JPH0746631B2 - 正抵抗温度係数発熱体 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、暖房器具や一般加熱器具に用いられる正抵抗
温度係数を有する発熱体に関するものである。

（従来の技術） ポリエチレン，エチレン酢酸ビニル共重合体，アイオノ
マ，ポリプロピレン，ポリ弗化ビニリデン等の結晶性重
合体に、カーボンブラック等の導電性微粉末を分散した
組成物は、その融点近くの温度で結晶部分が無定形化す
る際の急激な物性変化によって抵抗値が急激に増大する
ことが知られている。このために、その特性を応用し
て、所定の温度に達すると電力が急激に低下し、温度の
暴走を発熱体自身が防止するとともに、熱負荷の変動に
応じて温度を一定に保つ方向に電力が自動的に制御され
る、いわゆる自己制御発熱体としての検討がなされてき
た。

第３図ないし第５図により従来の正抵抗温度係数発熱体
を説明する。第３図ないし第５図は従来の正抵抗温度係
数発熱体の斜視図で、同図において、７は電気絶縁性と
熱伝導性に優れたセラミック基板、8a及び8bは電極、９
は結晶性重合体とカーボンブラックを主成分とする正抵
抗温度係数抵抗体、10は電気絶縁フィルム、11は金属製
均熱板である。

第３図は、例えば、特公昭55-40161号公報に示されてい
る従来技術に基づく代表的な正抵抗温度係数発熱体の例
で、ここに使われているセラミック基板はセラミック系
材料の焼結体からなるもので、一般にセラミック系の焼
結体は、電気絶縁体でありながら極めて良好な熱伝導特
性を示すため、正抵抗温度係数抵抗体のほぼ全面におい
て一様な温度分布を維持する能力が高く、これに伴って
正常な抵抗値分布と電位分布による安定した発熱状態を
保持することができ、高出力の正抵抗温度係数発熱体を
構成する場合に非常に有効であった。一例を示すと、熱
伝導率が29Kcal/mh℃と極めて優れているアルミナ焼結
体を用いた場合には、1W/cm²を越える電力密度も可能で
あった。

しかし、このようなアルミナ焼結体等のセラミック系材
料は、大面積の発熱体または長尺の発熱体を構成する場
合には、製造技術的にも強度的にも実用に供し得るもの
はできなかった。

そこで、このセラミック系の基板材料に代わるものとし
て、例えば、特公昭57-43995号公報に示されている第４
図に示すような電気絶縁フィルム10と金属製均熱板11か
らなる複合材料基板が用いられてきたが、電気絶縁フィ
ルム10の材料である樹脂の熱伝導率がセラミックに比べ
て約２桁程低いため、複合材料の熱伝導率がセラミック
のそれを上回ることはなかった。従って、これらの発熱
体の電力密度は0.3W/cm²が上限であった。その結果、多
くの用途において、発熱体の出力が不十分であるか、ま
たは発熱体の装架面積が必要以上に大きくなり、誘導に
よる漏れ電流が危険な水準に達したりして用途が極めて
限定されていた。

そこで、正抵抗温度係数発熱体の構造に着目して、例え
ば、特開昭60-28195号公報、または第５図に示すよう
に、一対の電極8a,8bの間の距離を互いに接近させるこ
とにより、基板の均熱効果に依存しないで、正抵抗温度
係数抵抗体９自身の熱の拡散能力を大幅に高める方法が
検討されるようになり、応用範囲の広い高出力の正抵抗
温度係数発熱体を実現する道が開かれた。

（発明が解決しようとする問題点） しかし、第５図に示すような従来の正抵抗温度係数発熱
体は、高出力を発生するための構造としては非常に優れ
ているが、曲げ剛性の大きな構造であるために、曲率の
小さい部分に装着したり、柔軟性が要求される用途に用
いたりすると、電極体または抵抗体のいずれかに許容限
度を越える応力が加わり、電極体の断線または抵抗体の
抵抗値の大幅な変化を生じることが避けられなかった。

本発明は、一対の電極間の距離を接近されることにより
高い固有抵抗値を有する正抵抗温度係数抵抗体の高出力
化を図るとともに、構造を薄肉テープ状にして柔軟性を
有する正抵抗温度係数発熱体を提供するものである。

（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に、薄肉平板状コ
アと、前記コアに互いに接することなく螺旋状に巻き付
けた一対の電極と、前記一対の電極間に配置した正抵抗
温度係数抵抗体からなる発熱素子と、前記発熱素子全体
を被覆する外被とによって構成された正抵抗温度係数発
熱体であって、前記薄肉平板状コアの側端部に所定の間
隔で設けられた切欠き溝に前記一対の電極をそれぞれ嵌
挿し、一対の電極のそれぞれの巻きピッチを固定したこ
とを特徴とするものである。

（作用） 本発明は、上記構成によれば、薄肉平板状コアの側端部
に所定の間隔で設けられた切欠き溝に一対の電極をそれ
ぞれ嵌挿することにより、一対の電極相互の距離を極め
て接近させて正確に固定することが可能になり、さらに
これを正抵抗温度係数抵抗体が埋設するように被覆して
いるので、正抵抗温度係数抵抗体への熱の拡散効率が高
く、発熱体として高出力が得られる。一方、中核が長尺
の薄肉平板状コアで、これに電極が螺旋状に巻かれてい
るので、構造的にも曲げ剛性が小さく、柔軟に屈曲する
機器または曲率の小さい曲面を持つ機器に用いても、電
極や抵抗体に許容限度を越える応力が加わることも、ま
た電極の断線または抵抗体の抵抗値の大幅な変化を引き
起こすこともない。また、発熱素子及び外被の外表面の
少なくとも一面が平坦に成形されているので、被加熱体
に対する熱伝導も極めて良好である。

（実施例） 本発明の一実施例を第１図及び第２図により説明する。
第１図及び第２図は本発明の一実施例の正抵抗温度係数
発熱体の一部を切開いてその構成を示した斜視図で、同
図において、１は薄肉平板状コア、2a及び2bは銅箔電
極、３は正抵抗温度係数抵抗体、４は形状保持材、５は
電気絶縁外被、６は切欠き溝である。

薄肉平板状コア１は厚さ50μｍのポリアラミド繊維不織
布からなり、このポリアラミド繊維不織布は耐熱性と機
械的強度に優れているほか、繊維状であるために、正抵
抗温度係数抵抗体３との境界部分において相互に含浸構
造を形成し、コア部分と抵抗体部分の一体化を図ること
ができる点に着目して選定されたものである。しかし、
薄肉平板状コア１の素材としては、ポリアラミド繊維不
織布に限定されるものではなく、この部品は多くの代替
材料の中から選定することが可能である。代替材料とし
ては、有機系，無機系及び複合系材料の織布，不織布及
びフィルムが考えられ、形態としては繊維質または多孔
質が最良である。しかし、実際には接着付与処理等を施
すことによって、ほとんどの形態の材料が使用可能と考
えられる。電気的特性の点では、絶縁物が一般的である
が、正抵抗温度係数抵抗体３の発熱特性を妨げない範囲
であれば、若干の導電性があっても差支えはない。むし
ろ、程よく調整された導電性は、正抵抗温度係数抵抗体
３の内部にマイクロクラックが発生した場合等に、電圧
が局部に集中することによって生じるマイクロアークを
防止する効果がある。その場合の抵抗値としては、正抵
抗温度係数抵抗体３よりも２〜３桁高い範囲に設定する
のが望ましい。

銅箔電極2a及び2bは、薄肉平板状コア１のポリアラミド
繊維不織布に巻き付けられた一対の銅箔電極で、電極間
隔が1mmになるように配置されている。また、銅箔電極2
a及び2bは、正抵抗温度係数抵抗体３との接触抵抗値の
増大を防止するために、半田メッキを施すとともに薄肉
平板状コア１に対する巻きピッチを精度良く安定に保っ
ている。また、正抵抗温度係数抵抗体３の中に電極2a及
び2bを埋設することと、薄肉平板状コア１と正抵抗温度
係数抵抗体３とを密着構造とすることが、電極2a及び2b
の正抵抗温度係数抵抗体３との接触抵抗値の増大を防止
するのに極めて有効に作用している。

なお、第２図に示すように、薄肉平板状コア１の側端部
に電極を巻くための切欠き溝６を精度良く設けて、薄肉
平板状コア１への電極2a及び2bの巻きピッチを正確に固
定すれば、電極2a及び2bの正抵抗温度係数抵抗体３との
接触抵抗値の増大防止効果をより一層確実にすることが
できる。

正抵抗温度係数抵抗体３は、電極2a及び2bを埋設するよ
うに薄肉平板状コア１の不織布と並行に押出成形された
もので、電極2a及び2bの間に電圧を印加することによっ
て発熱する構成となっている。材料としては、接近した
電極間に配置することを考慮して、電圧によって配向し
にくい導電材料を選定し、半導体領域に近い固有抵抗値
を有する抵抗体材料を用いることは当然であるが、特
に、電極2a及び2bとの接触状態を安定化することに重点
を置き、結晶性重合体として、接着性に優れたアクリル
酸変成ポリエチレンを用いている。この場合、多くの官
能基を有する共重合タイプの結晶性重合体が接着性の点
で有利となる反面、より純粋な材料は不利となるので、
この点を配慮して選定する必要がある。正抵抗温度係数
抵抗体３の成形後の形状としては、電極2a及び2bを完全
に埋没したとしても、その外観が表面形状に表われるの
が一般的ではあるが、発熱体からより多くの熱を取出す
ためには、少なくともその外表面の一面を平坦に仕上
げ、形状保持材４から電気絶縁外皮５を経て被加熱体に
至る熱の伝導径路を形成し易くすることが重要である。

形状保持材４は正抵抗温度係数抵抗体３を外装被覆する
形状保持材で、正抵抗温度係数抵抗体３を160℃以上の
温度でアニーリングする関係上、その際の抵抗体３の変
形を未然に防止するために熱収縮性架橋ポリエチレン製
のものを使用している。しかし素材としては、架橋ポリ
エチレンに限定されるものではないが、正抵抗温度係数
抵抗体３と同系統の材料が望ましいことは言うまでもな
い。また、アニーリングを施す必要のない正抵抗温度係
数抵抗体を用いる場合は、形状保持材４は必要としな
い。

電気絶縁外皮５は発熱体全体を電気絶縁被覆する耐熱塩
化ビニル外皮であるが、塩化ビニルを使用する場合は、
可塑剤移行防止に注意を払う必要があり、形状保持材４
を用いない場合は、正抵抗温度係数抵抗体３の表面にポ
リエステルフィルム等のセパレータを巻くなどの対策が
必要となる場合がある。また、より多くの熱を被加熱体
に伝導したい場合で、形状保持材４の外形が平坦に成形
されていない場合は、電気絶縁外皮５の外表面の少なく
とも一面を平坦に成形し、被加熱体との密着性を良好に
保つことが必要である。

（発明の効果） 本発明によれば、半導体領域に近い固有抵抗値を有する
材料からなる正抵抗温度係数抵抗体を、非常に接近した
電極間で発熱させることにより高出力化を達成するとと
もに、耐屈曲性と被加熱体への熱の伝達性に極めて優れ
た薄肉テープ状の正抵抗温度係数発熱体を構成すること
ができる。

その結果、これまで高出力正抵抗温度係数発熱体の用途
が、剛体構造の機器または曲率の大きい機器に限定され
ていたものを、布状の機器または曲率の小さい多くの湾
曲面を有する機器等の可撓性機器にも使用できるように
なり、また高出力正抵抗温度係数発熱体の電力当たりの
誘導漏洩電流が少ないという本来の特長もあり、その適
用範囲を大幅に広げることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図は本発明の一実施例の正抵抗温度係数
発熱体の一部を切開いてその構成を示した斜視図、第３
図ないし第５図は従来の正抵抗温度係数発熱体の斜視図
である。 １……薄肉平板状コア、２……銅箔電極、３……正抵抗
温度係数抵抗体、４……形状保持材、５……電気絶縁外
被、６……切欠き溝。

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】薄肉平板状コアと、前記コアに互いに接す
   ることなく螺旋状に巻き付けた一対の電極と、前記一対
   の電極間に配置した正抵抗温度係数抵抗体からなる発熱
   素子と、前記発熱素子全体を被覆する外被とによって構
   成された正抵抗温度係数発熱体であって、前記薄肉平板
   状コアの側端部に所定の間隔で設けられた切欠き溝に前
   記一対の電極をそれぞれ嵌挿し、一対の電極のそれぞれ
   の巻きピッチを固定したことを特徴とする正抵抗温度係
   数発熱体。
2. 【請求項２】薄肉平板状コアが電気絶縁性または正抵抗
   温度係数抵抗体よりも少ない発熱量となるような体積固
   有抵抗値を有することを特徴とする特許請求の範囲第
   （１）項記載の正抵抗温度係数発熱体。
3. 【請求項３】薄肉平板状コアが繊維質または多孔質の素
   材からなることを特徴とする特許請求の範囲第（１）項
   記載の正抵抗温度係数発熱体。
4. 【請求項４】一対の電極が正抵抗温度係数抵抗体中に埋
   設されていることを特徴とする特許請求の範囲第（１）
   項記載の正抵抗温度係数発熱体。
5. 【請求項５】発熱素子の外表面の少なくとも一面を平坦
   に成形していることを特徴とする特許請求の範囲第
   （１）項記載の正抵抗温度係数発熱体。
6. 【請求項６】外被の外表面の少なくとも一面を平坦に成
   形していることを特徴とする特許請求の範囲第（１）項
   記載の正抵抗温度係数発熱体。