(57)【要約】【課題】発熱体自身に自己保安機能を内蔵し、所定の温度を越えたときに、より穏やかに作動する安全機構を備えた発熱体を提供することを目的とする。【解決手段】通常時に主体的に発熱する発熱幅の狭い発熱部分６と、バックアップ発熱部分となる発熱幅の広い発熱部分５とを有する２以上の発熱部分を電気的に直列に接続してなる正抵抗温度特性発熱要素の集合体からなる発熱体とすることにより、発熱体の全面での異常の有無を、発熱体自身が精度良く常時監視するものであり、瀬戸際で作動するのではなく、所定の温度を越えたときに穏やかに作動する保安機能を内蔵する発熱体であり、発熱体の信頼性をなお一層向上させ、より多様な用途で安心して使用できる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
通常時に主体的に発熱する発熱幅の狭い発熱部分と、バックアップ発熱部分となる発熱幅の広い発熱部分とを有する２以上の発熱部分を電気的に直列に接続してなる正抵抗温度特性発熱要素の集合体からなる発熱体。
【請求項２】
発熱幅の異なる２以上の発熱部分が前記発熱幅の勾配部分を経て形成されてなる請求項１に記載の発熱体。
【請求項３】
発熱幅の異なる２以上の発熱部分の少なくとも１部分が前記発熱幅の勾配部分で形成されてなる請求項１に記載の発熱体。
【請求項４】
電極が極性の異なる一対以上の主電極と前記主電極から分岐された複数の枝電極から構成され、極性の異なる前記枝電極を交互に対向させて配置するとともに、前記枝電極の間に発熱要素を形成してなる請求項１〜３のいずれか１項に記載の発熱体。
【請求項５】
発熱幅の異なる２以上の発熱部分が電圧印加方向に向かって交互に形成されてなり、極性の異なる枝電極が前記発熱部分の幅の広い発熱部分及び幅の狭い発熱部分の中央部に交互に形成されてなる請求項４に記載の発熱体。
【請求項６】
規則的な欠損部を有する正抵抗温度特性抵抗体を発熱面に形成し、前記欠損部に対応して枝電極を形成されてなる請求項４に記載の発熱体。
【請求項７】
欠損部の電圧印加方向寸法は極性が同一の隣接する枝電極の間隔よりも小さく形成され、極性の異なる枝電極が前記欠損部の中央部と前記欠損部間の中央部に交互に形成されてなる請求項４に記載の発熱体。
【請求項８】
欠損部の形状が電圧印加方向に向かって幅が拡大する部分と幅が縮小する部分から形成されてなる請求項６または７に記載の発熱体。
【請求項９】
欠損部の形状が電圧印加方向に向かって幅が非直線的に拡大する部分と幅が非直線的に縮小する部分から形成されてなる請求項６または７に記載の発熱体。
【請求項１０】
欠損部の形状が略円または略楕円である請求項６または７に記載の発熱体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、暖房、加熱、乾燥などの熱源として用いることのできる発熱体に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の発熱体としては、常用発熱温度よりも高温の所定温度において、熱分解反応によりガスを生成する常時固体の化合物を、抵抗体の内部に混入するものがある（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
この発熱体において、抵抗体が何らかの異常によって燃焼したり、電極間のスパークによって燃焼したりすることを想定すると、そのような状態に至る過程で、常用発熱温度を越える高温状態が必ず発生する。この状態では、抵抗体の内部に混入された化合物は熱分解反応を生じ、ガスによる空間を生成し、抵抗体を膨張させるとともに抵抗体に含まれるカーボンブラックの導電経路を遮断する。この作用によって、抵抗体が異常加熱や燃焼などを未然に防止するものであった。
【特許文献１】特開昭６０−１８００８４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、前記従来の発熱体の安全機能は、非常に高温の状態が発生したときに初めて作動する瀬戸際的なものであって、本来は、このような状態に至るのを未然に防止するような機構が望まれる。また、正しく設計された面状発熱体の信頼性は優れており、特に、正抵抗温度特性を有する面状発熱体が異常加熱するメカニズムを想定することは難しい。このような観点から、従来の発熱体は、最終安全機構としての一手段ではあるが、機能する場面がほとんど想定されることがないため、安全機構として採用されることはなかった。そのために、従来のこの種の発熱体では、温度制御装置や自己温度制御機能などによって所定の温度域を保持できるように構成されていて、万一、このような温度制御機能が失われたときには温度ヒューズなどの温度過昇防止装置が機能して、所定の温度以上に至らないようする方式が採用されている。しかし、このような保安装置の温度監視範囲には限界があり、発熱面が大面積の場合などは保安装置を数多く設ける必要があった。また、広域を監視できる過熱検知センサー線を張り巡らせたり、面状温度センサーなどを組込む方法があるが、製品構成上の制約があったり、別途、制御回路が必要になるなど、実用面での障害が少なくなかった。
【０００５】
このように、従来の発熱体は、保安機能の作動限界を認識し、構成面の工夫など、総合的な対策を講じて安全性を確保していた。また、従来の発熱体の中で、正抵抗温度特性発熱体は自己保安機能内蔵型という区分で見られがちであるが、このような発熱体であっても、１部品故障時の安全対策として、温度ヒューズなどの保安装置が組込まれることが多かった。現状はこのような状況にあるが、本来は、発熱体と別の離れた位置に保安機構を設けるのではなく、発熱体自身に自己保安機能を内蔵させる方式が望ましい。また、有効に作動する機会が少なく、瀬戸際でしか作動しないような安全機構ではなく、所定の温度を越えたときに、より穏やかに作動する安全機構が望まれる。このような安全機構が実現できれば従来の課題は解消し、これまで使用できなかった環境条件下で発熱体が使用できるようになり、安全性を保障するための構成部材が不要になる一方、品質の向上が図れるなど、非常に大きな価値が見出されるものと考えられる。
【０００６】
本発明は、前記従来の課題を解決するものであり、発熱体の全面での異常の有無を、発熱体自身が精度良く常時監視するものであり、瀬戸際で作動するのではなく、所定の温度を越えたときに穏やかに作動する保安機能を内蔵する発熱体を提供するもので、発熱体の信頼性をなお一層向上させ、より多様な用途で安心して使用できるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記従来の課題を解決するために、本発明の発熱体は、通常時に主体的に発熱する発熱幅の狭い発熱部分と、バックアップ発熱部分となる発熱幅の広い発熱部分とを有する２以上の発熱部分を電気的に直列に接続してなる正抵抗温度特性発熱要素の集合体からなるものである。
【０００８】
これにより、発熱体の全面での異常の有無を、発熱体自身が精度良く常時監視するものであり、瀬戸際で作動するのではなく、所定の温度を越えたときに穏やかに作動する保安機能を内蔵する発熱体であり、発熱体の信頼性をなお一層向上させ、より多様な用途で安心して使用できる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の発熱体は、所定の温度を越えたときに穏やかに作動する保安機能を内蔵するものであり、発熱体の信頼性をなお一層向上させ、より多様な用途で安心して使用できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
第１の発明は、通常時に主体的に発熱する発熱幅の狭い発熱部分と、バックアップ発熱部分となる発熱幅の広い発熱部分とを有する２以上の発熱部分を電気的に直列に接続してなる正抵抗温度特性発熱要素の集合体からなる発熱体とすることにより、発熱体の全面での異常の有無を、発熱体自身が精度良く常時監視するものであり、瀬戸際で作動するのではなく、所定の温度を越えたときに穏やかに作動する保安機能を内蔵する発熱体であり、発熱体の信頼性をなお一層向上させ、より多様な用途で安心して使用できる。
【００１１】
第２の発明は、特に、第１の発明における発熱幅の異なる２以上の発熱部分が前記発熱幅の勾配部分を経て形成されてなることにより、発熱幅の広い発熱部分から発熱幅の狭い発熱部分へ至る部分での電圧勾配、電力密度、温度の急激な変化を抑制し、局所的に高温かつ高抵抗の線状発熱現象が生じる原因を取り除くことができる。
【００１２】
第３の発明は、特に、第１の発明における発熱幅の異なる２以上の発熱部分の少なくとも１部分が前記発熱幅の勾配部分で形成されてなることにより、発熱幅の変化量を確保するとともに発熱幅の変化率を緩やかにすることができる。その結果、発熱幅の狭い発熱部分に必要な電圧を印加させることを可能とする一方、電圧勾配、電力密度、温度の急激な変化を抑制し、局所的に高温かつ高抵抗の線状発熱現象の発生を防止できる。
【００１３】
第４の発明は、特に、第１〜第３のいずれか１つの発明における電極が極性の異なる一対以上の主電極と前記主電極から分岐された複数の枝電極から構成され、極性の異なる前記枝電極を交互に対向させて配置するとともに、前記枝電極の間に発熱要素を形成してなることにより、多くの発熱要素を数多く集合させた面状熱源を形成することができる。すなわち、発熱幅の異なる２以上の発熱部分を直列に接続した発熱要素は、一様な発熱及び熱的結合のために小さな構成寸法であり、このような発熱要素を数多く集合させるためには、電極を狭い間隔で数多く形成する必要がある。数多く配置するためには細い電極が望ましいが、一方では、主電流を流すための太い電極が必要である。一対の主電極と一対の主電極から分岐された枝電極を交互に配置した、いわゆる櫛型電極は、狭い電極間隔で多数の電極を配置するための極めて合理的な形態であり、多くの発熱要素を数多く集合させた面状熱源を形成することができる。
【００１４】
第５の発明は、特に、第４の発明における発熱幅の異なる２以上の発熱部分が電圧印加方向に向かって交互に形成されてなり、極性の異なる枝電極が前記発熱部分の幅の広い発熱部分及び幅の狭い発熱部分の中央部に交互に形成されてなることにより、飽和時にはほとんど発熱しない幅の広い発熱部分が一つの枝電極を挟んで形成され、隣接する枝電極には飽和時に主体的に発熱する幅の狭い発熱部分が一つの枝電極を挟んで形成される。この幅の広い部分と幅の狭い部分を枝電極を挟んで２個づつ集結させることによって、幅の広い発熱部分と幅の狭い発熱部分を大きなブロックとして形成することができる。抵抗体の面積抵抗値が高い場合に、十分な発熱を得るためには電極間隔を狭く設定するが、電極の間隔が近接すると、幅の広い部分と幅の狭い部分が熱的に一体になってしまい、幅の狭い部分に十分な電圧が配分されない傾向がある。このような場合に、幅の広い発熱部分と幅の狭い発熱部分を大きなブロックとして形成することによって、熱的結合を調整することが可能であり、適切な電圧配分をもたらすことができる。
【００１５】
第６の発明は、特に、第４の発明における規則的な欠損部を有する正抵抗温度特性抵抗体を発熱面に形成し、前記欠損部に対応して枝電極を形成されてなることにより、発熱要素は幅の広い発熱部分と幅の狭い発熱部分を直列に接続したものであるが、規則的な欠損部を有する発熱材料を発熱面に形成することによって、欠損部が幅の狭い発熱部分を形成し、欠損部が無い部分が幅の広い発熱部分を形成する。欠損部が無い部分は幅方向に連続であるために、幅の広い発熱部分が形成されないように見えるが、直列に形成される幅の狭い発熱部分からの電位分布を考慮すると、実質的に電気的に独立な幅の広い発熱部分となる。このような幅の広い発熱部分と幅の狭い発熱部分からなる発熱要素の対応する位置に極性の異なる枝電極を形成することによって、多くの発熱要素が集合した発熱面を合理的に形成することができる。
【００１６】
第７の発明は、特に、第４の発明における欠損部の電圧印加方向寸法は極性が同一の隣接する枝電極の間隔よりも小さく形成され、極性の異なる枝電極が前記欠損部の中央部と前記欠損部間の中央部に交互に形成されてなることにより、一対の枝電極間に欠損部が無い部分が形成され、この部分が実質的に電気的に独立な幅の広い発熱部分となる。欠損部が有る部分は幅の狭い発熱部分となる。欠損部の中央部を通る枝電極は、この枝電極を挟んで２つの幅の狭い発熱部分を形成し、欠損部間の中央部を通る枝電極は、この枝電極を挟んで２つの幅の広い発熱部分を形成する。この幅の広い発熱部分と幅の狭い発熱部分を、枝電極を挟んで２個づつ集結させることによって、それぞれの発熱部分を大きなブロックとして形成することができるため、それぞれの発熱部分の熱的結合を調整することが可能であり、適切な電圧配分をもたらすことができる。また、この構成であれば電極と発熱要素のパターン設定が極めて容易であり、合理的に加工できるようになる。
【００１７】
第８の発明は、特に、第６または第７の発明における欠損部の形状が電圧印加方向に向かって幅が拡大する部分と幅が縮小する部分から形成されてなることにより、１つの枝電極を欠損部の最大幅の位置に形成し、次の枝電極を欠損部と次の欠損部の中間位置に形成することによって、発熱幅の異なる２以上の発熱部分を有する発熱要素が集合した発熱面を形成することができる。このように欠損部の幅が変化するために、欠損部が電圧印加方向に向かって連続に形成されていても、独立であっても発熱幅の異なる２以上の発熱部分を形成できる。
【００１８】
第９の発明は、特に、第６または第７の発明における欠損部の形状が電圧印加方向に向かって幅が非直線的に拡大する部分と幅が非直線的に縮小する部分から形成されてなることにより、、１つの枝電極を欠損部の最大幅の位置に形成し、次の枝電極を欠損部と次の欠損部の中間位置に形成することによって、発熱幅の異なる２以上の発熱部分を有する発熱要素が集合した発熱面を形成することができる。また、発熱幅を非直線的に変化させることによって、電圧勾配、電力密度、温度の急激な変化を抑制し、局所的に高温かつ高抵抗の線状発熱現象が生じる原因を取り除くことができる。また、このように欠損部の幅が変化するために、欠損部が電圧印加方向に向かって連続に形成されていても、独立であっても発熱幅の異なる２以上の発熱部分を形成できる。
【００１９】
第１０の発明は、特に、第６または第７の発明における欠損部の形状が略円または略楕円であることにより、円または楕円は非直線的な変化を持つ合理的な形状であり、その中央部では幅の変化が緩やかになり、先端部では急激な変化が得られる。特に、円または楕円欠損部を電圧印加方向に向かって独立に形成し、欠損部の中央と欠損部間に枝電極を交互に形成することによって、欠損部の中央部で枝電極の位置がずれても幅の変化が小さい部分であるために影響を最小限に押えることができる。また、欠損部の先端では幅が急激に変化して閉じるために、欠損部間の枝電極の位置がずれても欠損部に至らないようなパターンを描くことが可能になる。
【００２０】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。
【００２１】
（実施の形態１）
図１は本発明の実施の形態１における発熱体を示すものである。
【００２２】
図に示すように、基板１は、１８８μｍ厚みのポリエチレンテレフタレートフィルムを用いている。一対の主電極２、２´は、エポキシ樹脂中に銀粉末を分散した導電性銀ペーストを、厚膜印刷によって基板１上に形成している。主電極２、２´からは枝電極３、３´が分岐され、一対の枝電極３、３´が交互に対向するように配置されている。また、正抵抗温度特性を有する抵抗体４は、幅の広い発熱部分５と幅の狭い発熱部分６とが直列に接続されて、１つの発熱要素を形成している。正抵抗温度特性を有する抵抗体４はエチレン酢酸ビニル共重合体と低ストラクチャーのカーボンブラックの混練物を、ゴム系のバインダーと高沸点溶剤を用いてペースト化したものを、厚膜印刷によって枝電極３、３´の面に形成している。この正抵抗温度特性を有する２つの発熱部分からなる発熱要素が多数集合することによって発熱体が形成されている。枝電極３、３´の電極間距離は４ｍｍであり、この間に幅の広い発熱部分５と幅の狭い発熱部分６が形成されている。発熱部分５は１０ｍｍ幅、発熱部分６は８ｍｍの幅であり、電圧印加方向の寸法はそれぞれ２ｍｍである。発熱部分５及び６はそれぞれ非常に小さい領域内に形成することによって一様な温度を保持できるようにしている。また、発熱部分５と発熱部分６も非常に近接して形成されているために１つの発熱要素内では熱的に結合しており、熱が有効に伝達される範囲内に形成されている。このような発熱要素が８０個集合することによって本実施の形態の発熱体が形成されている。
【００２３】
この発熱体に通電すると、各発熱要素に電圧が印加され、通電初期は低抵抗であるために大きな電流が流れ、急速に昇温を開始する。通電初期においては発熱部分５と発熱部分６の温度は同一であるために、面積抵抗値は同一であり、抵抗体のパターンに応じた抵抗値となる。発熱部分５と６の抵抗値の比率は１対１．２５であり、電流値は同一であるから電力の比率も１対１．２５となる。発熱部分の面積当たりの電力、すなわち電力密度は発熱部分６の面積を考慮するとこの２乗の比になるが、面積が小さいために熱が拡散することを考慮すると電力密度の比率は実質的に１対１．２５となる。やがて、この電力密度の差によって発熱部分５と６の温度の差が生じてくるために、正抵抗温度係数による面積抵抗値の差異が生じ、抵抗値は１対１．２５よりも拡大する。２０℃の面積抵抗値１２ｋΩの抵抗体を形成し、１２Ｖを印加して飽和させた結果、発熱部分５は４５℃まで昇温し、発熱部分６は５３℃であった。発熱部分５と６の電圧を測定すると、それぞれ３．５Ｖと８．５Ｖであった。この電圧の比率は抵抗値の比率と同一であるから、１対１．２５の比率が１対２．４に拡大したことになる。電力密度もこの比率で拡大しているはずであるが、発熱部分５及び６は非常に近接しているために、発熱部分６から５に熱が移動するのでさほど大きな温度分布は生じない。
【００２４】
また、発熱部分６には電圧及び電力密度の大半が集中しているために、高温かつ高抵抗の線状発熱現象が発生することを考慮する必要があるが、発熱部分５及び６は非常に小さい面積で形成されているために、熱拡散が勝り、線状発熱には至らないことを確認した。この発熱部分５と６は非常に小さい面積で、小さい電力しか発生しないが、これを数多く集合させることによって面状の大面積の熱源を形成することができる。また、部分的な電力密度の分布が生じるが、熱拡散によって実用上、支障のない均熱性が得られる。
【００２５】
通常、正抵抗温度特性を有する面状の発熱体は外装材によって被覆され、酸素や水などと遮断されて使用されるために相当長期の耐久性が期待できる。また、異常電圧や保温されてもさほど高温に至ることがないために、通常の使用時間内で抵抗体が劣化して危険な状態になるモードを想定することは難しく、促進試験でも確認することは容易ではない。また、想定されるストレスでは安全側に変化することが確認されている。このような発熱体の信頼度は極めて高く、最終、安全装置を組み込んでも、これを実際に作動させて確認するような試験条件は通常見つからない。本実施の形態の発熱体では発熱部分６が主体的に発熱し、電圧ストレスや熱などの劣化要因にさらされるが、これも、通常の使用時間内で抵抗体が劣化して危険な状態になるモードを想定することは難しい。しかしながら、もし発熱体が劣化するのであれば電圧ストレスが大きく、高温の箇所であると想定することは可能である。したがって、発熱部分６は５に比べると劣化に至る確率が高く、劣化するとすればこの部分であると想定できる。もし、発熱部分６が劣化して、所定の温度を越えようとした場合、あるいは抵抗値が低下して所定の電流値を超えた場合、隣接して直列に設けられた発熱部分５に熱が伝えられて発熱するか、発熱部分５自身が発熱するかのいずれかの方法で発熱部分６に印加された電圧を吸収し、発熱部分６にとって代わって発熱するようになる。発熱部分５は発熱部分６と発熱幅が異なるだけでほぼ同等の仕様であるために、ほぼ同などの発熱機能を維持することができる。
【００２６】
このように、幅の狭い発熱部分６が異常を生じる確率は想定できないほど低く、同じ直列回路内にある幅の広い発熱部分５が同様に異常を生じる確率も想定できないほど低いために、この直列回路が異常を生じる確率は実質的に０となり、バックアップ発熱部分による２重安全機構を備えた発熱体として作用する。
【００２７】
なお、本実施の形態では発熱部分５と発熱部分６の発熱幅の比率を１０対８としたが、この数値に限定されるものではなく、比率を変えても同などの作用効果が得られる。比率を大きくすると発熱部分６の負荷が増え、発熱面積が減るために飽和電力が低下する傾向となる。比率を小さくすると発熱部分６の負荷が減り、発熱面積が増えるために飽和電力が増加する傾向となる。
【００２８】
また、発熱部分５と発熱部分６の電圧印加方向の寸法はそれぞれ２ｍｍであるが、この寸法を変えても同などの作用効果が得られる。面積抵抗値を下げるとともに発熱部分６の電圧印加方向の寸法を大きくすれば発熱部分６の面積が増え、飽和電力が増大するが、万一、発熱部分６が劣化した場合の発熱部分５の負荷が増大する。逆に、面積抵抗値を上げるとともに発熱部分６の電圧印加方向の寸法を小さくすれば発熱部分６の面積が減り、飽和電力が低下するが、万一、発熱部分６が劣化した場合の発熱部分５の負荷が軽減される。また、電圧印加方向の寸法が大きくなると高温かつ高抵抗の線状発熱現象が生じる確率が高まるので、熱拡散が可能な範囲に留める必要がある。
【００２９】
なお、発熱部分６に線状発熱現象が生じて危険な状態に至ることを想定したとしても、その電力なり温度が発熱部分５に反映されるために安全上の問題はない。
【００３０】
以上、本実施の形態の発熱体は、通常時に主体的に発熱する発熱幅の狭い発熱部分６と、バックアップ発熱部分となる発熱幅の広い発熱部分５とを有する２以上の発熱部分を電気的に直列に接続してなる正抵抗温度特性発熱要素の集合体からなるものである。
【００３１】
すなわち、前記発熱部分は略一様な発熱が可能な小さな領域で形成され、前記発熱要素は熱的結合が可能な小さな領域内に形成され、前記発熱要素は一対の電極を経由して電源に接続され、通電開始時点では前記発熱要素内で前記発熱部分は前記発熱幅に略反比例する電力密度で共に発熱するが、飽和時点では、前記発熱部分の中で前記発熱幅の狭い発熱部分６の昇温が勝るために高抵抗化し、大きな電圧配分を受けて主体的に発熱するとともに前記発熱要素内に熱を拡散し、実質的な面状熱源として飽和する一方、前記発熱幅の狭い発熱部分６が正抵抗温度特性から逸脱した発熱あるいは抵抗値を示すことを想定した場合に、前記発熱幅の広い発熱部分５に大半の電圧が移動することによって安全動作することのできる２重安全発熱機能を備えてなるものである。
【００３２】
したがって、発熱体と別の離れた位置に保安機構を設けるのではなく、発熱体自身に保安機能を内蔵させる方式である。このため、従来の技術のように有効に作動する機会が少なく、しかも、瀬戸際でしか作動しないような安全機構ではなく、所定の温度を越えたときに、より穏やかに作動する安全機構である。このような安全機構を備えた発熱体が実現すれば従来の課題は解消し、これまで使用できなかったような過酷な環境などでの使用が可能になり、構成部品が省略化され、薄肉設計や省スペース設計などの設計の自由度を増し、より多様な用途で安全に使用できるようになる。また、離れた位置で異常を検出するのではなく、発熱体自身が検知する安全機構であるために極めて精度が高いものである。しかも、安全機能を付加するために抵抗体や部品を追加する必要がなく、構成のみならず製造工程も簡略化できるなど、極めて優れた特長を併せ持つものである。
【００３３】
（実施の形態２）
図２は本発明の実施の形態２における発熱体を示すものである。
【００３４】
実施の形態1と異なる点は、正抵抗温度特性を有する抵抗体７によって形成される発熱幅の異なる２つの発熱部分がステップ状に変化するのではなく、勾配部分を経て形成されていることである。
【００３５】
図において、幅の広い発熱部分８と幅の狭い発熱部分９は、幅が縮小する勾配部分を経て接続されている。発熱幅がステップ状に急激に変化すると、電圧勾配、電力密度、温度などの急激な変化が生じ、これに伴う発熱分布が線状発熱現象を引き起こす可能性がある。勾配部分を設けて発熱幅を徐々に変化させることによって電圧勾配、電力密度、温度などの急激な変化を抑制することができる。この結果、これらの要因が引き金になって発生する線状発熱現象を確実に防止することができる。
【００３６】
なお、本実施の形態では、幅の広い発熱部分８と幅の狭い発熱部分９は、幅が縮小する勾配部分を経て接続されているが、勾配部分を経て接続されるのではなく、いずれかの発熱部分あるいは双方の発熱部分が勾配を持つものであっても良く、本実施の形態と同などの作用効果を示すものである。また、その勾配は非直線的なものであっても良く、任意の数式に基づくも勾配を選定することもできる。
【００３７】
（実施の形態３）
図３は本発明の実施の形態３における発熱体を示すものである。
【００３８】
実施の形態1と異なる点は、正抵抗温度特性を有する抵抗体１０の面積抵抗値が高抵抗であり、枝電極の間隔が狭められていることと、発熱幅の異なる２つの発熱部分が形成される配列が２個単位の規則性を持つことである。
【００３９】
図において、正抵抗温度特性を有する抵抗体１０の２０℃の面積抵抗値は１６ｋΩである。また、発熱幅の異なる２つの発熱部分は、幅の広い発熱部分１１と幅の狭い発熱部分１２が交互に形成されるのではなく、幅の広い発熱部分１１が１つの枝電極を挟んで２個形成され、次に、幅の狭い発熱部分１２が別の枝電極を挟んで２個形成されるようになっている。また、電圧印加方向の寸法が幅の広い発熱部分１１と幅の狭い発熱部分１２共に１．５ｍｍで形成され、対向する枝電極３及び３´の間隔は３ｍｍとなっている。
【００４０】
飽和時にはほとんど発熱しない幅の広い発熱部分１１と飽和時に主体的に発熱する幅の狭い発熱部分１２が２個単位で形成されているために、電圧印加方向の寸法が縮小されたにもかかわらず、それぞれの領域が大きなブロック単位で形成されるようになっている。抵抗体の面積抵抗値が高い場合に、十分な発熱を得るためには枝電極の間隔を狭く設定する必要があるが、枝電極の間隔を近接させると、幅の広い発熱部分と幅の狭い発熱部分の発熱状態が熱的に一体になってしまい、幅の狭い発熱部分に十分な電圧が配分されない傾向になる。このような場合には、２つの発熱部分をブロック単位まとめることによって熱的に分離させることが可能であり、適切な電圧配分をもたらすことができる。
【００４１】
本実施の形態の発熱体に１２Ｖを印加したところ、幅の広い発熱部分１０と幅の狭い発熱部分１１の飽和温度は４４℃と５２℃であり、電圧は３．４Ｖと８．６Ｖであった。
【００４２】
（実施の形態４）
図４は本発明の実施の形態４における発熱体を示すものである。
【００４３】
実施の形態３と異なる点は、正抵抗温度特性を有する抵抗体１３の形成パターンである。
【００４４】
図において、正抵抗温度特性を有する抵抗体１３は発熱面の全面に形成されていて、その面には複数の欠損部１４が規則的に設けられている。この欠損部１４の中央部には枝電極３´が形成され、欠損部１４と次の欠損部１４の中央部には極性の異なる枝電極３が形成されている。また、幅の広い発熱部分１５は枝電極３方向に連続であり、独立に形成されていないが、幅の狭い発熱部分１６は独立に形成されている。枝電極３方向に連続に形成される幅の広い発熱部分１５は、隣接する幅の狭い発熱部分１６を経由して流れてきた電流を最短経路で通過させる性質があるために、枝電極３方向に流れる電流はわずかであり、実質的に電気的に独立な幅広の発熱部分１５と幅の狭い発熱部分１６の直列回路が形成される。したがって、本実施の形態は実施の形態３と実質的に同などの発熱特性を示すものである。
【００４５】
（実施の形態５）
図５は本発明の実施の形態４における発熱体を示すものである。
【００４６】
実施の形態４と異なる点は、欠損部１８の形状である。
【００４７】
図において、正抵抗温度特性を有する抵抗体１７は発熱体の全面に形成されていて、その面には楕円形状の欠損部１８が規則的に設けられている。この欠損部１８の中央部には枝電極３´が形成され、欠損部１８と次の欠損部１８の中央部には枝電極３が形成されている。また、幅の広い発熱部分１９は枝電極３方向に連続であり、独立に形成されていないが、幅の狭い発熱部分２０は独立に形成されている。枝電極３方向に連続に形成される幅の広い発熱部分１９は、隣接する幅の狭い発熱部分２０を経由して流れてきた電流を最短経路で通過させる性質があるために、枝電極３方向に流れる電流はわずかであり、実質的に電気的に独立な幅広の発熱部分１９と幅の狭い発熱部分２０の直列回路が形成される。
【００４８】
本実施の形態では欠損部１８の形状が楕円であるために、幅広の発熱部分１９と幅の狭い発熱部分２０の発熱幅が非直線的に滑らかに変化している。発熱幅が急激に変化すると、電圧勾配、電力密度、温度などの急激な変化が生じ、これに伴う発熱分布が線状発熱現象を引き起こす可能性がある。発熱幅を非直線的に滑らかに変化させることによって電圧勾配、電力密度、温度などの急激な変化を抑制することができる。この結果、これらの要因が引き金になって発生する線状発熱現象を確実に防止することができる。また、楕円形状の欠損部１８は非直線的な変化を持つ合理的な形状であり、電圧印加方向に向かうその中央部では幅の変化が緩やかになり、先端部では急激な変化が得られる。このために、幅の狭い発熱部分２０では緩やかな発熱幅の変化が得られ、幅の広い発熱部分１９にかけては電流の流れに沿って発熱幅が急速に拡大する。また、楕円形状の欠損部１８の電圧印加方向に向かう中央部では欠損部１８の幅の変化が緩やかであるために、枝電極３´の位置が電圧印加方向にずれても発熱幅が影響を受けにくく、欠損部１８の先端に向かってその幅が急激に縮小して閉じるために、枝電極３の位置が電圧印加方向ずれても欠損部１８に至らないなど、実用上、非常に価値のあるものである。
【００４９】
なお、本実施の形態では欠損部１８の形状は楕円形状であり、電圧印加方向に離れて形成されていたが、電圧印加方向に細長く拡大することによって隣接する欠損部１８を接近させることができる。このような構成をとれば、幅広の発熱部分１９が枝電極３´方向に連なっている部分が減少するために、電気的により完全な独立回路とすることができる。また、欠損部の形状を電圧印加方向に細長く拡大するのではなく、縮小することも可能であり、この構成であれば、幅の広い発熱部分１９から幅の狭い発熱部分２０に向かって、発熱幅が非直線的に急速に縮小するパターンを形成できる。これは、枝電極の間隔を近接させたい場合に有利であり、また、枝電極方向の欠損部の形成間隔を開けたい場合にも有利である。このように楕円形状といっても様々な選択可能であり、当然ながら楕円のみならず円も選択可能である。また、正確に楕円を描く必要はなく、楕円状あるいは略楕円でも同などの作用と効果を奏するものである。
【００５０】
（実施の形態６）
図６は本発明の実施の形態６における発熱体を示すものである。
【００５１】
実施の形態５と異なる点は、欠損部２２の形状である。
【００５２】
図において、正抵抗温度特性を有する抵抗体２１は発熱体の全面に形成されていて、その面には菱形形状の欠損部２２が規則的に設けられている。この欠損部２２の中央部には枝電極３´が形成され、欠損部２２と次の欠損部２２の中央部には枝電極３が形成されている。また、幅の広い発熱部分２３は枝電極３方向に連続であり、独立に形成されていないが、幅の狭い発熱部分２４は独立に形成されている。枝電極３方向に連続に形成される幅の広い発熱部分２３は、隣接する幅の狭い発熱部分２４を経由して流れてきた電流を最短経路で通過させる性質があるために、枝電極３方向に流れる電流はわずかであり、実質的に電気的に独立な幅広の発熱部分２３と幅の狭い発熱部分２４の直列回路が形成される。本実施の形態では欠損部２２の形状が菱形であるために、幅の広い発熱部分２３と幅の狭い発熱部分２４の発熱幅が直線的に変化している。発熱幅が急激に変化すると、電圧勾配、電力密度、温度などの急激な変化が生じ、これに伴う発熱分布が線状発熱現象を引き起こす可能性がある。発熱幅を直線的に滑らかに変化させることによって電圧勾配、電力密度、温度などの急激な変化を抑制することができる。この結果、これらの要因が引き金になって発生する線状発熱現象を確実に防止することができる。
【００５３】
また、菱形形状の欠損部２２は直線的な変化を持つ合理的な形状であり、電圧印加方向に向かって幅の変化率が一定であるために、幅の広い発熱部分２３から幅の狭い発熱部分２４にかけて、電流の流れに沿って発熱幅が一定の率で縮小する。したがって、枝電極３´又は３の位置が電圧印加方向にずれても発熱幅の変化率が変わらないために、電圧勾配、電力密度、温度などへの影響を受けにくく、実用上、非常に価値のあるものである。
【００５４】
なお、本実施の形態では欠損部２２の形状は菱形形状であり、電圧印加方向に離れて形成されていたが、電圧印加方向に細長く拡大することによって隣接する欠損部２２を接近させるか、重複させることができる。このような構成をとれば、幅広の発熱部分１８が枝電極３´方向に連なっている部分が減少するために、電気的により完全な独立回路とすることができる。また、欠損部２２の欠損部の形状を電圧印加方向に細長く拡大するのではなく、縮小することも可能であり、この構成であれば、幅の広い発熱部分２３から幅の狭い発熱部分２４に向かって、発熱幅が直線的に急速に縮小するパターンを形成できる。これは、枝電極の間隔を近接させたい場合に有利であり、また、枝電極方向の欠損部の形成間隔を開けたい場合にも有利である。このように菱形形状といっても様々な選択可能であり、当然ながら菱形のみならず正四辺形も選択可能である。また、正確に菱形を描く必要はなく、菱形状あるいは略菱形でも同などの作用と効果を奏するものである。
【００５５】
なお、本実施の形態では欠損部２２の形状は菱形であったが、菱形に限らず、電圧印加方向に幅が直線的にあるいは非直線的であっても、増減する形状であれば同などの作用と効果をもたらすことができる。また、幅が電圧印加方向に増減する形状であれば、電圧印加方向に欠損部が重複していても、幅の広い発熱部分と幅の狭い発熱部分を形成することができるために、様々なバリエーション展開が可能である。
【００５６】
以上、各実施の形態１〜６について説明したが、本発明はこれらの実施の形態に限定されるものではなく、基板、電極、抵抗体の種類が変わっても同などの作用効果が得られる。また、幅の広い発熱部分と幅の狭い発熱部分に形成される発熱幅の変化率、あるいは抵抗体に形成される欠損部の形状については、特定の変化率あるいは形状に限定されるものではなく、実施の形態で示さなかった、多段階ステップ状、特殊な関数に基づく曲線、複数の形状の複合などでも実施の形態と同などの作用効果が得られる。さらに、欠損部の形成間隔、大きさ、形成密度なども実施の形態に限定されるものではなく、熱的な結合を保ち、線状発熱に至らないような発熱と均熱のバランスを維持する限り、より細分化された構成あるいはより統合化された構成においても実施の形態と同などの作用効果が得られるものである。
【産業上の利用可能性】
【００５７】
以上のように、本発明にかかる発熱体は、所定の温度を越えたときに穏やかに作動する保安機能を内蔵するものであり、発熱体の信頼性をなお一層向上させ、より多様な用途で安心して使用できるものであり、各種の暖房機器、加熱装置、乾燥装置などの熱源として用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】本発明の実施の形態１における発熱体の平面図
【図２】本発明の実施の形態２における発熱体の平面図
【図３】本発明の実施の形態３における発熱体の平面図
【図４】本発明の実施の形態４における発熱体の平面図
【図５】本発明の実施の形態５における発熱体の平面図
【図６】本発明の実施の形態６における発熱体の平面図
【符号の説明】
【００５９】
１  基板
２、２´  主電極
３、３´  枝電極
４、７、１０、１３、１７、２１  抵抗体
５、８、１１、１５、１９、２３  幅の広い発熱部分
６、９、１２、１６、２０、２４  幅の狭い発熱部分
１４、１８、２２  欠損部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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