JPH06251863A - 自己温度制御型発熱線 - Google Patents

自己温度制御型発熱線

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Publication number
JPH06251863A
JPH06251863A JP3374893A JP3374893A JPH06251863A JP H06251863 A JPH06251863 A JP H06251863A JP 3374893 A JP3374893 A JP 3374893A JP 3374893 A JP3374893 A JP 3374893A JP H06251863 A JPH06251863 A JP H06251863A
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JP
Japan
Prior art keywords
crystalline resin
temperature
ptc
wire
heater wire
Prior art date
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Pending
Application number
JP3374893A
Other languages
English (en)
Inventor
Shinobu Ikeno
忍 池野
Koji Takagi
光司 高木
Naohito Fukuya
直仁 福家
Hiroko Morita
裕子 森田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Panasonic Electric Works Co Ltd
Original Assignee
Matsushita Electric Works Ltd
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 高温処理によって電気特性が変化することな
く、電気特性の経時安定性に優れたPTCヒータ線を提
供する。 【構成】 導電性粒子と結晶性樹脂とからなり抵抗−温
度係数が正の線状発熱材内に、その軸方向に沿って、複
数本の線状電極が互いの間に一定間隔をおいて平行に配
置され包埋されてなる自己温度制御型発熱線において、
前記導電性粒子はアセチレンブラックを主成分とするカ
ーボンブラックであり、前記結晶性樹脂はポリエチレン
および/またはポリエチレン共重合体であり、かつ、前
記発熱材は、押出成形後に電子線架橋され、さらに前記
結晶性樹脂の融点以上の温度で熱処理されてなることを
特徴とする自己温度制御型発熱線。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、電気カーペットや電
気フロアヒーター等の暖房装置、水道配管等の凍結防止
装置等に用いられる自己温度制御型発熱線に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、自己温度制御型発熱材(以下、P
TC材という。)として、ポリエチレン、ポリプロピレ
ン、ポリフッ化ビニリデン、ポリエチレンテレフタレー
トまたはそれらの共重合体等の結晶性樹脂に、カーボン
ブラック、グラファイト等の導電性粒子を配合分散させ
たものが知られている。自己温度制御型発熱線(以下、
PTCヒータ線という。)は、前記PTC材を線状に押
出成形するときに、その軸方向に沿って、複数本の線状
電極を互いの間に一定間隔をおいて平行になるように配
置し包埋するとともに、その外周面を絶縁樹脂で被覆す
ることで得られる。電極間に通電すると、結晶性樹脂内
に導電性粒子を分散させてなるPTC材に電流が流れ、
その持つ抵抗特性により、PTC材が発熱する。
【0003】PTCヒータ線として基本的に必要な特性
としては、 1)室温で所定の抵抗値を有すること、 2)所定の抵抗−温度特性を有すること、すなわち、抵
抗が増大し始める温度(Tc)が適当であり、かつ、P
TC強度(室温での抵抗値と高温時たとえば90℃での
抵抗値の比)も適当であること、 が挙げられるが、このほかに、実用上の重要な特性とし
て、電気特性の経時安定性に優れることがある。
【0004】たとえば、PTCヒータ線を用いて、ホッ
トカーペット等を作製する際、カーペット材等にPTC
ヒータ線を接着剤を用いて接着固定する必要があるが、
このとき、短時間で接着を完了させるために、150℃
程度の高温下で数分間の加熱処理を行う。従来のPTC
ヒータ線は、この接着工程で電気特性が変化してしま
う。さらに、経時安定性試験として、100Vの通電サ
イクル試験を行うと、電気特性が変化していくという問
題もある。このようなことから、電気特性の経時安定性
に優れることが、PTCヒータ線の実用上の重要な特性
として求められるのである。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】経時安定性を高めるた
めに、導電性粒子であるカーボンブラックやマトリック
ス樹脂(結晶性樹脂)の種類を特定したり、マトリック
ス樹脂を架橋したり、ヒータ線をアニール処理したりす
ることが行われている。しかし、これらの方法でも、い
まだ、充分な経時安定性が得られていない。
【0006】そこで、この発明は、高温処理等によって
も電気特性が変化することなく、電気特性の経時安定性
に優れたPTCヒータ線を提供することを課題とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、この発明にかかるPTCヒータ線は、導電性粒子と
結晶性樹脂とからなり抵抗−温度係数が正の線状発熱材
内に、その軸方向に沿って、複数本の線状電極が互いの
間に一定間隔をおいて平行に配置され包埋されてなるP
TCヒータ線において、前記導電性粒子はアセチレンブ
ラックを主成分とするカーボンブラックであり、前記結
晶性樹脂はポリエチレンおよび/またはポリエチレン共
重合体であり、かつ、前記発熱材は、押出成形後に電子
線架橋され、さらに前記結晶性樹脂の融点以上の温度で
熱処理されてなることを特徴とする。
【0008】PTCヒータ線はホットカーペット等の発
熱線として用いられる場合が多いが、このような用途の
場合、抵抗値が60〜90℃の温度範囲で急増するよう
なPTCヒータ線が望まれる。以下では、このような場
合を例にとって、この発明のPTCヒータ線を構成する
各材料について、種類や特性等を説明する。マトリック
ス樹脂としては、種々の結晶性樹脂のうち、融点が低い
ポリエチレン、ポリエチレン共重合体(たとえば、サー
リンA、EVA、EEA、EMA樹脂等)およびそれら
のブレンド体が用いられる。
【0009】一般に、カーボンブラックを特徴付ける指
標として、一次粒径、比表面積(A)、DBP吸油量
(X)がある。ここに、DBPとは、ジブチルフタレー
トの略語である。たとえば、特開昭62−155502
公報では、A≧1.75X+e X/37のカーボンブラック
を特定し、USP5,113,058(1992年)で
は、A/Xが0.6〜1.75のカーボンブラックが良
いとしている。
【0010】発明者らは、各種のカーボンブラックにつ
いて種々検討したところ、却って上記の基準外のカーボ
ンブラックが良いこと、すなわち、表面のグラファイト
化度の最も進んだアセチレンブラックが良好な経時安定
性を与えることを見出した。このようなアセチレンブラ
ックの例として、電気化学工業株式会社から市販されて
いる「デンカブラック(商品名)」が挙げられる。カタ
ログデータでは、この「デンカブラック」の粒径は42
nm、比表面積(A)は61(m2/g)、吸油量(X)
は125(cm3/100g)、A/X=0.49であ
る。
【0011】適当な電導性を与えるカーボンブラックの
添加量は、用いるマトリックス樹脂の密度により異な
り、高密度になるほど添加量は少なくしてよいが、一般
に24〜33wt%(樹脂分に対し)でよい。この範囲
から外れると、PTC材として抵抗値が高すぎるか、あ
るいは低すぎて好ましくない。カーボンブラックは、ア
セチレンブラック単独品であってもよく、必要に応じ、
他のカーボンブラックを少量添加併用してもよい。
【0012】この発明においては、上記成分の他に、必
要に応じ、酸化防止材、無機フィラー、ワックス等を上
記成分に配合して用いることができる。これらの配合成
分を、バンバリーミキサー、2軸押出機、加圧ニーダー
等の公知の混練機で混練し、押出成形用のペレットを作
製する。このペレットを平行配置の1対の線状電極を包
埋する形で、公知の方法によって押出成形することによ
り、図1のようなPTCヒータ線を作製する。図1にみ
るように、このPTCヒータ線では、線状電極Aとし
て、ポリエステル等の絶縁性の芯糸1に銅合金よりなる
電極導線2をスパイラル状に巻きつけてなる、スパイラ
ル電極線が用いられている。そして、この線状電極Aが
1対、互いに平行配置となって、線状のPTC材3内
に、その軸方向に沿って、埋設されている。PTC材3
の外周面は、絶縁樹脂層4で被覆されている。このた
め、このPTCヒータ線は踏みつけや折り曲げ等の屈曲
によっても断線しにくい構造となっている。絶縁樹脂層
4は、PTC樹脂の押出時に2色成形する形で構成して
もよいし、以下で述べる電子線照射およびアニール処理
工程の後に絶縁樹脂を押出コーティングして構成しても
よい。
【0013】この発明にかかるPTCヒータ線では、カ
ーボンブラックの凝集安定化処理として、PTC材の押
出成形後に、電子線照射工程とアニール処理工程が行わ
れている。このアニール処理は、PTCヒータ線を結晶
性樹脂の融点以上の温度で加熱する処理である。このカ
ーボンブラック凝集安定化処理は、150℃程度の温度
での接着処理工程での電気特性の変化を抑え、かつ、経
時安定性に優れたPTCヒータ線を作製するのに有効で
ある。電子線の照射量は、融点以上の熱処理工程に耐え
るように樹脂の架橋を進行させるに足りるだけの量が必
要があり、用いる樹脂の種類や密度、分子量によっても
異なるが、一般的には、20Mrad以上、好ましくは
30Mrad以上が必要である。
【0014】
【作用】アセチレンブラックを用いると経時安定性が良
くなる理由は、現在分かっていないが、次のように考え
られる。アセチレンブラックは、一般に用いられている
不完全燃焼法によって得られるファーネス式のカーボン
ブラックとは異なり、高純度のアセチレンを原料とし、
発熱性の熱分解方式で製造される。このため、表面のグ
ラファイト化度が進み、かつ、官能基として存在する水
素や酸素分が著しく少ないという特徴がある。このよう
に、表面の官能基が少ないので、極性がほとんど無く、
ポリエチレンのような無極性媒体(マトリックス樹脂)
との相溶性がよい。その結果、カーボンブラックの分散
状態が安定化されるため、PTCヒータ線の経時安定性
が向上するものと考えられる。
【0015】前述の特開昭62−155502号公報に
は、PTCヒータ線を押出成形後にアニール処理した
り、このアニール処理後に電子線を照射してマトリック
ス樹脂を架橋させたりして、カーボンブラックを樹脂内
に固定化することにより、さらに経時安定性を高めるこ
とが開示されている。しかしながら、この方法では、電
子線照射の前にアニール処理するため、PTCヒータ線
を樹脂の融点より下の温度で加熱する必要がある。すな
わち、PTCヒータ線を樹脂の融点以上の温度で加熱す
るとマトリックス樹脂の変形が起きてヒータ線同士が融
着してしまうからである。しかし、アニール処理温度が
樹脂の融点より下であると、カーボンブラックの凝集安
定化処理が充分に行われない。これに対し、この発明で
は、まず、押出成形したPTCヒータ線に電子線を照射
してマトリックス樹脂の耐熱変形性を高めておき、その
後、樹脂の融点以上の温度でPTCヒータ線を熱処理す
るようにする。このようにすれば、ヒータ線同士の融着
が起きず、カーボンブラックの凝集安定化を充分に図る
ことができる。
【0016】
【実施例】
−実施例1〜3− 表1に示したカーボンブラックと表2に示したマトリッ
クス樹脂(ポリエチレン)を、樹脂分に対するカーボン
ブラックの量(wt%)を表3に示した割合で配合し、
バンバリーミキサーで混練して成形用ペレットを作製し
た。スパイラル電極線は、全芳香族ポリエステル糸を芯
線としてスズメッキ銅線(0.1mmφ)をスパイラル状
に巻回したものを用いた。これらを押出成形し、電極線
の中心間隔が1mm、ヒータ線の外径が2mmのヒータ線を
作製した。このヒータ線に、バンデグラーフ加速器を用
いて1.5MVの加速電圧で電子線を30Mrad照射
し、架橋した。次に、150℃で10分間熱処理し、P
TCヒータ線を得た。
【0017】実施例2で得られたPTCヒータ線の抵抗
−温度特性を参考までに示すと、図2のとおりである。 −比較例1〜3− 電子線照射後の熱処理を行わなかった以外は、実施例1
〜3と同様にしてPTCヒータ線を得た。
【0018】−比較例4〜9− 表1に示したカーボンブラックと表2に示したマトリッ
クス樹脂(ポリエチレン)を、樹脂分に対するカーボン
ブラックの量(wt%)を表3に示した割合で配合した
以外は、実施例1〜3と同様にしてPTCヒータ線を得
た。
【0019】
【表1】
【0020】
【表2】
【0021】
【表3】
【0022】以上で得られたPTCヒータ線の安定性
を、下記の方法で評価した。 150℃試験; PTCヒータ線を150℃の乾燥器で
5分処理して、処理前後の20℃のインピーダンス(1
00Hz)の変化率を測定した。 通電サイクル試験; 室温下で、PTCヒータ線に10
0VACを10分ON、次いで10分OFFする。これ
を1サイクルとし、100サイクル試験前後の20℃の
インピーダンス(100Hz)の変化率を測定した。
【0023】なお、これらの変化率は、以下の式で表さ
れるものである。 変化率(%)=〔(Z2−Z1)/Z1〕×100 Z1:試験前の抵抗 Z2:試験後の抵抗 これらの試験結果を表3に併せて示した。なお、比較例
1〜3については、150℃試験のみ行った。
【0024】
【発明の効果】この発明にかかるPTCヒータ線は、導
電性粒子であるカーボンブラックをマトリックス樹脂と
の相溶性が良いアセチレンブラックに特定し、かつ、P
TCヒータ線を押出成形後、電子線架橋しておいて樹脂
の融点以上でカーボンブラックの凝集安定化処理を施す
ようにしているので、製品製造時の高温処理、たとえ
ば、ホットカーペット作製時等の接着工程での高温処理
時や通電サイクル試験下での電気特性の変化が小さく抑
えられており、製品製造時の高温処理によって電気特性
が変化することがない。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明のPTCヒータ線の構成例を示す図で
ある。
【図2】実施例2で得られたPTCヒータ線の抵抗−温
度特性を示す図である。
【符号の説明】
A 線状電極 1 芯糸 2 電極導線 3 PTC材 4 絶縁樹脂層
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成5年4月5日
【手続補正1】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0010
【補正方法】変更
【補正内容】
【0010】発明者らは、各種のカーボンブラックにつ
いて種々検討したところ、却って上記の基準外のカーボ
ンブラックが良いこと、すなわち、表面のグラファイト
化度の最も進んだアセチレンブラックが良好な経時安定
性を与えることを見出した。このようなアセチレンブラ
ックの例として、電気化学工業株式会社から市販されて
いる「デンカブラック(商品名)」が挙げられる。カタ
ログデータでは、この「デンカブラック」の粒径は42
nm、比表面積(A)は61(m/g)、吸油量
(X)は180(cm/100g)、A/X=0.3
である。
【手続補正2】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0019
【補正方法】変更
【補正内容】
【0019】
【表1】
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 森田 裕子 大阪府門真市大字門真1048番地松下電工株 式会社内

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 導電性粒子と結晶性樹脂とからなり抵抗
    −温度係数が正の線状発熱材内に、その軸方向に沿っ
    て、複数本の線状電極が互いの間に一定間隔をおいて平
    行に配置され包埋されてなる自己温度制御型発熱線にお
    いて、前記導電性粒子はアセチレンブラックを主成分と
    するカーボンブラックであり、前記結晶性樹脂はポリエ
    チレンおよび/またはポリエチレン共重合体であり、か
    つ、前記発熱材は、押出成形後に電子線架橋され、さら
    に前記結晶性樹脂の融点以上の温度で熱処理されてなる
    ことを特徴とする自己温度制御型発熱線。
JP3374893A 1993-02-23 1993-02-23 自己温度制御型発熱線 Pending JPH06251863A (ja)

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JP3374893A JPH06251863A (ja) 1993-02-23 1993-02-23 自己温度制御型発熱線

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JP3374893A JPH06251863A (ja) 1993-02-23 1993-02-23 自己温度制御型発熱線

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100853229B1 (ko) * 2007-06-15 2008-08-20 이재준 장기수명 안정성이 향상된 히팅케이블
WO2019031673A1 (ko) * 2017-08-11 2019-02-14 주식회사 에스에이치테크 발열유닛 및 이를 포함하는 발열모듈

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