JP6911502B2

JP6911502B2 - 加熱電極シート、加熱電極シートロール

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Publication number: JP6911502B2
Application number: JP2017093097A
Authority: JP
Inventors: 博俊末次; 平川　学; 学平川; 聡後石原
Original assignee: Dai Nippon Printing Co Ltd
Current assignee: Dai Nippon Printing Co Ltd
Priority date: 2017-05-09
Filing date: 2017-05-09
Publication date: 2021-07-28
Anticipated expiration: 2037-05-09
Also published as: JP2018190627A

Description

本発明は、通電することでジュール熱（Ｊｏｕｌｅｈｅａｔ）により発熱する発熱導体を備える加熱電極シート、及びこれが帯状に形成されて巻かれた加熱電極シートロールに関する。

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シートを具備して構成されている。そして当該加熱電極シートは、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、通電させることで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

このような加熱電極シートは、上記のように２枚のガラス板の間に配置され、その両面に設けられた接着剤によりガラスに接着される。しかしながら、このようにガラス板に接着されて通電加熱パネルとされるのは、通常は加熱電極シートの製造とは異なる工程で行われる。さらには、このようにガラス板に接着する工程についてもすぐに行われるとは限らず、その間は倉庫に保管されたり、異なる場所に輸送されたりする。
従って、加熱電極シートは、その製造後に発熱導体の上から粘着層が設けられた保護シートが貼り付けられて保護されている。

しかしながら、保護シートの粘着力が足りない場合には、保管や輸送中に保護シードはがれて発熱導体に錆びが生じることがある。一方、保護シートの粘着力が強い場合には保護シートを剥がす際に発熱導体を断線させてしまうことがあった。

そこで本発明は、保管や輸送、及び保護層の剥離時において、特に発熱導体に不具合が生じ難い加熱電極シートを提供することを課題とする。また、このようなシートが巻かれた加熱電極シートロールを提供する。

以下本発明について説明する。ここでは理解容易のために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、基材層（１１）と、基材層の一方の面に配置された発熱導体（１４）と、発熱導体を覆うように配置される接着剤層（１５）と、を備える、加熱電極シート（１０）である。

この加熱電極シートでは、発熱導体（１４）と基材層（１１）との間に発熱導体用接着剤層（１２）が設けられてもよい。

接着剤層（１５）のうち、基材層（１１）とは反対側に配置された剥離可能な保護シート（１６）を備えてもよい。

また、上記加熱電極シートが複数配列された帯状のシートが巻かれてなる加熱電極シートロールを提供することができる。

本発明によれば、保管や輸送において、発熱導体に不具合が生じ難い加熱電極シート又はこれを巻いた加熱電極シートロールとすることができる。

加熱電極シート１０を説明する平面図である。加熱電極シート１０の層構成を説明する断面図である。発熱導体１４の１つの例である。加熱電極シート１０を説明する斜視図である。図５（ａ）は発熱導体１４’を説明する図、図５（ｂ）は発熱導体１４”を説明する図である。発熱導体１４の断面形態について説明する図である。図７（ａ）〜図７（ｄ）は、加熱電極シート１０の作製方法を説明する図である。加熱電極シートロール２０について説明する図である。通電加熱パネル３０を説明する平面図である。通電加熱パネル３０の層構成を説明する断面図である。

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は加熱電極シート１０を平面視した概念図、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１４の１つの例である発熱導体１４の拡大図を示した。図４には加熱電極シート１０の一部を斜視図で表している。

加熱電極シート１０は、通電することによって発熱し、後述する通電加熱パネル３０に備えられて通電加熱パネル３０を加熱するよう構成されている。図１〜図４よりわかるように、加熱電極シート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、本形態の加熱電極シート１０は、図２の断面図に示す如く基材層１１、発熱導体用接着剤層１２、バスバー電極１３、発熱導体１４、パネル用接着剤層１５、及び保護層１６を有している。

基材層１１は、加熱電極シート１０の、特にバスバー電極１３及び発熱導体１４がその一方の面上に配置されて、該バスバー電極１３及び発熱導体１４を支持する基材として機能する層である。基材層１１は透明な板状の部材であり、樹脂により形成されている。基材層１１を形成する樹脂としては可視光線波長帯域の波長（３８０ｎｍ〜７８０ｎｍ）を透過するものであれば如何なる樹脂でも良いが、好ましくは熱可塑性樹脂を用いることができる。熱可塑性樹脂としては、例えばポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナレフタレート、アモルファスポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）等のポリエステル樹脂、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリメチルペンテン、環状ポリオレフィン等のポリオレフィン樹脂、ポリメチルメタクリレート等のアクリル樹脂、トリアセチルセルロース（三酢酸セルロース）等のセルロース系樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリスチレン、アクリロニトリル−スチレン共重合体等のスチレン系樹脂、ポリ塩化ビニル、等を挙げることができる。その中でもＰＥＴが、エッチング耐性、耐候性、耐光性に優れていることから好ましい。ＰＥＴはその屈折率が１．５８前後である。
基材層１１の厚さとしては、２０μｍ以上３００μｍ以下が一般的である。

発熱導体用接着剤層１２は、基材層１１と発熱導体１４との間に配置され、両者の密着性を向上させる機能を有する接着剤層である。ここに用いられる接着剤は、ドライラミネート方式の貼り合せ方法に用いられるものが好ましい。ドライラミネートとは、互いに貼り合せるべき２層の基材に対してその貼り合せ面の少なくとも一方に溶剤で溶解した液状の接着剤を塗布し、該接着剤の塗布層を乾燥後に、該接着剤層を間に介して積層した両層を１対の加熱ロールに挟持して加圧して貼り合わせる貼り合せ方法である。かかる貼り合せ方法で用いられる接着剤の材料としては、特に限定されることはなく公知のものを用いることができるが、例えば、熱硬化型樹脂が代表的である。具体的には、アクリルポリオール、ポリエステルポリオール、ポリカーボネートポリオール、ポリエーテルポリオール等のポリオールから選ばれた１種以上を主剤とし、これにトリレンジイソシアネート、キシ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から選ばれた１種以上を硬化剤とする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から選ばれた１種以上を主剤とし、ポリアミン、又は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挙げられる。これらの中でも、ポリエステルポリオールを主剤とする２液硬化型ポリエステル系ウレタン、ポリカーボネートポリオールを主剤とする２液硬化型ポリカーボネート系ウレタン等を好適に用いることができる。

本形態でバスバー電極１３は、第一バスバー電極１３ａ及び第二バスバー電極１３ｂから形成されている。第一バスバー電極１３ａ、第二バスバー電極１３ｂ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１３ａと第二バスバー電極１３ｂ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１３ａ及び第二バスバー電極１３ｂ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１４は、第一バスバー電極１３ａと第二バスバー電極１３ｂとを渡すように両バスバー電極１３ａ、１３ｂと交差する方向（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１３ａと第二バスバー電極１３ｂとが当該発熱導体１４により電気的に接続されている。この発熱導体１４が通電により発熱する。
本形態ではこのような発熱導体１４が、第一バスバー電極１３ａ及び第二バスバー電極１３ｂ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１４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、光芒を緩和する観点から、平面視（図１の視点）で発熱導体１４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２４’や、図５（ｂ）に示したメッシュ状の発熱導体２４”を適用することもできる。

また、発熱導体１４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にＶＩで示した部位を拡大した図を示した。
発熱導体１４は、加熱電極シート１０の厚さ方向において、発熱導体１４の一方側（本形態では発熱導体用接着剤層１２側）の面を平面視した長さ０．０１ｍあたりの表面積をＳ_Ｂ、その反対側の面を平面視した長さ０．０１ｍあたりの表面積Ｓ_Ｔとしたとき、
０μｍ^２＜Ｓ_Ｂ−Ｓ_Ｔ≦３００００μｍ^２
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１４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^２＜Ｓ_Ｂ−Ｓ_Ｔ≦１５０００μｍ^２
である。
これによれば、発熱導体１４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。

上記範囲を満たしつつ、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Ｂで示した、隣り合う発熱導体２４の間隔Ｂ（発熱導体２４における開口部に相当する）は、０．１ｍｍ以上５．０ｍｍ以下であることが好ましい。より好ましくは０．４ｍｍ以上である。
また、当該断面において、上記Ｓ_Ｂ側の辺の長さ（線幅）をＷ_Ｂ、及びその反対側（Ｓ_Ｔ側）の辺の長さ（線幅）をＷ_Ｔとしたとき、
Ｗ_Ｂ＞Ｗ_Ｔ、
３μｍ≦Ｗ_Ｂ≦１５μｍ、及び
１μｍ≦Ｗ_T≦１２μｍ
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１４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１４の厚さＨは、２μｍ以上３０μｍ以下であることが好ましい。

発熱導体１４は、隣り合う発熱導体１４とのピッチＰが、０．１ｍｍ以上、５．０ｍｍ以下とされることが好ましい。ピッチＰを０．１ｍｍより小さくすると複数の発熱導体１４が密に配置されて、通電加熱パネル１０としたときに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５．０ｍｍより大きいと均一な加熱性能が低下したり、発熱導体１４が視認されたりする虞がある。

発熱導体１４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。

パネル用接着剤層１５は、バスバー電極１３、及び発熱導体１４を含み、発熱導体用接着剤層１２と、後述する第二パネル３２と、を接着する層である。すなわち、パネル用接着剤層１５は発熱導体１４の表面を覆うとともに、隣り合う発熱導体１４の間の開口に充填されており、発熱導体用接着剤層１２と接触している。
ここに用いら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。
パネル用接着剤層１５の厚さは特に限定されることはないが、発熱導体１４の厚さ（図６のＨ）より厚くなることが好ましい。これにより、パネル用接着剤層１５により発熱導体１４を保護することができる。より具体的には０．２ｍｍ以上１．０ｍｍ以下であることが好ましい。
パネル用接着剤層１５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収剤、赤外線吸収剤、帯電防止剤等の各種添加剤を添加することができる。

保護層１６は、パネル用接着剤層１５のうち発熱導体用接着剤１２とは反対側に配置されるシート状の部材であり、保護層として配置されるものである。従って、保護層１６は、通電加熱パネル１０の製造時には剥がすことができるように構成されている。
このような保護層としては特に限定されることはないが、透明樹脂板や光学シートの保護に用いられる保護フィルムを用いることができる。これには例えば、ポリエチレンテレフタレート、ポリプロピレン、ポリエチレン等の樹脂に剥離可能にアクリル粘着層が形成されたフィルムを挙げることができる。

以上のような加熱電極シート１０によれば、発熱導体１４はパネル用接着剤層１５により囲まれており、空気に晒されることが無いので長期間の保管、及び運搬によっても錆の発生を防止することができる。また、保護層１６はパネル用接着剤層１５に積層されているので、保護層１６を剥がす際に発熱導体１４が断線することもない。すなわち、保管や輸送、及び保護層の剥離時において、発熱導体に不具合が生じ難い加熱電極シートとすることができる。

加熱電極シート１０は例えば次のように製造することができる。図７（ａ）〜図７（ｄ）に説明のための図を示した。

先ず、図７（ａ）に示したように、金属箔１４ａを、樹脂フィルムからなる基材層１１上に発熱導体用接着剤層１２を介して貼り合せ積層した積層体を製造する。
次いで、図７（ｂ）に示したように、該積層体の金属箔１４ａ上に感光性レジスト層８０を塗工形成する。

その後、所望のパターンの発熱導体１４及びバスバー電極１３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８０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８０ａに合致する形状のレジストパターン層８０’を該金属箔１４ａ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１４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８０’に形成されたレジストパターン８０ａの縁から、形成されるべき発熱導体１４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１４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８０’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８０’金属箔１４ａを腐蝕除去する。そして、該レジストパターン層を溶解除去（脱膜）する。かくして、発熱導体用接着剤層１２上に図１の平面視形状及び図２の断面形状の所定パターンの発熱導体１４、第一バスバー電極１３ａ及び第二バスバー電極１３ｂが形成された積層部材を製造する。

上記のように発熱導体１４の断面を規定すれば、生産性高く発熱導体１４を形成することができる。

そして、形成された発熱導体１４を覆い、隣り合う発熱導体１４の間の開口に充填するようにパネル用接着剤層１５を積層し、さらにその上に保護層１６を積層する。積層の態様は図２に示した通りである。

以上説明した加熱電極シート１０の製造方法によれば、エッチングによっても断面形状が矩形に近い発熱導体を得ることができ、上底と下底との差が大きい台形断面である発熱導体に比べて、幅方向の大きさを小さく抑えつつも、厚さを大きくして断面積を大きくすることが可能となる。

また、以上のような製造工程では、長い帯状の基材層１１上に、複数の発熱導体用接着剤層１２、バスバー電極１３、発熱導体１４、パネル用接着剤層１５による積層体が並び、これに長い帯状の保護層１６が積層されるように形成することができる。これによれば連続して加熱電極シート１０を作製することができる。
すなわち、図８に示したように、複数の加熱電極シート１０が連続して帯状に形成され、これが巻かれた加熱電極シートロール２０とすることができる。このようにロール状で保管や運搬を行えば、さらに効率よく保管及び移動ができる。そして加熱電極シート１０は、この加熱電極シート２０を巻き戻しながら打ち抜き等により切り出して作製することができる。

以上のような加熱電極シート１０を用いて通電加熱パネル３０が形成される。図９は通電加熱パネル３０を平面視した概念図、図１０は図９に示したＸ−Ｘ線による断面図である。
図９、図１０からわかるように、通電加熱パネル３０は、第一パネル３１、第二パネル３２、パネル用接着剤層３３、加熱電極シート１０、及び、電源接続配線３４を有して構成されている。加熱電極シート１０は上記の通りであるが、保護層１６は剥離されている。

第一パネル３１、及び第二パネル３２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。なお、ここで板面とは、第一パネル３１及び第二パネル３２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３１と第二パネル３２との間に、加熱電極シート１０が配置され、パネル用接着剤層１５、３３により一体化されている。

第一パネル３１及び第二パネル３２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３０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。
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３１及び第二パネル３２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。

パネル用接着剤層３３は第一パネル３１のうち第二パネル３２側となる面に積層された接着剤からなる層であり、加熱電極シート１０の基材層１１と第一パネル３１とを接着する。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。
パネル用接着剤層３３の厚さは特に限定されることはないが、０．２ｍｍ以上１．０ｍｍ以下であることが一般的である。
パネル用接着剤層３３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収剤、赤外線吸収剤、帯電防止剤等の各種添加剤を添加することができる。

電源接続配線３４は、図９からわかるように、第一バスバー電極１３ａと第二バスバー電極１３ｂ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。通電加熱パネル３０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１３ｂ、負極に第一バスバー電極１３ａを接続することができる。もちろん、別途専用の電源（電池、発電機等）を用いても良い。また、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３４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３０とされている。図９からわかるように、第一パネル３１の一方の面にパネル用接着剤層３３が積層されており、このパネル用接着剤層３３を介して第一パネル３１に加熱電極シート１０の基材層１１が積層されている。また、保護層１６が剥離された加熱電極シート１０のパネル用接着剤層１５に第二パネル３２が貼り付けられる。

このような通電加熱パネル３０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（いわゆる窓材）として用いることができ、これには例えば上記自動車をはじめ、鉄道車両、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、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。

通電加熱パネル３０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３０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９、図１０の形態に於いては、通電加熱パネル３０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３４に開閉器５０を介して電源４０が接続され、バスバー電極１３を介して発熱導体１４を発熱させることができる。本形態においては、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１４はジュール熱の発熱により第一パネル３１、第二パネル３２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３０の温度が上昇し、凍結及び曇りが解消される。

１０加熱電極シート
１１基材層
１２発熱導体用接着剤層
１３バスバー電極
１４発熱導体
１５パネル用接着剤層
１６保護層
２０加熱電極シートロール
３０通電加熱パネル
３１第一パネル
３２第二パネル
３３パネル用接着剤層
４０電源

Claims

基材層と、
前記基材層の一方の面に配置された発熱導体と、
前記発熱導体を覆うように配置される接着剤層と、
前記接着剤層の面うち、前記基材層が配置された面とは反対側の面に配置された剥離可能な保護シートと、を備え、
前記発熱導体と前記保護シートとの間には前記接着剤層のみが配置されている、加熱電極シート。
前記発熱導体と前記基材層との間に発熱導体用接着剤層が設けられている請求項１に記載の加熱電極シート。
請求項１又は２に記載の加熱電極シートが複数配列された帯状のシートが巻かれてなる加熱電極シートロール。