CN101375635A - 用于机器人分配应用的优化的母线设计 - Google Patents

Abstract

一种用于机动车辆的窗户除霜器，其包括透明面板和借助机器人分配机构与透明面板一体形成的除霜器栅格。除霜器包括至少部分以直线形式形成的导电的第一和第二母线，和多条导电的栅格线，所述栅格线在第一和第二母线之间延伸并且与第一和第二母线相连。

Description

用于机器人分配应用的优化的母线设计

相关申请的交叉参考

本申请要求于2005年12月29号提交的美国临时专利申请60/754,926的优先权。

技术领域

本发明涉及一种用于机动车辆的窗户玻璃。更具体地，其涉及在窗户玻璃上形成电窗户除霜器。

背景技术

在窗户除霜器中，母线用于将电流分配给除霜器的各条栅格线，以便均匀加热整个除霜器栅格。如图1最佳示出的那样，传统的除霜器采用丝网印刷技术形成，其中母线是与栅格线一体形成的填充或实心矩形容器(reservoirs)。然而，当使用机器人印刷机构而不是丝网印刷技术形成除霜器时，产生传统母线设计的填充矩形容器则相当困难。

可以利用导电墨水或膏和采用本领域技术人员公知的各种方法直接印刷在面板的内表面或外表面上、或者直接印刷在保护层的表面上的方式，使用机器人印刷机构形成除霜器。这类方法包括，但不限于：喷墨印刷和自动分配法。胶粘剂应用领域中的普通技术人员所公知的自动分配技术包括：滴流和拖曳、倾流、和简单的流动分配。上述技术中的任何一种都最适合用于印刷栅格线的相对薄的单独线段。

由于上述原因，显然需要一种适于机器人印刷技术的改进的窗户除霜器设计方案。

发明内容

为了满足上述需求以及克服所列举和相关领域的缺陷和其他限制，本发明提供一种用于机动车辆中使用的窗户除霜器组件。该组件包括透明面板和借助机器人分配机构与透明面板一体形成的窗户除霜器。该除霜器包括导电的第一和第二母线，以及在第一和第二母线之间延伸并且与第一和第二母线相连的多条导电栅格线。

在一个实施例中，第一和第二母线随着导电框架材料被分配形成为闭合框架，所述闭合框架随后使用导电填充材料填充。在该实施例的一个实例中，导电填充材料与导电框架材料相同。在该实施例的另一个实例中，导电填充材料具有比导电框架材料低的粘度。在每条栅格线与闭合框架的相交处形成电连接。

在第二实施例中，第一和第二母线形成为一系列与栅格线基本垂直的、紧密间隔并且基本平行的母线线路。在一个实例中，所有的栅格线与所有的母线线路相交。在另一个实例中，栅格线中的至少一些不是与所有的母线线路相交。在各条栅格线在母线线路中的交点处形成电连接。

在第三实施例中，第一和第二母线包括一系列的形成z字形图案、紧密间隔并且互相连接的线段。在一个实例中，所有的栅格线与所有的母线线段相交。在又一个实例中，栅格线中的至少一些不是与所有的母线线段相交。如上所述，在栅格线与母线线段之间的各个交点处形成电连接。

在上述实施例中的任何一个中，透明面板可以由玻璃制成，或者可以由塑性树脂制成。

本发明还包括一种在透明面板上形成窗户除霜器的方法。该方法包括：提供机器人分配设备，将导电墨水从机器人分配设备中分配以形成第一和第二母线；使第一和第二母线与多条栅格线互连，所述栅格线由导电墨水形成；以及在栅格线与母线的交点处形成电连接。

在上述方法的一个实例中，通过将导电墨水分配成闭合框架来形成第一和第二母线；所述闭合框架随后使用导电填充材料填充。在第二实例中，通过将导电墨水分配成一系列与栅格线基本垂直的、紧密间隔并且基本平行的母线线路来形成母线。在第三实例中，通过将导电墨水形成为一系列的形成Z字形图案的、紧密间隔并且相互连接的线段来形成母线。

在参考附图以及所附的并且形成该说明书一部分的权利要求回顾以下描述之后，本发明的进一步目标、特征和优点将对于本领域技术人员来说变得更加显而易见。

附图说明

图1是包括现有技术的窗户除霜器的窗户玻璃的透视图，所述窗户除霜器具有带除霜器栅格线的丝网印刷母线；

图2是包括根据本发明的窗户除霜器的窗户玻璃的透视图；

图3a是通过印刷一系列紧密间隔的平行线所形成的母线的一部分的示意图；

图3b是通过印刷随后被填充的矩形框架所形成的母线的一部分的示意图；

图3c是通过印刷一系列紧密间隔并且相互连接的线段所形成的母线的一部分的示意图，其中所述线段以Z字形方式来回延伸穿过所述母线；以及

图4是印刷根据本发明的窗户除霜器的机器人分配设备的一个实施例的透视图。

具体实施方式

现在参见图1，其中图示了一种传统窗户除霜器组件10。该传统窗户除霜器组件10包括设在例如汽车窗户玻璃(例如背光)上的除霜器11。该传统的除霜器11包括传统的母线12、14，以及传统的栅格线16。母线12、14被配置成通过各条栅格线16分配电流。典型地，丝网印刷工艺被用来形成传统母线12、14和传统栅格线22的图案。这样，母线12、14在单次印刷过程中形成为与栅格线基本垂直的、实心的宽条带。

现在参见图2，体现本发明原理的窗户除霜器组件在该图中示出并且用20标出。类似于传统的窗户除霜器组件10，本发明的组件20包括汽车的透明面板22(例如背光)和除霜器栅格21。本发明的各种实施例被优化用于使用导电墨水或类似基质由机器人机构快速印刷到形成窗户玻璃22的玻璃或塑料面板上。除霜器栅格21的备选设计方案21a、21b和21c在下文中得到更加完整的描述，并且分别包括(1)图2和3a中示出的平行线母线26，和(2)在图3b中示出的填充母线框架24，和(3)在图3c中示出的相互连接的Z字形母线28。

在面板22由玻璃制成的情况下，面板22可以是本领域公知的任何一种传统玻璃，而在面板22由塑料制成的情况下，面板22可以是任何一种透明塑料，所述透明塑料包括例如热塑性聚合树脂或它们的混合物或组合，诸如在美国专利6,797,384中公开的那些类型，所述美国专利6,797,384在此全部结合作为参考。其他合适的热塑性树脂包括，但不限于：聚碳酸酯树脂、丙烯酸树脂、聚丙烯树脂、聚酯树脂和聚砜树脂以及它们的共聚物和混合物。该塑料可以通过使用诸如模制、热成形或挤压这样的各种公知技术中的任何一种被形成为窗户形状。

在面板22的最终构造中，可以通过在面板的外侧和/或内侧上使用单个保护层或可选的多个附加保护层来防止面板22发生诸如受到紫外辐射、氧化和磨损这样的自然现象。当术语“带有至少一个保护层的透明面板”用于本文中时，其被定义为透明玻璃面板。

保护层可以是已知类型的，并且塑料面板22可以是塑料薄膜、有机涂层、无机涂层或它们的混合。塑料薄膜可以具有与透明面板22相同或不同的组成。薄膜和涂层可以包括紫外线吸收剂(UVA)分子、流变控制添加剂，诸如分散剂、表面活性剂、和用于增强耐磨性的透明填料(例如氧化硅，氧化铝等)，以及用于改变光学、化学或物理性质的其他添加剂。有机涂层的实例包括，但不限于：氨基甲酸乙酯，环氧化合物和丙烯酸盐和它们的混合物或混合体。无机涂层的实例包括硅酮、氧化铝、氟化钡、氮化硼、氧化铪、氟化镧、氟化镁、氧化镁、氧化钪、一氧化硅、二氧化硅、四氮化三硅、氮氧化硅、碳氧化硅、碳化硅、氧化钽、氧化钛、氧化锡、氧化铟锡，氧化钇，氧化锌、硒化锌、硫化锌、氧化锆、钛酸锆或玻璃，以及它们的混合物或混合体。

用作保护层的上述保护涂层可以通过本领域技术人员公知的任何一种合适的技术来施加。这些技术包括：用诸如在真空辅助沉积工艺中使用的反应物质进行沉积，和诸如被用来将溶胶凝胶涂层施加到衬底上的大气涂层工艺。真空辅助沉积工艺的实例包括，但不限于：等离子增强的化学气相沉积法、离子辅助的等离子沉积法、磁控管溅射法、电子束蒸镀法以及离子束溅射法。大气涂层工艺的实例包括，但不限于：幕式淋涂、喷涂、旋涂、浸涂和流涂。

作为说明性实例，带有印刷的除霜器的包含

900汽车窗户玻璃系统(Exatec LLC，Wixom，Michigan)的聚碳酸脂面板大致对应于图2的实施例。在该特例中，透明的聚碳酸脂面板由多层涂层系统(

SHP-9X，

SHX)和“玻璃质”涂层(SiOxCyHz)的沉积层保护，然后在保护层的朝向车辆内部的暴露表面上印刷除霜器栅格。作为进一步的替换构造，除霜器栅格可以被设置在一层或多层保护涂层的顶部上，然后过涂覆额外的一层或多层保护涂层。例如，除霜器栅格可以被设置在硅树脂保护涂层(例如AS4000，GE硅树脂)的顶部上，然后过涂覆“玻璃质”薄膜。

现在转向本发明，图2和3a示出了第一备选除霜器栅格21a。除霜器栅格21a包括通过分配导电墨水以形成一系列紧密间隔的平行母线线路30限定的母线26。母线线路30可以例如沿着与栅格线32基本垂直的方向分配。在一个实例中，栅格线32被分配成以栅格状图案在多个电连接34处与各条母线线路30相交。(如图所示，电连接34的“点”仅用于说明性目的，电连接34不必形成“点”状)。母线线路30和加热栅格线32可以具有相同或不同的宽度和高度(厚度)。为了建立与母线线路30的有效电连接和电流在整个母线线路30和栅格线32上的有效分布，电连接34应被设在母线线路30与栅格线32的每一个交点上。然而，在一些实例中，可能需要一部分栅格线32不是与所有的母线线路30相交，以便相对于其它栅格线32调节这些栅格线32中的电流。这在图3a的上部中示出。

现在参见图3b，示出了第二备选除霜器栅格21b。除霜器栅格21b包括与栅格线32相连的填充母线框架24。填充母线框架24通过分配导电墨水以形成闭合框架36、然后使用导电填充材料38填充限制于其中的区域来形成。导电填充材料38可以具有与用来分配框架36的导电材料相同或不同的成分，并且表现出与用来分配框架36的导电材料相同或不同的流变性质。例如，导电填充材料38可以表现出比导电框架材料更低的粘度(即更易流动)，以方便框架36所限定的区域的完全填充。最后，多条栅格线32被分配并且终止于与填充母线框架24的交点处。

参见图3c，示出了第三备选除霜器栅格21c。该窗户除霜器包括通过分配导电墨水以将母线28形成为一系列紧密隔开并且相互连接的线段40所限定的母线28，其中线段40以交替的方式附连以形成Z字形图案。因为机器人不必在每条母线线段40的沉积之后停下来，因而这种方法的主要好处在于能够提高分配速率。实质上，该实施例的母线线段40形成一条长线，而不是独立的多条线。如上所述，栅格线32被分配成以栅格状图案在多个电连接42处与各条母线线段40相交。为了形成电流在整个栅格线32上的有效分布，电连接42应被设在母线线段40与栅格线32的每个交点上。然而，类似上述平行线母线26，可能需要一些栅格线32不是与所有的母线线段40相交，以便相对于其他栅格线32调节这些栅格线32中的电流。

流过各条栅格线32的电流量可通过改变母线线路30或线段40和栅格线32的交点的数量来调节。例如，假定各条母线线路30、40与栅格线32具有类似的宽度和高度，仅与三条母线线路30、40相交的栅格线32所承载的电流将约为与六条母线线路30、40相交的栅格线32的50％。该技术允许加热器栅格的设计者更加自由地均匀分配流过栅格线的电流。由于窗户的形状往往指定了栅格线的长度，这会形成具有不同电流要求的长度不同的栅格线，所以这种技术特别有用。对于各条线路，流过各条栅格线的电流也可以通过改变各条母线线路30、40的宽度和高度来改变。

可预见到本发明尤其适于与图4所示的自动或机器人分配机构一同使用。在于2005年12月29日提交的美国专利申请11/321,567中公开了这种机构的一个非限制性实例，该专利申请结合在此作为参考。

图4示出了一种机器人分配机构50，其可以是机器人臂或其他设备，用于分配导电墨水以例如将一系列加热栅格线32或各种母线24、26和28形成在面板22上，所述面板22可以被搁放在支撑架52上。在图中示出的机构50包括固定地安装在支撑表面上的机器人臂54，和附连在机器人臂54的末端上的分配头56。控制器58电连接到机器人臂54。分配头56和流量调节器60与导电墨水源62流体连接。机器人臂54是枢接的，并且能够将分配头56移至面板22的表面上的任意一点。在优选的操作中，机器人臂54沿着直线方向将分配头56移过面板22，分配头将导电墨水从源62中成直线地分配到面板22上，从而形成各种实施例的母线24、26和28以及加热栅格线32(为了清晰起见，在图4中仅示出了其中一些)。然而这只是一个示例性实施例，其他实例可以使用其他合适的机器人机构来分配加热栅格线32和母线24、26和28。

本发明还包括在透明面板上形成窗户除霜器的方法。该方法包括：提供机器人分配机构；将导电墨水从机器人分配机构中分配出以形成第一和第二母线；使第一和第二母线与由导电墨水形成的多条栅格线相互连接；在栅格线与母线的相交处形成电连接。一个实例可以进一步地包括：通过将导电墨水分配成使用导电填充材料填充的闭合框架来形成第一和第二母线。另一个实例可以包括通过将导电墨水分配成一系列的与栅格线基本垂直的、紧密间隔并且基本平行的母线线路来形成母线。又一个实例可以包括通过将导电墨水形成为一系列形成Z字形图案的、紧密间隔的、相互连接并且交替的线段来形成母线。

本领域技术人员将容易意识到，上述描述的用意是说明本发明原理的实现方式。这些描述不期望对本发明的范围或应用造成限制，因为本发明易于改进、改变和改动，而不会脱离以下权利要求所限定的本发明的精神。

Claims (20)

1.一种用在机动车辆中的窗户除霜器组件，所述组件包括:

透明面板，以及

与透明面板一体形成的机器人分配除霜器栅格，所述除霜器栅格包括导电的第一和第二母线，所述第一和第二母线至少部分地由多个母线线路形成，所述除霜器栅格还包括多个导电栅格线，所述导电栅格线在所述第一和第二母线之间延伸，并且与所述第一和第二母线相连。

2.如权利要求1所述的窗户除霜器组件，其中:述多个母线线路包括一系列紧密间隔并且基本平行的母线线路。

3.如权利要求2所述的窗户除霜器组件，其中:栅格线被设置成与母线线路基本垂直。

4.如权利要求2所述的窗户除霜器组件，其中:所有的栅格线与所有的母线线路相交。

5.如权利要求2所述的窗户除霜器组件，其中:栅格线中的至少一些不是与所有的母线线路相交。

6.如权利要求2所述的窗户除霜器组件，其中:在栅格线与母线线路的各个交点上形成电连接。

7.如权利要求1所述的窗户除霜器组件，其中:所述多个母线线路限定出导电框架，所述导电框架用导电填充材料来填充。

8.如权利要求7所述的窗户除霜器组件，其中:导电填充材料是与导电框架相同的材料。

9.如权利要求7所述的窗户除霜器组件，其中:导电填充材料具有比导电框架材料低的粘度。

10.如权利要求7所述的窗户除霜器组件，其中:在各条栅格线与闭合框架的交点处形成电连接。

11.如权利要求1所述的窗户除霜器组件，其中:所述多个母线线路包括一系列的形成Z字形图案的、紧密间隔、相互连接并且交替的线段。

12.如权利要求11所述的窗户除霜器组件，其中:所有的栅格线与所有的线段相交。

13.如权利要求11所述的窗户除霜器组件，其中:栅格线中的至少一些不是与所有的线段相交。

14.如权利要求11所述的窗户除霜器组件，其中:在各条栅格线与各条线段的交点上形成电连接。

15.如权利要求1所述的窗户除霜器组件，其中:透明面板由玻璃和塑性树脂之一形成。

16.如权利要求15所述的窗户除霜器组件，其中:塑性树脂包括选自由聚碳酸酯树脂、丙烯酸树脂、聚丙烯树脂、聚酯树脂和聚砜树脂以及它们的共聚物和混合物构成的组中的一种。

17.一种在透明面板上形成窗户除霜器的方法，所述方法包括:

提供机器人分配机构；

将导电墨水至少部分成直线地从机器人分配机构中分配出去以在透明面板上形成第一和第二母线；

将导电墨水从机器人分配机构中分配出去以形成多条栅格线；

使所述第一和第二母线与所述多条栅格线在它们的交点上相互电性连接。

18.如权利要求17所述的方法，其中:通过将导电墨水分配成一系列紧密间隔并且基本平行的母线线路来形成所述第一和第二母线。

19.如权利要求17所述的方法，其中:通过以直线的形式分配导电墨水以形成闭合框架并且随后用导电填充材料填充所述闭合框架来形成所述第一和第二母线。

20.如权利要求17所述的方法，其中:通过将导电墨水分配成一系列的形成Z字形图案的、紧密间隔、相互连接并且交替的线段来形成第一和第二母线。

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