JPH02230684A - 面状発熱体 - 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、約１００″Ｃ以下の低温領域で自己温度制御
機能を有し、別途に複錐で不完全な温度検知機構と過熱
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。

〔従来の技術〕

従来、熱硬化性樹脂または熱可望性樹脂に黒鉛、カーボ
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。

しかし、これらの宿命的欠点は安定性に欠けて居り、信
顛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。

〔発明が解決しようとする課題〕

例えば約ｌ００゜Ｃ以下の低温領域においで安定な温度
一導電特性をもち、昇温一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。

〔課題を解決するための手段〕

本発明者は、上記の課題を達成すべく鋭意検討した結果
、自己温度制御面状発熱体の発熱素子として、黒鉛また
はカーボンブラックが二次元の典型的六員環網目平面状
の堅固な共有結合構造を有し、平面層間では結合力が比
較的ゆるく、よくスリップするが、かなりの吸着力を有
して面間膨潤、縮退すること、および二次平面内ではい
わゆる共役系共有結合として絶縁性を示すが、層面間は
いわゆるπ電子雲の存在により金属と同様の導電性を示
すことに着目し、この黒鉛またはカーボンブラックの眉
間に吸着特性の強い誘導体などを吸着させて眉間距離を
拡大するとともに、その上下の無機層間に結晶性低分子
量有機化合物を浸入させ、吸着した誘導体の一部又は全
量を置換し、又は無機層と直接吸着させて架橋化し、そ
の架橋分子の長さを変えることにより層間の導電抵抗を
自由にコントロールすることができることを見出し、本
発明を完成させるに至った。

すなわち、本発明の面状発熱体は、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を主体とする低次
元物質を複合させてなる自己温度制御特性をもつ惑温素
子または抵抗発熱素子を布状の基材にコーティングして
なることを特徴とする。

本発明による面状発熱体の素子は導電性黒鉛またはカー
ボンブラックに架橋型高分子の千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ボリマー及び低
分子量有機化合物を配合し、有機溶媒中でブレンドおよ
び重合させた液を例えば綿１：２０双糸１鶴間隙織りの
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。

上記の面状発熱体の基材ば、綿織布に限らず有機・無機
質を問わず、又板状、フィルム状、線状、織布、不礒布
又緻密賞、多孔質等その形質を問わない。自己温度制御
性導電特性を害しないものであれば良い。

本発明において、黒鉛またはカーボンブラックとしては
、天然または人造黒鉛、ファーネスブラック、アセチレ
ンブラックなどが挙げられ、粒径１μ以下、特に０．１
μ以下のものを使用するのが好ましい。

架橋型高分子としては、三次元網状構造を形成する熱硬
化樹脂の七ノマー、たとえばエボキシ樹脂、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
脂などの千ノマーが好適に使用される。

線状高分子化合物としてはボリエチｌノン、エチレン酢
酸ビニル共重合体、エチレンー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。

また、低分子量有機化合物としての代表例としては炭素
数２０以上のアルカン系直鎖炭化水素またはその脂肪酸
が挙げられる。

有機溶媒または反応誘導剤としては、ベンゼン、トルエ
ン、キシレンなどの芳香族炭化水素、ｎブタノール、ｎ
−ブロバ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ｌコキノンなどのフェ
ノール類、メチルエチルケトンなどのケトン類やテトラ
ヒド口フランなどが挙げられる。

本発明の自己温度制御特性をもつ面状発熱体の抵抗発熱
素子の製造に際し、上記関連物質の配合は、黒鉛と架橋
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。

架橋型高分子が９０部をこえると導電性が悪くなる。ま
た、４０部より少ないと、すなわち黒鉛が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ン
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。

線状（鎖状）高分子化合物は、導電性の安定化を図るた
め、上記架橋型高分子の配合量と黒鉛の配合量を合算し
たＮ１００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一実用
範囲をこえる。

低分子量有機化合物、例えば上記の炭化水素は３〜３０
部の範囲とする．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． 有機溶媒は、最少２５部以上必要であるが、溶媒として
希釈の必要に応じて任意に増量し得る。

〔作用〕

本発明の自己温度制御特性をもつ面状発熱体の素子は、
前記配合成分と順次混合する過程でまず架橋型高分子千
ノマーが黒鉛にグラフト化され、その七ノマーに線状高
分子化合物が混合されることにより形成される．そして
、このボリマーは熱処理過程で架橋型高分子の重合反応
と同時によじり合いブレンドされる。このことは、素子
製品の均質性から判断される。また、素子製品に可撓性
を与え、特性の安定化のために架橋型高分子の三次元化
および重合度と関連して非常に重要な役割をしている． こうして、線状高分子化合物は、とかく硬《なりがちな
三次元網状化合物に柔軟性とエントロピー剛性を与え、
低温でフレキシビリティーを付与し、高温で逆にゆるく
なるのを防ぎ、しまりを与えて全系を安定化ｊ７ている
。

低分子有機化合物は、直接に或いは反応誘導剤との協働
によって黒鉛層間に浸入し、或いはこれを拡大し、黒鉛
層６こ強力に吸着して眉間化合物を形成するものとみら
れる。

これは、本発明の自己温度制御特性をもつ面状発熱体が
反復高温加熱（低分子量有機化合物の融点よりもはるか
に高い温度、例えば融点６５゜Ｃの配合物に対して１３
０℃まで）にも耐え、特性が殆ど変化しないという実験
結果から裏付けられる。

〔実施例〕

以下、実施例により本発明を具体的に説明する。

なお、以下の説明において記載されている各成分の部は
Ｍ量部を表す。

実施例１ く自己温度制御導電塗料の配合〉 カーボンブラック（平均粒径０．１μ以下）４５部アル
キドメラミンレジンモノマ−　　　　５５部ｎ−バラフ
ィン （平均粒径５μ以下の微粉末）　２５部高分子量ポリエ
チレン （平均粒径１５μ以下の粉末）　２５部トルエン　　　
　　　　　　　　　　　　４５部ＭＥＫ　　　　　　　
　　　　　　　２５部ｎ−ブタノール　　　　　　　　
　　　　３０部く自己温度制御面状発熱体試片の作製〉
比抵抗測定用試片として厚さ１ｍｓｉＸ７６１ｌＸ２６
Ｈの市販スライドガラスの上に上記の配合液をロールし
ごきで約２０μの厚さに塗布し、室温乾燥後、塗膜をＩ
．Ｏｍ幅に残してカットした。又温度一抵抗特性及びそ
の他の特性試験用試片として２０＃双糸綿糸１１１ｌ角
織り綿織布に銅箔導線を撮り込み埋設し、かつ電極間巾
６０顛×極長２３鶴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． く特性試験と結果〉 上記の配合によって得られた混合溶液は黒汁状の液で、
これを上記の各々の拭片基材上に塗布し、遠赤外線照射
により被照射温度１５５℃ＸＩＯ分程反応させると塗膜
表面にクラソクの無いものに仕上がった。

ガラス基台の試片の比抵抗値は２５℃で８。５×１０Ω
一１であった． また、綿布基材の試片素子をアルミナウールで素子面の
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．ＯＫΩ、素子表面温度２５゜Ｃであっ
たが、ＡＣＩＯＯＶで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
゜Ｃ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。

その後、同一試験片に２倍の電力即ち１４１ｖＡＣ印加
すると発熱温度は７５゛Ｃを長時間維持して、それ以上
温変上昇は全く無かった．この温度での素子の抵抗測定
値は２３．４ＫΩに上昇していた． また、試片素子に電圧印加をカットして常温２５．０゜
Ｃに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ｆ！認された。

第１図は、本実施例で得られた試片素子に対する印加電
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
グラフである。

第２図は、同じく昇温特性を示すグラフであり、横軸は
時間（分）、縦軸は温度（”Ｃ）を表す。

実施例２ 〈自己温度制？Ｉｌ導電塗籾の配合〉 カーボンブラック（平均粒径０．１μ以下）３０部アク
リルーエボキシレ゛ジンモノマ−　　　７０部アイオノ
マレジン　　　　　　　　　　　３５部ｎ−バラフィン （平均粒径５μ以下の粉末）　　　１５部３５部 １５部 １５部 ２５部 キシレン ＭＥＫ ｎ−ブタノール ダイア七トンアルコール 〈面状発熱体試片の作製と特性試験〉 上記配合により、実施例１と同様にして面状発熱体を作
成した．試片の比抵抗は２５℃で１．９×１０Ω−１で
あった．また、その昇温特性を第３図に示した。アクリ
ルー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。

アイオノマレジンは、熱可塑性エラストマーとして特に
室温近くの低温において、素子全系に安定性を維持しな
がら柔軟性を付与する．アクリルーエボキシモノマーと
の相溶性も非常によく、よくブレンドされる． ［発明の効果〕 以上説明したように、本発明によれば、繰り返し使用に
よっても抵抗値の経時変化が極めて少なく、安定な温度
一導電特性を有し、しかも局部過熱のおそれがな《、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４． 状発熱体を提供することができる。

また、この面状発熱体の抵抗発熱素子ぱ昇温時において
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。

【図面の簡単な説明】

第１図は、実施例１で得られた面状発熱体の印加電圧を
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の昇温特性を示すグ
ラフである． 第１図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 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
   子を主体とする低次元物質を複合させてなる自己温度制
   御特性をもつ感温素子または抵抗発熱素子を布状の基材
   にコーティングしてなることを特徴とする面状発熱体。