JPS5953672B2 - 発熱体及びその製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、チタン酸バリウムなどのセラミックス系の正
の抵抗温度特性（以下Ｐ−Ｔ−Ｃ特性と略称する）をも
つ発熱体によらず、空気や液体などを効率よく加熱する
比較的高電力、高信頼性の樹脂・カーボン系のＰ−Ｔ−
Ｃ特性を有する発熱体及びその製造方法を提供するもの
である。

従来、Ｐ−Ｔ−Ｃ特性を有する樹脂・カーボン系発熱体
の製造方法や構成については、その技術が報告されてい
る。一般的に発熱体の電極構成は第１図に示すように発
熱部１の厚み方向に対向する電極２を形成し、その電極
２の一部に直接金属端子を埋め込んだり、金属板を圧接
または半田付けなどの方法により上記電極２に取付けて
端子３を設けている。

一方、Ｐ−Ｔ−Ｃ特性を有する樹脂・カーボン系発熱体
は、結晶性樹脂と導電性粒子を主たる成分として構成さ
れており、必然的にＰ−Ｔ−Ｃ領域にある発熱体の熱膨
張収縮係数は非Ｐ−Ｔ−Ｃ領域のそれよりはるかに大き
な値を示す。このようは発熱部に金属端子を理め込み圧
接した場合、当然ながら発熱部熱膨張収縮と金属端子の
それとは非常に大きな差が存在し、熱履歴を繰り返すう
ちに発熱部と端子間に間隙が生じ、接触不良を起し焼損
事故につながる恐れがある。

さらに、発熱部自体に端子が取付けられているため、端
子からの放熱が大きく他の部分との温度ムラを生じさせ
るだけでな＜、熱効率も悪くなるなどの問題点を有して
いた。本発明は上記のような従来の欠点を除去すべくな
されたものであり、以下本発明の一実施例について第２
図とともに説明する。

本発明は第２図に示すように、結晶性樹脂と導電性粒子
を主たる成分とする樹脂・カーボン系の発熱部４の端部
の位置（または中間の任意の位置）に端子取付部となる
絶縁部５を設け、その絶縁部５を発熱部４と適宜の手段
により一体結合せしめたもので、発熱部４から発生する
熱の端子接触部分への伝導を抑える熱的絶縁効果を絶縁
部５にもたせ、端子接合部分の接触不良を解消するとと
もに非発熱絶縁部５に取付けられた端子６からの放熱を
抑制し、部分的な温度ムラをなくして均熱な発熱体を得
ようとするものである。

また、７は発熱部４と絶縁部５を導通させるべくそれら
の厚み方向の表面に対向して設けられた電極である。こ
の場合、特に大きな問題となつたのは、電極７の発熱部
４と絶縁部５の結合部８における部分が繰り返し発熱さ
せた時に生じる電極クラツクであつた。

このことは電極クラツク部に集中電流が流れて発熱部を
構成する樹脂の耐熱温度以上の発熱が起り、発熱体にと
つて致命的な焼損事故を起すことになるから、是非解消
せねばならない重要な課題であつた。上述したように、
発熱部４はＰ−Ｔ−Ｃ領域において急激に熱膨張係数が
大きくなり、通常の熱硬化性樹脂あるいは熱可塑性樹脂
からなる絶縁部５との間に大きな熱膨張差が生じ、これ
が原因となつてクラツクが発生するのである。

そこで、本発明では絶縁部５の熱膨張を発熱部４のそれ
に近づける樹脂を選択し、第２図の結合部８におけるク
ラツクを解消した。

実際には発熱時の絶縁部５の温度は発熱部４よりも低く
なり、両者の熱膨張を合せるには発熱部４の結晶性樹脂
と同一のものまたはそれよりも低い融点をもつ結晶性樹
脂と必要に応じて補強剤となる熱硬化性樹脂を絶縁部５
に配合することにより得られる。また、発熱部４と絶縁
部５の接合方法としては、機械的に強固で七かも任意の
形状をつくる容易さから、両者それぞれ別個に冷間加圧
成形したものを同一の金型中で熱間加圧成形することが
最も量産性に富み、低コストでＰ−Ｔ−Ｃ特性を有する
樹脂・カーボン系発熱体を提供することができる。さら
に、発熱部４と絶縁部５を何らかの方法で導通せしめる
ことが必要となるが、本発明の発熱体は上述したように
結晶性樹脂とカニホンの混合物からなるために、発熱時
の熱膨張、収縮を吸収し、しかも導電性が良好で接着力
のある電極構成が条件として求められる。

この条件に適合する方法として提案されたものが、銀ペ
ーストあるいは銅ペーストなどの樹脂系導電ペーストを
発熱部４及び絶縁部５の表面に下地処理皮膜として施し
、その上に導電性の良いしかもある程度熱膨張収縮のあ
るチタン、銅、ニツケルなどの金属メツキを単層あるい
は多層に形成して電極７を得る方法である。つぎに、具
体的な実施例を詳述する。

まず、結晶性樹脂（示差熱分析による融解点１８５℃）
５００ｇを熱ロール上で溶融させ、この中にカーボンブ
ラツク５００ｇを加えて分散、混練する。この混練物を
微粉砕し、樹脂・カーボン混合粉体を得る。この粉体４
００ｇにガラス繊維配合熱硬化性ポリエステル樹脂６０
０ｇを配合し、Ｖ型混合機で均一混合する。この混合粉
体を金型中に入れ、冷間加圧成形により発熱部の中間成
形物を作る。また、これとは別に上述のガラス繊維配合
熱硬化性ポリエステル樹脂６００ｇと結晶性樹脂（融解
点１２０℃）４００ｇを配合、混合したものを冷間加圧
成形し、絶縁部の中間成形物を得る。

そして、それぞれ冷間加圧成形により中間成形された発
熱部、絶縁部の中間成形物とさらには金属端子６を同一
成形金型中で組合せ、１５０℃、１５０ｋｇ／Ｃｎｌ・
のラム圧力で９０秒間、同時熱間加圧成形を行つた。

これにより発熱部４と絶縁部５が一体結合され、かつ絶
縁部５に端子６が取付けられる。つぎに、異電極間が短
絡しないようにマスキング化、銀ペーストを発熱部４と
絶縁部の表面に塗布・焼付し、その上に無電解メツキで
０．２〜０．３μの銅皮膜を形成し、ついでその上に電
極抵抗を低くする目的で２μの電解銅皮膜をつけ、さら
にその上層に５μのニツケルメツキを電解または無電解
で施し、発熱部４の電極とするとともに該発熱部４と絶
縁部５の導通を確保した構造の電極７を形成した。以上
の通り製作した発熱体の常温時の初期抵抗は０．５Ωで
あり、抵抗温度特性は第３図に示すように１５０℃から
急激に抵抗値が増大する、いわゆるＰ−Ｔ−Ｃ特性を現
わしている。

第４図は上記発熱体の雰囲気温度に対する熱膨張を測定
したもので、Ａは第２図の発熱部４、Ｂは本実施例のガ
ラス繊維配合熱硬化性ポリエステル樹脂と発熱部４の結
晶性樹脂よりも低い融解点の結晶性樹脂との混合からな
る絶縁部５、Ｃは上記Ｂの比較としてのガラス繊維配合
熱硬化性ポリエステル樹脂単独で作つた絶縁部の熱膨張
曲線をそれぞれ示している。今、上記のようにして製作
された第２図の発熱体の異電極間にＤ−Ｃｌ２Ｖを印加
した時、発熱部４と絶縁部５の内部中央温度はそれぞれ
１６０℃、１０５℃であつた。

第４図から発熱部４の１６０℃の熱膨張１．１％と絶縁
部５の１０５℃の熱膨張１．０％はほぼ一致し、実際の
通電での電極クラツクも発生しなかつた。さらに、発熱
部４と絶縁部５の接合強度をみるために結合部８の曲げ
強度〔破壊荷重／単位断面積〕を測定してみると５〜８
ｋｇ／ＭＩであり、発熱部４の８〜９ｋｇ／ＭｉＬ及び
絶縁部５の１０〜１２ｋｇ／ＭｌＬよりも小さいが、実
用上破壊することはなかつた。以上のように、本発明の
発熱体は自己温度制御機能を有し、かつ樹脂・カーボン
系発熱体の欠点とされていた熱変形による信頼性を向上
させたものであり、実用に供し得る産業的価値の大なる
ものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の成型発熱体の斜視図、第２図は本発明に
係る発熱体の一実施例を示す斜視図、第３図は同発熱体
の抵抗温度特性の一例を示す図、第４図は同じく本発明
発熱体の各部における雰囲気温度に対する熱膨張の一例
を表わす図である。 ４・・・・・・発熱部、５・・・・・・絶縁部、６・・
・・・・端子、７・・・・・・電極。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 結晶性樹脂と導電性粒子からなる正の抵抗温度係数
   を有する発熱部と、この発熱部の正の抵抗温度係数が大
   きく増大する温度領域における熱膨張と同程度の熱膨張
   を有するとともに適宜の手段により該発熱部と一体結合
   された絶縁部と、上記発熱部及び絶縁部の対向する表面
   に設けられた電極と、かつこの電極と電気的に接続され
   るように上記絶縁部に取付けられた端子とより構成され
   たことを特徴とする発熱体。 ２ 少なくとも発熱部を構成する結晶性樹脂と同一かそ
   れよりも低い融解点をもつ結晶性樹脂が絶縁部に配合さ
   れてなる特許請求の範囲第１項記載の発熱体。 ３ 発熱部及び絶縁部の表面に樹脂系導電性ペーストを
   下地処理皮膜として設け、その上に金属皮膜を施した構
   成の電極を備えた特許請求の範囲第１項または第２項記
   載の発熱体。 ４ 結晶性樹脂と導電性粒子からなる正の抵抗温度係数
   を有する発熱部と、この発熱部の正の抵抗温度係数が大
   きく増大する温度領域における熱膨張と同程度の熱膨張
   を有する絶縁部を、それぞれ別個に冷間加圧成形した後
   、同一金型中で熱間加圧成形して一体結合せしめ、上記
   発熱部及び絶縁部の対向する表面に電極を設け、かつこ
   の電極と電気的に接続されるように上記絶縁部に端子を
   取付けることを特徴とする発熱体の製造方法。