特許 7249187 フィルムヒータ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-03-22

(45)【発行日】2023-03-30

(54)【発明の名称】フィルムヒータ

(51)【国際特許分類】

   H05B 3/20 20060101AFI20230323BHJP

   H05B 3/10 20060101ALI20230323BHJP

【ＦＩ】

H05B3/20 346

H05B3/20 340

H05B3/20 379

H05B3/20 386

H05B3/10 A

【請求項の数】 6

(21)【出願番号】P 2019063084

(22)【出願日】2019-03-28

(65)【公開番号】P2020161457

(43)【公開日】2020-10-01

【審査請求日】2022-02-04

(73)【特許権者】

【識別番号】591186888

【氏名又は名称】株式会社トッパンインフォメディア

(73)【特許権者】

【識別番号】000241463

【氏名又は名称】豊田合成株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100094569

【弁理士】

【氏名又は名称】田中 伸一郎

(74)【代理人】

【識別番号】100103610

【弁理士】

【氏名又は名称】▲吉▼田 和彦

(74)【代理人】

【識別番号】100109070

【弁理士】

【氏名又は名称】須田 洋之

(74)【代理人】

【識別番号】100067013

【弁理士】

【氏名又は名称】大塚 文昭

(74)【代理人】

【識別番号】100086771

【弁理士】

【氏名又は名称】西島 孝喜

(74)【代理人】

【識別番号】100109335

【弁理士】

【氏名又は名称】上杉 浩

(74)【代理人】

【識別番号】100120525

【弁理士】

【氏名又は名称】近藤 直樹

(74)【代理人】

【識別番号】100139712

【弁理士】

【氏名又は名称】那須 威夫

(72)【発明者】

【氏名】大塚 達矢

(72)【発明者】

【氏名】廣谷 幸蔵

【審査官】杉浦 貴之

(56)【参考文献】

【文献】特開２００３－２５７５９７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１７－４９１８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開昭５９－１４６１８２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１０－２１２２２２（ＪＰ，Ａ）

【文献】実開昭６０－９０７９０（ＪＰ，Ｕ）

【文献】特開２００９－２５２７１２（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０５Ｂ ３／００－３／８６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

透明な熱可塑性樹脂シートからなる支持シートの一方の面に、導電線からなる導電性パターンが設けられ、該導電性パターンは、接続端子部と、該接続端子部から延びたリード線と、該リード線から続く全体として非直線状のヒータ部とが、一本の導電線からなる連続した線状パターンとして設けられ、前記導電性パターンは、導電線が複数箇所で折れ曲がった２つの接続端子部と、該２つの接続端子部の１つから延びた少なくとも２本のリード線と、該２本のリード線と繋がった少なくとも２つのヒータ部とを有し、前記少なくとも２つのヒータ部を並列に配設したことを特徴とするフィルムヒータ。

【請求項2】

前記２つの接続端子部は、導電線が複数箇所で折れ曲がった線状パターンが縦横に交差した格子形状で構成されている請求項１に記載のフィルムヒータ。

【請求項3】

前記支持シートの前記導電性パターンを設けた面に、前記導電性パターンを覆う別の透明な熱可塑性樹脂シートからなる外装シートが設けられ、該外装シートには、前記接続端子部の少なくとも一部を外部に露出させる貫通孔が設けられた請求項１又は２に記載のフィルムヒータ。

【請求項4】

前記接続端子部上に、さらに金属板が設けられた請求項１～３のいずれか１項に記載のフィルムヒータ。

【請求項5】

前記導電性パターンを構成する導電線が、自己融着性の絶縁皮膜により被覆されてなる請求項１～４のいずれか１項に記載のフィルムヒータ。

【請求項6】

前記支持シートの導電性パターンが設けられた面とは反対の面に粘着層が設けられた請求項１～５のいずれか１項に記載のフィルムヒータ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明はフィルムヒータに係り、特に、外部電源と電気的に接続可能な導電性パターンをフィルム上に設けたフィルムヒータに関する。

【背景技術】

【0002】

従来から、加熱対象となる被着体に貼着させて使用する、氷雪付着防止や融雪、曇り防止、保温などを目的とした、加熱用の導電性パターンを有したフィルム状の面状発熱体が知られている。

【0003】

例えば、特許文献１には、任意の形状に加工された裸ニクロム線を、絶縁材料からなる粘着層を介して２枚の多層複合フィルムの内部に配設した面状発熱体が開示されており、この面状発熱体を、両面粘着テープ、両面粘着フィルム等によって加熱対象物に貼着することが記載されている。
特許文献２には、柔軟性を有する面状の発熱部と、この発熱部を内包するよう形成された半硬化状態の半硬化樹脂被覆層と、を有する硬質面状発熱体製造用半硬化シートが開示されている。発熱部を内包する半硬化樹脂被覆層は、半硬化状態（Ｂステージ）であり、柔軟性および可塑性を有すると共に、その表面は粘着性を有しているため、あらゆる被着体の形状に対して追従し、貼付させることができることが記載されている。

【0004】

特許文献３には、所定のパターンに形成された金属線抵抗体を、中心角が９０度以下である扇形の切欠部を有する円形シート状の可撓性透明基材の表面または内部に備えてなることを特徴とする信号灯用の面状ヒータが開示されており、扇形の切欠部の直線部を互いに接触または近接させ、可撓性透明基材を円形シートから円錐シートの形状に変形させることで、信号灯の表示窓がドーム形の形状であっても密着させやすいことが記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【文献】特開２００３－２５７５９７号公報

【文献】特開２００６－２７８１３８号公報

【文献】特開２０１７－００４９１８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

特許文献１に開示されている発明は、２枚の多層複合フィルムの間の内部に配線固定用粘着層を用いて裸ニクロム線が配設され、多層複合フィルムの周辺部分がヒートシールされており、構成が複雑である。
特許文献２に開示されている発明は、特殊な樹脂皮膜を用いる必要があり、光硬化法により半硬化樹脂被覆層を完全硬化させるなど特殊な設備が必要で、施工法が複雑になりやすい。
特許文献３に開示されている発明は、信号灯の表示窓がドーム形の形状である場合には効果的であるが、それ以外に使用することは難しい。

【0007】

本発明は、製造が容易で、被着体の意匠性を損なうことなく、凹凸があるような形状の被着体に対しても簡単に貼着することができるフィルムヒータを提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0008】

透明な熱可塑性樹脂シートからなる支持シートの一方の面に、導電線からなる導電性パターンが設けられ、該導電性パターンは、接続端子部と、該接続端子部から延びたリード線と、該リード線から続く全体として非直線状のヒータ部とが、一本の導電線からなる連続した線状パターンとして設けられ、前記導電性パターンは、導電線が複数箇所で折れ曲がった２つの接続端子部と、該２つの接続端子部の１つから延びた少なくとも２本のリード線と、該２本のリード線と繋がった少なくとも２つのヒータ部とを有し、前記少なくとも２つのヒータ部を並列に配設したことを特徴とするフィルムヒータである。
本発明では、前記接続端子部は、導電線が複数箇所で折れ曲がった線状パターンが縦横に交差した格子形状で構成することができる。
本発明では、前記支持シートの前記導電性パターンを設けた面に、前記導電性パターンを覆う別の透明な熱可塑性樹脂シートからなる外装シートが設けられ、該外装シートには、前記接続端子部の少なくとも一部を外部に露出させる貫通孔が設けられたフィルムヒータとすることができる。
本発明では、前記接続端子部上に、さらに金属板が設けることができる。
本発明では、前記導電性パターンを構成する導電線が、自己融着性の絶縁皮膜により被覆されているとよい。
前記支持シートの導電性パターンが設けられた面とは反対の面に粘着層を設けた構成とすることができる。

【発明の効果】

【0009】

このようにして作製したフィルムヒータは、全体として透明なフィルムヒータであり、加熱対象となる被着体の意匠性を損なうことなく、さまざまな被着体に貼着可能である。また、支持シートと外装シートに熱可塑性樹脂シートを用いることにより、凹凸があるような形状の被着体に対しても簡単に貼着することができ、特に、被着体が樹脂成形体の場合、樹脂成形と同時に樹脂成形体の表面にフィルムヒータを形成することができるインモールド転写が可能である。また、導電性パターンを一本の導電線で連続形成でき、製造が容易となり、導電性パターンを形成した支持シートの全面を外装シートにより覆うことで、導電性パターンを保護することが可能になる。
本発明は、成形性がよく、機械的強度が高く、被着体に対する接着性に優れたフィルムヒータである。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】（ａ）は本発明のフィルムヒータの一例を模式的に示す平面図、（ｂ）はその断面図である。

【図2】本発明の導電性パターンの別の例を示す模式図である。

【図3】（ａ）は外装シートを用いた本発明のフィルムヒータの一例を模式的に示す平面図、（ｂ）はその断面図である。

【図4】（ａ）は本発明の外装シートを用いた一例を模式的に示す平面図、（ｂ）はその断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

以下に、図面を参照しながら本発明の実施の形態について説明する。
図１（ａ）は本発明のフィルムヒータの一例を模式的に示す平面図である。図１（ｂ）は本発明のフィルムヒータの一例を模式的に示す断面図である。
図１によると、透明な熱可塑性樹脂シートからなる支持シート１の一方の面に導電線からなる導電性パターン２が設けられている。導電性パターンは、接続端子部２１ａ、２１ｂ（図１（ｂ）の２１）と、接続端子部２１ａ、２１ｂから延びたリード線２２１、２２２と、リード線２２１、２２２と繋がった全体として非直線状のヒータ部２３１、２３２（図１（ｂ）の２３）とが、一本の導電線からなる連続した線状パターンとして設けられている。

【0012】

支持シートは、透明な熱可塑性樹脂シートからなることが、全体として透明なフィルムヒータを作製する上で好ましい。全体として透明なフィルムヒータであれば加熱対象となる被着体の意匠性を損なうことなく、さまざまな被着体に貼着可能である。
また、熱可塑性樹脂シートを用いることにより、凹凸があるような形状の被着体に対して簡単に貼着することができ、特に、被着体が樹脂成形体の場合、真空成型、熱プレス成型、ラミネート成型、インモールド成型、インサート成型などの成型方法で、樹脂成形体の表面にフィルムヒータを形成することができる。

【0013】

熱可塑性樹脂シートとしては、エチレン系樹脂、プロピレン系樹脂、ポリオレフィン系樹脂、熱可塑性ポリエステル系樹脂、ポリアミド系樹脂、ポリ塩化ビニル、ポリカーボネート、ＡＢＳ樹脂等を用いることもでき、これらを２種以上含有するものであってもよい。特に、成形性、機械的強度、柔軟性、耐候性に優れるポリプロピレン系樹脂を用いるのがよい。
熱可塑性樹脂シートには無機微細粉末あるいは有機フィラー、分散剤、酸化防止剤、相溶化剤、紫外線安定剤、アンチブロッキング剤、帯電防止剤等を適宜添加することができる。
熱可塑性樹脂シートの厚みは、好ましくは０．０３０ｍｍ～１．０００ｍｍ、さらに好ましくは０．１００ｍｍ～０．７００ｍｍである。

【0014】

導電性パターンは、銀ペースト等の導電性インキを用いた印刷や銅箔等の金属箔のエッチングによりを形成することもできるが、一定の径を有する断面視で円形の導電線を所定のパターンに形成することが、一つの連続した線状としてヒータ部とリード部、接続端子部を容易に形成できる点で好ましい。
導電性パターンを導電線で構成する場合、その導電線は、少なくとも金属線を含んで構成され、好ましくは金属線が自己融着性の絶縁皮膜により被覆されてなるものとする。金属線は、例えば、銅、鉄、金、銅ニッケル、ニッケルクロム、鉄ニッケルクロム等の金属線であるが、導電性を有するものであれば他の材料を用いることもできる。電気抵抗や耐久性、コストの観点から、金属線として銅又は銅に亜鉛や鉛、錫、銀、アルミ、ニッケル、ベリリウム、ジルコニウムなどを単独もしくは複数組み合わせてある銅合金を用いることが好ましい。

【0015】

金属線を被覆する絶縁皮膜は絶縁性の樹脂皮膜であり、絶縁皮膜で被覆された導電線は市販のエナメル線とすることができる。絶縁性の樹脂皮膜の具体例としては、ポリエステル、ポリエチレン、ポリウレタン、ポリ塩化ビニル、ポリアミド、ポリイミド、ポリエステルイミド、ポリアミドイミド、フッ素樹脂等を挙げることができる。絶縁性皮膜は、典型的には黒色であるが、加熱対象となる被着体の色彩にあわせて任意の色に着色させてもよい。
導電性パターンを構成する導電線の直径は、例えば、０．０３ｍｍ～０．２０ｍｍである。加熱対象となる被着体の意匠性を損なわないためにはできるだけ細いほうがよく、好ましくは、０．０５ｍｍ～０．１５ｍｍである。導電線の長さは、導電性パターンのパターン形態等に応じたものになる
導電性パターンを形成するには、典型的には支持シート上で導電線を引き回して、所定のパターン形態を描くことにより形成することができ、導電線を少なくとも支持シートの表面に埋め込むことにより固定することができる。
支持シートの表面への導電線の埋め込みは、例えば、超音波融着の原理を活用して導電線を支持シートの表面に埋め込むことが望ましい。超音波融着を行うに際しては、導電線を繰り出しながら熱可塑性樹脂からなる支持シートの表面を溶融させ、導電線を支持シートの表面に埋め込むことが可能な配線描画装置を用いることができる。このような配線描画装置が備える超音波ヘッドにより、導電線を支持シートの表面上へ繰り出しつつ、振動と加圧により支持シートの表面に導電線を埋め込むことができる。
支持シートの表面への導電線の埋め込みにより、支持シート上での導電性パターンの位置決めを行うことができ、外部からの衝撃等による導電線の位置ずれの抑制を図ることができる。また、支持シートの表面に導電線を埋め込むことで、支持シートの表面上に導電線を配置することによる表面の凹凸の程度を低減することができる。

【0016】

次に本発明のフィルムヒータの導電性パターンについて説明する。
図１を参照すると、導電性パターンは、接続端子部２１ａ、２１ｂと、接続端子部２１ａ、２１ｂから延びたリード線２２１、２２２と、リード線２２１、２２２と繋がった全体として非直線状のヒータ部２３１、２３２とが、一本の導電線からなる連続した線状パターンとして設けられている。
一本の連続した導電線で、接続端子部と、リード線と、ヒータ部とを形成することで、製造工程を容易にでき、低コストのフィルムヒータを製造することが可能となる。

【0017】

図１では、導電性パターンは、導電線が複数個所で折れ曲がった１つの接続端子部２１から延びた少なくともの２本の第１リード線２２１と第２リード線２２２と、第１リード線２２１と繋がった第１ヒータ部２３１と、第２リード線２２２と繋がった第２ヒータ部２３２とを有し、第１ヒータ部２３１と第２ヒータ部２３２とは並列に配設されている。第１ヒータ部２３１と第２ヒータ部２３２を並列に配設することで、これらのヒータ部はそれぞれが２つの接続端子部に接続されることとなる。並列に配設された導電線の合成抵抗は、同じ長さの導電線を用いて２つの接続端子部の間に直列で配設された導電線の合成抵抗よりも低くなる。結果として、本発明によれば、２つの接続端子部の間にヒータ部を直列に配設した場合に比べて抵抗を下げることが可能となる。
接続端子部２１ａを導電線が複数箇所で折れ曲がった線状パターンが縦横に交差した格子形状にすることで、一本の導電線からなる連続した線状パターンとして設けられた並列に配設された２つのヒータ部２３１、２３２が機能するように、一本の導電線の両端部を接続することを確実にするとともに、接続端子部が外部電極等と半田接続される際の接続を一層確実にすることができ、好ましい。
また、必要により、接続端子部上に外部電極との接続効率を上げるためにさらに金属板からなる導電片を設けることができる。金属板としては、例えば銅、銅合金、鉄、鉄とニッケル合金等を用いることができる。
導電線が絶縁皮膜で被覆されている場合は、接続端子部の導電線を被覆する絶縁皮膜を除去し、内部の金属線を露出させる。露出させる方法としては、ミーリング装置等による切削で可能であるが、金属板や外部電極と半田接続するときの熱で絶縁皮膜を溶融除去することができる。

【0018】

ヒータ部２３１、２３２は、接続端子部２１から延びたリード線から引き回され、全体として非直線状の線状パターンとして形成される、図１では、ヒータ部２３１、２３２は、相対的に長さの短い折れ曲がり部分と相対的に長さの長い直線部分とが繰り返され、複数個所で折れ曲がって蛇行するパターンとなっている。ヒータ部のパターンは、被着体の形状や加熱面積、加熱効率を考慮し任意のパターンとすることができ、直線部分を含まない曲線形状の繰り返しや渦巻状であってもよい。
図１（ａ）では、導電性パターンは、左右一対の接続端子部２１ａ、２１ｂと左右２本一対のリード部２２１ａと２２２ａ、２２１ｂと２２２ｂからなり、導電線により一方の接続端子部２１ａとなる折り返し形状パターンが形成され、この折り返し形状パターンから一方の第１リード線２２１ａが延ばされ、この第１リード線２２１ａから引き回された導電線で第１ヒータ部２３１が形成され、この第１ヒータ部２３１から他方の第１リード線２２１ｂが延ばされ、他方の折り返し形状の接続端子部２１ｂを形成し、この他方の接続端子部２１ｂから他方の第２リード線２２２ｂが延ばされ、この他方の第２リード線２２２ｂから引き回された導電線で第２ヒータ部２３２が形成され、この第２ヒータ部２３２から一方の第２リード線２２２ａが延ばされ、一方の接続端子部２１ａとなる先の折り返し形状パターンと交差する方向に折れ曲がった折り返し形状パターンが形成され、一方の接続端子部２１ａは、導電線が複数箇所で折れ曲がった線状パターンが縦横に交差した格子形状に構成されている。

【0019】

図２は左右一対の接続端子部２１ａ、２１ｂの両方が、導電線が複数箇所で折れ曲がった線状パターンが縦横に交差した格子形状に構成されている例である。
本発明の別の実施形態では、支持シートの導電性パターンを設けた面に、導電性パターンを覆う別の透明な熱可塑性樹脂シートからなる外装シートが設けられ、外装シートには、接続端子部の少なくとも一部を外部に露出させる貫通孔が設けられたフィルムヒータとすることができる。

【0020】

図３（ａ）は、本発明の外装シートの一例を模式的に示す平面図である。図３（ｂ）本発明の外装シートの一例を模式的に示す断面図である。
図３では、支持シートと略同一寸法の外装シート３に、接続端子部の少なくとも一部を外部に露出させる貫通孔３１ａ、３１ｂが設けられている。

【0021】

外装シートは、支持シートと同様の熱可塑性樹脂シートを用いることができ、導電性パターンを形成した支持シートの表面に熱処理及び／又はプレス処理を施すことで貼り合わすことができる。貼り合わせには、必要により、支持シートと外装シートの間に、接着層、粘着層、ヒートシール層などを介在させてもよい。
外装シートには、接続端子部の少なくとも一部を外部に露出させる貫通孔が設けられるとよい。接触端子部を露出させるための外装シートの貫通孔の形成には、金型による打ち抜きやレーザー装置等の切削手段を用いることができ、具体的には、ビク刃、切削刃、レーザーカッター、又はミーリング装置等を用いることができる。

【0022】

図４（ａ）は、本発明の外装シートを用いた一例を模式的に示す平面図である。図４（ｂ）は、本発明の外装シートを用いた一例を模式的に示す断面図である。
図４に示す実施形態から解かるように、導電性パターンを形成した支持シート１の全面が貫通孔３１を除いて外装シート３により覆われており、これにより全体として透明な熱可塑性樹脂シートからなる支持シート１と外装タシート３の間に導電線からなる導電性パターンが挟持された構成であっても、接続端子部２１は外部電源と確実に電気的に接続することができる。また、支持シートの表面のヒータ部とリード部を外装シートで覆って保護することが可能になる。
外装シートの表面には、必要により、防汚層や防曇層、帯電防止層、ハードコート層などを形成してもよい。

【0023】

本発明では、必要により、支持シートの導電性パターンが設けられた面とは反対の面に粘着層が設けられた構成とすることができる。粘着層を用いることにより、凹凸があるような形状の被着体に対して簡単に貼着することができる。粘着層としては、例えば、アクリル系、ウレタン系、エポキシ系、ゴム系、ポリエステル系、セルロース系、エマルジョン等の粘着剤が使用可能である。 また必要により粘着剤の特性向上のための添加剤として、フィラーや粘着付与剤や硬化剤なども適宜使用できる。
粘着層の厚みは接着力が得られる厚みであれば特に限定されず、通常は２０μｍ～２００μｍとし、好ましくは２５μｍ～７５μｍ程度がよい。粘着層を形成する場合、粘着剤をグラビアコーティング、グラビアリバースコーティング、コンマコーティング、ナイフコーティング、ダイコーティング等の塗布方式を用いて形成できる。

【実施例】

【0024】

（実施例１）
支持シートとなる熱可塑性樹脂シート（三菱樹脂株式会社製ポリカシートＤＰＩ－ＡＯ 厚み０．０７５ｍｍ）を準備し、支持シートの表面に導電線（ＥＬＥＫＴＲＩＳＯＬＡ社製自己融着皮膜導線ＡＢ１５φ０．１０ｍｍ）を、超音波ヘッドを備えた配線描画装置（Ｒｕｈｌａｍａｔ社製ＷＣＥ１５０、設定条件：ＵＳＰ１２００、ｓｐｅｅｄ４０％）を用いて埋め込み、図１に示すような導電性パターンを形成した。
導電性パターンに関して、第１ヒータ部と第２ヒータ部の長さはそれぞれ５２５ｍｍ、７３５ｍｍとした。本実施例では、リード部とヒータ部の境界が必ずしも明確でないため、ヒータ部の長さは直線部分が一定のピッチで繰り返されている部分の長さ（図１の括弧部分）としている。
第１の接続端子部は直線部分１７ｍｍ、折り返し部分（ピッチ）０．３ｍｍ、返し回数を６回の折り返し形状を交差させた格子形状とし、第２の接続端子部は直線部分１７ｍｍ、折り返し部分（ピッチ）０．３ｍｍ、返し回数を６回の折り返し形状とした。
最後に、金型による縦１７０ｍｍｍ×横１２０ｍｍに打ち抜き、フィルムヒータを作製した。

【0025】

（実施例２）
実施例１の導電性パターンを配線した支持シートの表面に外装シートとなる熱可塑性樹脂シート（三菱樹脂株式会社製ポリカシートＤＰＩ－ＡＯ 厚み０．０７５ｍｍ）を貼り合わせて、真空ラミネート機（１８０℃ ６０N／ｃｍ²）により加熱プレスし、支持シート上に十分に密着させた後、接続端子部を露出させるため外装シートにミーリング装置を用いて、接続端子部の位置に１０ｍｍ×１０ｍｍの貫通孔を形成した。このとき貫通孔に露出する接続端子の導電線を被覆する絶縁皮膜を除去し、内部の金属線を露出させた。最後に、金型による縦１７０ｍｍ×横１２０ｍｍに打ち抜き、フィルムヒータを作製した。

【符号の説明】

【0026】

１ 支持シート
２ 導電性パターン
２１ａ、２１ｂ 接続端子部
２２１ａ、２２１ｂ 第１リード線
２２２ａ、２２２ｂ 第２リード線
２３１ 第１ヒータ部
２３２ 第２ヒータ部
３ 外装シート
３１ 貫通孔

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】