JPH01166479A - 正低抗温度係数発熱体 - 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
の暴走を抵抗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、いわゆる自己制卸発熱体として応用されてきた。

第２図は、特公昭５５−４０１６１号公報に代表される
ご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−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。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４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５７−４３９９５号公報あるいは、第３図に示した
ような９気絶縁フィルム４と金属均熱板５から成る複合
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
熱体の電力密度は極めて低水準にあった。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４図に示すように、一対
の電極間２ａ　、２ｂ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真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てきた。

発明が解決しようとする問題点 しかしながら第４図に示したような正抵抗温度係数発熱
体は、高出力を発生するための構造とじては非常に優れ
ていたが、カーボンブラック等の比較的低抵抗の導電性
微粉末を分散することによって構成される正抵抗温度係
数抵抗体の耐電圧破壊特性や、非常に高抵抗が要求され
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導電性微粉
末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１００〜１０２Ωｃｍに
対して、１０３〜１０５Ω硼の半導体領域が必要となり
、導電性微粉末の組成比を大幅に低減しなければならな
くなった。その結果、導電性微粉末同志の接触点の数も
激減し、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り多く含むようになっ
た。さらに、経時変化において、結晶性重合体の結晶成
長や導電性微粉末の凝集によって、抵抗値や抵抗温度係
数の大幅な変化が生じるようになった。

発熱体に使用する場合には、例えば、室温における抵抗
値とピーク抵抗値との比が４〜６桁となるような優れた
正抵抗温度特性を示す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
能性が避けられなかった。また、経時変化において、温
度と電力の安定性に欠け、実用に耐えるものではなかっ
た。さらに、これに加えて、電極と抵抗体との安定した
電気的結合をいかに確保するかという非線に困難な課題
があった。導電性微粉末同志の接触点が極めて少なく、
体積固有抵抗値が１０３Ω儒を越える均一な導電性組成
物と金属材料が接合する界面においては、導電性に乏し
い表面スキン層が形成されやすく、物理的には結合可能
であっても電気的な結合を確保することは容易ではなか
った。もちろん、物理的な結合がなければ安定した電気
的結合は実現不可能であり、その双方を満足する技術手
段が望まれていた。そして、これらの課題は、第４図に
示したような接着構成の正抵抗温度係数発熱体にとって
は宿命的なものであった。以上に述べたように、導電性
微粉末の組成比を調整するだけでは固有抵抗値１０３Ω
α以上、ピーク抵抗値／常温抵抗値１０４以上の正抵抗
温度係数抵抗体を用いた有用な正抵抗温度係数発熱体作
り出すことができなかった。

本発明は前記問題点を解消し、電極間距離を接近させて
高出力化の可能な正抵抗温度係数発熱体を提供するもの
である。

問題点を解決するための手段 上記問題点を解決するため、本発明の正抵抗温度係数発
熱体は、結晶性重合体組成物中に導電性微粉末を分散し
てなる未架橋導電性組成物を電子線あるいは有機過酸化
物等で架橋した後、細分化し、カルボキシル基を含有す
る金属接着性重合体組成物中に分散してなる正抵抗温度
係数抵抗体組成物と、一対の電極よりなるものである。

作　　用 上記構成において、導電材性微粉末が凝集したような構
造で、しかも、その導電材性微粉末が凝集した部分が、
金属接着性重合体組成物の助けをかりて電極に接するこ
との可能な接着性正抵抗温度係数抵抗体組成物を形成す
ることができる。このような組成物は、１００Ωｃｍレ
ベルの体積固有抵抗値と接着性を合わせ持つ部分の集合
と考えることができ、組成物全体としては、非常に高抵
抗ながら低抵抗の組成物の浸れた物性を有するものとな
る。

実施例 以下、実施例を添付図面にもとずいて説明する。

第１図において、６は厚さ１朋の正抵抗温度係数抵抗体
で、７および８は正抵抗温度係数抵抗体に接合された一
対の金属箔電極である。正抵抗温度係数抵抗体６は、高
密度ポリエチレンとファーネスブラックを基本材料とす
ることにより、ピーク抵抗値と常温抵抗値の比が、３桁
を上回る正抵抗温度特性を得たものを用いている。第１
図のような構成の発熱体において１００ｖを印加し、発
熱を維持するためには、固有抵抗値が１０４Ωｃｍレベ
ルの非常に高抵抗値と金属箔電極との電気的および物理
的結合が不可欠である。結晶性重合体組成物に導電性微
粉末を１０４Ωαの固有抵抗値になるように調整しつつ
添加するだけではこれらの目的は達成できない。そこで
、正抵抗温度係数抵抗体６は次の手順により作製した。

まず、高密度ポリエチレンとファーネスブラックを１対
１．２の比率で混練しつつ、架橋剤としてジクミールパ
ーオキサイドをポリエチレンに対して３．５％添加し、
熱処理を施すことによって架橋反応を完了させｔコ後に
、冷凍粉砕によって平均粒子径１００μｍの粉砕物を得
た。その後、この粉砕物をマレイン酸グラフト高密度ポ
リエチレン中にカーボンブラック組成比３０チの比率で
混練した後、２００’Ｃの熱プレスで銅箔／抵抗体／銅
箔の積層構造体を作製した。さらに、１９０°Ｃの窒累
雰囲気中で３時間のアニールを施すことによっで体積固
有抵抗値１０４Ωのの抵抗体組成物を得ｔこ。

一方、従来例として、マレイン酸グラフト高密度ポリエ
チレンの代わりに、変性してない高密度ポリエチレンを
用いて、実施例と同様な手順で、１０４Ω傭正抵抗温度
係数抵抗体組成物を作製し、比較サンプルを得た。

次に、本発明に基づく抵抗体組成物サンプルについて、
従来例のサンプルと比較しつつ評価試験を行った。その
結果を表１に示した。

表　　　　　　１ 表１から明らかなように、本発明に基づ〈実施例では、
耐熱特性において、抵抗値の変化が少なく、はぼ安定で
あると考えられる。一方、従来例では剥離強度が不充分
であり、抵抗値の変動が激しく、−旦、わずかに低下し
た後、上昇に転じている。これは、抵抗体内部の抵抗値
がカーボンブラックの凝集現象により低下する一方、電
極との界面において電気的な結合状態が不安定となり、
抵抗値が増大しているものと思われる。

次に、本発明の方式に基づく抵抗体組成物の、マレイン
酸グラフト高密度ポリエチレンの組成の一部を高密度ポ
リエチレンに置き代えて、剥離強度と耐熱特性との関係
データを調べｔ三結果を表２に示す。

表　　　　　　２ 表２から明らかなように、マレイン酸グラフト高密度ポ
リエチレンの組成比率が高い程、電極との界面の剥離強
度が増大し、耐熱試験における抵抗値の安定性が改善さ
れる傾向にある。この結果から、電気的結合を確保し得
る剥離強度は５００９／２５朋幅以上にあるものと結論
づけることができる。

次に、体積固有抵抗値と耐熱特性との関連について検討
を行った。結果を表３に示す。

（以下余白） 表３から明らかなように、本発明は固有抵抗値が１０４
０のを越える高抵抗領域においても、抵抗体のみならず
、電極との界面抵抗値の安定性を保つことが可能である
。

以上に述べたように、本発明は高抵抗領域において、等
電性微粉末同志あるいは導電性微粉末と電極との接触状
態を良好に保つことが可能な手段を提供するものであり
、異極の電極間隔が近接した正抵抗温度係数抵抗体組成
物に対して特に有効なものである。なお、材料は実施例
に限定されるものでなく、結晶性重合体としては低密度
ポリエチレン、リニア低密度ポリエチレン、ポリプロピ
レン等、そして、これらの共重合体あるいは誘導体等全
て利用可能である。また、導電性微粉末としてはチャン
ネルブラック、サーマルブラック、アセチレンブラック
、ランプブラック等のカーボンブラックの中で顕著な正
抵抗温度特性を示すものが利用可能である。カルボキシ
ル基を含有する金属接着性重合体としては、アイオノマ
、エチレン酢酸ビニル共重合体、エチレン・エチルアク
リレート、アクリル等をグラフトしたポリエチレンやポ
リプロピレン等、カルボキシル基を含む全ての重合体、
さらに、これらの重合体との他の重合体との複合重合体
等、多くの材料が利用可能である。複合する場合の相手
の重合体に関しては、接着性は特に必要でなく、耐熱性
、加工性、相溶性、機械物性等を考慮して、多くの材料
が選定可能である。特に好ましいものとしては、ポリプ
ロピレン、エチレン、プロピレン熱可塑エラストマ、ス
チレン・イソブチレン熱可塑エラストマ、ポリエステル
系熱可塑エラストマ等があげられる。熱可塑エラストマ
は架橋が不要であり、抵抗体組成物として最も好ましい
物性を付与できる重合体である。

発明の効果 以上の実施例の説明より明らかなように正抵抗温度係数
抵抗体組成物を結晶性重合体組成物中に導電性微粉末を
分散してなる未架橋導電性組成物を電子線あるいは有機
過巌化物等で架橋した後、細分化し、カルボキシル基を
含有する金属接着性重合体組成物中に分散して形成する
ことにより、電極間距離を接近させて、高出力化を目差
す正抵抗温度係数発熱体等の用途に対応した、高抵抗か
つ高安定性の接着性正抵抗温度係数抵抗体組成物を製造
することが実現できた。この組成物は、抵抗体内部の抵
抗値の安定性だけでなく、電極体との踵気的結合部分の
抵抗値の安定性を維持できるだけの接着力を保有してお
り、これを用いた正抵抗温度係数発熱体は発熱温度並び
に電力の長期安定性の問題を解決することができ、多く
の用途に展開が可能である。

【図面の簡単な説明】

ｇ１図は本発明の一実施例を示す正抵抗温度係数発熱体
の一部を切り出した斜視図である。第２図、第３図、第
４図は従来技術に基づく正抵抗温度係数発熱体の斜視図
である。 ６・・・・・・正抵抗温度係数抵抗体、７，８・・・・
・・金属板電極。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）結晶性重合体組成物中に導電性微粉末を分散して
   なる未架橋導電性組成物を電子線あるいは有機過酸化物
   等で架橋した後、細分化し、カルボキシル基を含有する
   金属接着性重合体組成物中に分散してなる正抵抗温度係
   数抵抗体組成物と、一対の電極よりなる正抵抗温度係数
   発熱体。
2. （２）正抵抗温度係数抵抗体組成物の電極に対する接着
   剥離強度が５００（ｇ／２５ｍｍ幅）以上である特許請
   求の範囲第１項記載の正抵抗温度係数発熱体。
3. （３）正抵抗温度係数抵抗体の体積固有抵抗値が１０＾
   ３Ωｃｍよりも高抵抗値であ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。
4. （４）金属接着性重合体組成物が熱可塑エラストマ組成
   物との複合組成物である特許請求の範囲第１項から第３
   項のうちのいづれかの項に記載の正抵抗温度係数発熱体
   。