JPS63146379A - 正抵抗温度係数発熱体 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

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
マー、ポリプロピレン、ポリフッ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、その融点近傍において、結晶部分が無定
形化するさい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。そして、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共に、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４図は、特公昭６６−４０１６１号公報に代表される
、従来技術に基づく正抵抗温度係数発熱体の例を示すも
のであり、図において１は電気絶縁性と熱伝導性に優れ
たセラミック基板であり、２ａ及び２ｂは電極である。

そして、３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である。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、それに
伴って、正常な抵抗値分布と電位分布による安定な発熱
状態を保持する事が可能であり、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利であった。−例を
示すと、熱伝導率が２９１ｃａＬ／ｍｈ’ｃ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／ｃｄ
を越える電力密度も可能であった。しかし、大面積の発
熱体や、長尺の発熱体を構成する場合には、アルミナ焼
結体等のセラミック系の材料は製造技術的にも、強度的
にも実用に供し得るものではなかった。そこで、セラミ
ック系の基板材料に代わるものとして、特公昭５７−４
３９９５号公報あるいは、第５図に示したような電気絶
縁フィルム４と金属均熱板５かも成る複合材料基板が用
いられてきたが、樹脂の熱伝導率はセラミックに比べて
約２桁程低く、複合材料の熱伝導率がセラミックを上回
ることはなかった。したがって、これらの発熱体の電力
密度は０　、３Ｗ／ｃ−が上限であった。その結果、多
くの用途において、発熱体の出力が不充分であるか、も
しく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、材料コストが
代替え手段を大幅に上回ったりして、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、特開
昭６０−２８１９５号公報や第６図に示すように、一対
の電極２ａ、２ｂ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、抵抗体３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 第６図に示したような正抵抗温度係数発熱体は、高出力
を発生するだめの構造としては非常に優れていたが、カ
ーボンブラック系正抵抗温度係数抵抗体の耐電圧破壊特
性や、必要とされる体積固有抵抗値の領域を考慮すると
、解決しなければならない課題が山積していた。まず、
電極間隔が非常に接近した正抵抗温度係数発熱体を構成
するためには耐電圧破壊特性に優れたカーボンブラック
を選定するだけでなく、充分な抵抗温度特性を得ること
によって、正抵抗温度特性のピーク抵抗値を越えて暴走
することのないように配慮することが非常に重要な課題
となった。また、体積固有抵抗値も従来の１００〜１０
２Ωαに対して、１０５〜１０５ｂの半導体領域が必要
となり、抵抗温度特性が結晶性重合体の融点のみによっ
て制御されるだけではなく、より低温域の線膨張係数に
よると思われる不安定な成分をよシ多く含むようになっ
た。その結果、室温における抵抗値とピーク抵抗値との
比が４〜６桁となるような材料組成を選択すると、室温
における抵抗値と安定温度域における抵抗値との比が不
必要に高まり、大電力を要する機器においては突入電力
が許容値を大幅に上まわって、電流ブレーカが誤作動す
る可能性が非常に高まり、この方式による正抵抗温度係
数発熱体の応用範囲が限定されていた。

本発明は上記問題点に鑑み、高出力化を達成するととも
に電流が安定する正抵抗温度係数発熱体を提供するもの
でおる。

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、結晶性重合体中
に導電性微粉末を分散してなる正抵抗温度係数を有する
組成物を主成分とする薄肉シート状抵抗体層からなる抵
抗体と、前記抵抗体の対向する面に設けられた一対の電
極体層と、前記抵抗体もしくは前記電極体に対して薄肉
電気絶縁物を介して密着して設けられた固定抵抗体と、
充電部全体を絶縁被覆する外装材とから成り、前記一対
の電極体の間に構成される正抵抗温度係数抵抗体と前記
固定抵抗体との間を電気的に直列に結線してなる構成で
ある。

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、常温抵抗値が１０’〜１ｏ５Ωαの非常に不
安定な領域にある抵抗体は、結晶性重合体の融点の近傍
において顕著な正抵抗温度係数を示すだけでなく、より
低温域においても正抵抗温度係数を示す傾向にある。こ
のような抵抗体を薄肉シート状に成形して、それぞれの
対抗する面に一対の電極を設けることによって構成され
る発熱体は、常温の抵抗値に比べ、安定温度域の抵抗値
が非常に大きくなる傾向があるが、抵抗体の電極間方向
の熱の移動が非常に容易な構造であるために、常温の抵
抗値を相当低めに設定しても安定に発熱することが可能
である。したがって、この発熱体は突入電力の大きな、
速熱性に優れた正抵抗温度係数発熱体として機能するこ
とができる。この正抵抗温度係数発熱体と電気的に絶縁
されると共に熱的に結合する位置関係に設けられた固定
抵抗体は、正抵抗温度係数発熱体と直列に結線されてい
るために、不必要に大きな突入電力を制限すると共に、
熱を正抵抗温度係数発熱体に伝え、固定抵抗体の温度が
異常に昇温するのを防止する作用がある。

実施例 以下、実施例を添付図面にもとづいて説明する。

第１図において、６は厚さ１ＷＩＩＩの正抵抗温度係数
抵抗体で、７．８は正抵抗温度係数抵抗体６に接合され
た一対の金属板電極である。９は正抵抗温度係数抵抗体
６の下面を外装絶縁するポリエステルフィルムである。

そして１０は同じく上面を外装絶縁するポリエステルフ
ィルムである。サラに、ポリエステルフィルム１ｏには
、粘着剤層１１を介して、アルミ箔エツチングヒータ１
２が設けられ、金属板電極８に設けられた端子１３ａと
アルミ箔エツチングヒータの端子１４ａとは、リード端
子１６を介して接続され、端子１３ｂ、１４ｂＫは電源
に接続されるためのリード線１６．１７が結線されてい
る。正抵抗温度係数抵抗体６は、低密度ポリエチレンに
サーマルブラックを混練することにより、ピーク抵抗値
と常温抵抗値の比が、６桁を上回る正抵抗温度特性を得
たものを用いた。

しかし、固有抵抗値が１０００備以上と非常に高い為に
、２０°Ｃと安定温度域である８０’Ｃの抵抗値の変化
倍率は１５倍を大きく越え、固有抵抗値が１００〜１ｏ
２Ω備の場合からは想像もできない値となった。その結
果、安定ｔｅｓｏｏｗのヒータを組み込んだ機器を想定
した場合においては、突入電力が７．５ＫＷとなってし
まい、電流ブレーカが作動する可能性があった。そこで
、アルミ箔エツチングヒータ１２の抵抗値を、正抵抗温
度係数発熱体の単位長さ毎に調整する事によシ、２０°
Ｃと８０’Ｃの抵抗値の比を、固有抵抗値が１０°〜１
０２Ω１の場合とほぼ同一の、３倍になるように設定し
た。

その結果、このヒータを組み込んだ安定時■Ｏｗの機器
においても、突入電力は１．ｓＫＷ程度となり、実用上
さしつかえない値になった。また、アルミ箔エツチング
ヒータ１２の温度は逐次、正抵抗温度係数抵抗体６に伝
達されるような構成になっているために、アルミ箔エツ
チングヒータ１２の温度が所定の温度に達すると、正抵
抗温度係数抵抗体６の温度の増大と共に抵抗値が＠、＊
に増大し、電気的に直列に接続されているアルミ箔エツ
チングヒータ１２の電流を自動的に制限するメカニズム
が働くようになっている。したがって、正抵抗温度係数
発熱体としての自己温度制御機能がいささかも損なわれ
ることはない。

第２図は本発明に基づく第２の実施例を示すものである
。図において、１８は厚さ１ｍｍの正抵抗温度係数抵抗
体で、１９．２０は正抵抗温度係数抵抗体１８に接合さ
れた一対の金属板電極である。

２１は正抵抗温度係数発熱体１８の下面を外装絶縁する
ポリエステルフィルムである。そして、ポリエステル芯
糸２２の外周にステンレス線材２３をズバイラル状に巻
き付け、絶縁被覆材２４を施すことによシ構成した固定
抵抗体２６を、金属板電極２ｏに接するが如く配置し、
ステンレス線材２３の一端を金属板電極２ｏの一端に半
田接続した後に、正抵抗温度係数発熱体１８の上面全体
をポリエステルフィルム２６で外装絶醸したものである
。

ステンレス線材２３を用いた固定抵抗体２５は、線径お
よび巻きピッチの調整による抵抗値の可変範囲が広く、
正抵抗温度係数発熱体１８の抵抗値や寸法形状の制約を
受けることなく、用途に応じた最適な定数を設定できる
点に特徴がある。また、正抵抗温度係数発熱体１８の内
部に配線するさいに、蛇行させたりすることによって、
同一の仕様の固定抵抗体２５であっても、抵抗値を変更
できるなど有利な点が多い。しかしながら、高出力の正
抵抗温度係数発熱体１８の突入電力を分担するには、固
定抵抗体２６単体では余りにも熱容量が小さ過ぎ、温度
の暴走が避けられなかった。そこで、金属板電極２ｏの
均熱効果に着目し、固定抵抗体２６を直接、金属板電極
２０に接するように配置した後に、ポリエステルフィル
ム２６で絶縁外装すると共に、密着固定することを試み
た結果、固定抵抗体２６の温度の暴走を完全に防止でき
ることを確認したものである。金属板電極２ｏの材質は
特に限定されるものではなく、通常用いられるなかで最
も薄い材質である３６μｍの電解銅箔でも充分にその効
果がみられ、実用上何ら支障がない。

第３図に、この発熱体を用いて、安定特電力５ｏｏＷ、
安定時温度８０’Ｃの放熱パネルを構成した場合の突入
電力特性と温度特性を示した。図において、破線は固定
抵抗体２５を用いない場合、一点鎖線は固定抵抗体２６
を金属板電極２ｏに直接接することなく構成した場合で
ある。そして、実線は本発明に基づく場合である。図か
ら明らかなように、実線においては突入電力が７．６Ｋ
Ｗと非常に大きく、スイッチやサーモスタットの接点容
量が問題となる。また、一点鎖線では固定抵抗体２５の
ピーク温度が２００°Ｃを越え、構成材料の耐熱温度が
問題となる。一方、実線は昇温特性が若干低下する他、
総合的に判断して特に問題点は見当らず、正抵抗温度係
数発熱体の特長を最大限に生かすことができる。

発明の効果 以上に述べてきたように、本発明によれば、半導体領域
に近い固有抵抗値を有する正抵抗温度係数抵抗体材料を
、非常に接近した電極間で発熱させることにより高出力
化を達成しようとする場合に、抵抗温度特性の関連で、
突入時に比較して安定時の電力が非常に大きくなる問題
を解決することができる。その結果、これまで、高出力
化正抵抗温度係数発熱体の用途が、突入電力が問題とな
らない小出力機器に限定されていたものを、パネルヒー
タや床暖房機器等の大出力機器用途にも展開が可能とな
った。また、高出力化正抵抗温度係数発熱体は装架率を
低くすることが可能であるために、大型機器を構成した
場合にも、発熱体からの誘導漏れ電流を低減することが
可能であるという特長がある。これまで、この特長を有
効に生かすことができなかったが、本発明によって、そ
の最大の障害が取り除かれた。

これらの有効な特長を合わせ持つ、高出力化正抵抗温度
係数発熱体の用途は極めて広く、本発明は実用上非常に
価値のあるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示すもので、正抵抗温度係
数発熱体の一部を切り出した状態の斜視図、第２図は本
発明の他の一実施例である正抵抗温度係数発熱体の一部
を切り出した状態の斜視図、第３図は第２図に示した正
抵抗温度係数発熱体の突入電力特性と温度特性を従来技
術と比較する特性図、第４図、第５図、第６図は従来技
術に基づく正抵抗温度係数発熱体の斜視図を示すもので
ある。 ６・・・・・・正抵抗温度係数抵抗体、１３ａ、１３ｂ
・・・・・・端子、７，８・・・・・・金属板電極、１
．ａ　ａ　、　１ａｂ・・・・・・ｉ子、９．１０・・
・山ポリエステルフィルム、１６・・・・・・リード端
子、１２・・・山アルミ箔エツチングヒータ、１６．１
７・・川・リード線。 代理人の氏名　弁理士　中　尾　敏　男　はが１名第３
図 ′？関（外）

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）結晶性重合体中に導電性微粉末を分散してなる正
   抵抗温度係数を有する組成物を主成分とする薄肉シート
   状抵抗体層からなる抵抗体と、前記抵抗体の対向する面
   に設けられた一対の電極体層と、前記抵抗体もしくは前
   記電極体に対して薄肉電気絶縁物を介して密着して設け
   られた固定抵抗体と、充電部全体を絶縁被覆する外装材
   とから成り、前記一対の電極体の間に構成される正抵抗
   温度係数抵抗体と前記固定抵抗体との間を電気的に直列
   に結線してなる正抵抗温度係数発熱体。
2. （２）薄肉シート状抵抗体層の厚みが１ｍｍ以下である
   特許請求の範囲第１項記載の正抵抗温度係数発熱体。
3. （３）固定抵抗体が芯材にスパイラル状に巻かれた金属
   細線より成り、電極体が金属箔で構成される特許請求の
   範囲第１項または第２項記載の正抵抗温度係数発熱体。