JPH05114465A - 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】 【目的】 安全でしかも長寿命を実現できる高出力の正
抵抗温度係数発熱体とその製造方法を提供する。 【構成】 シート状の正抵抗温度係数抵抗体４の両面に
一対の電極体５，６を配設し、抵抗体４の厚さ方向の投
影面で前記一対の電極体５，６が重合しない部位に抵抗
体４中の結晶性重合体の融点よりも低い融点を有する高
分子材料を含有させた被覆体７を設け、これらを外装材
８で外装する。 【効果】 ホットゾーン等の危険性を防止し、安全でし
かも信頼性の高い高出力の正抵抗温度係数発熱体を実現
できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【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およびその
製造方法に関する。

【０００２】

【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５７−４３９９５号公報や特公昭５５−４０１６
１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一定の温度に自己制
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
温度分布を一様にし、ホットゾーン等の異常を防止する
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６２−５
９４１５号公報や図４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。図４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、そ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。

【０００３】

【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、抵抗発熱する
部位を両面より電極で覆う構造となるため、電極と抵抗
体との接触面積も大きく、電極と抵抗体との界面部や電
極端部に熱応力が集中し、電圧集中によるホットゾーン
が発生することにより、抵抗体の損傷等が進み、寿命が
低下することがあった。また、電極間隔が非常に接近し
ていることにより、特に異極電極端部において、結晶性
重合体の劣化、さらには、結晶性重合体の劣化に伴うマ
イクロクラック等が生じた場合など、湿気、気圧、さら
には電極端面のばり等によっては空中放電、耐電圧破壊
し、発煙、発火に至る危険性も有していた。発熱体とし
ては、ライフエンド時までの安全性を図っていくことが
最優先となるが、こうした安全性のメカニズムに関して
は明確になっておらず、異常過熱、発煙、発火等の危険
性のない、安全でしかも長寿命な高出力の正抵抗温度係
数発熱体を作り出すことができなかった。

【０００４】本発明はこのような従来の問題点を解決
し、長寿命で安全性の高い正抵抗温度係数発熱体とその
製造方法を提供することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
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シート状の正抵抗温度係数抵抗体
と、その正抵抗温度係数抵抗体の厚さ方向に電圧を印加
するために設けられた一対の電極体と、前記正抵抗温度
係数抵抗体および前記一対の電極体を外装する外装材と
からなり、前記正抵抗温度係数抵抗体の厚さ方向の投影
面で前記一対の電極体が重合しない部位に前記結晶性重
合体の融点よりも低い融点を有する高分子材料を含有さ
せた被覆体を設けている。

【０００６】

【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、正抵抗温度係数抵抗体は、主として、導電性
微粉末と結晶性重合体との組成により、導電性微粉末に
よる無数の連鎖が形成され、抵抗値が決定されるが、こ
の結晶性重合体の融点よりも低い融点の高分子材料が拡
散されると、導電性微粉末による連鎖に不導通部を形成
し、電気抵抗を高抵抗化していくことになる。本発明の
場合、正抵抗温度係数抵抗体の厚さ方向の投影面で前記
一対の電極体が重合する部位が有効発熱部であり、この
部位は温度分布も一様であり、金属材料等よりなる電極
体で覆われているために劣化しにくく、ホットゾーン等
の異常も発生しにくい。一方、重合しない部位は温度分
布も良好でなく、初期的には、ほとんど発熱に寄与しな
いが、導電性微粉末の凝集、再配列等により経時的に低
抵抗化し、ホットゾーン等の異常が発生することがあ
る。この部位に前記抵抗体の結晶性重合体の融点よりも
低い融点を有する高分子材料を含有させた被覆体を導入
することにより、この周辺の前記抵抗体の体積固有抵抗
を経時的にも増大させ、ホットゾーン等の異常過熱、発
煙、発火等の危険性を防止することになる。さらには、
こうした異常過熱を防止するために、この部位の前記抵
抗体の劣化をも抑制することになる。

【０００７】

【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、図１の斜視図、図２の断面図に示すように、厚さ
０．５mmの正抵抗温度係数抵抗体４の上下面に電極体
５，６が接着され、抵抗体４の厚さ方向の投影面で、電
極体５，６が重合しない部位に、被覆体７を密着して構
成し、さらに、これらを外装材である電気絶縁層８で外
装している。正抵抗温度係数抵抗体４は、主として、導
電性微粉末としてのファーネスブラックと高密度ポリエ
チレンと混練加工等することによって得られる。被覆体
７は抵抗体４の高密度ポリエチレンの融点である１３０
℃よりも低い９９℃融点のアイオノマー樹脂を同時押出
加工することにより形成した。図２に示すように、被覆
体７は電極体５，６が重合しない部位に形成され、加工
時、アニール時に、この被覆体が溶融し、この周辺の抵
抗体４の体積固有抵抗を増大させるため、この周辺の部
位の発熱は無く、電極体５，６が重合する部位との境界
部位までも非発熱部となり、この部分を除いた電極体
５，６が重合する部位だけが発熱部となる。この部位は
温度分布がきわめて一様であり、金属材料等によりなる
電極体で覆われているために劣化しにくく、ホットゾー
ン等の異常も発生しにくく、きわめて安全となる。さら
に、この電極体５，６が重合しない部位は、導電性微粉
末の凝集、再配列等により経時的に低抵抗化し、ホット
ゾーン等の異常が発生することも考えられるが、この部
位に配する被覆体７が、特に異常発熱のあった場合など
は、経時的にも図２のＡ方向にも被覆体７のアイオノマ
ー樹脂が拡散していくので、この周辺の前記抵抗体４を
高抵抗化させ、異極間耐電圧性能を向上させるととも
に、ホットゾーン等の異常過熱、発煙、発火等の危険性
を防止することになり、さらにはこの部位の抵抗体の劣
化をも抑制することになり、長寿命で安全性の高い正抵
抗温度係数発熱体を実現するものである。本発明の有効
性を調べるために、この被覆体を構成したサンプル、構
成しないサンプルを加工し、実際に次の比較実験を行っ
た。

【０００８】この比較実験は１５０℃耐熱促進後に通電
評価する方法で行い、通電測定前には通電エージングに
より抵抗安定化処理を行った。その結果、被覆体を構成
したサンプルでは、１５０℃耐熱処理が２５００ｈレベ
ルまで発熱温度はほとんど変化なく、それ以降除々に発
熱温度が低下していっており、試験サンプル数ｎ＝１０
のばらつきも小さいものであった。これに対して、この
被覆体を構成しないサンプルでは、ｎ＝１０の試験サン
プルのうちｎ＝２のサンプルは１００〜３００ｈから発
熱温度が低下していっており、その他のサンプルは３０
００ｈレベルまで発熱異常はなかったが、約３２００ｈ
でｎ＝１が、約４０００ｈでｎ＝３がスパーク発生し
た。実際の発熱体寿命は熱、通電、湿度等により決まっ
てくるが、シミュレーション等によりこの通電寿命を推
定すると、この被覆体を構成したサンプルでは、２５０
００〜３００００ｈでそれ以降は除々に発熱温度が降下
し、安全にライフエンドとなる。また、この被覆体を構
成しないサンプルでは、１０００〜３０００ｈ程度の短
い発熱寿命であったり、２００００ｈレベル以上発熱す
るが、ライフエンド時にスパーク、さらには発煙・発火
に至るという極めて高い危険性を有したりするものもあ
り、ばらつきも大きく寿命も定まらないと想定される。
実際使用されるモードにより寿命は変化するものの、一
対の電極体が重合しない部位にこの低融点の被覆体をす
ることによりライフエンド時までの高い安全性を確保で
きるという優れた性能を示した。また、長期にわたる安
全性が図れるだけでなく、各種用途における実用期間や
構成材料の耐熱特性等に適合した発熱寿命になるよう
に、この被覆体の形状、融点の異なる材料を設定するこ
とができる。

【０００９】本発明は、導電性微粉末と結晶性重合体よ
りなるシート状の正抵抗温度係数抵抗体と、その正抵抗
温度係数抵抗体の厚さ方向に電圧を印加するために設け
られた一対の電極体で構成される高出力正抵抗温度係数
発熱体において、ホットゾーン等の異常が発生しやすい
部位である、正抵抗温度係数抵抗体の厚さ方向の投影面
で前記一対の電極体が重合しない部位、さらには一対の
電極体が重合する部位との境界領域を高抵抗化させるこ
とにより、この部位での発熱による異常を防止するもの
である。この部位に配設される被覆体は前記抵抗体の結
晶性重合体の融点よりも低い融点を有する高分子材料を
含有させた材料で有れば、どのような材料であってもよ
いが、好ましくは、電極体が金属材料からなり、被覆体
の高分子材料は金属接着性の官能基を有する材料を用い
ることにより、電極体、抵抗体、被覆体とを完全に接着
固定できるので、上記効果をさらに高めることができ
る。なお、こうした金属接着性の官能基を有する材料と
しては、アイオノマー樹脂の他にも、マレイン酸、アク
リル酸等の有機酸変性、あるいはグラフトの高分子材料
等あり、容易に得られる。また、被覆体の高分子材料が
抵抗体の結晶性重合体と相溶性を有する結晶性重合体に
することにより、被覆体材料の抵抗体への拡散作用をさ
らに高めることができ、その信頼性はさらに確実なもの
となる。また、前記のように高出力化には、好ましく
は、正抵抗温度係数抵抗体の厚さが１mm以下であるとよ
く、このように電極間隔が接近するほど上記効果も顕著
となるものである。

【００１０】次に、図３は本発明の他の実施例の正抵抗
温度係数発熱体の斜視図である。図３において、９は厚
さ０．５mmの抵抗体であり、主として、カーボンブラッ
クと１３０℃の融点をもつ高密度ポリエチレンとから構
成されている。この上下面に一対の電極体１０，１１が
接着され、さらに両者の上に外装材である被覆層１２，
１３、その被覆層の上に外装材である電気絶縁層１４，
１５が順次構成されている。この実施例では、抵抗体９
の厚さ方向の両面に電極体１０，１１を抵抗体９の溶融
状態時に加圧し熱接着加工し、抵抗体９の厚さを０．５
mmとした。次に、被覆体を予め構成した外装材、すなわ
ち、被覆層１２，１３、及び電気絶縁層１４，１５の両
者をすでに接着した外装材で密封して外装加工し、さら
にアニールして本発明の正抵抗温度係数発熱体を得た。
被覆層１２，１３は抵抗体の融点よりも低い融点の材料
である低密度ポリエチレン材料からなり、外装加工、ア
ニールにより、一対の電極体が重合しない部位に、この
被覆体を構成し、この抵抗体に密着させ、拡散させてい
くものである。この場合、被覆体の高分子材料は正抵抗
温度係数抵抗体の結晶性重合体と相溶性を有する結晶性
重合体であればよく、抵抗体、電極体、外装材を簡易に
加工することにより、上記と同様の効果を奏するもので
ある。また、上記のように、電極体が金属材料からな
り、被覆体の結晶性重合体の材料が金属接着性の官能基
を有するものにすることにより、さらにこの効果を高め
ることができる。また、上記のように、抵抗体を１mm以
下の厚みに熱接着加工すると、電極と抵抗体との界面の
抵抗安定性も高く、さらに高出力化が可能となる。この
ように、本発明は、一対の電極体が重合しない部位にこ
の低融点の被覆体を構成することによりライフエンド時
までの安全性のメカニズムを明確にし、異常過熱、発
煙、発火等の危険性のない、安全でしかも長寿命な高出
力の正抵抗温度係数発熱体を提供できるものであり、実
用上極めて有益なものである。

【００１１】

【発明の効果】以上のように本発明の正抵抗温度係数発
熱体によれば、正抵抗温度係数抵抗体の厚さ方向の投影
面で一対の電極体が重合しない部位に抵抗体中の結晶性
重合体の融点よりも低い融点を有する高分子材料を含有
させた被覆体を設けることにより、次の効果が得られ
る。

【００１２】（１）正抵抗温度係数抵抗体の厚さ方向の
投影面で一対の電極体が重合しない部位の抵抗体を高抵
抗化できるので、この部位で発生しやすいホットゾーン
等の危険性を防止でき、安全で高出力な正抵抗温度係数
発熱体を実現できる。

【００１３】（２）上記電極非重合部の被覆体より、経
時的に、あるいは異常発熱等に応じて、抵抗体中に低融
点材料を拡散し、この部位の体積固有抵抗を増大させて
いけるので、長期にわたる高い信頼性が得られる。

【００１４】（３）電極を金属材料、被覆体を金属接着
性材料にすることにより、一対の電極重合部の抵抗体劣
化を金属材料で完全に抑制し、電極非重合部からの抵抗
体劣化を一対の電極体に接着された被覆体で抑制できる
ので、飛躍的な長寿命化を実現できる。

【００１５】（４）被覆体を外装材に構成し、外装加工
・アニールにより、正抵抗温度係数抵抗体の劣化しやす
い上記電極非重合部位に被覆体を配し、低融点結晶性重
合体を抵抗体中へ拡散させるので簡単に本発明の構造の
正抵抗温度係数抵抗体が製造できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の正抵抗温度係数発熱体の斜
視図

【図２】同発熱体の断面図

【図３】本発明の他の一実施例における正抵抗温度係数
発熱体の斜視図

【図４】従来の正抵抗温度係数発熱体の斜視図

【符号の説明】

４，９ 正抵抗温度係数抵抗体 ５，６，１０，１１ 電極体 ７ 被覆体 ８，１４，１５ 電気絶縁層（外装材） １２，１３ 被覆層（外装材）

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】導電性微粉末と結晶性重合体よりなるシー
   ト状の正抵抗温度係数抵抗体と、その正抵抗温度係数抵
   抗体の厚さ方向に電圧を印加するために設けられた一対
   の電極体と、前記正抵抗温度係数抵抗体および前記一対
   の電極体を外装する外装材とからなり、前記正抵抗温度
   係数抵抗体の厚さ方向の投影面で前記一対の電極体が重
   合しない部位に前記結晶性重合体の融点よりも低い融点
   を有する高分子材料を含有させた被覆体を設けた正抵抗
   温度係数発熱体。
2. 【請求項２】電極体は金属材料からなり、被覆体の高分
   子材料は金属接着性の官能基を有する請求項１記載の正
   抵抗温度係数発熱体。
3. 【請求項３】被覆体の高分子材料は抵抗体の結晶性重合
   体と相溶性を有する結晶性重合体である請求項１または
   ２記載の正抵抗温度係数発熱体。
4. 【請求項４】正抵抗温度係数抵抗体の厚さが１mm以下で
   ある請求項１，２または３記載の正抵抗温度係数発熱
   体。
5. 【請求項５】被覆体の高分子材料は正抵抗温度係数抵抗
   体の結晶性重合体と相溶性を有する結晶性重合体であ
   り、この被覆体を外装材に構成し、正抵抗温度係数抵抗
   体および一対の電極体をこの外装材で外装し、アニール
   することにより、前記正抵抗温度係数抵抗体の厚さ方向
   の投影面で前記一対の電極体が重合しない部位に前記被
   覆体を拡散させる請求項１または２記載の正抵抗温度係
   数発熱体の製造方法。
6. 【請求項６】電極体は金属材料からなり、被覆体の高分
   子材料は金属接着性の官能基を有する請求項５記載の正
   抵抗温度係数発熱体の製造方法。
7. 【請求項７】電極体と正抵抗温度係数抵抗体との熱接着
   時に加圧して前記抵抗体の厚さを１mm以下に成形する請
   求項５または６記載の正抵抗温度係数発熱体の製造方
   法。