JP4114081B2

JP4114081B2 - ドアミラーヒーター

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Publication number: JP4114081B2
Application number: JP2004555045A
Authority: JP
Inventors: 直樹山田
Original assignee: Nok Corp
Current assignee: Nok Corp
Priority date: 2002-11-28
Filing date: 2003-11-26
Publication date: 2008-07-09
Anticipated expiration: 2023-11-26
Also published as: EP1566318A1; AU2003302417A1; WO2004048165A1; JPWO2004048165A1; US20060011615A1; EP1566318B1; DE60316592T2; EP1566318A4; US7202445B2; DE60316592D1

Description

本発明は、自動車等車両のドアミラーをその裏面側から加熱して、その表面に付着した雨滴、露または霜等を除去し、またミラー表面を曇り止めするために用いられるドアミラーヒーターに関するものである。

従来から、車載用の電機・電子部品は、バッテリー電圧１２Ｖに対応する設計がなされている。しかしながら今般、自動車のバッテリーが４２Ｖの高電圧に引き上げられようとしており、よってこれまでの設計では、流れる電流が大幅に増え、発生する電力が増大し、不具合を招くことになる。ドアミラーヒーター等の発熱体の場合は１２Ｖ仕様のものを４２Ｖで使うと、初期電力が１２．２５倍（Ｐ＝Ｉ・Ｅより）にもなる。また、ＰＴＣ発熱体といえども抵抗が無限大になるわけではないので、設定の温度領域を越えてしまう虞がある。

バッテリー電圧１２Ｖ用のドアミラーヒーターは、その必要とする発熱温度から初期抵抗値を２〜２０Ω未満に設定している。しかしながらこれを４２Ｖもの高電圧バッテリー搭載車にそのまま装着すると、初期の電流値が大きくなり、バッテリー容量からくる他の電装品との電流配分を越えたり、また、発熱量が膨大となり、またＰＴＣ機能があるとはいえ、発熱温度が設定範囲を超えてしまう（特開２００１−２８４８５９号公報、特開２００２−５０４５６号公報、特開２００２−１４６２５１号公報等参照）。

特開２００１−２８４８５９号公報特開２００２−５０４５６号公報特開２００２−１４６２５１号公報

本発明は以上の点に鑑みて、高電圧バッテリーに対応可能なドアミラーヒーターを提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明のドアミラーヒーターは、発熱体であるＰＴＣ層と前記ＰＴＣ層に通電するための電極とを備えた発熱回路を有する４２Ｖ高電圧バッテリー対応のドアミラーヒーターであって、前記発熱回路の初期抵抗値を５０〜１００Ωとするとともに、ＰＴＣ特性Ｒ_１００℃／Ｒ_２５℃の下限値を５０とし、前記ＰＴＣ層の主材ポリマーにＥＰＤＭゴムを添加し、更に充填剤としてカーボンおよび酸化チタンをポリマーと充填剤を併せた総量のうちの２０〜３０ｖｏｌ％の割合にて添加したことを特徴とするものである。

バッテリー電圧４２Ｖに対応するには先ず、発熱回路の初期抵抗値を２０〜２００Ωとし、より良い性能を得るには５０〜１００Ωとするのが好ましい。これは以下の理由による。すなわち、抵抗値は通電するとそのまま電力に関与し、ドアミラーの晴れ性能に直接影響する。抵抗値が１００Ωを上回り更に２００Ωを超えて大きくなると、電力が小さくなり、発熱量が小さくなり、ドアミラーの到達温度が低くなって晴れ性能が悪化する。一方、５０Ωを下回り更に２０Ωを超えて小さくなると、初期電流値が大きくなり、バッテリー容量からくる他の電装品との電流配分を越える虞がある。また、いかにＰＴＣ特性を有していても発熱量が大きくなり、ドアミラーの表面温度が高くなって安全上の問題を生じることになる。すなわち自動車の安全上の基準から、誤って手など皮膚の露出部分が、発熱しているドアミラーに接触すると火傷を起こす虞があるために、これを防止する必要がある。したがって以上の理由から、発熱回路の初期抵抗値は２０〜２００Ωが好ましく、５０〜１００Ωが一層好ましい。

また、バッテリー電圧４２Ｖに対応するには、ＰＴＣ特性Ｒ_１００℃／Ｒ_２５℃の下限値を１０とし、より良い性能を得るには５０とするのが好ましい。これは以下の理由による。すなわち、ＰＴＣ特性は、任意の温度で発熱させるために抵抗値を増大させ電力を小さくして必要な温度付近で発熱を抑える働きと、誤って触れた場合にも火傷をしない温度に抑える働き、そして万一供給される電圧が大きくなった場合にも温度に対する抵抗増加を大きくすることによって発熱過多ひいては焼損などが起こるのを防止する働きとを担っている。そこで、ＰＴＣ特性はある程度大きな値が必要で、少なくとも１０以上、好ましくは５０以上あれば、上記の機能を十分に果たすことが可能となる。したがって以上の理由から、ＰＴＣ特性Ｒ_１００℃／Ｒ_２５℃の下限値は１０以上が好ましく、５０以上が一層好ましい。

またこれに加えて、本発明のドアミラーヒーターによれば、ＰＴＣ層の主材ポリマーにＥＰＤＭゴムを添加し、更に充填剤としてカーボンおよび酸化チタンをポリマーと充填剤を併せた総量のうちの２０〜３０ｖｏｌ％の割合にて添加することにより、ヒーター製造上および製品上の加工性、被破壊性、粘着性、抵抗安定性および通電耐久性を良好に確保することが可能となる。

本発明は、以下の効果を奏する。

すなわち、本発明のドアミラーヒーターにおいては、高電圧バッテリー対応のドアミラーヒーターとして、発熱回路の初期抵抗値が２０〜２００Ω、より好ましくは５０〜１００Ω、ＰＴＣ特性Ｒ_１００℃／Ｒ_２５℃の下限値が１０以上、より好ましくは５０以上とされているので、当該ヒーターを高電圧バッテリー搭載車に装着することにより、必要な発熱量でドアミラー表面を適切な温度に昇温させることができ、よって雨滴取り、露取り、寒冷時の霜取り等を適切に行なうことができる。また、必要以上に発熱することがないのでヒーターの発火や焼損等を防止するとともに、人体とドアミラーが接触した場合の火傷等を防止することができる。

またこれに加えて、本発明のドアミラーヒーターによれば、ＰＴＣ層の主材ポリマーにＥＰＤＭゴムを添加し、更に充填剤としてカーボンおよび酸化チタンをポリマーと充填剤を併せた総量のうちの２０〜３０ｖｏｌ％の割合にて添加することにより、製造上および製品上の加工性、被破壊性、粘着性、抵抗安定性および通電耐久性を良好に維持することができる。

実施形態１
ドアミラーヒーターは、ＰＴＣ層に電極を配し、そこから電源に繋ぐための端子を設け、その外側を絶縁層で被ったものが基本的な構造である。

ＰＴＣ層は、マトリクスとなるポリマーに導電性粒子や補強のための充填剤を分散したものが基本的な配合となる。また、ポリマーは必要に応じて架橋、硬化させる。

ポリマーには、ＰＴＣ特性をより大きく発現するために、使用温度域での線膨張係数が大きなもので、ポリエチレンやその共重合体であるＥＶＡ、ＥＥＡ、ＥＡＡ、アイオノマー等が用いられる。

導電性粒子には、ガーボンブラック、グラファイト、金属粉等が用いられる。特に、カーボンブラックの場合は、高導電性を得るために開発されたアセチレンブラックやケッチェンブラック等の粒径が小さくストラクチャーの発達したものよりも、ＧＰＦ、ＳＲＦ、ＦＴ等の粒径が大きくストラクチャーの小さなものが大きなＰＴＣ特性を得るのに適している。

充填剤には、ＰＴＣ層の強度向上など、必要に応じて金属酸化物等が用いられる。

ポリマーと導電性粒子、充填剤の比率は、ポリマーが４０〜９８ｖｏｌ％、好ましくは５０〜９６ｖｏｌ％の範囲が良い。ポリマー比率がこれ以上小さくなると導電粒子、充填剤を保持しきれなくなり、強度が脆くなる。また、ポリマー比率がこの範囲より大きくなると、発熱体として必要な抵抗が得られなくなる。ポリマー以外の部分はこれを導電性粒子と充填剤により、必要な抵抗を得るための比率にする。

電極は、導電性インク、ドータイト等を印刷等の手法によりＰＴＣ層の表面に配設したり、金属箔を接着剤や加熱圧縮によってＰＴＣ層の表面に貼り付けてエッチング等の手法により必要なパターンに形成したりする。

絶縁層は、ＰＥＴ、ＰＩ等の絶縁フィルムを粘着剤を用いてＰＴＣ層に貼り付ける。

上記したように自動車用ドアミラーヒーターの基本構造は、ＰＴＣ層に電極を配し、そこから電源に繋ぐための端子を設け、その外側を絶縁層で被ったものであり、これを図示すると例えば図１および図２に示すようになる。

すなわち、図１は、この種のドアミラーヒーターとして用いられる面状発熱体１の一例を示す平面図、図２はその断面図を示しており、この面状発熱体１は以下のように構成されている。

すなわち、絶縁性基板としての絶縁フィルム２が設けられており、この絶縁フィルム２の上（第２図では下側）に一対の電極３，４が設けられている。またこの電極３，４の上にＰＴＣ層としてのＰＴＣ発熱素子５が被せられており、更にこの発熱素子５の上に絶縁層としての絶縁フィルム６が被せられている。また一対の電極３，４にはそれぞれ端子７，８が接続されている。

ドアミラーヒーターには一般に、軽自動車・小型車用の小さなものからＲＶ・ミニバン用の大きなものまであるが、本実施例および比較例では、１５０ｍｍ×１００ｍｍの基材（ＰＥＴフィルム）に、幅０．５ｍｍ、ピッチ０．５ｍｍの櫛歯状電極を配し、その上にＰＴＣ組成物を配し、電源に繋ぐための配線を施した後に絶縁フィルムで覆ったものを用いることにした。

ＰＴＣ組成物としては、エチレン−アクリル酸共重合体（ＥＡＡ）にカーボンブラックを分散したインクタイプのものを用いた。ＰＴＣインクは、（１）ポリマーを溶剤に溶解する、（２）導電粒子や充填剤を加えて混合する、（３）ロールミル等でポリマー溶液に導電性粒子、充填剤を分散する、という手順で作製した。

用いた原材料は、
ポリマー：エクソンモービル製エスコール５０００
カーボン：新日化カーボン製ＨＴＣ♯Ｓ（ＳＲＦ）
但し、比較例２はライオン製ケッチェンブラックＥＣ
充填剤：石原産業製タイペークＡ−１００
である。

ドアミラーの形状は実施例および比較例とも同じであるので、抵抗の調整はこれをカーボンブラックの配合比率を調整することにより行ない、実施例１は、ＳＲＦカーボン１２．５ｖｏｌ％で抵抗値が５０Ωのドアミラーヒーター、実施例２は、ＳＲＦカーボン１２．２ｖｏｌ％で抵抗値が１２０Ωのドアミラーヒーター、比較例１は、ＳＲＦカーボン１４．０ｖｏｌ％で抵抗値が５Ωのドアミラーヒーター、そして比較例２は、ケッチェンブラック５ｖｏｌ％で抵抗値が４０Ωのドアミラーヒーターとした。

ＰＴＣインクの基材への配設はメタルマスク印刷によった。但し、ＰＴＣの配設に関してはインクタイプ−印刷のみならず、固体組成物−圧縮成形型など他の方法であっても良い。

これらのヒーターの抵抗値とＰＴＣ特性、４２Ｖの電圧を印加させて発熱させた時の表面温度と電圧印加時の初期電流値を測定したところ、下記表１に示す結果を得た。

表面温度は、高い方がドアミラーの曇り等を早く除去できるので良いのであるが、発火、焼損、人体が接触したときの火傷等の防止を考慮すると、８５℃以下とするのが望ましい。また、初期電流値についても、大電流が流れると、バッテリー容量からくる他の電装品との電流配分を越えた場合に問題となる。また、比較例２はＰＴＣ特性が非常に小さく、自己温度制御機能が得られていない。

以上の比較試験から、本発明のドアミラーヒーターはこれを高電圧バッテリー搭載車に装着することにより、必要な発熱量でドアミラー表面を適切な温度に昇温させ、雨滴取り、露取り、寒冷時の霜取り等を適切に行なうことができるとともに、必要以上に発熱せず、ヒーターの発火、焼損は勿論のこと、人体とドアミラーが接触した場合も火傷等の損害に至らないものであることを確認することができた。

実施形態２
本願発明者らは、上記実施形態１に係る発明をなしてから更なる鋭意研究を行ない、その結果として本発明を完成させたので、以下、本発明の詳細を引き続き説明する。本発明は、上記実施形態１に係る発明が専ら発熱回路の初期抵抗値およびＰＴＣ特性のみを発明の要件とした内容であるのに対して、当該抵抗値および特性を得る上での加工性等を考慮した実仕様上の材料配合等を検討し、これを発明の内容に加えたものである。

すなわち先ず、ヒーターの構造については、上記したようにドアミラーヒーターには一般に軽自動車・小型車用の小さなものからＲＶ・ミニバン用の大きなものまであるが、本実施例および比較例では、１５０ｍｍ×１００ｍｍの基材（ＰＥＴフィルム）に、幅０．５ｍｍ、ピッチ０．５ｍｍの櫛歯状電極を配し、その上にＰＴＣ組成物を配し、電源に繋ぐための配線を施した後に絶縁フィルムで覆ったものを用いた。

ＰＴＣ組成物としては、主材ポリマーとしてのエチレン−アクリル酸共重合体（ＥＡＡ）にカーボンブラックを分散したもの、これにＥＰＤＭゴムを添加したもの、更に充填剤としての金属酸化物である酸化チタンを添加したインクタイプのものを用いた。ＰＴＣインクは、（１）ポリマーを溶剤に溶解する、（２）導電粒子や充填剤を加えて混合する、（３）ロールミル等でポリマー溶液に導電性粒子、充填剤を分散する、という手順で作製した。但し、手順はこれ一通りではなく、工程の順序を変えたり、工程を細分化したりしても構わない。

用いた原材料は、
ポリマーＥＡＡ：エクソンモービル製エスコール５０００
ＥＰＤＭ：日本合成ゴム製ＥＰ２２
カーボン：新日化カーボン製ＨＴＣ♯Ｓ（ＳＲＦ）
但し、比較例はライオン製ケッチェンブラックＥＣ
充填剤（酸化チタン）：石原産業製タイペークＡ−１００
である。

組成について、ＰＴＣ組成物は、比較例３として、上記実施形態１に記載したＥＡＡ／カーボンブラック配合のものを用い、これに対して実施例３には、ＥＡＡ＋ＥＰＤＭ／カーボンブラック配合のもの、実施例４〜６および比較例４、５にはそれぞれ、ＥＡＡ＋ＥＰＤＭ／カーボンブラック＋酸化チタン配合のものを用いた。また、比較例６には、１２Ｖ使用で良好な結果が得られるＥＡＡ＋ＥＰＤＭ／カーボンブラック＋酸化チタン配合のものを用いた。また、各配合とも発熱回路の初期抵抗値が特に好ましいとされる５０〜１００Ωに収まるようにカーボンの添加量を調整した。配合の詳細は下記表２内に記載のとおりである。

上記各実施例および比較例について、加工性、被破壊性、粘着性、抵抗値、ＰＴＣ特性、抵抗安定性および通電耐久性を試験または測定したところ、下記表２に示す結果を得た。尚、加工性は、メタルマスク印刷時の転写良否を○×（良：○、不良：×）で表わしている。被破壊性は、作製されたヒーターを指先で弾いたときの組成物の脱落の有無（無：○、有：×）を○×で表わしている。粘着性は、印刷乾燥後のサンプルを重ね、上から１枚取ったときに下のサンプルが引っ張られるか否かを○×（引っ張られない：○、引っ張られる：×）で表わしている。抵抗値は、ヒーター端子間をデジタルマルチメーターで測定した。ＰＴＣ特性は、常温２５℃下の抵抗値と１００℃の恒温槽中にサンプルを置いたときの抵抗値の比（Ｒ_１００℃／Ｒ_２５℃）を示している。抵抗安定性は、サンプル作製直後と２４時間後の抵抗変化率を示している。また、通電耐久性は、常温２５℃下で４２Ｖ（比較例６は１２Ｖ）の電圧を３分印加／３分停止を２００サイクル繰り返した後の抵抗変化を示している。

この表２から判るように、加工性および被破壊性については、ゴム（ＥＰＤＭゴム）を添加した方が良く、粘着性については、充填剤（酸化チタン）の量が少ないと良くない。抵抗値は、充填剤総量６〜４０％の間でもカーボンブラックの量を調整することにより、必要な抵抗を得ることができる。ＰＴＣ特性は、充填剤量が増えるに連れて小さくなるが、今回の範囲ではヒーターの機能に問題を生じない。抵抗安定性は、充填剤量２０〜３０％の当たりが最も良く、しかし全範囲に亙って使用に耐えないわけではない。通電耐久性は、充填剤量が３５％を越えたあたりから、悪化しはじめる。

したがって以上のことから、４２Ｖ使用で、初期抵抗およびＰＴＣ特性のみならず、製造上および製品上の加工性、被破壊性、粘着性、抵抗安定性および通電耐久性を良好に維持するためには、ＰＴＣ層の主材ポリマーにゴムを添加し、更に充填剤として金属酸化物を添加するのが有効であることを確認することができた。添加量は、ゴムについては特に制限しないが、１２Ｖ使用時と同程度（今回はポリマー総量のうち２０％）が好ましい。充填剤については、総量の２〜３０％、特に１０〜３０％が好ましい。カーボンと金属酸化物の比率は、上記実施形態１で説明したところにしたがって初期抵抗値が２０〜２００Ω、好ましくは５０〜１００Ωとなるように調整することになる。

本発明の実施例に係るドアミラーヒーターとして用いられる面状発熱体の一例を示す平面図同面状発熱体の断面図

符号の説明

１面状発熱体
２絶縁フィルム
３，４電極
５発熱素子
６絶縁フィルム
７，８端子

Claims

発熱体であるＰＴＣ層と前記ＰＴＣ層に通電するための電極とを備えた発熱回路を有する４２Ｖ高電圧バッテリー対応のドアミラーヒーターであって、
前記発熱回路の初期抵抗値を５０〜１００Ωとするとともに、ＰＴＣ特性Ｒ_１００℃／Ｒ_２５℃の下限値を５０とし、
前記ＰＴＣ層の主材ポリマーにＥＰＤＭゴムを添加し、更に充填剤としてカーボンおよび酸化チタンをポリマーと充填剤を併せた総量のうちの２０〜３０ｖｏｌ％の割合にて添加したことを特徴とするドアミラーヒーター。