JP4302319B2 - アンテナ・システムにおける導電性セラミック・ペイントの使用 - Google Patents

Description

【０００１】
（発明の背景）
１．発明の分野
本発明は、乗り物のアンテナに係わり、特に、無線または他の送信／受信装置のためのアンテナ・システムにおいて、アンテナ要素またはコネクタとして導電性セラミック熱可塑性、熱硬化型および紫外線硬化型のペイントを使用することに関する。
【０００２】
２．技術的考察
過去において、電磁信号を受信および送信するための従来の自動車用アンテナは、マスト型またはホイップ型のアンテナであった。最近、そのアンテナを乗り物の構造の中に組み込む傾向が出てきた。例えば、サイトー（Ｓａｉｔｏ）他の米国特許第４，９９２，８０１号；サイトー（Ｓａｉｔｏｕ）他の５，０８３，１３４号；およびニシカワ（Ｎｉｓｈｉｋａｗａ）他の５，４１６，４９１号は、導電性の要素がガラス・ウィンドウの表面に印刷されているアンテナを開示している。イナバ（Ｉｎａｂａ）他の米国特許第４，７６８，０３７号および４，８４９，７６６号；ウオールトン（Ｗａｌｔｏｎ）他の５，３５５，１４４号；ナギー（Ｎａｇｙ）他の５，５２８，３１４号およびディシャート（Ｄｉｓｈａｒｔ）他の５，６７０，９６６号は、ウィンドウのかなりの部分の上に、そして特に乗り物のフロント・ガラスの上にアンテナを形成するための透明の導電性コーティングを開示している。
【０００３】
乗り物のウィンドウの表面に加熱用の線またはアンテナ要素を形成するために一般的に使用されるタイプの導電性セラミック・ペイントは、銀の粒子、ガラス・フリット、流れ修正剤、色素および赤外線乾燥型キャリヤ（以下、「導電性セラミックＩＲペイント」と呼ぶ）を含む。このタイプの材料を用い、当業者にとって周知の技法を使用してガラス層の表面にアンテナのパターンがスクリーン印刷され、オーブンまたは炉の中で加熱されて透明なペイントが乾燥される。そのペイントを硬化させ、それをガラス上に接着するために追加の長時間の加熱が必要である。これと同じタイプの材料を使用して、アンテナを形成している透明のコーティングに対する電気的接続を提供することができる。導電性のセラミックＩＲペイントを使用することによって、良好な結果が提供されるが、このタイプのセラミック・ペイントを使用することの１つの短所は、一般にオーブンによって乾燥されるまで長い期間の間ウェットな状態にあることである。結果として、処理時間が長くなる。さらに、以前に被覆された表面上に追加のペイント・パターンが印刷される場合、第２のペイント・コーティングが塗布される前に、最初のペイント・コーティングが乾燥されていなければならない。
【０００４】
アンテナまたは接続材料を塗布した後、追加の処理操作を必要とせずに容易に塗布して処理することができるアンテナ・システムを提供することは有利である。
【０００５】
（発明の概要）
本発明は、透明なアンテナ・システムのアンテナ要素および／またはコネクタ要素として導電性セラミック熱可塑性、熱硬化型および紫外線硬化型のペイントの使用を提供する。アンテナ要素が硬い透明の層（ガラスが好ましい）の主要表面上に形成され、そのアンテナ要素によって発生される信号を電磁エネルギーの送信および／または受信装置に対して転送することができるコネクタに対して接続される。そのコネクタをアンテナ要素に対して直接に電気的に接触させるか、あるいは容量的に結合させることができる。必要な場合、追加の堅い透明の層を第１の層に対して固定して積層を形成し、そのアンテナ要素またはそのアンテナ要素とコネクタが硬い層の間に積層されるようにすることができる。
【０００６】
（発明の詳細な説明）
本発明は、ガラス・アンテナ・システムを製造し、接続するための改良型装置を提供する。しかし、本発明は、処理を減らすことが望ましい他のタイプの電気的システムにおいても使用することができることを理解されたい。
【０００７】
図１は、自動車の中で使用される代表的なタイプのガラス・アンテナ１０を含む。より詳細には、アンテナ１０はガラス層１６の主要表面１４に塗布されている複数の導電性要素１２から形成されたアンテナ・パターンを含む。必須ではないが、表面１４は、一般的にはその乗り物の内側に向いている。層１６は、当業者であれば周知のように、層１６の表面１４の周辺のエッジ部分に対して結合されている装飾的境界(図示せず)も含むことがある。フィード線、例えば、同軸ケーブル１８がアンテナ１０と、電磁エネルギーの送信および／または受信装置２０との間の接続を提供し、装置２０は、ラジオ、セルラー電話、テレビジョン、コンピュータ、リモート・キーレス・エントリー、料金自動徴収システム、全地球的測位システム、またはアンテナ１０を使用して信号を送信および／または受信する他のタイプのシステムなどであってよい。アンテナ１０をケーブル１８に接続するために、配線リード２２の一端が、例えば、半田付けによってアンテナ１０に対して固定されている。ターミナル・アセンブリ(図示せず)、例えば、強化型スペード・アセンブリ、雄型のＪａｓｏピン、または当業者にとって周知の他の電気的接続装置が配線配線リード２２の反対側の端に接続され、同軸ケーブル１８をアンテナ１０に対して電気的に接続することができるようになっている。半田付けによる配線リード２２のアンテナ１０に対する接続を容易にするために、アンテナ要素１２のうちの１つが拡大されたコネクタ・パッチ２４を含むことができる。パッチ２４に対して配線リード２２を直接に半田付けする代わりに、当業者にとって周知のタイプのメタル・クリップ(図示せず)をコネクタ・パターンに対して、特にパッチ２４に対して固定し、配線または同軸ケーブルがそのメタル・クリップに対して固定されるようにすることができる。さらに、必要な場合、同軸ケーブル１８をパッチ２４に対して直接固定することができる。
【０００８】
通常、アンテナ１０の要素１２およびパッチ２４は、導電性セラミックＩＲペイントであり、それは層１６の表面１４上にスクリーン印刷され、オーブンの中で加熱されてペイントを乾燥させ、それ以降の処理ができるようにする。必要な場合、その乾燥はガラス層１６のそれ以降での加熱および成形の間に行うことができる。しかし、アンテナ１０の性能に悪い影響を及ぼすスミアまたは他のパターンのマーキングを避けるために、その導電性ペイントを乾燥する方法でそれが処理されるまで、ガラス層の処理を慎重に行わなければならない。さらに、表面１４に対しておよび／またはアンテナ・パターンの上に対して追加のスクリーン印刷されたパターンを塗布しなければならない場合、それ以降の処理の前にその導電性セラミックＩＲペイントを乾燥させるように層１６が処理されなければならない。
【０００９】
本発明は、長い待ち時間によって、あるいはオーブンまたは炉の中でガラスを加熱することによってペイントを乾燥させる必要のない材料を提供する。さらに詳細には、本発明におけるアンテナ・パターンは、導電性セラミック・ペイントを使用して形成され、そのペイントは銀の粒子、ガラス・フリット、流れ修正剤、および色素を熱可塑性キャリヤ、例えば、限定されないが脂肪性アルコール、または熱硬化型キャリヤと組み合わせたもの（以下、「導電性セラミック熱可塑性ペイント」および「導電性セラミック熱硬化型ペイント」とそれぞれ呼ぶ）を含む。熱可塑性または熱硬化型のキャリヤを使用するペイントは、「熱溶融型ペイント」と呼ばれることが多く、これ以降で使用されるように、本発明の導電性セラミック熱可塑性および熱硬化型のペイントは集合的に「導電性セラミック熱溶融型ペイント」と呼ばれる。非導電性熱溶融型ペイントは、缶およびビンの業界において容器の外面をマークするために使用されてきており、ガラスに対する非導電性の熱可塑性／熱硬化型のコーティングは、クネル（Ｋｎｅｌｌ）の米国特許第５，３４６，９３３号およびクネル他の第５，４１１，７６８号の中で開示されている。導電性セラミック熱可塑性ペイントは、カナダの特許第１，１９３，１５０号において開示されているように、乗り物の後部のウィンドウにおいて抵抗性の加熱ライン要素を形成するために使用されている。本発明においては、導電性セラミック熱溶融型ペイントが、当業者であれば周知のように、スクリーン印刷のプロセスを使用して所望のアンテナ・パターンの中の層１６の表面１４に沿って塗布され、そのプロセスはペイントを溶かし、それを液体の形に維持する加熱型金属スクリーンを組み込んでいる。スクリーン印刷の操作の間に、熱いペイントがクーラー・ガラスと接触すると、塗料が硬化する。すなわち、それは印刷されたパターンに悪い影響を与えずに直ちに接触させることができる。ペイントは乾燥しているように見えるが、硬化させてそのペイントをガラスの表面にボンドするために、導電性セラミックＩＲペイントの場合と同様にまだ加熱されなければならない。
【００１０】
本発明において、制限するものではないが、導電性セラミック熱溶融型ペイントは重量比で少なくとも７０％の銀および重量比で約１０％までの溶融ガラスを含むことが好ましい。ここで開示しているように、導電性セラミック熱溶融型ペイントを使用することによって、導電性セラミックＩＲペイントに比べて利点が提供される。すなわち、前者のペイントは即時硬化し、要素１２によって形成されるアンテナ・パターンを汚す恐れなしにガラス層を扱うことができる。さらに、スクリーン印刷されたアンテナ・パターンを乾燥させるためにガラスを先ず最初に加熱する必要なしに、前にスクリーン印刷されたパターンの上に追加の材料を直接スクリーン印刷することができる。
【００１１】
導電性セラミック熱溶融型ペイントを用いる代わりとして、銀の粒子、流れ修正剤および色素を使用してアンテナ・パターンを形成することができ、紫外線硬化型のキャリヤ（以下、「導電性セラミックＵＶペイント」と呼ばれる）を組み込むことができる。導電性セラミックＵＶペイントはそれを紫外光にさらすことによって硬化される。導電性セラミック熱溶融型ペイントに関して上で説明されたように、導電性セラミックＵＶペイントをその接触に対して乾燥させることができるが、ガラスの表面にそのペイントを硬化させて結合するためにまだ加熱されなければならない。導電性セラミックＵＶペイントを使用することによって、導電性セラミック熱溶融型ペイントと同じ利点が提供される。
【００１２】
本発明の導電性セラミック熱溶融型およびＵＶのペイントが、図１に示されているタイプのアンテナ要素１２またはコネクタ・パッチ２４を形成するために使用される時、そのペイントの固有抵抗が約２５Ω／平方より小さいことが好ましく、好適には、約０．１Ω／平方より小さいことが好ましい。
【００１３】
ここで開示している導電性セラミック熱溶融型およびＵＶのペイントは、他のタイプの材料から作られているアンテナ要素を組み込んでいるアンテナ・システムに対するコネクタとしても使用することができる。例えば、図２および図３を参照すると、ガラス層１１６がアンテナ１１０を形成するために、層１１６の表面１１４に少なくとも密接していて、好適には、表面１１４に沿っていることが好ましい透明の電導性コーティング１１２を含む。代わりに、その電導性コーティングを先ず最初に柔軟な層(図示せず)、例えば、ポリビニルブチラールまたはポリエステルの内部に塗布されるか、あるいは組み込まれ、次に層１１６の表面１１４に対して接着されるようにすることができる。必須ではないが、図２および図３に示している特定のアンテナ構成において、コーティング１１２は、一般に、層１１６の中央部分を占拠し、層１１６の周辺エッジから離れている。他のアンテナのコーティング・パターンがナギー他の米国特許第５，０８３，１３５号、５，５２８，３１４号、および５，６４８，７５８号の中で開示されている。コーティング１１２は、単層または複数層の金属含有コーティング、例えば、ギレリー（Ｇｉｌｌｅｒｙ）他の米国特許第３，６５５，５４５号；ギレリー（Ｇｉｌｌｅｒｙ）の３，９６２，４８８号およびフィンリー（Ｆｉｎｌｅｙ）の４，８９８，７８９号の中で開示されているものであってよい。ただし、それらに限定されるわけではない。図１に関して上記説明したように、層１１６は、層１１６の表面１１４の周辺エッジ部分に対して結合された装飾的境界(図示せず)をさらに含んでいてもよい。導電性セラミック熱溶融型またはＵＶのペイントの形でのコネクタ１２４が、当業者にとって周知の任意の便利な方法で層１１６に塗布され、コネクタ１２４がコーティング１１２と直接に電気的に接触しているようにする。これは図２に示しているように、コーティング１１２の選択された部分の上にコネクタ１２４の少なくとも一部分をスクリーン印刷することによって実現することができ、あるいはコネクタ１２４を選択されたコーティングのエッジに沿ってコーティング１１２と単純に接触させることができる。さらに必要な場合、コネクタ１２４全体をコーティング１１２の上に置いてもよい。配線リード、ケーブルおよび／またはクリップを、上記説明したようにコネクタ１２４に対して固定することができる。
【００１４】
本発明の導電性セラミック熱溶融型、あるいはＵＶのペイントをアンテナ・システムに対して容量的に結合するためにも使用することができることを理解されたい。より詳細には、図４を参照すると、アンテナ２１０は積層の中に組み込まれており、特に、積層型のフロント・ガラス２５０の中に組み込まれている。アンテナ２１０は外側のガラス層２１６の表面２１４に少なくとも密接して置かれている透明の導電性コーティング２１２によって形成され、上記のように所望のパターンの中で、好適には、表面２１４に沿っていることが好ましい。内側のガラス層２３２が熱可塑性の中間層２３４（好適には、ポリビニルブチラールであることが好ましい）によって層２１６に対して結合されている。この方法でアンテナ２１０が２つの層間に封入される。図４に示している本発明の実施形態は、層２１６の表面２１４に塗布されているコーティング２１２を示している。しかし、代わりに、導電性コーティングを先ず最初に中間層２３４に対して塗布し、あるいは中間層２３４の中に組み込み、上記説明したように、それを層２１６と２３２との間に置いて積層を形成することができる。本発明のこの特定の実施形態においては、コネクタ２２４は、ここで説明した導電性セラミック熱溶融型またはＵＶのペイントから形成され、層２１６と２３２との間にはないように置かれている。より詳細には、コネクタ２２４はフロント・ガラス２５０の露出されている表面に対して、特に内側のガラス層２３２の表面２３６に塗布され、それが内側の層２３２および中間層２３４によってコーティング２１２から隔てられ、コーティング２１２の選択された部分に重なるようにする。この方法で、コネクタ２２４はアンテナ２１０に対して容量的に結合される。コネクタ２２４を内側の層２３２の表面２５２または外側の層２１６の表面２５４の中に置くことによって、コネクタ２２４がコーティング２１２に対して容量的に結合されるようにすることができることを理解されたい。
【００１５】
コネクタ１２４，２２４のサイズは、それがアンテナに対して直接接続されるか、あるいは容量的に結合されるかによって変わる。一般に、直接の接続は容量的接続よりも小さいコネクションを必要とする。コネクタが大き過ぎた場合、その場所によっては、乗り物の運転者の視界を妨げる可能性がある。例えば、図４の中のコネクタ２２４は、フロント・ガラス２５０のトップ・エッジ２４０に沿って置かれている容量性結合である。大きなコネクタは、例えば、交通信号を見る時に運転者の視界を妨げる可能性がある。この問題に対処するために望ましい視界を提供するようにコネクタ２２４を設計することができる。より詳細には、コネクタ２２４は、本発明の導電性セラミック熱溶融型あるいはＵＶのペイントを使用して、間隔を空けて接続された複数の要素を有している格子状または他のパターン（図示せず）に形成することができる。その要素は乗り物の運転者がそのコネクタを通して望ましい量の視界を有するように配置される。
【００１６】
本発明の導電性セラミック熱溶融型、またはＵＶのペイントが図２および図３に示しているタイプの直接電気的接触式コネクタまたは、図４に示しているような容量性のコネクタを形成するために使用される時、そのペイントの固有抵抗はそれが接続されるアンテナ要素の固有抵抗より大きくないことが好ましく、好適には、約０．１Ω／平方より小さいことが好ましい。
【００１７】
図２および図３は、コネクタ１２４とコーティング１１２との間の直接の電気的接続があるアンテナ装置を示しているが、代りに、コネクタ１２４を上記のような方法で層１１６の表面１５４に沿って、あるいは表面１１４に沿って、ただし、コーティング１１２との容量性の接続を確立するためにコーティング１１２から離して配置することもできる。同様に、図４は、コネクタ２２４とコーティング２１４との間の容量性の接続があるアンテナ装置を示しているが、コネクタ２２４を外側の層２１６の表面２１４に沿って配置し、コネクタ２２４とコーティング２１２との間の直接の電気的接続を確立することもできる。
【００１８】
本発明の１つの特定の実施形態においては、図４に示しているのと同様な、そしてここに開示しているようにコネクタ２２４を組み込んでいるアンテナ装置が、固有抵抗が約３Ω／平方である透明の導電性コーティングから形成されているアンテナ要素を含む。コネクタ２２４は格子状のパターンであり、すなわち、複数の相互接続された直線の要素を含み、それらの要素はワシントン州ペンシルバニアのＣｅｒｄｅｃ社によって製造され、熱可塑性銀ペイントＣＣＬＯ６２として識別される導電性セラミック熱可塑性ペイントから形成され、そのペイントは約７６％の銀粉および約２％のホウ珪酸ガラス・フリットを含み、残りが色素、アクリル樹脂（流れ修正剤）および１オクタデカノール（熱可塑性キャリヤ）を含む。この特定のペイントの融点温度は、約１５０°Ｆ（６６℃）であり、粘度はＢ型コーンおよび平板粘度計を使用して２００°Ｆ（９３℃）で測定された約１０，０００センチポイズであり、約０．０３５Ω／平方の固有抵抗を提供する。このペイントの形成方法は、図１に関連して上記説明したようなアンテナ・パターンを形成するためにも使用されている。
【００１９】
上記のように本発明の導電性セラミック熱溶融型、またはＵＶのペイントによって容量性タイプのコネクタを構成する際、コネクタ要素は導電性であるので、そのコネクタがアンテナの主要素と干渉する１つのアンテナ要素として働かないように注意する必要がある。しかし、必要な場合、コネクタの第１の部分が主アンテナ要素に対して容量的に結合され、一方、コネクタの他の部分が主アンテナによって送受信される周波数以外の周波数に対する追加のアンテナ要素として機能するように構成される設計も可能である。さらに、必要な場合、第１の部分の１つのアンテナ要素として機能するようにも構成することができる。
【００２０】
ここで記述し示した発明は、その好適な実施形態の説明を示している。特許請求の範囲で定義されている本発明の要旨から逸脱することなしに各種の変更を行うことができることを理解されたい。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の特徴を組み込んだ透明なガラス・アンテナ装置の平面図である。
【図２】 本発明の特徴を組み込んだ透明なガラス・アンテナ装置の平面図である。
【図３】 図２中の線３−３に沿った断面図であり、明確化のために一部分が取り除かれている。
【図４】 本発明の特徴を組み込んだ他のアンテナ装置の、図３に類似した図であり、明確化のために一部分が取り除かれている。

Claims (14)

1. 透明のアンテナ装置であって、硬い透明の基板（１６、１１６、２１６）の主表面（１４、１１４、２１４）に少なくとも近接して置かれている導電性のアンテナ要素（１０、１１０、２１０）と、前記基板に対して固定され、前記アンテナ要素にて発生した信号を電磁エネルギーの送信および／または受信装置（２０）に対して転送可能にするコネクタ（２４、１２４、２２４）とを有し、このアンテナ装置の選択された部分が導電性セラミック・ペイントで形成されるアンテナ装置において、
   前記導電性セラミック・ペイントが、導電性セラミック熱可塑性ペイントと、導電性セラミック熱硬化型ペイントと、導電性セラミックＵＶペイントとから成るグループから選択されていることを特徴とするアンテナ装置。
2. 請求項１に記載のアンテナ装置において、前記硬い基板がガラス層（１６、１１６、２１６）であり、前記アンテナの選択された部分が前記アンテナ要素（１０、１１０、２１０）および／またはコネクタ（２４、１２４、２２４）を含むアンテナ装置。
3. 請求項２に記載のアンテナ装置において、前記コネクタ（２４、１２４）が前記アンテナ要素（１０、１１０）と直接電気接触しているアンテナ装置。
4. 請求項２に記載のアンテナ装置において、前記コネクタ（２２４）が前記アンテナ要素（２１０）に対して容量的に結合されているアンテナ装置。
5. 請求項２に記載のアンテナ装置において、前記ガラス層が第１のガラス層（２１６）であり、さらに前記第１の層に対して固定されている第２のガラス層（２３２）を含み、前記アンテナ要素（２１０）が前記第１と第２のガラス層（２１６、２３２）の間に置かれるように積層を形成しているアンテナ装置。
6. 請求項５に記載のアンテナ装置において、前記アンテナ要素（２１０）が透明の導電性コーティングであり、前記コネクタ（２２４）が前記積層の露出された主表面（２３６）上に配置され、前記コネクタの少なくとも一部分が前記コーティングの一部分と重なっていて、前記アンテナ要素（２１０）に対して容量的に結合されているアンテナ装置。
7. 請求項１または６に記載のアンテナ装置において、前記ペイントが２５Ω／平方以下の固有抵抗、特に０．１Ω／平方以下の固有抵抗を有し、そして／または少なくとも約７０重量％の銀と約１０重量％までのフリットとを含むアンテナ装置。
8. 透明のアンテナ装置を作る方法において、導電性のアンテナ要素（１０、１１０、２１０）を硬い透明の層（１６、１１６、２１６）の主表面（１４、１１４、２１４）上に少なくとも近接して配置する段階と、導電性のコネクタ（２４、１２４、２２４）を前記層に対して配置し、前記コネクタが前記アンテナ要素（１０、１１０、２１０）に対して電気的に接続され、前記アンテナ要素によって発生された信号を電磁エネルギーの送信および／または受信装置（２０）に対して送信可能にする段階と、このアンテナ装置の選択された部分を導電性セラミック・ペイントで形成する段階とを含む方法において、
   前記導電性セラミック・ペイントを、導電性セラミック熱可塑性ペイントと、導電性セラミック熱硬化型ペイントと、導電性セラミックＵＶペイントとから成るグループより選択する方法。
9. 請求項８に記載の方法において、前記硬い層がガラス層（１６、１１６、２１６）であり、前記形成する段階が、前記アンテナ要素（１０、１１０、２１０）を前記ガラス層（１６、１１６、２１６）の主表面（１４、１１４、２１４）上に前記ペイントで形成する段階を含む方法。
10. 請求項８に記載の方法において、前記硬い層がガラス層（１６、１１６、２１６）であり、前記形成する段階が、前記コネクタ（２４、１２４、２２４）を前記ガラス層（１６、１１６、２１６）の主表面（１６、１１６、２１６）上に前記ペイントで形成する段階を含む方法。
11. 請求項１０に記載の方法において、前記アンテナ要素を配置する段階が、前記ガラス層（１１６、２１６）の前記主表面（１１４、２１４）に沿って透明の導電性コーティング（１１２、２１２）を塗布する段階を含み、前記コネクタを配置する段階は、前記コネクタ（１２４）が前記コーティング（１１２）と直接電気接触するように該コネクタを前記主表面（１１４）上に配置する段階、若しくは前記コネクタ（２２４）が前記アンテナ要素（２１０）に対して容量的に結合されるように該コネクタを前記コーティング（２１２）から離して配置する段階を含む方法。
12. 請求項１１に記載の方法であって、第２のガラス層（２３２）を前記第１のガラス層（２１６）に対して固定して、前記アンテナ要素が前記第１の層と第２のガラス層（２１６、２３２）の間にあるように積層を形成する段階をさらに含み、前記コネクタを配置する段階は、前記コネクタ（２２４）を前記積層の露出した主表面（２３６）に対して塗布し、該コネクタの少なくとも一部分が前記コーティング（２１２）の一部分と重なり、前記アンテナ要素（２１０）に対して容量的に結合されるようにする段階を含む方法。
13. 請求項８に記載の方法において、前記コネクタを配置する段階は、前記コネクタ（２４、１２４）が前記アンテナ要素（１０、１１０）と直接電気接触するように該コネクタを配置する段階を含む方法。
14. 請求項８に記載の方法において、前記コネクタを配置する段階は、前記コネクタ（２２４）が前記アンテナ要素（２１０）に対して容量的に結合されるように該コネクタを配置する段階を含む方法。

Images