JPH0687426B2 - 発熱体 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、採暖器具及び、一般の加熱装置等として有用
な発熱体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号公報や特公昭55−40161
号公報に示されているように、第５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３
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PTC発熱体３に電圧を印加し通電させようと
すると、理論的には第６図の実線ａで示すように、PTC
抵抗体３部においてほぼ均一な発熱温度であり、例えば
第７図のような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６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PT
C特性のためにさらに高抵抗となり、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８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９図に示す。このように一旦温度
分布が若干でも生じるとPTC抵抗体３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３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１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係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、面積の大きい加熱体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という大きな問題点を
有していた。

そこで、本発明は、このような従来の問題点を解消し、
安全で信頼性の高い発熱体を提供することを目的とす
る。

問題点を解決する手段 上記問題点を解決する手段は、一対の電極と、これらの
電極間に電気的に導通する如く配置され、かつ結晶性高
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する抵抗体とを備え、前記一対
の電極間の前記抵抗体材料自身、あるいは前記抵抗体を
薄肉状に構成し前記一対の電極との接合面に、抵抗が負
の電圧依存特性領域を形成してなる構成としている。

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、PTC抵抗体の抵抗分布が不均一であったり、
断熱状態が異なったりした場合などにPTC抵抗体の温度
分布が生じ、このPTC特性により相対的に温度の高い部
位の抵抗値が大きくなり、この部位にかかる電圧が大き
くなってくる作用と、これに伴ない、この部位の抵抗値
は前記抵抗の電圧依存特性により小さくなっていく作用
とが生じ、この両者がうまく打ち消し合い、前記電圧集
中現象による異常な発熱分布、発煙、発火等を防止する
ことができ、高発熱量可能な安全で信頼性の高い発熱体
を実現できる。

実施例 以下、本発明の一実施例を添付図面に基づいて説明す
る。

一般に、PTC発熱体は一対の電極間にPTC抵抗体を配する
構成であり、この抵抗体は、例えば、粒径50ミリミクロ
ンのカーボンブラック30重量パーセントとポリエチレン
70重量パーセントとを十分に混練しよく分散させた材料
をアニーリングの後、常温にて５×10⁴Ωcmという高固
有抵抗になるように設定して得ることができる。

第１図は、本発明の一実施例の斜視図であるが、銅材料
の平板状に接近して対面する電極板7,8に前記した様に
して得られた高固有抵抗のPTC抵抗体９を配したもので
ある。この一対の電極間に抵抗温度特性図及び抵抗電圧
特性図はそれぞれ第２図及び第３図に示す特性図の様に
なり、これらの図よりわかるように、この発熱体は、従
来のようにPTC抵抗体と同様にPTC特性を有する一方、こ
の抵抗値電圧上昇とともに小さくなっていく特性であ
る。これは、電極板7,8と非常に高固有抵抗のPTC抵抗体
との間に電圧バリアー層が形成されるため、このバリア
ー層間で抵抗の負の電圧依存特性が現出されることに起
因する。

このように抵抗が負の電圧依存特性を有していると、一
対の電極間の抵抗分布が不均一であったり、断熱状態が
局部的に異なっていた場合などに相対的に高温になった
部位の抵抗値はこのPTC特性により大きくなるが、これ
に伴いこの部位にかかる電圧も大きくなり前記抵抗の電
圧依存特性により抵抗値は小さくなり、これにより、ま
たこの電圧が小さくなっていき、最終的には均一な発熱
状態を現出でき、電圧集中現象による異常は発熱分布、
発煙・発火等起こらず安全である。例えば、電極７側の
部位が高温になった場合、電極７側に抵抗値が大きくな
り、これに接近した電極７側のバリアー層を含めた領域
にかかる電圧も大きくなるが、一方これに伴いこの領域
の抵抗値は小さくなっていくので、安全で信頼性の高い
発熱体を現出できる。

次に、第４図は上記のような電極板との接合面を用いる
ことなく、PTC抵抗体材料自身に負の電圧依存特性とも
たせた実施例であり、以下のように加工して実現するこ
とができた。

まず、粒径20ミリミクロンのカーボンブラック50重量パ
ーセントとポリエチレン50重量パーセントとをこのポリ
エチレンの融点より100℃高い高温度で十分に混練し、
カーボンを十分に均一に分散させた組成物を得た。次に
この組成物60重量パーセントとポリプロピレン25重量パ
ーセントとポリアミド15重量パーセントとを220℃の温
度で十分に混練し、この組成物を得た。次に第４図の如
く、一対の電極10,11間に電気的に導通する如くこの組
成物12を220℃の温度で構成した後、180℃の温度でアニ
ーリングし、この後、５メガラドで電子線照射して、発
熱体を得た。この発熱体の抵抗温度特性と抵抗の電圧依
存特性を測定してみたところそれぞれ第２図及び第３図
とほど同一の特性カーブが得られ、これに通電開始時7W
/cm²の高電力密度で発熱させたが、異常な発熱分布、発
煙・発火等のない安全な発熱体を現出できた。これは前
記と全く同一の現象によるものであるが、この抵抗の負
の電圧依存特性は非常によく分散されたカーボンとポリ
エチレンに対して非相溶性のポリアミドとにより仮想的
なバリヤー層が前記カーボンの連鎖の各所で形成される
ためである。

PTC抵抗体は、前記実施例ではカーボンブラックとポリ
エチレン等の樹脂を用いたが、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を主成分
とする抵抗体であれば、どのような材料であってもよ
い。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ものである。

発明の効果 以上のように本発明の発熱体によれば、次の効果が得ら
れる。

（１）一対の電極間の抵抗体材料自身、あるいは薄肉抵
抗体と一対の電極との接合面に、抵抗が負の電圧依存特
性領域を形成しているので、高発熱量においても電圧集
中現象による異常過熱、発煙、発火等なく、均一な発熱
が得られしかも安全である。

（２）一対の電極及び抵抗体の発熱部分で前記電圧集中
現象を防止する機能をもたらせるので、即応性がよく、
安全性はきわめて高く、信頼性も高い。

（３）熱伝導性に優れた基板等を用いることなく、簡易
が構成で上記の高い安全性、高い信頼性を実現できるば
かりでなく、可とう性をもたせることも容易であり、多
種形態のPTC発熱体に適用できるものであり、きわめて
有益な発明である。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例の発熱体の斜視図、第２図
は、本発明の一実施例の発熱体の抵抗温度特性図、第３
図は同抵抗電圧特性図、第４図は本発明の他の実施例の
発熱体の斜視図、第５図は、従来の発熱体の平面図、第
６図は、同発熱体の発熱温度分布図、第７図は同発熱体
のPTC特性図、第８図は同発熱体の電圧集中現象発生の
模式図、第９図は同電圧集中現象発生時の発熱量分布図
である。 7,8,10,11……電極 9,12……PTC抵抗体。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】一対の電極と、これらの電極間に電気的に
   導通する如く配置され、かつ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
   数を有する抵抗体とを備え、前記一対の電極間の前記抵
   抗体材料自身、あるいは前記抵抗体を薄肉状に構成し前
   記一対の電極との接合面に、抵抗が負の電圧依存特性領
   域を形成してなる発熱体。