JPH04198072A - セラミック発熱体装置 - 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】 〔産業上の利用分野−〕 本発明は、セラミック発熱体装置に関する。

〔従来の技術〕

従来、セラミック発熱体装置として、例えば特開昭５７
−６３７９０号公報に開示されているように、正特性サ
ーミスタ素子の表面にアルミニウムを溶射法によって形
成し、その上に接着剤を介して金属放熱体を固着したも
のが知られており、この従来のセラミック発熱体装置に
おいては、両端の金属放熱体に電圧を印加することによ
って前記アルミニウム等を介して正特性サーミスタ素子
に電流を供給して発熱させるようにしている。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、この従来のものにおいては、アルミニウ
ムと金属放熱体との間に、所定の熱抵抗率及び電気抵抗
率をもつ銀粒子含有の接着剤が介在するわけであるが、
導電性を得るためにかなりな量の銀粒子を含有する必要
があり、このため、接着剤の接着強度が低下し、通電の
際の熱膨張により金属放熱体と正特性サーミスタ素子と
がはく離してしまい、性能が低下するという問題がある
。

この問題に対して、本発明者らは、アルミニウムの溶射
条件を変更して、アルミニウム表面に凹凸を設け、更に
接着剤量を調節してアルミニウムの凸部を金属放熱体に
直接、接触させることも考えられる。このようにすれば
、この部位の導電性及び伝熱性を格段に改善できると想
像される。

しかしながら、アルミニウム表面に凹凸を設け、その凸
部を金属放熱体に直接接触させ、その凹部にだけ良好に
接着剤を充填するには、アルミニウム表面を適当に粗（
形成する必要がある。しかし、アルミニウム表面を粗く
形成するには、大粒子を溶射する必要があるので付着強
度が低下し、アルミニウムと正特性サーミスタ素子（セ
ラミック抵抗体）との同における結合強度が低下するこ
とがわかった。

本発明は、上記問題点に鑑みなされたものであり、セラ
ミック抵抗体と冷却板部との耐剥離強度が高く、かつ、
セラミック抵抗体と冷却板部との間の導電性及び伝熱性
が良好なセラミック発熱体装置を提供することをその目
的としている。

〔課題を解決するための手段〕

本発明のセラミック発熱体装置は、セラミック抵抗体と
、 該セラミック抵抗体表面に金属溶射により形成された緻
密な下地電極層と、 該下地電極層表面に金属溶射により被着され表面粗さが
平均３０〜１２０μｍＲｚである表面電極層と、前記表
面電極層表面に塗布された接着剤層と、前記接着剤層に
より前記表面電極層表面に接着されるとともに前記表面
電極層の凸部に当接する冷却板部とを備えることを特徴
としている。

ここで、表面電極層の表面粗さが、３０μｍＲ２より小
さいと、表面電極層の凹部に充填される接着剤量が不足
し、また、一定の接着剤量を充填すると表面電極層の凸
部と冷却板部との間に接着剤層が介在して抵抗増加を招
く。

一方、表面電極層の表面粗さが、１２０μｍＲ２より大
きいと、表面電極層の凸部と冷却板部との間の接触面積
が減少して抵抗増加を招（とともに、接着剤の充填量が
多（なるため、冷却板部と正特性サーミスタとの間の熱
抵抗が増大し、ヒータ性能の低下を招（。

また、緻密な下地電極層とは、上記表面電極層より緻密
であり、表面粗さが３０μｍＲｚ未満のものをいう。こ
の下地電極層は緻密であるためにセラミック抵抗体との
結合強度を高くすることができる。　上記画電極層は同
種金属とすることができ。この場合には、両者間の親和
性が良いので優れた結合強度を得られる。

一方、両者を異種金属としてもよい。ただこの場合には
、局部電池を構成する場合があるので、その場合には表
面電極層により下地電極層を完全に被覆することが好ま
しい。

〔作用及び発明の効果〕

冷却板部を一方の電極としてセラミック抵抗体の厚さ方
向に通電すると、冷却板部、表面電極層、下地電極層、
セラミック抵抗体の順に電流が流れ、セラミック抵抗体
が発熱する。

この熱は、表面電極層及び下地電極層、接着剤層を通じ
て冷却板部に伝達され、この冷却板部がら放熱される。

以上説明したように本発明によれば、溶射により形成さ
れた緻密な下地電極層と、凹凸をもつ表面電極層と、表
面電極層の凹部に充填された接着剤層とによりセラミッ
ク抵抗体及び冷却板部を接合しているので、冷却板部と
表面電極層との接着性、冷却板部と表面電極層との伝熱
性及び導電性、緻密な下地電極層を介しての表面電極層
とセラミック抵抗体との結合強度の全てを満足すること
が可能となる。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例としてのコルゲートヒータを第１
図により説明する。

このコルゲートヒータにおいて、１および３は電極板で
あり、各々給電端子５．７を有している。

電極板１と金属板９の間には放熱用のコルゲートフィン
１１がろう付けまたは半田付けにより接合されており、
本発明でいう冷却板部を構成している。同様に、電極板
３と金属板１３との間にはコルゲートフィン１５がろう
付けまたは半田付けにより接合され、本発明でいう冷却
板部を構成している。

正特性サーミスタ（本発明でいうセラミック抵抗体）１
７は、接着剤１９および２１によって金属板９と１３と
の間に接着固定されている。

第１図の要部拡大断面図を第２図に示す。

正特性サーミスタ素子１７の主表面には、ＡＩ！溶射に
よって緻密な下地電極層（膜厚＝１０〜３０μｍ）２３
が形成され、この下地電極層２３上には凹凸を有する表
面電極層（膜厚＝３０〜１５０μｍ）２５がを形成され
ている。表面電極層２５は、平均表面粗さが３０〜１２
０μｍＲｚであり、その凹部２７にはシリコン樹脂系の
接着剤層１９が充填されている。表面電極層２５の凸部
２６は冷却板部の一部としての金属板９に圧設されてい
る。

第２図は金属板９側のみを示したが、金属板１３側も同
じ構成となっている。

次に、本実施例を製造順に従って説明する。まず、上述
した冷却板部を一対用意する。すなわち、長方形の形状
をした電極板１と金属板９との間にコルゲートフィン１
１をろう付けまたは半田付けにより接合する。同様に、
電極板３と金属板１３との間にコルゲートフィン１５を
ろう付けまたは半田付けにより接合して冷却板部を形成
する。この際、電極板１．３、金属板９．１３、コルゲ
ートフィン１１．１５にはアルミニウムを使用した。

金属板９および１３の厚さは０．４ｍｍ厚とした０次に
、ＰＴＣセラミック部材を２．５ｍｍの厚さに研磨し、
洗浄・乾燥し、正特性サーミスタ１７を形成する。

次に、この正特性サーミスタ１７の両生面に、アーク溶
射法により下地電極層２３を以下の条件で４０μｍ厚に
形成した。

溶射電圧：３０ｖ 溶射電流＋１００Ａ 溶射距離＋２００ｍｍ １次エアー圧カニ　７０ｐｓ　ｉ ２次エアー圧カニ　７０１）Ｓ　ｉ ＡＩ！線径・直径１．６ｍｍ ここで１次エアー圧力は、アーク放電によりＡｌ線を溶
解したアルミニウムに吹きつけてそれを溶融粒子化して
飛ばすための吹き付は圧であり、２次エアー圧力は、上
記溶融アルミ粒子をさらに微粒化（分散）させるための
圧である。

このようにして形成された下地電極層２３の、表面粗さ
は大体２０μｍＲｚであった。

次に、この緻密な下地電極層２３上に、次の条件で、表
面電極層２５を３０μｍ厚に形成した。

溶射電圧＝２８Ｖ 溶射電流：１５０Ａ 溶射距離：２００ｍｍ １次エアー圧カニ７０ｐｓｉ ２次エアー圧カニ０ｐｓｉ Ａ１７線径：直径１．６ｍｍ このようにして形成された表面電極層２５の平均表面粗
さは大体７０μｍＲｚであった。

次に、所定量のシリコン系接着剤剤を表面電極層２５０
表面に塗布し、金属板９．１３の間に正特性サーミスタ
素子１７を数個並列に挟み、電極板１と３との上から１
．０乃至５．０ｋｇ／ｃａｒの圧力を加え、接着固定す
る。そして、通電加熱処理を行なって、接着剤層１９．
２１を硬化させ、組立を完了する。

本発明によれば緻密な下地電極層２３及び凹凸をもつ表
面電極層２５の両方をアーク溶射法によりアルミニウム
を素材として形成しているので、凹凸電極を単層で形成
したときに比べ、付着強度、耐久性が良好となる。

特にこの実施例では、両電極層をともに溶射により形成
しているので、一連の連続する同一工程、同一装置を用
いて両電極層を形成することができ、更に下地電極層２
３がまだ高温の内に表面電極層２５を溶射できるので、
画電極層間の接合強度も高い。

上記構成とした本実施例においては、外部電源３０から
給電端子５および７に電源供給を受けると、電極板１及
び３、コルゲートフィン１１及び１５、金属板９及び１
３、表面電極層２５及び下地電極層２３を介して正特性
サーミスタ素子１７に電流が供給され、正特性サーミス
タ素子１７が発熱する。この正特性サーミスタ素子１７
において発生した熱は、接着剤１９および２１及び両電
極層２３．２５を通じて冷却板部すなわち金属板９及び
１３、フルゲートフィン１１及び１５、電極板１及び３
に伝達され、放熱される。

次に、本実施例において表面電極層２５の表面粗さ（平
均）と発熱体出力割合と導通良品率の関係を表すグラフ
を第３図に示す。このグラフから分かるように、凹凸が
３０μｍＲｚ未満の場合には破線で示すように良品率が
低い。この理由として、凸部２６が低く、凹部２７が浅
いために、冷却板部に圧力をかけて接着する際に、接着
剤１９が金属板９と表面電極層２５との間からほとんど
押し出されてしまい、この結果、金属板９と銀電極２３
との間で接着が弱くなり、不良になると考えられる。

また、第３図において、表面粗さ（平均）が１２０μｍ
Ｒｚを超えると、発熱体出力割合が低下するのは、凸部
２６と谷部２７との距離の差が大きいため、即ち金属板
９と下地電極層２３との距離が大きく、接着剤層１９が
厚くなるために正特性サーミスタ素子１７において発生
した熱が金属板９を含む冷却板部に伝達しにくくなるた
めである。

本実施例では、画電極層としてアルミニウムを使用した
が、他の導電性金属、例えば銅や黄銅などでもよい。た
だ、圧接性の点から軟質かつ、導電性が良好な金属が好
ましい。

更に、本発明は、ＰＴＣサーミスタに限定するものでは
なく、バリスタやＮＴＣサーミスタ等、他のセラミック
に対しても同様の効果を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１実施例を示す要部断面図、第２図
は第１図の要部拡大断面図、第３図は本実施例の正特性
サーミスタの特性線図である。 １．３・・・電極板　　　　　９．１３・・・金属板１
１．１５・・・コルゲートフィン

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 　セラミック抵抗体と、 該セラミック抵抗体表面に金属溶射により形成された緻
   密な下地電極層と、 該下地電極層表面に金属溶射により被着され表面粗さが
   平均３０〜１２０μｍＲｚ（ＲｚはＪＩＳ　Ｂ０６０１
   による）である表面電極層と、前記表面電極層表面に塗
   布された接着剤層と、前記接着剤層により前記表面電極
   層表面に接着されるとともに前記表面電極層の凸部に当
   接する冷却板部とを備えることを特徴とするセラミック
   発熱体装置。