JP3092210B2 - 正抵抗温度係数発熱体およびその製造方法 - Google Patents

正抵抗温度係数発熱体およびその製造方法

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JP3092210B2 JP03152984A JP15298491A JP3092210B2 JP 3092210 B2 JP3092210 B2 JP 3092210B2 JP 03152984 A JP03152984 A JP 03152984A JP 15298491 A JP15298491 A JP 15298491A JP 3092210 B2 JP3092210 B2 JP 3092210B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、採暖器具および一般の
加熱装置として有用な正抵抗温度係数発熱体およびその
製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】従来の正抵抗温度係数発熱体は、例えば
特公昭57−43995号公報や特公昭55−4016
1号公報に示されているような構成であり、一対の電極
間の抵抗体の正抵抗温度特性により一定の温度に自己制
御されているものであった。しかし、特に大きな電力密
度や高温度が要求される場合においては、発熱体自体の
温度分布を一様にするために一対の電極間方向の温度分
布を常に良好にすることが不可欠であり、その解決策と
して特公昭62−59515号公報や図4に示すように
一対の電極間距離を互いに接近させて構成する方法が講
じられた。図4において、1,2は互いに接近して設け
られた一対の平行平板電極であり、その間に結晶性重合
体に導電性微粉末を混合分散して形成した抵抗体3を配
することにより高出力の正抵抗温度係数発熱体を現出す
る可能性が見出された。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記のよ
うな従来の正抵抗温度係数発熱体は、高出力を現出する
ための構造としては非常に優れていたが、抵抗発熱する
部位を両面より電極で覆う構造となるため、電極と抵抗
体との接触面積も大きく、電極と抵抗体との界面部や電
極端部に熱応力が集中し、電圧集中によるホットゾーン
が発生することにより、抵抗体の損傷等が進み、寿命が
低下することがあった。また、電極間隔が非常に接近し
ていることにより、特に異極電極端部において、結晶性
重合体の劣化、さらには、結晶性重合体の劣化に伴うマ
イクロクラック等が生じ、湿気、気圧、さらには電極端
面のばり等によっては空中放電、耐電圧破壊し、発煙、
発火に至る危険性も有していた。発熱体としては、ライ
フエンド時までの安全性を図っていくことが最優先とな
るが、こうした安全性のメカニズムに関しては明確にな
っておらず、異常過熱、発煙、発火等の危険性のない、
安全でしかも長寿命な高出力の正抵抗温度係数発熱体を
作り出すことができなかった。
【0004】本発明はこのような従来の問題点を解決
し、長寿命で安全性の高い正抵抗温度係数発熱体とその
製造方法を提供することを目的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに本発明の正抵抗温度係数発熱体は、導電性微粉末と
結晶性重合体よりなるシート状の正抵抗温度係数抵抗体
と、前記正抵抗温度係数抵抗体の厚さ方向に電圧を印加
するために設けられた一対の電極体と、前記正抵抗温度
係数抵抗体および前記一対の電極体を外装する外装材と
からなり、前記正抵抗温度係数抵抗体の厚さ方向の投影
面で、前記一対の電極体が前記正抵抗温度係数抵抗体を
介して重合しない前記正抵抗温度係数抵抗体の部位にペ
ンタエリスリチル−テトラキス〔3−(3,5−ジ−t
−ブチル−4−ヒドロキシフェニル)プロピオネート〕
からなる酸化防止剤を拡散させた構成とする。
【0006】
【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、ペンタエリスリチル−テトラキス〔3−
(3,5−ジ−t−ブチル−4−ヒドロキシフェニル)
プロピオネート〕からなる酸化防止剤は正抵抗温度係数
抵抗体に拡散することにより、結晶性重合体等の酸化劣
化を防止しマイクロクラック等の欠損により発生する発
煙、発火等の危険性を取り除くことができるが、この酸
化防止剤の相溶性、低融点等の要因から、この正抵抗温
度係数抵抗体中の導電性微粉末による連鎖に不導通部を
形成し、電気抵抗を高抵抗化していくことになる。本発
明の場合、正抵抗温度係数抵抗体の厚さ方向の投影面
で、この一対の電極体がこの正抵抗温度係数抵抗体を介
して重合するこの正抵抗温度係数抵抗体の部位が有効
熱部であり、金属材料等よりなる電極体で覆われている
ために劣化しにくい。一方、この正抵抗温度係数抵抗体
を介して重合しないこの抵抗体の部位はほとんど発熱に
寄与せず、また劣化しやすい部位であり、この部位にペ
ンタエリスリチル−テトラキス〔3−(3,5−ジ−t
−ブチル−4−ヒドロキシフェニル)プロピオネート〕
からなる酸化防止剤を導入することにより、前記正抵抗
温度係数抵抗体の劣化を抑制でき、発煙、発火等の危険
性を防止できる。さらには、電極で覆われないこの部位
の正抵抗温度係数抵抗体の体積固有抵抗を増大させ、こ
の部位で発生し易い電圧集中によるホットゾーンを防止
することになる。
【0007】
【実施例】以下、本発明の実施例を添付図面に基づいて
説明する。本実施例の正抵抗温度係数発熱体は、例え
ば、図1の斜視図、図2の断面図に示すように、厚さ
0.5mmの正抵抗温度係数抵抗体4の上下面に電極体5,
6が接着され、さらに両者の上にホットメルト層7,
8、その上に電気絶縁層9,10からなる外装材からな
っている。正抵抗温度係数抵抗体4は以下のように形成
されている。すなわち導電性微粉末として、ファーネス
ブラック60wt%と高密度ポリエチレン40wt%と
を混練しつつ、有機過酸化物であるジクミールバーオキ
サイドを高密度ポリエチレンに対して3wt%添加し、
熱処理を施すことによって架橋反応を完了させた後に、
冷凍粉砕によって平均粒径50μmの粉砕物、すなわち
導電性フィラーを得た。次に、この導電性フィラーをカ
ーボンブラック組成比が全量の45.0wt%になるよう
に、マレイン酸変性高密度ポリエチレン中に均一分散さ
れるように混練し、正抵抗温度係数抵抗体4を得た。さ
らに、この正抵抗温度係数抵抗体4を前記のように電極
体を接着後、ペンタエリスリチル−テトラキス〔3−
(3,5−ジ−t−ブチル−4−ヒドロキシフェニル)
プロピオネート〕からなる酸化防止剤(チバガイギー:
IRGANOX 1010)を添加したホットメルト層
7,8および電気絶縁層9,10で順次外装した後、ア
ニールして所定の正抵抗温度係数特性を得るとともに、
図2に示した正抵抗温度係数抵抗体のA部にアニールす
ることによりホットメルト層7,8に含有された酸化防
止剤を拡散させた。本実施例の場合、このホットメルト
層を正抵抗温度係数抵抗体4の材料と相溶性をもつ材料
とすることにより効果的にこの酸化防止剤を拡散させる
ことができた。この拡散により、正抵抗温度係数抵抗体
のA部が高抵抗化されていくため、この部位に発生しや
すいホットゾーンを抑制し長寿命化を図るとともに、酸
化劣化を抑え異極間耐電圧性能をも向上させるものであ
る。本発明の有効性を調べるために、この酸化防止剤の
添加サンプル、無添加サンプルを加工し、実際に次の比
較実験を行った。
【0008】この比較実験は150℃耐熱促進後に通電
評価する方法で行い、通電測定前には通電エージングに
より抵抗安定化処理を行った。その結果を図3に示して
いる。図3から明らかなように、この酸化防止剤が添加
されているサンプルでは、150℃耐熱処理が3000
hレベルまで発熱温度はほとんど変化なく、それ以降徐
々に発熱温度が低下していっており、試験サンプル数n
=10のばらつきも小さいものであった。これに対し
て、この酸化防止剤の無添加のサンプルでは、n=10
の試験サンプルのうちn=3のサンプルは300〜40
0hから発熱温度が低下していっており、その他のサン
プルは4000hレベルまで発熱異常はなかったが、約
4500hでn=2が、約5000hでn=1がスパー
ク発生した。実際の発熱体寿命は熱、通電、湿度等によ
り決ってくるが、シミュレーション等によりこの通電寿
命を推定すると、この酸化防止剤が添加されているサン
プルでは、30000〜40000hでそれ以降は徐々
に発熱温度が降下し、安全にライフエンドとなる。ま
た、酸化防止剤無添加組成では、3000〜4000h
程度の短い発熱寿命であったり、20000hレベル以
上発熱するが、ライフエンド時にスパーク、さらには発
煙・発火に至るという極めて高い危険性を有したりする
ものもあり、ばらつきも大きく寿命も定まらないと想定
される。実際使用されるモードにより寿命は変化するも
のの、この酸化防止剤を添加することによりライフエン
ド時までの高い安全性を確保できるという優れた性能を
示した。また、長期にわたる安全性が図れるだけでな
く、各種用途における実用期間や構成材料の耐熱特性等
に適合した発熱寿命になるように、酸化防止剤を適宜添
加することができる。このようにして、ペンタエリスリ
チル−テトラキス〔3−(3,5−ジ−t−ブチル−4
−ヒドロキシフェニル)プロピオネート〕からなる酸化
防止剤を添加することにより、ライフエンド時までの安
全性のメカニズムを明確にし、異常過熱、発煙、発火等
の危険性のない、安全でしかも長寿命な高出力の正抵抗
温度係数発熱体を提供できるものであり、実用上極めて
有益なものである。
【0009】酸化防止剤は一般に有機系の正抵抗温度係
数抵抗体に添加すると樹脂の酸化劣化は向上するが、抵
抗値等の電気的物性に対する影響が大きく、安定して使
いこなすことが困難であった。本発明のヒンダードフェ
ノール系酸化防止剤であるペンタエリスリチル−テトラ
キス〔3−(3,5−ジ−t−ブチル−4−ヒドロキシ
フェニル)プロピオネート〕からなる酸化防止剤は、電
気物性についてはこの抵抗体を特異的に安定化して高抵
抗化していく作用があり、抵抗体劣化、ホットゾーン等
の発生し易い、前記正抵抗温度係数抵抗体の厚さ方向の
投影面で、前記一対の電極体が前記正抵抗温度係数抵抗
体を介して重合しない前記正抵抗温度係数抵抗体の部位
に酸化防止剤を拡散させた構成することにより、上記
の効果を奏することを可能にするものである。この酸化
防止剤の構成としては、外装材からの拡散に限定するも
のではなく、一対の電極体が重合しない部位に作用でき
ればよく、例えば、外装材を被覆する前にこの部位に添
加してもよく、また電極体が重合しない部位にこの酸化
防止剤添加の抵抗体を形成してもよい。さらには、導電
性微粉末を結晶性重合体中に分散させ、その後架橋し細
分化してなる粒子状正抵抗温度係数抵抗組成物を結晶性
重合体等のバインダー中に分散させ抵抗安全性を高めた
組成では、導電性微粉末による明確な連鎖が形成されて
いるだけに、この酸化防止剤の上記のような作用も顕著
となり、その信頼性はさらに確実なものとなる。また、
前記のように高出力化には、好ましくは、正抵抗温度係
数抵抗体の厚さが1mm以下であるとよく、このように電
極間隔が接近するほど上記効果も顕著となるものであ
る。
【0010】
【発明の効果】以上のように本発明によれば、次の効果
が得られる。
【0011】(1)劣化しやすい部位の劣化を抑制し、
異常過熱、発煙、発火等の危険性のない、長期にわたり
高い安全性を有する正抵抗温度係数抵抗体が得られる。
【0012】(2)酸化防止剤を外装材に添加し、アニ
ールにより正抵抗温度係数抵抗体の劣化しやすい部位に
酸化防止剤を拡散させるので簡単に本発明の構造の正抵
抗温度係数抵抗体が製造できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例における正抵抗温度係数発熱
体の斜視図
【図2】同発熱体の断面図
【図3】同発熱体の発熱温度性能図
【図4】従来の正抵抗温度係数発熱体の斜視図
【符号の説明】
4 正抵抗温度係数抵抗体 5,6 電極体 7,8 ホットメルト層(外装材) 9,10 電気絶縁層(外装材)
フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭62−51186(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H05B 3/14 H01C 7/02

Claims (6)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】導電性微粉末と結晶性重合体よりなるシー
    ト状の正抵抗温度係数抵抗体と、前記正抵抗温度係数抵
    抗体の厚さ方向に電圧を印加するために設けられた一対
    の電極体と、前記正抵抗温度係数抵抗体および前記一対
    の電極体を外装する外装材とからなり、前記正抵抗温度
    係数抵抗体の厚さ方向の投影面で、前記一対の電極体が
    前記正抵抗温度係数抵抗体を介して重合しない前記正抵
    抗温度係数抵抗体の部位にペンタエリスリチル−テトラ
    キス〔3−(3,5−ジ−t−ブチル−4−ヒドロキシ
    フェニル)プロピオネート〕からなる酸化防止剤を拡散
    させた正抵抗温度係数発熱体。
  2. 【請求項2】正抵抗温度係数抵抗体が導電性微粉末を結
    晶性重合体中に分散された後架橋されてなる請求項1記
    載の正抵抗温度係数発熱体。
  3. 【請求項3】正抵抗温度係数抵抗体の厚さが1mm以下で
    ある請求項1または2記載の正抵抗温度係数発熱体。
  4. 【請求項4】正抵抗温度係数抵抗体と相溶性を有する外
    装材に酸化防止剤を添加し、アニールにより正抵抗温度
    係数抵抗体の厚さ方向の投影面で、一対の電極体が前記
    正抵抗温度係数抵抗体を介して重合しない前記正抵抗温
    度係数抵抗体の部位に前記酸化防止剤を拡散させる請求
    項1記載の正抵抗温度係数発熱体の製造方法。
  5. 【請求項5】正抵抗温度係数抵抗体が導電性微粉末を結
    晶性重合体中に分散させた後架橋されてなる請求項4記
    載の正抵抗温度係数発熱体の製造方法。
  6. 【請求項6】正抵抗温度係数抵抗体の厚さが1mm以下で
    ある請求項4または5記載の正抵抗温度係数発熱体の製
    造方法。
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