(57)【要約】【課題】発熱性能に優れ、曲げたり延伸したりしても発熱性能を維持できる面状発熱シートを提供する。【解決手段】基体と、前記基体の上に形成された導電金属薄膜とを有する面状発熱シートであって、前記基体は、ＪＩＳ  Ｋ７１２７（１９９９）、ＪＩＳ  Ｋ７１６２（１９９４）又はＪＩＳ  Ｋ６７６７（１９９９）に準拠する破断伸び率が５％以上、５０％以下であり、前記導電金属薄膜は、スパッタリングにより形成された、銀を含有する厚さ５０ｎｍ以下の薄膜である面状発熱シート。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
基体と、前記基体の上に形成された導電金属薄膜とを有する面状発熱シートであって、
前記基体は、ＪＩＳ  Ｋ７１２７（１９９９）、ＪＩＳ  Ｋ７１６２（１９９４）又はＪＩＳ  Ｋ６７６７（１９９９）に準拠する破断伸び率が５％以上、５０％以下であり、
前記導電金属薄膜は、スパッタリングにより形成された、銀を含有する厚さ５０ｎｍ以下の薄膜である
ことを特徴とする面状発熱シート。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発熱性能に優れ、曲げたり延伸したりしても発熱性能を維持できる面状発熱シートに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、面状発熱シートに関する技術が多数開発されている（例えば、特許文献１、２）。面状発熱シートは、例えば、床暖房、屋根融雪装置等の住宅設備、家電、電子機器、光学機器、自動車、工業用機器、農業用機器、医療機器、美容機器、研究用分析装置等において広く利用されている。面状発熱シートには、優れた発熱性能に加え、使用される部位の環境に応じて様々な性能が求められている。
【０００３】
面状発熱シートは、用途によってはシート状から別の形状に加工されて用いられる。例えば、プレス成形によってシート状から円柱、角柱、円錐等の容器状に加工されたり、プレス成形のなかでも深絞りと呼ばれる方法によって、より複雑な底の深い容器状に加工されたりすることがある。
しかしながら、面状発熱シートは、通常、発熱性能を発揮するために導電性の金属薄膜を有しているため、加工の際に曲げたり延伸したりすることによって金属薄膜に亀裂、破断等が生じやすく、このような亀裂、破断等が生じると発熱性能が失われるという問題があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−７９２４７号公報
【特許文献２】特開平１０−３１２７１５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、発熱性能に優れ、曲げたり延伸したりしても発熱性能を維持できる面状発熱シート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】
【０００６】
本発明は、基体と、前記基体の上に形成された導電金属薄膜とを有する面状発熱シートであって、前記基体は、ＪＩＳ  Ｋ７１２７（１９９９）、ＪＩＳ  Ｋ７１６２（１９９４）又はＪＩＳ  Ｋ６７６７（１９９９）に準拠する破断伸び率が５％以上、５０％以下であり、前記導電金属薄膜は、スパッタリングにより形成された、銀を含有する厚さ５０ｎｍ以下の薄膜である面状発熱シートである。
以下、本発明を詳述する。
【０００７】
本発明者らは、基体と、上記基体の上に形成された導電金属薄膜とを有する面状発熱シートにおいて、特定範囲の破断伸び率を有する基体を用い、導電金属薄膜を、スパッタリングにより形成された、銀を含有し特定範囲の厚みを有する薄い薄膜とすることにより、面状発熱シートの発熱性能を向上できるとともに曲げたり延伸したりしたときの発熱性能の損失を防ぐことができることを見出し、本発明を完成させるに至った。
【０００８】
本発明の面状発熱シートは、基体と、上記基体の上に形成された導電金属薄膜とを有する。上記基体は、ＪＩＳ  Ｋ７１２７（１９９９）、ＪＩＳ  Ｋ７１６２（１９９４）又はＪＩＳ  Ｋ６７６７（１９９９）に準拠する破断伸び率が５％以上、５０％以下である。
上記範囲の破断伸び率を有する基体を用いることにより、面状発熱シートの全体としての柔軟性を高め、面状発熱シートを曲げたり延伸したりすることを可能にし、面状発熱シートを曲げたり延伸したりしたときの発熱性能の損失を防ぐことができる。
【０００９】
上記基体のＪＩＳ  Ｋ７１２７（１９９９）、ＪＩＳ  Ｋ７１６２（１９９４）又はＪＩＳ  Ｋ６７６７（１９９９）に準拠する破断伸び率が５％以上であれば、面状発熱シートの柔軟性が向上し、面状発熱シートを曲げたり延伸したりすることが可能になり、曲げたり延伸したりしても面状発熱シートが発熱性能を維持することができる。上記基体のＪＩＳ  Ｋ７１２７（１９９９）、ＪＩＳ  Ｋ７１６２（１９９４）又はＪＩＳ  Ｋ６７６７（１９９９）に準拠する破断伸び率が５０％以下であれば、面状発熱シートが充分な強度を有することができる。上記破断伸び率の好ましい下限は１０％、好ましい上限は４０％であり、より好ましい下限は１５％、より好ましい上限は３０％である。
なお、ＪＩＳ  Ｋ７１２７（１９９９）、ＪＩＳ  Ｋ７１６２（１９９４）又はＪＩＳ  Ｋ６７６７（１９９９）に準拠する破断伸び率とは、基体が樹脂シートである場合はＪＩＳ  Ｋ７１２７（１９９９）又はＪＩＳ  Ｋ７１６２（１９９４）に準拠して測定し求めた破断伸び率を、基体が発泡シートである場合はＪＩＳ  Ｋ６７６７（１９９９）に準拠して測定し求めた破断伸び率を意味する。実質的に基体の破断伸び率と変わらないため、基体の表面に導電金属薄膜が形成されているシートの破断伸び率を測定してもよい。
【００１０】
上記基体は、ＪＩＳ  Ｋ７１２７（１９９９）、ＪＩＳ  Ｋ７１６２（１９９４）又はＪＩＳ  Ｋ６７６７（１９９９）に準拠する破断伸び率が上記範囲を満たせば特に限定されず、例えば、エチレン−酢酸ビニル樹脂、エチレン−アクリル酸メチル樹脂、エチレン−アクリル酸エチル樹脂等のエチレン−アクリル酸エステル樹脂、エチレン−メタクリル酸メチル樹脂、エチレン−メタクリル酸エチル樹脂等のエチレン−メタクリル酸エステル樹脂、エチレン−アクリル酸樹脂、エチレン−メタクリル酸樹脂、ウレタン樹脂等からなる樹脂シートが挙げられる。また、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂等のポリオレフィン樹脂からなる発泡シートも挙げられる。なかでも、透明性が高く、かつ、強靭で充分な伸び率を有することから、エチレン−酢酸ビニル樹脂、エチレン−アクリル酸メチル樹脂、エチレン−アクリル酸エチル樹脂等のエチレン−アクリル酸エステル樹脂、又は、エチレン−メタクリル酸メチル樹脂、エチレン−メタクリル酸エチル樹脂等のエチレン−メタクリル酸エステル樹脂からなる樹脂シートが好ましい。
【００１１】
上記基体の厚みは特に限定されないが、好ましい下限は１０μｍ、好ましい上限は１ｍｍである。上記基体の厚みが１０μｍ以上であれば、面状発熱シートが充分な強度を有することができる。上記基体の厚みが１ｍｍ以下であれば、上記基体及び面状発熱シートの取り扱い性が良好となる。上記基体の厚みのより好ましい下限は２０μｍ、より好ましい上限は５００μｍである。
【００１２】
上記導電金属薄膜は、スパッタリングにより形成された、銀を含有する厚さ５０ｎｍ以下の薄膜である。
上述したような基体を用いることに加えて、上記導電金属薄膜を、スパッタリングにより形成された、銀を含有し上記範囲の厚みを有する薄い薄膜とすることにより、面状発熱シートを曲げたり延伸したりしたときの上記導電金属薄膜の亀裂、破断等を防ぐことができる。これにより、面状発熱シートを曲げたり延伸したりしたときの発熱性能の損失を防ぐことができる。なお、上記導電金属薄膜がスパッタリングにより形成されていても、例えば、銀ではなくステンレス（ＳＵＳ）を含有する場合には、本発明の面状発熱シートのように曲げたり延伸したりしたときの発熱性能の損失を防ぐことはできない。また、上記導電金属薄膜が銀を含有していても、例えば、スパッタリングではなく蒸着又は無電解メッキにより形成されている場合には、本発明の面状発熱シートのように曲げたり延伸したりしたときの発熱性能の損失を防ぐことはできない。
また、銀は比抵抗が小さい材料であるため、通常、銀を含有する薄膜は、抵抗値が小さい。即ち、発熱性能が悪い。これに対して、本発明の面状発熱シートにおいては、銀を含有する薄膜の厚みを上記範囲に調整することにより、銀を含有していても抵抗値を大きく上昇させ、発熱性能を著しく向上させることができる。
【００１３】
上記導電金属薄膜がスパッタリングにより形成されていることは、例えば、下記の方法により確認することができる。
即ち、表面に幅７５０ｍｍ以上の導電金属薄膜が形成されている測定サンプルを用意し、「原子間力顕微鏡によるファインセラミック薄膜の表面粗さ測定方法（ＪＩＳ  Ｒ  １６８３：２００７）」に準拠して、幅方向に等間隔で１０点の測定箇所を設定して導電金属薄膜の表面粗さＲａを測定する。得られた表面粗さＲａの測定値がいずれも０．１ｎｍ以下である場合、導電金属薄膜がスパッタリングにより形成されていると判断する。
【００１４】
上記スパッタリングの様式は特に限定されず、ＤＣスパッタであってもよく、ＲＦスパッタであってもよく、ＤＣスパッタとＲＦスパッタとの重畳スパッタであってもよい。
上記スパッタリングに使用するスパッタ装置は特に限定されず、例えば、バッチ式のスパッタ装置、ロールｔｏロール方式のスパッタ装置等が挙げられる。
上記スパッタリングにおいては、通常、アノードとターゲットとの間に５００〜１０００Ｖの直流電圧が印加される。
【００１５】
上記スパッタリングにおける気体雰囲気は特に限定されず、例えば、アルゴンガス雰囲気、アルゴンガスと酸素ガスとの混合ガス雰囲気等が挙げられる。
【００１６】
上記導電金属薄膜は、銀を含有していれば、銀のみを含有していてもよいし、銀と他の材料とを含む銀合金を含有していてもよい。なかでも、上記導電金属薄膜の発熱性能に優れていることから、銀を主成分として含有することが好ましい。また、上記導電金属薄膜の耐食性が向上することから、銀合金が好ましい。
上記銀合金に含まれる他の材料は特に限定されず、例えば、パラジウム、ニッケル、銅等が挙げられる。上記銀合金として、具体的には例えば、銀−パラジウム、及び、銀−パラジウム−銅が好ましい。
【００１７】
上記導電金属薄膜における銀の含有量は特に限定されず、主成分であればよいが、好ましい下限は９５重量％である。上記銀の含有量が９５重量％以上であれば、面状発熱シートが優れた発熱性能を有することができ、また、曲げたり延伸したりしても発熱性能を維持することができる。上記銀の含有量のより好ましい下限は９８重量％であり、更に好ましい下限は９９重量％である。
上記銀の含有量の上限は特に限定されず、１００重量％であってもよい。
なお、エネルギー分散型Ｘ線分析措置（ＥＤＳ）付きの透過型電子顕微鏡を用いて、導電金属薄膜の表面について深さ方向に元素マッピングを行い、得られた導電金属薄膜中の金属組成及び分布から、導電金属薄膜中の銀の含有量を求めることができる。
【００１８】
上記導電金属薄膜は、厚みの上限が５０ｎｍである。上記導電金属薄膜の厚みが５０ｎｍ以下であれば、上記導電金属薄膜の抵抗値が大きく上昇し、発熱性能が著しく向上する。上記導電金属薄膜の厚みの好ましい上限は４０ｎｍ、より好ましい上限は３０ｎｍである。
上記導電金属薄膜の厚みの下限は特に限定されないが、好ましい下限は５ｎｍである。上記導電金属薄膜の厚みが５ｎｍ以上であれば、上記導電金属薄膜に電圧及び電流を充分に加えれば、充分な発熱量が得られる。上記導電金属薄膜の厚みのより好ましい下限は１０ｎｍである。
なお、面状発熱シートの断面を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）にて観察し、観察像における導電金属薄膜の厚みを２０ヶ所測定し、その２０ヶ所の厚みを平均することにより、導電金属薄膜の厚みを求めることができる。
【００１９】
本発明の面状発熱シートを製造する方法は特に限定されず、例えば、スパッタ装置のターゲット電極に、銀及び必要に応じて他の材料を含有するスパッタリングターゲットを取り付け、上述したようなスパッタリング条件下、アルゴンガス雰囲気下で基体にスパッタリングを行い、基体の上に導電金属薄膜を形成する方法が挙げられる。
【００２０】
本発明の面状発熱シートの可視光線透過率は特に限定されないが、好ましい下限は５０％、好ましい上限は９９％であり、より好ましい下限は７０％、より好ましい上限は８０％である。可視光線透過率が上記範囲であれば、面状発熱シートの透明性が高くなり、透明性が必要とされる用途にも好適に用いられる。
なお、面状発熱シートの可視光線透過率は、「ＪＩＳ  Ｋ  ７３７５：２００８  プラスチック−全光線透過率及び全光線反射率の求め方」に準拠して求めることができる。
【００２１】
本発明の面状発熱シートの用途は特に限定されず、例えば、床暖房、屋根融雪装置等の住宅設備、家電、電子機器、光学機器、自動車、工業用機器、農業用機器、医療機器、美容機器、研究用分析装置等において広く利用される。
本発明の面状発熱シートは、曲げたり延伸したりしても発熱性能を維持することができるため、例えば、プレス成形によってシート状から円柱、角柱、円錐等の容器状に加工された場合であっても発熱性能を維持することができ、また、プレス成形のなかでも深絞りと呼ばれる方法によって、より複雑な底の深い容器状に加工された場合であっても発熱性能を維持することができる。このような加工を必要とする用途として、例えば、住宅の窓周りの面状発熱シート、車両に使用される窓周りの面状発熱シート等が挙げられる。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、発熱性能に優れ、曲げたり延伸したりしても発熱性能を維持できる面状発熱シートを提供することができる。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下に実施例を掲げて本発明を更に詳しく説明するが、本発明はこれら実施例のみに限定されない。
【００２４】
（実施例１）
（１）基体の破断伸び率の測定
基体としてエチレン−酢酸ビニル樹脂（東ソー社製、「ウルトラセン６３４」）を押出成形して得た厚み２００μｍ、幅１２５０ｍｍ、長さ３００ｍの樹脂シートを使用した。ＪＩＳ  Ｋ７１２７（１９９９）に準拠して基体の破断伸び率を測定したところ、３０％であった。
【００２５】
（２）面状発熱シートの製造
スパッタ装置のターゲット電極に、スパッタリングターゲットとして銀製ターゲット（田中貴金属社製）を取り付け、アルゴンガス雰囲気下で基体の搬送速度を１ｍ／分としてスパッタリングを行った。これにより得られた、基体の表面に導電金属薄膜が形成されているシートを、長さ１０ｃｍ、幅１０ｃｍのサイズに切りとって面状発熱シートを得た。
得られた面状発熱シートの断面を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）にて観察し、観察像における導電金属薄膜の厚みを２０か所測定し、その２０ヶ所の厚みを平均することにより、導電金属薄膜の厚みを求めたところ、５０ｎｍであった。
【００２６】
（実施例２）
基体としてエチレン−酢酸ビニル樹脂（東ソー社製、「ウルトラセン６３１」）を押出成形して得た厚み２００μｍ、幅１２５０ｍｍ、長さ３００ｍの樹脂シートを使用して基体の破断伸び率を１５％としたこと、スパッタリング時の基体の搬送速度を５ｍ／分に変更して導電金属薄膜の厚みを１０ｎｍとしたこと以外は実施例１と同様にして、面状発熱シートを得た。
【００２７】
（実施例３）
スパッタリングターゲットとして銀−パラジウム−銅製ターゲット（田中貴金属社製）を用いたこと以外は実施例１と同様にして、面状発熱シートを得た。
【００２８】
（実施例４）
スパッタリングターゲットとして銀−パラジウム製ターゲット（田中貴金属社製）を用いたこと以外は実施例１と同様にして、面状発熱シートを得た。
【００２９】
（比較例１）
スパッタリングターゲットとしてステンレス（ＳＵＳ）製ターゲット（三井金属鉱山社製）を用いたこと以外は実施例１と同様にして、面状発熱シートを得た。
【００３０】
（比較例２）
基体としてエチレン−酢酸ビニル樹脂（東ソー社製、「ウルトラセン６３１」）を押出成形して得た厚み２００μｍ、幅１２５０ｍｍ、長さ３００ｍの樹脂シートを使用して基体の破断伸び率を１５％としたこと、スパッタリングターゲットとしてステンレス（ＳＵＳ）製ターゲット（三井金属鉱山社製）を用いたこと以外は実施例１と同様にして、面状発熱シートを得た。
【００３１】
（比較例３）
基体としてエチレン−酢酸ビニル樹脂（東ソー社製、「ウルトラセン６３１」）を押出成形して得た厚み２００μｍ、幅１２５０ｍｍ、長さ３００ｍの樹脂シートを使用して基体の破断伸び率を１５％としたこと、基体を幅３００ｍｍ、長さ３００ｍｍに切り出し、無電解メッキにより基体の表面に厚さ５０μｍの銀層を形成させたこと以外は実施例１と同様にして、面状発熱シートを得た。
【００３２】
＜評価＞
実施例、比較例で得られた面状発熱シートについて以下の評価を行った。結果を表１に示した。
【００３３】
（１） 延伸前の発熱温度（中央）
面状発熱シートの幅方向の両端に、両辺の長さと同じ長さを有する電極を取り付け、電圧１２Ｖを１０分間印加した。電圧を印加した直後の面状発熱シートの中央部分の発熱温度を、接触式表面温度計を用いて５か所測定し、その５ヶ所の発熱温度の平均値を求めることにより、面状発熱シートの中央部分の発熱温度を算出した。これを延伸前の発熱温度とした。
【００３４】
（２）延伸後の発熱温度（中央）
面状発熱シートの幅方向の両端を治具でチャックすることにより、面状発熱シートを破断伸び率の半分の伸び率となるまで延伸した。
その後、面状発熱シートの幅方向の両端から治具を取り外し、両端に両辺の長さと同じ長さを有する電極を取り付け、上記（１）と同様にして面状発熱シートの中央部分の発熱温度を測定した。これを延伸後の発熱温度とした。
【００３５】
【表１】
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【産業上の利用可能性】
【００３６】
本発明によれば、発熱性能に優れ、曲げたり延伸したりしても発熱性能を維持できる面状発熱シートを提供することができる。