JPS6245672B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は通電により発熱し、温度上昇に伴い抵
抗値が増加する所謂正の温度係数（以下PTC特
性と称す）を有する自己温度制御型発熱素子に関
するものである。

従来、この種の発熱素子としては、ポリエチレ
ン或いはポリプロピレンとカーボン粉末の混合物
をシート状に成形して得られる単層型の発熱素子
が知られている。

この従来品においては通電により温度が上昇す
るにつれて、ポリエチレン或いはポリプロピレン
の体積が増加し、その中に分散せしめられたカー
ボンブラツク粒子間の間隔が押し広げられて発熱
素子の抵抗値が増加してPTC特性を示す結果、
温度制御が行なわれるものと考えられている。

ところが、従来品は通電時に素子中に局所的な
異常発熱による高温部が発生し易く、一旦この高
温部が発生するとそれが拡大するばかりでなく、
素子自体のPTC特性により温度が更に上昇し、
ついには素子の融点以上に達して焼損（以下ヒー
トピークと称す）に至り使用不能になる事故がし
ばしば生じており、信頼性に欠けていた。

この従来品におけるヒートピークは、発熱素子
中に最初の高温部が発生すると電極間を流れる電
流のうち高温部を流れるべき電流が該高温部を迂
回し、その周辺部に集中し該周辺部の電流密度が
他の部分よりも高くなつて周辺部の温度が急激に
上昇する結果、高温部が拡大され、更にこの高温
部の拡大が連続的に起つて生ずるものである。

また、従来品におけるヒートピークは発熱素子
の構成材料が同じならば該素子の発熱に際して取
り付けられる両電極間の距離に依存するところが
大であり、その距離が大きくなるにつれてヒート
ピークが生じ易くなることが知られている。更に
電極間距離が約100mmを越えるような場合には、
通電開始後比較的短時間でヒートピークが必らず
発生することも知られている。従つて、従来は電
極間距離が約100mm以上の自己温度制御型発熱素
子は得られていなかつた。

本発明者達は上記現状に鑑み鋭意検討の結果、
熱可塑性樹脂および／またはゴムに導電体を均一
に混合せしめた少なくとも２枚のシート状発熱素
子から構成され、その初期抵抗値が互に異なり、
且つ所定温度以上になると抵抗値の関係が逆転し
得るシート状発熱素子同志を密着せしめて複層構
造にすることにより、電極間距離が大きくてもヒ
ートピークの発生を防止し得る自己温度制御型発
熱素子が得られることを見出し、本発明を完成す
るに至つたものである。

即ち、本発明に係る自己温度制御型発熱素子
は、熱可塑性樹脂および／またはゴムと導電体の
混合物から成る正の温度係数を有する少なくとも
２枚のシート状発熱素子が密着せしめられてお
り、隣り合う発熱素子相互の初期抵抗値が異な
り、且つ所定温度以上では前記隣り合う発熱素子
相互の抵抗値の関係が逆転するように構成して成
るものである。

本発明におけるシート状発熱素子は、ポリエチ
レン、ポリプロピレン、ポリ塩化ビニル、ポリエ
チレンテレフタレート、ポリ塩化ビニリデン、フ
ルオロカーボン重合体、ポリアミド、エチレン−
エチルアクリレート共重合体、エチレン−酢酸ビ
ニル共重合体等の熱可塑性樹脂および／またはゴ
ムとカーボン粉末、カーボンビーンズ、金属粉
末、カーボン短繊維等の微細な導電体との混合物
をシート状等に成形したもので、例えば加熱溶融
せしめた熱可塑性樹脂および／またはゴムに所定
量の導電体を添加して均一に混合した後シート状
に成形する方法により得ることができる。

このシート状発熱素子における熱可塑性樹脂、
ゴムへの導電体の混合割合は、導電体の種類、形
状、大きさ等に応じて変わるが、通常熱可塑性樹
脂、ゴム100重量部に対し20〜100重量部好ましく
は40〜65重量部であり、かような配合割合で熱可
塑性樹脂、ゴムと導電体を均一に混合せしめるこ
とにより、PTC特性を有するシート状発熱素子
が得られる。

本発明において、導電体として粉末状物を用い
る場合には粒子径0.001〜300μ、短繊維状物を用
いる場合には繊維長0.1〜30mmのものが好適であ
る。

本発明においては、上記したPTC特性を有す
るシート状発熱素子であつて、初期抵抗値が異な
り、且つ所定温度以上では抵抗値の関係が逆転
（抵抗値の大小が逆転）する少なくとも２枚の発
熱素子が互に密着せしめられる。シート状発熱素
子同志の密着は熱融着等の手段により、発熱素子
同志の密着部における電気抵抗が実質的に生じな
いように行なう。なお、本発明の自己温度制御型
発熱素子は、使用に際し通常は安全のためその外
周を絶縁材料で被覆するので、該被覆によりシー
ト状発熱素子同志の密着が保証されるならば、シ
ート状発熱素子同志を重ね合わせるのみでもよ
い。

本発明においては上記した如く、初期抵抗値が
他方のそれよりも低く、且つ所定温度以上では抵
抗値が他方のそれよりも高くなるような関係を有
するシート状発熱素子同志を互に密着せしめるも
のであり、隣り合う発熱素子における初期抵抗値
および所定温度以上での抵抗値の差はいずれも10
オーム以上とするのが好適である。なお、前記所
定温度、即ち隣り合うシート状発熱素子の抵抗値
の関係が逆転するときの温度は、各発熱素子を構
成する熱可塑性樹脂またはゴムの融点以下好まし
くは自己温度制御型発熱素子の実用温度上限以下
になるように設定される。

次に、図面を参照しながら、本発明に係る自己
温度制御型発熱素子の発熱機構を説明する。

第１図は本発明に係る自己温度制御型発熱素子
の実例を示し、いずれも熱可塑性樹脂とカーボン
粉末の混合物から成るPTC特性を有するシート
状発熱素子１および２が熱融着により密着せら
れ、更に発熱素子１の長さ方向の両端には１対の
電極３，３′が導電性接着剤（図示省略）により
取り付けられている。

これら２枚のシート状発熱素子１および２の抵
抗−温度曲線は第２図に示されており、曲線は
シート状発熱素子１のそれを、曲線はシート状
発熱素子２のそれを各々表わしている。この第２
図から判るように、シート状発熱素子１は初期抵
抗値がもう一方のシート状発熱素子２のそれより
も低く、所定温度Ｐ以上ではシート状発熱素子２
よりも高い抵抗値を示している。なお、Ｐはシー
ト状発熱素子１および２を構成する熱可塑性樹脂
の融点よりも低い温度になるように設定されてい
る。

而して、第１図に示す自己温度制御型発熱素子
の電極３，３′を各々リード線を接続し、各リー
ド線の一端が露出するようにして全体を絶縁フイ
ルムで被覆し、リード線から所定の電圧を印加す
ると、電流の大部分は初期抵抗値の低いシート状
発熱素子１側を流れ、除々に温度が上昇し所定時
間後に一定の温度（第２図中のＫ）に達し、電圧
が変動しなければそのままの温度が維持される。
この温度上昇時に何らかの原因によりシート状発
熱素子１側に局所的な高温部が発生することがあ
るが、その高温部における温度上昇は、下記する
如く一定限度で抑制されるのでヒートピークに至
るようなことはない。

即ち、シート状発熱素子１に局所的な高温部
（このときの温度を第２図中のＨとする）が生じ
た場合、該発熱素子１自身がPTC特性を有する
ため、高温部の抵抗値が他の部分のそれよりも高
くなる。そして、この高温部の温度が更に上昇し
Ｐに達すると、シート状発熱素子１と２の抵抗値
の関係が逆転し、シート状発熱素子１の高温部に
おける抵抗値は、シート状発熱素子２の高温対応
部のそれよりも高くなり、今まで高温部に流れて
いた電流の大部分が該高温部を迂回し高温対応部
を流れるようになるので、高温部における発熱は
抑制され、その結果高温部の温度は除々に低下
し、周囲と同温度Ｋになる。従つて、ヒートピー
クに至るようなことはないのである。

本発明は上記のように構成されており、初期抵
抗値が異なり、且つ所定温度以上では前記抵抗値
の関係が逆転し得るPTC特性を有する少なくと
も２枚のシート状発熱素子を密着せしめることに
より、通電開始後に初期抵抗値の低い発熱素子に
局所的な高温部が生じた場合に、該高温部を流れ
る電流を隣りの発熱素子側に迂回させることがで
きるので、ヒートピークの発生を防止できる。ま
た、従来実質上得られなかつた電極間距離が100
mm以上の自己温度制御型発熱素子も得られる。

以下、実施例により本発明を更に詳細に説明す
る。なお、実施例中における「部」は全て「重量
部」を示している。

実施例 １ ポリエチレン（三井ポリケミカル社製、商品名
DFD2005、MI1，２）100部に対しカーボン粉末
（cabot社製、商品名xc−72、平均粒径0.003μ）
50部を均一に混合して成る厚さ200μ、長さおよ
び幅が各々100mm、初期抵抗値980オーム（温度20
℃）のシート状発熱素子１を得、該素子の長さ方
向両端に厚さ35μ、長さ100mm、幅10mmの銅箔電
極を熱融着により取り付け、更に各銅箔電極にリ
ード線を接続する。

一方、これとは別にエチレン−酢酸ビニル共重
合体（三井ポリケミカル社製、商品名エバフレツ
クス２１０，Ｍ１４００）100部に対し前記カー
ボン粉末60部を均一に混合して成る厚さ200μ、
長さおよび幅が各々100mm、初期抵抗値600オーム
のシート状発熱素子２を得る。

これら２枚のシート状発熱素子１および２の抵
抗−温度曲線を求めたところ、いずれもPTC特
性を有しており、60℃までは発熱素子１の抵抗値
が２のそれよりも低く、それ以上の温度では発熱
素子１の抵抗値が２のそれよりも高くなることが
伴つた。

次に、シート状発熱素子１の電極取付面にシー
ト状発熱素子２を重ね合わせて加熱加圧し、熱融
着により発熱素子１と２を密着せしめて第３図
（リード線は図示省略）に示すような構造を有す
る自己温度制御型発熱素子を得た。

この自己温度制御型発熱素子を各リード線の一
端が外部に露出するようにして、厚さ50μのポリ
エステルフイルムで絶縁被覆し、リード線を交流
100Vの電源に接続して通電したところ、表面温
度が除々に上昇し５分後に50℃に達し、引き続き
３時間通電を行なつたが表面温度は50±３℃に保
たれ、ヒートピークの発生は見られなかつた。

比較のため、前記銅箔電極およびリード線を取
り付けたシート状発熱素子１および発熱素子１と
同様にして銅箔電極およびリード線を取り付けた
発熱素子２を各々厚さ50μのポリエステルフイル
ムで絶縁被覆し、リード線を交流100Vの電源に
接続し通電したところ、前者は通電開始後２分
後、後者は通電開始後３分後にヒートピークを生
じ、使用不能となつてしまつた。

実施例 ２ 実施例１で用いた銅箔電極およびリード線を取
り付けたシート状発熱素子１の両面に、同じく実
施例１で用いたシート状発熱素子２を各々重ね合
わせて加熱加圧し、熱融着によりこれら３枚の発
熱素子を密着せしめて第４図（リード線は図示省
略）に示すような自己温度制御型発熱素子を得
た。

この自己温度制御型発熱素子を実施例１の場合
と同様にして絶縁被覆し、交流100Vを印加する
と、表面温度が除々に上昇し、３分後に50℃に達
し、引き続き２時間通電を行なつたが表面温度は
50±３℃に保たれ、ヒートピークの発生は見られ
なかつた。

実施例 ３ エチレン−酢酸ビニル共重合体（住友化学社
製、商品名エバテートM5011、M160）100部に対
し実施例１で用いたカーボン粉末60部を均一に混
合して成る厚さ0.2mm、長さおよび幅が各々200
mm、初期抵抗値600オーム（温度20℃）のシート
状発熱素子１を得、該素子の長さ方向両端に厚さ
30μ、長さ200mm、幅８mmの銅箔電極を熱融着に
より取り付け、更に各銅箔電極にリード線を接続
する。

一方、これとは別にエチレン−エチルアクリレ
ート共重合体（日本ユニカー社製、商品名DPDJ
−6169、MI16）100部に前記カーボン粉末50部を
均一に混合して成る厚さ0.2mm、長さおよび副が
各々200mm、初期抵抗値700オームのシート状発熱
素子２を得る。

これら２枚のシート状発熱素子１および２の抵
抗−温度曲線を求めたところ、いずれもPTC特
性を有しており、65℃までは発熱素子１の抵抗が
２のそれよりも低く、それ以上の温度では発熱素
子１の抵抗が２のそれよりも高くなることが判つ
た。

次に、シート状発熱素子１の電極取付面にシー
ト状発熱素子２を重ね合わせて加熱加圧し、熱融
着により発熱素子１と２を密着せしめて第３図に
示すような構造を有する自己温度制御型発熱素子
を得た。

この自己温度制御型発熱素子を実施例１と同様
にして絶縁被覆し、リード線を交流100Vの電源
に接続して通電したところ、表面温度が除々に上
昇し５分後に70℃に達し、引き続き３時間通電を
行なつたが表面温度は70±５℃に保たれ、ヒート
ピークの発生は見られなかつた。

比較のため、前記銅箔電極およびリード線を取
り付けたシート状発熱素子１および発熱素子１と
同様にして銅箔電極およびリード線を取り付けた
発熱素子２を各々厚さ50μのポリエステルフイル
ムで絶縁被覆し、リード線を交流100Vの電源に
接続し通電したところ、前者は通電開始後２分
後、後者は通電開始後３分後にヒートピークを生
じ、使用不能となつてしまつた。

上記実施例および比較例から、本発明によれば
ヒートピークを生ずることがなく、しかも電極間
距離を100mm以上にすることができることが判
る。

【図面の簡単な説明】

第１図、第３図および第４図はいずれも本発明
に係る自己温度制御型発熱素子の実例を示す断面
図、第２図は本発明に用いられるシート状発熱素
子の抵抗−温度曲線の実例を示すグラフである。 １，２…シート状発熱素子、３，３′……電
極。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 熱可塑性樹脂および／またはゴムと導電体の
   混合物から成る正の温度係数を有する少なくとも
   ２枚のシート状発熱素子が密着せしめられてお
   り、隣り合う発熱素子相互の初期抵抗値が異な
   り、且つ所定温度以上では前記隣り合う発熱素子
   相互の抵抗値の関係が逆転するように構成して成
   る自己温度制御型発熱素子。