JPH03269982A - 正抵抗温度係数発熱体 - 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、有機
材料を基材とした正抵抗温度係数発熱体に関する。

従来の技術 従来の正抵抗温度係数発熱体は、例えば特公昭５７−４
３９９５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。

特に大きな電力密度が要求される場合においては、有機
材料を基材とする発熱体は熱伝導率が不十分であるため
に、熱を取り出すことができないばかりか、局部的な熱
の集中により発熱体自体が破壊する現象が発生し、高出
力化は困難であったが、その解決策として特公昭６２−
５９５１５号公報に示されているように、一対の電極間
距離を互いに極端に接近させて、熱抵抗を大幅に低減さ
せた近接電極構造とされている。第３図に示すように互
いに接近して設けられた一対の平行な平板電極ｌ、２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
た正抵抗温度特性の抵抗体３を配した構成である。

発明が解決しようとする課題 しかしながら上記の従来の構成では、電極間距離を互い
に極端に接近させた近接電極構造であるので電極間の抵
抗体材料に下記の問題点を有していた。

（１）近接電極構造で一般家庭用の１００Ｖの電圧に対
応するためには、１０”〜１０’Ω口の半導体領域の体
積固有抵抗値の抵抗体を形成する必要があるが、この抵
抗値領域は導電性微粉末の添加量に対する抵抗値の依存
性が極めて大きく、−船釣な加工方法では抵抗値の微妙
な調整が困難である。また、導電性微粉末が少いので、
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近傍の急激な体積膨張のみによっ
て制御されるだけではなく、より低温域の熱膨張内部応
力、熱応力等の影響も受けるようになり、正抵抗温度特
性に望ましくないゆらぎ現象が発生する。

（２）近接電極構造で一般家庭用の１００Ｖの電圧に対
応するためには、１ｋＶ〜５ｋＶ／ｃｍレベルの電圧勾
配に余裕をもって耐える必要があり、また、異極間に並
列に接続された抵抗体のどの異極間においても抵抗特性
の異常による電圧破壊を防止しなければならないが、−
船釣な加工方法では抵抗特性を微細な部分まで均一にす
ることは困難である。

（３）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、短い寿命特性であ
ったり、異常過熱、発煙、発火等の危険性がある。

本発明は、上記従来の問題点を解決するもので、半永久
的な長期使用に耐え高出力で高信頼性の正抵抗温度係数
発熱体を提供することを目的とする。

課題を解決するための手段 この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、結晶性重合体と導電性微粉末を主成分とする導
電性＆ｌＩ戒物を有機過酸化物で架橋した後に細分化し
、さらに、親水基と疎水基とを同時に持つ両親媒性物質
を表面処理した導電性組成物微粉末を結合樹脂で分散状
態に保持した正抵抗温度係数抵抗体と、一対の金属箔電
極と絶縁外装材を備えた構成を有している。

作用 この構成によって導電性＆ｌＩ威物微粉末が、直列およ
び並列結合の抵抗ネットワークを構成するので高い体積
固有抵抗値を示し親水基と疎水基とを同時に持つ両親媒
性物質で形成された導電性組成物微粉末の表面の高分子
有機質の被膜によって、高充填状態で均一分散が良化さ
れると共に、結合状態が安定化し、接触界面の接触抵抗
が低減されこれらの相乗作用によって、抵抗ネットワー
ク経路中の不安定個所は大幅に低減し、電圧集中印加に
よるミクロ的な破壊現象の進行を防止することとなる。

実施例 以下、本発明の一実施例について図面を参照しながら説
明する。第１図に示すように、厚さ０４６−の正抵抗温
度係数抵抗体４の上下面に金属箔電極５．６を装着して
、両者を絶縁外装材７．８で覆った構成の発熱体に１０
０ｖを印加して、発熱させるには、固有抵抗値が１０’
Ω０レベルを上回る高抵抗領域の正抵抗温度係数抵抗体
４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’Ω備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増大することになり安定な材料とな
らない。以下に安定な材料とした正抵抗温度係数抵抗体
組成物の実施例及び比較例を示し、さらに詳しく本発明
について説明する （実施例１） 結晶重合体の低密度ポリエチレン４５部と導電性微粉末
のファーネスブラック５５部を１４５°Ｃの加熱ミキシ
ングロールで混練しつつ、架橋剤としてジクミールバー
オキサイドを前記混線物１００部に対して３．５部添加
し、十分に分散させた混線物をシート状に取り出した後
、１６０℃で１時間の熱処理を施すことによって架橋反
応を完了させる。さらに、冷凍粉砕によって平均粒子径
７０１１ｍの導電性組成物微粉末とする。この導電性組
成物微粉末１００部を高速混合ミキサーで混合しつつ、
トルエンで希釈したチタネート系カップリング剤（味の
素株式会社製ＫＲＴＴＳ、イソプロピルトリイソステア
ロイルチタネート）を２部添加し、１０分間混合して表
面処理を完了する。表面処理した導電性組成物微粉末６
４部と高密度ポリエチレン３６部を１６０°Ｃの加熱ミ
キシングロールで混練した正抵抗温度特性抵抗棒組放物
の厚さ０．６ｍのシートの上下両面に銅箔電極を２００
℃の熱ブレスで積層する０次いで、ポリエステルフィル
ム／アイオノマー樹脂積層フィルムで熱融着して外装し
、１７０°Ｃで３時間のアニールを施し、第１表の実施
例１に示す所定の抵抗特性を有する正抵抗温度係数発熱
体とする。

実施例１について常用１００　Ｖに対して１５０　Ｖの
過電圧を印加し、断続通電試験を実施しその試験結果を
第２図に示した。第２図の実施例１のグラフから分るよ
うに５５００　ｈ時点においても温度の低下傾向が見ら
れなかった。これは過電圧下での試験結果であり、抵抗
体組成物の抵抗ネットワーク経路中の不安定個所に集中
印加されるエネルギは数倍に達するものであることを考
慮すると、実用状態においては、相当長期の寿命の保証
を可能とするものである。このように、導電性組成物微
粉末のチタネートカップリング剤処理は寿命特性の改善
に効果があるといえる。

（実施例２） 実施例１のチタネート系カップリング剤に代えてアルミ
ニウム系カップリング剤（味の素株式会社製ＡＬ−Ｍ・
アセトアルコキシアルミニウムジイソプロピレート）を
用いて表面処理した導電性組成物微粉末６８部と高密度
ポリエチレン３２部に組成比率を変更する以外は、実施
例１と同一の配合と加工条件で第１表の実施例２に示す
所定の抵抗特性を有する正抵抗温度係数発熱体とする。

第１表の抵抗特性からアルミニウム系カップリング剤は
チタネート系に勝るとも劣らない分散性改善効果を保有
していることが分る。また、正抵抗温度特性抵抗体を１
８０度折り曲げても、クラックの発生の気配はなく、高
充填にもかかわらず強靭性が相当改善される。実施例１
と同様の断続通電試験による寿命特性に関しても、第２
図の実施例２のグラフから分るようにアルミニウム系も
チタネート系と同等もしくはそれ以上寿命特性改善効果
を有するようで、５０００　ｈ時点においても温度の低
下傾向は全く見られていない。これは強靭性を低下させ
ずに導電性組成物微粉末の充填率を高めることができた
ために、抵抗ネットワークがより細分化かつ高密度化さ
れ、発熱のポイントが飛躍的に増大し、ミクロな電圧ス
トレスを均等分散することができたことの効果と思われ
る。

（実施例３） 実施例１の高密度ポリエチレンに代えて、チタネート表
面処理を施した無定形ソフトシリカ（イムシルに、ＫＲ
−３８３処理）を２０ｐｈｒ添加したシリカ添加高密度
ポリエチレンを無機フィラーとして用いて正抵抗温度特
性抵抗棒組放物とする以外は実施例１と同一の配合と加
工条件で第１表の実施例３に示す所定の抵抗特性を有す
る正抵抗温度係数発熱体とする。高密度ポリエチレンの
ように官能基の乏しい材料の場合、無機フィラーの添加
は抵抗体内部のミクロな界面破壊を促進するために、導
電経路が徐々に崩壊し、寿命が著しく短くなる等、逆効
果の場合が多いが、チタネート表面処理をしたシリカを
フィラーとすると高密度ポリエチレンに対する親和力の
改善に極めて有効で、熱伝導率の向上による高出力化と
抵抗値の安定化ができるようになる。実施例１と同様の
断続通電試験による寿命特性に関しても、第２図の実施
例３のグラフから分るように、５０００　ｈに至るまで
の温度の増減が最も少なく、信頼性の改善効果は極めて
高いものとなる。

以下余白 第１表 （比較例） 実施例と同一の配合と加工条件で作成した表面処理をし
ないままの導電性組成物微粉末６０部と高密度ポリエチ
レン４０部で実施例１と同一の加工条件で、第１表の比
較例で示す所定の抵抗特性を有する正抵抗温度係数発熱
体とする。実施例１と同様の断続通電試験による寿命特
性では、第２図の比較例のグラフから分るように２５０
０　ｈ後に温度が低下しライフエンドの様相を示す。

なお、導電性組成物微粉末を表面処理する両親媒性物質
としては、ここに記したものに限定されるものではなく
、チタネート系であればイソプロピルトリドデシルベン
ゼンスルフォニルチタネート、イソプロピルトリオクタ
ノイルチタネート等、多くの材料が利用可能である。ま
た、結晶性重合体としても、中密度ポリエチレン、高密
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。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、結合樹脂と
しては、上記の結晶性重合体が利用できるだけではなく
、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、結晶性重合体と結合樹脂を同一の材料から選定
することも可能である。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有利である。一般に
は、電極との接着性が重要であり、その場合には結合樹
脂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。

一方、無機フィラーを表面処理するカップリング剤とし
ても、チタネート系のみならず、アルミネート系も有効
である。またシリカ系の無機フィラーに対しては、シラ
ン系のカップリング剤も有効である。

発明の効果 以上の実施例の説明からも明らかなように、本発明は、
結晶性重合体と導電性微粉末を主成分とする導電性組成
物を有機過酸化物で架橋した後に細分化し、さらに親水
基と疎水基を同時に持つ両親媒性物質を表面処理した導
電性組成物微粉末を結合樹脂で分散状態に保持した正抵
抗温度係数抵抗体と一対の金属箔電極と絶縁外装材を備
えた構成により高出力で信頼性が高く、長寿命特性の優
れた正抵抗温度係数発熱体を実現できるものである。

【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図は本発明の実施例１、実施例２、実施例３
及び比較例の寿命特性を表すグラフ、第３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・・・・
・・金属箔電極、７，８・・・・・・絶縁外装材。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）結晶性重合体と導電性微粉末を主成分とする導電
   性組成物を有機過酸化物で架橋した後に細分化し、さら
   に、親水基と疎水基を同時に持つ両親媒性物質で表面処
   理した導電性組成物微粉末を結合樹脂で分散状態に保持
   した正抵抗温度係数抵抗体と、前記抵抗体組成物と一体
   に成形される一対の金属箔電極と、絶縁外装材を備えた
   正抵抗温度係数発熱体。
2. （２）導電性組成物微粉末あるいは結合樹脂、もしくは
   その双方に無機フィラーを添加した請求項１記載の正抵
   抗温度係数発熱体。