CN1250347A - 正温度系数加热器及其制造方法 - Google Patents

Abstract

一种正温度系数加热器,这样进行制造,即,用抗蚀剂在具有铝薄膜的绝缘体保护特定图案形状,用腐蚀剂腐蚀未由上述抗蚀剂保护的部分,然后去除抗蚀剂和腐蚀剂,并用碳膏印刷特定形状而平行地将电极端子连接到该铝电极层。在本发明的正温度系数加热器中,与使用传统银膏的场合相比,几乎没有温度偏差,生产成本大幅度减少,生产步骤简化,因此,当将该正温度系数加热器贴到汽车侧镜的内侧时,可获得去除雾、冰等的良好效果。

Description

正温度系数加热器及其制造方法

本发明涉及一种正温度系数加热器。更具体地说，本发明涉及一种自调节加热器，使用正温度系数电阻材料，尤其适合用于加热车辆后视镜的外侧。进一步具体地说，本发明涉及一种正温度系数加热器，其中，用抗蚀剂在具有铝薄膜的绝缘体保护特定图案形状，用腐蚀剂腐蚀未由上述抗蚀剂保护的部分，然后去除抗蚀剂和腐蚀剂，并用碳膏印刷特定形状，使具有铝薄膜的绝缘体作为平行电极而被连接；本发明还涉及该正温度系数加热器的制造方法。

迄今为此，作为使用上述技术的正温度系数加热器，通常有美国专利3,887,788、3,790,748、3,781,526、3,757,087、5,446,576、4,410,790、4,942,286、5,015,824、4,017,715、4,304,987、4,330,703、2,559,077、2,978,665、3,243,753、3,351,882、3,412,358、4,034,207、4,777,351、4,761,541、4,857,711、4,628,187、5,440,425、5,155,334、3,900,654及3,848,144。

另外，作为与此相似的日本专利(未审查)公报和实用新型(未审查)公报，有日本专利(未审查)公报2-162143、8-64352、6-176857、7-99083、3-261090、55-95203号和实用新型(未审查)公报61-84063、59-40417、3-67904号等。

然而，在上述技术中，以不具有PTC电阻的技术为通直流电产生热量的技术，几乎这些专利的专利权都已终止，而且由于该电阻的阻值小、电流大，存在发热元件温度难以控制的缺点。

另外，直接在发热元件中通电流而不使用分离的电极具有导电率不均匀的缺点。

在用电极和电阻构成的每个发热元件中，电极几乎都是通过印刷银等金属粉和树脂的混合物而形成，该电阻通过印刷碳和树脂的混合物而形成，并经在该电极中通电流而在电阻中产生热量。

这样的板状发热元件可被分类成这样两类：一类的发热元件将电极形成为梳状图案，或将电阻形成条状，以获得均匀的传热；另一类为片状发热元件，其中，用银膏在绝缘基底印刷具有特定带状空间的图案，用印刷装置在其表面涂敷碳膏，使得保留为印刷银膏时的空间部分和该银膏的上部由碳膏覆盖，以改善传热和热效率。

然而，在上述发明等中，银作为导体具有良好的导电率，但因为使用通过混合银粉和树脂形成的膏，所以导电性变弱，生产步骤变得复杂，并因此需要大的费用。因此，希望开发出不同于传统技术的新的正温度系数加热器。

鉴于上述情况，本发明人发现，上述问题可通过制造这样一种正温度系数加热器来加以解决，该正温度系数加热器这样制造，即，用抗蚀剂在具有铝薄膜的绝缘体最好是在PET片上蒸敷铝而形成的膜，保护特定图案形状，用腐蚀剂腐蚀未由上述抗蚀剂保护的部分，然后去除抗蚀剂和腐蚀剂，并用碳膏在上述腐蚀的部分印刷，以使具有该铝薄膜的绝缘体作为平行电极，使该碳膏层作为电阻，从而完成本发明。

本发明的这些和其它特征、情况及优点可通过参照以下说明、后附的权利要求书、及附图而得到更好的理解。

图1A和图1B示出本发明的正温度系数加热器的平面视图，其中每1个正温度系数加热器通过腐蚀具有聚乙烯层压铝薄膜的绝缘体然后用碳膏在其表面印刷特定形状而形成。

图2A和图2B示出图1A和图1B的背面。

图3为本发明正温度系数加热器的断面图。

图4A示出试验例2中的试片1在-30℃下的电流变化和跃迁及表面温度。

图4B示出试片1在-40℃下的电流变化和跃迁及表面温度。

图4C由照片示出试片1在-30℃开始通电流后每过2分钟提高表面温度除去板状冻冰的状态变化和转变。

图5A示出试验例2中的试片2在-30℃下的电流变化和跃迁及表面温度。

图5B示出试片2在室温下的电流变化和跃迁及表面温度。

图5C由照片示出试片2在-30℃开始通电流后每过2分钟提高表面温度除去板状冻冰的状态变化和转变。

图6A示出试验例2中的试片3在-30℃下的电流变化和跃迁及表面温度。

图6B示出试片3在室温下的电流变化和跃迁及表面温度。

图6C由照片示出试片3在-30℃开始通电流后每过2分钟提高表面温度除去板状冻冰的状态变化和转变。

下面根据附图详细说明本发明。

图1A或图1B为本发明的正温度系数加热器的平面图。

如图1A或图1B所示，本发明的正温度系数加热器1由绝热基底2、形成于其上的带状铝薄膜图案3、碳膏4、及电流端子5、5′构成。

下面详细说明本发明的正温度系数加热器1和其生产方法。

首先，绝缘体具有铝薄膜，该铝薄膜与PET形成叠层，即，绝缘体具有铝薄膜，该铝薄膜通过在PET真空蒸敷铝而形成，该绝缘体被切割成一定尺寸，或在生产之后进行切割。

用抗蚀剂在具有铝薄膜的绝缘体印刷特定图案，之后，通过加热或紫外线烘干该印刷图案，该抗蚀剂例如为热抗蚀剂或紫外线抗蚀剂，例如韩国的Daiyo Ink Co.的X-77、X-65、AS-500等。

因此，当从喷嘴在具有铝薄膜的绝缘体喷淋盐酸时，除由抗蚀剂保护的部份以外的铝被腐蚀和去掉。用水冲洗该绝缘体。然后，为了去掉抗蚀剂，用碱液、例如1-3％氢氧化钠水溶液中和该抗蚀剂，在用水冲洗并干燥后，如图2A或图2B所示，仅电极(铝)图案保留下来。

然后，在上述图案印刷PTC碳膏并加以干燥，制成正温度系数加热器。这样制成的正温度系数加热器具有图3A或图3B所示的形式及图3所示断面。

然而，本发明的正温度系数加热器的图案形式可为了其生产而进行变化，不限于图1-图3所示图案。

上面简单说明了碳膏，但只要该碳具有导热性，则对用于本发明碳膏的碳没有特别的限制。也就是说，因为非晶碳的导热性能差，所以最好使用具有良好导热性能的可在市场上买到的碳。这些碳的导热率至少为37.7×10^-3deg.cm.sec.，为可在市场上买到的碳。

这些碳分别具有不同的导热性能，为了控制导热率，可适当确定其使用量，但该使用量最好为树脂重量的10-50％。

如树脂具有小的热变形性，可容易地与碳混合，具有粘结性能，不易溶于水，则对用于碳膏的树脂没有特别的限制。例如，有聚酯、聚丙烯酸脂、聚酰胺等，在这些树脂中，最好使用聚酯树脂。

本发明的正温度系数加热器具有铝薄膜电极、电源端子、及电阻。该铝薄膜电极这样形成，即在具有铝薄膜的绝缘片的铝薄膜形成一对相向的带状主电极，用抗蚀剂进行保护以便相互嵌入地从这些电极凸起形成平行连续图案的电极，用腐蚀剂腐蚀未保护的部分，然后去除抗蚀剂和腐蚀剂；该电源端子形成到相邻并相向的上述电极的端部；该电阻通过在该铝薄膜的电极印刷碳膏而形成。

这样制成的正温度系数加热器的结构可以如一般场合那样使用，但考虑到销售和用户的使用，也可在将粘结剂涂到正温度系数加热器的上部以形成粘结剂层6后，用已知的方法贴上分离纸7。

另外，可穿过该绝缘层在反面将端子5和5′安装到铝电极3的规定部分。在这一场合，如图1A或图1B所示，铝电极3的该部分由碳膏4相互分开，通过将该电流输入端子5和5′安装到相互分开的铝电极3，使电流以平行状态连通。

此外，当正温度系数加热器大时，可按最大距离将两对电流输入端子分别安装到电极。

下面通过多个例子更为详细地说明本发明，这些例子不限制本发明的范围。

实施例1

在市场上可买到的PET薄膜蒸敷铝形成片材(铝层厚度：3.0nm，该片材的厚度：150μm)，在该片材用韩国Daiyo Ink Co.的称为X-77(商业名称)的抗蚀剂印刷图2所示那样的图案，然后，加热到60℃加以干燥20分钟。

因此，当喷淋5％盐酸的水溶液时，除由上述抗蚀剂保护的部分以外，其余铝层被腐蚀去掉。用水清洗该片材并进一步用2％氢氧化钠水溶液清洗。

通过以1.4∶1的比例在乙酸丁基溶纤剂(butyl cellosolve acetate)溶解聚酯作为溶剂，以6∶5(重量比)将其与碳混合制成碳膏，该膏通过印刷以10nm的厚度涂到由上述方法获得的铝片材。通过如上述那样印刷，形成图1所示带状碳膏层4和铝电极3。

此外，在涂敷上述碳膏层4之后，在其上形成双重涂敷带或粘结层。在该场合，从工业生产和减少成本的观点出发，最好涂敷热熔型乙二醇二乙酸酯(ethylene vinyl acetate)。

然后，粘结分离纸并连接电流端子，使它们如图1所示那样与铝电极位置相连，从而制成本发明的正温度系数加热器。

由于用这样制成的正温度系数加热器可在短时间内非常有效地除去冻冰、冰、雾等，所以该发热元件对汽车侧镜和浴室中的镜子等很有用。

试验例1

使用实施例1中制成的正温度系数加热器对下列项目进行测试，并示出结果。电特性

(1)相关电压：DC 13.5V

(2)使用电压：DC 10-15V

(3)最大电流：AT，-40℃，DC 13.5V

     初始电流：＜3.5AMP.

     10分钟后：＜2.2AMP..

(4)绝缘电阻：＞10M(500 V MEGA)

(5)超电压：即使当24小时施加DC 15V时，该元件也既不破损也不

   被烧毁。本发明正温度系数加热器的除冰特性

在用氨水擦拭镜子表面以去除油等后，进一步用蒸馏水擦拭并加以干燥。将该镜在-18℃放置2小时。然后，在-40℃放置1小时，在25℃的大气温度、65±10％下，于表面均匀地形成0.5mm的冰，在进一步于-40℃放置4小时后，分别在下面各温度放置30分钟，然后施加DC13.5V。其结果如下。

在-5℃通电流3.5分钟时，80％的冰去除掉。

在-25℃通电流6分钟时，80％的冰去除掉。

在-25℃通电流10分钟时，95％的冰去除掉。

在-40℃通电流12分钟时，80％的冰去除掉。镜面温度控制试验

当在-30℃施加电压DC13.5V时，10分钟后，镜面温度为10℃或更高。

当在25℃施加电压DC13.5V时，10分钟后，镜面温度为55℃±10℃。

当在45℃施加电压DC13.5V时，10分钟后，镜面温度为70℃或更低。当将实施例1制成的本发明正温度系数加热器贴到玻璃进行温度暴露试验时，在-30℃到20℃及115℃都没有什么问题，即使通电流1小时玻璃也没有问题。通过用DC 15V通电10分钟然后断电，在大气中对上述同样的材料进行200个循环的试验，对于每1个循环，将其浸入到5％NaCl溶液中5分钟。进而用5％NaCl₂溶液进行相同的试验。结果，本发明的正温度系数加热器没有出现问题。使用本发明的正温度系数加热器，测试了表面温升、低温操作电流、及正常温度操作电流并将结果示于表1-表3中(在该表中，LH表示左侧的侧镜，RH表示右侧的侧镜，J-95表示一小型车，它是从韩国三家汽车制造商中选出的一家公司的产品，H-车表示一中型车，它是从韩国三家汽车制造商中选出的一家公司的产品，G-车表示一中型车，它是从韩国三家汽车制造商中选出的的产品。)表1表面温升(在26℃)(单位：C 12.8V)

模型	部分	初始	0分钟	10分钟	15分钟	20分钟	25分钟	30分钟	35分钟	40分钟	45分钟	50分钟	55分钟	60分钟
															J-95	LH	26.5	53.3	58.6	60.5	60.3	60.4	60.8	61.0	60.8	60.6	60.2	60.1	60.7
	RH	26.5	52.7	58.1	59.9	60.1	60.3	60.1	59.9	60.2	60.3	60.1	59.9	59.8
															H-CAR	LH	26.5	55.3	61.6	63.3	64.0	63.6	63.2	63.3	63.7	63.8	63.4	63.5	63.5
G-CAR	LH	26.5	55.5	60.6	61.9	62.7	63.2	63.2	63.5	63.3	63.3	63.7	63.5	63.1

表2低温操作电流(-30℃)    (单位：A)

模型	部分	初始	2分钟	4分钟	6分钟	8分钟	10分钟	12分钟	14分钟	16分钟
											J-95	LH	1.64	1.53	1.48	1.47	1.46	1.46	1.45	1.45	1.45
	RH	1.62	1.52	1.47	1.48	1.45	1.44	1.44	1.43	1.43
											H-CAR	LH	2.03	1.88	1.81	1.78	1.76	1.76	1.75	1.75	1.75
G-CAR	LH	2.10	1.93	1.85	1.82	1.80	1.79	1.79	1.78	1.78

表3常温操作电流           (26℃)(单位：A)

模型	部分	初始	2分钟	4分钟	6分钟	8分钟	10分钟	12分钟	14分钟	16分钟
											J-95	LH	1.27	0.93	0.84	0.80	0.78	0.77	0.77	0.76	0.76
	RH	1.25	0.91	0.83	0.79	0.77	0.77	0.76	0.76	0.76
											H-CAR	LH	1.51	1.03	0.91	0.88	0.83	0.80	0.79	0.78	0.78
G-CAR	LH	1.56	1.08	0.97	0.92	0.90	0.89	0.88	0.88	0.88

试验例2

在下列条件下测试成批连接到铝的大型正温度系数加热器(没有使用分离电阻发热元件)(欧洲N公司的产品，以下称为试片1′)、根据美国专利4,857,711经由银粉膏形成电极和用碳粉膏形成电阻而制成的正温度系数加热器(以下称为试片2′)、及本发明的正温度系数加热器(以下称为试片3′)，结果示于图4-图6。

首先，在-30℃冷却试片1，在其中通24V的电流，每过2分钟测量初始电流[A]的变化及温度的变化和跃迁，结果示于图4A。如图所示，初始电流[A]为2.25A，但在经过11分钟时，电流变为1.94A，再经过20分钟后，电流几乎不变。这表明，电阻基本不改变，并且，由于电流连续地恒定通过，所以正温度系数加热器的温度控制非常困难。

另外，在确定温度变化时可知，经过11分钟，从初始温度-28℃升至12.9℃，并且在经过20分钟后，温度升至20℃。这表明，该正温度系数加热器的温度控制如上述那样不能满足要求。

另外，在40℃将试片1保持30分钟，在常温通24V的电压，并测量初始电流[A]在每两分钟的变化及温度的变化和跃迁，结果示于图4B。与图4A基本相同，初始电流[A]为1.68A，但在经过11分钟时，电流变为1.60A，再经过20分钟后，电流几乎不变。这表明，电阻基本不改变，并且，由于电流连续地恒定通过，所以正温度系数加热器的温度控制非常困难。

图4C示出状态的照片，其中，在-30℃向试片1洒水以在镜面形成冰，在保持30分钟后，以24V的电压开始通电流，并每过2分钟提高表面温度以除去板状冰。

首先，在-30℃冷却试片2并保持30分钟，在其中通电压为24V的电流，每过2分钟测量初始电流[A]的变化及温度的变化和跃迁，结果示于图5A。如图所示，初始电流[A]为4.83A，但在经过20分钟时，电流变为2.87A。这表明，当比较初始电流与20分钟后的电流时，20分钟后的电流比试片1的值低得多，电阻值增加，电流减小，温度易于控制。另外，根据温度在20分钟后从-27℃上升到31.9℃这一点可看出，效果很好。

图5B示出试片2在常温下的测试结果。在该场合，初始电流为3.2A，在通电流20分钟后，电流降低到1.70A，电阻值增大。因此，当温度升高时，电阻值的变化增大，电流变小，这将阻止温度快速上升。

图5C示出状态的照片，其中，在-30℃向试片2洒水以在镜面形成冰，在保持30分钟后，以24V的电压开始通电流，并每过2分钟提高表面温度以除去板状冰。该照片表明其结果与图4C相比要好得多。

首先，在-30℃冷却试片3并保持30分钟，在其中通24V的电流，每过2分钟测量初始电流[A]的变化及温度的变化和跃迁，结果示于图6A。如图所示，初始电流[A]为5.45A，但在经过20分钟时，电流变为2.76A。与试片1和试片2相比，当比较初始电流与20分钟后的电流时，在20分钟后温度升高，此时电阻值的变化变大，电流减小，这将阻止温度快速上升，使温度易于控制。另外，根据温度在20分钟后从-27℃上升到34.8℃这一点可看出，效果很好。

图6B示出试片3在常温下的测试结果。在该场合，初始电流为3.30A，在开始通电后20分钟，电流降低到1.59A，电阻值增大。因此，在本发明的正温度系数加热器中，当温度升高时，电阻值变得很大，通过减小电流，可使温度控制比试片1和试片2更易于进行，试片1和试片2为采用传统技术的加热元件。

图6C示出状态的照片，其中，在-30℃向试片3洒水以在镜面形成冰，在保持30分钟后，以24V的电压开始通电流，并每过2分钟提高表面温度以除去板状冰。该照片表明其结果与图4C和图5C相比要好得多。

如上述实施例和试验例所示，在本发明的正温度系数加热器中，与传统技术的正温度系数加热器相比，导热率均匀而且发热效果很好，正温度系数加热器可以低成本容易地制造。

在本发明的正温度系数加热器中，与传统技术中使用银粉的场合相比，几乎没有温度偏差，生产成本大幅度减少，生产步骤简化，因此，通过将该正温度系数加热器贴到汽车侧镜的内侧，可获得去除冻冰、雾、冰等的良好效果。

Claims (3)

1.一种正温度系数加热器，具有铝薄膜电极、电源端子、及电阻；该铝薄膜电极这样形成，即在具有铝薄膜的绝缘片的铝薄膜形成一对相向的带状主电极，用抗蚀剂进行保护以便相互嵌入地从这些电极凸起形成平行连续图案的电极，用腐蚀剂腐蚀未保护的部分，然后去除抗蚀剂和腐蚀剂；该电源端子邻接着上述电极的端部相向地形成；该电阻通过在该铝薄膜的电极印刷碳膏而形成。

2.如权利要求1所述的正温度系数加热器，其中：在具有铝薄膜的绝缘体的电极层和碳膏层下形成粘结剂层和分离纸层。

3.一种正温度系数加热器的制造方法，包括这样的步骤：用抗蚀剂在具有铝膜的绝缘体表面保护特定的图案形状，用腐蚀剂腐蚀未由抗蚀剂保护的部分，然后去除抗蚀剂和腐蚀剂，通过用碳膏以特定形状进行印刷而平行地将电极端子连接到该铝电极层。

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