JPS587042B2 - コウタイデンアツガタセイトクセイサ−ミスタ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は高い耐電圧特性を持つ正特性サーミスタに関す
るものである。

従来ディスク形正特性サーミスタをヒータまたは電流制
限装置として使うに当って、その表面に第１図のように
電極を兼ねる放熱板２を取付けて熱出力を大きくする方
法がとられて来た。

しかし正特性サーミスク１はセラミックであるために、
熱伝導率があまり大きくなく、第１図の方法では正特性
サーミスク１の端面の放熱のみをよくすることになって
、内部からの熱出力を引出すには充分でない。

常温（ある一定の室温）において、正特性サーミスタの
内部の抵抗率が均一の場合、通電によって自己加熱させ
ると、どうしても中心部の温度が端面に比べて高くなる
。

正特性サーミスタの温度一抵抗特性は第２図に示すよう
に温度上昇と共に電気抵抗が急増する関係にあるために
、このような正特性サーミスタに電圧を印加して発熱さ
せると、温度上昇による抵抗の増大によって電流が制限
され、ある一定の温度以上にならないように、素子自体
で制御する性質がある。

そのため、この性質を利用してヒークとすると外部に温
度制御装置を設けなくても一定温度を保つようにできる
利点がある。

しかし、正特性サーミスタが小さく全体の温度がほぼ均
一であれば良いが、熱出力を多く得るために形の大きい
正特性サーミスタを用いて素子の内部で温度が他の部よ
り高い所が生ずるとその部分の抵抗が大きくなって電界
が集中し、ますますその部分の温度が上昇することにな
る。

そのため第１図に示したような構造では正特性サーミス
タ１の中心部がジュール熱の増加に伴なってますます発
熱量および温度上昇が大きくなるので、内部の温度分布
および電界密度の分布は、第３図ａ，ｂに示すような形
となる。

この傾向は両端面に放熱板をつけて強制的に冷却する時
に、特にはなはだしく、正特性サーミスタの端面附近の
みの発熱量は小さいために、放熱板をより大きくしても
熱出力はさほど大きくならない。

また内部の電界は上に述べたように局部的に密になるの
で、その部分が異状に高温になって破損するという不都
合な問題が起る。

本発明の目的は上記のような欠点を改善し、耐電圧特性
の良好な、しかも大きい熱出力の正特性サーミスク素子
を提供することにある。

上記の目的を達成するために本発明は、正特性サーミス
タの内部の常温での抵抗率の分布を均一にしないで変化
を与えることにより、電圧を印加して発熱したときの温
度分布あるいは電界密度の分布を均一化し、耐電圧を良
好にしたものである。

以下本発明を具体的な実施例によって説明する。

常温においてディスク形正特性サーミスタ内部の抵抗率
分布は中心部の方が端面部よりも高くなっているのが一
般であるが、この発明では第４図に示すように中心部１
２の抵抗率を端面部１１に比ベて３０％以下に低くした
ものである。

第５図によってその動作の模様を説明する。

第５図ａは本発明によるディスク形正特性サーミスクの
厚さ方向の抵抗率分布を示したもので、中心部１２の抵
抗率が端面部１１の抵抗率に比べて３０％以下に低くし
たことを示している。

このような正特性サーミスクに通電してキュリ一温度以
上に自己発熱させる時、中心部１２は抵抗率が小さいた
めに、また端面部１１は端冷効果のために、ジュール熱
の発生量が小さく、それに対して中心部１２と端面部１
１の中間の位置は発熱量が太きいために、第５図ｂのよ
うな動作温度の分布となる。

中心部１２の発熱量が小さいのに、この図で中心部の温
度が平坦になっているのは、両側からの熱拡散によるも
のである。

第５図Ｃはこの正特性サーミスタ内部の電界密度を示し
たものである。

中心部の常温抵抗率が小さいということは、キュリ一点
以上の一定温度における抵抗率も端面部に比べて小さい
という事であるから、当然中心部の電界密度は小さくな
り、そのために第５図Ｃのように電界密度の高い領域が
２つ現われる。

もし中心部の常温抵抗率が端面部の常温抵抗率に比べて
あまり小さくない場合は電界密度の高い領域は１つしか
現われないが、そのピークは第３図ｂの場合よりはるか
にブロードになる。

尚、この内部の常温抵抗率分布は、中心部と端面部間で
連続的に変化させることが望ましいが、中心部と端面部
の組成を層状に変えて不連続にしてもよい。

また３枚以上の常温抵抗率の異なる正特性サーミスタを
重ね合わして同様の効果を果すことも可能である。

上述したように、本発明による中心部の常温抵抗率が端
面部のそれに比べて３０％以下である正特性サーミスタ
を使う時、内部電界密度分布が従来のものに比べてはる
かにブロードとなるので、素子の信頼性が向上し、従来
のものに比べて高い電圧を印加することができるので、
従来不町能であった高電圧用の正特性サーミスタをつく
ることができる。

また、本発明の素子では発熱量の大きい部分が従来のも
のに比べて端面部に近くなっているので、従来のものに
比べて大きい熱出力を得ることができる。

また、この効果はディスク形正特性サーミスタに限るも
のではなく、ハネカム形（多数の縦穴を持つディスク形
）正特性サーミスクおよび角形などディスク形と同じ発
熱効果を持つ正特性サーミスタにも適用できるものであ
って、特に内部の熱伝導度の悪いハネカム形正特性サー
ミスタに適用した場合に、大きい効果を現わすものであ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は放熱板のついたヒーク用正特性サーミスタの構
造を示す側面図、第２図は代表的な正特性サーミスクの
温度と電気抵抗の関係を示す特性曲線図、第３図ａ，ｂ
は従来のヒータ用正特性サーミスタの内部温度分布およ
び内部の電界密度分布を示す図、第４図は本発明の正特
性サーミスタの構造を示す側面図、第５図ａ＋ｂ＋ｃは
本発明の止特性サーミスタの厚さ方向の位置と常温抵抗
率の関係、内部の動作温度の分布、および内部の電界密
度分布をそれぞれ示す図である。 １・・・・・・正特性サーミスタ、２・・・・・・放熱
板。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 両端面間に電圧を印加することによって発熱させる
   正特性サーミスタにおいて、その内部の常温抵抗率を上
   記両端面部の常温抵抗率より低くしたことを特徴とする
   高耐電圧形正特性サーミスタ。