JPS5952521B2 - 電気抵抗装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は電気的抵抗体に関し、特に抵抗体の抵抗の温度
係数ＴＣＲの決定を可能にする抵抗体の形態に関する。

与えられた導電性材料が所望の抵抗値および熱膨張係数
の様な特性をもつが故にこ！・シを抵抗体又はヒータと
して用いることが時々望まれる場合があるが、更に拡張
された使用に対してはその材料の抵抗の温度係数がよく
ないことがある。

例えば、シリコンの熱膨張係数、熱伝導率、抵抗率はシ
リコンを低膨張率のガラス−セラミック材料の上に付着
してヒータ素子として用いるのに適しているが、シリコ
ンのＴＣＲが負である為に熱暴走を避ける為に電流制限
電源を必要とする。

この種の電源は比較的高価であるので、ヒータ素子のＴ
ＣＲを変更することにより熱暴走を避ける方が有利であ
る。

従って、本発明の目的は所望のＴＣＲが得られる抵抗体
の構造を提供することである。

簡単に言えば、本発明による抵抗体は第１のＴＣＲを有
する一枚の抵抗性材料シートを有する。

この抵抗性材料のシートには、第１および第２の互に間
隔を有する抵抗性材料からなる細長いストリップ又は通
路が電気的に接触している。

これらストリップは第１のＴＣＲとは異なる第２のＴＣ
Ｒを有し、これらに電気的に接続される一対の導電性ス
トリップに対して角度をなして配置されている。

上記細長いストリップ間の間隔は導電性ストリップ間の
間隔よりは狭い。

図面は本発明の表示的、象徴的なものにすぎず、図面に
示された素子の寸法や相対的な比率に関しても何ら意図
されていない。

第１図を参照すると、誘電体基板１０が示され、その表
面上には接着性電気的抵抗性材料の第１の被膜１２が配
置されている。

基板１０はガラス、セラミック、ガラス−セラミック、
プラスチック等の非導電性材料からなるか、又は、その
上に絶縁層を有する導電性基板からなる。

被膜１２の表面の長い方の側に沿って第２の電気的抵抗
性材料からなる二つのストリップ１４と１６が配置され
ている。

被覆１２の表面の短かい側に沿って一対の電気的端子ス
トリップ又は通路１８．２０が配置されている。

ストリップ１８．２０は夫々電気的にストリップ１４．
１６に接続されている。

リード線２２．２４が夫々端子ストリップ１８．２０に
はんだ付は又は他の方法で電気的に接続されている。

第１図において、端子ストリップ１８．２０はストリッ
プ１４．１６と同じ材料からなる様に図示されているが
、その厚さはより厚くし抵抗値を下げる様になっている
。

もしストリップ１９．２０の抵抗値が十分に低い時はリ
ード２２．２４は第１図に示されている様にストリップ
１８．２０の全長に亘って接続する必要はなくどこか一
部分に接続することでよい。

或は、ストリップ１８．２０は高導電性材料から作って
もよい。

もし、材料１２が自己支持可能なシート又はブロックか
ら形成することが可能な場合には、基板１０は不必要で
ある。

第１の塗布された被膜１２のＴＣＲは正でも負でもよい
が、抵抗性ストリップ１４．１６のＴＣＲとは異なって
いなければならず、はパ零の実効的ＴＣＲを得る為に上
記材料のＴＣＲ値は異なる符号をもたねばならない。

しかし、ある場合においては、上記二つの材料のＴＣＲ
値は共に正又は負で゛その大きさが異なることもある。

負のＴＣＲをもつ材料としては例えば炭素、シリコンカ
ーバイド、シリコン等があり、正のＴＣＲをもつ材料と
しては金属、ニッケルーアルミニウム合金、ニッケルー
クロム合金等の合金がある。

本発明の動作原理を第２図を参照して説明する。

第２図では第１図と同じ素子はダッシュ付の参照記号が
付けられている。

説明の都合上、第１の被膜１２は負のＴＣＲを有し、ス
トリップ１４．１６は正のＴＣＲを有するとする。

図で、第１の被膜１２′を通過する電流成分、即ち、矢
印２６で示される横方向成分と破線２８で示される縦方
向成分とが示されている。

第１の温度に於ては、与えられた電流量が矢印２６．２
８で示される通路に沿って流れる。

もし抵抗体を流れる電流又は外部から印加された熱によ
って被膜１２′およびストリップ１４’、１６’の温度
が増加すると、ストリップ１４’、１６’の抵抗が増加
しこれにより電流成分２６は減少する。

電流の主成分はストリップ１４’、１６’の間の比較的
短かく広い通路から端子ストリップ１８’、２０’の間
の長く狭い通路へ移行する為に、抵抗体全体としての抵
抗は増加する。

但し、被膜１２′は負のＴＣＲをもつ故その抵抗は減少
し、電流成分２８は増加する。

被膜１２とストリップ１４，１６の材料およびこれら素
子の寸法を適当に選択することによって、全体としての
ＴＣＲを零にすることが出来る。

この抵抗体の応用は上記の様な完全補償のみに限定され
るものではない。

本方法により、所望の動作温度において抵抗が最小とな
る様な抵抗体ヒータ素子を作る事が出来る。

この様な自然の電力制限能力により抵抗体の最大温度を
都合よく制限する事が出来る。

本発明により構成された抵抗体の更に他の利点は負のＴ
ＣＲを有する抵抗体材料における過熱点を散逸させる能
力である。

抵抗体材料中に過熱点が発生すると、抵抗率が減少し、
これにより過熱点を流れる電流が大きくなる。

もし抵抗性ストリップが、負のＴＣＲを有する材料の熱
伝導率に依存して、十分狭い間隔によって分離されるな
らば、過熱点からの熱は正のＴＣＲをもつ隣接する細長
いストリップに導かれる。

正のＴＣＲ材料が加熱されるに従がってその抵抗率は増
加し過熱点へ流れる電流を減少させ、熱を散逸させる。

第３図に示される様に、抵抗体材料の第１の被膜の表面
上に配置されて相互挿入され多重接続されたス１〜リッ
プ３２．３４の列を形成する様に抵抗体材料のパターン
を拡張する事も可能である。

この実施例においては、導電性端子ストリップ３６．３
８は夫々抵抗性ストリップ３２．３４への電気的接続に
用いられている。

第４図の断面図は第１の抵抗性材料が既に塗布された二
つの被膜の上に、更に、配置された図を示す。

本実施例では、第１の抵抗性材料の第１の被膜４２が基
板４０の上に配置されている。

第２の抵抗性材料の被膜４４は例えば第３図に示された
様な方法でパターン化され、第１の材料の第２の被膜４
６がパターン化された被膜４４および被膜４２の露出部
分の上に配置されている。

或は、第２の材料の互の相互接続された線を被膜４２の
上に置き、被膜４６をその上に付着し上記線を基板に固
着することも出来る。

第１の被膜４２は所望の場合には除去してもよく、被膜
４４又は線マトリックスを直接基板４０上に直接配置し
てもよい。

第５図は本発明により形成された抵抗体が上述の様に平
坦な基板のみならず曲率をもった基板上に付着すること
が出来る事を示している。

第１の電気的に抵抗性の材料の第１の被膜５２を円筒表
面上に付着した後、第２の材料のパターン化された被膜
５４．５６を第１の被膜上にストリップ５４とストリッ
プ５６とが相互挿入する様付着される。

導電性終端キャップ５８．６０により導電性リード６２
．６４と抵抗性ストリップ５４．５２とが夫々接続され
る。

第１図に示された型の抵抗体は以下の様に構成される。

本抵抗体は高温度で用いられるものである為、低膨張率
のガラスセラミック材料を基板として選び、シリコンを
抵抗性被膜１２として選ぶ。

シリコン被膜は−０，００７／℃のＴＣＲを有するので
、正のＴＣＲを有するニッケルークロム合金（８０％Ｎ
ｉ−２０％Ｃｒ）を抵抗性ストリップ１４，１６として
選ぶ。

更に、プラチナのうすい層を上記ニッケルークロム合金
ストリップの上に燃焼して付着させ、そのＴＣＲを増加
させる。

抵抗体素子の寸法についての一般的な指示を得る為に以
下の方法が用いられる。

抵抗体は室温と４５０℃の間ではパ一定の抵抗率をもつ
ものでなければならない。

室温において、ストリップ１４゜１６に沿っての抵抗は
第２図の矢印２６の方向における被膜１２の抵抗よりも
ずっと小さくなければならない。

装置は図示の様に細長い為、通路２８に沿っての抵抗は
通路２６に沿っての抵抗よりも明らかに大きい。

被膜１２において、抵抗性ス１−リップ１４の終端と端
子ストリップ２０、抵抗性ストリップ１６の終端と端子
ストリップ１８の間の部分に過熱点が発達するのを防止
する為には、第２図において距離ｄは抵抗性ストリップ
間の分離間隔Ｗと等しいか又はそれより大でなければな
らない。

４５０℃において、ストリップ１８゜２０間の被膜１２
の抵抗はストリップ１４．１６に沿っての抵抗よりもず
っと小でなければならない。

これらの設計条件は以下の様にして構成される抵抗体に
より満足される。

２ｃｍＸ４ｃｍの寸法の表面を有する低膨張率ガラス−
セラミック基板に、０、０３ｃｍの厚さのシリコン被膜
を火焔で散布して塗布する。

金属マスクを通して８０％ニッケルー２０％クロムの合
金を真空蒸着することにより抵抗性ストリップ１４，１
６を形成する。

これらストリップは第１図に示される様にＬ型で、幅約
０．４ｃｍ、厚さ約０．５μｍである。

Ｌ型の抵抗性ストリップの上をＥｎｇｅｌｈａｒｄ−Ｈ
ａｎｏｖｉａ液体有機プラ液体有機プラチナ上７４５０
た有機−プラチナ化合物を刷毛で塗ることによりプラチ
ナで合金化する。

この様に塗布された装置を約１５分間９００℃で加熱す
る。

端子ス） Ｉ）ツブ１８，２０の厚さを、有機−金属プ
ラチナペーストで更に刷毛塗りすることにより増加させ
、その抵抗を減少させる。

素子全体の抵抗は約１２０オームで、２０℃と４５０℃
の間の温度範囲で１％以下しか変化せず、２ Ｘ １０
−５／’ＣのＴＣＲを示す。

第３図に示される型の低電圧多素子ヒータは以下の様に
して構成する。

厚さ約０．５ｍｍのシリコン金属の被膜を１２ｃｍ Ｘ
００５ｃｍだけ低膨張率ガラス−セラミック基板１２
の上に散布する。

シリコンの抵抗は約５Ωｃｍである。

銀からなる相互挿入されたストリップのパターン３２．
３４をマスクを通してシリコンの上に直空蒸着させる。

ストリップの幅は０．７５ｃｍである。

但し、基板の両端におけるストリップの幅は０．３７ｃ
ｍである。

又、ストリップの長さは９ｃｍである。

ストリップの厚さは有機バインダー中に銀粒子を混ぜた
ペーストをストリップ表面に刷毛塗りすることにより増
加させ、装置全体の抵抗が３Ωと４Ωの間になる様にす
る。

６００℃附近の温度で動作させる時、本装置は些か負の
ＴＣＲを有することが分り、又、高温においても安定に
動作する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明により構成された抵抗体の基本型の斜視
図である。 第２図は本発明の動作原理を示す図である。 第３図及び第５図は本発明の更に他の実施例を示す。 第４図は本発明により形成された抵抗体の構造の一つの
形態を示す断面図である。 １０・・・・・・基板、１２・・・・・・第１抵抗性材
料のシート、１４，１６・・・・・・抵抗性材料のスト
リップ、１８．２０・・・・・・導電性材料端子。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 第１の抵抗温度係数を有する第１の抵抗性材料の一
   枚のシートと、 上記シート上に配置された第１と第２の間隔をもった導
   電性端子と、 上記第１の導電性端子に接続され、同端子と角度をなし
   て配置された抵抗性材料の少なくとも一つの細長いスト
   リップと、 上記第２の導電性端子に接続され、上記材料と角度をな
   して配置された抵抗性材料の少なくとももう一つの細長
   いストリップとからなり、上記細長いストリップを抵抗
   の温度係数は上記シートの抵抗の温度係数と異なり、上
   記細長いストリップの間の距離は上記導電性端子間の距
   離よりも小さくなった、電気的装置。 ２、特許請求の範囲第１項による電気的装置で、更に誘
   電体基板を含み、上記第１の電気的誘電性材料シートは
   上記基板を被覆する接着性被膜からなる電気的装置。 ３ 特許請求の範囲第２項による電気的装置で、上記第
   １と第２の端子は上記細長いストリップに関して直角に
   配置されている電気的装置。 ４ 特許請求の範囲第３項による電気的装置で、上記第
   １と第２の端子の各々に電気的接続をする手段を含んで
   いる電気的装置。 ５ 特許請求の範囲第２項による電気的装置で、上記第
   １と第２の端子は互に間隔をもった平行な導電性ストリ
   ップからなり、上記少なくとも１つの細長いストリップ
   と少なくとももう１つの細長いストリップとの各々は各
   々の導電性ストリップから延長する複数個の細長い抵抗
   性ストリップからなり、上記第１の端子から延長する抵
   抗性ストリップは上記第２の端子から延長する抵抗性ス
   トリップと相互挿入されている、電気的装置。 ６ 特許請求の範囲第５項による電気的装置で、上記第
   １の抵抗性材料の抵抗の温度係数と上記抵抗性材料の細
   長いストリップの抵抗の温度係数とは互に逆の符号をも
   つ、電気的装置。 ７ 特許請求の範囲第６項による電気的装置で、上記平
   行な導電性ストリップの各々に電気的接続をする手段を
   含んだ電気的装置。 ８ 特許請求の範囲第２項による電気的装置で、上記基
   板が曲面をなす電気的装置。 ９ 特許請求の範囲第２項による電気的装置で、上記第
   １の抵抗性材料の抵抗の温度係数と上記抵抗性材料の細
   長いストリップの抵抗の温度係数とは符号が逆である、
   電気的装置。 １０ 特許請求の範囲第９項による電気的装置で、上記
   第１の抵抗性材料はシリコンで、上記抵抗性材料の細長
   いストリップは正の抵抗温度係数を有する電気的装置。