JP4423384B2 - 透明シート、特にコーティングと放射窓とを備えた窓ガラス - Google Patents

Description

本発明は、コーティングと放射窓とを備えた透明シート、特に窓ガラス（glazing）に関するものであり、請求項１の前提部に記述される特徴を有する。
これらの特徴は、ドイツ特許第19503892号明細書で知られており、それには情報を搬送するマイクロ波の放射線に関してコーティングされた窓ガラス（panes）の遮蔽効果を減少する手段について記述されている。電気伝導性で、かつ光学的に透明な層でコーティングされた、このタイプの窓ガラス（glazing）は、赤外線放射を反射する断熱ガラス（thermally insulating glass）として、および／または電気的に加熱され得、建築物や乗物における窓ガラスに用いるように企図されうるガラスとして、の使用を提供する。
乗物の場合において、このような窓ガラスは金属の車体とともにファラデーケージ（Faraday cage）を形成し、電磁場から乗物の内側を保護する。建築物においても、電気伝導性のコーティングを備えた窓、およびその他の壁部分の導電性の構成、を用いることによって、部屋を電気的に保護することが可能である。このタイプの保護囲いは、強力なラジオ送信器もしくはレーダーにより生じる妨害から、中央コンピューターのような高感度装置を保護することができる。
一方において、その保護囲いは、マイクロ波タイプの電磁放射を通過させないが、このような放射は情報の搬送波として用いられているのである。アンテナを備えた送信器および／または受信器が保護されている乗客コンパートメント（乗物）内にあると、伝送の問題（transmission problems）が発生する。たとえば、乗物位置表示システム、遠隔制御システム、識別システム（identification systems）および料金支払記録システムが、妨害を受けうる。
公知の方法において、層システム（layer systems）は、予め連続的に形成された層を、線形的方法で除去することによって後から構造化され（post-structured）得、そして機械的もしくは熱的手段によってされうる。特に、非常に狭いスロット（slots）がレーザビームにより層に形成されうる。前述の従来技術によると、導電層は、放射用スロット（radiating slot）として作用する少くとも一つのスロットを備えており、そのスロットは、非常に短い長さと、非常に小さい開口（open area）とを有しており、この長さと開口はマイクロ波放射線の周波数に調和されている。そして、そのスロットによって、導電層に吸収された放射エネルギーは、マイクロ波の範囲において放射エネルギーの形で再放射され（re-emitted）なければならない。データ伝送の有効周波数が、車道における料金支払い自動記録のために予定されるとおり、たとえば5.8GHzに生じると、しかもそのスロットが実質的にこの周波数でマイクロ波を伝送するように備えられていると、有利にはスロットは、ガラスの誘電率を考慮してλ／２の共振長さを有するような寸法にされる。波長λ＝52mmに相当する、前述の周波数に対して、スロットの長さＬは18mmである。その幅は主要な役割を演ずるものではなく、たとえば0.1mmである。水平方向と垂直方向の双方におけるスロットの相互の分離（mutual separation）は、共振に依存するとされているが、18mmである。
もし、データが円偏波（circularly-polarized）マイクロ波〔すなわち、波の瞬時的振動面（the plane of instantaneous oscillation of the waves）が、波が円形のエンベロープ（envelope of circular form）内で振動するような仕方で、波の伝搬方向のまわりを回転する〕で伝送されるなら、十字形凹部を層に設けるのが有利である。その交差する２つのスロットの長さは、再びガラスの誘電率を考慮に入れて、使用されるマイクロ波の波長に調和させ、使用される波のλ／２の値に相当させるのが有利である。
周波数5.8GHzにおけるマイクロ放射波の減衰（attenuation）に関する比較測定は、この従来技術において、次のことを実証した。すなわち、コーティングに放射スロットを有する積層ガラス製の窓ガラスは、そうでないコーティングをされた積層ガラス製の窓ガラスより、高周波数の放射に対する伝送の著しく低い減衰を達成することを可能にし、しかも非コーティング積層ガラス製の窓ガラスとほとんど等しい減衰が可能である。
多くの用途、特に自動車では、比較的小さな、限定された窓の領域内だけで、できるだけ高い放射線の伝送、あるいはできるだけ低い減衰を得ることが不可欠である。伝送システムの搭載ユニット（on-board unit）（送信器および／または受信器）のアンテナは、この窓領域に連係されなければならない。アンテナを窓ガラスの内側面から分離する距離はそのシステムにより予め定められ、たとえば有用な情報搬送放射の波長の１／２に等しく、すなわち約数cmである。しかしながら、現在の技術水準によれば、窓ガラス表面に均一に分布している層の個々のスロットでは搭載ユニットのアンテナの直接的カバー領域（direct coverage region）で、この型のシステムに要求される強い局所的伝送を達成することは、必ずしも可能とはかぎらない。
レーザーを用いてチェッカー盤模様が作成されている透明層で被覆された窓ガラスは、すでに文献すなわちドイツ特許出願公開19541743号明細書で公知である。窓ガラス全体にわたって及ぶ、このネットワークは、電磁放射に関して、層を備えた窓ガラスの遮蔽効果を減少するように設計されている。その模様の線の間の距離は、この文献によると2.5cmより小さく、窓ガラスを通過すると推定されるマイクロ波の波長の１／２より小さい。しかしながら、この文献は、非コーティング区域とコーティング区域との比に何も言及していない。
さらに、ドイツ特許4433051号明細書の文献から、いかなる層も付加しないで窓ガラスの連続した、限られた区域を保持しながら、いかに放射窓（radiation window）を製造するかは、知られている。たとえば、コーティングを付加する間、ガラスにもしくはフィルムにマスクをかぶせる、または、層材料は、コーティングの後に再び除去される。比較的高価であることは別としても、いくらか望ましくない副作用がこれらの構造にあらわれ得、たとえば非コーティング区域で観察者に主観的に気づかれる着色である。これらの副作用を避けるために、問題の表面部分は、たとえばスクリーン印刷された着色層を用いて不透明にされうる。積層ガラス製の窓ガラスの場合には、着色層は、外部窓ガラスの内側であり、再び機能層の前でなければならない。着色層のこの構成は、製造技術からは、特に窓ガラスを曲げる工程において、少なからぬ不利を提示する。窓ガラスの購入者は、窓ガラスを窓として使用するのであり、透明な区域の減少を必ずしも受け入れようとはしない。
本発明の目的はコーティングに放射窓を有する窓ガラスを提供することであり、光学的にわずかに見え、種々のシステム構成の場合に一般的に使用されうるが、他の領域におけるコーティングの減衰もしくは反射機能を減少させることなく、少くとも限定された区域の領域で、高周波数放射の良好な伝送を実現する。
本発明によれば、この目的は請求項１の特徴的な事項により達成される。従属請求項の事項はこの主題の有利な展開に関する。
機能的な層を有する窓ガラスに関する試験、コーティングされたフィルムが組み入れられた特に積層ガラス製の窓ガラスに関する試験は、次のことを実証した。すなわち、構造化されたコーティング（ガラス上であってもフィルム上であっても）を透過してマイクロ波の伝送は、なかんずく放射によって透過される区域、すなわち層材料のない区域もしくはこの材料を取り除かれた区域、に依存することを実証した。基準として単位区域を選びながら、一方における、全単位区域に対する、他方における実際に放射に透過される区域もしくは非コーティング区域の割合を変化させながら、最適伝送値が決定されなければならない。
たとえば、与えられた全単位区域は100mm²であり、そのうち合計25mm²はコーティングを欠いている。したがって、上述の割合は１／４（25％）である。層が連続している領域では、したがってその商は０であり、全表面にわたってコーティングのない公知の窓では１である。試験は、取除かれる該コーティング量が25％のときにのみ、その使用できる伝送特性が達成されることを確認したので、この値は最小値とみなされるにちがいない。
非コーティング区域と層によるコーティング区域との、要求される分布は、平坦な場合、問題の窓における表面成分は、光学的観点から望ましい不連続的性質のために不規則に、または周期的に交代することを意味する。この点に関して、取除かれる層の量における約80％の上限は基準として有用である。一方において、これは全窓領域にわたって伝送の減衰をできるかぎり低く達成するための鍵であり、そして他方において、構造成分の均一な分布も、全く同一の窓が一般に種々のシステム構成に用いられることを可能にする。その分布はある程度窓の方向性（directivity）を達成するのを可能にする。
放射窓の全区域に対する非コーティング区域の割合は、非コーティング表面が直線のパターンによって形成されているとき、計算、調整するのが特に容易である。したがって、その大きさは長さと幅を乗じた線の総数の積で与えられ、場合によっては交差する線の場合に、交点の面積を減じる（そうでないと２度数えることになろう）。総面積はそれぞれの外側の線を隔てる距離で定義される。コーティングを構造化するする作業中、線の幅とその間隔は、最適伝送挙動を得る目的のために、かなり変化されうる。線の幅は好ましくは0.05〜0.5mmの間で変わり得、線の間の間隔は0.2〜1.5mmの間で変化しうる。
しかしながら、窓に分布される、他のパターンを用いて望ましい効果を得ることも可能であり、たとえば、水玉模様のスクリーン（dot screen）、またはたとえば窓ガラスに適合する乗物のブランドのような紋章（emblems）が挙げられる。
層における放射窓を設計するのに他に必要なパラメーターは放射の偏波（直線もしくは円偏波）、その振幅及び波長である。層における凹部は、要求される一般的使用に明らかには影響しない限り、使用される放射の特徴に正確にできるかぎり適合させるのが好ましい。
円偏波の場合、従来技術による試験結果を考慮すると、応答器（transponder）として作用する搭載ユニットからの反射を表わすエンベロープの楕円変形は、それらの凹部を２つの垂直方向に置くことによって避けられる。
通信窓（communication window）の高さは、取付けられた位置でのガラス窓の傾斜した位置をさらに考慮に入れなければならない。通信窓の幅は、乗物の外側に置かれる伝送装置の、固定もしくは可動の送信／受信ユニットの種々の構成に適しなければならない。
道路料金自動徴収システムの場合には、同一標準はまだ確立されていない。現時点では交通レーンの中央に取付けられた固定ユニットに対する代わりの形態、ならびに右側（right-hand）および左側運転の乗物に対する変形が、議論の主題である。固定ユニットの領域で道路に形成される長方形の受信可能な楕円（oblong broadcasting ellipse projected on to the roadwey）内で、データはユニット搭載乗物に十分に伝送されることが要求される。その楕円の大きさは、所望の、そしてさらには許可された運転速度、そして道路表面の上方の固定ユニットの高さによる長さによって、さらには固定ユニットの横方向に、交通レーン内での横のバリエーションによる幅によって、規定される。
各タイプの窓ガラスに対する個々の位置決めは意味がないように思われる：最良の譲歩は、通信窓の好ましい幅を選択することによってわかっているので、固定ユニットの横方向の構成の場合でさえ、良好な伝送特性と連結された十分に低い減衰が得られる。
放射窓の種々の形式の伝送特性が試験されるようにさせた試験は、簡単には、以下のように議論されている。一つの効果的な形態は、通信窓における層のミアンダ状構造を含み、それは重なりあった平行な直線からなる２つの模様を有し、90°まで曲折されている。道路の中央の位置で、固定伝送ユニットが構成される場合であって、5.8GHzの周波数を有すると、わずか3.5dBの減衰が達成され、そして角度±30°を伴う横方向の構成の場合には、45dBの減衰が達成される。これらはコーティングされない窓ガラスもしくはその全領域にわたって放射窓を備えた窓ガラスの場合の減衰とあまり異ならない値である。
測定は、860MHzから７GHzの周波数範囲にわたって実施された。この周波数範囲内で、伝送減衰は、標準積層ガラス製の窓ガラスと比較して、放射窓をとおって垂直に通過する放射の場合に、高々1.8dB増加した。
もっと高い減衰値は、垂直方向からはずれた入射角の場合に期待されうる。とはいっても、±30°までの角度に対して、それらは3.5dB以下であり、そして±50°より大きい角度の場合にのみ10dBを超える。試験は、注目される明らかな差異なしに、水平および垂直偏波で行なわれた。簡単な試験構成は、固定送信器／受信器ユニット、放射窓を有する相当するシート試料およびこの窓の背面に予め決定された距離でシステムに取り付けられた搭載ユニットを含んで用いられた。
通常の積層ガラス製、ならびに円形および十字形のスロットの構造を有する断熱層材料製の窓ガラスに関する減衰値が比較のために測定された。これらの値は前述の値よりすべて著しく高かった。
例えば、入射角の関数として伝送減衰の比較値を表の形式で示す。測定は、通常の積層ガラスの試料（“基準”）および本発明による型を含む試料（“ミアンダ状”）、ならびに円形および十字形のスロット、について行なわれた。その数字は、入射角の関数としてデジベルにおける減衰値を示すが、その入射角は垂直軸から10度づつ、すなわち−30°から＋30°まで変化されている。使用された放射は5.8GHzの周波数と51.7mmの波長を有し、水平方向に直線偏波していた。次の値が測定された：

わずかに異なる絶対値を有する、類似の割合が放射の垂直偏波の場合に測定された。好ましい層除去品と通常の透明シートの間の差異はわずかであることが明らかである。
それを注意深くみると、通信窓は十分には見えないことがわかるかもしれない。しかしながら、層中に他の間隙を設けることによってその対比を和らげ、連続層と窓との間の推移部を消滅させることができる。これらは、伝送の観点からは影響を有しないにちがいないが、それにもかかわらず、それらは光学的不連続を改良しうる。
本発明の目的についての異なる詳細と利点は、例証する実施例の図面およびそれに添える次の説明から明らかであろう。
図面において：
図１は、断熱積層ガラス製の乗物風防ガラスの形状である、本発明による透明シートの部分断面図（一定比でない）である；
図２は、透明シートの通信窓の詳細図である；そして
図３は、部分的に非コーティング積層ガラス製の窓ガラスと、ここで詳述された通信窓を備えたシートとの減衰における差異を情報搬送の周波数の関数として示す図である。
図１に示される透明シート１は乗物用の積層ガラスの風防ガラスである。シート１は公知の方法で外部窓２を含んでおり、第１の熱可塑性樹脂接着剤層３は厚さ0.38mmのポリビニルブチラール（PVB）でつくられており、薄い機能的コーティングフィルム４は厚さ約0.1mmのポリエチレンテレフタレート（PET）でつくられており、PVBでつくられたもう一つの0.38mm接着剤層５、そして最後に内側窓６は乗客コンパートメントに面している。この内側窓は接着剤に面する表面で、焼成されるべき不透明な着色をされた、枠形状の内張り７を公知の方法で与える。この着色層は、ここでは図示されていない接着剤ビーズを覆うが、その接着剤は、風防ガラスに車体の窓枠に取付けられるようにし、その結果、UV放射の作用を防止し、かつ眺めをふさぐのを防止する。
接着層３と接触する機能的フィルム４の側に、赤外放射を反射し、断熱する層として作用する。薄く、透明で導電性の層８を含む系を適用する。この薄層も、また、PETフィルム上に、公知の方法、好ましくは磁場でのスパッタリングにより、堆積されるが、実際の機能的な層は銀でつくられることが知られている。多くの好適な層構成が公知である。
積層ガラス製の窓ガラスの外側端にそって、２つのPVBフィルムがその全周囲にわたって公知の方法で互いに溶融結合されているので、その結果周囲の影響に対して腐食に高感度の薄層系システムをシールすることになる。
搭載ユニットのアンテナ９は、概略形で示されているにすぎないが、乗物の乗客コンパートメントに取付けられる。このユニットはたとえば、道路料金支払自動記録装置のような電磁放射により操作されるデータ伝送システムのために企図されている。薄層システム８は、この目的のために、通信窓もしくは放射窓10の形で形成される。この場合、搭載ユニットは、受けた信号に反応して特定の自動車に特異的な応答を固定ユニットに送る受動的な応答器の形で製造されうる。さらに、システムは、搭載ユニットが再支払可能な記憶装置付きカード（rechargeable smart card）に結合され、そのカードは固定ユニットからのパルスを受けて料金額を請求される、こともわかる。
通信窓の好ましい構成は、さらに詳しく図２に示される。表示上の理由で、線は黒色で、層は白色である；実際はもちろん、線はまわりの領域よりも明るい。この態様において、層はタイル模様の細線11に沿って除去されており、線の間のすきまはそのまま残っている。この模様はたとえばミアンダ状で製造されているが、これは公知の方法でレーザービームを制御して、初めの端からはじめて最初の直線11を進んでいき、ついで短い交差部もしくは移行部11ａ、最初の端部まで最初の直線に平行な第２直線、ついで最初の移行部と同じ方向でもう一度移行部11ａ、等、そしてさらに平行線の最初のグループ12が製造される。もう一つの線の端で一緒になる移行部11ａの長さは、それぞれ平行な線の間の距離に相当する。
第１グループ12の平行線を製造した後、互いに平行な第２グループ13は、主要な線11は第１グループの線11に垂直に伸びるが、第１グループ12の平行線のうえに同様の方法で重ねられる。このようにして、コーティングされ、含まれる領域よりなるタイル模様が、図示されるように、得られる。グループの線の道がそれらの間に閉路を形成することは必要ではなく、実際、図示されるように、線の終点を結合されないままとすることもできる。
前提部ですでに述べたように、このような模様構成は、とりわけ円偏波の使用の場合に勧められる。線偏波の場合には、必要であれば、単一グループの線（垂直もしくは水平の線）によって放射窓を十分に透明にすることができる。しかしながら、透明シートにおいて、正確に垂直もしくは水平に線を向けることは全く必要なく、斜め方向でもかまわない。
線の間の相互連結が省かれると周辺領域で場の歪みが生じうることが試験からわかった。このように、通信なしの点は前述の放送用楕円（固定ユニットと搭載ユニット間の通信領域）の領域であらわれうる。
積層ガラスの製造には、PETフィルムと接着剤フィルム（ポリビニルブチラール／PVB）からなる前積層物に大部分の時間が費やされるが、層が受けるかもしれないいかなる損傷をも防止する目的でそのコーティング面を結合される。この予備的積層物における機能的層も、また、レーザービームがPVBフィルムの粗い表面を通過しながら弱く散乱され、そしてつづいて投入されたビームよりも幅広い線を受け入れる必要があるような望ましい方法で構造化されうる。
本発明の場合においては、全区域に対し非コーティング区域の割合が25％から80％の値に設定されると放射窓10は優れた伝送値を提供する。全窓の幅は、結局、システムの外部の性質に依存する（たとえば、道路に固定される伝送ユニットの構成、その指向性）。あらゆる場合に、その高さより大きい必要があるが、それは、使用される放射の波長と振幅、ならびに取付けられた位置での窓ガラスの傾斜状態、から、簡単な試験によって決定される。非常に良好な結果が、200mm幅で、100mm長さを有するあらゆるタイプの遂行に対して得られた。
この場合、線の幅は0.1〜0.4mmの範囲内にあるのが好ましい。
最後に、図３は、120×100mm²の寸法の窓を備え、全く層を有しない試料と、上述のような構造化された放射窓を備えた試料との間の減衰における差異を示す。120×100mm²の類似の外部寸法に対し、試料窓における機能的層は1.5mmの距離で分けられた0.3mm幅の線の形態に均一に構造化されており、窓の全区域に対するコーティングされていない区域の割合は約31％であった。
デジベルでの減衰は周波数GHzの関数としてプロットされる。最大の差異は約５GHzで生じ、この点は約1.8dBである。

Claims (9)

1. 光学的な観点からすれば透明であり且つ赤外線を反射する導電性コーティングで被覆され、該導電性コーティング中に高周波数放射線に透過される非コーティング区域を有する放射窓を少くとも１つ含む、透明シート（１）、特に窓ガラスであり、該放射窓（10）がシート（１）と一体に形成された限定された区域の領域に形成されており、該放射窓の全区域に対する該放射窓の非コーティング区域の割合が25％〜80％の範囲であることを特徴とする透明シート。
2. 放射窓（10）は、その上の反射性コーティングが除去される精密な幅と精密な長さの非コーティング線（11，11ａ）でできた模様の形の非コーティング区域と、そのままで残されている一体としてコーティングされた区域（14）を有し、これらの区域（14）は互いに非コーティング線（11）で分離されていることを特徴とする請求項１記載の透明シート。
3. 模様が、交互の端で移行部（11ａ）により一緒に結合される、平行なミアンダ状線（11）の少くとも１つのグループよりなることを特徴とする請求項１または２記載の透明シート。
4. 模様が互いに平行である線（11，11ａ）の２つの相互に垂直なグループ（12，13）よりなることを特徴とする請求項３記載の透明シート。
5. 移行部（11ａ）により規定される線の相互の間隔が0.2〜1.5mmであることを特徴とする請求項３または４記載の透明シート。
6. 線（11，11ａ）の幅が0.05〜0.5mmである請求項２〜５のいずれかに記載の透明シート。
7. 領域が、連続層を形成させた後に、特にレーザによってその連続層に部分的に構造化された（locally structuring）ものである請求項１〜６のいずれかに記載の透明シート。
8. 放射窓（10）が水平広がり（幅）200mmと垂直広がり（高さ）100mmを有することを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の透明シート。
9. 導電性コーティングと放射窓の間の推移部が光学的にマスクされるように、伝送には影響しない間隙が該推移部に提供される、請求項１〜８のいずれかに記載の透明シート。

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