ЗЕРКАЛО С ОБОГРЕВОМ Российский патент 2005 года по МПК H05B3/84 

Изобретение относится к конструкции зеркал с обогревом, применяемых в качестве автомобильных зеркал, обеспечивающих безопасность эксплуатации транспортных средств, и может быть использовано на всех видах транспорта, а также в качестве зеркальных нагревательных панелей для обогрева помещений.

Обогрев внешнего автомобильного зеркала актуален для территорий с влажным и холодным климатом, позволяющим удалять с поверхности зеркала не только капли воды, но и иней, снег и лед, а также препятствует обмерзанию зеркала при движении автомобиля в холодное время года.

Известно зеркало с обогревом, состоящее из электрически непроводящей подложки, например стекла или пластика, и отражающего алюминиевого слоя на его внешней (или тыльной) поверхности. Серия параллельных диэлектрических линий делит поверхность алюминиевого слоя на лабиринтообразную полосу шириной 1 мм. С двух сторон полосы имеются электрические контакты. Поверхность зеркала может быть искривленной.

Для нагревания зеркала через слой алюминия пропускают электрический ток. Слой алюминия имеет достаточно малую толщину, чтобы обеспечить высокое сопротивление, и, следовательно, высокий нагрев. Толщина слоя алюминия составляет 10 мкм. Например, такое зеркало размером 100×150 мм, подключенное к источнику тока напряжением 12 В, потребляет около 3,5 Вт. Это позволяет нагреть слой воды толщиной 10 мкм до 20°С за 4 секунды, а слой льда - за 15 секунд, см. патент Великобритании GB 2303465, Н 05 В 3/84, 1995.

Недостатком известного зеркала с обогревом является то, что оно обладает недостаточным качеством отражения в связи с тем, что отражающий слой разделен линиями, уменьшающими величину интегрального отражения, к тому же из-за невысокой механической прочности алюминиевого покрытия требуется дополнительное защитное покрытие.

Известно зеркало с обогревом, состоящее из стеклянной подложки; зеркального покрытия, расположенного на тыльной поверхности зеркала; нагревательного элемента, выполненного в виде толстой полимерной пленки с наполнителем из углерода для придания ей требуемого резистивного свойства; двух электрических контактов и изолирующего полимерного покрытия. Постоянное напряжение подается на два электрических контакта, между которыми закреплена толстая полимерная пленка. В результате прохождения электрического тока толстая полимерная пленка нагревается, ее тепло передается стеклянной подложке, с которой она находится в близком контакте. Изолирующее полимерное покрытие служит для защиты нагревательного элемента от попадания воды, см. патент US 2002/0011477, Н 05 В 3/84, 2002.

Недостатками известного зеркала являются: невысокая механическая прочность наклеенных полимерных пленок; низкая эффективность, обусловленная расходованием энергии на предварительный нагрев стеклянной подложки; инерционность, обусловленная прохождением тепла от нагревательного элемента к поверхности зеркала через зеркальный слой и через толщу стекла.

Наиболее близким по технической сущности является зеркало с обогревом, содержащее тонкую стеклянную подложку и отражающий токопроводящий слой из титана и два электропроводящих контакта. Отражающий слой может наноситься путем вакуумного электродугового или магнетронного напыления, может располагаться как на тыльной, так и на внешней поверхности стеклянной подложки и одновременно выступает как нагревательный элемент. На отражающий токопроводящий слой может быть нанесено однослойное покрытие из нитрида титана или оксида титана для придания поверхности зеркала водоотталкивающее свойство и декоративный вид, например под цвет корпуса автомобиля, см. патент WO 99/62303, Н 05 В 3/84, 1999.

Недостатками известного зеркала являются: невысокое отражение титанового зеркального слоя, составляющее ˜60% в видимой области спектра 0,4-0,7 мкм; нестабильность электрического сопротивления титанового слоя как нагревательного элемента, обусловленная окислением кислородом воздуха, например, через месяц сопротивление слоя из титана увеличивается в два раза.

Задачей изобретения является создание зеркала с обогревом, обладающего повышенной величиной отражения, а также стабильными электрическими и оптическими характеристиками.

Техническая задача решается созданием зеркала с обогревом, содержащим стеклянную подложку с отражающим токопроводящим слоем и электропроводящими контактами, расположенными на внешней стороне подложки, отражающий слой зеркала выполнен из нержавеющей стали и на его поверхности расположено двухслойное покрытие из оксида алюминия и оксида титана, причем геометрическая толщина слоя оксида алюминия, прилегающего к отражающему слою, имеет величину 70-85 нм, геометрическая толщина слоя оксида титана имеет величину 30-45 нм, а геометрическая толщина слоя нержавеющей стали имеет геометрическую толщину от 20 нм до 1000 нм.

Решение технической задачи позволяет обеспечить высокую отражательную способность зеркала 70-80% против 60% у прототипа и постоянство электрических характеристик. Коэффициент отражения заявляемого зеркала согласуется с расчетным значением, полученным по формуле

R=r₀₄·r₀₄ ^*,

где - амплитудный коэффициент отражения, ^* - комплексное сопряжение, - безразмерная величина, n_i -показатель преломления i-го слоя, h_i - геометрическая толщина i-го слоя, , где - амплитудные коэффициенты Френеля, n₀ и n₄ - показатели преломления воздуха и подложки; ñ₃ и k₃ - действительная (показатель преломления) и мнимая (показатель поглощения) части комплексного показателя преломления ñ₃=n₃-i k₃ нержавеющей стали; λ - длина волны.

Зеркало состоит из стеклянной подложки 1, отражающего покрытия из нержавеющей стали 2, двух электрических контактов 3, слоя оксида алюминия 4 и слоя оксида титана 5, причем геометрическая толщина слоя нержавеющей стали имеет величину от 20 нм до 1000 нм, геометрическая толщина слоя оксида алюминия имеет величину 70-85 нм, геометрическая толщина слоя оксида титана имеет величину 30-45 нм, см. фиг.1.

Изготовление зеркала ведут следующим образом.

Подложку предварительно обезжиривают и помещают в вакуумную камеру, в которой создают давление Р_ост=6,6·10^-3 Па. Затем осуществляют напуск аргона до давления Р=0,26 Па. Подложку закрывают заслонкой и зажигают разряд на магнетроне с мишенью из нержавеющей стали. В течение 5 минут горения разряда происходит удаление оксидной пленки с поверхности мишени, а при удалении заслонки происходит напыление отражающего покрытия на подложку. Напыление нержавеющей стали проводят до достижения слоем омического сопротивления в диапазоне от 5 Ом до 70 Ом. Закрепляют электропроводящие контакты. Затем напыляют слой оксида алюминия. Для напыления слоя оксида алюминия зажигают разряд на магнетроне с алюминиевой мишенью в атмосфере смеси газов аргона и кислорода. Напыление проводят до достижения слоем толщины 70-85 нм, а затем напыляют слой оксида титана. Для напыления слоя оксида титана зажигают разряд на магнетроне с титановой мишенью в атмосфере смеси газов аргона и кислорода. Напыление проводят до достижения слоем толщины 30-45 нм.

Толщину напыления оксида алюминия и титана контролируют методом спектрофотометрического контроля, когда по экстремумам отраженного света определяют геометрическую толщину покрытия.

Электрическое сопротивление слоя нержавеющей стали имеет величину от 5 Ом до 70 Ом в зависимости от толщины слоя и размеров зеркала и, следовательно, при источнике напряжением 12 В рассеиваемая мощность на зеркале составит от 2 до 30 Вт. Это позволяет свести к минимуму потери энергии и обеспечить максимальную равномерность нагрева. Все слои наносят на стеклянную подложку путем магнетронного распыления в вакууме. Заявляемое зеркало с обогревом нагревается за ˜3 секунды до 20°С, обеспечивая быстрое удаление влаги с поверхности зеркала.

Заявляемое зеркало с обогревом имеет коэффициент отражения R=70-80% в видимой области спектра 0,4÷0,7 мкм.

Данное изобретение иллюстрируется следующими примерами конкретного исполнения:

Пример 1. Зеркало размером 100×190 мм, имеющее толщину слоя нержавеющей стали 20 нм, толщину слоя оксида алюминия 70 нм, толщину слоя оксида титана 40 нм, подключенное к источнику тока напряжением 12 В рассеивает около 2 Вт, коэффициент отражения такого зеркала составляет 73% в видимой области спектра 0,4÷0,7 мкм.

Пример 2. Зеркало размером 100×360 мм, имеющее толщину слоя нержавеющей стали 300 нм, толщину слоя оксида алюминия 80 нм, толщину слоя оксида титана 40 нм, подключенное к источнику тока напряжением 12 В рассеивает около 16 Вт, коэффициент отражения такого зеркала составляет 80% в видимой области спектра 0,4÷0,7 мкм.

Пример 3. Зеркало размером 100×640 мм, имеющее толщину слоя нержавеющей стали 1000 нм, толщину слоя оксида алюминия 80 нм, толщину слоя оксида титана 45 нм, подключенное к источнику тока напряжением 12 В рассеивает около 30 Вт, коэффициент отражения такого зеркала составляет 75% в видимой области спектра 0,4÷0,7 мкм.

Коэффициент отражения зеркала составляет 70-80% в видимой области спектра 0,4÷0,7 мкм при стабильном электрическом сопротивлении нагревательного элемента. Рассеиваемая мощность на зеркале составляет от 2 до 30 Вт при источнике напряжением 12 В.

Заявляемое техническое решение просто в изготовлении и удобно при использовании его на транспортных средствах. Решение технической задачи позволяет обеспечить высокую отражательную способность зеркала 70-80% против 60% у прототипа и постоянство электрических характеристик.

Заявляемое техническое решение с указанными характеристиками можно также использовать в качестве зеркальных нагревательных панелей для обогрева помещений.

3еркало с обогревом для повышения качества содержит отражающий слой, выполненный из нержавеющей стали с расположенным двухслойным покрытием из оксида алюминия и оксида титана. 1 ил.

Зеркало с обогревом, содержащее стеклянную подложку, отражающий токопроводящий слой и электропроводящие контакты, расположенные на внешней стороне подложки, отличающееся тем, что отражающий слой выполнен из нержавеющей стали и на его поверхности расположено двухслойное покрытие из оксида алюминия и оксида титана, причем геометрическая толщина слоя оксида алюминия, прилегающего к отражающему слою, имеет величину 70-85 нм, геометрическая толщина слоя оксида титана имеет величину 30-45 нм, а геометрическая толщина слоя нержавеющей стали имеет геометрическую толщину 20-1000 нм.