TWI290004B - Two-wire layered heater system - Google Patents

Description

1290004 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 且更特定言之 本發明係大致有關於電加熱器與控制器 係有關於層式加熱器之溫度感測。 【先前技術】 層式加熱器-般使用在空間受限、當需要在橫跨一表面 &化其加熱輸出、或在-極端淨化或具侵略性的化學應用 中使用。層式加熱器一般包含不同材料之片層，也就是說 被施加於基板之介電材料與電阻材料。介電材料首先被施 加於基板，且提供在基板與電阻材料之間的電氣隔離，且 同時最小化在操作期間之電流滲漏。電阻材料在—預設樣 式之下被施加於介電材料，且提供—電阻式加熱器電路。 層式加熱器同時包括一導線’其連接電阻式加熱器電路至 加熱H控制H ’及-過模塑材料’其可保護導線與電阻電 路之界面處。如前所述，層式加熱器為可高度配合客戶需 求以應用於多種變化之加熱器。 層式加熱器可能是，，厚”膜層、”薄，，膜層、或，，熱熔射"、及 其他的中在此等型式層式加熱器之主要差異為形成片 層之方法。例如，厚膜層加熱器之片層一般採用諸如網版 P刷電路、貼印應用、或膜層列印頭及其他的程序所形成。 :薄膜層加熱器之片層一般採用諸如離子電鑛、賤錢、 化學乳相沉積（CVD)、及物理氣相沉積（PVD)之沉積過程及 其他的所形成。尚有其他不同於薄與厚膜層技術之製程為 熱熔射，其可能包括舉例之火焰喷塗、電漿喷塗、電弧喷 97699.doc 1290004 塗、及HVOF(高速火焰熔射）、及其他的。 已知採用層式加熱器之系統一般包括一分離的溫度感測 器’其經由另一組電氣導線被連接於控制器，再加上另一 組用於電阻式加熱器電路之導線組。溫度感測器通常是被 設置在靠近膜層加熱器及/或為提供加熱器具有溫度迴饋 以用於加熱器控制之處理器的某些位置之熱電耦。無論如 何，熱電耦為相對地佔容積、需要額外的電氣導線、及相 對地無法快速。替代的，—種RTD(電阻式溫度偵測器）可被 結合在層式加熱器之内如同一個別的片層，為獲得更準確 的溫度讀取值，及相較於傳統熱電耦 間。不幸的是，咖亦需要經由-額外的電氣導 於控制$。對於採用有大數量溫度感測器之系、统，用於每 一感測器之相關聯電氣導線的數目為實質的大且造成整體 加熱糸統之增加容積與複雜性。 』例如，此等應用之一為電氣導線對於附加有射出成形模 製系統之加熱系統的增加容積與複雜性。射出成形模製系 統且特別是熱洗道系統，通常包含用於高度氣穴遷模之大 量：嘴’纟中數個零件在單一循環或射出中被模製。噴嘴 通常被加熱以改進樹脂流動，因此在系統中的每一噴嘴， 用於喷嘴加熱器之相關電氣導線組及料被放置在靠近加 =及/或處理器之至少一溫度感測器(例如熱電麵)的電氣 、、必。頁由控制系統繞線至每-嘴嘴。電氣導線之 為一般使用臍帶所完成’其由控制系統分佈至熱燒道 果、糸統。此外，繞線槽—般被輾a進人模製系統之板片 97699.doc 1290004 以繞線導線至每一噴嘴，因此增加電氣導線之數目將外加 熱洗道模製系統之成本與複雜性，且造成整體射出成形模 製系統增加容積。 【發明内容】 在一較佳構造中，本發明提供 與一雙線路控制器之加熱系統。厚膜層加熱器由一基板 配置在基板上之介電層、及一配置在介電層上之電阻声 所構成’其中該電阻層具有充份之溫度係數的電阻特性， 使得電阻層為加熱元件暨溫度感測器。此外，一保護層被 配置在電阻層之上及雙線路控制器利用電阻層之電阻值以 決定厚膜層加熱器之温度，且由是控制加熱器溫度。 在另一構造中，本發明提供一種包含至少一電阻層之層 式加熱器，其中該電阻層具有充份之電阻特性的溫度： 婁:、’使得電阻層為一加熱元件暨一溫度感測器。層式加熱 益進-步包含-被連接至電阻層之雙線路控制器，盆中卞 雙線路控制器利用電阻層之電阻以決定温度’且由是㈣ ::溫度。在本發明之不同的構造中，層式加熱器為一 層加熱器、—薄膜層加熱器、—熱_加熱器、及一 溶膠-凝膠加熱器。 、裔及 在^構造中，本發明提供一種包含至少—熱洗道嗔嘴 被配置在靠近熱淹道喷嘴附近之電阻声，A 阻層具有充份之電阻特性的溫度係數，使 熱元件暨一溫度残 于’阻層為一加 士抵 熱系統進-步包含-祐 電阻層之雙線路控制器，其中該 被連接至 ^制裔利用電阻層 97699.doc 1290004 之電阻以決定溫度’且由是控制加熱器溫度。 此外，本發明提供-種可用於具有至少—溫度感測器輪 入與-電力輸出之現有溫度控制器所使用之加熱系統。本 發明為-改良式，其包含至少—具有至少一電阻層 加熱器，其中該電阻層具有充份之電阻特性的溫度係數， 使得電阻層為一加熱元件暨一溫度感測器。其改良處進— T包含至少-被連接至層式加熱器與温度控制器之雙線路 杈組，其中該雙線路模組利用電阻層之電阻以決定層式加 熱器之溫度’且傳送層式加熱器之溫度至溫度控制器輪 入’及溫度控制器傳送電力輸出至雙線路模組。 在另-構造中，本發明提供—種包含具有至少—電阻層 之層式加熱器，其中該電阻層具有充份之電阻特性的溫^ 係數，使得電阻層為-加熱元件暨一溫度感測器。該加熱 糸統進一步包含一被連接至電阻層之電氣導線’及-經由 電氣導線被連接至電阻層之控制器，其中該控制器利用電 阻層之電阻以決定溫度’且由是控制加熱器溫度。此外， 被連接至層式加熱器與一電力源的共用迴路裝置被連接 =制器’其中該共用迴路裝置提供一由層式加熱器至控 ^之電礼圮路’使付僅需要單一繞線用於加熱系統 作0 —據本考X明之-種方法，所提供之層式加熱器的操作包 含經由：組連接至層式加熱器之電阻元件的導線供應電力 力”、、态，且經由一組通聯於層式加熱器之導線的雙線路 匕制裔w十异電阻几件之溫度，其中該電阻元件為一加熱元 97699.doc 1290004

• I 件暨一溫度感測器。在另一樣式中 、丁 β方法被用以操作連 同於熱澆道喷嘴之層式加熱器。 本發明之進-步領域中將可由在下文所提供之詳細說明 中明顯的瞭解。其應瞭解該詳細說明與特定範例雖然指出 本發明之較佳具體實例，其僅用於舉例之目的非用以限制 本發明之範圍。 【實施方式】 以下之敘述僅做為較佳具體實例特性之範例，非用以限 制本發明、及其應用、或使用。 圖1舉例說明本發明之一項構造的簡化加熱系統方塊圖 樣式，且大致以參考編號10標示。加熱系統10包含一層式 加熱器12、一雙線路控制器14，其較佳的以微處理器為基 礎、及一位於雙線路控制器14之内或被連接於雙線路控制 器14之電源16。如圖式之層式加熱器12經由單一組電氣導 線18被連接於雙線路控制器丨4。電力經由電氣導線丨8被提 供至層式加熱器丨2，且層式加熱器丨2之溫度資訊經由傳送 至雙線路控制器14之同一組電氣導線丨8的指令中所提供。 更特別的是，雙線路控制器14依據所計算之電阻以決定層 式加熱器12之溫度，其技術之一將敘述如下。雙線路控制 器14接著傳送信號至電源16，由是控制層式加熱器12的溫 度。因此，僅需要有單一組的電氣導線丨8而非一組用於加 熱裔及一組用於溫度感測器。 接下來麥考圖2,其顯示層式加熱器12之一種構造，其包 含數個配置在基板20上之片層，其中該基板20可以是配置 97699.doc -10- 1290004 在靠近將被加熱之構件或裝置的個別元件、或構件或裝置 之本身如圖所顯不，片層較佳的包含一介電層22、一電 阻層24、及一保護層26。介電層22提供在基板汕與電阻層 24之間的電氣隔離，在基板2〇上所配置之厚度方面相對應 的於層式加熱器12之電力輸出。電阻層24被配置在介電層 22上，且依據本發明提供二個主要功能。首先，電阻層以 為用方、層式加熱裔12之電阻式加熱器電路，因此可加熱基 板20。再者，電阻層24亦是溫度感測器，其中電阻層以之 電阻被使用以決定層式加熱器12之溫度，此將敘述如後。 保羞層26為較佳的一絕緣體，無論如何依據特定加熱應用 之而求亦可使用绪如導電材料之其他材料，其皆屬於本發 明範圍之内。 進步說明，端末墊片28被配置在介電層22與電阻層24 之間且接觸電阻層24。如前所述，電氣導線3〇接觸端末墊 片28且連接電阻層24於雙線路控制器14(未於圖中示出），用 於電力輸入且用於傳送加熱器溫度資訊至雙線路控制器 14。此外，保護層26被配置在電阻層24上面，較佳的為用 於電氣隔離之一種介電材料且相對於操作環境保護電阻層 24。因為電阻層24功能如同加熱元件與溫度感測器二者， 僅需要一組電氣導線3〇(例如雙線）用於加熱系統1〇，而非一 組用於層式加熱器12及另一組用於分開的溫度感測器。因 此’經由使用依據本發明之加熱系統1〇，用於任何指定加 熱系統之電氣導線的數目可被降低達50〇/〇。此外，因為整 個電阻層24為一溫度感測器加上加熱元件，可偵知整個加 97699.doc -11 - 1290004 熱元件之溫度而非如同諸如熱電耦之傳統溫度感測器僅可 偵知單一點處的溫度。 在本發明如圖3a所示之另一構造中，在此方式中的電阻 層24被配置在基板2〇上，其中基板2〇不是導電性且不需要 經由一分別的介電層達到電氣隔離。如圖顯示，保護層26 如先知所述配置在整個電阻層24上。在圖3b顯示之另一構 造中，電阻層24被配置在基板20上，且未設有介電層22及 /又有保護層26。如前所述，本發明之加熱系統丨〇可在至少 一片層情形下操作（就是電阻層24)，其中該電阻層24為兼具 加熱το件與溫度感測器二者。其他未在此文中敘述之功能 性片層的組合，可依據特定應用之需求被使用，其皆屬於 本發明範圍之内。 一般而言，層式加熱器12被構造成以附加於多種需要被 加熱之衣置所操作，其中之一為將敘述如後之用於射出成 形模製系統之熱澆道喷嘴。此外，層式加熱器12為較佳的 一種厚膜層加熱器，其採用本發明一種樣式之膜層列印頭 所製造。採用厚臈層製程之片層如同美國專利公開案第 5,973,296號所提出與說明’共同讓與本案中請權人且其全 文以引用的方式併入本文中參考。此外厚膜層處理可包括 舉例說明之諸如網版列印、喷塗、滾捲、及轉印與其他方 式。 無論如何，在另一構造中，層式加熱器12為一薄膜層加 熱器’其中該等片層採用諸如離子鍍、賤鑛、化學氣相沉 積（CVD)、及物理氣相沉積（pVD)、及其他的薄膜層製程所 97699.doc -12- 1290004 形成。諸如在美國專利公開案第6,305,923、6,341，954、及 6,575,729號所揭示之膜層製程，全文以引用的方式併入本 文中參考，可被使用於在此文中說明之加熱系統ι〇，其皆 屬於本兔明犯圍之内。纟另一構造中，層式加熱器U為熱 喷鍍加”一 ’丨中该片層採用諸如火焰噴塗、電疲喷塗、 電弧喷塗、及HV〇F(高速火焰炫射）、及其他的熱喷鍛製程 ㈣造。在另—構造中，層式加熱器12為-"溶膠·凝膠"加 熱器’其中該片層採用溶膠·凝膝材料所構造。—般而言， 溶膠-凝膠片層係採用諸如浸塗、捲旋、或塗刷、及其他的 製程所形成。因此’在此文中所使用”層式加熱器"名詞應 該被建構成為包括包含有至少一功能性片層(例如，僅有電 阻層24、電阻層24與保護層26、介電層22與電阻層以與保 護層26、及其他的）之加熱器’其中該片層之形成係經由相 關聯於厚膜層、薄膜層、熱噴鍍、或溶膠_凝膠、及其他的 製程，施加或聚積材料於基板或另一片層所形成。此等製 程亦稱之為"層化製程”或"層化加熱器製程"。 為了電阻層24可提供溫度感測器加上加熱元件之二種功 能，電阻層24為較佳的由一種具有相對高溫度係數之電阻 材料（TCR)所構成。當金屬之電阻隨著溫度增加，在任何溫 度t(°c )之電阻為： R-R〇(l + a t)(公式 1) 其中：Ro為某些參考溫度（通常為〇t)之電阻，及a為電 阻之溫度係數（TCR)。因此，為決定加熱器之溫度，加熱器 之電阻以敘述如後之雙線路控制器14所計算。在一構造 97699.doc -13- 1290004 中’加熱為之端電壓與流過電流係採用雙線路控制器14所 s測，且依據歐姆定律計算電阻。對於熟習該項溫度量測 技術者可依據電阻式溫度偵測器（RTDs)與已知的tcr，利 用公式1或相似公式接著計算出電阻層24之溫度且用於控 制加熱器。 因此，在本發明之一項構造中，一相對的高TCR為較佳 的，使得溫度的小變化造成電阻的大變化。因此，包括諸 如白金（TCR=〇.〇〇39 Ω /Ω /°C )、鎳（TCR=〇.〇〇41 Ω /Q / °C)、或銅（TCR=〇.〇〇39 Ω/Ω/t：)、及在其中合金成分之材 料為較佳的用於電阻層24。 無淪如何，在本發明之其他構造中，用於電阻層24之材 料不舄要必然的具有高TCR。例如，一種負TCR材料或一種 具有非線性TCR材料，應該亦屬於本發明之範圍内，只要 TCR為可預測的。如果所賦予材料之tcr為已知、如果其所 1測的疋在必要的精度範圍内、及如果是可重複或可預 測，那麼該材料可被使用以決定加熱系統1〇之溫度。此等 TCR(包括如所敘述之相對高tcr材料），在下文中稱之為具 有充份之TCR特性。如前所述，在此文中所敘述之材料與 匕們的相關咼TCR，不應被建構為限制本發明之範圍。在 此文中所敘述之相對高TCR，為本發明之一種較佳的構造。 至於其他充份之TCR特性，用於電阻層24之材料必須不 會顯現過度”漂移”，其為多種電阻元件改變特性之傾向， 諸如容積電阻係數或TCR、延時。因此，用於電阻層24之 材料在漂移方面為較佳的穩定或可預測，無論如何對於超 97699.doc -14- 1290004 時之漂移可經由雙線路控制器14之調校予以補償，此將敘 述如後。此外，漂移可經由加熱器之”預燒”以誘導任何可 能在橫跨時間歷程發生之電阻飄移而予以減少或略去。如 前所述，電阻層24為較佳的一種具有相對地高溫度係數電 阻之材料’且其在冰移關係方面為穩定的。無論如何，如 果漂移是可預測的，材料可被用於電阻層同時屬於本發明 範圍之内。 在本發明之一項構造中，電阻層24係以如前所述之列印 一種電阻材料在介電層22上所形成。特別的是，二種電阻 材料RI1與RI2在本發明被測試使用時，其中之TCR在接 近 0.0008 Ω/Ω/t：與接近 0.0016 Ω/Ω/t：之間，且 RI2 之 TCR 在接近 0.0026 Ω/Ω/t：與接近 0.0040 Q/Q/t：之間。 此外，RI1與RI2之溫度漂移在不同的溫度下測試，且漂移 變化由RI1的大約3❶/〇與RI2的大約1〇%。藉由前述之”預燒 π，顯示出漂移已被減少至RI1的大約2%與RI2的大約4%。 用於電阻層24之材料及它們的相對應TCR數值與溫度漂 移，在此文中所敘述為示範性的特性，非用以建構限制本 發明之範圍。先前提出任何具有充份TCR特性之電阻材料 可被用於電阻層24，其皆屬於本發明範圍之内。 因為依據本發明使用具有溫度感測器能力之數種層式加 熱器，雙線路控制器14必須具有加熱器之特定資訊（且特別 是有關於電阻層24) ’以正確的調校整體加熱用於此 等調校之必要參數包括耐寒性、耐寒值被量测之溫度、及 特定的TCR特性（位於一溫度之TCR及/或橫跨一溫度範 97699.doc 15 l29〇〇〇4 圍）’以由加熱器之電阻計算出加熱器的溫度。較佳地，系 j將如下所述利用雙線路控制器14依據所量測的電堡與電 〜自動地計算每-層式加熱器12之财寒性。此外，每一、層 式加熱器12之TCR特性必須採用手動及/或電氣方法被輸二 糸統（例如雙線路控制器14)。此等數值可個別的或用於全部 層式加熱器12之單一數值以輸入，端視諸如用於電阻層24 之材料是否來自共通的製造批次。無論如何，調^資 料’也就是耐寒性、_寒溫度、及每_層式加熱㈣之微 為較佳的被輸入雙線路控制器14，用於更為準確的及控制 加熱系統10之操作。 有多種提供每一層式加熱器122TCR特性與耐寒資料至 雙線路控制器14的方法可被採用，其皆屬於本發明範圍之 内例如，母一層式加熱器12可包括一條碼，其可由操作 者掃描以下載耐寒資料與TCR特性至雙線路控制器14。另 一實施例，一晶片智慧卡或其他電氣裝置可被附裝於每一 層式加熱裔12，其可相似地由操作者掃描以下載調校資料 至雙線路控制器14。同時在另一構造中，調校資料可經由 網際網路（例如經由一供應商網頁）被下載至雙線路控制器 Μ。在一替代實施例，TCR特性與耐寒資料可被預可程式 輸入雙線路控制器14。 除了用於電阻資料與TCR之調校，用於電氣導線3〇之電 阻的補償，亦將依據本發明由加熱系統10所提供。因為電 氣導線3 0將增加電路之電阻’如果未對於所增加之電阻進 行補保’將有可能造成溫度錯誤。此外，用於電氣導線3 〇 97699.doc -16- 1290004 之材料可能具有一 TCR值高於電阻層242TCR值，其將造成 外絡於較高溫度之電氣導線3〇的部位產生更多電阻。因 此’雙線路控制器14亦提供用於導線電阻之調校。 雙線路控制器14為較佳地被設計帶有溫度調校能力，其 進一步降低由於漂移造成長時距的溫度錯誤。溫度調校方 法之一為藉由使用一或多個既存的熱電耦或其他既存的溫 度感測器所完成，以確知溫度與溫度穩定性二者。來自於 熱電耦之溫度資料接著被傳送至雙線路控制器丨4用以計算 電阻。此外所量測層式加熱器12之耐寒性的改變，可被用 以適當的計算新的TCR特性數值。在溫度調校之另一樣式 中，雙線路控制器14為較佳地包含一用於溫度補償參數之 輸入的調校補償特徵。當層式加熱器12之位置為遠離於所 希望感測溫度之最佳位置有某些距離時，此等補償為所希 望的。因此，溫度補償參數可被使用，使得加熱系統1〇所 知:供之溫度’其更為接近代表在最佳位置之實際的溫度。 接著就圖4a-4c所示之層式加熱器12的構造說明，電阻層 24為較佳的被配置在介電層22上，其樣式40將產生針對所 將加熱之指定基板或元件所希望具有之溫度輪廓。圖化顯 示之電阻層24a係依據基板20a之矩形輪廓所產生之矩形樣 式40a。圖4b顯示之電阻層24b係依據基板20b之圓形輪廓所 產生之圓形樣式40b。圖4c所顯示之電阻層24c係依據基板 20c之柱形輪廓所產生之螺旋形樣式40c。此外，樣式4〇a_c 的寬度n Wn及/或節距ΠΡΠ亦可能依據加熱系統之特定加熱 需求予以改變。因此，電阻層24a之樣式為較佳的針對每一 97699.doc 1290004 加熱糸統10之應用予以各製化。在此文中舉例之樣式僅為 範例，非企圖用以限制本發明之範圍。 層式加熱器12包括其每一片層與端末墊片28亦可依據美 國專利公開案第 6,410,894、6,222，166、6,037,574、 5,973,296、及5,714,738號所建構，其共同讓與本發明且其 全文以引用的方式併入本文中參考，其皆屬於本發明範圍 之内。此外，未被涵括於文中之針對專利案的釐清與參考 用之相關另項材料、製造技術、及建構處理方式的他項特 性，對於此等他項特性將併入本文中參考。 雙線路控制器（14) 雙線路控制器14構造之一，如圖5之方塊圖所示。如圖顯 示之雙線路控制器14大致包含一電源5〇、一電壓與電流量 測元件52、一電力調節器元件54、及一通聯於層式加熱器 12之微處理器56。微處理器56亦通聯於一通聯組件58，其 中來自於加熱系統10的特定輸出（例如溫度讀取數）被遞送 出且同時可提供該等輸入（例如更新之TCR值、調校數據、 溫度設定點、電阻設定點）至加熱系統1〇。 接著參考圖6，為更詳細說明雙線路控制器14之電壓量測 7G件52。一般而言，雙線路控制器14在交流電循環跨過〇 值期間施加直流電偏壓或低強度直流電至層式加熱器丨2， 以致電流數值乘上一公稱的加熱器電阻產生產生一電壓， 其為咼於在跨過〇值之全波形電壓，在〇值的每一側邊保持 有一打段。在此時段，層式加熱器12之電壓被放大且相較 方、苓考電壓，及接著控制提供至層式加熱器12之電力，此 97699.doc -18- 1290004 將在此文中進一步敘述。在美國專利公開案第4,736,〇91號 有進一步說明直流電偏壓之應用，其共同讓與本發明之應 用’其全文以引用的方式併入本文中參考。在本發明另一 構造中，交流電流可被用於偏壓以取代直流電偏壓以決定 層式加熱器12之電阻。 如圖式顯示之雙線路控制器14包含一電晶體6〇、一二極 體62、及一第一電阻64,其中第一電阻以結合層式加熱器 12形成電壓分配器。對於直流電偏壓，在跨過〇值期間電晶 體60被開啟一短暫期間（例如2〇〇叩），且當加熱器正接收電 力之負值半循環期間進一步限制電流流過電源5〇(未於圖 中示出）。此外，當層式加熱器12正接收電力之正值半循環 期間，二極體62可限制電流流過電源50。層式加熱器12之 輸出接著經由一第二電阻66被傳送與且進入一包含有放大 器7〇與電阻72、74、及76之運算放大器電路68。因此放大 器7〇之輸出電壓被用以計算電阻及決定層式加熱器12之溫 度，其中該放大器70之輸出電壓為在微處理器56内之類比 對數位轉換所讀取。此外，在直流電偏壓期間，將放大器 7〇之輸出電壓由類比信號轉換成為數位信號，且如果所計 算的電阻或層式加熱器12溫度經藉由一控制運算法則決定 出需要有來自於層式加熱器12之額外的電力，一來自於閘 路控制80之選通脈衝將被遞送至層式加熱器12。如進一步 顯示，一場效電晶體82釘住放大器70之輸入，因此可防止 放大器7 0在正接收電力期間於正與負半循環期間被過度驅 動0 97699.doc -19- 1290004 將進-步敘述如後之微處理器56，一般經由輸出控制 84、偏壓控制86、及加熱器輸入以通聯於所顯示之電路。 此外，微處理器56進一步包含韌體9〇及/或軟體（未於圖中示 出）。韌體90可被可程式用於多種功能，此等包括但不限2 依據IEEE 5丨9之允許電力的半循環遞送或全循環電力以改 進可控制能力。在進-步範例中，物體9〇可包括控制運算 法則以補彳員熱能暫悲回應與其他如前所述之調校資料。因 此，將微處理器56結合直流電偏壓電路使用以決定層式加 熱12溫度及更有效的控制提供電力至層式加熱器丨2。 在圖7進一步分解雙線路控制器14。電源5〇為較佳的非隔 離式且如圖顯示之電容式耦合於線性調節器1〇〇。因此視操 作所需將調節電源50之交流電力向下至特定的數值。進一 步顯不，來自於電源50之通聯於微處理器56的跨過〇值正旋 波（直流電偏壓）。在跨過〇值期間，直流電偏壓經由電晶體 102、二極體1〇4、及電阻106所施加。跨過層式加熱器12 之電壓被放大且以放大器108所補償，且放大器11〇被使用 供做在微處理器56内之用於溫度變異的類比對數位轉換之 參考。 在層式加熱器12之端電壓與電流值的改變之量測係採用 雙放大器112、114及類比開關116、118所完成，其中電壓 信號之改變係經由放大器112與類比開關116、及電流改變 係經由放大器114與類比開關118。如進一步顯示，電流之 改變係使用並聯電阻116所量測。此外，雙線路控制器i 4 包含一閘路控制12 0 ’其在跨過〇值期間為不導電且在每一 97699.doc -20- 1290004 半循環期間為導電。在直流電偏壓期間，如果所量測的電 阻經控制運算法則決定出需要來自於層式加熱器12之額外 的電力’將發生-類比對數位轉換且由閘路控制120遞送一 脈衝。因此，在圖7顯示電路圖中提供二種計算電阻之方 法，即以直流電偏壓電路與並聯電阻電路。此外，雖然本 發明為較佳的量測電壓與電流以決定電阻，替代方式為可 採用諸如電壓閘門或亦可採用已如電流以決定電阻：其皆 屬於本發明範圍之内。 ^白 在另構這中，閘路控制120為較佳的隨機觸發閘路控 制’使得層式加熱器12可在高導電角度被觸發以減少在取 樣期間被遞送至層式加熱器12之能量數量。例如，在 度與340度之導電角度下觸發層式加熱器12可令在12〇出 具有充份之取樣同時降低輸送能量至層式加熱器丨2。替代 的，僅在160度或僅在340度取樣應該是要產生6〇 Hz之取樣 速率，同時進-步減半能量輸人。此外，當採用隨機觸發 閘路控制，當溫度（或在其他的構造中的電阻）趨近於設定點 時，可採用任何速率功能以在較小遞增量中遞送能量。因 此，層式加熱器12在愈來愈高的導電角度被觸發進入全線 循環。 如進一步所顯示，對於雙線路控制器14之通聯進與出發 生於微處理器56之對向側邊。通聯組件58包含一串列光隔 離器122、124、及126，加上無線電收發機128。因此，通 聯可經由多種通信協定所完成，包括在此文中做為舉例之 RS-485通聯。除了其他功能以外，可利用此通聯界面輸入 97699.doc 21 1290004 » 1 調校資料。 拿刃體90經由如圖顯示之連接之lsp(線上程式燒錄開發軟 體）被载入微處理器56。因此，在雙線路控制器_之特定 知改的，χ定（包括如同前述之輸入調校資料）可在一有效方 式下完成。 如圖7所詳細敘述之特定電路元件連同電路元件之數值 與構造（例如電阻值、電容值及其他的）為雙線路控制器14 種構4的範例，其不應構成本發明之限制範圍。如前 所述替代電路元件、構造、及數值以及電阻量測電路拓 撲U輯可被應用在此文中所定義之雙線路控制器，其皆屬 於本發明範圍之内。 熱澆道喷嘴應用 依據本發明原理之加熱系統1()的—項已知應用方式，為 ^ :士圖、8所示之射出成形模製系統的熱澆道喷嘴。熱澆 道喷嘴150為一般被配置在熱操作模系統152之内，其進一 步包m數個模繞線槽154，提供用於電氣導線（未於圖中 丁出）之、、工線，其被配置在靠近熱澆道喷嘴丨5〇至在此文中 、月的雙線路控制器（未於圖中示出）。因為每一加熱器形同 兼具:π熱兀件與如同溫度感測器二者，每一加熱器僅需要 ^ 導線而非一組導線用於加熱器與一組導線用於溫度 巧器。結果，穿過模繞線槽154分佈之導線的數量被心 -半’且相關容積與複雜性可極劇地減少。 *此：’射出成形模製系統裝備-般包括-臍帶164,其由 制扣刀佈至熱操作模系統152，全部導線與其他導線電氣 97699.doc -22- 1290004 元件被配置在其中。藉由本發明所極劇地減少導線之數 量’臍帶164之大小與容積同樣極劇地減少。此外，因為是 以加熱器之整個電阻層感測溫度，所感測之溫度係跨過一 長度而非如同傳統熱電耦般之點狀處。 如圖9、10所示，更詳細說明用於熱澆道喷嘴15〇,之加熱 系統。加熱系統200包含一配置在熱澆道喷嘴150,之本體2〇3 周圍的層式加熱器202、一經由單一組導線205通聯於層式 加熱器202之雙線路控制器204。層式加熱器202進一步包含 一基板206，其被構造以密接在熱澆道喷嘴15〇，之幾何外形 (圖式為柱形）周圍。層式加熱器2〇2進一步包含一配置在基 板206上之電阻層208、一配置在電阻層208上之電阻層 210、及一配置在保護層214上之保護層214。如進一步顯 不’端末墊片216被配置在電阻層208上且接觸於電阻層 210。如前所述，電氣導線205接觸端末墊片216且連接電阻 層2 1 0至雙線路控制器204。結果，對於加熱系統2〇〇僅需要 有一組電氣導線205，而非一組用於層式加熱器2〇2及另一 組用於不同的溫度感測器。 如圖11所示，在另一種構造中的層式加熱器2〇2，被配置在 熱/堯道喷鳴150’之外表220上’而非如先前敘述的在不同的 基板上。類似地，層式加熱器202’包含被配置在外表220上 之’丨電層208、一被配置在介電層2〇8’上之電阻層21〇，、及 被配置在電阻層210’上之保護層214,。端末墊片216,為類 似地被配置在介電層208’上，且接觸電阻層21〇,。如同進一 步所顯示，單一組導線205’連接加熱器2〇2,至雙線路控制器 97699.doc -23- 1290004 204f 〇 在本發明之另一構造中，依據本發明之一模組化方式可 在如圖12所設置與說明之現有採用分離式溫度感測器（例 如熱電耦、電阻式溫度偵測器）之現有控制器，更新加熱系 統。如圖式，雙線路模組230被設置在層式加熱器232與已 存在溫度控制器234之間。溫度控制器234包含溫度感測器 輸入236與電力輸出238。雙線路模組230因此包含如前所述 之雙線路電阻量測電路，且在雙線路模組230之内所計算之 脈度被傳送至已存在之溫度控制器234的溫度感測器輸入 236。依據此等溫度輸入，溫度控制器234經由電力輸出238 控制層式加熱器232。如圖顯示其應瞭解電力控制可能是溫 度控制裔234之一部分或可能是個別的電力控制器240，其 I屬於本發明範圍之内。如前所述，已存在之溫度控制器 可連同雙線路模組230被更新以實現本發明之加熱系統，而 不需要幾乎完全重製作且修改現有系統。 參考如圖13所示，依據本發明之加熱系統的另一構造， 其可舉例說明減少電氣導線，且大致標示為參考號碼3〇〇。 加熱系統300包含一層式加熱器302與一操作如同前述之控 制器304，其中層式加熱器302之一電阻層（未於圖中示出） 同％為一加熱元件與一溫度感測器二者。加熱系統3〇〇進一 步包含一電源306，在一本發明之構造中其較佳的為低電壓 者，其提供電力至層式加熱器302。如圖顯示之層式加熱器 302經由一單一電氣導線3〇8與經由一設定為一共同迴路或 中立端之裝置31〇(例如熱澆道噴嘴系統模組）的本體或構造 97699.doc -24- 1290004 被連接至控制器304 ’其中共用迴路裝置3ι〇提供—由層式 加熱器302至層式加熱器302之電氣迴路。加熱系統_ = 裝置310材料之電氣導電特性以完成電氣電路，且因此需要 限制電源306流過裝置310之電流強度。因此，因為使：裝 置構造310以連接層式加熱器3〇2至控制器3〇4，可略去另二 電氣導線，使該控制器304等效於，，單一線束控制器，，。 本發明之敘述僅做為特性之範例’因此其未脫離本發明 實質之變異者，其皆屬於本發明範圍之内。此等變異不應 視為脫離本發明之精神與範圍。 【圖式簡單說明】 本發明將經由如下之詳細說明與伴隨圖式更易於完全瞭 解，其中： 圖1為依據本發明原理之-項加熱系統的方塊圖； 圖2為依據本發明原理之—項層式加熱器之放大橫切面 視圖； ' 圖3a為依據本發明原理之一項包含有一 t阻層與一保護 層之層式加熱器的放大橫切面視圖； 圖3b為依據本發明原理之一項僅包含有一電阻層之層式 加熱器的放大橫切面視圖； 圖4a為依據本發明内容建構之—電阻層樣式之平面視 圖； 圖4b為依據本發明原理建構之一第二電阻層樣式之平面 視圖； 圖為依據本發明原理建構之一第三電阻層樣式之立視 97699.doc -25- 1290004 圖5為依據本發明原理之一項 ^ 6A ^ ^ μ 、、路控制系統之方塊圖· 口 6為依據本發明内容建構之一 兄㈡， 化電路概要圖； 、雙線路控制系統之簡 圖7為依據本發明内容建構之一 細電路概要圖； 、又線路控制系統之詳 圖8為依據本發明内容建構之應 嘴射之Λ 4 > …用於具有附加熱澆道噴 角耵之加熱系統的射出成形模製、買 視圖； 、展系統之局度氣穴壓模的立 圖9為依據本發明内容建構之一 之側視圖； 頁“道喷嘴加熱系統 ^為依據本發明原理之沿著圖9切線Α·Α的㈣道喷嘴 加熱系統之側向剖視圖； 、 圖11為依據本發明内容建構 冲且辦〜 逐稱之熱澆道噴嘴加熱系統之替 代具體霄例的側向剖視圖； 圖12為依據本發明原理之更新 又啊進入現有糸統之模組化加 熱糸統之概要圖；及 圖13為依據本發明原理採用單一 干綠果之加熱系統的方塊 圖0 在諸圖式中，相同的參考編號標示相同之部件 【主要元件符號說明】 10 加熱系統 12 層式加熱器 14 雙線路控制器 16 電力源 97699.doc -26- 電氣導線 基板 介電層 電阻層 保護層 終端襯墊 電氣導線 樣式 電力源 電壓量測元件 電力調節器元件 微處理器 通信組件 電晶體 第二極體 第一電阻 第二電阻 運算放大器電路迴路 放大 電阻 電阻 電阻 閘路控制 場效電晶體 -27- 1290004 84 輸出控制 86 偏壓控制 88 加熱器輸入 90 韋刃體 100 線性調節器 102 電晶體 104 二極體 106 電阻 108 放大器 110 放大器 112 放大器 114 放大器 116 並聯電阻 116 類比開關 118 類比開關 120 收發器 120 閘路控制 122 光隔離器 124 光隔離器 126 光隔離器 150 熱澆道喷嘴 150f 熱澆道喷嘴 152 熱操作模系統 154 模繞線槽 97699.doc -28- 1290004 164 臍帶 200 加熱系統 202’ 加熱器 203 本體 204 雙線路控制器 204f 雙線路控制器 205 電氣導線 2051 導線 206 基板 208 電阻層 2081 介電層 210 電阻層 210f 電阻層 214 保護層 2141 保護層 216 終端襯墊 216' 終端襯墊 220 外表 230 雙線路模組 232 層式加熱器 234 溫度控制器 236 溫度感測器輸入 238 電力輸出 240 電力控制器 97699.doc -29- 1290004 300 加熱系統 302 層式加熱器 304 控制器 306 電力源 308 電氣導線 310 共用迴路裝置 97699.doc -30-

Claims (1)

1. I29(^fc14號專利巾請案—1 中又申叩專利範圍替換本(％年4月)午^ %修c^)正本 十、申請專利範圍： 〜— 1 · 種加熱系統，包含·· 基板，係罪近將被加熱之一構件配置； 一層式加熱器，係靠近該基板配置，該層式加熱器包 含： “、、w 至少一介電層； 至少一電阻層，係配置在該介電層上，該電阻層具有 充份之溫度係數的電阻特性，使得該電阻層為一加熱元 件及一溫度感測器； … 二連接至該電阻層之電氣導線；以及 雙線路控制器，係透過該二電氣導線連接至該電阻 層，其中該雙線路控制器利用該電阻層之電阻值以決定 該層式加熱器之溫度，且透過該二電氣導線以控制加熱 器凰度其中該加熱器系統提供熱能至將被加熱之構件。 2·如咐求項i之加熱系統，其中該雙線路控制器包含一直流 電偏壓控制以用於該電阻層之電阻的計算。 3·如請求項1之加熱系統，其中該雙線路控制器包含一交流 電偏壓控制以用於該電阻層之電阻的計算。 4·如請求項丨之加熱系統，其中該雙線路控制器包含高導電 角度觸發。 5.如請求項1之加熱系統，其中該雙線路控制器包含一並聯 電阻以用於該電阻層之電阻的計算。 6·如请求項1之加熱系統，其中該雙線路控制器進一步包含 一微處理器。 97699-960119.doc 1290004 7·如請求項〗之加熱系 矩形 ......，/、中該電阻層界定為由螺旋形、 8. 矩^及ϋ频叙群中所㈣之—樣式。 =求項1之加熱系統，其中該雙線路控制器進一步包含 9. 10 #、每、之加熱系統’其中該層式加熱n係選自由厚膜 _ /膜層、熱喷鑛或溶膠.凝膠組成之群組中。 •一種熱澆道噴嘴加熱系統，包含·· 至少一熱澆道喷嘴； 一緊鄰於熱澆道喷嘴配置之基板； 被配置在基板上之介電層； -被配置在介電層上之電阻層’該電阻層具有充份之 溫度係數的電阻特性，使得該電阻層為一加熱元件及一 溫度感測器；及 一被配置在電阻層上方之保護層；及 一被連接於該電阻層之雙線路控制器，其中該雙線路 控制器採用該電阻層之電阻值以決定加熱系統之溫度， 且藉以控制加熱器溫度。 11 一種熱澆道噴嘴加熱系統，包含： 至少一熱澆道喷嘴；及 至；一緊鄰於該熱澆道喷嘴配置之電阻層，該電阻層 具有充份之溫度係數的電阻特性，使得該電阻層為一加 熱元件及一溫度感測器；及 一被連接於該電阻層之雙線路控制器，其中該雙線路 控制器利用電阻層之電阻值以決定加熱系統之溫度，且 97699-960119.doc -2 - 1290004 精以控制加熱器溫度。 12· —種可與具有至少一溫声咸 /皿度α測态輸入與一電力輸出之 有溫度控制一起借用 > ‘勒$ μ 起便用之加熱糸統，其改良處包含·· 至夕層式加熱器，該層式加熱器包含有至少一電阻 層’該電阻層具有充份之電阻特性的溫度係數，使得電 阻層為一加熱元件及一溫度感測器；及 至少一被連接至該層式加熱器與該溫度控制器之雙線 路模組， 1 其中該雙線路模組利用電阻層之電阻以決定層式加熱鲁 器之溫度’且傳送該層式加熱器之溫度至溫度控制器輸 入，及溫度控制器傳送電力輸出至雙線路模組。 13 · —種加熱系統，包含： 一包含有至少一電阻層之層式加熱器，該電阻層具有 充份之電阻特性的溫度係數，使得該電阻層為一加熱元 件及一溫度感測器； 一被連接於該電阻層之電氣導線； 一經由該電氣導線被連接至電阻層之控制器，其中該籲 控制器利用該電阻層之電阻值以決定加熱系統之溫度， 且藉以控制加熱器溫度； 一被連接至該層式加熱器之共用迴路裝置；及 一被連接至該控制器之電力源， 其中該共用迴路裝置提供由該層式加熱器至該控制器 之電氣迴路。 14· 一種操作一層式加熱器之方法，包含以下之步驟： 97699-960119.doc -3 - !29〇〇〇4 將一基板放置於靠近一將被加熱之構件處； 線供應電 經由一連接至層式加熱器之電阻層的電氣導 力至層式加熱器；及 介電層傳送熱能至 自該電阻層經由該層式加熱器之一 該基板，以及 制器計 經由二電氣導線連接至層式加熱器之雙線路押 算電阻層之溫度， I 15. 16· 17. 18. 19· 其中該電阻層為一加熱元件及一溫度感測器。 如請求項14之方法，進—步包含電阻數據調校之步驟 如請求項14之方法，進一步包含導線調校之步騍^ 如請求項14之方法，進一步包含TCR調校之步驟。 一種操作一結合一熱澆道喷嘴系統之層式加熱器的方 法，包含以下之步驟： 如請求項14之方法，進一步包含溫度調校之步驟。 經由一組連接至層式加熱器之電阻層的導線供應電力 至層式加熱器；及 經由一組導線連接至層式加熱器之雙線路控制器計算 電阻元件之溫度， 其中該電阻層為一加熱元件及一溫度感測器。 97699-960119.doc -4 -