JP2017092002A - 加熱電極装置、通電加熱ガラス - Google Patents

Abstract

【課題】光芒を抑えつつも、霜や曇りを取る時間を短く抑えることができる加熱電極装置を提供する。
【解決手段】通電してガラスを加熱する加熱電極装置（２０）であって、線条のある複数の発熱導体（２２）、を備え、発熱導体は、その一端と他端間の距離をＤ（ｍｍ）とし、一端と他端間における発熱導体に沿った長さをＬ（ｍｍ）としたときに、１．０２・Ｄ≦Ｌ＜１．５０・Ｄである。
【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１〜３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２０１３−５６８１１号公報

特許文献１〜３に記載のように、従来において発熱導体は波型に形成されている。これは、所定の間隔で周期的に配列される発熱導体のパターンに起因する光芒を防止するためである。

しかしながら、このように波型に発熱導体を構成すると直線状に構成した場合に比べて発熱量がへり、霜や曇りを取る時間が長くなってしまう。

そこで本発明は、光芒を抑えつつも、霜や曇りを取る時間を短く抑えることができる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、通電してガラスを加熱する加熱電極装置（２０）であって、線条のある複数の発熱導体（２２）、を備え、発熱導体は、その一端と他端間の距離をＤ（ｍｍ）とし、一端と他端間における発熱導体に沿った長さをＬ（ｍｍ）としたときに、
１．０２・Ｄ≦Ｌ＜１．５０・Ｄ
である、加熱電極装置とすることにより前記課題を解決する。

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、複数の発熱導体（２２）のピッチをＰ（ｍｍ）とし、発熱導体の厚さ方向の一方の面の平面視における長さ０．０１ｍあたりの表面積をＳ_Ｂ（μｍ^２）、当該一方の面の反対側となる他方の面の平面視における長さ０．０１ｍあたりの表面積をＳ_Ｔ（μｍ^２）としたとき、
０．５ｍｍ≦Ｐ≦５．００ｍｍ
０μｍ^２＜Ｓ_Ｂ−Ｓ_Ｔ≦３００００μｍ^２
である。

請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の加熱電極装置（２０）において、発熱導体（２２）は、その延びる方向に直交する断面において、Ｓ_Ｂ（μｍ^２）側の辺の大きさをＷ_Ｂ（μｍ）とし、Ｓ_Ｔ（μｍ^２）側の辺の大きさをＷ_Ｔ（μｍ）としたとき、
Ｗ_Ｂ＞Ｗ_Ｔ、
３μｍ≦Ｗ_Ｂ≦１５μｍ、及び
１μｍ≦Ｗ_Ｔ≦１２μｍ、である。

請求項４に記載の発明は、請求項１乃至３のいずれかに記載の加熱電極装置（２０）において、透明な基材層（２４）を有し、発熱導体（２２）は、基材層の一方の面上に配置されており、発熱導体の一方の面が基材層の面に接している。

請求項５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乃至４のいずれか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。

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、光芒を抑えつつ発熱量も良好に確保することができ曇りや霜を円滑に解消することができる。

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２２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。 発熱導体２２の形態について説明する図である。 図５（ａ）〜図５（ｄ）は、通電加熱ガラス１０の作製方法を説明する図である。

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を平面視した概念図である。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２２の拡大図を示した。
図２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の厚さ方向における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、複数の層が厚さ方向（図１、図２に示したＺ軸方向）に積層してなる。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、加熱電極装置２０、接着層１４、第二パネル１５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に配置されている。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、第一パネル１１及び第二パネル１５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、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２４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。

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を加熱するよう構成されている。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、電源接続配線２３、及び基材層２４を有している。便宜上ここでは基材層２４を最初に説明する。

基材層２４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２４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２４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、耐光性に優れていることから好ましい。基材層２４の厚さとしては、２０μｍ以上３００μｍ以下が一般的である。基材層２４を構成する樹脂層は必要に応じて１軸又は２軸延伸したものを用いる。

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においては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と交差する方向（図１においてはＹ軸方向）に延在して配置される。そして、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。
このような発熱導体２２が、第一バスバー電極２１ａ及び第二バスバー電極２１ｂの長手方向（図１においてはＸ軸方向）に複数配列されている。

発熱導体２２は、つぎのような形状を具備している。図１に示したように第一バスバー電極２１ａと第二バスバー電極２１ｂとの間隔をＤ（ｍｍ）、第一バスバー電極２１ａと第二バスバー電極２１ｂとの間における発熱導体２２の一本の長さをＬ（ｍｍ）としたとき、すなわち、発熱導体２２の一端と他端間の距離をＤ（ｍｍ）とし、一端と他端間における発熱導体２２に沿った長さをＬ（ｍｍ）としたときに、
１．０２・Ｄ≦Ｌ＜１．５０・Ｄ
なる関係を満たす。これにより、光芒を抑える形態を形成することができるとともに、必要以上に発熱導体の抵抗が大きくなることが防止され、発熱量を高い水準に保つことが可能なる。すなわち、光芒を抑えるとともに効率よく霜や曇りを除去することができる。

上記の関係を満たせば発熱導体の具体的な形態は特に限定されることはないが、光芒をより確実に防止する観点から、平面視（図１の視点）で発熱導体２２は波型であることが好ましい。

また、発熱導体２２は次のように構成されていることが好ましい。図４には図２にＩＶで示した部位を拡大した図を示した。
発熱導体２２は、加熱電極装置２０の厚さ方向において、発熱導体２２の一方側（本形態では基材層２４）の面を平面視した長さ０．０１ｍあたりの表面積をＳ_Ｂ（μｍ^２）、その反対側の面を平面視した長さ０．０１ｍあたりの表面積Ｓ_Ｔ（μｍ^２）としたとき、
０μｍ^２＜Ｓ_Ｂ−Ｓ_Ｔ≦３００００μｍ^２
が成立することが好ましい。ここで「長さ」とは、延びる発熱導体２２のある０．０１ｍを取り出したときにおける一端と他端との距離である。より好ましくは、
０μｍ^２＜Ｓ_Ｂ−Ｓ_Ｔ≦１５０００μｍ^２
である。
これによれば、発熱導体２２を視認されない幅で作製した際に、断面積を大きくとることができ、さらに高い出力（発熱量）を得ることが可能である。矩形（長方形）を作製することができれば理想ではあるが、エッチングにより作製することはいわゆるサイドエッジの性質上、困難がある。

上記範囲を満たしつつ、その他の部位において次のように構成することが好ましい。図４に説明のための符号を付している。
図４にＢで示した、隣り合う発熱導体２２の間隔は、０．５ｍｍ以上５．００ｍｍ以下であることが好ましい。より好ましくは１．０ｍｍ以上、さらに好ましくは１．２５ｍｍ以上である。
また、当該断面において、上記Ｗ_Ｂ（μｍ）、及びその反対側の辺の長さをＷ_Ｔ（μｍ）としたとき、
Ｗ_Ｂ＞Ｗ_Ｔ、
３μｍ≦Ｗ_Ｂ≦１５μｍ、及び
１μｍ≦Ｗ_T≦１２μｍ
が成り立つことが好ましい。
なお、この断面は、その部位において最小断面になるように切断された面とする。また、発熱導体２２の表面に凹凸が形成されている場合には当該凹凸を含めた最小面積の断面を考えるものとする。
また、発熱導体２２の厚さＨ（μｍ）は、５μｍ以上、３０μｍ以下であることが好ましい。

また、発熱導体２２は、隣り合う発熱導体２２とのピッチＰ（ｍｍ）は、０．５ｍｍ以上、５．００ｍｍ以下とされることが好ましい。ピッチＰ（ｍｍ）を０．５ｍｍより小さくすると複数の発熱導体２２が密に配置されて視認されやすくなる。好ましくは１．０ｍｍ以上、より好ましくは１．２５ｍｍ以上である。一方、ピッチＰ（ｍｍ）が５．００ｍｍより大きいと均一な加熱性能が低下する虞がある。

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、真鍮等の合金をエッチングによりパターン形成してなす帯状部材を挙げることができる。

電源接続配線２３は、図１（ａ）からわかるように、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２３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２４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。

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２４が積層されている。また、基材層２４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２４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２４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２４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。図５（ａ）〜図５（ｄ）に説明のための図を示した。

先ず、図５（ａ）に示したように、金属箔２２’を樹脂フィルムからなる基材層２４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。
次いで、図５（ｂ）に示したように、該積層体の金属箔２２’上に感光性レジスト層８０を塗工形成する。

次いで、所望のパターンの発熱導体２２及びバスバー電極２１の平面視パターンに基づいた遮光パターンを有するフォトマスクを用意する。そして、該フォトマスクを該感光性レジスト層８０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、図５（ｃ）に示したように所望パターン８０ａに合致する形状のレジストパターン層８０’を該金属箔２２’上に形成する。
ここで図５（ｃ）には形成されるべき発熱導体２２の位置及び大きさを参考として破線及び薄墨で表している。図５（ｃ）からわかるように、本例では、レジストパターン層８０ｃに形成されたレジストパターン８０ａの縁から、形成されるべき発熱導体２２の縁までの距離がＣ（μｍ）となるように構成されている。そしてこのＣは５μｍ以上３０μｍ以下であることが好ましい。これにより上記した形態の発熱導体２２をエッチングにより得ることができる。

次いで、該レジストパターン層８０’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、図５（ｄ）のように、該レジストパターン層８０’金属箔２２’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２４上に図１（ａ）の平面視形状及び図２の断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。

本発明では上記のように発熱導体２２の断面を規定しているので、生産性高く発熱導体２２を形成することができる。

次いで、第一パネル１１、接着層１２、加熱電極裝置２０からなる積層部材に対して接着層１４、及び第二パネル１５を此の順に重ね、これら複数層を接着積層して一体化する。
以上の工程により、図１（ａ）の平面図及び図２の断面図に示す、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の製造方法によれば、エッチングによっても断面形状が矩形に近い発熱導体を得ることができ、上底と下底との差が大きい台形断面である発熱導体に比べて、幅方向の大きさを小さく抑えつつも、厚さを大きくして断面積を大きくすることが可能となる。

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。
すなわち、図１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２３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。本形態に於いては、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。本発明では発熱導体２２の長さを上記した所定の長さの範囲とすることで光芒を抑えつつ発熱を高めることができるので、光芒を防止しつつ凍結及び曇りの解消も効率よく行われる。

実施例では、発熱導体の端部間の距離Ｄ（ｍｍ）に対して、発熱導体に沿った該発熱導体の長さＬ（ｍｍ）の比率を変更して解氷時間および光芒を評価した。

通電加熱ガラス１０の例に倣って通電加熱ガラスを作製した。このとき発熱エリアは縦横とも３００ｍｍとし、両端に厚さ５０μｍ、幅２０ｍｍでニッケルによる電極を設けた。各発熱導体の厚さは１２μｍとし、隣り合う発熱導体のピッチは１．２５ｍｍとした。表１に、各例におけるＤとＬとの関係を表している。

光芒試験は次のように行った。
はじめに、作製した通電加熱ガラスに対して４ｍ離隔した位置に配置した光源（自動車（富士重工業株式会社製、フォレスター（登録商標））のライト）から光を照射した。このとき通電加熱ガラスは鉛直に対して６０度傾斜させて設置した。
その後、通電加熱ガラスを挟んで光源と反対側から当該通電加熱ガラスに対して５０ｃｍ離れて通電加熱ガラス５０を目視した。
光芒が発生したものを×、光芒が発生しなかったものを○とした。

一方、解氷試験（デフロスタ性能試験）は、ＪＩＳ Ｄ ４５０１−１９９４に準拠して行い、試験体は光芒と同様に鉛直に対して６０度の角度で傾けて設置した。通電加熱ガラスが氷で覆われた状態とし、通電を開始して氷が通電加熱ガラスの全面から消失するまでの時間を測定した。ここで通電加熱ガラスに印加した電圧は４．２Ｖとした。

表１には上記発熱導体長さの他、解氷時間および光芒の有無も示した。

表１からわかるように、本発明を満たすことにより、光芒の抑制と解氷時間の良好との両者を得ることができた。

１０ 通電加熱ガラス
１１ 第一パネル
１２ 接着層
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
２４ 基材層
４０ 電源

Claims (5)

1. 通電してガラスを加熱する加熱電極装置であって、
   線条のある複数の発熱導体、を備え、
   前記発熱導体は、その一端と他端間の距離をＤ（ｍｍ）とし、前記一端と他端間における前記発熱導体に沿った長さをＬ（ｍｍ）としたときに、
   １．０２・Ｄ≦Ｌ＜１．５０・Ｄ
   である、加熱電極装置。
2. 複数の前記発熱導体のピッチをＰ（ｍｍ）とし、前記発熱導体の厚さ方向の一方の面の平面視における長さ０．０１ｍあたりの表面積をＳ_Ｂ（μｍ^２）、当該一方の面の反対側となる他方の面の平面視における長さ０．０１ｍあたりの表面積をＳ_Ｔ（μｍ^２）としたとき、
   ０．５ｍｍ≦Ｐ≦５．００ｍｍ
   ０μｍ^２＜Ｓ_Ｂ−Ｓ_Ｔ≦３００００μｍ^２
   である、請求項１に記載の加熱電極装置。
3. 前記発熱導体は、その延びる方向に直交する断面において、前記Ｓ_Ｂ（μｍ^２）側の辺の大きさをＷ_Ｂ（μｍ）とし、前記Ｓ_Ｔ（μｍ^２）側の辺の大きさをＷ_Ｔ（μｍ）としたとき、
   Ｗ_Ｂ＞Ｗ_Ｔ、
   ３μｍ≦Ｗ_Ｂ≦１５μｍ、及び
   １μｍ≦Ｗ_Ｔ≦１２μｍ、である請求項２に記載の加熱電極装置。
4. 透明な基材層を有し、
   前記発熱導体は、前記基材層の一方の面上に配置されており、前記発熱導体の前記一方の面が前記基材層の面に接している、請求項１乃至３のいずれかに記載の加熱電極装置。
5. 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乃至４のいずれかに記載の加熱電極装置と、を備える、通電加熱ガラス。

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