JPS5918802B2 - 熱感応性素子 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はブチレンテレフタレート構造を有するポリエス
テルからなる熱感応性素子、いわゆるプラスチックサー
ミスターに関する。

従来から熱感応性素子としてポリ塩化ビニル、セルロー
ズエステル、ポリアミド等の高分子物質があるが（特公
昭２６−１６２７号、特公昭３５−１４１７９号等）、
特にポリアミドはすぐれた電気的性質（温度勾配）や材
料本来の有するすぐれた機械的性質（可撓性、耐熱性等
）から、電気毛布や電気カーペット等の熱感応性素子と
して広く応用されている。

その応用方法としては、原理的には、第１図〜第４図に
示すよう・に、必要に応じて基材１上にヒーター２、電
気絶縁体３を介して、あるいは介さずに熱感応性素子４
、信号導体５、外被６を設け、ヒーター２に通電して昇
温すると熱感応性素子４も昇温してその電気的性質が変
化するので、それをヒーター２あるいは信号導体５と、
信号導体５とを電極として感知し、コントローラーによ
りヒーター２への入力を制御して該電熱部材全体の温度
を一定に維持するものである。

従つて、熱感応性素子４に要求される特性としては、わ
ずかの温度変化でもその電気的性質が大きく変化するこ
と、即ち温度に対する感度が高いことが大切であるが、
更にその電気的性質の安定性、即ち経時変化しないこと
が、使用感としての定温維持性及び安全性の点で非常に
重要である。

又、一般にヒーーター２への供給電力は、経済性の点か
ら商用交流が利用されるが、その場合第１図や第３図の
如＜：ヒーター２と熱感応性素子４とが電気的に絶縁さ
れていない構造においては、ヒーター２の交流電圧が熱
感応性素子４に影響するので、温度変化による熱感応性
素子４の電気的性質、特にその電気抵抗値を検出する場
合には、ヒーター２と信号導体５の間に直流電圧を印加
して検出すれば、ヒーターの交流と信号の直流とは容易
に分離でき、目的とする熱感応性素子４の電気抵抗値が
容易に検出できる。従つて、直流を印加しても感度がよ
く、その電気抵抗値が経時変化しない熱感応性素子が最
も望ましいわけであるが、前述のポリアミド樹脂等は本
発明者等が検討を続けたところ、交流印加時の電気抵抗
（インピーダンス）の経時変化は小さいが第８図Ｄの如
・（数１０℃の低温域での感度が悪く、又直流印加時に
は第８図Ｃの如く低温域の感度はよいが電気抵抗の経時
変化が第Ｔ図Ｃの如く大きいといつた問題があることが
わかつた。

本発明者等はかかる状況に鑑みて鋭意研究の結果、ブチ
レンテレフタレート構造を有するポリエステルがポリア
ミド樹脂と同等以上の感度を有し、しかも驚くべきこと
に直流電圧印加下でもその電気抵抗の経時変化は非常に
小さく、万一変化しても安全サイドであることを見出し
たものである。又該ブチレンテレフタレート構造を有す
るポリエステルは、ポリアミド樹脂と同様に溶融押出し
が可能であり、又金属やカーボン層との接着性に優れ、
柔軟性もよく、ポリアミド樹脂と同様に熱感応性素子と
して利用できることを見出したものである。なお、通常
のポリエステルであるポリエチレンテレフタレートにも
一般のプラスチツクと同様に多少の温度特性があるが、
特に実用温度範囲である２００Ｃ〜７０℃の低温域での
感度が極めて悪く、又ヒーターや信号導体との接着性も
弱く、熱感応性素子として利用できず、本発明のブチレ
ンテレフタレート構造を有するポリエステルにおいて優
れたサーミスター特性を発現することを見出したもので
ある。本発明をより詳しく説明すると、本発明でいうブ
チレンテレフタレート構造を有するポリエステルとは、
熱可塑性ポリエステル樹脂の一種であり、ポリブチレン
テレフタレートまたはポリブチレンテレフタレートを主
体とする共重合体を意味するが、テレフタル酸および１
，４−ブタンジオールの含有率は、ヒーターや信号導体
との接着性、熔融押出時の粘度特性、結晶化特性等の点
で、それぞれ６０モル％以上でなければならない、又使
用し得るテレフタル酸の残部のジカルボン酸成分として
は、アゼライン酸、セバシン酸、アジピン酸、ドデカン
ジカルボン酸などの炭素数２〜２０の脂肪族ジカルボン
酸またはイソフタール酸、ナフタレンジカルボン酸など
の芳香族ジカルボン酸またはシクロヘキサンジカルボン
酸などの脂環式ジカルボン酸の単独ないしは混合物が挙
げられる。

又、使用し得る１，４−ブタンジオールの残部のジオー
ル成分としては、エチレングリコール、ネオペンチルグ
リコール、１，４−シクロヘキサンジメタノール、１，
６ヘキサンジオール、１，１０−デカンジオール、１，
４−シクロヘキサンジオール、２−エチル−２−ブチル
−１，３−プロパンジオールなどの脂肪族グリコール、
脂環式グリコールの単独または混合物などが挙げられる
。また高分子グリコール、たとえば、ポリエチレングリ
コール、ポリプロピレングリコール、ポリテトラメチレ
ングリコールも残部のジオール成分として用いられる。
本発明でいうブチレンテレフタレート構造を有するポリ
エステルの一部を具体的に示すと、ポリブチレンテレフ
タレート、ポリブチレンテレフタレート／イソフタレー
ト、ポリブチレンテレフタレート／セバケート、ポリブ
チレンテレフタレート／イソフタレート、ポリテトラメ
チレングリコールプロツクコポリマなどが代表的である
が、これに限定されるものではない。又該ブチレンテレ
フタレート構造を有するポリエステルに、他の物質、例
えばイオン性基を有する有機化合物やイオン性基を有す
る高分子化合物を配合したりすることにより、熱感応性
素子としての性能を向上せしめることもできる。

この場合イオン性基を有する有機化合物としては、熔融
押出しの安定性、耐熱性等の点から、金属石ケン、有機
スルホン酸塩、有機リン酸エステル塩、ホスホン酸塩、
ホスフイン酸塩等が好ましく、イミダゾリン型、アミド
アミン型のカルボン酸塩両性界面活性剤等もある。配合
量は０．０１〜５重量％がよく、０．０１重量％以下で
は熱感応性素子としての性能向上較果がなく、５重量％
以上では該ポリエステル樹脂の優れた一般特性が損われ
る。又、イオン性基を有する高分子化合物も特に限定さ
れるものではないが、熔融押出し性、耐熱性等の点から
、例えば６サーリン゛という商標のアイオノマー樹脂の
如く、エチレンを含むα−オレフインと不飽和カルボン
酸とから得られる共重合体に、原子価が１〜３の金属イ
オンが付加したイオン性炭化水素重合体が好ましく、又
”アドマ”や゛デユラン”という商標で市販されている
ポリプロピレン、ポリエチレンあるいはエチレン一酢ビ
コポリマにアクリル酸あるいは無水マレイン酸をグラフ
ト重合したポリマーであつてもよい。なお本発明は、熱
感応性素子としての性能を損なわぬ限り、ポリエステル
樹脂に一般的に添加される種々の添加剤、例えば耐熱剤
、耐光剤、充填剤、可塑剤、難燃剤、着色剤等を併用し
てもよい。該樹脂の重合度は機械的物性の点より、該樹
脂のオルソクロロフエノール０．５（ｆｌ）溶液の２５
例Ｃでの相対粘度が１．２以上が好ましい。又、該ブチ
レンテレフタレート構造を有するポリエステルを、例え
ば第１図〜第４図の如く発熱線あるいは面状発熱体の熱
感応性素子４として、ヒーター２と信号導体５との間、
あるいは信号導体５と５の間に一体となつている電熱部
材としても有効であることがわかつた。

特に該ポリエステルは従来から知られているポリアミド
樹脂と同様に、ヒーター２や信号導体５との接着性が極
めてよく、又、柔軟性もよいので、電気毛布の発熱線や
電気カーペツトの面状発熱体として十分使用できるもの
である。ここでヒーター２としては、第１図、第２図の
如き発熱線の場合には、ニクロム線や偏平線が一般的で
あり、第３図、第４図の如き面状発熱体の場合には、ア
ルミニウムを蛇行状にエツチングしたもの、ニクロム線
の如き発熱線を織物にしたもの、織物に導電性塗料を含
浸したもの、フイルムにカーボンブラツク、その他各種
の導電性塗料をコーテイングしたもの、導電性粉末を練
込んだゴムやプラスチツク導電性シート等の面状発熱素
子として使用できるものは全て利用できる。又信号導体
５としては第１図、第２図の如き発熱線の場合には、ニ
ツケルやアルミニウム、銅等の偏平線が好適であり、第
３図、第４図の如き面状発熱体の場合には、アルミニウ
ム箔や銅箔あるいはアルミニウムやニツケル、銀等をプ
ラスチツクフイルムに真空蒸着した蒸着膜等も使用する
ことができる。

又該熱感応性素子４とヒーター２、信号導体５との一体
化方法としては、エクストルージヨンラミネートあるい
は一旦シート状にしてから熱プレス、熱ロール等で熱圧
着するといつた一般的方法が適用できる。

なお本発明でいう熱感応性素子とは、いわゆるプラスチ
ツクサーミスタ一を意味し、温度の変化に伴ない、その
電気的性質、具体的には体積固有電気抵抗、インピーダ
ンス、誘電率、リアクタンス等が可逆的に大きく変化す
る性質を有するものを意味する。

実施例 １ テレフタル酸と１，４−ブタンジオールとをチタン酸テ
トライソプロピルを触媒として重合反応して得た相対粘
度１．５のポリブチレンテレフタレートを、４０ｍ７Ｉ
Ｌφエクストルーダ一で２８０℃で熔融押出ししてキヤ
ステイングし、厚さ０．１７７！Ｕの１０％１ −／イ
ＥＳｌ二１１ｈ警 １１ノ ．饗 ′ φ２日
ｊ− Ｑｉに該フイルムの両面に金を直径５ｃＴｎφ
の円形に０．１μの厚さで真空蒸着して電極となし、第
５図の如き回路に接続して直流電圧を印加した状態で熱
風オーブン中に入れ、２０℃から１２０℃の範囲で温度
を変えた場合の体積固有電気抵抗値を測定したところ、
第６図Ａの如き負の抵抗温度係数を有する優れた温度勾
配が得られることがわかつた。

なお第５図のＥは直流電源電圧を、ｉは交流電源電圧を
示し、Ｒｓは標準抵抗を、ＶＯはその電位差を示す。本
回路により、サンプルの電気抵抗ＲｘはＲｘ＝？Ｒｓで
求めた。Ｖｎ 実施例 ２ ジカルボン酸成分として、テレフタル酸６５モル％、イ
ソフタル酸３５モル％と、ジオール成分が１，４−ブタ
ンジオールからなる相対粘度１．５のポリブチレンテレ
フタレート／イソフタレートを４０ｍ１１φエクストル
ーダ一で２６０℃で熔融押出ししてキヤステイングし、
厚さ０．１ｍｍのポリブチレンテレフタレート／イソフ
タレートフイルムを得た。

該プール仏に実施例１と同様に電極を設け、直流電圧を
印加して熱風オーブン中で電気抵抗を測定したところ第
６図Ｂの如き負の抵抗温度係数を有する優れた温度勾配
が得られた。又温度を１２０℃に保ち、電気抵抗の経時
変化を測定したところ、第７図Ｂの如く、ほとんど変化
せず優れており、更に変化しても電気抵抗が減少する傾
向即ち温度信号としては高温信号を発する方向なので、
電気毛布や電気カーペツトに応用した場合に安全サイド
へ変化することになり、安全性の点でも優れていること
がわかつた。比較実施例 １ ８０重量部のラウロラクタムと２０重量部の力プロラク
タムとを水の存在下で重合せしめ、硫酸相対粘度（ηｒ
）２．３のナイロン１２／ナイロン６共重合体手ツブを
つくり、これにヨウ化銅系の耐熱剤（老化防止剤）を混
合して４０ｍｍφエクストルーダ一で熔融押出ししてキ
ヤストし、厚さ０。

１ｍｍのナイロン１２／ナイロン６共重合フイルムを得
た。

該フイルムに実施例１と同様にして電極を取付け、直流
電圧印加の場合、交流電圧印加の場合につき夫々・温度
を変えて電気抵抗を測定したところ、、第８図Ｃ，Ｄの
如くであり、低温度域での勾配が急、即ち感度がよい点
で直流電圧印加特性が優れていた。一方、温度を１２０
℃の一定に保つて電気抵抗の経時変化を調べたところ、
第７図のＣの如く、直流印加下では急激に１００倍近く
も増大してしまい、熱感応性素子としては安定性、安全
性の点で劣ることがわかつた。比較実施例 ２ 通常のポリエチレンテレフタレートのフイルム状物とし
て、東レ（株）製の６ルミラ一５”の０．１１１厚さ品
を選び実施例１と同様にして体積固有抵抗値を測定した
ところ、第６図Ｅの如く、実用温度域である２００Ｃ〜
７０℃での勾配が極めて小さく、熱感応性素子としては
極めて劣ることがわかつた。

実施例 ３実施例２のポリブチレンテレフタレート／イ
ソフタレートを４０１ｍφエクストルージヨンラミネー
タ一を使用して、第３図の如き構造になるように２軸延
伸ポリエチレンテレフタレートフイルム１ルミラ一０上
に導電性カーボン塗料を塗布し通電用銅箔電極を設けた
面状発熱体（１＋２に相当）と、前記と同じ６ルミラ一
１上にアルミニウム箔を貼り合せた信号導体（５＋６に
相当）との間に該樹脂を０．１ｍｍの厚さでエクストル
ージヨンラミネートし、全面に本発明の熱感応性素子を
有するフレキシブルな面状発熱体である電熱部材を得た
。

該電熱部材に第９図の如き温度検出制御回路を接続して
、導電性カーボンヒーター面に商用交流１００を供給し
、同時に該ヒーター面とアルミ′）ＲｉｌＹ・ミ山＝ 才２図 ニウム信号導体面との間に１０の直流電圧を印加して、
温度変化により変化する該熱感応性素子の直流電気抵抗
を分別、検出することにより容易に温度検出制御ができ
、電気カーペツト用ヒーターとしても好適であることが
わかつた。

又該熱感応性素子は、ヒーターである導電性カーボンヒ
ーター面、銅箔電極、アルミニウム信号導体層ともよく
密着しており、屈曲しても剥離は全くなく、接着性の点
でも優れていた。

なお第９図中の数字は第１図〜第４図の数字と同じ内容
を示す。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第４図は、熱感応性素子を応用した電熱部材の
断面図の例を示し、第１図、第２図は電気発熱線の例で
、第３図、第４図は面状発熱体の例を示す。 第５図は熱感応性素子の電気抵抗の測定回路図である。
第６図は、本発明の熱感応性素子の温度変化による体積
固有電気抵抗を示すグラフである。第７図は熱感応性素
子に直流電圧を印加した場合の体積固有電気抵抗の経時
変化を示すグラフである。第８図は、ポリアミドの温度
変化による体積固有電気抵抗を示すグラフである。第９
図は、本発明の熱感応性素子を面状発熱体に応用した電
熱部材の温度検出制御回路プロツク図を示す。１：基材
、２：ヒータ一、３：電気絶縁体、４：熱感応性素子、
・５：信号導体、６：外被。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ ヒーターと信号導体との間、あるいは信号導体間に
   、テレフタル酸および１，４ブタンジオールの含有率が
   それぞれ６０モル％以上のブチレンテレフタレート構造
   を有するポリエステルを介在せしめてなる熱感応性素子
   。