JP2007102002A - 透明発熱パネル - Google Patents

Abstract

【課題】消費電力が小さいにも関わらず融雪効率が高く、視認性を低下させることがない透明発熱パネルを提供する。
【解決手段】透明基材２と、透明基材２上に、互いに一方の隣接する電極３２間に他方の電極３２が位置するように相対向して設けられた櫛状電極３と、櫛状電極３を覆って透明基材２に設けられた透明導電層４とから構成される。
【選択図】図１

Description

この発明は、透明発熱パネルに関するものである。

近年、交通信号や道路標識などの発光体として、発光ダイオードが採用されるようになっている。発光ダイオードは、視認性がよく、消費電力が小さく、寿命が半永久的であることから、保守点検がほとんど不要である特徴を有している。

一方、積雪地帯では、発光ダイオードの消費電力が小さなこと、すなわち、発熱が少ないことが災いして、発光部に付着した雪が溶けないことから、信号や標識を確認できないという問題が発生していた。

同様に、スポットライトや店舗用ショーウインドーについても、付着した雪によって照明効果が得られないものとなる。

このような問題に対応して、乗用車のリヤウインドーに設けられたヒーターのように、透明体上に線状の抵抗発熱体を配列した発熱パネルが知られている。

しかしながら、前述した発熱パネルは、抵抗発熱体を必要とする面積全体に配線することはできず、また、部分的に配線した場合には、配線された発熱体から発熱し、その周囲に波及して温度が徐々に上昇していくように熱の均一性がないため、融雪効率が低いという欠点があった。また、抵抗発熱体が見えることから、視認性が低下するとともに、消費電力が大きいという問題があった。

本発明は、このような問題点に鑑みてなされたもので、消費電力が小さいにも関わらず融雪効率が高く、視認性を低下させることのない透明発熱パネルを提供するものである。

本発明は、透明基材と、透明基材上に、互いに一方の隣接する電極間に他方の電極が位置するように相対向して設けられた櫛状電極と、櫛状電極を覆って透明基材に設けられた透明導電層とを具備することを特徴とするものである。

本発明によれば、電極間に透明導電層を介して電流が流れることから、櫛状電極に作用する電圧と、電極間の抵抗によって一定の電力が発生し、透明導電層全体が偏りなく発熱する。

この結果、融雪効率の高い発熱パネルを得ることができる。

本発明において、前記相対向する櫛状電極の電極間のピッチをＬ、各電極の幅をｗとするとき、開口率ｗ／Ｌが０．５以上であり、電極間の距離（Ｌ−ｗ）が０．０１ｍｍ以上、２ｍｍ以下であることが好ましい。

すなわち、全光線透過率は大きいほど好ましく、小さいと視認性が低下する。具体的には、電極間のピッチＬが大きく、電極の幅ｗが小さいほど開口率が大きくなり、全光線透過率が高くなる。このため、開口率が５０％以上であることが好ましい。

一方、電極間の距離が長くなると、必要な印可電圧が大きくなって感電や漏電の危険性が高くなるため、電極間の距離は小さい方が好ましい。また、電極間の抵抗を小さくするためには、電極間の距離は短い方がよいが、短すぎると、ショートを起こす可能性が高くなる。これらのことから、好ましい電極間の距離は、０．０１ｍｍ以上、２ｍｍ以下であり、より好ましくは、０．１ｍｍ以上、１ｍｍ以下である。

したがって、開口率との関係から、電極の幅は２ｍｍ以下に限定される。一方、電極が細くなりすぎると、断線などの信頼性の低下が問題となるので、０．０１ｍｍ以上が好ましい。

本発明において、前記櫛状電極が、透明基材に積層された金属箔をエッチングすることによって形成されると、フォトリソグラフィーなどの手法を使用することができ、任意のパターンを精度よく形成できるため、好ましい。

本発明において、前記透明導電層の表面抵抗値が１０⁵ Ω／□以上、１０⁹ Ω／□以下であることが好ましい。すなわち、より低電圧で発熱効果を得るためには表面抵抗値も低い方が好ましいが、１０⁴ Ω／□以下にしようとすると、高価な導電剤の使用や添加量のアップが必要になり、コストアップや透明性の低下につながるものとなる。また、表面抵抗値が１０¹⁰Ω／□以上では、電極間に電流が流れにくくなり、発熱効率が低下するとともに、必要な印可電圧が大きくなって感電や漏電の危険性が高まるものとなる。

ここで、透明導電層は、可視光線の吸収が小さい導電層、すなわち、全光線透過率が５０％以上の導電層であって、導電剤とバインダー樹脂、溶剤からなる塗料を塗布し、乾燥させることで得ることができる。

本発明において、前記透明導電層が透明導電塗料の塗布によって形成されることが、作業性の観点から好ましい。

本発明において、前記透明基材が可撓性を有するプラスチックフィルムであると、必要とする性能のものを安価に手に入れることができるとともに、透明発熱パネルを設ける対象の表面形状が曲面であっても容易に追従することができ、好ましい。

本発明において、前記透明基材に透明接着剤を介して硬質透明基材が積層されると、耐候性と耐衝撃性を確保することができるため、好ましい。

ここで、透明接着剤としては、可視光線の吸収が小さい接着剤、すなわち、全光線透過率が５０％以上の接着剤を挙げることができる。

本発明において、前記透明導電層に該透明導電層を構成する透明接着剤を介して硬質透明基材が積層されると、耐候性と耐衝撃性を確保することができるため、好ましい。

ここで、硬質透明基材を透明導電層に接着するためには、透明接着剤に導電剤を配合分散することにより、導電剤に接着性を付与すればよい。

本発明によれば、消費電力が小さいにも関わらず融雪効率が高く、視認性を低下させることがない。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。

図１乃至図３には、本発明の透明発熱パネル１の一実施形態が示されている。

この透明発熱パネル１は、透明基材２と、透明基材２に積層された櫛状電極３，３と、櫛状電極３，３を覆って透明基材２に積層された透明導電層４と、から構成されている。

透明基材２は、透明フィルムまたは透明シートであって、例えば、ポリエステル、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリメチルメタアクリレート（ＰＭＭＡ）、ポリカーボネート、ポリスチレン、ポリアセテート、ポリ塩化ビニル、ポリビニルブチラール、ポリウレタンなど、ほとんどの樹脂を利用することができる。

ただし、曲面に用いる場合は、曲面形状に追従する可撓性を有するとともに、その可撓性を損なわない厚みに形成する必要がある。

櫛状電極３は、背骨部３１と、該背骨部３１に直交して互いに平行に多数の歯（電極）３２を設けたものであり、金、銀、銅などの導体から形成されている。そして、一対の櫛状電極３，３は、互いに一方の隣接する電極３２，３２間に他方の電極３２が位置するように相対向して設けられている。

ここで、一対の櫛状電極３，３において、全光線透過率は、大きいほど好ましく、小さくなると視認性が低下する。すなわち、各電極３２の幅をｗ、隣接する電極３２，３２間のピッチをＬとするとき（図３参照）、ピッチＬが大きく、幅ｗが小さいほど開口率が大きくなり、全光線透過率が高くなる。このため、良好な全光線透過率を確保するためには、ｗ／Ｌ≦０．５が好ましい。

また、電極３２，３２間の抵抗が大きいと、必要とする印加電圧が高くなり、感電や漏電の危険性が高くなることから、電極間抵抗は小さい方が好ましい。具体的には、電極３２，３２間の距離（Ｌ−ｗ）が短い方が電極間抵抗を小さくすることができる。一方、電極３２，３２間の距離が短くなりすぎると、ショートを起こす可能性が高くなる。これらのことから、好ましい電極３２，３２間の距離としては、０．０１ｍｍ≦Ｌ−ｗ≦２ｍｍとなり、好ましくは、０．１ｍｍ≦Ｌ−ｗ≦１ｍｍである。

これらの関係を満たすためには、電極３２の幅ｗは、２ｍｍ以下に限定される。一方、電極３２の幅ｗが細くなりすぎると、断線などによる信頼性の低下を招く可能性が大きくなるため、０．０１ｍｍ以上が好ましい。したがって、０．０１ｍｍ≦ｗ≦２ｍｍである。

櫛状電極３の厚みとしては、０．１μｍ以上、５０μｍ以下が好ましく、特に、１μｍ以上、１０μｍ以下が好ましい。櫛状電極３の厚みが０．１μｍ未満であると、断線などの危険性が高まり、信頼性の低下につながるものとなる。櫛状電極３の厚みが大きくなると、透明基材２との段差が大きくなり、引っ掛かりによる破損（断線）などを生じる可能性が高まるとともに、コストアップにつながるものとなる。

透明導電層４は、可視光線の吸収が小さい、すなわち、全光線透過率が５０％以上の導電層であって、導電剤と、バインダー樹脂および溶剤からなる塗料を塗布し、乾燥して得ることができる。透明導電層４の厚みとしては、０．１μｍ以上、５０μｍ以下が好ましく、特に、０．４μｍ前後が好ましい。

また、透明導電層４の表面抵抗値としては、１０⁵ Ω／□以上、１０⁹ Ω／□以下であることが好ましい。より低電圧で発熱効果を得るためには表面抵抗値も低い方が好ましいが、１０⁴ Ω／□以下にしようとすると、高価な導電剤の使用や添加量のアップが必要になり、コストアップや透明性の低下につながるものとなる。また、表面抵抗値が１０¹⁰Ω／□以上では、電極３２、３２間に電流が流れにくくなり、発熱効率が低下するとともに、必要な印可電圧が大きくなって感電や漏電の危険性が高まるものとなる。

ここで、導電剤としては、電気的に良好な導体であればよく、例えば、銅、銀、ニッケルなどの金属粉体、酸化錫、インジウム錫酸化物、酸化亜鉛などの金属酸化物粉体、ポリオチフェン、ポリアニンなどの導電性高分子粉体を使用することができる。また、導電剤の形状についても特に制限はなく、鱗片状、樹枝状、粒状、ペレット状、球状、星状、コンペイ糖状等、任意の形状を採用することができる。

バインダー樹脂としては、塩化ビニル樹脂、ポリエステル樹脂、アクリル樹脂、ラッカータイプの塗料バインダーとして一般に使用されている樹脂の他、紫外線硬化樹脂、熱硬化樹脂などの反応性樹脂などを挙げることができ、必要に応じて適宜選択して使用される。

溶剤としては、バインダー樹脂を溶解するとともに、導電剤の分散を阻害しないものであれば特に限定されず、例えば、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、シクロヘキサノンなどのケトン類、酢酸エチル、酢酸ブチルなどの酢酸エステル類、トルエンキシレンなどの芳香属炭化水素化合物を挙げることができる。これらの溶剤は、バインダー樹脂の種類や塗装性などの要求に応じて適宜選択して使用され、単独で用いられても、２種類以上が混合されて用いられてもよい。

このように構成された透明発熱パネル１の実施例は、透明基材１として厚み０．１ｍｍのＰＥＴフィルムを用意し、その上に銅からなる厚み４〜５μｍの櫛状電極３を、電極３２の幅０．０１ｍｍ、電極３２，３２間のピッチ０．３ｍｍでエッチングにより縦１０ｃｍ×横３０ｃｍの範囲に形成した後、バインダー溶液としてバインダー樹脂である塩ビ＝酢ビ樹脂を溶剤であるシクロヘキサノンにて溶解し、導電剤としての超微粒酸化錫を分散させて得られた塗料を塗布して乾燥させ、厚み１．０μｍの透明導電層４を形成した。

ここで、透明導電層４の表面抵抗値を表面抵抗計にて測定したところ、１０⁷ Ω／□であった。したがって、表面抵抗値の定義により、電極間ピッチが０．３ｍｍ、すなわち、１０ｍｍに対して１／３３であるため、抵抗は、１０⁷ Ω×１／３３である。

そして、透明発熱パネル１の櫛状電極３，３間に１０Ｖの電圧を印可したところ、透明発熱パネル１の電力Ｗ＝０．１０８９であった。すなわち、電力Ｗ＝電流Ａ×電圧Ｖ、電流Ａ＝電圧Ｖ／抵抗Ωであることから、１電極当たりの電力Ｗ＝（１０／１０⁷ ／３３）×１０＝３３／１０⁵ である。そして、電極３２は、１０ｍｍ幅に３３本あり、縦１０ｃｍであるため、電力Ｗ＝３３×３３×１０／１０⁵ ＝０．１０８９となる。したがって、単位面積当たりの電力Ｗ／ｃｍ² ＝０．１０８９／（１０×３０）＝０．０００３６３となる。

一方、乗用車のリヤウインドーに設けられたヒーターの電力は、２０００ｃｃクラスで１２０〜１９０Ｗ（１０〜１６Ａ，１２Ｖ）であることから、リヤウインドーの面積を縦１００ｃｍ×横２００ｃｍｍと仮定すると、単位面積当たりの電力Ｗ／ｃｍ² ＝（１２０〜１９０）／（１００×２００）＝０．００６〜０．００９５となる。

両者を比較すれば、本願発明の透明発熱パネル１は、乗用車のリヤウインドーのヒーターと比較して、単位面積当たりの電力は、３．６３：６０〜９５と小さくなるものの、少ない消費電力で発熱し、しかも、透明発熱パネル１の全体で発熱するため、融雪効率の高いパネルを得ることができる。

さらに、電極３２，３２間のピッチ０．３ｍｍに対して電極３２の幅０．０１ｍｍは十分に小さいことから、開口率が大きくなり、視認性を低下させることはない。

なお、透明発熱パネル１に耐候性と耐衝撃性を確保するため、図４に示すように、透明基材２に透明接着剤層５を介してガラスや透明なプラスチックプレートなどの硬質透明基材６を積層することもできる。

ここで、透明接着剤５としては、可視光線の吸収が小さい接着剤、具体的には、全光線透過率が５０％以上の接着剤である。このような接着剤５としては、エポキシ系樹脂またはフェノール系樹脂に硬化剤を配合した接着剤、あるいは、アクリル系粘着剤、ゴム系粘着剤シリコン系粘着剤などを挙げることができる。また、透明接着剤５は、透明性に加えて、屋外の昼夜の温度差や季節の温度差によって起こる透明基材２、硬質透明基材６の伸縮差を緩衝するため、また、衝撃などで透明発熱パネル１が破損した場合の破片の飛散を防止するため、弾性を有することが好ましい。

透明で弾性を有する接着剤としては、合わせガラス用接着剤として用いられているものが好ましく、例えば、エチレン−酢酸ビニル共重合体（ＥＶＡ）、エチレン−アクリル酸メチル共重合体、エチレン−（メタ）アクリル酸共重合体、エチレン−（メタ）アクリル酸エチル共重合体、エチレン−（メタ）アクリル酸メチル共重合体、金属イオン架橋エチレン−（メタ）アクリル酸共重合体、部分鹸化エチレン−酢酸ビニル共重合体、カルボキシル化エチレン−酢酸ビニル共重合体、エチレン−（メタ）アクリル−無水マレイン酸共重合体、エチレン−酢酸ビニル−（メタ）アクリレート共重合体などのエチレン系共重合体を挙げることができるが、性能面でバランスがとれ、使いやすいのはＥＶＡである。また、耐衝撃性、耐貫通性、透明性などの点からは、自動車用合わせガラスに用いられているＰＶＢ樹脂も好適である。

なお、（メタ）アクリルは、アクリルまたはメタアクリルを示すものとする。

さらに、図５に示すように、透明導電層４に硬質透明基材６を積層することもできる。この場合は、透明基材２が衝撃や紫外線の保護層となるため、透明導電層４の耐候性を向上させることができる。このように、透明導電層４に硬質透明基材６を積層するためには、前述した透明接着剤５に導電剤を配合、分散させて硬質透明基材６を接着すればよい。

ここで、透明基材２として、アクリルを使用すると、耐候性と透明性に優れたものとなる他、耐候性処理を施したポリカーボネートを使用すると、耐候性と耐衝撃性に優れたものとなる。

以上のように本発明によれば、消費電力が小さいにも関わらず融雪効率が高く、視認性を低下させることがないことから、積雪地での交通信号や道路標識、鉄道の信号や標識、寒冷地仕様の車輌のランプ、店舗のショーウインドーなど、付着した雪を溶かして視認性を必要とするあらゆる個所に採用することができ、安全性の向上などに寄与することができる。

本発明の透明発熱パネルの一実施形態を模式的に示す断面図である。 図１の透明発熱パネルの櫛状電極を模式的に示す平面図である。 図２の櫛状電極の部分拡大図である。 本発明の透明発熱パネルの他の実施形態を模式的に示す断面図である。 本発明の透明発熱パネルの他の実施形態の変形例を模式的に示す断面図である。

符号の説明

１ 透明発熱パネル
２ 透明基材
３ 櫛状電極
３２ 電極
４ 透明導電層
５ 透明接着剤層
６ 硬質透明基材

Claims (8)

1. 透明基材と、透明基材上に、互いに一方の隣接する電極間に他方の電極が位置するように相対向して設けられた櫛状電極と、櫛状電極を覆って透明基材に設けられた透明導電層とを具備することを特徴とする透明発熱パネル。
2. 前記相対向する櫛状電極の電極間のピッチをＬ、各電極の幅をｗとするとき、開口率ｗ／Ｌが０．５以上であり、電極間の距離（Ｌ−ｗ）が０．０１ｍｍ以上、２ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１記載の透明発熱パネル。
3. 前記櫛状電極が、透明基材に積層された金属箔をエッチングすることによって形成されることを特徴とする請求項１または２記載の透明発熱パネル。
4. 前記透明導電層の表面抵抗値が１０⁵ Ω／□以上、１０⁹ Ω／□以下であることを特徴とする請求項１記載の透明発熱パネル。
5. 前記透明導電層が透明導電塗料の塗布によって形成されることを特徴とする請求項１または４記載の透明発熱パネル。
6. 前記透明基材が可撓性を有するプラスチックフィルムであることを特徴とする請求項１記載の透明発熱パネル。
7. 前記透明基材に透明接着剤を介して硬質透明基材が積層されることを特徴とする請求項１記載の透明発熱パネル。
8. 前記透明導電層に該透明導電層を構成する透明接着剤を介して硬質透明基材が積層されることを特徴とする請求項１記載の透明発熱パネル。

Images