JP6947241B2 - 通電加熱パネル、及び乗物 - Google Patents

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。

本発明の１つの態様は、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_Ｂ、その反対側の面を平面視した長さ０．０１ｍあたりの表面積を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^２＜Ｓ_Ｂ−Ｓ_Ｔ≦１５０００μｍ^２
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_Ｂ、及びその反対側の辺の線幅に相当する長さをＷ_Ｔとしたとき、
Ｗ_Ｂ＞Ｗ_Ｔ、
１μｍ＜Ｗ_Ｂ≦５μｍ、及び
１μｍ≦Ｗ_Ｔ＜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_Ｔ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できる。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できる。

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。か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。かくして、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 (3)

1. 透明な第一パネルと、
   前記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と、
   前記第一パネルに積層された第一接着剤層と、
   前記第二パネルに積層され、前記第一接着剤層と同じ材料からなる第二接着剤層と、
   前記第一パネルと前記第二パネルとの前記間隔に配置された発熱導体と、を備え、
   前記発熱導体は隣り合う前記発熱導体との間に開口部を有し、
   前記第一接着剤層と前記第二接着剤層とが前記開口部において直接接着されている、
   通電加熱パネル。
2. 前記発熱導体の厚さが１μｍ以上５μｍ以下である請求項１に記載の通電加熱パネル。
3. 請求項１又は２に記載の通電加熱パネルが窓に用いられている乗物。

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