JPH0398282A - Ｐｔｃ発熱体 - 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、例えば室内暖房機あるいはエアコン装置の
補助ヒータ、または衣類や布団類の乾燥機の熱源等とし
て使用される、チタン酸バリウム半導体またはポリマー
ＰＴＣ等のＰＴＣ発熱体に関する。

［従来の技術］ この種の発熱体は、正特性サーミスタ発熱体として知ら
れているもので、両面に電極層をそれぞれ形成したＰＴ
Ｃ半導体基板によって、ＰＴＣ発熱素子が構成されてい
る。そして、この発熱素子に対して金属放熱体を取り付
け、この放熱体部分で熱交換が行われるようにしている
。この場合、ＰＴＣ発熱素子と金属放熱体との接合面は
、機械的な接着強度のみではなく、電気的および熱的な
接合が要求される。

従来この様なＰＴＣ発熱体は、例えば第４図で示すよう
に構成されている。この図においてＰＴＣ発熱素子１１
は、例えばチタン酸パリ．ウム半導体によって構成され
、長方形板状に成形された素子本体ｌ２の表裏両面に、
薄い電極層１３１および１３２を形成することによって
構成される。

この発熱素子１ｌには、その表裏面それぞれに対応して
、それぞれ金属放熱体１４１および１４２が設定される
。金属放熱体１４１は平行に設定した金属板１５１およ
１５２と、この金属板１５１と１５２との間に介在設定
された、薄板金属を折り返して構成した金属コルゲート
フィン１６とによって構成され、金属板１４１および１
４２とコルゲートフィン１６との接合部分は、ロー付け
等によって結合され、一体化されている。図では全体が
示されていないが、放熱体１４２も同様に構成される。

そして、ＰＴＣ発熱素子１１の電極層１３１および１３
２のそれぞれ表面に、一体化して横成された金属放熱体
１４１および１４２を、それそれ絶縁性の接着剤１７１
および１７２によって接着固定していた。

この金属放熱体１４１　、１４２とＰＴＣ発熱素子１ｌ
との接着剤１７１　、１７２を用いた接着に際しては、
放熱体を構或する金属板と、発熱素子１１の電極面のそ
れぞれ僅かな凹凸を利用しているものまで、この凹凸部
分に絶縁性接着剤が充填され、金属板と電極層との間が
接着されるようにしている。

したがって、放熱体１４１および１４２の発熱素子１１
の面に対向する金属板１５１の接着面、および発熱素子
１１の電極層１３１　、１３２の表面の平面度に対応し
て、接着剤の充填量に差が生ずる。そして、例えば過剰
に接着剤が充慎された場合には、放熱体の金属板と発熱
体ｌ１の電極層との間に電気的な導通不良が生じ、発熱
体としての機能か発揮されなくなる。したがって、この
発熱体の製逍に際して、歩留りおよび作朶性の点で間助
があった。

また放熱体の金屈板と発熱素子とが直接的に接着される
ようにする構造であるため、ヒートサイクル（熱応力）
によって、放熱特性が低下するような問題も生じた。具
体的には、接着部分における熱膨張特性の差によって、
金属板が発熱素子１１の表面から剥離することがあり、
放熱特性が低下する。

また、放熱体と発熱素子とを、導電性接着剤と絶縁性接
着剤とを併用することによって接着することも試みられ
ている。しかし、接着剤が接着面の周囲からはみ出した
り、あるいは垂れ込むようになった場合、電気的な絶縁
性に問題が生じ、信頼性に乏しいものとなる。

［発明が解決しようとする課題コ この発明は上記のような点に鑑みなされたもので、ＰＴ
Ｃ発熱素子と金属放熱体との接合が容易に行われて、そ
の作業性が改善されるようにすると共に、その接着強度
が電気的に且つ熱的接触に優れ、耐久性にも優れたもの
とすることができるＰＴＣ発熱体を提供しようとするも
のである。

［課題を解決するための手段〕 この発明に係るＰＴＣ発熱体にあっては、両面に電極層
が形成されたＰＴＣ発熱素子の電極面それぞれに、金属
薄板を波型に折曲して形成した放熱フィンを、その折り
返し折曲部が前記発熱素子の電極面に直接的に接触され
、その相互間が接着剤によって結合されるようにしてい
る。

５ ［作用〕 このように構成されるＰＴＣ発熱体にあっては、ＰＴＣ
発熱素子の電極面に、例えば絶縁接着剤を塗布した後、
コルゲートフィン状に形成された放熱フィン折り返し凸
部が、接着剤の塗布面に圧接し、加圧乾燥・焼付けする
ことによって構成できる。そして、発熱素子の電極面と
フィンの凸部とが直接的に接触することによって、電気
的さらに熱的に接合が得られ、特にフィンの凸部と電極
面との間に充垣された接着剤によって、接着強度が効果
的に確保されるようになる。この場合、接着剤の塗布量
が例えば過剰となっても、その過剰接着剤はフィンの凸
部の間部分で保持され、電気的および熱的な接触に対す
る影響はなく、またフィンが熱応力を緩和するようにな
って、熱膨張差によって生ずる剥離等の問題も発生せず
、信頼性の高い発熱体とすることができる。

［発明の実施例コ 以下、図面を参照してこの発明の〜実施例を説６ 明する。第１図はその全体的な構成を示すもので、ＰＴ
Ｃ発熱素子２１は方形板状に構成され、このＰＴＣ素子
２Ｉを複数個（図の例では５個）直列的に並べることに
よって、１つのＰＴＣ発熱素子本体２０が構戊される。

ＰＴＣ素子２１は、第２図に一部断面して示すように、
例えばチタン酸バリウム半導体またはポリマＰＴＣ等の
本体２１１に対して、その両面に“Ｎｉ無電解メッキ＋
Ａｇペースト”あるいは“オーミックＡｇペースト十カ
バーＡｇペースト”等による電極層２｛２および２１３
が形成された構成となっている。

この発熱素子本体２０の両面部には、それぞれ放熱体２
２および２３が対設設定される。この放熱体２２および
２３は、それぞれ金属板２２１および２３１と、放熱フ
ィン２２２および２３２とによって構成される。

放熱フィン２２２　、２３２は、それぞれ熱伝導性の良
好な金属薄板を、波型に折り返し折曲した構造のコルゲ
ートフィンでなり、この放熱フィン２２２および２３２
それぞれの、一方の側の折り返し折曲した凸部が、それ
ぞれ金属板２２１および２３１の面に接触され、その接
触部を例えばロー付け等によって固定し、それぞれ一体
化された放熱体２２および２３が構成されるようにする
。

そして、発熱素子本体２０の両面の電極面に、それぞれ
接着剤２４および２５を塗布し、金属放熱体２２および
２３の、それぞれ金属板２２１および２３１と反対側の
フィン２２２および２３２のそれぞれ折曲凸部を、接着
剤２４および２５が存在する電極層２１２および２１３
の面に圧接し、乾燥・焼付けする。

この場合、放熱フィン２２２および２３２を電極層２１
２および２１３に圧接することによって、放熱フィン２
２２および２３２のそれぞれ凸部が、接着剤層を貫通し
て電極層２１２および２１３に直接的に接触される。そ
して、接着剤がフィン２２２および２３２の凸部それぞ
れの両側に、断面三角形状にして集められ、そのまま固
まるようになって、フィンの凸部それぞれを、電極面に
強固に接着し固定化するようになる。

ＰＴＣ発熱体にあっては、金属放熱体２２および２３と
ＰＴＣ素子２１の電極層との固着のみではなく、その相
互間では電気的さらに熱的接合が要求される。

この要求に対して第１図で示した発熱体にあっでは、放
熱フィン２２２および２３２のそれぞれ山状の凸部に存
在する絶縁接着剤２４および２５により、フィン２２２
および２３２と、ＰＴＣ素子２ｌの電極層２１１および
２１２との機械的接続強度が確保され、且つフィン２２
２および２３２のそれぞれ凸部が電極層２１１および２
１２にそれぞれ圧接されることによって、電気的な導通
状態と共に、熱的な導通状態も確実に確保される。

ここで、フィン２２２および２３２それぞれの山部の接
着剤２４および２５は、ＰＴＣ素子２Ｌから放熱フィン
２２２および２３２への熱伝導（放熱）を補う効果があ
る。

このためには、ここで使用される絶縁接着剤は、接着強
度と共に、ＰＴＣ発熱素子２ｌの発熱に対する耐熱性、
ヒートサイクルに対する耐久性、さらに発熱素子２１の
放熱性を向上させるための高熱伝導性が高いものである
ことが必要となる。この様９ な接着剤としては、例えばベンガラ（酸化鉄）、シリカ
、アルミナ等の微粉末をフィラとするシリコン系接着剤
が好適である。

第１表で示すように、シリコン系接着剤（フィラを添加
したシリコン接着剤）に対して、さらにＣｕ　ＳＡｇ　
％カーボン等の導電性粉末を添加すると、発熱素子２１
の放熱性能が良好となる。

尚、この表からも明らかなように、導電粉末を２０ｖｏ
ｌ％まで添加することによって、発熱素子２１の放熱特
性が良好となるものであるが、導電粉末の添加量が２０
ｖｏｌ％を越えた場合には、接着強度が低下し、耐久性
の問題が生ずる。

ここで、導電粉末を２　０　ｖｏｌ％程度添加しても、
この接着剤の絶縁性には、パーコレーション効果によっ
て全く問題が生じない。

このように構成されるＰＴＣ発熱体であっては、金属放
熱フィン２２２　、２３２とＰＴＣ発熱素子２１とが直
接的に接合されるようになっているので、導通不良の発
生が確実に防止されると共に、放熱フィン２２２および
２３２がそれぞれヒー１・サイクルに１０ よる熱応力を緩和するようになって、優れた耐久性が褥
られるようになる。

すなわち、従来にあっては金屈平板とＰＴＣ発熱素子と
の間に絶縁接着剤が充填される構成であったため、これ
らの接合面に凹凸が存在する場合は問題にならないが、
接合する両者の面の平面度が良好な場合には、絶縁接着
剤の膜が、発熱素子と金属平板との間に介在され、発熱
素子と金属平板との間の電気的な導通状態が不良となる
。

この点、実施例で示した発熱体にあっては、例えばＰＴ
Ｃ発熱素子の電極面に対する接着剤の塗布量に変化があ
っても、過剰な接着剤は放熱フィンの山部分の両側で、
発熱素子との間に付着するのみであり、放熱フィンとＰ
ＴＣ発熱素子との間の電気的な導通を確実に得られるよ
うにすることが可能である。

次に、実施例で示したようなＰＴＣ発熱体を、その製造
過程にしたがって説明すると、まずルーバーを付与した
銅製のコルゲートフィンと、板厚０．３１の黄銅板とを
高温半田（Ｓｕ−５％）を１１ 用いて接合し、放熱体２２および２３を構成する。ここ
で、使用する材料がＡ１ｌの場合は、ルーバーを付与し
たコルゲートフィンを、板厚１００μｍの１板によって
構成すると共に、このコルゲートフィンと板厚０．５１
１ｍのＡ［板とを真空ロー付けすることによって、片側
のみ金属版のイ；ノけられた放熱体が形成されるように
する。

すなわち、この様にして構成された放熱体２２および２
３は、一方の面が金属放熱フィンの山部によって構成さ
れるもので、この放熱体２２および２３のそれぞれの形
状は、幅１６ｍｍＸ長さ１２５ｎｕｎＸ高さ１０＋＋＋
ｍであり、フィンピッチ（フィンの山と山との距離）２
．５ｍｍとなる〇 また、２　５ｍｍＸ　１　６ｍｍＸ　２．　　５ｍｍの
形状であり、Ｔｃ２２０℃のＰＴＣ発熱素子をシリコン
系接着剤中にディッピンクして、その表面に接着剤を塗
布し、その後このＰＴＣ発熱素子の表面に放熱体のフィ
ンの山部を卯圧設定し、］５０゜Ｃで１５分間加圧乾燥
する。そして、この加圧状態を保持したまま、このＰＴ
Ｃ発熱素子にＡＣＩＯＯＶを３１２ 分間通電し、ＰＴＣ発熱素子の約２２０゜Ｃの発熱によ
ってシリコン接着剤を硬化させる。そして、補強のため
にＰＴＣ発熱素子の外周部に、さらにシリコン接着剤を
塗布し、これを硬化させる。

この様にして構成されたＰＴＣ発熱体は、温度２５℃で
０　．　　５　／　ｌ１ｉｎの風量に対して、６５０Ｗ
の発熱量（出力）が得られる。これに対して第１表で示
したようにシリコン接着剤に導電粉末を添加すると、放
熱性能はさらに良好になる。

この様に構成されるＰＴＣ発熱体において、放熱フィン
の形状は任意設定できるもので、例えば第３図の（Ａ）
〜（Ｃ）にそれぞれ示すような形状が選択できる。特に
第３図の（Ｂ）および（Ｃ）で示したフィンの形状は、
ＰＴＣ発熱素子２１との接触点（面積）が増加するよう
になり、発熱体の放熱性能を向上させるために効果的で
ある。

また、これまでの実施例の説明では、金属放熱フィンと
ＰＴＣ発熱素子との結合に絶縁接着剤を用いていた。し
かし、組付け時の作業性や、接着剤のはみ出し、乗れ込
みに対する手直しを問題と１３ しなければ、絶縁接着剤に代わって導電接着剤（シリコ
ン系Ａｇ接着剤）　あるいは高温半田（Ｓｎ　５％また
はＳｎ２，５％一Ａｇ２．５％）を用いてもよい。

［発明の効果］ 以上のようにこの発明に係るＰＴＣ発熱体によれば、Ｐ
ＴＣ発熱素子とコルゲートフィンを用いた金属放熱体と
を、例えば絶縁接着剤を用いて直接的に接合することに
よって、その相互の接着強度と共に、電気的および熱的
な接触が良好な状態とされるものであり、且つ高温の状
態で剥離等の問題が生ずることがなく、耐久性に優れた
ものとすることができる。また、ＰＴＣ発熱素子に対し
て金属板を接触させる構成となっていないため、従来に
比較して容易に軽量化することができ、各種暖房機やエ
アコンの補助ヒータとして効果的に応用できるものであ
り、または乾燥機等の熱源としても効果的に使用できる
ようになる。

１　４ 第 １ 表 但し、判定基準は　放熱性能＝６００Ｗ以上耐久変化一
±１０％以内 また、放熱性能は２５℃で風量０．　　５ｍ３／ｍｉｎ
耐久性では作動耐久を１０　０　０ｌＩｊｊ間とした。

ここで、 サンプルＮｏ．　２〜６は導電粉末として、銅（Ｃｕ　
）粉を用い、サンプルＮｏ．　７は銀（Ａｇ　）粉、サ
ンプルＮｏ．　８はカーボン粉を用いた。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例に係るＰＴＣ発熱体を説明
する断面構成図、第２図は上記発熱体の一部を取出し拡
大して示した断面図、第３図の（Ａ）乃至（Ｃ）はそれ
ぞれこの発明に係る発熱体で使用される放熱フィンの例
を示す閣、第４図は従来のＰＴＣ発熱体の構成を説明す
る断面図である。 ２０・・・ＰＴＣ発熱素子本体、２１・・ＰＴＣ発熱素
子、２１１・・・本体、２１２　，　２１３・・・電極
層、２２１　，　２３１・・・金属板、２２２　　２３
２・・・放熱フィン、２４、２５・・・絶縁接着剤。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 表裏面それぞれに電極層が形成されたＰＴＣ発熱素子と
   、 このＰＴＣ発熱素子の前記電極層が設定された表裏面そ
   れぞれに対設される、金属薄板を波型に折曲して形成し
   た放熱フィンとを具備し、この放熱フィンの波型にした
   折り返し折曲部が前記ＰＴＣ発熱素子の電極面に接触さ
   れ、その相互間が接着剤によって結合されるようにした
   ことを特徴とするＰＴＣ発熱体。