JP2008310967A - Surface heating element - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、構造的密着性及び電気的接触性が良好で、かつ安定した電流の供給が可能な面状発熱体に関するものである。 The present invention relates to a planar heating element having good structural adhesion and electrical contact and capable of supplying a stable current.
従来、面状発熱体の発熱部としては、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・焼成した抵抗体が用いられている。 Conventionally, as a heating part of a planar heating element, a resistor obtained by printing, drying and baking a resistor ink in which a base polymer and a conductive substance are dispersed in a solvent is used.
この抵抗体は通電により発熱する。この種の抵抗体には一般に、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。 This resistor generates heat when energized. In this type of resistor, carbon black, metal powder, graphite, or the like is generally used as a conductive substance, and a crystalline resin is used as a base polymer. With such a material, the heat generating portion exhibits PTC characteristics.
図5、図6を参照してさらに詳しく述べると、面状発熱体51は、電気絶縁性の基材52と、一対の櫛形状電極53、54と、PTC抵抗体組成物55と、被覆材56とを有する。
More specifically with reference to FIGS. 5 and 6, the
前記基材52はポリエステルフィルムなどの樹脂で構成され、櫛形状電極53、54はこの基材52上に銀ペースト等の導電性ペーストを印刷及び乾燥して形成されている。
The
PTC抵抗体組成物55は、櫛形状電極53、54により給電される位置にPTC抵抗体組成物インクを印刷及び乾燥して形成されている。
The
基材52と同様の材質の被覆材56は櫛形状電極53、54とPTC抵抗体組成物55とを被覆して保護している。
A covering
基材52、被覆材56としてポリエステルフィルムを用いる場合、被覆材56に、例えばポリエチレン等の熱融着性樹脂57を予め接着しておく。
When a polyester film is used as the
そして、熱を与えながら加圧することにより、基材52と被覆材56とが前記熱融着性樹脂57を介して接合される。
Then, by applying pressure while applying heat, the
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ている。したがって、PTC特性を有するPTC抵抗体組成物55は、面状発熱体51に自己温度調節機能を付与することができる(例えば、特許文献1参照)。
このように従来の面状発熱体51にあって、基材52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。加えて、基材52と、その上に印刷された櫛形状電極53、54、PTC抵抗体組成物55と、さらにその上に配置された接着層を有する被覆材56とから5層構造を有する。
Thus, in the conventional
そのため、基材52や被覆材56の材質やその厚さによっては柔軟性に欠けるという実用面での欠点だけでなく、工程が複雑であり量産コストが高くなるという経済面での欠点がある。
Therefore, depending on the material of the
そこで、電極を印刷するのではなく、金属製の電極線を予め基材に固定しておき、PTC抵抗体組成物をその上に配置する構成が考えられる。これによれば、2層構造で構成することができる。電極線は、一般には綿縫糸、特に耐熱性や強度を持たせるためにはアラミド繊維等を使用して縫い付けられている。 Therefore, instead of printing the electrodes, a configuration in which a metal electrode wire is fixed to a substrate in advance and the PTC resistor composition is disposed thereon can be considered. According to this, it can comprise by a 2 layer structure. The electrode wires are generally sewn using cotton sewing threads, particularly aramid fibers to give heat resistance and strength.
しかし、この場合、構成は簡素になるものの、縫糸が電極線と抵抗体との密着を阻害することになり、さらに、縫糸によって電極線と抵抗体との電気的接触性を阻害してしまうという問題があった。 However, in this case, although the configuration is simplified, the sewing thread inhibits the adhesion between the electrode line and the resistor, and further, the sewing thread inhibits the electrical contact between the electrode line and the resistor. There was a problem.
本発明はこのような従来の課題を解決したものであり、PTC抵抗体組成物と電極線、電極線と電気絶縁性基材との密着性を高めた面状発熱体を実現したものである。 The present invention solves such a conventional problem, and realizes a planar heating element having improved adhesion between a PTC resistor composition and an electrode wire, and between the electrode wire and an electrically insulating substrate. .
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、PTC抵抗体組成物と、線条電極と、電気絶縁性基材とを備え、前記線条電極が熱可塑性樹脂組成物の縫糸によって固定され、前記縫糸上に前記PTC抵抗体組成物が配置されたものである。 In order to solve the conventional problems, a planar heating element of the present invention includes a PTC resistor composition, a line electrode, and an electrically insulating substrate, and the line electrode is a thermoplastic resin composition. The PTC resistor composition is disposed on the sewing thread.
これにより、熱可塑性樹脂が成形時の加熱によって融解し、冷却して固化することにより、PTC抵抗体組成物と電極、電極と電気絶縁性基材とを接着することになり、それぞれの密着性の優れた面状発熱体を実現することになる。 As a result, the thermoplastic resin is melted by heating at the time of molding, and is cooled and solidified, whereby the PTC resistor composition and the electrode, and the electrode and the electrically insulating substrate are bonded to each other. An excellent sheet heating element is realized.
本発明の面状発熱体は、線状電極を縫い付ける縫糸を熱可塑性樹脂とすることによって、PTC抵抗体組成物と電極、電極と電気絶縁性基材との間の密着性を向上させることができ、簡素な生産工程で、性能の安定性に優れた面状発熱体を作製することができる。 The planar heating element of the present invention improves the adhesion between the PTC resistor composition and the electrode, and the electrode and the electrically insulating substrate by using a thermoplastic resin as a sewing thread for sewing the linear electrode. It is possible to manufacture a sheet heating element having excellent performance stability by a simple production process.
第1の発明は、PTC抵抗体組成物と、線条電極と、電気絶縁性基材とを備え、前記線条電極が熱可塑性樹脂組成物の縫糸によって固定され、前記縫糸上に前記PTC抵抗体組成物が配置されたものである。 A first invention comprises a PTC resistor composition, a filament electrode, and an electrically insulating substrate, wherein the filament electrode is fixed by a thread of a thermoplastic resin composition, and the PTC resistance is formed on the thread. The body composition is arranged.
熱可塑性樹脂は加熱により融解し、冷却により固化するため、PTC抵抗体組成物と電極、電極と電気絶縁性基材との間を接着させることができる。したがって、熱可塑性樹脂組成物の縫糸を使用することにより、電極を基材に固定するとともに、PTC抵抗体組成物をも固定させた安定性の高い面状発熱体を実現することができる。 Since the thermoplastic resin is melted by heating and solidified by cooling, the PTC resistor composition and the electrode, and the electrode and the electrically insulating substrate can be bonded. Therefore, by using the thermoplastic resin composition thread, it is possible to realize a highly stable planar heating element in which the electrode is fixed to the substrate and the PTC resistor composition is also fixed.
第2の発明は、前記第1の発明の熱可塑性樹脂を融点が80〜150℃の低融点樹脂としたものである。 In a second invention, the thermoplastic resin of the first invention is a low melting point resin having a melting point of 80 to 150 ° C.
融点が高いと成形性が悪くなる一方、融点が低すぎると抵抗体の発熱によって安定性が低下してしまう。 When the melting point is high, the moldability is deteriorated. On the other hand, when the melting point is too low, the stability is lowered due to heat generation of the resistor.
自動車の座席装置の暖房用ヒータを想定した場合、抵抗体の温度が80℃を超えることはなく、かつ加工性を向上させるために融点が80〜150℃とすることで、耐久性と加工性を備えた面状発熱体を実現することができる。 Assuming a heater for heating in a car seat device, the temperature of the resistor does not exceed 80 ° C., and the melting point is set to 80 to 150 ° C. in order to improve the workability. It is possible to realize a planar heating element provided with.
第3の発明は、前記第1の発明の熱可塑性樹脂がアイオノマー樹脂であり、かつPTC抵抗体組成物がエチレンメタクリル酸共重合体を含有したものとした。アイオノマー樹脂もエチレンメタクリル酸共重合体であるため、縫糸とPTC抵抗体組成物との密着性がさ
らに向上することになる。
In the third invention, the thermoplastic resin of the first invention is an ionomer resin, and the PTC resistor composition contains an ethylene methacrylic acid copolymer. Since the ionomer resin is also an ethylene methacrylic acid copolymer, the adhesion between the sewing thread and the PTC resistor composition is further improved.
第4の発明は、前記第1の発明の線条電極を亜鉛鍍金線で、熱可塑性樹脂を亜鉛イオンの架橋構造を備えたアイオノマー樹脂でそれぞれ構成したものである。 According to a fourth aspect of the present invention, the filament electrode of the first aspect of the present invention is composed of a zinc-plated wire, and the thermoplastic resin is composed of an ionomer resin having a zinc ion crosslinking structure.
これにより、アイオノマー樹脂のカルボン酸基が鍍金亜鉛と架橋構造を形成させることができ、密着性がさらに向上することになる。 As a result, the carboxylic acid group of the ionomer resin can form a crosslinked structure with the plated zinc and the adhesion is further improved.
第5の発明は、前記第1の発明の樹脂組成物に導電体を含有させたものである。これにより電極とPTC抵抗体組成との電気接続性を向上させることができる。 In a fifth aspect of the present invention, a conductor is contained in the resin composition of the first aspect. Thereby, the electrical connectivity between the electrode and the PTC resistor composition can be improved.
第6の発明は、前記第5の発明の樹脂組成物がPTC特性を具備していないものとした。PTC特性を有する場合、温度の上昇とともに縫糸の抵抗が上昇して面状発熱体の電極での発熱が顕在化してしまうが、PTC特性を有さなくすることで、これを防止することができる。 In the sixth invention, the resin composition of the fifth invention does not have PTC characteristics. When it has PTC characteristics, the resistance of the sewing thread increases as the temperature rises, and heat generation at the electrode of the planar heating element becomes obvious, but this can be prevented by having no PTC characteristics. .
第7の発明は、前記第1の発明の電気絶縁性基材を織布、不織布の少なくとも1種類で構成し、面状発熱体に柔軟性を付与し、外力が加わっても容易に変形するようにしたものである。 In a seventh invention, the electrically insulating substrate of the first invention is composed of at least one of a woven fabric and a non-woven fabric, imparts flexibility to the planar heating element, and easily deforms even when an external force is applied. It is what I did.
第8の発明は、前記第1〜7のいずれか一つの発明の面状発熱体を自動車の座席装置の暖房用に装着したもので、着座感の向上を図ったものである。 In an eighth aspect of the present invention, the planar heating element according to any one of the first to seventh aspects is mounted for heating a seat device of an automobile, and the seating feeling is improved.
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。また各実施の形態特有の構成を適宜組み合わせることができる。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. Note that the present invention is not limited to the present embodiment. In addition, a configuration unique to each embodiment can be combined as appropriate.
(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、線条電極3、PTC抵抗体組成物4、及び縫糸5を基本構成とする。
(Embodiment 1)
1 and 2, the
線条電極3は電気絶縁性基材2に配置され、縫糸5で部分的に縫い付けられている。
The
PTC抵抗体組成物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。これによりPTC抵抗体組成物4が線条電極3と電気絶縁性基材2とに熱融着されている。
The
なお、線条電極3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。
A lead wire for supplying power from the power source to the
図3,4は前記面状発熱体1を取り付けた自動車の座席装置を示し、暖房用ヒータとして座部6や、この座部6から立ち上がるように設けられた背もたれ7に電気絶縁性基材2が表面側に位置するように前記面状発熱体1が取り付けられている。
3 and 4 show an automobile seat device to which the
さらに、座部6や背もたれ7には、座席基材8と表皮9とが設けられている。ウレタンパット等の座席基材8は、これ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。
Further, the
表皮9は座席基材8を覆っている。すなわち、面状発熱体1は、座席基材8にPTC抵抗体組成物4側を、表皮9に電気絶縁性基材2側を配置して取り付けられる。なお座部6や背もたれ7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)が設けられる場合もある。
The skin 9 covers the
このように薄い面状発熱体1は変形可能な座席基材8と表皮9に沿って配置されている。そのため面状発熱体1も、座部6や背もたれ7の変形に対応して相似の変形をしなければならない。そのために、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。
Thus, the thin
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。
A pair of wide
線条電極3に重なるように配設されたPTC抵抗体組成物4にこの線条電極3より給電することで、PTC抵抗体組成物4に電流が流れて発熱する。
By supplying power from the
PTC抵抗体組成物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、PTC抵抗体組成物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。
The
上述したように、面状発熱体1は1対の線条電極3を取り付けた電気絶縁性基材2とPTC抵抗体組成物4との2層構造で構成している。
As described above, the
この構成により、面状発熱体1は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。
With this configuration, the
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。
As the electrically insulating
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の座席装置の暖房用として用いた際の着座感を向上させる。
These electrically insulating
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。
In particular, when the
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。
The
また、電気絶縁性基材2への縫製は、縫糸5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。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。
Moreover, since the sewing to the electrically insulating
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。
The
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。 Further, the selection range of the material and shape of the metal conductor and the metal braided conductor is widened.
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。 Further, since the metal conductor and the metal braided conductor are excellent in flexibility and have high mechanical strength, they can endure for a long period of time even if the planar heating element is repeatedly stretched, bent, or deformed.
また、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、電極材料の低コスト化が図れる。 In addition, since the electrode is composed of a filament, unlike the conventional complicated comb-shaped electrode, it can have a simple structure, and the cost of the electrode material can be reduced.
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。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。
The resistance of the
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。
Further, if the wire diameter of the
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、亜鉛鍍金金属線等の単線、撚り線、編組線が挙げられる。 Examples of the material for realizing this resistance value include copper, tin-plated copper, copper-silver alloy, single wire such as galvanized metal wire, stranded wire, and braided wire.
PTC抵抗体組成物4の樹脂としては、カーシートヒータのように発熱温度が40〜50℃と比較的低い場合には、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。
As the resin of the
縫糸5は、低融点の熱可塑性樹脂によって成形されており、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、酢酸ビニル、エチレン酢酸ビニル共重合体、エチレンメタクリル酸共重合体、アイオノマー樹脂等が使用できる。
The
また、縫糸5に導電性を付与するために、カーボンブラック、グラファイト、カーボンナノチューブ、カーボン繊維等の導電材を添加することができる。
Further, in order to impart conductivity to the
次に、面状発熱体1の作製方法について一例を述べる。
Next, an example of a method for manufacturing the
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0.1μmの亜鉛鍍金金属線10本を撚り線化したものを用い、縫糸4で図1に示す形状にミシンで縫製し、線条電極3を形成する。
First, an electrically
ここで、縫糸4は亜鉛架橋タイプのアイオノマー樹脂にカーボンナノチューブを20重量%添加して成形させた樹脂組成物である。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。
Here, the
次に、PTC特性を発現する組成物として、融点が90〜100℃のエチレンメタクリル酸共重合体と、カーボンブラックを混練混合して抵抗体組成物を作製する。そして、抵抗体組成物を押出装置に連結されたTダイより押し出してフィルム状に成型する。 Next, as a composition exhibiting PTC characteristics, an ethylene methacrylic acid copolymer having a melting point of 90 to 100 ° C. and carbon black are kneaded and mixed to prepare a resistor composition. And a resistor composition is extruded from the T die connected with the extrusion apparatus, and is shape | molded in a film form.
このようにしてPTC抵抗体組成物4が作製される。抵抗体組成物の混練混合は、熱ロール、ニーダー、2軸混練機などの装置で行われる。
In this way, the
PTC抵抗体組成物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。
The thickness of the
次に、フィルム状に成型され、Tダイから押し出されたPTC抵抗体組成物4は、予め作製された線条電極3を縫糸4によって取り付けた電気絶縁性基材2の線条電極3の存在
する面とラミネータにより熱融着されて貼り合わされる。
Next, the
この際、縫糸4がラミネータによる加熱によって融解され、電気絶縁性基材2と線条電極3、PTC抵抗体組成物4と線条電極3が接着することになる。以上のようにして面状発熱体1が完成する。
At this time, the
以上のように構成された面状発熱体1は、亜鉛架橋タイプのアイオノマー樹脂を成分とする縫糸5と亜鉛鍍金金属製の線条電極3は亜鉛イオンを介して密着性が高いものであり、エチレンメタクリル酸共重合体を成分とするアイオノマー樹脂と同成分によるPTC抵抗体組成物4は密着性が高いものである。
In the
また、カーボンナノチューブを添加した縫糸5は体積固有抵抗で1Ω・cmと導電性が高く、かつPTC特性を有していないものである。これにより、線条電極3とPTC抵抗体組成物4の電気的接続の阻害を抑えることができ、かつ縫糸5での発熱を防止することができる。
Further, the
本発明による面状発熱体は、構成が簡単で、PTC特性の安定性に優れ、さらに外力による変形に対して機械的な安定性を有する。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。 The planar heating element according to the present invention has a simple configuration, excellent stability of PTC characteristics, and mechanical stability against deformation due to external force. Since this planar heating element can be mounted on the surface shape of an appliance having, for example, a continuous curved surface or a combination of flat surfaces, an automobile floor, a handle, and other electric floor heating that requires heating as a heater for heating, etc. Applicable to any apparatus. In addition, since the productivity is excellent and the cost can be reduced, the application range of applied products is expanded.
1 面状発熱体
2 電気絶縁性基材
3 線条電極
4 PTC抵抗体組成物
5 縫糸
DESCRIPTION OF
Claims (8)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2007154766A JP2008310967A (en) | 2007-06-12 | 2007-06-12 | Surface heating element |
Applications Claiming Priority (1)
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---|---|---|---|
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR101269195B1 (en) * | 2011-07-12 | 2013-05-28 | (주)한국이엔티 | Electric conduction yarn, heat generating fabric using the yarn |
-
2007
- 2007-06-12 JP JP2007154766A patent/JP2008310967A/en active Pending
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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KR101269195B1 (en) * | 2011-07-12 | 2013-05-28 | (주)한국이엔티 | Electric conduction yarn, heat generating fabric using the yarn |
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