JPH01112686A - 正抵抗温度係数発熱体 - Google Patents
正抵抗温度係数発熱体Info
- Publication number
- JPH01112686A JPH01112686A JP62270651A JP27065187A JPH01112686A JP H01112686 A JPH01112686 A JP H01112686A JP 62270651 A JP62270651 A JP 62270651A JP 27065187 A JP27065187 A JP 27065187A JP H01112686 A JPH01112686 A JP H01112686A
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- temperature coefficient
- resistance temperature
- positive resistance
- heating element
- positive
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- Pending
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- Thermistors And Varistors (AREA)
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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
産業上の利用分野
本発明は、採暖器具および、一般の加熱装置として有用
な正抵抗温度係数に関するものである。
な正抵抗温度係数に関するものである。
従来の技術
従来の正の抵抗温度係数をもつ発熱体は、たとえば特公
昭５７−４３９９５号公報や特公昭５５−４０１６１号
公報に示されているような構成であり一対の電極間の抵
抗体の正抵抗温度特性により適宜な温度に自己制御され
ているものであった。
昭５７−４３９９５号公報や特公昭５５−４０１６１号
公報に示されているような構成であり一対の電極間の抵
抗体の正抵抗温度特性により適宜な温度に自己制御され
ているものであった。
しかし、特に大きな電力密度が要求される場合において
は、発熱体自体の温度分布を一様にするために一対の電
極間方向の温度分布を良好にすることが不可欠であり、
その解決策として特開昭６０−２８１９５号公報や第３
図に示すように一対の電極間距離を互いに接近させて構
成する方法が講じられた。第３図において１ａ、ｌｂは
互いに接近して設けられた一対の平行平板状電極であり
、この間に結晶性重合体に導電性微粉末を混合分散して
形成した抵抗体２を配することにより高出力の正抵抗温
度係数発熱体を現出することが可能となった。
は、発熱体自体の温度分布を一様にするために一対の電
極間方向の温度分布を良好にすることが不可欠であり、
その解決策として特開昭６０−２８１９５号公報や第３
図に示すように一対の電極間距離を互いに接近させて構
成する方法が講じられた。第３図において１ａ、ｌｂは
互いに接近して設けられた一対の平行平板状電極であり
、この間に結晶性重合体に導電性微粉末を混合分散して
形成した抵抗体２を配することにより高出力の正抵抗温
度係数発熱体を現出することが可能となった。
発明が解決しようとする問題点
しかしながらこのような従来の正抵抗温度係数発熱体は
、電極間隔を非常に接近させて構成するために導電性微
粉末としては耐電圧破壊特性に優れたものを選定するだ
けでなく、充分な抵抗温度特性を得ることによって正抵
抗温度特性のピーク抵抗値を越えて暴走することのない
ように配慮することが非常に重要な課題となった。また
、抵抗体の体積固有抵抗値も従来の１００〜１０２Ωｃ
ｍに対して、１０３〜１０５０ｃｍの半導体領域が必要
となり、導電性微粉末の組成比を大幅に低減しなければ
ならなくなった。その結果、導電性微粉末同志の接触点
の数も激減し、抵抗温度特性が結晶性重合体の融点のみ
によって制御されるだけではなく、より低温域の線膨張
係数によると思われる不安定な成分をより多く含むよう
になった。さらに、経時変化において、結晶性重合体の
結晶成長や導電性微粉末の凝集によって、抵抗値や抵抗
温度係数の大幅な変化が生じるようになり、温度と電力
の安定性に欠け、異常過熱、発煙、発火等の危険性も有
しており、実用上の許容範囲から大幅に外れるものであ
った。このように、導電性微粉末の組成比を調整するだ
けでは固有抵抗値１０３ΩＣｍ以上の有用な正抵抗温度
係数抵抗体を作り出すことができなかった。
、電極間隔を非常に接近させて構成するために導電性微
粉末としては耐電圧破壊特性に優れたものを選定するだ
けでなく、充分な抵抗温度特性を得ることによって正抵
抗温度特性のピーク抵抗値を越えて暴走することのない
ように配慮することが非常に重要な課題となった。また
、抵抗体の体積固有抵抗値も従来の１００〜１０２Ωｃ
ｍに対して、１０３〜１０５０ｃｍの半導体領域が必要
となり、導電性微粉末の組成比を大幅に低減しなければ
ならなくなった。その結果、導電性微粉末同志の接触点
の数も激減し、抵抗温度特性が結晶性重合体の融点のみ
によって制御されるだけではなく、より低温域の線膨張
係数によると思われる不安定な成分をより多く含むよう
になった。さらに、経時変化において、結晶性重合体の
結晶成長や導電性微粉末の凝集によって、抵抗値や抵抗
温度係数の大幅な変化が生じるようになり、温度と電力
の安定性に欠け、異常過熱、発煙、発火等の危険性も有
しており、実用上の許容範囲から大幅に外れるものであ
った。このように、導電性微粉末の組成比を調整するだ
けでは固有抵抗値１０３ΩＣｍ以上の有用な正抵抗温度
係数抵抗体を作り出すことができなかった。
本発明は前記問題を解消し、抵抗体を安定化させるとと
もに非常に接近した電極構造で安全性を確保できる正抵
抗温度係数発熱体を提供するものである。
もに非常に接近した電極構造で安全性を確保できる正抵
抗温度係数発熱体を提供するものである。
問題点を解決するための手段
上記問題点を解決するため、本発明の正抵抗温度係数発
熱体は、結晶性重合体中に導電性微粉末を混合分散して
なる導電性フィラーと、熱可塑性エラストマーを結晶性
重合体に混合分散して形成した薄厚状の正抵抗温度係数
抵抗体の厚さ方向に少なくとも一対の電極を設けたもの
である。
熱体は、結晶性重合体中に導電性微粉末を混合分散して
なる導電性フィラーと、熱可塑性エラストマーを結晶性
重合体に混合分散して形成した薄厚状の正抵抗温度係数
抵抗体の厚さ方向に少なくとも一対の電極を設けたもの
である。
作 用
上記構成において、電極に電圧を印加して通電を続ける
と、安定して発熱するとともに結晶重合体の非結晶部が
結晶化して生じた間隙に導電性フィラーが熱可塑性エラ
ストマーにより押し込まれ、導電性フィラー間の断絶が
進行して、一定の期間経過後に、実″Ｕ上正抵抗温度係
数抵抗体が絶縁状態となり発熱が終了することになる。
と、安定して発熱するとともに結晶重合体の非結晶部が
結晶化して生じた間隙に導電性フィラーが熱可塑性エラ
ストマーにより押し込まれ、導電性フィラー間の断絶が
進行して、一定の期間経過後に、実″Ｕ上正抵抗温度係
数抵抗体が絶縁状態となり発熱が終了することになる。
実施例
以下、本発明の一実施例を第１図にもとづいて説明する
。本実施例の正抵抗温度係数発熱体は、たとえば厚さ０
．５ｍｍの正抵抗温度係数抵抗体３のＬ下面に電極４，
５が接着され、さらに両者の上に外装材６ａ、６ｂが外
装されている。正抵抗温度係数抵抗体３は以下のように
形成されている。すなわち導電性微粉末としてのサーマ
ルブラック４ Ｑ ｗ ｔ％と高密度ポリエチレン６０
ｗ ｔ％とを混練した後、有機酸にて架橋し導電性組
成物を形成し、この導電性組成物を冷凍粉砕し、導電性
フィラーとした。次にこの導電性フィラー６０ ｗ ｔ
！％とマレイン酸変性ポリプロピレン４０ｗｔ９６と
オレフィン系熱可塑性エラストマー１５ｗｔ％とを混練
し正抵抗温度係数抵抗体３を形成した。このように形成
した正抵抗温度係数抵抗体３の熱可塑性エラストマー量
は正抵抗温度係数抵抗体全重量の１３ｗｔ％となった。
。本実施例の正抵抗温度係数発熱体は、たとえば厚さ０
．５ｍｍの正抵抗温度係数抵抗体３のＬ下面に電極４，
５が接着され、さらに両者の上に外装材６ａ、６ｂが外
装されている。正抵抗温度係数抵抗体３は以下のように
形成されている。すなわち導電性微粉末としてのサーマ
ルブラック４ Ｑ ｗ ｔ％と高密度ポリエチレン６０
ｗ ｔ％とを混練した後、有機酸にて架橋し導電性組
成物を形成し、この導電性組成物を冷凍粉砕し、導電性
フィラーとした。次にこの導電性フィラー６０ ｗ ｔ
！％とマレイン酸変性ポリプロピレン４０ｗｔ９６と
オレフィン系熱可塑性エラストマー１５ｗｔ％とを混練
し正抵抗温度係数抵抗体３を形成した。このように形成
した正抵抗温度係数抵抗体３の熱可塑性エラストマー量
は正抵抗温度係数抵抗体全重量の１３ｗｔ％となった。
実際に、この正抵抗温度係数発熱体の連続通電試験を行
なったところ、第２図に示すように３２００時間まで約
８０’Ｃで安定して発熱し、この後急に発熱温間が下降
し始め、３５００時間後には、約３０℃まで低下し、は
とんど発熱しなくなり、安全に発熱機能を終了した。こ
の結果は、正抵抗温度係数抵抗体３のポリプロピレンの
非晶質部分には導電性フィラーおよびエラストマーが混
存しているが通電によりポリプロピレンの非晶質部分が
結晶化することにより、圧縮して安定化して行く。そし
て３２００時間後に導電性フィラーの周囲のポリプロピ
レンの層が部分的に欠損し、この部分に導電性フィラー
が進入してエラストマーと接触することにより、正抵抗
温度係数抵抗体全体として高抵抗化し、実質上導電経路
が切断されたためである。この発熱停止メカニズムは、
このエラストマー量に依存し、多ければ多いほど、発熱
寿命を短く、少なければ少ないほど発熱寿命を長く設定
できる。実際に、正抵抗温度係数抵抗体全重量のうち熱
可塑性エラストマーの重量比率が、３ Ｑ ｗ ｔ％、
２０ Ｗ ｔ％、５ｗｔ％、０ｗｔ％の抵抗体を加工し
、同様の連続通電試験を行なったところ、第２図に示す
ようにそれぞれ２７０時間、１４００時間、１０３００
時間、において発熱温度低下現象が見られエラストマー
がＯｗ ｔ％の発熱体に関しては２２０００時間現在に
おいても温度下降の現象は見られず、外装材の劣化によ
る漏電現象が発生し、極めて危険な現象となった。なお
この試験ではまだ発生していないが、電極等が先に劣化
欠損することにより異常過熱、発煙、発火に至ることも
十分者えられ、各種構成材料寿命に適合させて正抵抗温
度係数抵抗体の寿命を設定していくことは、安全上、不
可欠である。
なったところ、第２図に示すように３２００時間まで約
８０’Ｃで安定して発熱し、この後急に発熱温間が下降
し始め、３５００時間後には、約３０℃まで低下し、は
とんど発熱しなくなり、安全に発熱機能を終了した。こ
の結果は、正抵抗温度係数抵抗体３のポリプロピレンの
非晶質部分には導電性フィラーおよびエラストマーが混
存しているが通電によりポリプロピレンの非晶質部分が
結晶化することにより、圧縮して安定化して行く。そし
て３２００時間後に導電性フィラーの周囲のポリプロピ
レンの層が部分的に欠損し、この部分に導電性フィラー
が進入してエラストマーと接触することにより、正抵抗
温度係数抵抗体全体として高抵抗化し、実質上導電経路
が切断されたためである。この発熱停止メカニズムは、
このエラストマー量に依存し、多ければ多いほど、発熱
寿命を短く、少なければ少ないほど発熱寿命を長く設定
できる。実際に、正抵抗温度係数抵抗体全重量のうち熱
可塑性エラストマーの重量比率が、３ Ｑ ｗ ｔ％、
２０ Ｗ ｔ％、５ｗｔ％、０ｗｔ％の抵抗体を加工し
、同様の連続通電試験を行なったところ、第２図に示す
ようにそれぞれ２７０時間、１４００時間、１０３００
時間、において発熱温度低下現象が見られエラストマー
がＯｗ ｔ％の発熱体に関しては２２０００時間現在に
おいても温度下降の現象は見られず、外装材の劣化によ
る漏電現象が発生し、極めて危険な現象となった。なお
この試験ではまだ発生していないが、電極等が先に劣化
欠損することにより異常過熱、発煙、発火に至ることも
十分者えられ、各種構成材料寿命に適合させて正抵抗温
度係数抵抗体の寿命を設定していくことは、安全上、不
可欠である。
さらに、この熱可塑性エラストマー量は、結晶性重合体
の結晶化度に依存し、結晶性重合体の非晶質部分の量よ
りも少量に熱可塑性エラストマーのゴム相量を適宜設定
するとよい。本実施例では、高密度ポリエチレンとポリ
プロピレンとのＸ線解析に８ける結晶化度値より算出し
た非晶質部分全量は正抵抗温度係数抵抗体全量の約１５
ｗｔ％に相当し、これに熱可塑性エラストマーが約１９
ｗｔ％存在する場合、このゴム相量が１５ｗｔ％で寿命
が約１５００時間となる。しかしこれ以上エラストマー
量を増加させると寿命はばらつきが多くなり対数的に減
少していくため、この値以下の適宜な量にすることによ
り、１５００ｈ〜２０００Ｏｈ間の適切な寿命に設定す
ることができる。
の結晶化度に依存し、結晶性重合体の非晶質部分の量よ
りも少量に熱可塑性エラストマーのゴム相量を適宜設定
するとよい。本実施例では、高密度ポリエチレンとポリ
プロピレンとのＸ線解析に８ける結晶化度値より算出し
た非晶質部分全量は正抵抗温度係数抵抗体全量の約１５
ｗｔ％に相当し、これに熱可塑性エラストマーが約１９
ｗｔ％存在する場合、このゴム相量が１５ｗｔ％で寿命
が約１５００時間となる。しかしこれ以上エラストマー
量を増加させると寿命はばらつきが多くなり対数的に減
少していくため、この値以下の適宜な量にすることによ
り、１５００ｈ〜２０００Ｏｈ間の適切な寿命に設定す
ることができる。
また、熱可塑性エラストマーとしてはゴム相を有するも
のであれば、オレフィン系、ポリエステル系、スチレン
系等のいずれであってもよいが、オレフィン系が最も最
適で、発熱停止が始まってからほとんど発熱しなくなる
までの時間が最も短く、使用上、寿命が来たのかどうか
わからずに不快を感じながら使うことが避けられ良好で
ある。
のであれば、オレフィン系、ポリエステル系、スチレン
系等のいずれであってもよいが、オレフィン系が最も最
適で、発熱停止が始まってからほとんど発熱しなくなる
までの時間が最も短く、使用上、寿命が来たのかどうか
わからずに不快を感じながら使うことが避けられ良好で
ある。
なお、導電性フィラーを構成する材料としては、高密度
ポリエチレンとサーマルブラックとの組合わせに限定さ
れるものではなく、中密度ポリエチレン、低密度ポリエ
チレン、リニアポリエチレン、エチレン酢酸ビニル共重
合体、エチレンアクリル酸共爪合体、アイオノマ、ポリ
プロピレン、ポリアミド、ポリ弗化ビニリデン、ポリエ
ステルさらには有機酸変性ポリエチレン等の結晶性重合
体と、チャンネルブラック、ファーネスフラッフ、アセ
チレンブラックランプブラック等のカーボンブラックの
中で顕著な正抵抗温度特注を示す導電材料との組合わせ
を用いても、同等の効果を有するものである。
ポリエチレンとサーマルブラックとの組合わせに限定さ
れるものではなく、中密度ポリエチレン、低密度ポリエ
チレン、リニアポリエチレン、エチレン酢酸ビニル共重
合体、エチレンアクリル酸共爪合体、アイオノマ、ポリ
プロピレン、ポリアミド、ポリ弗化ビニリデン、ポリエ
ステルさらには有機酸変性ポリエチレン等の結晶性重合
体と、チャンネルブラック、ファーネスフラッフ、アセ
チレンブラックランプブラック等のカーボンブラックの
中で顕著な正抵抗温度特注を示す導電材料との組合わせ
を用いても、同等の効果を有するものである。
同様に、導電性フィラーと混練してなる結晶性重合体も
マレイン酸変性ポリプロピレンに限られるものではない
。
マレイン酸変性ポリプロピレンに限られるものではない
。
発明の効果
以上の実施例の説明より明らかなように、本発明の正抵
抗温度係数発熱体は正抵抗温度係数抵抗体の寿命が、通
電の経過にともなう導電性フィラーどうしの断絶進行の
速さを調整することにより適宜設定できるため、この正
抵抗温度係数発熱体の構成材料、周辺材料等の材料寿命
に適合させられるので、異常過熱、発火等を防ぐことが
でき、正抵抗温度係数発熱体のライフエンド時までに至
る安全性の向上を図ることができる。また、この正抵抗
温度係数発熱体は高発熱量でしかも安定した発熱特性を
得ることができる。
抗温度係数発熱体は正抵抗温度係数抵抗体の寿命が、通
電の経過にともなう導電性フィラーどうしの断絶進行の
速さを調整することにより適宜設定できるため、この正
抵抗温度係数発熱体の構成材料、周辺材料等の材料寿命
に適合させられるので、異常過熱、発火等を防ぐことが
でき、正抵抗温度係数発熱体のライフエンド時までに至
る安全性の向上を図ることができる。また、この正抵抗
温度係数発熱体は高発熱量でしかも安定した発熱特性を
得ることができる。
第１図は本発明の一実施例の正抵抗温度係数発熱体の斜
視図、第２図は同発熱体の表面温度の経時的変化を示す
特性図、第３図は従来の正抵抗温度係数発熱体の斜視図
である。 ３・・・・・・正抵抗温度係数抵抗体、４，５・・・・
・・電極、６ａ、６ｂ・・・・・・外装材。
視図、第２図は同発熱体の表面温度の経時的変化を示す
特性図、第３図は従来の正抵抗温度係数発熱体の斜視図
である。 ３・・・・・・正抵抗温度係数抵抗体、４，５・・・・
・・電極、６ａ、６ｂ・・・・・・外装材。
Claims (5)
- （１）結晶性重合体中に導電性微粉末を混合分散してな
る粒子状導電性祖成物（以下導電性フィラーと称す）と
、熱可塑性エラストマーを結晶性重合体に混合分散して
形成した薄厚状の正抵抗温度係数抵抗体の厚さ方向に少
なくとも一対の電極を設けた正抵抗温度係数発熱体。 - （２）熱可塑性エラストマーは結晶性重合体の非晶質部
の全量よりも少ないゴム相より構成される特許請求の範
囲第１項記載の正抵抗温度係数発熱体。 - （３）熱可塑性エラストマーは、オレフィン系である特
許請求の範囲第１項あるいは第２項記載の正抵抗温度係
数発熱体。 - （４）正抵抗温度係数抵抗体の体積固有抵抗値が１０＾
３Ωｃｍよりも高抵抗値である特許請求の範囲第１項、
第２項、第３項のいずれかに記載の正抵抗温度係数発熱
体。 - （５）正抵抗温度係数抵抗体の厚さが１ｍｍ以下である
特許請求の範囲第１項、第２項、第３項、第４項のいず
れかに記載の正抵抗温度係数発熱体。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62270651A JPH01112686A (ja) | 1987-10-27 | 1987-10-27 | 正抵抗温度係数発熱体 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62270651A JPH01112686A (ja) | 1987-10-27 | 1987-10-27 | 正抵抗温度係数発熱体 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01112686A true JPH01112686A (ja) | 1989-05-01 |
Family
ID=17489058
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62270651A Pending JPH01112686A (ja) | 1987-10-27 | 1987-10-27 | 正抵抗温度係数発熱体 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH01112686A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0731475A3 (en) * | 1995-03-10 | 1997-07-16 | Du Pont | Composition with positive temperature coefficient |
| JP2002158101A (ja) * | 2000-11-17 | 2002-05-31 | Shin Etsu Polymer Co Ltd | 過電流防止素子 |
-
1987
- 1987-10-27 JP JP62270651A patent/JPH01112686A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0731475A3 (en) * | 1995-03-10 | 1997-07-16 | Du Pont | Composition with positive temperature coefficient |
| US5714096A (en) * | 1995-03-10 | 1998-02-03 | E. I. Du Pont De Nemours And Company | Positive temperature coefficient composition |
| JP2002158101A (ja) * | 2000-11-17 | 2002-05-31 | Shin Etsu Polymer Co Ltd | 過電流防止素子 |
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