JPS63146378A - 正抵抗温度係数発熱体 - 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） 本発明は、暖房器具や−・般加熱器具に用いられる正抵
抗温度係数を有する発熱体に関するものである。

（従来の技術） ポリエチレン、エチレン酢酸ビニル共重合体。

アイオノマ、ポリプロピレン、ポリ弗化ビニリデン等の
結晶性重合体に、カーボンブラック等の導電性微粉末を
分散した組成物は、その融点近くの温度で結晶部分が無
定形化する際の急激な物性変化によって抵抗値が急激に
増大することが知られている。このために、その特性を
応用して、所定の温度に達すると電力が急激に低下し、
温度の暴走を発熱体自身が防止するとともに、熱負荷の
変動８に応、じて温度を一定に保つ方向に電力が自動的
に制御される。いわゆる自己制御発熱体としての検討が
なされてきた。

第３図ないし第５図により従来の正抵抗温度係数発熱体
を説明する。第３図ないし第５図は従来の正抵抗温度係
数発熱体の斜視図で、同図において、７は電気絶縁性と
熱伝導性に優れたセラミック基板、８ａ及び８ｂは電極
、９は結晶性重合体とカーボンブラックを主成分とする
正抵抗温度係数抵抗体、ｌＯは電気絶縁フィルム、１１
は金属製均熱板である。

第３図は、例えば、特公昭５５−４０１６１号公報に示
されている従来技術に基づく代表的な正抵抗温度係数発
熱体の例で、ここに使われているセラミック基板はセラ
ミック系材料の焼結体からなるもので、一般にセラミッ
ク系の焼結体は、電気絶縁体でありながら極めて良好な
熱伝導特性を示すため、正抵抗温度係数抵抗体のほぼ全
面において一様な温度分布を維持する能力が高く、これ
に伴って正常な抵抗値分布と電位分布による安定した発
熱状態を保持することができ、高出力の正抵抗温度係数
発熱体を構成する場合に非常に有効であった。−例を示
すと、熱伝導率が２９Ｋｃａｌ／ｍｈ’ｃと極めて優れ
ているアルミナ焼結体を用いた場合には、ＩＷ／−を越
える電力密度も可能であった。

しかし、このようなアルミナ焼結体等のセラミック系材
料は、大面積の発熱体または長尺の発熱体を構成する場
合には、製造技術的にも強度的にも実用に供し得るもの
はできなかった。

そこで、このセラミック系の基板材料に代わるものとし
て１例えば、特公昭５７−４３９９５号公報に示されて
いる第４図に示すような電気絶縁フィルム１０と金属製
均熱板１１からなる複合材料基板が用いられてきたが、
電気絶縁フィルム１０の材料である樹脂の熱伝導率がセ
ラミックに比べて約２桁程低いため、複合材料の熱伝導
率がセラミックのそれを上回ることはなかった。従って
、これらの発熱体の電力密度は０．３Ｗ／ａＩが上限で
あった。その結果、多くの用途において１発熱体の出力
が不十分であるか、または発熱体の装架面積が必要以上
に大きくなり、誘導による漏れ電流が危険な水準に達し
たりして用途が極めて限定されていた。

そこで、正抵抗温度係数発熱体の構造に着目して、例え
ば、特開昭６０−２８１９５号公報、または第５図に示
すように、一対の電極８ａ、８ｂの間の距離を互いに接
近させることにより、基板の均熱効果に依存しないで、
正抵抗温度係数抵抗体９自身の熱の拡散能力を大幅に高
める方法が検討されるようになり、応用範囲の広い高出
力の正抵抗温度係数発熱体を実現する道が開かれた。

（発明が解決しようどする問題点） しかし、第５図に示すような従来の正抵抗温度係数発熱
体は、高出力を発生するための構造としては非常に優れ
ているが、曲げ剛性の大きな構造であるために１曲率の
小さい部分に装着したり、柔軟性が要求される用途に用
いたりすると、電極体または抵抗体のいずれかに許容限
度を越える応力が加わり、電極体の断線または抵抗体の
抵抗値の大幅な変化を生じることが避けられなかった。

本発明は、一対の電極間の距離を接近させることにより
高い固有抵抗値を有する正抵抗温度係数抵抗体の高出力
化を図るとともに、構造を薄肉テープ状にして柔軟性を
有する正抵抗温度係数発熱体を提供するものである。

（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に、繊維質または
多孔質の素材からなり、電気絶縁性を有するか、または
埋設被覆される正抵抗温度係数抵抗体よりも発熱量が小
さくなるような体積固有抵抗値を有する薄肉平板状コア
と、前記コアに互いに接することなく螺旋状に巻き付け
るか、前記コアの側端部に巻きピッチを正確に固定する
ために所定の間隔に設けた切欠き溝に巻き付けた一対の
電極と、前記一対の電極を埋設するように被覆し外表面
の少なくとも一面を平坦に成形した正抵抗温度係数抵抗
体からなる発熱素子と、前記発熱素子全体を被覆し外表
面の少なくとも一面を平坦に成形した外被とからなるも
のである。

（作　用） 本発明は、上記構成により、長尺薄肉平板状コアに一対
の電極を相互に極めて接近させて巻きピッチを正確に固
定して巻き付け、さらにこれを正抵抗湿度係数抵抗体が
埋設するように被覆しているので、正抵抗温度係数抵抗
体への熱の拡散効率が高く、発熱体として高出力が得ら
れる。一方。

中核が長尺の薄肉平板状コアで、これに電極が螺旋状に
巻かれているので、構造的にも曲げ剛性が小さく、柔軟
に屈曲する機器または曲率の小さい曲面を持つ機器に用
いても、電極や抵抗体に許容限度を越える応力が加わる
ことも、また電極の断線または抵抗体の抵抗値の大幅な
変化を引き起こすこともない。また、発熱素子及び外被
の外表面の少なくとも一面が平坦に成形されているので
、被加熱体に対する熱伝導も極めて良好である。

（実施例） 本発明の一実施例を第１図及び第２図により説明する。

第１図及び第２図は本発明の一実施例の正抵抗温度係数
発熱体の一部を切開いてその構成を示した斜視図で、同
図において、１は薄肉平板状コア、２ａ及び２ｂは銅箔
電極、３は正抵抗温度係数抵抗体、４は形状保持材、５
は電気絶縁外被。

６は切欠き溝である。

薄肉平板状コア１は厚さ５０趨のポリアラミド繊維不織
布からなり、このポリアラミド繊維不織布は耐熱性と機
械的強度に優れているほか、繊維状であるために、正抵
抗温度係数抵抗体３との境界部分において相互に含浸構
造を形成し、コア部分と抵抗体部分の一体化を図ること
ができる点に着目して選定されたものである。しかし、
薄肉平板状コア１の素材としては、ポリアラミド繊維不
織布に限定されるものではなく、この部品は多（の代替
材料の中から選定することが可能である０代替材料とし
ては、有機系、無機系及び複合系材料の織布、不織布及
びフィルムが考えられ、形態としては繊維質または多孔
質が最良である。しかし。

実際には接着付与処理等を施すことによって、はとんど
の形態の材料が使用可能と考えられる。！気的特性の点
では、絶縁物が一般的であるが、正抵抗温度係数抵抗体
３の発熱特性を妨げない範囲であれば、若干の導電性が
あっても差支えはない６むしろ、程よく調整された導電
性は、正抵抗温度係数抵抗体３の内部にマイクロクラン
クが発生した場合等に、電圧が局部に集中することによ
って生じるマイクロアークを防止する効果がある。その
場合の抵抗値としては、正抵抗温度係数抵抗体３よりも
２〜３桁高い範囲に設定するのが望ましい。

銅箔電極２ａ及び２ｂは、薄肉平板状コア１のポリアラ
ミド繊維不織布に巻き付けられた一対の銅箔電極で、電
極間隔が１−になるように配置されている。また、銅箔
電極２ａ及び２ｂは、正抵抗温度係数抵抗体３との接触
抵抗値の増大を防止するために、半田メッキを施すとと
もに薄肉平板状コア１に対する巻きピッチを精度良く安
定に保っている。また、正抵抗温度係数抵抗体３の中に
電極２ａ及び２ｂを埋設することと、薄肉平板状コア１
と正抵抗温度係数抵抗体３とを密着構造とすることが、
電極２ａ及び２ｂの正抵抗温度係数抵抗体３との接触抵
抗値の増大を防止するのに極めて有効に作用している。

なお、第２図に示すように、薄肉平板状コア１の側端部
に電極を巻くための切欠き溝６を精度良く設けて、薄肉
平板状コア１への電極２ａ及び２ｂの巻きピッチを正確
に固定すれば、電ｅｌｌ：２ａ及び２ｂの正抵抗温度係
数抵抗体３との接触抵抗値の増大防止効果をより一層確
実にすることができる。

正抵抗温度係数抵抗体３は、電極２ａ及び２ｂを埋設す
るように薄肉平板状コア１の不織布と並行に押出成形さ
れたもので、電極２ａ及び２ｂの間に電圧を印加するこ
とによって発熱する構成となっている。材料としては、
接近した電極間に配置することを考慮して、電圧によっ
て配向しにくい導電材料を選定し、半導体領域に近い固
有抵抗値を有する抵抗体材料を用いることは当然である
が、特に、電極２ａ及び２ｂとの接触状態を安定化する
ことに重点を置き、結晶性重合体として、接着性に優れ
たアクリル酸変成ポリエチレンを用いている。この場合
、多くの官能基を有する共重合タイプの結晶性重合体が
接着性の点で有利となる反面。

より純粋な材料は不利となるので、この点を配慮して選
定する必要がある。正抵抗温度係数抵抗体３の成形後の
形状としては、電極２ａ及び２ｂを完全に埋没したとし
ても、その外観が表面形状に表われるのが一般的ではあ
るが１発熱体からより多くの熱を取出すなめには、少な
くともその外表面の一面を平坦に仕上げ、形状保持材４
から電気絶縁外皮５を経て被加熱体に至る熱の伝導径路
を形成し易くすることが重要である。

形状保持材４は正抵抗温度係数抵抗体３を外装被覆する
形状保持材で、正抵抗温度係数抵抗体３を１６０℃以上
の温度でアニーリングする関係上、その際の抵抗体３の
変形を未然に防止するために熱収縮性架橋ポリエチレン
製のものを使用している。しかし素材としては、架橋ポ
リエチレンに限定されるものではないが、正抵抗温度係
数抵抗体３と同系統の材料が望ましいことは言うまでも
ない。また、アニーリングを施す必要のない正抵抗温度
係数抵抗体を用いる場合は、形状保持材４は必要としな
い。

電気絶縁外皮５は発熱体全体を電気絶縁被覆する耐熱塩
化ビニル外皮であるが、塩化ビニルを使用する場合は、
可塑剤移行防止に注意を払う必要があり、形状保持材４
を用いない場合は、正抵抗温度係数抵抗体３の表面にポ
リエステルフィルム等のセパレータを巻くなどの対策が
必要となる場合がある。また、より多くの熱を被加熱体
に伝導したい場合で、形状保持材４の外形が平坦に成形
されていない場合は、電気絶縁外皮５の外表面の少なく
とも一面を平坦に成形し、被加熱体との密着性を良好に
保つことが重要である。

（発明の効果） 本発明によれば、半導体領域に近い固有抵抗値を有する
材料からなる正抵抗湿度係数抵抗体を、非常に接近した
電極間で発熱させることにより高出力化を達成するとと
もに、耐屈曲性と被加熱体への熱の伝達性に極めて優れ
た薄肉テープ状の正抵抗温度係数発熱体を構成すること
ができる。

その結果、これまで高出力正抵抗温度係数発熱体の用途
が、剛体構造の機器または曲率の大きい機器に限定され
ていたものを、布状の機器または曲率の小さい多くの湾
曲面を有する機器等の可撓性機器にも使用できるように
なり、また高出力正抵抗温度係数発熱体の電力当たりの
誘導漏洩電流が少ないという本来の特長もあり、その適
用範囲を大幅に広げることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図は本発明の一実施例の正抵抗温度係数
発熱体の一部を切開いてその構成を示した斜視図、第３
図ないし第５図は従来の正抵抗温度係数発熱体の斜視図
である。 １・・・薄肉平板状コア、　２・・・銅箔電極、３・・
・正抵抗温度係数抵抗体、　４・・・形状保持材、　５
・・・電気絶縁外被、　６・・・切欠き溝。 第１図 第２図

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. （１）薄肉平板状コアと、前記コアに互いに接すること
   なく螺旋状に巻き付けた一対の電極と、前記一対の電極
   間に配置した正抵抗温度係数抵抗体からなる発熱素子と
   、前記発熱素子全体を被覆する外被とからなることを特
   徴とする正抵抗温度係数発熱体。
2. （２）薄肉平板状コアが電気絶縁性または正抵抗温度係
   数抵抗体よりも少ない発熱量となるような体積固有抵抗
   値を有することを特徴とする特許請求の範囲第（１）項
   記載の正抵抗温度係数発熱体。
3. （３）薄肉平板状コアが繊維質または多孔質の素材から
   なることを特徴とする特許請求の範囲第（１）項記載の
   正抵抗温度係数発熱体。
4. （４）一対の電極が正抵抗温度係数抵抗体中に埋設され
   ていることを特徴とする特許請求の範囲第（１）項記載
   の正抵抗温度係数発熱体。
5. （５）発熱素子の外表面の少なくとも一面を平坦に成形
   していることを特徴とする特許請求の範囲第（１）項記
   載の正抵抗温度係数発熱体。
6. （６）外被の外表面の少なくとも一面を平坦に成形して
   いることを特徴とする特許請求の範囲第（１）項記載の
   正抵抗温度係数発熱体。
7. （７）薄肉平板状コアの側端部に所定の間隔に切欠き溝
   を設け、電極の巻きピッチを正確に固定したことを特徴
   とする特許請求の範囲第（１）項記載の正抵抗温度係数
   発熱体。