JPH02165588A - 正抵抗温度係数発熱体およびその製造方法 - 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、採暖器具及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もので
ある。

従来の技術 従来の正の抵抗温度係数をもつ発熱体は、例えば特公昭
５７−４３９９５号公報や特公昭５５−４０１６１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適宜な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６２５９５１５号公報や第１２図に示すように一対
のＴｉ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。第１２図において、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、この間に結晶性重
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。

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、カーボンブラック等の比較的低抵抗の導電性微
粉末を混合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等を考慮すると、解決しなけ
ればならない多くの課題を有していた。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、十分に大きい正の抵抗温度特性を得ることによっ
て、ピーク抵抗値を越えて暴走することのないように配
慮することが不可欠であった。さらに、この正抵抗温度
係数発熱体の端面において、一対の１掻が非常に接近し
ており、空気のイオン化電圧を考えても非常に問題であ
り、特に、湿気、気圧、さらに電極端面のパリ等によっ
ては空中放電し発煙、発火に至る可能性もあり、極めて
危険な面を有していた。こうした危険性にたいしては、
特開昭６１−２８４０８２号公報等に示されるように、
正抵抗温度係数抵抗体自身でこの抵抗体の外表面に沿う
沿面距離を抵抗体の厚さよりも大きくするといった画期
的な改善策も講じられ、安全性を高めることができた。

しかしながら、この抵抗体材料自身により沿面距離を確
保している部分は初期的には極めて高抵抗であり電気絶
縁体と同じように発熱にはほとんど寄与しないが、経時
変化において、結晶性重合体の結晶成長、発熱体各部の
熱応力、あるいは導電性微粉末の凝集等によって、抵抗
値や抵抗温度係数の大幅な変化が生じるようになり、特
にさらに高出力の正抵抗温度係数発熱体の場合、この沿
面部分も発熱量は小さいものの発熱するようになり、こ
の部分の微小部分に電圧が集中していき、高抵抗化が進
行し非常に短かい発熱寿命であったり、異常過熱、発煙
、発火等の危険性を有したりしており、実用上の許容範
囲から大幅に外れるものであった。このように、導電性
微粉末の組成比を調整するだけでは体積固有抵抗値１０
３Ωｃｍ以上の有用な正抵抗温度係数発熱体を創り出す
ことができなかった。

本発明はかかる問題を解消し、実用に耐え得る優れた性
能、安全性を実現できる高出力正抵抗温度係数発熱体の
構造およびその製造方法を提供するものである。

課題を解決するための手段 上記課題を解決するために、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薄厚状の
正抵抗温度係数抵抗体と、こ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を備え、前記抵抗体はこ
の厚さ方向に突出した部分をもたせたものである。

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、正抵抗温度係数発熱体の一対の電極は非常に
接近させることにより高出力が可能となるが、この端部
等の電極接近部分では、特に、湿気、気圧、さらには電
極端面のパリ等によっては空中放電し発煙、発火に至る
可能性もあり、極めて危険な面を有している。また、こ
こにこの抵抗体材料を介在させることによりかなり安全
性を高めることができるが、この部分の抵抗体材料の経
時的変化により微小部分に電圧が集中して高抵抗化が進
行したり、抵抗体材料の劣化により発煙・発火に至った
りする危険性がある。こうした危険性を有する部分の抵
抗体をこの厚さ方向に突出させることにより、この部分
の電圧印加される電極間距離を長くすることができ、経
時的な変化があっても、高い性能・安全性を保持できる
ようになる。

こうして、体積固有抵抗が１０３Ωｃｍ以上に及ぶ高抵
抗の抵抗体で、高出力の正抵抗温度係数発熱体を実現で
きるようになる。

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、第１図に
示すように、長尺の正抵抗温度係数抵抗体４の上下面に
電極５．６が接着され、さらに両者の上に外装材７．８
が外装されている。この発熱体の電極５．６及び抵抗体
４の構成断面図を第２図に示すが、抵抗体４は、幅方向
の中央部分は厚さ０．４１職薄肉状であるが、両端部分
は突出部４−ａ、４−ｂが存しており、この部分にも電
極５がこの形状に追従して密着している。このため、こ
の両端部分での電極５，６間の距ｆｉＬ１は電極間距離
、即ちＱ、４ｍｍに抵抗体の突出部分の、この厚さ方向
の突出距離Ｌ２を加えた距離となるため、突出部ＭＬ２
を適宜設定することにより、発熱体端部での電極５．６
間の距離Ｌ１を充分に確保できるため、電極端面のパリ
等によって生じる空中放電を防止でき、発煙、発火等の
危険性もなく極めて安全である。また、この発熱体端部
の抵抗体材料の経時的変化により抵抗値が低抵抗化した
り、結晶成長や熱収縮等により形状変化が生じても、こ
うした危険性を有する部分の抵抗体をこのＪ７さ方向に
突出させることにより、この部分の電圧印加される電極
間距離を長くすることができ、経時的な変化があっても
、高い安全性を保持できるという効果も有するものであ
る。ここで、この抵抗体の突出部分の、この厚さ方向の
突出距離はこうした安全性を確保する適宜な距離でよい
が、好ましくは、一対の電極間距離の１０％以上の長さ
であると効果的である。

ところで、一対の電極体端部における沿面距離だけを確
保するのであれば、第１１図に示すような構造も考えら
れる。均一厚み０．４　Ｍの正抵抗温度係数抵抗体３ａ
の両面に互いに大きさの異なる電極１ａ、２ａが接着さ
れており、充分な沿面距離Ｘが確保されている。抵抗体
材料の体積固有抵抗値は太き（、抵抗体３ａのＡＩ、Ａ
２部はほとんど発熱しない状態にあるとは言え、電圧は
印加されている。経時変化において、結晶性重合体の結
晶成長、発熱体各部の熱応力、あるいは導電性微粉末の
凝集等によって、抵抗値や抵抗温度係数の大幅な変化が
生じるようになり、特にさらに高出力の正抵抗温度係数
発熱体の場合、この沿面部分ＡＩ、Ａ２部も発熱量は小
さいものの発熱するようになり、この部分の微小部分に
電圧が集中していき、高抵抗化が進行し非常に短かい発
熱寿命であったり、異常過熱、発煙、発火等の危険性を
有したりしているという欠点を有していた。

実際、第２図、及び第１１図の構造の正抵抗温度係数発
熱体を同（、；抵抗温度特性になるように試作し、比較
実験を行った。加速評価のため通常電圧ＡＣ１００Ｖ（
７）２倍（７）ＡＣ２００Ｖで連Ｖｔ１ｆｆｉ電を行っ
た。

第３図に示すように、比較例の第１１図の構造の発熱体
は１１００ｈより温度下降が始まり、１５００ｈにはほ
とんど発熱しなくなってしまったが、本発明の第２図の
構造の発熱体では、２０００　ｈ現在においても初期の
温度を維持しており、非常に効果のあることがわかった
。このメカニズムは上記に記した電圧集中現象を本発明
構造で防止したことによると考えられる。また、本発明
の構造では、対抗体の厚さ方向に突出部分を有し、この
突出部分ではほとんど発熱機能がないため、抵抗体の厚
み方向からの機械的な応力に対して、この突出部分で発
熱部分を防止するという効果も有するものである。

次に第４図は、銅電極９が抵抗体１０の厚さ方向の突出
部分を完全に覆った実施例であるが、銅電極９の均熱効
果により、電極端部での電圧集中現象の防止効果を第２
図の構造の発熱体より高めたものである。ここで、電極
１１側に鉄板等の熱負荷体を貼り付けると、！極端部で
の電圧集中現象は、さらに高出力にしても発生しない安
全で高寿命の発熱体となるばかりでなく、酸素、湿度等
も抵抗体に透過しない、耐熱・耐湿特性の優れた発熱体
を提供するものである。また、第５図は亜鈴形状の正抵
抗温度係数抵抗体１２の両面に一対の電極１３゜１４を
配したものであり、加工、熱等に対する応力の緩和に効
果的である。

この他、第６図のように中央部分を突出させた抵抗体１
５の両面に電極１６．１７を構成するものであってもよ
く、この場合、発熱量や分布の調整にも有効である。ま
た、第７図のように片側のみ突出させた抵抗体１８の両
面に電極１９．２０を構成するものであってもよく、第
８図のように、抵抗体２１中に電極２２を構成し、下方
に電極２３を構成するものであってもよい。

このように、本発明の発熱体の構造は、厚さ方向に突出
した部分を有する薄厚杖正抵抗温度係数抵抗体の両面に
一対の電極体を構成したものであればどのようなもので
あってもよいが、さらに好ましくは、一対の電極間距離
が適宜設定された距離より離れていない有効発熱部分と
非有効発熱部分との境界の近傍部分の抵抗体をこの厚さ
方向に突出させるのが前記電圧集中現象の防止には効果
的である。また、こうした構造においては、電極のエツ
ジ、パリ等の尖った部分での電界の集中を抑制できると
いうメリットも有するものであり、さらに高い安全性を
提供するものである。第９図は、抵抗体２４の両面に電
極２５．２６が構成されているが、抵抗体２４の突出部
分にはＮ極２５は存在しないが、この上に絶縁材料２７
．２８を外挿した後に、アルミニウム箔２９をさらに貼
り付けることによっても前記電圧集中現象の防止に同様
の効果を奏するものである。

ところで、正抵抗温度係数抵抗体を構成する材料として
は、低密度ポリエチレン、中密度ポリエチレン、高密度
ポリエチレン、リニアポリエチレン、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、アイオノマ
ー、ポリプロピレン、ポリアミド、ポリ弗化ビニリデン
、ポリエステルさらにはアクリル酸やマレイン酸等の有
機Ｍ変性ポリエチレン等の結晶性重合体とサーマルブラ
ック、ファーネスブラック、チャンネルブラック、アセ
チレンブラック等のカーボンブラックの中で顕著な正抵
抗温度特性を示す導電材料との適宜な組合せであってよ
く、さらに他の材料を加えたものであってもよい、しか
しながら、経時的に不安定な抵抗体材料では、本発明構
造の突出部分の体積固有抵抗の低抵抗化により前記効果
も減少することもありうるが、導電性微粉末を結晶性重
合体中に混合分散した後に架橋し、さらに細分化した導
電性微粒子を他の樹脂材料に混合分散することにより、
導電性微粉末を動きに＜（シ、抵抗安定性を高めること
により、さらに上記安全性、並びに性能を高めることが
できる。また、結晶性重合体に有機酸変性の官能基をも
たせることにより、銅、銅合金等の金属電極との接着性
を高めることができ、これにより電極と抵抗体との密着
性が向上するために、均熱効果も増すため、さらに上記
に記した電圧集中等に対する安全性を高められる。

次に、第１０図は本発明の発熱体の製造方法に関する実
施例を示す図である。正抵抗温度係数抵抗体３０は一定
間隔で厚さ方向の突出部分を有するように、大面積に、
あるいは長尺に加工され、これと同時に、あるいはこの
後に電極３１．３２がこの抵抗体３０の形状に追従させ
て接着加工される。この後、矢印Ｖｌ、Ｖ２で示される
突出部をこの矢印方向に垂直に切断することにより、第
１図、第２図に示される発熱体と酷似した発熱体を複数
個同時に加工することが可能であり、この切断端面ば充
分な電極間距離が確保できているために、万一パリ等あ
っても、また加工歪があってもスパーク等起こることな
く極めて安全であり、かつ、高生産性が可能である。こ
の切断方向に関しては、抵抗体３０の厚さ方向に限られ
ることなく、矢印Ｈ方向に水平に切断した後、Ｖｌ、Ｖ
２方向に垂直に切断してもよ（、この場合は、切断パリ
方向も一対の電極間方向にならないため、さらに安全に
なる。また、Ｈ方向と垂直に、かつ水平面方向に切断す
ると、上方の電極が複数個になるが、この複数個の電極
相互の電極間距離は充分な距離を確保することが可能で
あり、また切断パリ方向も一対の電極間方向にならない
ため、抵抗体の少なくとも一方の面上に複数個の電極を
構成する新たな高機能の安全な発熱体の製造方法をも提
供するものである。

発明の効果 以上に述べてきたように、高出力・高温度の正抵抗温度
係数発熱体を実現する場合等に、この−対の電極は互い
に非常に接近させることが必要となるが、この端部等の
電極接近部分では、特に、湿気、気圧、さらには電極端
面のパリ・歪等によっては空中放電し発煙、発火に至る
危険性を有していた０本発明では、こうした危険性を有
する部分の抵抗体をこの厚さ方向に突出させることによ
り、この危険性を防止し、またこの部分で生ずる電圧集
中による抵抗体劣化、電極端部より生ずる電界集中等を
抑制するばかりでなく、機械的な応力緩和にも効果を奏
するものである。さらにはこうした多くの効果を高生産
可能な闇易な構造で実現させたものである。こうして、
長期にわたる優れた性能、及び安全性を実現し、高出力
で長寿命の正抵抗温度係数発熱体を供するものであり、
実用上極めて有利なものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の正抵抗温度係数発熱体の斜
視図、第２図は同発熱体の断面図、第３図は同発熱体の
表面温度の経時的変化を示す特性図、第４図〜第９図は
本発明の他の実施例の正抵抗温度係数発熱体の断面図、
第１０図は本発明の正抵抗温度係数発熱体の製造方法の
一実施例を示す断面図、第１１図は従来の正抵抗温度係
数発熱体の断面図、第１２図は従来の正抵抗温度係数発
熱体の斜視図である。 ４、１０．１２．１５．１８．２１．２４．３０．・・
・・・・正抵抗温度係数抵抗体、５．　６．　９．１１
．１３．１４．１６１？、　１９．２０．２２．．２３
　、２５．２６．３１．３２・旧・・電極、？、　　８
．２７．２８・・・・・・絶縁材、２９・・・・・・ア
ルミニウム板。 代理人の氏名　弁理士　粟野重孝　はか１名◆−− １０，ｒ２．Ｉ５．ＩＩｌ、；！Ｉ　−−正廊鐵窩盾係
曹匙ｍ停 正Ｉ！ｃ汎１度派曹匙抗体 第１２図 通電晴間　ｘＩ） ２◆−− １Ｓ、Ｉ’６− 乙２８−・ ｆｆ＝ 正ａ虞ｉ度ｆ糸敢す杭滲 ｔ　　鍮 絶ｌＲ材 アルミニウム仮 ｊＯ−一正＆ｊ［ｆｆｉ＋＆ｆ＆ｉ体

Claims (12)

【特許請求の範囲】
1. （１）導電性微粉末と結晶性重合体よりなる薄厚状の正
   抵抗温度係数抵抗体と、こ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を備え、前記抵抗体はこの
   厚さ方向に突出した部分を有する正抵抗温度係数発熱体
   。
2. （２）一対の電極体が抵抗体の厚さ方向において重合す
   る部分と重合していない部分との境界部分、あるいは重
   合する電極体端部分の近傍の抵抗体をこの厚さ方向に突
   出させた特許請求の範囲第１項記載の正抵抗温度係数発
   熱体。
3. （３）抵抗体は長尺であり、この幅方向の少なくとも一
   方の端部において抵抗体材料がこの厚さ方向に突出した
   部分を有し、この突出した部分の少なくとも一部を電極
   体で覆った特許請求の範囲第１項あるいは第２項記載の
   正抵抗温度係数発熱体。
4. （４）抵抗体の突出部分の、この厚さ方向の突出距離は
   一対の電極間距離の１０％以上の長さである特許請求の
   範囲第１項〜第３項のいずれか一つに記載の正抵抗温度
   係数発熱体。
5. （５）抵抗体とこ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の構成体を電気絶縁材料で外装し、
   さらにこの抵抗体の突出部分の少なくとも一部を金属板
   で覆った特許請求の範囲第１項〜第４項のいずれか一つ
   に記載の正抵抗温度係数発熱体。
6. （６）抵抗体の断面形状は亜鈴形状に近い形状である特
   許請求の範囲第１項〜第４項のいずれか一つに記載の正
   抵抗温度係数発熱体。
7. （７）導電性微粉末は結晶性重合体中に混合分散された
   後架橋され、さらに細分化されてなる特許請求の範囲第
   １項〜４項のいずれか一つに記載の正抵抗温度係数発熱
   体。
8. （８）結晶性重合体の少なくとも一部が有機酸変性の官
   能基を有する重合体である特許請求の範囲第１項〜第４
   項のいずれか一つに記載の正抵抗温度係数発熱体。
9. （９）正抵抗温度係数抵抗体の体積固有抵抗値が１０３
   Ωｃｍよりも高抵抗値である特許請求の範囲第１項〜第
   ４項のいずれか一つに記載の正抵抗温度係数発熱体。
10. （１０）正抵抗温度係数抵抗体の厚さが１ｍｍ以下であ
    る特許請求の範囲第１項〜第４項のいずれか一つに記載
    の正抵抗温度係数発熱体。
11. （１１）導電性微粉末と結晶性重合体よりなる薄厚状の
    正抵抗温度係数抵抗体と、こ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を備え、前記抵抗体はこ
    の厚さ方向に突出した部分を有しており、前記抵抗体と
    この厚さ方向に電圧を印加すべく設けられた一対の電極
    体との構成体を長尺あるいは大面積に加工した後この抵
    抗体の突出部分で適宜な大きさに切断されてなる正抵抗
    温度係数発熱体の製造方法。
12. （１２）抵抗体の突出部分を電極体の面方向に切断され
    てなる特許請求の範囲第１１項に記載の正抵抗温度係数
    発熱体の製造方法。