JPS6312557Y2 - - Google Patents
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- JPS6312557Y2 JPS6312557Y2 JP1979172499U JP17249979U JPS6312557Y2 JP S6312557 Y2 JPS6312557 Y2 JP S6312557Y2 JP 1979172499 U JP1979172499 U JP 1979172499U JP 17249979 U JP17249979 U JP 17249979U JP S6312557 Y2 JPS6312557 Y2 JP S6312557Y2
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- temperature
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Landscapes
- Surface Heating Bodies (AREA)
- Control Of Resistance Heating (AREA)
- Resistance Heating (AREA)
Description
【考案の詳細な説明】
本考案は正抵抗温度係数面状発熱体の新たな機
能を追求することを目的とし、電源部と基板構
成、あるいは電源部と発熱体の出力特性の適合化
により、従来になかつたセラミツク基板と同等の
発熱体の特性を可撓性を有する基板で実現するも
のである。
能を追求することを目的とし、電源部と基板構
成、あるいは電源部と発熱体の出力特性の適合化
により、従来になかつたセラミツク基板と同等の
発熱体の特性を可撓性を有する基板で実現するも
のである。
正抵抗温度係数発熱体は結晶性高分子中に導電
性微粉末を分散した材料が、結晶の融点付近にお
いて急激に膨張するために導電性微粉末間の距離
が増大する確率が高まり、抵抗値が急激に増大す
る特性に応用したものである。結晶性高分子とし
てはポリエチレン、ポリプロピレン、ポリフツ化
ビニリデン、ナイロン等の結晶性樹脂が用いら
れ、導電性微粉末としてはカーボンブラツクが一
般的に用いられている。発熱体の製法としては、
結晶性高分子と導電性微粉末との混練物をシート
状にして用いるか、混練物を適当な結合剤と溶剤
を用いてペーストとし、基板上に塗布乾燥する方
法があるが、抵抗値の精度や抵抗体の支持安定性
の面で塗布乾燥方式の方が優れている。発熱体の
特性としては、抵抗値と抵抗温度係数が重要であ
り、これらは使用する結晶性高分子の種類とブレ
ードや、導電性微粉末の種類と配合量、熱処理条
件や添加剤等によつて相当広い範囲のものが得ら
れる、塗布乾燥方式では面積固有抵抗で100Ω／
cm2前後のものから得られ、抵抗温度係数は0.5℃
-1前後のものまで得られる。抵抗温度係数の得ら
れる温度域もエチレン酢酸ビニル共重合体の60℃
前後からフツ素系樹脂の200℃前後まで選択でき
るのでこれと電極構成とを組み合わせれば実用上
必要な範囲をすべて網羅することができる。抵抗
体はこのように選択の幅が広いのであるが、実際
に発熱体を構成するに当つては別な面での制約が
多く、構成でき得る発熱体の特性としては抵抗値
や抵抗温度係数に一定の限界があつた。正抵抗温
度係数面状発熱体の温度分布は発熱量の分布と熱
の拡散能力によつて決定されるのであるが、温度
分布は抵抗値分布を発生し、抵抗値分布は電圧分
布を発生し、電圧分布は発熱量分布を発生し、発
熱量分布は温度分布を発生させるという分布を拡
大する過程であるので、熱の拡散能力を上まわる
発熱量を得ることや大きな値の抵抗温度係数を得
ることは発熱体の破壊を招く電圧集中につなが
り、実際に構成することはできなかつた。発熱体
の熱の拡散能力を増大することがこの問題を解決
できる最も重要な点であるが、電気絶縁性が良く
熱伝導率の高い基板は少なく、セラミツク基板は
その中で最良のものであるが、これでは大面積の
発熱体を構成する場合や、可撓性を要する場合に
は不適である。通常用いられる基板としては金属
板の上に電気絶縁性の良いフイルムをラミネート
したものが最良であるが、これでは金属板にいく
ら熱伝導率の良い材料を選択しても、フイルム部
分の熱抵抗によつて一定の限界があつた。最も良
く使用されるポリエステルフイルムでは熱伝導率
が0.13Kcal／mh℃程度であるから、金属板にア
ルミニウムや銅等の200Kcal／mh℃を越える材
料を用いても限界があることは明白である。フイ
ルムの厚さに対しては耐圧特性や万一の場合の安
全性さらに法律的な制限もあるので、実用上
150μ以下にはできない。150μポリエステルフイ
ルムと350μアルミニウム板のラミネート基板を
用いた場合、電力密度0.1W／cm2、抵抗温度係数
0.2℃-1が安全に使用できる限界であつた。この
特性は70〜80℃の飽和温度と、電圧±10％変動に
±20degの室温変動が加わると数degの温度変動
を生ずる水準のものである。この水準は決して低
いものではないが、正抵抗温度係数面状発熱体と
しては中途半端な状態で、通常の用途ではさらに
高い飽和温度と温度の安定性が要求される場合が
多い。このような用途に対して従来の正抵抗温度
係数面状発熱体はセラミツク基板が使える場合を
除いて適用できなかつた。
性微粉末を分散した材料が、結晶の融点付近にお
いて急激に膨張するために導電性微粉末間の距離
が増大する確率が高まり、抵抗値が急激に増大す
る特性に応用したものである。結晶性高分子とし
てはポリエチレン、ポリプロピレン、ポリフツ化
ビニリデン、ナイロン等の結晶性樹脂が用いら
れ、導電性微粉末としてはカーボンブラツクが一
般的に用いられている。発熱体の製法としては、
結晶性高分子と導電性微粉末との混練物をシート
状にして用いるか、混練物を適当な結合剤と溶剤
を用いてペーストとし、基板上に塗布乾燥する方
法があるが、抵抗値の精度や抵抗体の支持安定性
の面で塗布乾燥方式の方が優れている。発熱体の
特性としては、抵抗値と抵抗温度係数が重要であ
り、これらは使用する結晶性高分子の種類とブレ
ードや、導電性微粉末の種類と配合量、熱処理条
件や添加剤等によつて相当広い範囲のものが得ら
れる、塗布乾燥方式では面積固有抵抗で100Ω／
cm2前後のものから得られ、抵抗温度係数は0.5℃
-1前後のものまで得られる。抵抗温度係数の得ら
れる温度域もエチレン酢酸ビニル共重合体の60℃
前後からフツ素系樹脂の200℃前後まで選択でき
るのでこれと電極構成とを組み合わせれば実用上
必要な範囲をすべて網羅することができる。抵抗
体はこのように選択の幅が広いのであるが、実際
に発熱体を構成するに当つては別な面での制約が
多く、構成でき得る発熱体の特性としては抵抗値
や抵抗温度係数に一定の限界があつた。正抵抗温
度係数面状発熱体の温度分布は発熱量の分布と熱
の拡散能力によつて決定されるのであるが、温度
分布は抵抗値分布を発生し、抵抗値分布は電圧分
布を発生し、電圧分布は発熱量分布を発生し、発
熱量分布は温度分布を発生させるという分布を拡
大する過程であるので、熱の拡散能力を上まわる
発熱量を得ることや大きな値の抵抗温度係数を得
ることは発熱体の破壊を招く電圧集中につなが
り、実際に構成することはできなかつた。発熱体
の熱の拡散能力を増大することがこの問題を解決
できる最も重要な点であるが、電気絶縁性が良く
熱伝導率の高い基板は少なく、セラミツク基板は
その中で最良のものであるが、これでは大面積の
発熱体を構成する場合や、可撓性を要する場合に
は不適である。通常用いられる基板としては金属
板の上に電気絶縁性の良いフイルムをラミネート
したものが最良であるが、これでは金属板にいく
ら熱伝導率の良い材料を選択しても、フイルム部
分の熱抵抗によつて一定の限界があつた。最も良
く使用されるポリエステルフイルムでは熱伝導率
が0.13Kcal／mh℃程度であるから、金属板にア
ルミニウムや銅等の200Kcal／mh℃を越える材
料を用いても限界があることは明白である。フイ
ルムの厚さに対しては耐圧特性や万一の場合の安
全性さらに法律的な制限もあるので、実用上
150μ以下にはできない。150μポリエステルフイ
ルムと350μアルミニウム板のラミネート基板を
用いた場合、電力密度0.1W／cm2、抵抗温度係数
0.2℃-1が安全に使用できる限界であつた。この
特性は70〜80℃の飽和温度と、電圧±10％変動に
±20degの室温変動が加わると数degの温度変動
を生ずる水準のものである。この水準は決して低
いものではないが、正抵抗温度係数面状発熱体と
しては中途半端な状態で、通常の用途ではさらに
高い飽和温度と温度の安定性が要求される場合が
多い。このような用途に対して従来の正抵抗温度
係数面状発熱体はセラミツク基板が使える場合を
除いて適用できなかつた。
本考案はトランスを用い、安全性と法律による
規制を考慮したレベルまで低電圧化された電源に
適用できる基板構成と電極構成により従来実現で
きなかつた高電力密度と正抵抗温度係数有する面
状発熱体装置を提供するもので、以下、本考案の
一実施例を添付図面に基づいて説明する。第１図
は本考案の一実施例の面状発熱体装置の構成を示
すもので、１は200μのアルミニウム板、２は耐
熱性粘着層３を介してラミネートされた25μポリ
イミドフイルム、４は微細に構成されたポリイミ
ドバインダ銀電極、５はポリフツ化ビニリデンと
カーボンブラツクから成る正抵抗温度係数抵抗体
である。また電源を構成する電源トランスは１次
側100V、２次側10Vで50VAの電気容量のものを
使用している。発熱体の抵抗値は常温で1.0Ω，
150〜170℃で平均0.15℃-1の抵抗温度係数を有
し、155℃前後で飽和する。突入時の電力は50W
で、安定時は約３〜7Wである。上記実施例では
電力密度1.0W／cm2，抵抗温度係数0.15-1の値が得
られ、従来の0.2W／cm2，0.1℃-1を大きく上まわ
ることができ、第２図のＡに示す特性が得られ
た。この特性が得られる原因は電気絶縁フイルム
を薄くできる点と、発熱体を抵抗変化するために
微細なくし形電極を用いた点にある。フイルムは
熱抵抗が極めて大きいが、25μのポリエステルフ
イルムを用いることにより、従来の150μに比較
して６分の１の熱抵抗になつているものと考えら
れるし、微細なくし形電極は発熱分布が発生する
形状寸法的な要因を取り除いている。なお微細な
くし形電極は必ず必要なものではなく通常の使用
において、十分な低抵抗体があれば単なる平行電
極パターンでも十分な効果が得られる。
規制を考慮したレベルまで低電圧化された電源に
適用できる基板構成と電極構成により従来実現で
きなかつた高電力密度と正抵抗温度係数有する面
状発熱体装置を提供するもので、以下、本考案の
一実施例を添付図面に基づいて説明する。第１図
は本考案の一実施例の面状発熱体装置の構成を示
すもので、１は200μのアルミニウム板、２は耐
熱性粘着層３を介してラミネートされた25μポリ
イミドフイルム、４は微細に構成されたポリイミ
ドバインダ銀電極、５はポリフツ化ビニリデンと
カーボンブラツクから成る正抵抗温度係数抵抗体
である。また電源を構成する電源トランスは１次
側100V、２次側10Vで50VAの電気容量のものを
使用している。発熱体の抵抗値は常温で1.0Ω，
150〜170℃で平均0.15℃-1の抵抗温度係数を有
し、155℃前後で飽和する。突入時の電力は50W
で、安定時は約３〜7Wである。上記実施例では
電力密度1.0W／cm2，抵抗温度係数0.15-1の値が得
られ、従来の0.2W／cm2，0.1℃-1を大きく上まわ
ることができ、第２図のＡに示す特性が得られ
た。この特性が得られる原因は電気絶縁フイルム
を薄くできる点と、発熱体を抵抗変化するために
微細なくし形電極を用いた点にある。フイルムは
熱抵抗が極めて大きいが、25μのポリエステルフ
イルムを用いることにより、従来の150μに比較
して６分の１の熱抵抗になつているものと考えら
れるし、微細なくし形電極は発熱分布が発生する
形状寸法的な要因を取り除いている。なお微細な
くし形電極は必ず必要なものではなく通常の使用
において、十分な低抵抗体があれば単なる平行電
極パターンでも十分な効果が得られる。
一般に樹脂とカーボンブラツクより成る正抵抗
温度係数発熱体は特定の温度においてのみ正抵抗
温度係数が得られるのではなく、それ以下の温度
域においても小さいながら抵抗値が増大する性質
がある。このために発熱体の突入時の電力と安定
時の電力の比は10倍を越えることもある。これに
見合う電源トランスは通常、突入時の電力を考慮
して設計するために安定時の電力に比較すると相
当大きなものとなる。また発熱体側としても、突
入時は相当大きな電流を負担することになり、
5Vで50Wの場合でも10Aを越え、電極の構成材
料や方法が問題となつてくるが、この問題に関し
ては、電源トランスの容量を発熱体の安定時の容
量に適合させ、突入時は電源トランスの損失によ
り過大な電流が流れるのを防止する構成としてい
る。この構成にすれば、電力が安定化し、温度の
電圧依存性と室温依存性はほぼ同一となるもの
で、この場合、電源トランスの小型軽量化により
電源トランスと発熱体を一体に組み込んでも片手
で握れるような機器が可能といつた今までにない
機能が得られるもので、この発熱体の正抵抗温度
係数は第２図のＢの特性で示すように、電源トラ
ンスの出力特性と発熱体の特性で合成すると等価
的に低温部分の抵抗温度係数が小さく、特定温度
において急激に抵抗温度係数が得られるという理
想の特性が得られる。
温度係数発熱体は特定の温度においてのみ正抵抗
温度係数が得られるのではなく、それ以下の温度
域においても小さいながら抵抗値が増大する性質
がある。このために発熱体の突入時の電力と安定
時の電力の比は10倍を越えることもある。これに
見合う電源トランスは通常、突入時の電力を考慮
して設計するために安定時の電力に比較すると相
当大きなものとなる。また発熱体側としても、突
入時は相当大きな電流を負担することになり、
5Vで50Wの場合でも10Aを越え、電極の構成材
料や方法が問題となつてくるが、この問題に関し
ては、電源トランスの容量を発熱体の安定時の容
量に適合させ、突入時は電源トランスの損失によ
り過大な電流が流れるのを防止する構成としてい
る。この構成にすれば、電力が安定化し、温度の
電圧依存性と室温依存性はほぼ同一となるもの
で、この場合、電源トランスの小型軽量化により
電源トランスと発熱体を一体に組み込んでも片手
で握れるような機器が可能といつた今までにない
機能が得られるもので、この発熱体の正抵抗温度
係数は第２図のＢの特性で示すように、電源トラ
ンスの出力特性と発熱体の特性で合成すると等価
的に低温部分の抵抗温度係数が小さく、特定温度
において急激に抵抗温度係数が得られるという理
想の特性が得られる。
第３図は本考案の一実施例における面状発熱体
装置の電気回路図を示したもので、充電可能な電
池を補助電源として設けることにより、突入時の
電力のみを補う働きにより発熱体の昇温速度を改
善したものであり、６は電源トランスで発熱体７
の安定時に見合つた電気容量を有している。８は
充電可能なNi−Cd電池で、ダイオード９を介す
ることにより充電回路を構成している。電池８は
電池が接続されている限り充電状態にあり、スイ
ツチ１０が接続されると発熱体７への通電により
電源トランス６の出力電圧が突入時の過負荷で低
下し、電池８は充電状態から放電状態へと変化
し、電圧の低下を防止する。電池は突入時の数秒
を補うのみであるから容量は小さくて良く、寸法
形状の点で問題はない。この構成は印熱性を必要
とし、持ち運びの機会の多い機器に有利である。
装置の電気回路図を示したもので、充電可能な電
池を補助電源として設けることにより、突入時の
電力のみを補う働きにより発熱体の昇温速度を改
善したものであり、６は電源トランスで発熱体７
の安定時に見合つた電気容量を有している。８は
充電可能なNi−Cd電池で、ダイオード９を介す
ることにより充電回路を構成している。電池８は
電池が接続されている限り充電状態にあり、スイ
ツチ１０が接続されると発熱体７への通電により
電源トランス６の出力電圧が突入時の過負荷で低
下し、電池８は充電状態から放電状態へと変化
し、電圧の低下を防止する。電池は突入時の数秒
を補うのみであるから容量は小さくて良く、寸法
形状の点で問題はない。この構成は印熱性を必要
とし、持ち運びの機会の多い機器に有利である。
以上の説明から明らかなように本考案の面状発
熱体装置は、電源に接続される一次巻線を有する
トランスと、このトランスの二次巻線に接続さ
れ、かつ結晶性高分子中に導電性微粉末を分散し
た材料よりなる正抵抗温度係数面状発熱体とを備
え、前記トランスは降圧トランスとし、かつこの
降圧トランスの二次側にダイオードを介して充電
可能な電流と前記発熱体を並列接続した構成とし
ているもので、前記トランスの容量を発熱体の安
定時の容量に適合させ、かつ突入時はトランスの
損失により過大な電流が流れるのを防止する構成
とすることにより、電力が安定化し、かつ温度の
電圧依存性と室温依存性がほぼ同一となつてトラ
ンスの小型軽量化がはかれ、その結果、トランス
と発熱体を一体に組み込んでも片手で握れる機器
を得ることができ、また降圧トランスの二次側に
ダイオードを介して接続された充電可能な電池は
補助電源としての働きをなすもので、この電池の
存在により突入時の電力のみを補う働きをさせる
ことができ、これにより、発熱体の昇温速度を改
善することができるため、即熱性を必要とする機
器に採用すれば非常に有用となるものである。
熱体装置は、電源に接続される一次巻線を有する
トランスと、このトランスの二次巻線に接続さ
れ、かつ結晶性高分子中に導電性微粉末を分散し
た材料よりなる正抵抗温度係数面状発熱体とを備
え、前記トランスは降圧トランスとし、かつこの
降圧トランスの二次側にダイオードを介して充電
可能な電流と前記発熱体を並列接続した構成とし
ているもので、前記トランスの容量を発熱体の安
定時の容量に適合させ、かつ突入時はトランスの
損失により過大な電流が流れるのを防止する構成
とすることにより、電力が安定化し、かつ温度の
電圧依存性と室温依存性がほぼ同一となつてトラ
ンスの小型軽量化がはかれ、その結果、トランス
と発熱体を一体に組み込んでも片手で握れる機器
を得ることができ、また降圧トランスの二次側に
ダイオードを介して接続された充電可能な電池は
補助電源としての働きをなすもので、この電池の
存在により突入時の電力のみを補う働きをさせる
ことができ、これにより、発熱体の昇温速度を改
善することができるため、即熱性を必要とする機
器に採用すれば非常に有用となるものである。
第１図は本考案の一実施例を示す面状発熱体装
置の断面図、第２図は同面状発熱体装置の抵抗と
温度の関係を示す特性図、第３図は同面状発熱体
装置の電気回路図である。 ５……正抵抗温度係数抵抗体、６……電源トラ
ンス、７……発熱体、８……Ni−Cd電池。
置の断面図、第２図は同面状発熱体装置の抵抗と
温度の関係を示す特性図、第３図は同面状発熱体
装置の電気回路図である。 ５……正抵抗温度係数抵抗体、６……電源トラ
ンス、７……発熱体、８……Ni−Cd電池。
Claims (1)
- 電源に接続される一次巻線を有するトランス
と、このトランスの二次巻線に接続され、かつ結
晶性高分子中に導電性微粉末を分散した材料より
なる正抵抗温度係数面状発熱体とを備え、前記ト
ランスは降圧トランスとし、かつこの降圧トラン
スの二次側にダイオードを介して充電可能な電池
と前記発熱体を並列接続したことを特徴とする面
状発熱体装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1979172499U JPS6312557Y2 (ja) | 1979-12-12 | 1979-12-12 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1979172499U JPS6312557Y2 (ja) | 1979-12-12 | 1979-12-12 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5689192U JPS5689192U (ja) | 1981-07-16 |
| JPS6312557Y2 true JPS6312557Y2 (ja) | 1988-04-11 |
Family
ID=29683305
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1979172499U Expired JPS6312557Y2 (ja) | 1979-12-12 | 1979-12-12 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6312557Y2 (ja) |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS501127U (ja) * | 1973-04-26 | 1975-01-08 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS4863846U (ja) * | 1971-11-18 | 1973-08-14 |
-
1979
- 1979-12-12 JP JP1979172499U patent/JPS6312557Y2/ja not_active Expired
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS501127U (ja) * | 1973-04-26 | 1975-01-08 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS5689192U (ja) | 1981-07-16 |
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