JP2014504947A - 発熱塗料のコーティング方法及び操向ハンドル - Google Patents

Abstract

発熱塗料のコーティング方法及び該方法により形成された発熱塗料層を有する操向ハンドルを提供する。前記発熱塗料のコーティング方法は、自動車の操向ハンドルのように表面にうねりがある被コーティング体に均一に発熱塗料層を形成し、塗膜の厚さを容易に制御することができる他、被コーティング体への全面塗布またはパターンや模様の形成を可能にする。なお、本発明によれば、発熱塗料層の形成場所、その形状及び厚さなどを容易に制御することができるので、区間別の抵抗分割が容易であり、塗料の損失を減らし、加工コストを削減することができる。

Description

本発明は、発熱塗料のコーティング方法及び該方法により形成された発熱塗料層を有する操向ハンドルに関する。

一般に、自動車の操向ハンドルは室内空間に露出されているため、その表面は室内温度と同じ温度を維持することになる。このため、操向ハンドルは、冬場には外部空気との直接的な接触がなくても非常に低い温度まで下がり、搭乗後の操作に際して運転者は手に冷気を感じてしまう。

通常、車両には暖房装置が設けられているため、運転者が室内温度を調節すると、操向ハンドルの表面の温度も室内温度に応じて徐々に上がる。

しかしながら、車両用の空気調和装置は冷却水を用いて暖房に必要な暖かい風を発生させるため、所期の目的に合う温風を排出するためにエンジン冷却水が加熱されて適正温度まで上がるのに長時間がかかるという問題点があった。

上記の問題点を解消するために、操向ハンドルに発熱コーティング層を形成して温度を調節する方法が知られている。発熱コーティング層は、通常、発熱塗料を被コーティング面に塗布して乾燥させることで形成する。

しかしながら、操向ハンドルの場合に、被コーティング面が丸い形状を呈するため、発熱塗料を均一に塗布することが非常に困難である。なお、操向ハンドルのように被コーティング面にうねりが存在する場合には、発熱コーティング層の厚さを均一に制御することができず、区間別に温度を制御するために区間別に塗料量を異ならせて提供する工程を行うことが困難である。

加えて、吹き付け方式を用いて発熱塗料層を形成する場合に、被コーティング面だけではなく、その周辺領域にも多量の発熱塗料が吹き付けられてしまうため、発熱塗料の消耗が増えるという問題がある。

本発明は、発熱塗料のコーティング方法及び該方法により製造された発熱層を有する操向ハンドルを提供することを目的とする。

本発明は前記課題を解消するための手段として、凹部付き基板の凹部に発熱塗料を充填する第１のステップと、第１のステップにおいて充填された発熱塗料を弾性パッドに転移させる第２のステップと、第２のステップにおいて転移された発熱塗料を含む弾性パッドを用いて、前記発熱塗料を被コーティング体に転移させる第３のステップと、を含む発熱塗料のコーティング方法を提供する。

本発明は、前記課題を解消するための他の手段として、コア部と、前記コア部の外周面に形成された合成樹脂層と、本発明に係る方法により前記合成樹脂層の外周面に形成された発熱塗料層と、を備える操向ハンドルを提供する。

本発明は、自動車の操向ハンドルのように表面にうねりがある被コーティング体にも均一に発熱塗料層を形成し、塗膜の厚さを容易に制御することができる他、全面塗布及び様々な模様やパターンの形成が可能な発熱塗料のコーティング方法を提供することができる。なお、本発明によれば、発熱塗料層の形成位置、その形状及び厚さなどを容易に制御することができるので、区間別の抵抗分割が容易であり、塗料の損失を減らし、加工コストを削減することができる。

図１は、発熱塗料のコーティング方法の各ステップを示す概略図である。 図２は、操向ハンドルを示す図である。 図３は、本発明に係る操向ハンドルのＡ−Ａ’断面図である。 図４は、本発明に係る他の操向ハンドルのＡ−Ａ’断面図である。 図５は、本発明に係るさらに他の操向ハンドルのＡ−Ａ’断面図である。

本発明は、凹部付き基板の凹部に発熱塗料を充填する第１のステップと、第１のステップにおいて充填された発熱塗料を弾性パッドに転移させる第２のステップと、第２のステップにおいて転移された発熱塗料を含む弾性パッドを用いて、前記発熱塗料を被コーティング体に転移させる第３のステップと、を含む発熱塗料のコーティング方法に関する。

以下、本発明の発熱塗料のコーティング方法について詳述する。

図１は、本発明に係る発熱塗料のコーティング方法の各ステップを示す概略図である。

本発明の第１のステップは、凹部付き基板の凹部に発熱塗料を充填するステップであり、前記第１のステップは、（１）凹部付き基板１０の全面に発熱塗料２０をコーティングして、前記凹部に塗料を充填するステップ（図１Ａ）と、（２）ステップ１において基板の全面に形成された発熱塗料から、凹部に充填されたもの以外の発熱塗料を除去するステップ（図２Ｂ）と、を含む。

前記ステップ１においては、図１Ａに示すように、凹部付き基板の全面に発熱塗料をコーティングして、前記凹部に塗料を充填する。このとき、使用可能な基板の種類には特に制限がなく、例えば、硬化スチールまたはポリマーコーティング付き金属板などが使用可能である。

前記基板には、目的とする発熱塗料層の形状、位置及び厚さなどに対応する位置、形状及び厚さなどを有する凹部が形成されていてもよい。

前記基板における凹部の深さは、５０μｍ以下であることが好ましく、３０μｍ以下であることがより好ましい。前記凹部の深さが５０μｍを超えると、凹部に充填された発熱塗料の弾性パッドへの転移が起こり難い虞がある。一方、本発明における前記凹部の深さの下限は特に制限されず、例えば、０μｍを越える範囲において適切に制御可能である。

ステップ（１）において、凹部に充填される発熱塗料としては、当業界における通常の発熱塗料が使用可能であるが、炭素ナノチューブを含む発熱塗料を用いることが好ましい。

本発明において、発熱塗料に含まれる炭素ナノチューブは、電気伝導性及び熱伝導性に優れている。本発明において使用可能な炭素ナノチューブの種類は特に限定されるものではなく、例えば、単一壁の炭素ナノチューブ、二重壁の炭素ナノチューブ及び多重壁の炭素ナノチューブなどが使用可能である。本発明においては、形状、直径及び長さを問わずにあらゆるタイプの炭素ナノチューブが使用可能である。

本発明において、発熱塗料は、銀粒子をさらに含んでいてもよい。前記銀粒子は、炭素ナノチューブと炭素ナノチューブとの間の接触抵抗を減らすことにより、電気伝導度を高めると共に、目標とする抵抗値に抵抗を調整することができる。本発明の組成物において、前記銀粒子は、酸化及び／又は置換反応により炭素ナノチューブと共有結合を形成していることが好ましい。このように銀粒子が炭素ナノチューブと共有結合を形成すれば、炭素ナノチューブ及び銀粒子が単に混合されるか、あるいは、物理的な力によって銀粒子が炭素ナノチューブに吸着される場合に比べて０に近い抵抗係数が得られ、その結果、発熱層の持続的な性能実現が可能である。

前記銀粒子の含量は、炭素ナノチューブ１００重量部に対して３００重量部〜７００重量部であってもよい。前記銀粒子の含量が３００重量部未満であれば、抵抗が高まり過ぎて発熱効果が低下する虞があり、７００重量部を超えると、銀粒子が沈殿されるなどの分離現象が起こる虞がある。

本発明において、発熱塗料は、バインダーをさらに含んでいてもよい。前記バインダーは、炭素ナノチューブ１００重量部に対して５０重量部〜３００重量部であってもよく、好ましくは、５０重量部〜１５０重量部であってもよい。

前記バインダーの種類は、特に制限されず、発熱コーティング分野における通常のバインダーが使用可能であり、その具体例としては、アクリル系樹脂が挙げられる。

本発明において、発熱塗料は、溶媒をさらに含んでいてもよい。前記溶媒として使用可能な物質は、特に限定されるものではなく、水、エタノール、メチルエチルケトン、イソプロピルアルコール、トルエン、Ｎ−メチルピロリドン、エチルアセテート及びブチルセロソルブなどよりなる群から選ばれたいずれか一種以上が使用可能である。

本発明において、前記溶媒の含量は、特に制限されず、炭素ナノチューブ及び銀粒子の分散性及び組成物の粘度などを考慮して適切に調節可能である。

本発明の発熱塗料の粘度は、１０、０００ｃｐｓ〜５０、０００ｃｐｓの範囲であってもよく、好ましくは、１０、０００ｃｐｓ〜３０、０００ｃｐｓの範囲であってもよい。前記発熱塗料の粘度を溶媒（希釈剤）などを用いて調節することにより、発熱塗料の充填、転移及びコーティング効率などの作業性を向上させることができる。

本発明において、発熱塗料を製造する方法は、特に制限されず、例えば、（ａ）炭素ナノチューブ及び銀粒子を共有結合させるステップと、（ｂ）ステップ（ａ）において共有結合された炭素ナノチューブ及び銀粒子をバインダー及び溶媒と混合して混合物を製造するステップと、（ｃ）ステップ（ｂ）において製造された混合物の粘度を調節するステップと、を含んでいてもよい。

前記ステップ（ａ）において炭素ナノチューブ及び銀粒子を共有結合させる方法は、特に制限されず、例えば、炭素ナノチューブの酸処理過程、換言処理（中和処理）過程及び炭素ナノチューブ及び銀粒子の反応過程を経て共有結合を形成することができる。

具体的に、前記方法においては、まず、炭素ナノチューブを適切な酸性溶液内に投入して酸処理工程を行う。このとき、使用可能な酸性溶液の種類は、特に制限されず、例えば、塩酸水溶液、硝酸水溶液または硫黄酸水溶液などが使用可能である。このような酸処理工程を経る場合に、炭素ナノチューブにはカルボキシル基が導入され、且つ、酸性化を帯びさせることができる。上記において用いられる酸性溶液のｐＨなどの条件や処理温度または処理時間などは、特に制限されず、用いられる炭素ナノチューブの種類や含量などを考慮して適切に選択すればよい。

本発明においては、前記ステップに続いて、炭素ナノチューブの還元反応を経てもよい。このような還元反応を経ることにより、酸処理によって悪化され得る炭素ナノチューブの電気伝導度を補償することができる。本発明において上記の還元反応を行う方法は、特に制限されず、例えば、上記において酸処理の施された炭素ナノチューブに適切な塩基を添加して中和させるような方式により行ってもよい。このとき、使用可能な塩基の種類は、特に制限されず、この分野において公知の通常の成分が使用可能である。一方、本発明においては、前記中和処理によって酸処理された炭素ナノチューブまたは炭素ナノチューブを含む酸性溶液のｐＨを６以上、好ましくは、約７に調節してもよい。

本発明においては、前記ステップに続いて、必要に応じて、中和された溶液内の炭素ナノチューブをろ過して得る工程を経て、前記炭素ナノチューブと銀粒子の反応工程を行ってもよい。このとき、前記反応を行う方法は、特に制限されず、例えば、炭素ナノチューブと銀粒子を適切な溶媒内において攪拌処理することにより行ってもよい。このとき、使用可能な溶媒の種類は、特に制限されず、例えば、上述した発熱塗料組成物に含まれる溶媒と同じ溶媒を用いてもよい。なお、前記炭素ナノチューブ及び銀粒子の反応条件、例えば、反応時間及び温度などは、炭素ナノチューブ及び銀粒子が適切な共有結合を形成できるように制御される限り、特に制限されない。

また、ステップ（ｃ）において、粘度の調節は、希釈剤などを用いて行ってもよく、使用可能な希釈剤として、例えば、上述した発熱塗料組成物に含まれる溶媒と同じ種類のものが挙げられる。

本発明のステップ（１）において発熱塗料を基板の全面にコーティングすれば、基板の上に形成された凹部に発熱塗料が充填される。

ステップ（２）は、図１Ｂに示すように、ステップ（１）において基板の全面に形成された発熱塗料を除去するステップであって、このとき、凹部に充填されたもの以外の発熱塗料を除去する。前記発熱塗料の除去は、ブレードなどを用いて行ってもよい。例えば、前記ブレードを基板の全面に押し付けた状態で一方向に前進させると、図１に示すように、凹部に充填されたもの以外の発熱塗料を除去することができる。

本発明の第２のステップは、凹部の上に充填された発熱塗料を弾性パッド３０に転移させるステップ（図１Ｃ及び図１Ｄ）である。

本発明において使用可能な弾性パッドの種類は、特に制限されず、例えば、弾性力を有する軟性ゴムまたは弾性重合体を用いることがさらに好ましい。前記弾性パッドの具体的な種類としては、シリコンまたはシリコン重合体などが挙げられる。

前記第２のステップは、図１Ｃに示すように、弾性パッド及び基板を接触させる。すると、前記弾性パッドは、凹部に充填された発熱塗料と接触される。次いで、図１Ｄに示すように、前記弾性パッドを基板から切り離す。上記の過程を通じて、弾性パッドの凹部付き基板への接離時に、圧縮空気の流動などにより発熱塗料がパッドに転移される。

前記弾性パッド及び基板の接離は、弾性パッドを昇降させるか、あるいは、基板を昇降させることにより行われる。

本発明の第３のステップは、前記第２のステップにおいて弾性パッドに転移された発熱塗料を被コーティング体４０に転移させるステップ（図１Ｅ及び図１Ｆ）である。前記発熱塗料の被コーティング体への転移は、図１Ｅに示すように、弾性パッド及び被コーティング体を接触させた後、適正な速度にて前記弾性パッド及び被コーティング体を切り離して行ってもよい。すると、図１Ｆに示すように、弾性パッドの表面の発熱塗料は、圧縮空気の流動などにより被コーティング体に転移される。

上記の方法により発熱塗料を被コーティング体に塗布することにより、表面にうねりがある被コーティング体に均一な発熱塗料層を形成し、塗膜の厚さを容易に制御することができる他、全面塗布はもとより、目的とするパターンや模様を有する発熱コーティング塗膜を容易に形成することができる。

また、前記方式においては、塗料層の形成場所、その形状及び厚さなどを容易に制御することができるので、区間別の抵抗分割が容易であり、塗料の損失を減らし、加工コストを削減することができる。

ここで、前記被コーティング体の種類は限定されず、発熱塗料が塗布されることにより発熱現象を必要とする分野に適用可能であり、例えば、自動車の操向ハンドルが挙げられる。

さらに、本発明は、被コーティング体に転移された発熱塗料を乾燥する第４のステップをさらに含んでいてもよい。前記乾燥は、７０℃〜１４０℃、好ましくは、９０℃〜１２０℃の温度範囲において１０分〜６０分間、好ましくは、１５分〜３０分間行われてもよい。特に、本発明においては、乾燥が行われる温度を考慮して乾燥時間を適切に変更してもよいが、例えば、乾燥温度を約９０℃に設定した場合に、乾燥時間は約３０分であることが好ましく、乾燥温度を約１２０℃に設定した場合に、乾燥時間は約１５分であることが好ましい。

さらに、本発明は、コア部と、前記コア部の外周面に形成された合成樹脂層と、上述した発熱塗料のコーティング方法により前記合成樹脂層の外周面に形成された発熱塗料層と、を備える操向ハンドルに関する。

本発明において、操向ハンドルの形状は、特に制限されず、この分野において適用される種々の形状を有してもよい。本発明において、操向ハンドルは、例えば、図２に示す形状であってもよい。図３は、前記操向ハンドルをＡ−Ａ’方向に切り取ったときの断面図であり、前記操向ハンドル１００は、コア部１１０と、前記コア部の外周面に形成された合成樹脂層１２０と、前記合成樹脂層の外周面に形成された発熱塗料層１３０と、を備える。

本発明のコア部１１０は、操向ハンドルのＡ−Ａ’断面における中心部に位置する。前記コア部の素材は、特に制限されず、当業界における通常のコア部が使用可能である。

本発明の合成樹脂層１２０は、コア部の外周面に形成される。前記合成樹脂層に含まれる合成樹脂の種類は、特に制限されず、当業界における通常のものが使用可能である。本発明においては、例えば、アクリロニトリル・ブタジエン・スチレン共重合合成（ＡＢＳ：Ａｃｒｙｌｏｎｉｔｒｉｌｅ Ｂｕｔａｄｉｅｎｅ Ｓｔｙｒｅｎｅ Ｃｏｐｏｌｙｍｅｒ）樹脂、ポリウレタンまたは発泡プロピレンが使用可能である。

ここで、合成樹脂層の厚さは、特に限定されるものではなく、用途に応じて適宜選択される。

本発明の発熱塗料層１３０は、合成樹脂層の外周面に形成される。

前記発熱塗料層は、上述した炭素ナノチューブ及び銀粒子を含む発熱塗料から形成される。

また、本発明において、前記発熱塗料層は、上述した発熱塗料のコーティング方法と同じ方法により形成される。

前記コーティング方法によって発熱塗料層を形成することにより、表面にうねりがある合成樹脂層の外周面に均一な発熱塗料層を形成し、塗料層の厚さを容易に制御することができ、全面塗布が可能である。なお、区間別の抵抗分割が容易であり、塗料の損失を減らし、加工コストを削減することができる。

前記発熱塗料層の厚さは、特に限定されるものではなく、５０μｍ以下に形成可能であり、好ましくは、３０μｍ以下に形成可能である。前記発熱塗料層の厚さは抵抗値と関連性があり、前記範囲の厚さにおいて抵抗値が最小であるため、発熱塗料は優れた発熱性能を発揮することができる。

本発明の発熱塗料層は、発熱塗料層に接続された電極（図示せず）をさらに備えていてもよい。前記発熱塗料層と電極は電線を介して接続されていてもよい。前記電極によって電気が発熱塗料層に供給されれば、発熱塗料層内の導電性粒子（炭素ナノチューブ及び銀粒子）を介して電流が流れながら、その抵抗によって発熱して、運転者が操向ハンドルを掴んで操作する場合に恩気を感じることになる。

特に、炭素ナノチューブは粒子同士がくっついておらずにある程度離れていても電気が通じる電気的なネットワーク現象を実現することができるので、少ない含量の使用が可能であり、分散性に優れていることから、特定の部位に炭素ナノチューブが凝集する場合があまりないため、集熱現象のない均一な発熱分布を示す。

本発明の操向ハンドルは、図４に示すように、前記発熱塗料層１３０の外周面に形成されたカバー層１４０をさらに備えていてもよい。

前記カバー層は、木材、皮革または木材模様層から形成されてもよい。

前記カバー層の厚さは、特に限定されるものではなく、用途に応じて適切に選択される。

また、本発明の操向ハンドルは、図５に示すように、前記カバー層１４０の外周面に形成された表面コーティング層１５０をさらに備えていてもよい。前記表面コーティング層は、外部から操向ハンドルが損傷されることを防ぐために用いられ、特に、カバー層が木材または木材模様層である場合に有効に適用可能である。

前記表面コーティング層は、表面コーティング層の内周面に形成されるカバー層の形状が外部から視認され易いように透明材質の素材から形成してもよい。このような素材の例としては、フッ素樹脂、ウレタン樹脂、アクリル樹脂などの透明な合成樹脂などよりなる群から選ばれた一種以上が挙げられる。なお、本発明においては、有機シリコン化合物及び酸化チタンを含むコーティングフィルムが使用可能である。

［実施例］
以下、本発明に係る実施例を挙げて本発明をより詳述するが、本発明の範囲が下記の実施例によって制限されることはない。

炭素ナノチューブ１００重量部及び銀粒子５００重量部を共有結合させた後、アクリル系のバインダー１００重量部及び溶媒３００重量部に分散させて発熱塗料を製造した。このときの発熱塗料の比重は１．８であり、粘度は、１５、０００ｃｐｓであった。前記製造された発熱塗料１００重量部を希釈剤８０重量部にて粘度を調節した後、２０μｍの厚さの、ポリマーコーティングの施された凹部付き基板に塗布した後、ブレードを用いて凹部に充填されたもの以外の発熱塗料を除去した。次いで、シリコン製の弾性パッドに前記凹部に充填された発熱塗料を転移させた後、弾性パッドに転移された発熱塗料をコア部及び合成樹脂層を備える操向ハンドルの外周面に転移し且つ乾燥して発熱塗料層を形成した。次いで、前記発熱塗料層の外周面を皮革により包み込んで操向ハンドルを製造した。前記操向ハンドルの抵抗を通常の抵抗測定機械により測定したところ、抵抗は２Ω〜３Ωであった。

１０：基板
２０：発熱塗料
３０：弾性パッド
４０：被コーティング体
１００：操向ハンドル
１１０：コア部
１２０：合成樹脂層
１３０：発熱塗料層
１４０：カバー層
１５０：表面保護層

Claims (15)

1. 凹部付き基板の凹部に発熱塗料を充填する第１のステップと、
   第１のステップにおいて充填された発熱塗料を弾性パッドに転移させる第２のステップと、
   第２のステップにおいて転移された発熱塗料を含む弾性パッドを用いて、前記発熱塗料を被コーティング体に転移させる第３のステップと、
   を含む発熱塗料のコーティング方法。
2. 第１のステップは、
   （１）凹部付き基板の全面に発熱塗料をコーティングして前記凹部に塗料を充填するステップと、
   （２）ステップ１において基板の全面に形成された発熱塗料から、凹部に充填されたもの以外の発熱塗料を除去するステップと、
   を含む、請求項１に記載の発熱塗料のコーティング方法。
3. 凹部の深さを５０μｍ以下に調節する、請求項１に記載の発熱塗料のコーティング方法。
4. 発熱塗料が炭素ナノチューブを含む、請求項１に記載の発熱塗料のコーティング方法。
5. 発熱塗料が銀粒子をさらに含む、請求項４に記載の発熱塗料のコーティング方法。
6. 銀粒子が炭素ナノチューブと共有結合を形成している、請求項５に記載の発熱塗料のコーティング方法。
7. 発熱塗料がバインダーをさらに含む、請求項４に記載の発熱塗料のコーティング方法。
8. 発熱塗料が溶媒をさらに含む、請求項４に記載の発熱塗料のコーティング方法。
9. 弾性パッドがシリコンまたはシリコン重合体である、請求項１に記載の発熱塗料のコーティング方法。
10. 被コーティング体に転移された発熱塗料を乾燥する第４のステップをさらに行う、請求項１に記載の発熱塗料のコーティング方法。
11. コア部と、
    前記コア部の外周面に形成された合成樹脂層と、
    請求項１から１０のいずれか一項に記載の方法により前記合成樹脂層の外周面に形成された発熱塗料層と、
    を備える操向ハンドル。
12. 発熱塗料層の厚さが５０μｍ以下である、請求項１１に記載の操向ハンドル。
13. 発熱塗料層に接続された電極をさらに備える、請求項１１に記載の操向ハンドル。
14. 発熱塗料層の外周面に形成されたカバー層をさらに備える請求項１１に記載の操向ハンドル。
15. カバー層の外周面に形成された表面コーティング層をさらに備える、請求項１４に記載の操向ハンドル。

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