JPH062234Y2 - 面状発熱体 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本考案は電気製品等に用いられる面状発熱体に関し、詳
しくは特定の形状，構造を有する電極を用いることによ
り、面状発熱体全体の温度分布を著しく均一にすること
ができる面状発熱体に関する。

［従来の技術及び考案が解決しようとする課題］ 従来の面状発熱体の電極としては、両端にそれぞれ一対
の対向電極を設けたものあるいは、くし歯形のものが一
般的である。特に低電圧用として使用する場合素子の抵
抗を下げる必要があり、そのため、電極間を小さくし、
実質的な電極長を長くする必要からくし歯形の電極が用
いられている（実開昭55-129397号公報，実開昭55-1628
96号公報，実開昭59-292号公報など）。

しかしながら、くし歯形電極においては、通電時、くし
歯の先端に電流が集中し、その部分が特に高温になり、
面状発熱体の各部に温度の分布が生ずるという問題があ
る。

さらに、くし歯形電極においては、通電初期における過
大な電流による異常な発熱や電極の損傷を防止するため
に、電極のくし歯の部分はかなり広幅に設計されてお
り、しかも両端の主幹部（主電極）も広幅に設計されて
いる。これら電極の直下の部分は、非発熱部であること
から、このような形態の面状発熱体は、各部分の温度が
不均一になり、特に、電極（主に主電極）が面状発熱体
の周囲を囲む構造のものが通常用いられる為、周縁部に
広い低温度域ができ、均一な発熱面が得られないという
欠点がある。

［課題を解決するための手段］ 本考案者らは上記従来の問題点を解決すべく鋭意研究を
進めた結果、くし歯形電極でなく平行線状電極を用いる
とともに、絶縁層の間隙において上層の主電極（主幹
部）と交互に電気的に接続することにより、局部発熱を
防止し、電極取付部などの非発熱部を極力少なくした均
一温度分布を有する面状発熱体が得られることを見い出
し、この知見に基いて本考案を完成するに至った。

すなわち本考案は、結晶性重合体に導電性材料を配合し
た組成物からなる素体シートに、薄膜状の電極を取付け
てなる面状発熱体において、前記シート上に順次、(A)
複数の平行線状電極、(B)絶縁層、および(C)前記平行線
状電極に直交しており、かつ互いに対向する主電極が形
成されているとともに、前記平行線状電極が前記主電極
と交互に電気的に接続されていることを特徴とする面状
発熱体を提供するものである。

以下、本考案を図面により詳細に説明する。第１図は本
考案の面状発熱体の一態様を示す説明図であり、第２図
は第１図のａ−ａ断面の一部拡大図である。

図中、符号１は発熱部となる素体シートである。この素
体シート１の寸法や形状は特に制限はなく、通常用いら
れているものを採用すればよい。この素体シート１は、
基本的には結晶性重合体に導電性材料を配合した電気抵
抗の正温度係数特性を示す組成物からなるものである。

ここで結晶性重合体としては特に制限はなく様々なもの
を挙げることができるが、通常は高密度ポリエチレン，
低密度ポリエチレン，直鎖状低密度ポリエチレン，ポリ
プロピレンなどのポリオレフイン，エチレン−プロピレ
ンコポリマー，エチレン−酢酸ビニル共重合体，エチレ
ン−アクリル酸エチル共重合体などのオレフイン系共重
合体、トランス−1,4−ポリイソプレン、ポリアミド、
ポリエステルあるいはフッ素含有エチレン共重合体、さ
らにはこれらの変成物などが挙げられ、これらを単独で
若しくは二種以上を組合せて用いる。結晶性重合体とし
てはこれらの中でもポリエチレンやエチレン−酢酸ビニ
ル共重合体，エチレン−アクリル酸エチル共重合体等が
好ましい。

次に導電性材料としては種々のものが挙げられ、具体的
には例えばオイルファーネスブラック，サーマルブラッ
ク，アセチレンブラック等のカーボンブラック、グラフ
ァイト、金属粉体、炭素繊維粉砕物あるいはこれらの混
合物等が挙げられ、特にカーボンブラックが好ましい。
これら導電性材料としては平均粒径が10〜200μｍ、好
ましくは15〜100μｍの粉体状のものが用いられる。こ
こで平均粒径が10μｍ未満であると正温度係数特性が不
十分となるため好ましくない。一方、平均粒径が200μ
ｍを超えると室温における電気抵抗値が大きくなるため
好ましくない。

上記導電性材料としては、粒径を異にする２種以上の導
電性粉体を混合したものであってもよい。

前記結晶性重合体と上記導電性材料の配合比は、前者10
〜90重量％、好ましくは50〜80重量％に対し、後者90〜
10重量％、好ましくは50〜20重量％である。ここで導電
性材料の配合割合が上記割合より多いと十分な正温度係
数特性を発揮することができないため好ましくない。一
方、導電性材料の配合割合が上記割合より少ないと十分
な導電性が得られないため好ましくない。

本考案においては素体シートの材料として上記材料の他
に、半導電性無機物質を添加することもできる。ここで
半導電性無機物質として具体的にはSiC,B₄C,Si,Ge,SnO,
GaSb,GaP,GaAs,InSb,InSe,GaSe,InTe,GaTe,Li₃N,β-Al₂
O₃等が挙げられ、これらを単独あるいは混合して加えて
もよい。この半導電性無機物質は通常、粉体として用い
られ、この場合、粉体の平均粒径は300μｍ以下、好ま
しくは100μｍ以下のものを用いる。ここで粉体の平均
粒径が300μｍを超えたものであると耐電圧性の向上効
果が小さくなるため好ましくない。

この半導電性無機物質は、上記の結晶性重合体と導電性
材料の混合物100重量部に対して10〜300重量部、特には
12〜200重量部の割合で用いることが好ましい。ここで
半導電性無機物質の配合量が10重量部未満であると十分
な耐電圧性を得ることができないため好ましくない。一
方、半導電性無機物質の配合量が300重量部を超えると
混練が困難となるため好ましくない。

上記材料はバンバリーミキサー，混練ロール，押出混練
機等により混練され、次いで加熱プレス機，押出成形機
等その他公知の成形機により肉厚0.1〜3mm、好ましくは
0.2〜2mmのシートに成形される。なお、混練温度や混練
時間は特に制限はなく、通常の条件で行なえばよい。ま
た、混練時乃至は混練後に有機過酸化物を用いて結晶性
重合体の架橋を行なつてもよい。さらに混練物の成形
後、放射線による架橋を行なつてもよい。

本考案の面状発熱体は、このようにして得られた、正温
度係数特性（ＰＴＣ）を有する素体シート１に、薄膜状
の電極を取付けてなるものである。

本考案においては、上記素体シート１上に、まず複数の
平行線状電極２（２Ａと２Ｂ）が形成されている。ここ
で符号２Ａは電極の一方の極を示し、２Ｂは他方の極を
示している。すなわち、隣接する平行線状電極２はそれ
ぞれ対極となるものであり、一方の平行線状電極２Ａが
陽極の場合、これに隣接する平行線状電極２Ｂは陰極と
なり、その間に電界が生ずることを示している。

この平行線状電極２は、素体シート１の両端縁、通常は
素体シート１の長手方向の両端縁を結び、かつ互いに平
行な線状の電極である。本考案においては、この平行線
状電極２自体の幅（厚さ）は可能なかぎり狭くすること
が望ましい。これにより発熱面積を広くすることがで
き、また平行線状電極２自体の幅を狭くしても上層に主
電極が形成されているため何ら問題ない。通常、平行線
状電極２の幅は0.2〜3mmとし、隣接する平行線状電極
（２Ａと２Ｂ）間の間隔は2〜50mmとする。

なお、平行線状電極２は複数形成されていればよく、面
状発熱体の大きさ等を考慮して、その数を選定すればよ
い。

次に本考案においては、上記平行線状電極２の上に、絶
縁層３を介して、主電極４が形成されている。

ここで絶縁層３は、平行線状電極２（２Ａと２Ｂ）と主
電極４との接続部（この点については後述する。）を除
く部分の両者間に形成されている。

また、主電極（主幹部）４（４Ａと４Ｂ）は、平行線状
電極２に直交して形成されており、かつ互いに対向して
形成されている。この主電極４は平行線状電極２と交互
に接続できる位置であればどこに位置してもよいが通
常、素体シート１の両端縁であって、平行線状電極２の
形成されている方向と直交する方向の端縁に形成されて
いる。本考案においては、この主電極４自体の幅（厚
さ）は特に制限はないが、相当に広くしても何ら問題な
い。平行線状電極２の過度の発熱を緩和する見地から
は、むしろ主電極４の幅は広ければ広いほどよく、また
本考案にあつては、従来のものと異なり、この主電極４
の下も発熱するので、非発熱部を広げることにはならな
いからである。

本考案においては、上記の平行線状電極２が絶縁層３の
間隙において上層の主電極４と交互に電気的に接続され
ている。

すなわち、本考案においては一方の平行線状電極２Ａ
は、例えばその上層の一方の主電極４Ａと電気的に接続
されて一方の極となり、この一方の平行線状電極２Ａに
隣接する平行線状電極２Ｂは、その上層の他方の主電極
４Ｂと電気的に接続されて他方の極を形成している。こ
のような接続を前記絶縁層３により可能としているわけ
である。このために、絶縁層３が、例えば第４図に示す
形状で形成されている。第４図では、主電極４の幅と同
一の幅を有する切欠を、平行線状電極２の幅で、かつ同
一間隔で、しかも交互に形成した絶縁層を示している。
したがって、この絶縁層の上に第５図に示すようなパタ
ーンの主電極を形成することにより平行線状電極２が絶
縁層３の切欠内で上層の主電極４と交互に電気的に接続
されることとなる。

上記の如き本考案の面状発熱体は、例えば次の如くして
製造することができる。

まず、前記の如くして素体シート１を製造する。次に、
この素体シート１の表面に、導電性材料を用いて第３図
に示すような平行線状電極２（２Ａ，２Ｂ）を形成す
る。この場合、前記した如く、発熱面積を広くするため
に、可能な限り平行線状電極２自体の幅を狭くし、文字
通り線状の電極とすることが好ましい。

この平行線状電極２を形成する方法は種々の方法がある
が、例えば、導電性ペーストをスクリーン印刷するか
塗布する。低温クリームハンダをスクリーン印刷する
かあるいは塗布した後、加熱して金属膜とする。電極
形状に切り抜いた金属箔を加熱圧着するか、あるいは金
属箔をシート表面の全面に加熱圧着後、エツチングによ
りパターンを形成する。電気メッキあるいは無電解メ
ッキ法により金属層を形成するなどの方法がある。

次に、上記のように平行線状電極を形成した上に、平行
線状電極の一部を露出させるようにして絶縁層３を被覆
する。例えば、第３図に示すような平行線状電極を用い
た場合、第４図に示す形で、隣接する平行線状電極が交
互に露出するように（或いは逆に交互に覆われるよう
に）絶縁層を形成すればよい。絶縁層の形成は、例え
ば、絶縁塗料をスクリーン印刷，塗布したり、あるい
は、絶縁性のフイルムを貼付する等の方法を用いれば容
易である。なお、この絶縁層の被覆は平行線状電極を形
成した面の裏面にも行なつてもよい。

さらに、上記のようにして形成した絶縁層の上に、導電
性材料で互いに対向する帯状の主電極を形成する。この
帯状の主電極を形成する方法としては種々の方法があ
り、例えば、導電性ペーストを用いてスクリーン印刷あ
るいは塗布する方法や、金属箔を導電性ペースト，導電
性貼着剤を用いて圧着するか、ハンダ付けして前記平行
線状電極と電気的に接触させるなどの方法がある。具体
的には第５図に示すパターンを用い、第４図に示す絶縁
層の上に導電性ペーストで主電極を設ける。この際、下
層の平行線状電極と上層の二つの帯状の主電極を、隣接
する平行線状電極の極性が交互に反転するように接続す
る。

このようにして得られた両電極から端子あるいはリード
線を取出した後、全体を絶縁被膜で覆い、外装を施して
面状発熱体として用いる。

［実施例］ 次に実施例により本考案を詳しく説明する。

実施例１ エチレン・アクリル酸エチル共重合体（日本ユニカー
（株）製「DPDJ6182」）58重量％，カーボンブラツク（三
菱化成（株）製「ダイアブラツクＥ」，平均粒径43ｍ
μ）42重量％を加圧ニーダーを用いて混練し、両者の混
合物100重量部に対し、有機酸化物（日本油脂（株）製
「パーヘキシン25B」）を0.17重量部添加してさらに混
練し、ＰＴＣ組成物を得た。これを押出シート成形機を
用いて、厚さ0.5mmのシートに成形した。

このシートの表面に第３図に示すパターン（幅Ａ：55.5
mm，奥行きＢ：32mm，平行線状電極の幅Ｃ：0.5mm，平
行線状電極間の距離Ｄ：5mm）を導電性銀ペーストを用
いてスクリーン印刷し、80゜Cオーブン中で３時間乾燥し
て平行線状電極を形成した。

次いで、その上から、第４図に示す如きパターン（幅
Ｅ：65mm，電極端子絶縁部幅Ｅ′：6mm，奥行きＦ：36m
m，切欠き部の幅Ｇ：0.5mm，切欠き部の長さＨ：10mm）
で絶縁塗料をスクリーン印刷し、50゜Cで３時間乾燥し硬
化させた。

さらに、その上に、導電性銀ペーストを用いて第５図に
示すパターン（幅（リード線用端子部を除く幅）Ｉ：5
5.5mm，奥行きＪ：32mm，主電極の厚さＫ：7mm，リード
線用端子部の厚さＬ：5mm，リード線用端子部の幅Ｍ：
五mm）をスクリーン印刷し、80゜Cで３時間乾燥を行な
い、積層面状発熱体を形成した。

２極の端子部にリード線を接続し、抵抗を測定したとこ
ろ8.2Ωであり、これにＤＣ12Ｖを印加し、加熱したと
ころ面全体に均一な温度分布が得られた。

［考案の作用・効果］ 本考案においては、下層の平行線状電極と上層の主電極
とが一体となり、しかも隣接する平行線状電極の極性が
交互に反転するように電気的に接続されている。

したがつて、本考案によれば上層の主電極の下も発熱い
ることとなる。

このように本考案においては、くし歯形電極ではなく、
平行線状電極を用いているため、くし歯形電極にみられ
る局部的な発熱がない。

また、この平行線状電極の上部に広幅の主電極が形成さ
れているため、この主電極により平行線状電極の過度の
発熱を緩和することができる。したがつて、平行線状電
極を可能なかぎり細くすることができ、これにより、電
極の下という非発熱部を可能なかぎり減少させることが
できる。

叙上の如く、本考案によれば局部的な発熱がなく、しか
も非発熱部も非常に狭い範囲であるため、発熱の均一な
面状発熱体が得られるとともに、加熱能力も向上させる
ことができる。

さらに本考案の面状発熱体は可撓性に富み、大面積化も
可能で制作も簡単である。

従って、本考案の面状発熱体は電気製品などの発熱体と
して産業上有用である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の面状発熱体の一態様を示す説明図であ
り、第２図は第１図のａ−ａ断面の一部拡大図である。
図中、符号１は素体シート、符号２（２Ａと２Ｂ）は平
行線状電極、符号３は絶縁層、符号４（４Ａと４Ｂ）は
主電極を示している。第３図は本考案の実施例１におい
て形成した素体シート上の平行線状電極のパターン形状
を示したものであり、第４図は本考案の実施例１におい
て形成した中間層の絶縁層の形状を示し、第５図は本考
案の実施例１において形成した、上層の二つの帯状の主
電極と電源接続端子を示した図である。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】結晶性重合体に導電性材料を配合した組成
   物からなる素体シートに、薄膜状の電極を取付けてなる
   面状発熱体において、前記シート上に順次、(A)複数の
   平行線状電極、(B)絶縁層、および(C)前記平行線状電極
   に直交しており、かつ互いに対向する主電極が形成され
   ているとともに、前記平行線状電極が前記主電極と交互
   に電気的に接続されていることを特徴とする面状発熱
   体。