WO2004048165A1

WO2004048165A1 - ドアミラーヒーター

Info

Publication number: WO2004048165A1
Application number: PCT/JP2003/015081
Authority: WO
Inventors: Naoki Yamada
Original assignee: Nok Corporation
Priority date: 2002-11-28
Filing date: 2003-11-26
Publication date: 2004-06-10
Also published as: AU2003302417A1; JPWO2004048165A1; EP1566318A4; JP4114081B2; DE60316592D1; EP1566318A1; EP1566318B1; US20060011615A1; US7202445B2; DE60316592T2

Abstract

高電圧バッテリ一に対応する自動車等車両用のドアミラーヒーターを提供することを目的とし、この目的を達成するため、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、一層好ましくは50～100Ωとするとともに、PTC特性R100℃/R25℃の下限値を10、一層好ましくは50とすることにした。また、PTC層の主材ポリマーにはゴムを添加し、更に充填剤として金属酸化物を添加することにした。

Description

明細書ドアミラーヒーター技術分野

本発明は、自動車等車両のドアミラーをその裏面側から加熱して、その表面に付着した雨滴、露または霜等を除去し、またミラー表面を曇り止めするために用いられるドアミラーヒーターに関するものである。背景技術

従来から、車載用の電機 '電子部品は、バッテリー電圧 1 2 Vに対応する設計がなされている。しかしながら今般、自動車のバッテリーが 42 Vの高電圧に引き上げられようとしており、よってこれまでの設計では、流れる電流が大幅に増え、発生する電力が増大し、不具合を招くことになる。ドアミラーヒーター等の発熱体の場合は 1 2 V仕様のものを 42Vで使うと、初期電力が 1 2. 25倍（ P= I · Εより）にもなる。また、 PTC発熱体といえども抵抗が無限大になるわけではないので、設定の温度領域を越えてしまう虞がある。

バッテリー電圧 1 2 V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 2〜20 Ω未満に設定している。しかしながらこれを 42 V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 200 1— 2848 5 9号公報、特開 200 2— 50456号公報、特開 2 002 - 1 4 6 2 5 1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一を提供することを目的とする。発明の開示

上記目的を達成するため、本発明のドアミラーヒーターは、発熱体である PT C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—バッテリ一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 〜 200 Ω、一層好ましくは 50〜： L 00 Ωとするとともに、丁。特性1 ₁₀₀ 。_C/R₂₅。cの下限値を 1 0、一層好ましくは 5 0としたことを特徴とするものであり、これを請求の範囲第 1項と第 2項で分説して、本願の請求の範囲第 1項に係るドアミラーヒーターは、数値範囲を広めにとって発熱回路の初期抵抗値を 2 0〜200 Ωとするとともに、 1?〇特性1^₁₀₀。じ 1 ₂₅₁₀の下限値を 1 0としたもの、本願の請求の範囲第 2項に係るドアミラーヒーターは、数値範囲を狭めにとつて発熱回路の初期抵抗値を 50〜1 00 Ωとするとともに、 PT C特性 R ₁₀₀ :/R₂₅での下限値を 50としたものである。

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層の主材ポリマ一にゴムを添加し、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 42 Vに対応するには先ず、発熱回路の初期抵抗値を 20〜2 00 Ωとし、より良い性能を得るには 50〜 1 00 Ω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 1 00 Ωを上回り更に 200 Ω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つて晴れ性能が悪化する。一方、 50 Ωを下回り更に 20 Ω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 P TC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つ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 2 0〜 2 Ο Ο Ωが好ましく、 5 0〜： L 0 0 Ωがー層好ましい。

また、バッテリー電圧 4 2 Vに対応するには、 P T C特性 R _{1 0}Qで ₂₅；の下限値を 1 0とし、より良い性能を得るには 5 0とするのが好ましい。これは以下の理由による。すなわち、 P T C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、 P T C特性はある程度大きな値が必要で、少なくとも 1 0以上、好ましくは 5 0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、 P T じ特性 ^^；/尺^での下限値は 1 0以上が好ましく、 5 0以上が一層好ましレ、。

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、 P T C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、被破壌性、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。図面の簡単な説明

第 1図は本発明の実施例に係るドアミラーヒーターとして用いられる面状発熱体の一例を示す平面図、第 2図は同面状発熱体の断面図である。発明を実施するための最良の形態

実施形態 1 ) ：請求の範囲第 1項および第 2項に係る発明について

ドアミラーヒーターは、 P T C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つたものが基本的な構造である。

P T C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、 E AA、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、グラフアイト、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ゃケツチエンプラック等の粒径が小さくストラクチャ一の発達したものよりも、 GP F、 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 P T C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〜 98 V o 1 %、好ましくは 50〜9 6 v o l %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 P T C層の表面に貼り付けてェ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、 P I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、この絶縁フイルム 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、 1 50mmX 1 0 Ommの基材（PETフイノレム）に、幅 0. 5 mm、ピッチ 0. 5 mm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つたものを用いることにした。

PTC組成物としては、エチレン一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：ェクソンモービノレ製エコ一/レ 5 000

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タ A— 1 00

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、 s RFカーボン 1 2. 5 V o 1 %で抵抗値が 50 Ωのドアミラーヒーター、実施例 2は、 SRFカーボン 1 2. 2 V o 1 %で抵抗値が 1 20 Ωのドアミラーヒータ一、比較例 1は、 S R Fカーボン 1 4 . 0 V o 1 %で抵抗値が 5 Ω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 5 V o 1 %で抵抗値が 4 0 Ω のドアミラーヒーターとした。

P T Cインクの基材への配設はメタルマスク印刷によった。伹し、 P T Cの配設に関してはインクタイプ一印刷のみならず、固体組成物一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 P T C特性、 4 2 V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 1

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、 8 5 °C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 P T C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一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、 1 50 mmX 1 0 Ommの基材（P ETフィルム）に、幅 0. 5mm、ピッチ 0. 5 mmの櫛歯状電極を配し、その上に P T C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つたものを用いた。

PTC組成物としては、主材ポリマーとしてのエチレン一ァクリル酸共重合体 (EAA) にカーポンプラックを分散したもの、これに E PDM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ィ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。伹し、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 ：ェクソンモービノレ製エスコーノレ 5 000

E P DM : 日本合成ゴム製 E P 2 2

カーボン：新日化カーボン製 HTC# S (S RF)

伹し、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タ A— 1 00

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、 EA A+E PDM 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+E PDM/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、 1 2 V使用で良好な結果が得られる EAA+EP DM /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 50〜1 00 Ω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、被破壌性、粘着性、抵抗値、 P TC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〇X (良：〇、不良： X) で表わしている。被破壌性は、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：〇、有： X) を〇X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つ張られるか否かを〇X (引っ張られない：〇、引っ張られる： X) 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 2 5°C下の抵抗値と 1 00°Cの恒温槽中にサンプルを置いたときの抵抗値の比（R₁₀。。_c/R₂₅。_c) 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°C下で 4 2 V (比較例 6は 1 2 V) 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。表 2

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 3 5%を越えたあたりから、悪化しはじめる。 0 したがって以上のことから、 42 V使用で、初期抵抗おょぴ P T C特性のみならず、製造上および製品上の加工性、被破壌性、粘着性、抵抗安定性およぴ通電耐久性を良好に維持するためには、 P TC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、 1 2V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 1 0〜30%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 20〜200 Ω、好ましくは 5 0〜1 00 Ω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〜 200 Ω、より好ましくは 5 0〜； ί 00 Ω、 PTC特性 R _{t 00}。_c /1¾₂₅。₍；の下限値が 1 0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一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。

Claims

請求の範囲

1. 発熱体である P T C層と前記 P T C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一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 20〜200 Ωとするとともに、 P T C特性 R₁₀₀。cZR₂₅。_cの下限値を 1 0としたことを特徴とするドアミラーヒーター。

2. 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一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 5 0〜1 00 Ωとするとともに、 P T C特性

Riocrc/Rs c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。

3. 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。