JPH01183085A

JPH01183085A - 正温度特性発熱素子

Info

Publication number: JPH01183085A
Application number: JP449088A
Authority: JP
Inventors: Hitoshi Miyake; 仁三宅; Takafumi Ishida; 石田　隆文
Original assignee: Idemitsu Kosan Co Ltd
Current assignee: Idemitsu Kosan Co Ltd
Priority date: 1988-01-11
Filing date: 1988-01-11
Publication date: 1989-07-20
Anticipated expiration: 2012-09-03
Also published as: JP2649165B2

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］本発明は正温度特性発熱素子に関し、さらに詳しくは、
抵抗特性および温度特性が長期にわたって安定な正温度
特性発熱素子に関する。

［従来の技術およびその問題点］従来、正温度特性発熱体に外装を施した発熱素子はセラ
ミックス系発熱体ではよく知られている。

また、有機高分子系の発熱体では、たとえば、特開昭５
３−１４８７３８号公報には、発熱体を塩化ビニル樹脂
で挟んで熱融着した発熱素子が記載されており、特開昭
５４−１５７３５１号には、発熱体の片面に液体状のト
リアジン樹脂、エポキシ樹脂、あるいはポリイミド樹脂
を塗布した発熱素子が記載されており、特開昭５９−１
２３１８２号公報には、フッ素系樹脂の懸濁液を発熱体
に塗布した発熱素子が記載られている。

しかしながら、前記公報に記載のものはいずれも高温で
乾燥、硬化させる必要があり、発熱体が変形、変性する
などの不具合があり、また外装材と電極が強固に密着し
ているので、長期にわたって通電すると、発熱体の素材
と電極が剥離してしまい、発熱素子の抵抗が次第に増大
して発熱温度が変化する不具合がある。

また、特開昭６１−２６７２８７号公報には、発熱体基
材に第一および第二絶縁層を設けた発熱素子が示されて
おり、絶縁層と電極との間の界面の接着性の強化が試み
られている。

しかしながら、前記公報に記載の発熱素子においては、
曲げ応力により電極が発熱体素材から剥離する欠点があ
り、また、長時間にわたる通電において抵抗値あるいは
温度特性の変動を生じて、安定性に欠ける欠点もある。

発熱体にポリエチレンテレフタレートフィルム゛を、エ
チレン−アクリル酸エステル類などの粘着剤で貼り付け
たものも市販されている。

しかしながら、本発明者等の検討によると、前記市販の
発熱素子は、耐熱性および長期安定性に問題がある。

いずれにしても、前記従来の発熱素子は、外装材と電極
との接着を強固にするものであるが、これが為に、電極
と発熱体素材との剥離を招き、長時間の通電における抵
抗値の増大、温度分布の拡大をもたらすなどの欠点を有
している。

本発明は、前記従来の欠点を解消することを目的とする
。

さらに詳しくは、本発明の目的は、長時間の通電におい
ても、抵抗値および発熱温度の分布の拡大がなく、常に
安定した温度特性を発揮することのできる耐熱性が大き
い正温度−特性発熱素子を提供することを目的とする。

［問題点を解決するための手段］本発明者らは、上記問題点を解決するべく鋭意研究した
結果、電極を特定の樹脂フィルムによって被覆した後に
外装材によって、発熱体および樹脂フィルムを被覆する
と、長時間にわたって抵抗値および発熱状態の安定した
、耐熱性の大きい正温度特性発熱素子が得られることを
見出し、本発明を完成するに至った。

本発明は、従来のように電極と外装材との接着を強固に
するのではなく、そのような従来の思想とは全く反対の
技術思想に立脚するものである。

すなわち、本願第一の発明は、結晶性熱可塑性樹脂と導
電性物質とを混合し、成形して得た発熱体素材に電極を
設けてなる発熱体の表面に、少なくとも前記電極を被覆
する樹脂フィルムと、耐熱性樹脂からなる外装材とを積
層してなることを特徴とする正温度特性発熱素子であり
。

本願第二の発明は、結晶性熱可塑性樹脂と導電性物質と
半導電性粒子とを混合し、成形して得た発熱体素材に電
極を設けてなる発熱体の表面に、少なくとも前記電極を
被覆する樹脂フィルムと、耐熱性樹脂からなる外装材と
を積層してなることを特徴とする正温度特性発熱素子で
ある。

本願第一および第二の発明において、前記結晶性熱可塑
性樹脂としては、たとえば、ポリオレフィン樹脂および
その共重合樹脂、ポリアミド系樹脂、ポリアセタール、
熱可塑性ポリエステル樹脂、ポリフェニレンオキサイド
およびノリル樹脂、ポ７リスルフォンが挙げられる。

前記ポリオレフィン樹脂としては、たとえば、高密度ポ
リエチレン、中、低密度ポリエチレン、直鎖状低密度ポ
リエチレン等のポリエチレン、アイソタクチックポリプ
ロピレン、シンジオタクチックポリプロピレン、アタク
チックポリプロピレン等のポリプロピレン、ポリブテン
、４−メチルペンテン−１樹脂等が挙げられ、また、こ
の発明においては、エチレン−プロピレン共重合体、エ
チレン−酢酸ビニル共重合体、エチレン−エチルアクリ
レート共重合体、エチレン−塩化ビニル共重合体、およ
びプロピレン−塩化ビニル共重合体等のオレフィンとの
共重合体、およびフッ素含有エチレン共重合体、ならび
にこれらの変性物をも使用することができる。

前記酢酸ビニル系樹脂としては、たとえば、酢酸ビニル
樹脂、ポリビニルアセトアセタール、ポリビニルブチラ
ール等が挙げられる。

ポリアミド系樹脂としては、たとえばナイロン６、ナイ
ロン８、ナイロン１１．ナイロン６６、ナイロン６１０
等が挙げられる。

前記ポリアセタールは、単一重合体であっても共重合体
であってもよい。

前記熱可塑性ポリエステル樹脂としては、たとえば、ポ
リプロピレンテレフタレート、およびポリブチレンテレ
フタレート等が挙げられる。

また、結晶性熱可塑性樹脂として、トランス−１，４−
ポリイソプレン、シンジオタクチック−１，２−ポリブ
タジェンなども使用することができる。

前記各種の結晶性熱可塑性樹脂は、その一種を単独で使
用することもできるし、また、二種以上を混合してポリ
マーブレンドとして用いることもできる。

もっとも、前記各種の熱可塑性樹脂の中でも高密度ポリ
エチレン、低密度ポリエチレン、直鎖状ポリエチレンや
エチレン−酢酸ビニル共重合体、エチレン−エチルアク
リレート共重合体などのオレフィン系共重合体や１．４
−トランスポリイソプレンなどが好ましい。

本願第一および第二の発明において、前記導電性物質と
しては、各種のものを用いることができ、たとえば、カ
ーボンブラック粒子、グラファイト粒子などの粒状物、
金属粉体などの粉状物、炭素繊維などのｍ雄状物、金属
酸化物粉体などを挙げることができ、中でもカーボンブ
ラック粒子、グラファイト粒子などの粒状物が好ましく
、特にカーボンブラック粒子が好ましい。

前記の導電性物質は、単独で、またはその二種以上を併
用することができる。

前記の粒状物の平均粒径につき特に制限がないのである
が、たとえば、平均粒径が１０〜２００ｍｐ、好ましく
は１５〜１００ｍｇである導電性物質が使用される。

前記の繊維状物の場合、そのアスペクト比は、通常１〜
１，０００　、好ましくは１〜１００である。

前記結晶性熱可塑性樹脂と代表的な導電性物質であるカ
ーボンブラック粒子との配合量は、重量比として、通常
、ｌＯ〜８０：９０〜２０、好ましくは、５５〜７５：
４５〜２５である。

前記導電性物質の配合量が前記範囲よりも少いと、発熱
体素材の抵抗が大きくなり、発熱体が実用」−充分に発
熱しないことがあり、また前記範囲よりも多いと、正温
度特性が充分に発現しなくなることがある。

本願第二の発明においては、前記結晶性熱可塑性樹脂と
導電性物質との他に、半導電性物質を配合する。

前記半導電性物質を添加することにより、より一層、発
熱素子の抵抗安定性および温度安定性を向上させること
ができる。

前記半導電性物質として、特に制限はないが粉状物が好
ましく、たとえば、ＳｉＧ、Ｂ４Ｃ，Ｓｉ、Ｇｅ、５ｎ
Ｏ１ＧａＳｂ、ＧａＰ、ＧａＡＳ、ＩｎＳｂ、　ＩｎＳ
ｅ、　ＧａＳｅ、４ｎＴｅ、ＧａＴｅ、Ｌｉ　３％、β
−Ａ文２０３、などが挙げられ、中でもＳｉＣが好まし
い。

前記半導電性物質は、単独で、または混合して用いるこ
とができる。

前記半導電性物質の平均粒径につき特に制限はないが、
通常、３００ｇｍ以下、好ましくは、１００ｇｍ以下の
半導電性物質が使用される。

前記半導電性物質の使用量は、その種類に応じて適宜に
決定することができるのであるが、前記結晶性熱可塑性
樹脂と前記導電性物質との合計量を１００重量部とした
場合、１０〜３００重量部、好ましくは、１５〜２００
重量部である。

前記半導電性物質の配合量が前記範囲内であると、発熱
素子の抵抗および発熱状態をより一層安定にすることが
できる。

本願第一の発明においては、前記結晶性熱可塑性樹脂と
導電性物質とを混合し、本願第二の発明においては、結
晶性熱可塑性樹脂と導電性物質と半導電性粒子とを混合
し、成形して、所定形状を有する発熱体素材を得る。

前記混合は、たとえば１、混練用オーブンロール、パン
バリミキサー、単軸スクリュー押出機、２軸スクリユ一
押出機、単軸往復動スクリュー混練機等により行なうこ
とができる。

この場合の混練温度は、特に制限はないが、通常、用い
る結晶性熱可塑性樹脂の融点以上の温度、好ましくは、
該融点より３０℃以」二高い温度である。

前記成形は、射出成形、金型成形、押出成形、加圧成形
等の各種の成形法によることができる。

なお、前記混合は、前記成形操作において実現すること
もできる。

本願第一および第二の発明において、前記成形時におい
て、あるいは、成形後において、前記結晶性熱可塑性樹
脂と導電性物質との組成物中の結晶性熱可塑性樹脂を架
橋し、あるいは結晶性熱可塑性樹脂と導電性物質と半導
電性粒子との組成物中の結晶性熱可塑性樹脂を架橋する
ことにより、前記組成物を硬化させるのが好ましい。

前記組成物を硬化Ｘせると、正温度特性が改良されると
ともに、発熱素子の動作中の発熱体素材の熱変形あるい
は熱軟化等による発熱素子の不良化を防止することがで
きるからである。

前記結晶性熱可塑性樹脂の架橋は、架橋剤および／また
は放射線を利用して行うことができる。

前記架橋剤は、結晶性熱可塑性樹脂の種類に応じて、有
機過酸化物、硫黄化合物、オキシム類、ニトロソ化合物
、アミン化合物、ポリアミン化合物等から適宜に選択し
て決定することができる。

たとえば、前記結晶性熱可塑性樹脂がポリオレフィン系
樹脂等である場合には、好適な架橋剤としてたとえば有
機過酸化物を利用することができる。

前記有機過酸化物としては、たとえば、ベンゾイルパー
オキシド、ラウロイルパーオキシド、ジクミルパーオキ
シド、ｔ−ブチルパーオキシド、ｔ−ブチルパーオキシ
ベンゾエート、ｔ−ブチルクミルパーオキシド、ｔ−ブ
チルヒドロパーオキシド、２，５−ジメチル−２，５−
ジ（ｔ−ブチルパーオキシ）ヘキサン、２，５−ジメチ
ル−２，５−ジ（ｔ−ブチルパーオキシ）ヘキシン−３
，１，１−ビス−（ｔ−ブチル−ペルオキシ−インプロ
ビル）ベンゼン、１．１−ビス−（ｔ−ブチル−ペルオ
キシ）−３゜３．５−）リメチルーシクロヘキサン、ｎ
−ブチル−４゜４−ビス−（ｔ−ブチル−ペルオキシ）
バレレート、２．２−ビス−（ｔ−ブチル−ペルオキシ
）ブタン、ｔ−ブチル−ペルオキシ−ベンゼン等が挙げ
られ、中でも２，５−ジメチル−２，５−ジ（ｔ−ブチ
ルパーオキシ）ヘキシン−３が好ましい。

前記架橋剤の添加量は、上記結晶性熱可塑性樹脂１００
重量部に対して、通常、０．０１〜５重量部、好ましく
は０．０５〜２重量部である。

所定の形状に成形された発熱体素体の表面には、電極が
設けられている。なお、この発熱体素子には、当然のこ
とながら、前記電極にリード線を接続している。

前記電極の素材としては、特に制限はなく、通常のもの
を用いることができ、たとえば、銀、銅、ニッケル、ア
ルミニウム、金などを挙げることができる。

前記電極は、発熱体素材の表面に、たとえば銀ペースト
によるスクリーン印刷あるいは塗布することにより形成
することができ、また金属箔を圧着する方法や、その後
にエツチングによって任意の形状に加工することにより
形成することができる。

本願第一および第二の発明においては、前記電極を被覆
する樹脂フィルムは、耐熱性を有する限りにおいて特に
制限がなく、たとえば、塩化ビニリデン樹脂、ポリエチ
レン、ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレート樹
脂、ポリカーボネート樹脂、ナイロン、ポリイミド樹脂
などの各種フィルムなどを挙げることができる□。

これら各種の樹脂フィルムの中からいずれを使用するか
は、前記発熱体素材の形成に使用した結晶性熱可塑性樹
脂の種類に応じて適宜に決定することができるのである
が、前記結晶性熱可塑性樹脂としてポリオレフィン系樹
脂を使用する場合には、特にポリ塩化ビニリデン樹脂フ
ィルムやポリエチレンフィルムが好ましい。

前記樹脂フィルムは、少なくとも前記電極を被覆すれば
よいが、前記発熱体の電極形成面全面を被覆するように
してもよい。

前記樹脂フィルムの厚さは、通常、１〜２００ＪＬｍ、
好ましくは１〜１００ｇｍである。

前記樹脂フィルムの厚さが前記範囲より下回ると、フィ
ルム強度が低下することがあり、前記厚さが前記範囲を
超えると、フィルムの柔軟性が失われることがある。

本願第一および第二の発明において、外装材は、耐熱性
を有する樹脂であれば良い。

外装材は、比較的低温で硬化する樹脂を発熱体の表面に
塗布することにより、あるいは耐熱性のある樹脂フィル
ムまたは樹脂シートを発熱体に積層することによって得
ることができる。いずれの方法によるも、発熱体素体の
表面に、電極を被覆する樹脂フィルムの上にこれらの外
装材が積層されることになる。

前記低温で硬化する樹脂としては、たとえばシリコーン
樹脂系、低温硬化型のエポキシ樹脂系、ウレタン樹脂系
などの接着剤を好適に用いることができる。

前記樹脂フィルムまたは樹脂シートとしては、ポリエチ
レンテレフタレート樹脂、ポリブチレンテレフタレート
樹脂などのポリエステル樹脂、ナイロン６６、ナイロン
６などのポリアミド樹脂、ポリカーボネート樹脂、酢酸
セルロース系樹脂、カルボキシメトキシセルロース樹脂
などのセルロース系樹脂、ポリイミド樹脂、ポリエチレ
ン、ポリプロピレン、エチレン−プロピレン共重合体、
ポリブチレン、ポリブテン−１などのポリオレフィンな
どの各種フィルムが挙げられる。

前記硬化性樹脂の塗布方法としては、特に制限がなく、
たとえば、刷毛塗りなどによる塗布方法、あるいは浸漬
などによる塗布方法が用いられる。

前記樹脂フィルムを積層する場合には、たとえば、樹脂
フィルムに予め接着剤を塗布した後、前記発熱体に貼り
合わせる方法が用いられ、その場合には、ドクターブレ
ードなどによって接着剤を塗布するかあるいは樹脂フィ
ルムを接着剤中に浸漬する方法がある。

前記樹脂フィルムに接着剤を塗布して樹脂フィルムを発
熱体に貼り合わせる方法においては、樹脂フィルムを空
気が入り込まないように発熱体に貼り合わせ、室温で数
時間放置させて硬化させるが、４０〜１５０℃で熱処理
することにより硬化速度が大きくなり、強度が発現する
ので好ましい。また、減圧下で硬化させると気泡のない
ものが得られるので好ましい。

本発明の正温度特性発熱素子は、たとえば、定温度発熱
体素子、過熱保護素子、過電流保護素子などに用いるこ
とができる。

［実施例］以下、実施例および比較例を示して本発明をさらに詳細
に説明する。

（実施例１）低密度ポリエチレン［東ソー（株）製、商品名：ヘトロ
七ン１７０　］　６４重量部と、カーボンブラック［三
菱化成（株）製、商品名：ダイアブラックＥ、平均粒径
：　４３　ｍｇ］　３６重量部とをラボブラストミルに
供給して混練した後、架橋剤として０．１９重量部の２
，５−ジメチル−２，５−ジ（１−ブチルパーオキシ）
ヘキシン−３を添加してさらに混練することによって組
成物を得、た。

次いで得られた組成物を用いて肉厚０．５ｍ鵬のシート
に成形し、５　Ｘ　１０ｃｍの発熱体素体を作成した。

得られた発熱体素体の片面に銀ペースト［藤倉化成（株
）製、商品名ニド−タイ）Ｄ−５５０］を塗布してくし
歯状の電極を形成し、さらにこの電極にリード線を引き
出し、乾燥して発熱体を作成した。

次に、この発熱体の表面をポリ塩化ビニリデンフィルム
［旭化成工業（株）製、商品名：サランラップ）により
被覆した。

次いで、シリコーン系接着剤［コニシ（株）製、商品名
二ポンドＭＯ９ＩＯ］を塗布した厚さ１００ル烏のポリ
エチレンテレフタレートフィルム［東しく株）製、商品
名：　Ｅ２０ｔ１００］で、前記接着剤を発熱体側に向
けて、発熱体を挟み、軽度に押圧してから、１００℃で
４時間保持し、前記接着剤を硬化させた。

このようにして得られた発熱素子の室温での初期抵抗値
は２２Ωであった。

次に、この発熱素子に１０（ＩＶの交流を通電し、発熱
状態を赤外線サーモグラフィーにより観察したところ、
通電部の温度分布差は１０℃であった。

また、１００Ｖの交流を２００００時間通電後の室温で
の抵抗値は２４Ωであり、温度分布差は１０℃であった
。

（比較例１）発熱体をポリ塩化ビニリデンフィルムで被覆しなかった
以外は、実施例１と同様に行なって発熱素子を得た。

□得られた発熱素子の初期抵抗値は、２４Ωであり、通
電部の温度分布差は１１’Ｃであった。

その発熱素子に１００Ｖの交流を１０時間通電した後の
室温抵抗値は６０Ωであり、通電部の温度分布差は３０
℃であり、局所発熱を生じていた。

（実施例２）低密度ポリエチレン［東ソー（株）製、商品名：ペトロ
セン１７０　］　５９重量部とカーボンブラック［三菱
化成工業（株）製、ダイアブラックＥ］４１重量部およ
びこれらの１００重量部に対して６７重量部の炭化ケイ
素粉［不二見研磨材工業（株）製、商品名：　ＳｉＧ　
＃２０００］をラボプラストミルに供給し、混練した後
、架橋剤として０．３重量部の２，５一ジメチルー２，
５−ジ（ｔ−ブチルパーオキシ）ヘキシン−３を添加し
、さらに混練して組成物を得た。

混練後、厚さ０．５ｍｍのシートに成形し、５×１０ｃ
ｍに作成した。このシートの片面に銀ペースト　［藤倉
化成（株）製、商品名ニド−タイ）　Ｄ　−５５０］で
くし歯状の電極を形成し、リード線を取付けて充分乾燥
させることにより発熱体を形成した。

得られた発熱体をポリ塩化ビニリデンフィルム［旭化成
工業（株）製、商品名：サランラ・ンブ）により被覆し
た。

次にシリコーン系接着剤［コニシ（株）製、商品名：ポ
ンドＭＯ３１０１を充分混合し、耐熱性樹脂としてポリ
エチレンテレフタレートフィルム［東しく株）製、商品
名：　Ｅ２０１１１００］上に均一に塗布した。

前記接着剤を塗布した２枚のフィルムで、前記発熱体を
挟み、軽度に押圧して１００℃で４時間硬化することに
より発熱素子を得た。

得られた発熱素子の室温での初期抵抗値は２１Ωであり
、１００■の交流を通電してその発熱状態を赤外線サー
モグラフィーで観察したところ、通電部での温度分布差
は７℃であり非常に安定していた。

さらに、１００Ｖの交流を２００００時間通電後の室温
での比抵抗は２０Ωであり、発熱温度分布差は７℃で一
定であった。

（比較例２）発熱体をポリ塩化ビニリデンフィルムによって被覆しな
かった以外は、前記実施例２と同様に行なって発熱素子
を得た。

得られた発熱素子の室温での初期抵抗値は２２Ωであり
、１００■の交流通電時の発熱温度差は７℃であった・１００ｖの交流を通電したところ、４８時間後の室温抵
抗値は、４５Ωに増大していた。この時点での１００ｖ
の交流通電時における発熱温度分布差は３０°Ｃ以−１
−にも達し、局所発熱を生じていた。さらに時間の経過
に従って局所発熱が拡大した。

（実施例３）ポリ塩化ビニリデンフィルムに代えて低密度ポリエチレ
ンフィルム［宇部興産（株）製、商品名：ワンラップ］
を用いた以外は実施例２と同様に行なって発熱素子を得
た。

得られた発熱素子の室温での初期抵抗値は２２Ωであり
、１００ｖの交流通電時における発熱温度差は８℃であ
った。

１００■の交流を２００００時間通電後の室温抵抗値は
２１Ωであり、安定していた。また、１００■の交流通
電時の発熱温度分布差は８℃で一定であった。

［発明の効果］以上説明したように、本願第一の発明によると、本発明
の正温度特性発熱素子は、少なくとも電極を樹脂フィル
ムによって被覆した後、外装材を形成しているので、長
期間にわたって、抵抗特性および発熱温度特性をほぼ一
定に保持することができ、また、耐熱性に優れ“るなど
の種々の利点を有し、本願第二の発明においては、導電
性物質と半導電性物質とを併用しているので、本願第一
の発明に比べて、長期間にわたって、抵抗特性および発
熱温度特性をさらに精度良く一定に保持することができ
る。

特許出願人　　　出光興産株式会社代　理　人　　　弁理士　福村直樹　−−′１′

Claims

【特許請求の範囲】

（１）結晶性熱可塑性樹脂と導電性物質とを混合し、成
形して得た発熱体素材に電極を設けてなる発熱体の表面
に、少なくとも前記電極を被覆する樹脂フィルムと、耐
熱性樹脂からなる外装材とを積層してなることを特徴と
する正温度特性発熱素子。
（２）結晶性熱可塑性樹脂と導電性物質と半導電性粒子
とを混合し、成形して得た発熱体素材に電極を設けてな
る発熱体の表面に、少なくとも前記電極を被覆する樹脂
フィルムと、耐熱性樹脂からなる外装材とを積層してな
ることを特徴とする正温度特性発熱素子。