特許 7411418 ヒータユニット及びその応用品

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-12-27

(45)【発行日】2024-01-11

(54)【発明の名称】ヒータユニット及びその応用品

(51)【国際特許分類】

   H05B 3/84 20060101AFI20231228BHJP

   H05B 3/00 20060101ALI20231228BHJP

【ＦＩ】

H05B3/84

H05B3/00 310F

【請求項の数】 6

(21)【出願番号】P 2020001871

(22)【出願日】2020-01-09

(65)【公開番号】P2021111495

(43)【公開日】2021-08-02

【審査請求日】2022-12-21

(73)【特許権者】

【識別番号】000129529

【氏名又は名称】株式会社クラベ

(72)【発明者】

【氏名】上瀬 大介

(72)【発明者】

【氏名】鈴木 達規

【審査官】木村 麻乃

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１９－１１４３３０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００５－１３５７９３（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１８／０８８２０５（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０１９－１１０１３３（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１８／１４３０６２（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開平０３－２２６９８４（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０５Ｂ ３／８４

Ｈ０５Ｂ ３／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

箔状の導電体と、該導電体が配設された面状の基材と、上記導電体への通電を制御する温度制御装置とからなり、
上記導電体が、１枚の導電体の箔からなるとともに、幅が広いリード部と、幅が狭いヒータ部とからなり、該ヒータ部が、主ヒータ部と、補助ヒータ部を有し、
上記温度制御装置が、上記補助ヒータ部の加熱により作動するとともに、上記主ヒータ部への通電を制御するヒータユニット。

【請求項2】

上記主ヒータ部が、少なくとも第１ヒータ部と第２ヒータ部とからなり、上記補助ヒータ部が、上記第１ヒータ部と上記第２ヒータ部の間に位置している請求項１記載のヒータユニット。

【請求項3】

上記第１ヒータ部と上記補助ヒータ部との距離と、上記第２ヒータ部と上記補助ヒータ部との距離が、実質的に同一になっている請求項２記載のヒータユニット。

【請求項4】

上記温度制御装置が、上記主ヒータ部及び上記補助ヒータ部の何れとも直列に接続されている請求項１記載のヒータユニット。

【請求項5】

上記主ヒータ部と補助ヒータ部が、上記リード部を介して配置されている請求項１記載のヒータユニット。

【請求項6】

請求項１～５何れか記載のヒータユニットと、車両のウインドシールドに取付けられるブラケットと、上記ブラケットに収容されたセンサユニットと、上記ブラケットに収容された遮光フードと、を備え、
上記ヒータユニットが、上記ブラケット、上記センサユニットまたは上記遮光フードに取付けられている車両用ウインドシールド装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、例えば、車両におけるカメラユニット、ウインドシールド、レーダーユニット等に付着した結露、氷、霜、水滴を除去するとともに、曇り、結露、氷、霜の付着を防止するためのヒータユニット、及び、このヒータユニットが備えられたウインドシールド装置に関する。

【背景技術】

【0002】

車両用ウインドシールド装置は、ウインドシールドの車室側に取付けられて、車両前方の他車両や障害物の有無の検知に用いられる。車両用ウインドシールド装置は、ウインドシールドに固定されるブラケットと、ブラケットに支持されるカメラユニットまたはレーダーユニットと、太陽光などの外光がカメラユニットに入射することを抑制する遮光フードを備える。ここで、車室内の湿度が高い場合や、車外の温度が低い場合には、曇り、結露、霜、氷などがウインドシールドに付着するため、車両用ウインドシールド装置は、遮光フードを加熱するためのヒータユニットを遮光フードの裏側に備えている。このヒータユニットから発せられる熱によって、遮光フードと対向するウインドシールドに付着した曇り、結露、霜、氷などは溶融、蒸発して除去される。これにより、カメラユニットによる撮影は鮮明なものとなる。また、レーダーユニットからのレーダーが減衰することなく、正確な検知が可能となる（特許文献１、２など参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特許第６５８３６５１号公報

【文献】特許第６５８９７２６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

ここで、特に自動車の電装部品においては、予期せぬ短絡や過電流による温度過昇に対する安全機能が求められている。車両用ウインドシールド装置におけるヒータユニットでもそれは例外ではなく、例えば、上記特許文献１，２では、ヒューズを配置しており、これにより温度過昇が生じた際には、ヒータユニットへの通電を遮断する構造となっている。また、一方で、昨今では自動車における電装部品が非常に多くなっており、また、電気自動車やハイブリッド車など、電気を動力として使用するものもあることから、個々の部品における省電力化は非常に重要な問題である。更に、車両用ウインドシールド装置においては、装置自体が大きくなると運転手の視界を妨げるものとなってしまうため、できるだけ小型化するよう要求があり、そこにカメラユニットやレーダーユニットといった様々な部品が配置される関係上、ヒータユニットについても省スペース化に対応した設計が求められている。

【0005】

本発明はこのような従来技術の問題点を解決するためになされたもので、その目的とするところは、十分な安全機能を有するとともに、省電力化や省スペース化にも寄与できるヒータユニットと、それを備えた車両用ウインドシールド装置を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0006】

上記目的を達成するべく、本発明によるヒータユニットは、箔状の導電体と、該導電体が配設された面状の基材と、上記導電体への通電を制御する温度制御装置とからなり、上記導電体が、１枚の導電体の箔からなるとともに、幅が広いリード部と、幅が狭いヒータ部とからなり、該ヒータ部が、主ヒータ部と、補助ヒータ部を有し、上記温度制御装置が、上記補助ヒータ部の加熱により作動しているものである。
また、上記主ヒータ部が、少なくとも第１ヒータ部と第２ヒータ部とからなり、上記補助ヒータ部が、上記第１ヒータ部と上記第２ヒータ部の間に位置していることが考えられる。
また、上記温度制御装置が、上記主ヒータ部及び上記補助ヒータ部の何れとも直列に接続されていることが考えられる。
本発明による車両用ウインドシールド装置は、上記のヒータユニットと、車両のウインドシールドに取付けられるブラケットと、上記ブラケットに収容されたセンサユニットと、上記ブラケットに収容された遮光フードと、を備え、上記ヒータユニットが、上記ブラケット、上記センサユニットまたは上記遮光フードに取付けられているものである。

【発明の効果】

【0007】

本発明によれば、温度制御装置によって導電体への通電を制御するため、温度過昇に確実に通電を遮断して安全を確保するとともに、所定の温度で通電と遮断を切り替えることができることからトータルの消費電力を減少させることができる。また、補助ヒータ部によって擬似的に温度制御装置を加熱することになるため、主ヒータ部と別の自由な場所に温度制御装置を設置できる。即ち、他の部品の配置の邪魔とならない位置に温度制御装置を設計できるので、省スペース化に寄与することができる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】本発明の実施の形態によるヒータユニットの構成を示す平面図である。

【図2】本発明の実施の形態によるヒータユニットの要部を拡大して模式的に示す断面図である。

【図3】本発明の実施の形態によるヒータユニットの一部の構成を示す平面図である。

【図4】本発明の実施の形態によるヒータユニットの回路図である。

【図5】本発明の実施の形態による温度測定データを示すグラフである。

【図6】本発明による車両用ウインドシールド装置の概要を示す断面図である。

【図7】本発明の他の実施の形態を示す回路図である。

【発明を実施するための最良の形態】

【0009】

以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。

【0010】

まず、図１～図３に示すように、厚さ２８μｍのポリアミドイミドフィルムからなる基材７がある。本発明において用いられる基材は、合成樹脂などの従来公知の高分子材料をフィルム状にしたもので、例えば、ポリアミドイミドフィルムの他、ＰＥＴフィルム（ポリエステルフィルム）、ポリイミドフィルム、ポリフェニレンサルファイドフィルムなどが好ましく用いられる。

【0011】

この基材７上には、ステンレス鋼（ＳＵＳ３０４）の箔をエッチング加工することにより得られた厚さ３０μｍの導電体１が形成される。上記導電体１としては、ステンレス鋼の他、例えば、銅、アルミニウム、ニッケルクロムなどの金属が好ましく用いられる。また、導電樹脂などを用いても良い。これらは、例えば、エッチング加工、打抜き加工などの処理によりパターン化され、１枚の箔状のものとして得られる。また、蒸着や塗布などの工法により、導電体のパターンを形成しても良い。図３に示す網掛け部が導電体１となる。導電体１は、幅が広いことから抵抗値が低くなり実質的に発熱しない部分であるリード部３と、幅が狭いことから抵抗値が高くなり発熱に寄与する部分であるヒータ部５とからなる。ヒータ部５は、主ヒータ部１０と、補助ヒータ部１３を有している。また、本実施の形態においては、主ヒータ部１０が、第１ヒータ部１１と第２ヒータ部１２とからなり、補助ヒータ部１３が、第１ヒータ部１１と第２ヒータ部１２の間に位置する構成となっている。なお、第１ヒータ部１１及び第２ヒータ部１２の抵抗値は、（１３．６Ｖ－３．７２Ｗ）となるように各１７．９Ωに設定されている。また、補助ヒータ部１３の抵抗値は、（１３．６Ｖ－０．６６Ｗ）となるように６．４Ωに設定されている。

【0012】

また、図２に示すように、基材７には、他部材と接着するための接着層９が形成されていてもよい。本実施の形態においては、基材７における導電体１が形成されている面が被加熱部に接する面となり、この面に、粘着テープからなる接着層１５が形成されている。また、被加熱部への熱伝導の効率を上げるため、被加熱部に接する面と逆の面に、発泡樹脂等からなる断熱シート２１を設置することも考えられる。この場合、断熱特性、耐熱性、衝撃吸収性、外観など、種々の特性が異なるような複数の材料を組合せた断熱シート２１を使用することもできる。本実施の形態においては、基材７と断熱シート２１が粘着テープからなる接着層１６で貼付されている。

【0013】

上記のようにして得られた導電体１及び基材７については、図３に示すようなパターン形状となる。ここで、導電体１のリード部３の端部２ヶ所は露出され、一方の端はリード線２５に接続され、もう一方の端は温度制御装置としてのサーモスタット２３を介して、別のリード線２６に接続されることとなる。温度制御装置としては、サーミスタなどの感温素子や温度ヒューズのような保護回路も含まれる。なお、リード部３とリード線２５の接続部、リード部３とサーモスタット２３の接続部、及び、サーモスタット２３とリード線２６の接続について、防水や機械的保護を目的として熱収縮チューブ２７で被覆することが考えられる。また、サーモスタット２３は、補助ヒータ部１３が存在する位置に設置されることになる。このようにして、図１に示すようなヒータユニット３１となる。

【0014】

このような構成のヒータユニット３１について、図４に示す回路図によって、回路構成と温度制御装置の作動について説明する。図４のとおり、電源ＶＣＣから、温度制御装置であるサーモスタット２３が接続され、更に第１ヒータ部１１、補助ヒータ部１３、第２ヒータ部１２が直列に接続され、グランドＧＮＤに落とされている。また、第１ヒータ部１１及び第２ヒータ部１２が適切な温度で発熱するように、補助ヒータ部１３の発熱量及び冷却度合い並びにサーモスタット２３の動作温度が設定されている。そのため、補助ヒータ１３がサーモスタット２３を加熱することで、擬似的に第１ヒータ部１１及び第２ヒータ部１２の温度を制御することになる。これにより、第１ヒータ部１１及び第２ヒータ部１２の温度が所定の値となったとき、サーモスタット２３がＯＦＦとなり、ヒータユニット３１全体の通電が遮断することとなる。また、通電の遮断によってヒータユニット３１全体の温度が降下するが、サーモスタット２３の温度が所定の値まで下がったとき、サーモスタット２３は再びＯＮとなり、通電が再開されることになる。この繰返しにより、ヒータユニット３１の温度は、所定の範囲に保持されることとなる。

【0015】

このようなヒータユニット３１は、車両用ウインドシールド装置内に取り付けることができる。図６を参照して車両用ウインドシールド装置の例を説明する。図６における右側が車両前方となり、ウインドシールド５７に取付けられる車両用ウインドシールド装置は、ブラケット５１、遮光フード５３、センサユニットとしてのカメラユニット５５を備える。ブラケット５１は、椀状の形状を有する樹脂部材であり、遮光フード５３及びカメラユニット５５を収容する。ブラケット５１の周縁部には接着剤が形成され、ウインドシールド５７の車室側に取付けられる。なお、ウインドシールド５７は、一般的に、フロントガラス、サイドガラス、リアガラスと称されることがある。カメラユニット５５は、ブラケット内に形成された樹脂部材によって固定保持されることになる。この際、カメラユニット５５における受光部はウインドシールド５７に向けられ、カメラユニット５５における受光部とウインドシールド５７の間には他部材を介さないようにされる。遮光フード５３は、板状の黒色樹脂部材であり、カメラユニット５５の受光部が受光する光の範囲を定めるものである。また、遮光フード５３の表面は、不織布が貼り付けられたり、ナシ地加工、シボ加工、断付加工等がされたりすることによって光が散乱するようになっており、受光範囲以外からの外光が入射されることを抑えられるようになっている。図示はされていないが、本実施の形態は、カメラユニット５５を２つ備える複眼式のシステムに対応するものである。一方のカメラユニットの側に第１ヒータ部、もう一方のカメラユニットの側に第２ヒータ部が設置され、これら２つのカメラユニットの間に、補助ヒータ部及びサーモスタットが配置されることとなる。なお、上記カメラユニット５５がレーダーユニットとなることもある。

【0016】

車室の湿度が高い場合や、車外の温度が低い場合、曇り、結露、霜、氷などがウインドシールド５７に付着することがある。この曇り、結露、霜、氷などによって光が散乱し、カメラユニット５５による鮮明な撮影が阻害されるおそれがある。これはカメラユニットの代わりにレーダーユニットを使用したときも同様である。そのため、ヒータユニット３１が遮光フード５３の裏側に取付けられ、ヒータユニット３１の主ヒータ部１０から発せられる熱によって遮光フード５３を介してウインドシールド５７を加熱することで、曇り、結露、霜、氷が除去されることになる。また、ヒータユニット３１からの熱によってブラケット５１内の空気が加熱され、それによってブラケット５１内の湿度が低下することにより、結露が除去されることになる。

【0017】

上記のようにしてウインドシールド装置に設置したヒータユニット３１について、実際に通電を行い、温度測定を行なった。第１ヒータ部の中央部（Ａ）、第２ヒータ部の中央部（Ｂ）、サブヒータの中央部（Ｃ）、遮光フード５３の上（Ｄ）、及び、ウインドシールド５７の内表面（Ｅ）を測定点として熱電対を貼付し、初期雰囲気温度２２．９℃の条件で、印加電圧１３．５Ｖとして通電を行い、各測定点（Ａ）～（Ｅ）における温度の経時変化を測定した。温度測定の結果を示すグラフを図５に示す。図５に示すとおり、本実施の形態によるヒータユニット３１は、安定した加熱をしていることが確認された。

【0018】

尚、本発明は、上記実施の形態に限定されるものではない。上記実施の形態では、主ヒータ部１０が第１ヒータ部１１と第２ヒータ部１２とからなっていたが、第１ヒータ部のみからなるものでも良いし、更に、第３ヒータ部、第４ヒータ部と加えられていっても良い。

【0019】

また、上記実施の形態では、第１ヒータ部１１、補助ヒータ部１３、第２ヒータ部１２及びサーモスタット２３が直列に接続されていたが、これにも限定されない。例えば、第１ヒータ部１１、補助ヒータ部１３及び第２ヒータ部１２が並列となっていても良い。また、図７に示すように、サーモスタット２３がＯＦＦとなった後も補助ヒータ部１３への通電を継続するような回路構成も考えられる。この場合、サーモスタット２３は再びＯＮとなることはないので、第２ヒータ部１２のみでの発熱を継続させるような制御となる。

【0020】

また、第１ヒータ部１１、第２ヒータ部１２、補助ヒータ部１３を配置する位置は、自由に設定することができる。上記実施の形態のように、補助ヒータ部１３が、第１ヒータ部１１と第２ヒータ部１２の間に位置する構成となっていることが好ましい。ここで、第１ヒータ部１１と第２ヒータ部１２の間の位置とは、回路的な位置と実装的な位置の両方の意味を含み、何れか一方が少なくとも満たされていれば良い。

【0021】

特に、第１ヒータ部１１、第２ヒータ部１２及び補助ヒータ部１３が近傍に配置されるときには、相互に発熱の影響を受ける可能性があるが、その場合は、第１ヒータ部１１と補助ヒータ部１３との距離と、第２ヒータ部１２と補助ヒータ部１３との距離が、実質的に同一になっていることが好ましい。これにより、補助ヒータ部１３からの熱が、第１ヒータ部１１や第２ヒータ部１２に伝わってしまう場合においても、第１ヒータ部１１と第２ヒータ部１２に同じように伝わり、第１ヒータ部１１と第２ヒータ部１２とで温度に相違が出てしまうことを防止できる。更に、第１ヒータ部１１と第２ヒータ部１２の中間の線に対して、第１ヒータ部１１側の導電体１のパターンと、第２ヒータ部１２側の導電体１のパターンが対称となっていることが好ましい。

【0022】

上記実施の形態においては、ヒータユニット３１は遮光フード５３の裏側に取付けられているが、ヒータユニット３１は他の場所に取付けられても良い。例えば、遮光フード５３の表側、ブラケット５１の内側、ブラケット５１の外側、カメラユニット（センサユニット）５５の周囲部、ウインドシールド５７の車室側など種々の場所に取付けることができ、また、複数場所に取付けることもできる。

【0023】

また、センサユニットとしては、上記実施の形態のようなカメラユニット５５の他、レーダーユニット、レーザーライダーユニット、超音波センサユニットなども考えられる。本発明は、車外に露出して取付けられるカメラユニットやレーダーユニットに適用することもできる。この場合、カメラユニットの受光部周囲や、レーダーユニットの覆いであるレドームにヒータユニットを取付けることも考えられる。

【産業上の利用可能性】

【0024】

以上詳述したように本発明によれば、十分な安全機能を有するとともに、省電力化や省スペース化にも寄与できるヒータユニットを得ることができる。このようなヒータユニットは、例えば、家庭用暖房器具、自動車内装用暖房装置、産業用加熱装置、各種除雪解氷装置、防曇装置、加熱調理器具などの熱源として好適に使用することができる。また、被加熱物に接して使用されるような伝導伝熱用のヒータとしてだけでなく、被加熱物から距離をおいて設置されるような輻射伝熱用のヒータとしても使用することができる。

【符号の説明】

【0025】

１ 導電体
３ リード部
５ ヒータ部
７ 基材
１０ 主ヒータ部
１１ 第１ヒータ部
１２ 第２ヒータ部
１３ 補助ヒータ部
２３ サーモスタット（温度制御装置）
３１ ヒータユニット
５１ ブラケット
５３ 遮光フード
５５ カメラユニット（センサユニット）
５７ ウインドシールド

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】