JP2016143480A - 加熱電極装置、通電加熱ガラス - Google Patents

Abstract

【課題】効率よく機能を高めることが可能な加熱電極装置を提供する。
【解決手段】通電して加熱されるガラスに用いられる加熱電極装置（２０）であって、間隔を有して配置され対となる複数のバスバー電極（２１）と、複数のバスバー電極を渡して配置される複数の発熱導体（２２）と、バスバー電極及び発熱導体の少なくとも一方に一端が接続されている導体からなる信号電力伝送配線（２３）と、を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、通電することでジュール熱（Ｊｏｕｌｅ ｈｅａｔ）により発熱する発熱導体を備える加熱電極装置、及びこれを用いた通電加熱ガラスに関する。

従来より、特許文献１〜４に記載のように、自動車、鉄道、航空機、及び船舶等の乗り物のガラス窓、並びに、建物のガラス窓に対して、通電することにより加熱し、ガラス窓の凍結や曇りを解消する技術がある。このようなガラス窓は、２枚のガラス板の間に加熱電極装置を具備して構成されている。そして当該加熱電極装置は、離隔して配置された一対のバスバー電極、及び、この一対のバスバー電極間を渡すように配置された複数の線条の発熱導体を有しており、一対のバスバー電極に電源を接続することで発熱導体に通電可能とされ、発熱導体を発熱させてガラス窓を加熱できるように構成されている。

特開平８−７２６７４号公報 特開平９−２０７７１８号公報 特開２０１０−２５１２３０号公報 特開２０１３−５６８１１号公報 特開２０１３−２３８０２９号公報

近年、このような通電加熱ガラスを備える乗り物や建物についても、他の装置と同様にさまざまな機能が付加されて価値が高められているところ、効率よく様々な機能を付加することが求められている。

そこで本発明は、効率よく機能を高めることが可能な加熱電極装置を提供することを課題とする。またこの加熱電極装置を有する通電加熱ガラスを提供する。

以下本発明について説明する。ここでは理解容易のため図面の参照符号を付記するが、本発明はこれに限定されるものではない。

請求項１に記載の発明は、通電して加熱されるガラスに用いられる加熱電極装置（２０）であって、間隔を有して配置され対となる複数のバスバー電極（２１）と、複数のバスバー電極を渡して配置される複数の発熱導体（２２）と、バスバー電極及び発熱導体の少なくとも一方に一端が接続されている導体からなる信号電力伝送配線（２３）と、を備える加熱電極装置である。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の加熱電極装置（２０）において、透明な基材層（１３）を有し、バスバー電極（２１）及び発熱導体（２２）は、基材層の一方の面上に配置されている。

請求項３に記載の発明は、透明な第一のパネル（１１）と、第一のパネルに対して間隔を有して配置される透明な第二のパネル（１５）と、第一のパネルと第二のパネルとの間隔に配置される請求項１又は２に記載の加熱電極装置（２０）と、を備える、通電加熱ガラス（１０）である。

請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の通電加熱ガラス（１０）において、信号電力伝送配線（２３）の他端に電波処理装置（３０）が接続されている。

本発明によれば、加熱電極装置、及びこれを用いた通電加熱ガラスにおいて、発熱導体を送信又は受信アンテナとしても利用することができ、効率良く機能を高めることができる。

図１（ａ）は１つの形態に係る通電加熱ガラス１０を説明する平面図、図１（ｂ）は発熱導体２２の１つの例である発熱導体２２Ｌの拡大図、図１（ｃ）は発熱導体２２の他の例である発熱導体２２Ｍの拡大図である。 通電加熱ガラス１０の層構成を説明する断面図である。 加熱電極装置２０を説明する斜視図である。 通電加熱ガラス１０の適用の一例を説明する平面図である。 他の形態に係る通電加熱ガラス１１０を説明する断面図である。

本発明の上記した作用及び利得は、次に説明する形態から明らかにされる。以下本発明を図面に示す形態に基づき説明する。ただし、本発明はこれら形態に限定されるものではない。なお、図面に表れる各部材は理解し易さの観点から大きさや形状を誇張、変形して表すことがある。

図１（ａ）は１つの形態を説明する図で、通電加熱ガラス１０を正面から見た概念図である。また、図１（ｂ）には図１（ａ）にＩａで示した部位の拡大図で、発熱導体２２の１つの例である発熱導体２２Ｌの拡大図を示した。図１（ｃ）には図１（ａ）にＩａで示した部位の拡大図で、発熱導体２２の他の例である発熱導体２２Ｍの拡大図を示した。
図２には図１に示したＩＩ−ＩＩ線による断面図であり、通電加熱ガラス１０の層構成を説明する図である。
このような通電加熱ガラス１０は例えば自動車のフロントガラスとして自動車に備えられる。その他、いわゆるガラス窓を有するところに窓として用いることができ、これには例えば上記自動車をはじめ、鉄道、航空機、及び船舶等の乗り物の窓、並びに、建物の窓を挙げることができる。

図１、図２からわかるように、通電加熱ガラス１０は全体として板状であり、複数の層が積層してなる。より具体的には、本形態の通電加熱ガラス１０は、図２の断面図に示す如く第一パネル１１、接着層１２、基材層１３、加熱電極装置２０、接着層１４、第二パネル１５、及び図１に示す如く電波信号処理手段３０を有して構成されている。以下、それぞれについて説明する。

第一パネル１１、及び第二パネル１５は、透光性を有する即ち透明な板状の部材であり、互いに向かい合うように配置された板面間に間隔を有して略平行の配置されている。いわゆる二重パネル構造である。尚、此処で板面とは、図２で言えば、第一及び第二パネル１１、１２の表面のうちＸＹ平面に平行な対向する２平面になる。この第一パネル１１と第二パネル１５との間に、基材層１３や加熱電極装置２０の一部が配置され、接着層１２、１４により一体化されている。
第一パネル１１及び第二パネル１５は板ガラスにより構成することができる。これには、当該通電加熱ガラス１０が適用される設備（例えば乗り物や建物）が通常に有する窓に用いられる板ガラスと同じものを用いることができる。例えばソーダライム硝子（青板硝子）、硼珪酸硝子（白板硝子）、石英硝子、ソーダ硝子、カリ硝子等から成る普通板ガラス、フロート板ガラス、強化板ガラス、部分板ガラス等が挙げられる。また、必要に応じて３次元的に曲面状に湾曲部を有するものであってもよい。
ただし必ずしもガラス板である必要はなく、アクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂等の樹脂から成る樹脂板であってもよい。ただし、耐候性、耐熱性、透明性等の観点から板ガラスであることが好ましい。
これら第一パネル１１及び第二パネル１５の厚さは特に限定されることはないが、１．５ｍｍ以上５ｍｍ以下であることが一般的である。

接着層１２は第一パネル１１のうち第二パネル１５側となる面に積層された接着剤からなる層であり、基材層１３と第一パネル１１とを接着する。接着剤としては特に限定されることはないが、接着性、耐候性、耐熱性等の観点からポリビニルブチラール樹脂を用いることができる。
接着層１２の厚さは特に限定されることはないが、０．２ｍｍ以上１．０ｍｍ以下であることが一般的である。

基材層１３は、加熱電極装置２０の、特にバスバー電極２１及び発熱導体２２がその一方の面上に配置されて、該バスバー電極２１及び発熱導体２２の基材として機能する層である。基材層１３は透明な板状の部材であり、樹脂により形成されている。基材層１３を形成する樹脂としては可視光線波長帯域の波長（３８０ｎｍ〜７８０ｎｍ）を透過するものであれば如何なる樹脂でも良いが、好ましくは熱可塑性樹脂を用いることができる。この熱可塑性樹脂としては、例えばポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナレフタレート、アモルファスポリエチレンテレフタレート（Ａ−ＰＥＴ）等のポリエステル樹脂、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリメチルペンテン、環状ポリオレフィン等のポリオレフィン樹脂、ポリメチルメタクリレート等のアクリル樹脂、トリアセチルセルロース（三酢酸セルロース）等のセルロース系樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリスチレン、アクリロニトリル−スチレン共重合体等のスチレン系樹脂、ポリ塩化ビニル、等を挙げることが出来る。とりわけ、アクリル樹脂やポリ塩化ビニルは、エッチング耐性、耐候性、耐光性に優れており、好ましい。基材層１３の厚みとしては、２０μｍ以上３００μｍ以下が一般的である。基材層１３を構成する樹脂層は必要に応じて１軸又は２軸延伸した物を用いる。

加熱電極装置２０は、通電することによって発熱し、通電加熱ガラス１０を加熱するとともに、送信アンテナ又は受信アンテナとして機能するよう構成されている。即ち、受信アンテナとして機能させる場合は、当該通電加熱ガラス１０を備えた設備（例えば自動車車輛）の外部から飛來する電波を加熱電極裝置２０で受信して信号電流とし、各種情報によって変調された信号電流を信号電力伝送配線２３を通して当該設備内の電波情報処理手段３０（例えばラジオ受信機）に伝送する。又、当該通電加熱ガラス１０を送信アンテナとして機能させる場合は、当該設備（例えば自動車車輛）内の電波情報処理手段３０（例えば自動車無線電話の送信機）から各種情報（例えば、電話の場合は音声）によって変調された信号電流を信号電力伝送配線２３を通して当該加熱電極裝置２０に伝送、給電し、当該加熱電極裝置２０を送信アンテナとして、信号電流を電波として外部に送信（輻射）することができるように構成されている。図３には加熱電極装置２０の一部を斜視図で表している。
図１〜図３よりわかるように本形態では加熱電極装置２０は、バスバー電極２１、発熱導体２２、信号電力伝送配線２３、及び電源接続配線２４を有している。

本形態でバスバー電極２１は、第一バスバー電極２１ａ及び第二バスバー電極２１ｂから形成されている。第一バスバー電極２１ａ、第二バスバー電極２１ｂはそれぞれ一方向（図１に於いてはＸ軸方向）に延びる帯状であり、第一バスバー電極２１ａと第二バスバー電極２１ｂとは間隔を有して同じ方向に延びる（略平行となる）ように配置されている。
このような第一バスバー電極２１ａ及び第二バスバー電極２１ｂは公知の形態を適用することができ、帯状である当該電極の幅は３ｍｍ以上１５ｍｍ以下が一般的である。

発熱導体２２は、第一バスバー電極２１ａと第二バスバー電極２１ｂとを渡すように両バスバー電極２１ａ、２１ｂと交叉する方向（図１に於いてはＹ軸方向）に延在して配置される、第一バスバー電極２１ａと第二バスバー電極２１ｂとが当該発熱導体２２により電気的に接続されている。この発熱導体２２が通電により発熱する。
本実施形態の加熱電極装置２０には、図１〜図３よりわかるように、複数の発熱導体２２が配列されており、厚みは１μｍ以上５０μｍ以下である。具体的には線又は帯状の発熱導体２２が当該発熱導体２２の延在方向と交叉する方向（図１に於いてはＸ軸方向）に互いに間隔を有して並んでいる。例えば線径が１μｍ以上５０μｍ以下、より好ましくは１０μｍ以上５０μｍ以下である線状の発熱導体が１．５ｍｍ以上４．０ｍｍ以下の間隔で配列されている。
発熱導体２２を構成する導体材料としては例えばタングステン、モリブデン、ニッケル、クロム、銅、銀、白金、アルミニウム等の金属、或いはこれら金属を含むニッケル−クロム合金、青銅、真鍮等の合金からなる線状部材や、これら金属や合金をエッチングによりパターン形成してな帯状部材を挙げることができる。

本形態では発熱導体２２は、図１（ｂ）に於いて示した発熱導体２２の拡大図示のうちの符号２２Ｌで図示の如く、線条からなり平行直線群状に構成されているが、この他、線条又は帶状からなり波線状に形成れていてもよい。また、図１（ｃ）に於いて発熱導体２２の拡大図示のうちの符号２２Ｍで図示の如く、隣合う線条の発熱導体２２が連結してメッシュ（乃至格子）形状に形成されてもよい。メッシュ形状は、複数の単位格子を互いに隣接させて平面内を隙間無く敷き詰めて構成される。各単位格子は導体線条からなる線分により囲繞、区劃された多角形等の閉領域からなり、該単位格子の外周部は導体線条からなり、外周部の導体線条の内部は導体の存在し無い開口部をなす。単位格子の形状は、３角形、４角形、５角形、６角形、７角形、８角形等多角形、或いはこれら多角形の辺（外周部をなす導体線条）が直線では無く曲線とした形状でも良い。該曲線としては、円又は楕円の弧、抛物線、双曲線、正弦曲線、双曲線正弦曲線、楕円函数曲線、Ｂｅｓｓｅｌ函数曲線、サイクロイド曲線等が用いられる。メッシュ形状を構成する単位格子は全て同一（合同）な形状から構成されていても良いし、一分又は全部の単位格子が互いに他と異なり、平面内の何れの方向にも一定の周期を持た無い非周期格子から構成されていても良い。斯かる非周期格子のメッシュパターンとしては、例えば、特開２０１３−２３８０２９号公報に開示の如き、隣接母点間距離がある上限値及び下限値内に分布するランダム２次元分布した母点から生成されるボロノイ図形が好適に用いることが出来る。

信号電力伝送配線２３は、アンテナの給電線に相当し、バスバー電極２１や発熱導体２２で受信した電波を電波受信機、電波送信機、増幅器、電波中継器等の電波情報処理手段３０に当該電波を伝送乃至給電する配線である。具体的には、線条又はエッチングにより形成されるメッシュパターン等からなる導体により形成されている。
信号電力伝送配線２３を構成する材料は前記発熱導体２２で列挙したものと同様の材料の中から選択することが出來る。又、信号電力伝送配線２３の厚みは例えば、前記発熱導体２２で例示したものと同様の癈糸することが出來る。但し、通電加熱ガラス１０本体部分から外部に引き出される部分については、視界や発熱特性に影響は無い為、機械的強度、信号電流に対する電気的特性等の要求によっては、其の線幅及び厚み（斷面円形の線条の場合は其の徑）を５０μｍ超としても良い。
図１〜図３よりわかるように、本形態では信号電力伝送配線２３はその一端が発熱導体２２に接続され、他端は外部に向けて開放されている。ただしこれに限定されることなく、信号電力伝送配線２３の一端がバスバー電極２２に接続されていてもよい。

加熱電極裝置２０で送信又は受信される電波の種類は特に限定されることなく、各種波長帯域の電波に各種変調方式により所望の情報を載せたものが用いられる。此処で、波長帯域としては、長波、中波、短波、超短波、極超短波等が用いられる。変調方式としては、振幅変調、周波数変調等のアナログ変調、周波数偏移変調、位相偏移変調等のデジタル変調、パルス符号変調、パルス幅変調等のパルス変調等の変調方式が用いられる。情報としては、各種の音声信号、映像信号、デジタル信号等が用いられる。具体的には、ＡＭ（振幅変調波）又は／ＦＭ（周波数変調波）ラジオ放送波の電波、テレビジョンのＵＨＦ放送波、ＶＨＦ放送波の電波、デジタル放送波の電波、自動車電話、携帯電話、ＥＴＣ（電子料金收受システム（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｔｏｌｌ Ｃｏｌｌｅｃｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍの略稱）、パーソナル無線、業務用無線等で用いる電波、及びＧＰＳ（全地球測位システムＧｌｏｂａｌ Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ の略稱）で用いるＧＰＳ衛星の測位用電波などの各種電波を挙げることができる。

電源接続配線２４は、第一バスバー電極２１ａと第二バスバー電極２１ｂ間に電源４０を接続する配線である。電源４０は、水滴（曇り）、凍結（霜）等を溶解或いは蒸発させるに必要な電力を供給可能なものであれば特に限定されることはなく、適宜の電圧、電流、或いは周波数を有する公知の直流又は交流電源を用いれば良いが、通電加熱ガラス１０が自動車に適用される場合には、電源４０として例えば自動車に既設の鉛蓄電池、リチウムイオン蓄電池等のバッテリーを直流電源として用いることができる。このときには例えばバッテリーの正極に第二バスバー電極２１ｂ、負極に第一バスバー電極２１ａを接続することができる。勿論、別途専用の電源（電池、発電機等）を用いても良い。又、電動機を動力とする鉄道車両の場合は架線から給電された直流又は交流電力を適宜の電圧及び電流に変換して用いることも出来る。
このような電源接続配線２４は公知の構成を適用すればよい。

接着層１４は、バスバー電極２１及び発熱導体２２を含む基材層１３と第二パネル１５とを接着する層である。接着層１４は接着層１２と同じ構成とすることができる。

電波信号処理手段３０は、信号電力伝送配線２３の他端に接続される。加熱電極裝置２０を受信アンテナとして機能させる場合は、信号電力伝送配線２３を介してバスバー電極２１や発熱導体２２で受信した電波から誘導された所定の情報で変調された信号電流を取得して処理する手段となる。このような電波処理手段３０は取得して処理する必要のある電波の種類に合わせて構成することができる。これには例えば公知のラジオやテレビジョンの受信機、或いはこれら信号電流乃至電波の中継器や増幅器を挙げることができる。又、加熱電極裝置２０を送信アンテナとして機能させる場合は、信号電力伝送配線２３を通して給電される各種情報で変調された信号電流をバスバー電極２１や発熱導体２２から電波として輻射される。

以上のような各構成により次のように通電加熱ガラス１０とされている。図２からわかるように、第一パネル１１の一方の面に接着層１２が積層されておりこの接着層１２を介して第一パネル１１に基材層１３が積層されている。また、基材層１３のうち接着層１２が配置された側とは反対側の面には加熱電極装置２０が配置されている。加熱電極装置２０のうち基材層１３が配置された側とは反対側に第二パネルが１５が配置されているが、基材層１３及び加熱電極装置２０と第二パネル１５との間を埋めるように接着層１４が配置されている。これにより第二パネル１５が基材層１３及び加熱電極装置２０に積層される。

このような加熱電極装置２０及びこれを含む通電加熱ガラス１０は例えば次のように製造することができる。
（１）先ず、金属箔を樹脂フィルムからなる基材層１３上に接着剤層を介して貼り合せ積層した積層体を製造する。
（２）次いで、該積層体の金属箔上に感光性レジスト層を塗工形成する。
（３）次いで、所望のパターン、例えば、図１に図示の如き帶状直線線条の平行配列パターンの発熱導体２２、バスバー電極２１ａ及び２１ｂからなる加熱電極裝置２０の平面視パターンの遮光パターンを有するフォトマスクを用意する。
（４）次いで、該フォトマスクを該感光性レジスト層上に密着させて載置する。そして、該フォトマスクを通して紫外線露光し、フォトマスクを除去後、公知の現像処理により未露光の感光性レジスト層を溶解除去して、所望パターンに合致する形状のレジストパターン層を該金属箔上に形成する。
（５）次いで、該レジストパターン層上から該積層体を腐蝕液によるエッチング（腐蝕）加工を行い、該レジストパターン層非形成部の金属箔を腐蝕除去する。そして、該レジストパターン層を溶解除去（脱膜）する。斯くして、基材層１３上に図１の平面視形状及び図２の斷面形状の所定パターンの発熱導体２２、バスバー電極２１ａ及び２１ｂが形成された積層部材を製造する。
（６）次いで、第一パネル１１、接着層１２、基材層と加熱電極裝置２０とならなる積層部材、接着層１４、及び第二パネル１５を此の順に重ね、更に信号電力伝送配線２３を構成する導線を発熱導体２２にハンダ付け接続したものを、加熱しながら真空成型により、これら複数層を接着積層して一体化する。
（７）以上の工程により、図１の平面図及び図２の斷面図に示す、本発明の通電加熱ガラス１０を製造する。

以上説明した通電加熱ガラス１０は例えば次のように用いられて作用する。ここでは１つの例として通電加熱ガラス１０を自動車のフロントパネルに適用した場合で説明する。図４に概念的な説明図を表した。
図４の形態に於いては、通電加熱ガラス１０が自動車のフロントパネルの位置に配置される、この際には電源接続配線２４に開閉器５０を介して電源４０が接続され、バスバー電極２１を介して発熱導体２２を発熱させることができる。本携帯に於いては、電源４０としては自動車に既設のバッテリーを用いている。開閉器５０を閉じると、電源４０から電流が供給される。当該発熱導体２２はジュール熱の発熱により第一パネル１１、第二パネル１２が加熱されるのでフロントパネルとして機能する通電加熱ガラス１０の温度が上昇し、凍結及び曇りが解消される。

一方、本形態では信号電力伝送配線２３には電波処理手段３０として、同調回路、高周波増幅回路、検波回路、及び音声信号（低周波）増幅回路から成る中波のＡＭラジオ電波受信機が接続され、さらにスピーカ３５に接続されている。すなわち、通電加熱ガラス１０の加熱電極装置２０に具備されるバスバー電極２１、発熱導体２２がアンテナとして機能し、ラジオ放送のための電波を受信する。
加熱電極装置２０によってアンテナを別途設ける必要がないので、部材の節約や限られた車体スペースを有効に利用することができ、加熱電極装置の機能を効率よく向上させることが可能となる。

なお、信号電力伝送配線２３には受信すべき電波の種類に応じて適宜適切な電波処理手段３０を接続すればよい。これにより、電波処理手段３０に接続する出力装置も適宜変更される。電波処理手段３０の他の例としては例えば電波中継器等を挙げることができる。

図５には他の形態を説明する図で、通電加熱ガラス１１０の層構成を表す図を示した。図５は図２に相当する図である。図５からわかるように本形態では基材層１３が設けられておらず、接着層１２のうち第一パネル１１が配置される側とは反対側にタングステン線条から成る発熱導体２２を含む加熱電極装置２０が配置され、さらに接着層１４が設けられている。その他のついては上記した通電加熱ガラス１０と同様なのでここでは説明を省略する。
このような通電加熱ガラス１１０でも、加熱電極装置２０が含まれているので上記した通電加熱ガラス１０と同様の効果を奏するものとなる。通電加熱ガラス１１０では通電加熱ガラス１０より層の数を減らすことが可能である。

１０ 通電加熱ガラス
１１ 第一パネル
１２ 接着層
１３ 基材層
１４ 接着層
１５ 第二パネル
２０ 加熱電極装置
２１ バスバー電極
２２ 発熱導体
２３ 信号電力伝送配線
２４ 電源接続配線
３０ 電波処理手段
４０ 電源

Claims (4)

1. 通電して加熱されるガラスに用いられる加熱電極装置であって、
   間隔を有して配置され対となる複数のバスバー電極と、
   前記複数のバスバー電極を渡して配置される複数の発熱導体と、
   前記バスバー電極及び前記発熱導体の少なくとも一方に一端が接続されている導体からなる信号電力伝送配線と、を備える加熱電極装置。
2. 透明な基材層を有し、
   前記バスバー電極及び前記発熱導体は、前記基材層の一方の面上に配置されている、請求項１に記載の加熱電極装置。
3. 透明な第一のパネルと、
   前記第一のパネルに対して間隔を有して配置される透明な第二のパネルと、
   前記第一のパネルと前記第二のパネルとの前記間隔に配置される請求項１又は２に記載の加熱電極装置と、を備える、通電加熱ガラス。
4. 前記信号電力伝送配線の他端に電波処理装置が接続された請求項３に記載の通電加熱ガラス。

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