JPH02135681A - 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、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（以下ＰＴＣ発熱体と称す）に関
するものである。

（従来の技術） 従来から結晶性高分子中に導電性微粉末を分散した抵抗
体組織物が顕著なＰＴＣ特性を示すことが知られており
、この組成物を用いて自己温度制御性を有する発熱体を
構成する試みがなされてきた。この方式の利点は抵抗体
の形状加工性が優れていて任意の形状が容易に得られる
こと、可撓性に優れていること、抵抗値の調整範囲が広
いことにあり、これまでに比較的低電力密度の面状発熱
体および長尺可撓性発熱体として用いられてきた。

しかし、大きな電力密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の均熱板が不可欠
となり、従来のＰＴＣ発熱体においては第６図に示すよ
うに、熱電導性の良好なアルミナ焼結体から成る電気絶
縁基板１１の上に、導電性微粉末を結晶性高分子中に分
散した材料を主成分とするＰＴＣ抵抗体１２を密着して
構成し、その両端部に一対の電極１３ａ、１３ｂを設け
る等の対策が講じられていた。（特公昭５５−４０１６
１号公報）（発明が解決しようとする課題） しかしながら、上記したような従来の高電力密度ＰＴＣ
発熱体では均熱板が不可欠であって、均熱板がなければ
電圧集中による局部異常発熱現象を生じ、正常な発熱特
性が得られなくなる。又、均熱板があっても、アルミナ
焼結体のような電気絶縁材料の熱伝導率には限界があり
、電圧集中発生を防止するための充分な余裕がなかった
。さらに、アルミナ焼結体のようなセラミック材料は可
撓性がなく、被加熱物との密着性が不十分であったり、
加工寸法の制約から一体で構成される発熱体の寸法形状
にも限界があった。セラミック系の均熱板に代わる材料
としてアルミニウム等の高熱伝導率金属板とポリエステ
ルフィルム等の電気絶縁板との貼りあわせ均熱板が考案
されているが、耐電圧特性を十分に満足するだけの電気
絶縁板の厚みを設けると、アルミナ焼結体を上回る均熱
効果を得ることは困難であり、大きな電力密度を得るこ
とができなかった。このように、従来の高電力密度ＰＴ
Ｃ発熱体は均熱板に起因する諸課題が山積していて、こ
れ以上の発展の余地がなかった。

これら課題を一挙に解決するためには均熱板に依存する
必要のないＰＴＣ発熱体を導入することが重要であった
。この点に着目して検討を進めた結果、電圧集中現象が
発生している部分の幅が数ミリメートル以下であること
を見出し、その範囲内に一対の電極を設置すれば、電極
間の電圧勾配および発熱分布がほぼ一様になるものと推
定された。更に検討を進めた結果、ＰＴＣ抵抗体の表面
に微細くし形電極を設けると、電極の占める面積が相当
大きくなり、有効発熱部が殆どなくなって、それ程大き
な電力密度が得られないことがわかった。その解決策と
してＰＴＣ抵抗体の厚さ方向への電圧印加方式を導入し
、実験を積み重ねた結果、抵抗体の厚さが５１！１ｆ１
１以下であれば、極端な電圧集中現象は観測されなかっ
た。また厚さ１胴以下では、大きな放熱負荷のもとに２
　Ｗ／ｃｒｌ　（６０ｄｅｇ昇温）発熱時にも異常が見
られなかった。この結果から、厚さ５ｍｍ＋以下の薄肉
状ＰＴＣ抵抗体の両面に電極を設けた発熱体は、電極間
の熱拡散能力が高く、本質的に電圧集中現象が発生し得
ないとの結論に達した。しかしながら、電圧集中による
抵抗体の破壊現象は生じないものの、大きな熱負荷に対
しては、発熱体電極間に意外に大きな電圧勾配分布と温
度分布が存在し、局部的な抵抗体組成物の熱劣化が発生
したり、熱の伝達損失が生じるので、抵抗体の厚さは少
なくとも３１以下、好ましくは１鵬以下であることが判
明した。この構造の発熱体は非常にシンプルな構成であ
り、均熱板に起因する様々な制約から開放されるので、
性能面、構造面、工法面で大きな飛躍が得られるものと
期待された。

この結論のもとに具体的な検討に着手すると、ＰＴＣ抵
抗体組成物の耐電圧特性、絶縁距離の確保、端子処理方
法、取付構造、加工方法等に関する諸課題が山積し、実
用に程遠い状態にあった。

代替手段としてチタン酸バリウム焼結体のようなセラミ
ック系のＰＴＣ抵抗体を用いた結果では、電力密度、耐
熱性、耐電圧特性、熱伝導率に優れ、小型の加熱ユニッ
トを構成するうえにおいて基本的な課題はないと判断さ
れた。しかしながら焼結体であるために可撓性が全くな
く、大面積あるいは長尺の加工が著しく困難という課題
があり従来の面状発熱体や長尺可撓性発熱体のような薄
肉、大面積、均一発熱、可撓性、連続長尺加工といった
機能を満たすことは困難であった。これらの点から判断
して、セラミック系ＰＴＣ抵抗体は断念し、有機系ＰＴ
Ｃ抵抗体を用いた場合の諸課題を解決するのが唯一の道
であることを確認した。

以下、本発明が解決しようとする具体的課題について説
明する。

有機系材料から成り、厚さ３ＩＩＩ１１以下、好ましく
はｉｓ以下の薄肉状ＰＴＣ抵抗体の厚み方向に１００Ｖ
ないし２００ｖを印加する方式の発熱体は、特性面だけ
でなく生産性にも優れている。特に、薄肉状ＰＴＣ抵抗
体を連続的に成形しつつ、その両面に電極板を接合する
方法は最良である。しかしながら、異極の電極板が非常
に接近した構造であるために、極く微細な欠陥があって
も耐電圧破壊を生じ最悪の場合、焼損に至る可能性があ
る。その欠陥を生じる原因としては、抵抗体に起因する
もの、或いは電極端面に起因するもの等様々な状況が考
えられるが、加工方法に関しても一つの大きな課題があ
った。それは抵抗体と電極を連続加工によって長尺物に
仕上げることは比較的容易であるが、その切断端面をい
かに処理するかである。

電極と抵抗体を接合した長尺物を切断すると薄肉の抵抗
体を介して異極の電極が近接して露出した端面を形作る
。この端面は異極の電極が近接しているだけではなく、
電極の切断破片や、電極端面の切断方向へのパリ、更に
抵抗体自身の端面部での変形が加わって、耐電圧特性上
、非常に危険な箇所となる。これは電気絶縁被覆を施し
た長尺物に加工してから切断したとしても状況は変わら
ない。又、切断端面を絶縁材でモールドしたとしても良
品であることを保証するものではなかった。

以上に述べた状況は極めて深刻なものであり、長尺連続
加工の可能性を否定するものであった。

本発明は上記課題を解決し、耐電圧特性を向上し、高出
力のＰＴＣ発熱体を提供するものである。

（課題を解決するための手段） 本発明は上記課題を解決するため、結晶性高分子中に導
電性微粉末を分散させた組成物を主成分とする薄肉ＰＴ
Ｃ抵抗体とその厚さ方向に電圧を印加すべく設けられた
一対の電極体より成り、前記抵抗体と前記電極体が一体
に密着された端面において、前記電極体相互の端面沿面
距離が前記抵抗体の厚み寸法よりも大きくなるように構
成して、更に上部の電極体に切り欠き部を設け、下部の
電極体には、リード線接続重合部（重合部とは、溶接、
半田付は等も含む）を有し、前記切り欠き部は下部の電
極体のリード線接続重合部よりも大きくした構成である
。

（作用） 上記した構成によって、薄肉抵抗体を介して一対の異極
電極が接合された加工物を垂直に切断すると、異極電極
間の間隔が最も接近するので危険率が最大となる。しか
し上部の電極体の両端に切り欠き部を設け、更に切り欠
き部は下部の電極体のリード線接続部の重合部よりも大
きくしているために、その切断面における異極電極間の
間隔が広がり電極の破片や、電極端面のパリ、更に抵抗
体自身の変形に対し、安全性を飛躍的に高めることがで
きる。

（実施例） 以下、本発明の一実施例を添付図面に基づいて説明する
。第１図から第５図において、１は厚さ０．５　ａｍの
ＰＴＣ抵抗体で、２および３はＰＴＣ抵抗体１に一体に
密着された金属電極板である。電極板２は電極板３より
も幅が広＜　２０ｍｍ対１０胴である。電極板２が抵抗
体１の長尺方向に沿った縁面部までを覆い、電極板３は
抵抗体１の長尺方向に対して抵抗体１よりも幅を狭くし
た構成である。

電気を供給するリード線４および５を各々の電極板２．
３に接続されている。更にその外側に絶縁フィルム６で
覆われていて電気的に外部と遮断されている。この幅広
い電極板２０両端面に電極板３よりも幅広く切り欠き部
８を設けている。この切り欠き部８で、電極板２．３間
の沿面距離を２．６閤まで増大させると同時に切断時の
金属破片や電極のパリ等による耐電圧破壊に対する安全
性を大幅に改善している。又切り欠き部８の長さ方向に
対してはリード線５の接続重合部よりも大きくしている
。これは接続による厚み方向のバラツキ、厚みの変化に
対してＰＴＣ抵抗体１での吸収によるＰＴＣ抵抗体１の
厚みが薄くなり、上下両電極板の耐電圧破壊に対する安
全性を確保するためである。更に製造過程で前記電極板
３とＰＴＣ抵抗体１との間に、リード線５の接続部には
離型紙９を挟んでリード線５を接続する時に抵抗体１を
熱的、機械的な外力によって変形しないように、リード
線５を接続時はＰＴＣ抵抗体１から電極３を離して接続
する。

（発明の効果） 以上のように本発明は、長尺連続加工発熱体の切断面の
耐電圧特性を確保するために、非常に効果的かつ高生産
性の加工処理方法を提供するもので、これまで危険視さ
れてきた電極間隔の非常に接近したＰＴＣ発熱体の製造
を可能とするものである。この結果、得られるＰＴＣ発
熱体は極めて高出力かつ高生産性であり、従来の有機系
およびセラミック系のＰＴＣ発熱体の概念を破るもので
ある。更に上部電極板は長尺方向に沿って縁面部まで覆
っているために高出力時の熱歪、熱応力に対する抵抗が
大きく均一な熱の分散が可能となる。

これによって耐久性も飛躍的に良くなる。又、上部電極
板の両端面に切り欠き部を設けているために切断面の耐
電圧が飛躍的に良くなり、下部電極板のリード線接続重
合部による抵抗体の厚みが薄くなっての耐電圧の低下も
なく性能的に安定した発熱体を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例のＰＴＣ発熱体の部分平面図
、第２図は同ＰＴＣ発熱体の断面図、第３図は同ＰＴＣ
発熱体の斜視図、第４図は同ＰＴＣ発熱体の裏面斜視図
、第５図は同ＰＴＣ発熱体の構成分解斜視図、第６図は
従来のＰＴＣ発熱体の斜視図である。 １・・・・・・ＰＴＣ抵抗体、２・・・・・・電極、３
・・・・・・電極、４・・・・・・リード線、５・・・
・・・リード線、６・・・・・・絶縁フィルム、７・・
・・・・接続部、８・・・・・・切り欠き部、９・・・
・・・離型紙。 １　図 １−ＰＴＣ抵才氾イネ ２−　覗　ヤｉ ４．５・−ソート環 ６一−享色　舊１フイ）レム ８゛−セ刀り欠さ郡 第４図 第 図 クー　眠監抵 第 図 ／ＩＦ”ｒｃ柩坑体

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）結晶性高分子中に導電性微粉末を分散させた組成
   物を主成分とする長尺薄肉正抵抗温度係数抵抗体と、そ
   の厚さ方向に電圧を印加すべく設けられた一対の電極体
   とリード線より成り、前記抵抗体と前記電極体が一体に
   密着された上部の電極板が前記抵抗体の長尺方向に沿っ
   た縁面部までを覆い、下部の電極板は前記抵抗体の長尺
   方向に対して前記抵抗体よりも幅を狭くして長尺方向の
   端面において、前記電極体相互の端面沿面距離が前記抵
   抗体の厚み寸法よりも大きくなるように構成して、更に
   上部の電極体に切り欠き部を設け、下部の電極体には、
   リード線接続重合部を有し、前記切り欠き部は下部の電
   極体のリード線接続重合部よりも大きくした正抵抗温度
   係数発熱体。
2. （２）抵抗体と電極体が一体に密着された長尺体であり
   、任意の間隔でもって上部の電極体に切り欠き部を設け
   た部分で切断された請求項（１）記載の正抵抗温度係数
   発熱体。
3. （３）抵抗体と電極体が一体に密着された長尺体であり
   、任意の間隔でもって上部の電極体に切り欠き部を設け
   、下部の電極体のリード線接続部に離型紙を設けた部分
   で切断された請求項（１）記載の正抵抗温度係数発熱体
   。
4. （４）抵抗体と電極体とから成る発熱素子を上部の電極
   体の両端に切り欠き部を設け、下部の電極体の離型紙部
   で各々リード線を接続した後に電気絶縁性材料で被覆し
   てなる請求項（１）記載の正抵抗温度係数発熱体。
5. （５）抵抗体の厚みが３ｍｍ以下である請求項（１）記
   載の正抵抗温度係数発熱体。