WO2006003282A1 - Element chauffant, son procede de fabrication, article dote d'un tel element et son procede de fabrication - Google Patents

Element chauffant, son procede de fabrication, article dote d'un tel element et son procede de fabrication Download PDF

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WO2006003282A1
WO2006003282A1 PCT/FR2005/001365 FR2005001365W WO2006003282A1 WO 2006003282 A1 WO2006003282 A1 WO 2006003282A1 FR 2005001365 W FR2005001365 W FR 2005001365W WO 2006003282 A1 WO2006003282 A1 WO 2006003282A1
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WO
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resin
dielectric
layer
heating element
charges
Prior art date
Application number
PCT/FR2005/001365
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English (en)
Inventor
Stéphane LEBOEUF
Laetitia Piguet
Original Assignee
Seb Sa
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Publication date
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    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B3/00—Ohmic-resistance heating
    • H05B3/20—Heating elements having extended surface area substantially in a two-dimensional plane, e.g. plate-heater
    • H05B3/22—Heating elements having extended surface area substantially in a two-dimensional plane, e.g. plate-heater non-flexible
    • H05B3/26—Heating elements having extended surface area substantially in a two-dimensional plane, e.g. plate-heater non-flexible heating conductor mounted on insulating base
    • H05B3/262—Heating elements having extended surface area substantially in a two-dimensional plane, e.g. plate-heater non-flexible heating conductor mounted on insulating base the insulating base being an insulated metal plate

Definitions

  • Heating element its manufacturing process, article having such an element and its manufacturing method
  • the present invention relates to a heating element intended to be deposited on a metal substrate, for example aluminum or aluminum alloy, and its method of manufacture.
  • the invention also relates to an article provided with such a heating element and the method of manufacturing such an article.
  • the use of the heating elements according to the invention can be envisaged for the manufacture of cooking utensils or cooking utensils, iron soles, cups of kettles, etc.
  • the heating element of the present invention must be able to deliver high power, with a power / surface ratio of at least 1 W / cm 2 and up to values of the order of 40 W / cm 2 . If desired, this type of heating element must be able to distribute the heat uniformly over an entire surface and this, whether the power is high or low.
  • Such heating elements consist of enamels which are obtained from an enamel frit subjected to a firing temperature of the order of 85O 0 C. Given this manufacturing constraint, they are deposited on a substrate metal capable of withstanding such temperatures, for example of the steel, stainless steel or alumina type. Such enamels are not against not suitable for a deposit on an aluminum substrate.
  • the object of the present invention is therefore to overcome all the disadvantages mentioned above by providing a heating element intended to be deposited on a metal substrate, for example aluminum or aluminum alloy, or even stainless steel , capable of delivering high powers, in particular with a surface / power ratio of up to values of the order of 40 W / cm 2 while retaining good dielectric performance and / or capable of delivering a homogeneous heat on a whole surface.
  • a heating element intended to be deposited on a metal substrate, for example aluminum or aluminum alloy, or even stainless steel , capable of delivering high powers, in particular with a surface / power ratio of up to values of the order of 40 W / cm 2 while retaining good dielectric performance and / or capable of delivering a homogeneous heat on a whole surface.
  • the heating element must have a simple structure and have a very good homogeneity.
  • the present invention thus relates to a heating element intended to be deposited on a metal substrate, preferably aluminum or aluminum alloy.
  • this element comprises, from the substrate, at least one dielectric layer comprising a resin and dielectric fillers, at least one resistive layer comprising a resin and electrically conductive fillers, at least one conductive layer which is intended for electrical connection of said to least one resistive layer and which comprises a resin and electrically conductive fillers and at least one final protective layer comprising a resin and dielectric fillers, said dielectric, resistive, conductive and final protection layers comprising the same resin, said resin being a organic resin.
  • the heating element according to the invention is therefore produced by the superposition of layers, each layer having a composition specifically adapted to the desired function for said layer.
  • the choice of the resin is determined by the conditions of manufacture of the heating element and end use of the latter.
  • an exclusively organic resin resistant to high temperatures for example at least 200-250 ° C., will be chosen in operating mode of the heating element.
  • the resin present in the dielectric, resistive, conductive and final protection layers comprises at least one compound selected from a polyamide imide (PAI), a polyimide (PI), a polyether sulfone (PES), a polyether imide (PEI), a polyphenylene sulfone (PPS), a silicone and an epoxy resin.
  • PAI polyamide imide
  • PI polyimide
  • PES polyether sulfone
  • PPS polyphenylene sulfone
  • silicone an epoxy resin
  • this method comprises the following steps:
  • each of said dielectric, resistive, conductive and final protection layers comprising the same resin, said resin being an organic resin.
  • the use of a single organic resin allows to consider a single cooking step.
  • each of the dielectric, resistive, conductive and final protection layers is performed by screen printing.
  • the present invention also relates to an article provided with a heating element according to the invention deposited on a metal substrate, in particular aluminum or aluminum alloy.
  • the heating element according to the invention surprisingly has a certain flexibility enabling it to remain operational when the metal substrate on which the heating element is deposited has to be constrained.
  • the invention is aimed in particular at an article or culinary utensil comprising a heating element according to the invention and, on the face of the substrate not comprising said heating element, an enamel coating or a non-stick coating, in particular a resin-based coating.
  • fluorocarbon for example based on PTFE.
  • the invention finally relates to a method of manufacturing an article, in particular a culinary article, comprising a first step of depositing an enamel or non-adhesive coating, in particular based on resin fluorocarbon, for example based on PTFE, on one of the mutually opposite faces of a metal substrate, in particular aluminum or aluminum alloy, and a second deposition step on the other side of the substrate, a heating element manufactured in accordance with the method of the present invention.
  • FIG. 1 represents a schematic cross-sectional view of the structure of a heating element according to the invention deposited on a substrate
  • Figure 2 shows the heating element of Figure 1 deposited on the substrate, itself covered with a coating, for example a release coating.
  • a substrate 1 made of aluminum or aluminum alloy.
  • the substrate 1 is commonly a disk but any other form can of course be considered.
  • the face 1a of the substrate 1 is covered by at least one continuous dielectric layer 2 and formed of resin and dielectric charges.
  • the dielectric layer 2 is covered by a resistive layer 3 formed of resin and electrically conductive charges.
  • the resistive layer 3 is in the form of a track whose dimensions such as length and thickness can of course be adapted according to the desired resistance.
  • the track forming the resistive layer 3 may for example be in the form of a spiral of which only the sections of each convolution are shown in FIGS. 1 and 2.
  • On the resistive layer 3 is deposited at least one conductive layer 4 formed of resin and fillers. electrically conductive.
  • This conductive layer 4 which covers only a small portion of the resistive layer 3, is intended for the electrical connection of the resistive layer 3.
  • At least one final protective layer 5, formed of resin and dielectric fillers, is deposited on the entire surface except on the conductive layer 4.
  • this final protective layer 5 thus covers the resistive layer 3 as well as certain zones 2a of the dielectric layer 2, said zones 2a being situated at the location of the interstices 3a left free by the resistive layer 3, when it is in the form of a track.
  • the heating element 6 consists of the assembly formed of the dielectric 2, resistive 3, conductive 4 and final protection 5 layers.
  • the dielectric layers 2, resistive 3, conductive 4 and final protection 5 comprise the same organic resin.
  • this resin comprises at least one compound chosen from a polyamide imide (PAI), a polyimide (PI), a polyether sulphone (PES), a polyether imide (PEI), a polyphenylene sulphone (PPS), a silicone and a epoxy resin.
  • PAI polyamide imide
  • PI polyimide
  • PES polyether sulphone
  • PEI polyether imide
  • PPS polyphenylene sulphone
  • the dielectric charges of any dielectric layer 2 may comprise at least one element chosen from mica, alumina, silica, clay, quartz, talc, glass and boron nitride.
  • the particle size of the dielectric charges is decisive, in particular in the case where each dielectric layer 2 is applied by screen printing, so as not to seal the cells of the screen.
  • the dielectric charges have a mean dimension of less than 25 ⁇ m, preferably less than 10 ⁇ m.
  • the weight proportion of dielectric charges included in any dielectric layer 2 is adjusted to obtain electrical insulation between the resistive layer 3 and the substrate 1 when a potential difference of at least 1250 V is applied between said resistive layer 3 and substrate 1 for at least one minute.
  • any dielectric layer 2 comprises from 30 to 70% by weight, preferably from 40 to 50% by weight, of dielectric charges and from 30 to 70% by weight, preferably from 50 to 60% by weight. weight, of pure resin or in solution, said solution comprising at least 10% by weight of pure resin.
  • weight proportions make it possible to obtain a sufficiently fluid composition to envisage the application by screen-printing of each dielectric layer 2.
  • each dielectric layer 2 retains after cooking a certain flexibility allowing it to withstand the external stresses which can be exercised during the final elaboration of the article.
  • the electrically conductive fillers included in the composition of any resistive layer 3, but also of any conductive layer 4, comprise at least one element chosen from inorganic, metallic, ceramic or composite particles with electrical conduction properties. It is thus possible to choose, as electrically conductive fillers, particles of silver, copper, graphite, carbon, nickel, palladium, nitrides or carbides, and in particular nitrides and carbides of zirconium, hafnium or of titanium. Among the composite particles, particular mention may be made of coated particles such as glass particles coated with metal, for example coated with silver.
  • the particle size of the electrically conductive charges is adapted to the mode of application envisaged for the application of each resistive layer 3 and of each conductive layer 4.
  • the electrically conductive charges of each resistive layer 3 and of each conductive layer 4 have an average dimension of less than 20 ⁇ m, and preferably of between 1 and 5 ⁇ m.
  • the thickness of any resistive layer 3 and the proportion by weight of electrically conductive charges included in this resistive layer 3 are preferably adapted to provide, as a function of the width and the length of the resistive track thus constituted in this resistive layer 3, a resistance of 5 to 1000 ⁇ .
  • any resistive layer 3 comprises from 50 to 85% by weight, preferably from 60 to 70% by weight, of electrically conductive charges and from 15 to 50% by weight, preferably from 30 to 40% by weight. by weight, of pure resin or in solution, said solution comprising at least 10% by weight of pure resin.
  • Each conductive layer 4 comprises a weight proportion of electrically conductive charges of at least 70%, the weight ratio of electrically conductive charges on pure resin being greater than or equal to 9.
  • the final protective layer 5 has the same composition as the dielectric layer 2.
  • the heating element 6 has some flexibility. This could not be achieved with the heating elements of the state of the art which consist of enamels, the latter breaking under the effect of a stress, even low. For example, when the assembly consisting of the substrate 1 and the heating element 6 is stressed, no breakage of the heating element 6 is observed to a radius of curvature of the order 210 mm for an aluminum substrate 1 of about 2 mm thick and a heating element 6 having a thickness of about 500 microns.
  • the method of manufacturing the heating element 6 comprises the following steps:
  • the metal substrate such as aluminum or aluminum alloy
  • the metal substrate is applied to at least one dielectric layer 2 formed of resin and dielectric fillers
  • at least one resistive layer 3 formed of resin and electrically conductive fillers is applied, this resistive layer 3 being applied to the at least one dielectric layer 2 deposited in the preceding step, either on the dielectric layer 2, as in the embodiment shown in FIGS. 1 and 2, or on at least one of the dielectric layers 2, it being specified that the last dielectric layer 2 applied is necessarily coated with at least one resistive layer 3
  • At least one conductive layer 4 formed of resin and electrically conductive charges is applied.
  • at least one final protective layer 5 formed of resin and dielectric charges is applied. It is of course possible to carry out a preliminary step of mechanical or chemical treatment of the face 1a of the substrate 1 to allow optimized attachment of the first dielectric layer 2 to the substrate 1.
  • each of the dielectric layers 2, resistive 3, conductive 4 and final protection 5 is preferably made by screen printing, thus allowing excellent control of the thickness of each of the layers 2, 3, 4 and 5.
  • a single baking step is carried out to obtain the polymerization of the resin used in the composition of said layers 2, 3, 4 and 5. Thanks to this single stage of cooking, one obtains a saving of energy, a gain of handling even a gain of place.
  • the thickness of the set of dielectric layers 2 is between 30 and 300 ⁇ m and preferably between 90 and 150 ⁇ m.
  • heating element 6 shown in FIGS. 1 and 2 comprising a dielectric layer 2, a resistive layer 3, a dielectric layer 4 and a final protective layer 5, it is quite possible to produce a heating element that requires the application of two, three or more of one or the other dielectric layers 2, resistive 3, conductive 4 and final protection 5 to obtain the thicknesses mentioned above.
  • This variant is more particularly applicable for the realization of the dielectric layer 2.
  • a superposition of several dielectric layers 2 is made to reach the thickness indicated above for all of the dielectric layers 2.
  • FIG. 2 shows the heating element 6 deposited on the face 1a of the substrate 1 illustrated in FIG. 1.
  • the face Ib of the substrate 1 is coated with a coating 7.
  • This coating 7 can be made enamel or be anti-adhesive, it may be based on fluorocarbon resin, for example based on PTFE. Multiple applications using the heating element 6 according to the invention can be envisaged.
  • Non-limiting, include cookware, kettles, irons.

Landscapes

  • Resistance Heating (AREA)
  • Surface Heating Bodies (AREA)

Abstract

L'invention concerne un élément chauffant (6) destiné à être déposé sur un substrat métallique et comprenant, à partir du substrat, au moins une couche diélectrique (2) comprenant une résine et des charges diélectriques, au moins une couche résistive (3) comprenant une résine et des charges électriquement conductrices, au moins une couche conductrice (4) comprenant une résine et des charges électriquement conductrices et au moins une couche de protection finale (5) comprenant une résine et des charges diélectriques, chacune desdites couches diélectrique (2), résistive (3), conductrice (4) et de protection finale (5) comprenant la même résine. L'invention concerne également un procédé de fabrication d'un tel élément chauffant (6), un article doté d'un tel élément chauffant (6) et le procédé de fabrication d'un tel article.

Description

Elément chauffant, son procédé de fabrication, article doté d'un tel élément et son procédé de fabrication
La présente invention concerne un élément chauffant destiné à être déposé sur un substrat métallique, par exemple en aluminium ou en alliage d'aluminium, ainsi que son procédé de fabrication.
L'invention concerne également un article muni d'un tel élément chauffant ainsi que le procédé de fabrication d'un tel article.
En particulier, on peut envisager l'utilisation des éléments chauffants selon l'invention pour la fabrication d'ustensiles de cuisson ou articles culinaires, de semelles de fer, de coupelles de bouilloires,... De manière générale, l'élément chauffant de la présente invention doit être en mesure de délivrer de fortes puissances, avec un rapport puissance/surface d'au moins 1 W/cm2 et pouvant aller jusqu'à des valeurs de l'ordre de 40 W/cm2. Si désiré, ce type d'élément chauffant doit permettre de répartir la chaleur de manière uniforme sur toute une surface et ceci, que la puissance soit forte ou faible.
Dans ce domaine des fortes puissances, on connaît des éléments chauffants dits "à couches épaisses" qui présentent une très bonne homogénéité et un rapport surface/puissance qui est optimal .
De tels éléments chauffants sont constitués par des émaux qui sont obtenus à partir d'une fritte d'émail soumise à une température de cuisson de l'ordre de 85O0C. Compte tenu de cette contrainte de fabrication, ils sont déposés sur un substrat métallique susceptible de supporter de telles températures, par exemple du type acier, acier inoxydable ou encore alumine. De tels émaux ne sont par contre pas appropriés pour un dépôt sur un substrat en aluminium.
Il existe des émaux qui requièrent des températures de cuisson inférieures à celle indiquée ci- dessus et qui sont par conséquent susceptibles d'être déposés sur un substrat en aluminium. Pour ce faire, on ajoute des fondants, tel que du plomb, aux frittes d'émail mentionnées ci-dessus. Cependant, on constate que les performances diélectriques des éléments chauffants ainsi obtenus ne sont pas du tout satisfaisantes, les éléments fondants rendant l'émail électriquement conducteur.
Le but de la présente invention est donc de remédier à l'ensemble des inconvénients mentionnés ci- dessus, en proposant un élément chauffant destiné à être déposé sur un substrat métallique, par exemple en aluminium ou en alliage d'aluminium, voire en acier inoxydable, susceptible de délivrer de fortes puissances, en particulier avec un rapport surface/puissance pouvant aller jusqu'à des valeurs de l'ordre de 40 W/cm2 tout en conservant de bonnes performances diélectriques et/ou susceptible de délivrer une chaleur homogène sur toute une surface.
En outre, l'élément chauffant doit avoir une structure simple et présenter une très bonne homogénéité.
La présente invention a ainsi pour objet un élément chauffant destiné à être déposé sur un substrat métallique, de préférence en aluminium ou en alliage d'aluminium.
Selon l'invention, cet élément comprend, à partir du substrat, au moins une couche diélectrique comprenant une résine et des charges diélectriques, au moins une couche résistive comprenant une résine et des charges électriquement conductrices, au moins une couche conductrice qui est destinée au raccordement électrique de ladite au moins une couche résistive et qui comprend une résine et des charges électriquement conductrices et au moins une couche de protection finale comprenant une résine et des charges diélectriques, lesdites couches diélectrique, résistive, conductrice et de protection finale comprenant la même résine, ladite résine étant une résine organique.
L'élément chauffant selon l'invention est donc réalisé par la superposition de couches, chaque couche présentant une composition spécifiquement adaptée à la fonction recherchée pour ladite couche.
L'utilisation d'une résine organique pour chacune des couches diélectrique, résistive, conductrice et de protection finale permet d'obtenir une très bonne homogénéité au sein de chacune des dites couches, aucun phénomène de migration des charges, qu'elles soient diélectriques ou au contraire électriquement conductrices, n'étant observable.
L'emploi d'une même résine dans l'ensemble des couches diélectrique, résistive, conductrice et de protection finale permet en outre d'obtenir une excellente adhérence et cohésion entre lesdites couches et d'éviter tout phénomène de délaminage d'une couche par rapport à une autre.
Le choix de la résine est déterminé par les conditions de fabrication de l'élément chauffant et d'utilisation finale de ce dernier.
On choisira de préférence une résine exclusivement organique résistant aux températures élevées, par exemple d'au moins 200-2500C, en régime de fonctionnement de l'élément chauffant.
Selon un mode particulièrement préféré de l'invention, la résine présente dans les couches diélectrique, résistive, conductrice et de protection finale comprend au moins un composé choisi parmi un polyamide imide (PAI) , un polyimide (PI) , une polyéther sulfone (PES) , un polyéther imide (PEI) , une polyphénylène sulfone (PPS) , une silicone et une résine époxy. Un autre but de la présente invention consiste à proposer un procédé de fabrication de tels éléments chauffants sur un substrat métallique, en particulier en aluminium ou en alliage d'aluminium, ledit procédé étant d'industrialisation aisée et permettant de réaliser ces éléments chauffants en grand nombre et à coût réduit.
Selon l'invention, ce procédé comprend les étapes suivantes :
. application, sur le substrat métallique, d'au moins une couche diélectrique formée de résine et de charges diélectriques,
. application, sur la au moins une couche diélectrique déposée en dernier dans l'étape précédente, d'au moins une couche résistive formée de résine et de charges électriquement conductrices, . application, sur la dernière couche résistive déposée dans l'étape précédente, d'au moins une couche conductrice formée de résine et de charges électriquement conductrices, puis
. application, sur l'ensemble de la surface, sauf celle de la dernière couche conductrice déposée dans l'étape précédente, d'au moins une couche de protection finale formée de résine et de charges diélectriques,
. cuisson des dites couches diélectrique, résistive, conductrice et de protection finale, chacune des dites couches diélectrique, résistive, conductrice et de protection finale comprenant la même résine, ladite résine étant une résine organique. L'emploi d'une seule et même résine organique permet de n'envisager qu'une unique étape de cuisson.
Dans une version particulièrement avantageuse de l'invention, l'application de chacune des couches diélectrique, résistive, conductrice et de protection finale est réalisée par sérigraphie.
L'application par sérigraphie permet de réaliser des couches d'épaisseur constante et contrôlée, de la manière la plus économique possible. II est donc possible d'obtenir des éléments chauffants de faible épaisseur, permettant un gain de place dans la structure de l'article que l'élément chauffant est destiné à pourvoir.
En effet, la présente invention concerne également un article doté d'un élément chauffant selon l'invention déposé sur un substrat métallique, en particulier en aluminium ou en alliage d'aluminium.
On a observé que l'élément chauffant selon l'invention présentait, de manière surprenante, une certaine flexibilité lui permettant de rester opérationnel lorsque le substrat métallique, sur lequel l'élément chauffant est déposé, venait à être contraint.
L'invention vise en particulier un article ou ustensile culinaire comportant un élément chauffant selon l'invention et, sur la face du substrat ne comportant pas ledit élément chauffant, un revêtement d'émail ou un revêtement anti-adhésif, notamment à base de résine fluorocarbonée, par exemple à base de PTFE.
L'invention se rapporte enfin à un procédé de fabrication d'un article, notamment d'un article culinaire, comprenant une première étape de dépôt d'un revêtement d'émail ou anti-adhésif, notamment à base de résine fluorocarbonée, par exemple à base de PTFE, sur l'une des faces mutuellement opposées d'un substrat métallique, en particulier en aluminium ou en alliage d'aluminium, et une seconde étape de dépôt, sur l'autre face du substrat, d'un élément chauffant fabriqué conformément au procédé de la présente invention.
Ainsi, grâce à la présente invention, il est tout à fait possible de réaliser un élément chauffant sur une face d'un substrat sans altérer le revêtement d'émail ou anti-adhésif préalablement déposé sur l'autre face du dit substrat.
Ceci présente un réel avantage dans le domaine des articles culinaires où l'emploi de surfaces anti- adhésives électriquement chauffantes est largement répandu. D'autres avantages et particularités de la présente invention résulteront de la description qui va suivre, faite en référence aux figures annexées :
- la figure 1 représente une vue schématique en coupe transversale de la structure d'un élément chauffant conforme à l'invention déposé sur un substrat, et
- la figure 2 représente l'élément chauffant de la figure 1 déposé sur le substrat, lui-même recouvert d'un revêtement, par exemple d'un revêtement anti-adhésif.
On identifie par les mêmes références numériques les éléments communs aux figures 1 et 2.
Sur la figure 1, on a représenté un substrat 1 réalisé en aluminium ou en alliage d'aluminium. On peut également envisager un substrat 1 formé d'une plaque métallique, par exemple en acier ou en acier inoxydable, ladite plaque étant recouverte d'aluminium.
Le substrat 1 est de manière courante un disque mais toute autre forme pourra bien entendu être envisagée. La face la du substrat 1 est recouverte par au moins une couche diélectrique 2 continue et formée de résine et de charges diélectriques.
La couche diélectrique 2 est recouverte par une couche résistive 3 formée de résine et de charges électriquement conductrices.
De préférence, la couche résistive 3 se présente sous la forme d'une piste dont les dimensions telles que longueur et épaisseur peuvent bien évidemment être adaptées en fonction de la résistance recherchée.
La piste formant la couche résistive 3 peut par exemple être sous forme de spirale dont seules les sections de chaque circonvolution sont représentées sur les figures 1 et 2. Sur la couche résistive 3 est déposée au moins une couche conductrice 4 formée de résine et de charges électriquement conductrices.
Cette couche conductrice 4, qui ne recouvre qu'une faible portion de la couche résistive 3, est destinée au raccordement électrique de la couche résistive 3.
Au moins une couche de protection finale 5, formée de résine et de charges diélectriques, est déposée sur toute la surface sauf sur la couche conductrice 4.
Comme représenté sur la figure 1, cette couche de protection finale 5 recouvre donc la couche résistive 3 ainsi que certaines zones 2a de la couche diélectrique 2, lesdites zones 2a étant situées à l'endroit des interstices 3a laissés libres par la couche résistive 3, lorsque celle- ci se présente sous la forme d'une piste. L'élément chauffant 6 est constitué par l'ensemble formé des couches diélectrique 2, résistive 3, conductrice 4 et de protection finale 5. Les couches diélectrique 2, résistive 3, conductrice 4 et de protection finale 5 comprennent la même résine organique.
De préférence, cette résine comprend au moins un composé choisi parmi un polyamide imide (PAI) , un polyimide (PI), une polyéther sulfone (PES), un polyéther imide (PEI), une polyphénylène sulfone (PPS) , une silicone et une résine époxy.
Les charges diélectriques de toute couche diélectrique 2 peuvent comprendre au moins un élément choisi parmi le mica, l'alumine, la silice, l'argile, le quartz, le talc, le verre, le nitrure de bore.
La granulométrie des charges diélectriques est déterminante, en particulier dans le cas où chaque couche diélectrique 2 est appliquée par sérigraphie, afin de ne pas obturer les mailles de l'écran sérigraphique.
Dans une version avantageuse de l'invention, les charges diélectriques ont une dimension moyenne inférieure à 25 μm, de préférence inférieure à 10 μm. Préférentiellement, la proportion pondérale de charges diélectriques comprise dans toute couche diélectrique 2 est ajustée pour obtenir une isolation électrique entre la couche résistive 3 et le substrat 1 lorsqu'une différence de potentiel d'au moins 1250 V est appliquée entre ladite couche résistive 3 et le substrat 1 pendant au moins une minute.
Dans une version avantageuse de l'invention, toute couche diélectrique 2 comprend de 30 à 70% en poids, préférentiellement de 40 à 50% en poids, de charges diélectriques et de 30 à 70% en poids, préférentiellement de 50 à 60% en poids, de résine pure ou en solution, ladite solution comprenant au moins 10% en poids de résine pure. De telles proportions pondérales permettent d'obtenir une composition suffisamment fluide pour envisager l'application par sérigraphie de chaque couche diélectrique 2. En outre, il peut être envisagé que chaque couche diélectrique 2 conserve après cuisson une certaine souplesse lui permettant de résister aux contraintes extérieures qui peuvent s'exercer au cours de l'élaboration finale de 1 'article.
Les charges électriquement conductrices comprises dans la composition de toute couche résistive 3, mais également de toute couche conductrice 4, comprennent au moins un élément choisi parmi les particules minérales, métalliques, céramiques ou composites dotées de propriétés de conduction électrique. On peut ainsi choisir, comme charges électriquement conductrices, des particules d'argent, de cuivre, de graphite, de carbone, de nickel, de palladium, des nitrures ou carbures, et notamment des nitrures et des carbures de zirconium, d'hafnium ou de titane. Parmi les particules composites, on peut notamment citer les particules enrobées telles que des particules de verre recouvertes de métal, par exemple recouvertes d'argent.
Comme on l'a vu précédemment pour les charges diélectriques, la granulométrie des charges électriquement conductrices est adaptée au mode d'application envisagé pour l'application de chaque couche résistive 3 et de chaque couche conductrice 4.
De préférence, les charges électriquement conductrices de chaque couche résistive 3 et de chaque couche conductrice 4 ont une dimension moyenne inférieure à 20 μm, et de préférence comprise entre 1 et 5 μm. L'épaisseur de toute couche résistive 3 et la proportion pondérale de charges électriquement conductrices comprise dans cette couche résistive 3 sont de préférence adaptées pour fournir, en fonction de la largeur et de la longueur de la piste résistive ainsi constituée dans cette couche résistive 3, une résistance de 5 à 1000 Ω.
Selon une version avantageuse de l'invention, toute couche résistive 3 comprend de 50 à 85% en poids, préférentiellement de 60 à 70% en poids, de charges électriquement conductrices et de 15 à 50% en poids, préférentiellement de 30 à 40% en poids, de résine pure ou en solution, ladite solution comprenant au moins 10% en poids de résine pure.
Chaque couche conductrice 4 comporte une proportion pondérale de charges électriquement conductrices d'au moins 70%, le rapport pondéral charges électriquement conductrices sur résine pure étant supérieur ou égal à 9.
Dans une version avantageuse de l'invention, la couche de protection finale 5 présente la même composition que la couche diélectrique 2.
Oh comprend aisément, qu'après cuisson de l'ensemble des couches diélectrique 2, résistive 3, conductrice 4 et de protection finale 5, on obtient un élément chauffant 6 présentant une excellente homogénéité, la présence de la même résine dans l'ensemble de ces couches 2, 3, 4 et 5 créant en quelque sorte une matrice homogène. En d'autres termes, cette même résine est dopée dans des zones et des endroits bien déterminés constituant les couches et/ou les zones adaptées aux fonctions voulues telles qu'indiquées précédemment (résistance, connexion ou isolation) .
Grâce à la présence d'une même résine organique dans les couches 2, 3, 4 et 5, l'élément chauffant 6 présente une certaine flexibilité. Ceci ne pourrait pas être obtenu avec les éléments chauffants de l'état de la technique qui sont constitués par des émaux, ces derniers se rompant sous l'effet d'une contrainte, même faible. A titre d'exemple, lorsque l'ensemble constitué par le substrat 1 et l'élément chauffant 6 est soumis à une contrainte, on n'observe aucune rupture de l'élément chauffant 6 jusqu'à un rayon de courbure de l'ordre de 210 mm pour un substrat 1 en aluminium d'environ 2 mm d'épaisseur et un élément chauffant 6 présentant une épaisseur de 500 μm environ.
Il est bien évident qu'en fonction des paramètres (matières, épaisseur,...) retenus pour le substrat 1 et l'élément chauffant 6, il est possible d'obtenir des valeurs de rayon de courbure inférieures à celle indiquée au paragraphe précédent et, par conséquent, des courbures plus importantes de l'ensemble constitué par le substrat 1 et l'élément chauffant 6, ledit élément chauffant 6 n'étant pas détérioré sous l'effet de la contrainte. Cette flexibilité permet donc la réalisation d'articles, et notamment d'articles culinaires, convexes à partir d'un ensemble constitué par le substrat 1 et l'élément chauffant 6.
Le procédé de fabrication de l'élément chauffant 6 comprend les étapes suivantes :
. on applique, sur le substrat métallique, tel qu'en aluminium ou en alliage d'aluminium, au moins une couche diélectrique 2 formée de résine et de charges diélectriques, . on applique au moins une couche résistive 3 formée de résine et de charges électriquement conductrices, cette couche résistive 3 étant appliquée sur la au moins une couche diélectrique 2 déposée dans l'étape précédente, soit sur la couche diélectrique 2 comme dans le mode de réalisation représenté sur les figures 1 et 2, soit sur l'une au moins des couches diélectriques 2, étant précisé que la dernière couche diélectrique 2 appliquée est nécessairement revêtue d'au moins une couche résistive 3,
. on applique, sur la dernière couche résistive 3 déposée dans l'étape précédente, au moins une couche conductrice 4 formée de résine et de charges électriquement conductrices, puis . on applique, sur l'ensemble de la surface, sauf sur la surface de la dernière couche conductrice 4 déposée dans l'étape précédente, au moins une couche de protection finale 5 formée de résine et de charges diélectriques. On peut bien évidemment procéder à une étape préalable de traitement, mécanique ou chimique, de la face la du substrat 1 pour permettre un accrochage optimisé de la première couche diélectrique 2 au substrat 1.
L'application de chacune des couches diélectrique 2, résistive 3, conductrice 4 et de protection finale 5 est de préférence réalisée par sérigraphie, permettant ainsi un excellent contrôle de l'épaisseur de chacune des couches 2, 3, 4 et 5.
On procède alors à un simple séchage de chacune couche déposée avant application de la suivante, pour éliminer les composés volatils et permettre l'application de l'écran sérigraphique, sans risque de dégradation de la couche déposée en dernier lieu.
Après application de l'ensemble des couches 2, 3, 4 et 5, on procède à une unique étape de cuisson pour obtenir la polymérisation de la résine entrant dans la composition des dites couches 2, 3, 4 et 5. Grâce à cette seule étape de cuisson, on obtient une économie d'énergie, un gain de manutention voire un gain de place.
Dans une version avantageuse de l'invention, l'épaisseur de l'ensemble des couches diélectriques 2 est comprise entre 30 et 300 μm et, de préférence, entre 90 et 150 μm.
L'épaisseur de l'ensemble des couches résistives
3 est comprise entre 5 et 50 μm, celle de l'ensemble des couches conductrices 4 est comprise entre 10 et 30 μm et celle de l'ensemble des couches de protection finale 5 est comprise entre 15 et 35 μm.
En variante de la réalisation de l'élément chauffant 6 représenté aux figures 1 et 2 comportant une couche diélectrique 2, une couche résistive 3, une couche diélectrique 4 et une couche de protection finale 5, on peut tout à fait réaliser un élément chauffant requérant l'application, de deux, de trois, voire plus, de l'une ou l'autre des couches diélectriques 2, résistives 3, conductrices 4 et de protection finale 5 pour obtenir les épaisseurs mentionnées ci-dessus.
Cette variante est plus particulièrement applicable pour la réalisation de la couche diélectrique 2. En effet, une superposition de plusieurs couches diélectriques 2 est réalisée pour atteindre l'épaisseur indiquée ci-dessus pour l'ensemble des couches diélectriques 2.
Sur la figure 2, on a représenté l'élément chauffant 6 déposé sur la face la du substrat 1 illustré sur la figure 1. La face Ib du substrat 1 est quant à elle recouverte d'un revêtement 7. Ce revêtement 7 peut être réalisé en émail ou être anti-adhésif, celui-ci pouvant être à base de résine fluorocarbonée, par exemple à base de PTFE. On peut envisager de multiples applications mettant en œuvre l'élément chauffant 6 selon l'invention.
A titre non limitatif, on citera les articles culinaires, les bouilloires, les fers à repasser.

Claims

REVENDICATIONS
1. Elément chauffant destiné à être déposé sur un substrat métallique et comprenant, à partir du substrat (1), au moins une couche diélectrique (2) comprenant une résine et des charges diélectriques, au moins une couche résistive
(3) comprenant une résine et des charges électriquement conductrices, au moins une couche conductrice (4) qui est destinée au raccordement électrique de ladite au moins une couche résistive (3) et qui comprend une résine et des charges électriquement conductrices et au moins une couche de protection finale (5) comprenant une résine et des charges diélectriques, lesdites couches diélectrique (2) , résistive (3) , conductrice (4) et de protection finale (5) comprenant la même résine, ladite résine étant une résine organique.
2. Elément chauffant selon la revendication 1, caractérisé en ce que la résine comprend au moins un composé choisi parmi un polyamide imide (PAI) , un polyimide (PI) , une polyéther sulfone (PES) , un polyéther imide (PEI) , une polyphénylène sulfone (PPS) , une silicone et une résine époxy.
3. Elément chauffant selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la proportion pondérale de charges diélectriques comprise dans toute couche diélectrique (2) est ajustée pour obtenir une isolation électrique entre la couche résistive (3) et le substrat (1) lorsqu'une différence de potentiel d'au moins 1250 V est appliquée entre ladite couche résistive (3) et le substrat (1) pendant au moins une minute.
4. Elément chauffant selon la revendication 3, caractérisé en ce que toute couche diélectrique (2) comprend de 30 à 70% en poids, préférentiellement de 40 à 50% en poids, de charges diélectriques et de 30 à 70% en poids, préférentiellement de 50 à 60% en poids, de résine pure ou en solution, ladite solution comprenant au moins 10% de résine pure.
5. Elément chauffant selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les charges diélectriques ont une dimension moyenne inférieure à 25 μm, de préférence inférieure à 10 μm.
6. Elément chauffant selon l'une quelconque des revendications 1 a 5, caractérisé en ce que les charges diélectriques de toute couche diélectrique (2) comprennent au moins un élément choisi parmi le mica, l'alumine, la silice, l'argile, le quartz, le talc, le verre, le nitrure de bore.
7. Elément chauffant selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que l'épaisseur de toute couche résistive (3) et la proportion pondérale de charges électriquement conductrices comprise dans cette couche résistive (3) est adaptée pour fournir une résistance de 5 à 1000 Ω.
8. Elément chauffant selon la revendication 7, caractérisé en ce que toute couche résistive (3) comprend de 50 à 85% en poids, préférentiellement de 60 à 70% en poids, de charges électriquement conductrices et de 15 à 50% en poids, préférentiellement de 30 à 40% en poids, de résine pure ou en solution, ladite solution comprenant au moins 10% de résine pure.
9. Elément chauffant selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que toute couche conductrice (4) comporte une proportion pondérale de charges électriquement conductrices d'au moins 70%, le rapport pondéral charges électriquement conductrices sur résine pure étant supérieur ou égal à 9.
10. Elément chauffant selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que les charges électriquement conductrices de toute couche résistive (3) et de toute couche conductrice (4) ont une dimension moyenne inférieure à 20 μm, et de préférence comprise entre 1 et 5 μm.
11. Elément chauffant selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que les charges électriquement conductrices de toute couche résistive (3) et de toute couche conductrice (4) comprennent au moins un élément choisi parmi les particules minérales, métalliques, céramiques ou composites dotées de propriétés de conduction électrique, telles que l'argent, le cuivre, le graphite, le carbone, le nickel, le palladium, les nitrures ou carbures, notamment de zirconium, d'hafnium ou de titane.
12. Elément chauffant selon l'une quelconque des revendications 1 à 11, caractérisé en ce que la couche de protection finale (5) présente la même composition que la couche diélectrique (2) .
13. Article, notamment article culinaire, doté d'un élément chauffant (6) selon l'une quelconque des revendications 1 à 12 déposé sur un substrat métallique (1) .
14. Article culinaire selon la revendication 13, caractérisé en ce qu'il comporte, sur la face (Ib) du substrat (1) ne comportant pas l'élément chauffant (6) , un revêtement (7) d'émail ou anti-adhésif, notamment à base de résine fluorocarbonée, par exemple à base de PTFE.
15. Procédé de fabrication d'un élément chauffant sur un substrat métallique comprenant les étapes suivantes : . application, sur le substrat métallique (1) , d'au moins une couche diélectrique (2) comprenant une résine et des charges diélectriques,
. application, sur la au moins une couche diélectrique (2) déposée dans l'étape précédente, d'au moins une couche résistive (3) comprenant une résine et des charges électriquement conductrices,
. application, sur la dernière couche résistive
(3) déposée dans l'étape précédente, d'au moins une couche conductrice (4) comprenant une résine et des charges électriquement conductrices, puis
. application, sur l'ensemble de la surface, sauf celle de la dernière couche conductrice (4) déposée dans l'étape précédente, d'au moins une couche de protection finale (5) comprenant une résine et des charges diélectriques,
. cuisson des dites couches diélectrique (2) , résistive (3) , conductrice (4) et de protection finale (5) , chacune desdites couches diélectrique (2) , résistive (3), conductrice (4) et de protection finale (5) comprenant la même résine, ladite résine étant une résine organique.
16. Procédé selon la revendication 15, caractérisé en ce que la résine comprend au moins un composé choisi parmi un polyamide imide (PAI) , un polyimide (PI) , une polyéther sulfone (PES) , un polyéther imide (PEI) , une polyphénylène sulfone (PPS) , une silicone et une résine époxy.
17. Procédé selon la revendication 15 ou 16, caractérisé en ce que l'application de chacune des couches diélectrique (2) , résistive (3) , conductrice (4) et de protection finale (5) est réalisée par sérigraphie.
18. Procédé selon l'une quelconque des revendications 15 à 17, caractérisé en ce que l'épaisseur de l'ensemble des couches diélectriques (2) est comprise entre 30 et 300 μm, de préférence entre 90 et 150 μm.
19. Procédé selon l'une quelconque des revendications 15 à 18, caractérisé en ce que l'épaisseur de l'ensemble des couches résistives (3) est comprise entre 5 et 50 μm.
20. Procédé selon l'une quelconque des revendications 15 à 19, caractérisé en ce que l'épaisseur de l'ensemble des couches conductrices (4) est comprise entre 10 et 30 μm.
21. Procédé selon l'une quelconque des revendications 15 à 20, caractérisé en ce que l'épaisseur de l'ensemble des couches de protection finale (5) est comprise entre 15 et 35 μm.
22. Procédé de fabrication d'un article, notamment d'un article culinaire, comprenant une première étape de dépôt d'un revêtement (7) d'émail ou anti-adhésif, notamment à base de résine fluorocarbonée, par exemple à base de PTFE, sur l'une des faces (Ib) mutuellement opposées d'un substrat métallique (1) et une seconde étape de dépôt, sur l'autre face (la) du substrat (1) , d'un élément chauffant (6) conformément au procédé de l'une quelconque des revendications 15 à 21.
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