СИСТЕМА, ИМЕЮЩАЯ СЛОЙ, СОДЕРЖАЩИЙ ТЕРМОХРОМНЫЙ МАТЕРИАЛ
SYSTEM WITH A LAYER CONTAINING A THERMOCHROMIC MATERIAL

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Это изобретение относится к системе, имеющей слой, содержащий термохромный материал.
Это изобретение может быть использовано в сочетании с любой системой или устройством, содержащей или содержащим нагревательный элемент.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Различные устройства, такие как изделия для ухода за одеждой (например, отпариватели или паровые утюги), имеют поверхности, которые нагреваются посредством нагревательных элементов. Такие поверхности могут достигать температур, превышающих 100°C, и, таким образом, становятся слишком горячими для безопасного прикосновения во время использования. Особая опасность существует после использования, когда горячая поверхность могла остыть до определённой степени, но не настолько, чтобы быть безопасной для прикосновения. Пользователь или кто-либо другой может не знать, что температура этой поверхности всё ещё небезопасна для прикосновения, и может получить повреждение или испытать дискомфорт от прикосновения к горячей поверхности.
Ввиду этой проблемы, была обеспечена реакция на изменение температуры поверхности, нагреваемой нагревательным элементом, посредством обеспечения визуального предупреждения, когда поверхность становится слишком горячей для безопасного прикосновения, с использованием отметки, образованной из термохромного материала. Отметка предоставляет информацию, например предупредительное сообщение или символ, а изменение цвета термохромного материала делает информацию более заметной или раскрывает её.
Однако такой подход не лишён трудностей. Образование такой отметки на поверхности зачастую включает процесс печати, например, процесс шёлкотрафаретной печати, с использованием композиции, содержащей частицы термохромного материала. Для максимально ясной передачи информации, например предупреждения, отметка с относительно высоким разрешением является желаемой.
Однако частицы термохромного пигмента обычно имеют относительно крупный размер, т.е. относительно отверстий обычных шёлковых трафаретов, что может создавать затруднения при обработке, такие как забивание шёлкового трафарета, во время печати.
Этот относительно большой размер частиц также означает возможное снижение разрешения печатной отметки и, следовательно, ясности информации, передаваемой отметкой.
US 2006/081639 A1 раскрывает кухонную посуду, предоставляющую пользователю визуальное указание, которое указывает на то, что температура кухонной посуды выше комнатной температуры.
US 2004/149720 A1 раскрывает способ предупреждения людей о том, что поверхность домашнего гриля, встраиваемого в столешницу, устройства для приготовления панини или кесадильи является слишком горячей для прикосновения. В способе используют термохромную композицию, которая отображает символ, предупреждающий о повышенной температуре.
US 6, 581, 309 B1 раскрывает индикатор температуры для утюга для одежды, содержащий визуальный индикатор, соединённый с теплочувствительным элементом.
WO 2005/099325 A1 раскрывает несущую подложку и термохромный материал для обеспечения визуального изменения видимой поверхности несущей подложки при достижении температуры активации.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Задача настоящего изобретения заключается в обеспечении улучшенной системы и устройства, которые предотвращают или сводят вышеупомянутые проблемы к минимуму.
Настоящее изобретение определено в независимых пунктах формулы изобретения. В зависимых пунктах формулы изобретения определены предпочтительные варианты реализации.
Таким образом, согласно аспекту изобретения обеспечена система, содержащая:
- подложку, содержащую поверхность;
- отметку, расположенную на поверхности, причём указанная отметка отображает визуальную информацию;
- слой, расположенный над отметкой; и
- нагревательный элемент для нагревания слоя.
Слой содержит термохромный материал, выполненный с возможностью изменения поглощения света слоем так, что отметка становится видимой, когда температура слоя превышает пороговое значение температуры. Слой дополнительно содержит связующее вещество, смешанное с термохромным материалом. Связующее вещество представляет собой по меньшей мере одно из фторполимера и золь-гелевого материала.
Настоящее изобретение основано на том, что термохромный материал может быть использован для обеспечения видимой ответной реакции на изменение температуры, но при этом не требуется, чтобы сама отметка была образована из термохромного материала. Отметка, например, предупреждающее сообщение или символ, расположена на поверхности. Отметка может быть образована, например, напечатана, любым подходящим образом. Слой, расположенный над отметкой, содержит термохромный материал таким образом, что слой обеспечивает визуальную ответную реакцию на изменение температуры, обусловленное нагреванием слоя нагревательным элементом. Когда пороговое значение температуры превышено, соответствующее изменение в видимом поглощении света слоем, т.е. длины волн от 390 до 700 нм, обеспечивает визуальную ответную реакцию. Она может включать, например, изменение цвета слоя или переход слоя от цветного при нахождении ниже порогового значения температуры к бесцветному при нахождении выше порогового значения температуры. Слой может, например, становиться прозрачным или полупрозрачным, т.е. обладающим достаточной оптической пропускаемостью в области видимого света, чтобы обеспечивать возможность визуального восприятия информации, предоставляемой отметкой, через слой.
Обеспечена возможность визуального восприятия информации, предоставляемой отметкой, через слой при превышении порогового значения температуры. Таким образом исключается требование образования, например печати, отметки с использованием термохромного материала.
Связующее вещество может обеспечивать возможность защиты отметки и поверхности под отметкой слоем, например, посредством обеспечения устойчивости к истиранию и/или антипригарных свойств. Такая устойчивость к истиранию и/или антипригарные свойства могут быть особенно полезными, когда поверхность, например, находится на подошве утюга или рабочей поверхности сковороды.
Предпочтительно, термохромный материал выполнен с возможностью изменения поглощения света слоем так, что отметка не является видимой, если пороговое значение температуры не превышено.
Альтернативно, термохромный материал выполнен с возможностью изменения поглощения света слоем так, что отметка является частично видимой, если пороговое значение температуры не превышено.
В обоих случаях информация, предоставляемая отметкой, может быть видимой через слой в условиях температуры выше порогового значения. Благодаря также скрыванию, например, полному скрыванию, отметки при температуре ниже порогового значения, может быть обеспечена более выраженная ответная реакция на изменение температуры, т.е. благодаря переходу от отметки, которая визуально неразличима, к отметке, которая визуально воспринимается через слой при превышении порогового значения температуры.
Предпочтительно, термохромный материал содержит лейкокраситель.
Термохромный материал выполнен с возможностью обращения изменения поглощения света слоем, т.е. которое происходит при температуре выше порогового значения, когда температура слоя падает ниже порогового значения температуры. Таким образом, термохромный материал может обеспечивать возможность реакции слоя на повторяющиеся изменения температуры до/выше и ниже порогового значения температуры.
Предпочтительно, пороговое значение температуры составляет от 30°C до 70°C. Такой температурный диапазон может быть полезным с точки зрения предупреждения пользователя системы о том, что температура слоя слишком высока для безопасного прикосновения. Пороговое значение температуры может составлять, например, приблизительно 65°C. С другой стороны, пороговое значение температуры ближе к нижней границе этого диапазона, например, близко к 30°C, может также обеспечивать возможность сигнализации слоем того, что другая часть системы, находящаяся в тепловом контакте со слоем, является слишком горячей для безопасного прикосновения. В последнем случае часть системы может быть значительно горячее, чем сам слой.
Предпочтительно, отметка содержит по меньшей мере одно из следующего: текстовый символ, символ, графическое изображение и узор.
Например, отметка может отображать слово «HOT» («ГОРЯЧО») и/или содержать соответствующее символическое предупреждение для предупреждения пользователя о том, что пороговое значение температуры было превышено.
Предпочтительно, отметка непосредственно расположена на поверхности. Другими словами, между отметкой и поверхностью нет какого-либо другого слоя (слоёв).
Предпочтительно, отметка и поверхность имеют разные цвета относительно друг друга, чтобы обеспечивать визуальный контраст между отметкой и поверхностью при превышении порогового значения температуры.
Таким образом, пользователь системы может легко воспринимать отметку при превышении порогового значения температуры.
Альтернативно, базовый слой расположен между подложкой и отметкой.
Базовый слой обеспечивает подходящую поверхность для нанесения, например, печати, отметки. В таком случае отметка расположена непосредственно на базовом слое.
Предпочтительно, базовый слой содержит пигмент и связующее вещество.
Связующее вещество может, например, быть выбрано так, чтобы обеспечивать надёжное приклеивание отметки к базовому слою. В этой связи, связующее вещество может, например, содержать (отверждённый) золь-гелевый материал и/или полимер, такой как тефлон.
Предпочтительно, отметка и базовый слой имеют разные цвета относительно друг друга, чтобы обеспечивать визуальный контраст между отметкой и базовым слоем при превышении порогового значения температуры.
Это может быть достигнуто посредством наличия пигмента базового слоя, обеспечивающего подходящую степень контраста с отметкой. Другими словами, соответствующие пигменты, используемые для отметки базового слоя, могут быть выбраны так, чтобы контрастировать друг с другом. Таким образом обеспечивается визуальный контраст между отметкой и базовым слоем при превышении порогового значения температуры.
Предпочтительно, подложка образована по меньшей мере из одного из следующего: металлический материал, пластиковый материал, резина и керамика. Материал, выбранный для подложки, может, например, зависеть от конкретного применения, для которого предназначена система.
Предпочтительно, нагревательный элемент выполнен с возможностью нагревания подложки посредством прямого теплообмена или непрямого теплообмена.
Нахождение нагревательного элемента в прямом теплообмене с подложкой обеспечивает изменение слоем своего поглощения света в зависимости от температуры самого нагревательного элемента. Это может быть преимущественным с точки зрения безопасности в связи с температурой слоя.
Нахождение нагревательного элемента в непрямом теплообмене с подложкой обеспечивает изменение слоем своего поглощения света на основании температуры части системы, отличной от самого нагревательного элемента. Это может быть преимущественным с точки зрения безопасности в связи с температурой устройства, реализующего систему в соответствии с изобретением.
Согласно другому аспекту изобретения обеспечено устройство, содержащее систему в соответствии с предшествующим описанием.
Предпочтительно, устройство соответствует:
- устройству для ухода за одеждой, выбранному из любого из следующего: отпаривателя, парового утюга, парового утюга высокого давления или устройства для чистки ковров; или
- устройству для приготовления пищи, выбранному из любого из следующего: чайника или духового шкафа.
Согласно другому аспекту изобретения обеспечен способ, включающий этапы, на которых:
- обеспечивают отметку на поверхности подложки, причём отметка отображает визуальную информацию;
- размещают над отметкой слой, причём слой содержит термохромный материал, выполненный с возможностью изменения поглощения света слоем так, что отметка становится видимой, когда температура слоя превышает пороговое значение температуры; и
- обеспечивают нагревательный элемент для нагревания слоя.
Этап размещения включает размещение смеси связующей композиции и указанного термохромного материала на отметке. Связующая композиция содержит по меньшей мере одно из фторполимера и золь (отверждаемый предшественник) для образования золь-гелевого материала.
Связующее вещество может функционировать как носитель для термохромного материала и может дополнительно защищать отметку от повреждений, например, от истирания.
Предпочтительно, способ дополнительно включает этап обеспечения базового слоя на поверхности, при этом этап обеспечения отметки включает обеспечение отметки непосредственно на базовом слое.
Предпочтительно, этап обеспечения отметки включает печать, штампование или распыление отметки на поверхность.
Эти и другие аспекты изобретения будут понятны из и объяснены со ссылкой на вариант(ы) реализации, описанный ниже в настоящем описании.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Варианты реализации изобретения описаны боле подробно и посредством неограничивающих примеров со ссылкой на сопроводительные чертежи, на которых:
На фиг. 1A показан вид в разрезе части системы в соответствии с вариантом реализации изобретения в условиях температуры ниже порогового значения, где нагревательный элемент находится в прямом теплообмене с подложкой;
На фиг. 1B показан вид в разрезе части системы в соответствии с вариантом реализации изобретения в условиях температуры выше порогового значения;
На фиг. 1C показан вид в разрезе части системы в соответствии с вариантом реализации изобретения в условиях температуры ниже порогового значения, где нагревательный элемент находится в непрямом теплообмене с подложкой;
На фиг. 2A и 2B показаны разные виды в увеличенном масштабе системы, показанной на фиг. 1A и 1B;
На фиг. 3A и 3B показан вид в разрезе части системы в соответствии с ещё одним вариантом реализации изобретения в условиях температуры ниже и выше порогового значения, соответственно;
На фиг. 4 показана передняя часть отпаривателя для одежды в соответствии с вариантом реализации изобретения;
На фиг. 5 показана верхняя часть отпаривателя для одежды в соответствии с ещё одним вариантом реализации изобретения; и
На фиг. 6 показана блок-схема способа в соответствии с изобретением.
ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Следует понимать, что несмотря на то, что подробное описание и конкретные примеры указывают на приведённые в качестве примера варианты реализации устройства, систем и способов, они предназначены исключительно для иллюстративных целей и не предназначены для ограничения объёма изобретения. Эти и другие признаки, аспекты и преимущества устройства, систем и способов настоящего изобретения будут лучше понятны из следующего описания, прилагаемой формулы изобретения и сопроводительных чертежей. Следует понимать, что Фигуры являются лишь схематичными и не изображены в масштабе. Следует понимать, что одинаковые или подобные части на Фигурах обозначены одинаковыми ссылочными позициями.
Обеспечена система, имеющая поверхность. Отметка расположена на поверхности, причём отметка отображает визуальную информацию. Слой расположен над отметкой. Слой нагревают посредством нагревательного элемента. Слой содержит термохромный материал для изменения поглощения света слоем в видимой длине волн, когда температура слоя превышает пороговое значение температуры. Слой обладает достаточной оптической пропускаемостью при пороговом значении температуры или выше него, чтобы обеспечивать возможность рассмотрения визуальной информации, предоставляемой отметкой, через слой.
Сама система может представлять собой устройство или часть устройства, как будет более подробно описано ниже в настоящем документе.
Используемый в настоящем документе термин «визуальный» относится к тому, что может быть воспринято здоровым человеческим глазом в условиях дневного освещения, например, на расстоянии от 0 до 5 метров или далее от системы.
На фиг. 1A и 1B схематически изображён вид в разрезе системы 100 в соответствии с вариантом реализации изобретения. Система 100 содержит:
- подложку 101, содержащую поверхность 102;
- отметку 104, расположенную на поверхности, причём указанная отметка отображает визуальную информацию;
- слой 106, расположенный над отметкой; и
- нагревательный элемент 103 для нагревания слоя,
Слой содержит термохромный материал, выполненный с возможностью изменения поглощения света слоем так, что отметка становится видимой, когда температура слоя превышает пороговое значение температуры.
Предпочтительно, нагревательный элемент 103 выполнен с возможностью нагревания подложки 101 посредством прямого теплообмена или непрямого теплообмена.
Поверхность 102 нагревают нагревательным элементом 103. Нагревательный элемент выполнен с возможностью нагревания (путём теплопроводности) подложки 101 посредством прямого теплообмена, например, посредством нахождения в непосредственном контакте друг с другом.
На фиг. 1C схематически изображён вид в разрезе части системы в соответствии с вариантом реализации изобретения. Система по фиг. 1C отличается от системы по фиг. 1A тем, что нагревательный элемент находится в непрямом теплообмене с подложкой, например, посредством отсутствия непосредственного контакта между ними (например, через слой воздуха между ними, как изображено, или любые другие элементы или части между ними). Таким образом, нагревательный элемент выполнен с возможностью нагревания (путём теплопроводности и/или конвективной передачи) подложки посредством непрямого теплообмена.
Может быть использован нагревательный элемент 103 любой подходящей конструкции при условии, что нагревательный элемент 103 обеспечивает возможность подачи тепла на слой 106. Нагревательный элемент 103 может, например, представлять собой резистивный нагревательный элемент, а тепло, генерируемое нагревательным элементом 103, может быть передано на поверхность 102 посредством теплопроводности. Резистивный нагревательный элемент может, например, быть выполнен с возможностью нагревания воды в паровой камере (не показана) для генерации пара. Другими словами, нагревательный элемент 103 может также определять паровой генератор, содержащий резистивный нагревательный элемент, например, в утюге, отпаривателе и т.п.
Альтернативно, нагревательный элемент 103 может, например, нагревать поверхность 102 посредством магнитной индукции, при условии, что подложка 101 выполнена из подходящего материала, такого как железо. Такие конструкции нагревательного элемента достаточно известны сами по себе и не будут дополнительно описаны в настоящем документе исключительно в целях краткости.
Предпочтительно, подложка 101 образована по меньшей мере из одного из следующего: металлический материал, пластиковый материал, резина и керамика. Материал, выбранный для подложки, может, например, зависеть от конкретного применения, для которого предназначена система.
Подходящий металлический материал может, например, представлять собой металл, например, алюминий или железо. Металлический материал может альтернативно представлять собой металлический сплав, такой как сталь.
Полипропилен является примером подходящего пластикового материала. Материал для подложки 101 может быть выбран так, чтобы выдерживать температуры, возникающие вследствие нагревания нагревательным элементом 103, что будет понятно специалисту в данной области техники.
На фиг. 1A и 1B показан только участок поверхности 102, покрытой отметкой 104. Отметка 104 расположена на поверхности 102 и предназначена для визуальной передачи информации, например, пользователю системы 100. В частности, отметка 104 может быть предупредительным сигналом или символом, который уведомляет пользователя, или любого, кто может контактировать с системой 100, о том, что система 100 слишком горяча для безопасного прикосновения.
Предпочтительно, отметка 104 содержит по меньшей мере одно из следующего: текстовый символ, символ, графическое изображение и узор.
Например, отметка 104 может отображать слово «HOT» («ГОРЯЧО») и/или содержать соответствующее символическое предупреждение. Таким образом, отметка 104 может функционировать как предупредительный знак для защиты пользователя системы 100 от ожогов вследствие контакта с горячими поверхностями.
При условии, что отметка 104 визуально контрастирует с поверхностью 102 и любыми дополнительными слоями между поверхностью 102 и отметкой 104 в достаточной степени, возможна любая подходящая толщина отметки 104. Термин «толщина» в этом контексте использован для обозначения средней высоты 105 отметки 104 при рассмотрении на видах в разрезе по фиг. 1A, 1B, 1C, 2A, 2B, 3A и 3B. Толщина может, например, находиться в диапазоне от 1 мкм до 50 мкм.
На фиг. 2A и 2B показана система, показанная на фиг. 1A и 1B, но также показаны части поверхности 102, не покрытые отметкой 104. Термин «отметка» следует понимать как означающий то, что отметка 104 подходящим образом различима от окружающих частей поверхности 102 и любых дополнительных слоёв, которые могут присутствовать между поверхностью 102 и отметкой 104. В этой связи отметка 104 может иметь такой цвет и/или текстуру, чтобы контрастировать с цветом и/или текстурой поверхности 102 таких дополнительных слоёв, при их наличии. Таким образом, пользователь системы 100 может воспринимать отметку 104 при превышении порогового значения температуры. Этот контраст схематически изображён на фиг. 1A, 1B, 1C, 2A и 2B отметкой 104, обозначенной сплошными чёрными областями, в то время как подложка 101 обозначена сплошной белой областью, не содержащей никакого узора. Во избежание двусмысленности, термины «цвет» и «цветной», используемые в настоящем документе, не подразумевают исключения таких цветов, как чёрный, белый, серый и т.д. Описанный ниже в настоящем документе цветовой контраст может быть достигнут, например, посредством использования чёрного пигмента для отметки 104, нанесённой на подложку 101, содержащую белый пигмент, или наоборот. Могут быть использованы многие альтернативные сочетания цветов.
Отметка 104 может быть нанесена на поверхность 102 подложки 101 любым подходящим средством, например, с использованием технологий печати. Так как любое изменение цвета самой отметкой 104 в ответ на изменения температуры не требуется, устраняется необходимость содержания термохромного материала, т.е. пигмента, в отметке 104. Соответственно, в процессе расположения отметки 101 на поверхности 102 могут быть использованы пигменты с меньшими размерами частиц по сравнению с обычными термохромными пигментами. Это может означать, что полученная в результате отметка 104 может иметь подходящее высокое разрешение, чтобы ясно передавать информацию, например, предупреждение, пользователю системы 100. Кроме того, отметка 104 может быть нанесена на поверхность 102 с использованием печатного процесса, например, процесса шёлкотрафаретной печати, с меньшим риском возникновения проблем при обработке, таких как забивание шёлкового трафарета, так как для образования отметки 104 могут быть использованы пигменты с относительно малым размером частиц.
Предпочтительно, отметку 104 непосредственно наносят на поверхность 102. Другими словами, между отметкой 104 и поверхностью 102 нет какого-либо другого слоя (слоёв).
Несмотря на то, что на фиг. 1A, 1B, 1C, 2A, 2B, 3A и 3B показана отметка 104, образованная непосредственно на поверхности 102, это не следует воспринимать как ограничение. Отметка 104 может быть альтернативно образована (например, выгравирована) в поверхности 102. Следует отметить, что нанесение отметки 104 непосредственно на поверхность 102 подложки 101 не требуется. Например, между поверхностью 102 и отметкой 104 могут находиться другие слои. Пример этого будет описан со ссылкой на фиг. 3A и 3B ниже.
Предпочтительно, отметка 104 и поверхность 102 имеют разные цвета относительно друг друга, чтобы обеспечивать визуальный контраст между отметкой 104 и поверхностью 102 при превышении порогового значения температуры.
Отметка 104, например, может быть напечатана, штампована, распылена или распределена на поверхности 102. Примеры подходящих способов печати включают трафаретную печать, например, шёлкотрафаретную печать, струйную печать, тампопечать и т.д. Предпочтительно, отметку 104 наносят посредством трафаретной печати для обеспечения высокого разрешения отметки 104. Отметка 104 может, например, содержать подходящие пигменты для обеспечения требуемого контраста с окружающими частями поверхности 102 и любыми дополнительными слоями, которые могут присутствовать между поверхностью 102 и отметкой 104. Пигменты могут также выбирать так, чтобы они были термоустойчивыми в пределах рабочего диапазона температур системы 100. Например, такие подходящие пигменты могут включать по меньшей мере один из чёрного пигмента, красного пигмента и синего пигмента.
Пигменты, содержащиеся в отметке 104, могут, например, быть перенесены на поверхность 102 в печатной пасте. Такая печатная паста может быть использована, например, в процессе трафаретной печати.
Наряду с пигментом (пигментами), печатная паста может дополнительно содержать предшественник связующего вещества, такой как полимер или (отверждаемый) золь-гелевый компонент. В неограничивающем примере золь-гелевый компонент изготавливают путём предварительного гидролиза метилсиликатных предшественников с использованием одного или более из воды, спирта (такого как 2-бутанол) и кислоты (такой как HCl). Такой предварительный гидролиз, например, могут осуществлять при комнатной температуре на протяжении по меньшей мере одного часа перед добавлением пигментов в золь-гелевую композицию. Наполнитель, такой как высокодисперсный силикат, может, например, быть добавлен в композицию. Перед печатью, пасту могут тщательно перемешивать. Специалисту в данной области техники сразу станут очевидны многие вариации вышеуказанного изготовления пасты.
Затем печатную пасту могут использовать для образования отметки 104 на поверхности 102, например, посредством трафаретной печати. В таком примере, печатную пасту предпочтительно высушивают и отверждают, например, при температуре от 60°C до 150°C, до размещения слоя 106 над отметкой 104.
Слой 106 расположен над отметкой 104. Слой 106 может быть в тепловом контакте с поверхностью 102, чтобы слой 106 мог реагировать на любое повышение температуры поверхности 102, т.е. в результате подачи нагревательным элементом 103 тепла к поверхности 102.
На практике, слой 106 нагревают через поверхность 102 посредством непосредственной проводимости тепловой энергии от поверхности 102 к слою 106. Следует отметить, что отметка 104 существенно не влияет на передачу тепла от поверхности 102 к слою 106, включая часть слоя, покрывающую отметку.
В случае наличия любых дополнительных слоев между поверхностью 102 и слоем 106, эти дополнительные слои проводят тепло от поверхности 102 к слою 106.
Слой 106 обеспечивает требуемую визуальную реакцию при превышении температурой порогового значения температуры, которая делает отметку 104 видимой или более заметной (т.е. саму отметку и/или визуальную информацию отметки).
Таким образом, слой 106 содержит термохромный материал, который обеспечивает изменение поглощения света слоем 106 в видимой длине волн, т.е. в диапазоне длины волн от 390 до 700 нм, при превышении порогового значения температуры. Это изменение делает отметку 104 видимой или более заметной. Отметка 104 видна через слой 106 при пороговом значении температуры или выше него, таким образом обеспечивая возможность передачи информации, например, предупредительной информации о температуре, через слой 106 так, чтобы информировать пользователя системы 100, что части системы 100, например, слой 106, могут быть слишком горячими для безопасного прикосновения.
Термохромные материалы хорошо известны сами по себе, и в слое 106 может быть использован любой подходящий термохромный материал. Термохромный материал может обращать изменение поглощения света слоем 106, т.е. при превышении порогового значения температуры, когда температура слоя 106 падает ниже порогового значения температуры. Таким образом, слой 106 может реагировать на циклические изменения температуры выше и ниже порогового значения температуры. Таким образом, отметка 104, например, предупредительный знак, может появляться, когда поверхность 102 является горячей, и может исчезать, когда поверхность 102 остыла до безопасного значения, например, 60°C или меньше.
Органические и неорганические термохромные пигменты известны и доступны для приобретения. Термины «термохромный материал» и «термохромный пигмент» используются взаимозаменяемо в настоящем документе. Неорганические термохромные пигменты содержат, например, соединения переходных металлов, например, оксиды переходных металлов, такие как оксид титана и оксид железа, или соединения на основе кадмия. Органические термохромные пигменты включают лейкокрасители.
Предпочтительно, термохромный материал содержит лейкокраситель.
Лейкокрасители переходят между двумя химическими формами, что изменяет хромофор соединения и обеспечивает сопутствующее изменение в поглощении света материала. Одна из химических форм может быть бесцветной, т.е. поглощающей свет за пределами видимой области, а другая может быть цветной, т.е. поглощающей цвет в пределах видимой области. Лейкокрасители могут, например, включать по меньшей мере одно из спиролактона, флуорана, спиропирана и фульгида.
Термохромный пигмент может иметь любой подходящий размер частиц, например в диапазоне от 0,1 мкм до 50 мкм, предпочтительно в диапазоне от 0,5 мкм до 10 мкм.
В варианте реализации термохромный материал включает лейкокраситель. Термохромный материал может, например, приобретать форму микрокапсул, которые капсулируют лейкокраситель, т.е. уплотняют его внутри, вместе с любыми другими компонентами, требуемыми для способствования выполнения лейкокрасителем своей функции изменения цвета. Следовательно, микрокапсулы могут содержать дополнительные компоненты, такие как слабую кислоту и растворитель, в дополнение к лейкокрасителю.
Выбор термохромного материала может определять диапазон рабочих температур системы 100. Некоторые термохромные материалы могут, например, терять свои термохромные свойства при температурах, превышающих 200°C. Следовательно, диапазон рабочих температур системы 100, в которой использованы такие термохромные материалы, может быть ограничен, например, от 0°C до 100°C. С другой стороны, также известны термохромные материалы, способные выдерживать высокие температуры, как например 400°C, так что они не будут описаны в настоящем документе более подробно. Использование таких термохромных материалов, устойчивых к высоким температурам, может обеспечивать возможность соответствующего увеличения диапазона рабочих температур системы 100. Некоторые из термохромных материалов, устойчивых к высоким температурам, могут быть преимущественно использованы в слое 106 при расположении на подошве утюга, которая может подвергаться температурам, превышающим 200°C.
Подходящий диапазон рабочих температур для системы 100 может, например, составлять от 20°C до 150°C. Максимальная рабочая температура 150°C может обеспечивать подходящую долговечность системы 100, в частности, благодаря тому, что максимальная рабочая температура многих доступных в настоящее время термохромных пигментов приблизительно составляет 150°C.
Выбор может быть сделан из множества доступных в настоящее время термохромных пигментов на основании желаемого порогового значения температуры и/или желаемого цвета слоя 106 в условиях температуры ниже или выше порогового значения. Например, цвет слоя 106 в условиях температуры ниже порогового значения температуры в результате включения термохромного материала, может быть красным, жёлтым, синим, чёрным, зелёным, оранжевым, пурпурным или коричневым.
Предпочтительно, пороговое значение температуры находится между 30°C и 70°C.
В таком варианте реализации термохромный материал выбирают так, чтобы пороговое значение температуры находилось между 30°C и 70°C. Такой температурный диапазон может быть полезным с точки зрения предупреждения пользователя системы 100 о том, что температура слоя 106 слишком высока для безопасного прикосновения. Пороговое значение температуры может составлять приблизительно 65°C, например.
Пороговое значение температуры ближе к верхней границе этого диапазона, например, близко к 70°C, может быть обеспечено в целях безопасности, т.е. для предотвращения ожогов от прямого контакта со слоем 106.
С другой стороны, пороговое значение температуры ближе к нижней границе этого диапазона, например, близко к 30°C, может также обеспечивать возможность сигнализации слоем 106 того, что другая часть системы 100, находящаяся в тепловом контакте со слоем 106, является слишком горячей для безопасного прикосновения. В последнем случае часть системы 100 может быть существенно горячее, чем сам слой 106.
Термохромное изменение слоя 106 может, например, заключаться в переходе от цветного к бесцветному или наоборот в зависимости от конкретного выбранного термохромного материала и с учётом желаемой визуальной реакции слоя 106. В варианте реализации термохромный материал выбирают так, чтобы слой 106 становился прозрачным или полупрозрачным в условиях температуры выше порогового значения, а отметка 104 становилась видимой через слой 106.
Предпочтительно, термохромный материал выполнен с возможностью изменения поглощения света слоем 106 так, чтобы отметка 104 не была видимой, если пороговое значение температуры не превышено.
Альтернативно, термохромный материал выполнен с возможностью изменения поглощения света слоем 106 так, чтобы отметка 104 была частично видимой, если пороговое значение температуры не превышено.
В обоих случаях информация, предоставляемая отметкой 104, может быть видимой через слой 106 в условиях температуры выше порогового значения. Также благодаря скрыванию, например, полному скрыванию, отметки 104 при температуре ниже порогового значения, может быть обеспечена более выраженная ответная реакция на изменение температуры, т.е. благодаря переходу от отметки 104, которая визуально неразличима, к отметке, которая визуально воспринимается через слой 106 при превышении порогового значения температуры.
Слой 106 дополнительно содержит связующее вещество, которое представляет собой по меньшей мере одно из фторполимера, такого как тефлон, и (отверждённого) золь-гелевого материала. Такие связующие материалы являются устойчивыми в условиях повышенных температур и, следовательно, способствуют прочности слоя 106, даже при таких повышенных температурах.
Дополнительно, фторполимеры обладают антипригарными свойствами, которые являются особенно полезными, например, когда во время эксплуатации системы слой 106 подвергают контакту с посторонним веществом, которое бы прилипло к слою 106 в противном случае.
Таким образом, термохромный материал может быть распределён в связующем веществе. Связующее вещество включает полимер, например, тефлон, и/или (отверждённый) золь-гелевый материал. Другими словами, полимер или отверждённый золь-гелевый материал может функционировать как носитель для термохромного пигмента, а также обеспечивать устойчивость к истиранию и/или антипригарные свойства.
В неограничивающем примере слой 106 может быть изготовлен из слоеобразующей композиции, полученной путём добавления золь-гелевого предшественника (предшественников), например, метилтриметоксисилана, и гидролиза смеси кислотой, например, HCl. Термохромный пигмент(ы) затем могут добавлять в гидролизованную смесь. Последующее смешивание, например, на протяжении 30 минут, может обеспечивать подходящую однородность слоеобразующей композиции. Специалисту в данной области техники сразу станут очевидны многие вариации вышеуказанного изготовления слоеобразующей композиции.
Затем, слой 106 может быть образован посредством нанесения слоеобразующей композиции на отметку 104 (и поверхность 102), например, путём распределения, покрытия, распыления и т.д. В частности, слоеобразующая композиция может быть распылена на отметку 104. После нанесения, слоеобразующая композиция может быть осушена, например, при температуре от 60°C до 120°C, а затем отверждена при 150°C.
Специалисту в данной области техники будет понятно, что температуры для осушения и отверждения могут быть выбраны так, чтобы не приводить к нежелательному разрушению термохромного материала. Например, известные температуры для отверждения золь-геля, например, 300°C, могут быть несовместимы с термохромным материалом, который может терять свои термохромные свойства при таких высоких температурах. Поэтому, температура осушения и отверждения может равняться максимальной рабочей температуре термохромного материала или быть ниже неё. Например, может быть использована температура отверждения от 150°C до 200°C.
Такое золь-гелевое связующее вещество может означать, что слой 106 является термоустойчивым, а также иметь высокое сопротивление царапинам и износу. Таким образом, в дополнение к выполнению своей термохромной функции, слой 106 может дополнительно обеспечивать защиту поверхности 102 и отметки 104 от абразивных повреждений. Следовательно, слой 106 может быть особенно подходящим для нанесения, например, на поверхность 102 подошвы утюга или сковороды.
Как будет описано ниже со ссылкой на фиг. 5, золь-гелевый носитель может не требоваться, если поверхность 102, предназначенная для нанесения слоя 106, будет главным образом подвергаться более низким температурам во время нормального использования, чем в случае подошвы и сковороды.
Например, в случае утюга или отпаривателя, слой 106 может быть нанесён на область 114 пластикового корпуса, примыкающую к нагреваемой пластине 110. Такая область 114 может становиться горячей во время использования, но, всё же, она подвергается более низким температурам, чем сама нагреваемая пластина 110. В таком случае отметка 104 может быть напечатана посредством трафаретной печати, штампования или другого способа нанесения чернил на область 114. Например, слой 106 может быть образован посредством растворения термохромного пигмента в растворителе, таком как бутилацетат или этилацетат, и распыления дисперсии на область 114, на которой была напечатана отметка 104.
Толщина слоя 106 может зависеть от свойств поглощения света слоем 106 и, в частности, термохромного материала. Если требуется чтобы слой 106 полностью закрывал отметку 104 в условиях температуры ниже порогового значения, может быть использован термохромный материал с подходяще высоким свойством гашения, а также с достаточно высокой концентрацией термохромного материала в слое 106. Специалисту в данной области техники будет понятно, что в условиях температуры выше порогового значения слой 106 всё ещё не должен поглощать свет в такой степени, чтобы отметку 104 не было видно через слой 106 при температуре, выше этой. В этой связи также следует учитывать толщину слоя 106. Подходящая толщина слоя 106 может составлять, например, от 1 мкм до 50 мкм.
Так как отметка 104 находится под слоем 106, в некоторых случаях, например, в случае относительно тонкого слоя 106, может требоваться, чтобы слой 106 и отметка 104 были одинакового цвета или приблизительно похожего цвета. В этом случае отметка 104 может сливаться со слоем 106, когда температура находится ниже порогового значения температуры, и проявляться только тогда, когда поглощение света слоем 106 изменяется, например, становится прозрачным, в условиях температуры выше порогового значения.
На фиг. 1A и 2A показан слой 106 в условиях температуры ниже порогового значения. Поглощение света слоем 106 сконфигурировано так, чтобы по меньшей мере частично скрывать отметку 104 (т.е. отметку 104 не видно или она частично видна) слоем 106.
На фиг. 1B и 2B показан слой 106 в условиях температуры выше порогового значения. Поглощение света слоем 106 сконфигурировано так, чтобы слой 106 обеспечивал возможность визуального восприятия отметки 104 через слой 106. Такое изменение может приводить к тому, что слой 106 становится прозрачным или по меньшей мере полупрозрачным, чтобы обеспечивать возможность рассмотрения отметки 104 через слой 106. В этом случае контраст между отметкой 104 и подложкой 101, на которую непосредственно наносят отметку 104, означает обеспечение возможности надлежащего восприятия отметки 104 пользователем системы 100, как описано выше.
В альтернативном варианте реализации, показанном на фиг. 1A-1C, 2A и 2B, базовый слой 108 расположен между подложкой 101 и отметкой 104.
Базовый слой 108 обеспечивает подходящую поверхность для нанесения, например, печати, отметки 104. В таком случае отметка 104 расположена непосредственно на базовом слое 108.
Со ссылкой на фиг. 3A и 3B система 100 дополнительно содержит базовый слой 108, расположенный между подложкой 101 и отметкой 104.
Предпочтительно, базовый слой 108 содержит пигмент и связующее вещество.
Связующее вещество может, например, быть выбрано так, чтобы обеспечивать надёжное приклеивание отметки к базовому слою. В этой связи связующее вещество может, например, содержать (отверждённый) золь-гелевый материал и/или полимер, такой как тефлон.
Отметка 104 выполнена с возможностью подходящего различения от окружающих частей базового слоя 108. В этой связи отметка 104 может иметь такой цвет и/или текстуру, чтобы контрастировать с цветом и/или текстурой базового слоя 108. Чтобы обеспечивать возможность восприятия отметки 104 пользователем системы 100 при превышении порогового значения температуры, что показано на фиг. 3B.
Контраст между отметкой 104 и базовым слоем 108 схематически изображён на фиг. 3A и 3B отметкой 104, обозначенной сплошными чёрными областями, в то время как базовый слой 108 обозначен заштрихованной областью. Толщина базового слоя 108 особенно не ограничена и может составлять, например, от 1 мкм до 50 мкм.
В варианте реализации базовый слой 108 может содержать пигмент и связующее вещество. Связующее вещество может, например, включать полимер и/или отверждённый золь-гелевый материал. Другими словами, полимер или отверждённый золь-гелевый материал может функционировать как носитель для пигмента базового слоя 108. Альтернативно, базовый слой 108 может не содержать пигмента, и в этом случае полимер и/или отверждённый золь-гелевый материал может только обеспечивать подходящую поверхность, на которую непосредственно наносят отметку 104.
В неограничивающем примере базовый слой 108 может быть изготовлен из композиции для образования базового слоя, полученной путём гидролиза золь-гелевого предшественника (предшественников), такого как алкоксиды металла, например, метилтриметоксисилан и тетраэтилортосиликат, с кислотой, например, малеиновой кислотой, HCl. Могут быть добавлены прозрачные или полупрозрачные наполнители, например, частицы двуокиси кремния или оксида алюминия с размером частиц в диапазоне от 10 нм до 10 мкм. Затем может быть добавлен один или более пигментов с подходящей термоустойчивостью. Специалисту в данной области техники сразу станут очевидны многие вариации вышеуказанного изготовления композиции для образования базового слоя.
Затем композицию для образования базового слоя могут наносить на поверхность 102 подложки 101, например, посредством распределения, покрытия, распыления и т.д. В частности, композиция для образования базового слоя может быть распылена на подложку 101. До нанесения подложку 101 могут, например, подвергать предварительной пескоструйной обработке. После нанесения, слоеобразующая композиция может быть осушена, например, при температуре от 60°C до 120°C, а затем отверждена при температуре 150°C.
Специалисту в данной области техники будет понятно, что температуры для осушения и отверждения могут быть выбраны так, чтобы не приводить к нежелательному разрушению пигмента, который может быть включён в базовый слой 108. Отметку 104 и слой 106 могут затем наносить на базовый слой 108, как описано выше.
Предпочтительно, нагревательный элемент 103 выполнен с возможностью нагревания подложки 101 посредством прямого теплообмена, как показано на фиг. 1A, или непрямого теплообмена, как показано на фиг. 1C.
Согласно другому аспекту изобретения обеспечено устройство 400, 500, содержащее систему 100, как описано выше.
Предпочтительно, устройство 400, 500 соответствует:
- устройству для ухода за одеждой, выбранному из любого из следующего: отпариватель 400, 500, паровой утюг (не показан), паровой утюг высокого давления (не показан) или устройство для чистки ковров (не показано); или
- устройству для приготовления пищи (не показано), выбранному из любого из чайника (не показан) или духового шкафа (не показан).
На фиг. 4 показана передняя часть отпаривателя 400 для одежды в соответствии с вариантом реализации изобретения, а на фиг. 5 показана верхняя часть отпаривателя 500 для одежды в соответствии с ещё одним вариантом реализации изобретения.
Отпариватель 400 и 500 для одежды содержит нагреваемую пластину 110 для обработки предметов одежды. Нагреваемая пластина 110 имеет отверстия 112 для обеспечения возможности выхода пара из отпаривателя 400. Область 114 пластикового корпуса расположена рядом с нагреваемой пластиной 110.
В варианте реализации система 100 содержится в устройстве 400, 500. Нагревательный элемент 103 может, например, выполнен за одно целое с устройством 400, 500.
Устройство 400, 500 может, например, представлять собой устройство для ухода за одеждой или устройство для приготовления пищи, содержащее подложку, выполненную с возможностью нагревания нагревательным элементом 103.
Устройство для ухода за одеждой может представлять собой, например, отпариватель, паровой утюг, паровой утюг высокого давления или устройство для чистки ковров. В этом случае подложка 101 соответствует нагреваемой пластине 110 (т.е. подошве) отпаривателя, парового утюга (не показан) или парового утюга высокого давления (не показан), или области 114 корпуса, принимающей термонагрев от нагревательного элемента 103.
Устройство для приготовления пищи может представлять собой, например, чайник или духовой шкаф. В этом случае подложка 101 соответствует области 114 корпуса, принимающей термонагрев от нагревательного элемента 103.
Верхний вид на фиг. 4 изображает отпариватель 400 в условиях температуры ниже порогового значения. Слой 106 является видимым, но отметку 104, находящуюся под ним, не видно. Однако после превышения порогового значения температуры поглощение света слоем 106 изменяется в этом случае так, что слой 106 становится прозрачным или полупрозрачным, а отметка 104 становится (частично) видимой.
Стрелки, указывающие в двух направлениях, показанные на фиг. 4 и 5, предназначены для обозначения обратимость изменения цвета, как описано выше.
В этом случае отметка 104 отображает слово «HOT» («ГОРЯЧО»), чтобы обеспечить требуемое визуальное предупреждение. Это показано в соответствующих нижних частях фиг. 4 и 5.
Таким образом отпариватель 400 выполнен с возможностью предупреждения пользователя, когда нагреваемая пластина 110 слишком горяча для безопасного прикосновения. В случае отпаривателя 400, показанного на фиг. 4, композиция на основе золь-геля такого типа, как описанная выше, может быть особенно подходящей для каждого из отметки 104 и слоя 106, с учётом повышенных температур, воздействию которых отметка 104 и слой 106 могут подвергаться во время использования.
На фиг. 5 показано, что отметка 104 и слой 106 могут альтернативно или дополнительно быть нанесены на область 114 (пластикового) корпуса отпаривателя 500. Область 114 расположена удалённо/на расстоянии от нагреваемой пластины 110 в этом конкретном примере. Эта область 114 может непосредственно не нагреваться нагревательным элементом 103, но вместо этого может становиться горячей в результате некоторой передачи тепла от нагреваемой пластины 110 к этой смежной области 114 корпуса.
Область 114 может быть использована для предупреждения, когда температура нагреваемой пластины 110 превысила безопасный порог, например, посредством визуальной информации «HOT» («ГОРЯЧО») отметки 104. Пороговое значение температуры слоя 106 на области 114 может быть ниже, чем пороговое значение температуры для слоя, расположенного на самой нагреваемой пластине 110, чтобы обеспечивать возможность использования области 114 для предупреждения пользователя, когда температура нагреваемой пластины 110, которая может быть значительно горячее области 114 во время использования, является небезопасной для прикосновения.
Другими словами, область 114 может считаться нагреваемой нагревательным элементом 103 непрямым образом.
Как описано выше, отметка 104 может быть напечатана трафаретной печатью, штампованием или посредством переноса чернил на область 114 другим способом. Например, слой 106 может быть образован посредством растворения термохромного пигмента в растворителе, таком как бутилацетат или этилацетат, и распыления дисперсии на область 114, на которой была напечатана отметка 104.
Согласно другому аспекту изобретения обеспечен способ 600, включающий этапы, на которых:
- обеспечивают 620 отметку на поверхности подложки, причём отметка отображает визуальную информацию;
- размещают 630 над отметкой слой, причём слой содержит термохромный материал, выполненный с возможностью изменения поглощения света слоем так, что отметка становится видимой, когда температура слоя превышает пороговое значение температуры; и
- обеспечивают 640 нагревательный элемент для нагревания слоя.
Предпочтительно, способ 600 дополнительно включает этап обеспечения 610 базового слоя на поверхности, при этом этап обеспечения 620 отметки включает обеспечение отметки непосредственно на базовом слое.
Предпочтительно, этап обеспечения 620 отметки содержит печать, штампование или распыление отметки на поверхность.
Этап размещения 630 включает размещение смеси связующей композиции и термохромного материала на отметке.
На фиг. 6 показана блок-схема способа 600 в соответствии с изобретением. Способ 600 включает этапы, на которых:
- обеспечивают 620 отметку на поверхности подложки, причём отметка отображает визуальную информацию;
- размещают 630 над отметкой слой, причём слой содержит термохромный материал, выполненный с возможностью изменения поглощения света слоем так, что отметка становится видимой, когда температура слоя превышает пороговое значение температуры; и
- обеспечивают 640 нагревательный элемент для нагревания слоя.
Например, этап 620 может включать печать, штампование или распыление отметки на поверхность, как описано выше.
На этапе 630 слой находится в тепловом контакте с поверхностью.
Этап 630 включает размещение смеси связующей композиции и термохромного материала на отметке. Слой содержит термохромный материал, выполненный с возможностью изменения поглощения света слоем при превышении порогового значения температуры. Визуальная информация передаётся через слой в условиях температуры выше порогового значения.
На этапе 640 обеспечивают нагревательный элемент для нагревания слоя.
Предпочтительно, способ дополнительно включает этап обеспечения 610 базового слоя на поверхности, при этом этап обеспечения 620 отметки включает обеспечение отметки непосредственно на базовом слое. Цвет и/или текстура отметки может контрастировать с базовым слоем так, чтобы отметка была визуально различимой в условиях температуры выше порогового значения, как описано выше.
Другие вариации в раскрытых вариантах реализации могут быть понятны специалистам в данной области техники и осуществлены ими при реализации заявленного изобретения из изучения чертежей, описания и прилагаемой формулы изобретения. В пунктах формулы изобретения слово «содержащий» не исключает наличия других элементов или этапов, а грамматические показатели единственного числа не исключают множественного числа. То, что некоторые измерения приведены во взаимоотличающихся зависимых пунктах, не означает, что сочетание этих измерений не может быть использовано преимущественным образом. Никакие ссылочные обозначения в формуле изобретения не должны рассматриваться как ограничивающие ее объём.