JPH0656803B2

JPH0656803B2 - 感熱素子

Info

Publication number: JPH0656803B2
Application number: JP62254448A
Authority: JP
Inventors: 道治上川
Original assignee: Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 1987-10-08
Filing date: 1987-10-08
Publication date: 1994-07-27
Anticipated expiration: 2009-07-27
Also published as: JPH0196902A

Description

【発明の詳細な説明】（技術分野）本発明は感熱素子に係り、特に電気カーペット等に用い
られる線状，面状あるいは感熱素子部と発熱部とを一体
としたインピーダンス特性の優れた感熱素子に関するも
のである。

（背景技術）従来より電気カーペットにおいては第４図に示すように
感熱線が発熱線と一体になって使用されている。

すなわち、温度変化に応じてインピーダンスが変化する
管状の負特性高分子感温体（感熱樹脂材）３と、その外
面に巻き付けられた外巻電気導体線４と、芯材１に巻き
付けられて前記負特性高分子感温体３の内面に配された
内巻電気導体線２と、前記外巻電気導体線４の外面に設
けられた絶縁層５とにより構成された感熱素子が使用さ
れていた。

また、第５図は他の例であり、３は負特性高分子感温
体、12，14，116は電気導体線、５は絶縁層である。

ところで、この種の感熱素子には負特性高分子感温体３
としてＰＶＣ材に可塑剤，イオン性添加剤等を混練した
材料が使用され、外面の絶縁層５にも耐熱性のＰＶＣ材
が使用されている。その理由は、他の実用的な負特性高
分子感温体として知られているポリアミド系の材料に比
べて吸湿性が低く、インピーダンスの経時変化が少ない
ためである。

しかし、近年、電気カーペットにあっては、表面材とし
て従来のニードルパンチ式の薄くて断熱性の小さいもの
から、タフト織等の厚くてソフト感のある断熱性の大き
い表面材が、カーペットライフの本物志向の高まりとと
もに広がってきており、それに対応するために、内部の
ヒータ温度を従来よりも高温にする必要が生じてきてい
る。それに対応して感熱線の温度も高くなる傾向が生じ
ている。

また、従来は感熱線の他に発熱線を一対にして使用する
ようにしたいわゆる２線式も採用されていたが、感熱線
の一方の電極を発熱線として使用するようないわゆる１
線式の検討も、コストダウンや安全性の向上の要求より
行われつつある。この場合にも前述と同様に負特性高分
子感温体の温度は発熱線と接しているために従来よりも
高温になる傾向が生じる。

このように、負特性高分子感温体の温度が高くなるとＰ
ＶＣ材よりなる感熱素子は可塑剤のブリードアウト現象
が無視できない値となり、インピーダンスが大きくなる
方向に経時変化してしまい、最悪の場合には温度検知能
力の低下から危険温度になってしまうこともあった。

（発明の目的）本発明は上記の点に鑑みて提案されたもので、その目的
とするところは、感熱素子のインピーダンス値が経時変
化しない限界温度を高め、この限界温度を超えて異常な
使用がなされたときには、感熱樹脂材がインピーダンス
が低下する方向に感熱樹脂材が分解して劣化し、安全性
を保つことができ、感熱線と発熱線とを一体化した発熱
機能を有する感熱素子を提供することにある。

（発明の開示）本発明は、感熱素子を構成する負特性高分子感温体をＰ
ＶＣを主成分とする感熱樹脂から形成すると共に、この
主成分のＰＶＣ材に、トリメリット酸系及びピロメリッ
ト酸系の少なくとも一方の可塑剤を15〜40重量％、三塩
基性硫酸鉛を３〜10重量％、四級アンモニウム塩をサー
ミスタ特性（Ｂ定数）が最大となる限界の１〜２倍の添
加量、および前記可塑剤量の0.1 〜0.5 重量％のビスェ
ノールＡを添加して混練した材料で構成したことを特徴
としている。

ＰＶＣ材は、この種の感熱素子の負特性高分子感温体材
として一般的に使用され、可塑性を保つために可塑剤の
添加が不可欠条件となっている。

この可塑剤としては、トリメリット酸系の可塑剤および
ピロメリット酸系の可塑剤の少なくとも一方を添加する
ことが好ましい。

このトリメリット酸系の可塑剤としては、例えばトリメ
リット酸エステル可塑剤(TOTM)が挙げられ、その組成物
の構造式は次の通りである。

一方、ピロメリット酸系の可塑剤としては、ピロメリッ
ト酸エステル可塑剤(TOPM)を挙げることができる。その
構造式は次の通りである。

可塑剤は、ＰＶＣ材からなる感熱樹脂の可塑性が低下す
ると、体積固有インピーダンスが大きくなり、インピー
ダンスの経時変化の原因となるということに着目しブリ
ードアウト現象を起し難く、かつ可塑剤の分解を少なく
する組成のものを選択することが好ましい。

ここで可塑剤の添加量を15〜40重量％の範囲としたの
は、15重量％以下では、サーミスタ定数が十分に大きく
する効果が少なく、逆に40重量％以上では、ＰＶＣへの
相応の溶解限界を超えてしまいブリードアウト現象が生
じるためである。

三塩基性硫酸鉛は安定剤であって、ＰＶＣ材の遊離CL^-
イオンを捕捉して安定物質を生成するものである。

四級アンモニウム塩は変性剤であって、負特性高分子感
温体のメカニズムとしてイオン伝導性のものを選び、サ
ーミスタ特性（Ｂ定数）の大きさが、その添加量によっ
て決まり、ブリードアウト現象によってＢ定数が減少す
るとインピーダンスの経時変化の原因となるので、四級
アンモニウム塩の添加量を過飽和状態とし、かつ四級ア
ンモニウム塩が、大きな境界活性効果に有することか
ら、過飽和状態であっても感熱樹脂の成形加工性を極端
に悪化することがない様にする必要がある。

また第四級アンモニウム塩は、マイナスイオンとして過
塩素酸(ClO₄ ^- )）又はリン酸(PO₄ ^- )などを有している
塩である。

ここで、変性剤としてのイオン伝導性の四級アンモニウ
ム塩は、インピーダンスを経時的に安定させるのに有効
な成分であるが、変性剤の添加量を増すとＢ定数も次第
に増大する傾向があるが、Ｂ定数が最高値となる変性剤
量よりも過飽和状態に加えることが好ましい。感熱樹脂
中の変性剤が経時的に減少しても、予め過剰の変性剤が
添加されているので、定数の変化として現れることがな
い。

しかし、過度に変性剤の添加量を増すと、感熱樹脂が界
面活性化して感熱樹脂を押出し成形する時に、ゲル化が
促進されないために押出し成形が困難となり、そのため
樹脂の成形温度を上げたり、また押出し成形速度を落す
必要が生じて製造コスト上の問題がある一方、押出し成
形時に、可塑剤および変性剤のブリードアウト現象ある
いはＰＶＣの分解が起り易く感熱素子の品質のバラツキ
原因となる。

さらに樹脂の流動性が悪いため、押出し成形中に押出機
の内面に樹脂が残留し、この残留物が炭化して炭化物が
形成され、この炭化物が負特性高分子感温体の感熱樹脂
材中に混入して内巻電気導体線と外巻電気導体線との間
に短絡を生じることがある。

したがって、第四級アンモニウム塩の添加量は押出し加
工性を考慮して、溶解飽和量の２倍が限度である。

ビスフェノールＡは、感熱樹脂中の可塑剤が高温で分解
するのを抑制する効果があり、インピーダンスの経時変
化を改良することができる。

このビスフェノールＡは次の構造式である。

アクリル系加工助剤は、ＰＶＣ材の加工性を改良するた
めに添加される助剤であって、メタクリル酸メチルを主
成分とし、ポリメチルメタクリレート(MMA) とアルキル
アクリレートの共重合体である。

アクリル系加工助剤を樹脂に少量添加すると樹脂のゲル
化が短時間で進んで、押出し成形性を改善することがで
きる。

また、このアクリル系加工助剤は、インピーダンス特性
やこのインピーダンスの経時変化に悪影響を及ぼすこと
がない。

次に、本発明の実施例を図によって説明する。

負特性高分子感温度の素材となるＰＶＣ材の感熱樹脂
は、可塑剤の種類，添加量、安定剤及び変性剤の種類，
添加量を種々変えて、本発明No.１およびNo.２、従来例
No.１およびNo.２、さらに比較例No.１，No.２およびN
o.３の試料を製作した。

その各感熱樹脂の組成は、第１表に示す通りである。

なお、第１表に示した従来例（No.１，No.２）に用いた
可塑剤の構造式は、次の通りである。

フタル酸エステル可塑剤 DTDP フタル酸エステル可塑剤 DDP 第１表に示した各々の感熱樹脂によって、負特性高分子
感温体を成形して、それぞれ感熱素子を組み立てて各試
験に供した。

この感熱素子は、第１図に示すように、芯材１と、その
外面に巻き付けられた内巻電導体線２と、その外面に配
された管状の負特性高分子感温体３と、その外面に巻き
付けられた外巻電気導体線４と、その外面に配された分
離層７，絶縁層５とから構成されるものである。

また、各部の寸法は以下のようにした。

芯材１・・・・0.5mm φポリエステルより糸内巻電気導
体線２・・0.08mm×0.8mm の銅にNiメッキした箔を0.75
mmピッチ巻き負特性高分子感温体３・・感熱樹脂を0.3m
m 厚押出し外巻電気導体線４・・0.08mm×0.8mm の銅にNiメッキし
た箔を1.05mmピッチ巻き分離層７・・・ポリエステルテープ12μ２／３ラップ巻
き絶縁層５・・・絶縁体を0.4mm 厚押出し第２図は各感熱素子のインピーダンスの経時変化を示す
グラフであって、横軸に経過時間を、縦軸にインピーダ
ンス変化率(%) を表している。

インピーダンスの経時安定性については、 120℃の雰囲
気中でＡＣ 100Ｖ 60Hzの電圧をＯＮ−ＯＦＦサイクル
で印加し、電圧降下法で測定した各試料のインピーダン
ス変化を経過時間毎に測定し、初期値と比べてインピー
ダンス値がどの程度変化したかを各々比較した。

本発明No.１，No.２は、第２図に示すように、比較例N
o.１，No.２に比べても、インピーダンスの経時変化が
著しく改善されていることが分かる。特に比較例No.１
にあっては、第１表に示したように変性剤としての第四
級アンモニウム塩の添加量が少ないために、ブリードア
ウト現象を起こすか、ＰＶＣよりの遊離Cl^- イオンを捕
捉して安定物質を作る安定剤の三塩基性硫酸鉛が、主と
してイオン伝導に寄与している第四級アンモニウム塩の
マイナスイオンをも捕捉してしまいイオンキャリアーが
不足するためと考えられる。比較例No.２にあっては、
ビスフェノールＡを添加していないので、可塑剤が高温
で分解して可塑効果が減少してインピーダンスの経時変
化が生じている。

一方、本発明No.１，No.２では、従来例No.１，No.２に
比べてインピーダンスの経時変化が著しく改善されてお
り、さらに図示しないが、温度 100℃におけるインピー
ダンス変化は、従来例に比して更に小さく、20 deg以上
の使用が可能な限界温度を高くすることができる。この
原因としては、可塑剤の分子量を増したことにもよる
が、結合アルコール数が３のトリメリット酸エステル(T
OTM)，４のピロメリット酸エステル(TOPM)を選んだこと
により、ブリードアウト速度が著しく低下したものであ
る。

第３図は各感熱素子における経過時間と異常温度設定の
部分断熱最高温度との関係を示したもので、感熱素子を
異常高温で使用する場合において、初期値 130℃ OFFで
温度制御動作を繰り返し、ＯＦＦ点が時間経過とともに
上昇していく速度と、感熱樹脂の分解劣化により短絡的
動作をする温度とを比較した。

なお、ＯＦＦ点が時間の経過とともに上昇する過程で
は、感熱樹脂の体積固有インピーダンスも大きくなる方
向に変化している。

図中の各線は、インピーダンス値の安定限界温度を越え
る温度領域で感熱素子が使用された場合、例えば具体的
に併用された他の暖房器等から熱を受けて、インピーダ
ンス値が経時的に安定する限界温度を越えてインピーダ
ンス値が経時変化を始めた場合を想定して、初期値 130
℃ OFFで温度制御動作を繰り返し、ＯＦＦ点が時間経過
とともに上昇していく様子を表したものである。本発明
No.１，No.２にあっては、 150℃程度で感熱樹脂の分解
劣化（炭化現象）が現れて短絡が発生し、安全動作をす
ることができるが、これに対し比較例No.３では、 200
℃程度まで短絡が発生しない。

比較例No.３では、多量（20部）の安定剤が添加されて
いるのでＰＶＣが劣化するスピードが遅くなり、可塑剤
および変性剤によるブリードアウト現象が発生し易くな
り、炭化よりもインピーダンスの増大の方が早く進行す
るためである。これに対して本発明No.１，No.２にあっ
ては、安定剤の量（10部）があまり多くないこと、過飽
和に添加されている変性剤もＰＶＣの劣化を促進するこ
とによりインピーダンスの増大に比べて比較的早く炭化
が進むことによる。

なお、本発明の感熱素子を第１図に示す如き管状，ケー
ブル状の構造に限って説明したが、これらに限定される
ものではなく、第５図に示した線状の構造や面状の構造
にも適用できることは言うまでもない。

（発明の効果）以上のように、本発明に係る感熱素子によれば、負特性
高分子感温体は主成分のＰＶＣ材に、トリメリット酸系
及びピロメリット酸系の可塑剤の少なくとも一方の15〜
40重量％と、３〜10重量％の三塩基性硫酸鉛と、サーミ
スタ特性が最大となる限界の１〜２倍の四級アンモニウ
ム塩と、前期可塑剤量の0.1 〜0.5 重量％のビスフェノ
ールＡとを混練した材料で構成したので、次の効果を有
する。

（イ）感熱素子のインピーダンス安定限界温度が著し
く向上し、電気カーペットに適用した場合、クッション
性の良い表面材を使用しても、表面温度を充分暖かい温
度設定にすることが可能となる。

（ロ）感熱素子の一方の電極を発熱線として使用する
１線式の実現が可能となる。

（ハ）特性の経時変化がなくサーミスタ特性（Ｂ定
数）の大きい感熱素子が安定して製造可能となる。

（ニ）インピーダンスが経時変化しない限界温度を超
えた異常な使用がなされ、負特性感熱樹脂材のインピー
ダンス値が大きくなる方向に変化を始めた場合、比較的
安全な温度以下でインピーダンスが低下する方向に分解
劣化するので、安全性が高まり、他に過昇防止装置を必
要としない１線式の実現が可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の感熱素子の一例を示す展開斜視図、第
２図は本発明の感熱素子のインピーダンスの経時変化を
示す比較グラフ、第３図は本発明の感熱素子の断熱最高
温度と経過時間との関係を示す比較グラフ、第４図およ
び第５図は従来の感熱素子を示す説明図である。１……芯材、２……内巻電気導体線、３……負特性高分
子感温体、４……外巻電気導体線、５……絶縁層、７…
…分離層

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】主成分のＰＶＣ材にトリメリット酸系及び
ピロメリット酸系の可塑剤の少なくとも一方と三塩基性
硫酸鉛および四級アンモニウム塩を混練した材料で構成
した温度変化に応じてインピーダンスが変化する管状の
負特性高分子感温体と、その外面に巻き付けられた外巻電気導体線と、芯材に巻き付けられて前記負特性高分子感温体の内面に
配された内巻電気導体線と、前記外巻電気導体線の外面に配された絶縁層とからなる
感熱素子において、前記負特性高分子感温体を構成する材料の割合を、前記
可塑剤を15〜40重量％，前記三塩基性硫酸鉛を３〜10重
量％，前記四級アンモニウム塩をサーミスタ特性（Ｂ定
数）が最大となる限界の１〜２倍の添加量とし、更に前
記可塑剤量の0.1 〜0.5 重量％のビスフェノールＡを添
加したことを特徴とする感熱素子。
【請求項２】更に１〜５重量％のアクリル系加工助剤を
添加したことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の
感熱素子。
【請求項３】電気導体線のいずれか一方が発熱線を兼用
する特許請求の範囲第１項記載の感熱素子。
【請求項４】電気導体線は、銅材の表面に耐蝕性のメッ
キを施したことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載
の感熱素子。