JPS61143985A - 発熱体 - Google Patents

発熱体

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JPS61143985A
JPS61143985A JP26666684A JP26666684A JPS61143985A JP S61143985 A JPS61143985 A JP S61143985A JP 26666684 A JP26666684 A JP 26666684A JP 26666684 A JP26666684 A JP 26666684A JP S61143985 A JPS61143985 A JP S61143985A
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JP
Japan
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heat
resistor
heating element
ptc
temperature
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JP26666684A
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Inventor
和典 石井
誠之 寺門
康友 船越
坂入 忠
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Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Publication date
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Priority to DE8585116105T priority patent/DE3583932D1/de
Priority to CA000497966A priority patent/CA1249323A/en
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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号公報や特公昭
55−40161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
3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・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PTC発熱体3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、PT
C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(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大きくなっていき、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PT
C抵抗体3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3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1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
くすることかできるが、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ず、面積の大きい
加熱体においては非常に多くのこの小さな素子を配設せ
ざるを得ず、給電用接続等が複雑になるばかりか、可撓
性がな(割れやすく放熱体等に熱的に結合しに(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
いという大きな問題点を有していた。
このような中で、高発熱量でも電圧集中現象を発生させ
ないで、しかも加工性に優れた発熱体としては、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
したPTC抵抗体を用い、1対の電極間隔を適宜に小さ
くして、温度分布を小さくすれば可能であると考えられ
るが、第4図の如く構成では、電極2の占める面積が太
き(なり、PTC抵抗体3部分の占める面積は、帯状電
極2の幅を細くしても非常に小さくなり高発熱量を得に
くいばかりか、材料的なロスも大きい。また、絶縁基板
1に熱伝導性の非常に優れた高価な材料を用いても、そ
れほど効果はない。そこで、適宜な厚みの薄肉板状の前
記PTC抵抗体の両面に一対の電極を構成すれば、上記
全ての問題点は解決されると想定されるが、ここで問題
となるのは、本発熱体の発熱を各種熱負荷体へ熱伝達す
るメカニズムである。第4図の如く構成では絶縁基板1
部分に放熱体を面接触させれば、絶縁基板1のみの熱抵
抗にけであり効率的に熱伝達されるが、上記想定の構成
では、機器に組み込んだ場合等を考えると、熱負荷の大
きさの相違によって一対の電極側の温度差が生じ、これ
はPTC抵抗体のPTC特性により助長される。この場
合前記の如く一対の電極間の距離は、適宜に小さくして
いるので、この温度分布も小さく抑えられ、また発煙・
発火等の異常は十分に抑えることができるものの、数度
以下の温度分布は生じる可能性にあり、熱負荷の小さい
側の方が相対的に高温となり、主熱負荷側への熱伝達は
非効率になってしまうという場合も多かった。ここで、
放熱、受熱等する熱負荷体の一例として放熱体を考えて
みると、この放熱体と発熱体との熱的結合は放熱体の表
面あらさが大きくこの接融面での熱抵抗が大きかったり
、放熱体が金属であり電気絶縁板等を介して結合せさる
を得す、この熱伝導率の小さい絶縁基板の厚みも耐電圧
性能を十分に考慮した距離を確保せざるを得ず熱抵抗が
大きくなったりして熱伝達特性が悪くなる傾向にあった
。この上に前記の如く放熱体のない側の方が高温になる
と、前記熱的結合部分と発熱体自身との熱抵抗が合成さ
れることになり、熱伝達特性は急激に悪化する。この発
熱体自身の熱抵抗の依存度は、この発熱体自身の熱負荷
状況により変化するものであり、また前記の如く数度レ
ベルの温度分布に抑えることができるため、前記熱的結
合部の熱抵抗を小さくするような構成にすれば、どのよ
うな熱負荷条件においても、効率的に熱伝達すると考え
られる。
そこで、本発明は以上の点に着目し、発熱体の熱を効率
的に熱伝達させることのできる構成を提供し、高発熱量
においても、異常な発熱分布、発煙・発火等なく安全で
信頼性の高い発熱体を実現させることを目的とする。
問題点を解決するための手段 上記問題点を解決する本発明の技術的手段は、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す
る薄肉板状のPTC抵抗体の両面に一対の電極を構成し
、少な(とも一方の電極に熱拡散体を熱的に結合して配
した構成であり、かつ前記PTC抵抗体の発熱部分より
熱拡散体の面積を大きくした構成にしているものである
作   用 この技術的手段による作用は以下のようになる。
すなわち、PTC抵抗体の発熱は一方の電極を介してこ
れに構成された電極より大きな面積の熱拡散体に伝達さ
れ、さらに大きな面積の放熱体等の熱負荷体に熱伝達さ
れるので効率的な熱伝達となる。詳細に説明すると、ま
ず熱伝導性に優れた一方の電極及び熱拡散体によりPT
C41抗体の発熱面積より大きい熱拡散体の面積まで非
常に小さな熱抵抗により効率的に熱拡散させ、熱伝導性
の悪い表面接触の悪い接合面あるいは絶縁体の熱伝達面
積を大きくして熱抵抗を小さくして熱負荷体に熱伝達さ
れるために、この熱伝達のメカニズムは良好となる。こ
の傾向は、特に高発熱量の場合において顕著である。ま
たこの構成により、熱拡散体への熱伝達が非常に良好な
ため、PTC抵抗体は同一発熱量であっても、相対的に
低温で抑えることができ、一対の電極間の温度分布も小
さくでき、効率的な発熱体を実現できるようになる。
実施例 以下、本発明の一実施例を添付図面に基づいて説明する
第1図において、4は薄肉板状のPTC抵抗体であり、
この両面に一対の電極5.6を配している。そして電極
5のPTC抵抗体4が配されていない面にこのPTC抵
抗体4より面積の大きい熱拡散板7が配され、これはこ
の発熱体の熱負荷体の一例である絶縁板8及び放熱板9
と熱的に結合されている。
ここで本図上方からみたPTC抵抗体4の発熱部面積よ
り熱拡散板7の面積は、大きく構成されており、PTC
抵抗体4より出力される熱は、熱拡散板7に熱拡散され
、大きな熱伝達面積により熱伝導率の悪い絶縁板8を介
して放熱板9に熱伝達されるので、熱効率は非常に良好
となる。また、このPTC抵抗体4のPTC特性により
、放熱板9の温度も、このPTC抵抗体4の自己制御温
度に近い値にまで上昇し、また良好に均熱化され、放熱
板9の面積まで発熱面積を拡大することができる。この
発熱体は高発熱量においても、前記に示すように電圧集
中現象は発生せず、この高発熱量の小型の発熱体により
、大きな面積をこのように効率的に熱伝達されるので放
熱面積あたりのこの発熱体の装架面積を小さくすること
ができ材料は少量となり安価に構成できるという利点も
有する。
実際に本構成とこの構成で熱拡散板7のみを除いた構成
の温度分布を比較してみたのが第2図である。図中実線
イが本実施例構成の温度分布、破線口が熱拡散板7のみ
を除いた構成であり、本実施例構成の温度分布が驚くべ
きほど良好であることがわかった。また、熱拡散板7は
アルミニウム板、銅板、鉄板等何であってもよいがこの
傾向は熱拡散板7の熱伝導率が大きければ大きいほど良
くなった。さらにPTC抵抗体4の最大温度は第2図の
例で約2度下がり構成全体の平均温度は約3度上昇した
わけであり、PTC抵抗体4は以下の如(結晶性樹脂を
用いたものであり、この耐熱性能もかなり向上させるこ
とができるという付加的な効果も出てきた。ここでPT
C抵抗体4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5,6の距離は0.3〜311
EI11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特性は容易に
得られる。また、第3図は熱拡散板を少なくとも一方の
電掘と兼用させた実施例であり、同様に、薄肉板状のP
TC抵抗体10の両面に熱拡散板を兼ねそなえた電極1
1と他方の電極12を配し、電極11のPTC抵抗体の
反対面にはこの発熱体の熱負荷体として絶縁板13、放
熱板14が順次に構成されている。この構成でも前記と
同様な効果を得ることができる。電極11.12として
は、本実施例では、銅箔を用いたが、導電体であれば何
であってもよく、また導電体であれば、熱伝導率も大き
いので、前記熱伝達は効率的である。また、熱拡散板は
、電極間の電流導通方向からみてPTC抵抗体の発熱部
より面積が大きければ、どのような位置関係にあっても
よく、また、各種熱負荷体とどのような熱的な結合であ
ってもよい。
発明の効果 以上述べてきたように、本発明によれば、この発熱体の
熱を各種熱負荷体にきわめて効率的に熱伝達させること
が簡易な構成で可能となり、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、発煙・発火の恐れ
のない安全で信頼性の高い発熱体を実現できるものであ
り、しかも次のような効果も奏する。
すなわち、各種熱負荷体に非常に効率的に熱伝達されこ
の構成の温度分布が良好になるため、同一の発熱量の場
合、この発熱体自身の温度は相対的に低く抑えられるた
めこのPTC抵抗体材料等の耐熱性能を向上させること
もでき、実用上きわめて有利なものとなる。
【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
図は同発熱体の温度分布図、第3図は本発明の第2の実
施例の発熱体の斜視図、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生時の発熱量分
布図、である。 4.10・・・・・・PTC抵抗体、5,6,11゜1
2・・・・・・電極、7・・・・・・熱拡散板、8,1
3・・・・・・絶縁板、9,14・・・・・・放熱板。 代理人の氏名 弁理士 中 尾 敏 男 ほか1名¥2
図 第1囚のX不臼郡位 第3図 10−−−−  PTCJ−aイントミn、tz−−一
一電籐 第4図    第6図 逼席 第8図 X−X″ q7iq

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)結晶性高分子中に導電性微粒子を分散させた組成
    物を主成分とする薄肉板状の正の抵抗温度係数をもつ抵
    抗体と、この抵抗体の両面に構成された一対の電極と、
    これらの電極の少なくとも一方に熱的に結合された熱拡
    散体とを備え、前記抵抗体の発熱部分より熱拡散体の面
    積を大きくした発熱体。
  2. (2)熱拡散体を電極と兼用させた特許請求の範囲第1
    項記載の発熱体。
JP26666684A 1984-12-18 1984-12-18 発熱体 Pending JPS61143985A (ja)

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EP85116105A EP0187320B1 (en) 1984-12-18 1985-12-17 Self-regulating heating article having electrodes directly connected to a ptc layer
DE8585116105T DE3583932D1 (de) 1984-12-18 1985-12-17 Selbstregelnder heizartikel mit elektroden welche direkt mit einer ptc-schicht verbunden sind.
CA000497966A CA1249323A (en) 1984-12-18 1985-12-18 Self-regulating heating article having electrodes directly connected to a ptc layer
US07/190,562 US4954696A (en) 1984-12-18 1988-05-05 Self-regulating heating article having electrodes directly connected to a PTC layer

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JPS5318837A (en) * 1976-08-04 1978-02-21 Raychem Corp Electric heater and method of using same
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