【考案の詳細な説明】[Detailed explanation of the idea]
本考案は、PTCサーミスタの構造に関するも
のであり、特にはPTCサーミスタにおいて絶縁
板として使用されているアルミナ板の熱衝撃によ
る割れを防止することを主目的としたPTCサー
ミスタの構造に関するものである。
チタン酸バリウム系半導体セラミツクは正の抵
抗温度係数を有し、その自動温度制御機能に注目
して発熱体として使用されているのは周知のとお
りである。このような正温度係数を有するサーミ
スタを一般にPTCサーミスタあるいはPTCヒー
タと呼んでいる。ここ数年来PTCサーミスタ
は、定温発熱体として加温器、乾燥器等の各種家
庭用電気製品用に、更にはスイツチング用、温度
補償用あるいは温度検知用素子としても広範に利
用されてきた。石油霧化ストーブ、こんろ等にも
利用されつつある。PTCサーミスタの持つ自動
温度制御特性、即ちキユリー点以上で急激に抵抗
値が増大するため自動的に発熱量を制御し、一定
温度以上にならない特性は、PTCサーミスタを
使用する機器の安全性をきわめて高いものとす
る。安全性への要求が強い昨今、PTCサーミス
タは更に広い分野に積極的に採用されていくもの
と思われる。
PTCサーミスタの応用分野の拡大に伴い、そ
の速熱性（温度上昇の立上り）、熱効率、キユリ
ー点の高温化等の発熱特性の改善が強く望まれ、
しかも安全性および使用耐性の点でも充分な保証
がなされねばならない。
第１図は、従来から使用されている平板状
PTCサーミスタの代表的構造を示す。円板形
PTCセラミツク１は、電気絶縁と熱伝導を兼ね
る高アルミナ板５の間に挾んで置かれている。
PTCセラミツクの両面には電極２が形成され、
そして高温に耐えるはんだがないため、ステンレ
ス板（電極板）３で電極２とリード線４とを接続
している。このようなPTCサーミスタを例えば
石油ガス化温風機に使う場合、PTCサーミスタ
は気化室の下方に取付けられて気化室を所定の温
度にまで高める役割を果す。アルミナ板５は放熱
板として重要な役目をなすが、例えば、温風機の
始動から着火に至る時間の短縮のためPTCセラ
ミツク発熱体の発熱速度を高めると、熱衝撃によ
りアルミナ板５が割れる事故が起りやすい。更に
キユリー点を高温側に移動する目的で、PTCセ
ラミツクとしてのチタン酸バリウムのバリウムを
鉛で一部置換することも行われているが、キユリ
ー点の高いPTCセラミツク発熱体を使うと、上
述したアルミナ板の割れは当然一層起りやすくな
る。アルミナ板の割れの原因として、一つにはア
ルミナ板のPTCセラミツク発熱体側と外気側と
の温度差の存在が考えられるが、ステンレス板３
とアルミナ板４との接触にむらがあり、アルミナ
板が局部的に加熱されることが大きな原因と思わ
れる。局所的加熱によるホツトスポツトの発生
は、PTCサーミスタが昇温−冷却サイクル下で
動作するという事実と相俟つて、アルミナ板にク
ラツクを誘発しやすい。更にステンレス板とアル
ミナ板との不完全接触と関連して、両者の界面に
存在する熱伝導性の悪いエアーギヤツプが熱伝導
に悪影響を与えることが見出された。
以上のような従来技術の欠点を認識して、本考
案は、ステンレス板の両側にアルミニウム溶射層
を有するアルミナ放熱板をアルミニウム溶射層と
ステンレス板とを対接して配置せしめることによ
り、アルミナ板の割れが大巾に軽減されまた全体
としての熱伝導性が向上することを確認した。
本考案に従うPTCサーミスタの構造が第２図
に示してある。第２図はアルミニウム溶射層とし
ての金属層６の存在を除いて第１図と同じであ
り、第１図と同じ部材には同番号を付してある。
アルミナ板５とステンレス板３との間にアルミナ
板５に密着する金属層６を介在せしめたことによ
り、PTCセラミツク１からのステンレス板を介
しての発熱は、熱伝導度の秀れた金属層を通して
アルミナ板全体に良好に分散される。アルミナ板
５と金属層６との間にはエアーギヤツプが存在せ
ず、また金属層６とステンレス板３との間も金属
−金属接触であるためエア−ギヤツプが実質上排
除される。従来のように熱伝導の悪いアルミナ板
とステンレス鋼との不完全接触によるホツトスポ
ツトの発生が本構成により回避される。加えて、
PTCセラミツク発熱体とアルミナ板との間の熱
伝達路にエアーポケツトが存在しないことは、全
体としての熱伝達を向上し、それだけ温度上昇も
速くなりしかも平衡に達してからのアルミナ板表
面温度も高く維持される点できわめて有益であ
る。
以上説明した通り、本考案に従うPTCサーミ
スタは、熱分散を良好にしてアルミナ板の局部加
熱を防止ししかもエアーギヤツプの存在を排除す
る溶射アルミニウム層を具備することを特徴とす
るものであり、現在PTCサーミスタに要求され
る発熱特性下においてあるいは今後更に一段と厳
しさを要求されるであろう発熱特性下において
も、アルミナ放熱板の割れを防止ししかも熱伝達
能を向上する点で斯界の要請に充分答えるもので
ある。
実施例
第１図及び第２図に従う構造のPTCサーミス
タを使用して、５分間AC110V印加による加熱及
び15分間オフにすることによる冷却サイクルを50
回繰返した後のクラツク発生率を調べた。試料数
は各30個である。結果を下表に示す。
The present invention relates to the structure of a PTC thermistor, and in particular to the structure of a PTC thermistor whose main purpose is to prevent the alumina plate used as an insulating plate in the PTC thermistor from cracking due to thermal shock. It is well known that barium titanate-based semiconductor ceramics have a positive temperature coefficient of resistance and are used as heating elements due to their automatic temperature control function. A thermistor having such a positive temperature coefficient is generally called a PTC thermistor or a PTC heater. Over the past few years, PTC thermistors have been widely used as constant-temperature heating elements in various household electrical appliances such as heaters and dryers, and also as elements for switching, temperature compensation, and temperature detection. It is also being used in oil atomizing stoves, stoves, etc. The automatic temperature control characteristic of PTC thermistors, in other words, the resistance value increases rapidly above the Curie point, so the amount of heat generated is automatically controlled, and the characteristic that the temperature does not exceed a certain level is extremely safe for devices that use PTC thermistors. be expensive. With the strong demand for safety these days, PTC thermistors are expected to be actively adopted in an even wider range of fields. As the application fields of PTC thermistors expand, there is a strong desire to improve their heat generation properties such as rapid heating (rise of temperature rise), thermal efficiency, and higher Curie point.
Furthermore, sufficient guarantees must be made in terms of safety and durability in use. Figure 1 shows the conventionally used flat plate
A typical structure of a PTC thermistor is shown. disc shape
The PTC ceramic 1 is sandwiched between high alumina plates 5 that serve both as electrical insulation and thermal conduction.
Electrodes 2 are formed on both sides of the PTC ceramic.
Since there is no solder that can withstand high temperatures, the electrode 2 and lead wire 4 are connected using a stainless steel plate (electrode plate) 3. When such a PTC thermistor is used, for example, in an oil gasification hot air fan, the PTC thermistor is installed below the vaporization chamber and plays the role of raising the vaporization chamber to a predetermined temperature. The alumina plate 5 plays an important role as a heat dissipation plate. For example, if the heat generation rate of the PTC ceramic heating element is increased to shorten the time from the start of a hot air fan to ignition, an accident may occur in which the alumina plate 5 breaks due to thermal shock. It's easy to get up. Furthermore, in order to move the Curie point to a higher temperature side, barium in barium titanate as a PTC ceramic is partially replaced with lead, but if a PTC ceramic heating element with a high Curie point is used, Naturally, cracks in the alumina plate become more likely to occur. One possible cause of cracks in the alumina plate is the existence of a temperature difference between the PTC ceramic heating element side of the alumina plate and the outside air side.
It is thought that the major cause is that there is uneven contact between the alumina plate 4 and the alumina plate 4, and the alumina plate is locally heated. The generation of hot spots due to localized heating, combined with the fact that PTC thermistors operate under heating-cooling cycles, tends to induce cracks in the alumina plate. Furthermore, it has been found that in connection with incomplete contact between the stainless steel plate and the alumina plate, an air gap with poor thermal conductivity existing at the interface between the two adversely affects heat conduction. Recognizing the above-mentioned shortcomings of the prior art, the present invention has developed an alumina heat dissipation plate having aluminum sprayed layers on both sides of a stainless steel plate, by arranging the aluminum sprayed layer and the stainless steel plate facing each other. It was confirmed that cracking was significantly reduced and overall thermal conductivity was improved. The structure of a PTC thermistor according to the present invention is shown in FIG. FIG. 2 is the same as FIG. 1 except for the presence of a metal layer 6 as an aluminum spray layer, and the same members as in FIG. 1 are given the same numbers.
By interposing the metal layer 6 that is in close contact with the alumina plate 5 between the alumina plate 5 and the stainless steel plate 3, heat generation from the PTC ceramic 1 through the stainless steel plate is prevented by the metal layer having excellent thermal conductivity. It is well dispersed throughout the alumina plate. Since there is no air gap between the alumina plate 5 and the metal layer 6, and there is metal-to-metal contact between the metal layer 6 and the stainless steel plate 3, air gaps are substantially eliminated. This configuration avoids the occurrence of hot spots due to incomplete contact between the alumina plate, which has poor thermal conductivity, and the stainless steel, as in the conventional case. In addition,
The absence of air pockets in the heat transfer path between the PTC ceramic heating element and the alumina plate improves the overall heat transfer, resulting in a faster temperature rise and even lower alumina plate surface temperature after reaching equilibrium. It is extremely beneficial in that it is maintained at a high level. As explained above, the PTC thermistor according to the present invention is characterized by having a sprayed aluminum layer that improves heat dispersion, prevents local heating of the alumina plate, and eliminates the presence of air gaps. Even under the heat generation characteristics required of thermistors, and even under the heat generation characteristics that will be required to be even more severe in the future, it is sufficient to prevent cracking of the alumina heat sink and improve heat transfer ability. It is something to answer. Example Using a PTC thermistor with a structure according to Figures 1 and 2, 50 cycles of heating by applying 110 VAC for 5 minutes and cooling by turning off for 15 minutes were performed.
The crack occurrence rate after repeating the test was investigated. The number of samples is 30 each. The results are shown in the table below.
【表】
表から60Ωおよび120Ω常温抵抗値のPTCサー
ミスタにおいて本考案に従うとクラツク発生率が
大巾に低下することが確認される。[Table] From the table, it is confirmed that when the present invention is followed in PTC thermistors with a resistance value of 60Ω and 120Ω at room temperature, the crack occurrence rate is significantly reduced.
【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]
第１図および第２図は従来技術および本考案に
従うPTCサーミスタの断面構造をそれぞれ示
す。
１……PTCセラミツク、２……電極、３……
ステンレス板（電極板）、４……リード線、５…
…アルミナ板、６……アルミニウム溶射層。
FIGS. 1 and 2 show cross-sectional structures of PTC thermistors according to the prior art and the present invention, respectively. 1...PTC ceramic, 2...electrode, 3...
Stainless steel plate (electrode plate), 4...Lead wire, 5...
...Alumina plate, 6...Aluminum sprayed layer.