JPH0218902A - 正抵抗温度係数発燃体 - 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
温度係数を有す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 従来の正の抵抗温度係数をもつ正抵抗温度係数発熱体は
、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６２−５９５１５
号公報や第３図に示すように一対の電極間距離を互いに
接近させて構成する方法が講じられた。第３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じては非常に優れて
いたが、カーボンブラン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、充
分な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。また、体積固有抵抗値も従来の１０’〜１０
２Ω口に対して、１０３〜１０５Ω備の半導体領域が必
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、より低温域の熱
膨張、熱収縮等による各種構成材料の熱応力によると想
定される不安定な成分が飛躍的に増大することにより、
極めて不安定な特性になった。

さらに経時変化において、結晶性重合体の結晶成長、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、温度と電力の安定性に欠け、非常に短い発熱
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
固有抵抗値１０″Ω口以上の有用な正抵抗温度係数発熱
体を作り出すことができなかった。

本発明はかかる課題を解消し、実用に耐え得る優れた抵
抗安定性を実現できる正抵抗温度係数発熱体の材料構成
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、結晶性重合体組成物中に導電性微粉末を分散し
てなる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てなる粒子状導電性組成物を結着性
重合体組成物に混合分散して形成された正抵抗温度係数
抵抗体組成物と、前記組成物と一体に成形される一対の
電極体と、これら全体を被覆する絶縁外装材とからなり
、アニール処理を施した後に電子線もしくは有機過酸化
物等で架橋されてなる抵抗体部分を備えたものである。

作用 上記構成は、正抵抗温度係数抵抗体の材料構成を結晶性
重合体中に導電性微粉末を高比率で分散される部分と殆
ど分散されていない部分とに分離して、両者を海島状に
配してなる構成にするものであり、結晶性重合体中に導
電性微粉末を混合分散してなる導電性組成物を架橋し細
分化してなる粒子状導電性組成物は、前者の部分であり
、体積固有抵抗値がｌＯ°Ωルベルであってよく、極め
て安定しており、また電子線もしくは有機過酸化物によ
って架橋されているために、導電性微粉末は粒子状導電
性組成物中で確実に固定されて、経時的にも安定した抵
抗特性を示すことが可能となる。しかし、特に後者の部
分の結晶性重合体における発熱による融点近傍での比容
の急激な増大、機械物性の低下、結晶状態の変化等によ
って経時的に粒子状導電性組成物相互の網目状ｍ織に微
細な変位が生じ、アニール時の粒子状導電性組成物の凝
集構造が破壊され、導電経路減少することになり高抵抗
化していくが、この部分を架橋することにより、融点近
傍での比容の急激な増大、機械物性の低下、結晶状態の
変化等による導電経路の減少メカニズムを大幅に安定化
するため、極めて安定した抵抗値を保持することが可能
となる。こうして、体積固有抵抗値１０３Ω備以上にお
よぶ高抵抗値領域の正抵抗温度係数抵抗体の抵抗値の安
定性を図ることができ、高出力の正抵抗温度係数発熱体
が実現できる。

実施例 以下、本発明の一実施例を添付図面にもとづいて説明す
る０本実施例の正抵抗温度係数発熱体は、例えば、第１
図に示すように厚さ１ｆｉの正抵抗温度係数抵抗体４の
上下面に金属網電極５，６が装着され、さらに両者を外
装材７．８によって外装されている。第１図のような構
成の発熱体において１００ｖを印加し、発熱を得るため
には、固有抵抗値が１０４Ωルベルを上回る高抵抗領域
の正抵抗温度係数抵抗体が不可欠である。結晶性重合体
組成物に導電性微粉末を１０’ΩＧ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安定な材料とはなり
得ない、そこで、正抵抗温度係数抵抗体４は次の手順に
より作製した。

まず、高密度ポリエチレン５０部とファーネスブラック
５０部を加熱ミキシングロールで混練しつつ、架１　剤
としてジクミールパーオキサイドを混練物１００部に対
して３．５部添加し、熱処理を施すことによって架橋反
応を完了させた後に、冷凍粉砕によって平均粒子径７０
μｍの粒子状導電性組成物を得た。その後、この粉砕物
を高密度ポリエチレン中にカーボンブラック組成比３０
％の比率で混練した後、２００℃の熱プレスで！Ｉｉ４
網／抵網体抵抗体／銅網構造体を作製した。これを１９
０℃の窒素雰囲気中で３時間のアニールを施した後、電
子線を１０ＭＲａｄ照射して架橋した０次いで、ポリエ
ステルフィルムで外装し、所定の抵抗特性を有する正抵
抗温度係数発熱体を得た。なお、この本発明の有効性を
調べるために、以下の表に示す材料組成組合せにおいて
も上記のように加工しサンプルを得た。これらのサンプ
ルについて通電試験を行い、その発熱温度の変化を比較
した。なお、各組成についてはカーボンブラックの組成
比を調整することにより体積固有抵抗値を調整し、通電
モードについては温度サイクルによる促進要因を加味す
るために１０分毎の断続通電による評価としている。

表１において寛２〜４が本発明例に基づくものであり、
Ｎ１２が本実施例である０表から明らかなように、結着
性重合体部分を架橋することにより長寿命化が得られて
いることは明らかである。また結着性重合体の種類によ
らず、長寿命化が可能である。が、結晶性重合体と結着
性重合体とは親和性が高い方が良好であり、柔軟性を付
与するためにエラストマを結着性重合体に用いる場合に
は、結晶性重合体と同一の結晶性重合体を結着性重合体
に添加すると、特に良い結果が得られる。

これは、粒子状導電性組成物の一個一個が正抵抗温度係
数抵抗体であり、その連鎖によって所定の抵抗値が得ら
れるわけであるが、抵抗値の一部は粒子状導電性組成物
同志の結合部分にあるものと考えられ、その部分の抵抗
値の安定化を図ることが重要であることを示している。

すなわち、粒子状導電性組成物同志の結合部分は架橋さ
れているとはいっても、極めて薄い層ではあるが、一部
は結着性重合体との混合組織となっており、その混合組
織部分をアニール後に架橋することにより、抵抗値の安
定化が図れるものと考えられる。したがって、結晶性重
合体と結着性重合体とが同一の材料の方が粒子状導電性
組成物同志の結合部分の相溶性が改善され、架橋後の組
織の安定度が高まるものと考えられる。柔軟性を要求さ
れる場合には、結着性重合体として、エラストマ成分と
粒子状導電性組成物中の結晶性重合体との併用が望まし
い。こうして高抵抗値領域の正抵抗温度係数抵抗体にお
いても、長時間にわたる抵抗値の安定化を図ることがで
き、高出力の正抵抗温度係数発熱体が実現できるように
なる。

なお、結晶性重合体としては、ここに記したものに限定
されるものではなく、低密度ポリエチレン、中密度ポリ
エチレン、ポリブテン、ポリプロピレン、ポリメチルペ
ンテン、ポリアミド、ポリエステル、ポリフッ化ビニリ
デン、さらには、アクリル酸やマレイン酸等の有機酸グ
ラフト結晶性重合体、エチレン・エチルアクリレート等
の共重合体あるいはアイオノマ等の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。そして特に有用な材料
として、カルボキシル基を含有するアイオノマ、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
、マレイン酸等をグラフトしたポリエチレンやポリプロ
ピレン等があげられる。これらの材料は導電性微粉末と
の親和性や架橋時の反応性に優れているだけでなく、電
極との接着性を確保するためにも非常に存利である。一
般には電極との接着性が重要であり、その場合には結着
性重合体にカルボキシル基を含む材料を選定することが
望ましい。結着性重合体としては、結晶性重合体と同一
の材料に加えて、ニトリルゴム、ブチルゴム、アクリル
ゴム等の各種エラストマ、ポリエステル等の各種樹脂、
各種熱可塑エラストマ等、極めて多くの材料の中から選
定可能である。そして、結晶性重合体との併用が特に推
奨される。

発明の効果 以上に述べてきたように、正抵抗温度係数抵抗体材料を
非常に接近した電極間で発熱させることにより高出力化
を達成しようとする場合に、半導体領域に近い固有抵抗
値を有する正抵抗温度係数対抗体材料が必要となるが、
単に、組成比を調整しただけでは導電性微粉末同志の接
触点の数が大幅に減少するために、抵抗温度特性は結晶
性重合体の融点のみによって制御されるだけではなく、
より低温度域の熱膨張、熱収縮等による各種構成材料の
熱応力によると想定される不安定な成分が飛躍的に増大
することになり、極めて不安定な特性になり、非常に短
い発熱寿命であったり、異常過熱、発煙、発火等の危険
性を有していたが、本発明の正抵抗温度係数発熱体は、
こうした課題を解決するものである。すなわち、架橋に
より導電性微粉末を粒子状導電性組成中に固定し、また
、この粒子状導電性組成物同志の微細な結合部分をさら
に架橋することにより、高固有抵抗値ながら、長期にわ
たる抵抗値の安定性に優れた正抵抗温度係数抵抗体組成
物を実現し、この組成物を応用することにより、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図は従来の正抵抗温度係数発熱体の斜視図で
ある。 ４・・・・・・正抵抗温度係数抵抗体、５．６・・・・
・・金属網電極、７．８・・・・・・外装材。 代理人の氏名　弁理士　粟野重孝　ばか１名第１図 第２図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
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
   後細分化してなる粒子状導電性組成物を結着性重合体組
   成物に混合分散して形成された正抵抗温度係数抵抗体組
   成物と、前記組成物と一体に成形される一対の電極体と
   、これら全体を被覆する絶縁外装材とからなり、アニー
   ル処理を施した後に電子線もしくは有機過酸化物等で抵
   抗体部分を架橋されてなる正抵抗温度係数発熱体。