ES2314113T3 - Circuito electrico flexible para un calentador que incluye un tejido metalizado. - Google Patents
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Abstract
Un circuito eléctrico flexible que comprende un tejido metalizado poroso (14) formado por hilos y/o fibras y metal, en el que: (i) los hilos y/o fibras están revestidas con una capa de dicho metal después de la fabricación del tejido; o (ii) los hilos individuales y/o fibras están encapsuladas con metal antes de la fabricación del tejido, caracterizado por el hecho de que el tejido metalizado poroso está grabado fotoquímicamente para formar el circuito (16).
Description
Circuito eléctrico flexible para un calentador
que incluye un tejido metalizado.
Esta invención se refiere a circuitos eléctricos
flexibles, y tiene una aplicación particular aunque no exclusiva de
tales circuitos en forma de calentadores y/o para su incorporación
en artículos de ropa y calzado y dispositivos eléctricos basados en
tejidos.
La fabricación de calentadores flexibles
mediante la unión de hojas metálicas de grabados fotoquímicos con
materiales de aislamiento eléctrico flexibles y finos es una
práctica muy habitual. La figura 1 muestra la unión de hojas
metálicas 2 a un material de aislamiento 4 mediante el uso de un
adhesivo adecuado. El elemento de calentamiento resultante 6 y las
almohadillas de terminación 8 mostrados en la figura 1 se forman
utilizando técnicas de grabado fotoquímico convencionales. Los
hilos de plomo 10 (figura 1c) se unen a las almohadillas de
terminación 8 mediante la ondulación, la soldadura, la soldadura en
frío, adhesivos conductores u otras técnicas de unión. El
aislamiento eléctrico se completa al unir un material de aislamiento
adecuado 12 encima del elemento de calentamiento grabado, como se
muestra en la figura 1d.
Una manera alternativa de conectar los hilos de
plomo 10 implica preformar aberturas en la capa de aislamiento
superior 12, que se une posteriormente al elemento de calentamiento
grabado 6. Como consecuencia, las almohadillas de terminación 8 del
elemento de calentamiento 6 se conectan a los hilos de plomo o
conectores mediante la ondulación, la soldadura, la soldadura en
frío, los adhesivos conductores u otras técnicas de unión. El
aislamiento eléctrico se completa cubriendo la terminación del
elemento de calentamiento y la unión del hilo de plomo con un
parche de material de aislamiento utilizando un adhesivo
adecuado.
Los materiales de aislamiento eléctrico
utilizados están en forma de lámina (hasta 1 mm de grosor) y no
suelen ser porosos. Los tipos de materiales de aislamiento flexible
comúnmente utilizados son el caucho de silicona reforzado con
fibra, la poliimida y el poliéster. La lámina de metal
(habitualmente 10 - 500 \mum de grosor) se une al material de
aislamiento con un adhesivo. Los metales y las aleaciones utilizadas
para los elementos de calefacción suelen tener una resistividad con
una baja dependencia a la temperatura y son, por ejemplo, el cobre,
el nicromo, el níquel y el acero inoxidable. La resistencia del
elemento de calentamiento y consecuentemente la temperatura de
funcionamiento se controlan cambiando el tipo de la hoja metálica,
el grosor de la hoja metálica o el diseño del elemento de
calen-
tamiento.
tamiento.
Otros tipos de calentadores flexibles
disponibles utilizan distintas formas del elemento de calentamiento
y son, ente otros, elementos de hilo bobinado, láminas de fibra de
carbono entretejidas y láminas de fibra sintética metalizadas, como
el poliéster con revestimiento de níquel.
También se conoce la utilización de tejidos
metalizados y estructuras de malla similares en la fabricación de
calentadores flexibles, como se describe por ejemplo en los
documentos GB 2 092 868 y DE 3210097. Sin embargo, dichas
estructuras tienen una metalización total, y la resistencia
eléctrica está controlada por la composición del metal, la densidad
de aplicación y similares.
Sería conveniente poder proporcionar un circuito
eléctrico flexible fabricado más idónea y económicamente que el
descrito hasta el momento y que permita controlar sus
características eléctricas, en particular la resistencia eléctrica
más fácilmente.
Según un aspecto de la presente invención, se
proporciona un circuito eléctrico flexible, como se expone en la
reivindicación 1.
Se apreciará que dicha disposición se distingue
de la técnica anterior en que el metal se modifica mediante un
grabado fotoquímico para proporcionar elementos de circuito con
propiedades eléctricas y de configuración escogi-
das.
das.
El tejido a grabar debe estar revestido con una
capa de metal, como por ejemplo por reducción química, mediante la
deposición electrolítica o catódica.
Alternativamente, el tejido puede comprender
hilos y/o fibras, estando los hilos y/o fibras individuales
encapsuladas en metal antes de la fabricación del tejido.
Según otro aspecto de la invención, se
proporciona un procedimiento para fabricar un circuito eléctrico
flexible, como se expone en la reivindicación 13.
las figuras 1a a 1d muestran de forma
simplificada las etapas de fabricación de un calentador flexible de
la técnica anterior;
las figuras 2a a 2d muestran de forma
simplificada las etapas de fabricación de un calentador flexible
según la invención;
la figura 3 es un diagrama de flujo de las
etapas de fabricación de un calentador flexible según la
invención;
la figura 4 es un gráfico que muestra el
registro del cambio de resistencia frente a la anchura de pista para
un diseño de un elemento estándar para varios elementos de
calentamiento de hoja metálica y para el elemento de un calentador
según la invención.
La figura 2a muestra una lámina de malla
polimérica resistente al calor 14 revestida con una capa continua
de metal y que forma la base de un calentador según la
invención.
La malla 14 puede adaptar distintas
configuraciones, siendo Metalester^{TM} una malla polimérica
tejida metalizada disponible habitualmente en el mercado. Tales
productos son mallas de poliéster tejidas recubiertas con níquel
mediante electrólisis y sin corriente eléctrica con una variedad de
grosores de hilo, espacios entre hilos, tipos de trama y pesos del
níquel. Los hilos suelen tener habitualmente un diámetro con un
rango de 24 a 600 micras, una densidad de hilo de entre 4 y 737 por
cm, y un revestimiento de metal con un peso por metro cuadrado
variable.
Los tejidos pueden estar revestidos con una capa
de metal continua después de la fabricación mediante, por ejemplo,
deposición catódica, reducción química o deposición electrolítica,
que resulta en una encapsulación total de todos los hilos de la
malla en metal. En otro tipo de malla, la urdimbre y la trama
individual del hilo se pueden metalizar antes de la producción del
tejido mediante, por ejemplo, la deposición catódica, la reducción
química o la deposición electrolítica.
La novedad fundamental de la invención es que la
malla metalizada está grabada fotoquímicamente para formar un
elemento de calentamiento, un elemento típico 16 con almohadillas de
terminación 18 mostrado en la figura 2b.
Los conectores de engaste o cualquier otro
dispositivo de conexión de substrato flexible adecuado 20 se fijan
a las almohadillas de terminación 18 permitiendo que los hilos de
plomo 22 se unan, como se muestra en la figura 2c, mientras que el
aislamiento eléctrico se completa gracias a la unión del material de
aislamiento 24, 26 a la parte superior e inferior del calentador,
como se muestra en la figura 2d.
La figura 3 muestra más detalladamente las
etapas asociadas con el proceso de fabricación de un calentador
flexible grabado a partir de un tejido metalizado tejido.
Existen seis etapas principales implicados en el
proceso, llamadas
- 1.
- diseño y generación de la fotoherramienta (cajas 28, 30);
- 2.
- preparación del material (caja 32);
- 3.
- exposición y desarrollo (caja 34)
- 4.
- grabado (caja 36)
- 5.
- prueba (caja 38)
- 6.
- acabado (caja 40)
Los pasos de preparación del material 32 se
dividen en las subetapas de:
- a)
- cortar el tejido metalizado a la longitud (caja 42);
- b)
- montar el tejido cortado en un marco articulado (caja 44), normalmente una placa de estireno marrón de 1,5 mm de grosor, para permitir que el tejido ligero sea más manejable y para que pase de forma plana a las siguientes multietapas del proceso de fabricación;
- c)
- limpiar el tejido con un agente de limpieza comercial para limpiar la superficie (caja 46) para ayudar así a la adhesión del fotorresistente; si no se utiliza el agente de limpieza y la superficie está contaminada, existe una tendencia a una escasa adhesión del fotorresistente al metal a ser grabado, lo que puede resultar en que el grabado no erosione el fotorresistente y ataque al área metalizada que forma la imagen deseada, reduciendo así la anchura de pista y aumentando la resistencia de la pista;
- d)
- aplicar el fotorresistente(caja 48) -un procedimiento para aplicar la resistencia es mediante el revestimiento por inmersión- es decir, sumergiendo el tejido en un fotorresistente líquido para garantizar una aplicación controlada del fotorresistente líquido a todas las partes de la hilatura de poliéster metalizada y para evitar una erosión de la pista grabada causada por la no aplicación del fotorresistente a todas las partes de la hilatura. La etapa de exposición y desarrollo 34 se divide en las siguientes subetapas:
- a)
- limpiar la fotoherramienta (caja 50);
- b)
- exponer el fotorresistente a luz ultravioleta (caja 52), y
- c)
- desarrollar la imagen del elemento de calentamiento en el tejido (caja 54).
La etapa de grabado 36 se divide en las
siguientes subetapas:
- a)
- desgrabar progresivamente el metal innecesario (caja 56), y
- b)
- retirar el fotorresistente para dejar el elemento de calentamiento necesario (caja 58).
\vskip1.000000\baselineskip
A continuación, se prueba el calentador flexible
obtenido mediante, por ejemplo, la medición de la resistencia
eléctrica, y mediante una inspección visual (caja 60).
El calentador se finaliza aislando
eléctricamente el tejido grabado metalizado tejido y poroso
mediante, por ejemplo, la unión de capas de láminas de aislamiento
eléctrico apropiadas a cada lado utilizando una malla compuesta de
fibras poco fundidas -el adhesivo de la zona abierta de la malla se
puede reducir aplicando vacío durante la laminación- o mediante un
revestimiento por inmersión o pintando a pistola el tejido grabado
con una laca resistente al calor adecuada- y la utilización del
vacío tras la aplicación de la laca maximizará la zona abierta de
la malla. Para mejorar al mismo tiempo la porosidad del calentador,
el material de aislamiento laminado puede ser un tejido o película
transpirable microporosa. Tras la laminación, se perfila el
calentador poroso cortándolo hasta obtener su forma final
(caja 62).
(caja 62).
La unión de hilos de plomo y otros componentes
como los dispositivos de protección térmica completan el producto,
que seguidamente se probará para comprobar su rendimiento eléctrico
(caja 64).
Evidentemente, las características eléctricas
deseadas de un calentador, y en particular la pérdida de calor,
determinarán el tejido metalizado tejido concreto que se utilizará
para fabricar el calentador, así como la anchura y la longitud del
elemento a ser grabado fotoquímicamente en el tejido.
La figura 4 muestra un gráfico sobre el registro
de la achura de la pista en mm frente al registro de la resistencia
de la pista en ohms por pie para el diseño de un elemento estándar
para cada uno de los cuatro calentadores de lámina metalizados
grabados convencionales y un calentador según la invención.
Los gráficos individuales de la figura 4
son:
- 1.
- lámina metalizada de níquel recocida de 50 micras de grosor;
- 2.
- lámina metalizada de cobre recocida de 18 micras de grosor;
- 3.
- acero inoxidable recocido (grado 321) de 38 micras de grosor;
- 4.
- lámina metalizada de cobre recocido de 35 micras de grosor;
- 5.
- Metalester^{TM} MET 25/16 (25 g.m^{-2}).
\vskip1.000000\baselineskip
Se puede apreciar que la resistencia del
producto 5, un calentador según la invención, es substancialmente
igual a la del calentador de acero inoxidable 3.
Más concretamente, el metal, el diámetro de la
fibra, el grosor del revestimiento del metal, el espacio de las
fibras y el diseño del elemento se toman en consideración para
determinar las características eléctricas necesarias.
En el ejemplo descrito anteriormente, las
hilaturas son habitualmente poliméricas, en concreto poliéster para
aplicaciones con una temperatura relativamente baja, aunque
cualquier fibra natural o sintética puede servir como base para el
producto de la invención.
\newpage
En la invención, el circuito eléctrico flexible
se puede fabricar a partir de tejidos que tengan hilos de las dos
clases que se detallan a continuación:
- (i)
- Continuos: Mono o multifilamentos de longitud indefinida, como polipropileno, polietileno, clorofibras, rayón viscoso, diacetato y triacetato, poliéster, nylon, poliamida aromática (Nomex®), poliparafenilina terftalamida (Kevlar®), y similares. Nomex® y Kevlar® son marcas registradas de E.I. du Pont de Nemours and Company.
- (ii)
- Cortadas: Fibras de longitudes definidas trenzadas, envueltas o combinadas, como algodón, tejido de lino (lino), yute, lana, mohair, cachemir, angora y otras especialidades de fibras de pelo, mezclas de variada composición de los mismos, por ejemplo, 60% algodón / 40% poliéster y similares.
\vskip1.000000\baselineskip
Los tejidos realizados con los hilos o fibras
anteriores (según el tipo de estructura del tejido) incluyen, pero
no están limitados, a los siguientes tipos:
- (i)
- tejidos
- (ii)
- no tejidos
- (iii)
- tricotados - incluyen urdimbre y trama
- (iv)
- compuestos - estructuras laminadas que incluyen pero no limitadas a: textiles, revestimientos, películas de polímero, membranas, películas respirables hidrófilas y microporosas, metales, cerámicas y otros materiales.
- (v)
- fieltro prensado
- (vi)
- trenzados
\vskip1.000000\baselineskip
El metal más conveniente es el níquel, aunque se
puede utilizar cualquier metal resistente.
El producto resultante es fino, flexible y
poroso, y su producción es relativamente económica.
Los calentadores flexibles según la invención y
en forma de malla de tejido metalizado fotoquímicamente grabado
tienen una gran variedad de aplicaciones, y se pueden incorporar a,
por ejemplo, trampas para mosquitos, productos para el cuidado de
heridas como vendajes y vestuario médico, máscaras y viseras
quirúrgicas, viseras para motocicletas, viseras para equipamientos
deportivos, vestuarios específicos y para actividades al aire
libre, calzado y artículos que se tengan que moldear, y también se
pueden utilizar para descongeladores aeroespaciales. Otras
aplicaciones serán evidentes para los expertos en la materia.
Aunque anteriormente se han descrito como
calentadores, la invención también es aplicable a circuitos
eléctricos flexibles para usos distintos al de los calentadores.
Dicho circuito es un grabado fotoquímico
realizado a partir de un tejido metalizado tejido como se detalla
anteriormente con respecto al elemento de calentamiento 16, y
cualquier componente adicional requerido se monta sobre el mismo.
Un circuito eléctrico tan fino, flexible y poroso se puede
incorporar a artículos de ropa y calzado que se pueden llevar, como
por ejemplo, vestuario específico y para actividades al aire libre,
vestuario militar, vestuario médico y deportivo, botas de esquí y de
montaña, zapatillas deportivas, o incorporarse en otros productos
para potenciar su funcionalidad y permitir el control del equipo
eléctrico asociado, como por ejemplo, ordenadores, teclados de
ordenador, teléfonos, teléfonos móviles, agendas personales,
ratones de ordenador, equipos de audio, sistemas de posicionamiento
global, electrodomésticos, televisión / vídeo, equipos de música y
de alta fidelidad, consolas para juegos, instrumentos musicales
eléctricos, juguetes, iluminación, relojes, trampas para mosquitos,
productos de cuidado personal como monitores de la frecuencia
cardiaca y de otros signos vitales, equipos de ayuda a la
discapacidad y la movilidad, controladores de usuarios de
automóviles, equipamiento deportivo, gafas de esquí, esquís, cascos
para motocicletas, motocicletas, bicicletas, deportes de nieve,
deportes de motor, deportes acuáticos, abrazaderas deportivas,
controladores eléctricos para llevar, ayudas a la educación,
aplicaciones médicas como almohadillas de refuerzo para camas y
mantas, sensores médicos, sensores de supervisión de la sangre y la
glucosa y dispositivos de protección personal (como sistemas de
alarma).
\vskip1.000000\baselineskip
Esta lista de referencias citadas por el
solicitante está prevista únicamente para ayudar al lector y no
forma parte del documento de patente europea. Aunque se ha puesto
el máximo cuidado en su realización, no se pueden excluir errores u
omisiones y la OEP declina cualquier responsabilidad en este
respecto.
- \bullet GB 2092868 A [0006]
- \bullet DE 3210097 [0006]
Claims (21)
1. Un circuito eléctrico flexible que comprende
un tejido metalizado poroso (14) formado por hilos y/o fibras y
metal, en el que:
- (i)
- los hilos y/o fibras están revestidas con una capa de dicho metal después de la fabricación del tejido; o
- (ii)
- los hilos individuales y/o fibras están encapsuladas con metal antes de la fabricación del tejido,
caracterizado por el hecho de que el
tejido metalizado poroso está grabado fotoquímicamente para formar
el circuito (16).
2. Un circuito según la reivindicación 1, en el
que los hilos y/o fibras están revestidas con una capa de dicho
metal después de la fabricación del tejido.
3. Un circuito según la reivindicación 1, en el
que los hilos y/o fibras individuales están encapsuladas con metal
antes de la fabricación del tejido.
4. Un circuito según cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 3, en el que el tejido es cualquiera hecho de
tejido, no tejido, tricotado, compuesto laminado, fieltro prensado,
trenzado.
5. Un circuito según cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 3, en el que el tejido está tejido a partir de
las hilaturas de poliéster y el metal es níquel.
6. Un circuito según cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 5 laminado con al menos una lámina de material
aislante eléctrico.
7. Un circuito según la reivindicación 6, en el
que la lámina aislante eléctrico se lamina con el circuito
eléctrico flexible utilizando una malla de fibras poco fundidas.
8. Un circuito según la reivindicación 6 o 7,
donde la lámina de material eléctricamente aislado es un tejido o
película transpirable y microporoso.
9. Un circuito según cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 5, en el que el circuito eléctrico flexible
está revestido con al menos un material aislante eléctrico.
10. Un calentador eléctrico que comprende un
circuito eléctrico flexible según cualquiera de las reivindicaciones
1 a 9.
11. Un calentador eléctrico según la
reivindicación 10 incorporado en un producto seleccionado a partir
de:
- -
- una trampa para mosquitos; un producto para el cuidado de las heridas, como vestuario o vendajes médicos; una mascarilla o visera quirúrgica; una visera para motocicletas; una visera deportiva; vestuario para deportes al aire libre; vestuarios específicos; calzado.
12. Un circuito eléctrico flexible según
cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9 incorporado en alguno
de:
- -
- artículo de ropa y calzado que se pueden llevar; vestuario militar; vestuario médico; ropa deportiva; botas de esquí; botas de montaña; zapatillas deportivas.
13. Un circuito flexible eléctrico según la
reivindicación 12 en el que el circuito permite controlar el
equipamiento eléctrico asociado.
14. Un procedimiento de fabricación de un
circuito flexible eléctrico que comprenda un tejido metalizado
poroso (14) formado por hilos y/o fibras y metal, en el que el
tejido metalizado se ha producido:
- (i)
- revistiendo los hilos y/o fibras con una capa de dicho metal después de la fabricación del tejido; o
- (ii)
- encapsulando los hilos y/o fibras individuales con metal antes de la fabricación del tejido, estando el procedimiento caracterizado por el hecho de que el tejido metalizado poroso se graba fotoquímicamente para formar el circuito (16).
15. Un procedimiento según la reivindicación 14,
en el que la etapa de grabar fotoquímicamente el tejido metalizado
poroso comprende la aplicación de fotoresistencia al tejido
metalizado poroso mediante la inmersión del tejido metalizado
poroso en un fotorresistente líquido.
\newpage
16. Un procedimiento según la reivindicación 15,
en el que antes de aplicar fotoresistencia al tejido metalizado
poroso, se limpia el tejido metalizado poroso con un agente de
limpieza.
17. Un procedimiento según cualquiera de las
reivindicaciones 14 a 16, que también incluye la etapa de laminar
el circuito eléctrico flexible con al menos una lámina de material
aislante eléctrico.
18. Un procedimiento según la reivindicación 17,
donde la lámina de material aislante eléctrico está laminada con el
circuito eléctrico flexible utilizando una malla de fibras poco
fundidas.
19. Un procedimiento según la reivindicación 17
o 18, en el que la lámina de material eléctrico aislado es un
tejido o película transpirable y microporoso.
20. Un procedimiento según cualquiera de las
reivindicaciones 17 a 19, en el que, tras la laminación, el circuito
es perfilado cortándolo hasta obtener su forma final.
21. Un procedimiento según cualquiera de las
reivindicaciones 14 a 16, que además incluye la etapa de revestir
el circuito eléctrico flexible con al menos una lámina de material
aislante eléctrico.
Applications Claiming Priority (2)
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---|---|---|---|
GBGB0129968.4A GB0129968D0 (en) | 2001-12-14 | 2001-12-14 | Flexible heater |
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---|---|
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