CN102474913B - 用于飞行器透明体的增强的母线系统 - Google Patents

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Abstract

母线系统包含具有主表面的不导电基材。在所述主表面的至少一部分之上形成至少一条导电母线。在所述母线和所述主表面的至少一部分之上形成导电涂层。在所述膜/母线交界处的至少一部分之上施加导电粘合剂、例如各向同性导电带或膜。所述系统可以任选地包含粘附于所述各向同性导电粘合剂的导电金属箔。

Description

用于飞行器透明体的增强的母线系统
发明背景
相关申请的交叉引用
本申请要求全部内容通过引用并入本文的2009年7月21日提交、题为“Enhanced Bus Bar System For Aircraft Transparencies”的美国临时申请61/227,119的权益。
1.发明领域
本发明一般地涉及母线系统，在一种特定实施方案中涉及特别适合于飞行器透明体的母线系统。
2.技术因素
已知对交通工具透明体例如车辆挡风玻璃或窗户施涂导电涂层。当为该导电涂层提供电流时，涂层温度升高，这能够向透明体提供除冰或除雾作用。典型地经由一条或多条与电源相连的“母线”为导电涂层提供电流。这些母线可以是施加于透明体表面上并且与导电涂层接触的金属或陶瓷条带。在一种已知构造中，在玻璃基材上形成导电陶瓷母线，其典型地靠近基材周边。然后在包括该母线的基材表面之上施涂导电涂层。为母线提供的电流传输至导电涂层而提高涂层温度。
虽然这种已知的系统提供胜过未涂布透明体的优势，但是仍然存在与这种系统相关的问题。例如，导电涂层与母线之间的厚度差可能高达1∶200-1∶400。因此，当在厚得多的母线之上形成相对较薄的导电涂层时，在母线的过渡边缘(即，“膜/母线交界处”)处形成的涂层会薄弱，或者可能有间断。这些膜/母线交界处的缺陷在更糟糕的情况下会导致在膜/母线交界处的涂层中的缝隙或孔，它们会造成不均匀的电流传输和/或局部过量电流，这导致电阻发热和随后足以破坏基材的电弧放电。
因此，将会有利的是提供消除或者减少至少一些与常规母线系统相关的问题的母线系统。
发明概述
本发明的母线系统包含具有主表面的不导电基材。在所述主表面的至少一部分之上设置至少一条导电母线。在所述母线的至少一部分之上和在所述主表面的至少一部分之上设置导电涂层。在所述膜/母线交界处的至少一部分之上设置导电粘合剂、例如各向同性导电粘合剂、如各向同性导电带或膜(isotropically conductive tape or film)。所述系统可以任选地包含粘附于所述各向同性导电粘合剂的导电金属箔。
另一种母线系统包含具有主表面的不导电基材。在所述主表面的至少一部分之上设置至少一条导电母线。在所述母线的至少一部分之上和在所述主表面的至少一部分之上设置导电涂层。在覆于所述母线上方的导电涂层的至少一部分之上设置第一导电粘合剂、例如各向同性导电粘合剂、如各向同性导电带或膜。在第一导电粘合剂之上设置导电编织物。在所述编织物和所述第一导电粘合剂的至少一部分之上设置第二导电粘合剂、例如各向同性导电粘合剂、如各向同性导电带或膜。在所述第二导电粘合剂、所述编织物和所述第一导电粘合剂的至少一部分之上设置导电金属箔。
本发明的另一种母线系统包含具有主表面的不导电基材。在所述主表面的至少一部分之上设置导电涂层。在所述导电涂层的至少一部分之上设置导电粘合剂、例如各向同性导电粘合剂、如各向同性导电带或膜。将导电金属件、例如金属箔或金属编织物连接至所述导电粘合剂。所述导电粘合剂和所述金属件形成所述系统的母线。
制造母线系统的方法包括获得具有主表面的不导电基材，其具有在所述主表面的至少一部分之上设置的至少一条导电母线以及在所述母线的至少一部分之上和在所述主表面的至少一部分之上设置的导电涂层。所述方法包括在所述膜/母线交界处的至少一部分之上施加导电粘合剂、例如各向同性导电粘合剂、如各向同性导电带或膜。
另一种制造母线系统的方法包括将一金属箔粘附于一各向同性导电带上。将所述箔覆带(foil covered tape)切成期望的尺寸。可以将箔覆带切成比其将粘附的母线的尺寸更大的尺寸。所述方法包括在所述膜/母线交界处的至少一部分之上粘附所述箔覆带。
附图简要说明
可以考虑下列附图更完全地理解本发明，其中同样的标记数字始终标识同样的部件。
图1是结合本发明特征的母线系统的侧视图(不按比例)；
图2是本发明另一种母线系统的侧视图(不按比例)；
图3是本发明另一种母线系统的侧视图(不按比例)；
图4是图2的母线系统的俯视图(不按比例)；和
图5是本发明另一种母线系统的侧视图(不按比例)。
优选实施方案的说明
本文使用的空间或方向术语例如“左”、“右”、“内”、“外”、“上方(above)”、“下方(below)”等如同在附图中所示那样与本发明相关。然而，应当理解本发明可以采取各种备选取向，因此这些术语不应认为是限制性的。另外，本文使用的用于说明书和权利要求书中表示尺寸、物理特性、工艺参数、成分的量、反应条件等的所有数值应当理解为在所有情形下由术语“约”修饰。因此，除非有相反指示，否则在下面的说明书和权利要求书中给出的数值可以根据试图通过本发明获得的所希望的性能而变化。最起码，以及并非作为限制等同原则对权利要求范围的应用的企图，各数值应当至少按照所报道的有效数字的数目并采用一般舍入技术来解释。此外，本文公开的所有范围应当理解为包括范围两端值以及其中所包含的任何和所有子范围。例如，提及的“1-10”的范围应当认为包括在最小值1与最大值10之间(并且包含端值)的任何和所有子范围；即，以1或更大的最小值开始并且以10或更小的最大值结束的所有子范围，例如1-3.3、4.7-7.5、5.5-10等。此外，本文使用的术语“在...之上形成”、“在...之上沉积”或“在...之上提供”是指在表面上形成、沉积或提供但是不一定与该表面直接接触。例如，“在”基材“之上形成”的涂层不排除位于该形成的涂层与基材之间的一个或多个具有相同或不同组成的其它涂层或膜的存在。另外，本文提及的所有文献，例如但不限于授权专利和专利申请，应当认为以其全部内容“通过引用并入”。本文使用的术语“聚合物”或“聚合的”包括低聚物、均聚物、共聚物和三元共聚物，例如由两类或更多类单体或聚合物形成的聚合物。术语“可见区域”或“可见光”是指具有380nm-760nm范围内的波长的电磁辐射。术语“红外区域”或“红外辐射”是指具有大于760nm至100,000nm范围内的波长的电磁辐射。术语“紫外区域”或“紫外辐射”是指具有300nm至小于380nm范围内的波长的电磁能。
在下面的说明书中，为了容易论述本发明母线系统而仅仅举例说明一部分典型的加热透明体。如同本领域技术人员将会意识到的，常规的加热透明体可以包括与第二基材经由聚合物层相连的第一基材，其中母线系统位于两个基材之间。母线与电源接触。常规的加热透明体的实例在美国专利4,820,902、4,939,348和5,824,994中得到公开，并且将为本领域技术人员理解。
第一母线系统10示于附图的图1中。在具有主表面的基材12上提供母线系统10。在基材12的至少一部分之上、例如围绕处于或靠近基材12的主表面的周边的一部分，形成至少一条母线14。在图1中，该图的右侧为母线14的外(上)边缘，该图的左侧为母线14的下(内)边缘。然而，这只是出于举例说明的目的，母线14可以存在于任何期望的位置。在基材12主表面的至少一部分之上、包括在母线14的至少一部分之上，形成导电涂层16。然而，与常规母线系统不同，本发明的母线系统10包括具有各向同性导电性(isotropic conductance)的导电粘合剂18。“各向同性导电性”或“各向同性导电的”是指在x、y和z方向上具有导电性。在膜/母线交界处20的至少一部分之上施加各向同性导电粘合剂18。“膜/母线交界处”是指涂层16从基材表面过渡到母线14的前缘(即，内缘)的区域。
在本发明的广泛实践中，基材12可以包括具有任何期望特性的任何期望材料。例如，基材12可以对可见光透明或半透明。“透明”是指在期望的波长范围内例如可见光范围内具有大于0％直至100％的透射率。作为选择，基材12可以是半透明的。“半透明”是指允许电磁辐射(例如可见光)传输，但是将该辐射漫射或散射。适合于基材12的材料的实例包括但不限于热塑性、热固性或弹性体聚合物材料、玻璃、陶瓷、和金属或金属合金，以及它们的组合、复合体或混合物。合适材料的具体实例包括但不限于塑料基材(例如丙烯酸系聚合物，例如聚丙烯酸酯；聚甲基丙烯酸烷基酯如聚甲基丙烯酸甲酯、聚甲基丙烯酸乙酯、聚甲基丙烯酸丙酯等；聚氨酯；聚碳酸酯；聚对苯二甲酸烷基酯如聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚对苯二甲酸丙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯等；含聚硅氧烷的聚合物；或者用于制备这些的任何单体的共聚物，或者它们的任何混合物)；陶瓷基材；玻璃基材；或者任何上述材料的混合物或组合。例如，基材12可以包括常规的钠钙硅酸盐玻璃、硼硅酸盐玻璃或含铅玻璃。玻璃可以是透明玻璃。“透明玻璃”是指非调色或非着色的玻璃。作为选择，玻璃可以是调色或着色的玻璃。玻璃可以是经过退火或热处理的玻璃。本文使用的术语“经过热处理的”是指经过回火、弯曲、热增强或层叠的。玻璃可以是任何类型，例如常规的浮法玻璃，以及可以是具有任何光学性能例如任何值的可见光透射率、紫外透射率、红外透射率和/或总太阳能透过率的任何组成。基材12可以例如是透明浮法玻璃或者可以是调色或着色的玻璃。尽管不限于本发明，但是适合于基材12的实例在美国专利4,746,347、4,792,536、5,030,593、5,030,594、5,240,886、5,385,872、5,393,593、5,030,593和5,030,594中得到描述。可以用于本发明实践的玻璃的实例包括但不限于全部可购自Pittsburgh，Pennsylvania的PPG Industries Inc.的 GL-35TM、CLEAR和玻璃。
基材12可以具有任何期望尺寸，例如长度、宽度、形状或厚度。在一种示例性实施方案中，基材12可以为大于0mm直至10mm厚，例如1mm-10mm厚，例如1mm-5mm厚，例如小于4mm厚，例如3mm-3.5mm厚，例如3.2mm厚。另外，基材12可以具有任何期望的形状，例如扁平形状、曲线形状或抛物线状等等。基材12可以在550纳米(nm)的基准波长和3.2mm的基准厚度下具有高可见光透射率。“高可见光透射率”是指3.2mm的基材基准厚度下在550nm处大于或等于85％、例如大于或等于87％、例如大于或等于90％、例如大于或等于91％、例如大于或等于92％、例如大于或等于93％、例如大于或等于95％的可见光透射率。
母线14可以是任何常规类型。例如，母线14可以是结合导电金属如银的常规陶瓷母线。作为选择，母线14可以是金属条带(metallicstrip)。
导电涂层16可以是常规的导电涂层，例如氧化铟锡。或者，导电涂层16可以是包括一个或多个位于介电层对之间的金属膜的功能涂层。导电涂层16可以是热反射和/或辐射反射涂层以及可以具有一个或多个组成和/或功能相同或不同的涂层或膜。本文使用的术语“膜”是指具有希望或选择的涂料组合物的涂布区域。“层”可以包含一个或多个“膜”，“涂层”或“涂层堆叠体”可以包含一个或多个“层”。例如，导电涂层16可以是单层涂层或多层涂层以及可以包括一种或多种金属、非金属、半金属、半导体、和/或它们的合金、化合物、组合物、组合或共混物。例如，导电涂层16可以是单层金属氧化物涂层、多层金属氧化物涂层、非金属氧化物涂层、金属氮化物或氮氧化物涂层、非金属氮化物或氮氧化物涂层、或者包含一种或多种任何上述材料的多层涂层。例如，导电涂层16可以是掺杂金属氧化物涂层。用于制造可加热窗户的导电涂层在美国专利5,653,903和5,028,759中得到公开。同样地，导电涂层16可以是导电的阳光控制涂层。本文使用的术语“阳光控制涂层”是指由影响涂布制品的阳光性能(solar properties)的一个或多个层或膜组成的涂层，所述阳光性能例如但不限于自涂布制品反射、由涂布制品吸收或者通过涂布制品的太阳辐射如可见光、红外或紫外辐射的量；遮蔽系数；发射率等。阳光控制涂层能够阻挡、吸收或过滤太阳光谱的选定部分，例如但不限于IR、UV和/或可见光谱。可以用于本发明实践的阳光控制涂层的实例参见例如但不限于美国专利4,898,789、5,821,001、4,716,086、4,610,771、4,902,580、4,716,086、4,806,220、4,898,790、4,834,857、4,948,677、5,059,295和5,028,759。适合随本发明使用的导电涂层30的非限制性实例可在和系列涂层下从Pittsburgh，Pennsylvania的PPG Industries，Inc.购得。所述涂层典型地包含一个或多个对可见光透明的包含介电或抗反射材料例如金属氧化物或金属合金氧化物的抗反射涂膜。导电涂层16还可以包含一个或多个包含反射金属例如贵金属如金、铜或银、或者它们的组合或合金的红外反射膜，以及可以进一步包含在金属反射层之上和/或之下设置的打底膜或阻隔膜，例如钛，如本领域已知的。导电涂层16可以具有任何期望数目的红外反射膜，例如但不限于1-5个红外反射膜。在一种非限制性实施方案中，涂层16可以具有1个或多个银层，例如2个或更多个银层，例如3个或更多个银层，例如5个或更多个银层。具有三个银层的合适涂层的非限制性实例在美国专利申请2003/0180547A1中得到公开。
可以通过任何常规方法沉积导电涂层16，例如但不限于常规的化学气相沉积(CVD)和/或物理气相沉积(PVD)方法。CVD工艺的实例包括喷射热分解法。PVD工艺的实例包括电子束蒸发和真空溅射(例如磁控溅射气相沉积(MSVD))。也可以使用其它涂布方法，例如但不限于溶胶-凝胶沉积。在一种非限制性实施方案中，可以通过MSVD沉积导电涂层16。
如同本领域技术人员将会意识到的，由于相对较厚的母线14与相对较薄的导电涂层16之间的厚度差，当在膜/母线交界处沉积涂层时会在涂层16上存在缝隙或薄斑点(thin spot)。各向同性导电粘合剂18可以例如是各向同性导电带或膜。合适的各向同性导电带的实例包括可购自3M Corporation的3MTM XYZ轴导电粘合剂转移带(XYZ-AxisElectrically Conductive Adhesive Transfer Tapes)9713、9712和9719。合适的导电膜的实例包括可购自Billerica，MA的Emerson &Cuming的Emerson & Cuming CF3350环氧膜粘合剂。粘合剂18的表面电阻可以等于或大于导电涂层16的表面电阻。
各向同性导电粘合剂18、例如各向同性导电带的使用提供许多胜过先前系统的优势。例如，各向同性导电带的施用相对快速且容易执行。该带是挠性的并且顺应不规则表面。不需要“固化”所施加的带，并且该带足够导电以桥接在母线14的边缘与覆于上方的导电涂层16之间的交界处缺失或受损的膜部分。所述带还为下方的母线14和涂层16提供额外的机械和/或化学保护。
本发明的另一种母线系统30示于图2。该系统30与图1所示的系统10相似，但是还包括在各向同性导电粘合剂18例如各向同性导电带的至少一部分之上施加的导电金属箔32。箔32提供额外的导电路径以及也为下方的组件提供额外的机械和/或化学阻隔性能。可用于本发明的金属箔的实例包括但不限于镀锡铜、铜、铝、银、不锈钢和镍，仅以这些为例。例如，可以将一金属箔粘附于一各向同性导电带上。可以将该箔覆带切成期望的尺寸。可以将箔覆带切成比其将粘附的母线的尺寸略微更大的尺寸。例如，可以将箔覆带切成比母线长和/或宽约0.1cm-0.8cm，例如0.1cm-0.5cm，例如0.1cm-0.3cm，例如0.2cm(0.09英寸)。可以在母线之上设置箔覆带，其中箔的周边与母线的周边对准(如图4所示)。作为选择，箔覆带可以延伸超过母线14的周边(如图2所示)。
本发明的另一种母线系统40示于图3。在该实施方案40中，以常规方式施加母线14和导电涂层16。然而，在该实施方案中，在母线14上面的涂层16的至少一部分之上施加第一各向同性导电带34。将导电编织物36粘附于第一导电带34上。这种机械和电连接可以由第二粘合剂进行补充，利用第一导电带34将编织物36“固定”或保持在期望的位置。编织物36可以是任何常规的导电编织物，例如镀锡的导电含铜或含银编织物。在第一导电带34和编织物36之上施加另一各向同性导电带38。第一和第二各向同性导电粘合剂(例如胶带)可以相同或不同。将金属箔32粘附于第二导电胶带38上。这种系统提供额外的胜过图1和图2所示那些的优势。例如，编织物36充当传到导电涂层16的电流的冗余载体(redundant carrier)。
如同本领域技术人员将会意识到的，在形成母线系统之后，可以使基材12经由聚合物中间层层叠到另一基材上从而形成层叠透明体。
本领域技术人员将容易理解的是，在不脱离前述说明书中公开的概念的情况下可以对本发明进行改动。因此，本文详细描述的特定实施方案仅仅是说明性的并且不限于本发明的范围，将由所附权利要求以及其任何和全部等价物的全部宽度给出本发明的范围。

Claims (10)

1.母线系统，其包含：
具有主表面和周边的不导电基材，其中所述基材选自玻璃和塑料；
位于所述主表面的至少一部分之上的导电母线，该母线具有顶部，底部，面向基材的周边并限定外边缘的第一侧面，和远离所述周边相对面向所述第一侧面并限定内边缘的第二侧面；
位于所述母线和主表面的至少一部分之上的导电涂层；和
位于所述母线上的至少一部分上并在所述母线的内边缘上延伸并与所述主表面上的导电涂层接触的各向同性挠性导电粘合剂。
2.根据权利要求1所述的系统，其中所述母线包括陶瓷母线。
3.根据权利要求1所述的系统，其中所述导电涂层选自氧化铟锡和在介电层间具有至少一个金属层的涂层。
4.根据权利要求1所述的系统，其中所述各向同性挠性导电粘合剂选自导电胶带和导电膜。
5.根据权利要求1所述的系统，其进一步包括粘附于所述各向同性挠性导电粘合剂的金属箔。
6.根据权利要求1所述的系统，其中所述母线包括陶瓷母线，其中所述导电涂层选自氧化铟锡和具有至少一个金属层的功能涂层，其中所述各向同性挠性导电粘合剂选自导电胶带和导电膜，和金属箔粘附于所述各向同性挠性导电粘合剂。
7.根据权利要求1所述的系统，其中所述母线包括陶瓷母线，其中所述导电涂层包含氧化铟锡，其中所述各向同性挠性导电粘合剂为导电胶带，和金属箔粘附于所述胶带。
8.母线系统，其包含：
具有主表面的不导电基材，其中所述基材选自玻璃和塑料；
位于所述主表面的至少一部分之上并具有顶部和内边缘的母线；
位于所述母线和主表面的至少一部分之上的导电涂层；
位于所述母线上方的导电涂层的至少一部分之上的第一各向同性挠性导电带；
位于第一各向同性挠性导电带之上的导电编织物；
位于所述编织物和第一各向同性挠性导电带的至少一部分之上并在所述母线的内边缘上延伸并与所述主表面上的导电涂层接触的的第二各向同性挠性导电带；和
位于第二各向同性挠性导电带、编织物和第一各向同性挠性导电带的至少一部分之上的导电金属箔，其中该金属箔在所述母线的内边缘上延伸并与所述主表面上的第二各向同性挠性导电带接触。
9.根据权利要求8所述的系统，其中所述母线包括陶瓷母线。
10.根据权利要求8所述的系统，其中所述导电涂层选自氧化铟锡和在介电层间具有至少一个金属层的涂层。
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