JPH05343164A - 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】 結晶性重合体中に導電性微粉末を混合分散
し、前記結晶性重合体を架橋した後に細分化してなる粒
子状導電性組成物と、この周囲に形成されるセラミック
材料よりなる微粉末と、これらを混合分散する結晶性重
合体より正抵抗温度係数抵抗体４を形成し、この正抵抗
温度係数抵抗体４の両面に一対の電極体５，６を配設
し、これらを外装材７，８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製造
方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来この種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５５−４
０１６１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するため、あるいはホットゾー
ン等の異常を防止するめに、一対の電極間方向の温度分
布を常に均一にすることが不可欠であり、その解決策と
して特公昭６２−５９４１５号公報や図３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。すなわち、図３において、１，２は互いに接
近して設けられた一対の電極であり、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得し
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優れていたが、特に一対の電極１，
２のお互いの対向した異極電極端部においては、その電
極端部構造により、抵抗体３の厚み方向の投影面で前記
一対の電極体１，２が重合しない部分が存在することが
多く、前記一対の電極１，２の間の距離が大きくなる箇
所が生ずることが避けられず、この部分を起点として電
圧集中によるホットゾーン現象が発生し、さらには前記
一対の電極１，２の重合部まで進行するという危険性も
有していた。また、前記一対の電極１，２を接近させる
といっても耐電圧破壊限界や加工上から限界があり、電
圧集中によるホットゾーンを完全に防止できるものでは
なかった。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、結晶性重合体中
に導電性微粉末を練し、導電性組成物を架橋させた後
に、細分化して粒子状導電性組成物を形成し、粒子状導
電性組成物にセラミック材料よりなる微粉末混合し、こ
れを結晶性重合体に混合分散して薄い板状の正抵抗温度
係数抵抗体を形成し、その厚さ方向に電圧を印加すべく
対の電極体を設けたものである。

【０００６】

【作用】本発明は上記した構成によって、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性と
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。さらに、前記正抵抗温度係数
抵抗体の材料構成を前記結晶性重合体中に前記導電性微
粉末を高比率で分散される部分と低比率で分散される部
分とに分離して、両者を海島状に配してなることによ
り、抵抗安定性を高めることができる。前者は、前記結
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で体
積固有抵抗が１０^-1〜１０¹ Ωcmレベルであり極めて安
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、前記粒子状導電性組成物の中で
前記導電性微粉末が確実に固定される。後者は、前記粒
子状導電性組成物を固定するバインダー材料としての機
能をも有する。また、一対の電極体間の導電経路は、複
数の前記粒子状導電性組成物が多数の電気的接続点をも
つことにより形成されるが、電気抵抗的には、この導通
経路に存する前記粒子状導電性組成物の抵抗とこの粒子
状導電性組成物相互間の抵抗との合成抵抗になる。さら
に前記粒子状導電性組成物の周囲にセラミック材料より
なる微粉末を配する構成にすることにより、前記粒子状
導電性組成物の表面に境界層が形成され、前記粒子状導
電性組成物の間の電気伝導度が電圧依存性を有し、電圧
が上昇すると電気伝導度が急速に高められるようにな
る。このため、前記電圧集中によるホットゾーンが発生
しようとしても、電圧集中部分の前記粒子状導電性組成
物間の電気伝導度が急速に上昇することになるので、電
圧集中は緩和され、安定した発熱を維持できるようにな
る。

【０００７】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。図１において、４は正抵抗温度係数抵抗体、５，
６は電極体、７，８は外装材である。前記正抵抗温度係
数抵抗体４は、例えば、導電性微粉末として、ファーネ
スブラック５５ｗｔ％と高密度ポリエチレン４５ｗｔ％
とを混練しつつ、有機過酸化物であるジクミールパーオ
キサイドを高密度ポリエチレンに対して２.5ｗｔ％添加
し、熱処理を施すことによって架橋反応させる。その後
に、冷凍粉砕によって平均粒径６０μｍの粉砕物、すな
わち粒子状導電性組成物を得る。この粒子状導電性組成
物を加熱ミキサーに入れ、１５０℃に加熱しつつセラミ
ック微粉末を添加して混合し、前記粒子状導電性組成物
の周囲にセラミック微粉末を付着させる。このセラミッ
ク微粉末を付着させた前記粒子状導電性組成物を、抵抗
体全量に占める比率が５４.3ｗｔ％となるように、マレ
イン酸変性低密度ポリエチレン中に均一分散されるよう
に混練して薄い板状の正抵抗温度係数抵抗体４を得る。
セラミック微粉末としては、炭化ケイ素、シリカ、ガラ
ス、アルミナ、セメント等一般のセラミック材料の微粉
末が効果的である。さらに、図１に示すように、厚さ
０.4ｍｍに形成した正抵抗温度係数抵抗体４の上下面に
電極５，６を接着し、さらに両者の上に外装材７，８で
外装して発熱体を形成している。アニールして所定の抵
抗特性を得る。こうして製造された発熱体の電圧−電流
特性を測定すると図２に示すように、印加電圧が高くな
ると、電流が増大していく特性となる。

【０００８】本発明の有効性を調べるために、粒子状導
電性組成物にセラミック微粉末を配する構成としたサン
プルと、セラミック微粉末を配しないサンプルを作製
し、比較実験を行った。通電モードは、熱サイクルによ
る加速評価を行う目的で１０分毎の断続通電とした。そ
の結果、粒子状導電性組成物にセラミック微粉末を配し
ないサンプルは４０００〜５０００ｈの発熱寿命である
のに対し、粒子状導電性組成物にセラミック微粉末を配
する構成としたサンプルは１２０００ｈ経過後において
も初期の温度を維持しており、安定した発熱特性および
抵抗温度特性が得られた。

【０００９】以上の結果は、粒子状導電性組成物にセラ
ミック微粉末を配する構成にしたことにより、ホットゾ
ーン現象の原因となる電圧集中部分の粒子状導電性組成
物間の電気伝導度が急速に上昇するため、電圧集中が緩
和され安定した発熱を維持できるようになることによる
ものである。このように粒子状導電性組成物の周囲に配
されたセラミック微粉末、粒子状導電性組成物間、ある
いは粒子状導電性組成物とバインダー機能体部分の導電
経路との間に、電子伝導の電圧依存性を誘発する作用を
実現するものであり、正抵抗温度係数発熱体の発熱安定
性に有効である。このように粒子状導電性組成物のセラ
ミック微粉末を配することにより、ホットゾーン等の危
険性を防止でき、安定した発熱特性を有する高出力の正
抵抗温度係数発熱体が実現できる。また、高出力の正抵
抗温度係数発熱体の電極間距離が１ｍｍ以下であるよう
な高体積固有抵抗体の場合は、ホットゾーン現象が発生
しやすいため、本実施例に見られるような安定した発熱
特性を実現する方法は大きな効果を発揮する。

【００１０】次に本発明の他の実施例を説明する。前記
実施例と相違する点は、セラミック微粉末を粒子状導電
性組成物に付着させる製造方法で、粒子状導電性組成物
とセラミック材料微粉末とを水等の液体中に分散混合し
た後、乾燥させる製造方法としたことにあり、この方法
によれば、製法が簡単であるにもかかわらず良好な発熱
特性が得られるという効果がある。

【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、粒子状導電性組成物とこの周囲に形成さ
れるセラミック材料よりなる微粉末とこの両者を混合分
散する結晶性重合体とを具備した正抵抗温度係数抵抗体
とすることにより、次の効果が得られる。

【００１２】（１）ホットゾーン等が危険性の起因とな
る電圧集中に対して電気伝導度が増大し安定した発熱が
維持できるので、安全で高出力な正抵抗温度係数発熱体
を実現でき、また長期にわたる高い信頼性も得られる。

【００１３】（２）粒子状導電性組成物を結晶性重合体
の融点以上の温度まで加熱し混合しつつ、セラミック材
料よりなる微粉末を添加し、粒子状導電性組成物の周囲
に形成した後に結晶性重合体中に混合分散することによ
り容易に正抵抗温度係数抵抗体を導入できるので簡単に
本発明の構成の正抵抗温度係数発熱体が製造できる。

【００１４】（３）粒子状導電性組成物とセラミック材
料よりなる微粉末とを液体中に分散混合し乾燥させた後
に、結晶性重合体中に混合分散するという簡易な方法
で、本発明の構造の正抵抗温度係数発熱体が製造でき
る。

【００１５】（４）正抵抗温度係数発熱体の抵抗安定性
が優れているため、薄型で高出力の発熱体が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例における正抵抗温度係数
発熱体の斜視図

【図２】同実施例の正抵抗温度係数発熱体の電圧−電流
特性図

【図３】従来の正抵抗温度係数発熱体の斜視図

【符号の説明】

４ 正抵抗温度係数抵抗体 ５，６ 電極体 ７，８ 外装材

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 吉本 弘次 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】粒子状導電性組成物と、この周囲に配され
   るセラミック材料よりなる微粉末と、前記セラミック材
   料よりなる微粉末を含む粒子状導電性組成物を混合分散
   する結晶重合体とよりなる薄い板状の正抵抗温度係数抵
   抗体と前記正抵抗温度係数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と、前記正抵抗温度係
   数抵抗体および前記一対の電極体とを覆う外装体とを備
   えた正抵抗温度係数発熱体。
2. 【請求項２】正抵抗温度係数抵抗体の厚さは１mm以下で
   ある請求項１記載の正抵抗温度係数発熱体。
3. 【請求項３】結晶性重合体中に尊電性微粉末を混練し、
   前記結晶性重合体を架橋させた後に粉砕して粒子状導電
   性組成物を形成し、この粒子状導電性組成物を前記結晶
   重合体の融点以上の温度まで加熱しつつ、セラミック材
   料よりなる微粉末を添加して混合し、前記粒子状導電性
   組成物の周囲に前記セラミック材料よりなる微粉末を付
   着させた後に、結晶性重合体中に混合分散してなる正抵
   抗温度係数発熱体の製造方法。
4. 【請求項４】粒状導電性組成物とセラミック材料よりな
   る微粉末とを液体中に分散混合し乾燥させた後に、結晶
   性重合体中に混合分散してなる請求項３記載の正抵抗温
   度係数発熱体の製造方法。