JPS59110101A - 感熱電気抵抗組成物 - Google Patents

感熱電気抵抗組成物

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JPS59110101A
JPS59110101A JP22098682A JP22098682A JPS59110101A JP S59110101 A JPS59110101 A JP S59110101A JP 22098682 A JP22098682 A JP 22098682A JP 22098682 A JP22098682 A JP 22098682A JP S59110101 A JPS59110101 A JP S59110101A
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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】 本発明は通電によって発熱し、かつ所定温度にキューリ
一点を有した新規な感熱電気抵抗組成物に関するもので
ある。
電圧印加によって内部発熱が起り、ある温度で抵抗値が
急激に上昇する温度特性を有したものとして感熱抵抗素
子が一般に使用されている。これにはチタン酸バリウ云
に希土類元素を微量添加した゛ものが正特性サーミスタ
(正の抵抗温度特性を持った感熱抵抗素子)として使用
されている。本発明の感熱抵抗組成物は従来のものとは
異なり、主体が有機化合物で汎用なものであシ、その有
機化合物も温度変化によシ溶融状態と固体状態をとり得
るものであれば該当し、このような有機化合物にこれも
汎用されている炭素粉末を混合した、従来見られない程
に汎用性を有した感熱抵抗組成物である。サーミスタと
しての利用にとどまらず、面発熱体等としても利用でき
、微少な素子から大規模な発熱体に至る迄多くの利用が
可能である蓄熱媒体として知られているパラフィン類や
ポリアルキレングリコール類等有機化合物の多くはそれ
自体電気の不良導体であり、直接的な通電加熱は不可能
であるので電熱ヒーターを用いての加熱が一般的である
。しだがって、温度管理や安全のためにサーミスタの使
用が不可欠である。このことによって設備費のかさむ欠
点は否めない。本発明は上記のような欠点を改良すべく
種々検討研究の過程において得られたもので、本来電導
性のわるい有機化合物に対して電導性が良好な炭素粉末
を分散混合させると極めて特異な電気的挙動を示し、所
定温度にキューリ一点を有していることを見出し、これ
が有機化合物情融点と相関の有ることが判明して本発明
の完成に至ったものである。
有機化合物と炭素粉末との混合比率は本発明の重要な因
子の一つであって、有機化合物として融点49℃のポリ
エチレングリコ−/L/(以下PEGと称す)120 
gに対して、黒鉛粉末を20.40゜i、80gと添加
した混合物に電極を突込んで通電させた際の時間に対す
る蓄熱媒体の温度上昇カーブは、第1図に示すようにな
る。この結果から明らかなように、黒鉛粉末を20gす
なわち14,3俤混入したものは殆ど通電せず120分
を経過してもPEGの温度上昇は全くない。40gすな
わち25%混入すると約40℃位まで上昇し、60qす
なわち36.3%混入によってほとんど60分以内に融
点の49℃近くになpP’EGは溶融する。
溶融と共に電気抵抗が500Ωから190oΩに上シ、
電流値は1.5Aから0.1A以下に下るのである。そ
の様子は第2図に示した。第1図及び第2図によって明
らかなように、通電によって温度上昇が伴ないある点(
キューリ一点)から温度上昇がみられなくなり一定の温
度を保っている。これは電圧印加によりポジスタが自己
発熱し電流極大点を越えた状態になると電力が一定とな
るため、この感熱抵抗組成物自身が自動温度調節作用を
行なうのである。
ヤー−9−7つ7、有機化合物−一、つよ関、係。あ。
ことを前に説明したが、このことを具体的に示したのが
第6図である。炭素粉末の混合割合が同じであれば、融
点18℃、融点49℃及び融点55℃のPEGにおいて
は、融点の低いものが同じ温度においては電流値が小さ
いのである。つまシ早くキューリ一点に達して低温で一
定温度を保つこととなる。第6図においてはパラフィン
(鎖線)についても載せている。、やはシ融点が重要な
因子となっている。
そこで融点が低いものから高いもの4種々の有機化合物
を選択使用し、これに炭素粉末を加えることによって本
発明の感熱抵抗組成物が得られるのである。つまシ有機
化合物は低融点、高融点を問わず、温度変化により溶融
状態と固体状態をとシ得るものであればよい。例えば0
℃付近の低融点のものとしてはアジポニトリル(mp 
0〜1℃)。
p−アミノエチルベンゼン(mp−5℃)、dl  −
2−アミノ−1−ブタノール(mp−2℃)、インデン
(mp−2℃)、オクチルアミン(mp−1〜0℃)、
ベンゼン(mps、49℃)4がある。常温で固体で4
着点が20〜70℃にあるものとしては、パラフィン類
、ポリアルキレングリコ−/L/類、高級ア ル キ 
ル エ − テ ルm  、 r%級 ア ル キ ル
エ ス テ ル矢自、高級アルコール 拓でき、中でもポリエチレングリコールを主成分とする
ものが特に良好であシ、難燃性で引火性も弱いから優れ
ている。パラフィンワックス類は電気的特性すなわちキ
ューリー卑が顕著に現われ、かつ自動温度調節作用に優
れているが引火性のあるのが欠点である。ioo’c付
近で使用し得るワックス状有機化合物としては軟化点が
この付近にある低分子量ポリエチレン(分子量500〜
4000。
軟化点60〜160℃)が該当する。まだ、アセトアミ
ド(mps2℃)、アゼライン酸(mP107℃)。
アゾベンゼン(mP68.5℃)、アセトアミノフェノ
ン(mp110℃)、7ミ/7ゾヘンゼy(mp127
℃)、6−アミノシヨウノウ(m2110℃)。
イソシアヌル酸エチル(mp95℃)、2−オキシピリ
ジン(mP107℃)等を挙げることができる。
更に非常に高い温度での使用を望むならば、アニス酸(
mP184.2℃) 、 2−( p−7ミ/フェニル
)−6−メチルベンゾチアゾール ℃)、アリザリン(mp289℃)、アントラセン(I
P216.2℃)等を採用することができる。もちろん
これらに限定されるものではない。
上記のような有機化合物に混合する炭素粉末は黒鉛粉末
のような結晶性カーボン、活性炭のような無定形カーボ
ンを問わず使用できる。その混合割合については前述し
たが、第1図にみられるように混合割合が増すにつれて
より高温での温度調節作用がなされ、ある割合を越すと
その作用が得られなくなる。融点49℃のPEGの場合
、黒鉛粉末を40%(809)も加えると、急激な温度
上昇を伴って5分で溶融し、10分では90℃、20分
では180℃にも上昇し、もはや温度調節作用が全く得
られない混合系となってしまう、したがって、感熱抵抗
組成物として安全に使用できる混合率は、このPEGの
場合黒鉛粉末が65%位までであシ、63%付近が最も
良好であった。
他の有機化合物の場合も同様に最少及び最大混合率の範
囲内で好適な混合率が存在する。そして最も良好に温度
調節機能を発揮する混合割合が前記それぞれの有機(ヒ
金物に存在している。
本発明の感熱抵抗組成物の使用法については多くのもの
が考えられる。その主なものは、正特性サーミスタとし
ての使用と、そして定温度発熱体として、の使用等であ
る。サーミスタとして抵抗温度特性を利用すると、温度
制御(温風暖房機、乾燥機、炊飯器、蚊取器等)、温度
測定、温度指示、火災報知、電気機器の過熱防止等が可
能である。
定温度発熱体としての利用は保温器、電熱器、恒温槽等
であシ、融雪施設、保温マット等広面積の面発熱体とし
ても使用できる。
次に実施例によって本発明の感熱抵抗組成物の具体例及
びその使用例を説明する。
実施例1 融点49℃のPEGに黒鉛を6′5%混合した感熱抵抗
組成物を調整し、第4図及び第5図に示したような、透
明なアクリル樹脂板(1)とウレタンゴム(2)中に形
成された間隙中に前記感熱抵抗組成物(3)を厚さ50
朋の状態で封じ込んだ。そして電極(4)、(5)を交
互に感熱抵抗組成物中に配設した。なお、第4図は平面
図であり、第5図は第4図中人−A部断面図である。ア
クリル板及びウレタンゴムの厚みは前者が2鰭、後者が
ろQ 111111である。そして、いずれも縦が26
0m1K、横が650朋である。この発熱装置の中央に
は温度測定のための熱電対が配設されている。
上記のような装置に交流100Vの電圧印加をして温度
変化を調べた。その結果を第6図に示した。電圧印加に
よって電極付近から5分間以内に完全に溶融してしまう
。温度変化をみると、2時間位の通電によって最高温度
42℃になっている。
以後温度調節機能が働いて同じ温度を保持しているので
ある。この状態で6時間60分経過後電圧印加を止めた
。ここで従来のチタン酸バリウム系感熱抵抗素子である
と直ちに常温に戻ってしまう。
ところがPEGを用いた本例では通電を止めた後1時間
60分もの長い間開一温度を保っている。
そしてその抜栓4に温度は下シ完全に常温に戻るのは通
電を止めだ後7時間以上経過してからである。この原因
はPEGの凝固熱による、溶融状態のPEGは凝固しな
がら熱を放散する。この事によって長時間゛にわたって
高温を保つのである。したがって有機化合物に高分子の
PEGとかバラ、フィン類、高級アルキルエーテル類、
高級アルキルエステル類等の常温で固体であシ加熱によ
って溶融する物質を選択して、これと炭素粉末を混ぜ、
保温器とか恒温槽に用いると、通電が止った後にも長時
間の保温を可能とするのである。しかしながらサーミス
タとしての用途の場合には上記のような化合物を採用す
ると応答が遅れる場合が生じる。そのような時には低分
子の有機化合物を使用すると凝固熱がほとんど無いので
早い応答が得られる。
実施例2 PEG  (mp49℃及び55℃)、パラフィン(m
p57℃及び70℃)、ポリエチレングリコールノニル
フェニルエーテ)V(ノイゲン、第−工業製薬株式会社
製、mp75℃)の各1209に対して黒鉛粉末を60
9混合し、またPEG(mp49℃)については活性炭
を同様に混合し、直径12ff、深さ25C1nのガラ
ス製シャーレに入れ、両端に0.4朋厚の銅板で表面積
101のものを電極として2枚、90離して浸漬配置し
た。上記混合物を常温まで冷却固化後、100■交流電
源(接続して通電を始め、通電時間と温度変化、電流の
変化及び通電初期と通電終期の抵抗値を測定した。その
結果を第1表に示した。
PEG  と黒鉛、PEGと活性炭系の実施例は通電と
同時に電極付近から溶融し、5分間以内に完全に溶融し
てしまう。パラフィンと黒鉛系の実施例では電極付近の
溶融が極めて早く、初期において大電流が流れてi’o
ovでは完全にショートし発火する。しだがって印加電
圧を下げる必要がある。
第  1  表 *0.05以下は読取不能 第1表から明らかなように、いずれの例も通電によって
発熱し、所定の温度以上では定温度発熱体として一定の
温度を保っている。また、初期電流は温度上昇とともに
減シ始め、定温度発熱体として平衡を保っている段階で
は電流値が読み取れない程に少い値を示すのである。一
方電気抵抗をみると定温度発熱体として機能を発揮して
いる時には、きわめて大きな値を示しているのである。
これらの結果よシ明らかなように、温度変化によシ溶融
状態と固体状態をとシ得る有機化合物に炭素粉末を混合
して得られだ組・酸物は感熱抵抗組成物となり得るので
ある。
実施例6 PEG  1000  (mp約37℃)60qとPE
G600(mp約18℃ )60gと黒鉛粉末609と
を40℃の温度で加熱混合し、これを実施例1に示した
容器のアクリル板の代シにカラートタンを使用したもの
に入れ6℃の冷蔵庫中で凝固させた。温度は2℃を示し
た。
この状態で5℃に設定した恒温室中で100■交流電圧
をかけたところ、キューリ一点は16℃であり、それ以
上の温度には上昇せず、電流は0.05A以下で消費電
力は極めて僅かであった。
次いで氷かき器で人工雪を作シ、これを上記カラートタ
ン上に厚さ10M11に堆積し、人工雪の融解状況をみ
たところ、約15分で完全に融解した。
電熱効率は約85%にも達し、屋根等の融雪板として極
めて有効であることが判明した。
実施例4 アントラセン(mp216℃)に下記第2表の隘1〜6
に示す割合で黒鉛粉末を混合し、縦、横、高さ各50M
の容器内に入れ両側へ銅線電極を配設し、20℃におい
てID0V交流電圧を印加した。
第2表 その結果IVh1に示した組成のものは電圧印加後瞬時
に火花して以後実験不可能であった。凪2に示した例で
は電圧印加後難時間で温度上昇し1800Ωに達し、次
いで抵抗が無限大となって電流が通じなくなシ、冷える
と再び通電を始めて極めて短時間に上記状態を繰返し、
温度スイッチとしての機能を発揮することが確認された
。隘6に示した組成のものは初期抵抗値が大で“通電不
可能であった。
【図面の簡単な説明】
第1図及び第2図は通電時間と感熱抵抗組成物温度との
関係を示すグラフであり、第6図は感熱抵抗組成物温度
と電流量との関係を示すグラフである。第4図は定温発
熱装置の平面図であシ、第5図は第4図中A−A部1祈
面図である。?X 6図は第5図装置に通電した場合の
経過時間と温度の関係を示すグラフである。 (1)  アクーリル樹脂板  (2)  ウレタンゴ
ム(3)感熱抵抗組成物  (4)、(5)  電極(
5)陽極             以 上第1国 i亜11ビー 日ぞ’r  fe”l  (づh)第2
回 直雷峙間(介) 第3回 偏度(C)

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1 温度変化によ)溶融状態と固体状態をとり得る有機
    化合物に炭素粉末を混合してなる感熱電気抵抗組成物。
JP22098682A 1982-12-15 1982-12-15 感熱電気抵抗組成物 Granted JPS59110101A (ja)

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JP22098682A JPS59110101A (ja) 1982-12-15 1982-12-15 感熱電気抵抗組成物

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JP22098682A JPS59110101A (ja) 1982-12-15 1982-12-15 感熱電気抵抗組成物

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JPS59110101A true JPS59110101A (ja) 1984-06-26
JPH0310203B2 JPH0310203B2 (ja) 1991-02-13

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