FR2652980A1 - Electric heating foil and method of manufacturing such a foil - Google Patents
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Abstract
Description
La présente invention concerne les feuilles de chauffage électrique par effet Joule comprenant un substrat transparent en matériau électriquement isolant et un élément chauffant déposé sur le substrat. The present invention relates to Joule effect electric heating sheets comprising a transparent substrate made of electrically insulating material and a heating element deposited on the substrate.
On connaît déjà des feuilles souples de ce type dans lesquelles l'élément de chauffage est constitué par une piste sinueuse déposée sur le substrat et terminée par des zones de raccordement à un circuit d'alimentation extérieur. Flexible sheets of this type are already known in which the heating element consists of a sinuous track deposited on the substrate and terminated by zones for connection to an external supply circuit.
Ces feuilles ont divers inconvénients. Le dépôt du tracé conducteur par sérigraphie exige un masque relativement complexe. La feuille n'est pas chauffée de façon homogène. Pour que l'élément chauffant n'ait pas une résistance excessive, il doit avoir une épaisseur telle qutil n'est plus transparent. These sheets have various disadvantages. The deposition of the conductive trace by screen printing requires a relatively complex mask. The sheet is not homogeneously heated. In order for the heating element not to have excessive resistance, it must have a thickness such that it is no longer transparent.
On connaît par ailleurs des feuilles souples et transparentes constituées d'un substrat isolant et d'une mince couche conductrice. Ces feuilles, dont le coefficient de transmission de lumière peut atteindre et dépasser 80 %, du moins dans certaines régions du spectre optique, ne sont utilisables que pour constituer des blindages électromagnétiques et/ou électrostatiques, du fait de l'impossibilité de les relier à un circuit d'alimentation électrique permettant une répartition homogène des courants dans l'ensemble de la couche. Furthermore, flexible and transparent sheets are known which consist of an insulating substrate and a thin conductive layer. These sheets, the light transmission coefficient of which can reach and exceed 80%, at least in certain regions of the optical spectrum, can only be used to form electromagnetic and / or electrostatic shielding, because of the impossibility of connecting them to an electrical supply circuit allowing a homogeneous distribution of the currents throughout the layer.
La présente invention vise à fournir une feuille souple et transparente de chauffage électrique par effet
Joule du type ci-dessus défini, répondant mieux que celles antérieurement connues aux exigences de la pratique, notamment en ce qu'elle permet un chauffage homogène et un raccordement facile à un source extérieure d'énergie électrique.The present invention aims to provide a flexible and transparent sheet of electric heating by effect
Joule of the type defined above, meeting better than those previously known the requirements of practice, in particular in that it allows uniform heating and easy connection to an external source of electrical energy.
Dans ce but l'invention propose une feuille comprenant un substrat transparent en matériau électriquement isolant, une couche de matériau conducteur homogène, présentant avantageusement une résistance au carré comprise entre 5 et 60 Ohms, recouverte par une pellicule transparente de protection, ladite couche étant recouverte à sa périphérie, au moins en deux zones, d'une marge en matériau conducteur ayant une résistance au carré inférieure d'au moins deux ordres de grandeur à celle de la couche. For this purpose, the invention provides a sheet comprising a transparent substrate made of electrically insulating material, a layer of homogeneous conductive material, advantageously having a square resistance of between 5 and 60 Ohms, covered by a transparent protective film, said layer being covered. at its periphery, at least in two zones, a margin of conductive material having a resistance to the square less than at least two orders of magnitude than that of the layer.
Dans une telle feuille, les marges jouent le rôle de bus de répartition du courant électrique et évitent des densités de courant local élevées qui se traduiraient par une destruction rapide. Ces marges peuvent être réalisées par de nombreux procédés. Elles peuvent être faites en sérigraphie à l'aide d'une pâte conductrice contenant de l'argent ou un autre métal de faible résistivité. On peut également les constituer par dépôt local de préparation par voie chimique puis dépôt électrolytique. On peut également utiliser la pulvérisation sous vide de métaux conducteurs à travers un masque protégeant la partie qui doit rester résistive. Dans tous les cas, la puissance absorbée dans les marges sera en règle générale inférieure à 5 % de la puissance totale dissipée dans la feuille. In such a sheet, the margins act as an electric current distribution bus and avoid high local current densities which would result in rapid destruction. These margins can be achieved by numerous methods. They can be screen-printed using a conductive paste containing silver or another metal of low resistivity. They can also be formed by local preparation deposition by chemical means then electrolytic deposition. It is also possible to use vacuum spraying of conductive metals through a mask protecting the part which must remain resistive. In all cases, the power absorbed in the margins will generally be less than 5% of the total power dissipated in the sheet.
On peut donner aux feuilles suivant l'invention des formes très diverses et de nombreuses applications. A titre d'exemples non limitatifs on peut citer la constitution de rechauffeurs pour hublot d'aéronef ou de caissons d'observation en laboratoire, et le maintien à température convenable de panneaux d'affichage à cristaux liquides de grande taille. Les feuilles suivant l'invention peuvent être capables de fonctionner dans une très large plage de températures, depuis des températures cryogéniques. The sheets according to the invention can be given very diverse shapes and many applications. By way of nonlimiting examples, mention may be made of the heaters for aircraft windows or of observation chambers in the laboratory, and the maintenance of large liquid crystal display panels at suitable temperatures. The sheets according to the invention may be capable of operating in a very wide range of temperatures, from cryogenic temperatures.
flinvention a également pour objet la fabrication de feuilles de chauffage du type ci-dessus défini, par un procédé suivant lequel on dépose, sur un substrat transparent en polyester ou polyéthylène, la couche de matériau conducteur par sérigraphie ou vaporisation sous vide, puis les marges par sérigraphie. The invention also relates to the manufacture of heating sheets of the type defined above, by a process according to which a layer of conductive material is deposited on a transparent polyester or polyethylene substrate by screen printing or vaporization under vacuum, then the margins by screen printing.
L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit de modes particuliers de réalisation, donnés à titre d'exemples non limitatifs. La description se réfère aux dessins qui l'accompagnent, dans lesquels
-la figure 1 est un schéma de principe d'un fragment de feuille de chauffage selon un mode particulier de réalisation de l'invention, représenté en coupe, l'échelle n'étant pas respectée pour plus de clarté
- les figures 2, 3 et 4 montrent trois dispositions possibles de marges sur une feuille de chauffage selon l'invention ;
- la figure 5 est un schéma en perspective et en coupe, montrant un mode possible de fixation de contacts sur une marge ;
- la figure 6, similaire à la figure I, montre une variante de réalisation.The invention will be better understood on reading the following description of particular embodiments, given by way of nonlimiting examples. The description refers to the accompanying drawings, in which
FIG. 1 is a block diagram of a fragment of heating sheet according to a particular embodiment of the invention, shown in section, the scale not being observed for clarity
- Figures 2, 3 and 4 show three possible arrangements of margins on a heating sheet according to the invention;
- Figure 5 is a perspective diagram in section, showing a possible method of fixing contacts on a margin;
- Figure 6, similar to Figure I, shows an alternative embodiment.
La feuille de chauffage dont un fragment est montré schématiquement en figure 1 comporte un substrat 10 de faible épaisseur, en matériau transparent, souple et électriquement isolant, portant une couche adhérente 12 en matériau électriquement conducteur, suffisamment mince pour être également transparente, recouverte par une pellicule transparente 14 de protection. The heating sheet, a fragment of which is shown diagrammatically in FIG. 1, comprises a thin substrate 10, of transparent, flexible and electrically insulating material, carrying an adhesive layer 12 of electrically conductive material, thin enough to be also transparent, covered by a transparent protective film 14.
Dans la pratique, le substrat 10 sera généralement constitué par une feuille de matériau thermoplastique d'épaisseur comprise entre 200 microns et 2 millimètres, une épaisseur faible étant souhaitable pour réduire l'inertie thermique et la résistance à l'écoulement de la chaleur dans le sens transversal. On peut notamment utiliser les polyesters et polyéthylènes. In practice, the substrate 10 will generally consist of a sheet of thermoplastic material of thickness between 200 microns and 2 millimeters, a thin thickness being desirable to reduce the thermal inertia and the resistance to the flow of heat in the transverse direction. Polyesters and polyethylenes can in particular be used.
La couche de matériau conducteur a une épaisseur beaucoup plus faible que celle du substrat. Dans la pratique son épaisseur est de l'ordre du micron et elle est constituée en un matériau tel que la résistance de surface soit comprise entre 5 Ohms ( surtout dans le cas où on augmente la résistance de la couche en la fractionnant) et 60
Ohms au carré. La couche est généralement constituée en mélange d'étain et d'oxyde d'indium, déposé par des procédés connus, tels que l'évaporation et le dépôt sous vide. Pour ajuster la résistance de surface, un dépôt de métal noble, tel que l'or ou l'argent, de quelques centaines de nanomètres d'épaisseur, peut être juxtaposé à la couche.The layer of conductive material has a much smaller thickness than that of the substrate. In practice, its thickness is of the order of a micron and it is made of a material such that the surface resistance is between 5 Ohms (especially in the case where the resistance of the layer is increased by splitting it) and 60
Ohms squared. The layer is generally made up of a mixture of tin and indium oxide, deposited by known methods, such as evaporation and vacuum deposition. To adjust the surface resistance, a deposit of noble metal, such as gold or silver, a few hundred nanometers thick, can be juxtaposed with the layer.
La fragilité de la couche 12 fait qu'il est préférable de la protéger. On utilise pour cela une pellicule transparente 14 en matériau électriquement isolant, qui peut être de nature similaire à celle couramment employée pour protéger les émulsions de films photographiques. Cette pellicule, en "mylar" par exemple, peut être fixée par thermoscellage à une température de 1200C environ. The fragility of the layer 12 makes it preferable to protect it. A transparent film 14 of electrically insulating material is used for this, which may be of a similar nature to that commonly used to protect emulsions of photographic films. This film, in "mylar" for example, can be fixed by heat sealing at a temperature of about 1200C.
On peut également constituer la pellicule adhérente par sérigraphie, collage ou colaminage. The adherent film can also be formed by screen printing, gluing or co-laminating.
Il est nécessaire que le courant électrique de chauffage se répartisse de façon sensiblement uniforme dans la couche résistante 12. Pour cela, cette couche 12 porte, au moins en deux zones opposées de sa périphérie, une marge en matériau conducteur ayant une résistance au carré inférieure d'au moins deux ordres de grandeur à celle de la couche, connectable à un circuit extérieur d'alimentation et constituant un bus de répartition homogène du courant électrique. It is necessary that the electric heating current is distributed in a substantially uniform manner in the resistant layer 12. For this, this layer 12 carries, at least in two opposite zones of its periphery, a margin of conductive material having a resistance to the lower square at least two orders of magnitude to that of the layer, connectable to an external supply circuit and constituting a bus for homogeneous distribution of the electric current.
Dans le mode de réalisation de la figure 2 par exemple, où la feuille est rectangulaire, les marges 16 et 18, dont la largeur est généralement de quelques millimètres, sont disposées sur deux côtés opposés. In the embodiment of Figure 2 for example, where the sheet is rectangular, the margins 16 and 18, the width of which is generally a few millimeters, are arranged on two opposite sides.
Dans le mode de réalisation de la figure 3, la couche isolante 12, et elle seule, est fractionnée par une rainure 20 débouchant sur un côté de la feuille et encadrée par les deux marges 16a et 18a. La rainure peut être constituée dès le dépôt de la couche, par masquage, ou être ultérieurement gravée. Il est préférable de prévoir un arrondi au bout de la rainure pour éviter les contraintes d'origine mécanique ou électrique. In the embodiment of Figure 3, the insulating layer 12, and only it, is divided by a groove 20 opening on one side of the sheet and framed by the two margins 16a and 18a. The groove can be formed as soon as the layer is deposited, by masking, or be etched subsequently. It is preferable to provide a rounding at the end of the groove to avoid constraints of mechanical or electrical origin.
Dans le mode de réalisation de la figure 4, la feuille est de forme circulaire et les marges 16 et 18 sont en forme de tronçons annulaires. In the embodiment of Figure 4, the sheet is circular and the margins 16 and 18 are in the form of annular sections.
D'autres formes encore, éventuellement plus complexes sont possibles et on peut même alimenter la couche en triphase à partir de trois marges. Still other forms, possibly more complex, are possible and it is even possible to supply the three-phase layer from three margins.
Chaque marge est munie de moyens pour le raccordement à une alimentation électrique, le point (ou les points) de connexion pouvant être placé à n'importe quel emplacement de la marge. La liaison peut notamment être constituée par un fil soudé directement sur la marge, par un pavé de matériau conducteur auquel un fil ou un contact peut être fixé, par un contact agrafé,...etc. Each margin is provided with means for connection to an electrical supply, the connection point (or points) can be placed at any location on the margin. The connection can in particular be constituted by a wire welded directly on the margin, by a block of conductive material to which a wire or a contact can be fixed, by a stapled contact, ... etc.
La puissance maximale que permet de dissiper une feuille ainsi constituée dépend de son mode d'utilisation. The maximum power that a sheet thus formed can dissipate depends on its mode of use.
Lorsque la feuille est placée dans l'air, par exemple à proximité d'une surface vitrée ou d'un hublot de façon à jouer un rôle similaire à celui d'un double vitrage, la puissance dissipable est généralement d'environ 10 W/dm2.When the sheet is placed in the air, for example near a glazed surface or a porthole so as to play a role similar to that of a double glazing, the dissipable power is generally around 10 W / dm2.
Lorsque la feuille est plaquée sur un support, par exemple entre deux parois transparentes, la puissance dissipée peut atteindre 20 W/dm2, du fait du transfert de chaleur par conduction. Si enfin la feuille est collée sur un support, ce qui élimine toute lame d'air entre le support et la feuille, la puissance dissipable peut atteindre 30 W /dm2 environ. La colle utilisée doit être transparente. On peut utiliser notamment des graisses au silicone. Une autre solution encore consiste à coller la feuille par voie thermique, lorsqu'on utilise un substrat en polyester ou en polyéthylène. Le réchauffeur peut être percé pour permettre sa fixation mécanique sur un support.When the sheet is pressed on a support, for example between two transparent walls, the dissipated power can reach 20 W / dm2, due to the heat transfer by conduction. If finally the sheet is stuck on a support, which eliminates any air gap between the support and the sheet, the dissipable power can reach approximately 30 W / dm2. The glue used must be transparent. It is possible in particular to use silicone greases. Yet another solution is to glue the sheet thermally, when using a polyester or polyethylene substrate. The heater can be drilled to allow its mechanical fixing on a support.
On décrira maintenant, à titre d'exemples, divers modes possibles de fabrication de feuilles. We will now describe, by way of examples, various possible modes of manufacturing sheets.
Le produit de départ est constitué par le substrat, présentant la forme à donner à la feuille. La couche 12 est déposée sur ce substrat, par exemple par pulvérisation sous vide de métaux ou d'alliages métalliques. The starting material consists of the substrate, having the shape to be given to the sheet. The layer 12 is deposited on this substrate, for example by vacuum spraying of metals or metal alloys.
Les marges ou margelles de connexion 16, 18 peuvent être réalisées par divers processus. On peut notamment les constituer par sérigraphie à l'aide d'une pâte conductrice. The connection margins or copings 16, 18 can be produced by various processes. They can in particular be formed by screen printing using a conductive paste.
On peut notamment utiliser des pâtes à base de phtalate ou de résines acryliques, contenant de l'argent. La pâte est ensuite polymérisée pour la fixer mécaniquement sur la couche. Un mince dépôt de métal tel que l'or ou le cuivre peut être ajouté, par exemple par voie électrolytique ou par vaporisation sous vide dans le cas de l'or.One can in particular use pastes based on phthalate or acrylic resins, containing silver. The dough is then polymerized to fix it mechanically on the layer. A thin deposit of metal such as gold or copper can be added, for example electrolytically or by vacuum vaporization in the case of gold.
Une fois les marges ainsi constituées, un fil de cuivre peut être fixé à l'aide d'une brasure étain-plomb ou avec un alliage à bas point de fusion. Au lieu d'un fil 22, on peut réaliser une jonction à l'aide d'un pavé métallique muni d'un fil de raccordement. Un tel pavé, en alliage fer-nickel-cobalt par exemple muni d'un revêtement d'or destiné au soudage d'un fil, peut être placé sur la pâte conductrice avant polymérisation. Once the margins thus formed, a copper wire can be fixed using a tin-lead solder or with an alloy with low melting point. Instead of a wire 22, a junction can be made using a metal block provided with a connecting wire. Such a block, of iron-nickel-cobalt alloy for example provided with a gold coating intended for the welding of a wire, can be placed on the conductive paste before polymerization.
Une autre solution encore (figure 5) consiste à utiliser un pavé 24 agrafé sur le bord du substrat 12 à l'aide de griffes 26. Cette solution exige une marge plus épaisse que dans le cas précédent, pratiquement de l'ordre de 50 microns. Le pavé peut comporter une broche de raccordement 28 et constituer connecteur. Yet another solution (FIG. 5) consists in using a block 24 stapled to the edge of the substrate 12 using claws 26. This solution requires a thicker margin than in the previous case, practically of the order of 50 microns . The block may include a connection pin 28 and constitute a connector.
La pellicule 14 de protection et d'isolement de la couche 12 peut être réalisée de plusieurs façon, notamment par sérigraphie au moyen d'une encre transparente et isolante du point de vue électrique ou par dépôt d'une pellicule transparente de protection, fixée dans un appareil de lamination si la pellicule est recouverte d'un adhésif thermoplastique, sous presse si la pellicule est recouverte d'un adhésif polymérisable. The protective film 14 for isolating the layer 12 can be produced in several ways, in particular by screen printing using an electrically insulating transparent ink or by depositing a transparent protective film fixed in a lamination device if the film is covered with a thermoplastic adhesive, in press if the film is covered with a polymerizable adhesive.
Dans le cas où on utilise un pavé 24 pour réaliser les connexions, la pellicule est localement enlevée, suivant une technique qu'on peut qualifier de "déterrage du pavé" pour donner accès aux connections de sortie. In the case where a block 24 is used to make the connections, the film is locally removed, according to a technique which can be described as "digging up the block" to give access to the outlet connections.
Il est possible d'empiler l'une sur l'autre plusieurs structures du genre défini ci-dessus. Dans un autre mode encore de réalisation, montré en figure 6, deux substrats 10 portant chacun une couche résistante 12 encadrent une pellicule 30 portant sur ses deux faces un adhésif 32. Il existe déjà dans le commerce des pellicules de polyester transparentes portant de l'adhésif sur chaque face, utilisables pour réaliser une telle feuille chauffante. It is possible to stack one on top of the other several structures of the kind defined above. In yet another embodiment, shown in FIG. 6, two substrates 10 each carrying a resistant layer 12 surround a film 30 carrying on its two faces an adhesive 32. There are already commercially available transparent polyester films carrying adhesive on each side, usable to make such a heating sheet.
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| FR2652980B1 (en) | 1996-07-12 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| ST | Notification of lapse |
Effective date: 20070629 |