JP3229561U - 透明発熱フィルム - Google Patents

Abstract

【課題】フロントガラスの表面全面を均一に加熱でき、迅速な曇り防止効果を有する透明発熱フィルムを提供する。【解決手段】透明発熱フィルムは、誘電性の透明なベース層１０と、ベース層上に配置された６０〜１５０Ω／ｓｑの表面抵抗率を持つ透明な抵抗層２０と、少なくとも１つの電極回路パターンと、保護層４０とを有する電極層３０を含む。電極回路パターンは、ミクロンレベル導線が織り交ぜられたグリッドで構成され、グリッド密度は１〜２５メッシュ／ｍｍ２の間である。電極回路パターンは、抵抗層の少なくとも一部の領域に電気的に接続されている。保護層は、誘電特性を持つ透明材料の薄層であり、抵抗層と電極層が設置された領域を完全に覆っている。透明発熱フィルムは、自動車のフロントガラス全域を均一に加熱し、急速に曇りを除去する効果があり、使用要件に応じて、発熱フィルムの局所領域の発熱量を任意に調整することができる。【選択図】図５

Description

本考案は、発熱フィルム、特に自動車のフロントガラスの曇り防止に適用できる透明な発熱フィルムに関する。

温度差により水蒸気が車のフロントガラスの表面に結露し、ドライバーの視界を妨げ、運転の安全性を危険にさらすため、デミスターが車のフロントガラスに取り付けられ、フロントガラスの曇りを取り除く。現在の車の曇り防止装置は、一般的に車のフロントガラスに金属材料で作られた複数の曇り防止ワイヤを取り付け、それぞれの曇り防止ワイヤを並列に配置し、電源を入れると曇り防止ワイヤの抵抗により、電気熱変換効果を生成して、車のフロントガラスを加熱し、フロントガラスに付着した霧を消散させる。ただし、従来の曇り防止装置が作動しているとき、その加熱領域は曇り取りワイヤの近くに集中しており、曇り取りワイヤのない他の場所は熱伝導によって加熱する必要がある。その結果、曇り取りに必要な時間が長くなるだけでなく、熱分布が不均一になるとフロントガラスに内部応力が発生し、長期間の繰り返しの運転でガラスが破損しやすくなり、運転の安全性が損なわれる。さらに、従来の曇り防止装置の曇り取りワイヤは不透明な金属材料でできているため、フロントガラスに複数の曇り取りワイヤを取り付けると、外観に悪影響を及ぼすだけでなく、ドライバーの視界を妨げ、運転の安全性を損なう。フロントガラスに取り付けられた従来の曇り取りワイヤによって視界が遮られ、見苦しい問題を改善するために、業界では金属の曇り取りワイヤを透明なＩＴＯ導電性ストリップに変更している。しかしながら、熱源として複数のＩＴＯ導電性ストリップを使用するように変更すると、フロントガラスの視認性の問題を効果的に克服できるが、加熱プロセス中の加熱効果の不均一な分布、および曇り取りを完了するまでにかかる長時間は、依然として改善されていない。また、ＩＴＯフィルムの材質は硬く、もろく、延性が悪いという特徴があるため、ＩＴＯ導電性ストリップを非平面的なフロントガラスに取り付けると、屈曲部で折れやすく、非導電性となり、加熱による曇り防止性能が低下する。

上記の問題に鑑み、本考案の主な目的は、フロントガラスの表面全面を均一に加熱することができ、迅速な曇り防止効果を有する透明な発熱フィルムを提供することである。

上記の目的を達成するために、本考案の透明発熱フィルムは以下を含む。
ベース層は、誘電特性を持つ透明材料の薄層である。
抵抗層は、６０〜１５０Ω/ ｓｑの表面抵抗率を持つ透明導電膜であり、ベース層に配置されている。
電極層には少なくとも１つの電極回路パターンがあり、電極回路パターンはミクロンレベル導線で織り交ぜられたグリッドで構成されており、グリッド密度は１〜２５メッシュ/ｍｍ２であり、電極回路パターンは、抵抗層の少なくとも一部の領域と電気的に接続される。
保護層は、誘電特性を備えた透明な材料の薄い層であり、保護層は、抵抗層と電極層を含む領域を完全に覆う。
ベース層と保護層の材料は、ガラス、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリスチレン（ＰＳ）、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、ポリカーボネート（ＰＣ）から選択される。ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）、ポリイミド（ＰＩ）またはポリウレタン（ＰＵ）のいずれから選択される。しかしながら、実施される材料の範囲は、前述の材料に限定されず、様々なタイプの軟質、剛性または可撓性の透明基板が適用可能である。
抵抗層は金属酸化膜であり、金属酸化膜の材料はインジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）、インジウム亜鉛酸化物（ＩＺＯ）、アルミニウム亜鉛酸化物（ＡＺＯ）、アンチモンスズ酸化物（ＡＴＯ）またはポリエチレンジオキシチオフェン（ＰＥＤＯＴ）のいずれから選択される。しかしながら、実施される材料の範囲は、前述の材料に限定されない。
ミクロンレベル導線の材料は、グラフェン、または銀、銅、金、アルミニウム、モリブデンを主に含む合金材料の1つから選択される。好ましくは、ミクロンレベル導線の線幅は８μｍ未満であり、より好ましくは、ミクロンレベル導線の線幅は５μｍ未満である。

本考案によれば、電極回路パターンはグリッドに配置された導線を介して抵抗層に電気的に接続されるので、電極回路パターンと抵抗層との間に複数の電気的接続が形成される。電極回路パターンに電源投入すると、抵抗層の電気的接続点付近が電気熱変換を行い、熱エネルギーを発生する。したがって、抵抗層上に同時に均一に分布して動作する複数の熱源を形成することができ、熱が活性領域全体に均一に分配され、熱伝達時間を短縮でき、曇り取りの効率を向上できる。よって、本考案は、大面積発熱フィルムの不均一な電気熱変換の問題を解決できることが分かる。また、本考案では、電極回路パターンと抵抗層とを電気的に接続して使用する。電極回路パターンは延性金属材料の導線を織り交ぜられたグリッドで構成されているので、本考案の透明発熱フィルムは曲げ条件下で使用することができる。例えば、曲面に取り付けた場合、抵抗層のフィルム材が破れても、電極回路パターン上の導線を介して正常に導通し、曇り防止効果を発揮する。

好ましい実施形態では、本考案の透明発熱フィルムは、補助電極層上に少なくとも１つの補助電極回路パターンを有する少なくとも１つの補助電極層をさらに含む。補助電極回路パターンは、ミクロンレベル導線が織り交ぜられたグリッドで構成され、電極層と抵抗層の少なくとも一部の領域に電気的に接続され、補助電極回路パターンのグリッドと電極回路パターンのグリッドが重ならないように設置する。補助電極回路パターンのグリッド密度は１〜２５メッシュ/ｍｍ２で、ミクロンレベル導線の材料は、グラフェンから選択されるか、または、主に銀、銅、金、アルミニウム、およびモリブデンを含む合金材料の1つから選択される。好ましくは、ミクロンレベル導線の線幅は８μｍ未満であり、より好ましくは、ミクロンレベル導線の線幅は５μｍ未満である。本考案の実施形態では、局所領域に補助電極回路パターンを追加することにより、局所領域のグリッド密度が増加し、これにより、局所領域の抵抗層の等価インピーダンス（Equivalent Impedance）が減少し、電気熱変換中に発生する熱の量を減らすことができる。これに対して、本考案の実施形態では、抵抗層上により多くの電気的接続点を形成できるため、熱が作用領域全体に均一に分配され、熱伝達時間がさらに短縮され、曇り除去効率が向上する。本考案の実施形態によれば、抵抗層の局所領域上の異なるグリッド密度の電極回路パターンおよび／または補助電極回路パターンを電気的に接続することにより、抵抗層上の局所領域の発熱量を調整することができる。これによれば、本考案は、使用のニーズに応じて、発熱フィルムの局所領域の発熱量を任意に調整できる手段を提供する。

本考案発明によれば、一実施形態では、電極層は、複数の電極回路パターンを含むことができ、複数の電極回路パターンは、ミクロンレベル導線が織り交ぜられたグリッドからなり、それぞれが異なるグリッド密度を有する。メッシュ密度は１〜２５メッシュ/ｍｍ２で、隣接する電極回路パターンは互いに電気的に接続され、複数の電極回路パターンは抵抗層の領域の少なくとも一部に電気的に接続されている。本考案の実施形態では、グリッド密度が異なる複数の電極回路パターンが電極層上に配置され、抵抗層に電気的に接続されることにより、抵抗層上に複数の等価インピーダンス値が異なる局所領域を形成し、動作中に局所領域に異なる熱を発生させる。

この「考案の概要」は、いくつかの選択された概念を簡略化した形で紹介した。これについては、以下の「実施形態」でさらに説明する。「考案の概要」は、実用新案登録の請求項の主要な特徴または基本的な特徴を特定することを意図しておらず、実用新案登録の請求項の範囲を限定することも意図していない。

本考案の透明発熱フィルムは、自動車のフロントガラス全域を均一に加熱し、急速に曇りを除去する効果があり、使用要件に応じて、発熱フィルムの局所領域の発熱量を任意に調整することができる。

本考案第１実施形態の構成要素の斜視図である。 本考案第１実施形態の積層構造の模式図である。 本考案第１実施形態の電極層の平面図である。 図３のIV位置での側断面図である。 本考案第２実施形態の構成要素の斜視図である。 本考案第２実施形態の積層構造の模式図である。 本考案第２実施形態の電極層の平面図である。 図７のVIII位置での側断面図である。 本考案第３実施形態の構成要素の斜視図である 本考案第３実施形態の積層構造の模式図である。 本考案第３実施形態の電極層および補助電極が積層している平面図である。

添付の図面は、本考案の好ましい実施形態を説明するものであり、本考案の技術的特徴をより明確に説明し、理解を容易にするために、図面の様々な部分は、相対的な寸法に従って描かれていない。一部の寸法は、他の関連するスケールと比較して誇張されている。 図を簡略化するために、無関係な詳細は完全には描かれていない。

図１から図４は、本考案の透明発熱フィルムの第１実施形態を説明するものであり、この実施形態は、全領域を均一に加熱することができ、迅速な曇り防止効果を有する透明発熱フィルムを提供し、透明発熱フィルムは順序に積層するベース層１０、抵抗層２０、電極層３０および保護層４０を含む。この実施形態では、ベース層１０は、誘電特性および高い光透過率を有するガラスシート、または可撓性ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）薄層である。抵抗層２０は、ベース層１０の表面上に配置される。抵抗層２０は、透明な特性を有するインジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）フィルムであり、選択された表面抵抗率は、約１５０Ω ／ ｓｑである。図１および図３に示すように、電極層３０は、複数のミクロンレベル導線３１によって織り交ぜられたグリッド状の電極回路パターンＥＬを有する。電極回路パターンＥＬは、前述の抵抗層２０の面積とほぼ同じかそれより小さく、電極回路パターンＥＬは、抵抗層２０に電気的に接続されている。上記のミクロンレベル導線３１は、線径約５μｍ、抵抗率１．７×１０−８Ωｍの銅線であり、電極回路パターンＥＬのグリッド密度は４メッシュ／ ｍｍ２（すなわち、ピッチ≒０．５ｍｍ）に設定されている。保護層４０は、誘電特性および高い光透過率を有するガラスシート、または可撓性ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）薄層であり、保護層４０は、前述のベース層１０と同じ素材であり得る。

本考案の透明発熱フィルムは、上記の層を順次積層することにより得ることができる。図４に示すように、本実施形態では、電極回路パターンＥＬは、グリッド状に配置された導線３１を介して抵抗層２０と電気的に接続されているため、電極回路パターンＥＬと抵抗層２０との間に複数の電気的接続点Ｐを形成する。電極回路パターンＥＬに電源を入れると、抵抗層の各電気的接続点Ｐの近くの領域が電気熱変換されて熱エネルギーが生成される。複数の電気的接続点Ｐが抵抗層２０に均等に分配されるため、発生した熱は活性領域全体に均等に分配され、局所領域の過度の温度によるデバイスの損傷を回避し、熱伝達時間を短縮し、曇り除去の効率を改善する。

図５〜図８は、本考案の透明発熱フィルムの第２実施形態を説明しており、この実施形態は、中央領域での発熱が大きく、両側領域での発熱が小さい透明発熱フィルムを提供する。前述の第１実施形態と比較して、この実施形態は主に電極層３０を変更するように設計されており、他の２つの構造の同様の部分はここでは繰り返さない。図５および図７に示すように、この実施形態の電極層３０は、左電極回路パターンＥＬ１、中央電極回路パターンＥＬ２、および右電極回路を含む、グリッド密度が異なる複数の電極回路パターンを有する。左電極回路パターンＥＬ１が中央電極回路パターンＥＬ２に電気的に接続され、中央電極回路パターンＥＬ２が右電極回路パターンＥＬ３に電気的に接続される。上述の３つの電極回路パターンは、織り交ぜられたミクロンレベル導線３１のグリッドから構成される。ミクロンレベル導線３１は、約５μｍの線径および１．７×１０ −８ Ωｍの抵抗率を有する銅線であり得る。そして、上記３つの電極回路パターンは、それぞれのメッシュ密度が異なり、左電極回路パターンＥＬ１と右電極回路パターンＥＬ３のメッシュ密度は１６メッシュ／ｍｍ２、中央電極回路パターンＥＬ２のメッシュ密度は４メッシュ／ｍｍ２、左電極回路パターンＥＬ１および右電極回路パターンＥＬ３のメッシュ密度は、中央電極回路パターンＥＬ２のメッシュ密度よりも大きい。

ベース層１０、抵抗層２０、電極層３０、および保護層４０は、図６および７に示されるように、順次積み重ねられ、透明な発熱フィルムを形成する。この実施形態では、電極層３０の３つの電極回路パターンＥＬ１、ＥＬ２、ＥＬ３は、抵抗層２０に電気的に接続されている。抵抗層２０の両側領域は、メッシュ密度の高い左電極回路パターンＥＬ１および右電極回路パターンＥＬ３にそれぞれ電気的に接続され、抵抗層２０の中央領域は、メッシュ密度が低い中央電極回路パターンＥＬ２に電気的に接続されている。グリッド密度の高い電極回路パターンは、抵抗層２０の両側領域に電気的に接続されるので、抵抗層２０の両側領域の等価インピーダンス値を低減でき、電気熱変換中の発熱を低減できる。この実施形態では、等価インピーダンス値が異なる３つの領域、すなわち、等価インピーダンスが低い左領域、等価インピーダンスが高い中央領域、および等価インピーダンスが低い右領域を抵抗層２０上に形成することができる。これによると、電源投入時、中央領域はより高い熱エネルギーを生成することができ、急速に温度を上昇させて曇り除去効果を達成し、ドライバーの運転視野を確保し、一方、両側の領域はより低い熱エネルギーを生成して、電源入力端の接点への高温損傷を回避する。

図９〜図１１は、本考案の透明発熱フィルムの第３実施形態を説明し、この実施形態はまた、中央領域でより大きな熱出力および両側領域でより小さな熱出力を有する透明発熱フィルムを提供する。第３実施形態は、主に補助電極層の設計を追加することにより、前述の第１および第２実施形態と比較される。図９および図１０に示すように、補助電極層５０は、左補助電極回路パターンＡＥＬ１および右補助電極回路パターンＡＥＬ３を含み、上記２つの補助電極回路パターンは、複数のミクロンレベル導線５１によって織り込まれている。ミクロンレベル導線５１は、約５μｍの線径および１．７×１０ −８ Ωｍの抵抗率を有する銅線とすることができ、グリッド密度は、１〜２５メッシュ／ｍｍ２とすることができる。例えば、電極層３０の電極回路パターンＥＬのメッシュ密度は、４メッシュ／ｍｍ２（すなわち、ピッチ≒０．５ｍｍ）に設定される。

ベース層１０、抵抗層２０、電極層３０、補助電極層５０、保護層４０を順次積層して透明発熱フィルムを形成する。図１１に示すように、本実施形態では、補助電極層５０は、電極層３０および抵抗層２０と電気的に接続され、そして、左補助電極回路パターンＡＥＬ１と右補助電極回路パターンＡＥＬ３のグリッドと電極回路パターンＥＬのグリッドが重ならないようにさせる。電極回路パターンＥＬおよび左補助電極回路パターンＡＥＬ１は、それぞれ抵抗層２０の左領域に電気的に接続され、電極回路パターンＥＬおよび右補助電極回路パターンＡＥＬ３は、それぞれ抵抗層２０の右領域に電気的に接続されている。左補助電極回路パターンＡＥＬ１と右側補助電極ラインパターンＡＥＬ３のグリッドと電極ラインパターンＥＬのグリッドは互いに重ならないので、抵抗層２０の左側領域と右側領域が組み合わされてより高いグリッド密度を形成する。つまり、グリッド密度は１６メッシュ/ｍｍ２（つまり、ピッチ≒０．２５ｍｍ）になる。ただし、抵抗層２０の中央領域のメッシュ密度は依然として４メッシュ/ｍｍ２（つまり、ピッチ≒０．５ｍｍ）であるため、抵抗層２０の両側の領域の等価インピーダンス値は、抵抗層２０の中央領域の等価インピーダンス値よりも低くなる。これによると、電源投入時、中央領域はより高い熱エネルギーを生成でき、急速に温度を上げて曇り防止効果を達成し、ドライバーの運転視野を確保できる。一方、両側の領域は、低い熱エネルギーを生成して、電源入力端の接点の高温による損傷を回避する。

以上、本考案は実施形態を例に挙げて説明したが、本考案に限定する趣旨ではなく、この技術分野に精通している人ならだれでも、その趣旨と範囲を逸脱することなく、様々な変更やレタッチを行うことができる。したがって、本考案において、保護の範囲は、請求項で定義された範囲に従うものとする。

１０ ベース層
２０ 抵抗層
３０ 電極層
３１ ミクロンレベル導線
４０ 保護層
５０ 補助電極層
５１ ミクロンレベル導線
ＥＬ 電極回路パターン
ＥＬ１ 左電極回路パターン
ＥＬ２ 中央電極回路パターン
ＥＬ３ 右電極回路パターン
ＡＥＬ１ 左補助電極回路パターン
ＡＥＬ３ 右補助電極回路パターン
Ｐ 電気的接続点

Claims (7)

1. 透明発熱フィルムであって、ベース層と、抵抗層と、電極層と、保護層とを含み、
   前記ベース層は、誘電特性を持つ透明材料の薄層であり、
   前記抵抗層は、６０〜１５０Ω/ｓｑの表面抵抗率を持つ透明導電膜であり、前記ベース層に配置され、
   前記電極層には少なくとも1つの電極回路パターンがあり、前記電極回路パターンはミクロンレベル導線で織り交ぜられたグリッドで構成され、グリッド密度は１〜２５メッシュ/ｍｍ２、前記電極回路パターンは、前記抵抗層の少なくとも一部の領域に電気的に接続され、
   前記保護層は、誘電特性を持つ透明材料の薄層であり、前記保護層は、前記抵抗層と前記電極層を含む領域を完全に覆うことを特徴とする、透明発熱フィルム。
2. 前記ベース層と前記保護層の材料は、ガラス、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリスチレン、ポリメチルメタクリレート、ポリカーボネート、ポリエチレンテレフタレート、ポリ塩化ビニル、ポリイミドまたはポリウレタンのいずれかを特徴とする、請求項１に記載の透明発熱フィルム。
3. 前記抵抗層は金属酸化膜であり、前記金属酸化膜の材料は、インジウムスズ酸化物、インジウム亜鉛酸化物、亜鉛アルミニウム酸化物、アンチモンスズ酸化物、またはポリエチレンジオキシチオフェンの１つから選択されることを特徴とする、請求項１に記載の透明発熱フィルム。
4. 前記電極層は複数の電極回路パターンを有し、複数の前記電極回路パターンはそれぞれ異なるメッシュ密度を有し、前記メッシュ密度は１〜２５メッシュ/ｍｍ２であり、隣接する前記電極回路パターンは互いに電気的に接続されていることを特徴とする、請求項３に記載の透明発熱フィルム。
5. また、少なくとも1つの補助電極回路パターンを持つ少なくとも1つの補助電極層が含まれ、前記補助電極回路パターンは、ミクロンレベル導線で織り交ぜられたグリッドで構成され、前記グリッド密度は１〜２５メッシュ/ｍｍ２で、前記補助電極回路パターンは、前記電極層と前記抵抗層の少なくとも一部の領域に電気的に接続されており、前記補助電極回路パターンのグリッドと前記電極回路パターンのグリッドは互いに重なっていない配置であることを特徴とする、請求項１に記載の透明発熱フィルム。
6. 前記ミクロンレベル導線の材質は、グラフェン、または銀、銅、金、アルミニウム、モリブデンを主成分とする合金の一つから選択されることを特徴とする、請求項５に記載の透明発熱フィルム。
7. 前記ミクロンレベル導線の線幅は８μｍ以下であることを特徴とする、請求項６に記載の透明発熱フィルム。

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