JP2011003328A - Polymer heating element - Google Patents

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Keizo Nakajima
啓造 中島
Takahito Ishii
隆仁 石井
Katsuhiko Uno
克彦 宇野
Takemi Oketa
岳見 桶田
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a polymer heating element which can be used safely, even when external deformation stress is applied to an electrode section or a resistor section and even when an abnormal overheat occurs due to power concentration.SOLUTION: The polymer heating element includes overheat protection means 5a, 5b connected to a part of a pair of electrodes 3a, 3b connected to a polymer resistor 4, arranged on an electric insulation substrate 2 with PTC characteristics. Thus, when the polymer resistor 4 reaches a predetermined temperature or higher, the overheat protection means 5a, 5b are able to block the current supply to the electrodes 3a, 3b which are connected to the resistor 4.

Description

本発明は、高分子抵抗体のジュール熱を利用した高分子発熱体に関するものである。   The present invention relates to a polymer heating element using Joule heat of a polymer resistor.

従来から面状発熱体の発熱部として、カーボンブラックや金属粉末、グラファイトなどの導電性物質を樹脂に分散して得られたものが知られている。なかでも導電性物質と樹脂との組合せにより、自己温度制御機能を示すPTC(Positive Temperature Coefficient)発熱体を用いた場合には、温度制御回路が不要となり、部品点数を少なくできるなど、メリットのあるデバイスとして知られている。   2. Description of the Related Art Conventionally, as a heat generating portion of a planar heating element, a material obtained by dispersing a conductive material such as carbon black, metal powder, or graphite in a resin is known. In particular, when a PTC (Positive Temperature Coefficient) heating element that exhibits a self-temperature control function is used by combining a conductive material and a resin, there is an advantage that a temperature control circuit is not required and the number of parts can be reduced. Known as a device.

具体的には、図9,10に示すように、セラミックや絶縁処理された金属板など、筺体構造としての機能を有するベース材101上に導電性インキ組成物の印刷あるいは塗布により電極102a,102bを形設するとともに、これにより給電される位置に抵抗体インク組成物の印刷あるいは塗布により抵抗体103を設けたものであった。   Specifically, as shown in FIGS. 9 and 10, electrodes 102a and 102b are formed by printing or applying a conductive ink composition on a base material 101 having a function as a casing structure such as a ceramic or an insulating metal plate. The resistor 103 is provided by printing or applying the resistor ink composition at a position where power is supplied.

従来から、印刷により高分子抵抗体を形成してこれを発熱体として用いた例としては、露・霜除去用として自動車のドアミラーや洗面台のミラー、床暖房器具などがある(例えば、特許文献1参照)。   Examples of conventional polymer resistors formed by printing and used as heating elements include automobile door mirrors, washstand mirrors, floor heating appliances, etc. (for example, patent documents) 1).

特開2002−371699号公報JP 2002-371699 A

通常面状発熱体においては、発熱部に対して一対の電極が存在する。発熱体に対して外部から変形応力が加わらず、耐屈曲性や耐柔軟性を必要としない場合、発熱部となる抵抗体や電源供給部となる電極は、加工時から形状変形が生じない。   In a normal sheet heating element, there is a pair of electrodes for the heating part. When no deformation stress is applied to the heating element from the outside and flexibility and flexibility are not required, the resistor serving as the heating section and the electrode serving as the power supply section do not undergo shape deformation from the time of processing.

一方、柔軟性、屈曲性を要求されるような用途の場合、抵抗体や電極が外部からの変形応力に対して充分に対応できる能力が要求されることとなり、材料的な観点からもそのような配合を提案する必要がある。   On the other hand, in applications where flexibility and flexibility are required, the ability of the resistor and the electrode to sufficiently cope with external deformation stress is required, and from the viewpoint of materials, It is necessary to propose a proper formulation.

抵抗体や電極に想定以上の負荷が加わった場合には、断線が生じ、結果として発熱しない状態となるが、過渡状態として電極の一部が切れかかることにより、電流集中を発生する可能性が生じるが、この現象を起こさない工夫も極めて重要である。   When a load more than expected is applied to the resistor or electrode, disconnection occurs, and as a result, heat is not generated, but current concentration may occur due to a part of the electrode being cut off as a transient state. Although it occurs, a device that does not cause this phenomenon is also extremely important.

例えば、抵抗体が外部からの応力により屈曲を余儀なくされ、電極部が断線状態あるいは断線に近い状態になった場合、断線部分と給電側との間の部分には通常の電圧が印加され、断線部分から先の部分には給電されないことから、瞬間的な電圧降下が生じ断線部での電極の接触、非接触の状況によりスパーク現象が生じ、局部的な温度過熱を引き起こす。   For example, when the resistor is forced to bend due to external stress, and the electrode part is in a disconnected state or close to a disconnected state, a normal voltage is applied to the portion between the disconnected portion and the power supply side, and the disconnected portion Since power is not supplied to the part beyond the part, a momentary voltage drop occurs, and a spark phenomenon occurs due to the contact or non-contact state of the electrode at the disconnected part, causing local temperature overheating.

特に、PTC特性を有する面状発熱体においては、高温時には抵抗値が高く、低温時には抵抗値が低くなるため、低温環境下で電流供給を開始した場合には、発熱体自身が温度上昇した後と比べると大きな突入電流が流れることになる。   In particular, a planar heating element having PTC characteristics has a high resistance value at a high temperature and a low resistance value at a low temperature. Therefore, when current supply is started in a low temperature environment, the heating element itself rises in temperature. Compared to the above, a large inrush current flows.

発熱体の材料組成や周囲温度にも依存するが、安定時の電流値に対して2倍から5倍程度の差異が生じる場合がある。   Although depending on the material composition of the heating element and the ambient temperature, a difference of about 2 to 5 times may occur with respect to a stable current value.

電極線の強度や構造を見直すことにより数アンペア程度の電流が流れても問題はないが、電極部の一部に断線あるいは断線に近い状態が発生した場合には、その部位に電流集中が発生し、また周辺材料がPTC特性を示すため、更に抵抗値上昇による電流集中が生じ、異常過熱となった場合には、その後の状態により発煙発火に至る可能性が想定される。   There is no problem even if a current of several amperes flows by reviewing the strength and structure of the electrode wire, but if there is a disconnection or a state close to disconnection in a part of the electrode part, current concentration occurs at that part In addition, since the surrounding material exhibits PTC characteristics, current concentration due to an increase in resistance value further occurs, and in the case of abnormal overheating, there is a possibility that smoke may be ignited depending on the subsequent state.

そのため、電流検知センサを用いて電流を制御する方法や、温度検知センサを電極部周辺に設けるなどの対策を行うことが容易に考えられるが、それらセンサを設けるための設置場所やそのための回路が必要となってくるため、部品点数を少なくできるPTC発熱体の優位性が失われてしまうことになる。   For this reason, it is easy to take measures such as a method of controlling current using a current detection sensor and a temperature detection sensor around the electrode part, but there are installation locations and circuits for providing such sensors. Therefore, the advantage of the PTC heating element that can reduce the number of parts is lost.

本発明は上記状況に鑑みてなされたもので、快適で省エネ性に配慮した安全な高分子発熱体を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above situation, and an object of the present invention is to provide a safe polymer heating element that is comfortable and considers energy saving.

前記従来の課題を解決するための本発明の高分子発熱体は、電気絶縁性基材と、前記電気絶縁性基材上に配設されたPTC特性を有する高分子抵抗体と、前記高分子抵抗体と接触する一対の電極と、前記電極の少なくとも一部に接続された過熱保護手段とを具備したものである。   The polymer heating element of the present invention for solving the conventional problems includes an electrically insulating substrate, a polymer resistor having a PTC characteristic disposed on the electrically insulating substrate, and the polymer. A pair of electrodes in contact with the resistor and an overheat protection means connected to at least a part of the electrodes are provided.

したがって、高分子抵抗体がある一定以上の温度になった際に、過熱保護手段が高分子抵抗体と接続した電極への電流供給を遮断することができる。   Therefore, when the polymer resistor reaches a certain temperature or higher, the overheat protection means can cut off the current supply to the electrode connected to the polymer resistor.

本発明によれば高分子発熱体に対する安全性を高め、しかも低コスト化で提供できるものである。   According to the present invention, the safety of the polymer heating element can be improved and the cost can be reduced.

本発明の実施の形態1における高分子発熱体の平面図The top view of the polymer heating element in Embodiment 1 of this invention 図1のX―Y断面図XY sectional view of FIG. 本発明の実施の形態2における高分子発熱体の平面図Plan view of polymer heating element in Embodiment 2 of the present invention 図3のX―Y断面図XY cross section of FIG. 本発明の実施の形態3における高分子発熱体の平面図The top view of the polymer heating element in Embodiment 3 of this invention 図5のX―Y断面図XY sectional view of FIG. 本発明の実施の形態4における高分子発熱体の平面図The top view of the polymer heating element in Embodiment 4 of this invention 図7のX―Y断面図XY sectional view of FIG. 従来の高分子発熱体を示す平面図Plan view showing a conventional polymer heating element 図9のX―Y断面図XY cross section of FIG.

第1の発明は、電気絶縁性基材と、前記電気絶縁性基材上に配設されたPTC特性を有する高分子抵抗体と、前記高分子抵抗体と接触する一対の電極と、前記電極の少なくとも一部に接続された過熱保護手段とを具備したものであり、高分子抵抗体がある一定以上の温度になった際に、過熱保護手段が高分子抵抗体と接続した電極への電流供給を遮断することができる。   According to a first aspect of the present invention, there is provided an electrically insulating substrate, a polymer resistor having a PTC characteristic disposed on the electrically insulating substrate, a pair of electrodes in contact with the polymer resistor, and the electrodes Overheat protection means connected to at least a part of the current, and when the polymer resistor reaches a certain temperature or higher, the current to the electrode connected to the polymer resistor by the overheat protection means Supply can be cut off.

過熱保護手段の形状や構造、電極との接続形態などは特に限定しないが、例えば、一対の電極の近傍に印刷方式などを用いて線形状として配置する方法などが挙げられる。   The shape and structure of the overheat protection means, the connection form with the electrodes, and the like are not particularly limited, and examples thereof include a method of arranging them in a linear shape in the vicinity of a pair of electrodes using a printing method.

第2の発明は、特に、前記第1の発明において、過熱保護手段は、所定の温度で溶融して電極への電流供給を遮断するようにしたるものであり、PTC特性を有する高分子抵抗体と、一対の電極とからなる高分子発熱体において、前記一対の電極に対して電流供給側に近い位置に過熱保護手段を設けてなり、断線などの不具合が生じ、電極近傍の温度過熱が生じた場合に、過熱保護手段の自己溶融現象を利用することにより、安全に回路遮断を行うことができる。   According to a second invention, in particular, in the first invention, the overheat protection means melts at a predetermined temperature to cut off the current supply to the electrode, and is a polymer resistor having PTC characteristics. In the polymer heating element comprising a body and a pair of electrodes, overheating protection means is provided at a position near the current supply side with respect to the pair of electrodes, causing problems such as disconnection, and temperature overheating near the electrodes When this occurs, the circuit can be safely shut off by utilizing the self-melting phenomenon of the overheat protection means.

第3の発明は、特に、前記第1または第2の発明において、過熱保護手段を電極と10mm以下の間隔で配設したもので、断線発生または断線寸前時に発熱体が異常過熱した場合においても電流供給部位近傍に設けた過熱保護手段にもすばやく熱が伝達されることにより、速やかに回路遮断することが可能となるものである。   In the third invention, in particular, in the first or second invention, the overheat protection means is disposed at an interval of 10 mm or less from the electrode, and even when the heating element is abnormally overheated when the disconnection occurs or is about to be disconnected. By quickly transferring heat to the overheat protection means provided in the vicinity of the current supply site, the circuit can be shut off quickly.

第4の発明は、特に、前記第2の発明において、過熱保護手段は、150℃以下の融点を有する樹脂と導電性粒子の導電性樹脂とからなるものであり、加工性に優れ、また、安価かつ簡便な過熱保護手段を提供することができる。   The fourth invention, in particular, in the second invention, the overheat protection means is composed of a resin having a melting point of 150 ° C. or lower and a conductive resin of conductive particles, and has excellent processability, An inexpensive and simple overheat protection means can be provided.

第5の発明は、特に、前記第4の発明において、樹脂成分として共重合ポリエステル樹脂、エチレン−メタクリル酸共重合樹脂のいずれかを含むものであり、過熱保護手段を線状や面状など、どのような形態でも精度良く、また簡便に加工することができるため、面状発熱体の快適性を損なうことなく安全な発熱体を提供することができる。   In particular, in the fourth invention, the fifth invention includes any one of a copolymerized polyester resin and an ethylene-methacrylic acid copolymer resin as a resin component, and the overheat protection means is linear or planar, Since any form can be accurately and easily processed, a safe heating element can be provided without impairing the comfort of the planar heating element.

第6の発明は、特に、前記第4の発明において、導電性粒子として、カーボンブラック、グラファイト、カーボンナノチューブ、カーボン繊維、導電性セラミック繊維、導電性ウィスカ、金属繊維、導電性無機酸化物、導電性ポリマー繊維、金属粉の少なくとも一種から選ばれる導電体を含むものであり、発熱体の電極として用いられる導電性部材と同等レベルの導電性を示すと共に、柔軟可能性にも適しており、面状発熱体の快適性を保持しながら信頼性の高い発熱体を提供することができる。   In particular, the sixth invention relates to the fourth invention, wherein the conductive particles include carbon black, graphite, carbon nanotubes, carbon fibers, conductive ceramic fibers, conductive whiskers, metal fibers, conductive inorganic oxides, conductive particles. Conductive polymer fiber, containing a conductor selected from at least one kind of metal powder, exhibiting the same level of conductivity as a conductive member used as an electrode of a heating element, and also suitable for flexibility. It is possible to provide a highly reliable heating element while maintaining the comfort of the heating element.

第7の発明は、特に、前記第1の発明において、電気絶縁性基材、電極、高分子抵抗体および過熱保護手段が柔軟性を有するものであり、発熱させたい部材などに制約を受けることなく、どのような場所にも適用させることができるとともに、長期にわたり性能劣化することのない高分子発熱体を提供することができる。   In the seventh invention, in particular, in the first invention, the electrically insulating base material, the electrode, the polymer resistor, and the overheat protection means have flexibility, and are restricted by a member to be heated. In addition, it is possible to provide a polymer heating element that can be applied to any place and does not deteriorate in performance over a long period of time.

第8の発明は、特に、前記第1または第7の発明において、電気絶縁性基材は、樹脂フィルム、織布、不織布の少なくとも1種からなり、材料が安価に入手できると共に加工安定性に優れ、極めて薄くかつ軽量化材料によりデバイス化が可能となるため、使用感や長期信頼性に優れた高分子発熱体を得ることができる。   In an eighth aspect of the invention, in particular, in the first or seventh aspect of the invention, the electrically insulating substrate is made of at least one of a resin film, a woven fabric, and a non-woven fabric. Since it is possible to make a device with an excellent, extremely thin and light weight material, a polymer heating element excellent in usability and long-term reliability can be obtained.

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. Note that the present invention is not limited to the embodiments.

(実施の形態1)
図1,2において、高分子発熱体1は、電気絶縁性基材2上に一対の電極3a,3b、高分子抵抗体4および過熱保護手段5a,5bを設けて構成されている。
(Embodiment 1)
1 and 2, the polymer heating element 1 is configured by providing a pair of electrodes 3a and 3b, a polymer resistor 4 and overheat protection means 5a and 5b on an electrically insulating substrate 2.

より具体的には、前記電気絶縁性基材2としては、ファインエンボス加工したポリエステル繊維からなる不織布を用いた。   More specifically, as the electrical insulating base material 2, a non-woven fabric made of finely embossed polyester fibers was used.

そして、電気絶縁性基材2の片側面に高分子抵抗体4を熱融着により配置し、その後、
電極3a,3bおよび過熱保護手段5a,5bをこの高分子抵抗体4に熱融着させたものである。
And the polymer resistor 4 is arrange | positioned by one side | surface of the electrically insulating base material 2 by thermal fusion,
The electrodes 3a and 3b and the overheat protection means 5a and 5b are heat-sealed to the polymer resistor 4.

電極3aと過熱保護手段5a、電極3bと過熱保護手段5bはそれぞれ5mmの一定間隔で直線状に配置した。   The electrode 3a and the overheat protection means 5a, and the electrode 3b and the overheat protection means 5b were each arranged in a straight line at regular intervals of 5 mm.

高分子抵抗体4は下記の材料、手順により混練物を作成後、カレンダー加工により電気絶縁性基材2上にシート状に熱融着加工することにより形成した。   The polymer resistor 4 was formed by preparing a kneaded material using the following materials and procedures and then heat-sealing it into a sheet on the electrically insulating substrate 2 by calendering.

すなわち、高分子抵抗体4は、結晶性樹脂として、エチレン・メタアクリル酸メチル共重合体[商品名「アクリフトCM5021」、融点67℃、住友化学(株)製]30部と、エチレン・メタアクリル酸共重合体[商品名「ニュクレルN1560」、融点90℃、三井・デュポンポリケミカル(株)製]30部と、エチレン・メタアクリル酸共重合体金属配位物[商品名「ハイミラン1702」、融点90℃、三井・デュポンポリケミカ(株)製]40部とで構成した。   That is, the polymer resistor 4 includes, as a crystalline resin, 30 parts of an ethylene / methacrylic acid copolymer [trade name “Acrylift CM5021”, melting point 67 ° C., manufactured by Sumitomo Chemical Co., Ltd.], ethylene / methacrylic. 30 parts of an acid copolymer [trade name “Nucrel N1560”, melting point 90 ° C., manufactured by Mitsui DuPont Polychemical Co., Ltd.] and a metal coordination product of ethylene / methacrylic acid copolymer [trade name “HIMILAN 1702”, Melting point 90 ° C., Mitsui DuPont Polychemica Co., Ltd.] 40 parts.

この結晶性樹脂35重量%と、反応性樹脂[商品名「ボンドファースト7B」、住友化学(株)製]2重量%と、2種類の導電体として、カーボンブラック(商品名「プリンテックスL」、1次粒子径21nm、デグサ社製)25重量%と、グラファイト[商品名「GR15」、鱗状黒鉛、日本黒鉛(株)製]18重量%と、難燃剤[商品名「レオフォスRDP」、リン酸エステル系液状難燃剤、味の素(株)製]20重量%により混練物Aを作製した。   35% by weight of this crystalline resin, 2% by weight of a reactive resin [trade name “Bond First 7B”, manufactured by Sumitomo Chemical Co., Ltd.] and carbon black (trade name “Printex L” as two types of conductors) Primary particle size 21 nm, manufactured by Degussa) 25% by weight, graphite [trade name “GR15”, scaly graphite, manufactured by Nippon Graphite Co., Ltd.] 18% by weight, flame retardant [trade name “Reophos RDP”, phosphorus A kneaded product A was prepared with 20 wt% of acid ester liquid flame retardant, manufactured by Ajinomoto Co., Inc.

次に、エラストマーとして、スチレン系熱可塑性エラストマー[商品名「タフテックM1943」、旭化成エンジニアリング(株)製]40重量%と、カーボンブラック[商品名「#10B」、1次粒子径75nm、三菱化学株製]45重量%と炭化タングステン[井澤金属(株)製]13重量%と、溶融張力向上剤として、メタアクリル酸アルキル・アクリル酸アルキル共重合物と4フッ化エチレン共重合物との混合物[商品名「メタブレンA3000」、三菱レーヨン(株)製]2重量%から混練物Bを作製した。   Next, as the elastomer, styrene thermoplastic elastomer [trade name “Tuftec M1943” manufactured by Asahi Kasei Engineering Co., Ltd.] 40% by weight, carbon black [trade name “# 10B”, primary particle diameter 75 nm, Mitsubishi Chemical Corporation 45 wt%, tungsten carbide [Izawa Metal Co., Ltd.] 13 wt%, and a mixture of an alkyl methacrylate / alkyl acrylate copolymer and a tetrafluoroethylene copolymer as a melt tension improver [ A kneaded product B was prepared from 2% by weight of a trade name “METABBRENE A3000” manufactured by Mitsubishi Rayon Co., Ltd.

そして、混練物Aと混練物Bとを等量とし、離型剤として変性シリコーンオイル2重量%と、流動性付与剤としてメタアクリル酸アルキル・アクリル酸アルキル共重合物2重量%とを混練して高分子抵抗体4を作製した。   Then, the kneaded product A and the kneaded product B are made equal, and 2% by weight of modified silicone oil is used as a release agent, and 2% by weight of alkyl methacrylate / alkyl acrylate copolymer is used as a fluidity imparting agent. Thus, a polymer resistor 4 was produced.

また、電極3a,3bとしては、幅0.5mm、厚み0.1mmの錫メッキ銅平線を用いた。さらに過熱保護手段5a,5bとしては、エチレン−メタアクリル酸共重合体[商品名「ニュクレルN1560」、融点90℃、三井・デュポンポリケミカル(株)製]40部と、カーボンブラック(商品名「プリンテックスL」、1次粒子径21nm、デグサ社製)50重量%と難燃剤(商品名「レオフォスRDP」、リン酸エステル系液状難燃剤、味の素(株)製)10重量%により混練物を作製し、押出機を用いて線径0.5mmからなる導電性樹脂を得、電極3a,3bと共に高分子抵抗体4上に熱融着した。   Further, as the electrodes 3a and 3b, tin-plated copper flat wires having a width of 0.5 mm and a thickness of 0.1 mm were used. Further, as the overheat protection means 5a and 5b, 40 parts of an ethylene-methacrylic acid copolymer [trade name “Nucrel N1560”, melting point 90 ° C., manufactured by Mitsui DuPont Polychemical Co., Ltd.] and carbon black (trade name “ Printex L ”, primary particle size 21 nm, manufactured by Degussa) 50% by weight and flame retardant (trade name“ Reophos RDP ”, phosphate ester type liquid flame retardant, manufactured by Ajinomoto Co., Inc.) 10% by weight. A conductive resin having a wire diameter of 0.5 mm was obtained using an extruder, and heat-sealed on the polymer resistor 4 together with the electrodes 3a and 3b.

電極3a,3bは、相対向するように幅の広い一対(電気的に正側と負側)を高分子抵抗対4の長手方向の外側部に沿って配置したもので、前記高分子抵抗体4に電流を流すことにより、発熱させる。   The electrodes 3a and 3b are formed by arranging a wide pair (electrically positive side and negative side) so as to face each other along the outer side in the longitudinal direction of the polymer resistor pair 4, and the polymer resistor 4 is caused to generate heat.

本実施の形態において、高分子抵抗体4はPTC特性を有し、温度が上昇すると抵抗値が上昇し、所定の温度になるように自己温度調節機能を有するもので、温度コントロールが不要で安全性の高い高分子発熱体1としての機能を有するようになる。   In the present embodiment, the polymer resistor 4 has a PTC characteristic, and when the temperature rises, the resistance value rises and has a self-temperature adjusting function so as to reach a predetermined temperature. It has a function as a high polymer heating element 1.

本実施の形態の高分子発熱体1においては、過熱保護手段5a,5bを介して電極3a,3bに電流供給されることにより、高分子抵抗体4が発熱する。電極3a,3bの一部が断線もしくは断線寸前状態になった場合には、その部分に電流集中が発生するために高分子抵抗体4は局部的に温度上昇し、約100℃以上では過熱保護手段5a,5bがその構成材料である樹脂成分が融点以上となるために、一部が溶断し、その結果、電流供給が遮断される。このように平面状でかつ柔軟性を有する温度上昇保護手段5a,5bを極めて簡易に得ることができた。   In the polymer heating element 1 of the present embodiment, the polymer resistor 4 generates heat by supplying current to the electrodes 3a and 3b via the overheat protection means 5a and 5b. When a part of the electrodes 3a, 3b is broken or just before the breakage, current concentration occurs in that part, so the temperature of the polymer resistor 4 rises locally. Since the resin component, which is a constituent material of the means 5a and 5b, has a melting point or higher, a part thereof is melted, and as a result, the current supply is cut off. Thus, it was possible to obtain the temperature rise protection means 5a, 5b having a flat shape and flexibility very easily.

(実施の形態2)
図3,4において、高分子発熱体11は、電気絶縁性基材12の片側面に、一対の電極13,13bおよび高分子抵抗体14を、別の片側面に過熱保護手段15a,15bを有する。
(Embodiment 2)
3 and 4, the polymer heating element 11 includes a pair of electrodes 13 and 13b and a polymer resistor 14 on one side of the electrically insulating substrate 12, and overheat protection means 15a and 15b on the other side. Have.

本実施の形態においては電気絶縁性基材12としては、ニードルパンチ加工したポリエステル繊維からなる不織布を用いた。   In the present embodiment, as the electrically insulating substrate 12, a nonwoven fabric made of needle-punched polyester fibers is used.

そして、電気絶縁性基材12の片側面に高分子抵抗体14を熱融着により配置し、その後電極13a,13bおよび過熱保護手段15a,15bを電気絶縁性基材12に熱融着させた。   And the polymer resistor 14 was arrange | positioned by the heat sealing | fusion by the one side of the electrically insulating base material 12, and the electrodes 13a and 13b and the overheat protection means 15a and 15b were heat-fused to the electrical insulating base material 12 after that. .

電極13a,13bと過熱保護手段15a,15bは上側部で接触するように電気絶縁性機材12及び高分子抵抗体14をはさんで相対するようにそれぞれ直線状に配置されており、下側部から過熱保護手段15a,15bを介して電極13a,13bに電流を供給するようにした。   The electrodes 13a, 13b and the overheat protection means 15a, 15b are arranged in a straight line so as to face each other with the electrical insulating material 12 and the polymer resistor 14 in contact with each other at the upper side, and the lower side The current is supplied to the electrodes 13a and 13b through the overheat protection means 15a and 15b.

高分子抵抗体14、電極13a,13bおよび過熱保護手段15a,15bは実施の形態1で得たものと同様の素材を同様の加工法で作成した。   For the polymer resistor 14, the electrodes 13a and 13b, and the overheat protection means 15a and 15b, the same materials as those obtained in the first embodiment were prepared by the same processing method.

電極13a,13bは、相対向するように幅の広い一対(電気的に正側と負側)を高分子発熱体11の長手方向の外側部に沿って配置され、高分子抵抗体14に電流を流すことにより発熱させる。   The electrodes 13a and 13b are arranged so that a wide pair (electrically positive side and negative side) is arranged along the outer side in the longitudinal direction of the polymer heating element 11 so as to face each other. To generate heat.

本実施の形態において、高分子抵抗体14はPTC特性を有し、温度が上昇すると抵抗値が上昇し、所定の温度になるように自己温度調節機能を有するようになり、温度コントロールが不要で安全性の高い面状発熱体1としての機能を有するようになる。   In the present embodiment, the polymer resistor 14 has PTC characteristics, and when the temperature rises, the resistance value rises, and has a self-temperature adjusting function so as to reach a predetermined temperature, and temperature control is unnecessary. It has a function as the highly safe planar heating element 1.

本高分子発熱体11においては、過熱保護手段15a,15bを介して電極13a,13bに電流が供給されることにより高分子抵抗体14が発熱する。電極13a,13bの一部が断線もしくは断線寸前状態になった場合には、その部分に電流集中が発生するため高分子抵抗体14は局部的に温度上昇し、約100℃以上では過熱保護手段15a,15bがその構成材料である樹脂成分が融点以上となるために、一部が溶断し、その結果電流供給が遮断される。   In the polymer heating element 11, the polymer resistor 14 generates heat when current is supplied to the electrodes 13a and 13b via the overheat protection means 15a and 15b. When a part of the electrodes 13a, 13b is broken or just before the breakage, current concentration occurs in that part, so that the temperature of the polymer resistor 14 rises locally. Since the resin component 15a and 15b is a constituent material of which the melting point is higher than the melting point, a part thereof is melted and as a result, the current supply is cut off.

このように平面状でかつ柔軟性を有する温度上昇保護手段15a,15bを極めて簡易に得ることができた。   Thus, it was possible to obtain the temperature rise protection means 15a, 15b having a flat shape and flexibility very easily.

また、電気絶縁性基材12が電極13a,13bと過熱保護手段15a,15bとの間に存在するために両者の接触状況について特に慎重になる必要はなく、柔軟性発熱体を得ることができるものである。   Further, since the electrically insulating base 12 is present between the electrodes 13a and 13b and the overheat protection means 15a and 15b, there is no need to be particularly careful about the contact state between them, and a flexible heating element can be obtained. Is.

(実施の形態3)
図5,6において、高分子発熱体21は、電気絶縁性基材22の片側面に一対の電極23a,23b、高分子抵抗体24および過熱保護手段25a,25bを有する。
(Embodiment 3)
5 and 6, the polymer heating element 21 has a pair of electrodes 23a, 23b, a polymer resistor 24, and overheat protection means 25a, 25b on one side surface of the electrically insulating substrate 22.

本実施の形態においては電気絶縁性基材22として、ポリエチレンテレフタレートフィルム(フィルム厚み:125μm)を用いた。   In the present embodiment, a polyethylene terephthalate film (film thickness: 125 μm) is used as the electrically insulating substrate 22.

電気的に正側と負側となる一対の電極23a,23bは、電気絶縁性基材22に導電性ペーストを印刷、乾燥することによって形成した。導電性ペーストは共重合ポリエステル樹脂中に導電性付与材として銀粉末を分散したものを使用した。   The pair of electrodes 23 a and 23 b that are electrically on the positive side and the negative side were formed by printing and drying a conductive paste on the electrically insulating base 22. The conductive paste used was a dispersion of silver powder as a conductivity-imparting material in a copolyester resin.

また、高分子抵抗体24は、発熱温度が約40℃程度に成るように作製されており、エチレン酢酸ビニル共重合体を2種類組み合わせ、カーボンブラックを混練・架橋したものにアクリロニトリルブチルゴムをバインダーとして溶剤でインク化することにより得、電極23a,23bが形成された面に印刷、乾燥して形成したものである。   In addition, the polymer resistor 24 is manufactured to have an exothermic temperature of about 40 ° C., and two types of ethylene vinyl acetate copolymers are combined, and carbon black is kneaded and crosslinked with acrylonitrile butyl rubber as a binder. It is obtained by forming an ink with a solvent, and is formed by printing and drying on the surface on which the electrodes 23a and 23b are formed.

電極23a,23bは、相対向するように幅の広い一対の主電極部と、それぞれの主電極部から交互に相手側の主電極部に向かって複数の枝電極部を導出した櫛形形状になっており、これに重なるように高分子抵抗体24を配設することにより、多数の枝電極部より給電すると抵抗体に電流が流れ発熱するようになっている。   The electrodes 23a and 23b have a comb-like shape in which a pair of wide main electrode portions so as to face each other and a plurality of branch electrode portions are led out alternately from the respective main electrode portions toward the main electrode portion on the other side. By arranging the polymer resistor 24 so as to overlap with this, when a power is supplied from a large number of branch electrode portions, a current flows through the resistor to generate heat.

過熱保護手段25a,25bとしては、共重合ポリエステル樹脂[商品名「バイロンGM920」、融点106℃、東洋紡(株)製]30部と、導電体として導電性ウィスカ[商品名「FTL−110」、針状酸化チタン、石原産業(株)製]35重量%、カーボンブラック(商品名「プリンテックスL」、1次粒子径21nm、デグサ社製)25重量%、難燃剤[商品名「レオフォスRDP」、リン酸エステル系液状難燃剤、味の素(株)製]10重量%により混練物を作成し、押出機を用いて線径0.5mmからなる導電性樹脂を得、図6に示すように、電極23a,23bの主電極部の長手方向と平行になるように電気絶縁性基材22上に熱融着させ、高分子発熱体21を得た。   As overheat protection means 25a, 25b, copolymer polyester resin [trade name “Byron GM920”, melting point 106 ° C., manufactured by Toyobo Co., Ltd.] 30 parts, conductive whisker [trade name “FTL-110”, Acicular titanium oxide, manufactured by Ishihara Sangyo Co., Ltd.] 35% by weight, carbon black (trade name “Printex L”, primary particle size 21 nm, manufactured by Degussa) 25% by weight, flame retardant [trade name “Reophos RDP” , A phosphoric ester-based liquid flame retardant, manufactured by Ajinomoto Co., Inc.] 10% by weight to prepare a kneaded product, to obtain a conductive resin having a wire diameter of 0.5 mm using an extruder, as shown in FIG. A polymer heating element 21 was obtained by heat-sealing on the electrically insulating substrate 22 so as to be parallel to the longitudinal direction of the main electrode portions of the electrodes 23a and 23b.

本実施の形態において、高分子抵抗体24はPTC特性を有し、温度が上昇すると抵抗値が上昇し、所定の温度になるように自己温度調節機能を有するようになり、温度コントロールが不要で安全性の高い面状発熱体1としての機能を有するようになる。   In the present embodiment, the polymer resistor 24 has PTC characteristics, and when the temperature rises, the resistance value rises and has a self-temperature adjusting function so as to reach a predetermined temperature, and temperature control is unnecessary. It has a function as the highly safe planar heating element 1.

本高分子発熱体21においては、過熱保護手段25a,25bを介して電極23a,23bに電流供給されることにより、高分子抵抗体24が発熱する。   In the polymer heating element 21, the polymer resistor 24 generates heat by supplying current to the electrodes 23a and 23b via the overheat protection means 25a and 25b.

電極23a,23bの一部が断線もしくは断線寸前状態になった場合には、その部分に電流集中が発生するため高分子抵抗体24は局部的に温度上昇し、約120℃以上では過熱保護手段25a,25bがその構成材料である樹脂成分が融点以上となるために、一部が溶断し、その結果電流供給が遮断される。   When a part of the electrodes 23a, 23b is broken or just before the breakage, current concentration occurs in that part, so that the polymer resistor 24 locally rises in temperature. Since the resin component 25a and 25b has a melting point or higher, a part thereof is melted, and as a result, the current supply is cut off.

このように平面状でかつ柔軟性を有する温度上昇保護手段を極めて簡易に得ることができた。   Thus, it was possible to obtain a temperature rise protection means having a planar shape and flexibility very easily.

(実施の形態4)
図7,8において、高分子発熱体31は、電気絶縁性基材32の片側面に、一対の電極33a,33b、高分子抵抗体34を、別の片側面に過熱保護手段35a,35bを有する。
(Embodiment 4)
7 and 8, a polymer heating element 31 includes a pair of electrodes 33a and 33b and a polymer resistor 34 on one side of an electrically insulating substrate 32, and overheat protection means 35a and 35b on another side. Have.

本実施の形態においては電気絶縁性基材32として、ポリエチレンテレフタレートフィルム(フィルム厚み:125μm)を用いた。   In the present embodiment, a polyethylene terephthalate film (film thickness: 125 μm) is used as the electrically insulating substrate 32.

電気絶縁性基材32の片側面に実施の形態3と同様の印刷方法で、電極33a,33bおよび高分子抵抗体34を配置し、過熱保護手段35a,35bを図に示すような配置で電気絶縁性基材32に熱融着させた。   The electrodes 33a and 33b and the polymer resistor 34 are arranged on one side of the electrically insulating substrate 32 by the same printing method as in the third embodiment, and the overheat protection means 35a and 35b are arranged as shown in FIG. It was heat-sealed to the insulating substrate 32.

電極33a,33bと過熱保護手段35a,35bは図で示す上側部で接触するように電気絶縁性機材32および高分子抵抗体34をはさんで相対するように直線状に配置され、下側部から過熱保護手段35a,35bを介して電極33a,33bに電流が供給されるようにした。   The electrodes 33a, 33b and the overheat protection means 35a, 35b are arranged in a straight line so as to face each other with the electrical insulating equipment 32 and the polymer resistor 34 in contact with each other at the upper side shown in the figure, and the lower side part Current is supplied to the electrodes 33a and 33b through the overheat protection means 35a and 35b.

なお、ここでは電極33a,33bと過熱保護手段35a,35bとの接続部は黒丸で示した。   Here, the connecting portions between the electrodes 33a and 33b and the overheat protection means 35a and 35b are indicated by black circles.

また、高分子抵抗体34、電極33a,33bおよび過熱保護手段35a,35bは実施の形態3で得たものと同様の素材を同様の加工法で作成した。   The polymer resistor 34, the electrodes 33a and 33b, and the overheat protection means 35a and 35b were made of the same material as that obtained in the third embodiment by the same processing method.

電極33a,33bは、相対向するように幅の広い一対(電気的に正側と負側)を面状発熱体31の長手方向の外側部に沿って配置され、高分子抵抗体34に電流を流すことにより、発熱させる。   The electrodes 33a and 33b are arranged so that a wide pair (electrically positive side and negative side) is arranged along the outer side in the longitudinal direction of the sheet heating element 31 so as to face each other. To generate heat.

本実施の形態において、高分子抵抗体34はPTC特性を有し、温度が上昇すると抵抗値が上昇し、所定の温度になるように自己温度調節機能を有するようになり、温度コントロールが不要で安全性の高い面状発熱体31としての機能を有するようになる。   In the present embodiment, the polymer resistor 34 has a PTC characteristic, and when the temperature rises, the resistance value rises and has a self-temperature adjusting function so as to reach a predetermined temperature, and temperature control is unnecessary. It has a function as the highly safe planar heating element 31.

本面状発熱体31においては、過熱保護手段35a,35bを介して電極33a,33bに電流が供給されることにより高分子抵抗体34が発熱する。電極33a,33bの一部が断線もしくは断線寸前状態になった場合には、その部分に電流集中が発生するため、高分子抵抗体34は局部的に温度上昇し、約120℃以上では過熱保護手段35a,35bがその構成材料である樹脂成分が融点以上となるために、一部が溶断し、その結果電流供給が遮断される。   In the planar heating element 31, the polymer resistor 34 generates heat when current is supplied to the electrodes 33a and 33b via the overheat protection means 35a and 35b. When a part of the electrodes 33a and 33b is broken or just before the breakage, current concentration occurs in that part, so that the polymer resistor 34 locally rises in temperature, and overheat protection is performed at about 120 ° C or higher. Since the resin component, which is a constituent material of the means 35a and 35b, has a melting point or higher, a part thereof is melted, and as a result, the current supply is cut off.

このように平面状でかつ柔軟性を有する温度上昇保護手段を極めて簡易に得ることができた。また、図で示す構成の場合、電気絶縁性基材32が電極33a,33bと過熱保護手段35a,35bとの間に存在するために両者の接触状況について特に慎重になる必要はなく、柔軟性発熱体を得ることができるものである。   Thus, it was possible to obtain a temperature rise protection means having a planar shape and flexibility very easily. Further, in the case of the configuration shown in the figure, since the electrically insulating base material 32 exists between the electrodes 33a and 33b and the overheat protection means 35a and 35b, it is not necessary to be particularly cautious about the contact state between them, and flexibility A heating element can be obtained.

以上のように、本発明にかかる高分子発熱体は、電極部や抵抗体部に外部から変形応力が加わった際に、電力集中などにより異常過熱が発生した場合においても、加熱保護手段が速やかに温度異常を簡易な手段で認識することができるため、安心して使用することが可能となるので、同様に入力電流が大きくなるような発熱機器の異常過熱保護手段などの用途にも適用できる。   As described above, in the polymer heating element according to the present invention, when the electrode part or the resistor part is subjected to a deformation stress from the outside, even when abnormal overheating occurs due to electric power concentration or the like, the heating protection means is quickly provided. In addition, since temperature abnormality can be recognized by simple means, it can be used with peace of mind. Therefore, the present invention can also be applied to an abnormal overheat protection means for a heat generating device in which the input current is increased.

11,21,31 高分子発熱体
2,12,22,32 電気絶縁性基材
3a,3b,13a,13b,23a,23b,33a,33b 電極
4,14,24,34 高分子抵抗体
5a,5b,15a,15b,25a,25b,35a,35b 過熱保護手段
11, 21, 31 Polymer heating element 2, 12, 22, 32 Electrically insulating base 3a, 3b, 13a, 13b, 23a, 23b, 33a, 33b Electrode 4, 14, 24, 34 Polymer resistor 5a, 5b, 15a, 15b, 25a, 25b, 35a, 35b Overheat protection means

Claims (8)

電気絶縁性基材と、前記電気絶縁性基材上に配設されたPTC特性を有する高分子抵抗体と、前記高分子抵抗体と接触する一対の電極と、前記電極の少なくとも一部に接続された過熱保護手段とを具備した高分子発熱体。 An electrically insulating substrate, a polymer resistor having PTC characteristics disposed on the electrically insulating substrate, a pair of electrodes in contact with the polymer resistor, and connected to at least a part of the electrodes A polymer heating element comprising the overheat protection means. 過熱保護手段は、所定の温度で溶融して電極への電流供給を遮断するようにした請求項1記載の高分子発熱体。 The polymer heating element according to claim 1, wherein the overheat protection means melts at a predetermined temperature to cut off the current supply to the electrode. 過熱保護手段を電極と10mm以下の間隔で配設した請求項1または2記載の高分子発熱体。 The polymer heating element according to claim 1 or 2, wherein the overheat protection means is disposed at an interval of 10 mm or less from the electrode. 過熱保護手段は、150℃以下の融点を有する樹脂と導電性粒子の導電性樹脂とからなる請求項2記載の高分子発熱体。 The polymer heating element according to claim 2, wherein the overheat protection means comprises a resin having a melting point of 150 ° C or lower and a conductive resin of conductive particles. 樹脂成分として共重合ポリエステル樹脂、エチレン−メタクリル酸共重合樹脂のいずれかを含む請求項4記載の高分子発熱体。 The polymer heating element according to claim 4, wherein the resin component contains any one of a copolymerized polyester resin and an ethylene-methacrylic acid copolymer resin. 導電性粒子として、カーボンブラック、グラファイト、カーボンナノチューブ、カーボン繊維、導電性セラミック繊維、導電性ウィスカ、金属繊維、導電性無機酸化物、導電性ポリマー繊維、金属粉の少なくとも一種から選ばれる導電体を含む請求項4記載の高分子発熱体。 A conductive material selected from at least one of carbon black, graphite, carbon nanotube, carbon fiber, conductive ceramic fiber, conductive whisker, metal fiber, conductive inorganic oxide, conductive polymer fiber, and metal powder as the conductive particles. The polymer heating element according to claim 4 comprising. 電気絶縁性基材、電極、高分子抵抗体および過熱保護手段が柔軟性を有する請求項1記載の高分子発熱体。 The polymer heating element according to claim 1, wherein the electrically insulating substrate, the electrode, the polymer resistor, and the overheat protection means have flexibility. 電気絶縁性基材は、樹脂フィルム、織布、不織布の少なくとも1種からなる請求項1または7記載の高分子発熱体。 The polymer heating element according to claim 1 or 7, wherein the electrically insulating substrate comprises at least one of a resin film, a woven fabric, and a nonwoven fabric.
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