СИСТЕМА ТОКОПРОВОДЯЩИХ ШИН ДЛЯ АВИАЦИОННОГО ОСТЕКЛЕНИЯ
BUSBAR SYSTEM FOR AIR-BORNE GLAZING

Область техники
Изобретение относится к системам токопроводящих шин, в частности, для авиационного остекления.
Уровень техники
Известны способы нанесения токопроводящего покрытия на автомобильное остекление, например на лобовое или заднее стекло транспортного средства. При подаче электрического тока к токопроводящему покрытию, температура покрытия повышается, обеспечивая оттаивание или отпотевание остекления. Электрический ток обычно подается к токопроводящему покрытию посредством одной или нескольких «токопроводящих шин», соединенных с источником электроэнергии. Такие токопроводящие шины могут быть выполнены в виде металлических или керамических полосок, нанесенных на поверхность остекления и контактирующих с токопроводящим покрытием. В одной из известных конструкций токопроводящие керамические шины формируются на стеклянной подложке, обычно рядом с периферийной частью подложки. Затем на поверхность подложки, в том числе на токопроводящую шину, наносится токопроводящее покрытие. Электрический ток, подаваемый на токопроводящую шину, передается к токопроводящему покрытию, повышая его температуру.
Хотя данная известная система обеспечивает преимущества по сравнению с остеклением без покрытия, тем не менее, такая система также обладает недостатками. Например, различие по толщине между токопроводящим покрытием и токопроводящей шиной может достигать от 1:200 до 1:400, поэтому при формировании относительно тонкого токопроводящего покрытия на значительно более толстой токопроводящей шине покрытие, формируемое у переходных кромок токопроводящей шины (т.е. в месте стыка «пленка-токопроводящая шина»), может быть тонким, слабым и прерывистым. Такие дефекты в местах стыка пленки с токопроводящей шиной, в худшем случае, могут вызывать образование разрывов или отверстий в покрытии в этих местах, что в результате может привести к неравномерной электропроводимости и/или к локальной избыточной силе тока, а значит, к резистивному нагреву, который, в свою очередь, приводит к пробою, способному вызвать повреждение подложки.
Таким образом, желательно разработать систему токопроводящих шин, позволяющую устранить или, по меньшей мере, уменьшить некоторые недостатки обычных систем токопроводящих шин.
Раскрытие изобретения
Система токопроводящих шин согласно изобретению содержит непроводящую подложку с основной поверхностью. По меньшей мере одна токопроводящая шина расположена над по меньшей мере частью основной поверхности. Токопроводящее покрытие расположено над по меньшей мере частью токопроводящей шины, а также над по меньшей мере частью основной поверхности. Электропроводящий клей, например изотропный проводящий клеящий материал, такой как изотропная проводящая лента или пленка, расположен над по меньшей мере частью стыка пленки с токопроводящей шиной. Система может дополнительно включать в себя токопроводящую металлическую фольгу, прилипшую к изотропному токопроводящему клеящему материалу.
Другая система токопроводящих шин содержит непроводящую подложку с основной поверхностью. По меньшей мере одна токопроводящая шина расположена над по меньшей мере частью основной поверхности. Токопроводящее покрытие расположено над по меньшей мере частью токопроводящей шины, а также над по меньшей мере частью основной поверхности. Первый электропроводящий клей, например изотропный проводящий клеящий материал, такой как изотропная проводящая лента или пленка, расположен над по меньшей мере частью токопроводящего покрытия, расположенного поверх токопроводящей шины. Токопроводящий жгут расположен над первым токопроводящим клеящим материалом. Второй электропроводящий клей, например изотропный проводящий клеящий материал, такой как изотропная проводящая лента или пленка, расположен над по меньшей мере частью жгута и первого токопроводящего клея. Токопроводящая металлическая фольга расположена над по меньшей мере частью второго токопроводящего клеящего материала, жгута и первого токопроводящего клеящего материала.
Еще одна система токопроводящих шин согласно изобретению содержит непроводящую подложку с основной поверхностью. Токопроводящее покрытие расположено по меньшей мере над частью основной поверхности. Электропроводящий клеящий материал, например изотропный токопроводящий клеящий материал, такой как изотропная токопроводящая лента или пленка, расположен по меньшей мере над частью токопроводящего покрытия. Токопроводящий металлический элемент, такой как металлическая фольга или металлический шнур, прикреплен к токопроводящему клеящему материалу. Токопроводящий клеящий материал и металлический элемент образуют токопроводящую шину системы.
Способ изготовления системы токопроводящих шин заключается в получении непроводящей подложки с основной поверхностью по меньшей мере одной токопроводящей шиной, расположенной над по меньшей мере частью основной поверхности, и токопроводящим покрытием, расположенным над по меньшей мере частью токопроводящей шины и над по меньшей мере частью основной поверхности. Способ включает в себя нанесение электропроводящего клея, например изотропного проводящего клеящего материала, такого как изотропная токопроводящая лента или пленка, на по меньшей мере часть стыка пленки с токопроводящей шиной.
Другой способ изготовления системы токопроводящих шин включает в себя прикрепление отрезка металлической фольги к отрезку изотропной токопроводящей ленты. Лента, покрытая фольгой, разрезается по нужному размеру. Размер отрезаемых отрезков ленты, покрытой фольгой, может быть больше размера токопроводящей шины, к которой они крепятся. Способ включает в себя прикрепление ленты, покрытой фольгой над по меньшей мере частью стыка пленки с токопроводящей шиной.
Изобретение поясняется чертежами, на которых одинаковые элементы обозначены одинаковыми ссылочными номерами позиций.
Краткое описание чертежей
На фиг.1 показана система токопроводящих шин согласно изобретению, вид сбоку в сечении;
на фиг.2 показана другая система токопроводящих шин согласно изобретению, вид сбоку в сечении;
на фиг.3 показана еще одна система токопроводящих шин согласно изобретению, вид сбоку в сечении;
на фиг.4 показана система токопроводящих шин, изображенных с фиг.2, вид сверху;
на фиг.5 показана дополнительная система токопроводящих шин согласно изобретению, вид сбоку.
Осуществление изобретения
Используемые в настоящем описании термины, касающиеся пространства или направления, такие как «левый», «правый», «внутренний», «внешний», «сверху», «снизу» и т.п. относятся к изобретению, как оно показано на фигурах. Между тем, следует понимать, что изобретение может допускать различные альтернативные направления, а следовательно, данные термины не должны рассматриваться в качестве ограничивающих. Кроме этого, следует понимать, что в описании и формуле изобретения термин «примерно» во всех случаях изменяет все цифровые обозначения, выражающие размеры, физические характеристики, параметры обработки, количество ингредиентов, условия реакции и прочее. Соответственно, если не указано иное, цифровые значения, используемые в последующем описании изобретения и в формуле изобретения, могут меняться в зависимости от искомых свойств, на получение которых направлено настоящее изобретение. В самом крайнем случае, а не в качестве попытки ограничить применение теории эквивалентов к объему формулы изобретения, значение каждой цифровой позиции должно, по меньшей мере, трактоваться с учетом количества заявленных значимых разрядов с применением обычных методов округления. Кроме этого, все перечисленные здесь диапазоны следует рассматривать как включающие в себя начальные и конечные значения диапазонов, а также любые и все подразумеваемые здесь поддиапазоны. Например, указанный диапазон от «1» до «10» следует рассматривать как включающий в себя любые и все поддиапазоны между (включая) минимальным значением 1 и максимальным значением 10; то есть все поддиапазоны, начиная с минимального значения 1 или более и заканчивая максимальным значением 10 или менее, например, от 1 до 3,3, от 4,7 до 7,5, от 5,5 до 10 и т.п. Кроме этого, используемые здесь термины «сформированный над», «наложенный на» или «расположенный над» означают сформированный, наложенный или расположенный, но не обязательно непосредственно соприкасающийся с поверхностью. Например, слой покрытия, «сформированный над» подложкой, не исключает наличия одного или нескольких других слоев покрытия или пленок такого же или другого состава, расположенных между сформированным слоем покрытия и подложкой. Кроме этого, все упоминаемые здесь документы, например, включая, но, не ограничиваясь, выданные патенты и патентные заявки, следует рассматривать, как «включенные по ссылке» в полном объеме. Используемые здесь термины «полимер» или «полимерный» включают в себя олигомеры, гомополимеры, сополимеры и терполимеры, например, полимеры, состоящие из двух или нескольких видов мономеров или полимеров. Термины «видимая область» или «видимый свет» относятся к электромагнитному излучению с длиной волн в диапазоне от 380 нм до 760 нм. Термины «инфракрасная область» или «инфракрасное излучение» относятся к электромагнитному излучению с длиной волн от более 760 нм до 100000 нм. Термины «ультрафиолетовая область» или «ультрафиолетовое излучение» означают электромагнитное излучение с длиной волн в диапазоне от 300 нм до 380 нм.
В дальнейшем описании для упрощения восприятия системы токопроводящих шин согласно изобретению показана лишь часть типового обогреваемого остекления. Специалистам в данной области техники будет понятно, что обычное обогреваемое остекление может включать в себя первую подложку, соединенную со второй подложкой при помощи полимерного слоя, причем система токопроводящих шин находится между двумя подложками. Токопроводящая шина контактирует с источником электроэнергии. Примеры обычного обогреваемого остекления описаны в документах US 4820902, US 4939348 и US 5824994 и понятны специалистам в данной области техники.
На фиг.1 показана первая система 10 токопроводящих шин. Система 10 расположена на подложке 12, которая имеет основную поверхность. Над по меньшей мере частью подложки 12, например, около части, расположенной вблизи или рядом с периферийной частью основной поверхности подложки 12 сформирована по меньшей мере одна токопроводящая шина 14. На фиг.1 правая сторона фигуры определяется внешней (верхней) кромкой токопроводящей шины 14, а левая сторона фигуры определяется нижней (внутренней) кромкой токопроводящей шины 14. Между тем, данная конструкция приведена всего лишь в качестве иллюстрации, и токопроводящая шина 14 может быть расположена любым иным образом. Над по меньшей мере частью основной поверхности подложки 12, в том числе над по меньшей мере частью токопроводящей шины 14 сформировано электропроводящее покрытие 16. Между тем, в отличие от обычных систем токопроводящих шин, система 10 токопроводящих шин согласно изобретению включает в себя токопроводящий клеящий материал 18, обладающий изотропной проводимостью. Под «изотропной проводимостью» или «изотропно проводящим» понимается электрическая проводимость в направлениях «х», «у» и «z». Изотропно проводящий клеящий материал 18 наносится на по меньшей мере часть стыка 20 пленки с токопроводящей шиной. Под «стыком пленки с токопроводящей шиной» понимается область, в которой покрытие 16 переходит от поверхности подложки к передней кромке (например, внутренней кромке) токопроводящей шины 14.
Согласно различным вариантам осуществления изобретения подложка 12 может состоять из любых материалов, обладающих любыми необходимыми характеристиками. Например, подложка 12 может быть прозрачной или пропускающей видимый свет. Под «прозрачностью» понимается пропускная способность свыше 0% и до 100% в соответствующем волновом диапазоне, например, видимого света. Как вариант, подложка 12 может быть полупрозрачной. Под «полупрозрачностью» понимается способность пропускать электромагнитное излучение (например, видимый свет), рассеивая его. Материалы, подходящие для использования в качестве материала подложки 12, включают в себя, в частности, термопластичные, термоотверждаемые или эластомерные полимерные материалы, стекло, керамику и металлы или металлические сплавы, а также комбинации, композиции и смеси из них. Примеры конкретных подходящих материалов включают в себя, в частности, пластичные материалы (например, акриловые полимеры, такие как полиакрилаты; полиалкилметакрилаты, такие как полиметилметакрилаты; полиэтилметакрилаты, полипропилметакрилаты и т.п.; полиуретаны; поликарбонаты; полиалкилтерефталаты, такие как полиэтилентерефталат (ПЭТ), полипропилентерефталаты, полибутилентерефталаты и т.п.; полисилоксансодержащие полимеры; или сополимеры любых мономеров, а также любые смеси из вышеуказанных материалов); керамику; стекло; либо комбинации или смеси из вышеперечисленных материалов. Например, подложка 12 может включать в себя обычное натриево-известково-силикатное стекло, боросиликатное стекло или свинцовое стекло. Стекло может быть прозрачным. Под «прозрачным стеклом» понимается нетонированное или неокрашенное стекло. Как вариант, стекло может быть тонированным или иным образом окрашенным. Стекло может отжигаться или подвергаться термообработке. Используемый здесь термин «термообработка» обозначает закалку, придание напряженного состояния, теплоупрочение или ламинирование. Стекло может быть любого вида, например, обычным флоат-стеклом и может иметь любой состав, обладающий любыми оптическими свойствами, например, пропускающий любое количество света в видимом, ультрафиолетовом или инфракрасном диапазонах и/или полный диапазон солнечного излучения. Подложка 12 может быть выполнена, например, в виде прозрачного флоат-стекла или в виде тонированного или окрашенного стекла. В качестве неограничивающих примеров выполнения подложки 12 согласно изобретению могут служить стекла, описанные в документах US 4746347; US 4792536; US 5030593; US 5030594; US 5240886; US 5385872; US 5393593; US 5030593 и US 5030594. Примеры стекол, которые могут использоваться при практическом осуществлении изобретения, включают в себя, в частности, стекла марок Starphire, Solarphire, Solarphire PV, Solargreen, Solextra, GL-20, GL-35™, Solarbronze, CLEAR, и Solargray, которые предлагаются к продаже фирмой PPG Industries Inc. of Pittsburgh, Pennsylvania.
Подложка 12 может иметь любой нужный размер, т.е. длину, ширину, форму или толщину. Согласно одному типовому варианту осуществления изобретения толщина подложки 12 может составлять свыше 0 до 10 мм, в частности от 1 до 10 мм, от 1 до 5 мм, а также менее 4 мм, в частности от 3 до 3,5 мм, в частности 3,2 мм. Кроме этого, подложка 12 может иметь любую нужную форму, например плоскую, изогнутую, параболическую или т.п. Подложка 12 может обладать высокой пропускной способностью для видимого света с опорной длиной волны в 550 нм и иметь эталонную толщину 3,2 мм. Под «высокой пропускной способностью для видимого света» понимается, что при эталонной толщине подложки в 3,2 мм пропускная способность для видимого света с длиной волны 550 нм больше или равна 85%, например, больше или равна 87%, больше или равна 90%, больше или равна 91%, больше или равна 92%, больше или равна 93%, больше или равна 95%.
Токопроводящая шина 14 может быть любого стандартного типа. Например, токопроводящая шина 14 может быть обычной керамической токопроводящей шиной, содержащей токопроводящий металл, например серебро. Как вариант, токопроводящая шина 14 может быть металлической полоской.
Токопроводящее покрытие 16 может быть либо обычным токопроводящим покрытием, например из оксида индия и олова, либо функциональным покрытием, включающим в себя одну или нескольких металлических пленок, расположенных между парами диэлектрических слоев. Токопроводящее покрытие 16 может отражать тепло или излучение и может состоять из одного или нескольких слоев покрытия или пленок из одного и того же или разного состава и одного и того же или разного назначения. Используемый здесь термин «пленка» относится к области покрытия необходимого или выбранного состава покрытия. «Слой» может состоять из одной или нескольких «пленок», а «покрытие» или «пакет покрытий» может состоять из одного или нескольких «слоев». Например, токопроводящее покрытие 16 может быть однослойным или многослойным и может включать в себя один или несколько следующих материалов: металлов, неметаллов, полуметаллов, полупроводников и/или сплавов, соединений, композиций, комбинаций или смесей из них. Например, токопроводящее покрытие 16 может быть выполнено однослойным из оксида металла, многослойным из оксида металла, покрытием из оксида неметалла, покрытием из нитрида или оксинитрида металла, покрытием из нитрида или оксинитрида неметалла или многослойным покрытием, состоящим из одного или нескольких любых вышеперечисленных материалов. Например, токопроводящее покрытие 16 может быть выполнено из оксида легированного металла. Электропроводящее покрытие используется для изготовления подогреваемых стекол, описанных в патентных документах US 5653903 и US 5028759. Аналогичным образом токопроводящее покрытие 16 может быть солнцезащитным. Термин «солнцезащитное покрытие» относится к покрытию, состоящему из одного или нескольких слоев или пленок, влияющих на солнцезащитные свойства изделия с нанесенным покрытием, например, такие свойства, как количество солнечного излучения, например, в видимом, инфракрасном или ультрафиолетовом диапазонах, отраженного, поглощенного или проходящего через изделие с нанесенным покрытием; коэффициент затемнения; коэффициент излучения и т.п. Солнцезащитное покрытие может блокировать, поглощать или фильтровать определенные части солнечного спектра, например, в ИФ, УФ и/или видимом диапазоне. Примеры солнцезащитных покрытий, которые могут использоваться при осуществлении изобретения можно найти, например, в документах US 4898789; US 5821001; US 4716086; US 4610771; US 4902580; US 4716086; US 4806220; US 4898790; US 4834857; US 4948677; US 5059295, а также US 5028759. Неограничивающие примеры подходящих токопроводящих покрытий 30, которые могут использоваться в изобретении, предлагаются на рынке фирмой PPG Industries Inc. of Pittsburgh, Pennsylvania под торговыми марками SUNGATE и SOLARBAN. Такие покрытия обычно включают в себя одну или несколько пленок с антиотражающим покрытием, состоящим из диэлектрика или антиотражающих материалов, например, оксидов металлов или оксидов металлических сплавов, пропускающих видимый свет. Токопроводящее покрытие 16 также может включать в себя одну или несколько пленок, отражающих инфракрасное излучение, содержащих отражающий металл, например, благородный металл, такой как золото, медь или серебро, либо их комбинации или сплавы, а также может дополнительно содержать расположенную сверху и/или снизу отражающего слоя из металла грунтовочную или защитную пленки, например, из титана, что известно из уровня техники. Токопроводящее покрытие 16 может содержать любое количество пленок, отражающих инфракрасное излучение, например, от 1 до 5. Согласно одному из вариантов осуществления изобретения покрытие 16 может иметь 1 или более слоев из серебра, например, более 2 или более 3, например, 5 или более слоев из серебра. В документе US 2003/0180547 А1 раскрыт один из примеров подходящего покрытия, состоящего из трех слоев серебра.
Токопроводящее покрытие 16 может наноситься любым известным способом, например, обычным химическим осаждением из паровой фазы (ХПО) и/или физическим осаждением из паровой фазы (ФПО). Примеры процесса ХПО включают в себя пиролиз пульверизованного слоя. Примеры процесса ФПО включают в себя электронно-лучевое испарение и вакуумное распыление (например, осаждение методом магнетронного распыления (MSVD)). Также могут использоваться и другие способы нанесения покрытий, например, золь-гель процессом. Согласно одному из вариантов осуществления изобретения токопроводящее покрытие 16 может осаждаться методом MSVD.
Как должно быть понятно специалисту в данной области техники, из-за различий по толщине между относительно толстой токопроводящей шиной 14 и относительно тонким токопроводящим покрытием 16 в покрытии 16 могут образовываться разрывы или утончения при нанесении покрытия в месте стыка пленки с токопроводящей шиной.
Изотропный токопроводящий клеящий материал 18 может быть, например, изотропной токопроводящей лентой или пленкой. Примерами подходящих изотропных токопроводящих лент могут быть Токопроводящие Переводные Клеящие Ленты 3М™ XYZ-Axis серий 9713, 9712 и 9719, предлагаемые на рынке фирмой 3М Corporation. Примером подходящей токопроводящей пленки является пленка Emerson & Cuming CF3350 из эпоксидного клеящего материала, предлагаемая на рынке фирмой Emerson & Cuming of Billerica, MA. Поверхностное электрическое сопротивление клеящего материала 18 может быть равно или превышать поверхностное электрическое сопротивление токопроводящего слоя 16.
Использование в системе изотропного токопроводящего материала 18, такого как изотропная токопроводящая лента, обладает рядом преимуществ по сравнению с известными системами. Например, нанесение изотропной токопроводящей ленты осуществляется достаточно легко и быстро. Лента гибкая и повторяет форму неровной поверхности. Нанесенную ленту не нужно «поправлять», она обладает достаточной проводимостью, закрывая пропущенные или поврежденные участки в местах стыка между кромкой токопроводящей шины 14 и наложенным сверху токопроводящим покрытием 16. Лента также обеспечивает дополнительную механическую и/или химическую защиту расположенных снизу токопроводящей шины 14 и покрытия 16.
На фиг.2 показана другая система 30 токопроводящих шин согласно изобретению. Данная система 30 аналогична системе 10 на фиг.1, но включает в себя токопроводящую металлическую фольгу 32, нанесенную сверху на по меньшей мере часть изотропного проводящего клеящего материала 18, например, на изотропную токопроводящую ленту. Фольга 32 создает дополнительную токопроводящую дорожку, а также увеличивает механические и/или химические защитные свойства расположенных снизу компонентов. Металлическая фольга согласно изобретению, помимо прочего, может изготавливаться из луженой меди, меди, алюминия, серебра, нержавеющей стали и никеля. Например, отрезок металлической фольги может быть прикреплен к отрезку изотропной токопроводящей ленты. Покрытая фольгой лента может разрезаться по нужному размеру. Размеры отрезаемых отрезков покрытой фольгой ленты могут быть чуть больше размеров токопроводящей шины, к которой они крепятся. Например, покрытая фольгой отрезаемая лента в длину и/или в ширину может быть больше токопроводящей шины примерно на 0,1-0,8 см, например, на 0,1-0,5 см, например, на 0,1-0,3 см, например, на 0,2 см (0,09 дюйма). Лента, покрытая фольгой, может располагаться сверху токопроводящей шины таким образом, чтобы внешняя кромка фольги была выровнена с внешней кромкой токопроводящей шины, как это показано на фиг.4. Как вариант, покрытая фольгой лента может выходить за пределы внешней кромки токопроводящей шины 14, как это показано на фиг.2.
На фиг.3 показана еще одна система 40 токопроводящих шин согласно изобретению. В данном варианте осуществления изобретения токопроводящая шина 14 и токопроводящее покрытие 16 нанесены обычным образом. Однако согласно данному варианту осуществления изобретения первая изотропная токопроводящая лента 34 нанесена сверху на по меньшей мере часть покрытия 16 токопроводящей шины 14. К первой токопроводящей ленте 34 прикреплен токопроводящий жгут 36. Поскольку первая токопроводящая лента 34 «фиксирует» или удерживает жгут 36 в нужном направлении, такое механическое и электрическое соединение может быть дополнено вторым клеящим материалом. Жгут 36 может быть любым стандартным токопроводящим жгутом, например, жгутом из луженой токопроводящей меди или жгутом, содержащей серебро. Другая изотропная токопроводящая лента 38 наносится поверх первой токопроводящей ленты 34 и жгута 36. Первый и второй изотропные токопроводящие материалы (например, ленты) могут быть одинаковыми или разными. Металлическая фольга 32 прикрепляется ко второй токопроводящей лентой 38. Подобная система обладает рядом дополнительных преимуществ по сравнению с системами, показанными на фиг.1 и 2. Например, жгут 36 может действовать как резервный подвод электрического тока к токопроводящему покрытию 16.
Как должно быть понятно специалистам в данной области техники, после формирования системы токопроводящих шин подложка 12 может быть приклеена на другую подложку при помощи полимерного слоя с образованием многослойного остекления.
Специалистам в данной области техники совершенно очевидно, что в настоящее изобретение могут вноситься изменения, не отходя от концепций, раскрытых в представленном выше описании. Соответственно, подробно описанные конкретные варианты осуществления изобретения являются лишь иллюстративными и не ограничивают объем изобретения, в полной мере определяемый его формулой и любыми ее эквивалентами.