JP3085307B2 - 温度自己制御されたテープ又はプレート状発熱体 - Google Patents

温度自己制御されたテープ又はプレート状発熱体

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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はテープ又はプレート状発熱体鍋に関し、特に
自己制御された発熱体からなるテープ又はプレート状発
熱体に関する。
〔従来の技術〕
従来、炭素粉末を混合した合成樹脂フィルム及び長手
方向両側に埋設した電極線より構成された面状発熱体素
子(特公昭60−59131号公報)等がある。
〔発明が解決しようとする課題〕
従来の面状発熱体に用いられていた炭素粉末或いはグ
ラファイト粉末は均一温度分布で広い発熱面を有する発
熱体は得られない。そして、これら従来の導電性粉末と
合成樹脂を含むペースト或いは塗料を塗布する場合は、
塗膜の厚さを厳密にしなければならず、機械で例えば1/
10〜1/100mmの精度で、精密に塗布された塗膜であるこ
とが必要であり、従って従来のものでは前記特公昭60−
59131号のように、押出機により厚さの均一なものでな
いと、局所加熱が生じた。そして従来の発熱体は温度自
己制御はできず、局部加熱を予防するため、サーモスタ
ットを用いたり、温度調節器を組み込んだりする対策を
取っていた。
しかし、このようなサーモスタット等の手段を取って
も、その性能には信頼性がなく、特定温度に常に保持す
ることは難かしいばかりか、サーモスタット等の手段を
施こせばそれだけ高価なものとならざるを得ず、従っ
て、他の手段を要せず、特定温に調節可能な発熱体であ
って、種々の物の保温或いは加熱に利用できるテープ状
又はプレート状発熱体の出現が望まれているところであ
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−
263955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テープ状或いは
プレート状発熱体が、従来の面状発熱体が有していた問
題点を解決するものであり、利用範囲の広い発熱体であ
ることを見出し、本発明に到達したものである。
即ち、本発明は基材シート又はフィルムの長手方向両
側に電極端子をとりつけ、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、該発熱体全
体を絶縁層で被覆したことを特徴とする温度自己制御さ
れたテープ又はプレート状発熱体に関する。
基材シート又はフィルムとしては合成樹脂、好ましく
は耐熱性合成樹脂、セラミックス、或いは絶縁被覆され
た金属箔、繊維、紙等の各種材質のものが用いられる。
基材としての合成樹脂は、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。
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、球状炭素粉末と混合され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20〜180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共に電気抵
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。
本発明のテープ又はプレート状発熱体の場合、その温
度は約450℃以下の間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。例えばカーブミラー、バ
ックミラーのくもり防止用のテープ又はプレートでは20
℃、管内流体の凍結防止または保温には80℃以下、シー
トの保温用には40℃以下等の各種の温度に調節される。
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、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。
炭素粒と合成樹脂とがペースト状となる場合(塩ビ
等)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。
電極端子は例えば銅、アルミニウム、銅にニッケル又
は錫をメッキした金属線、金属板或いは金属網からなる
ものが用いられる。
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)。
このプレート状発熱体は、通常発熱性被膜に絶縁仕切
を設け、抵抗値の大きさを変えることにより、その電力
(ワット)の調節を図り、加熱板の温度を更に調節する
ことができる。即ち、第4図に示すように、絶縁仕切8
により発熱性塗膜を仕切り、電極端子A,B,C,X及びYを
それぞれ設け、X−A間、X−B間、X−C間で抵抗値
の大きさが変わることを利用して電力(ワット)を調節
することができる。又、X−Y、A−Y、A−B、B−
C間の塗膜の厚さを変えたり、導電粒子の含有率を変え
ることによって、その電力を強、中、弱と任意に設定す
ることができる。これにより、昇温速度を適当にし、加
熱板の過熱を更に防止することができ、同時に電力の節
約ができる。
発熱体の外側は絶縁層で被服される。この電気絶縁層
として上記のプラスチックス、特に耐熱性プラスチック
スが使用される。又、高温の場合は耐熱プラスチック
ス、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Al
2O3、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。
本発明のテープ状又はプレート状発熱体と所望する特
定温度に設定された各種のものが得られるので、例えば
各種保温に必要なパイプ等に巻きつけたり、貼着して使
用され、又、バックミラー等の保温に、暖房ジュータン
に或いは金属板の外側或いは底部、水槽の内、外に貼着
して、加熱板や保温水槽等の各種保温或いは加熱に利用
できる。
〔作用〕
本発明のテープ状又はプレート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、
且つ有効な保温及び加熱が可能となり、各種の保温或い
は加熱に必要な管、容器、ジュータン、敷物、ベンチ等
に適用できる。
〔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図は本発明のテープ状又はプレート状発熱体であ
り、第1(A)図及び第1(B)図はテープ状、第1
(C)図はプレート状発熱体の模式図である。第1図に
おいて、1は発熱体であり、長手方向に電極端子2を設
け、10〜20μmφの球状黒鉛1重量部に対して塩化ビニ
ル樹脂2重量部の割合で配合した混合物から押出しによ
り巾5.0cm、3mm厚の発熱性膜2を得、ついでこれをポリ
エ及チレンで押出し被覆し、絶縁層3を有する発熱体を
得た。電極端子はNiメッキした0.2〜1mmφの銅線網或い
は金属メッキ層を設けたものである。この発熱体は50℃
で電気抵抗が急増する特性を示した。
実施例2 第2図は本発明のテープ状又はプレート状発熱体であ
り、プラスチック、セラミックス或いは絶縁された金属
箔(アルミニウム、銅、鉄、ステンレス等)等からなる
基板4、この場合はポリイミドフィルム上の長手方向両
端に電極2を設け、必要に応じ耐熱性樹脂フィルムテー
プ例えばテフロンテープ5で電極線の一部をマスキング
し、これにより、電極線の取り出しを容易にする。つい
で10〜30μmの球状黒鉛1重量部に対してポリイミド樹
脂0.7重量部以上(テープ状)又は0.3重量部(プレート
状)の割合で配合した混合物からなる発熱塗膜を3mm厚
に塗布或いは含浸したものからなる。電極2は実施例1
と同様である。ついで必要に応じて耐熱性樹脂、例えば
シリコンで絶縁被用する。この発熱体は第3図に示す温
度−抵抗曲線を示し、200℃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加熱板の時間−温度曲線
は第4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。
第5図に示すように、プレート状発熱体(20cm×20c
m)を絶縁仕切6をした場合、例えば X−A間 9Ω+9Ω=18Ω X−B間 18Ω+9Ω=27Ω X−C間 27Ω+9Ω=36Ω であるとき、これにそ
れぞれ100Vを印加すると X−A間=555W X−B間=370W X−C間=278W (A,B,C,X及びYはリード線) となり、3段切替えが可能となる。第6図に示すよう
に、最初の17分間をX−Aで通電し、その後X−Cに切
り替えることにより、電力を節約でき実用的である。
又、加熱板の上に鍋又は湯沸し等を置くと一時温度が下
るので、その下り具合に応じてX−AやX−Bに切替え
て温度調節することができる。
即ち、第4図に示すようにX−A、X−B、X−Cで
はその抵抗値が異なるため、最高温度に到達する時間が
相違するので、その差を利用することができるのであ
る。
得られたテープ状発熱体は巾5.0cmのものであり、プ
レート状発熱体は20cm×30cmのものであった。
なお、テープ状の発熱体はそれぞれの対象物に応じ
て、切断して利用することが可能であり、その際テープ
で電極をマスキングした個所を設けておくと、電極の取
り出しが極めて容易である。又、その大きさに応じた絶
縁キャップを用いて、切断部を絶縁することもできる。
実施例3 10〜20μmの球状黒鉛1重量部に対してポリエチレン
樹脂1.6重量部の割合で配合した混合物からなる発熱塗
膜2mmを得ること以外は実施例1と同一の操作により、3
0cm×30cmの大きさのプレート状発熱体を得た。
第7図に示すように、40℃に通電保温した塗膜面2上
に断熱片をおいて通電し、D点及び断熱片下E点の温度
を測定した。第8図は0.05Watt/cm2の投入電力での通電
時間に対する塗料(a)及び塗料(b)から得られた発
熱体のE点における温度とD点における温度との温度差
を示すグラフである。本発明の保温板(a)では10分後
に約2℃(42℃)の上昇があるだけであり、従来の導電
性発熱性塗料を用いたもの(b)では約45℃(85−40
℃)に上昇した。
これより明らかなとおり、本発明のテープ状或いはプ
レート状発熱体は局部的に過熱が生じることがなく、温
度自己制御作用があることを示し、特定の温度に何ら他
の手段を要しないで保持することができるので、種々の
保温及び加熱に利用できる。
発明の効果 本発明のテープ状又はプレート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、従来の発熱体のよう
なサーモスタット等を必要とせず、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
全性についても高く、安価で実用性の高い新規なテープ
状或いはプレート状発熱体であり、板、管、容器、棒等
の各種のものに貼着が可能であり、それにより種々の発
熱体を得ることが可能である。
【図面の簡単な説明】
第1図は実施例1で得られた本発明のテープ状又はプレ
ート状発熱体の側面断面図であり、第1(A)図及び第
1(B)図はテープ状発熱体、第1(C)図はプレート
状発熱体の各模式図であり、第2図は実施例2で得られ
た本発明のテープ又はプレート状発熱体の模式図であ
り、第3図は本発明の発熱体の温度−抵抗曲線図、第4
図は本発明の発熱体の時間−温度曲線図、第5図は発熱
塗膜の絶縁仕切をした状態図、第6図は本発明の加熱板
の温度を絶縁仕切りにより調節することを示す図、第7
図は断熱片が置かれる時に局部過熱状態を測定するため
の温度測定位置を示す模式図、及び第8図は本発明の発
熱体の局部過熱状況を示す図であり、1は発熱体、2は
電極端子、3は絶縁層、4は基板、5はマスキング(テ
フロンテープ)、DおよびEは温度測定点を示す。
フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭63−48788(JP,A) 特開 昭61−93581(JP,A) 特開 昭64−76693(JP,A) 特開 昭53−69936(JP,A) 特開 昭63−110590(JP,A) 特開 平1−107488(JP,A) 実開 昭51−83954(JP,U)

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】長手方向両側に電極端子を設け、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発熱性組成物
    をテープ状又はプレート状に成形して発熱体を形成し、
    該発熱体全体を絶縁層で被覆したことを特徴とする温度
    自己制御されたテープ又はプレート状発熱体。
  2. 【請求項2】基材シート又はフィルムの長手方向両側に
    電極端子をとりつけ、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、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されたテー
    プ又はプレート状発熱体。
  3. 【請求項3】請求項1又は2のテープ又はプレート状発
    熱体の片面又は両面に接着層を設けたテープ又はプレー
    ト状発熱体。
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