JP2013511683A - 部品並びにその作製方法及び結合方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、車両ガラスなどの基板に結合させるのに適した部品を提供する。本発明の部品は、塗布された接着剤を効果的に閉じ込め、意図する目的のために使用されることを確実にする。本発明は、好適な種類の接着剤も提供する。
【選択図】図１

Description

本発明は、基板に結合させることができるように構成され、結合後は有用な機械的機能を果たすことができる部品に関する。

現代の自動車の多くでは、一般的に平坦なまたは或る形に形成されたガラスシートで作られている車両の窓に、様々な部品が接着剤で結合される。前記ガラス上の所定の位置に結合される部品に接着剤を塗布するための様々な方法が用いられてきたが、その成果の度合はまちまちであった。そのような方法の多くは、接着剤を手作業で塗布するので、反復的な手作業での製造作業に付随する問題が生じる。また、このような手作業の人件費は、少なくとも一部の用途では、受け入れがたいほど高くなってきている。

最近では、接着剤を塗布するための自動化された方法が用いられている。このような自動化されたシステムの正確さ及び信頼性は、例えば車両の窓アセンブリのガラスシート上に部品を結合させるために、小さい領域にごく少量の接着剤を素早く塗布するのに利用するのに十分なレベルに達している。しかし、自動化された接着剤塗布システムの性能向上にも関わらず、前記塗布システムは依然として完璧ではないため、前記塗布システムの不十分な点を補うことができる部品が求められている。

ガラス基板に接着剤で結合される部品及び該部品を接着剤で結合させる方法は、例えば、下記の特許文献に記載されている。

米国特許第4,167,259号（特許文献１）には、第１のワークピースの表面への第２のワークピースの結合を容易にするために、第１のワークピースの表面に接着剤で結合させるように構成されたデバイスが記載されている。第１のワークピースの表面に前記デバイスを結合させるためには、加熱及び加圧が必要である。

米国特許第5,853,895号、第6,068,719号、第6,319,344号、第6,846,039号及び第7,332,225号（特許文献２〜６、全て関連特許）には、二成分ウレタン系接着剤を用いてガラスパネルに締結部材を結合させることにより、車両用に好適なジョイント（結合部）が形成された車両ガラスアセンブリが記載されている。前記締結部材は、ヒンジやラッチなどであり得る。また、ジョイントを形成する方法や、前記締結部材を車両ガラスアセンブリに接着剤を用いて結合させる方法も記載されている。

米国特許第5,551,197号、第5,704,173号、第5,966,874号、第6,188,860号、第6,298,606号、第6,871,450号及び第7,360,338号（特許文献７〜１３、全て関連特許）には、車両用の埋め込み型の連接式のウインドウアセンブリが記載されている。このウインドウアセンブリは透明なシートを含み、前記シートの内面に少なくとも１つのウインドウ埋め込み型部材が２つの別個の接着剤によって結合されている。前記埋め込み型部材は、内面シート表面と前記埋め込み型部材との間に隙間を形成するための突起、及び／または、前記埋め込み型部材と前記内面シート表面との間の隙間に空気または水蒸気が入ることを可能にする穿孔を含む。

米国特許第4,167,259号明細書 米国特許第5,853,895号明細書 米国特許第6,068,719号明細書 米国特許第6,319,344号明細書 米国特許第6,846,039号明細書 米国特許第7,332,225号明細書 米国特許第5,551,197号明細書 米国特許第5,704,173号明細書 米国特許第5,966,874号明細書 米国特許第6,188,860号明細書 米国特許第6,298,606号明細書 米国特許第6,871,450号明細書 米国特許第7,360,338号明細書

本発明は、車両ウインドウアセンブリのガラス面に接着剤で結合されるように構成された部品（item of hardware）に関する。より具体的には、本発明の部品は、自動化された接着剤塗布システムに適合する。また、前記部品の作製方法及び結合方法も提供される。

本発明の部品は、一体的ハウジング部分を含む。前記一体的ハウジング部分は、Ｕリンク（clevis）、ピン、ブラケット、ヒンジ、ラッチまたは装飾品などの様々な有用な機械的機能を果たすことができる部品機能部を含む。加えて、前記一体的ハウジング部分は、前記部品機能部から延設されたハウジング周縁部を含む。前記ハウジング周縁部は、１若しくは複数の接着強化開口部が形成されているベースプレートを含む。前記ベースプレートは、前記基板の表面に対して実質的に平行に配向されている。前記ハウジング周縁部からは、前記部品が結合される基板の表面と当接する連続的ハウジング周縁延出部が延出して形成されている。前記基板の表面と接触したとき、前記ハウジング周縁延出部は、フロントガラスに対しては約６、０００〜８、０００ｐｓｉ、前記基板上の任意の位置の強化ガラスに対しては約２０、０００〜２４、０００ｐｓｉの均一な圧力を加える。望ましい最大圧力はガラスの厚さに左右される。前記最大圧力は、好ましいことに、前記ベースプレートが前記基板の表面から所定の垂直距離（ｄｖ）離間した状態を維持する。

前記部品を前記基板に結合させるのに好適な接着剤は、１成分ポリウレタン系接着剤である。比較的大きい部品を、例えば車両のルーフウインドウなどに結合させる方法も提供される。

本発明の目的及び利点は、添付図面を参照しつつ以下の詳細な説明を読むことにより明らかになるであろう。

本発明の第１の実施形態による例示的な部品の断面図を示す。 本発明の第１の実施形態によるベースプレートの平面図を示す。 本発明の第１の実施形態による例示的な部品の断面図を示す。ハウジング周縁延出部の高さは、その全周において不均一である。 本発明の任意の実施形態による部品をガラス基板に結合させるための例示的な取り付け装置の斜視図である。 本発明の第２の実施形態による例示的な部品の断面図を示す。 本発明の第２の実施形態によるベースプレートの平面図を示す。ハウジング周縁延出部が、前記ベースプレートの周縁から横方向に離間している。 本発明の第２の実施形態による例示的な部品が基板と接触している状態を示す断面図である。 本発明の第２の実施形態による部品の一部の拡大図である（接着層は、ベースプレート及び基板に対してスケール通りに示していない）。

本発明は、車両ウインドウアセンブリのガラス面などの基板に接着剤で結合されるように構成された部品（item of hardware）に関する。より具体的には、本発明は、例えば接着剤及び部品の両方がロボットなどの電子機械装置により分配／適用される自動化された製造工程に好適に利用可能な部品に関する。また、本発明の部品の作製方法及び本発明の部品を前記基板に結合させる方法も、本発明の一態様である。構造目的に適した新規な１成分ウレタン系接着剤の使用も、本発明のさらなる態様である。

まず、本発明の第１の実施形態を、図１及び図２に示す。部品１０は、基板１２に接着剤で結合させることができるように構成されており、一体的ハウジング部分１４を含む一体的構造を有している。一体的ハウジング部分１４は、説明目的のために、部品機能部１６と、部品機能部１６から延設されたハウジング周縁部１８と、ハウジング周縁部１８から延出して形成された連続的ハウジング周縁延出部２０とに分類される。ハウジング周縁延出部２０は、基板１２における部品１０が結合される表面と接触し、前記表面に対して所定の均一圧力を加える。ハウジング周縁延出部２０自体は、基板１２には接着剤で結合されない。ベースプレート２２が、ハウジング周縁部１８内に一体的に形成されている。ベースプレート２２には１若しくは複数の接着強化開口部２４が形成されている。ベースプレート２２は、基板１２の表面と接着剤で結合される主要領域としての役割を果たすことを目的としている。接着剤で結合される領域を最大化するために、ベースプレート２２は基板１２の表面と実質的に平行に配向される。好ましくは、ハウジング周縁部１８から、つまりベースプレート２２から延出して形成されたハウジング周縁延出部２０は、ベースプレート２２が基板１２から所定の垂直距離（ｄｖ）離間した状態を維持する。さらに、前記垂直距離ｄｖは、部品１０を基板１２へ結合させるときに達成される接着剤の所定の厚さ（ｔａ）と実質的に等しい。ハウジング周縁延出部２０はまた、周方向に連続的に形成されており、部品１０及び基板１２を互いに結合させるときに前記部品及び基板に塗布された接着剤の横方向の広がりを阻止する手段としての役割も果たす。

連続的ハウジング周縁延出部２０の周方向に沿った全域を均一な高さにした場合も、或る形に形成されたガラス基板の起伏領域により良く一致するように非均一な高さにした場合も、本発明の範囲内に含まれる。例えば、図３を参照されたい。場合によっては、品質管理目的で接着層の或る態様を観察することができるようにするために、ハウジング周縁延出部２０を非連続的に形成することが望ましい。当然ながら、そのような非連続的な構造の場合は、連続的ハウジング周縁延出部２０の接着剤を閉じ込める機能は低下する。

部品１０は、いずれの実施形態においても、金属、被覆された金属、プラスチック、それらの組み合わせ、または任意の他の適切な材料から作製され得る。

図４に示すように、部品１０は、ハウジング周縁延出部２０によって基板１２に対して位置決めされるのではなく、取り付け装置３０上に載置される。ガラス基板１２もまた、取り付け装置３０上に載置される。取り付け装置３０は、部品１０を基板１２上に配置する役割を果たし、特定の車両窓アセンブリのための距離（ｄｖ）及び所定の接着厚さ（ｔａ）を実現する。

本発明の一態様は、上述した一体的に形成された部品を基板１２に対して結合させる方法を包含する。本発明の結合方法は、手作業またロボット作業によって、部品１０のベースプレート２２またはガラス基板１２の所定位置に、所定量の接着剤を塗布するステップを含む。前述したように、素早く強度を発揮する接着剤を十分な量で、かつ、無駄使い及びコストを低減させるために過剰ではない量で塗布することが望ましい。ベースプレート２２が接着強化開口部２４を有している場合、過剰な接着剤は前記開口部２４に入ることにより有益に使用される。より具体的には、本発明の方法は、塗布する接着剤の最大量について、結合後２分以内の部品１０の「クリープ（creep）」を防止するのに十分な結合を形成するのに必要な接着剤の最小量に関連する或る制限を規定する。接着剤の前記最大量と前記最小量との差は２０％またはそれ未満にすることが好ましい。上記の方法を実施することにより、ベースプレート２２の基板１２からの垂直距離により、ベースプレート及び基板の間に所定の接着層厚さ（ｔａ）が実現される。

本発明の方法の実施において、例えばエポキシ系接着剤やアクリル系接着剤などの様々な種類の接着剤が好適に使用され得る。ポリウレタン系接着剤を使用することが好ましく、１成分ポリウレタン系接着剤がより好ましい。また、少なくとも１つのポリマーポリオールと、該ポリオール中に例えば１０重量％ないし９０重量％対９０重量％ないし１０重量％の化学量論的比で分散させた少なくとも１つの潜在的に反応的な成分とを含む１成分ポリウレタン系接着剤がさらに好ましい。前記接着剤は、２４時間もしくはそれ以上の長い「オープンタイム（open time）」を有し、例えば７６．７℃（１７０°Ｆ）以上の中程度の温度に曝したときに素早く硬化し、かつ１分以内に最終強度の４０％まで硬化するものであることが望ましい。

図５を参照して、本発明の第２の実施形態では、金属から作製することが好ましいが、プラスチックや他の適切な材料から作製することもできるベースプレート４２は、その周縁部４６から離間して設けられた複数の接着強化開口部（図示せず）を有している。加えて、基板４２の中央には、締結部材５０を受容するための開口部４８が形成されている。締結部材５０は、例えば金属、プラスチックまたは他の適切な材料から作製された、例えばボルト、スクリューまたは他の適切な機械的締結具などの細長い部材であることが好ましい。また、必須ではないが、接着結合を強化するための他の望ましい機構をベースプレート４２に形成することもできる。

引き続き図５を参照して、細長い締結部材５０によって、ベースプレート４２を部品のハウジング部分５２に結合させる方法を見ることができる。具体的には、ハウジング部分５２は、Ｕリンク（clevis）、ピン、ブラケット、ヒンジ、ラッチなどの様々な有用な機械的機能または装飾品としての役割を果たすことができる部品機能部５４を含む。

ハウジング部分はまた、部品機能部５４から延設されたハウジング周縁部５６を含む。ハウジング周縁部５６は、ベースプレート４２を含む。ベースプレート４２は、ハウジング周縁部５６に隣接しているが、ベースプレート４２の周縁部４６から側方に所定距離離間している。前記部品が結合される基材６０の表面と接触することを目的とする連続的ハウジング周縁延出部４８が、ハウジング周縁部５６から延出して形成されている。

部品機能部４４、ハウジング周縁部４６及びハウジング周縁延出部４８が、ハウジング部４２を一体的に形成することが好ましい。ハウジング４２は、例えば、一体成形されたワンピースのプラスチックデバイスであり得る。なお、ハウジング部分４２は、金属などの他の適切な材料から作製してもよいし、または、金属やプラスチックなどの組み合わせから作製した複数の部品を組み立てることにより構成してもよい。

連続的ハウジング延出部４８は、自動化された接着剤塗布システム、あるいは、基板表面１２（例えば、車両窓アセンブリのガラス面）上に塗布した接着剤に部品４０を接触させて結合させるための自動化されたシステムへの本発明の部品４０の使用を特に好適にする。連続的ハウジング延出部４８を、ガラス基板上における所定の量の接着剤が塗布されている或る位置に接触させたとき（例えば図８参照）、連続的ハウジング延出部４８は、接着剤の水平及び垂直範囲（ｔａ）を効果的に制御する。接着剤が連続的ハウジング延出部４８の範囲を超えて水平方向に拡散しないようにすることにより、車両ウインドウアセンブリの外観を損なうことなく、該アセンブリ内に閉じ込めた接着剤の全ての量を、部品を基板表面へ結合させる目的に使用することができる。

審美性を考慮しないとしても、接着剤の垂直範囲（ｔａ）を制御すること、すなわち、所定の厚さを実現することは、部品と基板表面との間に形成された接着剤結合の強度を決定する上で重要である。この原理は、例えば、「Mechanical Behavior of Adhesive Joints, G. Verchery and A. H. Caredon, Editions Pluralis, pg. 7-8 (1987)」により既知である。本発明の連続的ハウジング周縁延出部２８、４８が、上述した様々な機能を果たす「スカート（skirt）」を形成することは当業者には明らかであろう。本発明の連続的ハウジング周縁延出部２８、４８が前記スカートを形成することによって、ベースプレート１２、４２にスタンドオフ（ベースプレートを基板から離間させるための手段）を形成することが不要となる。

塗布する接着剤の量は、接着剤を必要以上に用いることのコストと、部品と基板材料との間に強力な結合を形成するために十分な接着剤を確実に塗布することとの間のバランスを取ることが望ましい。自動化された接着剤塗布システムにおける、本明細書に記載された目的のバランスを取ることができる接着剤の量は、一般的に０．５ｇないし２０．０ｇ、好ましくは０．８ｇないし１５．０ｇである。上記の量の接着剤を本発明の部品と組み合わせることにより得られる所定の垂直厚さ（ｔａ）は、０．５ｍｍないし５ｍｍであることが好ましい。

様々な接着剤塗布システムを本発明と組み合わせて使用することができるが、ミシガン州スターリングハイツ所在のＥＭＣＣ社から入手可能なもののような自動化された接着剤塗布システムを使用することが望ましい。当業者には周知のように、多成分接着剤の使用には、複数の送達システム、様々な接着剤成分の適切な組み合わせを確実にするための混合／計量装置などの様々な問題点がある。１成分接着剤は、上述した問題点のいくつかを軽減することができるが、一般的に、部品の接着などの構造目的のための十分な初期結合強度を有していないか、または十分なオープンタイムやストレージタイム（storage time）を有していない。したがって、本発明の別の態様は、ガラス基板に部品を接着剤で結合させる方法を改善することであり、そのためには、例えば部品を基板に結合させるために用いられる従来既知の１成分接着剤の欠点を克服した１成分ウレタン系接着剤を用いることが好ましい。

本発明に関連して使用するのに特に好適な１成分接着剤は、好ましくは少なくとも１つのポリマーポリオール（例えば、Henkel社製のTerolan 1510(tm) HA315やEftec社製のEfbond(tm)などの接着剤と、前記少なくとも１つのポリマーポリオール中に良好に分散させられた少なくとも１つの物理的に組み込まれていないかまたは化学的に遮断された重合成分（例えばイソシアン酸塩化合物）とを含んでいるポリウレタン系接着剤である。前記重合成分は、接着剤全体の約１重量％ないし５０重量％の割合で含まれ得る。このタイプの接着剤の利点は、８７．８℃（１９０°Ｆ）もしくはそれ以上の温度に加熱されない限り、無期限に渡って、粘性が初期粘性の範囲内に実質的に維持されることである。このような物質は、ポンプまたは他の従来の装置によって、製造工程中に所望の位置へ容易に送達可能である。

部品並びにその作製方法及び結合方法は、事実上、可視光をある割合で透過させることが可能な絶縁材料によって閉鎖することができる、あらゆる車両本体開口部に適用可能である。加えて、フロントガラス、バックウインドウ、サイドウインドウ、ルーフウインドウ（サンルール、ムーンルーフなどを含む）なども本発明の範囲内である。本発明の部品は、前記ガラス表面に直接的に結合させるか、または、様々な目的のためにガラス上に塗布または形成された塗料、セラミックフリットまたは他のコーティング上に結合させることができる。

一般的に、車両の運転手または他の乗員が車両の外側を見るためのウインドウ面積を最大化するために、例えばガラスウインドウに結合される部品の「設置面積」は可能な限り最小化することが望ましい。なお、大きい部品を接着剤で結合させる場合もある。そのため、本発明にしたがって１若しくは複数の部品に塗布される接着剤の量は、０．５ｇないし２００ｇ、より一般的には２ｇないし４０ｇの範囲であり得る。

本発明の１成分ウレタン系接着剤のさらなる好適な特徴は、８７．８℃（１９０°Ｆ）以上の温度の熱に曝したときに、急速に硬化し、高い結合強度を素早く得られることである。例えば、重ねせん断試験では、１分ないし２分の間に、好ましくは０．５分ないし１分の間に、１００ｐｓｉ以上の結合強度が得られた。

以上、特定の実施形態を参照して本発明を説明してきたが、上記の説明を踏まえると、様々な代替、変更及び変形が当業者には明らかになるであろう。したがって、このような代替、変更及び変形の全ては、本発明の特許請求の範囲の精神及び範囲内に包含されるものとする。

Claims (13)

1. 基板に接着剤で結合されるように構成された部品であって、
   一体的ハウジング部分を含み、
   該一体的ハウジング部分が、
   部品機能部と
   前記部品機能部から延設されたハウジング周縁部と、
   前記ハウジング周縁部に含まれ、１若しくは複数の接着強化開口部を有し、かつ前記基板の表面に対して実質的に平行に配されたベースプレートと、
   前記ハウジング周縁部から延出して形成され、前記ベースプレートを周方向に取り囲み、かつ前記基板の表面に当接して約６、０００ないし２４、０００ｐｓｉの均一な圧力を加える連続的ハウジング周縁延出部とを含むことを特徴とする部品。
2. 請求項１に記載の部品であって、
   前記連続的ハウジング周縁延出部がその周方向に沿って均一な高さを有することを特徴とする部品。
3. 請求項１に記載の部品であって、
   前記連続的ハウジング周縁延出部がその周方向に沿って不均一な高さを有し、かつ前記部品が結合される前記基材の表面に対して均一な圧力を維持することを特徴とする部品。
4. 請求項１に記載の部品であって、
   前記ハウジング周縁延出部が非連続的であることを特徴とする部品。
5. 請求項１に記載の部品であって、
   前記ベースプレートと前記基板の表面との間に所定の厚さの前記接着層を形成すべく、前記ハウジング周縁延出部によって、前記ベースプレートを前記基板の表面から所定の垂直距離離間させた状態に維持するようにしたことを特徴とする部品。
6. 請求項５に記載の部品であって、
   前記ベースプレートと前記基板との間に形成される前記接着層の厚さが約０．５ｍｍないし５ｍｍであることを特徴とする部品。
7. 請求項５に記載の部品であって、
   前記部品及び基板を取り付け装置上に配置し、前記取り付け装置によって前記部品及び基板の互いに対しての位置決めを達成するようにしたことを特徴とする部品。
8. 請求項７に記載の部品であって、
   前記取り付け装置によって、前記ベースプレートと前記基板の表面との間の垂直距離、すなわち前記接着層の所定の厚さを達成するようにしたことを特徴とする部品。
9. 請求項１に記載の部品であって、
   前記部品が、金属、被覆された金属、プラスチックまたはそれらの組み合わせを含むことを特徴とする部品。
10. 部品を基板に接着剤で結合させる方法であって、
    部品機能部、前記部品機能部から延設されたハウジング周縁部、及び前記ハウジング周縁部から所定の垂直距離延出して形成された連続的ハウジング周縁延出部を含むハウジング部分を用意するステップと、
    前記ハウジング周縁部内に含めることができる大きさ及び相補的な形状を有し、かつ周縁から離間して形成された複数の接着強化開口部を有するベースプレートを用意するステップと、
    前記ベースプレートの表面あるいは前記部品が結合される基材の表面に、所定の量の接着剤を塗布するステップと、
    前記ベースプレートと前記基板の表面との間に所定の厚さの接着層を形成すべく前記ベースプレートを前記基板の表面から所定の垂直距離離間させた状態を維持し、かつ、前記接着剤の横方向の広がりを阻止すべく前記連続的ハウジング周縁延出部を前記基板の表面と当接させた状態で、前記部品及び前記基板の表面を互いに接着剤で結合させるステップとを含むことを特徴とする方法。
11. 請求項１０に記載の方法であって、
    前記接着剤が、少なくとも１つのポリマーポリオールと、前記少なくとも１つのポリマーポリオール中に該ポリオールに対して１０重量％ないし９０重量％対９０重量％ないし１０重量％の比率で分散させた少なくとも１つの潜在的に反応的な成分とを有し、２４時間以上のオープンタイムを有し、かつ８７．８℃（１９０°Ｆ）以上の温度に曝したときに１分以内に初期結合強度の４０％まで硬化する１成分ポリウレタン系接着剤を含むことを特徴とする方法。
12. 請求項１０に記載の方法であって、
    前記接着剤がアクリル系接着を含むことを特徴とする方法。
13. 基板に接着剤で結合されるように構成された部品であって、
    ハウジング部分と、ベースプレートと、前記ベースプレートを前記ハウジング部分に物理的に結合させるための締結部材とを含み、
    前記ベースプレートが、
    該ベースプレートの周縁部から離間して形成された所定の数の接着強化開口部、及び
    前記締結部材を受容するために該締結部材を貫通させることができる中央開口部を含み、
    前記ハウジング部分が、
    部品機能部、
    前記部品機能部から延設され、前記ベースプレートの前記周縁部から横方向に所定の距離離間しており、かつ前記ベースプレートを含むように構成されたハウジング周縁部、及び
    前記ハウジング周縁部から延出して形成され、前記基板と当接して前記ベースプレートを前記基板の表面から所定の垂直距離離間した状態に維持する連続的ハウジング周縁延出部を含むことを特徴とする部品。

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