含有导电格栅的塑料面板的电连接的制作方法

专利名称：含有导电格栅的塑料面板的电连接的制作方法
技术领域：
图6是本发明的 一个实施例的示意性局部剖面图；
现在参照

图1 ，其中一般性地例示了塑料窗口或车身面板系 统10,作为它的主要部件，该塑料窗口或车身面板系统10包括设置 在面板14上的导电格栅12。导电格栅12可以是向窗口系统10提供 功能的多种元件之一。由此，导电格栅可以是技术上众所周知的天线、 场致发光边界、发热格栅、以及像电致变色器件、光致变色器件、液 晶器件、用户可控光致变色器件、高分子分散液晶器件和悬浮颗粒器 件那样的显色器件之一。但是，为了方便起见，本文将导电格栅一般 性地描述成发热格栅12。[0050尽管可以采用其它结构的发热格栅，但发热格栅12优选地 包括在一般相对的母线18之间延伸的一組格栅线16。而且，至少一 些格栅线16可以被在其余格栅线16之间延伸的导电膜或涂层取代。[00511母线18被指定成正负母线，分别与电源22的正负引线20， 21连接，电源22可以是车辆的电力系统。 一旦将电压施加在发热格 栅12上，电流将从正母线18到负母线18流过格栅线16，其结果是， 格栅线16将通过电阻性发热而变热。母线18和格栅线16的宽度和长 度可以是任何适当尺度，并且将部分地由窗口系统10的尺寸和其它特 征决定。另外，母线18可以涂敷在格栅线16之上，格栅线16之下， 或与格栅线16相同的层上。[00521更具体地说，正如在图2中看到的那样，面板14包括透明 塑料基层或衬底24，它含有分别指定成26和28的相对第一表面和第 二表面。表面26、 28分别相对于合并到车辆中的窗口系统10的内侧 表面和外侧表面取向。面板14可选地可以包括透明塑料膜，将发热格 栅12设置在该膜的表面上，以便面板14、衬底24和该膜的最终结构是整体熔合在一起，将发热格栅12封装在衬底24与该膜之间。面板 14也可以还包括涂敷于其一侧或两侧的抗风化层和/或耐磨层。在本文 中，抗风化层和耐磨层可以单独地和集体地称为保护涂层29。抗风化层36可以通过在像浸涂那样的本领域的普通技术人 员已知的工艺中在室温和大气压下将面板浸渍在涂料中而涂敷于透明 塑料面板。或者，抗风化层36也可以通过流涂、幕涂、喷涂或本领域 的普通技术人员已知的其它工艺来涂敷。
[0060I耐磨层38是通过改善耐磨性将附加或增强功能加入汽车窗 口系统10中的实质无机涂层。耐磨层38优选地涂敷在抗风化层36 的顶部，并且涂敷于村底24的两侧。于是，耐磨层38可以直接沉积 在衬底24上。包含耐磨层的可能无机涂层的具体例子包括，但不局限 于，氧化铝、氟化钡、氮化硼、氧化铪、氟化镧、氟化镁、氧化镁、 氧化钪、 一氧化硅、二氧化硅、氮化硅、氧氮化硅、氧碳化硅、碳化 硅、氢化氧碳化硅、氧化钽、氧化钛、氧化锡、氧化铟锡、氧化钇、 氧化锌、硒化锌、硫化锌、氧化锆、钛酸锆、或玻璃、以及它们的混 合物或共混物。
[0061耐磨层38可以通过本领域的普通技术人员已知的任何才支术 涂敷。这些技术包括像在真空辅助沉积工艺中采用的那样的来自活性 物质的沉积、和像用于将溶胶-凝胶涂料涂敷于衬底的那样的常压涂敷 工艺。真空辅助沉积工艺的例子包括，但不局限于，等离子体增强化 学气相沉积(PECVD)、电弧-PECVD、离子辅助等离子体沉积、磁控溅射、电子束蒸发、和离子束溅射。常压涂敷工艺的例子包括，但 不局限于，幕涂、喷涂、旋涂、浸涂和流涂。
0062j本文提出了将电连接器与导电格栅12连接的几种结构。本 发明与现有技术的差异在于，电连接器直接与衬底24超声焊接在一 起，以便与导电格栅12电接触。
[0063超声焊接涉及到使用高频声能软化或熔化两个部分之间的 结点区或界面上的热塑性塑料。要接合的两个部分一般在压力作用下 保持在一起，然后通常在20、 30、 35或40 kHz (千赫)的频率下进 行超声振动。成功地焊接一个部件的能力受设备的设计、要焊接的材 料的机械特性、和部件的设计支配。由于超声焊接非常快(焊接时间 通常小于1秒)并易于自动化，它是一种广泛使用的技术。为了保证 任何部分的成功焊接，需要细心设计这些部件和固定件(fixture)， 由于这个原因，该技术最适合自动连续生产。
[0064I超声焊接机由四个主要部件组成电源、换能器、振幅调 节装置(常称为"增幅器，，)和称为超声焊头(horn)(或"超声焊 极，，)的声学工具。电源将频率为50-60 Hz (赫兹)的电力改变成以 20、 30、 35或40 kHz工作的高频电源。将这个电能供应给换能器。 换能器将电能转换成超声频率的机械振动能。然后，通过增大声波的 振幅的增幅器发送振动能，然后将声波发送给超声焊头。超声焊头是 将振动能引向和传送给正在组装的部分的传声工具。超声焊头也可以 将压力施加在要焊接的部分上。将来自超声焊头的振动通过工件发送 到结合区。在结合区中，通过摩擦将振动能转换成热量。然后，这种 热量软化或熔化界面上的热塑性塑料，将这些部分结合在一起。该工 艺的好处包括周期非常短、焊接强度中等、能效高、产率高，以及 成本低和易于自动化组装线生产。该工艺的主要局限性是单个超声焊 头可以焊接的最大部件长度。这个局限性是由单个换能器的功率输出 能力、高功率发送时超声焊头的局限性、和由于结点区的长度或到结 点区的长度可能与超声波的波长相当(comparable)而难以控制振幅 所造成的。[0065在本发明的第一实施例中，将导电格栅12直接涂敷在衬底 24的一个表面上。导电格栅12包括导电安装位置30。正如本文使用 的那样，导电安装位置30是导电格栅12上电端子的任何安装位置的 泛指。在包括发热格栅12的塑料窗口系统10的例子中，导电安装位 置30对应于母线18的一部分。因此，导电安装位置30不一定是导电 格栅12的分立部分，而可以像例如母线18的一部分那样，是它的一 部分。
[0066在本发明的所有实施例中，该结构包括电连接器。电连接 器一般可以延伸穿过导电安装位置30,但也与导电安装位置30接触。 为了便于接纳电连接器，导电安装位置可以形成有将电连接器放入或 放在上面的空隙或开口区(其中没有导电格栅12的导电材料)。在超 声焊接期间，该方法的能量足够高， 一般使导电格栅位于电连接器下 方的任何部分熔化，并且允许在压力的作用下将电连接器移动到与衬 底24接触。
0067电连接器可以具有多种结构，在这种实施例中，电连接器 32包括导电连接器插座36位于其中的塑料外侧件(outer member) 34。连接器插座36优选地由像铜/黄铜或钢那样的材料形成，包括内 丝扣孔38。外侧件34的基部或底部限定安装盘或表面40，该安装盘 或表面40优选地配有压花44，以便在超声焊接过程中加强与衬底24 的接触和接合。
0068I在超声焊接期间，安装盘40和压花44产生大量热量，该 热量软化包括导电安装位置30和衬底24的与电连接器32的界面上的 材料。导电格栅12位于电连接器32与衬底之间的任何部分都被类似 地熔化或软化，以侵Z使该材料从下面流到电连接器32侧。在围绕电连 接器30的软化区中， 一旦解除超声能，该软化区就重新凝固，导致两 个部分焊接在一起。
[0069I围绕电连接器32的上端设置的是接触件44，接触件44由 导电材料形成并与导电安装位置30接触。由此，接触件44可以是金 属垫片或类似构件。200880019652.2 [0070系统10要与之连接的电力系统的丝扣端子46包括丝扣螺 丝部分48。螺丝部分48具有与电连接器32的丝扣孔38接合的尺寸。 一旦在孔38中与螺丝部分48完全接合，端子46的一些部分50就与 接触件44接触，因此，与导电安装位置30和导电格栅12电接触和连 通。
00711本发明的一种可替代结构例示在图3中。除了导电格栅12 不直接涂敷在衬底24的表面上之外，这种结构与图2的前述结构类似。 更确切地说，将导电格栅12涂敷在保护涂层29上。在这种结构中， 电连接器12不仅穿过导电安装位置30地延伸，而且穿过保护涂层29 地延伸，在超声焊接期间一般从电连接器32的下方挖空(vacate)保 护涂层29。
[0072j现在参照图4,其中例示了本发明的另一实施例。这个实施 例一般说来与在图2和3中看到的那个类似。与那些实施例不同，将 保护涂层29涂敷在导电格栅12上，而导电格栅12又直接涂敷于衬底 24的表面。像在前面的实施例中那样，电连接器32在带压花42的界 面上与村底24超声焊接在一起。与前面的实施例一样，将连接器插座 36模制在外侧件34内(后者限定安装盘40的压花42),并且，当在 连接器插座36的丝扣孔38内与端子43的螺丝部分38接合时，接触 件44提供了从电力系统的端子46到导电格栅12的导电安装位置的通 电路径。
[00731在图5中一般性地例示了本发明的另一实施例。在这个实 施例中，将保护涂层29涂敷于村底24的表面，并且将导电格栅12 涂敷在保护涂层29上。电连接器50包括外侧件52和连接器插座54。 但是，与前面的实施例不同，这个实施例的外侧件52是在导电安装位 置30的一些部分上和周围扩展以便与保护涂层29接合、随后与村底 24接合的盖(cap)形式。连接器插座54经由内嵌模制保留在盖52 内，包括含有加强与衬底24的接触和接合的压花58的接触部分56。 在这个实施例中，连接器插座54直接与导电安装位置30接触。在超 声焊接期间，盖52与衬底24焊接在一起。虽然不是必要的，但如果在安装部分56上配有压花58，压花58将嵌入导电安装位置30的材 料内，由于相互接触的表面区域增大了，所以使它们之间的接合加强， 因此建立起从电力系统的端子46到导电格栅12的导电路径。端子46 与连接器插座54之间的接合与前面实施例的类似之处在于，连接器插 座54配有内丝扣孔60，在其中与端子46的螺丝部分密配地接合。
0074在图6中例示了一个可替代实施例，其中用焊钮(solder button) 62取代图5的连接器插座54。因此，这个实施例的电连接器 64包括焊钮62和外侧件/盖66。盖66与衬底24超声焊接在一起，并 且将焊钮62包围在其内。在超声焊接期间，通过该工艺产生的热量激 活焊钮62的焊料，从而将焊钮62固定在导电安装位置30上。将电引 线68附接在焊钮62上。
〖00751现在参照图7，其中示出了本发明的另一实施例，其中，使 编织/绞合导线70与例示成直接安装到衬底24上的导电安装位置30 连接。正如在图7中所例示的那样，绞合导线70是与采用塑料面板 10的电力系统耦合的引线68的末端。盖72被设置在绞合导线70的 上方，用于帮助将绞合导线70固定在导电安装位置30上。为了接纳 绞合导线70，盖72包括纵向延伸跨过它的通道74。将通道74的尺寸 做成使得当在通道74中接纳导线70时，绞合导线70的一部分从通道 74伸出。
0076正如在图8A-8C中看到的那样，盖72被例示成长方形部件。 但是，盖72可以采用如合并到其中的结构的设计准则所规定的多种配 置。正如在图7和图8A-8C中看到的那样，盖72还包括在通道74的 相对两侧上并且一般与通道74平行地延伸的底脚76。因为超声能集 中在要焊接的两个部分的界面上，所以在将盖72超声焊接到衬底24 上期间，该底脚76起导能器的作用。
[0077正如在图7中看到的那样，底脚76的剖面形状一般加工成 三角形，三角形的顶点指向衬底24并与衬底24接触。如上所述，在 超声焊接期间，通过底脚76引导能量，使底脚76与衬底24焊接在一 起。另外，盖72和导线70之间的界面将导致在盖72和导线70之间
15的通道内74产生热量。为了进一步加强导线70与盖72之间的接合， 盖72的通道74可以配有一组肋条(rib) 78。肋条78横向延伸到通 道74的纵向方向，并且起作为将盖72焊接到衬底24上施加的夹持力 的结果，与导线70的机械接合件的作用。作为肋条发热和压缩的结果， 肋条78熔化并陷入导线70中，与并沿着导线70形成有皱褶的接合， 从而在盖72与导线70之间形成强的结合。
0078现在参照图9，其中例示了本发明的另一实施例，其中电连 接器79利用环形盖80保持钮件82与可选地被显示成直接设置在衬底 24上的导电安装位置30接合。盖80包括限定中心环形开口 84的环 形部分83。接线柱86从钮件82的基部88穿过环形开口 84地延伸。 环形开口 84的尺寸使得接线柱86能够穿过开口 84地延伸。基部88 具有大于接线柱86和环形开口 84的尺寸或直径。于是，防止基部88 穿过环形开口 84。其结果是，基部88围绕环形开口 84的周线地贴近 表面90。如果需要的话，盖80的表面90可以围绕开口 84的周线地 限定环形凹部，以便接纳基部88。
0079正如在图9B的仰视图中最佳看到的那样，围绕环形部分 83的下表面94地沿着周边隔开一组底脚92。在本实施例的连接器与 衬底24的超声焊接期间，底脚92起将超声焊接期间的能量引向底脚 区域的作用。这导致围绕村底24在底脚92的位置上断续焊接盖80。 在超声焊接期间，施加在盖和钮件上的力量导致钮件82的基部88安 全地与导电安装位置30保持在一起。如果需要的话，在钮件82的基 部88与导电安装位置30之间可以使用焊料。当使用焊料时，在超声 焊接期间产生的热量将导致焊料熔化，使钮件82进一步与衬底24上 的导电安装位置30接合。
[0080I在至此所述的所有实施例中，面板14包括村底24和导电 格栅12，以及一个或更多个可选的保护涂层29。另外，前面每个实施 例的面板14可以形成所谓的双注入物(two-shot)模制面板。在双注 入物模制面板中，将面板14的附加部分作为第二注入物注入以前形成 的村底24中。通常，围绕衬底24的周边注入第二注入物，该第二注入物是不透明材料，以便加固面板24，并围绕面板14的边界提供黑 视区。正如在图IOA和10B中看到的那样，将塑性材料的第二注入物 96设置在衬底24上。第二注入物96可以类似地与设置在衬底24和 第二注入物96两者上的保护涂层29 —起使用。但是，在图10A或10B 中未例示出这样的保护涂层29。
[0081图IOA和10B的实施例另外还例示了将电连接器98附接 在面板14上的超声焊接剪切结点(shearjoint)结构。正如在这里看 到的那样，将导电安装位置30设置在形成于面板14的第二注入物96 的部分中的凹部100中。正如人们认识到的那样，凹部100可以在面 板14的衬底24中形成。正如例示的那样，凹部100包括导电安装位 置30设置在上面的底面102和限定凹部100的深度的一对相对侧壁 104。并且，正如例示的那样，侧壁104—般与底面102垂直。
0082图IOA和10B中的电连接器98包括盖106，该盖106含有 沿着盖106纵向延伸的中心通道108。通道108接纳编织/绞合导线110， 将编织/绞合导线110的尺寸做成适合通道108。如果需要的话，容纳 在通道108内的导线110的末端处可以包括焊料。沿着盖106的相对 侧^L置的是底脚112。底脚112沿着通道108面向的相同方向从盖延 伸。在一个优选实施例中，底脚112延伸盖106的纵向长度。但是， 可以沿着盖106的长度断续地设置底脚112。
[0083在形成底脚112时，底脚的最外侧表面限定剪切表面114。 剪切表面114 一般相对于凹部100的侧壁104成一定角度。底脚112 的顶点优选的是一般与凹部100的底壁102平行的平坦表面。但是， 底脚112的顶点也可以包括其它形状。
[0084在电连接器98的超声焊接期间，将压力施加在盖106上， 并且将超声能传输给它。底脚112起引导和聚焦超声能的作用，其结 果是，剪切表面114和凹部的侧壁104都熔化，并且， 一旦撤消超声 能，就焊接在一起。另外， 一旦底脚112的顶点与凹部100的底面102 接触，底脚112的顶点116也与底面102超声焊接在一起。类似地， 在超声焊接期间产生的热量使导线110与导电安装位置30的焊接得以实现。
[0085前面对优选实施例的描述实际上仅仅是示范性的，决不是 打算限制本发明或它的应用或使用。本领域的普通技术人员可以从前 面的描述中认识到，可以不偏离如所附权利要求书限定的本发明范围 地对本发明的优选实施例作各种修改和改变。
权利要求
1.一种透明塑料汽车面板系统，包含包括衬底的透明塑料面板；叠置在所述衬底上的导电格栅，所述导电格栅包括至少一个导电安装位置；和固定在所述面板上的电连接器，所述电连接器包括塑料部分和导电部分，所述塑料部分与所述面板超声焊接在一起，而所述导电部分与所述导电安装位置电连接。
2. 如权利要求l所述的系统，还包含电力系统的端子，所述端子 与所述电连接器电连接。
3. 如权利要求l所述的系统，其中，所述导电格栅是天线、场致 发光边界、电开关、发热格栅、和显色器件之一。
4. 如权利要求l所述的系统，其中，所述导电格栅直接涂敷于所 述面板，并且所述电连接器的所述塑料部分延伸穿过所述导电格栅。
5. 如权利要求l所述的系统，其中，将所述导电格栅直接涂敷于 所述面板，并且所述电连接器的所述塑料部分至少部分地围绕所述导 电格栅地延伸。
6. 如权利要求l所述的系统，其中，所述面板包括衬底上的保护 涂层，所述导电格栅涂敷在保护涂层上，并且所述电连接器的所迷塑 料部分延伸穿过所述导电格栅和所述保护涂层。
7. 如权利要求l所述的系统，其中，所述导电格栅涂敷在所述面 板的衬底上的保护涂层上，并且所述电连接器的所述塑料部分至少部 分地围绕所述导电格栅地延伸。
8. 如权利要求l所述的系统，其中，所述电连接器的所述导电部 分内嵌模制在所述电连接器的所述塑料部分内。
9. 如权利要求8所述的系统，其中，所述导电部分包括丝扣孔。
10. 如权利要求1所述的系统，其中，所述电连接器包括含有在 上面形成的压花的安装盘，所述压花与所述面板接触。
11. 如权利要求l所述的系统，其中，所述电连接器包括塑料盖， 所述盖与所述面板超声焊接在一起，并且保持所述电连接器的所述导 电部分与所述导电安装位置接触。
12. 如权利要求ll所述的系统，其中，所述电连接器的所述导电 部分与所述塑料盖内嵌模制在一起。
13. 如权利要求11所述的系统，其中，所述导电部分是位于所述 盖与所述导电安装位置之间的焊钮。
14. 如权利要求11所述的系统，其中，所述盖包括沿着所述盖纵 向延伸的通道，所述电连接器的所述导电部分包括容纳在所述通道内 的导线。
15. 如权利要求14所述的系统，其中，在所述通道内设置了多根 横向的肋条，所述肋条与所述导线接合。
16. 如权利要求ll所述的系统，其中，所述盖包括多个底脚，所 述底脚与所述面板超声焊接在一起。
17. 如权利要求16所述的系统，其中，所述底脚断续地在所述盖 上隔开。
18. 如权利要求16所述的系统，其中，所述底脚沿着所述盖纵向 延伸。
19. 如权利要求16所述的系统，其中，所述底脚位于所迷盖的周 边上。
20. 如权利要求16所述的系统，其中，所述导电安装位置含有在 与所述盖上的底脚的位置相对应的位置中形成的空隙。
21. 如权利要求11所述的系统，其中，所述导电部分包括延伸穿 过所述盖中的中心开口的接线柱。
22. 如权利要求21所述的系统，其中，将所述接线柱与所述导电 安装位置接触地与基部连接，所述基部具有大于中心开口的尺寸，并 且被压缩在所述盖与所述导电安装位置之间。
23. 如权利要求ll所述的系统，其中，所述盖在形成于所述面板 中的凹部内接合。
24. 如权利要求23所述的系统，其中，所述盖与限定所述面板中 的凹部的部分限定剪切结点。
25. 如权利要求23所述的系统，其中，所述盖包括多个底脚，所 述底脚包括相对于限定所述凹部的部分的侧壁成一定角度的侧面，所 述底脚的所述侧面与所述面板的所述侧壁超声焊接在一起，并且限定 与其的剪切结点。
26. 如权利要求l所述的系统，其中，所述导电格栅是与所述塑 料面板形成一体的发热格栅，所述发热格栅含有多条格栅线在其间延 伸的相对母线，从而当来自电源的电流流过所述多条格栅线的每一条 时，所述多条格栅线通过电阻性发热而变热。
全文摘要
塑料面板系统包括透明塑料面板(14)和导电格栅(12)。该面板包括衬底(24)，并将该格栅设置在该面板上以便叠置在该衬底上。该格栅包括至少一个导电安装位置(30)。包括塑料部分(34)和导电部分(36)的电连接器(32)通过将该塑料部分与该面板超声焊接在一起被固定在该面板上。作为该连接器与该面板保持连接的结果，该面板的导电部分与该导电格栅的该安装位置接触。可以将车辆的电力系统附接在该面板系统的该连接器上。
文档编号H05B3/84GK101682938SQ200880019652
公开日2010年3月24日 申请日期2008年5月7日 优先权日2007年5月7日
发明者E·F·J·M·范德默伦, K·D·维斯, R·A·施文克 申请人:埃克阿泰克有限责任公司