JPH0439888A - 面状発熱体 - Google Patents

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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、面状発熱体に関し、特に、有機正特性サーミ
スタシートを用いて構成された面状発熱体に関する。

〔従来の技術］ 有機高分子材料に導電性粒子を混入し、混練して得られ
た有機正特性サーミスクシート（以下、ＰＴＣシートと
略す）は、正の抵抗温度特性を示すため、面状発熱体と
して従来より多用されている。ＰＴＣシートを面状発熱
体として用いる場合、シートに形成される電橋構造及び
通電時の発熱安定点の位置が、均一な発熱を得るための
重要な要素となる。

シート面全体を発熱させるために、第２図に平面図で示
すように、ＰＴＣシート１の両端縁１ａ１ｂ近傍に電極
２，３を形成した構造が公知である。このようにＰＴＣ
シート１の両端縁１ａ、１ｂ近傍に電極２．３を形成す
ることにより、シートｌの主面全体を発熱させることが
できるが、電極間隔はかなり広いものとなる。他方、Ｐ
ＴＣの場合、発熱温度に応して抵抗値が変化し、その発
熱量が変化する。従って、電極間隔を広くした場台には
、第３図（ａ）〜（ｃ）に示すように、発熱体内部に温
度分布が生じ、温度の高い部分の抵抗値が上昇し、その
部分の発熱量が増加することになる。なお、第３図の横
軸は、端縁１ａ、ｌｂ間の位置を示す、従って、発熱量
の増加により、温度の高い部分がより高温となり、温度
分布が一層拡大することになり、均一な発熱状態を得る
ことができなくなる。

上記の現象は、電極２，３間の間隔を広くすればする程
、並びに抵抗温度曲線の温度勾配の急峻な位置に発熱安
定点を設定すればする程顕著となる。

上記のような温度分布の発生を防止するには、電極間隔
を非常に狭く、例えば３〜１０閣の間隔とすればよい、
すなわち、異なる電位に接続される電極間における温度
差が小さくなり、電圧集中も生じ難くなり、均一な発熱
が得られる。

しかしながら、電極を多数形成する必要があるため電極
形成作業が煩雑となり、大面積面状発熱体の製造が困難
となる。

また、複数本の電極を並列接続することになるため、必
要な抵抗値を得るには、ＰＴＣシートｌの比抵抗を大幅
に高める必要がある。しかしながら、ＰＴＣシートの比
抵抗を高めるには、混練される導電性粒子の含有量を低
減させる必要があるため、抵抗値のばらつきがかなり太
き（なる、特に、１００Ｖのような比較的高電圧で使用
するための面状発熱体を構成する場合には、シートの比
抵抗をより一層大幅に高める必要があるが、その場合、
シート内及びロフト間における比抵抗のばらつきが非常
に大きくならざるを得なかった。

なお、第２図の構造においても、抵抗温度曲線の勾配が
非常に小さい低温領域で発熱するように構成すれば、均
一な発熱状態を実現することができる。しかしながら、
そのような低温領域で発熱するように構成された面状発
熱体は、定抵抗からなる発熱体と同様なものとなり、Ｐ
ＴＣの特徴である低温時には電力を増大し、高温時には
電力を低減するという自己電力制御機能を有効に活かせ
ないものとなる。

〔発明が解決しようとする課題］ よって、本発明の目的は、ＰＴＣの自己電力制御機能を
活かし得る温度域で発熱体全体を均一に発熱させること
が可能な構造を備えた面状発熱体を提供することにある
。

〔課題を解決するための手段及び作用〕本発明の面状発
熱体は、有機高分子材料に導電性粒子を分散させてなる
ＰＴＣシートの少なくとも一方面に少なくとも一対の電
極を形成し、ＰＴＣシートの少なくとも一方面に熱伝導
性シートを固着した構造を備え、上記各対の電極におけ
る電極間隔が３〜１５Ｃ１１であり、発熱安定点におけ
る抵抗温度曲線の温度勾配が２．５〜１０％／”Ｃであ
り、発熱安定時の抵抗値が周囲温度における抵抗値の６
倍以内とされていることを特徴とする。

すなわち、本発明は、上記した構造の面状発熱体におい
て、上記特定の電極間隔距離、特定の抵抗温度勾配並び
に周囲温度における抵抗値に対する発熱安定時の抵抗値
の特定の割合を選択することにより、面状発熱体として
の均一な発熱特性が得られるように構成されていること
を特徴とする。

電極間隔を３Ｃ１１〜１５１の範囲としたのは、３１未
満では温度分布は均一となるが、電極形成数が増加し構
造上煩雑になり、電極形成コストが上昇するからである
。事実、大型の面状発熱体を作製することは非常に困難
である。他方、電極間隔を１５０１以下としたのは、１
５ｃｍより広げると、温度分布が生し易く、電圧集中が
生じ、均一な発熱状態を得ることができないからである
。

また、発熱安定点における抵抗温度曲線の温度勾配を２
．５〜ｌＯ％／”Ｃとしたのは、２．５％／℃未満で発
熱するようにすると、発熱の均一性は良好であるが、従
来の固定抵抗からなるヒータと同様に自己電力制御機能
をほとんど有しないものとなり、ＰＴＣとしての特徴を
活かせなくなるからである。他方、温度勾配が１０％／
℃より大きい場合には、電圧集中が生じ、均一な発熱状
態を得ることができない。

さらに、発熱安定時の抵抗値を、周囲温度における抵抗
値の６倍以下としたのは、６倍を超えると、均一な発熱
状態を得ることができないからである。

なお、本発明において用い得るＰＴＣシートとしては、
例えばエチレン−酢酸ビニル共重合体やエチレン−アク
リル酸共重合体のような適宜の有機高分子材料に、カー
ボンブラック、グラファイトまたは金属粉のような導電
性粒子を混練したものが適宜用いられる。二〇ＰＴＣシ
ートは、上記のような有機高分子材料に導電性粒子を混
練し、適宜の成形方法により成形することにより得られ
る。

ＰＴＣシートの少なくとも一方面に形成される少なくと
も一対の電極は、導電性ペース７トをＰＴＣシートの主
面に塗布・硬化することにより、あるいは金属箔を貼り
付けることにより形成され得る。

また、ＰＴＣシートの少なくとも一方面に固着される熱
伝導性シートとしては、熱伝導性に優れた材料、例えば
アルミニウム等の金属材料よりなルシート材が用いられ
る。

〔実施例の説明〕

実施■上 エチレン−酢酸ビニル共重合体７５重量部に、カーボン
ブラックを２５重量部を混練し、押出成形法により厚み
０．５閣のＰＴＣシートを得た。

このＰＴＣシートを１００Ｘ２２０閣の大きさに切断し
、第１図に示すように、切断されたＰＴＣシー）１１の
両端縁１１ａ、ｌｌｂ近傍及び中央に、幅５■のＮｉ箔
を貼り付け、電極１２〜１４とした。

なお、電極１２．１４と、ＰＴＣ’ｚ−）１１（７）両
端縁１１ａ、ｌｌｂとの間には、幅２．５ｍのギャップ
領域１５ａ、１５ｂを設けた。従って、電極１２．１３
間及び電極１３．１４間の間隔は４０−とされている。

上記のようにして電極が形成されたＰＴＣシート１１の
下面に、絶縁性樹脂よりなる厚み５０μｍのフィルムを
介して、熱伝導性シートとして厚み８０μｍのアルミニ
ウムシートを貼り付け、実施例１の面状発熱体を構成し
た。

裏腹±Ｉ 実施例１で用意したＰＴＣシート１１と同一のＰＴＣシ
ートを用意した。第４図に示すように、ＰＴＣシート１
１の両端縁１１ａ、Ｉｌｂに沿うように幅５ｍのＮｉを
貼り付は電極２２．２３とした。１を極２２，２３間の
間隔は９０５ｍである。

さらに、実施例１と同様に、ＰＴＣシート１１の下面に
実施例１と同様にしてアルミニウムシートを貼り付け、
実施例２の面状発熱体とした。

几望■土 実施例１で用意したのと同一のＰＴＣシート１１を用意
した。第５図に示すように、このＰＴＣシート１１の短
手方向の端縁１１ｃ、ｌｉｄ近傍に、幅５閤のＮｉを貼
り付は電極３２．３３とした。なお、電極３２．３３と
ＰＴＣシート１１の端縁１１ｃ、ｌｉｄとの間には輻５
閣のギャップ領域３４．３５を設けである。を極３２．
３３間の間隔は、２００閣である。

さらに、ＰＴＣシート１１の下面側に、実施例１と同様
にして熱伝導シートとしてのアルミニウムシートを固着
し、比較例１の面状発熱体を得た。

比較例２ ＰＴＣンート１１の下面に熱伝導性シートとしてのアル
ミニウムシートを固着していないことを除いては、実施
例１と同様にして面状発熱体を得、比較例２とした。

比較例３ ＰＴＣシート１１の下面にアルミニウムシートを固着し
ていないことを除いて、実施例２と同様にして面状発熱
体を得、比較例３の面状発熱体とした。

比較例４ ＰＴＣシート１１の下面に熱伝導性シートとしてのアル
ミニウムシートを固着していないことを除いて、比較例
１と同様にして面状発熱体を得、比較例４とした。

施　　び比較例の一価 （ａ）常温抵抗（＋！：実施例１．　２及び比較例１〜
４の面状発熱体の常温における抵抗値を測定した。

結果を第１表に示す。

（ｂ）通電試験：実施例１．２及び比較例１〜４０面状
発熱体はすべて同し大きさとされている。

従って、面状発熱体内の温度の均一性を見るには、電源
投入時の電力が同一となるように、試料ごとに電圧を選
んで通電すればよい。このような条件で通電し、仮に均
一な発熱状態が得られたとすれば、実施例１．２及び比
較例１〜４の面状発熱体は何れも同一サイズのシートを
用いているため、同等の発熱状態となる筈である。上記
のようにして通電し、各面状発熱体の発熱状態を測定し
た。

結果を、第１表及び第２表並びに第６図に示す。

なお、第６図は、周囲温度が２５℃のときの突入電力す
なわち印加電圧を変化させた場合の発熱安定時の電力を
示す。

また、上記実施例１．２及び比較例１〜４に用いたＰＴ
Ｃシートの抵抗温度特性は第７図に示す通りである。な
お第７図において、縦軸の抵抗変化率は、２５℃の温度
における抵抗（１ｚｓに対する比で示しである。従って
、発熱時の温度分布が均一であれば、電圧の印加と共に
発熱安定点は高温側に移動するため、発熱安定時の電力
は増加する筈である。

しかしながら、比較例１〜４の面状発熱体においては、
突入電力を増加させていくと、安定電力が低減する現象
が見られる（第６図参照）。これは、印加電圧を上昇さ
せていくことにより発熱安定点が抵抗温度曲線の抵抗温
度勾配の２、峻な領域に入り、電圧集中を生じたためで
ある。すなわち、従来の面状発熱体と同様の結果となる
。

しかしながら、実施例１．２のように、電極間距離、発
熱安定点における抵抗温度曲線の温度勾配及び発熱安定
時の抵抗値の周囲温度における抵抗値に対する抵抗変化
倍率を選択すれば、均一な発熱状態を示す面状発熱体が
得られる。すなわち、第６図及び第１表の結果から明ら
かなように、実施例１．２の面状発熱体では、電極間隔
が比較例１の面状発熱体の電極間隔よりも狭いため、ヒ
ータ内の温度差が小さいことがわかる。

また、第１表から明らかなように、実施例１゜２におい
て、発熱安定点における温度勾配が１０％／’Ｃを超え
る場合（実施例１においては突入電力が７０Ｗ及び１０
０Ｗの場合、実施例２においては突入電力が５０Ｗ及び
７０Ｗの場合）、ヒタ内の最高温度に対する温度差が大
きくなるが、該温度勾配が１０％／”Ｃ以下の場合には
、ヒータ内の温度差がヒータ内最高温度に比べて小さく
、従って均一な発熱状態の得られていることがわかる。

さらに、実施例１．２の結果と、比較例２．３の結果と
を比較すれば明らかなように、下面にアルミニウムシー
トを貼り付けていない比較例２３０面状発熱体に比べて
、実施例１．２の面状発熱体では、より均一な発熱状態
の実現され得ることがわかる。

また、第２表は、発熱安定時における抵抗値の周囲温度
における抵抗値に対する抵抗値の変化倍率を示すが、第
１表に示されている発熱状態と第２表とを比較すれば明
らかなように、この抵抗値変化倍率が６倍を趨えた場合
（実施例１においては突入電力が１００Ｗの場合、実施
例２においては突入電力か７０Ｗの場合、比較例１にお
いては突入電力が５０Ｗの場合、比較例３においては突
入電力が３０Ｗの場合、比較例４においては突入電力が
２０Ｗの場合）、発熱状態の均一性が大きく損なわれる
ことがわかる。

従って、第１表及び第２表の結果から明らかなように、
電極間隔を３〜１５ｃｍの範囲とし、発熱安定時におけ
る抵抗温度曲線の温度勾配を２．５〜１０％／’Ｃの範
囲とし、発熱安定時の抵抗値の周囲温度における抵抗値
に対する抵抗値の変化倍率を６倍以下とすることにより
、均一な発熱状態を実現し得る面状発熱体の得られるこ
とがわかる。

（以下、余白） （その１） （その２） 〔発明の効果〕 以上のように、本発明によれば、ＰＴＣシートの少なく
とも一方面に少なくとも一対の電極を形成し、少なくと
も一方面に伝導性シートを固着してなる面状発熱体にお
いて、電極間隔、発熱安定点における抵抗温度曲線の温
度勾配並びに発熱安定時の抵抗値の周囲温度における抵
抗値に対する抵抗値変化倍率を上記特定の範囲としたこ
とにより、均一な発熱状態を得ることができる面状発熱
体を提供することが可能となる。

すなわち、ＰＴＣの自己電力料ｒＢ機能を活かした発熱
均一性に優れた面状発熱体を得ることができ、しかも電
極間隔を狭めて多数の電極を形成するものでないため、
大面積の面状発熱体を構成することが容易である。さら
に、多数の電極を形成するものでないため、ＰＴＣシー
ト自体の比抵抗を高める必要がなく、よって従来から用
いられている比抵抗値のＰＴＣシートをそのまま用いる
ことができる。従って、シート間及びシート内における
発熱状態のばらつきも少ない。

また、電極間隔を狭めて多数の電極を形成するものでな
いため、電極構造を複雑化することなく上記のような優
れた面状発熱体を製造し得る。従って、面状発熱体の製
造コストを増大させるおそれもない。

【図面の簡単な説明】

第１図は実施例１で用意した面状発熱体の平面図、第２
図は従来の面状発熱体を説明するための平面図、第３図
（ａ）〜（ｃ）は従来の面状発熱体における温度分布、
抵抗値分布及び電力消費分布を示す各図であり、第４図
は実施例２で用意した面状発熱体の平面図、第５図は比
較例１で用意した面状発熱体の平面図、第６図は実施例
及び比較例における発熱安定特電力と突入電力との関係
を示す図、第７図は実施例及び比較例で用いたＰＴＣシ
ートの抵抗温度特性を示す図である。 図において、１１はＰＴＣシート、ｌｌａ、１１ｂ、ｌ
ｌｃ、ｌｉｄは端縁、１２，１３，１４゜２２．２３，
３２．３３は電極を示す。 第３図 第６図 ！ 入電力 （Ｗ） 度 （’Ｃ）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）有機高分子材料に導電性粒子を分散させてなる有
   機正特性サーミスタシートと、 前記有機正特性サーミスタシートの少なくとも一方面に
   形成された少なくとも一対の電極と、前記シートの少な
   くとも一方面に固着された熱伝導性シートとを備え、 前記少なくとも一対の電極の電極間隔が３〜１５ｃｍで
   あり、 発熱安定点における抵抗温度曲線の温度勾配が２．５〜
   １０％／℃であり、 　発熱安定時の抵抗値が、周囲温度における抵抗値の６
   倍以下とされていることを特徴とする面状発熱体。