JP4647104B2 - 加熱ストリップを備えた窓ガラス - Google Patents

Description

【０００１】
本発明は、特に自動車のための、電気的に加熱される窓ガラス（ｇｌａｓｓ ｐａｎｅ）に関する。
【０００２】
自動車において使用される加熱される窓ガラスは一般に、並列に接続された抵抗のストリップからなる加熱ネットワークがその面のうちの１つに設けられた少なくとも１枚のガラスシートから構成される。このネットワークは一般に、窓ガラスの除氷（ｄｅｉｃｉｎｇ）またはくもり取り（ｄｅｍｉｓｔｉｎｇ）を可能にする。抵抗のストリップは、一定の断面を有することができるが、強化された加熱領域および優先的な視界を有するように、それらの幅を、窓ガラスの一端から他端まで変化させることも知られている。すべてのこれらの窓ガラスでは、窓ガラスを除氷またはくもり取りするために必要な期間中、同じ公称電力がすべての抵抗ストリップに適用される。
【０００３】
そのような窓ガラスの加熱ネットワークは、連続的にかつサイクルにおいて動作するいくつかの加熱領域を含むこともできる（ＵＳ−Ａ−３９８２０９２参照）。各領域の加熱は、狭い温度範囲、例えば１０から３０℃にわたって機能する示差サーモスタットによって制御される。しかしながら、このタイプの窓ガラスでは、温度、氷の厚さまたはくもりの量などの外部条件に加熱の期間または電力を適応させることができない。起こることは、外部温度がサーモスタットの下側温度（１０℃）よりも低くなるとすぐに、第１の領域が加熱され、温度がサーモスタットの上側温度（３０℃）に達したときのみ、次の領域に進むために、この領域の加熱が停止することである。
【０００４】
自動車産業分野では、傾向は、すべての種類の電動デバイス（シート調整、ドアロック、電気窓、翼ミラーなど）の増加に向かうものである。この目的で、除氷またはくもり取りの効率に影響を及ぼすことなしに消費される電力または加熱の期間を低減することによって電気的に加熱される窓ガラスのエネルギー消費を低減することが求められる。
【０００５】
これを達成するために、ＵＳ−Ａ−５４９６９８６に開示されているように、外部温度を制御し、かつガラス表面を加熱するのに必要な最小電力を適用することを可能にする電子デバイスをもつ窓ガラスを提供することができる。
【０００６】
したがって、本発明の目的は、経済的な加熱される窓ガラス、特に、自動車におけるリアウィンドウとして有利に使用することができる加熱される窓ガラスを提案することであり、前記窓ガラスは、加熱の期間が低減されたおよび／または消費される電力における利得を有する除氷または効率的なくもり取りのために使用される。
【０００７】
この目的は、本発明によれば、コレクタによって電力供給される加熱ストリップを備えた少なくとも１枚のガラスシートからなる窓ガラスであって、加熱ストリップがいくつかのグループに分割され、異なるグループへの電力供給が連続的に行われ、各グループがシーケンス当たり１回電力供給され、外部温度およびガラスの外表面の温度を測定することを可能にする手段を装備したデバイスによって該供給が行われ、それにより前記外部温度に応じて各グループごとに最小加熱時間を決定し、前記グループに対向するガラスの外表面温度が氷の融点よりも高くない限り、前記グループにおける加熱を維持する窓ガラスによって達成される。
【０００８】
本発明による窓ガラスは、優先的に自動車のリアウィンドウであるが、自動車のためのウィンドウスクリーンまたは他の窓ガラス、または自動車以外の用途において使用される窓ガラスにすることもできる。この窓ガラスは、ガラスの１つまたは複数のシート、場合によっては１つまたは複数のプラスチックシートからなることができる。たいていの場合、それは、強化ガラスシートからなるモノリシック窓ガラスであり、または場合によっては、それは、プラスチックインサート（ｉｎｓｅｒｔ）によって分離されたガラスの少なくとも２枚のシートからなる合わせ窓ガラス（ｌａｍｉｎａｔｅｄ ｇｌａｓｓ ｐａｎｅ）、または、必要な外装特性を有する少なくとも１枚のシートをさらに備えた外装窓ガラス（ａｒｍｏｒｅｄ ｇｌａｓｓ ｐａｎｅ）である。窓ガラスは凸形にすることもできる。加熱ストリップは、窓ガラスのガラスのシートの少なくとも１つの面上に（一般に１つの面上にのみ）配置され、かつ／または適切な場合、窓ガラスのプラスチックインサートの上に配置されるかまたはその中に埋め込まれる。
【０００９】
加熱ストリップは一般に、（一般に０．１Ωの範囲内にあり、かつ最大２００Ωに達することができる）適切な抵抗をもつ電気伝導性の透明な層、例えば、酸化スズなどの金属酸化物を含有する層であるか、または適切な抵抗の金属導体ワイヤ、例えば、細いタングステンワイヤであるか、または同じく適切な抵抗をもつ（すなわち一般に、数μΩ．ｃｍの範囲内で、本発明では最大５０μΩ．ｃｍに達することができる）電気伝導性の組成物（一般にエナメル）をもつワイヤである。使用される伝導性組成物は一般に、有機質粘結剤（ｏｒｇａｎｉｃ ｂｉｎｄｅｒ）中の金属銀とガラスフリット（ｇｌａｓｓ ｆｒｉｔ）の懸濁液の形態をしており、一般に（例えば、ガラス曲げまたは強化処理中に）乾燥され、高い温度で焼成される前に、スクリーン印刷（ｓｃｒｅｅｎ ｐｒｉｎｔｉｎｇ）または他の等価な技法によって窓ガラス上に付着される。そのようなワイヤは、望まれる抵抗値を達成するために、電解プロセスによって、または電流を使用せずに金属堆積によって、連続的に強化することもできる。好ましくは、強化ガラスシートから形成された窓ガラスおよび合わせ窓ガラスには、スクリーン印刷されたワイヤが使用され、合わせ窓ガラスには、タングステンワイヤが使用される。
【００１０】
加熱ストリップは、波形または直線にすることができ、好ましくは、細いストリップ、例えば、自動車産業分野では約１０ｍｍ、伝導性層のための作製に使用される窓ガラスの場合には最大１００ｍｍ、スクリーン印刷されたワイヤの場合には０．２から０．８ｍｍの範囲内、タングステンワイヤの場合には２５から５０μｍの範囲内である。また好ましくは、ストリップは、数センチメートルに達することができる隣接するストリップ間のギャップを設けて配置される。有利には、これらのストリップはまた、特にリアウィンドウのために、窓ガラスの使用位置において（一般に窓ガラスのより大きい寸法に沿って）水平方向に配置され、かつ等抵抗性（ｉｓｏｒｅｓｉｓｔａｎｔ）である、すなわちそれらは、それらの全長にわたって一定の抵抗率を有する。例えば、ストリップは、伝導性組成および厚さの点から均一な透明な層またはスクリーン印刷されたワイヤであるか、または一定の断面の金属ワイヤである。
【００１１】
加熱ストリップは、窓ガラスの２つの側方縁部において、電気接続エレメントによって電流供給ケーブルに接続され、これらのエレメントはコネクタまたは電流供給端子またはコレクタストリップまたは「バスバー」と呼ばれる。本発明では、これらのエレメントを以下より簡単に「コレクタ」と呼ぶ。これらのコレクタは、例えば金属ストリップの形態、または例えば溶着によって窓ガラス上に取り付けられた（例えばスズめっきされた銅タブの形態をした）セクションの形態にすることができる。別々に電力供給される各グループはそれ自体のコレクタを有する。これらは、通常の収集ストリップを絶縁体によって分離されたいくつかの部分に分割することによって得られ、またはいくつかのコレクタを使用することができ、コレクタの数またはコレクタ中の別々の部分は電力供給すべきグループの数によって決まる。
【００１２】
本発明の定義によれば、電力は連続的に供給され、各グループはそれ自体のコレクタによって電力供給され、各グループはシーケンス当たり１回電力供給される。ここで「シーケンス」とは、窓ガラスの除氷および／またはくもり取りを達成する目的で、加熱ストリップの各グループを指定された順序で１回だけ加熱することからなる操作を意味すると解される。グループの連続的な電力供給は、電力供給シーケンス、すなわち異なるグループに次から次へと電力供給する順序を確立し、かつこれらのグループの各々の加熱の期間を決定するための手段を装備したデバイスによって制御される。この目的で、外部温度およびガラスの表面温度を測定する手段を含んでいる、コレクタに接続される電子制御ボックスまたは制御デバイスを使用することができ、制御ボックスまたはデバイスは、測定された温度に応じて、加熱時間または最小電力供給時間を各グループに関連付けるようにプログラムされ、氷が残っている限り（すなわち加熱グループに対するガラスの外表面の温度が氷の溶融温度よりも低い限り）加熱を維持する。一般に、溶融温度は、通常の条件下で測定される氷の融点（０℃）に等しいが、高度および水の純度に応じてかなり変化することがある。最小加熱時間は、（寸法、加熱グループの数、加熱ストリップの数および性質など）窓ガラスの性質や堆積物（氷、くもり）の性質などのいくつかのパラメータによって決まる。除氷の場合、所与の窓ガラスに対して、（一般に負の）所与の外部温度に対する最小加熱時間は、所与の特性の氷の層を完全に除去するために各グループを加熱するのに要する時間を測定することによって実験的に決定される。ひとたびプログラムされると、電子ボックスまたは制御デバイスは、最小加熱時間を各グループごとに測定された温度に関連付け、ガラスの表面温度が基準値よりも小さい限り加熱を維持する。様々な温度を決定するために、任意の種類の計器、例えば温度センサを使用することができる。外部温度センサは、熱源または太陽光線への露出から離れている限り、車両のどこにでも、例えば自動車のフードの下に配置することができる。ガラス表面温度センサは、窓ガラスの外面または内面に配置することができ、基本的に使い易さおよびコストの理由で、一般に電力供給コレクタの近くに配置される。好ましくは、各加熱グループはガラス表面温度センサを備える。一般に、好ましくは、ガラス表面温度センサは（外表面上の突出を回避するために）窓ガラスの内面に配置され、この場合、適切な調節ファクタを当該の窓ガラスに適用することによって、選択された基準値、またはセンサによって測定された値を調節する必要がある。
【００１３】
特に好ましい方式では、窓ガラスは電子制御ボックスまたはコレクタ制御デバイスを装備し、このボックスまたはデバイスは、外部温度を測定するためのセンサに接続され、加熱グループと同数のガラス表面温度測定センサをもち、各加熱グループはただ、単一のガラス表面温度センサに接続される。
【００１４】
除氷またはくもり取りは手動で作動させることができ、外部温度センサは、除氷が作動した瞬間に温度を測定する。測定された温度に応じて、第１の加熱グループが、最小加熱時間に対応する期間中電力供給され、またはガラス表面の測定された温度に応じて、次いで次のグループが電力供給される。最後のグループが加熱されると、電力供給はオフに切り替えられるか、または必要な場合、新しいシーケンスが開始される。一般に、除氷またはくもり取りの満足なレベルに達するには、単一のシーケンスで十分である。
【００１５】
除氷またはくもり取りはまた、自動的かつ手動始動なしにすることができ、制御ボックスまたはデバイスは、例えば氷またはくもりの場合に視認性を維持するようにプログラムされ、これはまた、便利性および電流節約の点で利点を有する。窓ガラスは、例えば氷またはくもりで覆われているときに電流を伝導し、氷またはくもりが消えたときに電力供給電流をオフに切り替えるデバイス、例えば少なくとも１つのパワートランジスタを含む電子デバイスを、電力供給回路上に直列に含むことができる。それはさらに、例えば窓ガラスの内面に配置される特殊なくもり防止デバイス（ａｎｔｉｍｉｓｔ ｄｅｖｉｃｅ）および大気状態に敏感な他の検出器（霧、水分検出器、電極のシステム、熱検出器またはセンサなど）を含むことができる。この（これらの）検出器は加熱バンド電力供給シーケンスを制御する。しきい値（例えば３℃）を設定することもでき、それ以上では安全の理由で除氷を始動することができない。
【００１６】
好ましくは、ストリップが水平方向に配置されている場合、使用位置において窓ガラスの上部に配置されたグループから始めて加熱が行われ、この加熱の結果として起こる水の流れが下部の除氷に寄与する。ただしこの場合、別のグループから、例えば（適切な場合）中間グループから、または下側グループから始めることもできる。グループは、選択されたシーケンスに応じて次から次へと電力供給される。有利には、一度にただ１つのグループが電力供給され、各グループはシーケンス当たり１回電力供給される。場合によっては、シーケンスの終わりに、氷またはくもりが再び現れた場合、１つのグループまたはいくつかのグループの電力供給を引き続いて再開することができる。
【００１７】
本発明による窓ガラスの特定の構造および実施態様は、運転安全を改善するのに役立つ迅速な除氷を可能にし、利用可能な電力が制限されるときに特に有利である。一般に、２から６分の終わりに、ストリップの第１のグループは、特にワイヤを内包するとき、完全に除氷されるが、既存の窓ガラスでは、除氷される優先的な領域を有するために１２分の範囲内で何かが必要になる。有利には、連続的ではない方式で作動する既存の窓ガラスと比較して、本発明による窓ガラスでは、同じ放散電力に対して、３０％の除氷またはくもり取り時間が得られ、または同じ除氷またはくもり取り時間を使用した場合、平均放散電力は、これらの同じ窓ガラスの平均放散電力よりも３０％小さくなる。また、放散電力はより一定になるが、既存の窓ガラスでは、動作中に約１０％だけ変化することがある。別の利点は、例えば、より小さい加熱領域において、層の組成または厚さ、スクリーン印刷されたワイヤの幅または厚さ、または金属ワイヤの断面を変化させることによって、（特に水平方向において）強化された加熱領域をもつ抵抗を設ける必要がないことであり、そのような窓ガラスの製造は明らかにより複雑になる。有利には、本発明による窓ガラスは、（可変の断面および／または厚さおよび／または組成をもつ導体を使用することが可能な場合でも）一定の断面および厚さをもつ導体を備えることができ、したがって容易にかつ経済的に製造することができる。
【００１８】
各グループは１つまたは複数のストリップを含んでおり、好ましくは２から１０個の加熱ストリップを含んでおり、特に好ましい方式では、３から７個の加熱ストリップを含んでおり、加熱ストリップは各グループ内で並列に接続される。各グループはそれ自体のコレクタを有し、各コレクタは単一のグループに電力供給する。窓ガラスは、互いに別々の垂直方向におけるいくつかの加熱領域（グループ）およびいくつかの別々の電力供給領域（グループ当たり１つの別々の電力供給）を呈し、電力は領域ごとに供給される。
【００１９】
本発明による窓ガラスを自動車に使用する場合、加熱グループの数は好ましくは３つである。グループが３つを超える場合、電力の利得または除氷またはくもり取り時間は重要ではない。
【００２０】
特に自動車用途の場合、加熱ストリップに電力供給する電気システムは、（自動車産業分野において通常使用されているように）１２ボルトで動作することができるが、好ましくは、より高い電圧、例えば２４、３０または４２ボルトまたはそれ以上（使用されるバッテリの公称電圧）で動作し、より高い電圧の使用は、より小さいエネルギー消費を可能にし、窓ガラスを除氷またはくもり取りするために加熱ストリップに電流を伝導する電気システムの効率を改善し（１８０から２５０ワットの範囲内で、同じ電力に対する線路損失が低減される）、このシステムにおける加熱効果を防止するという利点を有し、この増大はまた、前記システムのスペース要件を低減することを可能にし（電力供給ワイヤが細ければ細いほど、電力供給およびカットアウトのためのパワートランジスタは小さくなり、装置は経済的になる）、その製造を容易にする。
【００２１】
このより高い電圧を使用する場合、過大な加熱なしに窓ガラスを除氷またはくもり取りするために必要な電力を有するために、有利には、例えば、（グループ当たりのワイヤの数を減らすことを意味する場合でも）偏差によって、かつ／またはストリップの断面（厚さおよび／または幅）を縮小し、かつ／または必要な場合、層の組成中の酸化スズ含有量またはスクリーン印刷されたワイヤの組成中の金属銀含有量を減らすことによって、加熱ストリップを長くすることによって加熱エレメントの抵抗を増大させることができる。
【００２２】
本発明の好ましい実施形態によれば、加熱ストリップのグループは同じ窓ガラスによって実施される。ただし、本発明の範囲は、いくつかの別々の窓ガラス上にグループを分配することが可能であり、各窓ガラスは、好ましくは加熱ストリップの少なくとも２つのグループを含む。
【００２３】
本発明の他の特徴および利点は、比較例に関して、制限的なものではなく、ガイドとして与える、本発明による以下の実施例から明らかになろう。これらの実施例は以下の図によって例示される。
【００２４】
比較例１
この比較例では、図１Ａに示されるように、共通のコレクタ３に接続された１６個の加熱ストリップ２を備えた窓ガラス１、例えばリアウィンドウが使用される。ワイヤは並列に接続される。供給電圧は１２Ｖである。
【００２５】
図１Ｂに見られるように、４分の終わりに観測される除氷は非常に小さく、窓ガラスを通る視覚の開始を可能にするのに要する時間は少なくとも８分である。
【００２６】
実施例１
図２Ａに示される本発明によるこの実施例では、４個が別々の電源４に接続された１６個の加熱ストリップ２を備えたリアウィンドウ１が使用される。４本のワイヤの４つのグループ（これらのワイヤは各グループ中で並列に接続される）は直列に接続される。供給電圧は１２Ｖである。
【００２７】
図２Ｂに見られるように、４分の終わりに観測される除氷はすでに大きい観察領域をクリアしている。
【００２８】
比較例２
２１個の加熱ストリップ（スクリーン印刷されたワイヤ）を備えている点が変更された、比較例１の窓ガラスが使用される。
【００２９】
この窓ガラス上に氷の層が以下の仕方で形成される。窓ガラスを制御された水分条件下（低い相対湿度）で少なくとも１２時間−２０℃で配置し、ジェットを約４０ｃｍ離して位置決めし、表面に対して直角に整列させて、水４６０ｍｌ（すなわち６６０ｍｌ／ｍ^２）をガラス上に噴霧した。
【００３０】
窓ガラスを−２０℃で４時間安定化させ、加熱ストリップを加熱し、放散電力は２１０Ｗである。窓ガラスを見通すことができ始めるのに１０分を要し、完全な除氷を達成するために１８分を要する。
【００３１】
実施例２
電子制御ボックスに接続された３個の別々の電源に７個ずつ接続された２１個の加熱ストリップを備えている点が変更された、実施例１の窓ガラスが使用される。ボックスは、外部温度測定センサ（この場合、空気の温度はガラスの温度に等しい）と、３個のガラス表面温度測定センサとに接続され、後者は、上側、中間および下側の加熱グループの各々に電力供給するコレクタの近くに、スクリーン印刷されたワイヤを担持する窓ガラスの面上に配置される（グループ当たり単一のセンサ）。ボックスは、測定された外部温度に最小加熱時間を一致させるようにプログラムされ、この時間は、（−２０℃〜０℃まで変化する）異なる温度で（比較例２の条件下で形成される）氷の層で覆われた窓ガラス上で実験的に前に決定されている。
【００３２】
比較例２の条件下で得られる氷の層で覆われた窓ガラスは、−２０℃で配置され、ワイヤの３つのグループが連続に電力供給され、放散電力は１５０Ｗに等しい。第１のグループ（上側；相対領域：３１％）は３３５秒間加熱され、第２のグループ（中間；相対領域：３３％）は３５７秒間加熱され、第３のグループ（下側；相対領域：３６％）は３８９秒間加熱される。
【００３３】
示された電力では、窓ガラスの表面積の約１／３が６分未満で完全にクリアされ、窓ガラスの完全な除氷は１８分の終わりに達成される。その全表面にわたって加熱される従来による窓ガラス（比較例２）と比較して、本発明による窓ガラスは３０％の電力利得を可能にする。
【００３４】
本発明による窓ガラスは特に自動車産業分野において使用可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１Ａ】 従来技術による加熱される窓ガラスの概略図である（比較例１）。
【図１Ｂ】 ４分の除氷時間の後の、使用時の、図１Ａに示される窓ガラスの写真である。
【図２Ａ】 本発明による加熱される窓ガラスの概略図である（実施例１）。
【図２Ｂ】 ４分の除氷時間の後の、使用時の、図２Ａに示される窓ガラスの写真である。

Claims (14)

1. コレクタによって電力供給される加熱ストリップを備えた少なくとも１枚のガラスシートからなる窓ガラスであって、加熱ストリップがいくつかのグループに分割され、異なるグループへの電力供給が連続的に行われ、各グループがシーケンス当たり１回電力供給され、前記電力供給が、外部温度に応じて各グループごとに最小加熱時間を決定するように、また、該グループに対向するガラスの外表面温度が氷の融点よりも高くない限り前記グループにおける加熱を維持するように、外部温度およびガラスの外表面の温度を測定することを可能にする手段を装備したデバイスによって行われる、前記窓ガラス。
2. 加熱ストリップが等抵抗性であることを特徴とする請求項１に記載の窓ガラス。
3. ガラスの外表面の温度を測定する手段が、窓ガラスの内面に配置されることを特徴とする請求項１および２のいずれかに記載の窓ガラス。
4. 加熱ストリップが、透明な層、金属ワイヤまたはスクリーン印刷されたワイヤであることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の窓ガラス。
5. 加熱ストリップが、少なくとも３つのグループに分離されることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の窓ガラス。
6. 所与の特性の氷の層を完全に除去するために各グループを加熱するのに要する時間を測定することによって、所与の外部温度に対する最小加熱時間が決定されることを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の窓ガラス。
7. コレクタに電力供給しかつオフに切り替えるための電子ユニットが前記デバイスに結合されることを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載の窓ガラス。
8. 加熱ストリップが、１２Ｖ以上で動作する電気システムによって電力供給されることを特徴とする請求項１から７のいずれか一項に記載の窓ガラス。
9. 加熱ストリップが、２４Ｖで動作する電気システムによって電力供給されることを特徴とする請求項１から８のいずれか一項に記載の窓ガラス。
10. 加熱ストリップが、３０Ｖで動作する電気システムによって電力供給されることを特徴とする請求項１から８のいずれか一項に記載の窓ガラス。
11. 加熱ストリップが、４２Ｖで動作する電気システムによって電力供給されることを特徴とする請求項１から８のいずれか一項に記載の窓ガラス。
12. 絶縁体を使用してコレクタストリップを分離することによって得られた、または、いくつかのコレクタを使用することによって得られた、各グループ自体のコレクタを介して、各グループへの電力供給が行われることを特徴とする請求項１から１１のいずれか一項に記載の窓ガラス。
13. 窓ガラスの上部に配置されたグループが最初に電力供給され、複数のグループが、選択されたシーケンスに応じて次から次へと電力供給されることを特徴とする請求項１から１２のいずれか一項に記載の窓ガラス。
14. 各グループが２個から１０個の加熱ストリップを含んでおり、加熱ストリップが各グループ内で並列に接続されていることを特徴とする請求項１から１３のいずれか一項に記載の窓ガラス。

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