JP2020009762A - 発熱パネル及び発熱パネルの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】改良された発熱パネル及び発熱パネルの製造方法を提供する。【解決手段】発熱パネルは、コア、及び一対の誘電体層の間に正温度係数（ＰＴＣ）発熱層を含む発熱／誘電体層を含む。構造外装材が含まれており、発熱／誘電体層がコアと構造外装材との間に直接結合されている。第２の構造外装材は、発熱／誘電体層とは反対側でコアに結合されることができる。衝撃層は、例えば発熱／誘電体層とは反対側で、上述の第１の構造外装材のような構造外装材に接合されることができる。発熱層は、コアに接着された誘電体層上への発熱素子パターンの直接描画によって形成されることができる。【選択図】図１

Description

本開示は、発熱パネルに関し、より詳細には、航空機内などの発熱床パネルに関する。

正温度係数（ＰＴＣ）材料は、温度が上昇するとともに電気抵抗が増加する。ＰＴＣ材料は、温度に対する固有限界によって、航空機用床の発熱に使用されるような発熱パネルに有用である。航空機用床パネルのための炭素系ＰＴＣヒータは、伝統的に、パネルを構成する一連の層の中の１つの層として、所望の発熱素子パターンでＰＴＣ系インクをスクリーン印刷することによって製造されている。スクリーン印刷はスクリーンの準備を必要とし、スクリーン印刷工程のために過剰量のインクが必要とされ、すなわち、実際に床パネルとなるものより多くのインクを工程に投入する必要がある。工程で使用され残ったインクの残りは廃棄されなければならない。

航空機の床パネルは、鋭くて鈍い性質の落下物から多種多様な衝撃を受けやすい。床パネルはまた、床パネルの設置及び維持管理の一環としてのナイフカットに対して耐性がある必要がある。衝撃とナイフカットの両方に耐性を有する床パネルの性能は、堅牢な床パネルを推進するために重要となる。複合パネルに使用されている伝統的な表面層材料は、通常、ナイフカットと同様に、繰り返されるかまたは高負荷の衝撃には耐えることができない。

従来技術はそれらの意図する目的のために満足のいくものと考えられてきた。しかし、改良された発熱パネル及びそれを製造するための方法に対する必要性が現在存在している。本開示はこの必要性に対する解決策を提供する。

発熱パネルは、コア、及び一対の誘電体層の間に正温度係数（ＰＴＣ）発熱層を含む発熱／誘電体層を含む。構造外装材が含まれており、そこでは発熱／誘電体層がコアと構造外装材との間に直接結合されている。

コアは、ハニカム構造体及び／または発泡材のうち少なくとも１つを含むことができる。構造外装材は第１の構造外装材であってよく、第２の構造外装材は発熱／誘電体層とは反対側でコアに結合されることができる。第１の構造外装材及び第２の構造外装材はそれぞれ、樹脂を含浸させた炭素繊維を含むことができ、樹脂は熱可塑性材料及び／または熱硬化性材料のうち少なくとも１つを含む。

衝撃層は、発熱／誘電体層とは反対側で、例えば上述の第１の構造外装材のような構造外装材に接合されることができる。衝撃層は、モノリシック金属、モノリシックポリマー、樹脂含浸金属、及び／または樹脂含浸ポリマー織物のうちの少なくとも１つを含むことができる。

発熱層は、コアに接着された誘電体層上への発熱素子パターンの直接描画によって形成されることができる。コア、発熱／誘電体層、及び構造外装材は平面外に形状づけられていてもよい。

発熱パネルを製造する方法は、第１の誘電体層上への正温度係数（ＰＴＣ）発熱層の直接描画を含む。この方法は、第２の誘電体層をＰＴＣ発熱層及び第１の誘電体層に結合して発熱／誘電体層を製造することを含む。この方法は、第１の誘電体層をコアに結合すること、及び構造外装材を発熱／誘電体層に結合することを含み、その結果、発熱／誘電体層はコアと構造外装材との間に直接結合される。

この構造外装材は、第１の構造外装材であることができ、方法は、発熱／誘電体層とは反対側でコアに第２の構造外装材を結合することを含み得る。この方法は、衝撃層を発熱／誘電体層とは反対側で構造外装材に結合することを含み得る。ＰＴＣ発熱層の第１の誘電体層上への直接描画は、第１の誘電体層が既にコアに結合されている状態で、発熱素子パターンの第１の誘電体層上への直接描画を含み得る。ＰＴＣ発熱層の直接描画は、発熱素子パターンの３次元形状に沿った直接描画を含み得る。この方法は、構造外装材をそこに結合するために、閉鎖層の発熱／誘電体層への直接描画を含み得る。

本開示のシステム及び方法のこれら及び他の特徴は、図面と共に以下の好ましい実施形態の詳細な説明から当業者にはより容易に明らかになるであろう。

従って、本開示に関係する当業者は、必要以上の実験なしに本開示の装置及び方法をどのように製造し使用するかを容易に理解することができ、その好ましい実施形態は、特定の図面を参照して以下に詳細に説明される。

本開示に従って構成された発熱パネルの例示的な実施形態の概略断面図であり、コアと第１の構造外装材との間の発熱／誘電体層を示す。 図１の発熱パネルの一部分の概略的平面図であり、発熱／誘電体層の発熱素子パターンを示す。 図２の発熱／誘電体層の概略断面図であり、誘電体層を示す。 図１の発熱パネルの概略斜視図であり、発熱素子パターンの形状づけられた面上への直接描画を概略的に示している。

ここで図面を参照するが、類似の参照番号は、本開示の類似の構造的特徴または態様を識別する。限定するものではなく、説明及び例示の目的で、本開示による発熱パネルの例示的な実施形態の部分図が図１に示されており、全体として参照符号１００で示されている。本開示による発熱パネルの他の実施形態、またはその態様が、後述するように、図２〜４に提供されている。本明細書に記載されているシステム及び方法は、例えば、航空機の床及び形状づけられた面を含む他の面のための発熱パネルを提供するために使用されることができる。

発熱パネル１００は、コア１０２及び発熱／誘電体層１０４を含む。コア１０２は、ハニカム構造体及び／または発泡材料のうち少なくとも１つを含む。図３に示すように、発熱／誘電体層１０４は、一対の誘電体層１０８の間に正温度係数（ＰＴＣ）発熱層１０６を含む組立体である。第１の構造外装材１１０が含まれており、ここで発熱／誘電体層１０４はコア１０２と第１の構造外装材１１０との間に直接結合されている。第２の構造外装材１１２は、発熱／誘電体層１０４の反対側でコア１０２に結合されている。第１の構造外装材１１０及び第２の構造外装材１１２はそれぞれ、樹脂が含浸された炭素繊維を含み、樹脂は熱可塑性材料（例えば、ＰＥＥＫ、ＰＣ、ＰＰＳ、及びＰＥＩ）及び／または熱硬化性材料（例えば、エポキシ、フェノール、ビス−マレイミド樹脂（ＢＭＩ）、及びベンゾオキサジン）のうち少なくとも１つを含む。

衝撃層１１４が、発熱／誘電体層１０４とは反対側で第１の構造外装材１１０に接合されている。衝撃層１１４は、アルミニウムまたはチタンなどのモノリシック金属、モノリシックポリマー、樹脂含浸金属、及び／または樹脂含浸ポリマー織物のうち少なくとも１つを含む。好適なモノリシックポリマー材料としては、ポリエーテルエーテルケトン、ポリアリールエーテルケトン、ポリカーボネート、ポリフェニレンスルフィド、ポリエーテルイミド、ポリイミド、ポリメチルメタクリレート（アクリル）、ポリ塩化ビニル、ポリウレタン、ポリアミドイミドなどの熱可塑性プラスチック、並びにエポキシ、フェノール、ＢＭＩ、ベンゾオキサジン、及びポリウレタンなどの熱硬化性材料が挙げられる。前述のポリマーは混合することができ、アラミド（Ｗｉｌｍｉｎｇｔｏｎ，ＤｅｌａｗａｒｅのＤｕＰｏｎｔから入手可能なＫｅｖｌａｒ繊維及びＮｏｍｅｘ繊維など）、ガラス繊維、玄武岩、炭素繊維、カーボンナノチューブ、ナノ鋼、鋼線、及びチタン線などの補強材を有することができる。温度適合性を想定して、前述のいずれのポリマーも補強材に含浸させることができる。

例えば発熱パネル１００である発熱パネルを製造する方法は、例えば、Ｗｉｌｍｉｎｇｔｏｎ，ＤｅｌａｗａｒｅのＤｕＰｏｎｔから入手可能なＫａｐｔｏｎ材のシートであり得る、例えば図３の最下層の誘電体層１０８である第１の誘電体層上への、例えばＰＴＣ層１０６であるＰＴＣ発熱層の直接描画を含む。ＰＴＣ発熱層は接着剤で閉鎖されることができ、例えば図３の最上部の誘電体層である第２の誘電体層は、例えば発熱誘電体層１０４である発熱／誘電体層を製造するためにＰＴＣ発熱層及び第１の誘電体層に接着剤を使用して結合されることができる。方法は、第１の誘電体層を例えばコア１０２であるコアに結合することを含む。方法は、例えば構造外装材１１０である第１の構造外装材を発熱／誘電体層に結合することを含み、それによって発熱／誘電体層がコアと第１の構造外装材との間に直接結合される。

方法は、例えば第２の構造外装材１１２である第２の構造外装材を発熱／誘電体層とは反対側でコアに結合することを含む。方法は、例えば衝撃層１１４である衝撃層を発熱／誘電体層とは反対側で第１の構造外装材に結合することを含む。

図２を参照すると、ＰＴＣ発熱層１０６の第１の誘電体層１０８上への直接描画は、例えばフィルム接着剤またはプリプレグガラス繊維層を使用して既にコア１０２に第１の誘電体層が接着された状態で、例えば図３の最下層の誘電体層１０８である第１の誘電体層への発熱素子パターンの直接描画を含む。図２は、一方のバスバー１１６から他方のバスバー１１８へ電流を流すための複数の冗長電気経路を有するＰＴＣ発熱層１０６の例示的な発熱素子パターンを示している。バスバー１１６及び１１８は、第１の誘電体層１０８上及び／またはＰＴＣ発熱層１０６上に直接描画が可能である。

図３に示されるように、発熱素子パターンでは、発熱／誘電体層１０４の中に誘電体層１０８が互いに直接接触する場所、及びＰＴＣ発熱層１０６の実際の発熱素子が誘電体層１０８の間に挟まれる他の場所がある。当業者であれば、図２に示されている発熱素子パターンは例示的なものであり、本開示の範囲から逸脱することなく、他の適切なパターンが使用され得ることを容易に理解するであろう。

図４に示すように、コア１０２上へのＰＴＣ発熱層１０６の直接描画は、例えば、コア１０２が、平面ではなく形状づけられている３次元形状に沿って（コア１０２上に接着されている）準備された誘電体層１０８上への発熱素子パターンの直接描画を含み得る。図４は、ＰＴＣ発熱層１０６の発熱素子パターンの形状づけられたコア１０２上への直接描画工程における直接描画装置１２０を概略的に示す。好適な直接描画装置の例は、Ｏｒｌａｎｄｏ，ＦｌｏｒｉｄａのｎＳｃｒｙｐｔ、Ｉｎｃ．から入手可能なｎＳｃｒｙｐｔプリンタであり、このプリンタはＳｍａｒｔＰｕｍｐ（商標）ポンプをドロップトゥドロップ直接描画に利用している。空気圧ポンプ、またはｎＳｃｒｙｐｔ ｎＦＤ（商標）装置などの押出機タイプポンプなど、他の任意の好適なポンプタイプが使用され得る。本開示の範囲から逸脱することなく、複雑な湾曲または平面形状を含む他の任意の好適な形状が使用され得ることも企図されている。方法は、第１の構造外装材１１０をそこに接合するために、発熱／誘電体層１０４への図３で符号が付された閉鎖層１２２の直接描画を含む。衝撃層１１４及び第２の構造外装材１１２などの他の層は、必要に応じてフィルム接着剤などを使用して発熱パネル１００のそれぞれの表面に結合されることができる。

直接描画工程は、工程のほぼ全てのＰＴＣインク材料を実際の発熱パネル１００に利用し、工程で使用される相当量のインクが最終的にパネルとならない従来のスクリーン印刷工程のインクの無駄を削減または排除する。直接描画工程は、独自の発熱体パターンごとに製造及び維持管理されるスクリーンを有する必要性をも排除することができる。本明細書で開示されるように、発熱パネルは、航空機用の発熱床パネルなどの平面用途、または航空機用壁または他の任意の好適な幾何形状などの形状づけられたパネル用途に使用され得る。当業者は、閉鎖層１２２及びフィルム接着剤に加えて、またはそれらに代わり、発熱パネル１００の区画が積層化または結合されることができ、発熱パネル１００のパネル構造上に積層され、結合され、それと共に硬化されることが容易に理解するであろう。

本開示の方法及びシステムは、上述し図面に示したように、従来の発熱パネルと比較して優れた特性を有する発熱体を提供しており、それらの特性として、ＰＴＣインクの使用量低減、形状づけられた発熱パネルを製造する能力、改善されたナイフカット及び耐衝撃性、軽量化、長寿命化、並びに堅牢性の向上が挙げられる。本開示の装置及び方法が好ましい実施形態を参照して示され説明されてきたが、当業者は、本開示の範囲から逸脱することなく変更及び／または修正がなされ得ることを容易に理解するであろう。

Claims (18)

1. コアと、
   一対の誘電体層の間に正温度係数（ＰＴＣ）発熱層を含む発熱／誘電体層と、
   構造外装材と、
   を含み、
   前記発熱／誘電体層が前記コアと前記構造外装材との間に直接結合されている発熱パネル。
2. 前記コアがハニカム構造体及び／または発泡材のうち少なくとも１つを含む、請求項１に記載の発熱パネル。
3. 前記構造外装材が第１の構造外装材であり、前記発熱／誘電体層とは反対側で前記コアに結合された第２の構造外装材をさらに含む、請求項１に記載の発熱パネル。
4. 前記第１の構造外装材及び前記第２の構造外装材のそれぞれが、樹脂が含浸された炭素繊維を含み、前記樹脂が熱可塑性材料及び／または熱硬化性材料のうち少なくとも１つを含む、請求項３に記載の発熱パネル。
5. 前記発熱／誘電体層とは反対側で前記構造外装材に結合された衝撃層をさらに含む、請求項１の発熱パネル。
6. 前記衝撃層が、モノリシック金属、モノリシックポリマー、樹脂含浸金属、及び／または樹脂含浸ポリマー織物のうちの少なくとも１つを含む、請求項５に記載の発熱パネル。
7. 前記発熱層が前記コアに結合された誘電体層上への発熱素子パターンの直接描画によって形成されている、請求項１に記載の発熱パネル。
8. 前記コア、発熱／誘電体層、及び構造外装材が平面外に形状づけられている、請求項１に記載の発熱パネル。
9. 前記構造外装材が第１の構造外装材であり、
   前記発熱／誘電体層とは反対側で前記コアに結合された第２の構造外装材と、
   前記発熱／誘電体層とは反対側で前記第１の構造外装材に結合された衝撃層と、
   をさらに含む、請求項１に記載の発熱パネル。
10. 正温度係数（ＰＴＣ）発熱層の第１の誘電体層上への直接描画を行うことと、
    発熱／誘電体層を製造するために、第２の誘電体層を前記ＰＴＣ発熱層、及び前記第１の誘電体層に結合することと、
    第１の誘電体層をコアに結合することと、
    構造外装材を前記発熱／誘電体層に結合して、前記発熱／誘電体層を前記コアと前記構造外装材との間に直接結合することと、
    を含む発熱パネルの製造方法。
11. 前記コアがハニカム構造体及び／または発泡材のうち少なくとも１つを含む、請求項１０に記載の方法。
12. 前記構造外装材が第１の構造外装材であり、前記発熱／誘電体層とは反対側で前記コアに第２の構造外装材を結合することをさらに含む、請求項１０に記載の方法。
13. 前記第１の構造外装材及び前記第２の構造外装材のそれぞれが、樹脂が含浸された炭素繊維を含み、前記樹脂が熱可塑性材料及び／または熱硬化性材料のうち少なくとも１つを含む、請求項１２に記載の方法。
14. 衝撃層を前記発熱／誘電体層とは反対側で前記構造外装材に結合することをさらに含む、請求項１０に記載の方法。
15. 前記衝撃層が、モノリシック金属、モノリシックポリマー、樹脂含浸金属、及び／または樹脂含浸ポリマー織物のうちの少なくとも１つを含む、請求項１４に記載の方法。
16. 前記ＰＴＣ発熱層の前記第１の誘電体層への直接描画が、前記第１の誘電体層が前記コアに既に結合されている状態における、発熱素子パターンの前記第１の誘電体層上への直接描画を含む、請求項１０に記載の方法。
17. 前記コア、前記発熱／誘電体層、及び前記構造外装材が平面外に形状づけられており、前記ＰＴＣ発熱層の直接描画が、３次元形状に沿った発熱素子パターンの直接描画を含む、請求項１６に記載の方法。
18. 前記構造外装材を結合するために閉鎖層の前記発熱／誘電体層への直接描画をさらに含む、請求項１０に記載の方法。

Images