JPS5836153Y2 - 発熱体用正特性サ−ミスタ - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 本考案は温度分布が均一でかつ発熱量の大なる、正特性
サーミスタを用いた発熱体装置に関するものである。

例えば角板状正特性サーミスタ素子の相対向する両側面
に電極を付与した発熱体用正特性サーミスタは知られて
いる。

しかしこのようなものにおいては、その電極間距離が長
いため、両電極間に電圧を印加して発熱させた場合、往
々にしてその素子の表面温度が不均一になることが多か
った。

すなわち素子に局部的に高抵抗部が生じるのであった。

これは例えば、成型された素子を焼成した後に、不可避
的に生じる気孔分布の不均質等により生じた一部の高抵
抗領域や、素子の放熱の悪い部分で、他の部分よりも温
度が高くなって高抵抗になる領域のことをいい、これは
−個所とは限らない。

この高抵抗部が生じる形態としては、先づ、第１図に示
したように、素子１の、電流の流れる方向（Ｘ方向）と
並行し、かつ両電極２，３にわたって生じる場合がある
。

この場合、前記高抵抗部４は高抵抗値で、その他の低抵
抗部は低抵抗値で、それぞれＸ方向における抵抗値は均
一である。

従ってこの素子１に電流を流すと、素子１のＸ方向の温
度分布は、その抵抗値が均一であることから均一となる
。

なお前記高抵抗部４の抵抗温度特性は第２図の曲線イの
ようになり、他の部分のそれは曲線口のようになる。

ところが電流を流し始めた当初においては、前記低抵抗
部には所定の電流が流れるものの、高抵抗部には余り電
流が流れることがなく、第３図の曲線Ａで示したように
、素子１の電流が流れる方向と直交する方向（Ｙ方向）
において温度分布が生じ、前記高抵抗部４の温度が他の
部分の温度よりも低くなることになる。

ところがこの素子においては、電流を流し始めてしばら
くすると、前記低抵抗部の温度がさらに上昇し、その抵
抗値がキュリ一点を越えて高くなり、前記高抵抗部４の
抵抗値と同様のレベルにまで達することになる。

この場合前記高抵抗部４は、他の部分よりも流れる電流
量が少ないために発熱が遅れ、容易に低抵抗部の抵抗上
昇による追随を許し、もはや高抵抗部は高抵抗部でなく
なってしまう。

この結果、最終的な動作安定時における素子１のＹ方向
の温度分布は、第３図の曲線Ｂのように、殆んど無視で
きる程度のものとなるのである。

この第３図の曲線Ｂにおいて僅かに温度が小さくなって
いる部分は、第２図の曲線イの動作安定点イ′と合致す
るものでありこれは曲線口の動作安定点口′よりも僅か
に温度が低くなっている程度のもので全く問題とはなら
ない。

従って素子１に、第１図のようなＸ方向の高抵抗部４が
生じる場合には、実用上全く問題になることはない。

単に動作安定状態に至るまでの時間に差があるだけであ
る。

素子１に高抵抗部４が生じる形態として、次に第４図に
示したように、素子１の、電流の流れる方向と直交する
方向（Ｙ方向）に両端面にわたって生じる場合がある。

この場合高抵抗部４は高抵抗値で、その他の低抵抗部は
低抵抗値で、それぞれＹ方向における抵抗値は均一であ
り、従ってこの素子１に電流を流した場合、素子１のＹ
方向の温度分布は均一となる。

ところがこの素子１の電流の流れる方向（Ｘ方向）では
、一部に高抵抗部４が必ず存在するため、両電極２，３
に電圧を印加すると、第５図に示すように、Ｘ方向の前
記高抵抗部４の部分に電圧の集中が起ることになる。

この結果、この高抵抗部４（電圧集中部分）の温度は他
の部分よりも高くなるので、そこに電圧集中の加速が生
じ（第６図）、前記高抵抗部４の抵抗値がますます高く
なって、低抵抗部の抵抗値との差を拡げることになる。

従って素子１のＸ方向における温度分布は、第７図に示
したように、前記高抵抗部４の温度が極めて高いものと
なって均熱化できず、また電流の流入量も大きくできず
、実用上大きな問題となっていた。

素子１に高抵抗部４が生じるさらに別の形態として、第
８図に示したように、電極２，３間のいずれか一部分に
のみ、点的に高抵抗部４が生じる場合がある。

この場合、高抵抗部４が僅かな領域にしか存在しないた
め、・前述の第１図に示したもののように実用上無視で
きるかのように思われるが、実際には逆で、結果的には
第４図で示したもののようになってしまうのである。

以下順を追ってこの動作について説明する。

まず、電流の流れるＸ方向の、高抵抗部４の存在する領
域（Ｘ、領域）と、この部分にごく隣接した高抵抗部４
を含まない領域（Ｘ２領域）との関係をとってみると、
Ｘ１領域の抵抗値分布は第９図ａのようになり、Ｘ２領
域の抵抗値分布は同図すのようになる。

この状態において電極２，３間に電圧を印加すると、本
来それぞれの抵抗値分布に応じた電圧分布となるが、実
際にはＸ１領域、Ｘ２領域が隣接しているために、相互
に干渉し合い、第１０図ａ、ｂのような電圧分布となる
。

すなわち、Ｘ１領域の電圧分布のムラがＸ２領域によっ
て緩和されて小さくなり、逆にＸ２領域ではその反作用
によってムラが生じるのである。

これはＸ１領域の高電圧部の熱がＸ２領域に伝導し、そ
の部分の温度を高めて抵抗値をも高くするためである。

この結果Ｘ２領域の発熱速度はもはや均一とはならず、
そこに抵抗値の高い高抵抗部４が形成されたと同様にな
ってしまうことになる。

ところが゛前述の第４図のものの場合で説明したように
、電流の流れる方向に高抵抗部（高温部）が存在すると
、その部分の電圧集中が加速度的に生じ、高温部はさら
に高温になるので、Ｘ２領域において一旦高抵抗部が生
じると、その部分における温度は加速度的に上昇するこ
とになるのである（第１１図）。

そしてこの高抵抗部（高温部）は瞬時に形成されるもの
であるため、同じ現象が次にはＸ２領域と近接する領域
に転移し、これがまた次の領域に転移し、というように
順次高抵抗部が形成され、遂には第１２図に示したよう
に、素子１の両端部にわたって、つまりＹ方向全域に高
抵抗部が形成されることになるのである。

この第１２図は、第４図に示したものと実質的に同じに
なってしまう。

従ってこれもまた素子１の均熱化は望めず、発熱量の大
なるものを得ることのできないものであった。

そこで従来よりこの欠点を除去せんとして、第１３図に
示すように、電極２，３間に存在する素子１表面上に、
均熱板５を当接させたものがあった。

しかしこの従来のものでは、素子１と均熱板５との密接
が困難であり、素子１の発生熱を有効に放散させる上で
問題となっていた。

またこの従来のものでは、正特性サーミスタ素子１より
取り出す熱は、均熱板５にてほぼ均熱化されるが、素子
１自身は均熱化されていないので、やはり局部的に高温
部が存在し、発熱体として使用する場合にはヒートサイ
クル等の点で種々不都合があった。

本考案の来たる目的は、上記第４図、第８図の各側で示
したような、正特性サーミスタ素子の電流の流れる方向
に高抵抗部があっても、この部分に電圧集中を行なわせ
ないようにした発熱体用正特性サーミスタを提供せんと
するところに存する。

すなわち、相対向側面に電極が付与されてなる正特性サ
ーミスタ素子の少なくとも一平面の、電流が流れる方向
に生じる電圧集中部分に対応する部分に選択的に、抵抗
体を付与し、この抵抗体としては、前記素子全体が発熱
した時の動作安定点の平均抵抗値よりも高く、前記電圧
集中部分の単位長さあたりの抵抗値よりも低い抵抗値を
有するものを用いたことを特徴とするものである。

以下本考案の一具体例を図面とともに詳述する。

第１４図において１１は、例えばチタン酸バリウム系磁
器半導体よりなる角板状正特性サーミスタ素子、１２．
１３はこの素子１１の相対向する側面に付与されてなる
一対の電極、１４は前記素子１１の、電流の流れる方向
に生じる電圧集中部分の一表面上に付与されてなる抵抗
体であり、この抵抗体１４は、前記素子１１全体が発熱
した時の動作安定点の平均抵抗値よりも高く、かつ前記
電圧集中部分の単位長さあたりの抵抗値よりも低い抵抗
値を有するものが用いられている。

このような構成において、いよその両電極１２゜１３間
に電圧を印加したとすると、素子１１の抵抗値は抵抗体
１４のそれよりも低いため、その電流の殆んどは素子１
１に流れて発熱を開始する。

そして一定時間後、素子１１はそのキュリ一点を越えて
抵抗値が増大し、所定の抵抗値で安定する（動作安定点
）。

ところが、素子１１の電流の流れる方向に前述の高抵抗
部が存在（点あるいは金山にわたって）していたとする
と、その部分には集中して電圧が印加され、他の部分よ
りも高温状態になろうとする。

しかしこの電圧集中部分の素子１１表面上には、この部
分の抵抗値よりも低い値の抵抗体１４が付与されている
ので、この部分に印加される電圧は、抵抗体１４の抵抗
値に応じたものとなり、この部分に流れる素子１１の電
流は、抵抗体１４に主として流れて一定の発熱をし、素
子１１には電圧集中の加速現象が生ぜず、局部的に発熱
することはなく、均熱化できるものである。

このことから、前記抵抗体１４は素子１１の表面と電気
的に接続されでいることが必要であることが理解できよ
う。

なお図面および上記実施例は本考案の一具体例を示した
ものにすぎず、これに限定されることはない。

特に素子１１や電極１２．１３の形状は任意であり、例
えば円板素子を用いて、この素子の局面の相対向位置に
電極を付与すること等は、単なる設計的事項である。

また抵抗体１４の付与は素子１１の側平面に行ってもよ
いとともに、その方法は塗布や貼着等いかなる方法を用
いてもよく、その付与範囲も、少なくとも素子１１の電
圧集中部分が全て覆われるようになっておれば多少幅広
であってもよい。

以上のように本考案は、素子の電圧集中部分表面上に抵
抗体を付与し、この抵抗体の抵抗値を、素子全体が発熱
した時の平均動作安定点の抵抗値よりも高く、かつ前記
電圧集中部分の単位長さあたりの抵抗値よりも低い値に
設定しているので、素子が局部的に発熱することがなく
、均熱化が図れ、その使用用途が拡大されるという効果
を有する。

また本考案においては、局部発熱を防止しているので、
ヒートサイクルによる素子のヒビ割れ等の問題も解消で
きるという効果を有する。

さらに本考案では、前記抵抗体の付与によって、これに
も常時発熱させることができるので、全体としての発熱
量をさらに大きくできることになる等、実用上効果多大
なる考案である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の背景となる正特性サーミスタ素子の斜
視図、第２図はその抵抗温度特性図、第３図は第１図Ｙ
方向の温度分布図、第４図は本考案の背景となる他の正
特性サーミスタ素子の斜視図、第５図、第６図はいずれ
も第４図Ｘ方向の電圧分布図、第７図は同じく温度分布
図、第８図は本考案の背景となるさらに他の正特性サー
ミスタ素子の斜視図、第９図は第８図のＸ方向の抵抗値
分布図、第１０図は同電圧分布図、第１１図は同温度分
布図、第１２図は第８図の素子の動作安定時の斜視図、
第１３図は、従来の発熱体用正特性サーミスタを示した
側面図、第１４図は本考案発熱体用正特性サーミスタの
形状例を示した側面図である。 １１−正特性サーミスタ素子、１２．１３−電極、１４
−抵抗体。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 相対向する側面に電極が付与されてなる正特性サーミス
   タ素子の少なくとも一平面の、電流が流れる方向に生じ
   る電圧集中部分に対応する部分に選択的に、この電圧集
   中部分の平均抵抗値よりも低く、かつ素子全体が発熱し
   た時の動作安定点の単位長さあたりの抵抗値よりも高い
   抵抗値を有する抵抗体を付与してなることを特徴とする
   発熱体用正特性サーミスタ。