ES2314113T3

ES2314113T3 - Circuito electrico flexible para un calentador que incluye un tejido metalizado.

Info

Publication number: ES2314113T3
Application number: ES02785656T
Authority: ES
Inventors: Patrick Ferguson
Original assignee: Nel Technologies Ltd
Current assignee: Nel Technologies Ltd
Priority date: 2001-12-14
Filing date: 2002-12-12
Publication date: 2009-03-16
Anticipated expiration: 2022-12-12
Also published as: AU2002350943A1; DE60228320D1; GB2383197A; EP1454508A1; GB0129968D0; PT1454508E; WO2003053101A1; DK1454508T3; EP1454508B1; US7115844B2; GB0228999D0; SI1454508T1; GB2383197B; US20050082280A1; ATE405132T1; CY1108476T1

Abstract

Un circuito eléctrico flexible que comprende un tejido metalizado poroso (14) formado por hilos y/o fibras y metal, en el que: (i) los hilos y/o fibras están revestidas con una capa de dicho metal después de la fabricación del tejido; o (ii) los hilos individuales y/o fibras están encapsuladas con metal antes de la fabricación del tejido, caracterizado por el hecho de que el tejido metalizado poroso está grabado fotoquímicamente para formar el circuito (16).

Description

Circuito eléctrico flexible para un calentador que incluye un tejido metalizado.

Campo de la técnica

Esta invención se refiere a circuitos eléctricos flexibles, y tiene una aplicación particular aunque no exclusiva de tales circuitos en forma de calentadores y/o para su incorporación en artículos de ropa y calzado y dispositivos eléctricos basados en tejidos.

Antecedentes de la invención

La fabricación de calentadores flexibles mediante la unión de hojas metálicas de grabados fotoquímicos con materiales de aislamiento eléctrico flexibles y finos es una práctica muy habitual. La figura 1 muestra la unión de hojas metálicas 2 a un material de aislamiento 4 mediante el uso de un adhesivo adecuado. El elemento de calentamiento resultante 6 y las almohadillas de terminación 8 mostrados en la figura 1 se forman utilizando técnicas de grabado fotoquímico convencionales. Los hilos de plomo 10 (figura 1c) se unen a las almohadillas de terminación 8 mediante la ondulación, la soldadura, la soldadura en frío, adhesivos conductores u otras técnicas de unión. El aislamiento eléctrico se completa al unir un material de aislamiento adecuado 12 encima del elemento de calentamiento grabado, como se muestra en la figura 1d.

Una manera alternativa de conectar los hilos de plomo 10 implica preformar aberturas en la capa de aislamiento superior 12, que se une posteriormente al elemento de calentamiento grabado 6. Como consecuencia, las almohadillas de terminación 8 del elemento de calentamiento 6 se conectan a los hilos de plomo o conectores mediante la ondulación, la soldadura, la soldadura en frío, los adhesivos conductores u otras técnicas de unión. El aislamiento eléctrico se completa cubriendo la terminación del elemento de calentamiento y la unión del hilo de plomo con un parche de material de aislamiento utilizando un adhesivo adecuado.

Los materiales de aislamiento eléctrico utilizados están en forma de lámina (hasta 1 mm de grosor) y no suelen ser porosos. Los tipos de materiales de aislamiento flexible comúnmente utilizados son el caucho de silicona reforzado con fibra, la poliimida y el poliéster. La lámina de metal (habitualmente 10 - 500 \mum de grosor) se une al material de aislamiento con un adhesivo. Los metales y las aleaciones utilizadas para los elementos de calefacción suelen tener una resistividad con una baja dependencia a la temperatura y son, por ejemplo, el cobre, el nicromo, el níquel y el acero inoxidable. La resistencia del elemento de calentamiento y consecuentemente la temperatura de funcionamiento se controlan cambiando el tipo de la hoja metálica, el grosor de la hoja metálica o el diseño del elemento de calen-
tamiento.

Otros tipos de calentadores flexibles disponibles utilizan distintas formas del elemento de calentamiento y son, ente otros, elementos de hilo bobinado, láminas de fibra de carbono entretejidas y láminas de fibra sintética metalizadas, como el poliéster con revestimiento de níquel.

También se conoce la utilización de tejidos metalizados y estructuras de malla similares en la fabricación de calentadores flexibles, como se describe por ejemplo en los documentos GB 2 092 868 y DE 3210097. Sin embargo, dichas estructuras tienen una metalización total, y la resistencia eléctrica está controlada por la composición del metal, la densidad de aplicación y similares.

Descripción de la invención

Sería conveniente poder proporcionar un circuito eléctrico flexible fabricado más idónea y económicamente que el descrito hasta el momento y que permita controlar sus características eléctricas, en particular la resistencia eléctrica más fácilmente.

Según un aspecto de la presente invención, se proporciona un circuito eléctrico flexible, como se expone en la reivindicación 1.

Se apreciará que dicha disposición se distingue de la técnica anterior en que el metal se modifica mediante un grabado fotoquímico para proporcionar elementos de circuito con propiedades eléctricas y de configuración escogi-
das.

El tejido a grabar debe estar revestido con una capa de metal, como por ejemplo por reducción química, mediante la deposición electrolítica o catódica.

Alternativamente, el tejido puede comprender hilos y/o fibras, estando los hilos y/o fibras individuales encapsuladas en metal antes de la fabricación del tejido.

Según otro aspecto de la invención, se proporciona un procedimiento para fabricar un circuito eléctrico flexible, como se expone en la reivindicación 13.

Breve descripción de los dibujos

las figuras 1a a 1d muestran de forma simplificada las etapas de fabricación de un calentador flexible de la técnica anterior;

las figuras 2a a 2d muestran de forma simplificada las etapas de fabricación de un calentador flexible según la invención;

la figura 3 es un diagrama de flujo de las etapas de fabricación de un calentador flexible según la invención;

la figura 4 es un gráfico que muestra el registro del cambio de resistencia frente a la anchura de pista para un diseño de un elemento estándar para varios elementos de calentamiento de hoja metálica y para el elemento de un calentador según la invención.

Descripción de realizaciones preferidas

La figura 2a muestra una lámina de malla polimérica resistente al calor 14 revestida con una capa continua de metal y que forma la base de un calentador según la invención.

La malla 14 puede adaptar distintas configuraciones, siendo Metalester^{TM} una malla polimérica tejida metalizada disponible habitualmente en el mercado. Tales productos son mallas de poliéster tejidas recubiertas con níquel mediante electrólisis y sin corriente eléctrica con una variedad de grosores de hilo, espacios entre hilos, tipos de trama y pesos del níquel. Los hilos suelen tener habitualmente un diámetro con un rango de 24 a 600 micras, una densidad de hilo de entre 4 y 737 por cm, y un revestimiento de metal con un peso por metro cuadrado variable.

Los tejidos pueden estar revestidos con una capa de metal continua después de la fabricación mediante, por ejemplo, deposición catódica, reducción química o deposición electrolítica, que resulta en una encapsulación total de todos los hilos de la malla en metal. En otro tipo de malla, la urdimbre y la trama individual del hilo se pueden metalizar antes de la producción del tejido mediante, por ejemplo, la deposición catódica, la reducción química o la deposición electrolítica.

La novedad fundamental de la invención es que la malla metalizada está grabada fotoquímicamente para formar un elemento de calentamiento, un elemento típico 16 con almohadillas de terminación 18 mostrado en la figura 2b.

Los conectores de engaste o cualquier otro dispositivo de conexión de substrato flexible adecuado 20 se fijan a las almohadillas de terminación 18 permitiendo que los hilos de plomo 22 se unan, como se muestra en la figura 2c, mientras que el aislamiento eléctrico se completa gracias a la unión del material de aislamiento 24, 26 a la parte superior e inferior del calentador, como se muestra en la figura 2d.

La figura 3 muestra más detalladamente las etapas asociadas con el proceso de fabricación de un calentador flexible grabado a partir de un tejido metalizado tejido.

Existen seis etapas principales implicados en el proceso, llamadas

1.: diseño y generación de la fotoherramienta (cajas 28, 30);

2.: preparación del material (caja 32);

3.: exposición y desarrollo (caja 34)

4.: grabado (caja 36)

5.: prueba (caja 38)

6.: acabado (caja 40)

Los pasos de preparación del material 32 se dividen en las subetapas de:

a): cortar el tejido metalizado a la longitud (caja 42);

b): montar el tejido cortado en un marco articulado (caja 44), normalmente una placa de estireno marrón de 1,5 mm de grosor, para permitir que el tejido ligero sea más manejable y para que pase de forma plana a las siguientes multietapas del proceso de fabricación;

c): limpiar el tejido con un agente de limpieza comercial para limpiar la superficie (caja 46) para ayudar así a la adhesión del fotorresistente; si no se utiliza el agente de limpieza y la superficie está contaminada, existe una tendencia a una escasa adhesión del fotorresistente al metal a ser grabado, lo que puede resultar en que el grabado no erosione el fotorresistente y ataque al área metalizada que forma la imagen deseada, reduciendo así la anchura de pista y aumentando la resistencia de la pista;

d): aplicar el fotorresistente(caja 48) -un procedimiento para aplicar la resistencia es mediante el revestimiento por inmersión- es decir, sumergiendo el tejido en un fotorresistente líquido para garantizar una aplicación controlada del fotorresistente líquido a todas las partes de la hilatura de poliéster metalizada y para evitar una erosión de la pista grabada causada por la no aplicación del fotorresistente a todas las partes de la hilatura. La etapa de exposición y desarrollo 34 se divide en las siguientes subetapas:

a): limpiar la fotoherramienta (caja 50);

b): exponer el fotorresistente a luz ultravioleta (caja 52), y

c): desarrollar la imagen del elemento de calentamiento en el tejido (caja 54).

La etapa de grabado 36 se divide en las siguientes subetapas:

a): desgrabar progresivamente el metal innecesario (caja 56), y

b): retirar el fotorresistente para dejar el elemento de calentamiento necesario (caja 58).

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A continuación, se prueba el calentador flexible obtenido mediante, por ejemplo, la medición de la resistencia eléctrica, y mediante una inspección visual (caja 60).

El calentador se finaliza aislando eléctricamente el tejido grabado metalizado tejido y poroso mediante, por ejemplo, la unión de capas de láminas de aislamiento eléctrico apropiadas a cada lado utilizando una malla compuesta de fibras poco fundidas -el adhesivo de la zona abierta de la malla se puede reducir aplicando vacío durante la laminación- o mediante un revestimiento por inmersión o pintando a pistola el tejido grabado con una laca resistente al calor adecuada- y la utilización del vacío tras la aplicación de la laca maximizará la zona abierta de la malla. Para mejorar al mismo tiempo la porosidad del calentador, el material de aislamiento laminado puede ser un tejido o película transpirable microporosa. Tras la laminación, se perfila el calentador poroso cortándolo hasta obtener su forma final
(caja 62).

La unión de hilos de plomo y otros componentes como los dispositivos de protección térmica completan el producto, que seguidamente se probará para comprobar su rendimiento eléctrico (caja 64).

Evidentemente, las características eléctricas deseadas de un calentador, y en particular la pérdida de calor, determinarán el tejido metalizado tejido concreto que se utilizará para fabricar el calentador, así como la anchura y la longitud del elemento a ser grabado fotoquímicamente en el tejido.

La figura 4 muestra un gráfico sobre el registro de la achura de la pista en mm frente al registro de la resistencia de la pista en ohms por pie para el diseño de un elemento estándar para cada uno de los cuatro calentadores de lámina metalizados grabados convencionales y un calentador según la invención.

Los gráficos individuales de la figura 4 son:

1.: lámina metalizada de níquel recocida de 50 micras de grosor;

2.: lámina metalizada de cobre recocida de 18 micras de grosor;

3.: acero inoxidable recocido (grado 321) de 38 micras de grosor;

4.: lámina metalizada de cobre recocido de 35 micras de grosor;

5.: Metalester^{TM} MET 25/16 (25 g.m^{-2}).

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Se puede apreciar que la resistencia del producto 5, un calentador según la invención, es substancialmente igual a la del calentador de acero inoxidable 3.

Más concretamente, el metal, el diámetro de la fibra, el grosor del revestimiento del metal, el espacio de las fibras y el diseño del elemento se toman en consideración para determinar las características eléctricas necesarias.

En el ejemplo descrito anteriormente, las hilaturas son habitualmente poliméricas, en concreto poliéster para aplicaciones con una temperatura relativamente baja, aunque cualquier fibra natural o sintética puede servir como base para el producto de la invención.

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En la invención, el circuito eléctrico flexible se puede fabricar a partir de tejidos que tengan hilos de las dos clases que se detallan a continuación:

(i): Continuos: Mono o multifilamentos de longitud indefinida, como polipropileno, polietileno, clorofibras, rayón viscoso, diacetato y triacetato, poliéster, nylon, poliamida aromática (Nomex®), poliparafenilina terftalamida (Kevlar®), y similares. Nomex® y Kevlar® son marcas registradas de E.I. du Pont de Nemours and Company.

(ii): Cortadas: Fibras de longitudes definidas trenzadas, envueltas o combinadas, como algodón, tejido de lino (lino), yute, lana, mohair, cachemir, angora y otras especialidades de fibras de pelo, mezclas de variada composición de los mismos, por ejemplo, 60% algodón / 40% poliéster y similares.

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Los tejidos realizados con los hilos o fibras anteriores (según el tipo de estructura del tejido) incluyen, pero no están limitados, a los siguientes tipos:

(i): tejidos

(ii): no tejidos

(iii): tricotados - incluyen urdimbre y trama

(iv): compuestos - estructuras laminadas que incluyen pero no limitadas a: textiles, revestimientos, películas de polímero, membranas, películas respirables hidrófilas y microporosas, metales, cerámicas y otros materiales.

(v): fieltro prensado

(vi): trenzados

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El metal más conveniente es el níquel, aunque se puede utilizar cualquier metal resistente.

El producto resultante es fino, flexible y poroso, y su producción es relativamente económica.

Los calentadores flexibles según la invención y en forma de malla de tejido metalizado fotoquímicamente grabado tienen una gran variedad de aplicaciones, y se pueden incorporar a, por ejemplo, trampas para mosquitos, productos para el cuidado de heridas como vendajes y vestuario médico, máscaras y viseras quirúrgicas, viseras para motocicletas, viseras para equipamientos deportivos, vestuarios específicos y para actividades al aire libre, calzado y artículos que se tengan que moldear, y también se pueden utilizar para descongeladores aeroespaciales. Otras aplicaciones serán evidentes para los expertos en la materia.

Aunque anteriormente se han descrito como calentadores, la invención también es aplicable a circuitos eléctricos flexibles para usos distintos al de los calentadores.

Dicho circuito es un grabado fotoquímico realizado a partir de un tejido metalizado tejido como se detalla anteriormente con respecto al elemento de calentamiento 16, y cualquier componente adicional requerido se monta sobre el mismo. Un circuito eléctrico tan fino, flexible y poroso se puede incorporar a artículos de ropa y calzado que se pueden llevar, como por ejemplo, vestuario específico y para actividades al aire libre, vestuario militar, vestuario médico y deportivo, botas de esquí y de montaña, zapatillas deportivas, o incorporarse en otros productos para potenciar su funcionalidad y permitir el control del equipo eléctrico asociado, como por ejemplo, ordenadores, teclados de ordenador, teléfonos, teléfonos móviles, agendas personales, ratones de ordenador, equipos de audio, sistemas de posicionamiento global, electrodomésticos, televisión / vídeo, equipos de música y de alta fidelidad, consolas para juegos, instrumentos musicales eléctricos, juguetes, iluminación, relojes, trampas para mosquitos, productos de cuidado personal como monitores de la frecuencia cardiaca y de otros signos vitales, equipos de ayuda a la discapacidad y la movilidad, controladores de usuarios de automóviles, equipamiento deportivo, gafas de esquí, esquís, cascos para motocicletas, motocicletas, bicicletas, deportes de nieve, deportes de motor, deportes acuáticos, abrazaderas deportivas, controladores eléctricos para llevar, ayudas a la educación, aplicaciones médicas como almohadillas de refuerzo para camas y mantas, sensores médicos, sensores de supervisión de la sangre y la glucosa y dispositivos de protección personal (como sistemas de alarma).

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Referencias citadas en la descripción

Esta lista de referencias citadas por el solicitante está prevista únicamente para ayudar al lector y no forma parte del documento de patente europea. Aunque se ha puesto el máximo cuidado en su realización, no se pueden excluir errores u omisiones y la OEP declina cualquier responsabilidad en este respecto.

Documentos de patente citados en la descripción

\bullet GB 2092868 A [0006]: \bullet DE 3210097 [0006]

Claims

1. Un circuito eléctrico flexible que comprende un tejido metalizado poroso (14) formado por hilos y/o fibras y metal, en el que:

(i): los hilos y/o fibras están revestidas con una capa de dicho metal después de la fabricación del tejido; o

(ii): los hilos individuales y/o fibras están encapsuladas con metal antes de la fabricación del tejido,

caracterizado por el hecho de que el tejido metalizado poroso está grabado fotoquímicamente para formar el circuito (16).

2. Un circuito según la reivindicación 1, en el que los hilos y/o fibras están revestidas con una capa de dicho metal después de la fabricación del tejido.

3. Un circuito según la reivindicación 1, en el que los hilos y/o fibras individuales están encapsuladas con metal antes de la fabricación del tejido.

4. Un circuito según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en el que el tejido es cualquiera hecho de tejido, no tejido, tricotado, compuesto laminado, fieltro prensado, trenzado.

5. Un circuito según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en el que el tejido está tejido a partir de las hilaturas de poliéster y el metal es níquel.

6. Un circuito según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5 laminado con al menos una lámina de material aislante eléctrico.

7. Un circuito según la reivindicación 6, en el que la lámina aislante eléctrico se lamina con el circuito eléctrico flexible utilizando una malla de fibras poco fundidas.

8. Un circuito según la reivindicación 6 o 7, donde la lámina de material eléctricamente aislado es un tejido o película transpirable y microporoso.

9. Un circuito según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, en el que el circuito eléctrico flexible está revestido con al menos un material aislante eléctrico.

10. Un calentador eléctrico que comprende un circuito eléctrico flexible según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9.

11. Un calentador eléctrico según la reivindicación 10 incorporado en un producto seleccionado a partir de:

-: una trampa para mosquitos; un producto para el cuidado de las heridas, como vestuario o vendajes médicos; una mascarilla o visera quirúrgica; una visera para motocicletas; una visera deportiva; vestuario para deportes al aire libre; vestuarios específicos; calzado.

12. Un circuito eléctrico flexible según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9 incorporado en alguno de:

-: artículo de ropa y calzado que se pueden llevar; vestuario militar; vestuario médico; ropa deportiva; botas de esquí; botas de montaña; zapatillas deportivas.

13. Un circuito flexible eléctrico según la reivindicación 12 en el que el circuito permite controlar el equipamiento eléctrico asociado.

14. Un procedimiento de fabricación de un circuito flexible eléctrico que comprenda un tejido metalizado poroso (14) formado por hilos y/o fibras y metal, en el que el tejido metalizado se ha producido:

(i): revistiendo los hilos y/o fibras con una capa de dicho metal después de la fabricación del tejido; o

(ii): encapsulando los hilos y/o fibras individuales con metal antes de la fabricación del tejido, estando el procedimiento caracterizado por el hecho de que el tejido metalizado poroso se graba fotoquímicamente para formar el circuito (16).

15. Un procedimiento según la reivindicación 14, en el que la etapa de grabar fotoquímicamente el tejido metalizado poroso comprende la aplicación de fotoresistencia al tejido metalizado poroso mediante la inmersión del tejido metalizado poroso en un fotorresistente líquido.

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16. Un procedimiento según la reivindicación 15, en el que antes de aplicar fotoresistencia al tejido metalizado poroso, se limpia el tejido metalizado poroso con un agente de limpieza.

17. Un procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 14 a 16, que también incluye la etapa de laminar el circuito eléctrico flexible con al menos una lámina de material aislante eléctrico.

18. Un procedimiento según la reivindicación 17, donde la lámina de material aislante eléctrico está laminada con el circuito eléctrico flexible utilizando una malla de fibras poco fundidas.

19. Un procedimiento según la reivindicación 17 o 18, en el que la lámina de material eléctrico aislado es un tejido o película transpirable y microporoso.

20. Un procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 17 a 19, en el que, tras la laminación, el circuito es perfilado cortándolo hasta obtener su forma final.

21. Un procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 14 a 16, que además incluye la etapa de revestir el circuito eléctrico flexible con al menos una lámina de material aislante eléctrico.