JPH0632275B2 - 発熱体 - Google Patents
発熱体Info
- Publication number
- JPH0632275B2 JPH0632275B2 JP59266642A JP26664284A JPH0632275B2 JP H0632275 B2 JPH0632275 B2 JP H0632275B2 JP 59266642 A JP59266642 A JP 59266642A JP 26664284 A JP26664284 A JP 26664284A JP H0632275 B2 JPH0632275 B2 JP H0632275B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- resistor
- electrodes
- temperature
- pair
- thermal conductivity
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
Links
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 title claims description 35
- 230000017525 heat dissipation Effects 0.000 claims description 8
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 claims description 6
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 4
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 claims description 3
- 239000010419 fine particle Substances 0.000 claims description 2
- 230000020169 heat generation Effects 0.000 description 13
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 7
- 239000000463 material Substances 0.000 description 6
- 239000002861 polymer material Substances 0.000 description 6
- 230000008859 change Effects 0.000 description 4
- 239000000779 smoke Substances 0.000 description 4
- 230000002159 abnormal effect Effects 0.000 description 3
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- -1 polyethylene Polymers 0.000 description 3
- 239000004698 Polyethylene Substances 0.000 description 2
- 239000006229 carbon black Substances 0.000 description 2
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 2
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 2
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 2
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 2
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 2
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 2
- 230000014509 gene expression Effects 0.000 description 2
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 2
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 2
- 229920000728 polyester Polymers 0.000 description 2
- 229920000573 polyethylene Polymers 0.000 description 2
- 229920013716 polyethylene resin Polymers 0.000 description 2
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 2
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000004952 Polyamide Substances 0.000 description 1
- 239000004743 Polypropylene Substances 0.000 description 1
- 206010037660 Pyrexia Diseases 0.000 description 1
- 230000005856 abnormality Effects 0.000 description 1
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- JRPBQTZRNDNNOP-UHFFFAOYSA-N barium titanate Chemical compound [Ba+2].[Ba+2].[O-][Ti]([O-])([O-])[O-] JRPBQTZRNDNNOP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910002113 barium titanate Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 1
- 239000006258 conductive agent Substances 0.000 description 1
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 1
- 229920001577 copolymer Polymers 0.000 description 1
- 239000011889 copper foil Substances 0.000 description 1
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 1
- 230000001808 coupling effect Effects 0.000 description 1
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 1
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 1
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 1
- 229920006038 crystalline resin Polymers 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 230000001747 exhibiting effect Effects 0.000 description 1
- WABPQHHGFIMREM-UHFFFAOYSA-N lead(0) Chemical compound [Pb] WABPQHHGFIMREM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229920003023 plastic Polymers 0.000 description 1
- 239000004033 plastic Substances 0.000 description 1
- 229920001200 poly(ethylene-vinyl acetate) Polymers 0.000 description 1
- 229920002647 polyamide Polymers 0.000 description 1
- 229920000098 polyolefin Polymers 0.000 description 1
- 229920001155 polypropylene Polymers 0.000 description 1
- 229920006214 polyvinylidene halide Polymers 0.000 description 1
- 229920005989 resin Polymers 0.000 description 1
- 239000011347 resin Substances 0.000 description 1
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 1
Landscapes
- Resistance Heating (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、採暖器具及び一般の加熱装置等として有用な
発熱体の構成に関するものである。
発熱体の構成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（以下ＰＴＣと称す）発
熱体は、例えば特公昭５７−４３９９５号公報に示され
ているように、第４図のような構造になっていた。
熱体は、例えば特公昭５７−４３９９５号公報に示され
ているように、第４図のような構造になっていた。
すなわち絶縁基板１上に相対向する一対の帯状電極２が
設けられ、その上からＰＴＣ抵抗体３が設けられる構成
のものであり、このＰＴＣ抵抗体３のＰＴＣ特性により
適宜な温度に自己制御されるものであった。
設けられ、その上からＰＴＣ抵抗体３が設けられる構成
のものであり、このＰＴＣ抵抗体３のＰＴＣ特性により
適宜な温度に自己制御されるものであった。
発明が解決しようとする問題点 しかし、このような構成のものでは、特にＰＴＣ発熱体
が高発熱量の場合に、温度分布が異常に不均一になり、
異常な高温部とほとんど発熱しない部分が生じるばかり
か、異常高温部は発煙，発火現象を呈する危険性を有す
るという問題があった。
が高発熱量の場合に、温度分布が異常に不均一になり、
異常な高温部とほとんど発熱しない部分が生じるばかり
か、異常高温部は発煙，発火現象を呈する危険性を有す
るという問題があった。
これは以下の現象による。
いま、この発熱体に電圧を印加し通電させたとすると理
論的には第５図の実線ａで示すように、発熱抵抗体３部
においてはほぼ均一な発熱温度であり例えば第６図のよ
うな抵抗体のＰＴＣ特性によりある温度に自己制御され
る。しかし、このＰＴＣ抵抗体３の抵抗分布の不均一
性、外部よりの断熱状態の部分的差異、あるいは外部よ
りの局所加熱等により、一対の電極２間方向の抵抗分布
が若干不均一になり、抵抗値が相対的に大きい部分（第
５図Ａ）が生じた場合に、Ａ部にかかる電圧は大きくな
り、Ａ部はその他の部分より発熱量が大きくなり第５図
の破線ｂのような温度分布が生じてくる。これに伴ない
Ａ部の抵抗値はＰＴＣ特性のためにさらに高抵抗にな
り、Ａ部にかかる電圧もさらに大きくなっていき、Ａ部
はさらに高温になっていく。このようにして最終的に
は、第７図で示すように高温な発熱箇所Ａを呈する。こ
の時の一対の電極２間方向の発熱量分布を第８図に示
す。このように一旦温度分布が若干でも生じると抵抗体
のＰＴＣ特性により温度差が助長され増大される。この
現象を以下の説明では、電圧集中現象と呼ぶことにす
る。
論的には第５図の実線ａで示すように、発熱抵抗体３部
においてはほぼ均一な発熱温度であり例えば第６図のよ
うな抵抗体のＰＴＣ特性によりある温度に自己制御され
る。しかし、このＰＴＣ抵抗体３の抵抗分布の不均一
性、外部よりの断熱状態の部分的差異、あるいは外部よ
りの局所加熱等により、一対の電極２間方向の抵抗分布
が若干不均一になり、抵抗値が相対的に大きい部分（第
５図Ａ）が生じた場合に、Ａ部にかかる電圧は大きくな
り、Ａ部はその他の部分より発熱量が大きくなり第５図
の破線ｂのような温度分布が生じてくる。これに伴ない
Ａ部の抵抗値はＰＴＣ特性のためにさらに高抵抗にな
り、Ａ部にかかる電圧もさらに大きくなっていき、Ａ部
はさらに高温になっていく。このようにして最終的に
は、第７図で示すように高温な発熱箇所Ａを呈する。こ
の時の一対の電極２間方向の発熱量分布を第８図に示
す。このように一旦温度分布が若干でも生じると抵抗体
のＰＴＣ特性により温度差が助長され増大される。この
現象を以下の説明では、電圧集中現象と呼ぶことにす
る。
この電圧集中現象は、高発熱量のものほど発生しやす
く、従来のＰＴＣ発熱体は、発熱量を制限したり、ある
いは非常に熱伝導性の良い絶縁基板を用いるかして、こ
の電圧集中現象に対処せねばならなかった。
く、従来のＰＴＣ発熱体は、発熱量を制限したり、ある
いは非常に熱伝導性の良い絶縁基板を用いるかして、こ
の電圧集中現象に対処せねばならなかった。
ところで、熱伝導性の優れた抵抗体すなわち、チタン酸
バリウム等を用いたセラミック系抵抗体素子を用いる
と、この電圧集中現象を抑える発熱量の限界をかなり大
きくすることができるが、この抵抗体では、加工性の面
で大きさ、形状をかなり制約せざるを得ず面積の大きい
加熱等においては非常に多くのこの小さな素子を配設せ
ざるを得ず、給電用接続等が複雑になるばかりか、可撓
性がなく割れやすく放熱体等に熱的に結合しにくいとい
う本発明の産業上の利用分野では実際には実現性に乏し
い。
バリウム等を用いたセラミック系抵抗体素子を用いる
と、この電圧集中現象を抑える発熱量の限界をかなり大
きくすることができるが、この抵抗体では、加工性の面
で大きさ、形状をかなり制約せざるを得ず面積の大きい
加熱等においては非常に多くのこの小さな素子を配設せ
ざるを得ず、給電用接続等が複雑になるばかりか、可撓
性がなく割れやすく放熱体等に熱的に結合しにくいとい
う本発明の産業上の利用分野では実際には実現性に乏し
い。
そこで本発明は、以上のような従来の問題点を解消する
ものであり、高発熱量においても異常な発熱分布、発
煙，発火等なく安全で信頼性の高いしかも高性能な発熱
体の構成を提供することを目的とする。
ものであり、高発熱量においても異常な発熱分布、発
煙，発火等なく安全で信頼性の高いしかも高性能な発熱
体の構成を提供することを目的とする。
問題点を解決するための手段 上記目的を達成本発明の技術的手段は、従来の技術とは
発想を異にするものである。すなわち、対向する一対の
電極と、結晶性高分子中に導電性微粒子を分散させた組
成物を主成分とする正の抵抗温度係数を有し、前記一対
の電極間に設けられた厚さ１mm以下の薄肉板状の抵抗体
とを備え、前記一対の電極間の電流導通方向の２０℃の
温度における熱伝導率をλ20［Kcal/mh℃］、使用温度
における熱伝導率をλυ［Kcal/mh℃］、前記ＰＴＣ抵
抗体の２０℃の温度における体積固有抵抗をρ20［Ω
ｍ］、使用温度における体積固有抵抗をρυ［Ωｍ］、
使用電圧をＥ［Ｖ］で表わすときに ρυ／ρ20＞１．５ ρ20λ20＞０．００５Ｅ２ ρυλυ＜３０ρ20λ20 なる関係を満たす如く、この一対の電極間の前記抵抗体
の電流導通部分の外周沿面部に熱伝導率の大きい放熱板
を構成させてなるものである。
発想を異にするものである。すなわち、対向する一対の
電極と、結晶性高分子中に導電性微粒子を分散させた組
成物を主成分とする正の抵抗温度係数を有し、前記一対
の電極間に設けられた厚さ１mm以下の薄肉板状の抵抗体
とを備え、前記一対の電極間の電流導通方向の２０℃の
温度における熱伝導率をλ20［Kcal/mh℃］、使用温度
における熱伝導率をλυ［Kcal/mh℃］、前記ＰＴＣ抵
抗体の２０℃の温度における体積固有抵抗をρ20［Ω
ｍ］、使用温度における体積固有抵抗をρυ［Ωｍ］、
使用電圧をＥ［Ｖ］で表わすときに ρυ／ρ20＞１．５ ρ20λ20＞０．００５Ｅ２ ρυλυ＜３０ρ20λ20 なる関係を満たす如く、この一対の電極間の前記抵抗体
の電流導通部分の外周沿面部に熱伝導率の大きい放熱板
を構成させてなるものである。
作用 発明者らは、前記一対の電極間の体積固有抵抗を前記熱
伝導率と使用電圧とにより設定したＰＴＣ発熱体では、
高発熱量の場合においても前記電圧集中現象が発生しな
いことを見い出した。この現象を満たすように、一対の
電極及び抵抗体を構成するとともに、電圧集中現象等の
異常が発生しやすい一対の電極間の前記抵抗体の電流導
通部分の外周沿面部に熱伝導の大きい放熱板を構成させ
ることにより、一対の電極端部領域まで含めた電圧集中
現象による異常な発熱分布さらには発煙、発火の危険性
を防止できるようになる。また、こうした構成によりこ
の抵抗体中の高分子材料等の熱劣化が進行しやすい一対
の電極端部にも金属等からなる放熱体を覆うことにな
る。さらに、このＰＴＣ抵抗体は高分子材料を用いてい
るので、可撓性を有し加工性がよく、熱負荷体への熱的
結合性も良好となる。
伝導率と使用電圧とにより設定したＰＴＣ発熱体では、
高発熱量の場合においても前記電圧集中現象が発生しな
いことを見い出した。この現象を満たすように、一対の
電極及び抵抗体を構成するとともに、電圧集中現象等の
異常が発生しやすい一対の電極間の前記抵抗体の電流導
通部分の外周沿面部に熱伝導の大きい放熱板を構成させ
ることにより、一対の電極端部領域まで含めた電圧集中
現象による異常な発熱分布さらには発煙、発火の危険性
を防止できるようになる。また、こうした構成によりこ
の抵抗体中の高分子材料等の熱劣化が進行しやすい一対
の電極端部にも金属等からなる放熱体を覆うことにな
る。さらに、このＰＴＣ抵抗体は高分子材料を用いてい
るので、可撓性を有し加工性がよく、熱負荷体への熱的
結合性も良好となる。
実施例 以下、本発明の一実施例を添付図面にもとずいて説明す
る。
る。
前記一対の電極間の電流導通方向の２０℃の温度におけ
る熱伝導率をλ20〔Kcal/mh℃〕使用温度における熱伝
導率をλu〔Kcal/mh℃〕、前記ＰＴＣ抵抗体の２０℃の
温度における体積固有抵抗をρ20〔Ωｍ〕、使用温度に
おける体積固有抵抗をρｕ〔Ωｍ〕、使用電圧をＥ
〔Ｖ〕で表わすときに ρυ／ρ20＞１．５ ρ20λ20＞０．００５Ｅ２……(A) ρυλυ＜３０ρ20λ20 (B) なる関係を満たす如く構成すれば高発熱量においても前
記電圧集中現象は起こらないことが実験的に明らかにな
った。この関係式は電圧集中現象が高発熱量であったり
一対の電極間の熱伝導率が小さかったりした場合に発生
することにより解析して導き出したものである。この関
係を満足さる高発熱量可能な構成の一実施例として、第
１図に示すような構成が存する。第１図に示すように、
一対の帯状電極４，５を薄肉帯状のＰＴＣ抵抗体６の両
面に配しており、また帯状電極４には、熱負荷体として
絶縁フィルム７及び放熱板８を配している。また、９，
１０は給電用のリード線である。この構成によれば高発
熱量のものであっても、一対の電極４，５間の距離ｌを
小さくあるいは、電極４，５の面積を大きくとれば体積
固有抵抗ρ20を前記(A)式の関係を満足するような十分
大きい値のものを容易に用いることができる。また、
(B)式は突入時と安定時との体積固有抵抗と熱伝導率と
の積の変化倍率を設定するものであるが、これはこの変
化倍率をあまり大きくすると、電圧集中現象が起こる
が、この限界を設定したものであり、第１図の一対の電
極４、５間端部沿面を、例えば絶縁材等を介してアルミ
ナ材よりなる放熱板を構成することにより、(Ｂ)式の変
化倍率をさらに低下できる。またそればかりでなく、電
極４、５間端部沿面部分の均熱性が高められ、電圧集中
現象を端部まで確実に抑制できるものである。
る熱伝導率をλ20〔Kcal/mh℃〕使用温度における熱伝
導率をλu〔Kcal/mh℃〕、前記ＰＴＣ抵抗体の２０℃の
温度における体積固有抵抗をρ20〔Ωｍ〕、使用温度に
おける体積固有抵抗をρｕ〔Ωｍ〕、使用電圧をＥ
〔Ｖ〕で表わすときに ρυ／ρ20＞１．５ ρ20λ20＞０．００５Ｅ２……(A) ρυλυ＜３０ρ20λ20 (B) なる関係を満たす如く構成すれば高発熱量においても前
記電圧集中現象は起こらないことが実験的に明らかにな
った。この関係式は電圧集中現象が高発熱量であったり
一対の電極間の熱伝導率が小さかったりした場合に発生
することにより解析して導き出したものである。この関
係を満足さる高発熱量可能な構成の一実施例として、第
１図に示すような構成が存する。第１図に示すように、
一対の帯状電極４，５を薄肉帯状のＰＴＣ抵抗体６の両
面に配しており、また帯状電極４には、熱負荷体として
絶縁フィルム７及び放熱板８を配している。また、９，
１０は給電用のリード線である。この構成によれば高発
熱量のものであっても、一対の電極４，５間の距離ｌを
小さくあるいは、電極４，５の面積を大きくとれば体積
固有抵抗ρ20を前記(A)式の関係を満足するような十分
大きい値のものを容易に用いることができる。また、
(B)式は突入時と安定時との体積固有抵抗と熱伝導率と
の積の変化倍率を設定するものであるが、これはこの変
化倍率をあまり大きくすると、電圧集中現象が起こる
が、この限界を設定したものであり、第１図の一対の電
極４、５間端部沿面を、例えば絶縁材等を介してアルミ
ナ材よりなる放熱板を構成することにより、(Ｂ)式の変
化倍率をさらに低下できる。またそればかりでなく、電
極４、５間端部沿面部分の均熱性が高められ、電圧集中
現象を端部まで確実に抑制できるものである。
ここでＰＴＣ抵抗体６はカーボンブラックを中心とする
粒子状導電剤を含有させた高分子組成物であり、例えば
これに用いる樹脂としてはポリエチレン−酢酸ビニル共
重合体、ポリエチレン−エチルアクリレート共重合体、
ポリエチレン、ポリプロピレン等のポリオレフィンやポ
リアミド、ポリハロゲン化ビニリデン、ポリエステル等
の結晶性樹脂があり、各々の結晶変態点付近で急激な正
の温度係数を示す。また一対の電極４，５の距離は０．
３〜３mm程度であり、ＰＴＣ抵抗体６は高比抵抗の組成
物でよく、自己温度制御性のためのＰＴＣ特性並びに
(A)，(B)式の関係を満足させる特性は容易に得られる。
さらに高発熱量のＰＴＣ発熱体を実現するには、この電
極４、５の距離をさらに小さくすることが効果的であ
り、好ましくは、１ｍｍ以下にするとよい。
粒子状導電剤を含有させた高分子組成物であり、例えば
これに用いる樹脂としてはポリエチレン−酢酸ビニル共
重合体、ポリエチレン−エチルアクリレート共重合体、
ポリエチレン、ポリプロピレン等のポリオレフィンやポ
リアミド、ポリハロゲン化ビニリデン、ポリエステル等
の結晶性樹脂があり、各々の結晶変態点付近で急激な正
の温度係数を示す。また一対の電極４，５の距離は０．
３〜３mm程度であり、ＰＴＣ抵抗体６は高比抵抗の組成
物でよく、自己温度制御性のためのＰＴＣ特性並びに
(A)，(B)式の関係を満足させる特性は容易に得られる。
さらに高発熱量のＰＴＣ発熱体を実現するには、この電
極４、５の距離をさらに小さくすることが効果的であ
り、好ましくは、１ｍｍ以下にするとよい。
ここで、自己制御性のためのＰＴＣ特性とは前記の如く
正の抵抗温度係数を有するものであり、後述する文献及
び実験データの示す通り ρυ／ρ20＞１．５ １．０＜λ20／λυ＜１．５の関
係を満たすものである。またこのような材料の抵抗体６
を使用することにより、この抵抗体に電極を構成させた
ＰＴＣ発熱体の可撓性も容易に実現できる。
正の抵抗温度係数を有するものであり、後述する文献及
び実験データの示す通り ρυ／ρ20＞１．５ １．０＜λ20／λυ＜１．５の関
係を満たすものである。またこのような材料の抵抗体６
を使用することにより、この抵抗体に電極を構成させた
ＰＴＣ発熱体の可撓性も容易に実現できる。
実際に、この構成において各種実験を行なったが、前記
(A)，(B)式の設定条件に満たされたものは、全く電圧集
中現象が発生しなかった。この一例を下記に示す。ここ
で発熱密度は各ＰＴＣ発熱体の面積あたりの発熱量であ
る。
(A)，(B)式の設定条件に満たされたものは、全く電圧集
中現象が発生しなかった。この一例を下記に示す。ここ
で発熱密度は各ＰＴＣ発熱体の面積あたりの発熱量であ
る。
上記のNo.１〜７までの各実験は使用温度、断熱条件等
異なった実験例を示す表であるが、この表からも(A)
式，(B)式の関係を満たすものは電圧集中現象が発生し
ていないことがわかる。No.５は、通電開始後すぐに電
圧集中現象が発生し、ＰＴＣ抵抗体の一部より発煙し
た。また、No.６は、通電開始後安定するかに見えた
が、約１時間後に電圧集中現象が発生した。(B)式に示
す変化倍率の設定はこの設定範囲外でも低発熱量のもの
では電圧集中現象が発生しないものも存するが、一般に
ＰＴＣ抵抗体の耐久特性からみてこの大きな変化倍率は
抵抗体自身を損傷しやすい傾向があり、この意味も含め
て設定したものである。一般に結晶性高分子材料の熱伝
導率は、例えば、『プラスチック材料講座ポリエチレ
ン樹脂』（日刊工業新聞１９６９年８月発行８７頁図３
・５５）にも記載されているように、結晶性高分子材料
であるポリエチレン樹脂の２０℃の熱伝導率（λ20）
は、ポリエチレンの種類により異なるが、λ20＝０．３
〜０．５Kcal/mh℃であり、本発明の使用温度である約
１００℃の熱伝導率はλυ≒０．２〜０．４KCal/mh℃
である。このように温度が上昇するとともに熱伝導率は
低下していくことが明らかになっている。またカーボン
ブラックを含む複合材の熱伝導率も温度上昇とともに熱
伝導率は低下することが述べられている（AO319A Acta
Phys PO1 A VOL.50,No.1 PAGE.125-127 1976） この文献における複合材の熱伝導率（２０℃）は λ20＝０．２〜０．４Kcal/mh℃であり、熱伝導率
（λ）と温度（Ｔ）は λ＝Ａ−ＢＴ（Ａ、Ｂは材料により決まる定数の関係で
示されており使用温度が約１００℃とすると一般に １．０＜λ20／λυ＜１．５ で表わせ、本実施例の実験でも １．２＜λ20／λυ＜１．５ であった。次に電極４，５はこの実施例では銅箔を用い
たが導電体であればどのようなものでもよく、この電極
は温度分布を良好にする効果もある。
異なった実験例を示す表であるが、この表からも(A)
式，(B)式の関係を満たすものは電圧集中現象が発生し
ていないことがわかる。No.５は、通電開始後すぐに電
圧集中現象が発生し、ＰＴＣ抵抗体の一部より発煙し
た。また、No.６は、通電開始後安定するかに見えた
が、約１時間後に電圧集中現象が発生した。(B)式に示
す変化倍率の設定はこの設定範囲外でも低発熱量のもの
では電圧集中現象が発生しないものも存するが、一般に
ＰＴＣ抵抗体の耐久特性からみてこの大きな変化倍率は
抵抗体自身を損傷しやすい傾向があり、この意味も含め
て設定したものである。一般に結晶性高分子材料の熱伝
導率は、例えば、『プラスチック材料講座ポリエチレ
ン樹脂』（日刊工業新聞１９６９年８月発行８７頁図３
・５５）にも記載されているように、結晶性高分子材料
であるポリエチレン樹脂の２０℃の熱伝導率（λ20）
は、ポリエチレンの種類により異なるが、λ20＝０．３
〜０．５Kcal/mh℃であり、本発明の使用温度である約
１００℃の熱伝導率はλυ≒０．２〜０．４KCal/mh℃
である。このように温度が上昇するとともに熱伝導率は
低下していくことが明らかになっている。またカーボン
ブラックを含む複合材の熱伝導率も温度上昇とともに熱
伝導率は低下することが述べられている（AO319A Acta
Phys PO1 A VOL.50,No.1 PAGE.125-127 1976） この文献における複合材の熱伝導率（２０℃）は λ20＝０．２〜０．４Kcal/mh℃であり、熱伝導率
（λ）と温度（Ｔ）は λ＝Ａ−ＢＴ（Ａ、Ｂは材料により決まる定数の関係で
示されており使用温度が約１００℃とすると一般に １．０＜λ20／λυ＜１．５ で表わせ、本実施例の実験でも １．２＜λ20／λυ＜１．５ であった。次に電極４，５はこの実施例では銅箔を用い
たが導電体であればどのようなものでもよく、この電極
は温度分布を良好にする効果もある。
次に本実施例では、前記熱負荷体は電極４に熱的に結合
された放熱板８としたが、この放熱板８は熱伝導率が大
きければ大きいほど熱拡散も増大され、放熱体の温度分
布もよくなり、またこのＰＴＣ発熱体の面積あたりの発
熱量もこの放熱板８の熱拡散が大きいほどこのＰＴＣ特
性により自己制御温度を維持するように効率的に大きく
なるため、第４図に示す従来の発熱体より、小さな装架
面積の発熱体で効率的に発熱させられるという利点も有
するものである。さらには、発熱体の装架面積を小さく
することができるので小量の材料で安価に構成できるば
かりか床暖房パネル等にこの発熱体を組み込んだ場合な
ど外部への漏洩電流も小さく抑えることができ安全であ
るという効果も有するものである。その他の熱負荷体で
あっても以上と同様の効果を得ることができ、また熱負
荷が小さくても電圧集中現象は前記の如く防止すること
ができる。さらにこのＰＴＣ発熱体は前記ＰＴＣ抵抗体
６の材料であるから加工性に優れ、可撓性ももたせるこ
とができるため、各種サイズの機器への設置も容易であ
る。
された放熱板８としたが、この放熱板８は熱伝導率が大
きければ大きいほど熱拡散も増大され、放熱体の温度分
布もよくなり、またこのＰＴＣ発熱体の面積あたりの発
熱量もこの放熱板８の熱拡散が大きいほどこのＰＴＣ特
性により自己制御温度を維持するように効率的に大きく
なるため、第４図に示す従来の発熱体より、小さな装架
面積の発熱体で効率的に発熱させられるという利点も有
するものである。さらには、発熱体の装架面積を小さく
することができるので小量の材料で安価に構成できるば
かりか床暖房パネル等にこの発熱体を組み込んだ場合な
ど外部への漏洩電流も小さく抑えることができ安全であ
るという効果も有するものである。その他の熱負荷体で
あっても以上と同様の効果を得ることができ、また熱負
荷が小さくても電圧集中現象は前記の如く防止すること
ができる。さらにこのＰＴＣ発熱体は前記ＰＴＣ抵抗体
６の材料であるから加工性に優れ、可撓性ももたせるこ
とができるため、各種サイズの機器への設置も容易であ
る。
次に、本発明の第２の実施例を第２図に示す。第２図に
おいて１１はポリエステル等からなる芯糸でありこの上
にスパイラル状に巻き付けられた電極１２、薄肉環状の
ＰＴＣ抵抗体層１３、スパイラル状に巻き付けられた電
極１４、絶縁外皮１５が順次構成されている。また１６
は放熱板である。この実施例においても、この電極１
３，１４間の体積固有抵抗を前記熱伝導率と使用電圧と
により設定することにより、上記と同様な効果を得るこ
とができる。
おいて１１はポリエステル等からなる芯糸でありこの上
にスパイラル状に巻き付けられた電極１２、薄肉環状の
ＰＴＣ抵抗体層１３、スパイラル状に巻き付けられた電
極１４、絶縁外皮１５が順次構成されている。また１６
は放熱板である。この実施例においても、この電極１
３，１４間の体積固有抵抗を前記熱伝導率と使用電圧と
により設定することにより、上記と同様な効果を得るこ
とができる。
次に、一対の電極間の熱伝導率が大きい場合を考える
と、電圧集中現象を防止するための(A)式，(B)式の範囲
はさらに大きくなる。これを利用してこの電極間のＰＴ
Ｃ抵抗体あるいは外装部に熱伝導率の大きいものを介在
させてもよい。しかし前記の如く、熱伝導性の優れたセ
ラミック系の抵抗体では加工性も悪くわれやすいため実
際には実現しにくかった。そこで例えば、第３図の如く
一対の帯状の電極１７，１７′間に帯状のＰＴＣ抵抗体
１８を配し、絶縁外皮１９を介して放熱板２０、放熱板
２１を外周に熱的に結合させた実施例を考えてみる。こ
の場合、放熱板２１のＢ部はこの電極間方向に位置して
おりこの放熱板２１のＢ部の厚みをd1及びd2、電極の幅
方向の距離をＷとし、ＰＴＣ抵抗体１８の熱伝導率をλ
Ｔ，放熱板２１の熱伝導率をλＨとした時、(A)，(B)式
のλ20及びλｕは に補正することもできる。ここでαは熱結合状態等によ
る係数であるが、本実施例では、α＝０．８レベルであ
ったが各状態において適宜設定すればよい。
と、電圧集中現象を防止するための(A)式，(B)式の範囲
はさらに大きくなる。これを利用してこの電極間のＰＴ
Ｃ抵抗体あるいは外装部に熱伝導率の大きいものを介在
させてもよい。しかし前記の如く、熱伝導性の優れたセ
ラミック系の抵抗体では加工性も悪くわれやすいため実
際には実現しにくかった。そこで例えば、第３図の如く
一対の帯状の電極１７，１７′間に帯状のＰＴＣ抵抗体
１８を配し、絶縁外皮１９を介して放熱板２０、放熱板
２１を外周に熱的に結合させた実施例を考えてみる。こ
の場合、放熱板２１のＢ部はこの電極間方向に位置して
おりこの放熱板２１のＢ部の厚みをd1及びd2、電極の幅
方向の距離をＷとし、ＰＴＣ抵抗体１８の熱伝導率をλ
Ｔ，放熱板２１の熱伝導率をλＨとした時、(A)，(B)式
のλ20及びλｕは に補正することもできる。ここでαは熱結合状態等によ
る係数であるが、本実施例では、α＝０．８レベルであ
ったが各状態において適宜設定すればよい。
以上のように、一対の電極１７、１７′間の抵抗体１８
の電流導通部分の外周沿面部に熱伝導率の大きい放熱板
２１、特にこのＢ部を構成することにより、一対の電極
端部沿面まで電圧集中による危険性を確実に抑制し、高
出力の正抵抗温度係数発熱体を実現するものである。
の電流導通部分の外周沿面部に熱伝導率の大きい放熱板
２１、特にこのＢ部を構成することにより、一対の電極
端部沿面まで電圧集中による危険性を確実に抑制し、高
出力の正抵抗温度係数発熱体を実現するものである。
発明の効果 以上述べてきたように、本発明の発熱体によれば以下の
効果を奏するものであり、実用上きわめて有益な発明で
ある。
効果を奏するものであり、実用上きわめて有益な発明で
ある。
(1)一対の電極間の前記抵抗体の電流導通部分の外周沿
面部に伝導率の大きい放熱板を構成させ、一対の電極端
部領域まで含めた電圧集中現象による異常な発熱分布さ
らには発煙、発火の危険性を防止し、高発熱量において
も安全で信頼性の高い発熱体を容易に実現できる。
面部に伝導率の大きい放熱板を構成させ、一対の電極端
部領域まで含めた電圧集中現象による異常な発熱分布さ
らには発煙、発火の危険性を防止し、高発熱量において
も安全で信頼性の高い発熱体を容易に実現できる。
(2)一対の電極間の前記抵抗体の電流導通部分の外周沿
面部に熱伝導率の大きい放熱板を構成させ、抵抗体中の
高分子材料等の熱劣化が進行しやすい一対の電極端部に
も金属等からなる放熱体を介在させたことになり、抵抗
体の耐熱性能を高めこの発熱体寿命を伸ばすとともに、
抵抗体に高分子材料を用いることにより、可撓性を有し
熱負荷体への熱的結合性も良好となり熱効率も高くなる
という効果も有する。
面部に熱伝導率の大きい放熱板を構成させ、抵抗体中の
高分子材料等の熱劣化が進行しやすい一対の電極端部に
も金属等からなる放熱体を介在させたことになり、抵抗
体の耐熱性能を高めこの発熱体寿命を伸ばすとともに、
抵抗体に高分子材料を用いることにより、可撓性を有し
熱負荷体への熱的結合性も良好となり熱効率も高くなる
という効果も有する。
(3)高発熱量が実現できるので、発熱体の小型化が可能
になり、熱負荷体への装架面積を小さくすることもでき
漏洩電流を小さく抑えられる等の安全性も高められ、使
用に際しての自由度も大幅に拡大できる。
になり、熱負荷体への装架面積を小さくすることもでき
漏洩電流を小さく抑えられる等の安全性も高められ、使
用に際しての自由度も大幅に拡大できる。
第１図は本発明の第１の実施例の発熱体の斜視図、第２
図は本発明の第２の実施例の発熱体の斜視図、第３図は
本発明の第３の実施例の発熱体の断面図、第４図は従来
の発熱体の平面図、第５図は同発熱体の発熱温度分布
図、第６図は同発熱体のＰＴＣ特性図、第７図は同発熱
体の電圧集中現象発生の模式図、第８図は同電圧集中現
象発熱時の発熱量分布図である。 ４，５，１２，１４，１７，１７′……電極、６，１
３，１８……ＰＴＣ抵抗体、８，１６，２０，２１……
放熱板。
図は本発明の第２の実施例の発熱体の斜視図、第３図は
本発明の第３の実施例の発熱体の断面図、第４図は従来
の発熱体の平面図、第５図は同発熱体の発熱温度分布
図、第６図は同発熱体のＰＴＣ特性図、第７図は同発熱
体の電圧集中現象発生の模式図、第８図は同電圧集中現
象発熱時の発熱量分布図である。 ４，５，１２，１４，１７，１７′……電極、６，１
３，１８……ＰＴＣ抵抗体、８，１６，２０，２１……
放熱板。
Claims (1)
- 【請求項１】対向する一対の電極と、結晶性高分子中に
導電性微粒子を分散させた組成物を主成分とする正の抵
抗温度係数を有し、前記一対の電極間に設けられた厚さ
１mm以下の薄肉板状の抵抗体（以下ＰＴＣ抵抗体と称
す）とを備え、前記一対の電極間の電流導通方向の２０
℃の温度における熱伝導率をλ20［Kcal/mh℃］、使用
温度における熱伝導率をλυ［Kcal/mh℃］、前記ＰＴ
Ｃ抵抗体の２０℃の温度における体積固有抵抗をρ
20［Ωｍ］、使用温度における体積固有抵抗をρυ［Ω
ｍ］、使用電圧をＥ［Ｖ］で表わすときに ρυ／ρ20＞１．５ ρ20λ20＞０．００５Ｅ２ ρυλυ＜３０ρ20λ20 なる関係を満たす如く、この一対の電極間の前記抵抗体
の電流導通部分の外周沿面部に熱伝導率の大きい放熱板
を構成させて成る発熱体。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59266642A JPH0632275B2 (ja) | 1984-12-18 | 1984-12-18 | 発熱体 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59266642A JPH0632275B2 (ja) | 1984-12-18 | 1984-12-18 | 発熱体 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS61143980A JPS61143980A (ja) | 1986-07-01 |
| JPH0632275B2 true JPH0632275B2 (ja) | 1994-04-27 |
Family
ID=17433660
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP59266642A Expired - Lifetime JPH0632275B2 (ja) | 1984-12-18 | 1984-12-18 | 発熱体 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0632275B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH01186785A (ja) * | 1988-01-19 | 1989-07-26 | Mitsubishi Electric Corp | 加熱装置 |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS53122942A (en) * | 1977-04-04 | 1978-10-26 | Mitsui Petrochemical Ind | Laminated heating unit |
| JPS5881889U (ja) * | 1981-11-28 | 1983-06-02 | トヨタ自動車株式会社 | 正特性ヒ−タ |
-
1984
- 1984-12-18 JP JP59266642A patent/JPH0632275B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS61143980A (ja) | 1986-07-01 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US4334148A (en) | PTC Heaters | |
| US4882466A (en) | Electrical devices comprising conductive polymers | |
| US4425497A (en) | PTC Heater assembly | |
| JP7477210B2 (ja) | 安定した抵抗挙動を有するｐｐｔｃヒータおよび材料 | |
| US4673801A (en) | PTC heater assembly | |
| JPH0632275B2 (ja) | 発熱体 | |
| US4547659A (en) | PTC Heater assembly | |
| JP2503729B2 (ja) | 面状発熱体 | |
| JP3368615B2 (ja) | 加熱装置 | |
| JP3276780B2 (ja) | 面状発熱体 | |
| JPH10241841A (ja) | 蓄熱材を用いた加熱・保温装置 | |
| JPS61143989A (ja) | 発熱体 | |
| JP3271784B2 (ja) | 正温度係数特性素子の製造方法 | |
| JPS61143987A (ja) | 発熱体 | |
| JP3957580B2 (ja) | 自己温度制御型面状ヒータ | |
| JPH04345785A (ja) | 正抵抗温度係数をもつ抵抗体の製造方法およびその抵抗体を用いた発熱体 | |
| JPS61143985A (ja) | 発熱体 | |
| JP2643398B2 (ja) | 正抵抗温度係数発熱体およびその製造方法 | |
| JPH06203946A (ja) | 面状発熱体 | |
| JPH04151460A (ja) | 温風発生装置 | |
| JP2532175Y2 (ja) | 面状発熱体 | |
| JPH0737679A (ja) | 正抵抗温度係数を有する発熱体 | |
| JPS63146379A (ja) | 正抵抗温度係数発熱体 | |
| JP3828238B2 (ja) | 限流器 | |
| JPH0311581A (ja) | 自己温度制御発熱体 |