JPS61143980A - 発熱体 - Google Patents

発熱体

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JPS61143980A
JPS61143980A JP26664284A JP26664284A JPS61143980A JP S61143980 A JPS61143980 A JP S61143980A JP 26664284 A JP26664284 A JP 26664284A JP 26664284 A JP26664284 A JP 26664284A JP S61143980 A JPS61143980 A JP S61143980A
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resistor
heat
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和典 石井
誠之 寺門
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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】 産業上の利用分野 本発明は、採暖器具及び一般の加熱装置等として有用な
発熱体の構成に関するものである。
従来の技術 従来の正の抵抗温度係数をもつ(以下PTCと称す)発
熱体は、例えば特公昭57−43995号公報に示され
ているように、第4図のような構造になっていた。
すなわち絶縁基板1上に相対向する一対の帯状電極2が
設けられ、その上からPTC抵抗体3が設けられる構成
のものであり、このPTC抵抗体3のPTC特性により
適宜な温度に自己制御されるものであった。
発明が解決しようとする問題点 しかし、このような構成のものでは、特にPTC発熱体
が高発熱量の場合に、温度分布が異常に不均一になり、
異常な高温部とほとんど発熱しない部分が生じるばかり
か、異常高温部は発煙9発火現象を呈する危険性を有す
るという問題があった。
これは以下の現象による。
いま、この発熱体に電圧を印加し通電させたとすると理
論的には第5図の実線aで示すように、発熱抵抗体3部
においてはほぼ均一な発熱温度であり例えば第6図のよ
うな抵抗体のPTC特性によりある温度に自己制御され
る。しかし、このPTC抵抗体3の抵抗分布の不均一性
、外部よりの断熱状態の部分的差異、あるいは外部より
の局所加熱等により、一対の電極2間方向の抵抗分布が
若干不均一になり、抵抗値が相対的に大きい部分(第5
図A)が生じた場合に、A部にかかる電圧は大きくなり
、A部はその他の部分より発熱量が大きくなり第5図の
破線すのような温度分布が生じてくる。これに伴ないA
部の抵抗値はPTC特性のためにさらに高抵抗になり、
A部にかかる電圧もさらに太き(なっていき、A部はさ
らに高温になっていく。このようにして最終的には、第
7図で示すように高温な発熱箇所Aを呈する。この時の
一対の電極2間方向の発熱量分布を第8図に示す。この
ように一旦温度分布が若干でも生じると抵抗体のPTC
特性により温度差が助長され増大される。この現象を以
下の説明では、電圧集中現象と呼ぶことにする。
この電圧集中現象は、高発熱量のものほど発生しやすく
、従来のPTC発熱体は、発熱量を制限したり、あるい
は非常に熱伝導性の良い絶縁基板を用いるかして、この
電圧集中現象に対処せねばならなかった。
ところで、熱伝導性の優れた抵抗体すなわち、チタン酸
バリウム等を用いたセラミック系抵抗体素子を用いると
、この電圧集中現象を抑える発熱量の限界をかなり大き
くすることができるが、この抵抗体では、加工性の面で
大きさ、形状をかなり制約せざるを得す面積の大きい加
熱等においては非常に多くのこの小さな素子を配設せざ
るを得す、給電用接続等が複雑になるばかりか、可撓性
がなく割れやすく放熱体等に熱的に結合しにくいという
本発明の産業上の利用分野では実際には実現性に乏しい
そこで本発明は、以上のような従来の問題点を解消する
ものであり、高発熱量においても異常な発熱分布、発煙
1発火等なく安全で信頼性の高いしかも高性能な発熱体
の構成を提供することを目的とする。
問題点を解決するための手段 上記目的を達成本発明の技術的手段は、従来の技術とは
発想を異にするものである。すなわち、対向する一対の
電極と、この電極間に設けられ、結晶性高分子中に導電
性微粒子を分散させた組成物を主成分とするPTC抵抗
体とを備え、この一対の電極間の体積固有抵抗を、この
電極間の電流導通方向の熱伝導率と使用電圧とにより設
定して高発熱量可能な構成とし、前記PTC抵抗体及び
電極の少なくともいずれか一部に熱拡散、放熱、あるい
は受熱する熱負荷体を熱的に結合してなるものである。
作   用 発明者らは、前記一対の電極間の体積固有抵抗を前記熱
伝導率と使用電圧とにより設定したPTC発熱体では、
高発熱量の場合においても前記電圧集中現象が発生しな
いことを見い出した。この設定された体積固有抵抗の材
料を1対の電極間の距離、この電極面積あるいは、前記
熱負荷体の熱負荷量等で調節することにより、いかなる
発熱量にも適用することができるものである。また、P
TC抵抗体は結晶性高分子中に導電性微粒子を分散させ
た組成物を主成分としているので加工性に優れており可
撓性をもたせることも容易である。
実施例 以下、本発明の一実施例を添付図面にもとすいて説明す
る。
前記一対の電極間の電流導通方向の20℃の温度におけ
る熱伝導率をλ20[k71/mh″C]使用温度にお
ける熱伝導率をλ [ka11/mh’C] 、前記P
TC抵抗体の20℃の温度における体積固有抵抗をρ2
゜[Ωm〕、使用温度における体積固有抵抗をρ [Ω
m〕、使用電圧をE [V ]で表わすときにに ρ20λ20>o、oo5E2、−=、、Hpu人。〈
30ρ20λ20・・・・・(B)なる関係を満たす如
く構成すれば高発熱量においても前記電圧集中現象は起
こらないことが実験的に明らかになった。この関係式は
電圧集中現象が高発熱量であったり一対の電極間の熱伝
導率が小さかったりした場合に発生することより解析し
て導き出したものである。この関係を満足させる高発熱
量可能な構成の一実施例として、第1図に示すような構
成が存する。第1図に示すように、一対の帯状電極4,
5を薄肉帯状のPTC抵抗体6の両面に配しており、ま
た帯状電極4には、熱負荷体として絶縁フィルム7及び
放熱板8を配している。また、9.10は給電用のリー
ド線である。
この構成によれば高発熱量のものであっても、一対の電
極4,5間の距離eを小さくあるいは、電極4,5の面
積を大きくとれば体積固有抵抗ρ2゜を前記固成の関係
を満足するような十分大きい値のものを容易に用いるこ
とができる。また、(B)式は突入時と安定時との体積
固有抵抗と熱伝導率との積の変化倍率を設定するもので
あるが、これはこの変化倍率をあまり大きくすると、電
圧集中現象が起こるが、この限界を設定したものである
ここでPTC抵抗体6はカーボンブラックを中心とする
粒子状導電剤を含有させた高分子組成物であり、例えば
これに用いる樹脂としてはポリエチレン−酢酸ビニル共
重合体、ポリエチレン−エチルアクリレート共重合体、
ポリエチレン、ポリプロピレン等のポリオレフィンやポ
リアミド、ポリハロゲン化ビニリデン、ポリエステル等
の結晶性樹脂があり、各々の結晶変態点付近で急激な正
の温度係数を示す。また一対の電極4.5の距離は0.
3〜3馴程度であり、PTC抵抗体6は高比抵抗の組成
物でよく、自己温度制御性のためのPTC特性並びに(
3)、(B)式の関係を満足させる特性は容易に得られ
る。
ここで、自己制御性のためのPTC特性とは前記の如く
正の抵抗温度係数を有するものであり、ρu/ρ2゜〉
1.5の関係を満たすものである。またこのような材料
の抵抗体6を使用することにより、この抵抗体に電極を
構成させたPTC発熱体の可撓性も容易に実現できる、
実際に、この構成において各種実験を行なったが、前記
(A) 、 CB)式の設定条件に満たされたものは、
全く電圧集中現象が発生しなかった。この−例を下記に
示す。ここで発熱密度は各PTC発熱体の面積あたりの
発熱量である。
上記の厘1〜7までの各実験は使用温度、断熱条件等異
なった実験例を示す表であるが、この表からも開式、(
B)式の関係を満たすものは電圧集中現象が発生してい
ないことがわかる。五5は、通電開始後すぐに電圧集中
現象が発生し、PTC抵抗体の一部より発煙した。また
、澱6は、通電開始後安定するかに見えたが、約1時間
後に電圧集中現象が発生した。(B)式に示す変化倍率
の設定はこの設定範囲外でも低発熱量のものでは電圧集
中現象が発生しないものも存するか、一般にPTC抵抗
体の耐久特性からみてこの大きな変化倍率は抵抗体自身
を損傷しやすい傾向にあり、この意味も含めて設定した
ものである。次に電極4,5はこの実施例では銅箔を用
いたが導電体であればどのようなものでもよ(、この電
極は温度分布を良好にする効果もある。
次に本実施例では、前記熱負荷体は電極4に熱的に結合
された放熱板8としたが、この放熱板8は熱伝導率が大
きければ大きいほど熱拡散も増大され、放熱体の温度分
布もよくなり、またこのPTC発熱体の面積あたりの発
熱量もこの放熱板8の熱拡散が大きいほどこのPTC特
性により自己制御温度を維持するように効率的に大きく
なるため、第4図に示す従来の発熱体より、小さな装架
面積の発熱体で効率的に発熱させられるという利点も有
するものである。さらには、発熱体の装架面積を小さく
することができるので小量の材料で安価に構成できるば
かりか床暖房パネル等にこの発熱体を組み込んだ場合な
ど外部への漏洩電流も小さく抑えることができ安全であ
るという効果も有するものである。その他の熱負荷体で
あっても以上と同様の効果を得ることができ、また熱負
荷が小さくても電圧集中現象は前記の如く防止すること
ができる。さらにこのPTC発熱体は前記PTC抵抗体
6の材料であるから加工性に優れ、可撓性ももたせるこ
とができるため、各種サイズの機器への設置も容易であ
る。
次に、本発明の第2の実施例を第2図に示す。
第2図において11はポリエステル等からなる芯糸であ
りこの上にスパイラル状に巻き付けられた電極12、薄
肉環状のPTC抵抗体層13、スパイラル状に巻き付け
られた電極14、絶縁外皮15が順次構成されている。
また16は放熱板である。この実施例においても、この
電極13゜14間の体積固有抵抗を前記熱伝導率と使用
電圧とにより設定することにより、上記と同様な効果を
得ることができる。このように一対の電極間の体積固有
抵抗をこの電極間の電流導通方向の熱伝導率と使用電圧
とにより設定し高発熱量可能な構成としたものであれば
どのようなものであってもよい。
次に、一対の電極間の熱伝導率が大きい場合を考えると
、電圧集中現象を防止するための(3)式。
(B1式の範囲はさらに大きくなる。これを利用してこ
の電極間のPTC抵抗体あるいは外装部に熱伝導率の大
きいものを介在させてもよい。しかし前記の如く、熱伝
導性の優れたセラミック系の抵抗体では加工性も悪くわ
れやすいため実際には実現しにくかった。そこで例えば
、第3図の如く一対゛Φ帯状の電極17 、17’間に
帯状のPTC抵抗体18を配し、絶縁外皮19を介して
放熱板20、放熱板2,1を外周に熱的に結合させた実
施例を考えてみる。この場合、放熱板21のB部はこの
電極間方向に位置しておりこの放熱板21のB部の厚み
をd、及びd2、電極の幅方向の距離をWとし、PTC
抵抗体18の熱伝導率をλ1.放熱板21の熱伝導率を
人 とした時、(A) 、 (B)式の^2゜及び人は d1+d2 ’20″AT20 +″′W   ’H20d1+d2 人、−λTu+α  w   AHu に補正することもできる。ここでαは熱結合状態等によ
る係数であるが、本実施例では、α=0.8レベルであ
ったが各状態において適宜設定すればよい。
以上のように、熱伝導率の大きい物質を一対の電極17
 、17’間あるいは外周部に設けてさらに高性能の発
熱体を構成することもできる。
発明の効果 以上述べてきたように、一対の電極間の体積固布抵抗を
、この電極間の電流導通方向の熱伝導率と使用電圧とに
より設定することにより、高発熱量においても前記電圧
集中現象による異常な発熱分布さらには発煙1発火の恐
れのない安全で信頼性の高い発熱体を容易に実現できる
ものであり、この設定された体積固有抵抗の材料をこの
電流導通面積、一対の電極間距離あるいはこの発熱体に
熱的に結合させる熱負荷体の熱負荷量やこの熱的結合面
積で調整して発熱体を構成すれば、いかなる発熱量、サ
イズにも適用でき、使用に際しての自由度も大幅に拡大
できるものであり、実用上、きわめて有益な発明である
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の第1の実施例の発熱体の斜視図、第2
図は本発明の第2の実施例の発熱体の斜視図、第3図は
本発明の第3の実施例の発熱体の断面図、第4図は従来
の発熱体の平面図、第5図は同発熱体の発熱温度分布図
、第6図は同発熱体のPTC特性図、第7図は同発熱体
の電圧集中現象発生の模式図、第8図は同電圧集中現象
発熱時の発熱量分布図である。 4 、5 、12 、14 、17 、17’・・・・
電極、6゜13.18・・・・・・PTC抵抗体、8.
16,20゜21・・・・・・放熱板。 代理人の氏名 弁理士 中 尾 敏 男 ほか1名第1
図      4.3− 電極 6−−−−PTC抵抗木 3−−−一放熱板 /2./4−−−一電極

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)対向する一対の電極と、この電極間に設けられ、
    結晶性高分子中に導電性微粒子を分散させた組成物を主
    成分とする正の抵抗温度係数を有する抵抗体(以下PT
    C抵抗体と称す)とを備え、前記一対の電極間の体積固
    有抵抗を、この電極間の電流導通方向の熱伝導率と使用
    電圧とにより設定して高発熱量可能な構成とし前記PT
    C抵抗体及び電極の少なくともいずれか一部に熱拡散、
    放熱あるいは受熱する熱負荷体を熱的に結合してなる発
    熱体。
  2. (2)一対の電極間の電流導通方向の20℃の温度にお
    ける熱伝導率をλ_2_0〔kcal/mh℃〕、使用
    温度における熱伝導率をλ_u〔kcal/mh℃〕、
    前記PTC抵抗体の20℃の温度における体積固有抵抗
    をρ_2_0〔Ωm〕、使用温度における体積固有抵抗
    をρ_u〔Ωm〕、使用電圧をE〔V〕で表わすときに
    ρ_2_0λ_2_0>0.005E^2 ρ_uλ_u<30p_2_0λ_2_0 なる関係を満たす如く構成した特許請求の範囲第1項記
    載の発熱体。
  3. (3)PTC抵抗体は薄肉板状であり、この両面に一対
    の電極を配した特許請求の範囲第1項記載の発熱体。
  4. (4)一対の電極間の電流導通方向に熱伝導率の大きい
    物質を介在させた特許請求の範囲第1〜3項のいずれか
    一つに記載の発熱体。
JP59266642A 1984-12-18 1984-12-18 発熱体 Expired - Lifetime JPH0632275B2 (ja)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH01186785A (ja) * 1988-01-19 1989-07-26 Mitsubishi Electric Corp 加熱装置

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS53122942A (en) * 1977-04-04 1978-10-26 Mitsui Petrochemical Ind Laminated heating unit
JPS5881889U (ja) * 1981-11-28 1983-06-02 トヨタ自動車株式会社 正特性ヒ−タ

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