JP2017022047A - ガラス板モジュール - Google Patents

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Abstract

【課題】接続端子に外力が作用した場合でも、導電層やガラス板にクラックが生じるのを防止することができる、ガラス板モジュールを提供する。
【解決手段】本発明に係るガラス板モジュールは、ガラス板と、ガラス板上に積層された導電層と、導電層に固定され、導電性材料で形成された、少なくとも1つの接続端子と、接続端子を導電層に固定するための無鉛半田と、を備え、接続端子は、導電層に無鉛半田を介して固定される設置部と、ガラス板から離れる方向に向かって、設置部の端部から延びる起立部と、起立部において、設置部とは反対側の端部に連結され、ガラス板の面方向に沿って設置部から離れる方向に延びる接続部と、を備え、接続部は、ガラス板の面方向において設置部から離間した位置に、導電層に給電するケーブルが接続される給電部を有し、無鉛半田は、前記起立部の接続部側の面から導電層側にいくしたがって、給電部側に向かうような形状を有している。
【選択図】図6

Description

本発明は、構造物の窓枠に取り付けられるガラス板モジュールに関する。
例えば、特許文献1には、自動車のガラス板の導電層に接続される接続端子が開示されている。このような接続端子には、ケーブルなどが接続され、接続端子を介して導電層に給電が行われる。
特表2014−519149号公報
ところで、上記のような接続端子は、導電層に無鉛半田を介して固定される。しかしながら、無鉛半田は有鉛半田に比べて硬いため、接続端子が何かに引っ掛かったり、あるいは接続端子に接続されているケーブルが不意に引っ張られると、無鉛半田やガラス板にクラックが生じるおそれがある。
本発明は、この問題を解決するためになされたものであり、接続端子に外力が作用した場合でも、導電層やガラス板にクラックが生じるのを防止することができる、ガラス板モジュールを提供することを目的とする。
本発明に係るガラス板モジュールは、ガラス板と、前記ガラス板上に積層された導電層と、前記導電層に固定され、導電性材料で形成された、少なくとも1つの接続端子と、前記接続端子を前記導電層に固定するための無鉛半田と、を備え、前記接続端子は、前記導電層に前記無鉛半田を介して固定される設置部と、前記ガラス板から離れる方向に向かって、前記設置部の端部から延びる起立部と、前記起立部において、前記設置部とは反対側の端部に連結され、前記ガラス板の面方向に沿って前記設置部から離れる方向に延びる接続部と、を備え、前記接続部は、前記ガラス板の面方向において前記設置部から離間した位置に、前記導電層に給電するケーブルが接続される給電部を有し、前記無鉛半田は、前記起立部の接続部側の面から前記導電層側にいくしたがって、前記給電部側に向かうような形状を有している。
この構成によれば、接続端子において設置部と接続部との間に起立部が設けられているため、接続端子を加熱して無鉛半田を溶融させたとき、無鉛半田が接続部まで移動するのを防止することができる。そのため、無鉛半田が固化して設置部と導電層とを固定したとき、接続部と導電層とは、無鉛半田を介して直接連結された状態にはない。また、接続部は、ガラス板の面方向に沿って前記設置部から離れる方向に延びている。したがって、例えば、接続部の端部に上向きの力が作用すると、この力の回転モーメントにより、設置部と起立部との連結部分や、あるいは、これよりも上方の起立部に応力が集中する。その結果、無鉛半田において導電層と接する部分の端部に応力が集中するのが防止され、この部分において、導電層やガラス板にクラックが生じるのを防止することができる。特に、本発明においては、無鉛半田は、起立部の接続部側の面から導電層側にいくしたがって、給電部側に向かうような形状に形成されており、無鉛半田において導電層と接する部分の端部は、起立部の接続部側の面よりも給電部側にあるため、この端部に応力が集中するのをさらに防止することができる。
以上より、接続端子の接続部に外力が作用した場合、例えば、作業者や作業道具が接触したり、あるいはケーブルが意図せず引っ張られたりした場合であっても、上記のように導電層やガラス板にクラックが生じたり、あるいは接続端子が導電層から離脱するのを防止することができる。
なお、本発明に係る接続部の構成で、「前記ガラス板の面方向に沿って」とは、必ずしもガラス板と平行である必要はなく、概ねガラス板の面方向に沿っていればよく、少なくとも垂直でなければよい。また、無鉛半田は、「前記起立部の接続部側の面から」延びているが、この接続部側の面とは、起立部と設置部との連結部分に係る面も含むものである。さらに、ケーブルとは、導線のような細線も含まれる。
上記ガラス板モジュールにおいては、前記設置部の前記導電層側を向く面と、前記接続部の前記導電層側を向く面との間において、前記起立部の長さを2mm以上とすることができる。
この構成によれば、上記のように溶融した無鉛半田が重力に抗して、さらに接続部まで移動しがたくなるため、上記のようなクラックの発生をさらに確実に防止することができる。
上記各ガラス板モジュールにおいて、前記起立部は、前記設置部に対し80度以上の角度で起立させることができる。
この構成によれば、上記のように溶融した無鉛半田が重力に抗して、さらに接続部まで移動しがたくなるため、上記のようなクラックの発生をさらに確実に防止することができる。
上記各ガラス板モジュールにおいて、前記給電部は、前記接続部の前記導電層側を向く面に前記ケーブルを保持する保持部を備えることができる。
この構成によれば、起立部が設けられているものの、接続部において導電層側でケーブルを保持しているため、接続端子のガラス板からの突出高さを抑えることができる。したがって、接続端子が、作業者、作業道具などに接触するのを抑制することができる。
上記ガラス板モジュールにおいて、前記保持部は、加締めによって、前記ケーブルを保持するように構成することができる。
本発明に係るガラス板モジュールによれば、外力を受けた場合でも、接続端子が接続材料から離脱したり、接続材料に損傷が生じるのを防止することができる。
本発明の一実施形態に係るガラス板モジュールの平面図である。 図1のガラス板モジュールに用いられる接続端子の側面図である。 図2の平面図である。 図2に示す接続端子をガラス板に取付ける方法を示す側面図である。 図2に示す接続端子をガラス板に取付ける方法を示す側面図である。 図1の拡大側面図である。 比較例に係る接続端子の負荷時のメカニズムを説明する図である。 図6に係る接続端子の負荷時のメカニズムを説明する図である。 本発明とは構造の異なる他の例を示す参考図である。 本発明に係るガラス板モジュールの他の例を示す側面図である。 実施例を示す図である。 比較例1を示す図である。 比較例2を示す図である。 比較例1を示す写真である。 比較例2を示す写真である。 本発明に係る実施例を示す写真である。
以下、本発明に係るガラス板モジュールの一実施形態について,図面を参照しつつ説明する。図1は、このガラス板モジュールの平面図である。図1に示すように、このガラス板モジュールは、自動車の窓枠に嵌め込まれるものである。具体的には、このガラス板モジュール10は、ガラス板1と、このガラス板1に積層されるデフォッガ2(導電層)と、このデフォッガ2に無鉛半田4によって取り付けられる一対の接続端子3と、を備えている。各接続端子3には、車内から延びる給電用のケーブル5が取り付けられ、ケーブル5から供給される電流が接続端子3を介してデフォッガに供給される。以下、各部材について説明する。
<1.ガラス板>
ガラス板1には、自動車用の公知のガラス板を利用することができる。例えば、ガラス板1には、熱線吸収ガラス、一般的なクリアガラス若しくはグリーンガラス、又はUVグリーンガラスが利用されてもよい。ただし、このようなガラス板1は、自動車が使用される国の安全規格に沿った可視光線透過率を実現する必要がある。例えば、日射吸収率、可視光線透過率などが安全規格を満たすように調整することができる。以下に、クリアガラスの組成の一例と、熱線吸収ガラス組成の一例を示す。
(クリアガラス)
SiO2:70〜73質量%
Al23:0.6〜2.4質量%
CaO:7〜12質量%
MgO:1.0〜4.5質量%
2O:13〜15質量%(Rはアルカリ金属)
Fe23に換算した全酸化鉄(T−Fe23):0.08〜0.14質量%
(熱線吸収ガラス)
熱線吸収ガラスの組成は、例えば、クリアガラスの組成を基準として、Fe23に換算した全酸化鉄(T−Fe23)の比率を0.4〜1.3質量%とし、CeO2の比率を0〜2質量%とし、TiO2の比率を0〜0.5質量%とし、ガラスの骨格成分(主に、SiO2やAl23)をT−Fe23、CeO2及びTiO2の増加分だけ減じた組成とすることができる。
なお、ガラス板1の種類は、クリアガラス又は熱線吸収ガラスに限られず、実施の形態に応じて適宜選択可能である。例えば、ガラス板1は、アクリル系、ポリカーボネート系等の樹脂窓であってもよい。
また、本実施形態に係るガラス板1の厚みは、特には限定されなくてもよい。ただし、軽量化の観点からは、ガラス板1の厚みは、2.2〜5.1mmの範囲で設定されてもよく、2.4〜3.8mmの範囲で設定されてもよく、2.7〜3.2mmの範囲で設定されてもよい。更に、ガラス板1の厚みは3.1mm以下となるように設定されてもよい。
また、このようなガラス板1は、単一のガラス板のほか、複数のガラスで樹脂などの中間膜を挟持した合わせガラスであってもよい。
<2.デフォッガ>
次に、デフォッガ2について説明する。図1に示すように、デフォッガ2は、ガラス板1の両側縁に沿って上下方向に延びる一対の給電用の第1バスバー21及び第2バスバー22を備えている。両バスバー21、22の間には、複数の水平エレメント23が所定間隔をおいて平行に配置されている。
そして、第1バスバー21に取り付けられる接続端子3から電流が供給され、第2バスバー22に取り付けられる接続端子は、ケーブル5を介して接地されている。この構成によって、デフォッガ2に電流が供給されると、水平エレメント23に防曇用の熱が発生するようになっている。なお、バスバー21,22や水平エレメント23は、例えば、導電性の銀ペーストをガラス板1の表面上に印刷し焼成することによって形成される。ただし、デフォッガ2を構成する材料は、この銀ペーストに限定されず、適宜選択可能である。
<3.接続端子>
次に、接続端子について図2及び図3を参照しつつ説明する。図2は接続端子の側面図、図3は接続端子の平面図である。以下では、説明の便宜のため、図2に示す方向に沿って説明を行う。具体的には、図2の上下方向を上下方向、図2の左右方向を前後方向、図3の上下方向を左右方向または幅方向と称して説明を行うこととする。
図2及び図3に示すように、本実施形態に係る接続端子3は、例えば、板状の金属などの導電性材料を折り曲げて一体的に形成されたものであり、デフォッガ2のバスバー21,22に設置される一の板状の設置部31を備えている。設置部31は、全体として矩形状に形成されているが、前端側が円弧状に形成されている。そして、この設置部31の下面が、無鉛半田4を介してバスバー21,22に固定されている。
設置部31の後端部には、上方に起立する板状の起立部32が一体的に連結されている。起立部32は、矩形状に形成されており、設置部31に対して約90度の角度で起立している。なお、設置部31に対する起立部32の角度αは特には限定されないが、80〜150度であることが好ましく、80〜120度であることがさらに好ましい。このように、角度αを80度以上にすることで、後述するように、無鉛半田4が重力に抗して設置部31から接続部32へと移動するのを防止することができる。一方、150度以下とすることで、後述するように無鉛半田4を加熱する際の作業性を確保することができる。
そして、起立部32の上端部には、後方へ向かって水平に延びる板状の接続部33が一体的に連結されている。接続部33は、平面視矩形状に形成されており、その左右の両側には、下方に延びる一対の保持部34が一体的に連結されている。ここで、設置部31の下面から接続部33の下面までの、ガラス板1の垂線方向の距離Lは、2mm以上であることが好ましく、2.5mm以上であることがさらに好ましく、3mm以上であることが特に好ましい。これは、距離Lを2mm以上とすることで、後述するように、無鉛半田4が重力に抗して設置部31から接続部32へと移動するのを防止するためである。
また、各保持部34には、接続部33の後端側に配置される第1保持片341と、この第1保持片341よりも下方への長さが短く、前端側に配置される第2保持片342と、を備えている。このように、両保持部34は、接続部33上で設置部31よりも後端側に配置されている。そして、後述するように、両保持部34の間にケーブル5を配置し、両保持部34を加締めることで、ケーブル5は保持部34に固定される。
<4.半田>
次に、接続端子3の設置部31に塗布される無鉛半田4について説明する。例えば、Sn含有量が90%以上の無鉛半田4は硬く、合わせガラス板に接合するとクラックが発生する可能性がある。そのような場合であっても、インジウム系やビスマス系の柔らかい無鉛半田4を用いて接合するとよい。
<5.接続端子の取付け>
次に、接続端子の取付け方法について、図4〜図6を参照しつつ説明する。まず、図4に示すように、両保持部34の間にケーブル5を配置し、両保持部34を加締めることで、ケーブル5を接続部33の下面側に固定する。なお、ケーブル5は、接続端子3の両保持部34との接続部を除いてゴム等の非導電性部材で被覆されている。続いて、設置部31の下面に無鉛半田4を塗布する。このとき、無鉛半田4は、後述するように、バスバー21,22に取付けたときに、設置部31からはみ出す程度の塗布量にしておく。
続いて、上記のように準備された接続端子3をバスバー21,22に固定する。まず、図5に示すように、バスバー21,22上に無鉛半田4を配置する。続いて、接続端子3の設置部31の上面側を加熱する。これにより、設置部31を介して無鉛半田4に熱が伝導し、無鉛半田4が溶融する。その結果、図6に示すように、無鉛半田4が設置部31からはみ出しながらガラス板1の面方向に広がる。そして、無鉛半田4の固化に伴い、設置部31がバスバー21,22に固定される。このとき、無鉛半田4の一部は、設置部31の後端Sから保持部34側へはみ出し、且つ、ガラス板1に近づくにしたがって裾広がりの形状になっている。すなわち、無鉛半田4においてバスバー21,22に接する後端Aは、設置部31の後端Sよりも後方にある。
<6.特徴>
以上のように、本実施形態に係るガラス板モジュールによれば、次の効果を得ることができる。
(1) 無鉛半田4は、熱の高い部分に移動する特性があるため、接続端子3を加熱して無鉛半田4を溶融すると、起立部32及び接続部33がガラス板1に比べて高温になるため、無鉛半田4は、重力に抗して接続部33側に移動する可能性がある。これに対して、上記ガラス板モジュール10の接続端子3は、設置部31と接続部33との間に起立部32を有しているため、無鉛半田4は、起立部32の途中までしか移動せず、接続部33に達するのを防止することができる。これにより、次の効果を得ることができる。
例えば、図7に示すように、起立部が設けられていない接続端子30を用いると、無鉛半田4は、設置部310から接続部330の下面まで移動する。すなわち、バスバー21,22と接続部33とは無鉛半田4を介して接続された状態となる。そのため、この状態で接続部330の後端部に、例えば、上向きの力Fが作用すると、この力Fの回転モーメントにより、無鉛半田4においてバスバー21,22と接する部分の後端Bに応力が集中する。その結果、この部分Bでバスバー21,22やガラス板1にクラックが生じるおそれがある。特に、無鉛半田4は硬いため、例えば、有鉛半田に比べてクラックが生じやすい。
これに対して、本実施形態に係る接続端子3では、設置部31と接続部33との間に起立部32が設けられているため、接続部33とバスバー21,22とは、無鉛半田4を介して直接連結された状態にはない。したがって、接続部33の後端部に上向きの力Fが作用すると、この力Fの回転モーメントにより、設置部31と起立部32との連結部分35に応力が集中する。その結果、無鉛半田4においてバスバー21,22と接する部分の後端Aに応力が集中するのが防止され、この部分Aにおいて、バスバー21,22やガラス板1にクラックが生じるのを防止することができる。特に、本実施形態においては、無鉛半田4とバスバー21,22との接触部分の後端Aが、設置部31と起立部32との連結部分35よりも後方にあるため、後端Aに応力が集中するのをさらに防止することができる。
以上より、接続端子3の接続部33に外力が作用した場合、例えば、作業者や作業道具が接触したり、あるいはケーブル5が意図せず引っ張られたりした場合であっても、上記のようにバスバー21,22やガラス板1にクラックが生じたり、あるいは接続端子3がバスバー21,22から離脱するのを防止することができる。
特に、上記接続端子において、設置部31の下面から接続部33の下面までの、ガラス板1の垂線方向の距離Lを、2mm以上とすると、無鉛半田が重力に抗して、さらに接続部33まで移動しがたくなるため、上記のようなクラックの発生をさらに確実に防止することができる。また、このような効果は、起立部32を設置部31に対して80度以上の角度とすることでも、達成することができる。
(2) 本実施形態に係る接続端子3では、起立部32が設けられているが、保持部34によって接続部33の下面側でケーブルを保持しているため、接続端子3のガラス板1からの突出高さを抑えることができる。したがって、接続端子3が、作業者、作業道具などに接触するのを抑制することができる。また、保持部34が接続部33の上面から突出しないため、接続端子3をコンパクトな構造とすることができる。
(3)接続部33は、ガラス板1の面方向に沿って設置部31から離れる方向に延びており、図9に示すような設置部31の上方を覆う構造にはなっていない。そのため、無鉛半田4の溶融時に設置部31を加熱する際には、例えば、設置部31の上方から半田小手などを用いて設置部31を加熱することができる。
<7.変形例>
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない限りにおいて、種々の変更が可能である。そして、以下に示す複数の変形例は適宜組合わせることが可能である。
<1>
上記各実施形態においては、設置部31の下面から接続部33の下面までの、ガラス板1の垂線方向の距離Lが長かったり、あるいは設置部31に対する起立部32の角度が大きければ、上記のようにバスバー21,22にクラックが生じるのを防止できるが、必ずしも、そのような構成でなくてもよく、少なくとも、起立部32が設けられ、無鉛半田4とバスバー21,22との接触部分の後端Aが、起立部32の接続部33側の面よりも後方にあればよい。例えば、図10に示すように、無鉛半田4は、接続部33に達していなければよく、起立部32の接続部33側の面からガラス板1に向かって延びていてもよい。
<2>
設置部31、起立部32、及び接続部33の形状は、特には限定されず、種々の形状にすることができる。例えば、接続部33は、ガラス板1と平行でなくてもよく、垂直以外の角度でガラス板1と交差していてもよい。また、例えば、設置部31の下面に、複数の凸部を形成し、無鉛半田4との接触面積を大きくすることもできる。更に、接続部33は、前後方向に延びている必要はなく、左右方向(幅方向)に延びていて、左右方向からケーブル5を接続していてもよい。
<3>
上記実施形態では、接続部33とケーブル5とを、保持部34の加締めによって固定しているが、これに限定されず、種々の接続方法を適用することができる。例えば、ケーブル5の先端にコネクタを取付け、このコネクタを接続部33に嵌め込んだり、半田や導電性の接着剤によって、ケーブル5と接続部33とを固定することもでき、これを本発明の給電部とすることができる。また、接続端子3の、ガラス板1からの突出高さに制限がなければ、ケーブル5を接続部33の上面側に固定することもできる。
<4>
上記実施形態では、デフォッガ2に接続端子3を固定する例を示しているが、デフォッガ以外でも電流が供給される電装品であれば、本発明の導電層として適用することができる。例えば、アンテナであってもよい。
<5>
上記実施形態では、ガラス板モジュールを自動車の窓枠に取り付けた例を示したが、本発明に係るガラス板モジュールは、自動車以外の建築物などの構造物に対しても適用することができる。
<6>
また、導電層の上にフラックスを塗り、その上に無鉛半田4を介して接続端子3を固定することもできる。これにより、無鉛半田4の裾広がり形状が容易に形成できる。この場合、フラックスとしては、例えば、ガンマラックス(千住金属工業株式会社製)を用いるとよい。
以下、本発明の実施例について説明する。但し、本発明は以下の実施例には限定されない。
<1.実施例及び比較例の準備>
実施例として、上記実施形態と同様の形態の接続端子を作製した。具体的には図11に示す接続端子を作成した。材料を銅とし、寸法は図11に示す通りである(単位はmm)。一方、比較例1として図12に示す接続端子、比較例2として図13に示す接続端子を作製した。実施例との主たる相違点は、起立部が設けられていないことである。
続いて、上記のように構成された実施例及び比較例1,2の各設置部を、無鉛半田(Sn96.5%、Ag3.5%)により、ガラス板(風冷強化したガラス板:厚み3.1mm)上に積層された導電層(材質はAg)上に固定した。そして、これら実施例及び比較例1,2を、温度80℃、湿度95%の保管室で500時間保管した。
<2.接着強度試験>
次に、上記のように構成された実施例及び比較例1,2を6個ずつ準備し、これらに接着強度試験を行った。すなわち、図11〜図13における矢印Kで示される部分に上向きの力を作用させ、導電層またはガラス板に生じるクラックを確認した。上向きの力は、0から徐々に大きくし、最大78.4Nとした。そして、ガラス板にクラックが生じたときの力(単位はN)を測定した。結果は、以下の表1に示すとおりである。
比較例1,2では、すべてのサンプルで作用させた力が78.4Nに達する前に、ガラス板または導電層にクラックが生じた。一方、実施例では、作用させた力が78.4Nに達してもガラス板,導電層のいずれにもクラックは生じなかった。
ここで、実施例と比較例1,2を示す写真を考察する。図14に示す比較例1では、図中の矢印で示す部分、つまり接続部の下面まで無鉛半田が移動しており、導電層と接続部とが無鉛半田によって連結されていることが分かる。同様に、図15に示す比較例2でも、図中の矢印で示す接続部の下面まで無鉛半田が移動している。一方、図16に示す実施例では、無鉛半田は、起立部の下端部付近までしか達しておらず、また、無鉛半田は、設置部の後端部から裾広がりに後方へ延びている。したがって、比較例1、2では、上向きの力が接続部及び無鉛半田を介して、導電層やガラス板まで作用し、クラックが生じたと考えられる。一方、実施例では、接続部と導電層とは無鉛半田を介して接続されておらず、また設置部の後端部から裾広がりに後方へ延びているため、クラックが生じなかったと考えられる。
1 :ガラス板
2 :デフォッガ(導電層)
3 :接続端子
4 :無鉛半田
5 :ケーブル
10 :ガラス板モジュール
31 :設置部
32 :起立部
33 :接続部
34 :保持部

Claims (5)

  1. ガラス板と、
    前記ガラス板上に積層された導電層と、
    前記導電層に固定され、導電性材料で形成された、少なくとも1つの接続端子と、
    前記接続端子を前記導電層に固定するための無鉛半田と、
    を備え、
    前記接続端子は、
    前記導電層に前記無鉛半田を介して固定される設置部と、
    前記ガラス板から離れる方向に向かって、前記設置部の端部から延びる起立部と、
    前記起立部において、前記設置部とは反対側の端部に連結され、前記ガラス板の面方向に沿って前記設置部から離れる方向に延びる接続部と、
    を備え、
    前記接続部は、前記ガラス板の面方向において前記設置部から離間した位置に、前記導電層に給電するケーブルが接続される給電部を有し、
    前記無鉛半田は、前記起立部の接続部側の面から前記導電層側にいくしたがって、前記給電部側に向かうような形状を有している、ガラス板モジュール。
  2. 前記設置部の前記導電層側を向く面と、前記接続部の前記導電層側を向く面との間において、前記起立部の長さが2mm以上である、請求項1に記載のガラス板モジュール。
  3. 前記起立部は、前記設置部に対し80度以上の角度で起立している、請求項1または2に記載のガラス板モジュール。
  4. 前記給電部は、前記接続部の前記導電層側を向く面に前記ケーブルを保持する保持部を備えている、請求項1から3のいずれかに記載のガラス板モジュール。
  5. 前記保持部は、加締めによって、前記ケーブルを保持するように構成されている、請求項4に記載のガラス板モジュール。
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