JP5416701B2 - 電気的に加熱可能なコーティングを備える透明な窓 - Google Patents

Description

本発明は、電気的に加熱可能なコーティングが、面積のうちのかなりの部分、特に視野領域（Ａ）に広がっており、そのようなコーティングが、少なくとも２つの互いに対向する低インピーダンスの母線へと、電気供給電圧が母線へと印加された後に電流がコーティングによって形成される加熱領域を横切って母線間を流れるような方法で電気的に接続されており、母線と加熱領域との間に、有効表面抵抗がコーティングの表面抵抗よりも低い少なくとも部分的に光透過性な遷移領域が存在している透明な窓に関する。

自動車の分野において、特に加熱可能な構造がさらに設けられるフロントガラスであって、加熱領域がワイヤまたは他の可視の導体を有さないフロントガラスが、ますます求められるようになっている。法的規制が、窓を通しての視界を損なう可視の要素が、特に窓ガラスのきわめて重要な視野領域（Ａ）において、許されない旨を規定している。この理由で、加熱領域は、窓の加熱可能な透明コーティングの形態で設けられることが多くなってきている。

光の吸収が少ない加熱可能なコーティングの一般的な問題は、依然として比較的大きい表面抵抗である。特に、加熱すべき窓の寸法が大きい場合や、電流の経路が長い場合に、比較的高い動作電圧を必要とする結果となる。しかしながら、一般的な乗用車の標準的な１２から１４ボルトの電気系統では、一般的なフロントガラスの寸法および一般的な加熱コーティングの表面抵抗において、適切な加熱力を達成することができない。これまでのところ、使用される層システムの場合における表面抵抗の低減は、可視光の透過の減少を常に伴っている。なぜならば、この場合には、導電層の厚さを増やさなければならないと考えられるからである。

上述の問題は、例えば、冒頭で述べた形式の加熱可能な窓ガラスであって、それぞれの母線へと直接電気的に接続された透明な遷移領域が、一方または両方の母線に沿って設けられている窓ガラスを開示する独国特許第２０，２００５，０１６，３８４，Ｕ１号明細書によっても対処されている。帯状の２つの遷移領域が、この場合には、中央の視野領域（Ａ）の、一方では上方に位置し、他方では下方に位置しており、したがって、視野領域（Ａ）の光学特性は、（遷移領域と比べて）影響されないままである。遷移領域における表面抵抗の低減は、知られているフロントガラスの場合には、２つの母線から２つの母線に対して垂直にコーティングによって形成される加熱領域へと延びている追加の導体または格子要素によって達成されている。これらの要素は、窓の視野領域（Ｂ）に位置しているが、視野領域（Ａ）よりも前で終わっている。「くし状電極」とも称される追加の格子要素の高い導電率のおかげで、格子要素が設けられた２つの遷移領域が、結果として、高い有効導電率、すなわち低い有効電気表面抵抗を有する領域を形成する。これらの領域において、コーティングそのものおよび格子要素の並列接続が生成される。

さらに、独国特許第１，２５６，８１２号明細書も、加熱可能な車両の窓を記載しており、母線が窓の短辺を延びており、すなわちこの場合には、車両のリアウインドウのほぼ垂直に延びる短辺を延びている。２つの母線から、水平方向に延びるくし状電極が、透明なコーティングによって形成された加熱領域へと延びている。対向する母線の２つのくし状電極が、一方の母線のくし状電極が他方の母線の隣接するくし状電極の間の途中まで延びるよう、それらの垂直方向の間隔の半分だけお互いに対してずらして配置されている。反対の極性の電極の間隔を最小限にすることで、電流が導電コーティングを通って流れなければならない距離が短くなり、この方法で、低い電圧であっても、可能な限り大きくかつ一様に分布した加熱力を、窓全体において得ることができる。

さらに、部分的に暗化させることができる視野領域を有する透明な窓が、独国特許第１０，２００４，００５，６１１，Ａ１号明細書から知られている。暗化は、この場合には、多層複合体の形態で設けられた窓の透過性を２つの面電極の間に含まれたエレクトロクロミック機能層の助けによって可逆に変化させることによって行われる。車両の電気系統からの供給電圧を、低インピーダンスのコネクタを介して面電極へと供給することができる。独国特許第１０，２００４，００５，６１１，Ａ１号明細書の場合には、面電極およびそれらのコネクタを、互いに一致するように製作することができ、第１の印加電圧にて窓の１つの縁において暗化が始まり、電圧を高めることで、反対側の縁に位置する機能要素の完全に一様な変化が存在するまで、暗化が窓の表面積を横切って連続的に続くような方法で、お互いに対して離間して配置することができる。この方法で、特にフロントガラスの上縁から始まる水平方向の帯の形態で設けられた機能要素を暗化させるときに、一種の「ローラブラインド効果」が実現される。

透明なコーティングの形態で設けられる加熱領域の助けによって窓を加熱するためのすべての知られているシステムは、車両の１２ボルトの電気系統から直接に供給電圧を使用する場合に、充分に良好な透過性を保証しつつ達成できる加熱力に関して、問題があると考えられる。

本発明は、電気的に加熱することが可能であって加熱領域を形成する透明なコーティングを備える透明な窓であって、供給電圧が比較的低い場合でも充分に大きな加熱力をもたらすことができ、視野領域（Ａ）および視野領域（Ｂ）の外部でも電気的特性が良好であり、魅力のある意匠を有する窓を提供するという課題に取り組む。

冒頭で述べた形式の窓にもとづき、この課題は、本発明によれば、少なくとも１つの遷移領域の表面抵抗が、割り当てられた母線から加熱領域への方向において、増加していることによって解決される。

本発明は、遷移領域が、典型的には、独国特許１０，２００５，０１６，３８４，Ｕ１号明細書の場合のように、不透明な導電領域（例えば、導電性の銀含有スクリーン印刷ペーストまたは薄い導電ワイヤを備える）と、導電性がなく、あるいは少なくともきわめて導電性に乏しい一方で、可視光の範囲について良好な透過性を有する領域とを備えるという発見にもとづいている。あるいは、窓の導電性を、導電コーティングによって生み出すこともでき、導電コーティングは、それ自身は透明だが、コーティングの厚さが増すにつれて透過率が低くなり、したがって層の厚さを厚くして、ある程度不透明な領域を生成することができる。本発明は、遷移領域が、その全高にわたって一様な電気的および光学的特性を有してはいない窓を提供する。光透過性および導電性は、典型的には互いに反比例するため、本発明は、導電性は高いが透明度は低い構造を、それぞれの母線にきわめて近い領域に設ける一方で、母線からの距離が増し、中央の視野領域（Ａ）に近づくにつれて、導電性をより犠牲にし、窓の光学特性をより優先させる。結果として、窓の中央に向かうにつれて透明度が増す窓に組み込まれたサンバイザのような光学特性を有する窓の遷移領域が、結果として得られる。車両の窓の分野において、そのような意匠は、積層安全窓の事例に使用されるＰＶＢ中間フィルムを着色することによって生み出されるいわゆる帯フィルタとしても知られている。さらに、窓を車体へと接合するための接着剤のビードを覆うために、窓の表面に黒色インクを印刷することが知られている。しかしながら、知られている黒色印刷は、導電性を有さない従来からの黒色スクリーン印刷インクによって形成されている。他方で、黒色印刷構造は、減少するサイズのドットを有するドットパターンとして終わることも多く、スクリーン印刷ペーストが導電性であると仮定しても、印刷構造のつながりがないことが、下縁の直上において導電性が存在しないことを意味すると考えられる。

遷移領域は、好ましくは、不透明な導電性の導電領域と、透明な非導電性の空き領域とを含むが、遷移領域にも透明な導電コーティングが存在する場合には、空き領域が特定の導電性を有することも可能である。しかしながら、この代案として、視野領域（Ａ）に向かって増加する有効表面抵抗を、電気導体加熱コーティングの厚さを変えることによって減らすことも可能である。視野領域（Ａ）に隣接するコーティングの厚さが、視野領域（Ａ）における厚さに相当し、すなわち比較的きわめて小さい一方で、コーティングの厚さは、それぞれの母線に向かって連続的に増加し、正確に言えば、母線の近傍において実質的にもはや透明性が存在しないような程度まで増加する。導電層の塗布の厚さを大きくすることは、遷移領域によって形成される全体としての抵抗が、視野領域（Ａ）のコーティング厚さに比べて大幅に小さくなるように、導電性が改善されるという効果を有する。

本発明による窓の好都合な発展によれば、導電領域が、複数の導体経路を有しており、それぞれの導体経路が、一端において母線へと導電形式で接続され、少なくとも反対側の端部においてコーティングへと導電形式で接続される。この場合に、遷移領域に、透明度が窓の中央に向かって増加する「サンバイザ」の光学特性を可能な限り遠くまで与えるために、少なくとも１つの横経路を、隣り合う導電経路の間にそれぞれ配置でき、隣り合う導電経路へと導電形式で接続することができる。電流を実際の導電経路に対して横方向にも流すことができることで、導電経路の中断を電気的に橋絡することができる。

さらに、窓の中央に向かって増加する光学的透明度という所望の光学特性を、特に、それぞれの母線からコーティングへと減少する導電経路の幅によっても達成することができる。減少は、一定の減少（導電経路が、例えば鋭角の三角形を形成する）であってよく、あるいは任意の所望の方法で不規則に生じてもよく、導電経路の側方の境界線が任意の所望の曲線の形態をとることができる。

本発明による窓の特に好都合な実施の形態によれば、空き領域を、導電領域または導電経路によってすべての側が囲まれたアイランドとして形成することが提案される。これは、導体経路の形態が全体にわたって維持され、アイランドが隣接する導体経路の明確な間隔を定めるという効果を有する。これにより、隣接し合う導体経路の間に位置する領域が、アイランドにも隣接することで、横経路を形成し、隣接し合う導体経路の間の電気的接続のおかげで、フェイルセーフの向上がもたらされる。

導電経路は、例えば曲がりくねった形態またはジグザグの形態で延びることができ、頂点または尾根の部分において、それぞれが隣接して位置する鏡像の経路を辿る導電路の頂点または尾根の部分に導電形式で接続される。

さらに、遷移領域のアイランドのサイズを、母線との境界においてゼロから、母線からの距離の増加につれて連続的に増加させることができ、加熱領域との境界において、隣接し合うアイランドの間に残る導電経路部分が、０．２ｍｍから１０ｍｍの間の幅を有する。加熱領域に向かって導体経路の幅が減少することは、遷移領域の光透過性が、母線から離れるにつれてますます大きくなり、視覚的にきわめて魅力的な外観がもたらされるという効果を有する。

さらに、加熱領域への境界において、導電経路部分の幅が、最大でも隣接するアイランドの幅の３％から２０％の間である。この措置は、やはり視覚的にきわめて魅力的な外観を、遷移領域の良好な導電性を保持しつつ生み出すために役に立つ。

最後に、本発明の改良により、少なくとも１つの遷移領域において、（加熱領域と同様に）導電性の透明コーティングが存在する。基本的には、特定の加熱力を、遷移領域においては、視野領域（Ａ）内の加熱領域に比べて低く保つことができるが、代案として、実際の中央の加熱領域の加熱力に比肩する加熱力を、遷移領域においてそれ迄に達成することもできる。この特別な場合においては、遷移領域を、加熱領域の一部と考えることができる。

本発明を、本発明による窓の２つの典型的な実施の形態にもとづいて、以下でさらに詳しく説明する。

乗用車のフロントガラスの形態で設けられた窓の平面図を示している。 図１による窓の上部遷移領域の拡大詳細図を示している。 別の窓の上部遷移領域の詳細図を示している。 乗用車のフロントガラスの形態で設けられた窓の平面図を示している。 乗用車のフロントガラスの形態で設けられた窓の平面図を示している。

図１に示されている窓１は、乗用車の窓であるが、上縁２と、ボンネットに面する下縁３と、側方のＡピラーに面する２つの縁４および５とを有する。すべての縁２から５から出発し、窓１は、いずれの場合も、幅１０、１１、１２、および１３をそれぞれ有するエッジ帯６、７、８、および９を有しており、幅１１は、中心線１４の領域において最大であり、エッジ帯８および９の方向に減少している（図１を参照）。

帯６、７、８、および９は、外側ガラスおよび内側ガラスと間に位置するＰＶＢ接着フィルム層とで構成される窓１の「面２」に塗布される黒色のスクリーン印刷ペーストから製造される。黒色印刷のエッジ帯６、７、８、および９は、従来技術に相当し、特に窓１（すなわち、窓１の「面４」）を周囲の車体の窓枠に保持するための下方に位置する接着剤のビードを隠す役割を果たす。

上部のエッジ帯６の下方に、前記上部帯に平行に延びる上部遷移領域１５が存在している。下部のエッジ帯７の上方に、やはりこの下部帯に平行に延びる下部遷移領域１６が存在している。上部遷移領域１５は、その全長にわたってほぼ同じ幅１７を有する。同じことが、下部のエッジ帯１６にも当てはまり、その幅が１８で指し示されている。

上部遷移領域１５の下縁１９に隣接かつ下部遷移領域１６の上縁２０に隣接し、最初に視野領域（Ｂ）が存在し、さらに窓１の中央に向かって、中央視野領域（Ａ）が存在している。今回の例では、両方の視野領域（Ａ）および（Ｂ）ならびに遷移領域１５および１６が、窓の「面３」に透明な導電コーティングを備える。実際の加熱領域２１は、２つの遷移領域１５および１６の互いに面する縁１９および２０の間に位置している。

遷移領域１５の詳細を、図２による拡大図から、よりよく見て取ることができる。窓の「面３」に塗布され、図では黒色で示されており、実際にはやはり不透明（例えば、銀含有のスクリーン印刷ペーストで構成されている）である遷移領域１５の導電領域に、透明であって白色で図示されている多数の空き領域が割り込んでいる。空き領域は、互いに平行な列にて配置されたほぼ円形のアイランド２２の形態で設けられている。それぞれ窓の縁２に平行に延びている各列は、この縁２からの距離が大きいほど、アイランド２２のサイズが大きく、正確に言えば、それぞれの円の直径が大きい。１列当たりのアイランドの数は、（遷移領域が外側において弓形に丸められている上方の３列を除き）一定であるが、空き領域によって占められる割合は、アイランド２２のサイズの増加の結果として、加熱領域または視野領域（Ａ）の方向に増加している。したがって、全体として、遷移領域１５の透明度は、不透明なエッジ帯６から視野領域（Ａ）に向かって連続的に増加する。有効電気表面抵抗も、導電性の導電領域の表面積が減少するため、同じ度合いで増加する。結果として、遷移領域１５の導電率が、遷移領域１５の下縁１９において小さくなり、正確に言えば、遷移領域１５の上縁が接続されているきわめて低インピーダンスの母線の導電性に比べて小さくなる。しかしながら、有効表面抵抗も、遷移領域１５の縁１９において、視野領域（Ａ）の加熱領域のコーティングの表面抵抗よりも依然として小さい。結果として、母線（図には示されていないが、黒色印刷の形態で設けられたエッジ帯６および７の下方に位置する）の有効電気間隔が、遷移領域１５および１６によって縮小され、遷移領域１５および１６に印刷された導体構造によって生じるそのような縮小が、上部遷移領域１５に配置され知られているサンバイザまたはいわゆる帯フィルタの外観を有し、それらはこの場所においてお馴染みであり、したがって自動車の購入者またはユーザにとって容認可能である。

遷移領域１５および１６の印刷による導電領域の構造を、これらの領域が、互いに平行かつ中心線１４に平行に延びる多数の導体部分で構成されていると考えることもできる。導体部分が、曲がりくねった形状を有しており、それぞれある列に属する右側に位置する１つのアイランド２２と隣の列に属する左側に位置する１つのアイランド２２（アイランドの幅の半分だけずらされている）とを交互に画定している。隣接し合う導体部分は、ある一列の２つのアイランド２２の間の領域において重なり合い、次いでお互いから離れるように移動することによって、隣の各列において膨らみ（アイランド２２）を形成し、次いで、次の列において再び大きく重なり合う。遷移領域１５の印刷パターンを、反転ドットパターンと考えることができ、この例では、ドットがアイランド２２によって形成されており、ドット（アイランド２２）のサイズが下縁１９に向かって（すなわち、視野領域（Ｂ）および（Ａ）に向かって）連続的に増加し、最後の列では、わずかに約０．３ｍｍの幅の導体経路が残されるだけである。

別の導電構造が、図３に図式的に示されている。ここでは、アイランド２２’が、正六角形の形態を有する。これらの六角形のサイズが、遷移領域１５’の下縁１９から黒色印刷で生成された上部のエッジ帯６に向かって連続的に減少している。隣り合うアイランド２２’の間に残される導体経路は、ジグザグ線（ただし、ジグザグ線の頂点が、両側において平たくされ、導体経路の長手方向の直線部分によって置き換えられている）の形態を有する。

結果として、窓１における電流の流れは、窓の「面３」に位置する上部の母線への従来技術から知られている接続点から、この母線に電気的に接触した遷移領域１５、１５’の導電領域を経由し、視野領域（Ｂ）および（Ａ）の加熱コーティングへと生じる。遷移領域１５、１５’の導電構造ならびに視野領域（Ｂ）および（Ａ）のコーティングの両者は、窓１、１’の「面２」に位置している。反対に、加熱領域２１の下方では、電流の流れが、下部遷移領域１６の導電構造を通って、下部のエッジ帯７の黒色印刷で覆われた「面３」の下部母線へと生じ、そこから接触点を介して電源へと戻る。

設計上の理由で、視野領域（Ｂ）および（Ａ）に向かって「薄く」なる導電スクリーン印刷ペーストでの窓の印刷を、それぞれエッジ帯８、９に平行に延びる２つのエッジ帯２３、２４において行うことも可能である。これらの領域における短絡の可能性を排除し、視野領域（Ｂ）および（Ａ）にコーティングによって形成される加熱領域２１を通って充分な電流が流れることがないようにするために、エッジ帯２３、２４の導電印刷は、ＰＶＢフィルムによる分離のおかげでエッジ帯２３、２４の遷移領域１５、１６への導電性の接続が存在しないように、コーティングの「面２」に位置する。

図４および図５に示されている窓１は、図１に示した窓１と同様である。乗用車の窓が、上縁２と、ボンネットに面する下縁３と、側方のＡピラーに面する２つの縁４および５とを有する。すべての縁（２から５）から出発し、窓１は、いずれの場合も、幅１０、１１、１２、および１３をそれぞれ有するエッジ帯６、７、８、および９を有しており、幅１１は、中心線１４の領域において最大であり、エッジ帯８および９の方向に減少している。

空き領域が、互いに平行な列にて配置されたほぼ円形のアイランド２２の形態で設けられている。図４においては、中心線１４から窓１の縁４および５へとそれぞれ延びる列の距離が増すにつれて、アイランド２２のサイズが大きくなり、正確に言えば、それぞれの円の直径が大きくなる。１列当たりのアイランドの数は一定であるが、空き領域によって占められる割合は、縁４および５の方向において、アイランド２２のサイズの増加の結果として、増加している。したがって、全体として、遷移領域１５の透明度は、中心線１４から縁４および５へと連続的に増加する。有効電気表面抵抗も、導電性の導電領域の表面積が減少するため、同じ度合いで増加する。結果として、遷移領域１５の導電率が、縁４および５において小さくなる。

図５においては、中心線１４から窓１の縁４および５へとそれぞれ延びる各列の距離が増すにつれて、アイランド２２のサイズが小さくなり、正確に言えば、それぞれの円の直径が減少する。１列当たりのアイランドの数は一定であるが、空き領域によって占められる割合は、縁４および５の方向において、アイランド２２のサイズの減少の結果として、減少している。アイランド２２のサイズの減少は、中心線１４と縁４および５との間の距離の半分で最大に達する。その後に、アイランド２２のサイズは増加し、正確に言えば、それぞれの円の直径が、窓１の縁４および５へと増加する。有効電気表面抵抗も、導電性の導電領域の表面積が減少するため、同じ度合いで増加する。

Claims (9)

1. 電気的に加熱可能なコーティングが、窓（１、１’）の視野領域（Ａ）に広がっており、
   そのようなコーティングが、少なくとも２つの互いに対向する低インピーダンスの母線へと、電気供給電圧が母線へと印加された後に電流がコーティングによって形成される加熱領域（２１）を横切って母線の間を流れるように、導電形式で接続されており、
   母線と加熱領域（２１）との間に、有効表面抵抗がコーティングの表面抵抗よりも低い少なくとも１つの少なくとも部分的に光透過性な遷移領域（１５、１５’、１６）が存在し、さらに、
   少なくとも１つの遷移領域（１５、１５’、１６）の表面抵抗が、割り当てられた母線から加熱領域（２１）へ向かう方向に増加している、乗用車の透明な窓（１、１’）であって、
   遷移領域（１５、１５’、１６）が、不透明な導電領域と、透明な空き領域とを有し、
   導電領域が、複数の導体経路を有しており、それぞれの導体経路が、一端において母線へと導電形式で接続され、少なくとも反対側の端部において加熱領域（２１）のコーティングへと導電形式で接続され、さらに、
   少なくとも１つの横経路が、隣り合う導体経路の間にそれぞれ配置され、隣り合う導体経路へと導電形式で接続されていることを特徴とする、窓。
2. 導体経路の幅が、母線から加熱領域（２１）へと減少していることを特徴とする、請求項１に記載の窓。
3. 空き領域が、導体経路によってすべての側が囲まれたアイランド（２２、２２’）として形成されていることを特徴とする、請求項１または２に記載の窓。
4. 導体経路が、曲がりくねった形態またはジグザグの形態で延びており、頂点または尾根の部分において、それぞれ隣接して位置する鏡像の経路を辿る導体経路の頂点または尾根の部分に導電形式で接続されてい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。
5. 導体経路によってすべての側が囲まれた遷移領域（１５、１５’、１６）のアイランド（２２、２２’）のサイズが、割り当てられた母線との境界におけるゼロから、母線からの距離の増加につれて連続的に増加しており、
   加熱領域（２１）との境界において、隣り合うアイランド（２２、２２’）の間に残る導体経路部分が、０．２ｍｍから１０ｍｍの間の幅を有することを特徴とする、請求項３または４に記載の窓。
6. 加熱領域（２１）との境界において、導体経路部分の幅が、最大でも隣接するアイランド（２２、２２’）の幅の３％から２０％の間であることを特徴とする、請求項５に記載の窓。
7. 少なくとも１つの遷移領域（１５、１５’、１６）に、加熱領域（２１）と同様に、導電性の透明コーティングが存在してい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。
8. 電気的に加熱可能なコーティングが、窓（１、１’）の視野領域（Ａ）に広がっており、
   そのようなコーティングが、少なくとも２つの互いに対向する低インピーダンスの母線へと、電気供給電圧が母線へと印加された後に電流がコーティングによって形成される加熱領域（２１）を横切って母線の間を流れるように、導電形式で接続されており、
   母線と加熱領域（２１）との間に、有効表面抵抗がコーティングの表面抵抗よりも低い少なくとも１つの少なくとも部分的に光透過性な遷移領域（１５、１５’、１６）が存在している、乗用車の透明な窓（１、１’）であって、
   少なくとも１つの遷移領域（１５、１５’、１６）の表面抵抗が、中心線１４から縁４および５へ向かう方向に増加していることを特徴とする、窓。
9. 電気的に加熱可能なコーティングが、窓（１、１’）の視野領域（Ａ）に広がっており、
   そのようなコーティングが、少なくとも２つの互いに対向する低インピーダンスの母線へと、電気供給電圧が母線へと印加された後に電流がコーティングによって形成される加熱領域（２１）を横切って母線の間を流れるように、導電形式で接続されており、
   母線と加熱領域（２１）との間に、有効表面抵抗がコーティングの表面抵抗よりも低い少なくとも１つの少なくとも部分的に光透過性な遷移領域（１５、１５’、１６）が存在している、乗用車の透明な窓（１、１’）であって、
   少なくとも１つの遷移領域（１５、１５’、１６）の表面抵抗が、少なくとも中心線１４の周囲の中央部と縁４および／または５のうちの少なくとも一方の領域とにおいて、増加していることを特徴とする、窓。

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