JP2014509047A - フィルムを含む発熱体 - Google Patents

Abstract

本発明は、加熱するのに適し２０Ω／□と２００Ω／□の間の表面電気抵抗を有するフィルム（３）と、加熱するのに適した前記フィルム（３）のそれぞれの側に位置する２つの非金属誘電体層（４、５）とを含む薄膜積重体を備えた基材（１）を含み、電圧の供給を受けるための２つの集電用導体も含む発熱体であって、加熱するのに適した前記フィルム（３）が中実であり、金属で製作され、且つ前記２つの集電用導体に電気的に接続されている発熱体に関する。本発明は、加熱するのに適し簡単に製造されるフィルムを有する発熱体を電気自動車に容易に取り付けるのを、又は国内配電網に容易に接続するのを可能にする。

Description

本発明は、加熱用のフィルムを含む薄膜多層構造体を備えた基材を含む発熱体に関する。

そのような発熱体を、自動車のフロントガラスの曇りを除くため及び／又はその除氷のため加熱フロントガラスとして使用することが知られている。グレージングユニットを車両に取り付け電源に接続すると、加熱用のフィルムは熱くなる。

加熱フロントガラスによって消散される電力Ｐは、フロントガラスに供給される電圧Ｕの自乗を加熱用フィルムの電気抵抗Ｒで割ったものに等しい（Ｐ＝Ｕ²／Ｒ）。この消散電力は、フロントガラスの曇りを十分に除き及び／又はその除氷を十分に行うためには５００Ｗ／ｍ²より大きくなければならない。内燃機関を動力とする車両では、搭載した電源の電圧は約１２又は４２ボルトである。用いられる加熱用フィルムは銀で製作される。それらのシート電気抵抗は、それぞれ１又は４オーム／スクエア（Ω／□）である。

電気自動車に加熱窓ガラスを装備することが必要とされているが、電気自動車搭載の電源の電圧は内燃機関を動力とする車両に搭載のものよりはるかに高く、約１００ボルト以上であり、数百ボルトほどであることさえある。従って、内燃機関を動力とする車両向けに設計された加熱フロントガラスを電気自動車に取り付けた場合には、フロントガラスにより消散される電力は非常に大きくなる。目下のところ、内燃機関を動力とする車両に現在搭載されているような従来の電気装置は、そのような加熱フロントガラスを電気自動車に取り付けた場合にそれにより発生させることができる非常に大きな消散電力に耐えることができない。しかし、特殊な電気装置を用意するのは非常に費用がかかり，且つ複雑なことである。

更に、銀の加熱用フィルムを含む発熱体を建造物のための電気放熱体として使用することも知られている。建造物で利用できる電圧は本線の電圧であり、すなわちヨーロッパでは２２０又は２３０ボルト、米国では１２０ボルトであって、つまり１２又は４２ボルトよりもはるかに高いので、これらの発熱体には上述の高電圧の同じ問題がある。消散電力を減らすために（放熱体が熱くなり過ぎるのを防ぐ目的で）、電子が移動する距離を増大させるよう加熱用フィルムをエッチングすることにより加熱用フィルムの電気抵抗を増加させることが行われている。しかし、この方法は複雑であり費用がかかる。

そのために、加熱用フィルムを含む薄膜多層構造体を備えた基材を含む発熱体であって、電気自動車に容易に取り付けることができあるいは電気本線に容易に接続することができ、且つ製造するのが簡単な発熱体が必要とされている。

本発明は、この目的のために、薄膜多層構造体を備えた基材を含む発熱体であって、当該薄膜多層構造体は２０Ω／□と２００Ω／□の間のシート電気抵抗を有する加熱用フィルムと、当該加熱用フィルムのそれぞれの側に位置する２つの非金属誘電体フィルムとを含み、当該発熱体はまた電圧を受けるよう設計された２つの導電性コレクタを含み、前記加熱用フィルムが機械加工されずに前記導電性コレクタに電気的に接続されている発熱体を提供する。

別の実施形態によると、加熱用フィルムは金属で製作され、この金属はニオブ、モリブデン、ニッケル、クロム、スズ、亜鉛、タンタル、ハフニウム、チタン、タングステン、アルミニウム、銅及びそれらの合金を含む群に属する。

別の実施形態によると、非金属誘電体フィルムは、例えばＳｉ₃Ｎ₄、ＳｎＺｎＯ、ＳｎＯ₂又はＺｎＯで製作される。

別の実施形態によると、多層構造体は、加熱用フィルムと非金属誘電体フィルムのうちの少なくとも１つとの間に位置する少なくとも１つのブロッカー層を含む。

別の実施形態によると、加熱用フィルムは厚みが２ｎｍと３０ｎｍの間にある。

別の実施形態によると、加熱用フィルムは、発熱体の光透過率を少なくとも７０％、好ましくは少なくとも７５％とするため、厚みが２ｎｍと８ｎｍの間にある。

別の実施形態によると、導電性コレクタは発熱体の２つの対向する端部の近くに配置される。

別の実施形態によると、薄膜多層構造体を備えた基材は有機又は無機ガラスで製作される。

別の実施形態によると、薄膜多層構造体を備えた基材は透明である。

別の実施形態によると、発熱体は中間層と第２の基材とを更に含み、中間層は積層グレージングユニットを形成するよう２つの基材の間に配置され、加熱用フィルムが中間層に向き合って配置される。

別の実施形態によると、発熱体はガスを充填した空洞によって積層グレージングユニットから切り離された第３の基材を更に含む。

別の実施形態によると、発熱体は少なくとも第２の基材を更に含み、基材どうしは絶縁複合グレージングユニットを形成するようガスを充填した空洞により対をなすよう切り離され、加熱用フィルムがガスを充填した空洞に向き合って配置される。

別の実施形態によると、第２の基材は有機又は無機ガラスで製作される。

別の実施形態によると、第２の基材は透明である。

本発明はまた、上述のような発熱体を含む建築用のグレージングユニットにも関する。

本発明はまた、電気自動車のためのグレージングユニットであって、上述のような発熱体を含むグレージングユニットにも関する。

本発明はまた、上述のようなグレージングユニット、特にフロントガラス、前方側面窓ガラス、後方側面窓ガラス、後部窓ガラス又はサンルーフ、を含む電気自動車にも関する。

本発明はまた、建造物のための電気放熱体であって、上述のような発熱体を含む電気放熱体にも関する。

本発明のこのほかの特徴と利点を、添付の図面に関して説明することにする。

本発明の一実施形態による発熱体の断面図である。

本発明は、薄膜多層構造体を備えた少なくとも１つの基材を含み、その薄膜多層構造体が加熱用のフィルムを含んでいる発熱体に関する。この発熱体は、２０Ω／□と２００Ω／□の間のシート電気抵抗を有する。加熱用のフィルムが、グレージングユニットが曇りを除き除氷するのを可能にし、あるいは部屋を暖めるのを可能にする。多層構造体はまた、加熱用フィルムのそれぞれの側に位置する２つの非金属誘電体フィルムを含む。これらの非金属誘電体フィルムは反射防止の機能を有する。発熱体はまた、電圧を受けるように設計された２つの導電性コレクタを含み、加熱のために加熱用フィルムがこれら２つの導電性コレクタに電気的に接続される。加熱用フィルムは完全なものであり、すなわちパターン化されておらず、すなわちそれはエッチングされていない。従って、いかなる領域もフィルムから除去されておらず、グレージングユニットの有効な抵抗を上昇させるいかなる表面形体も加熱用フィルムにエッチングされていない。

こうして、加熱用フィルムのシート電気抵抗は、それをエッチングする必要なしに２０Ω／□と２００Ω／□の間になる。これは、発熱体を製造するための方法を簡素化する。その上、消散電力が制御されて従来の電気装置との相性がよくなる。従って、本発明は、本発明による発熱体を電気自動車に取り付けるのを、あるいはそれを電気本線につなぐのを容易にする。

図１は、本発明の一実施形態による発熱体の断面図を示している。

この発熱体は基材１を含み、その上に加熱用フィルム３を含む薄膜多層構造体が被着されている。薄膜多層構造体の薄いフィルムは、例えば、スパッタリングより、特にマグネトロンスパッタリングにより被着される。

基材１は、例えば、有機又は無機ガラスで製作される。例えば、それは、特に透けて見えることを必要とする用途で、例えば自動車又は建築用グレージングユニットで使用される場合に、透明である。基材１はガラス板であるのが好ましいが、それに限定されるものではない。

加熱用フィルム３は金属で製作され、例えばニオブ、モリブデン、ニッケル、クロム、スズ、亜鉛、タンタル、ハフニウム、チタン、タングステン、アルミニウム又は銅、あるいはそれらの合金の一つで製作される。

薄膜多層構造体はまた、２つの非金属誘電体フィルム４、５を含む。加熱用フィルム３はこれら２つの非金属誘電体フィルム４、５の間にある。これらの非金属誘電体フィルム４、５は、例えば、Ｓｉ₃Ｎ₄、ＳｎＺｎＯ、ＳｎＯ₂又はＺｎＯで製作される。これらのフィルム４、５は、特に基材がガラス製である場合に、加熱用フィルム３を備えた発熱体を通しての視認性を向上させる反射防止機能を有する。非金属誘電体フィルム４、５は、例えば、スパッタリングにより、特にマグネトロンスパッタリングにより被着される。

薄膜多層構造体は、所望により、加熱用フィルム３と非金属誘電体フィルム４、５のうちの少なくとも一方のものとの間に位置する少なくとも１つのブロッカー層（図示せず）を含む。例えば、ブロッカー層は加熱用フィルム３のためのアンダーブロッカーとして配置することができ、従って基材と加熱用フィルム３との間にあってもよく、及び／又は加熱用フィルム３のためのオーバーブロッカーとして配置することができる。この１以上のブロッカー層は非常に薄い。それらは、必要に応じ、加熱用フィルム３のためのアンダーブロッカー上に非金属誘電体フィルム５を被着する際に起こりがちな損傷から加熱用フィルム３を保護する。それらはまた、曲げ加工及び／又は強化などの何らかの高温熱処理の際に、例えば加熱用フィルム３の酸化を防ぐために、加熱用フィルム３を保護する。この１以上のブロッカー層は、例えば、ＮｉＣｒ、チタン又はアルミニウムで製作される。１以上のブロッカー層は、例えば、スパッタリングにより、特にマグネトロンスパッタリングにより、被着される。

加熱用フィルム３の厚みは２ｎｍと３０ｎｍの間にある。この厚みの範囲は、製造するのが技術的に容易であるだけでなく、ガラス板の全範囲を覆って厚さの制御されたフィルムを得るのを可能にする。光透過率が少なくとも７０％、更には少なくとも７５％でなくてはならないグレージングユニットの用途において、すなわち特にフロントガラスと前方側面窓ガラスのために、発熱体を使用する場合には、加熱用フィルム３の厚みは２ｎｍと８ｎｍの間にある。

少なくとも７５％の光透過率を得るためには、厚みが２ｎｍと８ｎｍの間のフィルム３が加熱用フィルムについての２０Ω／□と２００Ω／□の間のシート電気抵抗を持つのに、ニオブとモリブデンが加熱用フィルム３にとってもっぱら好適な材料である。

光透過率による制約を受けない用途において発熱体を使用する場合に厚みが２ｎｍと３０ｎｍの間のフィルム３が加熱用フィルムについての２０Ω／□と２００Ω／□の間のシート電気抵抗を持つためは、ニオブ、モリブデン、ニッケル、クロム、スズ、亜鉛、タンタル、ハフニウム、チタン、タングステン、アルミニウム、銅及びそれらの合金を含む群の一組の材料が、加熱用フィルム３にとって好適な材料である。

発熱体はまた、発熱体の対向する２つの端部の近くに配置される２つの導電性コレクタ（図示せず）を含む。加熱用フィルム３はこれらの導電性コレクタに電気的に接続される。導電性コレクタは、加熱用フィルム３に電圧を供給するための端子である。加熱フロントガラスの場合、導電性コレクタは、例えば、フロントガラスの上端と下端に配置される。

第１の変形実施形態では、加熱用フィルム３は第２の基材２と中間層６とを含むのが好ましく、積層グレージングユニットを形成するよう中間層が２つの基材１、２の間に配置される。この構成においては、加熱用フィルム３と非金属誘電体フィルム４、５は、薄膜多層構造体を外的攻撃から保護するように、中間層６に面し発熱体の外側には向いていない基材の側に被着されるのが好ましい。中間層は、例えば、標準的なＰＶＢ（ポリビニルブチラール）で、あるいは音響減衰に適した任意の材料で製作される。この場合、音響減衰に適した材料は２つの標準的なＰＶＢ層の間に配置されるのが好ましい。

この第１の変形実施形態では、第２の基材２は、例えば、有機又は無機ガラスで製作される。例えば、それは、特に透けて見えることを必要とする用途では、例えば自動車又は建築用グレージングユニットで使用される場合には、透明である。基材２はガラス板であるのが好ましいが、それに限定されるものではない。

この第１の変形実施形態による発熱体は、自動車、特に電気自動車のためのグレージングユニットとして使用することができる。グレージングユニットがフロントガラス又は前方側面窓ガラスである場合、それには視認性についての制約が課される。具体的に言うと、有効な標準規格を満足するために、光透過率が少なくとも７０％、更には少なくとも７５％でなければならない。この光透過率は、上述したとおりの加熱グレージングユニットで達成される。それにひきかえ、グレージングユニットが後方側面窓ガラス、後部窓ガラス又はサンルーフである場合には、光透過率の制約は課されない。

この第１の変形実施形態による発熱体はまた、建築用のグレージングユニットとして、例えば２つの部屋の間の隔壁において、あるいはガスを充填した空洞により発熱体から切り離された第３の基材と組み合わせて建造物用の外部カーテンウォール材として、使用することもできる。第３の基材は、例えば、有機又は無機ガラスで製作される。第３の基材は例えば透明である。

この第１の変形実施形態による発熱体はまた、建造物のための電気放熱体として使用することもできる。

第２の変形実施形態では、発熱体は少なくとも第２の基材２を含む。基材１、２は、絶縁複合グレージングユニットを形成するように、ガスを充填した空洞により対をなすよう切り離される。加熱用フィルム３は、薄膜多層構造体を外的攻撃から保護するように、ガスを充填した空洞に面して配置され発熱体の外側には向けられないことが好ましい。

この第２の変形実施形態による発熱体は、建築用のグレージングユニットとして使用することができる。

このとおり、本発明は、電気自動車のためのグレージングユニット、特に、光透過率が少なくとも７０％、更には少なくとも７５％でなければならないフロントガラスもしくは前方側面窓ガラス、あるいは光透過率の制約のない後方側面窓ガラス、後部窓ガラスもしくはサンルーフ、にも関する。本発明はまた、そのようなグレージングユニットを含む電気自動車にも関する。本発明はまた、建築用のグレージングユニットあるいは建造物のための電気放熱体にも関する。

車両もしくは建造物のためのグレージングユニット又は建造物のための電気放熱体の場合には、導電性コネクタは既知のやり方でもって電源に接続されて、この電源によって電圧を受ける。加熱用フィルムに電圧が印加されるとそれは温かくなる。本発明により、従来の電源を使用することができる。

自動車又は建築用のグレージングユニットの場合には、加熱用フィルムの目的はグレージングユニットの曇りを除くこと及び／又はその除氷を行うことである。

放熱体の場合には、加熱用フィルムの目的は本質的に家庭用の暖房であるが、特にそれが浴室で用いられる場合には、曇りを除く目的に使用することもできる。

次の多層構造体、すなわち、
ガラス／Ｓｉ₃Ｎ₄／Ｎｂ／Ｓｉ₃Ｎ₄／ＰＶＢ／ガラス
の多層構造体であり、各層が順に次の厚さ、

である多層構造体を含む本発明による発熱体は、１５０Ω／□のシート電気抵抗を有する。この例では、ニオブのフィルムが加熱用フィルムであり、ブロッカー層はない。この場合、２２０Ｖの電圧の供給を受ける高さ７５ｃｍの発熱体は、５７５Ｗ／ｍ²の単位面積当たりの電力を消散し、７０％の光透過率を有する。このような発熱体は、電気自動車のフロントガラス又は前方側面窓ガラスとして使用することができる。

同様に、次の多層構造体、すなわち、
ガラス／Ｓｉ₃Ｎ₄／Ａｌ／Ｃｕ／Ａｌ／Ｓｉ₃Ｎ₄／ＰＶＢ／ガラス
の多層構造体であり、各層が順に次の厚さ、

である多層構造体を含む本発明による発熱体は、４０Ω／□のシート電気抵抗を有する。この例では、銅のフィルムが加熱用フィルムであり、アルミニウムのフィルムがブロッカー層である。この場合、２２０Ｖの電圧の供給を受ける高さ７５ｃｍの発熱体は、２１５０Ｗ／ｍ²の単位面積当たりの電力を消散し、７０％の光透過率を有する。このような発熱体は、電気自動車のフロントガラス又は前方側面窓ガラスとして使用することができる。

同様に、次の多層構造体、すなわち、
ガラス／Ｓｉ₃Ｎ₄／Ｔｉ／Ｎｂ／Ｔｉ／Ｓｉ₃Ｎ₄／ＰＶＢ／ガラス
の多層構造体であり、各層が順に次の厚さ、

である多層構造体を含む本発明による発熱体は、２３Ω／□のシート電気抵抗を有する。この例では、ニオブのフィルムが加熱用フィルムであり、チタンのフィルムがブロッカー層である。この場合、２２０Ｖの電圧の供給を受ける高さ１ｍの発熱体は、２１００Ｗ／ｍ²の単位面積当たりの電力を消散し、２７％の光透過率を有する。このような発熱体は、電気自動車の後方側面窓ガラス、サンルーフ又は後部窓ガラスとして使用することができ、あるいは建築用のグレージングユニットとしても、又は建造物のための電気放熱体としても使用することができる。

同様に、次の多層構造体、すなわち、
ガラス／Ｓｉ₃Ｎ₄／ＮｉＣｒ／Ａｌ／ＮｉＣｒ／Ｓｉ₃Ｎ₄／ＰＶＢ／ガラス
の多層構造体であり、各層が順に次の厚さ、

である多層構造体を含む本発明による発熱体は、８０Ω／□のシート電気抵抗を有する。この例では、アルミニウムのフィルムが加熱用フィルムであり、ＮｉＣｒのフィルムがブロッカー層である。この場合、２２０Ｖの電圧の供給を受ける高さ１ｍの発熱体は、６０５Ｗ／ｍ²の単位面積当たりの電力を消散し、５０％の光透過率を有する。このような発熱体は、電気自動車の後方側面窓ガラス、サンルーフ又は後部窓ガラスとして使用することができ、あるいは建築用のグレージングユニットとしても、又は建造物のための電気放熱体としても使用することができる。

Claims (18)

1. 薄膜多層構造体を備えた基材（１）を含む発熱体であって、当該薄膜多層構造体は２０Ω／□と２００Ω／□の間のシート電気抵抗を有する加熱用フィルム（３）と、当該加熱用フィルム（３）のそれぞれの側に位置する２つの非金属誘電体フィルム（４、５）とを含み、当該発熱体はまた電圧を受けるよう設計された２つの導電性コレクタを含み、前記加熱用フィルム（３）が完全なものであり、金属で製作され、そして前記２つの導電性コレクタに電気的に接続されている発熱体。
2. 前記加熱用フィルムの金属が、ニオブ、モリブデン、ニッケル、クロム、スズ、亜鉛、タンタル、ハフニウム、チタン、タングステン、アルミニウム、銅及びそれらの合金を含む群に属している、請求項１記載の発熱体。
3. 前記非金属誘電体フィルム（４、５）が、例えばＳｉ₃Ｎ₄、ＳｎＺｎＯ、ＳｎＯ₂又はＺｎＯで製作されている、請求項１又は２記載の発熱体。
4. 前記多層構造体が、前記加熱用フィルム（３）と前記非金属誘電体フィルム（４、５）のうちの少なくとも１つとの間に位置する少なくとも１つのブロッカー層を含む、請求項１から３までの１つに記載の発熱体。
5. 前記加熱用フィルム（３）の厚みが２ｎｍと３０ｎｍの間にある、請求項１から４までの１つに記載の発熱体。
6. 前記加熱用フィルム（３）の厚みが、当該発熱体の光透過率を少なくとも７０％、好ましくは少なくとも７５％とするため、２ｎｍと８ｎｍの間にある、請求項５記載の発熱体。
7. 前記導電性コレクタが当該発熱体の２つの対向する端部の近くに配置されている、請求項１から６までの１つに記載の発熱体。
8. 薄膜多層構造体を備えた前記基材（１）が有機又は無機ガラスで製作されている、請求項１から７までの１つに記載の発熱体。
9. 薄膜多層構造体を備えた前記基材（１）が透明である、請求項１から８までの１つに記載の発熱体。
10. 中間層（６）と第２の基材（２）とを更に含み、当該中間層（６）が積層グレージングユニットを形成するよう２つの基材（１、２）の間に配置され、前記加熱用フィルム（３）が前記中間層（６）に面して配置されている、請求項１から９までの１つに記載の発熱体。
11. ガスを充填した空洞によって前記積層グレージングユニットから切り離された第３の基材を更に含む、請求項１０記載の発熱体。
12. 少なくとも第２の基材（２）を更に含み、基材（１、２）どうしが絶縁複合グレージングユニットを形成するようガスを充填した空洞により対をなすよう切り離されていて、前記加熱用フィルム（３）が当該ガスを充填した空洞に面して配置されている、請求項１から９までの１つに記載の発熱体。
13. 前記第２の基材（２）が有機又は無機ガラスで製作されている、請求項１０から１２までの１つに記載の発熱体。
14. 前記第２の基材（２）が透明である、請求項１０から１３までの１つに記載の発熱体。
15. 請求項１から１４までのいずれか１つに記載の発熱体を含む建築用のグレージングユニット。
16. 請求項１〜１０及び、請求項１０に従属する場合の請求項１３又は１４のいずれか１つに記載の発熱体を含む、電気自動車用のグレージングユニット。
17. 請求項１６に記載のグレージングユニット、特にフロントガラス、前方側面窓ガラス、後方側面窓ガラス、後部窓ガラス又はサンルーフ、を含む電気自動車。
18. 請求項１〜１０及び、請求項１０に従属する場合の請求項１３又は１４のいずれか１つに記載の発熱体を含む、建造物のための電気放熱体。

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