JP6848212B2 - 加熱電極装置、通電加熱パネル - Google Patents

加熱電極装置、通電加熱パネル Download PDF

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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パネルに関する。
従来、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
そこで本発明は、霜や曇りの除去においてより利便性の高い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パネルを提供する。
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、通電してパネルを加熱する加熱電極装置(20)であって、線条である複数の発熱導体(22)、を備え、発熱導体は、少なくともひとつの発熱導体(22b)において、その一部で単位長さ当たりの抵抗値が他の部位よりも相対的に高く、複数の発熱導体のピッチをP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、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としたとき、
0.5mm≦P≦5.00mm
0μm<S−S≦30000μm
である、加熱電極装置である。
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において、発熱導体は、波線状であり、少なくともひとつの発熱導体において、波線状の波のピッチが異なることによりその一部で単位長さ当たりの抵抗値が他の部位よりも相対的に高い、加熱電極装置である。
請求項に記載の発明は、請求項1又は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側の辺の大きさをWとし、S側の辺の大きさをWとしたとき、
>W
3μm≦W≦15μm、及び
1μm≦W≦12μm、である。
請求項に記載の発明は、請求項1乃至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。
請求項に記載の発明は、透明な第一パネル(11)と、第一パネルに対して間隔を有して配置される透明な第二パネル(15)と、第一パネルと第二パネルとの間隔に配置される請求項1乃至のいずれかに記載の加熱電極装置(20)と、を備える、通電加熱パネル(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パネルにおいて、所望の部位の霜や曇りを他の部位に比べて早く進めることができ、利便性を高めることができる。
図1(a)は1つの形態に係る通電加熱パネル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22Lの拡大図、図1(c)は発熱導体22の他の例である発熱導体22Mの拡大図である。 通電加熱パネル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。 図4(a)は発熱導体22aを説明する図、図4(b)は発熱導体22bを説明する図である。 発熱導体22の断面の形態について説明する図である。 図6(a)〜図6(d)は、通電加熱パネル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、通電加熱パネル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22Lの拡大図を示した。図1(c)には図1(a)にIaで示した部位の拡大図で、発熱導体22の他の例である発熱導体22M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、通電加熱パネル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パネル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、通電加熱パネル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、本形態の通電加熱パネル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、当該通電加熱パネル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、通電加熱パネル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。
本発明では、少なくとも2種類、必要に応じてそれ以上の種類の発熱導体が設けられている。ここではその一つの形態として2種類の発熱導体22a、22bが設けられた例について説明する。図1からわかるように、本形態では複数の発熱導体22は、複数の発熱導体22a及び複数の発熱導体22bを有して構成されている。図4(a)、図4(b)には発熱導体22aと発熱導体22bとの違いを説明する図を示した。図4(a)が発熱導体22a、図4(b)が発熱導体22bをそれぞれ表している。
発熱導体22aは、2つのバスバー電極21a、21bの間で、単位長さ当たりの抵抗値がr(Ω/m)とされて均一であり、長さをL(m)とすれば、その合計の抵抗値がr・L=R(Ω)とされている。
一方、発熱導体22bは、2つのバスバー電極21a、21bの間で、単位長さ当たりの抵抗値が変えられている。すなわち図4(b)からわかるようにバスバー電極21a側からバスバー電極21b側に向けて、単位長さ当たりの抵抗値がr(Ω/m)、r(Ω/m)、r(Ω/m)と3つの区間で抵抗値が異なる。そしてそれぞれの長さがL(m)、L(m)、L(m)なので、各区間における抵抗値はr・L=R(Ω)、r・L=R(Ω)、r・L=R(Ω)となる。
そして本発明では、霜や曇りを速く除去することが望まれる区間22cに対して、単位長さ当たりの抵抗値を他の区間に比べて大きくする。本形態では単位長さ当たりの抵抗値r(Ω/m)が、他の抵抗値r(Ω/m)、r(Ω/m)よりも高くされている。すなわち、
>r、r
である。これにより、当該抵抗値が大きい部位において発熱量が他の部位に比べて大きくなり、より速く霜や曇りを除去することができる。
ここで、R、R及びRの合計の抵抗値はRと同じとなることが好ましい。これにより、効果的に望まれる区間22cの霜や曇りを除去することができる。また加熱電極装置全体としての性能のバランスを良好に保つこともできる。
本形態では図1(a)からわかるようにIcで示した範囲で発熱導体22bが適用されている。そしてこれにより図1(a)にIdで示した領域において上記rの抵抗とされており、区間22cとなるのでここでは発熱量が高められていることから霜や曇りが速く除去される。
このような領域の位置は必要に応じて設定することができる。これには例えば車両の運転席の正面部位を挙げることができる。これによれば、運転者の視界を速く確保することができ、運転を早く始めることが可能となる。
そして、このような領域を形成する部位は1か所である必要はなく、必要に応じて複数設けてもよい。
また、区間22cを形成するための、単位長さ当たりの抵抗値を他に比べて大きくするための具体的手段は特に限定されることはないが、例えば当該区間22cで線条を細くしたり、長さを長くしたり、材料を変更したりする方法を挙げることができる。後述するようにエッチングで発熱導体を形成する際には、材料の変更は難しいので、線条を細くしたり、波のピッチを細かくして長くしたりすることが好ましい。
さらに発熱導体22a、22bは、断面において次のような形状を具備していることが好ましい。図5には図2にVで示した部位を拡大した図を示した。
発熱導体22a、22bは、加熱電極装置20の厚さ方向において、発熱導体22a、22b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、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としたとき、
0μm<S−S≦30000μm
が成立する。ここで「長さ」とは、延びる発熱導体22の一端と他端との距離をいう。より好ましくは、
0μm<S−S≦15000μm
である。
これによれば、発熱導体22a、22b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、高い出力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の観点から困難がある。
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さらに好ましい。図5に説明のための符号を付している。
図5にBで示した、隣り合う発熱導体22a、22bの間隔B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S側における辺の長さ(幅)をW、及びその反対側であるS側におけるの辺の長さ(幅)をWとしたとき、
>W
3μm≦W≦15μm、及び
1μm≦WT≦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22a、22bの厚さHは、5μm以上、30μm以下であることが好ましい。
また、発熱導体22a、22bは、隣り合う発熱導体22a、22bとのピッチPは、0.5mm以上、5.00mm以下とされることが好ましい。ピッチPを0.5mmより小さくすると複数の発熱導体22a、22b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22a、22b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。
本形態では発熱導体22a、22bは、図1(b)に於いて示した発熱導体22の拡大図示のうちの符号22Lで図示の如く、線条からなり平行直線群状に構成されているが、この他、図1(c)に於いて示した発熱導体22の拡大図示のうち符号22Mのように帯状からなり波線状に形成されていてもよい。
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、通電加熱パネル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パネル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発熱導体22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及び発熱導体22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パネル10は例えば次のように製造することができる。図6(a)〜図6(d)に説明のための図を示した。
先ず、図6(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6(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、例えば、図1(b)に図示の如き帯状直線線条の平行配列パターンの発熱導体22、バスバー電極21a及び21bからなる加熱電極裝置20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6(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6(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6(c)からわかるように、本例では、レジストパターン層80’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6(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。
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、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、通電加熱パネル10を製造する。
以上説明した通電加熱パネル10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。
通電加熱パネル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パネル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、通電加熱パネル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パネル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22bのうちIdで示した領域において上記したように抵抗値が高められており、この領域で霜や曇りを他に比べて速く除去することができる。
10 通電加熱パネル
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
22a 発熱導体
22b 発熱導体
24 基材層
40 電源

Claims (5)

  1. 通電してパネル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、少なくともひとつの前記発熱導体において、その一部で単位長さ当たりの抵抗値が他の部位よりも相対的に高く、
    複数の前記発熱導体のピッチをP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、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としたとき、
    0.5mm≦P≦5.00mm
    0μm<S−S≦30000μm
    である、加熱電極装置。
  2. 記発熱導体は、波線状であり、少なくともひとつの前記発熱導体において、前記波線状の波のピッチが異なることによりその一部で単位長さ当たりの抵抗値が他の部位よりも相対的に高い、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側の辺の大きさをWとし、前記S側の辺の大きさをWとしたとき、
    >W
    3μm≦W≦15μm、及び
    1μm≦W≦12μm、である請求項1又は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、前記発熱導体の一方の面が前記基材層の面に接している、請求項1乃至のいずれかに記載の加熱電極装置。
  5. 透明な第一パネルと、
    前記第一パネルに対して間隔を有して配置される透明な第二パネルと、
    前記第一パネルと前記第二パネルとの前記間隔に配置される請求項1乃至のいずれかに記載の加熱電極装置と、を備える、通電加熱パネル。
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