JP6753414B2 - 電気接続構造、端子付きガラス板、及び端子付きガラス板の製造方法 - Google Patents

電気接続構造、端子付きガラス板、及び端子付きガラス板の製造方法 Download PDF

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Description

本発明は、電気接続構造、端子付きガラス板、及び端子付きガラス板の製造方法に関する。
自動車用の窓ガラス用途において、ガラス板の表面に形成された導体(給電部)と端子との接合に鉛を含む半田が使用されている。近年、環境に対する負荷の低減等のために、鉛を含まない半田の使用が望まれている。
ところが、鉛を含まない半田は、鉛の代替材料であるインジウム、錫、銀等が高額であるため、鉛を含まない半田の採用が進んでいない。一方で、導体と端子との接合手段として、鉛を含まない半田以外には、たとえば導電性ゴムを使用することが提案されている(たとえば、特許文献1を参照。)。導電性ゴムは、圧縮された状態で保持されることで、導体と端子とを電気的に接続する。
国際公開第2014/024980号
導電性ゴムは、長期間使用すると劣化して電気抵抗が大きくなる問題がある。アンテナ等の用途のように流れる電流が比較的小さい場合には、電気抵抗が比較的大きい導電性ゴムを使用することは問題ない。しかし、ガラス板の曇り止め等の用途のように電流が比較的大きい場合には、導電性ゴムを使用することは電力のロスが多くなり問題となる。
本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであって、長期間使用しても電気抵抗が大きくなることを抑えた電気接続構造、該電気接続構造を備える端子付きガラス板、及び端子付きガラス板の製造方法を提供することを目的とする。
本発明の一つの態様の電気接続構造は、ガラス板と、前記ガラス板に形成された給電部と、前記ガラス板と対向する基部を有する端子と、導体で形成され、前記給電部と前記基部との間に配置されたバネ部材と、を備え、前記バネ部材は、第一の方向に延びる板状に形成されているとともに、前記第一の方向の中央部が前記ガラス板の厚さ方向に向かって凸となるように湾曲した湾曲部を有し、前記湾曲部の中央部が、前記給電部及び前記基部の一方に接触されており、前記湾曲部の前記第一の方向の両端部が、前記給電部及び前記基部の他方に接触されており、前記給電部と前記基部とが前記バネ部材に接触することで、前記給電部と前記基部とが前記バネ部材を介して導通する。
本発明の一つの態様の電気接続構造において、前記ガラス板及び前記給電部の少なくとも一方と前記基部とを接着してなる接着剤層を備えてもよい。
本発明の一つの態様の電気接続構造において、前記接着剤層は、前記バネ部材の周囲を囲むように配置されてもよい。
本発明の一つの態様の電気接続構造において、前記基部は、板状に形成され、前記基部の主面における前記バネ部材が配置される領域と前記接着剤層が配置される領域との間には、溝部が形成されてもよい。
本発明の一つの態様の電気接続構造において、前記湾曲部の中央部が、前記給電部に接触されており、前記湾曲部の前記第一の方向の両端部が、前記基部に接触されていてもよい。
本発明の一つの態様の電気接続構造において、前記バネ部材は、凹部が形成された逃げ部を有し、前記凹部は、前記湾曲部の両端部と同一面上に配置された基準面から、前記湾曲部が凸となるように湾曲する側に向かって凹んでいてもよい。
本発明の一つの態様の電気接続構造において、前記逃げ部は、前記第一の方向に延びる板状に形成されているとともに、前記湾曲部が凸となるように湾曲する側に向かって前記第一の方向の中央部が凸となるように湾曲してなってもよい。
本発明の一つの態様の電気接続構造において、前記バネ部材は、前記湾曲部の前記第一の方向の少なくとも一方の端部に設けられ、前記第一の方向に延びる平坦部を有してもよい。
本発明の一つの態様の電気接続構造において、前記基部は、板状に形成され、前記基部には、前記基部の主面から突出して前記ガラス板及び前記給電部の少なくとも一方と接触し、前記給電部と前記基部との間に挟まれた前記バネ部材の所定の割合以上の変形を規制する突出部が設けられていてもよい。
本発明の一つの態様の端子付きガラス板は、電気接続構造を有する。
本発明の一つの態様の端子付きガラス板の製造方法は、ガラス板の給電部と端子の基部との間に導体で形成されたバネ部材を配置する第一工程と、前記バネ部材を前記ガラス板の厚さ方向に圧縮させる第二工程と、を行い、前記バネ部材は、第一の方向に延びる板状に形成されているとともに、前記第一の方向の中央部が前記ガラス板の厚さ方向に向かって凸となるように湾曲した湾曲部を有し、前記湾曲部の中央部が、前記給電部及び前記基部の一方に接触されており、前記湾曲部の前記第一の方向の両端部が、前記給電部及び前記基部の他方に接触されており、前記給電部と前記基部とを、前記バネ部材に接触することで前記バネ部材を介して導通させる。
本発明の一つの態様の端子付きガラス板の製造方法において、前記第一工程では、前記ガラス板及び前記給電部の少なくとも一方と前記基部との間に熱硬化型接着剤層を配置し、前記第二工程では、前記熱硬化型接着剤層を前記厚さ方向に圧縮した状態で、前記熱硬化型接着剤層を加熱して硬化させて接着剤層としてもよい。
本発明の一つの態様の端子付きガラス板の製造方法において、前記第二工程では、前記熱硬化型接着剤層を加熱により一旦軟化させる軟化工程と、前記熱硬化型接着剤層を圧縮した状態で加熱して硬化させる硬化工程と、を行ってもよい。
本発明の一つの態様の端子付きガラス板の製造方法において、前記ガラス板は、複数枚のガラス単板を、中間膜を介して接着した合わせガラスであり、前記複数枚のガラス単板と前記中間膜とを加熱して接着する加熱接着工程の後で、前記第一工程及び前記第二工程を行ってもよい。
本発明の一つの態様の端子付きガラス板の製造方法において、前記湾曲部の中央部が、前記給電部に接触されており、前記湾曲部の前記第一の方向の両端部が、前記基部に接触されていてもよい。
本発明の電気接続構造、端子付きガラス板、及び端子付きガラス板の製造方法によれば、長期間使用しても電気抵抗が大きくなることを抑えることができる。
図1は、本発明の第1実施形態の端子付きガラス板の側面の断面図である。 図2は、同端子付きガラス板の平面図である。 図3は、同端子付きガラス板の端子の底面図である。 図4は、熱硬化型接着剤に対する加熱プロファイルを示したグラフである。 図5は、熱硬化型接着剤の加熱温度に対する粘度を示したグラフである。 図6は、熱硬化型接着剤の加熱温度に対する残存硬化熱量を示したグラフである。 図7は、同端子の基部にバネ部材が取付けられている状態を示す側面図である。 図8は、同端子付きガラス板の熱衝撃試験の結果を示す図である。 図9は、従来の端子付きガラス板の熱衝撃試験の結果を示す図である。 図10は、本実施形態の端子付きガラス板の高温放置試験の結果を示す図である。 図11は、同端子付きガラス板の低温放置試験の結果を示す図である。 図12は、同端子付きガラス板の高温高湿試験の結果を示す図である。 図13は、同端子付きガラス板の通電特性試験の結果を示す図である。 図14は、本発明の第1実施形態の端子付きガラス板の製造方法を示すフローチャートである。 図15は、本発明の第1実施形態の変形例における端子の底面図である。 図16は、本発明の第1実施形態の変形例におけるバネ部材の底面図である。 図17は、本発明の第1実施形態の変形例における端子の基部に同バネ部材が取付けられている状態を示す側面の断面図である。 図18は、本発明の第2実施形態の端子付きガラス板に用いられる端子の側面図である。 図19は、同端子の平面図である。 図20は、同端子の正面図である。 図21は、本発明の第3実施形態の端子付きガラス板に用いられる端子の側面図である。 図22は、同端子の平面図である。 図23は、同端子の正面図である。 図24は、本発明の第4実施形態の端子付きガラス板に用いられる端子の側面図である。 図25は、同端子の平面図である。 図26は、同端子の正面図である。 図27は、同端子の底面図である。 図28は、本発明の変形例の実施形態における端子付きガラス板の側面の断面図である。 図29は、同端子付きガラス板の端子の底面図である。
(第1実施形態)
以下、本発明に係る端子付きガラス板の第1実施形態を、図1〜17を参照しながら説明する。
図1は本実施形態の端子付きガラス板1の側面の断面図であり、図2は本端子付きガラス板1の平面図である。
図1及び2に示すように、本実施形態の端子付きガラス板1は、ガラス板10と、ガラス板10に形成された給電部15と、ガラス板10と対向する基部21を有する端子20と、給電部15と基部21とを接着してなる接着剤層30と、給電部15と基部21との間に配置されたバネ部材35とを備えている。
なお、ガラス板10、給電部15、端子20、接着剤層30、及びバネ部材35で、本実施形態の電気接続構造2を構成する。
<ガラス板>
ガラス板10は、公知の構成のものであり、複数枚(本実施形態では2枚)のガラス単板11を、中間膜12を介して接着した合わせガラスである。
たとえば、給電部15は、ガラス板10の主面10a上に矩形状に形成されている。ここで言う主面とは、板状に形成された部材の、厚さ方向に略直交する外面のことを意味する。給電部15は、平面視において基部21よりも広い面積にわたり形成されている。
給電部15には、線状導体16が接続されている。給電部15及び線状導体16は、銀ペースト等の導電性金属を含有するペーストをガラス板10の主面10a上にプリントし、そのペーストを焼付けて形成されている。
しかし、給電部15及び線状導体16を形成する方法は、これに限定されない。たとえば、銅などの導電性物質からなる線状又は箔状体をガラス板10の主面10a上に接着剤等により貼り付けて、給電部15及び線状導体16を形成してもよい。
線状導体16は、たとえば、アンテナエレメント又はアンテナエレメントへの給電線である。線状導体16は、ガラス板10の曇りを防止するヒータ線であってもよい。また、給電部15はガラス板10に形成された導電膜への給電であってもよく、ガラス板10に形成されたいかなる導体へ給電するための部位であってよい。
なお、給電とは、たとえば線状導体へ電力を供給する意味と、線状導体から電力を受け取る意味とのいずれであってもよい。
<端子>
端子20は、平面視で矩形の板状に形成された前述の基部21と、基部21の長手方向(第一の方向)Xの一方の端部から立設する支持部22と、立設された支持部22の先端部に設けられた雄型端子部23と、基部21の長手方向Xの両端部に設けられたストッパ(突出部)24、25とを有している。
基部21は、幅方向Yに延伸する第一辺21aよりも、第一辺21aに隣接して長手方向Xに延伸する第二辺21bの方が長い。
支持部22は、一方の第一辺21aの中央部からガラス板10の厚さ方向Zに立設している。支持部22の幅方向Yの長さは、基部21の幅方向Yの長さよりも短い。なお、幅方向Yは長手方向X及び厚さ方向Zにそれぞれ直交する方向である。支持部22は、基部21と雄型端子部23との間が所定距離離間するように保持している。
雄型端子部23は、支持部22の先端部から基部21の第一の主面21cに沿って長手方向Xの他方の端部に向かって延びている。雄型端子部23は、電線が連結される平形のタブ端子である。たとえば、雄型端子部23は、日本工業規格JIS D5403(1989年)のPA又はPBに従って形成されたものである。
基部21の長手方向Xの一方の端部の第一辺21aの両端部には、前述のストッパ24が設けられている。ストッパ24は、第一辺21aの端部から長手方向Xに突出している。ストッパ24は、基部21に対して、厚さ方向Zに沿うとともに雄型端子部23から離間する向き(ガラス板10に近づく向き)に段付けされている。ストッパ24の底面24aは、基部21の第二の主面(主面)21dに平行な平坦な面で構成されている。第二の主面21dは、基部21における第一の主面21cの反対側の面である。
基部21の第二の主面21dとストッパ24の底面24aとの距離L1は、バネ部材35が第二の主面21d及び給電部15に安定して接するため、0.2〜0.6mmが好ましい。
基部21の長手方向Xの他方の端部の第一辺21aの両端部には、前述のストッパ25が設けられている。ストッパ25は、基部21の角部が厚さ方向Zに沿うとともに雄型端子部23から離間する方向に段付けされることで形成されている。ストッパ25の底面25aは、ストッパ24の底面24aと面一になる平坦な面で構成されている。ストッパ24、25は、基部21の第二の主面21dから突出している。また、ストッパ24、25の底面24a、25aは、給電部15と接触又は極近接している。ここで言う極近接とは、底面24a、25aと給電部15との距離が、0mmより長く0.2mm以下であることを意味する。
基部21、支持部22、雄型端子部23、及びストッパ24、25は、銅等の薄板を打抜き加工及びプレス加工等をすることにより一体に形成して、錫又はニッケルでメッキを施したものである。
<接着剤層>
図3は、端子20の底面図である。
図1及び3に示すように、接着剤層30は、平面視で外形が矩形の額縁状に形成されている。接着剤層30の外縁は、基部21の第二の主面21dの縁部に沿って配置されている。接着剤層30は、バネ部材35の周囲を囲むように配置されている。接着剤層30は、給電部15と端子20との距離を狭める力を作用させる。
接着剤層30は、硬化する前の熱硬化型接着剤を接着剤層30と略同一形状に形成した熱硬化型接着剤層30Aを加熱により硬化させたものであることが好ましい。熱硬化型接着剤は、加熱により一旦軟化するが、軟化の後も加熱を続けると硬化する。熱硬化型接着剤は、給電部15と基部21とを接着する前の状態から加熱されることにより、粘度が70℃以上120℃未満の温度で6.0×10Pa・s以下となり、120℃以上の温度で硬化する特性を有することが好ましい。熱硬化型接着剤の粘度は、80℃以上110℃未満の温度で6.0×10Pa・s以下となることが好ましい。さらには、70℃以上120℃未満の温度で、粘度が5.0×10Pa・s以下となることが好ましい。熱硬化型接着剤が硬化する温度は、130℃以上であってもよい。
具体的に、熱硬化型接着剤の粘度特性は、図4の温度プロファイルを与えたとき、図5のように変化する。熱硬化型接着剤は、常温からの加熱による温度上昇とともに軟化し、所定の温度を超えると硬化する。図6は、示差走査熱量測定(Differential Scanning Calorimetry、DSC)による残存硬化熱量を測定したものである。熱硬化型接着剤は、所定の温度(図6では120℃)を超えて急速に硬化が進む特性を有する。
熱硬化型接着剤層30Aを加熱により−旦軟化させると、給電部15と基部21とが熱硬化型接着剤層30Aを介して密着する。熱硬化型接着剤層30Aをさらに加圧することで、熱硬化型接着剤層30Aの厚さを接着前の状態より容易に圧縮することができる。そして、さらなる加熱により熱硬化型接着剤層30Aを硬化させることで、熱硬化型接着剤層30Aが接着剤層30になる。こうして、接着剤層30を厚さ方向Zに圧縮された状態で硬化させることができる。
なお、本実施形態では接着剤層30が給電部15と基部21とを接着するとした。しかし、給電部15がガラス板10の主面10a上に形成されている面積が狭い場合等には、接着剤層30がガラス板10と基部21とを接着してもよく、あるいは、ガラス板10及び給電部15と基部21とを接着してもよい。
<バネ部材>
図7は、基部21にバネ部材35が取付けられている状態を示す側面図である。図3及び7に示すように、バネ部材35は、いわゆるブリッジ・コンタクトであり、長手方向Xに延びる板状に形成されていて厚さ方向Zに向かって凸となるように湾曲した2本の湾曲部36と、湾曲部36の長手方向Xの両端部36aに設けられて長手方向Xに延びる平坦部37と、を有している。
各湾曲部36は、長手方向Xの中央部36bが厚さ方向Zに向かって凸となるように、換言すると給電部15に向かって凸となるように湾曲している。2本の湾曲部36は、幅方向Yに互いに間隔を開けて並べて配置されている。湾曲部36の長手方向Xの端部に、平坦部37の長手方向Xの端部が連なっている。平坦部37は、2本の湾曲部36を連通している。
バネ部材35を構成する湾曲部36及び平坦部37は、ベリリウム銅合金等の金属で形成された板材を打抜き加工及びプレス加工等をすることにより一体に形成されている。バネ部材35には、金メッキ、銀メッキ処理等が施されていることが好ましい。
なお、バネ部材35としては、ブリッジ・コンタクト以外にも、いわゆるトーション・コンタクト及びチップ・コンタクトを用いることができる。バネ部材35は金属で形成されているとしたが、バネ部材35は導体(電気伝導体)で形成されていればよい。導体としては、金属以外にも、導電性高分子、導体や絶縁体等の表面に導電性物質をメッキ等により被覆したもの等も含む。
バネ部材35は、接着剤層30の中空部30a内に配置されている。
バネ部材35は、基部21と平坦部37とを接続する補助接着部39により、基部21の第二の主面21dに取付けられ(仮止めされ)ている。第二の主面21dに平坦部37を当接させることで、第二の主面21dに対してバネ部材35がぐらつきにくくなる。
補助接着部39としては、比較的粘度が高い紫外線硬化性の接着剤を用いることが好ましい。比較的粘度が高い方が、紫外線硬化性の接着剤が基部21と平坦部37との間を広がりにくいためである。
なお、補助接着部39に代えて、基部21と平坦部37とをテープ40で仮止めしてもよい。
バネ部材35の湾曲部36は、給電部15と基部21との間に挟まれ、給電部15及び基部21により厚さ方向Zに圧縮されている。バネ部材35は、給電部15と端子20との距離を広げる力を作用させる。
バネ部材35は、各湾曲部36の両端部36a及び平坦部37が基部21の第二の主面21dに接触し、湾曲部36の中央部36bが給電部15に接触する。すなわち、各湾曲部36は、基部21に2点で接触し給電部15に1点で接触する。給電部15と基部21とがバネ部材35に接触することで、給電部15と基部21とがバネ部材35を介して導通する。基部21に平坦部37を接触させることで、基部21にバネ部材35を仮止めしやすくなる。
図1に示すように、ストッパ24、25の底面24a、25aが給電部15と接触することで、基部21の第二の主面21dと給電部15との間に、一定の高さの隙間が形成される。この隙間によって、バネ部材35の湾曲部36が所定の割合以上に変形することが規制される。所定の割合とは、たとえばバネ部材35を形成する材料の0.2%耐力(弾性変形限界)等であることが好ましい。
このように構成された製造された端子付きガラス板1において、たとえば給電部15からバネ部材35を介して基部21に電流が流れる場合について説明する。給電部15に流れ込む電流は、バネ部材35の湾曲部36の中央部36bから両端部36aに向かって二手に分かれて流れる(分流する。)。したがって、バネ部材35に比較的大きい電流を流すことができる。
両端部36aのうちの一方の端部36aと基部21との間に補助接着部39が入り込む等して、端部36aと基部21との間が電気的に絶縁される場合がある。電気的に絶縁されても、他方の端部36aと基部21との間が電気的に接続されていれば、給電部15からバネ部材35を介して基部21に電流を流すことができる。
このように構成された端子付きガラス板1を用いて各種の試験を行った結果を、以下で説明する。なお、ガラス板10としては、比較的小型のテストピースを用いた。以下の試験に用いたバネ部材35は、図3に示すように、2本の湾曲部36を備えている。また、給電部15は、帯状の金属膜であるバスバー(不図示)を用いた。
接着剤層30として、熱硬化型のスリーエム・ジャパン株式会社製の準構造用アクリルフォームテープ、#9270を用いた。バネ部材35として、株式会社グローブ・テック社製のブリッジ・コンタクト、GCB4を用いた。
図8は、端子付きガラス板1の熱衝撃試験の結果を示す図である。熱衝撃試験は、試験槽内に配置した端子付きガラス板1に対して、外気温80℃で30分間保持した状態と外気温−30℃で30分間保持した状態とで1サイクルとして、1000サイクル繰り返すものである。1000サイクル繰り返した状態が、たとえば端子付きガラス板1を自動車の用途に5〜10年使用された状態に相当する。
なお、熱衝撃試験は熱変動による性能低下の懸念が比較的高い試験であるため、2000サイクルまで繰り返して行った。端子付きガラス板1の接触抵抗としては、本来は図1における給電部15の点P1と基部21の点P2との間の電気抵抗とすべきであると考えられる。しかし、以下に説明する接触抵抗は、給電部15として用いたバスバーの電気抵抗も含んでいる。
図8の横軸はサイクル数(回)を表し、縦軸は接触抵抗(mΩ(ミリオーム))を表す。
○印、△印、及び□印のそれぞれは、互いに異なるサンプルを表す。すなわち、同じ構成の端子付きガラス板1をサンプル数3で、熱衝撃試験を行った。端子付きガラス板1の接触抵抗は、温度変化を2000サイクル繰り返しても接触抵抗が7〜10mΩからほとんど変化しないことが分かった。
図9は、比較例となる、特許文献1に示された従来の端子付きガラス板の熱衝撃試験の結果を示す図である。比較例の端子付きガラス板では、本実施形態の端子付きガラス板1のバネ部材35に代えて導電性ゴムを備えている。熱衝撃試験は、サンプル数3で行った。
試験を開始する当初は6〜7mΩ程度だった接触抵抗は、1000サイクル繰り返したときに約30mΩになり、2000サイクル繰り返したときに約90mΩになることが分かった。
図10は、端子付きガラス板1の高温放置試験の結果を示す図である。高温放置試験は、外気温105℃で1000時間保持するものである。なお、高温放置試験は熱による性能低下の懸念が比較的高い試験であるため、2000時間まで保持した。図10の横軸は経過時間(h:時間)を表し、縦軸は接触抵抗(mΩ)を表す。
端子付きガラス板1の接触抵抗は、1000時間及び2000時間保持しても接触抵抗が6〜9mΩからほとんど変化しないことが分かった。
図11は、端子付きガラス板1の低温放置試験の結果を示す図である。低温放置試験は、外気温−40℃で1000時間保持するものである。○印及び△印は、互いに異なるサンプルを表す。すなわち、サンプル数2で、低温放置試験を行った。
端子付きガラス板1の接触抵抗は、1000時間保持しても時間保持しても接触抵抗が7〜9mΩからほとんど変化しないことが分かった。
図12は、端子付きガラス板1の高温高湿試験の結果を示す図である。高温高湿試験は、外気温80℃、湿度85%で1000時間保持するものである。
端子付きガラス板1の接触抵抗は、1000時間保持しても接触抵抗が6〜7mΩからほとんど変化しないことが分かった。
図13は、端子付きガラス板1の通電特性試験の結果を示す図である。通電特性試験は、バネ部材35に所定の電流を流したときに、発熱したバネ部材35の温度が安定したときの温度である。図13の横軸は電流値(A(アンペア))を表し、縦軸は温度(℃)を表す。
○印及び△印は、互いに異なるサンプルを表す。すなわち、サンプル数2で、通電特性試験を行った。□印は、外気温を表す。
一般的に、バネ部材35の温度と外気温との差が40℃未満であることが、通電特性試験におけるバネ部材35の温度として好ましいと考えられる。該バネ部材35には、最大13A程度の比較的大きい電流が流せることが分かった。
バネ部材35は金属で形成されているため、比較的高い温度で行われる熱衝撃試験、高温放置試験、及び他の低温放置試験、高温高湿試験においても、接触抵抗が大きくなることが抑えられることが分かった。
<端子付きガラス板の製造方法>
次に、以上のように構成された端子付きガラス板1の製造方法(以下、製造方法とも略称する。)について説明する。ここでは、車両のウィンドシールド(フロントガラス)に使用される端子付きガラス板1の製造方法を例に挙げて説明する。図14は、製造方法を示すフローチャートである。
ステップS10の切り出し工程は、合わせガラスに使用されるガラス単板11をガラス素板から切り出す工程である。ガラス素板の切断方法は限定されないが、たとえば、矩形のガラス素板にカッターで窓ガラスの形状にスクライブ線を形成し、ブレイクすることでガラス単板11が切り出される。切り出されたガラス単板11は、周縁を面取り加工される。切り出し工程では、車内側のガラス単板11と車外側のガラス単板11が切り出される。
ステップS12のプリント工程は、車内側のガラス単板11の車内側表面に形成される給電部15となる銀ペーストがプリントされる。線状導体16も給電部15と同時にプリントされてもよいし、給電部15をプリントする前にガラス単板11の周縁に形成される隠蔽層となる暗色セラミックペーストがガラス単板11にプリントされてもよい。
ステップS14の曲げ工程は、プリント工程S12を経た一対のガラス単板11を、間に離型剤を介して重ね合わせた状態で、重力曲げ等の方法により曲げる工程である。曲げ工程S14では、一対のガラス単板11が、炉で加熱され軟化した状態で曲げ加工される。一対のガラス単板11は所定の形状に曲げ加工された後、徐冷される。なお、曲げ工程S14は、重力曲げに限定されず、一対のガラス単板11をプレス曲げで成形してもよいし、重ね合わせずに1枚ずつを曲げ加工してもよい。
ステップS16の積層工程は、曲げ加工された一対のガラス単板11の間に中間膜12を積層する工程である。中間膜12は、たとえばポリビニルブチラールである。
ステップS18の予備圧着工程(加熱接着工程)は、一対のガラス単板11と中間膜12との間の空気を抜く脱気処理を行うことによって、一対のガラス単板11と中間膜12とを加熱して接着する工程である。たとえば、一対のガラス単板11と中間膜12との重ね合わせ体を減圧加熱することで、空気を抜くことができる。また、予備圧着工程S18は、ニッパーロール法又はラバーチャンネル法を用いて行われてもよい。
ステップS20の端子形成工程は、金属の板材を打抜き加工及びプレス加工等をすることにより端子20を形成する工程である。
ステップS22の接着剤層貼付け工程は、端子20の基部21の第二の主面21dの縁部に沿って熱硬化型接着剤層30Aを貼り付ける工程である。熱硬化型接着剤層30Aは、シート状に形成された熱硬化型接着剤を所定の形状に形成された刃で打ち抜き加工することで形成できる。
ステップS24のバネ部材仮止め工程は、基部21の第二の主面21dであって、熱硬化型接着剤層30Aの中空部内にバネ部材35を配置する工程である。作業者は、湾曲部36が延びる方向が長手方向Xと平行になるように、基部21の第二の主面21dにバネ部材35を配置する。湾曲部36が、厚さ方向Zに沿うとともに基部21の第二の主面21dから離間する方向に向かって凸となるように配置する。このとき、ストッパ24、25よりも熱硬化型接着剤層30A及びバネ部材35の方が、基部21の第二の主面21dから突出していることが好ましい。
基部21の第二の主面21dにバネ部材35の平坦部37を接触させた状態で、基部21と平坦部37とに紫外線硬化性の接着剤を塗布し、接着剤に紫外線を照射することで接着剤を硬化させて補助接着部39とする。紫外線硬化性の接着剤は作業時間を短くできる効果があるが、これに限定されず、その他の接着剤を使用してもよい。
補助接着部39に代えて、基部21と平坦部37とをテープ40で仮止めしてもよい。
ステップS30の端子配置工程(第一工程)は、端子20を、一対のガラス単板11のうち片方のガラス単板11(たとえば、車内側のガラス単板11)の給電部15上に配置する工程である。
図1に示すように、バネ部材35が、ガラス板10の給電部15と端子20の基部21との間に配置される。給電部15と基部21との間であってバネ部材35の周囲を囲むように熱硬化型接着剤層30Aが配置される。端子配置工程S30の終了時には、熱硬化型接着剤層30Aの中空部内は、端子付きガラス板1の外界から封止される。たとえば、熱硬化型接着剤層30Aの中空部内の空気の圧力は、絶対圧力で1気圧程度である。
なお、接着剤層貼付け工程S22の後でバネ部材仮止め工程S24を行うとしたが、バネ部材仮止め工程S24の後で接着剤層貼付け工程S22を行ってもよい。
ステップS32の本圧着工程(第二工程)は、一対のガラス単板11と中間膜12との重ね合わせ体をオートクレープ内で高温下及び高圧下で処理することで、一対のガラス単板11と中間膜12とを加熱して接着する加熱接着工程である。これら端子配置工程S30及び本圧着工程S32は、予備圧着工程S18の後で行われる。ただし、端子配置工程S30は、予備圧着工程S18の前で行ってもよい。
オートクレープ内の圧力が1気圧に比べて充分に高く、熱硬化型接着剤層30Aの中空部内が封止されているため、バネ部材35及び熱硬化型接着剤層30Aが厚さ方向Zに圧縮される。
具体的には、(1)式を満たすことが、ガラス板10に基部21を実装する条件(余裕度)となる。
「熱硬化型接着剤層30Aの粘着力」+「オートクレープ内の高圧による圧縮力」>「圧縮されて変形されたバネ部材35の反力」 ・・(1)
本圧着工程S32では、バネ部材35及び熱硬化型接着剤層30Aを厚さ方向Zに圧縮した状態で、熱硬化型接着剤層30Aを加熱して硬化させる。バネ部材35及び熱硬化型接着剤層30Aが厚さ方向Zに圧縮されることで、給電部15と基部21とがバネ部材35に接触し、バネ部材35を介して導通する。
本圧着工程S32では、熱硬化型接着剤層30Aを加熱により一旦軟化させる軟化工程S32aと、熱硬化型接着剤層30Aを圧縮した状態で加熱して硬化させる硬化工程S32bとを行う。
熱硬化型接着剤層30Aの圧着は、たとえば、熱硬化型接着剤層30Aを加圧と加熱により硬化させることで行うことができる。熱硬化型接着剤層30Aは、加熱することで架橋するポリマーを含有するため、硬化して接着剤層30となる。また、熱硬化型接着剤層30Aが圧着前後で変色する場合(たとえば、硬化前の黒色から硬化後にグレーに変化する)、熱硬化型接着剤層30Aの圧着状態を色の識別によって視認可能である。
軟化工程S32aでは、熱硬化型接着剤層30Aが−旦軟化したときに給電部15と端子20とを厚さ方向Zに押し付けるため、給電部15にストッパ24、25の底面24a、25aが当接又は極近接する。これにより、給電部15と基部21との距離が保持される。熱硬化型接着剤層30A及びバネ部材35の各湾曲部36が、所定量撓んだ状態で保持される。給電部15及び基部21に、熱硬化型接着剤層30A及び各湾曲部36が密着する。
硬化工程S32bでは、熱硬化型接着剤層30Aが圧縮された状態で硬化し、接着剤層30となる。
なお、前記の製造方法は、前記ステップに限定されず、公知の方法で実施されてよい。たとえば、適宜、ガラス単板を洗浄する洗浄工程等が実施されてよい。
以上説明したように、本実施形態の電気接続構造2、端子付きガラス板1、及び製造方法によれば、バネ部材35は金属で形成されているため、長期耐久性が安定し、長期間使用しても電気抵抗が大きくなることを抑えることができる。
バネ部材35は湾曲部36を有する形状であるため、両端部36aのうちの一方の端部36aに電流が流れなくなっても、両端部36aのうちの他方の端部36aに電流を流すことができる。バネ部材35の湾曲部36を流れる電流が二手に分流するため、小型のバネ部材35でも比較的大きな電流を流すことができる。
湾曲部36の反力が小さくても良好な接触抵抗となるため、ガラス板10に端子20を実装する工程が簡単になる。
バネ部材35は、平坦部37を有する。基部21に平坦部37を接触させると基部21に対してバネ部材35がぐらつきにくいため、基部21にバネ部材35を補助接着部39等により取付ける作業が容易になる。
バネ部材35はストッパ24、25を有するため、給電部15にストッパ24、25を当接させることで給電部15と基部21との距離が保持され、熱硬化型接着剤層30A及びバネ部材35が厚さ方向Zに圧縮されすぎるのを防ぐことができる。
接着剤層30はバネ部材35の周囲を囲むように配置されているため、本圧着工程S32において端子付きガラス板1がオートクレープ内に配置されたときに熱硬化型接着剤層30Aの中空部内にオートクレープ内の高圧の空気が入らない。高圧の空気が入らないことで、バネ部材35及び熱硬化型接着剤層30Aを厚さ方向Zに圧縮させやすくなる。
本製造方法では、端子配置工程S30及び本圧着工程S32を行う。一旦軟化した熱硬化型接着剤層30Aを圧縮して硬化させることで、給電部15及び基部21に熱硬化型接着剤層30Aを密着させることができる。
図15は、本実施形態の変形例における端子20の底面図である。
本変形例では、端子20に取り付けられているバネ部材45は4本の湾曲部36を有している。このように、バネ部材が有する湾曲部36の数は特に限定されない。バネ部材が有する湾曲部36の数が多いほど、バネ部材に大きい電流を流すことができる。
図16は、本実施形態の変形例におけるバネ部材50の底面図である。図17は、端子20にバネ部材50が取付けられている状態を示す側面の断面図である。
図16及び17に示す変形例のバネ部材50は、本実施形態のバネ部材35の各構成に加えて、凹部51aが形成された逃げ部51と、逃げ部51に連なる第二の平坦部52とを有している。
逃げ部51は、長手方向Xに延びる板状に形成されている。逃げ部51は、湾曲部36が凸となるように湾曲する側(ガラス板10側)に向かって長手方向Xの中央部51bが凸となるように湾曲してなる。凹部51aは、板状に形成された逃げ部51が湾曲することで凹んだ部分である。凹部51aは、湾曲部36の両端部36aと同一面上に配置された基準面Q1から、湾曲部36が凸となるように湾曲する側に向かって凹んでいる。逃げ部51の端部は、平坦部37における湾曲部36が連なる端部とは反対側の端部に連なる。
第二の平坦部52は、長手方向Xに延び、平坦部37と同一面上に配置されている。第二の平坦部52は、逃げ部51における平坦部37が連なる端部とは反対側の端部に連なる。
このように構成されたバネ部材50は、基部21と第二の平坦部52とを接続する補助接着部39により、基部21の第二の主面21dに取付けられる。基部21と第二の平坦部52との間に補助接着部39が入り込んでも、基部21と逃げ部51の凹部51aとが離間するため、補助接着部39が基部21と凹部51aとの間に広がらない。バネ部材50に逃げ部51を設けることで、補助接着部39が基部21と平坦部37との間に入り込むのを防止することができる。
したがって、基部21と第二の平坦部52との間に補助接着部39が入り込んでも、基部21と平坦部37とを電気的に接続することができる。
逃げ部51は板状の部材を湾曲させて形成しているため、逃げ部51をプレス加工により容易に形成することができる。
なお、凹部51aは逃げ部51が湾曲することで形成されるとしたが、凹部は板状の逃げ部の外面(第二の主面21d側の面)に、幅方向Yに延びるように形成された溝部等でもよい。
(第2実施形態)
次に、本発明の第2実施形態について図18〜20を参照しながら説明するが、前記実施形態と同一の部位には同一の符号を付してその説明は省略し、異なる点についてのみ説明する。
<端子>
図18は、本実施形態の端子60の側面図である。図19は、本実施形態の端子60の平面図である。図20は、本実施形態の端子60の正面図である。
図18〜20に示すように、本実施形態の端子付きガラス板に用いられる端子60は、第1実施形態の端子20のストッパ24、25に代えてストッパ61、62を備えている。
ストッパ61は、基部21の長手方向Xの一方の端部の第一辺21aの両端部から長手方向Xに突出している。ストッパ61は、基部21の長手方向Xに対して傾斜するように延びる傾斜部64と、傾斜部64の端部に設けられて長手方向Xに沿うように延びる支持部65とを有している。支持部65の底面65aは、基部21の第二の主面21dに平行な平坦な面で構成されている。
基部21の長手方向Xの他方の端部の第一辺21aの両端部には、前述のストッパ62が設けられている。ストッパ62の第二の主面21d側の外面62aは、曲面状に形成され、第二の主面21dから突出している。
基部21の第二の主面21dと支持部65の底面65aとの厚さ方向Zの距離、及び、ストッパ62の外面62aが第二の主面21dから突出している厚さ方向Zの距離は、それぞれ0.4mm程度である。
本実施形態の端子60では、基部21の第一の主面21cの第一辺21a側の端部をポンチ等で叩くことによって、ストッパ62を容易に形成することができる。
ストッパ61、62をガラス板10の給電部15に当接又は極近接させることで、熱硬化型接着剤層30A及びバネ部材35が厚さ方向Zに圧縮されすぎるのを防ぐことができる。
(第3実施形態)
次に、本発明の第3実施形態について図21〜23を参照しながら説明するが、前記実施形態と同一の部位には同一の符号を付してその説明は省略し、異なる点についてのみ説明する。
<端子>
図21は、本実施形態の端子70の側面図である。図22は、本実施形態の端子70の平面図である。図23は、本実施形態の端子70の正面図である。
図21〜23に示すように、本実施形態の端子付きガラス板に用いられる端子70は、第2実施形態の端子60のストッパ62に代えてストッパ71を備えている。
基部21の長手方向Xの他方の端部の第一辺21aの両端部には、前述のストッパ71が設けられている。ストッパ71は、ストッパ61と同様に形成されている。すなわち、ストッパ71は、第一辺21aの端部から長手方向Xに突出している。ストッパ71は、基部21の長手方向Xに対して傾斜するように延びる傾斜部72と、傾斜部72の端部に設けられて長手方向Xに沿うように延びる支持部73とを有している。支持部73の底面73aは、支持部65の底面65aと面一になる平坦な面で構成されている。
本実施形態の端子70によっても、第2実施形態の端子60と同様の効果を奏することができる。
(第4実施形態)
次に、本発明の第4実施形態について図24〜27を参照しながら説明するが、前記実施形態と同一の部位には同一の符号を付してその説明は省略し、異なる点についてのみ説明する。
<端子>
図24は、本実施形態の端子80の側面図である。図25は、本実施形態の端子80の平面図である。図26は、本実施形態の端子80の正面図である。図27は、本実施形態の端子80の底面図である。
図24〜26に示すように、本実施形態の端子付きガラス板に用いられる端子80は、第1実施形態の端子20の基部21、ストッパ24、25に代えて、基部81、前述のストッパ62を備えている。
基部81は、前述の基部21よりも幅方向Yの長さ及び長手方向Xの長さがそれぞれ長い。基部81は、幅方向Yに延伸する第一辺81aよりも、第一辺81aに隣接して長手方向Xに延伸する第二辺81bの方が長い。
基部81の長手方向Xの一方の端部側の第一辺81aには、平面視で矩形状の切欠き81cが形成されている。前述の支持部22は、切欠き81cの底部(基部81の長手方向Xの他方の端部側の端部)から厚さ方向Zに立設している。
基部81の長手方向Xの一方の端部及び他方の端部の第一辺81aの両端部には、前述のストッパ62が形成されている。
<接着剤層、バネ部材>
図27に示すように、接着剤層83は、平面視で外形が矩形の額縁に形成されている。接着剤層83の外縁は、基部81の第二の主面81dの縁部に沿って配置されている。
基部81の第二の主面81d上であって接着剤層83の中空部83a内にはバネ部材85が取付けられている。バネ部材85は、6本の湾曲部36を備えている。
このように構成された端子80は、第2実施形態の端子60と同様の効果を奏するとともに、湾曲部36の本数が前述の実施形態の端子よりも多いため、大電流を流せる。
以上、本発明の第1実施形態から第4実施形態について図面を参照して詳述したが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の構成の変更、組み合わせ、削除等も含まれる。さらに、各実施形態で示した構成のそれぞれを適宜組み合わせて利用できることは、言うまでもない。
たとえば、前記第1実施形態では、図28及び29に示すように、基部21の第二の主面21dにおけるバネ部材35が配置される領域R1と接着剤層30が配置される領域R2との間に、溝部21eが形成されていてもよい。溝部21eは、バネ部材35周りの一部でもよいが、バネ部材35周りの全周にわたり形成されていることが好ましい。オートクレープ内は熱硬化型接着剤層30Aの中空部内よりも高圧であるため、圧縮された熱硬化型接着剤層30Aは中空部側に移動する。中空部側の位置Q3(図28中の拡大図を参照。)に移動した熱硬化型接着剤層30Aは、溝部21e内に入る。このため、熱硬化型接着剤層30Aとバネ部材35との距離を広げて基部21を大きくすることなく、熱硬化型接着剤層30Aがバネ部材35に接触するのを抑制することができる。
前記第2実施形態から第4実施形態についても、同様である。
たとえば、前記第1実施形態から第4実施形態では、各湾曲部36は基部21に2点で接触し給電部15に1点で接触するとした。しかし、各湾曲部36の両端部36a及び平坦部37が給電部15に接触し、湾曲部36の中央部36bが基部21の第二の主面21dに接触するとしてもよい。すなわち、各湾曲部36は、給電部15に2点で接触し基部21に1点で接触する。
接着剤層はバネ部材の周囲を囲むように配置されているとしたが、接着剤層はバネ部材の周りの一部に配置されていてもよい。電気接続構造は、接着剤層を備えなくてもよい。
給電部15の面積は、基部21の面積よりも狭くてもよい。基部21の面積が狭い場合には、端子20のストッパ24、25の底面24a、25aは、ガラス板10と接触する。
バネ部材に、平坦部37は形成されなくてもよい。適切な治具を用いて基部21の第二の主面21dにバネ部材35を位置決めすることで、基部21にバネ部材35を仮止めすることができるからである。
また、端子にストッパは形成されなくてもよい。特許文献1に記載されたパッド及びボスを用いることで、バネ部材35の湾曲部36及び熱硬化型接着剤層30Aの変形を規制することができるからである。
端子は、複数の給電部15を跨いで実装できるように、複数の基部21を有するコネクタ端子でもよい。
端子は、JISに規定された形態の端子部を有するものに限らず、任意の他の形態の端子部を有するものでもよい。また、端子部の形態は、雄型に限らず、雌型でもよい。
端子は、ガラス板10の給電部15と電線との接続に使用されるものに限らず、ガラス板10の給電部15と他の導電部との接続に使用されるもの(たとえば、ガラス板の給電部と車体とを電気的に接続するアース部材。)でもよい。
端子は、基部21を有するが、支持部22と、支持部22の先端部に設けられた雄型端子部23と、を有さない形態でもよい。この場合、電線、実施形態と同じ構成の他の端子、及び電線付きの端子等の導電性部材が、導電性固定部材(例えば、無鉛はんだ)によって基部21の第一の主面21cに取付けられればよい。
ガラス板10は、車両のフロントガラスに限らず、リヤガラス、サイドガラス、ルーフガラスでもよい。また、ガラス板10は、車両用に限らず、建材用、電子機器用でもよい。
本出願は、2015年11月5日出願の日本特許出願、特願2015−217459、2016年8月8日出願の日本特許出願、特願2016−155853に基づくものであり、その内容はここに参照として取り込まれる。
1 端子付きガラス板
2 電気接続構造
10 ガラス板
11 ガラス単板
12 中間膜
15 給電部
20、60、70、80 端子
21、81 基部
21d 第二の主面(主面)
21e 溝部
24、25、61、62、71 ストッパ(突出部)
30、83 接着剤層
30A 熱硬化型接着剤層
35、45、50、85 バネ部材
36 湾曲部
36a 端部
36b 中央部
37 平坦部
51 逃げ部
51a 凹部
51b 中央部
Q1 基準面
R1、R2 領域
S30 端子配置工程(第一工程)
S32 本圧着工程(第二工程)
S32a 軟化工程
S32b 硬化工程
X 長手方向(第一の方向)
Z 厚さ方向

Claims (15)

  1. ガラス板と、
    前記ガラス板に形成された給電部と、
    前記ガラス板と対向する基部を有する端子と、
    導体で形成され、前記給電部と前記基部との間に配置されたバネ部材と、を備え、
    前記バネ部材は、第一の方向に延びる板状に形成されているとともに、前記第一の方向の中央部が前記ガラス板の厚さ方向に向かって凸となるように湾曲した湾曲部を有し、
    前記湾曲部の中央部が、前記給電部及び前記基部の一方に接触されており、
    前記湾曲部の前記第一の方向の両端部が、前記給電部及び前記基部の他方に接触されており、
    前記給電部と前記基部とが前記バネ部材に接触することで、前記給電部と前記基部とが前記バネ部材を介して導通する、電気接続構造。
  2. 前記ガラス板及び前記給電部の少なくとも一方と前記基部とを接着してなる接着剤層を備える、請求項1に記載の電気接続構造。
  3. 前記接着剤層は、前記バネ部材の周囲を囲むように配置されている、請求項2に記載の電気接続構造。
  4. 前記基部は、板状に形成され、
    前記基部の主面における前記バネ部材が配置される領域と前記接着剤層が配置される領域との間には、溝部が形成されている、請求項2又は3に記載の電気接続構造。
  5. 前記湾曲部の中央部が、前記給電部に接触されており、
    前記湾曲部の前記第一の方向の両端部が、前記基部に接触されている、請求項1から4のいずれか一項に記載の電気接続構造。
  6. 前記バネ部材は、凹部が形成された逃げ部を有し、
    前記凹部は、前記湾曲部の両端部と同一面上に配置された基準面から、前記湾曲部が凸となるように湾曲する側に向かって凹む、請求項1から5のいずれか一項に記載の電気接続構造。
  7. 前記逃げ部は、前記第一の方向に延びる板状に形成されているとともに、前記湾曲部が凸となるように湾曲する側に向かって前記第一の方向の中央部が凸となるように湾曲してなる、請求項に記載の電気接続構造。
  8. 前記バネ部材は、前記湾曲部の前記第一の方向の少なくとも一方の端部に設けられ、前記第一の方向に延びる平坦部を有する、請求項1から7のいずれか一項に記載の電気接続構造。
  9. 前記基部は、板状に形成され、
    前記基部には、前記基部の主面から突出して前記ガラス板及び前記給電部の少なくとも一方と接触し、前記給電部と前記基部との間に挟まれた前記バネ部材の所定の割合以上の変形を規制する突出部が設けられている、請求項1からのいずれか一項に記載の電気接続構造。
  10. 請求項1からのいずれか一項に記載の電気接続構造を有する端子付きガラス板。
  11. ガラス板の給電部と端子の基部との間に導体で形成されたバネ部材を配置する第一工程と、
    前記バネ部材を前記ガラス板の厚さ方向に圧縮させる第二工程と、
    を行い、
    前記バネ部材は、第一の方向に延びる板状に形成されているとともに、前記第一の方向の中央部が前記ガラス板の厚さ方向に向かって凸となるように湾曲した湾曲部を有し、
    前記湾曲部の中央部が、前記給電部及び前記基部の一方に接触されており、
    前記湾曲部の前記第一の方向の両端部が、前記給電部及び前記基部の他方に接触されており、
    前記給電部と前記基部とを、前記バネ部材に接触することで前記バネ部材を介して導通させる、端子付きガラス板の製造方法。
  12. 前記第一工程では、前記ガラス板及び前記給電部の少なくとも一方と前記基部との間に熱硬化型接着剤層を配置し、
    前記第二工程では、前記熱硬化型接着剤層を前記厚さ方向に圧縮した状態で、前記熱硬化型接着剤層を加熱して硬化させて接着剤層とする、請求項11に記載の端子付きガラス板の製造方法。
  13. 前記第二工程では、
    前記熱硬化型接着剤層を加熱により一旦軟化させる軟化工程と、
    前記熱硬化型接着剤層を圧縮した状態で加熱して硬化させる硬化工程と、
    を行う、請求項12に記載の端子付きガラス板の製造方法。
  14. 前記ガラス板は、複数枚のガラス単板を、中間膜を介して接着した合わせガラスであり、
    前記複数枚のガラス単板と前記中間膜とを加熱して接着する加熱接着工程の後で、前記第一工程及び前記第二工程を行う、請求項12又は13に記載の端子付きガラス板の製造方法。
  15. 前記湾曲部の中央部が、前記給電部に接触されており、
    前記湾曲部の前記第一の方向の両端部が、前記基部に接触されている、
    請求項11から14のいずれか一項に記載の端子付きガラス板の製造方法。
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