DE3586994T2 - ELECTRICAL CONTACT BETWEEN METALS AND RESISTANCE ELEMENTS. - Google Patents
ELECTRICAL CONTACT BETWEEN METALS AND RESISTANCE ELEMENTS.Info
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft elektrische Einrichtungen, die leitfähige Elemente mit verschiedenen spezifischen Widerständen aufweisen.The invention relates to electrical devices comprising conductive elements with different specific resistances.
Viele elektrische Einrichtungen, speziell Heizeinrichtungen, die leitfähige Elemente mit verschiedenen spezifischen Widerständen aufweisen, sind bekannt. Solche Einrichtungen können beispielsweise ein metallisches Element aufweisen, das in Verbindung mit einem Widerstandselement, wie einem leitfähigen Polymer verwendet wird, d. h. einem Gemisch, das einen leitfähigen Füllstoff und ein organisches Polymer aufweist (wobei dieser Ausdruck hier Polysiloxane einschließt), wobei der Füllstoff in dem organischen Polymer dispergiert oder anderweitig von dem organischen Polymer zusammengehalten ist, oder ein Keramikmaterial. Das leitfähige Polymer kann ein PTC-Verhalten zeigen. Druckschriften, die leitfähige Polymerzusammensetzungen und sie aufweisende Einrichtungen beschreiben, umfassen die US-PS'en 2 952 761, 2 978 665, 3 243 753, 3 351 882, 3 571 777, 3 757 086, 3 793 716, 3 823 217, 3 858 144, 3 861 029, 3 950 604, 4 017 715, 4 072 848, 4 085 286, 4 117 312, 4 177 376, 4 177 446, 4 188 276, 4 237 441, 4 242 573, 4 246 468, 4 250 400, 4 252 692, 4 255 698, 4 271 350, 4 272 471, 4 304 987, 4 309 596, 4 309 597, 4 314 230, 4 314 231, 4 315 237, 4 317 027, 4 318 881, 4 327 351, 4 330 704, 4 334 351, 4 352 083, 4 388 607, 4 398 084, 4 413 301, 4 425 397, 4 426 339, 4 426 633, 4 427 877, 4 435 639, 4 429 216, 4 442 139, 4 459 473, 4 481 498, 4 476 450 und 4 502 929; J. Applied Polymer Science , 813-815 (1975), Klason und Kubat; Polymer Engineering and Science , 649-653 (1978) Narkis et al; und die gemeinsam übertragenen Anmeldungen mit den US-Serial-Nummern 601 424, nunmehr zurückgezogen, veröffentlicht als DE-OS 1 634 999; 732 792 (Van Konynenburg et al), nunmehr zurückgezogen, veröffentlicht als DE-OS 2 746 602; 798 154 (Horsma et al), nunmehr zurückgezogen, veröffentlicht als DE- OS 2 821 799; 134 354 (Lutz); 141 984 (Gotcher et al), veröffentlicht als EP-Anmeldung mit der Veröffentlichungs-Nr. 38 718; 141 988 (Fouts et al), veröffentlicht als EP-Anmeldung mit der Veröffentlichungs-Nr. 37 718; 141 989 (Evans), veröffentlicht als EP-Anmeldung mit der Veröffentlichungs-Nr. 38 713; 141 991 (Fouts et al), veröffentlicht als EP-Anmeldung mit der Veröffentlichungs-Nr. 38 714; 150 909 (Sopory), veröffentlicht als GB-Anmeldung Nr. 2 076 106A; 184 647 (Lutz); 250 491 (Jacobs et al), veröffentlicht als EP-Anmeldung mit der Veröffentlichungs-Nr. 63 440; 272 854 und 403 203 (Stewart et al), veröffentlicht als EP-Patentanmeldung mit der Veröffentlichungs-Nr. 67 679; 274 010 (Walty et al); 300 709 und 423 589 (Van Konynenburg et al), veröffentlicht als EP-Anmeldung mit der Veröffentlichungs-Nr. 74 281; 369 309 (Midgley et al); 483 633 (Wasley); 493 445 (Chazan et al), veröffentlicht als EP-Patentanmeldung mit der Veröffentlichungs-Nr. 128 664; 606 033 (Leary et al), veröffentlicht als EP-Anmeldung mit der Veröffentlichungs-Nr. 119 807; 509 897 und 598 048 (Masia et al), veröffentlicht als EP-Anmeldung mit der Veröffentlichungs-Nr. 133 748; 524 482 (Tomlinson et al), veröffentlicht als EP-Anmeldung mit der Veröffentlichungs-Nr. 134 145; 534 913 (McKinley); 535 449 (Cheng et al), veröffentlicht als EP-Anmeldung mit der Veröffentlichungs-Nr. 138 424 bzw. EP-Anmeldung Nr. 84 306 456.9; 552 649 (Jensen et al), veröffentlicht als EP-Anmeldung mit der Veröffentlichungs-Nr. 144 187; und 904 736, veröffentlicht als GB-PS'en 1 470 502 und 1 470 503; die Anmeldung, die gleichzeitig mit dieser Anmeldung angemeldet wurde (unsere Referenz MPO959-COM), entsprechend der US-Serial-Nr. 650 918 und der EP-Patentanmeldung Nr. 85 300 415.8 entsprechend US-Serial-Nr. 573 099 (MPO897, Batliwalla et al). Auf die Offenbarung von jeder der oben genannten Patentschriften, Veröffentlichungen und Anmeldungen wird hier Bezug genommen.Many electrical devices, especially heating devices, comprising conductive elements with different resistivities are known. Such devices may, for example, comprise a metallic element used in conjunction with a resistive element such as a conductive polymer, i.e. a mixture comprising a conductive filler and an organic polymer (which term here includes polysiloxanes), the filler being dispersed in the organic polymer or otherwise held together by the organic polymer, or a ceramic material. The conductive polymer may exhibit PTC behavior. References describing conductive polymer compositions and devices incorporating them include U.S. Patent Nos. 2,952,761, 2,978,665, 3,243,753, 3,351,882, 3,571,777, 3,757,086, 3,793,716, 3,823,217, 3,858,144, 3,861,029, 3,950,604, 4,017,715, 4,072,848, 4,085,286, 4,117,312, 4,177,376, 4,177,446, 4,188,276, 4,237,441, 4,242 573, 4 246 468, 4 250 400, 4 252 692, 4 255 698, 4 271 350, 4 272 471, 4 304 987, 4 309 596, 4 309 597, 4 314 230, 4 314 231, 4 315 237, 4 317 027, 4 318 881, 4 327 351, 4 330 704, 4 334 351, 4 352 083, 4 388 607, 4 398 084, 4 413 301, 4 425 397, 4,426,339, 4,426,633, 4,427,877, 4,435,639, 4,429,216, 4,442,139, 4,459,473, 4,481,498, 4,476,450 and 4,502,929; J. Applied Polymer Science , 813-815 (1975), Klason and Kubat; Polymer Engineering and Science , 649-653 (1978) Narkis et al; and the commonly assigned applications with the US serial numbers 601,424, now withdrawn, published as DE-OS 1,634,999; 732 792 (Van Konynenburg et al), now withdrawn, published as DE-OS 2 746 602; 798 154 (Horsma et al), now withdrawn, published as DE-OS 2 821 799; 134 354 (Lutz); 141 984 (Gotcher et al), published as EP application with publication number 38 718; 141 988 (Fouts et al), published as EP application with publication number 37 718; 141 989 (Evans), published as EP application with publication number 38 713; 141 991 (Fouts et al), published as EP application with publication number 38 714; 150 909 (Sopory), published as UK application no. 2 076 106A; 184 647 (Lutz); 250 491 (Jacobs et al), published as EP application with publication number 63 440; 272 854 and 403 203 (Stewart et al), published as EP patent application with publication number 67 679; 274 010 (Walty et al); 300,709 and 423,589 (Van Konynenburg et al), published as EP application publication No. 74,281; 369,309 (Midgley et al); 483,633 (Wasley); 493,445 (Chazan et al), published as EP patent application publication No. 128,664; 606,033 (Leary et al), published as EP application publication No. 119,807; 509,897 and 598,048 (Masia et al), published as EP application publication No. 133,748; 524,482 (Tomlinson et al), published as EP application publication No. 134,145; 534,913 (McKinley); 535,449 (Cheng et al), published as EP application publication No. 138,424 and EP application No. 84,306,456.9 respectively; 552,649 (Jensen et al), published as EP application publication No. 144,187; and 904,736, published as GB patents 1,470,502 and 1,470,503; the application filed concurrently with this application (our reference MPO959-COM), corresponding to US serial No. 650,918 and EP patent application No. 85,300,415.8 corresponding to US serial No. 573,099 (MPO897, Batliwalla et al). The disclosure of each of the above-referenced patents, publications and applications is incorporated herein by reference.
Sorgfalt ist nötig, um einen zufriedenstellenden elektrischen Kontakt mit einem Minimum an Kontaktwiderstand zwischen zwei Elementen mit verschiedenen spezifischen Widerständen sicherzustellen. Das gilt besonders, wenn eine große und/oder lange Kontaktfläche benötigt wird, wie beispielsweise bei Heizbändern und großen flächigen Heizelementen, wobei Kontakt beispielsweise zwischen einem metallischen Element und einem Widerstandselement, das aus einem leitfähigen Polymer besteht, herzustellen ist. Es wurden bereits Verfahren vorgeschlagen, um einen solchen Kontakt zwischen einem metallischen Element und einem Widerstandselement zu erreichen. Einige dieser Verfahren umfassen das Aufheizen des metallischen Elements und des damit in Kontakt befindlichen leitfähigen Polymers auf eine Temperatur über dem Schmelzpunkt des leitfähigen Polymers; das geschmolzene leitfähige Polymer kann mit einem geeignet vorerwärmten metallischen Element in Kontakt gebracht werden, und/oder das metallische Element und das leitfähige Polymer können erwärmt werden, nachdem sie in Kontakt gebracht worden sind.Care is required to ensure satisfactory electrical contact with a minimum of contact resistance between two elements with different resistivities. This is particularly true when a large and/or long contact area is required, such as in heating tapes and large area heating elements, where contact is to be made, for example, between a metallic element and a resistive element made of a conductive polymer. Methods have already been developed proposed to achieve such contact between a metallic element and a resistive element. Some of these methods include heating the metallic element and the conductive polymer in contact therewith to a temperature above the melting point of the conductive polymer; the molten conductive polymer may be brought into contact with a suitably preheated metallic element, and/or the metallic element and the conductive polymer may be heated after they have been brought into contact.
Es ist außerdem bekannt, das metallische Element mit einem hochleitfähigen Polymer zu beschichten, das beispielsweise eine relativ hohe Konzentration von Silber oder Graphit enthält, bevor es mit dem leitfähigen Polymer des Widerstandselements in Kontakt gebracht wird. Weitere bisher vorgeschlagene Verfahren umfassen die Verwendung von leitfähigen Klebstoffen, Heftklammern oder Nieten (oder eines sonstigen Verbindungselements mit niedrigem Widerstand).It is also known to coat the metallic element with a highly conductive polymer containing, for example, a relatively high concentration of silver or graphite before it is brought into contact with the conductive polymer of the resistive element. Other methods proposed to date include the use of conductive adhesives, staples or rivets (or other low resistance connecting element).
Es wurde nun gefunden, daß dann, wenn eine Kontaktschicht, die aus einem Material besteht, dessen spezifischer Widerstand zwischen dem von zwei leitfähigen Elementen mit verschiedenen spezifischen Widerständen liegt, sandwichartig zwischen den beiden leitfähigen Elementen angeordnet und mit der Oberfläche des Elements mit dem höchsten spezifischen Widerstand verbunden wird, ein verbesserter elektrischer Kontakt zwischen den beiden Elementen erreicht wird.It has now been found that if a contact layer consisting of a material having a resistivity intermediate between two conductive elements having different resistivities is sandwiched between the two conductive elements and bonded to the surface of the element having the highest resistivity, an improved electrical contact between the two elements is achieved.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine elektrische Einrichtung angegeben, die folgendes aufweist:According to the present invention, an electrical device is provided which comprises:
(1) ein Widerstandselement, das aus einem ersten leitfähigen Material besteht, das einen spezifischen Widerstand von 1-500 000 Ohm cm bei 23ºC hat;(1) a resistive element consisting of a first conductive material having a resistivity of 1-500,000 ohm cm at 23ºC;
(2) eine Kontaktschicht, die mit einer Oberfläche des Widerstandselements direkt verbunden ist und aus einem zweiten leitfähigen Material besteht, das einen spezifischen Widerstand bei 23ºC hat, der niedriger als der spezifische Widerstand bei 23ºC des ersten Materials ist; und(2) a contact layer directly connected to a surface of the resistive element and consisting of a second conductive material having a resistivity at 23ºC that is lower than the resistivity at 23ºC of the first material; and
(3) ein weiteres Element, das aus einem dritten leitfähigen Material, bevorzugt einem Metall, besteht, das einen spezifischen Widerstand bei 23ºC hat, der niedriger als der spezifische Widerstand bei 23ºC des zweiten Materials ist, wobei das weitere Element in direktem physischem Kontakt mit der Kontaktschicht ist und in einem solchen Kontakt im wesentlichen nur durch Druck über eine Anschlußfläche gehalten ist, deren Fläche wenigstens 3,23 cm² (0,5 inch²) ist oder die wenigstens eine Dimension hat, die größer als 2,54 cm (1 inch) ist,(3) a further element consisting of a third conductive material, preferably a metal, which has a resistivity at 23ºC which is lower than the resistivity at 23ºC of the second material, the further element being in direct physical contact with the contact layer and being held in such contact substantially only by pressure over a contact surface having an area of at least 3.23 cm² (0.5 inch²) or having at least one dimension greater than 2.54 cm (1 inch),
wobei die Komponenten der Einrichtung so positioniert sind, daß die Einrichtung an eine Stromversorgung anschließbar ist, so daß durch die Kontaktschicht hindurch ein elektrischer Pfad von dem weiteren Element zu dem Widerstandselement existiert.wherein the components of the device are positioned so that the device can be connected to a power supply, so that an electrical path from the further element to the resistance element exists through the contact layer.
Bei einer solchen Anordnung kann ein guter elektrischer Kontakt zwischen dem Widerstandselement und dem weiteren Element, d. h. dem Element mit dem niedrigsten spezifischen Widerstand, einfach dadurch erreicht werden, daß das weitere Element gegen die Kontaktschicht gedrückt wird, auch wenn die Verbindungsfläche groß und/oder lang ist, und selbst dann, wenn der Druck ausreichend niedrig ist, um ein Bewegen des weiteren Elements relativ zu der Kontaktschicht zuzulassen. Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel bildet das weitere Element eine Anschlußeinrichtung zum Anschluß beispielsweise an eine Stromversorgung.In such an arrangement, good electrical contact between the resistance element and the further element, i.e. the element with the lowest specific resistance, can be achieved simply by pressing the further element against the contact layer, even if the connection area is large and/or long, and even if the pressure is sufficiently low to allow movement of the further element relative to the contact layer. In a preferred embodiment, the further element forms a connection device for connection to, for example, a power supply.
Bei den Einrichtungen nach der Erfindung besteht bevorzugt kein direkter physischer Kontakt zwischen dem Widerstandselement und dem weiteren Element.In the devices according to the invention, there is preferably no direct physical contact between the resistance element and the further element.
Das Widerstandselement bei den Einrichtungen gemäß der Erfindung besteht bevorzugt aus einem leitfähigen Polymer. Wenn die Einrichtung eine Heizeinrichtung ist, zeigt das leitfähige Polymer bevorzugt PTC-Verhalten, wodurch die Heizeinrichtung selbstregelnd gemacht wird. Der bevorzugte Bereich des spezifischen Widerstands bei 23ºC hängt von den Dimensionen der Heizeinrichtung und der zu verwendenden Stromversorgung ab, z. B. 5 bis 50 Ohm cm für Gleichspannungen bis zu 6 V, 50 bis 500 Ohm cm für Gleichspannungen von 4 bis 60 V, 500 bis 10 000 Ohm cm für Wechselspannungen von 110 bis 240 V und 10 000 bis 100 000 Ohm·cm für Wechselspannungen von mehr als 240 V. Der leitfähige Füllstoff in dem leitfähigen Polymer weist normalerweise Ruß auf und besteht bevorzugt im wesentlichen aus Ruß.The resistance element in the devices according to the invention preferably consists of a conductive polymer. If the device is a heating device, the conductive polymer preferably shows PTC behavior, thereby making the heating device self-regulating. The preferred range of resistivity at 23ºC depends on the dimensions of the heating device and the power supply to be used, e.g. 5 to 50 Ohm cm for DC voltages up to 6 V, 50 to 500 Ohm cm for DC voltages from 4 to 60 V, 500 to 10 000 Ohm cm for AC voltages from 110 to 240 V and 10 000 to 100 000 Ohm cm for AC voltages from more than 240 V. The conductive filler in the conductive polymer typically comprises carbon black and preferably consists essentially of carbon black.
Die Kontaktschicht besteht bevorzugt ebenfalls aus einem leitfähigen Polymer. Die Kontaktschicht kann im Betriebstemperaturbereich der Einrichtung PTC-Verhalten, im wesentlichen ZTC- oder NTC-Verhalten zeigen. Das Verhältnis des spezifischen Widerstands des Widerstandsschichtmaterials zu dem spezifischen Widerstand des Kontaktschichtmaterials ist bevorzugt wenigstens 20:1, bevorzugt wenigstens 100:1, insbesondere wenigstens 1000:1 oder noch höher, z. B. wenigstens 100 000:1. Die Kontaktschicht kann auf die Widerstandsschicht aufgebracht werden durch Aufdrucken einer leitfähigen Farbe darauf oder durch Anwendung von Polymer-Dickschichttechnologie oder in einem Verfahren, das einen Ätzschritt aufweist, oder auf irgendeine andere Weise. Die Kontaktschicht kann nur zwischen dem am meisten leitfähigen Element und dem Widerstandselement vorhanden sein, oder sie kann sich über das Anschlußelement hinaus erstrecken, in welchem Fall sie als ein bevorzugter Stromträger wirken kann.The contact layer preferably also consists of a conductive polymer. The contact layer can exhibit PTC behavior, essentially ZTC or NTC behavior in the operating temperature range of the device. The ratio of the resistivity of the resistive layer material to the resistivity of the contact layer material is preferably at least 20:1, preferably at least 100:1, in particular at least 1000:1 or even higher, e.g. at least 100,000:1. The contact layer can be applied to the resistive layer by printing a conductive ink thereon or by using polymer thick film technology or in a process comprising an etching step or in any other way. The contact layer can be present only between the most conductive element and the resistive element, or it can extend beyond the terminal element, in which case it can act as a preferred current carrier.
Bei der Einrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung, bei der das Element mit dem niedrigsten spezifischen Widerstand bevorzugt Metall ist und bevorzugt als Anschlußeinrichtung dient, ist es bevorzugt, daß die Kontaktschicht sich über das Element mit dem niedrigsten spezifischen Widerstand hinaus erstreckt, in welchem Fall die Kontaktschicht eine oder mehrere Elektroden bilden kann, die sich über das Anschlußelement hinaus erstrecken.In the device according to the present invention, in which the element with the lowest specific resistance is preferably metal and preferably serves as a connection device, it is preferred that the contact layer extends beyond the element with the lowest specific resistance, in which case the contact layer can form one or more electrodes extending beyond the connection element.
Die durch die Kontaktschicht gebildeten Elektroden sind bevorzugt auf ähnliche Weise angeordnet, wie es in unserer gleichzeitig anhängigen Anmeldung Nr. 85 300 415.8, angemeldet 85/01/22 (EP-A-0 158 410) entsprechend US-Serial-Nr. 573 099 (MPO897) offenbart ist, d. h. es gibt eine Vielzahl von bandförmigen Elektroden, die so dimensioniert und auf einer Oberfläche des Widerstandsheizelements (in unserem Fall der Schicht mit dem höchsten spezifischen Widerstand) positioniert sind, daßThe electrodes formed by the contact layer are preferably arranged in a similar manner as disclosed in our co-pending application No. 85 300 415.8, filed 85/01/22 (EP-A-0 158 410) corresponding to US Serial No. 573 099 (MPO897), i.e. there are a plurality of band-shaped electrodes which are dimensioned and positioned on a surface of the resistance heating element (in our case the layer with the highest resistivity) such that
(a) wenn Strom zwischen den Elektroden fließt, ein erheblicher Anteil des Stroms zu den Flächen des Widerstandselements parallel ist, und(a) when current flows between the electrodes, a significant proportion of the current is parallel to the faces of the resistive element, and
(b) das Verhältnis der mittleren Breite der Elektroden, gemessen parallel zu den Flächen des Widerstandselements, zu dem mittleren Abstand zwischen benachbarten Elektroden, zwischen denen Strom fließt, gemessen parallel zu den Flächen des Widerstandselements, wenigstens 0,01:1, speziell wenigstens 0,1:1 ist.(b) the ratio of the average width of the electrodes, measured parallel to the faces of the resistive element, to the average distance between adjacent electrodes between which current flows, measured parallel to the faces of the resistive element, is at least 0.01:1, especially at least 0.1:1.
Bevorzugt sind die Elektroden so positioniert und dimensioniert, daß an sämtlichen Punkten der Abstand zwischen benachbarten Elektroden, zwischen denen Strom fließt, gemessen parallel zu den Flächen des Widerstandselements, nicht mehr als der dreifache mittlere Abstand zwischen benachbarten Elektroden ist, zwischen denen Strom fließt, gemessen parallel zu den Flächen des Widerstandselements. Es ist besonders bevorzugt, daß das Verhältnis der mittleren Breite der Elektroden zu dem mittleren Abstand zwischen den Elektroden, zwischen denen Strom fließt, 0,4:1 bis 5:1 ist, insbesondere eine Anordnung, bei der die Elektroden eine Vielzahl von parallelen Stäben aufweisen, die bevorzugt um im wesentlichen den gleichen Betrag voneinander beabstandet sind. Bevorzugt sind benachbarte Elektroden um weniger als 25,4 mm (1 inch) beabstandet. Wenn das Widerstandselement leitfähiges Polymer ist, das schmelzextrudiert wurde, sind die Elektroden bevorzugt so angeordnet, daß der Strom entlang der Extrusionsrichtung fließt.Preferably, the electrodes are positioned and dimensioned such that at all points the distance between adjacent electrodes between which current flows, measured parallel to the faces of the resistive element, is no more than three times the average distance between adjacent electrodes between which current flows, measured parallel to the faces of the resistive element. It is particularly preferred that the ratio of the average width of the electrodes to the average distance between the electrodes between which current flows is from 0.4:1 to 5:1, particularly an arrangement in which the electrodes comprise a plurality of parallel bars, preferably spaced apart by substantially the same amount. Preferably, adjacent electrodes are spaced apart by less than 25.4 mm (1 inch). When the resistive element is conductive polymer that has been melt extruded, the electrodes are preferably arranged so that current flows along the direction of extrusion.
Jede der Einrichtungen gemäß der Erfindung weist drei Komponenten auf, die relativ zueinander so angeordnet sind, daß ein elektrischer Pfad von der Komponente mit dem niedrigsten spezifischen Widerstand der drei Komponenten zu der Komponente mit dem höchsten spezifischen Widerstand der drei Komponenten durch die weitere Komponente mit einem Zwischenwert des spezifischen Widerstands existieren kann. Die Einrichtungen können mehr als drei Komponenten mit verschiedenem spezifischem Widerstand aufweisen. Wenn mehr als drei Komponenten vorhanden sind, sind die Komponenten bevorzugt nacheinander in der Reihenfolge ihres spezifischen Widerstands angeordnet, so daß der elektrische Kontakt zwischen jeweils zwei Komponenten durch das Vorhandensein einer Schicht mit einem spezifischen Zwischen-Widerstand zwischen ihnen verbessert wird. Beispielsweise weist eine bevorzugte elektrische Einrichtung vier Komponenten mit verschiedenem spezifischem Widerstand auf, wobei die Komponente mit dem niedrigsten spezifischen Widerstand der vier ein metallisches Anschlußelement zum Anschluß an eine elektrische Stromversorgung aufweist. Es liegt in Kontakt mit einem zweiten Element mit höherem spezifischem Widerstand, das sich bevorzugt über das Anschlußelement hinaus erstreckt, um Elektroden zu bilden, und das seinerseits mit einer dritten Schicht mit höherem spezifischem Widerstand in Kontakt ist, die bevorzugt die gleiche Konfiguration hat, aber geringfügig über die zweite Schicht hinaus verläuft. Die dritte Schicht ist ihrerseits in Kontakt mit einer Schicht mit höherem spezifischem Widerstand, die bevorzugt ein Substrat-Widerstandselement bildet. Die Einrichtung gemäß dieser Form der Erfindung weist vier Elemente mit sequentiell zunehmendem spezifischem Widerstand auf.Each of the devices according to the invention comprises three components arranged relative to one another such that an electrical path can exist from the component with the lowest resistivity of the three components to the component with the highest resistivity of the three components through the further component with an intermediate value of resistivity. The devices may comprise more than three components with different resistivities. If there are more than three components, the components are preferably arranged one after the other in the order of their resistivity so that the electrical contact between each two components is improved by the presence of a layer of intermediate resistivity between them. For example, a preferred electrical device comprises four components of different resistivities, the component of the lowest resistivity of the four having a metallic terminal element for connection to an electrical power supply. It is in contact with a second element of higher resistivity which preferably extends beyond the terminal element to form electrodes and which in turn is in contact with a third layer of higher resistivity which preferably has the same configuration but extends slightly beyond the second layer. The third layer is in turn in contact with a layer of higher resistivity which preferably forms a substrate resistive element. The device according to this form of the invention comprises four elements of sequentially increasing resistivity.
Durch das Anordnen von einer oder mehreren Schichten mit spezifischem Zwischen-Widerstand zwischen den Elementen mit verschiedenem spezifischem Widerstand auf diese Weise kann ein guter elektrischer Kontakt zwischen Elementen erreicht werden, die spezifische Widerstände haben, deren Verhältnisse um 10¹&sup0; und sogar bis zu 10¹² voneinander verschieden sind.By arranging one or more intermediate resistivity layers between elements of different resistivities in this way, good electrical contact can be achieved between elements having resistivities whose ratios differ by 10¹⁰ and even up to 10¹².
Bei bevorzugten Einrichtungen nach der Erfindung weist die Kontaktschicht bevorzugt ein leitfähiges Polymer auf, bei dem der leitfähige Füllstoff aus einem Metall, bevorzugt Silber, oder einem Gemisch von Silber mit Graphit oder Silber mit Graphit und Ruß besteht oder es enthält. In diesem Fall hat die Kontaktschicht bevorzugt einen spezifischem Widerstand im Bereich von 2,5·10&supmin;&sup5; bis 1·10&supmin;³ Ohm cm. Bei weiteren bevorzugten Einrichtungen gemäß der Erfindung weist die Kontaktschicht bevorzugt ein leitfähiges Polymer auf, bei dem der leitfähige Füllstoff aus Graphit und/oder Ruß oder aus einem Gemisch von Graphit und/oder Ruß mit einem Metall, beispielsweise Silber, besteht, wobei mehr Graphit und/oder Ruß als Silber vorhanden ist. In diesem Fall hat die Kontaktschicht bevorzugt einen spezifischen Widerstand im Bereich von 0,5·10&supmin; bis 0,1 Ohm cm.In preferred devices according to the invention, the contact layer preferably comprises a conductive polymer in which the conductive filler consists of or contains a metal, preferably silver, or a mixture of silver with graphite or silver with graphite and carbon black. In this case, the contact layer preferably has a specific resistance in the range of 2.5·10⁻⁵ to 1·10⁻³ Ohm cm. In further preferred devices according to the invention, the contact layer preferably comprises a conductive polymer in which the conductive filler consists of graphite and/or carbon black or of a mixture of graphite and/or carbon black with a metal, for example silver, with more graphite and/or carbon black than silver. In this case, the contact layer preferably a specific resistance in the range of 0.5·10⊃min; to 0.1 Ohm cm.
Bevorzugte Merkmale des weiteren Elements in Einrichtungen nach der Erfindung werden nachstehend erörtert. Speziell bei Einrichtungen, bei denen das weitere Element bevorzugt ein Anschlußelement bildet, besteht dieses Element bevorzugt aus wenigstens einem Metall, z. B. Kupfer, das normalerweise aus Gründen der Wirtschaftlichkeit bevorzugt wird, Aluminium, Nickel, Silber oder Gold oder einem Überzug eines Metalls auf einem anderen, z. B. vernickeltem oder verzinntem Kupfer, und ist normalerweise ein Draht oder Flächenkörper oder Band und kann gerade, gebogen oder gefaltet sein. Im allgemeinen sind zwei oder mehr Anschlußelemente in jeder Einrichtung vorhanden, wobei die Elemente an eine Stromversorgung anschließbar sind, um zu bewirken, daß Strom durch das Widerstandselement fließt. Entweder hat die Anschlußfläche zwischen jedem Anschlußelement und einer Kontaktschicht eine Fläche von wenigstens 3,23 cm² (0,5 inch²), bevorzugt wenigstens 32,26 cm² (5 inch²), z. B. wenigstens 64,52 cm² (10 inch²) und kann sehr viel größer sein, oder die Anschlußfläche hat wenigstens eine Dimension, die größer ist als 1,26 cm (0,5 inch), bevorzugt größer als 2,54 cm (1 inch), und sehr viel größer sein kann, z. B. wenigstens 12,70 cm (5 inch). Bevorzugt stellt das Anschlußelement im wesentlichen ununterbrochenen Kontakt mit der Kontaktschicht her, dies ist aber nicht unbedingt erforderlich.Preferred features of the further element in devices according to the invention are discussed below. Particularly in devices where the further element preferably forms a terminal element, this element is preferably made of at least one metal, e.g. copper, which is normally preferred for reasons of economy, aluminium, nickel, silver or gold, or a coating of one metal on another, e.g. nickel-plated or tin-plated copper, and is normally a wire or sheet or tape and may be straight, curved or folded. Generally two or more terminal elements are present in each device, the elements being connectable to a power supply to cause current to flow through the resistive element. Either the terminal area between each terminal element and a contact layer has an area of at least 3.23 cm² (0.5 inch²), preferably at least 32.26 cm² (5 inch²), e.g. B. at least 64.52 cm² (10 inch²) and can be much larger, or the pad has at least one dimension that is greater than 1.26 cm (0.5 inch), preferably greater than 2.54 cm (1 inch), and can be much larger, e.g. at least 12.70 cm (5 inch). Preferably, the pad makes substantially uninterrupted contact with the contact layer, but this is not necessarily required.
Bei den Einrichtungen nach der Erfindung, bei denen das weitere Element einen spezifischen Widerstand von mehr als 1·10&supmin;&sup5; Ohm cm hat und somit nichtmetallisch ist, besteht dieses Element bevorzugt aus einem leitfähigen Polymer. Das Element kann im Betriebstemperaturbereich der Einrichtung PTC-, im wesentlichen ZTC- oder NTC-Verhalten zeigen.In the devices according to the invention, in which the further element has a specific resistance of more than 1·10⁻⁵ Ohm cm and is thus non-metallic, this element preferably consists of a conductive polymer. The element can exhibit PTC, essentially ZTC or NTC behavior in the operating temperature range of the device.
Das weitere Element hat einen spezifischen Widerstand, der niedriger als der der Kontaktschicht, jedoch höher als 1·10&supmin;&sup5; Ohm·cm ist. Bevorzugt hat das weitere Element einen spezifischen Widerstand im Bereich von 1·10&supmin;&sup5; bis 1·10&supmin;² Ohm·cm, stärker bevorzugt im Bereich von 1·10&supmin;&sup4; bis 1·10&supmin;³ Ohm·cm. Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist der spezifische Widerstand ca. 5·10&supmin;&sup4; Ohm·cm.The further element has a specific resistance that is lower than that of the contact layer, but higher than 1·10⁻⁵ Ohm·cm. Preferably, the further element has a specific resistance in the range of 1·10⁻⁵ to 1·10⁻² Ohm·cm, more preferably in the range of 1·10⁻⁴ to 1·10⁻³ Ohm·cm. In a preferred embodiment, the specific resistance is approximately 5·10⁻⁴ Ohm·cm.
Wenn das weitere Element ein leitfähiges Polymer aufweist, kann es auf die Kontaktschicht auf die gleiche Weise aufgebracht werden, wie die Kontaktschicht auf die Widerstandsschicht aufgebracht ist, und zwar durch die Anwendung von Polymer-Dickschichttechnologie oder durch ein Verfahren, das einen Ätzschritt aufweist, oder es kann auf irgendeine andere Weise aufgebracht werden.If the further element comprises a conductive polymer, it may be applied to the contact layer in the same way as the contact layer is applied to the resistive layer, by using polymer thick film technology or by a process comprising an etching step, or it may be applied in any other way.
Einrichtungen nach der Erfindung umfassen (i) Flächenheizeinrichtungen, z. B. eine flächige Heizeinrichtung, bei der das Widerstandselement ein laminares Element ist, das voneinander beabstandete, im wesentlichen ebene Oberflächen aufweist, mit denen die Kontaktschichten verbunden sind, und umfassen speziell flächige Heizeinrichtungen, bei denen die weiteren Elemente Anschlußelemente sind, wobei die Anschlußelemente im wesentlichen ebene Oberflächen haben, die gegen die entsprechenden Kontaktschichten gepreßt sind, und die Kontaktschichten über die Kontaktbereiche mit den Anschlußelementen hinaus verlaufen, um eine Vielzahl von Elektroden zu bilden; und (ii) Bandheizeinrichtungen, wobei das Widerstandselement die Form eines Bandes hat, das voneinander beabstandete konkave Oberflächen aufweist, mit denen die Kontaktschichten verbunden sind, und die Anschlußelemente im wesentlichen komplementäre konvexe Oberflächen haben, die gegen die entsprechenden Kontaktschichten gepreßt sind.Devices according to the invention include (i) area heating devices, e.g. a sheet heater in which the resistance element is a laminar element having spaced apart substantially planar surfaces to which the contact layers are connected, and specifically include sheet heaters in which the further elements are terminal elements, the terminal elements having substantially planar surfaces pressed against the respective contact layers, and the contact layers extending beyond the contact areas with the terminal elements to form a plurality of electrodes; and (ii) band heaters in which the resistance element is in the form of a band having spaced apart concave surfaces to which the contact layers are connected, and the terminal elements having substantially complementary convex surfaces pressed against the respective contact layers.
Einrichtungen gemäß der vorliegenden Erfindung umfassen bevorzugt eine dielektrische Schicht, die wenigstens einen Teil der Elektroden überdeckt und innig damit verbunden ist. Einrichtungen gemäß der Erfindung, speziell Einrichtungen, die Heizeinrichtungen sind, weisen bevorzugt außerdem ein laminares polymeres Isolationselement auf, das an die Elektroden oder die dielektrische Schicht (falls vorhanden) oder an die die Elektroden tragende Fläche des Widerstandselements angrenzt, aber nicht daran befestigt ist. Bevorzugt ist das Isolationselement auf eine Weise angeordnet, die in der gleichzeitig mit der vorliegenden Anmeldung angemeldeten europäischen Patentanmeldung Nr. 85 306 476.4 (EP 0175550A) entsprechend US-Serial-Nr. 650 918 (MPO959, Batliwalla et al) beschrieben ist.Devices according to the present invention preferably comprise a dielectric layer covering at least a portion of the electrodes and intimately connected thereto. Devices according to the invention, especially devices which are heating devices, preferably also comprise a laminar polymeric insulating element adjacent to, but not attached to, the electrodes or the dielectric layer (if present) or the electrode-bearing surface of the resistive element. Preferably, the insulating element is arranged in a manner described in European Patent Application No. 85 306 476.4 (EP 0175550A), corresponding to US Serial No. 650 918 (MPO959, Batliwalla et al), filed concurrently with the present application.
Bei der Einrichtung nach der Erfindung hat die Anschlußfläche zwischen der Kontaktschicht und dem weiteren Element eine Fläche von wenigstens 6,45 cm² (1 inch²), bevorzugt wenigstens 32,26 cm² (5 inch²)). Die Anschlußfläche hat bevorzugt eine Dimension, die größer als 7,62 cm (3 inch) ist.In the device according to the invention, the connection surface between the contact layer and the further element has an area of at least 6.45 cm² (1 inch²), preferably at least 32.26 cm² (5 inch²). The connection surface preferably has a dimension that is greater than 7.62 cm (3 inches).
Ein Vorteil von Einrichtungen gemäß der Erfindung ist es, daß sie in Anwendungsfällen eingesetzt werden können, bei denen es erforderlich ist, daß die Einrichtung einen Strom von wenigstens 5 A und in manchen Fällen wenigstens 10 A führt.An advantage of devices according to the invention is that they can be used in applications where it is required that the device carry a current of at least 5 A and in some cases at least 10 A.
Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nun beispielsweise unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben; die Zeichnungen zeigen in:Embodiments of the present invention will now be described by way of example with reference to the accompanying drawings, in which:
Fig. 1 einen Querschnitt durch eine erste flächige Heizeinrichtung gemäß der Erfindung;Fig. 1 shows a cross section through a first planar heating device according to the invention;
Fig. 2 eine Draufsicht auf das Widerstandselement, die Kontaktschichten und die Anschlußelemente von Fig. 1;Fig. 2 is a plan view of the resistance element, the contact layers and the connection elements of Fig. 1;
Fig. 3 einen Querschnitt durch eine Bandheizeinrichtung nach der Erfindung;Fig. 3 shows a cross section through a band heating device according to the invention;
Fig. 4 einen Querschnitt durch eine zweite flächige Heizeinrichtung nach der Erfindung; undFig. 4 shows a cross section through a second flat heating device according to the invention; and
Fig. 5 eine Draufsicht auf die Widerstands-Kontaktschichten, die weiteren Elemente und Anschlußelemente von Fig. 4.Fig. 5 is a top view of the resistive contact layers, the other elements and connection elements of Fig. 4.
In den Zeichnungen zeigen die Fig. 1 und 2 eine Heizeinrichtung, die ein Heizelement aufweist, das ein laminares Widerstandselement 11 aus leitfähigem Polymer aufweist, auf dessen Oberseite fingerartig ineinandergreifende Elektroden 12 und 13 gedruckt sind, die aus einer leitfähigen Polymerzusammensetzung bestehen, die ein Metall, z. B. Silber, als den leitfähigen Füllstoff enthält und einen wesentlich niedrigeren spezifischen Widerstand als das leitfähige Polymer im Element 11 hat. Stromschienen 15 und 16, die aus einem gestreckten Metallnetz bestehen, sind um Randbereiche des Elements 11 bzw. der Elektroden 12 und 13 herumgefaltet, wobei die Randbereiche der Elektroden die Kontaktschichten der vorliegenden Erfindung bilden. Ein Isolationsmantel ist um das Heizelement und die Stromschienen herum von einem unteren polymeren Flächenkörper 17 und einem oberen polymeren Flächenkörper 18 gebildet. Der Flächenkörper 17 ist an der Unterseite des Widerstandselements, an der Unterseite der Stromschienen und an Randbereichen des oberen Flächenkörpers durch eine im wesentlichen kontinuierliche Schicht von Klebstoff 21 (wie gezeigt) oder durch Schmelzbondieren (nicht gezeigt) befestigt. Der obere Flächenkörper grenzt an die Stromschienen, die Elektroden und das Widerstandselement an, ist aber nicht an ihnen befestigt. Auf der Oberseite des oberen Flächenkörpers ist eine Metallfolie 19, z. B. aus Kupfer vorgesehen, die in ihrer Position von einem äußeren polymeren Isolierflächenkörper 20 gehalten ist, dessen Randbereiche an den Randbereichen des Flächenkörpers 18 durch Klebstoffschichten 22 und 23 (wie gezeigt) oder durch Schmelzbondieren (nicht gezeigt) befestigt sind.In the drawings, Figures 1 and 2 show a heating device comprising a heating element comprising a conductive polymer laminar resistive element 11 having printed thereon interdigitated finger-like electrodes 12 and 13 made of a conductive polymer composition containing a metal, e.g. silver, as the conductive filler and having a substantially lower resistivity than the conductive polymer in element 11. Bus bars 15 and 16 made of an expanded metal mesh are folded around edge regions of element 11 and electrodes 12 and 13 respectively, the edge regions of the electrodes forming the contact layers of the present invention. An insulating jacket is formed around the heating element and bus bars by a lower polymeric sheet 17 and an upper polymeric sheet 18. The sheet 17 is secured to the underside of the resistive element, to the underside of the busbars, and to edge regions of the upper sheet by a substantially continuous layer of adhesive 21 (as shown) or by melt bonding (not shown). The upper sheet is adjacent to, but not secured to, the busbars, electrodes, and resistive element. On the upper side of the upper sheet is provided a metal foil 19, e.g. made of copper, which is held in position by an outer polymeric insulating sheet 20, the edge regions of which are secured to the edge regions of the sheet 18 by layers of adhesive 22 and 23 (as shown) or by melt bonding (not shown).
Wie Fig. 2 zeigt, haben die Elektroden eine Breite und eine Länge und sind durch einen Abstand voneinander getrennt, und die Stromschienen haben eine Breite . Typische Werte für diese Variablen sind folgende:As shown in Fig. 2, the electrodes have a width and a length and are separated by a distance, and the busbars have a width . Typical values for these variables are as follows:
t: 0,08-0,51 cm (0,03-0,2 inch)t: 0.08-0.51 cm (0.03-0.2 inch)
l: 6,36-15,24 cm (2,5-6,0 inch)l: 6.36-15.24 cm (2.5-6.0 inches)
d: 0,25-0,76 cm (0,1-0,3 inch)d: 0.25-0.76 cm (0.1-0.3 inch)
x: 1,02-2,04 cm (0,4-0,8 inch).x: 1.02-2.04cm (0.4-0.8inch).
Fig. 3 ist ein Querschnitt durch eine selbstregelnde Bandheizeinrichtung mit konstantem Querschnitt entlang ihrer Länge. Ein langes Band von PTC-leitendem Polymer hat konkave Ränder, die mit Kontaktschichten 2 und 3 eines ZTC-leitenden Polymers beschichtet sind, dessen spezifischer Widerstand bei Raumtemperatur mehrfach niedriger als derjenige des PTC-leitenden Polymers ist. Lange Drähte 5 und 6, die massiv oder verlitzt sein können, sind gegen die Kontaktschichten 2 bzw. 3 durch einen polymeren Isolationsmantel 7 gepreßt.Fig. 3 is a cross-section through a self-regulating strip heater with constant cross-section along its length. A long strip of PTC-conductive polymer has concave edges coated with contact layers 2 and 3 of a ZTC-conductive polymer whose specific resistance at room temperature is several times lower than that of the PTC-conductive polymer. Long wires 5 and 6, which may be solid or stranded, are pressed against the contact layers 2 and 3 respectively by a polymeric insulation jacket 7.
Die Fig. 4 und 5 zeigen eine Heizeinrichtung ähnlich der in den Fig. 1 und 2 gezeigten, die ein Heizelement aufweist, das ein laminares Widerstandselement von leitfähigem Polymer aufweist. Auf die Oberfläche des Widerstandselements 11 ist eine fingerartig ineinandergreifende Struktur einer Widerstandszusammensetzung 30 aus leitfähigem Polymer gedruckt, die Ruß oder ein Gemisch von Graphit und Ruß als den leitfähigen Füllstoff enthält und einen erheblich niedrigeren spezifischen Widerstand als das leitfähige Polymer in dem Element 11 hat. Über die Widerstandsstruktur 30 sind fingerartig ineinandergreifende Elektroden 30 gedruckt, die aus einem leitfähigen Polymer bestehen, das ein Metall, z. B. Silber, als den leitfähigen Füllstoff enthält und niedrigeren spezifischen Widerstand als das leitfähige Polymer in der Widerstandsstruktur 30 hat. Die Konfiguration der Elektroden 32 ist identisch mit derjenigen der Druck-Unterschicht 30, aber die Elektroden sind schmaler als die Druck-Unterschicht. Somit verläuft die Schicht 30 zwischen den Elektroden 32 und dem Widerstandselement 11 und erstreckt sich geringfügig über die Elektroden 32 hinaus. Stromschienen 15 und 16, wie sie bei der Einrichtung der Fig. 1 und 2 verwendet werden, sind vorgesehen. Ein Isoliermantel in Form eines unteren polymeren Flächenkörpers 17 und eines oberen polymeren Flächenkörpers 18, die mit Klebstoff 21 oder durch Schmelzbondieren befestigt sind, ist ebenfalls wie bei der Vorrichtung nach den Fig. 1 und 2 vorgesehen, was auch für eine Metallfolie 19 gilt, die in ihrer Lage durch einen polymeren Isolierflächenkörper 20 gehalten ist, der an dem Flächenkörper 18 durch Klebstoffschichten 22 und 23 oder durch Schmelzbondieren befestigt ist. Die Breite t und Länge l der Elektroden 32 sind die gleichen wie bei den Elektroden 12 und 13 von Fig. 1. Die Breite und der trennende Abstand der Druck-Unterschicht 30 sind wie folgt:Figures 4 and 5 show a heating device similar to that shown in Figures 1 and 2, which has a heating element comprising a laminar resistive element of conductive polymer. On the surface of the resistive element 11 is printed a finger-like interlocking structure of a conductive polymer resistive composition 30, which contains carbon black or a mixture of graphite and carbon black as the conductive filler and having a substantially lower resistivity than the conductive polymer in the element 11. Printed over the resistive structure 30 are finger-like interdigitated electrodes 30 made of a conductive polymer containing a metal, e.g. silver, as the conductive filler and having a lower resistivity than the conductive polymer in the resistive structure 30. The configuration of the electrodes 32 is identical to that of the printed sublayer 30, but the electrodes are narrower than the printed sublayer. Thus, the layer 30 extends between the electrodes 32 and the resistive element 11 and extends slightly beyond the electrodes 32. Bus bars 15 and 16 as used in the device of Figs. 1 and 2 are provided. An insulating jacket in the form of a lower polymeric sheet 17 and an upper polymeric sheet 18 secured by adhesive 21 or by fusion bonding is also provided as in the device of Figs. 1 and 2, as is a metal foil 19 held in place by a polymeric insulating sheet 20 secured to the sheet 18 by adhesive layers 22 and 23 or by fusion bonding. The width t and length l of the electrodes 32 are the same as for the electrodes 12 and 13 of Fig. 1. The width and separation distance of the printing underlayer 30 are as follows:
t': 0,15-1,02 cm (0,06-0,4 inch)t': 0.15-1.02 cm (0.06-0.4 inch)
d': 0,25-0,76 cm (0,1-0,3 inch).d': 0.25-0.76 cm (0.1-0.3 inch).
Die Erfindung wird durch die folgenden Beispiele näher veranschaulicht.The invention is further illustrated by the following examples.
Eine Heizeinrichtung, wie sie in den Fig. 1 und 2 gezeigt ist, wurde auf die folgende Weise hergestellt.A heater as shown in Figs. 1 and 2 was prepared in the following manner.
Die nachstehend aufgeführten Bestandteile wurden vermischt und bei 232ºC (450ºF) als Flächenkörper mit einer Dicke von 0,04 cm (0,0175 inch) schmelzextrudiert.The ingredients listed below were blended and melt extruded at 232ºC (450ºF) as a sheet having a thickness of 0.04 cm (0.0175 inch).
Bestandteil Gew.-%Component % by weight
Polyvinylidenfluorid ("Kynar") 79,7Polyvinylidene fluoride ("Kynar") 79.7
Ruß (Vulcan XC-72) 10,2Soot (Vulcan XC-72) 10.2
Füllstoffe und sonstige Zusätze 10,1Fillers and other additives 10.1
Der Flächenkörper wurde mit einer Dosis von 14 Mrad bestrahlt, wodurch das Polymer vernetzt wurde. Der spezifische Widerstand der vernetzten Zusammensetzung bei 23ºC war 3500 Ohm cm. Der Flächenkörper wurde dann erwärmt und in Streifen einer Breite von 18,42 cm (7,25 inch) aufgeteilt. Eine Elektrodenstruktur gemäß Fig. 1 wurde auf die Streifen durch Siebdrucken einer Graphit und Silber enthaltenden Zusammensetzung auf den Streifen, gefolgt von Trocknen, aufgebracht. Der spezifische Widerstand der aufgedruckten Zusammensetzung nach ihrem Trocknen war ca. 10&supmin;&sup4; Ohm cm. Der Abstand (d) zwischen benachbarten Elektroden war 0,64 cm (0,25 inch); die Breite (t) jeder Elektrode war 0,16 cm (0,0625 inch); und die Länge (l) jeder Elektrode war 13,72 cm (5,4 inch).The sheet was irradiated at a dose of 14 Mrad, which cross-linked the polymer. The resistivity of the cross-linked composition at 23°C was 3500 ohm cm. The sheet was then heated and divided into strips 18.42 cm (7.25 inches) wide. An electrode structure as shown in Figure 1 was applied to the strips by screen printing a composition containing graphite and silver onto the strips, followed by drying. The resistivity of the printed composition after drying was approximately 10-4 ohm cm. The distance (d) between adjacent electrodes was 0.64 cm (0.25 inches); the width (t) of each electrode was 0.16 cm (0.0625 inches); and the length (l) of each electrode was 13.72 cm (5.4 inches).
Stromschienen von vernickeltem Kupferstreckmetall mit einer Breite von 3,81 cm (1,5 inch) wurden um die Ränder des Elektroden tragenden Bandes herum gefaltet, und die Anordnung wurde zwischen (A) einem unteren Flächenkörper aus Ethylen- Chlortrifluorethylen-Copolymer ("Halar") mit einer Breite von 21,6 cm (8,5 inch) und einer Dicke von 0,05 cm (0,020 inch), der auf seiner gesamten Oberfläche mit einer 0,005 cm (0,002 inch) dicken Schicht von Siliconklebstoff, der von Adhesives Research Corporation unter dem Handelsnamen "Arclad" vertrieben wird, beschichtet war, und (B) einem oberen Flächenkörper aus Ethylen-Chlortrifluorethylen ("Halar") mit einer Breite von 21,6 cm (8,5 inch) und einer Dicke von 0,025 cm (0,010 inch), der in Kontakt mit dem aufgedruckten Elektroden angeordnet wurde und auf 1,27 cm (0,5 inch) breiten Randbereichen seiner Unterseite mit einer 0,005 cm (0,002 inch) dicken Schicht des gleichen Klebstoffs beschichtet war, laminiert. Das Laminieren erfolgte bei 52ºC (125ºF) und 690 kPa (100 psi). Zwischen dem oberen Flächenkörper und den Stromschienen sowie zwischen dem oberen Flächenkörper und dem leitfähigen Polymerflächenkörper sowie zwischen dem oberen Flächenkörper und den Elektroden war kein Klebstoff vorhanden. Eine Kupferfolie einer Dicke von 0,005 cm (0,002 inch) und einer Breite von 18,24 cm (7,25 inch) wurde auf die freiliegende Oberfläche des oberen Flächenkörpers gelegt, und ein äußerer Flächenkörper aus Ethylen-Chlortrifluorethylen ("Halar") mit einer Breite von 21,6 cm (8,55 inch) und einer Dicke von 0,01 cm (0,005 inch) wurde über der Kupferfolie angeordnet und auf die Randbereiche des unteren Flächenkörpers (aber nicht der Kupferfolie) durch 1,27 cm (0,55 inch) breite Schichten von 0,005 cm (0,002 inch) dickem "Arclad"-Klebstoff auf Randbereichen des äußeren Flächenkörpers laminiert [bei 52ºC (125ºF) und 690 kPa (100 psi)]. Zwischen dem äußeren Flächenkörper und der Kupferfolie war kein Klebstoff vorhanden.Bus bars of nickel-plated copper expanded metal, 3.81 cm (1.5 inches) wide, were folded around the edges of the electrode-bearing tape, and the assembly was sandwiched between (A) a lower sheet of ethylene-chlorotrifluoroethylene copolymer ("Halar"), 21.6 cm (8.5 inches) wide and 0.05 cm (0.020 inches) thick, coated over its entire surface with a 0.005 cm (0.002 inch) thick layer of silicone adhesive sold by Adhesives Research Corporation under the trade name "Arclad," and (B) an upper sheet of ethylene-chlorotrifluoroethylene ("Halar"), 21.6 cm (8.5 inches) wide and 0.025 cm (0.010 inches) thick, placed in contact with the printed electrodes and supported on 1.27 cm (0.5 inches) wide with a 0.005 cm (0.002 inch) thick layer of the same adhesive. Lamination was carried out at 52ºC (125ºF) and 690 kPa (100 psi). Between the upper surface and the busbars and between the upper surface and the conductive polymer sheet, and between the upper sheet and the electrodes. A copper foil 0.005 cm (0.002 inch) thick and 18.24 cm (7.25 inch) wide was placed on the exposed surface of the upper sheet, and an ethylene chlorotrifluoroethylene ("Halar") outer sheet 21.6 cm (8.55 inch) wide and 0.01 cm (0.005 inch) thick was placed over the copper foil and laminated to the edge portions of the lower sheet (but not the copper foil) by 1.27 cm (0.55 inch) wide layers of 0.005 cm (0.002 inch) thick "Arclad" adhesive on edge portions of the outer sheet [at 52ºC (125ºF) and 690 kPa (100 psi)]. There was no adhesive between the outer surface and the copper foil.
Eine Heizeinrichtung gemäß Fig. 4 wurde auf die gleiche Weise wie die Heizeinrichtung der Fig. 1 und 2, die in Beispiel 1 beschrieben ist, hergestellt, wobei vor dem Aufbringen der Elektrodenstruktur auf die Bänder eine Unter-Druckschicht, die eine Graphit enthaltende Zusammensetzung aufwies und einen spezifischen Widerstand von ca. 0,1 Ohm cm, d. h. zwischen dem spezifischen Widerstand des Widerstandselements und dem der Elektroden hatte, auf die Bänder durch Siebdrukken aufgebracht und dann getrocknet wurde. Die Elektroden wurden dann direkt durch Siebdrucken aufgebracht, um über der Unter-Druckschicht zu liegen. Die fingerartig ineinandergreifenden Bereiche der Unter-Druckschicht waren doppelt so breit wie die Elektroden. So war die Breite (t) jeder Elektrode 0,16 cm (0,0625 inch), und die Breite (t') jedes der fingerartig ineinandergreifenden Bereiche der Unter-Druckschicht war 0,32 cm (0,125 inch). Der Abstand (d') zwischen benachbarten fingerartig ineinandergreifenden Bereichen der Unter- Druckschicht war 0,64 cm (0,25 inch).A heater according to Fig. 4 was made in the same manner as the heater of Figs. 1 and 2 described in Example 1, except that prior to applying the electrode structure to the ribbons, a sub-printing layer comprising a graphite-containing composition and having a resistivity of about 0.1 ohm cm, i.e., between the resistivity of the resistive element and that of the electrodes, was screen printed onto the ribbons and then dried. The electrodes were then screen printed directly to overlie the sub-printing layer. The interdigitated areas of the sub-printing layer were twice as wide as the electrodes. Thus, the width (t) of each electrode was 0.16 cm (0.0625 inches), and the width (t') of each of the interdigitated areas of the sub-printing layer was 0.32 cm (0.125 inches). The distance (d') between adjacent interdigitated areas of the under-pressure layer was 0.64 cm (0.25 inch).
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