JP2006056224A

JP2006056224A - 発熱導電膜をもった積層体

Info

Publication number: JP2006056224A
Application number: JP2004266080A
Authority: JP
Inventors: Haruo Watanabe; 晴男渡辺
Original assignee: AFFINITY KK
Current assignee: AFFINITY KK
Priority date: 2004-08-18
Filing date: 2004-08-18
Publication date: 2006-03-02

Abstract

【課題】温度に依存して可変する高分子水溶液をもつ積層体に付加された発熱導電膜を電気的に加温することで、人口的に可変できてかつその製造簡便性とその在庫保管、施工状態での耐久性を満たせる積層体を得ること。
【解決手段】発熱導電膜を高分子水溶液側に設けて、その発熱導電膜の両端に付加した良導電性金属部を両基板の間に封止剤で内包してなる積層体である。
【選択図】図１

Description

本発明は、温度変化により可逆変化を示す高分子水溶液をもつ積層体に発熱導電膜を付加して、電気的に通電して安定的に加温できるようにした積層体に関する。

近年、窓ガラスに関し、省エネルギー、快適性等の面から太陽光線を制御できる調光ガラスが注目されてきている。本発明者は、太陽の直射光線が窓に照射していることに注目してきた。例えば、太陽の日射有無と季節の温度差を有効に利用することで、気温が高い夏期において日射のエネルギーでその日射を自然に白濁遮蔽する画期的な自律応答型の調光ガラス（例えば、特許第３３７８１０号、特願平−１９８９４３号公報等）の開発に成功した。その基本構造は、一対の基板間に特殊高分子水溶液をもった積層体である。これを窓に施工すると、冬期は日射が当っても積層体の温度が上がらず透明状態を維持して日向となり、夏期は日射により加温されて白濁状態に変化して、その日射を約８０％もカットする省エネ調光窓ガラスとなった。

つぎに、室内用の間仕切り、夜間のプライバシー確保、プロジェクターのスクリーン等のために人工的に任意に白濁状態にできる積層体に関し、本発明者は、前記した公報にすでに図示したが、発熱導電膜をもった基板を通電加温する積層体の一般的な概念図を示した程度であった。

解決しようとする問題点は、積層体内の高分子水溶液を速やかに加温することができ、かつその積層体の製造簡便性、在庫保管、施工後の耐久性等を十分に満たせるように工夫した電極端子をもった積層体を得ることである。

本発明は、前述の問題点を解決するためになされたものであり、温度変化に応じて可逆変化を示す高分子水溶液が通電により加温制御できる発熱導電膜をもつ基板と対向基板とで積層、封止され、少なくとも一部が透明であり、前記高分子水溶液を直視可能な積層体において、発熱導電膜の両端に付加した良導電性金属部を両基板の間に封止剤で内包してなる積層体を提供するものである。

本発明は、発熱導電膜付き基板と対向基板間に高分子水溶液を積層、封止してなる積層体である。基板の外側に導電膜を設けると、電極端子、リード線の処理が容易になるが以下のような問題がある。導電面がむき出しとなり手で触れる状態となり安全性に問題があり、清掃時のメンテナンスにも難があり、通電による発熱が直接的に高分子水溶液に伝わらず応答が遅れる等である。

そこで、本発明者は図１に示した内側に発熱導電膜を配置する構造で、上記の問題点を解決すると共に良好な生産性と在庫保管、施工等にも大変に有用な構造をもった積層体えた。１は基板、２は対向基板、３は発熱導電膜、４は良導電性金属部、５は第１封止剤、６は第２封止剤、７は高分子水溶液である。ここで良導電性金属部４は、大面積の発熱導電膜の両端に配されてあり、その発熱導電膜を均一に加温するためには必須である。

なお、図２のように対向基板２を発熱導電膜３付き基板１より小さくして、良導電性金属部４を両基板間の外に配置する構造もあるが以下のような問題があった。出っ張り分だけ施工時の枠幅も増大して割付、意匠性に不利となる。出っ張り部分は構造的に弱くなり破損し易くなる。単純積層ではなく両サイドを均等に空けて基板を積層する煩雑な積層工程の操作が必要となる。良導電性金属部４に絶縁膜８の被覆工程が増える。

さらに、加温を速やかにするために電極間距離は狭いほど好ましくなるので、積層体が長方形の場合は長辺部２ヶ所に出っ張り部分が発生する。また、基板の破損防止、易取扱い等のために、在庫保管、配送等においては通常横長に立掛けることが通常である。さらに、横長方向に施工された場合、対向基板２が常に浮いた状態になり、基板の総重量は重く、基板間のずれの問題が発生する。このことから、基板の底辺が常にそろうことは実用的に非常に重要となる。

以下、本発明に関しさらに詳細に述べる。基板１、２は水分子を透過し難いものであれば広く利用でき、ガラス板、タイル板、金属板、プラスチック板、プラスチックフィルム等がある。発熱導電膜３はネサ膜（酸化スズ膜）、ＩＴＯ膜（液晶素子の透明導電膜に広く利用されている）等の透明導電膜と金属膜（例えば、タングステン膜等）、セラミック膜等の不透明導電膜があり、また金属線（例えば、タングステン線等）も同機能であり本発明に属するものとする。そのシート抵抗は５〜５０Ω／ｃｍ２でよく、大面積になればよりシート抵抗が小さい方が加温には好ましい。なお必要に応じて、両電極端子部を除いて発熱導電膜３の表面を高分子水溶液との直接接触をさけるために、酸化ケイ素、酸化チタン、酸化亜鉛等の無機膜、シリコーン系高分子膜、アクリル系高分子膜等の有機膜を塗布してもよい。以下、本発明では特に断りがない場合には、基板１、対向基板２にはガラス、発熱導電膜３には透明導電膜を前提にして記すがこれに限定されるものではない。第１封止剤５は密封剤（例えば、イソブチル系シーラント等）であり、第２封止剤６（シリコーン系シーラント等）は第１封止剤５を固定維持するための接着剤である。これらの封止剤は共に有機高分子系であり絶縁性をもち、積層、封止と同時に良導電性金属部４の保護膜、絶縁膜となる。高分子水溶液７は前記公報に記した高分子水溶液に限定することなく、水を媒体として高分子を含んでいる温度に依存して可逆変化する機能性組成物であれば広く利用できる。例えば、前記した公報に詳説されている温度に依存して透明状態と白濁状態が可逆変化する高分子水溶液、温度に依存して透明状態と白濁状態が可逆変化するハイドロゲル、リオトロピック型の液晶相をもつ高分子水溶液等がある。また、高分子水溶液のギャップを維持するためにスペーサーの散布も有用である。材料に関しては、本発明に直接関係ないので詳細な記述を省略する。

良導電性金属部４は２５Ｖ〜２５０Ｖ程度の家庭用、工業用の電圧を大面積の透明導電膜に均等に掛けるために必要である。また、その厚みは高分子水溶液の厚み以下であれば適宜選択することができる。具体的には、例えば銀を厚み０．１ｍｍ、幅５ｍｍ程度に透明導電膜にライン状に焼結したもの、厚みが０．０５〜２ｍｍ程度の薄板状（幅は１〜１０ｍｍ程度）、線状（直径は０．０５〜２ｍｍ程度）の良導電性の金属（例えば、銅、アルミ、銀等）を銀ペーストでライン状に接着固定したもの等がある。通電量は金属の断面積に比例するので、幅、直径は高分子水溶液の厚みを考慮して決めれば良い。

例えば、１ｍ角のネサ膜（シート抵抗は約３０Ω／ｃｍ２）をもつガラス基板（厚みは３ｍｍ）を用いて、対向する両辺の内側２ｍｍの所に、導電性銀ペーストを介して厚み０．３ｍｍ、幅３ｍｍ、長さ１ｍの紐状銅板を固定後、加熱して接着固定することで良導電性金属部４を形成できた。幅も３ｍｍ程度であり、封止剤の幅は通常１５ｍｍ程度を確保できるので、両基板の接着固定にはまったく影響はなかった。この基板と対向基板（厚み３ｍｍのガラス）とで３０℃で白濁を開始する高分子水溶液を０．５ｍｍで積層、封止して積層体とした。この積層体は、１００Ｖの通電で毎分約２℃の温度上昇を示し、雰囲気温度にも依存するが、約３〜５分程度で白濁遮光できた。より速く白濁遮光させるには、透明導電膜のシート抵抗をより小さくするか、基板サイズを小さくして良導電性金属部４の電極間距離を狭くするとよい。

つぎに、積層体からリード線９を引き出す方法を図３、図４に示した。図３は良導電性金属部４をそのまま基板の外まで延長させて、その延長部にリード線９を半田で接合させる方法である。この延長の方法は、例えば、透明導電膜にライン状に焼付けられた銀に半田、銀ペースト等で薄い銅板、細い銅線束を接合したものでもよい。その結果、同サイズの基板となり使用上好ましくなる。

図４は良導電性金属部４を確保するために、対向基板のサイズを３〜１０ｍｍ程小さくさせて良導電性金属部４の一部を積層させずに露出させて、その部分にリード線９を半田で接合させる方法である。当然、対向基板のコーナー部を三角状にカットして良導電性金属部４の一部を露出させても良い。なお、図４のように対向基板２の一辺が凹んでも積層体の左右部と下部の３辺はそろっており、在庫保管、施工等に関しても全く問題がなかった。さらに、特に図示してないが、この凹部にリード線９を回すことで両リード線を片側のコーナーから外部に引き出せることで、枠組との収まりも簡潔となり有用である。このリード線９は、広く使用されている絶縁被覆されたコードでよい。

さらに図５は、透明導電膜が分割されてあり、その区分ごとにリード線を引き出す方法である。良導電性金属部４がＬ字形していて、その一部を積層体から出すことでリード線の結線を確保できた。その結果、区分された部分を選択的に加温させて可変できるようになった。

以上のように、電気的な制御でも白濁遮光の状態にできることにより、夜間のように日射エネルギーを得られない時でもカーテン機能を確保できるようになった。日射遮蔽に関しては、日射エネルギーを利用してその日射を遮光できる省エネ効果を持ちつつ、かつ必要に応じて人口的にも日射を遮蔽でき、より汎用性のある調光ガラスになった。なお、通常は透明状態の使用が多いことから、本積層体はＯＦＦ状態で透明状態にしておけるので、特に多くのエネルギーを消費するわけでもなかった。また、説明するまでもなく、冬期には窓部からの冷え込みを防止する暖房機能も果たすことができた。

この暖房機能をより効率よく発揮させる方法が図６である。断熱機能をもつ複層ガラスとなるように空気、アルゴン等の気体層１０を設けるように追加基板を置いた。詳細は既に広く実用化されている従来技術でありここでは説明を省略する。その結果、遮光機能と共に断熱機能も併せもち、さらに暖房機能をも持った新しい窓を得ることができた。ここでの加温は体温以下の温度で目的を果たすことができ、夏期に通電作動させても全く問題なかった。このことは３６℃の体温をもつ人々が同室にいても、その輻射熱で不快にならないことからでも理解できる。当然、説明することもなく、白濁の程度、暖房の程度等を制御するために、積層体の温度をセンサーが感知して、その信号を制御盤にフィードバックして、常に積層体を目的の温度に維持することもできる。

以上に説明したように、良導電性金属部４をもった発熱導電膜３付き基板を有する積層体は任意に加温可能となり、夜間の窓、室内の間仕切り等のように日射エネルギーが無い時でも必要に応じて通電加温により白濁遮光できるようになり、従来にない窓ガラス、間仕切り、スクリーン等を提供できる。

図４の対向基板のカットにより発熱導電膜の両端に付加した良導電性金属部の一部が基板間から露出してリード線と結線されているの積層体である。これは、構造的にも三辺支持が出来るので問題なく、一箇所のコーナーから外部との結線ができ、かつ枠組との収まりも簡潔になる。

本積層体の利用は、窓ガラス、間仕切り、屋根、庇、扉、床、タイル等の建築材料に留まらずに、野外での広告棟、掲示板等の表示体またはテーブル、照明器具、住設機器、生活雑貨にも利用できる。特に窓には有用であり、建築物の窓、自動車、電車、船舶、航空機、エネベーター等の運送機の窓等に広く利用できる。また、プロジェクターのスクリーンにも利用できる。温度を調整して半透明状態、白濁状態にでき、ガラス面に浮き出るハーフスルー映像、十分に白濁して強く散乱反射するガラス面に投射された反射映像のどちらとも、ガラス内面から輝くように感じられ、従来にない精細さをもった美しい映像が発現した。この結果、裏面からの投影、前方からの投影ともに積層体が有用であると分かった。通常は窓ガラスと同様に無色透明であって、映像投影時のみに加温白濁させてプロジェクターのスクリーンとなる。また、積層体を文字、絵、模様等になるようにマトリックス状に利用してもよい。

本発明である積層体の断面図である。従来の積層体の断面図である。本発明である積層体の平面図である。本発明である積層体の平面図である。本発明である積層体の平面図である。気体層を追加した本発明である積層体の断面図である。

符号の説明

１基板
２対向基板
３発熱導電膜
４良導電性金属部
５第１封止剤
６第２封止剤
７高分子水溶液
８絶縁膜
９リード線
１０気体層

Claims

温度変化に応じて可逆変化を示す高分子水溶液が通電により加温制御できる発熱導電膜をもつ基板と対向基板とで積層、封止され、少なくとも一部が透明であり、前記高分子水溶液を直視可能な積層体において、発熱導電膜の両端に付加した良導電性金属部を両基板の間に封止剤で内包してなる積層体。
発熱導電膜の両端に付加した良導電性金属部の一部が基板間から引き出されてリード線と結線されている請求項１記載の積層体。
対向基板のカットにより発熱導電膜の両端に付加した良導電性金属部の一部が基板間から露出してリード線と結線されている請求項１記載の積層体。
分割された発熱導電膜の両端にそれぞれ独立に付加した良導電性金属部をもってなる請求項１〜３記載の積層体。
追加基板をおき気体層を設けてある請求項１〜４記載の積層体。