KR20080093031A - 투명한 전도층을 가진 윈도우 성에 제거장치 조립체 - Google Patents

투명한 전도층을 가진 윈도우 성에 제거장치 조립체 Download PDF

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KR20080093031A
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Abstract

본원은, 투명한 패널과 성에 제거장치를 가진 윈도우 성에 제거장치 조립체에 관한 것이다. 상기 성에 제거장치는 패널 위에 적용된 전도층과 투명한 패널과 일체적으로 형성된 전기적 전도성의 히터 그리드를 구비한다. 상기 히터 그리드는 일련의 그리드 라인을 갖고 그리고 상기 전도층의 적어도 일 부분은 그리드 라인 중의 인접한 라인과의 사이에 위치 한다.
전도층, 히터 그리드, 그리드 라인, 보호 층, 성에 제거장치, 부스 바아.

Description

투명한 전도층을 가진 윈도우 성에 제거장치 조립체{WINDOW DEFROSTER ASSEMBLY HAVING TRANSPARENT CONDUCTIVE LAYER}
본 발명은 예를 들어, 차량의 윈도우 같은 플라스틱 패널 또는 유리 패널 상에 있는 성에를 제거 할 때에 우수한 성능을 발휘 할 수 있게 이루어진 전도성 히터 그리드 구조에 관한 것이다.
현재, 폴리카보네이트(PC)와 폴리메틸메티아크릴레이트(PMMA) 같은 플라스틱 재료가, B-필러(pillars), 헤드램프, 및 선루프 같은 많은 자동차 부품과 구성 요소를 제조하는데 사용된다. 자동차의 후방 윈도우(백라이트) 시스템은 이들이 많은 확인된 잇점, 특히 스타일/디자인, 중량 감소, 및 안전/보안의 면에서의 잇점으로 인해서 플라스틱 재료를 사용하여 이루어져 왔다. 특정하게는, 플라스틱 재료는 자동차 제작자에게, 전체 디자인과 형태의 구성 난이도를 높게 하여 다른 차량과의 구별이 이루어지게 할 수 있을 뿐만 아니라, 성형 플라스틱 시스템에 기능 성분을 합체하여 후방 윈도우 조립체의 구성 난이도를 줄일 수 있게 한다. 종래 유리 백라이트 시스템보다 경량인 것이어서, 차량에 이들을 합체하면, 차량의 낮은 중력 중심(차량 조작성과 안전성이 향상)과 연료 경제성 양쪽을 향상시킬 수 있다. 또한, 안전성의 향상도, 특히, 차량의 전복 사고 시에 탑승인 또는 점유물이 차량 안에서 유지될 가능성이 상당히 높기 때문에, 이루어진다.
플라스틱 윈도우를 실시하는 일과 상관된 많은 잇점이 있더라도, 상기 윈도우는 대규모적인 상업적 활용에 앞서 고려되어야만 하는 기술적 장애를 나타내는 제약을 가진 것이다. 재료의 성질과 관련한 제약으로는 상승된 온도에 대한 연장된 노출 중에 플라스틱의 안정성과 전도 열에 대한 제한된 플라스틱 능력이 포함된다. 차량의 후방 윈도우 또는 백라이트로서 사용하기 위해 플라스틱 능력을 고려하여, 상기 플라스틱 재료는 성에 제거장치 또는 안개 제거 시스템을 사용하는 행위에도 적합하여야만 한다. 상업용으로 이용할 수 있게 받아들여지기 위해서는, 플라스틱 백라이트가 유리 백라이트의 성에 제거 또는 안개 제거 동작을 확립하는 성능 기준에 부합하여야만 한다.
유리와 플라스틱 사이에 재료 성질의 차이는 열 전도를 고려할 때에 사실상 분명하게 나타낸다. 유리의 열전도성(Tc = 22.39 x 10-4cal/cm-sec-℃)은 전형적인 플라스틱(예, 폴리카보네이트의 Tc= 4.78 x 10-4cal/cm-sec-℃)에서 보여주는 전도성 보다 대략 4-5배 더 크다. 따라서, 유리 윈도우에서 효과적으로 작업하도록 설계된 성에 제거장치 또는 안개 제거장치(이후, "성에 제거장치"로만 기재함)는 플라스틱 윈도우의 성에 제거 또는 안개 제거 시에(이후, "성에 제거 작업(defrosting)" 또는 "성에 제거(defrost)"라고 함) 반드시 효과적이지 않을 수 있다. 플라스틱의 낮은 열 전도성은 플라스틱 윈도우의 표면을 횡단하는 히터 그리 드 라인에서 나온 열의 소산을 제한 한다. 따라서, 유사한 전력을 출력하여, 플라스틱 윈도우 상에 동일한 히터 그리드가 그리드 라인에 가깝게 있는 시계 구역(viewing area)에 성에 만을 제거할 수 있는 반면에, 유리 윈도우 상에 히터 그리드는 전체 시계 구역(entire viewing area)의 성에를 제거한다.
극복되어야만 하는 유리와 플라스틱 사이에 둘째 차이는 인쇄된 히터 그리드에 의해 나타나는 전기 전도성과 관련 된다. 상당히 높은 연화 온도(예, Tsoften >> 1000℃)로 나타나게 되는 유리의 열 안정성은 유리 윈도우의 표면 상에 금속제 패이스트의 소결을 허용하여 대략 무기물 프릿 또는 금속 와이어를 사용할 수 있게 한다. 유리의 연화 온도가 전형적인 플라스틱 수지의 유리 전이 온도(예, 폴리카보네이트 Tg = 145℃) 보다 상당히 더 크기 때문에, 금속제 패이스트가 플라스틱 패널에 소결되지 않는다. 바람직하게는, 플라스틱 수지의 Tg보다 낮은 온도로 패널 상에서 경화되어야 한다.
일반적으로, 금속제 패이스트는 패이스트가 가해지는 플라스틱 표면에 접합할 폴리머 수지에 확산되는 금속 입자로 구성 된다. 금속제 패이스트의 경화 작용(curing)은 전체 유전층을 통해 확산되는 근접 이격진 금속 입자를 가진 전도성 폴리머 매트릭스를 제공 한다. 확산된 전도성 입자 사이에 있는 유전층(예, 폴리머)은, 유리 기판에 소결되는 유사한 치수의 히터 그리드 라인과 대비하여, 경화된 히터 그리드 라인의 저항을 증가하거나 또는 전도성을 감소하게 한다. 이러한 전도성의 차이가 유리 윈도우와 대비하여, 플라스틱 윈도우가 나타내는 빈약한 성에 제 거 작업의 특성을 증명 한다.
상기 내용으로부터, 당 기술분야에서는 종래 유리 윈도우의 성능과 유사한 성능 특징을 가진 플라스틱 윈도우가 효율적으로 성에를 제거하는 시스템의 필요성이 제기 되었다.
본 발명은 유리 윈도우 상에 종래 히터 그리드의 성능에 맞먹는 방식으로 윈도우의 시계 구역에 성에를 제거할 수 있는 히터 그리드를 제공하는 것이다. 본 발명은 그리드 라인 사이에 간격이 유리 윈도우 상에 히터 그리드용으로 현재 사용되는 25-30mm의 종래 간격보다 큰 간격이 이루어지게 하는 것이다. 플라스틱 패널 윈도우 상에서의 성능으로 인해서, 본 발명의 히터 그리드는 글래스 패널 또는 윈도우 상에 설치된 히터 그리드의 그리드 라인 간의 간격을 증가시키는데 유용한 것으로 기대 되는 것이다.
따라서, 본 발명의 일 면에서, 본 발명은 투명한 전도성 코팅과 투명한 패널 위에 가해진 전도성 히터 그리드를 제공하는 것이다. 상기 전도성 히터 그리드는 제1 및 제2부스 바아와 부분에 연결된 대향 단부를 가진 일 그룹의 그리드 라인을 갖는다. 따라서, 전도성 코팅부가 1쌍의 인접한 그리드 라인 사이에 위치 한다.
본 발명의 다른 면에서, 상기 전도성 코팅부는 열 전도성이다. 또 다른 면에서, 상기 전도성 코팅부는 전기적 열성 전도체(electrically thermally conductive) 이다.
부가 실시예에서, 본 발명은 패널에도 적용되는, 1쌍의 부스 바아 사이에 투명한 전도성 코팅부를 가진 투명한 패널을 구비하는 것이다.
다른 실시예에서, 본 발명은 보호 코팅부를 가진 상술한 바와 같은 윈도우 조립체를 제공하는 것이다. 부가로, 상기 보호 코팅부는 층 구성체에 제공된 복수의 코팅부를 포함하여 풍화작용 및 마모에 대한 보호 능력을 향상시킨 것이다.
본 발명의 부가적인 다른 목적, 특징, 및 잇점에 관한 설명을 첨부 도면과 청구범위를 참고로 하여 이하에 기술한다.
도1은 (i)유리 패널 상에 구워진 실버 패이스트와, (ⅱ)플라스틱 패널 상에 경화된 실버 잉크에 의해 형성된 종래 히터 그리드의 시간 함수로 서리제거된 시계 구역의 백분율을 좌표로 나타낸 도면이다.
도2A 및 도2B는 윈도우 모듈에 투명한 패널 상에 수평-지향된 히터 그리드와 수직-지향된 히터 그리드를 각각 설명하는 도면이다.
도3A 내지 도3C는 각각 적용된 보호 코팅부를 갖지 않은 또는 가진 본 발명의 층 또는 기판을 나타낸 선도이다.
이하에 기술되는 양호한 실시예의 설명은 기본적으로 본 발명을 설명하기 위한 예로서 기술되는 것으로서, 본 발명을 한정하는 것이 아닌 것으로 이해되어야 한다.
본원 발명인들은 플라스틱 패널 상에 형성된 종래 히터 그리드 또는 성에 제거장치(금속성 잉크를 사용하고, 부차적으로 제작자의 추천에 따라 굳어짐)가 유리 윈도우 상에서 히터 그리드를 평가하기 위해 설정된 산업표준 성에 제거장치 시험에서 매우 부실하게 작용한다는 사실을 알았다. 자동차 산업에서의 시험 요강은 적어도 시계 구역의 75%가 30분 내에 서리를 제거 할 것을 요구하고 있다. 그런데, 이러한 요강은 일반적으로 유리 윈도우가 나타내는 결과보다 상당히 느린 것이다.플라스틱 패널 상에 형성된 성에 제거장치가 유리에 형성된 성에 제거장치와 유사한 성능을 이루기 위해서는, 히터 그리드가 실질적으로 약 10분 미만의 시간에 시계 구역의 적어도 75%의 성에를 제거하여야 한다. 윈도우의 성에를 제거하는 작업을 특징적으로 하는데 이용되는 시험 요강은 당 기술 분야에 기술인에게는 잘 알려져 있는 사실이며, 폭스바겐/아우디 스펙 #TL 820-45 또는 포드 자동차 회사 스펙 #01.11-L-401과 같이, 많은 자동차 제작사의 내부 스펙 규정과 마찬가지로 SAE 표준 J953(93년 4월)에도 상당하는 규정이 기재되어 있다. SAE 표준 시험 요강(test protocol)과 매우 흡사한 11단계 프로세스는 다음과 같이 처리 된다.
a. 대기 환경상태 하에서 70℃ 미만 온도로 히터 그리드의 온도를 평형하게 하는데 필요한 전압을 판단(determine)
b. -18℃ 내지 -20℃의 온도에서 8시간 < 동안 패널을 담금(soak)
c. 460mL/㎡의 물을 수평 위치에 있는 패널에 분무(spray)
d. 물이 얼도록 1시간 < 추가 시간 동안 패널을 담금
e. 패널을 수직 위치로 배치
f. (전체 시험을 위한)주변 온도와 공기 이동을 모니터
g. 성에 제거장치를 ON으로 전환(단계a 에서 설정된 전압 사용)
h. 제로 시간에서 전압, 전류 및 그리드 온도를 기록
i. 매 3분 마다 그리고 성에 제거 "돌파(break-through)"(초기 관측된 용해부)시기를 측정(단계h 참고) 및 도시
j. 100% 시계 구역의 성에가 없어졌을 때에 또는 40분 후에 시험을 마감
k. 시계 구역의 75%의 성에를 없애는데 소요된 시간을 분석
시험 요강에서, 전체 시험을 통한 그리드 형태의 온도는 대기 환경(ambient environmental conditions)(단계a)에서 70℃를 넘지 않아야 한다. 상기 윈도우는 냉실(cold chamber)에 배치되어, -18℃ 내지 -12℃에서 열 평형에 이르게 한다(단계b). 다음, 상기 윈도우는 확립된 시계 구역(예, 성에가 제거된 구역)에서 면적 당 제곱 미터로 460밀리리터의 물을 평탄한 또는 수평한 위치에서 분사를 받게 되고 그리고 추가의 1시간 동안 온도를 평형되게 한다(단계c 및 단계d). 다음, 상기 윈도우는 수직 위치로 배치되고(단계e) 그리고 풍속과 함께하는 냉실 환경에서의 온도가 전체 시험기간 동안 주기적으로 모니터 된다(단계f). 냉실에서의 풍속은 일반적으로 공기 송풍기 모듈을 도입하였을 때에, 최대 속도 440ft/min 까지 설정 된다. 이러한 속도는 실질적으로 운행 차량에 장착되었을 때에 백라이트 면에서 받게 되는 잠재적 바람 냉기(potential wind chill)로 인한 받아들일 수 있는 성에 제거장치의 성능을 설정하는데 유익한 것이다.
다음, 성에 제거장치를, 히터 그리드에 "단계a"에서 확인된 전압을 적용하여 ON으로 변환 한다. 히터 그리드에 의해 설정된 온도와 함께, 히터 그리드에 적용된 전압과 전류가 제로 시간에서(단계h) 시험 전체를 통해 측정 된다(단계i). 시계 구 역의 묘사는 매 3분 마다 그리고 용해 개시점 또는 성에 제거 "돌파" 지점에서(단계i) 취해 진다. 상기 시험은 시계 구역의 100%가 성에 제거된 후에 또는 40분이 지난 후에 중단 한다. 다음, 시간의 함수로서 성에가 제거되어진 시계 구역의 량이, 전체 시계 구역의 백분율로서 양적으로 판단 된다(단계k).
도1은 일반적인 종래 히터 그리드(10)의 구조를 나타낸 도면이다. 상기 도면은 대략 1mm 폭과 230mm 길이의 6개의 평행하게 배치된 그리드 라인(12)으로 이루어진 것이다. 서로 25mm 거리로 이격 분리된 모든 그리드 라인(13)은 어느 일 측의 반대편 부스 바아(14, 16)에서 시작하고 종결 된다. 각 부스 바아(14, 16)는 약 26mm 폭으로 이루어 진다. 2개의 동일한 히터 그리드(10)가, 1개 그리드는 유리 패널 상에 그리고 나머지 1개 그리드는 플라스틱 상에, 보다 특정하게는 폴리카보네이트, 패널(18) 상에, 구조 된다. 유리 패널(18) 상에 그리드(10)는 자동차 산업에서 사용되는 바와 같이 종래 실버 프릿 재료로 제조 된다. 이러한 전도성 재료는 패널(18)에 인쇄되어, 순차적으로 3.5분 동안 1100℃에서 소결되어, 유리 면 상에 실버 프릿 재료를 남긴다. 플라스틱 패널(18)용으로는, 유기물 결합제를 함유한 실버 잉크(미국 매사츄세츠 틴그스보로에 소재하는 크리에이티브 매터리얼즈의 #11809 2k 실버)를, 폴리카보네이트 기판(독일 레베르쿠젠에 소재하는 바이엘 AG의 Makrolon® AI2647인 폴리카보네이트)에 스크린 인쇄 하고 그리고 부차적으로 30분 동안 100℃에서 굳어 진다. 각각의 패널(18) 상에 생성된 그리드 라인과 부스 바아의 두께는 단면 형상 변화 검사(profilometry) 방식을 사용하여 10 내지 14마이크로미터 정도가 되는 것으로 알게 되었다. 폴리카보네이트 패널 상에 히터 그리 드(10)에는, 최종적으로 실리콘 하드-코트 시스템(미국 뉴욕 워터포드에 소재하는 GE 실리콘스의 SHP401/AS4000)을 이용하여 풍화작용 및 마모에 대한 내성을 갖는 보호부가 만들어 진다. 2개의 최종 제품의 성에 제거장치(20)의 각각은 가해진 최대 풍속으로 표1에 기술된 공정에 따라 시험을 받게 된다.
6.24볼트와 14.45볼트를 적용하는 것이, 대기(23℃) 공기 온도 하에서 시험을 받을 때에, 유리 상에 그리고 폴리카보네이트 상에 증착된 히터 그리드에 상한치 70℃ 보다 약간 덜하게 있는 열 평형을 확립하는데 필요하다는 사실을 발견하였다. 유리 상에 히터 그리드(10)는, 대략 10분에선 시계 구역의 95% 보다 많은 부분의 성에가 제거되어지는 상황에서, -20℃(공기 온도)에서 5분 미만의 시간에서 시계 구역의 75%의 성에가 제거됨이 관측 되었다. 이러한 사실은 도1에서 (i)기록(trace)로 나타내었다. 이러한 시험 조건 하에서 상기 성에 제거장치에 의해 나타나는 최대 온도는 15.5℃인 것으로 관측 되었다.
대비하여, 폴리카보네이트 상에 증착된 그리드(10)는, 30분에서 시계 구역의 30% 미만 부분의 성에가 제거되어지는 상황에서, -20℃(공기 온도)에서 10분 시간에서 시계 구역의 20% 보다 약간 더 많은 성에가 제거됨이 관측 되었다(도1에서 (ii)기록으로 도시). 이러한 시험 조건 하에서 상기 성에 제거장치에 의해 나타나는 최대 온도 측정치는 -8.0℃가 되는 것으로 발견 되었다.
이러한 예는, 일반적으로 유리 윈도우에 사용되는 경우로서, 종래 히터 그리드(10)의 구조가 폴리카보네이트 같은 플라스틱 윈도우에 사용할 수 없는 것을 나타낸다. 도1에 도시한 바와 같이, 폴리카보네이트 패널의 성에를 경화된 실버 잉크 가 제거하는 능력은 대체로, 동일한 조건 하에서 유리 패널의 성에를 소결된 실버 프릿이 제거하는 능력보다 못하다. 따라서, 유리 상에 형성된 유사한 히터 그리드 구조와 같게 하기 위한, 플라스틱 패널 상에 형성된 성에 제거장치의 성능 목표가, 도1에서 구역(22)으로 지시된 바와 같이, 약 10분 미만의 시간에서 시계 구역의 적어도 75%의 성에를 제거하는 것으로 설정 된다.
상술한 바와 같이, 유리 윈도우용으로 구조된 종래 히터 그리드(10)는 동일한 성능으로 플라스틱 윈도우 상에서 적절하게 작용하지 않을 것이다. 유리와 플라스틱 윈도우 사이에 성능과 그 상관 성에 제거장치 시스템에 영향을 주는 주요한 물리적 차이는, (1)플라스틱의 유리에 비해 낮은 열 전도성(Tc)과, (2)고온에서 소결된 유리 상에 실버 패이스트의 높은 전기적 전도성에 있다(상대적으로 낮은 온도(예, 플라스틱은 유리전이온도(Tg)보다 낮음)에서 굳어진 플라스틱 상에 실버 패이스트와 대비).
유리 패널(18) 상에 형성된 종래 성에 제거장치 그리드(10)는, 플라스틱 패널(18) 상에 일체적으로 형성된 유사한 성에 제거장치 그리드(10)와 대비하여, 전체 면에 걸쳐 보다 균일한 표면 온도를 나타낸다. 각 그리드 라인 사이에 간격에 더하여, 각 히터 그리드 라인을 횡단하는 열 분포가 열 이미징 장비(미국 매샤츄세츠 보스톤에 소재하는 FLIR 시스템스 인코포레이티드의 ThermaCAM® S40)를 사용하여 시험 된다. 플라스틱 상에 그리드(10)의 그리드 라인 온도가 대략 44℃에 도달하는 반면에, 유리 상에 그리드(10)의 최대 그리드 라인 온도는 대략 30℃에 도달하였다. 각 그리드 라인 사이에 유리의 표면 온도와 그리드 라인 온도에서의 차이 는 대략 2-3℃가 되었다. 그런데, 각 그리드 라인 사이에 플라스틱의 표면 온도와 그리드 라인 온도에서의 차이는 그보다 상당히 더 높은 대략 10-15℃가 되었다. 그리드 라인과 그 사이에 있는 유리 간에 작은 온도 차이는 유리와 상관된 높은 열 전도성으로 인해서 일어난다. 유사하게, 그리드 라인과 그 사이에 있는 플라스틱 간에 큰 온도 차이는 상술한 예의 폴리카보네이트에서 플라스틱과 상관된 낮은 열 전도성으로 인해서 일어난다.
본 발명은 종래 산업 표준시험 조건 하에서 유리 윈도우용으로 기술된 조건 내에서 플라스틱 패널 또는 윈도우의 성에 제거가 이루어지게 하는 성에 제거장치 구조를 제공하는 것이다. 이러한 본 발명의 성에 제거장치 구조는 유리 상에 있는 히터 그리드(10)가 갖는 표준 성능 즉, 약 30분 미만의 시간에서 시계 구역의 적어도 75%의 성에를 제거할 수 있는 것이다. 또한, 본 발명의 성에 제거장치는 플라스틱 패널에 설치되었을 때에, 유리 상에 있는 히터 그리드가 가진 실질적인 성능 특성 즉, 10분 내에 시간에서 시계 구역의 75%의 성에를 제거하는 특성에 보다 가깝게 이루어진 것이다. 후술되는 바와 같이, 플라스틱 패널 또는 윈도우 상에서 발휘되는 우수한 성능으로 인해서, 본 발명은 유리 윈도우 상에 있는 성에 제거장치의 그리드 라인 간격을 증가시키어, 유리 상에 있는 그리드를 통해 보여지는 시계율(percentage of visibility)을 향상하는데 사용 할 수 있는 것이다.
도2A 및 도2B를 참고로 하여, 본 발명의 기본 기술을 실시하는 윈도우 성에 제거장치 조립체를 도면번호 "30"으로 지시하여 이하에 설명 한다. 도2A 및 도2B는 각각 수평방향 지향 히터 그리드와 수직방향 지향 히터 그리드를 가진 윈도우 성에 제거장치 조립체(30)를 나타낸 도면이다. 그외 부분에서, 양자 간의 상기 구성은 동일한 것이고, 따라서 도면에서는 공통 도면 번호를 사용하여 지시하였다.
일반적으로, 윈도우 성에 제거장치 조립체(30)는 패널(34) 상에 설치된 성에 제거장치(32)를 구비한다. 상기 성에 제거장치(32)는 일반적으로 마주하고 있는 부스 바아(38, 40) 사이에서 연장 형성된 일련의 그리드 라인(36)을 가진 히터 그리드(35)를 구비하고 있다. 부가로 후술되는 바와 같이, 추가하여, 성에 제거장치(32)는 상기 패널(34) 위에 적용된 투명한 전도층(42)을 구비한다.
상기 부스 바아(38, 40)는 각각 양극과 음극 부수 바아로 지시되었으며, 각각이 차량의 전기 시스템에 리드선(43)을 통해 1개 이상의 장소에서 결합 된다. 상기 전기 시스템은 일반적으로 12볼트 시스템 이다.
히터 그리드(35)가 전류를 받게 되면, 상기 전류는 양극 부스 바아(38)에서 그리드 라인(36)을 통해 음극 부스 바아(40)로 흐를 것이고, 이러한 결과로, 상기 그리드 라인(36)은 저항 열에 의해 가열될 것이다. 또한, 이러한 전류의 일부는 전기적 전도층(42)에 의해 전도 될 것이다. 따라서, 적어도 인접 그리드 라인(36) 사이에 구역도 또한 저항 열에 의해 가열 될 것이다. 이러한 구역은 전도층(42)의 점선(44)으로 나타내었다. 저항에 의한 가열 동작에 더하여, 또한 전도층(42)도 그리드 라인(36)에 의해 발생된 열에 의해 전도성으로 가열 될 것이다. 따라서, 그리드 라인(36)에 의해 발생된 열의 일부분이 전도층(42)에 의해, 인접한 그리드 라인(36) 사이에 그리드 라인(36)을 둘러싸고 있는 구역으로 열적으로 전도 된다. 이러한 열 전도가 용이하게 이루어지게, 바람직하게, 전도성 층(42)은 일반적으로 플 라스틱, 보다 특정적으론 4.78x10-4cal/cm-sec-℃의 열 전도성을 가진 폴리카보네이트 보다 큰 열전도성을 갖는다. 전도층(42)에 의해 그리드 라인(36) 사이에 패널(34) 구역에 걸친 그리드 라인(36)의 열이 열 전도되어서, 그리드 라인(36)에서 패널(34) 만이 열 전도되었을 때보다 더 많은 패널(34) 구역에 열이 보다 용이하게 가해지게 된다. 그리드 라인(36)과 전도층을 가열한 결과로, 패널(34) 면에 있는 얼음, 안개, 또는 서리가 측방 최외부방향 그리드 라인(32) 사이에 형성된 시계 구역에서 용해 또는 일소 된다.
부가로, 상기 패널(34)은 암막 보더(black out border)(46)같은 불투명한 구역을 포함한다(도2A 참고). 상기 보더(46)는 일반적으로, 조립 완제품의 결함부분을 가리는 마스킹 같은 심미적인 목적과 히터 그리드(35)의 부스 바아(38, 40) 또는 장착 구성품 같은 기능적 구성요소를 숨길 목적으로 사용 된다. 암막 보더(46)는 필름 삽입 성형법(insert film molding)을 포함하는 몰드 장식 기술에서 공지된 방식을 통해 또는 패널(34)의 표면 상에 불투명한 잉크를 인쇄하여 패널(34)에 설치 된다.
도3A 내지 도3C를 통해 본 발명의 기본원리를 실시하는 윈도우 성에 제거장치 조립체(30)의 다양한 변경 구조를 설명 한다. 차량에 윈도우 성에 제거장치 조립체(30)를 설치하는 과정에서, 패널(34)의 대향 면(48, 50)이 각각, 차량의 실외와 마주하는 면 또는 차량의 실내와 마주하는 면의 어느 한 면을 형성한다. 도3A 내지 도3C의 개략적으로 나타낸 도면에서, 차량의 실외는 도면의 상부를 향하는 방 향으로 이해하고, 차량의 실내는 도면의 하부를 향하는 방향으로 이해 한다.
도3A에 도시한 바와 같이, 전도층(42)은 패널(34)의 실외 면(48)에 직접 설치되고 그리고 히터 그리드(35)의 그리드 라인(36)은 전도층(42)의 상부에 설치 된다. 역으로, 도3B에서는, 전도층(42)이 패널(34)의 실내 면(50)에 설치된다. 히터 그리드(35)의 그리드 라인(36)은 전도층 위에 설치된다. 최종 구성물에서, 패널(34)은, 보호층(52) 또는 추가 선택성 보호 층(54)의 사용을 통해 자외 방사선(ultraviolet radiation), 산화, 및 마모에 대한 노출과 같은, 다양한 자연 발생적으로 일어나는 현상으로부터 보호를 받게 한다. 상기 보호 층(52, 54)은 패널(34)의 실외 측 및/또는 실내 측의 어느 일측 또는 양측에 설치 된다. 본원에 사용된 용어로서, 1개 이상의 보호층을 가진 투명한 플라스틱 패널(34)은 투명한 플라스틱 글레이징 패널(transparent plastic glazing panel)로 정의 된다.
도3C에 개략적으로 나타낸 변경 구조에서, 그리드 라인(36)에 있는 전도층(42)은 패널(34) 내부에 통합 된다. 이러한 구조에서는, 패널(34)에, 그 사이에 주어진 그리드 라인(36)에 있는 전도층(42)을 가진 상태에서, 내부 패널 층(56)과 외부 패널 층(58)인, 2개 층이 형성 된다.
투명한 플라스틱 패널(34) 자체는 열가소성 폴리머 수지 또는 그 혼합물 또는 그 화합물로 이루어진다. 적절한 열가소성 수지로는, 제한적이지 않은 기재로서, 공중합체 및 그 혼합물에 더하여, 폴리카보네이트 수지, 아크릴성 수지, 폴리아릴레이트 수지, 폴리에스터 수지, 및 폴리설폰산 수지가 있다. 본 발명에 따르는 패널(34)은 산화 유리체(vitreous oxide) 이다. 본 발명에 사용하기에 적절한 산화 유리체는, SiO2, 소다석회, 알루미노규산염, B2O3-P2O5, FE1-xBx, Na2O-SiO2, SiO2-B2O3, 및 SiO2-P2O5 같은 임의적인 타입의 유리를 포함한다. 투명한 패널은 성형, 가열 성형, 또는 압출과 같은 당기술 분야에 기술인에게 공지된 기술을 사용하여 윈도우에 형성 된다. 패널(34)은 성형, 가열 성형, 또는 압출과 같은 다양한 공지된 임의적인 기술을 사용하여 윈도우에 형성 된다. 상술한 바와 같이, 패널(34)은 부가로, 불투명한 수지를 사용하여 보더(border)를 성형하거나 암막(black-out) 보더(46) 형태의 패널(34) 상에 불투명 잉크를 인쇄하여 적용된 불투명한 구역을 갖는다.
전도층(42)에는 전도성 패널 또는 시트, 코팅, 또는 필름이 포함된다. 필름으로서의 전도층용으로는, 그 중에서도 인듐, 주석, 탄탈늄, 카드뮴, 또는 아연 같은 무기물 요소가 포함되는 것이 바람직 하다. 무기물 요소에 더하여, 전도성 필름은 그중에서도 산소 또는 탄소 같은 임의적인 유기물 요소를 함유한다. 일부 예의 전도성 필름은 은(silver), ITO(indium tin oxide), IZO(zinc oxide doped indium oxide), 및 AZO(aluminum doped zinc oxide)을 포함한다. 상술한 바와 같이, 전도층(42)은 바람직하게 폴리카보네이트 같은 플라스틱 보다 큰 열 전도성을 갖는다. 예를 들어, ITO의 열 전도율은 약 2x10-2cal/cm-sec-℃ 이다. 상기 전도성 필름은 제한적이지 않은 기재로서 스퍼터링, PVD(physical vapor deposition), 증발탈수법, 및 스프레이 열분해법을 포함하는 당 기술분야에 기술인이 알고있는 임의적인 기술로 증착 된다.
코팅으로서, 전도층(42)용으로는, 바람직하게 약 100나노미터 미만에 직경을 가진 전도성 나노입자가 포함된다. 일부 예의 전도성 나노입자는, 폴리아닐린, 비결정성 탄소, 및 카본-그라파이트 같은 금속 화합물과 전도성 유기물 중합체에 더하여, 은, 구리, 아연, 알루미늄, 마그네슘, 니켈, 주석, 또는 그 혼합물과 합금 같은 금속을 포함한다. 상기 전도성 나노입자는 투명한 플라스틱 패널에 부착되는 중합체 매트릭스로 처리되거나 또는 확산된 표면이다. 상기 전도성 코팅은 커튼 코팅, 스프레이 코팅, 딥 코팅, 플로우 코팅, 및 스핀 코팅 같은 대기(atmospheric) 코팅처리 공정을 포함하는 당 기술분야에 기술인이 알고 있는 임의적인 기술로 행해진다. 나노입자의 사용은 플라스틱 패널의 상대적 투명성을 유지하는데 바람직 하다.
히터 그리드(35)는 플라스틱 패널(34)의 내부 면(50) 또는 외부 면(48)에 직접 인쇄 된다. 다르게는, 보호층(52, 54)의 표면에 인쇄 할 수도 있다. 어느 한 구성에서, 인쇄는, 제한적이지 않은 기재로서, 스크린-인쇄, 잉크 젯, 또는 자동 분배식을 포함하는 당 기술분야에 기술인에게 알려진 임의적인 방법과 전도성 잉크 또는 패이스트를 사용하여 실시 된다. 상기 자동 분배식은 드립 앤 드레그, 스트리밍, 및 간단한 흐름 분배식(simple flow dispensing) 같은 접착제 적용기술에서 공지된 기술을 포함한다.
히터 그리드(35)는 당기술분야에 기술인에게 공지된 전도성 패이스트, 잉크, 페인트, 또는 필름을 포함하는 전도성 재료로 형성된다. 만일 전도성 요소가 패이스트, 잉크, 또는 페인트인 경우에는, 바람직하게 이들은 중합체 매트릭스에 확산된 전도성 입자, 단편, 또는 분말을 포함한다. 이러한 중합체 매트릭스는 바람직하 게, 에폭시 수지, 폴리에스터 수지, 폴리비닐 아세테이트 수지, 폴리비닐크로라이드 수지, 폴리우레탄 수지 또는 그 혼합물과 공중합체 이다.
전도성 입자, 단편 또는 분말은 제한적이지 않은 기재로서 금속함유 디칼콘제나이드(metallic dichalcongenide)같은 임의적인 금속 화합물에 더하여, 아연, 알루미늄, 마그네슘, 니켈, 주석, 또는 그 혼합물 및 합금을 포함하는 금속으로 이루어 진다. 이러한 전도성 입자, 단편, 또는 분말은 폴리아닐린, 비결정성탄소, 및 탄소-그라파이트 같은 당기술 분야에 기술인에게는 공지된 임의적인 전도성 유기 재료로 있을 수도 있다. 임의적인 특정 입자, 단편 또는 분말의 크기를 변경시킬 수 있을 지라도, 약 40㎛ 미만의 직경은 특정적으로 바람직하게 있는 약 1㎛ 미만의 직경을 갖는 것이 바람직하다. 전도성 패이스트, 잉크, 또는 페인트에서 중간 매체로서 작용하는 임의적인 용제는, 유기 수지의 용해성을 제공하는 임의적인 유기 담체의 혼합물 이다. 금속제 패이스트, 잉크, 또는 페인트의 예에는 은-충전된 조성물을 포함하며, 상기 조성물은, 미국 노스캐롤라이나 리서치 트라이앵글 파크에 소재하는 듀퐁 일렉트로닉 매터리얼(5000멤브레인 스위치, 5029컨덕터 구성물, 5021은(Silver) 컨덕터, 및 5096은 컨덕터), 미국 미시간 포트 휴론에 소재하는 애치슨 콜로이드(PF-007 및 일렉트로다그 SP-405), 미국 일리노이 시카고에 소재하는 메쏘드 엔지니어링(31-1A 은 조성물, 31-3A 은 조성물), 미국 매샤츄세츠 팅스보로에 소재하는 크리에이티브 매터리얼 인코포레이티드(118-029 2k 은), 및 미국 캘리포니아 아타스카데로에 소재하는 어드밴스드 컨덕티브 매터리얼(PTF-12)에서 상용 시판하는 것이다.
상술한 바와 같이, 최종 구조에서는 플라스틱 패널(34)이 단일 보호 층(52) 또는 추가적인 선택적 보호 층(54)의 사용을 통해 자외 방사선, 산화, 및 마모에 노출되어 자연 발생적으로 받게되는 현상으로부터 보호를 받게 된다.
상기 보호층(52, 54)은 플라스틱 필름, 유기물 코팅, 무기물 코팅, 또는 그 혼합물로 있다. 플라스틱 필름은 투명한 패널로서 동일한 또는 서로 다른 조성물로 이루어진다. 상기 필름과 코팅은, 광학적, 화학적, 또는 물리적 성질을 변경하는 첨가제에 더하여, 분산제, 계면활성제, 및 투명한 필러(예, 실리카, 산화 알루미늄 등,등)와 같은 유성(流性) 제어 첨가제인, UVA(ultraviolet absorber) 미립자를 함유하여, 내마모성을 향상시킨다. 유기물 코팅의 예로는 제한적이지 않은 기재로서, 우레탄, 에폭시 및 아크릴레이트와 그 혼합물이 포함 된다. 무기물 코팅의 예에는 실리콘, 산화 알루미늄, 플루오르화 바륨, 질화 붕소, 산화 하프늄, 플루오르화 란타늄, 플루오르화 마그네슘, 산화 마그네슘, 산화 스칸듐, 일산화 실리콘, 이산화 실리콘, 질화 실리콘, 실리콘 산소-질소, 실리콘 산소-카바이드, 실리콘 카바이드, 산화 탄탈늄, 산화 티타늄, 산화 주석, ITO(indium tin oxide), 산화 이트륨, 산화 아연, 셀렌 아연, 황화 아연, 산화 지르코늄, 티탄 지르코늄, 또는 유리, 및 그 혼합물을 포함된다.
보호층(52, 54)으로 이루어진 보호 코팅은 당 기술분야에서 알려진 임의적인 적절한 기술로 적용 된다. 이러한 기술에는 기판에 졸-겔 코팅을 가하는데 사용되는 것과 같은 대기(atmospheric) 코팅 공정과, 진공-보조 증착 공정에 이용되는 것과 같은 활성 군에서의 증착(deposition from reactive species)을 포함 한다. 예 의 진공-보조 증착 공정에는 제한적이지 않은 기재로서, 플라즈마 향상된 화학기상증착(CVD), 이온-보조 플라즈마 증착, 마그네트론 스퍼터링, 전자 빔 증발 탈수법, 및 이온 빔 스퍼터링이 포함된다. 예의 대기 코팅 공정은 제한적이지 않은 기재로서 커튼 코팅, 스프레이 코팅, 스핀 코팅, 딥 코팅, 및 유동 코팅을 포함한다.
실시예에서, Exatec®900 차량용 윈도우 글레이징 시스템을 포함하는 폴리카보네이트 패널(34)에는, 본 발명에 따르는 성에 제거장치(32)가 설치 된다. 이러한 특정 경우에서, 투명한 폴리카보네이트 패널(34)은 다층 코팅 시스템(Exatec® SHP-9X, Exatec® SHX)으로 보호 되고 그리고 "유리-형태" 코팅(SiOxCyHz)의 증착 층이 전도층으로 코팅되고 그리고 차량의 실내와 마주하는 보호 층의 노출 면 상에 히터 그리드(35)로 인쇄 된다. 부가적인 다른 구조로서, 히터 그리드는 보호 코팅(들)으로 이루어진 층(들)의 상부에 배치되고, 그 후, 보호 코팅(들)의 추가 층(들)으로 오버-코팅(over-coating) 된다. 예를 들어, 히터 그리드(16)는 실리콘 보호 코팅(예, AS4000, GE 실리콘)의 상부에 배치 되어, 순차적으로 "유리-형태" 코팅 또는 필름으로 오버-코팅 된다.
본 발명의 향상된 성능은 플라스틱 패널의 동일한 표면 영역을 커버하게 설계된 3개의 시험 윈도우 성에 제거장치 조립체의 성능을 대비하여 나타낼 수 있다. 이러한 대비에 따라, 간단한 시험 형태가 SAE J953의 성에 제거 요강에 따라 가열 및 용해되는 3개의 서로 다른 성에 제거장치 조립체의 성능을 대비하는데 사용되었다. 상기 3개 성에 제거장치 조립체에서 제1조립체는, 전도성 은 잉크/패이스트를 사용하여 폴리카보네이트 면에 인쇄되는 2개 부스 바아 스크린을 연결하는, 약 50mm 간격으로 이격 분리되고, 250mm 길이와 약 1mm 폭으로 있는 그리드 라인을 가진 간단한 3개 그리드 라인 히터 그리드를 포함하고 이루어진다. 제2시험 조립체는, 면적 당 약 20옴의 면적저항을 가진 ITO(indium tin oxide)의 전도층으로 폴리카보네이트 패널의 표면을 먼저 코팅 한다. (이곳에 사용에선, 그리드 라인에 주어진 면적의 수는 그리드 라인의 측정 폭으로 그리드 라인의 측정 길이를 나누어서 연산된다.) 이때, 동일한 3개 라인 히터 그리드가, 전도층에 인쇄된 스크린으로 있다. 제3시험 조립체에서는, 폴리카보네이트 기판이 제2시험 조립체와 동일한 전도층으로 코팅되고 그리고 상술한 히터 그리드의 부스 바아 만이 전도층에 인쇄된 스크린 이다. 즉, 다른 말로 해서, 상기 제3시험 조립체는 그리드 라인을 갖지 않고 형성 된다.
각각의 시험 윈도우 성에 제거장치 조립체에는 동일한 량의 물이 분무되고 수 시간 동안 -20℃ 온도에서 있게 되어 표면 온도를 동일하게 하고 조립체 상에 "서리가 뒤덮여 있는 결빙된(frosted)" 상태가 이루어지게 한다. 총 7.45볼트가 각 성에 제거장치 조립체에 가하고, 그리고 20분 동안의 시험 시간동안 성에 제거작용의 특성을 주시 및 측정하였다.
제1시험 조립체에서는 히터 그리드의 그리드 라인 사이에 설정된 시계 영역의 약 25% 영역의 성에가 제거되었다. 제3시험 조립체는 시험 시간으로 할당된 20분의 시간 동안 쉽게 판단할 수 없을 만큼의 성에가 제거 되었다. 제2시험 조립체에서는 최측면 그리드 라인 넘어로 1인치 거리를 더하여, 각각의 그리드 라인 사이로 연장된 영역의 약 50%보다 많은 영역에 성에가 제거 되었다. 따라서, 약 250mm x 150mm(또는 37,500㎟)의 시계 영역의 성에가 제거 되었다. 이러한 영역의 크기는 제1시험 조립체에 의해 성에가 제거된 영역보다 2배나 더 큰 영역을 나타낸다. 상기 시험 결과로부터, 제2시험 조립체와 그 동작이 다른 나머지 시험 조립체의 것보다 더 우수하다고 할 수 있다.
상술한 바와 같이, 전도층은 소량의 전류를 갖고 그리고 히터 그리드(35)의 그리드 라인(36) 사이에 영역에 있는 패널(34)의 표면에 다량의 저항 열을 발생하여서, 상기 영역에서의 패널의 표면 온도를 상승시킨다. 또한, 상기 전도 층이 패널(34)을 구성하는 플라스틱 수지 보다 높은 열 전도성을 갖기 때문에, 상기 전도 층은 그리드 라인(36)에 의해 생성된 열이 그리드 라인(36)에서 보다 빠르게 나와서 인접 영역으로 확산되게 한다. 따라서, 전도층의 전기적 전도율, 전도층의 열적 전도율 및/또는 양측 전도율이 본 발명의 기본원리를 실시하는 윈도우 성에 제거장치 조립체의 성에 제거 효율이 매우 높게 나타나게 한다.
당 기술분야의 기술인은 상술한 기술 내용은 본원의 발명을 설명할 목적으로 기술한 것이고, 본원의 발명은 첨부 청구범위에 의해 한정되고, 본 발명은 첨부 청구범위의 정신을 이탈하지 않는 범위 내에서 개조 및 변경 될 수 있으며, 이러한 기술내용을 본원은 포함하는 것으로 이해 할 수 있을 것이다.

Claims (23)

  1. 윈도우 성에 제거장치 조립체는:
    투명한 패널과;
    적어도 상기 패널의 일 부분 위에 놓여진 투명한 전도층을 갖고, 상기 패널과 일체적으로 형성된 성에 제거장치 및;
    제1 및 제2부스 바아와, 상기 바아 사이로 연장되어 연결되는 복수개의 그리드 라인을 가진 히터 그리드를 포함하며;
    상기 전도층을 적어도 1개 인접한 쌍의 그리드 라인 사이에 구역에 설치시킨 것을 특징으로 하는 윈도우 성에 제거장치 조립체.
  2. 제1항에 있어서, 상기 전도층은 대략적으로 패널의 전체 표면을 덮는 것을 특징으로 하는 윈도우 성에 제거장치 조립체.
  3. 제1항에 있어서, 상기 전도층은 그리드 라인과 부스 바아 중의 일측 또는 양측과 접촉하는 것을 특징으로 하는 윈도우 성에 제거장치 조립체.
  4. 제1항에 있어서, 상기 전도층은 히터 그리드와 패널 사이에 위치하는 것을 특징으로 하는 윈도우 성에 제거장치 조립체.
  5. 제1항에 있어서, 상기 전도층은 ITO(indium tin oxide)와 AZO(aluminum doped zinc oxide) 중의 적어도 하나를 함유하는 것을 특징으로 하는 윈도우 성에 제거장치 조립체.
  6. 제1항에 있어서, 상기 전도층은 전기적 전도성이 있는 것을 특징으로 하는 윈도우 성에 제거장치 조립체.
  7. 제1항에 있어서, 상기 전도층은 열적 전도성이 있으며, 폴리카보네이트 보다 큰 열 전도율을 갖는 것을 특징으로 하는 윈도우 성에 제거장치 조립체.
  8. 제1항에 있어서, 상기 전도층은 약 20 ohm/면적 미만의 면적저항을 나타내는 것을 특징으로 하는 윈도우 성에 제거장치 조립체.
  9. 제1항에 있어서, 상기 그리드 라인은, 설치 상태에서 조립체를 따라 측면 방향으로 지향하는 것을 특징으로 하는 윈도우 성에 제거장치 조립체.
  10. 제1항에 있어서, 상기 패널은 유리 패널과 플라스틱 패널 중의 하나 인 것을 특징으로 하는 윈도우 성에 제거장치 조립체.
  11. 제1항에 있어서, 상기 패널은 폴리카보네이트 패널 인 것을 특징으로 하는 윈도우 성에 제거장치 조립체.
  12. 제1항에 있어서, 인접 그리드 라인 사이에 거리는 약 25mm보다 큰 것을 특징으로 하는 윈도우 성에 제거장치 조립체.
  13. 제1항에 있어서, 상기 전도층은, 인듐, 주석, 및 아연으로 이루어진 그룹에서 선택된 무기물 요소를 구비하는 것을 특징으로 하는 윈도우 성에 제거장치 조립체.
  14. 제1항에 있어서, 상기 전도층은, 산소, 탄소, 또는 그 조합물과 혼합된 무기 요소를 구비하는 것을 특징으로 하는 윈도우 성에 제거장치 조립체.
  15. 제1항에 있어서, 상기 패널은 폴리카보네이트 수지, 아크릴성 수지, 폴리아릴레이트 수지, 폴리에스터 수지, 또는 폴리설폰산 수지, 공중합체 및 그 혼합물의 그룹에서 선택된 재료로 형성되는 것을 특징으로 하는 윈도우 성에 제거장치 조립체.
  16. 제1항에 있어서, 풍화작용과 마모에 대한 내성을 향상시키기 위해 투명한 패널 위에 적용된 적어도 1개 이상의 보호 코팅부를 부가로 포함하는 것을 특징으로 하는 윈도우 성에 제거장치 조립체.
  17. 제16항에 있어서, 상기 보호 코팅부는 복수의 보호 층을 포함하는 것을 특징으로 하는 윈도우 성에 제거장치 조립체.
  18. 제17항에 있어서, 상기 보호 층은, 아크릴 프리머, 실리콘 중간개재 층 및 "유리-모양" 상부 코팅으로 오버-코팅 된 폴리우레탄 중간개재 층으로 이루어진 그룹에서 선택되는 것을 특징으로 하는 윈도우 성에 제거장치 조립체.
  19. 제18항에 있어서, 히터 그리드는 보호 코팅부의 정상부 위에 있는 것을 특징으로 하는 윈도우 성에 제거장치 조립체.
  20. 제18항에 있어서, 히터 그리드는 보호 코팅부의 층 사이에 있는 것을 특징으로 하는 윈도우 성에 제거장치 조립체.
  21. 제1항에 있어서, 히터 그리드는 제1투명한 패널과 일체적으로 있는 제2투명한 패널 밑에 위치하는 것을 특징으로 하는 윈도우 성에 제거장치 조립체.
  22. 제1항에 있어서, 전도층은 금속, 금속 합성물, 또는 전도성 유기 중합체의 그룹에서 선택된 나노입자를 구비하는 것을 특징으로 하는 윈도우 성에 제거장치 조립체.
  23. 제22항에 있어서, 상기 금속은 은, 구리, 아연, 알루미늄, 마그네슘, 니켈, 주석, 및 그 합금의 그룹에서 선택되는 것을 특징으로 하는 윈도우 성에 제거장치 조립체.
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