JPS6157672B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この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を設けて構成されている。し
かして、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
Ro、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の厚さ方向の熱抵抗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の厚ま方向の熱抵抗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
力を組立時等に受けるため、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、今厚さ0.5
mm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Tp、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＝Ｔｐ−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、今キユーリー点温度が200℃の
正特性サーミスタａ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＝17.5W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、このため保温用ヒータ等にしか
使用できない不都合があつた。なお、正特性サー
ミスタの使用数を増やせば、大きな出力を得られ
るが、この場合には大形化するとともに、取付け
も大変であり実際的な解決策ではない。

この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、全熱抵抗を著しく
小さくして高出力を得られ、加熱用ヒータとして
の使用を実現できるようにした構造簡単な発熱装
置を提供することにある。

以下この発明の一実施例を第２図、第３図を参
照して説明する。

図中１はアルミニウム等の熱伝導率が良好な金
属材料よりなるケースで、これは上面を開口する
偏平な箱状をなすとともに、その開口縁には外方
に水平に突出する伝導鍔２が形成されている。こ
のケース１の上面にはその開口を塞いでアルミニ
ウム等の熱伝導率が良好な材料よりなる補助放熱
板３が設けてあり、これは周縁部を伝導鍔２にか
しめ付けてケース１に固着されている。なお、こ
の補助放熱板３は後述の主放熱板１３とともに放
熱板１５を形成するようになつている。そして補
助放熱板３の下面にはシンカー材４を介して熱伝
導率の良い板状のアルミナ磁器、マグネシア磁器
等からなる電気絶縁板５が固着されている。さら
に、この電気絶縁板５の下面にはシンカー材６を
介して正特性サーミスタ７が固着されている。な
お前記補助放熱板３、電気絶縁板５および正特性
サーミスタ７間に介在するシンカー材４，６には
グリースまたは熱硬化形シリコンゴムの薄膜等が
使用される。また正特性サーミスタ７は例えば第
３図に示すように矩形で縦30mm、横20mm、厚さ１
mmに形成されており、その電気絶縁板５と対向す
る一側表面には対をなす電極８，９が接着されて
いる。これらの電極８，９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または銀のみ
をシルクスクリーン印刷法によつて正特性サーミ
スタ７表面に20μ程度の厚さとなるように塗布
し、その後焼付けて形成されるとともに、これら
電極８，９のパターンはほゞ同じであり、この実
施例ではほゞ櫛状のパターンで、これらは互いに
入り組むようにして設けられている。したがつ
て、前記一側表面には対をなす電極８，９を設け
たことにより必然的に電極８，９間に凹凸が形成
されるが、その凹部（第３図に蛇行状の凹みとし
て示される。）は、前記シンカー材４で埋められ
ているものである。そして、この正特性サーミス
タ７の裏面（下面）には各電極８，９に接続して
入力端子１０，１０が突設されている。これら端
子１０，１０はケース１に穿設した通孔１ａを貫
通して外に導びき出されている。またケース１と
補助放熱板３との間に形成される空間には、シリ
コンゴム等の熱伝導率が良好な材料からなる電気
絶縁物１１が充填されており、その一部は通孔１
ａの内面と入力端子１０の通孔１ａ貫通部分との
間にも充填されていて、この通孔充填部分で入力
端子１０，１０のケース１から導出する部分の電
気絶縁をなしている。このような構造の装置ユニ
ツトはその補助放熱板３上に例えばグリース１２
を介して主放熱板１３の裏面に、例えばリベツト
１４を介して取付けられている。なお、リベツト
１４はケース１の伝導鍔２、補助放熱板３および
主放熱板１３を貫通して設けられている。

しかして、この発熱装置の構造によれば、電極
８，９間の距離は正特性サーミスタ７の厚さでは
なく電極パターンの間隔で決定できるため、正特
性サーミスタ７の板厚はその機械的強度を補償す
るだけの厚さでよい。しかも、金属ケース１の通
孔１ａとこれを貫通する入力端子１０との絶縁
を、ケース１と正特性サーミスタ７との間に充填
された電気絶縁物１１の通孔充填部分で行つてい
るから、通孔１ａ部分の絶縁処理をするブツシン
グなどの部品を必要とすることがなく、構造簡単
であることは勿論のこと、ブツシングの省略にと
もなつて組立て時に不要な押圧力が正特性サーミ
スタ７に作用することがなくなるから、それだけ
正特性サーミスタ７をさらに薄形化できる。した
がつて、正特性サーミスタ７の板厚を約１mm程度
に薄く形成できるものである。ところで、入力端
子１０，１０を介して電極８，９に通電すれば、
正特性サーミスタ７は発熱し、その熱は主放熱板
１３に効率よく熱伝導されるものであるが、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８，９間を流れるから発熱は正特性サー
ミスタ７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７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７の厚さを薄くできることと相まつて、
正特性サーミスタ７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
ように板厚が１mmの場合には熱抵抗R₀＝0.4〜0.5
℃／Ｗであつた。さらに、前述のような表面発熱
を行う正特性サーミスタ７によれば、その表面と
これに印刷形成される電極８，９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８，９間と正特性サーミスタ７の表面および
電気絶縁板５との間の空気層をなくすために、こ
こにシンカー材６を設けても、正特性サーミスタ
７と電極８，９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７の表
面発熱は対をなす電極８，９間の凹部を埋めたシ
ンカー材６を介して電気絶縁板５に良好に伝導で
きる。また、この発熱装置によれば板ばねで正特
性サーミスタ７等を押圧する場合に比して電気絶
縁板５に、これを部分的に強く圧着するような機
械的な力が殆んど作用しないので、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５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、今電気絶縁板５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７を２個ケース１と補助放熱板３との間に水平
に並設した発熱装置（したがつて正特性サーミス
タ７の発熱面積Ｓは30mm×40mmである。）を組立
てた場合に、その全熱抵抗Ｒを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
７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は、主放
熱板１３が30℃の時P₃₀≒560W、また主放熱板１
３が100℃の時P₁₀₀≒330Wを得られる。すなわ
ち、これから分るように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。このような
加熱作用において正特性サーミスタ７の裏面から
放出される熱は電気絶縁物１１を介してケース１
に良好に伝導され、さらに、このケース１の伝導
鍔２から補助放熱板３を経て主放熱板１３に伝導
されるので、より出力Ｐを増大することができ
る。そして、この実施例構造においてケース１が
無い場合を考えると、電気絶縁物１１を介して補
助放熱板３に伝熱する作用が形成されるが、この
場合に比べてケース１を有する実施例構造では抵
抗を20〜30％少なくできることが分つた。なお、
前記のように正特性サーミスタ７を並設する構造
によれば、これらのサーミスタ群により所要の発
熱面積を得られるため、小さな正特性サーミスタ
素材を焼成してこれから得たものを並設すればよ
く、予め所要の発熱面積を有する大きさの正特性
サーミスタ素材を焼成する場合に比して安価に素
材を焼成できる製造上の利点がある。

またケース１と補助放熱板３との間に電気絶縁
物１１を充填した構造によれば、正特性サーミス
タ７等は電気絶縁物１１で保護されるとともに耐
湿性能も向上できるものである。

さらに、この発明においては補助放熱板は必ず
しも必要とされるものではない。

また、電極はスクリーン印刷法によつて正特性
サーミスタに接着するようにしたが、これは真空
蒸着等他の方法によつて接着してもよい。

以上説明したように上記特許請求の範囲に記載
された構成を要旨とするこの発明は、対をなして
電極が設けられた一側表面で表面発熱を行う正特
性サーミスタの前記一側表面と電気絶縁板との間
を、電極間に形成された凹部を埋めるシンカー材
を介することによつて熱良導的にするとともに、
電気絶縁板にシンカー材を介して放熱板を熱良導
的に設け、かつ、裏面に入力端子が突設された正
特性サーミスタと、このヒータを収納した熱伝導
率が良好な金属ケースとの間には熱伝導率が良好
な電気絶縁物を充填して、ケースと放熱板とを熱
伝導的に接続し、この電気絶縁物の一部を入力端
子が貫通したケースの通孔にも充填させること
で、入力端子とこれが貫通したケースの通孔内面
との間の電気絶縁をしたものである。したがつ
て、この発明によれば正特性サーミスタから放熱
板までに到る熱伝導路の全熱抵抗を著しく小さく
でき、加熱用としても使用できるような高出力を
得ることができるとともに、正特性サーミスタに
薄肉で安価なものを使用でき、かつ、金属ケース
に対する入力端子の絶縁を簡単な構造で実現でき
る。さらにケースおよび放熱板によつて正特性サ
ーミスタの保護および電気絶縁板の破損を防止で
き、取扱いが容易になる等の効果がある。

【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、第２図
はこの発明の一実施例を示す断面図、第３図は正
特性サーミスタの斜視図である。 １……ケース、１ａ……通孔、３……補助放熱
板、４，６……シンカー材、５……電気絶縁板、
７……正特性サーミスタ、８，９……電極、１０
……入力端子、１１……電気絶縁物、１３……主
放熱板、１５……放熱板。

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
   して設け、前記一側表面上に、この表面に対をな
   して設けられた前記電極間に形成された凹部を埋
   めるシンカー材を介して良熱伝導材製の電気絶縁
   板を設けるとともに、この電気絶縁板の正特性サ
   ーミスタを設けない側の面に放熱板をシンカー材
   を介して設け、かつこの放熱板には前記正特性サ
   ーミスタを収容する良熱伝導材製の金属ケースを
   熱伝導的に設け、このケースに設けた通孔を貫通
   して前記ケース外に導出される入力端子を前記各
   電極に接続して前記正特性サーミスタの裏面に突
   設し、前記ケースと前記正特性サーミスタの裏面
   との間には良熱伝導材製の電気絶縁物を充填する
   とともに、この電気絶縁物の一部を前記通孔内面
   と前記入力端子の通孔貫通部分との間にも充填し
   てなることを特徴とする発熱装置。 ２ シンカー材を熱硬化形シリコンゴムで形成し
   てなることを特徴とする特許請求の範囲第１項記
   載の発熱装置。 ３ 電気絶縁物をシリコンゴムで形成してなるこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の発熱
   装置。 ４ 電気絶縁板を磁器で形成してなることを特徴
   とする特許請求の範囲第１項記載の発熱装置。