JP2017024226A - 電熱体付き透光パネル及び表示器 - Google Patents

Abstract

【課題】安全且つ安価で、優れた着雪防止効果を長期間安定して発揮することの出来る電熱体付き透光パネル及び表示器を提供することを目的とする。【解決手段】この目的を達成するために、光源から照射された光を透過する透光体と、通電により抵抗発熱する電熱体とを積層してなる電熱体付き透光パネルであって、当該電熱体は、光を透過する開口を備えたことを特徴とする電熱体付き透光パネルを採用する。また、当該電熱体付き透光パネルと、光源としてのＬＥＤとを備えたことを特徴とする表示器を採用する。【選択図】図１

Description

本発明は、電熱体付き透光パネル及び表示器に関し、具体的には、降雪時においても外表面への着雪を防止して光源から照射された光の透過量を一定量確保することの出来る電熱体付き透光パネル及びこれを備えた表示器に関する。

従来より、寒冷地においては、屋外に設置される交通信号灯器や道路交通情報表示器等の表示器に用いられる透光パネルの外表面に降雪時に雪が付着し、視認性の低下を招くという問題が生じていた。また、近年においては、これら表示器に用いる光源として、節電効果や視認性に優れ、寿命が長い等のメリットを有することから電球型からＬＥＤ型への移行が進んでいる。ＬＥＤは白熱電球に比して発熱量が少ないため、光源としてＬＥＤを用いた場合は、降雪時にこれら表示器の透光パネル外表面に付着した雪が更に溶け難くなり、表示機能が損なわれることとなる。以上の問題を考慮し、寒冷地においては、降雪時における上述した表示器への着雪対策が種々講じられている。

例えば、特許文献１には、着雪を防止出来ると共に、清掃の負担を軽減することの出来る交通信号灯器等の表示装置について開示がされている。特許文献１に開示の表示装置は、透光パネルの上方位置にフードを設け、更に透光パネルの外表面又は当該フードの表面に撥水塗料を塗布することによって、当該透光パネルの外表面が降雪時に雪で覆われないようにしたものである（特許文献１の請求項１等を参照のこと。）。

また、特許文献２には、寒冷地や冬場において道路表示灯や屋外表示装置等の透光パネルに対する着雪を防止するための透明導電膜について開示されている。特許文献２に開示の透明導電膜は、透明基板に形成されたものであって、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）を主原料とし、窒素とケイ素酸化物が添加されており、透明発熱体として用いることを特徴としたものである（特許文献２の請求項１等を参照のこと。）

また、上述した表示器が交通信号灯器である場合には、様々な着雪対策が講じられている。例えば、透光パネル外表面に対して着雪をし難くするために、当該透光パネルの形状を半球状としたり、表面をフラット状とした表示器を路面に向けてやや傾けて設置する方法が採用されている。

特開平１０−２５５１９５号公報 特開２０１４−７１００号公報

しかし、特許文献１に開示されるように、透光パネルの上方位置にフードを設けたとしても、吹雪いた時にはフードで雪を確実に遮ることが出来ず、透光パネルの外表面に着雪が生じてしまう。また、透光パネルの外表面や当該フードに撥水性塗料を塗布したとしても、雪の付着を防ぐ効果は、雨水の付着を防止する効果に比べて十分に得ることができず、その効果も２年足らずで薄れ、撥水効果を長期間安定して実現することが出来ない。また、透光パネルの外表面の除雪や清掃を行う場合には、ブラシ等で外表面が擦られるため、撥水性塗料が剥ぎ取られて撥水効果が損なわれてしまう。

また、特許文献２に開示されるように、道路表示灯や屋外表示装置等の透光パネルに対する着雪を防止するために、透明導電膜を透明発熱体として用いた場合には、電気コストの増大を招くと共に、透過率の低減を招いてしまう。また、透明導電膜は、耐屈曲性に劣るため、曲面を有する部材への適用には難がある。

また、表示器が交通信号灯器である場合に、透光パネルの形状を半球状としても、吹雪いた時にレンズに着雪し、十分な着雪防止効果を得ることが出来ない。また、表示器が交通信号灯器である場合に、表面をフラット状とした表示器を路面に向けてやや傾けて設置した場合には、当該表示器の裏側に雪が積もり、この積もった雪により形成される氷柱が人や車に落下する等して安全性に欠けるという問題がある。

そこで、本件発明は、上述した問題に鑑み、安全且つ安価で、優れた着雪防止効果を長期間安定して発揮することの出来る電熱体付き透光パネル及び表示器を提供することを目的とする。

本件発明に係る電熱体付き透光パネルは、光源から照射された光を透過する透光体と、通電により抵抗発熱する電熱体とを積層してなる電熱体付き透光パネルであって、当該電熱体は、光を透過する開口を備えたことを特徴とする。

また、本件発明に係る電熱体付き透光パネルは、前記透光体との間に前記電熱体を挟み込んで封止する透光性の封止体を積層したことが好ましい。

また、本件発明に係る電熱体付き透光パネルは、前記光源から照射された光が出射される側の面に粗さ曲線の凹凸の平均間隔（Ｓｍ）が０．２μｍ〜２．０μｍであり、最大高さ粗さ（Ｒｚ）が０．１μｍ〜５μｍの凸凹形状を備えたことが好ましい。

また、本件発明に係る電熱体付き透光パネルにおいて、前記透光体及び／又は前記封止体は、ポリカーボネートからなることが好ましい。

また、本件発明に係る表示器は、上述した電熱体付き透光パネルと、光源としてのＬＥＤとを備えたことを特徴とする。

また、本件発明に係る表示器は、前記電熱体の前記開口がスリット状であり、スリットの最小幅が前記ＬＥＤの直径に対する比率で８０％〜１２０％であることが好ましい。

また、本件発明に係る表示器は、交通信号灯器であることが好ましい。

本件発明に係る電熱体付き透光パネルは、安全面及びコスト面に優れ、且つ、優れた着雪防止効果及び凍結防止効果を長期間安定して発揮することが出来る。従って、当該電熱体付き透光パネルを備えた本件発明に係る表示器は、寒冷地の冬期において、屋外に設置される交通信号灯器や道路交通情報表示器等として好適に用いることが出来る。

本件発明に係る電熱体付き透光パネルを説明するために例示した概略断面図である。

以下、本件発明に係る電熱体付き透光パネル及び及び表示器の一実施形態について説明する。

＜電熱体付き透光パネルについて＞
本件発明に係る電熱体付き透光パネルは、光源から照射された光を透過する透光体と、通電により抵抗発熱する電熱体とを積層してなる。そして、当該電熱体は、光を透過する開口を備えたことを特徴とするものである。

図１は、本件発明に係る電熱体付き透光パネルを説明するために例示した概略断面図である。図１に示す如く、本件発明に係る電熱体付き透光パネル１は、透光体２と光を透過する開口３ａを設けた電熱体３とを積層したものである。透光体２は、その形状について特に限定されず、平板状や曲面を有する形状等に形成することが出来る。

ここで、本件発明の透光体２は、ガラスやアクリル樹脂等透光性を備えたものを適宜用いることが出来る。また、本件発明の電熱体３は、その材質として体積抵抗率が大きく且つ抵抗温度係数（Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ ｏｆ Ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ）が小さいものを採用することが好ましく、例えば抵抗発熱可能な金属材であって、鉄、ニッケル、クロム、アルミニウム、タングステン、及びこれらの合金等からなる導電性材料を好適に用いることが出来る。なお、本件発明に係る電熱体付き透光パネル１は、透光体２と電熱体３との積層配置位置に関して限定されない。仮に、電熱体３を透光体２の光源から照射された光が出射される側の面に形成する場合には、当該電熱体３の周囲を絶縁被覆で覆うことが、耐久性を確保する上で望ましい。

本件発明に係る電熱体付き透光パネル１は、光源１０から照射される光の通過を妨げる電熱体３を含むが、電熱体３に光を透過する開口３ａを設けて光の透過量を確保すると共に透光体２を温めることで、寒冷地の冬期に屋外で用いたとしても着雪や凍結を防ぐことができ且つ優れた視認性を確保することが可能となる。このときに、電熱体３は、遮る光の量が極力少なくなるように開口３ａを設けることが好ましく、例えば開口３ａ間の最小幅が１．５ｍｍ〜３．５ｍｍとなるように形成されることが好ましい。開口３ａ間の最小幅が１．５ｍｍ未満となると、電熱体３の開口３ａ間の破断に伴う導通不良を招き易くなり好ましくない。また、開口３ａ間の最小幅が３．５ｍｍを超えると、光源１０の発する光の遮られる領域が増大して、電熱体付き透光パネル１を見る位置によっては視認性の低下を招く恐れがある。以上をふまえると、本件発明の電熱体３の開口３ａ間の最小幅は、２ｍｍ〜３ｍｍであることがより好ましい。

また、本件発明に係る電熱体付き透光パネル１においては、電熱体３の形状について特に限定されない。本件発明の電熱体３は、例えば電熱体付き透光パネル１を正面から見たときに光源１０の配置位置に開口３ａを設けることが出来る（図１参照のこと。）。また、電熱体３は、メッシュ状（グリッドメッシュ、ハニカムメッシュ等）の形状とすることも出来る。電熱体３をメッシュ状の形状とした場合には、西日等の強い光を遮り、視認性の低下を防ぐことが出来る。

ここで、電熱体３には電源から電気を供給するための電極が設けられ、電熱体３は、当該電極に電圧が印加されることでジュール抵抗により発熱する。電熱体３は、その厚さに関して、抵抗率を大きくして発熱量を大きくするために、極力薄くすることが好ましいが、耐久性や電熱体３に印加する電圧の大きさ（出力）等を考慮した上で適宜設定することが出来る。また、本件発明に係る電熱体付き透光パネル１は、電熱体３の開口３ａの大きさ、形状、位置等を変更することで、表面の温度を均一にしたり、表面の温度を場所毎に変えたりすることが出来る。

ちなみに、本件発明に係る電熱体付き透光パネル１において、電熱体３を透光体２上に積層形成する方法にあたっては、特に限定されない。例えば、物理的蒸着法により透光体２の表面に金属被膜（下地層）を形成した後に、フォトリソグラフィ法、レーザー加工法、パターン印刷法、めっき法等を適宜採用して回路パターンを形成する方法を採用することが出来る。これらの回路パターン形成方法は、従来公知の方法であるため、ここでの説明は省略する。

また、本件発明に係る電熱体付き透光パネル１は、透光体２との間に電熱体３を挟み込んで封止する透光性の封止体４を積層したことが好ましい。本件発明に係る電熱体付き透光パネル１は、電熱体３を透光体２と封止体４との間に挟み込む構造とすることで、電熱体３を適切に保護し、耐久性の向上を図ることが可能となる。なお、本件発明に係る電熱体付き透光パネル１は、電熱体３を透光体２の光源から照射された光が出射される側の面に形成する場合には、外表面の部材を封止体４とすることも出来る。

また、本件発明に係る電熱体付き透光パネル１は、光源１０から照射された光が出射される側の面に粗さ曲線の凹凸の平均間隔（Ｓｍ）が０．２μｍ〜２．０μｍであり、最大高さ粗さ（Ｒｚ）が０．１μｍ〜５μｍの凸凹形状を備えたことが好ましい。

本件発明に係る電熱体付き透光パネル１は、光源１０から照射された光が出射される側の面（外表面）に粗さ曲線の凹凸の平均間隔（Ｓｍ）が０．２μｍ〜２．０μｍであり、最大高さ粗さ（Ｒｚ）が０．１μｍ〜５μｍの凸凹形状を備えることで、撥水塗料を塗布しなくとも外表面の撥水性を高めることが出来る。参考までに、最大高さ粗さ（Ｒｚ）、及び粗さ曲線の凹凸の平均間隔（Ｓｍ）は、ＪＩＳ Ｂ ０６０１−２００１において規定されるパラメーターである。

ここで、本件発明に係る電熱体付き透光パネル１の外表面は、粗さ曲線の凹凸の平均間隔（Ｓｍ）が０．２μｍ未満である場合には、電熱体付き透光パネル１の外表面に撥水性向上に適した凸凹形状を形成することが出来ない。また、粗さ曲線の凹凸の平均間隔（Ｓｍ）が２．０μｍを超える場合には、電熱体付き透光パネル１の外表面に形成される凸部及び凹部の数が少なく、撥水性の向上を十分に図ることが困難となる。撥水性を向上させるためには、凸部の数や凸部間のピッチが重要であり、凸部が密に並び存在密度を大きくしなければ撥水性能に大きく寄与することが出来ない。

また、本件発明に係る電熱体付き透光パネル１の外表面は、最大高さ粗さ（Ｒｚ）が、０．１μｍ未満の場合には、撥水性向上のために適した凸凹形状を電熱体付き透光パネル１の外表面に形成することが出来ない。また、最大高さ粗さ（Ｒｚ）が、５μｍを超える場合には、電熱体付き透光パネル１の外表面の凸凹が大きくなり過ぎて透光性の低下を招いてしまう。

また、本件発明に係る電熱体付き透光パネル１の外表面は、光源１０から照射された光が出射される側の面の凸凹形状に関して、上述した粗さ曲線の凹凸の平均間隔（Ｓｍ）及び最大高さ粗さ（Ｒｚ）の各条件に加えて、更にＪＩＳ Ｂ ０６０１−２００１に規定される十点平均粗さ（Ｒｚｊｉｓ）が０．０８μｍ〜４μｍの条件を満たすことで、撥水性を更に安定的に高めることが出来る。ここで、十点平均粗さ（Ｒｚｊｉｓ）が０．０８μｍ未満の場合には、撥水性向上のために適した凸凹形状を形成出来ず、十分に撥水性を向上させることが出来ない。また、十点平均粗さ（Ｒｚｊｉｓ）が４μｍを超える場合には、外表面の凸凹が大きくなり過ぎて、十分に撥水性を向上させることが出来ない。

また、本件発明に係る電熱体付き透光パネル１の外表面は、うねりの最大高低差（Ｗｍａｘ）が０．０４μｍ〜０．６μｍであり、且つ、当該うねりの最大高低差（Ｗｍａｘ）と凸凹の最大高低差（ＰＶ）との比［Ｗｍａｘ／ＰＶ］が０．７以上であることがより好ましい。本件発明に係る撥水性物品は、これらの条件を満たすことで、撥水性を向上させるのにより適した凸凹形状を基材表面に形成することが出来る。ここで、うねりの最大高低差（Ｗｍａｘ）とは、三次元表面構造解析顕微鏡を用いて得られる試料表面の凹凸に係る情報から、うねりに係る波形データをフィルタを用いて抽出したときの波形データの高低差の最大値（波形の最大ピーク高さと最大バレー深さの和）をいう。本件発明に係る撥水性面形成方法では、うねりの最大高低差（Ｗｍａｘ）が０．０４μｍ未満の場合には、撥水性の向上が十分に図られず好ましくない。また、うねりの最大高低差（Ｗｍａｘ）が０．６μｍを超える場合には、基材表面の粗さが大きくなり過ぎて美観を損ねてしまう。ちなみに、うねりの最大高低差（Ｗｍａｘ）は、測定機器として走査型プローブ顕微鏡（ＳＰＭ：Ｓｃａｎｎｉｎｇ Ｐｒｏｂｅ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ ）やレーザ顕微鏡（Ｌａｓｅｒ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）を用い、解析ソフトとしてＡＮＳＹＳ（登録商標）やＳｏｌｉｄＷｏｒｋｓ（登録商標）を用いる等して測定することが出来る。

本件発明に係る電熱体付き透光パネル１は、外表面の凸凹形状を従来公知の手法（サンドブラスト処理やエッチング処理等）を用いて形成することができ、これらの処理を施して上述した表面粗さの条件を満たすことで、外表面に大きな凸凹と、この大きな凸凹に微小な凸凹が形成されたフラクタル構造を形成して撥水性をより向上させることが出来る。一般的に知られるＷｅｎｚｅｌの理論によれば、このような凸凹構造は、基材表面の実質的な表面積が増大して濡れに伴う表面エネルギーの変化が強調され、撥水性の更なる向上を図ることが出来るとされている。また、一般的に知られるＣａｓｓｉｅの理論によれば、このような凸凹構造は、毛管現象により微小凹部に水が侵入出来ないことで、隣接する微小凸部の間隙の空気が閉じ込められた空隙の面積割合が大きくなり、撥水性の更なる向上を図ることが出来るとされている。

参考までに、固体表面の濡れ性の指標としては、測定の簡便性を理由から、主に水滴の接触角で判断がされる。一般的に、撥水性は、固体表面に対する水滴の接触角が９０°以上を言い、１１０°〜１５０°が高撥水、それ以上が超撥水とされる。固体表面が平坦な場合に、フッ素系材料等を用いた撥水性塗料を塗布することによって得られる接触角は、１００°程度である。しかし、本件発明に係る電熱体付き透光パネル１は、外表面に粗さ曲線の凹凸の平均間隔（Ｓｍ）が０．２μｍ〜２．０μｍであり、最大高さ粗さ（Ｒｚ）が０．１μｍ〜５μｍの凸凹形状を備えることで、撥水塗料を塗布しなくとも固体表面に対する水滴の接触角を１００°以上にすることが出来る。

また、本件発明に係る電熱体付き透光パネル１において、透光体２及び／又は封止体４は、ポリカーボネートからなることが好ましい。本件発明に係る電熱体付き透光パネル１は、透光体２及び／又は封止体４が透明性、耐衝撃性、耐熱性等に優れたポリカーボネートであることで、優れた視認性及び耐久性を得ることが出来る。また、ポリカーボネートはガラスやアクリル樹脂に比べて表面粗さが大きいため、本件発明に係る電熱体付き透光パネル１は、外表面の部材（透光体２又は封止体４）をポリカーボネート製とすることで、より撥水性に適したフラクタル構造を形成することができ、優れた難着雪性を得ることが出来る。

＜表示器について＞
本件発明に係る表示器は、上述した電熱体付き透光パネル１と、光源１０としてＬＥＤとを備えたことを特徴とする。ＬＥＤ１０は、従来の白熱電球等と比べて節電効果に優れ、寿命が長いことに加え、視認性にも優れるため、あらゆる表示器の光源として好適に用いることが出来る。また、本件発明に係る表示器は、光源１０をＬＥＤとした場合に従来の白熱電球等と比べて発熱量が少なくなるものの、電熱体付き透光パネル１を備えることでパネル外表面への着雪や凍結を効果的に防ぐことが出来るため、本件発明の効果が顕著になる。よって、本件発明に係る表示器は、交通信号灯器、交通案内表示器、自動車や航空機等の輸送機械における前照灯やバックライト等に幅広く用いることが出来る。

また、本件発明に係る表示器は、電熱体３に備わる開口３ａがスリット状であり、スリットの最小幅がＬＥＤ１０の直径に対する比率で８０％〜１２０％であることが好ましい。本件発明に係る表示器は、電熱体３に備わる開口３ａがスリット状である場合に、図１に示す如く、スリットの最小幅ＹがＬＥＤ１０の直径Ｘに対する比率で８０％〜１２０％であることで、ＬＥＤ１０から照射される光を一定量通過させて良好な視認性を確保することが出来る。

また、本件発明に係る表示器は、交通信号灯器であることが好ましい。本件発明に係る表示器は、電熱体付き透光パネル１を備えるためパネル外表面への着雪防止効果が効果的に高められ、寒冷地で交通信号灯器として用いた場合に冬期の視認性障害に伴う事故を低減させることが出来る。また、本件発明に係る表示器によれば、従来のような人海戦術での除雪の必要もなくなり経済的効果も大きい。

本件発明に係る電熱体付き透光パネルによれば、安全面及びコスト面に優れ、且つ、優れた着雪防止効果を長期間安定して発揮することが出来る。従って、当該電熱体付き透光パネルを備えた本件発明に係る表示器は、寒冷地の冬期において、屋外に設置される交通信号灯器や交通案内表示器等の他、自動車や航空機等の輸送機械における前照灯やバックライトといった表示器として幅広く用いることが出来る。

１ 電熱体付き透光パネル
２ 透光体
３ 電熱体
３ａ 開口
４ 封止体
１０ 光源（ＬＥＤ）
Ｘ ＬＥＤ直径
Ｙ スリット最小幅

Claims (7)

1. 光源から照射された光を透過する透光体と、通電により抵抗発熱する電熱体とを積層してなる電熱体付き透光パネルであって、
   当該電熱体は、光を透過する開口を備えたことを特徴とする電熱体付き透光パネル。
2. 前記透光体との間に前記電熱体を挟み込んで封止する透光性の封止体を積層した請求項１に記載の電熱体付き透光パネル。
3. 前記光源から照射された光が出射される側の面に粗さ曲線の凹凸の平均間隔（Ｓｍ）が０．２μｍ〜２．０μｍであり、最大高さ粗さ（Ｒｚ）が０．１μｍ〜５μｍの凸凹形状を備えた請求項１又は請求項２に記載の電熱体付き透光パネル。
4. 前記透光体及び／又は前記封止体は、ポリカーボネートからなる請求項１〜請求項３のいずれかに記載の電熱体付き透光パネル。
5. 請求項１〜請求項４に記載の電熱体付き透光パネルと、光源としてのＬＥＤとを備えたことを特徴とする表示器。
6. 前記電熱体の前記開口がスリット状であり、スリットの最小幅が前記ＬＥＤの直径に対する比率で８０％〜１２０％である請求項５に記載の表示器。
7. 交通信号灯器である請求項５又は請求項６に記載の表示器。

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