專利名稱：可適應(yīng)分層加熱器系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般地說涉及電加熱器，并且更具體地說，涉及用于在存在局部熱沉的情況下實(shí)現(xiàn)相對(duì)恒定的溫度分布的裝置和方法。
背景技術(shù)：
分層加熱器典型地用在當(dāng)熱輸出需要跨越表面改變時(shí)空間受限的應(yīng)用、需要快速熱響應(yīng)的應(yīng)用、或者用在濕氣或其它污染物可以轉(zhuǎn)移到傳統(tǒng)加熱器中的超清潔應(yīng)用中。分層加熱器一般包括施加到襯底上的不同材料層，即絕緣材料和電阻材料。絕緣材料被首先施加到襯底并且在襯底和帶電的電阻材料之間提供電絕緣，并且還降低操作期間到地的電流泄露。電阻材料被以預(yù)定圖案施加到絕緣材料上并且提供電阻加熱器電路。分層加熱器還包括將電阻加熱器電路連接到電源的引線，典型地由溫度控制器來循環(huán)電源。還典型地通過保護(hù)層來提供應(yīng)變消除和電絕緣，在機(jī)械和電學(xué)上保護(hù)引線到電阻電路接口不與外界接觸。因此，分層加熱器對(duì)于許多加熱應(yīng)用來說是高度可定制的。
分層加熱器可以是“厚”膜、“薄”膜或者“熱噴涂的”，其中這些類型的分層加熱器之間的主要差異是形成各層的方法。例如，典型地使用例如絲網(wǎng)印刷、貼花應(yīng)用或者膜分配頭(film dispensing heads)及其它工藝來形成用于厚膜加熱器的各層。典型地使用例如離子鍍、濺射、化學(xué)氣相沉積(CVD)和物理氣相沉積(PVD)及其它沉積工藝來形成用于薄膜加熱器的各層。與薄膜和厚膜技術(shù)不同的再一系列工藝是那些被稱作熱噴涂工藝的工藝，其例如可以包括火焰噴涂、等離子體噴涂、金屬絲電弧噴涂和HVOF(高速氧燃料)及其它。
在許多加熱應(yīng)用中，為了在操作期間維持相對(duì)穩(wěn)定的狀態(tài)條件，跨越或者沿著加熱對(duì)象(即，例如要加熱的管道或外部環(huán)境的部分)通常需要恒定溫度。例如，為了使噴嘴內(nèi)流動(dòng)的熔融樹脂維持在恒溫和最佳加工粘度，沿著用于注模設(shè)備的熱澆口噴嘴需要恒溫。但是，熱澆口噴嘴的每端相對(duì)于整個(gè)熱澆口噴嘴呈現(xiàn)局部熱沉。一端與歧管連接，這就從加熱器奪走更多熱量，并且另一端—尖端暴露于注入腔/模，這也從加熱器中奪走更多熱量。結(jié)果，沿著熱澆口噴嘴的長度經(jīng)常發(fā)生向熔融樹脂的不均勻傳熱，這轉(zhuǎn)變?yōu)槿廴跇渲牟痪鶆驕囟确植己筒痪鶆蛘扯取．?dāng)熔融樹脂具有不均勻溫度分布時(shí)，所得注模部件經(jīng)常包含缺陷或者甚至可能被弄碎。增加的機(jī)器循環(huán)時(shí)間也是它們的結(jié)果。
為了解決這個(gè)問題，已經(jīng)將現(xiàn)有技術(shù)的熱澆口噴嘴加熱器設(shè)計(jì)成熱澆口噴嘴的兩端局部具有更高的功率密度以補(bǔ)償熱沉。盡管熱沉多少由加熱器的局部更高功率密度所補(bǔ)償，但是沿著熱澆口噴嘴的溫度分布仍沒有實(shí)現(xiàn)恒定水平，并因此在熔融樹脂中保留溫度變化，導(dǎo)致不夠最優(yōu)的工藝。另外，現(xiàn)有技術(shù)的熱澆口噴嘴加熱器典型地沒有辦法補(bǔ)償存在于多滴腔系統(tǒng)內(nèi)的可變熱沉，以及由于噴嘴體自身的制造公差所引起的固有變化。

發(fā)明內(nèi)容
在一種優(yōu)選形式中，本發(fā)明提供了包含加熱對(duì)象和置于該加熱對(duì)象附近的分層加熱器的加熱器系統(tǒng)，所述加熱對(duì)象限定沿其發(fā)生加熱對(duì)象功率梯度的主加熱方向。所述分層加熱器包含限定并聯(lián)電路的至少一個(gè)電阻層，所述并聯(lián)電路包含多個(gè)電阻跡線。所述電阻跡線包含具有較高電阻溫度系數(shù)(TCR)的正溫度系數(shù)材料，并且所述電阻跡線的取向大致與主加熱方向垂直。所述電阻跡線響應(yīng)于加熱對(duì)象功率梯度，使得所述電阻跡線沿著主加熱方向在高熱沉附近輸出附加功率并且在低熱沉附近輸出低功率。
在另一種形式中，提供了一種包含加熱對(duì)象和置于該加熱對(duì)象附近的分層加熱器的加熱器系統(tǒng)，所述加熱對(duì)象限定沿其發(fā)生加熱對(duì)象功率梯度的主加熱方向。所述分層加熱器包含限定串聯(lián)電路的至少一個(gè)電阻層，所述串聯(lián)電路包含多個(gè)電阻跡線。所述電阻跡線包含具有較高BETA系數(shù)的負(fù)溫度系數(shù)材料，并且所述電阻跡線的取向大致與主加熱方向平行。所述電阻跡線響應(yīng)于加熱對(duì)象功率梯度，使得電阻跡線沿著主加熱方向在高熱沉附近輸出附加功率并且在低熱沉附近輸出低功率。
在再一種形式中，提供了一種包含加熱對(duì)象的加熱器系統(tǒng)，所述加熱對(duì)象限定沿其發(fā)生第一加熱對(duì)象功率梯度的至少第一加熱方向和沿其發(fā)生第二加熱對(duì)象功率梯度的至少第二加熱方向。分層加熱器置于所述加熱對(duì)象附近，并且包含由多個(gè)相鄰導(dǎo)體元件組成的第一導(dǎo)電層以及由施加在所述導(dǎo)體元件上的多個(gè)電阻區(qū)組成的電阻層，其中，將至少兩個(gè)電阻區(qū)施加到一個(gè)導(dǎo)體元件上。所述電阻區(qū)包含具有較高BETA系數(shù)的負(fù)溫度系數(shù)材料。所述分層加熱器還包含施加在多個(gè)電阻區(qū)和第二導(dǎo)電層之間的第一絕緣層。所述第二導(dǎo)電層包含施加在電阻區(qū)上并且延伸跨越第一導(dǎo)電層的相鄰導(dǎo)體元件的多個(gè)相鄰導(dǎo)體元件，以及施加在相應(yīng)一對(duì)電阻區(qū)上的一對(duì)焊盤。另外，在第二導(dǎo)電層上方而不在焊盤上方施加第二絕緣層。所述分層加熱器響應(yīng)于第一和第二加熱對(duì)象功率梯度，使得電阻區(qū)沿著第一和第二加熱方向在高熱沉附近輸出附加功率并且在低熱沉附近輸出低功率。
另外，提供了一種包含加熱對(duì)象的加熱器系統(tǒng)，所述加熱對(duì)象限定沿其發(fā)生第一加熱對(duì)象功率梯度的至少第一加熱方向和沿其發(fā)生第二加熱對(duì)象功率梯度的至少第二加熱方向。所述分層加熱器置于加熱對(duì)象附近，并且包含第一導(dǎo)電層和施加在第一導(dǎo)電層上的電阻層，其中，所述電阻層包含具有較高TCR的正溫度系數(shù)材料。在電阻層上施加第二導(dǎo)電層，并且在第二導(dǎo)電層上施加絕緣層。所述分層加熱器響應(yīng)于第一和第二加熱對(duì)象功率梯度，使得電阻層沿著第一和第二加熱方向在高熱沉附近輸出附加功率并且在低熱沉附近輸出低功率。
在本發(fā)明的另一種形式中，提供一種包含限定電路配置的至少一個(gè)電阻層的分層加熱器，所述電路配置包括至少一個(gè)電阻跡線，電阻跡線相對(duì)于加熱對(duì)象取向，并且包含具有使得所述電阻跡線提供與加熱對(duì)象的需求相匹配的功率的溫度系數(shù)特性的材料。
本發(fā)明提供了另一種包含熱澆口噴嘴和置于該熱澆口噴嘴附近的分層加熱器的加熱器系統(tǒng)，所述熱澆口噴嘴限定在熱澆口噴嘴的歧管端和尖端之間延伸的縱軸。所述分層加熱器包含限定并聯(lián)電路的至少一個(gè)電阻層，所述并聯(lián)電路包含多個(gè)電阻跡線。所述電阻跡線包含具有較高TCR的正溫度系數(shù)材料，并且電阻跡線的取向大致與熱澆口噴嘴的縱軸垂直。所述電阻跡線響應(yīng)于在歧管端和尖端之間延伸的加熱對(duì)象功率梯度，使得所述電阻跡線在歧管端和尖端附近輸出附加功率，并且在歧管端和尖端之間輸出低功率。如本文中進(jìn)一步說明并闡述的，用于熱澆口噴嘴的加熱器系統(tǒng)的其它實(shí)施方案分別包含具有PTC(正溫度系數(shù))和NTC(負(fù)溫度系數(shù))材料的并聯(lián)和串聯(lián)電路，以及包含不同功率密度的電阻跡線區(qū)。
在另一種形式中，提供了在加熱對(duì)象附近使用的分層加熱器，所述加熱對(duì)象限定沿其發(fā)生加熱對(duì)象功率梯度的主加熱方向。所述分層加熱器包含限定多個(gè)電阻跡線區(qū)的電阻層，每個(gè)電阻跡線區(qū)包含與相鄰電阻跡線區(qū)不同的功率密度。另外，在電阻跡線區(qū)內(nèi)有多個(gè)電阻跡線，所述電阻跡線形成并聯(lián)電路并且包含具有較高TCR的正溫度系數(shù)材料，并且所述電阻跡線的取向大致與主加熱方向垂直。因此，所述電阻跡線響應(yīng)于加熱對(duì)象功率梯度，使得電阻跡線沿著主加熱方向在高熱沉附近輸出附加功率，并且在低熱沉附近輸出低功率。
在再一種形式中，提供了在加熱對(duì)象附近使用的分層加熱器，所述加熱對(duì)象限定沿其發(fā)生加熱對(duì)象功率梯度的主加熱方向。所述分層加熱器包含限定多個(gè)電阻跡線區(qū)的至少一個(gè)電阻層，每個(gè)電阻跡線區(qū)包含與相鄰電阻跡線區(qū)不同的功率密度。所述電阻層還限定電阻跡線區(qū)內(nèi)的電阻跡線，所述電阻跡線形成串聯(lián)電路，并且包含具有較高BETA系數(shù)的負(fù)溫度系數(shù)材料，并且所述電阻跡線的取向大致與主加熱方向平行。因此，所述電阻跡線響應(yīng)于加熱對(duì)象功率梯度，使得電阻跡線沿著主加熱方向在高熱沉附近輸出附加功率并且在低熱沉附近輸出低功率。
在本發(fā)明的另一種形式中，提供了在加熱對(duì)象附近使用的分層加熱器，所述加熱對(duì)象限定沿其發(fā)生加熱對(duì)象功率梯度的主加熱方向。所述分層加熱器包含限定并聯(lián)電路的至少一個(gè)電阻層，所述并聯(lián)電路包含多個(gè)電阻跡線。所述電阻跡線包含具有較高TCR的正溫度系數(shù)材料，并且所述電阻跡線的取向大致與加熱對(duì)象的主加熱方向垂直。所述電阻跡線響應(yīng)于加熱對(duì)象功率梯度，使得電阻跡線沿著主加熱方向在高熱沉附近輸出附加功率并且在低熱沉附近輸出低功率。
在本發(fā)明的再一種形式中，提供了在加熱對(duì)象附近使用的分層加熱器，所述加熱對(duì)象限定沿其發(fā)生加熱對(duì)象功率梯度的主加熱方向。所述分層加熱器包含限定串聯(lián)電路的至少一個(gè)電阻層，所述串聯(lián)電路包含多個(gè)電阻跡線。所述電阻跡線包含具有較高BETA系數(shù)的負(fù)溫度系數(shù)材料，并且所述電阻跡線的取向大致與主加熱方向平行。所述電阻跡線響應(yīng)于所述加熱對(duì)象功率梯度，使得所述電阻跡線沿著主加熱方向在高熱沉附近輸出附加功率并且在低熱沉附近輸出低功率。
此外，本發(fā)明以另一種形式提供了在加熱對(duì)象附近使用的分層加熱器，所述加熱對(duì)象限定沿其發(fā)生第一加熱對(duì)象功率梯度的至少第一加熱方向和沿其發(fā)生第二加熱對(duì)象功率梯度的至少第二加熱方向。所述分層加熱器包含限定串聯(lián)電路的至少一個(gè)電阻層，所述串聯(lián)電路包含電阻跡線，并且所述電阻跡線包含具有較高BETA系數(shù)的負(fù)溫度系數(shù)材料。所述電阻跡線響應(yīng)于所述加熱對(duì)象功率梯度，使得所述電阻跡線沿著加熱方向在高熱沉附近輸出附加功率并且在低熱沉附近輸出低功率。
本發(fā)明的另一種形式提供了在加熱對(duì)象附近使用的分層加熱器，所述加熱對(duì)象限定沿其發(fā)生第一加熱對(duì)象功率梯度的至少第一加熱方向和沿其發(fā)生第二加熱對(duì)象功率梯度的至少第二加熱方向。所述分層加熱器包含由多個(gè)相鄰導(dǎo)體元件組成的第一導(dǎo)電層以及由多個(gè)施加在所述導(dǎo)體元件上的電阻區(qū)組成的電阻層。將至少兩個(gè)電阻區(qū)施加到一個(gè)導(dǎo)體元件上，所述電阻區(qū)包含具有較高BETA系數(shù)的負(fù)溫度系數(shù)材料。所述分層加熱器還包含施加在多個(gè)電阻區(qū)和第二導(dǎo)電層之間的第一絕緣層。所述第二導(dǎo)電層包含施加在電阻區(qū)上并且延伸跨越第一導(dǎo)電層的相鄰導(dǎo)體元件的多個(gè)相鄰導(dǎo)體元件，以及施加在相應(yīng)一對(duì)電阻區(qū)上的一對(duì)焊盤。另外，在第二導(dǎo)電層上方而不在焊盤上方施加第二絕緣層。所述分層加熱器響應(yīng)于第一和第二加熱對(duì)象功率梯度，使得所述電阻區(qū)沿著第一和第二加熱方向在高熱沉附近輸出附加功率并且在低熱沉附近輸出低功率。
本發(fā)明的可選形式提供了一種在加熱對(duì)象附近使用的分層加熱器，所述加熱對(duì)象限定沿其發(fā)生第一加熱對(duì)象功率梯度的至少第一加熱方向和沿其發(fā)生第二加熱對(duì)象功率梯度的至少第二加熱方向。所述分層加熱器包含第一導(dǎo)電層和施加在第一導(dǎo)電層上的電阻層，所述電阻層包含具有較高TCR的正溫度系數(shù)材料。所述分層加熱器還包含施加在電阻層上的第二導(dǎo)電層和施加在第二導(dǎo)電層上的絕緣層。所述分層加熱器響應(yīng)于第一和第二加熱對(duì)象功率梯度，使得所述電阻層沿著第一和第二加熱方向在高熱沉附近輸出附加功率并且在低熱沉附近輸出低功率。
在另一種形式中，提供了一種分層加熱器，其包含第一電阻跡線、在第一電阻跡線的一端形成的正極焊盤、以及在第一電阻跡線的另一端形成的負(fù)極焊盤。另外，在第一電阻跡線附近形成第二電阻跡線，在第二電阻跡線的一端形成正極焊盤，并且在第二電阻跡線的另一端形成負(fù)極焊盤。此外，在第一電阻跡線和第二電阻跡線的上方，但不在焊盤上方形成絕緣層，其中，在第一電阻跡線的一端形成的正極焊盤適合連接到在第二電阻跡線的一端形成的正極焊盤，并且在第一電阻跡線的另一端形成的負(fù)極焊盤適合連接到在第二電阻跡線的另一端形成的負(fù)極焊盤，從而形成并聯(lián)電路配置。
根據(jù)本發(fā)明的方法，激勵(lì)包含限定電路配置的至少一個(gè)電阻層的分層加熱器，其中，所述電路配置包含至少一個(gè)電阻跡線，所述電阻跡線相對(duì)于加熱對(duì)象取向，并且包含具有使得所述電阻跡線提供與加熱對(duì)象的需求相匹配的功率的溫度系數(shù)特性的材料。
本發(fā)明的再一個(gè)實(shí)施方案包含在圓形加熱對(duì)象附近使用的分層加熱器，所述加熱對(duì)象限定沿其發(fā)生加熱對(duì)象功率梯度的徑向延伸的主加熱方向。所述分層加熱器包含限定并聯(lián)電路的至少一個(gè)電阻層，所述并聯(lián)電路包含沿圓周排列的多個(gè)電阻跡線。所述電阻跡線包含具有較高TCR的正溫度系數(shù)材料，并且所述電阻跡線的取向大致與圓形加熱對(duì)象的主加熱方向垂直。因此，所述電阻跡線響應(yīng)于加熱對(duì)象功率梯度，使得所述電阻跡線沿著主加熱方向在高熱沉附近輸出附加功率并且在低熱沉附近輸出低功率。
在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方案中，提供了一種在圓形加熱對(duì)象附近使用的分層加熱器，所述加熱對(duì)象限定沿其發(fā)生加熱對(duì)象功率梯度的徑向延伸的主加熱方向。所述分層加熱器包含多個(gè)區(qū)域，每個(gè)區(qū)域包含沿圓周排列并且處于并聯(lián)電路配置的多個(gè)電阻跡線。所述電阻跡線包含具有較高TCR的正溫度系數(shù)材料，并且所述電阻跡線的取向大致與圓形加熱對(duì)象的主加熱方向垂直。所述電阻跡線響應(yīng)于加熱對(duì)象功率梯度，使得所述電阻跡線沿著主加熱方向并且在每個(gè)區(qū)域內(nèi)在高熱沉附近輸出附加功率并且在低熱沉附近輸出低功率。
本發(fā)明的其它應(yīng)用領(lǐng)域從下文提供的詳細(xì)說明中將變得明顯。應(yīng)當(dāng)理解，下面詳細(xì)的說明和具體的實(shí)施例在表明本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方案的同時(shí)打算只用于舉例說明的目的，并且沒有打算限制本發(fā)明的范圍。


本發(fā)明將從下面詳細(xì)的說明書和附圖中變得更好理解，附圖中圖1a是根據(jù)本發(fā)明原理構(gòu)造的分層加熱器的側(cè)視圖；圖1b是根據(jù)本發(fā)明原理構(gòu)造的分層加熱器沿著圖1a的線A-A截取的放大的部分剖面?zhèn)纫晥D；圖2是根據(jù)本發(fā)明原理，具有加熱對(duì)象功率梯度的熱澆口噴嘴形式的加熱對(duì)象的側(cè)面正視圖；圖3是根據(jù)本發(fā)明原理，包含具有并聯(lián)電路配置和具有較高電阻溫度系數(shù)(TCR)的正溫度系數(shù)(PTC)材料的分層加熱器的分層加熱器系統(tǒng)的平面圖；圖4是根據(jù)本發(fā)明原理，具有并聯(lián)電路配置和具有較高TCR的PTC材料的分層加熱器的熱澆口噴嘴應(yīng)用的側(cè)面正視圖；圖5是根據(jù)本發(fā)明原理，具有并聯(lián)電路配置和電阻跡線區(qū)具有較高TCR的PTC材料的分層加熱器的熱澆口噴嘴應(yīng)用的側(cè)面正視圖；圖6是闡述根據(jù)本發(fā)明原理，當(dāng)應(yīng)用于具有電阻跡線區(qū)的設(shè)計(jì)的電阻跡線時(shí)，本發(fā)明的教導(dǎo)的裁剪效應(yīng)的圖；圖7是具有用于引線的接線端并且根據(jù)本發(fā)明原理制造的分層加熱器的一個(gè)實(shí)施方案的側(cè)面正視圖；圖8是根據(jù)本發(fā)明原理，包含具有含有多個(gè)電阻跡線的串聯(lián)電路配置和具有較高BETA系數(shù)的負(fù)溫度系數(shù)(NTC)材料的分層加熱器的分層加熱器系統(tǒng)的平面圖；圖9是根據(jù)本發(fā)明原理，包含具有含有一個(gè)電阻跡線的串聯(lián)電路配置和具有較高BETA系數(shù)的負(fù)溫度系數(shù)(NTC)材料的分層加熱器的分層加熱器系統(tǒng)的平面圖；圖10是根據(jù)本發(fā)明原理，具有串聯(lián)電路配置和具有較高BETA系數(shù)的NTC材料的分層加熱器的熱澆口噴嘴應(yīng)用的側(cè)面正視圖；圖11是闡述根據(jù)本發(fā)明原理，具有串聯(lián)電路配置和具有較高BETA系數(shù)的NTC材料以提供一個(gè)以上主加熱方向的分層加熱器結(jié)構(gòu)的一系列平面圖；圖12是闡述根據(jù)本發(fā)明原理，具有并聯(lián)電路配置和具有較高TCR系數(shù)的PTC材料以提供一個(gè)以上主加熱方向的分層加熱器結(jié)構(gòu)的一系列平面圖；圖13是根據(jù)本發(fā)明原理，置于圓形加熱對(duì)象附近的分層加熱器系統(tǒng)的平面圖，其具有并聯(lián)電路配置和具有較高電阻溫度系數(shù)(TCR)的正溫度系數(shù)(PTC)材料；及圖14是置于具有多個(gè)區(qū)域的圓形加熱對(duì)象附近并根據(jù)本發(fā)明原理制造的分層加熱器系統(tǒng)的平面圖。
全體附圖的幾個(gè)視圖中，相應(yīng)的附圖標(biāo)記表示相應(yīng)的部件。
具體實(shí)施例方式
下面優(yōu)選實(shí)施方案的說明本質(zhì)上只是舉例說明并且決不限制本發(fā)明、其應(yīng)用或用途。
參考圖1a和1b，提供了由附圖標(biāo)記10表示的分層加熱器的一般性圖示和描述。一般來說，分層加熱器10包含置于襯底12上的許多層，其中襯底12可以是置于要加熱的部件或裝置(未顯示)附近的單獨(dú)元件，或者襯底12自身可以是該部件或裝置。下文中將該部件或裝置稱作“加熱對(duì)象”，應(yīng)將其解釋為意指打算加熱的任意裝置、實(shí)體或介質(zhì)，例如加熱器相鄰的物理對(duì)象或者環(huán)境，如空氣、流體。因此，術(shù)語部件、裝置或?qū)ο笱b置及其它不應(yīng)解釋為限制了本發(fā)明的范圍。本發(fā)明的教導(dǎo)可應(yīng)用于任意加熱對(duì)象，與加熱對(duì)象的形式和/或組成無關(guān)。
如圖1b中所示，所述層一般包含絕緣層14、電阻層16和保護(hù)層18。絕緣層14在襯底12和電阻層16之間提供電絕緣，并且在襯底12上形成，其厚度與分層加熱器10的功率輸出、施加電壓、目的應(yīng)用溫度或者它們的組合相匹配。電阻層16在絕緣層14上形成并且為分層加熱器10提供加熱器電路，從而給襯底12提供熱量。保護(hù)層18在電阻層16上形成并且優(yōu)選是絕緣體，但是，根據(jù)具體加熱應(yīng)用也可以使用其它材料，例如導(dǎo)電或?qū)岵牧稀?br> 如進(jìn)一步所示，焊盤20一般置于絕緣層14上并且與電阻層16接觸。因此，電線22與焊盤20接觸并且將電阻層16連接到電源(未顯示)。(為了清晰起見只顯示了一個(gè)焊盤20和一根電線22，并且應(yīng)當(dāng)理解，在分層加熱器中通常存在兩個(gè)焊盤20，每個(gè)焊盤20具有一根電線22)。焊盤20不必與絕緣層14接觸，只要焊盤20以某種形式與電阻層16電連接就行。如進(jìn)一步所示，保護(hù)層18在電阻層16上形成并且一般是用于和操作環(huán)境電絕緣并且保護(hù)電阻層16的絕緣材料。因此，保護(hù)層18可以覆蓋焊盤20的一部分，如圖所示，只要留下足夠的面積來進(jìn)行與電源的電連接便可。
此處使用的術(shù)語“分層加熱器”應(yīng)當(dāng)解釋為包括含有至少一個(gè)功能層(例如絕緣層14、電阻層16和保護(hù)層18等)的加熱器，其中，通過使用與厚膜、薄膜、熱噴涂或者溶膠-凝膠等相關(guān)的工藝向襯底或者另一層上施加或者蓄積材料來形成所述層。還將這些方法稱作“分層工藝”、“成層工藝”或者“分層加熱器工藝”。這些工藝和功能層在共同待審的申請日為2004年1月6日、標(biāo)題為“Combined LayeringTechnologies for Electric Heaters”的美國專利申請第10/752,359號(hào)中詳細(xì)地描述，該專利與本申請共同轉(zhuǎn)讓并且其全部內(nèi)容在這里通過引用而并入。
現(xiàn)在參考圖2，顯示了加熱對(duì)象30，以本發(fā)明的示例形式作為熱澆口噴嘴來舉例說明。應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明的教導(dǎo)不局限于熱澆口噴嘴并且可應(yīng)用于許多其它加熱對(duì)象。因此，熱澆口噴嘴應(yīng)用的描述和說明不應(yīng)解釋為限制本發(fā)明的范圍。
如圖所示，熱澆口噴嘴30限定近端32和遠(yuǎn)端36。與注模機(jī)的歧管34相鄰地固定或者布置近端32，并且通常稱作“尖端”的遠(yuǎn)端36與鑄模38相鄰，在注模工藝期間在鑄模38形成部件。如圖所示，熱澆口噴嘴30包含主加熱方向39，如直接在熱澆口噴嘴30下方的圖所示，沿著該方向發(fā)生加熱對(duì)象功率梯度。一般而言，由于歧管34的熱沉，在近端32處需要更大功率。相似地，由于鑄模38的熱沉，在遠(yuǎn)端36處需要更大功率。因此，作為這些熱沉的結(jié)果，發(fā)生功率梯度，當(dāng)基本上等溫輸出時(shí)這是不期望的，或者期望均勻熱分配以加熱流過熱澆口噴嘴30的熔融樹脂。
現(xiàn)在參考圖3，闡述根據(jù)本發(fā)明一種形式的分層加熱器系統(tǒng)并且一般性地由附圖標(biāo)記40表示。如圖所示，分層加熱器系統(tǒng)40包含限定如前面所述沿其發(fā)生加熱對(duì)象功率梯度的主加熱方向44的加熱對(duì)象42。在端部46(虛線表示)處存在熱沉，并且在端部48(虛線表示)處存在另一個(gè)熱沉，這些熱沉在這些位置表示只是為了舉例說明的目的。應(yīng)當(dāng)理解，只要存在加熱對(duì)象功率梯度，就沿著主加熱方向44存在一個(gè)或多個(gè)熱沉。另外，加熱對(duì)象42可以是許多應(yīng)用之一，例如前面所述的熱澆口噴嘴及許多其它應(yīng)用，并且為了在描述本發(fā)明的操作原理中清晰起見，以兩維加熱對(duì)象舉例說明。下面將更詳細(xì)地描述并說明本發(fā)明的教導(dǎo)應(yīng)用于三維加熱對(duì)象，如熱澆口噴嘴。
再如圖所示，分層加熱器系統(tǒng)40包含置于加熱對(duì)象42附近的分層加熱器50。分層加熱器50包括電阻層52，其中，多個(gè)電阻跡線54、56、58和60限定如圖所示的并聯(lián)電路，電源施加給第一電源總線62和第二電源總線64。如圖所示，電阻跡線54、56、58和60的取向大致與主加熱方向垂直，其目的將從下面材料和電路原理的說明中變得明顯。另外，只舉例說明了四(4)個(gè)電阻跡線并且不應(yīng)解釋為限制本發(fā)明的范圍。
電阻跡線的材料優(yōu)選是具有較高電阻溫度系數(shù)(TCR)的正溫度系數(shù)(PTC)材料。例如，在本發(fā)明的一個(gè)形式中，令人滿意地使用1,500ppm/℃的TCR值，其轉(zhuǎn)換成溫度每降低1攝氏度(℃)功率大約增加0.15％。根據(jù)熱沉的程度，通過選擇具有特定TCR值的材料，可以向電阻跡線中設(shè)計(jì)每度溫度變化或多或少的功率。TCR值越高，將向熱沉區(qū)輸送的附加功率越多，并且同樣，TCR值越低，將向熱沉區(qū)輸送的附加功率越少。因此，可以根據(jù)本發(fā)明的教導(dǎo)，使用具有不同TCR值的廣泛材料，并且本文描述的實(shí)施例不應(yīng)解釋為限制了本發(fā)明的范圍。只要電阻跡線材料的TCR特性使得由于局部熱沉的溫度變化引起電阻跡線的相應(yīng)電阻變化，其轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的功率變化以補(bǔ)償熱沉，這種TCR特性就應(yīng)該解釋為落在本發(fā)明的范圍內(nèi)。
在并聯(lián)電路中，每個(gè)電阻跡線54、56、58和60兩端的電壓保持不變，因此，如果特定電阻跡線，如54中的電阻增加或減小，則根據(jù)恒定的外加電壓，電流肯定相應(yīng)地減小或增加。由于沿著端部46和48的熱沉，位于端部46和48附近的電阻跡線54和56將必然溫度較低。因此，通過具有較高TCR的PTC材料，在相對(duì)于跡線56和58的溫度的較低溫度下，電阻跡線54和60的電阻也將減小。另外，通過恒壓電源，相對(duì)于跡線56和58中的電流，流過電阻跡線54和60的電流將增加，因此產(chǎn)生更高的功率輸出來補(bǔ)償熱沉。盡管更高的功率輸出將反過來驅(qū)使電阻跡線54和60的溫度上升，端部46和48附近的總功率將高于端部46和48之間(即穿過存在較低熱沉的電阻跡線56和58)的功率輸出。
因此，在端部46和48的區(qū)域中，或者更高熱沉的區(qū)域中，分層加熱器50的功率將增加以補(bǔ)償熱沉或者端部46和48的附加吸取。因此，分層加熱器50的功率輸出的增加使得加熱系統(tǒng)能夠使功率輸出與加熱對(duì)象42的需求相匹配。
通過電阻跡線54、56、58和60的取向大致與主加熱方向垂直，電阻跡線54、56、58和60的材料能夠?qū)τ谘刂骷訜岱较虻募訜釋?duì)象功率梯度最高效且有效地作出反應(yīng)。例如，如果電阻跡線的取向與主加熱方向平行，并且跨越電阻跡線維持恒壓，則電流將不能夠在沿著電阻跡線的不同位置改變以補(bǔ)償加熱對(duì)象功率梯度。因此，在沿著主加熱方向具有加熱對(duì)象功率梯度的并聯(lián)電路和具有較高TCR的PTC材料中，當(dāng)電阻跡線的取向大致與主加熱方向垂直時(shí)，本發(fā)明的操作原理是最有效的。
現(xiàn)在參考圖4，在用在熱澆口噴嘴72中的分層加熱器系統(tǒng)70的另一個(gè)實(shí)施方案中，舉例說明本發(fā)明的原理。如圖所示，分層加熱器系統(tǒng)70包括限定在歧管端76和尖端78之間延伸的縱軸74的熱澆口噴嘴72。分層加熱器系統(tǒng)70還包括置于熱澆口噴嘴72附近的分層加熱器80，其中，分層加熱器80包括如圖所示限定并聯(lián)電路的至少一個(gè)電阻層82。該并聯(lián)電路限定包含具有較高TCR的PTC材料的多個(gè)電阻跡線84、86、88和90。應(yīng)當(dāng)理解，只舉例說明了四(4)個(gè)電阻跡線84、86、88和90，并且不應(yīng)解釋為限制了本發(fā)明的范圍。此外，可以根據(jù)與本申請共同轉(zhuǎn)讓的美國專利第5,973,296號(hào)的教導(dǎo)來制造所述分層加熱器，該專利全部內(nèi)容在這里通過引用而并入。另外，可以根據(jù)美國專利第6,575,729號(hào)的教導(dǎo)來制造所述分層加熱器，該專利全部內(nèi)容在這里也通過引用而并入。例如，可以直接向熱澆口噴嘴72的外表面上施加分層加熱器70，或者可以向單獨(dú)的襯底(未顯示)，例如置于熱澆口噴嘴72周圍的套管上施加分層加熱器70。這些使用或者不使用單獨(dú)襯底的制造技術(shù)在共同享有的美國專利第5,973,296號(hào)中更詳細(xì)地說明，該專利全部內(nèi)容在這里通過引用而并入。
再如圖所示，電阻跡線84、86、88和90的取向大致與熱澆口噴嘴72的縱軸74垂直。因此，如前面所述，電阻跡線84、86、88和90響應(yīng)于在歧管端76和尖端78之間延伸的加熱對(duì)象功率梯度，使得電阻跡線84和90輸出附加功率并且電阻跡線86和88輸出低功率。結(jié)果，分層加熱器系統(tǒng)70沿著縱軸74或者主加熱方向能夠提供更等溫的溫度分布，其轉(zhuǎn)變成流過熱澆口噴嘴72的熔融樹脂(未顯示)中的更恒定溫度分布。
現(xiàn)在參考圖5，將本發(fā)明的原理應(yīng)用于具有補(bǔ)償熱沉的設(shè)計(jì)的電阻跡線圖案的熱澆口噴嘴72。如圖所示，分層加熱器系統(tǒng)100包含熱澆口噴嘴72和置于熱澆口噴嘴72附近的分層加熱器102。如前面所述，熱澆口噴嘴72限定在歧管端76和尖端78之間延伸的縱軸74，并且在歧管端76和尖端78之間發(fā)生加熱對(duì)象功率梯度。再如圖所示，分層加熱器102包括限定多個(gè)電阻跡線區(qū)106、108和110的至少一個(gè)電阻層104。電阻跡線區(qū)106和110每個(gè)分別以電阻跡線112和114的形式具有更高的功率密度，電阻跡線112和114比電阻跡線區(qū)108中的電阻跡線116相隔更近。因此，每個(gè)電阻跡線區(qū)(如106)包含與相鄰電阻跡線區(qū)(如118)不同的功率密度，使得將電阻層104設(shè)計(jì)成補(bǔ)償沿著熱澆口噴嘴72的縱軸74發(fā)生的加熱對(duì)象功率梯度。應(yīng)當(dāng)理解，除了此處所述的可變間隔外，也可以使用其它技術(shù)，例如可變寬度或厚度等來改變每個(gè)區(qū)域的功率密度。在共同待審的申請日為2004年3月10日、標(biāo)題為“Variable Watt Density Layered HeaterSystem”的美國專利申請第10/797,259號(hào)中顯示并說明了這些技術(shù)，該專利與本申請共同轉(zhuǎn)讓并且其全部內(nèi)容在這里通過引用而并入。
再如圖所示，電阻跡線區(qū)106、108和110內(nèi)的多個(gè)電阻跡線112、114和116形成并聯(lián)電路。優(yōu)選地，電阻跡線112、114和116包含具有較高TCR的PTC材料，并且電阻跡線112、114和116的取向大致與所示熱澆口噴嘴72的縱軸74垂直。因此，電阻層響應(yīng)于在歧管端76和尖端78之間延伸的加熱對(duì)象功率梯度，使得電阻層相對(duì)于歧管端76和尖端78之間的功率輸出，在歧管端76和尖端78附近輸出附加功率。
如圖6中所示，將本發(fā)明應(yīng)用于具有補(bǔ)償熱沉的電阻跡線區(qū)域的設(shè)計(jì)電阻跡線圖案，進(jìn)一步精制或者設(shè)計(jì)了分層加熱器沿著加熱對(duì)象(如熱澆口噴嘴72)來維持恒溫的能力。如圖所示，曲線A代表在如前面所述并闡述的存在熱沉?xí)r沿著加熱對(duì)象的主加熱方向的所需功率分布或者需要曲線。曲線B代表在應(yīng)用電阻跡線區(qū)時(shí)沿著主加熱方向的功率梯度，其中，根據(jù)所述加熱對(duì)象功率梯度來改變每個(gè)電阻跡線區(qū)的功率密度。盡管沿著曲線B的區(qū)域補(bǔ)償熱沉，但是該曲線不與加熱對(duì)象的需要曲線A匹配。再如圖所示，曲線C代表沒有補(bǔ)償加熱對(duì)象功率梯度的任何特征或特性時(shí)沿著主加熱方向的功率梯度。另外，根據(jù)本發(fā)明，曲線D代表除了應(yīng)用電阻跡線區(qū)外，還應(yīng)用具有特定溫度系數(shù)特性并且以特定電路配置和取向布置的材料時(shí)沿著主加熱方向的功率梯度。如圖所示，曲線D非常接近曲線A或者加熱對(duì)象的需要曲線。因此，向具有電阻跡線區(qū)的設(shè)計(jì)的電阻跡線應(yīng)用具有特定溫度系數(shù)特性并且以特定電路配置和取向布置的材料進(jìn)一步精制或者細(xì)調(diào)了分層加熱器102，以補(bǔ)償沿著加熱對(duì)象發(fā)生的加熱對(duì)象功率梯度，使得分層加熱器102提供與加熱對(duì)象的需求相匹配的功率。
現(xiàn)在參考圖7，描述并且闡述了本發(fā)明的另一種形式，其在電阻跡線區(qū)內(nèi)提供電阻跡線的端接，而沒有典型地在并聯(lián)電路的電源總線之間發(fā)生的“冷斑”。如圖所示，分層加熱器120包含至少一個(gè)電阻層122，其限定第一電阻跡線124和在第一電阻跡線124附近形成的第二電阻跡線126，每個(gè)跡線被示出作為分層加熱器120的一部分被“卷繞”。在第一電阻跡線124的一端形成正極焊盤128，并且在第一電阻跡線124的另一端形成負(fù)極焊盤130。相似地，在第二電阻跡線126的一端形成正極焊盤132，并且在第二電阻跡線126的另一端形成負(fù)極焊盤134。再如圖所示，在第一電阻跡線124和第二電阻跡線126上方形成絕緣層136，但是不在焊盤128、130、132和134上方形成。因此，在第一電阻跡線124一端形成的正極焊盤128適于和在第二電阻跡線126一端形成的正極焊盤132連接，并且在第一電阻跡線124另一端形成的負(fù)極焊盤130適于和在第二電阻跡線126另一端形成的負(fù)極焊盤134連接，從而形成并聯(lián)電路配置?？梢酝ㄟ^許多方法，包括但不局限于硬布線、印刷連接、端棒等來連接焊盤128、130、132和134。有利地，在所示并說明的焊盤連接下，電阻跡線124和126提供了加熱對(duì)象(未顯示)的更均勻加熱，并且減少了具有并聯(lián)電路配置的已知分層加熱器所發(fā)生的“冷斑”。應(yīng)當(dāng)理解，舉例說明了兩(2)個(gè)電阻跡線124和126不打算限制本發(fā)明的范圍，并且可以使用根據(jù)此處教導(dǎo)的焊盤連接來連接多個(gè)電阻跡線，同時(shí)保持在本發(fā)明的范圍內(nèi)。另外，電阻跡線還可以形成除了作為分層加熱器的一部分被“卷繞”之外的結(jié)構(gòu)，同時(shí)維持在本發(fā)明的范圍內(nèi)。例如，可以如前面所述，作為兩維分層加熱器的一部分形成電阻跡線。
在圖8中顯示了本發(fā)明的再一種形式，其中顯示了包括加熱對(duì)象142和置于加熱對(duì)象142附近的分層加熱器144的分層加熱器系統(tǒng)140。同前面的實(shí)施方案一樣，加熱對(duì)象142限定沿其發(fā)生加熱對(duì)象功率梯度的主加熱方向146，并且在端部148和端部150處(兩者均由虛線表示)存在熱沉。分層加熱器144包含至少一個(gè)電阻層152，其中，如圖所示，多個(gè)電阻跡線154、156、158和160限定串聯(lián)電路。優(yōu)選地，電阻跡線154、156、158和160包含具有較高BETA系數(shù)的負(fù)溫度系數(shù)(NTC)材料。
一般而言，將BETA系數(shù)(β)限定為NTC熱敏電阻的材料常數(shù)，它是與其在不同溫度下的電阻相比在一個(gè)溫度下的電阻度量。BETA值可以由下面所示的等式來計(jì)算并且以開爾文度(°K)表示β＝In(R@T1/R@T2)/((T2-1)-(T1-1))等式1因此，該材料的電阻隨著溫度增加而減小。另外，再如圖所示，電阻跡線154、156、158和160的取向大致與主加熱方向146平行。
在串聯(lián)電路中，通過每個(gè)電阻跡線154、156、158和160的電流保持不變，因此，如果電阻跡線的特定部分中的電阻增加或降低，則根據(jù)恒流，電壓必定相應(yīng)地降低或者增加。在具有高BETA系數(shù)的NTC材料的情況下，電阻跡線154、156、158和160的電阻將隨著端部148和150(熱沉)附近的溫度降低而增加，因此，電壓將相應(yīng)地增加來維持恒流。因此，電壓增加將引起分層加熱器144端部148和150附近的功率輸出相對(duì)于端部148和150之間的區(qū)域而增加，從而使加熱系統(tǒng)能夠使功率輸出匹配加熱對(duì)象142的需要。
另外，通過電阻跡線154、156、158和160的取向大致與主加熱方向平行，電阻跡線154、156、158和160的材料能夠更高效和有效地對(duì)沿著主加熱方向的加熱對(duì)象功率梯度作出反應(yīng)。因此，在具有沿著主加熱方向的加熱對(duì)象功率梯度和具有較高BETA系數(shù)的NTC材料的串聯(lián)電路中，本發(fā)明的操作原理當(dāng)電阻跡線的取向大致與主加熱方向平行時(shí)是最有效的。另外，如同具有較高TCR的PTC材料的并聯(lián)電路配置一樣，BETA系數(shù)越高，補(bǔ)償熱沉的功率輸出越高。同樣，BETA系數(shù)越低，補(bǔ)償熱沉的功率輸出越低。因此，BETA系數(shù)將根據(jù)應(yīng)用和熱沉的大小而變化。只要電阻跡線材料的BETA特性使得由于局部熱沉引起的溫度變化引起電阻跡線的相應(yīng)電阻變化，其轉(zhuǎn)換為相應(yīng)功率變化來補(bǔ)償熱沉，這種BETA特性就應(yīng)該解釋為落在本發(fā)明的范圍內(nèi)。
圖9中顯示了串聯(lián)電路配置的再一種形式，其中，分層加熱器170置于加熱對(duì)象172附近，并且加熱對(duì)象172限定沿其發(fā)生第一加熱對(duì)象功率梯度的至少第一加熱方向174和沿其發(fā)生第二加熱對(duì)象功率梯度的至少第二加熱方向176。分層加熱器170包含通過單個(gè)電阻跡線180來限定如圖所示的串聯(lián)電路的至少一個(gè)電阻層178。一般而言，電阻跡線180限定水平部分182和垂直部分184，如圖所示。優(yōu)選地，電阻跡線180包含具有較高BETA系數(shù)的NTC材料，使得電阻跡線180響應(yīng)于加熱對(duì)象功率梯度，沿著加熱方向174和176在高熱沉附近輸出附加功率并且在低熱沉附近輸出較低功率。如前面所述，如果特定部分，例如垂直部分184的電阻增加或降低，則根據(jù)恒流，電壓必定相應(yīng)地降低或增加。通過具有較高BETA系數(shù)的NTC材料，每個(gè)部分182和184的電阻將隨著降低溫度而增加，(在任何熱沉附近)，并因此電壓將相應(yīng)地增加以維持恒流。因此，電壓增加將引起任何熱沉附近的分層加熱器174的功率輸出增加，從而使加熱系統(tǒng)能夠使功率輸出匹配加熱對(duì)象的需要。此外，應(yīng)當(dāng)理解，所示并說明的實(shí)施方案不只局限于兩(2)個(gè)加熱方向，并且可以向多個(gè)加熱方向提供相應(yīng)的多個(gè)電阻跡線部分，同時(shí)維持在本發(fā)明的范圍內(nèi)。
現(xiàn)在參考圖10，顯示了向熱澆口噴嘴72施加如前面所述的串聯(lián)電路配置和NTC材料，并具有電阻跡線區(qū)的本發(fā)明的另一種形式。如圖所示，加熱器系統(tǒng)190包含具有在歧管端76和尖端78之間延伸的縱軸的熱澆口噴嘴72，以及置于熱澆口噴嘴72附近的分層加熱器192。分層加熱器192包含限定電阻跡線195和多個(gè)電阻跡線區(qū)196、198和200的至少一個(gè)電阻層194。電阻跡線區(qū)196和200的每一個(gè)以比電阻跡線區(qū)198更近的間隔形式具有更高的功率密度。因此，如上面在并聯(lián)電路配置中所述，為了補(bǔ)償加熱對(duì)象功率梯度，每個(gè)電阻跡線區(qū)196、198和200包含與相鄰電阻跡線區(qū)不同的功率密度。應(yīng)當(dāng)理解，上述通過電阻跡線區(qū)的并聯(lián)電路配置描述和引用的可變功率密度途徑，也可以采用這里所述的串聯(lián)配置，同時(shí)維持在本發(fā)明的范圍內(nèi)。
再如圖所示，電阻跡線195形成串聯(lián)電路并且優(yōu)選包含具有較高BETA系數(shù)的NTC材料。因此，如前面在串聯(lián)電路中具有NTC材料的情況中所述，電阻層194響應(yīng)于在歧管端76和尖端78之間延伸的加熱對(duì)象功率梯度，使得電阻層194相對(duì)于在歧管端76和尖端78之間提供的功率輸出，在歧管端76和尖端78附近輸出附加功率。
為了提供加熱對(duì)象的一個(gè)以上的主加熱方向，如圖11和12所示，提供本發(fā)明的附加實(shí)施方案。首先參考圖11，分層加熱器系統(tǒng)230包括限定第一加熱方向234和第二加熱方向236的加熱對(duì)象232。應(yīng)當(dāng)理解，可以將本發(fā)明的教導(dǎo)用于具有多個(gè)加熱方向的加熱對(duì)象，并且只舉例說明了兩個(gè)加熱方向不應(yīng)解釋為限制了本發(fā)明的范圍。沿著第一加熱方向234發(fā)生第一加熱對(duì)象功率梯度。相似地，沿著第二加熱方向236發(fā)生第二加熱對(duì)象功率梯度。
分層加熱器系統(tǒng)230還包括置于加熱對(duì)象232附近的分層加熱器240，為了清晰起見逐層說明其結(jié)構(gòu)。如圖所示，分層加熱器240包括含有多個(gè)相鄰導(dǎo)體元件244的第一導(dǎo)電層242。根據(jù)特定加熱對(duì)象232的材料和需求，可以直接向加熱對(duì)象232或者絕緣層(未顯示)施加導(dǎo)體元件244。再如圖所示，電阻層246包含施加在導(dǎo)體元件244上的多個(gè)電阻區(qū)248，其中，向一個(gè)導(dǎo)體元件244施加至少兩個(gè)電阻區(qū)248。優(yōu)選地，電阻區(qū)248包含具有較高BETA系數(shù)的NTC材料。
然后，如圖所示，在多個(gè)電阻區(qū)248之間施加第一絕緣層250。接著，施加第二導(dǎo)電層252，其中，第二導(dǎo)電層252包含施加在電阻區(qū)248上并且延伸跨越第一導(dǎo)電層242的相鄰導(dǎo)體元件244的多個(gè)相鄰導(dǎo)體元件254。第二導(dǎo)電層252還包含如圖所示施加在相應(yīng)一對(duì)電阻區(qū)248上的一對(duì)焊盤256和258。最后，在第二導(dǎo)電層252上方但不在焊盤256和258上方施加第二絕緣層260。
因此，分層加熱器240響應(yīng)于加熱方向234和236的第一和第二功率梯度，使得由于結(jié)合了前面所述的具有較高BETA系數(shù)的NTC材料的串聯(lián)電路配置，電阻區(qū)248在高熱沉附近輸出附加功率并且在低熱沉附近輸出較低功率。
現(xiàn)在參考圖12，本發(fā)明的另一種形式是包含限定第一加熱方向274和第二加熱方向276的加熱對(duì)象272的分層加熱器系統(tǒng)270。沿著第一加熱方向274發(fā)生第一加熱對(duì)象功率梯度。相似地，沿著第二加熱方向276發(fā)生第二加熱對(duì)象功率梯度。分層加熱器系統(tǒng)270還包括置于加熱對(duì)象272附近的分層加熱器280，為了清晰起見逐層說明其結(jié)構(gòu)。
如圖所示，分層加熱器280包括第一導(dǎo)電層282和施加在第一導(dǎo)電層282上的電阻層284。第一導(dǎo)電層282還限定用于連接導(dǎo)線(未顯示)的接線片283從而給分層加熱器280供電。優(yōu)選地，電阻層284包含具有較高TCR的PTC材料。再如圖所示，在電阻層284上施加第二導(dǎo)電層286，并且在第二導(dǎo)電層286上施加絕緣層288。另外，第二導(dǎo)電層286限定用于第二導(dǎo)線(未顯示)和分層加熱器280的連接的接線片285。
因此，分層加熱器280響應(yīng)于加熱方向274和276的第一和第二加熱對(duì)象功率梯度，使得電阻層284根據(jù)本發(fā)明的教導(dǎo)，在高熱沉附近輸出附加功率并且在低熱沉附近輸出低功率。此外，由于電阻層284的連續(xù)特性，即，沒有前面所述的單個(gè)電阻跡線，電阻層284固有地響應(yīng)于具有相應(yīng)多個(gè)熱沉的多個(gè)加熱方向，而與加熱方向相對(duì)于電阻層284的取向無關(guān)。
圖13中顯示了本發(fā)明的再一種形式，其中，分層加熱器系統(tǒng)300包含限定主加熱方向304如圖所示沿徑向延伸的圓形結(jié)構(gòu)的加熱對(duì)象302，沿著主加熱方向304如前面所述發(fā)生加熱對(duì)象功率梯度。在加熱對(duì)象302的外圍附近存在熱沉，其中一種形式的加熱對(duì)象302可以是加熱例如燒杯的物體的加熱板。再如圖所示，分層加熱器系統(tǒng)300包括置于加熱對(duì)象302附近的分層加熱器306。分層加熱器306包括電阻層308，其中，多個(gè)電阻跡線310、312、314和316限定如圖所示的并聯(lián)電路，以及向第一電源總線318和第二電源總線320加電。如圖所示，電阻跡線310、312、314和316的取向大致與主加熱方向垂直并且以并聯(lián)電路配置排列。另外，電阻跡線310、312、314和316包含具有較高TCR的PTC材料。因此，在加熱對(duì)象302外圍附近的熱沉區(qū)域中，分層加熱器306的功率將增加以補(bǔ)償熱沉或外圍附近的附加吸取。結(jié)果，根據(jù)本發(fā)明的教導(dǎo)，電阻跡線310和312附近的功率相對(duì)于電阻跡線314和316附近的功率將是高的。因此，分層加熱器系統(tǒng)300根據(jù)放在加熱對(duì)象302上的物體的尺寸來補(bǔ)償。
參考圖14，顯示并且由附圖標(biāo)記330一般地表示了用于圓形加熱對(duì)象302的分層加熱器系統(tǒng)的再一種形式。分層加熱器系統(tǒng)330包含置于加熱對(duì)象302附近的分層加熱器332。分層加熱器332限定多個(gè)區(qū)域334和336來補(bǔ)償不在加熱對(duì)象302中央的物體(例如燒杯，未顯示)或者補(bǔ)償放在加熱對(duì)象302上的多個(gè)物體。盡管只顯示了兩(2)個(gè)區(qū)域334和336，但是應(yīng)當(dāng)理解，可以使用兩(2)個(gè)以上的區(qū)域，同時(shí)維持在本發(fā)明的范圍內(nèi)。分層加熱器332還包含電阻層338，其中，多個(gè)電阻跡線340、342、344和346置于區(qū)域334內(nèi)并在第一電源總線348和第二電源總線350之間延伸。另外，分層加熱器332包含置于區(qū)域336內(nèi)的多個(gè)電阻跡線352、354、356和358，其也在第一電源總線348和第二電源總線350之間延伸。如前面所述，電阻跡線340、342、344、346、352、354、356和358的取向大致與主加熱方向垂直并且以并聯(lián)電路配置排列。另外，根據(jù)本發(fā)明的教導(dǎo)，電阻跡線340、342、352和354附近的功率相對(duì)于電阻跡線344、346、356和358附近的功率將是高的。另外，每個(gè)區(qū)域334和336根據(jù)每個(gè)這些區(qū)域內(nèi)的需求來提供局部功率以補(bǔ)償不在加熱對(duì)象302中央的物體，或者補(bǔ)償放在加熱對(duì)象302上的多個(gè)物體，例如，在區(qū)域334內(nèi)的一個(gè)燒杯360(虛線表示)和區(qū)域336內(nèi)的另一個(gè)燒杯362(虛線表示)。
本發(fā)明的說明書本質(zhì)上只是示例性的，因此未偏離本發(fā)明要旨的變化都打算在本發(fā)明的范圍內(nèi)。例如，可以通過兩線控制器來使用此處所述的分層加熱器系統(tǒng)和分層加熱器，如在申請日為2003年11月21日、標(biāo)題為“Two-Wire Layered Heater System”的共同待審美國專利申請第10/719327中示出和說明的，該專利與本申請共同轉(zhuǎn)讓并且其全部內(nèi)容在這里通過引用而并入。不認(rèn)為這些變化背離了本發(fā)明的精神和范圍。
權(quán)利要求
1.一種加熱器系統(tǒng)，包括限定沿其發(fā)生加熱對(duì)象功率梯度的主加熱方向的加熱對(duì)象；及置于所述加熱對(duì)象附近的分層加熱器，所述分層加熱器包含至少一個(gè)限定并聯(lián)電路的電阻層，所述并聯(lián)電路包含多個(gè)電阻跡線，所述電阻跡線包含具有較高TCR的正溫度系數(shù)材料，并且所述電阻跡線的取向大致與主加熱方向垂直，其中，所述電阻跡線響應(yīng)于加熱對(duì)象功率梯度，使得電阻跡線沿著主加熱方向在高熱沉附近輸出附加功率并且在低熱沉附近輸出低功率。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的加熱器系統(tǒng)，其中，所述分層加熱器被直接施加到所述加熱對(duì)象。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的加熱器系統(tǒng)，還包括置于所述加熱對(duì)象附近的襯底，其中，所述分層加熱器被施加到所述襯底上。
4.一種加熱器系統(tǒng)，包括限定沿其發(fā)生加熱對(duì)象功率梯度的主加熱方向的加熱對(duì)象；及置于所述加熱對(duì)象附近的分層加熱器，所述分層加熱器包含至少一個(gè)限定串聯(lián)電路的電阻層，所述串聯(lián)電路包含多個(gè)電阻跡線，所述電阻跡線包含具有較高BETA系數(shù)的負(fù)溫度系數(shù)材料，并且所述電阻跡線的取向大致與主加熱方向平行，其中，所述電阻跡線響應(yīng)于加熱對(duì)象功率梯度，使得所述電阻跡線沿著主加熱方向在高熱沉附近輸出附加功率并且在低熱沉附近輸出低功率。
5.一種加熱器系統(tǒng)，包括加熱對(duì)象，其限定沿其發(fā)生第一加熱對(duì)象功率梯度的至少第一加熱方向和沿其發(fā)生第二加熱對(duì)象功率梯度的至少第二加熱方向；及置于加熱對(duì)象附近的分層加熱器，所述分層加熱器包含包括多個(gè)相鄰導(dǎo)體元件的第一導(dǎo)電層；包括施加在所述導(dǎo)體元件上的多個(gè)電阻區(qū)的電阻層，其中，至少兩個(gè)電阻區(qū)被施加到一個(gè)導(dǎo)體元件上，所述電阻區(qū)包含具有較高BETA系數(shù)的負(fù)溫度系數(shù)材料；施加在多個(gè)電阻區(qū)之間的第一絕緣層；第二導(dǎo)電層，包含施加在電阻區(qū)上并且延伸跨越第一導(dǎo)電層的相鄰導(dǎo)體元件的多個(gè)相鄰導(dǎo)體元件；及施加在相應(yīng)一對(duì)電阻區(qū)上的一對(duì)焊盤；以及在第二導(dǎo)電層上方但不在焊盤上方施加的第二絕緣層，其中，所述分層加熱器響應(yīng)于第一和第二加熱對(duì)象功率梯度，使得所述電阻區(qū)沿著第一和第二加熱方向，在高熱沉附近輸出附加功率并且在低熱沉附近輸出低功率。
6.一種加熱器系統(tǒng)，包括加熱對(duì)象，限定沿其發(fā)生第一加熱對(duì)象功率梯度的至少第一加熱方向和沿其發(fā)生第二加熱對(duì)象功率梯度的至少第二加熱方向；及置于加熱對(duì)象附近的分層加熱器，所述分層加熱器包含第一導(dǎo)電層；施加在第一導(dǎo)電層上的電阻層，所述電阻層包含具有較高TCR的正溫度系數(shù)材料；施加在電阻層上的第二導(dǎo)電層；以及施加在第二導(dǎo)電層上的絕緣層，其中，所述分層加熱器響應(yīng)于第一和第二加熱對(duì)象功率梯度，使得所述電阻層沿著第一和第二加熱方向，在高熱沉附近輸出附加功率并且在低熱沉附近輸出低功率。
7.一種加熱器，包括至少一個(gè)限定電路配置的電阻層，所述電路配置包括至少一個(gè)電阻跡線，其相對(duì)于加熱對(duì)象取向，并且包含具有使得所述電阻跡線提供與加熱對(duì)象的需求相匹配的功率的溫度系數(shù)特性的材料。
8.一種加熱器系統(tǒng)，包括熱澆口噴嘴，限定在熱澆口噴嘴的歧管端和尖端之間延伸的縱軸；及置于所述熱澆口噴嘴附近的分層加熱器，所述分層加熱器包含至少一個(gè)限定并聯(lián)電路的電阻層，所述并聯(lián)電路包含多個(gè)電阻跡線，所述電阻跡線包含具有較高TCR的正溫度系數(shù)材料，并且電阻跡線的取向大致與熱澆口噴嘴的縱軸垂直，其中，所述電阻跡線響應(yīng)于在歧管端和尖端之間延伸的加熱對(duì)象功率梯度，使得所述電阻跡線在歧管端和尖端附近輸出附加功率并且在歧管端和尖端之間輸出低功率。
9.一種加熱器系統(tǒng)，包括熱澆口噴嘴，其限定在熱澆口噴嘴的歧管端和尖端之間延伸的縱軸；及置于所述熱澆口噴嘴附近的分層加熱器，所述分層加熱器包含至少一層電阻層，所述電阻層限定多個(gè)電阻跡線區(qū)，每個(gè)電阻跡線區(qū)包含與相鄰電阻跡線區(qū)不同的功率密度；及所述電阻跡線區(qū)內(nèi)的多個(gè)電阻跡線，所述電阻跡線形成并聯(lián)電路，并且包含具有較高TCR的正溫度系數(shù)材料，并且所述電阻跡線的取向大致與熱澆口噴嘴的縱軸垂直，其中，所述電阻層響應(yīng)于在歧管端和尖端之間延伸的加熱對(duì)象功率梯度，使得所述電阻層在歧管端和尖端附近輸出附加功率并且在歧管端和尖端之間輸出低功率。
10.一種加熱器系統(tǒng)，包括熱澆口噴嘴，限定在熱澆口噴嘴的歧管端和尖端之間延伸的縱軸；及置于所述熱澆口噴嘴附近的分層加熱器，所述分層加熱器包含至少一個(gè)限定串聯(lián)電路的電阻層，所述串聯(lián)電路包含電阻跡線，所述電阻跡線包含具有較高BETA系數(shù)的負(fù)溫度系數(shù)材料，其中，所述電阻跡線響應(yīng)于在歧管端和尖端之間延伸的加熱對(duì)象功率梯度，使得所述電阻跡線在歧管端和尖端附近輸出附加功率并且在歧管端和尖端之間輸出低功率。
11.一種加熱器系統(tǒng)，包括熱澆口噴嘴，限定在熱澆口噴嘴的歧管端和尖端之間延伸的縱軸；及置于所述熱澆口噴嘴附近的分層加熱器，所述分層加熱器包含至少一個(gè)電阻層，所述電阻層限定多個(gè)電阻跡線區(qū)，每個(gè)電阻跡線區(qū)包含與相鄰電阻跡線區(qū)不同的功率密度；及電阻跡線區(qū)內(nèi)的電阻跡線，所述電阻跡線形成串聯(lián)電路并且包含具有較高BETA系數(shù)的負(fù)溫度系數(shù)材料，其中，所述電阻層響應(yīng)于在歧管端和尖端之間延伸的加熱對(duì)象功率梯度，使得所述電阻層在歧管端和尖端附近輸出附加功率并且在歧管端和尖端之間輸出低功率。
12.一種在加熱對(duì)象附近使用的分層加熱器，所述加熱對(duì)象限定沿其發(fā)生加熱對(duì)象功率梯度的主加熱方向，所述分層加熱器包含電阻層，所述電阻層限定多個(gè)電阻跡線區(qū)，每個(gè)電阻跡線區(qū)包含與相鄰電阻跡線區(qū)不同的功率密度；以及電阻跡線區(qū)內(nèi)的多個(gè)電阻跡線，所述電阻跡線形成并聯(lián)電路并且包含具有較高TCR的正溫度系數(shù)材料，并且所述電阻跡線的取向大致與主加熱方向垂直，其中，所述電阻跡線響應(yīng)于加熱對(duì)象功率梯度，使得所述電阻跡線沿著主加熱方向在高熱沉附近輸出附加功率并且在低熱沉附近輸出低功率。
13.一種在加熱對(duì)象附近使用的分層加熱器，所述加熱對(duì)象限定沿其發(fā)生加熱對(duì)象功率梯度的多個(gè)加熱方向，所述分層加熱器包含至少一層電阻層，所述電阻層限定多個(gè)電阻跡線區(qū)，每個(gè)電阻跡線區(qū)包含與相鄰電阻跡線區(qū)不同的功率密度；以及電阻跡線區(qū)內(nèi)的電阻跡線，所述電阻跡線形成串聯(lián)電路并且包含具有較高BETA系數(shù)的負(fù)溫度系數(shù)材料，其中，所述電阻跡線響應(yīng)于加熱對(duì)象功率梯度，使得所述電阻跡線沿著主加熱方向在高熱沉附近輸出附加功率并且在低熱沉附近輸出低功率。
14.一種在加熱對(duì)象附近使用的分層加熱器，所述加熱對(duì)象限定沿其發(fā)生加熱對(duì)象功率梯度的主加熱方向，所述分層加熱器包含至少一個(gè)限定并聯(lián)電路的電阻層，所述并聯(lián)電路包含多個(gè)電阻跡線，所述電阻跡線包含具有較高TCR的正溫度系數(shù)材料，并且所述電阻跡線的取向大致與加熱對(duì)象的主加熱方向垂直，其中，所述電阻跡線響應(yīng)于加熱對(duì)象功率梯度，使得所述電阻跡線沿著主加熱方向在高熱沉附近輸出附加功率并且在低熱沉附近輸出低功率。
15.一種在加熱對(duì)象附近使用的分層加熱器，所述加熱對(duì)象限定沿其發(fā)生加熱對(duì)象功率梯度的主加熱方向，所述分層加熱器包含至少一個(gè)限定串聯(lián)電路的電阻層，所述串聯(lián)電路包含多個(gè)電阻跡線，所述電阻跡線包含具有較高BETA系數(shù)的負(fù)溫度系數(shù)材料，并且所述電阻跡線的取向大致與所述主加熱方向平行，其中，所述電阻跡線響應(yīng)于加熱對(duì)象功率梯度，使得所述電阻跡線沿著所述主加熱方向在高熱沉附近輸出附加功率并且在低熱沉附近輸出低功率。
16.一種在加熱對(duì)象附近使用的分層加熱器，所述加熱對(duì)象限定沿其發(fā)生第一加熱對(duì)象功率梯度的至少第一加熱方向和沿其發(fā)生第二加熱對(duì)象功率梯度的至少第二加熱方向，所述分層加熱器包含至少一個(gè)限定串聯(lián)電路的電阻層，所述串聯(lián)電路包含電阻跡線，所述電阻跡線包含具有較高BETA系數(shù)的負(fù)溫度系數(shù)材料，其中，所述電阻跡線響應(yīng)于所述加熱對(duì)象功率梯度，使得所述電阻跡線沿著加熱方向在高熱沉附近輸出附加功率并且在低熱沉附近輸出低功率。
17.一種在加熱對(duì)象附近使用的分層加熱器，所述加熱對(duì)象限定沿其發(fā)生第一加熱對(duì)象功率梯度的至少第一加熱方向和沿其發(fā)生第二加熱對(duì)象功率梯度的至少第二加熱方向，所述分層加熱器包含包括多個(gè)相鄰導(dǎo)體元件的第一導(dǎo)電層；包括多個(gè)施加在所述導(dǎo)體元件上的電阻區(qū)的電阻層，其中，至少兩個(gè)電阻區(qū)被施加到一個(gè)導(dǎo)體元件上，所述電阻區(qū)包含具有較高BETA系數(shù)的負(fù)溫度系數(shù)材料；施加在多個(gè)電阻區(qū)之間的第一絕緣層；第二導(dǎo)電層，包含施加在電阻區(qū)上并且延伸跨越第一導(dǎo)電層的相鄰導(dǎo)體元件的多個(gè)相鄰導(dǎo)體元件；以及施加在相應(yīng)一對(duì)電阻區(qū)上的一對(duì)焊盤；以及在第二導(dǎo)電層上方但不在焊盤上方施加的第二絕緣層，其中，所述分層加熱器響應(yīng)于第一和第二加熱對(duì)象功率梯度，使得所述電阻區(qū)沿著第一和第二加熱方向，在高熱沉附近輸出附加功率并且在低熱沉附近輸出低功率。
18.一種在加熱對(duì)象附近使用的分層加熱器，所述加熱對(duì)象限定沿其發(fā)生第一加熱對(duì)象功率梯度的至少第一加熱方向和沿其發(fā)生第二加熱對(duì)象功率梯度的至少第二加熱方向，所述分層加熱器包含第一導(dǎo)電層；施加在第一導(dǎo)電層上的電阻層，所述電阻層包含具有較高TCR的正溫度系數(shù)材料；施加在所述電阻層上的第二導(dǎo)電層；及施加在所述第二導(dǎo)電層上的絕緣層，其中，所述分層加熱器響應(yīng)于第一和第二加熱對(duì)象功率梯度，使得所述電阻層沿著第一和第二加熱方向，在高熱沉附近輸出附加功率并且在低熱沉附近輸出低功率。
19.一種分層加熱器，包含第一電阻跡線；在第一電阻跡線的一端形成的正極焊盤；在第一電阻跡線的另一端形成的負(fù)極焊盤；在第一電阻跡線附近形成的第二電阻跡線；在第二電阻跡線的一端形成的正極焊盤；在第二電阻跡線的另一端形成的負(fù)極焊盤；以及在第一電阻跡線和第二電阻跡線的上方但不在焊盤的上方形成的絕緣層，其中，在第一電阻跡線的一端形成的正極焊盤適合與在第二電阻跡線的一端形成的正極焊盤連接，以及在第一電阻跡線的另一端形成的負(fù)極焊盤適合與在第二電阻跡線的另一端形成的負(fù)極焊盤連接，從而形成并聯(lián)電路配置。
20.一種加熱加熱對(duì)象的方法，所述方法包括激勵(lì)包含至少一個(gè)限定電路配置的電阻層的分層加熱器的步驟，其中，所述電路配置包含至少一個(gè)電阻跡線，所述電阻跡線相對(duì)于加熱對(duì)象取向，并且包含具有使得所述電阻跡線提供與加熱對(duì)象的需求相匹配的功率的溫度系數(shù)特性的材料。
21.一種在圓形加熱對(duì)象附近使用的分層加熱器，所述加熱對(duì)象限定沿徑向延伸的主加熱方向，沿所述主加熱方向發(fā)生加熱對(duì)象功率梯度，所述分層加熱器包含至少一個(gè)限定并聯(lián)電路的電阻層，所述并聯(lián)電路包含沿圓周排列的多個(gè)電阻跡線，所述電阻跡線包含具有較高TCR的正溫度系數(shù)材料，并且所述電阻跡線的取向大致與圓形加熱對(duì)象的主加熱方向垂直，其中，所述電阻跡線響應(yīng)于所述加熱對(duì)象功率梯度，使得所述電阻跡線沿著主加熱方向在高熱沉附近輸出附加功率并且在低熱沉附近輸出低功率。
22.一種在圓形加熱對(duì)象附近使用的分層加熱器，所述加熱對(duì)象限定沿徑向延伸的主加熱方向，沿所述主加熱方向發(fā)生加熱對(duì)象功率梯度，所述分層加熱器包含多個(gè)區(qū)域，每個(gè)區(qū)域包含沿圓周并以并聯(lián)電路配置排列的多個(gè)電阻跡線，所述電阻跡線包含具有較高TCR的正溫度系數(shù)材料，并且所述電阻跡線的取向大致與圓形加熱對(duì)象的主加熱方向垂直，其中，所述電阻跡線響應(yīng)于加熱對(duì)象功率梯度，使得所述電阻跡線沿著主加熱方向并在每個(gè)區(qū)域內(nèi)，在高熱沉附近輸出附加功率并且在低熱沉附近輸出低功率。
全文摘要
提供了一種分層加熱器，包括至少一個(gè)限定電路配置的電阻層，所述電路配置包括至少一個(gè)電阻跡線，其相對(duì)于加熱對(duì)象取向并且包含具有使得電阻跡線提供與加熱對(duì)象的需求相匹配的功率的溫度系數(shù)特性的材料。在一種形式中，電阻層的電阻跡線是具有較高TCR的PTC材料并且取向大致與主加熱方向垂直。在另一種形式中，電阻層的電阻跡線是具有較高BETA系數(shù)的NTC材料并且取向大致與主加熱方向平行。
文檔編號(hào)B29C45/30GK101044795SQ200580036036
公開日2007年9月26日 申請日期2005年9月15日 優(yōu)先權(quán)日2004年9月15日
發(fā)明者凱文·普塔西恩斯基, 詹姆斯·麥克米林, 羅蘭多·O·尤利亞諾, 格雷高里·J·拉莫特 申請人:沃特洛電氣制造公司