Brevet FR2551910A1 — publié le 19850315

DISPOSITIF RESISTANT A COEFFICIENT DE TEMPERATURE POSITIF La présente invention concerne un dispositif résistant à coefficient de température positif (PTC) qui tient lieu de résistance et de thermistance à coefficient de température positif Un dispositif PTC est utilisé comme dispositif de réglage de courant dans un démarreur de moteur, comme dispositif d'évaporation de mazout dans un four à mazout, comme bouteille thermique, et/ou comme élément chauffant pour un bâton antimoustique. Une résistance PTC a pour caractéristiques d'avoir une valeur de résistance élevée à température élevée et, par conséquent, de ne pas présenter un danger de surchauffe d'un élément chauffant, car la consommation d'énergie est réduite automatiquement à température éle15 vée Un élément PTC est constitué principalement de titanate de baryum. Il y a eu certaines inventions relatives à un dispositif PTC Le brevet des E U A n 4 232 214 déposé par la Demanderesse en constitue l'une d'elles. D'une manière classique, une résistance PTC a une structure comprenant une plaque PTC plate, des couches d'électrodes d'argent fixées sur les deux surfaces de la plaque PTC, et deux électrodes reliées électriquement aux couches d'argent Cependant, cette structure classi25 que a l'inconvénient de présenter un effet de migration d'argent, dans lequel une molécule d'argent d'une couche d'argent se déplace de la couche d'argent jusqu'à la plaque PTC le long de la surface extérieure de la plaque quand une tension est appliquée entre les électrodes de 30 la résistance PTC, et les électrodes sont finalement court-circuitées Cet effet de migration d'argent est très important dans des conditions de température élevée. L'effet de migration d'argent pourrait être maîtrisé si les couches d'électrodes étaient remplacées par une 2 2551910 couche d'or, une couche de platine, ou une couche de palladium Cependant, le remplacement par ces matériaux extraînerait l'augmentation du coût de production d'une résistance PTC et, par conséquent, ces remplacements ne sont pas préférables. Un autre système antérieur pour maîtriser l'effet de migration d'argent consiste à prévoir une barrière antimigration d'argent avec un autre métal sur une couche d'argent Cependant, cette technique a l'inconvénient 10 d'augmenter également le coût de production d'une résistance PTC et/ou de rendre instable à température élevée la couche de barrière. En conséquence, on a développé une nouvelle structure de résistance PTC que l'on croit exempte de migra15 tion d'argent La structure de ce dispositif PTC est représentée sur les Figures 1 à 3, o l'élément chauffant PTC comprend la plaque PTC 1, une paire de premières couches conductrices 2 qui sont constituées d'un métal autre que l'argent et qui sont en contact avec la plaque PTC par un contact ohmique, et une seconde paire de couches conductrices 3 qui sont constituées principalement d'argent et qui sont fixées sur les premières couches de sorte qu'un espace G est laissé à la périphérie circulaire des premières couches 2 Cette structure est exempte 25 de migration d'argent, puisque les premières couches qui sont en contact direct avec la plaque PTC sont constituées d'un autre métal, et non d'argent, et la plaque PTC conserve les caractéristiques d'un coefficient de température positif puisque les premières couches assurent 30 le contact ohmique avec la plaque PTC En outre, puisque les premières couches 2 sont prévues sur toutes les surfaces de la plaque PTC, la densité de courant dans la plaque PTC peut être uniforme et, par conséquent, la génération de chaleur dans la plaque PTC est également uni35 forme Ces premières couches 2 sont constituées par un procédé de dépôt par électrolyse, par un procédé de dépôt 3 2551910 ionique, par un procédé de pulvérisation, ou par un procédé d'impression par écran. En outre, puisque les secondes couches 3 sont constituées sur les premières couches 2, les conductivi5 tés des électrodes entières sont faibles malgré la conductivité élevée des premières couches qui ne comprennent pas d'argent On notera que les secondes couches qui sont constituées d'argent ne sont pas en contact direct avec une plaque PTC, puisqu'un espace G est prévu à la péri10 phérie des couches et, par conséquent, on empêche la migration d'argent par les secondes couches De préférence, la largeur de l'espace G est d'environ 0,1 à 4 mm. Cependant, on s'est rendu compte que la structure des Figures 1 et 2 avait l'inconvénient tel que décrit conformément à la Figure 3, o les références numériques 4 et 5 indiquent des électrodes de bornes pour relier l'élément chauffant PTC à un circuit extérieur, et o les électrodes 4 et 5 sont en contact avec les secondes couches sur presque toute la surface des secondes couches. 20 Dans la structure de la Figure 3, quand les électrodes 4 et 5 sont incurvées ou déformées par une température élevée en raison du chauffage de la résistance PTC, les électrodes 4 et 5 ne peuvent être en contact avec les premières couches que dans la partie de l'espace G On notera que la conductivité des premières couches est élevée puisqu'elles sont constituées d'un métal qui n'est pas l'argent (certains exemples des premières couches sont le nickel, le laiton ou l'aluminium) et, par conséquent, la résistance de contact dans l'espace G entre les 30 électrodes 4 et 5 et les premières couches est plutot élevée, et la partie de l'espace G est donc partiellement chauffée d'une manière excessive L'élément chauffant PTC proprement dit est alors rompu par cette perte de chaleur partielle Cet inconvénient provient du contact partiel 35 des électrodes 4 et 5 avec les premières couches dans l'espace G. 4 2551910 Un but de la présente invention est de surmonter les inconvénients et limitations d'une résistance PTC antérieure en fournissant une résistance PTC nouvelle et perfectionnée. Un autre but de la présente invention est de fournir un élément chauffant PTC exempt de l'effet de migration d'argent, ainsi que d'un chauffage partiel excessif dans la partie d'espace. Les buts ci-dessus et d'autres sont atteints par 10 un dispositif résistant PTC caractérisé en ce qu'il comprend un élément résistant PTC comportant une plaque PTC semiconductrice plate de résistance à coefficient de température positif, une paire de premières couches conductrices fixées sur les deux surfaces de la plaque plate, 15 et une paire de secondes couches conductrices fixées sur les premières couches conductrices de sorte qu'un espace allongé G dans lequel ne se trouve aucune seconde couche conductrice est obtenu à la périphérie des premières couches conductrices, dans lequel les premières couches con20 ductrices sont constituées d'un métal qui n'est pas de l'argent et dans lequel les secondes couches conductrices sont constituées d'un métal dont le composant principal est l'argent; un logement constitué d'un matériau isolant pour monter l'élément résistant PTC; une paire de bornes 25 comportant chacune une découpure de connexion, une partie convexe, et une partie centrale située entre la découpure et la partie convexe, les bornes étant constituées d'un matériau conducteur élastique; et ledit élément résistant PTC étant supporté par lesdites parties 30 convexes des bornes de sorte que les parties convexes pressent les secondes couches. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention seront mis en évidence dans la description suivante, donnée à titre d'exemple non limitatif, 35 en référence aux dessins annexés dans lesquels: la figurel est une vue en plan d'un dispositif ré- 2551910 sistant PTC qui a été expérimenté pendant la recherche de la présente invention; la figure 2 est une vue en coupe transversale de la structure de la Figure 1; la figure 3 est une vue en coupe transversale assemblée du dispositif résistant PTC de la Figure 1; la figure 4 est une vue en coupe transversale du dispositif résistant PTC selon la présente invention; la figure 5 est une vue en perspective d'une électro10 de, 41 et 51, de la Figure 4; la figure 6 est une modification du dispositif résistant PTC selon la présente invention; la figure 7 est un schéma de circuit d'un démarreur de moteur qui est une des applications du dispositif PTC 15 de la présente invention; et la figure 8 est une vue en coupe transversale de la structure de la modification du dispositif résistant PTC de la présente invention. La Figure 4 représente une coupe transversale du 20 dispositif résistant PTC selon la présente invention o les mêmes références numériques que celles des Figures 1 à 3 indiquent les mêmes éléments que ceux de ces figures. Sur la Figure 4, la référence numérique 6 indique un logement isolant fermé constitué, par exemple, d'une résine plastique moulée, et qui comporte deux parties saillantes 61 faisant saillie à l'intérieur du logement Deux bornes 4 et 5 sont fixées au logement 6 de sorte qu'une extrémité de chacune des bornes 4 et 5 est hors du logement 6, et que l'autre extrémité de ces bornes 4 et 5 est incur30 vée ou convexe Ces bornes 4 et 5 sont constituées d'un matériau élastique de sorte qu'on peut s'attendre à une action élastique des bornes Les extrémités incurvées de ces bornes sont en face l'une de l'autre de sorte que les surfaces convexes sont en face l'une de l'autre. Le dispositif résistant PTC 7 est supporté entre les parties convexes 41 et 51 des bornes 4 et 5 par l'ac- 6 2551910 tion élastique de ces bornes 4 et 5 Le dispositif résistant PTC 7 comprend une plaque PTC plate 1, une paire de premières couches conductrices 2 constituées d'un métal autre que l'argent et fixées sur les deux surfaces de la plaque PTC 1 de sorte que les couches 2 fournissent le contact ohmique avec la plaque PTC 1, une paire de secondes couches 3 constituées principalement d'argent et fixées sur les premières couches 2 La seconde couche 3 constituée d'argent est prévue de sorte que la résistan10 ce totale des couches 2 et 3 est suffisamment faible pour produire une densité de courant uniforme dans le dispositif résistant PTC, et que la résistance de contact des couches avec un élément élastique est faible Comme le montre la Figure 4, la surface des secondes couches est 15 inférieure à celle des premières couches et, par consequent, l'espace G en forme d'anneau allongé est obtenu autour de la périphérie des premières couches On notera qu'aucun matériau de seconde couche ne se trouve dans l'espace G De préférence, la largeur de l'espace G est 20 d'environ 0,1 à 4 mm. Le dispositif résistant PTC 7 est placé entre les parties saillantes 61 qui empêchent le mouvement latéral du dispositif résistant PTC 7 De préférence, on laisse un petit espace entre l'extrémité du dispositif résis25 tant PTC 7 et chaque partie saillante 61 de sorte que le dispositif résistant 7 n'est pas directement en contact avec les parties saillantes 61 par la dilatation thermique du dispositif résistant 7. Si le dispositif résistant PTC était en contact di30 rect avec le logement, les caractéristiques du dispositif résistant PTC seraient détériorées en raison de la dissipation de chaleur jusqu'au logement. La forme de l'espace G est celle d'un anneau en forme de O quand un dispositif résistant PTC est circu35 laire; autrement, elle peut etre rectangulaire quand un dispositif résistant PTC est rectangulaire. 7 2551910 La Figure 5 représente la structure détaillée des bornes 4 et 5 qui comportent une langue extérieure ou découpure de connexion A servant à un couplage avec un circuit extérieur, une extrémité convexe B, et une par5 tie centrale C située entre la langue A et l'extrémité convexe B De préférence, l'extrémité convexe B comprend un ensemble de bras convexes parallèles b, b 2 et b en prévoyant certaines fentes entre ces bras La partie centrale C peut comporter une partie saillante D qui entre 10 en contact avec le logement 6 pour positionner les bornes 4 et 5 par rapport au logement 6. Les extrémités convexes 41 et 51 maintiennent en sandwich le dispositif résistant PTC 7 à peu près dans la partie centrale du dispositif résistant PTC comme le 15 montre la Figure 4 et, par conséquent, même quand les bornes 4 et 5 et/ou le dispositif résistant PTC 7 sont déformés à température élevée, les bornes 4 et 5 ne touchent pas les premières couches 2 dans l'espace G En conséquence, il ne se produit aucun courant intense par20 tiel, ni aucun chauffage excessif partiel dû au contact direct entre les premières couches 2 et les bornes 4 et 5. La Figure 6 représente la structure d'un autre exemple de réalisation des bornes 4 et 5, dans laquelle 25 les bornes 4,5, comportent un ensemble de parties saillantes convexes 41 et 51, alors que l'exemple de réalisation des Figures 4 et 5 comporte une seule partie saillante convexe Le dispositif résistant PTC 7 est supporté entre les parties saillantes convexes d'une paire de bor30 nes 4 et 5 par l'action élastique de ces lames de bornes. Un ensemble de parties saillantes sur les lames de bornes améliorent le positionnement stable du dispositif résistant PTC. La Figure 7 est un schéma de circuit d'un démar35 reur de moteur qui est une des applications du dispositif résistant PTC de la présente invention Sur la figure, 8 2551910 le symbole M indique un moteur àn U Ct Ji On, L 1 indique un enroulement principal du moteur M, L 2 indique un enroulement secondaire du moteur M, C 1 indique un condensateur, PTC in5 dique le dispositif résistant PTC de la présente invention, et AC indique la source de courant alternatif commerciale D'une manière classique, on a utilisé un contacteur au lieu du dispositif PTC, et, quand le moteur démarre, le contacteur est coupé Ce contacteur est rem10 placé dans la présente invention par un dispositif PTC qui a une faible résistance à basse température, cette résistance faible correspondant à un contacteur branché. Quand le moteur M démarre, le courant dans le dispositif PTC élève la température du dispositif PTC à un niveau haut et la résistance du dispositif devient alors élevée. Cette résistance élevée correspond à un contacteur coupé. En conséquence, ce dispositif PTC fonctionne comme un contacteur dans un circuit démarreur de moteur à'induction, celui-ci ayant pour avantage d'éviter l'utilisa20 tion d'un contact mécanique et de ne pas produire d'étincelles. La Figure 8 est une vue en coupe transversale de la modification de la structure du dispositif PTC de la présente invention Sur la figure, la référence numérique 25 6 a indique un logement constitué d'un matériau isolant et comportant une paire de parties saillantes 61 pour empêcher le mouvement de l'élément résistant PTC 7, et une autre paire de parties saillantes 71 qui empechent également le mouvement de l'élément 7 L'élément PTC 7 est fixé dans le compartiment défini par ces parties saillantes 61 et 71 par l'action élastique des bornes élastiques 4 a et 5 a Chacune de ces bornes 4 a et 5 a comporte une partie essentiellement en forme de U qui a une paire d'extrémités convexes ( 4 a-2, 5 a-2), une découpure de connexion ( 4 a-l,5 Sa-1), et une partie centrale( 4 a-3, a3) pour coupler la découpure de connexion et la partie en forme de U avec les extrémités convexes La découpure de connexion ( 4 a-l,5 a-1) est fixée dans un compartiment défini par la partie saillante 81, et elle sert à coupler le dispositif PTC avec un circuit extérieur par l'en5 gagement d' une broche extérieure dans la découpure de connexion. On peut prévoir,comme modification de forme d'un dispositif résistant PTC, un cylindre creux au lieu d'une plaque plate Dans le cas d'une forme cylindrique, les couches d'électrodes sont fixées sur la surface extérieure et la surface intérieure du corps cylindrique, et on prévoit évidemment une paire d'espaces en forme d'anneaux dans lesquels ne se trouve aucune couche d'argent aux deux extrémités du corps cylindrique. Comme on l'a décrit en détail plus haut, selon la présente invention, on empêche complètement un effet de migration d'argent résultant de l'utilisation d'une électrode d'argent, et,en meme temps, le chauffage partiel excessif par le contact direct entre une borne exté20 rieure et les premières couches est également évitéAinsi, on obtient une résistance PTC ayant une fiabilité élevée de fonctiornement sans migration d'argent et sans chauffage excessif. Il ressort de ce qui précède qu'on a trouvé une 25 résistance PTC nouvelle et perfectionnée On remarquera évidemment que les exemples de réalisation décrits sont simplement donnés à titre d'illustration et qu'ils ne sont pas destinés à limiter le cadre de l'invention telle que définie dans les revendications qui suivent. 2551910 REVENDICATIONS 1 Dispositif résistant à coefficient de température positif (PTC), caractérisé en ce qu'il comprend: a) un élément résistant PTC comportant une plaque de céramique semiconductrice PTC ayant une résistance à coefficient de température positif( 1), une paire de premières couches conductrices ( 2) fixées sur les deux surfaces de la plaque et une paire de secondes couches conductrices ( 3) fixées sur les premières couches conductrices de sorte qu'un espace allongé G dans lequel 10 ne se trouve aucune seconde couche conductrice est obtenu à la périphérie des premières couches conductrices, dans lequel les premières couches sont constituées d'un métal autre que l'argent, et dans lequel les secondes couches conductrices sont constituées d'un métal dont le 15 composant principal est l 'argent; b) un logement ( 6) constitué d'un matériau isolant pour fixer ledit élément résistant PTC ( 7); c) une paire de bornes ( 4,5) comportant chacune une découpure de connexion (A; 4 a-1,5 a- 1), une partie con20 vexe (B; 4 a-2,5 Sa-2), et une partie centrale (C; 4 a-3,5 a-3) située entre la langue et la partie convexe, lesdites bornes étant constituées d'un matériau conducteur élastique; d) ledit élément résistant PTC étant supporté par 25 les parties convexes de la paire de bornes par une action élastique de sorte que les parties convexes pressent les secondes couches. 2 Dispositif résistant PTC selon la revendication 1, caractérisé en ce la partie convexe des bornes compor30 te un ensemble de bras convexes parallèles (blb 2,b 3). 3 Dispositif résistant PTC selon la revendication 1, caractérisé en ce que le logement( 6)comporte une paire de parties saillantes ( 61) faisant saillie vers l'intérieur d'un compartiment du logement de sorte que ces par35 ties saillantes empêchent un mouvement de l'élément l 2551910 chauffant PTC. 4 Dispositif résistant PTC selon la revendication 1, caractérisé en ce que chacune des bornes comporte un ensemble de parties convexes ( 41,51) le long de la direction longitudinale de la borne. Dispositif résistant PTC selon la revendication 1, caractérisé en ce que la partie centrale des bornes comporte une partie saillante (D) qui est mise en contact avec le logement ( 6) de sorte que la borne est 10 fixée rigidement au logement. 6 Dispositif résistant PTC selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'élément résistant PTC a une forme circulaire. 7 Dispositif résistant PTC selon la revendica15 tion 1, caractérisé en ce que la largeur dudit espace G est d'environ 0,1 à 4 mm. 8 Dispositif résistant PTC selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit espace a une forme d'anneau circulaire. 9 Dispositif résistant PTC selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit espace est rectangulaire. Dispositif résistant PTC selon la revendication 1, caractérisé en ce que la plaque PTC est une pla25 que plate.