JP2018085299A

JP2018085299A - 面状ヒータ

Info

Publication number: JP2018085299A
Application number: JP2016229143A
Authority: JP
Inventors: 充広渡辺; Mitsuhiro Watanabe; 本間　英夫; Hideo Honma; 英夫本間
Original assignee: Kanto Gakuin University Surface Engineering Research Institute
Current assignee: Kanto Gakuin University Surface Engineering Research Institute
Priority date: 2016-11-25
Filing date: 2016-11-25
Publication date: 2018-05-31

Abstract

【課題】本発明の課題は、優れた透光性を備える面状ヒータを提供することを目的とする。【解決手段】上記目的を達成するために、本発明は、絶縁基材２と発熱抵抗体３とを備える面状ヒータであって、絶縁基材２は、透光性を有し、発熱抵抗体３は、絶縁基材２の表面を被覆する金属皮膜からなり、当該金属皮膜が透光性を有することを特徴とする。前記金属皮膜は、膜厚が３０〜２００ｎｍであることが好ましい。前記金属皮膜は、無電解めっき処理によって成膜された無電解ニッケルめっき皮膜であることが好ましい。面状ヒータ１は、前記金属皮膜の前記絶縁基材２とは反対側の面に積層された接着フィルム４を備え、当該接着フィルム４は透光性を有することが好ましい。【選択図】図１

Description

本件発明は、面状ヒータに関する。

従来、道路や鉄道等で交通整理等の目的で用いられる信号機の光源として、白熱電球が用いられてきたが、近年、消費電力が少なく寿命が長いＬＥＤ素子等のＬＥＤ光源に置き換えられつつある。

ＬＥＤ素子は、複数の素子を用いたとしても白熱電球と比較して発熱量が少ないため、寒冷地に設置されている信号機では、ＬＥＤ素子の前方に設けられているレンズの表面に氷や雪が付着してＬＥＤ素子からの光が遮られ、信号の色を識別するのが困難になるという問題がある。そのため、ＬＥＤ素子を用いた信号機では、氷雪付着の防止対策が望まれている。

そこで、信号機に付着した氷雪を融解させるために、信号機のレンズの前面に面状ヒータを設置することが考えられる。このような面状ヒータとして、透明基材の表面に刻設された蛇行状の溝部に、直径０．０３〜１ｍｍの円形断面を有する銅ニッケル線、ニクロム線、ステンレス線等の発熱線抵抗体を埋設した面状ヒータが提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１３−３０３９１号公報

しかしながら、レンズの前方に位置する発熱抵抗体によってＬＥＤ素子からの光が遮られ、信号を識別しづらくなるという不都合がある。

本発明の課題は、透光性を備える面状ヒータを提供することを目的とする。

本件発明の面状ヒータは、絶縁基材と発熱抵抗体とを備える面状ヒータであって、当該絶縁基材は、透光性を有し、当該発熱抵抗体は、当該絶縁基材の表面を被覆する金属皮膜からなり、当該金属皮膜が透光性を有することを特徴とする。

本件発明の面状ヒータにおいて、前記金属皮膜は、膜厚が３０〜２００ｎｍであることが好ましい。

本件発明の面状ヒータにおいて、前記金属皮膜は、無電解めっき処理によって成膜された無電解ニッケルめっき皮膜であることが好ましい。

本件発明の面状ヒータは、さらに、前記金属皮膜の前記絶縁基材とは反対側の面に積層された接着フィルム又は粘着フィルムを備え、当該接着フィルム又は粘着フィルムが透光性を有することが好ましい。

本件発明の面状ヒータは、絶縁基材が透光性を有すると共に、発熱抵抗体を構成する金属皮膜が透光性を有するので、優れた透光性を得ることができる。

面状ヒータの実施の形態を示した説明図である。

図１を参照して、本件発明に係る面状ヒータの実施の形態を説明する。図１に示すように、本実施形態の面状ヒータ１は、絶縁基材２と、絶縁基材２の片面に設けられた発熱抵抗体３とを備える。発熱抵抗対３の絶縁基材２とは反対側の面には、接着フィルム４が貼付されている。発熱抵抗体３は、電源（図示せず）に接続して電圧を印加可能である。

絶縁基材２は、板状体又はフィルム状であって、透光性を有する樹脂基材又はガラス基材からなる。絶縁基材２は、屋外での利用を考えると、防水性を備えることが好ましい。樹脂基材として、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン（ＡＢＳ）樹脂、ポリプロピレン（ＰＰ）樹脂、ポリカーボネート（ＰＣ）樹脂、シクロオレフィンポリマー（ＣＯＰ）樹脂、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）樹脂、アクリル樹脂等を好適に用いることができる。

絶縁基材２の線膨張係数は、面状ヒータ１として使用したときに発熱抵抗体３の熱膨張変形に追随させるために、発熱抵抗体３を構成する金属の線膨張係数に対して１．０１倍以上であることが好ましい。しかしながら、絶縁基材２の線膨張係数が発熱抵抗体３を構成する金属の線膨張係数に対して１．０１倍未満である場合には、絶縁基材２の発熱抵抗体３を設ける側の面に下地層（図示せず）を設けることが好ましい。

下地層としては、親水性樹脂材料を用いることが好ましく、例えば、非水溶性ポリエステル樹脂（例えば、ＷＯ２００８／０９６６７１参照）、水酸基を有する樹脂及びイソシアネート系化合物、水酸基を含有してなる親水性及び水溶性樹脂（例えば、ＷＯ２００７／１０８３５１参照）等を用いることができる。これらの下地層を用いることにより、絶縁基材２の線膨張係数を発熱抵抗体３を構成する金属の線膨張係数に対して１．０１倍以上に調整し、絶縁基材２を発熱抵抗体３の熱膨張変形に追随させることが可能になる。このような親水性樹脂材料を用いて形成した下地層は、非水溶性であることがより好ましい。発熱抵抗体３を構成する金属皮膜を後述するように無電解めっき法を用いて形成する場合に、下地層が無電解めっき液等に溶出するのを防止するためである。

発熱抵抗体３は、絶縁基材２の片面を被覆する金属皮膜からなり、当該金属皮膜は透光性を有している。この金属皮膜は、スパッタリング、真空蒸着法、無電解めっき法等を用いて形成することができる。真空蒸着法では、樹脂基材上に直接金属皮膜を形成できるが、無電解めっき法では、樹脂基材を表面改質、活性化及び触媒化した後、無電解めっきを行って金属皮膜を形成する。

金属皮膜を構成する金属は、電気抵抗が大きく発熱量を確保することができるニッケル、ニッケル合金等が好ましい。

金属皮膜は、膜厚が５０〜２００ｎｍ、好ましくは５０〜１００ｎｍであることにより、優れた透光性と発熱量とを両立して確保することができる。金属皮膜の膜厚が５０ｎｍ未満では、所望の発熱量を得られなかったり、所望の膜厚に成膜するのが困難なことがある。金属皮膜の膜厚が２００ｎｍを超えると、所望の透光性を得られないことがある。

接着フィルム４は、透光性を有するフィルムの両面に接着剤が塗布されたものであってもよく、透光性を有する接着剤組成物がフィルム状となったものでもよい。接着フィルム４は、発熱抵抗体３の表面に貼付されるため、発熱抵抗体３の発熱温度以上の耐熱性を備える必要がある。接着フィルム４として、例えば、既存のアクリル系、ウレタン系、アクリルウレタン系、オレフィン系、エポキシ系等を用いることができる。接着フィルム４は、発熱抵抗体３の表面全体に設けてもよく、発熱抵抗体３の外周縁部のみに設けてもよい。接着フィルム４に代えて粘着フィルムを用いてもよい。

次に、本実施形態の面状ヒータ１の製造方法について説明する。ここでは、無電解めっき法を用いて形成する方法について説明するが、スパッタリング、真空蒸着法によって形成してもよい。

本実施形態では、例えば、以下のキャタライザー工程と、アクセレータ工程と、アクチベータ工程と、無電解めっき工程とを備え、各工程を行うことにより絶縁基材２の表面に金属を析出させて、金属皮膜を成膜する。以下、工程毎に説明する。

キャタライザー工程：キャタライザー工程は、絶縁基材２の表面と、パラジウム及びスズのコロイド触媒（キャタライザー）とを接触させることにより、絶縁基材２の表面に触媒としてのパラジウム金属を吸着若しくは付着させる工程である。このとき、少量のスズが２価又は４価のスズ塩として絶縁基材の表面に、吸着若しくは付着する。但し、絶縁基材２に触媒を付与する際に、前処理として酸／アルカリ洗浄等の脱脂処理等の清浄化処理を行うことが好ましい。その他、必要に応じて、前処理として、市販の薬液を用いて、コンディショニング処理、プレディップ処理等を行ってよいのは勿論である。

絶縁基材２の表面が平滑であり、触媒がうまく付着しない場合には、機械的処理、化学的処理又は光学的処理（ＵＶ処理、プラズマ処理等）等によって、絶縁基材２の表面を粗面化する等の前処理を行ってもよい。また、絶縁基材２の触媒付着能を向上するために、上述した親水性樹脂材料を用いて形成した下地層を設けてもよい。当該下地層を設けることにより、絶縁基材２を発熱抵抗体の熱膨張変形に追随させることが可能になると共に、当該下地層を触媒付着層として機能させることができ、触媒を良好に付与することができる。

当該工程で用いるコロイド触媒は、例えば、スズの水和物とパラジウムの水和物とを水に溶解させ、その後界面活性剤を加えて十分に撹拌を行いながら、ここに還元剤を添加する方法等、従来既知の方法により調整することができる。また、一般にキャタライザーとして市販されているものを用いることもできる。或いは、コロイド触媒に代えて、スズ水溶液に絶縁基材を浸漬後、パラジウム水溶液に絶縁基材２を浸漬してもよい。

アクセレータ工程：アクセレータ工程では、濃度が０．１％〜１０％程度の硫酸又は０．１ｇ／ｌ〜４００ｇ／ｌ程度の硫酸水素ナトリウム溶液からなる促進剤（アクセラレータ）と絶縁基材２の表面とを接触させることにより、絶縁基材２（又は下地層）の表面に付着しているスズを酸化させて、Ｐｄを還元し、事後的に行う無電解めっき反応を促進化するための工程である。

アクチベータ工程：アクチベータ工程は、必須の工程ではないが、０．１ｇ／ｌ程度〜１ｇ／ｌの塩化パラジウム溶液と、絶縁基材２の表面とを接触させることにより、めっき初期析出をより均一的に反応させる為に行ってもよい。

以上のように、本件発明では、キャタライザー工程後に、アクセレータ工程とアクチベータ工程とを順に行うことにより、金属を析出させるための触媒金属核を、絶縁基材２（又は下地層）の表面に均一に吸着させることができる。

無電解めっき工程：次に、無電解めっき法により、絶縁基材２の表面に金属皮膜を析出形成する。当該工程では、金属皮膜を構成する金属を含む従来既知のめっき浴を構成する無電解めっき液と、上述の絶縁基材２とを接触させることにより、絶縁基材２の表面に付着したパラジウム金属を触媒として、絶縁基材２の表面に金属を析出させて、金属皮膜を成膜する。このときに用いる無電解めっき液が含有する金属成分の種類に応じた金属が適宜析出する。このとき、金属皮膜の膜厚を５０〜２００ｎｍとすることにより、透光性を得ることができる。以上により、絶縁基材２の片面に発熱抵抗体３が設けられた図１に示す面状ヒータ１を形成することができる。

面状ヒータ１の発熱抵抗体３の絶縁基材２とは反対側の面に接着フィルム４を貼付することにより、接着フィルム４を介して面状ヒータ１を信号機のレンズ等に取り付け可能とすることができる。

本実施形態の面状ヒータ１は、絶縁基材２、発熱抵抗体３を構成する金属皮膜、及び、接着フィルム４のそれぞれがいずれも透光性を備えることから、優れた透光性を得ることができる。そのため、面状ヒータ１の一方の側に可視光光源を配置し、可視光光源から面状ヒータ１へ向けて可視光を出射したとき、当該可視光は面状ヒータ１を透過して他方の側へ出射することができ、面状ヒータ１の他方の側から当該可視光を視認することができる。

発熱抵抗体３を構成する金属皮膜は、絶縁基材２の表面全体を被覆するように設けてもよいし、十分な発熱量を得られるのであれば、絶縁基材２の表面の一部のみを被覆するように設けて絶縁基材２を露出させてもよい。発熱抵抗体３から絶縁基材２を露出させる場合には、金属皮膜を例えばハート型形状や格子状、水玉状等に未析出又はエッチング除去してもよい。発熱抵抗体３と絶縁基材２との光透過率の差によって、発熱抵抗体３の形状を視認させることができ、面状ヒータ１にデザイン性を持たせることができる。さらに、面状ヒータ１全体における光透過率を向上させることができる。

本実施形態の面状ヒータ１は、例えば次のように利用することができる。寒冷地に設置されたＬＥＤ式信号機のレンズの前面に、接着フィルム４を介して面状ヒータ１を取り付け、発熱抵抗体３を電源（図示せず）に接続する。電圧が印加されると発熱抵抗体３が発熱し、その熱量によってレンズ表面に付着した氷雪を融解させることができる。このとき、面状ヒータ１は優れた透光性を有するので、ＬＥＤ素子からの光、すなわち信号の色をレンズ表面側から確実に視認することができる。

本実施形態の面状ヒータ１は、ＬＥＤ式信号機以外にも、投光器、自動車、電車等の前照灯や尾灯、門灯、街灯等、ＬＥＤ光源を用いる種々の機器に適用することができる。さらに、面状ヒータ１は、ＬＥＤ光源以外の光源を用いる場合にも適用可能である。例えば、面状ヒータ１を自動車、電車等のフロント・リアガラスに設けて、当該フロント・リアガラス表面に付着した氷雪を融解させたり、家屋の窓ガラスに設けて、結露を防止することができる。

以下、実施例を挙げて、本件発明をより具体的に説明するが、下記実施例に本件発明が限定されるものではないのは勿論である。

本実施例では、絶縁基材として、ＣＯＰ樹脂からなり透光性を有する絶縁フィルム（ＺＦ−１６、日本ゼオン株式会社、厚さ５０μｍ）を用意し、直径１５０ｍｍの円盤状に裁断した。

続いて、円盤状の絶縁基材に対して、以下のＵＶ照射工程、コンディショニング工程、キャタライザー工程、アクセレータ工程、アクチベータ工程及び無電解めっき工程を順に行った。

（ａ）ＵＶ照射工程
低圧水銀灯ＵＶ装置（江東電気株式会社）を用い、波長１８５ｎｍ及び２５４ｎｍの混成波長の紫外線を絶縁基材に６０秒間照射することにより、当該絶縁基材を表面改質して親水化させた。

（ｂ）コンディショニング工程
次工程の触媒処理における触媒吸着性を向上させる目的で、ＵＶ照射工程を経た絶縁基材を、４５℃のコンディショニング溶液（ＣＣ−２３１、ロームアンドハース社）に６０秒間浸漬した。

（ｃ）キャタライザー工程
コンディショニング工程を経た絶縁基材を、４５℃のパラジウム及びスズのコロイド触媒液（キャタライザー；ロームアンドハース社）に６０秒間浸漬した。

（ｄ）アクセレータ工程
キャタライザー工程を経た絶縁基材を、４５℃の１０％硫酸（和光純薬工業株式会社）に３０秒間浸漬した。

（ｅ）アクチベータ工程
アクセレータ工程を経た絶縁基材を、４５℃の塩化パラジウム溶液（０．３ｇ／ｌ）に３０秒間浸漬した。

（ｆ）無電解めっき工程
そして、上述のＵＶ照射工程、コンディショニング工程、キャタライザー工程、アクセレータ工程、アクチベータ工程を経て、表面に触媒としてのパラジウム金属が吸着された絶縁基材を、以下の組成の４５℃のニッケルめっき浴に３０秒間浸漬し、絶縁基材にニッケルが析出した金属皮膜を得た。金属皮膜は、絶縁基材の表面全体を被覆し、膜厚は８０ｎｍであった。
ＮｉＳＯ_４・６Ｈ_２Ｏ２６ｇ／ｄｍ^３
Ｃ_６Ｈ_８Ｏ_７１９ｇ／ｄｍ^３
Ｈ_２ＮＣＨ_２ＣＯＯＨ８ｇ／ｄｍ^３
（ＮＨ_４）_２ＳＯ_４２６ｇ／ｄｍ^３
ＮａＨ_２ＰＯ_２・Ｈ_２Ｏ２１ｇ／ｄｍ^３
Ｎａ_２Ｓ_２Ｏ_３２ｐｐｍ
Ｂｉ１ｐｐｍ
ｐＨ（Ｈ_２ＳＯ_４／ＮａＯＨ）８．０

以上により、絶縁基材と、当該絶縁基材の表面を被覆する金属皮膜からなる発熱抵抗体とを備える面状ヒータを形成した。その後、面状ヒータの発熱抵抗体の表面に、接着フィルムとして日本ゼオン株式会社製ＬＳシート（Ｌ３−ＰＳ、厚さ５０μｍ）を貼付した。

本実施例では、絶縁機材としてＰＥＴ樹脂からなり透光性を有する絶縁フィルム（Ｔ−６０、東レ株式会社、厚さ２５μｍ）を用いた以外は、実施例１と同様にして、円盤状の絶縁基材を用意した。

続いて、円盤状の絶縁基材に対して、ＵＶ照射工程に代えて５分間の酸素プラズマ処理を行った後、実施例１と同様に、コンディショニング工程、キャタライザー工程、アクセレータ工程、アクチベータ工程及び無電解めっき工程を行った。

以上により、絶縁基材と、当該絶縁基材の表面を被覆する金属皮膜からなる発熱抵抗体とを備える面状ヒータを形成した。その後、面状ヒータの発熱抵抗体の表面に、接着フィルムとしてアクリル系粘着シート（プロセーブ、株式会社きもと、厚さ５０μｍ）を貼付した。

＜評価＞
実施例１及び実施例２で得られた面状ヒータを、接着フィルムを介してＬＥＤ式灯光機のレンズに取り付けた。発熱抵抗体を電源に接続し、１２Ｖの電圧を印加した。電圧を印加して２分間経過した時点で面状ヒータ表面の温度を測定したところ、６７℃であった。このことから、実施例１及び実施例２の面状ヒータは、寒冷地に設置されたＬＥＤ式信号機に取り付けた際に、レンズに付着した氷雪を融解できるのに十分な発熱量を得られることが確認できた。

次に、実施例１及び実施例２の面状ヒータが取り付けられたＬＥＤ式灯光機を、１００ｍ離れた地点から観察したところ、目視によってＬＥＤが発する光の色を識別できた。これは、面状ヒータの発熱抵抗体を構成する金属皮膜が優れた透光性を備えることによるものである。

本件発明の面状ヒータは、優れた透光性を備えるため、透光性が必要とされる種々の用途に用いることができ、ＬＥＤ式信号機以外にも、投光器、自動車、電車等の前照灯、尾灯やフロントガラス、家屋の門灯や窓、街灯等に適用できる。

１…面状ヒータ
２…絶縁基材
３…発熱抵抗体
４…接着フィルム

Claims

絶縁基材と発熱抵抗体とを備える面状ヒータであって、
当該絶縁基材は、透光性を有し、
当該発熱抵抗体は、当該絶縁基材の表面を被覆する金属皮膜からなり、当該金属皮膜が透光性を有することを特徴とする面状ヒータ。
前記金属皮膜は、膜厚が３０〜２００ｎｍである請求項１に記載の面状ヒータ。
前記金属皮膜は、無電解めっき処理によって成膜された無電解ニッケルめっき皮膜である請求項１又は請求項２に記載の面状ヒータ。
前記金属皮膜の前記絶縁基材とは反対側の面に積層された接着フィルム又は粘着フィルムを備え、
当該接着フィルム又は粘着フィルムが透光性を有する請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の面状ヒータ。