JPS6134611B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、一般的に、熱測定技術に関するもの
であり、更に詳細には、単位時間及び単位面積当
たりに壁銭通過する熱量の決定に関するものであ
る。

本発明は、特に、例えば、絶縁材料又は構造要
素の熱伝導率又は熱抵抗を測定するのに使用され
る、熱流束又は熱伝達を測定するための装置、す
なわち、熱流束計（thermal fluxmeter）又は熱
流量（heat flowmeter）に関するものである。

ある厚さの軽量の繊維絶縁材料の測定には、大
きな測定面を有する測定装置を必要とすること
は、公知のところである。

これらの測定を実施するためには、数形式の熱
流束計が既に開発されている。これらの公知の熱
流束計の一つは、電気絶縁材料製の基台を含み、
これは貫通された横切りオリフイスの網状組織及
び直列接続された数個の熱電対を有している。熱
電対の熱接点及び冷接点は、それぞれ、基台の反
対側面の上に置かれ、一方、各熱電対の各導体
は、隣接するオリフイスによつて基台を貫いて延
びていて、一方では、熱接点及び冷接点を相互に
接続し、他方では、熱電対を直列に接続してい
る。このようにして、この直列接続の縁に、すべ
ての熱電対によつて発生された起電力の合計であ
ると共に基台の反対側上における各温度の間の差
の関数である電圧を分配することを可能としてい
る。

それ自身公知の様式で、また、この電圧値を使
用することによつて、熱流束計を通過する熱流束
を決定することができる。

上述の構造を有する熱流束計の一つの公知の配
置においては、各熱電対を連結するため及び熱電
対を相互に連結するために使用される導体は、針
金の片であり、それらは基台のオリフイスの中に
手によつて装入され、それから、好適には、所定
位置に相互に半田付けされなければならないが、
これらの位置は、基台の２側面の上に、電気メツ
キによつて所定位置に固着された小さな導体板に
よつて、あらかじめ決定されているものである。

しかしながら、この従来技術の熱流束計は、次
ぎのように、いくつかの欠点を有している。すな
わち、このような熱流束計の製作は、著しい手作
業を必要とすること（なぜならば、針金の片は、
手によつて装入され、半田付けが順々に同様に手
によつてなされなければならないからである）；
製作に必要とされる時間が、より多数の熱電対が
追加されるにつれて、より長くなること；小さな
片の上への半田付けは、厚過ぎる状態を生じさ
せ、これが高温側と低温側との均等性に影響を与
え、最終的に２個の平らで平行な面を有する熱流
束計を得るためには、部品を型の中において加圧
することが必要であること；針金が十分に細くな
い場合には、熱ブリツジが現われ、従つて、生成
される熱伝導度が測定結果をある程度ゆがめるこ
と；などである。

本発明の目的は、これらの欠点を除去するこ
と、更に詳細には、繰り返しの手作業を全然無く
した方法によつて製作されることができ、従つ
て、製作時間が単位面積当たりの継手、又は、接
続の数には無関係のままである熱流束計を得るこ
とにある。

このようにして、本発明の目的は、熱電対の熱
接点及び冷接点並びにそれらを接続する導体が、
それぞれ、基台の反対側面の上及び基台の中のオ
リフイスの壁の上に置かれた金属被覆によつて形
成されるようにした上に述べた型式の熱流束計を
得ることにある。

このようにして、従来技術の熱流束計において
使用されていた針金並びに半田付けを全然省略す
ることができ、熱電対の接点並びに導体が、メツ
キ（電気メツキ、化学的、又は、他の手段による
施工）及び、例えば、印刷回路の製作において使
用される種類の写真彫刻によつて実施されること
ができる。

本発明によつて得られる利点は、次ぎのとおり
である。

大きな表面積及び種々の形状を有し、生産性が
高く、良好な形状上及び電気的の再生産性を迅速
に与える熱流束計を提供する可能性のあること 接点が一様であること 半田付けの無いことによつて、何らの厚過ぎ状
態の生じないこと 接点の密度を増加させること、すなわち、単位
表面積当たりの接点数を増加させることによつて
感度を向上させること 表面導体を形成する小さな金属板及び基台の高
温側及び低温側から成立つている２個の平面を作
り、これらの２個の平面がより良好な等温性を与
えるようにすることによつて、表面温度が積分さ
れること などである。

以下、本発明をその実施例を示す添附図面に基
づいて説明する。

第１及び２図に示される実施例によると、本発
明による熱流束計のセンサ又はピツクアツプは、
繊維ガラスによつて補強されたエポキシ樹脂（エ
ポキシガラス）のような電気絶縁材料から形成さ
れた基台１から成立つている。この基台１は、剛
性のある。又は、曲げやすい板であつて良く、基
台１の側部表面２及び３に対して垂直に向けられ
た横切るオリフイスの網状組織を含んでいる。こ
の網状組織は、第一組のオリフイス４ａと、それ
と交互に第二組のオリフイス４ｂとから成立つて
いる。

このオリフイスの網状組織は、電気的に直列に
接続されたある個数の熱電対５ａ，５ｂ，５ｃ，
……に接続されているが、その構成は次ぎのとお
りである。

板領域９が、基台１の下側面に施された１層の
金属被覆の一部分として形成されている。この被
覆は、被覆の局所領域を相互に電気的に絶縁して
いる交差すきま、又は、交差みぞ７の網状組織に
よつて、分割されている。局所領域又は局所部分
６ａは、問題の熱電対のオリフイス４ａの壁に対
する被覆から構成された管状の導体部分８に連結
されている。このようにして、このオリフイス４
ａの被覆は、基台１の側部表面２と３との間の電
気的な接続を確立させている。この被覆は、基台
１の上側表面の上に施される金属被覆層の一部分
を形成している局所領域又は板９に連結されてい
る。局所領域９は、下側面におけるみぞ７と同様
であるが、それとは整列していない交差みぞ７の
網状組織によつて、相互に絶縁されている。それ
から、各熱電対は、オリフイス４ｂを包囲する環
状区域の中に、局所領域又は板６及び９の金属と
一諸に熱電接点を形成する金属製のリング１０を
含んでいる。このリング１０は、局所領域又は板
９の層を被覆すると共に基台１のオリフイス４ｂ
の第二組のそれぞれに接続された同様のリングの
網状組織の一部分を形成している。各リング１０
は、基台１の下側３まで延びてると共に、オリフ
イス４ｂを包囲するリング１２に連結されている
金属被覆から成立つている導体部分１１に連結さ
れているが、この金属被覆は、既に上述した板６
に隣接する局所所域又は被覆板６の部分６ｂを被
覆している。

第２図の断面図においては、金属被覆の厚さ
が、図示を明瞭にするために、可成り拡大されて
いることに注意されたい。

各熱電対５ａ，５ｂ，５ｃが、局所領域６及び
９の媒介並びにオリフイス８の中の被覆の媒介に
よつて、一方では、熱電対の直列の組立体の中に
おけるそれに先立つ熱電対に、他方では、この同
じ組立体の中におけるそれに後続する熱電対に、
同様に接続されていることが分かる。

同様に、各熱電対は、リング１０と、このリン
グ１０の下部に置かれた局所領域９の部分とから
成立つている一つの熱接点及びリング１２と、こ
のリング１２の下部に置かれた局所領域６の部分
とから成立つている冷接点を含んでいることも分
かる。

本発明の推奨実施例においては、領域６及び９
は銅製であるが、リング１０及び１２並びに導電
部分１１は、ニツケル製である。これは、メツキ
技術によつて沈澱されることができ且つ適当な熱
電特性を有している金属によつて形成される任意
の熱電対が、使用されることのできるようにする
ことを、意図しているものである。

図示された実施例においては、局所領域６及び
９は、形状が長方形であり、それらの長さはそれ
らの幅の２倍である。その上、各領域６は、基台
１の両側面において、基台１の反対側面における
２個の局所領域の半分と重なり合う関係に置かれ
ているが、この配置は、センサの単位面積当たり
の熱電対の最大の密度を得るのに最も有利である
ことが分かつた。更に、局所領域の寸法は図面に
は明瞭にするために拡大されており、それらの寸
法は、図示されているよりははるかに小さく、こ
れによつて、熱電対の密度が一層増加されること
に注意されたい。

第１図に示されたセンサ又はピツクアツプは、
入力板領域１４に連結された入力端子を有してい
る。この領域は、熱電対の内の一つに対して役立
ち、また、他の熱電対に対して備えられた任意の
他の板領域９又は６の領域の半分から成立つてい
る。同様に、ピツクアツプは、入力に対して既に
部分的に使用されている板領域９又は６の他の半
分である出力板領域１６に接続されている。この
ようにして、第１及び２図に示された熱流束計ピ
ツクアツプによつて発生される熱電圧は、端子１
３及び１５に供給されることができる。

このピツクアツプを製作するためには、次ぎの
手順に従う。すなわち、まず、第一に、剛性のあ
る、又は、曲げやすい基台１が２個の平行な側面
を設けられる。この基台のために選択された材料
は、通常、印刷回路に対する技術において使用さ
れる任意の材料であつて良い。例えば、若しも、
1200℃までの温度容量を有している熱流束計が希
望されるならば、好適には、繊維ガラスによつて
補強されたエポキシ樹脂が使用される。若しも、
200℃までの温度容量が希望されるならば、ポリ
アミド樹脂を含浸されたガラス材料が使用される
ことができる。この基台は、両側面上を、熱電対
の１要素を形成することのできる第一の金属、例
えば、銅のような金属の層で被覆される。この段
階において、両側部上に既に銅を被覆された基台
が使用されると有利である。このような被覆され
た種々の性質の基材は、電子工業の必要のために
市販されている。

それから、第一組のオリフイス４ａが基台の中
に、仕上げられる製品のオリフイスの網状組織の
間隔の２倍である間隔で、切込まれる。その後、
この組立体は銅の沈澱を受けるための準備をさ
れ、その後に、銅メツキが行なわれ、これによつ
て、基台は両側面の上を新しい金属層で被覆され
るが、この層はまた、基台１の中に切込まれたオ
リフイス４ａの壁をも被覆する。

それから、第二組のオリフイス４ｂの切込み
が、第１及び２図に示されたような網状組織を形
成するために、行なわれる。組立体の両側面に、
オリフイス４ｂの両端部に隣接する環状区域に対
応する開口を有するしやへいを与える輪郭に、感
光材料が施される。なお、これらの環状区域は、
リング１０及び１２を形成するために使用される
ものである。

組立体の化学的処理又は洗浄の後に、ニツケル
メツキが施されるが、このメツキは、リング１０
及び１２の形成並びにオリフイス４ｂの内側の被
覆を与える。なお、オリフイス４ａは、あらかじ
めしやへいによつてふさがれている。それから、
組立体はしやへい層を除くために洗浄され、その
後、新たな感光樹脂が、基台の両側部上の板領域
を絶縁するために、みぞ７の輪郭に従つてしやへ
いを与える輪郭に施される。それから、みぞ７が
酸洗（浸セキ）によつて得られる。最後のしやへ
い層の除去後、第１及び２図に示されるようなピ
ツクアツプが得られる。

無論、板領域６及び９を描く形状は、限定され
るものではない。例えば、基台１の対応するオリ
フイスを、第１及び２図に示される配置によつて
得られる結果と同じ結果を得ることを可能とさせ
るバーベル又は他の適当な形状の板領域によつて
接続することもできる。

ピツクアツプの他の変形は、オリフイス４ａ及
び４ｂを異なつた金属（例えば、金及び白金）で
被覆すること及び基台１の側面２及び３を被覆す
るための層に対して第三の金属（例えば、銅）を
選択することにある。その時には、オリフイスの
被覆は、各オリフイスの内側表面を被覆するため
に使用されたのと同じ金属のリングに連結され、
オリフイスに対する被覆と同時に沈澱される。

第３及び４図は、本発明による熱流束計の変形
実施例を示すものである。この変形は、第１図に
示されたようなピツクアツプ１７を含んでいる。
熱電対の個数は、例えば、250×250mmの寸法を有
しているピツクアツプに対して1250個のような、
希望されるだけの数量であることが意図されてい
る。

熱流束計は、例えば、繊維ガラスによつて補強
されたエポキシ樹脂の約0.15mmの厚さを有してい
る下部の保護層１８から成立つている。この保護
層１８の表面の中心に置かれたピツクアツプ１７
は、ピツクアツプの基台と同一の材料、例えば、
繊維ガラスによつて補強され且つピツクアツプ１
７の厚さとほぼ同一、すなわち、例えば、2.4mm
の厚さを有しているエポキシ樹脂製であることが
望ましい周縁保護わく１９によつて包囲されてい
る。

わく１９及びピツクアツプ１７は、同じ材料、
例えば、繊維ガラスで補強されたエポキシ樹脂製
の約２mmの厚さの板２０によつて被覆されてい
る。この板２０の中心にはハウジング２１が配置
されており、その中に、温度探り、例えば、熱流
束計によつて検出される温度の測定を可能とさせ
る白金抵抗を有している探りが置かれる。みぞ２
３が、ハウジング２１をわく１９に接触させ、探
り２２の接続針金が置かれることを許すようにす
る。探り２２並びに接続針金２４は、保護樹脂で
被覆されている。ピツクアツプ１７の端子領域１
４及び１６に隣接するわく１９の側部は、４本の
接続導体を設けられているが、それらの内の２個
２５及び２６は、探り２２の針金２４に接続さ
れ、他の２個１３，１５は、ピツクアツプ１７の
端子１３及び１５を形成している。導体１３，１
５，２５及び２６は、わく１９の側部に対応する
側部に、接着又は他の方法によつて固着された銅
リボンから形成されている。これらのリボンは、
外部導体の接続を許している。接続の個数を減少
させるために、ピツクアツプ支持体が使用され、
これが保護わく１９の縁まで行く延長部と整列さ
れた入力板１４及び出力板１６を有しており、こ
のわく１９が延長部の差し込みを許す開口を有す
るようにすると有利である。この延長部の上に、
導体１３，１５，２５及び２６が、板が形成され
ると同時に形成される。このようにして、板１４
及び１６は、導体１３及び１５と電気的に連結さ
れる。丁度今説明された組立体は、例えば、繊維
ガラスによつて補強された約0.15mmの厚さのエポ
キシ樹脂の層で被覆され、この被覆がエポキシ樹
脂接着剤の助けによつて組立てられた熱流束計を
保護する。この接着剤の重合は、組立てと同時に
周囲温度において行なわれることができるが、こ
の組立ては、例えば、１〜２バールのオーダの圧
力で水圧プレスの助けによつて行なわれる。組立
ての間に、エポキシ樹脂接着剤がピツクアツプ１
７のオリフイス４ａ及び４ｂを充てんすることに
注意されたい。

第５及び６図に示された本発明の他の実施例に
よると、その概念に関しては前に示された図面に
よるピツクアツプと本質的に同一であるピツクア
ツプ２８がわく２９の中にはめられているが、こ
のわく２９は、繊維ガラスによつて補強された約
2.4mmの厚さのエポキシ樹脂から作られることが
望ましい。この場合には、ハウジングがピツクア
ツプ２８それ自体の中心に配置されている。この
ハウジングは、例えば、白金抵抗を有している温
度探り３１をしやへいしている。外部への接続
は、わく２９の一方の側部又はわく２９の縁まで
延びているピツクアツプ２８の基台の延長部の上
に、任意の適当な手段によつて置かれた電導バン
ド３２〜３５によつて行なわれる。

この熱流束計は、同様に、その２側面を覆う、
約0.15mmの厚さを有している繊維ガラスによつて
補強されたエポキシ樹脂から形成された２個の保
護層３６及び３７を含んでいる。

再び第１及び２図を参照するが、これらの図に
は、熱電対５ａ，５ｂ，５ｃ，……が、本発明が
有している可能性を示すために、単に１例として
示されている、ある与えられた設計に従つて配置
されていることが分かる。他の点に関しては、第
１及び２図は、１組の熱電対の取付けを示すだけ
である。

第７及び８図は、本発明によつて得られること
のできる適応性を示すものである。第７図は、２
個の境界を有している熱流束計を示すが、熱電対
の組立体が直列に取付けられ、また、熱電対の配
置は、熱流束計の基台の中においてジグザグ状の
径路を形成している。

第８図は、なお他の熱流束計の略図を示すもの
であるが、これは数個のセンサ４０，４１，４２
及び４３を含んでおり、これらは同心状に配置さ
れ、それぞれ、端子４４〜４７に接続されてい
る。このような熱流束計は、ある与えられた表面
又は面積を通る熱流の等温性を決定するのに特に
有効である。

ここに開示された実施例は、金属沈澱方法によ
る熱流束計の製作のための本発明の技術によつ
て、写真印刷の最終段階に対して使用されるしや
へいだけを変えることによつて、種々の応用に対
して種々の輪郭を有している熱流束計を得ること
ができることを示すものである。

この型式の熱流束計は、一方では、実験室にお
ける測定のために、また、他方では、ある状態に
おいて構造物の中の要素を測定するために使用さ
れる。実験室の測定においては、熱流束ピツクア
ツプとしてか、又は、２個の等温平面のそれら自
身による制御及び相互に関する制御を確保するた
めのゼロピツクアツプとしてか使用される。これ
らの二つの場合における本発明による熱流束計の
主な利点は、大きなピツクアツプを使用すること
のできることにある。その上、それらの頑丈さに
よつて、ある与えられた状態における測定が何ら
の問題無しに可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による熱流束計の感知部分又は
ピツクアツプの斜視図、第２図は第１図の２−２
線断面図、第３図は第１図に示されたピツクアツ
プを含んでいる本発明による熱流束計の一部切断
した略平面図、第４図は第３図の４−４線による
横断面図、第５図は本発明の他の実施例を示す第
３図と同様の平面図、第６図は第５図の６−６線
による横断面図、第７図は熱流束計の中における
熱電対の可能な変形径路の状態を示す略図、第８
図は熱流束計の中の熱電対の他の可能な径路を示
す略図である。 １……基台、２，３……側面、４ａ，４ｂ……
オリフイス、５ａ，５ｂ，５ｃ……熱電対、６
ａ，６ｂ，９……板領域、１０，１２……リン
グ、１１……被覆、１７，２８……ピツクアツ
プ、１８，２７，３６，３７……保護層、１９…
…わく、２０……板、２１……ハウジング、２
２，３１……温度探り。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 横断オリフイスの網状組織を有している電気
   絶縁材料製の基台から形成されたピツクアツプ
   と、直列に接続され且つその温接点及び冷接点が
   それぞれ基台の反対側面上に置かれている数個の
   熱電対とから成立ち、各熱電対の各導体が基台の
   オリフイスを通過しその温接点及び冷接点を相互
   に接続すると共に各熱電対をそれに先立つ熱電対
   及びそれに後続する熱電対に直列に接続するよう
   になつている熱流束計において、導体が基台１の
   対向する側面２，３の上及び基台１の中のオリフ
   イス４ａ，４ｂの壁の上にそれぞれ置かれた金属
   被覆６，８，９，１０，１１，１２によつて形成
   されるようにしたことを特徴とする熱流束計。 ２ 各熱電対５ａ，５ｂ，５ｃ……をそれに先立
   つもの及びそれに後続するものに直列に接続する
   導体と、基台１の第一の側面３を覆う被覆の一部
   と、この熱電対と協同され且つこの熱電対と協同
   される組の中の１対のオリフイスの一つである第
   一のオリフイス４ａの被覆とから成立つている隔
   離された板領域６ａと、基台１の反対側面２を覆
   い且つこの熱電対と協同される他のオリフイス４
   ｂを越えて延びている被覆の一部から成立つてい
   る隔離された板領域９と、第一の側面３の被覆の
   一部から成立ち他のオリフイス４ｂを包囲してい
   る隔離された板領域６ｂの一部とを含んでいる特
   許請求の範囲第１項記載の熱流束計。 ３ 各板領域６又は９が長方形であり、その長さ
   はその幅の２倍であり且つ網状組織のオリフイス
   ４ａ，４ｂの間隔の２倍に等しい特許請求の範囲
   第２項記載の熱流束計。 ４ 板領域がバーベルの形状であり、それぞれ網
   状組織の２個の隣接するオリフイスを包囲するよ
   うにした特許請求の範囲第２項記載の熱流束計。 ５ 各熱電対５ａ，５ｂ，５ｃ，……の接点を相
   互に接続する導体が、この熱電対の他のオリフイ
   ス４ｂの被覆１１から成立ち、基台１の両側上に
   おいてオリフイス４ｂの回りの環状区域を包囲す
   る２個のリング１０，１２がこの被覆１１に電気
   的に接続されると共にそれぞれ基台１の側面２，
   ３の上に置かれた被覆を覆うようにした特許請求
   の範囲第１〜４項のいずれかに記載の熱流束計。 ６ 基台１の側面２，３の上に置かれた被覆及び
   熱電対の間に接続を与えるオリフイス４ａの壁の
   上に置かれた被覆が、例えば、銅のような同一の
   第一の金属から形成され、一方、他のオリフイス
   ４ｂ並びにリング１０，１２の被覆が、例えば、
   ニツケルのような第二の金属から形成され、第一
   の金属と共に熱電対を形成するようにした特許請
   求の範囲第５項記載の熱流束計。 ７ 各熱電対５ａ，５ｂ，５ｃ，……に属する２
   個のオリフイス４ａ，４ｂの被覆が、例えば、金
   と白金とのような異なつた金属から形成され、一
   方、基台１の両側面２，３の被覆が、例えば、銅
   のような第三の金属から形成され、第一の金属と
   共に熱電対を形成するようにした特許請求の範囲
   第５項記載の熱流束計。 ８ 基台１の側面の内の一つ２の任意の領域６
   が、基台１の他の側面３における対応する板領域
   ９の半分に重なり合つている特許請求の範囲第３
   又は７項記載の熱流束計。 ９ 追加して、ピツクアツプ１７；２８を包囲す
   る保護わく２０，２９並びにピツクアツプ及びわ
   くの各側を被覆する組立体の両側上の２個の保護
   層１８，２７；３６，３７を含んでいる特許請求
   の範囲第１〜８項のいずれかに記載の熱流束計。 １０ 温度探り３１のためのハウジング３０がピ
   ツクアツプ２８の中央範囲内に配置された特許請
   求の範囲第９項記載の熱流束計。 １１ ピツクアツプ１７と保護層の内の一つ２７
   との間に板２０が設けられ、ピツクアツプ並びに
   それに包囲するわく１９を被覆し、また、ハウジ
   ング２１が板２０の中にピツクアツプの中心と一
   致する場所に設けられ、温度探り２２がハウジン
   グ２１の中に置かれるようにした特許請求の範囲
   第９項記載の熱流束計。 １２ 網状組織のオリフイス４ａ，４ｂがプラス
   チツク材料を充てんされた特許請求の範囲第９項
   記載の熱流束計。 １３ 対向する側面に金属被覆を有している電気
   絶縁材料製の基台を形成することと、基台の対向
   する側面において相互に部分的に重なり合つてい
   る板領域の中に被覆を横断して延びるオリフイス
   を形成することと、熱接点及び冷接点を基台の対
   向する側面に置いて少なくともいくつかのオリフ
   イスの中に金属被覆を与えることによつてセンサ
   の中に熱電対を形成することとから成立つことを
   特徴とする熱流束計センサの製作方法。