JP2011514647A - 発熱体およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】
【解決手段】本発明は、パターンの線幅が１００μｍ以下であり、パターンの開口率が７０％以上９９％以下であるパターンの形態を決定するステップ、透明基板の少なくとも一面に導電性発熱材料を含むペーストを前記決定されたパターンにしたがって印刷するステップ、前記印刷された導電性発熱材料を含むペーストを焼成して導電性発熱パターンを形成するステップ、前記導電性発熱パターン両端にバスバー（ｂｕｓ ｂａｒ）を形成するステップ、および前記バスバーと連結した電源部を設けるステップを含む発熱体の製造方法およびこの方法によって製造された発熱体を提供する。
【選択図】図３

Description

本発明は発熱体およびその製造方法に関し、具体的には、目障りにならずに低電圧で発熱性能が優れた発熱体およびその製造方法に関する。

冬季や雨が降る日には、自動車の外部と内部の温度差によって自動車のガラス表面に霜が発生する。また、室内スキー場の場合、スロープがある内部とスロープ外部の温度差によって結露現象が発生する。これを解決するために発熱ガラスが開発された。発熱ガラスはガラスの表面に熱線シートを付着したり、ガラスの表面に直接熱線を形成した後に熱線の両端子に電気を印加して熱線から熱を発生させ、これによってガラス表面の温度を上げる概念を用いる。自動車用または建築用の発熱ガラスは、熱を円滑に発生させるために低い抵抗を有することも重要であるが、人間の目障りにならないものでなければならない。このために既存の透明発熱ガラスは、ＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）やＡｇ薄膜のような透明導電材料を用いてスパッタリング（Ｓｐｕｔｔｅｒｉｎｇ）工程を経て発熱層を形成した後、電極を前終端に連結して製造する方法が提案されていた。しかしながら、このような方法に係る発熱ガラスは、高い面抵抗によって４０Ｖ以下の低電圧で駆動し難いという問題があった。さらに他の方法としてフォトリソグラフィ（Ｐｈｏｔｏ Ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ）方式は、製造工程が複雑であり材料の浪費が酷いために製品を低廉に製造することができず、発熱ガラスの製造に用いることができなかった。

上述した従来技術の問題点を解決するために、本発明は、目障りにならずに低電圧で発熱性能が優れた発熱体およびこのような発熱体を低費用で容易に製造する方法を提供することを目的とする。

前記目的を達成するために、本発明は、パターンの線幅が１００μｍ以下であり、パターンの開口率が７０％以上９９％以下であるパターンの形態を決定するステップ；透明基板の少なくとも一面に導電性発熱材料を含むペーストを前記決定されたパターンにしたがって印刷するステップ；前記印刷された導電性発熱材料を含むペーストを焼成して導電性発熱パターンを形成するステップ；前記導電性発熱パターンの両端にバスバー（ｂｕｓ ｂａｒ）を形成するステップ；および前記バスバーと連結した電源部を設けるステップを含む発熱体の製造方法を提供する。

また、本発明は、ａ）透明基板、ｂ）前記透明基板の少なくとも一面に配置され、パターンの線幅が１００μｍ以下であり、パターンの開口率が７０％以上９９％以下である導電性発熱パターン、ｃ）前記導電性発熱パターンの両終端に位置したバスバー、およびｄ）前記バスバーと連結した電源部を含む発熱体を提供する。

前記発熱体の導電性発熱パターンは、オフセット印刷法、グラビア印刷法、フレキソ印刷法、またはインクジェット印刷法、あるいは前記印刷法のうちの１種以上の複合方法によって形成されることが好ましい。

本発明に係る発熱体の製造方法は、線幅が薄くて目障りにならなず、抵抗も低く、低電圧で発熱性能が優れた導電性発熱パターンを有する発熱体を提供できるだけでなく、工程が容易で費用も低廉である。

オフセット印刷工程を示す模式図である。 本発明の一実施状態に係る自動車用の発熱ガラスの例を示す図である。 本発明の一実施状態に係る発熱ガラスの写真である。 本発明に係る発熱ガラスの導電性発熱パターンの形態を例示する図である。 本発明に係る発熱ガラスの導電性発熱パターンの形態を例示する図である。 本発明に係る発熱ガラスの導電性発熱パターンの形態を例示する図である。 本発明に係る発熱ガラスの導電性発熱パターンの形態を例示する図である。 本発明に係る発熱ガラスの導電性発熱パターンの形態を例示する図である。 実施例１で製造した発熱ガラスの写真である。 実施例１で製造した発熱ガラスの発熱特性を測定した結果を示す図である。 本発明の実施状態に係る導電性発熱パターンの形態を例示する図である。 本発明の実施状態に係る導電性発熱パターンの形態を例示する図である。 本発明の実施状態に係る導電性発熱パターンの形態を例示する図である。 本発明の実施状態に係る導電性発熱パターンの形態を例示する図である。 本発明の実施状態に係る導電性発熱パターンの形態を例示する図である。 本発明の実施状態に係る導電性発熱パターンの形態を例示する図である。

以下、本発明について詳しく説明する。

本発明に係る発熱体の製造方法は、パターンの線幅が１００μｍ以下であり、パターンの開口率が７０％以上９９％以下のパターンの形態を決定するステップ；透明基板の少なくとも一面に導電性発熱材料を含むペーストを前記決定されたパターンにしたがって印刷するステップ；前記印刷された導電性発熱材料を含むペーストを焼成して導電性発熱パターンを形成するステップ；前記導電性発熱パターンの両端にバスバー（ｂｕｓ ｂａｒ）を形成するステップ；および前記バスバーと連結した電源部を設けるステップを含むことを特徴とする。本発明において、前記パターンの開口率は７０％以上９７．５％以下であることが好ましく、８０％以上９７．５％以下であることがより好ましい。

従来技術のようにＩＴＯ層のような透明導電薄膜層を用いる場合、面抵抗が極めて高くなるという問題があった。フォトリソグラフィ方式は製造工程が複雑であり高価の費用が必要となるため、発熱体の製造に用いることができなかった。さらに、従来には金属線をガラスに付着したり、金属ペーストをスクリーン印刷などの方法でガラスに付着して発熱線を形成したが、このような方法を用いる場合、発熱パターンの線が極めて厚いために肉眼で鮮明に識別される。したがって、自動車の前ガラスなどのように視野の確保が重要な用途には適用することができなかった。

しかしながら、本発明では、発熱体の製作時に導電性発熱パターンの形態を、パターンの線幅が１００μｍ以下であり、パターンの開口率が７０％以上９９％以下である形態で予め決定し、決定されたパターンにしたがって印刷法によって導電性発熱パターンを形成する。導電性発熱パターンの形態を前記のように線幅を薄くし、線間間隔を従来よりも狭くすることにより、開口率すなわち前記パターンが占めない面積を一定範囲で調節することにより、面抵抗が低く、低電圧で発熱性能が優れていながらも発熱パターンが肉眼で識別し難く、視野確保が可能な発熱体を提供することができる。

また、前記のようにパターンの形態を予め決定し、印刷方法によって前記パターンの形態そのままで透明基板に発熱パターンを形成することにより、最終的に形成される導電性発熱パターンの形態を予測することができる。これにより、量産される発熱体上の発熱パターンの形態または発熱体の性能を予測することができ、これを容易に管理することができる。したがって、無作為に形成されるパターンに比べて発熱体の状態および性能を管理するには遥かに有利である。

また、上述したパターンの形態を印刷法によって形成することによって費用が比較的に少なく所要されるだけでなく製造工程も簡単であり、線幅が薄く、精密な導電性発熱パターンを形成することができる。

本発明において、前記印刷法としては特に限定されることはなく、オフセット印刷法、グラビア印刷法、フレキソ印刷法、またはインクジェット印刷法、あるいは前記印刷法のうちの１種以上の複合方法を用いることができる。前記印刷法は、ロール対ロール（ｒｏｌｌ ｔｏ ｒｏｌｌ）方法、ロール対平板（ｒｏｌｌ ｔｏ ｐｌａｔｅ）、平板対ロール（ｐｌａｔｅ ｔｏ ｒｏｌｌ）、または平板対平板（ｐｌａｔｅ ｔｏ ｐｌａｔｅ）方法を用いることができる。

具体的に、オフセット印刷は、パターンが刻まれた凹版にペーストを満たした後、ブランケット（ｂｌａｎｋｅｔ）と呼ばれるシリコンゴムで１次転写した後、ブランケットと透明基板を密着させて２次転写する方式で実行することができる。グラビア印刷は、ロール上にパターンが刻まれたブランケットを巻いてペーストをパターン内に満たした後、透明基板に転写させる方式で実行することができる。本発明では前記の方式だけではなく、前記方式が複合的に用いられることもできる。また、その他の当業者に周知されたプリンティング方式を用いることもできる。

オフセットプリンティングの場合、ブランケットが有する異形特性によってペーストが透明基板にほぼ大部分が転写されるため、別途のブランケット洗浄工程が必要でない。前記凹版は目的とする導電性発熱パターンが刻まれたガラスを精密エッチングして製造することができ、耐久性のためにガラス表面に金属またはＤＬＣ（Ｄｉａｍｏｎｄ−ｌｉｋｅ Ｃａｒｂｏｎ）コーティングをすることもできる。前記凹版は金属板をエッチングして製造することもできる。

本発明では、より精密な導電性発熱パターンを実現するために、オフセット印刷法が最も好ましい。図１は、オフセット印刷方法を例示した図である。図１によれば、第１ステップとしてドクターブレード（Ｄｏｃｔｏｒ Ｂｌａｄｅ）を用いて凹版のパターンにペーストを満たした後、ブランケットを回転させて１次転写し、第２ステップとしてブランケットを回転させて透明基板表面に２次転写する。

本発明において、前記導電性発熱材料としては、熱伝導度が優れた金属を用いることが好ましい。また、前記導電性発熱材料の比抵抗値は１μΩｃｍ以上２００μΩｃｍ以下の値を有することが好ましい。導電性発熱材料の具体的な例として、銅、銀（ｓｉｌｖｅｒ）、炭素ナノチューブ（ＣＮＴ）などを用いることができ、銀が最も好ましい。本発明において、前記導電性発熱材料は粒子形態で用いることができる。本発明において、導電性発熱材料として、銀でコーティングされた銅粒子も用いることができる。

本発明において、前記ペーストは、上述した導電性発熱材料の他に印刷工程が容易なように有機バインダをさらに含むこともできる。前記有機バインダは焼成工程において揮発する性質を有することが好ましい。前記有機バインダとしては、ポリアクリル系樹脂、ポリウレタン系樹脂、ポリエステル系樹脂、ポリオレフィン系樹脂、ポリカーボネート系樹脂、セルロース樹脂、ポリイミド系樹脂、ポリエチレンナフタレート系樹脂、および変性エポキシなどがあるが、これらにのみ限定されるものではない。

ペーストとガラスとの付着力を向上させるために、前記ペーストはガラスフリット（Ｇｌａｓｓ Ｆｒｉｔ）をさらに含むことができる。前記ガラスフリットは市販品から選択することができるが、環境に優しい鉛成分のないガラスフリットを用いることが好ましい。このときに用いるガラスフリットの大きさは、平均口径が２μｍ以下であり最大口径が５０μｍ以下のものが好ましい。

必要によっては、前記ペーストには、溶媒がさらに追加されることができる。前記溶媒としては、ブチルカルビトールアセテート（Ｂｕｔｙｌ Ｃａｒｂｉｔｏｌ Ａｃｅｔａｔｅ）、カルビトールアセテート（Ｃａｒｂｉｔｏｌ ａｃｅｔａｔｅ）、シクロヘキサノン（Ｃｙｃｌｏｈｅｘａｎｏｎ）、セロソルブアセテート（Ｃｅｌｌｏｓｏｌｖｅ Ａｃｅｔａｔｅ）、およびテルピネオール（Ｔｅｒｐｉｎｅｏｌ）などがあるが、これらの例によって本発明の範囲が限定されるものではない。

本発明において、導電性発熱材料、有機バインダ、ガラスフリット、および溶媒を含むペーストを用いる場合、各成分の重量比は、導電性発熱材料５０−９０％、有機バインダ１−２０％、ガラスフリット０．１−１０％、および溶媒１−２０％とすることが好ましい。

上述したペーストは、印刷法によって導電性発熱パターンをなす線の幅が１００μｍ以下、好ましくは７０μｍ以下、より好ましくは５０μｍ以下、さらに好ましくは３０μｍ以下となるように印刷することができる。特に、前記線幅を３０μｍ以下とする場合には、導電性発熱パターンが視覚的にほぼ目障りにならずに視野を確保するのに有利である。例えば、印刷法によって前記導電性発熱パターンの線幅を５μｍ以上３０μｍ以下とすることができる。

本発明において、上述した発熱パターンは、上述した方法によって線幅および線高が均一に形成されることもでき、人為的に互いに異なる線幅または線高を含むように調節されることができる。すなわち、前記ペーストを用いて印刷法を用いる場合、導電性発熱パターンの線間間隔の調節が可能となる。前記パターンにおいて開口率、すなわちパターンによって覆われない透明基板の領域の比率は７０％以上であることが好ましいため、導電性発熱パターンの線間間隔が３０ｍｍ以下であることが好ましい。前記導電性発熱パターンが互いに交差しない場合、導電性発熱パターンの線間間隔は２００μｍ以上３０ｍｍ以下で印刷されることが好ましい。透明基板表面からの線の高さは１〜１００μｍ、好ましくは約３μｍで印刷されることができる。

本発明では、上述した方法によって発熱パターンの線幅および線高を均一にすることができる。本発明では、発熱パターンの均一度は、線幅の場合は±３μｍ範囲以内とすることができ、線高の場合は±１μｍ範囲以内とすることができる。

印刷パターンは、図３、図４〜図７のようなストライプ（Ｓｔｒｉｐｅ）、菱形、正方形格子、円形、ウエーブ（ｗａｖｅ）パターン、グリッド、２次元グリッドなどであることができ、特定の形態で制限されるものではないが、一定の光源から出る光が回折と干渉によって光学的性質を阻害しないように設計されることが好ましい。すなわち、パターンの規則性を最小化するために、波模様、サイン曲線（Ｓｉｎｅ ｗａｖｅ）、および格子構造のスペイシングと線の厚さを不規則に構成したパターンを用いることもできる。また、光学的性質を改善するために、前記パターンに追加して図８のような多様な模様を追加することもできる。また、前記パターンと連結せずに追加的な点パターンを不規則に形成することができる。このとき、前記の模様と点パターンは３０μｍ以下の大きさを有することが好ましい。必要な場合、印刷パターンは２以上のパターンを組み合わせることができる。本発明において、前記発熱パターンを構成する線は直線であることもできるが、曲線、波線、ジグザグ線などの多様な変形が可能である。

本発明において、上述した発熱パターンは、後述する方法によって透明基材上に形成されるため、線幅および線高を均一にすることができる。本発明の一実施状態によれば、人為的に前記導電性発熱パターンの少なくとも一部を残りのパターンと相違するように形成することができる。このような構成により、所望する発熱パターンを得ることができる。例えば、自動車ガラスにおいて、運転手の正面に位置する領域で優先的に視野を確保するために、該当領域と残りの領域の発熱パターンを相違するように形成する。発熱パターンの少なくとも一部を残りの印刷パターンと相違するように形成するために、印刷パターンの線幅や線間隔を相違するように形成することができる。これにより、所望する場所により迅速または効率的に発熱を起こすことができる。すなわち、図１１〜図１３に例示するように線間隔を調節することもでき、図１４〜図１６に示すようにＡ、Ｃ領域では大きい線幅を、Ｂ領域では小さい線幅を用いることにより、Ｂ領域でより多くの発熱を行うようにできる。本発明に係る発熱体は、発熱パターンの線幅または線間隔が互いに異なる少なくとも２つの領域を含むことができる。

本発明の一実施状態によれば、前記発熱体は、導電性発熱パターンが形成されない領域を含むことができる。前記発熱体の少なくとも一部が導電性発熱パターンが形成されないようにすることにより、特定周波数の送受信が可能となり、内部空間とその外部空間との情報送受信が可能となる。このとき、導電性発熱パターンが形成されない領域は、目的とする送受信周波数によって面積を定めることができる。例えば、ＧＰＳで用いる１．６ＧＨｚの電磁波を通過させるためには、長辺が前記波長の１／２（９．４ｃｍ）以上の領域が必要となる。前記導電性発熱パターンが形成されない領域は、目的とする周波数を送受信することができる面積を有すれば良く、その形態は特に制限されない。例えば、本発明では、電磁波の通過のために、導電性発熱パターンが形成されない領域は５−２０ｃｍの直径を有する半円の領域が１つ以上備えられた発熱体を提供することができる。

本発明の一実施状態によれば、前記導電性発熱パターンは黒化することができる。高温で金属材料を含むペーストを焼成するようになれば金属光沢が発現し、光の反射などによって視認性が悪くなることがある。このような問題は、前記導電性発熱パターンを黒化させることによって防ぐことができる。前記導電性発熱パターンを黒化させるために、発熱パターン形成のためのペーストに黒化物質を添加したり、前記ペーストを印刷および焼成した後に黒化処理を実行することにより、導電性発熱パターンを黒化させることができる。

前記ペーストに添加することができる黒化物質としては、金属酸化物、カーボンブラック、カーボンナノチューブ、黒色顔料、着色されたガラスフリットなどがある。このとき、前記ペーストの組成は、導電性発熱材料は５０−９０重量％、有機バインダは１−２０重量％、黒化物質は１−１０重量％、ガラスフリットは０．１−１０重量％、溶媒は１−２０重量％とすることが好ましい。

前記焼成後に黒化処理をするとき、ペーストの組成は、導電性発熱材料は５０−９０重量％、有機バインダは１−２０重量％、ガラスフリットは０．１−１０重量％、溶媒は１−２０重量％とすることが好ましい。焼成後の黒化処理は酸化溶液、例えばＦｅまたはＣｕイオン含有溶液に浸漬、塩素イオンなどハロゲンイオン含有溶液に浸漬、過酸化水素、窒酸などへの浸漬、ハロゲンガスでの処理などがある。

本発明において、上述したペーストを用いる場合、上述したペーストを目的とするパターンの形態で印刷した後に焼成過程を経れば、導電性を有する発熱パターンが形成される。このとき、焼成温度は特に限定されないが、５００〜８００℃、好ましくは６００〜７００℃とすることができる。前記発熱パターンを形成する透明基材がガラスである場合、必要によっては、前記焼成ステップにおいて前記ガラスを建築用または自動車用などの目的用途に適合するように成形することができる。例えば、自動車用ガラスを曲面で成形するステップにおいて、前記ペーストを焼成することもできる。また、前記導電性発熱パターンを形成する透明基材としてプラスチック基板またはフィルムを用いる場合には、比較的低温で焼成を実行することが好ましい。例えば、５０〜３５０℃で実行することができる。

前記のように焼成ステップを経て導電性発熱パターンを形成した後、前記導電性発熱パターンの両端にバスバー（ｂｕｓ ｂａｒ）を形成するステップと、前記バスバーと連結した電源部を設けるステップとを実行する。これらのステップは、当技術分野において周知の方法を用いることができる。例えば、バスバーは、前記導電性発熱パターンの形成と同時に形成することもでき、前記導電性発熱パターンを形成した後に他のプリンティング方法を用いて形成することもできる。例えば、前記導電性発熱パターンはオフセット印刷（ｏｆｆｓｅｔ ｐｒｉｎｔｉｎｇ）方式で形成した後、スクリーンプリンティングによってバスバーを形成することができる。このとき、バスバーの厚さは１〜１００μｍが適当であり、好ましくは１０−５０μｍである。１μｍ未満になれば、前記導電性発熱パターンとバスバーの間の接触抵抗が増加するようになって接触した部分の局所的な発熱がなされることがあり、１００μｍを超過すれば、電極材料費用が増加するようになる。バスバーと電源の間の連結はハンダ付け、伝導性発熱が良い構造体との物理的な接触によって行うことができる。

前記導電性発熱パターンとバスバーを隠蔽するためにブラックパターンを形成することができる。前記ブラックパターンはコバルト酸化物を含有したペーストを用いてプリントすることができる。このとき、プリンティング方式はスクリーンプリンティングが適当であり、厚さは１０−１００μｍが適当である。前記導電性発熱パターンとバスバーはそれぞれ、ブラックパターン形成の前や後に形成することもできる。

本発明に係る発熱体は、前記透明基材の導電性発熱パターンが備えられた面に備えられた追加の透明基材を含むことができる。前記追加の透明基材の合着時に、導電性発熱パターンと追加の透明基材の間に接合フィルムを挿入することができる。接合する過程において温度および圧力を調節することができる。

具体的な一実施状態において、導電性発熱パターンが形成されている透明基材と追加の透明基材の間に接着フィルムを挿入し、これを真空バックに入れて減圧して温度を上げたり、ホットロールを用いて温度を上げ、空気を除去することによって１次接合をするようになる。このとき、圧力、温度、および時間は接着フィルムの種類によって差があるが、通常３００〜７００トルの圧力であり、常温で１００℃まで温度を漸進的に上げることができる。このとき、時間は通常１時間以内にすることが好ましい。１次接合を終えた予備接合された積層体は、オートクレーブで圧力を加えて温度を上げるオートクレービング過程によって２次接合過程を経るようになる。２次接合は接着フィルムの種類によって差があるが、１４０ｂａｒ以上の圧力と１３０〜１５０℃程度の温度で１〜３時間、好ましくは約２時間実行した後に徐々に冷却することが好ましい。

さらに具体的な一実施状態では、上述した２段階の接合過程とは異なり、真空ラミネート装備を用いて１段階で接合する方法を用いることができる。８０〜１５０℃まで段階的に温度を上げて徐々に冷却しながら、１００℃までは減圧（〜５ｍｂａｒ）を、その後には加圧（〜１０００ｍｂａｒ）をして接合をすることができる。

前記接合フィルムの材料としては、接着力があり、接合後に透明になるいかなる物質も用いることができる。例えば、ＰＶＢフィルム、ＥＶＡフィルム、ＰＵフィルムなどを用いることができるが、これらの例にのみ限定されるものではない。前記接合フィルムは特に限定されないが、その厚さが１００〜８００μｍであることが好ましい。

前記方法において、合着される追加の透明基材は透明基材のみでなされることであってもよく、上述したように製造された導電性発熱パターンが備えられた透明基材であってもよい。前記追加の透明基材は、ガラス、プラスチック基板、またはプラスチックフィルムであることができる。

また、本発明は、ａ）透明基板、ｂ）前記透明基板の少なくとも一面に配置され、パターンの線幅が１００μｍ以下であり、パターンの開口率が７０％以上９９％以下の導電性発熱パターン、ｃ）前記導電性発熱パターンの両終端に位置したバスバー、およびｄ）前記バスバーと連結した電源部を含む発熱体を提供する。前記発熱体の導電性発熱パターンは、印刷法によって形成されることが好ましい。前記発熱体は、導電性発熱パターンが配置された面に備えられた追加の透明基材を含むことができる。前記追加の透明基材は、ガラス、プラスチック基板、またはプラスチックフィルムであることができる。

印刷法によって形成された導電性発熱パターンはペーストの種類や印刷法によって多少相違することがあるが、表面張力によって表面が丸く形成されることができる。このような表面形状は従来のフォトリソグラフィ法によっては形成することができない。前記丸く形成されたパターンの垂直断面はレンチキュラーレンズ形状であることができる。前記パターンと透明基板表面との接触点における接線と前記透明基板の表面との角度は８０度以下、好ましくは７５度以下、より好ましくは６０度以下であることが好ましい。前記パターンの垂直断面の丸い上部面において、直線領域は円周方向に５０分の１以下であることが好ましい。

前記発熱体の導電性発熱パターンの線幅は１００μｍ以下、好ましくは５０μｍ以下、より好ましくは３０μｍ以下、さらに好ましくは２５μｍ以下であり、線間間隔は３０ｍｍ以下、線の高さは１〜１００μｍ、より好ましくは約３μｍである。

本発明に係る発熱体は発熱のために電源に連結することができ、このとき、発熱量はｍ²あたり１００〜７００Ｗ、好ましくは２００〜３００Ｗであることが好ましい。本発明に係る発熱体は低電圧、例えば３０Ｖ以下、好ましくは２０Ｖ以下でも発熱性能が優れるため、自動車などでも有効的に用いることができる。前記発熱体における抵抗は５Ω／□以下、好ましくは１Ω／□以下、より好ましくは０．５Ω／□以下である。

本発明に係る発熱体は、曲面をなす形態であることができる。

本発明に係る発熱体において、導電性発熱パターンの開口率、すなわちパターンによって覆われないガラスの領域の比率は７０％以上であることが好ましい。発熱体の均一な発熱および視覚性のために、パターンの開口率が単位面積で一定であることが好ましい。前記発熱体は直径２０ｃｍの任意の円に対する透過率偏差が５％以下であることが好ましい。この場合、前記発熱体は、局所発熱を防ぐことができる。また、前記発熱体は、発熱後の透明基材の表面温度の標準偏差が２０％以内、好ましくは発熱後５分内に１０％以内であることが好ましい。

本発明に係る発熱体は印刷方法によって形成された導電性発熱パターンを有するため、バスバーの長さ１ｃｍあたり５ライン以上のパターン線が配置されることができる。

図２は、自動車用の発熱ガラスの具体的な実施形態を示す図である。自動車で要求される発熱量を２００〜３００Ｗと仮定し、線幅２０μｍ、高さ１．５μｍの熱線を図のように形成する場合、１ｍｍあたり３つの熱線、すなわちピッチ（ｐｉｔｃｈ）が約３３０μｍである熱線を形成すれば、所望する性能が実現される。このとき、透過率は３１０／３３０＝９３．９％であり、自動車用として用いても十分である。また、熱線材料の比抵抗が２倍に高い場合には、ピッチを１６５μｍにすれば同じ発熱量を有しながら透過率は８７．８％になるため、これもまた自動車用として用いても十分な透過率である。

図２によるストライプ形式の発熱ガラスは、下記のような物性を有する。

Ｒ（Ω）＝ρ×（Ｌ₁／ｎ Ａ）＝ρ×（Ｌ₁×ｐ）／（Ｌ₂×ｗ×ｈ）
Ａｒ（％）＝（１−ｗ／ｐ）×１００
Ｒ：バスバー間の抵抗
Ａｒ：開口率
ρ：熱線の比抵抗（Ωｃｍ）
Ｌ₁：バスバー間の間隔（ｃｍ）
ｎ：熱線の数
Ａ：導電線の断面積（ｃｍ²）
ｐ：熱線間の間隔（ｃｍ）
Ｌ₂：バスバーの長さ（ｃｍ）
ｗ：熱線の幅（ｃｍ）
ｈ：熱線の高さ（ｃｍ）
すなわち、熱線の線幅ｗが２０μｍ、高さｈが１．５μｍ、比抵抗ρが３×１０^-6Ωｃｍ、線間間隔ｐが３００μｍ、Ｌ₁が１ｍ、Ｌ₂が１ｍである場合、Ｒは０．３Ωであり、開口率は９３．３％であり、このとき両端子間に１２Ｖを印加するようになれば４８０Ｗの発熱をするようになる。

本発明に係る発熱体は、自動車、船舶、鉄道、高速鉄道、飛行機などの各種運送手段または家やその他の建築物に用いられるガラスに適用することができる。特に、本発明に係る発熱体は、低電圧でも発熱特性が優れているだけでなく、日没後に単一光源の回折と干渉による副作用を最小化することができ、上述したような線幅で目障りにならずに形成することができるため、従来技術とは異なり自動車のような運送手段の前ガラスに適用することもできる。

以下、実施例によって本発明についてより詳しく説明する。しかしながら、下記の実施例は本発明を例示するためのものに過ぎず、実施例によって本発明の範囲が限定されることを意図するものではない。

［実施例１］
シルバーペーストは２μｍのシルバー粒子８０％、ポリエステル樹脂５％、Ｇｒａｓｓ ｆｒｉｔ５％を１０％のＢＣＡ（Ｂｕｔｙｌ ｃａｒｂｉｔｏｌ ａｃｅｔａｔｅ）溶媒に溶かして生成した。凹版は３００μｍ間隔に２０μｍの幅、７．５μｍの深さを有しながら直角に形成されたグリッド（Ｇｒｉｄ）方式でパターンのあるガラスを用いた。

ガラス基板（６８５ｍｍ×４００ｍｍ）上に図１に表示した方式を用いてオフセットプリンタを用いてグリッド方式のシルバーパターンを形成した後、６００℃で３分間焼成して図３のような模様のシルバー線を形成した。このとき形成されたシルバー線の間隔は３００μｍ、線幅は２０μｍ、線高は１．５μｍであり、開口率は８４％であった。前記ガラス基板の面抵抗は０．４Ω／□であり、４００ｍｍの方向で前記パターンの上にｃｏｐｐｅｒ ｓｔｒｉｐをｃｌｉｐで接触してバスバーを形成した（図９）。このとき、両端子間の抵抗は０．５Ωであった。このとき、８．６Ｖの電圧を印加する時に１４８Ｗ（５４０Ｗ／ｍ²）の発熱量を示した。前記発熱現象をＩＲ ｖｉｓｉｏｎカメラで測定した結果、図１０に示すように５分内に２０℃から５０℃まで温度が上昇した。また、図１０で表示された２０個のｐｏｉｎｔで測定された温度の最高値と最低値の差を平均値で分った温度偏差百分率値は、測定時間内に６％以下の値を有した。

［実施例２］
シルバーペーストは２μｍのシルバー粒子８０％、ポリエステル樹脂５％、Ｇｒａｓｓ ｆｒｉｔ５％を１０％のＢＣＡ（Ｂｕｔｙｌ ｃａｒｂｉｔｏｌ ａｃｅｔａｔｅ）溶媒に溶かして生成した。凹版は３００μｍ間隔に２０μｍの幅、７．５μｍの深さを有しながら直角に形成されたグリッド（Ｇｒｉｄ）方式でパターンのあるガラスを用いた。

ガラス基板（６８５ｍｍ×４００ｍｍ）上に図１に表示した方式を用いてオフセットプリンタを用いてＧｒｉｄ方式のシルバーパターンを形成した後、焼成前にパターン下端部に１０ｃｍの直径を有する半円部を拭き出した。前記パターンを６００℃で３分間焼成して図３のような模様のシルバー線を形成した。このとき形成されたシルバー線の間隔は３００μｍ、幅は２０μｍ、高さは１．５μｍであり、開口率は８４％であった。前記ガラス基板の面抵抗は０．４Ω／□であり、４００ｍｍの方向で前記パターンの上にｃｏｐｐｅｒ ｓｔｒｉｐをｃｌｉｐで接触してバスバーを形成した。

このとき、両端子間の抵抗は０．６Ωであった。このとき、８．６Ｖの電圧を印加する時に１２３Ｗ（４５０Ｗ／ｍ²）の発熱量を示した。

前記発熱ガラスを６８５ｍｍ×４００ｍｍ×４００ｍｍ Ａｌｕｍｉｎｕｍ ｂｏｘの一面に設置した後、電極の一部を前記ｂｏｘと接触させた。この後、ＧＰＳ装備と携帯電話をｂｏｘの中に入れた後に作動することを観測した。

［実施例３］
シルバーペーストは２μｍのシルバー粒子７７％、ポリエステル樹脂５％、Ｇｒａｓｓ ｆｒｉｔ３％、コバルト酸化物５％を１０％のＢＣＡ（Ｂｕｔｙｌ ｃａｒｂｉｔｏｌ ａｃｅｔａｔｅ）溶媒に溶かして生成した。凹版は３００μｍ間隔に２０μｍの幅、７．５μｍの深さを有しながら直角に形成されたグリッド（Ｇｒｉｄ）方式でパターンのあるガラスを用いた。

ガラス基板（６８５ｍｍ×４００ｍｍ）上に図１に表示した方式を用いてオフセットプリンタを用いてグリッド方式のシルバーパターンを形成した後、６００℃で３分間焼成して図３のような模様のシルバー線を形成した。このとき形成されたシルバー線の間隔は３００μｍ、線幅は２０μｍ、線高は１．５μｍであり、開口率は８４％であった。

前記の銀導電性パターンの反射度（５５０ｎｍ）をＳｈｉｍａｄｚｕ社のＵＶ−３６００を用いて測定した後、反射度から黒化度（Ｌ値）を測定した結果３１を得た。

４００ｍｍの方向で前記パターンの上にｃｏｐｐｅｒ ｓｔｒｉｐをｃｌｉｐで接触してバスバーを形成した。このとき、両端子間の抵抗は０．８２Ωであった。このとき、１１Ｖの電圧を印加する時に１４７Ｗ（５４０Ｗ／ｍ²）の発熱量を示した。前記発熱現象をＩＲ ｖｉｓｉｏｎカメラで測定した結果、常温で５分内に２０℃から５０℃まで温度が上昇した。また、２０個のｐｏｉｎｔで測定された温度の最高値と最低値の差を平均値で分った温度偏差百分率値は、測定時間内に７％以下の値を有した。

［実施例４］
シルバーペーストは２μｍのシルバー粒子８０％、ポリエステル樹脂５％、Ｇｒａｓｓ ｆｒｉｔ５％を１０％のＢＣＡ（Ｂｕｔｙｌ ｃａｒｂｉｔｏｌ ａｃｅｔａｔｅ）溶媒に溶かして生成した。凹版は３００μｍ間隔に２０μｍの幅、７．５μｍの深さを有しながら直角に形成されたＧｒｉｄ方式でパターンのあるガラスを用いた。

ガラス基板（６８５ｍｍ×４００ｍｍ）上に図１に表示した方式を用いてオフセットプリンタを用いてグリッド（Ｇｒｉｄ）方式のシルバーパターンを形成した後、６００℃で３分間焼成して図３のような模様のシルバー線を形成した。このとき形成されたシルバー線の間隔は３００μｍ、線幅は２０μｍ、線高は１．５μｍであり、開口率は８４％であった。

水１００ｇにＫＩ１０ｇおよびＩ₂２ｇを溶かした後、約１０分間撹拌してヨウ素水溶液を製造し、ヨウ素水溶液に前記ガラスを３秒間浸漬して黒化処理した。前記の銀伝導性パターンの反射度（５５０ｎｍ）をＳｈｉｍａｄｚｕ社のＵＶ−３６００を用いて測定した後、反射度から黒化度（Ｌ値）を測定した結果３４を得た。

前記のガラス４００ｍｍの方向で前記パターンの上にｃｏｐｐｅｒ ｓｔｒｉｐをｃｌｉｐで接触してバスバーを形成した。このとき、両端子間の抵抗は０．６Ωであった。このとき、８．６Ｖの電圧を印加する時に１２３Ｗ（４５０Ｗ／ｍ²）の発熱量を示した。前記発熱現象をＩＲ ｖｉｓｉｏｎカメラで測定した結果、５分内に２０℃から４８℃まで温度が上昇した。また、２０個のｐｏｉｎｔで測定された温度の最高値と最低値の差を平均値で分った温度偏差百分率値は、測定時間内に８％以下の値を有した。

［実施例５］
シルバーペーストは２μｍのシルバー粒子８０％、ポリエステル樹脂５％、Ｇｒａｓｓ ｆｒｉｔ５％を１０％のＢＣＡ（Ｂｕｔｙｌ ｃａｒｂｉｔｏｌ ａｃｅｔａｔｅ）溶媒に溶かして生成した。凹版は３００μｍ間隔に２０μｍの幅、７．５μｍの深さを有しながら直角に形成されたＧｒｉｄ方式でパターンのあるガラスを用いた。

ガラス基板（６８５ｍｍ×４００ｍｍ）上に図１に表示した方式を用いてオフセットプリンタを用いてグリッド（Ｇｒｉｄ）方式のシルバーパターンを形成した後、６００℃で３分間焼成して図３のような模様のシルバー線を形成した。このとき形成されたシルバー線の間隔は３００μｍ、幅は２０μｍ、高さは１．５μｍであり、開口率は８４％であった。

前記ガラスを１０％ＦｅＣｌ₃溶液に２０秒間浸漬して黒化処理した。前記の銀導電性パターンの反射度（５５０ｎｍ）をＳｈｉｍａｄｚｕ社のＵＶ−３６００を用いて測定した後、反射度から黒化度（Ｌ値）を測定した結果３３を得た。

前記のガラス４００ｍｍの方向で前記パターンの上にｃｏｐｐｅｒ ｓｔｒｉｐをｃｌｉｐで接触してバスバーを形成した。このとき、両端子間の抵抗は０．５Ωであった。このとき、８．６Ｖの電圧を印加する時に１４８Ｗ（５４０Ｗ／ｍ²）の発熱量を示した。前記発熱現象をＩＲ ｖｉｓｉｏｎカメラで測定した結果、５分内に５０℃まで温度が上昇した。また、２０個のｐｏｉｎｔで測定された温度の最高値と最低値の差を平均値で分った温度偏差百分率値は、測定時間内に７％以下の値を有した。

［実施例６］
シルバーペーストは２μｍのシルバー粒子８０％、ポリエステル樹脂５％、Ｇｒａｓｓ ｆｒｉｔ５％を１０％のＢＣＡ（Ｂｕｔｙｌ ｃａｒｂｉｔｏｌ ａｃｅｔａｔｅ）溶媒に溶かして生成した。凹版は図１４のような模様を有し、３００μｍ間隔にＡ、Ｂ、Ｃの３つの領域は三等分されており、Ａ、Ｃ領域は３０μｍ、Ｂ領域は２０μｍの幅を有し、１０μｍの深さを有しながら直角に形成されたグリッド（Ｇｒｉｄ）方式でパターンのあるガラスを用いた。

ガラス基板（６８５ｍｍ×４００ｍｍ）上に図１に表示した方式を用いてオフセットプリンタを用いてグリッド方式のシルバーパターンを形成した後、６００℃で３分間焼成して発熱パターンを形成した。このとき形成されたシルバー線の間隔は３００μｍ、Ａ、Ｃ領域は３０μｍの線幅を、Ｂ領域は２０μｍの線幅を有し、高さは１．５μｍであり、開口率は８２％であった。４００ｍｍの方向で前記パターン上にｃｏｐｐｅｒ ｓｔｒｉｐをｃｌｉｐを用いて接触してｂｕｓ ｂａｒを形成した。ここで、８．６Ｖの電圧を印加する時に１２０Ｗ（４４０Ｗ／ｍ²）の発熱量を示した。このとき理論的に、Ａ、Ｃ領域の発熱量は４１４Ｗ／ｍ²、Ｂ領域の発熱量は４９８Ｗ／ｍ²の値を有するようになる。前記の発熱現象をＩＲ ｖｉｓｉｏｎカメラで測定した結果、５分内にＡ、Ｃ領域は２０℃から３０℃まで、Ｂ領域は２０℃から４５℃まで温度が上昇した。また、各領域別に１０個のポイントで測定された温度の最高値と最低値の差を平均値で分った温度偏差百分率値は、測定時間内に５％以下の値を有した。

Claims (20)

1. パターンの線幅が１００μｍ以下であり、パターンの開口率が７０％以上９９％以下であるパターンの形態を決定するステップ；透明基板の少なくとも一面に導電性発熱材料を含むペーストを前記決定されたパターンにしたがって印刷するステップ；前記印刷された導電性発熱材料を含むペーストを焼成して導電性発熱パターンを形成するステップ；前記導電性発熱パターンの両端にバスバー（ｂｕｓ ｂａｒ）を形成するステップ；および前記バスバーと連結した電源部を設けるステップを含む発熱体の製造方法。
2. 前記印刷は、オフセット印刷法、グラビア印刷法、フレキソ印刷法、またはインクジェット印刷法、あるいは前記印刷法のうちの１種以上の複合方法を用いる請求項１に記載の発熱体の製造方法。
3. 前記導電性発熱材料は、銅、銀、または炭素ナノチューブ（ＣＮＴ）を含む請求項１に記載の発熱体の製造方法。
4. 前記ペーストは、有機バインダおよびガラスフリットを追加で含む請求項１に記載の発熱体の製造方法。
5. 前記印刷は、焼成後の印刷パターンの線間間隔が３０ｍｍ以下であり、透明基板の表面からの線の高さが１〜１００μｍとなるように実行する請求項１に記載の発熱体の製造方法。
6. 前記パターンは、 ストライプ（Ｓｔｒｉｐｅ）、菱形、格子、円形、ウエーブ（ｗａｖｅ）パターン、グリッド、２次元グリッド、波柄、およびサイン曲線（Ｓｉｎｅ ｗａｖｅ）のうちの１つまたは２つ以上を組み合わせたパターンである請求項１に記載の発熱体の製造方法。
7. 前記パターンは、スペイシングまたは線の厚さが不規則に構成される請求項６に記載の発熱体の製造方法。
8. 前記透明基板の導電性発熱パターンが形成された面に追加の透明基材を積層して合着するステップをさらに含む請求項１に記載の発熱体の製造方法。
9. 前記透明基板は、ガラスまたはプラスチック基板である請求項１に記載の発熱体の製造方法。
10. ａ）透明基板、ｂ）前記透明基板の少なくとも一面に配置され、パターンの線幅が１００μｍ以下であり、パターンの開口率が７０％以上９９％以下である導電性発熱パターン、ｃ）前記導電性発熱パターンの両終端に位置したバスバー、およびｄ）前記バスバーと連結した電源部を含む発熱体。
11. 前記導電性発熱パターンは、オフセット印刷法、グラビア印刷法、フレキソ印刷法、またはインクジェット印刷法、あるいは前記印刷法のうちの１種以上の複合方法によって形成される請求項１０に記載の発熱体。
12. 前記導電性発熱パターンの線間間隔が３０ｍｍ以下であり、透明基板の表面からの線の高さが１〜１００μｍである請求項１０に記載の発熱体。
13. 発熱作動後５分内に温度偏差が１０％以下である請求項１０に記載の発熱体。
14. バスバーの長さ１ｃｍあたり５ライン以上のパターン線が配置される請求項１０に記載の発熱体。
15. 前記発熱体は、導電性発熱パターンが互いに異なる少なくとも２つの領域を含む請求項１０に記載の発熱体。
16. 前記発熱体は、導電性発熱パターンが形成されない領域を含む請求項１０に記載の発熱体。
17. 前記導電性発熱パターンは黒化された請求項１０に記載の発熱体。
18. ｃ）前記発熱パターン上に備えられた追加の透明基材を含む請求項１０に記載の発熱体。
19. 前記透明基板はガラスまたはプラスチック基板である請求項１０に記載の発熱体。
20. 前記発熱体は自動車の前ガラス用である請求項１０に記載の発熱体。

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