JPH044713B2

JPH044713B2 -

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Publication number: JPH044713B2
Application number: JP55138173A
Authority: JP
Priority date: 1980-10-01
Filing date: 1980-10-01
Publication date: 1992-01-29
Also published as: JPS5763790A

Description

【発明の詳細な説明】本発明は、大きな発熱量が安定して得られる正
特性サーミスタ発熱体を安価に提供することを目
的とする。

第１図、第２図、第４図、第５図はそれぞれ従
来例の正特性サーミスタ発熱体の断面図で、第３
図はそれに用いられる正特性サーミスタの斜視図
である。第１図、第２図に示す例は金属放熱体と
正特性サーミスタとを圧着によつて固着した例で
第４図、第５図は導電性接着剤で固着した例であ
る。第１図において、１は正特性サーミスタ、
２，３はそれに付与された電極で、アルミの溶射
や、Niメツキ等で構成されている。４，５は金
属の放熱体で、表面積を増加させるため凸凹をつ
けた形状で、価格・熱伝導率の点から、アルミニ
ウムよりなつている。６はステンレスのスプリン
グ板、７は碍子の絶縁枠、８は金属板のスペーサ
である。第２図において、正特性サーミスタの形
状は、第１図のものと同一である。金属放熱板
９，１０の両わきに穴をあけて、そこに耐熱性の
あるテフロン等の絶縁ブツシユ１１，１２を介し
て、ボルト１３，１４を通しナツト１７，１８で
締めつけてある。１５，１６はバネワツシヤであ
る。そして、それぞれの金属放熱体４，５，９，
１０に電圧を印加すると、正特性サーミスタ１が
発熱し、その熱が金属放熱体４，５，９，１０に
よつて放熱され、大きな発熱量を得ることができ
る。また、発熱源として、正特性サーミスタを用
いているため、自己温度制御作用があり、また、
過熱せず安全で有用なヒータである。正特性サー
ミスタを用いた場合、その発熱量を増大するに
は、正特性サーミスタ１と金属放熱体４，５，
９，１０との熱抵抗を少なくすればする程よい
が、正特性サーミスタ１や金属放熱体４，５，
９，１０にソリがあると、接触面積が少なくな
り、熱抵抗を少なくすることに関し最も弊害とな
つていた。そのため、第１図、第２図に示した例
では、正特性サーミスタの表面や金属放熱体を平
面研磨をして密着し、さらに、スプリング等で圧
着していた。

このように、第１図、第２図に示した例では、
金属放熱体の効果を十分に発揮させて、大きな発
熱量を得るため、素子や金属放熱体の平面研磨が
必要であり、工数が大となり非常に高価なもので
あつた。また、スプリングで圧接しているため、
スプリングの熱によるへたり、あるいは第１図の
絶縁枠７の熱によるクリープ等によつて、圧接の
力が変化し、発熱量も不安定であつた。

これらの欠点を克服するために、次に導電性接
着剤を用いた例を第４図、第５図に示す。

第４図において、１９は正特性サーミスタで、
その両面にアルミ溶射等で形成された電極２０，
２０′が付与されている。２１，２１′はエポキシ
接着剤に銀粉等を混合した導電性接着剤で、電極
と金属放熱体２２，２２′とを接着している。こ
のように、正特性サーミスタ１９と金属放熱体２
２，２２′とを導電性接着剤２１，２１′で接着し
ているため、金属放熱体２２，２２′と正特性サ
ーミスタ１９の接合面は平滑でなくても、その凹
凸の間に導電性接着剤２１，２１′が充填され、
熱抵抗が小さくなる。従つて、金属放熱体２２，
２２′と正特性サーミスタ１９を研磨したりしな
くても熱結合が十分になされ、金属放熱体２２，
２２′の効果が発揮され発熱量が大きくなる。ま
た、圧着により金属放熱体２２，２２′と正特性
サーミスタ１９とを固着した時に必要であつたバ
ネワツシヤや、スプリング、枠体等が不必要とな
り、部品点数が少なく安価に正特性サーミスタ発
熱体を提供できる。

さらに、熱結合は、スプリング等を用いていな
いため、変化は少なく常に一定の発熱量を保ち得
る。また、金属放熱体２２，２２′が電極を兼ね
ているため、新たに電極の取出しのための構成が
不必要であるが、この第４図の従来例では導電性
接着剤２１，２１′により金属放熱体２２，２
２′と正特性サーミスタ１９の電極２０，２０′と
を接着しているので、両者の確実な電気的接続が
得られる。

さらに別の従来例を第５図に示す。第５図ａ
は、この従来例に用いる正特性サーミスタの斜視
図であり、第５図ｂは正特性サーミスタ発熱体の
断正面図である。第５図において、２３は正特性
サーミスタ、２４，２４′はその両面に形成され
たアルミ等の電極である。２５，２５′は導電性
接着剤で、電極面の中央部にあり、その周囲に絶
縁性接着剤２６，２６′を塗布してある。このよ
うな状態にそれぞれの接着剤を塗布した後、金属
放熱体２７，２７′を当接し接着する。

第５図に示す従来例では、銀等を多量に含んだ
高価な導電性接着剤は、接着面の一部にしか使用
されておらず、その使用量は少ない。従つて、第
４図の従来例に比べて、更に安価に正特性サーミ
スタ発熱体を提供できる。第４図に示す従来例で
は、全面に導電性接着剤２１，２１′を塗布して
あるため、金属放熱体２２，２２′を接着した時、
端から導電性接着剤２１，２１′がはみ出して反
対側の電極２０，２０′や金属放熱体２２，２
２′と触れてシヨートする恐れがあつたが、第５
図に示す例ではほぼ中央のみに導電性接着剤２
５，２５′を用いているため、端からはみ出るの
は絶縁性接着剤２６，２６′のみで、シヨートの
恐れがなく、安全な正特性サーミスタ発熱体を提
供することができる。しかしながら導電性接着剤
は、樹脂に銀粉を多量に混合しているため高価で
ありながら接着強度は極めて弱く、また耐熱性能
にも限界があり信頼性に乏しいものであつた。

以上述べたように、正特性サーミスタに金属放
熱体を固着すれば、入力電力の大きな発熱体が得
られることがわかつていながら、それを実現する
ための洗練された方法がなかつた。すなわち、従
来例の機械的圧着する構造にすれば、両者の平面
研磨が必要であつたり、スプリングや枠体が必要
であつたりして、部品点数が増え高価になつてい
た。また、スプリングや枠体の高温による変形で
圧着力が低下し、信頼性も乏しかつた。また、導
電性接着剤を用いる方法でも、高価な銀を用いる
にもかかわらず、導電性接着剤には金属粉が多量
に入つているため、硬度は硬く、その結果として
金属放熱体の正特性サーミスタへの接着強度が弱
く、振動や衝撃にも弱く、また、導電性接着剤の
熱劣化もあり、信頼性が乏しかつた。また、正特
性サーミスタの電極面にシリコンオイルなどの金
属酸化物を混合した導熱剤を介して、金属放熱体
をネジなどで固着したものもあるが、これも固着
の手段としてはネジなどの外部部材によるもので
あつた。何故なら、絶縁性の導熱剤を介して両者
の電気的接触をとろうとすると、必ず両者に外部
から力を加えていなければならないものであつ
た。すなわち、セラミツクである正特性サーミス
タと金属放熱体との間には大きな熱膨張係数の差
があり、発熱体として使用した場合、その両者の
温度は上昇して両者の寸法が変化し、両者の界面
にズレが生じることになる。そこで、たとえ両者
がズレて動いたとしても、信頼性良く導通を確保
するため、正特性サーミスタと金属放熱体との間
に介在する絶縁性の導熱剤はシリコンオイルやシ
リコングリスなどのペースト状のものを用いてあ
えて接着はせず、両者のズレが容易に行えるよう
にして、両者の固着には別に部材を用いて外部か
ら押圧する構造としているものであつた。

本発明は以上のような欠点を克服しようとして
なされたもので、金属放熱体と正特性サーミスタ
との熱膨張係数の差による両者のズレを実使用状
態でなくすることに着目して、金属放熱体を小さ
くして安価にかつ信頼性のある方法でコンパクト
な正特性サーミスタに固着するもので、それによ
り、大入力で信頼性のある正特性サーミスタ発熱
体を安価に提供するものである。

第６図に本発明の実施例を示す。第６図におい
て、２８は正特性サーミスタ、２９，２９′は溶
射により設けられた電極、３０，３０′はシリコ
ンやエポキシ系等の正特性サーミスタ２８のキユ
リー温度付近で硬化する絶縁性接着剤であり、正
特性サーミスタ２８と金属放熱体３１，３１′と
の熱膨張の差による伸びの長さの違いを吸収する
弾性を有しており、金属放熱体３１，３１′を電
極面に押圧しながら接着してある。第６図ｂは、
金属放熱体３１と正特性サーミスタ２８との接触
面の一部分の拡大図を示している。ここで、電極
２９の面は上述したように溶射によつて設けられ
ており、微視的に見ると小さな凹凸があり、押圧
することで絶縁性接着剤３０は凹の部分に押し入
れられ、金属放熱体３１と電極２９の面は直接接
触し、電気的に接続されたままで接着することが
可能である。その様子を第６図ｃ，ｄに示す。こ
こで、第６図ｃは電極２９の面と金属放熱体３１
との接触抵抗が、その間に絶縁性接着剤３０を挿
入した時に押圧した圧力によつてどう変化するか
を示したものである。また、第６図ｄはその時の
実験の様子を示している。この時は、正特性サー
ミスタ２８に、30μ〜50μの厚さのアルミ溶射の
電極２９，２９′を設け、絶縁性接着剤３０，３
０′として粘度200ポイズのシリコン系接着剤を用
いたものである。正特性サーミスタ２８の大きさ
は10mm×30mm×2.8mmで、金属放熱体３１，３
１′はアルミニウム製である。このように、0.5Kg
ｗ／cm²以上の力を加えれば、正特性サーミスタ２
８と金属放熱体３１，３１′との間に絶縁性接着
剤３０，３０′が介在していたとしても電極２９，
２９′と金属放熱体３１，３１′との電気的接続が
可能であることがわかる。

このように、電極２９，２９′として金属溶射
により付与された電極を用いているため、銀ペー
ストやNiメツキ等による電極に比べて面が適度
に荒れており、凹凸を金属放熱体３１，３１′や
正特性サーミスタ２８に特別に形成しなくても電
極２９，２９′面に凹凸が存在し、そのため本発
明に用いる電極として適している。また、その厚
さも銀ペーストやNiメツキ等による電極に比べ
て簡単に厚く形成でき、しかもポーラスな状態の
ため、金属放熱体３１，３１′を当てて押圧した
時、金属放熱体３１，３１′に接触している電極
２９，２９′の凸部がつぶされ、接触面積が大き
なものとなる。さらに、凸部の高さにばらつきが
あつたとしても、高いところはつぶされて、電極
２９，２９′自身がそのばらつきを吸収して接触
点の数も多くなるため、接触状態が安定したもの
となる。さらに、上述のような正特性サーミスタ
全体の面に分布した多数の点で、金属放熱体と正
特性サーミスタとが直接接触しているので、両者
の熱結合が良好になり、金属放熱体の効果が十分
に発揮でき、発熱量の大きな発熱体が提供でき
る。

また、金属放熱体と正特性サーミスタとの間に
介在するものが絶縁性接着剤であり、これは導電
性接着剤のように内部に多量の金属粉を含んでい
ないため、樹脂分が多く、接着強度は導電性接着
剤に比べ強くなり、さらにその硬度は金属粉を含
んでいないため、導電性接着剤のように硬くな
く、弾性を有しており、そして電極面に分布して
いる凹部にその絶縁性接着剤が充填され、金属放
熱体と正特性サーミスタとの間に均一に分布し、
その両側を強固に固着しているものである。その
ため、金属放熱体を外部から押圧する部材が不要
となり、コンパクトな発熱体を提供することがで
きる。この時、接着剤は正特性サーミスタのキユ
リー温度付近で硬化する接着剤を用いているた
め、キユリー温度すなわち発熱体として使用した
時の実働状態の温度で接着剤を硬化させることが
できる。ここで、正特性サーミスタはセラミツク
で金属の熱膨張係数に比較してそれが非常に小さ
く、これら両者には大きな差がある。そのため、
両者を温度差のある状態にすると長さの違いが生
じ、発熱体として両者を接合して用いる時は、こ
れらに対する配慮がポイントである。本発明で
は、金属放熱体と正特性サーミスタの固着に絶縁
性接着剤のみを用いている。これは、前述のよう
に導電性接着剤に比べ、その接着強度が強く、ま
た弾性も導電性接着剤に比べて強い。

本発明では、このような絶縁性接着剤のみを用
い、さらに電極面に分布している凹部に、その絶
縁性接着剤を充填している状態なので、電極面の
凸部が金属放熱体と直接接触しているにもかかわ
らず、接着剤の厚みが凹部の存在で適度に保た
れ、金属放熱体と正特性サーミスタとの熱膨張係
数の差による固着面のズレを吸収することができ
る。

さらに、絶縁性接着剤に正特性サーミスタのキ
ユリー温度付近で硬化する接着剤を用いているた
め、金属放熱体と正特性サーミスタの固着、硬化
が発熱体の実使用時の温度、すなわち高温状態に
おいてできる。一般に、接着剤は低温より高温の
方がクリープ現象が生じやすく、かつ接着力は低
下する。本発明は、このように実使用時の温度、
すなわちキユリー温度付近で硬化する接着剤を用
いることにより、実使用時すなわち高温での金属
放熱体と正特性サーミスタの寸法のズレをなく
し、接着剤の劣化が早くなる高温時で、接着剤に
応力をかけないようにしたものである。また、非
使用時にはこれら両者の熱膨張係数の差によりズ
レが生じるが、その時は低温であるために接着剤
も接着力の劣化が少なく、かつ前述のように絶縁
性接着剤の弾性により、それを吸収できるもので
ある。このように本発明によれば、金属放熱体と
正特性サーミスタを確実に固着することができ、
実使用時のはがれなどがなくなり、それら両者を
外部から押さえる部材がなくても、信頼性が高
く、実用化に優れた発熱体を提供することができ
る。そして、このように外部から金属放熱体を押
圧する部材が不要なことから、コンパクトな発熱
体を提供できる。

なお実施例では、金属放熱体の形状は、くし歯
状のブロツクの放熱体のみを示したが、その他、
穴のあいたダイキヤストによる放熱体、平板を波
形に加工した放熱体、あるいは単に平板状の放熱
体等、種々の放熱体が考えられるが、本発明は、
何らこれを限定するものではない。同様に、正特
性サーミスタの形状も、角形、デイスク状、ドー
ナツ状等どんな形状でもよい。

以上のように本発明によれば、電極面と金属放
熱体とを特に平坦に研磨しなくても、絶縁性接着
剤を介在させることによつてそれらの熱結合が十
分となり、さらに正特性サーミスタ全体の面に分
布した多数の点で、金属放熱体と正特性サーミス
タとが直接接触しているため、両者の熱結合が良
くなるので、金属放熱体の効果が十分に発揮で
き、発熱量の大きな正特性サーミスタ発熱体を簡
単に提供できる。また、溶射により付与された電
極を用いているため、電極面に凹凸が簡単に形成
することができ、押圧して接着するだけで、高価
な導電性接着剤を使用せず、絶縁性接着剤のみ
で、金属放熱体が電極を兼ねることができ、簡単
な構成で、コンパクトな発熱体を安価に提供でき
る。また絶縁性接着剤は、少々、他の部分に付着
したり、はみ出したりしても電気的に絶縁性のた
めシヨート等の危険性はなく、取扱いが容易で組
立治具の簡易化や、工数の削減にも効果がある。
さらに、絶縁性接着剤は強度や耐熱が十分にあり
信頼性も高くなる。

また、使用する接着剤として正特性サーミスタ
のキユリー温度付近で硬化するものを用いている
ので、金属放熱体と正特性サーミスタとの熱膨張
係数の差による固着面でのズレは実使用状態、す
なわち接着剤の劣化が大きい高温の時になくすこ
とができ、長期間使用しても両者は確実に固着で
き、信頼性が高く、実用化に優れた発熱体を提供
することができるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図、第２図、第４図は従来例における正特
性サーミスタ発熱体の断正面図、第３図は同発熱
体の正特性サーミスタの斜視図、第５図ａ，ｂは
別の従来例の正特性サーミスタの斜視図および正
特性サーミスタ発熱体の断正面図、第６図ａ，
ｂ，ｃ，ｄは本発明の実施例の断正面図、一部分
の拡大断面図、特性図、特性測定図を示す図であ
る。２８……正特性サーミスタ、２９，２９′……
電極、３０，３０′……絶縁性接着剤、３１，３
１′……金属放熱体。

Claims

【特許請求の範囲】

１金属溶射による電極が付与された正特性サー
ミスタと、その電極面に金属放熱体が正特性サー
ミスタのキユリー温度付近で硬化する絶縁性接着
剤のみによつて固着されており、前記電極面の凸
部が前記金属放熱体と直接接触しており、この電
極面の凹部に絶縁性接着剤が充填されている正特
性サーミスタ発熱体。