JPS62186406A - 導電体とその製造法 - 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】 この発明は、コンクリートや合成樹脂等の非金属系物質
を導電性化したり、より良導電性とした導電体と、その
製造法に関する。

金属と非金属を比較すると、金属は熱及び電気の良導体
であり、塩基性酸化物をつくるのに比し、非金属は概し
て熱や電気の不良導体であり、酸性酸化物をつくる。そ
して従来コンクリートや焼物或いは合成樹脂等は絶縁体
として扱われ、これらに導電体を付与した導電体は知ら
れていない。

この発明は、コンクリートや焼物或いは合成樹脂等の非
金属系物質に導電体を付与したり、抵抗加熱型発熱体化
したり、或いは炭素、炭化珪素等の導電性非金属系物質
に良導電性を付与した等の導電体と、その製造法を提供
することを目的とするものであって、上記目的に沿うこ
の発明の導電体は、非金属系物質と金属系物質の均一分
散系か、非金属系物質と金属系物質か反応したものか、
または上記の分散系であることを特徴とする。そして導
電体の製造法の１つは、金属系溶液と、非金属系原料を
混合し、固化、硬化、または焼成してなるか、または非
金属系熔融物と金属系を混合し、冷却固化させてなるこ
とを特徴とし、導電体の他の製造法は、金属系溶液を非
金属系成形体に含浸させ、固化、硬化、または焼成して
なるか、金属系熔融物を非金属系成形体に含浸させ、冷
却固化させてなることを特徴とする。

この発明で導電体とは、導体、半導体、またはその分散
系や、これらと絶縁体の分散系等、電気を通し、或いは
電気を通して発熱するものを総称する。金属系溶液とは
、金属または及び金属化合物の溶液のことをいい、具体
的には、塩化ナトリウム、塩化カリウム、塩化リチウム
、塩化ルビジウム、塩化カルシウム、塩化ストロンチウ
ム、塩化バリウム、塩化マグネシウム、塩化第２クロム
、塩化マンガン、塩化第２鉄、塩化ニツケル、塩化コバ
ルト、塩化アルミニウム等の金属塩化物水溶液、硝酸ナ
トリウム、硫酸ナトリウム、炭酸ナトリウム、炭酸水素
ナトリウム、硫酸銅、硝酸銀、硫酸亜鉛、硫酸鉛、酢酸
塩、過マンガン酸カリウム等の金属化合物の水溶液、銅
を空気の存在下でアンモニア水に溶かした溶液、塩化銀
をアンモニア水に溶かした溶液、水酸化亜鉛をアンモニ
ア水に溶かした溶液、亜鉛をかせいアルカリに溶かした
溶液、アルミニウムを塩酸またはかせいアルカリに溶か
した溶液、水酸化アルミニウムを酸またはアルカリに溶
かした溶液、錫を希酸に溶かした溶液、一酸化鉛をかせ
いソーダの溶液に溶かした溶液、マンガンを酸に溶かし
た溶液、マンガンを酸に溶かし更にアンモニア水等のア
ルカリ性液体を加えた溶液、或いは上記溶液の１または
２以上の混合或いは反応液等、金属または金属化合物を
含有する溶液のことをいう。非金属系原料とは水硬系、
りん酸系、陶磁器を含めた焼物系、合成樹脂系、合成ゴ
ム系ゴム系等の固化、硬化または焼成前の原料をいう。

非金属系熔融物とはガラス系、合成樹脂系等熱可塑性物
質の熔融物をいえ。■に金属系というときは、金属、ま
たは金属化合物の固体状のものをいう。

実施例１ 塩化コバルト２０％水溶液５重量部にクエン酸２０％水
溶液１０重量部を加え、次にアンモニア含有量２．８％
のアンモニア水２０重量部を加えて金属系溶液をつくり
、該金属系溶液２〜２０％含有水１００重量部とポルト
ランドセメント４００重量部を混練し、硬化させて導電
体を得た。

実施例２ 実施例１の金属系溶液２〜２０％含有水１２５重量部に
ポルトランドセメント２５０重量部を加え混練してスラ
リーをつくり、該スラリーにりん状黒鉛５０重量部を加
え混練して硬化させ、低抗加熱型導電体を得た。

実施例３ 実施例１の金属系溶液２〜２０％含有水１２５重量部に
ポルトランドセメント２５０重量部を加え混練してスラ
リーをつくり、該スラリーにりん状黒鉛３０重量部、炭
化珪素３０重量部を加え混練して硬化させ、低抗加熱型
導電体を得た。

実施例４ クエン酸４重量部に水９５重量部を加えてクエン酸水溶
液をつくり、該クエン酸水溶液にマンガン粉１重量部を
加えて溶解させ、次にアンモニア含有量２．８％のアン
モニア水２０重量部を加えて金属系溶液をつくり、該金
属系溶液２〜２０％含有水１００重量部とポルトランド
セメント４００重量部を混練して硬化させ導電体を得た
。

実施例５ 実施例４の金属系溶液２〜２０％含有水１２５重量部に
ポルトランドセメント２５０重量部を加え混練してスラ
リーをつくり、該スラリーにりん状黒鉛５０重量部を加
え混練して硬化させ抵抗加熱型導電体を得た。

実施例６ 実施例４の金属系溶液２〜２０％含有水１２５重量部に
ポルトランドセメント２５０重量部を加え混練してスラ
リーをつくり、該スラリーにりん状黒鉛３０重量部、炭
化珪素３０重量部を加え混練して硬化させ、抵抗加熱型
伝導体を得た。

以上金属系溶液と水硬系原料或いは更に非金属系発熱体
を混合してできる導電体６例について説明したか、何れ
も固体であるセメント粒子間或いはセメント粒子と発熱
体粒子間に金属コバルトまたはマンガンまたは金属化合
物が溶液状態でイオンとして、或いはコロイドとして均
一に分散され、水の減少等により固化、硬化、或いは反
応してセメント或いは更に発熱体間を結合したり、介在
したり、金属系物質或いは更に発熱体が連続すること等
により、水硬系硬化物に導電性或いは更に発熱性を付与
したものと考えられる。

水硬系導電体には、水硬性物質としてポルトランドセメ
ントの他に高炉セメント、フライアツシユセメント、ジ
エツトセメント、卑■ポルトランドセメント、アルミナ
セメント、石膏、水■、水酸化カルシウムとポゾラン等
、水と反応して、または水の存在下で硬化するものやマ
グネシウムセメント塩化マグネシウムの濃厚溶液を酸化
マグネシウムと練り合わせる等を使用することができ、
発熱体には炭素、黒鉛りん状及び土状黒鉛、炭化珪素、
珪化モリブデン、ゲルマニウム、ニッケルクロム、鉄ク
ロム、クロム、酸化鉄、窒化珪素、ジルコニア、タンク
ロマイト等の発熱体の１または２以上を使用することが
できる。

上記実施例で金属系溶液をつくるに際し、クエン酸水溶
液を使用したのは、塩化コバルト水溶液の場合、塩化コ
バルト水溶液を直接原料に加えると、セメントのアルカ
リ液と反応して直ちにゲル化し、金属または金属化合物
をイオンまたはコロイドの状態で分散させることができ
ず、クエン酸水溶液を加えると、イオンまたはコロイド
の状態で良好に分散させることができるように見受けら
れるからであり、マンガンにクエン酸水溶液を加えたの
はマンガンを溶解するためである。そして共にアンモニ
ア水を加えたのは、クエン酸水溶液を加えることにより
低下さするセメント系硬化物の強度低下を防止するため
であるか、この他に金属が遊離するかのような、説明が
つかないがこの発明に有効な現象が生じているように見
受けられる。加える酸はクエン酸に限定させるものでは
なく、糖酸類及びその塩を含むヒドロキシカルボン酸類
具体的にはタルトロン酸、リンゴ酸、酒石酸、クエン酸
、グルコン酸、グルコ糖酸、グロン酸、グルクロン酸、
アスコルビン酸、グリコール酸、グリセリン酸、トリヒ
ドロキシグルタール酸、テトラヒドロキシアシビン酸、
マーケトグルタル酸、マーケトグルコン酸、オキザル酢
酸、及びこれらのナトリウム、カリウム、カルシウム、
リチウム、アンモニウム、マグネシウム等の塩を含むの
水溶液や、硫酸や硝酸等のごく薄い濃度の希釈液等を使
用することができる。また加えるアルカリ性液体はアン
モニア水に限定されるものではなく、アンモニア水、重
曹水溶液、かせいソーダ水溶液、炭酸ソーダ水溶液等の
アルカリ性液体の１または２以上を加えることができる
。そして金属系溶液が反応してゲル化し沈澱物を生じる
ような場合は、使用水に複数剤で加え水で希釈してゲル
化を防止することができる。実施例では水硬性物質１例
としてポルトランドセメントを使用したか他の水硬性物
質を使用してもよい。また金属系溶液にコバルト系溶液
とマンガン系溶液を使用したか、前記した他の金属系溶
液を使用してもよい。また実施例では金属系溶液をつく
るに際し酸性液体１例としてクエン酸水溶液を、アルカ
リ性液体１例としてアンモニア水を使用したか、酸性液
体とアルカリ性液体の添加、非添加、及び添加するとき
の添加量は、金属または金属化合物の物性及び水硬性物
質の物性により選定することができる。金属または金属
化合物が溶液の状態で、即ちイオンまたは及びコロイド
の状態で原料内に分散されるものであればよい。以上述
べた金属系溶液の製造における酸性液体とアルカリ性液
体の添加、非添加、及び添加するときの添加量は以下に
述べる実施例にも適用される。またマグネシウムセメン
ト硬化物は金属系溶液と金属系を練り合わせて硬化させ
た導電体であり、更に発熱体を加えて練り合わせ硬化さ
せると抵抗過熱型導電体となる。

次に合成樹脂系導電体につき説明する。

実施例７ 実施例１で使用した金属系溶液１〜１５重量部にヘキス
ト合成株式会社製モヒトンを加えて３０重量部の液体を
つくり、これをフイルム状に成形して固化させ導電体を
得た。

実施例８ 実施例１で使用した金属系溶液１〜１５重量部にモヒト
ンを加えて３０重量部の液体をつくり、これにりん状黒
鉛２５重量部を加えて混練し、固化させて抵抗加熱型導
電体を得た。

実施例９ 実施例４で使用した金属系溶液１〜１５重量部にモヒト
ンを加えて３０重量部の液体をつくり、これをフイルム
状に成形して固化させ導電体を得た。

実施例１０ 実施例４で使用した金属系溶液１〜１５重量部にモヒト
ンを加えて３０重量部の液体をつくり、これにりん状黒
鉛２５重量部を加えて混練し、固化させて抵抗過熱型導
電体を得た。

実施例１１ 実施例１または４で使用した金属系溶液を１〜２０％含
有するモヒトン液４０重量部をつくり、これにポルトラ
ンドセメント１００重量部を加え混練して硬化させ導電
体を得た。

実施例１２ 実施例１または４で使用した金属系溶液を１〜２０％含
有するモヒトン液３０重量部にポルトランドセメント２
０重量部を加えて混練した後、更にりん状黒鉛１０重量
部を加えて混練し、硬化させて抵抗過熱型導電体を得た
。

以上合成樹脂系導電体６例について説明したか、酸性液
体及びアルカリ性液体の金属系溶液に対する添加、非添
加は前記した通りである。

また金属系溶液の選択も合成樹脂の物性により定めるこ
とができ、合成樹脂にはアクリル系、ビニール系、ウレ
タン系、■素系、ふっ素系、シリコン系、エポキシ系等
の熱可塑性または熱硬化性樹脂を使用することができ、
原料には合成樹脂に代えて天然樹脂、合成ゴム、ゴム、
ワックス、塗料、アスフアルト、アスフアルト乳剤等を
使用することもできる。

次に焼物系導電体につき説明する。

実施例１３ 実施例１または４で使用された金属系溶液２〜５０％含
有水で陶土等の焼物原料を練り、成形して乾燥させた後
焼成して焼物系導電体を得た。

実施例１４ 実施例１または４で使用された金属系溶液２〜５０％含
有水でポルトランドセメントと粘土等の焼物原料同重量
部の混合物を練り、成形して硬化させた後焼成して焼物
系導電体を得た。

実施例１５ 実施例１３と１４の混合物をりん状黒鉛を混合しておき
、乾燥または硬化後非酸素雰囲気で焼成して抵抗過熱型
導電体を得た。

以上焼物系導電体について説明したか、金属系溶液の選
択は前記した通りである。この他珪炭反応を利用した珪
炭素硬化物やセメント系硬化物も、その原料に金属系溶
液或いは更に黒鉛等の発熱体を加えておけば、加熱燃焼
して焼物系導電体とすることができる。金属または金属
化合物の固化または反応物は、その融点に応じた焙熔剤
となり、セメント等の水硬系や粘土等の粒子を結合或い
は反応結合する。

金、銀、銅、■、ニツケル等の金属またはその化合物は
良導電体であり、これらの中に炭素、黒鉛、炭化珪素、
窒化珪素等の非金属系発熱体を均一に分散させると、抵
抗加熱型導電体となる。

実施例１６ りん状黒鉛２５容量部、炭化珪素２５容量部、ステンレ
ス５０容量部の均一混合物を粉末治金法を利用して燃結
させ、抵抗加熱型導電体を得た。

上記実施例でステンレスを他の金属に、また黒鉛と炭化
珪素を他の発熱体に代えてよいことはいう迄もない。ま
た金属と発熱体の比重が略同一の場合は、熔融金属内に
発熱体を分散させ固化させてつくることができ、熔融金
属の粘度が大であれば多少の比重の相違にかかわらず均
一分散系をつくることができる。尚珪化モリブデン等の
金属化合物は非金属系に属するか、黒鉛等の非金属系発
熱に代えて使用し、金属または他の金属化合物との均一
分散をつくり抵抗加熱型導電体とすることができること
はいうまでもない。そして上記した製造法は合成樹脂を
はじめとする熱可塑性物質系導電体の製造法に利用する
ことができる。

実施例１７ カリウム１容量部を１〜２０容量部の熔配アスフアルト
内に分散させ、冷却して導電体を得た。

上記実施例ではカリウムに代えて他の金属または金属化
合物を使用することができ、熔配アアスフアルトに代え
て熱可塑性合成樹脂を含む他の熱可塑性物質を使用する
ことができる。■を熱可塑性物質と金属または金属化合
物の融点を考慮して同一温度で熔配し均一分散するもの
であればよい。熱可塑性物質が発熱体でないときは更に
黒鉛等の発熱体を加え分散させて冷却し、抵抗加熱型導
電体とすることができる。また熱可塑性物質と金属また
は金属化合物或いは更に黒鉛等の発熱体の均一分散系を
つくり、粉末治金法を利用して加熱し、冷却固化または
硬化させて、導電体または抵抗加熱型導電体をつくつて
もよい。

またガラスは高温において発熱体となる。そして色ガラ
スはコロイド粒子をガラス中に分散させたものであり、
例えば赤色ガラスはカリ鉛ガラスに銅または金を分散さ
せたもの、黄色ガラスはソーダ石灰ガラスに酸化セメン
、酸化ウラン、または酸化セリウム等を加えてつくつた
もの、青色ガラスはコバルト、青緑色ガラスは酸化銅、
緑色ガラスはクロムを加えてつくられたものであるか、
金属または金属化合物の添加量を増大させると導電体と
なり、更に珪化モリブデンや窒化珪素等の発熱体を加え
てつくつたものは抵抗加熱型発熱体となる。

実施例１８ 熔融したソーダ石灰ガラス１０重量部に０．１〜１０重
量部のコバルトを加えて混練し、冷却して導電体を得た
。

実施例１９ 熔融したソーダ石灰ガラス１０重量部に０．１〜１０重
量部のコバルトを加えて混練し、次に上記混練物の１０
〜１００％容量の黒鉛を非酸素雰囲気中で加え混練して
冷却し、抵抗加熱型導電体を得た。

以上ガラス系導電体について説明したか、ガラスの１種
である水ガラスも、これに金属または金属化合物の溶液
を加えて固化させたり、熔融水ガラスに金属または金属
化合物を加え分散させた後冷却固化させて、或いはこれ
に発熱体を加えて分散させることにより、導電体または
抵抗加熱型導電体を得る。

以上実施多例について説明したか、非金属系成形体に金
属系溶液を含浸させ固化、硬化または焼成するか、金属
系熔融物を非金属系成形体に含浸させ、冷却固化させる
ことによつても導電体を得ることができる。

実施例２０ 容器内に木炭を入れて７００ｍｍＨｇに減圧し、減圧し
ながら実施例１または４で使用した金属系溶液を注入し
、復圧して木炭内に金属系溶液を含浸させ、容器から取
出して乾燥、固化または硬化させて抵抗加熱型導電体を
得た。

上記実施例では木炭に代えて紙、布、木、コンクリート
、■瓦等の焼物、多孔質合成樹脂等の非金属系成形体を
使用することができ、焼物の焼成前の成形体や素焼の焼
物、ベニヤ板、石膏等も使用することができる。そして
黒鉛等の発熱体を金属系溶液に加えて一緒に含浸させて
もよい。また紙、布、コンクリート、■瓦等の非金属成
形体に黒鉛等の発熱体を加えてつくつておき、金属系溶
液のみを含浸させてもよい。

焼物の場合は非酸素雰囲気で焼成して黒鉛等の発熱体の
酸化或いは燃焼を防止する。尚圧力変化を利用する迄も
なく金属系溶液を含浸させることができるものでは、必
ずしも圧力変化を利用する必要はなく、常圧で含浸させ
てもよい。

実施例２１ 他孔質■有にアルミニウム熔融物を含浸させ、冷却して
導電体を得た。

上記実施例でも圧力変化を利用して含浸させてもよく、
常圧で含浸させてもよい。また成形体には木材等の他の
成形体を使用することができ、成形体が可燃物であると
きは融点の低い金属または金属化合物の熔融物を非酸素
雰囲気で含浸させることができる。金属または金属化合
物はアルミニウムに限定されるものではなく、熔融物に
珪化モリブデンや炭化珪素等の発熱体が混合されていて
よいことはいう迄もない。このような、或いは非酸素系
雰囲気で木炭等の発熱体に錫や鉛或いはアルミニウムや
亜鉛等の金属熔融物を含浸させて冷却したものは抵抗加
熱型導電体となる。

以上導電体多例について説明したか、発熱の少い導電体
は抵抗等として利用することができ、同じ導電体でも発
熱の大きいものは抵抗加熱型導電体即ち通電型発熱体と
して利用することができる。次に導電体の具体例につき
説明する。

第１図及び第２図は導電体２例を示し、１及び１′は導
電体２に埋設された電極、３は両側の電極を結ぶ電源で
ある。導電体２は第３図に示されるように板状電極１″
を型枠の一部に利用して成形し１体的につくつてもよい
。また導電体をつくつておき、両側に着脱自在に取付け
てもよく、他の容器等を介して圧着式に換着してもよい
。第４図は電極１例を示し、両側の電極１″′、１″′
を絶縁線４により、織り、編み、或いはその他の適切な
手段で所定の位置に固定したものであり、導電体をつく
るとき原料内に埋設して電極とすることができる。導電
体の外周面には絶縁塗料を設けたり、ほうろう引きした
り、施稿したり、物理蒸着、科学蒸着或いは物理化学的
蒸着を行うこと等により絶縁層を設けることができる。

尚絶縁層が酸化防止層を■用するときは１層でもよいか
、絶縁層、酸化防止層、保■層等を複数層設けてもよい
。また第５図及び第６図に示されるように、セメントモ
ルタル、合成樹脂、合成ゴム、ゴム、陶磁器等の絶縁体
で容器５、５′をつくつておき、この中に電極１を配設
し、電極１を埋設して導電体２を設けてもよい。５ａは
板状蓋であり、容器５との間を絶縁材でシールする。ま
た５′ａは合成樹脂等の絶縁性シール材であり、直接シ
ールして容器を密閉してもよい。

以上この発明の実施例について説明したが以下の実施態
様をとることもできる。

（１）電極にはステンレス電極、人造黒鉛電極、炭素電
極、自焼成電極等の他、第７図に示されるような合成樹
脂の繊維または紐状物６の外周に炭素系等の電極材層７
を設けたものや、金属または金属化合物を分散させ或い
は更に炭素や黒鉛等を分散させたこの発明の合成樹脂系
や合成ゴム系等の繊維や紐状物を使用することができる
。

（２）電流は直流であつてもよく交流であつてもよい。

電源には電池を使用することもできる。

（３）金属系溶液には更にシリカゾル、水ガラス、シリ
コン等の珪酸素系液体を加えることができる。

（４）導電体が水硬系であるときは原料を注入成形、プ
レス成形、プレス脱水成形、バイブレーシヨンプレス成
形してもよく、普通の放置養生、水中養生、蒸気養生、
オートクレーブ養生等を行うことができる。

（５）導電体を■空吸引した後窒素ガスを封入し、復圧
して窒素ガスを内部に入れた後絶縁層または及び酸化防
止層を設けることができる。

（６）導電体は他孔質導電体であつてもよい。

（７）導電体の外周または一側に断熱性絶縁層を設ける
ことができる。

（８）導電体の外側には補強層を設けることができる。

（９）導電体にはその原料に砂、砂利その他の骨材を加
えてつくることができる。

（１０）導電体には絶縁性または及び導電体繊維を分散
させてつくることができる。

（１１）導電体には金属または金属化合物を分散させて
つくることができる。

（１２）導電体は固化または硬化に限定されるものでは
なく、液状、■状で使用することもでき、塗料、インク
、印刷インク等としても利用することができ、使用後固
化または硬化させて物質表面を導電性化することができ
る。

また液状、泥状で抵抗或いは抵抗加熱型発熱体として利
用することもできる。

この発明で１実施例に使用したものまたは方法が他の実
施例に適切であれば、要旨を変更しない範囲内でこれを
他の実施例に使用し、利用し若しくは応用することがで
きる。

この発明は前記のように構成され、水硬系、焼物系、合
成樹脂系、ガラス系等従来絶縁体として扱われてきたも
のを導電体とするころができ、金属系溶液と金属または
金属化合物の種類の選択及び配合調整と、非金属系物質
の種類の選択及び配合調整により抵抗を大きくしたり小
さくすることが可能であり、抵抗が小さく発熱の少いも
のは抵抗等として利用され、抵抗が大で発熱の大きいも
のは抵抗加熱型導電体、即ち通電型発熱体として利用す
ることができる。そして金属系物質と非金属系物質の種
類の選択及び配合調整により、抵抗値の変化の少い抵抗
として利用することができたり、サーモスタツトを設け
ることなく一定の温度に発熱させる発熱体としても利用
することができる。またこの発明の導電体は、これを粉
砕して粉状で利用することもでき、繊維状、液体状或い
は泥状で利用することもできる。そして成形された導電
体は屋根、道路、歩道、橋、陸橋、滑走路、水道管、鉄
道の踏切りのポイント、船舶の甲板、水門、階段等に設
置して融雪、或いは凍結防止を行うことができる他、床
暖房、ヒーター、食品販売機、調理器、湯沸ポツト、炊
飯器、加熱併用型魔法ビン、乾燥機、ボイラー等の熱源
や、養豚、ふ卵、養点、温室栽培にも利用できる等多々
の用途を有する。特に茶碗、皿、鍋、釜、ボイラー、浴
槽等の容器底部にセツトするときは、内容物を効率よく
加熱することができ、容器自体を導電体で成形するとき
は、容器自体を発熱させて内容物を加熱することができ
る。また液状及び泥状の導電体で抵抗の小さいものは、
物体表面に塗設或いは印刷すること等により、固化また
は硬化後物体表面を導電体化することができ、通電して
抵抗値の変化の小さいものは、物体表面に塗設或いは印
刷すること等により、固化または硬化後物質表面に抵抗
層をつくることになる。即ちＩ．Ｃに利用することもで
きる等、多々の用途を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第３図は導電体３例の説明図、第４図は電極１
例の説明図、第５図及び第６図は導電体２例の説明図、
第７図は電極１例の断面図である。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）非金属系物質と金属系物質の均一分散系か、非金
   属系物質と金属系物質が反応したものか、または上記の
   分散系であることを特徴とする導電体。
2. （２）金属系溶液と、非金属系原料を混合し、固化、硬
   化、または焼成してなるか、または非金属系熔融物と金
   属系を混合し、冷却固化させてなることを特徴とする導
   電体の製造法。
3. （３）金属系溶液を非金属系成形体に含浸させ、固化、
   硬化、または焼成するか、金属系熔融物を非金属系成形
   体に含浸させ、冷却固化させてなることを特徴とする導
   電体の製造法。