JP2016030494A

JP2016030494A - デフォッガ及び窓ガラス

Info

Publication number: JP2016030494A
Application number: JP2014153231A
Authority: JP
Inventors: 容輔盛野; Yosuke Morino; 俊哉佐竹; Toshiya Satake; 総一郎太田; Soichiro Ota; 篤弘高橋; Atsuhiro Takahashi; 小島　崇; Takashi Kojima; 崇小島; 潤哉村松; Junya Muramatsu; 佳晋服部; Yoshikuni Hattori
Original assignee: Toyota Motor Corp; Toyota Central R&D Labs Inc
Current assignee: Toyota Motor Corp; Toyota Central R&D Labs Inc
Priority date: 2014-07-28
Filing date: 2014-07-28
Publication date: 2016-03-07

Abstract

【課題】熱線から放射される電磁ノイズを低減でき、その低減効果の高い、デフォッガ及び該デフォッガを備える窓ガラスを提供すること。【解決手段】窓ガラスに設置可能なデフォッガであって、往復する熱線を備え、前記熱線の往路と復路は相互誘導が発生する間隔で近接する、デフォッガ及び該デフォッガを備える、窓ガラス。例えば、前記熱線の半径をa、前記往路と前記復路とが並走する長さをb、ネイピア数をe、前記往路の線幅方向の中心と前記復路の線幅方向の中心との距離をdとすると、d＜√(2?a?b／e)が成立することが好ましい。【選択図】図１

Description

本発明は、熱線を備えたデフォッガ及び窓ガラスに関する。

リアガラスに沿って設けられたラジアル及び導線によって、車室内の電気機器からの電界ノイズがリアガラスを介してアンテナへ入射することを低減する技術が知られている（例えば、特許文献１を参照）。

特開２０１１−４９８２５号公報

ノイズ電流がデフォッガの熱線に混入すると、電磁ノイズが熱線から放射される。熱線から放射される電磁ノイズは、ＡＭラジオ放送、ＦＭラジオ放送又はテレビ放送等の電波を受信するアンテナと結合し、その受信を妨害する。上記の従来技術では、ノイズ低減効果のある周波数帯域がＦＭラジオ帯に限定され、その効果は十分ではない。

そこで、熱線から放射される電磁ノイズを周波数に依存無く低減でき、その低減効果の高い、デフォッガ及び窓ガラスの提供を目的とする。

一つの案では、窓ガラスに設置可能なデフォッガであって、往復する熱線を備え、前記熱線の往路と復路は相互誘導が発生する間隔で近接する、デフォッガが提供される。

一態様によれば、熱線から放射される電磁ノイズを低減できる。

リアデフォッガの一実施例を示す平面図リアデフォッガの一比較例を示す平面図ノイズの測定系の一例を示す上面視図ノイズの測定系の一例を示す側面視図ノイズの実測結果の一例を示す図ノイズのシミュレーション結果の一例を示す図

電磁ノイズは、熱線に高周波のノイズ電流が流れることにより生じる磁界と電界である。熱線の往路と復路との間の相互誘導を利用する本発明は、熱線の寄生インダクタンスLを低減するものである。寄生インダクタンスLの低減により、熱線から生じる磁界及び電界を低減できることを以下説明する。

まず、磁界について説明する。熱線の寄生インダクタンスLと熱線に流れている電流iと電流iにより作られる磁束φとの間には、「φ＝L×i」という関係が成立するので、寄生インダクタンスLを低減すれば、磁束φを低減でき、磁束φが単位面積当たりに鎖交する量である磁束密度Bも低減できる。また、熱線周辺の空間の透磁率μは、寄生インダクタンスLの変化に依存しないため、「B＝μ×H」という関係から、寄生インダクタンスLを低減すれば、磁界Hを低減できることがわかる。

次に、電界は、車両ボディーと熱線との間に生じる電圧Vで定義されるため、その電圧Vを低減すれば、電界を低減できる。車両ボディーと熱線との間の電圧Vを低減するには、交流回路でのオームの法則「V＝Z×I」から、熱線に流れる電流Iを低減するか、熱線のインピーダンスZを低減すればよい。インピーダンスZは、熱線の抵抗R及び寄生インダクタンスLで決まるとすると、「Z＝R＋jωL」で表される。寄生インダクタンスLを低減することで、インピーダンスZが小さくなり、車両ボディーと熱線との間の電圧Vが低下するので、その結果、熱線から生じる電界を低減できる。

次に、熱線の寄生インダクタンスLを低減する具体的な手段を以下に述べる。

単線の熱線（半径a、長さb）の自己インダクタンスL_selfは、
L_self＝2×b×(log(2×b／a)−1)×10^-7 ・・・式１
で表される。ただし、logは自然対数である。

同じ形状の熱線を復路として配置すると、合計の自己インダクタンスL_selfは、約２倍となる（正確には、2×L_self＋4×b×log2×10^-7）。しかし、互いに近接して往復する熱線間には、相互インダクタンスMが発生する。相互インダクタンスMは、
M＝2×b×(log(2×b／d)−1)×10^-7）・・・式２
で表される。ただし、dは、往路の線幅方向の中心と復路の線幅方向の中心との距離である。そのため、相互インダクタンスMを考慮したインダクタンスの合計L_totalは、
L_total＝2×L_self−2×M ・・・式３
となる。

したがって、往路と復路とが相互誘導の発生する間隔で近接することで、往路と復路とが相互誘導の発生しない間隔で離れて配置されている場合（すなわち、相互インダクタンスMが零）に比べ、インダクタンスを「2×M」だけ低減できる。なお、往路と復路とを接続する熱線の寄生インダクタンスは無視している。

よって、熱線の往路と復路とを相互誘導の発生する間隔で近接させることで、熱線から放射される電磁ノイズを低減できる。

また、「L_total（＝2×L_self−2×M）＜L_self」を満たすM、すなわち、
M＞L_self／2 ・・・式４
であれば、往路のみの熱線に比べ、往復する熱線を用いた場合の方が、インダクタンスを低減できる。なお、往路と復路とを接続する熱線の寄生インダクタンスは無視している。式４を満たす距離dの条件は、式１及び式２により、
d＜√(2×a×b／e) ・・・式５
である。ただし、eは、ネイピア数である。

よって、熱線の往路と熱線の復路とを式５が成立する間隔で近接させることで、熱線から放射される電磁ノイズを低減できる。

図１は、リアデフォッガ２０の一実施例を示す平面図である。リアデフォッガ２０は、リアガラス１０の表面又は内部に設けられた熱線を有する導電パターンの一例であり、熱線の通電によってリアガラス１０の防曇又は解氷を行う機能を有する。リアガラス１０は、車両の後部に設置された窓ガラスの一例である。リアデフォッガ２０は、窓ガラスに設置可能なデフォッガの一例である。

リアデフォッガ２０は、例えば、銀ペースト等の導電性金属を含有するペーストをリアガラス１０の車内側表面にプリントして焼き付けて形成される。しかしながら、リアデフォッガ２０は、これ以外の形成方法でリアガラス１０に形成されてもよい。

リアデフォッガ２０は、縦熱線２１と横熱線２３とを有している。縦熱線２１は、車両の上下方向（縦方向）に直線的に延伸する電熱線の一例であり、横熱線２３は、車幅方向（横方向）に直線的に延伸する電熱線の一例である。縦熱線２１は、リアガラス１０の片方の側辺部１１に配置されている。リアデフォッガ２０は、縦熱線２１に接続された複数の横熱線２３を有している。図１には、縦方向に間隔Ｌ１２で等間隔に配置された５組の横熱線２３が例示されている。

縦熱線２１は、縦方向で往復する熱線の一例である。縦熱線２１は、横方向の間隔Ｌ１５をあけて互いに近接して並走するように配置された縦往路２１ａと縦復路２１ｂとを有する導線である。縦熱線２１の端部は、電源線２４を介して、車両に搭載された電源（例えば、バッテリ、スイッチングレギュレータ等の電源回路など）に接続されている。

縦往路２１ａは、電源の正極側に接続される熱線の一例であり、縦往路２１ａの一端は、正極側の電源線２４を介して、電源の正極側に接続される。縦復路２１ｂは、電源の負極側に接続される熱線の一例であり、縦復路２１ｂの一端は、負極側の電源線２４を介して、電源の負極側に接続される。

縦往路２１ａと縦復路２１ｂは、直流電流の流れる方向を示す。直流電流は、縦往路２１ａを流れてから、少なくとも一つの横熱線２３を経由して、縦復路２１ｂを流れる。

一方、横熱線２３は、横方向で往復する熱線の一例である。横熱線２３は、縦方向の間隔Ｌ１４をあけて互いに近接して並走するように配置された横往路２３ａと横復路２３ｂとを有する導線である。横熱線２３の端部は、縦熱線２１に導電的に接続されている。横熱線２３は、リアガラス１０の一方の側辺部１１に配置された縦往路２１ａに接続され、縦往路２１ａからリアガラス１０のもう一方の側辺部１２に向けて延伸し、側辺部１２で折り返されてから側辺部１１に向けて延伸し、縦復路２１ｂに接続される。

横往路２３ａは、縦往路２１ａに接続される一端を有する熱線の一例であり、横復路２３ｂは、縦復路２１ｂに接続される一端を有する熱線の一例である。横往路２３ａの他端と横復路２３ｂの他端とは、側辺部１２の位置で互いに接続される。

横往路２３ａと横復路２３ｂは、直流電流の流れる方向を示す。直流電流は、縦往路２１ａから横往路２３ａに流入してから、横往路２３ａの他端と横復路２３ｂの他端とが接続される折り返し点を経由して、横復路２３ｂから縦復路２１ｂに流出する。

横往路２３ａと横復路２３ｂは、横往路２３ａ又は横復路２３ｂに流れるノイズ電流により相互誘導が発生する間隔Ｌ１４で近接して配置されることで、横熱線２３と車両の金属ボディーとの間のインピーダンスを小さくできる。したがって、横往路２３ａと横復路２３ｂとが近接して往復する横熱線２３にノイズ電流が流れても、横往路２３ａと横復路２３ｂとの間の相互誘導の働きにより、横熱線２３のインダクタンスが低減し、横熱線２３から放射される磁界が低減でき、かつ、横熱線２３と車両の金属ボディーとの間の電圧が低下する、その結果、横熱線２３及び電源線２４から放射される電磁波ノイズを低減できる。放射される電磁波ノイズの低減効果を高めるには、横熱線２３の各々について、横往路２３ａと横復路２３ｂは、横往路２３ａ又は横復路２３ｂに流れるノイズ電流により相互誘導が発生する間隔Ｌ１４で近接して配置されることが好ましい。

例えば、横往路２３ａと横復路２３ｂとは、上記の式５が成立する間隔Ｌ１４で近接することが好ましい。図１の場合、式５内のaは、横往路２３ａ及び横復路２３ｂの半径を表す。ただし、横往路２３ａ及び横復路２３ｂが平坦な導体（例えば、プリントされた導体）であれば、式５内のaは、横往路２３ａ及び横復路２３ｂの線幅の半分の寸法に相当する。また、図１の場合、式５内のbは、横往路２３ａと横復路２３ｂとが並走する長さＬ１１に相当し、式５内のdは、横往路２３ａの線幅方向の中心と横復路２３ｂの線幅方向の中心との距離に相当する。

同様に、縦往路２１ａと縦復路２１ｂは、縦往路２１ａ又は縦復路２１ｂに流れるノイズ電流により相互誘導が発生する間隔Ｌ１５で近接して配置されることで、縦熱線２１と車両の金属ボディーとの間のインピーダンスを小さくできる。したがって、縦往路２１ａと縦復路２１ｂとが近接して往復する縦熱線２１にノイズ電流が流れても、縦往路２１ａと縦復路２１ｂとの間の相互誘導の働きにより、縦熱線２１のインダクタンスが低減し、縦熱線２１から放射される磁界が低減でき、かつ、縦熱線２１と車両の金属ボディーとの間の電圧が低下する、その結果、縦熱線２１及び電源線２４から放射される電磁波ノイズを低減できる。

同様に、例えば、縦往路２１ａと縦復路２１ｂとは、上記の式５が成立する間隔Ｌ１５で近接することが好ましい。式５内のa，b，dは、間隔Ｌ１４の場合と同様である。

また、横熱線２３は相互誘導が発生する間隔で近接した状態で往復する直線的な形状であり、横熱線２３をメアンダ形状のような複雑な形状に形成しなくてもよいため、例えば、横熱線２３を形成する時間を短縮できる。また、横熱線２３は直線的な形状であるので、例えば、リアガラス１０の視認性及び意匠性が向上する。縦熱線２１についても同様である。

また、例えば、電源線２４等を伝導するノイズ電流が横熱線２３又は縦熱線２１に混入することでリアデフォッガ２０から放射される電磁波ノイズを低減できるので、電磁波ノイズがリアガラス１０又はその近傍に設置されたアンテナに励起することを抑制できる。したがって、例えば、リアガラス１０又はその近傍に設置されたアンテナがラジオ又はテレビの放送波を受信する際の受信性能の悪化を防止できる。リアガラス１０の近傍とは、例えば、車両のルーフのリア側の部位である。

また、リアデフォッガ２０から放射される電磁波ノイズ自体を低減できるので、リアデフォッガ２０とアンテナとが比較的離れていても（例えば、アンテナがリアガラス１０に設置されずに車両ボディーに設置されていても）、アンテナの受信性能の低下を抑制しやすい。

また、リアデフォッガ２０から放射される電磁波ノイズ自体を低減できるので、アンテナの受信電波の周波数にかかわらず（例えば、ＭＦ帯、ＶＨＦ帯、ＵＨＦ帯の周波数であっても）、アンテナの受信性能の低下を抑制できる。３００ｋＨｚ〜３ＭＨｚのＭＦ（Medium Frequency）帯に含まれる周波数を有する電波として、例えば、ＡＭ放送波が挙げられる。３０ＭＨｚ〜０．３ＧＨｚのＶＨＦ（Very High Frequency）帯に含まれる周波数を有する電波として、例えば、ＦＭ放送波が挙げられる。０．３ＧＨｚ〜３ＧＨｚのＵＨＦ（Ultra High Frequency）帯に含まれる周波数を有する電波として、例えば、地上デジタルテレビ放送波が挙げられる。

次に、リアガラスを長方形のアクリル板、リアデフォッガをＡＶ線で模擬して製作した実施例（図１）と比較例（図２）に、シグナルジェネレータでノイズ電流を注入し、リアデフォッガから放射されるノイズの測定結果を示して、ノイズの低減効果を説明する。

図２は、リアガラス６０に設けられたリアデフォッガ７０の一例を示す平面図である。リアデフォッガ７０は、リアガラス６０の左右の側辺部に配置された一対の縦熱線７１，７２と、縦熱線７１と縦熱線７２とに両端が接続された５本の横熱線７３とを有している。横熱線７３は、間隔Ｌ２２で等間隔に配置されている。横熱線７３の一端は、正極側の電源線７４が接続される縦熱線７１に接続され、横熱線７３の他端は、負極側の電源線７４が接続される縦熱線７２に接続されている。

図１，２において、ノイズの放射量の測定時の各部の寸法は、
Ｌ１１，Ｌ２１：７５０ｍｍ
Ｌ１２，Ｌ２２：６０ｍｍ
Ｌ１３，Ｌ２３：６００ｍｍ
Ｌ１４：２．２ｍｍ
Ｌ１５：１．０ｍｍ
リアガラス１０，６０を模擬するアクリル板の縦横の長さ：５７０ｍｍ×８４０ｍｍ
リアデフォッガ２０，７０の各熱線を模擬するＡＶ線の線径：０．３ｓｑ
としている。

図３は、実施例と比較例のそれぞれについて、放射されるノイズを測定する測定系を示す上面視図であり、図４は、実施例と比較例のそれぞれについて、放射されるノイズを測定する測定系を示す側面視図である。

リアデフォッガを模擬するＡＶ線４０が、リアガラスを模擬するアクリル板３０に形成されている。リアデフォッガに接続される電源線は、ＡＶ線４１で模擬され、負極側のＡＶ線４１は金属床４２にショートされている。ＡＶ線４１は、ＢＮＣケーブル４４を介して、シグナルジェネレータ４６に接続されている。リアデフォッガを模擬するＡＶ線４０から放射ノイズを受信する電界アンテナ４５は、ＢＮＣケーブル４３を介して、スペクトラムアナライザ４７に接続されている。

ノイズ電流をシグナルジェネレータ４６によってＡＶ線４０に注入することによって、電磁波ノイズがＡＶ線４０から放射される。ＡＶ線４０から放射されたノイズは、ＡＶ線４０から離れた位置に設置された電界アンテナ４５で受信され、そのノイズレベルは、スペクトラムアナライザ４７によって測定される。

図５は、電界アンテナ４５とＡＶ線４０との間の距離（測定距離Ｄ１）と、スペクトラムアナライザ４７で測定された電磁波ノイズのレベルとの関係を測定した結果の一例を示す図である。また、図６は、ANASYS HFSS ver.15.0を使ったシミュレーションで、図５と同様の検証を行った結果の一例を示す図である。

図５，６のいずれの場合でも、熱線が近接して往復する構造を有する実施例のリアデフォッガでは、比較例のリアデフォッガと比較して、放射される電磁波ノイズが小さいことが確認できる。

以上、リアデフォッガを実施形態により説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。他の実施形態の一部又は全部との組み合わせや置換などの種々の変形及び改良が、本発明の範囲内で可能である。

例えば、相互誘導が発生する間隔で互いに近接する往路と復路の位置は、置換されてもよい。

また、本実施形態に係るデフォッガは、リアガラスに設置されるリアデフォッガに限られず、サイドガラス、フロントガラス（フロントウィンドシールド）、ルーフガラスなどの窓ガラスに設置されてもよい。

１０，６０リアガラス
１１，１２側辺部
２０，７０リアデフォッガ
２１，７１，７２縦熱線
２１ａ縦往路
２１ｂ縦復路
２３，７３横熱線
２３ａ横往路
２３ｂ横復路
２４電源線

Claims

窓ガラスに設置可能なデフォッガであって、
往復する熱線を備え、前記熱線の往路と復路は相互誘導が発生する間隔で近接する、デフォッガ。
前記熱線の半径をa、前記往路と前記復路とが並走する長さをb、ネイピア数をe、前記往路の線幅方向の中心と前記復路の線幅方向の中心との距離をdとすると、d＜√(2×a×b／e)が成立する、請求項１に記載のデフォッガ。
請求項１又は２に記載のデフォッガを備える、窓ガラス。