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1. WO2020105421 - 透明体

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明 細 書

発明の名称 透明体

技術分野

0001  

背景技術

0002   0003   0004  

先行技術文献

非特許文献

0005  

発明の概要

発明が解決しようとする課題

0006   0007   0008  

課題を解決するための手段

0009   0010   0011   0012   0013   0014  

発明の効果

0015  

図面の簡単な説明

0016  

発明を実施するための形態

0017   0018   0019   0020   0021   0022   0023   0024   0025   0026   0027   0028   0029   0030   0031   0032   0033   0034   0035   0036   0037   0038   0039   0040   0041   0042   0043   0044   0045   0046   0047   0048   0049   0050   0051   0052   0053   0054   0055   0056   0057   0058  

符号の説明

0059  

請求の範囲

1   2   3   4   5   6  

図面

1   2   3   4  

明 細 書

発明の名称 : 透明体

技術分野

[0001]
 本発明は、曇り止め装置を有する透明体に関する。

背景技術

[0002]
 ガラス、レンズ等の透明性を有する透明体において、結露による視界不良を避けるため、曇り止め装置を用いる場合がある。例えば、スキー場などの気温の低い環境でゴーグルを使用する際、人体の皮膚から出る熱気で暖められたゴーグル内の空気が外気で冷えているレンズに触れる際の温度差により、結露し曇りが生じる。
[0003]
 近年では、発生した結露を除去する曇り止め装置を有するゴーグルも普及している。曇り止めの方法としては、電動ファンによりゴーグル内の空気を入れ替える方法、電熱線からの発熱により、ゴーグルに付着した結露を気化させる方法などがある。このように一般的に用いられる曇り止め装置は、電力により駆動する。
[0004]
 ゴーグルの曇り止め装置に用いられる電力は、可搬性を有する電池により供給される。電池は、フレームのこめかみ部分に設けられた電池収納部、ゴーグルからケーブルで接続され、着用者の衣服のポケット等(非特許文献1参照)に収納される。

先行技術文献

非特許文献

[0005]
非特許文献1 : SWANS(スワンズ) HELI-XED BK 面発熱レンズゴーグル 、[online]、[2018年10月19日検索]、インターネット<URL:https://netshop.swans.co.jp/shopdetail/000000000899/>

発明の概要

発明が解決しようとする課題

[0006]
 しかしながら、透明体において適切に電池を収納する方法は見あたらない。例えばゴーグルのフレームの縁に電池を収納する場合、ゴーグルのデザイン性に問題が生じる場合がある。またゴーグルからケーブルで電池を接続し、電池をポケットに収納する場合、デザイン性、着用者の動きやすさに問題が生じる場合がある。
[0007]
 このように透明体に用いる曇り止め装置に電力を供給する際、透明性を損なわずに、適切に電池を収納することが難しい場合がある。
[0008]
 従って本発明の目的は、適切に電池を収納することができる透明体を提供することである。

課題を解決するための手段

[0009]
 上記課題を解決するために、本発明の特徴は、曇り止め装置を有する透明体に関する。本発明の特徴に係る透明体は、透明体本体部と、透明体本体部の曇りを除去する曇り止め装置と、曇り止め装置に電力を供給する電池を備える。電池は、絶縁性の透明な正極側筐体上に透明な正極導電性フィルムと透明な正極層が積層された正極と、絶縁性の透明な負極側筐体上に透明な負極導電性フィルムと透明な負極層が積層された負極と、対向する正極層と負極層の間に配置された透明な電解質層と、を備え、正極導電性フィルム、負極導電性フィルム、正極層および負極層の膜厚は、入射光のうち可視光の吸収を抑制し透過を促進する厚さである。
[0010]
 透明体本体部は、第1透明層と第2透明層を備え、第1透明層と第2透明層は、互いに対向して設けられ、電池は、第1透明層と第2透明層の間に設けられても良い。
[0011]
 正極層および負極層は、リチウムイオンの挿入および脱離が可能に形成されても良い。
[0012]
 正極導電性フィルムおよび負極導電性フィルムは、膜厚が100nm以上500nm以下に形成され、スズドープ酸化インジウム、酸化スズ、フッ素ドープ酸化スズまたは酸化亜鉛の半導体により形成されても良い。
[0013]
 電解質層は、リチウムイオン導電性を有しても良い。
[0014]
 正極導電性フィルムを露出させた第1の集電タブと、負極導電性フィルムを露出させた第2の集電タブと、を備え、第1の集電タブおよび第2の集電タブは、曇り止め装置に接続しても良い。

発明の効果

[0015]
 本発明によれば、適切に電池を収納することができる透明体を提供することができる。

図面の簡単な説明

[0016]
[図1] 本発明の実施の形態に係る透明体の概要を説明する図である。
[図2] 本発明の実施の形態に係る透明体を用いたゴーグルを説明する図である。
[図3] 本発明の実施の形態に係る透明体の断面を説明する図である。
[図4] 本発明の実施の形態に係る透明体に用いられる電池を説明する図である。

発明を実施するための形態

[0017]
 次に、図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。以下の図面の記載において、同一または類似の部分には同一または類似の符号を付している。
[0018]
 (透明体)
 本発明の実施の形態に係る曇り止め装置を有する透明体1は、図1に示すように、透明体本体部2、電池3、曇り止め装置4、正極負極端子5および接続スイッチ6を備える。なお本発明の実施の形態において「透明」は、入射光の吸収と反射を抑制することができる物の性質を意味し、入射光の全てを出射光として出射することまでを意味しない。
[0019]
 透明体本体部2は、透明な物体である。透明体本体部2は、透明体1が用いられる物の機能によって、適宜最適な材料が適用される。例えば、本発明の実施の形態に係る透明体1がスキー用ゴーグルに用いられる場合、透明体本体部2は、透明なレンズである。本発明の実施の形態に係る透明体1が窓に用いられる場合、透明体本体部2は、透明なガラスである。
[0020]
 電池3は、透明なシート状の電池である。電池3は、曇り止め装置4に電力を供給する。電池3の蓄電容量と、透明体1が用いられる製品の仕様に応じて、透明体本体部2の全部または一部に重ねて用いられる。電池3については、後に詳述する。
[0021]
 曇り止め装置4は、電池3から供給される電力によって駆動し、透明体本体部2の曇りを除去する。本発明の実施の形態において曇り止め装置4の仕組みは問わない。曇り止めの仕組みとして、例えば、電動ファンにより透明体本体部2周辺の空気を入れ換える方法、ニクロム線等の電熱線からの発熱により、透明体本体部2に付着した結露を気化させる方法、透明導電性フィルムに通電させることでフィルム面を発熱させて、透明体本体部2に付着した結露を気化させる方法等がある。
[0022]
 正極負極端子5は、電池3と曇り止め装置4を接続し、電池3の電力を曇り止め装置4に供給する。正極負極端子5は、電池3の充電操作にも用いられても良い。
[0023]
 接続スイッチ6は、正極負極端子5の接続または切断を外部から操作可能にする。接続スイッチ6は、電池3と曇り止め装置4との接続を制御することにより、曇り止め装置4の駆動または停止を制御することができる。
[0024]
 図2を参照して、本発明の実施の形態に係る透明体1を、ゴーグル10に用いた例を示す。ゴーグル10は、透明体1、フレーム7およびヘッドバンドを備える。透明体1は、フレーム7により保持される。フレーム7にヘッドバンド8が接続される。ヘッドバンド8は、頭部に密着して装着できるように、伸縮性を有する部材で形成されたり、長さ調節機能を有したりする。ヘッドバンド8を頭部に装着することにより、ゴーグル10が着用される。
[0025]
 ゴーグル10に用いられる透明体1は、着用者の目を覆う。透明体1の肌側は、着用者の皮膚から出る熱気で暖められ、結露が発生するところ、電池3により駆動する曇り止め装置4によって、結露が解消される。
[0026]
 図3を参照して、透明体1の断面を説明する。図3は、図2のA-A’の断面を、下方から観察した図である。図3に示す透明体1の透明体本体部2は、第1透明層2aと第2透明層2bを備える。第1透明層2aと第2透明層2bは、互いに対向して設けられる。第1透明層2aは、着用者がゴーグル10を着用した際に、着用者の反対側(外側)に位置し、第2透明層2bは、着用者側に位置する。
[0027]
 第1透明層2aおよび第2透明層2bは、ゴーグル用レンズに使用されるものであれば材質は問わないが、耐衝撃性および柔軟性が高く、曇り止め装置4による加温への耐熱性も有するポリカーボネート樹脂が望ましい。
[0028]
 電池3および曇り止め装置4は、第1透明層2aと第2透明層2bの間に設けられる。図3示す例では、曇り止め装置4を第2透明層2b側に配設し、電池3を第1透明層2a側に配設する。第2透明層2bは肌側に位置し、第1透明層2aに比べて結露が生じやすい。曇り止め装置4を第2透明層2b側に配置することにより、第2透明層2bでの結露の発生を抑制することが可能である。
[0029]
 なお図3に示す例において、曇り止め装置4が第1透明層2aおよび第2透明層2bの面の全体にわたって形成されるように示しているが、これに限らない。例えば、曇り止め装置4による曇り止めの対象が、第2透明層2bと電池3の間であれば良い。
[0030]
 例えば電動ファンにより空気を入れ換えて、曇りを除去する場合、曇り止め装置4は、第2透明層2bと電池3の間の空間の空気を入れ換える。
[0031]
 電熱線からの発熱により結露を気化して、曇りを除去する場合、第2透明層2bと電池3の間に電熱線が設けられ、第2透明層2bと電池3の間の空間を暖める。また電熱線は、第2透明層2bと電池3の間の空間を暖めることがあれば配設位置は問わない。電熱線は、例えば、フレーム7の左右端側など、視界を遮らない位置に設けられても良い。また電熱線が視界に影響を及ぼさない色または太さの場合、透明体1の面に広く配設されても良い。
[0032]
 透明導電性フィルムに通電させることでフィルム面を発熱させて、曇りを除去する場合、第2透明層2bと電池3の間に透明導電性フィルムが設けられる。
[0033]
 図3に示す透明体1の断面は一例であって、これに限るものではない。例えば、透明体本体部2は、複数層を形成せず、電池3または曇り止め装置4が露出するように形成されても良い。
[0034]
 (電池)
 図4を参照して、本発明の実施の形態に係る透明な電池3を説明する。ゴーグル10に用いるレンズ(透明体本体部2)は、ゴーグルのレンズは一般的に曲面や球面を有するので電池3は、柔軟で、レンズ面の形状に整合可能に形成される。
[0035]
 本発明の実施の形態に係る電池3は、正極31a、負極31bおよび電解質層35を備える。
[0036]
 正極31aは、絶縁性の透明な正極側筐体32a上に透明な正極導電性フィルム33aと透明な正極層34aが積層されて形成される。負極31bは、絶縁性の透明な負極側筐体32b上に透明な負極導電性フィルム33bと透明な負極層34bが積層されて形成される。電解質層35は、透明に形成され、対向する正極層34aと負極層34bの間に配置される。正極導電性フィルム33a、負極導電性フィルム33b、正極層34aおよび負極層34bの各膜厚は、入射光のうち可視光の吸収を抑制し透過を促進する厚さである。
[0037]
 電池3は、公知のリチウム二次電池の原理を利用する。本発明の実施の形態において、リチウム二次電池の中でも、リチウムイオン二次電池の原理を利用する場合について説明する。
[0038]
 正極側筐体32aおよび負極側筐体32bは、それぞれ、PET(ポリエチレンテレフタレート)フィルム等の透明でフレキシブルなフィルムである。
[0039]
 正極層34aおよび負極層34bは、それぞれ、リチウムイオンの挿入および脱離が可能に形成される。電解質層35は、リチウムイオン導電性を有する。正極層34aおよび負極層34bは、互いに接触しないように電解質層35を介して対向するように配置されている。
[0040]
 正極導電性フィルム33aは、正極側筐体32a上にスパッタリング法や蒸着法やスピンコート法により形成される。同様に負極導電性フィルム33bは、負極側筐体32b上にスパッタリング法や蒸着法やスピンコート法により形成される。
[0041]
 正極導電性フィルム33aおよび負極導電性フィルム33bは、それぞれ、膜厚が100nm以上500nm以下である。正極導電性フィルム33aおよび負極導電性フィルム33bは、スズドープ酸化インジウム(ITO)、酸化スズ(TO)、フッ素ドープ酸化スズ(FTO)または酸化亜鉛(ZnO)等の半導体により形成される。正極導電性フィルム33aおよび負極導電性フィルム33bは、光透過性を考慮すると、それぞれ、スパッタリング法で膜厚が100nm以上200nm以下に形成されるのが好ましい。
[0042]
 正極層34aは、リチウムイオンの挿入および脱離が可能な材料を、スパッタリング法や蒸着法やスピンコート法により、正極導電性フィルム33a上に形成することで得られる。負極層34bは、リチウムイオンの挿入および脱離が可能な材料を、スパッタリング法や蒸着法やスピンコート法により、負極導電性フィルム33b上に形成することで得られる。正極層34aおよび負極層34bの膜厚は、光透過性を考慮すると、膜厚は薄い方が望ましいが、それぞれ、充放電容量が得られる100~500nmの範囲で、スパッタリング法により形成するのが望ましい。スパッタリング法により、正極層34aおよび負極層34bの表面の凹凸を小さくすることが可能になり、入射厚の反射をより抑制することができる。
[0043]
 正極層34aには、コバルト酸リチウム(LiCoO )、マンガン酸リチウム(LiMn )、リン酸鉄リチウム(LiFePO )、ニッケル酸リチウム(LiNiO )、チタン酸リチウム(LiTi 、Li Ti 12)等の、薄く成膜することで光吸収を抑制し、光を透過することが可能となる酸化物を用いることができる。負極層34bには、チタン酸リチウム(LiTi 、Li Ti 12)、酸化チタン(TiO )、酸化亜鉛(ZnO)、酸化スズ(TO)、酸化インジウム(In )、スズドープ酸化インジウム(ITO)、フッ素ドープ酸化スズ(FTO)等の酸化物を用いることができる。正極層34aよりも負極層34bの電極電位が、卑になるように、それぞれの材料の組合せが選定される。高い透過率を得るためには、正極層34aにLi Ti 12を、負極層34bにIn を、それぞれ用いることが望ましい。
[0044]
 正極導電性フィルム33aおよび負極導電性フィルム33bの各上面の一部に、正極層34aまたは負極層34bが形成される。正極導電性フィルム33aおよび負極導電性フィルム33bのうち、正極層34aまたは負極層34bが形成されない部分は、集電タブとして露出される。正極導電性フィルム33aを露出させた部分に、第1の集電タブが形成され、負極導電性フィルム33bを露出させた第2の集電タブが形成される。第1の集電タブaおよび第2の集電タブbは、正極負極端子5を介して、曇り止め装置4に接続する。
[0045]
 電解質層35は、従来のリチウムイオンを含む固体電解質のうち可視光を透過する固体電解質、ポリマー電解質などを用いることができる。電解質層35は、正極層34aの負極層34b側の面と、負極層34bの正極層34a側の面に接するように形成される。
[0046]
 電池3を製作する方法を説明する。
[0047]
 まず正極側筐体32aおよび負極側筐体32bとして、厚さ0.1mm、縦100mm、横250mmのPETフィルムを2枚準備した。これらそれぞれの片面全面に、ITOターゲットを用いたスパッタリング法により成膜したITO膜を、正極導電性フィルム33aおよび負極導電性フィルム33bとして形成する。
[0048]
 正極層34aおよび負極層34bは、ITO膜である正極導電性フィルム33aおよび負極導電性フィルム33bの表面の一部にスパッタリング法により成膜した。正極層34aおよび負極層34bの膜厚は、いずれも200nmとした。ITO膜である正極導電性フィルム33aおよび負極導電性フィルム33bの表面領域100x250mmのうち、端100x10mmにマスクをすることで、ITO膜の残りの各表面領域100x240mmに、正極層34aまたは負極層34bが形成される。正極導電性フィルム33aおよび負極導電性フィルム33bのうち、正極層34aまたは負極層34bが形成されない部分は、集電タブとして露出される。
[0049]
 正極層34aおよび負極層34bはそれぞれ、Li Ti 12膜およびIn 膜とし、それぞれLi Ti 12およびIn ターゲットを用いたスパッタリング法により形成された。
[0050]
 このように得られた正極31aおよび負極31bのそれぞれを、ゴーグル10のフレーム7に収まる形状に加工した。電解質層35として、結着材であるポリフッ化ビニリデン(PVDF)粉末と、プロピレンカーボネート(PC)にリチウム塩としてリチウムビストリフルオロメタンスルホニルイミド (LiTFSi)を1mol/L溶解させた有機電解液と、分散媒としてN-メチル-2-ピロリドン(NMP)を、重量比1:9:10で混合した溶液を生成する。生成した溶液を、露点-50℃以下の乾燥空気中において60℃で1時間攪拌し、溶液を200Φのシャーレに50ml流し込み、50℃で12時間真空乾燥する。これにより、厚さ1μmの透明な膜を作製した。
[0051]
 このように作成した電解質層35を、正極層34aおよび負極層34bの領域の形に成形し、Li Ti 12の正極層34aおよびIn の負極層34bが互いに対向するよう、かつ成膜面のみがすべて覆われるように挟み込む。さらに厚さ100μmの市販の透明なラミネーター用フィルムで正極負極それぞれの集電タブのみが外部に露出するように挟み込み、130℃で全体をホットプレスして、電池3を作製した。電池3全体の透過率は、可視光領域で70%以上であった。このようにして作製した電池を市販の充放電測定システムを用いて3Vまで室温で充電を行った。
[0052]
 上述のとおりに作製した電池3を電熱フィルムに接続したところ、発熱することを確認した。さらに、第1透明層2aおよび第2透明層2bとしてポリカーボネート樹脂を用い、これらの2枚で電池3と曇り止め装置4を密着させて挟みこむことで、図3の構成の透明体1を作製した。
[0053]
 最後に、曇り止め効果の試験を行った。透明体1の第2透明層2b側に霧吹を用いて1吹きかけることで人工的に曇りを生じさせる、透明体1内の電池3を用いて曇り止め装置4を駆動した。その結果、10分後に曇りが解消されることを確認した。
[0054]
 このような本発明の実施の形態に係る電池3は、シート形状で透明に形成されるので、ゴーグルのデザイン性や装着感を低下させることなく曇り止め機能を付加することが可能となる。またレンズ等の透明体1内に透明な電池3を備え付けることで、電池が視界を遮らない曇り止めゴーグルを提供することが可能となる。また、電池3は、充放電可能な二次電池であることから、繰り返し使用することも可能である。
[0055]
 このように本発明の実施の形態に係る電池3は、透明体1の内部に、適切に収容することができる。
[0056]
  (他の適用例)
 本発明の実施の形態に記載した、曇り止め機能付きの透明体を、窓ガラス、車のウィンドウ等のガラスで生成された物に適用しても良い。本発明の実施の形態に係る電池3は、柔軟に生成されるので、ガラス等の平面に容易に貼付することが可能になる。
[0057]
  (その他の実施の形態)
 上記のように、本発明の実施の形態によって記載したが、この開示の一部をなす論述および図面はこの発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例および運用技術が明らかとなる。
[0058]
 本発明はここでは記載していない様々な実施の形態等を含むことは勿論である。従って、本発明の技術的範囲は上記の説明から妥当な特許請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ定められるものである。

符号の説明

[0059]
 1 透明体
 2 透明体本体部
 2a 第1透明層
 2b 第2透明層
 3 電池
 4 曇り止め装置
 5 正極負極端子
 6 接続スイッチ
 7 フレーム
 8 ヘッドバンド
 10 ゴーグル
 31a 正極
 31b 負極
 32a 正極側筐体
 32b 負極側筐体
 33a 正極導電性フィルム
 33b 負極導電性フィルム
 34a 正極層
 34b 負極層
 35 電解質層

請求の範囲

[請求項1]
 曇り止め装置を有する透明体であって、
 透明体本体部と、
 前記透明体本体部の曇りを除去する曇り止め装置と、
 前記曇り止め装置に電力を供給する電池を備え、
 前記電池は、
 絶縁性の透明な正極側筐体上に透明な正極導電性フィルムと透明な正極層が積層された正極と、
 絶縁性の透明な負極側筐体上に透明な負極導電性フィルムと透明な負極層が積層された負極と、
 対向する前記正極層と前記負極層の間に配置された透明な電解質層と、を備え、
 正極導電性フィルム、負極導電性フィルム、正極層および負極層の膜厚は、入射光のうち可視光の吸収を抑制し透過を促進する厚さである
 ことを特徴とする透明体。
[請求項2]
 前記透明体本体部は、第1透明層と第2透明層を備え、
 前記第1透明層と前記第2透明層は、互いに対向して設けられ、
 前記電池は、前記第1透明層と前記第2透明層の間に設けられる
 ことを特徴とする請求項1に記載の透明体。
[請求項3]
 前記正極層および前記負極層は、リチウムイオンの挿入および脱離が可能に形成される ことを特徴とする請求項1または2に記載の透明体。
[請求項4]
 前記正極導電性フィルムおよび前記負極導電性フィルムは、膜厚が100nm以上500nm以下に形成され、スズドープ酸化インジウム、酸化スズ、フッ素ドープ酸化スズまたは酸化亜鉛の半導体により形成される
 ことを特徴とする請求項1ないし3のいずれか1項に記載の透明体。
[請求項5]
 前記電解質層は、リチウムイオン導電性を有する
 ことを特徴とする請求項1ないし4のいずれかに記載の透明体。
[請求項6]
 前記正極導電性フィルムを露出させた第1の集電タブと、
 前記負極導電性フィルムを露出させた第2の集電タブと、を備え、
 前記第1の集電タブおよび前記第2の集電タブは、前記曇り止め装置に接続する
 ことを特徴とする請求項1ないし5のいずれかに記載の透明体。

図面

[ 図 1]

[ 図 2]

[ 図 3]

[ 図 4]