JPH0656792B2 - 正抵抗温度係数発熱体の製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は採暖器具および一般の加熱装置等として有用な
正抵抗温度係数発熱体（以下ＰＴＣ発熱体と称す）の製
造方法に関するものである。

従来の技術 従来から結晶性高分子中に導電性微粉末を分散した抵抗
体組成物が顕著なＰＴＣ特性を示すことが知られて、こ
の組成物を用いて自己温度制御性を有する発熱体を構成
する試みがなされてきた。この方式の利点は抵抗体の形
状加工性が優れていて任意の形状が容易に得られるこ
と、可撓性に優れていること、抵抗値の調整範囲が広い
ことにあり、これまでに比較的低電力密度の面状発熱体
および長尺可撓性発熱体として用いられてきた。

しかし、大きな電力密度が要求される場合においては発
熱体自体の温度分布を一様にするための均熱板が不可欠
となり、従来のＰＴＣ発熱体においては第７図に示すよ
うに、熱伝導性の良好なアルミナ焼結体から成る電気絶
縁基板１の上に、導電性微粉末を結晶性高分子中に分散
した材料を主成分とするＰＴＣ抵抗体２を密着して構成
し、その両端部に１対の電極３ａ、３ｂを設ける等の対
策が講じられていた。（特公昭５５−４０１６１号公
報） 発明が解決しようとする問題点 このような従来の高電力密度ＰＴＣ発熱体では均熱板が
不可欠であって、均熱板がなければ電圧集中による局部
異常発熱現象を生じ、正常な発熱特性が得られなくな
る。また、均熱板があっても、アルミナ焼結体のような
電気絶縁材料の熱伝導率には限界があり、電圧集中発生
を防止するための十分な余裕がなかった。さらに、アル
ミナ焼結体のようなセラミック材料は可撓性がなく、被
加熱物との密着性が不十分であったり、加工寸法の制約
から一体で構成される発熱体の寸法形状にも限界があっ
た。セラミック系の均熱板に代わる材料として、アルミ
ニウム等の高熱伝導率金属板とポリエステルフィルム等
の電気絶縁板との貼り合わせ均熱板が考案されている
が、耐電圧特性を十分に満足するだけの電気絶縁板の厚
みを設けると、アルミナ焼結体を上まわる均熱効果を得
ることは困難であり、大きな電力密度を得ることができ
なかった。このように、従来の高電力密度ＰＴＣ発熱体
は均熱板に起因する諸問題が山積みしていて、これ以上
の発展の余地がなかった。

問題点を一挙に解決するためはには均熱板に依存する必
要のないＰＴＣ発熱体を導入することが重要であった。
この点に着目して検討を進めた結果、電圧集中現象が発
生している部分の幅が数ミリメートル以下であることを
見出し、その範囲内に一対の電極を設置すれば、電極間
の電圧勾配および発熱分布がほぼ一様になるものと推定
された。さらに検討を進めた結果、ＰＴＣ抵抗体の表面
に微細くし形電極を設けると、電極の占める面積が相当
大きくなり、有効発熱部がほとんどなくなって、それ程
大きな電力密度が得られないことがわかった。その解決
策としてＰＴＣ抵抗体の厚さ方向への電圧印加方式を導
入し、実験を積み重ねた結果、抵抗体の厚さが５mm以下
であれば極端な電圧集中現象は観測されなかった。ま
た、厚さ１mm以下では、大きな放熱負荷のもとに２Ｗ／
cm²（６０deg昇温）の発熱時にも異常がみられなかっ
た。この結果から、厚さ５mm以下の薄肉状ＰＴＣ抵抗体
の両面に電極を設けた発熱体は、電極間の熱拡散能力が
高く、本質的に電圧集中現象が発生し得ないとの結論に
達した。しかしながら、電圧集中による抵抗体の破壊現
象は生じないものの、大きな熱負荷に対しては、発熱対
電極間に意外に大きな電圧勾配分布と温度分布が存在
し、局部的な抵抗体組成物の熱劣化が発生したり、熱の
伝達損失が生じるので、抵抗体の厚さは少なくとも３mm
以下、好ましくは１mm以下であることが判明した。この
構造の発熱体は非常にシンプルな構成であり、均熱板に
起因する様々な制約から開放されるので、性能面、構造
面、工法面で大きな飛躍が得られるものと期待された。

この結論のもとに具体的な検討に着手すると、ＰＴＣ抵
抗体組成物の耐電圧特性、絶縁距離の確保、端子処理方
法、取付け構造、加工方法等に関する諸問題が山積し、
実用に程遠い状態にあった。代替手段としてチタン酸バ
リウム焼結体のようなセラミック系のＰＴＣ抵抗体を検
討した位置では、電力密度、耐熱性、耐電圧特性、熱伝
導率に優れ、小型の加熱ユニットを構成するうえにおい
て基本的な問題点はないと判断された。しかしながら、
焼結体であるために可撓性が全くなく、大面積あるいは
長尺の加工が著しく困難という課題があり、従来の面状
発熱体や長尺可撓性発熱体のような薄肉、大面積、均一
発熱、可撓性、連続長尺加工といった機能を満すことは
困難であった。これらの点から判断して、セラミック系
ＰＴＣ抵抗体は断念し、有機系ＰＴＣ抵抗体を用いた場
合の諸問題を解決するのが唯一の道であることを確認し
た。以下、本発明が解決しようとする具体的課題につい
て説明する。

有機系材料から成り、厚さが３mm以下、好ましくは１mm
以下の薄肉状ＰＴＣ抵抗体の厚み方向に１００Ｖないし
２００Ｖを印加する方式の発熱体は、特性面だけでなく
生産性にも優れいる。特に、薄肉状ＰＴＣ抵抗体を連続
的にに形成しつつ、その両面に電極板を接合する方法は
最良である。しかしながら、異極の電極板が非常に接近
した構造であるために、極く微細な欠陥があっても耐電
圧破壊を生じ、最悪の場合、焼損に至る可能性がある。
その欠陥を生じる原因としては、抵抗体に起因するも
の、あるいは、電極端面に起因するもの等、様々な状況
が考えられるが、加工方法に関しても、一つの大きな問
題があった。それは、抵抗体と電極を連続加工によって
長尺物に仕上げることは比較的容易であるが、その切断
端面をいかに処理するかである。電極と抵抗体を接合し
た長尺物を切断すると、薄肉を抵抗体を介して異極の電
極が近接して露出した端面を形づくる。この端面は異極
の電極が近接しているだけでなく、電極の切断破片や、
電極端面の切断方向へのバリ、さらに、抵抗体自身の端
面部での変形が加わって、耐電圧特性上、非常に危険な
個所となる。これは電気絶縁被覆を施した長尺物に加工
してから切断したとしても、状況は変らない。また、切
断端面を絶縁材でモールドしたとしても、良品であるこ
とを保証するものではなかった。

以上に述べた状況は極めて深刻なものであり、長尺連続
加工の可能性を良否するものであった。

問題点を解決するための手段 本発明は上記問題点を解決するため、結晶性高分子中に
導電性微粉末を分散させた組成物を主成分とする薄肉正
抵抗温度係数抵抗体にこの厚さ方向に電圧を印加すべく
一対の電極体を設け、前記一対の電極体が一体に密着さ
れた長尺体を任意の切断間隔で前記電極相互の端面沿面
距離が前記抵抗体の厚み寸法より大きくなるように傾斜
状に切断した後、さらに少なくとも前記切断した端面に
は電気絶縁性材料で被覆をする。

作用 この技術的手段による作用は次のようになる。すなわ
ち、抵抗体と一体の電極体が一体に密着されてなる長尺
体は連続加工による優れた生産性を可能にするが、薄肉
抵抗体を介して一対の異極電極が接合された加工物を垂
直に切断すると、異極電極間の間隔が最も接近するので
危険率が最大となる。しかし、長尺方向に対して切断角
度を浅くする等の傾斜状の切断すると、その切断面にお
ける異極電極間の間隔が広がり、電極の破片や、電極端
面のバリ、さらに、抵抗体自身の変形に対し、安全性を
飛躍的に高めることができる。しかも、切断方法とし
て、単に角度を浅くするだけでなく、曲面切断や階段状
切断等、さらに異極電極間の距離を広げることができ、
さらに、この切断単面を電気絶縁性材料によって被覆す
ることにより、安全性を一段と向上させることができ
る。

実施例 以下、実施例を添付図面にもとづいて説明する。

第１図において、４は厚さ０．５mmのＰＴＣ抵抗体で、
５および６はＰＴＣ抵抗体４に接合された金属板電極で
ある。これらの接合された端部は、図に示したように１
１度の角度斜めに切断されていて、電極５および６の間
の沿面距離２．６mmまで増大する同時に、切断時の金属
破片や電極のバリ等による耐電圧破壊に対する安全性を
大幅に改善している。端部の切断方法は一様な角度で切
るだけでなく、第２図に示したような曲面切断の方がさ
らに沿面距離がかせぐことができるし、第３図に示した
ように、例えば０．１mmステップの段階状の刃を持つフ
ライス盤状の工具で、ステップを設けつつ切断すると、
各ステップ毎に所定の耐電圧特性が得られるので、一層
安全性を高めることができる。このような切断構造が効
果的であるが、いづれにせよ傾斜状に切断することが肝
要である。“傾斜状”とは第１図、第２図、第３図に示
す、直面状、曲面状、段階状の形状を総称するものとす
る。さらに、生産性を考慮して、第４図に示した切断面
７および８のように、長尺加工物を所定の間隔で切断し
ていくと、全く損失部分なしで、任意の長さの効率良く
製造することもできる。なお、沿面距離を増大するよう
に切断された端面は、第５図に示したように、電気絶縁
性のモールド材９で保護するか、あるいは、全体を電気
絶縁材で被覆する等の方法により、さらに安全性を高め
ることができる。この結果、有機系の抵抗体材料特有の
可撓性と加工性に加え、セラミック系の正抵抗温度係数
発熱体にせまる高出力を合わせ持ち、信頼性にも優れた
画期的に正抵抗温度係数発熱体を形成できる。

発明の効果 以上述べてきたように、本発明は次の効果を奏するもの
である。

(1)電極間隔を非常に接近させた構造でも切断による電
極の破片や、電極断面のバリ等による耐電圧破壊に対す
る安全性を確保することが可能になり、高出力かつ高信
頼性の正抵抗温度係数発熱体を実現できる。

(2)連続長尺加工後に切断しても耐電圧破壊を生じない
安全な加工処理構造を可能にするものであり、電極間隔
を非常に接近させた構造の正抵抗温度係数発熱体の構造
を可能にする。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例における製造方法を示すＰＴＣ
発熱体の部分断面図、第２図、第３図は本発明の他の実
施例における製造方法を示すＰＴＣ発熱体の部分断面
図、第４図は本発明の実施例における製造方法を示すＰ
ＴＣ発熱体の切断方法を説明する断面図、第５図は本発
明の実施例における製造方法を示すＰＴＣ発熱体端面を
モールド材で被覆した断面図、第６図は従来例の斜視図
である。 ４……ＰＴＣ発熱体、５、６……電極、９……モールド
材。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 船越 康友 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 坂入 忠 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (56)参考文献 特開 昭53−122942（ＪＰ，Ａ) 実願 昭56−177656号（実開 昭58− 81889号）の願書に添付した明細書及び図 面の内容を撮影したマイクロフィルム（Ｊ Ｐ，Ｕ)

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】結晶性高分子中に導電性微粉末を分散させ
   た組成物を主成分とする薄肉正抵抗温度係数抵抗体に、
   この厚さ方向に電圧を印加すべく一対の電極体を設け、
   前記一対の電極体が一体に密着された長尺体を任意の切
   断間隔で前記電極相互の端面沿面距離が前記抵抗体の厚
   み寸法より大きくなるように傾斜状に切断した後、さら
   に少なくとも前記切断した端面には電気絶縁性材料で被
   覆をする正抵抗温度係数発熱体の製造方法。