JP3658813B2 - 半導体磁器ヒータ素子及びその素子を用いた半導体磁器ヒータ装置 - Google Patents
半導体磁器ヒータ素子及びその素子を用いた半導体磁器ヒータ装置 Download PDFInfo
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、正の抵抗温度特性を有する半導体磁器に関し、特に定温発熱のヒーターとして用いられる半導体磁器ヒータ素子及びその素子を用いた半導体磁器ヒータ装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
半導体磁器ヒータ素子及びその素子を用いた半導体磁器ヒータ装置の従来例を最少の構成を示して説明する。
まず、第１従来例として図９に示すものがある。この第１従来例の半導体磁器ヒータ装置１は、半導体磁器ヒータ素子２，絶縁板３，放熱板４及びグリス６から構成される。
【０００３】
半導体磁器ヒータ素子２は正の抵抗温度特性を有する半導体磁器の一主表面に一対の櫛歯状のヒータ用電極７ａ，７ｂが形成されたものである。この半導体磁器ヒータ素子２のヒータ用電極７ａ，７ｂ形成面にグリス６を介して絶縁板３が面接合され、さらに絶縁板３に放熱板４が面接合されて半導体磁器ヒータ装置１が構成される。なお、この際、図示しないが、絶縁板３と放熱板４との間にできるわずかな隙間を埋めるために、通常グリスが塗布される。
【０００４】
次に、第２従来例として図１０に示すものがある。この第２従来例の半導体磁器ヒータ装置１１は、半導体磁器ヒータ素子１２，絶縁板１３及び放熱板１４から構成される。
【０００５】
半導体磁器ヒータ素子１２は正の抵抗温度特性を有する半導体磁器の一主表面に一対の櫛歯状のヒータ用電極１７ａ，１７ｂが形成されたものである。この半導体磁器ヒータ素子１２のヒータ用電極１７ａ，１７ｂ形成面に対向する他の主表面に絶縁板１３が面接合され、さらに絶縁板１３に放熱板１４が面接合されて半導体磁器ヒータ装置１１が構成される。なお、この際、図示しないが、半導体磁器ヒータ素子１２の他の主表面と絶縁板１３との間、及び、絶縁板１３と放熱板１４との間にできるわずかな隙間を埋めるために、通常グリスが塗布される。
【０００６】
上述の半導体磁器ヒータ装置１，１１は、一対のヒータ用電極７ａ，７ｂ，１７ａ，１７ｂに通電することにより、半導体磁器ヒータ素子２，１２の一主表面であるヒータ用電極７ａ，７ｂ，１７ａ，１７ｂの形成面が発熱して高温になる。
【０００７】
したがって、半導体磁器ヒータ装置１の場合、半導体磁器ヒータ素子２のヒータ用電極７ａ，７ｂの形成面からの熱がグリス６及び絶縁板３を介して放熱板４から放熱される。また、半導体磁器ヒータ装置１１の場合、半導体磁器ヒータ素子１２のヒータ用電極１７ａ，１７ｂの形成面からの熱が半導体磁器ヒータ素子１２の本体及び絶縁板１３を介して放熱板１４から放熱される。この際、半導体磁器ヒータ装置１，１１は、放熱板４，１４からの放熱が良いほど、正特性サーミスタの特性によって、半導体磁器ヒータ素子２，１２が降温し、その抵抗値が減少する。これにより、半導体磁器ヒータ素子２，１２に流れる電流が増加して、発熱量が増加する。半導体磁器ヒータ素子２，１２はこのサイクルを繰り返すため放熱性を高めることが効率のよい使用方法になる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記第１、第２従来例の半導体磁器ヒータ装置１，１１には、次のような問題があった。即ち、第１従来例では、半導体磁器ヒータ素子２の発熱面であるヒータ用電極７ａ，７ｂ形成面は、ヒータ用電極７ａ，７ｂの厚さに相応して凹凸ができるため、ヒータ用電極７ａ，７ｂ形成面と絶縁板３との間に隙間ができる。この隙間をグリス６で埋めて熱伝導性を高めたものであるが、グリス６の熱伝導が不十分であり、半導体磁器ヒータ装置１の発熱効率が悪いという問題があった。
【０００９】
第２従来例では、半導体磁器ヒータ素子１２のヒータ用電極１７ａ，１７ｂ形成面が発熱面になるため、半導体磁器ヒータ素子１２の本体を介して絶縁板１３から放熱板１４へと熱伝導する。このため、半導体磁器ヒータ素子１２の厚さを薄くして放熱板１４への熱伝導をよくしているものであるが、半導体磁器ヒータ素子１２の本体の厚さはその機械的強度を保つためあまり薄くすることができず、熱伝導が不十分であるという問題があった。
【００１０】
したがって、本発明の目的は、上述の問題点を解消するためになされたもので、半導体磁器ヒータ素子の発熱面を平面にして放熱板への熱伝導がよくなる半導体磁器ヒータ素子及びそれを用いた半導体磁器ヒータ装置を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の半導体磁器ヒータ素子においては、正の抵抗温度特性を有する半導体磁器が、その内部に一対からなるヒータ用電極と、その側面に該ヒータ用電極とそれぞれ電気的に導通する外部電極とを備えており、前記ヒータ用電極は前記半導体磁器の主表面に略平行な平面上に前記半導体磁器と一体焼結して形成されており、前記一対のヒータ用電極が前記半導体磁器の一主表面から５００μｍ未満（０を含まない）に位置していることを特徴とする。
【００１３】
さらに、前記一対のヒータ用電極が櫛歯状からなることを特徴とする。
【００１４】
さらにまた、正の抵抗温度特性を有する半導体磁器が、その内部に一対からなるヒータ用電極と、その側面に該ヒータ用電極とそれぞれ電気的に導通する外部電極とを備えており、前記一対のヒータ用電極は前記半導体磁器の一主表面から５００μｍ未満に位置する略平行な平面上、または、半導体磁器の一主表面上に形成されており、前記半導体磁器の一主表面または両主表面が第１の絶縁体で覆われ、該第１の絶縁体と前記ヒータ用電極と前記半導体磁器と一体焼結されていることを特徴とする。
【００１５】
さらに、前記第１の絶縁体がチタン酸バリウム系絶縁性磁器であることを特徴とする。
【００１６】
本発明の半導体磁器ヒータ装置においては、半導体磁器ヒータ素子のヒータ用電極に近接する一主表面に第２の絶縁体が配設されるとともに、該第２の絶縁体を介して前記一主表面に放熱板が面接合されていることを特徴とする。
【００１７】
また、前記放熱板にカバーが取り付けられ、該放熱板とカバーとの間に空間が形成され、該空間に前記半導体磁器ヒータ素子と第２の絶縁体が収容されており、前記カバーに接する半導体磁器ヒータ素子の他の主表面に第３の絶縁体が配設されていることを特徴とする。
【００１８】
さらに、半導体磁器ヒータ素子のヒータ用電極に近接する一主表面に放熱板が面接合されていることを特徴とする。
【００１９】
さらにまた、前記放熱板にカバーが取り付けられ、該放熱板とカバーとの間に空間が形成され、該空間に前記半導体磁器ヒータ素子が収容されていることを特徴とする。
【００２０】
さらにまた、前記放熱板にカバーが取り付けられ、該放熱板とカバーとの間に空間が形成され、該空間に前記半導体磁器ヒータ素子が収容されており、前記カバーに接する半導体磁器ヒータ素子の他の主表面に第３の絶縁体が配設されていることを特徴とする。
【００２１】
これにより、半導体磁器ヒータ素子の発熱面に近接する一主表面からヒータ用電極が取り除かれて、一主表面を平坦にすることができる。そして、半導体磁器ヒータ素子の一主表面と絶縁体との熱接合において直接に面接合させることが可能になり、半導体磁器ヒータ素子から放熱板への熱伝導が良くなる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る半導体ヒータ素子の第１の実施の形態を図１，図２を参照して詳細に説明する。
半導体磁器ヒータ素子２１は、正の抵抗温度特性を有する半導体磁器２２の内部に一対のヒータ用電極２３，２４と、その側面に一対のヒータ用電極２３，２４にそれぞれ導通する一対の外部電極２５，２６とを備えている。
【００２３】
半導体磁器２２は、図２のように、上から順に半導体磁器シート２８，電極シート２９及び所定枚数の半導体磁器シート２８から構成され、これらのセラミックグリーンシートを順に積層圧着して一体に焼結されたものである。
【００２４】
半導体磁器シート２８は、シート引上げ法やドクターブレード法などによって半導体セラミックスラリーから形成された連続状のセラミックグリーンシートが所定の大きさに切断されたものである。電極シート２９は半導体磁器シート２８の一面に対辺から電極パターンの端縁が互いに対向する一対の櫛歯状のヒータ用電極２３，２４が形成されたものである。
【００２５】
かかる構成の半導体磁器ヒータ素子２１は、一対のヒータ用電極２３，２４が半導体磁器２２の内部にあるとともに、一主表面２２ａに略平行な平面上に形成されるものである。そして、ヒータ用電極２３，２４が形成された面は、半導体磁器ヒータ素子２１の一主表面２２ａに近接して設けられる。なお、半導体磁器ヒータ素子２１の一主表面２２ａからヒータ用電極２３，２４までの距離Ｄは、０を含まない５００μｍ未満が好ましい。
【００２６】
次に、本発明に係る半導体ヒータ素子の第２の実施の形態を図３，図４を参照して詳細に説明する。但し、前述の第１の実施の形態と同一部分及び同一機能部分については、同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。
【００２７】
図３において、半導体磁器ヒータ素子３１は、正の抵抗温度特性を有する半導体磁器２２の内部に一対のヒータ用電極２３，２４と、その側面に一対の外部電極２５，２６とを備え、ヒータ用電極２３，２４形成面に近接する一主表面２２ａに第１の絶縁体３２が一体に設けられている。
【００２８】
半導体磁器ヒータ素子３１は、図４のように、上から順に所定枚数の絶縁体シート３３，半導体磁器シート２８，電極シート２９及び所定枚数の半導体磁器シート２８から構成され、これらのセラミックグリーンシートを順に積層圧着して一体に焼結された焼結体からなるものである。
【００２９】
絶縁体シート３３は、シート引上げ法やドクターブレード法などによって絶縁体セラミックスラリーから形成された連続状のセラミックグリーンシートが所定の大きさに切断されたものである。
【００３０】
かかる構成の半導体磁器ヒータ素子３１は、一対のヒータ用電極２３，２４が半導体磁器２２の内部にあるとともに、その一主表面２２ａに近接し、かつ、その一主表面２２ａに略平行な平面上に形成されたものである。また、半導体磁器ヒータ素子３１は、半導体磁器２２の一主表面２２ａには、半導体磁器２２と一体に第１の絶縁体３２を備える。
【００３１】
次に、本発明に係る半導体ヒータ素子の第３の実施の形態を図５を参照して詳細に説明する。但し、前述の第２の実施の形態と同一部分及び同一機能部分については、同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。なお、焼成前の分解斜視図については、図４を援用して説明する。
【００３２】
図５において、半導体磁器ヒータ素子４１は、正の抵抗温度特性を有する半導体磁器２２の内部に一対のヒータ用電極２３，２４と、その側面に一対の外部電極２５，２６とを備え、ヒータ用電極２３，２４形成面に略平行な両主表面２２ａ，２２ｂに第１の絶縁体３２，３２が一体に設けられている。
【００３３】
半導体磁器ヒータ素子４１は、図４のように、上から順に所定枚数の絶縁体シート３３，半導体磁器シート２８，電極シート２９及び所定枚数の半導体磁器シート２８に、さらに図示していないが、その下方に所定枚数の絶縁体シート３３を加えたものから構成され、これらのセラミックグリーンシートを順に積層圧着して一体に焼結し、この焼結体の一対の対向側面に、ヒータ用電極２３，２４にそれぞれ導通する一対の外部電極２５，２６が形成されたものである。
【００３４】
かかる構成の半導体磁器ヒータ素子４１は、一対のヒータ用電極２３，２４が、半導体磁器２２の内部にあるとともに、その一主表面２２ａに近接し、かつ、一主表面２２ａに略平行な平面上に形成されたものである。そして、半導体磁器ヒータ素子４１は、半導体磁器２２の両主表面２２ａ，２２ｂに、半導体磁器２２と一体に第１の絶縁体３２，３２を備える。
【００３５】
なお、第２，第３の実施の形態において、ヒータ用電極２３，２４は半導体磁器２２の内部に設けられたものを示して説明したが、半導体磁器２２の一主表面２２ａに絶縁体３２を一体に設ける場合、ヒータ用電極２３，２４は半導体磁器２２の一主表面２２ａ上、つまり、第１の絶縁体３２と半導体磁器２２との境界面に形成されるものでも良い。そして、半導体磁器２２の一主表面２２ａからヒータ用電極２３，２４の形成面までの距離Ｄは、０を含む５００μｍ未満が好ましい。
【００３６】
また、第１〜第３の実施の形態において、半導体磁器ヒータ素子２１，３１，４１の一対のヒータ用電極２３，２４を一枚の半導体磁器シート２８の同一面上に形成したものを示して説明したが、一枚の半導体磁器シート２８の両面に分割して、すなわち、一面にヒータ用電極２３を他面にヒータ用電極２４を形成したものであってもよい。また、近接する２枚の半導体磁器シート２８にヒータ用電極２３，ヒータ用電極２４を別々に形成したものであっても良い。
【００３７】
次に、本発明に係る半導体磁器ヒータ装置の第１の実施の形態を図６を参照して詳細に説明する。但し、前述の半導体磁器ヒータ素子の第１の実施の形態と同一部分については、同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。
【００３８】
半導体磁器ヒータ装置５１は、半導体磁器ヒータ素子２１と第２の絶縁体５２と第３の絶縁体５３と放熱板５４とカバー５５とから構成される。
第２の絶縁体５２は、アルミナ等の耐熱性及び熱伝導性がよい絶縁板からなり、半導体磁器ヒータ素子２１の一主表面２２ａに面接合できる板状のものである。第３の絶縁体５３は、アルミナ等の耐熱性がよい絶縁板からなり、半導体磁器ヒータ素子２１の他の主表面２２ｂに面接合できる板状のものである。放熱板５４は、アルミニウム等の熱伝導がよいものからなり、第２の絶縁体５２と面接合している。カバー５５は、凹部５５ａを有しており、放熱板５４に取り付けられることにより、放熱板５４と凹部５５ａとの間に空間が形成される。
【００３９】
半導体磁器ヒータ装置５１は、半導体磁器ヒータ素子２１の両主表面２２ａ，２２ｂにそれぞれ第２の絶縁体５２と第３の絶縁体５３を重ねて、放熱板５４とカバー５５とが形成する空間に収容されて構成される。この際、半導体磁器ヒータ素子２１は、ヒータ用電極２３，２４の形成面に近い一主表面２２ａが、放熱板５４側に近接して収容される。
【００４０】
係る半導体磁器ヒータ装置５１は、外部電極２５，２６に通電すると、ヒータ用電極２３，２４の形成面が発熱し、この熱が半導体磁器ヒータ素子２１の一主表面２２ａから第２の絶縁体５２を介して放熱板５４に熱伝導する。
【００４１】
なお、半導体磁器ヒータ装置５１の組み立てに際して、半導体磁器ヒータ素子２１から放熱体５４への熱伝導をよくするために、半導体磁器ヒータ素子２１と第２の絶縁体５２と放熱板５４との接触面は、鏡面状態に研磨されることが好ましい。また、半導体磁器ヒータ素子２１と第２の絶縁体５２と放熱板５４との接触面にできる空気層を除くために、グリス等を介在させることが好ましい。
【００４２】
次に、本発明に係る半導体磁器ヒータ装置の第２の実施の形態を図７を参照して説明する。但し、前述の半導体磁器ヒータ素子３１，４１及び半導体磁器ヒータ装置５１と同一部分については、同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。
【００４３】
半導体磁器ヒータ装置６１は、半導体磁器ヒータ素子４１が放熱板５４とカバー５５とが形成する空間に収容されて構成される。この際、半導体磁器ヒータ素子４１は、ヒータ用電極２３，２４の形成面に近い半導体磁器２２の一主表面２２ａが、放熱板５４側に近接して収容されている。
【００４４】
係る半導体磁器ヒータ装置６１は、外部電極２５，２６に通電すると、ヒータ用電極２３，２４の形成面が発熱し、この熱が図の上側の第１の絶縁体３２を介して放熱板５４に熱伝導する。
【００４５】
なお、半導体磁器ヒータ装置６１の組み立てに際して、半導体磁器ヒータ素子４１から放熱体５４への熱伝導をよくするために、半導体磁器ヒータ素子４１と放熱板５４との接触面は、鏡面状態に研磨されることが好ましい。また、半導体磁器ヒータ素子４１と放熱板５４との接触面にできる空気層を除くために、グリス等を介在させることが好ましい。
【００４６】
なお、半導体磁器ヒータ装置６１において、半導体磁器ヒータ素子４１を用いて説明したが、半導体磁器ヒータ素子４１に替わって図３に示した半導体磁器ヒータ素子３１及び図６に示した第３の絶縁体５３を用いてもよい。
【００４７】
（実施例１）
本発明による実施例１について、図１，図２，図６を援用して説明する。
出発原料として、ＢａＣＯ3 ，ＣａＣＯ3 ，ＴｉＯ2 ，Ｌａ2 Ｏ3 ，Ｍｎ2 Ｏ3 ，ＳｉＯ2 を、所要量調合して半導体磁器組成である（Ｂａ0.797 Ｃａ0.20Ｌａ0.003 ）1.005 ＴｉＯ3 ＋０．０１ＳｉＯ2 ＋０．０００５Ｍｎの調合原料を作成した。
【００４８】
この調合原料に水を加え、玉石とともにポリエチレンポットにいれて、５時間湿式混合粉砕を行い、その後、１１００℃で２時間仮焼して仮焼粉末を得た。この仮焼粉末に、バインダー，分散剤，水を加え、玉石とともに１２時間湿式混合粉砕してセラミックスラリーを得た。このセラミックスラリーからドクターブレード法により厚み５０μｍの半導体磁器シート２８を作製した。この半導体磁器シート２８にニッケルペーストを櫛歯状に塗布、乾燥によってヒータ用電極２３，２４を形成し、電極シート２９を作成した。
【００４９】
次に、図２に示すように、半導体磁器シート２８及び電極シート２９を所要枚数積層圧着して、水素ガス及び窒素ガス中において１３５０℃で２時間焼成して焼結体を得た。この焼結体の対向する一対の側面に外部電極２５，２６を図１のように塗布、乾燥して、８００℃で１時間焼き付けるとともに半導体磁器の再酸化を行い、半導体磁器ヒータ素子２１を作製した。
【００５０】
この半導体磁器ヒータ素子２１は、その外形寸法が縦２０ｍｍ×横３０ｍｍ×高さ３ｍｍであり、その一主表面２２ａから略４０μｍの位置にヒータ用電極２３，２４が形成された。この半導体磁器ヒータ素子２１の一主表面２２ａを鏡面研磨して、この一主表面２２ａに図６のように、厚み２ｍｍのアルミナからなる第２の絶縁体５２及び厚み２ｍｍのアルミニウムからなる放熱板５４をそれぞれの間にグリスを介在させて熱的に密着させるとともに、一主表面２２ａに対向する他の主表面２２ｂには、厚み２ｍｍのアルミナからなる第３の絶縁体５３を配設し、カバー５５でこれらを保持することにより半導体磁器ヒータ装置５１を得た。
【００５１】
（実施例２）
本発明による実施例２について、図３，図４，図７を援用して説明する。
出発原料として、ＢａＣＯ3 ，ＣａＣＯ3 ，ＴｉＯ2 ，Ｌａ2 Ｏ3 ，Ｍｎ2 Ｏ3 ，ＳｉＯ2 を、所要量調合して半導体磁器組成である（Ｂａ0.797 Ｃａ0.20Ｌａ0.003 ）1.005 ＴｉＯ3 ＋０．０１ＳｉＯ2 ＋０．０００５Ｍｎと、絶縁性磁器組成である（Ｂａ0.8 Ｃａ0.2 ）1.00５ＴｉＯ3 ＋０．０１ＳｉＯ2 ＋０．００２Ｍｎの調合原料を作成した。
【００５２】
半導体磁器組成の調合原料からは実施例１と同様にして、半導体磁器シート２８及び電極シート２９を作成した。
実施例１と同様に、絶縁性磁器組成の調合原料に水を加え、玉石とともにポリエチレンポットにいれて、５時間湿式混合粉砕を行った後、１１００℃で２時間仮焼して仮焼粉末を得た。この仮焼粉末に、バインダー，分散剤，水を加え、玉石とともに１２時間湿式混合粉砕した後、ドクターブレード法により厚み５０μｍの絶縁性シート３３を作製した。
【００５３】
次に、図４に示すように、絶縁性シート３３，半導体磁器シート２８及び電極シート２９を所要枚数積層圧着して、水素ガス及び窒素ガス中において１３５０℃で２時間焼成して、絶縁性磁器と半導体磁器が一体の焼結体を得た。この焼結体の対向する一対の側面に外部電極２５，２６を図３のように塗布、乾燥して、８００℃で１時間焼き付けるとともに半導体磁器２２の再酸化を行い、半導体磁器ヒータ素子３１を作製した。
【００５４】
この半導体磁器ヒータ素子３１は、その外形寸法が２０ｍｍ×３０ｍｍ×５ｍｍであり、半導体磁器２２の厚みが３ｍｍに対し第２の絶縁体３２の厚みが２ｍｍである。半導体磁器２２の一主表面２２ａ、つまり、半導体磁器２２と第１の絶縁体３２の境界面から略４０μｍの位置にヒータ用電極２３，２４が形成された。この半導体磁器ヒータ素子３１の図の上側の第１の絶縁体３２の一主表面３２ａを鏡面研磨して、この一主表面３２ａにグリスを介在させて第７図のように厚み２ｍｍのアルミニウムからなる放熱板５４を熱的に密着させるとともに、半導体磁器２２の一主表面２２ａに対向する他の主表面２２ｂには、厚み２ｍｍのアルミナからなる第３の絶縁体５３を配設し、カバー５５でこれらを保持することにより半導体磁器ヒータ装置６１を得た。
【００５５】
（比較例）
従来技術による比較例について、図６，図９を援用して説明する。
半導体磁器シート２８を所要枚数積層圧着後にカットして、実施例１と同様に、半導体磁器ヒータ素子の外形寸法が２０ｍｍ×３０ｍｍ×５ｍｍである焼結体を得た。この焼結体の一主表面に５μｍ厚の櫛歯状電極を形成して、図９に示す半導体磁器ヒータ素子２を作製した。半導体磁器ヒータ素子２の櫛歯状電極７ａ，７ｂの形成面に実施例１と同様に、厚み２ｍｍのアルミナからなる第２の絶縁体５２及び厚み２ｍｍのアルミニウムからなる放熱板５４をそれぞれの間にグリスを介在させて熱的に密着させるとともに、一主表面に対向する下面には、厚み２ｍｍのアルミナからなる第３の絶縁体５３を配設し、カバー５５でこれらを保持することにより半導体磁器ヒータ装置を得た。
【００５６】
上述した実施例１，２及び比較例の半導体磁器ヒータ装置を、図８に示すように、容器６０の底部６０ａの中央部に装着し、容器６０に水６２を入れて後、半導体磁器ヒータ装置に電圧を印加して容器６０を熱する。そして、容器６０中の水６２が沸騰した状態における半導体磁器ヒータ素子の熱抵抗θを求めて表１に示した。但し、熱抵抗θは、式Ｖ2 ／Ｒ＝１／θ×（Ｔ−Ｔａ）で表されるものであり、Ｖは半導体磁器ヒータ素子への印加電圧（１００Ｖ），Ｒは半導体磁器ヒータ素子が動作中の半導体磁器ヒータ素子の抵抗値，Ｔａは容器６０中の水６２の温度（１００℃），Ｔは動作中の半導体磁器ヒータ素子２、及び半導体磁器２２の温度を示す。
【００５７】
【表１】
【００５８】
表１からわかるように、熱抵抗θは比較例の０．６２に対して、実施例１，２が０．４５，０．４２と低く、大きな電力を取り出せる半導体磁器ヒータ装置であることがわかる。さらに、熱抵抗θが０．４２及び０．４５であることから、実施例２である絶縁性磁器と半導体磁器が一体の半導体磁器ヒータ素子３１が実施例１より大きな電力を取り出せることがわかる。
【００５９】
（実施例３）
次に、本発明による実施例３について説明する。実施例２の半導体磁器ヒータ素子３１において、半導体磁器２２の一主表面２２ａからヒータ用電極２３，２４の形成面までの距離Ｄが異なる試料を作成し、前述と同様にして熱抵抗θを測定した。その結果を、一主表面２２ａからヒータ用電極２３，２４までの距離Ｄと熱抵抗θとの関係を表２に示す。表２からも明らかなように、一主表面２２ａからヒータ用電極２３，２４までの距離が５００μｍ未満であれば、熱抵抗θが小さくなることがわかる。
【００６０】
【表２】
【００６１】
【発明の効果】
本発明による半導体磁器ヒータ素子では、ヒータ用電極を半導体磁器に内蔵させることで、ヒータ用電極の厚みによる半導体磁器ヒータ素子表面の凸凹がなくなり、絶縁体との熱結合がよくなる。さらに、半導体磁器ヒータ素子の内部にヒータ用電極を形成したために、ヒータ用電極の形成面から絶縁体を介して放熱板までの距離を小さくでき、熱抵抗が小さく大きな電力を取り出せるという効果が得られる。さらにまた、本発明による半導体磁器ヒータ素子は、半導体磁器の発熱面に近接して配置する絶縁体をチタン酸バリウム系のセラミックで構成することにより、半導体磁器ヒータ素子を絶縁性磁器と半導体磁器とが一体の焼結体で構成することができ、熱抵抗が小さく大きな電力を取り出せるという効果が得られる。
【００６２】
本発明による半導体磁器ヒータ装置では、半導体磁器ヒータ素子の一主表面に凸凹がなく、放熱板への熱伝導がよくなり、熱抵抗が小さく放熱量を増大させることができるという効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の半導体磁器ヒータ素子の第１の実施の形態を示す斜視図である。
【図２】図１の半導体磁器ヒータ素子の焼成前の分解斜視図である。
【図３】本発明の半導体磁器ヒータ素子の第２の実施の形態を示す斜視図である。
【図４】図３の半導体磁器ヒータ素子の焼成前の分解斜視図である。
【図５】本発明の半導体磁器ヒータ素子の第３の実施の形態を示す斜視図である。
【図６】本発明の半導体磁器ヒータ装置の第１の実施の形態を示す一部断面図である。
【図７】本発明の半導体磁器ヒータ装置の第２の実施の形態を示す一部断面図である。
【図８】熱抵抗測定装置の一部断面図である。
【図９】第１従来例の一部切除斜視図である。
【図１０】第２従来例の斜視図である。
【符号の説明】
２１，３１，４１ 半導体磁器ヒータ素子
２２ 半導体磁器
２２ａ 半導体磁器の一主表面
２３，２４ ヒータ用電極
３２ 第１の絶縁体
５１，６１ 半導体磁器ヒータ装置
５２ 第２の絶縁体
５３ 第３の絶縁体
５４ 放熱板
５５ カバー
【発明の属する技術分野】
本発明は、正の抵抗温度特性を有する半導体磁器に関し、特に定温発熱のヒーターとして用いられる半導体磁器ヒータ素子及びその素子を用いた半導体磁器ヒータ装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
半導体磁器ヒータ素子及びその素子を用いた半導体磁器ヒータ装置の従来例を最少の構成を示して説明する。
まず、第１従来例として図９に示すものがある。この第１従来例の半導体磁器ヒータ装置１は、半導体磁器ヒータ素子２，絶縁板３，放熱板４及びグリス６から構成される。
【０００３】
半導体磁器ヒータ素子２は正の抵抗温度特性を有する半導体磁器の一主表面に一対の櫛歯状のヒータ用電極７ａ，７ｂが形成されたものである。この半導体磁器ヒータ素子２のヒータ用電極７ａ，７ｂ形成面にグリス６を介して絶縁板３が面接合され、さらに絶縁板３に放熱板４が面接合されて半導体磁器ヒータ装置１が構成される。なお、この際、図示しないが、絶縁板３と放熱板４との間にできるわずかな隙間を埋めるために、通常グリスが塗布される。
【０００４】
次に、第２従来例として図１０に示すものがある。この第２従来例の半導体磁器ヒータ装置１１は、半導体磁器ヒータ素子１２，絶縁板１３及び放熱板１４から構成される。
【０００５】
半導体磁器ヒータ素子１２は正の抵抗温度特性を有する半導体磁器の一主表面に一対の櫛歯状のヒータ用電極１７ａ，１７ｂが形成されたものである。この半導体磁器ヒータ素子１２のヒータ用電極１７ａ，１７ｂ形成面に対向する他の主表面に絶縁板１３が面接合され、さらに絶縁板１３に放熱板１４が面接合されて半導体磁器ヒータ装置１１が構成される。なお、この際、図示しないが、半導体磁器ヒータ素子１２の他の主表面と絶縁板１３との間、及び、絶縁板１３と放熱板１４との間にできるわずかな隙間を埋めるために、通常グリスが塗布される。
【０００６】
上述の半導体磁器ヒータ装置１，１１は、一対のヒータ用電極７ａ，７ｂ，１７ａ，１７ｂに通電することにより、半導体磁器ヒータ素子２，１２の一主表面であるヒータ用電極７ａ，７ｂ，１７ａ，１７ｂの形成面が発熱して高温になる。
【０００７】
したがって、半導体磁器ヒータ装置１の場合、半導体磁器ヒータ素子２のヒータ用電極７ａ，７ｂの形成面からの熱がグリス６及び絶縁板３を介して放熱板４から放熱される。また、半導体磁器ヒータ装置１１の場合、半導体磁器ヒータ素子１２のヒータ用電極１７ａ，１７ｂの形成面からの熱が半導体磁器ヒータ素子１２の本体及び絶縁板１３を介して放熱板１４から放熱される。この際、半導体磁器ヒータ装置１，１１は、放熱板４，１４からの放熱が良いほど、正特性サーミスタの特性によって、半導体磁器ヒータ素子２，１２が降温し、その抵抗値が減少する。これにより、半導体磁器ヒータ素子２，１２に流れる電流が増加して、発熱量が増加する。半導体磁器ヒータ素子２，１２はこのサイクルを繰り返すため放熱性を高めることが効率のよい使用方法になる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記第１、第２従来例の半導体磁器ヒータ装置１，１１には、次のような問題があった。即ち、第１従来例では、半導体磁器ヒータ素子２の発熱面であるヒータ用電極７ａ，７ｂ形成面は、ヒータ用電極７ａ，７ｂの厚さに相応して凹凸ができるため、ヒータ用電極７ａ，７ｂ形成面と絶縁板３との間に隙間ができる。この隙間をグリス６で埋めて熱伝導性を高めたものであるが、グリス６の熱伝導が不十分であり、半導体磁器ヒータ装置１の発熱効率が悪いという問題があった。
【０００９】
第２従来例では、半導体磁器ヒータ素子１２のヒータ用電極１７ａ，１７ｂ形成面が発熱面になるため、半導体磁器ヒータ素子１２の本体を介して絶縁板１３から放熱板１４へと熱伝導する。このため、半導体磁器ヒータ素子１２の厚さを薄くして放熱板１４への熱伝導をよくしているものであるが、半導体磁器ヒータ素子１２の本体の厚さはその機械的強度を保つためあまり薄くすることができず、熱伝導が不十分であるという問題があった。
【００１０】
したがって、本発明の目的は、上述の問題点を解消するためになされたもので、半導体磁器ヒータ素子の発熱面を平面にして放熱板への熱伝導がよくなる半導体磁器ヒータ素子及びそれを用いた半導体磁器ヒータ装置を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の半導体磁器ヒータ素子においては、正の抵抗温度特性を有する半導体磁器が、その内部に一対からなるヒータ用電極と、その側面に該ヒータ用電極とそれぞれ電気的に導通する外部電極とを備えており、前記ヒータ用電極は前記半導体磁器の主表面に略平行な平面上に前記半導体磁器と一体焼結して形成されており、前記一対のヒータ用電極が前記半導体磁器の一主表面から５００μｍ未満（０を含まない）に位置していることを特徴とする。
【００１３】
さらに、前記一対のヒータ用電極が櫛歯状からなることを特徴とする。
【００１４】
さらにまた、正の抵抗温度特性を有する半導体磁器が、その内部に一対からなるヒータ用電極と、その側面に該ヒータ用電極とそれぞれ電気的に導通する外部電極とを備えており、前記一対のヒータ用電極は前記半導体磁器の一主表面から５００μｍ未満に位置する略平行な平面上、または、半導体磁器の一主表面上に形成されており、前記半導体磁器の一主表面または両主表面が第１の絶縁体で覆われ、該第１の絶縁体と前記ヒータ用電極と前記半導体磁器と一体焼結されていることを特徴とする。
【００１５】
さらに、前記第１の絶縁体がチタン酸バリウム系絶縁性磁器であることを特徴とする。
【００１６】
本発明の半導体磁器ヒータ装置においては、半導体磁器ヒータ素子のヒータ用電極に近接する一主表面に第２の絶縁体が配設されるとともに、該第２の絶縁体を介して前記一主表面に放熱板が面接合されていることを特徴とする。
【００１７】
また、前記放熱板にカバーが取り付けられ、該放熱板とカバーとの間に空間が形成され、該空間に前記半導体磁器ヒータ素子と第２の絶縁体が収容されており、前記カバーに接する半導体磁器ヒータ素子の他の主表面に第３の絶縁体が配設されていることを特徴とする。
【００１８】
さらに、半導体磁器ヒータ素子のヒータ用電極に近接する一主表面に放熱板が面接合されていることを特徴とする。
【００１９】
さらにまた、前記放熱板にカバーが取り付けられ、該放熱板とカバーとの間に空間が形成され、該空間に前記半導体磁器ヒータ素子が収容されていることを特徴とする。
【００２０】
さらにまた、前記放熱板にカバーが取り付けられ、該放熱板とカバーとの間に空間が形成され、該空間に前記半導体磁器ヒータ素子が収容されており、前記カバーに接する半導体磁器ヒータ素子の他の主表面に第３の絶縁体が配設されていることを特徴とする。
【００２１】
これにより、半導体磁器ヒータ素子の発熱面に近接する一主表面からヒータ用電極が取り除かれて、一主表面を平坦にすることができる。そして、半導体磁器ヒータ素子の一主表面と絶縁体との熱接合において直接に面接合させることが可能になり、半導体磁器ヒータ素子から放熱板への熱伝導が良くなる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る半導体ヒータ素子の第１の実施の形態を図１，図２を参照して詳細に説明する。
半導体磁器ヒータ素子２１は、正の抵抗温度特性を有する半導体磁器２２の内部に一対のヒータ用電極２３，２４と、その側面に一対のヒータ用電極２３，２４にそれぞれ導通する一対の外部電極２５，２６とを備えている。
【００２３】
半導体磁器２２は、図２のように、上から順に半導体磁器シート２８，電極シート２９及び所定枚数の半導体磁器シート２８から構成され、これらのセラミックグリーンシートを順に積層圧着して一体に焼結されたものである。
【００２４】
半導体磁器シート２８は、シート引上げ法やドクターブレード法などによって半導体セラミックスラリーから形成された連続状のセラミックグリーンシートが所定の大きさに切断されたものである。電極シート２９は半導体磁器シート２８の一面に対辺から電極パターンの端縁が互いに対向する一対の櫛歯状のヒータ用電極２３，２４が形成されたものである。
【００２５】
かかる構成の半導体磁器ヒータ素子２１は、一対のヒータ用電極２３，２４が半導体磁器２２の内部にあるとともに、一主表面２２ａに略平行な平面上に形成されるものである。そして、ヒータ用電極２３，２４が形成された面は、半導体磁器ヒータ素子２１の一主表面２２ａに近接して設けられる。なお、半導体磁器ヒータ素子２１の一主表面２２ａからヒータ用電極２３，２４までの距離Ｄは、０を含まない５００μｍ未満が好ましい。
【００２６】
次に、本発明に係る半導体ヒータ素子の第２の実施の形態を図３，図４を参照して詳細に説明する。但し、前述の第１の実施の形態と同一部分及び同一機能部分については、同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。
【００２７】
図３において、半導体磁器ヒータ素子３１は、正の抵抗温度特性を有する半導体磁器２２の内部に一対のヒータ用電極２３，２４と、その側面に一対の外部電極２５，２６とを備え、ヒータ用電極２３，２４形成面に近接する一主表面２２ａに第１の絶縁体３２が一体に設けられている。
【００２８】
半導体磁器ヒータ素子３１は、図４のように、上から順に所定枚数の絶縁体シート３３，半導体磁器シート２８，電極シート２９及び所定枚数の半導体磁器シート２８から構成され、これらのセラミックグリーンシートを順に積層圧着して一体に焼結された焼結体からなるものである。
【００２９】
絶縁体シート３３は、シート引上げ法やドクターブレード法などによって絶縁体セラミックスラリーから形成された連続状のセラミックグリーンシートが所定の大きさに切断されたものである。
【００３０】
かかる構成の半導体磁器ヒータ素子３１は、一対のヒータ用電極２３，２４が半導体磁器２２の内部にあるとともに、その一主表面２２ａに近接し、かつ、その一主表面２２ａに略平行な平面上に形成されたものである。また、半導体磁器ヒータ素子３１は、半導体磁器２２の一主表面２２ａには、半導体磁器２２と一体に第１の絶縁体３２を備える。
【００３１】
次に、本発明に係る半導体ヒータ素子の第３の実施の形態を図５を参照して詳細に説明する。但し、前述の第２の実施の形態と同一部分及び同一機能部分については、同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。なお、焼成前の分解斜視図については、図４を援用して説明する。
【００３２】
図５において、半導体磁器ヒータ素子４１は、正の抵抗温度特性を有する半導体磁器２２の内部に一対のヒータ用電極２３，２４と、その側面に一対の外部電極２５，２６とを備え、ヒータ用電極２３，２４形成面に略平行な両主表面２２ａ，２２ｂに第１の絶縁体３２，３２が一体に設けられている。
【００３３】
半導体磁器ヒータ素子４１は、図４のように、上から順に所定枚数の絶縁体シート３３，半導体磁器シート２８，電極シート２９及び所定枚数の半導体磁器シート２８に、さらに図示していないが、その下方に所定枚数の絶縁体シート３３を加えたものから構成され、これらのセラミックグリーンシートを順に積層圧着して一体に焼結し、この焼結体の一対の対向側面に、ヒータ用電極２３，２４にそれぞれ導通する一対の外部電極２５，２６が形成されたものである。
【００３４】
かかる構成の半導体磁器ヒータ素子４１は、一対のヒータ用電極２３，２４が、半導体磁器２２の内部にあるとともに、その一主表面２２ａに近接し、かつ、一主表面２２ａに略平行な平面上に形成されたものである。そして、半導体磁器ヒータ素子４１は、半導体磁器２２の両主表面２２ａ，２２ｂに、半導体磁器２２と一体に第１の絶縁体３２，３２を備える。
【００３５】
なお、第２，第３の実施の形態において、ヒータ用電極２３，２４は半導体磁器２２の内部に設けられたものを示して説明したが、半導体磁器２２の一主表面２２ａに絶縁体３２を一体に設ける場合、ヒータ用電極２３，２４は半導体磁器２２の一主表面２２ａ上、つまり、第１の絶縁体３２と半導体磁器２２との境界面に形成されるものでも良い。そして、半導体磁器２２の一主表面２２ａからヒータ用電極２３，２４の形成面までの距離Ｄは、０を含む５００μｍ未満が好ましい。
【００３６】
また、第１〜第３の実施の形態において、半導体磁器ヒータ素子２１，３１，４１の一対のヒータ用電極２３，２４を一枚の半導体磁器シート２８の同一面上に形成したものを示して説明したが、一枚の半導体磁器シート２８の両面に分割して、すなわち、一面にヒータ用電極２３を他面にヒータ用電極２４を形成したものであってもよい。また、近接する２枚の半導体磁器シート２８にヒータ用電極２３，ヒータ用電極２４を別々に形成したものであっても良い。
【００３７】
次に、本発明に係る半導体磁器ヒータ装置の第１の実施の形態を図６を参照して詳細に説明する。但し、前述の半導体磁器ヒータ素子の第１の実施の形態と同一部分については、同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。
【００３８】
半導体磁器ヒータ装置５１は、半導体磁器ヒータ素子２１と第２の絶縁体５２と第３の絶縁体５３と放熱板５４とカバー５５とから構成される。
第２の絶縁体５２は、アルミナ等の耐熱性及び熱伝導性がよい絶縁板からなり、半導体磁器ヒータ素子２１の一主表面２２ａに面接合できる板状のものである。第３の絶縁体５３は、アルミナ等の耐熱性がよい絶縁板からなり、半導体磁器ヒータ素子２１の他の主表面２２ｂに面接合できる板状のものである。放熱板５４は、アルミニウム等の熱伝導がよいものからなり、第２の絶縁体５２と面接合している。カバー５５は、凹部５５ａを有しており、放熱板５４に取り付けられることにより、放熱板５４と凹部５５ａとの間に空間が形成される。
【００３９】
半導体磁器ヒータ装置５１は、半導体磁器ヒータ素子２１の両主表面２２ａ，２２ｂにそれぞれ第２の絶縁体５２と第３の絶縁体５３を重ねて、放熱板５４とカバー５５とが形成する空間に収容されて構成される。この際、半導体磁器ヒータ素子２１は、ヒータ用電極２３，２４の形成面に近い一主表面２２ａが、放熱板５４側に近接して収容される。
【００４０】
係る半導体磁器ヒータ装置５１は、外部電極２５，２６に通電すると、ヒータ用電極２３，２４の形成面が発熱し、この熱が半導体磁器ヒータ素子２１の一主表面２２ａから第２の絶縁体５２を介して放熱板５４に熱伝導する。
【００４１】
なお、半導体磁器ヒータ装置５１の組み立てに際して、半導体磁器ヒータ素子２１から放熱体５４への熱伝導をよくするために、半導体磁器ヒータ素子２１と第２の絶縁体５２と放熱板５４との接触面は、鏡面状態に研磨されることが好ましい。また、半導体磁器ヒータ素子２１と第２の絶縁体５２と放熱板５４との接触面にできる空気層を除くために、グリス等を介在させることが好ましい。
【００４２】
次に、本発明に係る半導体磁器ヒータ装置の第２の実施の形態を図７を参照して説明する。但し、前述の半導体磁器ヒータ素子３１，４１及び半導体磁器ヒータ装置５１と同一部分については、同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。
【００４３】
半導体磁器ヒータ装置６１は、半導体磁器ヒータ素子４１が放熱板５４とカバー５５とが形成する空間に収容されて構成される。この際、半導体磁器ヒータ素子４１は、ヒータ用電極２３，２４の形成面に近い半導体磁器２２の一主表面２２ａが、放熱板５４側に近接して収容されている。
【００４４】
係る半導体磁器ヒータ装置６１は、外部電極２５，２６に通電すると、ヒータ用電極２３，２４の形成面が発熱し、この熱が図の上側の第１の絶縁体３２を介して放熱板５４に熱伝導する。
【００４５】
なお、半導体磁器ヒータ装置６１の組み立てに際して、半導体磁器ヒータ素子４１から放熱体５４への熱伝導をよくするために、半導体磁器ヒータ素子４１と放熱板５４との接触面は、鏡面状態に研磨されることが好ましい。また、半導体磁器ヒータ素子４１と放熱板５４との接触面にできる空気層を除くために、グリス等を介在させることが好ましい。
【００４６】
なお、半導体磁器ヒータ装置６１において、半導体磁器ヒータ素子４１を用いて説明したが、半導体磁器ヒータ素子４１に替わって図３に示した半導体磁器ヒータ素子３１及び図６に示した第３の絶縁体５３を用いてもよい。
【００４７】
（実施例１）
本発明による実施例１について、図１，図２，図６を援用して説明する。
出発原料として、ＢａＣＯ3 ，ＣａＣＯ3 ，ＴｉＯ2 ，Ｌａ2 Ｏ3 ，Ｍｎ2 Ｏ3 ，ＳｉＯ2 を、所要量調合して半導体磁器組成である（Ｂａ0.797 Ｃａ0.20Ｌａ0.003 ）1.005 ＴｉＯ3 ＋０．０１ＳｉＯ2 ＋０．０００５Ｍｎの調合原料を作成した。
【００４８】
この調合原料に水を加え、玉石とともにポリエチレンポットにいれて、５時間湿式混合粉砕を行い、その後、１１００℃で２時間仮焼して仮焼粉末を得た。この仮焼粉末に、バインダー，分散剤，水を加え、玉石とともに１２時間湿式混合粉砕してセラミックスラリーを得た。このセラミックスラリーからドクターブレード法により厚み５０μｍの半導体磁器シート２８を作製した。この半導体磁器シート２８にニッケルペーストを櫛歯状に塗布、乾燥によってヒータ用電極２３，２４を形成し、電極シート２９を作成した。
【００４９】
次に、図２に示すように、半導体磁器シート２８及び電極シート２９を所要枚数積層圧着して、水素ガス及び窒素ガス中において１３５０℃で２時間焼成して焼結体を得た。この焼結体の対向する一対の側面に外部電極２５，２６を図１のように塗布、乾燥して、８００℃で１時間焼き付けるとともに半導体磁器の再酸化を行い、半導体磁器ヒータ素子２１を作製した。
【００５０】
この半導体磁器ヒータ素子２１は、その外形寸法が縦２０ｍｍ×横３０ｍｍ×高さ３ｍｍであり、その一主表面２２ａから略４０μｍの位置にヒータ用電極２３，２４が形成された。この半導体磁器ヒータ素子２１の一主表面２２ａを鏡面研磨して、この一主表面２２ａに図６のように、厚み２ｍｍのアルミナからなる第２の絶縁体５２及び厚み２ｍｍのアルミニウムからなる放熱板５４をそれぞれの間にグリスを介在させて熱的に密着させるとともに、一主表面２２ａに対向する他の主表面２２ｂには、厚み２ｍｍのアルミナからなる第３の絶縁体５３を配設し、カバー５５でこれらを保持することにより半導体磁器ヒータ装置５１を得た。
【００５１】
（実施例２）
本発明による実施例２について、図３，図４，図７を援用して説明する。
出発原料として、ＢａＣＯ3 ，ＣａＣＯ3 ，ＴｉＯ2 ，Ｌａ2 Ｏ3 ，Ｍｎ2 Ｏ3 ，ＳｉＯ2 を、所要量調合して半導体磁器組成である（Ｂａ0.797 Ｃａ0.20Ｌａ0.003 ）1.005 ＴｉＯ3 ＋０．０１ＳｉＯ2 ＋０．０００５Ｍｎと、絶縁性磁器組成である（Ｂａ0.8 Ｃａ0.2 ）1.00５ＴｉＯ3 ＋０．０１ＳｉＯ2 ＋０．００２Ｍｎの調合原料を作成した。
【００５２】
半導体磁器組成の調合原料からは実施例１と同様にして、半導体磁器シート２８及び電極シート２９を作成した。
実施例１と同様に、絶縁性磁器組成の調合原料に水を加え、玉石とともにポリエチレンポットにいれて、５時間湿式混合粉砕を行った後、１１００℃で２時間仮焼して仮焼粉末を得た。この仮焼粉末に、バインダー，分散剤，水を加え、玉石とともに１２時間湿式混合粉砕した後、ドクターブレード法により厚み５０μｍの絶縁性シート３３を作製した。
【００５３】
次に、図４に示すように、絶縁性シート３３，半導体磁器シート２８及び電極シート２９を所要枚数積層圧着して、水素ガス及び窒素ガス中において１３５０℃で２時間焼成して、絶縁性磁器と半導体磁器が一体の焼結体を得た。この焼結体の対向する一対の側面に外部電極２５，２６を図３のように塗布、乾燥して、８００℃で１時間焼き付けるとともに半導体磁器２２の再酸化を行い、半導体磁器ヒータ素子３１を作製した。
【００５４】
この半導体磁器ヒータ素子３１は、その外形寸法が２０ｍｍ×３０ｍｍ×５ｍｍであり、半導体磁器２２の厚みが３ｍｍに対し第２の絶縁体３２の厚みが２ｍｍである。半導体磁器２２の一主表面２２ａ、つまり、半導体磁器２２と第１の絶縁体３２の境界面から略４０μｍの位置にヒータ用電極２３，２４が形成された。この半導体磁器ヒータ素子３１の図の上側の第１の絶縁体３２の一主表面３２ａを鏡面研磨して、この一主表面３２ａにグリスを介在させて第７図のように厚み２ｍｍのアルミニウムからなる放熱板５４を熱的に密着させるとともに、半導体磁器２２の一主表面２２ａに対向する他の主表面２２ｂには、厚み２ｍｍのアルミナからなる第３の絶縁体５３を配設し、カバー５５でこれらを保持することにより半導体磁器ヒータ装置６１を得た。
【００５５】
（比較例）
従来技術による比較例について、図６，図９を援用して説明する。
半導体磁器シート２８を所要枚数積層圧着後にカットして、実施例１と同様に、半導体磁器ヒータ素子の外形寸法が２０ｍｍ×３０ｍｍ×５ｍｍである焼結体を得た。この焼結体の一主表面に５μｍ厚の櫛歯状電極を形成して、図９に示す半導体磁器ヒータ素子２を作製した。半導体磁器ヒータ素子２の櫛歯状電極７ａ，７ｂの形成面に実施例１と同様に、厚み２ｍｍのアルミナからなる第２の絶縁体５２及び厚み２ｍｍのアルミニウムからなる放熱板５４をそれぞれの間にグリスを介在させて熱的に密着させるとともに、一主表面に対向する下面には、厚み２ｍｍのアルミナからなる第３の絶縁体５３を配設し、カバー５５でこれらを保持することにより半導体磁器ヒータ装置を得た。
【００５６】
上述した実施例１，２及び比較例の半導体磁器ヒータ装置を、図８に示すように、容器６０の底部６０ａの中央部に装着し、容器６０に水６２を入れて後、半導体磁器ヒータ装置に電圧を印加して容器６０を熱する。そして、容器６０中の水６２が沸騰した状態における半導体磁器ヒータ素子の熱抵抗θを求めて表１に示した。但し、熱抵抗θは、式Ｖ2 ／Ｒ＝１／θ×（Ｔ−Ｔａ）で表されるものであり、Ｖは半導体磁器ヒータ素子への印加電圧（１００Ｖ），Ｒは半導体磁器ヒータ素子が動作中の半導体磁器ヒータ素子の抵抗値，Ｔａは容器６０中の水６２の温度（１００℃），Ｔは動作中の半導体磁器ヒータ素子２、及び半導体磁器２２の温度を示す。
【００５７】
【表１】
表１からわかるように、熱抵抗θは比較例の０．６２に対して、実施例１，２が０．４５，０．４２と低く、大きな電力を取り出せる半導体磁器ヒータ装置であることがわかる。さらに、熱抵抗θが０．４２及び０．４５であることから、実施例２である絶縁性磁器と半導体磁器が一体の半導体磁器ヒータ素子３１が実施例１より大きな電力を取り出せることがわかる。
【００５９】
（実施例３）
次に、本発明による実施例３について説明する。実施例２の半導体磁器ヒータ素子３１において、半導体磁器２２の一主表面２２ａからヒータ用電極２３，２４の形成面までの距離Ｄが異なる試料を作成し、前述と同様にして熱抵抗θを測定した。その結果を、一主表面２２ａからヒータ用電極２３，２４までの距離Ｄと熱抵抗θとの関係を表２に示す。表２からも明らかなように、一主表面２２ａからヒータ用電極２３，２４までの距離が５００μｍ未満であれば、熱抵抗θが小さくなることがわかる。
【００６０】
【表２】
【発明の効果】
本発明による半導体磁器ヒータ素子では、ヒータ用電極を半導体磁器に内蔵させることで、ヒータ用電極の厚みによる半導体磁器ヒータ素子表面の凸凹がなくなり、絶縁体との熱結合がよくなる。さらに、半導体磁器ヒータ素子の内部にヒータ用電極を形成したために、ヒータ用電極の形成面から絶縁体を介して放熱板までの距離を小さくでき、熱抵抗が小さく大きな電力を取り出せるという効果が得られる。さらにまた、本発明による半導体磁器ヒータ素子は、半導体磁器の発熱面に近接して配置する絶縁体をチタン酸バリウム系のセラミックで構成することにより、半導体磁器ヒータ素子を絶縁性磁器と半導体磁器とが一体の焼結体で構成することができ、熱抵抗が小さく大きな電力を取り出せるという効果が得られる。
【００６２】
本発明による半導体磁器ヒータ装置では、半導体磁器ヒータ素子の一主表面に凸凹がなく、放熱板への熱伝導がよくなり、熱抵抗が小さく放熱量を増大させることができるという効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の半導体磁器ヒータ素子の第１の実施の形態を示す斜視図である。
【図２】図１の半導体磁器ヒータ素子の焼成前の分解斜視図である。
【図３】本発明の半導体磁器ヒータ素子の第２の実施の形態を示す斜視図である。
【図４】図３の半導体磁器ヒータ素子の焼成前の分解斜視図である。
【図５】本発明の半導体磁器ヒータ素子の第３の実施の形態を示す斜視図である。
【図６】本発明の半導体磁器ヒータ装置の第１の実施の形態を示す一部断面図である。
【図７】本発明の半導体磁器ヒータ装置の第２の実施の形態を示す一部断面図である。
【図８】熱抵抗測定装置の一部断面図である。
【図９】第１従来例の一部切除斜視図である。
【図１０】第２従来例の斜視図である。
【符号の説明】
２１，３１，４１ 半導体磁器ヒータ素子
２２ 半導体磁器
２２ａ 半導体磁器の一主表面
２３，２４ ヒータ用電極
３２ 第１の絶縁体
５１，６１ 半導体磁器ヒータ装置
５２ 第２の絶縁体
５３ 第３の絶縁体
５４ 放熱板
５５ カバー
Claims (10)
- 正の抵抗温度特性を有する半導体磁器が、その内部に一対からなるヒータ用電極と、その側面に該ヒータ用電極とそれぞれ電気的に導通する外部電極とを備えており、
前記一対のヒータ用電極は前記半導体磁器の一主表面から５００μｍ未満（０を含まない）に位置する略平行な平面上に、前記半導体磁器と一体焼結されて形成されていることを特徴とする半導体磁器ヒータ素子。 - 前記一対のヒータ用電極が櫛歯状からなることを特徴とする請求項１に記載の半導体磁器ヒータ素子。
- 正の抵抗温度特性を有する半導体磁器が、その内部に一対からなるヒータ用電極と、その側面に該ヒータ用電極とそれぞれ電気的に導通する外部電極とを備えており、
前記一対のヒータ用電極は前記半導体磁器の一主表面から５００μｍ未満に位置する略平行な平面上、または、半導体磁器の一主表面上に形成されており、
かつ、前記半導体磁器の一主表面または両主表面が第１の絶縁体で覆われており、
前記第１の絶縁体と前記ヒータ用電極と前記半導体磁器とが一体焼結されていることを特徴とする半導体磁器ヒータ素子。 - 前記一対のヒータ用電極が櫛歯状からなることを特徴とする請求項３に記載の半導体磁器ヒータ素子。
- 前記第１の絶縁体がチタン酸バリウム系絶縁性磁器であることを特徴とする請求項３または請求項４に記載の半導体磁器ヒータ素子。
- 請求項１または請求項２に記載の半導体磁器ヒータ素子のヒータ用電極に近接する一主表面に第２の絶縁体が配設されるとともに、該第２の絶縁体を介して前記一主表面に放熱板が面接合されていることを特徴とする半導体磁器ヒータ装置。
- 前記放熱板にカバーが取り付けられ、該放熱板とカバーとの間に空間が形成され、該空間に前記半導体磁器ヒータ素子と第２の絶縁体が収容されており、前記カバーに接する半導体磁器ヒータ素子の他の主表面に第３の絶縁体が配設されていることを特徴とする請求項６に記載の半導体磁器ヒータ装置。
- 請求項３〜５のいずれかに記載の半導体磁器ヒータ素子のヒータ用電極に近接する一主表面に放熱板が面接合されていることを特徴とする半導体磁器ヒータ装置。
- 前記放熱板にカバーが取り付けられ、該放熱板とカバーとの間に空間が形成され、該空間に前記半導体磁器ヒータ素子が収容されていることを特徴とする請求項８に記載の半導体磁器ヒータ装置。
- 前記放熱板にカバーが取り付けられ、該放熱板とカバーとの間に空間が形成され、該空間に前記半導体磁器ヒータ素子が収容されており、前記カバーに接する半導体磁器ヒータ素子の他の主表面に第３の絶縁体が配設されていることを特徴とする請求項８に記載の半導体磁器ヒータ装置。
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