JPH046787A - 面状ヒータ - 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」 この発明は、自己温度調節機能を有する面状ヒータに関
する。

「従来の技術」 従来の面状ヒータとしては、ガラス布やポリエステルフ
ィルムなどの絶縁基材上にカーボンブラック／ポリマー
系の導電性ペーストを塗布した面状発熱体に、銅テープ
や銀の導電塗料などからなる金属電極を互いに対峙する
ように設けたものが知られている。しかし、このような
面状ヒータは、常温と加熱された高温度での電気抵抗に
変化がない。即ちＺ　Ｔ　Ｃ（Ｚ　ｅｒｏ　Ｔ　ｅｍｐ
ｅｒａｔｕｒｅ　Ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ）である。従
って面状ヒータの上に断熱性の高い物質が乗ると、蓄熱
によって断熱部分が異常昇温しでしまうおそれがあった
。そのため、このような面状ヒータでは、発熱温度の制
御のために、温度コントローラ、過昇温防止器、温度ヒ
ユーズなどが別途必要であり、取扱いが面倒で高価とな
る等の不都合があった。

そこで、近時、面状発熱体と電極の間に正抵抗温度係数
特性（ＰＴＣ）を示すポリマー組成物層（以下、単にＰ
ＴＣポリマー層という。）を介在させた面状ヒータが考
えられている。ここで、正抵抗温度係数特性とは、温度
の上昇とともにその抵抗値が増加する性質を称し、ＰＴ
Ｃ特性とも言う。

この面状ヒータでは、ＰＴＣポリマー層の存在によって
、ＰＴＣポリマー層及び面状発熱体の温度が、断熱材に
よる蓄熱等によって上昇した時、面状発熱体の温度が所
定温度以上になるとＰＴＣポリマー層の電気抵抗の増大
により、面状発熱体に流れる電流を制御して発熱量を減
少せしめ、自己温度制御機能を有する面状ヒータとなる
。

また、ＰＴＣポリマー層を有する電極体を面状発熱体に
導電性よく、かつ簡略化した結合をさせるために、ＰＴ
Ｃポリマー層の両面に金属層を一体に形成し、そのうち
の一方の金属層を面状発熱体に接するように結合させ、
その結合に際しても縫着等種々の結合方法か利用できる
ようにした面状ヒータが提案されている。

第１８図は、このような面状ヒータの一例を示すもので
あって、図中符号ｌは面状発熱体、２はＰＴＣポリマー
層、３は金属層である。

更に、面状ヒータの少なくとも一面に熱伝導性のよい層
（均熱層）を被覆した構成とすることによって、発熱体
本体の各部の温度のバラツキを小さくし、ＰＴＣポリマ
ー層による温度センシングをより確実にすることができ
る。

「発明が解決しようとする課題」 しかしながら、上述のように構成された面状ヒータにあ
っては、第１９図および第２０図に示すように面状ヒー
タ上に断熱性物質４等が置かれることによって覆われた
電極部分（第１９図中、ａで示す部分）と断熱性物質等
によって覆われない電極部分（第１９図中、ｂで示す部
分）が生じた場合、以下のような問題が生じる。

すなわち、 ■断熱されたａ部分は局部過熱により温度か高くなって
くる。そのためＰＴＣポリマー層の抵抗も大きくなり、
Ｃ部分へ流れる電流が制御されるようになる。しかし、
ＰＴＣポリマー層と面状発熱体間に連続な金属層がある
と、電極の非局部過熱部分すから電極の局部過熱部分ａ
へ電流がその金属層を通って流入することになり、局部
過熱された面状発熱体のＣ部分の電流制御が出来なくな
る。

■またＰＴＣポリマー層と面状発熱体間の金属層に、１
以上のスリットを形成し、電極の非局部過熱部分すから
電極の局部過熱部分ａへ電流が流入するのを防止した場
合でも、断熱性物質４で覆われて温度が高くなると同時
に抵抗が高くなったａ部分には電流が流れ難くなってい
るので、局部過熱された面状発熱体の　Ｃ部分から電極
のｂｓ分に面状発熱体を電流が斜めに流れる場合がある
。従って前記■と同様に、Ｃ部分の一部は電流制御（温
度制御）が出来なくなる。

■またＰＴＣポリマー層と面状発熱体間の金属層に１以
上のスリットを形成するとともに、面状発熱体に１以上
のスリット（非導通部）を形成し、Ｃ部分からｂ部分に
面状発熱体を電流が斜めに流れるのを防止した場合でも
、金属層のスリットと面状発熱体の非導通部の位置がず
れていると、前記■および■の複合作用によって断熱性
物質４下の昇温部分の電流か制御され難（なり、目標と
する制御温度以上に昇温する部分が発生する可能性があ
る。

■面状発熱体の非導通部と、金属層のスリットを一致さ
せるのは、面状ヒータの製造上難しいものと考えられる
。そこで、面状発熱体の非導通部と、金属層のスリット
が必ず一致し、面状発熱体の断熱による過昇温が起きた
箇所だけを制御するようにする必要かある。

「課題を解決するための手段」 本発明は、面状発熱体と、この面状発熱体に互いに対峙
するように設けられた少なくとも一対の電極を有し、か
つその内の少なくとも１個の電極が正抵抗温度係数特性
層（以下、正温度係数特性層という）の両面に金属層を
一体に形成した電極からなる面状ヒータにおいて、正温
度係数特性層と面状発熱体との間に介在される金属層に
、１以上のスリットを形成して面状ヒータを構成し、こ
れを前記課題を解決するための手段とした。

また前記面状発熱体に、この面状発熱体に流れる電流の
方向に１以上の非導通部を形成することが望ましい。

さらに、前記面状発熱体の非導通部と前記金属層のスリ
ットの位置を一致させて構成するのが望ましい。

さらにまた、前記非導通部の幅に対し、前記スリットの
、始端から次のスリットの始端までの間隔を小さく設定
して構成するのが望ましい。

「作用　」 前記正温度係数特性層と面状発熱体間の金属層にスリッ
トを形成したことにより、面状ヒータの一部が断熱され
、断熱部分の温度が上昇した際に、電極の非局部過熱部
分から電極の局部過熱部分へ電流が流れるのを防止する
ことができる。

また正温度係数特性層と面状発熱体間の金属層にスリッ
トを形成するとともに、面状発熱体に、流れる電流の方
向に非導通部を形成したことにより、面状ヒータの一部
が１鴫され、断熱部分の温度が上昇した際に、面状発熱
体の局部過熱部分から電極の非局部過熱部分へ電流が流
れるのを防止することができる。

さらに、面状発熱体の非導通部と、金属層のスリットの
位置を一致させたことにより、面状ヒータの一部が断熱
され、断熱部分の温度が上昇した際に、電極の非局部過
熱部分から電極の局部過熱部分への電流の流れ及び面状
発熱体の局部過熱部分から電極の非局部過熱部分への電
流の流れを完全に防止することができ、電極の局部過熱
部分だけがＰＴＣ特性による電流制御状態となって、そ
れに導通している面状発熱体の部分の電流制御がなされ
るとともに、他の局部過熱されていない電極に導通して
いる面状発熱体の部分は通常の発熱状態が維持される。

さらにまた、面状発熱体の非導通部の幅に対し、金属層
のスリットの、始端から次のスリットの始端までの間隔
を小さく設定したことにより、面状発熱体に電極を接合
する際、面状発熱体の隙間の位置と電極のスリットの位
置とを必ず一致させることができる。

「実施例」 第１図は、この発明の面状ヒータの第１の例を示すもの
で、図中符号１１は面状発熱体である。

この面状発熱体は、ポリエステルフィルムなどの樹脂フ
ィルムやガラス布などの絶縁性基材の表面にカーボンブ
ラック／ポリマー系の導電性ペーストを塗布あるいは含
浸したものや絶縁性基材の表面にニクロム線などの金属
抵抗線を均等に這わせて設け、この上に絶縁性被覆を設
けたものなどが用いられる。

この面状発熱体１１の両側縁部には、帯状の電極１２．
１２が固着されている。この電極１２は、ＰＴＣポリマ
ー組成物からなる帯状のＰＴＣポリマー層（正抵抗温度
係数特性層）１３の上下両面に、銅箔などの金属薄片か
らなる金属層１４．１５を設けた構成になっている。こ
れら金属層１４．１５の内、ＰＴＣポリマー層１３と面
状発熱体１１との間に介在される金属層（以下、下側の
金属層という）１５には、電極１４の短手方向に沿って
複数のスリット１６　・が形成されている。

これらのスリット１６・・は、下側の金属層１５におけ
る非導通部分として機能し、下側の金属層１５を複数の
導通部分に区画するためのものである。

これらのスリット１６は、隣接する導通部分か接触して
電気的に導通しない程度の間隔があれば良く、通常は１
ｍｍ以上であれば十分である。またスリット１６の形成
個数やそれらの間隔は特に限定されることなく、面状発
熱体１１の寸法により適宜に調整される。

また前記ＰＴＣポリマー層１３としては、ＰＴＣ特性（
正抵抗温度係数特性）を有するポリマー組成物材料、例
えばポリオレフィン系ポリマーに適量のカーボンブラッ
クを添加し、成形したものなどが使用される。

この面状ヒータにあっては、ＰＴＣポリマー層１３と面
状発熱体１１間の金１１５にスリット１６・・・を形成
したので、面状ヒータの一部が断熱され、断熱部分の温
度が上昇し、局部過熱された電極部分がＰＴＣ特性によ
る電流制御状態となった際に、電極の非局部過熱部分（
第６図中符号■）から電極の局部過熱部分（同図中符号
■）へ電流が流れるのを防止することができ、面状発熱
体の局部過熱部分（同図中符号■）の電流制御（温度制
御）が可能となる。

第２図は、この発明の面状ヒータの第２の例を示すもの
で、前述の第１の例と異なるところは、２枚以上の複数
枚の面状発熱体片１７を用いて面状発熱体１８を構成し
た点である。この例では、２枚の面状発熱体片１７．１
７を、隙間１９を介して並列に配置して面状発熱体１８
を構成している。

この隙間１９は、面状発熱体１８における非導通部をな
すもので、これを形成することにより、面状発熱体片１
７．１７が断続的に配設されることになり、これにより
面状発熱体１８が区画されることになる。

この面状発熱体１８の両側端部には、前述した帯状の電
極１２．１２が設けられている。また、この例では、電
極１２．１２の下側の金属層１５に形成されたスリット
１６・と、面状発熱体１８に形成された隙間１９との位
置をずらせた構成になっている。

この面状ヒータにあっては、金属層１５にスリブ）１６
・・・を形成するとともに、面状発熱体Ｉ８に隙間１９
を形成し、面状発熱体を複数の面状発熱体片１７に区画
したので、面状ヒータの一部が断熱され、断熱部分の温
度が上昇し、局部過熱された電極部分がＰＴＣ特性によ
る電流制御状態となった際に、面状発熱体の局部過熱部
分（第９図中符号■）から電極の非局部過熱部分（同図
中符号■）へ電流が斜めに流れるのを防止することがで
き、面状発熱体の局部過熱部分の電流制御（温度制御）
を、前述の第１の例による面状ヒータよりも確実に行う
ことができる。

第３図は、この発明の面状ヒータの第３の例を示すもの
で、前述の第２の例と異なるところは、面状発熱体１８
の隙間１９の位置を、金属層１５に形成されたスリット
１６・・・の１つに一致させて構成した点である。

この例では面状発熱体１８の隙間１９の幅と、金属層１
５のスリット１６の幅を同一としたが、これらの幅は同
一でなくとも良い。また隙間１９とスリット１６の形成
個数は特に限定されず、面状発熱体に複数の隙間１９を
形成し、少なくとも１つの隙間１９と金属層１５のスリ
ット１６を一致させて構成することも可能である。

この面状ヒータにあっては、面状発熱体１８の隙間１９
の位置を、金属層１５のスリット１６・・・に一致させ
たので、面状ヒータの一部が断熱され、断熱部分の温度
が上昇し、局部過熱された電極部分がＰＴＣ特性による
電流制御状態となった時に、電極の非局部過熱部分（第
１２図中符号■）から電極の局部過熱部分（同図中符号
■）への電流の流れ及び面状発熱体の局部過熱部分（同
図中符号■）から電極の非局部加熱部分（同図中符号■
）への電流の流れを完全に防止することができるので、
電極の局部過熱部分だけがＰＴＣ特性による電流制御状
態を起し、それに導通している面状発熱体の部分のみが
温度降下し、他の局部過熱されていない電極に導通され
ている面状発熱体の部分は通常の発熱状態が維持される
。

第４図および第５図は、この発明の第４の例を示すもの
で、前述の第３の例と異なるところは、面状発熱体１８
に形成した隙間１９の幅（第５図中、Ｘで示す）に対し
、電極１２の下側の金属層Ｉ５に形成したスリット１６
・・・の、スリット始端から次のスリット始端までの間
隔（第５図中、Ｙで示す）が小さくなるように設定して
構成した点である。

隙間１９の幅Ｘと、スリット１６の始端から次のスリッ
ト１６の始端までの間隔Ｙとの双方の関係を　Ｘ＞Ｙ　
と設定することにより、面状発熱体１８の両側縁部に電
極１２．１２を接合する際に、隙間１９の位置に電極１
２のスリット１６を必ず一致さけることができる。した
がって、面状ヒータの作製の際に、面状発熱体１８の隙
間１９と電極１２のスリット１６の位置合わ仕操作を簡
略化することができ、面状ヒータの製造を容易化するこ
とができる。

なお、この発明での非導通部は、全く電気導電性を有し
ない部分のみを言うのではなく、若干の導電性を有して
いる高抵抗部であってもよく、面状発熱体自体の電気抵
抗の少なくとも１０倍以上、好ましくは１００倍以上の
電気抵抗を有するものであれば、前述した各側での隙間
１９と同様の効果を得ることができる。

以下、具体例を示す。

（実験例１） 第６図および第７図に示した構造の面状ヒータを作製し
た。面状発熱体１１としては、ポリエステルフィルムの
絶縁基村上に高導電性カーボン微粒子をポリエステル系
フェスに均一に分散した導電性ペーストを全面に塗布、
焼付してなるものを用いた。ＰＴＣポリマー層としては
、アイオノマー樹脂にアセチレンブラックを２５重量％
と少量の老化防止剤を添加してなる樹脂組成物を押出成
形して厚さ０．３＋ｎｍのソートとしたものを用いた。

金属層１４．１５としては厚さ５０μ−のスズメツキ銅
箔を用いた。面状発熱体１１の寸法は１００Ｉ×２５３
ＩＩＩＩ１１ＰＴＣポリマー層１３および金属層１４．
１５の幅はいずれも１２．５■Ｉとし、下側の金属層１
５のほぼ中央に輻１ＯＩＩＩＩ１１のスリット１６を１
つ形成した。

この面状ヒータを第６図に示すように厚さ５０■のウレ
タンフオーム２０上に乗せ、その画電極に交流５０Ｈｚ
、１００Ｖの電圧を印加し、面状発熱体を発熱させた。

またこのときの室温は２０℃であった。通電後１５分経
過して面状発熱体の温度が定常状態になった後、第７図
に示すように面状ヒータの上面の一部に厚さ５０＋ｎｍ
のウレタンフオーム２１を置き、この部分のみを局部断
熱して局部過熱の状態とした。

第６図に示す面状発熱体および電極の各位置■〜■での
温度変化を通電開始時点から測定した結果を第８図に示
した。

（実験例２） 第９図および第１θ図に示した構造の面状ヒータを作製
した。実験例！で用いたものと同一の材料で、寸法が４
５ｍｍＸ　２５３ｍｍの面状発熱体片を２枚並列に配置
し、それらの間に１０ｍｍの隙間１９を形成して面状発
熱体１８を作製した。ＰＴＣポリマー層１３および金属
層１４．１５は実験例１と同一のものを用いた。また金
属層１５には輻１０ＩＩＩ＋＋の２つのスリットを、面
状発熱体１８の隙間１９と一致しないように隙間１９の
両側部に配置した。

この面状ヒータを用いて、前述の実験例１と同様に、通
電後１５分経過して面状発熱体の温度が定常状態になっ
た後、第１０図に示すように面状ヒータの上面の一部に
厚さ５０ｍｍのウレタンフオーム２１を置き、この部分
のみを局部断熱して局部過熱の状態とした。

第９図に示す面状発熱体および電極の各位置■〜■での
温度変化を通電開始時点から測定した結果を第１１図に
示した。

（実験例３） 第１２図および第１３図に示した構造の面状ヒータを作
製した。実験例２で用いたものと同一の面状発熱体片を
２枚並列に配置し、それらの間に１０μｍの隙間１９を
形成して面状発熱体１８を作製した。ＰＴＣポリマー層
１３および金属層１４゜１５は実験例１と同一のものを
用いた。また金属層１５の中央に幅１ＯｆｆｌＩ１１の
スリット１６を形成し、このスリット１６と面状発熱体
１８の隙間１９とを一致させた。

この面状ヒータを用いて、前述の実験例１と同様に、通
電後１５分経過して面状発熱体の温度が定常状態になっ
た後、第１２図および第１３図に示すように、一方の発
熱体片１７（１）の一部とその片方の電極部分の上面を
覆うように、厚さ５０ＩＩＩ１１のウレタンフオーム２
１を置き、この部分のみを局部断熱して局部過熱の状態
とした。

第１２図に示す面状発熱体および電極の各位置■〜■で
の温度変化を通電開始時点から測定した結果を第１４図
に示した。

第１４図から明らかなように、局部過熱された位置■の
電極部分がＰＴＣ特性による電流制御状態となり、第１
２図における過熱された側の発熱体片５７（Ｉ）側の温
度が下降し、一方、局部過熱されない側の発熱体片１７
（Ｕ）の温度はほぼ一定となっている。したがって、局
部過熱されない側の発熱体片１７（ＩＩ）は局部過熱さ
れた側の発熱体片１７（１）側の局部過熱の影響を全く
受けずに正常に動作していることがわかる。

（比較例） 第１５図および第１６図に示すように、実験例１で用い
たものと同一の面状発熱体１を用い、また電極の金属層
３にもスリットを形成せずに面状ヒータを作製した。

この面状ヒータを用いて、前述の各実験例と同様に通電
後１５分経過して面状発熱体の温度が定常状態になった
後、第１６図に示すように面状ヒータの上面の一部に厚
さ５０Ｉｌｌａｌのウレタンフオーム２１を置き、この
部分のみを局部断熱して局部過熱の状態とし、面状発熱
体片および電極の各位置■〜■での温度変化を通電開始
時点から測定した。この結果を第１７図に示した。

「発明の効果」 以上説明したように、この発明の面状ヒータは、ＰＴＣ
ポリマー層（正抵抗温度係数特性層）と面状発熱体間の
金属層にスリットを形成したので、面状ヒータの一部が
断熱され、断熱部分の温度が上昇した際に、電極の非局
部過熱部分から電極の局部過熱部分へ電流が流れるのを
防止することができ、面状発熱体の局部過熱部分の電流
制御（温度制御）が可能となる。

またＰＴＣポリマー層と面状発熱体間の金属層にスリッ
トを形成するとともに、面状発熱体に、流れる電流の方
向に非導通部を形成したので、面状ヒータの一部が断熱
され、断熱部分の温度が上昇した際に、面状発熱体の局
部過熱部分から電極の非局部過熱部分へ電流が流れるの
を防止することができ、面状発熱体の局部過熱部分の電
流制御（温度制御）をより確実に行うことができる。

さらに、面状発熱体の非導通部と、金属層のスリットの
位置を一致させたので、面状ヒータの一部が断熱され、
断熱部分の温度が上昇した際に、電極の非局部過熱部分
から電極の局部過熱部分への電流の流れ及び面状発熱体
の局部過熱部分から電極の非局部過熱部分への電流の流
れを完全に防止することができるので、電極の局部過熱
部分だけがＰＴＣ特性による電流制御状態となって、そ
れに導通している面状発熱体の部分の電流制御が確実に
なされるとともに、他の局部過熱されていない電極に導
通している面状発熱体の部分は通常の発熱状態が維持さ
れる。

さらにまた、面状発熱体の非導通部の幅に対し、金属層
のスリットの、始端から次のスリットの始端までの間隔
を小さく設定したので、面状発熱体に電極を接合する際
、隙間の位置と電極のスリットの位置とを一致させるこ
とができる。したがって、面状ヒータの作製の際に、面
状発熱体の非導通部と電極のスリットの位置合わせ操作
を簡略化することができ、面状ヒータの製造を容易化す
ることができる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の面状ヒータの第１の例を示す斜視図
、第２図はこの発明の面状ヒータの第２の例を示す斜視
図、第３図はこの発明の面状ヒータの第３の例を示す斜
視図、第４図はこの発明の第４の例を示す斜視図、第５
図は第４図に示す面状ヒータの要部拡大断面図、第６図
ないし第８図は実験例１を説明するための図であって、
第６図は面状ヒータの平面図、第７図は同側面図、第８
図は実験例１の面状ヒータにおける各部の温度変化を示
すグラフ、第９図ないし第１１図は実験例２を説明する
ための図であって、第９図は面状ヒータの平面図、第１
Ｏ図は同側面図、第１１図は実験例２の面状ヒータにお
ける各部の温度変化を示すグラフ、第１２図ないし第１
４図は実験例３を説明するための図であって、第１２図
は面状ヒータの平面図、第１３図は同側面図、第１４図
は実験例３の面状ヒータにおける各部の温度変化を示す
グラフ、第１５図ないし第１７図は比較例を説明するた
めの図であって、第１５図は面状ヒータの平面図、第１
６図は同側面図、第１７図は比較例の面状ヒータにおけ
る各部の温度変化を示すグラフ、第１８図は従来の面状
ヒータを示す図、第１９図および第２０図は第１８図に
示す面状ヒータにおける局部過熱状態を説明するための
図であって、第１９図は面状ヒータの平面図、第２０図
は同側面図である。 １１．１８・・・・・・面状発熱体 １２・・・・・・電極 １３・・・・・・ＰＴＣポリマー層 １４．１５・・・・・・金属層 １６・・・・・・スリット １７・・・・面状発熱体片 １９・・・・・・隙間（非導通部）

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）面状発熱体と、この面状発熱体に互いに対峙する
   ように設けられた少なくとも一対の電極を有し、かつそ
   の内の少なくとも１個の電極が正抵抗温度係数特性層の
   両面に金属層を一体に形成した電極からなる面状ヒータ
   において、 正抵抗温度係数特性層と面状発熱体との間に介在される
   金属層に、１辺上のスリットを形成したことを特徴とす
   る面状ヒータ。
2. （２）前記面状発熱体に、この面状発熱体に流れる電流
   の方向に１以上の非導通部を形成したことを特徴とする
   請求項１記載の面状ヒータ。
3. （３）前記非導通部と前記スリットの位置を一致させた
   ことを特徴とする請求項２に記載の面状ヒータ。
4. （４）前記非導通部の幅に対し、前記スリットの、始端
   から次のスリットの始端までの間隔を小さく設定したこ
   とを特徴とする請求項３に記載の面状ヒータ。