JPH0927385A

JPH0927385A - 面状発熱体

Info

Publication number: JPH0927385A
Application number: JP17736495A
Authority: JP
Inventors: Hidekazu Shimomori; 英一下森
Original assignee: Idemitsu Kosan Co Ltd
Current assignee: Idemitsu Kosan Co Ltd
Priority date: 1995-07-13
Filing date: 1995-07-13
Publication date: 1997-01-28
Also published as: TW365103B

Abstract

(57)【要約】【課題】局所発熱を十分に防止し、抵抗の経時変化が少
なく、かつ、低コストで製造できる面状発熱体を提供す
ること。【解決手段】それぞれ電極３を被覆した２本の電極被覆
部材４が互いに所定間隔離れて面状発熱抵抗シート２に
取り付けられ、この電極被覆部材４が温度の上昇ととも
に電気抵抗値が増大する正温度係数特性を有するＰＴＣ
層であり、発熱抵抗シート２が前記正温度係数特性を有
しない。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、正温度係数特性を
備えた面状発熱体に関するもので、例えば、道路や屋根
の融雪用ヒータ、床暖房用ヒータ、あるいは、鏡の防曇
用ヒータとして利用できる。

【０００２】

【背景技術】道路の融雪等のため、道路表面近傍に面状
発熱体を埋設し、この面状発熱体を発熱させることが行
われている。また、面状発熱体を蓄熱材と一体化して床
暖房用ユニットとしても用いられている。この面状発熱
体は、熱可塑性樹脂にカーボンブラック等の導電性粒子
を融和してなる面状の発熱抵抗シートに一対の電極を設
けたものであり、これらの電極間に電流を流すと、その
ジュール熱によりシートが発熱する構造である。

【０００３】面状発熱体の発熱抵抗シートは温度の上昇
とともに電気抵抗値が増大する正温度係数特性（ＰＴＣ
特性）を備えており、環境の温度や熱の放散状況によっ
ては発熱部分に温度差が発生する。例えば、発熱抵抗シ
ートは、その中央部領域において２方向に放熱される
が、その両側部領域において表裏だけでなく側部を含む
３方向に放熱されるので、中央部領域の面上は両側部領
域の面上よりも高温となる傾向がある。この傾向が強く
なると、発熱抵抗シートが正温度係数特性を有している
場合では、極端に中央部領域の温度が両側部領域の温度
に比べて高くなり、中央部だけ発熱するという局所発熱
現象が発生する。

【０００４】そのため、従来では、面状の発熱抵抗シー
ト全面に均熱板を配したり、温度の高い部分のみに均熱
板を配したりして局所発熱を防止する従来例（特開昭54
-156242 号）がある。また、従来の面状発熱体では、熱
可塑性樹脂及び導電性粒子から発熱抵抗シートを成形す
る際、抵抗の経時変化や熱履歴による変化を低減するた
め、熱処理や圧力処理を施している。各用途における問
題点として、室温での抵抗値と発熱が安定した温度での
抵抗値との差が大きいため、突入時電力と安定時電力と
の差が大きく、ブレーカ設計時に工夫を要し、契約電力
を大きくする必要がある。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前述の
従来例では、均熱板の厚みが大きくなり、あるいは、均
熱板の形状が複雑となって、取扱が不便であるだけでな
く、製造コストが高くなる要因となっている。また、温
度の高い部分のみに均熱板を配する場合では、面状発熱
体の厚みが非常に大きくなり、薄型ヒータとしての用途
に適さない。また、熱可塑性樹脂及び導電性粒子から発
熱抵抗シートを成形する際に熱処理や圧力処理を行って
いるため、製造工程が増え、この点からも製造コストが
高くなる要因になっている。本発明の目的は、局所発熱
を十分に防止し、抵抗の経時変化が少なく、かつ、低コ
ストで製造でき、その上、想定した発熱温度までは抵抗
変化が少なく、ある温度以上で抵抗値が増大する特性を
有する面状発熱体を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】そのため、本発明は、発
熱抵抗シートについてＰＴＣ特性をなくすか、あるい
は、発熱抵抗シートのＰＴＣ特性を電極被覆部材のうち
少なくとも電極の近傍の部分のＰＴＣ特性より立上倍率
を小さくし又は立上温度を高くして前記目的を達成しよ
うとするものである。具体的には、本発明の面状発熱体
は、それぞれ電極を被覆した複数の電極被覆部材が互い
に所定間隔離れて面状発熱抵抗シートに取り付けられた
面状発熱体であって、前記電極被覆部材のうち少なくと
も１本の電極の近傍は温度の上昇とともに電気抵抗値が
増大する正温度係数特性を有するＰＴＣ層であり、前記
発熱抵抗シートは、前記正温度係数特性を有しないか、
あるいは、立上倍率が前記ＰＴＣ層の最大立上倍率を示
す温度以下の範囲において前記ＰＴＣ層に比べて小さい
か又は立上温度が前記ＰＴＣ層に比べて高い正温度係数
特性を有することを特徴とする。

【０００７】本発明では、電極間に電流を流すと、発熱
抵抗シートで発熱されるが、この発熱抵抗シートは、Ｐ
ＴＣ特性がなく、あるいは、ＰＴＣ層に比べて立上倍率
が小さく又は立上温度が高いので、例えば、放熱状況が
中央部領域と両側部領域とで相違しても、発熱抵抗シー
トにおいて局所発熱が発生することがない。その上、電
極被覆部材のうち少なくとも１本の電極の近傍は正温度
係数特性を有するＰＴＣ層であるから、従来の面状発熱
体が有している正温度係数特性のメリットを維持でき
る。さらに、発熱抵抗シートとして大きな正温度係数特
性を有しない部材を使用するから、面状発熱体全体とし
て、抵抗の変化が大きい正温度係数特性を有する部分の
割合を低減し、全体の抵抗経時変化を小さくできる。従
って、発熱抵抗シートを成形する際の熱処理が不要とさ
れるので、面状発熱体の製造コストを低くできる。ま
た、発熱抵抗シートの抵抗値に対して、ＰＴＣ層（電極
被覆部材）の比率、比抵抗値を調整変更することで、ヒ
ータ全体の抵抗値が大きくなる温度を可変的に設計する
ことが可能となり、各用途に応じた特性が容易に得られ
る。

【０００８】ここで、前記発熱抵抗シートにおける正温
度係数特性の立上倍率が前記ＰＴＣ層の最大立上倍率を
示す温度以下の範囲でＰＴＣ層における正温度係数特性
の立上倍率の０．５以下としてもよく、さらには、前記
発熱抵抗シートにおける正温度係数特性の立上温度を前
記ＰＴＣ層における正温度係数特性の立上温度より５℃
以上高くしてもよい。

【０００９】発熱抵抗シートにおける正温度係数特性が
大きいと、発熱抵抗シートの面上に温度差が生じた時に
局所発熱が発生しやすい。これを防止するには、発熱抵
抗シートにおける正温度係数特性を小さくする必要があ
る。そのため、発熱抵抗シートのＰＴＣ層に対する正温
度係数特性の立上倍率をＰＴＣ層の最大立上倍率を示す
温度以下の範囲で前述の通り０．５以下とし、あるい
は、発熱抵抗シートをＰＴＣ層に比べて正温度係数特性
の立上温度を前述の通り５℃以上高くすれば、発熱抵抗
シートの面上の局所発熱を確実に防止することができる
とともに、ＰＴＣ層での正温度係数特性で温度コントロ
ールが可能となる。

【００１０】また、前記ＰＴＣ層を熱可塑性樹脂及び導
電性粒子を有する発熱組成物、あるいは、無機材料から
成形してもよい。さらに、前記発熱抵抗シートを、熱可
塑性樹脂及び導電性粒子を有する発熱組成物、無機材
料、あるいは、金属材料から成形してもよい。また、前
記発熱抵抗シートと前記ＰＴＣ層とが熱的に一体になる
ように前記発熱抵抗シート及び前記ＰＴＣ層は間に絶縁
層（例えば、ＰＥＴフィルム、ＰＥフィルム）を介して
熱良導材料（例えば、金属板）で接続した構造でもよ
い。

【００１１】発熱抵抗シートとＰＴＣ層とを熱良導材料
で接続すれば、発熱抵抗シートの熱が電極に直接伝わ
り、正温度係数特性による効果を発揮することができ
る。ここで、発熱抵抗シートとＰＴＣ層とを熱良導材料
で直接接続すると、電流は熱良導材料に流れて発熱抵抗
シートには流れないので、発熱抵抗シートでの発熱がさ
れなくなるが、本発明では、発熱抵抗シート及びＰＴＣ
層と熱良導材料との間に絶縁層を設けることにより、発
熱抵抗シートに電流が確実に流れるようにして発熱効果
を担保できる。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下に本発明の実施の形態を添付
図面に基づいて説明する。ここで、各実施の形態におい
て、同一構成要素は同一符号を付して説明を省略もしく
は簡略にする。図１及び図２には本発明の第１の実施の
形態にかかる面状発熱体１が示されている。図１は面状
発熱体１の一部を破断した斜視図であり、図２は、その
平面図である。これらの図において、面状発熱体１は、
平面矩形状に成形して形成された発熱抵抗シート２と、
この発熱抵抗シート２の端部にそれぞれ巻き込まれ電極
３を被覆した２本の電極被覆部材４と、必要に応じて設
けられたＰＥＴフィルム等からなる外装材とを備えて構
成されている。

【００１３】発熱抵抗シート２は、シート状ニクロム、
ステンレス、アルミエッチング材料等のシート状金属材
料、シート状ＩＴＯ材料やシート状導電性無機材料、シ
ート状有機材料、あるいは、ポリスチレン（ＰＳ）、メ
タクリル樹脂（ＰＭＭＡ）、塩化ビニル等の非結晶性樹
脂とカーボンブラック（ＣＢ）とからなる組成物から形
成され、温度の上昇とともに抵抗値が増大する正温度係
数特性（ＰＴＣ特性）を有するものではない。発熱抵抗
シート２は、その厚さは0.1 〜５mm、好ましくは、0.1
〜２mmであり、その幅は2.5mm 〜6000mmであり、その長
さの制限はない。電極３は、電極用導線の単線３Ａを互
いに交差するとなく複数本（図では４本）平行かつ平板
状に一列に並んで形成されており、この単線３Ａは太さ
が２mm以下0.1mm 以上であるが、具体的な太さは単線３
Ａの数との関係で決定される。なお、この電極３は、図
示の電極用導線の単線３Ａに限定されるものではなく、
金属テープ、導電性ペーストから構成してもよい。

【００１４】電極被覆部材４は長尺状に形成されてお
り、発熱抵抗シート２の両側において長さ方向に沿って
２本融着されている。電極被覆部材４は、厚さ0.3mm 〜
５mm、幅0.5mm 〜30mm、好ましくは、１mm〜10mmの断面
矩形状に形成されている。電極被覆部材４は、電極用導
線の単線３Ａを複数互いに交差することなく平行な状態
で押出成形機のダイに通し、これらの電極用導線ととも
に発熱組成物を押し出すという共押出法により製造され
る。

【００１５】電極被覆部材４は、熱可塑性樹脂及び導電
性粒子を備えた発熱組成物から形成され、正温度係数特
性を有するＰＴＣ層である。この熱可塑性樹脂として
は、結晶性熱可塑性樹脂が好ましく、具体的には、ポリ
オレフィン樹脂及びその共重合樹脂、ポリアミド系樹
脂、ポリアセタール樹脂、熱可塑性ポリエステル樹脂、
ポリフェニレンオキシド及びノニル樹脂、ポリスルフォ
ン等を挙げることができる。

【００１６】前記ポリオレフィン樹脂としては、例え
ば、高密度ポリエチレン、中、低密度ポリエチレン、直
鎖状低密度ポリエチレン等のポリエチレン類、アイソタ
クチックポリプロピレン、シンジオタクチックポリプロ
ピレン等のポリプロピレン類、ポリブテン、４−メチル
ペンテン−１樹脂等を挙げることができる。また、第１
の実施の形態においては、エチレン−プロピレン共重合
体、エチレン−酢酸ビニル共重合体、エチレン−アクリ
ル酸共重合体、エチレン−エチルアクリレート共重合体
（ＥＥＡ）、エチレン−メチルアクリレート共重合体等
のエチレン−アクリレート系共重合体、エチレン−塩化
ビニル共重合体等のオレフィンとビニル化合物との共重
合体及びフッ素含有エチレン系重合体、ならびに、これ
らの変成物も使用できる。

【００１７】前記酢酸ビニル系樹脂としては、例えば、
酢酸ビニル樹脂、ポリビニルアセトアセタール、ポリビ
ニルブチラール等を挙げることができる。前記ポリアミ
ド樹脂としては、例えば、ナイロン６、ナイロン８、ナ
イロン11、ナイロン66、ナイロン610 等を挙げることが
できる。前記ポリアセタールは、単一重合体であっても
共重合体であってもよい。前記熱可塑性ポリエステル樹
脂としては、例えば、ポリエチレンテレフタレート、ポ
リブチレンテレフタレート等を挙げることができる。ま
た、前記結晶性熱可塑性樹脂としては、前記のほかに、
例えば、トランス−１，３−ポリイソプレン、シンジオ
タクチック−１，２−ポリブタジエン等のジエン系重合
体及び共重合体等も使用することができる。

【００１８】前記各種の結晶性熱可塑性樹脂は、１種単
独で用いてもよいし、２種以上をポリマーブレンド等と
して併用してもよい。もっとも、前記各種の結晶性熱可
塑性樹脂の中でも、高密度ポリエチレン、低密度ポリエ
チレン、直鎖状ポリエチレンやエチレン−酢酸ビニル共
重合体、エチレン−エチルアクリレート共重合体等のオ
レフィン系共重合体やトランス−１，４−ポリイソプレ
ン等が好ましい。前記各種の結晶性熱可塑性樹脂は、必
要に応じて他のポリマーや添加物との組成物として使用
することもできる。

【００１９】前記導電性粒子としては、例えば、カーボ
ンブラック粒子、グラファイト粒子等の粒状物、鉄（F
e）、ニッケル（Ni）、プラチナ（Pt）、銅（Cu）、銀
（Ag）、金（Au）等の金属微粒子、金属粉体、金属酸化
粉体等の粉状物、炭素繊維等の繊維状物、導電性無機材
料（ＩＴＯ等）、チタン酸バリウム（BaTio3），チタン
酸ストロンチウム（SrTio3）等の正温度係数特性を有す
る無機材料等を挙げることができる。これらの中でもカ
ーボンブラック粒子、グラファイト粒子等の粒状物、特
に、カーボンブラック粒子が好ましい。前記各種の導電
性粒子は、１種単独で用いてもよいし、２種以上を混合
物として併用してもよい。導電性粒子の粒径としては、
特に制限はないが、例えば、平均粒径が通常10〜200 n
m、好ましくは、15〜100 nmである。導電性粒子が繊維
状である場合には、そのアスペクト比は通常１〜1000、
好ましくは、１〜100 程度である。

【００２０】前記結晶性樹脂と導電性粒子との配合割合
は、重量比として、通常、10〜80：90〜20、好ましく
は、55〜75：45〜25である。導電性粒子の配合割合がこ
の範囲より少ないと電極被覆部材４の抵抗値が大きくな
り、面状発熱体１が実用上、十分に発熱しないことがあ
り、一方、導電性粒子の配合割合がこの範囲より多いと
正温度係数特性が十分に発現しないことになる。電極被
覆部材４の発熱組成物の比抵抗値は仕様や目的に応じて
適宜選定することができるが、通常の場合、10〜50000
Ω・cm、好ましくは、40〜20000 Ω・cmである。前記結
晶性樹脂と導電性粒子とを混合し成形して電極被覆部材
４が得られるが、この成形時又は成形後において前記発
熱組成物中の熱可塑性結晶性樹脂を架橋して発熱組成物
を硬化させることが好ましい。この発熱組成物を硬化さ
せると、正温度特性が改良されるとともに、面状発熱体
の熱変形あるいは熱軟化等による不良を防止することが
できる。

【００２１】結晶性熱可塑性樹脂の架橋は架橋剤及び／
又は放射線を利用して行うことができる。前記架橋剤
は、結晶性熱可塑性樹脂の種類に応じて、有機過酸化
物、硫黄化合物、オキシム類、ニトロソ化合物、アミン
化合物、ポリアミン化合物等から適宜選択して決定する
ことができる。例えば、前記結晶性熱可塑性樹脂がポリ
オレフィン系樹脂等である場合には、好適な架橋剤とし
て、例えば、有機過酸化物を利用することができる。こ
の有機過酸化物としては、例えば、ベンゾイルパーオキ
シド、ラウロイルパーオキシド、ジクミルパーオキシ
ド、tert−ブチルパーオキシド、tert−ブチルパーオキ
シベンゾエート、tert−ブチルクミルパーオキシド、te
rt−ブチルヒドロパーオキシド、２，５−ジメチル−
２，５−ジ（tert−ブチルパーオキシ）ヘキシン−３、
１，１−ビス（tert−ブチルペルオキシイソプロピル）
ベンゼン、１，１−ビス（tert−ブチルペルオキシ）−
３，３，５−トリメチルシクロヘキサン、ｎ−ブチル−
４，４−ビス（tert−ブチルペルオキシ）バレレート、
２，２−ビス（tert−ブチルペルオキシ）ブタン、tert
−ブチルペルオキシベンゼン等を挙げることができる。

【００２２】これらの中でも、特に、２，５−ジメチル
−２，５−ジ（tert−ブチルパーオキシ）ヘキシン−３
等が好ましい。なお、これらの各種の有機過酸化物は１
種単独で使用してもよいし、必要に応じて、トリアリル
シアヌレートやジビニルベンゼン、トリアリルイソシア
ヌレート等の架橋補助剤を添加してもよい。前記有機過
酸化物の使用割合は、前記結晶性樹脂100 重量部に対し
て、通常、0.01〜５重量部、好ましくは、0.05〜２重量
部である。この割合が0.01重量部未満では、架橋化が不
十分となり、正温度係数特性が十分に発現しなかった
り、高温領域での抵抗の低下がみられる等の問題が生じ
やすい。一方、５重量部を越えると、架橋化度が高くな
りすぎて、成形性が低下したり、正温度係数特性の低下
する現象がみられることになる。

【００２３】図３には電極被覆部材４及び発熱抵抗シー
ト２の正温度係数特性を示すグラフが示されている。図
３において、Ｐは電極被覆部材４の正温度係数特性を示
すもので、その立上倍率Xpは次の式で求められる。 Xp＝Ｒ／Ｒ₂₅ ここで、Ｒは温度Ｔの時の抵抗値を示し、Ｒ₂₅は温度２
５℃の時の抵抗値を示す。最大立上倍率Xp maxは、Xp m
ax＝Ｒpmax／Ｒ₂₅で示される。これに対して、ＳはＰＴ
Ｃ特性を有しない発熱抵抗シート２の正温度係数特性を
示すもので、その最大立上倍率は０である。

【００２４】具体的には、電極被覆部材４がエチレン−
エチルアクリレート共重合体（ＥＥＡ）とカーボンブラ
ック（ＣＢ）とから形成され、発熱抵抗シート２がポリ
スチレン（ＰＳ）等の非結晶性樹脂とカーボンブラック
とからなる組成物から形成されてい場合では、電極被覆
部材４の正温度係数特性Ｐは図４（Ａ）に示す通り温度
上昇に伴って抵抗値が上昇するようになっており、発熱
抵抗シート２の正温度係数特性Ｓは図４（Ｂ）に示す通
り、温度が上昇しても抵抗値に大きな変化がない。面状
発熱体１の全体の正温度係数特性（Ｐ＋Ｓ）は、図４
（Ｃ）に示す通り、温度上昇に伴って抵抗値が上昇する
特性が示されている。なお、図４（Ｃ）のグラフ中、点
線部分は発熱抵抗シート２のみの場合を示す。

【００２５】従って、第１の実施の形態によれば、それ
ぞれ電極３を被覆した２本の電極被覆部材４が互いに所
定間隔離れて面状発熱抵抗シート２に取り付けられ、こ
の電極被覆部材４が温度の上昇とともに電気抵抗値が増
大する正温度係数特性を有するＰＴＣ層であり、発熱抵
抗シート２が前記正温度係数特性を有しない構造とされ
ているから、電極３の間に電流を流すと発熱抵抗シート
２で放熱されるが、この放熱に際して、例えば、放熱状
況が中央部領域と両側部領域とで相違しても、発熱抵抗
シート２において局所発熱が発生することがない。その
上、面状発熱体１として要求される正温度係数特性は電
極被覆部材４で担保できる。さらに、発熱抵抗シート２
は正温度係数特性を有するものではないので、面状発熱
体全体１として、抵抗の変化が大きい正温度係数特性を
有する部分の割合を低減し、全体の抵抗経時変化を小さ
くできる。よって、発熱抵抗シート２を成形する際の熱
処理が不要とされるので、製造コストを低くできる。

【００２６】次に、本発明の第２の実施の形態を図５及
び図６に基づいて説明する。第２の実施の形態は、発熱
抵抗シートが正温度係数特性を有する構造である点で第
１の実施の形態と相違するもので、他の構造は第１の実
施の形態と同じである。図５及び図６には本発明の第２
の実施の形態にかかる面状発熱体１１が示されている。
図５は面状発熱体１１の一部を破断した斜視図であり、
図６は、その平面図である。これらの図において、面状
発熱体１１は、発熱組成物を平面矩形状に成形して形成
された発熱抵抗シート１２と、この発熱抵抗シート２の
両端部に設けられ前記電極３を被覆した２本の前記電極
被覆部材４と、必要に応じて設けられたＰＥＴフィルム
等からなる外装材とを備えて構成されている。

【００２７】発熱抵抗シート１２は、押出成形法により
発熱組成物をシート状あるいはフィルム状の面状に成形
さたものであり、その厚さは0.1 〜５mm、好ましくは、
0.1〜２mmであり、その幅は2.5mm 〜6000mmであり、そ
の長さの制限はない。発熱抵抗シート１２の両側端部に
は電極被覆部材４がヒートシール又は超音波シールによ
り融着されている。発熱抵抗シート１２の発熱組成物は
正温度係数特性を備えている。

【００２８】第２の実施の形態においては、発熱抵抗シ
ート１２の発熱組成物に使用する熱可塑性樹脂、特に、
結晶性熱可塑性樹脂と、電極被覆部材４の発熱組成物に
使用する熱可塑性樹脂、特に、結晶性熱可塑性樹脂と
は、互いに同じ種類であってもよく、あるいは、相違し
てもよい。もっとも、熱融着による接着性をより良好に
保つためには、通常、同じ種類のものを使用するのが望
ましい。発熱抵抗シート１２の発熱組成物に使用する導
電性粒子と、電極被覆部材４の発熱組成物に使用する導
電性粒子とは、互いに同じ種類であってもよく、あるい
は、相違してもよい。電極被覆部材４と発熱抵抗シート
１２とは正温度係数特性を相違させるため、熱可塑性樹
脂のブレンド比率が調整されている。

【００２９】図３において、S₁及びS₂は発熱抵抗シート
１２の正温度係数特性を示すもので、このうちS₁は立上
倍率がＰＴＣ層を構成する電極被覆部材４の最大立上倍
率を示す温度以下の範囲において電極被覆部材４に比べ
て小さい場合を示し、S₂は立上温度が電極被覆部材４に
比べて高い場合を示す。電極被覆部材４の最大立上倍率
Xp maxの時の温度Tp max以下の範囲において、発熱抵抗
シート１２の正温度係数特性S₁は電極被覆部材４の正温
度係数特性Ｐより小さい。つまり、発熱抵抗シート１２
の立上倍率をXsとすると、Xs＜Xpであり、好ましくは、
Xs≦０．５Xpである。また、発熱抵抗シート１２の正温
度係数特性S₂は立上温度が電極被覆部材４に比べて高
い。つまり、立上温度を抵抗値Ｒが２×Ｒ₂₅の時の温度
とすると、電極被覆部材４では、２×Rp₂₅の時の立上温
度はtpであり、発熱抵抗シート１２では、２×Rs₂₅の時
の立上温度はtsである。立上温度tpは立上温度tsより低
い（０℃＜ts−tp）ものであり、tpとtsとの差は、好ま
しくは５℃以上（５℃≦ts−tp）、より好ましくは、１
０℃以上（１０℃≦ts−tp）である。

【００３０】具体的には、電極被覆部材４がエチレン−
エチルアクリレート共重合体（ＥＥＡ）とカーボンブラ
ック（ＣＢ）との発熱組成物から形成され、発熱抵抗シ
ート１２が高密度ポリエチレン（ＨＤＰＥ）とカーボン
ブラックとの発熱組成物から形成されてい場合では、電
極被覆部材４の正温度係数特性Ｐは図７（Ａ）に示す通
り温度上昇に伴って抵抗値が上昇するようになってお
り、発熱抵抗シート１２の正温度係数特性S₂は図７
（Ｂ）に示す通り、温度上昇に伴って抵抗値が上昇する
ようになっているが、その変化の割合は電極被覆部材４
の正温度係数特性Ｐとは相違する。図７（Ａ）におい
て、電極被覆部材４の立上温度tpは６７℃であり、図７
（Ｂ）において、発熱抵抗シート１２の立上温度tsは１
２０℃であり、電極被覆部材４の立上温度tpは発熱抵抗
シート１２の立上温度tsに比べて５３℃高い。面状発熱
体１１の全体としては、図７（Ｃ）に示す通り、温度上
昇に伴って抵抗値が上昇する特性が示されている。この
特性、特に、比抵抗値の増大する温度は、電極被覆部材
４（ＰＴＣ層）の比率、比抵抗値により変化し、可変と
なっている。なお、図７（Ｃ）のグラフ中、点線部分は
発熱抵抗シート１２のみの場合を示す。

【００３１】従って、第２の実施の形態によれば、それ
ぞれ電極３を被覆した２本の電極被覆部材４が互いに所
定間隔離れて面状発熱抵抗シート１２に取り付けられ、
この電極被覆部材４が正温度係数特性を有するＰＴＣ層
であり、発熱抵抗シート１２は、立上倍率Xsが電極被覆
部材４の最大立上倍率Xp maxを示す温度Tp max以下の範
囲において電極被覆部材４の立上倍率Xpに比べて小さい
か又は立上温度tsが電極被覆部材４の立上温度tpにに比
べて高い正温度係数特性を有する構造としたから、第１
の実施の形態と同様に、発熱抵抗シート１２において局
所発熱が発生することがないとともに、面状発熱体とし
て要求される正温度係数特性は電極被覆部材４で担保で
きる。さらに、面状発熱体全体１として、抵抗の変化が
大きい正温度係数特性を有する部分の割合が低減し、全
体の抵抗経時変化を小さくできる。よって、発熱抵抗シ
ート１２を成形する際の熱処理が不要とされるので、製
造コストを低くできる。

【００３２】さらに、第２の実施の形態では、電極被覆
部材４の最大立上倍率Xp maxを示す温度Tp max以下の範
囲において、発熱抵抗シート１２の立上倍率Xsを電極被
覆部材４の立上倍率Xpに対して０．５以下とし、あるい
は、発熱抵抗シート１２の立上温度tsを電極被覆部材４
の立上温度tsに比べて５℃以上高くすれば、発熱抵抗シ
ート１２の面上の局所発熱を確実に防止することができ
るとともに、電極被覆部材４での正温度係数特性で温度
コントロールが可能となる。

【００３３】次に、本発明の第３の実施の形態を図８乃
至図１０に基づいて説明する。図８乃至図１０には本発
明の第３の実施の形態にかかる面状発熱体２１が示され
ている。図８は面状発熱体２１の一部を破断した斜視図
であり、図９は、その平面図であり、図１０は、その断
面図である。これらの図において、面状発熱体２１は、
前記発熱抵抗シート１２と、前記電極３を被覆した２本
の前記電極被覆部材４と、これらの発熱抵抗シート１２
及び電極被覆部材４を被覆する絶縁層２２と、この絶縁
層２２の外部から発熱抵抗シート１２及び電極被覆部材
４の両面を覆う熱良導材料２３とを備え、発熱抵抗シー
ト１２と電極被覆部材４とが熱的に一体になるように発
熱抵抗シート１２及び電極被覆部材４が間に絶縁層２２
を介して熱良導材料２３で接続された構造である。

【００３４】熱良導材料２３は、発熱抵抗シート１２で
発生した熱を効果的にＰＴＣ層である電極被覆部材４を
伝達するもので、銅、金、銀、アルミ、鉄、ステンレス
等の金属から板状、シート状に形成され、絶縁層２２と
は粘着テープ、接着剤等で固定されている。絶縁層２２
は、発熱抵抗シート１２に電流を確実に流すものであ
り、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）やポリエチ
レン（ＰＥ）等の絶縁効果の高いフィルムから構成され
ている。即ち、発熱抵抗シート１２と電極被覆部材４と
を熱良導材料２３で直接接続すると、電流は熱良導材料
２３に流れて発熱抵抗シート１２には流れず、発熱抵抗
シート１２で発熱がされなくなる不都合が生じるので、
発熱抵抗シート１２及び電極被覆部材４と熱良導材料２
３との間に絶縁層２２を設けることにより、この不都合
を回避した。

【００３５】従って、第３の実施の形態によれば、第２
の実施の形態と同じ効果を奏することができる他に、発
熱抵抗シート１２とＰＴＣ層である電極被覆部材４とが
熱的に一体になるように発熱抵抗シート１２及び電極被
覆部材４を間に絶縁層２２を介して熱良導材料２３で接
続したから、発熱抵抗シート１２の熱が電極３に直接伝
わり、正温度係数特性による効果を有効に発揮すること
ができる。

【００３６】

【実施例】以下に実施の形態の効果を確認するために、
実施例について説明する。〔実施例１〕実施例１は第１の実施の形態に対応するも
ので、発熱抵抗シート２をアルミエッチング材料から形
成した。アルミエッチング材料は形状幅２４５mm×長さ
１ｍであり、その抵抗値は１ＫΩ／ｍである。電極被覆
部材４を５５重量部のエチレン−エチルアクリレート共
重合体（ＥＥＡ）〔ＤＰＤＪ６１８２；日本ユニカー株
式会社製〕と４５重量部のカーボンブラック（ＣＢ）
〔ダイヤブラックＥ；三菱化成工業株式会社製〕の発熱
組成物から形成した。各電極３は、それぞれ１０本の単
線３Ａを互いに交差することなく並列配置して形成し
た。

【００３７】この構造の面状発熱体１では、環境温度に
依存して発熱量が変化し、発熱抵抗シートとして発熱組
成物を使用した従来の面状発熱体を同様に良好な正温度
係数特性を示した。この正温度係数特性は、図４（Ｃ）
に示されるものと同じである。これは、発熱抵抗シート
２の温度が電極３までに伝達することにより電極被覆部
材４の温度が上昇し、この電極被覆部材４で正温度係数
特性が機能したためである。また、面状発熱体１の片面
を電極３に沿って断熱材（発泡スチロール）で覆い、面
上に２０℃の温度差を発生させたが、従来の面状発熱体
に見られた局所発熱は発生しなかった。下限温度が−２
０℃で上限温度が７０℃の範囲において熱履歴を１５回
サイクル（昇温・降温速度；１℃／mmで１０分間昇温・
降温し、５０分保持で次の温度へ移行）行ったところ、
熱履歴による抵抗値の変化が実施例１では−０．５％で
あったのに対して従来の面状発熱体では−２０％であ
り、実施例１では従来の面状発熱体に比べて熱履歴によ
る抵抗値変化が４０分の１以下となった。

【００３８】〔実施例２〕実施例２は第２の実施の形態
に対応するもので、発熱抵抗シート１２を８０重量部の
高密度ポリエチレン（ＨＤＰＥ）〔出光ＨＤＰＥ２３０
Ｊ；出光興産株式会社製〕と２０重量部のカーボンブラ
ック（ＣＢ）〔ダイヤブラックＥ；三菱化成工業株式会
社製〕との発熱組成物から形成し、電極被覆部材４を実
施例１と同一のエチレン−エチルアクリレート共重合体
（ＥＥＡ）及びカーボンブラック（ＣＢ）の発熱組成物
から形成した。各電極３は、それぞれ１０本の単線３Ａ
を互いに交差することなく並列配置して形成した。この
構造の面状発熱体１１では、実施例１と同様の理由から
良好な正温度係数特性を示した。この正温度係数特性
は、図７（Ｃ）に示されるものと同じである。

【００３９】また、面状発熱体１１の片面を電極３に沿
って断熱材（発泡スチロール）で覆い、面上に２０℃の
温度差を発生させたが、従来の面状発熱体に見られた局
所発熱は発生しなかった。これは、発熱抵抗シート１２
で使用した樹脂の融点が１２０℃以上であり、１００℃
以下での大きな抵抗値の立上（正温度係数特性）がない
ためである。同時に、実施例１と同じ条件で熱履歴によ
る実験を行ったところ、熱履歴による抵抗値の変化も従
来の面状発熱体の１０分の１以下となった。

【００４０】〔比較例〕６０重量部のエチレン−エチル
アクリレート共重合体（ＥＥＡ）〔ＤＰＤＪ６１８２；
日本ユニカー株式会社製〕と４０重量部のカーボンブラ
ック（ＣＢ）〔ダイヤブラックＥ；三菱化成工業株式会
社製〕との発熱組成物から発熱抵抗シートを構成した。
同様の発熱組成物と電極とを共押出して断面矩形の長尺
状電極被覆部材を構成し、この電極被覆部材と発熱抵抗
シートとをヒートシール等して融着した。この構造の面
状発熱体に均熱板を装着し、通電すると、温度変化に依
存して良好な正温度係数特性を示した。しかし、面状発
熱体の片面を電極に沿って断熱材（発泡スチロール）で
覆い、面上に２０℃の温度差を発生させると、局所発熱
は発生し、良好な発熱が得られない。また、熱履歴によ
る変化も数十％程度観察された。

【００４１】なお、本発明では、前記各実施の形態の構
成に限定されるものではなく、本発明の目的を達成でき
る範囲であれば次に示す変形例を含むものである。例え
ば、前記各実施の形態では、電極被覆部材４を、複数本
の単線３Ａを平行にかつ平板状に配列した電極３と発熱
組成物とを共押出成形して形成し、かつ、断面矩形状と
したが、本発明では、電極被覆部材４に設けられる電極
を、複数の単線を縒って断面円形状に形成したものや１
本の太い単線から形成したものでもよく、さらには、面
状発熱体１，１１，２１を発熱抵抗シート２，１２，２
２自体に電極用導線の単線を縒って形成した電極線又は
１本の太い電極線を設けた構造のものでもよい。

【００４２】さらに、電極被覆部材４に電極３の単線３
Ａを一列に配列して設けたが、本発明では、電極３の単
線３Ａを複数列に配列して設けてもよい。また、電極被
覆部材４は発熱抵抗シート２，１２，２２に２本融着さ
れたが、電極被覆部材４の本数は３本以上であってもよ
い。また、電極被覆部材４の断面形状は、台形、三角
形、五角形等の種々の形状でよい。さらに、前記各実施
の形態では電極被覆部材４の全てをＰＴＣ層としたが、
本発明では、電極被覆部材４のうち電極３の近傍をＰＴ
Ｃ層としてもよい。

【００４３】

【発明の効果】本発明によれば、それぞれ電極を被覆し
た複数の電極被覆部材を互いに所定間隔離れて面状発熱
抵抗シートに取り付け、電極被覆部材のうち少なくとも
電極の近傍を温度の上昇とともに電気抵抗値が増大する
正温度係数特性を有するＰＴＣ層とし、発熱抵抗シート
を、正温度係数特性を有しないか、あるいは、立上倍率
がＰＴＣ層の最大立上倍率を示す温度以下の範囲におい
てＰＴＣ層に比べて小さいか又は立上温度がＰＴＣ層に
比べて高い正温度係数特性を有する構造としたから、局
所発熱を十分に防止し、抵抗の経時変化が少なく、か
つ、低コストで製造できる。また、抵抗の立上温度を発
熱抵抗シートに対してＰＴＣ層の比率、比抵抗値を変化
させることにより任意に調整でき、抵抗の立ち上がりま
での抵抗変化を少なく設計できるという利点を有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態にかかる面状発熱体
の一部を破断した斜視図である。

【図２】図１の平面図である。

【図３】電極被覆部材と発熱抵抗シートとのそれぞれの
正温度係数特性を示すグラフである。

【図４】（Ａ）は電極被覆部材の正温度係数特性を示す
グラフであり、（Ｂ）は発熱抵抗シートの正温度係数特
性を示すグラフであり、（Ｃ）は面状発熱体全体の正温
度係数特性を示すグラフである。

【図５】本発明の第２の実施の形態にかかる面状発熱体
の一部を破断した斜視図である。

【図６】図５の平面図である。

【図７】（Ａ）は電極被覆部材の正温度係数特性を示す
グラフであり、（Ｂ）は発熱抵抗シートの正温度係数特
性を示すグラフであり、（Ｃ）は面状発熱体全体の正温
度係数特性を示すグラフである。

【図８】本発明の第３の実施の形態にかかる面状発熱体
の一部を破断した斜視図である。

【図９】図８の平面図である。

【図１０】図８の断面図である。

【符号の説明】

１，11，21 面状発熱体２，12 発熱抵抗シート３電極４電極被覆部材（ＰＴＣ層）２２絶縁層２３熱良導材料

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】それぞれ電極を被覆した複数の電極被覆部
材が互いに所定間隔離れて面状発熱抵抗シートに取り付
けられた面状発熱体であって、前記電極被覆部材のうち
少なくとも電極の近傍は温度の上昇とともに電気抵抗値
が増大する正温度係数特性を有するＰＴＣ層であり、前
記発熱抵抗シートは、前記正温度係数特性を有しない
か、あるいは、立上倍率が前記ＰＴＣ層の最大立上倍率
を示す温度以下の範囲において前記ＰＴＣ層に比べて小
さいか又は立上温度が前記ＰＴＣ層に比べて高い正温度
係数特性を有することを特徴とする面状発熱体。
【請求項２】請求項１記載の面状発熱体において、前記
発熱抵抗シートにおける正温度係数特性の立上倍率が前
記ＰＴＣ層の最大立上倍率を示す温度以下の範囲でＰＴ
Ｃ層における正温度係数特性の立上倍率の０．５以下で
あることを特徴とする面状発熱体。
【請求項３】請求項１記載の面状発熱体において、前記
発熱抵抗シートにおける正温度係数特性の立上温度が前
記ＰＴＣ層における正温度係数特性の立上温度より５℃
以上高いことを特徴とする面状発熱体。
【請求項４】請求項１から３にいずれか記載の面状発熱
体において、前記ＰＴＣ層は熱可塑性樹脂及び導電性粒
子を有する発熱組成物から成形されていることを特徴と
する面状発熱体。
【請求項５】請求項１から３にいずれか記載の面状発熱
体において、前記ＰＴＣ層は無機材料から成形されてい
ることを特徴とする面状発熱体。
【請求項６】請求項１から５にいずれか記載の面状発熱
体において、前記発熱抵抗シートは熱可塑性樹脂及び導
電性粒子を有する発熱組成物から成形されていることを
特徴とする面状発熱体。
【請求項７】請求項１から５にいずれか記載の面状発熱
体において、前記発熱抵抗シートは無機材料から成形さ
れていることを特徴とする面状発熱体。
【請求項８】請求項１から５にいずれか記載の面状発熱
体において、前記発熱抵抗シートは金属材料から成形さ
れていることを特徴とする面状発熱体。
【請求項９】請求項１から８にいずれか記載の面状発熱
体において、前記発熱抵抗シートと前記ＰＴＣ層とが熱
的に一体になるように前記発熱抵抗シート及び前記ＰＴ
Ｃ層は間に絶縁層を介して熱良導材料で接続されている
ことを特徴とする面状発熱体。