JPH0945504A

JPH0945504A - Ｐｔｃサーミスタおよびこれを用いたヒーター構造

Info

Publication number: JPH0945504A
Application number: JP19375095A
Authority: JP
Inventors: Hiromi Takahashi; 博実高橋; Yoshiro Takahashi; 良郎高橋
Original assignee: Oki Electric Industry Co Ltd
Current assignee: Oki Electric Industry Co Ltd
Priority date: 1995-07-28
Filing date: 1995-07-28
Publication date: 1997-02-14

Abstract

(57)【要約】【課題】温度上昇が速く、また、温度復帰能力の高い
ＰＴＣサーミスタおよびこれを用いたヒーター構造。【解決手段】予想使用温度領域において、臨界点以下
の温度では負の抵抗温度係数を有し、かつ臨界点よりも
高い温度では正の抵抗温度係数を有し、さらに予想使用
温度領域において自己温度調節機能を有している第１物
質と、予想使用温度領域において正の抵抗温度係数を有
し、前記予想使用温度領域において自己温度調節機能を
有している第２物質とからなるＰＴＣサーミスタにおい
て、第１物質と第２物質とを接触させて形成してなる。
また、これら第１物質と第２物質とを具えるヒーター構
造において、第１物質と第２物質とを接触させて、さら
に第１物質と第２物質とが電気的に並列回路を形成する
ように電極を設けてなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、自己温度調節機
能を有するＰＴＣ（Positive Temperature Coefficien
t；正温度係数）サーミスタおよびこれを用いたヒータ
ー構造に関する。

【０００２】

【従来の技術】温度上昇にともない抵抗値が増加してい
く、すなわち正の抵抗温度係数を有するＰＴＣサーミス
タのうち、ある特定の温度領域に達すると急峻に抵抗値
の上昇がみられるＰＴＣサーミスタは、自己温度調節機
能を有するヒーターに利用されている。このようなＰＴ
Ｃサーミスタの例として、文献１：チタバリ系半導体、
エレセラ出版委員会編、１９８０に開示されているよう
に、チタン酸バリウムを半導体化したセラミック（以
下、ＰＴＣセラミック）か、または文献２：特公昭６１
−３５２２３に開示されている、結晶性高分子材料（熱
可塑性樹脂）に導電性粒子（導体粉）を混合（分散）さ
せてなるポリマー系物質がよく知られている。ＰＴＣセ
ラミックからなるＰＴＣサーミスタは、臨界点（ＰＴＣ
セラミックの場合、キュリー点）以下の温度では温度上
昇にともない抵抗値が減少していく、すなわち負の抵抗
温度係数（ＮＴＣ；Negative Temperature Coefficien
t）を有し、臨界点よりも高い温度では正の抵抗温度係
数を有する。また、ポリマー系物質からなるＰＴＣサー
ミスタは、使用温度領域で常に正の抵抗温度係数を有し
ている。詳細には、臨界点（ポリマー系物質の場合はガ
ラス転移点）以下の温度では緩やかなＰＴＣ特性を有
し、臨界点以上の温度では急峻なＰＴＣ特性を有する。

【０００３】ＰＴＣサーミスタに電極を設けて適当な電
圧を印加すると、サーミスタ自身の発熱（ジュール熱）
により温度が上昇していき、各材料（物質）の臨界点に
達すると抵抗値が急激に増大する。このため、サーミス
タに流れる電流が制限されて、サーミスタの温度（表面
温度）が一定になり、以後、この温度（安定温度とい
う。）が維持され、自己温度調節機能が発現することに
なる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
ＰＴＣサーミスタおよびこれを用いたヒーター構造に
は、それぞれ以下に示すような問題点があった。

【０００５】１．ＰＴＣセラミックからなるＰＴＣサー
ミスタＰＴＣセラミックに電極を設けた構造の測定用ヒーター
１００を用いて、従来のＰＴＣセラミックからなるＰＴ
Ｃサーミスタ（以下、セラミックサーミスタ）の特性に
ついて説明する。

【０００６】図４の（Ａ）は、ＰＴＣセラミックからな
る測定用ヒーター（以下、ヒーター）１００の概略的な
外観を示す斜視図である。ここでは、Ｗ（幅）２．５ｍ
ｍ×Ｌ（長さ）２５ｍｍ×Ｔ（高さ）９ｍｍの大きさの
直方体にカットした２４０℃で安定するセラミックサー
ミスタ（村田製作所製、商品番号Ｂ−５９１）１１０
の、長手方向の外周面にＡｇペーストをスクリーン印刷
して電極１２０ａおよび１２０ｂを設けた構造のヒータ
ーとした。また、図４の（Ｂ）は測定用ヒーター１００
を電源に接続した様子を示す概略図であり、ヒーター１
００は断面図で示されている。また、図５の（Ｃ）はヒ
ーター１００断面の温度分布図であり、電極１２０ａお
よび１２０ｂに電圧を印加してセラミックサーミスタを
発熱させ、安定温度に達した後のセラミックサーミスタ
１１０内の段階的な温度分布を放射温度計により測定し
た。なお、温度段階をハッチングで示してあり、ハッチ
ングの間隔が狭いほど高温であることを示している。

【０００７】また、図５の（Ａ）はセラミックサーミス
タ１１０の抵抗値の温度依存性を示すグラフであり、横
軸にセラミックサーミスタ１１０の表面温度（℃）を取
り、縦軸にセラミックサーミスタ１１０の抵抗値（Ω）
を取って示している。また、図５の（Ｂ）は測定用ヒー
ター１００への投入電力の温度依存性を示すグラフであ
る。図中、横軸にセラミックサーミスタ１１０の表面温
度（℃）を取り、縦軸に投入電力（Ｗ）（単位はワッ
ト）を取って示している。また、曲線Ｉはセラミックサ
ーミスタ１１０の表面温度に対する投入電力（Ｗ）を示
し、また、曲線ＩＩはセラミックサーミスタ１１０から
失われた熱放散量（Ｄ（Ｔ−Ｔ_room））を示す。ただ
し、Ｄは放散係数（Ｗ（ワット）／℃）、Ｔはセラミッ
クサーミスタの温度（℃）、Ｔ_roomはセラミックサーミ
スタ１１０の室温での温度（℃）を表す符号である。な
お、セラミックサーミスタ１１０の表面温度はすべてＷ
２．５ｍｍ×Ｌ２５ｍｍの面（図４の（Ａ））の一方
（ヒーターとして熱を取り出す方）にフィルム状の熱電
対を貼り付けて（図示せず）測定したものである。

【０００８】また、図６はヒーターの電極間に電圧を印
加して、時間に対する温度上昇をプロットした時間−温
度曲線である。なお、図中曲線Ｉはヒーター１００の温
度変化を、また、曲線ＩＩは後述するポリマー系物質か
らなるサーミスタを用いたヒーター２００の温度変化を
示している。

【０００９】セラミックサーミスタ１１０を用いたヒー
ター１００は、室温（２５±３℃）からキュリー点（キ
ュリー温度ともいう。）１６０℃までの温度領域では、
セラミックサーミスタ１１０が自己の発熱（ジュール
熱）によって温度上昇し、その温度上昇と共にそれまで
トラップされていた電子やホールがトラップから解き放
たれて抵抗が下がるため、ＮＴＣ特性を示す（図５の
（Ａ））。しかし、セラミックサーミスタ１１０の温度
がキュリー点を越えると、結晶粒界に存在して電子の移
動を邪魔するポテンシャルの山がそれまでよりも高くな
るために、電子がこの山を越えることが難しくなり、抵
抗が急増する。このため、キュリー温度１６０℃以上の
温度領域では、ＰＴＣ特性を示す（図５の（Ａ））。こ
のとき、セラミックサーミスタ１１０の投入電力はＷ
（Ｔ）＝Ｖ² ／Ｒ（Ｔ）であるため、セラミックサーミ
スタの投入電力と熱放散量の温度依存性は次のようにな
る。室温（２５±３℃）での抵抗値が４５０Ωと高いた
め、電圧印加初期の投入電力は２０Ｗ程度であり（図５
の（Ｂ））、このため、曲線Ｉで示すヒーター１００の
初期の温度上昇の速度も、後に述べるポリマー系物質か
らなるサーミスタよりも遅い（図６のＡ部参照）。そし
て、キュリー点１６０℃まではＮＴＣ特性を示すため
に、抵抗値の減少に伴い投入電力は少しずつ増加してい
き、キュリー点で抵抗値は最小（１５０Ω）に、また、
投入電力は最大（１００Ｗ）になる。そして、キュリー
点を境に抵抗値が急増するため温度上昇にともない投入
電力は減少していく（図５の（Ｂ））。また、熱放散量
は温度上昇にともない緩やかに増加していき、２４０℃
で投入電力と交わり、温度が安定する（図５の
（Ｂ））。こうして電圧印加後５秒程度で安定温度２４
０℃に達する（図６）。このとき、セラミック１１０内
の温度は、中心部にいくほど高温になっており、表面が
最も低い温度を有している（図４の（Ｃ））。

【００１０】ここで、安定温度に達した後に、さまざま
な外的要因、例えばセラミックサーミスタ１１０に、温
度の低いものが触れたり風が当たったりする等の原因に
より、熱放散量が増加して表面温度が一時的に下がるこ
とがある。下がったときの温度がセラミック１１０のキ
ュリー点１６０℃よりも高い温度のときには、セラミッ
ク１１０がＰＴＣ特性を示す温度領域であるため（図５
の（Ａ））、セラミックサーミスタ１１０は自ら温度を
回復することができる。しかし、下がった時の温度がこ
のセラミック１１０のキュリー点よりも低い温度のとき
には、セラミック１１０がＮＴＣ特性を有する温度領域
であるため（図５の（Ａ））、自身では温度復帰するこ
とができない。したがって、高温である中心部（図４の
（Ｃ）参照）から熱の伝導を受けて初めて表面の温度が
復帰することになるので、自己温度復帰能力という点で
劣る。

【００１１】２．ポリマー系物質からなるＰＴＣサーミ
スタおよびこれを用いたヒーター次に、ポリマー系物質に電極を設けた構造の測定用ヒー
ター２００を用いて、従来のポリマー系物質からなるＰ
ＴＣサーミスタ（以下、ポリマー系サーミスタ）および
これを用いたヒーターの特性について説明する。

【００１２】図７の（Ａ）は、ポリマー系サーミスタ１
３０からなる測定用ヒーター（以下、ヒーター）２００
の平面図であり、図７の（Ｂ）は図７の（Ａ）をＸ−Ｘ
線で切ったときの断面図である。ここでは、ＰＴＣサー
ミスタとして、ポリイミド樹脂（住友ベークライト製、
商品番号ＣＲＣ−７０３０；ガラス転移温度以下の熱膨
張係数１００×１０^-6／℃、ガラス転移温度以上の熱膨
張係数３０００×１０^-6／℃）にＲｕＯ₂ 粉（粉体粒径
０．２５ミクロン）を分散させたポリマー系サーミスタ
１３０を用いた。なお、混合比率はポリイミド樹脂：Ｒ
ｕＯ₂ 粉＝５８：４２ｗｔ％とした。ヒーター２００
は、ポリマー系サーミスタ１３０をアルミナ基板１４０
上に設け、さらにポリマー系サーミスタ１３０の長手方
向の外周面に、通電のための一対の電極１５０ａおよび
１５０ｂを設けたものである。そして、電極１５０ａお
よび１５０ｂから露出したポリマー系サーミスタ１３０
の寸法が、Ｗ（幅）２．５ｍｍ×Ｌ（長さ）２５ｍｍ×
Ｔ（厚み）０．５ｍｍとなるようにした（図７の
（Ｂ））。次に、ヒーター２００の形成方法を簡単に説
明する。ポリイミド樹脂とＲｕＯ₂ 粉とを混合させたポ
リマー物質をアルミナ基板１４０上に印刷し、その後、
大気中で加熱処理（１５０℃、１時間）して硬化させ、
ポリマー系サーミスタ１３０を形成する。その後、Ａｇ
（銀）ペーストをポリマー系サーミスタ１３０の長手方
向の外周面の一部に印刷して電極１５０ａおよび１５０
ｂとしている。

【００１３】図８の（Ａ）は用いたポリマー系サーミス
タ１３０の抵抗値の温度依存性を示すグラフであり、横
軸にポリマー系サーミスタ１３０の表面温度（℃）を取
り、縦軸にポリマー系サーミスタ１３０の抵抗値（Ω）
を取って示している。また、図８の（Ｂ）は測定用ヒー
ター２００への投入電力の温度依存性を示すグラフであ
る。図中、横軸にポリマー系サーミスタ１３０の表面温
度（℃）を取り、縦軸に投入電力（Ｗ）（単位はワッ
ト）を取って示している。また、曲線Ｉはポリマー系サ
ーミスタ１３０の表面温度に対する投入電力（Ｗ）を示
し、また、曲線IIはポリマー系サーミスタ１３０から失
われた熱放散量（Ｄ（Ｔ−Ｔ_room））を示す。Ｄは放散
係数（Ｗ／℃）、Ｔはポリマー系サーミスタ１３０の温
度（℃）、Ｔ_roomはポリマー系サーミスタ１３０の室温
での温度（℃）を表す符号である。なお、ポリマー系サ
ーミスタ１３０の表面温度はすべて基板と反対側の面
（図７の（Ａ）参照）にフィルム状の熱電対を貼り付け
て（図示せず）測定したものである。

【００１４】ポリマー系サーミスタ１３０は、次に示す
ような特性により自己温度調節をする。電圧印加前の室
温（２５±３℃）においては、樹脂中に分散されたＲｕ
Ｏ₂粉が互いに接触しているため、複数の抵抗ネットワ
ーク（電流路）が形成されている。一定電圧１００Ｖを
印加すると、ガラス転移点（ガラス転移温度ともい
う。）２２８℃以下の温度領域では、熱膨張係数が１０
０×１０^-6／℃と小さく、抵抗値の増加が低く抑えられ
ているため、緩やかなＰＴＣ特性を示す（図８の
（Ａ））。また、ガラス転移点２２８℃を境に樹脂の熱
膨張係数が急激に増加する（３０００×１０^-6／℃）た
め、ガラス転移点以上の温度領域では、ＲｕＯ₂ 粉体間
の接触（抵抗ネットワーク）が絶たれ始め、これにより
電流路の数が減少する。このため、抵抗値が急激に増加
し、顕著なＰＴＣ特性がみられる。このため、サーミス
タに流れる電流が制限されて、温度が安定する（図
７）。このとき、ヒーター２００への投入電力とポリマ
ー系サーミスタ１３０から失われた熱放散量の温度依存
性は、次のようになる。ヒーター２００の室温（２５±
３℃）における抵抗値がセラミックサーミスタに比べて
低い（１００Ω）ため、電圧印加初期の投入電力値は高
い（１００Ｗ）。そして、温度上昇と共に減少してい
く。詳細には、樹脂のガラス転移点２２８℃までの温度
領域よりも、ガラス転移点２２８℃からの温度領域の方
が減少が顕著である。そして、電圧を印加して約６秒後
に２５０℃付近で投入電力と熱放散量が等しくなる（図
８の（Ｂ））ために温度が安定する（図６）。ここで、
安定温度に達した後に、すでに述べてあるように一時的
にサーミスタ温度の低下がおこるとき、ポリマー系サー
ミスタの場合はガラス転移温度以下の温度領域まで下が
ってもＰＴＣ特性を有しているために自身で温度復帰す
る能力がある。しかし、ポリマー系サーミスタは、温度
の上昇速度がセラミックサーミスタに比べて遅い（図６
のＢ部参照）という欠点がある。これは、１００℃から
２００℃の温度領域でセラミックサーミスタに比べて投
入電力が小さい（図５の（Ｂ）および図８の（Ｂ）参
照）ことと、ポリマー系サーミスタはヒーター２００の
ように、一般にアルミナ基板上にスクリーン印刷法等に
より印刷して設けられるため、基板に熱（サーミスタが
温度上昇するために費された熱エネルギ）が吸収されて
しまうことに起因する。

【００１５】このため、温度上昇が速く、かつ温度復帰
能力にも優れたＰＴＣサーミスタが望まれている。

【００１６】

【課題を解決するための手段】このため、この発明のＰ
ＴＣサーミスタによれば、以下に示す第１物質および第
２物質を接触させて形成してなることを特徴としてい
る。

【００１７】１．予想使用温度領域において、臨界点以
下の温度では負の抵抗温度係数を有し、かつ臨界点より
も高い温度では正の抵抗温度係数を有し、さらに予想使
用温度領域において自己温度調節機能を有している第１
物質。

【００１８】２．予想使用温度領域において正の抵抗温
度係数を有し、かつ予想使用温度領域において自己温度
調節機能を有している第２物質。

【００１９】上述の第１物質としては、チタン酸バリウ
ムを半導体化したセラミックが挙げられる。第１物質と
して上述の条件を満たしていれば、例えば（Ｂａ_1-y Ｓ
ｒ_y）ＴｉＯ₃ （ｙ＞０）、（Ｂａ_1-x Ｐｂ_x ）ＴｉＯ₃
（ｘ＞０）等の適当な材料から選べば良い。また、第
２物質としては、結晶性高分子材料であるポリアミド等
の熱可塑性樹脂に、金属粉、酸化物、カーボンブラック
等の導体粉（導電性粒子）を混合させた複合材料からな
るポリマー系サーミスタが挙げられる。熱可塑性樹脂
は、安定温度を含む予想使用温度領域で分解しない材料
がよい。また、同様に導体粉は予想使用温度領域の安定
温度以下の温度で酸化したり、樹脂と反応したりするこ
とのない材料がよい。また、第１物質と第２物質を接触
させて形成するには、例えば第１物質上に第２物質をス
クリーン印刷により設ける等、好適な方法で形成すれば
良い。なお、熱を取り出すのは第２物質側とする。

【００２０】上述のサーミスタ構造をとると、次のよう
な作用がある。理解を容易にするために、第１物質をす
でに述べてあるセラミックサーミスタ１１０とし、第２
物質として同じく既述のポリマー系サーミスタ１３０を
用いたものとして説明する。このセラミックサーミスタ
１１０上にポリマー系サーミスタ１３０をスクリーン印
刷してこの発明のＰＴＣサーミスタを形成したとする
と、第２物質側においては従来熱を奪われていた基板の
代わりに発熱体である第１物質が基板となっているた
め、熱放散量（Ｄ（Ｔ−Ｔroom））が従来よりも減少す
る。このため、第２物質の温度上昇速度は、単体で用い
る場合よりも速くなる。

【００２１】図９は、この発明のＰＴＣサーミスタ１０
内の温度分布を模式的に示す断面図であり、図４の
（Ｃ）に倣って示したものである。ＰＴＣサーミスタ１
０に電圧を印加して、表面温度が安定温度に達したとき
のサーミスタ１０内の温度分布を、ハッチングの幅で示
してある。なお、ハッチングの幅が狭い方が高温である
ことを示している。なお、サーミスタ１０は、第１物質
としてセラミックサーミスタ１１０上に第２物質として
ポリマー系サーミスタ（薄膜）１３０をスクリーン印刷
により設けたものとする。セラミックサーミスタ内の温
度分布は、単体の場合、高温部が中心部分に存在する
（図４の（Ｃ））のに対し、本発明のサーミスタにおい
ては、第１物質（セラミックサーミスタ）１１０に発熱
体である第２物質（ポリマー系サーミスタ）が接触して
存在することで、第２物質の存在する表面からの第１物
質（セラミックサーミスタ）の熱放散がほとんどなくな
るため、第１物質（セラミックサーミスタ）１１０内の
高温部分は、第２物質側に偏る（図９）。

【００２２】この結果、温度安定期に入った後に、外的
要因により熱放散が増大して一時的にサーミスタの表面
温度が臨界点以下まで下がったとしても、１）第２物質のＰＴＣ特性によりサーミスタに流れる電
流が増加し、自己温度復帰する。２）第１物質内の、第２物質寄りの高温領域から熱が伝
導する。ことにより、温度復帰能力の向上が期待できる。

【００２３】また、本発明のＰＴＣサーミスタにおい
て、第１物質および第２物質の安定温度が同一または近
似となるように第１および第２物質の材料を設定する
と、温度の低い方の物質に熱が吸収されることがないと
いう点で好ましい。例えば第１物質を２４０℃で安定す
るセラミック（村田製作所製、商品番号Ｂ−５９１）と
したとき、第２物質を、ポリイミド樹脂（住友ベークラ
イト製、商品番号ＣＲＣ−７０３０；ガラス転移温度以
下の熱膨張係数１００×１０^-6／℃、ガラス転移温度以
上の熱膨張係数３０００×１０^-6／℃）にＲｕＯ₂ 粉
（粉体粒径０．２５ミクロン）を５８：４２（ｗｔ％）
の混合比率となるように混合させたポリマー系サーミス
タにすると、第２物質の安定温度は約２５０℃となり、
第１物質の安定温度と近似となる。

【００２４】次に、この出願のヒーター構造によれば、
上述した第１物質と第２物質とを接触させて、さらにこ
れら第１および第２物質が電気的に並列回路を形成する
ように電極を設けてなることを特徴とする。第１および
第２物質を直列に接続すると、印加される電圧が第１お
よび第２物質の抵抗値の比によって分配されるため、ヒ
ーターの温度の立ち上がりが悪くなる。したがって、第
１物質と第２物質とを並列に接続し、両物質への印加電
圧を等しくする。また、ヒーターとして熱を取り出す面
を、第２物質側にする。これは、高温部が図９に示され
るように第２物質側に偏るためである。

【００２５】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照してこの発明の
実施の形態につき説明をする。各図は、発明が理解でき
る程度に、各構成成分の大きさ、形状および位置関係等
を概略的に示してあるにすぎず、したがってこの発明は
図示例にのみ限定されるものではないことは付記してお
く。また、断面を示すハッチング等は一部分を除き省略
する。なお、本発明のＰＴＣサーミスタ１０とこれを用
いたヒーター２０の実施の形態の説明を同時に行う。

【００２６】図１の（Ａ）および（Ｂ）はこの発明の実
施の形態を説明するための概略的な説明図である。特
に、図１の（Ａ）は、ヒーター２０の外観を概略的に示
す斜視図であり、図１の（Ｂ）は、本発明のＰＴＣサー
ミスタに電極を設けて本発明のヒーター構造をなすヒー
ター２０を、電気回路に接続した様子を示している。な
お、図１の（Ｂ）に示されるヒーター２０は、図１の
（Ａ）のヒーター２０を破線部分で切断したときの断面
図である。

【００２７】この発明のＰＴＣサーミスタによれば、予
想使用温度領域において、臨界点以下の温度では負の抵
抗温度係数を有し、かつ臨界点よりも高い温度では正の
抵抗温度係数を有し、さらに予想使用温度領域において
自己温度調節機能を有している第１物質と、予想使用温
度領域において正の抵抗温度係数を有し、かつ予想使用
温度領域において自己温度調節機能を有している第２物
質とからなるＰＴＣサーミスタにおいて、第１物質と第
２物質とを接触させて形成してなる。

【００２８】また、この発明のヒーター構造によれば、
上述の特性を有する第１物質と第２物質とを具えるヒー
ター構造において、第１物質と第２物質とを接触させ
て、さらにこれら第１および第２物質が電気的に並列回
路を形成するように電極を設けてなる。

【００２９】このため、上述の特性を有する第１物質の
材料として、例えば、２４０℃で安定するセラミック
（村田製作所製、商品番号Ｂ−５９１）を用い、第２物
質の材料としては例えばポリイミド樹脂（住友ベークラ
イト製、商品番号ＣＲＣ−７０３０；ガラス転移温度以
下の熱膨張係数１００×１０^-6／℃、ガラス転移温度以
上の熱膨張係数３０００×１０^-6／℃）にＲｕＯ₂ 粉
（粉体粒径０．２５ミクロン）を分散させたポリマー系
物質（混合比率はポリイミド樹脂：ＲｕＯ₂ 粉＝５８：
４２ｗｔ％）を用いる。なお、ここで第２物質を前記の
材料にしたのは用いる第１物質と安定温度を近似とし、
互いに熱を奪われることがないようにするためである。
このため、第１物質と第２物質との安定温度を同一また
は近似とした方がサーミスタの温度上昇速度の向上が期
待できる。第１物質および第２物質の特性から、予想使
用温度領域は室温（２５±３℃）におけるサーミスタ自
身の温度から３００℃以内であると考えられる。

【００３０】まず、この発明のＰＴＣサーミスタの形態
の例を、形成方法と同時に説明する。上述のセラミック
をＷ（幅）２．５ｍｍ×Ｌ（長さ）２５ｍｍ×Ｔ（高
さ）９ｍｍの大きさの直方体にカットしたものを第１物
質１１として用意する。第１物質１１の長手方向の外周
に、Ｎｉメッキをした後、Ａｇペーストをスクリーン印
刷する。その後、第１物質１１の、Ｗ２．５ｍｍ×Ｌ２
５ｍｍの大きさの二つの面の一方の面上に、第２物質材
料を約０．３〜１．０ｍｍの厚さとなるようにスクリー
ン印刷する。その後、大気中で加熱処理（１５０℃、１
時間）して硬化させ、第２物質１３を形成する。その
後、第２物質１３の長手方向の外周にもＡｇペーストを
スクリーン印刷し、Ａｇペーストを乾燥させて発明の条
件を満たす構造のヒーター２０が完成する（図１の
（Ａ）および（Ｂ））。ここで、第１物質の側面のＡｇ
ペーストと第２物質の側面のＡｇペーストとは接触して
いるので、図において両方に共通した電極１２ａおよび
１２ｂとして示す（図１の（Ａ）および（Ｂ））。以上
のようにして形成されたヒーター２０を外部回路と接続
して並列回路を形成する。

【００３１】図２は、以上のようにして形成されたヒー
ター２０を電源と接続して一定電圧１００Ｖを印加した
ときの、第２物質１３の表面（ヒーターとして熱を取り
出す面）の温度の時間変化を示すグラフであり、曲線Ｉ
で示してある。図中、曲線ＩＩはセラミックサーミスタ
（第１物質）を単体で用いたときの、また、曲線ＩＩＩ
は第２物質を単体で用いたときの、それぞれ温度の時間
変化を示し、曲線Ｉと比較対照している。また、図３
は、ヒーター２０への投入電力の温度依存性を示すグラ
フであり、図中、横軸にサーミスタ１０の熱取り出し面
の表面温度（℃）を取り、縦軸に投入電力（Ｗ）を取っ
て示している。そして、曲線Ｉはサーミスタ１０の表面
温度に対する投入電力を示し、直線ＩＩはサーミスタ１
０から失われた熱放散量（Ｄ（Ｔ−Ｔ_room））を示す。

【００３２】第１物質単体の抵抗値の温度依存性は、臨
界点（キュリー点）１６０℃までの温度領域ではＮＴＣ
特性を示し、臨界点以上の温度領域ではＰＴＣ特性を示
す（図５の（Ａ））。また、第２物質単体の抵抗値の温
度依存性は、臨界点（ガラス転移点）２２８℃までの温
度領域では緩やかなＰＴＣ特性を示し、臨界点以上の温
度領域では急峻なＰＴＣ特性を示す。ここで、この発明
のヒーター構造によれば、第２物質１３側から熱を取り
出すようにすると、室温における抵抗値が低い（１００
Ω）第２物質１３の影響により、初期の投入電力は第２
物質単体と同様に１００Ｗと大きい（図３）。また、第
１物質１１が発熱体であり、第２物質１３の熱を奪うこ
とがないため（第１物質１１上に発熱体である第２物質
１３を接触して形成してあるため（図１の（Ａ）および
（Ｂ））、第２物質１３を形成してある表面から第１物
質への熱放散量が従来と比較（図５の（Ｂ）、図８の
（Ｂ））して非常に小さくなる（図３）。）、温度の立
ち上がりが速く、温度上昇速度も、第１物質および第２
物質を単体で用いたときよりも大きい（図２）。こうし
て、ヒーター２０への投入電力は徐々に減少していき、
電圧を印加して約２．３秒後に２７０℃付近でヒーター
２０から失われた熱放散量と交わり（図３）、温度が安
定する（図２）。この発明のヒーター構造を取り、第２
物質１３側から熱を取り出せば、安定温度に達した後に
一時的に熱取り出し側の表面温度が臨界点以下まで下が
ったとしても、第２物質１３の特性によりヒーター表面
は自己温度復帰できる。また、第１物質１１の、第２物
質寄りの高温領域からの熱伝導によって、温度復帰能力
の向上が期待できる。

【００３３】この発明は例示の形態にのみ限定されるも
のではないことは明らかである。例えば、発明の形態に
例示の第１および第２物質は、安定温度が２４０℃のも
のに設定したために、上述の材料の組み合わせとした
が、各々の材料およびこれらの組み合わせはこれらに限
らず、使用温度領域の違いや用途により適当なものとで
きる。

【００３４】

【発明の効果】上述した説明からも明らかなように、こ
の発明のＰＴＣサーミスタによれば、以下に示す第１物
質および第２物質を接触させて形成してなる。

【００３５】１．予想使用温度領域において、臨界点以
下の温度では負の抵抗温度係数を有し、かつ臨界点より
も高い温度では正の抵抗温度係数を有し、さらに予想使
用温度領域において自己温度調節機能を有している第１
物質。

【００３６】２．予想使用温度領域において正の抵抗温
度係数を有し、かつ予想使用温度領域において自己温度
調節機能を有している第２物質。

【００３７】このように、発熱体である第１物質と第２
物質とが接触しているため、互いに熱が奪われたりする
おそれが少なく、また、接触面からの熱放散がほとんど
みられないため、温度上昇が速い。また、温度安定期に
入った後に、外的要因により熱放散量が増大して一時的
にサーミスタの表面温度が臨界点以下まで下がっても、１）第２物質のＰＴＣ特性によりサーミスタに流れる電
流が増加し、自己温度復帰する。２）第１物質内の、第２物質寄りの高温領域から熱が伝
導する。ことにより、温度復帰能力の向上が期待できる。

【００３８】次に、この出願のヒーター構造によれば、
上述した第１物質と第２物質とを接触させて、さらにこ
れら第１および第２物質が電気的に並列回路を形成する
ように電極を設けてなることを特徴とする。このため、
両物質への印加電圧が等しくなり、ヒーターの温度の立
ち上がりを悪くすることがない。

【００３９】したがって、温度上昇が速く、復帰能力の
高いＰＴＣサーミスタおよびこれを用いたヒーター構造
とすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（Ａ）および（Ｂ）はこの発明の実施の形態を
説明するための概略的な説明図である。

【図２】発明のヒーターの温度−時間特性を、第１物質
および第２物質単体の温度−時間特性と比較して示すグ
ラフである。

【図３】ヒーターへの投入電力の温度依存性を示すグラ
フである。

【図４】（Ａ）は、測定用ヒーター（ＰＴＣセラミッ
ク）の概略的な外観を示す斜視図、（Ｂ）は測定用ヒー
ターを電源に接続した様子を示す概略図、（Ｃ）はセラ
ミックサーミスタ内の温度分布図である。

【図５】（Ａ）はセラミックサーミスタの抵抗値の温度
依存性を示すグラフであり、（Ｂ）は測定用ヒーターへ
の投入電力の温度依存性を示すグラフである。

【図６】従来のヒーターの温度−時間特性を示したグラ
フである。

【図７】（Ａ）は、測定用ヒーター（ポリマー系物質）
の平面図であり、（Ｂ）は（Ａ）をＸ−Ｘ線で切ったと
きの断面図である。

【図８】（Ａ）はポリマー系サーミスタの抵抗値の温度
依存性を示すグラフであり、（Ｂ）は測定用ヒーターへ
の投入電力の温度依存性を示すグラフである。

【図９】この発明のＰＴＣサーミスタ内の温度分布を模
式的に示す断面図である。

【符号の説明】

１０：ＰＴＣサーミスタ１１：第１物質１２ａ、１２ｂ：電極１３：第２物質２０：ヒーター１００：測定用ヒーター（ＰＴＣセラミック）１１０：セラミックサーミスタ１２０ａ、１２０ｂ：電極１３０：ポリマー系サーミスタ１４０：アルミナ基板１５０ａ、１５０ｂ：電極２００：測定用ヒーター（ポリマー系物質）

【手続補正書】

【提出日】平成７年１１月２２日

【手続補正１】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】全図

【補正方法】変更

【補正内容】

【図１】

【図２】

【図３】

【図４】

【図９】

【図５】

【図６】

【図７】

【図８】

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】予想使用温度領域において、臨界点以下
の温度では負の抵抗温度係数を有し、かつ該臨界点より
も高い温度では正の抵抗温度係数を有し、さらに前記予
想使用温度領域において自己温度調節機能を有している
第１物質と、前記予想使用温度領域において正の抵抗温
度係数を有し、かつ前記予想使用温度領域において自己
温度調節機能を有している第２物質とからなるＰＴＣサ
ーミスタにおいて、前記第１物質と第２物質とを接触さ
せて形成してなることを特徴とするＰＴＣサーミスタ。
【請求項２】請求項１に記載のＰＴＣサーミスタにお
いて、前記第１物質および第２物質の安定温度が同一ま
たは近似となるように該第１および第２物質の材料を設
定したことを特徴とするＰＴＣサーミスタ。
【請求項３】請求項１または２に記載のＰＴＣサーミ
スタにおいて、前記第１物質を、チタン酸バリウムを半
導体化したセラミックとし、前記第２物質を、結晶性高
分子材料に導電性粒子を混合させてなるポリマー系物質
としたことを特徴とするＰＴＣサーミスタ。
【請求項４】請求項３に記載のＰＴＣサーミスタにお
いて、前記第１物質を２４０℃で安定するセラミックと
し、前記第２物質を、ポリイミド樹脂にＲｕＯ₂ 粉を５
８：４２（ｗｔ％）の混合比率となるように混合させた
ポリマー系物質としたことを特徴とするＰＴＣサーミス
タ。
【請求項５】予想使用温度領域において、臨界点以下
の温度では負の抵抗温度係数を有し、かつ該臨界点より
も高い温度では正の抵抗温度係数を有し、さらに前記予
想使用温度領域において自己温度調節機能を有している
第１物質と、前記予想使用温度領域において正の抵抗温
度係数を有し、かつ前記予想使用温度領域において自己
温度調節機能を有している第２物質とを具えるヒーター
構造において、前記第１物質と第２物質とを接触させ
て、さらにこれら第１および第２物質が電気的に並列回
路を形成するように電極を設けてなることを特徴とする
ヒーター構造。