JP4532805B2 - 電気端子を有するグレイジング - Google Patents

Description

【０００１】
本発明は、電気伝導性基板および該基板と電気的接続をなす端子を含む電気回路を設けたグレイジングに関するものである。特に、この電気回路はグレイジングの霜取りまたは曇取りのための加熱要素でも良く、あるいはアンテナ回路でも良い。本グレイジングは車両の窓用のものでも、あるいは機器または建物の窓用のものでも良い。車両の場合にはウィンドスクリーンまたはリヤウィンドウ用のものである。
【０００２】
端子の電気的接続を行うための種々の技術が知られている。例えば、英国特許出願公開第2223385号によりブスバーまたは電流コントローラの端子にハンダ付けを行うことが知られている。この他、欧州特許出願公開第410766号は導電性ポリマーインクで形成したフィルム状のヒータ線を支持する基板を具える電子デバイスを開示する。コネクタ部材は接着剤によって基板に接着し、ヒータ配線はコネクタ部材との間での電気的接続を提供するために、コネクタ部材の少なくとも端部の上に位置する。
【０００３】
欧州特許出願公開第278611号より、基板上に形成した導電体層へのブスバーの取り付けに導電性の接着剤を用いることは公知であり、これは窓としての使用ができるものである。さらに、英国特許第1393887号において、リヤウィンドウの加熱回路の場合における、接着剤の被覆を貫通して電気的接続を形成するための鉄の綴じ込みの使用が開示されている。
【０００４】
しかしながらフランス特許第2519477号は、導電性接着剤は様々な欠点、例えば車両用の窓が通常被る条件下での耐久性が十分でなく、また高価であるといった欠点を有することを教示している。その代わりに、フランス特許第2519477号は、適切に形成した端子を電気的な連続性を保証するために導電性基板との緊密な接触を維持するために非導電性の接着剤を用いることが望ましいと提案している。
【０００５】
残念ながら、フランス特許第2519477号の発明にも欠点が無いわけではない。ガラス、金属および接着剤の熱膨張係数の不所望のミスマッチが存在し、これは接着剤による接着の弱化が電気的接続に不利な影響を与える程度にまでになるという結果をもたらす。結果として、接着により生じる強度が必ずしも十分ではないため、ハンダに一般的に使用されている鉛のような金属の環境に対する影響が増加しているにもかかわらず、電気端子をグレイジングへ取り付けるための技術としてハンダ付けが幅広く使用され続けている。さらに、現実のハンダ付け作業はガラスに熱応力を生じさせる傾向にあり、この熱応力はしばしばガラスに損傷を与える。
【０００６】
上述した欠点を回避する、グレイジングへの電気端子取り付けの改良が望まれる。
【０００７】
本発明によれば、電気伝導性基板および該基板と電気的接続をなす端子を含む電気回路を設け、前記端子を接着剤により前記基板に取り付けたグレイジングが提供され、このグレイジングは前記端子と前記基板との間の電気的接続を、これらの間での物理的な接続以外の手段により、あるいは該手段を前記物理的な接続に追加することにより設けたことを特徴とするものである。
【０００８】
端子と基板との間の強固で信頼性の高い電気的接続を用意することは、電気的接続に付随する問題点無しにハンダを接着剤に置き換えることを可能にする。現在の接着剤はハンダを越える多くの利点の提供を可能とする。これら接着剤は硬化または固定した条件においても可撓性を有することができ、それゆえ端子に生じる、あるいは端子に作用する応力を吸収する。接着剤は、接着を形成するための加熱を必要とせずに、あるいは加熱のために低い温度を必要とするのみで利用可能であり、それにもかかわらず強い接着を提供する。さらに、製造作業の段取りを付けることが常に可能であり、そのため接着剤をグレイジングへ接触させる直前に加熱し、それによってグレイジングを直接加熱する必要性が避けられる。現在では耐久性を有する導電性接着剤が利用可能であり、それゆえ接着剤が従来のハンダ付けによる接合の機械的機能および電気的機能双方を満たすことが可能である。通常、こうした接着剤は細かく分散させた金属粉を含み、これが導電性を与える。流す電流がさほど大きくない場合には、接着剤は十分な電気的接続を構築する。さらなる重要な利点は、健康面および安全面での危険性がほとんど無く、従来利用されているハンダよりも環境に対する悪影響が小さい、適切な接着剤が利用可能なことである。
【０００９】
前記端子が、相互に係合するように適合させた、分離した基部およびコネクタ部を具え、前記端子の基部を接着剤により前記基板に取り付けることが好適である。
【００１０】
特に自動車産業において、基部を一般的な適用のための標準的なデザインとすることができ、一方コネクタ部は特定のグレイジング、車両もしくは車両の製造業者に特有の要求に合わせてあつらえることができる。すなわち、基部は異なるデザインのコネクタの多様性に対しても使用可能とすることが望ましい。
【００１１】
端子と基板との間の電気的接続手段は、例えば導電性接着剤および／またはハンダ付けによる接続の使用を含むものとして良い。電流の高い利用分野においては、低抵抗の接続のためには、端子と基板との間を直接ハンダ付けした接合が、電気的接続の追加手段として望ましい。この場合において、ハンダは接着剤を補完するものとなり、接着剤は機械的荷重および応力を担い、ハンダに、妥協すること無しに電気的接続の提供あるいは強化を任せることとなる。このことは、例えば、環境への影響がより小さいハンダを、接合強さが幾分弱いものであっても利用することを可能にする。
【００１２】
本発明はまた、電気伝導性基板および該基板と電気的接続をなす端子を含む電気回路を有するグレイジングの製造方法を提供するものでもあり、本方法は前記電気回路および前記基板を設けた窓ガラスを用意する工程と、接着剤により前記基板に前記端子を取り付ける工程とを具え、前記端子と前記基板との間の電気的接続を、これらの間での物理的な接続以外の手段により、あるいは該手段を前記物理的な接続に追加することにより設けたことを特徴とするものである。
【００１３】
接着剤を適用する形式および方法において、改良を行うことが可能でもある。
【００１４】
接着剤は端子と接触させて配置する半硬化乾燥型(tack-free)のタブレットの形を取るものを提供することが好適である。この半硬化乾燥型（すなわち固着しないもの）の接着剤を使用することが有利である。なぜならば接着剤の取り扱いが非常に容易になるからである。
【００１５】
接着剤は、これと接触する端子部分と適合するように予備成形することがまた望ましい。このことは接着する端子の面積を増加させ、それによって接着強度が増加し、その上端子の下から接着剤がはみ出して見えてしまい、目障りになってしまうことを減少させる。さらに、接着剤の無駄を減少させ、それによってコストも低減させることとなる。
【００１６】
接着剤を端子に予め塗布しておく、すなわち必要な箇所に予め接着剤を塗布しておいた端子を供給することが有利である。
【００１７】
随意的にではあるが、接着剤を活性化または硬化させるために加熱しても良い。ここで接着剤の「活性化」と言う用語は接着過程を開始させるあらゆる工程、例えば予め半ば硬化乾燥した接着剤を固着させること、あるいは硬化工程を開始させることに言及して用いる。活性化には、接着剤の（少なくとも表面の）溶融、温度に依存する化学反応の開始、あるいは二つの反応物質を隔てる仕切の除去または破壊を含む。接着剤を加熱する範囲はハンダを溶融させるのに必要な温度範囲よりも低く、活性化のための加熱に関しては、接着剤は、加熱時間においてグレイジングと接触させる必要は無い。
【００１８】
本願明細書において、「ハンダ」と言う用語は可融性の合金を示すものとして使用する。「接着剤」と言う用語は、他の物体と接着するために用いる物体を示すものとして使用するが、これには「ハンダ」は含まない。接着剤は完全に非金属性の物でも良く、また金属成分を含有するものでも良い。
【００１９】
ここで本発明を以下の具体的な実施形態によって説明する。この実施形態は添付図面を参照して図示によって与えられるが、これに限定されるものではない。
【００２０】
図1は電気回路2を含むグレイジング1を示すものである。この場合、電気回路はグレイジング材料の窓ガラス(pane)3上に導電性インクで印刷した抵抗加熱回路である。こうした回路は、例えば車両において霜取りや曇取りに用いるものであり、公知のものであるため、さらなる説明の必要は無い。他の同様に公知となっている加熱回路は、細いワイヤまたは窓ガラス上への薄い導電性の被覆を具える。このほか、窓ガラス上に設ける回路はアンテナ回路でも良いが、これもまた公知である。
【００２１】
グレイジング材料の窓ガラス3はシート状のガラスで良く、このガラスは焼き鈍したもの、または強化したもの、あるいは互いに積層した二つまたはそれ以上の層からなる積層ガラス（あるいは他のグレイジング材料）から作ることができる。自動車用のグレイジングの場合、ガラスは安全ガラス、すなわち強化ガラスまたは積層ガラスとする。この他のグレイジング材料には、例えばポリカーボネートのような種々のプラスチックを含むガラスがある。
【００２２】
グレイジング、あるいはより詳細には電気回路2の一部を形成する電気伝導基板4へは端子5を取り付ける。図1に示す端子5の実施形態は、基部6および（図示のように）上側またはコネクタ部7を具え、これらは相互に係合するように適合させているが、より詳細については図2と共に以下で述べる。基部6は接着剤8によってグレイジング1に取り付けるが、これについても後に詳細を説明する。端子は基盤と緊密な物理的接触をなすこととしても良いが、これは必須ではない。なぜならば、後述するように、この他に電気的接触を行う手段が提供されるからである。
【００２３】
この実施形態において、電気伝導基板4は電気回路2の加熱要素へ電流を供給するブスバーを構成する。基板は金属箔のような薄いシート状金属からなるものとしても良く、あるいは窓ガラスへ（例えばスクリーン印刷によって）塗布したインクを耐久性を有する導電配線を提供するために乾燥および加熱したものとしても良い。電気的に加熱する車両用リヤウィンドウの製造には、例えば銀を含有するインクが広く使われている。
【００２４】
端子5はスペード形のコネクタ9を含み、このコネクタには、対応する雌型コネクタにより従来の方法で電気リード（図示せず）を取り付けるためのものである。アクセスを容易にしたり、あるいは美観を向上させるために、多くの変形例がコネクタの形式および実施形態で可能である。例えば、クランク状、または他の曲がった形状である。この他の形式、例えば圧接スタッド型のコネクタもまた使用できる。端子は薄いシート状金属から製造しても良く、特に、銅シート、好ましくは酸化を防ぐために錫メッキしたものが適切な材料である。
【００２５】
図2は端子Sをより詳細に示すものである。既に述べたように、端子5は基部6およびコネクタ部7を具え、これらは相互に係合するように適合されている。例えば、基部6にはタブ20を設けても良く、これらタブはコネクタ部7周り、例えばスペード形のコネクタ9の周りで曲げられる。
【００２６】
端子には接着剤、特に半硬化乾燥型(tack-free)のものを予め塗布して供給することが便利であることは既に述べた。接着剤のタブレット（通常、予め混合した成分を具える）を端子表面に圧着すると共に、表面に接着するように十分に加熱する。端子が図1および図2のように二つ（またはそれ以上）の部品からなる場合、基部6を、接着剤を上に予め塗布した、標準の一般的な設計とすることが特に便利である。このことは、基部の一つのデザインのみが必要とされることを意味し、そのため特に車両用グレイジングの製造に適した一種類のコネクタを使用することとなる。基部の方をグレイジングに最初に、あるいはコネクタ部を最初に取り付けても良いが、いずれにしてもより便利な方で行う。図2において、接着剤のタブレット8を、図に矢印Aで示すように基部6に塗布する。その後基部を矢印Bで示すようにタブ20によってコネクタ部7に取り付ける。最後に、端子を以下で述べるようにグレイジングに取り付ける。
【００２７】
接着剤は導電性のものが良く、この場合さらに電気的な接続が必要無い。しかしながら、接着剤が非導電性の場合、または電気回路が高い電力を必要とする場合には、端子と電気回路との間に電気的接続を行う手段が必要となる。この場合、端子と電気伝導基板との間をハンダ付けによる接続を設けることが便利であろう。図2において、ハンダ付けを矢印Cおよびハンダ21で模式的に示す。アンテナの場合は、もちろん非常に少量の電流しか発生しないので、導電性接着剤の使用で、しばしば十分な電気的接続を得ることができる。
【００２８】
図3は他の実施形態である端子30を示すものである。これは一体型の端子、すなわち一つの部品からなり、第一の実施形態の端子のコネクタ部と同型のものである。この端子は接着剤8によってグレイジングに取り付けられるが、この接着剤は上述したような半硬化乾燥型の接着剤のタブレットであることが望ましい。接着剤のタブレットは矢印Dで示すように端子に塗布することができる。また、ハンダ21によって補助的な接続を行うこととしても良い。
【００２９】
図4は接着剤8およびハンダ21を付けた一体型の端子30を平面図で示す物である。接着剤のタブレットはスペード形のコネクタ40の基部近傍に位置決めすることが好適である。これは、雄型のスペード形のコネクタ40に、これと対応する雌型コネクタを取り付ける間、スペード形のコネクタがレバーとして作用可能な時に生じる、いかなる曲げモーメントにも抵抗することができるようにするためである。それによってハンダ付けを行った箇所を損傷から防護することとなる。
【００３０】
図5(a)〜(c)は成形した接着剤のタブレット50，51，52を示すものであり、これら接着剤のタブレットは端子の形状に合わせて予備成形しておいたものである。予備成形は廃棄物を減らし、端子表面への適合性を改善し、また接着剤を塗布する間の流れの制御を改善する。それゆえより強力で、より滑らかな接着が得られ、この技術は端子のいずれかの実施形態に使用することができる。
【００３１】
図5(a)においてはＴ字形のブロック状の接着剤のタブレット50を示しているが、これは端子のＴ字形の同形部分（すなわちＴ字形にリムが交差し、一つのリムがスペード形の部分の箇所）での使用に適した物である。図5(b)は矩形のブロック状の接着剤のタブレット51を示すものであり、また図5(c)は円筒形のブロック状の接着剤のタブレット52を示すものである。
【００３２】
端子をグレイジングへ取り付けるための、数多くの適切な接着剤が存在する。ポリウレタンは接着剤として適切な分類のものであり、これには吸湿硬化型(moisture-cured)ポリウレタン（例えばドイツFreienbachのGurit-Essex AG製のBetaseal HV3）、吸湿／加熱硬化型ポリウレタン（例えばスイスのSika AG製のSika 360 HC）、反応式熱溶融型ポリウレタン（例えば米国ニュージャージー州Bridgewaterの、ICIグループのメンバーであるNational Starch & Chemical Company製のPUR-FECT 310）、二成分型ポリウレタンおよび、他のポリウレタンベースの合成物（例えばフランスSaint-LouisのA. Raybond Seal製のTechbond PUR）を含む。他の適切な接着剤の分類には、エポキシベースの合成物、例えばRaybond製のTechbond EPOがある。この他、構造物用の粘着テープ（例えば米国ミネソタ州St. PaulのMinnesota Mining & Manufacturing Company製の3M 9214）も適切なものである。適切な導電性接着剤は、所望の電流密度を通過させるのに十分な量の、細かく分散させた金属粒子を含有する。
【００３３】
好適なタブレット形の半乾燥硬化型接着剤としては、A. Raybond Seal製のエポキシおよびポリウレタンの混合物（Techbond EPOおよびPUR）が利用でき、また接着剤を予め塗布しておいた端子基部の部品を提供することが可能である。Techbond PURのようなポリウレタンベースの合成物において、ポリオールとイソシアネートの反応物質を化学量論比で予め混合しておくが）、イソシアネートはポリオールとの接触を避けるため堅く蓋をしておく、あるいはマイクロカプセルに封入する。この接着剤は室温では個体である。加熱による蓋もしくはカプセル封入膜の破壊、例えば溶融によって接着剤が活性化してイソシアネート成分が周囲のポリオールと接触し、それによって硬化反応が開始する。これら接着剤の使用方法は以下の通りである。
【００３４】
電気回路を保持した窓ガラスを用意し、これをGurit-Essex製Betaseal VP-04604のような洗浄剤で洗浄し、また端子あるいは半乾燥硬化型接着剤を予め塗布した端子基部を用意する。端子を窓ガラス上で位置決めし、100℃〜140℃の温度範囲で急加熱する。適切な急加熱技術としては、赤外線ランプ、加熱空気ジェット、誘導加熱または高周波誘電加熱を含む。熱を接着剤に作用させ、端子を窓ガラス上の所定の位置に圧着する。最初の冷却期間中には端子を所定の位置に保持しなければならず、この間、温度は60℃〜80℃の領域に減少させる。その後窓ガラスを移動させても良いが、重合が完了するまでは接着が十分な強度にまで進展せず、これには室温で最大20分までの時間が必要となる。窓ガラスは直接加熱する必要は無く、それによって熱応力を減少させられることに注意されたい。
【００３５】
上述したように、多くの場合端子と回路との間に分離した電気的接続を形成することが必要となり、その好適な方法はハンダ付けを含む。この場合、ハンダ付けによる熱を接着剤の活性化に使用し、分離した作業を排除することも有利となる。ハンダ付けを行う端子本体の位置に近接させて接着剤を塗布する。このときハンダ付け工具（自動的なもの、例えばロボット制御のものが可能）を、端子を所定の位置にハンダ付けするのに使用し、同時に接着剤を活性化させるために加熱するのにも使用する。ハンダ付け工具は加工品に接触するものでも良く、また加熱空気によるハンダ付け技術を用いても良い。通常、ハンダ付けには接着剤の活性化よりも高い温度が必要であり、そのため到達する温度はハンダ付けの条件に支配され得ることとなる。しかしながら、本発明の一つの利点は、機械的な接着を接着剤によって提供し、それによってハンダが単に電気的な接続のみを提供することにある。結果的に、従来技術に用いている、機械的および電気的な考慮の双方が必要なハンダよりも低融点のハンダを使用することができる。
【００３６】
実際には、ある種の接着剤が加熱により活性化するのであり、そのためハンダを溶融するのに用いる熱を接着剤の溶融にも用いることが好適となる。それゆえ、近似した融点を有する接着剤およびハンダを選択することが有利である。接着剤とハンダの融点の差は20℃以内、好ましくは10℃以内、さらには5℃以内であることが好適である。
【図面の簡単な説明】
【図１】 端子を取り付けた電気回路を含むグレイジングの一部の斜視図である。
【図２】 分離した基部およびコネクタ部を具える端子の斜視図である。
【図３】 一体型の端子の斜視図である。
【図４】 図３の端子の平面図である。
【図５】 図５(a)〜(c)はいずれも予め成形した接着剤のタブレットの斜視図である。

Claims (12)

1. 電気伝導性基板、及び該基板と電気的接続をなす端子を含む電気回路を設け、前記電気回路を有するシート状のグレイジング用材料の窓ガラスを具えるグレイジングであって、前記端子を接着剤及びハンダの双方により前記基板に取り付けることによって前記接着剤が機械的荷重を担い、前記ハンダが前記端子と前記基板との間の電気的接続を提供するグレイジングにおいて、
   前記端子が、相互に係合するように適合させた、分離した基部およびコネクタ部を具え、前記端子の基部を接着剤により前記基板に取り付けたことを特徴とするグレイジング。
2. 請求項１に記載のグレイジングにおいて、
   前記接着剤が熱によって活性化または硬化するものであるグレイジング。
3. 請求項１又は２に記載のグレイジングにおいて、
   前記接着剤が電気伝導性接着剤であるグレイジング。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載のグレイジングにおいて、
   前記接着剤と前記ハンダの融点の差が20℃以内、望ましくは10℃以内、より望ましくは5℃以内であることを特徴とするグレイジング。
5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載のグレイジングにおいて、
   前記電気伝導性基板を該グレイジング上にインクを塗布し、乾燥させ、さらには耐久性を有する導電経路を提供するために加熱して形成したものであることを特徴とするグレイジング。
6. 電気伝導性基板、及び該基板と電気的接続をなす端子を含む電気回路を設けたグレイジングの製造方法であって、
   前記電気回路及び前記基板を設けた窓ガラスを用意するステップと、
   前記端子を接着剤及びハンダの双方により前記基板に取り付けるステップとを含み、該ステップによって前記接着剤が機械的荷重を担い、前記ハンダが前記端子と前記基板との間の電気的接続を提供するグレイジングの製造方法において、
   相互に係合するように適合させた、分離した基部及びコネクタ部を、前記端子に 設け、前記端子の基部を接着剤により前記基板に取り付けることを特徴とする、グレイジングの製造方法。
7. 請求項６に記載の方法において、
   前記接着剤を前記端子と接触させて配置するように、半硬化乾燥型の接着剤のタブレットとして提供する、グレイジングの製造方法。
8. 請求項７に記載の方法において、
   前記接着剤のタブレットを、前記接着剤のタブレットと接触する端子の部分と適合するように予備成形する、グレイジングの製造方法。
9. 請求項６〜８のいずれか１項に記載の方法において、
   前記接着剤を前記端子に予め塗布しておく、グレイジングの製造方法。
10. 請求項６〜９のいずれか１項に記載の方法において、
    前記接着剤を活性化又は硬化させるために加熱する、グレイジングの製造方法。
11. 請求項６〜１０のいずれか１項に記載の方法において、
    ハンダ付けの熱により前記接着剤の活性化又は硬化をも行う、グレイジングの製造方法。
12. 請求項６〜１１のいずれか１項に記載の方法において、
    前記電気伝導性基板を該グレイジング上にインクを塗布し、乾燥させ、さらには耐久性を有する導電経路を提供するために加熱して形成した、グレイジングの製造方法。

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