JPH0196902A

JPH0196902A - 感熱素子

Info

Publication number: JPH0196902A
Application number: JP25444887A
Authority: JP
Inventors: Michiharu Kamikawa; 上川　道治
Original assignee: Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 1987-10-08
Filing date: 1987-10-08
Publication date: 1989-04-14
Anticipated expiration: 2009-07-27
Also published as: JPH0656803B2

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。

Description

【発明の詳細な説明】（技術分野）本発明は感熱素子に係り、特に電気カーペット等に用い
られる線伏１面杖あるいは感熱素子部と発熱部とを一体
としたインピーダンス特性の優れた感熱素子に関するも
のである。

（背景技術）従来より電気カーペットにおいては第４図に示すように
感熱線が発熱線と一体になって使用されている。

すなわち、温度変化に応じてインピーダンスが変化する
管状の負特性高分子感温体（感熱樹脂材）３と、その外
面に巻き付けられた外巻電気導体線４と、芯材１に巻き
付けられて前記負特性高分子感温体３の内面に配された
回巻電気導体線２と、前記外巻電気導体線４の外面に設
けられた絶縁層５とにより構成された感熱素子が使用さ
れていた。

また、第５図は他の例であり、３は負特性高分子感温体
、１２．１４．１６は電気導体線、５は絶縁層である。

ところで、この種の感熱素子には負特性高分子感温体３
としてＰＶＣ材に可塑剤、イオン性添加剤等を混練した
材料が使用され、外面の絶縁層５にも耐熱性のＰＶＣ材
が使用されている。その理由は、他の実用的な負特性高
分子感温体として知られているポリアミド系の材料に比
べて吸湿性が低く、インピーダンスの経時変化が少ない
ためである。

しかし、近年、電気カーペットにあっては、表面材とし
て従来のニードルパンチ式の薄くて断熱性の小さいもの
から、タフト織等の厚くてソフト感のある断熱性の大き
い表面材が、カーペットライフの本物志向の高まりとと
もに広まってきており、それに対応するために、内部の
ヒータ温度を従来よりも高温にする必要が生じてきてい
る。それに対応して感熱線の温度も高くなる傾向が生じ
ている。

また、従来は感熱線の他に発熱線を一対にして使用する
ようにしたいわゆる２線式も採用されていたが、感熱線
の一方の電極を発熱線として使用するようないわゆるｌ
ｆ１式の検討も、コストダウンや安全性の向上の要求よ
り行われつつある。この場合にも前述と同様に負特性高
分子感温体の温度は発熱線と接しているために従来より
も高温になる傾向が生じる。

このように、負特性高分子感温体の温度が高くなるとＰ
ＶＣ材よりなる感熱素子は可塑剤のブリードアウト現象
が無視できない値となり、インピーダンスが大きくなる
方向に経時変化してしまい、最悪の場合には温度検知能
力の低下から危険温度になってしまうこともあった。

（発明の目的）本発明は上記の点に鑑みて提案されたもので、その目的
とするところは、感熱素子のインピーダンス値が経時変
化しない限界温度を高め、この限界温度を超えて異常な
使用がなされたときには、感熱樹脂材がインピーダンス
が低下する方向に感熱樹脂材が分解して劣化し、安全性
を保つことができ、感熱線と発熱線とを一体化した発熱
機能を有する感熱素子を提供することにある。

（発明の開示）本発明は、感熱素子を構成する負特性高分子感温体をＰ
ＶＣを主成分とする感熱樹脂から形成すると共に、この
主成分のＰＶＣ材に、トリメリット酸系及びピロメリッ
ト酸系の可塑剤の少なくとも一方、三塩基性硫酸鉛およ
び四級アンモニウム塩を混練した材料で構成したことを
特徴としている。

ＰＶＣ材は、この種の感熱素子の負特性高分子感温棒材
として一般的に使用され、可塑性を保つために可塑剤の
添加が不可欠条件となっている。

この可塑剤としては、トリメリット酸系の可塑剤および
ピロメリット酸系の可塑剤の少なくとも一方を添加する
ことが好ましい。

このトリメリット酸系の可塑剤としては、例えばトリメ
リット酸エステル可塑剤（ＴＯＴＭ）が挙げられ、その
組成物の構造式は次の通りである。

一方、ピロメリット酸系の可塑剤としては、ピロメリッ
ト酸エステル可塑剤（ＴＯＰＭ）を挙げることができる
。その構造式は次の通りである。

Ｃ００ＣＪ＋−、Ｃ００ＣｓＨ＋を可塑剤は、ＰＶＣ材からなる感熱樹脂の可塑性が低下す
ると、体積固有インピーダンスが大きくなり、インピー
ダンスの経時変化の原因となるということに着目しブリ
ードアウト現象を起し難く、かつ可塑剤の分解を少なく
する組成のものを選択することが好ましい。

ここで可塑剤の添加量を１５〜４０重量％の範囲とした
のは、１５重景％以下では、サーミスタ定数が十分に大
きくする効果が少なく、逆に４０重量％以上では、ＰＶ
Ｃへの相応の溶解限界を超えてしまいブリードアウト現
象が生ずるためである。

三塩基性硫酸鉛は安定剤であって、ＰＶＣ材の遊離ＣＩ
−イオンを捕捉して安定物質を生成するもので、主とし
てイオン伝導に寄与している。

四級アンモニウム塩は変性剤であって、負特性高分子感
温体のメカニズムとしてイオン伝導性のものを選び、サ
ーミスタ定数（Ｂ定数）の大きさが、その添加量によっ
て決まり、ブリードアウト現象によってＢ定数が減少す
るとインピーダンスの経時変化の原因となるので、四級
アンモニウム塩の添加量を過飽和状態とし、かつ四級ア
ンモニウム塩が、大きな界面活性効果に有効であること
から、過飽和状態であっても感熱樹脂の成形加工性を極
端に悪化することがない。

したがって、四級アンモニウム塩の添加量は、３〜１０
重量％の範囲であることが好ましい。

また第四級アンモニウム塩は、マイナスイオンとして過
塩素酸（Ｃ１０ｍ−）又はリン酸（ＰＯｎ−）を存して
いる塩である。

ここで、変性剤としてのイオン伝導性の四級アンモニウ
ム塩は、インピーダンスを経時的に安定させるのに有効
な成分であるが、変性剤の添加量を増すとＢ定数も次第
に増大する傾向があるが、Ｂ定数が最高値となる変性剤
量よりも過飽和状態に加えることが好ましい、感熱樹脂
中の変性剤が経時的に減少しても、予め過剰の変性剤が
添加されているので、定数の変化として現れることがな
い。

しかし、過度に変性剤の添加量を増すと、感熱樹脂が界
面活性化して感熱樹脂を押出し成形する時に、ゲル化が
促進されないために押出し成形が困難となり、そのため
樹脂の成形温度を上げたり、また押出し成形速度を落す
必要が生じて製造コスト上の問題がある一方、押出し成
形に、可塑剤および変性剤のブリードアウト現象あるい
はＰＶＣの分解が起り易く感熱素子の品質のバラツキ原
因となる。

さらに樹脂の流動性が悪いため、押出し成形中に押出機
の内面に樹脂が残留し、この残留物が炭化して炭化物が
形成され、この炭化物が負特性高分子感温体の感熱樹脂
材中に混入して内巻電気導体線と外巻電気導体線との間
に短絡を生ずることがある。

したがって、第四級アンモニウム塩の添加量は押出し加
工性を考慮して、溶解飽和量の２倍が限度である。

ビスフノールＡは、感熱樹脂中の可塑剤が高温で分解す
るのを抑制する効果があり、インピーダンスの経時変化
を改良することができる。

このビスフノールＡは次の構造式である。

ＣＩ。

アクリル系加工助剤は、ＰＶＣ材の加工性を改良するた
めに添加される助剤であって、メタクリル酸メチルを主
成分とし、ポリメチルメタクリレ−）　（ＭＭＡ）とア
ルキルアクリレートの共重合体である。

アクリル系加工助剤を樹脂に少量添加すると、樹脂のゲ
ル化が短時間で進んで、押出し成形性を改善することが
できる。

また、このアクリル系加工助剤は、インピーダンス特性
やこのインピーダンスの経時変化に悪影響を及ぼすこと
がない。

次に、本発明の実施例を図によって説明する。

負特性高分子感温体の素材となるＰＶＣ材の感熱樹脂は
、可塑剤の種類、添加量、安定剤及び変性剤の種類、添
加量を種々変えて、本発明ＮａｌおよびＮａ２、従来例
ＮａｌおよびＮａ２、さらに比較例Ｎ１１１．Ｎａ２お
よびＮ１１３の試料を製作した。

その各感熱樹脂の組成は、第１表に示す通りである。

なお、第１表に示した従来例（Ｎａｌ、Ｎｎ２）に用い
た可塑剤の構造式は、次の通りである。

フタル酸エステル可塑剤ＤＴＤＰフタル酸エステル可塑剤ＤＤＰ第１表に示した各々の感熱樹脂によって、負特性高分子
感温体を成形して、それぞれ感熱素子を組み立てて各試
験に供した。

この感熱素子は、第１図に示すように、芯材ｌと、その
外面に巻き付けられた内巻電気導体線２と、その外面に
配された管杖の負特性高分子感温体３と、その外面に巻
き付けられた外ｓｉｔ気導体線４と、その外面に配され
た分離層７．絶縁層５とから構成されるものである。

また、各部の寸法は以下のようにした。

芯材１・・・・０．５ｍｍφポリエステルより糸内巻電
気導体線２・・０．０８ｖｗＸ０．８ｍｌ１１の銅にＮ
ｉメッキした箔を０．７５ｍ−ピッチ巻き負特性高分子感温体３・・感熱樹脂を０．３ｍｍ厚押出
し外巻電気導体線４・・０．０８ＩＩＩｌｘ０．８１１ｍ
の銅にＮｉメッキした箔を１．０５ｍ５ピッチ巻き分離層７・・・ポリエステルチーブ１２μ２／３ラップ
巻き絶縁層５・・・絶縁体を０．４ａ＋＋ｍ厚押出し第２図
は各感熱素子のインピーダンスの経時変化を示すグラフ
であって、横軸に経過時間を、縦軸にインピーダンス変
化率（χ）を表している。

インピーダンスの経時安定性については、１２０℃の雰
囲気中でＡ　Ｃ１００Ｖ　６０Ｈｚの電圧を０Ｎ−ＯＦ
Ｆサイクルで印加し、電圧降下法で測定した各試料のイ
ンピーダンス変化を経過時間毎に測定し、初期値と比べ
てインピーダンス値がどの程度変化したかを各々比較し
た。

本発明ｋｌ、に２は、第２図に示すように、比較例ｋｌ
、に２に比べても、インピーダンスの経時変化が著しく
改善されていることが分かる。特に比較例Ｎαｌにあっ
ては、第１表に示したように変性剤としての第四級アン
モニウム塩の添加量が少ないために、ブリードアウト現
象を起こすか、ＰＶＣよりの遊ＭＣｌ−イオンを捕捉し
て安定物質を作る安定剤の三塩基性硫酸鉛が、主として
イオン伝導に寄与している第四級アンモニウム塩のマイ
ナスイオンをも捕捉してしまいイオンキャリアーが不足
するためと考えられる。比較例阻２にあっては、ビスフ
ェノールＡを添加していないので、可塑剤が高温で分解
して可塑効果が減少してインピーダンスの経時変化が生
じている。

一方、本発明魔１．Ｎ［Ｌ２では、従来例隘１５階２に
比べてインピーダンスの経時変化が著しく改善されてお
り、さらに図示しないが、温度１００℃におけるインピ
ーダンス変化は、従来例に比して更に小さく、２０　ｄ
ｅｇ以上の使用が可能な限界温度を高くすることができ
る。この原因としては、可塑剤の分子量を増したことに
もよるが、結合アルコール数がトリメリット酸エステル
（ＴＯＴＭ）　、ピロメリット酸エステル（ＴＯＰＭ）
を選んだことにより、ブリードアウト速度が著しく低下
したものである。

なお、トリメリット酸エステル（ＴＯＴＭ）の分子量は
フタル酸エステル（ＤＴＤＰ）の分子量よりやや小さい
。

第３図は各感熱素子における経過時間と異常温度設定の
部分断熱最高温度との関係を示しｋもので、感熱素子を
異常高温で使用する場合において、初期値１３０°ＣＯ
ＦＦで温度制御動作を繰り返し、ＯＦＦ点が時間経過と
ともに上昇していく速度と、感熱樹脂の分解劣化により
短絡的動作をする温度とを比較した。

なお、ＯＦＦ点が時間の経過とともに上昇する過程では
、感熱樹脂の体積固有インピーダンスも大きくなる方向
に変化している。

図中の各線は、インピーダンス値の安定限界温度を越え
る温度領域で感熱素子が使用された場合、例えば具体的
に併用された他の暖房器等から熱を受けて、インピーダ
ンス値が経時的に安定する限界温度を越えてインピーダ
ンス値が経時変化を始めた場合を想定して、初期値１３
０″ＣＯＦＦで温度制御動作を繰り返し、ＯＦＦ点が時
間経過とともに上昇していく様子を表したものである０
本発明阻１、Ｎａ２にあっては、１５０℃程度で感熱樹
脂の分解劣化（炭化現象）が現れて短絡が発生し、安全
動作をすることができるが、これに対し比較例磁３では
、２００℃程度まで短絡が発生しない。

比較例に３では、多量（２０部）の安定剤が添加されて
いるのでＰＶＣが劣化するスピードが遅くなり、可塑剤
および変性剤によるブリードアウト現象が発生し易くな
り、炭化よりもインピーダンスの増大の方が早く進行す
るためである。これに対して本発明ｋ１．Ｎａ２にあっ
ては、安定剤の量（１０部）があまり多くないこと、過
飽和に添加されている変性剤もＰＶＣの劣化を促進する
ことによりインピーダンスの増大に比べて比較的早く炭
化が進むことによる。

なお、本発明の感熱素子を第１図に示す如き管状、ケー
ブル状の構造に限って説明したが、これらに限、定され
るものではなく、第５図に示した線状の構造や面状の構
造にも適用できることは言うまでもない。

（発明の効果）リフト酸系及びピロメリット酸系の可塑剤の少なくとも
一方、三塩基性硫酸鉛および四級アンモニウム塩を混練
した材料で構成したので、次の効果を有する。

（イ）　感熱素子のインピーダンス安定限界温度が著し
く向上し、電気カーペットに通用した場合、クツション
性の良い表面材を使用しても、表面温度を充分暖かい温
度設定にすることが可能となる。　　　− （ロ）　感熱素子の一方の電極を発熱線として使用する
１線式の実現が可能となる。

（ハ）　特性の経時変化がなくサーミスタ特性（Ｂ定数
）の大きい感熱素子が安定して製造可能となる。

（ニ）　インピーダンスが経時変化しない限界温度を超
えた異常な使用がなされ、負特性感熱樹脂材のインピー
ダンス値が太き（なる方向に変化を始めた場合、比較的
安全な温度以下でインピーダンスが低下する方向に分解
劣化するので、安全性が高まり、他に過昇防止装置を必
要としない１線式の実現が可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の感熱素子の一例を示す展開斜視図、第
２図は本発明の感熱素子のインピーダンスの経時変化を
示す比較グラフ、第３図は本発明の感熱素子の断熱最高
温度と経過時間との関係を示す比較グラフ、第４図およ
び第５図は従来の感熱素子を示す説明図である。 ■・・・芯材、　２・・・内巻電気導体線、３・・・負
特性高分子怒温体、　４・・・外巻電気導体線、　５・
・・絶縁層、　７・・・分離層第１図第４図第５図第２図一→経ｌ祷間手続主甫正書（自発）昭和６３年　９月２８日昭和６２年　特許層　第２５４４４８号コ６発明の名称感熱素子、補正をする者事件との関係　特許用ＩＭ人名称　（５８３）松下電工株式会社、代理人〒１６０住所　　東京都新宿区西新宿７丁目５番１０号第２ミゾ
タビルディング７階電話（０３）　３６５−１９８２番　　１・Ｉ４’゛旨
・。ｌ′Ｉ・・１　゛氏名　　（６１０Ｂ）弁理士　高　山　敏　゛・′夫、
。６、補正の内容（１）　　明細書第７１第１１行目の１ので、・・・し
ている、」を「のである、」と訂正する。（２）　　同書同頁第５行目の［有効である１を看有す
る」と訂正する。（３）同書第８頁第１行目の［・・・ない、１を「・・
・ない様にする必要がある。」と訂正する。（４）同書問責第２行目および第３行目までの［したが
って・・・好ましい、」を削除する。（５）同書同頁第５行目のｒ　（ＰＯａ−）　Ｊを「（
ＰＯａ−）など」と訂正する。（６）同書第９貴第１行目の「成形」を［成形時１と訂
正する。（７）　　同書第１４頁第１９行目の「トリメリット酸
エステルＪを［３のトリメリット酸エステルノと訂正す
る。（８）同書同頁第５行目末から第２０行目にかけての［
ピロメリット酸エステル」を「４のピロメリット酸エス
テル」と訂正する。（９）同書第１５頁第２行目の第３行目の「なお、・・
・小さい。Ｊを削除する。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）温度変化に応じてインピーダンスが変化する管状
の負特性高分子感温体とその外面に巻き付けられた外巻
電気導体線と、芯材に巻き付けられて前記負特性高分子
感温体の内面に配された内巻電気導体線と、前記外巻電
気導体線の外面に配された絶縁層とからなる感熱素子に
おいて、前記負特性高分子感温体は主成分のＰＶＣ材に
、トリメリット酸系及びピロメリット酸系の可塑剤の少
なくとも一方、三塩基性硫酸鉛および四級アンモニウム
塩を混練した材料で構成したことを特徴とする感熱素子
。
（２）１５〜４０重量％の可塑剤，３〜１０重量％の三
塩基性硫酸鉛，前記可塑剤量の０．１〜０．５重量％の
ビスフノールＡを添加したことを特徴とする特許請求の
範囲第１項記載の感熱素子。
（３）サーミスタ特性（Ｂ定数）が最大となる限界の添
加量の１〜２倍の四級アンモニウム塩を添加したことを
特徴とする特許請求の範囲第１項記載の感熱素子。
（４）更に１〜５重量％のアクリル系加工助剤を添加し
たことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の感熱素
子。
（５）電気導体線のいずれか一方が発熱線を兼用する特
許請求の範囲第１項記載の感熱素子。
（６）電気導体線は、銅材の表面に耐蝕性のメッキを施
したことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の感熱
素子。