JPS5910712Y2 - 正特性サ−ミスタを用いた発熱体装置 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 一般に正特性サーミスタを用いた発熱体においては、そ
の発生熱を外部に良好に放散させることが望ましい。

つまりこのことは正特性サーミスタ自身の熱抵抗と、正
特性サーミスタと外部との間の熱抵抗をできるだけ抑え
ることにより改善できる。

この熱抵抗θは熱放散係数の逆数で、次式により表わさ
れる。

ここにαは定数、Ｋは熱伝導率、Ａは放熱有効面積、ｔ
は発生熱の等価的中心点から放熱面までの厚みまたは距
離である。

そして■式は物質の熱伝導率およびサイズからθを算出
する場合、■式は実際に電力を加えたときの安定状態よ
りθを算出する場合に適用される。

いよ第１図に示すような、両平面に全面電極２，３が付
与された正特性サーミスタ１の一方の面に、熱伝導良好
なる伝熱板４を介して放熱板５を取り付けて放熱させる
装置において、正特性サーミスタ１の発生熱の等価的中
心点Ｏと、この発生熱を放熱板５に伝える点Ｘとの間の
熱抵抗θは、■式よ’［を正特性サーミスタ１および伝
熱板４の熱伝導率、Ａを放熱板５に接触する面積、ｔを
Ｏ点からＸ点までの距離つまりｔｔ ＋ｔ２として求め
ればよい。

また第１図の装置に実際に電圧を印加して安定したとき
のＯ点温度Ｔ１、Ｘ点温度をＴ２、このときの消費電力
をＰとすると、■式よりＰおよび△Ｔ二Ｔ１−Ｔ２とし
て、０−Ｘ間の熱抵抗θを求めることもできる。

（この場合放熱板５は十分大きくて、正特性サーミスタ
１の他面からの発熱はないと仮定する。

）従って前記■式より、熱抵抗θを小さくするには放熱
面積、すなわち放熱板５に接触する面積Ａを大きくした
り、あるいはＯ点からＸ点までの距離ｔを小さくすれば
よいことは明らかである。

そのためには正特性サーミスタ１の径を大きくして外部
との間の熱抵抗を小さくするか、正特性サーミスタ１の
厚みを薄くして発生熱の等価的中心点０を表面に近づけ
、正特性サーミスタ自身の熱抵抗を小さくすればよいが
、径を大きくした場合には多くの原材料が必要となった
り、歩止りが悪くなったりして製作コストが高価になり
、また厚みを薄くした場合には、耐圧特性が悪くなって
実用性に乏しくなるという欠点を有している。

また熱抵抗θの総和は電気抵抗と同様に計算でき、θ１
の熱抵抗を有する正特性サーミスタと、烏の熱抵抗を有
する伝熱板とを、同じ放熱板にｎ個取り付けたときは並
列接続されたことになって熱抵抗θの総和は小さくなる
（θ＝０ ＋ ＋０ ２ ）。

また同様のθ１と＾をｎ個重ねたときは直列接続された
ことになって、熱抵抗θの総和は大きくなる（θ＝ｎ
（θ１＋あ））。

従って熱抵抗θを小さくするには種々の熱抵抗要素を、
実質的に並列接続させれは゛よいことが明らかで゛ある
。

従来このような観点から、複数個の正特性サーミスタを
１枚の放熱板に取り付けたものがあったが、多数個使い
のため、価格が高価になったり、作業性が悪いなどの欠
点を有し、実用性の点で好ましいものといえなかった。

つまり従来からは熱低抗θを小さくするという配慮は実
質的になされていないのが実情であった。

従って熱抵抗θが大きいことにより、周囲温度に対する
速応性や速熱性、その他あらゆる点で好ましいものでは
なかった。

本考案はこのような点に鑑みてなされたもので、上記従
来の欠点を生じさせることなく正特性サーミスタ自身の
熱抵抗を小さくするとともに正特性サーミスタと外部と
の間の熱抵抗を小さくし、正特性サーミスタの発生熱を
無駄なく利用して、速熱性および周囲温度に対する速応
性にすぐれた構造の発熱体装置を提供することを目的と
するものである。

以下に本考案の一実施例を図面とともに説明する。

第２図において１１は金属板、１２はこの金属板１１上
面に当接されたアルミナ、ベリリア等の磁器、樹脂ある
いはサーコン（商品名）等からなる熱伝導良好なる第１
の絶縁板、１３はこの第１の絶縁板１２上面に当接され
た正特性サーミスタであり、この正特性サーミスタ１３
は、第３図に示すように正特性半導体磁器基板１４の前
記第１の絶縁板１２上面に当接する面の相対向側端部に
それぞれ第１の電極１５．１６が設けられ、これら第１
の電極１５．１６のそれぞれの側から互いに相対向する
第１の電極１５．１６のそれぞれの側へ交互にかつ略一
定間隔をもって平行して伸びる櫛歯状の第２の電極１５
ａ，１６ａが設けられ、さらにこの基板１４の裏面、す
なわち前記第１の絶縁板１２に当接する面とは反対側面
の側端部に前記第１の電極１５．１６に接続され、その
中央部近傍に突出部１５ｂ’， １６ｂ’を有する引き
出し電極１５ｂ，１６ｂが設けられて形威されたもので
ある。

１７．１８は前記正特性サーミスタ１３の引き出し電極
１５ｂ，１６ｂの一部と、その突出部１５ｂ’，１６ｂ
’にそれぞれ当接され導電性接着剤等で固着された端子
板であり、この端子板１７．１８は第４図に示すように
、前記引き出し電極１５ ｂ， １６ ｂの一部と、そ
の突出部１５ｂ’，１６ｂ’に当接する平板部イ部と、
この平板部イ部に連続して形威された引き出し部口部と
から或るものである。

なお、この平板部イ部に接着剤のにげ穴を設けておけば
、その接着が容易となる。

１９は前記正特性サーミスタ１３上面に当接された、例
えば、アルミナ等の良熱伝導性の無機質粉末をシリコン
樹脂中にフイラーとして混在させた富士高分子工業株式
会社製の商品名「サーコン」のような、ある程度の弾性
力を有する熱伝導良好なる第２の絶縁板であり、前記端
子板１７．１８の平板部イ部を押圧すれば、この平板部
イ部を埋め込んだ状態にできるものである。

この第２の絶縁板１９には、その両端部に前記端子板１
７．１８の引き出し部口部を挿通させる通孔２０，２１
が形或されている。

なおこの通７Ｌ２０，２１は独立したものでなく切溝の
ように外部につながっているもので゛もよい。

２２は、その内底面が前記第２の絶縁板１９上面に当接
され、底面に前記端子板１７．１８の引き出し部口部を
外部に導出するための通孔２３ ，２４が形或された椀
状の金属ケースであり、この金属ケース２２は、その開
口部に外側に折曲されて形戒された平坦部２５が前記金
属板１１に当接し固着され、前記第１の絶縁板１２、正
特性サーミスタ１３、端子板１７，１８、第２の絶縁板
１９の全体を押圧固定している。

この金属ケース２２の金属板１１への固着手段は、ねじ
や熱伝導良好な接着剤を用いたり、あるいは前記金属板
１１の周縁に複数個の舌片を形或し、この舌片を金属ケ
ース２２の平坦部２５上面上に折り曲げて一体に固着す
るなど、全く任意でよい。

また金属ケース２２の通孔２３，２４はここに挿通され
る端子板１７．１８と絶縁されることが必要であるが、
たとえば、通孔２３ ，２４をばか穴にしたり、端子板
１７．１８の引き出し部口部に絶縁チューブを被着させ
るなど、その手段は全く任意である。

２６は、前記第１の絶縁板１２、正特性サーミスタ１３
、端子板１７，１８、第２の絶縁板１９の位置関係が、
外部衝撃等によって容易に崩れることのないように確実
に固定するとともに、正特性サーミスタ１３の発生熱、
特に正特性サーミスタ１３の側面側に放散される発生熱
を無駄なく金属ケース２２に伝達させるために、金属ケ
ース２２内の空隙部に充填固化された必要により良熱導
性材のフイラーを混入させたシリコン樹脂、エポキシ樹
脂、ポリアミド樹脂、ポリイミド樹脂等の熱伝導性良好
な充填剤、２７．２８は放熱板（図示せず）等に取り付
けるための取付穴である。

次にこのように構威された発熱体装置の作用について説
明する。

端子板１７．１８間に電圧が印加されると、正特性サー
ミスタ１３は、引き出し電極１５ｂ，１６ｂ、第１の電
極１５．１６を順次介して電圧の印加された櫛歯状の第
２の電極１５ ａ， １６ ａ間で発熱する。

この時、この第２の電極１５ ａ， １６ ａは略一定
間隔をもつて隣接して設けられているので、その間の磁
器基板１４の温度分布が極めて小さく、殆んどその発生
熱の等価的中心部が第１の絶縁板１２に当接している側
の基板１４表面になり、基板１４自身の熱抵抗を零に等
しい値にまで低く抑えることができるのである。

そしてこの熱のほとんどは第１の絶縁板１２を通して金
属板１１に伝達され、非加熱物を加熱する。

なお基板１４の表面の発生熱の幾分かは、基板１４裏面
側および側面側に伝達されるが、この熱は第２の絶縁板
１９あるいは充填剤２６を通して金属ケース２２に伝達
され、そしてこの熱はさらにケース２２の金属内部を通
って金属板１１に伝達され、被加熱物の加熱に供与させ
られるのである。

この場合金属ケース２２の端部は平坦部に構或してある
ので、金属板１１への熱伝達を良好に行なえる。

この結果正特性サーミスタ１３の全表面の熱を金属板１
１に集束させて被加熱物を加熱することができるのであ
る。

なお上記の実施例は本考案を具体化させるためのもので
あって、本考案を特定するものではなく、多少の設計変
更は適宜行ない得る。

例えば本実施例の正特性サーミスタ１３の基板１４裏面
の引き出し電極１５ｂ，１６ｂは、そこに当接される端
子板１７．１８が十分電気的に接触しうる幅を有してい
る場合には、そこに設けた突出部１５ｂ′１６ｂ’を必
ずしも必要としないものである。

さらに本考案装置の互いに当接しあっている各構威部品
間にシリコンゴム、シリコングリース等の熱伝導部材の
塗膜を設け、その間の熱伝導をより良好にすることも任
意である。

本考案は以上説明したように発熱体として用いる正特性
サーミスタの電極を、その相対向側端部のそれぞれから
互いに相対向する側へ交互にかつ略一定間隔をもって平
行して伸びる櫛歯状の電極構造とし、従来のように正特
性サーミスタの厚みを薄くしなくともその発生熱の等価
的中心部が基板表面にくるようにしたので、耐圧特性を
悪くすることなく、正特性サーミスタ自身の熱抵抗を小
さくすることができる。

また本考案では、正特性サーミスタに櫛歯状電極を付与
しているので、各電極に流す電流を均一にでき、それぞ
れの電流容量も大きくならないので、電極を太くしたり
厚くする必要がなく、基板の有効発熱面積を最大にでき
るという効果を有する。

この基板の有効発熱面積が最大にできるということは、
発熱に寄与しない電極下面の領域が最小にできるという
ことで、結果として各電極間の発熱領域が発熱に寄与し
ない領域をすばやく良好に加熱し、全体として温度分布
を均一にできるようになるのである。

この温度分布が均一にできるということは、局部的な電
圧集中をなくせ、基板の熱的歪をなくせて特性的、強度
的にも安定になり、金属板への放熱を良好に行なえるこ
とになり、発熱体装置として好ましいものとなる。

さらに、正特性サーミスタ全表面からの発生熱を無駄な
く同じ１個の金属板に集束させて放熱させるようにした
ので、前掲熱抵抗θを小さくする条件の、有効発熱面積
Ａを大きくすること、および、正特性サーミスタの全表
面と金属板間の総合熱抵抗を小さくすること、すなわち
正特性サーミスタの櫛歯状電極の付与されている面と金
属板間の熱抵抗、正特性サーミスタの引き出し電極の付
与されている面と金属板間の熱抵抗、および正特性サー
ミスタの側面と金属板間の熱抵抗を、それぞれ並列接続
することにより総合熱抵抗を小さくすること、を達戊で
きるのである。

すなわち正特性サーミスタの径を大きくしたり、複数個
の正特性サーミスタを用いたりしないので、製作時の歩
止りを悪くさせたり作業性を悪くさせたりすることなく
正特性サーミスタと外部との間の熱抵抗を小さくするこ
とができる。

従ってたとえば保温器用の発熱体として用いた場合には
、速熱性が良好であるのみならず、周囲温度の変化に敏
感に反応し、良好な保温性能をもたせることができる。

すなわち正特性サーミスタは、周囲温度が変わると即座
にその抵抗温度特性の急峻な部分にて動作点が変わり、
これに伴って電力をすばやく変化させ、内部温度を常に
一定に保つように作用するのである。

またこのように熱抵抗を小さくすることにより、その熱
放散係数を実質的に大きくでき、高電力を発生させるこ
とができるとともに、正特性サーミスタそのものの寸法
を小さくでき、特性の安定なかつ安価なものにできる。

なおこれらはいずれも熱抵抗低下の観点からみた効果で
あるが、構造上からも、金属ケース内に第２の絶縁板、
端子板を当接固着させた正特性サーミスタ、第１の絶縁
板を順次装填し、その空隙部に熱伝導性良好な充填剤を
充填固化させるという極めて簡単な作業で製作できると
いう効果を有し、部品点数も少なく安価なものになる。

また金属板、第１の絶縁板、正特性サーミスタには不要
な突起部がないため、それらの両面をラッピング等によ
り平滑にして熱抵抗をさらに小さくし、そのバラツキを
もおさえることができる。

さらに第２の絶縁板にはある程度の弾性力を有するもの
を用いているため、正特性サーミスタ上面に端子板の平
板部が突出していても、その突出部は第２の絶縁板面に
うめ込まれたようになるためこの第２の絶縁板は正特性
サーミスタおよび金属ケースに確実に密接し、そのため
金属板、第１の絶縁板、正特性サーミスタのそれぞれの
間の接触圧は常に一定となり、熱抵抗のバラツキの非常
に小さな安定した発熱体を供給することができる等、種
々の効果を有するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は正特性サーミスタの熱抵抗を説明するための平
面図および側面図、第２図は本考案の一実施例の発熱体
装置の要部断面図、第３図、第４図は本考案発熱体装置
に用いられる正特性サーミスタ、端子板のそれぞれの斜
視図である。 １１・・・・・・金属板、１２・・・・・・第１の絶縁
板、１３・・・・・・正特性サーミスタ、１４・・・・
・・正特性半導体磁器基板、１５．１６・・・・・・第
１の電極、１５ａ，１６ａ・・・・・・第２の電極、１
５ｂ，１６ｂ・・・・・・引き出し電極、１７．１８・
・・・・・端子板、１９・・・・・・第２の絶縁板、２
０．２１・・・・・・第２の絶縁板に設けられた通孔、
２２・・・・・・金属ケース、２３，２４・・・・・・
金属ケースに設けられた通孔、２５・・・・・・金属ケ
ースの平坦部、２６・・・・・・充填剤、２７ ． ２
８・・・・・・取付け穴。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 金属板と；この金属板の上面に当接された熱伝導良好な
   る第１の絶縁板と；この第１の絶縁板の上面に当接され
   、この第１の絶縁板上面との当按面の相対向側端部にそ
   れぞれ第１の電極が設けられ、さらにこの各第１の電極
   に連続して、互いに相対向する第１の電極へ交互にかつ
   略一定間隔をもって平行して伸びる櫛歯状の第２の電極
   がそれぞれ設けられ、さらに前記第１の電極にそれぞれ
   接続されて裏面の側端部に引き出された引き出し電極が
   設けられた正特性半導体磁器基板からなる正特性サーミ
   スタと；この正特性サーミスタのそれぞれの引き出し電
   極に当接固着される平板部と、この平板部に連続して外
   部に導出される引き出し部とが形或された端子板と；前
   記正特性サーミスタの上面に当接され、前記端子板の引
   き出し部を挿通させる通孔が形威されたある程度の弾性
   力を有する熱伝導良好なる第２の絶縁板と；この第２の
   絶縁板の上面に当接され、その底部に前記端子板の引き
   出し部を挿通させる通孔を有するとともに、その開口部
   が折曲されて形威された平坦部が前記金属板に当接固着
   された金属ケースと；この金属ケース内の空隙部に充填
   固化された熱伝導性良好な充填剤；とからなる正特性サ
   ーミスタを用いた発熱体装置。