JPS62119887A - 硬質型自己温度調節発熱体 - 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〉 本発明は温度変化に対して電気抵抗が急変する性質を有
する感熱電気抵抗組成物を用いた硬質型の自己温度調節
発熱体に関するものである。

〈従来の技術〉 融点が室温±５０℃近傍にある有機化合物で高い熱的安
定性や毒性の少ない良好な物性を有し、かつ、電気の不
良導体であるものは、外部からの加熱により融点以上に
なると融解し、熱を融解の潜熱として物質中に蓄えるの
で、蓄熱媒体として知られている。

蓄熱媒体はそれ自身電気の不良導体であり、直接的な通
電加熱が不可能であるので、電熱ヒーターを用いての加
熱や温度調節のためのサーモスタットやサーモプロテク
タなどを必要とし、そのため設備費がかさむ欠点は否め
ない。そこで、蓄熱媒体中に電導性の良好な炭素粉末を
分散混合させると、極めて特異な電気的挙動を示し１通
電によって発熱し、かつ一定温度において電気抵抗が急
激に変化する性質のものになることを見出し、電導性蓄
熱媒体として特開昭５９−６（７０９３号で、感熱電気
抵抗組成物として特開昭５９−１１０１０１号及び特開
昭６０−１４０６９２号、特開昭６０−１５８５８６号
、特願昭６０−２０７４８６号によってそれぞれ提案し
ている。

〈発明が解決しようとする問題点〉 しかしながら、これら組成物はそのままでは機械的強度
に乏しく、床暖房用パネルなどとしての使用に耐え得な
いものである。

〈問題点を解決するための手段〉 そこで１本発明においては、これに衝撃が加えられても
、また、極端な場合には高重履物が載置されても、安全
、かつ、十分に保温効果を発揮することのできる硬質型
自己温度１１ｆｆｉ発熱体としたのである。その特徴と
するところは、分子中に複数のアルキレンオキシドを単
位構造として含有する有機化合物と、粉末、繊維、ウィ
スカー等の形態をなす炭素微細片とからなり、温度変化
に対して電気抵抗が急変する性質を有する感熱電気抵抗
組成物を電極と共に硬質被覆層により屈曲不能かつ機械
的強度大に密封したことにある。

電導性蓄熱媒体の詳細は前述の特開昭５（１１５８５８
６号及び特願昭６０−２０７４８６号に詳述するところ
であるが、ある特定比率の範囲の炭素粉末とポリエチレ
ングリコールを混合してなるものが特に良好であり、難
燃性で引火性も弱いから蓄熱媒体として優れていること
に注目し、鋭意研究を進めた結果、有機化合物の分子中
に複数のアルキレンオキシドを単位構造として含むもの
が、他の有機化合物に比し格段に優れた特性を示すこと
を見出し、前述したように感熱電気抵抗組成物として提
案している。

一定温度以上では抵抗値がはるかに大きな値を示すよう
な物質の性質を「正特性」と一般に呼んでいるが、有機
物質において十分大きな正特性をもつものとして、炭素
−パラフイン−ポリエチレン系が知られている。しかし
、この組成物は相容性がわるく、混合法、特性の経時変
化に問題がある。

この他ｔ；、カーボン−ポリマー組成物が使用されてい
るが、正特性はそれほど大きくない。

本発明に用いる前記感熱電気抵抗組成物は大きな正特性
をもち、カーボンが分子中に複数のアルキレンオキシド
を単位構造として含有する有機化合物に対して非常に容
易に分散して、極めて大きな正特性が安定して得られる
ことを特徴としている。

分子中に複数のアルキレンオキシドを単位構造として含
有する有機化合物は、直鎖状、環状を問わず優れた正特
性を示す。その化合物の一例を示すと、直鎖状化合物と
しては、ポリオキシアルキレン類、例えば、ポリエチレ
ングリコールである。

環状化合物としては、各種クラウンエーテル類、例えば
、ジベンゾ−１４−クラウン−４である。

このような有機化合物に対して混合する炭素は。

黒鉛、活性炭、無定形炭素等の粉末状、ｌｌｌ状状単結
晶からなるウィスカー等の形態をなす炭素微細片であり
、上記直鎖状又は環状ポリエーテル中に混合可能なもの
を云う。

両者の混合物は、いかなる組成比でも極めて安定で均一
に混合されており、相分離しないことを最大の特徴とす
る。そして、炭素微細片の混合割合によって正特性のあ
られれる領域があり、通常有機物Ｌｏｏｋ：対して１０
〜８０の範囲である。１０より少ない場合は高抵抗で通
電性がなく、８０より多くなると逆に通電性が大となっ
て温度変化により正特性を示さないものとなる。しかし
、有機化合物の種類や炭素微細片の種類によって正特性
のあられれる範囲は大きく変動するから、上記範囲に限
定されるものではない。

このように、有機化合物と炭素微細片との混合比率は重
要な因子であり、混合比率を変えて、通電時間と温度上
昇及び抵抗値の変化から判断して最適範囲を設定する。

例えば、第９図に示したのはＰＥＧ（１６（１００）−
炭素細片（２Ｂｗｔ％）系の面状発熱体の各温度におけ
る抵抗値をデジタルマルチメータ（印加電圧１ｖ）で測
定した結果である。低温側から５０℃付近までは、抵抗
値は温度上昇とともにゆるやかに増加を示し、６０℃近
くから急激な増加を示す。この急激な抵抗値の増加は１
℃当り２桁にも達するのである。蓄熱媒体にｌＯ〜６０
シＬ％の黒鉛粉末を混合したものは、加熱ヒーターもサ
ーモスタットも不要の自己温度調節機能を有した発熱体
とすることができる。

その場合の分子量の増加と発熱温度との関係について第
１０図に示した。第１０図は前記同様に感熱電気抵抗組
成物を面状発熱体として、　これに１００Ｖ印加後、各
経過時間における発熱温度を測定して示した図である。

これから明らかなように、ＰＥＧの分子量を増加させる
と、定常発熱温度が高くなる。すなわち、第１表にも示
したように、用いたＰＥＧのうち最低分子量の＃６００
において定常発熱温度が６℃であり、Ｒ高分子量の＃２
０，０００においては定常発熱温度が６０℃である。こ
の間に各感熱電気抵抗組成物は第１０図にみられるよう
にＰＥＧの分子量に従って予期された定常発熱温度を示
すのである。

以上のような作用を示す限界は上記解決手段の構成に示
すところで、　ＰＥＧの平均分子量が１００より低いと
、定常発熱温度は０℃以下になるので実用性に乏しくな
るし、逆にｓｏ、ｏｏｏ以上になると定常発熱温度が飽
和状態となり、しかも、物質そのものが得難くなるので
、現在のところ実用的でないと考えられる。ＰＥＧの分
子量が１００〜５０　、０００、好ましくは５００〜２
０，０００位の範囲で、解氷、融雪をはじめ暖房用発熱
体として最も好ましい５℃付近から６０〜７０℃付近ま
でを広範囲に設定することができるのである。

第１表 第１表及び第１０図で明らかなように、炭素微細片（こ
こではグラファイト）が一定の条件下において、ＰＥＧ
の分子量を変化させると定常発熱温度を変化させること
ができる。すなわち、分子量が高くなるに比例して定常
発熱温度も高くなり、かつ、異なる分子量のものの混合
によりほぼ加成性が１戊りたつのである。よって、６〜
６０℃の範囲内で自由に定常発熱温度を有したものが提
供できる。

このような正特性は有機化合物媒体の融点以下の温度で
通電時電気抵抗値の急上昇がみられる。

本発明に用いる各感熱電気抵抗組成物の温度−電気抵抗
値の関係を第１１図及び第１２図に例示した。

第１１図はアルキレンオキシドを単位構造とする環状ポ
リエーテル類を用いた場合の組成物温度と電気抵抗の関
係を示すグラフであり、第１２図は直鎖状ポリエーテル
類を用いた場合の組成物温度と電気抵抗の関係を示すグ
ラフである。■〜■に示されたこれらの感熱電気抵抗組
成物の組成は下記の通りである。

■グラファイトカーボン　　２８％（ｖｔ％以下同）ベ
ンゾ−１５−クラウン−５７２％ ■　グラファイトカーボン　　　　２８％ジペンゾ−２
４−クラウン−８７２％ ■グラファイトカーボン　　　　　　２８．５％ポリエ
チレングリコール（１６０００）　　３５．７％（ｔｔ
　２０００）　　３５．７％ ■グラファイトカーボン　　　　　　２８％プ／Ｌ／　
Ｏ二ｙり　Ｆ　６８（ＭＶ８０００）　　　　　７２％
■カーボン繊維微細片（１５μφ、［，１３０μ）４０
％ポリエチレングリコール（Ｊｔ　２０００）　　　　
３０％（＃　６０００）　　　　３０％ 本発明は１以上のような感熱電気抵抗組成物をそのまま
あるいは薄い織布、不織布、スポンジシート等の非電導
性シートに含浸担持させて感熱電気抵抗組成物シートと
し、その内部に所定間隔をおいて電極を埋設しするとか
、小容量のものにあっては直接その内部へ電極を配設し
、これを非電導性の被覆層により密封して全体を硬質の
発熱体にしたのである。ここでいう被覆層は、硬質であ
ることを特徴とし、それ自体が屈曲不能でかつ機械的強
度の大なもので、外力に十分耐えるものである。例えば
１合成樹脂ではグラス繊維強化不飽和ポリエステル樹脂
（Ｆ　ＲＰ）、ポリカーボネート、硬質ポリ塩化ビニル
とか、十分に絶縁された金属板５例えば銅板、アルミ合
金板やセラミック、例えば陶板、磁製板等であって、使
用目的によって既存のものから選択して使用することが
できる。

電極の接続端子は後述するような密封された内部電極か
ら直接外部コードを延長して完全機密構造にするとか、
被覆層から端子のみをのぞかせ、給電コードのコネクタ
ーへ接続するなどの構造とすることができる。

このような硬質型自己温度調節発熱体は例えば、面状の
床暖房発熱体パネル、道路、滑走路、建物屋根等の解氷
、融雪用をはじめとして、循環タンク発熱体として使用
して温水Ｗ環式の床暖房器、屋内外用、トイレ用、待合
室用、バス停用、駅のホーム用等の暖房椅子、バイク、
バス、自動車。

電車、ボート等の暖房座席、家庭用や診療用暖房ベッド
、乾燥器の発熱体として中低温乾燥器、内容液の加温用
として容器壁面発熱式の給湯タンク。

洗車用温水タンク、現像液タンク、薬液タンク、自動販
売機の湯水タンク、酒かん器、器具の保温に周囲を直接
または間接に加温する方式の自動車エンジン、バッテリ
ー、航空機エンジン、船舶エンジン保温装置、結露防止
用として複写機ミラー。

自動車ミラー、歯科医ミラー等のミラー結露防止装置、
ビデオやファックス内緒露防止装置、窓ガラス結露防止
装置、着氷防止に用いて、船舶用。

鉄道用、自動車道路用等の表示板、信号機、バス等行先
案内板、冷蔵庫、高圧伝線等の着氷防止装置、腐敗し難
い一定温度に食品等を温めておく温蔵庫、人体加温用と
してアシ力、温灸器、カイロ。

足温器、便座、自動車の足元保温装置、自動車ハンドル
加温装置、バイクや自転車のグリップ加温装置、飼育動
植物の暖房用として、犬猫小屋暖房装置、豚の育仔床保
温装置、育苗、育趨床の保温装置、温室、更には低温乾
燥ヒーターとしての利用が可能である。

く作用〉 上記のような構造の硬質型自己温度調節発熱体は、暖房
壁とか暖房床に使用して十分な対衝撃性を備え１通電の
みによって、レギュレータ等の温度調節装置を必要とし
ないで自己温度調節機能が働いて設定した温度に保つこ
とができる。また。

密閉型にすると感熱電気抵抗組成物の発熱部分へ水の浸
入がないので、漏水のおそれのある所とか、又は水等の
液体の中でも使用できる６ 以下図面によって本発明の実施例を詳細に説明する。

〈実施例〉 第１図は本発明の１ｉｊ！質型自己温度調節発熱体に係
わる床暖房発熱体パネルの斜視図である。この床暖房発
熱体パネル（１）は複数枚を敷詰めることによって部屋
の大きさに合わせて使用することができる。このパネル
の発熱温度は床が冷たく感じない程度の１５℃程度から
１部屋の暖房も可能となる４５℃程度までの範囲に正特
性を示す感熱電気抵抗組成物（２）を選択して使用する
。この感熱電気抵抗組成物（２）はガラス繊維に含浸さ
れており、その両縁にある２本の電極（３）　（３）と
共にポリカーボネート樹脂等の硬質被覆Ｊｌ（４）で被
覆しているのである。

上記のような床暖房発熱体パネルはこれを居間とか台所
へ直接床材や床タイルの代りに、又は床タイルの下部、
あるいは床材の上に敷詰めて使用すると１足元から人体
を暖めて、冬期あるいは寒冷地における暖房に最適なも
のとなっている。

第２図に示した例は、上記例と同様に床暖房を目的とす
るものであるが、本発明の自己温度調節発熱体を循環タ
ンク発熱体として使用して温水循環式の床暖房器とした
ものである。この例ではパネル（５）は内部にパイプ（
６）が迂回して設けられているだけの簡単な構造である
。このようなパネル（５）に対して温水循環袋！！！（
１６）が分離して設けられており、その間は連結パイプ
（７）で結ばれている。温水＠環装置（１６）には循環
ポンプ（８）が付設されており、冷めた水を再び温水循
環装置（１６）内へと導く。温水循環装置（１６）内に
は本発明の自己温度調節発熱体（９）が並列に配設され
ており、通電によって水を温水にする。自己温度調節発
熱体（９）の感熱電気抵抗組成物（２）はグラファイト
カーボン２８％、プルロニック　Ｆ１ａ（ＭＩＪ８００
０）　７２％系のものを用いた。なお、水の代りに媒体
として１通常使用されている他のオイル類や有機媒体の
使用が可能である。

第３図及び第４図に示したのは、自己温度調節発熱体を
温灸器として使用した例である。この例では、自己温度
調節発熱体（９）はｌ０ＸＩＯ−程度の小さなもので、
温灸に適した６０℃程度を維持できるように、感熱電気
抵抗組成物はグラファイトカーボン　２８％、ベンゾ−
１５−クラウン−５７２％系のものを用いた。

第５図は本発明の硬質型自己温度調節発熱体を便座保温
装置とした例である。感熱電気抵抗組成物としては、体
温程度に正特性を示すポリエチレングリコール＄６００
０８０％、　グラファイトカーボン２０％のものを用い
た。

第６図は本発明の硬質型自己温度調節発熱体の一例を示
す正面図であり１．第７図は第６図のＢ　−Ｂ断面図で
ある。

この発熱体の構造は簡単であり、ＦＲＰ等の硬質被覆層
（４）内へ感熱電気抵抗組成物（２）と電極（３）（３
）が密封されている。　ここで用いられている感熱電気
抵抗組成物（２）は前述のように、分子中に複数のアル
キレンオキシドを単位構造として含有する有機化合物と
、粉末、繊維、ウィスカー等の形態をなす炭素微細片と
からなり、温度変化に対して電気抵抗が急変する性質を
有している。そして、この組成物が電極と共に被覆層（
４）により浸水不能に密封されているのである。電極の
接続端子（１０）　（１０）のみが露出しているが、こ
れは第７図のように、シリコンゴム製等の防水プラグ（
１１）との機密状態に接続可能な構造にするとよい。接
続端子（１０）は図のように硬質被覆層（４）から垂直
方向に設けるのと、被覆層の平面と同一平面内で、被覆
層の端部へ突出して設けるタイプのものが実施できる。

第８図は水没型の本発明発熱体を示す要部断面図である
。

この発熱体は温水タンク、恒温水槽、風呂、養魚槽、油
圧タンク等、液体中へ直接浸漬した状態で使用するタイ
プのものである。硬質被覆層（４）によって完全な機密
状態の構造となっており、硬質被覆層（４）の端部へね
じ溝（１２）とパツキン（１３）を有した接続部が設け
られ、その内部に接続端子−（１０）（１０）が設けら
れている。外部コード（１４）の末端のコネクター（１
５）を螺合することによって完全に機密を保つことがで
きる。

〈発明の効果〉 本発明は以上詳述したような構造であるから、荷重や衝
撃の加わる個所とか、水の侵入のおそれがあるとか、液
中等でも安全に使用ができ、しかも、必要とされる温度
に容易に設計することができる。サーミスタ等を必要と
し、ない自己温度調節型であるから、構造が簡単で、故
障が生じない等の特徴を備えている。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の硬質型自己温度調節発熱体に係わる床
暖房発熱体パネルの一部破断斜視図である。第２図は循
環式床暖房装置の一部破断斜視図である。第３図は温灸
器とした場合の一部破断斜視図であり、第４図は第３図
のＡ−Ａ拡大断面図である。第５図は便座とした場合の
斜視図である。 第６図は本発明の硬質型自己温度調節発熱体の平板状の
ものの一例を示す正面図であり、第７図は第６図のＢ−
Ｂ断面図である。第８図は水没型の本発明発熱体を示す
要部断面図である。第９図は感熱電気抵抗組成物の温度
変化と抵抗値の関係を示すグラフである。第１０図は通
電時間と温度の関係を示すグラフである。第１１図及び
第１２図は各種組成物の正特性温度と抵抗値の関係を示
すグラフである。 （１）床暖房発熱体パネル （２）感熱電気抵抗組成物　　（３）電極（４）硬質被
覆層　　　　（５）暖房パネル（６）媒体循環パイプ　
　（７）連結パイプ（８）循環ポンプ　　　　（９）自
己温度調節発熱体（１０）接続端子　　　　（１１）防
水プラグ（１２）ねじ溝　　　　　（１３）パッキン（
１４）外部コード　　　　（１５）コネクター以上

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １　分子中に複数のアルキレンオキシドを単位構造とし
   て含有する有機化合物と、粉末、繊維、ウイスカー等の
   形態をなす炭素微細片とからなり、温度変化に対して電
   気抵抗が急変する性質を有する感熱電気抵抗組成物を電
   極と共に硬質被覆層により屈曲不能かつ機械的強度大に
   密封してなることを特徴とする硬質型自己温度調節発熱
   体。