JPS61267287A

JPS61267287A - シ−トヒ−タ−

Info

Publication number: JPS61267287A
Application number: JP61113422A
Authority: JP
Inventors: ネビール・サム・バトリワーラ; ラビンダー・ケー・オスワル; ジェフ・シェーフ
Original assignee: Raychem Corp
Current assignee: Raychem Corp
Priority date: 1985-05-17
Filing date: 1986-05-16
Publication date: 1986-11-26
Also published as: EP0209224B1; ATE79209T1; DE3686296D1; IN167714B; CA1262468A; DE3686296T2; EP0209224A2; EP0209224A3

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】［産業−１−の利用分野］本発明は、ソートヒーターに関する。

［従来の技術］ソートヒーターは、典型的には薄層抵抗要素および２本
またはそれ以上の電極を含む。抵抗要素は導電性高分子
、即ち、導電性充填剤および有機高分子（この語は、ポ
リシロキサンを含むものとして使用する。）の混合物か
ら成っていて乙よく、充填剤は、有機高分子の中に分散
され、またはＷＥ機高分子により保持される。抵抗要素
ｉＪ、、　ｒ”ｒ”　ｃ挙動を示してよく、この場合ヒ
ーター（」自己制御性となる。ある種のンー）・ヒータ
ーでは、電極は、例えば、導電性インキを加熱要素」−
に印刷することにより、抵抗要素の片側の表面に配置さ
れろ。

この点について特に関連するのは、アメリカ合衆国特許
出願箱５７３，０９９．６５０．９１８、および６５０
，９２０号である。導電性高分子およびそれらを有する
器具の他の文献としては、以下に示すようなものがある
。アメリカ合衆国特許第２．９５２，７６１．２，９７
８，６６５．３，２４３．７５３．３，３５１，８８２
．３，５７１，７７７．３，７５７，０８６．３，７９
３．７１６．３゜８２３．２１７．３，８５８，１４４
．３，８６１゜０２９．３，９５０，６０４．４，０１
７，７１５．４．０７２，８４８．４，０８５，２８６
．４，１１７．３１２．４，１７７．３７６．４，１７
７．４４６．４，１８８，２７６．４，２３７，４４１
．４゜２４２．５７３．４，２４６，４６８．４，２５
０゜４００．４．２５２，６９２．４，２５５，６９８
．４．２７１，３５０．４，２７２，４７１．４，３０
４．９８７．４．３０９，５９６．４．３０９，５９７
．４，３１４，２３０．４，３１４，２３１．４゜３１
５．２３７．４．３１７，０２７．４，３１８゜８８１
．４，３２７，３５１．４，３３０，７０４．４．３３
４，３５１．４，３５２，０８３．４，３６１．７９９
．４，３８８，６０７．４，３９８，０８４．４，４１
３，３０１．４．．４２５□３９７．４゜４２６．３３
９．４，４２６，６３３．４，４２７゜８７７．４，４
３５，６３９．４，４２９，２１６．４．４４２，１３
９．４，４５９，４７３．４，４７３．４５０．４，４
８１，４９８．４，４７６．４５０．４，５０．２，９
２９．４，５１４，６２０．４゜５１９．４４９．４，
５２９，８６６．４　、’５３４　。

８８９および４，５６０，４９８号；ジャーナル・オブ
・アプライド・ポリマー・サイエンス（、■。

Ａｐｐｌｉｅｄ　Ｐｏｌｙｍｅｒ　５ｃｉｅｎｃｅ）Ｉ
　、９　、　’８１３−８１５頁（１９７５年）、クラ
ソン（Ｋ　Ｉａｓｏｎ）お上り一バッ）　（Ｋ　ｕｂａ
ｔ）　；ポリマー・エンジニアリング６アンド０サイエ
ンス（Ｐ　ｏｌｙｍｅｒ　Ｅ　ｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇａ
ｎｄＳｃｉｅｎｃｅ）１８．６４！ＩＪ−６５３頁（１
９７８年）、ナルキス（Ｎａｒｋｉｓ）ら；およびヨー
ロッパ特許出願第３８，７１３．３８，７１４．３８，
７１８．７４，２８１，９２，４０６．１１９，８０７
．１３４，１４５．８４．３０４．．５０２．２おにび
８４，３０７，９８４．９号。

アメリカ合衆国特許出願箱６５０，９１８号に開示され
ているように、薄層抵抗要素の表面に位置させた電極を
含有する薄層ヒーターの研究中に、抵抗要素から電極が
剥離しやすいことに気付いた。

前述の特許出願に開示されているように、この問題点の
１つの解決策は、電極支持表面に固着されない絶縁層を
使用することである。しかしながら、そのような分離さ
れた絶縁材の使用には、絶縁材中に非常に小さい穴があ
る時でさえ、穴を通じて入る湿気が絶縁材の下に蓄積し
、電極間の短絡をひき起こすことがあるという欠点があ
る。

［発明の構成］ −１，述の問題点を、（ａ）電極および抵抗要素に接着され、比較的低い引張
強さを有する硬化高分子組成物から成り、その活眼、曲
げおよび／または熱的周期により与えられろ応力に適応
し得ろ第１層、および（１））第１層に接着されない、
またはせいぜいイ・）Ａ゛かに接着されろことを除いて
、従来の絶縁材ｆ１であ−）でよい外側の第２層を打オる絶縁材を使用することに３１；り解決できるご
とをμ出（７た。ａ　Ｊｌｌ−４−ろ時は液状であり、
電極の少なくとも一部分に、好ましくは抵抗要素の少な
くとも一部分にし、特に表面全体に密着ｊ２て接着する
ように、その場で硬化さ且ろ組成物を、電極支持表面に
適Ｊ旧４′ろことにより、第１層（本明細書では、しば
１．ば誘電層とも言う。）は、好ましく形成される。

適用されカニ誘電層は、改良された電気的特性、特に電
極の１本か破損した場合のスパークおよび発火の可能性
を、削除または少なくとｂ減少さしるという改良された
電気的安全性を提供するごとも見出した。

１つの要旨に於て、本発明は、（１）導電性高分子組成物から成る薄層抵抗要素、（２
）該要素の表面の一部分のみに固着された２本またはそ
れ以」−の電極（従って、表面の部分は露出したままで
ある。）、（３Ｘａ）電極の少なくとも一部分および抵抗要素の露
出した表面の少なくとも一部分の」―に配置され、かつ
、直接に接触し、（ｂ）引張り強さが、２３℃で４０００ｐｓｉ以下の硬
化有機高分子から成る第１絶縁層、（４）電極、抵抗要素および第１絶縁層の−にに配置さ
れる第２絶縁層を有して成り、第１および第２絶縁層間の結合が、第２
絶縁層を抵抗要素から剥離する場合、第１絶縁層と電極
間の界面は元のままであるような電気シートヒーターを
提供する。

更に、本発明は、基材と熱的に接触する先に規定したヒ
ーターを設置し、ヒーターに電源を入れて基材を加熱す
ることを特徴とする基材の加熱方法を提１ｔＨする。

更に、本発明は、（１）表面に電極を固着された薄層抵抗要素を有する加
熱要素を準備し、（２）固着された電極を有する加熱要素の表面に、液状
硬化性高分子組成物を適用し、（３）電極および抵抗要素に密着して接着するように組
成物をその場で硬化させ、（４）硬化させた液状組成物を有する加熱要素に、第２
絶縁層を適用することを特徴とする上述のン−ｌ−ヒー
ターの製造方法を提供する。

電気導線（ヒーターを電源に接続するためのもの）に、
あるいは空間を隔てて電極を接続するまたは電極（例え
ば、接続部材から延びるアームを有する電極）の端また
は中央部分に沿ったブスバーを供給する接続部十Ａに接
続さイする部分を除いて、誘電層は、電極の少なくとも
一部分、好ましくは電極の全部を覆う。そのような接続
部材が存在する場合、接続部分を適用した後に、誘電層
を適用＝８− し、あるいは接続部材が後で適用される電極の部分を誘
電層が覆わないようにする必要がある。誘電層が抵抗要
素の電極支持表面の露出１．た部分、特に電極に隣接す
る部分の少なくとも一部、好ましくは全部を覆うことが
好ま１．い。導電性高分子の高分子成分が、例えば、４
０ダイン／ｃｍ以下、特に３５ダイン／ｃｍ以下、より
特に３０ダイン／ｃｍ以下の低い表面エネルギーを有す
る高分子を、例えば少なくとも７５重量％で含有する場
合、絶縁材を適用する場合に従来から使用される溶着ま
たは接着技術により、そのような導電性高分子に接着す
ることは困難であるので」二連のことは特に有用である
。

誘電層は、適当な液状組成物、即ち、硬化性有機高分子
またはそのような高分子の適当な前駆体を含有するもの
を適用することにより形成され、次いで、要すれば液状
組成物中に存在する溶媒を除去した後に、その場で組成
物を凝固および硬化させる。抵抗要素および／または電
極に与え得る損傷を避ける温度で、組成物を適用し、凝
固させ、硬化させることが好ましい。硬化は、液状組成
物に対して適当な成分を選択することのみで行うことが
できるが、湿気、熱および／または放射線照射のような
外的刺激によっても行い得、またはそれらにより促進さ
れ得る。特に適当な材料は、Ｉ成分がモノマーを含有し
、他の成分が触媒を含有する、例えばダウ・コーニング
（Ｄ　ｏｗ−Ｃｏｒｎｉｎｇ）社により市販されている
ンルガード（Ｓ　ｙｌｇａｒｄ）　５７７のような二成
分シリコーン系である。柔軟な２成分エボギン系を使用
することもできる。

好ましくは、硬化材料と電極間の接着の剥離強さは、２
０°Ｃで少なくとも１ボンド／インチ、特に少なくとも
２ボンド／インチ、より特に少なくとも３ボンド／イン
チであり、誘導層が電極から剥離される場合、誘導層が
、接着的（Ｖすち、界面に沿って基材から層が離れる。

）という、トリむしろ凝集的（即ち、界面は実質的に変
化しないままで、層が引裂かれる。）に破壊する程度の
ものである。

硬化材料は、２３°Ｃで４０００ｐｓｉを越えない、好
ましくは３０００ｐｓｉを越えない、特に２０００ｐｓ
ｉを越えない、より特に１０００ｐｓｉを越えない引張
強さを有する必要があり、その結果、曲げおよび／また
は熱的膨張および収縮に於る差の結果として生じる電極
および抵抗要素の大きさの変化に適合ずろことができる
。誘電層の厚さは、確実にピンポールが無いようにする
たぬに、好ましくは少なくとも０．００２インチ、特に
少なくとも０．００４インチ、より特に０．００６イン
チである。誘電層は、好ましくはヒーターを使用する場
合に遭遇するような全温度、即ち、室温から、自己制御
型ヒーターのＰＴＣ導電性高分子組成物のスイッチング
温度までの全温度で少なくとも１０００ボルト／インチ
の絶縁耐力を有する。

第２絶縁層は、好ましくは誘電層に、あるいは誘電層に
覆われない電極および抵抗要素の電極支持表面のあらゆ
る部分に結合されない。そのような結合がある場合は、
第２絶縁層が抵抗要素から剥離される時に、誘電層は元
の場所に残り、誘電層の凝集破損により、あるいは誘導
層と第２絶縁１１一層との間の界面に於（プる接着剤層破損？こより剥離が
起こる程度（即ち、誘電層と第２層との間の接着の剥離
強さは、誘電層と電極との間の接着の剥離強さよりも小
さい。）が好ましい。

第２絶縁層は、好ましくは高分子材料、例えは物理的応
力および化学薬品に十分に耐えろ、高分子材料の予備成
形した柔軟なシートである。第２絶縁層が存在する重要
な理由は、誘電層に使用するのに適当な組成物は、物理
的応力および／または化学薬品に対ずろ耐久性に乏しい
ということである。

両方または全部の電極が抵抗要素の同一の表面に固着さ
れる好ましい場合、通常ヒーターは、抵抗要素の電極を
支持しない面を覆い（それに結合されてよい）、第２絶
縁層の端に沿って第２絶縁層に結合される第３絶縁層を
有することが好ましい。

本発明のヒーターは、好ましくは柔軟であり、このこと
は、２３℃で、好ましくは一２０℃で、損傷を与えるこ
となく、直径４インチのマンデル−１２＝のすわりに巻きつけることができるということを意味す
る。

導電性高分子は、好ましくは２３℃で少なくとも０５オ
ーム”　Ｑｍ、特に０．５〜Ｉ　００，０００オーム・
ｃｍの抵抗率を有する。例えば少なくとも５メガラド、
好ましくは少なくとも１２メガラドの均一な線量の特に
例えば電子線またはガンマ線照射のような放射線照射に
より架橋されたものが好ましい。

導電性インキの抵抗要素」二への印刷特にシルクスクリ
ーン印刷、い□くぶん破損しやすい電極（例えば、高分
子厚膜技術の使用により製造される電極）を提供するよ
うな技術、スパッタリングまたはエツチング工程を含む
方法により電極を製造する場合、誘導体の適用は、電極
または抵抗要素／電極界面に殆んどまたは全く影響を与
えないので、本発明は特に有用である。電極は、例えば
導電性充填剤が、金属、好ましくは銀または銀とグラフ
ァイトの混合物から成り、あるいは含有するインキの形
態に於て、導電性高分子を含有することが好ましい。電
極は、好ましくは２．５ｘｌＯ−’〜ｌＸｌ０−３オー
ム・ｃｍの範囲の抵抗率を有する。アメリカ合衆国特許
出願節６５０，９２０．６６３゜０１４および７３５，
４０８号に記載されているように、電極と抵抗要素の抵
抗率の間の抵抗率を有する接触層が、電極と抵抗要素と
の間にあるのか好ましい。電極は、抵抗要素の同一の表
面に配置されるのが好ましく、その結果、電極間を流れ
る電流は主に表面に平行に流れるが、電極は、両側の表
面にあることも可能である。アメリカ合衆国特許出願節
５７３，０９９号に開示されているように、電極が、指
間を組み合わせたように配置されている（ｉｎｔｅｒｄ
ｉｇｉｔａｔｅｄ）のが特に好ましい。

ヒーターが接地面を必要とずろ場合（例えば、危険な場
所で使用する場合）、接地面として機能し、ヒーターの
抵抗要素または絶縁要素に、直接にまたは間接に接着さ
れない薄層金属要素を含有することが好ましい。

新規ヒーターは、誘電層が無い同一のヒーターより安全
である。すなわち、誘電層は、電極を破損するために必
要な力を増加させ、電極の破損に起因する危険性を減少
させる。誘導層が無ければ、電極の１本が破損した場合
、抵抗要素のアーク、スパークおよびその後の発火が起
り得る。誘導層が有れば、たとえ電極の破損が、破損部
を横切るアークを引起こしても、スパークおよびその後
の発火につながらない。本発明をいささかも限定するも
のではないが、誘電層は、電極の破損部に酸素が接近す
るのを防止し、または少なくとも最小にし、その結果、
スパークおよび発火を持続し得ないという事実により、
スパークおよび発火が起こらないと考えられる。誘電層
の材Ｅｌは、トラッキングに対する高い耐性を有するこ
とが好ましく、その結果、連続するスパークを絶やすの
を促進する。また、誘電層は、水または他の電解液が電
極と接触して回路を形成することを防止し、それ故、電
極間の短絡回路の可能性、およびその結果生じる抵抗要
素のスパークおよび発火の問題を避（Ｊる。

この点に関して、本発明は、隣接する電極が１インチ以
下しか離れておらず、容易に短絡回路を形成する場合に
、特に有用である。

第１図および第２図は表面に印刷された組み合せ電極４
．６を有する薄層導電性高分子抵抗要素２を有する加熱
要素を含むヒーターを示す。誘電層８は、電極の組み合
せ部分に重なるが、電極の長さ方向の端までは延びてい
ない。誘電層８は、要素２および電極４．６の上に適用
し、次いで２７５°Ｆで１０分間加熱した液状２成分系
を硬化させることにより得られるボリンロキサンを有す
る。誘電層８は、その下にある要素２および電極４．６
と密接に接着される。金属メツシュから成るブスバー１
０．１２は、要素２および電極４．６のそれぞれの覆わ
れていない端の部分のまわりに折り曲げられる。絶縁ジ
ャケット（第１図のみに示す）は加熱要素のまわりに形
成され、ブスバーは、高分子ボトムシート１４および高
分子トップシート１６により覆われる。ソート１４は、
加熱要素２の裏側およびトップシートの端の部分に実質
的に連続した接着剤の層＋７（図示）または溶融接着（
図示せず）により固着される。ト・ソブンート１６は、
ブスバー１０．し、誘導体８、電極４．６または抵抗要
素２に隣接するが、固定されない。トップシートの上に
、接着剤層２２および２４（図示）または溶融接着によ
りシー１−１６の端の部分に端の部分が固着されている
外側の高分子絶縁シート２０により、位置を固定される
金属（例えば、銅）箔Ｉ８がある。第２図に示すように
、電極は幅ｔ、長さρを有し、距離ｄを隔てて離れ、ブ
スバーは幅Ｘであり、誘電層は、電極の長さに平行に長
さｙである。これらの値の代表的なものは、ｔ　　　Ｏ，００３〜０．０２インチＱ　　Ｏ１５〜６．０インチｘ　　０．２〜０．８インチｖ　　　Ｑ＋１インチ本発明を以下の実施例により、更に説明する。

実施例第１図および第２図に示すヒーターを以下のようにして
製造した。

下記の成分を配合し、４５０°　Ｆで溶融押出成型して
、厚さ０．０１７５インヂのシートを得た。

成−分　　　　　　　　　　軍団％− 充填剤および他の添加剤　　　１０．１シートに１４メ
ガラド（各側に７メガラト）の量を照射し、ポリマーを
架橋した。第２図に示すような電極パターンを、抵抗率
１．３ｘｌＯ−２オーム・ｃｍを有し、グラファイトお
よび銀を含有する層をストリップにスクリーン印刷する
ことにより付着させ、次いで乾燥した。隣接する電極間
の距離（ｄ）は、０．２５インチ、各電極の幅（［）は
、０．０６２５インヂ、各電極の長さくρ）は５４イン
ヂであった。次いで、シートを１７５°　Ｆで１時間加
熱し、７．２５インチ幅のストリップに切断した。

ｌ　　　　　　　　　県さ８〜１０ミルの硬化性２成分
シリコーン液（ジルカード５７７、ダウ・コーニング社
製）の層をストリップに適用し、ストリップを２７５°
　Ｆの加熱炉に５〜１０分間入れ、ノリコーンを硬化さ
　什ノこ。

幅１．５インヂのニッケル被覆の桐のＪ、キスパンデッ
ドメタルのブスバーを、電極支持ストリップの端のまわ
りに巻いた。得られた部品を、（Ａ）アドヒーンブズ・
リザーヂ・コーポレインヨン（Ａｄｈｅｓｉｖｅｓ　Ｒ
ｅ５ｅａｒｃｈ　Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ）が「アーク
ラッド（Ａｒｃｌａｄ）Ｊという商品名で市販している
シリコーン接着剤の０００２インチの厚さの層で１−１
側の表面全体か被覆された、幅８．５インチ、厚さ０．
０２０インチのエチレン−クロロトリフルオロエチレン
コポリマー（「（ハラ−（Ｔ（ａｆａｒ）ｌ）のボトム
シート、および（Ｂ）同一の接着剤の０．００２インチ
の厚さの層で、下側表面の０，５インチ幅の端の部分を
被覆した、幅８５インヂ、厚さ０．０１０インヂのエチ
レン−り［１０トリフルオロエチレンコポリマー（「ハ
ラー−１）のトップシートとの間に積層した。こ・うす
ると、誘電層およびブスバーの−４−側の表面は、接着
剤によって接触しなかった。積層を１２５°Ｆ、＋００
ｐｓｉで実施した。厚さ０．００２インチ、幅７．２５
インチの銅のシートを、トップシートの露出した表面に
配置し、同一の接着剤の０００２インチの厚さの層によ
り下側表面の０．５インチ幅の端の部分を被覆した。幅
８，５インチ、厚さ０．００５インチのエチレン−クロ
ロトリフルオロエチレンコポリマー（「ハラ−」）の外
側シートにより、銅を覆った＋２５°Ｐ、ｌ００ｐｓｉ
で外側シートをトップノートに（銅箔にではなく）積層
した。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は、本発明のヒーター要素を含有す
るヒーターを示す。２・・・抵抗要素、４．６・・・電極、８・・・誘電層
、１０．１２・・ブスバー、１４・・ボトムシート、１
６・・・トップシート、　　１７・・・接着剤層、１８
・　金属箔、　　　　２０　絶縁シート、２２．２４・
・・接着剤層。

Claims

【特許請求の範囲】１、電気シートヒーターであって、（１）導電性高分子組成物を含有する薄層抵抗要素、（２）該要素の表面の一部分のみに固着された２本また
はそれ以上の電極（従って、表面の部分は露出したまま
である。）、（３）（ａ）電極の少なくとも一部分および抵抗要素の
露出した表面の少なくとも一部分の上に配置され、かつ
、直接に接触し、（ｂ）引張り強さが、２３℃で４０００ｐｓｉ以下の硬
化有機高分子から成る第１絶縁層、（４）電極、抵抗要素および第１絶縁層の上に配置され
る第２絶縁層を有して成り、第１および第２絶縁層間の
結合が、第２絶縁層を抵抗要素から剥離する場合、第１
絶縁層と電極間の界面は元のままであるような電気シー
トヒーター。２、第２絶縁層が、第１絶縁層に接着されていない特許
請求の範囲第１項記載のヒーター。３、第１絶縁層が、０．００２〜０．０３０インチ、好
ましくは０．００４〜０．０２０インチの厚さであり、
２３℃で３０００ｐｓｉ以下、好ましくは２３℃で２０
００ｐｓｉ以下の引張強さを有する材料から成る特許請
求の範囲第１項または第２項記載のヒーター。４、第１絶縁層が、０．００６〜０．０１２インチの厚
さであり、２３℃で１０００ｐｓｉ以下の引張強さを有
する材料から成る特許請求の範囲第３項記載のヒーター
。５、第１絶縁層がポリシロキサンから成る特許請求の範
囲第１〜４項のいずれかに記載のヒーター。６、電極が抵抗要素の同一の面に配置され、その結果、
電流がその間を流れる場合、電流の実質的な割合は、抵
抗要素の面に平行に流れる特許請求の範囲第１〜５項の
いずれかに記載のヒーター。７、抵抗要素の同一の表面に配置された指間隔電極を含
有し、抵抗要素がＰＴＣ挙動を示す導電性高分子組成物
から成る特許請求の範囲第６項記載のヒーター。８、導電性高分子組成物が、溶融押出成型され、２３℃
で０．５〜１００，０００オーム・ｃｍの抵抗率を有す
る特許請求の範囲第７項記載のヒーター。９、電極が、抵抗要素上に導電性インキを印刷すること
により形成される特許請求の範囲第１〜８項のいずれか
に記載のヒーター。