JPS6345787A - 密閉形ｐｔｃ投込みヒ−タ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） この発明は、水などの液体加熱に簡易に使用される密閉
形ＰＴＣ投込みヒータとその充填物に関し、さらに詳し
くは設定されたキュリ一温度に対して、自動温度制御機
能と、空焚き防止機能とを兼ね備えるとともに、表面電
力密度が大きくとれるので加熱の立ち上がり温度特性が
優れる等の利点を有する正の抵抗温度特性をもつ感熱抵
抗素子（以下、正特性磁器素子と記す）を発熟源とする
密閉型ＰＴＣ投込みヒータに関するものである。

（従来の技術） 周知の如く、この種の投げ込みヒータは鉄、クローム、
ニッケル、アルミニウム系電熱線等の金属抵抗体を発熱
源とし、酸化マグネシウム等を絶縁材として管内部に充
填し、その管を外部からリダクションすることによって
充填密度を向上せしめて熱伝達特性をよくするシーズヒ
ータが主流であった。

また、近時正特性磁器素子を発熱源とするＰＴＣヒータ
方式の加熱器が種々提案されている。

（発明が解決しようとする問題点） 前者のシーズヒータは、水などの制御対象物が所定温度
まで昇温すると電源を遮断し所定温度より低下すると再
び通電するように、ゼロボルトスイッチやサーモスタッ
ト等の温度調節器を必要としている。この種のヒータに
随伴する問題点は、消費電力と表面電力密度が終始一定
であるので、立ち上がり昇温特性の向上のためには表面
電力密度を考慮して表面積を大きくし、かつ消費電力の
許容範囲の上限が設定されるため所定温度に対して脈動
が生じること、また電圧変動に対して電力消費量も大幅
に増減すること、したがって外形状が大きく、かつ複雑
な構成となり製造コストが高価となること、および、上
記電気絶縁材である酸化マグゲネシウム等は吸湿性が大
きく、電気絶縁性に致命的欠陥をもたらしていることで
ある。

後者のＰＴＣヒータ方式加熱器での問題点は、設定温度
に対する正特性磁器素子の感熱抵抗値において、急上昇
するキュリ一温度の初期抵抗値が通電時間の経過ととも
にある程度変化することである。特にＰＴＣヒータを気
密状態で用いるときはその傾向が大となり、さらに進ん
でヒータが使用不能となることが報告されている。また
、正特性磁器素子を発熱源としたヒータユニットと耐水
性函体に対する温度伝達関係に配置されるべき伝熱体の
熱膨張、収縮を吸収する構造と、その材質に問題点が指
摘されていた。

以上のような従来品の問題点に鑑み、本発明は、偶発的
に空焚き状態で使用されても火災等の危険を生じること
がない空焚き防止機能と、従来のバイメタル制御に比し
て脈動のない平坦な加熱温度が得られる自動温度制御機
能と、熱負荷の急激な変化に対するすばやい応答特性と
を有し、更に入力電圧の大幅な変化に対する消費電力の
変動が微少である等、種々の特長を有する正特性磁器素
子を発熱源とし、該正特性磁器素子の特性劣化を生ずる
ことなく、水などの熱負荷を簡易に加熱できる密閉形Ｐ
ＴＣ投込みヒータを提供せんとするものである。

（問題点を解決するための手段） 上記の目的を達成するたぬ、本発明の第一の発明の密閉
形ＰＴＣ投込みヒータは、　正特性磁器素子を２枚の電
極ではさみ耐熱性絶縁材で絶縁被覆したヒータユニット
と弾性板材とを積重して耐水性函体内部に圧入し、前記
電極に接続した電源コードを前記耐水性函体外部に引き
出してなるものである。

また、第二の発明は、上記第一の発明の密閉形ＰＴＣ投
込みヒータにおいて、前記耐水性函体内部に酸化剤を充
填して、当該耐水性函体内部の酸化性雰囲気を維持せし
めるための手段を構成したものである。

（作　用） 水などの加熱対象物に本発明の密閉型ＰＴＣ投込みヒー
タを投入して一定電圧を印加すると、正特性磁器素子の
初期抵抗に応じた電流が流れ、自己発熱により耐水性函
体を介して水温上昇が開始する。該素子のキュリ一温度
に達すると急激に抵抗が増加し電流は減少し、水温と発
熱電力は一定となる。この発熱の段階で、充填された酸
化剤の分解によって発生した酸素は、ヒーターエレメン
ト等から発生する一酸化炭素等の還元性ガスを置換して
耐水性函体内部を酸化性雰囲気に維持し、当該正特性磁
器素子の経時劣化を抑止する。

（実　施　例） 本発明の一実施例を図面に基づいて詳細に説明するが、
本発明はその要旨を超えない限り下記例によって限定さ
れるものではない。

第１図は本発明の一実施例を示す一部断面組立図である
。

Ａはヒータユニットである。ＢはヒータユニツトＡが圧
入され、かつ、酸化剤Ｃが充填される長方形穴、ｌは底
部を封止した円柱状の耐水性函体、２は正特性磁器素子
、３は電極で正特性磁器素子２の電源供給用端子、４は
絶縁材で電極３を有する正特性磁器素子２を電気的に絶
縁被覆している。

５は弾性板材である。

ヒータユニットＡと弾性板材５とは積重して、円柱状の
耐水性函体【の中央部長手方向に削成された長方形穴Ｂ
の片面に密着するように圧入され、完全な面接触形状が
構成されている。

６は電源コードで、電極３が接続され外部に引き出され
ている。７は蓋体で、円柱状の耐水性函体ｌの気密を維
持し、かつ、電源コードをサポートしている。

Ｃは酸化剤で、耐水性函体１の長方形穴Ｂに圧入された
ヒータユニットＡに近接した空隙部に充填されている。

ヒータユニットＡの正特性磁器素子２はチタン酸バリウ
ム系半導体に希土類元素を微量添加し、焼結して得られ
る原子価制御形半導体で正の抵抗温度特性を持った感熱
抵抗素子であり、キュリ一温度で著しく抵抗値が急上昇
し自己の電力を制御する自動温度制御機能を有するアル
ミナ基材の焼結磁器である。この素子と電極３のＢＳＰ
を絶縁ｆυ４のカプトン（商標）で被覆したヒータユニ
ット ト′Ａは周知であるので詳細説明を省略する。

本実施例でのヒータユニットＡは９２２．Ｙ　２７Ａ−
１０２ＹＲ３０（ＴＤＫ株式会社製）のキュリ一温度２
２０℃、定格電圧はＡＣＩＩ５Ｖ／ＡＣ２４０Ｖ共用の
ものを用いたが、同種の素子であれば何れを使用しても
本発明の趣旨を妨げるものでない。

第２図は、第１図のＤ−Ｄ断面図である。

本実施例で絶縁材４は合成マイカを使用したが面記カプ
トンでもよく、耐熱性があり、かっ、熱伝導度が良好で
あれば尚好適である。

弾性板材５は５ＵＳ３０４のバネ材を幅方向に蛇行型に
プレス成形し、圧入の際長手方向に直線的に進入するも
のを用いたが、そのバネの圧縮圧で正特性磁器素子２が
破壊されることなく、かつ、熱伝達特性が優れるバネ材
質とその形状を特に重視して設計製作することが肝要で
ある。

正特性磁器素子２のＢ　ａ　Ｔ　ｉ　Ｏｓ系半導体は、
焼成時において酸素欠乏の状態にあり、焼成後は酸化性
雰囲気で冷却制御することにより、温度係数が大きいＰ
ＴＣヒータが得られることが解明されている。したがっ
て本発明は、通電使用状態においても酸化性雰囲気を維
持すべきであるとの判断から創案され、酸化剤Ｃを充填
した密閉形ＰＴＣ投込みヒータを新規に開発したもので
ある。

次ぎに、酸化剤Ｃについて以下に記述する。

本実施例に用いた酸化剤Ｃは熱すれば生成の条件により
種々の温度で分解して酸素と低位の酸化物になり、還元
性物質と作用して塩基性酸化物を生成する強い酸化物の
Ｍ　ｎ　Ｏ、である。この　ＭｎＯ２のパウダーをプレ
ス成型したものを、空気中１００℃前後で吸着水を脱離
した後、長方形穴Ｂの所定部に挿入し、無機質接着剤で
固定して使用した。このようにして製作した密閉形ＰＴ
Ｃ投込みヒータに　Ｈ，ガス１００％を封じ込めて通電
しガス・クロマトグラフィーで試験した結果、２４時間
経過後の　Ｈｔガスは約３５％に減債し、４８時間経過
後の　Ｈ，ガスは検出されなかった。上記のように熱分
解したＭ　ｎ　ＯｘのＯ，ガスが、強い還元剤のＨｔガ
スに作用して酸化反応現象を呈し、以後も長時間酸化性
雰囲気が維持されることが実証された。

他の実施例の金属酸化物について説明する。当該金属酸
化物上の吸着酸素の昇温脱離特性が良好なものとしてＣ
ａＴｉ０ｉ　、Ｆｒｅｔ　、ＮｉＯ。

ＡｌｔＯａ　、ＣｒｔＯｓ　、Ｓ　ｉｏｔ　、Ｆｅｅ’
ｓ　。

Ｃ０５Ｏａ　、Ｓｎｏｗ　、ＣｕＯ等種々あるが、正特
性磁器素子２のキュリ一温度によって使い分ける必要が
あり、また、ＭｎＯ２，ＮｉＯ等を触媒添加して用いな
ければ好結果が得られない事例があったが、何れも使用
可能である。

耐水性函体ｌの材質は熱伝導率のよい金属またはＭｉ器
、ガラス、プラスチックスでもよい。尚、電気絶縁体で
熱伝導、耐熱性が優れたベリリヤ磁器、ボロンナイト磁
器であれば絶縁材４を省いて使用できるので更に好適で
ある。

また、耐水性函体ｌの形状は円柱状でなく、管状でも平
板状でも球状でもよい。その形状が本発明の趣旨を妨げ
るものではない。

本発明の密閉形ＰＴＣ投込みヒータにおいて、上記耐水
性函体に当接するヒータユニットの接触面は、熱伝達関
係を満足させるための弾性板材を配設して圧入してなる
面接触形成手段と、上記耐水性函体内部に酸化剤を封入
して、当該耐水性密閉函体内部の酸化性雰囲気を維持せ
しめるための酸化性雰囲気維持手段とを構成しているた
め、ヒータユニットと耐水性函体間の熱抵抗が弾性板材
の形状とその材質で集約された熱伝達関係は、正特性磁
器素子のキュリ一温度２２０℃に対し完成品の表面温度
は静止空気中で２１４°Ｃを指示し、２５℃ＩＣの水中
に投入時の立ち上がり消費電力は６０Ｗ、水温１００℃
での消費電力は＋２Ｗであった。因みに、ヒータユニッ
トと耐水性函体間において０．Ｉｎ＋ｎの空隙を生ずる
弾性板材を配置した場合の表面温度は静止空気中で１４
３℃、消費電力は４Ｗであった。

また、酸化剤充填の効果を検証するため、酸化剤を充填
しない密閉形ＰＴＣ投込みヒータの通電試験を行ったと
ころ、その正特性磁器素子が６００〜１５００時間の通
電で急速に劣化し使用不能となったが、本発明の酸化剤
充填の密閉形ＰＴＣ投込みヒータは通電６０００時間経
過しても劣化は認められず、以後も酸化性雰囲気が維持
されていることが確認された。

（発明の効果） 以上のように零ＰＴＣ投込みヒータは、従来の電熱線を
用いたンーズヒータ３００Ｗの昇温特性と対比して、熱
負荷の急激な変化に対する優れた応答特性と、バイメタ
ル等による温度調節制御の必要がないので脈動がない平
坦な加熱温度特性が得られる自動温度制御機能とを備え
、また、キュリ一温度以上に昇温しないので水漏れ等に
よる不慮の災害を回避できる空焚き防止機能など種々の
効果を有する。さらに酸化剤充填の効果により、従来の
ＰＴＣ投込みヒータに比して抵抗値の劣化を生ぜず、長
期間にわたって優れた加熱性能を維持し得るなど種々の
効果を有するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の密閉形ＰＴＣ投込みヒータの一部断
面組立図、第２図は第１図のＤ−Ｄ断面図である。 実施例中の符号を下記する。 ノ＼・・・ヒータユニット　　Ｂ・・・長方形穴Ｃ・・
・酸化剤　　　　　　ｌ・−・耐水性函体２・・・正特
性磁器素子　　３・・・電極４・・・絶縁材　　　　　
　５・・・弾性板材６・・・電源コード　　　　７・・
・蓋体特許出願人　クリエイト工業株式会社 代　理　人　　弁理士　長瀬有三部 第１図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、正特性磁器素子を２枚の電極ではさみ耐熱性絶縁材
   で被覆したヒータユニットと弾性板材とを積重して耐水
   性函体内部に圧入し、前記電極に接続した電源コードを
   前記耐水性函体外部に引き出してなる密閉形ＰＴＣ投込
   みヒータ。 ２、耐熱性絶縁材は、合成マイカである特許請求の範囲
   第１項記載の密閉形ＰＴＣ投込みヒータ。 ３、弾性板材は、蛇行型にプレス成形されたものである
   特許請求の範囲第１項記載の密閉形ＰＴＣ投込みヒータ
   。 ４、耐水性函体は、中央部長手方向に所定長の長方形穴
   を削成した円柱状の丸棒である特許請求の範囲第１項記
   載の密閉形ＰＴＣ投込みヒータ。 ５、正特性磁器素子を２枚の電極ではさみ耐熱性絶縁材
   で被覆したヒータユニットと弾性板材とを積重して耐水
   性函体内部に圧入し、前記電極に接続した電源コードを
   前記耐水性函体外部に引き出してなり、耐水性函体内部
   に酸化剤を充填して、当該耐水性密閉函体内部の酸化性
   雰囲気を維持せしめるための手段を構成したことを特徴
   とする密閉形ＰＴＣ投込みヒータ。 ６、酸化剤は二酸化マンガンならびにその他の金属酸化
   物のうちいずれか一種以上である特許請求の範囲第５項
   記載の密閉形ＰＴＣ投込みヒータ。