JP2007299546A - 面状発熱体 - Google Patents

Abstract

【課題】制御装置を使うことなく発熱能力を可変することのできる面状発熱体を提供する。
【解決手段】基板１上に形成された少なくとも３つの第１〜第３電極Ｅ１〜Ｅ３と、基板１上の第１〜第３電極Ｅ１〜Ｅ３間に複数形成され、第１〜第３電極Ｅ１〜Ｅ３から給電されて発熱する第１、第２抵抗発熱体Ｒ１、Ｒ２とを有し、第１〜第３電極Ｅ１〜Ｅ３のうち通電させる電極の組み合わせを変えることで第１、第２抵抗発熱体Ｒ１、Ｒ２での発熱能力を可変するようにしている。
これによれば、従来の一対の櫛歯状電極の間に、少なくとも電極を１つ追加して、これらの電極Ｅ１〜Ｅ３なかで通電させる電極の組み合わせを切り換えることにより、発熱部位が切り換わって制御装置を使うことなくスイッチ切り換えのみで発熱能力を可変することができるようになる。
【選択図】図１

Description

本発明は、面状発熱体に関するものであり、特に、櫛歯状に配置された一対の電極間に複数の抵抗発熱体を形成したような構造を持つ面状発熱体に関するものである。

従来技術として、下記特許文献１に示されているように、櫛歯状に配置された一対の電極間に複数の抵抗発熱体を配置し、電極間に通電して抵抗発熱体で発熱させる構造がある。
特開２００３−２１７９０４号公報

しかしながら、上記従来技術の面状発熱体においては、発熱能力を可変するために制御装置が必要になるという問題点を有している。本発明は、このような従来の技術に存在する問題点に着目して成されたものであり、その目的は、制御装置を使うことなく発熱能力を可変することのできる面状発熱体を提供することにある。

本発明は上記目的を達成するために、請求項１ないし請求項４に記載の技術的手段を採用する。すなわち、請求項１に記載の発明では、基板（１）上に形成された少なくとも３つの第１〜第３電極（Ｅ１〜Ｅ３）と、
基板（１）上の第１〜第３電極（Ｅ１〜Ｅ３）間に複数形成され、第１〜第３電極（Ｅ１〜Ｅ３）から給電されて発熱する第１、第２抵抗発熱体（Ｒ１、Ｒ２）とを有し、
第１〜第３電極（Ｅ１〜Ｅ３）のうち通電させる電極の組み合わせを変えることで第１、第２抵抗発熱体（Ｒ１、Ｒ２）での発熱能力を可変することを特徴としている。

この請求項１に記載の発明によれば、従来の一対の櫛歯状電極の間に、少なくとも電極を１つ追加して、これらの電極（Ｅ１〜Ｅ３）なかで通電させる電極の組み合わせを切り換えることにより、発熱部位が切り換わって制御装置を使うことなくスイッチ切り換えのみで発熱能力を可変することができるようになる。

また、請求項２に記載の発明では、請求項１に記載の面状発熱体において、第１電極（Ｅ１）と第３電極（Ｅ３）との間に配した第１抵抗発熱体（Ｒ１）と、第２電極（Ｅ２）と第３電極（Ｅ３）との間に配した第２抵抗発熱体（Ｒ２）とを発熱量の異なる抵抗発熱体としたことを特徴としている。

この請求項２に記載の発明によれば、例えば発熱能力を第１抵抗発熱体（Ｒ１）＜第２抵抗発熱体（Ｒ２）とすれば、第１抵抗発熱体（Ｒ１）だけ発熱＜第２抵抗発熱体（Ｒ２）だけ発熱＜第１、第２抵抗発熱体（Ｒ１、Ｒ２）とも発熱と、少なくとも３段階に発熱能力を可変することができるようになる。

また、請求項３に記載の発明では、請求項１または請求項２に記載の面状発熱体において、第１抵抗発熱体（Ｒ１）を介した第１電極（Ｅ１）と第３電極（Ｅ３）との間の間隔（ｄ１）と、第２抵抗発熱体（Ｒ２）を介した第２電極（Ｅ２）と第３電極（Ｅ３）との間の間隔（ｄ２）とを異なるようにしたことを特徴としている。

この請求項３に記載の発明によれば、第１抵抗発熱体（Ｒ１）と第２抵抗発熱体（Ｒ２）とを単位面積あたり同じ発熱能力の抵抗発熱体としても、その抵抗発熱体に電圧を印加する電極間の距離が異なるようにすることにより、電極間の距離が広いほど電極間の抵抗が大きくなって発熱能力が小さくなる。これにより、上記した請求項２と同様に、例えば第１抵抗発熱体（Ｒ１）だけ発熱＜第２抵抗発熱体（Ｒ２）だけ発熱＜第１、第２抵抗発熱体（Ｒ１、Ｒ２）とも発熱と、少なくとも３段階に発熱能力を可変することができるようになる。

また、請求項４に記載の発明では、請求項１ないし請求項３のうちいずれか１項に記載の面状発熱体において、第１〜第３電極（Ｅ１〜Ｅ３）のうちのいずれか２つの電極の一部を、絶縁部材（Ｉ）を介して２層構造としたことを特徴としている。

この請求項４に記載の発明によれば、３つの第１〜第３電極（Ｅ１〜Ｅ３）のうちいずれか２つの電極の一部を２層構造とすることにより、いずれか２つの電極と残り１つの電極との間に第１、第２抵抗発熱体（Ｒ１、Ｒ２）を並べることができるため、効率良く且つコンパクトに発熱体および電極を配置することができるようになる。ちなみに、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す一例である。

（第１実施形態）
以下、本発明の第１実施形態（請求項１〜３の適用例）について添付した図１または図２を用いて詳細に説明する。図１は、本発明の第１実施形態における電極Ｅ１〜Ｅ３と抵抗発熱体Ｒ１、Ｒ２との配置を説明する部分透過平面図であり、図２は、図１中のＡ−Ａ断面図である。

本実施形態の面状ヒータ（面状発熱体）は、床暖房用、乾燥用、自動車のデフロスターなどに用いられるものである。図２に示すように、面状ヒータは、基板１上に、３つの電極Ｅ１〜Ｅ３と、これらの電極の間に２つ抵抗発熱体Ｒ１、Ｒ２を形成した構造からなっている。

基板１は、例えば厚さ２００μｍ程度のポリエチレンテレフタレート（以下、ＰＥＴと称す）のフィルムである。なお基板１は、セラミックや絶縁処理された金属板などで有っても良く、材質や製法を問うものではない。電極Ｅ１〜Ｅ３は、基板１上に銀やカーボンブラックなどの導電性粒子を樹脂溶液中に分散してなる導電性ペーストをスクリーン印刷して乾燥して形成したものである。なお、電極Ｅ１〜Ｅ３には銅箔テープなどを用いても良く、材質や製法を問うものではない。

そして本実施形態の特徴として、一対の電極としての第１電極Ｅ１と第２電極Ｅ２とは櫛形を突き合わせた形となっており、その一対の電極の間に、第３電極Ｅ３を追加して形成している。より具体的には、図１に示すように、第１電極Ｅ１と第２電極Ｅ２とから互いに突出する櫛歯の間を縫うようにして第３電極Ｅ３を形成している。また、抵抗発熱体Ｒ１、Ｒ２として、本実施形態では導電性インキ組成物を基板１上に印刷あるいは塗布して任意の厚さおよび形状の塗膜としてＰＴＣ系発熱体を形成している（図１に示す斜線部分）。

これは、エチレン／酢酸ビニル共重合体とポリエチレン樹脂などの結晶性樹脂からなる高分子ベースポリマー、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を用いたＰＴＣ（Ｐｏｓｉｔｉｖｅ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ、正温度係数）系発熱体用インクである。

この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。このＰＴＣ特性は、温度上昇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。これは従来から、特殊な形状や小型の発熱体、過電流保護素子として使用されているものである。

なおこれも、他の材質の抵抗発熱体であっても良く、材質や製法を問うものではない。そして本実施形態の他の特徴として、上記した３つの電極Ｅ１〜Ｅ３間において、第１電極Ｅ１と第３電極Ｅ３との間に第１抵抗発熱体Ｒ１、第２電極Ｅ２と第３電極Ｅ３との間に第２抵抗発熱体Ｒ２と、発熱量の異なる抵抗発熱体Ｒ１、Ｒ２を形成している。これは、特性の異なる発熱体用インクをＲ１部分とＲ２部分とに刷り分けても良いし、発熱体用インクの刷り幅や部分的に２度刷りするなどで刷り厚が異なるようにしても良い。

また、本実施形態では、図１に示すように、第１抵抗発熱体Ｒ１を介した第１電極Ｅ１と第３電極Ｅ３との間の間隔ｄ１と、第２抵抗発熱体Ｒ２を介した第２電極Ｅ２と第３電極Ｅ３との間の間隔ｄ２とを異なるようにして電極間の通電抵抗を異ならせて抵抗発熱体Ｒ１とＲ２とで発熱量が異なるようにしている。

なお、図１では部分的にしか示していないが、電極の長手方向に抵抗発熱体Ｒ１、Ｒ２が複数（多数）形成されている。そして、基板１上に形成された電極Ｅ１〜Ｅ３および抵抗発熱体Ｒ１、Ｒ２の上には、図２に示すように、粘着剤付きのＰＥＴのフィルムなどによる被覆材２で覆って保護している。なお、被覆材２の樹脂としてはＰＥＴに限らず、ポリウレタン樹脂やポリエステル樹脂あるいはアクリル樹脂などを用いても良い。

また、基板１上の電極Ｅ１〜Ｅ３に給電を行う図示しない給電端子部は、基板１上に形成された電極Ｅ１〜Ｅ３を平板状の金属製の電極端子と金属板との間に挟む構造となっている。そして、図示しない電源コード（リード線）の芯線が電極端子にハンダ付けなどにより接続されており、電源コードに供給された電気が電極端子に接触している基板１上の電極Ｅ１〜Ｅ３にバッテリーなどからの電圧を印加できるようになっている。

より具体的には、第３電極Ｅ３をプラス側とし、第１電極Ｅ１をマイナス側としてこれらの電極間に電圧を印加すると、第１抵抗発熱体Ｒ１が通電されて発熱するようになる。また、マイナス側を第１電極Ｅ１から第２電極Ｅ２にスイッチなどで切り換えると、今度は第２抵抗発熱体Ｒ２が通電されて発熱するようになる。

このように、例えば第１抵抗発熱体Ｒ１より第２抵抗発熱体Ｒ２の方の発熱量が大きいとすれば、通電を第１電極Ｅ１から第２電極Ｅ２に切り換えて発熱部を第１抵抗発熱体Ｒ１から第２抵抗発熱体Ｒ２へ切り換えることにより、簡単に発熱能力を上げるように可変することができる。

さらに、マイナス側として第１電極Ｅ１と第２電極Ｅ２との両方に通電するように切り換えると、第１抵抗発熱体Ｒ１と第２抵抗発熱体Ｒ２との両方が発熱して発熱能力が最大となるように可変することができる。ちなみに、上記作動でマイナス側としていた第１電極Ｅ１と第２電極Ｅ２とにおいて、いずれかをプラス側としてこれらの間に電圧を印加するパターンも有りうる。

このパターンにおいては、第１抵抗発熱体Ｒ１と第２抵抗発熱体Ｒ２との両方が発熱するが、電極間の間隔が電気的にはほぼ上記したｄ１＋ｄ２となって通電抵抗が大きくなるため、抵抗発熱体Ｒ１、Ｒ２の全部を低い発熱量で発熱させることができることとなる。

次に、本実施形態での特徴と、その効果について述べる。まず、基板１上に形成された少なくとも３つの第１〜第３電極Ｅ１〜Ｅ３と、基板１上の第１〜第３電極Ｅ１〜Ｅ３間に複数形成され、第１〜第３電極Ｅ１〜Ｅ３から給電されて発熱する第１、第２抵抗発熱体Ｒ１、Ｒ２とを有し、第１〜第３電極Ｅ１〜Ｅ３のうち通電させる電極の組み合わせを変えることで第１、第２抵抗発熱体Ｒ１、Ｒ２での発熱能力を可変するようにしている。

これによれば、従来の一対の櫛歯状電極の間に、少なくとも電極を１つ追加して、これらの電極Ｅ１〜Ｅ３なかで通電させる電極の組み合わせを切り換えることにより、発熱部位が切り換わって制御装置を使うことなくスイッチ切り換えのみで発熱能力を可変することができるようになる。

また、第１電極Ｅ１と第３電極Ｅ３との間に配した第１抵抗発熱体Ｒ１と、第２電極Ｅ２と第３電極Ｅ３との間に配した第２抵抗発熱体Ｒ２とを発熱量の異なる抵抗発熱体としている。これによれば、例えば発熱能力を第１抵抗発熱体Ｒ１＜第２抵抗発熱体Ｒ２とすれば、第１抵抗発熱体Ｒ１だけ発熱＜第２抵抗発熱体Ｒ２だけ発熱＜第１、第２抵抗発熱体Ｒ１、Ｒ２とも発熱と、少なくとも３段階に発熱能力を可変することができるようになる。

また、第１抵抗発熱体Ｒ１を介した第１電極Ｅ１と第３電極Ｅ３との間の間隔ｄ１と、第２抵抗発熱体Ｒ２を介した第２電極Ｅ２と第３電極Ｅ３との間の間隔ｄ２とを異なるようにしている。これによれば、第１抵抗発熱体Ｒ１と第２抵抗発熱体Ｒ２とを単位面積あたり同じ発熱能力の抵抗発熱体としても、その抵抗発熱体に電圧を印加する電極間の距離が異なるようにすることにより、電極間の距離が広いほど電極間の抵抗が大きくなって発熱能力が小さくなる。

これにより、上記した特徴と同様に、例えば第１抵抗発熱体Ｒ１だけ発熱＜第２抵抗発熱体Ｒ２だけ発熱＜第１、第２抵抗発熱体Ｒ１、Ｒ２とも発熱と、少なくとも３段階に発熱能力を可変することができるようになる。

（第２実施形態）
図３は、本発明の第２実施形態（請求項４の適用例）における電極Ｅ１〜Ｅ３と抵抗発熱体Ｒ１、Ｒ２との配置を説明する部分透過平面図である。上述した第１実施形態と異なる特徴部分を説明する。本実施形態では、第１〜第３電極Ｅ１〜Ｅ３のうちのいずれか２つの電極の一部を、絶縁部材Ｉを介して２層構造としている。

図３に示した例では第２、第３電極Ｅ２、Ｅ３を片側に構成して、第２電極Ｅ２と第３電極Ｅ３との重なる部分の間に、例えばＰＥＴのフィルムなどによる絶縁部材Ｉを挟み込むことで絶縁している。その他は、作動においても第１実施形態と同様である。

これによれば、３つの第１〜第３電極Ｅ１〜Ｅ３のうちいずれか２つの電極の一部を２層構造とすることにより、いずれか２つの電極と残り１つの電極との間に第１、第２抵抗発熱体Ｒ１、Ｒ２を並べることができるため、効率良く且つコンパクトに発熱体および電極を配置することができるようになる。

（その他の実施形態）
上述の実施形態では、３つの第１〜第３電極Ｅ１〜Ｅ３で構成しているが、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、例えば第３電極Ｅ３を電極長手方向の一端側のゾーンと他端側のゾーンとに分けるなどして４つ以上の電極で構成して、ゾーン毎で発熱量を可変できるようにしても良い。また、４つ以上の電極とそれらの間の抵抗発熱体との組み合わせで３段階以上の細かい段階で発熱量を切り替えられるようにしても良い。

本発明の第１実施形態における電極Ｅ１〜Ｅ３と抵抗発熱体Ｒ１、Ｒ２との配置を説明する部分透過平面図である。 図１中のＡ−Ａ断面図である。 本発明の第２実施形態における電極Ｅ１〜Ｅ３と抵抗発熱体Ｒ１、Ｒ２との配置を説明する部分透過平面図である。

符号の説明

１…基材
２…被覆材
Ｅ１…第１電極
Ｅ２…第２電極
Ｅ３…第３電極
ｄ１、ｄ２…間隔
Ｉ…絶縁部材
Ｒ１…第１抵抗発熱体
Ｒ２…第１抵抗発熱体

Claims (4)

1. 基板（１）上に形成された少なくとも３つの第１〜第３電極（Ｅ１〜Ｅ３）と、
   前記基板（１）上の前記第１〜第３電極（Ｅ１〜Ｅ３）間に複数形成され、前記第１〜第３電極（Ｅ１〜Ｅ３）から給電されて発熱する第１、第２抵抗発熱体（Ｒ１、Ｒ２）とを有し、
   前記第１〜第３電極（Ｅ１〜Ｅ３）のうち通電させる電極の組み合わせを変えることで前記第１、第２抵抗発熱体（Ｒ１、Ｒ２）での発熱能力を可変することを特徴とする面状発熱体。
2. 前記第１電極（Ｅ１）と前記第３電極（Ｅ３）との間に配した前記第１抵抗発熱体（Ｒ１）と、前記第２電極（Ｅ２）と前記第３電極（Ｅ３）との間に配した前記第２抵抗発熱体（Ｒ２）とを発熱量の異なる抵抗発熱体としたことを特徴とする請求項１に記載の面状発熱体。
3. 前記第１抵抗発熱体（Ｒ１）を介した前記第１電極（Ｅ１）と前記第３電極（Ｅ３）との間の間隔（ｄ１）と、前記第２抵抗発熱体（Ｒ２）を介した前記第２電極（Ｅ２）と前記第３電極（Ｅ３）との間の間隔（ｄ２）とを異なるようにしたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の面状発熱体。
4. 前記第１〜第３電極（Ｅ１〜Ｅ３）のうちのいずれか２つの電極の一部を、絶縁部材（Ｉ）を介して２層構造としたことを特徴とする請求項１ないし請求項３のうちいずれか１項に記載の面状発熱体。

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