JPH10247751A - 加熱報知装置 - Google Patents
加熱報知装置Info
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- JPH10247751A JPH10247751A JP9048775A JP4877597A JPH10247751A JP H10247751 A JPH10247751 A JP H10247751A JP 9048775 A JP9048775 A JP 9048775A JP 4877597 A JP4877597 A JP 4877597A JP H10247751 A JPH10247751 A JP H10247751A
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Landscapes
- Photometry And Measurement Of Optical Pulse Characteristics (AREA)
- Radiation Pyrometers (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 加熱の有無を検出する簡易で安価な加熱報知
装置を提供する。 【解決手段】 この加熱報知装置は、厚膜熱電素子1と
LED2と着・消火スイッチと連動した電気接点4およ
び導線3とで構成されている。そして厚膜熱電素子1
は、厚さ2.0mm以下の基板10と、この基板10上
に焼付けられた0.01mm以上で互いに一端が接合さ
れたp型およびn型で1対となる複数対の厚膜型の熱電
材料30とからなる。この加熱報知装置は厚膜熱電素子
1の先端が加熱されるとLED2が発光し、消火と同時
にLED2も消え、加熱の有無が表示される。
装置を提供する。 【解決手段】 この加熱報知装置は、厚膜熱電素子1と
LED2と着・消火スイッチと連動した電気接点4およ
び導線3とで構成されている。そして厚膜熱電素子1
は、厚さ2.0mm以下の基板10と、この基板10上
に焼付けられた0.01mm以上で互いに一端が接合さ
れたp型およびn型で1対となる複数対の厚膜型の熱電
材料30とからなる。この加熱報知装置は厚膜熱電素子
1の先端が加熱されるとLED2が発光し、消火と同時
にLED2も消え、加熱の有無が表示される。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、ガス機器等に使用
される加熱報知装置、特に表示される熱により発電され
た電力で着火確認される着火確認装置、および所定の場
所が異常に加熱された際、その熱により発電された電力
で警報を発する装置に関する。
される加熱報知装置、特に表示される熱により発電され
た電力で着火確認される着火確認装置、および所定の場
所が異常に加熱された際、その熱により発電された電力
で警報を発する装置に関する。
【0002】
【従来の技術】最近の給湯器やガスコンロなどのガス器
具では、ガス火の着火がユーザーの目に触れないものが
多く、ガスが着火していることをLEDの点灯等で報知
する(ガス着火表示)機能を持つものがある。この従来
のガス着火表示装置は、熱電対と電源となる電池及び表
示用のLEDなどの報知装置およびIC回路で構成され
ており、ガスの着火による昇温を熱電対で検知し、IC
回路による制御で電池から供給される電気を使用し、L
ED等を駆動している。
具では、ガス火の着火がユーザーの目に触れないものが
多く、ガスが着火していることをLEDの点灯等で報知
する(ガス着火表示)機能を持つものがある。この従来
のガス着火表示装置は、熱電対と電源となる電池及び表
示用のLEDなどの報知装置およびIC回路で構成され
ており、ガスの着火による昇温を熱電対で検知し、IC
回路による制御で電池から供給される電気を使用し、L
ED等を駆動している。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】この従来のガス着火表
示装置は、電源である乾電池を必要とするため一定期間
ごとに電池の交換が必要で、使用者にとって煩わしい。
また、センサで検知された入力信号に基づきLEDなど
の報知手段への電力の入出力を制御する回路を必要と
し、複雑で高価となる。また警報報知として使用される
場合には、報知の機会は少ないが駆動のための電源も必
要であり、その電源が電池の場合、装置が駆動している
時点で電池が自然消耗しているという場合もある。
示装置は、電源である乾電池を必要とするため一定期間
ごとに電池の交換が必要で、使用者にとって煩わしい。
また、センサで検知された入力信号に基づきLEDなど
の報知手段への電力の入出力を制御する回路を必要と
し、複雑で高価となる。また警報報知として使用される
場合には、報知の機会は少ないが駆動のための電源も必
要であり、その電源が電池の場合、装置が駆動している
時点で電池が自然消耗しているという場合もある。
【0004】本発明はかかる不都合を解消するもので、
熱をエネルギー源として利用する簡易な加熱報知装置を
提供することを目的とする。
熱をエネルギー源として利用する簡易な加熱報知装置を
提供することを目的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明者は熱電素子を用
いて熱より電力を取り出し、その電力で直接LED、圧
電ブザー、液晶表示等の報知手段を作動させることを考
え、試行錯誤の結果、効率のよい熱電素子を開発し、本
発明を完成したものである。すなわち、本発明の加熱報
知装置は、薄膜基板と該基板上に焼付けられた互いに一
端が接合されたp型およびn型で一対が形成される厚膜
型の熱電材料とからなり炎によって直接加熱される厚膜
熱電素子と、該厚膜熱電素子と閉回路を形成し該厚膜熱
電素子で発電された電力で作動する報知手段とから構成
されていることを特徴とする。
いて熱より電力を取り出し、その電力で直接LED、圧
電ブザー、液晶表示等の報知手段を作動させることを考
え、試行錯誤の結果、効率のよい熱電素子を開発し、本
発明を完成したものである。すなわち、本発明の加熱報
知装置は、薄膜基板と該基板上に焼付けられた互いに一
端が接合されたp型およびn型で一対が形成される厚膜
型の熱電材料とからなり炎によって直接加熱される厚膜
熱電素子と、該厚膜熱電素子と閉回路を形成し該厚膜熱
電素子で発電された電力で作動する報知手段とから構成
されていることを特徴とする。
【0006】本発明の加熱報知装置は、閉回路を形成す
る厚膜熱電素子と報知手段とから構成されている。一般
的に言って、熱電素子としては発電による電力の取り出
しを主目的とする焼結体型のものと、センサーとして利
用されている基板上に形成された薄膜型のものの2種類
がある。焼結体型の熱電素子は体積が大きいこともあ
り、所定温度に加熱するのに時間がかかり、所定出力を
得るために比較的長い時間を必要とする。一方、薄膜型
の熱電素子は、電圧としての出力は早いが、電力として
は極めて微弱である。
る厚膜熱電素子と報知手段とから構成されている。一般
的に言って、熱電素子としては発電による電力の取り出
しを主目的とする焼結体型のものと、センサーとして利
用されている基板上に形成された薄膜型のものの2種類
がある。焼結体型の熱電素子は体積が大きいこともあ
り、所定温度に加熱するのに時間がかかり、所定出力を
得るために比較的長い時間を必要とする。一方、薄膜型
の熱電素子は、電圧としての出力は早いが、電力として
は極めて微弱である。
【0007】薄膜型の熱電素子は、通常セラミックス等
の電気絶縁基板の上にCVDとかPVDの蒸着膜として
形成される。また、特開平1−179376には、粉末
状の熱電材料をペースト化し、基板上に塗布して所定形
状とし、所定温度に加熱して焼付けた焼付け型の薄膜熱
電材料も知られている。本発明では、熱電素子は厚膜熱
電素子を、報知手段はLED、圧電ブザーや液晶表示素
子等、厚膜熱電素子により得られる電力量に応じて適宜
選択して使用することができる。この厚膜熱電素子を使
用することにより加熱によってこれら報知手段を駆動さ
せる電力(電圧)を発生させることができたものであ
る。なお、厚膜とは0.01mm以上の厚さをいう。
の電気絶縁基板の上にCVDとかPVDの蒸着膜として
形成される。また、特開平1−179376には、粉末
状の熱電材料をペースト化し、基板上に塗布して所定形
状とし、所定温度に加熱して焼付けた焼付け型の薄膜熱
電材料も知られている。本発明では、熱電素子は厚膜熱
電素子を、報知手段はLED、圧電ブザーや液晶表示素
子等、厚膜熱電素子により得られる電力量に応じて適宜
選択して使用することができる。この厚膜熱電素子を使
用することにより加熱によってこれら報知手段を駆動さ
せる電力(電圧)を発生させることができたものであ
る。なお、厚膜とは0.01mm以上の厚さをいう。
【0008】さらに、加熱報知装置は応答性がよいこと
が重要である。即ち、ガス火の着火、消火や異常加熱に
対し、時間差をできるだけ短くすることが重要である。
具体的にはガス火の着火、消火に対しては時間差5秒以
内、望ましくは3秒以内で応答するのが好ましい。この
応答性に関し、加熱報知装置の回路中に電気接点をもう
け、この電気接点とガス火の着火スイッチを連動させる
ことにより消火時の応答性については時間差をなくすこ
とができるようになる。着火時の応答性については熱電
素子は先端と基端との温度差に応じて熱起電力が発生す
るため、先端ができるだけ早く昇温すること、及び基端
の昇温がないことを求められる。これを実現するために
は熱電素子の熱容量を小さくする必要がある。
が重要である。即ち、ガス火の着火、消火や異常加熱に
対し、時間差をできるだけ短くすることが重要である。
具体的にはガス火の着火、消火に対しては時間差5秒以
内、望ましくは3秒以内で応答するのが好ましい。この
応答性に関し、加熱報知装置の回路中に電気接点をもう
け、この電気接点とガス火の着火スイッチを連動させる
ことにより消火時の応答性については時間差をなくすこ
とができるようになる。着火時の応答性については熱電
素子は先端と基端との温度差に応じて熱起電力が発生す
るため、先端ができるだけ早く昇温すること、及び基端
の昇温がないことを求められる。これを実現するために
は熱電素子の熱容量を小さくする必要がある。
【0009】熱電素子は高温に直接さらして使われるこ
とから耐熱性がよいことが重要である。たとえばガス火
に直接さらされる場合には1000℃近い耐熱性が求め
られる。そして高い耐久性、具体的には、連続3000
時間以上の耐久性が求められる。本発明の厚膜熱電素子
は上記の要求を満たすもので、薄膜基板とこの基板上に
焼付けられた互いに一端が接合されたp型およびn型で
一端が形成される厚膜型の熱電材料とからなる。
とから耐熱性がよいことが重要である。たとえばガス火
に直接さらされる場合には1000℃近い耐熱性が求め
られる。そして高い耐久性、具体的には、連続3000
時間以上の耐久性が求められる。本発明の厚膜熱電素子
は上記の要求を満たすもので、薄膜基板とこの基板上に
焼付けられた互いに一端が接合されたp型およびn型で
一端が形成される厚膜型の熱電材料とからなる。
【0010】熱電材料は、直火にも耐える耐熱性(〜9
30℃)を持ち、無害である、安価である等から鉄シリ
サイド系熱電半導体が望ましい。また、熱電材料は応答
性をよくするためには厚みをできるだけ薄くする必要が
ある。従来の焼結体は薄くすればその強度が極端に低下
し実用的ではない。そこで、本発明では、セラミックス
または金属の薄膜基板を採用し、その薄膜基板上に厚膜
型の熱電材料を形成する方法を採用した。
30℃)を持ち、無害である、安価である等から鉄シリ
サイド系熱電半導体が望ましい。また、熱電材料は応答
性をよくするためには厚みをできるだけ薄くする必要が
ある。従来の焼結体は薄くすればその強度が極端に低下
し実用的ではない。そこで、本発明では、セラミックス
または金属の薄膜基板を採用し、その薄膜基板上に厚膜
型の熱電材料を形成する方法を採用した。
【0011】セラミックス基板としては、Al2O3やM
gO、ZrO2、フォルステライトなど、1250℃以
上の耐熱性があれば用いることができる。セラミックス
基板の熱膨張係数が鉄シリサイドの熱膨張係数(10〜
12×10-6/℃程度)にできるだけ近い値を持ったも
のが望ましい。基板はできるだけ強度が高く板厚が薄い
ものが好ましいが、薄いセラミックス製の基板は作るの
が困難であり、実用的には0.15〜1.0mm程度が
よい。
gO、ZrO2、フォルステライトなど、1250℃以
上の耐熱性があれば用いることができる。セラミックス
基板の熱膨張係数が鉄シリサイドの熱膨張係数(10〜
12×10-6/℃程度)にできるだけ近い値を持ったも
のが望ましい。基板はできるだけ強度が高く板厚が薄い
ものが好ましいが、薄いセラミックス製の基板は作るの
が困難であり、実用的には0.15〜1.0mm程度が
よい。
【0012】金属基板は薄膜化できるという点で好まし
い材料である。しかし、絶縁性がないため絶縁層が必要
である。金属基板の種類としては熱膨張係数と耐熱性の
点からフェライト系ステンレス鋼が適当であり、その中
でもAlやSiを含有するものがさらに好ましい。金属
はセラミックスに比較し、延性に富むためより薄くで
き、それだけ、より容易に加熱され、より早く所定温度
に加熱できる。基板を形成する金属板の厚さは2.0m
m以下、特に0.3mm以下のものがよい。このように
薄くしても基板の機械的性質を確保できる。
い材料である。しかし、絶縁性がないため絶縁層が必要
である。金属基板の種類としては熱膨張係数と耐熱性の
点からフェライト系ステンレス鋼が適当であり、その中
でもAlやSiを含有するものがさらに好ましい。金属
はセラミックスに比較し、延性に富むためより薄くで
き、それだけ、より容易に加熱され、より早く所定温度
に加熱できる。基板を形成する金属板の厚さは2.0m
m以下、特に0.3mm以下のものがよい。このように
薄くしても基板の機械的性質を確保できる。
【0013】金属基板と熱電材料とを絶縁するための絶
縁層は、熱膨張係数が金属基板および熱電材料とできる
だけ一致させ、かつ、1250℃の耐熱性があるのが好
ましい。また、できるだけ薄く塗布して絶縁性を確保す
る必要がある。厚くなると金属基板の反りの原因とな
る。かかる見地から、金属基板の両面に絶縁層を形成す
ることにより金属基板の反りを防止することができる。
絶縁層の厚さとしては50〜300μm程度が好まし
い。絶縁層としてはセラミックスの薄層を採用できる。
かかる薄層としてはシリカやアルミナを主成分とする絶
縁耐熱塗料が使用できる。また、絶縁層としてガラス質
のものでもよい。
縁層は、熱膨張係数が金属基板および熱電材料とできる
だけ一致させ、かつ、1250℃の耐熱性があるのが好
ましい。また、できるだけ薄く塗布して絶縁性を確保す
る必要がある。厚くなると金属基板の反りの原因とな
る。かかる見地から、金属基板の両面に絶縁層を形成す
ることにより金属基板の反りを防止することができる。
絶縁層の厚さとしては50〜300μm程度が好まし
い。絶縁層としてはセラミックスの薄層を採用できる。
かかる薄層としてはシリカやアルミナを主成分とする絶
縁耐熱塗料が使用できる。また、絶縁層としてガラス質
のものでもよい。
【0014】なお、絶縁層あるいはセラミックス基板と
熱電材料の接合をより確実とするため絶縁層あるいはセ
ラミックス基板上に金属接合層を形成するのが好まし
い。この金属接合層としては、スパッタ法で作製した厚
さ1μm程度のFe薄膜が好ましい。このFe薄膜によ
り熱電材料の密着性が向上し、剥離とか割れなどの欠陥
がなくなる。
熱電材料の接合をより確実とするため絶縁層あるいはセ
ラミックス基板上に金属接合層を形成するのが好まし
い。この金属接合層としては、スパッタ法で作製した厚
さ1μm程度のFe薄膜が好ましい。このFe薄膜によ
り熱電材料の密着性が向上し、剥離とか割れなどの欠陥
がなくなる。
【0015】基板の材質がセラミックスまたは金属であ
るとを問わず、熱電材料を基板の片面のみに形成して
も、基板の両面に形成してもよい。基板の両面に熱電材
料を形成した場合、基板両面の材質は対称となり、熱電
材料と基板との熱膨張率の違いに起因する高温時の熱電
素子の反りを有効に防止でき、熱電素子の機械的強度を
保持できる効果が期待できる。また、一つの素子から得
られる電力を大きくできる効果がある。
るとを問わず、熱電材料を基板の片面のみに形成して
も、基板の両面に形成してもよい。基板の両面に熱電材
料を形成した場合、基板両面の材質は対称となり、熱電
材料と基板との熱膨張率の違いに起因する高温時の熱電
素子の反りを有効に防止でき、熱電素子の機械的強度を
保持できる効果が期待できる。また、一つの素子から得
られる電力を大きくできる効果がある。
【0016】本発明の熱電材料は、互いに一端が接合さ
れたp型およびn型の一対の厚膜型の熱電材料で構成さ
れる。より高電圧を必要とする場合は、一対の厚膜型の
熱電材料を直列に複数対接合することで対応できる。な
お、p型およびn型の一対の厚膜型の熱電材料は直接接
合しても間に他の金属または導電性ペーストを介して間
接的に接合してもよい。
れたp型およびn型の一対の厚膜型の熱電材料で構成さ
れる。より高電圧を必要とする場合は、一対の厚膜型の
熱電材料を直列に複数対接合することで対応できる。な
お、p型およびn型の一対の厚膜型の熱電材料は直接接
合しても間に他の金属または導電性ペーストを介して間
接的に接合してもよい。
【0017】熱電材料としては、通常の熱電材料を使用
できる。即ち、鉄シリサイド、Bi−Te−Sb−Se
系、Si−Ge系または遷移金属珪化物の材料を50原
子%以上含んでいる材料を使用できる。鉄シリサイドの
ドーパント無添加材料の組成をFeSiyとすると、焼
結材の場合、熱電特性の発生する半導体相のβ相とする
ためには、yは1.95〜2.05の極く狭い組成範囲
でなければならない。
できる。即ち、鉄シリサイド、Bi−Te−Sb−Se
系、Si−Ge系または遷移金属珪化物の材料を50原
子%以上含んでいる材料を使用できる。鉄シリサイドの
ドーパント無添加材料の組成をFeSiyとすると、焼
結材の場合、熱電特性の発生する半導体相のβ相とする
ためには、yは1.95〜2.05の極く狭い組成範囲
でなければならない。
【0018】厚膜の場合この組成の材料を焼成すると、
焼成中のSiの選択酸化によりβ相を形成すべきSiが
欠乏状態となりがちである。実験の結果からみると、本
発明の厚膜型の熱電材料では、膜を塗布する際の組成は
2≦y≦4が適当である。特にyが2.5〜3の範囲が
よい。yが2.5以下ではSi量はまだ不十分で焼成後
β相以外にε相やα相などの金属相(低熱電能相)が多
く含まれることが多い。また、yを3以上にするとSi
が過剰となるため、高抵抗率であるSi相が現れるとと
もに適正な焼成温度が高くなり、膜質の低下を招く。
焼成中のSiの選択酸化によりβ相を形成すべきSiが
欠乏状態となりがちである。実験の結果からみると、本
発明の厚膜型の熱電材料では、膜を塗布する際の組成は
2≦y≦4が適当である。特にyが2.5〜3の範囲が
よい。yが2.5以下ではSi量はまだ不十分で焼成後
β相以外にε相やα相などの金属相(低熱電能相)が多
く含まれることが多い。また、yを3以上にするとSi
が過剰となるため、高抵抗率であるSi相が現れるとと
もに適正な焼成温度が高くなり、膜質の低下を招く。
【0019】本発明の厚膜熱電素子はその熱電材料を基
板上に焼付け厚膜型の熱電材料とすることにより形成で
きる。焼付けられた厚膜型の熱電材料の気孔率は小さい
方が次の点で好ましい。すなわち、厚膜型の熱電材料の
気孔率は小さいほど基板に対するよい密着性が得られる
こと、および耐酸化性があがるためである。この点から
みると厚膜の熱電材料の気孔率は40%以下、より好ま
しくは20%以下がよい。
板上に焼付け厚膜型の熱電材料とすることにより形成で
きる。焼付けられた厚膜型の熱電材料の気孔率は小さい
方が次の点で好ましい。すなわち、厚膜型の熱電材料の
気孔率は小さいほど基板に対するよい密着性が得られる
こと、および耐酸化性があがるためである。この点から
みると厚膜の熱電材料の気孔率は40%以下、より好ま
しくは20%以下がよい。
【0020】厚膜型の熱電材料の気孔率を低くするため
に、p型とn型それぞれの熱電材料を独立に基板上でい
ったん溶融状態にして基板上に焼き付け、得られたp型
とn型の一対の熱電材料の間に金属またはCuやAgを
含む導電性ペーストを介して間接的に接合する方法が採
られる。この溶融して焼付ける方法は、熱電材料として
鉄シリサイドを用いた場合に特によい結果が得られる。
に、p型とn型それぞれの熱電材料を独立に基板上でい
ったん溶融状態にして基板上に焼き付け、得られたp型
とn型の一対の熱電材料の間に金属またはCuやAgを
含む導電性ペーストを介して間接的に接合する方法が採
られる。この溶融して焼付ける方法は、熱電材料として
鉄シリサイドを用いた場合に特によい結果が得られる。
【0021】熱電材料を形成する鉄シリサイド材料のド
ーパントはp型にはMnやAl、Bなどを、n型にはC
oを適量添加する。この他にも焼結材と同様なドーパン
トが自由に使用できる。通常は材料にドーパントを添加
するのでxは以下のように記述される。まず、Feと置
換固溶するドーパントの場合、p型ではMn、B、Cr
などが、n型ではCo、Ni、Agがドーパントとして
使用される。この場合、材料組成はFe1-xMxSiyと
記述され、2.5≦y≦3となる。
ーパントはp型にはMnやAl、Bなどを、n型にはC
oを適量添加する。この他にも焼結材と同様なドーパン
トが自由に使用できる。通常は材料にドーパントを添加
するのでxは以下のように記述される。まず、Feと置
換固溶するドーパントの場合、p型ではMn、B、Cr
などが、n型ではCo、Ni、Agがドーパントとして
使用される。この場合、材料組成はFe1-xMxSiyと
記述され、2.5≦y≦3となる。
【0022】Siと置換固溶するドーパントの場合、p
型ではAlが、n型ではP(リン)、Sb、Asなどが
ドーパントとなる。この場合材料組成はFeSiyMxと
記述され、2.5≦y≦3となる。p型とn型ととの一
端を直接接続する方法では、p型とn型の熱電材料の融
点がそれぞれ異なるので、低い温度で溶融した材料が未
溶融の材料中に浸透拡散し、接合部分が高抵抗になり、
熱起電力も低くなる現象が起こる。これを避けるために
は熱電材料組成の粉体の融点以下の温度で焼結して焼付
ける方法を採る。
型ではAlが、n型ではP(リン)、Sb、Asなどが
ドーパントとなる。この場合材料組成はFeSiyMxと
記述され、2.5≦y≦3となる。p型とn型ととの一
端を直接接続する方法では、p型とn型の熱電材料の融
点がそれぞれ異なるので、低い温度で溶融した材料が未
溶融の材料中に浸透拡散し、接合部分が高抵抗になり、
熱起電力も低くなる現象が起こる。これを避けるために
は熱電材料組成の粉体の融点以下の温度で焼結して焼付
ける方法を採る。
【0023】融点以下の焼結により得られる熱電材料の
密度は理論密度の60〜90%と低く、気孔率が10〜
40%になるので耐酸化性に欠ける。参考としてFe
0.98Si2.5Co0.02の粉末を焼結した場合の焼結温度
と気孔率および溶融、未溶融の関係を表1に示す。この
合金の融点は1217.5℃であり、融点より焼成温度
が低くなると気孔率は急激に大きくなる。
密度は理論密度の60〜90%と低く、気孔率が10〜
40%になるので耐酸化性に欠ける。参考としてFe
0.98Si2.5Co0.02の粉末を焼結した場合の焼結温度
と気孔率および溶融、未溶融の関係を表1に示す。この
合金の融点は1217.5℃であり、融点より焼成温度
が低くなると気孔率は急激に大きくなる。
【0024】
【表1】 気孔率が高いため耐酸化性に欠ける熱電材料の耐酸化性
を上げるにはガラス質皮膜を被覆することが効果的であ
る。ガラス質皮膜により気孔を塞ぎ酸化性ガスが気孔内
にはいるのを阻止し、熱電材料の耐酸化性を上げるもの
である。このガラス質皮膜としては珪酸ソーダ、ガラス
粉末または金属アルコキシドを挙げることができる。
を上げるにはガラス質皮膜を被覆することが効果的であ
る。ガラス質皮膜により気孔を塞ぎ酸化性ガスが気孔内
にはいるのを阻止し、熱電材料の耐酸化性を上げるもの
である。このガラス質皮膜としては珪酸ソーダ、ガラス
粉末または金属アルコキシドを挙げることができる。
【0025】本発明の厚膜熱電素子は所定の起電圧およ
び電流を確保するため、例えば報知手段がLEDの場
合、LEDを発光させるには約1.6Vで数mAの電力
必要とするため、p型及びn型で1対が形成される熱電
材料を少なくとも5対、好ましくは6〜10対直列に接
続する。これにより1.6V程度の電圧が得られる。電
流は熱電材料の断面積に関連する。数mAの電流を得る
ため、熱電材料の断面積は、0.1〜0.4mm2以上
とするのが好ましい。報知手段が液晶や電子ブザーの場
合にはLEDより電力を使用しないものもあり、この場
合には形成される熱電素子の対の数はLEDの場合より
小さくてよい。
び電流を確保するため、例えば報知手段がLEDの場
合、LEDを発光させるには約1.6Vで数mAの電力
必要とするため、p型及びn型で1対が形成される熱電
材料を少なくとも5対、好ましくは6〜10対直列に接
続する。これにより1.6V程度の電圧が得られる。電
流は熱電材料の断面積に関連する。数mAの電流を得る
ため、熱電材料の断面積は、0.1〜0.4mm2以上
とするのが好ましい。報知手段が液晶や電子ブザーの場
合にはLEDより電力を使用しないものもあり、この場
合には形成される熱電素子の対の数はLEDの場合より
小さくてよい。
【0026】本発明の加熱報知装置は前述した厚膜熱電
素子と報知手段とをループ状に結線したものである。そ
して加熱により、発電された電力は報知手段に送られ、
報知手段を駆動する。降温時には厚膜熱電素子の先端温
度が下がり基端との温度差が小さくなると発電電力が低
下し、報知手段を駆動させるのに必要な電力以下にな
り、そのまま報知手段が駆動しなくなる。このように本
発明の加熱報知装置は加熱している間報知手段が駆動し
温度が下がると報知手段も駆動しなくなる。ただし、本
発明の加熱報知装置は厚膜熱電素子と報知手段と電気接
点をループ状にして結線することも採用できる。例えば
ガス機器においてガスの着・消火スイッチと電気接点と
を連動させた場合、ガス加熱により厚膜熱電素子で発電
された電力は報知手段に送られ、報知手段を駆動する。
消火とともにガスの着・消火スイッチと連動した電気接
点により、回路のスイッチが切られるため、報知手段に
電力が送られなくなり、報知手段が駆動しなくなる。
素子と報知手段とをループ状に結線したものである。そ
して加熱により、発電された電力は報知手段に送られ、
報知手段を駆動する。降温時には厚膜熱電素子の先端温
度が下がり基端との温度差が小さくなると発電電力が低
下し、報知手段を駆動させるのに必要な電力以下にな
り、そのまま報知手段が駆動しなくなる。このように本
発明の加熱報知装置は加熱している間報知手段が駆動し
温度が下がると報知手段も駆動しなくなる。ただし、本
発明の加熱報知装置は厚膜熱電素子と報知手段と電気接
点をループ状にして結線することも採用できる。例えば
ガス機器においてガスの着・消火スイッチと電気接点と
を連動させた場合、ガス加熱により厚膜熱電素子で発電
された電力は報知手段に送られ、報知手段を駆動する。
消火とともにガスの着・消火スイッチと連動した電気接
点により、回路のスイッチが切られるため、報知手段に
電力が送られなくなり、報知手段が駆動しなくなる。
【0027】
【作用】本発明の加熱報知装置は厚膜熱電素子を開発使
用しているため、膜型ではあるが出力が大きい。このた
め立ち上がりが早く、短時間に所定出力が得られる。
用しているため、膜型ではあるが出力が大きい。このた
め立ち上がりが早く、短時間に所定出力が得られる。
【0028】
【実施例】以下、加熱報知装置の報知手段としてLED
を使用した本発明の実施例を示す。本加熱報知装置の実
施例の着火確認装置の斜視図を図1に示す。この加熱報
知装置は厚膜熱電素子1とLED2と着・消火スイッチ
と連動した電気接点4および導線3とから構成されてい
る。厚膜熱電素子1は金属基板10とこの基板10上に
形成された絶縁膜20、この絶縁膜20に形成された厚
膜型の熱電材料30とで構成されている。
を使用した本発明の実施例を示す。本加熱報知装置の実
施例の着火確認装置の斜視図を図1に示す。この加熱報
知装置は厚膜熱電素子1とLED2と着・消火スイッチ
と連動した電気接点4および導線3とから構成されてい
る。厚膜熱電素子1は金属基板10とこの基板10上に
形成された絶縁膜20、この絶縁膜20に形成された厚
膜型の熱電材料30とで構成されている。
【0029】金属基板10はステンレス製で、厚さ0.
2mm、基端の幅40mm、先端の幅10mm、長さ6
0mmの基板本体11とその基端側の両側辺から下方に
伸びさらに水平方向にのびる幅20mmの脚部12とか
らなる。絶縁膜20はシリカ微粉末を主成分とするセラ
ミックス薄膜で形成され、その厚さは0.2mmであ
る。この絶縁膜20は基板10の基板本体11の上面全
体に形成されている。
2mm、基端の幅40mm、先端の幅10mm、長さ6
0mmの基板本体11とその基端側の両側辺から下方に
伸びさらに水平方向にのびる幅20mmの脚部12とか
らなる。絶縁膜20はシリカ微粉末を主成分とするセラ
ミックス薄膜で形成され、その厚さは0.2mmであ
る。この絶縁膜20は基板10の基板本体11の上面全
体に形成されている。
【0030】熱電材料30は8対を直列に接続したもの
で、各対のp型熱電材料31は基板本体11の左端側辺
に沿って伸びるものを始め1つおきに8本形成されてい
る。各対のn型熱電材料32は各p型熱電材料31と先
端側で横方向に連結され、p型熱電材料31と互いに交
互に8本形成されている。いずれのp型熱電材料31も
Fe0.92Si2.5Mn0.08の組成をもつ粉末から作成さ
れる。また、いずれのn型熱電材料32もFe0.98Si
2.5Co0.02の組成をもつ粉末から作成される。これら
はそれぞれ粒子径約10μmに、テレペン油を配合して
ペースト状にし、絶縁膜2上に塗布され、テレペン油を
加熱除去し、その後1×10-3Torr以下の真空中に
おいて約1200℃に加熱し、p型熱電材料およびn型
熱電材料を焼成し、その後徐冷し焼付けたものである。
徐冷中に760℃の温度で12時間程度保持することに
より熱電材料30にはβ相が析出する。なお、先端側の
p型およびn型の連結部分の幅は、2mm、厚さは0.
2mmである。また、約1200℃に加熱するときの雰
囲気は、還元性雰囲気または不活性ガス中であってもよ
い。
で、各対のp型熱電材料31は基板本体11の左端側辺
に沿って伸びるものを始め1つおきに8本形成されてい
る。各対のn型熱電材料32は各p型熱電材料31と先
端側で横方向に連結され、p型熱電材料31と互いに交
互に8本形成されている。いずれのp型熱電材料31も
Fe0.92Si2.5Mn0.08の組成をもつ粉末から作成さ
れる。また、いずれのn型熱電材料32もFe0.98Si
2.5Co0.02の組成をもつ粉末から作成される。これら
はそれぞれ粒子径約10μmに、テレペン油を配合して
ペースト状にし、絶縁膜2上に塗布され、テレペン油を
加熱除去し、その後1×10-3Torr以下の真空中に
おいて約1200℃に加熱し、p型熱電材料およびn型
熱電材料を焼成し、その後徐冷し焼付けたものである。
徐冷中に760℃の温度で12時間程度保持することに
より熱電材料30にはβ相が析出する。なお、先端側の
p型およびn型の連結部分の幅は、2mm、厚さは0.
2mmである。また、約1200℃に加熱するときの雰
囲気は、還元性雰囲気または不活性ガス中であってもよ
い。
【0031】2本のリード線3はp型熱電材料31とn
型熱電材料32の端部に予めスパッタリングで形成して
おいた純鉄(厚さ0.5μm)の薄膜上にはんだ付けさ
れている。また導電性接着剤で接着することもできる。
LED2としては、赤色発光の市販品1個を使用した。
そして図1に示すように導線3で厚膜熱電素子1、電気
接点4とループ状に結線した。
型熱電材料32の端部に予めスパッタリングで形成して
おいた純鉄(厚さ0.5μm)の薄膜上にはんだ付けさ
れている。また導電性接着剤で接着することもできる。
LED2としては、赤色発光の市販品1個を使用した。
そして図1に示すように導線3で厚膜熱電素子1、電気
接点4とループ状に結線した。
【0032】本実施例の加熱報知装置の厚膜熱電素子1
の先端側をガス炎により加熱すると5秒後にLED2が
淡く発光し始めた。そして約 10秒後に所定の赤色に
なった。また、この厚膜熱電素子に接続する報知手段と
してLEDの代わりに圧電ブザーや液晶表示素子を用い
ることもできる。なお、この厚膜熱電素子1の特性を調
べるためLED2から切り離し、その先端を800℃に
加熱し、基端側を120℃に保持し、温度差を680℃
としたときの熱起電力を測定した。この結果約3Vの熱
起電力が測定された。
の先端側をガス炎により加熱すると5秒後にLED2が
淡く発光し始めた。そして約 10秒後に所定の赤色に
なった。また、この厚膜熱電素子に接続する報知手段と
してLEDの代わりに圧電ブザーや液晶表示素子を用い
ることもできる。なお、この厚膜熱電素子1の特性を調
べるためLED2から切り離し、その先端を800℃に
加熱し、基端側を120℃に保持し、温度差を680℃
としたときの熱起電力を測定した。この結果約3Vの熱
起電力が測定された。
【0033】次に、本実施例で採用した厚膜熱電素子1
の焼成条件、熱電材料の組成、基板の種類ついて検討し
た結果を説明する。熱電材料の組成を検討した結果を図
4に示す。図4は組成FeSixのxの値を横軸に、得
られた各p型およびn型の熱電材料の熱起電力を縦軸に
示す。なお、焼成温度は1217.5℃で行った。Fe
に対するSiの量が、1対2より多いSi量で、両p型
およびn型の熱電材料とともに高い熱起電力が得られる
のがわかる。焼成温度が1180℃以上では、同様な結
果が得られた。
の焼成条件、熱電材料の組成、基板の種類ついて検討し
た結果を説明する。熱電材料の組成を検討した結果を図
4に示す。図4は組成FeSixのxの値を横軸に、得
られた各p型およびn型の熱電材料の熱起電力を縦軸に
示す。なお、焼成温度は1217.5℃で行った。Fe
に対するSiの量が、1対2より多いSi量で、両p型
およびn型の熱電材料とともに高い熱起電力が得られる
のがわかる。焼成温度が1180℃以上では、同様な結
果が得られた。
【0034】次に検討した基板の種類を表2に、基板の
種類により基板の先端側と基端側の温度差と加熱時間と
の関係を図5に示す。図5の結果では、基板の薄いもの
ほど、短時間に先端が高温度に加熱されるのがわかる。
また、セラミックス製のものよりステンレス製のものの
方がより早く加熱されるのがわかった。このことから熱
容量の小さいものがよいことがわかる。なお、厚さ0.
1mmのSUS430は、薄すぎるためだと考えられる
変形がみられ、基板としては満足できるものではなかっ
た。
種類により基板の先端側と基端側の温度差と加熱時間と
の関係を図5に示す。図5の結果では、基板の薄いもの
ほど、短時間に先端が高温度に加熱されるのがわかる。
また、セラミックス製のものよりステンレス製のものの
方がより早く加熱されるのがわかった。このことから熱
容量の小さいものがよいことがわかる。なお、厚さ0.
1mmのSUS430は、薄すぎるためだと考えられる
変形がみられ、基板としては満足できるものではなかっ
た。
【0035】
【表2】
【0036】
【発明の効果】短時間で加熱の有無が報知手段により表
示される極めて単純な加熱報知装置が得られた。この加
熱報知装置は極めて容易にかつ安価に製造できる。
示される極めて単純な加熱報知装置が得られた。この加
熱報知装置は極めて容易にかつ安価に製造できる。
【図1】 実施例の加熱報知装置の実施例の着火確認装
置の斜視図である。
置の斜視図である。
【図2】 熱電材料の材料組成であるFeSixのxと
熱起電力の関係を示す線図である。
熱起電力の関係を示す線図である。
【図3】 基板の種類による加熱経過時間と温度差を示
す線図である。
す線図である。
1…厚膜熱電素子 2…LED 3…導線
4…電気接点 10…金属基板 11…基板本体 12…脚部
20…絶縁膜 30…熱電材料 31…p型熱電材料 32…
n型熱電材料
4…電気接点 10…金属基板 11…基板本体 12…脚部
20…絶縁膜 30…熱電材料 31…p型熱電材料 32…
n型熱電材料
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 FI H01L 35/14 H01L 35/14
Claims (15)
- 【請求項1】 薄膜基板と該基板上に焼付られた互いに
一端が接合されたp型およびn型で一対が形成される厚
膜型の熱電材料とからなり直接加熱される厚膜熱電素子
と該厚膜熱電素子と閉回路を形成し、該厚膜熱電素子で
発電された電力で作動する報知手段とから構成されてい
ることを特徴とする加熱報知装置。 - 【請求項2】 前記一対の厚膜型の熱電材料は前記基板
の両面に形成されている請求項1記載の加熱報知装置。 - 【請求項3】 該基板上に形成された該一対の厚膜型の
熱電材料はガラス質皮膜で被覆されている請求項2記載
の加熱報知装置。 - 【請求項4】 該ガラス質皮膜は珪酸ソーダ、ガラス粉
末または金属アルコキシドからからなる請求項3記載の
加熱報知装置。 - 【請求項5】 該基板は厚さ2.0mm以下で熱膨張係
数が6×10-6/℃〜13×10-6/℃のセラミックス
板である請求項1記載の加熱報知装置。 - 【請求項6】 該セラミックス板はアルミナ、ジルコニ
ア、マグネシア又はフォルステナイトで形成されている
請求項5記載の加熱報知装置。 - 【請求項7】 該基板は、厚さ2.0mm以下で熱膨張
係数が10×10-6/℃〜20×10-6/℃の金属板と
その表面に形成された絶縁層とからなる請求項1記載の
加熱報知装置。 - 【請求項8】 該金属板は厚さが2.0mm以下のステ
ンレス鋼板またはNiを30重量%以上含む耐熱合金板
である請求項7記載の加熱報知装置。 - 【請求項9】 該一対の厚膜型の熱電材料は互いに一端
が直接接合されている請求項1記載の加熱報知装置。 - 【請求項10】 該一対の厚膜型の熱電材料は互いに一
端が他の導電材料を介して間接的に接合されている請求
項1記載の加熱報知装置。 - 【請求項11】 該p型の熱電材料及び該n型の熱電材
料は、鉄シリサイド、Bi−Te−Sb−Se系、Si
−Ge系または遷移金属けい化物の材料を50原子%以
上含んでいる請求項1記載の加熱報知装置。 - 【請求項12】 該鉄シリサイドはβ−FeSi2相を
含む鉄シリサイドである請求項11記載の加熱報知装
置。 - 【請求項13】 該鉄シリサイドはFeSiyで2≦y
≦4である請求項12記載の加熱報知装置。 - 【請求項14】 該鉄シリサイドのドーパントはp型で
はMn、Al、Crの少なくとも一種であり、n型では
Co、Ni、P、Cuの少なくとも一種である請求項1
3記載の加熱報知装置。 - 【請求項15】 前記報知手段はLED、圧電ブザー、
液晶表示素子等である請求項1記載の加熱報知装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP9048775A JPH10247751A (ja) | 1997-03-04 | 1997-03-04 | 加熱報知装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP9048775A JPH10247751A (ja) | 1997-03-04 | 1997-03-04 | 加熱報知装置 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH10247751A true JPH10247751A (ja) | 1998-09-14 |
Family
ID=12812648
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP9048775A Pending JPH10247751A (ja) | 1997-03-04 | 1997-03-04 | 加熱報知装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH10247751A (ja) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2006208359A (ja) * | 2004-12-27 | 2006-08-10 | Toshiba Corp | 光導波路型バイオケミカルセンサチップおよびその製造方法 |
JP2009150908A (ja) * | 2004-12-27 | 2009-07-09 | Toshiba Corp | 光導波路型バイオケミカルセンサチップ及びその設計方法並びに測定対象物の測定方法 |
JP2010032198A (ja) * | 2008-07-01 | 2010-02-12 | Panasonic Corp | 冷蔵庫 |
WO2017094951A1 (ko) * | 2015-11-30 | 2017-06-08 | 박은현 | 가스렌지 |
-
1997
- 1997-03-04 JP JP9048775A patent/JPH10247751A/ja active Pending
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