｍ以下の比抵抗の実現には金属粉の添加が不可欠となるが、金属粉では高充填しないと導通を確保できない。カレンダー加工に用いる樹脂コンパウンドには適用できないと考える。ロールコーター加工に用いる抵抗体インクでは十分適用が可能である。
【００５２】
今回、得られたＰＴＣ抵抗体５はＰＴＣ特性を有し、温度が上昇すると抵抗値が上昇し、所定の温度になるように自己温度調節機能を有するようになり、温度コントロールが不要で安全性の高い面状発熱体１としての機能を有するようになる。自動車用座席に組み込まれるカーシートヒータや自動車用の輻射ヒータとして用いることができる。ＰＴＣ特性を有する面状発熱体として速熱性と省エネ性を、従来のチュービングヒーターを発熱体とするものに比べて発揮することができる。チュービングヒーターを発熱体とするものは、温度制御器を必要として、ＯＮ−ＯＦＦ制御で通電を制御して発熱温度を制御している。ＯＮ時のヒータ線温度は約８０℃まで上昇するため、座席表皮材とはある程度の距離をおいて配置する必要があるのに対して、本発明の面状発熱体では、発熱温度が４０℃〜６０℃の範囲に自己制御されるので、座席表皮材近傍に近接して配置することができる。発熱温度が低く、身体との接触暖房として用いて、放熱ロスを低減できることによる省エネ性を実現できる。
【００５３】
また、本実施例で得た面状発熱体１を、８０℃耐熱性評価、１５０℃耐熱性評価、−２０℃と５０℃のヒートサイクル評価を実施した。その結果、それぞれ、５００時間、２００時間、２００回後も抵抗値変化率はいずれも初期の３０％以内であった。さらに、１５０℃耐熱性評価での死に際が高抵抗化するという安全性を確保できた。耐熱性評価での安定性の要因としては、安定化剤として用いているチタニウム系カップリング剤の導電体表面への結合による導電体の安定化効果と、加工助剤による溶融張力の向上効果、さらにホットメルト接着剤４のＰＴＣ抵抗体５中への浸透、一部相溶化が起因していると考えられた。
【００５４】
導電体としては、できるだけ少ない添加量で所定の抵抗値を達成することが求められるが、そうした導電体は一般的には導電性カーボンブラックと呼ばれるもので、１次粒子径が約２０ｎｍ以下でストラクチャー（葡萄の房のように１次粒子の集合体のことをいう。吸油量で相関付けられている。）の発達した構造のものであるが、そうした導電性カーボンブラックでは一方で、ＰＴＣ特性を発現しにくいという欠点を有していた。これは、導電性カーボンブラックではストラクチャーが発達して、結晶性樹脂の温度による比容積の変化（これがＰＴＣ特性発現の主因と言われている）によってもストラクチャーの導電パスが切断されにくいことによるといわれている。一方で、１次粒子径の大きいカーボンブラックは優れたＰＴＣ特性を有することを発明者らは知見として得ていた。また、グラファイトとして、前述したカーボンブラックよりもさらに粒子径が大きい、球状グラファイトを用いている。これらの複数の導電体を組み合わせることで、厚みが約３００マイクロメートル以下で、面積抵抗が１００Ω□以下、比抵抗が１Ω・ｃｍ以下の抵抗を有するとともに、ＰＴＣ特性の１指標となる２０℃の抵抗値の対する５０℃の抵抗値の比が２．５以上、２０℃の抵抗値の対する８０℃の抵抗値の比が７以上の抵抗体組成物とすることができた。
【００５５】
こうした低抵抗でありながら優れたＰＴＣ特性を発揮できたメカニズムの詳細は不明であるが、結晶性樹脂と複数の導電体を組み合わせたことによる新規な導電パスの形成と、難燃性ホットメルトの存在が関係していると考えている。
【００５６】
なお、上記実施例では、安定化剤として、チタニウム系カップリング剤を用いたが、これに限定するものではない。アルミニウム系カップリング剤、シランカップリング剤や、有機過酸化物等の化学架橋剤を用いることができる。また、モンタン酸部分けん化エステルなどのワックス、さらには他のワックス等の可塑剤や分散剤を必要に応じて用いても良いことは言うまでもない。
【００５７】
ホットメルト材の材質としては、ポリエステル系を用いたが、これに限定するものではない。ウレタン系（ウレタン系熱可塑性エラストマー）やナイロン系（ポリアミド系熱可塑性エラストマー）等、を用いても良い。
【００５８】
また、導電体の形状としては特に言及しなかったが、球状、不定形以外に、ウィスカーや繊維形状のものと組み合わせても良い。
【００５９】
さらに、本発明の面状発熱体は、難燃性に言及しなかったが、難燃剤をＰＴＣ抵抗体やホットメルト接着剤に添加して、難燃性を付与することが可能であることはいうまでもない。面状発熱体を別の難燃性部材、例えば金属板などに貼り合わせて、あるいは挟み込んで用いる場合には、別の難燃性部材の難燃性の効果が大きく、面状発熱体を難燃性にする必要が無いこともありうる。
【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、薄肉で環境にやさしく、ＥＶ用の暖房や
バッテリー加温に適したＰＴＣ特性を有する。
【符号の説明】
【００６１】
１ 面状発熱体
２ ポリエステルフィルムＡ
３ ポリエステルフィルムＢ
４ ホットメルト接着剤
５ ＰＴＣ抵抗体
６ メッシュ状ポリエステル製不織布
７ ＰＴＣ抵抗体カレンダー品
８ 電極
９ 被覆抵抗体
１０ 錫メッキ銅集合撚り線
１１ 熱伝導性部材
１２ カレンダーロール
１４ カレンダー品
１５ ラミネートロール
１６ ラミネート品
【技術分野】
【０００１】
本発明は、薄肉で環境に優しく、ＥＶ用の暖房やリチウムイオンバッテリー加温に適したＰＴＣ特性を有する面状発熱体に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の面状発熱体には、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して抵抗体インクとして、これを基材に印刷・乾燥して通電により発熱する抵抗体組成物を用いている。特にベースポリマーとして結晶性樹脂を用いてＰＴＣ特性を持たせたものが多い（例えば、特許文献１、２、３参照）。
【０００３】
図４は従来のＰＴＣ特性を持たせた面状発熱体の平面図（ａ）、ｘ−ｙ線の断面図（ｂ）である。図４に示したように、面状発熱体は、ポリエステルフィルムなどの電気絶縁性の基材５０上に、銀ペースト等の導電性ペーストを印刷・乾燥して得られる一対の櫛形状電極５１、５２と、これにより給電される位置に高分子抵抗体インクを印刷・乾燥して得られる高分子抵抗体５３を設け、さらに基材５０と同様の材質の被覆材５４で櫛形状電極５１、５２及び高分子抵抗体５３を被覆して保護する構成としたものである。
【０００４】
基材５０及び被覆材５４としてポリエステルフィルムを用いる場合には、被覆材５４に例えば変性ポリエチレン系の熱融着性樹脂５５を予め接着しておき、熱を与えながら加圧する（熱時加圧）ことにより、基材５０と被覆材５４とを熱融着性樹脂５５を介して接合される。これにより、櫛形状電極５１、５２及び高分子抵抗体５３は外界から隔離され、長期信頼性を付与されるのである。
【０００５】
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特性を有する高分子抵抗体５３は、自己温度調節機能を有する面状発熱体を提供できる。
【０００６】
また、抵抗体組成物をインクとしてではなく、結晶性樹脂をベースポリマーとして、これにカーボンブラックやグラファイトなどの導電性物質を混練して作製された混練物を電極ケーブルとともに押し出し成型して形成したものもある。凍結防止用ヒータとして用いられている。図５に従来のケーブル状発熱体の断面図を示した。
【０００７】
電極ケーブル５５を平行に押し出し機のダイスより引き出しながら、同時にその周囲に抵抗体混練物５６を押し出し被覆して、続いてこの周囲に絶縁被覆材５７を被覆して構成されていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開昭５６−１３６８９号公報
【特許文献２】特開平６−９６８４３号公報
【特許文献３】特開平８−１２０１８２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、前記従来の構成では、用いられる抵抗体組成物の比抵抗は通常１０００
０Ω・ｃｍ以上であり、そのため、例えば、自動車用としてＤＣ駆動の発熱体に用いる場合には、数ミリメートル間隔とする櫛形電極のように非常に近接して給電する構成となっていた。通常、櫛形電極は銀ペーストに印刷・乾燥により形成されるので高価なものとなっていた。
【００１０】
一方、押し出し成型による発熱体では、インクに供するものに比べてミリメートル単位の厚肉となるとともに、電極ケーブル間が近接した構成となり面状発熱体と言えるものではなかった。
【００１１】
上記従来の技術の問題点に鑑み、本発明が解決しようとする課題は、薄肉でかつ低比抵抗を有するＰＴＣ特性を有し、かつ信頼性の高い面状発熱体を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記課題を解決するために、本発明の面状発熱体は、不織布と、前記不織布にカレンダー加工により薄膜状に貼り合わされたＰＴＣ抵抗体と、２０ｍｍから２５０ｍｍの間隔で前記ＰＴＣ抵抗体と電気的に接続された一対の電極と、前記不織布と前記ＰＴＣ抵抗体と前記電極を両面よりホットメルト接着剤を介して被覆する２枚のポリエステルフィルムと、前記ポリエステルフィルムの外側の少なくとも一面に接着された熱伝導性部材とからなる。
【発明の効果】
【００１３】
上記構成により、カレンダー加工によりＰＴＣ抵抗体を薄膜状とするとともに、電極間を広くできるため、インクのように溶剤を使用することなく、すなわち環境に優しく薄肉で、電極使用量を削減できるため低コスト化を実現できる面状発熱体を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施の形態における面状発熱体を示す平面図・断面図
【図２】本発明のカレンダー加工を示す概略図
【図３】本発明のラミネート加工を示す概略図
【図４】従来の面状発熱体を示す平面図
【図５】従来のケーブル状発熱体の断面図
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本発明の面状発熱体は、不織布と、前記不織布にカレンダー加工により薄膜状に貼り合わされたＰＴＣ抵抗体と、２０ｍｍから２５０ｍｍの間隔で前記ＰＴＣ抵抗体と電気的に接続された一対の電極と、前記不織布と前記ＰＴＣ抵抗体と前記電極を両面よりホットメルト接着剤を介して被覆する２枚のポリエステルフィルムと、前記ポリエステルフィルムの外側の少なくとも一面に接着された熱伝導性部材とからなる。
【００１６】
この構成により、カレンダー加工によりＰＴＣ抵抗体を薄膜状とするとともに、電極間を広くできるため、インクのように溶剤を使用することなく、すなわち環境に優しく薄肉で、電極使用量を削減できるため低コスト化を実現できる面状発熱体を提供できる。
【００１７】
また、本発明の面状発熱体は、不織布として開口部を有するメッシュ状ポリエステル製不織布を用いてなる。
【００１８】
この構成により、メッシュ状不織布が開口部を有し、繊維同士が絡まっている（水流交絡）だけであるので、カレンダー加工時のＰＴＣ抵抗体の溶融温度での熱収縮を繊維のずれで吸収できるので、仕上がりのきれいなカレンダー品としてＰＴＣ抵抗体を提供できるので、ホットメルト接着剤付のポリエステルフィルムを用いたラミネート等の後工程の容
易な面状発熱体を提供できる。
【００１９】
また、本発明の面状発熱体は、少なくとも１００℃以下の融点を有する低融点結晶性樹脂と１００℃以上の融点を有する高融点結晶性樹脂とからなる樹脂組成物と、少なくとも２種類のカーボンブラックからなる導電体と、離型剤と、分散安定剤と、反応性添加剤とからＰＴＣ抵抗体を構成してなる。
【００２０】
この構成により、低融点結晶性樹脂でＰＴＣ特性の発現を、高融点結晶性樹脂で耐熱性を、２種類のカーボンブラックでＰＴＣ特性を、離型剤と分散安定剤でカレンダー加工時の離型性とＰＴＣ抵抗体混練物のまとまりを、反応性添加剤で樹脂とカーボンブラックとの結合を付与することができて、ＰＴＣ特性の設定が容易で、かつカレンダー加工に適した抵抗安定性の高い面状発熱体を提供できる。
【００２１】
また、本発明の面状発熱体は、樹脂組成物を、低融点結晶性樹脂と高融点結晶性樹脂と無水マレイン酸変性結晶性樹脂とから構成してなる。
【００２２】
この構成により、無水マレイン酸変性結晶性樹脂で、低融点結晶性樹脂と高融点結晶性樹脂間とを結合するとともに、低融点および高融点結晶性樹脂とカーボンブラックからなる導電体とを結合して、抵抗値安定性の高い面状発熱体を提供できる。
【００２３】
また、本発明の面状発熱体は、樹脂組成物を、０から６０％の低融点結晶性樹脂と、３０から８５％の高融点結晶性樹脂と、１５から４０％の無水マレイン酸変性結晶性樹脂とから樹脂分を構成してなる。
【００２４】
この構成により、低融点結晶性樹脂のＰＴＣ特性の発現温度と、高融点結晶性樹脂による耐熱性付与度合いと、無水マレイン酸変性結晶性樹脂による抵抗安定性を調節可能な面状発熱体を提供できる。
【００２５】
また、本発明の面状発熱体は、導電体として、１次粒子径が１０から３０ナノメートルのカーボンブラックＡと１次粒子径が６０から１５０ナノメートルのカーボンブラックＢとグラファイトを組み合わせて用いてなる。
【００２６】
この構成により、抵抗安定性と導電性をカーボンブラックＡで、ＰＴＣ特性をカーボンブラックＢで、導電性、ＰＴＣ特性、および熱伝導性をグラファイトで発揮できる導電体とすることができる。
【００２７】
また、本発明の面状発熱体は、グラファイトとして、薄片化グラファイトまたは球状化グラファイトを単独もしくは組み合わせて用いてなる。
【００２８】
この構成により、ＰＴＣ特性を、カーボンブラックだけではなく、グラファイトによっても調節できて、ＰＴＣ特性の調節幅の広い面状発熱体を提供できる。
【００２９】
また、本発明の面状発熱体は、離型剤として反応性シリコーンオイル、分散安定剤としてアクリル変性ポリテトラフルオロエチレン、反応性添加剤としてカップリング剤を用いてなる。
【００３０】
この構成により、反応性シリコーンオイルがカレンダー加工時ロール離型性を付与するとともにＰＴＣ抵抗体混練物との親和性を発揮することができる。また、アクリル変性ポリテトラフルオロエチレンが、アクリル部を蜘蛛の巣状にＰＴＣ抵抗体中に張り巡らせてＰＴＣ抵抗体混練物のまとまりを発揮してカレンダー加工適正を高めることができる。さ
らに、カップリング剤により導電体と結晶性樹脂間に化学結合を生じて、抵抗安定性の高い面状発熱体を提供できる。
【００３１】
また、本発明の面状発熱体は、電極として、錫メッキ銅集合撚り線、または被覆抵抗体で被覆された錫メッキ銅集合撚り線、ホットメルト接着剤として結晶性ポリエステル樹脂を用いてなる。
【００３２】
この構成により、電極として、錫メッキ銅集合撚り線を単独で用いることができれば低コストの電極を提供することができる。また、単独で使用が難しい場合に、被覆抵抗体を仲立ちとしてＰＴＣ抵抗体と錫メッキ銅集合撚り線を電気的に接続することができる。
【００３３】
また、本発明の面状発熱体は、少なくとも１００℃以上の融点を有する高融点結晶性樹脂と、カーボンブラックと導電性繊維とカーボンナノチューブとからなる導電体と、分散安定剤と、反応性添加剤とから被覆抵抗体を構成してなる。
【００３４】
この構成により、カーボンナノチューブの高コスト・高導電性と、導電性繊維の難燃性・スパーク発生防止性能・低導電性と、カーボンブラックの低コスト・中導電性のバランスの取れ、ＰＴＣ特性不要な多被覆抵抗体を提供できる。
【００３５】
また、本発明の面状発熱体は、被覆抵抗体として、導電体と反応性添加剤とを予め前熱処理したものを用いてなる。
【００３６】
この構成により、導電体と反応性添加剤とを予め前熱処理したことにより、反応性添加剤の反応を終了させることができるので、錫メッキ銅集合撚り線の周囲に被覆抵抗体を押し出し加工する際に、反応時に発生する気泡を消滅させて、表面の綺麗な被覆抵抗体を作製することができる。
【００３７】
また、本発明の面状発熱体は、熱伝導性部材として、アルミニウムのフィルム、板材のいずれか、または両方を用いてなる。
【００３８】
この構成により、ＰＴＣ抵抗体の温度分布の均一化を図り、ヒートスポットの発生の無い耐久性に優れた面状発熱体を提供できる。
【００３９】
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。
【００４０】
（実施の形態１）
図１は、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（ａ）と断面図（ｂ）である。なお、断面図（ｂ）では、わかりやすいように積層状態を示している。実際はこれら全て熱融着された一体物となる。
【００４１】
図１において、面状発熱体１は、２枚のポリエステルフィルム、例えば、１８８μｍ厚みの厚肉ポリエステルフィルムＡ２と５０μｍ厚みの薄肉ポリエステルフィルムＢ、どちらもＴダイ押し出し法によりホットメルト接着剤４として結晶性ポリエステル樹脂（商品名「バイロン ＧＭ９２０」、融点１１０℃、東洋紡績（株）製）が５５マイクロメートルの厚みで設けられている。
【００４２】
ＰＴＣ抵抗体５は、カレンダー加工により薄膜状に約１００μｍの厚みでメッシュ状ポリエステル製不織布６に貼り合わされており、このＰＴＣ抵抗体カレンダー品７のＰＴＣ抵抗体５と、電極８としての被覆抵抗体９で押し出し加工により被覆された錫メッキ銅集
合撚り線１０が電気的に接続される。具体的には、ラミネート加工によりホットメルト接着剤付ポリエステルフィルムＡ２とホットメルト接着剤付ポリエステルフィルムＢ３の間に約４０ｍｍの間隔で一対の電極８を配置して、この電極８とＰＴＣ抵抗体５が近接された状態でラミネートされることにより実現される。ラミネート機のゴムロール温度は１８０℃〜２００℃の間の設定であり、この温度では、ホットメルト接着剤４、ＰＴＣ抵抗体５、被覆抵抗体９は溶融しており、錫メッキ銅集合撚り線１０と被覆抵抗体９とＰＴＣ抵抗体５は熱融着されるとともに、その周囲はホットメルト接着剤付のポリエステルフィルム２および３で被覆される。１１は熱伝導性部材としてのアルミ板であり、接着剤でポリエステルフィルムＡに貼り合わされている。
【００４３】
図２はカレンダー加工の状態を示している。６本の１５０℃に設定されたカレンダーロール１２を設けて、頭頂部のカレンダーロール１２ＡとＢの間に溶融したＰＴＣ抵抗体５を投入する。溶融プロセスは、熱ロールや押し出し機により行われる。
【００４４】
投入されたＰＴＣ抵抗体５は、カレンダーロール１２Ｂ・Ｃ・Ｄ・Ｅを経て、その間に次第に膜厚が薄くなり、最終のカレンダーロール１２Ｆに至り約１００μｍ厚みとなるように調節される。この安定した状態で、下部からメッシュ状ポリエステル製不織布６をタッチロール１３でカレンダーロール１２Ｆに押し当てることにより、ＰＴＣ抵抗体５の薄膜をカレンダーロール１２からメッシュ状ポリエステル製不織布６に転写して、メッシュ状ポリエステル製不織布６に一部食い込んだ形でＰＴＣ抵抗体５の薄膜が形成される。これを冷却して一定速度で巻き取る形でＰＴＣ抵抗体５のカレンダー品１４が作製される。
【００４５】
図３は、ラミネート加工の状態を示している。１５はシリコンゴム被覆のラミネートロールで約１８０℃に設定されている。ホットメルト接着剤付ポリエステルフィルムＡ２をラミネートロール１５の下部に、ホットメルト接着剤付ポリエステルフィルムＢ３はラミネートロール１５の上に設けて、そこからラミネートロール１５に引き込む構成としている。ラミネートロール１５との接触面はポリエステルフィルム、その反対面はホットメルト接着剤である。
【００４６】
このホットメルト接着剤付ポリエステルフィルムＡ２とＢ３間に電極８を一定間隔で投入し、その電極８とポリエステルフィルムＡ２の間にＰＴＣ抵抗体５が電極８と接触するようにカレンダー品１４を投入し、その状態で２本のラミネートロール１５の間に導入する。そして、ラミネートロール１５の線圧でポリエステルフィルムＡ２とＢ３間にホットメルト接着剤を介してＰＴＣ抵抗体５と電極８が密封された状態、すなわち、ラミネート品１６を得ることができる。なお、ラミネート温度はラミネート速度に関係しており、ラミネート速度が増すとラミネートロール温度を高く設定する必要がある。また、ホットメルト接着剤を予め溶融するために、図３のホットメルト接着剤付ポリエステルフィルムＢ３で図示したように、ラミネートロールに沿わして溶融した状態でラミネートロールの線圧部分に導入することで安定した品質のラミネート品１６と面状発熱体１を得ることができる。
【００４７】
このラミネート品を高温熱処理、冷熱サイクル処理をして、端子処理、ｔ＝０．５ｍｍおアルミニウム板を接着剤で貼り合わせて面状発熱体とする。
【００４８】
ＰＴＣ抵抗体５は、結晶性樹脂として、エチレン・メタアクリル酸メチル共重合体（商品名「アクリフト ＷＨ２０６」、融点８６℃、住友化学（株）製））１０重量％と、低密度ポリエチレン（商品名「ペトロセン ２０８」、融点 １１１℃、東ソー（株）製）１５重量％と、無水マレイン酸変性結晶性樹脂として、無水マレイン酸変性直鎖状低密度ポリエチレン（商品名「アドマー ＮＦ−５３９」、融点１２５℃、三井化学（株）製）１０重量％で構成し、これに、３種類の導電体として、カーボンブラック（商品名「プリ
ンテックスＬ」、１次粒子径２１ｎｍ、デグサ社製）と、カーボンブラック（商品名「＃１０Ｂ」、１次粒子径７９ｎｍ、三菱化学（株）製）と、薄片化グラファイト（商品名「ＵＰ−１０」、日本黒鉛（株）製）とを組み合わせて６１重量％と、離型剤として、反応性シリコーンオイル（商品名「Ｘ−２２−４７４１」、信越シリコーン（株）製）１．５重量％、分散安定剤としてポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）にアクリル変性を施した添加剤（商品名「メタブレンＡ３０００」、三菱レイヨン（株）製）２．５重量％、反応性添加剤としてチタニウム系カップリング剤（商品名「プレンアクトＫＲ−４４」、味の素ファインテクノ（株）製）１．０重量％とをニーダーで混練して作製した。なお、上記実施例では、薄片化グラファイトを用いたが、高いＰＴＣ特性が要求される場合には球状化グラファイトを組みわせて用いても良い。
【００４９】
また、被覆抵抗体９は、高密度ポリエチレン（商品名「ニポロンハード ５７００」、融点１３０℃、東ソー（株）製）３３重量％と、無水マレイン酸変性結晶性樹脂として、無水マレイン酸変性直鎖状低密度ポリエチレン（商品名「アドマー ＮＦ−５３９」、融点１２５℃、三井化学（株）製）１４重量％で構成し、導電体として、カーボンブラック（商品名「プリンテックスＬ」、１次粒子径２１ｎｍ、デグサ社製）と、導電性ウィスカ（商品名「ＭＰＴ−２５６」、石原産業（株）製）と、カーボンナノチューブ（商品名「ＣＮＴ ＮＣ７０００」、ベルギー製）を組み合わせて５０重量％、分散安定剤としてポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）にアクリル変性を施した添加剤（商品名「メタブレンＡ３０００」、三菱レイヨン（株）製）２．５重量％、反応性添加剤としてチタニウム系カップリング剤（商品名「プレンアクトＫＲ−４４」、味の素ファインテクノ（株）製）０．５重量％とをニーダーで混練して作製した。なお、反応性添加剤と導電体とは予め分散熱前処理して混練に供することで、発泡の少ない押し出し品とすることができる。
【００５０】
上記実施の形態において、得られた面状発熱体１の面積抵抗は２５Ω□（２０℃、難燃性のＰＴＣ抵抗体５の膜厚１００マイクロメートル）であった。３００ｍｍ×３５０ｍｍ四角の面積に難燃性電極３間隔１００ｍｍで２列の配置構成とした場合（難燃性電極３間隔１００ｍｍで長さ６００ｍｍに相当）の比抵抗は、約０．２５Ω・ｃｍであった。
【００５１】
カレンダー加工での膜厚は最低でも７５マイクロメートル、ロールコーター加工では１０マイクロメートルと見ている。また、比抵抗としては、本実施例の難燃性ＰＴＣ抵抗体で用いたカーボンブラック・グラファイト系では０．０３Ω・ｃｍが下限と見ている。したがって、０．１Ω・ｃｍ以下の比抵抗の実現には金属粉の添加が不可欠となるが、金属粉では高充填しないと導通を確保できない。カレンダー加工に用いる樹脂コンパウンドには適用できないと考える。ロールコーター加工に用いる抵抗体インクでは十分適用が可能である。
【００５２】
今回、得られたＰＴＣ抵抗体５はＰＴＣ特性を有し、温度が上昇すると抵抗値が上昇し、所定の温度になるように自己温度調節機能を有するようになり、温度コントロールが不要で安全性の高い面状発熱体１としての機能を有するようになる。自動車用座席に組み込まれるカーシートヒータや自動車用の輻射ヒータとして用いることができる。ＰＴＣ特性を有する面状発熱体として速熱性と省エネ性を、従来のチュービングヒーターを発熱体とするものに比べて発揮することができる。チュービングヒーターを発熱体とするものは、温度制御器を必要として、ＯＮ−ＯＦＦ制御で通電を制御して発熱温度を制御している。ＯＮ時のヒータ線温度は約８０℃まで上昇するため、座席表皮材とはある程度の距離をおいて配置する必要があるのに対して、本発明の面状発熱体では、発熱温度が４０℃〜６０℃の範囲に自己制御されるので、座席表皮材近傍に近接して配置することができる。発熱温度が低く、身体との接触暖房として用いて、放熱ロスを低減できることによる省エネ性を実現できる。
【００５３】
また、本実施例で得た面状発熱体１を、８０℃耐熱性評価、１５０℃耐熱性評価、−２０℃と５０℃のヒートサイクル評価を実施した。その結果、それぞれ、５００時間、２００時間、２００回後も抵抗値変化率はいずれも初期の３０％以内であった。さらに、１５０℃耐熱性評価での死に際が高抵抗化するという安全性を確保できた。耐熱性評価での安定性の要因としては、安定化剤として用いているチタニウム系カップリング剤の導電体表面への結合による導電体の安定化効果と、加工助剤による溶融張力の向上効果、さらにホットメルト接着剤４のＰＴＣ抵抗体５中への浸透、一部相溶化が起因していると考えられた。
【００５４】
導電体としては、できるだけ少ない添加量で所定の抵抗値を達成することが求められるが、そうした導電体は一般的には導電性カーボンブラックと呼ばれるもので、１次粒子径が約２０ｎｍ以下でストラクチャー（葡萄の房のように１次粒子の集合体のことをいう。吸油量で相関付けられている。）の発達した構造のものであるが、そうした導電性カーボンブラックでは一方で、ＰＴＣ特性を発現しにくいという欠点を有していた。これは、導電性カーボンブラックではストラクチャーが発達して、結晶性樹脂の温度による比容積の変化（これがＰＴＣ特性発現の主因と言われている）によってもストラクチャーの導電パスが切断されにくいことによるといわれている。一方で、１次粒子径の大きいカーボンブラックは優れたＰＴＣ特性を有することを発明者らは知見として得ていた。また、グラファイトとして、前述したカーボンブラックよりもさらに粒子径が大きい、球状グラファイトを用いている。これらの複数の導電体を組み合わせることで、厚みが約３００マイクロメートル以下で、面積抵抗が１００Ω□以下、比抵抗が１Ω・ｃｍ以下の抵抗を有するとともに、ＰＴＣ特性の１指標となる２０℃の抵抗値の対する５０℃の抵抗値の比が２．５以上、２０℃の抵抗値の対する８０℃の抵抗値の比が７以上の抵抗体組成物とすることができた。
【００５５】
こうした低抵抗でありながら優れたＰＴＣ特性を発揮できたメカニズムの詳細は不明であるが、結晶性樹脂と複数の導電体を組み合わせたことによる新規な導電パスの形成と、難燃性ホットメルトの存在が関係していると考えている。
【００５６】
なお、上記実施例では、安定化剤として、チタニウム系カップリング剤を用いたが、これに限定するものではない。アルミニウム系カップリング剤、シランカップリング剤や、有機過酸化物等の化学架橋剤を用いることができる。また、モンタン酸部分けん化エステルなどのワックス、さらには他のワックス等の可塑剤や分散剤を必要に応じて用いても良いことは言うまでもない。
【００５７】
ホットメルト材の材質としては、ポリエステル系を用いたが、これに限定するものではない。ウレタン系（ウレタン系熱可塑性エラストマー）やナイロン系（ポリアミド系熱可塑性エラストマー）等、を用いても良い。
【００５８】
また、導電体の形状としては特に言及しなかったが、球状、不定形以外に、ウィスカーや繊維形状のものと組み合わせても良い。
【００５９】
さらに、本発明の面状発熱体は、難燃性に言及しなかったが、難燃剤をＰＴＣ抵抗体やホットメルト接着剤に添加して、難燃性を付与することが可能であることはいうまでもない。面状発熱体を別の難燃性部材、例えば金属板などに貼り合わせて、あるいは挟み込んで用いる場合には、別の難燃性部材の難燃性の効果が大きく、面状発熱体を難燃性にする必要が無いこともありうる。
【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、薄肉で環境にやさしく、ＥＶ用の暖房や
バッテリー加温に適したＰＴＣ特性を有する。
【符号の説明】
【００６１】
１ 面状発熱体
２ ポリエステルフィルムＡ
３ ポリエステルフィルムＢ
４ ホットメルト接着剤
５ ＰＴＣ抵抗体
６ メッシュ状ポリエステル製不織布
７ ＰＴＣ抵抗体カレンダー品
８ 電極
９ 被覆抵抗体
１０ 錫メッキ銅集合撚り線
１１ 熱伝導性部材
１２ カレンダーロール
１４ カレンダー品
１５ ラミネートロール
１６ ラミネート品
【特許請求の範囲】
【請求項１】
不織布と、前記不織布にカレンダー加工により薄膜状に貼り合わされたＰＴＣ抵抗体と、２０ｍｍから２５０ｍｍの間隔で前記ＰＴＣ抵抗体と電気的に接続された一対の電極と、前記不織布と前記ＰＴＣ抵抗体と前記電極を両面よりホットメルト接着剤を介して被覆する２枚のポリエステルフィルムと、前記ポリエステルフィルムの外側の少なくとも一面に接着された熱伝導性部材とからなる面状発熱体。
【請求項２】
不織布として開口部を有するメッシュ状ポリエステル製不織布を用いてなる請求項１記載の面状発熱体。
【請求項３】
少なくとも１００℃以下の融点を有する低融点結晶性樹脂と１００℃以上の融点を有する高融点結晶性樹脂とからなる樹脂組成物と、少なくとも２種類のカーボンブラックからなる導電体と、離型剤と、分散安定剤と、反応性添加剤とからＰＴＣ抵抗体を構成してなる請求項１記載の面状発熱体。
【請求項４】
樹脂組成物を、低融点結晶性樹脂と高融点結晶性樹脂と無水マレイン酸変性結晶性樹脂とから構成してなる請求項２記載の面状発熱体。
【請求項５】
樹脂組成物を、０から６０％の低融点結晶性樹脂と、３０から８５％の高融点結晶性樹脂と、１５から４０％の無水マレイン酸変性結晶性樹脂とから樹脂分を構成してなる請求項２、および３記載の面状発熱体。
【請求項６】
導電体として、１次粒子径が１０から３０ナノメートルのカーボンブラックＡと１次粒子径が６０から１５０ナノメートルのカーボンブラックＢとグラファイトを組み合わせて用いてなる請求項２記載の面状発熱体。
【請求項７】
グラファイトとして、薄片化グラファイトまたは球状化グラファイトを単独もしくは組み合わせて用いてなる請求項６記載の面状発熱体。
【請求項８】
離型剤として反応性シリコーンオイル、分散安定剤としてアクリル変性ポリテトラフルオロエチレン、反応性添加剤としてカップリング剤を用いてなる請求項３記載の面状発熱体。
【請求項９】
電極として、錫メッキ銅集合撚り線、または被覆抵抗体で被覆された錫メッキ銅集合撚り線、ホットメルト接着剤として結晶性ポリエステル樹脂を用いてなる請求項１記載の面状発熱体。
【請求項１０】
少なくとも１００℃以上の融点を有する高融点結晶性樹脂と、カーボンブラックと導電性繊維とカーボンナノチューブとからなる導電体と、分散安定剤と、反応性添加剤とから被覆抵抗体を構成してなる請求項９記載の面状発熱体。
【請求項１１】
被覆抵抗体として、導電体と反応性添加剤とを予め前処理したものを用いてなる請求項１０記載の面状発熱体。
【請求項１２】
熱伝導性部材として、アルミニウムのフィルム、板材のいずれか、または両方を用いてなる請求項１記載の面状発熱体。
【請求項１】
不織布と、前記不織布にカレンダー加工により薄膜状に貼り合わされたＰＴＣ抵抗体と、２０ｍｍから２５０ｍｍの間隔で前記ＰＴＣ抵抗体と電気的に接続された一対の電極と、前記不織布と前記ＰＴＣ抵抗体と前記電極を両面よりホットメルト接着剤を介して被覆する２枚のポリエステルフィルムと、前記ポリエステルフィルムの外側の少なくとも一面に接着された熱伝導性部材とからなる面状発熱体。
【請求項２】
不織布として開口部を有するメッシュ状ポリエステル製不織布を用いてなる請求項１記載の面状発熱体。
【請求項３】
少なくとも１００℃以下の融点を有する低融点結晶性樹脂と１００℃以上の融点を有する高融点結晶性樹脂とからなる樹脂組成物と、少なくとも２種類のカーボンブラックからなる導電体と、離型剤と、分散安定剤と、反応性添加剤とからＰＴＣ抵抗体を構成してなる請求項１記載の面状発熱体。
【請求項４】
樹脂組成物を、低融点結晶性樹脂と高融点結晶性樹脂と無水マレイン酸変性結晶性樹脂とから構成してなる請求項２記載の面状発熱体。
【請求項５】
樹脂組成物を、０から６０％の低融点結晶性樹脂と、３０から８５％の高融点結晶性樹脂と、１５から４０％の無水マレイン酸変性結晶性樹脂とから樹脂分を構成してなる請求項２、および３記載の面状発熱体。
【請求項６】
導電体として、１次粒子径が１０から３０ナノメートルのカーボンブラックＡと１次粒子径が６０から１５０ナノメートルのカーボンブラックＢとグラファイトを組み合わせて用いてなる請求項２記載の面状発熱体。
【請求項７】
グラファイトとして、薄片化グラファイトまたは球状化グラファイトを単独もしくは組み合わせて用いてなる請求項６記載の面状発熱体。
【請求項８】
離型剤として反応性シリコーンオイル、分散安定剤としてアクリル変性ポリテトラフルオロエチレン、反応性添加剤としてカップリング剤を用いてなる請求項３記載の面状発熱体。
【請求項９】
電極として、錫メッキ銅集合撚り線、または被覆抵抗体で被覆された錫メッキ銅集合撚り線、ホットメルト接着剤として結晶性ポリエステル樹脂を用いてなる請求項１記載の面状発熱体。
【請求項１０】
少なくとも１００℃以上の融点を有する高融点結晶性樹脂と、カーボンブラックと導電性繊維とカーボンナノチューブとからなる導電体と、分散安定剤と、反応性添加剤とから被覆抵抗体を構成してなる請求項９記載の面状発熱体。
【請求項１１】
被覆抵抗体として、導電体と反応性添加剤とを予め前処理したものを用いてなる請求項１０記載の面状発熱体。
【請求項１２】
熱伝導性部材として、アルミニウムのフィルム、板材のいずれか、または両方を用いてなる請求項１記載の面状発熱体。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１２−２２７０３４（Ｐ２０１２−２２７０３４Ａ）
【公開日】平成２４年１１月１５日（２０１２．１１．１５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−９４６０７（Ｐ２０１１−９４６０７）
【出願日】平成２３年４月２１日（２０１１．４．２１）
【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２４年１１月１５日（２０１２．１１．１５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年４月２１日（２０１１．４．２１）
【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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