JPH0748396B2 - 面状発熱体 - Google Patents
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Classifications
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- H05B3/00—Ohmic-resistance heating
- H05B3/10—Heating elements characterised by the composition or nature of the materials or by the arrangement of the conductor
Landscapes
- Surface Heating Bodies (AREA)
- Resistance Heating (AREA)
Description
を有し、別途に複雑で不完全な温度検知機能と過熱防止
用の安全ヒューズを要しない、安全で可撓性に富み使用
に便利な新規な抵抗発熱素子を備えた面状発熱体に関す
る。
ンブラック又は金属粉などの導電性物質を配合して導電
性樹脂もしくは半導電性樹脂を形成し、これら有機質の
優れた特性を利用して電子部品或いは発熱体として広く
使用されている。
頼されるものが無いことである。特に、長期使用後の経
時変化等を免れ得なかった。
電特性をもち、昇温−冷却を繰返しても電気抵抗値に経
時変化がなく、しかも特定温度検知及び特定温度領域で
の正の特性変化の大きな自己温度制御機能をもつ、安定
性の優れた抵抗発熱体の開発が要請されている。
果、自己温度制御面状発熱体の発熱素子として、導電性
黒鉛またはカーボンブラックを架橋型高分子と線状高分
子化合物とによって結合した発熱抵抗体を使用したと
き、更にアルカンなどの低分子量有機化合物を複合する
と導電抵抗が自由にコントロールできるばかりでなく、
抵抗の安定性が著しく向上することを見出し、本発明を
完成させるに至った。
またはカーボンブラックに架橋型高分子と線状高分子化
合物とアルカン系の直鎖炭化水素とを複合してなる自己
温度制御特性を有する抵抗発熱素子層を布状基材状に設
けてなることを特徴とする。
ボンブラックに架橋型高分子のモノマーと低次元物質で
ある線状高分子化合物の微粉末又は液状ポリマー及び低
分子量有機化合物を配合し、有機溶媒中でブレンドおよ
び熟成させた液を例えば綿#20双糸1mm間隙織りの綿織
布に銅箔線を織り込み埋設された基材に塗布又は含浸さ
せて反応乾燥させることにより製造することができる。
質を問わず、又板状、フィルム状、綿状、織布、不織布
又緻密質、多孔質等その形質を問わない。自己温度制御
性導電特性を害じないものであれば良い。
は、天然または人造黒鉛、アセチレンブラックなどが挙
げられるが、更にファーネスブラックなどを加えてもよ
く、粒径1μ以下、特に0.1μ以下のものを使用するの
が好ましい。
化樹脂、たとえばエポキシ樹脂、メラミン樹脂、ポリウ
レタン樹脂、シリコン樹脂などとその変性樹脂などが用
いられるが、配合に当たってはこれらのモノマーが好適
に使用される。
ビニル共重合体、エチレン−塩化ビニル共重合体、ポリ
プロピレンなどのオレフィン系重合体、アイオノマレジ
ンなどが挙げられ、好ましいのは結晶性を有する微粉末
ポリエチレンである。
数20以上のアルカン系の直鎖炭化水素またはその脂肪酸
が挙げられる。
ン、キシレンなどの芳香族炭化水素、n−ブタノール、
n−プロパノールなどのアルコール類、エチレングリコ
ール、プロピレングリコール、1,4−ブタンジオールな
どの脂肪族グリコール、シクロペンタン−1,2−ジオー
ルなどの脂環族ジオール、ヒドロキノンなどのフエノー
ル類、メチルエチルケトンなどのケトン類やテトラヒド
ロフランなどが挙げられる。
素子の製造に際し、上記関連物質の配合は、黒鉛等の導
電材料と架橋型高分子とからなる導電性高次元物質100
部に対し、黒鉛等の導電材料は10〜60部、架橋型高分子
は40〜90部の範囲とするのが適当である。
た、40部より少ないと、すなわち黒鉛等の導電材料が60
部をこえても増量効果に乏しい、そして黒鉛又はカーボ
ンブラックの配合は種類と量によって室温での基本導電
率はそれぞれ違ってくるが、特定温度検知及び自己温度
制御特性に対しては一律的に決めてよい。又架橋型高分
子もカーボンブラックとグラフト化すれば導電性物質の
マトリックス(母体)となるから基本導電率はそれぞれ
違ってくるが、やはり一律的に決められてよい。
め、上記架橋型高分子の配合量と黒鉛等の導電材料の配
合量を合算した量100部に対し5〜100部の範囲で加える
のがよい。100部をこえると、導電性が極度に低下し、
実用範囲をこえる。
の範囲とする。30部をこえると製品の靭性が低下し、3
部以下では特性の効果が乏しくなる。
釈の必要に応じて任意に増量し得る。
前記配合成分と順次混合する程でまず架橋型高分子モノ
マーが黒鉛等の導電材料にグラフトする前に線状高分子
化合物と混同しており、熱処理によって架橋型高分子の
重合が進むにつれて相互に絡み合って固定される。この
ことによって耐熱変形性と可撓性とのバランスがとれた
抵抗発熱素子が得られ、安定した発熱特性が長期間にわ
たって維持されるのである。
は、熱処理に際して導電材料の黒鉛層間に侵入して層間
化合物を形成するものと考えられ、導電材料の電気抵抗
特性を変化させると同時に抵抗発熱素子の自己温度制御
特性を発現させるに役立つ。
量有機化合物の融点よりもはるかに高い温度で使用して
も、発熱特性の劣化が起こらない。
以下の説明において記載されている各成分の部は重量部
を表す。
ライドガラスの上に上記の配合液をロールしごきで約20
μの厚さに塗布し、室温乾燥後、塗膜を10mm幅に残して
カットした。又温度−抵抗特性及びその他の特性試験用
試片として20#双糸綿糸1mm角織り綿織布に銅箔導線を
織り込み埋設し、かつ電極間巾60mm×極長23mmにカット
した試片基材に上記の配合液を含浸させてシリコーンゴ
ム製の2本のロール(硬度50押し圧1kgf)で塗布した
後、室温乾燥し試片にした。
これを上記の各々の試片基材上に塗布し、遠赤外線照射
により被照射温度155℃×10分程反応させると塗膜表面
にクラックの無いものに仕上がった。
であった。
上下を保温して電圧を印加した。電圧印加直前の素子電
気抵抗値は13.0KΩ、素子表面温度25℃であったが、AC1
00Vを印加すると温度の上昇に従って抵抗値も比例し
て、16.8KΩに上昇した。温度は62℃に達し、この温度
を8000時間以上キープし、それ以上温度の上昇がなかっ
た。
と発熱温度は75℃を長時間維持して、それ以上温度上昇
は全く無かった。この温度での素子の抵抗測定値は23.4
KΩに上昇していた。
戻ったときの素子の抵抗は完全に13.0KΩに復帰した。
これを12回反復して上記と全く同一の結果であったの
で、本配合の素子は完全な安定化された温度依存性自己
温度制御素子であることが確認された。
圧を変えたときの素子表面温度と抵抗値との関係を示す
グラフである。
時間(分)、縦軸は温度(℃)を表す。
同様の配合で導電塗料を作成し、更に綿布基材に含浸さ
せて比較例1の試片素子を得た。この素子について測定
した素子表面温度と抵抗値との関係を第1図に、また昇
温特性を第2図に、それぞれ実施例1と対比して示した
が、これによってn−パラフィン配合の効果が理解され
るであろう。
成した。試片の比抵抗は25℃で1.9×10-1Ω−cmであっ
た。また、n−パラフィンを配合しない他は実施例2と
全く同様な配合により比較例2の面状発熱体を作成し
た。そして実施例2の試片と対比して昇温特性を測定
し、その結果を伴わせて第3図に示した。アクリル−エ
ポキシレジンは三次元構造化の重合度が進む程安定性が
増すが、一方面状発熱体として非常に脆く、実用上大き
な欠点になる。この欠点をイオン結合アイオノマレジン
で補充している。
室温近くの低温において、素子全体に安定性を維持しな
がら柔軟性を付与する。アクリル−エポキシモノマーと
の相溶性も非常によく、よくブレンドされる。
よっても抵抗値の経時変化が極めて少なく、安定な温度
−導電特性を有し、しかも局部過熱のおそれがなく、分
子レベルのセンサとして種々の段階の自己温度感知およ
び制御機能をもつ面状発熱体を提供することができる。
も柔軟で弾性に富み、しかも適度の剛性を有するフレキ
シブルエラストマーとしての性質を備え、種々の形態に
加工することができ、製造方法も容易で低コストで製造
することが可能であり、巾広い用途が期待される。
で得られた面状発熱体について、それぞれの印加電圧を
変えたときの素子表面温度と抵抗値との関係を示すグラ
フ、 第2図は、同上の昇温特性を示すグラフ、 第3図は、同じく実施例2で得られた面状発熱体及び比
較例2で得られた面状発熱体について、それぞれの昇温
特性を示すグラフである。
Claims (1)
- 【請求項1】導電材料としての黒鉛またはカーボンブラ
ックに架橋型高分子と線状高分子化合物とアルカン系の
直鎖炭化水素とを複合してなる自己温度制御特性を有す
る抵抗発熱体素子層を布状基材上に設けてなることを特
徴とする面上発熱体。
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