JP6804722B2 - 融雪ヒータ付受発光モジュール - Google Patents

Description

この発明は、融雪ヒータを備えた受発光モジュールに関する。

太陽電池素子などの受光素子を備えた受光モジュールやLEDなどの発光素子を備えた発光モジュールは、降雪時には、その表面に雪が付着することで、太陽光や発光素子からの光が遮られるため、これらのモジュールの表面に融雪用のヒータを設けることがある。表面に雪が付着している場合には、ヒータによって加熱を行い、表面の雪を融雪することで、受光又は発光を効率的に行うことができる。例えば、特許文献１には、太陽電池モジュールの上に、電極が形成された樹脂フィルムからなるヒータフィルムを積層させた融雪機能付き太陽電池モジュールが開示されている。

特開２０１７−１５３１９６号公報

上記のような従来のヒータ付受発光モジュールは、受発光モジュールの上に雪が付着している場合にのみヒータフィルムによる加熱を行うために、着雪を検出する検出手段を設ける場合がある。着雪の検出は、例えば、静電容量センサを用いて、着雪による静電容量変化を検出することで行われ、ヒータフィルム上に発熱用の電極に加え、静電容量センサ用の電極が形成されている。しかしながら、ヒータフィルム上に、静電容量センサ用の電極を形成するため、発熱用の電極を形成できる領域が小さくなり、融雪効率が落ちる場合があった。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、融雪するための加熱電極としての機能と着雪を検知するための容量検出センサの電極としての機能を併せ持つ、単一の電極を形成したヒータフィルムを備えた、融雪ヒータ付受発光モジュールを提供することを目的とする。

上記の目的を達成するために、第１の発明は、基材と、基材の上に配置された受光及び発光の少なくとも一つを行う受発光素子と、基体シート上に電極が形成され、受発光素子を覆うように形成されたヒータフィルムと、電極に電気的に接続され、受発光素子とヒータフィルムとの間の浮遊容量を検出する容量検出部と、電極に電気的に接続され、ヒータフィルムを加熱する電源と、電極との接続を容量検出部と電源とで切り替える制御基板とを備えた、ヒータ付受発光モジュールである。

このように構成すると、ヒータフィルムが加熱電極としての機能と容量検出センサの電極としての機能を併せ持つため、着雪検知センサを別途設けることなく、着雪時のみ融雪を行うことができる。

第２の発明は、第１の発明において、受発光素子は、太陽電池素子であるヒータ付受発光モジュールである。

このように構成すると、降雪時に太陽電池素子の上の雪を溶かすことができるため、太陽光を遮られず、効率的に受光できる。

第３の発明は、受発光素子は、ＬＥＤであるヒータ付受発光モジュールである。

このように構成すると、降雪時に、ＬＥＤ上の雪を溶かすことができるので、ＬＥＤによる発光が遮られず、光を認識できる。

第４の発明は、受光及び発光の少なくとも一つを行う受発光素子と基体シート上に電極が形成されたヒータフィルムとを備えたヒータ付受発光モジュールに着雪すると、着雪を検知し、電極に通電することで融雪を行う受発光モジュールの融雪方法であって、電極を容量検出部に接続し、受発光素子とヒータフィルムとの間の浮遊容量を検出する容量検知工程と、検知した浮遊容量から着雪の有無を検知する着雪検知工程と、着雪を検知した場合に、電極への接続を容量検出部から電源へと切り替えることで、容量検知状態からヒータ通電状態に切り替える第１スイッチ切替工程と、電極を加熱することで融雪するヒータ通電工程と、任意の時間経過後に、電極への接続を電源から容量検出部へと切り替えることで、ヒータ通電状態から容量検知状態に切り替える第２スイッチ切替工程とを備えた、融雪方法である。

このように構成すると、着雪時のみヒータを通電状態とすることができるため、効率的に融雪を行うことができる。

第５の発明は、第４の発明において、着雪検知工程は、気温及びヒータフィルムの少なくとも一方が０℃以下のときに受発光素子とヒータフィルムとの間の浮遊容量が変化した場合に着雪があると検知する融雪方法である。

このように構成すると、外気の温度又はフィルムヒータの温度から、浮遊容量の変化が水によるものか雪によるものか判断できるため、雨により浮遊容量が変化した場合にはヒータは稼動せず、着雪によって浮遊容量が変化した場合にはヒータが稼動する。

第６の発明は、第４の発明において、着雪検知工程は、受発光素子とヒータフィルムとの間の浮遊容量が１００ｐＦ〜５０ｎＦの場合に、着雪があると検知する融雪方法である。

このように構成すると、浮遊容量の値から着雪のみを検知できるため、着雪時のみヒータを稼動して効率的に融雪できる。

この発明によれば、着雪検出機能と融雪機能を併せ持つ単一の電極からなるヒータフィルムを備えたヒータ付受発光モジュールを得ることができる。

この発明の第１実施形態から第３実施形態によるヒータ付受発光モジュールの概略構成を示した断面図である。 この発明の第１実施形態によるヒータ付受発光モジュールの構成を示すブロック図である。 この発明の第１実施形態によるヒータ付受発光モジュールの動作を示すフローチャートである。 その（ａ）がこの発明の第４実施形態によるヒータ付受発光モジュールの正面図であり、その（ｂ）がI−Iラインの概略断面図であり、その（ｃ）がII−IIラインの概略断面図である。 この発明の第４実施形態によるヒータ付受発光モジュールの構成を示すブロック図である。

次に、発明の実施の形態について図を参照しながら説明する。

図１（ａ）及び図２を参照して、この発明の第１実施形態によるヒータ付受発光モジュールは、ヒータ付太陽電池モジュール１０であり、板状の基材３０と、基材３０の上に直列に接続された６つの太陽電池素子２１と、基材３０の上に太陽電池素子２１を覆うように形成された第１接着層４０と、第１接着層４０の上に形成されたガラス２２と、ガラス２２の上に形成された第２接着層４１と、第２接着層４１の上に形成されたヒータフィルム２０とを備えている。太陽電池素子２１は、外部回路を通してインバータ８２に接続されている。更に、インバータ８２は、電力メータ８３に接続され、電力メータ８３から図示しない送電線を介して、鉄塔に接続されている。ヒータフィルム２０は、基体シート２５上に、一本の配線が蛇行状に配設された電極２４が形成されており、電極２４の両端は、外部回路を介して制御基板８０に接続され、制御基板８０は、接地部８５に接地された電源９０に接続されている。

基材３０は、太陽電池素子２１を支持するためのものである。材料としては、例えば、ガラスや樹脂フィルムを用いることができる。樹脂フィルムとしては、例えば、ポリエチレンテレフタレート、ポリエステル、ポリイミドを用いることができる。

太陽電池素子２１としては、例えば、シリコン系太陽電池、化合物系太陽電池、有機系太陽電池、有機無機ハイブリッド系太陽電池を用いることができる。シリコン系太陽電池としては、例えば、単結晶シリコン、多結晶シリコン、アモルファスシリコンを太陽電池の材料として用いることができる。化合物系太陽電池としては、例えば、ＣＩＳ系太陽電池、ＣｄＴｅ系太陽電池を用いることができる。有機系太陽電池としては、例えば、有機薄膜太陽電池、色素増感太陽電池を用いることができる。有機無機ハイブリッド系太陽電池としては、例えば、ペロブスカイト太陽電池を用いることができる。又、６つの太陽電池素子２１を直列に形成しているが、１つ又は２つ以上の任意の数の太陽電池素子２１を用いても良い。更に、２つ以上の太陽電池素子２１を用いる場合には、それぞれ直列に接続しても良く、並列に接続しても良い。

ヒータフィルム２０に用いられる基体シート２５としては、樹脂フィルムを用いることができ、例えば、ポリエチレンテレフタレート、ポリカーボネート、ポリイミド、ポリアミド、ポリウレタン、PMMA、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエチレンナフタレートを用いることができる。基体シート２５の厚みは、例えば、５０μｍ〜５００μｍとすることができる。基体シートの厚みが５０μｍ以上であれば、十分な耐久性が得られ、厚みが５００μｍ以下であれば、ヘイズが高くなりすぎることを抑制でき、効率的に太陽光が太陽電池素子２１へと透過できる。電極２４は、太陽電池モジュール１０の表面への積雪を検出するための容量検出電極としての機能と積雪を融かすための加熱電極としての機能を併せ持つ。電極２４の容量検出機能と融雪機能は、制御基板８０によって、切り替えを行うことができる。電極２４の材料としては、例えば、金、銀、銅、鉄、アルミニウム、ニッケル、モリブデン、これらを含む合金を用いることができる。電極２４の線幅は、例えば、１μｍ〜６０μｍとすることができる。線幅が１μｍ以上であれば、断線しにくい線幅となり、線幅が６０μｍ以下であれば、電極２４が太陽光を反射、吸収することを抑制できるため、太陽光が太陽電池素子２１へ到達しやすくなる。電極２４の厚みは、例えば、１００ｎｍ〜１５μｍとすることができ、厚みが１００ｎｍ以上であれば、断線しにくい厚みとなり、厚みが１５μｍ以下であれば、電極２４の抵抗値が低くなりすぎず、電極２４のピッチを狭くでき、発熱面積を大きくできるため、効率的に加熱を行うことができる。又、電極２４の形状は、一本の配線を蛇行した形状に限られず、例えば、メッシュ形状としてもよい。電極２４の形状をメッシュ形状とすることで、断線による不良の発生を抑制することができる。

ガラス２２は、太陽電池素子２１を保護するためやヒータフィルム２０を太陽電池素子２１の上に支持するための基材として用いられる。ガラス２２は、太陽光を遮断しない程度に透明であればよく、例えば、無機ガラスや樹脂ガラスを用いることができる。

第１接着層４０及び第２接着層４２は、各構成要素を積層するために用いるものである。太陽光を遮断しない程度に透明であればよく、例えば、ホットメルト接着剤や硬化型接着剤を用いることができる。

図２を参照して、制御基板８０は、ヒータフィルム２０と太陽電池素子２１との間の浮遊容量変化を検出する容量検出部８１と、電極２４の容量検出機能と融雪機能との切替を行うスイッチ８６とを備えている。スイッチ８６は、電極２４と容量検出部８１と電源９０に接続されており、制御基板８０によってスイッチ８６を切り替えることで、電極２４との接続を容量検出部８１と電源９０とで切り替えることができる。容量検出部８１はスイッチ８６との接続に加え、電源９０に接続されている。スイッチ８６によって容量検出部８１が電極２４と接続された場合に、電源９０から電力が供給されることで、ヒータフィルム２０と太陽電池素子２１との間の浮遊容量を測定することができる。一方、電極２４と電源９０がスイッチ８６によって直接接続された場合には、電源９０から電極２４へ電力が供給されることによりヒータフィルム２０が発熱し、融雪を行うことができる。

次に、電極２４の容量検出機能について説明する。
電極２４がスイッチ８６によって、容量検出部８１と接続されると、ヒータフィルム２０と太陽電池素子２１との間の浮遊容量を計測することができる。ヒータ付太陽電池モジュール１０の表面に着雪が無い場合を浮遊容量の初期値とすると、ヒータ付太陽電池モジュール１０の表面に雪が付着した場合は、浮遊容量が増加する。したがって、浮遊容量の変化を検出することで着雪の有無を検知できる。しかしながら、雨や融雪した雪によりヒータ付太陽電池モジュールの表面に水滴が付着した場合にも浮遊容量は増加するため、水滴が付着していると着雪がなくとも着雪があると検知する場合がある。したがって、更に温度を閾値として設定し、着雪の検知を行っても良い。例えば、気温及びヒータフィルム２０の少なくとも一方が任意の温度以下のときに、ヒータフィルム２０と太陽電池素子２１との間の浮遊容量が変化した場合のみ、着雪があると検知しても良い。このように構成すると、温度が任意の温度以下の場合に、浮遊容量が変化すると、着雪による浮遊容量変化であると検出し、ヒータフィルム２０による融雪を行うことができる。一方、温度が任意の温度よりも高い場合に、浮遊容量が変化すると、降雨などの水滴による浮遊容量変化であると検出し、ヒータフィルム２０による加熱を行わないようにすることができる。温度の閾値としては、例えば０℃以下とすることができ、０℃以下のときに、浮遊容量が変化すると、着雪があると検知することができる。

又、実際に着雪した場合のみを検出する他の方法として、浮遊容量の初期値からの増加量を閾値として設定しても良い。水滴による浮遊容量の増加量は、着雪による浮遊容量の増加量と比較して大きい。したがって、例えば、浮遊容量が初期値から２０％〜５０％増加した場合に着雪があると検知することができる。浮遊容量変化がこの範囲内となった場合に、着雪があると検知し、ヒータフィルム２０による融雪を行うことができる。

更に、実際に着雪した場合のみを検出する他の方法として、一定時間における浮遊容量変化を閾値としてもよい。降雪時には、ヒータ付太陽電池モジュール１０の表面に着雪し、浮遊容量は初期値から増加して、その後一定の値となる。一方、降雨時には、ヒータ付太陽電池モジュール１０の表面に水滴が付着するため、浮遊容量は初期値から増加するが、水滴は、太陽電池モジュール１０の表面から外側に流れ落ちるとともに、新たな水滴が付着するため、浮遊容量は一定の値をとらず変動する。したがって、一定時間における浮遊容量変化を閾値として設定することで、着雪のみを検知することができる。閾値としては、例えば、1時間における浮遊容量変化が２０％以下の場合にのみ着雪があると検知するように閾値を設定することができる。

これらの着雪のみを検出するための方法である、温度を閾値として用いる方法、浮遊容量の初期値からの増加量を閾値とする方法、一定時間における浮遊容量変化を閾値とする方法は、それぞれ１つのみを用いてもよく、複数を組合わせて用いてもよい。複数を組合わせて用いることでより精度の良い着雪検出を行うことができる。例えば、一定時間における浮遊容量変化を閾値とする方法においては、降雨量が少ない場合には、一定時間における浮遊容量変化が小さいため、浮遊容量変化が着雪によるものか降雨による水滴によるものかを検知することが難しい場合がある。この場合、更に温度を閾値として用い、２つの方法を組合わせることで、一定時間における浮遊容量変化が小さい場合でも温度が任意の温度以下であれば、着雪として検知し、温度が任意の温度より高い場合には、降雨による水滴の付着として検知することができる。

次に、電極２４の融雪機能について説明する。
電極２４の着雪検知機能によって、ヒータ付太陽電池モジュール１０に着雪が検知された場合に、電極２４との接続がスイッチ８６によって電源９０との接続に切り替えられ、電源９０から電極２４へ電力が供給され、電極２４が発熱する。電極２４が発熱すると、ヒータ付太陽電池モジュール１０の表面が加熱され、表面に付着した雪を融かすことができる。その後、一定時間加熱が行われた後、スイッチ８６が切り替えられ、電極２４との接続が容量検出部８１に接続される。加熱時間は、任意の時間を設定することができ、例えば、１０分間とすることができる。電極２４がスイッチ８６によって、電源９０に接続され、ヒータが１０分間加熱を行うと自動的にスイッチ８６は切り替えられ、電極２４は容量検出部８１に接続され、再び着雪の有無の検知を行う。スイッチ８６の切り替えは、一定時間加熱が行われた後に、自動的に切り替えられてもよく、手動でスイッチ８６の切り替えを行うように構成されていても良い。

次に、図３を参照して、この発明の第１実施形態によるヒータ付太陽電池モジュール１０の一連の動作について説明する。容量検知工程として、ヒータフィルム２０の電極２４は、スイッチ８６を介して容量検出部８１に接続され、容量検出部８１によって、ヒータフィルム２０と太陽電池素子２１との間の浮遊容量を検出する。次に、制御基板８０は、検出した浮遊容量の値に変化がない場合には、着雪はないと検知し、スイッチ８６の切替は行わない。一方、検出した浮遊容量が初期値から増加した場合に、着雪があると検知し、第１スイッチ切替工程へと移る。次に、第１スイッチ切替工程では、制御基板８０によってスイッチ８６を操作し、電極２４との接続を容量検出部８１から電源９０へと切り替えることで、容量検知を遮断して、容量検知状態からヒータ通電状態に切り替える。次に、電源９０から電極２４へと電力が供給されることで、ヒータフィルム２０が加熱され、ヒータ付太陽電池モジュール１０の表面に付着した雪の融雪を行う。次に、１０分間ヒータフィルム２０による加熱を行った後、第２スイッチ切替工程へと移る。次に、第２スイッチ切替工程では、制御基板８０によってスイッチ８６を操作し、電極２４との接続を電源９０から容量検出部８１へと切り替えることで、ヒータ通電状態から容量検知状態に切り替える。その後、ヒータフィルム２０と太陽電池素子２１との間の浮遊容量を検出し、浮遊容量が初期値から増加している場合には、再びヒータフィルム２０による加熱を行う。このような一連の動作によって、ヒータ付太陽電池モジュール１０の表面に付着した雪を検知し融雪を行う。

上記のようなヒータ付太陽電池モジュール１０は、ヒータフィルム２０に形成された電極２４は、スイッチ８６を切り替えることで、単一の電極で着雪検出と融雪の両方を行うことができるため、着雪検知センサ用の電極を別途設ける必要なく、着雪時のみ融雪を行うことができる。

次に、この発明の第２実施形態について、図を参照しながら先の実施形態とは異なる点を中心に説明する。

図１（ｂ）を参照して、この発明の第２実施形態によるヒータ付受発光モジュールは、ヒータ付太陽電池モジュール１１である。ヒータ付太陽電池モジュール１１は、先の実施形態によるヒータ付太陽電池モジュールとは積層構成が異なっている。一方、ヒータ付太陽電池モジュール１１を構成する各構成要素及び融雪方法については先の実施形態と同じである。

ヒータ付太陽電池モジュール１１は、板状の基材３０と、基材３０の上に形成された太陽電池素子２１と、太陽電池素子２１を覆うように形成された第１接着層４０と、第１接着層４０の上に形成されたヒータフィルム２０と、ヒータフィルム２０を覆うように形成された第２接着層４１と第２接着層４１の上に形成されたガラス２２とを備えている。第１実施形態によるヒータ付太陽電池モジュール１０では、ガラス２２がヒータフィルム２０の下に配置されており、ヒータフィルムが表面に剥き出しとなっているが、第２実施形態によるヒータ付太陽電池モジュール１１は、ガラス２２がヒータフィルム２０の上に配置されている。ガラス２２がヒータフィルム２０の上に配置されていることで、ヒータフィルム２０をガラス２２によって保護することができ、ヒータフィルム２０の電極２４や基体シート２５が傷つくことを抑制することができる。

その他の材料及び着雪検知と融雪を行う一連の動作については先の実施形態と同じである。

次に、この発明の第３実施形態について、図を参照しながら先の実施形態とは異なる点を中心に説明する。

図１（ｃ）を参照して、この発明の第３実施形態によるヒータ付受発光モジュールは、ヒータ付太陽電池モジュール１２である。ヒータ付太陽電池モジュール１２は、先の実施形態によるヒータ付太陽電池モジュールとは積層構成が異なっており、表面に保護層２３が形成されている。一方、ヒータ付太陽電池モジュール１２を構成するその他の構成要素及び融雪方法については先の実施形態と同じである。

ヒータ付太陽電池モジュール１２は、板状の基材３０と、基材３０の上に形成された太陽電池素子２１と、太陽電池素子２１覆うように形成された第１接着層４０と、第１接着層４０の上に形成されたガラス２２と、ガラス２２の上に形成されたヒータフィルム２０と、ヒータフィルム２０を覆うように形成された第２接着層４１と、第２接着層４１の上に形成された保護層２３とを備えている。

保護層２３は、ヒータフィルム２０の表面を保護するためのものである。保護層２３としては、樹脂をコーティングすることで形成でき、例えば、アクリル、フッ素樹脂、シリコーン、ウレタンを用いることができる。保護層２３として用いる樹脂は、厚みが薄いためガラスと比較して熱を伝えやすいため、ヒータフィルム２０からの熱を効率的にヒータ付太陽電池モジュール１３の表面まで伝えることができ、効率的に融雪を行うことができる。保護層２３の厚みは、例えば１００ｎｍ〜１５μｍとすることが好ましい。厚みが１００ｎｍ以上であれば、ヒータフィルム２０が外力によって傷つきにくくでき、厚みが１５μｍ以下であれば、効率的にヒータフィルム２０からの熱をヒータ付太陽電池モジュール１３の表面に伝えることができる。

その他の材料及び着雪検知と融雪を行う一連の動作については先の実施形態と同じである。

次に、この発明の第４実施形態について、図を参照しながら説明する。

図４（ａ）を参照して、この発明の第４実施形態によるヒータ付受発光モジュールは、ヒータ付信号機５０である。ヒータ付信号機５０は、地面に立てられた円柱形状の信号柱７８から信号柱７８より細い二本の円柱形状の腕金７９が水平方向に伸びるように接続されている。腕金７９の信号柱７８とは反対側の端部は、水平方向に伸びる箱状の基材６０が接続されている。基材６０には、歩行者や車両が進行可能かどうかを示す灯器５１、灯器５２、灯器５３が形成されている。灯器５１、灯器５２、灯器５３の地面から垂直方向の上部には、灯器５１、灯器５２、灯器５３の上部を覆うように、フード５４、フード５５、フード５６がそれぞれ形成されている。

次に、図４（ｂ）及び（ｃ）を参照して、灯器５１の断面構造について説明する。基材６０は、灯器５１が形成される領域が凹部７４となっており、基材６０の凹部７４には複数のＬＥＤ６７が形成されている。又、基材６０の凹部７４を覆うように、表面が凸形状に曲面となっているレンズ７１が形成されている。更に、レンズ７１の上に、レンズ７１の曲面にそってレンズ７１を覆うヒータフィルム５７が形成されている。灯器５２及び灯器５３についても灯器５１と同様に、基材６０に凹部７５及び凹部７６が形成され、凹部７５及び凹部７６上にＬＥＤ６７、ＬＥＤ６８が形成されている。更に、基材６０の凹部７５及び凹部７６を覆うようにレンズ７２及びレンズ７３が形成され、レンズ７２及びレンズ７３の上に、ヒータフィルム５８及びヒータフィルム５９が形成されている。ヒータフィルム５７、ヒータフィルム５８、ヒータフィルム５９は、それぞれ基体シート６４、基体シート６５、基体シート６６上に、一本の配線が蛇行状に配設された電極６１、電極６２、電極６３が形成されている。

図５を参照して、ヒータフィルム５７、ヒータフィルム５８、ヒータフィルム５９は外部回路によって接続されており、ヒータフィルム５７は、更にヒータフィルム用制御基板９２に接続されている。ヒータフィルム用制御基板９２は、接地部８７に接地された電源９１に接続されている。一方、ＬＥＤ６７、ＬＥＤ６８、ＬＥＤ６９は、それぞれ独立してＬＥＤ点灯用制御基板９５に接続されている。ＬＥＤ６７、ＬＥＤ６８、ＬＥＤ６９から伸びる３本の配線は、ＬＥＤ点灯用制御基板９５の外で一本に接続され、接地部８７に設置された電源９１に接続されている。

ヒータフィルム用制御基板９２は、ヒータフィルム５７、ヒータフィルム５８、ヒータフィルム５９とＬＥＤ６７、ＬＥＤ６８、ＬＥＤ６９との間に形成される浮遊容量変化を検出する容量検出部９３と、電極６１、電極６２、電極６３の容量検出機能と融雪機能との切替を行うヒータフィルム用スイッチ９６とを備えている。ヒータフィルム用スイッチ９６は、電極６１と容量検出部９３と電源９１に接続されており、ヒータフィルム用制御基板９２によってヒータフィルム用スイッチ９６を切り替えることで、電極６１との接続を容量検出部９３と電源９１とで切り替えることができる。容量検出部９３はヒータフィルム用スイッチ９６との接続に加え、電源９１に接続されている。ヒータフィルム用スイッチ９６によって容量検出部９３が電極６１と接続された場合に、電源９０から電極６１、電極６２、電極６３に電力が供給されることで、ヒータフィルム５７、ヒータフィルム５８、ヒータフィルム５９とＬＥＤ６７、ＬＥＤ６８、ＬＥＤ６９との間の浮遊容量を測定することができる。一方、電極６１と電源９１がヒータフィルム用スイッチ９６によって直接接続された場合には、電源９０から電極６１、電極６２、電極６３へ電力が供給されることによりヒータフィルム５７、ヒータフィルム５８、ヒータフィルム５９が発熱し、融雪を行うことができる。

ＬＥＤ点灯用制御基板９５は、ＬＥＤ６７、ＬＥＤ６８、ＬＥＤ６９の点灯のオン又はオフを切り替えるＬＥＤ点灯用スイッチ９７、ＬＥＤ点灯用スイッチ９８、ＬＥＤ点灯用スイッチ９９を備えている。ＬＥＤ６７から出た配線は、ＬＥＤ点灯用スイッチ９７に接続され、ＬＥＤ６８から出た配線は、ＬＥＤ点灯用スイッチ９８に接続され、ＬＥＤ６９から出た配線はＬＥＤ点灯用スイッチ９９に接続されている。ＬＥＤ点灯用スイッチ９７、ＬＥＤ点灯用スイッチ９８、ＬＥＤ点灯用スイッチ９９から出た３本の配線は、１本の配線に纏められ電源９１へ接続されている。ＬＥＤ点灯用スイッチ９７、ＬＥＤ点灯用スイッチ９８、ＬＥＤ点灯用スイッチ９９の切替は、ＬＥＤ点灯用制御基板９５によって、制御されている。一般的には、ＬＥＤ６７、ＬＥＤ６８、ＬＥＤ６９のいずれかが点灯又は点滅するように、ＬＥＤ点灯用スイッチ９７、ＬＥＤ点灯用スイッチ９８、ＬＥＤ点灯用スイッチ９９の切替を行う。

基材６０は、ヒータ付信号機５０の点灯部分における筐体である。材料としては、例えば、金属や樹脂を用いることができる。金属としては、例えば、アルミニウム、鉄を用いることができ、樹脂としては、例えば、ポリカーボネート、繊維強化樹脂（ＦＲＰ）を用いることができる。

フード５４、フード５５、フード５６は、灯器５１、灯器５２、灯器５３が汚れることを防ぐとともに、太陽光を遮ることで視認性を確保するためのものである。材料としては、基材６０と同じ材料を用いることができる。

ヒータフィルム５７、ヒータフィルム５８、ヒータフィルム５９に用いられる基体シート６４、基体シート６５、基体シート６６としては、樹脂フィルムを用いることができ、例えば、ポリエチレンテレフタレート、ポリカーボネート、ポリイミド、ポリアミド、ポリウレタン、ＰＭＭＡ、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエチレンナフタレートを用いることができる。基体シートの厚みは、例えば、５０μｍ〜５００μｍとすることができる。基体シートの厚みが５０μｍ以上であれば、十分な耐久性が得られ、厚みが５００μｍ以下であれば、ヘイズが高くなりすぎることを抑制でき、効率的にＬＥＤによる発光を透過できる。電極６１、電極６２、電極６３は、灯器５１、灯器５２、灯器５３の表面への積雪を検出するための容量検出電極としての機能と積雪を融かすための加熱電極としての機能を併せ持つ。電極の容量検出機能と融雪機能は、ヒータフィルム用制御基板９２によって、切り替えを行うことができる。電極の材料としては、例えば、金、銀、銅、鉄、アルミニウム、ニッケル、モリブデン、又はこれら１種以上を含む合金を用いることができる。電極の線幅は、例えば、１μｍ〜６０μｍとすることができる。線幅が１μｍ以上であれば、断線しにくい線幅となり、線幅が６０μｍ以下であれば、電極がＬＥＤからの光を反射、吸収することを抑制できるため、歩行者及び車両の運転者はＬＥＤからの光を認識できる。電極２４の厚みは、例えば、１００ｎｍ〜１５μｍとすることができ、厚みが１００ｎｍ以上であれば、断線しにくい厚みとなり、厚みが１５μｍ以下であれば、電極２４の抵抗値が低くなりすぎず、電極２４のピッチを狭くでき、発熱面積を大きくできるため、効率的に加熱を行うことができる。又、電極の形状は、一本の配線を蛇行した形状に限られず、例えば、メッシュ形状としてもよい。電極の形状をメッシュ形状とすることで、断線による不良の発生を抑制することができる。

ＬＥＤ６７、ＬＥＤ６８、ＬＥＤ６９は、歩行者及び車両の運転者が進行可能かどうかを判断するために、それぞれ異なる色に発光する。例えば、ＬＥＤ６７、ＬＥＤ６８、ＬＥＤ６９は、それぞれ、赤、黄、青に発光する。歩行者及び車両の運転者は、赤色の発光を認識した場合には、進行せずに、止まる。黄色の発光を認識した場合には、原則進行せずに止まるが、設定された停止位置までに安全に止まれない場合には、進行する。青色の発光を認識した場合には、進行可能である。このように、ＬＥＤの発光する色から歩行者及び車両の運転者は進行の可否を判断できる。

次に、電極６１、電極６２、電極６３の容量検出機能について説明する。
電極６１、出極６２、電極６３がヒータフィルム用スイッチ９６によって、容量検出部９３と接続されると、ＬＥＤ６７と電極６１との間、ＬＥＤ６８と電極６２との間、ＬＥＤ６９と電極６３との間の浮遊容量を計測することができる。ヒータ付信号機５０の灯器５１、灯器５２、灯器５３の表面に着雪が無い場合を浮遊容量の初期値とすると、灯器５１の表面に雪が付着した場合には、ＬＥＤ６７と電極６１の間の浮遊容量が増加する。同様に、灯器５２の表面に雪が付着した場合には、ＬＥＤ６８と電極６２との間の浮遊容量が増加し、灯器５３の表面に雪が付着した場合には、ＬＥＤ６９と電極６４との間の浮遊容量が増加する。これらいずれかの浮遊容量が増加した場合に、容量検出部９３は、浮遊容量が増加したことを検出し、着雪の有無を検知できる。
尚、ヒータフィルム５７、ヒータフィルム５８、ヒータフィルム５９が１つのヒータ用制御基板９２に接続されるように構成したが、ヒータフィルム５７、ヒータフィルム５８、ヒータフィルム５９をそれぞれ独立して３つのヒータ用制御基板に接続しても良い。このように構成すると、灯器５１、灯器５２、灯器５３の表面への着雪の有無を個別に検出することができ、着雪を検出した灯器のみ融雪を行うことができる。もしくは、ヒータフィルム用制御基板を複数備えることで、いずれかのヒータフィルム用制御基板が誤作動を起こし、いずれかの灯器に着雪があるにも関わらず、誤作動により着雪がないと検知した場合に、その他の灯器においてヒータフィルム用制御基板が着雪を検知していれば、全ての灯器に対して融雪を行うように設定することもできる。
更に、ヒータフィルム５７、ヒータフィルム５８、ヒータフィルム５９の全てをヒータフィルム用制御基板９２に接続しなくても良く、いずれか１つ又は２つのヒータフィルムをヒータフィルム用制御基板９２に接続しても良い。このように構成すると、ヒータフィルム用制御基板９２に接続されていないヒータフィルムについては、発熱による融雪機能のみでよく、構成がより簡略となる。

又、水滴を検出せずに着雪のみを検出しやすくするために、第１実施形態によるヒータ付受発光モジュールにおいて説明した、温度を閾値として用いる方法、浮遊容量の初期値からの増加量を閾値とする方法、一定時間における浮遊容量変化を閾値とする方法を用いても良い。

次に、電極６１、電極６２、電極６３の融雪機能について説明する。
電極６１、電極６２、電極６３の着雪検知機能によって、ヒータ付信号機５０に着雪が検知された場合に、電極との接続がヒータフィルム用スイッチ９６によって電源９１との接続に切り替えられ、電源９１から電極へ電力が供給され、電極が発熱する。電極が発熱すると、ヒータ付信号機５０の灯器の表面が加熱され、表面に付着した雪を融かすことができる。その後、一定時間加熱が行われた後、スイッチ８６が切り替えられ、電極との接続が容量検出部９３に接続される。加熱時間は、任意の時間を設定することができ、例えば、１０分間とすることができる。電極がヒータフィルム用スイッチ９６によって、電源９１に接続され、ヒータが１０分間加熱を行うと自動的にヒータフィルム用スイッチ９６が切り替えられ、電極は容量検出部９３に接続され、再び着雪の有無の検知を行う。ヒータフィルム用スイッチ９６の切替は、一定時間加熱が行われた後に、自動的に切り替えられてもよく、手動でヒータフィルム用スイッチ９６の切替を行うように構成されていても良い。

次に、この発明の第４実施形態によるヒータ付信号機５０の一連の動作について説明する。容量検知工程として、ヒータフィルムの電極は、ヒータフィルム用スイッチ９６を介して容量検出部９３に接続され、容量検出部９３によって、ヒータフィルムとＬＥＤとの間の浮遊容量を検出する。次に、制御基板９３は、検出した浮遊容量の値に変化がない場合には、着雪はないと検知し、ヒータフィルム用スイッチ９６の切替は行わない。一方、検出した浮遊容量が初期値から増加した場合に、着雪があると検知し、第１スイッチ切替工程へと移る。次に、第１スイッチ切替工程では、ヒータフィルム用制御基板９２によってヒータフィルム用スイッチ９６を操作し、電極との接続を容量検出部９３から電源９１へと切り替えることで、容量検知を遮断して、容量検知状態からヒータ通電状態に切り替える。次に、電源９１から電極へと電力が供給されることで、ヒータフィルムが加熱され、ヒータ付信号機５０の灯器表面に付着した雪の融雪を行う。次に、１０分間ヒータフィルムによる加熱を行った後、第２スイッチ切替工程へと移る。次に、第２スイッチ切替工程では、ヒータフィルム用制御基板９２によってヒータフィルム用スイッチ９６を操作し、電極との接続を電源９１から容量検出部９３へと切り替えることで、ヒータ通電状態から容量検知状態に切り替える。その後、ヒータフィルムとＬＥＤとの間の浮遊容量を検出し、浮遊容量が初期値から増加している場合には、再びヒータフィルムによる加熱を行う。このような一連の動作によって、ヒータ付信号機５０の表面に付着した雪を検知し融雪を行う。この一連の動作によるヒータフィルムを用いた着雪検知及び融雪を行う間、灯器の点灯のオン又はオフは独立して行われ、ＬＥＤ点灯用基板９５によって、ＬＥＤ点灯用スイッチ９６、ＬＥＤ点灯用スイッチ９７、ＬＥＤ点灯用スイッチ９８の切替が行われる。

上記のようなヒータ付信号機５０は、ヒータフィルムに形成された電極は、ヒータフィルム用スイッチ９６を切り替えることで、単一の電極で着雪検出と融雪の両方を行うことができるため、着雪検知センサ用の伝教を別途設ける必要なく、着雪時のみ融雪を行うことができる。

尚、上記の各実施形態によるヒータ付受発光モジュールでは、受光素子としての太陽電池素子及び発光素子としての信号機に用いるＬＥＤを用いたが、受光素子及び発光素子はこれらに限らず任意のものを用いることができる。例えば、白熱灯、蛍光灯、蛍光管、有機ＥＬ、レーザーダイオード、フォトダイオード、ＣＣＤ、フォトレジスタ、光電子増倍管、ＣＭＯＳセンサー、焦電素子、ボロメータ―を用いることができる。

又、この発明の第１実施形態及び第４実施形態によるヒータ付受発光モジュールでは、基体シート上に電極が形成されたヒータフィルムを電極が形成されていない面を受発光素子側にして、受発光素子を覆うように形成したが、ヒータフィルムの電極が形成された面を受発光素子側に向けて、受発光素子を覆うように形成してもよい。

１０ ヒータ付太陽電池モジュール
１１ ヒータ付太陽電池モジュール
１２ ヒータ付太陽電池モジュール
２０ ヒータフィルム
２１ 太陽電池素子
２４ 電極
２５ 基体シート
５０ ヒータ付信号機
５７ ヒータフィルム
５８ ヒータフィルム
５９ ヒータフィルム
６０ 基材
６１ 電極
６２ 電極
６３ 電極
６４ 基体シート
６５ 基体シート
６６ 基体シート
６７ ＬＥＤ
６８ ＬＥＤ
６９ ＬＥＤ
８０ 制御基板
８１ 容量検出部
９０ 電源
９１ 電源
９２ ヒータフィルム用制御基板
９３容量検出部

Claims (6)

1. 基材と、
   基材の上に配置された受光及び発光の少なくとも一つを行う受発光素子と、
   基体シート上に電極が形成され、前記受発光素子を覆うように形成されたヒータフィルムと、
   前記電極に電気的に接続され、前記受発光素子と前記ヒータフィルムとの間の浮遊容量を検出する容量検出部と、
   前記電極に電気的に接続され、前記ヒータフィルムを加熱する電源と、
   前記電極との接続を前記容量検出部と前記電源とで切り替える制御基板とを備えた、ヒータ付受発光モジュール。
2. 前記受発光素子は、太陽電池素子である、請求項１に記載のヒータ付受発光モジュール。
3. 前記受発光素子は、ＬＥＤである、請求項１に記載のヒータ付受発光モジュール。
4. 受光及び発光の少なくとも一つを行う受発光素子と基体シート上に電極が形成されたヒータフィルムとを備えたヒータ付受発光モジュールに着雪すると、着雪を検知し、前記電極に通電することで融雪を行う受発光モジュールの融雪方法であって、
   前記電極を容量検出部に接続し、前記受発光素子と前記ヒータフィルムとの間の浮遊容量を検出する容量検知工程と、
   検知した浮遊容量から着雪の有無を検知する着雪検知工程と、
   着雪を検知した場合に、前記電極への接続を前記容量検出部から電源へと切り替えることで、容量検知状態からヒータ通電状態に切り替える第１スイッチ切替工程と、
   前記電極を加熱することで融雪するヒータ通電工程と、
   任意の時間経過後に、前記電極への接続を前記電源から前記容量検出部へと切り替えることで、ヒータ通電状態から容量検知状態に切り替える第２スイッチ切替工程とを備えた、融雪方法。
5. 前記着雪検知工程は、気温及び前記ヒータフィルムの少なくとも一方が０℃以下のときに前記受発光素子と前記ヒータフィルムとの間の浮遊容量が変化した場合に着雪があると検知する、請求項４に記載の融雪方法。
6. 前記着雪検知工程は、前記受発光素子と前記ヒータフィルムとの間の浮遊容量が１００ｐＦ〜５０ｎＦの場合に、着雪があると検知する、請求項４に記載の融雪方法。

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