JP2012074325A

JP2012074325A - 面状発熱体及び加熱装置

Info

Publication number: JP2012074325A
Application number: JP2010220204A
Authority: JP
Inventors: Takayoshi Saito; 隆義斉藤
Original assignee: Nippon Electric Glass Co Ltd
Current assignee: Nippon Electric Glass Co Ltd
Priority date: 2010-09-30
Filing date: 2010-09-30
Publication date: 2012-04-12
Also published as: TW201218847A; WO2012043104A1

Abstract

【課題】高温にまで加熱することが可能で、かつ、電圧印加時の加熱や冷却の応答性に優れた面状発熱体を提供する。
【解決手段】面状発熱体１１は、厚みが２００μｍ以下のガラス板１７と、ガラス板１７の上に形成されている透明導電膜１２とを備えている。
【選択図】図１

Description

本発明は、面状発熱体及びそれを備える加熱装置に関する。

従来、例えば、窓板の結露防止などの用途に使用される発熱体として、面状発熱体が知られている。例えば、下記の特許文献１，２には、樹脂フィルムの上に導電性薄膜が形成された面状発熱体が開示されている。特許文献１，２に記載の面状発熱体では、基材が樹脂フィルムであるため、特許文献１，２に記載の面状発熱体は、低温域での使用に限定され、高温域で使用することはできない。

それに対して、例えば、下記の特許文献３には、ガラスなどからなる基板の上に、ＩＴＯなどからなる透明導電膜を形成した面状発熱体が開示されている。この面状発熱体では、基材と透明導電膜とが共に無機材料からなるため、特許文献３に記載の面状発熱体は、高温域においても使用可能である。

特開平１−２３５１８１号公報特開平２−２８４３７７号公報特開２００７−２４１１７９号公報

しかしながら、特許文献３に記載の面状発熱体では、加熱や冷却の応答性が低いという問題がある。

本発明は、係る点に鑑みてなされたものであり、その目的は、高温にまで加熱することが可能で、かつ、電圧印加時の加熱や冷却の応答性に優れた面状発熱体を提供することにある。

本発明に係る面状発熱体は、厚みが２００μｍ以下のガラス板と、ガラス板の上に形成されている透明導電膜とを備えている。本発明に係る面状発熱体では、ガラス板の厚みが２００μｍ以下である。このため、本発明に係る面状発熱体は、加熱や冷却の応答性に優れている。また、本発明に係る面状発熱体は、可撓性を有するため、非平面形状にすることも可能である。さらに、本発明に係る面状発熱体は、基材がガラス板であるため、高温域にまで発熱させることができる。

なお、本発明においては、「ガラス板」には、結晶化ガラス板が含まれるものとする。

本発明に係る面状発熱体は、透明導電膜の上に形成されている絶縁膜をさらに備えていることが好ましい。この構成によれば、面状発熱体からの漏電を抑制することができる。なお、絶縁膜は、特に限定されないが、例えば、アルミニウム、ケイ素またはチタンの酸化物または窒化物により形成することができる。

本発明に係る面状発熱体は、透明導電膜の上に形成されており、ガラス板よりも赤外線の放射率が低い低放射率膜をさらに備えていることが好ましい。この構成によれば、ガラ
ス板側から赤外線を主として放射させることができ、ガラス板とは反対側から赤外線が放射されることを効果的に抑制することができる。従って、ガラス板側をより高温にすることができる。また、面状発熱体を、耐熱性が低い部材に低放射率膜側が近接するように配設することも可能となる。

ガラス板とは反対側からの赤外線の放射をより効果的に抑制する観点からは、低放射率膜は、面状発熱体のガラス板側からの赤外線放射量が、低放射率膜側からの赤外線放射量の２倍以上となるように構成されていることが好ましい。

なお、低放射率膜側からの赤外線放射量は、低放射率膜の厚みや材質などによって調整することができる。低放射率膜は、単層膜であっても多層膜であってもよく、さらに傾斜膜で構成されてもよい。但し、経済的な観点からは、低放射率膜は、単層膜により構成されていることが好ましい。

低放射率膜は、例えば、ＩＴＯ（ＩｎｄｉｕｍＴｉｎＯｘｉｄｅ）により形成することができる。この場合、低放射率膜が可視光を透過するため、透明な面状発熱体を実現することができる。本発明に係る面状発熱体は、４００ｎｍ〜８００ｎｍの波長域における平均光透過率が７０％以上であるものであることが好ましい。なお、平均透過率は、表面反射を含む透過率であり、いわゆる内部透過率ではない。

また、ＩＴＯは、電磁波の放射率が約０．３（ガラスは約０．９５）と低いため、低放射率膜をＩＴＯにより形成することにより、透光性を維持しつつ、低放射率膜側からの赤外線放射量を効果的に小さくすることができる。

なお、低放射率膜が金属や合金からなる場合は、低放射率膜は、絶縁膜により透明導電膜から絶縁されていることが好ましい。

本発明に係る加熱装置は、上記本発明に係る面状発熱体を備えている。このため、本発明に係る加熱装置は、高い加熱効率を有し、かつ、加熱や冷却の応答性に優れている。

本発明に係る加熱装置は、上記面状発熱体が収納された内部空間を有し、その内部空間に開口する開口部が形成された筐体を有し、面状発熱体が開口部に臨むように配置されたものであってもよい。また、本発明に係る加熱装置は、開口部が形成されていない筐体の内部に面状発熱体を配置したものであってもよい。その場合は、凹部が形成され、それぞれの凹部が付き合わされて固定された一対の筐体部により筐体を構成し、その一対の筐体部により上記面状発熱体を狭持するようにしてもよい。

なお、筐体は、例えば、樹脂やガラスにより形成することができる。

本発明によれば、高温にまで加熱することが可能で、かつ、電圧印加時の加熱や冷却の応答性に優れた面状発熱体を提供することができる。

本発明の一実施形態に係る加熱装置の略図的断面図である。本発明の他の実施形態に係る加熱装置の略図的断面図である。

以下、本発明を実施した好ましい形態について、図１に示す加熱装置１を例に挙げて説明する。但し、加熱装置１及び加熱装置１に含まれる面状発熱体１１は、単なる例示であ
る。本発明は、加熱装置１及び面状発熱体１１に何ら限定されない。

図１に示すように、加熱装置１は、筐体１０と、筐体１０に収納されている面状発熱体１１とを備えている。筐体１０の構成材料や大きさは、特に限定されない。筐体１０は、例えば、ガラス、金属、合金、セラミック、樹脂などにより形成することができる。加熱装置１を、透光性を有するものとする場合には、筐体１０を透光性樹脂や透光性ガラスなどにより形成することが好ましい。

筐体１０の内部には、面状発熱体１１が収納されている。面状発熱体１１は、ガラス板１７と、ガラス板１７の上に形成されている透明導電膜１２と、透明導電膜１２の上に形成されている絶縁膜１３と、絶縁膜１３の上に形成されている低放射率膜１４と、透明導電膜１２に電気的に接続されている一対の電極１５，１６とを備えている。面状発熱体１１は、筐体１０内において、ガラス板１７が筐体１０の開口１０ａ側を向き、低放射率膜１４側が筐体１０の底壁部１０ｂ側を向くように配置されている。ガラス板１７は、開口１０ａに臨んでいる。

本実施形態において、ガラス板１７は、厚みが２００μｍ以下である可撓性を有するガラス板である。このため、本実施形態に係る面状発熱体１１も可撓性を有している。また、ガラス板１７が薄いため、ガラス板１７の熱容量が小さい。よって、面状発熱体１１の温度を、短時間の間に上昇させたり降下させたりすることができる。従って、加熱装置１は、加熱や冷却の応答性に優れている。また、面状発熱体１１では、基材がガラス板１７であるため、高温域にまで発熱させることができる。

なお、加熱や冷却の応答性をより向上する観点からは、ガラス板１７をより薄くすることが好ましい。しかしながら、ガラス板１７が薄すぎると、面状発熱体１１の機械的耐久性が低くなりすぎる。従って、ガラス板１７の厚みは、５μｍ以上であることが好ましい。

透明導電膜１２は、ガラス板１７の上に形成されている。この透明導電膜１２に一対の電極１５，１６を介して電圧が印加されることによりガラス板１７側から赤外線が放射される。すなわち、この透明導電膜１２は、熱源としての機能を有する。

透明導電膜１２は、例えば、ＩＴＯにより形成することができる。もっとも、透明導電膜１２の材質は、ＩＴＯに限定されない。透明導電膜１２は、例えば、金、銀、アルミニウム等の金属薄膜、アンチモン含有酸化スズ、フッ素含有酸化スズ（ＦＴＯ）、アルミニウム含有酸化亜鉛などからなる酸化物薄膜により構成することもできる。

透明導電膜１２の厚みは、例えば、５０ｎｍ〜５００ｎｍ程度とすることができる。透明導電膜１２がＩＴＯにより形成されている場合は、透明導電膜１２が厚すぎると、面状発熱体１１の４００ｎｍ〜８００ｎｍの波長域における平均光透過率が低くなりすぎる場合がある。一方、透明導電膜１２が薄すぎると、駆動電圧が高くなる場合がある。

なお、面状発熱体１１全体としては、４００ｎｍ〜８００ｎｍの波長域における平均光透過率が７０％以上であることが好ましい。

絶縁膜１３は、透明導電膜１２の電極１５，１６形成部を除いた部分の実質的に全体を覆うように形成されている。この絶縁層１３により面状発熱体１１からの漏電が抑制されている。絶縁膜１３は、例えば、アルミニウム、ケイ素、チタンの酸化物または窒化物により形成することができる。すなわち、絶縁膜１３は、例えば、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、酸化ケイ素、窒化ケイ素、酸化チタン、窒化チタンなどにより形成することができる。

絶縁膜１３の厚みは、例えば、５０ｎｍ〜１０００ｎｍ程度とすることができる。絶縁膜１３の厚みが薄すぎると、透明導電膜１２を確実に絶縁できない場合がある。一方、絶縁膜１３が厚すぎると、絶縁膜１３の形成に要する時間が長くなり、面状発熱体１１の製造コストが上昇してしまう場合がある。

低放射率膜１４は、絶縁膜１３の上に形成されている。低放射率膜１４は、絶縁膜１３によって透明導電膜１２及び電極１６から電気的に絶縁されている。この低放射率膜１４は、ガラス板１７よりも赤外線の放射率が低い膜であり、透明導電膜１２において生じた熱が低放射率膜１４側に放射されることを抑制する機能を有する。この低放射率膜１４を設けることによって、ガラス板１７側から主として赤外線を放射させることができる。その結果、面状発熱体１１のガラス板１７側をより高温にすることができる。また、筐体１０が加熱されることを効果的に抑制することができる。

面状発熱体１１のガラス板１７側の温度をより高くし、低放射率膜１４側の温度を低くする観点からは、低放射率膜１４の厚みは、ガラス板１７側からの赤外線放射量が、低放射率膜１４側からの赤外線放射量の２倍以上となるような厚みに形成されていることが好ましい。このような観点から、低放射率膜１４の厚みは、例えば、５０ｎｍ〜５００ｎｍ程度であることが好ましい。

低放射率膜１４は、例えば、ＩＴＯにより形成することができる。低放射率膜１４と透明導電膜１２との両方をＩＴＯにより形成することにより、面状発熱体１１の製造コストを低減することができる。また、面状発熱体１１の製造がより容易となる。さらに、低放射率膜１４を、放射率が低いＩＴＯにより形成することによって、透光性の低下を抑制しつつ、低放射率膜１４側への赤外線の放射を効果的に抑制することができる。

もっとも、低放射率膜１４の材質は、ＩＴＯに限定されない。低放射率膜１４は、例えば、金、銀、アルミニウムなどの金属や合金、アンチモン含有酸化スズ、フッ素含有酸化スズ（ＦＴＯ）、アルミニウム含有酸化亜鉛などにより形成することもできる。

なお、低放射率膜１４、絶縁膜１３及び透明導電膜１２の形成方法は、特に限定されない。低放射率膜１４、絶縁膜１３及び透明導電膜１２は、例えば、スパッタリング法やＣＶＤ法などにより形成することができる。

一対の電極１５，１６は、透明導電膜１２の上に形成されている。電極１５，１６は、例えば、アルミニウム、クロム、モリブデン、銀、銅などの金属や、合金などにより形成することができる。電極１５，１６は、透明導電膜１２両側に形成されていることが好ましい。電極１５，１６は、例えば、スパッタリング法、蒸着法、導電性ペーストの塗布、半田付けなどにより形成することができる。なかでも、スパッタリング法により電極１５，１６を形成することが好ましい。そうすることにより、電極１５，１６と透明導電膜１２との密着強度を高めることができる。

（実施例１）
１５０ｍｍ×２５０ｍｍで、厚さが７０μｍのガラス板の上に、厚さ１５０ｎｍのＩＴＯからなる透明導電膜をスパッタリング法により形成することにより面状発熱体を作製した。

上記作製の面状発熱体に７０Ｗの電力を供給し、ガラス基板中央部の温度が、室温（２
４℃）から１００℃に達するまでに要した時間を測定した。その後、電力の供給を停止し、ガラス基板中央部の温度が１００℃から３０℃にまで低下するのに要した時間を測定した。結果を下記の表１に示す。なお、ガラス基板中央部の温度は、放射温度計を用いて測定した。

（比較例１）
ガラス板の厚みを４００μｍとしたこと以外は、実施例１と同様にして面状発熱体を作製した。その面状発熱体に７０Ｗの電力を供給し、ガラス基板中央部の温度が、室温（２４℃）から１００℃に達するまでに要した時間を測定した。その後、電力の供給を停止し、ガラス基板中央部の温度が１００℃から３０℃にまで低下するのに要した時間を測定した。結果を下記の表１に示す。

上記表１に示すように、ガラス板の厚みを２００μｍ以下とすることにより、加熱及び冷却の応答性を効果的に向上できることが分かる。

（実施例２）
１５０ｍｍ×２５０ｍｍで、厚さが７０μｍのガラス板１７の上に、厚さ１５０ｎｍのＩＴＯ膜からなる透明導電膜１２、厚さ５０ｎｍからなるＳｉＯ_２膜からなる絶縁膜１３、厚さ１００ｎｍのＡｌからなる低放射率膜１４を、スパッタリング法により順次形成し、面状発熱体１１を作製した。

作製した面状発熱体１１の透明導電膜１２に７０Ｗの電力を１分間供給した際のガラス板１７側と低放射率膜１４側とのそれぞれの温度を、放射温度計を用いて測定した。

その結果、ガラス板１７側の温度は、１０４℃であり、低放射率膜１４側の温度は、３０℃であった。

（実施例３）
低放射率膜１４を形成しないこと以外は、上記実施例２と同様にして面状発熱体を作製した。

その結果、ガラス板１７側の温度は、１０４℃であり、低放射率膜１４側の温度は、４３℃であった。

実施例２，３の結果より、低放射率膜１４を設けることにより、低放射率膜１４側からの赤外線の放射を効果的に抑制できることが分かる。

以下、本発明を実施した好ましい形態の他の例について説明する。以下の説明において、上記実施形態と実質的に共通の機能を有する部材を共通の機能で参照し、説明を省略する。

図２は、本発明の他の実施形態に係る加熱装置の略図的断面図である。図２に示すように、本実施形態に係る加熱装置２は、上記加熱装置１と同様に、透明導電膜１２と、電極１５，１６とが表面上に形成されているガラス板１７からなる面状発熱体１１を有する。

本実施形態において、面状発熱体を収納している筐体１０は、端縁部同士が融着することにより接合されている２枚の樹脂フィルム１９ａ、１９ｂにより構成されている。すなわち、加熱装置２では、面状発熱体１１は、樹脂ラミネートされている。

このため、本実施形態においては、面状発熱体１１に加えて、筐体１０も可撓性を有する。よって、加熱装置２は、可撓性を有し、必要に応じて湾曲させた形状、例えば略円筒状に変形した状態で使用することもできる。従って、加熱装置２を用いることによって、例えば、非平面状の被加熱物を効率的に加熱することができる。

また、ガラス板１７が樹脂製の筐体１０で覆われているため、ガラス板１７の表面が傷つきにくいため、加熱装置２では、強度の経時劣化が生じにくい。

なお、樹脂フィルム１９ａ、１９ｂは、耐熱性を有する樹脂からなるものである限りにおいて特に限定されない。樹脂フィルム１９ａ、１９ｂは、例えば、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）ポリスルフォン、ポリフェニレンテレフタレート、ポリイミド、ポリカーボネート、セルロースエステル樹脂、ポリアミドなどにより形成することができる。

１，２…加熱装置
１０…筐体
１０ａ…開口
１０ｂ…底壁部
１０ｃ…接合部
１１…面状発熱体
１２…透明導電膜
１３…絶縁膜
１４…低放射率膜
１５，１６…電極
１７，１８…ガラス板
１９ａ、１９ｂ…樹脂フィルム

Claims

厚みが２００μｍ以下のガラス板と、
前記ガラス板の上に形成されている透明導電膜と、
を備えることを特徴とする面状発熱体。
前記透明導電膜の上に形成されている絶縁膜をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の面状発熱体。
前記絶縁膜は、アルミニウム、ケイ素またはチタンの酸化物または窒化物からなることを特徴とする請求項２に記載の面状発熱体。
前記透明導電膜の上に形成されており、前記ガラス板よりも赤外線の放射率が低い低放射率膜をさらに備えることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の面状発熱体。
前記低放射率膜は、前記面状発熱体のガラス板側からの赤外線放射量が、前記低放射率膜側からの赤外線放射量の２倍以上となるように構成されていることを特徴とする請求項４に記載の面状発熱体。
前記低放射率膜は、ＩＴＯからなることを特徴とする請求項４または５に記載の面状発熱体。
４００ｎｍ〜８００ｎｍの波長域における平均光透過率が７０％以上であることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の面状発熱体。
請求項１〜７のいずれか一項に記載の面状発熱体を備えることを特徴とする加熱装置。