JP5714175B2 - 平面状加熱素子及びその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、平面状加熱素子及びその製造方法に関している。

基板と電気的加熱層とを有する平面状加熱素子は広く知られており、多くの特許文献にも記載がある。これに関連する一例として、ドイツ国特許出願広報ＤＥ １０２００８０１８１４７ Ａ１明細書やドイツ国特許出願広報ＤＥ １０２００８０２９９８６ Ａ１明細書が挙げられる。それらは自動車分野ではフロントガラスに頻繁に用いられる。なぜならフロントガラス中央の視野領域は、法規制に基づき重大な視野制限を伴うことが禁じられているからである。

平面状加熱素子の工業製品からは、一般に湾曲した電流路を形成するために分離ラインないしストリップラインによる加熱層の構造化が公知である。この構造化は、電気抵抗が増加する利点と、比較的小さな接続電極によって電流路との接触が可能になる利点を有している。このような平面状加熱素子は、ドイツ国特許出願広報ＤＥ １９８６０８７０ Ａ１明細書等の特許文献にも開示がある。

そのような平面状加熱素子には、電流路の湾曲領域において不均質な電流分布が生じ、局所的な熱中心、いわゆるホットスポットが生じる問題がある。このホットスポットは平面状加熱素子内に不均一な熱分布を引き起こし、局所的な過熱に基づいて、加熱層や基板に支障を来たし、場合によっては損傷を引き起こす。さらに透明ガラスにおいては、そのような過熱の発生箇所が、ガラス越しの光学的な知覚作用に影響を及ぼしかねない。

このような問題の解決手段として、例えば米国特許出願広報 ＵＳ ２００５／２２１０６２ Ａ１明細書に次のような開示がある。すなわち、分離ラインの自由端部に弓形に湾曲させた支援ラインを設け、この支援ラインによって電流路が複数の並列な部分電流路に分割されている。

それに対して本発明の課題は、蛇行状の電流路の湾曲部に局所的な熱中心（ホットスポット）が出現することを代替的な解決手段によって回避し、均一な熱分布を達成することにある。前記課題及びさらなる課題は、本発明の提案によれば、独立請求項に記載の特徴を有する平面状加熱素子とその製造方法とによって解決される。本発明の有利な実施形態は、従属請求項の特徴によって与えられる。

本発明に係る平面状加熱素子は、基板表面と、基板を加熱するための導電性材料からなる電気的加熱層とを有する少なくとも１つの平面状の基板を備え、前記加熱層は前記基板表面の一部に亘って延在し、さらに前記加熱層は、電圧源への接続のために設けられた少なくとも２つの電極に接続され、それによって当該電極間に加熱電流のための電流路が形成される。前記加熱層は、前記基板上に直接被着させてもよいが、基板に接続される、例えば接着形のプラスチックフィルム、特にＰＥＴフィルム（ＰＥＴ＝ポリエチレンテレフタレート）などの支持体上に被着することも考えられる。またこの平面状加熱素子は、特に２つの個別ガラスが接着剤層によって相互に接合された合わせガラスであってもよい。

前記平面状加熱素子は、加熱層を部分的に電気的に分割する１つ以上の分離ゾーンを含んでいる。この分離ゾーンは、それぞれ、加熱層内で自由に終端することのできる少なくとも１つの自由ゾーン端部を有し、前記自由ゾーン端部において、それぞれ電流路がその延在方向を変更するように、例えば１８０°変更するように構成されてもよい。また必ずしも必要というわけではないが、前記分離ゾーンは、有利には分離ラインとして線状、とりわけ直線状に形成されてもよい。

各分離ゾーンの自由ゾーン端部には（位置合わせした延長線上で）移行ゾーンが直接隣接し得る。この移行ゾーンは、加熱層の導電率が自由ゾーン端部の方へ向かって小さくなるようにすなわち、ゼロまで低減するように構成されている。但し必ずしも必要というわけではないが、前記移行ゾーンは、有利には加熱層の導電率が自由ゾーン端部の方へ向かって連続的に、特に線形に減少するように構成されてもよい。また必ずしも必要ではないが、前記移行ゾーンを、有利には線形、特に直線状に構成してもよい。前記移行ゾーンの開始部分の導電率はゼロである。また前記移行ゾーンの終端部分は、増加する導電率が加熱層の最大導電率に達する領域である。

本発明に係る平面状加熱素子は、有利な形式で、加熱層の電気抵抗の空間的変更によって自由ゾーン端部の電流路の湾曲領域での電流の流れの均量化を可能にする。

本発明に係る平面状加熱素子の有利な実施形態では、加熱層の層厚さが変化するように移行ゾーンが構成されている。この場合前記加熱層の層厚さは、自由ゾーン端部の方へ向かって減少し、ないしは自由ゾーン端部から離れる方に向かって増加している。移行ゾーンの開始部分は、加熱層の層厚さがゼロである自由ゾーン端部によって定められる。また移行ゾーンの終端部分は、加熱層の完全な（最大の）層厚さ又は加熱層の完全な（最大の）導電率の達成によって定義される。なお必ずしも必要というわけではないが、有利には、前記移行ゾーンは、加熱層の層厚さが自由ゾーン端部の方に向かって連続的に、とりわけ線形的に減少するように構成される。

本発明に係る平面状加熱素子の別の有利な実施形態によれば、前記移行ゾーンは、前記加熱層の多孔率が前記自由ゾーン端部の方へ向かって増加するように構成されている。それにより、導電率の低減を相応の方法で達成することができるようになる。

本発明に係る平面状加熱素子の別の有利な実施形態によれば、前記加熱層は導電率を高めるためのドーパントを含み、前記移行ゾーンは、当該移行ゾーンのドーパントの濃度が自由ゾーン端部の方へ向かって減少するように構成されており、それによって、導電率の低減を相応の方法で達成することができるようになる。

本発明に係る平面状加熱素子の別の有利な実施形態によれば、前記加熱素子が導電率を低減するためのドーパントを含み、移行ゾーンは、移行領域におけるドーパントの濃度が自由ゾーン端部の方へ向かって増加するように構成されている。それにより導電率の低減を相応の方法で達成することができるようになる。

平面状加熱素子の別の実施形態によれば、前記移行ゾーンが前記自由ゾーン端部において次のような長さを有している。すなわち、その長手方向に対して直角方向で測定される、前記自由ゾーン端部における電流路の幅の少なくとも半分に相当する長さを有する。これにより、電流の流れの特に良好な均量化が達成できるようになる。

前記平面状加熱素子のさらに別の有利な実施形態によれば、前記基板表面に対して、電気的な加熱層を備えた支持体、例えばプラスチックフィルムが被着される。この場合前記加熱層は上述したような方法で構成される。それにより、前記プラスチックフィルムは、加熱層のための平面状の支持体として用いられる。前記フィルムは、各適用ケース毎に適したプラスチック、例えば、ポリアミド（ＰＡ）、ポリウレタン（ＰＵ）、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリエステル（ＰＥ）、ポリビニルブチラール（ＰＶＢ）、又はポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）からなっていてもよい。

さらに、本発明は、次のような支持体、すなわち、例えば支持体表面の少なくとも一部に被着された電気的な加熱層と、電圧源に接続するために設けられた少なくとも２つの電極とを備えたプラスチックフィルムにも及んでいる。ここで前記２つの電極は、これらの電極間で加熱電流用の電流路が形成されるように前記加熱層に接続されている。この加熱層は、上述のようにして形成されている。従って、前記加熱層は１つ又はそれ以上の分離ゾーンによって電気的に分割される。この分離ゾーンは、それぞれ少なくとも１つの自由ゾーン端部を有し、当該自由ゾーン端部において電流路の通流方向が変更されるように構成されている。この場合前記各分離ゾーンの前記自由ゾーン端部にはそれぞれ１つの移行ゾーンが接続し、該移行ゾーンでは前記加熱素子の導電率が前記自由ゾーン端部の方へ向かって低減している。

さらに、本発明は、上述のように構成された平面状加熱素子の製造方法にも及んでおり、この方法は以下のステップを含んでいる。すなわち、
基板表面を有し、基板を加熱するための電気的加熱層を有している少なくとも１つの平面状の基板を供給するステップを含み、前記加熱層は少なくとも前記基板表面の一部に亘って延在し、電圧源に接続するために設けられた少なくとも２つの電極と、当該電極間で加熱電流のための電流路が形成されるように接続され、
１つ以上の有利には線状、とりわけ直線状の分離ゾーンによって前記加熱層を電気的に分割するステップを含み、この場合前記分離ゾーンはそれぞれ少なくとも１つの自由ゾーン端部を有しており、さらに前記分離ゾーンは、前記自由ゾーン端部における電流路がその通流方向を変更するように構成されており、
有利には線状、特に直線状の移行ゾーンを生成するステップを含み、前記移行ゾーンはそれぞれ前記自由ゾーン端部に接続され、それにより前記加熱層の導電率は、とりわけ前記自由ゾーン端部の方へ向かって前記加熱層の層厚さが減少することにより、特に連続的に、例えば線形的に低減されるようになる。

上述したように、本発明による方法においては、加熱層の導電率を変更する目的で、移行ゾーンが次のように構成される。すなわち加熱層の層厚さが、自由ゾーン端部の方へ向かって低減するように構成される。また前記移行ゾーンは次のように構成することも考えられる。すなわち加熱層の多孔率を自由ゾーン端部の方へ向かって増加させる、加熱層の導電率を向上させるドーパントイオンの濃度を自由端部の方へ向かって低減させる、及び／又は、加熱層の導電率を低下させるドーパントイオンの濃度を自由端部の方へ向かって増加させる、ように構成することも考えられる。

本発明に係る方法の有利な実施例によれば、電気的な加熱層を備えた支持体、特にプラスチックフィルムが被着される。なおここでの加熱層は、上述したような方法で構成されている。

さらに本発明には、上述したような平面状加熱素子を、家具、機器、建築物における機能的な個別要素として若しくは組込み要素として使用すること、例えば居住空間における暖房用加熱体、例えば壁掛け式加熱体若しくは自立式加熱体として使用することも含まれ、さらに、陸上、空気中又は水中を移動するための移動手段、例えば自動車において、フロントガラス、リアウィンドウ、サイドウィンドウ、及び／又はガラスサンルーフに用いることも含まれる。

なお、本発明の様々な実施例は、個別に若しくは任意の組み合わせで実現されてもよいことを理解されたい。とりわけ、上述してきた種々の特徴と以下でさらに説明する種々の特徴は、本願で明記された組み合わせだけでなく、本発明の権利範囲から逸脱することなくその他の組み合わせ又は単独で使用することも可能である。

図面の簡単な説明
以下では本発明を添付の図面に基づいて詳細に説明する。なおこれらの図面では必ずしも縮尺通りに示されているわけではなく、簡素化されたものもある。

本発明による、分離ゾーンと移行ゾーンを有する平面状加熱要素の実施形態を示した図 電流路の書き込まれた図１による平面状加熱素子の平面図 移行ゾーンを持たない従来方式の平面状加熱素子を示した図 局所的な熱中心を伴った従来方式の平面状加熱素子を示した平面図

発明を実施するための形態
まず図３に基づいて、全体として参照番号１０１の付された従来方式による平面状加熱素子を説明する。この平面状加熱素子１０１は、電気的な加熱層１０３が被着された基板１０２を含んでいる。この加熱層１０３は、直線的な分離ゾーン１０４（分離ライン）によって電気的に遮断されている。この場合前記加熱層１０３は、蛇行状又はＳ字状の連続した構造によって形成されており、２つの接続電極１０６，１０６′からなる２つの端部において電気的に接触接続されている。そのため前記接続電極１０６，１０６′に加熱電流を給電するための蛇行状に屈曲された電流路１０５が形成される。この加熱電流により、前記平面状加熱素子は加熱される。ここでの分離ゾーン１０４は、それぞれ、加熱層１０２内に自由ゾーン端部１０８を有している。

前記電流路又は加熱電流１０５は、直線状の分離ゾーン１０４のそれぞれ任意に終端している自由ゾーン端部１０８が含まれている変更ゾーン１０７において、その経過方向ないし流れ方向を何度も１８０°反転させている。それに応じて前記電流路１０５は、当該変更ゾーン１０７内では湾曲した経過を有している。その結果として前記自由ゾーン端部１０８における電流の流れの集中化に伴って不均一な電流密度分布が引き起こされてしまう。これは自由ゾーン端部１０８における局所的な過熱箇所の出現、いわゆるホットスポット１０９の発生につながる。この状況は、当該平面状加熱素子１０１における不均一な熱分布の他に、前記加熱層１０３及び／又は基板１０２の損傷を引き起こす可能性がある。

本発明では、このような問題を解決すべく、電流路の湾曲領域における電流の分流を均量化することにより、電流路の反転箇所における電流の流れの集中化が少なくとも大幅に回避される。

このことは以下でより詳細に説明する。図１には、全体として参照番号１の付された、本発明に係る平面状加熱素子の実施形態が示されている。図１では、平面状加熱素子１が全体図（上部）と一部拡大図（下部）で示されている。

それにより、平面状加熱体１は、少なくとも１つの基板２を備え、この基板２上には導電性の加熱層３が実質的に全表面領域に被着されている。この基板２に対する材料として例えばガラス、セラミック又はプラスチックなどが用いられる。例えばガラス製基板２の場合、フロートガラス、鋳造ガラス又はセラミックガラスなどから形成される。プラスチック製基板２の場合は、例えば、ポリスチレン（ＰＳ）、ポリアミド（ＰＡ）、ポリエステル（ＰＥ）、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＡ）又はポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）から製造可能である。一般に、基板２に対して各材料は、十分な化学的耐性と、適切な形状安定性及びサイズ安定性、並びに場合によっては十分な光学的透明性を伴って用いることができる。例えばフロントガラス等の車両用ウィンドウとして適用する場合には、典型的には可視光に対して透過性の基板２が選択され、その場合、内部領域又は外部領域の加熱のための加熱素子として、セラミック支持体が用いられる。金属製の導電性支持体も、前記基板２として適しており、その場合には加熱層３が電気的絶縁層によって基板から分離される。金属製の支持体は、さらに、加熱層３によって発生した熱を、金属の高い熱伝導率に基づいて良好に伝導させられるという別の利点も有する。

前記加熱層３は、導電性材料を含む。これに対する例としては、チタン、マンガン、インジウム、クロム、銀、銅、金、アルミニウム、モリブデン、パラジウム銀合金などの金属合金や透明導電酸化物（ＴＣＯ = Transparent Conductive Oxides)等の導電性の高い金属が挙げられる。前記ＴＣＯは、有利にはインジウムスズ酸化物、フッ素ドープ二酸化スズ、アルミニウムドープ二酸化スズ、ガリウムドープ二酸化スズ、ホウ素ドープ二酸化スズ、錫亜鉛酸化物又はアンチモンドープ酸化スズである。加熱層３は、導電性の単層か又は少なくとも１つの導電性の部分層を含んだ層構造部からなる。例えば、そのような層構造部は、少なくとも１つの導電性の部分層、好ましくは銀（Ａｇ）と、非反射層や遮断層のようなさらなる部分層を含んでいる。前記加熱層３の層厚さは、広く変化し得る。この場合各箇所の層厚さは例えば０.１ｎｍ〜１００μｍの範囲にある。ＴＣＯの場合の層厚さは、例えば１００ｎｍ〜１．５μｍの範囲、有利には１５０ｎｍ〜１μｍの範囲にあり、特に有利には２００ｎｍ〜５００ｎｍの範囲にある。例えばチタン層の層厚さは、０.１ｎｍ〜２ｎｍの範囲にあり、マンガン層の層厚さは、０.１〜１ｎｍ程度の範囲であり、モリブデン層の層厚さは、０.１〜１ｎｍの範囲であり、銀層の層厚さは、１〜５０ｎｍの範囲であり、インジウム層の層厚さは、５０〜２００ｎｍの範囲であり、金層の層厚さは、１〜１０ｎｍの範囲であり、クロム層の層厚さは例えば、約１ｎｍである。加熱層３の層抵抗は、例えば２０Ω以下であり、特に０.１〜２０Ωの範囲にある。図示の実施形態では、加熱層３のシート抵抗は、例えば、１〜５Ωの範囲にある。

前記加熱層３は、例えば気相から堆積され、その目的のために、それ自体公知の方法、例えば化学的気相成長（ＣＶＤ＝化学蒸着法）又は物理的気相成長（ＰＶＤ＝物理蒸着法）などを用いることが可能である。好ましくは、前記加熱層３がスパッタリング法（マグネトロン−カソードスパッタリング）により堆積される。

前記加熱層３は、例えば支持体４上に堆積され、この支持体は基板２と接合、例えば接着される。このような支持体４は、特にプラスチックフィルムであり、例えば、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリアミド（ＰＡ）、ポリウレタン（ＰＵ）、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリエステル（ＰＥ）又はポリビニルブチラール（ＰＶＢ）からなる。但し前記加熱層３は、前記基板２上に直接堆積させることも考えられる。

加熱可能な車両用フロントガラスとして前記平面状加熱体１を使用するためには、３５０ｎｍから８００ｎｍの波長範囲の可視光に対して十分に透明である必要があり、ここでの「透明」とは、例えば８０％以上の高い光透過率を指すことを理解されたい。これは、特に、ガラス基板２と、銀（Ａｇ）からなる透明な加熱層３とによって達成することができる。前記加熱層３の選択は一般に特定の材料に限定されるものではなく、その材料が平坦な電気的加熱素子を基板２上に実現する限り選択可能である。

前記基板２は、例えば長方形状に構成される。この場合前記基板２は、２つの対向する第１の基板縁部１１，１１′（当該実施例では長辺側の基板縁部）と、２つの対向する第２の基板縁部１２，１２′（当該実施例では短辺側の基板縁部）を有している。なお前記基板２は、本発明による平面状加熱素子１のそのつどの適用ケースに適した形態を有し得ることも理解されたい。

前記平面状加熱素子１は、唯一の基板２だけを有していてもよいし、代替的に複数の基板２を有していてもよい。複数の基板２を有しているケースでは、前記平面状加熱素子１は、例えば合わせガラスとして構成可能である。この合わせガラスは、外側ガラスと内側ガラスを有し、これら２つはそれぞれ個別の基板として構成され、熱可塑性接着剤層を介して相互に接合される。２つの個別基板の接続のための接着層としては、例えば、プラスチック、特にポリビニルブチラール（ＰＶＢ）、エチレンビニルアセテート（ＥＶＡ）、ポリウレタン（ＰＵ）をベースにしたプラスチックを使用することができる。前記加熱層３は、内側ディスクの接着剤層との接合側に堆積させてもよいが、しかしながら前記加熱層３を、内側ディスク上に被着させる代わりに、平坦な支持体４上に被着させることも可能である。それに続いてこの支持体４は前記２つの個別基板と接着される。合わせガラスの構造については、当業者にはよく知られているものなので、ここでのこれ以上の立ち入った説明は省く。

図１に示されているように、ここでの加熱層３は直線状の複数の分離ゾーン（分離ライン）５によって電気的に中断されている。この場合連続的な蛇行状若しくはＳ字状の電流路６が、前記加熱層３の２つの接続電極８，８′間に形成される。接続電極８，８′への加熱電流の給電によって、平面状加熱素子１が加熱可能となる。前記２つの接続電極８，８′は、ここでは例えば同じ材料から形成され、特に、銀プリントペーストを加熱層３に印刷することによって印刷処理で当該加熱層３を形成することができる。あるいは、特に銅又はアルミニウムからなる狭幅の金属箔ストリップから前記２つの接続電極８，８′を形成することも可能である。これらは前記加熱層３上に固定されてもよいし、場合によっては基板１上に固定されてもよい。前記接続電極８，８′は、（図示されていない）接続導体路を介して電圧源、例えば電池ないし蓄電池、特に車両用バッテリの２つの極に給電のために接続可能である。これらの電圧源からは、例えば、内燃機関によって駆動される車両の典型的な搭載電源網電圧に相当する１２Ｖ〜２４Ｖの給電電圧が得られるか、又は、電気自動車の典型的な搭載電源網電圧に相当する４０Ｖ以上の給電電圧が得られる。また、前記平面状加熱素子１を、建物の屋内若しくは屋外領域の暖房用として使用する用途の場合には、前記電圧源は、例えば１１０Ｖ〜２２０Ｖの配電網電圧を供給する中央電圧供給部であり得る。

前記平面状加熱素子１において、分離ゾーン５は、加熱層３の材料の除去によって形成されている。この場合例えば、Ｖ字状若しくはＵ字状のチャネルないし凹部が、前記加熱層３の材料内にもたらされる。これらのチャネルは、付加的に電気絶縁材料で充填されるようにしてもよい。分離ゾーン５を形成するための前記加熱層３の除去は、例えば、機械的な方法、詳細には切削や研磨によって行われてもよい。本発明によれば、有利には前記除去が、分離ゾーン５内の加熱層３の材料を除去するレーザービームを用いて行われる。

本発明の趣旨において、前記「分離ゾーン」とは、一般に、加熱層３の次のような各領域と理解されたい。すなわち、加熱層の隣接する２つの領域を相互に電気的に絶縁させるのに適した各領域である。そのため電流の流れは、この分離ゾーン５によって阻止される。この目的のために、例えば前記分離ゾーン５は、１ΜΩ以上の電気抵抗を有する。

前記分離ゾーン５は、平行な配置構成を備え、第１の基板縁部１１ないし１１′から対向側の基板縁部１１′ないし１１の方へ交互に延在している。なおこの分離ゾーン５は、対向側の第１の基板縁部には到達することなく、加熱層３内部のゾーン端部１０で自由に若しくは任意に終端している。これにより、前記加熱層３において蛇行状若しくはＳ字状の電流路６が形成される。一般に、前記ゾーン端部１０とは、分離ゾーン５の次のような各領域と理解されたい。すなわち電流路６が加熱層３内部における変更ゾーン９においてその通流方向を変更している各領域である。換言すれば、前記ゾーン端部１０は、それぞれ次のような転換点、すなわちそこにおいて加熱電流がその通流方向を変化させる転換点を表し、ここでは例えば１８０°転換させている。本発明によれば、前記ゾーン端部１０は分離ラインないし分離ゾーン５の自由端部によって形成されている。

前記平面状加熱素子１においては、前記自由ゾーン端部１０において、それぞれ直線状の移行ゾーン７が、前記直線状の分離ゾーン５の延長線上に整合させるようにして配置されている。この移行ゾーン７は、前記分離ゾーン５に直接つながるものである。但し前記移行ゾーン７は、関連する分離ゾーン５に対して異なる配向及び異なる配置構成を有することも考えられる。

前記移行ゾーン７は、前記自由ゾーン端部１０の方向に向けて前記加熱層３の層厚さを減少させることによってそれぞれ形成されている。このような加熱層３の層厚さの低減によれば、加熱層３の導電率が局所的に低減され、それによって電気抵抗が増加する。

図１の拡大された断面図（分離ゾーン５及び移行ゾーン７に沿った平面状加熱素子１の断面図）から見て取れるように、加熱層３の層厚さは、前記自由ゾーン端部１０から出発して、前記移行ゾーン７においては、加熱層３の堆積によって完全な層厚さが得られている加熱層３の残りの領域に達するまで、線形的に増加している。これにより、移行ゾーン７における導電率は相応に変化し、すなわち自由ゾーン端部１０の方に向かって低減する。

図からわかるように、分離ゾーン５（領域Ａ）において、基板２上に加熱層３は存在していない。移行ゾーン７（領域Ｂ）において、前記加熱層３の層厚さは、分離ゾーン５の自由ゾーン端部１０から始まって連続的かつ線形的に増加している。この場合当該移行ゾーン７の導電率は、自由ゾーン端部１０からの離間距離に伴って増加している。（領域Ｃの）加熱層３においては、少なくともほぼ一定の層厚さが存在している。移行ゾーン７の開始点は、自由ゾーン端部１０によって与えられる（すなわち領域Ａと領域Ｂの間の移行部）。前記移行ゾーン７の終端は、加熱層３の完全な層厚さへの到達によって定められる（すなわち領域Ｂと領域Ｃの間の移行部）。導電率の低下は、電流の一部が、より高い導電率の領域へ移動することによって引き起こされるので、自由ゾーン端部１０における電流の流れの均量化がホットスポット回避のために得られるようになる。

移行ゾーン７における加熱層３の層厚の変化は、有利にはレーザーを用いて例えば加熱層３の選択的な除去によって行うことができ、この場合加熱層３上のレーザースポットの選択されたエネルギー密度に応じて、加熱層の所定の材料量が除去される。あるいは、その他のレーザーパラメータ、例えば電力、周波数、パルス幅、レーザービーム形状又は繰返しレートなどを適切に適合化させて調整することも可能である。レーザーの適切な波長は、例えば３５５ｎｍ、５３２ｎｍ、又は１０６４ｎｍである。その上さらに制御可能な可動レーザーヘッドの適用も可能であり、その場合にはレーザースポットの動きを調整することによって、例えばレーザースポットの速度又は加速度を変化させることによって、種々異なる切除が達成できる。加熱層３の所望の切削深さを達成するために、上記の方法は任意に組み合わせ可能である。パラメータ及び使用されるレーザーの選択は、パターン形成すべき加熱層３の材料に依存している。前記加熱層３の除去と層厚さの勾配の形成に対しては、基本的には上記以外の他の技術も、例えば、機械的又は化学的方法を用いることも可能である。例えば、加熱層３を除去するための化学的方法にはエッチング処理ステップが含まれていてもよい。

有利には、前記移行ゾーン７は、分離ゾーン５の延長線上に合わせて算定される長さを有し、これは電流路６の少なくとも二倍の幅に相当している。これにより、移行ゾーン７の領域において特に均一な電流分布を達成することと、ホットスポットの出現に確実にかつ安全に対処すること若しくはそのようなホットスポットの出現を回避することが達成可能になる。電流路の幅は、図示の実施形態によれば、２つの直線状の分離ゾーン５の垂直方向の離間距離によって与えられる。

さらに加熱層３の層厚さを低減させることに補足的に若しくはそれに代えて、その他の適切な手段によって前記移行ゾーン７を形成することも可能である。例えば前記自由ゾーン端部１０の領域における加熱層３の導電率を、所望の方法で変更することも可能である。その際には例えば加熱層３の多孔率を変えたり、加熱層３に対して不純物又はドーパントを添加したりすることが行われる。とりわけ前記移行ゾーン７は、加熱層３の多孔率が自由ゾーン端部１０の方へ向けて増加するように形成してもよい。これにより、加熱層３の導電率が低減される。また前記加熱層３が、導電率を高めるためのドーパントを含んでいるケースでは、前記移行ゾーン７は次のように形成してもよい。すなわち、当該移行ゾーン７におけるドーパントの濃度が前記自由ゾーン端部１０の方へ向けて低くなるように形成してもよい。それにより加熱層３の導電率が減少する。また前記加熱層３が導電率を下げるためのドーパントを含んでいるケースでは、移行ゾーン７を次のように形成することができる。すなわち当該移行ゾーン７におけるドーパントの濃度が前記自由ゾーン端部の方へ向けて高くなるように形成してもよい。この場合も加熱層３の導電率は減少する。

図２Ａは、図１の平面状加熱素子１を示している。この図では電流路６が電流線路に基づいて描写されている。ここでは電流路６の湾曲している領域において、移行ゾーン７中の導電率の変化によって、前記自由ゾーン端部１０に電流の流れが集中することが回避されている。これによりホットスポットの発生を打ち消す対処が可能になる。これについての比較対象として、図２Ｂには、図３による従来方式の平面状加熱素子１０１における相応の状況が示されている。ここでは、電流の流れが自由ゾーン端部１０の領域に集中しており、それによって当該領域における温度が著しく高まっている。これにより、平面状加熱素子１０１において望ましくない不均一な熱分布が出現し、その結果としてホットスポット１０９が発生している。

１ 平面状加熱素子
２ 基板
３ 加熱層
４ 支持体
５ 分離ゾーン
６ 電流路
７ 移行ゾーン
８、８′ 接続電極
９ 変更ゾーン
１０ 自由ゾーン端部
１１，１１′ 第１の基板縁部
１２，１２′ 第２の基板縁部
１３ 基板表面
１０１ 平面状加熱素子
１０２ 基板
１０３ 加熱層
１０４ 分離ゾーン
１０５ 電流路
１０６，１０６′ 接続電極
１０７ 変更ゾーン
１０８ 自由ゾーン端部
１０９ ホットスポット

Claims (11)

1. 平面状加熱素子（１）であって、
   基板表面（１３）を有する少なくとも１つの基板（２）を含み、
   前記基板（２）を加熱するために導電性材料（２）からなる電気的加熱層（３）を含み、
   前記加熱層（３）は、少なくとも前記基板表面（１３）の一部に亘って延在し、電圧源への接続のために設けられた少なくとも２つの電極（８，８′）と、当該電極（８，８′）間で加熱電流のための電流路（６）が形成されるように接続されており、
   １つ若しくは複数の分離ゾーン（５）を含み、
   前記分離ゾーン（５）は、前記加熱層（３）を電気的に分割されており、前記分離ゾーン（５）はそれぞれ少なくとも１つの自由ゾーン端部（１０）を有しており、さらに前記分離ゾーン（５）は、前記自由ゾーン端部（１０）における前記電流路（６）の通流方向が変化するように構成されており、ここで前記自由ゾーン端部（１０）において前記各分離ゾーン（５）には、それぞれ１つの移行ゾーン（７）が接続されており、前記移行ゾーン（７）は、前記加熱層（３）の導電率が前記自由ゾーン端部（１０）の方へ向けて低減するように構成されていることを特徴とする平面状加熱素子（１）。
2. 前記移行ゾーン（７）は、前記電流路（６）の延在方向に対して垂直方向で測定される前記電流路（６）幅の少なくとも半分の長さに相当する長さを有している、請求項１記載の平面状加熱素子（１）。
3. 前記移行ゾーン（７）において、前記加熱層（３）の層厚が、前記自由ゾーン端部（１０）の方へ向けて減少している、請求項１又は２に記載の平面状加熱素子（１）。
4. 前記移行ゾーン（７）において、前記加熱層（３）の多孔率が、前記自由ゾーン端部（１０）の方へ向けて増加している、請求項１から３いずれか１項記載の平面状加熱素子（１）。
5. 前記加熱層（３）は、導電率を高めるためのドーパントを含んでおり、前記移行ゾーン（７）における前記ドーパントの濃度は、前記自由ゾーン端部（１０）の方へ向けて減少している、請求項１から４いずれか１項記載の平面状加熱素子（１）。
6. 前記加熱層（３）は、導電率を減少させるためのドーパントを含んでおり、前記移行ゾーン（７）における前記ドーパントの濃度は、前記自由ゾーン端部（１０）の方へ向けて増加している、請求項１から４いずれか１項記載の平面状加熱素子（１）。
7. 前記基板表面（１３）に、前記電気的加熱層（３）を備えた支持体、例えばプラスチックフィルム（４）が被着されている、請求項１から６いずれか１項記載の平面状加熱素子（１）。
8. 支持体（４）、例えばプラスチックフィルムであって、
   前記支持体（４）の表面の一部に被着された導電性材料からなる少なくとも１つの電気的加熱層（３）と、電圧源に接続するために設けられた少なくとも２つの電極（８，８′）とを有し、
   前記電極（８，８′）は、当該電極（８，８′）間で加熱電流のための電流路（６）が形成されるように前記加熱層（３）に接続されており、
   前記加熱層（３）は、１つ又は複数の分離ゾーン（５）によって電気的に分割されており、
   前記分離ゾーン（５）は、それぞれ少なくとも１つの自由ゾーン端部（１０）を有しており、さらに前記分離ゾーン（５）は、前記自由ゾーン端部（１０）における前記電流路（６）の通流方向が変化するように構成されており、ここで前記自由ゾーン端部（１０）において前記各分離ゾーン（５）には、それぞれ１つの移行ゾーン（７）が接続されており、前記移行ゾーン（７）は、前記加熱層（３）の導電率が前記自由ゾーン端部（１０）の方へ向けて低減するように構成されていることを特徴とする支持体（４）。
9. 平面状加熱素子（１）を製造する方法であって、
   基板表面（１３）と、基板（２）を加熱するための導電性材料からなる電気的な加熱層（３）とを有している少なくとも１つの平面状の基板（２）を供給するステップを含んでおり、前記加熱層（３）は、少なくとも前記基板表面（１３）の一部に亘って延在し、電圧源への接続のために設けられた少なくとも２つの電極（８，８′）と、当該電極（８，８′）間で加熱電流のための電流路（６）が形成されるように接続されており、
   前記加熱層（３）を１つ以上の分離ゾーン（５）によって電気的に分割するステップを含んでおり、前記分離ゾーン（５）は、それぞれ少なくとも１つの自由ゾーン端部（１０）を有しており、さらに前記分離ゾーン（５）は、前記自由ゾーン端部（１０）における前記電流路（６）の通流方向が変化するように構成されており、
   １つ又は複数の移行ゾーン（７）を生成するステップを含んでおり、前記各移行ゾーン（７）は、前記分離ゾーン（５）の前記自由ゾーン端部（１０）に接続され、前記加熱層（３）の導電率が、前記自由ゾーン端部（１０）の方へ向かって低減されるようにしたことを特徴とする方法。
10. 前記基板表面（１３）上に、電気的な前記加熱層（３）を備えた支持体（４）、特にプラスチックフィルムが被着される、請求項９記載の方法。
11. 請求項１から７いずれか１項記載の平面状加熱素子（１）を、家具、機器、建築物における機能的な個別要素として又は組込み要素として使用し、特に居住空間における暖房用加熱体、例えば壁掛け式加熱体若しくは自立式加熱体として使用し、あるいは、陸上、空中又は水中を移動するための移動手段、特に自動車において、例えばフロントガラス、リアウィンドウ、サイドウィンドウ、及び／又はガラスサンルーフに用いる使用方法。

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