JPH0352197B2 - - Google Patents
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- JPH0352197B2 JPH0352197B2 JP56077920A JP7792081A JPH0352197B2 JP H0352197 B2 JPH0352197 B2 JP H0352197B2 JP 56077920 A JP56077920 A JP 56077920A JP 7792081 A JP7792081 A JP 7792081A JP H0352197 B2 JPH0352197 B2 JP H0352197B2
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- H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
- H05B3/00—Ohmic-resistance heating
- H05B3/10—Heating elements characterised by the composition or nature of the materials or by the arrangement of the conductor
- H05B3/12—Heating elements characterised by the composition or nature of the materials or by the arrangement of the conductor characterised by the composition or nature of the conductive material
- H05B3/14—Heating elements characterised by the composition or nature of the materials or by the arrangement of the conductor characterised by the composition or nature of the conductive material the material being non-metallic
- H05B3/141—Conductive ceramics, e.g. metal oxides, metal carbides, barium titanate, ferrites, zirconia, vitrous compounds
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01C—RESISTORS
- H01C7/00—Non-adjustable resistors formed as one or more layers or coatings; Non-adjustable resistors made from powdered conducting material or powdered semi-conducting material with or without insulating material
- H01C7/04—Non-adjustable resistors formed as one or more layers or coatings; Non-adjustable resistors made from powdered conducting material or powdered semi-conducting material with or without insulating material having negative temperature coefficient
- H01C7/041—Non-adjustable resistors formed as one or more layers or coatings; Non-adjustable resistors made from powdered conducting material or powdered semi-conducting material with or without insulating material having negative temperature coefficient formed with two or more layers
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- Electromagnetism (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Ceramic Engineering (AREA)
- Resistance Heating (AREA)
Description
本発明は長寿命で且つ温度調節機能を有する発
熱装置に関するものである。従来通電によるジユ
ール熱で発熱する発熱体としては例えば、ニクロ
ム線、サーミスタ、炭化珪素発熱体等が知られて
いる。 しかしながら、ニクロム線等の金属線は一般に
体積抵抗率が小さく、抵抗を所定の値とするため
には、通常細線にして用いる必要があり、断線短
絡等の欠点が有つた。またサーミスタは一般にそ
の抵抗の温度特性が負であるため、一定値以上の
電力を印加すると電流が局部的に集中し局部加熱
され、電力が過大な場合は破損するので、実用し
うる形状はビーズ状に限られ、且つ印加し得る電
力も極めて小さいものであつた。 さらに、炭化珪素等のセラミツクスを用いた発
熱体では、金属端子との接続部が高温により酸化
しやすいため、発熱部の両端に長い端子をつけた
棒状の形状に限られるので、従つて端子部からの
熱の逃げによるエネルギー損失が大きく、また発
熱体が折損しやすい等の欠点があつた。 本発明は従来のこれらの欠点を解決した断線、
折損等が少なく、大電力が印加でき且つ任意の形
状とすることができる自己温度調節機能を有する
発熱体を備える発熱装置であつて、負の抵抗温度
係数を有する複数の導電性微粒子と、そのそれぞ
れの導電性微粒子の間に介在する高抵抗領域層か
らなる固体電解質と；該固体電解質に接して設け
られた少なくとも一対の電極と；該少なくとも一
対の電極に、分極が主として前記固体電解質内部
の分極よりなる周波数の交流電流を通電する交流
電流印加手段とを有することを特徴とするもので
ある。 本発明の発熱装置を一具体例を模式的に示す第
１図にもとづいて説明すると、負の抵抗温度係数
を有する微粒子１の間に高抵抗領域層２が介在す
る固体電解質の両端に、金、白金等よりなる電極
３が設けられている。この固体電解質としては、
例えばジルコニア磁器等を用いることができる。
この場合、ZrO2等の微結晶が微粒子１に、また
結晶粒界が高抵抗領域２に相当する。 そして、本発明ではこのような固体電解質より
なる発熱体の加熱に際し、固体電解質に設けられ
た電極間に交流成分の分極が主として固体電解質
内部の分極よりなる周波数の交流電流を通電する
ことが大切である。 すなわち、第１図に示されるような負の抵抗温
度係数を有する複数の微粒子とそのそれぞれの微
粒子の間に介在する高抵抗領域層からなる固体電
解質に電極を付与した発熱体の電気的な等価回路
は第２図のように表される。なお、第２図におい
てR1は固体電解質と電極の界面における分極抵
抗分、C1は固体電解質と電極の界面の分極に起
因する静電容量分、R2は微粒子間に介在する高
抵抗領域層の抵抗分、C2は高抵抗領域層の静電
容量分、R3は微粒子の抵抗である。このような
発熱体のインピーダンスの周波数特性は複素イン
ピーダンスＺ＝Z′＋jZ″の表示では第３図に示す
ように２つの円弧の連なつた形となり、Ａ点の値
は第２図のR1＋R2＋R3に、Ｂ点はR2＋R3に、Ｃ
点はR3の値にそれぞれ相当する。またＡ点から
Ｂ点までの発熱体の分極は主としてR1，C1に基
くものであり、Ｂ点からＣ点までは主としてR2，
R3，C2に基くものである。各点と周波数の関係
はＡ点では直流であり、Ａ点より円弧上をＢ点に
向うに従い周波数が高くなり、Ｂ点より次の円弧
上をＣ点に向うに従い周波数がさらに高くなる。
Ａ点からＢ点の円弧は固体電解質の表面状態ある
いは電極の付着状態、さらには長期間の使用に対
して大きく変動する。従つて、この範囲の周波数
は加熱に必要な電力を安定的に加えることが困難
である。 また、この発熱体を高温で使う目的で電極に白
金等の耐火性電極を用いた場合は、一般に第３図
のＡ点からＢ点の円弧は、低温では非常に大きく
なり、この範囲の周波数では電極と固体電解質と
の界面に高い電圧がかかり、電極の剥離および固
体電解質表面の変質が生じ、且つ高電圧による放
電、誘導障害等の悪影響が有るものである。 しかし、本発明による発熱体の加熱は、分極が
主として固体電解質内部の分極よりなる周波数、
すなわちＢ点からＣ点の範囲の交流電流を通電す
るので、その電流が固体電解質を加熱するに十分
に大きな値であつても電極の剥離、固体電解質の
変質、破損等は生じない。それは、Ｂ点より高い
周波数の交流電圧を印加した場合、分極の大部分
はR2，C2，R3に相当する固体電解質内部に加わ
るが、しかしながら固体電解質の内部では分極が
固体電解質内部の厚み方向にほぼ均一に分散され
るため結果として通電による劣化は起りにくいも
のであり、一方通常劣化が起るR1，C1に相当す
る電極と固体電解質の界面ではほとんど分極が起
らないため界面での劣化が起きず、従つて急激な
加熱をしても固体電解質が破損することがない。 さらに、Ｂ点からＣ点の範囲ではインピーダン
スが固体電解質そのものの特性によつて定まるた
め、固体電解質の表面状態、電極の付着状態、電
極の種類および長期間の使用における変化等の影
響を受けることが少なく、さらにＢ点よりＣ点の
範囲の周波数の交流電圧を印加した場合、直流抵
抗に比べて低い抵抗値となるため比較的低い印加
電圧で固体電解質を安定に加熱することができる
ものであり、交流成分の分極が主として固体電解
質内部の分極よりなる周波数の範囲内であつても
局部加熱を防止するため、望ましくは第２図にお
けるC2のインピーダンスがR2よりも小となる周
波数で加熱するのがよい。 更に本発明においては、固体電解質内部のR2，
C2，R3は単一の抵抗、あるいはコンデンサでは
なく、第４図に一具体例の拡大図を模式的に示す
ように負の抵抗温度係数を有する微粒子１と高抵
抗領域層２からなる固体電解質全体に均一に分散
されているため、例えばこの内の一つのR3′の温
度が何等かの理由で上昇し、抵抗が下り電流が流
れやすい状態になつた場合でも、その電流i′はそ
の特定のR3′につながるC2′と印加される電圧v′と
周波数ｆにより定まる値i′＝2π・C2′・ｆ・v′以上
は流れず、高抵抗領域層の１カ所に加わる電圧
v′と局部のC2′は極めて小さいため、結局局部的
な電流の集中は防止され、例えば従来の酸化鉄を
主成分とした負特性サーミスタに見られるような
局部加熱がなく、平板の両面に電極を設けた場合
でも、全体を均一な温度に加熱することができる
ものである。 なお、第５図に示すように加熱用の交流電源５
を電流制限用抵抗７を介して負の抵抗温度係数を
有する固体電解質６に接続すれば電流制限用抵抗
７により固体電解質６に過大な電流が流れること
が防止され、かつ加熱の必要のない高温度では固
体電解質６に加えられる電力が小さく抑えられ
る。また、固体電解質６からなる抵抗体の温度と
それに加わる電力の関係は第６図の曲線Ｄに示す
ように負特性の領域で用いることにより固体電解
質自体が温度調節機能を有するものである。この
電流制限用抵抗７はコンデンサでもタイルでもよ
い。 なお、本発明に用いる電極は所定の温度に耐え
る導体であればよく、ニツケル、銀、金、白金、
ロジウム、パラジウム、ルテニウム等の金属ある
いは酸化亜鉛、LaCrO3等でもよい。またその固
体電解質への付与方法としては真空蒸着、スパツ
タ、無電解メツキ金属塩溶液の熱分解または還
元、金属粉末ペーストの焼付、サーメツト、また
は溶射等、従来セラミツク等へ電極を付与する際
に用いられた方法で付与することができる。ま
た、電極が使用中に蒸発したり、汚損することを
防止するために、電極を耐火性の層で保護するか
あるいは固体電解質中に埋設してもよい。 また、本発明の発熱装置においては、そのイン
ピーダンスを測定することによつて発熱体の温度
を知ることができる。 すなわち、発熱体の複素インピーダンス表示は
前記第３図に示すような２つの円弧が連なつた形
となるが、この固体電解質のインピーダンスは温
度によつて変化し温度が高くなるに従い第３図の
Ａ点，Ｂ点，Ｃ点の値が小さくなり、Ｂ点および
Ｃ点近傍の周波数は高くなる。ここで固体電解質
にある固定された周波数の交流電圧を印加通電し
た場合の温度とインピーダンスの関係は第７図に
示すようになり、固体電解質のインピーダンスを
測定すれば結果として温度を求めることができ
る。第７図において曲線ＥはT2の温度で第３図
のＢ点となる周波数の交流電圧で測定したもの
で、曲線ＦはT3の温度でＣ点近傍の周波数の交
流電圧で測定したものである。本発明ではインピ
ーダンス測定に使用する周波数も加熱の場合と同
様、交流成分の分極が主として固体電解質内部の
分極よりなる周波数、すなわちＢ点からＣ点の範
囲の周波数にしているが、それは第７図の曲線Ｅ
の場合を例にとれば、温度がT2からT3に上昇す
るとインピーダンスは第３図のＢ点からＡ点へ向
うようになり、この範囲ではそのインピーダンス
は電極と固体電解質の界面の性状、電極の付与条
件等に大きく影響を受け、長期間の使用に対して
極めて不安定であるためである。 すなわち第８図は1000℃の大気中に発熱体を保
持した場合の時間に対する400℃のインピーダン
ス変化を示すもので、曲線ＧはＡ点の直流で、曲
線ＨはＢ点、曲線ＩはＣ点近傍の周波数で測定し
たものである。 分極が主として固体電解質内部の分極よりなる
周波数の範囲、すなわちＢ点からＣ点の範囲の周
波数では微粒子自体および高抵抗領域層自体に変
化が起らない限りインピーダンスは変化せず、第
８図の曲線Ｈ，Ｉに示すように経時変化が極めて
小さいものであるが、曲線Ｇはインピーダンスの
変化が極めて大きく不安定なものである。 なお、インピーダンスの検出は常時行なつても
よく、また加熱と交互に切換えて行なつてもよ
い。また第５図に示すようにインピーダンス検出
のための電流検出素子８に発生した電圧等を加熱
用交流電源５にフイードバツクし、交流電源５の
電圧または周波数を制御し、抵抗体に加える電力
を調節して固体電解質６の温度を一定に保つか、
あるいは発熱体または電流制限用抵抗７の端子電
圧によりインピーダンスを検出し同様のフイード
バツクを行なつてもよい。なお、インピーダンス
検出の交流電源の周波数と加熱のための交流電源
の周波数は同一であつてもそれぞれ異なつていて
もよい。また、インピーダンスを検出する電極と
加熱をする電極は第５図のように同一であつても
別々であつてもよい。なお、本発明の発熱装置の
発熱体は板状、筒状、有底筒状、薄膜状等の形状
でよいが、自己発熱する部位を電流を流しやすく
するため、他の部分より薄くするかあるいは該部
を保温することによりその部位を最も高温に安定
して加熱することができる。 また、局部的な発熱をさせた場合においても本
発明では、インピーダンスを検知して固体電解質
の温度が測定できるので発熱部分の温度を精度よ
く求めることができる。なお、加熱する固体電解
質は抵抗温度特性が負のため低温時には抵抗値が
大きく、加熱に十分な電流を流せない場合があ
り、このような場合には補助ヒーターを固体電解
質中に埋設するか、あるいは固体電解質近傍に配
置し抵抗体に十分な電流が流れる温度まて予熱す
るのがよい。 次に本発明の実施例について述べる。 実施例 １ ZrO2 97モル％、Y2O3 ３モル％よりなる混合
物100部に対し、アルミナ２部を加えた負の抵抗
温度係数を有する固体電解質としてのジルコニア
磁器を用意し、そのジルコニア磁器の直径５mm、
厚さ１mmの円板の両面にスパツタリングにより白
金電極を設け、発熱体とし、更にその電極の表面
にスピネルを溶射し0.1mmの厚さの保護層を設け
た。この発熱体を400℃の炉中に入れ予熱し、次
いで10KHz、200ｍＡの交流電流を通電し、その
インピーダンスより発熱体の温度を求めた結果
750℃であつた。この発熱体の400℃および750℃
における複素インピーダンスのＡ点、Ｂ点および
Ｃ点の周波数とZ′の値を求めた。結果は第１表に
示すとおりであつた。
熱装置に関するものである。従来通電によるジユ
ール熱で発熱する発熱体としては例えば、ニクロ
ム線、サーミスタ、炭化珪素発熱体等が知られて
いる。 しかしながら、ニクロム線等の金属線は一般に
体積抵抗率が小さく、抵抗を所定の値とするため
には、通常細線にして用いる必要があり、断線短
絡等の欠点が有つた。またサーミスタは一般にそ
の抵抗の温度特性が負であるため、一定値以上の
電力を印加すると電流が局部的に集中し局部加熱
され、電力が過大な場合は破損するので、実用し
うる形状はビーズ状に限られ、且つ印加し得る電
力も極めて小さいものであつた。 さらに、炭化珪素等のセラミツクスを用いた発
熱体では、金属端子との接続部が高温により酸化
しやすいため、発熱部の両端に長い端子をつけた
棒状の形状に限られるので、従つて端子部からの
熱の逃げによるエネルギー損失が大きく、また発
熱体が折損しやすい等の欠点があつた。 本発明は従来のこれらの欠点を解決した断線、
折損等が少なく、大電力が印加でき且つ任意の形
状とすることができる自己温度調節機能を有する
発熱体を備える発熱装置であつて、負の抵抗温度
係数を有する複数の導電性微粒子と、そのそれぞ
れの導電性微粒子の間に介在する高抵抗領域層か
らなる固体電解質と；該固体電解質に接して設け
られた少なくとも一対の電極と；該少なくとも一
対の電極に、分極が主として前記固体電解質内部
の分極よりなる周波数の交流電流を通電する交流
電流印加手段とを有することを特徴とするもので
ある。 本発明の発熱装置を一具体例を模式的に示す第
１図にもとづいて説明すると、負の抵抗温度係数
を有する微粒子１の間に高抵抗領域層２が介在す
る固体電解質の両端に、金、白金等よりなる電極
３が設けられている。この固体電解質としては、
例えばジルコニア磁器等を用いることができる。
この場合、ZrO2等の微結晶が微粒子１に、また
結晶粒界が高抵抗領域２に相当する。 そして、本発明ではこのような固体電解質より
なる発熱体の加熱に際し、固体電解質に設けられ
た電極間に交流成分の分極が主として固体電解質
内部の分極よりなる周波数の交流電流を通電する
ことが大切である。 すなわち、第１図に示されるような負の抵抗温
度係数を有する複数の微粒子とそのそれぞれの微
粒子の間に介在する高抵抗領域層からなる固体電
解質に電極を付与した発熱体の電気的な等価回路
は第２図のように表される。なお、第２図におい
てR1は固体電解質と電極の界面における分極抵
抗分、C1は固体電解質と電極の界面の分極に起
因する静電容量分、R2は微粒子間に介在する高
抵抗領域層の抵抗分、C2は高抵抗領域層の静電
容量分、R3は微粒子の抵抗である。このような
発熱体のインピーダンスの周波数特性は複素イン
ピーダンスＺ＝Z′＋jZ″の表示では第３図に示す
ように２つの円弧の連なつた形となり、Ａ点の値
は第２図のR1＋R2＋R3に、Ｂ点はR2＋R3に、Ｃ
点はR3の値にそれぞれ相当する。またＡ点から
Ｂ点までの発熱体の分極は主としてR1，C1に基
くものであり、Ｂ点からＣ点までは主としてR2，
R3，C2に基くものである。各点と周波数の関係
はＡ点では直流であり、Ａ点より円弧上をＢ点に
向うに従い周波数が高くなり、Ｂ点より次の円弧
上をＣ点に向うに従い周波数がさらに高くなる。
Ａ点からＢ点の円弧は固体電解質の表面状態ある
いは電極の付着状態、さらには長期間の使用に対
して大きく変動する。従つて、この範囲の周波数
は加熱に必要な電力を安定的に加えることが困難
である。 また、この発熱体を高温で使う目的で電極に白
金等の耐火性電極を用いた場合は、一般に第３図
のＡ点からＢ点の円弧は、低温では非常に大きく
なり、この範囲の周波数では電極と固体電解質と
の界面に高い電圧がかかり、電極の剥離および固
体電解質表面の変質が生じ、且つ高電圧による放
電、誘導障害等の悪影響が有るものである。 しかし、本発明による発熱体の加熱は、分極が
主として固体電解質内部の分極よりなる周波数、
すなわちＢ点からＣ点の範囲の交流電流を通電す
るので、その電流が固体電解質を加熱するに十分
に大きな値であつても電極の剥離、固体電解質の
変質、破損等は生じない。それは、Ｂ点より高い
周波数の交流電圧を印加した場合、分極の大部分
はR2，C2，R3に相当する固体電解質内部に加わ
るが、しかしながら固体電解質の内部では分極が
固体電解質内部の厚み方向にほぼ均一に分散され
るため結果として通電による劣化は起りにくいも
のであり、一方通常劣化が起るR1，C1に相当す
る電極と固体電解質の界面ではほとんど分極が起
らないため界面での劣化が起きず、従つて急激な
加熱をしても固体電解質が破損することがない。 さらに、Ｂ点からＣ点の範囲ではインピーダン
スが固体電解質そのものの特性によつて定まるた
め、固体電解質の表面状態、電極の付着状態、電
極の種類および長期間の使用における変化等の影
響を受けることが少なく、さらにＢ点よりＣ点の
範囲の周波数の交流電圧を印加した場合、直流抵
抗に比べて低い抵抗値となるため比較的低い印加
電圧で固体電解質を安定に加熱することができる
ものであり、交流成分の分極が主として固体電解
質内部の分極よりなる周波数の範囲内であつても
局部加熱を防止するため、望ましくは第２図にお
けるC2のインピーダンスがR2よりも小となる周
波数で加熱するのがよい。 更に本発明においては、固体電解質内部のR2，
C2，R3は単一の抵抗、あるいはコンデンサでは
なく、第４図に一具体例の拡大図を模式的に示す
ように負の抵抗温度係数を有する微粒子１と高抵
抗領域層２からなる固体電解質全体に均一に分散
されているため、例えばこの内の一つのR3′の温
度が何等かの理由で上昇し、抵抗が下り電流が流
れやすい状態になつた場合でも、その電流i′はそ
の特定のR3′につながるC2′と印加される電圧v′と
周波数ｆにより定まる値i′＝2π・C2′・ｆ・v′以上
は流れず、高抵抗領域層の１カ所に加わる電圧
v′と局部のC2′は極めて小さいため、結局局部的
な電流の集中は防止され、例えば従来の酸化鉄を
主成分とした負特性サーミスタに見られるような
局部加熱がなく、平板の両面に電極を設けた場合
でも、全体を均一な温度に加熱することができる
ものである。 なお、第５図に示すように加熱用の交流電源５
を電流制限用抵抗７を介して負の抵抗温度係数を
有する固体電解質６に接続すれば電流制限用抵抗
７により固体電解質６に過大な電流が流れること
が防止され、かつ加熱の必要のない高温度では固
体電解質６に加えられる電力が小さく抑えられ
る。また、固体電解質６からなる抵抗体の温度と
それに加わる電力の関係は第６図の曲線Ｄに示す
ように負特性の領域で用いることにより固体電解
質自体が温度調節機能を有するものである。この
電流制限用抵抗７はコンデンサでもタイルでもよ
い。 なお、本発明に用いる電極は所定の温度に耐え
る導体であればよく、ニツケル、銀、金、白金、
ロジウム、パラジウム、ルテニウム等の金属ある
いは酸化亜鉛、LaCrO3等でもよい。またその固
体電解質への付与方法としては真空蒸着、スパツ
タ、無電解メツキ金属塩溶液の熱分解または還
元、金属粉末ペーストの焼付、サーメツト、また
は溶射等、従来セラミツク等へ電極を付与する際
に用いられた方法で付与することができる。ま
た、電極が使用中に蒸発したり、汚損することを
防止するために、電極を耐火性の層で保護するか
あるいは固体電解質中に埋設してもよい。 また、本発明の発熱装置においては、そのイン
ピーダンスを測定することによつて発熱体の温度
を知ることができる。 すなわち、発熱体の複素インピーダンス表示は
前記第３図に示すような２つの円弧が連なつた形
となるが、この固体電解質のインピーダンスは温
度によつて変化し温度が高くなるに従い第３図の
Ａ点，Ｂ点，Ｃ点の値が小さくなり、Ｂ点および
Ｃ点近傍の周波数は高くなる。ここで固体電解質
にある固定された周波数の交流電圧を印加通電し
た場合の温度とインピーダンスの関係は第７図に
示すようになり、固体電解質のインピーダンスを
測定すれば結果として温度を求めることができ
る。第７図において曲線ＥはT2の温度で第３図
のＢ点となる周波数の交流電圧で測定したもの
で、曲線ＦはT3の温度でＣ点近傍の周波数の交
流電圧で測定したものである。本発明ではインピ
ーダンス測定に使用する周波数も加熱の場合と同
様、交流成分の分極が主として固体電解質内部の
分極よりなる周波数、すなわちＢ点からＣ点の範
囲の周波数にしているが、それは第７図の曲線Ｅ
の場合を例にとれば、温度がT2からT3に上昇す
るとインピーダンスは第３図のＢ点からＡ点へ向
うようになり、この範囲ではそのインピーダンス
は電極と固体電解質の界面の性状、電極の付与条
件等に大きく影響を受け、長期間の使用に対して
極めて不安定であるためである。 すなわち第８図は1000℃の大気中に発熱体を保
持した場合の時間に対する400℃のインピーダン
ス変化を示すもので、曲線ＧはＡ点の直流で、曲
線ＨはＢ点、曲線ＩはＣ点近傍の周波数で測定し
たものである。 分極が主として固体電解質内部の分極よりなる
周波数の範囲、すなわちＢ点からＣ点の範囲の周
波数では微粒子自体および高抵抗領域層自体に変
化が起らない限りインピーダンスは変化せず、第
８図の曲線Ｈ，Ｉに示すように経時変化が極めて
小さいものであるが、曲線Ｇはインピーダンスの
変化が極めて大きく不安定なものである。 なお、インピーダンスの検出は常時行なつても
よく、また加熱と交互に切換えて行なつてもよ
い。また第５図に示すようにインピーダンス検出
のための電流検出素子８に発生した電圧等を加熱
用交流電源５にフイードバツクし、交流電源５の
電圧または周波数を制御し、抵抗体に加える電力
を調節して固体電解質６の温度を一定に保つか、
あるいは発熱体または電流制限用抵抗７の端子電
圧によりインピーダンスを検出し同様のフイード
バツクを行なつてもよい。なお、インピーダンス
検出の交流電源の周波数と加熱のための交流電源
の周波数は同一であつてもそれぞれ異なつていて
もよい。また、インピーダンスを検出する電極と
加熱をする電極は第５図のように同一であつても
別々であつてもよい。なお、本発明の発熱装置の
発熱体は板状、筒状、有底筒状、薄膜状等の形状
でよいが、自己発熱する部位を電流を流しやすく
するため、他の部分より薄くするかあるいは該部
を保温することによりその部位を最も高温に安定
して加熱することができる。 また、局部的な発熱をさせた場合においても本
発明では、インピーダンスを検知して固体電解質
の温度が測定できるので発熱部分の温度を精度よ
く求めることができる。なお、加熱する固体電解
質は抵抗温度特性が負のため低温時には抵抗値が
大きく、加熱に十分な電流を流せない場合があ
り、このような場合には補助ヒーターを固体電解
質中に埋設するか、あるいは固体電解質近傍に配
置し抵抗体に十分な電流が流れる温度まて予熱す
るのがよい。 次に本発明の実施例について述べる。 実施例 １ ZrO2 97モル％、Y2O3 ３モル％よりなる混合
物100部に対し、アルミナ２部を加えた負の抵抗
温度係数を有する固体電解質としてのジルコニア
磁器を用意し、そのジルコニア磁器の直径５mm、
厚さ１mmの円板の両面にスパツタリングにより白
金電極を設け、発熱体とし、更にその電極の表面
にスピネルを溶射し0.1mmの厚さの保護層を設け
た。この発熱体を400℃の炉中に入れ予熱し、次
いで10KHz、200ｍＡの交流電流を通電し、その
インピーダンスより発熱体の温度を求めた結果
750℃であつた。この発熱体の400℃および750℃
における複素インピーダンスのＡ点、Ｂ点および
Ｃ点の周波数とZ′の値を求めた。結果は第１表に
示すとおりであつた。
【表】
以上記述した通り、本発明の発熱装置は任意の
形状の発熱装置であり、しかも部分加熱をするこ
とができるため消費電力が少なくてすみ、また断
線、折損等が少なくさらに、急加熱が可能で且つ
自己温度調節機能および温度検出機能を持ち、耐
久性に優れている等の利点を数多く有するもので
あり、例えばジーゼルエンジン用グロープラグ、
バーナーの点火器、各種ガスセンサーの加熱用発
熱装置等として用いることができ産業上極めて有
用なものである。
形状の発熱装置であり、しかも部分加熱をするこ
とができるため消費電力が少なくてすみ、また断
線、折損等が少なくさらに、急加熱が可能で且つ
自己温度調節機能および温度検出機能を持ち、耐
久性に優れている等の利点を数多く有するもので
あり、例えばジーゼルエンジン用グロープラグ、
バーナーの点火器、各種ガスセンサーの加熱用発
熱装置等として用いることができ産業上極めて有
用なものである。
第１図は本発明の発熱装置の要部の断面を模式
的に表す説明図、第２図は発熱体の等価回路を示
す説明図、第３図は発熱体の複素インピーダンス
特性を示す説明図、第４図は固体電解質の微構造
と等価回路との関係を表す説明図、第５図は本発
明のインピーダンス検出のための回路の具体例を
示す説明図、第６図は固体電解質の温度とそれに
加わる電力を表す説明図、第７図は発熱体のイン
ピーダンスと温度との関係を示す説明図、第８図
は発熱体の高温保持時間とインピーダンスの変化
の関係を示す説明図である。 １……負の抵抗温度係数を有する微粒子、２…
…高抵抗領域層、３……電極、５……交流電源、
６……固体電解質、７……電流制限用抵抗、８…
…電流検出用抵抗、９……交流電圧検出器。
的に表す説明図、第２図は発熱体の等価回路を示
す説明図、第３図は発熱体の複素インピーダンス
特性を示す説明図、第４図は固体電解質の微構造
と等価回路との関係を表す説明図、第５図は本発
明のインピーダンス検出のための回路の具体例を
示す説明図、第６図は固体電解質の温度とそれに
加わる電力を表す説明図、第７図は発熱体のイン
ピーダンスと温度との関係を示す説明図、第８図
は発熱体の高温保持時間とインピーダンスの変化
の関係を示す説明図である。 １……負の抵抗温度係数を有する微粒子、２…
…高抵抗領域層、３……電極、５……交流電源、
６……固体電解質、７……電流制限用抵抗、８…
…電流検出用抵抗、９……交流電圧検出器。
Claims (1)
- １ 負の抵抗温度係数を有する複数の導電性微粒
子と、そのそれぞれの導電性微粒子の間に介在す
る高抵抗領域層からなる固体電解質と；該固体電
解質に接して設けられた少なくとも一対の電極
と；該少なくとも一対の電極に、分極が主として
前記固体電解質内部の分極よりなる周波数の交流
電流を通電する交流電流印加手段とを有すること
を特徴とする発熱装置。
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP56077920A JPS57194479A (en) | 1981-05-25 | 1981-05-25 | Heating element |
| US06/380,281 US4541898A (en) | 1981-05-25 | 1982-05-20 | Method for heating |
| CA000403508A CA1220807A (en) | 1981-05-25 | 1982-05-21 | Heating element |
| DE8282104522T DE3278927D1 (en) | 1981-05-25 | 1982-05-24 | Heating element |
| EP82104522A EP0065779B1 (en) | 1981-05-25 | 1982-05-24 | Heating element |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP56077920A JPS57194479A (en) | 1981-05-25 | 1981-05-25 | Heating element |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS57194479A JPS57194479A (en) | 1982-11-30 |
| JPH0352197B2 true JPH0352197B2 (ja) | 1991-08-09 |
Family
ID=13647507
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP56077920A Granted JPS57194479A (en) | 1981-05-25 | 1981-05-25 | Heating element |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4541898A (ja) |
| EP (1) | EP0065779B1 (ja) |
| JP (1) | JPS57194479A (ja) |
| CA (1) | CA1220807A (ja) |
| DE (1) | DE3278927D1 (ja) |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE3311051A1 (de) * | 1983-03-25 | 1984-09-27 | Siemens AG, 1000 Berlin und 8000 München | Flexibles heizelement in bandform, das aus elektrisch leitfaehigen koernchen aus ptc-material und einem organischen isolierenden kunststoff als bindemittel besteht, und verfahren zur herstellung des flexiblen heizelementes |
| US4616125A (en) * | 1984-02-03 | 1986-10-07 | Eltac Nogler & Daum Kg | Heating element |
| US4633069A (en) * | 1985-10-21 | 1986-12-30 | Texas Instruments Incorporated | Heat-exchanger |
| US4849611A (en) * | 1985-12-16 | 1989-07-18 | Raychem Corporation | Self-regulating heater employing reactive components |
| KR910003403B1 (ko) * | 1986-08-12 | 1991-05-30 | 미쯔보시 벨트 가부시끼가이샤 | 열적 고무 조성물 |
| US5146536A (en) * | 1988-11-07 | 1992-09-08 | Westover Brooke N | High temperature electric air heater with tranversely mounted PTC resistors |
| US5004893A (en) * | 1988-11-07 | 1991-04-02 | Westover Brooke N | High-speed, high temperature resistance heater and method of making same |
| US4972067A (en) * | 1989-06-21 | 1990-11-20 | Process Technology Inc. | PTC heater assembly and a method of manufacturing the heater assembly |
| JPH0388294A (ja) * | 1989-08-18 | 1991-04-12 | Tsuaitowan Fuaaren Koniejishuien Jiouyuen | 強誘電体セラミック発熱素子 |
| JPH0727621U (ja) * | 1993-10-21 | 1995-05-23 | 株式会社ヒラマツ | トレーニング用負荷ベルト |
| US5681111A (en) * | 1994-06-17 | 1997-10-28 | The Ohio State University Research Foundation | High-temperature thermistor device and method |
| US5742223A (en) * | 1995-12-07 | 1998-04-21 | Raychem Corporation | Laminar non-linear device with magnetically aligned particles |
| FR2744218B1 (fr) * | 1996-01-31 | 2000-01-14 | Denso Corp | Detecteur de rapport air-carburant |
| US6071393A (en) * | 1996-05-31 | 2000-06-06 | Ngk Spark Plug Co., Ltd. | Nitrogen oxide concentration sensor |
| JP3489000B2 (ja) * | 1998-11-06 | 2004-01-19 | 株式会社村田製作所 | Ｎｔｃサーミスタ、チップ型ｎｔｃサーミスタ及び感温抵抗薄膜素子の製造方法 |
| US8058591B2 (en) * | 2007-03-30 | 2011-11-15 | United Technologies Corp. | Systems and methods for providing localized heat treatment of gas turbine components |
| US8145047B2 (en) * | 2008-03-27 | 2012-03-27 | Michel Gagnon | Self-regulating electric heating system |
| US9534575B2 (en) * | 2013-07-31 | 2017-01-03 | Borgwarner Ludwigsburg Gmbh | Method for igniting a fuel/air mixture, ignition system and glow plug |
| US9370045B2 (en) | 2014-02-11 | 2016-06-14 | Dsm&T Company, Inc. | Heat mat with thermostatic control |
| US10440829B2 (en) | 2014-07-03 | 2019-10-08 | United Technologies Corporation | Heating circuit assembly and method of manufacture |
| KR20160026302A (ko) * | 2014-08-29 | 2016-03-09 | 삼성전자주식회사 | 기판 처리 장치 및 집적회로 소자 제조 장치와 기판 처리 방법 및 집적회로 소자 제조 방법 |
Family Cites Families (19)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US2654112A (en) * | 1950-02-10 | 1953-10-06 | Edward W Milhizer | Caster having a swivel lock |
| US3585390A (en) * | 1968-02-07 | 1971-06-15 | Tadashi Ishikawa | Zirconia ceramics and infrared ray radiation elements utilizing the same |
| US3794950A (en) * | 1971-01-04 | 1974-02-26 | Texas Instruments Inc | Overcurrent protection system and sensor used therewith |
| FR2138230B1 (ja) * | 1971-05-19 | 1973-05-11 | Anvar | |
| GB1346851A (en) * | 1971-05-21 | 1974-02-13 | Matsushita Electric Industrial Co Ltd | Varistors |
| US3924098A (en) * | 1972-04-10 | 1975-12-02 | Bjorksten Research Lab Inc | Heating element, method and composition |
| US3960778A (en) * | 1974-02-15 | 1976-06-01 | E. I. Du Pont De Nemours And Company | Pyrochlore-based thermistors |
| US4101454A (en) * | 1975-01-10 | 1978-07-18 | Texas Instruments Incorporated | Ceramic semiconductors |
| JPS5312399A (en) * | 1976-07-20 | 1978-02-03 | Toshiba Corp | Automatic cash depositing machine |
| JPS5625408Y2 (ja) * | 1976-08-23 | 1981-06-16 | ||
| JPS5366561A (en) * | 1976-11-26 | 1978-06-14 | Matsushita Electric Industrial Co Ltd | Thick film varistor composition |
| US4111852A (en) * | 1976-12-30 | 1978-09-05 | Westinghouse Electric Corp. | Pre-glassing method of producing homogeneous sintered zno non-linear resistors |
| DE2816076A1 (de) * | 1978-04-13 | 1979-10-25 | Siemens Ag | Heizer mit ferroelektrischem keramik-heizelement |
| DE2830778C2 (de) * | 1978-07-13 | 1985-10-31 | Robert Bosch Gmbh, 7000 Stuttgart | Elektrochemischer Meßfühler mit verbesserter Haftfestigkeit des Elektrodensystems auf dem Festelektrolyten |
| US4293838A (en) * | 1979-01-29 | 1981-10-06 | Trw, Inc. | Resistance material, resistor and method of making the same |
| PH12717A (en) * | 1979-05-09 | 1979-07-25 | J Lee | Electrically resistant heat generating furnace |
| US4407704A (en) * | 1979-12-04 | 1983-10-04 | Ngk Insulators, Ltd. | Oxygen concentration detector and a method of detecting oxygen concentration |
| DE3107290A1 (de) * | 1980-03-03 | 1982-01-07 | Canon K.K., Tokyo | Heizvorrichtung |
| JPS5735303A (en) * | 1980-07-30 | 1982-02-25 | Taiyo Yuden Kk | Voltage vs current characteristic nonlinear semiconductor porcelain composition and method of producing same |
-
1981
- 1981-05-25 JP JP56077920A patent/JPS57194479A/ja active Granted
-
1982
- 1982-05-20 US US06/380,281 patent/US4541898A/en not_active Expired - Lifetime
- 1982-05-21 CA CA000403508A patent/CA1220807A/en not_active Expired
- 1982-05-24 DE DE8282104522T patent/DE3278927D1/de not_active Expired
- 1982-05-24 EP EP82104522A patent/EP0065779B1/en not_active Expired
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CA1220807A (en) | 1987-04-21 |
| EP0065779B1 (en) | 1988-08-17 |
| US4541898A (en) | 1985-09-17 |
| DE3278927D1 (en) | 1988-09-22 |
| JPS57194479A (en) | 1982-11-30 |
| EP0065779A2 (en) | 1982-12-01 |
| EP0065779A3 (en) | 1984-02-22 |
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