JPWO2004048165A1 - ドアミラーヒーター - Google Patents
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Abstract
Description
バッテリー電圧12V用のドアミラーヒーターは、その必要とする発熱温度から初期抵抗値を2〜20Ω未満に設定している。しかしながらこれを42Vもの高電圧バッテリー搭載車にそのまま装着すると、初期の電流値が大きくなり、バッテリー容量からくる他の電装品との電流配分を越えたり、また、発熱量が膨大となり、またPTC機能があるとはいえ、発熱温度が設定範囲を超えてしまう(特開2001−284859号公報、特開2002−50456号公報、特開2002−146251号公報等参照)。
本発明は以上の点に鑑みて、高電圧バッテリーに対応可能なドアミラーヒーターを提供することを目的とする。
また、本願の請求の範囲第3項に係るドアミラーヒーターは、上記した請求の範囲第1項または第2項のドアミラーヒーターにおいて、PTC層の主材ポリマーにゴムを添加し、更に充填剤として金属酸化物を添加したことを特徴とするものである。
バッテリー電圧42Vに対応するには先ず、発熱回路の初期抵抗値を20〜200Ωとし、より良い性能を得るには50〜100Ωとするのが好ましい。これは以下の理由による。すなわち、抵抗値は通電するとそのまま電力に関与し、ドアミラーの晴れ性能に直接影響する。抵抗値が100Ωを上回り更に200Ωを超えて大きくなると、電力が小さくなり、発熱量が小さくなり、ドアミラーの到達温度が低くなって晴れ性能が悪化する。一方、50Ωを下回り更に20Ωを超えて小さくなると、初期電流値が大きくなり、バッテリー容量からくる他の電装品との電流配分を越える虞がある。また、いかにPTC特性を有していても発熱量が大きくなり、ドアミラーの表面温度が高くなって安全上の問題を生じることになる。すなわち自動車の安全上の基準から、誤って手など皮膚の露出部分が、発熱しているドアミラーに接触すると火傷を起こす虞があるために、これを防止する必要がある。したがって以上の理由から、発熱回路の初期抵抗値は20〜200Ωが好ましく、50〜100Ωが一層好ましい。
また、バッテリー電圧42Vに対応するには、PTC特性R100℃/R25℃の下限値を10とし、より良い性能を得るには50とするのが好ましい。これは以下の理由による。すなわち、PTC特性は、任意の温度で発熱させるために抵抗値を増大させ電力を小さくして必要な温度付近で発熱を抑える働きと、誤って触れた場合にも火傷をしない温度に抑える働き、そして万一供給される電圧が大きくなった場合にも温度に対する抵抗増加を大きくすることによって発熱過多ひいては焼損などが起こるのを防止する働きとを担っている。そこで、PTC特性はある程度大きな値が必要で、少なくとも10以上、好ましくは50以上あれば、上記の機能を十分に果たすことが可能となる。したがって以上の理由から、PTC特性R100℃/R25℃の下限値は10以上が好ましく、50以上が一層好ましい。
またこれに加えて、本願の請求の範囲第3項に係るドアミラーヒーターによれば、PTC層の主材ポリマーにゴムを添加し、更に充填剤として金属酸化物を添加することにより、ヒーター製造上および製品上の加工性、被破壊性、粘着性、抵抗安定性および通電耐久性を良好に確保することが可能となる。
ドアミラーヒーターは、PTC層に電極を配し、そこから電源に繋ぐための端子を設け、その外側を絶縁層で被ったものが基本的な構造である。
PTC層は、マトリクスとなるポリマーに導電性粒子や補強のための充填剤を分散したものが基本的な配合となる。また、ポリマーは必要に応じて架橋、硬化させる。
ポリマーには、PTC特性をより大きく発現するために、使用温度域での線膨張係数が大きなもので、ポリエチレンやその共重合体であるEVA、EEA、EAA、アイオノマー等が用いられる。
導電性粒子には、ガーボンブラック、グラファイト、金属粉等が用いられる。特に、カーボンブラックの場合は、高導電性を得るために開発されたアセチレンブラックやケッチェンブラック等の粒径が小さくストラクチャーの発達したものよりも、GPF、SRF、FT等の粒径が大きくストラクチャーの小さなものが大きなPTC特性を得るのに適している。
充填剤には、PTC層の強度向上など、必要に応じて金属酸化物等が用いられる。
ポリマーと導電性粒子、充填剤の比率は、ポリマーが40〜98vol%、好ましくは50〜96vol%の範囲が良い。ポリマー比率がこれ以上小さくなると導電粒子、充填剤を保持しきれなくなり、強度が脆くなる。また、ポリマー比率がこの範囲より大きくなると、発熱体として必要な抵抗が得られなくなる。ポリマー以外の部分はこれを導電性粒子と充填剤により、必要な抵抗を得るための比率にする。
電極は、導電性インク、ドータイト等を印刷等の手法によりPTC層の表面に配設したり、金属箔を接着剤や加熱圧縮によってPTC層の表面に貼り付けてエッチング等の手法により必要なパターンに形成したりする。
絶縁層は、PET、PI等の絶縁フィルムを粘着剤を用いてPTC層に貼り付ける。
上記したように自動車用ドアミラーヒーターの基本構造は、PTC層に電極を配し、そこから電源に繋ぐための端子を設け、その外側を絶縁層で被ったものであり、これを図示すると例えば第1図および第2図に示すようになる。
すなわち、第1図は、この種のドアミラーヒーターとして用いられる面状発熱体1の一例を示す平面図、第2図はその断面図を示しており、この面状発熱体1は以下のように構成されている。
すなわち、絶縁性基板としての絶縁フィルム2が設けられており、この絶縁フィルム2の上(第2図では下側)に一対の電極3,4が設けられている。またこの電極3,4の上にPTC層としてのPTC発熱素子5が被せられており、更にこの発熱素子5の上に絶縁層としての絶縁フィルム6が被せられている。また一対の電極3,4にはそれぞれ端子7,8が接続されている。
ドアミラーヒーターには一般に、軽自動車・小型車用の小さなものからRV・ミニバン用の大きなものまであるが、本実施例および比較例では、150mm×100mmの基材(PETフィルム)に、幅0.5mm、ピッチ0.5mmの櫛歯状電極を配し、その上にPTC組成物を配し、電源に繋ぐための配線を施した後に絶縁フィルムで覆ったものを用いることにした。
PTC組成物としては、エチレン−アクリル酸共重合体(EAA)にカーボンブラックを分散したインクタイプのものを用いた。PTCインクは、(1)ポリマーを溶剤に溶解する、(2)導電粒子や充填剤を加えて混合する、(3)ロールミル等でポリマー溶液に導電性粒子、充填剤を分散する、という手順で作製した。
用いた原材料は、
ポリマー:エクソンモービル製 エスコール5000
カーボン:新日化カーボン製 HTC#S(SRF)
但し、比較例2はライオン製 ケッチェンブラックEC
充填剤 :石原産業製 タイペークA−100
である。
ドアミラーの形状は実施例および比較例とも同じであるので、抵抗の調整はこれをカーボンブラックの配合比率を調整することにより行ない、実施例1は、SRFカーボン12.5vol%で抵抗値が50Ωのドアミラーヒーター、実施例2は、SRFカーボン12.2vol%で抵抗値が120Ωのドアミラーヒーター、比較例1は、SRFカーボン14.0vol%で抵抗値が5Ωのドアミラーヒーター、そして比較例2は、ケッチェンブラック5vol%で抵抗値が40Ωのドアミラーヒーターとした。
PTCインクの基材への配設はメタルマスク印刷によった。但し、PTCの配設に関してはインクタイプ−印刷のみならず、固体組成物−圧縮成形型など他の方法であっても良い。
これらのヒーターの抵抗値とPTC特性、42Vの電圧を印加させて発熱させた時の表面温度と電圧印加時の初期電流値を測定したところ、下記表1に示す結果を得た。
表面温度は、高い方がドアミラーの曇り等を早く除去できるので良いのであるが、発火、焼損、人体が接触したときの火傷等の防止を考慮すると、85℃以下とするのが望ましい。また、初期電流値についても、大電流が流れると、バッテリー容量からくる他の電装品との電流配分を越えた場合に問題となる。また、比較例2はPTC特性が非常に小さく、自己温度制御機能が得られていない。
以上の比較試験から、本発明のドアミラーヒーターはこれを高電圧バッテリー搭載車に装着することにより、必要な発熱量でドアミラー表面を適切な温度に昇温させ、雨滴取り、露取り、寒冷時の霜取り等を適切に行なうことができるとともに、必要以上に発熱せず、ヒーターの発火、焼損は勿論のこと、人体とドアミラーが接触した場合も火傷等の損害に至らないものであることを確認することができた。
実施形態2):請求の範囲第3項に係る発明について
本願発明者らは、上記請求の範囲第1項および第2項に係る発明をなしてから更なる鋭意研究を行ない、その結果として請求の範囲第3項に係る発明を完成させたので、以下この請求の範囲第3項に係る発明の詳細を引き続き説明する。この請求の範囲第3項に係る発明は、上記請求の範囲第1項および第2項に係る発明が専ら発熱回路の初期抵抗値およびPTC特性のみを発明の要件とした内容であるのに対して、当該抵抗値および特性を得る上での加工性等を考慮した実仕様上の材料配合等を検討し、これを発明の内容に加えたものである。
すなわち先ず、ヒーターの構造については、上記したようにドアミラーヒーターには一般に軽自動車・小型車用の小さなものからRV・ミニバン用の大きなものまであるが、本実施例および比較例では、150mm×100mmの基材(PETフィルム)に、幅0.5mm、ピッチ0.5mmの櫛歯状電極を配し、その上にPTC組成物を配し、電源に繋ぐための配線を施した後に絶縁フィルムで覆ったものを用いた。
PTC組成物としては、主材ポリマーとしてのエチレン−アクリル酸共重合体(EAA)にカーボンブラックを分散したもの、これにEPDMゴムを添加したもの、更に充填剤としての金属酸化物である酸化チタンを添加したインクタイプのものを用いた。PTCインクは、(1)ポリマーを溶剤に溶解する、(2)導電粒子や充填剤を加えて混合する、(3)ロールミル等でポリマー溶液に導電性粒子、充填剤を分散する、という手順で作製した。但し、手順はこれ一通りではなく、工程の順序を変えたり、工程を細分化したりしても構わない。
用いた原材料は、
ポリマー EAA :エクソンモービル製 エスコール5000
EPDM:日本合成ゴム製 EP22
カーボン:新日化カーボン製 HTC#S(SRF)
但し、比較例はライオン製 ケッチェンブラックEC
充填剤(酸化チタン):石原産業製 タイペークA−100
である。
組成について、PTC組成物は、比較例3として、上記実施形態1に記載したEAA/カーボンブラック配合のものを用い、これに対して実施例3には、EAA+EPDM/カーボンブラック配合のもの、実施例4〜6および比較例4、5にはそれぞれ、EAA+EPDM/カーボンブラック+酸化チタン配合のものを用いた。また、比較例6には、12V使用で良好な結果が得られるEAA+EPDM/カーボンブラック+酸化チタン配合のものを用いた。また、各配合とも発熱回路の初期抵抗値が特に好ましいとされる50〜100Ωに収まるようにカーボンの添加量を調整した。配合の詳細は下記表2内に記載のとおりである。
上記各実施例および比較例について、加工性、被破壊性、粘着性、抵抗値、PTC特性、抵抗安定性および通電耐久性を試験または測定したところ、下記表2に示す結果を得た。尚、加工性は、メタルマスク印刷時の転写良否を○×(良:○、不良:×)で表わしている。被破壊性は、作製されたヒーターを指先で弾いたときの組成物の脱落の有無(無:○、有:×)を○×で表わしている。粘着性は、印刷乾燥後のサンプルを重ね、上から1枚取ったときに下のサンプルが引っ張られるか否かを○×(引っ張られない:○、引っ張られる:×)で表わしている。抵抗値は、ヒーター端子間をデジタルマルチメーターで測定した。PTC特性は、常温25℃下の抵抗値と100℃の恒温槽中にサンプルを置いたときの抵抗値の比(R100℃/R25℃)を示している。抵抗安定性は、サンプル作製直後と24時間後の抵抗変化率を示している。また、通電耐久性は、常温25℃下で42V(比較例6は12V)の電圧を3分印加/3分停止を200サイクル繰り返した後の抵抗変化を示している。
この表2から判るように、加工性および被破壊性については、ゴム(EPDMゴム)を添加した方が良く、粘着性については、充填剤(酸化チタン)の量が少ないと良くない。抵抗値は、充填剤総量6〜40%の間でもカーボンブラックの量を調整することにより、必要な抵抗を得ることができる。PTC特性は、充填剤量が増えるに連れて小さくなるが、今回の範囲ではヒーターの機能に問題を生じない。抵抗安定性は、充填剤量20〜30%の当たりが最も良く、しかし全範囲に亙って使用に耐えないわけではない。通電耐久性は、充填剤量が35%を越えたあたりから、悪化しはじめる。
したがって以上のことから、42V使用で、初期抵抗およびPTC特性のみならず、製造上および製品上の加工性、被破壊性、粘着性、抵抗安定性および通電耐久性を良好に維持するためには、PTC層の主材ポリマーにゴムを添加し、更に充填剤として金属酸化物を添加するのが有効であることを確認することができた。添加量は、ゴムについては特に制限しないが、12V使用時と同程度(今回はポリマー総量のうち20%)が好ましい。充填剤については、総量の2〜30%、特に10〜30%が好ましい。カーボンと金属酸化物の比率は、上記実施形態1で説明したところにしたがって初期抵抗値が20〜200Ω、好ましくは50〜100Ωとなるように調整することになる。
発明の効果および産業上の利用可能性
本発明は、以下の効果を奏する。
すなわち、本願の請求の範囲第1項および第2項に係るドアミラーヒーターにおいては、高電圧バッテリー対応のドアミラーヒーターとして、発熱回路の初期抵抗値が20〜200Ω、より好ましくは50〜100Ω、PTC特性R100℃/R25℃の下限値が10以上、より好ましくは50以上とされているので、当該ヒーターを高電圧バッテリー搭載車に装着することにより、必要な発熱量でドアミラー表面を適切な温度に昇温させることができ、よって雨滴取り、露取り、寒冷時の霜取り等を適切に行なうことができる。また、必要以上に発熱することがないのでヒーターの発火や焼損等を防止するとともに、人体とドアミラーが接触した場合の火傷等を防止することができる。
またこれに加えて、本願の請求の範囲第3項に係るドアミラーヒーターによれば、PTC層の主材ポリマーにゴムを添加し、更に充填剤として金属酸化物を添加することにより、製造上および製品上の加工性、被破壊性、粘着性、抵抗安定性および通電耐久性を良好に維持することができる。
ドアミラーヒーターは、PTC層に電極を配し、そこから電源に繋ぐための端子を設け、その外側を絶縁層で被ったものが基本的な構造である。
ポリマー:エクソンモービル製 エスコール5000
カーボン:新日化カーボン製 HTC♯S(SRF)
但し、比較例2はライオン製 ケッチェンブラックEC
充填剤 :石原産業製 タイペークA−100
である。
本願発明者らは、上記実施形態1に係る発明をなしてから更なる鋭意研究を行ない、その結果として本発明を完成させたので、以下、本発明の詳細を引き続き説明する。本発明は、上記実施形態1に係る発明が専ら発熱回路の初期抵抗値およびPTC特性のみを発明の要件とした内容であるのに対して、当該抵抗値および特性を得る上での加工性等を考慮した実仕様上の材料配合等を検討し、これを発明の内容に加えたものである。
ポリマー EAA :エクソンモービル製 エスコール5000
EPDM:日本合成ゴム製 EP22
カーボン:新日化カーボン製 HTC♯S(SRF)
但し、比較例はライオン製 ケッチェンブラックEC
充填剤(酸化チタン):石原産業製 タイペークA−100
である。
2 絶縁フィルム
3,4 電極
5 発熱素子
6 絶縁フィルム
7,8 端子
Claims (3)
- 発熱体であるPTC層と前記PTC層に通電するための電極とを備えた発熱回路を有する高電圧バッテリー対応のドアミラーヒーターであって、
前記発熱回路の初期抵抗値を20〜200Ωとするとともに、PTC特性R100℃/R25℃の下限値を10としたことを特徴とするドアミラーヒーター。 - 発熱体であるPTC層と前記PTC層に通電するための電極とを備えた発熱回路を有する高電圧バッテリー対応のドアミラーヒーターであって、
前記発熱回路の初期抵抗値を50〜100Ωとするとともに、PTC特性R100℃/R25℃の下限値を50としたことを特徴とするドアミラーヒーター。 - 請求の範囲第1項または第2項のドアミラーヒーターにおいて、
PTC層の主材ポリマーにゴムを添加し、更に充填剤として金属酸化物を添加したことを特徴とするドアミラーヒーター。
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