JPS61143981A - 正抵抗温度係数発熱体 - Google Patents

正抵抗温度係数発熱体

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JPS61143981A
JPS61143981A JP26664784A JP26664784A JPS61143981A JP S61143981 A JPS61143981 A JP S61143981A JP 26664784 A JP26664784 A JP 26664784A JP 26664784 A JP26664784 A JP 26664784A JP S61143981 A JPS61143981 A JP S61143981A
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heating element
exterior material
temperature coefficient
resistance temperature
heat
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誠之 寺門
和典 石井
康友 船越
坂入 忠
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Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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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 本発明は採暖器具および一般の加熱装置等として有用な
正抵抗温度係数発熱体(以下PTC発熱体と称す)に関
するものである。
従来の技術 従来から結晶性高分子中に導電性微粉末を分散した抵抗
体組成物が顕著なPTC特性を示すことが知られていて
、この組成物を用いて自己温度制御性を有する発熱体を
構成する試みがなされてきた。この方式の利点は抵抗体
の形状加工性が優れていて任意の形状が容易に得られる
こと、可撓性に優れていること、抵抗値の調整範囲が広
いことにあり、これまでに比較的低電力密度の面状発熱
体および長尺可撓性発熱体として用いられてきた。
しかし、大きな電力密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の均熱板が不可欠
となり、従来のPTC発熱体においては第6図に示すよ
うに、熱伝導性の良好なアルミナ焼結体から成る電気絶
縁基板1の丘に、導電性微粉末を結晶性高分子中に分散
した材料を主成分とするPTC抵抗体2を密着して構成
し、その両端部に1対の電極3.4を設ける等の対策が
講じられていた。(特公昭55−40161号公報) 発明が解決しようとする問題点 このような従来の高電力密度PTC発熱体では均熱板が
不可欠であって、均熱板がなければ電圧集中による局部
異常発熱現象を生じ、正常な発熱特性が得られなくなる
。また、均熱板があっても、アルミナ焼結体のような電
気絶縁材料の熱伝導率には限界があり、電圧集中発生を
防止するだめの十分な余裕がなかった。さらに、アルミ
ナ焼結体のようなセラミック材料は可撓性がなく、被加
熱物との密着性が不十分であったり、最大加工寸法の制
約から一体で購成される発熱体の寸法形状にも限界があ
った。セラミック系の均熱板に代わる材料として、アル
ミニウム等の高熱伝導率金属板とポリエステルフィルム
等の電気絶縁板との貼シ合わせ均熱板が考案されている
が、耐電圧特性を十分に満足するだけの電気絶縁板の厚
みを設けると、アルミナ焼結体をとまわる均熱効果を得
ることは困難であり、大きな電力密度を得ることができ
なかった。このように、従来の高電力密度PTC発熱体
は均熱板に起因する諸問題が山積していて、これ以上の
発展の余地がなかった。
問題点を一挙に解決するためには均熱板に依存する必要
のないPTC発熱体を導入することが重要であった。こ
の点に着目して検討を進めた結果、電圧集中現象が発生
している部分の幅が数ミリメートル以下であることを見
出し、その範囲内に一対の電極を設置すれば、電極間の
電圧勾配および発熱分布がほぼ一様になるものと推定さ
れた。さらに検討を進めた結果、PTC抵抗体の表面に
微細くし形電極を設けると、電極の占める面積が相当大
きくなり、有効発熱部がほとんどなくなって、それ程大
きな電力密度が得られないことがわかった。その解決策
としてPTC抵抗体の厚さ方向への電圧印加方式を導入
し、実験を積み重ねた結果抵抗体の厚さが5mm以下で
あれば極端な電圧集中現象は観測されなかった。また、
厚さ1 mm以下では、大きな放熱負荷のもとに2 W
/am2(60dog昇温)の発熱時にも異常がみられ
なかった。
この結果から、厚さ5mm以下の薄肉状PTC抵抗体の
両面に電極を設けた発熱体は、電極間の熱拡散能力が高
く、本質的に電圧集中現象が発生し得ないとの結論に達
した。しかしながら、電圧集中による抵抗体の破壊現象
は生じないものの、大きな熱負荷に対しては、発熱体電
極間に意外に大きな電圧勾配分布と温度分布が存在し、
局部的な抵抗体組成物の熱劣化が発生したり、熱の伝達
損失が生じるので、抵抗体の厚さは少なくとも3 mm
以下、好ましくは1mm以下であることが判明した。こ
の購造の発熱体は非常にシンプルな構成であり、均熱板
に起因する様々な制約から解放されるので、性能面、構
造面、工法面で大きな飛躍が得られるものと期待された
この結論のもとに具体的な検討に着手すると、PTC抵
抗体組成物の耐電圧特性、絶縁距離の確保、端子処理方
法、取付は構造、熱の取出し方法等に関する諸問題が山
積し、実用に程遠い状態にあった。代替手段としてチタ
ン酸バリウム焼結体のようなセラミック系のPTC抵抗
体を検討した結果では、電力密度、耐熱性、耐電圧特性
、熱伝導率に優れ、小型の加熱ユニットを構成するうえ
において基本的な問題点はないと判断された。しかしな
がら、焼結体であるために可撓性が全くなく、大面積あ
るいは長尺の加工が著しく困難という課題があり、従来
の面状発熱体や長尺可撓性発熱体のような薄肉、大面積
、均一発熱、可撓性、連続長尺加工といった機能を満す
ことは困難であった。これらの点から判断して、セラミ
ック系PTC抵抗体は断念し、有機系PTC抵抗体を用
いた場合の諸問題を解決するのが唯一の道であることを
確認した。以下、本発明が解決しようとしている具体的
問題について説明する。
有機材料を主成分とし、厚さが3mm以下、好ましくは
1mm以下の薄肉PTC抵抗体の厚さ方向に電圧を印加
する方式の発熱体は、′電圧集中現象が容易に発生しな
いために、単位面積当シの出力を大きく設定できる特長
がある。しかし、その反面、被加熱物との熱の伝達状態
が不完全ないし不安定であると、十分な出力が得られな
かったり、出力が不安定になる等の問題点があった。そ
の原因は、高出力に設定されたPTC発熱体特有の現象
として、発熱体から奪う熱量が少なければ出力が極端に
制限され、その熱量が多ければ出力が大幅に増大すると
いう自己温度制御機能が生じるが、その可変帯域が非常
に大きいことのデメリットによるものである。これらの
欠点を克服して、安定な高出力を得るためには、PTC
発熱体の熱を少しでも多く奪い取り、PTC抵抗体の温
度を少しでも低下させ、より多くの発熱量を得る必要が
あシ、また、熱の伝達経路をしっかりと購成し、発熱体
温度がゆらぐことを防止する必要があった。
しかしながら、高出力になればなる程発熱体形状寸法が
小型で済むことから、被加熱物の表面のわずかの凹凸に
なじませて密着させようとしても、その変形スパンが小
さいがために不完全な密着状態しか得られなかった。そ
して、さらに、発熱体の発熱と冷却による熱歪や、長期
使用による経年的な形状変形が加わるために、その密着
状iは一層不完全なものになって、所定の出力が得られ
ないばかりか、出力が不安定で変動幅が大きかった。
この対策として、被加熱物の周囲に発熱体を巻き付け、
さらに、その外側からバンドで締めつけるといつた方法
も考えられるが、被加熱物が柔軟物である場合や、凹部
であったり平面部であったりする場合にはこの方法は使
えず、有効な対策はなかった。
問題点を解決するための手段 本発明は上記問題点を解決するため、結晶性高分子中に
導電性微粉末を分散させた組成物を主成分とする薄肉P
TC抵抗体と前記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から成る発熱菓子と、前記発熱
素子の周囲を被覆する外装材と、前記外装材の幅寸法よ
りも大きく、前記外装材に連なる可撓性平面部材を設け
てなるものである。
作  用 この技術的手段による作用は次のようになる。
すなわち、薄肉PTC抵抗体の厚さ方向に電圧を印加す
る方式のPTC発熱体は単位面積当りの出力が大きく、
発熱素子そのものは小型化できるが、取扱う熱量は非常
に大きく、その熱量に見合う安定した熱の伝達経路を形
成する必要がある。その伝達通路の形成のために、外装
材よりも大きく、その外装材と一体に連なった可撓性を
有する平面部材を設ける。その作用は、発熱素子と外装
材から成る部分は小型化されたことによってスパンが小
さくなり、単独で被加熱面に密着させるには相当の抑圧
が必要であるが、平面部材を含む全体では、可撓性部分
が案内板となって、比較的弱い力で密着させることがで
きる。また、付加メリットとして、この平面部材は熱拡
散に大きく寄与し、被加熱物との密着部分の熱抵抗を低
下させることができるし、接着剤等で固定する場合の密
層度と強度を大幅に向とすることもできる。これらの相
乗作用によって、熱抵抗が低く、しかも安定した熱の伝
達経路が形成され、その結果、高出力を安定に得ること
ができる。
実施例 以下実施例を添付図面にもとづいて説明する。
(実施例1) 第1図において、5は厚さ0.3mmで幅5mmのPT
C抵抗体、6および7はPTC抵抗体5の両面に密着す
るように溝成された一対の銅板の電極である。8はPT
C抵抗体5と電極6および7から成るPTC発熱素子の
周囲を外装する軟質塩化ビニル外装材であシ、9は外装
材8に一体に接着された軟質塩化ビニルシートから成る
幅15mmの平面部材である。9の平面部材は外装材8
に対し、曲げ剛性を大きく設定しているので、平面部材
9の変形形状を外装材8に反映することができる。一方
、平面部材9の幅寸法は15mmに設定しているので、
一定のたわみを与えるのに必要な荷重は小さくて済み、
平面部材9自体の歪を矯正しつつ、わずかな曲率を伴う
略平面状被加熱物の面に容易に沿わせることができる。
その結果、外装材8の部分も外装材9に追従して変形す
るので、被加熱物の面に密着することになる。また、平
面部材9゛は熱拡散板としても機能し、熱の伝達が不安
定になυがちな被加熱物との接触面の熱抵抗を低減する
。さらに、接着剤等で固定する場合に、接着強度だけで
なく、外装材8のスプリングバックによる応力に対して
粘着力が勝り、空気層の発生や浮きを防止する機能もあ
る。これらの機能の相乗作用によって、PTC抵抗体5
から被加熱物へ至る熱伝達経路の熱抵抗を大幅に低減で
きるし、取付状態等による変動要素を排除して、安定な
熱的結合状態を得ることができる。
(実施例2) 第2図において、PTC抵抗体5および電極6.7から
成る発熱素子部分は実施例1と同一であり、10は実施
例1における外装材8と平面部材9の機能を兼ね備える
構成の平面部材で、半硬質塩化ビニルを押出成型加工し
たものである。平面部材10は、可撓性を確保しつつ、
その端面での変形状態を発熱素子部分に伝えるためにテ
ーパ断面形状としている。この構成は構造がシンプルで
加工性が優れている点に特長がある。
(実施例3) 第3図において、PTC抵抗体5、電極6および7部分
は実施例1と同一であり、11は樹脂フィルムから成る
外装材で、PTC抵抗体5の側面とと面を覆うように加
工されている。12は樹脂フィルムから成る平面部材で
あり、樹脂フィルム11と12はその接合部分において
熱融着シールを処すことにより、一体に構成されている
。また、樹脂フィルム12の厚さは樹脂フィルム11に
対して1.5とし、曲げ剛性比3以上で平面度を維持し
ている。この構成は樹脂フィルムを用いることにより、
押出加工では容易でない薄肉加工を可能とするものであ
る。なお、平面部材12は樹脂フ払ルムだけでなく、マ
イカ等の高剛性無機材料を用いることもできる。
(実施例4) 第4図において、5のPTC抵抗体、6および7の電極
部分は実施例1と同一であり、10の外装材を兼ねる平
面部材は実施例2と同一である。
13は溶融温度の低い樹脂から成る熱融着層で、電極6
ないし7と平面部材10との間を充填している。熱融着
層13の効果は、加工時のクッション材であり、平面部
材10を平面に仕上げることを優先しても、他の部分に
加工歪が残らないようできる。また、PTC抵抗体5と
平面部材10との間の空気層をなくし、熱抵抗?低減す
る効果がある。さらに、充填するだけでなく、接着性を
付与することにより、発熱体を完全に一体化することも
できる。
(実施例5) 第5図において、5のPTC抵抗体と6および7の電極
は実施例1と同一である。14は樹脂フィルム外装材1
5に貼り合わされた熱融着層で、PTC抵抗体5の側面
と上面を覆うように加工されている。16は樹脂フィル
ム平面部材17に貼り合わされた熱融着層で、外装材1
5と平面部材17とは、熱融着層14および16を介し
て一体に構成されている。平面部材17は外装材15に
対して、肉厚で2倍、曲げ剛性で8倍として平面形状を
保っている。この構成の特長は、押出加工では困難であ
・った薄肉の外装材15と平面部材17の加工を可能と
すると共に、その加工と同時に、熱融着層14および1
6によって、抵抗体5と外装材15と平面部材17とを
一体化できる点にある。
発明の効果 以上述べてきたように、本発明によれば、PTC発熱体
を被加熱物に装着する場合の熱の伝達特性を大幅に改善
するとともに、その変動要素を極力低減することを可能
とするものである。薄肉PTC抵抗体の厚さ方向に電圧
を印加する方式のPTC発熱体自体は高出力に耐え得る
構成であるが、その出力を有効に安定に取り出すだめに
、本発明は極めて有効であり、欠くことのできないもの
である。この結果、従来のPTC面状発熱体に対して、
実装時においてもはるかに高出力で、可撓性と加工性に
優れたPTC発熱体を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の第1の実施例のPTC発熱体の部分斜
視図、第2図は本発明の第2の実施例のPTC発熱体の
部分斜視図、第3図は本発明の第3の実施例のPTC発
熱体の部分斜視図、第4図は本発明の第4の実施例のP
TC発熱体の部分斜視図、第6図は本発明の第5の実施
例のPTC発熱体の部分斜視図、第6図は従来のPTC
発熱体の斜視図である。 5・・・・・・PTC抵抗体、6.7・・・・・・電極
、8.11.15・・・・・・外装材、9.10112
.17・・・・・・平面部材、3.14.16・・・・
・・熱融着層。 代理人の氏名 弁理士 中 尾 敏 男 ほか1名5−
PTC抵抗体 第4図 一3′; 5−一−ρTC&扮イ本 67−電極 6.1−−J趣

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)結晶性高分子中に導電性微粉末を分散させた組成
    物を主成分とする薄肉正抵抗温度係数抵抗体と、前記抵
    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
    極体から成る発熱素子と、前記発熱素子の周囲を被覆す
    る外装材と、前記外装材の幅寸法よりも大きく、前記外
    装材に連なる可撓性平面部材より成る正抵抗温度係数発
    熱体。
  2. (2)外装材ないし可撓性平面部材のいずれかが他方を
    兼ね備えた特許請求の範囲第1項記載の正抵抗温度係数
    発熱体。
  3. (3)外装材と可撓性平面部材が発熱素子の幅寸法より
    大きい2枚の薄肉板によって上下面から一体に装着され
    た構成とした特許請求の範囲第1項記載の正抵抗温度係
    数発熱体。
  4. (4)発熱素子と外装材もしくは平面部材との間に熱溶
    融性の充填層を介在させた特許請求の範囲第1〜第3項
    のいずれか一つに記載の正抵抗温度係数発熱体。
  5. (5)平面部材の曲げ剛性が外装材に対して2倍以上大
    きくなるように設定された特許請求の範囲第1項記載の
    正抵抗温度係数発熱体。
JP26664784A 1984-12-18 1984-12-18 正抵抗温度係数発熱体 Granted JPS61143981A (ja)

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DE8585116105T DE3583932D1 (de) 1984-12-18 1985-12-17 Selbstregelnder heizartikel mit elektroden welche direkt mit einer ptc-schicht verbunden sind.
US06/809,966 US4783587A (en) 1984-12-18 1985-12-17 Self-regulating heating article having electrodes directly connected to a PTC layer
CA000497966A CA1249323A (en) 1984-12-18 1985-12-18 Self-regulating heating article having electrodes directly connected to a ptc layer
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