(57)【要約】【課題】本発明は自己調節電気抵抗発熱体、それを含む器具、および、それらの製造のためのプロセスに関する。【解決手段】この自己調節電気抵抗発熱体は、・非導電性基板（１２）と；・前記基板上に付着された所定の動作温度未満の正または負の温度係数の抵抗を有する第１金属酸化物（１４）と；・前記第１金属酸化物に隣接して、前記基板上に付着された前記第１金属酸化物とは反対の温度係数の抵抗を有する第２金属酸化物（１６）と；・第１および第２電気接点（１８；２０）であって、前記第１および第２金属酸化物を通って電流が当該接点の間を流れることができるように位置された、第１および第２電気接点（１８；２０）と、を具備する。それぞれの金属酸化物を、例えば目立たないライン、トラック、または領域において、相互に隣接して、相互間で接触するか、あるいは良好な電気接触を確実にするために十分重ねた状態で、設置することによって、例えば洗濯機、食器洗い機、または回転式乾燥機などの場合であることがある（例えばケトル要素である２０と比較して）広い面積が必要とされる応用のための自己調節電気抵抗発熱体を提供することが可能である。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
・非導電性基板（１２）と；
・前記基板上に付着された所定の動作温度未満の正または負の温度係数の抵抗を有する第１金属酸化物（１４）と；
・前記第１金属酸化物に隣接して前記基板上に付着された、前記第１金属酸化物とは反対の温度係数の抵抗を有する第２金属酸化物（１６）と；
・第１および第２電気接点（１８；２０）であって、前記第１および第２金属酸化物を通って電流が当該接点の間を流れることができるように位置された、第１および第２電気接点（１８；２０）と、を具備する、自己調節電気抵抗発熱体（１０）であって、
前記第１および第２金属酸化物は組み合わせで、周囲温度から前記所定の動作温度まで実質的に一定の合成抵抗、および、前記動作温度より上で抵抗に非常に著しい増加を提供する、自己調節電気抵抗発熱体。
【請求項２】
前記第１金属酸化物は、少なくともニッケル、鉄、およびクロムの酸化物である、請求項１に記載の自己調節電気抵抗発熱体。
【請求項３】
前記第２金属酸化物は、強誘電性材料である、請求項１〜２のうちのいずれか１項に記載の自己調節電気抵抗発熱体。
【請求項４】
前記強誘電性材料は、ペロブスカイト型の結晶構造であり、一般式ＡＢＯ３のものであり、ここでＡは、一価、二価、または三価カチオンであり、Ｂは、五価、四価、または三価カチオンであり、Ｏ３は、酸素アニオンである、請求項３に記載の自己調節電気抵抗発熱体。
【請求項５】
ドープされたチタン酸バリウムである、請求項４に記載の自己調節電気抵抗発熱体。
【請求項６】
顆粒状粒子を含む、請求項３〜５のうちのいずれか１項に記載の自己調節電気抵抗発熱体。
【請求項７】
前記顆粒状粒子は、液体内に、すなわちスラリー、分散系もしくはペーストとして、置かれる、請求項６に記載の自己調節電気抵抗発熱体。
【請求項８】
２０〜１００ミクロンの粒度を有する、請求項６または７に記載の自己調節電気抵抗発熱体。
【請求項９】
前記強誘電性材料は、５００μｍまでの厚みを有する層中に存在する、請求項３〜８のうちのいずれか１項に記載の自己調節電気抵抗発熱体。
【請求項１０】
前記第１および第２金属酸化物は、それらの境界で重なる（２２）、請求項１〜９のうちのいずれか１項に記載の自己調節電気抵抗発熱体。
【請求項１１】
前記第１および第２金属酸化物は、導電性接点（２４）によって分離される、請求項１〜９のうちのいずれか１項に記載の自己調節電気抵抗発熱体。
【請求項１２】
請求項１〜１１のうちのいずれか１項に記載の発熱体を具備する、電気器具。
【請求項１３】
前記基板は、非平面である、請求項１〜１２のうちのいずれか１項に記載の電気器具。
【請求項１４】
自己調節抵抗発熱体の製造のためのプロセスであり、
・所定動作温度未満の正または負の温度係数の抵抗を有する第１金属酸化物（１４）を、非導電性基板に適用することと、
・前記第１金属酸化物とは反対の温度係数の抵抗を有する第２金属酸化物（１６）を、前記第１金属酸化物に隣接して前記基板に適用することと、
・第１電気接点（１８）および第２電気接点（２０）であって、電流が、前記第１および第２金属酸化物を通って当該接点の間を流れることができるような第１電気接点（１８）および第２電気接点（２０）を適用することと、を含むプロセスであって、
前記第１および第２金属酸化物が組み合わせで、周囲温度から前記所定動作温度まで実質的に一定の合成抵抗、および、前記動作温度より上で抵抗の非常に著しい増加を提供する、プロセス。
【請求項１５】
正の温度係数を有する前記金属酸化物（１４）は、複数の層として適用される、請求項１４に記載のプロセス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自己調節電気抵抗発熱体、それを含む器具、および、それらの製造のためのプロセスに関する。
【背景技術】
【０００２】
管状で層をなした種々のタイプ、またはスクリーン印刷タイプの従来の電気発熱体は、自己調節特性を有さず、電源に接続されると、焼損して自滅することによって機能しなくなるまで熱くなり続けることになる。
【０００３】
何らかの形態の温度感知制御装置と直列に結合することによって、器具内のこれら従来要素が安全に使用され、その温度感知制御装置は、所定の温度レベルに到達したら電源供給を効果的に切断する。
【０００４】
一般的に、これらの温度感知制御装置は、様々な配置でバイメタルを組み込み、所定温度でまたは所定温度付近で曲がり、電源供給接触を「壊す」機械的作用を提供し、ゆえに関係する要素への電力供給を中断するようなバイメタル構成要素の能力に頼る。
【０００５】
そのような温度感知バイメタル制御装置、および他の同様の制御装置は、広く使用され、高品質標準に生産されるが、それら制御装置は一般的に機械的で、全ての機械的大量生産装置のように、使用と共に増加する不具合の可能性にさらされる。
【０００６】
そのような温度感知制御装置の操作上の不具合は結果として、潜在的に使用者に大惨事をもたらす、関連要素の過熱および自滅をもたらすことになる。
【０００７】
自己制御特徴を有する電気発熱体が入手可能である。これらは、通常、少量の他の金属でドープされたチタン酸バリウムの様々な構成物から製造される。それらの抵抗は、温度が、「切換え」温度としても知られているキュリー点付近まで上昇されると、１０の数乗（ｓｅｖｅｒａｌ  ｐｏｗｅｒｓ  ｏｆ  ｔｅｎ）だけ増加する。しかしながら、そのような発熱体は、それらの広範囲にわたる応用および使用を大幅に制限する多くの限界を有する。それらのいくつかを以下に提示する：
・ドープされたチタン酸バリウムの主な不利益な点は、そのような材料の抵抗率が、周囲温度から「切換え」温度すなわちキュリー点までの温度範囲にわたって一定でなく、むしろ抵抗率は高い値まで増加する前、温度の上昇と共に進行的に低下するという固有の特性である。
・さらなる不利益な点は、そのような材料における抵抗の低下の速度および大きさが、使用されるドーパントまたはドーパントの組み合わせの組成および濃度にしたがって明らかに変化することである。
上記の結果として、そのような構成物から製造された発熱体は、周囲温度で測定された抵抗から、「切換え」温度すなわちキュリー点の直前の抵抗まで著しく低下する動作上の抵抗を示し、低下は最初の抵抗の半分ほどの高さでありうる。さらに、この低下は、予測不可能な方法で起こる。
【０００８】
上記の不具合は、家庭用器具製造業者、およびそのような要素を利用する他の業者に、出力を最大にするために、そのような要素をどの周囲抵抗に生産するかを決定する問題をもたらす。
【０００９】
この説明として、単相の２３０ボルト交流電源を用いて動作する家庭用水加熱装置内の従来要素の使用を検討する。２３０ボルト器具に許容される最大電流は、１３アンペアであり、オームの法則によれば、これはそのような単一要素器具の最大出力をおよそ３キロワットに定義し、その結果として利用される発熱体の最小抵抗を１７．７オームに定義する。
【００１０】
一般に、そのような従来要素の抵抗は、動作温度における増加と共にわずかに増加するが、およそ１〜２％だけである。その結果として、要素による熱の生成、および、このエネルギーの水への移動は、温度が最低のときに最大であり、沸点に到達したらここからわずかにだけ低下される。
【００１１】
同じ電力および電流限界が、「切換え」すなわちキュリー点付近の温度において１７．７オームの最小抵抗であることが必要となるようにドープされたチタン酸バリウム要素に適用され、結果として周囲温度でより高い抵抗をもたらす。適切な温度範囲にわたって抵抗減少が、例えば２５％あると仮定すると、典型的なドープされたチタン酸バリウム要素は、２３．６オームの周囲抵抗で生産されることが必要であろう。オームの法則を使用すると、水加熱サイクルの開始時に利用可能な熱エネルギーはたった２．２４ｋｗであり、沸点に到達したときのみ３ｋｗまで上昇することが示されうる。これは、国内器具製造業者によって必要とされるものと反対の効果であり、キュリー点「切換え」温度が１２０℃であるドープされたチタン酸バリウム構成物の抵抗温度特徴の一例は、図１に示されている。
【００１２】
ドープされたチタン酸バリウム要素に伴うさらなる不利益な点は、それらを生産するために使用される方法から生じる。ドープされたチタン酸バリウムは、それらの特定の温度／抵抗特性を、主に、任意の特定部品の大部分のマトリックスを構成する個々の粒子の間の粒界の特徴から得る。ゆえに、ドープされたチタン酸バリウムから作製された物体は、必要とされる仕上がった物体に応じて適切なサイズおよび形状に、通常結合剤と共に、適切な組成の微粉末粒子の必要とされる量をプレス内で共に圧縮すること、かつ、その後均質な製品を生産するために必須な温度で圧縮された塊を炉内で焼結すること、によって生産される。これは妥当な製造プロセスであるが、圧縮段階からの完全に密でない、したがって一様な動作特徴を示さない製品、あるいは、焼結段階からの残留応力を有する製品をもたらす場合がある。結果として、その製品は、その後の熱サイクルの間に、亀裂および動作上の不具合を起こす傾向にある。したがって、要素を予備試験して不合格の要素が廃棄される必要がある。
【００１３】
本発明者は先に、自己調節発熱体を生産するために２つの異なる金属酸化物を使用することを提案した。公開された出願は、英国特許出願公開第２３４４０４２号、同第２３７３８３号、および、同第２３７４７８４号を含む。最も関連するものは英国特許出願公開第２３７４７８３号であり、これは導電性金属基板上に付着された異なる金属酸化物の連続層（強調が加えられた）を使用することを提案しており、金属酸化物の層は、異なる組成および酸化度の双方を有する。実際、その出願は、チタン酸バリウムと組み合わせたニッケルクロム型の金属酸化物の使用を提案している。重要なことに、この出願および他方の出願の双方は、双方の金属酸化物層が溶射技術を使用して付着される方法論を教示する。本発明者は、より前の出願に開示され利用された方法論は、ドープされたチタン酸バリウムの溶射が結果としてドーパントの破壊をもたらしたので、所望の特徴を有する要素をもたらさなかったということを見出した。
【００１４】
現在公開はされていない国際特許出願第ＰＣＴ／ＧＢ２００７／００４９９９号において、本発明者は、連続層が据え付けられ所望の特徴を有する自己調節発熱体を結果としてもたらした方法論を開示している。
【００１５】
本発明者は現在、「相互の上に」異なる金属酸化物を据え付けること、および層を通して電流を流すことに加えて、それぞれの金属酸化物を、例えば目立たないライン、トラック、または領域において、相互に隣接して、相互間で接触するか、あるいは良好な電気接触を確実にするために十分重ねた状態で、設置することもまた可能であることを確定した。
【００１６】
そのような代替的配列は、まず発明者にとって明らかではなかった。
【００１７】
そのような配列は、（例えばケトル要素と比較して）広い面積が網羅されるべき場合、例えば、洗濯機、食器洗い機、または回転式乾燥機、あるいは、例えば対流式暖房、床下暖房、蓄熱ヒーターなど広い面積の家庭用応用などの場合であることがあり、火事を避けるために制御の確実性が必須である、これらの暖房応用に原理を適用する際の問題を克服する。
【００１８】
直線的に金属酸化物を電気的に接続することが、この問題を克服し、広い面積が網羅されることが可能である。
【００１９】
勿論、英国特許第２３０７６２９号、および同第２３４０３６７号は、異なる温度係数
を有する抵抗トラックが使用される配列を開示しているが、双方とも動作制御を達成し電気素子の過熱を防ぐために外付け回路またはスイッチング装置に頼るものである。その結果として、それらは「自己調節」ではない。
【００２０】
より詳細には、英国特許第２３０７６２９号は、直列の異なる温度係数の抵抗を有する２つの異なる長さの抵抗トラックで構成されている要素を開示する。トラックを組み合わせる効果は、それぞれのトラックにわたる動作電圧降下が顕著に異なり、温度における増加と共に変化するということである。別個の制御回路が使用されて、２つの別個のトラックにわたる電圧降下における変化を連続的に比較し、いったん特定の電圧損失率が特定の動作温度で到達したら、電力のスイッチを切る、すなわち動作を中止する。したがって、要素の調節は、外付け制御回路に完全に依存しており、抵抗トラックを含む材料の特性に依存していない。
【００２１】
英国特許第２３４０３６７号において、動作温度限界は、要素に対する電源と直列に接続された従来のバイメタルスイッチの起動に頼る。このバイメタルスイッチは、そのスイッチを、負の温度抵抗係数を有して、正の温度抵抗係数を有する抵抗トラックの大部分よりも優先的に熱くなる、発熱体トラックの小さい部分の上方または非常に近くに位置することによって「優先的に」起動される。しかしながら、トラックの負の温度係数抵抗部分の優先的温度上昇は、封入装置の使用によって、冷却水の存在を、負の温度係数抵抗より上の要素のその領域に制限することに依存している。
【００２２】
上記の双方の特許は、異なる温度係数抵抗を有する２つの構成要素から構成されている要素トラックについて述べているが、双方における最終的な制御は、外部スイッチおよび／または制御回路を使用して達成される。
【００２３】
基板が実際に導電回路の部分を形成し、かつ、金属酸化物の抵抗素子のトラック長さが、たった約８０〜１６０ミクロンである、積み重ねられた配列から、トラック長さがセンチメートルで（またはメートルさえ可能である）測定されるであろう、並んだ配列への移行は、決して明らかではない。この異なる配列は、全く異なる材料課題を提示する。また、積み重ねられた配列とは対照的に、並んだ配列に使用される基板は、非導電であり、電気抵抗回路の部分を形成しない。２つの金属酸化物要素構成物をこれら２つの非常に異なる基板に適用することは、ここでもまた、異なる課題をもたらす。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００２４】
【特許文献１】英国特許出願公開第２３４４０４２号
【特許文献２】英国特許出願公開第２３７３８３号
【特許文献３】英国特許出願公開第２３７４７８４号
【特許文献４】英国特許出願公開第２３７４７８３号
【特許文献５】国際特許出願第ＰＣＴ／ＧＢ２００７／００４９９９号
【特許文献６】英国特許第２３０７６２９号
【特許文献７】英国特許第２３４０３６７号
【発明の概要】
【００２５】
本発明の第一態様にしたがい、自己調節電気抵抗発熱体が提供されており、この自己調節電気抵抗発熱体は、
・非導電性基板（１２）と；
・前記基板上に付着された所定の動作温度未満の正または負の温度係数の抵抗を有する第１金属酸化物（１４）と；
・前記第１金属酸化物に隣接して前記基板上に付着された、前記第１金属酸化物とは反対の温度係数の抵抗を有する第２金属酸化物（１６）と；
・第１および第２電気接点（１８；２０）であって、前記第１および第２金属酸化物を通って電流が当該接点の間を流れることができるように位置された、第１および第２電気接点（１８；２０）と、を具備し、
前記第１および第２金属酸化物は組み合わせで、周囲温度から所定の動作温度まで実質的に一定の合成抵抗、および、動作温度より上で抵抗に非常に著しい増加を提供する。
【００２６】
電気発熱体であって、前記発熱体の抵抗率および抵抗が周囲温度から必要とされる動作限界までの温度範囲にわたってほぼ一定であるが、いったん動作温度がその所定動作限界をわずかにでも超えると、抵抗が１０以上の倍率で増加する、必要とされる自己制御特徴を有する、電気発熱体を提供することによって、より安全でより効率的な要素をもたらす。
【００２７】
さらに、これらの生産のための方法論は、そのような要素の生産の間、より優れた一貫性が達成されることを確実にする。
【００２８】
好ましくは、第１および第２金属酸化物は、周囲温度から所定の動作温度まで一定の合成抵抗、および、動作温度より上で抵抗に非常に著しい増加を提供するように選択される。
【００２９】
好適な実施形態において、第１金属酸化物は、少なくともニッケルおよびクロムの酸化物であり、最も好ましくは少なくともニッケル、クロム、および鉄の酸化物であり、第２金属酸化物は、強誘電性材料である。
【００３０】
好ましくは、強誘電性材料は、ペロブスカイト型の結晶構造であり、一般式ＡＢＯ３のものであり、ここでＡは、一価、二価、または三価カチオンであり、Ｂは、五価、四価、または三価カチオンであり、Ｏ３は、酸素アニオンである。
【００３１】
最も好ましくは、強誘電性材料はドープされたチタン酸バリウムである。
【００３２】
典型的なドーパントは、当業者によく知られているものであり、ランタン、ストロンチウム、鉛、セシウム、セリウム、および、ランタン系列およびアクチニド系列の他の元素を含む。
【００３３】
好ましくは、強誘電性材料は、顆粒状粒子を含み、前記顆粒状粒子は、より好ましくは液体中に、すなわちスラリー、分散系もしくはペーストとして、置かれる。強誘電性材料は、他のものの中でも特に、使用されるドーパントによって特徴付けられる、その抵抗特性を変化させることを結果としてもたらさない方法で、付着されることが重要である。この点において、ドーパントを蒸発させる、または別の方法で材料を破壊することがあり得る熱プロセスは、結果として生じる生成物が所望の特徴を有しないことになるので、使用されない。
【００３４】
好ましくは、粒子は、２０〜１００ミクロンのサイズ範囲の微粒子であり、かつ、典型的に１００〜５００ミクロンの厚みを有する層内に置かれる。
【００３５】
そのような混合された強誘電性金属酸化物はまた、酸素八面体強誘電体（ｏｘｙｇｅｎ−ｏｃｔａｈｅｄｒａｌ−ｆｅｒｒｏ−ｅｌｅｃｔｒｉｃｓ）として一般的に知られており、初期抵抗率、温度による抵抗率変化、および、キュリー点すなわち「切換え」温度を含む、これらの材料の特徴は、組成の変化によって変化されうる。
【００３６】
全ての酸素八面体強誘電性金属酸化物は、キュリー点すなわち「切換え」温度まで温度を増加させることにより抵抗率を低下させる（負の温度係数の抵抗）の特徴を示し、これは、本発明の要素において抵抗率の「バランスをとる」ように直列に１以上の異なる（正の温度係数の抵抗を有する）金属酸化物を設置することによって補償される。これは、図２において最も明瞭に図示されている。
【００３７】
抵抗の低下における、このバランスをとった補償を誘導するためのプロセスは、簡単なものではなく、計算と経験的に観察された動きとの組み合わせを含む。この補償に含まれる因子は：
・必要とされるキュリー点の終点値
・使用されるべき酸素八面体強誘電性金属酸化物の性質
・使用されるべき１または複数のドーパントの性質および濃度
・キュリー点に対する抵抗率および抵抗における減少の結果として生ずる率
・周囲温度での初期抵抗レベル、および、必要とされるキュリー点に対する抵抗レベルの増加率の双方を補償するために適用する必要がある、金属酸化物または金属酸化物組み合わせの性質および組成
・２つの層の物理的厚み（および結果として起こる経済的コスト）、ならびに、その組み合わせ間に働く、結果として生ずる温度差動、を含む。
【００３８】
基本的に、所与の目的のための適する組み合わせの選択は、上記を考慮に入れた、ある程度の試行錯誤を含む。
【００３９】
溶射した抵抗金属酸化物または金属酸化物組み合わせ（ニッケル／鉄／クロム）のための必要とされる抵抗の初期レベルの達成は、任意に、ＡＣまたはＤＣのいずれかの、断続的パルス高圧電流を使用する、英国特許出願第２４１９５０５号（ＰＣＴ／ＧＢ２００５／００３９４９）の主題である、調節を含むことができる。
【００４０】
ゆえに、ニッケル／鉄／クロム型の金属酸化物層の温度による抵抗の増加は、本質的に、ドープされたチタン酸バリウム層の温度による抵抗の減少を相殺し、したがって、２つの抵抗層の合成抵抗は、周囲温度から所定の動作温度まで実質的に一定のままであるが、所定の動作温度、ドープされたチタン酸バリウム層のキュリー点すなわち「切換え」温度で、この層の抵抗は、１０の数倍増加して、全体的な合成要素抵抗を高レベルまで効果的に増加し、ゆえに、熱出力を非常に低いレベルに低下させ、自己調節機構として働いて、所定動作レベルより上の温度における要素過熱を防ぐ。
【００４１】
上記を鑑みて、それぞれの金属酸化物を付着することにおいて、それら金属酸化物が当初に意図されたとおりに機能しなくなるようにはそれらの特徴的な抵抗率が変化されないということは必須である。
【００４２】
ドープされたチタン酸バリウムの抵抗特性は主に、連続粒子間の接合部における粒界効果に由来する。粒度範囲が小さければ小さいほど、チタン酸バリウム層の任意所与の体積における数は大きくなり、かつ、層の抵抗率が大きくなる。フレーム溶射などの熱プロセスを使用してドープされたチタン酸バリウムを付着するプロセスは、おそらくドーパントの破壊の結果として、抵抗特性を変化させる。それはまた、キュリー点／切換え効果を損なう。
【００４３】
好適な実施形態において、第１および第２金属酸化物は、それらの境界で、密接に接触しており、また、好ましくは重なっている。代替的に、導電性層が、その境界を架橋してより良好な接触を提供するために使用されうる。
【００４４】
導電性架橋は、例えばアルミニウム、銅、軟鋼またはステンレス鋼を含む、任意の導電性金属または金属合金であってもよい。
【００４５】
本発明の第２態様にしたがい、本発明の発熱体を含む電気器具が提供される。
【００４６】
本発明の第３態様にしたがい、自己調節抵抗発熱体の製造のためのプロセスが提供され、このプロセスは、
・所定動作温度未満の正または負の温度係数の抵抗を有する第１金属酸化物（１４）を、非導電性基板に適用することと、
・前記第１金属酸化物とは反対の温度係数の抵抗を有する第２金属酸化物（１６）を、前記第１金属酸化物に隣接して基板に適用することと、
・第１電気接点（１８）および第２電気接点（２０）であって、電流が、第１および第２金属酸化物を通ってこれら接点の間を流れることができるような第１電気接点（１８）および第２電気接点（２０）を適用することと、を含み、
第１および第２金属酸化物が組み合わせで、周囲温度から所定動作温度まで実質的に一定の合成抵抗、および、動作温度より上で抵抗の非常に著しい増加を提供する。
【００４７】
本発明の様々な態様は、例として以下の図面を参照して、さらに説明される。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】キュリー点「切換え」温度が１２０℃であるチタン酸バリウム組成物の抵抗温度特徴を示すグラフである。
【図２】抵抗の「平滑化（ｓｍｏｏｔｈｉｎｇ  ｏｕｔ）」を図示するためにドープされたチタン酸バリウムのデータに対して、Ｎｉ／Ｃｒ／Ｆｅ金属酸化物のデータが重ね合わされた状態の同様のグラフである。
【図３ａ】本発明の発熱体の代替構成の平面図である。
【図３ｂ】本発明の発熱体の代替構成の平面図である。
【図３ｃ】本発明の発熱体の代替構成の平面図である。
【図３ｄ】本発明の発熱体の代替構成の平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００４９】
図１は、キュリー点「切換え」温度が１２０℃であるチタン酸バリウム組成物の抵抗温度特徴を図示している。２０℃から１００℃の間で、金属酸化物は、負の温度係数の抵抗を有し、１００℃から１４０℃の間で抵抗が非常に著しく増加する、ということが注目されるであろう。
【００５０】
図２において、正の係数の抵抗を有するニッケル、クロム、および鉄型の金属酸化物の抵抗／温度データが、１６０℃のキュリー点を有するドープされたチタン酸バリウムのデータと共に示されている。キュリー点に到達する前、負および正の抵抗は、後にキュリー点において著しく増加する、実質的に一定の抵抗を提供するように効果的に互いに打ち消しあう（中間線）。この抵抗の増加は、正方結晶形態が立方晶形態に変化し、電子を固定して、伝導を排除する、結果である。
【実施例１】
【００５１】
実施例１−構造
図３ａを参照すると、自己調節電気抵抗発熱体（１０）は、非導電性基板（１２）であって、その上に直線的に付着された第１および第２金属酸化物（１４；１６）を有する、非導電性基板（１２）を具備する。第１電気接点（１８）は、隣接する金属酸化物の片側上に位置され、第２電気接点（２０）は、他方の側上に位置され、したがって電流が、第１電気接点から、第１および第２金属酸化物を通って、第２電気接点まで連続的に流される。第１および第２金属酸化物は、それらの間に重なり（２２）があるような方法で付着されうるか、または（図３ｂに図示されたように）さらなる電気接点（２４）が、良好な電気的接続を確実にするために提供されうる。
【００５２】
第１金属酸化物（１４）が正の温度係数の抵抗を有する場合、第２金属酸化物層（１６）は、負の温度係数の抵抗を有し、その逆も同様である。
【００５３】
電流は、例えば目立たないライン、トラック、または領域の形態を取ることもできる、それぞれの金属酸化物層に沿って、第１電気接点と第２電気接点との間を流されうる。
【００５４】
図示された実施形態において、支持基板（１２）は、セラミックタイルであって、そのセラミックタイル上に、例えばニッケル／鉄／クロムを含む溶射された抵抗金属酸化物層（１４）が付着された、セラミックタイルであってもよい。層（１４）との間の境界に隣接して、かつ境界で重ねた配置（２２）で位置されるのは、ドープされたチタン酸バリウムの層（１６）である。第１電気接点（１８）および第２電気接点（２０）が、電流が片側からもう一方の側へ流れることができるように、金属酸化物層のそれぞれの端部に提供される。
【００５５】
それぞれの金属酸化物は、第１接点と第２接点との間を流れる電流が、典型的に目立たないトラックの形態を取る、隣接する抵抗層に沿うように強いられるように付着されたことが注目されるであろう。
【００５６】
支持基板は、（図示された）平板から、球体、半球体、および、連続的に真直ぐか、または、らせん形態もしくはトロイド形態に湾曲されるかのいずれかである、丸または四角形の断面の中空管を含む形状までの範囲に及ぶ多種多様な形状および構造を有することもできる。
【００５７】
支持基板の形状は、電気発熱体によって発生された熱エネルギーの、問題の特定器具により加熱される必要がある媒体への移動を最適化するための必要条件によって決定されるであろう。
【００５８】
接点１８、２０、２４は、例えば銅、ニッケル、アルミニウム、金、銀、真鍮、または導電性ポリマーなどの任意の導電性材料から構成されてもよく、また、接着剤、機械的圧力、または磁気的手段により適所に保持された固体片に、フレーム溶射、化学蒸着、マグネトロンスパッタリング技術、電解プロセス、または化学プロセスにより例示される（が限定されない）幅広い様々な手段によって適用されうる。
【００５９】
外付け電源点が固定されるべき接点領域を、電流の均一分配を助けるために残りの領域よりも厚くすることが好ましいが、必要ではない。
【００６０】
支持基板は、任意の電気絶縁材料から構成されてよく、生産およびその後の操作使用の間、要素に寸法安定性を提供するために十分な厚みがあるべきである。
【００６１】
図３ｃにおいて、負の係数を有する金属酸化物（１６）が、正の係数を有する２つの金属酸化物（１４ａ；１４ｂ）の間に付着される実施形態が図示されている。
【００６２】
図３ｄにおいて、複数の自己調節電気抵抗発熱体が、異なる温度制御が異なる状況に適用されうるように直列に配列される実施形態が図示されている。ゆえに、異なる第１金属酸化物（１４ａおよび１４ｂ）、ならびに、異なる第２金属酸化物（１６ａおよび１６ｂ）が、それらの間に例えば接点（２４ａ、２４ｂ、および２４ｃ）を有して据え付けられる。
【００６３】
そのような配列の利点は、強誘電性酸化物要素が、加熱される媒体へ熱が移動されている点で直接的にベース基板の温度に応答することができるように、強誘電体酸化物要素が、最も感度のよい位置に位置付けられ得、この区域から比較的遠くに位置付けられなければならない従来のバイメタルストリップと比較した場合、追加された安全性をシステムに与え、ならびにエネルギー効率節約を与えることができることである。
【実施例２】
【００６４】
実施例２−方法論
発熱体は、例えば、正の温度係数の抵抗を有する抵抗金属酸化物（１４）を基板（１２）上に溶射することによって製造されうる。実際、金属酸化物の連続層は、溶射装備を用いて、複数通行することによって（所望の厚みに応じて、１〜１０、より好ましくは２〜５のあたり、典型的には５００μｍまで）適用されうる。抵抗金属酸化物付着物の電気抵抗は、厚みに依存しているので、付着される層の厚みを増加させることによって抵抗を減少させることが可能である。したがって、いくつかの層を付着することが好ましい。
【００６５】
ニッケル−クロム型から構成される金属合金は、酸化され溶射されると、増加した温度と共に抵抗率／抵抗を増加させる所望の特徴を示すことが知られている。そのような金属合金は、例えば、欧州特許第３０２５８９号、米国特許第５０３９８４０号、および国際出願ＰＣＴ／ＧＢ９６／０１３５１号に記載されている。そのようなニッケル−クロム型金属合金は、英国特許第２３４４０４２号に記載されているように、先駆操作として、１以上の層の抵抗金属酸化物が付着するように溶射される前に、必要とされる程度まで酸化されうるか、あるいは、溶射操作の間に必要とされる程度まで酸化されうる。実際、温度の増加に伴うこの金属酸化物合金層の抵抗率および抵抗における、増加のレベルおよび率は、ＡＢＯ３抵抗酸化物層の抵抗率および抵抗の非対称減少を補償することにおける重要な因子である。
【００６６】
他の適用される抵抗酸化物層は、好ましくはドープされたチタン酸バリウム層である。チタン酸バリウム層は、高温で付着されるべきでなく、さもなければ、その抵抗率は損なわれる。好ましい実施形態において、チタン酸バリウム層は、チタン酸バリウムの微粒子を含む、液体の形態、またはペースト、分散系もしくはスラリーの形態で、全体が予め焼結された特定の要素設計のために、所定の動作切換え温度に合うように選択された１以上のドーパントと共に、適用される。
【００６７】
ペースト、分散系、またはスラリーは、適切なキュリー点特徴を有する必要とされる組成に生成されたドープされたチタン酸バリウムのペレットの粉砕、および、それらを例えば適する液状接着剤中に組み込むことによって生成されうる。
【００６８】
ペースト、分散系、またはスラリー（１６）はその後、スクリーン印刷、塗装（ｐａｉｎｔｉｎｇ）、Ｋバー被覆（Ｋ−ｂａｒ  ｃｏａｔｉｎｇ）、噴霧、または、その後の平滑化に対する量の塗布を含むがこれらに限定されない、幅広い範囲の適する手段のうちの任意のものによって、第１抵抗金属酸化物層（１４）に隣接して適用されうる。
【００６９】
液状接着剤は、必要とされる粒界接触、ならびに他の金属酸化物および第２電気接点との境界での密接を達成するように、予め述べた微細なドープされたチタン酸バリウム粒子を互いにごく接近して結合する特徴を有するような任意の適する組成物であってよい。
【００７０】
実際、接着剤は、周囲温度もしくは上昇した温度（しかし、金属酸化物の抵抗特徴を変えるほどには高くない）で、あるいは、空気に曝露されること、光硬化、または化学的に開始される硬化プロセスによって、硬化または固化するものであってもよい。
【００７１】
ここでもやはり、ドープされたチタン酸バリウム層の電気抵抗は、粒度範囲、および適用されるペースト、分散系、もしくはスラリーの厚みを変えることによって、制御されうる。
【００７２】
代替的に、制御された温度および真空のもと、マグネトロンスパッタリングを用いて層を付着させることが可能なこともある。
【００７３】
第２電気接点（２０）は、ドープされたチタン酸バリウム層の端部に適用されてよく、したがって電圧源（Ｖ）は、第１電気接点（１８）から金属酸化物層を横切って適用されうる。
【００７４】
この第２電気接点は、例えば銅、ニッケル、アルミニウム、金、銀、真鍮、または導電性ポリマーなどの任意の導電性材料から構成されてよく、また、化学蒸着、マグネトロンスパッタリング技術、電解プロセスもしくは化学プロセス、および、接着剤、機械的圧力または磁気的手段を用いて固体片に塗布することによって、例示されるが、これらに限定されない、任意の適する手段によって適用されうる。
【００７５】
電気接点は、必要とされる最大電流を運び、かつ電流がその表面全体にわたって均一に分布することを可能にするような厚さを有するべきであり、それによって金属酸化物にわって流れる電流は、金属酸化物の各単位面積における密度が均一である。この提供は、合わせた要素の体積の範囲内で発生された熱エネルギーが均一に分配され、いかなる局在ホットスポットを持つことなく、支持基板の適切な領域にわたって均一な温度を生成することを確実にする。
【００７６】
異なる金属酸化物が、使用される方法論に応じて任意の順番で付着されうることは、当業者には明らかであろう。
【実施例３】
【００７７】
実施例３−代替方法論
自己調節発熱体の異なる層を構成する金属酸化物は、異なる技術を使用して様々な方法で支持基板に適用されうる。
【００７８】
第１方法論は、例えばＮｉ−Ｃｒ−Ｆｅ、または類似合金から生成された第１金属酸化物を、基板の一部に付着することである。第１金属酸化物が、それを所与の領域にわたって、かつ、所与の配置に、必要とされる計算された厚みまで溶射することによって付着されうる。例えばドープされたチタン酸バリウムから生成された、第２金属酸化物がその後、第１金属酸化物に隣接して、ここでもやはり必要とされる計算された厚みおよび配置に適用され、その目的は問題の発熱体の必要とされる合わせた特性および特徴を生み出すために２つの金属酸化物を「合わせる」ことである。
【００７９】
代替的に、この第１方法論の逆も利用されてよく、それによって酸素八面体強誘電性酸化物成分が、まず最初に支持基板に適用され、続いて第２成分の金属酸化物が適用される。
【００８０】
換言すれば、異なる金属酸化物を選択することによって、計算の使用および経験的に観察された動きの使用により、本発明の主題である電気抵抗発熱体のタイプを構成する様々な構成要素間の関係、および寸法を決定することが可能である。
【符号の説明】
【００８１】
１０自己調節電気抵抗発熱体
１２非導電性基板
１４第１金属酸化物
１６第２金属酸化物
１８第１電気接点
２０第２電気接点
２２重なり
２４電気接点
【図１】
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【図２】
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【図３ａ】
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【図３ｂ】
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【図３ｃ】
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【図３ｄ】
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【国際調査報告】
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