JP6911501B2 - 加熱電極装置、通電加熱パネル、及び乗物 - Google Patents

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、乗物に関する。

特許文献１〜特許文献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、この通電によって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。

このような発熱導体のパターンとして、線条の発熱導体が複数配列される形態や、メッシュ状の発熱導体の形態がある。

特開平８−７２６７４号公報 特開平９−２０７７１８号公報 特開２０１３−５６８１１号公報

このような加熱電極装置では、上記のようにガラス窓等に用いられるため、発熱導体が視覚の邪魔になることをできるだけ避ける必要がある。しかしながら、過不足なく適切な発熱量を得る発熱導体の形態としたときに、発熱導体が視認されてしまったり、光芒等によって視覚の邪魔になったりすることがあった。

そこで本発明は、視覚的な不具合が生じることを抑えつつ、過度な発熱量となることを防止することができる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及び乗物を提供する。

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。

本発明の１つの態様は、通電してパネルを加熱する加熱電極装置（２０）であって、２つの電極であるバスバー電極（２２）と、バスバー電極の２つの電極の間に配置され、バスバー電極に電気的に接続し、通電により発熱する発熱導体部（２３）と、平面視において発熱導体部に重なる位置に配置された複数の要素が配列されたパターンを具備し、バスバー電極には電気的に接続していない視認性低減層（２４）と、を備える加熱電極装置である。

ここで上記加熱電極装置は、基材層（２１）を具備し、基材層の一方の面に発熱導体部（２３）が配置されており、基材層の他方の面に視認性低減層（２４）が配置されている構成とすることができる。

透明な第一のパネル（１１）と、第一のパネルに対して間隔を有して配置される透明な第二のパネル（１５）と、第一のパネルと第二のパネルとの間隔に配置される上記加熱電極装置（２０）と、を備える、通電加熱パネルを提供することができる。

そして、このような加熱通電パネルを備える乗物を提供することができる。

本発明によれば、視覚的な不具合が生じることを抑えつつ、過度な発熱量となることを防止することが可能となる。

１つの形態に係る通電加熱パネル１０を説明する平面図である。 図１の一部を拡大した拡大図である。 さらに図１の一部を拡大した拡大図である。 通電加熱パネル１０の層構成を説明する断面図である。 図５（ａ）〜図５（ｄ）は、通電加熱パネル１０の作製方法を説明する図である。 図６（ａ）は通電加熱パネル１０’の層構成を説明する断面図、図６（ｂ）は通電加熱パネル１０”の層構成を説明する断面図である。

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。また見易さのため繰り返しとなる符号は省略することがある。

図１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２は図１にＩＩで示した部位の拡大図である。図３は、図１の一部をさらに拡大し、平面視において発熱導体部２３の１つの網目とその周囲に注目した図である。図４は図１に示したＺ方向の断面図であり、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、交通信号機の保護板、電子看板、及び乗物の前照灯等を挙げることができる。

図１〜図４よりわかるように、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４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４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、及び第二パネル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。なお、ここで板面とは、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、接着層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、本形態では視認性低減層２４を覆いつつ、基材層２１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、本形態では後述する視認性低減層２４を覆うことができる厚さとすることができる。

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１〜図４よりわかるように本形態では加熱電極装置２０は、基材層２１、バスバー電極２２、発熱導体部２３、視認性低減層２４、及び電源接続配線２５を有している。

基材層２１は、加熱電極装置２０の、特にバスバー電極２２及び発熱導体部２３がその一方の面上に配置され、本形態では他方の面に視認性低減層２４が配置されて、該バスバー電極２２、発熱導体部２３、及び視認性低減層２４を支持する基材として機能する層である。
基材層２１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２１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、ポリエチレンナレフタレート、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２２は、第一バスバー電極２２ａ及び第二バスバー電極２２ｂから形成されている。第一バスバー電極２２ａ、第二バスバー電極２２ｂ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２２ａと第二バスバー電極２２ｂ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２２ａ及び第二バスバー電極２２ｂ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（Ｙ軸方向の大きさ）は５ｍｍ以上２００ｍｍ以下が一般的である。

発熱導体部２３は、第一バスバー電極２２ａと第二バスバー電極２２ｂとを渡すように両バスバー電極２２ａ、２２ｂ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２２ａと第二バスバー電極２２ｂとが当該発熱導体部２３により電気的に接続されている。この発熱導体部２３が通電により発熱する。

発熱導体部２３は、つぎのような形状を具備している。図２からわかるように、本形態の発熱導体部２３は、網状（メッシュ状）に形成された導体により形成された導通部２３ａを有している。この網状の網目は正方格子等の単位格子が周期的に平面内で配列した周期格子と異なり、単位格子の配列に周期的な規則性の低いいわゆる配列周期がランダムな網目で構成されている。これにより光芒の発生や発熱導体部の線条が視認されてしまうことを抑制することができる。このような網状における網目の粗さは特に限定されることはなく必要な発熱量を得ることができる程度に細かいものとされている。本形態では後述するように、視認低減層２４を備えることにより、発熱導体部２３において隣り合う網目との間隔が５００μｍより大きいような場合であっても視覚的な不具合が発生することを防止することができる。ここで、隣り合う網目との間隔とは、図３にＰで示したように隣接する単位格子（目）の重心位置間の距離により定義できる。
隣り合う網目との間隔Ｐは、通電加熱パネル１０の可視光線透過、発熱導体部２３による加熱效率等を勘案して適宜決定されるが、通常、７０μｍ以上１５００μｍ以下程度とすることができる。

以上のように導通部２３ａは、バスバー電極に電気的に接続し、通電により発熱可能な部位である。従って導通部２３ａに属する部位は、電気的に第一バスバー電極２２ａ及び第二バスバー電極２２ｂの両方に接続されている。また、導通部２３ａの網目形状、線幅、及び隣り合う網目との間隔Ｐは、通電発熱パネル１０に求められる加熱特性のみを勘案し、これらの所要条件を満たす範囲内に設計する。そして、かかる設計において、未解消のまま残る視認、光芒等の視覚的不具合、及び可視光線透過率については、後述の如く視認性低減層２４を具備することによって解消する。

導通部２３ａ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。

網目の細かさは、発熱導体部２３における出力、すなわち発熱量に大きく影響する。必要以上の発熱量は無駄なエネルギーの消費となることがある。そこで図２〜図４よりわかるように、視認性低減層２４を具備する。

本形態において、視認性低減層２４は、基材層２１の面のうち、発熱導体部２３が配置される側の面とは反対側の面に配置される。そして視認性低減層２４は、点状の視認性低減要素２４ａが複数配置され、平面視において発熱導体部２３に重なる位置に配置された複数の視認性低減要素２４ａが配列されたパターンを具備している。そして、これら、視認性低減要素２４ａはバスバー電極２２には電気的に接続しておらず、通電による発熱はしないように構成されている。
このような視認性低減要素２４ａは、円形、楕円形、三角形、四角形、その他多角形、及び不定形的な形状であり、さまざまな大きさからなる。

複数の視認性低減要素２４ａのそれぞれの形状、大きさ、配列パターンは特に限定されることはなく、光芒の発生を防止できるものであればよい。例えば、直径３μｍ以上８μｍ以下の円形で、円の中心間距離が５００μｍ以下であり、等間隔やランダムである配列パターンが挙げられる。

視認性低減要素２４ａは暗色、又は導通部２３ａと同様の色であることが好ましく、具体的には黒色、黒褐色、茶色であることが好ましい。
また、視認性低減要素２４ａを構成する材料は、例えば、樹脂バインダー中に着色剤を分散させたインキを用いて印刷法により形成することができる。樹脂バインダーの樹脂としては、塩化ビニル−酢酸ビニル共重合体、アクリル樹脂、ポリエステル樹脂、ウレタン樹脂等が挙げられる。着色剤としては、導通部２３ａと視覚的な差異を生じて目立つことが無いように形成する場合には、例えば、黄鉛、イソインドリノンイエロー等の黄色着色剤、弁柄、キナクリドンレッド等の赤色着色剤、群青、フタロシアニンブルー等の青色着色剤、カーボンブラック、黒色酸化鉄等の黒色着色剤等を適宜比率で混合して所望の色調とする。印刷法としては、グラビア印刷、シルクスクリーン印刷、フレキソ印刷等を用いることができる。

例えば、導体部のみにより発熱導体部が形成された場合、その網目を細かくすることにより、視覚的な不具合（光芒、導体の視認、ギラツキ）を防止することができる。しかしながら、このように網目を細かくすると発熱量が増大し、必要以上の電力を使って無駄なエネルギー消費をしてしまう。一方で、無駄なエネルギー消費を抑えるために網目を粗くすると、視覚的な不具合を生じてしまう。
これに対して、視認性低減層２４を具備することにより、導体部２３ａの網目を粗くして無駄なエネルギー消費を抑えつつ、視覚的な不具合を防止することができる。

なお、本形態のように、視認性低減層２４を基材層２１を挟んで発熱導体部２３とは反対側に形成すれば、視認性低減層２４のパターンを発熱導体部２３の形状とは無関係に基材層２１上に作製することができるので、その製造の効率もよくすることができる。

電源接続配線２５は、図１からわかるように、第一バスバー電極２２ａと第二バスバー電極２２ｂとに電源４０を接続する配線である。電源４０は、水滴（曇り）、凍結（霜）等を溶解又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、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。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２２ｂ、負極に第一バスバー電極２２ａを接続することができる。もちろん、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できる。
このような電源接続配線２５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２２及び発熱導体部２３を含む基材層２１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４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、視認性低減層２４側における第一パネル１１に基材層２１が積層されている。また、基材層２１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部２３が配置されている。基材層２１及び発熱導体部２３の開口を埋めるように接着層１４が配置され、第二パネル１５が基材層２１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５（ａ）〜図５（ｄ）に説明のための図を示した。

先ず、図５（ａ）に示したように、金属箔２３’を樹脂フィルムからなる基材層２１上に接着層を介して貼り合せ積層した積層体を製造する。このとき金属箔２３’が積層された側とは反対側の基材２１上には印刷等により視認性低減要素２４ａが形成されていることが好ましい。
次いで、図５（ｂ）に示したように、該積層体の金属箔２３’上に感光性レジスト層８０を塗工形成する。

次いで、所望のパターンの発熱導体部２３及びバスバー電極２２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５（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２３’上に形成する。
ここで図５（ｃ）には形成されるべき発熱導体部２３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。これにより発熱導体部２３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５（ｄ）のように、該レジストパターン層８０’金属箔２３’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２１上に所定パターンの発熱導体部２３、バスバー電極２２ａ及びバスバー電極２２ｂ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からなる積層部材に対して接着層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。
以上の工程により通電加熱パネル１０を製造する。

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の形態においては、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２５に開閉器５０を介して電源４０が接続され、バスバー電極２２を介して発熱導体部２３を発熱させることができる。本形態においては、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。当該発熱導体部２３の導通部２３ａはジュール熱の発熱により第一パネル１１、第二パネル１５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。さらに視認性低減層２４が設けられていることにより、視覚的な不具合（光芒、視認性、ギラツキ）を防止しつつ、発熱量を抑制して無駄なエネルギー消費を抑えることができる。

上記説明した形態では、視認性低減層２４が基材層２１の面のうち、発熱導体層２３とは反対側の面に設けられた例を説明したが、これに限定されることはなく、図６（ａ）に示したように視認性低減層２４’が発熱導体層２３と同じ側の面に配置された通電加熱パネル１０’としてもよい。さらには、図６（ｂ）のように、基材層２１の両面に視認性低減層２４’が設けられた通電加熱パネル１０”としてもよい。

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 基材層
２２ バスバー電極
２３ 発熱導体部
２３ａ 導通部
２４ 視認性低減層
２５ 電源接続配線
４０ 電源

Claims (4)

1. 通電してパネルを加熱する加熱電極装置であって、
   ２つの電極であるバスバー電極と、
   前記バスバー電極の２つの前記電極の間に配置され、前記バスバー電極に電気的に接続し、通電により発熱する発熱導体部と、
   平面視において前記発熱導体部に重なる位置に配置された、直径が３μｍ以上８μｍ以下である複数の要素が配列されたパターンを具備し、前記バスバー電極には電気的に接続していない視認性低減層と、を備える加熱電極装置。
2. 基材層を具備し、前記基材層の一方の面に前記発熱導体部が配置されており、前記基材層の他方の面に前記視認性低減層が配置されている、請求項１に記載の加熱電極装置。
3. 透明な第一のパネルと、
   前記第一のパネルに対して間隔を有して配置される透明な第二のパネルと、
   前記第一のパネルと前記第二のパネルとの前記間隔に配置される請求項１又は２に記載の加熱電極装置と、を備える、通電加熱パネル。
4. 請求項３に記載の加熱通電パネルを備える乗物。

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