JP7411636B2 - シート状導電部材の製造方法 - Google Patents
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Description
発熱体の用途に用いるシートとして、例えば、特許文献1には、一方向に延びた複数の線状体が間隔をもって配列された疑似シート構造体を有する導電性シートが記載されている。
以下、本発明について実施形態を例に挙げて、図面に基づいて説明する。本発明は実施形態の内容に限定されない。なお、図面においては、説明を容易にするために拡大又は縮小をして図示した部分がある。
本実施形態に係るシート状導電部材100は、図1及び図2に示すように、基材1と、疑似シート構造体2と、樹脂層3とを備えている。具体的には、シート状導電部材100は、基材1上に樹脂層3が積層され、樹脂層3上に疑似シート構造体2が積層されている。
基材1としては、例えば、紙、熱可塑性樹脂フィルム、硬化性樹脂の硬化物フィルム、金属箔、不織布、織物及びガラスフィルム等が挙げられる。熱可塑性樹脂フィルムとしては、例えば、ポリエステル系、ポリカーボネート系、ポリイミド系、ポリオレフィン系、ポリウレタン系、及びアクリル系等の樹脂フィルムが挙げられる。また、基材1は、伸縮性を有することが好ましい。基材1は、伸縮性を有する樹脂フィルム、不織布、又は織物であることがより好ましい。
なお、樹脂層3とは対向しない基材1の表面(シート状導電部材100から露出する表面)には、シート状導電部材100(疑似シート構造体2)の保護性を強化するために、紫外線硬化性樹脂等を用いたハードコート処理等が施されていてもよい。
疑似シート構造体2は、複数の導電性線状体21が、互いに間隔をもって配列された構造としている。導電性線状体21は、シート状導電部材100の平面視において、波形状である。波形状として具体的には、導電性線状体21は、例えば、正弦波、矩形波、三角波、又はのこぎり波等の波形状であってもよい。つまり、疑似シート構造体2は、導電性線状体21が、導電性線状体21の軸方向と直交する方向に、複数配列された構造としている。
このとき、導電性線状体21の波長は、λ3、λ2及びλ1の順で、小さくなる。そして、導電性線状体21の振幅が同程度の場合、導電性線状体21の波長が小さいほど、シート状導電部材100の伸縮性が高くなる。そのため、シート状導電部材100の中央部と端部とで、伸縮性を変化させることができ、シート状導電部材100の中央部から端部に近づくほど、伸縮性を高くできる。また、導電性線状体21の振幅は、A3、A2及びA1の順で、大きくなる。そして、導電性線状体21の波長が同程度の場合、導電性線状体21の振幅が大きいほど、シート状導電部材100の伸縮性が高くなる。そのため、シート状導電部材100の中央部と端部とで、伸縮性を変化させることができ、シート状導電部材100の中央部から端部に近づくほど、伸縮性を高くできる。このように、シート面内における各部分で、シートの性質(例えば、伸縮性)を任意に設計できる。
そのほか、導電性線状体21の波長を、λ3、λ2及びλ1の順で、大きくしてもよい。また、導電性線状体21の振幅は、A3、A2及びA1の順で、小さくしてもよい。このようにすることで、シート状導電部材100の中央部の伸縮性がより大きくなり、球面にシート状導電部材100をシワなく貼り付けることができる。
このとき、隣接する導電性線状体21の間隔を半波長ずらすことで、隣接する導電性線状体21の間隔が、位相がずれていない場合の間隔(図4の一点鎖線の間隔)よりも大きくなる箇所ができる。そして、図4に示すように、この箇所に、例えば穴Hを設ければ、位相がずれていない場合よりも穴Hを大きくできる。このように、シート面内における各部分で、デザイン(例えば、穴)を任意に設計できる。
さらに、導電性線状体21の軸方向と直交する方向において、隣接する導電性線状体21における太さ及び材質を、変化させてもよい。
導電性線状体21における太さ及び材質を変えることで、例えば、発熱量を変えることができる。このように、シート面内における各部分で、シートの性質(例えば、抵抗値、発熱量、又は発熱部位)を任意に設計できる。
そのほか、導電性線状体21を配列方向において、導電性線状体21における太さ及び材質を変え、導電性線状体21を配列方向の両端部の抵抗値をそろえてもよい。このようにすることで、シート状導電部材100を発熱体として使用する場合、シート面内を均一に発熱させることができる。
導電性線状体21の体積抵抗率Rの測定方法は、次の通りである。導電性線状体21の両端に銀ペーストを塗布し、端部からの長さ40mmの部分の抵抗を測定し、導電性線状体21の抵抗値を求める。そして、導電性線状体21の断面積(単位:m2)を上記の抵抗値に乗じ、得られた値を上記の測定した長さ(0.04m)で除して、導電性線状体21の体積抵抗率Rを算出する。
導電性線状体21の断面が円形状である場合には、導電性線状体21の太さ(直径)D(図2参照)は、5μm以上75μm以下であることが好ましい。シート抵抗の上昇抑制と、シート状導電部材100を発熱体として用いた場合の発熱効率及び耐絶縁破壊特性の向上との観点から、導電性線状体21の直径Dは、8μm以上60μm以下であることがより好ましく、12μm以上40μm以下であることがさらに好ましい。
導電性線状体21の断面が楕円形状である場合には、長径が上記の直径Dと同様の範囲にあることが好ましい。
導電性線状体21同士の間隔が上記範囲であれば、導電性線状体がある程度密集しているため、疑似シート構造体の抵抗を低く維持し、シート状導電部材100を発熱体として用いる場合の温度上昇の分布を均一にする等の、シート状導電部材100の機能の向上を図ることができる。
なお、隣り合う2つの導電性線状体21の間隔とは、導電性線状体21を配列させていった方向に沿った長さであって、2つの導電性線状体21の対向する部分間の長さである(図2参照)。間隔Lは、導電性線状体21の配列が不等間隔である場合には、全ての隣り合う導電性線状体21同士の間隔の平均値である。
なお、導電性線状体21としては、金属ワイヤー線状体の他に、カーボンナノチューブを含む線状体、及び、糸に導電性被覆が施された線状体が挙げられる。
複合線状体の金属としては、例えば、金、銀、銅、鉄、アルミニウム、ニッケル、クロム、スズ、亜鉛等の金属単体、及び、これら金属単体の少なくとも一種を含む合金(銅-ニッケル-リン合金、及び、銅-鉄-リン-亜鉛合金等)が挙げられる。これらは1種を単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
金属ワイヤーとしては、銅、アルミニウム、タングステン、鉄、モリブデン、ニッケル、チタン、銀、及び金等の金属、又は、金属を2種以上含む合金(例えば、ステンレス鋼、炭素鋼等の鋼鉄、真鍮、りん青銅、ジルコニウム銅合金、ベリリウム銅、鉄ニッケル、ニクロム、ニッケルチタン、カンタル、ハステロイ、及びレニウムタングステン等)を含むワイヤーが挙げられる。また、金属ワイヤーは、錫、亜鉛、銀、ニッケル、クロム、ニッケルクロム合金、又は、はんだ等でめっきされたものであってもよく、後述する炭素材料又はポリマーにより表面が被覆されたものであってもよい。特に、タングステン及びモリブデン並びにこれらを含む合金から選ばれる一種以上の金属を含むワイヤーが、低い体積抵抗率の導電性線状体21とする観点から好ましい。
金属ワイヤーとしては、炭素材料で被覆された金属ワイヤーも挙げられる。金属ワイヤーは、炭素材料で被覆されていると、金属光沢が低減し、金属ワイヤーの存在を目立たなくすることが容易となる。また、金属ワイヤーは、炭素材料で被覆されていると金属腐食も抑制される。
金属ワイヤーを被覆する炭素材料としては、非晶質炭素(例えば、カーボンブラック、活性炭、ハードカーボン、ソフトカーボン、メソポーラスカーボン、及びカーボンファイバー等)、グラファイト、フラーレン、グラフェン及びカーボンナノチューブ等が挙げられる。
樹脂層3は、樹脂を含む層である。また、樹脂層3は、接着剤を含む層であることが好ましい。樹脂層3に疑似シート構造体2を形成する際に、接着剤により、導電性線状体21の樹脂層3への貼り付けが容易となる。
なお、当該アクリル系共重合体は、単量体成分(a1’)及び単量体成分(a2’)以外のその他の単量体成分(a3’)に由来する構成単位(a3)をさらに含んでいてもよい。
ヒドロキシ基含有モノマーとしては、例えば、2-ヒドロキシエチル(メタ)アクリレート、2-ヒドロキシプロピル(メタ)アクリレート、2-ヒドロキシブチル(メタ)アクリレート、3-ヒドロキシブチル(メタ)アクリレート、及び4-ヒドロキシブチル(メタ)アクリレート等が挙げられ、2-ヒドロキシエチル(メタ)アクリレートが好ましい。
カルボキシ基含有モノマーとしては、例えば、(メタ)アクリル酸、マレイン酸、フマル酸、及びイタコン酸等が挙げられ、(メタ)アクリル酸が好ましい。
エポキシ基含有モノマーとしては、例えば、グリシジル(メタ)アクリレート等が挙げられる。
アミノ基含有モノマーとしては、例えばジアミノエチル(メタ)アクリレート等が挙げられる。
シアノ基含有モノマーとしては、例えばアクリロニトリル等が挙げられる。
エネルギー線硬化性の成分としては、例えばエネルギー線が紫外線である場合には、多官能(メタ)アクリレート化合物等の、一分子中に紫外線重合性の官能基を2つ以上有する化合物等が挙げられる。
これらの重合開始剤を用いて架橋構造を形成する場合、その使用量は、エネルギー線硬化性樹脂又は熱硬化性樹脂100質量部に対して、0.1質量部以上100質量部以下であることが好ましく、1質量部以上100質量部以下であることがより好ましく、1質量部以上10質量部以下であることが特に好ましい。
溶剤としては、アルコール系溶剤、ケトン系溶剤、エステル系溶剤、エーテル系溶剤、炭化水素系溶剤、ハロゲン化アルキル系溶媒及び水等が挙げられる。
本実施形態に係るシート状導電部材100においては、樹脂層3及び疑似シート構造体2が、図1及び図2に示すように、複数の帯状導電部材10により形成されることが好ましい。
帯状導電部材10は、図5及び図6に示すように、帯状の樹脂テープ31と、少なくとも一つの波形状の導電性線状体21とを備える。ここで、1つの帯状導電部材10は、複数の導電性線状体21を備えていてもよい。
そして、シート状導電部材100に用いる複数の帯状導電部材10としては、導電性線状体21の波長、振幅及び太さのうちの少なくとも一つが、異なっていることが好ましい。また、シート状導電部材100に用いる複数の帯状導電部材10としては、帯状導電部材10における帯状の樹脂テープ31の幅W(図6参照)が、異なっていてもよい。
シート状導電部材100においては、導電性線状体21における波長が異なる複数の帯状導電部材10が、基材1上に積層されている。導電性線状体21の波長は、シート状導電部材100の中央部の導電性線状体21における波長λ3が最も大きい。そして、シート状導電部材100の端部の導電性線状体21における波長λ1及びλ5が最も小さい。そのため、シート状導電部材100の中央部と端部とで、伸縮性を変化させることができ、シート状導電部材100の中央部から端部に近づくほど、伸縮性を高くできる。例えば、図7Aに示すシート状導電部材100を伸長させると、図7Bに示すように、シート状導電部材100の端部がくびれ、端部側の導電性線状体21がより大きく伸長され、波形もより大きく変化する。このとき、端部側の導電性線状体21の波長λ1及びλ5の変化は大きいが、中央部の導電性線状体の波長λ3の変化は少ない。
そのほか、前述の波長の大きさの順を逆にして、波長λ3を最も小さくしてもよい。そして、波長λ1及びλ5が最も大きくなる。このようにすることで、シート状導電部材100の端部から中央部に近づくほど、伸縮性を高くできる。
さらに、シート状導電部材100の一方の端部側から他方の端部側にかけて、順次、波長を大きくしてもよい。例えば、波長λ1が最も大きく、波長λ5が最も小さくなる。このようにすることで、シート状導電部材100の一方の端部側のみ伸縮性が高くできる。
このように導電性線状体21の波長を調整することで、複雑な曲面に対しても精度よくシート状導電部材をシワ無く設けることができる。
帯状導電部材10の製造方法は、特に限定されない。帯状導電部材10は、例えば、次の工程を経て製造される。
まず、剥離シートの上に、樹脂層3の形成用組成物を塗布し、塗膜を形成する。次に、塗膜を乾燥させて、樹脂層3を作製する。次に、ドラム部材の外周面に剥離シート付きの樹脂層3を配置した状態で、ドラム部材を回転させながら、樹脂層3上に導電性線状体21を螺旋状に巻き付ける。その後、螺旋状に巻き付けた導電性線状体21の束をドラム部材の軸方向に沿って切断する。これにより、樹脂層3上に複数の導電性線状体21が配列されたものが得られる。次に、導電性線状体21を切断しないように、ドラム部材の軸方向と直交する方向に沿って、切断して、帯状の樹脂テープ31と、導電性線状体21とを備える剥離シート付きの帯状導電部材10を得る。そして、得られた剥離シート付きの帯状導電部材10をドラム部材から取り出す。この工程を経た後、剥離シートを剥離シート付きの帯状導電部材10から剥離することで、帯状導電部材10が得られる。この方法によれば、例えば、ドラム部材を回転させながら、導電性線状体21の繰り出し部をドラム部材の軸と平行な方向に沿って移動させることで、導電性線状体21の波長、振幅及び太さが同じ帯状導電部材10を作製することが容易である。なお、ドラム部材又は繰り出し部の条件を、別の条件に変更することで、導電性線状体21の波長、振幅又は太さが異なる帯状導電部材10を作製できる。
本実施形態に係るシート状導電部材の製造方法は、図8A~図8Dに示すように、基材1上に、帯状の樹脂テープ31と、少なくとも一つの波形状の導電性線状体21とを備える帯状導電部材10を複数貼付することにより、シート状導電部材100を作製する方法である。
このようにして、本実施形態に係るシート状導電部材100を効率よく製造できる。
すなわち、従来の方法では、導電性線状体21の軸方向と直交する方向において、隣接する導電性線状体21における波長及び振幅を、それぞれ、順に変化させることは、必ずしも容易ではない。なぜならば、樹脂層3上に導電性線状体21を形成する場合、通常は、樹脂層3上に導電性線状体21を螺旋状に巻き付け、その後、ドラム部材の軸方向と直交する方向に沿って、切断する。そして、螺旋状に巻き付ける際に、導電性線状体21における波長及び振幅を変化させるのは容易ではない。
これに対し、本実施形態に係るシート状導電部材の製造方法によれば、予め、導電性線状体21における波長及び振幅が異なる帯状導電部材10を、数種類準備しておくことができる。そして、基材1上に、順次、導電性線状体21における波長及び振幅が異なる帯状導電部材10を複数貼り付けることで、本実施形態に係るシート状導電部材100を効率よく製造できる。
本実施形態によれば、次のような作用効果を奏することができる。
(1)本実施形態によれば、シート状導電部材100の中央部と端部とで、伸縮性を変化させることができ、シート状導電部材100の中央部から端部に近づくほど、伸縮性を高くできる。このように、シート面内における各部分で、シートの性質(例えば、伸縮性)を任意に設計できる。
(2)本実施形態によれば、導電性線状体21の軸方向と直交する方向において、隣接する導電性線状体21における位相を、半波長ずらしてもよい。このとき、隣接する導電性線状体21の間隔が、位相がずれていない場合の間隔よりも大きくなる箇所ができる。そして、この箇所に、例えば穴Hを設ければ、位相がずれていない場合よりも穴Hを大きくできる。このように、シート面内における各部分で、デザイン(例えば、穴)を任意に設計できる。
(3)本実施形態によれば、樹脂層3は、シート状導電部材100の平面視において、基材1を覆っていない領域を有している。このような領域が存在することで、例えば、樹脂層3の通気性が低いとしても、シート状導電部材100の通気性を確保できる。
(4)本実施形態によれば、予め、導電性線状体21における波長及び振幅が異なる帯状導電部材10を、数種類準備しておくことができる。そして、基材1上に、順次、導電性線状体21における波長及び振幅が異なる帯状導電部材10を複数貼り付けることで、本実施形態に係るシート状導電部材100を効率よく製造できる。
次に、本発明の第二実施形態を図面に基づいて説明する。
なお、本実施形態では、図9に示すシート状導電部材100Aを発熱体として用いた一態様について説明する。
本実施形態に係るシート状導電部材100Aは、面抵抗が低い疑似シート構造体2を有するため、発熱体として適用することが好適である。つまり、本実施形態に係るシート状導電部材100Aからなる発熱体(本実施形態に係る発熱体)は、印加する電圧の低減が可能な発熱体となる。
電極4は、導電性線状体21に電流を供給するために用いられる。電極4は、導電性線状体21の両端部に電気的に接続されて配置される。
導電性線状体21の直径が小さい場合であっても、導電性線状体21との良好な接触面積を確保することができることから電極は帯状であることが好ましい。電極としては、導電性の箔又は板を用いることができる。導電性の箔又は板からなる電極には、貫通孔が形成されていることが好ましい。貫通孔が形成されていることにより、樹脂層3との密着性が向上し、導電性線状体21の電極の接続が良好なものとなる。貫通孔は、エキスパンド又はパンチング処理により設けることができる。
電極4としては、具体的には、例えば、金、銀、銅、ニッケル、鉄、アルミニウム、タングステン、モリブデン、及びチタン等の金属の箔又は板が適用される。その他、電極は、上記の金属又はその他の金属、非金属元素を含むステンレス鋼、炭素鋼、真鍮、りん青銅、ジルコニウム銅合金、ベリリウム銅、鉄ニッケル、ニクロム、ニッケルチタン、カンタル、ハステロイ、及びレニウムタングステン等の合金の箔又は板を適用してもよく、カーボンナノチューブ、カーボンナノファイバー、グラフェン等の炭素材料を含む帯状体を用いてもよい。また、プラスチックフィルムと積層された積層体であってもよい。
その他、電極4は、導電性線状体21と電極4との良好な接続状態を確保する観点から、液状の導電材料を固化した電極(つまり、液状の導電材料の固化物からなる電極)であってもよい。液状の導電材料としては、導電性ペーストが代表的に挙げられる。導電性ペーストとしては、例えば、金属粒子又は炭素粒子をバインダー樹脂及び/又は有機溶剤に分散させたペーストが適用できる。金属粒子としては、例えば、金、銀、銅、及びニッケル等の金属の粒子が挙げられる。バインダー樹脂としては、例えば、ポリエステル樹脂、ポリウレタン樹脂、エポキシ樹脂、及びフェノール樹脂等の周知の樹脂が挙げられる。
なお、液状の導電材料としては、導電性ペースト以外に、例えば、半田、及び導電性インク等を適用してもよい。
電極4は、導電性の箔又は板と液状の導電材料を併用しても良い。疑似シート構造体2に液状の導電材料を塗布したのちに導電性の箔又は板を張り付けても良いし、貫通孔が形成された導電性の箔又は板を取り付けたのちに、液状の導電材料を塗布してもよい。
導電性の箔又は板と液状の導電材料を併用することで、電極の接続がより良好なものとなる。
その他、電極4は、導電性線状体21を密に配列(例えば、直線状又は波形状)したものを電極として用いてもよい。
電極4と疑似シート構造体2の抵抗値は、テスターを用いて測定することができる。まず電極4の抵抗値を測定し、電極4を貼付した疑似シート構造体2の抵抗値を測定する。その後、電極を貼付した疑似シート構造体2の抵抗値から電極4の測定値を引くことで、電極4及び疑似シート構造体2それぞれの抵抗値を算出する。
本実施形態によれば、前記第一実施形態における作用効果(1)~(4)と同様の作用効果、並びに、下記作用効果(5)を奏することができる。
(5)本実施形態によれば、電極4により、面抵抗が低い疑似シート構造体2に、電気を通すことができ、発熱させることができる。これにより、印加する電圧の低減が可能な発熱体が得られる。
本発明は前述の実施形態に限定されず、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれる。
例えば、前述の実施形態では、疑似シート構造体2は単層であるが、これに限定されない。例えば、シート状導電部材100は、疑似シート構造体2をシート面方向(シート表面に沿った方向)に複数配列したシートであってもよい。複数の疑似シート構造体2は、シート状導電部材100の平面視において、互いの導電性線状体21を平行に配列してもよいし、交差させて配列させてもよい。
また、前述の第二実施形態では、シート状導電部材100Aに電極4を取り付けているが、これに限定されない。例えば、シート状導電部材100Aは、電極4を備えていなくてもよい。電極4を予めシート状導電部材を装着する物品に設けておき、この電極4に疑似シート構造体2が接するように、シート状導電部材100を貼り付けてもよい。
シート状導電部材100を発熱体(フィルムヒータ)として用いる場合、発熱体の用途としては、例えば、デフォッガー(defogger)、及びデアイサー(deicer)等も挙げられる。この場合、被着体としては、例えば、浴室等の鏡、輸送用装置(乗用車、鉄道、船舶、及び航空機等)の窓、建物の窓、壁紙、アイウェア、信号機の点灯面、及び標識等が挙げられる。近年では、電気自動車のバッテリーの温度コントロールにヒータが使われており、薄いヒータはラミネート型セルの個別の温度コントロールに好適である。また、電気信号の配線のためのフラットケーブルとしても利用することができる。
Claims (5)
- 基材と、樹脂層と、複数の導電性線状体が間隔をもって配列された疑似シート構造体とを備えるシート状導電部材において、
前記導電性線状体は、前記シート状導電部材の平面視において、波形状であり、
前記導電性線状体の軸方向と直交する方向において、互いに隣接する前記導電性線状体同士のいずれかの間で、波長、振幅、位相及び太さのうちの少なくとも一つが、異なっている、
シート状導電部材を製造する方法であって、
前記基材上に、帯状の樹脂テープと、少なくとも一つの波形状の導電性線状体とを備える帯状導電部材を複数貼付することにより、前記シート状導電部材を作製する、
シート状導電部材の製造方法。 - 請求項1に記載のシート状導電部材の製造方法において、
前記樹脂層は、前記シート状導電部材の平面視において、前記基材を覆っていない領域を有する、
シート状導電部材の製造方法。 - 請求項1または請求項2に記載のシート状導電部材の製造方法において、
前記導電性線状体の軸方向と直交する方向において、中央部の波長より、端部の波長の方が小さいか、或いは、中央部の振幅より、端部の振幅の方が大きい
シート状導電部材の製造方法。 - 請求項1または請求項2に記載のシート状導電部材の製造方法において、
前記導電性線状体の軸方向と直交する方向において、端部の波長より、中央部の波長の方が小さいか、或いは、端部の振幅より、中央部の振幅の方が大きい
シート状導電部材の製造方法。 - 請求項1から請求項4のいずれか1項に記載のシート状導電部材の製造方法において、
前記シート状導電部材を、発熱体として用いる、
シート状導電部材の製造方法。
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