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JP7536001B2 - ウインドシールド - Google Patents

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Description

本発明は、光の照射及び/または受光を行うことで車外からの情報を取得する情報取得装置が配置可能なウインドシールドに関する。
近年、自動車の安全性能は飛躍的に向上しつつあり、その1つとして前方車両との衝突を回避するため、前方車両との距離及び前方車両の速度を感知し、異常接近時には、自動的にブレーキが作動する安全システムが提案されている。このようなシステムは、前方車両との距離などをレーザーレーダやカメラを用いて計測している。レーザーレーダやカメラは、一般的に、ウインドシールドの内側に配置され、赤外線等の光を前方に向けて照射することで、計測を行う(例えば、特許文献1)。
特開2006-96331号公報
上記のように、レーザーレーダやカメラなどの測定装置は、ウインドシールドを構成するガラス板の内面側に配置され、ガラス板を介して光の照射や受光を行っている。ところが、気温の低い日や寒冷地では、ガラス板が曇ることがある。しかしながら、ガラス板が曇ると、測定装置から正確に光を照射できなかったり、あるいは受光できなかったりするおそれがある。これにより、車間距離などが正確に算出されない可能性もある。
このような問題は、車間距離の測定装置に限られず、例えば、レインセンサ、ライトセンサ、光ビーコンなどの光の受光によって車外からの情報を取得する情報取得装置全般に生じうる問題である。
本発明は、上記問題を解決するためになされたものであり、ガラス板を介して光の照射及び/または受光を行う情報取得装置が取り付け可能なウインドシールドにおいて、光の照射及び/または受光を正確に行うことができ、情報の処理を正確に行うことができる、ウインドシールドを提供することを目的とする。
項1.光の照射及び/または受光を行うことで、車外からの情報を取得する情報取得装置がブラケットを介して取り付け可能なウインドシールドであって、
前記光が透過する情報取得領域を有するガラス体を含む、ガラスモジュールと、
前記ガラス体の車内側の面に取り付けられ、矩形ではない、シート状の発熱体と、
前記発熱体に給電を行う給電部と、
を備え、
ウインドシールド。
項2.前記給電部は、第1電極と当該第1電極とは反対の第2電極とを有し、
前記発熱体は、前記第1電極が配置される第1辺と、前記第2電極が配置される第2辺と、を有し、
前記第1辺の長さaと、前記第2辺の長さbとが、0.15≦a/b<1を充足する、項1に記載のウインドシールド。
項3.前記ガラスモジュールは、
前記情報取得領域が位置する開口部が形成され、前記ガラス体の車内側の面に積層された遮蔽層をさらに備えている、項1または2に記載のウインドシールド。
項4.前記ガラス体は、合わせガラスにより構成されている、項1から3のいずれかに記載のウインドシールド。
項5.前記ガラス体は、
外側ガラス板と、
前記外側ガラス板と対向配置される内側ガラス板と、
前記外側ガラス板と内側ガラス板との間に配置される中間膜と、
を備える合わせガラスによって構成され、
前記ガラスモジュールは、
前記内側ガラス板の車内側の面に積層され、前記情報取得領域が位置する第1開口部が形成された第1遮蔽層と、
前記外側ガラス板の車内側の面に積層され、前記情報取得領域が位置する第2開口部が形成された第2遮蔽層と、
をさらに備えている、項1または2に記載のウインドシールド。
項6.前記発熱体は、透明導電膜によって形成されている、項1から5のいずれかに記載のウインドシールド。
項7.前記発熱体上に設けられた防曇手段をさらに備えている、項1から6のいずれかに記載のウインドシールド。
項8.前記ガラス体の車内側の面に設けられ、前記発熱体の少なくとも一部を覆うカバー部材をさらに備えている、項1から6のいずれかに記載のウインドシールド。
項9.前記カバー部材の熱伝導率が1.0W/(m・K)以下である、項8に記載のウインドシールド。
項10.前記ガラス体の車内側の面に設けられ、前記発熱体の少なくとも一部を覆うカバー部材をさらに備え、
前記ガラスモジュールは、前記情報取得領域を含む開口部が形成され、当該ガラス体の車内側の面に積層された遮蔽層をさらに備え、
前記カバー部材は、前記開口部の内部に配置される、項1または2に記載のウインドシールド。
項11.前記ガラス体の車内側の面に設けられ、前記発熱体の少なくとも一部を覆うカバー部材をさらに備え、
前記ガラスモジュールは、前記情報取得領域を含む開口部が形成され、当該ガラス体の車内側の面に積層された遮蔽層をさらに備え、
前記カバー部材の少なくとも一部が、前記開口部の内部から外部へはみ出すように配置される、項1または2に記載のウインドシールド。
項12.前記カバー部材は、前記発熱体の全体を覆うように配置されている、項10または11に記載のウインドシールド。
項13.前記カバー部材は、前記発熱体の周縁部の少なくとも一部を覆わないように配置されている、項10または11に記載のウインドシールド。
項14.前記給電部は、前記発熱体に給電する第1電極と、当該第1電極とは反対の極である第2電極と、を有し、
前記第2電極は、複数の分割電極により構成されている、項1から13のいずれかに記載のウインドシールド。
項15.前記発熱体の外縁は、対向する第1辺と第2辺とを有し、
前記第1辺に前記第1電極が接続され、
前記第2辺に前記第2電極が接続され、
前記第1電極が前記第1辺に接する幅は、前記各分割電極が前記第2辺に接する幅Wの総和の0.8~1.2倍である、項14に記載のウインドシールド。
項16.前記各分割電極の前記幅Wは、当該各分割電極と前記第1辺との最短距離Lが短いほど、短くなるように形成されている、項15に記載のウインドシールド。
項17.前記第1辺との最短距離Lが最も長い前記分割電極を、基準分割電極と規定し、
当該基準分割電極と前記第1辺との最短距離をL0、前記基準分割電極の前記幅をW0、T=L/L0*W0と規定したとき、W/Tが、0.8~1.2である、項16に記載のウインドシールド。
項18.前記各分割電極の印加される電圧は、前記最短距離Lが短いほど、低くなるように構成されている、項16に記載のウインドシールド。
項19.前記第1辺との最短距離Lが最も長い前記分割電極を、基準分割電極と規定し、
当該基準分割電極と前記第1辺との最短距離をL0、前記基準分割電極に印加される電圧をV0、S=(L*W)/(L0*W0)*V0と規定したとき、W/Sが、0.8~1.3である、項16に記載のウインドシールド。
項20.前記発熱体を支持する第1基材フィルムと、
前記第1基材フィルムにおいて、前記発熱体とは反対側の面に形成され、少なくとも前記ガラス体の車内側の面に固定するための第1粘着層と、
をさらに備えている、項1から19のいずれかに記載のウインドシールド。
項21.第1基材フィルムと、
第1粘着層と、
をさらに備え、
前記第1粘着層、前記発熱体、及び前記第1基材フィルムが、この順で積層され、
前記第1粘着層が前記ガラス体の車内側の面に固定される、項1から19のいずれかに記載のウインドシールド。
項22.前記発熱体上に設けられた防曇手段をさらに備え、
前記防曇手段は、吸水性樹脂からなる防曇膜を備えている、項1から21に記載のウインドシールド。
項23.前記防曇膜が配置された第2基材フィルムと、前記第2基材フィルムにおいて前記防曇膜とは反対側の面に設けられ、少なくとも前記発熱体に固定するための第2粘着層と、をさらに備えている、項22に記載のウインドシールド。
項24.前記防曇膜が配置された第2基材フィルムと、前記第2基材フィルムにおいて前記防曇膜とは反対側の面に設けられ、少なくとも前記第1基材フィルムに固定するための第2粘着層と、をさらに備えている、項22に記載のウインドシールド。
項25.カバー部材と、
前記カバー部材を少なくとも前記発熱体に固定するための第3粘着層と、
をさらに備え、
前記発熱体と前記第2粘着層との間に、前記カバー部材と前記第3粘着層とが配置されている、項23に記載のウインドシールド。
項26.前記カバー部材は、当該カバー部材を少なくとも前記発熱体に固定するための第3粘着層を有している、項8から20のいずれかに記載のウインドシールド。
項27.前記第3粘着層の厚みは、前記遮蔽層の厚みより大きく、当該厚みの20倍以下である、項26に記載のウインドシールド。
項28.前記第3粘着層の厚みは、前記給電部と前記発熱体との段差の高さより大きく、当該段差の20倍以下である、項26に記載のウインドシールド。
項29.前記発熱体を支持する第1基材フィルムを備え、
前記第3粘着層の厚みは、前記給電部と前記第1基材フィルムとの段差の高さより大きく、当該段差の20倍以下である、項26に記載のウインドシールド。
項30.前記第3粘着層の20℃でのせん断貯蔵弾性率が、1.0×103GPa以上、1.0×107GPa以下である、項26に記載のウインドシールド。
項31.前記第3粘着層の粘着力が、0.25N/10mm以上、12N/10mm以下である、項26に記載のウインドシールド。
項32.前記カバー部材の厚みが25μm以上、300μm以下である、項25に記載のウインドシールド。
項33.前記第1粘着層の厚みは、前記遮蔽層の厚みより大きく、当該厚みの20倍以下である、項20に記載のウインドシールド。
項34.前記第1粘着層の20℃でのせん断貯蔵弾性率が、1.0×103GPa以上、1.0×107GPa以下である、項20に記載のウインドシールド。
項35.前記第1粘着層の粘着力が、0.25N/10mm以上、12N/10mm以下である、項20に記載のウインドシールド。
項36.前記第1基材フィルムの厚みが25μm以上、300μm以下である、項20に記載のウインドシールド。
本発明によれば、ガラス板を介して光の照射及び/または受光を行う情報取得装置が取り付け可能なウインドシールドにおいて、光の照射及び/または受光を正確に行うことができ、情報の処理を正確に行うことができる。
本発明に係るウインドシールドの第1実施形態を示す平面図である。 図1の断面図である。 合わせガラスの断面図である。 車載システムの概略構成を示すブロック図である。 発熱シートの配置を示す撮影窓付近の平面図である。 図5のA-A線断面図である。 防曇積層体の断面図である。 第2実施形態の第1態様に係る発熱層と電極を示す平面図である。 第2実施形態の第2態様に係る発熱層と電極を示す平面図である。 第1及び第2実施形態に係る発熱シートでの温度をシミュレーションにより算出した図である。
<A.第1実施形態>
まず、図1及び図2を用いて、本実施形態に係るウインドシールドの第1実施形態の構成について説明する。図1はウインドシールドの平面図、図2は図1の断面図である。なお、説明の便宜のため、図1の上下方向を「上下」、「垂直」、「縦」と、図1の左右方向を「左右」と称することとする。図1は、車内側から見たウインドシールドを例示している。すなわち、図1の紙面奥側が車外側であり、図1の紙面手前側が車内側である。
このウインドシールドは、略矩形状の合わせガラス10を備えており、傾斜状態で車体に設置されている。そして、この合わせガラス10の車内側を向く内面130には、車外からの視野を遮蔽するマスク層(遮蔽層)110が設けられており、撮影装置2は、このマスク層110により車外から見えないように配置されている。但し、撮影装置2は、車外の状況を撮影するためのカメラである。そのため、マスク層110には撮影装置2と対応する位置に撮影窓(開口部)113が設けられ、この撮影窓113を介して、車内に配置された撮影装置2は、車外の状況を撮影可能となっている。
撮影装置2には画像処理装置3が接続しており、撮影装置2により取得された撮影画像は、この画像処理装置3で処理される。撮影装置2及び画像処理装置3は車載システム5を構成しており、この車載システム5は、画像処理装置3の処理に応じて様々な情報を乗車者に提供することができる。
また、ウインドシールドの車内側の面には、撮影窓(情報取得領域)113と対応する領域に、後述する図6に示すように、発熱シート6が配置されており、ウインドシールドにおいて撮影窓113に対応する領域の防曇及び解氷を行うようになっている。さらに、発熱シート6を覆うように、ウインドシールドの車内側の面には、防曇シート7が取り付けられている。なお、図1及び図2では、発熱シート6と防曇シート7を省略している。以下、各構成要素について説明する。
<1.合わせガラス>
図3は合わせガラスの断面図である。同図に示すように、この合わせガラス10は、外側ガラス板11及び内側ガラス板12を備え、これらガラス板11、12の間に樹脂製の中間膜13が配置されている。以下、これらの構成について説明する。
<1-1.ガラス板>
まず、外側ガラス板11及び内側ガラス板12から説明する。外側ガラス板11及び内側ガラス板12は、公知のガラス板を用いることができ、熱線吸収ガラス、一般的なクリアガラスやグリーンガラス、またはUVグリーンガラスで形成することもできる。但し、これらのガラス板11、12は、自動車が使用される国の安全規格に沿った可視光線透過率を実現する必要がある。例えば、外側ガラス板11により必要な日射吸収率を確保し、
内側ガラス板12により可視光線透過率が安全規格を満たすように調整することができる。以下に、クリアガラス、熱線吸収ガラス、及びソーダ石灰系ガラスの一例を示す。
(クリアガラス)
SiO2:70~73質量%
Al23:0.6~2.4質量%
CaO:7~12質量%
MgO:1.0~4.5質量%
2O:13~15質量%(Rはアルカリ金属)
Fe23に換算した全酸化鉄(T-Fe23):0.08~0.14質量%
(熱線吸収ガラス)
熱線吸収ガラスの組成は、例えば、クリアガラスの組成を基準として、Fe23に換算した全酸化鉄(T-Fe23)の比率を0.4~1.3質量%とし、CeO2の比率を0~2質量%とし、TiO2の比率を0~0.5質量%とし、ガラスの骨格成分(主に、SiO2やAl23)をT-Fe23、CeO2およびTiO2の増加分だけ減じた組成とすることができる。
(ソーダ石灰系ガラス)
SiO2:65~80質量%
Al23:0~5質量%
CaO:5~15質量%
MgO:2質量%以上
NaO:10~18質量%
2O:0~5質量%
MgO+CaO:5~15質量%
Na2O+K2O:10~20質量%
SO3:0.05~0.3質量%
23:0~5質量%
Fe23に換算した全酸化鉄(T-Fe23):0.02~0.03質量%
本実施形態に係る合わせガラスの厚みは特には限定されないが、外側ガラス板11と内側ガラス板12の厚みの合計を、例として2.1~6mmとすることができ、軽量化の観点からは、外側ガラス板11と内側ガラス板12の厚みの合計を、2.4~3.8mmとすることが好ましく、2.6~3.4mmとすることがさらに好ましく、2.7~3.2mmとすることが特に好ましい。このように、軽量化のためには、外側ガラス板11と内側ガラス板12との合計の厚みを小さくすることが必要であるので、各ガラス板のそれぞれの厚みは、特には限定されないが、例えば、以下のように、外側ガラス板11と内側ガラス板12の厚みを決定することができる。
外側ガラス板11は、主として、外部からの障害に対する耐久性、耐衝撃性が必要であり、例えば、この合わせガラスを自動車のウインドシールドとして用いる場合には、小石などの飛来物に対する耐衝撃性能が必要である。他方、厚みが大きいほど重量が増し好ましくない。この観点から、外側ガラス板11の厚みは1.8~2.3mmとすることが好ましく、1.9~2.1mmとすることがさらに好ましい。何れの厚みを採用するかは、ガラスの用途に応じて決定することができる。
内側ガラス板12の厚みは、外側ガラス板11と同等にすることができるが、例えば、合わせガラスの軽量化のため、外側ガラス板11よりも厚みを小さくすることができる。具体的には、ガラスの強度を考慮すると、0.6~2.0mmであることが好ましく、0.8~1.6mmであることが好ましく、1.0~1.4mmであることが特に好ましい。更には、0.8~1.3mmであることが好ましい。内側ガラス板12についても、何れの厚みを採用するかは、ガラスの用途に応じて決定することができる。
ここで、ガラス板(合わせガラス)1が湾曲している場合の厚みの測定方法の一例について説明する。まず、測定位置については、ガラス板の左右方向の中央を上下方向に延びる中央線S上の上下2箇所である。測定機器は、特には限定されないが、例えば、株式会社テクロック製のSM-112のようなシックネスゲージを用いることができる。測定時には、平らな面にガラス板の湾曲面が載るように配置し、上記シックネスゲージでガラス板の端部を挟持して測定する。なお、ガラス板が平坦な場合でも、湾曲している場合と同様に測定することができる。
<1-2.中間膜>
中間膜13は、少なくとも一層で形成されており、一例として、図3に示すように、軟質のコア層131を、これよりも硬質のアウター層132で挟持した3層で構成することができる。但し、この構成に限定されるものではなく、コア層131と、外側ガラス板11側に配置される少なくとも1つのアウター層132とを有する複数層で形成されていればよい。例えば、コア層131と、外側ガラス板11側に配置される1つのアウター層132を含む2層の中間膜13、またはコア層131を中心に両側にそれぞれ2層以上の偶数のアウター層132を配置した中間膜13、あるいはコア層131を挟んで一方に奇数のアウター層132、他方の側に偶数のアウター層132を配置した中間膜13とすることもできる。なお、アウター層132を1つだけ設ける場合には、上記のように外側ガラス板11側に設けているが、これは、車外や屋外からの外力に対する耐破損性能を向上するためである。また、アウター層132の数が多いと、遮音性能も高くなる。
コア層131はアウター層132よりも軟質であるかぎり、その硬さは特には限定されない。各層131,132を構成する材料は、特には限定されないが、例えば、ヤング率を基準として材料を選択することができる。具体的には、周波数100Hz,温度20度において、1~20MPaであることが好ましく、1~18MPaであることがさらに好ましく、1~14MPaであることが特に好ましい。このような範囲にすると、概ね3500Hz以下の低周波数域で、STLが低下するのを防止することができる。一方、アウター層132のヤング率は、後述するように、高周波域における遮音性能の向上のために、大きいことが好ましく、周波数100Hz,温度20度において560MPa以上、600MPa以上、650MPa以上、700MPa以上、750MPa以上、880MPa以上、または1300MPa以上とすることができる。一方、アウター層132のヤング率の上限は特には限定されないが、例えば、加工性の観点から設定することができる。例えば、1750MPa以上となると、加工性、特に切断が困難になることが経験的に知られている。
また、具体的な材料としては、アウター層132は、例えば、ポリビニルブチラール樹脂(PVB)によって構成することができる。ポリビニルブチラール樹脂は、各ガラス板との接着性や耐貫通性に優れるので好ましい。一方、コア層131は、例えば、エチレンビニルアセテート樹脂(EVA)、またはアウター層を構成するポリビニルブチラール樹脂よりも軟質なポリビニルアセタール樹脂によって構成することができる。軟質なコア層を間に挟むことにより、単層の樹脂中間膜と同等の接着性や耐貫通性を保持しながら、遮音性能を大きく向上させることができる。
一般に、ポリビニルアセタール樹脂の硬度は、(a)出発物質であるポリビニルアルコールの重合度、(b)アセタール化度、(c)可塑剤の種類、(d)可塑剤の添加割合などにより制御することができる。したがって、それらの条件から選ばれる少なくとも1つを適切に調整することにより、同じポリビニルブチラール樹脂であっても、アウター層132に用いる硬質なポリビニルブチラール樹脂と、コア層131に用いる軟質なポリビニルブチラール樹脂との作り分けが可能である。さらに、アセタール化に用いるアルデヒドの種類、複数種類のアルデヒドによる共アセタール化か単種のアルデヒドによる純アセタール化によっても、ポリビニルアセタール樹脂の硬度を制御することができる。一概には言えないが、炭素数の多いアルデヒドを用いて得られるポリビニルアセタール樹脂ほど、軟質となる傾向がある。したがって、例えば、アウター層132がポリビニルブチラール樹脂で構成されている場合、コア層131には、炭素数が5以上のアルデヒド(例えばn-ヘキシルアルデヒド、2-エチルブチルアルデヒド、n-へプチルアルデヒド、n-オクチルアルデヒド)、をポリビニルアルコールでアセタール化して得られるポリビニルアセタール樹脂を用いることができる。なお、所定のヤング率が得られる場合は、上記樹脂等に限定されることはい。
また、中間膜13の総厚は、特に規定されないが、0.3~6.0mmであることが好ましく、0.5~4.0mmであることがさらに好ましく、0.6~2.0mmであることが特に好ましい。また、コア層131の厚みは、0.1~2.0mmであることが好ましく、0.1~0.6mmであることがさらに好ましい。一方、各アウター層132の厚みは、0.1~2.0mmであることが好ましく、0.1~1.0mmであることがさらに好ましい。その他、中間膜13の総厚を一定とし、この中でコア層131の厚みを調整することもできる。
コア層131及びアウター層132の厚みは、例えば、以下のように測定することができる。まず、マイクロスコープ(例えば、キーエンス社製VH-5500)によって合わせガラスの断面を175倍に拡大して表示する。そして、コア層131及びアウター層132の厚みを目視により特定し、これを測定する。このとき、目視によるばらつきを排除するため、測定回数を5回とし、その平均値をコア層131、アウター層132の厚みとする。例えば、図7に示すような合わせガラスの拡大写真を撮影し、このなかでコア層やアウター層132を特定して厚みを測定する。
なお、中間膜13のコア層131、アウター層132の厚みは全面に亘って一定である必要はなく、例えば、ヘッドアップディスプレイに用いられる合わせガラス用に楔形にすることもできる。この場合、中間膜13のコア層131やアウター層132の厚みは、最も厚みの小さい箇所、つまり合わせガラスの最下辺部を測定する。中間膜13が楔形の場合、外側ガラス板及び内側ガラス板は、平行に配置されないが、このような配置も本発明におけるガラス板に含まれる物とする。すなわち、本発明においては、例えば、1m当たり3mm以下の変化率で厚みが大きくなるコア層131やアウター層132を用いた中間膜13を使用した時の外側ガラス板と内側ガラス板の配置を含む。
中間膜13の製造方法は特には限定されないが、例えば、上述したポリビニルアセタール樹脂等の樹脂成分、可塑剤及び必要に応じて他の添加剤を配合し、均一に混練りした後、各層を一括で押出し成型する方法、この方法により作成した2つ以上の樹脂膜をプレス法、ラミネート法等により積層する方法が挙げられる。プレス法、ラミネート法等により積層する方法に用いる積層前の樹脂膜は単層構造でも多層構造でもよい。また、中間膜13は、上記のような複数の層で形成する以外に、1層で形成することもできる。
<2.マスク層>
次に、マスク層110について説明する。図1及び図2に例示されるように、本実施形態では、マスク層110は、合わせガラス10の車内側の内面(内側ガラス板12の内面)130に積層され、合わせガラス10の周縁部に沿って形成されている。具体的には、図1に例示されるように、本実施形態に係るマスク層110は、合わせガラス10の周縁部に沿う周縁領域111と、合わせガラス10の上辺部から下方に矩形状に突出した突出領域112とに分けることができる。周縁領域111は、ウインドシールドの周縁部からの光の入射を遮蔽する。一方、突出領域112は、車内に配置される撮影装置2を車外から見えないようにする。
但し、撮影装置2の撮影範囲をマスク層110が遮蔽してしまうと、撮影装置2によって車外前方の状況を撮影することができなくなってしまう。そのため、本実施形態では、マスク層110の突出領域112に、撮影装置2が車外の状況を撮影可能なように、当該撮影装置2に対応する位置に台形状の撮影窓(情報取得領域)113が設けられている。すなわち、撮影窓113は、マスク層110より面方向内側の非遮蔽領域120から独立して設けられる。また、この撮影窓113は、マスク層110の材料が積層されない領域であり、合わせガラスが上述した可視光の透過率を有することで、車外の状況を撮影可能となっている。なお、撮影窓113の大きさは特には限定されないが、例えば、7000mm2以上にすることができる。また、上記のように、撮影窓113は、ウインドシールドが傾斜しているため、矩形状ではない形状、つまり、本実施形態では台形状に形成されている。
マスク層110は、上記のように、内側ガラス板12の内面に積層する以外に、例えば、外側ガラス板11の内面、内側ガラス板12の外面に積層することもできる。また、外側ガラス板11の内面と内側ガラス板12の内面の2箇所(第1遮蔽層及び第2遮蔽層)に積層することもできる。
次に、マスク層110の材料について説明する。このマスク層110の材料は、車外からの視野を遮蔽可能であれば、実施の形態に応じて適宜選択されても良く、例えば、黒色、茶色、灰色、濃紺等の濃色のセラミックを用いてもよい。
マスク層110の材料に黒色のセラミックが選択された場合、例えば、内側ガラス板12の内面130上の周縁部にスクリーン印刷等で黒色のセラミックを積層し、内側ガラス板12と共に積層したセラミックを加熱する。これによって、内側ガラス板12の周縁部にマスク層110を形成することができる。また、黒色のセラミックを印刷する際に、黒色のセラミックを部分的に印刷しない領域を設ける。これによって、撮影窓113を形成することができる。なお、マスク層110に利用するセラミックは、種々の材料を利用することができる。例えば、以下の表1に示す組成のセラミックをマスク層110に利用することができる。
*1,主成分:酸化銅、酸化クロム、酸化鉄及び酸化マンガン
*2,主成分:ホウケイ酸ビスマス、ホウケイ酸亜鉛
<3.車載システム>
次に、図4を用いて、撮影装置(情報取得装置)2及び画像処理装置3を備える車載システム5について説明する。図4は、車載システム5の構成を例示する。図4に例示されるように、本実施形態に係る車載システム5は、上記撮影装置2と、当該撮影装置2に接続される画像処理装置3と、を備えている。
画像処理装置3は、撮影装置2により取得された撮影画像を処理する装置である。この画像処理装置3は、例えば、ハードウェア構成として、バスで接続される、記憶部31、制御部32、入出力部33等の一般的なハードウェアを有している。ただし、画像処理装置3のハードウェア構成はこのような例に限定されなくてよく、画像処理装置3の具体的なハードウェア構成に関して、実施の形態に応じて、適宜、構成要素の追加、省略及び追加が可能である。
記憶部31は、制御部32で実行される処理で利用される各種データ及びプログラムを記憶する(不図示)。記憶部31は、例えば、ハードディスクによって実現されてもよいし、USBメモリ等の記録媒体により実現されてもよい。また、記憶部31が格納する当該各種データ及びプログラムは、CD(Compact Disc)又はDVD(Digital Versatile Disc)等の記録媒体から取得されてもよい。更に、記憶部31は、補助記憶装置と呼ばれてもよい。
上記のとおり、合わせガラス10は、垂直方向に対して傾斜姿勢で配置され、かつ、湾曲している。そして、撮影装置2は、そのような合わせガラス10を介して車外の状況を撮影する。そのため、撮影装置2により取得される撮影画像は、合わせガラス10の姿勢、形状、屈折率、光学的欠陥等に応じて、変形している。また、撮影装置2のカメラレンズに固有の収差も加わる。そこで、記憶部31には、このような合わせガラス10およびカメラレンズの収差によって変形した画像を補正するための補正データが記憶されていてもよい。
制御部32は、マイクロプロセッサ又はCPU(Central Processing Unit)等の1又は複数のプロセッサと、このプロセッサの処理に利用される周辺回路(ROM(Read Only Memory)、RAM(Random Access Memory)、インタフェース回路等)と、を有する。ROM、RAM等は、制御部32内のプロセッサが取り扱うアドレス空間に配置されているという意味で主記憶装置と呼ばれてもよい。制御部32は、記憶部31に格納されている各種データ及びプログラムを実行することにより、画像処理部321として機能する。
画像処理部321は、撮影装置2により取得される撮影画像を処理する。撮影画像の処理は、実施の形態に応じて適宜選択可能である。例えば、画像処理部321は、パターンマッチング等によって当該撮影画像を解析することで、撮影画像に写る被写体の認識を行ってもよい。本実施形態では、撮影装置2は車両前方の状況を撮影するため、画像処理部321は、更に、当該被写体認識に基づいて、車両前方に人間等の生物が写っていないかどうかを判定してもよい。そして、車両前方に人物が写っている場合には、画像処理部321は、所定の方法で警告メッセージを出力してもよい。また、例えば、画像処理部321は、所定の加工処理を撮影画像に施してもよい。そして、画像処理部321は、画像処理装置3に接続されるディスプレイ等の表示装置(不図示)に当該加工した撮影画像を出力してもよい。
入出力部33は、画像処理装置3の外部に存在する装置とデータの送受信を行うための1又は複数のインタフェースである。入出力部33は、例えば、ユーザインタフェースと接続するためのインタフェース、又はUSB(Universal Serial Bus)等のインタフェースである。なお、本実施形態では、画像処理装置3は、当該入出力部33を介して、撮影装置2と接続し、当該撮影装置2により撮影された撮影画像を取得する。
このような画像処理装置3は、提供されるサービス専用に設計された装置の他、PC(Personal Computer)、タブレット端末等の汎用の装置が用いられてもよい。
また、上記撮影装置2は、図示を省略するブラケットを介してウインドシールドに取り付けられ、このブラケットが、マスク層に110取り付けられる。なお、ブラケットには、撮影装置2への光が通過するように、光が通過するための切り欠きが形成されている。したがって、この状態で、撮影装置2のカメラの光軸が撮影窓113を通過するように、撮影装置2のブラケットへの取付、及びブラケットのマスク層110への取付を調整する。また、ブラケットには撮影装置2を覆うように、図示を省略するカバーが取り付けられる。したがって、撮影装置2は、合わせガラス10、ブラケット、及びカバーで囲まれた空間内に配置され、車内側から見えないようなるとともに、車外側からも撮影窓113を通して撮影装置2の一部しか見えないようになっている。そして、撮影装置2と上述した入出力部33とは、図示を省略するケーブルで接続され、このケーブルはカバーから引き出され、車内の所定の位置に配置された画像処理装置3に接続されている。なお、撮影装置2は、ブラケットではなく、カバーに取付けられることもある。また、ブラケットは、視界の阻害を避けるため、マスク層110に固定される部分の面積を小さくすることが好ましい。そのため、ブラケットは、平面視で矩形でない形状になることが覆い。
<4.発熱シート>
次に、発熱シート6について、図5及び図6を参照しつつ説明する。図5は発熱シートが取り付けられた撮影窓付近の拡大した平面図であり、図6は図5のA-A線断面図である。なお、図5では、後述する防曇シート7を省略しているが、図6では防曇シート7も示している。図5及び図6に示すように、発熱シート6は、台形状の第1基材フィルム61と、この第1基材フィルム61の上面に配置される発熱層(発熱体)62と、第1基材フィルム61の下面に配置される第1粘着層63と、を備えており、第1粘着層63によって、発熱シート6は、内側ガラス板12の車内側の面に貼り付けられている。すなわち、図5に示すように、本実施形態では、発熱シート6は、撮影窓113を覆うように、内側ガラス板12及びマスク層110上に配置される。すなわち、発熱シート6は、撮影窓113よりも大きい面積となっている。また、この発熱シート6の上辺及び下辺には、これら上辺及び下辺に沿って、帯状の第1電極81及び第2電極82がそれぞれ取り付けられている。第1電極81及び第2電極82は、正極及び負極の何れであってもよく、極が互いに反対であればよい。以下、各部材について詳細に説明する。
<4-1.第1基材フィルム>
第1基材フィルム61は、透明の樹脂フィルムで形成され、例えば、ポリエチレンテレフタレート、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、ポリカーボネートや、アクリル系樹脂で形成することができる。そして、その樹脂には紫外線吸収剤が含有されていても良い。また、第1基材フィルム61の熱伝導率は、ガラス板11,12の熱伝導率よりも低いことが好ましい。これは、発熱層62の熱をガラス板11,12側に効率よく伝達するためである。第1基材フィルム61の熱伝導率がガラス板11,12の熱伝導率よりも小さいと、第1基材フィルム61が蓄熱体としての役割を果たし、ゆっくり放熱させることで、面内の均一な発熱が期待できる。したがって、第1基材フィルム61の熱伝導率が小さすぎると、蓄熱体としての役割を担えなくなるため、第1基材フィルム61の熱伝導率は、例えば、0.1W/m・K以上であることが好ましい。例えば、ポリカーボネートの熱伝導率は0.19W/m・Kである一方、フロートガラスの熱伝導率は、1.00W/m・Kである。したがって、ポリカーボネートは、蓄電体として優れていると考えられる。
紫外線吸収剤としては、例えば、ベンゾトリアゾール化合物[2-(2’-ヒドロキシ-5’-メチルフェニル)ベンゾトリアゾール、2-(2’-ヒドロキシ-3’,5’―ジ-t-ブチルフェニル)ベンゾトリアゾール等]、ベンゾフェノン化合物[2,2’,4,4’-テトラヒドロキシベンゾフェノン、2,4-ジヒドロキシベンゾフェノン、2-ヒドロキシ-4-メトキシベンゾフェノン、2-ヒドロキシ-4-オクトキシベンゾフェノン、5,5’-メチレンビス(2-ヒドロキシ-4-メトキシベンゾフェノン)等]、ヒドロキシフェニルトリアジン化合物[2-(2-ヒドロキシ-4-オクトキシフェニル)-4,6-ビス(2,4-ジ-t-ブチルフェニル)-s-トリアジン、2-(2-ヒドロキシ-4-メトキシフェニル)-4,6-ジフェニル-s-トリアジン、2-(2-ヒドロキシ-4-プロポキシ-5-メチルフェニル)-4,6-ビス(2,4-ジ-t-ブチルフェニル)-s-トリアジン等]及びシアノアクリレート化合物[エチル-α-シアノ-β,β-ジフェニルアクリレート、メチル-2-シアノ-3-メチル-3-(p-メトキシフェニル)アクリレート等]等の有機物が挙げられる。紫外線吸収剤は単独で使用してもよく、2種以上を併用してもよい。また、紫外線吸収剤は、ポリメチン化合物、イミダゾリン化合物、クマリン化合物、ナフタルイミド化合物、ペリレン化合物、アゾ化合物、イソインドリノン化合物、キノフタロン化合物及びキノリン化合物から選ばれる少なくとも1種の有機色素であってもよい。
このような第1基材フィルム61は、例えば、波長380nmでの透過率が5%以下、且つ波長400nmでの透過率が50%以下であることが好ましい。
また、第1基材フィルム61は、発熱層62を支持するシート材であるので、ある程度の剛性が必要である。但し、厚みが大きすぎると、ヘイズ率が高くなりやすい。一方、厚みが小さいと、第1基材フィルム61の蓄熱体としての役割が小さくなり、熱を面全体において均一に付与する効果が小さくなる。したがって、第1基材フィルム61の厚みは、例えば、25~300μmであることが好ましく、50~200μmであることがさらに好ましい。
<4-2.発熱層>
発熱層62は、第1基材フィルム61の全面に亘って積層され、両電極に電圧が印加されたときに発熱する透明導電膜である。このような透明導電膜の材料としては、例えば、ITO、Sb及びFがドープされたSnO2、Al及びGaがドープされた酸化亜鉛、NbがドープされたTiO2、酸化タングステン等のTCO(Transparent Conductive Oxide)などを挙げることができるが、これらに限定されない。なお、TCOの抵抗は、例えば、3~200Ω/□とすることができる。3Ω/□より低いと発熱不足になり、防曇または解氷性能が不足するからである。一方、200Ω/□を超えると、異常発熱になるおそれがあり、ガラス板が割れたり、センサー等の機器に悪影響を及ぼすからである。
このような透明導電膜は、例えば、スパッタリングなどで第1基材フィルム61に積層されるが、その他の積層方法でよく、特には限定されない。例えば、透明導電膜62と第1基材フィルム61との密着性を向上するため、これらの間に下地層を設けてもよい。下地層としては、例えば、SiO2やZrO2等を挙げることができるが、特には限定されない。さらに、透明導電膜における短絡を防止するため、透明導電膜の上の少なくとも一部に絶縁層を形成してもよい。絶縁層の材料としては、SiO2、ZrO2、ポリエチレンテレフタレート等を挙げることができるが、特には限定されない。
<4-3.粘着層>
第1粘着層63は、第1基材フィルム61を内側ガラス板12に十分な強度で固定できるものであればよい。具体的には、常温でタック性を有するアクリル系、ゴム系、及びメタクリル系とアクリル系のモノマーを共重合し、所望のガラス転移温度に設定した樹脂などの粘着層を使用できる。アクリル系モノマーとしては、アクリル酸メチル、アクリル酸エチル、アクリル酸ブチル、アクリル酸ステアリル及びアクリル酸2エチルヘキシル等を適用することができ、メタクリル系モノマーとしては、メタクリル酸エチル、メタクリル酸ブチル、メタクリル酸イソブチル及びメタクリル酸ステアリル等を適用することができる。また、ヒートラミネートなどで施工をする場合には、ラミネート温度で軟化する有機物を用いても良い。ガラス転移温度は、例えばメタクリル系とアクリル系のモノマーを共重合した樹脂の場合、各モノマーの配合比を変更することによって調整することができる。
また、図6に示すように、第1粘着層63は、マスク層110によって生じる段差を吸収できるような厚みであることが好ましい。例えば、第1粘着層63の厚みは、内側ガラス板12とマスク層110との段差、つまり、マスク層110の厚みよりは大きく、マスク層110の厚みの20倍以下であることが好ましい。したがって、第1粘着層63の厚みは、例えば、1~300μmにすることができる。また、段差を吸収するとの観点から、第1粘着層63を変形しやすくするため、第1粘着層63のせん断貯蔵弾性率は、例えば、1.0×103GPa以上、1.0×107GPa以下とすることができる。
また、第1粘着層63の粘着力は、0.25N/10mm以上、12N/10mm以下とすることができ、1.0N/10mm以上、10N/10mm以下であることが好ましい。これにより、発熱シート6がしっかりと貼り付けられるとともに、剥がしやすくなり、交換が容易になる。
なお、図6の例では、発熱層62と第1基材フィルム61とを同じ大きさにしているが、これに限定されるものではない。例えば、発熱層62を第1基材フィルム61よりも小さくすることもでき、この場合には、第1基材フィルム61の外縁と発熱層62の外縁との間に、各電極81,82を配置することもできる。また、図6の例では、発熱シート6を撮影窓113よりも大きくしているが、撮影窓113の内部に収まる大きさにすることもできる。あるいは、発熱シート6の一部が撮影窓113からはみ出すように配置することもできる。
<4-4.電極>
各電極81,82は、発熱層62上において、その上辺及び下辺に沿って帯状に形成されており、銅(またはスズメッキされた銅)、金、アルミニウム、マグネシウム、コバルト、タングステン、銀など、種々の材料で形成することができる。このうち、特に、電気抵抗率が3.0×10-8Ωm以下の材料である、銀、銅、金、アルミニウムを用いることが好ましい。そして、電極81,82は、例えば、スクリーン印刷などの印刷によって形成することができる。すなわち、銀ペーストなどを印刷によって塗布し、その後、乾燥を行うことで、電極81,82を形成する。電極81,82は、全ての部分を印刷などで一体的に形成してもよいし、上述した各種の材料で形成したシート状の材料を発熱シート6に貼り付けることで構成してもよい。図6では、各電極81,82に接続される配線を省略しているが、各電極81,82には適宜配線を施すことができる。
上記のように構成された発熱シート6及び後述する防曇シート7は、ブラケット及びそのカバーによって覆われ、車内からは見えないようになっている。図6では、ブラケット50の外縁を示している。また、発熱シート6及び防曇シート7は、マスク層110上に配置されているため、これらの外縁は、車外からも見えないようになっている。なお、発熱シート6及び防曇シート7の全てがブラケット50及びカバーによって覆われていなくてもよく、少なくとも撮影窓113に相当する部分が、ブラケット50及びカバーによって覆われるようにしてもよい。あるいは、各電極81,82に接続される一部のみがブラケットからはみ出してもよい。但し、車内から接触しないようにするには、発熱シート6、防曇シート7、及び配線の全てがブラケット50やカバーによって覆われていることが好ましい。また、例えば、これらの一部がブラケットからはみ出していても、カバーによって覆われていればよい。
発熱シート6を構成する第1基材フィルム61、発熱層62、及び粘着層63は、台形状に形成されているが、その下辺(第1辺)の長さa及び上辺(第2辺)の長さbは、0.15≦a/b<1(式(A))とすることが好ましい。これは、第1電極81及び第2電極82は発熱層62の上辺及び下辺の長さと概ね同じにしているため、電流が長さの異なる電極の間を流れると、長さの短い第1電極81側が第2電極82側に比べて電流密度が高くなり、上辺側の温度が高くなりすぎるおそれがあることによる。なお、発熱シート(発熱層62)6は、効率よく面発熱を行うため、矩形に形成して対向する辺に電極を設けることが望ましいが、本実施形態では、撮影窓113の形状に合わせるため、また、後述するように、ブラケットの接着面積を大きくするために台形状に形成している。発熱層62を台形状に形成することで、矩形よりも所定の温度まで上昇するために必要な消費電力が大きくなる。
<5.防曇シート>
次に、防曇シート7について説明する。上述したように、防曇シート7は、発熱シート6を覆うように、発熱シート6に重ねて貼り付けられている。図6の例では、発熱シート6と防曇シート7とを同じ大きさにしているが、防曇シート7を発熱シート6よりも小さくしたり、あるいは大きくしたりすることができる。すなわち、防曇シート7の大きさは適宜変更することができる。また、防曇シート7が発熱シート6からはみ出して、ガラス板12上やマスク層110上に配置することもできる。
図7に示すように、防曇シート7は、第2粘着層71、第2基材フィルム72、及び防曇層(防曇手段)73がこの順で積層されたものである。また、防曇シート7が発熱シート6に取り付けられる前には、第2粘着層71には剥離可能な第1保護シート74が取り付けられ、防曇層73にも剥離可能な第2保護シート75が取り付けられ、これら5層によって防曇積層体が構成されている。以下、各層について説明する。
<5-1.防曇層>
防曇層73は、合わせガラス10の防曇効果を奏するものであれば、特には限定されず、公知のものを用いることができる。一般的に、防曇層73は、水蒸気から生じる水を水膜として表面に形成する親水タイプ、水蒸気を吸収する吸水タイプ、表面に水滴が凝結しにくい撥水吸水タイプ、及び水蒸気から生じる水滴を撥水する撥水タイプがあるが、いずれのタイプの防曇層も適用可能である。以下では、その一例として、撥水吸水タイプの防曇層の例を説明する。
[有機無機複合防曇層]
有機無機複合防曇層は、基材フィルムの表面に形成された単層膜もしくは積層された複層膜である。有機無機複合防曇層は、少なくとも吸水性樹脂と撥水基と金属酸化物成分とを含んでいる。防曇膜は、必要に応じ、その他の機能成分をさらに含んでいてもよい。吸水性樹脂は、水を吸収して保持できる樹脂であればその種類を問わない。撥水基は、撥水基を有する金属化合物(撥水基含有金属化合物)から防曇膜に供給することができる。金属酸化物成分は、撥水基含有金属化合物その他の金属化合物、金属酸化物微粒子等から防曇膜に供給することができる。以下、各成分について説明する。
(吸水性樹脂)
吸水性樹脂としては特に制限はなく、ポリエチレングリコール、ポリエーテル系樹脂、ポリウレタン樹脂、デンプン系樹脂、セルロース系樹脂、アクリル系樹脂、エポキシ系樹脂、ポリエステルポリオール、ヒドロキシアルキルセルロース、ポリビニルアルコール、ポリビニルピロリドン、ポリビニルアセタール樹脂、ポリ酢酸ビニル等が挙げられる。これらのうち好ましいのは、ヒドロキシアルキルセルロース、ポリビニルアルコール、ポリビニルピロリドン、ポリビニルアセタール樹脂、ポリ酢酸ビニル、エポキシ系樹脂及びポリウレタン樹脂であり、より好ましいのは、ポリビニルアセタール樹脂、エポキシ系樹脂及びポリウレタン樹脂であり、特に好ましいのは、ポリビニルアセタール樹脂である。
ポリビニルアセタール樹脂は、ポリビニルアルコールにアルデヒドを縮合反応させてアセタール化することにより得ることができる。ポリビニルアルコールのアセタール化は、酸触媒の存在下で水媒体を用いる沈澱法、アルコール等の溶媒を用いる溶解法等公知の方法を用いて実施すればよい。アセタール化は、ポリ酢酸ビニルのケン化と並行して実施することもできる。アセタール化度は、2~40モル%、さらには3~30モル%、特に5~20モル%、場合によっては5~15モル%が好ましい。アセタール化度は、例えば13C核磁気共鳴スペクトル法に基づいて測定することができる。アセタール化度が上記範囲にあるポリビニルアセタール樹脂は、吸水性及び耐水性が良好である有機無機複合防曇層の形成に適している。
ポリビニルアルコールの平均重合度は、好ましくは200~4500であり、より好ましくは500~4500である。高い平均重合度は、吸水性及び耐水性が良好である有機無機複合防曇層の形成に有利であるが、平均重合度が高すぎると溶液の粘度が高くなり過ぎて膜の形成に支障をきたすことがある。ポリビニルアルコールのケン化度は、75~99.8モル%が好ましい。
ポリビニルアルコールに縮合反応させるアルデヒドとしては、ホルムアルデヒド、アセトアルデヒド、ブチルアルデヒド、ヘキシルカルバルデヒド、オクチルカルバルデヒド、デシルカルバルデヒド等の脂肪族アルデヒドを挙げることができる。また、ベンズアルデヒド;2-メチルベンズアルデヒド、3-メチルベンズアルデヒド、4-メチルベンズアルデヒド、その他のアルキル基置換ベンズアルデヒド;クロロベンズアルデヒド、その他のハロゲン原子置換ベンズアルデヒド;ヒドロキシ基、アルコキシ基、アミノ基、シアノ基等のアルキル基を除く官能基により水素原子が置換された置換ベンズアルデヒド;ナフトアルデヒド、アントラアルデヒド等の縮合芳香環アルデヒド等の芳香族アルデヒドを挙げることができる。疎水性が強い芳香族アルデヒドは、低アセタール化度で耐水性に優れた有機無機複合防曇層を形成する上で有利である。芳香族アルデヒドの使用は、水酸基を多く残存させながら吸水性が高い膜を形成する上でも有利である。ポリビニルアセタール樹脂は、芳香族アルデヒド、特にベンズアルデヒドに由来するアセタール構造を含むことが好ましい。
エポキシ系樹脂としては、グリシジルエーテル系エポキシ樹脂、グリシジルエステル系エポキシ樹脂、グリシジルアミン系エポキシ樹脂、環式脂肪族エポキシ樹脂等が挙げられる。これらのうち好ましいのは、環式脂肪族エポキシ樹脂である。
ポリウレタン樹脂としては、ポリイソシアネートとポリオールとで構成されるポリウレタン樹脂が挙げられる。ポリオールとしては、アクリルポリオール及びポリオキシアルキレン系ポリオールが好ましい。
有機無機複合防曇層は、吸水性樹脂を主成分とする。本発明において、「主成分」とは、質量基準で含有率が最も高い成分を意味する。有機無機複合防曇層の重量に基づく吸水性樹脂の含有率は、膜硬度、吸水性及び防曇性の観点から、好ましくは50重量%以上、より好ましくは60重量%以上、特に好ましくは65重量%以上であり、95重量%以下、より好ましくは90重量%以下である。
(撥水基)
撥水基による上述の効果を十分に得るためには、撥水性が高い撥水基を用いることが好ましい。好ましい撥水基は、(1)炭素数3~30の鎖状又は環状のアルキル基、及び(2)水素原子の少なくとも一部をフッ素原子により置換した炭素数1~30の鎖状又は環状のアルキル基(以下、「フッ素置換アルキル基」ということがある)から選ばれる少なくとも1種である。
(1)及び(2)に関し、鎖状又は環状のアルキル基は、鎖状アルキル基であることが好ましい。鎖状アルキル基は、分岐を有するアルキル基であってもよいが、直鎖アルキル基が好ましい。炭素数が30を超えるアルキル基は、防曇膜を白濁させることがある。膜の防曇性、強度及び外観のバランスの観点から、アルキル基の炭素数は、20以下が好ましく、6~14がより好ましい。特に好ましいアルキル基は、炭素数6~14、特に炭素数6~12の直鎖アルキル基、例えばn-ヘキシル基(炭素数6)、n-デシル基(炭素数10)、n-ドデシル基(炭素数12)である。(2)に関し、フッ素置換アルキル基は、鎖状又は環状のアルキル基の水素原子の一部のみをフッ素原子により置換した基であってもよく、鎖状又は環状のアルキル基の水素原子のすべてをフッ素原子により置換した基、例えば直鎖状のパーフルオロアルキル基、であってもよい。フッ素置換アルキル基は撥水性が高いため、少ない量の添加によって十分な効果を得ることができる。ただし、フッ素置換アルキル基は、その含有量が多くなり過ぎると、膜を形成するための塗工液中でその他の成分から分離することがある。
(撥水基を有する加水分解性金属化合物)
撥水基を防曇膜に配合するためには、撥水基を有する金属化合物(撥水基含有金属化合物)、特に撥水基と加水分解可能な官能基又はハロゲン原子とを有する金属化合物(撥水基含有加水分解性金属化合物)又はその加水分解物を、膜を形成するための塗工液に添加するとよい。言い換えると、撥水基は、撥水基含有加水分解性金属化合物に由来するものであってもよい。撥水基含有加水分解性金属化合物としては、以下の式(I)に示す撥水基含有加水分解性シリコン化合物が好適である。
mSiY4-m(I)
ここで、Rは、撥水基、すなわち水素原子の少なくとも一部がフッ素原子により置換されていてもよい炭素数1~30の鎖状又は環状のアルキル基であり、Yは加水分解可能な官能基又はハロゲン原子であり、mは1~3の整数である。加水分解可能な官能基は、例えば、アルコキシル基、アセトキシ基、アルケニルオキシ基及びアミノ基から選ばれる少なくとも1種であり、好ましくはアルコキシ基、特に炭素数1~4のアルコキシ基である。アルケニルオキシ基は、例えばイソプロペノキシ基である。ハロゲン原子は、好ましくは塩素である。なお、ここに例示した官能基は、以降に述べる「加水分解可能な官能基」としても使用することができる。mは好ましくは1~2である。
式(I)により示される化合物は、加水分解及び重縮合が完全に進行すると、以下の式(II)により表示される成分を供給する。
mSiO(4-m)/2(II)
ここで、R及びmは、上述したとおりである。加水分解及び重縮合の後、式(II)により示される化合物は、実際には、防曇膜中において、シリコン原子が酸素原子を介して互いに結合したネットワーク構造を形成する。
このように、式(I)により示される化合物は、加水分解又は部分加水分解し、さらには少なくとも一部が重縮合して、シリコン原子と酸素原子とが交互に接続し、かつ三次元的に広がるシロキサン結合(Si-O-Si)のネットワーク構造を形成する。このネットワーク構造に含まれるシリコン原子には撥水基Rが接続している。言い換えると、撥水基Rは、結合R-Siを介してシロキサン結合のネットワーク構造に固定される。この構造は、撥水基Rを膜に均一に分散させる上で有利である。ネットワーク構造は、式(I)により示される撥水基含有加水分解性シリコン化合物以外のシリコン化合物(例えば、テトラアルコキシシラン、シランカップリング剤)から供給されるシリカ成分を含んでいてもよい。撥水基を有さず加水分解可能な官能基又はハロゲン原子を有するシリコン化合物(撥水基非含有加水分解性シリコン化合物)を撥水基含有加水分解性シリコン化合物と共に防曇膜を形成するための塗工液に配合すると、撥水基と結合したシリコン原子と撥水基と結合していないシリコン原子とを含むシロキサン結合のネットワーク構造を形成できる。このような構造とすれば、防曇膜中における撥水基の含有率と金属酸化物成分の含有率とを互いに独立して調整することが容易になる。
撥水基は、吸水性樹脂を含む防曇膜表面における水蒸気の透過性を向上させることにより防曇性能を向上させる効果がある。吸水と撥水という2つの機能は互いに相反するため、吸水性材料と撥水性材料とは、従来、別の層に振り分けて付与されてきたが、撥水基は、防曇層の表面近傍における水の偏在を解消して結露までの時間を引き延ばし、単層構造を有する防曇膜の防曇性を向上させる。以下ではその効果を説明する。
吸水性樹脂を含む防曇膜へと侵入した水蒸気は、吸水性樹脂等の水酸基と水素結合し、結合水の形態で保持される。量が増加するにつれ、水蒸気は、結合水の形態から半結合水の形態を経て、ついには防曇膜中の空隙に保持される自由水の形態で保持されるようになる。防曇膜において、撥水基は、水素結合の形成を妨げ、かつ形成した水素結合の解離を容易にする。吸水性樹脂の含有率が同じであれば、膜中における水素結合可能な水酸基の数には差がないが、撥水基は水素結合の形成速度を低下させる。したがって、撥水基を含有する防曇膜において、水分は、最終的には上記のいずれかの形態で膜に保持されることになるが、保持されるまでには膜の底部まで水蒸気のまま拡散することができる。また、一旦保持された水も、比較的容易に解離し、水蒸気の状態で膜の底部まで移動しやすい。結果的に、膜の厚さ方向についての水分の保持量の分布は、表面近傍から膜の底部まで比較的均一になる。つまり、防曇膜の厚さ方向の全てを有効に活用し、膜表面に供給された水を吸収することができるため、表面に水滴が凝結しにくく、防曇性が高くなる。さらに、表面に水滴が凝結しにくいことにより、水分を吸収した防曇膜は、低温でも凍結しにくいという特徴を有する。よって、この防曇膜を撮影窓113に固定すると、広い温度範囲で撮影窓113の視界を確保することができる。
一方、撥水基を含まない防曇膜においては、膜中に侵入した水蒸気は極めて容易に結合水、半結合水又は自由水の形態で保持される。したがって、侵入した水蒸気は、膜の表面近傍で保持される傾向にある。結果的に、膜中の水分は、表面近傍が極端に多く、膜の底部へ進むにつれて急速に減少する。つまり、膜の底部では未だ水を吸収できるにも拘わらず、膜の表面近傍では水分により飽和して水滴として凝結するため、防曇性が限られたものとなる。
撥水基含有加水分解性シリコン化合物(式(I)参照)を用いて撥水基を防曇膜に導入すると、強固なシロキサン結合(Si-O-Si)のネットワーク構造が形成される。このネットワーク構造の形成は、耐摩耗性のみならず、硬度、耐水性等を向上させる観点からも有利である。
撥水基は、防曇膜の表面における水の接触角が70度以上、好ましくは80度以上、より好ましくは90度以上になる程度に添加するとよい。水の接触角は、4mgの水滴を膜の表面に滴下して測定した値を採用することとする。特に撥水性がやや弱いメチル基又はエチル基を撥水基として用いる場合は、水の接触角が上記の範囲となる量の撥水基を防曇膜に配合することが好ましい。この水滴の接触角は、その上限が特に制限されるわけではないが、例えば150度以下、また例えば120度以下、さらには100度以下である。撥水基は、防曇膜の表面のすべての領域において上記水滴の接触角が上記の範囲となるように、防曇膜に均一に含有させることが好ましい。
防曇膜は、吸水性樹脂100質量部に対し、0.05質量部以上、好ましくは0.1質量部以上、より好ましくは0.3質量部以上の範囲内となるように、また、10質量部以下、好ましくは5質量部以下、の範囲内となるように、撥水基を含むことが好ましい。
(無機酸化物)
無機酸化物は、例えば、Si、Ti、Zr、Ta、Nb、Nd、La、Ce及びSnから選ばれる少なくとも1種の元素の酸化物であり、少なくとも、Siの酸化物(シリカ)を含む。有機無機複合防曇層は、吸水性樹脂100重量部に対し、好ましくは0.01重量部以上であり、より好ましくは0.1重量部以上、さらに好ましくは0.2重量部以上、特に好ましくは1重量部以上、最も好ましくは5重量部以上、場合によっては10重量部以上、必要であれば20重量部以上、また、好ましくは50重量部以下、より好ましくは45重量部以下、さらに好ましくは40重量部以下、特に好ましくは35重量部以下、最も好ましくは33重量部以下、場合によっては30重量部以下となるように、無機酸化物を含むことが好ましい。無機酸化物は、有機無機複合防曇層の強度、特に耐摩耗性を確保するために必要な成分であるが、その含有量が多くなると、有機無機複合防曇層の防曇性が低下する。
(無機酸化物微粒子)
有機無機複合防曇層は、無機酸化物の少なくとも一部として、無機酸化物微粒子をさらに含んでいてもよい。無機酸化物微粒子を構成する無機酸化物は、例えば、Si、Ti、Zr、Ta、Nb、Nd、La、Ce及びSnから選ばれる少なくとも1種の元素の酸化物であり、好ましくはシリカ微粒子である。シリカ微粒子は、例えば、コロイダルシリカを添加することにより有機無機複合防曇層に導入できる。無機酸化物微粒子は、有機無機複合防曇層に加えられた応力を、有機無機複合防曇層を支持する物品に伝達する作用に優れ、硬度も高い。したがって、無機酸化物微粒子の添加は、有機無機複合防曇層の耐摩耗性を向上させる観点から有利である。また、有機無機複合防曇層に無機酸化物微粒子を添加すると、微粒子が接触又は近接している部位に微細な空隙が形成され、この空隙から膜中に水蒸気が取り込まれやすくなる。このため、無機酸化物微粒子の添加は、防曇性の向上に有利に作用することもある。無機酸化物微粒子は、有機無機複合防曇層を形成するための塗工液に、予め形成した無機酸化物微粒子を添加することにより、有機無機複合防曇層に供給することができる。
無機酸化物微粒子の平均粒径が大きすぎると、有機無機複合防曇層が白濁することがあり、小さすぎると凝集して均一に分散させることが困難となる。この観点から、無機酸化物微粒子の平均粒径は、好ましくは1~20nmであり、より好ましくは5~20nmである。なお、ここでは、無機酸化物微粒子の平均粒径を、一次粒子の状態で記述している。また、無機酸化物微粒子の平均粒径は、走査型電子顕微鏡を用いた観察により任意に選択した50個の微粒子の粒径を測定し、その平均値を採用して定めることとする。無機酸化物微粒子は、その含有量が多くなると、有機無機複合防曇層全体の吸水量が低下し、有機無機複合防曇層が白濁するおそれがある。無機酸化物微粒子は、吸水性樹脂100重量部に対し、好ましくは0~50重量部であり、より好ましくは2~30重量部、さらに好ましくは5~25重量部、特に好ましくは10~20重量部となるように添加するとよい。
(撥水基を有しない加水分解性金属化合物)
防曇膜は、撥水基を有しない加水分解性金属化合物(撥水基非含有加水分解性化合物)に由来する金属酸化物成分を含んでいてもよい。好ましい撥水基非含有加水分解性金属化合物は、撥水基を有しない加水分解性シリコン化合物である。撥水基を有しない加水分解性シリコン化合物は、例えば、シリコンアルコキシド、クロロシラン、アセトキシシラン、アルケニルオキシシラン及びアミノシランから選ばれる少なくとも1種のシリコン化合物(ただし、撥水基を有しない)であり、撥水基を有しないシリコンアルコキシドが好ましい。なお、アルケニルオキシシランとしては、イソプロペノキシシランを例示できる。
撥水基を有しない加水分解性シリコン化合物は、以下の式(III)に示す化合物であってもよい。
SiY4(III)
上述したとおり、Yは、加水分解可能な官能基であって、好ましくはアルコキシル基、アセトキシ基、アルケニルオキシ基、アミノ基及びハロゲン原子から選ばれる少なくとも1つである。
撥水基非含有加水分解性金属化合物は、加水分解又は部分加水分解し、さらに、少なくともその一部が重縮合して、金属原子と酸素原子とが結合した金属酸化物成分を供給する。この成分は、金属酸化物微粒子と吸水性樹脂とを強固に接合し、防曇膜の耐摩耗性、硬度、耐水性等の向上に寄与しうる。撥水基を有しない加水分解性金属化合物に由来する金属酸化物成分は、吸水性樹脂100質量部に対し、0~40質量部、好ましくは0.1~30質量部、より好ましくは1~20質量部、特に好ましくは3~10質量部、場合によっては4~12質量部の範囲とするとよい。
撥水基を有しない加水分解性シリコン化合物の好ましい一例は、テトラアルコキシシラン、より具体的には炭素数が1~4のアルコキシ基を有するテトラアルコキシシランである。テトラアルコキシシランは、例えば、テトラメトキシシラン、テトラエトキシシラン、テトラ-n-プロポキシシラン、テトライソプロポキシシラン、テトラ-n-ブトキシシラン、テトライソブトキシシラン、テトラ-sec-ブトキシシラン及びテトラ-tert-ブトキシシランから選ばれる少なくとも1種である。
テトラアルコキシシランに由来する金属酸化物(シリカ)成分の含有量が過大となると、防曇膜の防曇性が低下することがある。防曇膜の柔軟性が低下し、水分の吸収及び放出に伴う膜の膨潤及び収縮が制限されることが一因である。テトラアルコキシシランに由来する金属酸化物成分は、吸水性樹脂100質量部に対し、0~30質量部、好ましくは1~20質量部、より好ましくは3~10質量部の範囲で添加するとよい。
撥水基を有しない加水分解性シリコン化合物の好ましい別の一例は、シランカップリング剤である。シランカップリング剤は、互いに異なる反応性官能基を有するシリコン化合物である。反応性官能基は、その一部が加水分解可能な官能基であることが好ましい。シランカップリング剤は、例えば、エポキシ基及び/又はアミノ基と加水分解可能な官能基とを有するシリコン化合物である。好ましいシランカップリング剤としては、グリシジルオキシアルキルトリアルコキシシラン及びアミノアルキルトリアルコキシシランを例示できる。これらのシランカップリング剤において、シリコン原子に直接結合しているアルキレン基の炭素数は1~3であることが好ましい。グリシジルオキシアルキル基及びアミノアルキル基は、親水性を示す官能基(エポキシ基、アミノ基)を含むため、アルキレン基を含むものの、全体として撥水性ではない。
シランカップリング剤は、有機成分である吸水性樹脂と無機成分である金属酸化物微粒子等とを強固に結合し、防曇膜の耐摩耗性、硬度、耐水性等の向上に寄与しうる。しかし、シランカップリング剤に由来する金属酸化物(シリカ)成分の含有量が過大となると、防曇膜の防曇性が低下し、場合によっては防曇膜が白濁する。シランカップリング剤に由来する金属酸化物成分は、吸水性樹脂100質量部に対し、0~10質量部、好ましくは0.05~5質量部、より好ましくは0.1~2質量部の範囲で添加するとよい。
(架橋構造)
防曇膜は、架橋剤、好ましくは有機ホウ素化合物、有機チタン化合物及び有機ジルコニウム化合物から選ばれる少なくとも1種の架橋剤、に由来する架橋構造を含んでいてもよい。架橋構造の導入は、防曇膜の耐摩耗性、耐擦傷性、耐水性を向上させる。別の観点から述べると、架橋構造の導入は、防曇膜の防曇性能を低下させることなくその耐久性を改善することを容易にする。
金属酸化物成分がシリカ成分である防曇膜に架橋剤に由来する架橋構造を導入した場合、その防曇膜は、金属原子としてシリコンと共にシリコン以外の金属原子、好ましくはホウ素、チタン又はジルコニウム、を含有することがある。
架橋剤は、用いる吸水性樹脂を架橋できるものであれば、その種類は特に限定されない。ここでは、有機チタン化合物についてのみ例を挙げる。有機チタン化合物は、例えば、チタンアルコキシド、チタンキレート系化合物及びチタンアシレートから選ばれる少なくとも1つである。チタンアルコキシドは、例えば、チタンテトライソプロポキシド、チタンテトラ-n-ブトキシド、チタンテトラオクトキシドである。チタンキレ-ト系化合物は、例えば、チタンアセチルアセトナート、チタンアセト酢酸エチル、チタンオクチレングリコール、チタントリエタノールアミン、チタンラクテートである。チタンラクテートは、アンモニウム塩(チタンラクテートアンモニウム)であってもよい。チタンアシレートは、例えばチタンステアレートである。好ましい有機チタン化合物は、チタンキレート系化合物、特にチタンラクテートである。
吸水性樹脂がポリビニルアセタールである場合の好ましい架橋剤は、有機チタン化合物、特にチタンラクテートである。
(その他の任意成分)
防曇膜にはその他の添加剤を配合してもよい。添加剤としては、防曇性を改善する機能を有するグリセリン、エチレングリコール等のグリコール類が挙げられる。添加剤は、界面活性剤、レベリング剤、紫外線吸収剤、着色剤、消泡剤、防腐剤等であってもよい。
[膜厚]
有機無機複合防曇層の膜厚は、要求される防曇特性その他に応じて適宜調整すればよい。有機無機複合防曇層の膜厚は、好ましくは2~20μmであり、より好ましくは2~15μm、さらに好ましくは3~10μmである。
なお、上述した防曇層は一例であり、その他の公知の防曇層を用いることができ、例えば、特開2001-146585号公報に記載の防曇層など、種々のものを用いることができる。
<5-2.第2基材フィルム>
第2基材フィルム72は、透明の樹脂フィルムで形成され、上述した第1基材フィルム61と同様の組成の材料、または同様の物性を有する材料で形成することができる。また、第2基材フィルム72は、後述するように、発熱シート6から車内側への放熱を抑制し、ガラス板11,12側に熱を伝えやすくするため、ガラス板11,12よりも低い熱伝導率を有する材料であることが好ましい。具体的には、第2基材フィルム72の熱伝導率は、1.0W/(m・K)以下であることが好ましく、0.7W/(m・K)以下であることがさらに好ましく、0.5W/(m・K)以下であることが特に好ましい。
また、第2基材フィルム72は、防曇層73を支持するフィルムであるので、ある程度の剛性が必要である。また、第2基材フィルム72の厚みが大きくなると、車内側への熱伝達が小さくなり、車内側への放熱を抑えられるので、車外側に熱を伝えやすくなり、解氷などに有利である。但し、厚みが大きすぎると、ヘイズ率が高くなりやすい。また、防曇シート7による段差への追従が難しくなり、段差に空気が溜まりやすくなる。したがって、第2基材フィルム72の厚みは、例えば、25~300μmであることが好ましい。
<5-3.第2粘着層>
第2粘着層71は、後述するように、第2基材フィルム72を発熱シート6に十分な強度で固定できるものであればよく、上述した第1粘着層63と同様の材料で形成することができる。
なお、図6に示すように、第2粘着層71は、発熱シート6における発熱層62と電極81,82との段差を吸収できるような厚みであることが好ましい。例えば、第2粘着層71の厚みは、発熱層62と電極81,82の段差、つまり、電極81,82の厚みよりは大きく、電極81,82の厚みの20倍以下であることが好ましい。したがって、第2粘着層71の厚みは、例えば、1~500μmにすることができる。
このように設定される第2粘着層71の厚みは、貼付対象に生じる各種の段差を吸収するために、同様に適用することができる。例えば、発熱シート6において、発熱層62が第1基材フィルム61よりも小さく形成されている場合、第1基材フィルム61に直接電極81,82が配置されることがあるため、この場合には、第1基材フィルム61と電極81,82との段差を吸収するように、上記のような厚みに設定することが好ましい。また、発熱シート6が撮影窓113よりも小さい場合、防曇シート7を発熱シート6よりも大きくしたときには、内側ガラス板12と発熱シート6との段差、または内側ガラス板12とマスク層110との段差を防曇シート7が覆うことがある。この場合には、これらの段差を吸収するように、第2粘着層71の厚みが設定されることが好ましい。
また、段差を吸収するとの観点から、第2粘着層71を変形しやすくするため、第2粘着層71のせん断貯蔵弾性率は、例えば、1.0×103GPa以上、1.0×107GPa以下とすることができる。また、第2粘着層71の粘着力は、上述したとおり、第1粘着層63と同様にすることができる。
<5-4.保護シート>
第1保護シート74は、合わせガラス10の撮影窓113に固定されるまでの間、粘着層71を保護するものであり、例えば、シリコーンなどの離型剤が塗布された樹脂製のシートで形成されている。同様に、第2保護シート75は、合わせガラスの撮影窓に固定されるまでの間、防曇層73を保護するためのものであり、離型剤が塗布された樹脂製のシートで形成されている。いずれも公知の一般的な離型シートを採用することができる。
<6.ウインドシールドの製造方法>
次に、ウインドシールドの製造方法について説明する。まず、所定の形状に形成された外側ガラス板11及び内側ガラス板12の少なくとも一方にマスク層110を積層する。続いて、これらのガラス板11,12が湾曲するように成形する。この方法は、特には限定されないが、例えば、公知のプレス成形により行うことができる。あるいは、成形型上に外側ガラス板11及び内側ガラス板12を重ねて配置した後、この成形型を加熱炉を通過させて加熱する。これによって、これらのガラス板11,12を自重により湾曲させることができる。
こうして、外側ガラス板11及び内側ガラス板12が成形されると、これに続いて、中間膜13を外側ガラス板11及び内側ガラス板12の間に挟んだ積層体を形成する。なお、中間膜13は、ガラス板11,12よりも大きい形状とする。
次に、この積層体を、ゴムバッグに入れ、減圧吸引しながら約70~110℃で予備接着する。予備接着の方法は、これ以外でも可能であり、次の方法を採ることもできる。例えば、上記積層体をオーブンにより45~65℃で加熱する。次に、この積層体を0.45~0.55MPaでロールにより押圧する。続いて、この積層体を、再度オーブンにより80~105℃で加熱した後、0.45~0.55MPaでロールにより再度押圧する。こうして、予備接着が完了する。
次に、本接着を行う。予備接着がなされた積層体を、オートクレーブにより、例えば、8~15気圧で、100~150℃によって、本接着を行う。具体的には、例えば、14気圧で135℃の条件で本接着を行うことができる。以上の予備接着及び本接着を通して、中間膜13が各ガラス板11,12に接着される。続いて、外側ガラス板11及び内側ガラス板12からはみ出した中間膜13を切断する。
続いて、上述した発熱シート6を第1粘着層63によって、内側ガラス板12に貼り付ける。このとき、発熱シート6が撮影窓113と対応する位置に配置されるように位置決めする。最後に、上述した防曇シート7を、発熱シート6上に貼り付ける。まず、防曇積層体を準備し、第2粘着層71に貼り付けられた第1保護シート74を取り外す。そして、露出した第2粘着層71を発熱シート6に貼り付ける。最後に、第2保護シート75を取り外し、防曇層73を露出させると、防曇シート7の取り付けが完了する。なお、発熱シート6及び防曇シート7を取り付けるタイミングは特には限定されず、ブラケットを取り付けた後であってもよい。また、撮影窓113に発熱シート6及び防曇シート7を取り付け、ブラケットを取り付けた後に、第2保護シート75を取り外してもよい。あるいは、発熱シート6に防曇シート7を予め貼り付けておき、この発熱シート6を内側ガラス板12に貼り付けることもできる。
<7.特徴>
以上説明したウインドシールドによれば、次のような効果を得ることができる。
(1)発熱シート6が、撮影窓113を覆うように設けられているため、撮影窓113において、合わせガラス10が曇るのを防止することができる。また、発熱シート6によって合わせガラス10の解氷を行うこともできる。そのため、撮影装置2により、撮影窓113を介して光を受光する際、撮影窓113の曇りによって、光の通過に支障を来たし、測定が正確に行えないなどの不具合を防止することができる。その結果、情報の処理を正確に行うことができる。
(2)発熱シート6を貼り付けるだけで、撮影窓113の加熱を行うことができるため、作業性を向上することができる。また、発熱シート6の貼り直しを行うことができる。なお、発熱シート6の貼り直しは、次のような場合に行われる。例えば、ウインドシールドを通常の仕様から寒冷地仕様に変更する場合、あるいは寒冷地仕様から通常の仕様に変更する場合、ウインドシールド自体を交換することなく、発熱シート6の貼り直しで対応することができる。
(3)発熱シート6においては、第1基材フィルム61の概ね全面に発熱層62が形成されているため、発熱シート6の面全体でガラス板11,12を加熱することができ、撮影窓113全体を均一に加熱することができる。また、発熱層62からの熱で第1基材フィルム61全体を暖めることができる。したがって、第1基材フィルム61が蓄熱体の役割を果たし、発熱シート6の面全体でガラス板11,12をさらに均一に加熱することができる。
(4)発熱シート6が台形状に形成されており、矩形ではないため、マスク層110の側縁と発熱シートの上辺付近との間にスペースを形成することができる。そのため、このスペースをブラケット50を接着剤や両面テープによって固定するためのスペースとして利用することができる。すなわち、より広い領域において、ブラケット50をマスク層110に固定することができるため、ブラケット50を強固に固定することができる。
(5)発熱シート6がブラケット50またはそのカバーによって覆われるため、車内側から見えなくすることができる。また、搭乗者が発熱シート6に接触するのを防止することができる。
(6)発熱シート6に加え、防曇シート7も取り付けられているため、発熱シート6に通電しなくても、防曇シート7によって合わせガラス10の曇りを抑制することができる。特に、撮影窓113が設けられる車内の上部は、暖房がONになっていても冷えやすく、曇りが生じやすい。したがって、このような位置に防曇シート7が設けられていることは有利である。また、撮影窓113は、ブラケットやカバーにより覆われているため、暖房やデフロスターからの暖気が届きにくいという問題がある。またブラケットやカバーで覆われた空間内とその外部との空気の交換が容易でないので、その空間内の空気の湿度が飽和状態に達すると、ガラス板の表面に水滴として付着しやすいという問題がある。したがって、上記のように覆われた空間内に防曇シート7を設けることは有利である。このように、防曇シート7を設けることで、発熱シート6に常に通電する必要がなく、また、発熱シート6の発熱量を低減することができるため、発熱シート6の消費電力を低減することができる。
(7)発熱シート6が、合わせガラス10と防曇シート7の間に挟まれているため、発熱シート6から車内側への放熱を抑制することができ、合わせガラス10に熱を伝えやすくすることができる。その結果、曇りの除去や解氷を短時間で行うことができる。この場合、防曇シート7の第2基材フィルム72が本発明のカバー部材に相当する。なお、発熱シート6の一部を防曇シート7によって覆うことで、防曇シート7によって覆われていない部分からの車内側への放熱を大きくすることができる。これにより、発熱シート6において、合わせガラス10に付与する熱が調整され、合わせガラス10の温度勾配を緩やかにすることができる。その結果、合わせガラス10の割れを防止することができる。
(8)防曇シート7には、第2粘着層71が設けられているため、発熱シート6を防曇シート7で覆ったときには、第2粘着層71によって発熱シート6と内側ガラス板12との段差、あるいは発熱シート6とマスク層110との段差を第2粘着層71によって吸収することができる。すなわち、段差と第2粘着層71とを隙間なく膜密着させることができる。その結果、段差によって生じる空気の噛み込みを防止することができる。
<B.第2実施形態>
次に、本発明に係るウインドシールドの第2実施形態について説明する。第2実施形態が第1実施形態と相違するのは、発熱シート6の構成であり、その他の構成は第1実施形態と同様であるため、説明を省略する。
図8に示すように、第2実施形態に係る発熱シート6は、特に、電極の構成が第1実施形態と相違している。具体的には、発熱層62の上辺の第1電極81は一体的な帯状に形成されているが、下辺に配置される第2電極は、左右方向の幅が同じである複数の分割電極821~822により構成されている。本実施形態では、一例として、図8に示すように、5つの分割電極を構成している。ここでは、説明の便宜のため、図8の左から右側へ、第1、第2,第3,第4,及び第5分割電極がこの順で概ね等間隔で配置されているものとする。発熱層62、第1電極81、及び各分割電極821~825の寸法、位置は、図8に示すとおりであるが、これらは説明の便宜のための一例に過ぎず、本発明はこれに限定されるものではない。
本実施形態に係る発熱シート6では、発熱層62の上辺(第1辺)と下辺(第2辺)との長さが相違するため、上辺と下辺との間を流れる電流の距離が一定ではない。例えば、図8に示す上辺の中心と下辺の中心とを結ぶ第1ライン621と、発熱層62の側辺620とは長さが相違する。このように上辺と下辺との間の距離、つまり2つの電極の間の距離が一定でないと、発熱分布に偏りが生じるおそれがある。特に、距離の長い側辺620の下端部付近では、発熱量が不十分になるおそれがある。そこで、本実施形態では、図8のように発熱層62の下辺に5つの分割電極821~825を均等に配置し、これらを並列に電源(図省略)に接続することとした。以下、図8の態様を第1態様と称することとする。
より詳細に説明すると、第1実施形態においては、第1電極81と第2電極82の左右方向の幅が、それぞれ発熱層62の上辺と下辺と同じになるようにしているため、両電極81,82の幅が相違しているが、この第1態様においては、第1電極81と第2電極82との幅を概ね同じになるようにしている。すなわち、第1電極81と、5つの分割電極821~825の幅の総和を概ね同じにしている。但し、完全に同じにしなくてもよく、第1電極81の幅を、5つの分割電極821~825の幅の総和の0.8~1.2倍とすることができる。例えば、図8の例では、第1電極81の長さが75mm、5つの分割電極821~825の幅の総和が75mm(15mm*5)であり、同じである。こうすることで、発熱層62の発熱分布が偏るのを抑制することができる。
次に、第2態様について説明する。図9に示すように、第2態様では、上辺と下辺との長さに応じて、分割電極821~825の位置及び幅を設定している。すなわち、上辺と下辺との最短距離の長さが短い位置に配置される分割電極ほど、幅を小さくしている。例えば、図9に示すように、第1ライン621上にある第3分割電極823の幅は13mmとし、側辺620に接する位置にある第1分割電極821の幅は17mmとしている。なお、第1分割電極821から上辺までの最短距離は、第1分割電極821の左右方向の中心と上辺までの最短距離とし、ここでは、この最短距離をとる線を第2ライン622と称することとする。このように、最短距離は、各分割電極821~825の左右方向の中心から上辺までの最短距離とする。図9に各最短距離の長さを示している。また、第1ライン621と第2ライン622との間にある第3ライン623上に配置された第2分割電極822の幅を14mmとしている。
この点をさらに具体的に規定すると、例えば、分割電極の幅を次のようにすることができる。まず、発熱層62の上辺との最短距離Lが最も長い分割電極を、基準分割電極と規定する。そして、基準分割電極の幅をW0、基準分割電極と第1電極との最短距離をL0、T=L/L0*W0と規定したとき、0.8<W/T<1.2(式(1))となるように、各分割電極を設定することができる。こうすることで、発熱層62の発熱分布が偏るのをさらに抑制することができる。
図9の例では、第1分割電極821が基準分割電極となり、L0は第2ライン622であり約123mm、W0は17mmとしている。ここで、第3分割電極823における最短距離Lは100mmであるため、Tは12.8となる。また、第3分割電極823の幅は、13mmであるため、上記式(1)を充足する。
また、分割電極821~825の位置については、分割電極821~825と上辺との最短距離に応じて配置している。例えば、図8の第2分割電極822と上辺とを結ぶ第4ライン624の距離L4と、図9の第2分割電極822と上辺とを結ぶ第3ライン623の距離L3との距離を比較すると、図9の第3ライン623の方が長い(L3>L4)。したがって、第2態様では、最短距離がより長くなる位置に第2分割電極822を配置している。
さらに、分割電極の幅及び位置に加え、各分割電極に印加される電圧を調整することができる。すなわち、各分割電極821~825の印加される電圧は、上述した最短距離が短いほど、低くなるように構成することができる。これによっても、発熱層62の発熱分布が偏るのをさらに抑制することができる。
より詳細に説明すると、発熱層62の上辺との最短距離Lが最も長い分割電極を、基準分割電極と規定し、この基準分割電極と上辺との最短距離をL0、基準分割電極に印加される電圧をV0、S=(L*W)/(L0*W0)*V0と規定したとき、0.8<W/S<1.3(式(2))となるように、各分割電極の設定することができる。こうすることで、発熱層62の発熱分布が偏るのをさらに防止することができる。
具体的には、上述した図8及び図9の電極配置において、以下のように各分割電極821~825に印加する電圧を設定することができる。なお、以下の場合には、第1電極81の電圧は0Vとする。
ここで、上記のように設定した第1~第4態様、及び第1実施形態に係る発熱層62を有する発熱シート6における温度分布をシミュレーションにより算出した。ここで、第1態様及び第2態様は、それぞれ図8及び図9で示した寸法の発熱層62及び電極81,821~825を有するものとする。これら第1態様及び第2態様においては、第1電極81に0V、各分割電極821~825にそれぞれ13.6Vを印加した。また、第3態様及び第4態様については、上述した表2に示すとおりである。さらに、第1実施形態についても試験をした。すなわち、図8に示す大きさの発熱層62に対し、上辺及び下辺全体に沿う第1電極81及び第2電極82を配置し、第1電極に0V、第2電極に13.6Vを印加した。また、これらの例において、発熱層62の抵抗は、すべて5Ω/□とした。結果は、図10及び表3に示すとおりである。
上記のシミュレーションによると、第1実施形態では、発熱層62内での温度差が大きく、また消費電力も大きい。これに対して、第1態様、第2態様、第3態様、及び第4態様の順に、発熱層62内での温度差及び消費電力が小さくなっている。また、図10に示すように、第4態様は、他の例よりも温度分布が均一になっていることが分かる。
<C.変形例>
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない限りにおいて、種々の変更が可能である。なお、以下の変形例は適宜組み合わせることができる。
<1>
発熱シート6における第1基材フィルム61,発熱層62、電極81,82の形状は特には限定されず、矩形ではない、台形状以外の形状でもよく、撮影窓の形状に合わせて適宜決定することができる。したがって、撮影窓113の形状も台形状以外でもよく、撮影装置2での撮影が可能であれば、適宜変更することができる。なお、ここでいう「矩形」とは、主として4つの辺を有し、隣接する辺が互いに直交している形状をいう。したがって、例えば、隣接する辺が必ずしも直交するように連結されていなくてもよく、隣接する辺を結ぶ角部が円弧状に形成されていたり、あるいは隣接する辺の間にこれらの辺と交差する1以上の短い辺が設けられていてもよい。また、各辺は、必ずしも厳密な直線でなくてもよく、全体として一方向に延びる直線状に形成されていればよい。例えば、各辺の少なくとも一部が波状に形成されていてもよい。したがって、本発明に係る発熱シート6は、このような矩形ではない形状とすることができ、上記のような台形のほか、多角形状に形成することもできる。そして、2つの電極が配置される対向する辺を有することが好ましい。2つの辺を有する場合には、上述した式(A)を充足するように辺の長さを規定することが好ましい。
<2>
第1基材フィルム61及び第1粘着層63を用いず、発熱層62を内側ガラス板12に直接積層することもできる。
<3>
第2実施形態では、第2電極82を分割しているが、分割電極の数は特には限定されない。但し、分割電極の数は、3以上であることが好ましい。これは、例えば、分割電極を発熱シート6の一辺の両端に設けた場合、中央が加熱しがたくなるため、少なくとも両端と中央に配置することが好ましい。さらに、第1電極81も分割することもできる。この場合でも、上記第2実施形態で示した各種の規定を適用することができる。また、上記実施形態では、発熱層62の上辺及び下辺に電極をそれぞれ設けているが、発熱層62において、概ね対向する辺に電極が設けられていればよい。その他、上記のような形態の電極に限られず、発熱体に給電を行うための給電部が設けられていてもよい。
<4>
上記実施形態の図6で示した層構成においては、赤外線反射膜を付加することができる。例えば、図6で示した防曇シート7において、第2基材フィルム72と防曇層73との間に透明な赤外線反射膜を配置することができる。あるいは、図6において、発熱シート6と防曇シート7との間に赤外線反射膜を配置することもできる。これにより、発熱シート6から発せられる熱が赤外線反射膜によって反射されるため、合わせガラス10側に付与される熱を増大することができる。なお、300K付近(約26℃)での放射強度ピーク波長は7μmであるので、このような合わせガラス10側へ熱を反射する効果を得るためには、例えば、1μm以上の波長を反射する赤外線反射膜を設ければよい。
<5>
上記実施形態では、発熱シート6を防曇シート7によって覆っているが、防曇シート7は、必ずしも必要ではない。すなわち、少なくとも発熱シート6の少なくとも一部がブラケット及びカバーによって覆われていればよい。
<6>
防曇シート7の代わりに、カバー部材によって発熱シート6を覆うこともできる。カバー部材は、例えば、防曇シート7の第2基材フィルム72と同様の材料で形成することができ、これを上述した第1粘着層または第2粘着層と同様の材料や物性の粘着層(第3粘着層)によって発熱シート6上に貼り付けることができる。こうすることで、発熱シート6から車内側への放熱を抑制することができる。あるいは、発熱シート6に、粘着層(第3粘着層)を介してカバー部材を取り付け、さらに、その上に防曇シート7を取り付けることもできる。なお、カバー部材は、発熱シート上に配置されるほか、発熱シートからはみ出してガラス板やマスク層110上に配置することもできる。したがって、第3粘着層は、発熱層62と電極(給電部)との段差、ガラス板とマスク層との段差、または第1基材フィルムと電極との段差に配置されることもあり、この場合には、上述した第1粘着層または第2粘着層と同様の厚みや粘着力にすることができる。
<7>
発熱層62は、粘着層を介して合わせガラスに直接取り付けることもできる。この場合、上述した第1基材フィルム61によって発熱層62を覆うことができる。さらに、その上に、防曇シート7を取り付けることもできる。
<8>
マスク層110の一部または全部を、合わせガラス10へ貼り付け可能な遮蔽フィルムで構成し、これによって車外からの視野を遮蔽することもできる。なお、遮蔽フィルムを内側ガラス板12の車外側の面に貼り付ける場合には、予備接着の前、または本接着の後に貼り付けを行うことができる。
また、合わせガラス10において、光の通路の曇りを防止するという観点からすれば、必ずしもマスク層110は必要ではなく、光が通過する領域(撮影窓:情報取得領域)に発熱シート6や防曇シート7が取り付けられていればよい。また、本発明のガラス体は、合わせガラス以外も採用することが可能であり、例えば、単板のガラス板をガラス体として用いることもできる。
<9>
上記実施形態では、本発明の情報取得装置として、カメラを有する撮影装置2を用いたが、これに限定されるものではなく、種々の情報取得装置を用いることができる。すなわち、車外からの情報を取得するために、光の照射及び/または受光を行うものであれば、特には限定されない。例えば、レーザレーダ、ライトセンサ、レインセンサ、光ビーコンなどの車外からの信号を受信する受光装置など、種々の装置に適用することができる。また、上記撮影窓113のような開口は、光の種類に応じて、マスク層110に適宜設けることができ、複数の開口を設けることもできる。例えば、ステレオカメラを設ける場合には、マスク層110に2つの撮影窓が形成され、各撮影窓に防曇シートが取り付けられる。なお、情報取得装置はガラスに接触していても接触していなくても良い。また、撮影窓113は、全周が閉じている必要はなく、一部が開放される形状であってもよい。
1 合わせガラス
11 外側ガラス板
12 内側ガラス板
13 中間膜
110 マスク層
113 撮影窓(開口部)
61 第1基材フィルム
62 発熱層(発熱体)
63 第1粘着層
7 防曇シート
71 第2粘着層
72 第2基材フィルム
73 防曇層

Claims (33)

  1. 光の照射及び/または受光を行うことで、車外からの情報を取得する情報取得装置がブラケットを介して取り付け可能なウインドシールドであって、
    前記光が透過する情報取得領域を有するガラス体を含む、ガラスモジュールと、
    前記ガラス体の車内側の面に取り付けられ、矩形ではない、シート状の発熱体と、
    前記発熱体に給電を行う給電部と、
    を備え、
    前記給電部は、前記発熱体に給電する第1電極と、当該第1電極とは反対の極である第2電極と、を有し、
    前記第2電極は、複数の分割電極により構成されており
    前記発熱体の外縁は、対向する第1辺と第2辺とを有し、
    前記第1辺に前記第1電極が接続され、
    前記第2辺に前記第2電極が接続され
    前記第1電極が前記第1辺に接する幅は、前記各分割電極が前記第2辺に接する幅Wの総和の0.8~1.2倍であり
    前記各分割電極の前記幅Wは、当該各分割電極と前記第1辺との最短距離Lが短いほど、短くなるように形成されている、ウインドシールド。
  2. 前記給電部は、第1電極と当該第1電極とは反対の第2電極とを有し、
    前記発熱体は、前記第1電極が配置される第1辺と、前記第2電極が配置される第2辺と、を有し、
    前記第1辺の長さaと、前記第2辺の長さbとが、0.15≦a/b<1を充足する、請求項1に記載のウインドシールド。
  3. 前記ガラスモジュールは、
    前記情報取得領域が位置する開口部が形成され、前記ガラス体の車内側の面に積層された遮蔽層をさらに備えている、請求項1または2に記載のウインドシールド。
  4. 前記ガラス体は、合わせガラスにより構成されている、請求項1から3のいずれかに記載のウインドシールド。
  5. 前記ガラス体は、
    外側ガラス板と、
    前記外側ガラス板と対向配置される内側ガラス板と、
    前記外側ガラス板と内側ガラス板との間に配置される中間膜と、
    を備える合わせガラスによって構成され、
    前記ガラスモジュールは、
    前記内側ガラス板の車内側の面に積層され、前記情報取得領域が位置する第1開口部が形成された第1遮蔽層と、
    前記外側ガラス板の車内側の面に積層され、前記情報取得領域が位置する第2開口部が形成された第2遮蔽層と、
    をさらに備えている、請求項1または2に記載のウインドシールド。
  6. 前記発熱体は、透明導電膜によって形成されている、請求項1から5のいずれかに記載のウインドシールド。
  7. 前記発熱体上に設けられた防曇手段をさらに備えている、請求項1から6のいずれかに記載のウインドシールド。
  8. 前記ガラス体の車内側の面に設けられ、前記発熱体の少なくとも一部を覆うカバー部材をさらに備えている、請求項1から6のいずれかに記載のウインドシールド。
  9. 前記カバー部材の熱伝導率が1.0W/(m・K)以下である、請求項8に記載のウインドシールド。
  10. 前記ガラス体の車内側の面に設けられ、前記発熱体の少なくとも一部を覆うカバー部材をさらに備え、
    前記ガラスモジュールは、前記情報取得領域を含む開口部が形成され、当該ガラス体の車内側の面に積層された遮蔽層をさらに備え、
    前記カバー部材は、前記開口部の内部に配置される、請求項1または2に記載のウインドシールド。
  11. 前記ガラス体の車内側の面に設けられ、前記発熱体の少なくとも一部を覆うカバー部材をさらに備え、
    前記ガラスモジュールは、前記情報取得領域を含む開口部が形成され、当該ガラス体の車内側の面に積層された遮蔽層をさらに備え、
    前記カバー部材の少なくとも一部が、前記開口部の内部から外部へはみ出すように配置される、請求項1または2に記載のウインドシールド。
  12. 前記カバー部材は、前記発熱体の全体を覆うように配置されている、請求項10または11に記載のウインドシールド。
  13. 前記カバー部材は、前記発熱体の周縁部の少なくとも一部を覆わないように配置されている、請求項10または11に記載のウインドシールド。
  14. 前記第1辺との最短距離Lが最も長い前記分割電極を、基準分割電極と規定し、
    当該基準分割電極と前記第1辺との最短距離をL0、前記基準分割電極の前記幅をW0、T=L/L0*W0と規定したとき、W/Tが、0.8~1.2である、請求項1から13のいずれかに記載のウインドシールド。
  15. 前記各分割電極の印加される電圧は、前記最短距離Lが短いほど、低くなるように構成されている、請求項1から13のいずれかに記載のウインドシールド。
  16. 前記第1辺との最短距離Lが最も長い前記分割電極を、基準分割電極と規定し、
    当該基準分割電極と前記第1辺との最短距離をL0、前記基準分割電極に印加される電圧をV0、S=(L*W)/(L0*W0)*V0と規定したとき、W/Sが、0.8~1.3である、請求項1から13のいずれかに記載のウインドシールド。
  17. 前記発熱体を支持する第1基材フィルムと、
    前記第1基材フィルムにおいて、前記発熱体とは反対側の面に形成され、少なくとも前記ガラス体の車内側の面に固定するための第1粘着層と、
    をさらに備えている、請求項1から16のいずれかに記載のウインドシールド。
  18. 第1基材フィルムと、
    第1粘着層と、
    をさらに備え、
    前記第1粘着層、前記発熱体、及び前記第1基材フィルムが、この順で積層され、
    前記第1粘着層が前記ガラス体の車内側の面に固定される、請求項1から16のいずれかに記載のウインドシールド。
  19. 前記発熱体上に設けられた防曇手段をさらに備え、
    前記防曇手段は、吸水性樹脂からなる防曇膜を備えている、請求項1から18に記載のウインドシールド。
  20. 曇膜が配置された第2基材フィルムと、前記第2基材フィルムにおいて前記防曇膜とは反対側の面に設けられ、少なくとも前記発熱体に固定するための第2粘着層と、をさらに備えている、請求項17に記載のウインドシールド。
  21. 曇膜が配置された第2基材フィルムと、前記第2基材フィルムにおいて前記防曇膜とは反対側の面に設けられ、少なくとも前記第1基材フィルムに固定するための第2粘着層と、をさらに備えている、請求項18に記載のウインドシールド。
  22. カバー部材と、
    前記カバー部材を少なくとも前記発熱体に固定するための第3粘着層と、
    をさらに備え、
    前記発熱体と前記第2粘着層との間に、前記カバー部材と前記第3粘着層とが配置されている、請求項20に記載のウインドシールド。
  23. 前記カバー部材は、当該カバー部材を少なくとも前記発熱体に固定するための第3粘着層を有している、請求項8から13のいずれかに記載のウインドシールド。
  24. 前記カバー部材は、当該カバー部材を少なくとも前記発熱体に固定するための第3粘着層を有し、
    前記第3粘着層の厚みは、前記遮蔽層の厚みより大きく、当該厚みの20倍以下である、請求項10または11に記載のウインドシールド。
  25. 前記第3粘着層の厚みは、前記給電部と前記発熱体との段差の高さより大きく、当該段差の20倍以下である、請求項23に記載のウインドシールド。
  26. 前記発熱体を支持する第1基材フィルムを備え、
    前記第3粘着層の厚みは、前記給電部と前記第1基材フィルムとの段差の高さより大きく、当該段差の20倍以下である、請求項23に記載のウインドシールド。
  27. 前記第3粘着層の20℃でのせん断貯蔵弾性率が、1.0×103GPa以上、1.0×107GPa以下である、請求項23に記載のウインドシールド。
  28. 前記第3粘着層の粘着力が、0.25N/10mm以上、12N/10mm以下である、請求項23に記載のウインドシールド。
  29. 前記カバー部材の厚みが25μm以上、300μm以下である、請求項22に記載のウインドシールド。
  30. 前記発熱体を支持する第1基材フィルムと、
    前記第1基材フィルムにおいて、前記発熱体とは反対側の面に形成され、少なくとも前記ガラス体の車内側の面に固定するための第1粘着層と、
    をさらに備え、
    前記第1粘着層の厚みは、前記遮蔽層の厚みより大きく、当該厚みの20倍以下である、請求項に記載のウインドシールド。
  31. 前記第1粘着層の20℃でのせん断貯蔵弾性率が、1.0×103GPa以上、1.0×107GPa以下である、請求項17に記載のウインドシールド。
  32. 前記第1粘着層の粘着力が、0.25N/10mm以上、12N/10mm以下である、請求項17に記載のウインドシールド。
  33. 前記第1基材フィルムの厚みが25μm以上、300μm以下である、請求項17に記載のウインドシールド。
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