JPH06510166A - 感熱装置に関する改良 - 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】 感熱装置に関する改良 この発明は、感熱装置の改良に関するもので、特に、温度係数抵抗素子（ＰＴＣ 素子）、すなわち規定された温度範囲において急激に抵抗値が増加する導電性材 料で形成された要素により構成された感熱装置に関するものである。

不純物を注入したセラミック製のＰＴＣ材料が、古くから知られており、それら の材料は、その電気特性か安定である点において有利である反面、その電気特性 が、所望の用途に常に適しているとは言い難く、また機械的にも制限がある等の 問題を有している。導電性重合体製のＰＴＣ材料、すなわち粒状導電性充填材を 分散した重合体が、近年研究対象とされており、ヒータや電気回路保護装置に用 いることか提案されている。しかしながら、発明者等の知る限りにおいて、こう した重合体製ＰＴＣ材料の使用に関する提案は、流通する電流に応じた自己調整 機能に限られており、他の用途は含まれていない。

本発明によれば、少なくとも三つの端子、すなわち電流端子として動作する第− 及び第二の端子と、センサまたは制御端子として動作する第三の端子を有するＰ ＴＣ装置、必須ではないが好ましくは重合体製ＰＴＣ装置が提供される。

しかして、本発明の第一の実施例によれば、ＰＴＣ装置を、第三の端子の電圧か 装置の温度に応して変化するように構成することができる。本発明の第二の実施 例によれば、装置を、装置の温度を決定するために装置中に電流を導入すること を可能として、第三の端子により第−及び第二の端子間に流れる電流が決定され るように構成することかできる。

本発明の実施に当たっては、いかなる適当なＩ’ＴＣ材料をも用いることができ るが、好ましくは重合体ＰＴＣ材料が用いられ、特に、絶対的ではないが、−な いし複数の導電性充填材を含み、より好ましくはさらに安定性及び再現性を与え るためにファイバ等の非導電性充填材をも含むポリプロピレン等のポリオレフィ ン製のＰＴＣ材料か用いられる。導電性充填材としては、カーボンブラックが好 適であり、ここでは、比較的低含有率（Ｏ乃至５％）の高導電性カーボンブラ、 。

り（たとえばアクゾ（八に＋ｏ）社製のケラトジエンブラック（Ｋｅｔｊｅｎｂ ｌａｃｋ、商標）ＥＣ６００）や比較的高含有率（０乃至３０％）のＰＴＣ効果 に大きく貢献するようなカーボンブラック（例えば、カポソト・コーポレイショ ン（Ｃａｂｏｌ　Ｃｏ＋ｐｏ＋ａｌｉｏｎ）製のエルフレックス（Ｅｌｌｌｅｘ 　、商［）１．２０）が用いられる。非導電性充填材は、例えばＯ乃至４０％の グラスファイバとすることができる。なお、上記のパーセンテージは、重量パー セントである。

本発明は、添付図面を参照した以下の詳細な説明を考虜することにより、よりよ く理解されるものとなろう。

添付図面において、図は電流または温度センサとして用いるように構成されたＰ ＴＣ装置の概略を示している。

図に関して説明すれば、同図にはＰＴＣ装置の概略構成が示されており、このＰ ＴＣ装置は前述のようにセラミックまたは重合体材料により形成されており、負 荷及び電圧源とともに直列に接続されている。ＰＴＣ装置は、電流端子として動 作する電極１．２と、センサ端子として動作するとともに図示のようにディジタ ル電圧計に接続された第三の電極３とを有している。図示の回路の通常の動作に おいて、電流ＩＮは、ＴＴＲｌ　ｌ”−ＤＸ　（ＤＸは１０℃よりも大きなロー ノくリュー値）の温度範囲において電極１．２間で装置内を流れ、この状態で第 三の電極３の電圧は回路の供給電圧ＶＳに近い値となっている。電流のＩＮより も大きな電流値ＩＴＲＩＰへの上昇に伴って回路の状態か変化して装置の温度が ＴＴＲＩＰに上昇するか、もしくは装置の自己発熱と周囲温度の組み合わせによ り装置の温度かＴＴＲＩ　ｒ’に上昇すると、二つの電流電極１．２間の抵抗が 、一般に１０オーム未満の低抵抗状態から高抵抗状態に変化腰この時の抵抗増加 は低抵抗状響に対して非常に大きく　（一般に１００倍乃至１００億倍）なる。

この装置の高抵抗状態において、第三の電極３の電圧は初期のＶＳに近い値から 新しい電圧〜”ＮＥ〜Ｖ−ＶＳ−１１−＋　ＸＲ＋　ｖとなる。ここてＲ７−３ は電極１．３間の抵抗値及びＩ、−３は電極１．３間に流れる電流値である。

好ましくは、ＰＴＣ装置は平面状で、最大限の面積の電極１．２と装置内の最小 限の電流通路長を持つように構成することにより、装置の抵抗を最小として、直 列に接続された負荷の機能に対して大きな影響を与えないようになっている。

電極は、特に例えばチタン酸バリウム基体にドーピングを施して形成されたセラ ミック材料からなる装置の場合は、装置上に形成した金属化部で構成され、また 重合体材料から形成されたＰＴＣ装置の場合には、装置に埋め込まれた金属部で 構成されるようにしてもよい。

電流保護設備において使用される現在使用可能なＰＴＣ装置は、（発明者等が知 る限りにおいて）装置の状態を監視するための設備を有しておらず、本発明の上 述のように実施される装置は、この状態監視設備を有している。モータ及び他の 自動化装置に対するＰＴＣ装置の適用が複雑化しているために、内蔵型の診断装 置が必要とされており、本発明は、リアルタイムの監視及び比較的長時間にわた る監視情報の双方において、上記の要求を満足するものである。第三の電極によ る電圧監視設備か提供されるばかりではなく、（電圧は電流に比例するので）本 発明の装置は装置の電流の流れの監視も可能として、これにより直列接続された 負荷の電流量を示すことかできる。例えば、負荷が電動モータである場合、モー タの運転状態に関する情報を得ることができ、装置のフィードバック制御に利用 することか可能である。これは、例えば、ウィンドレギュレータ用モータ等の用 途における摩擦設定を判定するために用いた場合、最も有用である。フィードバ ック装置は、また車両のトライバに、車両のモータ（例えばウィンドレギュレー タ用モータ）か過熱したことを報知するためにも有用である。

上記のように構成したニ一端子型のＰＴＣ装置の他の用途においては、装置の電 極３．２間に電流を導入して、電極１．２間に流れる電流を制御することができ る。電極１．２間に流れる電流は、通常、装置が非オーミツク状態となるまで装 置を過執するために必要なレベルよりも低いレベルとなっている。この状態に加 えて電極３．２間を通る付加的な電流により、装置の一部が高い温度に加熱され −Ｃ非、ｌｒ−ミック状態となることは容易に理解される。装置の電極３．２間 の抵抗を比較的大きく保持するように装置に導入する必要がある電流は比較的小 さいので、そのとき導入されている電流は、電極１．２間の通常の電流よりも小 さく、従っテ装置が電流ゲインを持つことがわかる。導入電流がなくなると、電 極３．２間の装置の部分は、非オーミツク抵抗状態となる臨界温度以下の温度に 冷却され、最初の通常の電流値に戻る。装置は、従って双安定特性を示すものと なる。

電極３への電流導入遮断後に電極１．２間に流れる電流は、電極１．２間の電圧 、周囲温度、装置の熱力学的平衡、装置の放熱性、第三の電極に負荷される電圧 及びＰＴＣ装置の材料組成を含む多くの要素に応じて変化する。

上記に説明したＰＴＣ電流制御装置は、比較的安価に製造可能であり、比較的大 きな電流を扱うことが可能であり、交流電流及び直流電流でほぼ同じように動作 する。この装置は、調整可能な（電圧制御型の）サーモスタットまたは電圧制御 型ヒータとして使用することができる。装置のカットオフ特性はＰＴＣ材料の組 成を選択することによって調整することができ、また、電極のジオメトリに影響 される。例えば電極３を電極１．２に対して非平行状態に配置することにより、 より穏やかなカットオフ特性を得ることができる。

国際調査報告　。、ア、。。。２．。７，８８１ｍ＋＋＋−−Ｎ・　ρＣＴ／Ｇ Ｏ９２１０１５８Ｂ

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. １．装置を通して電流を流す第一及び第二の端子と、検出端子及び／または制御 端子として用いられるように配置された第三の端子を有していることを特徴とす る温度係数抵抗装置。
2. ２．第一及び第二の端子は相互に離間しており、第三の端子は第一及び第二の端 子の間に配置された請求の範囲第１項に記載の温度係数抵抗装置。
3. ３．装置は、セラミック材料で形成される請求の範囲第１項または第２項に記載 の温度係数抵抗装置。
4. ４．装置は、重合体材料で形成される請求の範囲第１項または第２項に記載の装 置。
5. ５．重合体材料は、導電性粉末材料と非導電性繊維状材料を含有するポリオレフ ィンで構成される請求の範囲第４項に記載の温度係数抵抗装置。
6. ６．導電性材料は、カーボンブラックを含んでいる請求の範囲第５項に記載の温 度係数抵抗装置。
7. ７．非導電性材料は、グラスファイバを含んでいる請求の範囲第５項に記載の温 度係数抵抗装置。
8. ８．前記ポリオレフィンは、ポリプロピレンを含んでいる請求の範囲第５項、第 ６項または第７項に記載の温度係数抵抗装置。
9. ９．電気回路に接続され、前記ＰＴＣ装置の前記第三の端子は、装置の状態を表 示する検出器として機能する請求の範囲第１項乃至第８項のいずれかに記載の温 度係数抵抗装置。
10. １０．電気回路に接続され、前記第三の端子が装置の状態を決定する制御機能を 行う請求項１乃至８のいずれかに記載の温度係数抵抗装置。