JP2009522158A - 透明の伝導性層を有するウィンドウ・デフロスタ・アッセンブリ - Google Patents

Abstract

ウィンドウ・デフロスタ・アッセンブリが、透明のパネルと、デフロスタとを有する。このデフロスタは、パネル上に適用された伝導性層と、透明のパネルと一体に形成された導電性ヒータ・グリッドとを有する。このヒータ・グリッドは一連のグリッド線を有し、伝導性層の少なくとも一部はこれらグリッド線の隣接するグリッド線間に配置される。

Description

本発明は、車両のウィンドウなどプラスチック製及びガラス製パネルの霜取りへの使用を可能にする性能特性を提供する伝導性ヒータ・グリッド・デザインに関する。

現在、ポリカーボネート（ＰＣ）及びポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）などプラスチック材料が、Ｂピラー、ヘッドランプ及びサンルーフなど多数の自動車用部品及び構成部品の製造に用いられている。自動車用後部ウィンドウ（バックライト）・システムが、具体的には、スタイリング／デザイン、軽量化、及び安全性／危機管理の分野でのこれらの知られる多数の利点により、これらプラスチック材料応用の代表例である。より具体的には、プラスチック材料は、機能構成部品の成形プラスチック・システムへの一体化を介して後部ウィンドウ・アッセンブリの複雑さを減少させる能力、及び全体のデザイン及び形状の複雑さを増加させることによってそれらの車両を差別化する能力を自動車製造業者に提供する。従来のガラス製のバックライトシステムより重量が軽量化されると、これらの車両への組込みにより、車両のより低い重心（したがって、よりよい車両のハンドリング性及び安全性）及び燃料節約の改善の両方を促進することができる。さらに、乗員又は乗客が車両の中に保持される可能性が大きいので特に転覆事故での安全性の向上が実現される。

プラスチック製ウィンドウの実装に関連する多数の利点があるが、これらウィンドウは、広範囲の商業利用の前に対処される必要がある技術的障害に対応する制限を伴う。材料特性に関する制限は、高温への長期の露出の間のプラスチックの安定性、及びプラスチックが熱を伝導する能力の制限を含む。後者に関しては、車両の後部ウィンドウ又はバックライトとして用いられるために、プラスチック材料はデフロスタ又は曇り取りシステムの使用に適合する必要がある。商業上の採用のためには、プラスチック製バックライトは、ガラス製バックライトの霜取り又は曇り取りのために定めた性能基準を満たす必要がある。

ガラスとプラスチックの材料特性の差異は、熱伝導を考慮すると、極めて明らかになる。ガラスの熱伝導率（Ｔ_Ｃ＝２２．３９×１０^−４ｃａｌ／ｃｍ・ｓｅｃ・℃）は、典型的なプラスチック（例えば、ポリカーボネートに対するＴ_Ｃ＝４．７８×１０^−４ｃａｌ／ｃｍ・ｓｅｃ・℃）によって示される熱伝導率より約４倍〜約５倍大きい。したがって、ガラス製ウィンドウで効率的に作動するようになされたデフロスタ又はデフォガ（以降、単に「デフロスタ」）は、プラスチック製ウィンドウを霜取りすること又は曇り取りすること（以降、単に「霜取りすること」又は「霜取り」）では必ずしも効率的でない場合がある。プラスチックのより低い熱伝導率は、プラスチック製ウィンドウの表面を横切るヒータ・グリッド線から熱の散逸を制限する場合がある。したがって、同様の電力出力で、ガラス製ウィンドウのヒータ・グリッドは、全体の視野域を霜取りすることができ、一方、プラスチック製ウィンドウの同一のヒータ・グリッドは、グリッド線に近い視野域のそれら部分を霜取りするだけである場合がある。

克服する必要があるガラスとプラスチックの第２の差異は、印刷されたヒータ・グリッドによって示される導電性に関連する。ガラスの熱安定性は、比較的高い軟化温度（例えば、Ｔ_軟化＞＞１０００℃）で実証されるように、実質的に無機フリット又は金属製ワイヤを形成するために金属ペーストのガラス製ウィンドウ表面への焼結を可能にする。ガラスの軟化温度が、典型的なプラスチック樹脂のガラス遷移温度（例えば、ポリカーボネートＴ_ｇ＝１４５℃）より極めて大きいので、金属ペーストはプラスチック製パネル上に焼結できない。むしろ、それは、プラスチック樹脂のＴ_ｇより低い温度でパネル上で硬化される必要がある。

典型的には、金属ペーストは、それが適用されるプラスチックの表面に接着する高分子樹脂中に分散させられた金属粒子からなる。金属ペーストの硬化により、誘電体層全体にわたって分散される緊密に隔置された金属粒子を有する伝導性ポリマー・マトリクスが形成される。分散された伝導性粒子間の誘電体層（例えば、ポリマー）の存在は、ガラス製基層の上に焼結された寸法的に類似のヒータ・グリッド線に比べて硬化されたヒータ・グリッド線の伝導性の減少又は抵抗の増加をもたらす。この伝導性の差異は、ガラス製ウィンドウに比べてプラスチック製ウィンドウによって示される、劣った霜取り特性となって表れる。

上述から、従来のガラス製ウィンドウの性能特性と同様の性能特性を有するプラスチック製ウィンドウを効果的に霜取りするシステムに対する必要性が、当業界に存在することが理解されよう。

本発明は、ガラス製ウィンドウの従来のヒータ・グリッドの性能に匹敵するようにウィンドウの視野域を霜取りすることができるヒータ・グリッドを提供する。本発明は、グリッド線間の間隔がガラス製ウィンドウのヒータ・グリッドに対して現在用いられる従来の２５ｍｍ〜３０ｍｍの間隔を超えることを可能にする。プラスチック製パネル・ウィンドウでのその性能により、本発明のヒータ・グリッドは、ガラス製パネル又はウィンドウに適用されるヒータ・グリッドに対するグリッド線の間隔を増加させるために利用できるよう期待されている。

したがって、一態様では、本発明は、透明の伝導性被覆と、透明のパネル上に適用される伝導性ヒータ・グリッドとを提供する。伝導性ヒータ・グリッドは、両端部が第１及び第２のバスバー及び部分に連結された１群のグリッド線を有する。したがって、伝導性被覆は１対の隣接したグリッド線間に配置される。

別の態様では、伝導性被覆は熱伝導性であり、別の態様では、それは導電性で熱伝導性である。

別の実施例では、本発明は、１対のバスバー間のやはりパネルに適用される透明の伝導性被覆を有する透明のパネルを含む。

別の実施例では、本発明は、上述のように保護被覆を有するウィンドウ・アッセンブリを提供する。保護被覆は、風化及び磨耗に対する保護を向上するために層状構造の中に設けられた複数の被覆をさらに有する。

本発明の他の目的及び利点は、以下の詳細な説明及び添付された請求の範囲を考慮し、添付図面を参照した上で明らかになろう。

好ましい実施例の以下の説明は、単に本質的に例示のものであり、本発明或いはその適用又は利用を制限するように決して意図されるものではない。

本発明者らは、プラスチック製パネル上に形成された従来のヒータ・グリッド又はデフロスタが（金属インクを使用し、その後製造者の推奨に従って硬化される）、ガラス製ウィンドウ上のヒータ・グリッドの評価のために定めた業界標準デフロスタ試験で性能が悪いことに気付いている。自動車業界向け試験プロトコルは、可視区域の少なくとも７５％が３０分間以内に霜取りされることを要求している。しかしながら、このプロトコルは、ガラス製ウィンドウに関して典型的に見られる結果より極めて遅いものである。プラスチック製パネル上に形成されたデフロスタがガラス上に形成されたデフロスタと同様の性能を実現するためには、実際には、ヒータ・グリッドは、約１０分未満で視野域の少なくとも７５％を霜取りする必要がある。ウィンドウを霜取りする特性を決定するために利用される試験プロトコルは、当業者にはよく知られており、ソサエティ・オブ・オートモーティブ・エンジニアズ（ＳＡＥ）基準Ｊ９５３（９３年４月）、及びフォルクスワーゲン／アウディ仕様＃ＴＬ８２０−４５又はフォード・モーター・カンパニー仕様＃０１．１１−Ｌ−４０１など多数の自動車製造業者の内部仕様に適切に記載されている。ＳＡＥ基準試験プロトコルに極めて類似の１１のステップ・プロセスは、以下のように進行する。
ａ 周囲環境条件の下で、７０℃未満でヒータ・グリッドの温度を平衡させるために必要な電圧を決定する。
ｂ −１８℃から−２０℃の温度で８時間を超える間、パネルを浸す。
ｃ ４６０ｍＬ／ｍ^２の水を水平位置にあるパネルに吹き付ける。
ｄ 水を凍結するために１時間を超える追加時間の間、パネルを浸す。
ｅ 垂直位置にパネルを配置する。
ｆ 環境温度及び空気移動を監視する（全試験の間）。
ｇ デフロスタを作動させる（ステップａで定めた電圧を使用する）。
ｈ 時間０で電圧、電流及びグリッド温度を記録する。
ｉ ３分毎及び霜取り「ブレイク・スルー」（最初に観測される融解）で測定し（ステップｈ参照）、写真を撮る。
ｊ １００％の視野域がきれいにされたとき又は４０分経過後、試験を終了する。
ｋ 視野域の７５％をきれいにするために必要な時間を分析する。

この試験プロトコルでは、グリッド・パターンの温度は、全試験にわたって環境周囲条件（ステップａ）の下で７０℃を超えるべきではない。ウィンドウは、コールド・チャンバの中に配置され、−１８℃から−２０℃（ステップｂ）で熱平衡に達することを可能にされる。次いで、ウィンドウは、定めた視野域（すなわち、霜取りされるべき区域）の中の表面区域のｍ^２メートル毎に４６０ｍＬの水が平坦又は水平な位置で吹き付けされ、追加の１時間（ステップｃ及びｄ）、温度平衡させる。次いで、ウィンドウは、垂直位置に配置され（ステップｅ）、コールド・チャンバ環境の温度が、風速とともに全試験にわたって定期的に監視される（ステップｆ）。コールド・チャンバ中の風速が、送風機モジュールを導入した上で、概して１３４ｍ／分（４４０ｆｔ／分）の最大速度以下で定めることができる。この速度は、進行車両に実際に取り付けられるとき、バックライトの表面が受けることができる潜在的な風速冷却により許容可能なデフロスタ性能を定めるために好ましい。

次いで、デフロスタは、「ステップａ」で識別された電圧のヒータ・グリッド（ステップｇ）への印加によって作動させられる。ヒータ・グリッドによって定めた温度とともにヒータ・グリッドに印加された電圧及び電流は、時間０（ステップｈ）及び試験全体にわたって（ステップｉ）測定される。視野域の写真が、３分毎及び融解又は霜取り「ブレイク・スルー」（ステップｉ）の開始時に取られる。試験は、視野域の１００％が霜取りされるか又は４０分が経過した後のいずれかで停止される（ステップｊ）。次いで、時間に応じて霜取りされた視野域の量が全体の視野域の百分率として量的に測定される（ステップｋ）。

従来のヒータ・グリッド１０のデザインを、全体として図１に示す。この単純なデザインは約１ｍｍ幅で２３０ｍｍの長さの６つの平行なグリッド線１２からなっていた。すべてのグリッド線１２は、互いから２５ｍｍ離隔され、対向するバスバー１４、１６のいずれかで始まり、終わる。各バスバー１４、１６は幅約２６ｍｍである。２つの同一のヒータ・グリッド１０が、一方がガラス製パネルの上に、及び他方がプラスチック製パネルの上に、より具体的には、ポリカーボネート・パネル１８上に構成された。ガラス製パネル１８上のグリッド１０は、自動車業界で用いられているような従来の銀フリット材料からなっていた。この伝導性材料は、パネル１８上にスクリーン印刷され、その後３．５分間１１００℃で焼結され、それによってガラスの表面に銀フリット材料を残した。プラスチック製パネル１８に対して、有機接着剤を含有する銀インク（＃１１８０９ ２ｋ Ｓｉｌｖｅｒ、Ｃｒｅａｔｉｖｅ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ社、マサチューセッツ州チングズバロ）が、ポリカーボネート基層（ポリカーボネート、Ｍａｋｒｏｌｏｎ（商標登録）Ａｌ２６４７、Ｂａｙｅｒ ＡＧ社、独国レーバークーゼン）上にスクリーン印刷され、その後、３０分間１００℃で硬化された。パネル１８のそれぞれの上に生じたグリッド線及びバスバーの厚さは、形状測定を介して１０ミクロンから１４ミクロンの程度であることが判明した。最終的には、ポリカーボネート・パネル上のヒータ・グリッド１０は、風化及び磨耗に対する保護を実現するためにシリコーン・ハードコート・システム（ＳＨＰ４０１／ＡＳ４０００、ＧＥ Ｓｉｌｌｉｃｏｎｓ社、ニューヨーク州ウォーターフォード）の塗布を受けた。２つの生じたデフロスタ２０のそれぞれは、最大風速が適用された状態で表１に記載した手続きに従って試験された。

６．２４ボルト及び１４．４５ボルトそれぞれの印加が、周囲空気温度（２３℃）の下で試験されたとき、ガラス及びポリカーボネート上に配置されたヒータ・グリッドの中で７０℃の最大限度よりわずかに低い熱平衡を定めるために必要であることが判明した。ガラス上のヒータ・グリッド１０は、−２０℃（空気温度）で、５分未満で視野域の７５％の霜取りが観測され、９５％を超える視野域が約１０分で霜取りされた。これをトレース（ｉ）によって図１に示す。この試験条件の下でこのデフロスタによって示された最高温度は、１５．５℃であることが観測された。

相対的に、ポリカーボネート上に配置されたグリッド１０は、−２０℃（空気温度）で、１０分間で２０％よりわずかに広い視野域を霜取りすることが観測され、３０分間で視野域の３０％未満が霜取りされた（図１のトレース（ｉｉ）によって示すように）。この試験条件の下でこのデフロスタによって示された最高温度測定値は、−８．０℃であることが判明した。

この実施例は、典型的にはガラス製ウィンドウとともに用いられる従来のヒータ・グリッド１０のデザインが、ポリカーボネートなどプラスチック製ウィンドウとともに用いることができないことを実証する。図１に示すように、実質的には、硬化された銀インクのポリカーボネート・パネルを霜取りする能力は、同一条件の下での焼結された銀フリットのガラス製パネルを霜取りする能力より低い。したがって、ガラス上に形成された同様のヒータ・グリッド・デザインをシミュレートするためには、プラスチック製パネル上に形成されたデフロスタに関する性能目標は、図１の区域２２で示すように約１０分未満で可視区域の少なくとも７５％がきれいにされるように定められる。

上述で実証されたように、ガラス製ウィンドウ用にデザインされた従来のヒータ・グリッド１０は、プラスチック製ウィンドウ上で同一の性能で適切に機能しない。ガラス製ウィンドウとプラスチック製ウィンドウの間の性能及びそれらが関連するデフロスタ・システムに強い影響を与える主たる物理的な差異は、（１）プラスチックのより低い熱伝導率（Ｔ_Ｃ）、及び（２）高温で焼結されるガラス上の銀ペーストのより高い導電率（比較的低温で硬化されるプラスチック上の銀ペーストに比較して（すなわち、プラスチックのガラス遷移温度Ｔ_ｇの下））である。

ガラス製パネル１８上に形成された従来のデフロスタ・グリッド１０は、プラスチック製パネル１８上に一体に形成された同様のデフロスタ・グリッド１０に比較してその全表面にわたってより均一な表面温度を示した。各ヒータ・グリッド線にわたる熱分布及び各グリッド線間隔は、熱画像装置（ＴｈｅｒｍａＣＡＭ（登録商標）Ｓ４０、ＦＬＩＲ Ｓｙｓｔｅｍｓ Ｉｎｃ．社、マサチューセッツ州ボストン）を用いて検査された。ガラス上のグリッド１０の最高グリッド線温度は、約３０℃に達することが判明し、一方、プラスチック上のグリッド１０のグリッド線温度は、約４４℃に到達した。グリッド線温度と各グリッド線間のガラスの表面温度との差異は、約２℃から約３℃であることが判明した。しかしながら、グリッド線温度と各グリッド線間のプラスチックの表面温度との差異は、約１０℃〜約１５℃と極めて高いことが判明した。グリッド線とその間のガラスとの間の温度の小さい差異は、ガラスに関連する高い熱伝導率により生じる。同様に、グリッド線とその間のプラスチックとの間の温度の大きな差異は、プラスチック、上述実施例ではポリカーボネートに関連するより低い熱伝導率により生じる。

本発明は、プラスチック製パネル又はウィンドウが従来の業界基準試験条件の下でガラス製ウィンドウに対して説明した条件の中で霜取りされることを可能にするデフロスタ・デザインを提供する。したがって、本発明のデフロスタ・デザインは、ガラス上のヒータ・グリッド１０の標準の許容可能な性能をシミュレートし、すなわち、約３０分未満で視野域の少なくとも７５％を霜取りすることができる。さらに、本発明のデフロスタは、プラスチック製パネルに適用されると、ガラス上の既存のヒータ・グリッドの実性能特性をより近くで実現し、すなわち、１０分以内で視野域の７５％を霜取りする。以下で詳述するように、プラスチック製パネル又はウィンドウ上のその優れた性能により、本発明は、ガラス製ウィンドウ上のデフロスタに対するグリッド線間隔を、またそれによってガラス上のグリッドを通る可視度百分率を増加させるために用いることができる。

次に、図２Ａ及び図２Ｂを参照すると、本発明の原理を実施するウィンドウ・デフロスタ・アッセンブリが、全体的にそれらの中に示され、３０で示されている。図２Ａ及び図２Ｂはそれぞれ、水平にヒータ・グリッドが方向付けされた及び垂直にヒータ・グリッドが方向付けされたウィンドウ・デフロスタ・アッセンブリ３０を示す。すべての他の点では、構造は同一であり、この理由により両図では共通の参照符号を用いる。

概して、ウィンドウ・デフロスタ・アッセンブリ３０は、パネル３４上に設けられたデフロスタ３２を有する。デフロスタ３２は、概ね対向したバスバー３８、４０の間に延びる一連のグリッド線３６を有するヒータ・グリッド３５を有する。以下でさらに説明するように、デフロスタ３２は、パネル３４上に塗布された透明の伝導性層４２をさらに有する。

バスバー３８、４０はそれぞれ正及び負のバスバーと呼ばれ、したがって、それぞれはリード４３を介して車両の電気システムに１つ又は複数の場所で結合され、それによって電気回路を定める。典型的には、かかる電気システムは１２Ｖシステムである。

ヒータ・グリッド３５に電流を加えると、電流は、グリッド線３６を通って正のバスバー３８から負のバスバー４０に流れ、その結果、グリッド線３６は抵抗発熱によって熱くなる。この電流の一部はまた、導電性層４２によって伝導される。したがって、少なくとも隣接したグリッド線３６間の区域がまた、抵抗発熱によって熱くなる。典型的には、この区域を、伝導性層４２の斜めの破線４４で示す。抵抗発熱に加えて、伝導性層４２はまた、グリッド線３６によって生成される熱によって伝導的に加熱される。したがって、グリッド線３６によって生成された熱の一部は、伝導性層４２によって隣接したグリッド線３６間の区域及びグリッド線３６を囲む区域に熱伝導される。この熱伝導を容易にするためには、概ね伝導性層４２は、プラスチックより高い熱伝導率を有することが好ましい、より具体的には、４．７８×１０^−４ｃａｌ／ｃｍ・ｓｅｃ・℃の熱伝導率を有するポリカーボネートが好ましい。伝導性層４２を介してグリッド線３６間のパネル３４の区域上のグリッド線３６の熱を熱伝導することによって、この熱は、パネル３４単体でグリッド線３６から熱を伝導する必要があった場合よりもパネル３４のより広い区域により容易に加えられる。グリッド線３６及び伝導性層の発熱の結果として、パネル３４の表面上の氷、霧又は霜は、横方向で最も外側のグリッド線３２間に画定される視野域の中で融解又は散逸される。

パネル３４は、ブラックアウト縁部４６（図２Ａ参照）など不透明の区域をさらに有することができる。典型的には、かかる縁部４６は、はめ合い及び仕上げの欠陥を隠すこと並びに取付け構造又はヒータ・グリッド３５のバスバー３８、４０など機能構成部品を隠すなどの審美的理由により用いられる。ブラックアウト縁部４６は、不透明インクをパネル３４の表面上に印刷することによって又はインサート・フィルム成形を含む成形装飾技術で知られる使用法によってパネル３４に適用することができる。

次に図３Ａ、図３Ｂ及び図３Ｃを参照すると、本発明の原理を実施するウィンドウ・デフロスタ・アッセンブリ３０に対する様々な代替の構造が示されている。ウィンドウ・デフロスタ・アッセンブリ３０の車両への実装の際、パネル３４の対向する表面４８、５０は、車両の外部に面する表面又は車両の内部に面する表面のいずれかをそれぞれ形成する。図３Ａから図３Ｃの概略図では、車両の外部はページの上部に向かうものとして考えられるべきであり、一方、車両の内部は下部に向かうものとして考えられるべきである。

図３Ａで分かるように、伝導性層４２はパネル３４の外部表面４８に直接適用され、ヒータ・グリッド３５のグリッド線３６は伝導性層４２の上に適用される。逆に、図３Ｂでは、伝導性層４２はパネル３４の内部表面５０に適用される。グリッド線３６の中でヒータ・グリッド３５は伝導性層の上に適用される。その最終構造では、パネル３４は、保護層５２、又は追加の任意選択の保護層５４の使用によって紫外線放射への露出、酸化及び磨耗など様々な自然発生から保護することができる。これら保護層５２、５４は、パネル３４の外側及び／又は内側の一方又は両方に設けることができる。この用語が本明細書で用いられるとき、少なくとも１つの保護層を有する透明のプラスチック製パネル３４は、透明のプラスチック製艶出しパネルとして定義される。

図３Ｃの概略図で示す代替の構造では、グリッド線３６の中の伝導性層４２はパネル３４自体の内側に一体化される。この構造では、パネル３４は、２つの層、内部パネル層５６及び外部パネル層５８から形成され、伝導性層４２はそれらの間に設けられたグリッド線３６の中にある。

透明のプラスチック製パネル３４それ自体は、任意の熱可塑性高分子樹脂或いはそれらの混合物又は組合せから構成されてよい。適した熱可塑性樹脂は、ポリカーボネート樹脂、アクリル樹脂、ポリアリレート樹脂、ポリエステル樹脂及びポリスルホン樹脂並びにそれらの共重合体及び混合物を含むが、それらに限定されない。本発明が適用されるパネル３４はガラス質酸化物であってもよい。本発明の使用に適するガラス質酸化物には、ＳｉＯ_２、ソーダ石灰、アルミノケイ酸塩、Ｂ_２Ｏ_３−Ｐ_２Ｏ_５、ＦＥ_１−ｘＢ_ｘ、Ｎａ_２Ｏ−ＳｉＯ_２、ＰｂＯ_３−ＳｉＯ_２、ＳｉＯ_２−Ｂ_２Ｏ_３及びＳｉＯ_２−Ｐ_２Ｏ_５など任意のタイプのガラスが含まれる。透明のパネルは、成形、熱成形又は押出し成形など当業者に知られる任意の技術の使用によってウィンドウに形成することができる。パネル３４は、成形、熱成形又は押出し成形など様々な知られる技術のいずれかの使用によってウィンドウに形成することができる。上述のように、パネル３４は、ブラックアウト縁部４６の形でパネル３４上に不透明のインクを印刷する又は不透明の樹脂を用いて縁部を成形することによって適用された不透明の区域をさらに有することができる。

伝導性層４２は、伝導性パネル又はシート、被覆、或いは薄膜からなってもよい。薄膜としての伝導性層については、それが、特にインジウム、スズ、タンタル、カドミウム又は亜鉛など無機元素を含むことが好ましい。無機元素に加えて、伝導性薄膜は、特に酸素又は炭素などいくつかの有機元素を含むことができる。伝導性薄膜のいくつかの実施例には、銀、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）、酸化亜鉛でドープされた酸化インジウム（ＩＺＯ）及びアルミニウムでドープされた酸化亜鉛が含まれる。上述のように、伝導性層４２は好ましくはポリカーボネートなどプラスチックの熱伝導率を超える熱伝導率を有する。例えば、酸化インジウムスズの熱伝導率は、約２×１０^−２ｃａｌ／ｃｍ・ｓｅｃ・℃である。これら伝導性薄膜は、スパッタリング、物理蒸着、蒸着及び噴霧熱分解を含むが、それらに限定されない当業者に知られる任意の技術によって堆積することができる。

被覆としての伝導性層４２については、それが約１００ナノメートル未満の直径を有する伝導性ナノ粒子を含むことが好ましい。伝導性ナノ粒子のいくつかの実施例には、銀、銅、亜鉛、アルミニウム、マグネシウム、ニッケル、スズ、又は同様物の混合物及び合金などの金属、並びに金属化合物、並びにポリアニリン、非晶質炭素及び炭素黒鉛など伝導性有機ポリマーが含まれる。伝導性ナノ粒子は、透明のプラスチック製パネルに接着するポリマー・マトリクスで表面処理又は分散されてよい。伝導性被覆は、カーテン・コーティング、溶射被覆、浸漬被覆、流し塗り、スピン・コーティングなど大気中被膜処理を含むが、それらに限定されない当業者に知られる任意の技術によって適用することができる。ナノ粒子の使用がプラスチック製パネルの相対的透明度を維持するために望ましい。

ヒータ・グリッド３５は、プラスチック製パネル３４の内側表面５０又は外側表面４８の上に直接印刷することができる。代替的には、それは保護層５２、５４の表面上に印刷することができる。どちらの構造でも、印刷は、伝導性インク又はペースト、及びスクリーン印刷、インク・ジェット、又は自動分配を含むが、それらに限定されない当業者に知られる任意の方法を用いて作用されてよい。自動分配は、ドリップ・アンド・ドラッグ、ストリーミング及び単純な流れ分配など接着塗布分野の技術者に知られる技術を含む。

ヒータ・グリッド３５は、当業者に知られる伝導性ペースト、インク、塗料又は薄膜を含む任意の伝導性材料から形成されうる。伝導性要素がペースト、インク又は塗料の場合、それらがポリマー・マトリクスの中に分散させられる伝導性粒子、フレーク又は粉末を含むことが好ましい。このポリマー・マトリクスがエポキシ樹脂、ポリエステル樹脂、ポリ酢酸ビニル樹脂、ポリ塩化ビニル樹脂、ポリウレタン樹脂、又は同様物の混合物及び共重合体であることが好ましい。

伝導性粒子、フレーク又は粉末は、銀、銅、亜鉛、アルミニウム、マグネシウム、ニッケル、スズ、又は同様物の混合物及び合金、並びに金属ジカルコゲナイドなど任意の金属化合物を含むが、それらに限定されない金属からなることができる。これら伝導性粒子、フレーク又は粉末はまた、ポリアニリン、非晶質炭素及び炭素黒鉛など当業者に知られる任意の伝導性有機材料であってよい。任意の粒子、フレーク又は粉末の粒子サイズは、様々であってよいが、約４０μｍ未満の直径が好ましく、具体的には、１μｍ未満の直径が好ましい。伝導性ペースト、インク又は塗料中でキャリヤ媒体として作用する任意の溶媒は、有機樹脂に融解性をもたらす任意の有機媒体の混合物であってよい。金属ペースト、インク又は塗料の実施例には、ＤｕＰｏｎｔ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ社、ノースカロライナ州リサーチトライアングルパーク（５０００ Ｍｅｍｂｒａｎｅ Ｓｗｉｔｃｈ、５０２９ Ｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ、５０２１ Ｓｉｌｖｅｒ Ｃｏｎｄｕｃｔｏｒ、及び５０９６ Ｓｉｌｖｅｒ Ｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）、Ａｃｈｅｓｏｎ Ｃｏｌｌｏｉｄｓ社、ミシガン州ポートヒューロン（ＰＦ−００７、及びＥｌｅｃｔｒｏｄａｇ ＳＰ−４０５）、Ｍｅｔｈｏｄｅ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ社、イリノイ州シカゴ（３１−１Ａ Ｓｉｌｖｅｒ Ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ、３１−３Ａ Ｓｉｌｖｅｒ Ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ）、Ｃｒｅａｔｉｖｅ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ Ｉｎｃ．社、マサチューセッツ州チングズバロ（１１８−０２９ ２ｋ Ｓｉｌｖｅｒ）、並びにＡｄｖａｎｃｅｄ Ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ社、カリフォルニア州アタスカデロ（ＰＴＦ−１２）から市販されている銀添加組成物が含まれる。

上述のように、その最終構造では、プラスチック製パネル３４は、単一の保護層５２、又は追加の任意の保護層５４の使用によって、紫外線放射への露出、酸化及び磨耗などの自然発生から保護されうる。

保護層５２、５４は、プラスチック薄膜、有機被覆、無機被覆、又はそれらの混合物であることができる。プラスチック薄膜は、透明のパネルとして同一又は相異なった組成物からなることができる。薄膜及び被覆は、耐磨耗性を向上させるために紫外線吸収剤（ＵＶＡ）分子、分散剤などレオロジー制御添加剤、界面活性剤及び透明の充てん剤（例えば、シリカ、酸化アルミニウムなど）、並びに光学的、化学的又は物理的特性を改変するために他の添加剤を含むことができる。有機被覆の実施例は、ウレタン、エポキシ樹脂、並びにアクリレート及びそれらの混合物又はブレンドを含むがそれらに限定されない。無機被覆のいくつかの実施例には、シリコーン、酸化アルミニウム、フッ化バリウム、窒化ホウ素、酸化ハフニウム、フッ化ランタン、フッ化マグネシウム、酸化マグネシウム、酸化スカンジウム、一酸化ケイ素、二酸化ケイ素、窒化ケイ素、シリコンオキシナイトライド、シリコンオキシカーバイド、シリコンカーバイド、酸化タンタル、酸化チタン、酸化スズ、酸化インジウムスズ、酸化イットリウム、酸化亜鉛、セレン化亜鉛、硫化亜鉛、酸化ジルコニウム、チタン酸ジルコニウム、又はガラス、及びそれらの混合物又はブレンドが含まれる。

保護層５２、５４として適用される保護被覆は、当業者に知られる任意の適した技術によって適用することができる。これら技術には、真空蒸着プロセスで用いられる蒸着など反応種からの蒸着、及び基層にゾル・ゲル被覆を適用するために用いられるプロセスなどの大気中被覆プロセスが含まれる。真空蒸着プロセスの実施例は、プラズマ化学気相成長法、イオン・アシスト・プラズマ蒸着、マグネトロン・スパッタリング、電子ビーム蒸着及びイオン・ビーム・スパッタリングを含むが、それらに限定されない。大気中被覆プロセスの実施例は、カーテン・コーティング、溶射被覆、スピン・コーティング、浸漬被覆、及び流し塗りを含むが、それらに限定されない。

説明のための実施例として、Ｅｘａｔｅｃ（登録商標）９００自動車用ウィンドウ艶出しシステムを含むポリカーボネート・パネル３４が、本発明によるデフロスタ３２を備えることができる。この特定の事例では、透明のポリカーボネート・パネル３４は、多層被覆システム（Ｅｘａｔｅｃ（登録商標）ＳＨＰ−９Ｘ、Ｅｘａｔｅｃ（登録商標）ＳＨＸ）、及び「ガラス様」被覆（ＳｉＯ_ＸＣ_ＹＨｚ）の蒸着層で保護され、次いでこれは、伝導性層で被覆され、車両の内部に面する保護層の露出表面上にヒータ・グリッド３５とともに印刷される。別の代替の構造として、ヒータ・グリッドは、１つ又は複数の保護被覆の１つ又は複数の層上に配置され、次いで、１つ又は複数の保護被覆の追加的な１つ又は複数の層で保護被膜されてよい。例えば、ヒータ・グリッドが、シリコーン保護被覆（例えば、ＡＳ４０００、ＧＥ Ｓｉｌｉｃｏｎｅｓ社）の上に配置され、その後「ガラス様」被覆又は薄膜で保護被膜することができる。

本発明の性能の向上は、プラスチック製パネルの同一の表面区域を覆うようになされた３つの試験ウィンドウ・デフロスタ・アッセンブリの性能を比較することによって実証することができる。したがって、簡単な試験パターンが、ＳＡＥ Ｊ９５３霜取りプロトコルに従って氷を加熱し溶融する３つの相異なったデフロスタ・アッセンブリの能力を比較するために用いられた。これら３つのデフロスタ・アッセンブリのうち第１のデフロスタ・アッセンブリは、各グリッド線が約１ｍｍ幅及び２５０ｍｍの長さの状態で、伝導性銀インク／ペーストを用いてポリカーボネート表面上にスクリーン印刷された２つのバスバーの接続の際、約５０ｍｍ離隔された単純な３つのグリッド線ヒータ・グリッドを有した。まず、第２の試験アッセンブリは、約２０Ω／ｍ^２の面積抵抗を有する酸化インジウムスズの伝導性層でポリカーボネート・パネルの表面を被覆した。（本明細書に用いられるように、グリッド線の中に存在するｍ^２数は、グリッド線の測定長さをグリッド線の測定幅によって割ることによって計算される。）次いで、同一の３つの線ヒータ・グリッドが、伝導性層上にスクリーン印刷された。第３の試験アッセンブリでは、ポリカーボネート基層は、第２の試験アッセンブリとして同一の伝導性層で被覆され、上述のヒータ・グリッドのバスバーだけが伝導性層上にスクリーン印刷された。言い換えれば、第３の試験アッセンブリはグリッド線なしで形成された。

試験ウィンドウ・デフロスタ・アッセンブリのそれぞれは、同一の量の水を吹き付けられ、次いで、表面温度を平衡させ、アッセンブリ上に「霜で覆われた」条件を確立するために数時間−２０℃の温度にさらされた。合計７．４５Ｖが各デフロスタ・アッセンブリに印加され、霜取り特性が注目され、２０分間の試験期間で測定された。

第１の試験アッセンブリは、そのヒータ・グリッドのグリッド線間に設けられる視野域の約２５％を霜取りすることが判明した。第３の試験アッセンブリは、試験のために割り当てられた２０分の間に認めうるほどに霜取りしなかった。第２の試験アッセンブリは、グリッド線のそれぞれの間に延びる区域の約５０％を超え、その上最も横方向のグリッド線の向こう側に２．５４ｃｍ（１インチ）霜取りすることが判明した。したがって、約２５０ｍｍ×１５０ｍｍ（又は３７，５００ｍｍ^２）の視野域が霜取りされた。これは第１の試験アッセンブリによって霜取りされた量の２倍に相当する。上述試験結果を考慮して、第２の試験アッセンブリの基礎構造及びその作動は、他の試験構造のいずれよりも優れていると結論付けることができる。

上述のように、伝導性層は、少量の電流を伝導し、ヒータ・グリッド３５のグリッド線３６間の区域のパネル３４の表面に、ある量の抵抗発熱をもたらし、それによって、この区域の中でパネルの表面温度を上げる。さらに、伝導性層がプラスチック樹脂より高い熱伝導率を有し、この伝導層からパネル３４が構成されるので、伝導性層４２は、グリッド線３６によって生成された熱がグリッド線３６から離れ隣接した区域の中に急速に広まることを可能にする。したがって、伝導性層の電気伝導率、伝導性層の熱伝導率、及び／又は両方は、本発明の原理を実施するウィンドウ・デフロスタ・アッセンブリのより効果的な霜取りに貢献する。

当業者なら容易に理解するであろうが、上述説明は本発明の原理の実施の実例の意図するものである。この説明は、本発明が添付の請求項の範囲で定義される本発明の精神から逸脱することなく修正形態、変形形態及び変更形態が可能であるため、本発明の範囲又は適用を制限するように意図するものでない。

（ｉ）ガラス製パネル上に焼成された銀ペースト及び（ｉｉ）プラスチック製パネル上で硬化された銀インクによって形成された従来のヒータ・グリッドに対する時間に応じた霜取りされた視野域の百分率を示すプロット図である。 本発明の原理を実施し、車両の内側からの、ウィンドウ・モジュールの中の透明のパネルの上の水平に方向付けられたヒータ・グリッドを示す図である。 本発明の原理を実施し、車両の内側からの、ウィンドウ・モジュールの中の透明のパネルの上の垂直に方向付けられたヒータ・グリッドを示す図である。 本発明の層、又はその上に適用されたそれぞれ保護被覆を有する及び有さない基層の概略図である。 本発明の層、又はその上に適用されたそれぞれ保護被覆を有する及び有さない基層の概略図である。 本発明の層、又はその上に適用されたそれぞれ保護被覆を有する及び有さない基層の概略図である。

Claims (23)

1. ウィンドウ・デフロスタ・アッセンブリであって、
   透明のパネルと、
   前記パネルと一体に形成されたデフロスタであって、前記パネルの少なくとも一部を覆う透明の伝導性層を有するデフロスタと、
   第１及び第２のバスバー、並びに前記第１及び第２のバスバーの間に延び前記第１及び第２のバスバーに接続された複数のグリッド線を有するヒータ・グリッドとを備え、
   前記伝導性層が、前記グリッド線の少なくとも１つの隣接した対の間の区域の中に設けられている、ウィンドウ・デフロスタ・アッセンブリ。
2. 請求項１に記載のウィンドウ・デフロスタ・アッセンブリにおいて、前記伝導性層が前記パネルの全表面を実質的に覆っている、ウィンドウ・デフロスタ・アッセンブリ。
3. 請求項１に記載のウィンドウ・デフロスタ・アッセンブリにおいて、前記伝導性層が前記グリッド線及び前記バスバーのうち一方又は両方に接触している、ウィンドウ・デフロスタ・アッセンブリ。
4. 請求項１に記載のウィンドウ・デフロスタ・アッセンブリにおいて、前記伝導性層が前記ヒータ・グリッドと前記パネルの間に配置されている、ウィンドウ・デフロスタ・アッセンブリ。
5. 請求項１に記載のウィンドウ・デフロスタ・アッセンブリにおいて、前記伝導性層が酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）及びアルミニウムをドープした酸化亜鉛のうち少なくとも１つを含む、ウィンドウ・デフロスタ・アッセンブリ。
6. 請求項１に記載のウィンドウ・デフロスタ・アッセンブリにおいて、前記伝導性層が導電性である、ウィンドウ・デフロスタ・アッセンブリ。
7. 請求項１に記載のウィンドウ・デフロスタ・アッセンブリにおいて、前記伝導性層が、熱伝導性であり、ポリカーボネートを超える熱伝導率を有する、ウィンドウ・デフロスタ・アッセンブリ。
8. 請求項１に記載のウィンドウ・デフロスタ・アッセンブリにおいて、前記伝導性層が約２０Ω／ｍ^２未満の面積抵抗を示す、ウィンドウ・デフロスタ・アッセンブリ。
9. 請求項１に記載のウィンドウ・デフロスタ・アッセンブリにおいて、前記グリッド線が取付け状態で前記アッセンブリと横方向に方向付けられている、ウィンドウ・デフロスタ・アッセンブリ。
10. 前記パネルがガラス製パネル及びプラスチック製パネルのうちの１つである請求項１に記載のデフロスタ・アッセンブリを組み込む車両。
11. 前記パネルがポリカーボネート・パネルである請求項１に記載のデフロスタ・アッセンブリを組み込む車両。
12. 請求項１に記載のウィンドウ・アッセンブリにおいて、隣接したグリッド線間の距離が約２５ｍｍを超える、ウィンドウ・アッセンブリ。
13. 請求項１に記載のウィンドウ・アッセンブリにおいて、前記伝導性層が、インジウム、スズ及び亜鉛からなる群から選択される無機元素を含む、ウィンドウ・アッセンブリ。
14. 請求項１に記載のウィンドウ・アッセンブリにおいて、前記伝導性層が酸素、炭素、又はそれらの組合せと混合される無機元素を含む、ウィンドウ・アッセンブリ。
15. 請求項１に記載のウィンドウ・アッセンブリにおいて、前記パネルが、ポリカーボネート樹脂、アクリル樹脂、ポリアリレート樹脂、ポリエステル樹脂、又はポリスルホン樹脂、それらの共重合体及び混合物からなる群から選択される材料から形成される、ウィンドウ・アッセンブリ。
16. 請求項１に記載のウィンドウ・アッセンブリにおいて、耐候性及び耐磨耗性を向上させるために前記透明のパネル上に適用された少なくとも１つの保護被覆をさらに有する、ウィンドウ・アッセンブリ。
17. 請求項１６に記載のウィンドウ・アッセンブリにおいて、前記保護被覆が複数の保護層からなる、ウィンドウ・アッセンブリ。
18. 請求項１７に記載のウィンドウ・アッセンブリにおいて、前記保護層が、「ガラス様」表面処理で保護被膜されたアクリル・プライマー、シリコーン中間層及びポリウレタン中間層からなる群から選定される、ウィンドウ・アッセンブリ。
19. 請求項１８に記載のウィンドウ・アッセンブリにおいて、前記ヒータ・グリッドが前記保護被覆の上にある、ウィンドウ・アッセンブリ。
20. 請求項１８に記載のウィンドウ・アッセンブリにおいて、前記ヒータ・グリッドが前記保護被覆の層の間にある、ウィンドウ・アッセンブリ。
21. 請求項１に記載のウィンドウ・アッセンブリにおいて、前記ヒータ・グリッドが、前記第１の透明のパネルと一体である第２の透明のパネルの下に配置されている、ウィンドウ・アッセンブリ。
22. 請求項１に記載のウィンドウ・アッセンブリにおいて、前記伝導性層が、金属、金属化合物又は伝導性有機ポリマーからなる群から選択されたナノ粒子を有する、ウィンドウ・アッセンブリ。
23. 請求項２２に記載のウィンドウ・アッセンブリにおいて、前記金属が、銀、銅、亜鉛、アルミニウム、マグネシウム、ニッケル、スズ、及びそれらの合金からなる群から選択される、ウィンドウ・アッセンブリ。

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