JPS59180985A - 帯状可撓性発熱体およびその製造方法 - 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】 〔発明の属する技術分野〕 この発明は、抵抗値が正の温度係数をもっｎドーピング
および／またばｐドーピングによって導電性を与えられ
たチタン酸バリウムをベースにしたペロブスカイト型構
造を備えセラミック製の抵抗材料からなる最低５ｏ容量
％々いし最高９５容量係を占める導電性粒子（ｐ’ｒｃ
利料）と、この粒子が埋込まれ粒子と共に帯を形成し研
磨面を形成するため表面にはみ出した粒子が研磨された
硬化状態において可撓性を示す有機絶縁合成樹脂からな
る結合剤と、前記粒子の研磨面と阻市層なしで接触し結
合剤と表面領域において結合された帯の互に対向する表
面の電流供給用被膜とがら々る帯状可撓性発熱体に関す
る。

さらに、この発明はかかる帯状可撓性発熱体の製造方法
に関する。

〔従来技術とその問題点〕

ドイツ連邦共和国特許出願公開第３１０７２９０号公報
において、発熱体が、正の温度係数をもち結合剤中に分
散されたセラミック粒子を有するようにされた加熱装置
が記載されている。結合剤としては、主としてアルミニ
ウム酸化物からなる絶縁性無機材料が使用されている。

また耐熱ガラスを結合剤として使用することもできる。

而」熱シリコンゴム、ニトリルゴム、フッ化物添加ゴム
、テトラフルオロエチレンーペルフルオルアルコキシエ
チレンーコホリマー樹脂、７ノ化物添加エチレン−プロ
ピレン樹脂、ポリテトラフルオロエチレン樹脂などの有
機絶縁結合剤も同様に述べられている。粉砕されたＰＴ
Ｃセラミック粒子および適当な硬化剤と混合された有機
結合剤は、これらの有機結合剤（合成樹脂）に対する公
知の方法によって硬化され、所望の寸法をもった所望の
形状の加熱ローラまたは加熱板を得るため、砥石で研磨
されるか切断される。ＰＴＣセラミック粒子は５０ない
し２００μｍの範囲の直径をもつことが好ましいが、１
ないし２　ｍｍまたは３Ｍ以内の粒度をもつこともでき
る。

第１図は、ＰＴＣセラミック材料の破砕または粉砕によ
って得られたセラミック粒子１６および１７が′、有機
結合剤などの結合剤２によって互に接合された公知の加
熱装置における公知の発熱体の一部分を概略的に拡大し
て示している。図示のように公知の発熱体においては、
セラミック粒子１６および１７が互に接触して導電性を
示すように結合剤２の中に分散されている。そのために
発熱体全体が導電性になり、各セラミック粒子１６およ
び１７は電流供給用被膜７および８を介して発熱体に電
圧を印加することによって、発熱用の電圧が得られる。

その場合発熱体全体は、発熱体内部に分散されだＰＴＣ
セラミック充填材料のＰＴＣ４Ｊ１′性と類似のＰＴＣ
特性を示す。

公知の発熱体における表面３および４は研磨されている
だめ、そこにはみ出したセラミック粒子１６は、研磨面
５および６を有している。この研磨面５および６におい
て、セラミック粒子１６は電流供給用被膜７および８と
接触し、このため電極材料としては例えば銀、銅または
ニッケルが挙げられる。これらの金属は発熱体の面３お
よび４に蒸着される。

ＰＴＣセラミック拐料からなる多数の粒子の多重接触に
よって、符号１８で示す電流通路が生じる。

２つの粒子の間の各境界層に、抵抗の増加を来す電流移
行個所１９がある。粒子の大きさおよび粒子の形の状態
に応じてＰＴＣセラミック粒子１６および１７の接触は
それぞれ単に点状をなし、従って接触抵抗は極めて高い
。

さらに公知の発熱体は、有機結合剤を使用する場合にｄ
それだけで使用するように定められておらず、発熱体を
円筒状または平面状の支持体上に形成し、その後もこの
形状が変更されないようにして使用される。

冒頭に定義したＰＴＣ材料は、この分野の当業者には充
分に知られており、前記ドイツ連邦共和国特許出願公開
第３１０７２９０号公報に特性全部および変形例の可能
性が記載されている。

ＰＴＣ材料から製造されたいわゆるＰＴＣザーミスタは
自動恒温作用を備えた発熱体として知られておシ、種々
の用途、例えばはんだごて、有機接着剤を溶解するヒー
チングカートリッジを備えた工具としての接着剤吹利器
、そのほかアイロン。

ホットプレートおよび燃料油の予熱に使用される。

ＰＴＣ材料からなるこのようなセラミック製品はそれ自
体熱の不良導体であるため、加熱用ＰＴＣザーミスタは
極めて薄くつくられており、組立に際して破損するおそ
れがある。そのほかに、製品の厳密な面平行性に対する
要求がある。従って湾曲面は、高い経費を費すことによ
ってはじめて恒温制御を行なうことができる。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、可撓性を有し高い熱利用が可能であシ
簡単に製造することができるように公知例として述べた
上記の発熱体を発展、改良することにある。

〔発明の要旨〕

この目的を達成するため本発明によれば、冒頭て述べた
形式の可撓性発熱体を、 ａ）帯の厚さおよび粒子の大きさはその量の４０係から
１００チまでが、各粒子が帯の両方の表面（／ｃ達しそ
この対向する側面において研Ｍ面を有するように互に調
整され、 ｂ）帯の両表面上に設けられた電流供給用被膜は、各粒
子の両方の研磨面と直接に阻止層なしで接触し、 Ｃ）各電流供給用被膜の上て可撓性の接触層が設けられ
る ようにすることを提案する。

殆んどの粒子が帯の両表面に達し、そこで対向する側面
に研、豐面を有することによって、一方においては、各
粒子の対極電流供給用被膜との確実で阻止層のない接触
が保証される。さらに粒子の接触によって生じる接触抵
抗が発熱体の熱利用を阻害しないことが保証される。と
りわけ可撓性の接触層によって、各粒子を流れる電流が
遮断される原因となる可撓性発熱体の湾曲に際して生じ
る電流供給用被膜の亀裂が防止されることが保証され泡
。

帯へのセラミック粒子の充填は、これらの粒子が相互間
にできるたけ接触しないか又は価かしか接触しないよう
にし、従って帯を湾曲した場合ある程度の接手効果が生
じるようにする必要′ｈ″−ある。

公知の発熱体においては、すべての電流通路をできるだ
け充分に利用するためには結合剤を多量の粒子とともに
充填し、これにより結合剤にょシ囲まれて完全に絶縁さ
れた粒子ができるだけ存在しないようにする必要がある
。従って公知の発熱体はこの充填度のため可撓性を有し
てい々い。しかしながらこれは、前述のように有機結合
剤を使用する場合には不変的に剛性の支持体が使用され
るため、公知の用途に対しては何等問題とはならない。

本発明によって充填度は任意に調節できるようになり、
場合によっては粒子は帯の内部においては接手効果のた
め互に接触しないようにすることさえ望まれる。そのよ
うにしても、熱に変換するための貫流電流の高度の利用
が保証され、粒子の点状接触による接触抵抗は生じない
。

好適な実施態様によれば、粒子は２５Ｃにおいて１０Ω
・ｃｍないし１．ＱＩ＜Ω・ｃｍの定格抵抗をもつＰＴ
Ｃ利料からなシ、従って発熱体は発熱作用の初期状態で
はできるだけ低抵抗であり、僅少な電流値で既に完全な
発熱出力が得られるようになる。

さらに、接手効果が特に良好に達成されるようにするた
めには、粒子をほぼ球形にし、０１暦面をこの球形に平
行な断面にすれば好適である。

粒度を０５ないし４ｍｍｚ特に２個にした場合、帯もこ
の寸法の厚さを有し、従って湾曲した表面ま／こは反っ
た表面によく接触するため、特に好適である。

粒子は、それ自体は公知の方法で製造された高密度に焼
結され再度粉砕されたＰＴＣセラミックからなるか、又
は粒子はＰＴＣセラミックの多孔性顆粒からなっている
。このような顆粒は、よく知られているように、先ず９
００−１］００ｃの反応過程においてＰＴＣ相料用の原
料が予め焼結され、その後反応物が１２ｏＯ々いし１３
５０ｃの温度で噴霧法（高焼結法）によって有機結合剤
を添加した後に焼結顆粒に変換されるようにして製造さ
れる。

しかし々から反応物は、有機結合剤を添加し、続いて荒
目の篩でふるうことによって、続いて行われる焼結によ
って顆粒に変換することもできる。

電流供給用被膜は、ＰＴＣサーミスタ粒子に阻止層の々
い接触を生じる金属から形成すると有利であり、例えば
いわゆる″スクープ法パ（アメリノ１合衆国特許第３６
７６２１１号参照）またはプラズマ法（スパッタ法）ま
たは蒸着法（例えばドイツ連邦共和国特許第］、　４．
１５４０６号およびこれと同一のアメリカ合衆国特許第
３０２７５２９号参照）によって被覆される。

しかしながら電流供給用被膜は、無電流、９１Ｊえば液
浸によって被覆されたニッケルまたはＩＪン含有ニッケ
ルから形成することも有利である。阻止層のないこの種
の接触については、例えばドイツ連邦共和国特許第２４
．３３４５８号またはアメリカ合衆国特許第３５８６５
３４号の明細書に記載されている。

接触層は、金属箔特に鉛箔、又は銅板およびブリキ板の
ような薄く圧延された可撓性金属板、又は線径が０２な
いし１脳の細い線条（金網）からｈる細目網、又は導電
性粒子を混ぜて導電性を与えられ帯状またはラッカ塗膜
状にされた粘着性合成樹脂から形成することが好ましい
。

接触層は、例えばドイツ連邦共和国特許出願公告第１１
０３４１９号公報に記載されて０るような、いわゆる導
電性接着剤を使用して電流供給用被膜に固定され、その
際接口板状の電流供給線と共に接着される。

蒸着、無電流析出、または加熱による硬化によって阻止
層なしに接触させる方法、ならびに可撓性金属箔又は金
属板の使用および導電性接着剤によるこれらの層の金属
層への固定法自体は、この分野の当業者には知られてい
る。好適な接触層は、前記ドイツ連邦共和国特許出願公
告第１１０３４１９号公報に記載されているような金属
粒子を含有させることによって導電性にされた接着帯、
または塗布されて引続いて硬化させる懸濁液（フェノ）
の状態の金属導電粒子が充填されたシリコンゴム層まだ
はポリイミド層から々っている。

本発明によれば可撓性発熱体の製造方法は、縁部がすべ
て区画された型の平らな底の上に多数の粒子を単層だけ
注ぎ込んで成るべく均一に配分し、その次に直径の最も
大きな粒子が丁度覆われる程度に、硬化を必要とする有
機結合剤を型に流し込み、その後結合剤を硬化させ大部
分の粒子が両側捉研磨面をもつようになるまで両表面を
研磨して例えばそれ自体公知の方法でランプ仕上げを行
ない、その後阻止層のない電流供給用被膜を形成して、
その上に接触層を固定させることを特徴としている。

粒子とまだ硬化されていない結合剤とから懸濁液をつく
り、これを同様に型に流し込むようにしたドイツ連邦共
和国特許出願公開箱３１０７２　’９０号公報に記載さ
れている製造方法を、本発明による可撓性発熱体の製造
に同様に採用することができる。

〔発明の実施例〕

以下本発明を添付の図面によって一層詳細に説明する。

第１図は前述のように公知の帯状可撓性発熱体の断面図
であるが、これにおいて発熱体の表面は符号３および４
で示されている。この表面に電流供給用波１１ｉｉ（７
および８が蒸着によって設けられている。結合剤２が粒
子１６および１７の間隙部を充填ルており、これらの粒
子のうち粒子１６は表面３まｆｃｄ、４にはみ出し、そ
の部分において表面の研磨によって研磨面５および６を
有している。粒子］７は、表面３および４と接触せずに
発熱体の内部にある。

第１図において、電流通路１８が記載されておムこれは
、それぞれ粒子１６および］７が点で又は最良の状態で
は小さな面で接触し、電流移行個所１９を形成している
ことを示している。この電流移行個所１９には、効率の
良好な熱利用を阻害する極めて高い接触抵抗が生じる。

本発明の一実施例を示す第２図においては、発熱体の表
面は同様に符号３および４で示されておム結合剤２がこ
の場合符号１で示された粒子の間の空隙部に充填されて
いる。

可撓性発熱体の形成後に表面を研磨することによって、
表面３および４における研磨面５および６が粒子１に生
じる。電流供給用被膜７および８は両方の７ｉＪ！磨面
５および６において粒子」に接触し、従って電流通路１
８で示すように、電流が遮断ネれることなく粒子に流れ
る。

粒子自体も、高密度に焼結されてその後粉砕されたＰＴ
Ｃセラミックも、多結晶であることに注意する必要があ
る。このことは顆粒に対してもあてはまり、顆粒状粒子
が多孔性である点が、高密度に焼結されたセラミックと
相違している。しかしながらこれは、電流通路１８の形
成に対して何の役割もなしていない。

本発明においても第１図の公知例におけるような粒子１
６と粒子１７とが存在するが、これらの粒子部分は極め
て僅少であり、電流の通過には側管問題にならない。

研磨面５および６と共に発熱体の表面３および４を形成
する結合剤２の表面部分９および１ｏは、同様に電流供
給用被膜７および８と結合されている。

発熱体の厚さは、符号１５で示されている。本発明にお
いては厚さ１５と粒子１の寸法が互に一致していること
が図から明らかである。

前述のように、電流供給用被膜７および８の上に接触層
１１および１２が被覆され、これに固定されている。接
触層１１および１２は可撓性であり、可撓性発熱体を湾
曲した際にも電流供給用被膜７および８が粒子１の研磨
面５および６の部分において常に電気的に接触すること
が保証されている。その場合はぼ球状を呈する粒子１は
、発熱体の内部において極めて僅かしか又は互に全く接
触しないため、成程度の接手効果が保証される。

概略的に図示されているように、電流供給線〕３および
１４が接触層１１および１２に固定され、発熱体を電流
源と接続している。

【図面の簡単な説明】

第１図は帯状可撓性発熱体の公知の構成を示す断面図、
第２図は本発明の一実施例を示す断面図である。 ■・・・粒子、２・・結合剤、３，４・・・帯表面、５
゜６・・・粒子研磨面、７，８・・電流供給用被膜、９
゜世・・・結合剤表面、１．１　、１２・・・接触層、
１３．１４・電流供給線、１５・・・帯の厚さ、１６・
・・表面に達する粒子、］７・表面に達しない粒子、１
８・・・電流通路、１９・・・電流移行個所。 ＩＧ　２

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）抵抗値が正の温度係数をもつｎドーピングおよび／
   またはｐドーピングによって導電性を与えられたチタン
   酸バリウムをベースにしたベプロスカイト型構造を備え
   セラミック製の抵抗材料からなる最低５０容量％々いし
   最高９５容量係を占める導電性粒子（ＰＴＣ材料）と、
   この粒子が埋込まれ粒子と共に帯を形成し研磨面を形成
   するため表面（３，４）にはみ出した粒子が研磨された
   硬化状態において可撓性を示す有機絶縁性合成樹脂から
   なる結合剤（２）と、前記粒子の研磨面（５゜６）と阻
   止層なしで接触し結合剤（２）と表面領域（９，１０）
   において結合された帯の互に対向する表面（３，４）の
   電流供給用被膜（７，８）とからなる帯状可撓性Ｓ熱体
   において、 ａ）帯の厚さおよび粒子（１）の大きさはその量の４０
   ％から１００チまでが、各粒子（１）が帯の両方の表面
   （３，４）に達しそこの対向する側面において研磨面（
   ５゜６）を有するように互に調整され、 ｂ）帯の両表面（３，４）上に設けられた電流供給用被
   膜（７，８）は、各粒子（１）の両方の研磨面（５，６
   ）と直接に阻市層なしセ接触し、 Ｃ）各電流供給用被膜（７，８’）の上に可撓性の接触
   層（１１、１２）が設けられることを特徴とする帯状可
   撓性発熱体。 ２）粒子（１）は、２５Ｃにおいて１０Ω　Ｃｍないし
   １０にΩ　ｃｍの定格抵抗をもつＰＴＣ材料からなるこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の発熱体。 ３）粒子（１）はほぼ球状を呈し、研磨面（５゜６）は
   この球形の平行な断面であることを特徴とする特許請求
   の範囲第１項または第２項記載の発熱体。 ４）粒子（１）は０５ないし４胴、特に２胡の粒径をも
   つことを特徴とする特許言責求の範囲第１項ないし第３
   項のいずれかに記載の発熱体。 ５）粒子（１）は高密度に焼結され新たに粉砕されたＰ
   ＴＣセラミックからなることを特徴とする特許請求の範
   囲第１項ないし第４項のいずれかに記載の発熱体。 ６）粒子（１）はＰＴＣセラミックの多孔性顆粒からな
   ることを特徴とする特許請求の範囲第１項ないし第４項
   のいずれかに記載の発熱体。 ７）電流供給用被膜（７，８）はりＰＴＣサーミスタ粒
   子（１）に阻止層のない接触を付与する金属のスフ−ピ
   ング、スパッタリングまたは蒸着によってつくら九るこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１項ないし第６項のい
   ず８）電流供給用被膜（７，８）は無電流によって被覆
   されたニッケルまたはリンを含有するニッケルからなる
   ことを特徴とする特許請求の範囲第１項ないし第６項の
   いずれかに記載の′発熱体。 ９）金属箔特に鉛箔、又は銅板およびブリキ板のような
   薄く圧延された可撓性の金属板、又は細い（直径０２な
   いし１咽）線条（金網）からなる細目網、又は導電性粒
   子を混ぜて導電性を与えられた帯状まだはラッカ塗膜状
   の粘着性合成樹脂からなる接触層（］、］　、　１２　
   ）が設けられることを特徴とする特許請求の範囲第１項
   ないし第８項のいずれかに記載の発熱体。 １０）縁部がすべて区画された型の平らな底の上に多数
   の粒子（１）を単層たり注ぎ込んで成るべく均一に配分
   し、その次に直径の最も大きな粒子（１）が丁度機われ
   る程度に、硬化を必要とする有機結合剤（２）を型に流
   し込み、その後結合剤（２）を硬化させ大部分の粒子（
   １）が両側に研磨面（５，６）をもつようになるまで両
   表面（３，４）を研磨（ラップ仕上げ）シ、その後阻止
   層のない電流供給用被膜（７，８）を形成して、その上
   に接触層（１１、１，２）を固定させることを特徴とす
   る抵抗値が正の温度係数をもつｎドーピングおよび／ま
   たはｐドーピングによって導電性を与えられたチタン酸
   バリウムをベースにしだペロブカイト型構造を備えセラ
   ミック製の抵抗材料からなる最低５０容量多々いし最高
   ９５容量チを占める導電性粒子（ＰＴＣ材′ｙＡ）と、
   この粒子が埋込まれ粒子と共に帯を形成し研磨面を形成
   するため表面にはみ出した粒子が研磨された硬化状態に
   おいて可撓性を示す有機絶縁性合成樹脂からなる結合剤
   と、前記粒子の研磨面と阻止層なしで接触し結合剤と表
   面領域において結合された帯の互に対向する表面の電流
   供給用被膜とからなる帯状可撓性発熱体ΦＩ弘。