JP6255347B2 - 熱電素子 - Google Patents
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Description
測定箇所において温度を検出するための熱電素子は、第1の端部及び第1の接続端部を有する第1の導体と、第2の端部及び第2の接続端部を有する第2の導体とを備え、第1の導体の第1の端部と第2の導体の第2の端部とが測定箇所において電気的に互いに接触し、第1の導体の第1の接続端部と第2の導体の第2の接続端部とがそれぞれ接続ケーブルと接続可能であり、本発明は、第1の導体と第2の導体が厚膜技術により基材の上に配設され、第1の導体の第1の端部と第2の導体の第2の端部とが、測定箇所において接触するか又は少なくとも部分的に重なり合っていることを企図している。
本発明の別の一実施形態では、導電性基材と導体との間に電気的な絶縁層が配置される。これにより、電流が金属基材を流れ得るようにすることで、熱電素子の故障又は電圧の変化を生じることなく、金属基材上に熱電素子を層状に構成することが可能になる。絶縁層が誘電体層であると、特に有利である。これは厚膜技術によって簡単で安価に実現できる。
本発明による熱電素子が基材上に搭載される場合、基材が熱伝導性材料で作られており、それによって検出するべき温度変化が広範囲にわたって遅延なく伝送され、温度変化が熱電素子によって迅速かつ正確に測定され得ると、特に有利である。この構成の場合、基材は熱電素子のための支持要素である。それによって熱電素子は基材と同じ安定性を獲得する。
ヒータの上方に備えられた被覆層は、損傷又は外部環境の影響、例えば引っかき、腐食又は酸化などから熱電素子及びホットランナノズルのヒータを保護する。加えて、被覆層が外部環境に対して断熱材として作用する。
図1において全体が符号10で示されている熱電素子は、測定箇所40における温度を検出するために設けられている。熱電素子10は、支持要素としての基材60と、2つの金属導体20、30を備え、これら金属導体は厚膜技術によって基材60上に配設されており、2つの導体20、30は測定箇所40において少なくとも部分的に又は一部が重なり合っている。
第1の導体20は、例えば80〜95%のNi、3〜20%のCr、0〜1%のFe及び0〜1%のSiで構成されている合金で形成されており、該合金は商品名ISATHERM PLUS(登録商標)として入手できる。第2の導体30は、40〜58%のCu、40〜50%のNi、1〜5%のMn及び1〜5%のFeで構成されている合金で形成されており、該合金は商品名ISA MINUS(登録商標)として入手できる。接続ケーブル23、33は、それぞれ対応する導体20、30と同じ材料で形成される。
したがって、スクリーン印刷ペーストは、機能的成分、すなわち第1の又は第2の導体20、30のための各合金と有機媒体との混合物から構成されている。有機媒体の役割は、スクリーン印刷ペーストに所望のレオロジー特性を与えることである。さらに、有機媒体は、スクリーン印刷ペースト中における機能的成分の長期間安定した、均質な分散を提供しなければならない。
しかしながら、この実施形態の重要な選択肢は、厚膜ヒータ12の抵抗回路13と熱電素子10の金属導体20、30を同時に又は順次印刷及び焼結し得ることである。
主に合金鋼から製造された支持スリーブ60’上には、まず絶縁層70が厚膜技術で配設される。この絶縁層は同じく厚膜技術で形成された抵抗回路13を支持し、この抵抗回路は定義されたパターンで配置され、ホットランナノズル内に案内された融液をノズルの全長にわたって可能な限り均一な温度に保つ。厚膜ヒータ12の抵抗回路13の上には別の絶縁層70’が同じく厚膜技術で配設される。この別の絶縁層70’の上には熱電素子10の金属導体20、30があり、金属導体20、30は測定箇所40において重なり合っている。
ホットランナノズルの材料管60”は、第1の絶縁層70、好ましくは誘電体層を担持し、この上に直接熱電素子10のための金属導体20、30が配設される。金属導体はその上に厚膜ヒータ12の導電性の抵抗回路13が配設できるように、別の絶縁層70’で覆われて絶縁される。
これらの実施形態の全ての層が厚膜技術で仕上げられ、その結果ホットランナノズルの材料管60”の外径寸法は厚膜ヒータ12及び熱電素子10によってごくわずかに拡大するだけである。
しかしながら、本発明が、第1の端部21及び第1の接続端部22を有する第1の導体20と、第2の端部31及び第2の接続端部32を有する第2の導体30とを備える、測定箇所40において温度を検出するための熱電素子10であって、第1の導体20の第1の端部21と第2の導体30の第2の端部31とが測定箇所40において電気的に互いに接触し、第1の導体20の第1の接続端部22と第2の導体30の第2の接続端部32とがそれぞれ対応する接続ケーブル23、33に接続され、第1の導体20と第2の導体30とが厚膜技術により基材60上に配設され、第1の導体20の第1の端部21と第2の導体30の第2の端部31とが測定箇所40において少なくとも部分的に重なり合う、熱電素子10を提供することが認識されよう。
■計測対象上に構成される形状寸法がほとんどない(わずか数マイクロメートル);
■それにもかかわらず、熱電素子が印刷されている基材と同じくらい機械的に安定している;
■熱質量が小さく、反応時間が極めて迅速である;
■厚膜ヒータと一体化する場合、追加のアセンブリが不要である;
■DIN準拠又は同等の測定信号(偏差は±5%未満);
■小さくはっきりと定義された測定箇所(特に出力分布又は温度分布が不均質なヒータで有利である)。
11 ヒータ
12 厚膜ヒータ
13 抵抗回路
14 スロット
15 溝
20 第1の導体
21 第1の端部
22 第1の接続部
23 第1の接続ケーブル
24 第1の接触箇所
25 別の測定箇所を備えた第1の導体
30 第2の導体
31 第2の端部
32 第2の接続部
33 第2の接続ケーブル
34 第2の接触箇所
35 別の測定箇所を備えた第2の導体
40 測定箇所
50 制御装置
60 基材
60’ 支持スリーブ
70 絶縁層
70’ 別の絶縁層
80 被覆層
Claims (10)
- ヒータ(11)近傍の測定箇所(40)において温度を検出するための熱電素子(10)であって、第1の端部(21)及び第1の接続端部(22)を有する第1の導体(20)と、第2の端部(31)及び第2の接続端部(32)を有する第2の導体(30)とを備え、前記第1の導体(20)の第1の端部(21)と前記第2の導体(30)の第2の端部(31)とが前記測定箇所(40)において電気的に互いに接触し、前記第1の導体(20)の第1の接続端部(22)と前記第2の導体(30)の第2の接続端部(32)とがそれぞれ接続ケーブル(23、33)と接続可能である、熱電素子(10)において、
前記第1の導体(20)と前記第2の導体(30)とが厚膜技術により前記ヒータ(11)の一部である基材(60)上に配設され、前記第1の導体(20)の第1の端部(21)と前記第2の導体(30)の第2の端部(31)とが前記測定箇所(40)において少なくとも部分的に重なり合い、前記第1の導体(20)がプラスの接点を形成し、80〜95%のNi、3〜20%のCr、0〜1%のFe及び0〜1%のSiで構成されている合金で作られており、前記第2の導体(30)がマイナスの接点を形成し、40〜58%のCu、40〜50%のNi、1〜5%のMn及び1〜5%のFeで構成されている合金で作られており、前記基材(60)上に前記ヒータ(11)の抵抗回路(13)が厚膜技術によって配設され、前記熱電素子(10)の導体(20、30)と抵抗回路(13)とが空隙によって互いに分離されることを特徴とする、熱電素子(10)。 - 前記基材(60)と前記導体(20、30)との間に電気絶縁層(70)が配置されることを特徴とする、請求項1に記載の熱電素子(10)。
- 前記導体(20、30)と前記絶縁層(70)の上方に少なくとも部分的に被覆層(80)が配設されることを特徴とする、請求項1又は2に記載の熱電素子(10)。
- 前記基材(60)が熱伝導性材料で作られていることを特徴とする、請求項1〜3のいずれか一項に記載の熱電素子(10)。
- 前記基材(60)が支持要素であるか又は支持要素を形成することを特徴とする、請求項1〜4のいずれか一項に記載の熱電素子(10)。
- 前記基材(60)がホットランナノズル(90)の一部であることを特徴とする、請求項1〜5のいずれか一項に記載の熱電素子(10)。
- 前記ヒータ(11)及び請求項1〜6のいずれか一項に記載される熱電素子(10)を備えたホットランナノズル(90)。
- 前記ヒータが前記抵抗回路(13)を備えた厚膜ヒータ(12)であり、前記熱電素子(10)が前記抵抗回路(13)の上方、前記抵抗回路(13)の下方、又は前記抵抗回路(13)と同じ平面上に配置されることを特徴とする、請求項7に記載のホットランナノズル。
- 前記ヒータ(11)及び請求項2に記載の熱電素子(10)を備えたホットランナノズルであって、
前記基材(60)上に前記絶縁層(70)が設けられ、前記ヒータ(11)の抵抗回路(13)と前記熱電素子(10)とが前記絶縁層(70)上に配置されることを特徴とする、ホットランナノズル。 - 前記ヒータ(11)の上方に被覆層(80)が設けられることを特徴とする、請求項7〜9のいずれか一項に記載のホットランナノズル。
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