JPH06163145A - 面状発熱体 - Google Patents

面状発熱体

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Publication number
JPH06163145A
JPH06163145A JP4315237A JP31523792A JPH06163145A JP H06163145 A JPH06163145 A JP H06163145A JP 4315237 A JP4315237 A JP 4315237A JP 31523792 A JP31523792 A JP 31523792A JP H06163145 A JPH06163145 A JP H06163145A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
electrodes
sub
temperature
resistance
main
Prior art date
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Pending
Application number
JP4315237A
Other languages
English (en)
Inventor
Hirohide Miwa
博秀 三輪
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Tokyo Cosmos Electric Co Ltd
Original Assignee
Tokyo Cosmos Electric Co Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by Tokyo Cosmos Electric Co Ltd filed Critical Tokyo Cosmos Electric Co Ltd
Priority to JP4315237A priority Critical patent/JPH06163145A/ja
Publication of JPH06163145A publication Critical patent/JPH06163145A/ja
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B3/00—Ohmic-resistance heating
    • H05B3/20—Heating elements having extended surface area substantially in a two-dimensional [2D] plane, e.g. plate-heater
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B2203/00—Aspects relating to Ohmic resistive heating covered by group H05B3/00
    • H05B2203/002—Heaters using a particular layout for the resistive material or resistive elements
    • H05B2203/006—Heaters using a particular layout for the resistive material or resistive elements using interdigitated electrodes

Landscapes

  • Surface Heating Bodies (AREA)
  • Resistance Heating (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 所定の広い温度範囲(例えば−30〜100
℃)に亘って主電極の発熱密度をPTC抵抗膜の発熱密
度にほゞ等しくする。 【構成】 絶縁性基板2上に対向する形状に第1,第2
主電極4,5が形成され、それらより櫛歯状の第1,第
2副電極6,7がそれぞれ導出される。第1(第2)副
電極は隣接する第2(第1)副電極の中間に挟まれて互
いに対向して配され、それら第1,第2副電極の間にP
TC抵抗膜8が一様に形成される。この発明では、所定
の温度範囲に亘って、第1,第2主電極の温度Tにおけ
る固有抵抗ρ(T)の基準温度T0 (例えば20℃)に
おける固有抵抗ρ(T0 )に対する比ρ(T)/ρ(T
0 )を、第1,第2副電極間のPTC抵抗膜8の温度T
における抵抗値R3 (T)の基準温度T0 における抵抗
値R3 (T0 )に対する比R 3 (T)/R3 (T0 )に
ほゞ等しく設定する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明はミラー(鏡)や窓の曇
りや、着氷の防止等に使用される面状発熱体に関し、特
に周辺の主電極領域を含めて面全体の温度上昇を一様に
したものである。
【0002】
【従来の技術】この種の面状発熱体1は例えば図1に示
すように、絶縁性基板2上の対向する周辺に沿って第
1,第2主電極4,5が形成され、それら第1,第2主
電極4,5より櫛歯状の第1,第2副電極6,7がそれ
ぞれ導出される。第1(第2)副電極6(7)は隣接す
る第2(第1)副電極7(6)の中間に挟まれて互いに
対向して配され、第1,第2副電極6,7の間にPTC
(Positive Temperatur Coefficient :正温度係数)抵
抗膜8が一様に形成される。
【0003】第1,第2主電極4,5及び第1,第2副
電極6,7は、銀または銅等の金属粒を熱硬化性または
熱可塑性樹脂に分散させ、樹脂を固化させて導電路とし
たものである。また導電路の抵抗を低くするために金属
粒の充填率が大きく、そのため導電路の抵抗値の温度特
性は、例えば銀−フェノール系ではRa (160°)/
Ra (20°)≒1.35となり、温度に対し線形であ
る。
【0004】一方、面状発熱体1ではPTC抵抗膜8に
よる発熱だけでなく、第1,第2主電極領域も発熱さ
せ、周辺部も含めてなるべく面全体が一様に発熱するこ
とを目標にしている。そのため、特に「主電極の発熱密
度をPTC領域の発熱密度とほゞ等しくする」ことがI
TW社によりUSPAT.4,857,711 号として提案され
ている。そこでは、主電極の材質を電導銀(インク)と
している。それ以上の記載はないが、電子回路等に使用
される一般的なインクと解釈される。このような銀イン
クは印刷焼成されると、前述のような線形の抵抗温度係
数を示す。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】従来の技術では、前記
ITW社の提案のように主電極の発熱密度をPTC抵抗
膜の発熱密度とほゞ等しくすることは、ある一点の温度
(例えば20℃)とその近傍では実現できるが、例えば
−30℃〜100℃のように広い温度範囲に亘って実現
することはできなかった。この発明の目的は、所定の広
い温度範囲に亘って主電極の発熱密度をPTC抵抗膜の
発熱密度にほゞ等しい面状発電体を提供することにあ
る。
【0006】
【課題を解決するための手段】この発明では、所定の温
度範囲に亘って、第1,第2主電極の温度Tにおける固
有抵抗ρ(T)の基準温度T0 における固有抵抗ρ(T
0 )に対する比ρ(T)/ρ(T0 )を、第1,第2副
電極間の抵抗膜の温度Tにおける抵抗値R3 (T)の基
準温度T0 における抵抗値R3 (T0 )に対する比R3
(T)/R3 (T0 )にほゞ等しく設定する。
【0007】
【実施例】はじめに、従来の技術では、主電極の発熱密
度をPTC抵抗膜の発熱密度に近似することが、ある一
点の温度とその近傍においてしか実現できなかった原因
について究明する。図1Bに示すように、第1,第2主
電極4,5の幅の広い方の端面に電池9より電圧Vを印
加したとき、主電極に流入/流出する電流をI0 とする
と、面状発熱体1の全抵抗Rは R=V/I0 …… (1) で定義される。この全抵抗Rは第1,第2主電極4,5
による抵抗R1 と、第1,第2副電極6,7による抵抗
R2 と、第1,第2副電極6,7間のPTC抵抗膜8に
よる抵抗R3 とより成る。しかし、 R1≪R3 ,R2≪R3 …… (2) となるように各部を作製しているので、 R=R1+R2+R3 ≒R3 …… (3) と見なすことができる。従って、(1)式より I0 =V/R≒V/R3 …… (4) また、面状発熱体1の消費電力Pは P=V2/R≒V2/R3 =P3 …… (5) 即ち、抵抗膜8の消費電力P3 にほゞ等しい。
【0008】抵抗膜8の発熱密度、つまり電力密度p3
は、抵抗膜8の全面積をAとすれば、(5)式より p3 =P3/A=V2/R3 A …… (6) と表される。抵抗膜8による発熱エリアを図1のように
M×Lの矩形と仮定すると、副電極6,7の各1本に流
れる電流は両端の電極を除いていずれもほゞ等しくな
る。何となれば、(2)式によって主及び副電極での電
圧降下が、抵抗膜8の電圧降下に対して無視することが
でき、対向する第1,第2副電極間には全てほゞ等しい
電圧Vが印加されるからである。
【0009】副電極6,7の各1本の電流が全て同一で
あると見做すと、副電極から主電極(またはその逆)に
流れる電流は、主電極の単位長当たりI0 /Lとなる。
従って、主電極4,5の終端から主電極に沿って測った
距離xの位置の主電極の電流I1 (x)は、 I1(x)=(I0/L)x …… (7) となる。主電極の発熱密度を一様にするために、幅w
(x)を距離xに比例して大きくして、その電流密度を
一様にする必要がある。従って、 w(x)=ax (a:比例定数) …… (8) 主電極の距離xの位置での発熱密度、つまり電力密度p
1 (x)は、距離x〜x+Δx間の主電極の発熱電力Δ
P1 (x)をその面積w(x)Δxで割れば求められ
る。即ち、 p1(x)=ΔP1(x)/w(x)Δx …… (9) 主電極の発熱電力ΔP1 (x)はx〜x+Δx間の抵抗
をΔR1 (x)とすれば ΔP1(x)=ΔR1(x)I1(x)2 …… (10) 抵抗分ΔR1 (x)は主電極の固有抵抗をρ,厚さをh
とすれば ΔR1(x)=ρ{Δx/w(x)h} …… (11) となる。(9)式に(10),(11),(7),(8)式
を代入すれば p1(x)=ΔR1(x)I1(x)2/w(x)Δx =ρ{Δx/w(x)h}(I0/L)2x2/w(x)Δx =ρI0 2 x2/w(x)2hL2 =ρI0 2 x2/a2x2hL2 =ρI0 2 /a2hL2 上式のI0 に(4)式を代入すれば p1(x)≒ρV2/a2hR3 2L2 …… (12) 上式で表される主電極4,5の発熱密度p1 (x)と、
(6)式で表されるPTC抵抗膜8の発熱密度p3 を等
しい、即ち p1(x)=p3 …… (13) とするためには ρV2/a2hR3 2 L2 =V2/R3A ∴ ha2 =(A/L2)(ρ/R3) …… (14) とすればよいことが分かる。
【0010】ところが銀または銅等の金属粒を熱硬化性
または熱可塑性樹脂に分散させ固化させた従来の主電極
4,5の固有抵抗ρと、カーボン粒と樹脂またはゴムを
主原料とする従来の抵抗膜8の抵抗R3 とでは、図1C
に示すように各々の温度依存性は大きく異なる。そのた
めある1つの温度でha2 を(14)式のように決定して
も、他の温度では(14)式、従って(13)式は成立しな
くなる。
【0011】以上によって、従来の主電極の発熱密度を
抵抗膜の発熱密度に近似することが、ある一点とその近
傍の温度においてしか実現できなかった原因が究明され
た。この発明では、この原因究明の成果を踏まえて、主
電極4,5の固有抵抗の比ρ(T)/ρ(T0 )を抵抗
膜8の抵抗値の比R3 (T)/R3 (T0 )にほゞ等し
く設定する。なおTは温度であり、T0 は基準温度で、
例えば20℃に選ばれる。
【0012】そのため、PTC抵抗膜8が、カーボン粒
子と、熱膨張係数が大きく、常温より少し高い温度で変
態する樹脂或いはゴムとの混合物であることを考慮し
て、主電極についても、銀または銅粒子とPTC抵抗膜
に用いるのと同様な樹脂或いはゴムを用いて作製する。
例えば、銀フレークにエチレンビニールアセテート共重
合樹脂やシリコンゴム粒子等を混合し、溶媒でとかした
インクで主電極及び副電極をスクリーン印刷し、加熱焼
成する。従って主電極についても図1Cのρ′(T)/
ρ′(20℃)=f1 ′(T)のように広い温度範囲
(例えば−30〜100℃)においてPTC抵抗膜のR
3 (T)/R3 (20℃)=f3 (T)とほゞ同じ特性
の、正の大きな温度係数が付与される。
【0013】所定の広い温度範囲(例えば−30〜10
0°C)において、 f1′(T)=ρ′(T)/ρ′(20℃)≒f3(T)=R3(T)/R3(20℃) …… (15) となるように、主電極の固有抵抗ρ(T)をρ′(T)
に設定すれば、(14)式は広い温度範囲において、 ha2 =(A/L2){ρ′(T)/R3(T)} =(A/L2){f1′(T)ρ′(20℃)/f3(T)R3(20℃)} ≒(A/L2){ρ′(20℃)/R3(20℃)}=一定 …… (16) となり、主電極の発熱密度p1 (x)は確かに、広い温
度範囲においてPTC抵抗膜8の発熱密度p3 にほゞ等
しくなる。
【0014】なお、PTC抵抗膜8がM×Lの矩形状で
ある場合には、前述したように主電極の幅は (8)式のw
(x)=axとなるが、他の例えば楕円等では、幅w
(x)はxに対し非線形となる。
【0015】
【発明の効果】この発明によれば所定の広い温度範囲に
亘って、主電極領域の発熱密度をPTC抵抗膜領域の発
熱密度にほゞ等しくすることができるので、面状発熱体
の周辺を含めて面全体を一様な温度上昇にすることがで
きる。
【図面の簡単な説明】
【図1】Aは面状発熱体の一例を示す平面図、BはAの
各部の寸法を示す平面図、CはBのPTC抵抗膜の抵抗
値R3 (T)及び主電極の固有抵抗ρ(T)の温度特性
を示す図。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 絶縁性基板上に対向する形状に第1,第
    2主電極が形成され、それら第1,第2主電極より櫛歯
    状の第1,第2副電極がそれぞれ導出され、それら第1
    (第2)副電極は隣接する第2(第1)副電極の中間に
    挟まれて互いに対向して配され、それら第1,第2副電
    極の間に抵抗膜が一様に形成されて成る面状発熱体にお
    いて、 所定の温度範囲に亘って、前記第1,第2主電極の温度
    Tにおける固有抵抗ρ(T)の基準温度T0 における固
    有抵抗ρ(T0 )に対する比ρ(T)/ρ(T 0 )を、
    前記第1,第2副電極間の前記抵抗膜の温度Tにおける
    抵抗値R3 (T)の基準温度T0 における抵抗値R
    3 (T0 )に対する比R3 (T)/R3 (T 0 )にほゞ
    等しくしたことを特徴とする面状発熱体。
JP4315237A 1992-11-25 1992-11-25 面状発熱体 Pending JPH06163145A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2022102536A1 (ja) * 2020-11-11 2022-05-19 リンテック株式会社 配線シート及びシート状ヒーター

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JPWO2022102536A1 (ja) * 2020-11-11 2022-05-19
CN116491224A (zh) * 2020-11-11 2023-07-25 琳得科株式会社 布线片和片状加热器
CN116491224B (zh) * 2020-11-11 2026-03-27 琳得科株式会社 布线片和片状加热器

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