JP6299606B2 - 電熱窓用板状体 - Google Patents

Description

本発明は、加熱可能な透明導電膜と透明導電膜に給電するための複数のバスバーとを備えた電熱窓用板状体に関する。

従来から車両の窓開口部に取り付けられる透明導電膜を形成させた電熱窓用板状体が知られている（例えば、特許文献１参照）。窓用板状体に形成された透明導電膜の両端にはそれぞれバスバーが接続され、一方のバスバーには直流電源が接続され、他方のバスバーは接地される。透明導電膜に通電すると、透明導電膜が発熱し、窓用板状体に生じた曇り（水滴）などを除去できる。

米国特許出願公開第２００６／００１０７９４号明細書

ところで、窓用板状体がフロントガラスである場合、その上部に自動料金課金システム（ＥＴＣ）、レインセンサ、ＣＣＤカメラやガレージドアオープナーなどの各種機器が設置されることがある。しかし、透明導電膜を形成させると電磁波を透過し難くなるため、これらの機器が機能しなくなるおそれがある。そこで、透明導電膜のバスバーが透明導電膜の上端部に接続される上バスバーおよび透明導電膜の下端部に接続される下バスバーとで構成される場合、透明導電膜および上バスバーのそれぞれの上辺の一部をそれぞれの上辺の残部よりも下方にシフトさせて凹部を形成させ、透明導電膜が形成されていない電磁波透過窓を形成させることが知られている。この場合、上バスバーの凹部を形成した領域は上バスバーの残りの領域に比べて上下方向における上バスバーと下バスバーとの間の距離が短く、バスバー間の距離に左右方向で差が生じる。

そのため、透明導電膜のうち、バスバー間の距離が短い部分に電流が集中し、局所的に高温に加熱される領域が発生する場合がある。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであって、局所的に高温に加熱される問題を改善した電熱窓用板状体の提供を目的とする。

上記課題を解決するため、本発明の一態様によれば、
加熱可能な透明導電膜と該透明導電膜に給電するための複数のバスバーとを備えた電熱窓用板状体において、
前記複数のバスバーは、前記透明導電膜の上辺に接続される上バスバーと前記透明導電膜の下辺に接続される下バスバーとを有し、
前記透明導電膜は、前記上辺の一部を前記上辺の残部よりも下方にシフトし、または前記下辺の一部を前記下辺の残部よりも上方にシフトして形成される凹部と、前記上バスバーと前記下バスバーとで挟まれる帯状の第１の領域と、それ以外の前記上バスバーと前記下バスバーとで挟まれる帯状の第２の領域と、前記第１の領域に設けられた複数の開口部とを有し、
前記上バスバーまたは前記下バスバーは、前記凹部を含む前記透明導電膜の辺に沿って形成され、
前記第１の領域は、前記凹部に位置するバスバーと前記凹部に対向するバスバーとで挟まれる領域であり、前記第２の領域よりも前記上バスバーと前記下バスバーとの間の距離が短く、
前記複数の開口部は、前記凹部に対向するバスバー側の前記第１の領域の上部または下部に形成され、前記上バスバーまたは前記下バスバーの一方から他方に向かって前記第１の領域を流れる電流が開口部によって少なくとも１回は迂回するように配列され、
前記第１の領域は、前記複数の開口部によって、所定の周波数の垂直偏波である電磁波を透過する周波数選択表面を形成していることを特徴とする電熱窓用板状体が提供される。

本発明によれば、局所的に高温に加熱される問題を改善した電熱窓用板状体が提供される。

本発明の一実施形態による電熱窓用板状体を示す図である。 本発明の一実施形態による透明導電膜の開口パターンを示す図である。 第１変形例による透明導電膜の開口パターンを示す図である。 第２変形例による透明導電膜の開口パターンを示す図である。 第３変形例による透明導電膜の開口パターンを示す図である。 第４変形例による透明導電膜の開口パターンを示す図である。 第５変形例による透明導電膜の開口パターンを示す図である。 試験例１による透明導電膜の開口パターンを示す図である。 試験例１〜試験例２による電磁波の透過特性を示すグラフである。 開口部の位置関係の一例を示す説明図である。 試験例３による合わせガラスの寸法および形状を示す図である。 試験例３による合わせガラスの電圧印加時の温度分布を示す図である。 試験例４による合わせガラスの寸法および形状を示す図である。 試験例４による合わせガラスの電圧印加時の温度分布を示す図である。 試験例５による合わせガラスの寸法および形状を示す図である。 試験例５による合わせガラスの電圧印加時の温度分布を示す図である。 試験例６による合わせガラスの寸法および形状を示す図である。 試験例６による合わせガラスの電圧印加時の温度分布を示す図である。

以下、本発明を実施するための形態について図面を参照して説明する。各図面において、同一の又は対応する構成には、同一の又は対応する符号を付して説明を省略する。なお、形態を説明するための図面において、方向について特に記載しない場合には図面上での方向をいうものとし、各図面の向きは、記号、数字の向きに対応する。また、平行、直角などの方向は、本発明の効果を損なわない程度のズレを許容するものである。また、各図は、窓用板状体の面を対向して見たときの図である。各図は、窓用板状体が車両に取り付けられた状態での車内視の図であるが、車外視の図として参照してもよい。各図上での上下方向が車両の上下方向に相当し、各図の下側が路面側に相当する。また、窓用板状体が車両の前部に取り付けられるフロントガラスである場合、図面上での左右方向が車両の車幅方向に相当する。また、窓用板状体は、フロントガラスに限定されず、車両の後部に取り付けられるリヤガラス、車両の側部に取り付けられるサイドガラスであってもよい。

図１は、本発明の一実施形態による電熱窓用板状体を示す図である。図１において、破線は帯状の第１の領域と帯状の第２の領域との境界、第１の領域と帯状の第３の領域との境界を表す仮想線である。図２は、本発明の一実施形態による透明導電膜の複数の開口部の開口パターンを示す図である。図２において、矢印は電流の経路を表す。電流の経路は必ずしも正確ではないが、便宜的に記載している。

電熱窓用板状体１０は、車両の窓開口部に取り付けられるものである。電熱窓用板状体１０は、例えば、自動車の前部の窓に取り付けられるものでよく、つまり、自動車の運転者の前方に設けられるフロントガラスでよい。

電熱窓用板状体１０は、図１に示すように、略台形の窓用板状体１５と、窓用板状体１５に設けられた略台形の透明導電膜１２と、透明導電膜１２に電力を供給する上バスバー１３および下バスバー１４とを備える。なお、略台形とは下辺よりも上辺が短く、好ましくは上辺と下辺の長さが１０％以上異なるものであってよい。なお、窓用板状体１５および透明導電膜１２の形状は、略台形に限定されず、長方形など上辺と下辺の長さが略同一のものであってもよい。

窓用板状体１５は、複数の透明板、例えばガラス板を樹脂性の中間膜を介して積層して構成されてよい。透明導電膜１２、上バスバー１３、および下バスバー１４は、複数の絶縁性の透明板の間に設けられてよい。この場合、各バスバーに接続された導電シートを窓用板状体１５の端面から取り出して電極としてよい。上バスバー１３は接地され、下バスバー１４は電源に電気的に接続される。透明導電膜１２に給電すると、透明導電膜１２が発熱し、電熱窓用板状体１０に発生した曇りなどを除去でき、車両の乗員の視界が確保される。

尚、本実施形態では、上バスバー１３は接地され、下バスバー１４は電源に電気的に接続されるが、下バスバー１４が接地され、上バスバー１３が電源に電気的に接続されてもよい。

電熱窓用板状体１０は、車外側に凸の湾曲形状であってよい。電熱窓用板状体１０は、例えば透明導電膜１２が成膜された透明板を熱処理によって曲げ成形して作製されてよい。また、電熱窓用板状体１０は、曲げ成形された透明板上に、透明導電膜を成膜した樹脂シートを貼り付けて作製されてもよい。

透明導電膜１２は、例えば、Ａｇ膜などの金属膜、ＩＴＯ（酸化インジウム・スズ）膜などの金属酸化膜、または導電性微粒子を含む樹脂膜で構成されてよい。透明導電膜１２は、複数種類の膜を積層したものでもよい。

透明導電膜１２は、絶縁性の透明板上に形成されてよい。透明板は、ガラスまたは樹脂などの絶縁性材料で形成されてよい。透明板を形成するガラスとしては、例えば、ソーダライムガラスなどが挙げられる。また、透明板を形成する樹脂としては、例えば、ポリカーボネート（ＰＣ）などが挙げられる。

透明導電膜１２の成膜方法としては、例えばドライコーティング法が用いられる。ドライコーティング法としては、ＰＶＤ法、ＣＶＤ法が挙げられる。ＰＶＤ法の中でも、真空蒸着法、スパッタ法、イオンプレーティング法が好ましく、これらの中でも、大面積の成膜が可能なスパッタ法がより好ましい。

尚、本実施形態では、透明導電膜１２の成膜方法として、ドライコーティング法が用いられるが、ウェットコーティング法が用いられてもよい。

上バスバー１３は透明導電膜１２の上側端部に接続され、下バスバー１４は透明導電膜１２の下側端部に接続され、上バスバー１３および下バスバー１４は透明導電膜１２を挟んで設けられ、透明導電膜１２に電力を供給する。

電熱窓用板状体１０は、透明導電膜１２と上バスバー１３のそれぞれの上辺の一部をそれぞれの上面の残部よりも下方にシフトさせて形成される凹部１７を有し、凹部１７内に透明導電膜が形成されていない電磁波透過窓１６を有する。この電磁波透過窓１６を通して車外側と通信する位置に各種機器が配置されてよい。透明導電膜１２の凹部１７を含む上辺に沿って上バスバー１３が形成され、上バスバー１３の電磁波透過窓１６を形成する領域は上バスバー１３の残りの領域よりも上下方向における上バスバー１３と下バスバー１４との間の距離が狭くなっている。なお、電磁波透過窓１６は、本実施形態では透明導電膜１２の上辺に形成されているが、透明導電膜１２の下辺に形成されてもよい。その場合、透明導電膜１２と下バスバーのそれぞれの下辺の一部をそれぞれの下辺の残部よりも上方にシフトさせて凹部を形成させる。

次に、図１および図２を参照して、透明導電膜１２に設けられた複数の開口部の開口パターンについて説明する。ここで、「縦」とは透明導電膜１２の上辺に略垂直な方向をいい、「横」とは縦方向に対して垂直な方向をいう。縦方向および横方向は、透明導電膜１２の表面に対して略平行な方向であって、透明導電膜１２の表面に沿う方向である。

透明導電膜１２は、図１に示すように、上バスバー１３と下バスバー１４とで挟まれた第１〜第３の領域２１〜２３を有する。第１の領域２１は、第２の領域２２および第３の領域２３よりも上バスバー１３と下バスバー１４との間の距離が短く、第２の領域２２と、第３の領域２３とで挟まれている。なお、第１の領域２１は、透明導電膜１２の上辺または下辺が有する凹部に位置するバスバーと、該凹部に対向するバスバーとで挟まれる帯状の領域であればよい。

第１の領域２１、第２の領域２２、および第３の領域２３はそれぞれが隣接しているので、一本の上バスバー１３と一本の下バスバー１４によって同時に電力が供給され、第１〜第３の領域２１〜２３の左方から右方にわたって略同じ電圧が印加されることになる。電流は、第１の領域２１、第２の領域２２、第３の領域２３のそれぞれに流れる。

第１の領域２１には、表面抵抗を調整するため、横寸法Ｈ（図２参照）が所定値以上の開口部４１が複数設けられている。複数の開口部４１は、同じ形状、同じ寸法を有してよい。開口部４１は、透明導電膜１２をレーザなどで加工して形成され、透明導電膜１２を厚さ方向に貫通している。開口部４１は、横に長くてよく、直線状でよい。また、開口部４１は、斜め方向に長く形成されていてもよく、また、開口部４１は、斜め方向に長く形成されていてもよく、所定値以上の横寸法Ｈがあればよい。尚、複数の開口部４１は、異なる形状、異なる寸法を有してもよい。

横寸法Ｈは、上バスバー１３および下バスバー１４の一方から他方に向かって第１の領域２１内を流れる電流が開口部４１を左右方向に迂回することで電流経路が充分に延長されるものであればよい。つまり、横寸法Ｈは、第１の領域２１を流れる電流の電流経路の迂回経路の長さが第２の領域２２および第３の領域２３を流れる電流の電流経路の長さに近づくように設定されるものであればよい。横寸法Ｈは、第２の領域２２および第３の領域２３に流れる電流の経路長によって適宜設定されてよいが、例えば２０ｍｍ以上、好ましくは２５ｍｍ以上、より好ましくは３０ｍｍ以上であり、１００ｍｍ以下である。

複数の横長の開口部４１は、車両の前方を見る運転者の視界にかからないように、第１の領域２１の上下方向中央部には形成されないことが好ましく、図１に示すように第１の領域２１の下部に形成される。例えば、複数の横長の開口部４１は、透明導電膜１２の下辺から上方に向かって４００ｍｍ以内の領域、好ましくは３００ｍｍ以内、さらに好ましくは２００ｍｍ以内の領域に形成される。尚、複数の横長の開口部４１は、透明導電膜１２の上辺または下辺に形成された凹部１７よりも、凹部１７に対向するバスバー側近くの第１の領域に形成されればよい。

横長の開口部４１は、図２に示すように、縦方向から見て隙間なく配列されてよい。縦方向から見て、複数の横長の開口部４１が接していてもよいし、一部重なっていてもよい。いずれの場合でも、上バスバー１３および下バスバー１４の一方から他方に向かって第１の領域２１内を流れる電流が縦方向に最短距離で直進するのを防止し、電流経路を迂回させることができる。

横長の開口部４１は、第１の領域２１内を流れる電流が開口部４１を迂回して、右方または左方に１回以上は迂回をするように配列されてよい。第１の領域２１内を流れる電流の経路が長くなり、第２の領域２２や第３の領域２３内を流れる電流の経路との差が小さくなる。よって、第１の領域２１、第２の領域２２、および第３の領域２３を同程度に加熱することができる。ここで、電流が「迂回」するとは、電流が左方向および右方向にずれることをいい、電流が左方向にずれた後で右方向にずれること、電流が右方向にずれた後で左方向にずれることのいずれでもよい。電流が「１回以上は迂回」とは、電流が少なくとも１回ずつ左方向および右方向にずれることをいう。左方向にずれる回数と右方向にずれる回数とは同数であっても、同数でなくてもよい。

尚、横長の開口部４１は、第１の領域２１に形成されていればよく、第２の領域２２や第３の領域２３にも形成されてもよい。例えば、横長の開口部４１は、透明導電膜１２の左右方向全体にわたって設けられてもよい。この場合、すべての領域において電流経路の長さが長くなるが、横長の開口部４１が透明導電膜１２に形成されない場合に比べて、第１の領域２１の電流経路の長さと第２の領域２２または第３の領域２３の電流経路の長さとの差が、絶対値としては変わらなくとも割合としては小さくなるため、各電流経路の長さの差による電流集中の影響を減少させることができ、局所的に高温に加熱される問題を改善することができる。

なお、第１の領域２１の凹部１７側の上部に開口部４１が形成される場合、凹部１７近くの電流が集中しやすい上部の領域でさらに開口部４１を迂回する電流同士が合流することとなるため、その部分で電流集中が生じ、局所的に高温に加熱される。

次に、図１０を参照して、電流経路を迂回させる開口部の配置について説明する。図１０に示す第１の領域２１には、第１の開口部１４１、第２の開口部１４２、および第３の開口部１４３が形成される。第１の開口部１４１と第２の開口部１４２は縦方向に間隔をおいて配設される。そして、第３の開口部１４３は、第１の開口部１４１を第２の開口部１４２に向けて縦方向に延長した延長領域（図１０において左下がりの斜線で示す領域）Ａ１と一部重なる。よって、第１の領域２１を第１の開口部１４１に向かって上方から下方に流れる電流の経路は、先ず第１の開口部１４１に阻まれて右方にずれ、その後、第３の開口部１４３に阻まれて左方にずれる。また、第３の開口部１４３は、第２の開口部１４２を第１の開口部１４１に向けて縦方向に延長した延長領域（図１８において右下がりの斜線で示す領域）Ａ２と接する。よって、前述の電流の経路は、第３の開口部１４３に阻まれて左方にずれた後、第２の開口部１４２に阻まれて右方にずれる。従って、第１の領域２１内を流れる電流の経路は、第１の開口部１４１、第２の開口部１４２、および第３の開口部１４３によって上下に少なくとも１回迂回する。

尚、電流の経路を左右に迂回させる開口部の配置は、多種多様であってよい。例えば、縦方向に隣り合う第１の開口部１４１と第２の開口部１４２との間に、別の開口部が配設されてもよい。また、第３の開口部１４３は、延長領域Ａ１と接してもよく、延長領域Ａ２と一部重なってもよい。第３の開口部１４３は、両方の延長領域Ａ１、Ａ２から離れる方向に延設される。

次に、図２を参照して、電流の経路を迂回させる開口部の配置について説明する。図２に示す第１の領域２１には、第１列を形成する第１の開口部４１−１および第２の開口部４１−１、ならびに第３の開口部４１−２を有する。第３の開口部４１−２の左端は、第１の開口部４１−１を第２の開口部４１−１に向けて縦方向に延長した領域、および第２の開口部４１−１を第２の開口部４１−１に向けて縦方向に延長した領域のそれぞれと接する。第１列の第１の開口部４１−１に向かって縦方向に流れる電流の経路は、先ず第１列の開口部４１−１に阻まれて右方にずれた後、第３の開口部４１−２に阻まれて左方にずれる。また、第３の開口部４１−２に向かって縦方向に流れる電流は、先ず第３の開口部４１−２に阻まれて左方にずれた後、第１列の開口部４１−１に阻まれて右方にずれる。従って、第１の領域２１内を流れる電流の経路は第１の開口部４１−１、第２の開口部４１−１、および第３の開口部４１−２によって少なくとも１回は左右に迂回する。

図２に示すとおり、複数の開口部４１は、各開口部４１−１が縦方向に複数個配置された列（第１列）を有し、第１列の開口部４１−１から縦方向と横方向にシフトした位置に配置される1つの開口部４１−２を有する。

開口部から縦方向と横方向にシフトした位置とは、基準となる開口部に対してバスバー間の電流の流れ方向、すなわち縦方向にシフトさせ、さらに電流の流れ方向と直交する方向、すなわち横方向にシフトさせた位置のことをいう。例えば、第１列の各開口部４１−１から縦方向と横方向にシフトした位置は、例えば、第１列の２つの開口部４１−１の間隙を横方向にシフトさせた位置を含む。対象となる列の開口部が１つの場合、当該開口部から縦方向と横方向にシフトした位置は、当該開口部の横方向両端に接する領域を縦方向にシフトさせた位置を含む。第１列の各開口部４１−１と、開口部４１−２とは、バスバー間を流れる電流が各開口部４１を迂回して、左右に蛇行するように配置されてよい。第１の領域２１内を流れる電流の経路が長くなりやすい。開口部４１−２は、第１列の開口部４１−１から縦方向と横方向にシフトした複数の位置にそれぞれ配置され、縦方向に間隔をおいて並んで列（第２列）を形成してもよい。

また、複数の開口部４１は、１つの開口部４１−２から縦方向と横方向にシフトした位置に各開口部４１−３が縦方向に複数個配置された列（第３列）を有してよく、第３列の開口部４１−３から縦方向と横方向にシフトした位置に配置される1つの開口部４１−４を有してよい。開口部４１−４は、第３列の開口部４１−３から縦方向と横方向にシフトした複数の位置にそれぞれ配置され、縦方向に間隔をおいて並んで列（第４列）を形成してもよい。さらに、複数の開口部４１は、１つの開口部４１−４から縦方向と横方向にシフトした位置に各開口部４１−５が縦方向に複数個配置された列（第５列）を有してよい。

第１領域２１には、図２に示すように、横寸法Ｈが所定値以上の開口部４１が、縦方向に千鳥状に配列されてよい。電流の向きが変わる間隔が短くなり、電流の経路が長くなりやすい。

ところで、本実施形態のように窓用板状体１５に透明導電膜１２が設けられた場合、透明導電膜１２の第２の領域２２および第３の領域２３によって電磁波が遮蔽される。すなわち、第２の領域２２や第３の領域２３は、車室内に電磁波を透過しないので、車外と通信する機器の電磁波を遮る。

しかし、本実施形態の第１の領域２１は、図２のように複数の横長の開口部４１を設けることにより、所定の周波数の電磁波を透過させることができる。具体的には、横寸法Ｈの長さに対応する所定の周波数の偏波面が垂直である電磁波を透過させることができ、第１の領域２１を周波数選択表面としても機能させることができる。

この場合、透過させる垂直偏波である電磁波の所定の周波数帯の中心周波数における空気中の波長をλ_０とし、電熱窓用板状体１０の波長短縮率をｋとし、電熱窓用板状体１０での波長をλ_ｇ＝λ_０・ｋとして、開口部４１の横寸法Ｈが、（１／２）・λ_ｇ以上であることが好ましい。なお、電熱窓用板状体が２枚のガラス板をポリビニルブチラールからなる中間膜を介して貼り合わせた合わせガラスである場合、波長短縮率ｋは約０．５１である。例えば、透過させたい所定の周波数が９００ＭＨｚであった場合、横寸法Ｈは８５ｍｍ以上であることが好ましいことになる。また、透過させたい所定の周波数が１．９ＧＨｚであった場合、横寸法Ｈは４０ｍｍ以上であることが好ましいことになる。

次に、図３を参照して、第１変形例による透明導電膜の複数の開口部の開口パターンについて説明する。本変形例では、上記実施例と同様に、複数の横長の開口部４１が、同じ形状、同じ寸法を有し、第１の領域２１において縦方向に千鳥状に配列される。

本変形例では、上記実施形態と異なり、第１の領域２１に、縦寸法Ｖが所定値以上の縦開口部３１が設けられる。この縦開口部３１は、縦に長くてよく、直線状でよい。ところで、上記実施形態の第１の領域２１は、横長の開口部４１を有しているため、偏波面が垂直である電磁波を透過する周波数選択表面であってよいと説明した。本変形例の第１の領域２１は、横長の開口部４１だけでなく、縦長の縦開口部３１を有することにより、所定の周波数の水平偏波の電磁波を透過させることが可能となり、水平偏波の電磁波を透過できる周波数選択表面として機能できる。

この場合、透過させる水平偏波である電磁波の所定の周波数帯の中心周波数における空気中の波長をλ_０１とし、電熱窓用板状体１０の波長短縮率をｋとし、電熱窓用板状体１０での波長をλ_ｇ１＝λ_０１・ｋとして、縦開口部３１の縦寸法Ｖが、（１／２）・λ_ｇ１以上であることが好ましい。例えば、透過させたい所定の周波数が２．４ＧＨｚであった場合、波長短縮率ｋを０．５１とすると、縦寸法Ｖは３２ｍｍ以上であることが好ましい。

複数の縦長の縦開口部３１−１〜３１−５は、同じ形状、同じ寸法を有し、第１の領域２１において縦方向に千鳥状に配列される。

また、本変形例では、第１の領域２１において、横長の開口部４１と、縦長の縦開口部３１とが互いに十字状に交わる十字開口部５１が複数配列されている。図３に示すとおり、複数の十字開口部５１は、各十字開口部５１−１が縦方向に複数個配置された列（第１列）を有し、第１列の各十字開口部５１−１から縦方向と横方向にシフトした位置に配置される1つの十字開口部５１−２を有する。十字開口部５１−２は、第１列の十字開口部５１−１から縦方向と横方向にシフトした複数の位置にそれぞれ配置され、縦方向に間隔をおいて並んで列（第２列）を形成してもよい。また、複数の十字開口部５１は、１つの十字開口部５１−２から縦方向と横方向にシフトした位置に各十字開口部５１−３が縦方向に複数個配置された列（第３列）を有してよく、第３列の十字開口部５１−３から縦方向と横方向にシフトした位置に配置される1つの十字開口部５１−４を有してよい。十字開口部５１−４は、第３列の十字開口部５１−３から縦方向と横方向にシフトした複数の位置にそれぞれ配置され、縦方向に間隔をおいて並んで列（第４列）を形成してもよい。さらに、複数の開口部５１は、１つの十字開口部５１−４から縦方向と横方向にシフトした位置に各十字開口部５１−５が縦方向に複数個配置された列（第５列）を有してよい。同じ形状、同じ寸法の十字開口部５１が千鳥状に配列されるので、見た目が美しい。

次に、図４を参照して、第２変形例による透明導電膜の複数の開口部の開口パターンについて説明する。本変形例では、上記第１変形例と同様に、複数の横長の開口部４１が、同じ形状、同じ寸法を有し、第１の領域２１において縦方向に千鳥状に配列される。縦方向に並ぶ複数の開口部４１−１は第１列を、縦方向に並ぶ複数の開口部４１−３は第３列を、縦方向に並ぶ複数の開口部４１−５は第５列をそれぞれ形成する。第１列と第３列の間に１つの開口部４１−２が、第３列と第５列との間に１つの開口部４１−４が配設される。開口部４１−２や開口部４１−４は、それぞれ縦方向に間隔をおいて複数形成されてそれぞれ第２列と第４列を形成してよい。また、複数の縦長の縦開口部３１が、同じ形状、同じ寸法を有し、縦方向に千鳥状に配列される。縦開口部３１−１は第１列の各開口部４１−１の間に配置され、縦開口部３１−３は第３列の各開口部４１−３の間に配置され、縦開口部３１−５は第５列の各開口部４１−５の間に配置されてよい。また、縦方向に間隔をおいて並ぶ２つの縦開口部３１−２の間に第２列の開口部４１−２が、縦方向に間隔をおいて並ぶ２つの縦開口部３１−４の間に第４列の開口部４１−４がそれぞれ配設される。

本変形例では、上記第１変形例と異なり、横長の開口部４１−１〜４１−５と、縦長の縦開口部３１−１〜３１−５とが離間しており、交わることがないが、縦寸法が所定値以上の縦長の縦開口部３１を備えているので、上記第１変形例と同様に所定の周波数の水平偏波の電磁波を透過させることが可能となり、第１の領域２１を水平偏波の電磁波を透過できる周波数選択表面として機能させることができる。また、同じ形状、同じ寸法の横長の開口部４１と、同じ形状、同じ寸法の縦長の縦開口部３１とがそれぞれが規則的に配列されるので、見た目が美しい。

次に、図５を参照して、第３変形例による透明導電膜の複数の開口部の開口パターンについて説明する。本変形例では、上記第１変形例と同様に、複数の横長の開口部４１が、同じ形状、同じ寸法を有し、第１の領域２１において縦方向に千鳥状に配列される。縦方向に並ぶ複数の開口部４１−１は第１列を、縦方向に並ぶ複数の開口部４１−３は第３列を、縦方向に並ぶ複数の開口部４１−５は第５列をそれぞれ形成する。第１列と第３列の間に１つの開口部４１−２が、第３列と第５列との間に１つの開口部４１−４が配設される。開口部４１−２や開口部４１−４は、それぞれ縦方向に間隔をおいて複数形成されてそれぞれ第２列と第４列を形成してよい。また、第１の領域２１に、縦寸法が所定値以上の縦開口部３２が設けられる。この縦開口部３２は、縦に長くてよく、直線状でよい。複数の縦長の縦開口部３２は、同じ形状、同じ寸法を有している。

本変形例では、上記第１変形例と異なり、複数の縦長の縦開口部３２が、横方向および縦方向に整列している。そうして、複数の縦長の縦開口部３２のうち、一部３２−１、３２−３、３２−５は横長の開口部４１と十字状に交わり、残部３２−２、３２−４は横長の開口部４１と離間している。すなわち、第１列を形成する開口部４１−１、第３列を形成する開口部４１−３、および第５列を形成する開口部４１−５は、縦開口部３２と交わることで十字開口部５２−１、５２−３、５２−５を形成し、第２列を形成する開口部４１−２および第４列を形成する開口部４１−４は、縦開口部３２−２、縦開口部３２−４それぞれと離間して設けられる。このように第１の領域２１を形成することにより、上記第１変形例や上記第２変形例と同様の効果が得られる。

次に、図６を参照して、第４変形例による透明導電膜の複数の開口部の開口パターンについて説明する。本変形例では、上記第１変形例と同様に、複数の横長の開口部４１−１〜４１−５が、同じ形状、同じ寸法を有し、第１の領域２１において縦方向に千鳥状に配列される。縦方向に並ぶ複数の開口部４１−１は第１列を、縦方向に並ぶ複数の開口部４１−３は第３列を、縦方向に並ぶ複数の開口部４１−５は第５列をそれぞれ形成する。第１列と第３列の間に１つの開口部４１−２が、第３列と第５列との間に１つの開口部４１−４が配設される。開口部４１−２や開口部４１−４は、それぞれ縦方向に間隔をおいて複数形成されてそれぞれ第２列と第４列を形成してよい。また、第１の領域２１に、縦寸法が所定値以上の縦開口部３３−１〜３３−５が設けられる。この縦開口部３３−１〜３３−５は、縦に長くてよく、直線状でよい。縦長の縦開口部３３を設けることにより、所定の周波数の水平偏波の電磁波を透過させることが可能となり、第１の領域２１を水平偏波の電磁波を透過できる周波数選択表面として機能させることができる。複数の縦長の縦開口部３３は、同じ形状、同じ寸法を有している。

本変形例では、上記第１変形例と異なり、縦長の縦開口部３３が、それぞれ、縦方向に間隔をおいて並ぶ複数の横長の開口部４１と交わる。このように縦寸法が充分に長い縦開口部３３を設けることにより、水平偏波の電磁波が透過する周波数の範囲が広がる。

次に、図７を参照して、第５変形例による透明導電膜の複数の開口部の開口パターンについて説明する。本変形例では、上記実施形態と同様に、第１の領域２１に、横寸法が所定値以上の開口部４２が形成される。縦方向に並ぶ複数の開口部４２−１が第１列を、第１列の各開口部４２−１から縦方向および横方向にシフトした位置に配置され縦方向に並ぶ複数の開口部４２−２が第２列を、第２列の各開口部４２−２から縦方向および横方向にシフトした位置に配置され縦方向に並ぶ複数の開口部４２−３が第３列をそれぞれ形成してよく、以後同様に、開口部４２−４〜４２−９はそれぞれ第４列〜第９列を形成してよい。

本変形例では、上記実施形態と異なり、横寸法が所定値以上の開口部４２が、直線状ではなく、円状になっている。円状の開口部４２は、縦寸法と横寸法とが等しい。尚、本変形例では、開口部４２の形状が円状であるが、楕円形状や、正方形状や長方形などの多角形状でもよい。このように横寸法が所定値以上あり、縦寸法が所定値以上ある複数の開口部を形成させた場合、上記第１変形例と同様の効果を得ることができる。

［試験例１〜試験例２］
試験例１〜試験例２では、透明導電膜を有する合わせガラスに対する偏波面が垂直偏波である電磁波の透過特性をＦＤＴＤ（Finite-difference time-domain method）法による電磁界シミュレーションで解析した。

試験例１〜試験例２では、透明導電膜の複数の開口部の開口パターンを変えた以外、同じ条件で、解析を行った。合わせガラスは、ガラス板、中間膜、透明導電膜、中間膜、およびガラス板をこの順で有し、合わせガラスの厚さ方向に垂直偏波が入射するとした。矩形状の透明導電膜（縦３００ｍｍ×横２００ｍｍ）の４辺のうち、上辺および下辺には磁気壁を境界条件として設定し、左辺および右辺には電気壁を境界条件として設定した。透過させる電磁波の周波数は０〜３ＧＨｚまで変化させた。

なお、電磁界シミュレーションでの合わせガラスのモデルは以下のとおりに設定した。

各ガラス板の厚さ：２．０ｍｍ
各中間膜の厚さ：０．３８１ｍｍ
透明導電膜の厚さ：０．０１ｍｍ
各ガラス板の比誘電率：７．０
各中間膜の比誘電率：３．０
透明導電膜の抵抗率：１．０Ω
図８は、試験例１による透明導電膜の複数の開口部の開口パターンを示す図である。図８において、１２は透明導電膜を、４１は横長の開口部を、３１は縦長の開口部を、それ以外の数字は開口パターンの寸法（ｍｍ）を表す。試験例１の開口パターンは、第２変形例の開口パターン（図４参照）と同様であるので、詳しい説明を省略する。

試験例２は、比較例であって、開口部のない透明導電膜を用いたので、透明導電膜の図示を省略する。

図９は、試験例１〜試験例２による透明導電膜を有する合わせガラスに対する垂直偏波の透過特性を示す図である。図９において、実線は試験例１の解析結果を、破線は試験例２の解析結果を表す。図９の縦軸は透過させる垂直偏波の周波数（ＧＨｚ）であり、図９の横軸は入射させた垂直偏波の透過損失であるＳ２１（ｄＢ）である。

図９から明らかなように、試験例１では縦長の開口部を設けたので、試験例２よりも、垂直偏波が透明導電膜を透過しやすいことがわかる。なお、上記は垂直偏波の透過特性について示したが、横長の開口部と縦長の開口部とを同じ寸法にし等間隔に配列しているので、水平偏波の透過特性についても同様の結果が得られる。
［試験例３〜試験例６］
試験例３〜試験例６では、合わせガラスの電圧印加時の温度分布を発熱シュミレーションによって解析した。試験例３が実施例、試験例４〜試験例６が比較例である。

合わせガラスは、解析の簡略化のため、ガラス板、透明導電膜、およびガラス板をこの順で有するとし、中間膜を有しないとした。各構成要素の寸法、物性は下記の通りとした。

各ガラス板の厚さ：２．０ｍｍ
各ガラス板の熱伝導率：１．０Ｗ／（ｍ・Ｋ）
各ガラス板の比熱：６７０Ｊ／（ｋｇ・Ｋ）
各ガラス板の質量密度：２．２ｇ／ｃｍ^３
透明導電膜の厚さ：０．００２ｍｍ
透明導電膜の電気電導率：６２５０００Ω^−１・ｍ^−１
透明導電膜の熱伝導率：４２０Ｗ／（ｍ・Ｋ）
透明導電膜の比熱：２３５Ｊ／（ｋｇ・Ｋ）
透明導電膜の質量密度：１．０７ｇ／ｃｍ^３
合わせガラスの有限要素解析モデルは、アルテアエンジニアリング社製のソフトウェア（HyperMesh）を用いて作成した。このモデルのバスバー間に電圧を印加したときの温度分布は、汎用有限要素解析プログラムであるダッソー・システムズ社製のソフトウェア（Abaqus/Standard）を用いて求めた。

合わせガラスの初期温度は２３℃とし、合わせガラスと空気との境界には熱伝達境界条件を設定した。熱伝達境界条件とは、合わせガラスと空気との間で熱伝達が行われるという境界条件である。合わせガラスと空気との熱伝達係数は８．０Ｗ／ｍ^２・Ｋとし、空気の温度は常に２３℃とした。バスバー間の電圧は１２Ｖとした。

図１１は、試験例３による合わせガラスの寸法および形状を示す図である。図１２は、試験例３による合わせガラスの電圧印加時の温度分布を示す図である。図１３は、試験例４による合わせガラスの寸法および形状を示す図である。図１４は、試験例４による合わせガラスの電圧印加時の温度分布を示す図である。図１５は、試験例５による合わせガラスの寸法および形状を示す図である。図１６は、試験例５による合わせガラスの電圧印加時の温度分布を示す図である。図１７は、試験例６による合わせガラスの寸法および形状を示す図である。図１８は、試験例６による合わせガラスの電圧印加時の温度分布を示す図である。図１１、図１３、図１５、図１７において、１２は透明導電膜を、１３は上バスバーを、１４は下バスバーを、１７は凹部を、それ以外の数字は寸法（ｍｍ）を表す。また、図１２、図１４、図１６、図１８において、数値範囲を表す「−」は、その左側の数値を含み、その右側の数値を含まない。例えば、「２０℃−３０℃」は、２０℃以上３０℃未満の範囲を意味する。

試験例３〜試験例６では、透明導電膜１２の開口パターン以外、同じ条件で解析を行った。試験例３では、図４に示す開口パターンと同様の開口パターンを、透明導電膜１２の上辺の凹部１７と透明導電膜１２の下辺とで挟まれる領域の下部、およびその領域の左右両側の領域の下部の一部に形成した。試験例４では、透明導電膜１２に開口パターンを形成しなかった。試験例５では、透明導電膜１２を上下方向に貫通するスリット１８を２本形成した。一方のスリット１８は凹部１７の底の左端部を通り、他方のスリット１８は凹部１７の底の右端部を通る。試験例６では、図４に示す開口パターンと同様の開口パターンを、透明導電膜１２の上辺の凹部１７と透明導電膜１２の下辺とで挟まれる領域の上部に形成した。

図１１〜図１８から明らかなように、試験例３では、透明導電膜１２の上辺の凹部１７と透明導電膜１２の下辺とで挟まれる領域の下部に開口パターンを形成したため、試験例４〜試験例６に比べて、電圧印加時に高温に加熱される領域が小さくなり局所加熱の問題が大幅に改善された。一方、試験例４では、透明導電膜１２に開口パターンが形成されていないため、電圧印加時に高温に加熱される領域が大きかった。また、試験例５では、凹部１７と透明導電膜１２の下辺とで挟まれる領域を他の領域から分離したが、凹部１７の側壁に傾斜している部分があり、その凹部１７の側壁部分とその他の部分とで電流経路の長さに差が生じ、凹部１７の側壁の角部に電流集中が生じるため、電圧印加時に高温に加熱される領域が大きかった。試験例６では、透明導電膜１２の上辺の凹部１７と透明導電膜１２の下辺とで挟まれる領域の上部に開口パターンが形成したが、凹部１７近くの電流が集中する上部の領域に開口パターンを設けることで、さらに開口パターンを迂回する電流同士が合流し、電流集中が生じるため、電圧印加時に高温に加熱される領域が大きかった。

以上、電熱窓用板状体の実施形態などについて説明したが、本発明は上記実施形態などに限定されず、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形、改良が可能である。

例えば、上記実施形態の透明導電膜１２は、図１に示すように、上辺の長さが下辺の長さよりも短いが、上辺の長さが下辺の長さよりも長くてもよい。また、上辺の長さと下辺の長さとは同じでもよい。

また、上記実施形態の上バスバー１３や下バスバー１４は、それぞれ、透明導電膜１２の左端から右端まで延びているが、透明導電膜１２の左端から右端にかけて複数に分割されていてもよい。

また、上記実施形態の複数の開口部は、垂直偏波および水平偏波の他に、円偏波を透過させてもよい。

また、上記実施形態の第１の領域２１は、第２の領域２２や第３の領域２３と一体に形成されているが、第２の領域２２や第３の領域２３と間隔をおいて設けられてもよい。

本出願は、２０１３年１月２１日に日本国特許庁に出願された特願２０１３−００８７８３号に基づく優先権を主張するものであり、特願２０１３−００８７８３号の全内容を本出願に援用する。

１０ 電熱窓用板状体
１２ 透明導電膜
１３ 上バスバー
１４ 下バスバー
２１ 第１の領域
２２ 第２の領域
２３ 第３の領域
３１ 縦長の開口部
４１ 横長の開口部

Claims (8)

1. 加熱可能な透明導電膜と該透明導電膜に給電するための複数のバスバーとを備えた電熱窓用板状体において、
   前記複数のバスバーは、前記透明導電膜の上辺に接続される上バスバーと前記透明導電膜の下辺に接続される下バスバーとを有し、
   前記透明導電膜は、前記上辺の一部を前記上辺の残部よりも下方にシフトし、または前記下辺の一部を前記下辺の残部よりも上方にシフトして形成される凹部と、前記上バスバーと前記下バスバーとで挟まれる帯状の第１の領域と、それ以外の前記上バスバーと前記下バスバーとで挟まれる帯状の第２の領域と、前記第１の領域に設けられた複数の開口部とを有し、
   前記上バスバーまたは前記下バスバーは、前記凹部を含む前記透明導電膜の辺に沿って形成され、
   前記第１の領域は、前記凹部に位置するバスバーと前記凹部に対向するバスバーとで挟まれる領域であり、前記第２の領域よりも前記上バスバーと前記下バスバーとの間の距離が短く、
   前記複数の開口部は、前記凹部に対向するバスバー側の前記第１の領域の上部または下部に形成され、前記上バスバーまたは前記下バスバーの一方から他方に向かって前記第１の領域を流れる電流が開口部によって少なくとも１回は迂回するように配列され、
   前記第１の領域は、前記複数の開口部によって、所定の周波数の垂直偏波である電磁波を透過する周波数選択表面を形成していることを特徴とする電熱窓用板状体。
2. 前記複数の開口部は、縦方向に間隔をおいて配設される第１の開口部および第２の開口部と、前記第１の開口部を前記第２の開口部に向けて縦方向に延長した領域および前記第２の開口部を前記第１の開口部に向けて縦方向に延長した領域と接するか一部重なる第３の開口部とを有する、請求項１に記載の電熱窓用板状体。
3. 前記複数の開口部は、各開口部が、縦方向に千鳥状に配列される、請求項１または２に記載の電熱窓用板状体。
4. 前記凹部は前記透明導電膜の上辺に形成され、前記上バスバーは前記凹部を含む前記透明導電膜の上辺に沿って形成され、前記第１の領域は、前記上バスバーの凹部と前記下バスバーとで挟まれる帯状の領域であり、前記複数の開口部は、前記第１の領域の下部に形成される、請求項１〜３のいずれか１項に記載の電熱窓用板状体。
5. 前記所定の周波数帯の中心周波数における空気中の波長をλ_０とし、前記電熱窓用板状体の波長短縮率をｋとし、前記電熱窓用板状体での波長をλ_ｇ＝λ_０・ｋとして、
   前記複数の開口部の横寸法が、（１／２）・λ_ｇ以上である、請求項１〜４のいずれか１項に記載の電熱窓用板状体。
6. 前記第１の領域は、縦寸法が所定値以上の縦開口部を含む、請求項１〜５のいずれか１項に記載の電熱窓用板状体。
7. 前記複数の開口部は、縦寸法が所定値以上の線状の縦開口部と、横寸法が所定値以上の線状の開口部とが互いに交わる十字開口部が複数配列された、請求項１〜５のいずれか１項に記載の電熱窓用板状体。
8. 前記第１の領域には、縦寸法が所定値以上の線状の縦開口部と、横寸法が所定値以上の線状の開口部とが離間して配列される、請求項１〜５のいずれか１項に記載の電熱窓用板状体。

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