JP2013073807A - 面状発熱体及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ミラーの裏面に取り付けられる自己温度制御型の面状発熱体において、良好な晴れ性能を実現し、かつ長期にわたり良好な発熱性能が得られるようにする。
【解決手段】ベースフィルム２１と、ベースフィルム２１上にアルミニウム箔がパターニングされて形成された電極２２，２３と、電極２２，２３表面に形成された導電性皮膜２４と、導電性皮膜２４を介して電極２２，２３を覆うように形成されたＰＴＣ発熱体膜２５とを備える。導電性皮膜２４はフェノール樹脂もしくはエポキシ樹脂に導電性材料が混練された構成とされる。
【選択図】図１

Description

この発明は例えば自動車のサイドミラー等のミラーの裏面に取り付けられて、ミラーの霜取り、曇り止めに使用される自己温度制御型の面状発熱体及びその製造方法に関する。

自動車のサイドミラーには視界を妨げる霜や露を徐去するため、ミラーの裏面に面状発熱体を貼り付け、加熱により霜や露を除去する方法が広く採用されている。この面状発熱体には高価な温度制御装置を必要としない正温度特性（ＰＴＣ特性）を有する自己温度制御型の面状発熱体が通常、使用されている。

自己温度制御型の面状発熱体は一般にポリエステルフィルム等よりなるベースフィルム上に銀粉を主体とした導電性ペーストをスクリーン印刷等により印刷して主電極と櫛歯状電極とよりなる電極パターンを形成した後、加熱硬化させて電極を形成し、次に電極を覆うように自己温度制御特性を有する発熱体膜（以下、ＰＴＣ発熱体膜と言う）を形成して製造される。ＰＴＣ発熱体膜は例えばポリエチレン等の結晶性樹脂とカーボンブラック等を混練したもので、樹脂の軟化温度あるいは融点付近で抵抗値が上昇するＰＴＣ特性を有するものである。

図３はこのようにして製造される面状発熱体の一構成例を示したものであり、図３中、１１はベースフィルムを示し、１２，１３は一対の電極を示す。電極１２，１３はそれぞれ主電極１２ａ，１３ａと櫛歯状電極１２ｂ，１３ｂとよりなり、両電極１２，１３の櫛歯状電極１２ｂ，１３ｂは図３に示したように、互いに噛み合うように配置されている。両電極１２，１３を覆うように形成されるＰＴＣ発熱体膜は両電極１２，１３間に位置して電流流路を構成する部分が発熱する。図３中、ハッチングを付した部分はＰＴＣ発熱体膜の発熱部１４を示す。

面状発熱体にはさらに外部との電気的接続用の端子が取り付けられ、ミラーへの取り付けに必要な両面テープが貼り付けられる。図３中、１５は端子のかしめ止めに使用されるはとめを示す。端子は図３では隠れて見えないが、このはとめ１５が位置する面と反対面に位置している。

ところで、このような面状発熱体では、電極の電流容量を十分確保することが重要である。万一、電流容量不足となった場合は、電極が異常発熱し、発煙、発火に至る可能性がある。

電極の電流容量は電極材料の比抵抗、膜厚、幅で決まる。銀電極は樹脂材料をバインダーとして銀粉を混合分散したものであるため、銀粉をより多く混合することにより比抵抗を下げることが可能であるが、銀粉が多すぎるとペーストとしての流動性が失われ、印刷不能となる。また、膜が脆くなり、クラックが発生するなどの問題がある。従って、比抵抗は０．５×１０^−４Ω・ｃｍ程度が限界であり、金属そのものの比抵抗には及ばないのが現状である。

一方、膜厚の増大は材料コストの増大を招くため、通常、電極材料、膜厚は変更せず、電極パターンの幅で電流容量を確保するといったことが行われている。この場合、自動車のサイドミラーでは通常１３．５Ｖの電圧が印加され、３Ａ〜７Ａ程度の電流が流れるため、銀電極の主電極の幅は１０ｍｍ〜２０ｍｍ程度必要となる。電極部分は発熱しないため、ミラーに付着した霜や露をとる場合、この電極部分に霜や露が残り、視界を妨げることになり、良好な晴れ性能（ミラーにおいてｘ分後にミラー面積のｙパーセントの霜や露をなくす性能）が得られないことになる。

一方、このような銀電極に替え、電極材料としてアルミニウム箔を用いることがある（例えば、特許文献１参照）。アルミニウム箔の比抵抗は０．０３×１０^−４Ω・ｃｍ程度と銀電極の１０分の１以下であり、例えば銀電極の膜厚を極力比抵抗を下げるために２０μｍ〜３０μｍとし、アルミニウム箔の厚さを一般的に入手しやすい１０μｍ程度とした場合でも、電極幅を３分の１から５分の１程度に縮小することができ、これにより霜や露が残り、視界を妨げるといった問題を解消することができる。

特開２００７−１８９８９号公報

このように比抵抗の小さいアルミニウム箔は熱伝導性においても優れ、面状発熱体の電極として好適な一面を有するものの、アルミニウム箔の表面は酸化し易く、酸化によりＰＴＣ発熱体膜との界面抵抗が徐々に増大し、ＰＴＣ発熱体膜との界面の導電性が低下してしまうといった問題がある。

電極とＰＴＣ発熱体膜との導電性が低下すると、所望の発熱量が得られず、ヒータ性能の低下を招く。また、例えば部分的に導電性が低下してしまうと、発熱分布異常となり、発煙、焼損に至る危険性がある。

このような問題の対策として、アルミニウム箔表面に銀やニッケル等のめっきを施すことにより導電性の低下を防止することは可能であるが、非常に高価なものとなってしまうため、実用性に欠ける。

一方、アルミニウム箔の表面を機械的あるいは化学的に研磨し、ＰＴＣ発熱体膜との接触面積を増やすことで導電性を向上させるといったことも行われているが、長期間の使用において導電性を満足するものは得られていない状況にある。

この発明の目的はこのような状況に鑑み、アルミニウム箔を電極に用いることで良好な晴れ性能が得られるようにし、さらに酸化によるアルミニウム箔のＰＴＣ発熱体膜との界面抵抗の増大を抑制し、導電性の低下を抑制することができるようにして、長期にわたり良好な発熱性能が得られるようにした面状発熱体及びその製造方法を提供することにある。

請求項１の発明によれば、ミラーの裏面に取り付けられる自己温度制御型の面状発熱体は、ベースフィルムと、ベースフィルム上にアルミニウム箔がパターニングされて形成された電極と、電極表面に形成された導電性皮膜と、導電性皮膜を介して電極を覆うように形成されたＰＴＣ発熱体膜とを備え、導電性皮膜はフェノール樹脂もしくはエポキシ樹脂に導電性材料が混練された構成とされる。

請求項２の発明では請求項１の発明において、導電性皮膜の比抵抗がＰＴＣ発熱体膜の比抵抗の２．５分の１乃至２５００分の１とされ、導電性皮膜の膜厚が５μｍ乃至７０μｍとされる。

請求項３の発明によれば、ミラーの裏面に取り付けられる自己温度制御型の面状発熱体の製造方法は、片面にホットメルト接着剤が塗布されたアルミニウム箔をベースフィルムに熱接着する工程と、熱接着されたアルミニウム箔を型抜きして電極パターンを形成する工程と、電極パターン上に端子部を除いて導電性皮膜を印刷・加熱硬化して形成する工程と、導電性皮膜を介して電極パターンを覆うようにＰＴＣ発熱体膜を形成する工程とを含み、導電性皮膜の形成に、フェノール樹脂もしくはエポキシ樹脂に導電性材料が混練された材料を用いる。

請求項４の発明によれば、ミラーの裏面に取り付けられる自己温度制御型の面状発熱体の製造方法は、片面にホットメルト接着剤が塗布されたアルミニウム箔をベースフィルムに熱接着する工程と、熱接着されたアルミニウム箔表面に端子部を除いて導電性皮膜を印刷形成する工程と、導電性皮膜を予備硬化後、導電性皮膜及びアルミニウム箔を一括型抜きして電極パターンを形成する工程と、導電性皮膜を本硬化後、電極パターンを覆うようにＰＴＣ発熱体膜を形成する工程とを含み、導電性皮膜の形成に、フェノール樹脂もしくはエポキシ樹脂に導電性材料が混練された材料を用いる。

この発明によれば、アルミニウム箔を電極として用いることにより、電流容量を十分確保しながら電極幅を狭くすることができる。よって、良好な晴れ性能を得ることができる。
また、アルミニウム箔の表面に導電性皮膜を設けることにより、アルミニウム箔とＰＴＣ発熱体膜との界面の導電性の低下を抑制することができ、これにより長期にわたり良好な発熱性能を得ることができる。

この発明による面状発熱体の構成概要を説明するための断面図。 この発明による面状発熱体の一実施形態の構成を示す平面図。 面状発熱体の従来構成例を示す平面図。

この発明の実施形態を図面を参照して説明する。
図１はこの発明による面状発熱体の断面構造の概要を示したものであり、図２は図１に示した断面構造を有する面状発熱体の平面構成を示したものである。

ポリエステルフィルム等よりなるベースフィルム２１上に一対の電極２２，２３が形成される。電極２２，２３はそれぞれ主電極２２ａ，２３ａと櫛歯状電極２２ｂ，２３ｂとよりなり、アルミニウム箔がパターニングされて形成されている。両電極２２，２３の櫛歯状電極２２ｂ，２３ｂは図２に示したように互いに噛み合うように配置されている。アルミニウム箔によって電極２２，２３を形成したことにより、主電極２２ａ，２３ａの幅は図２に示したように狭くすることができる。

電極２２，２３の表面には導電性皮膜２４が形成され、この導電性皮膜２４を介して電極２２，２３を覆うようにＰＴＣ発熱体膜２５が形成されている。図２中、ハッチングを付した部分はＰＴＣ発熱体膜２５の発熱部２６を示す。導電性皮膜２４は図１に示したように端子部（端子２７取り付け用のはとめ２８が位置する部分）を除く部分に形成される。

ＰＴＣ発熱体膜２５は例えばポリエチレン等の結晶性樹脂にカーボンブラック等を混練して形成したＰＴＣ発熱体ペーストを印刷することによって形成される。

導電性皮膜２４はフェノール樹脂もしくはエポキシ樹脂に導電性材料を混練した導電性ペーストを印刷することによって形成される。これらフェノール樹脂やエポキシ樹脂をバインダー樹脂として用いることにより、アルミニウム箔よりなる電極２２，２３との良好な接着性・密着性を得ることができる。導電性材料としてはカーボンブラックとグラファイト粉末が混練される。なお、カーボンブラック及びグラファイト粉末に替えて、銀粉やニッケル粉等の金属粉を用いることもできる。

導電性皮膜２４の比抵抗はＰＴＣ発熱体膜２５の比抵抗の２．５分の１から２５００分の１の範囲に選定され、また導電性皮膜２４の膜厚は５μｍから７０μｍの範囲に選定される。導電性皮膜２４の膜厚がこの範囲よりも厚い場合は導電性皮膜２４自体が発熱し、所望のヒータ特性が得られなくなる。

電極２２，２３の表面に導電性皮膜２４を形成する方法としては、スクリーン印刷やロールコーティングを用いることができる。スクリーン印刷では膜厚５〜３０μｍ程度、ロールコーティングでは膜厚３０μｍ以上の導電性皮膜２４を得るのに適する。

導電性皮膜２４の形成方法としては、片面にホットメルト接着剤を塗布したアルミニウム箔をベースフィルム２１に熱接着し、アルミニウム箔を刃型で型抜きして電極パターンを形成した後、電極パターン上に導電性皮膜２４を印刷する方法と、型抜き前のアルミニウム箔表面に導電性皮膜２４を印刷し、予備硬化（６０℃〜１００℃、５分〜１０分）後、刃型でアルミニウム箔と共に一括型抜きする方法とがある。

上記のようにして、ベースフィルム２１上に電極２２，２３、導電性皮膜２４及びＰＴＣ発熱体膜２５を形成した後、端子２７が取り付けられ、さらにミラーへの取り付け用の両面テープ２９が貼り付けられる。

端子２７の取り付けは、はとめ２８を使用して行われる。端子２７はＬ字状の金具とされ、そのＬ字の一辺２７ａがはとめ２８によってかしめ止めされる。Ｌ字の一辺２７ａには穴２７ｂが２つ形成されており、はとめ２８の２つのかしめ部２８ａが電極２２（２３）、ベースフィルム２１に形成された穴を挿通し、端子２７の穴２７ｂを挿通してその先端がかしめられる。端子２７はベースフィルム２１側に取り付けられ、これと反対のＰＴＣ発熱体膜２５上に両面テープ２９が貼り付けられる。

以下、各種実施例の詳細及び環境試験を行った結果について説明する。

ホットメルト接着剤付きアルミニウム箔をポリエステルフィルムよりなるベースフィルム２１に熱接着した後、アルミニウム箔を刃型で型抜きし、電極パターン（電極２２，２３）を形成した。続いてフェノール樹脂にカーボンブラック及びグラファイト粉末を混練した導電性ペーストを電極２２，２３上にスクリーン印刷し、加熱硬化（１５０℃、５〜１０分）させて導電性皮膜２４を形成した。導電性皮膜２４の膜厚は１０μｍとした。この時の導電性皮膜２４の比抵抗は０．２Ω・ｃｍであった。次に、ＰＴＣ発熱体ペースト（比抵抗５０Ω・ｃｍ）を印刷してＰＴＣ発熱体膜２５を形成し、通電用の端子２７を取り付け、両面テープ２９を貼り付けて面状発熱体を完成させた。一対の端子２７間の抵抗値を測定したところ、１９．９Ωであった。

この面状発熱体を６０℃，９０〜９５％ＲＨの高温高湿状態に放置し、７２時間後の抵抗値を測定したところ、１．０４倍と初期状態とほぼ変わらない抵抗値であった。
また、同仕様の試料に対し、−３０℃と＋８０℃を繰り返す温度サイクル試験を実施した。５サイクル後の抵抗値は初期状態の０．９８倍となり、ほとんど変化は見られなかった。

実施例１と同様に電極パターン及び導電性皮膜２４を形成した。実施例２では導電性皮膜２４の比抵抗は０．０２Ω・ｃｍと２０Ω・ｃｍとし、膜厚は共に１０μｍとした。ＰＴＣ発熱体ペースト（比抵抗５０Ω・ｃｍ）を印刷し、実施例１と同様の工程を経て面状発熱体を完成させた。端子２７間の抵抗値はそれぞれ１５．８Ωと３１．０Ωであった。

この面状発熱体を実施例１と同様の高温高湿状態に放置し、７２時間後の抵抗値を測定した。抵抗値測定結果は１．０２倍と１．０５倍となり、初期状態とほぼ変わらない値であった。
また、同仕様の試料に対し、実施例１と同様の温度サイクル試験を実施した。５サイクル後の抵抗値を測定したところ、０．９５倍と０．９３倍となり、ほとんど変化は見られなかった。

実施例１と同様に電極パターン及び導電性皮膜２４を形成した。実施例３では導電性皮膜２４の膜厚を５μｍと７０μｍとし、比抵抗は共に０．２Ω・ｃｍとした。ＰＴＣ発熱体ペースト（比抵抗５０Ω・ｃｍ）を印刷し、実施例１と同様の工程を経て面状発熱体を完成させた。端子２７間の抵抗値はそれぞれ１６．５２Ωと１５．６４Ωであった。

この面状発熱体に対し、実施例１と同様の温度サイクル試験を実施した。５サイクル後の抵抗値を測定したところ、０．９８倍と１．０２倍となり、ほとんど変化は見られなかった。

［比較例］
実施例１と同様にアルミニウム箔の電極パターンを形成した。導電性皮膜は形成せず、ＰＴＣ発熱体ペースト（比抵抗５０Ω・ｃｍ）を印刷し、実施例１と同様に面状発熱体を完成させた。端子２７間の抵抗値は４５．５Ωであった。

この面状発熱体を実施例１と同様の高温高湿状態に放置し、７２時間後の抵抗値を測定したところ、２．６１倍に変化していた。
また、同仕様の試料に対し、実施例１と同様の温度サイクル試験を実施した。５サイクル後の抵抗値は１．３６倍に変化していた。

上述した試験結果より、この発明による面状発熱体によれば、アルミニウム箔よりなる電極の、ＰＴＣ発熱体膜との界面の導電性の低下が抑制されていることがわかる。

１１ ベースフィルム １２，１３ 電極
１２ａ，１３ａ 主電極 １２ｂ，１３ｂ 櫛歯状電極
１４ 発熱部 １５ はとめ
２１ ベースフィルム ２２，２３ 電極
２２ａ，２３ａ 主電極 ２２ｂ，２３ｂ 櫛歯状電極
２４ 導電性皮膜 ２５ ＰＴＣ発熱体膜
２６ 発熱部 ２７ 端子
２７ａ 一辺 ２７ｂ 穴
２８ はとめ ２８ａ かしめ部
２９ 両面テープ

Claims (4)

1. ミラーの裏面に取り付けられる自己温度制御型の面状発熱体であって、
   ベースフィルムと、
   前記ベースフィルム上にアルミニウム箔がパターニングされて形成された電極と、
   前記電極表面に形成された導電性皮膜と、
   前記導電性皮膜を介して前記電極を覆うように形成されたＰＴＣ発熱体膜とを備え、
   前記導電性皮膜はフェノール樹脂もしくはエポキシ樹脂に導電性材料が混練された構成とされていることを特徴とする面状発熱体。
2. 請求項１記載の面状発熱体において、
   前記導電性皮膜の比抵抗が前記ＰＴＣ発熱体膜の比抵抗の２．５分の１乃至２５００分の１とされ、前記導電性皮膜の膜厚が５μｍ乃至７０μｍとされていることを特徴とする面状発熱体。
3. ミラーの裏面に取り付けられる自己温度制御型の面状発熱体の製造方法であって、
   片面にホットメルト接着剤が塗布されたアルミニウム箔をベースフィルムに熱接着する工程と、
   前記熱接着されたアルミニウム箔を型抜きして電極パターンを形成する工程と、
   前記電極パターン上に、端子部を除いて導電性皮膜を印刷・加熱硬化して形成する工程と、
   前記導電性皮膜を介して前記電極パターンを覆うようにＰＴＣ発熱体膜を形成する工程とを含み、
   前記導電性皮膜の形成に、フェノール樹脂もしくはエポキシ樹脂に導電性材料が混練された材料を用いることを特徴とする面状発熱体の製造方法。
4. ミラーの裏面に取り付けられる自己温度制御型の面状発熱体の製造方法であって、
   片面にホットメルト接着剤が塗布されたアルミニウム箔をベースフィルムに熱接着する工程と、
   前記熱接着されたアルミニウム箔表面に、端子部を除いて導電性皮膜を印刷形成する工程と、
   前記導電性皮膜を予備硬化後、前記導電性皮膜及びアルミニウム箔を一括型抜きして電極パターンを形成する工程と、
   前記導電性皮膜を本硬化後、前記電極パターンを覆うようにＰＴＣ発熱体膜を形成する工程とを含み、
   前記導電性皮膜の形成に、フェノール樹脂もしくはエポキシ樹脂に導電性材料が混練された材料を用いることを特徴とする面状発熱体の製造方法。

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