JP2862267B2 - 棒状発熱体 - Google Patents

棒状発熱体

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JP2862267B2 JP1097378A JP9737889A JP2862267B2 JP 2862267 B2 JP2862267 B2 JP 2862267B2 JP 1097378 A JP1097378 A JP 1097378A JP 9737889 A JP9737889 A JP 9737889A JP 2862267 B2 JP2862267 B2 JP 2862267B2
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は棒状発熱体に関し、特に温度自己制御可能な
棒状発熱体に関する。
〔従来の技術〕
従来の発熱体は主として面状のものがあり、これまで
棒状の発熱体はあまり見られない。
これは従来の発熱体では塗膜の均一性が要求され、曲
面等ではその塗膜の均一形成が困難であったことが理由
の1つであった。
〔発明が解決しようとする課題〕 棒状発熱体は例えば水槽、お風呂等に投げ込んでその
保温に利用したり、或いはビーカー等の加熱等に利用で
きる等、各種水槽等の保温に手軽に利用できるので、所
望する各種の特定温度に保持された各種大きさの棒状の
発熱体があれば利用価値が高く、その出現が望まれてい
る。
〔課題を解決するための手段〕
本発明者は、先に粒子径500μm以下の球状体からな
る粒子を主とする炭素粉末と合成樹脂を主成分として含
有する導電性発熱性塗料(特願昭62−263954号、特公平
6−89270号)及び該塗料を電極端子を設けた所望の形
状の固体表面に塗布して導電性塗膜を形成させたものか
らなる温度自己制御可能な導電性発熱体(特願昭62−26
3955号、特開平1−107488号)を提案したが、さらにこ
の導電性発熱体の応用について研究を進めた結果、温度
自己制御可能な導電性発熱体からなる棒状発熱体が水槽
或いは風呂の湯舟等の保温に手軽に利用できる有用な発
熱体であることを見出し、本発明に到達したものであ
る。
即ち、本発明は棒状物の内面又は外面に絶縁層を設け
るか又は設けないで温度自己制御可能な発熱体を設け、
該発熱体を絶縁層で被覆したことを特徴とする温度自己
制御可能な管状発熱体、細い管状物の内面に絶縁層を設
けるか設けないで、管状物の内部に温度自己制御可能な
発熱体を設けたことを特徴とする棒状発熱体に関する。
棒状物及び細い管状物の材質としては、金属例えば
鉄、銅、アルミニウム、ステンレス、鉛又は合金等、及
びプラスチック、セラミックス、木材等が挙げられる。
この棒状物及び細い管状物が金属からなるものでは、電
気絶縁層を設ける。
電気絶縁層としては耐熱性樹脂例えばポリイミド樹
脂、ポリアミド樹脂、エポキシ樹脂、ポリフロン樹脂な
どに耐熱性フィラー、例えばAl2O3、ZrO2、SiO2、MgO、
Cr2O3、Si3O2チタノカルボシラン等の粉末を混合した樹
脂組成物等が用いられる。耐熱性フィラーと耐熱性樹脂
との混合比は任意に選択し得るが、1:0.2以上好ましく
は1:0.7〜1.8である。耐熱性フィラーの方が樹脂より熱
を伝えやすいが、樹脂が0.2以下では強度が下がるし、
又塗りにくいものとなる。絶縁層の厚さは0.1〜1mm程度
とする。
プラスチックス、セラミックス又は木材の棒の棒の場
合は絶縁層がなくてもよい。
温度自己制御可能な導電性発熱体は、棒状物の外側或
いは細い管状物の内側(絶縁層がある場合は該絶縁層)
に電極端子を所望の間隔に設け、粒子径0.5μm以上500
μm以下の球状体からなる粒子を主として含有する炭素
粉末と合成樹脂とを含有する導電性被膜或いは注入充填
物を設けることにより得られる。塗膜の場合、その厚さ
は0.1mm〜3.0mmである。基板に設けられる電極端子は
銅、アルミニウム、銅に金、銀、白金、ニッケル又は錫
メッキした線、ワイヤ、板、又はネット等からなるもの
で、両辺に設置される。この発熱体は又、電極端子を設
けた所望の形状の基板表面或いは基板に上記と同様の導
電性塗料またはペーストを塗布或いは含浸させたものか
らなり、これを上記の管状物の内側又は外側に設けるこ
ともできる。この基板はプラスチック、セラミックス、
木質、繊維、紙、電気絶縁被覆した金属材料その他のも
のが用いられる。
球状炭素粒は例えば、テイラー等の方法によりコール
タール、コールタールピッチ、石油系重質油等の歴青物
を350℃〜500℃の温度で長時間加熱処理し、低分子化合
物の重縮合反応をくり返し、高分子化し、生成した炭素
質より光学的異方性球体を分離したメソカーボンマイク
ロビーズ(meso carbon micro beads)或いは、合成樹
脂を炭素化した球状に近いコークスを、千数百度〜3千
数百度の熱処理還元により黒鉛化することにより製造さ
れる。
又、用いる合成樹脂は例えば、ポリイミド樹脂、ポリ
アミド樹脂、ポリフェニレンオキサイド樹脂、シリコー
ン樹脂、ポリチタノカルボシラン樹脂、フェノール樹
脂、エポキシ樹脂、ポリパラベン酸樹脂、ポリウレタン
樹脂、ポリエステル樹脂、ポリエーテルエーテルケトン
樹脂、ポリフェニレンサルフィド樹脂、ポリフロン樹
脂、ポリオレフィン樹脂、塩ビ樹脂等であり、塗膜の所
望の目的温度に応じて軟化温度或いは分解温度を有する
樹脂を選択することができる。
本発明の炭素粒と合成樹脂バインダーの量割合は、所
望する発熱温度、発熱面の大きさに等により、又炭素
粒、及び合成樹脂の種類及び組合せ等により種々選択さ
れるが、一般的には炭素粉末100重量部(以下部と略
す)に対して、10〜190部好ましくは20〜160部である。
合成樹脂の割合が10部以下では抵抗値の小さいものが
得られ、高温の発熱体(広い発熱面をもつものに応用で
きる)が得られるが、塗膜強度が不足すると供に電気抵
抗の温度係数が小さくなって温度むらが生じやすい。一
方、合成樹脂の量が190部以上では発熱に必要な電流が
得られず(抵抗値が過大になって)実用温度に適さない
ものとなる。即ち、電気抵抗値が常温で0.5Ω/□(Ω
/□とは正方形面積に対する電気抵抗値を表わす)以下
では過電流となり、その結果不均一な高温となりすぎる
し、300Ω/□以上では過小電流になり、発熱不足とな
り、電力が低下し、所望の温度が得られにくいのであ
る。
又、塗料又はペーストの乾燥固化又は硬化を短時間で
容易に行うために硬化剤を加えることができる。これら
の硬化剤は樹脂に応じて、それぞれ選択し得、脂肪族、
或いは芳香族ポリアミン、ポリイソシアネート、ポリア
ミド、アミン、チオ尿素、酸無水物等の通常の硬化剤が
用いられる。
その他、安定剤、可塑剤、酸化防止剤等が適宜に用い
られる。
そして、広い発熱面の場合は電気抵抗の小さい常温で
1Ω/□のものが、狭い面積の場合は電気抵抗値の高い
常温で250Ω/□のものが、一般にはその中間値のもの
が用いられる。又、本発明では、発熱体の表面温度を黒
鉛のサイズ、熱処理温度、塗料配合、塗布厚さ、印加電
圧等の組合せにより最大約450℃までの任意温度に(環
境温度−30℃〜+40℃で)長時間安定して得ることがで
きる。硬化温度は70〜200℃である。
本発明の棒状発熱体の場合、発熱体の温度は約450℃
以下の所望する特定の温度に長時間安定して保持するこ
とができる。例えば保温用棒状発熱体では20〜80℃に、
加熱用棒状発熱体では80〜200℃に調節される。
この炭素粒と合成樹脂とを主成分とする塗料は各種塗
装方式或いは注入方式、例えば、はけ塗り塗装、ローラ
ー塗装、吹き付け塗装、静電塗装、電着塗装或いは粉体
塗装等の塗装剤に又は浸漬用に応じて他の添加剤或いは
補助剤を加えることができる。
これらの添加剤、補助剤は、例えば希釈溶剤、沈降防
止剤或いは分散剤、酸化防止剤、他の顔料その他の必要
な添加剤であることができる。
炭素粒と合成樹脂(エポキシ樹脂、塩ビ樹脂等)とが
ペースト状となる場合には、押出しあるいはロール成形
することもできる。
導電性発熱性塗膜の膜厚は問わないが0.3mm〜7mmが適
当である。
本発明の発熱体は温度自己制御可能であり、特定温度
で電気抵抗が増大し、電気抵抗の温度係数が急増するこ
とを示す(第2図)。
発熱体の外側は絶縁層で被服される。この絶縁層は前
記の絶縁層と同一であることができ、耐熱性樹脂と耐熱
性フィラーを混合したものが用いられ、その厚さも同一
でよい。
又、本発明では細い管の内部に発熱体を埋め込み棒状
の発熱体とすることができる。
本発明の棒状発熱体は、水槽、風呂の湯舟等の保温、
加熱に利用でき、又、管の中央部に棒状発熱体を挿入し
てその空間の流体を加熱するのに利用することもでき
る。
〔作用〕
本発明の棒状発熱体は他の手段、操作を必要とせず、
絶えず特定の温度に保持できる温度自己制御可能な発熱
体を用いるものであるから、安全、且つ有効に保温及び
加熱されたものとなる。
〔実施例〕
以下に本発明の実施例について、図面を参照して説明
するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものでは
ない。
実施例1 第1図は本発明の棒状発熱体である。第1図におい
て、1は棒状物(100mmφ)であり、アルミニウム(又
は銅、鉄、ステンレス或いはプラスチックス、セラミッ
クス、木材等)からなるものであり、該棒状物の外側に
絶縁層2が設けられる。絶縁層2は耐熱性樹脂、例えば
ポリイミド樹脂にAl2O3を重量で1:0.2以上の割合、好ま
しくは1:1の割合で配合した樹脂組成物から得られ、そ
の膜厚は0.1〜1mmである。該絶縁層の外側に発熱体3が
設置される。発熱体3は、上記絶縁層に電極端子4を設
け、10〜20μmφの球状黒鉛1重量部に対してポリイミ
ド樹脂0.33重量部の割合で配合した混合物からなる発熱
塗膜を3mm厚に塗布したものからなり、これを200℃前後
に熱処理する。電極端子はNiメッキした0.2〜1mmφの銅
線網であり、これが発熱塗膜の両端に設けられているも
のである。
この発熱体は第2図に示す温度−抵抗曲線を示し、20
0℃で電気抵抗が急増する特性を示した。この発熱体を
設けた管状発熱体の時間−温度曲線は第3図に示すとお
りであり、特定の時間後には一定の温度を示した。
実施例2 第4図に示すように、プラスチックフィルム(6)
(PETフィルム)上に電極端子(4)を設け〔第4
(B)図及び第4(E)図〕、平均粒子径約30μmφの
球状体黒鉛粒100重量部に対して1液性エポキシ樹脂
(硬化剤40〜50重量部含有)100重量部を配合した発熱
塗料を塗り、発熱塗膜を有するプラスチックフィルムを
絶縁層(実施例1と同一絶縁塗料)で被覆したフィルム
状発熱体を作り、これを金属棒(100mmφ)の外側に巻
きつけ固着して、管状発熱体を得た〔第4(A)図及び
第4(D)図〕。
この棒状発熱体の時間−温度曲線は55分後には65℃の
温度を示した。
実施例3 ポリ塩化ビニル(内径4mm、肉厚2mm、長さ10cm)内部
にニッケルメッキした銅線からなる電極端子をとりつ
け、ついで10〜20μmφの球状体黒鉛粒1重量部に対し
て塩化ビニル樹脂2重量部の割合で混合した混合物を注
入して棒状発熱体を製造した。この発熱体は50℃で電気
抵抗が急増する特性を示した。
発明の効果 本発明の管状発熱体は温度自己制御可能な発熱体を設
けているので、サーモスタット等の手段を必要とせず、
即ち他の手段を要せず、その温度を一定に保つことがで
きるものであり、安全性が高く、安価であり、水槽、風
呂の湯舟等の保温又は加熱に利用でき、実用性の高い新
規な棒状発熱体である。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の実施例1で得られた棒状発熱体であ
り、第1(A)図はその断面図、第1(B)図はその側
面の内部構造を示した模式図、第2図は本発明の棒状発
熱体の温度−抵抗曲線図、第3図は本発明の棒状発熱体
の時間−温度曲線図、第4図は本発明の実施例2で得ら
れた棒状発熱体であり、第4(A)図及び第4(D)図
は棒状発熱体の模式図、第4(B)図及び第4(E)図
はフィルム状発熱体の平面模式図、第4(C)図はフィ
ルム状発熱体の断面模式図である。1は棒状物、2は絶
縁層、3は発熱体、4は電極端子、5は絶縁層、6はプ
ラスチックフィルム基材を示す。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭55−72390(JP,A) 特開 平2−272702(JP,A) 特開 昭63−146402(JP,A) 特開 昭62−195883(JP,A) 特開 昭49−21735(JP,A) 実開 昭59−290(JP,U) 実開 昭63−170683(JP,U) 実開 昭63−61798(JP,U) 実開 昭62−142189(JP,U) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) H05B 3/14 H05B 3/78 H05B 3/40

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】棒状物の外面に、絶縁層を設けるか又は設
    けないで、粒子径0.5μm以上500μm以下の球状体から
    なる粒子を主として含有する炭素粉末と合成樹脂とを含
    有する導電性被膜を形成した温度自己制御可能であって
    電極端子を有する発熱体を設け、該発熱体を絶縁層で被
    覆したことを特徴とする温度自己制御可能な棒状発熱
    体。
  2. 【請求項2】温度自己制御可能な発熱体が電極端子を設
    けた基板に粒子径0.5μm以上500μm以下の球状体から
    なる粒子を主として含有する炭素粉末と合成樹脂とを含
    有する導電性被膜を設けたものからなる発熱体である請
    求項1記載の棒状発熱体。
  3. 【請求項3】細い管状物の内面に絶縁層を設けるか設け
    ないで、管状物の内部に粒子径0.5μm以上500μm以下
    の球状体からなる粒子を主として含有する炭素粉末と合
    成樹脂とを含有する導電性ペーストを管内に注入充填し
    て形成した温度自己制御可能であって電極端子を有する
    発熱体であることを特徴とする棒状発熱体。
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