JPH0465507B2 - - Google Patents

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等とし
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
した抵抗体組成物が顕著なPTC特性を示すこと
が知られていて、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５図に示すように、熱伝導性の良好なア
ルミナ焼結体から成る電気絶縁基板１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２を密着して構成し、そ
の両端部に１対の電極３ａ，３ｂを設ける等の対
策が講じられていた。（特公昭55−40161号公報） 発明が解決しようとする問題点 このような、従来の高電力密度PTC発熱体で
は均熱板が不可欠であつて、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。また、均熱板があつて
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
めの十分な余裕がなかつた。さらに、アルミナ焼
結体のようなセラミツ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つたり、最大加工
寸法の制約から一体で構成される発熱体の寸法形
状にも限界があつた。セラミツク系の均熱板に代
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イルム等の電気絶縁板との
貼り合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まわる均熱効果を得
ることは困難であり、大きな電力密度を得ること
ができなかつた。

このように、従来の高電力密度PTC発熱体は
均熱板に起因する諸問題が山積していて、これ以
上の発展の余地がなかつた。

問題点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
要であつた。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。さら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、有効発熱部がほとんどなく
なつてそれ程大きな電力密度が得られないことが
わかつた。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５mm以下であれば極端な電
圧集中現象は観測されなかつた。また、厚さ１mm
以下では、大きな放熱負荷のもとに2W／cm²
（60deg昇温）の発熱時にも異常がみられなかつ
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３mm
以下、好ましくは１mm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解放され
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、取付け構造、加工方法等に関
する諸問題が山積し、実用に程遠い状態にあつ
た。代替手段としてチタン酸バリウム焼結体のよ
うなセラミツク系のPTC抵抗体を検討した結果
では、電力密度、耐熱性、耐電圧特性、熱伝導率
に優れ、小型の加熱ユニツトを構成するうえにお
いて基本的な問題点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
長尺加工といつた機能を満すことは困難であつ
た。これらの点から判断して、セラミツク系
PTC抵抗体は断念し、有機系PTC抵抗体を用い
た場合の諸問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、厚さが３mm以下、好まし
くは１mm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、生
産性と特性面において極めて優れているが、その
反面、極く微細な欠陥があつても焼損にまで至る
危険性をはらんがいる。その欠陥を作り得る重要
な要因として、リード端子の取り出し方法に関す
るものである。リード端子はPTC発熱体の電極
との電気的結合をはかるために、圧着、圧入、熱
容着等のいづれかの手段によつて接続されるが、
異極の電極間隔が接近していることと、抵抗体が
有機材料であることから、取り扱いを誤まると容
易に欠陥部分を作つてしまう。したがつて、導電
性接着剤でリード端子を結合する等、熱や外力の
加わらない方法が唯一の安全策であつたが、生産
性が極めて悪く、しかも、結合強度も不充分であ
つた。

問題点を解決するための手段 本発明は上記問題点を解決するため、結晶化高
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PTC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、
前記一対の電極体のいずれかの一部に削除部分を
設け、前記PTC抵抗体を介して前記削除部分に
対向する非削除電極部分にリード端子接続部を構
成してなるものである。

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、一対の接近して設けられた電極間に構
成されるPTC抵抗体は相当高抵抗であり、電極
間の最短経路において所定の発熱量が得られる
が、対向する電極が削除された部分においては、
削除開始点から、削除部分に入るにつれ、電流経
路が最短経路部分に比べて急速に遠くなり、殆ん
ど発熱しなくなる。この殆んど発熱しなくなつた
電流経路に抵抗値の異常部分が存在しても異常発
熱が発生することはあり得ないので、削除部分に
対向する側の電極に対しては、リード端子接続の
ためのあらゆる加工が可能となる。電極間隔が離
れている場合には、この削除寸法が相当大きくな
ければならないが、電極間隔が数ミリメートル以
下の場合には実用上の支障がない程度の削除寸法
に収めることができる。また、この方法は電極の
みの削除で良く、抵抗体部分はそのまま残しても
良いし、電極削除の時の切断しろとして抵抗体部
分を利用することもできる。また、電極が削除さ
れた後の抵抗体部分は異極電極との沿面距離をか
せぐ部分ともなり得る。

実施例 以下実施例を添付図面にもとづいて説明する。

実施例 １ 第１図において、４は厚さ0.3mmのPTC抵抗体、
５ａおよび５ｂは金属板から成る一対の電極であ
る。電極５ａの端部は削除されていて、その削除
部分に対向する位置の電極５ｂにリード線６が半
田７を介して設けられている。PTC抵抗体４は
0.3mmの薄肉であるから、電極５ａの削除開始点
から端部へ向つて0.3mm以上離れれば、電極５ｂ
からPTC抵抗体４を経て５ａへ流れる電流経路
が急速に遠くなる。したがつて、電極５ｂの端部
に半田７を施し、その時の加熱によつてPTC抵
抗体４の半田７に対応する部分が電気特性的に崩
壊しても、電極５ｂと５ａ間に異常電流が流れる
心配は皆無である。したがつて、半田７は低融点
半田を用いるとか、半田条件を厳密に管理する等
の対策を講じる必要は全くなく、強固な半田付処
理が可能である。また、半田の代りに、抵抗加熱
溶接やレーザ溶接のように瞬時に高温を発生する
方式も使用可能である。

実施例 ２ 第２図において、８は厚さ0.3mmのPTC抵抗体、
９ａおよび９ｂは金属板から成る一対の電極であ
る。電極９ａの一部は削除されていて、その削除
部分に対向する位置の電極９ｂにリード線１０が
半田１１を介して設けられている。PTC抵抗体
８は0.3mmの薄肉であるから、電極９ａの削除端
面から削除中央部へ向つて0.3mm以上離れれば、
電極９ａからPTC抵抗体８を経て、電極９ｂへ
流れる電流経路が急速に遠くなる。したがつて、
実施例１と同様に、半田付時の熱によつて半田１
１に対応する部分のPTC抵抗体８が電気的に崩
壊しても、何ら心配はない。また、半田付以外の
方式が使える点等、実施例１と同一である。

実施例 ３ 第３図において１２は厚さ0.3mmのPTC抵抗体
で、１３ａおよび１３ｂは金属板から成る一対の
電極である。PTC抵抗体１２と電極１３ａおよ
び１３ｂは第３図に示したような位置関係になる
ように接合加工されたもので、電極１３ａおよび
１３ｂの削除部分が接合時に同時に構成される構
造となつている。そして、リード線１４ａおよび
１４ｂがそれぞれ半田１５ａおよび１５ｂによつ
て電極１３ａおよび１３ｂに結合されている。こ
の場合も、実施例１、２と同様に、電極１３ａお
よび１３ｂの削除開始点から端部へ向つて0.3mm
以上離れれば安全領域であり、半田付の熱の影響
を受ける範囲をその中に留めておけば良い。

実施例 ４ 第４図において、１６は厚さ0.3mmのPTC抵抗
体で、１７ａおよび１７ｂは金属板から成る一対
の電極である。電極１７ａの端部は削除されてい
て、その削除された部分に対向する位置の電極１
７ｂに半田１８が設けられている。そして、１９
ａおよび１９ｂは全体を被覆する電気絶縁フイル
ムである。この構成は、電気絶縁フイルム１９ｂ
を半田ごてで溶かしつつ、半田１８とリード線と
の半田接続ができる点に特徴がある。その際、フ
イルム１９ｂを溶融するために、多少余分の温度
と時間が抵抗体１６に加わるが、このような場合
においても、電極１９ａの削除開始点から端面へ
向つて0.3mmまでの間の抵抗体１６に異常がない
限り何ら問題はない。また、絶縁フイルム１９ａ
および１９ｂを構成する場合に、半田１８を介し
て荷重が抵抗体１８に加わり、抵抗体１８が変形
して電極間隔が接近するといつた異常事態も避け
られるという効果もある。

発明の効果 以上述べてきたように、本発明によれば、リー
ド端子を構成する時の熱や荷重による局部的な抵
抗値や耐電圧特性の異常部分の発生を未然に防止
することが可能で、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発熱体を製造する
ことを可能とするものである。また、リード端子
接続のためのスペースを最小限に留めると同時
に、電極間の沿面距離を確保できる等の付加メリ
ツトもある。この結果得られるPTC発熱体は極
めて出力が大きく、生産性が高いものであり、従
来の有機系PTC抵抗体とセラミツク系PTC抵抗
体の長所のみを合せ持つ、画期的なものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例のPTC発熱体
の部分斜視図、第２図は本発明の第２の実施例の
PTC発熱体の部分斜視図、第３時は本発明の第
３の実施例のPTC発熱体の部分斜視図、第４図
は本発明の第４の実施例のPTC発熱体の部分断
面図、第５図は従来のPTC発熱体の斜視図であ
る。 ４，８，１２，１６……PTC抵抗体、５ａ，
５ｂ，９ａ，９ｂ，１３ａ，１３ｂ，１７ａ，１
７ｂ……電極、６，１０，１４ａ，１４ｂ……リ
ード線、７，１１，１５ａ，１５ｂ，１８……半
田、１９ａ，１９ｂ……絶縁フイルム。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 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薄肉正抵抗温度係数抵抗体
   と、前記抵抗体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、前記一対の電極
   体のいずれかの一部に削除部分を設け、前記
   PTC抵抗体を介して前記削除部分に対向する非
   削除電極部分にリード端子接続部を構成してなる
   正抵抗温度係数発熱体。 ２ 薄肉正抵抗温度係数抵抗体の厚さが３mm以下
   である特許請求の範囲第１項記載の正抵抗温度係
   数発熱体。 ３ リード端子接続部が金属の溶融による接続を
   可能とする構成である特許請求の範囲第１項記載
   の正抵抗温度係数発熱体。 ４ リード端子接続部に半田層を構成し、前記半
   田層を含む前記電極体および前記抵抗体の全体を
   電気絶縁樹脂層で外装してなる特許請求の範囲第
   １〜３項のいずれか一つに記載の正抵抗温度係数
   発熱体。