JP6315643B1 - 被覆基材に高熱伝導能力がある厚膜素子 - Google Patents
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Abstract
Description
前記λ1は、前記被覆層がT1の時の熱伝達係数を表わし、前記λ2は、前記厚膜コーティング層がT2の時の熱伝達係数を表わし、前記λ3は、前記担体がT3の時の熱伝達係数を表わし、
前記Aは、前記厚膜コーティング層と被覆層或いは担体との接触面積を表わし、
前記d1は、前記被覆層の厚さを表わし、前記d2は、前記厚膜コーティング層の厚さを表わし、前記d3は、前記担体の厚さを表わし、
前記T0は、厚膜発熱体の初期温度を表わし、前記T1は、前記被覆層の表面温度を表わし、前記T2は、前記厚膜コーティング層の加熱温度を表わし、前記T3は、前記担体の表面温度を表わし、
前記厚膜コーティング層の厚さは、d2≦50マイクロメートルであり、
且つ、d1≧10マイクロメートル、20センチメートル≧d3≧10マイクロメートルとし、
前記T担体の最低融点>25℃であり、
前記担体の熱伝達係数λ3≧被覆層の熱伝達係数λ1であり、
前記被覆層とは、印刷或いは/及び焼結又はバインダーによる結合を通じて厚膜コーティング層上を覆う媒体層をいい、被覆層の面積が厚膜コーティング層より大きい。
式中、T2が厚膜の加熱温度を表わす。
(1)被覆層の熱伝達率及び担体の熱伝達率の限定条件が、次の関係式を満たすものとし、式中、10≦a≦104であり、上記不等式を満たす厚膜素子の担体の発熱能力が被覆層を上回り、つまり担体の昇温速度が速く、被覆層の昇温速度が遅く、或いは安定な熱平衡状態に達した後、被覆層と担体の温度差が比較的大きくなることで、全体的から見ると、厚膜素子が担体加熱の技術的効果を奏する。
(2)厚膜コーティング層の発熱速度と被覆層の熱伝達率の限定条件は、次の関係式を満たすものとし、式中、0<b≦106であり、厚膜コーティング層の発熱速度が被覆層の熱伝達率より高すぎる場合、厚膜コーティング層が絶え間なく蓄積されている熱量は直ちに外部に伝導できないことにより、厚膜コーティング層の温度が絶え間なく高くさせ、温度が被覆層の最低融点を超えた時、被覆層が溶け始め、更には燃焼することで、被覆層或いは担体の構造を破壊して、厚膜加熱エレメントを損傷させる。
(3)厚膜コーティング層の発熱速度と担体の熱伝達率の限定条件は、次の関係式を満たすものとし、つまり、式中、0≦c≦103であり、厚膜コーティング層の発熱速度が担体の熱伝達率より高すぎる場合、厚膜コーティング層が絶え間なく蓄積されている熱量は直ちに外部に放出できないことにより、厚膜コーティング層の温度が絶え間なく高くさせ、温度が担体の最低融点を超えた時、担体が溶け始め、更には燃焼することで、担体の構造を破壊して、厚膜加熱エレメントを損傷させる。
(4)加熱温度が高すぎることで厚膜加熱エレメントを損傷しないように、厚膜コーティング層の加熱温度を、被覆層或いは担体の最低融点より高くすることができず、T2<T被覆層の最低融点、T2<T担体の最低融点を満たす必要がある。
担体の熱伝達率の計算式は、下式で表わす。
式中、λ3は、前記担体の熱伝達係数を表わし、単位をW/m.kとし、担体を調製する材料の性質により決定し、d3は、担体の厚さを表わし、調製工程及び厚膜加熱エレメントの要求により決定し、T3は、担体の表面温度を表わし、厚膜加熱エレメントの性能により決定する。
被覆層の熱伝達率の計算式は、下式で表わす。
式中、λ1は、前記被覆層の熱伝達係数を表わし、単位をW/m.kとし、被覆層を調製する材料の性質により決定し、d1は、被覆層の厚さを表わし、調製工程及び厚膜加熱エレメントの要求により決定し、T1は、被覆層の表面温度を表わし、厚膜加熱エレメントの性能により決定する。
2、本発明の厚膜素子は、3層構造を用いて印刷又は焼結を通じて直接結合し、厚膜コーティング層が通電した後、担体に対し直接加熱し、他の媒体を経ることなく、熱エネルギーを担体に直接伝導することで、熱伝導効率を高め、且つ本発明の被覆層は、厚膜コーティング層を覆うことで、厚膜コーティング層が通電した後の漏電問題を避け、安全性能を向上する。
3、本発明の厚膜素子は、厚膜コーティング層を用いて加熱したもので、コーティングの厚さがミクロンオーダであり、通電した後の発熱速度が均一で、且つ寿命が長い。
前記厚膜コーティング層の厚さは、d2≦50マイクロメートルであり、
且つ、d1≧10マイクロメートル、20センチメートル≧d3≧10マイクロメートルとし、
前記T担体の最低融点>25℃であり、
前記担体の熱伝達係数λ3≧被覆層の熱伝達係数λ1である。
を通じて被覆層と担体の熱伝達率及び厚膜コーティング層の発熱速度を算出する。
1.電源に接続し、加熱電圧を規定値まで調整し、計器6Vの電源スイッチを入れて、20分間予熱する。
2.スポット検流計のゼロ点校正を行う。
3.室温によりUJ31型の電位差計の基準動作電圧を校正し、電位差計の切替スイッチを標準位置にさせ、電位差計の動作電流を調整する。
標準電池の電圧が温度に伴って変化するため、室温の校正は下式により計算する。
Et=E0−[39.94(t−20)+0.929(t−20)2]
式中、E0=1.0186V
4.薄い被試験物の下部に加熱板及び下部熱電対を放置し、薄い被試験物の上部に上部熱電対を放置し、熱電対を必ず被試験物の中心位置に置かなければならず、熱電対の冷接点を冷接点用魔法瓶内に入れる。
5.電位差計の切替スイッチを位置1にさせ、被試験物の上下部の初期温度を測定し、温度差が0.004mv(0.1℃)を下回った時、引き続き実験できることを求める。
6.上部熱電対の初期熱起電力に事前に0.08mvを加え、加熱スイッチをオンにして加熱し始め、同時にタイマーでカウントし、スポット検流計のスポットをゼロ点に戻した時、加熱電源をオフにして上部の過剰温度及び加熱時間を得る。
7.4〜5分間経た後、下部熱電対の熱起電力を測定して、下部の過剰温度及び時間を得る。
8.電位差計の切替スイッチを位置2にさせ、加熱スイッチをオンにして加熱電流を測定する。
9.実験が終了し、電源をオフにして、計器を整理する。
1、温度感知線を発熱部材の発熱コーティング層表面、担体表面、被覆層表面、外気中に接続する。
2、定格電力で発熱体へ通電を行い、各部材の温度をテストする。
3、接続したコンピュータにより製品の各時間帯の各部材の温度であるT0、T1、T2、T3を記録する。
測定器:米国TA社製の示差走査熱量計、型番 DSC2920で、該測定器の検定を経て合格(クラスA)すること。検定根拠:JG(教 委){014-1996熱分析装置の検定規程}
1.環境条件の温度範囲:(20〜25)℃、相対湿度:<80%。
2.測定器校正用標準物質:熱分析標準物質(インジウム)、標準429.75K(156.60)。
3.測定過程:測定過程は、「GB/T19466.3-2004/IS0」を参照のこと。
4.3回繰り返し測定することで、測定器の状態が正常であることを確保してから試料テストを行い、試料計量:(1〜2)nag、0.01mgまでの精度で量りとり、アルミ製バット内に入れ、測定条件:10oc/minで200℃まで昇温し、10回繰り返し測定し、測定モデルがコンピュータと測定器に伴い試料融点を集録し、測定データに対する自動集録及びスペクトログラム分析を通じて測定でき、融解による吸熱ピークの補外開始温度から直接測定モデルを出し、ベッセルの公式で計算して測定結果が得られる。
式中、10≦a≦104、0<b≦106、0<c≦103とする。
Claims (9)
- 被覆基材に高熱伝導能力がある厚膜素子であって、担体と、担体上に被覆された厚膜コーティング層と、厚膜コーティング層上を覆う被覆層とを含み、前記厚膜コーティング層が加熱材料で、加熱方式が電気加熱で、前記担体、前記厚膜コーティング層及び前記被覆層について、以下の各不等式を満たした材料から選ばれ、
前記λ1は、前記被覆層がT1の時の熱伝達係数を表わし、前記λ2は、前記厚膜コーティング層がT2の時の熱伝達係数を表わし、前記λ3は、前記担体がT3の時の熱伝達係数を表わし、
前記Aは、前記厚膜コーティング層と被覆層或いは前記担体との接触面積を表わし、
前記d1は、前記被覆層の厚さを表わし、前記d2は、前記厚膜コーティング層の厚さを表わし、前記d3は、前記担体の厚さを表わし、
前記T0は、厚膜発熱体の初期温度を表わし、前記T1は、前記被覆層の表面温度を表わし、前記T2は、前記厚膜コーティング層の加熱温度を表わし、前記T3は、前記担体の表面温度を表わし、
前記厚膜コーティング層の厚さは、d2≦50マイクロメートルであり、
且つ、d1≧10マイクロメートル、20センチメートル≧d3≧10マイクロメートルとし、
前記T担体の最低融点>25℃であり、
前記担体の熱伝達係数λ3≧前記被覆層の熱伝達係数λ1であることを特徴とする厚膜素子。 - 前記担体の熱伝達係数λ3≧3W/m.kとし、前記被覆層の熱伝達係数λ1≦3W/m.kとし、前記10≦a≦104、104≦b≦106、10≦c≦103とすることを特徴とする請求項1に記載の厚膜素子。
- 前記担体と前記厚膜コーティング層の間は、印刷或いは焼結を通じて結合し、前記厚膜コーティング層と前記被覆層が印刷又はコーティング或いは吹付塗装及び/または焼結又はバインダーを通じて結合することを特徴とする請求項1に記載の厚膜素子。
- 前記担体と前記被覆層の間に厚膜コーティング層がない領域は、印刷又は焼結を通じて結合することを特徴とする請求項2に記載の厚膜素子。
- 前記担体としては、ポリイミド、有機絶縁材料、無機絶縁材料、セラミック、結晶化ガラス、石英、水晶、石材材料、布地、繊維が挙げられることを特徴とする請求項1に記載の厚膜素子。
- 前記厚膜コーティング層としては、銀、プラチナム、パラジウム、酸化パラジウム、金又は希土材料のうちの1種或いは数種が挙げられることを特徴とする請求項1に記載の厚膜素子。
- 前記被覆層は、ポリエステル、ポリイミド或いはポリエーテルイミド、セラミック、シリカゲル、アスベスト、雲母板、布地、繊維のうちの1種或いは数種で製造されることを特徴とする請求項1に記載の厚膜素子。
- 前記厚膜コーティング層の面積は、前記被覆層又は前記担体の面積より小さいか或いは等しいことを特徴とする請求項1に記載の厚膜素子。
- 請求項1乃至請求項8のいずれか一項に記載の厚膜素子の用途であって、被覆基材片面の加熱製品に用いられることを特徴とする厚膜素子の用途。
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