JP7393486B2 - ガラス用アンテナユニット、アンテナ付きガラス板、およびガラス用アンテナユニットの製造方法 - Google Patents
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Description
アンテナと、
前記ガラス板と前記アンテナとの間に空気が流動可能な空間が形成されるように、前記アンテナを前記ガラス板に固定する固定部と、
を有し、
前記固定部はスペーサーが用いられ、
前記スペーサーは、前記アンテナを前記ガラス板に接着固定し、
前記室内側から前記ガラス板を通して電磁波の送受信を行うガラス用アンテナユニットである。
アンテナと、
前記ガラス板と前記アンテナとの間に空気が流動可能な空間と、
を有し、
前記アンテナユニットは、平面視において、窓フレームから20mm以上離れた位置に設けられ、
前記室内側から前記ガラス板を通して電磁波の送受信を行うガラス用アンテナユニットである。
アンテナと、
前記ガラス板と前記アンテナとの間に空気が流動可能な空間と、
を有し、
前記アンテナは、平板状のアンテナまたは平板状の基板に設けられたアンテナであり、
前記平板状のアンテナまたは前記平板状の基板の前記ガラス板側の主面に誘電体層をさらに有し、
前記室内側から前記ガラス板を通して電磁波の送受信を行うガラス用アンテナユニットである。
ガラス板と、
前記ガラス板の室内側に設置され、前記室内側から前記ガラス板を通して室外側と電磁波の送受信を行うガラス用アンテナユニットを備え、
前記ガラス板にコーティング層をさらに有し、
前記ガラス用アンテナユニットのアンテナは、平板状のアンテナ、または平板状の基板に設けられたアンテナであり、
前記コーティング層は、前記平板状のアンテナまたは前記平板状の基板に対向する位置に、少なくとも、前記平板状のアンテナ、または前記平板状の基板と同じ大きさのスリット状又は格子状に形成した開口部を有するアンテナ付きガラス板である。
一実施形態に係るガラス用アンテナユニット(以下、単に、アンテナユニットともいう)について説明する。なお、「ガラス用アンテナユニット」における「ガラス用」とは、ガラスを通して電磁波の送受信を行う用途に用いられることを示す。
一実施形態に係るガラス用アンテナユニットを適用したアンテナ付きガラス板について説明する。図7は、アンテナ付きガラス板の斜視図であり、図8は、図7のA-A方向から見た部分断面図である。図7および図8に示すように、アンテナ付きガラス板30は、上述のアンテナユニット10と、ガラス板31とを有し、アンテナユニット10は、ガラス板31に取り付けられている。
以下に、アンテナ付きガラス板30の他の形態について説明する。
a×b ・・・(1)
(但し、式(1)中、aは、アンテナ設置用基板12、平板状のアンテナまたは収容容器の一方の辺の長さであり、bは、アンテナ設置用基板12、平板状のアンテナまたは収容容器の他方の辺の長さである。)
次に、一実施形態に係るアンテナユニットの施工・製造方法について説明する。なお、ここでいうアンテナユニットの施工・製造方法は、いわゆる建築後の建物の窓ガラス(ガラス板)や、新規で建築中の建物の窓ガラス(ガラス板)に適用することができる。
次に、アンテナ付きガラス板30の製造方法について説明する。まず、アンテナユニット10と、主面が形成された、矩形状のガラス板31とを準備する。ガラス板31は、公知の製造方法を用いて得たガラス素板を公知の切断方法を用いることで、平面視において、矩形に形成することができる。
[例1-1]
アンテナユニット10のアンテナ設置用基板12(図2参照)の大きさを幅(X軸方向)400mm×高さ(Z軸方向)400mmとし、固定部13A(図2参照)の平均厚さを1.0mmとし、空間S(図2参照)には、空気が自然に通風できるようにする。これにより、図7に示すアンテナ付きガラス板30を作製した。アンテナ設置用基板12(図2参照)は、第1主面121の平均日射吸収率が、20%、40%、60%、90%のものを用意した。アンテナ付きガラス板30に照射される日射量は825W/m2、アンテナ付きガラス板30を設置した建物の外気温は約5℃、室内の温度は約20℃、建物の外側の熱伝達率は15.1W/m2k、建物の内側の熱伝達率は8.0W/m2k、アンテナ付きガラス板30の窓フレーム33の温度は約10.2℃であった。それぞれのアンテナ収容基板の、アンテナ設置用基板12側の第2主面312の温度、空間Sを流れる、アンテナ設置用基板12の単位面積あたりの空気の風量、およびガラス板31の端(エッジ)に発生する応力を測定した。
基本応力係数k0は、0.47MPa/℃である。
ガラス面の日射が一様ではなく、部分的に影ができるとガラス板内の温度分布が変わり、影のない場合と比較して熱応力が大きくなる。影係数k1は、この応力増を影のない場合と比較して、その比率を示したものである。
日射量が同一であっても、ガラスの室内側にカーテンあるいはブラインドがあると、これらによる日射の反射・再放熱が強まるので、これらのない場合と比較して、ガラス中央部の温度は上昇し、温度差が大きくなる。カーテン影係数k2は、この比率を示したものである。
温度差が同一であっても、ガラス面積が大きくなると、熱膨張量の絶対値も大きくなり、ガラス面積の小さい場合に比べ、熱応力は大きくなる。面積比率k3は、これを、ガラス面積1.0m2に対する比率として示したものである。
エッジ温度係数fは、下記式(i)により規定される。
f=(tg-te)/(tg-ts) ・・・(i)
σ=k0×k1×k2×k3×f×(tg-ts) ・・・(ii)
例1-1において、固定部13Aの平均厚さを2.0mm、または3.0mmに変更したこと以外は、例1-1と同様にして図7に示すアンテナ付きガラス板30を作製した。アンテナ収容基板の平均日射吸収率が、20%、40%、60%、90%の場合における、ガラス板31のアンテナ設置用基板12側の第2主面312の温度Tg、空間Sを流れる、アンテナ設置用基板12の単位面積あたりの空気の風量、およびガラス板31の端に発生する応力を測定した。
例1-1において、アンテナ設置用基板12の大きさを幅(X軸方向)400mm×高さ(Z軸方向)800mmとし、固定部13Aの平均厚さを6.0mmに変更したこと以外は、例1-1と同様にして図7に示すアンテナ付きガラス板30を作製した。アンテナ収容基板の平均日射吸収率が、20%、40%、60%、90%の場合における、ガラス板31のアンテナ設置用基板12側の第2主面312の温度Tg、空間Sを流れる、アンテナ設置用基板12の単位面積あたりの空気の風量、およびガラス板31の端に発生する応力を測定した。
例1-1において、アンテナ設置用基板12の大きさを幅(X軸方向)100mm×高さ(Z軸方向)100mmとし、固定部13Aの平均厚さを0.5mmに変更したこと以外は、例1-1と同様にして図7に示すアンテナ付きガラス板30を作製した。アンテナ収容基板の平均日射吸収率が、20%、40%、60%、90%の場合における、ガラス板31のアンテナ設置用基板12側の第2主面312の温度Tg、空間Sを流れる、アンテナ設置用基板12の単位面積あたりの空気の風量、およびガラス板31の端に発生する応力を測定した。
例1-1において、アンテナ設置用基板12の大きさを幅(X軸方向)100mm×高さ(Z軸方向)100mmとしたこと以外は、例1-1と同様にして図7に示すアンテナ付きガラス板30を作製した。アンテナ収容基板の平均日射吸収率が、20%、40%、60%、90%の場合における、ガラス板31のアンテナ設置用基板12側の第2主面312の温度Tg、空間Sを流れる、アンテナ設置用基板12の単位面積あたりの空気の風量、およびガラス板31の端に発生する応力を測定した。
例1-1において、アンテナ設置用基板12の大きさを幅(X軸方向)100mm×高さ(Z軸方向)100mmとし、固定部13Aの平均厚さを2.0、または3.0mmに変更したこと以外は、例1-1と同様にして図7に示すアンテナ付きガラス板30を作製した。アンテナ収容基板の平均日射吸収率が、20%、40%、60%、90%の場合における、ガラス板31のアンテナ設置用基板12側の第2主面312の温度Tg、空間Sを流れる、アンテナ設置用基板12の単位面積あたりの空気の風量、およびガラス板31の端に発生する応力を測定した。
例1-1において、空間Sに送風機を用いて空気を強制的に通風させ、風量を変更したこと以外は、例1-1と同様にして図7に示すアンテナ付きガラス板30を作製した。アンテナ収容基板の平均日射吸収率が、20%、40%、60%、90%の場合における、ガラス板31のアンテナ設置用基板12側の第2主面312の温度Tg、空間Sを流れる、アンテナ設置用基板12の単位面積あたりの空気の風量、およびガラス板31の端に発生する応力を測定した。
例1-1において、固定部13Aの平均厚さを5.0mm、15.0mmまたは25.0mmに変更したこと以外は、例1-1と同様にして図7に示すアンテナ付きガラス板30を作製した。アンテナ収容基板の平均日射吸収率が、20%、40%、60%、90%の場合における、ガラス板31のアンテナ設置用基板12側の第2主面312の温度Tg、空間Sを流れる、アンテナ設置用基板12の単位面積あたりの空気の風量、およびガラス板31の端に発生する応力を測定した。
例1-15は、ガラス板31にアンテナ設置用基板12を直接設けた例である。例1-1において、固定部13Aの平均厚さを0.0mmとし、空間Sが形成されないようにしたこと以外は、例1-1と同様にしてアンテナ付きガラス板30を作製した。アンテナ収容基板の平均日射吸収率が、20%、40%、60%、90%の場合における、ガラス板31のアンテナ設置用基板12側の第2主面312の温度Tg、空間Sを流れる、アンテナ設置用基板12の単位面積あたりの空気の風量、およびガラス板31の端に発生する応力を測定した。
例1-16は、ガラス板31とアンテナ設置用基板12とガラスとの間に形成した空間Sを密閉した例である。例1-1において、空間Sを空気が通風しないように密閉したことに変更したこと以外は、例1-1と同様にしてアンテナ付きガラス板30を作製した。アンテナ収容基板の平均日射吸収率が、20%、40%、60%、90%の場合における、ガラス板31のアンテナ設置用基板12側の第2主面312の温度Tg、空間Sを流れる、アンテナ設置用基板12の単位面積あたりの空気の風量、およびガラス板31の端に発生する応力を測定した。
例1-17は、ガラス板31とアンテナ設置用基板12とガラスとの間に形成した空間Sを密閉した例である。例1-1において、固定部13Aの平均厚さを6.0mmとし、空間Sを空気が通風しないように密閉したことに変更したこと以外は、例1-1と同様にしてアンテナ付きガラス板30を作製した。アンテナ収容基板の平均日射吸収率が、20%、40%、60%、90%の場合における、ガラス板31のアンテナ設置用基板12側の第2主面312の温度Tg、空間Sを流れる、アンテナ設置用基板12の単位面積あたりの空気の風量、およびガラス板31の端に発生する応力を測定した。
[例2-1]
アンテナ設置用基板12のガラス板31側の第1主面121に誘電体層15を設けたアンテナユニット10を作製した。このアンテナユニット10を、固定部13Aを介してガラス板31に取り付け、アンテナ付きガラス板を作製し、第1層をガラス板31とし、第2層を空間Sとし、第3層を誘電体層とした。ガラス板31としては、ソーダライムガラスを用い、誘電体層15としては、ポリカーボネート系樹脂を用いて形成した。ガラス板31の厚さは、約8.0mmとし、空間Sの厚さは約0.5mmとし、誘電体層の厚さは、約10mmとした。作製したガラス板31のアンテナユニット10側とは反対方向からガラス板31に電磁波を入射し、電磁波の透過損失(TL)を測定した。電磁波として、TE波とTM波を測定した。TE波の透過損失の測定結果を図15に示し、TM波の透過損失の測定結果を図16に示す。図15および図16中、ガラス板(60°)は、ガラス板31の透過損失である。なお、ソーダライムガラスの比誘電率は7-j0.1、空気の比誘電率は1.0、誘電体層の比誘電率は2.8-j0.017である。
例2-1において、アンテナ設置用基板12のガラス板31側の第1主面121に誘電体層15を設けたアンテナユニット10を作製した。アンテナユニット10を、固定部13Aを介さずにガラス板31に直接取り付けたこと以外は、例2-1と同様にして行い、アンテナ付きガラス板の電磁波の透過性能を測定した。TE波の透過損失の測定結果を図17に示し、TM波の透過損失の測定結果を図18に示す。
アンテナ設置用基板12のガラス板20側とは反対側の第2主面122に電磁遮蔽層16を設け、図6に示すようなアンテナユニット10を作製した。このアンテナユニット10を、固定部13Aを介してガラス板31に取り付け、アンテナ付きガラス板を作製した。電磁遮蔽層16としては、厚さが約6mmのガラス板に透明導電膜を形成したものを用い、電磁遮蔽層16の表面抵抗率は、50Ω/□、20Ω/□、10Ω/□、5.0Ω/□および3.0Ω/□とした。作製した電磁遮蔽層16に電磁波を垂直に入射し、電磁波の透過損失(TL)を測定した。電磁遮蔽層16に入射した電磁波の透過損失の測定結果を図19に示す。図19に示すように、電磁遮蔽層16の表面抵抗率が10Ω/□以下であれば、透過損失を約20dB以上とすることができることが確認された。
11 アンテナ
12 平板状の基板(アンテナ設置用基板)
13A、13B 固定部
15 誘電体層
16 電磁遮蔽層
20、31 ガラス板
121、311 第1主面
122、312 第2主面
21、33 窓フレーム
30 アンテナ付きガラス板
35 コーティング層
351A、351B 開口部
36 撥水処理層
t 平均厚さ
L 所定の距離
S 空間
Claims (22)
- ガラス板の室内側に設置され、前記ガラス板に取り付けられるガラス用アンテナユニットであって、
アンテナと、
前記ガラス板と前記アンテナとの間に空気が流動可能な空間が形成されるように、前記アンテナを前記ガラス板に固定する固定部と、
を有し、
前記固定部はスペーサーが用いられ、
前記スペーサーは、前記アンテナを前記ガラス板に接着固定し、
前記室内側から前記ガラス板を通して電磁波の送受信を行うガラス用アンテナユニット。 - ガラス板の室内側に設置され、前記ガラス板に取り付けられるガラス用アンテナユニットであって、
アンテナと、
前記ガラス板と前記アンテナとの間に空気が流動可能な空間と、
を有し、
前記ガラス用アンテナユニットは、平面視において、窓フレームから20mm以上離れた位置に設けられ、
前記室内側から前記ガラス板を通して電磁波の送受信を行うガラス用アンテナユニット。 - ガラス板の室内側に設置され、前記ガラス板に取り付けられるガラス用アンテナユニットであって、
アンテナと、
前記ガラス板と前記アンテナとの間に空気が流動可能な空間と、
を有し、
前記アンテナは、平板状のアンテナまたは平板状の基板に設けられたアンテナであり、
前記平板状のアンテナまたは前記平板状の基板の前記ガラス板側の主面に誘電体層をさらに有し、
前記室内側から前記ガラス板を通して電磁波の送受信を行うガラス用アンテナユニット。 - 前記アンテナは、平板状のアンテナまたは平板状の基板に設けられたアンテナである、請求項1または2に記載のガラス用アンテナユニット。
- 前記平板状のアンテナまたは前記平板状の基板の前記ガラス板側の主面に誘電体層をさらに有する請求項4に記載のガラス用アンテナユニット。
- 前記平板状のアンテナまたは前記平板状の基板の前記ガラス板側の主面の平均日射吸収率が、60%以下である請求項3~5の何れか一項に記載のガラス用アンテナユニット。
- 前記平板状のアンテナまたは前記平板状の基板の前記ガラス板側の主面の算術平均粗さRaが、1.2μm以下である請求項3~6の何れか一項に記載のガラス用アンテナユニット。
- 前記誘電体層の前記ガラス板側の主面の算術平均粗さRaが、1.2μm以下である請求項3または5に記載のガラス用アンテナユニット。
- 前記平板状のアンテナまたは前記平板状の基板の前記ガラス板側とは反対側の主面に設けられる電磁遮蔽層を有する請求項3~8の何れか一項に記載のガラス用アンテナユニット。
- 前記平板状の基板の前記ガラス板とは反対側の主面に1つ以上の電磁波吸収エレメントを有する請求項3~9の何れか一項に記載のガラス用アンテナユニット。
- 前記空間が形成されるように、前記アンテナを前記ガラス板に固定する固定部と、
を有する請求項2または3に記載のガラス用アンテナユニット。 - 前記固定部の厚さが、0.5mm~100mmである請求項1または11に記載のガラス用アンテナユニット。
- 前記ガラス板と前記アンテナとの間に、前記空気を、2m3/時間以上の風量で吹き込む手段をさらに有する請求項1~12の何れか一項に記載のガラス用アンテナユニット。
- 前記アンテナの可視光透過率が、40%以上である請求項1~13の何れか一項に記載のガラス用アンテナユニット。
- 前記アンテナは、収容容器内に設けられたアンテナである、請求項1~14の何れか一項に記載のガラス用アンテナユニット。
- ガラス板と、
請求項1~15のいずれか一項に記載のガラス用アンテナユニットと、
を有するアンテナ付きガラス板。 - ガラス板と、
前記ガラス板の室内側に設置され、前記室内側から前記ガラス板を通して室外側と電磁波の送受信を行うガラス用アンテナユニットを備え、
前記ガラス板にコーティング層をさらに有し、
前記ガラス用アンテナユニットのアンテナは、平板状のアンテナ、または平板状の基板に設けられたアンテナであり、
前記コーティング層は、前記平板状のアンテナまたは前記平板状の基板に対向する位置に、少なくとも、前記平板状のアンテナ、または前記平板状の基板と同じ大きさのスリット状又は格子状に形成した開口部を有するアンテナ付きガラス板。 - 前記ガラス板にコーティング層をさらに有し、
前記ガラス用アンテナユニットの前記アンテナは、平板状のアンテナ、または平板状の基板に設けられたアンテナであり、
前記コーティング層は、前記平板状のアンテナまたは前記平板状の基板に対向する位置に、少なくとも、前記平板状のアンテナ、または前記平板状の基板と同じ大きさのスリット状又は格子状に形成した開口部を有する、請求項16に記載のアンテナ付きガラス板。 - 前記平板状のアンテナまたは前記平板状の基板が、平面視において、矩形状に形成され、
前記開口部の面積が、下記式(1)の値以上である請求項17または18に記載のアンテナ付きガラス板。
a×b ・・・(1)
(但し、式(1)中、aは、平板状のアンテナまたは平板状の基板の一方の辺の長さであり、bは、平板状のアンテナ、または平板状の基板の他方の辺の長さである。) - 前記ガラス板の前記ガラス用アンテナユニット側とは反対方向の主面に撥水処理層をさらに有する請求項16~19の何れか一項に記載のアンテナ付きガラス板。
- 前記ガラス板の前記ガラス用アンテナユニット側の主面の前記ガラス用アンテナユニットが設けられる領域と異なる領域に電磁遮蔽層を有する請求項16~20の何れか一項に記載のアンテナ付きガラス板。
- 請求項1、11及び12の何れか一項に記載のガラス用アンテナユニットを、前記空間が形成されるように、前記固定部を介して前記ガラス板に取り付ける工程と、
を含むことを特徴とするガラス用アンテナユニットの製造方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2023198781A JP2024037734A (ja) | 2017-08-02 | 2023-11-24 | アンテナユニット、およびアンテナユニットの製造方法 |
Applications Claiming Priority (4)
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---|---|---|---|
JP2017150241 | 2017-08-02 | ||
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