JPS62122083A - 可撓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°Ｃ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、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５９−６６０９３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。

く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量物が載置されても、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
自己温度調節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５９−１５８５８
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、麺
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」、レ一般に呼んでいるが、有
機物性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。

この他に、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
、゛クベンゾー１４−クラウンー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、繊維状や単結晶からな
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１通常有機物１０Ｃ’に対して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１通電時間と温度上
昇及び抵抗値め変化から判断して最適範囲を設定する。

例えば、第４図に示したのはＰ　Ｅ　Ｇ　（＃６ＱＯＱ
）−炭素細片（２８ｖｔ％）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ＩＶ）
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に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１０〜６
０ｖシ％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
５図に示した。第５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°Ｃであり、最高分子量の３２０
，０００においては定常発熱温度が６０°Ｃである。こ
の間に各感熱電気抵抗組成物は第５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〜ｓｏ、ｏ。

Ｏ１好ましくは５００〜２０　、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５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
よりほぼ加成性が成りたつのである。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６図及び第７図に例示した。

第６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７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％（νし％以下同）ベ
ンゾ−１５−クラウン−５７２％ ■　グラファイトカーボン　　　　２８％ジベンゾ−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（＃　６０００）　　３５．７％（＃
２０００）　　３５．７％ ■グラファイトカーボン　　　　　　　２８％プルロニ
ック　Ｆ１ａ（Ｍす８０００）　　　　　７２％■カー
ボン繊維微細片（１５μφ、Ｌ１３０μ）４０％ポリエ
チレングリコール（＃２０００）　　　　３０％（＃　
６０００）　　　　３０％ 本発明は、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屈曲が可能な電極を埋
設するとか、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
体を可撓性を有した発熱体にしたのである。ここでいう
可撓被覆層は、可撓性の合成樹脂、例えばポリエチレン
、軟質ポリ塩化ビニルとかＳＢＲ，ＮＢＲ１ＣＲ，ＩＩ
Ｒ等のゴムであって、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。

このような可撓型自己温度調節発熱体は、例えば１面状
の床暖房発熱体パネル、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、居室やトイレの床マット、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、パス、自動車、電車、ボート等
の暖房座席、座ぶとん、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
クス内結露防止装置、窓ガラス結露防止装置１看氷防止
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、高圧電線等の着氷
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、凍結防止用に水道栓やバルブの加温用ヒータ、人
体加温用としてアンカ、温湿布、ガン熱療法の加温ヒー
タ、温灸器、ヒータ付ジャケット、サポータ、ブーツ。

スキー靴の加温ヒータ、カイロ、足温器、足温スリッパ
、ドアーノブ保温材、ドアー保温モール、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、植木鉢の保温装置、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。形状と
しては、面状、帯状等使用目的によって自由に整形可能
である。

く作用〉 上記のような構造の可撓型自己温度調節発熱体は、十分
な可撓性を備え、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。

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図は本発明に係わる帯状の可撓型自己温度調節発熱
体の斜視図である。この帯状可撓型自己温度調節発熱体
（１）は、捲回して第２図のようにバルブ（２）等の凍
結防止用保温材として使用することができる。その発熱
温度は凍結を防止できる程度の１０℃程度から、温水を
得ることも可能な１００℃程度までの範囲に正特性を示
す感熱電気抵抗組成物（３）を選択して使用する。　こ
の感熱電気抵抗組成物（３）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（４）（４）と共にポ
リエチレン樹脂等の可撓被覆層（５）で被覆しているの
である。電極（４）は銅の薄板であって屈曲が可能であ
る。

上記のような可撓型自己温度調節発熱体は用途が広く、
これを屋外とか寒冷地における台所等において水栓やバ
ルブ等上記の各種用途に使用できる。図示した例におい
ては、感熱電気抵抗組成物はグラファイトカーボン　２
８ｗｔ％、プルロニックＦ６８（Ｍす８０００）　　７
２ｖｔ％系のものを用いた。

第３図に示したのは、自己温度調節発熱体を温湿布とし
て使用した例である。この例では自己温度調節発熱体（
１）は５０　Ｘ　１０（Ｉｎｎ程度で、＠湿布に適した
体温よりやや高めに維持できるように、感熱電気抵抗組
成物は、４０℃程度の正特性を示す、ポリエチレングリ
コール＃６０００８（ｈｔ％、　グラファイトカーボン
２０ｖｔ％のものを用いた。また、消費電力も僅かであ
るので、小形の蓄電池で十分実用になる。

〈発明の効果〉 本発明は以上詳述したような柔軟な構造であるから、凍
る虞れのあるところとか、水の侵入のおそれがあるとこ
ろ、液中等でも捲回や変形させて安全に使用ができ、し
かも、必要とされる温度を容易に設計することができ、
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図は本発明に係わる帯状の可撓型自己温度調節発熱
体の斜視図であり、第２図はその使用状態を示す斜視図
である。第３図は温湿布として使用した例を示す斜視図
である。第４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５図は通電時間と温度
の関係を示すグラフである。第６図及び第７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。

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。