(57)【要約】ヒータ・グリッドおよびコントローラを含む窓霜取りシステムである。コントローラは、ヒータ・グリッドに駆動信号を与えるように構成されたパルス幅変調器を含む。駆動信号は、初期加熱部およびパルス部を有する。初期加熱部は、ヒータ・グリッドの最適動作電圧よりも大きい初期電圧を供給し、パルス部は、最適動作電圧よりも大きいパルス高電圧を有するパルス信号を供給する。
2008531376.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
プラスチック窓の霜取りシステムであって、
透明プラスチック・パネルと、
プラスチック・パネルに取り付けられたヒータ・グリッドと、
ヒータ・グリッドと電気的に連絡するコントローラであって、パルス幅変調された駆動信号をヒータ・グリッドへ供給するように構成されたパルス幅変調器を含む前記コントローラと、
を含むシステム。
【請求項２】
請求項１記載のシステムであって、ヒータ・グリッドは、定常状態動作電圧を有し、パルス幅変調器は、定常状態動作電圧よりも大きいパルス高電圧を有する駆動信号をヒータ・グリッドへ供給するように構成されている前記システム。
【請求項３】
請求項１記載のシステムであって、パルス幅変調器は、駆動信号のデューティ・サイクルにより定常状態動作電圧に実質的に等しい有効電圧を有する駆動信号をヒータ・グリッドへ供給するように構成されている前記システム。
【請求項４】
請求項１記載のシステムであって、コントローラは、ヒータ・グリッドの定常状態動作電圧よりも大きい初期電圧をヒータ・グリッド両端間へ供給するように構成されている前記システム。
【請求項５】
請求項１記載のシステムであって、駆動信号は、初期加熱部およびパルス部を含み、初期加熱部の初期電圧は、ヒータ・グリッドに対する定常状態動作電圧よりも大きい前記システム。
【請求項６】
請求項５記載のシステムであって、初期加熱部の初期電圧は、パルス部のパルス幅よりも大きい期間印加される前記システム。
【請求項７】
請求項６記載のシステムであって、加熱部の初期電圧は、パルス部の期間よりも大きい期間印加される前記システム。
【請求項８】
請求項７記載のシステムであって、駆動信号は、パルス部を含み、その期間は、５００ミリ秒よりも小さい前記システム。
【請求項９】
請求項８記載のシステムであって、パルス幅は、２００ミリ秒よりも小さい前記システム。
【請求項１０】
請求項１記載のシステムであって、プラスチック・パネルは、ポリカーボネートにより形成される前記システム。
【請求項１１】
車両に内蔵される請求項１記載のシステム。
【請求項１２】
ヒータ・グリッドが取り付けられたプラスチック窓の霜取り方法であって、
パルス部を有する駆動信号を発生するステップであって、パルス部は、ヒータ・グリッドの定常状態動作電圧よりも大きいパルス高電圧を有し、パルス部は、定常状態動作電圧に実質的に等しい有効電圧も有するステップと、
ヒータ・グリッドに駆動信号を印加するステップと、
を含む前記方法。
【請求項１３】
請求項１２記載の方法であって、さらに、
ヒータ・グリッドの定常状態動作電圧よりも大きい初期電圧をヒータ・グリッドの両端間に発生するステップを含む前記方法。
【請求項１４】
請求項１３記載の方法であって、さらに、パルス部のパルス幅よりも長い期間初期電圧を発生するステップを含む前記方法。
【請求項１５】
請求項１３記載の方法であって、初期電圧は、駆動信号のパルス部の前に発生される前記方法。
【請求項１６】
請求項１３記載の方法であって、初期電圧は、駆動信号の一部として発生される前記方法。
【請求項１７】
請求項１２記載の方法であって、さらに、駆動信号の初期加熱部でヒータ・グリッドを初期加熱するステップを含む前記方法。
【請求項１８】
請求項１７記載の方法であって、ヒータ・グリッドの初期加熱中にヒータ・グリッドは、オーバ・ドライブされてヒータ・グリッドを迅速に加熱する前記方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（発明の分野）
本発明は、一般的に透明プラスチック・パネルの霜取システムに関連している。
【背景技術】
【０００２】
（関連技術の説明）
ポリカーボネート窓等のプラスチック窓が最近ガラス窓に替わるものとして利用できるようになってきている。車両応用において、プラスチック窓は、他の魅力的な属性を提供するだけでなく、重量を著しく低減することができる。しかしながら、ガラス基板上にプリントされた焼結金属ペーストに較べて、プラスチック基板上にプリントされ硬化された導電性ペーストが示す導電率は、低くなる。さらに、プラスチックが示す熱伝導率は、典型的にガラスに較べて低い。その結果、リアウィンド等のプラスチック・パネル上で長いグリッド・ラインを必要とする時にヒータ・グリッド機能は、さらに損なわれる。前記したことから理解されるように、大きい窓に対して受け入れられるヒータ・グリッドを提供するために、霜取サイクル中に発生され消散される熱の量を向上させ最適化させることが産業において必要とされている。
【０００３】
あるデフロスタ・グリッド・パターンは、自動車内に存在するバッテリ電圧よりも十分低い電圧で非常にうまく働く。このようなシステムに対して、バッテリ電圧（典型的には、およそ１３Ｖ）を印加するとグリッドが過熱してプラスチック・パネルが溶けたりデフロスタ・グリッド自体が破壊することがある。その結果、これらのデフロスタ・グリッドを利用するには高いワット数の抵抗体を電気的に直列にデフロスタ・グリッドに接続して電圧を降圧する必要がある。たとえば、デフロスタ・グリッド・パターンがおよそ７Ｖの最適動作電圧を有する場合、デフロスタ自体により使用される電力のほぼ８９％を消散させる抵抗体が必要である。したがって、車両内のデフロスタ回路は、霜取グリッドにより実際に使用される電力のほぼ２倍を扱う必要がある。さらに、抵抗体自体が個別に管理しなければならない大量の熱を発生する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
前記したことから、車両応用においてプラスチック窓の霜取りを行う改良されたシステムが必要とされている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
（概要）
関連技術の列挙された欠点および他の制約を克服するだけでなく、前記したニーズを満たすために本発明は、プラスチック窓の霜取りを行う改良されたシステムを提供する。
【０００６】
本システムは、ヒータ・グリッドおよびコントローラを含んでいる。ヒータ・グリッドは、プラスチック・パネルに取り付けられてコントローラと電気的に連絡している。コントローラはヒータ・グリッドに駆動信号を与えるように構成されたパルス幅変調器を含んでいる。駆動信号は、初期加熱部およびパルス部を有することができる。初期加熱部は、ヒータ・グリッドの最適動作電圧よりも大きい初期電圧をヒータ・グリッド両端間に与える。初期電圧は、ヒータ・グリッドをオーバ・ドライブしてそれを最適動作電圧により与えられる温度またはその近くの温度に迅速に加熱する。パルス部は、最適動作電圧よりも大きいパルス高電圧のパルス信号を与える。しかしながら、パルス部は、そのデューティ・サイクルによりヒータ・グリッドの最適動作電圧に実質的に等しい有効電圧をヒータ・グリッドに与える。
【０００７】
当業者ならば、本明細書の一部を形成する添付図面および特許請求の範囲を参照しながら、下記の記載から本発明のさらなる目的、特徴および利点が容易に理解される。
【実施例】
【０００８】
（詳細な説明）
次に、図１について、本発明の原理を実施するシステムが例示され１０で示されている。その主要コンポーネントとして、システム１０は、ヒータ・グリッド１４およびコントローラ１６を含んでいる。
【０００９】
ヒータ・グリッド１４は、プラスチック窓１２に取り付けられコントローラ１６と電気的に連絡する。窓１２は、ポリカーボネート材料等のプラスチック・パネルにより構成することができ、制約しないが、磨耗および紫外線等に対して保護するための１つ以上の層、すなわちコーティングを含むことができる。マイクロ・コントローラ１６は、ヒータ・グリッド１４に駆動信号を与えるように構成されたパルス幅変調器１８を含んでいる。駆動信号は、ヒータ・グリッド１４両端間に電圧を与えてヒータ・グリッド１４が熱エネルギを発して窓１２の霜取りを行うようにする。コントローラ１６は、ビルトイン・パルス幅変調器を有するマイクロ・コントローラ・チップとすることができ、あるいは、駆動信号のパルス部を発生するパルス幅変調器を形成するタイマ回路等のパルス回路を含むいくつかの制御回路を含むことができる。
【００１０】
本発明の一実施例では、コントローラ１６は、光アイソレータ２０を介してヒータ・グリッド１４から絶縁され、ヒータ・グリッド１４を駆動するのに必要な電流からコントローラ１６を保護する。このようにして、光アイソレータ２０の入力側は、負荷抵抗体２２を介して電圧源２４に接続される。パルス幅変調器１８は、そのタイミングに基づいて光アイソレータ２０の入力側への接地経路を提供する。光アイソレータ２０の出力側は、ヒータ・グリッド１４と電気的に連絡して駆動信号を伝達する。車両バッテリ等の電圧源２６も光アイソレータ２０の出力側と電気的に連絡して光アイソレータ２０の出力に給電する。さらに、光アイソレータ２０の出力側は、電気的接地２８とも電気的に連絡して光アイソレータ２０の出力に対する基準電圧を提供する。光アイソレータ２０の出力は、線２７に沿って、バイポーラ・トランジスタとして示す、トランジスタ３４のベースと電気的に連絡して固体リレー３８を駆動しかつ駆動信号をヒータ・グリッド１４に伝達する。さらに、負荷抵抗体３０がトランジスタ３４のベースおよびコレクタ間に接続されている。さらに、トランジスタ３４に電流を供給して固体リレー３８を駆動するために、トランジスタ３４のコレクタは、電源２６に接続され、トランジスタ３４のエミッタは、抵抗体３６を介して電気的接地２８と連絡している。
【００１１】
前記したように、駆動トランジスタ３４のエミッタは、固体リレー３８の第１の入力４０と電気的に連絡してヒータ・グリッド１４を流れる電流を脈動させる。固体リレー３８の第２の入力４は、電気的接地２８と電気的に連絡している。第１および第２の入力４０，４２の間に電圧が供給されると、固体リレー３８の第１の出力４４および第２の出力４６間に電流を流すことができる。したがって、ヒータ・グリッド１４に電流を供給するために、ヒータ・グリッド１４の第１の側は、電源２６と電気的に連絡されヒータ・グリッド１４の第２の側は、固体リレー３８の第１の出力４４と電気的に直列接続される。パルス幅変調器１８からの出力がハイであれば、固体リレー３８は、活性化して第１および第２の出力４４，４６間に電流を流すことができる。第２の出力４６は、分路抵抗体４８を介して電気的接地２８と電気的に連絡している。したがって、電流は、電源２６からヒータ・グリッド１４中を流れ、次に、固体リレー３８を介して電気的接地に流れる。
【００１２】
電源２６は、ヒータ・グリッド１４の最適動作電圧定常状態よりも大きいを供給するように構成される。ヒータ・グリッド１４の最適動作電圧は、窓１２の物理的特性だけでなく、ヒータ・グリッドの特定の特性に基づいている。最適動作電圧は、定常状態の状況においてヒータ１４が窓１２やヒータ・グリッド１４自体を破損させない最大熱量を発するＤＣ電圧である。したがって、最適動作電圧は、ここでは定常状態動作電圧と呼ばれる。たとえば、１つの可能な駆動信号６０のグラフが図２に示されている。可能な駆動信号は、限定しないが、正弦波、三角波、鋸波および方形波を含んでいる。
【００１３】
駆動信号６０は、初期加熱部７０およびパルス部７２を含んでいる。初期加熱部７０中に、駆動信号６０は、ヒータ・グリッド１４に対する最適動作電圧よりも大きい電圧７４に設定される。このようにして、ヒータ・グリッド１４は、初期加熱部７０中にオーバ・ドライブされ、ヒータは、最適動作電圧においてヒータ・グリッド１４により発生される温度またはその近くの温度で迅速に最大温度に達する。次に、パルス幅変調器１８は、駆動信号６０のパルス部７２を発生する。パルス部７２は、ヒータ・グリッド１４の最適動作電圧よりも大きいパルス電圧７４で供給される一連のパルス６４を含んでいる。パルス６４は、期間６８として示す規則正しい間隔で供給され、パルス６４の持続時間は、パルス幅６６として示されている。したがって、パルス部７２のデューティ・サイクルは、期間６８と較べてパルス６４のパルス幅６６に基づいて決定される。このようにして、パルス６４の短い持続時間により非定常状態で大きな電圧を供給することができ、パルス電圧７４よりも低い有効電圧を供給する。さらに、有効電圧は、ヒータ・グリッド１４の最適動作電圧またはそれよりも下の電圧で供給することができる。たとえば、有効電圧は、方形波に対して方程式１に従って計算される。
有効電圧＝印加電圧＊パルス幅（秒）＊周波数（１）
【００１４】
典型的な自動車のウィンド・シールドまたはバック・ライトの応用に対して、初期加熱部７０の長さは、パルス部７２のパルス幅６６よりも大きく、典型的には、パルス部７２の期間６８よりも大きい。あるケースでは、初期加熱部７０は、数秒間続くことがある。しかしながら、パルス部の期間は、典型的には５００ｍｓよりも小さくパルス幅は、典型的には、２００ｍｓよりも小さいが、より長い期間およびパルス幅を使用することができる。前記したように、パルス幅変調器１８は、タイマ回路７８を含むことができる。一実施例を図３に示すタイマ回路７８は、エレクトロニクス分野で知られている５５５タイマ・チップ等のタイマ・チップを含んでいる。
【００１５】
背景の目的で、５５５タイマ・チップのピンは、下記の表１に従った産業標準機能を有する。
【表１】
2008531376.tif 000003
【００１６】
タイマ回路７８内で、タイマ・チップのピン８は、電圧源８２と電気的に連絡されており、ピン７および８間に抵抗体８８が設けられている。もう１つの抵抗体９０の第１の側もピン７接続されており、抵抗体９０の第２の側は、ピン２および６に接続されている。さらに、キャパシタ８２が一方側でピン２および６に接続され、もう一方側で電気的接地８４およびピン１に接続されている。したがって、残りのピン、ピン３がタイマ・チップ８０からパルス信号８６を供給する。図示する構成に従って、パルス信号８６の周波数は、式２に従って計算することができ、デューティ・サイクルは、式３に従って計算することができ、その両方が下記に示されており、ここで、Ｃは、キャパシタ８２の容量、Ｒ１は、抵抗体８８の抵抗値、Ｒ２は、抵抗体９０の抵抗値である。
周波数＝［０．６９３＊Ｃ＊（Ｒ１＋２＊Ｒ２）］             （２）
デューティ・サイクル＝（Ｒ１＋Ｒ２）／（Ｒ１＋２＊Ｒ２）    （３）
【００１７】
プロトタイプ・デフロスタを制御するのにパルス幅変調が使用された。このプロトタイプ・デフロスタは、パターンの全体抵抗値の低減を助けるためにパターンの中央に配置された付加バスバーを有する水平デフロスタである（電力を中央供給してパターン／抵抗値を有功に半減することができる）。この結果を確認するデータが表２に与えられている。
【表２】
2008531376.tif 000004
ここに、
・Ｖ  ａｐｐｌｉｅｄは、デフロスタの端子間で測定された印加電圧
・Ｖ  ｓｈｕｎｔは、シャント両端間で測定された電圧
・Ｃｕｒｒｅｎｔは、I=(V shunt)/(R shunt)で計算され、Ｒ  ｓｈｕｎｔ＝０．００２Ω
・Ｔｅｍｐは、デフロスタ・パターン中央の温度
・Ω  Ｃａｌｃは計算されたデフロスタ抵抗値
次に、デフロスタ・パターンへ給電するのに６．３５Ｖの有効動作電圧が使用された。この有効電圧において、パターンは７０．５゜Ｃに達し９Ａの電流を引き出した。この有効電圧は、４６Ｈｚの１２ｍｓパルス幅により達成され、５５％のデューティ・サイクルに対応する。これらの結果を確認するデータが表３に与えられている。
【表３】
2008531376.tif 000005
ここに、
・Ｖ  ｅｆｆｅｃｔｉｖｅは、デフロスタの端子間で測定された電圧
・Ｈｚは、測定された周波数
・ＰＷは、測定されたパルス幅
【００１８】
次に、デフロスタは、−２０゜Ｃに冷却される。サーモ・カップルがデフロスタ・パターンの中央に配置され、デフロスタに１０−３４０Ｈｚの５．１３Ｖが印加される間、モニタされる。デフロスタは、デフロスタ・パターンを１４４秒および１５９秒間で１０゜Ｃに加熱することが判っている。この程度の温度上昇は、記述されたテスト条件の元で自動車窓を霜取りすることができる。
【００１９】
当業者ならば容易に理解されるように、前記説明は、本発明の原理のインプリメンテーションを例示するものである。本発明は、特許請求の範囲に明記された本発明の精神を逸脱することなく修正および変更することができるため、本発明の応用範囲を限定するものではない。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明に従ってプラスチック窓を霜取りできる多くのシステムの１つの略図である。
【図２】本発明に従ってヒータ・グリッドが使用できる１つの可能な駆動信号のグラフである。
【図３】本発明に従ったタイマ回路の例の略図である。
【図１】
2008531376.tif 000006
【図２】
2008531376.tif 000007
【図３】
2008531376.tif 000008
【手続補正書】
【提出日】平成18年12月27日(2006.12.27)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
プラスチック窓の霜取りシステムであって、
透明プラスチック・パネルと、
プラスチック・パネルに取り付けられたヒータ・グリッドと、
ヒータ・グリッドと電気的に連絡するコントローラであって、パルス幅変調された駆動信号をヒータ・グリッドに供給するように構成されたパルス幅変調器を含むコントローラと、を含み、
駆動信号は、初期加熱部およびパルス部を含み、初期加熱部の初期電圧は、ヒータ・グリッドに対する定常状態動作電圧よりも大きい前記システム。
【請求項２】
請求項１記載のシステムであって、ヒータ・グリッドは、定常状態動作電圧を有し、パルス幅変調器は、定常状態動作電圧よりも大きいパルス高電圧を有する駆動信号をヒータ・グリッドに供給するように構成されている前記システム。
【請求項３】
請求項１記載のシステムであって、パルス幅変調器は、駆動信号のデューティ・サイクルにより定常状態動作電圧に実質的に等しい有効電圧を有する駆動信号をヒータ・グリッドに供給するように構成されている前記システム。
【請求項４】
請求項１記載のシステムであって、コントローラは、ヒータ・グリッドの定常状態動作電圧よりも大きい初期電圧をヒータ・グリッド両端間へ供給するように構成されている前記システム。
【請求項５】
請求項１記載のシステムであって、初期加熱部の初期電圧は、パルス部のパルス幅よりも大きい期間印加される前記システム。
【請求項６】
請求項５記載のシステムであって、加熱部の初期電圧は、パルス部の期間よりも大きい期間印加される前記システム。
【請求項７】
請求項６記載のシステムであって、駆動信号は、パルス部を含み、その期間は、５００ミリ秒よりも小さい前記システム。
【請求項８】
請求項７記載のシステムであって、パルス幅は、２００ミリ秒よりも小さい前記システム。
【請求項９】
請求項１記載のシステムであって、プラスチック・パネルは、ポリカーボネートにより形成される前記システム。
【請求項１０】
車両に内蔵される請求項１記載のシステム。
【請求項１１】
ヒータ・グリッドが取り付けられたプラスチック窓の霜取り方法であって、
初期加熱部およびパルス部を有する駆動信号を発生するステップと、
駆動信号の初期加熱部でヒータ・グリッドを初期加熱するステップであって、ヒータ・グリッドの初期加熱中にヒータ・グリッドは、オーバ・ドライブされてヒータ・グリッドを迅速に加熱するステップと、
駆動信号のパルス部をヒータ・グリッドに印加するステップであって、パルス部は、ヒータ・グリッドの定常状態動作電圧よりも大きいパルス高電圧を有し、パルス部は定常状態動作電圧に実質的に等しい有効電圧も有するステップと、
を含む前記方法。
【請求項１２】
請求項１１記載の方法であって、ヒータ・グリッドの初期加熱は、その定常状態動作電圧よりも大きい初期電圧をヒータ・グリッドの両端間に発生するステップを含む前記方法。
【請求項１３】
請求項１２記載の方法であって、さらに、パルス部のパルス幅よりも長い期間初期電圧を発生するステップを含む前記方法。
【請求項１４】
請求項１３記載の方法であって、初期電圧は、駆動信号のパルス部の前に発生される前記方法。
【国際調査報告】
2008531376.tif 000009
2008531376.tif 000010