KR20140065380A - 면상 발열체 및 그 제조방법 - Google Patents
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Abstract
미러의 이면에 부착되는 자기 온도 제어형 면상 발열체에 있어서, 양호한 맑아짐 성능을 실현하고, 또한 장기에 걸쳐 양호한 발열 성능이 얻어지도록 한다. 베이스 필름(21)과, 베이스 필름(21) 위에 알루미늄박이 패터닝되어 형성된 전극(22, 23)과, 전극(22, 23) 표면에 형성된 도전성 피막(24)과, 도전성 피막(24)을 통하여 전극(22, 23)을 씌우도록 형성된 PTC 발열체막(25)을 구비한다. 도전성 피막(24)은 페놀 수지 혹은 에폭시 수지에 도전성 재료가 혼련된 구성으로 된다.
Description
본 발명은, 예를 들면, 자동차의 사이드미러 등의 미러의 이면에 부착되어, 미러의 서리 제거, 흐림 방지에 사용되는 자기 온도 제어형 면상(面狀) 발열체 및 그 제조방법에 관한 것이다.
자동차의 사이드미러에는 시야를 방해하는 서리나 이슬을 제거하기 위해, 미러의 이면에 면상 발열체를 붙이고, 가열에 의해 서리나 이슬을 제거하는 방법이 널리 채용되고 있다. 이 면상 발열체에는 고가의 온도 제어 장치를 필요로 하지 않는 정온도 특성(PTC 특성)을 갖는 자기 온도 제어형 면상 발열체가 통상 사용되고 있다.
자기 온도 제어형 면상 발열체는 일반적으로 폴리에스테르 필름 등으로 이루어지는 베이스 필름 위에 은분을 주체로 한 도전성 페이스트를 스크린 인쇄 등에 의해 인쇄하여 주전극과 빗살모양 전극으로 이루어지는 전극 패턴을 형성한 후, 가열 경화시켜 전극을 형성하고, 다음에 전극을 씌우도록 자기 온도 제어 특성을 갖는 발열체막(이하, PTC 발열체막이라고 함)을 형성하여 제조된다. PTC 발열체막은, 예를 들면, 폴리에틸렌 등의 결정성 수지와 카본블랙 등을 혼련한 것으로 수지의 연화온도 혹은 융점 부근에서 저항값이 상승하는 PTC 특성을 갖는 것이다.
도 3은 이와 같이 하여 제조되는 면상 발열체의 1구성예를 나타낸 것으로, 도 3 중, 11은 베이스 필름을 나타내고, 12, 13은 한 쌍의 전극을 나타낸다. 전극(12, 13)은 각각 주전극(12a, 13a)과 빗살모양 전극(12b, 13b)으로 이루어지고, 양쪽 전극(12, 13)의 빗살모양 전극(12b, 13b)은, 도 3에 도시한 바와 같이, 번갈아 빗살 사이에 침입하여 서로 맞물리도록 배치되어 있다. 양쪽 전극(12, 13)을 씌우도록 형성되는 PTC 발열체막은 양쪽 전극(12, 13) 사이에 위치하여 전류 유로를 구성하는 부분이 발열한다. 도 3 중, 도트 영역은 PTC 발열체막의 양쪽 전극(12, 13) 사이에 위치하는 부분 영역인 발열 영역(14)을 나타낸다.
면상 발열체에는 또한 외부와의 전기적 접속용의 단자가 부착되어, 미러로의 부착에 필요한 양면 접착테이프가 첩부된다. 도 3 중, 15는 단자의 코킹 고정에 사용되는 그로멧을 나타낸다. 단자는 도 3에서는 가려져서 보이지 않지만, 이 그로멧(15)이 위치하는 면과 반대면에 위치해 있다.
그런데, 이러한 면상 발열체에서는 전극의 전류 용량을 충분히 크게 확보하는 것이 중요하다. 만일, 전류용량 부족으로 된 경우에는, 전극이 이상 발열하여, 발연, 발화에 이를 가능성이 있다.
전극의 전류용량은 전극 재료의 비저항, 막 두께, 폭으로 정해진다. 은 페이스트 전극은 수지 재료를 바인더로 하여 은분을 혼합 분산한 것이기 때문에, 은분을 보다 많이 혼합함으로써 비저항을 낮추는 것이 가능하지만, 은분이 지나치게 많으면 페이스트로서의 유동성이 작아져, 인쇄가 곤란하게 된다. 또한 막이 부서지기 쉬워져, 크랙이 발생하는 등의 문제가 있다. 따라서, 비저항은 0.5×10-4Ω·cm 정도가 한계이며, Al, Cu, Ni, Ag 등의 일반적인 금속 그 자체의 비저항에는 미치지 못하는 것이 현상이다.
한편, 막 두께의 증대는 재료 비용의 증대를 초래하기 때문에, 통상, 전극 재료, 막 두께는 변경하지 않고, 전극 패턴의 폭으로 전류용량을 확보하는 것과 같은 것이 행해지고 있다. 이 경우, 자동차의 사이드미러에서는 통상 13.5V의 전압이 인가되어, 3A∼7A 정도의 전류가 흐르기 때문에, 은 페이스트 전극의 주전극의 폭은 10mm∼20mm 정도로 상당히 넓은 폭으로 할 필요가 있다. 폭이 넓은 주전극과 발열체막이 겹쳐 있는 영역의 합성 비저항은 작으므로 그 영역에서는 발열량은 적어, 미러에 부착된 서리나 이슬을 없애는 경우, 이 폭이 넓은 주전극 영역에 서리나 이슬이 남아, 시야를 방해하게 되어, 양호한 맑아짐 성능(미러에 있어서 x분 후에 미러 면적의 y퍼센트의 서리나 이슬을 없애는 성능)이 얻어지지 않게 된다.
한편, 이러한 은 페이스트 전극 대신, 전극 재료로서 알루미늄박을 사용하는 경우가 있다(예를 들면, 특허문헌 1 참조). 알루미늄박의 비저항은 0.03×10-4Ω·cm 정도로 은 페이스트 전극의 10분의 1 이하이다. 그래서, 은 페이스트 전극을 사용하는 경우, 예를 들면, 최대한 저항을 낮추기 위하여 은 페이스트 전극의 막 두께를 20㎛∼30㎛ 정도로 두껍게 했다고 해도, 은 페이스트 대신에 알루미늄박을 사용하여, 그 두께를 일반적으로 입수하기 쉬운 10㎛ 정도로 하는 것만으로, 전극폭을 은 페이스트 전극의 3분의 1 내지 5분의 1 정도로 축소할 수 있으므로, 은 페이스트 전극에 비해 주전극폭을 상당히 작게 할 수 있다. 이것에 의해 서리나 이슬이 남아, 시야를 방해하는 것과 같은 문제를 해소할 수 있다. 단, 특허문헌 1에서 개시되어 있는 단자 영역의 주전극의 폭은 빗살모양 전극의 폭에 비해 현저하게 크고, 이것을 작게 하는 것은 시사되어 있지 않다.
(발명의 개요)
(발명이 해결하고자 하는 과제)
이와 같이 비저항이 작은 알루미늄박은 열전도성도 우수하여, 면상 발열체의 전극으로서 적합한 일면을 갖지만, 알루미늄박의 표면은 산화되기 쉽고, 산화에 의해 PTC 발열체막과의 계면저항이 서서히 증대하여, PTC 발열체막과의 계면의 도전성이 저하되어 버린다고 하는 문제가 있다.
전극과 PTC 발열체막과의 도전성이 저하되면, 원하는 발열량이 얻어지지 않아, 히터 성능의 저하를 초래한다. 또한, 예를 들면, 부분적으로 도전성이 저하되어 버리면, 발열 분포 이상으로 되어, 발연, 소손에 이를 위험성이 있다.
이러한 문제의 대책으로서 알루미늄박 표면에 은이나 니켈 등의 도금을 행함으로써 도전성의 저하를 방지하는 것은 가능하지만, 대단히 고가인 것으로 되어 버리기 때문에, 실용성이 결여된다.
한편, 알루미늄박의 표면을 기계적 혹은 화학적으로 연마하고, PTC 발열체막과의 접촉면적을 늘림으로써 도전성을 향상시킨다고 하는 것도 행해지고 있지만, 장기간의 사용에 있어서 도전성을 만족하는 것은 얻어지고 있지 않은 상황에 있다.
본 발명의 목적은 이러한 상황을 감안하여, 알루미늄박을 전극에 사용함으로써 양호한 맑아짐 성능이 얻어지도록 하고, 또한 산화에 의한 알루미늄박의 PTC 발열체막과의 계면저항의 증대를 억제하고, 도전성의 저하를 억제할 수 있도록 하여, 장기에 걸쳐 양호한 발열 성능이 얻어지도록 한 면상 발열체 및 그 제조방법을 제공하는 것에 있다.
본 발명에 의하면, 미러의 이면에 부착되는 자기 온도 제어형 면상 발열체는 베이스 필름과, 베이스 필름 위에 알루미늄박이 패터닝 되어 형성된 전극과, 전극 표면에 형성된 도전성 피막과, 도전성 피막을 통하여 전극을 씌우도록 형성된 PTC 발열체막을 구비하고, 도전성 피막은 페놀 수지 혹은 에폭시 수지에 도전성 재료가 혼련된 구성으로 된다.
본 발명에 의하면, 미러의 이면에 부착되는 자기 온도 제어형 면상 발열체의 제조방법은 편면에 핫멜트 접착제가 도포된 알루미늄박을 베이스 필름에 열접착하는 공정과, 열접착된 알루미늄박을 패터닝하여 전극 패턴을 형성하는 공정과, 전극 패턴 위에 단자부를 제외하고 도전성 피막을 인쇄·가열 경화하여 형성하는 공정과, 도전성 피막을 통하여 전극 패턴을 씌우도록 PTC 발열체막을 형성하는 공정을 포함하고, 도전성 피막의 형성에 페놀 수지 혹은 에폭시 수지에 도전성 재료가 혼련된 재료를 사용한다.
본 발명의 또 하나의 관점에 의하면, 미러의 이면에 부착되는 자기 온도 제어형 면상 발열체의 제조방법은 편면에 핫멜트 접착제가 도포된 알루미늄박을 베이스 필름에 열접착하는 공정과, 열접착된 알루미늄박 표면에 단자부를 제외하고 도전성 피막을 인쇄 형성하는 공정과, 도전성 피막을 예비 경화 후, 도전성 피막 및 알루미늄박을 일괄 펀칭하여 전극 패턴을 형성하는 공정과, 도전성 피막을 본경화 후, 전극 패턴을 씌우도록 PTC 발열체막을 형성하는 공정을 포함하고, 도전성 피막의 형성에, 페놀 수지 혹은 에폭시 수지에 도전성 재료가 혼련된 재료를 사용한다.
본 발명에 의하면, 알루미늄박을 전극으로서 사용함으로써, 전류 용량을 충분히 확보하면서 전극폭을 좁게 할 수 있다. 따라서, 양호한 맑아짐 성능을 얻을 수 있다.
또한 알루미늄박의 표면에 도전성 피막을 설치함으로써, 알루미늄박과 PTC 발열체막의 계면의 도전성의 저하를 억제할 수 있고, 이것에 의해 장기에 걸쳐 양호한 발열 성능을 얻을 수 있다.
도 1은 본 발명에 의한 면상 발열체의 1실시형태의 구성을 도시하는 평면도.
도 2는 본 발명에 의한 면상 발열체의 구성 개요를 설명하기 위한 단면도.
도 3은 면상 발열체의 종래 구성예를 도시하는 평면도.
도 2는 본 발명에 의한 면상 발열체의 구성 개요를 설명하기 위한 단면도.
도 3은 면상 발열체의 종래 구성예를 도시하는 평면도.
(발명을 실시하기 위한 형태)
본 발명의 실시형태를 도면을 참조하여 설명한다.
도 1은 본 발명에 의한 면상 발열체의 평면 구조를 도시한 것이며, 도 2는 도 1에 도시한 면상 발열체의 선분(XL)에 있어서의 부분 단면을 도시한 것이다.
두께가 50㎛∼150㎛ 정도의 폴리에스테르 필름 등으로 이루어지는 베이스 필름(21) 위에 한 쌍의 전극(22, 23)이 형성된다. 전극(22, 23)은 각각 주전극(22a, 23a)와 빗살모양 전극(22b, 23b)으로 이루어지고, 두께가 5㎛∼20㎛ 정도의 알루미늄박을 패터닝함으로써 형성되어 있다. 양쪽 전극(22, 23)의 빗살모양 전극(22b, 23b)은 도 1에 도시한 바와 같이 번갈아 침입하여 서로 맞물리도록 배치되어 있다. 서로 맞물리는 빗살모양 전극(22b, 23b)의 피치는 2mm∼10mm 정도이다. 주전극(22a, 23a)의 바람직한 폭은 1.5mm∼10mm이며, 빗살모양 전극(22b, 23b)의 바람직한 폭은 0.5mm∼5mm이다. 알루미늄박에 의해 전극(22, 23)을 형성함으로써, 주전극(22a, 23a)의 폭은 도 1에 도시한 바와 같이 좁게 할 수 있다.
전극(22, 23)의 표면에는 도전성 피막(24)이 형성되고, 이 도전성 피막(24)을 통하여 전극(22, 23) 전체를 씌우도록 PTC 발열체막(25)이 형성되어 있다. 도 1 및 2 중, 도트 영역은 PTC 발열체막(25)의 발열 영역(25a)을 나타낸다. 도전성 피막(24)은, 도 2에 도시한 바와 같이, 알루미늄박(22, 23) 위의, 단자부(단자(27) 부착용의 그로멧(28)이 위치하는 부분)를 제외한 영역 부분에 형성된다.
PTC 발열체막(25)은, 예를 들면, 폴리에틸렌 등의 결정성 수지에 카본블랙 등을 혼련하여 형성한 PTC 발열체 페이스트를 인쇄함으로써 형성된다.
도전성 피막(24)은 페놀 수지 혹은 에폭시 수지에 도전성 재료를 혼련한 도전성 페이스트를 인쇄함으로써 형성된다. 이들 페놀 수지나 에폭시 수지를 바인더 수지로서 사용함으로써, 알루미늄박으로 이루어지는 전극(22, 23)과의 양호한 접착성·밀착성을 얻을 수 있다. 도전성 재료로서는 카본블랙과 그래파이트 분말이 혼련된다. 또한, 카본블랙 및 그래파이트 분말 대신에, 은분이나 니켈분 등의 금속분을 사용할 수도 있다.
도전성 피막(24)의 비저항은 PTC 발열체막(25)의 비저항의 2.5분의 1 내지 2500분의 1의 범위에 선정되고, 또한 도전성 피막(24)의 막 두께는 5㎛ 내지 70㎛의 범위로 선정된다. 도전성 피막(24)의 막 두께가 이 범위보다도 두꺼운 경우에는 도전성 피막(24) 자체가 발열하여, 원하는 히터 특성이 얻어지지 않게 된다.
전극(22, 23)의 표면에 도전성 피막(24)을 형성하는 방법으로서는 스크린인쇄나 롤 코팅을 사용할 수 있다. 스크린인쇄에서는 막 두께 5∼30㎛ 정도, 롤 코팅에서는 막 두께 30㎛ 이상의 도전성 피막(24)을 얻는데 적합하다.
도전성 피막(24)의 형성 방법으로서는 편면에 핫멜트 접착제를 도포한 알루미늄박을 베이스 필름(21)에 열접착하고, 알루미늄박을 칼날형(刃型)으로 펀칭하거나, 또는 에칭에 의해 패터닝 하여 전극 패턴을 형성한 후, 전극 패턴 위에만 도전성 피막(24)을 스크린인쇄하는 방법과, 펀칭 전의 알루미늄박의 전체 표면에 도전성 피막(24)을 인쇄하고, 예비 경화(60℃∼100℃, 5분∼10분) 후, 칼날형으로 알루미늄박과 함께 일괄 펀칭하는 방법이 있다.
상기한 바와 같이 하여, 베이스 필름(21) 위에 전극(22, 23), 도전성 피막(24) 및 PTC 발열체막(25)을 형성한 후, 단자(27)가 부착되고, 또한 미러에의 부착용의 양면 접착테이프(29)가 첩부된다.
단자(27)의 부착은 그로멧(28)을 사용하여 행해진다. 단자(27)는 L자 형상의 금구로 되고, 그 L자의 1변(27a)이 그로멧(28)에 의해 코킹된다. L자의 1변(27a)에는 구멍(27b)이 2개 형성되어 있고, 그로멧(28)의 2개의 코킹부(28a)가 전극(22(23)), 베이스 필름(21)에 형성된 구멍을 삽입통과하고, 단자(27)의 구멍(27b)을 삽입통과하여 그 선단이 코킹된다. 단자(27)는 베이스 필름(21)측에 부착되고, 이것과 반대의 PTC 발열체막(25) 위에 양면 접착테이프(29)가 첩부된다.
이하, 각종 실시예의 상세 및 환경 시험을 행한 결과에 대하여 설명한다.
실시예
1
면상 발열체 시료를 이하와 같이 하여 제작했다. 핫멜트 접착제 부착 알루미늄박을 폴리에스테르 필름으로 이루어지는 베이스 필름(21)에 열접착한 후, 알루미늄박을 칼날형으로 펀칭하여, 전극 패턴(전극(22, 23))을 형성했다. 주전극(22a, 23a)의 폭은 3mm로 하고, 빗살모양 전극(22b, 23b)의 폭은 1mm로 했다. 계속해서 페놀 수지에 카본 블랙 및 그래파이트 분말을 혼련한 도전성 페이스트를 전극(22, 23) 위에 스크린인쇄 하고, 가열 경화(150℃, 5∼10분)시켜 도전성 피막(24)을 형성했다. 도전성 피막(24)의 막 두께는 10㎛로 했다. 이때의 도전성 피막(24)의 비저항은 0.2Ω·cm이었다. 다음에 PTC 발열체 페이스트(비저항 50Ω·cm)를 인쇄하여 PTC 발열체막(25)을 형성하고, 통전용의 단자(27)를 부착하고, 양면 접착테이프(29)를 첩부하여 면상 발열체 시료를 완성시켰다. 한 쌍의 단자(27) 간의 저항값을 측정한 바, 19.9Ω이었다.
이 면상 발열체 시료를 60℃, 90∼95%RH의 고온고습 상태에 방치하고, 72시간 후의 저항값을 측정한 바, 1.04배로 초기 상태와 거의 다르지 않은 저항값이었다.
또한 동 사양의 시료에 대하여, -30℃와 +80℃를 반복하는 온도 사이클 시험을 실시했다. 5사이클 후의 저항값은 초기 상태의 0.98배가 되고, 거의 변화는 보이지 않았다.
실시예
2
2개의 면상 발열체 시료를 다음과 같이 하여 제작했다. 전극 패턴 및 도전성 피막(24)은 2개의 시료 모두 실시예 1과 동일한 수순으로 형성했다. 2개의 시료의 도전성 피막(24)의 비저항은 각각 0.02Ω·cm와 20Ω·cm로 하고, 막 두께는 모두 10㎛로 했다. PTC 발열체 페이스트(비저항 50Ω·cm)를 인쇄하고, 실시예 1과 동일한 공정을 거쳐 2개의 면상 발열체 시료를 완성시켰다. 단자(27) 사이의 저항값은 각각 15.8Ω와 31.0Ω이었다.
이들 면상 발열체 시료를 실시예 1과 동일한 고온고습 상태에 방치하고, 72시간 후의 저항값을 측정했다. 저항값 측정결과는 각각 1.02배와 1.05배가 되어, 초기 상태와 거의 다르지 않은 값이었다.
또한 동 사양의 2개의 시료에 대하여, 실시예 1과 동일한 온도 사이클 시험을 실시했다. 5사이클 후의 저항값을 측정한 바, 각각 0.95배와 0.93배가 되어, 변화는 거의 보이지 않았다.
실시예
3
2개의 면상 발열체 시료를 다음과 같이 하여 제작했다. 전극 패턴 및 도전성 피막(24)은 2개의 시료 모두 실시예 1과 동일한 수순으로 형성했다. 2개의 시료의 도전성 피막(24)의 막 두께는 각각 5㎛와 70㎛로 하고, 비저항은 모두 0.2Ω·cm로 했다. PTC 발열체 페이스트(비저항 50Ω·cm)를 인쇄하고, 실시예 1과 동일한 공정을 거쳐 2개의 면상 발열체 시료를 완성시켰다. 단자(27) 사이의 저항값은 각각 16.52Ω과 15.64Ω이었다.
이들 면상 발열체 시료에 대하여, 실시예 1과 동일한 온도 사이클 시험을 실시했다. 5사이클 후의 저항값을 측정한 바, 각각 0.98배와 1.02배로 되어, 변화는 거의 보이지 않았다.
[비교예]
실시예 1과 마찬가지로 알루미늄박의 전극 패턴을 형성했다. 도전성 피막은 형성하지 않고, PTC 발열체 페이스트(비저항 50Ω·cm)를 인쇄하고, 실시예 1과 동일하게 면상 발열체 시료를 완성시켰다. 단자(27) 사이의 저항값은 45.5Ω이었다.
이 면상 발열체 시료를 실시예 1과 동일한 고온고습 상태에 방치하고, 72시간 후의 저항값을 측정한 바, 2.61배로 변화되었다.
또한 동 사양의 시료에 대하여, 실시예 1과 동일한 온도 사이클 시험을 실시했다. 5사이클 후의 저항값은 1.36배로 변화되었다.
상기한 시험결과로부터, 본 발명에 의한 면상 발열체에 의하면, 알루미늄박으로 이루어지는 전극의, PTC 발열체막과의 계면의 도전성의 저하가 억제되고 있는 것을 알 수 있다.
Claims (6)
- 미러의 이면에 부착되는 자기 온도 제어형 면상 발열체로서,
베이스 필름과,
상기 베이스 필름 위에 알루미늄박이 패터닝되어 형성된 전극과,
상기 전극 표면에 형성된 도전성 피막과,
상기 도전성 피막을 통하여 상기 전극을 씌우도록 형성된 PTC 발열체막을 포함하고,
상기 도전성 피막은 페놀 수지 혹은 에폭시 수지에 도전성 재료가 혼련된 구성으로 되어 있는 것을 특징으로 하는 자기 온도 제어형 면상 발열체. - 제 1 항에 있어서,
상기 도전성 피막의 비저항이 상기 PTC 발열체막의 비저항의 2.5분의 1 내지 2500분의 1로 되고, 상기 도전성 피막의 막 두께가 5㎛ 내지 70㎛로 되어 있는 것을 특징으로 하는 자기 온도 제어형 면상 발열체. - 미러의 이면에 부착되는 자기 온도 제어형 면상 발열체의 제조방법으로서,
편면에 핫멜트 접착제가 도포된 알루미늄박을 베이스 필름에 열접착하는 공정과,
상기 열접착된 알루미늄박을 패터닝 하여 전극 패턴을 형성하는 공정과,
상기 전극 패턴 위에, 단자부를 제외하고 도전성 피막을 인쇄·가열경화 하여 형성하는 공정과,
상기 도전성 피막을 통하여 상기 전극 패턴을 씌우도록 PTC 발열체막을 형성하는 공정을 포함하고,
상기 도전성 피막의 형성에 페놀 수지 혹은 에폭시 수지에 도전성 재료가 혼련된 재료를 사용하는 것을 특징으로 하는 자기 온도 제어형 면상 발열체의 제조방법. - 제 3 항에 있어서, 상기 전극 패턴을 형성하는 공정은 상기 알루미늄박을 칼날형으로 펀칭하여 전극 패턴을 형성하는 공정인 것을 특징으로 하는 자기 온도 제어형 면상 발열체의 제조방법.
- 제 3 항에 있어서, 상기 전극 패턴을 형성하는 공정은 상기 알루미늄박을 에칭하여 전극 패턴을 형성하는 공정인 것을 특징으로 하는 자기 온도 제어형 면상 발열체의 제조방법.
- 미러의 이면에 부착되는 자기 온도 제어형 면상 발열체의 제조방법으로서,
편면에 핫멜트 접착제가 도포된 알루미늄박을 베이스 필름에 열접착하는 공정과,
상기 열접착된 알루미늄박 표면에 단자부를 제외하고 도전성 피막을 인쇄 형성하는 공정과,
상기 도전성 피막을 예비 경화 후, 상기 도전성 피막 및 알루미늄박을 일괄 펀칭하여 전극 패턴을 형성하는 공정과,
상기 도전성 피막을 본경화 후, 상기 전극 패턴을 씌우도록 PTC 발열체막을 형성하는 공정을 포함하고,
상기 도전성 피막의 형성에, 페놀 수지 혹은 에폭시 수지에 도전성 재료가 혼련된 재료를 사용하는 것을 특징으로 하는 자기 온도 제어형 면상 발열체의 제조방법.
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