JPS6143821B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は正特性サーミスタを熱源とした発熱装
置に関する。

従来のこの種発熱装置は第１図に示すように、
電気絶縁物製のケースａ内に正特性サーミスタｂ
を収容するとともに、この下面に当接しかつ一端
部をケースａから突出して板ばね製の電極ｃを収
容し、またケースａの上面にはその開口を塞ぐと
ともに正特性サーミスタｂ上面に面接する平板状
の電極ｄを設け、さらにこの上面に電気絶縁物ｅ
を介して放熱板ｆを設け、これらをリベツトｇで
連結して構成されている。したがつて、従来の発
熱装置は構造が複雑で高価であつた。

また、この発熱装置は、正特性サーミスタｂで
発生した熱を上方に伝導して放熱板ｆから放熱す
るものであるが、この熱伝導径路における全熱抵
抗が４〜10℃／Ｗと大きく、このため高出力が得
られず数10W程度のヒータとして使用するのが限
度であつた。

すなわち、第１図の発熱装置により詳しく説明
すれば、その熱伝導径路における全熱抵抗Ｒの要
因は、正特性サーミスタｂの厚さ方向の熱抵抗
R₀、正特性サーミスタｂと電極ｄとの接触面で
の熱抵抗R₁、電極ｄの厚さ方向の熱低抗R₂、電
極ｄと電気絶縁物ｅとの接触面での熱抵抗R₃、
電気絶縁物ｅの厚さ方向の熱抵抗R₄、電気絶縁
物ｅと放熱板ｆとの接触面での熱抵抗R₅、およ
び放熱板ｆの厚さ方向の熱抵抗R₆である。

ところで、熱抵抗R₂およびR₆は熱伝導率がき
わめて良好なため実質的に無視でき、かつ熱抵抗
R₃およびR₅は発熱装置の組立時グリース等を塗
ることで十分小さな値にできるため、全熱抵抗Ｒ
は（R₀＋R₁＋R₄）で等価的に把握できる。そこ
で、具体的計算によつて全熱抵抗Ｒを求めるに、
熱抵抗R₀，R₁およびR₄は(1)式で得られる。

１／ρ（熱伝導率ｋｃａｌ／ｍｈ℃）×ｔ（厚さｍ）／
Ｓ（面積m²）…(1) しかして、正特性サーミスタｂの熱伝導率は約
0.8kcal／mh℃であり、そして電極間の距離を電
気用品取締り法を満足させるため厚さは２mmで、
縦30mm、横20mmの正特性サーミスタｂを使用し、
その発熱中心を板厚の中央と仮定すれば、前記(1)
式によりR₀≒2.1h℃／kcal℃＝2.4／Ｗとなる。
また熱抵抗R₁については、正特性サーミスタｂ
と電極ｄ間の等価的空気の厚さを0.01mmと仮定す
れば、空気の熱伝導率は約0.022kcal／mh℃であ
るから、前記(1)式によりR₁≒0.76h℃／kcal＝
0.88℃／Ｗとなる。さらに電気絶縁物ｅは圧着力
を組立時特に受けるため、割れ易いアルミナ磁器
等の熱伝導の良好なものは使用できず、マイカや
シリコンゴム等が用いられており、厚さ0.5mmの
マイカを使用したとすれば、その熱抵抗は約
0.4kcal／mh℃であるから、前記(1)式によりR₄≒
2.1h℃／kcal＝2.4℃／Ｗとなる。したがつて全
熱抵抗Ｒは約5.7℃／Ｗであり、非常に大きいこ
とが分かる。

しかして、この種発熱装置の出力Ｐは、正特性
サーミスタのキユーリー点温度をＴ_P、全熱抵抗
をＲ、放熱板の温度をT₁とすると、簡易的に(2)
式で与えられる。

Ｐ＝Ｔ_Ｐ−Ｔ_１／Ｒ ……(2) すなわち、(2)式から分かるように放熱板の温度
を一定にすると、出力はキユーリー点温度に比例
し、熱抵抗に反比例するものである。ところで、
正特性サーミスタのキユーリー点温度は、現況で
は220〜240℃が上限であるが、被加熱物がない状
態での発熱時の安全性およびグリースの耐熱性を
考慮すると、実際的には180〜200℃が最大であ
る。したがつて、キユーリー点温度が200℃の正
特性サーミスタｂを使用した場合の出力Ｐは前記
(2)式により、放熱板ｆが30℃の時P₃₀＝30W、ま
た放熱板ｆが100℃の時P₁₀₀＝11.5Wである。

このように従来の発熱装置では非常に小さな出
力しか得られず、このため保温ヒータ等にしか使
用できない不都合があつた。

本発明は前記の事情のもとに開発したもので、
その目的とするところは、高出力を得られるとと
もに、構造が簡単で安価に製作できるようにした
発熱装置を提供することにある。

以下、本発明の一実施例を第２図および第３図
を参照して説明する。

図中１は熱源としての正特性サーミスタで、こ
れは例えば第３図に示すように矩形状をなし、具
体的には縦30mm、横20mm、厚さ１mmの大きさに形
成され、その一側表面には対をなす電極２，３が
接着されている。これらの電極２，３は、接着性
のあるポリイミド樹脂と銀とを混合した混合物
を、シルクスクリーン印刷法によつて正特性サー
ミスタ１の一側表面に20μ程度の厚さとなるよう
に塗布し、その後焼付け処理して形成されるもの
である。なお、電極２，３は要するに接着されて
おればよく、スクリーン印刷法以外には真空蒸着
等他の接着法で設けても差支えない。さらに、こ
れら電極２，３の形状はほぼ同じであり、本実施
例ではほぼ櫛状の形状で、これらは互いに入り組
むようにして設けられている。そして、この正特
性サーミスタ１の裏面（下面）には各電極２，３
に接続した入力端子４，４が突設してある。

さらに、正特性サーミスタ１の上記一側表面に
は、熱硬化型シリコンゴムの薄層５を介して電気
絶縁板６が被着されている。上記薄層５を形成し
ているシリコンゴムは熱伝導率が高いものである
ことは勿論であるとともに、この薄層５は、上記
一側表面において電極２，３を設けたことによ
り、一側表面に必然的に形成される凹凸の凹部
（第３図に蛇行状の凹みとして示される。）を埋め
て設けられている。そして、電気絶縁板６は熱伝
導が良好な電気絶縁材料からなり、例えばアルミ
ナ磁器やマグネシア磁器等が用いられる。

また、正特性サーミスタ１の周面には電気絶縁
板６を除いて保護体７が熱的に密着して被着され
ている。すなわち、保護体７は、正特性サーミス
タ１との間に空間を形成して配設した保護ケース
８と、前記空間内に充填されて正特性サーミスタ
１等と保護ケース８とを固着した電気絶縁物９と
から形成してある。したがつて、電気絶縁物９は
正特性サーミスタ１の上記一側表面以外の各面に
隙間なく密着されているとともに、この絶縁物９
の外面に保護ケース８が隙間なく密着されてい
る。そして、保護ケース８はアルミニウム等の熱
伝導率の高い材料よりなり、その開口周縁には外
方に水平に突出する伝熱取付部１０を備えてい
る。この取付部１０には取付孔１１が設けられて
いるとともに、その表面は電気絶縁板６の表面と
略同じ平面をなしている。なお、本実施例は両表
面が面一の場合を示している。さらに電気絶縁物
９には熱伝導率の高いシリコンゴム等の熱硬化型
樹脂が用いられ、これは既述のように充填によつ
て正特性サーミスタ１をモールドするようになつ
ている。

なお、上記入力端子４，４は保護体７を挿通し
て下方に突出されている。そして、このように構
成される発熱装置は、その取付孔１１を挿通する
取付具（図示しない）を介して直接負荷（図示し
ない）に接着されるようになつている。

しかして、以上の構造によれば保護ケース８を
介して取付けを行うから、取付け時の力が直接的
に正特性サーミスタ１に作用せず割れ等が発生し
ないとともに、従来必要とされていた放熱板を使
用しないから、構造および組立てが容易化する。

また、この発熱装置の構造によれば、電極２，
３間の距離は、正特性サーミスタ１の厚さではな
く、正特性サーミスタ１の一側表面に対をなして
接着された電極２，３相互の間隔で決定できる。
このため、正特性サーミスタ１の板厚はその機械
的強度を補償するだけの厚さでよく、約１mm程度
に薄く形成でき、コストダウンを図り得るもので
ある。ところで、入力端子４，４を介して電極
２，３に通電すれば、正特性サーミスタ１は発熱
し、その熱は電極２，３間に必然的に形成される
凹部を埋めた薄層５を介して効率よく電気絶縁板
６に熱伝導され、負荷を加熱するものであり、こ
の場合非常に大きな出力を得られる。

すなわち、電流は電極２，３間を流れるから発
熱は正特性サーミスタ１の一側表面部において生
じる。したがつて正特性サーミスタ１の発熱中心
と前記表面間の距離が小さくなり、さらに前記の
ように正特性サーミスタ１の厚さを薄くできるこ
とと相まつて、正特性サーミスタ１の厚さ方向の
熱抵抗R₀を著しく減少することができる。例え
ばこの実施例のように板厚や１mmの場合には熱抵
抗R₀＝0.4〜0.5℃／Ｗであつた。さらに、前述の
ように表面発熱を行う正特性サーミスタ１によれ
ば、その表面とこれに印刷形成される電極２，３
間とは密着し、これらの間に空気層は形成されな
いので熱抵抗R₁は無視できる程度に小さくな
る。そして、この熱抵抗R₁を非常に小さくでき
ることにより、電極２，３間と正特性サーミスタ
１の表面および電気絶縁板６との間の空気層をな
くすために、ここに薄層５を設けても、正特性サ
ーミスタ１と電極２，３間の電気的導通性を何ら
阻害することがなく、したがつて正特性サーミス
タ１の表面発熱は薄層５を介して電気絶縁板６に
良好に伝導される。しかも、この発熱装置によれ
ば、板ばねで正特性サーミスタ１等を押圧する場
合に比して電気絶縁板６に、これを部分的に強く
圧着するような機械的な力が作用しないので、そ
の熱抵抗R₄を小さくできる。つまり、熱伝導率
の良いアルミナ磁器板等で電気絶縁板６を形成し
ても破損を生じないで使用できる。したがつて例
えばアルミナ磁器板の場合、その熱伝導率は約
18kcal／mh℃であるため、電気絶縁板６の大き
さを縦30mm、横20mm、厚さ0.6mmとした時の熱抵
抗R₄は前記(2)式により、R₄≒0.055h℃／kcal＝
0.065℃／Ｗで非常に小さな値となる。

以上の説明から分かるように熱抵抗R₀，R₁，
R₄を非常に小さくして全熱抵抗Ｒを小さくでき
る発熱装置が得られた。すなわち、実際的には前
記大きさ（30mm×20mm×１mm）の正特性サーミス
タ１を２個水平に並設した発熱装置（したがつて
正特性サーミスタ１の発熱面積Ｓは60mm×40mmで
ある。）を組立てた場合に、その全熱抵抗Ｒをほ
ぼ0.3℃／Ｗ程度に小さくできた。しかして、こ
の正特性サーミスタ１が200℃のキユーリー点温
度を持つものとすれば、前記(2)式によりこの発熱
装置の出力Ｐは、負荷が30℃の時P₃₀≒560W、ま
た負荷が100℃の時P₁₀₀≒330Wも得られる。

すなわち、非常に大きな出力を取出し得るもの
であり、したがつて加熱用ヒータとして発熱装置
を使用することができる。そして、このような加
熱作用において正特性サーミスタ１の裏面から放
出される熱は、良熱伝導材料で形成されている電
気絶縁物９および保護ケース８を伝導して、伝熱
取付部１０から負荷に直接伝えられるので、これ
によつて、より出力Ｐを増大することができる。

また、正特性サーミスタ１は表側に電気絶縁板
６を固着し、裏側に保護体７を被着したから、こ
れらによつて保護されるため割れ等が防止され
る。さらに正特性サーミスタ１は、電気絶縁物９
にモールドされることによつてこれに接着される
ため、特別に固定手段を必要としないとともに、
この電気絶縁物９の被着によつて耐湿性を向上で
きるものである。

なお、本発明は上記一実施例構造において、第
４図に示すように電気絶縁板６を、保護体７の伝
熱取付部１０表面に対して若干（0.3mm以内）突
出するように設ける（勿論、この態様は本発明に
おいて電気絶縁板６と伝熱取付部１０その両表面
が略同一であるという態様の一つに該当する。）
とともに、電気絶縁物９に熱硬化形シリコンゴム
等の弾性を有するものを使用して、取付状態にお
いて電気絶縁板６が負荷の取付面に弾性的に当接
するようにして、実施しても差支えない。

上記各実施例は夫々以上のように構成したが、
本発明の実施に当つては、発明の要旨に反しない
限り、正特性サーミスタ、電極、薄層、電気絶縁
板、保護体の電気絶縁物、保護体の保護ケースお
よび伝熱取付部等の具体的な構造、形状、位置、
並びに材質等は上記実施例に制約されることな
く、種々の態様に構成して実施できることは勿論
である。

以上説明した本発明は上記特許請求の範囲に記
載の構成を要旨とするから、対をなして電極が設
けられた正特性サーミスタの一側表面に、電極間
に形成された凹部を埋める良熱伝導材製の薄層を
介して良熱伝導材製の電気絶縁板を被着し、この
絶縁板を直接負荷に当接させるようにしたから、
熱の伝導径路の熱抵抗を著しく減少できる。これ
とともに、正特性サーミスタの上記一側表面以外
の各面に放出される熱を、正特性サーミスタに熱
的に密着して被着した保護体の伝熱取付部を介し
て直接に負荷に伝えることができる。したがつ
て、本発明によれば高出力を得ることができる。
そして、正特性サーミスタに被着した上記保護体
および上記電気絶縁板とにより、正特性サーミス
タを割れないように保護でき、しかも放熱板を使
用しないから構造が簡単で安価に製作できる等の
効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の発熱装置を示す断面図である。
第２図および第３図は本発明の一実施例を示し、
第２図は断面図、第３図は正特性サーミスタの斜
視図である。第４図は本発明の他の実施例を示す
断面図である。 １……正特性サーミスタ、２，３……電極、５
……薄層、６……電気絶縁板、７……保護体、８
……保護ケース、９……電気絶縁物、１０……伝
熱取付部。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 正特性サーミスタの一側表面に電極を対をな
   して接着し、上記一側表面上において対をなした
   電極間に形成された凹部を埋めて良熱伝導材製の
   薄層を設け、この薄層を介して良熱伝導材製の電
   気絶縁板を、上記正特性サーミスタの発熱面とな
   る上記一側表面に被着し、かつ、上記正特性サー
   ミスタに熱的に密着して保護体を被着し、この保
   護体を、上記正特性サーミスタの上記一側表面以
   外の各面に隙間なく密着して設けた良熱伝導材製
   の電気絶縁物と、この絶縁物の外面に隙間なく密
   着して設けた良熱伝導材製の保護ケースとから形
   成し、この保護ケースには負荷への装着用取付孔
   を有して上記電気絶縁板の周囲よりも外側に位置
   される伝熱取付部を設け、この伝熱取付部の表面
   と上記電気絶縁板の表面とを略同じ平面上に設け
   たことを特徴とする発熱装置。 ２ 上記電気絶縁板の表面が保護体の伝熱取付部
   表面から僅かに突出されていることを特徴とする
   特許請求の範囲第１項に記載の発熱装置。 ３ 上記電気絶縁板が磁器で形成されていること
   を特徴とする特許請求の範囲第１項または第２項
   に記載の発熱装置。