JP2025035507A - Thin, flexible electric heating device - Google Patents
Thin, flexible electric heating device Download PDFInfo
- Publication number
- JP2025035507A JP2025035507A JP2023142596A JP2023142596A JP2025035507A JP 2025035507 A JP2025035507 A JP 2025035507A JP 2023142596 A JP2023142596 A JP 2023142596A JP 2023142596 A JP2023142596 A JP 2023142596A JP 2025035507 A JP2025035507 A JP 2025035507A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- area
- heater
- thin
- electric heating
- pattern
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
- H05B3/00—Ohmic-resistance heating
- H05B3/02—Details
- H05B3/03—Electrodes
-
- H—ELECTRICITY
- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
- H05B3/00—Ohmic-resistance heating
- H05B3/10—Heating elements characterised by the composition or nature of the materials or by the arrangement of the conductor
-
- H—ELECTRICITY
- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
- H05B3/00—Ohmic-resistance heating
- H05B3/10—Heating elements characterised by the composition or nature of the materials or by the arrangement of the conductor
- H05B3/12—Heating elements characterised by the composition or nature of the materials or by the arrangement of the conductor characterised by the composition or nature of the conductive material
- H05B3/14—Heating elements characterised by the composition or nature of the materials or by the arrangement of the conductor characterised by the composition or nature of the conductive material the material being non-metallic
-
- H—ELECTRICITY
- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
- H05B3/00—Ohmic-resistance heating
- H05B3/20—Heating elements having extended surface area substantially in a two-dimensional plane, e.g. plate-heater
-
- H—ELECTRICITY
- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
- H05B3/00—Ohmic-resistance heating
- H05B3/20—Heating elements having extended surface area substantially in a two-dimensional plane, e.g. plate-heater
- H05B3/34—Heating elements having extended surface area substantially in a two-dimensional plane, e.g. plate-heater flexible, e.g. heating nets or webs
Landscapes
- Surface Heating Bodies (AREA)
- Resistance Heating (AREA)
Abstract
Description
特許法第30条第2項適用申請有り ウェブサイトのアドレス:https://unified.jcdbizmatch.jp/nanotech2023/Exhibitor/jp 掲載日:令和4年12月1日 [刊行物等] 展示会名:J-FLEX2023 開催場所:東京ビックサイト 開催日 :令和5年2月1日Application for application of Article 30,
本発明は、基材上に導電性インキを用いて印刷等することにより形成されたヒーター電熱線を有する薄型電熱デバイスに関し、特に、ヒーター電熱線を薄膜状に形成可能であり、耐屈曲性に優れた薄型電熱デバイスに関する。 The present invention relates to a thin electric heating device having a heater wire formed by printing or the like on a substrate using a conductive ink, and in particular to a thin electric heating device in which the heater wire can be formed into a thin film and has excellent bending resistance.
これまで、導電性インキを用いた印刷を行うことで基材上に電熱線を形成した薄型化ヒーターが種々提案されてきた。例えば、基材上に、スクリーン印刷により銀ペーストパターンを印刷した薄型電熱デバイス(例えば、特許文献1参照)等が知られている。 So far, various thin heaters have been proposed in which a heating wire is formed on a substrate by printing with conductive ink. For example, a thin electric heating device in which a silver paste pattern is printed on a substrate by screen printing (see, for example, Patent Document 1) is known.
このような従来からある薄型電熱デバイスの多くは、スクリーン印刷によりヒーター電熱線が形成されている。この場合、その印刷方式の特性から電熱線を形成するインキ層の厚みは少なくとも5μm以上となる。このような厚みのインキ層は可撓性に乏しいため曲げることが難しく、特に曲げ半径0.5mm以下の優れた屈曲を実現することが困難であった。このため、従来の薄型電熱デバイスの多くは、シート状に広げた状態での使用に限られるものが多かった。しかし、ヒーターにより温める対象の形状に合わせた曲面形状や円筒形状のヒーターが実現できれば、対象物を効率的に温めることが可能になるばかりでなく、ヒーターの使用用途も広がることが期待できる。また、曲げたり丸めたりが容易であれば、ヒーターの可搬性向上も期待できる。 In many of these conventional thin electric heating devices, the heater wire is formed by screen printing. In this case, due to the characteristics of the printing method, the thickness of the ink layer forming the heating wire is at least 5 μm or more. An ink layer of this thickness has poor flexibility and is difficult to bend, and it is particularly difficult to achieve an excellent bending radius of 0.5 mm or less. For this reason, many conventional thin electric heating devices are limited to use in a spread-out sheet-like state. However, if a heater with a curved or cylindrical shape that matches the shape of the object to be heated by the heater can be realized, not only will it be possible to efficiently heat the object, but it is expected that the range of uses for the heater will also expand. In addition, if it is easy to bend or roll, it is expected that the portability of the heater will also improve.
一般的に、導体の厚みが薄くなるほど、導体層の抵抗が高くなる。このため、薄い導体層で所望のヒーター温度を得るためには、供給電圧を高くする必要があるが、これは消費電力の増大に繋がる。導体の厚みを厚くすることで供給電圧を下げることは可能であるが、これは製造コストの増大、生産性の低下につながるばかりでなく、上述の可撓性の要望と相反することとなる。以上のことを総合的に考慮し、従来のスクリーン印刷により電熱線を形成したヒーターでは、インキ膜厚を10~20μmとして、1本の電熱線をヒーター発熱エリア内で何度も折り返して往復するパターンとすることで電熱線の距離を長くしたものが多かった。このように電熱線の距離を長くした場合、抵抗が高くなるため消費電力は増大する傾向にある。特に、A3サイズ以上のようなヒーターの大面積化を考える場合、消費電力をできるだけ抑えたいことを考えると、現実的には30μm以上の膜厚が必要となってしまう。特にヒーター発熱エリア内での発熱温度ムラをなくすために、エリア内全域で電熱線間の隙間を生じないように細かく往復するパターンを採用する場合には、できるだけ抵抗を低くして消費電力を抑えるためには、電熱線を形成するインキ膜厚は200μm以上であることが望ましいと言える。 Generally, the thinner the conductor, the higher the resistance of the conductor layer. Therefore, in order to obtain the desired heater temperature with a thin conductor layer, it is necessary to increase the supply voltage, but this leads to increased power consumption. It is possible to reduce the supply voltage by increasing the thickness of the conductor, but this not only leads to increased manufacturing costs and reduced productivity, but also contradicts the above-mentioned demand for flexibility. Taking the above into consideration, in conventional heaters in which the heating wire is formed by screen printing, the ink film thickness is often set to 10 to 20 μm, and a single heating wire is made to fold back and forth multiple times within the heater heat generation area, thereby lengthening the distance of the heating wire. In this way, when the distance of the heating wire is extended, the resistance increases, and power consumption tends to increase. In particular, when considering a large area heater such as A3 size or larger, a film thickness of 30 μm or more is required in reality in order to keep power consumption as low as possible. In particular, when using a pattern in which the heating wire moves back and forth in small increments so as not to leave gaps between the heating wires throughout the entire area in order to eliminate unevenness in the heating temperature within the heater heating area, it is desirable for the ink film thickness forming the heating wire to be 200 μm or more in order to keep resistance as low as possible and reduce power consumption.
上述の特許文献1では、低電圧(12v以下)で所望の温度が達成され得る電熱デバイスとして、例えばスクリーン印刷を用いて、グラフェン上に銀ペーストパターンを印刷したものが開示されているが、その銀ペーストの厚さは25μmである。このように、従来から用いられているスクリーン印刷では、優れた可撓性を有する実用的な薄型電熱デバイスを製造することは困難であった。
The above-mentioned
ここで、フレキソ印刷若しくはインクジェット方式印刷を用いて電熱線を形成した場合、そのインキ膜厚は5μm以下とすることができるため、薄型電熱デバイスに可撓性を付与することができる。しかし、上述のように膜厚を薄くすると導体層の抵抗が高くなるため、従来のスクリーン印刷による電熱線の場合と同様の、1本の電熱線を何度も往復させるパターンとする考え方のみでは、低電圧で所望の発熱温度が得られる電熱デバイスを作成することはできなかった。具体的には、可撓性を有する膜厚5μm以下の電熱線であって、かつ、低電圧(12v以下)で所望温度を得られる電熱デバイスが求められており、特に曲げ半径0.5mm以下の優れた可撓性を得るには、膜厚1μm以下の電熱線であっても、低電圧(12v以下)で所望温度を得られることが望まれる。 Here, when the heating wire is formed using flexographic printing or inkjet printing, the ink film thickness can be made 5 μm or less, so that flexibility can be imparted to the thin electric heating device. However, as described above, when the film thickness is made thin, the resistance of the conductor layer increases, so that it is not possible to create an electric heating device that can obtain the desired heating temperature at a low voltage by only thinking of making a pattern in which a single heating wire goes back and forth many times, as in the case of conventional screen-printed heating wires. Specifically, there is a demand for an electric heating device that has a flexible heating wire with a film thickness of 5 μm or less and can obtain the desired temperature at a low voltage (12 V or less). In particular, to obtain excellent flexibility with a bending radius of 0.5 mm or less, it is desirable to obtain the desired temperature at a low voltage (12 V or less) even with an electric heating wire with a film thickness of 1 μm or less.
本発明者は、鋭意検討した結果、フレキソ印刷若しくはインクジェット方式印刷又はコーティングにより形成された薄膜状の電熱線を有するヒーターについて、電熱線を有するエリアと外部電源に接続される端子を有するエリアのそれぞれの電気的抵抗に着目することで、膜厚5μm以下であっても低電圧で所望温度が得られるヒーターを制作できることを見出し、本発明を完成するに至ったものである。 After extensive research, the inventors discovered that for a heater having a thin-film electric heating wire formed by flexographic printing, inkjet printing, or coating, by focusing on the electrical resistance of the area having the electric heating wire and the area having terminals connected to an external power source, it is possible to create a heater that can obtain the desired temperature at a low voltage even with a film thickness of 5 μm or less, and thus completed the present invention.
ここで、電気的抵抗とは、いわゆる物理的値としての抵抗値のみを意味するものではなく、対象エリアを構成する電熱線パターンの形状、当該電熱線の太さ(線幅)、電熱線同士の間隔、電熱線を形成する導電性材料等の相違等により、対象エリアの電流の流れ易さ(流れ難さ)を総合的に評価した概念を意味するものである。すなわち、例えば、電熱線の太さ(線幅)が太いほど、また電熱線の直線性が高い程、電流は流れ易い。このような電流の流れ易さを電気的抵抗が低いと評価する。逆に電熱線が細い、電熱線が互いに交差し分岐することで電熱線の延びる方向が複数回変化するパターンであるとき、変化が多いほど電流は流れ難くなる。このような電流の流れ難さを電気的抵抗が高いと評価する。対象となるエリア全体について、このような電流の流れ易さ(難さ)に影響を与える要因を総合的に評価することで当該エリアの電気的抵抗の高低を導き出す概念である。 Here, electrical resistance does not only mean resistance as a so-called physical value, but also means a concept of comprehensively evaluating the ease (difficulty) of electric current flow in the target area based on the shape of the heating wire pattern that constitutes the target area, the thickness (line width) of the heating wire, the spacing between the heating wires, the conductive material that forms the heating wire, etc. That is, for example, the thicker the heating wire is, and the more linear the heating wire is, the easier it is for the current to flow. Such ease of electric current flow is evaluated as low electrical resistance. Conversely, when the heating wire is thin and the pattern changes the direction of the heating wire extension multiple times as the heating wires cross and branch with each other, the more changes there are, the more difficult it is for the current to flow. Such difficulty of electric current flow is evaluated as high electrical resistance. This is a concept of deriving the level of electric resistance in the target area by comprehensively evaluating factors that affect the ease (difficulty) of electric current flow for the entire target area.
上記課題を解決するため、本願発明の薄型電熱デバイスは、電気絶縁性材料からなる基材と、該基材上に導電性インキにより形成された薄膜状のヒーター電熱線を有するヒーターエリアと、該ヒーターエリアの両端に導電性材料によりそれぞれ形成された、外部電源にそれぞれ接続される接続端子部を有する接続エリアとを備え、前記接続エリアの電気的抵抗がヒーターエリアの電気的抵抗よりも低いことを特徴としている。この構成によれば、可撓性に優れた5μm以下のインキ膜厚を達成できるフレキソ印刷若しくはインクジェット方式印刷により形成されたヒーター電熱線であっても、低電圧(12v以下)で所望温度の発熱を得ることができる。ここで、接続エリアを形成する導電性材料とは、文字通り導電性を有する材料であればよく、例えば、ヒーターエリアを形成する導電性インキであってもよい。すなわち、接続エリアもヒーターエリアと同様に、導電性インキを印刷することにより形成してもよい。もちろん、接続エリアは、ヒーターエリアの形成に用いた導電性インキとは異なる別個の導電性材料、例えば銅等の金属材料で形成してもよい。 In order to solve the above problems, the thin electric heating device of the present invention comprises a substrate made of an electrically insulating material, a heater area having a thin-film heater electric heating wire formed on the substrate by conductive ink, and a connection area having connection terminals formed on both ends of the heater area by conductive material, each of which is connected to an external power source, and is characterized in that the electrical resistance of the connection area is lower than the electrical resistance of the heater area. With this configuration, even if the heater electric heating wire is formed by flexographic printing or inkjet printing that can achieve an ink film thickness of 5 μm or less with excellent flexibility, heat generation at a desired temperature can be obtained at a low voltage (12 V or less). Here, the conductive material forming the connection area may literally be a material that has conductivity, and may be, for example, the conductive ink forming the heater area. In other words, the connection area may be formed by printing a conductive ink like the heater area. Of course, the connection area may be formed of a separate conductive material different from the conductive ink used to form the heater area, for example, a metal material such as copper.
また、本発明の薄型電熱デバイスの他の形態は、ヒーター電熱線は、電性インキをフレキソ印刷若しくはインクジェット方式印刷又はコーティングにより基材上の前記ヒーターエリアの全域に形成された薄膜状の導電性インキ膜であると共に、前記接続エリアは、前記対向する2つの辺に沿って、前記ヒーター電熱線を形成する導電性インキとは異なる導電性材料で形成されることを特徴としている。ここで、ヒーターエリア全域に薄膜状の導電性インキ膜を形成するとは、印刷によりヒーターエリア全域に導電性のインキを載せること、すなわち、エリア全域に対していわゆるベタ塗り潰しの印刷を行うことを意味する。印刷方式としては、フレキソ印刷若しくはインクジェット方式印刷を好ましく使用できる。又、印刷によらず、コーター等を用いて基材上に導電性インキをコーティングする方法でも薄膜状の導電性インキ膜を形成することができる。そして、ヒーターエリアの電熱線がこのようなベタ塗り潰しパターンであるときには、接続エリアは、ヒーター電熱線を形成する導電性インキとは異なる導電性材料で形成され、当該接続エリアの適当な個所に外部電源と接続される接続端子部とが設定される。このような構成によれば、いわゆる塗り潰しベタのパターンで電熱線が形成された場合であっても、ヒーターエリア全域に亘って温度ムラの少ない均一な発熱効果を得ることができる。 In another embodiment of the thin electric heating device of the present invention, the heater wire is a thin conductive ink film formed on the entire heater area on the substrate by flexographic printing, inkjet printing, or coating with an electric ink, and the connection area is formed along the two opposing sides with a conductive material different from the conductive ink forming the heater wire. Here, forming a thin conductive ink film on the entire heater area means placing conductive ink on the entire heater area by printing, that is, performing so-called solid fill printing on the entire area. As a printing method, flexographic printing or inkjet printing can be preferably used. Also, a thin conductive ink film can be formed by a method of coating a substrate with a conductive ink using a coater or the like, without using printing. When the electric heating wire of the heater area is such a solid fill pattern, the connection area is formed with a conductive material different from the conductive ink forming the heater wire, and a connection terminal part to be connected to an external power source is set at an appropriate point of the connection area. With this configuration, even if the heating wire is formed in a so-called solid filled pattern, it is possible to obtain a uniform heating effect with little temperature unevenness across the entire heater area.
また、本発明の薄型電熱デバイスの他の形態は、ヒーター電熱線は、導電性インキをフレキソ印刷若しくはインクジェット方式印刷することにより形成された薄膜状のヒーター電熱線であって、前記接続端子部の一方から他方へと向かう電流の流れる方向が複数回変化するパターンを形成するものであると共に、前記接続エリアの前記電流の流れる方向の幅が、前記ヒーター電熱線の線幅よりも広いことを特徴とする。この形態は、電熱線パターンを前記接続端子部の一方から他方へと向かう電流の流れる方向が複数回変化するパターンとしたものである。すなわち、電流の流れる経路が、続端子部の一方から他方へとまっすぐ直線的に進むパターンではなく、接続端子部の一方から他方へと至る経路の間で、進む方向が複数回変化するパターン、例えば電流がジグザグ状に進むこととなるパターンであることを意味する。このような構成によれば、電熱線の電気的抵抗を高めることができるため、同じ印加電圧で比較した場合、より高温で電熱線を発熱させることが可能となる。 In another embodiment of the thin electric heating device of the present invention, the heater wire is a thin-film heater wire formed by flexographic printing or inkjet printing of conductive ink, forming a pattern in which the direction of current flow from one side of the connection terminal to the other changes multiple times, and the width of the connection area in the direction of current flow is wider than the line width of the heater wire. In this embodiment, the heating wire pattern is a pattern in which the direction of current flow from one side of the connection terminal to the other changes multiple times. That is, the current flow path is not a pattern in which the current flows in a straight line from one side of the connection terminal to the other, but a pattern in which the direction of current flow changes multiple times between the path from one side of the connection terminal to the other, for example, a pattern in which the current flows in a zigzag shape. With this configuration, the electrical resistance of the heating wire can be increased, so that the heating wire can be heated at a higher temperature when compared with the same applied voltage.
また、本発明の薄型電熱デバイスの他の形態は、接続エリアの前記電流の流れる方向の幅は、前記接続端子部が設定された個所から前記電流の流れる方向と直交する方向へ遠ざかるほどに広くなることを特徴とする。このような構成によれば接続エリア全体に均一に電流が流れ易くなるため、ヒーターエリア全体に対してもより均一に電流が流れ易くなり、ヒーターエリア全体でより均一な発熱が得られ易くなる。また、接続端子部の過熱を防止し、接続エリアの劣化を抑制することができる。 Another aspect of the thin electric heating device of the present invention is characterized in that the width of the connection area in the direction in which the current flows becomes wider the further away from the point where the connection terminal is set in the direction perpendicular to the direction in which the current flows. This configuration makes it easier for the current to flow uniformly throughout the connection area, which in turn makes it easier for the current to flow more uniformly throughout the heater area, making it easier to obtain more uniform heat generation throughout the heater area. It also makes it possible to prevent overheating of the connection terminal and suppress deterioration of the connection area.
また、本発明の薄型電熱デバイスの他の形態は、前記パターンは、異なる方向へ延びる線が交差して形作られる分岐点を有する形状を複数回繰り返すパターンであることを特徴とする。このような構成によれば、ヒーターエリアの電熱線を、低電圧でより高い発熱温度を得ることができる発熱効率に優れたパターンとして設計できるため、消費電力を抑えて効率的に発熱する薄型電熱デバイスとすることができる。 In another embodiment of the thin electric heating device of the present invention, the pattern is a pattern in which a shape having a branch point formed by the intersection of lines extending in different directions is repeated multiple times. With this configuration, the heating wire in the heater area can be designed as a pattern with excellent heating efficiency that can obtain a higher heating temperature with a low voltage, resulting in a thin electric heating device that efficiently generates heat while reducing power consumption.
また、本発明の電熱デバイスの他の形態は、これまで説明した電熱デバイスにおいて、基材を折り曲げ若しくは屈曲させることで、ヒーターエリアが多層に重なる形状としたことを特徴とする。このような構成によれば、ヒーターエリアを重層的に重ねて保温効果を高めることが可能となるため、電圧を低く維持したまま、すなわち消費電力を低く抑えたままで、ヒーターの発熱温度をより高温とすることができ、発熱効率が極めて優れた薄型電熱デバイスとすることができる。 Another embodiment of the electric heating device of the present invention is characterized in that the heater areas are formed into a multi-layered shape by folding or bending the substrate in the electric heating device described above. With this configuration, it is possible to enhance the heat retention effect by stacking the heater areas in layers, so that the heater can generate a higher heat temperature while maintaining a low voltage, i.e., while keeping power consumption low, resulting in a thin electric heating device with extremely excellent heat generation efficiency.
本発明によれば、可撓性に優れ、曲げ半径0.5mm以下の耐屈曲性を達成することができる、薄膜状のインキ膜厚であっても、低電圧(12v以下)で所望温度が得られる薄型電熱デバイスとすることができる。特に、A3サイズ以上の大型化を行った場合でも少ない消費電力でヒーターエリア全域に亘ってより均一な発熱温度を得ることができる。 According to the present invention, it is possible to obtain a thin electric heating device that has excellent flexibility and can achieve bending resistance with a bending radius of 0.5 mm or less, and can obtain the desired temperature at a low voltage (12 V or less) even with a thin ink film thickness. In particular, even when enlarged to A3 size or larger, it is possible to obtain a more uniform heating temperature across the entire heater area with less power consumption.
以下、本発明の薄型電熱デバイスについて、図面を参照して詳細に説明する。
図1は本発明に係る薄型電熱デバイスの概略を表した図である。左側の(a)の列に示したものが、ヒーター領域の電熱線を塗りつぶしベタのパターンで印刷またはコーティングにより導電性インキで形成した第1の実施形態を示したものあり、右側の(b)の列に示したものが、ヒーター領域を格子状等のパターンを有する電熱線を導電性インキを用いて印刷することにより形成した第2の実施形態を示したものである。図1における(a-1)(b-1)は、それぞれの実施態様に係る薄型電熱デバイスの概略を示す模式図であり、(a-2)(b-2)は、ヒーターエリア及び接続エリアのそれぞれの領域の位置関係を示す模式図である。そして、(a-3)(b-3)は、それぞれの実施態様において想定される電流の流れ方を模式的に示した図である。
Hereinafter, the thin electric thermal device of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
FIG. 1 is a diagram showing an outline of a thin electric heating device according to the present invention. The left column (a) shows a first embodiment in which the electric heating wire in the heater region is formed by printing or coating a solid pattern with conductive ink, and the right column (b) shows a second embodiment in which the electric heating wire in the heater region is formed by printing a pattern such as a grid pattern with conductive ink. In FIG. 1, (a-1) and (b-1) are schematic diagrams showing an outline of a thin electric heating device according to each embodiment, and (a-2) and (b-2) are schematic diagrams showing the positional relationship of each region of the heater area and the connection area. And (a-3) and (b-3) are schematic diagrams showing the flow of current assumed in each embodiment.
図1の(a-1)(b-1)に示したように、本発明の薄型電熱デバイス1は、基材上に導電性インキを用いて印刷等することにより形成した薄膜状のヒーター電熱線21(導電性インキ薄膜層2)を有する。図1(a-2)(b-2)に示したように、このヒーター電熱線21を有するエリアがヒーターエリアHAとなる。そして、ヒーターエリアHAの両端の対向する2つの辺(M、M)に沿って、導電性材料によりそれぞれの接続エリアCAが形成される。ここで、接続エリアを形成する導電性材料とは、文字通り導電性を有する材料であればよく、例えば、ヒーターエリアの電熱線21を形成する導電性インキであってもよい。すなわち、接続エリアもヒーターエリアと同様に、導電性インキを用いて、フレキソ印刷若しくはインクジェット方式等で印刷することにより形成するようにしてもよい。もちろん、接続エリアは、ヒーターエリアの形成に用いた導電性インキとは異なる別個の導電性材料、例えば銅等の金属材料で形成してもよい。
As shown in (a-1) and (b-1) of FIG. 1, the thin
この接続エリアCA内、例えば図1において白抜きの丸印で示した位置に、接続端子部3が設定される。この接続端子部3は、両極(3a、ab)に外部電源へと繋がるコード等(いずれも図示しない)を接続することによりヒーターエリアHAに電圧を加える、いわゆる印加点となる箇所である。図に示す便宜上、この接続端子部3を白抜き丸印で示しているが、実際には、接続エリアCAの他の領域と同じ導電性材料で形成されているものであり、印加点として外部電源に接続する箇所を接続端子部3と、便宜上呼ぶに過ぎない。すなわち、外部電源に接続する際に、接続エリア内の適当な個所で外部電源へと繋がるコード等を接続し、その接続箇所を接続端子部3とするものである。
Within this connection area CA, for example at the position indicated by the open circle in FIG. 1, the
次に、図1において(a)(b)で示した、それぞれの実施態様ごとに説明する。第1の実施態様として、図1の(a-1)で示した薄型電熱デバイス1(a)は、ヒーターエリアHAに形成された薄膜状のヒーター電熱線21が、ヒーターエリアの全域に、いわゆる塗りつぶしベタのパターンを印刷等したものとなっている。すなわち、この第1の実施態様では、ヒーターエリアHA全域に亘って基材上に導電性インキによる薄膜層2を形成したものが電熱線21となっている。ここで、導電性インクとしては、一般的な金属含有インクを使用することができる。また、ヒーターエリアの大きさについては、特に制限はない。
Next, each of the embodiments shown in (a) and (b) in FIG. 1 will be described. As a first embodiment, the thin electric heating device 1(a) shown in (a-1) in FIG. 1 has a thin-film heater wire 21 formed in the heater area HA, which is printed with a so-called solid pattern over the entire heater area. That is, in this first embodiment, the heater wire 21 is a thin-
そして、そのヒーターエリアHAの両端の対向する2つの辺(M、M)に沿って形成される接続エリアCAは、第1の実施態様では、ヒーター電熱線21を形成する導電性インキとは異なる導電性材料で形成される。ここで、異なる導電性材料とは、ヒーター電熱線を形成するインキとは異なる材料であることを意味し、銅やアルミニウムの金属箔や導電性テープ4を好適に使用することができる。導電性インキに含有する金属と、例えば導電性テープの材料となる金属が共通していても問題ないが、接続エリアの電気的抵抗がヒーターエリアの電気的抵抗よりも低くなることが必要であるため、接続材料を形成する金属材料は、ヒーターエリアの電熱線より導電性が高いことが望ましい。これは、金属材料の選択にのみ留まらず、ヒーターエリアの電熱線の太さと接続エリアの幅の関係も考慮し、ヒーターエリアの導電性が、ヒーターエリアの電熱線の導電性の10倍以上であると、ヒーターエリアに電流が均一に流れ易くなるため特に好ましい。接続エリアの具体的な形成方法の一例を挙げれば、ヒーターエリア両端の外方、すなわち接続エリアを形成する部分にも、予めヒーターエリアと同様に印刷を行うことにより導電性インキによる薄膜層を形成しておく。その場合には、接続エリアとなる部分については、いわゆる塗りつぶしベタのパターンであることが望ましい。そして、そのベタパターンが印刷された部分に導電性テープ5を貼り付けることで接続エリアを形成することができる。また、簡易的には、わざわざ接続エリア部分に導電性インキの薄膜層を形成することなしに、ヒーターエリアの両端に一部掛かるように導電性テープを貼ることで、導電性テープがヒーターエリアや基材からはみ出すようにして接続エリアを形成するようにしてもよい。
In the first embodiment, the connection area CA formed along the two opposing sides (M, M) at both ends of the heater area HA is formed of a conductive material different from the conductive ink forming the heater electric heating wire 21. Here, a different conductive material means a material different from the ink forming the heater electric heating wire, and a metal foil of copper or aluminum or a
そのようにして形成した接続エリアCA内に接続端子部3を設定し、外部電源と接続してヒーターエリアHAに形成された電熱線に電流を流すことで、ヒーターエリアが発熱し、本発明の薄型電熱デバイスをヒーターとして使用することができる。接続端子部の設定は、設計段階から端子として形成しておく方法でもよいが、接続エリア内のいずれかの個所で電気的に接続が行われれば、その個所を接続端子部3とできる。例えば、簡易的には、先端をワニ口クリップとした導線を用いて、接続エリア内の適当な個所をクリップで挟むことで電気的に接続する方法でもよい。この場合、ワニ口クリップで挟んだ個所が接続端子部として設定されることとなる。接続端子部を設定する位置は、図1に示したように、接続エリアの略中央が望ましい。中央部に設定することで、接続エリアの図1における上下方向(Y軸方向)にも電流が均等に流れ易くなりヒーターエリアの全域をより均一に発熱させ易くなる。また、接続端子部の過熱を抑制し、接続端子部の劣化を防ぐ点でも望ましい。
The
接続エリアの大きさについては、図1におけるY軸方向長さがヒーターエリアのY軸方向長さ(ヒーターエリア両端の対向する2つの辺、すなわち、ヒーターエリアと接続エリアが接続する1辺(M)の長さ)と概ね一致することが好ましい。また、図1におけるX軸方向の長さ(いわゆる導電性テープの幅)Lxは、10mm以上であることが好ましい。接続エリアの大きさをこのように設定することで、ヒーターエリアの全域に対してより均一に電流が流れ易くなり、ヒーターエリア全体をより均一に発熱させることができる。 Regarding the size of the connection area, it is preferable that the length in the Y-axis direction in FIG. 1 roughly matches the length in the Y-axis direction of the heater area (the length of the two opposing sides at both ends of the heater area, i.e., the length of one side (M) where the heater area and the connection area are connected). In addition, it is preferable that the length in the X-axis direction in FIG. 1 (the so-called width of the conductive tape) Lx is 10 mm or more. By setting the size of the connection area in this way, it becomes easier for current to flow more uniformly throughout the entire heater area, and the entire heater area can be heated more uniformly.
次に、図1において(b)で示した第2の実施態様について説明する。第2の実施態様は、ヒーターエリアHAを格子状等のパターンを有する電熱線21で形成したものである。以下の説明において、第1の実施態様と共通する部分は省略し、異なる部分について主に説明する。第2の実施態様におけるヒーターエリアHAのパターン例を図2に示した。各パターンは繰り返しパターンの一部を示したものである。また、本図において接続端子部3(印加点)は、各パターン図の左右両端の外側に設定されるものとして図示した。すなわち、電流の流れる方向を、図2におけるX軸方向の左から右へ向かって流れる場合を想定した図である。第2の実施態様における電熱線のパターンは、図2に示した例のように、一方の接続端子から他方の接続端子へと向かう電流の流れる方向が、複数回変化するパターンであることが望ましい。このように電流の流れる方向を複数回変化させることで、一方の印加点から他方の印加点へと方向が変わることなく一直線に電流が進むことができるパターンの場合に比べて、ヒーターエリア全体を均一に電流が進み易くなる。図2(P-1)のパターンは、ジグザグに電流が進むパターンであり、(P-2)から(P-4)のパターンは、異なる方向の直線が互いに交差しているパターンである。(P-2)から(P-4)の交差パターンは、接続端子部3aから3bまで図2のX軸方向へ直進する経路が形成されておらず、交差点で必ず進む方向を強制的に変化させられるパターンとなっている。このようなパターンとしては、直線を組合わせたものに限られず、(P-5)のように曲線を組合わせたものや、(P-6)のようにくり抜き部を設けた千鳥格子状のパターンであってもよい。 Next, the second embodiment shown in FIG. 1 (b) will be described. In the second embodiment, the heater area HA is formed with a heating wire 21 having a pattern such as a lattice. In the following description, the parts common to the first embodiment will be omitted, and the different parts will be mainly described. An example of a pattern of the heater area HA in the second embodiment is shown in FIG. 2. Each pattern shows a part of a repeated pattern. In addition, in this figure, the connection terminal part 3 (application point) is illustrated as being set on the outside of both the left and right ends of each pattern diagram. In other words, it is assumed that the direction of current flow is from left to right in the X-axis direction in FIG. 2. It is desirable that the pattern of the heating wire in the second embodiment is a pattern in which the direction of current flow from one connection terminal to the other connection terminal changes multiple times, as in the example shown in FIG. 2. By changing the direction of current flow multiple times in this way, it becomes easier for the current to flow uniformly throughout the entire heater area compared to the case of a pattern in which the current can flow in a straight line from one application point to the other application point without changing direction. The pattern in FIG. 2 (P-1) is a pattern in which the current flows in a zigzag pattern, while the patterns in FIG. 2 (P-2) to (P-4) are patterns in which straight lines in different directions intersect with each other. The intersecting patterns in FIG. 2 (P-2) to (P-4) do not form a straight path in the X-axis direction from connection terminal 3a to 3b, and are patterns in which the direction of current flow is always forcibly changed at the intersection. Such patterns are not limited to combinations of straight lines, but may also be combinations of curved lines such as in FIG. 2 (P-5) or a houndstooth pattern with cutouts such as in FIG. 2 (P-6).
これは、電流が方向を変えることなく一直線に進むことができるパターンでは、電流は最短距離となるルートに集中して流れてしまうが、図2に示したパターンのように、一直線に進むことが禁止されるパターンとすることで電流の流れる方向を強制的に複数回変化させた場合には、電熱線の電気的抵抗が高くなることによって、電流は最短ルート以外のルートへも流れることとなるため、ヒーターエリア全体で均一に流れ易くなるためと考えられる。このため、図2に示したパターンのように電流の流れる方向を複数回変化させる電熱線パターンとすることで、ヒーターエリア全体がムラなく、より均一に発熱し易くなる。そして、このようなパターンで、ヒーターエリアの電熱線パターンを形成することにより、第1の実施形態のようなエリア全体をベタ塗り潰しとした電熱線の場合に比べて、電熱線の電気抵抗が高くなる。電気的抵抗が高い方が、同じ印加電圧でより高温で発熱し易いため、消費電力を抑えて効率的に所望の発熱温度を得易い利点がある。また、上述のように、パターンを考慮することで発熱し易い個所とやや発熱し難い個所を混在させることも可能となるため、特定範囲のみ、または極狭い範囲のみを重点的に温めたいといった要望に応じたヒーターの設計も可能となる。 This is because, in a pattern in which the current can proceed in a straight line without changing direction, the current flows concentratedly along the route with the shortest distance, but when the direction of the current is forcibly changed multiple times by using a pattern in which the current is prohibited from proceeding in a straight line, as in the pattern shown in FIG. 2, the electrical resistance of the heating wire increases, and the current flows along routes other than the shortest route, which is thought to make it easier for the current to flow uniformly throughout the entire heater area. For this reason, by using a heating wire pattern in which the direction of the current changes multiple times, as in the pattern shown in FIG. 2, the entire heater area is more likely to generate heat uniformly without unevenness. By forming the heating wire pattern of the heater area in such a pattern, the electrical resistance of the heating wire is higher than in the case of the heating wire in which the entire area is filled with a solid color as in the first embodiment. The higher the electrical resistance, the easier it is to generate heat at a higher temperature with the same applied voltage, and this has the advantage of making it easier to efficiently obtain the desired heating temperature while reducing power consumption. Also, as mentioned above, by considering the pattern, it is possible to mix areas that heat up easily with areas that heat up less easily, so it is possible to design heaters to meet requests such as focusing on heating only a specific area or an extremely narrow area.
図2に示した電熱線のパターン例のうち、より好ましいものは、(p-2)(p-3)(p-4)(p-5)で示したように、異なる方向へ延びる線が互いに交差して形作られる分岐点を有する形状を複数回繰り返すパターンである。ここで、交差とは、十字交差に限らずT字交差も含むものであり、交差する箇所で次に進む経路の選択肢が複数方向にあればよい。また、特に好ましいものは、(p-3)(p-4)のように、相対的に長い線と相対的に短い線を組合わせたパターンである。このようなパターンは、図におけるX軸方向(電流の向かう方向)に対して、経路方向が変化することなく直線的に進む選択肢がないため電流は強制的に方向を変えながら進むことになり、ヒーターエリア全体で均一な発熱が得易い点で好ましい。このように(p-3)(p-4)は、電気的抵抗が高いパターンと言えるため、消費電力を抑えて所望発熱温度が得易い点でも好ましいものである。尚、図2は、あくまでも好ましいパターンをいくつかを例示したに過ぎず、本発明で好適に使用できるパターンがこれらに限定されないことは言うまでもない。 Among the examples of the heating wire patterns shown in FIG. 2, the more preferable ones are patterns in which a shape having a branch point formed by lines extending in different directions crossing each other is repeated multiple times, as shown in (p-2), (p-3), (p-4), and (p-5). Here, the crossing is not limited to a crossing but also includes a T-shaped crossing, and it is sufficient if there are multiple options for the next route at the crossing point. Also, particularly preferable are patterns that combine relatively long lines and relatively short lines, as shown in (p-3) and (p-4). Such patterns are preferable in that there is no option to proceed linearly without changing the route direction in the X-axis direction (direction of current flow) in the figure, so the current is forced to change direction as it proceeds, making it easier to obtain uniform heat generation throughout the heater area. In this way, (p-3) and (p-4) can be said to be patterns with high electrical resistance, and are also preferable in that they make it easier to obtain the desired heat generation temperature while suppressing power consumption. It goes without saying that FIG. 2 merely illustrates some preferred patterns, and the patterns that can be suitably used in the present invention are not limited to these.
次に、パターンを混在させる場合について説明する。ヒーターエリア全体で均一な発熱を得るためには、電熱線パターンを、ヒーターエリア全体に亘って、同じパターンの繰り返しで構成することが望ましい。しかし、異なるパターンを組合わせることも可能であり、パターンが異なると電気的抵抗も異なることとなるため、ヒーターエリアの中で発熱効率が異なるエリアを混在させることが可能となる。これは、特定個所のみを温めたいような用途に利用することができる。 Next, we will explain the case of mixing patterns. In order to obtain uniform heat generation throughout the entire heater area, it is desirable to configure the heating wire pattern by repeating the same pattern throughout the entire heater area. However, it is also possible to combine different patterns, and since different patterns result in different electrical resistance, it is possible to mix areas with different heat generation efficiency within the heater area. This can be used in applications where you want to heat only specific areas.
ヒーターエリアの電熱線のパターンは、上述したパターン形状の相違だけでなく、図3に示した電熱線の線幅、電熱線と電熱線の線間(幅)も考慮される。これらは、図3のように、線幅と線間それぞれのX軸方向幅、Y軸方向幅で考えることができる。線幅は、Y軸方向へ延びる電熱線の幅(線幅X)、X軸方向へ延びる電熱線の幅(線幅Y)のどちらについても、特に制限はないが、一般的に、線幅が広い方が電流が流れ易いため、電気的抵抗が低くなり、線幅が狭い方が電気的抵抗が高くなる。印刷により潰れることなく形成できること、パターン設計がし易い抵抗値が得易いことを考慮すると、線幅は5mm以上とすると扱い易い。線間についても特に制限はないが、例えば導電性インキの膜厚が0.8μmのとき、線間を0.5mmとするとフレキソ印刷したときに目が潰れ易くなってしまう。このため、線間は、線間Xと線間Yのいずれについても少なくとも1mm以上であることが好ましい。線幅と線間の設計について、一般的傾向は次のとおりである。線幅と線間を細かくすると、所定のヒーターエリアあたりの電熱線の本数が多くなり、目の細かいメッシュ状となる。この場合、細かく電流の流れる方向が変化することとなり、電気的抵抗は高くなり、同じ消費電力でより発熱し易いパターンとなる。 The pattern of the heating wire in the heater area is not only considered in terms of the difference in the pattern shape described above, but also in terms of the line width of the heating wire and the space between the heating wires (width) shown in FIG. 3. These can be considered in terms of the line width and the width in the X-axis direction and the Y-axis direction, respectively, as shown in FIG. 3. There are no particular restrictions on the line width, either the width of the heating wire extending in the Y-axis direction (line width X) or the width of the heating wire extending in the X-axis direction (line width Y), but generally, the wider the line width, the easier it is for current to flow, so the lower the electrical resistance, and the narrower the line width, the higher the electrical resistance. Considering that it can be formed without being crushed by printing and that it is easy to obtain a resistance value that is easy to design the pattern, it is easy to handle if the line width is 5 mm or more. There are no particular restrictions on the space between the lines, but for example, when the film thickness of the conductive ink is 0.8 μm, if the space between the lines is 0.5 mm, the mesh will be easily crushed when flexographically printed. For this reason, it is preferable that the space between the lines is at least 1 mm for both the space between the lines X and the space between the lines Y. The general trend in designing line width and spacing is as follows: If the line width and spacing are made finer, the number of heating wires per given heater area increases, resulting in a finer mesh. In this case, the direction of current flow changes minutely, the electrical resistance increases, and the pattern is more likely to generate heat with the same power consumption.
尚、電熱線パターンの設計は、基本となるパターンを決めて、そのパターンに対してカッター等の刃物で基材の一部に切り込みを入れて簡易的に電熱線の線間を増やすことができる。例えば、図4(a)の基本パターンに対して、(b)や(c)においてハッチングで示したように切り込みを入れたものを用意し、それぞれ同条件で電圧をかけて発熱温度を比較することで、各パターンの発熱性を簡易的に評価することができる。一例を挙げれば、図4の(a)では、発熱温度が38℃であったとき、(b)のように、図の縦方向に切り込みSyを入れると44℃まで発熱温度の上昇がみられた。しかし、図の横方向に切り込みSxを加えた(c)では、発熱温度は基本パターンとした図4の(a)と同じ38℃であり、切れ込みSxを加えたことによる発熱温度の上昇は認められなかった。尚、本試験は室温約25℃の試験室で行った。この結果より、図のX軸方向へ進む電流の流れを阻害するように縦(Y軸方向)に切れ込みを入れた(b)では、より発熱が大きくなるのに対して、電流の流れをほとんど阻害しないと考えられる横(X軸方向)の切込みのみを加えても、発熱温度は変化し難いことが分かる。 The design of the heating wire pattern can be simplified by determining a basic pattern and then cutting a portion of the substrate with a cutter or other blade to increase the spacing between the heating wires. For example, the basic pattern of FIG. 4(a) can be prepared with cuts as shown by hatching in (b) and (c), and the heating temperature can be compared by applying voltage under the same conditions. For example, when the heating temperature was 38°C in FIG. 4(a), the heating temperature rose to 44°C when a cut Sy was made vertically in the figure as in (b). However, in (c), where a cut Sx was made horizontally in the figure, the heating temperature was 38°C, the same as in FIG. 4(a) which was the basic pattern, and no increase in the heating temperature due to the addition of the cut Sx was observed. The test was conducted in a test room at a room temperature of about 25°C. These results show that (b), in which vertical cuts (Y-axis direction) are made to block the flow of current in the X-axis direction of the figure, generates more heat, whereas adding only horizontal cuts (X-axis direction), which is thought to barely block the flow of current, makes it difficult for the generated temperature to change.
第2の実施形態における接続エリアCAは、接続エリア全体をベタ塗り潰しで印刷した導電性インキで形成することができる。第1の実施形態のように、異なる導電性材料を用いて形成することもできるが、ヒーターエリアHAの電熱線がパターンで形成されている第2の実施態様では、ヒーターエリアの両側に一定の幅(X軸方向の長さ)を有する塗り潰しベタ印刷の領域を形成すれば、その領域はヒーター領域より電気的抵抗が低い領域となるため簡便に接続エリアCAとすることができる。第2の実施態様における接続エリアCAの幅(図1においてX軸として示した方向の長さ)は、ヒーターエリアの電熱線の幅よりも広くすることが好ましい。より好ましくは、ヒーターエリアの電熱線の幅の3倍以上の幅である。幅広にすることで印加点となる接続端子部の過熱を抑制し、接続エリアの劣化を防止することができる。 The connection area CA in the second embodiment can be formed by printing the entire connection area with a conductive ink in a solid fill. As in the first embodiment, it can also be formed using different conductive materials, but in the second embodiment in which the heating wire of the heater area HA is formed in a pattern, if a solid filled print area having a certain width (length in the X-axis direction) is formed on both sides of the heater area, this area has a lower electrical resistance than the heater area, and can be easily used as the connection area CA. The width of the connection area CA in the second embodiment (length in the direction shown as the X-axis in Figure 1) is preferably wider than the width of the heating wire of the heater area. More preferably, it is three times or more wider than the width of the heating wire of the heater area. By making it wider, overheating of the connection terminal part, which is the application point, can be suppressed, and deterioration of the connection area can be prevented.
接続エリアは、第1の実施態様として示した図1(a-1)のように、方形であってもよいが、図1(b)に示したように、ヒーターエリアと接する1辺を、接続端子部が設定される個所から離れるに従って、接続エリアの幅(X軸方向幅)が大きくなるように、図1のY軸+-方向で傾斜させた、くの字形状(又は逆くの字形状)とすることが好ましい。このような形状とすることで、図1(b-3)のように電流が接続端子部から離れた箇所へも流れ易くなるため、ヒーターエリア全域を均一に発熱させ易くなる。また、接続端子部の過熱を防いでヒーターの劣化を防ぎ使用寿命を延ばす効果がある。好ましい具体的形状について図5を参照して説明する。くの字形状の傾斜は、好ましくは、θ165°以下であり、より好ましくはθ120°以下である。各傾斜角における形状を図5に示した。(a)がθ1=165°の場合であり、(b)がθ2=120°の場合である。尚、接続端子部として、外部電源と接続する箇所は、幅が一番狭くなっている、(e)図におけるX2の区間の中央とすることが望ましい。以上のような形状とすることで、接続端子部から、電流が流れようとする最短のルートでは、すぐに電気的抵抗が高いヒーターエリアとぶつかることとなる。それに対して、接続エリアの形状が、接続端子部から離れるに従って幅広となっている場合、幅広になるほど電気的抵抗が低くなり、より電流が流れ易くなるため、接続端子部から離れた、図における上下方向へも電流が流れることとなり、接続エリア全体に対して均一に電流が流れ易くなる。 The connection area may be rectangular as shown in FIG. 1(a-1) as the first embodiment, but as shown in FIG. 1(b), it is preferable to make one side in contact with the heater area inclined in the Y-axis +- direction of FIG. 1 so that the width of the connection area (width in the X-axis direction) increases as it moves away from the point where the connection terminal is set, making it a dogleg shape (or an inverted dogleg shape). By making it in this shape, it becomes easier for the current to flow to a point away from the connection terminal as shown in FIG. 1(b-3), making it easier to heat the entire heater area uniformly. It also has the effect of preventing overheating of the connection terminal, preventing deterioration of the heater, and extending the service life. A preferred specific shape will be described with reference to FIG. 5. The inclination of the dogleg shape is preferably θ165° or less, and more preferably θ120° or less. The shapes at each inclination angle are shown in FIG. 5. (a) is the case where θ1 = 165°, and (b) is the case where θ2 = 120°. Furthermore, it is desirable that the connection terminal portion be located at the center of the section X2 in Figure (e), which is the narrowest part of the connection area. With this shape, the shortest route along which current flows from the connection terminal portion will immediately encounter the heater area, which has high electrical resistance. In contrast, if the shape of the connection area becomes wider as it moves away from the connection terminal portion, the wider the area, the lower the electrical resistance will be, and the easier it will be for current to flow. This means that current will also flow in the vertical direction in the figure, away from the connection terminal portion, making it easier for current to flow uniformly throughout the entire connection area.
このように接続エリアの形状を、一辺「くの字状」とする場合の各部の大きさについて、図5の(c)~(e)を参照して説明する。ヒーターエリアの全面に電流を流れ易くするには、図5(c)においてRで示した区間の抵抗値を、2Ω以下とすることが好ましく、より好ましくは1Ω以下であり、更に好ましくは0.2Ω以下である。このような抵抗値を得るためには、図5(e)でX2として示した、接続エリアの幅(X軸方向長さ)が一番短くなる箇所長さが15mm以上であることが望ましい。また、図5(d)でX1として示した、接続エリアの幅が一番長くなる箇所長さは30mm以上であることが望ましい。ここで、X1を30mmとし、X2を15mmとする場合、接続エリアのY1の長さによって、くの字形状の傾斜角θは、図6(a)の表に示したように変わる。これより、例えば、X1=30mm、X2=15mmのとき、Y1の長さより傾斜角θは以下の式により求めることができる(図6(b)示したグラフも参照)。
y=-0.00000000X6+0.00000000X5-0.00000084X4+0.00022625X3-0.03511014X2+3.15746757X+24.48872692
接続エリアの形状は、簡易的には以上のような考え方で決定することができる。
The size of each part when the shape of the connection area is made to have one side "L-shaped" will be described with reference to (c) to (e) of FIG. 5. In order to facilitate the flow of current over the entire surface of the heater area, it is preferable that the resistance value of the section indicated by R in FIG. 5(c) is 2Ω or less, more preferably 1Ω or less, and even more preferably 0.2Ω or less. In order to obtain such a resistance value, it is preferable that the length of the part where the width (length in the X-axis direction) of the connection area is the shortest, indicated as X2 in FIG. 5(e), is 15mm or more. Also, it is preferable that the length of the part where the width of the connection area is the longest, indicated as X1 in FIG. 5(d), is 30mm or more. Here, when X1 is 30mm and X2 is 15mm, the inclination angle θ of the L-shaped shape changes depending on the length of Y1 of the connection area, as shown in the table of FIG. 6(a). Thus, for example, when X1=30mm and X2=15mm, the inclination angle θ can be calculated from the length of Y1 by the following formula (see also the graph shown in FIG. 6(b)).
y=-0.00000000X 6 +0.00000000X 5 -0.00000084X 4 +0.00022625X 3 -0.03511014X 2 +3.15746757X+24.48872692
The shape of the connection area can be determined simply based on the above-mentioned concept.
このようにして設計された接続エリアを有するフィルムデバイスでは、例えば、図5(d)のY1の長さが300mmの大きさで、銀含有インキを用いて膜厚0.8μmの電熱線(接続エリア)を形成した場合、区間Rの抵抗値は約0.8Ωであった。また、図5(d)のY1の長さが90mmの大きさで、膜厚0.4μmとしたデバイスでは、区間Rの抵抗値は約0.8Ωであった。尚、第1の実施態様のように銅の導電性テープで接続エリアを形成する場合には、図5(d)のY1の長さが300mmのデバイスで、区間Rの抵抗値は0.2Ω未満であった。 In a film device having a connection area designed in this way, for example, when the length of Y1 in FIG. 5(d) is 300 mm and the heating wire (connection area) is formed with a thickness of 0.8 μm using silver-containing ink, the resistance value of section R is about 0.8 Ω. In a device in which the length of Y1 in FIG. 5(d) is 90 mm and the film thickness is 0.4 μm, the resistance value of section R is about 0.8 Ω. Note that when the connection area is formed with copper conductive tape as in the first embodiment, the resistance value of section R is less than 0.2 Ω in a device in which the length of Y1 in FIG. 5(d) is 300 mm.
これまで説明してきたヒーターエリアの電熱線パターンや接続エリアの形状であれば、以上のように簡易的に接続エリアの形状を決定することができる。しかし、ヒーターエリアの電熱線パターンを特殊なものとする場合や、薄型電熱デバイスの大きさをA3サイズ以上としたいような場合には、次に示す考え方により接続エリアの形状を決定することもできる。具体的には、ヒーターエリアの電熱線パターン及びヒーターエリアの大きさを決定した後に、以下に示す区間の抵抗値を実測して調整することができる。図6(c)で示した図のY軸方向の2点、Ry1とRy2間の抵抗値RYと、ヒーターエリアのX軸方向幅が一番広くなる2点間であるRxw1とRxw2間の抵抗値RXwとを実測し、RXw/RYが好ましくは1.5倍以上、より好ましくは2倍以上とすることで、ヒーターエリアの発熱性の面内均一性が得られる点で好ましい。また、図6(c)で示した、ヒーターエリアのX軸方向幅が一番広くなる2点間であるRxw1とRxw2間の抵抗値RXwと、ヒーターエリアのX軸方向幅が一番狭くなる2点間であるRxn1とRxn2間の抵抗値RXnとを実測し、RXn/RXwが好ましくは1.5~0.6、より好ましくは1.2~0.8とすることで、ヒーターエリアの発熱性の面内均一性が得られる点で好ましい。 If the heating wire pattern of the heater area and the shape of the connection area are as described above, the shape of the connection area can be determined simply as described above. However, if the heating wire pattern of the heater area is special or if the size of the thin electric heating device is to be A3 size or larger, the shape of the connection area can be determined according to the following concept. Specifically, after determining the heating wire pattern of the heater area and the size of the heater area, the resistance values of the following sections can be measured and adjusted. The resistance value RY between two points Ry1 and Ry2 in the Y-axis direction in the diagram shown in Figure 6 (c), and the resistance value RXw between Rxw1 and Rxw2, which are the two points between which the width of the heater area in the X-axis direction is the widest, are actually measured, and RXw/RY is preferably 1.5 times or more, more preferably 2 times or more, which is preferable in that it provides uniformity in the surface of the heat generation of the heater area. In addition, the resistance value RXw between Rxw1 and Rxw2, which are the two points where the heater area has the widest width in the X-axis direction, and the resistance value RXn between Rxn1 and Rxn2, which are the two points where the heater area has the narrowest width in the X-axis direction, as shown in FIG. 6(c), are actually measured, and it is preferable to set RXn/RXw to 1.5 to 0.6, and more preferably 1.2 to 0.8, in order to obtain uniformity in the heat generation properties of the heater area within the surface.
次に第1の実施形態と第2の実施形態で共通する事項について説明する。本発明における電熱線は、フレキソ印刷若しくはインクジェット方式印刷により導電性インキで形成される。また、ヒーターエリアをベタ塗りつぶしとする第1の実施形態では、コーティングにより導電性インキ膜を形成してもよい。優れた可撓性を得るために、導電性インキの膜厚は、0.2~5μmが好ましい。膜厚が厚いと可撓性が劣ることになり、膜厚が薄過ぎる場合には、電熱線の電気的抵抗が高すぎることとなって、ヒーターの設計が困難となると共に、電熱線の寿命の点でも好ましくない。より優れた可撓性を実現するには、膜厚は1μm以下であることがより好ましい。また、膜厚を0.4μm以上とすることで、より低電圧で所望の発熱温度が得られるヒーターとすることができる。そして、更に好ましい膜厚は0.8μm以上である。この膜厚であれば、電熱線パターンを選ぶことで、低電圧(12v以下)で所望温度が得られるヒーターを設計し易く、ヒーターの大面積化(A3サイズ以上)も比較的容易となる。 Next, the matters common to the first and second embodiments will be described. The heating wire in the present invention is formed of conductive ink by flexographic printing or inkjet printing. In the first embodiment in which the heater area is solidly painted, a conductive ink film may be formed by coating. In order to obtain excellent flexibility, the thickness of the conductive ink is preferably 0.2 to 5 μm. If the film thickness is too thick, the flexibility will be poor, and if the film thickness is too thin, the electrical resistance of the heating wire will be too high, making it difficult to design the heater and undesirable in terms of the life of the heating wire. To achieve better flexibility, the film thickness is more preferably 1 μm or less. Furthermore, by setting the film thickness to 0.4 μm or more, the heater can be made to obtain the desired heating temperature at a lower voltage. And, the more preferable film thickness is 0.8 μm or more. With this film thickness, by selecting the heating wire pattern, it is easy to design a heater that can obtain the desired temperature at a low voltage (12 V or less), and it is also relatively easy to make the heater larger in area (A3 size or more).
このような膜厚の導電性インキ層を得るためには、フレキソ印刷を用いることが好ましい。フレキソ印刷で使用されるアニロックスロールの線数を選択することで所望の膜厚の導電性インキ層(電熱線)を形成することができる。例えば、アニロックスロール1200線では、1インチあたり1200(セルの数)となるので、25.4mm/1200=21μm(セル幅)となり、0.4μmの膜厚となる。700線では、25.4mm/700=36μm(セル幅)となり、0.8μmの膜厚とすることができる。 To obtain a conductive ink layer of this thickness, it is preferable to use flexographic printing. By selecting the number of lines in the anilox roll used in flexographic printing, a conductive ink layer (heating wire) of the desired thickness can be formed. For example, with an anilox roll of 1200 lines, there are 1200 (number of cells) per inch, so 25.4 mm/1200 = 21 μm (cell width), resulting in a film thickness of 0.4 μm. With 700 lines, 25.4 mm/700 = 36 μm (cell width), resulting in a film thickness of 0.8 μm.
また、インクジェット方式の印刷では、一般的には1回の塗布でおよそ1μm程度の膜厚であるが、高精細印刷用インクジェットでは、0.1μm程度の膜厚となるものもある。いずれの場合も複数回の塗布を行うことで膜厚を調整することが可能である。また、インクジェットプリンタの吐出口を大きくし、吐出する1滴の量を多くすることでも膜厚を調整することができる。更に、インクジェット方式では、銀含有インキを用いてパターンを形成し、その掲載されたパターン上に銅メッキを施すことで膜厚を厚くするのと同様に抵抗値を下げる技術がある。それらの公知技術を利用することでも、所望の膜厚の導電性インキ層を得ることができる。 In addition, in inkjet printing, a single application generally results in a film thickness of approximately 1 μm, but in high-definition printing inkjet printing, the film thickness may be as high as 0.1 μm. In either case, the film thickness can be adjusted by applying the film multiple times. The film thickness can also be adjusted by enlarging the nozzle of the inkjet printer and increasing the amount of each droplet. Furthermore, in the inkjet method, a pattern is formed using a silver-containing ink, and the pattern is plated with copper to increase the film thickness and reduce the resistance value. By utilizing these known techniques, a conductive ink layer of the desired thickness can be obtained.
また、ベタ塗りつぶしパターンであればコーティングにより導電性インキ層を形成しても良い。コーティングは、基材の片面に導電性インキを薄膜状にコーティングできる方法であれば、公知のコーティング技術のいずれも使用することができる。例えば、ロールコーターやスリットコーター等を好適に使用することができる。これらのコーターでは、1μm程度の導電性インキの薄膜を形成することもできるため、本発明の電熱デバイスの可撓性を損なうことがない。また、本発明におけるコーティングとは、基材の片面上の所定領域の全面に導電性インキの薄膜層を形成することを意味するものであり、コーターに限らず、広く公知のコーティング技術を用いることができる。 In addition, if the pattern is a solid fill pattern, the conductive ink layer may be formed by coating. Any known coating technique can be used as long as it is a method that can coat one side of the substrate with a thin film of conductive ink. For example, a roll coater or a slit coater can be preferably used. These coaters can form a thin film of conductive ink of about 1 μm, so that the flexibility of the electric heating device of the present invention is not impaired. In addition, coating in the present invention means forming a thin film layer of conductive ink over the entire surface of a specified area on one side of the substrate, and is not limited to coaters, and any widely known coating technique can be used.
本発明の薄型電熱デバイスの電熱線を形成するために用いられる導電性インキは、用いる印刷方式に適した市販の導電性インキを好適に使用することができる。一般的に、Ag、Cu、Pd等の金属を含有するものが好ましく用いられる。 The conductive ink used to form the heating wire of the thin electric heating device of the present invention can be any commercially available conductive ink suitable for the printing method used. In general, inks containing metals such as Ag, Cu, and Pd are preferably used.
本発明の薄型電熱デバイスに用いる基材は、ヒーターの発熱温度に耐える耐熱性を持つ絶縁性の材料であればよく、例えば、高分子材料フィルムを好適に用いることができる。例示するならば、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリエチレンナフタレート(PEN)などのポリエステル、ポリアミド、ポリエーテル、ポリスルフォン、ポリエーテルスルフォン(PES)、ポリカーボネート(PC)、ポリアリレート、ポリエーテルイミド、ポリエーテルエーテルケトン(PEEK)、ポリイミド、ポリメチルメタアクリレート(PMMA)、ポリアセテート、フェノキシ樹脂、ポリスチレン等が挙げられる。また、高分子材料に限られず、紙等を基材とすることもできる。例えば、耐熱性を有しているものであれば上質紙を用いることもできる。尚、基材の厚みには特に制限はない。導電性インキで形成された電熱線は折り曲げた状態でも問題なく使用することができるため、使用目的・用途に合わせた基材の厚みを選択することができる。優れた可撓性や取り扱いの利便性等、薄型デバイスであることの優位性を発揮するためには、基材の厚みは5μm~1mmであることが好ましい。また、基材の形状及び印刷等を行って作成された薄型電熱デバイスの形状は、シート状でもロール状でもよい。 The substrate used in the thin electric heating device of the present invention may be an insulating material having heat resistance that can withstand the heating temperature of the heater, and for example, a polymer material film can be suitably used. Examples include polyesters such as polyethylene terephthalate (PET) and polyethylene naphthalate (PEN), polyamide, polyether, polysulfone, polyethersulfone (PES), polycarbonate (PC), polyarylate, polyetherimide, polyetheretherketone (PEEK), polyimide, polymethyl methacrylate (PMMA), polyacetate, phenoxy resin, polystyrene, etc. In addition, the substrate is not limited to polymer materials, and paper, etc. can also be used. For example, high-quality paper can be used as long as it has heat resistance. There is no particular limit to the thickness of the substrate. Since the electric heating wire formed with conductive ink can be used without problems even in a folded state, the thickness of the substrate can be selected according to the purpose and use. In order to demonstrate the advantages of a thin device, such as excellent flexibility and ease of handling, the thickness of the substrate is preferably 5 μm to 1 mm. In addition, the shape of the substrate and the shape of the thin electric heating device created by printing, etc. may be in the form of a sheet or roll.
以上のように構成された本発明の薄型電熱デバイスは、例えば、使用目的に応じて所望の大きさのシート状に作成される。そして使用に際しては、そのシート状のフィルムデバイスを広げ、外部電源と接続し通電することで、ヒーターエリアが面で発熱する薄型フィルム状のヒーターとして使用することができる。これまで説明したように、印刷により様々な電熱線パターンを容易に作成できるため、使用目的に応じた様々なヒーターを設計・作成することが可能である。更に、本発明の薄型電熱デバイスは優れた可撓性を有するため曲げたり折ったりして使用することもできるため、ヒーターで温める対象物の形状に応じて任意の形で使用することが可能である。 The thin electric heating device of the present invention configured as described above is, for example, made into a sheet of a desired size depending on the intended use. When in use, the sheet-like film device is unfolded, connected to an external power source, and energized, allowing it to be used as a thin film heater in which the heater area generates heat on a surface. As explained above, various heating wire patterns can be easily created by printing, making it possible to design and create various heaters depending on the intended use. Furthermore, since the thin electric heating device of the present invention has excellent flexibility and can be bent or folded when used, it can be used in any shape depending on the shape of the object to be heated by the heater.
更に、本発明の薄型電熱デバイスは、この優れた可撓性を活かして、ヒーターエリアを重ねて使用することで、ヒーターエリアの発熱温度をより高温とすることができる。これは、ヒーターエリアが重層的に重なることで保温効果が高まること、外気を接触する面積が減ることで外気による冷却が抑制されること等による効果と考えられる。このような使用方法は、曲げ半径0.5mm以下の優れた屈曲を実現できる本発明の薄型電熱デバイスにより可能となる使用方法であり、印加電圧を低く維持したまま、すなわち消費電力を低く抑えたままで、ヒーターの発熱温度を高めることができるメリットがある。 Furthermore, the thin electric heating device of the present invention takes advantage of this excellent flexibility and can increase the heating temperature of the heater area by stacking the heater areas. This is thought to be due to the fact that the heater areas are stacked in layers, which increases the heat retention effect, and the area of contact with the outside air is reduced, thereby suppressing cooling by the outside air. This type of use is made possible by the thin electric heating device of the present invention, which can achieve excellent bending with a bending radius of 0.5 mm or less, and has the advantage of being able to increase the heating temperature of the heater while maintaining a low applied voltage, i.e., while keeping power consumption low.
以下、いくつかの実施例に基づいて本発明の実施態様を具体的に説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。 The following describes the embodiments of the present invention in detail based on several examples, but the present invention is not limited to these.
ほぼA3サイズ(300×420mm)の基材(A4630:ポリエステル)にアニロックスロール700線のフレキソ印刷により、銀含有インキ使用して、以下に示すパターンで電熱線を形成してそれぞれサンプルとした。
<比較例サンプル>
[サンプル01]:
ヒーターエリアは黒ベタで塗り潰したパターンとし、接続エリアは特に設けず、ヒーターエリア両端の中央付近で、外部電源と接続した。
<実施例サンプル>
[サンプル02]:
ヒーターエリアは、サンプル01と同様に黒ベタで塗り潰したパターンとし、ヒーターエリアの両端に幅15mmの導電性テープ(銅製)を貼り付けて接続エリアとした。接続端子部は、サンプル01と同様に接続エリアの中央部に設定し、外部電源と接続した。
[サンプル03]:
ヒーターエリア及び接続エリアを、図7で示したパターン及び形状とした。接続端子部は、サンプル01と同様に接続エリアの中央部に設定し、外部電源と接続した。接続エリアはインキ薄膜層のままとして、特に導電性材料の追加等は行っていない。ヒーターエリアのパターンの詳細を図3に示す。線幅はX軸方向、Y軸方向共に5mmであり、線間はX軸方向1.5mm、Y軸方向15mmである。接続エリアの詳細は図5の(d)(e)に示した。本実施例の接続エリアのX軸方向幅の一番長い部分X1は32.5mm、一番短い部分X2は15mmとした。Y1は300mmである。このとき、の接続エリアの傾斜角θ3=165°であり、X3=17.5mmであった。
[サンプル04]:
サンプル03の接続エリアの上に、サンプル02と同様に幅15mmの導電性テープ(銅製)を貼り付けてサンプル04の接続エリアとした。接続端子部は、サンプル01と同様に接続エリアの中央部に設定し、外部電源と接続した。
Heating wires were formed in the following patterns using silver-containing ink by flexographic printing with an anilox roll of 700 lines on a substrate (A4630: polyester) of approximately A3 size (300 x 420 mm), and samples were prepared.
Comparative Example Sample
[Sample 01]:
The heater area was a pattern filled with solid black, no connection area was provided, and the heater area was connected to an external power source near the center of both ends.
Example sample
[Sample 02]:
The heater area was a pattern filled with solid black, similar to
[Sample 03]:
The heater area and the connection area were patterned and shaped as shown in FIG. 7. The connection terminal was set in the center of the connection area as in
[Sample 04]:
A 15 mm wide conductive tape (made of copper) was attached onto the connection area of
外部電源(直流安定化電源)を用いてそれぞれのサンプルに電流を流し、10分後のヒーターエリアの発熱温度を測定した。
直流安定化電源とサンプルのデバイスとの接続は、各デバイスの上記接続端子部とした位置でワニ口クリップで挟むことで行った。電流量は電源のつまみで調整し、機器に表示される電流値及び電圧値から計算により抵抗値を求めた。
使用した機器は以下のとおりである。
外部電源:直流安定化電源 AD-8722D(株式会社エー・アンド・ディ製)
温度測定器:コンパクトサーモグラフィカメラ FLIR C3-X(株式会社エー・アンド・ディ製)
A current was applied to each sample using an external power source (a stabilized DC power source), and the heat generation temperature in the heater area was measured after 10 minutes.
The DC stabilized power supply was connected to the sample device by clamping it with an alligator clip at the position of the connection terminal of each device. The amount of current was adjusted with the power supply knob, and the resistance value was calculated from the current value and voltage value displayed on the device.
The equipment used is as follows:
External power supply: DC stabilized power supply AD-8722D (manufactured by A&D Co., Ltd.)
Temperature measuring device: Compact thermography camera FLIR C3-X (manufactured by A&D Co., Ltd.)
比較例であるサンプル01は、電流が流れず全く発熱が認められなかったため測定不能という結果となった。それ以外のサンプルについては、消費電力が13.4Wとなるように、それぞれ表1に記載した値の電流を流した。測定した発熱温度を表1に示し、それぞれのサンプルのサーモグラフィ画像を図8に示した。尚、試験は室温約25℃の試験室で行った。発熱温度を測定した結果、比較例であるサンプル01は全く発熱が認められなかったのに対して、サンプル02~04のいずれも発熱が認められた。これにより、実施例であるサンプル02~04は全てフィルムヒーター(薄型電熱デバイス)として機能することが確認できた。本試験での消費電力13.4Wにおいては、サンプル02~04のいずれも発熱温度は30℃前後であり大きな相違は認められなかった。しかし、サーモグラフィ画像から分かるように、電熱線を黒ベタ塗り潰しパターンとしたサンプル02に比べて、格子状のパターンとしたサンプル03及びサンプル04の方がヒーターエリア内の発熱温度の均一性に優れている。
実施例1で用いたサンプル02~04を用いて、それぞれのサンプルで、ヒーターエリア内の発熱温度の均一性にどれくらいの差異があるのかを実測した。図9の(a)に示したように、各サンプルのヒーターエリアを縦横3分割の計9エリアに分け、それぞれのエリアについて実際の発熱温度を計測した。測定結果を表2に示し、それぞれのサーモグラフィ画像を図9の下段に示した。表2に結果より、実際に、サンプル02に比べてサンプル03及び04の方がヒーターエリアの発熱温度の均一性に優れていることが確認できた。ただし、本試験での発熱温度33℃前後においては、サンプル02であっても各エリアの発熱温度は33℃±2℃程度の範囲に収まっているため、通常の保温を目的として使用するのであれば、発熱の不均一性が問題となる差ではないと言える。
Using
次に、ヒーターエリア内に異なるパターンを混在させた場合について確認を行った。具体的には、ヒーターエリア内の全域を同じ電熱線パターンで構成した場合と、ヒーターエリアを任意の小エリアに分割し、小エリア毎に異なる電熱性パターンとした場合について、それぞれの発熱性の違いを確認した。図10の最上段に示した電熱パターンを有するサンプル05~08を用意し、それぞれの小エリアでの発熱温度を測定した。尚、図10の最上段に示した電熱パターンでは、黒く見える部分が銀インキが乗っていない部分(非電熱線)であり、灰色に見える部分が銀含有インキで形成された電熱線部分である。測定結果を表3に示し、それぞれのサーモグラフィ画像を図9の中段に示した。図9の最下段は、それぞれのサンプルの発熱温度を測定した小エリアの位置を示すものであり、表3の小エリア番号とそれぞれ対応している。試験は、表3に示したように、電圧を5.0Vで同一として測定した場合と、消費電力が22.7Wで同一となるように電流値を調整した場合とで行った。結果を、表3及び図10の中段に示したサーモグラフィ画像(同一電圧の場合)で示す。サーモグライ画像で一目瞭然であるように、ヒーターエリア全域が同一パターンの繰り返しで構成されたサンプル05はヒーターエリア内の発熱がほぼ均一であるのに対して、ヒーターエリア内に異なるパターンが混在するサンプル06~08はそれぞれパターンの電気的抵抗に応じて発熱温度が小エリア毎に異なる結果となった。これは表3に示した、測定温度の実測値でも同様であった。具体的には、サンプル06では、小エリア1の方が小エリア2よりも高い発熱温度を示した。これは、小エリア1は、電流の流れる経路がより大きく変化するパターン、すなわち電流の流れようとするX軸方向へ進み難いパターンとなっているため、電流はより大きくジグザグに進まざる得ないため電気抵抗が大きいと言えるのに対して、小エリア2のパターンは、電流の流れる方向の変化する割合がより小さく電気的抵抗も小さいと言えることに起因していると考えられる。これは、サンプル07及び08でも同じ傾向を示している。このように本発明では、電気的抵抗が異なるパターンを組み合わせることで、区画した小エリア毎に発熱度合いを変化させることが可能である。このため使用目的等に合わせたヒーターの発熱個所の設計も比較的容易に行うことができる。
Next, we confirmed the case where different patterns were mixed in the heater area. Specifically, we confirmed the difference in heat generation between the case where the entire heater area was configured with the same heating wire pattern and the case where the heater area was divided into arbitrary small areas and each small area was configured with a different heating pattern. Samples 05 to 08 with the heating pattern shown in the top row of Figure 10 were prepared, and the heat generation temperature in each small area was measured. In the heating pattern shown in the top row of Figure 10, the black parts are the parts without silver ink (non-heating wire), and the gray parts are the heating wire parts formed with silver-containing ink. The measurement results are shown in Table 3, and the thermographic images of each are shown in the middle row of Figure 9. The bottom row of Figure 9 shows the position of the small area where the heat generation temperature of each sample was measured, and each corresponds to the small area number in Table 3. The test was performed when the voltage was 5.0 V and the current value was adjusted so that the power consumption was 22.7 W and the same, as shown in Table 3. The results are shown in Table 3 and the thermography images (at the same voltage) shown in the middle of FIG. 10. As is obvious from the thermography images, in sample 05, in which the entire heater area is composed of the same pattern repeated, the heat generation in the heater area is almost uniform, whereas in samples 06 to 08, in which different patterns are mixed in the heater area, the heat generation temperature differs for each small area according to the electrical resistance of the pattern. This was also the case for the actual measured temperature values shown in Table 3. Specifically, in sample 06,
本発明の薄型電熱デバイスの有する優れた可撓性を活かして、フィルムデバイスを円筒状に丸めて使用する場合、及び折り畳んで使用する場合の発熱温度について確認を行った。
(試験4-1):円筒状として使用
780mm×90mmの長尺の基材上に、黒塗りベタのパターンで電熱線を形成し、両端の短辺に幅15mmの導電性テープ(銅)を貼付けて接続エリアとした。そして、一方の短辺を内側に巻き込む形で円筒状に丸めた状態で電流を通して発熱温度を確認した。この状態では、接続エリアの一方は円筒の内周側にあり、他方は円筒の外周側にあることになる。円筒の大きさは、それぞれ円筒の外周が所定の直径となるようにフィルムデバイスを巻き、フィルムデバイスの長さ方向780mm/円筒外周長さmm=巻き回数とした。結果を表4に示した。この結果より、巻き回数が増えるほど、すなわちフィルムデバイスの重なりが増えるほど発熱温度が高くなることが確認できた。円筒状とせず、シート(長尺)平置きの状態での使用では平均発熱温度が46.2℃であったのに対して、巻き回数15.6回で円筒状とした状態での使用では、平均発熱温度は107.8℃まで上昇した。そして、平置きでの使用と円筒状としての使用では、消費電力がほぼ同じであることも確認できた。この結果より、本発明の薄型電熱デバイスは、ヒーターエリアを重ねた状態で使用することで、消費電力をほぼ変えずに、発熱温度を上昇させることができることが確認できた。これは、保温対象物が円筒上であるような場合、すなわち、保温対象との形状の一致に対応できるばかりでなく、節電しつつより高熱での保温を可能とした使用方法に応用できることを示している。
Taking advantage of the excellent flexibility of the thin electric heating device of the present invention, the heat generation temperature was confirmed when the film device was rolled into a cylindrical shape and when it was folded for use.
(Test 4-1): Used as a cylinder A heating wire was formed in a solid black pattern on a long substrate of 780 mm x 90 mm, and a conductive tape (copper) with a width of 15 mm was attached to the short sides at both ends to form a connection area. Then, a current was passed through the substrate in a cylindrical shape with one short side rolled inward to confirm the heat generation temperature. In this state, one of the connection areas is on the inner circumference side of the cylinder, and the other is on the outer circumference side of the cylinder. The size of the cylinder was determined by winding the film device so that the outer circumference of each cylinder had a predetermined diameter, and the length direction of the film device was 780 mm / cylinder outer circumference length mm = number of windings. The results are shown in Table 4. From this result, it was confirmed that the more the number of windings, that is, the more the overlap of the film device, the higher the heat generation temperature. When the sheet (long) was used in a flat state without being made into a cylindrical shape, the average heat generation temperature was 46.2 ° C., whereas when the sheet was used in a cylindrical shape with 15.6 windings, the average heat generation temperature rose to 107.8 ° C. It was also confirmed that the power consumption is almost the same when the device is placed flat and when it is placed cylindrically. This result confirmed that the thin electric heating device of the present invention can increase the heating temperature without changing the power consumption by using the heater areas in a stacked state. This shows that the device can be applied to cases where the object to be kept warm is cylindrical, that is, not only can it be adapted to the shape of the object to be kept warm, but it can also be used to save power while keeping the object warm at a higher temperature.
(試験4-2):折り畳んでの使用
試験4-1で使用した薄型電熱デバイスを、円筒状に巻くのではなく折り畳んだ状態で使用し、発熱温度を確認した。折り畳みは、長さ方向780mm/折り回数で求めた長さで、フィルムデバイスの一方の短辺から内側に折り込んでいく方法とした。すなわち、折り回数2で3層とする場合には、図11の(a)で示したように、例えばF1の線で谷折りとしてR辺を内側に畳み、続いてそのままF2を谷折りとして更に内側に折り畳んだものがサンプル13である。(a)では、いわゆるシートを三つ折りにした状態と同じとなる。同様に、図11(b)のように4回折り畳めば、5層のサンプル14となり、図11(c)のように6回折り畳めば、7層のサンプル15となる。このように折り畳んだ状態では、試験4-1で円筒状とした場合と同様に、接続エリアの一方は折り畳んだ内側にあり、他方は折り畳んだ外側表面にあることになる結果を表5に示した。試験4-1と同様に、折り回数が増えてヒーターエリアの重なりが増えるほど発熱温度が上昇していることが分かる。そして、温度が上昇しても消費電力がほぼ横ばいであることも試験4-1の場合と同様である。また、試験4-1のサンプル11(巻き回数7.8)と試験4-2のサンプル15(折り回数6で7層)の発熱温度を比較すると、90.4℃と87.2℃でほぼ変わらないことが分かる。すなわちヒーターエリアの重なりが増えるほど発熱温度を上昇させることが可能であることが分かる。折り畳む場合は基材の伸縮性等により折り回数には限界があるが、それに比べて、円筒状に丸める方が一般的には容易である。いずれにせよ、本発明のフィルムデバイスの優れた可撓性によりこのような使用方法が可能となるものであり、本発明のフィルムデバイスは使用目的や所望の発熱温度に合わせて様々な形状への応用が可能であると言える。
(Test 4-2): Use in Folding The thin electric heating device used in Test 4-1 was used in a folded state instead of being rolled into a cylindrical shape, and the heat generation temperature was confirmed. The folding was performed by folding inward from one short side of the film device at a length calculated by 780 mm in the length direction/number of folds. That is, in the case of folding two times to make three layers, as shown in FIG. 11(a), for example, the R side is folded inward as a valley fold at line F1, and then F2 is folded further inward as a valley fold to produce sample 13. In (a), it is the same as the so-called state where a sheet is folded in three. Similarly, if it is folded four times as shown in FIG. 11(b), it becomes sample 14 with five layers, and if it is folded six times as shown in FIG. 11(c), it becomes sample 15 with seven layers. In this folded state, as in the case of making it cylindrical in Test 4-1, one of the connection areas is on the inside of the fold, and the other is on the outside surface of the fold. The results are shown in Table 5. As in Test 4-1, it can be seen that the heating temperature increases as the number of folds increases and the overlap of the heater area increases. And, as in Test 4-1, the power consumption remains almost flat even when the temperature increases. Also, when comparing the heating temperatures of Sample 11 (7.8 turns) in Test 4-1 and Sample 15 (6 turns, 7 layers) in Test 4-2, it can be seen that they are almost the same at 90.4°C and 87.2°C. That is, it can be seen that the heating temperature can be increased as the overlap of the heater area increases. When folding, there is a limit to the number of folds due to the elasticity of the base material, but it is generally easier to roll it into a cylindrical shape. In any case, such a method of use is possible due to the excellent flexibility of the film device of the present invention, and it can be said that the film device of the present invention can be applied to various shapes according to the purpose of use and the desired heating temperature.
1 薄型電熱デバイス
2 導電性インキ薄膜層
21 ヒーター電熱線
3 接続端子部
4 導電性テープ
HA ヒーターエリア
CA 接続エリア
1 Thin
21
Claims (6)
該基材上に導電性インキにより形成された薄膜状のヒーター電熱線を有するヒーターエリアと、
該ヒーターエリアの両端の対向する2つの辺に沿って導電性材料によりそれぞれ形成された、外部電源にそれぞれ接続される接続端子部が設定される接続エリアと
を備え、
前記接続エリアの電気的抵抗がヒーターエリアの電気的抵抗よりも低い
ことを特徴とする薄型電熱デバイス。 A substrate made of an electrically insulating material;
a heater area having a thin-film heater wire formed on the base material using conductive ink;
a connection area formed of a conductive material along two opposing sides at both ends of the heater area, the connection area having connection terminals to be connected to an external power source,
A thin electric heating device, characterized in that the electrical resistance of the connection area is lower than the electrical resistance of the heater area.
前記接続エリアは、
前記対向する2つの辺に沿って、
前記ヒーター電熱線を形成する導電性インキとは異なる導電性材料で形成される
ことを特徴とする請求項1に記載の薄型電熱デバイス。 The heater wire is a thin conductive ink film formed over the entire heater area on the substrate by flexographic printing, inkjet printing, or coating of a conductive ink,
The connection area is
Along the two opposing sides,
2. The thin electric heating device according to claim 1, wherein the thin electric heating device is made of a conductive material different from the conductive ink that forms the heater wire.
前記接続端子部の一方から他方へと向かう電流の流れる方向が複数回変化するパターンを形成するものであると共に、
前記接続エリアの前記電流の流れる方向の幅が、前記ヒーター電熱線の線幅よりも広い
ことを特徴とする請求項1に記載の薄型電熱デバイス。 The heater wire is a thin-film heater wire formed by flexographic printing or inkjet printing of a conductive ink,
A pattern is formed in which the direction of current flow from one of the connection terminals to the other changes multiple times,
The thin electric heating device according to claim 1 , wherein the width of the connection area in the direction of current flow is wider than the line width of the heater electric wire.
ことを特徴とする請求項3又は4に記載の薄型電熱デバイス。 5. The thin electric thermal device according to claim 3, wherein the pattern is a pattern in which a shape having a branch point formed by the intersection of lines extending in different directions is repeated a plurality of times.
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2023142596A JP2025035507A (en) | 2023-09-01 | 2023-09-01 | Thin, flexible electric heating device |
PCT/JP2024/031391 WO2025047973A1 (en) | 2023-09-01 | 2024-08-30 | Thin electric heating device having excellent bending resistance |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2023142596A JP2025035507A (en) | 2023-09-01 | 2023-09-01 | Thin, flexible electric heating device |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2025035507A true JP2025035507A (en) | 2025-03-13 |
Family
ID=94819585
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2023142596A Pending JP2025035507A (en) | 2023-09-01 | 2023-09-01 | Thin, flexible electric heating device |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2025035507A (en) |
WO (1) | WO2025047973A1 (en) |
Citations (11)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP3038310U (en) * | 1996-11-30 | 1997-06-20 | ミタケ電子工業株式会社 | Self-temperature control type laminated sheet heater |
JP2008269914A (en) * | 2007-04-19 | 2008-11-06 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Planar heating element |
CN201585154U (en) * | 2009-12-25 | 2010-09-15 | 长春艺源冠鑫科技有限责任公司 | Low-temperature radiant electric heating film |
JP2011514647A (en) * | 2008-03-17 | 2011-05-06 | エルジー・ケム・リミテッド | Heating element and method for manufacturing the same |
CN104602372A (en) * | 2014-12-09 | 2015-05-06 | 上海宥拓化学有限公司 | Low-temperature radiation electro-thermal film |
JP2017098054A (en) * | 2015-11-24 | 2017-06-01 | 株式会社デンソー | Transparent heater |
JP2017532727A (en) * | 2014-09-04 | 2017-11-02 | サン−ゴバン グラス フランスSaint−Gobain Glass France | Transparent windshield with heat coating |
JP2018073484A (en) * | 2016-10-24 | 2018-05-10 | イシイ株式会社 | Planar heating element |
CN109348555A (en) * | 2018-10-31 | 2019-02-15 | 宁波石墨烯创新中心有限公司 | A kind of electric heating film for heating layer and preparation method thereof with three-dimensional structure |
WO2022102536A1 (en) * | 2020-11-11 | 2022-05-19 | リンテック株式会社 | Wiring sheet and sheet-form heater |
WO2023120024A1 (en) * | 2021-12-24 | 2023-06-29 | 富士フイルム株式会社 | Transparent heat-generating body and transparent heat-generating molded body |
-
2023
- 2023-09-01 JP JP2023142596A patent/JP2025035507A/en active Pending
-
2024
- 2024-08-30 WO PCT/JP2024/031391 patent/WO2025047973A1/en unknown
Patent Citations (11)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP3038310U (en) * | 1996-11-30 | 1997-06-20 | ミタケ電子工業株式会社 | Self-temperature control type laminated sheet heater |
JP2008269914A (en) * | 2007-04-19 | 2008-11-06 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Planar heating element |
JP2011514647A (en) * | 2008-03-17 | 2011-05-06 | エルジー・ケム・リミテッド | Heating element and method for manufacturing the same |
CN201585154U (en) * | 2009-12-25 | 2010-09-15 | 长春艺源冠鑫科技有限责任公司 | Low-temperature radiant electric heating film |
JP2017532727A (en) * | 2014-09-04 | 2017-11-02 | サン−ゴバン グラス フランスSaint−Gobain Glass France | Transparent windshield with heat coating |
CN104602372A (en) * | 2014-12-09 | 2015-05-06 | 上海宥拓化学有限公司 | Low-temperature radiation electro-thermal film |
JP2017098054A (en) * | 2015-11-24 | 2017-06-01 | 株式会社デンソー | Transparent heater |
JP2018073484A (en) * | 2016-10-24 | 2018-05-10 | イシイ株式会社 | Planar heating element |
CN109348555A (en) * | 2018-10-31 | 2019-02-15 | 宁波石墨烯创新中心有限公司 | A kind of electric heating film for heating layer and preparation method thereof with three-dimensional structure |
WO2022102536A1 (en) * | 2020-11-11 | 2022-05-19 | リンテック株式会社 | Wiring sheet and sheet-form heater |
WO2023120024A1 (en) * | 2021-12-24 | 2023-06-29 | 富士フイルム株式会社 | Transparent heat-generating body and transparent heat-generating molded body |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
WO2025047973A1 (en) | 2025-03-06 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP4400583B2 (en) | Multilayer capacitor and manufacturing method thereof | |
JP4909905B2 (en) | Wire printed circuit board or card with conductor having rectangular or square cross section | |
US9646748B2 (en) | Resistive voltage divider made of a resistive film material on an insulating substrate | |
CN101819335A (en) | Thermochromatic element and thermochromatic display device | |
JPS5952521B2 (en) | electrical resistance device | |
JP2025035507A (en) | Thin, flexible electric heating device | |
JP2010003487A5 (en) | ||
KR102062493B1 (en) | Serial type plate heater and method for preparing the same | |
JP2007299546A (en) | Planar heating element | |
TW201737757A (en) | Heater, fixing device, image-forming device, and heating device | |
JP2017199565A (en) | Planar heating element | |
CN113492562A (en) | Processing technology for preparing water-based graphene electrothermal film by die cutting and laminating method | |
US11164688B2 (en) | Chip resistor | |
CN111194102A (en) | Electric heating plate capable of generating heat uniformly, preparation method thereof and thick film heating element | |
CN102222764A (en) | Method for manufacturing phase change memory | |
US10204721B2 (en) | Resistor element and method of manufacturing the same | |
JP4921995B2 (en) | Planar heating element and manufacturing method thereof | |
CN206030784U (en) | New heat -generating body structure thermal printing head | |
JP2008218350A (en) | Planar heating element and manufacturing method thereof | |
US9668348B2 (en) | Multi-terminal electronic component, method of manufacturing the same, and board having the same | |
US20110261134A1 (en) | Thermal head | |
JP6286058B2 (en) | Image forming medium, image forming medium manufacturing method, and image forming method | |
US20110292144A1 (en) | Ink drying | |
JP3234107B2 (en) | Thin film resistor and method of manufacturing the same | |
US9824798B2 (en) | Resistor element and method of manufacturing the same |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A80 | Written request to apply exceptions to lack of novelty of invention |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A80 Effective date: 20230929 |
|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20240925 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20241023 |
|
A601 | Written request for extension of time |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A601 Effective date: 20241220 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20250221 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20250319 |
|
A601 | Written request for extension of time |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A601 Effective date: 20250516 |