JPH03159091A - サーミスタ特性を有する発熱体 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ａ、　産業上の利用分野 本発明は、サーミスタ特性を有する発熱体に関する。

ｂ、　従来の技術 第２図は従来技術による抵抗体を用いた発熱体のための
電気回路である。

このような回路で発熱体としての抵抗素子ＲＬに流れる
電流を、抵抗素子ＲＬと直列に結合された制御抵抗Ｒｅ
の抵抗値を制御することは可能であるが、制御抵抗Ｒｃ
　自体が発熱するという問題点がある。また抵抗体材料
の代表的なものはニクロム線等の金属であるので、固有
抵抗（又は抵抗率）があまり大きくなく、かつ小さな形
状の発熱体であって高電圧を印加できるものを形成する
ことは困難である。

厚膜抵抗体用には高抵抗率の材料があるがこれを用いた
場合、耐熱温度に制限があり発熱体としての使用にはあ
まり好ましいものではない。

ＰＴＣという正特性のサーミスタがあり、ある温度以上
は高抵抗へと自己制御する能力を持つが、温度設定に上
限があり、３００°Ｃ以上に設定することは困難である
。また、Ｐ’ｒＣの場合、大きな突入電流が問題となる
事もある。さらに高抵抗率材料であって、抵抗の温度係
数が０または正のものは実用上はとんどない。

Ｃ８発明が解決しようとする課題 高い抵抗率材料に着「Ｊすると、金属酸化物を主体とす
る半導体系のいわゆるサーミスタ特性を有する材料から
成る抵抗体がある。

サーミスタ特性を有する抵抗体を自己発熱をさせるため
に電圧を印加すると、この時流れるジュール熱で自らの
抵抗を減じる。これにより電流が増加し、ジュール熱が
さらに増加し、さらに抵抗が減少し、やがて破壊に至る
までこのくり返しが続き、いわゆる熱暴走を起こす、こ
れを制御する為、定電流電源装置を用いるか、単になる
熱暴走を防止する為の電流制限用の固定抵抗を直列に接
続する方法がとられている。

このようにサーミスタ特性を有する発熱体を制御するた
めに定電流電源装置を使用すると高価になり、抵抗によ
る電流制限では低温時の立上がりが遅く、あるいは発熱
時に固定抵抗側の発熱も無視できない等の問題がある。

ｄ、　課題を解決するための手段 上記課題は、抵抗値の温度係数が負であるいわゆるサー
ミスタ特性を有する材料から成る発熱素子と、この素子
に直列に接続されたコンデンサから成る発熱体によって
解決された。

ｅ、　　作　　用 コンデンサに抵抗体を直列に接続した交流回路の場合、
抵抗体の抵抗値を変えると、この回路に流れる電流は抵
抗値と、コンデンサの容量と電圧と周波数により決まる
。この時、抵抗（直の比較的小さい領域に対しては、こ
の電流変化が小さくなり、いわゆる定電流の特性が発現
する。

従って、発熱体の発熱が進行し、抵抗値が減少しても、
流れる電流値が一定であるので、熱暴走を起こすことが
ない、また電流が一定であるので、発熱が進んで抵抗値
が減少することによる発熱体両端電圧が低下し、発熱体
に印加される電力量が低下し、発熱を抑制する方向へと
進む、すなわち、これによって熱暴走が防止される。

ｆ、　実施例 コンデンサによる定電流制御能力が安定的に発現するの
は、発熱素子が低抵抗の領域においてである。

本発明の有効的な例としては、室温では定電流領域に入
らないが発熱すると定電流領域に入る程度の抵抗値の発
熱素子を用いる。このとき！ｄｌ投入時に、電源電圧の
ほとんどを発熱素子側に印加する事が可能となり、抵抗
の温度係数にもよるが、電圧と電流の積により与えられ
る電力は、電源投入時に最大を示したり、投入後発熱ま
での間に最大電力を示す様な特性となり、しかもその後
の発熱によりしだいに電力を減じ、自己制御方向へ向か
う特性を得る事が可能となる。また、抵抗値等の条件の
選定のしかたによっては飽和温度に最大電力を出す設定
も可能となる。

この様な特性はＰＴＣが持つ自己制御性に近いものであ
る。しかしながら、ＰＴＣ々異なる点はＰＴＣは発熱素
子自体で制御温度が決まってしまうのに対し、コンデン
サとサーミスタ特性を有する発熱素子の場合は、平衡点
はコンデンサ容量と抵抗値、Ｂ定数により選定でき、た
とえば同じ発熱体でも条件しだいで１００℃以下でも２
００℃以上でも設定できる。さらにＰＴＣで設定不能で
あった温度頭載である３００℃以上であっても発熱素子
の耐熱性さえ問題なければ設定可能である。

第１図は本発明に係る発熱体の回路図であり、第３図は
サーミスタ特性を有する発熱素子がＲ＊ｓ＝７にΩ、Ｂ
定数−１．５００　Ｋであり、コンデンサの容ＩＣがｌ
μＦの時の、発熱素子の抵抗値Ｒ１発熱素子を流れる電
流Ｉ、発熱素子の両端電圧Ｖ、発熱素子における発熱電
力Ｐ、発熱素子の温度Ｔの時間変化を示す。

電流は、抵抗の高い領域では定電流動作をせず、抵抗減
少につれ徐々に増加しているが、やがて−定値に達して
いる。

又、発熱体両端電圧は抵抗値の減少につれ減少し、これ
と電流の積として与えられる電力は温度が安定するまで
の途中に最大点を形成し、その後減少して安定域に入っ
ている。

このような動作は、発熱体としては温度の立上りを早め
る上で好ましいものである。又発熱体に対する熱負荷に
より安定時の抵抗値が変化する場合、印加電力もそれに
従って変化することを示している。すなわち、熱負荷が
大きくなり発熱体の温度が下がると抵抗値が上がりＰ＝
Ｉ”Ｒにより電力が増加する。又熱負荷が小さくなり、
発熱体温度が高くなると、抵抗値が下がり、同様に電力
が減少する。

ＰＴＣはと抵抗変化が急峻でない為定温制御とまでは行
かないが負荷変動に対し自己発熱量を修正する特性を持
っている。

第４図は、同じ発熱体（Ｒ＊ｓ約７にΩ、Ｂ定数１．５
００Ｋ）のものでコンデンサ容量を半分の０．４７μＦ
とした条件で測定したものである。印加電力が半分以下
になり発熱温度も約２００℃から約１００℃となった。

電力ピークの位置も移動し、全体的に特性が変化してい
る。

この様に同じ発熱体であっても制御側のコンデンサの条
件を変えることにより特性を変化させることが可能であ
る。

なおサーミスタ特性を有する抵抗体と、コンデンサを同
一基板上に形成することも可能であり、この時はコンデ
ンサの容量の温度変化を考慮しながら容置を定めること
が好ましい。

区、　発明の効果 ｉ）従来制御がむずかしく発熱体として利用される事の
少なかったサーミスタ特性を有する発熱体をコンデンサ
により電流制御することにより熱暴走を防止、制御する
ことができる。

１１）　同一の発熱素子を用いてもコンデンサの容量を
変えることにより、設定発熱温度を変えることができる
。

山）環境の温度が下がると、発熱量が増加し、温度変化
が少なくなるように動作する。

ｉｖ）サーミスタ特性を有する抵抗体の抵抗値を小さく
し、コンデンサによる定電流域での制御状態とし、その
抵抗体の両端電圧の変化を温度変化の情報として、制御
に用いることができる。

■）サーミスタ特性を有する発熱素子にあたる風量の変
化による発熱素子の温度変化をその発熱素子の両端電圧
の変化に変換し、風量変化の情報を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る発熱体の回路図、第２図は従来技
術による抵抗体を用いた発熱体の回路図、第３図と第４
図は本発明に係る発熱体における発熱素子の抵抗値Ｒ１
電流！、両端電圧■、発熱電力Ｐ、発熱温度Ｔの時間変
化を示すグラフである。 第１図 第２図 第３図 時間を 詩ｌｌｌＪｌｌｔ

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）抵抗値の温度係数が負であるサーミスタ特性を有
   する材料から成る発熱素子と、この素子に直列に接続さ
   れたコンデンサから成ることを特徴とするサーミスタ特
   性を有する発熱体。
2. （２）発熱素子の抵抗値によるインピーダンスよりコン
   デンサの容量によるインピーダンスを大きくすることに
   より略定電流動作をさせ、発熱体の両端電圧を温度情報
   信号として利用することを特徴とする特許請求の範囲第
   １項記載のサーミスタ特性を有する発熱体。
3. （３）発熱素子に当る風量に応じて発熱素子の温度が変
   化することを利用して、発熱素子の両端電圧を風量情報
   信号として利用することを特徴とする特許請求の範囲第
   ２項記載のサーミスタ特性を有する発熱体。
4. （４）発熱体とコンデンサが同一基板上に形成されてい
   ることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載のサーミ
   スタ特性を有する発熱体。
5. （５）抵抗値の温度係数が負であるサーミスタ特性を有
   する発熱素子に流れる電流をこの発熱素子に直列に接続
   されたコンデンサの容量を調節することにより、発熱素
   子における発熱量を制御することを特徴とするサーミス
   タ特性を有する発熱素子の制御方法。