JP7410506B2 - フィルムヒータおよびフィルムヒータシステム - Google Patents

Description

本発明は透明基材を温めるフィルムヒータおよびフィルムヒータシステムに関するものであり、車両の窓などの防雲などに用いる。

特許文献１には、発熱層を有する車両用樹脂ガラスとその製造方法が開示されている。ここでは、車両の窓ガラスは光透過性が必要とされるところ、発熱層をＩＴＯといった透明電極を用いると抵抗値が高いため効率が非常に悪くなる点などを課題としている。そして、およそ幅２０μｍ厚さ３μｍ程度の線状熱線を透明基板上に塗布などで形成し、焼成することで抵抗値を下げる。

その後線状熱線の凹凸を埋め、その上に設けられるハードコート層との接着性を高めるために透明基板の両面にプライマー層を形成する。最後にハードコート層を両面に形成することで、フィルムヒータ付の透明板（車両の窓ガラス）を得ている。

特開２０１４－２１８１０３号公報

特許文献１では、光透過性を得るために線状熱線間の開口率を適宜選択し、透過率７０％以上を確保するようにしている。線状熱線は、ＩＴＯなどの透明電極と比較して抵抗率が十分に低いため、効率的であるといえる。

しかし、透明基材を樹脂とした場合には、線状熱線の焼結温度を高くすることができず、バルクの値よりも高い抵抗率の線状熱線しか得ることができなかった。

本発明に係るフィルムヒータおよびフィルムヒータシステムは、上記の課題に鑑みて想到されたものであり、線状熱線をメッキで形成することで、線状熱線の抵抗率をバルク程度に下げたフィルムヒータを提供するものである。

より具体的に本発明に係るフィルムヒータは、
透明基材と、
前記透明基材上に形成されたメッキ触媒層と、
前記メッキ触媒層上に形成され溝構造を有するフォトレジスト層と、
前記溝構造中に設けられた導電層を有し、
前記フォトレジスト層には紫外線吸収剤若しくはラジカル捕捉剤の少なくとも一方が含まれることを特徴とする。

また、本発明に係るフィルムヒータシステムは、
透明基材と、
前記透明基材上に形成されたメッキ触媒層と、
前記メッキ触媒層上に形成され溝構造を有するフォトレジスト層と、
前記溝構造中に設けられた導電層と、
前記導電層に電流を流す電流源を有し、
前記フォトレジスト層には紫外線吸収剤若しくはラジカル捕捉剤の少なくとも一方が含まれることを特徴とする。

本発明によるフィルムヒータおよびフィルムヒータシステムは、導電層の部分がメッキによって形成されているので、バルク程度の抵抗値で形成することができる。したがって、発熱効率は従来の窓ガラスに設けられた発熱層よりも高くすることができる。

また、導電層の部分がメッキで形成することができるので、膜厚も厚くすることができ、高い光透過率であって、発熱量も多いフィルムヒータおよびフィルムヒータシステムを提供することができる。

本発明に係るフィルムヒータの断面構造を示す図である。 本発明に係るフィルムヒータを組み込んだ発熱ガラスの全体構成例とその断面を示す図である。 本発明に係るフィルムヒータを組み込んだ発熱ガラスの他の構成を示す図である。 本発明に係るフィルムヒータの製造方法の工程を示す工程図である。 本発明に係るフィルムヒータをインプリントで作製する工程を示す工程図である。 本発明に係るフィルムヒータをインプリントで作製する工程の続きを示す工程図である。

以下に本発明に係るフィルムヒータおよびフィルムヒータシステムについて図面示し説明を行う。なお、以下の説明は、本発明の一実施形態を例示するものであり、本発明が以下の説明に限定されるものではない。以下の説明は本発明の趣旨を逸脱しない範囲で改変することができる。

＜基本構成＞
図１（ａ）に本発明に係るフィルムヒータ１の構造を示す。フィルムヒータ１は、透明基材１０と、メッキ触媒層１２と、永久レジスト層１４ｒと、永久レジスト層１４ｒに形成された溝構造１４と、導電層１６で形成されている。

透明基材１０は透明な基材である。透明基材１０の材質としては、樹脂若しくはガラスが好適に利用できる。透明基材１０の可撓性の程度は、利用される用途によって、適宜選択されてよい。

例えば、車両の窓ガラスに用いられる場合は、強度の必要よりポリカーボネートやＰＥＴ等が好適に利用できる。透明基材１０の厚みも利用の用途やフィルムヒータ１付透明板の製造方法に応じて適宜選択されてよい。

透明基材１０上に形成されるメッキ触媒層１２は、後述する導電層１６を形成するために無電解メッキによって金属イオンが透明基材１０上に吸着するための種になる元素を有する層である。メッキ触媒層１２には、パラジウム等を含む材料が好適に利用できる。

メッキ触媒層１２は、透明性を確保するために、厚さが１０～５０ｎｍ程厚さに形成されるのが好ましい。透明性を確保されたメッキ触媒層１２は、透明なメッキ触媒層１２と呼ぶことができる。なお、ここで「透明性」とは、透明基材１０における「透明性」と同意であってよい。また、透明基材１０に全面に形成される。メッキ触媒層１２を透明基材１０全面に形成するので、本発明に係る製造方法は、短時間に大量にこの工程を実施することができる。

また、透明基材１０上に形成する導電層１６同志を絶縁状態に維持するためには、メッキ触媒層１２は絶縁性を有することが必要である。パラジウムは、微粒子の濃度を調整することで絶縁性を高めることができるので、この意味でも好適に利用することができる。

なお、メッキ触媒層１２を形成するまえに、透明基材１０に表面改質剤（図示せず）を塗布する工程を行ってもよい。透明基材１０によっては、メッキ触媒層１２と接着しにくい場合もあるからである。表面改質剤としては、プラズマやコロナ処理、又接着層としてシランカップリング剤が多くの場合、好適に利用することができる。

メッキ触媒層１２の上には、永久レジスト層１４ｒが形成される。永久レジスト層１４ｒとは、露光して硬化させた部分（若しくは露光しなかった部分）を後々までフィルムヒータ１の構成要素として用いるものである。この意味で永久レジストと呼ぶ。

永久レジスト層１４ｒは透明なフォトレジストで構成される。フィルムヒータ１の透明化を図るためである。したがって、透明フォトレジストは、後述する溝構造１４が形成された後でも、透明性、ヘイズおよびリタデーションは、経年変化しにくいものが望ましい。例えば、ダウケミカル製ＡＴＮ１０２１ネガティブ型アクリル系レジスト等が透明フォトレジストとして好適に利用することができる。

永久レジスト層１４ｒは、後述する溝構造１４としてフィルムヒータ１中に残留するので、太陽光線に晒される機会が多い。窓ガラスとしては、紫外線吸収能を有する層が設けられるが、永久レジスト層１４ｒ中にも紫外線吸収剤若しくはラジカル捕捉剤の少なくとも一方を含ませる。これによって、永久レジスト層１４ｒ（溝構造１４）は、紫外線による継時変化を受けにくくなる。

永久レジスト層１４ｒには、溝構造１４が形成される。溝構造１４は、フィルムヒータ１の導電層１６が構成される部分である。

導電層１６は、溝構造１４の底部に露出しているメッキ触媒層１２をメッキ種として無電解メッキで形成される。すなわち、導電層１６はメッキによって形成される。なお、無電解メッキによって導電性を獲得した後、電解メッキを行って増膜してもよい。

導電層１６同士は、電流源１８に接続される。電流源１８には電流制御用のコントローラ１８ａが接続されていてもよい。フィルムヒータ１に電流源１８が接続されたものをフィルムヒータシステム２と呼ぶ。なお、導電層１６および永久レジスト層１４ｒの上部や透明レジストの下方に接着層（図示せず）を形成してもよい。

＜全体構成＞
図２（ａ）には、フィルムヒータ１を利用した発熱ガラス５０（フィルムヒータシステム２を組み込んだガラスといってもよい。）の構成の一例を示す。なお、発熱ガラス５０の構成としては、以下の説明以外のものもあり、以下の構成に限定されるものではない。発熱ガラス５０の構成（線状熱線の配置）としては、他の構成であってもよい。

発熱ガラス５０は、フィルムヒータシステム２とガラス基材６０を有する。ガラス基材６０は、ポリカーボネート等の硬質樹脂やガラスが好適に利用できる。ガラス基材６０上には、フィルムヒータ１がヒーターパターンに形成されている。ヒーターパターンには、一対のバスバー５２の間に設けられた線状熱線５４で構成される。バスバー５２は、電流源１８に接続され、コントローラ１８ａによって、線状熱線５４に流れる電流が制御される。なお、バスバー５２および線状熱線５４は、図１の導電層１６によって、形成されている。

なお、ヒーターパターンとしては、線分群形状やメッシュ形状が代表的なものであるが、メッシュ形状の場合、単位格子形状は、正三角形、不等辺三角形等の三角形、正方形、長方形台形、菱形等の四角形、六角形、八角形等の多角形、円、楕円などが用いることができる。また、モアレを軽減する目的で、ランダムな開口部を持つ多角形あるいは円形パターン等も使用可能である。線状熱線５４自体は不透明であるが、線分間の隙間やメッシュパターンの微細な開口を介して光を通すことにより、擬似的に透明なフィルムヒータ１を形成する。

線状熱線５４のパターンはここではバスバー５２間を直線につなぐ直線状を示したが、直線状でなくてもよい。また、線状熱線５４間の開口は、使用の程度で決めることができる。発熱ガラス５０として高い光透過性を必要とする場合は、線幅を数μｍ～数十μｍ程度とし、熱線間の間隔も１００μｍから数百μｍとすればよい。

光透過性が多少犠牲なってもよい場合は、線状熱線５４の幅は、１ｍｍ～数ｍｍ程度にすることもできる。また、１枚の発熱ガラス５０中で場所によって、異なるパターンのフィルムヒータ１を設けてもよい。例えば、ガラス基材６０の上部とガラス基材６０の中央部で、線状熱線５４間の間隔を異なった長さにするなどである。

図２（ｂ）には、図２（ａ）のＡ－Ａ断面を示す。ガラス基材６０上に透明基材１０、溝構造１４が形成された永久レジスト層１４ｒ、導電層１６で構成されるフィルムヒータ１が配置される。ガラス基材６０と透明基材１０を同一材質とすれば、発熱ガラス５０として一体のガラス基材６０となる。

ガラス基材６０上にフィルムヒータ１が設けられた状態で、両面にはプライマー層５６が形成される。プライマー層５６は、アクリル系樹脂、ウレタン系樹脂、シリコーン系樹脂、エポキシ樹脂等を用いることができる。プライマー層５６は、一方若しくは両方を光学糊（ＯＣＡ：Ｏｐｔｉｃａｌ Ｃｌｅａｒ Ａｄｈｅｓｉｖｅ））としてもよい。なお、プライマー層５６には必要に応じて紫外線吸収剤が含まれてもよい。

このように、発熱ガラス５０として紫外線吸収能を有する層（プライマー層５６）が全面に設けられていても、永久レジスト層１４ｒの紫外線吸収剤若しくはラジカル捕捉剤は、永久レジスト層１４ｒ自体の耐久性を維持するために必要である。

プライマー層５６のさらに外側（裏面表面両方）にハードコート層５８が設けられる。ハードコート層５８は、公知の樹脂が利用でき、特に限定されるものではないが、シリコーン系樹脂、あるいはシロキサン結合を組成に含むアクリル系樹脂、ウレタン系樹脂、エポキシ樹脂等を用いることができる。プライマー層５６やハードコート層５８は、ディップ工法で形成することができる。

図３には、フィルムヒータ１を車のフロントガラス（若しくはリアガラス）に使用された場合を示す。平面構成は図２（ａ）と同じである。図３を参照して、車のフロントガラス７０は、車両内側の強化ガラス６２ｉと車両外側の強化ガラス６２ｏの間にポリビニルブチラールの中間膜６４を設けた構成である。フィルムヒータ１を組み込む場合は、車両内側の強化ガラス６２ｉの外側（車両外側）に導電層１６が接するように配置する。したがって、透明基材１０は、導電層１６よりも車外側に位置する。中間膜６４のポリビニルブチラールは透明基材１０より外側に配置させる。

フィルムヒータ１を強化ガラス６２の間に挟み込んだのち、電流源１８を接続することで、フィルムヒータシステム２を組み込んだ発熱（フロント）ガラス７０を構成することができる。

＜製造方法＞
次に本発明に係るフィルムヒータ１の製造方法を説明する。図４（ａ）を参照する。透明基材１０は可撓性を有するシートや、ガラス板である。

次に透明基材１０の一方の面にメッキ触媒層１２を形成する。メッキ触媒層１２は、Ｐｄ、Ｎｉ、Ｐｔ、Ｃｕ等を含む金属物質若しくはこれらを含浸したポリマー部材と溶媒を分散させ塗料とする。そしてその塗料を透明基材１０に塗布する。溶媒が揮発して、乾燥するとおよそ３０ｎｍのメッキ触媒層１２を形成することができる。

図４（ｂ）を参照する。メッキ触媒層１２の上に紫外線吸収剤若しくはラジカル捕捉剤を混入させた永久レジスト層１４ｒを塗布する。厚みはおよそ２～３μｍが好適であるが、導電層１６の厚みに従ってより厚くしてもよい。次に永久レジスト層１４ｒに溝構造１４を形成する（図４（ｃ））。溝構造１４が形成された永久レジスト層１４ｒを溝付き透明レジストと呼んでもよい。溝構造１４は、下層であるメッキ触媒層１２が露出する程度に行う。メッキ触媒層１２が露出していなければ、無電解メッキを行えないからである。

溝構造１４はフォトリソグラフィーで形成することができる。また、ドライエッチングで形成してもよい。

図４（ｄ）を参照する。溝構造１４が完成した透明基材１０を無電解メッキ処理し、導電層１６を形成する。導電層１６は導電性金属を無電解メッキすることで溝構造１４に充填される。金属種としては、銅、銀、金といった良電導物質が好適に用いられる。この中で、導電性に優れ、コストも安い銅は最も好適に利用できる金属種の一つである。以上のようにして導電層１６が形成される。この導電層１６がバスバー５２や線状熱線５４となる（図２参照。）。以上のようにして、フィルムヒータ１を構成することができる。

＜製造方法インプリント＞
図５にインプリントを用いたフィルムヒータ１の製造方法について説明する。図５（ａ）を参照して、メッキ触媒層１２の上には、永久レジスト層１４ｒが形成される。図４（ｂ）までと同じである。

永久レジスト層１４ｒには、溝構造１４が形成される。そして、ここでは、溝構造１４は永久レジスト層１４ｒにインプリントすることで形成される。ここでインプリントとは、硬質材料で形成された溝構造１４の雄型２０を永久レジスト層１４ｒに押し当て、永久レジスト層１４ｒの表面を変形させることで、永久レジスト層１４ｒに溝構造１４を形成する方法である。

図５（ｂ）は、永久レジスト層１４ｒに雄型２０を押し当てて、永久レジスト層１４ｒを変形させたところを示す。また、図５（ｃ）は、雄型２０を抜いたところを示す。雄型２０に相当する溝構造１４が形成されている。

インプリントに用いる雄型２０は、ロール状であってもよいし、プレート状であってもよい。ロール状に形成してあれば、ロールで供給された透明基材１０を巻き取りながら溝構造１４ができるので、生産性が非常に高くなる。プレート状の雄型２０であれば、透明基材１０の移動を停止させてから押し当て、また進めて停止させ押し当てるという動作を繰り替えす。なお、複数の雄型２０を透明基材１０の移動速度と同じ速度で移動させながら、連続的に溝形成を行うこともできる。

また、インプリントで形成される溝幅１４ｗも用途によって変更されてよい。例えば、バスバー５２と線状熱線５４で、導電層１６の幅は変えられる。

図６（ａ）には、溝形成が終了した透明基材１０の断面の拡大図を示す。雄型２０を押し付けることで溝構造１４を形成しているため、溝構造１４の底１４ｂには、永久レジストが残留する永久レジスト残留部２２がある。つまり、メッキ触媒層１２が永久レジスト残留部２２によって覆われている。このような状態では、無電解メッキができない。そこで、この永久レジスト残留部２２を除去するために、プラズマエッチングを行う。

プラズマエッチングの方法は特に限定されない。永久レジスト残留部２２はわずかな厚さであるので、短時間のプラズマエッチングで永久レジスト残留部２２は除去することができる。永久レジスト残留部２２が除去されると、メッキ触媒層１２が露出する（図６（ｂ）参照）。言い換えると、溝構造１４の底１４ｂは、メッキ触媒層１２となる。

さらに、プラズマエッチングによって、メッキ触媒層１２中の種元素（例えばパラジウム）は活性化させられる。また、このプラズマエッチングは、不要なパーティクル除去および密着性の向上といった効果も奏される。

以上のようにして、永久レジスト層１４ｒによって形成された溝構造１４の底１４ｂにメッキ触媒１２が露出した透明基材１０が形成された。後は図４（ｄ）同様に無電解メッキによってメッキ触媒１２上（溝構造１４）中に導電層１６を形成し、本発明のフィルムヒータ１を得る。溝構造１４をインプリントで形成すると、溝構造１４はドライエッチングを行ってもフォトリソグラフィーで形成するよりも、短時間でしかも大量に製造することができる。

本発明に係るフィルムヒータおよびフィルムヒータシステムは、ガラスなどの透明板に発熱機能を付与する際に好適に利用することができる。

１ フィルムヒータ
２ フィルムヒータシステム
１０ 透明基材
１２ メッキ触媒層
１４ｒ 永久レジスト層
１４ 溝構造
１４ｂ 底
１６ 導電層
１８ 電流源
１８ａ コントローラ
２０ 雄型
２２ 永久レジスト残留部
５０ 発熱ガラス
５２ バスバー
５４ 線状熱線
５６ プライマー層
５８ ハードコート層
６０ ガラス基材
６２ 強化ガラス
６２ｉ 車両内側の強化ガラス
６２ｏ 車両外側の強化ガラス
６４ 中間膜
７０ フロントガラス

Claims (3)

1. 透明基材と、
   前記透明基材上に形成されたメッキ触媒層と、
   前記メッキ触媒層上に形成され溝構造を有するフォトレジスト層と、
   前記溝構造中に設けられた導電層を有し、
   前記フォトレジスト層には紫外線吸収剤若しくはラジカル捕捉剤の少なくとも一方が含まれることを特徴とするフィルムヒータ。
2. 透明基材と、
   前記透明基材上に形成されたメッキ触媒層と、
   前記メッキ触媒層上に形成され溝構造を有するフォトレジスト層と、
   前記溝構造中に設けられた導電層と、
   前記導電層に電流を流す電流源を有し、
   前記フォトレジスト層には紫外線吸収剤若しくはラジカル捕捉剤の少なくとも一方が含まれることを特徴とするフィルムヒータシステム。
3. 請求項２のフィルムヒータシステムを組み込んだ発熱ガラス。