JPH02278689A - 温度自己制御されたテープ又はプレート状発熱体 - 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／
１０〜１７１００画の精度で、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す、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ツ１へ等の手段を取って
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す、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６２２６３９５４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）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Ｑ、５μｍ以上５００μ
ｍ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塗膜を形成し、該発熱
体全体を維縣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１〜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＝３− 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、エポキシ閘脂、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、ティ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°Ｃ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ンカーボン
マイクロビーズ（ｍｅｓｏ　ｃａｒｂｏｎ　ｍ１ｃｒｏ
　ｂｅａｄｓ）或いは、合成樹脂を炭素化した球状に近
いコークスを、十数百度〜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、−船釣には炭素粉末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／口
（Ω／口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／口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１
Ω／口のものが、狭い面積の場合は電気抵抗値の高い常
温で２５０Ω／口のものが、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　’Ｃ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°Ｃ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°Ｃ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、吹き付は
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。

導電性発熱性塗膜の膜厚は問わないが０　、３　＋ｍ＋
〜７１１１Ｔｌ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
錫をメツキした金属線、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、通常発熱性塗膜に絶縁仕切を
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（ワラ１〜）
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。これによ一 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ＡＱ２
０３、ＺｒＯ□Ｓｉ○２、ＭｇＯ、Ｃｒ２Ｏ３，５ｉｎ
３、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０．１〜１　ｎｕｎ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娶るから、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−１〜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、長平方向に電極端
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　、０　ａｎ、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メツキした０、２〜ｌｎｗｎφの銅線網
或いは金属メツ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、この場合はポリエチレンテレフタレー１〜（ＰＥ
Ｔ）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１〜状）の割合で
配合した混合物からなる発熱塗膜を３　ｎｎ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
で絶縁液用する。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（２０ａｎ　Ｘ
　２０　ｃｍ　）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−０間　２７Ω＋９Ω＝３６Ω　　であるとき、これ
にそれぞれ１００■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、ＸＣ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　、０　ａｎのものであ
り、プレート状発熱体は２０ｃｍＸ３０ｃｍ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２ｎＩＩ１１を得ること以外は実施例１と同一の
操作により、３０ａｎ　Ｘ　３０ａｎの大きさのプレー
ト状発熱体を得た。

第６図に示すように、４０℃に通電保温した塗膜面２」
二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７図は０．０５Ｉｌｌａｔｔ／ｃ１イ
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Ｂ点における温度とＡ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°Ｃ）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°Ｃ）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。

光」１η叉１匙 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は絶縁仕切、Ｄお
よびＥは温度測定点を示す。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）長手方向両側に電極端子を設け、粒子径０．５μ
   ｍ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. （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塗膜を形成し、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. （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。