JPS61143987A - 発熱体 - 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】 産業上の利用分野 木発明は、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５図
のような構造になっていたうすなわち絶縁基板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ＰＴ
Ｃ抵抗体３が設けられる構成のものであり、この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６図の実線ａで示すように、ＰＴＣ
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７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６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６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８
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３間方向の発熱量分布を第９図に示す。このよ
うに、一旦温度分布が若干でも生じるとＰＴＣ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を用いるかして
、この電圧集中現象に対処せなばならなかった。

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
いという大きな問題点を有していた。

そこで本発明はこのような従来の問題点を解消し、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非常に簡易で品質の安定した加
工構成で実現することを目的とする。

問題点を解決するための手段 上記問題点を解決する手段は、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長尺の薄肉板
状のＰＴＣ抵抗体の両面に一対の電極体を連続的にこの
長尺方向に一体化させ、適宜な長さに切断して熱負荷体
に熱的に結合させた構成のものである。

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、上記の構成によりＰＴＣ抵抗体の一対の電極
間方向の熱抵抗を小さく抑えることができるため、一対
の電極間の温度分布が小さくなる。

このため、高発熱量においても、電圧集中現象を防止す
ることができ安全であり、また、この発熱体を熱負荷体
に熱的に結合させて、効果的に発熱させることができる
。ここで、問題となるのが薄肉板状のＰＴＣ抵抗体等の
構成部品を簡易にしかも品質を安定させて構成する方策
である。前記ＰＴＣ抵抗体は、上記の材料にすることに
より、加工性に優れ、また可撓性をもたせることも容易
となり、さらにＰＴＣ抵抗体を長尺にすることによりこ
れらをこの長尺方向に連続的に一体化させることができ
品質も安定する。そして、この発熱体を適宜な長さに切
断して、熱負荷体に熱的に結合させて効率的に用いるこ
とができる。

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
。なお、本発明の各実施例の同種の部品については同一
の部品番号を付与する。

第１図において、４は押出成形で加工された長尺の薄肉
板状のＰＴＣ抵抗体であり、このＰＴＣ抵抗体４の両面
に電気的に導通する如く、一対の電極体５．６をこの長
尺方向に連続的に接着している。このため、非常に簡単
にこの発熱体を構成できるばかりでなく、ＰＴＣ抵抗体
４の軍みが薄肉状であるため、電極体６．６間の温度分
布も小さくなり、前記電圧集中現象も防止することがで
き、安全で信頼性の高い発熱体が実現できる。また、一
般にＰＴＣ抵抗体４は加工条件により特性が異なるが、
このように連続的に構成することにより品質も非常に安
定させることができた。

この発熱体は適宜切断して、第２図に示す実施例の如く
、この発熱体を絶縁フィルム７．８で絶縁被覆し、熱負
荷体としての放熱板９に熱的に結合され用いられる。

ここで、ＰＴＣ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
、アイオノマーポリエチレン、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。このような材料であ
るからＰＴＣ抵抗体４は各種樹脂成形も容易に行なうこ
とができ、可撓性をもたせることもでき、前記の如く簡
単にこの発熱体を構成することができる。

また一対の電極体５．６の距離は０．３〜３騙程度であ
り、ＰＴＣ抵抗体４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。

本実施例では、樹脂としてポリエチレンを用い、また電
極体５．６間の距離を０．５絹とした。

このように、一対の電極体５．６間の距離は非常に小さ
いため、ＰＴＣ抵抗体４内の電流導通方向の温度分布は
小さく抑えられ、前記電圧集中現象は６　Ｗ　／ＣＩＡ
という高発熱密度（通電突入時）においても各種断熱状
態で発生せず、異常過熱、発煙、発火等起こらず非常に
安全で信頼性の優れたものである。

ここで、電極体５．６間方向のＰＴＣ抵抗体４の熱抵抗
は０．００２　［Ｒｈ′Ｃ／、　］であり、ＰＴＣ抵抗
体４内の温度分布を３　ｄｅｇ以下に抑えることができ
たが、その他の実験で、上記熱抵抗が０．０２（ｒｄｈ
″Ｃ−〕以下で規定された厚みのＰＴＣ抵抗体４であれ
ば、前記ＰＴＣ抵抗体材料レベルの熱伝導率をもつ抵抗
体において、この電圧集中現象を防止させられることが
わかった。

また、小さな面積のＰＴＣ発熱体４の発熱は、熱負荷体
としての放熱板９により熱拡散され、これに伴ないこの
発熱体の発熱量もこのＰＴＣ特性により大きくなり、は
ぼ、この発熱体の自己制御温度を維持するように効率的
に発熱されていくので、大きな面積の放熱を可能にする
ことができる。

これにより、機器にこの発熱体を用いた場合、放熱板９
の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、絶縁フィルム等を介する外部への漏洩電流
を小さくすることができ、安全性を向上させることもで
きる。

本実施例で用いた放熱板９は、熱伝導率が大きければ大
きいほど、放熱板９の平均温度がこの発熱体の温度に近
づくように高発熱密度の発熱体を実現することができる
。以上のような放熱する熱負荷体の場合と同様に、各熱
負荷体の熱負荷量に応じた発熱を可能にすることができ
るが反対に、熱負荷がなくても、前記電圧集中現象は発
生しない。

また、前記の如く、この発熱体の構成は生産性にも優れ
品質も安定したものであるが、ＰＴＣ抵抗体４の両面に
構成される電極体５．６の少なくとも一方が長尺のＰＴ
Ｃ抵抗体４の少なくとも一方の幅方向端部を覆わない非
被覆構成としておけばこの残された端部の抵抗体部分で
電極体５，６間の沿面距離を確保し耐電圧性能を満足す
ることができ、また、上記連続一体化工程におけるばら
つきも吸収させることができる。また、絶縁フィルム７
．８も同様に長尺にして連続一体化させることができる
。

また、一対の電極体５，６はこの絶縁フィルム７あるい
は８に接着されたものでもよく、また前記長尺方向に連
続的にこの発熱体を一体化できるものであれば、電極体
自身が長尺でなくてもよい。

さらにＰＴＣ発熱体４に可撓性をもたせることは、前記
のように容易であり、可撓性をもたせると、放熱板９へ
の接着が良好となりこの熱伝達がよくなるばかりかこの
接着の生産性も向上させることができる。

また、第３図の如く、ＰＴＣ発熱体１ｏを熱負背体とし
ての放熱板９に複数個、熱的に結合させてもよい。この
場合は、放熱板９の均熱性を向上させたり、ＰＴＣ発熱
体１０の個数と放熱板の熱伝導率との関係等により放熱
板９の平均温度も変化させたりすることができるので、
各種利用分野において適宜な個数を設定して使用するこ
ともできる。熱負荷体が蓄熱体、受熱体であっても同様
にこの熱負荷に応じた適宜の個数で使用できる。

さらに、第４図の如く、電極体５．６の両側に熱負荷体
としての放熱板９．１１を熱的に結合させてもよい。こ
の場合はＰＴＣ発熱体１０の電流導通方向の温度分布は
さらに均一になり高性能になるばかりか、外部よりの押
圧やＰＴＣ抵抗体不良等何らかの要因で、異常過熱され
ても放熱板９゜１１の均熱効果や遮へい効果により、発
火等することなく安全性を確保することができるという
効果も出てくる。

発明の効果 以上述べてきたように、本発明によれば、高発熱量にお
いても前記電圧集中現象による危険性のない安全で信頼
性の高い発熱体をきわめて簡易な加工構成で安価にしか
も品質を安定させて実現でき、さらに次のような効果も
奏する。

すなわち、適宜な発熱量に設定し加工された同一の本発
明の発熱体を各種熱負荷体の熱負荷に応じてこの装架面
積、あるいは個数により設定することができ、使用に際
しての自由度を拡大させることもでき、実用的に非常に
有用である。

【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斜視図、第４図は本発
明の第４の実施例の発熱体の断面図、第５図は従来の発
熱体の平面図、第６図は同発熱体の発熱温度分布図、第
７図は同発熱体のＰＴＣ特性図、第８図は同発熱体の電
圧集中現象発生の模式図、第９図は同電圧集中現象発生
時の発熱量分布図である。 ４・・・・ＰＴＣ抵抗体、５，６・・・・・・電極体、
７゜８・・・・・絶縁フィルム、９，１１・・・・・・
放熱板、１０・・　ＰＴＣ発熱体。 代理人の氏名　弁理士　中　尾　敏　男　ほか１名４−
−−−　ＰＴＣ抵抗俸 イ　　１　　。　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　３．６−−−−電極イ４゛４−ＰＴＣ発瘉体 見−室廊体 ５　　　７ｙ 第３図 ７３−一一箱炉Ｊ汝フィルム ’？、／Ｉ−−−−牧熊板 第５図　　　　　第７図 第６図　　　　　第８図 第９図 Ｘ−Ｘ″

Claims (4)

【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
   物を主成分とする長尺の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る一対の電
   極体とを前記長尺方向に連続的に一体化させ、適宜な長
   さで切断し、熱負荷体に熱的に結合させて用いられる発
   熱体。
2. （２）抵抗体の薄肉方向の厚みはこの方向の熱抵抗が０
   ．０２〔ｍ＾２ｈ℃／ｋｃａｌ〕以下で規定される厚み
   である特許請求の範囲第１項記載の発熱体。
3. （３）一対の電極体の少なくとも一方は、長尺の抵抗体
   の少なくとも一方の幅方向端部を覆わない非被覆構成と
   した特許請求の範囲第１項、または第２項記載の発熱体
   。
4. （４）発熱体を熱負荷体に複数個熱的に結合させた特許
   請求の範囲第１項記載の発熱体。