KR20060052641A - 차량의 창유리용 전기연결구 - Google Patents

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KR20060052641A
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thermal expansion
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피. 호에프너 티모시
엣스. 악커만 마크
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에이지시 오토모티브 아메리카스 알 앤드 디, 인코포레이티드.
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Abstract

창유리는 유리로부터 성형되는 기판을 갖고, 전기장치를 포함구성한다. 이 전기장치는 전기전도체를 포함구성한다. 전기연결구는 전도체에 작업적으로 연결되고 전기적으로 통전되어 전기에너지를 전도체에 전달한다. 이 기판은 제 1 열팽창계수를, 연결구는 제 2 열팽창계수를 갖는다. 이 제 1 열팽창계수와 제 2 열팽창계수 사이의 차이는 온도변화를 초래하는 연결구와 기판의 열팽창으로 인해 연결구와 기판 사이의 기계적 스트레스 발생을 최소화하기 위해 5×10-6/℃ 이하로 한다.

Description

차량의 창유리용 전기연결구{An Electrical Connector for a Window Pane of Vehicle}
도 1은 전기장치를 가진 뒷창유리를 포함구성하는 차량의 사시도
도 2는 전기공급라인을 가진 도 1의 창유리의 개략도
도 2A는 전기전도체에 작업연결되는 전기연결구를 포함구성하는 도 2의 창유리의 부분설명도
도 3은 기판에 연결되고 세라믹층에 작업연결되는 전기전도체를 나타내는 도 2A에서의 선 3-3을 따라 잘라본 창유리의 개략적인 측단면도
도 4는 세라믹층이 없는 기판에 작업연결되는 전기전도체를 나타내는 창유리의 또다른 일실시예로서의 개략 측단면도
도 5는 전기연결구에 피복용 클래드(cladding clad)를 포함구성하는 창유리의 또다른 일실시예로서의 일부 측단면도
도 6은 도 5의 선 6-6을 따라 잘라본 창유리의 개략 측단면도
도 7은 도 5의 선 6-6을 따라 잘라본 창유리의 또다른 일실시예로서의 개략 측단면도
본 발명은 차량의 창유리(window pane)용 전기연결구(electrical connector)에 관한 것이다. 보다 구체적으로 말하면, 본 발명은 안개제거기(defogger), 서리제거기(defroster), 안테나(antenna) 등과 같은 차량의 전기전도체(electrical conductor)에 전기에너지를 전달시켜주는 유일한 구성(composition)을 갖는 전기연결구(electrical connector)에 관한 것이다.
전기연결구(electrical connector)는 차량 기술분야에서는 알려진 기구이다. 이 연결구는 전도체(conductor)에 전기에너지를 변환, 전달시켜주기 위한 전기전도체와 금속적으로 연결되어 전기를 통하게 한다. 보다 구체적으로 말하면, 이 전도체는 일반적으로는 은(silver)를 포함하는 개념으로, 유리, 예컨데 차량의 백라이트(backlite) 또는 자동차 전면 바람막이 유리(windshield)와 같이 창유리로부터 형성되는 기판(substrate)에 작업적으로 연결되는 특성을 가진다. 이 전도체는 통상 차량의 창유리에서 가시 가능하게 되어 있고, 통상 창유리를 수평으로 가로질러 뻗어있다. 이 전도체는 통상 안개제거기, 서리제거기, 안테나를 이룬다.
전통적으로, 이 전도체는 납을 포함구성하는데, 그 이유는 납이 변형 가능한 금속이고 전도체와 기판(substrate) 사이에서 온도변화에 의해 전도체의 열팽창이 있을 경우 이 열팽창으로 인해 발생되는 기계적 스트레스(mechanical stress)를 최소화해주게 된다. 보다 구체적으로 설명하면, 서로 다른 열팽창 계수 차이가 있으면 기계적 스트레스를 초래한다. 이러한 열팽창은 기판에 크랙발생(cracking) 또는 기타 다른 손상을 초래한다. 더우기, 납은 전도체로부터의 층간박리(delamination)에 저항하는 기능을 갖고 있다.
그러나, 납은 주변환경을 오염시키는 물질로 알려져 있다. 그런 관계로, 자동차 산업을 비롯한 여러 많은 산업분야에서는 모든 차량에서 납을 제거하고저 하는 움직임을 보이고 있다.
전도체에서 납(Pb)을 대체할 물질로 제안되어온 종래의 재료로서 구리(Copper)와 같은 것이 있긴 하나, 이는 전도체를 층간박리시키려는 경향이 있다. 다른 종래의 물질들은 전도체의 열팽창으로 인해 전도체와 기판사이의 기계적 스트레스를 없애주지 못하므로 온도변화가 있으면 기판은 그대로 크랙에 직면하거나 손상을 당하게 된다. 이들 종래물질들의 비효율과 부적합성으로, 자동차 업계에서는 납을 포함하는 전도체로부터 멀리 하려는 움직임이 적었다.
차량의 유리에서 사용되는 여러가지 전도체를 개발하려는 시도가 있어 왔으나, 전기전도 기술에 적용코저 하는 개발은 거의 없었다. 예를 들면, 미국 특허 제 6,396,026호에는 2개의 창유리 사이에 배열설치되는 전기전도체를 포함구성하는 라미네이팅한 차량용 창유리(laminated pane)가 개시되어 있다. 이 전기전도체는 전기전도체에 강성(rigidity)을 제공하기 위해 티타늄(Ti)을 포함하는 층상조직(laered structure)를 포함구성한다. 그리고 이 전기전도체는 창유리들 사이의 층 간 또는 내층(interlayer)에 위치된다. 이 위치에서, 전기전도체는 이들 유리로부터 공간을 두어 설치되는 것이다. 티타늄을 포함하는 전도체는 위 특허 6,396,026호에서는 그러나, 창유리의 하나에 작업적으로 연결되는 전도체에 전원(power supply)을 연결하는 전도체로서의 기능을 효과적으로 수행할 수 없다. 보다 구체적으로 말하자면, 구리와 같이 보다 전도성을 가진 이 금속을 포함하는 외표면을 가진 전도체 코어로 개시되어 있다. 구리 등을 포함하는 이 외표면을 가진 티타늄코어(titanium core)는 그러나 구리가 있기 때문에 전기전도체로서는 비효율적이다. 그 이유는 구리는 구리의 열적팽창으로 인해 창유리가 온도변화를 일으키므로써 구리와 창유리 사이의 기계적 스트레스 발생으로 전도체로부터 구리가 층간박리 또는 층간분리되려 하기 때문이다.
따라서, 납을 포함하는 전기연결구를 보다 친환경적인 물질로 대체할 필요가 있다. 또한 온도변화에 의해 발생되는 기판과 연결구(connector)의 열팽창(thermal expansion)으로 인해 초래되는 연결구와 기판 사이의 기계적 스트레스를 계속 감소시키므로써 전기전도체로부터의 층간박리(delamination)에 저항할 수 있게 할 필요가 있는 것이다.
본 발명은 창유리용 전기장치(electrical device for a window pane)를 제공하기 위한 것이나. 이 창유리는 기판(substrate)을 포함구성한다. 본 발명은 또한 전기장치를 포함구성하는 창유리와 창유리를 포함구성하는 차량을 또한 제공한다. 이 전기장치에는 전기전도체(electrical conductor)와 전기연결구(electrical connector)가 구성된다. 이 전기연결구는 작업상 전도체에 연결되고 전기적으로 통하게 되면 전도체에 전기에너지를 전달하게 된다. 기판은 열팽창의 제 1 계수를 갖고, 연결구는 열팽창의 제 2 계수(second coefficient)를 갖는다. 다년간의 실험으로 확인 결과 제 1 및 제 2 열팽창계수(또는 열팽창율) 사이의 차이는 5×10-6/℃와 같거나 그 미만이 되게하면 연결구의 열팽창으로 인한 기판과 연결구 사이의 기계적 스트레스와 기판이 온도변화에 놓이게 되는 것을 최소화할 수 있음을 알게 된 것이다. 그 결과, 연결구는 전도체로부터의 층간박리(delamination)에 저항할 수 있게 되는 것이다.
(최량의 실시예)
본 발명을 도면을 참조하여 일실시예로서 설명한다. 여기에서 부호 숫자는 여러가지 그림을 통해 동일 또는 대응되는 부분을 지칭한다. 창유리(window pane)은 일반적으로 차량(12)에서의 부호 10으로 나타내었다. 이 창유리(10)는 기판(14)을 포함구성하는데, 이 기판은 제 1 열팽창계수(first coefficient of thermal expansion)를 갖는다. 통상, 기판(14)은 유리(glass)로 형성된다; 그러나, 이 기판(14)은 세라믹(ceramic)과 같은 다른 재료로부터 형성될 수도 있다. 보다 바람직하게는, 유리를 자동차 유리(automotive glass)로 또한 정의한다. 가장 바람직한 실시예에서는, 이 자동차 유리를 소다-석회-실리카 유리(soda-lime-silica glass)로 도 정의하여 부른다. 이 이름은 차량(12)의 창유리(10)에서는 잘 알려진 이름이다. 그러나, 유리는 종래기술상 알려진 타입의 유리라면 그 어떤 유리라도 관계 없다.
전기전도체(16)는 기판(14)의 역을 가로질러 적용된다. 통상, 전도체(16)에는 은(silver)이 포함되나, 다른 전도성 금속도 전도체(16)로 적합하다. 이 전기전도체(16)는 창유리(10)에서 보인다. 그리고 전형적으로 창유리(10)를 수평으로 가로질러 뻗는 선(18)을 포함구성한다. 이 전도체(16)는 통상 안개제거기, 서리제거기, 안테나, 또는 이들의 조합으로 이루어진다. 그러나 전도체(16)는 이와 같은 전도체(16)용 기술에서 알려진 기능을 부여한다.
도 2, 도 2A를 참조하면, 전기연결구(20)는 전도체(16)와 작업연결되고 전기적으로 통하게 되어 있다. 이 전기연결구(20)는 제 2 열팽창계수를 갖는다. 이와 더불어, 전도체(16)와 연결구(20)는 전기장치(24)를 형성한다. 연결구(20)는 가급적 티타늄(titanium)을 포함구성하는데, 다른 금속, 예컨데 몰리브덴(Mo), 텅스텐(W), 하프늄(Hf), 탄탈륨(Ta), 크롬(Cr), 이리듐(Ir), 니오븀(Nb), 바나듐(V), 백금(Pt) 및 이들의 조합으로 구성 가능하고, 어떤 특정금속에 한정되지 않는다. 이들 금속은 제 1 열팽창계수와 제 2 열팽창계수의 차이가 5×10-6/℃ 이하인 한 연결구(20)용으로 적합하다. 이에 대해서는 후에 상술한다.
티타늄(Ti)은 연결구(20)로 하여금 온도변화로 인한 기판(14)과 연결구(20)의 열팽창에 따라 발생되는 연결구(20)와 기판(14) 사이의 기계적 스트레스를 줄여주는 역할을 한다. 보다 구체적으로 말하면, 제 1 및 제 2 열팽창계수 사이의 차이 로 인해 생기는 기계적 스트레스를 줄여주는 것이다. 이 기계적 스트레스는 기판(14)에 크랙발생이나 기타 다른 손상을 일으킨다. 그리고, 또한 연결구(20)가 기판(14)으로부터 분리 또는 박리되도록 한다.
가급적, 티타늄은 연결구(20) 안에 연결구(20) 총 중량대비 적어도 50중량부 이상의 량으로 존재한다. 보다 바람직한 예에서는, 티타늄은 연결구(20) 내에 연결구(20)의 총 중량대비 적어도 85중량부 이상 특히 99중량부 이상 함유하는 것이 바람직하다. 이와 같이 연결구 총 중량대비 티타늄 함량비율이 99중량부를 이루게 되면, 이 성분함량은 상업적으로는 순 티타늄(pure titanium)으로 간주된다.
가장 바람직한 실시예에서, 연결구(20)의 잔여분은 철분(Fe), 산소(O), 탄소(C), 질소(N) 및/또는 수소(H) 등으로서, 각각은 연결구(20)의 총 중량부대비 0.2중량부 이하의 량으로 함유된다. 다른 잔여성분 또한 연결구 총 중량대비 0.4중량부 이하의 함량으로 연결구(20)에 존재한다.
다른 실시예로서, 여기에서 티타늄은 알루미늄(Al), 주석(Sn), 구리(Cu), 몰리브덴(Mo), 코발트(Co), 닉켈(Ni), 지르코늄(Zr), 바나듐(V), 크롬(Cr), 니오븀(Nb), 탄탈륨(Ta), 팔라듐(Pd), 루테늄(rutheniuml: Ru) 및 이들의 조합(combination)으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 금속과의 합금으로 된 티타늄(alloyed titanium)으로 할 수 있다. 이러한 다른 실시예에서는, 연결구(20) 내에 존재하는 금속이 연결구(20) 총 중량대비 0.05~50중량부, 보다 바람직한 범위는 1~10중량부, 가장 바람직하게는 1~5중량부 함유되는 것이다. 이 연결구(20)는 제조공정 중의 폐기물과 파손된 창유리(10)의 파손과정에서 생기는 폐기물로 초래되는 환경오염을 최소화하기 위해 납(lead: Pb)을 없앤 무납의 연결구이다. 티타늄은 환경친화적이다. 다시말해 티타늄은 납보다도 주변환경에 덜 유해하다. 따라서, 제조공정과 파손된 창유리(10)의 처리과정에서 나오는 과도한 티타늄의 처리와 폐기물 추적은 납보다는 덜 심각하다.
통상, 합금화된 티타늄은 위에서 언급한 금속과 합금한 경우에는 알파합금(alpha alloy)와 알파-베타합금(alpha-beta alloy)의 하나로 정의된다. 다시말해, 합금화된 티타늄은 티타늄합금의 현미경조직면에서 알파합금이나 알파-베타합금 중 어느 하나로 되어 있다. 알파합금은, 상업적으로 간주되는 순 티타늄과 더불어 우수한 용접성을 나타낸다. 따라서, 알파합금과 상업적으로 순수한 순 티타늄은 전기전도체(16) 위로 용접된다. 통상, 알파-베타합금은 약하게 베타 안정화된 것(weakly beta-stabilized)으로 되어있다. 약하게 베타-안정화된 알파-베타합금(weakly beta-stabilized alpha-beta alloys)도 또한 우수한 용접성을 나타낸다. 강한 베타-안정화된 알파-베타합금 또한 적절하다. 그러나, 이러한 합금들은 용접을 통해 취약화된다(embrittled). 더우기, 베타합금은 본 발명에도 적절하긴 하나, 용접 후 합금을 강화시키는 데에는 추가 공정처리가 필요하다.
연결구(20)와 전도체(16) 사이의 작업연결은 금속결합(metallurgical bonds)으로 또한 정의된다. 이는 화학적 결합에 대비되는 개념으로서, 연결구(20)와 전도체(16) 사이의 금속결합의 개념이다. 금속결합은 이하에 보다 상세히 설명하겠지만, 전기전도체(16)에 대한 전원(38)으로부터 전류가 흐르게 하는 전기전도도를 유지하는 데 매우 중요하다. 이 분야에 대한 기술을 가진 자들에게는 화학적 결합은 연결구(20)와 전도체(16) 사이의 연결에 대한 저항성을 증가시키므로 전류의 흐름을 억제하는 것으로 알고 있다. 금속결합은 용접을 통해 만들어진다. 이 분야에 알려진 그 어떤 용접공정도, 예컨데 레이저 용접(laser welding), 초음파 용접(ultrasonic welding), 마찰 용접(friction welding) 등 그 어떤 것도 연결구(20)를 전도체(16)에 용접시키는 데 사용된다. 다른 기술, 예컨데 열압축결합(thermalcompression bonding)도 금속결합을 만드는데 이용된다. 그 하나의 예로서, 플럭스(flux, 도시안됨)를 들 수 있는데, 이 플럭스는 연결구(20)와 전도체(16) 사이에 배치되어 금속결합을 촉진한다. 그러나, 가장 바람직한 예로서는 연결구(20)가 전도체(16)에 직접 결합되어 금속결합을 형성하는 것을 들 수 있다. 플럭스는 박막금속 플럭스(thin-film metal flux)로 되고, 즉, 금속을 함유하는 플럭스로 되고, 20×10-6m 이하의 두께를 가진다. 종래의 땜납플럭스(braze flux)도 사용되는데, 이는 일반적으로 보론을 기본으로 한 플럭스(boron-based flux)로 되어 있다. 이 플럭스는 또한 주석(tin: Sn), 인듐(indium: In) 및 이들의 결합으로 된 것도 포함한다.
환경 영향 외에도, 연결구(20)에서 티타늄(titanium: Ti)의 존재가 갖는 또다른 장점은 티타늄이 간단히 전술한 바와 같이, 기판(14)에 대한 열팽창계수가 실질적으로 유사(비슷)하다는 것이다. 도 3을 참조하면, 연결구(20)와 기판(14)이 직접적으로 연결되어 있지 않더라도, 즉, 전도체(16)가 기판(14)과 연결구(20) 사이에 배치되더라도, 제 1 열팽창계수를 갖고 있는 기판(14)은 딱딱하여 기계적 스트 레스에 처하게 되면 크랙이 발생되기 쉽다. 전도체(16)는 통상 5×10-4~1×10-3m 의 두께를 가진 연결구(20)에 비해 상대적으로 작은 두께인 8×10-6~12×10-6m의 두께를 갖는다. 이와 같이 작은 두께와 은(silver: Ag)을 함유하므로 전도체(16)는 온도변화에 따라 팽창과 수축을 가져오는 기계적 스트레스에 처하게 되면, 전성(malleable) 또는 성형성 등 변형이 쉬워진다. 이와 같이, 전도체(16)는 제 2 열팽창계수를 갖고, 온도변화로 인해 발생되는 기계적 스트레스의 상당량을 흡수한다. 그러나, 연결구(20)도 또한 온도변화로 인한 팽창과 수축을 하게 되므로, 이 역시 전도체(16)에 의해 흡수되는 기계적 스트레스를 초래하게 된다. 그 결과, 제 1 및 제 2 열팽창계수 사이의 실질적 차이가 전도체(16)에 걸리는 과도한 기계적 스트레스를 초래한다. 기판(14)은 일반적으로 연결구(20)보다 취약하여 기계적 스트레스로 인한 크랙(cracks)을 발생시키기 쉽게 된다.
제 1 및 제 2 열팽창계수 사이의 차이는 5×10-6/℃ 이하이고, 이는 온도 0~300℃의 범위에 걸쳐 나타나는 평균치로서, 이는 600℃를 포함하는 온도까지는 기판(14)이 크랙 발생되는 것을 방지하는데 충분한 수치이다. 제 1 열팽창계수는 가급적 8~9×10-6/℃이다. 전술한 바와 같이, 기판은 가급적 소다-석회 실리카 유리로 되고, 그 열팽창계수는 역시 온도 0~300℃에 걸친 평균치 8.3~9×10-6/℃, 가장 바람직하기로는 약 8.3×10-6/℃이다. 제 2 열팽창계수는 0~300℃의 온도범위에 걸 쳐 가급적 3~13×10-6/℃, 가장 바람직하기로는 약 8.8×10-6/℃이다.
은(Ag) 외에도, 전도체(16)는 예컨데 유리 원료(glass frit)와 그 유체 변형물(flow modifiers)과 같은 재료를 포함구성한다. 이 전도체(16)는 기판(14)에 패이스트(paste)상으로 적용되는데, 소결 공정(sitering process)을 통해 기판(14)상에 연속화입(subsequently fired)된다. 보다 구체적으로 말하면, 패이스트가 기판(14)에 가해진 후에는, 기판(14)은 약 250℃라는 낮은 온도에서 구워지는데(bake), 이 온도에서 패이스트를 제외한 유체변형물이 흘러나가게 한다. 이 기판(14)은 다음 약 600℃의 온도에서 소결되고, 기판(14) 위로 패이스트를 가열하게 되므로써 전도체(16)를 형성하게 한다. 소결공정은 또한 전도체(16)와 기판(14) 사이에서의 기계적 스트레스가 확대되는 것을 방지한다.
전도체(16)가 서리제거기, 안개제거기일 경우, 전도체(16)는 또한 라인(18) 외에도 수직스트립(50)(52)을 포함구성하고 라인(lines)(18)의 반대편 끝쪽에 배치된다. 이 스트립(50)(52)는 라인(18)에 전기적으로 연결되고, 이 스트립(50)(52)은 라인(18)과 조합되어 평행회로(paralled circuit)를 만든다.
도 1을 참조하면, 창유리(10)가 이 창유리의 주변에 인접되게 배치된 세라믹층(ceramic layer)(26)을 포함구성하는 것을 알 수 있다. 이 세라믹층(26)은 기판(14)상의 접착제를 자외선(UV)으로부터 질저하되지 않도록 보호한다. 이 분야에서는 알려져 있는 것이지만, 이와 같은 접착제는 일반적으로 창유리(10)를 차량 차체(12)에 고착시키는 데 사용된다. 도 3에 나타나 있는 바와 같이, 세라믹층(26)은 기판(14)과 전도체(16) 사이에 배치된다. 이 세라믹층(26)은 일반적으로 흑색으로서, 기판(14), 전도체(16)와 연결구(20) 사이에서 열팽창력(thermal expansion dynamics) 상에 무시해도 좋은 효과를 갖는다. 이와 같이, 열팽창력이라는 점에서 보면, 도 3에서와 같은 배열 사이에서 심대한 차이가 없다. 여기에서 연결구(20)는 세라믹층(26)의 정상부에서 그리고 도 4에서 도시된 배열에서와 같이 전도체(16)에 작업연결되고, 여기에서 연결구(20)는 기판(14)의 정상부에 있는 전도체(16)에 작업상 연결된다.
한가지 실시예로서, 도 5 및 도 6에서 도시된 바와 같이, 연결구(20)는 외표면역(outer surface area)(28)과 이 외표면역(28)에 피복되는 클래딩(cladding)(30)을 갖는다. 가급적, 이 클래딩(30)에는 구리(copper)가 포함구성되는데, 이는 티타늄보다도 더욱 전기적으로 전도성을 가지며, 연결구(20)를 통해 전기 흐름을 향상시켜 준다. 이 클래딩(30)은 이 클래딩(30)이 전술한 바와 같이, 기판(14)상에 기계적 스트레스가 걸리는 것을 피하기 위해 전도체(16)로부터 기계적으로 절연되도록 전도체(16)로부터 공간을 두고 떨어져 있다. 이는 클래딩(30)이 기판(14)으로부터 실질적으로 서로 다른 열팽창계수를 갖기 때문이다.
클래딩(30)과 연결구(20)는 연결구(20)가 온도변화로 인한 클래딩(30)의 팽창 및 수축으로 생기는 기계적 스트레스를 충분히 최소화하기 위해 충분한 량의 티타늄을 함유하도록 용적율로 0.01:1~4:1의 비율로 서로에 관해 존재한다.
이와는 다른 실시예로서, 연결구(20)는 연결구(20)의 총 중량에 기하여 50중량부 이하의 구리(copper: Cu)와 나머지는 티타늄(titanium: Ti)으로 이루어지는 합금화티타늄을 구성하므로써 클래딩(30)에 대한 필요성, 즉 수요를 없애준다.
도 7에서와 같이, 전기적으로 전도성을 가진 포일(54)은 연결구(20)와 전도체(16) 사이에 배치될 수도 있고 이에 따라 연결구(20)를 전도체(16)에 결합시키므로써 연결구(20)와 전도체(16) 사이의 전기적인 교류, 즉 통전(electrical communication)을 확보하게 한다. 이 포일(54)은 특히 전기적 연결구(20)가 티타늄으로 형성되면 유용하다. 가급적 전기적으로 전도성을 갖는 포일(54)은 알루미늄으로 형성된다.
이 연결구(20)는 전기에너지를 전도체(16)에 전달한다. 가급적, 이 연결구(20)는 창유리(10)의 일측에서 창유리(10) 주변에 인접되는 전도체(16)에 연결된다. 그러나 연결구(20)만 필요하다는 것 또한 인식할 필요가 있다. 제 2 연결구(22)는 전도체(16)로부터 떨어져 전기에너지를 전달한다. 한가지 실시예로서 도 2에 개략 도시되어 있는 바와 같이, 차량(12)은 전기에너지를 공급하기 위하여 전원(38)을 포함구성한다. 이 전원(power supply)(38)은 밧데리, 밧데리 대체물 등이 될 수 있다. 가급적 연결구(20)와 제 2 연결구(22)는 전원(38)과 작업적으로 연결되고 전기적으로 통해지게 된다. 이 연결구(20)는 전기에너지를 전원(38)으로부터 전도체(16)로 전달하고, 제 2 연결구(22)는 전원(38)에 전도체(16)로부터 전기에너지를 전달한다. 보다 구체적으로 말하면, 리드 선(lead wire)(40)은 기판(14)에 인접된 전원(38)으로부터 작업적으로 연결되고 뻗는다. 이 리드선(40)은 또한 연결구(20)로 작업연결된다. 다른 리드선(42) 또한 전원(38)으로부터 제 2 연결구(22)로 뻗고, 작업적으로 제 2 연결구(22)로 뻗는 연결구(20)로 되어 전기회로를 완성한 다. 이 리드선(40)과 리드선(42)도 가급적 구리를 포함구성한다.
리드선(40)과 연결구(20) 사이의 작업적 연결은 용접, 기계적 연결 등을 통해 이루어진다. 한가지 실시예를 들면, 암부재(46)는 연결구(20) 중 하나와 연결하기 위해 리드선(40)으로부터 뻗는다. 숫부재(male member)(48)도 암부재(46)에 작업연결하기위해 연결구(20)로부터 뻗고 리드선(40) 또한 뻗는다. 다시말해, 도 5에서 나타나 있는 바와 같이, 암부재(46)는 숫부재(48)가 연결구(20)로부터 뻗을 때 리드와이어(40)로부터 뻗고, 그 반대도 마찬가지로 된다. 제 2 연결구(22)와 제 2 리드선(42) 사이의 작업연결은 연결구(20)와 리드와이어(40) 사이의 작업연결과 동일하다. 가장 바람직한 실시예로서 도 5에 나타난 것을 보면, 리드와이어는 암부재(46)를 포함구성하고, 연결구(20)는 숫부재(48)를 포함구성한다. 이 암부재(46)는 압축(compression)을 통해 숫부재(48)를 끼우는데, 이는 리드와이어(40)와 연결구(20) 사이의 분리를 방지하기 위함이다. 그러나 알아야 할 것은 부재(46)(48)는 용접 또는 기타 다른 공정을 통해 연결된다는 점이다.
실시예
플래크판(plaques)을 유리기판(14)을 포함하게 제작하고, 전기전도체(16)와 전기연결구(20)를 만들었다. 전기전도체(16)는 모든 플래크판에 대해 은 패이스트(silver paste)로부터 성형되고, 전기연결구(20)도 여러가지 재료로 성형하였다. 유리기판(14)은 소다-석회-실리카 유리(soda-lime-silica glass)로부터 성형하였다. 이 플래크판을 어떤 재료가 연결구(20)에 적합한가를 결정하기 위해 가열하였 다. 보다 상세히 말하면, 이 플래크판을 250℃의 온도로 우선 약 20분간 가열하여 은 패이스트에 잔류해있던 잔류성분들을 제거하였다. 다음, 이 플래크판을 620℃에서 약 20분간 가열하였다. 그런 다음 약 21℃의 상온으로 약 120분 이상 냉각하였다.
이 플래크는 유리기판(14) 및/또는 전도체(16)로부터 연결구(20)의 가시적인 분리(visual separation)가 관측되었고 유리기판(14)의 가시적인 균열(cracking)도 관측되었으며, 재료가 연결구(20)용으로 적합한지를 가리키든 가리키지 않든 이에 관계없이 관측되었다.
표 1에서는, 연결구(20)에 사용되는 재료의 타입과 량이 각 플래크판에 대해 나타나 있다. 여기에서 량의 표시는 연결구(20) 총 중량대비 중량부를 나타낸다. 아울러 재료가 연결구(20)용으로 적합한지 아닌지에 대한 표시도 나타나 있다. 더우기, 소다-석회-실리카 유리의 성질도 표 1에 포함되어 나타나 있다.
Figure 112005065138518-PAT00001
분명한 것은, 상술한 설명과 원리에 비추어 본 발명에 여러가지 수정과 변형을 가하여 만들 수가 있지만, 본원 특허청구범위의 범위 내의 것이라면 특별히 따로 설명하지 않아도 본 발명을 실시할 수 있다는 것이다.
본 발명은 납을 포함하는 전기연결구를 보다 친환경적인 물질로 대체하고, 또한 온도변화에 의한 연결구와 기판의 열팽창으로 인해 초래되는 연결구와 기판 사이의 기계적 스트레스를 계속 감소시킬 수 있게 되어 전기전도체로부터의 층간박리현상이 생기지 않는 차량의 창유리용 전기연결구 등을 제공할 수 있게 되었다.

Claims (25)

  1. 창유리는
    제 1 열팽창계수(first coefficient of thermal expansion)를 갖고 유리(glass)로부터 성형되는 기판(substrate)과;
    상기 기판의 역(region)을 가로질러 부착되는 전기전도체(electrical conductor)와;
    상기 전도체에 전기에너지를 전달하기 위해 이 전도체에 작업연결되고, 상기 전도체와 전기적으로 통하며 제 2 열팽창계수를 갖는 전기연결구(electrical connector)로 구성되고,
    상기 제 1 열팽창계수와 제 2 열팽창계수 사이의 차이는, 온도변화에 의한 상기 연결구와 기판의 열팽창으로 인한 상기 연결구와 상기 기판사이의 기계적 스트레스(mechanical stress)를 최소화하기 위해 5×10-6/℃ 이하로 되도록 한 것을 특징으로 하는 창유리(A window pane).
  2. 제 1항에 있어서, 상기 연결구는 납(lead)이 없는 연결구로 되는 창유리.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 연결구는 티타늄(titanium), 몰리브덴(molybdenum), 텅스텐(tungsten), 하프늄(hafnium), 탄탈륨(tantalum), 크롬(chromium), 이리듐(iridium), 니오븀(niobium), 백금(platinum) 및 바나듐(vanadium) 중 적어도 하나 이상의 원소로 이루어지는 창유리.
  4. 제 3항에 있어서, 상기 티타늄은 상기 연결구에서 상기 연결구 총 중량대비 적어도 50중량부 이상 함유되는 창유리.
  5. 제 4항에 있어서, 상기 티타늄은 알루미늄(aluminum). 주석(tin), 구리(copper), 몰리브덴(molybdenum), 코발트(cobalt), 니켈(nickel), 지르코늄(zirconium), 바나듐(vanadium), 크롬(chromium), 니오븀(niobium), 탄탈륨(tantalum), 팔라듐(palladium), 루테늄(ruthenium) 또는 이들의 조합으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 금속과의 합금으로 되는 창유리.
  6. 제 4항에 있어서, 상기 창유리는 또한 상기 연결구와 상기 전도체 사이에서의 전기적 통전(electrical communication)을 확보하기 위해 상기 연결구를 상기 전도체에 결합할 수 있도록 상기 연결구와 상기 전도체 사이에 배치되는 전기 전도성 포일(electrically conductive foil)을 또한 추가적으로 구성하는 창유리.
  7. 제 1항에 있어서, 상기 연결구는 외표면역(outer surface area)과 이 외표면역을 피복하기 위한 클래딩(cladding)을 가지고, 상기 전도체로부터 공간을 두어 배치되므로써 상기 클래딩이 상기 전도체로부터 기계적으로 절연(mechanically insulated)되도록 한 창유리.
  8. 제 1항에 있어서, 상기 창유리는 또한 상기 연결구와 상기 전도체 사이에 배치되는 플럭스(flux)를 또한 구성하는 창유리.
  9. 제 1항에 있어서, 상기 창유리는 또한 상기 연결구와 상기 전도체 사이에 배치되는 세라믹층(ceramic layer)을 또한 구성하는 창유리.
  10. 창유리는,
    유리로부터 성형되는 기판;
    상기 기판의 역을 가로질러 부착되는 전기전도체;
    상기 전도체에 전기에너지를 전달하기 위해 이 전도체에 작업연결되고 상기 전도체와 전기적으로 통하는 전기연결구로 구성되고,
    상기 연결구는 온도변화에 의한 연결구와 상기 기판의 열팽창으로 인해 발생되는 상기 연결구와 상기 기판 사이에서의 기계적 스트레스를 최소화하기 위한 티타늄재로 이루어지는 창유리.
  11. 제 10항에 있어서, 상기 연결구는 납(lead)이 없도록 한 창유리.
  12. 제 10항에 있어서, 상기 티타늄은 상기 연결구의 총 중량대비 적어도 50중량부 이상의 량으로 함유되는 창유리.
  13. 제 10항에 있어서, 상기 티타늄은 알루미늄, 주석, 구리, 몰리브덴, 코발트, 니켈, 지르코늄, 바나듐, 크롬, 니오븀, 탄탈륨, 팔라듐, 루테늄 또는 이들의 조합으로부터 선택되는 금속과의 합금으로 되는 창유리.
  14. 제 10항에 있어서, 상기 기판은 제 1 열팽창계수를 갖고, 상기 연결구는 제 2 열팽창계수를 가질 때, 이 제 1 열팽창계수와 제 2 열팽창계수 사이의 차이가 5 ×10-6/℃ 이하인 창유리.
  15. 제 10항에 있어서, 상기 창유리는 또한 상기 연결구와 상기 전도체 사이에서의 전기적 통전을 확보하기 위해 상기 연결구를 상기 전도체에 결합할 수 있도록 상기 연결구와 상기 전도체 사이에 배치되는 전기적으로 전도성을 가진 포일을 또한 추가적으로 구성하는 창유리.
  16. 제 10항에 있어서, 상기 연결구는 외표면역과 이 외표면역을 피복하기 위한 클래딩을 가지고, 상기 전도체로부터 공간을 두어 배치되므로써 상기 클래딩이 상기 전도체로부터 기계적으로 절연되도록 한 창유리.
  17. 제 10항에 있어서, 상기 창유리는 또한 상기 연결구와 상기 전도체 사이에 배치되는 플럭스(flux)를 추가로 구성하는 창유리.
  18. 제 10항에 있어서, 상기 창유리는 또한 상기 기판과 상기 전도체 사이에 배 치되는 세라믹층(ceramic layer)을 추가로 구성하는 창유리.
  19. 유리로부터 성형되는 기판을 갖는 창유리용 전기장치는 전기전도체와,
    이 전도체에 전기에너지를 전달하기 위해 상기 전도체와 작업연결되고 전기적으로 통전되는 전기연결구로 구성되고
    상기 연결구는 온도변화에 인한 상기 연결구와 상기 기판사이에서의 열팽창에 따른 기계적 스트레스를 최소화하기 위해 티타늄재로 이루어지는 기판을 가진 창유리용 전기장치(An electrical device).
  20. 제 19항에 있어서, 상기 연결구는 납이 없는 전기장치.
  21. 제 19항에 있어서, 상기 티타늄은 상기 연결구 내에 상기 연결구의 총 중량대비 적어도 50중량부 이상으로 함유되는 전기장치.
  22. 제 19항에 있어서, 상기 티타늄은 알루미늄, 주석, 구리, 몰리브덴, 코발트, 니켈, 지르코늄, 바나듐, 크롬, 니오븀, 탄탈륨, 팔라듐, 루테늄 또는 이들의 조합 으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 금속과 합금화되는 전기장치.
  23. 제 19항에 있어서, 상기 전기장치는 또한 상기 연결구와 상기 전도체 사이에서의 전기적 통전을 확보하기 위해 상기 연결구를 상기 전도체에 결합할 수 있도록 상기 연결구와 상기 전도체 사이에 배치되는 전기전도성을 가진 포일을 또한 추가적으로 구성하는 전기장치.
  24. 제 19항에 있어서, 상기 연결구는 외표면역과, 이 외표면역을 피복하기 위한 클래딩을 가지고, 상기 전도체로부터 공간을 두어 배치되므로써 상기 클래딩이 상기 전도체로부터 기계적으로 절연되도록 한 전기장치.
  25. 제 19항에 있어서, 상기 전기장치는 또한 상기 연결구와 상기 전도체 사이에 배치된 플럭스를 또한 추가적으로 구성하는 전기장치.
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