JP2009522161A - プラスチックパネル上の印刷回路への電気接続 - Google Patents

Abstract

プラスチックウインドウを効果的に霜取りするためのシステムは、透明プラスチックパネルと、プラスチックパネルと一体形成された複数のグリッドラインを有するヒーターグリッドと、各グリッドラインを通る電流を等化させるための等化手段とを含む。

Description

本出願は、２００５年１２月２９日出願の、「ＥＬＥＣＴＲＩＣＡＬ ＣＯＮＮＥＣＴＩＯＮ ＴＯ ＰＲＩＮＴＥＤ ＣＩＲＣＵＩＴＳ ＯＮ ＰＬＡＳＴＩＣ ＰＡＮＥＬＳ」と題した米国仮特許出願第６０／７５４，９６６号に対する優先権を主張し、その全内容は参照により本明細書に組み込むものとする。

本発明は、車両の窓などのプラスチックおよびガラスのパネルの霜取りに使用される導電性ヒーターグリッドに関する。

ポリカーボネート（ＰＣ）およびポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）などのプラスチック材料は、現在、多数の自動車部品および構成要素、例えば、中柱、前照灯およびサンルーフの製造に使用されている。自動車のリヤウインドウ（バックライト）システムは、特にスタイリング／設計、重量の節約、および安全性／セキュリティの分野で、識別された多くの利点によりこれらのプラスチック材料の適用の例を示す。より詳細には、プラスチック材料は、成形されたプラスチックシステムに機能性構成要素を組み込むことによってリヤウインドウアセンブリの複雑さを低減する能力、さらに全体設計および形状の複雑さを増すことによって車両を特色づける能力を自動車製造業者に提供する。従来のガラス製バックライトシステムより軽量であるので、車両に組み込むことにより、車両の重心を低くし（したがって車両の操縦性および安全性の向上）、燃費の改善の両方を促進することができる。さらに、特に転倒事故において、安全性の向上が実現される。何故なら、乗員や乗客が車両内に留められる確率が高くなるからである。

車両のリヤウインドウまたはバックライトとして使用されるために、プラスチック材料は、ヒーターグリッドとしての方がよく知られているデフロスタまたは曇り取りシステムの使用と両立できなければならない。商業的に受け入れられるために、プラスチックバックライトは、ガラス製バックライトの霜取りまたは曇り取りに関して確立された性能基準に適合しなければならない。ガラスパネルとプラスチックパネルの１つの違いは、ヒーターグリッドが有する導電性に関連する。この導電性の違いは、ガラス窓と比較してプラスチックウインドウが有する劣った霜取り特性に現れる。この導電性の違いは、バスバーなどのデフロスタの部品の非効率的な加熱に現れ、窓全体の霜取りに対する利点が非常に少ないか、または全く利点がない。

上記欠点に加えて、ヒーターグリッドの各グリッドラインを通る電流の量が変動することがある。この変動により、それほど制限されていない導電経路を有するグリッドラインの方が速く加熱され、プラスチックパネルの霜取り部分と霜がある部分との両方が残ってしまう。

したがって、従来のガラス窓と類似の性能特性を有し、プラスチックウインドウを効果的に霜取りするシステムの開発が待望されている。

上記要求を満たし、さらに、既知の技術の列挙した欠点および他の制限を克服するために、本発明は、従来のガラス窓と類似の性能特性を有し、プラスチックウインドウを効果的に霜取りするシステムを提供する。システムは、透明プラスチックパネルと、プラスチックパネルと一体形成された複数のグリッドラインを有するヒーターグリッドと、各グリッドラインを通る電流の量を等化する等化手段とを含む。

等化手段は、通常、それぞれ電源の正端子および負端子に接続する第１および第２のバスバーを含む。複数のグリッドラインが第１のバスバーと第２のバスバーの間に延びる。グリッドラインを通る電流を等化するために、バスバーは、グリッドラインの作成に使用された材料より導電性が高い材料で作成することができる。追加的または代替的に、バスバーをグリッドラインより厚くし、それにより電流が電源からグリッドラインへとさらに自由に流れることを可能にすることができる。

等化手段は、バスバーの長さに沿って配置された追加の高導電性材料も含むことができる。こうすることにより、電流は電源からグリッドラインへとさらに自由に移動し、これによりグリッドラインを通る電流を等化する。この高導電性材料は、金属インサートの形態であってもよいし、金属テープの一部であってもよい。

最後に、等化手段は、また、各バスバー上に電源への複数の接続部を含むこともできる。バスバーへの複数の接続部があることにより、電流がバスバーへとさらに等しく分配され、その結果、グリッドラインを通る電流がさらに等しく分配される。

本発明の他の目的、特徴および利点は、本明細書の一部を形成する添付の図面を参照し、下記の説明および特許請求の範囲を読めば、当業者であれば容易に明らかになるだろう。

図１を参照すると、ウインドデフロスタアセンブリ１０は、通常、パネル１４上に設けたデフロスタ１２を含む。パネル１４は熱可塑性樹脂で作成することができ、ポリカーボネート樹脂、アクリル樹脂、ポリアリル化樹脂、ポリエステル樹脂、およびポリスルホン樹脂、ならびにその共重合体および任意の組合せを含むが、これに限定されない。パネル１４は透明であることが好ましい。パネル１４は、さらに、熱可塑性樹脂の表面上に位置し、その上にデフロスタ１２が適用される保護コーティングシステムを備えることができる。保護コーティングシステムは、耐候性コーティング、耐摩耗性コーティング、またはその両方を備えることができる。プラスチック樹脂、耐候性コーティング、および上にデフロスタを適用することができる耐摩耗性コーティングを備えるパネル１４の一例は、Ｅｘａｔｅｃ（登録商標）９００グレージングシステムである。このグレージングシステムは、ポリカーボネート樹脂、ＳＨＰ９Ｘ ＆ ＳＨＸ耐候性コーティング、およびガラス様耐摩耗性コーティングを含む。

デフロスタ１２は、全体的に対向しているバスバー２０、２２の間に延びる一連のグリッドラインを有するヒーターグリッド１６を含む。ヒーターグリッドは、同じ寸法のグリッドラインを含んでもよいし、間に副グリッドライン２８、３０、３２が配置された主グリッドライン２４、２６を含んでもよい。主および副グリッドライン２４、２６、２８、３０、３２については、米国特許第７，１２９，４４４号に記載されている。その全文は、参照により本明細書に組み込むものとする。

３つの副グリッドラインが図示されているが、主グリッドライン２４、２６の間に任意の数の副グリッドラインがあってよいことを理解されたい。さらに、副グリッドライン２８、３０、３２を、主グリッドライン２４、２６の間の導電膜またはコーティングで置き換えてもよい。図示されたこの実施形態では、ヒーターグリッド１６は１７の主グリッドラインおよび４８の副グリッドラインを含む。本発明は、追加の主および／または副グリッドラインを使用することができる。主グリッドライン２４、２６および副グリッドライン２８、３０、３２は、銀インクなどの導電性インクで作成することができる。

バスバー２０、２２は、それぞれ正および負のバスバーと示されている。バスバー２０、２２は、電気コネクタ３４、３６を有し、それぞれ電源３８の正および負のリード線３５、３７と接続される。電源３８は、自動車の電気システムであってもよい。ヒーターグリッド１６に電圧を加えると、電流がグリッドライン１６を通って正のバスバー２０から負のバスバー２２へと流れ、その結果、グリッドライン１６が抵抗加熱により加熱される。このタイプの設計では、主グリッドライン２４、２６が、副グリッドライン２８、３０、３２よりも１０〜１５℃高い温度を有することが観察されている。

１つの実施形態では、バスバー２０、２２は、一般に、約１９ｍｍの幅Ｗ１および約７０４ｍｍの長さＨ１を有する。しかし、幅Ｗ１および長さＨ１は、任意の適切な寸法であってよい。基準線４０および４２が、ヒーターグリッド１６を第１のゾーン４３、第２のゾーン４５および第３のゾーン４７に分割する。第１のゾーン４２は、ヒーターグリッド１６の線４０、４２間の部分である。第２のゾーン４５は、ヒーターグリッド１６の基準線４０と右バスバー２０の間の部分である。最後に、第３のゾーン４７は、ヒーターグリッド１６の基準線４２と左バスバー２２の間の部分である。以上の実施態様では、ゾーン４３は約６５０ｍｍの長さＷ２を有し、一方、第２および第３のゾーン４５、４７は、約２７ｍｍの長さＷ３を有する。幅Ｗ２および幅Ｗ３は、任意の適切な寸法であってよいことを理解されたい。第１のゾーン４３では、主グリッドライン２４、２６および副グリッドライン２８、３０、３２が、それぞれ約０．８５ｍｍおよび０．２５ｍｍの幅を有することができる。第２および第３のゾーン４５、４７では、主グリッドライン２４、２６および副グリッドライン２８、３０、３２が、それぞれ約２．００ｍｍおよび０．４０ｍｍの幅を有することができる。もちろん、主グリッドライン２４、２６および副グリッドライン２８、３０、３２の幅は、任意の適切な寸法であってよい。

図１および図２を参照すると、ヒーターグリッド１６のさらなる寸法が示されている。図２は、参照円４１内にあるウインドデフロスタアセンブリ１０の部分の拡大図である。主グリッドライン２４、２６間の距離Ｄ１は、約２５ｍｍであってよい。副グリッドライン２８、３２と主グリッドライン２４、２６間の距離Ｄ２は、約１３．５ｍｍであってよい。副グリッドライン２８、３２と副グリッドライン３０間の距離Ｄ３は、約８．５ｍｍであってよい。もちろん、距離Ｄ１、Ｄ２およびＤ３は、任意の適切な寸法であってよい。

バスバー２０、２２の抵抗加熱は、加えられる電圧の量、および電流が流れる導電性インクの体積に大きく依存する。したがって、第２の印刷プロセスを通してバスバー２０、２２に追加の導電性インクを追加することによって導電性インクの体積を増加させると、バスバー２０、２２の抵抗加熱が減少する。ヒーターグリッド１６全体の初期印刷中に付着させる導電性インクの体積も、バスバー２０、２２内で増加させることができる。種々の技術の使用による体積制御は、スクリーン印刷の製造業者には一般に周知である。この技術は、バスバー２０、２２の周囲に局所化されたスクリーンの乳化剤厚さを増大させ、したがってヒーターグリッド１６の印刷厚さと比較して、バスバー２０、２２の印刷厚さを増大させることができる。分配などの他の印刷技術は、流量、横断速度などの印刷パラメータを制御することにより付着させるインクの量を増加させ、したがって各バスバーの体積を増加させることができる。

バスバー２０、２２の抵抗加熱を減少させる別の方法は、ヒーターグリッド１６とは異なる材料でバスバー２０、２２を作成することである。より詳細には、この異なる材料は、ヒーターグリッド１６に伴う導電性より高い導電性を有さなければならない。これに関して、バスバー２０、２２を金属テープまたは金属インサートで作成することができる。バスバー２０、２２とヒーターグリッド１６の間に十分な電気接続を確立するために、導電性テープまたはパネルを、ヒーターグリッド１６の下側または頂部に配置することができる。接着剤を使用してパネル１４を形成した後、またはインサート（例えば膜インサート成形など）として窓を形成している間に、金属テープまたはパネルをパネル１４に取り付けることができる。

図３を参照すると、ウインドデフロスタアセンブリ１０’の別の実施形態が図示されている。ウインドデフロスタアセンブリ１０’は、図１に示した実施形態と類似であるが、ウインドデフロスタアセンブリ１０’は、さらに、ブラックアウト（ｂｌａｃｋｏｕｔ）縁４４などの不透明な区域を含む。このような縁４４は、通常、嵌め合いおよび仕上げの欠陥をマスキングし、およびバスバー２０、２２などの搭載構造または機能性構成要素を隠すなどの美的理由で使用される。不透明インクをパネル１４の表面に印刷するか、またはインサート膜成形などの既知の絵付成形技術を使用して、ブラックアウト縁４４をパネル１４に適用することができる。

図４を参照すると、ウインドデフロスタアセンブリ１０”の別の実施形態が示されている。この実施形態は、図１に示した実施形態と類似であるが、導電性インサート２１、２３がそれぞれバスバー２０、２２と電気的に接続している。通常、導電性インサート２１、２３は、バスバー２０、２２の長さの少なくとも一部に沿って延びている。電気コネクタ３４、３６は、それぞれ導電性インサート２１、２３と接続する。電気コネクタ３４、３６は、電源３８の正および負のリード線３５、３７にも接続され、それによりそれぞれ導電性インサート２１、２３を介して導電性バスバー２０、２２に電圧を提供する。一般に、導電性インサート２１、２３は導電性が高く、導電性金属テープまたは高導電性トレースであってもよい。

以下でさらに説明するように、導電性インサートを使用すると、バスバー２０、２２の温度を低下させることができる。何故なら、バスバー２０、２２を介してヒーターグリッド１６に電圧が加えられるからである。すなわち、５インチ（１２．７ｃｍ）隔置された２つの電気コネクタは、印刷されたバスバー上に配置された５インチ（１２．７ｃｍ）の金属インサートまたはテープに１つの電気接続部を使用することと同等である。

図５を参照すると、ウインドデフロスタアセンブリ１０’’’の別の実施形態が図示されている。ウインドデフロスタアセンブリ１０’’’は、図１に示した実施形態と類似であるが、バスバー２０、２２が異なる方法で電源３８に接続されている。より詳細には、アセンブリ１０’’’、バスバー２０、２２は、それぞれ少なくとも２つの接続部を通して電源３８に接続される。例えば、１対の電気コネクタ４６、４８および電気コネクタ５０、５２が、それぞれバスバー２０および２２に接続される。もちろん、本発明は、電気コネクタを追加することもできる。

図６を参照すると、バスバー毎に１つの電気コネクタがあるバスバーの温度プロファイルを示すチャートが図示されている。本発明の発明者は、導電性インクを使用してパネル１４上に印刷された図１に示すようなバスバー３４、３６毎に１つの電気接続部は、バスバー３４、３６の温度をかなり上昇させることを見い出した。ヒーターグリッドに存在するバスバー上の１つの電気コネクタは、温度を数分以内に約８０〜１００℃まで上昇させることが分かる。図６に示すチャートでは、１つの電気接続部を有するバスバー３４、３６が、関連するヒーターグリッドの主グリッドライン２４、２６よりも大量の抵抗加熱を持つことが観察される。グリッドラインは４０〜５０℃の温度を持つことが示されている。バスバーの抵抗加熱が、バスバーの全長にわたってバスバーの特定の部分まであるか、または電気コネクタ付近の区域に局所化されることが観察される。

図７を参照すると、図５に示すようにバスバー毎に２つの電気接続部を有するバスバーの温度プロファイルを示すチャートが示されている。バスバー毎に２つの電気コネクタ３４、３６があるバスバーを有するヒーターグリッド１６が試験された。各バスバー上の電気コネクタは、相互から約６インチ（１５．２４ｃｍ）隔置されていた。この構成で、バスバー２０、２４は、非常に小さい抵抗加熱を有し、約４０℃の温度で安定化することが判明し、一方、主グリッドライン２４、２６は６０〜７０℃まで加熱することが観察された。

図８および図９を参照すると、ヒーターグリッド１６をプラスチックの薄膜に印刷し、その後に窓にインサート成形すると、同じ効果が生じることが観察される。図８および図９に示すように、バスバー毎に１つの接続部があると、バスバーの加熱が様々になり（図８）、一方、バスバー毎に２つの接続部があると、ヒーターグリッドが設計通りに機能することができる（図９）。

本発明の発明者は、プラスチックパネルに印刷されたデフロスタの各バスバーへの電気接続部が、約３インチ（７．６２ｃｍ）隔置して設けられた場合、バスバーの平均温度をグリッドラインの平均温度より低く維持できることを見い出した。しかし、電気コネクタが近い位置にある場合、バスバーが持つ最高温度がグリッドラインが持つ平均温度より高いという点で、バスバーは多少局所化されて加熱される。したがって、電気コネクタは３インチ（７．６２ｃｍ）より離して、さらに好ましくは約５インチ（１２．７ｃｍ）以上離して配置することが好ましい。この場合、バスバーが持つ平均および最高温度は、グリッドラインが持つ平均温度以下になる。

本発明の発明者はさらに、薄いシートに印刷され、膜インサート成形（ＦＩＭ）を介して窓に組み込まれるデフロスタには、電気コネクタ間に約５インチ（１２．７ｃｍ）より大きい間隔が必要であることを見い出した。表１に示すように、デフロスタに電圧が加えられた場合に、バスバーが持つ平均および最高温度がグリッドラインが持つ平均温度以下であることを確実にするために、５インチ（１２．７ｃｍ）より大きい間隔が必要である。

当業者には容易に認識されるように、以上の説明は、本発明の原理の実現の例示として意図されている。本明細書の説明は、添付の特許請求の範囲で規定されるような本発明の精神から逸脱することなしに、修正、変形および変更することができるが、本発明の範囲または用途を制限するためのものではない。

本発明の原理を実現するバスバーを有する霜取りグリッドを内蔵するプラスチックウインドアセンブリである。 図１のウインドアセンブリの一部のさらに詳細な図である。 ブラックアウトインクの縁線を有する図１類似のプラスチックウインドアセンブリである。 本発明の原理を実現するバスバーの長さの一部に沿って導電性ストリップを有する図１類似のプラスチックウインドアセンブリである。 本発明の原理を実現するバスバー毎に複数の電気接続部を有する図１類似のプラスチックウインドアセンブリである。 バスバー毎に１つの電気接続部を有するヒーターグリッドのバスバーおよびグリッドラインの温度プロファイルを示すチャートである。 バスバー毎に２つの電気接続部を有するヒーターグリッドのバスバーおよびグリッドラインの温度プロファイルを示す。 バスバー毎に１つの電気接続部を有するヒーターグリッドのバスバーおよびグリッドラインの温度プロファイルを示す。 バスバー毎に２つの電気接続部を有するヒーターグリッドのバスバーおよびグリッドラインの温度プロファイルを示す。

Claims (12)

1. ウインドウデフロスタアセンブリであって、
   透明プラスチックパネルと、
   前記プラスチックパネルと一体形成されたヒーターグリッドであって、導電性材料で形成された複数のグリッドラインを有し、それにより電源からの電流が前記複数のグリッドラインのそれぞれを通る場合、抵抗加熱を介して前記複数のグリッドラインが熱くなるヒーターグリッドと、
   前記グリッドラインのそれぞれを通る前記電流を等化する手段であって、前記複数のグリッドラインに電気的に接続される等化手段とを備えるウインドウアセンブリ。
2. 前記等化手段が、第１のバスバーおよび第２のバスバーを備え、前記複数のグリッドラインが、前記第１のバスバーと第２のバスバーの間に延び、前記第１および第２のバスバーが導電性材料で作成され、前記第１および第２のバスバーの前記導電性材料が、前記グリッドラインの前記導電性材料よりも導電性が高い、請求項１に記載のウインドウアセンブリ。
3. 前記手段が、
   第１のバスバーと、第２のバスバーとを備え、前記複数のグリッドラインが、前記第１のバスバーと第２のバスバーの間に延び、前記第１および第２のバスバーが導電性材料で作成され、さらに、
   前記電源および前記第１のバスバーと電気的に接続し、前記第１のバスバーの導電性材料よりも導電性が高い前記導電性材料で作成された第１の金属インサートと、
   前記電源および前記第２のバスバーと電気的に接続し、前記第２のバスバーの導電性材料よりも導電性が高い前記導電性材料で作成された第２の金属インサートとを備える、請求項１に記載のウインドウアセンブリ。
4. 前記第１および第２のバスバーが、実質的に等しい長さであり、前記第１および第２の金属インサートが、実質的に等しい長さであり、前記第１および第２の金属インサートの前記長さが、前記第１および第２のバスバーの前記長さより短い、請求項３に記載のウインドウアセンブリ。
5. 前記第１および第２の金属インサートの前記長さが、前記第１および第２のバスバーの前記長さの半分より長い、請求項５に記載のウインドウアセンブリ。
6. 前記等化手段が、
   第１のバスバーと、第２のバスバーとを備え、前記複数のグリッドラインが、前記第１のバスバーと第２のバスバーの間に延び、前記第１および第２のバスバーが、導電性材料で作成され、さらに、
   前記電源および前記第１のバスバーと電気的に接続し、前記第１のバスバーの導電性材料よりも導電性が高い前記導電性材料で作成された第１の金属テープと、
   前記電源および前記第２のバスバーと電気的に接続し、前記第２のバスバーの導電性材料よりも導電性が高い前記導電性材料で作成された第２の金属テープと、を備える、請求項１に記載のウインドウアセンブリ。
7. 前記第１および第２のバスバーが、実質的に等しい長さであり、前記第１および第２の金属テープ部分が、実質的に等しい長さであり、前記第１および第２の金属テープ部分の前記長さが、前記第１および第２のバスバーの前記長さより短い、請求項６に記載のウインドウアセンブリ。
8. 前記第１および第２の金属テープ部分の前記長さが、前記第１および第２のバスバーの前記長さの半分より長い、請求項７に記載のウインドウアセンブリ。
9. 前記等化手段が、
   第１のバスバーと、第２のバスバーとを備え、前記複数のグリッドラインが、前記第１のバスバーと第２のバスバーの間に延び、前記第１および第２のバスバーの厚さが、前記複数のグリッドラインの厚さより厚い、請求項１に記載のウインドウアセンブリ。
10. 前記等化手段が、
    第１のバスバーと、第２のバスバーとを備え、前記複数のグリッドラインが、前記第１のバスバーと第２のバスバーの間に延び、さらに、
    前記第１のバスバーおよび第２のバスバーのそれぞれへの複数の接続部を備え、前記複数の接続部が、前記電源および前記第１および第２のバスバーと電気的に接続している、請求項１に記載のウインドウアセンブリ。
11. 前記第１および第２のバスバーそれぞれへの前記複数の接続部が、少なくとも３インチ隔置されている、請求項１１に記載のウインドウアセンブリ。
12. 前記第１および第２のバスバーそれぞれへの前記複数の接続部が、約５インチ隔置されている、請求項１１に記載のウインドウアセンブリ。

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