JP6834171B2 - 通電加熱パネルの製造方法、通電加熱パネル、及び乗物 - Google Patents

通電加熱パネルの製造方法、通電加熱パネル、及び乗物 Download PDF

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Description

本発明は、通電することでジュール熱(Joule heat)により発熱する発熱導体を備える通電加熱パネルの製造方法、及び発熱導体を備える通電加熱パネル、及びこれを用いた乗物に関する。
従来、特許文献1〜特許文献3に記載のように、自動車、鉄道、航空機、及び船舶等の乗り物のガラス窓、並びに、建物のガラス窓に対して、通電することにより加熱し、ガラス窓の凍結や曇りを解消する通電加熱パネルの技術がある。このような通電加熱パネルは、2枚のガラス板の間に加熱電極装置を具備して構成されている。そして当該加熱電極装置は、離隔して配置された一対のバスバー電極、及び、この一対のバスバー電極間を渡すように配置された発熱導体を有しており、一対のバスバー電極に電源を接続することで発熱導体に通電可能とされ、発熱導体を発熱させてガラス窓を加熱できるように構成されている。
特開平8−72674号公報 特開平9−207718号公報 特開2013−56811号公報
このような通電加熱パネルは、ガラス窓に具備されているので、その基本的機能として、通電加熱パネルを通して反対側の視認性が高くなければならない。ところが、場合によって発熱導体が視認されてしまうことがあった。
そこで本発明は、発熱導体が見えてしまうことを防止して反対側の視認性に優れた通電加熱パネルの製造方法を提供することを課題とする。また同様にして反対側の視認性に優れた通電加熱パネル、及びこれを備える乗物を提供する。
以下本発明について説明する。ここでは理解容易のため図面の参照符号を付記するが、本発明はこれに限定されるものではない。
本発明の1つの態様は、銅、又は銅合金により形成される銅層(53)、銅層に積層される剥離層(54)、及び剥離層のうち銅層が積層された側とは反対側に配置された銅箔層(55)を含む積層体の銅箔層にレジスト(60)を積層する工程と、レジストの一部を除去して所望のパターンに形成する工程と、レジストを除去した部位を通じて銅箔層をエッチングする工程と、残留していたレジストを除去する工程と、エッチングする工程により残留した銅箔層に対して接着剤層(13)を積層する工程と、接着剤層及びここに積層された銅箔層を剥離層から剥離する工程と、を含む、通電加熱パネル(10)の製造方法である。
上記通電加熱パネルの製造方法において、銅箔層(55)の厚さを1μm以上5μm以下とすることができる。
本発明の他の態様は、透明な第一パネル(11)と、第一パネルに対して間隔を有して配置された透明な第二パネル(12)と、第一パネルに積層された第一接着剤層(13)と、第二パネルに積層された第二接着剤層(14)と、第一パネルと第二パネルとの間隔に配置された発熱導体(22)と、を備え、前記発熱導体(22)は隣り合う発熱導体との間に開口部(23)を有し、第一接着剤層と第二接着剤層とが開口部(23)において直接接着されている、通電加熱パネル(10)である。
上記通電加熱パネルにおいて、発熱導体の厚さを1μm以上5μm以下としてもよい。
また、上記した通電加熱パネルが窓に用いられている乗物を提供することができる。
本発明によれば、通電加熱パネルを通して反対側の視認性が優れたものを提供することが可能となる。
通電加熱パネル10を説明する平面図である。 通電加熱パネル10の層構成を説明する断面図である。 発熱導体22の1つの例である。 加熱電極装置20を説明する斜視図である。 図5(a)は発熱導体22’を説明する図、図5(b)は発熱導体22”を説明する図である。 発熱導体22の断面形態について説明する図である。 図7(a)〜図7(d)は、通電加熱パネル10の製造方法を説明する図である。 図8(a)〜図8(c)は、通電加熱パネル10の製造方法を説明する図である。
以下本発明を図面に示す形態に基づき説明する。ただし、本発明はこれら形態に限定されるものではない。なお、図面に表れる各部材は理解し易さの観点から大きさや形状を誇張、変形して表すことがある。
図1は1つの形態を説明する図で、通電加熱パネル10を概念的に示した平面図である。図2は図1に示したII−II線による断面図である。図3には図1にIIIで示した部位の拡大図で、発熱導体22の1つの例である発熱導体22の拡大平面図を示した。
このような通電加熱パネル10は例えば自動車のフロントガラスとして自動車に備えられる。その他、いわゆるガラス窓或いはガラス扉等の透明な開口部を有するところに透明開口部材(所謂窓材)として用いることができ、これには例えば上記自動車の他、鉄道車輛、航空機、及び船舶、宇宙船等の乗り物の窓、扉等の開口部、並びに、各種建物の窓、扉等の開口部を挙げることができる。又、交通信号機、電子看板及び電子広告の窓材(表面保護板)、自動車の前照燈等の各種乗物の外部に備える照明裝置の窓材(表面保護板)等にも用いることができる。
図1〜図3よりわかるように、通電加熱パネル10は全体として板状であり、複数の層が厚さ方向(図1、図2に示したZ軸方向)に積層してなる。より具体的には、本形態の通電加熱パネル10は、図2の断面図に示す如く第一パネル11、第二パネル12、第一接着剤層13、第二接着剤層14、及び、加熱電極装置20を有して構成されている。以下、それぞれについて説明する。
第一パネル11、及び第二パネル12は、透光性を有する、即ち透明な板状の部材であり、一方の面同士が向かい合うような姿勢で板面間に間隔を有して略平行に配置されている。いわゆる二重パネル構造である。尚、此処で板面とは、第一パネル11及び第二パネル12の表面のうちXY平面に平行な対向する2平面になる。この第一パネル11と第二パネル12との間に、加熱電極装置20の一部が配置され、第一接着剤層13、及び第二接着剤層14により一体化されている。
第一パネル11及び第二パネル12は板ガラスにより構成することができる。これには、当該通電加熱パネル10が適用される設備(例えば乗り物や建物)が通常に有する窓に用いられる板ガラスと同じものを用いることができる。例えばソーダライム硝子(青板硝子)、硼珪酸硝子(白板硝子)、石英硝子、ソーダ硝子、カリ硝子等から成る普通板ガラス、フロート板ガラス、強化板ガラス、部分板ガラス等が挙げられる。また、必要に応じて3次元的に曲面状に湾曲部を有するものであってもよい。このようなガラスの屈折率は通常1.4〜1.8である。特に各種乗り物や建物に用いられる上記ガラスは概ね屈折率が1.52前後のものが多い。
ただし必ずしもガラス板である必要はなく、アクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂等の樹脂から成る樹脂板であってもよい。ただし、耐候性、耐熱性、透明性等の観点から板ガラスであることが好ましい。
これら第一パネル11及び第二パネル12の厚さは特に限定されることはないが、1.5mm以上5mm以下であることが一般的である。
第一接着剤層13は、第一パネル11のうち第二パネル12側となる面に積層された接着剤からなる層である。一方、第二接着剤層14は、第二パネル12のうち第一パネル11側となる面に積層された接着剤からなる層である。この第1接着剤層13及び第二接着剤層14により、加熱電極装置20の一部、特に発熱導体22の部分を挟むとともに、隣り合う発熱導体22の間に形成される開口部23の部分に於いて第一接着剤層13、第二接着剤層14が直接接着することにより第一パネル11と第二パネル12とを一体化する。第一接着剤層13、及び第二接着剤層14に適用される接着剤としては特に限定されることはないが、接着性、耐候性、耐熱性、透明性等の観点からポリビニルブチラール樹脂(PVB)を用いることができる。PVBを用いた場合にはその屈折率は1.48前後となる。
第一接着剤層13の厚さは特に限定されることはないが、0.2mm以上1.0mm以下であることが通常である。
また、第二接着剤層14の厚さも特に限定されることはないが、図2からもわかるように発熱導体22の厚さ(Z方向大きさ)よりも厚いことが好ましい。
第一接着剤層13、及び第二接着剤層14の中には、必要に応じて、ベンゾトリアゾール系化合物、ベンゾフェノン系化合物等の紫外線吸收剤、赤外線吸收剤、帯電防止剤等の各種添加剤を添加することができる。
加熱電極装置20は、通電することによって発熱し、通電加熱パネル10を加熱するよう構成されている。図4には加熱電極装置20の一部を斜視図で表している。
図1〜図4よりわかるように本形態では加熱電極装置20は、バスバー電極21、発熱導体22、及び電源接続配線24を有している。
本形態でバスバー電極21は、第一バスバー電極21a及び第二バスバー電極21bから形成されている。第一バスバー電極21a、第二バスバー電極21bはそれぞれ一方向(図1においてはX軸方向)に延びる帯状であり、第一バスバー電極21aと第二バスバー電極21bとは間隔を有して同じ方向に延びる(略平行となる)ように配置されている。
このような第一バスバー電極21a及び第二バスバー電極21bは公知の形態を適用することができ、帯状である当該電極の幅は3mm以上15mm以下が一般的である。
発熱導体22は、第一バスバー電極21aと第二バスバー電極21bとを渡すように第一バスバー電極21a、第二バスバー電極21bに対して交差する方向(図1においてはY軸方向)に延在して配置される。そして、第一バスバー電極21aと第二バスバー電極21bとが当該発熱導体22により電気的に接続されている。この発熱導体22が通電により発熱する。
本形態ではこのような発熱導体22が、第一バスバー電極21a及び第二バスバー電極21bの長手方向(図1においてはX軸方向)に複数配列されている。
また発熱導体22が延びる方向における形態は特に限定されることはないが、光芒をより確実に防止する観点から、平面視(図1の視点)で発熱導体22は図3に示したように波型であることが好ましい。
ただし、発熱導体の形態は波型に限定されることはなく、図5(a)に示した直線状の発熱導体22’や、図5(b)に示したメッシュ状の発熱導体22”を適用することもできる。
また、発熱導体22の断面形状は次のように構成されていることが好ましい。図6には、図2はVIで示した部位を拡大した図である。
発熱導体22は、加熱電極装置20の厚さ方向において、発熱導体22の一方側(本形態では第一接着剤層13側であり且つ第一パネル11側)の面を平面視した長さ0.01mあたりの表面積をS、その反対側の面を平面視した長さ0.01mあたりの表面積をSとしたとき、
0μm<S−S≦30000μm
が成立することが好ましい。ここで「長さ」とは、延びる発熱導体22のある0.01mを取り出したときにおける一端と他端との距離である。より好ましくは、
0μm<S−S≦15000μm
である。
これによれば、発熱導体22を視認されない幅で作製した際に、断面積を大きくとることができ、さらに高い出力(発熱量)を得ることが可能である。矩形(長方形)を作製することができれば理想ではあるが、エッチングにより作製することはいわゆるサイドエッジの性質上、困難がある。
さらに、その他の部位において次のように構成することが好ましい。図6に説明のための符号を付している。
図6にPで示した、隣り合う発熱導体22のピッチPは、70μm以上350μm以下であることが好ましい。ピッチPを70μmmより小さくすると複数の発熱導体22が密に配置されて、通電加熱パネル10の光の透過率が許容される範囲を超えて暗くなってしまう虞がある。一方、ピッチPが350μmより大きいと均一な加熱性能が低下したり、発熱導体22が視認されたりする虞がある。より好ましくは、ピッチPは150μm以下とする。
また、当該断面において、発熱導体22のパネル側(本形態に於いては第一パネル11側)の線幅に相当するW、及びその反対側の辺の線幅に相当する長さをWとしたとき、
>W
1μm<W≦5μm、及び
1μm≦W<5μm
が成り立つことが好ましい。
なお、この断面は、その部位において最小断面になるように切断された面とする。また、発熱導体22の表面に凹凸が形成されている場合には当該凹凸を含めた最小面積の断面を考えるものとする。
また、発熱導体22の厚さHは、1μm以上、5μm以下であることが好ましい。
又、発熱導体22の開口部23に於いて、隣接する発熱導体22間のパネル表面(本実施形態に於いては第一パネル11表面)側の距離B=P−Wは、
65μm<B≦349μm
となることが好ましい。尚、この距離Bは開口部23の幅とも呼稱される。
このように、薄くて細い発熱導体22により、従来に比べてより一層、発熱導体22が見えてしまうことを防止できる。
発熱導体22を構成する導体材料としては例えばタングステン、モリブデン、ニッケル、クロム、銅、銀、白金、アルミニウム等の金属、或いはこれら金属を含むニッケル−クロム合金、青銅、真鍮等の合金をエッチングによりパターン形成してなす部材を挙げることができる。この中でも後で説明する製造方法により効率的に発熱導体22を作製する際には、発熱導体22を銅で構成することができる。
電源接続配線24は、図1からわかるように、第一バスバー電極21aと第二バスバー電極21b間に電源40を接続する配線である。電源40は、水滴(曇り)、凍結(霜)等を溶解或いは蒸発させるに必要な電力を供給可能なものであれば特に限定されることはなく、適宜の電圧、電流、或いは周波数を有する公知の直流又は交流電源を用いれば良いが、通電加熱パネル10が自動車に適用される場合には、電源40として例えば自動車に既設の鉛蓄電池、リチウムイオン蓄電池等のバッテリーを直流電源として用いることができる。このときには例えばバッテリーの正極に第二バスバー電極21b、負極に第一バスバー電極21aを接続することができる。勿論、別途専用の電源(電池、発電機等)を用いても良い。又、電動機を動力とする鉄道車両の場合は架線から給電された直流又は交流電力を適宜の電圧及び電流に変換して用いることも出来る。
このような電源接続配線24は公知の構成を適用すればよい。
以上のような各構成により次のように通電加熱パネル10とされている。図2よりわかるように、第一パネル11の一方の面に第一接着剤層13が積層されており、第二接着剤層14が第二パネル12のうち第一パネル11側の面に積層されている。そして、この第一接着剤層13と第二接着剤層14とで挟むように加熱電極装置の発熱導体22が配置されるとともに、第一パネル11と第二パネル12とが一体化される。
このように薄くて幅も小さい発熱導体22により、発熱導体22がより確実に見えなくなり、反対側の視認性が高い通電加熱パネル10を提供することができる。
このような通電加熱パネル10は例えば次のように製造することができる。図7(a)〜図8(c)に説明のための図を示した。
初めに図7(a)に示したような積層体を準備する。すなわち、樹脂シート51、接着剤層52、銅層53、剥離層54、及び銅箔層55からなる積層体である。
樹脂シート51は、当該積層体の支持体となる樹脂からなるシート状の部材であり、透明不透明を問わない。樹脂シート51に適用される樹脂材料は特に限定されることはないが例えば2軸延伸のポリエチレンテレフタレート(PET)を挙げることができる。
接着剤層52は、支持体として機能する樹脂シート51と他の層とを接合する接着剤からなる層である。ここに用いられる接着剤は特に限定されることはないが、例えば、硬化方式(乃至は硬化機構)としては2液硬化型接着剤を用いることが出來る。2液硬化型接着剤の樹脂系としては、アクリルポリオール、ポリエステルポリオール、ポリエーテルポリオール等のポリオールを主剤とし、これにトリレンジイソシアネート、ヘキサメチレンジイソシアネート、イソホロンジイソシアネート等のイソシアネート化合物の多量体又は附加体を硬化剤とする2液硬化型ウレタン樹脂、ビスフェノールAとエピクロルヒドリンの共重合体等のプレポリマーを主剤とし、ポリアミン、酸無水物等を硬化剤とする2液硬化型エポキシ樹脂等が使用出來る。
銅層53は、接着剤層52により樹脂シート51に配置される銅箔又は銅合金箔からなる層である。銅層53はその厚さが10μm以上50μm以下であることが好ましい。この銅層53の銅箔としては例えば電解銅箔、電解銅合金箔、圧延銅箔または圧延銅合金箔を用いることが好ましい。
また、銅層53のうち接着剤層52とは反対側の面は平滑面とされ、JIS B0601(1994年)規定の10点平均粗さRzで1μm以下が好ましく、さらに好ましくは0.78μm以下とされている。これにより銅箔層55から形成される発熱導体22の表面もより適切なものとなる。
このような平滑面を得るための手段は特に限定されることはないが、機械的研磨、化学的研磨、電気化学的溶解、平滑めっき処理のいずれか、または複数を組み合わせることができる。
剥離層54は、後述するように、銅層53と銅箔層55(銅箔層55から形成される発熱導体22)との剥離を円滑に行うことができるように機能する層である。従って、剥離層54は銅層53のうち接着剤層52とは反対側の面に形成される。このような機能を有するそうであれば特に限定されることはないが、例えば、Cr、Ni、Co、Fe、Mo、Ti、W、P、これらの合金層、これらの水和酸化物を、電気メッキ等により形成することができる。
なお、Cr合金としては、Ni−Cr、Co−Cr、Cr−W、Cr−Cu、Cr−Fe、Cr−Ti等が挙げられる。三元系合金としては、Ni−Fe−Cr、Ni−Cr−Mo、Ni−Cr−W、Ni−Cr−Cu、Ni−Cr−P、Co−Fe−Cr、Co−Cr−Mo、Co−Cr−W、Co−Cr−Cu、Co−Cr−P等が挙げられる。
銅箔層55は、剥離層54を介して銅層53に積層された銅箔による層であり、発熱導体22となる層である。従ってその厚さは1μm以上5μm以下とされていることが好ましい。
このような銅箔層55の形成は例えば硫酸銅めっき浴、シアン化銅めっき浴、ほうフッ化銅めっき浴、ピロリン酸銅めっき浴、スルファミン酸銅めっき浴等により形成することができる。
図7(a)に示した上記積層体の銅箔層55上に感光性レジスト層60を形成する。斯かる感光性レジスト層60の形成方法としては、予め製膜されたドライフィルムレジストを熱ラミネートするか、或いは液状組成物を塗工し、乾燥固化させて感光性レジスト層を形成する。
次いで、所望のパターンの発熱導体22及び、必要によってはバスバー電極21の平面視パターンに基づいた遮光パターンを有するフォトマスクを用意する。そして、該フォトマスクを該感光性レジスト層60上に密着させて載置する。そして、該フォトマスクを通して紫外線露光し、フォトマスクを除去後、公知の現像処理により未露光の感光性レジスト層を溶解除去して、図7(c)に示したように所望パターン60aに合致する形状のレジスト層非形成部を有するレジストパターン層60’を銅箔層55上に形成する。
ここで図7(c)には形成されるべき発熱導体22の位置及び大きさを参考として破線及び薄墨で表している。図7(c)からわかるように、本例では、レジストパターン層60’に形成されたレジストパターン60aの縁から、形成されるべき発熱導体22の縁までの距離がCとなるように構成されている。そしてこのCは5μm以上であることが好ましい。これにより上記した形態の発熱導体22をエッチングにより得ることができる。
次いで、該レジストパターン層60’上から該積層体を腐蝕液によるエッチング(腐蝕)加工を行い、図7(d)のように、該レジストパターン層60’、及び銅箔層55の一部を腐蝕除去する。そして、該レジストパターン層60’を溶解除去(脱膜)する。斯くして、図8(a)に示したように剥離層54上に所定パターンの発熱導体22、必要に応じて更に第一バスバー電極21a及び第二バスバー電極21bが形成された積層部材を製造する。
上記のようにすることにより、幅及び厚さが小さい発熱導体22を生産性高く形成することができる。
次いで、図8(b)に示したように形成された発熱導体22のうち、剥離層54とは反対側の面に第一接着剤層13を積層する。その後、図8(b)に直線矢印で示したように、第一接着剤層13及びこれに積層された発熱導体22を剥離層54から剥離する。
そして最終的に図8(c)に示したように、更に、第一パネル11、第二接着剤層14、及び第二パネル12を積層して、通電加熱パネル10を得る。
尚、図8(b)に図示した工程に於いて、第一接着剤層13上に更に第一パネル11を積層した後、第一パネル11、第一接着剤層13及びこれに積層された発熱導体22を、剥離層54から剥離するようにすることも出來る。
通電加熱パネル10は例えば次のように用いられて作用する。ここでは1つの例として通電加熱パネル10を自動車のフロントパネルに適用した場合で説明する。
すなわち、図1の形態に於いては、通電加熱パネル10が自動車のフロントパネルの位置に配置される。この際には電源接続配線24に開閉器50を介して電源40が接続され、バスバー電極21を介して発熱導体22を発熱させることができる。本形態に於いては、電源40としては自動車に既設のバッテリーを用いている。開閉器50を閉じると、電源40から電流が供給される。当該発熱導体22はジュール熱の発熱により第一パネル11、第二パネル12が加熱されるのでフロントパネルとして機能する通電加熱パネル10の温度が上昇し、凍結及び曇りが解消される。
ここで本発明では、加熱電極装置20の発熱導体22が細く形成されているので、発熱導体22が見えてしまうことが防止され、光芒、及びギラツキも防ぐことができる。
また、上記のような製造方法によれば、このように細い発熱導体22を効率よく作製することができる。特に、汎用の厚さの銅箔を用いることができ、汎用性も高めることが可能となる。
10 通電加熱パネル
11 第一パネル
12 第二パネル
13 第一接着剤層
14 第二接着剤層
20 加熱電極装置
21 バスバー電極
22 発熱導体
23 開口部
51 樹脂シート
52 接着剤層
53 銅層
54 剥離層
55 銅箔層

Claims (5)

  1. 銅、又は銅合金により形成される銅層、前記銅層に電気メッキにより積層される剥離層、及び前記剥離層のうち前記銅層が積層された側とは反対側にメッキにより積層された銅箔層を含む積層体の前記銅箔層にレジストを積層する工程と、
    前記レジストの一部を除去して所望のパターンに形成する工程と、
    前記レジストを除去した部位を通じて前記銅箔層をエッチングする工程と、
    残留していた前記レジストを除去する工程と、
    前記エッチングする工程により残留した前記銅箔層に対して接着剤層を積層する工程と、
    前記接着剤層及びここに積層された前記銅箔層を前記剥離層から剥離する工程と、を含む、通電加熱パネルの製造方法。
  2. 前記銅箔層の厚さが1μm以上5μm以下である請求項1に記載の通電加熱パネルの製造方法。
  3. 前記銅層のうち前記剥離層側の面の表面粗さが、JIS B0601(1994年)規定の10点平均粗さRzで1μm以下である、請求項1又は2に記載の通電加熱パネルの製造方法。
  4. 前記銅層のうち前記剥離層側とは反対側に樹脂シートが積層されている、請求項1乃至3のいずれかに記載の通電加熱パネルの製造方法。
  5. さらに、前記接着層及び該接着層に積層された前記残留した銅箔層に対して、前記銅箔層側から他の接着剤層を積層する工程、を含み、
    前記接着剤層と前記他の接着剤層とで前記残留した銅箔層を挟む、請求項1乃至4のいずれかに記載の通電加熱パネルの製造方法。
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