JP3265717B2 - 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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誠之 寺門
和典 石井
武史 林
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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、暖房器具や一般加熱器
具に用いられる、正抵抗温度係数発熱体およびその製造
方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来のこの種の技術としては、特開昭6
3−102193号公報や図2に示すように、結晶性重
合体中に導電性微粉末を分散させた薄肉帯状の正抵抗温
度係数抵抗体1の双方の面に一対の電極2、3を形成
し、これら全体を電気絶縁体4、5によって被覆するも
のがあった。このような発熱体は一対の電極間の距離を
正抵抗温度係数抵抗体1の電圧破壊限界まで接近させる
ことが可能であり、そのために電極間の熱伝達性能が大
幅に改善され、熱不平衡によって出力が制約を受けるこ
とは実用上解消されるものであった。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来の正抵抗温度係数発熱体は高出力を発生するこ
とが可能な反面、正抵抗温度係数抵抗体1に加わる電圧
ストレスは相当に過酷である。そのために、吟味された
素材を吟味された方法で分散することによって一様な抵
抗値の正抵抗温度係数抵抗体1を形成しても、短時間の
使用後でも局所的な劣化が進行して抵抗値が不均一とな
ることを避けられなかった。一旦、抵抗値が不均一にな
ると、電圧が一様には印加されなくなり、局所的にさら
に高い電圧ストレスを受ける部分が発生する。電圧スト
レスが許容限界を越えると、マイクロクラック等の導通
経路の不連続点を生成しやすく、一旦、マイクロクラッ
ク等の導通経路の不連続点が発生すると、不連続点には
さらに大きい電圧勾配が印可されるのでこの部分は回復
できない損傷を受ける。この大きい電圧勾配は隣接する
正抵抗温度係数抵抗体1にも影響を与え、順次、損傷個
所が拡大していく。やがて、これらの損傷個所は局所カ
ーボナイズを生じ、最悪の場合には、耐電圧破壊から発
火発煙に至る危険性につながるものであった。このマイ
クロクラックの原因となる正抵抗温度係数抵抗体の電圧
ストレスに対する耐久力を飛躍的に高めることが正抵抗
温度係数発熱体の信頼性を確立する上で重要な課題であ
った。
【0004】本発明は上記従来の課題を解決するもの
で、長期の使用に耐え得る正抵抗温度係数発熱体および
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、結晶性重合体と
金属害防止剤と多量の導電性微粉末からなる高導電性組
織と、結晶性重合体と結晶核剤と無添加もしくは少量の
導電性微粉末からなる低導電性組織とを、一定比率で分
散させ薄肉帯状とした正抵抗温度係数抵抗体と、前記正
抵抗温度係数抵抗体の表裏の面に形成された一対の面対
向する電極と、前記正抵抗温度係数抵抗体および前記電
極を被覆する電気絶縁体を備えた構成にしている。
【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、高導電性組織と低導電性組織を一定比率で分
散させ薄肉帯状とした正抗温度係数抵抗体は、高導電性
組織をたどる電流経路が抵抗値を決定する。この高導電
性組織は導電性微粉末が多量に配合されているために電
圧ストレスに対して安定であるが、これだけでは電流が
流れ過ぎ、抵抗値も低くなり過ぎる。一方、低導電性組
織は殆ど電流を流さず、高導電性組織をたどる電流経路
を細く長いものに制限することによって抵抗値を調整す
る。
【0007】また、高導電性組織に配合された金属害防
止剤は、電極から発生する金属イオンと結合するので、
結晶性重合耐が金属イオンによって劣化して、抵抗値が
変化するのを抑制する。さらに、電極との接触点におい
て、電極の表面に薄い化合物組織を形成し、酸化被膜の
形成を抑制する。電極に酸化被膜が形成されないので電
極と高導電性組織の電気的結合を長期にわたって良好に
保つことができる。一方、低導電性組織に配合された結
晶核剤は低導電性組織部分の結晶性重合体の結晶が大き
く成長するのを抑制するので物理的に安定し、高導電性
組織の位置関係を長期にわたって安定に保つことができ
る。
【0008】
【実施例】以下本発明の一実施例について説明する。
【0009】本実施例の正抵抗温度係数発熱体は、例え
ば図1に示すように、まず、結晶性重合体である高密度
ポリエチレン樹脂100部に、金属害防止剤としてイル
ガノックスMD1024(チバ・ガイキー社製)を1
部、導電性微粉末としてファーネス系導電性カーボンブ
ラックを100部の重量比率で配合したものを加熱ミキ
シングロールで練り込み、高導電性性組成物を作製し
た。一方、結晶性重合体である高密度ポリエチレン樹脂
100部に、結晶核剤として粒子直径12μmのタルク
を1部、導電性微粉末としてファーネス系導電性カーボ
ンブラックを20部の重量比率で配合したものを加熱ミ
キシングロールで練り込み、低導電性組成物を作製し
た。次に、この高導電性組成物100部に対して低導電
性組成物30部の重量比率で配合したものを加熱ミキシ
ングロールで練り込み、正抵抗温度係数抵抗体8の材料
を作製した。この正抵抗温度係数抵抗体8の材料を押出
機で帯状に押し出しつつ、冷却ロールで圧延成形するこ
とにより、厚み0.8mm幅13mmの肉厚の正抵抗温度係
数抵抗体8を得た。また、35μmの厚みで幅15mm及
び20mmの電解銅箔を用いた電極6、7を用意し、正抵
抗温度係数抵抗体8を150℃に余熱しつつ、200℃
の熱ロールで熱接着することにより、厚み0.5mm幅2
0mmの正抵抗温度係数抵抗体8と電極6、7との積層品
を得た。さらに、この積層品を低密度ポリエチレンから
なる熱溶融性の接着層9と、ポリエステルフィルムから
なる電気絶縁体10との積層構造からなる被覆を用い
て、接着層9側で挟み込むようにしつつ、180℃のゴ
ムロールにて加圧熱接着し、積層品を得た。次いで、こ
れを180℃の炉中にて2時間かけてアニール熱処理を
施し、正抵抗温度係数発熱体11を得た。
【0010】さらに、この正抵抗温度係数発熱体11を
アルミニウムの放熱板にエポキシ樹脂接着剤を介して接
着し、さらに、リード端子を半田で接続して、試験サン
プルを得た。このサンプル15台にAC100Vを印加
して連続通電試験にて評価した結果、4000時間経過
時点において15台共に正常な発熱を確認することがで
きた。
【0011】なお、比較例Aとして、高密度ポリエチレ
ン樹脂100部に、金属害防止剤1部、結晶核剤1部、
導電性微粉末48部の重量比率で配合したものを同時に
加熱ミキシングロールで練り込み、正抵抗温度係数抵抗
体材料を得た。また、比較例Bとして、高導電性組成物
に結晶核剤を1部、低導電性組成物に金属害防止剤を1
部と、前述した実施例の逆の組み合わせで作製し、この
高導電性組成物100部に対して低導電性組成物30部
の重量比率で配合したものを加熱ミキシングロールで練
り込み、正抵抗温度係数抵抗体8の材料を得た。これら
比較例A、Bの材料を同様にしてサンプル加工し、各1
0台についてAC100Vを印加して連続通電試験にて
評価した結果、4000時間経過時点において、正常な
発熱を確認できたものは、それぞれ0台と7台であっ
た。比較例Aは全サンプル共に抵抗値が増大しているの
に対し、比較例Bはばらつきが大きく、安定性にかける
傾向にあった。比較例Aは同時練り込みであるので高導
電性組織と低導電性組織が形成されず、電圧ストレスに
よって劣化が進行したものと考えられる。また、比較例
Bは、高導電性組織には金属害防止剤、低導電性組織に
は結晶核剤がより効果的であり、その逆はあまり効果が
なくなることを示している。実用的には、高導電性組織
には多量の金属害防止剤と少量の結晶核剤を添加し、低
導電性組織には多量の結晶核剤と少量の金属害防止剤に
添加することが望ましいともいえる。
【0012】他の実施例について説明する。本実施例の
正抵抗温度係数発熱体11は、まず、結晶性中重合体で
ある高密度ポリエチレン樹脂100部に、金属害防止剤
としてイルガノックスMD1024(チバ・ガイキー社
製)を1部、導電性微粉末としてファーネス系導電性カ
ーボンブラックを120部の重量比率で配合したものを
加熱ミキシングロールで練り込み、この材料100部に
対して有機過酸化物であるジクミルパーオキサイドを
1.5部さらに練り込みこれに180℃で1時間の熱処
理を加え架橋した後、冷凍粉砕にて70μm以下の粒子
直径以下に粉砕して高導電性組成物を作製した。一方、
結晶性高分子中重合体である高密度ポリエチレン樹脂1
00部に、結晶核剤として粒子直径12μmのタルクを
1部、導電性微粉末としてファーネス系導電性カーボン
ブラックを20部の重量比率で配合したものを加熱ミキ
シングロールで練り込み、低導電性組成物を作製した。
つぎに、この高導電性組成物100部に対して低導電性
組成物40部の重量比率で配合したものを加熱ミキシン
グロールで練り込み、正抵抗温度係数発体8の材料を作
製した。以降、実施例1と同様の方法にて正抵抗温度係
数発熱体11を作製した。こうして作製したサンプル3
0台についてAC100Vを印加して連続通電試験にて
評価した結果、4000時間経過時点において、30台
全数について正常な発熱を確認することができた。この
実施例の構成は高導電性組成部分を架橋しているため
に、高導電性組織と低導電性組織との機能がより明確に
分離されるために最も好ましい結果が得られるものであ
る。
【0013】以上、2つの実施例に関して述べたが、本
発明は上記実施例に限定されるものではなく、同等の機
能を奏する材料、構造、加工条件においても適応される
ものである。特に、結晶性重合体としては、高密度ポリ
エチレン以外には、低密度ポリエチレン、鎖状低密度ポ
リエチレン、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、アオイノマー、ポリプロピレン、
ポリフッ化ビニリデン、ポリアミド等、さらに、その共
重合体、変性体、混合体等、多くの重合体から選定でき
る。また、結晶核剤としては、一般的に造核作用あるい
はゲル化作用があるとされる物質が利用できる。タルク
以外には、ゼオライト、カーボンブラック酸化チタン等
の有機及び無機の結晶核剤、ジベンジリデンソルビトー
ル等のゲル化剤等の中から選定できるものである。ま
た、金属害防止剤としては金属イオンとの化合物を形成
する材料の中から選定できるが、実施例に示した材料以
外にもトリアゾール系の防錆剤、特に分子量の大きなト
リアゾールが特に好ましい結果をもたらすものである。
【0014】
【発明の効果】以上実施例で説明したように、本発明の
正抵抗温度係数発熱体の構成およびその製造方法によれ
ば、正抵抗温度係数発熱体内部に金属害防止剤に守られ
た高導電性組織と結晶核剤によって安定化された低導電
性組織が形成されるので電圧ストレスによる正抵抗温度
係数抵抗体の劣化プロセスの進行が遅く、長期の使用に
耐える正抵抗温度係数発熱体を構成することができる。
【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抵抗
体の一部断面斜視図
【図2】従来の例における正抵抗温度係数発熱体の一部
断面斜視図
【符号の説明】
6 正抵抗温度係数抵抗体 7 電極 8 電極 9 接着層 10 電気絶縁体 11 正抵抗温度係数発熱体
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 吉本 弘次 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電 器産業株式会社内 (56)参考文献 特開 昭56−61783(JP,A) 特開 平4−306582(JP,A) 特開 平2−21601(JP,A) 特開 平2−15602(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H05B 3/14

Claims (8)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 結晶性重合体と金属害防止剤と多量の導
    電性微粉末からなる高導電性組織と、結晶性重合体と結
    晶核剤と無添加もしくは少量の導電性微粉末からなる低
    導電性組織とを、一定比率で分散させ薄肉帯状とした
    抵抗温度係数抵抗体と、前記正抵抗温度係数抵抗体の表
    裏の面に形成された一対の面対向する電極と、前記正抵
    抗温度係数抵抗体および前記電極を被覆する電気絶縁体
    からなる正抵抗温度係数発熱体。
  2. 【請求項2】 結晶性重合体と金属害防止剤と前記金属
    害防止剤より少量の結晶核剤と多量の導電性微粉末から
    なる高導電性組織と、結晶性重合体と結晶核剤と前記結
    晶核剤より少量の金属害防止剤と無添加もしくは少量の
    導電性微粉末からなる低導電性組織とを、一定比率で分
    散させ薄肉帯状とした正抵抗温度係数抵抗体と、前記正
    抵抗温度係数抵抗体の表裏の面に形成された一対の面対
    抗する電極と、前記正抵抗温度係数抵抗体および前記電
    極を被覆する電気絶縁体からなる正抵抗温度係数発熱
    体。
  3. 【請求項3】 高導電性組織が架橋されてなる請求項1
    または2記載の正抵抗温度係数発熱体。
  4. 【請求項4】 高導電性組織を形成する結晶性重合体と
    低導電性組織を形成する結晶性重合体が同一の材料であ
    る請求項1から3のいずれかに記載の正抵抗温度係数発
    熱体。
  5. 【請求項5】 結晶性重合体と金属害防止剤と多量の導
    電性微粉末からなる高導電性組成物と、結晶性重合体と
    結晶核剤と無添加もしくは少量の導電性微粉末からなる
    低導電性組成物とを一旦、形成した後、前記高導電性組
    成物と前記低導電性組成物を混練し、この混練組成物を
    薄肉帯状の正抵抗温度係数抵抗体に成形し、前記正抵抗
    温度係数抵抗体の表裏の面に一対の面対向する電極と、
    前記正抵抗温度係数抵抗体および前記電極を被覆する電
    気絶縁体を形成してなる正抵抗温度係数発熱体の製造方
    法。
  6. 【請求項6】 結晶性重合体と金属害防止剤と前記金属
    害防止剤より少量の結晶核剤と多量の導電性微粉末から
    なる高導電性組成物と、結晶性重合体と結晶核剤と前記
    結晶核剤より少量の金属害防止剤と無添加もしくは少量
    の導電性微粉末からなる低導電性組成物とを一旦、形成
    した後、前記高導電性組成物と低導電性組成物を混練
    し、この混練組成物を薄肉帯状の正抵抗温度係数抵抗体
    に成形し、前記正抵抗温度係数抵抗体の表裏の面に一対
    の面対向する電極と、前記正抵抗温度係数抵抗体および
    前記電極を被覆する電気絶縁体を形成してなる正抵抗温
    度係数発熱体の製造方法。
  7. 【請求項7】 高導電性組成物が架橋された後に微粉砕
    されてなる請求項4または5記載の正抵抗温度係数発熱
    体の製造方法。
  8. 【請求項8】 高導電性組織を形成する結晶性重合体と
    低導電性組織を形成する結晶性重合体が同一の材料であ
    る請求項1から6のいずれかに記載の正抵抗温度係数発
    熱体の製造方法。
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