JPS6355755B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、正の抵抗温度特性を有する磁器半導
体を発熱体として用いる発熱体装置に係り、特に
耐電圧の向上を図るのに好適な発熱体装置に関す
る。

一般に、チタン酸バリウム系磁器半導体あるい
はチタン酸鉛ランタン系磁器半導体等の磁器を用
いた発熱体は正の抵抗温度係数を有し、かつある
温度範囲に到ると急激な抵抗変化が起こることが
知られている。そしてこの種の発熱体を発熱体装
置の加熱源として用いることにより、バイメタル
等の温度調節装置を用いることなく被加熱体を所
定の温度まで上昇させ、その後一定温度に保つこ
とができる。

ところで、この種の磁器半導体（以下正特性サ
ーミスタと称す）を発熱源とする従来の発熱体装
置においては、正特性サーミスタとして角板状ま
たは円板状のものが多用されており、また一部で
は電極処理の容易性等を考慮して円筒状のものが
用いられている。

しかしながらこれらはいずれも、耐電圧の関係
から使用電圧（例えばAC100V、200V、240V）
に耐えるように組成あるいは形状等を適当に選択
して各別に設計しなければならず、同一の正特性
サーミスタを用いて低電圧から高電圧まで使用す
ることはできないという難点がある。

すなわち、正特性サーミスタは第１図に示すよ
うな抵抗温度特性があるため、ある特定温度から
急激な抵抗増加を起こす抵抗急上昇点（キユリー
点）ａを有し、温度の上昇に伴なつて抵抗が増加
し、抵抗温度特性極大点ｂに達した後は抵抗を減
少させる傾向にある。

一般に正特性サーミスタを発熱体として用いる
範囲は、前記キユリー点ａから抵抗温度特性極大
点ｂに到るまでの温度領域であり、前記極大点ｂ
からはラン・アウエイ（run away）と呼ばれ、
ジユール熱による温度上昇によつて正特性サーミ
スタは熱的な破壊に到ることが知られている。

このような性質を有する正特性サーミスタは、
金属酸化物を焼結してなる多結晶体であり、ため
に個々の結晶の大きさが不揃いとなるとともに、
結晶と結晶との間の粒界の大きさにもバラ付きが
生じる。これは単一の正特性サーミスタ中におい
て抵抗の大きい部分と小さい部分とが生じること
を意味する。一般にAC100V用の正特性サーミス
タでは1.5〜3.0mm厚のものが用いられているが、
このように厚みが比較的薄く、しかも対向電極部
面積が同一の角板状、円板状のもの、あるいは対
向電極部面積がほぼ同一の円筒状のものに電圧を
印加した場合には、正特性サーミスタ中の前記す
る抵抗の小さい部分の電流密度が高くなつて瞬間
的に部分加熱となり、ためにこの部分が前記極大
点ｂを越えジユール熱破壊が起こり易くなる。し
たがつて従来の発熱体装置においては、高い耐電
圧を期待することができない。

本発明はかかる現況に鑑みなされたもので、そ
の目的とするところは、耐電圧を向上させて低電
圧から高電圧まで使用することができる発熱体装
置を提供するにある。

本発明は、耐電圧を向上させる手段として、正
特性サーミスタで構成される発熱体を、外周面と
内周面とが電極部をなす円筒状に形成するととも
に、内周面側の電極部の面積を外周側の電極部の
面積に対して0.8以下とし、この発熱体を、放熱
部材に設けられた穴内に電気絶縁物を介し圧入し
て発熱体の外周面を穴内周面に密着させ、かつこ
の発熱体の内周側を空間として残して発熱体の外
周面側からのみ熱エネルギを取出すようにしたこ
とを特徴とする。

以下本発明を図示する一実施例に基づいて説明
する。

第２図は半田ごてを示すものであり、図におい
て１は木製筒状の把手である。この把手１の先端
側には筒状のキヤツプ２が嵌入され、止めねじ３
を介して位置固定されている。また把手１の後端
側からは電源コード４と同時形成されて一体をな
すコードプロテクタ５が嵌入され、このコードプ
ロテクタ５はコード止めねじ６を介して把手１に
固定されている。

一方、前記キヤツプ２には、第２図に示すよう
にステンレス鋼その他の耐蝕性金属材料で形成さ
れたパイプ７の基端部が挿入固定され、このパイ
プ７の先端部には純銅製等のこて先８が圧入固定
されている。

こて先８は、第３図に示すように前記パイプ７
に圧入される筒状の圧入部８ａと、この圧入部８
ａの先端に鍔部８ｃを介して一体に連結されるこ
て先本体８ｂとから構成されており、鍔部８ｃは
圧入部８ａをパイプ７に圧入する際のストツパを
なしている。そして前記圧入部８ａ内には、２個
の正特性サーミスタ９が挿入されている。

各正特性サーミスタ９は、第４図に示すように
軸方向の長さが短かい円筒状に形成され、その外
周面積S₁に対する内周面積S₂の割合S₂／S₁が0.8
以下となるように設定されている。そして、各正
特性サーミスタ９の外周面および内周面には、例
えばニツケルメツキ等が施されて一対の電極部が
それぞれ形成されている。これら両正特性サーミ
スタ９は、ドーナツ円板状の絶縁体１０を介して
軸方向に連続配置されており、その内周面側には
軸方向にスリツト１１ａを有するＣ形筒状の内側
電極１１がそのスプリングバツクにより弾圧止着
され、また外周面側には樋状の外側電極１２がそ
の外面側に巻設される絶縁シート１３により圧接
されて両サーミスタ９を並列に接続している。各
電極１１，１２からは、第２図および第３図に示
すように保護チユーブ１４で被覆されたリード線
１５がそれぞれ引出され、各リード線１５は端子
１６を介して前記電源コード４に接続されてい
る。また筒状をなす圧入部８ａの底部には、第３
図に示すように円板状の絶縁体１７が配されてい
る。

次に作用について説明する。

正特性サーミスタ９に通電すると、サーミスタ
９は第１図に示すキユーリ点ａ付近から極大点ｂ
に到るまでの範囲で発熱し、受熱板として機能す
る圧入部８ａを介して熱がこて先本体８ｂに伝え
られ、こて先８の温度は安定状態に入る。これ
は、正特性サーミスタ９の抵抗がキユリー点ａ以
上に急増して電流が制限されるためである。

なお実使用状態では、熱負荷を加えるとこて先
本体８ｂの温度が下がり、圧入部８ａを介してサ
ーミスタ９の温度が下がつて抵抗も下がるため電
流が増加する。

しかして、サーミスタ９はキユリー点ａ付近で
無接点のサーマルスイツチとして機能する。

この際、受熱板をなす圧入部８ａがこて先本体
８ｂと同材質の一体構造となつており、しかもサ
ーミスタ９は圧入部８ａに圧接しているので、熱
効率が極めて良好でこて先８は迅速に加熱され
る。

ところで、円筒状をなす正特性サーミスタ９に
おいても、従来のものと同様部分的に抵抗の大き
い部分と小さい部分とが存在する。ところが、本
実施例に係る正特性サーミスタ９は、前記するよ
うに外周面積S₁に対する内周面積S₂の割合S₂／S₁
が0.8以下となつているので、サーミスタ９の外
周面に形成される外側電極部面積に比較してサー
ミスタ９の内周面に形成される内側電極部面積が
大幅に小さくなり、ために抵抗の部分的なバラ付
きは大きな問題とはならなくなる。

すなわち、過渡現象において、正特性サーミス
タに電圧を印加すると、内外電極部面積の差に起
因してサーミスタ９の内側の電流密度が高くなる
とともに外側はこれに比較して低くなり、径方向
に電流密度の差が生じる。これは内側から外側に
向かつて熱が次第に拡がつていくことを意味し、
サーミスタ９の径方向において発熱に時間差が生
じる。換言すれば、内側から外側に向かつて高抵
抗の輪が拡がつていくことになる。このため、内
側の抵抗が第１図における極大点ｂ付近であると
きには外側は極大点ｂには達しておらず、外側の
抵抗が極大点ｂに近付いたときにはサーミスタ９
は全体として前記極大点ｂ以下のところで安定状
態に入る。

しかして、サーミスタ９に内在する抵抗の部分
的なバラ付きは問題とならず、高電圧を印加して
も前記極大点ｂを越えにくくなつてジユール熱破
壊が有効に防止される。したがつて低い電圧から
高い電圧まで使用することができる。

なお、外周面積S₁に対する内周面積S₂の割合
S₂／S₁が0.8以上の円筒上サーミスタの場合には、
その内外周面にそれぞれ形成される電極部面積の
差が少なくなり、したがつて内側と外側との電流
密度の差も少なくなる。このため前述のような効
果は期待できない。

第５図は本実施例に係る正特性サーミスタ９
と、これと組成および厚さが同一でしかも対向電
極部相互の面積が同一な平板状サーミスタとの電
圧電流特性を比較したものであり、図において特
性Ａは本実施例に係るサーミスタ９を示し、また
特性Ｂは前記平板状サーミスタを示す。

第５図からも明らかなように本実施例に係るサ
ーミスタ９は、従来のサーミスタに比べて高い電
圧までジユール熱破壊を生じることなく使用でき
ることが判る。

以上説明したように本実施例によれば以下の如
き効果を奏する。

(1) 耐電圧を向上させることができるので、例え
ば自動車のバツテリを電源とする半田ごてをそ
のままの構造で商用電源でも使用できる。この
ため使用電圧に合わせて各別に製作する必要が
ない。

(2) 両正特性サーミスタ９は絶縁体１０を介して
軸方向に連続配置されているので、電極１１，
１２の処理が容易である。また内側電極１１に
より両正特性サーミスタ９は一体に連結される
ので組立ても容易である。

(3) 両正特性サーミスタ９は、絶縁体１０により
電気的に絶縁されているので、電極１１，１２
と各正特性サーミスタ９との接触抵抗が相互に
異なる場合にも何等支障がない。

(4) 正特性サーミスタ９の熱は直接こて先８に伝
えられるので熱効率が良好である。

(5) 正特性サーミスタ９は短筒状をなしているの
で、製造時の高温焼成による収縮等による歪が
少ない。すなわち、サーミスタを軸方向に長い
筒状にする場合には、製造時の高温焼成により
軸方向中央部が両端部に比較して著しく収縮
し、全体として鼓状になつてしまうおそれがあ
るが、短筒状の場合にはこのようなおそれがな
い。

以上説明したように本発明は、正特性サーミス
タで構成される発熱体を、外周面と内周面とが電
極部をなす円筒状に形成するとともに、内周面側
の電極部の面積を外周面側の電極部の面積に対し
て0.8以下とし、この発熱体を、放熱部材に設け
られた穴内に電気絶縁物を介し圧入して発熱体の
外周面を穴内周面に密着させ、かつこの発熱体の
内周側を空間として残して発熱体の外周面側から
のみ熱エネルギを取出すようにしているので、発
熱体の組成および厚さを変更することなく耐電圧
を向上させ、低電圧から高電圧まで使用すること
ができる。

また、発熱体の外周面は、放熱部材の穴内周面
に電気絶縁物を介して密着しているので、熱効率
および耐衝撃性を向上させることもできる。

【図面の簡単な説明】

第１図は正特性サーミスタの抵抗温度特性を示
すグラフ、第２図は本発明の一実施例を示す断面
図、第３図は第２図の要部拡大図、第４図は正特
性サーミスタと電極との関係を示す分解斜視図、
第５図は本発明に係る正特性サーミスタと平板状
の従来の正特性サーミスタとの電圧電流特性をそ
れぞれ示すグラフである。 ８……こて先、８ａ……圧入部、８ｂ……こて
先本体、９……正特性サーミスタ、１０，１７…
…絶縁体、１１……内側電極、１２……外側電
極、１３……絶縁シート。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 正の抵抗温度特性を有する磁器半導体発熱体
   を過熱源とする発熱体装置において、前記発熱体
   を、外周面と内周面とが電極部をなす円筒状に形
   成するとともに、内周面側の電極部の面積を外周
   面側の電極部の面積に対して0.8以下とし、この
   発熱体を、放熱部材に設けられた穴内に電気絶縁
   物を介し圧入して発熱体の外周面を穴内周面に密
   着させ、かつこの発熱体の内周側を空間として残
   して発熱体の外周面側からのみ熱エネルギを取出
   すようにしたことを特徴とする発熱体装置。 ２ 放熱部材の穴内には、複数の磁器半導体発熱
   体が絶縁体を介し軸方向に連続配置され、これら
   各発熱体は、その内周面側にＣ形筒状をなす共通
   の内側電極がそのスプリングバツクにより弾圧止
   着されるとともに、外周面側に樋状をなす共通の
   外側電極が圧接されて並列回路を構成しているこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の発熱
   体装置。