JPH0342681B2 - - Google Patents
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- JPH0342681B2 JPH0342681B2 JP60207486A JP20748685A JPH0342681B2 JP H0342681 B2 JPH0342681 B2 JP H0342681B2 JP 60207486 A JP60207486 A JP 60207486A JP 20748685 A JP20748685 A JP 20748685A JP H0342681 B2 JPH0342681 B2 JP H0342681B2
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01C—RESISTORS
- H01C7/00—Non-adjustable resistors formed as one or more layers or coatings; Non-adjustable resistors made from powdered conducting material or powdered semi-conducting material with or without insulating material
- H01C7/02—Non-adjustable resistors formed as one or more layers or coatings; Non-adjustable resistors made from powdered conducting material or powdered semi-conducting material with or without insulating material having positive temperature coefficient
- H01C7/027—Non-adjustable resistors formed as one or more layers or coatings; Non-adjustable resistors made from powdered conducting material or powdered semi-conducting material with or without insulating material having positive temperature coefficient consisting of conducting or semi-conducting material dispersed in a non-conductive organic material
-
- G—PHYSICS
- G05—CONTROLLING; REGULATING
- G05D—SYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
- G05D23/00—Control of temperature
- G05D23/19—Control of temperature characterised by the use of electric means
- G05D23/20—Control of temperature characterised by the use of electric means with sensing elements having variation of electric or magnetic properties with change of temperature
- G05D23/24—Control of temperature characterised by the use of electric means with sensing elements having variation of electric or magnetic properties with change of temperature the sensing element having a resistance varying with temperature, e.g. a thermistor
- G05D23/2401—Control of temperature characterised by the use of electric means with sensing elements having variation of electric or magnetic properties with change of temperature the sensing element having a resistance varying with temperature, e.g. a thermistor using a heating element as a sensing element
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Description
【発明の詳細な説明】
＜産業上の利用分野＞
本発明は面状発熱体等として用いると、ある温
度以上で急激な電気抵抗の増加を示して自己温度
調節が可能なポリエチレングリコール−炭素粉末
系感熱電気抵抗組成物と、その定常発熱温度の調
整方法に関するものである。
度以上で急激な電気抵抗の増加を示して自己温度
調節が可能なポリエチレングリコール−炭素粉末
系感熱電気抵抗組成物と、その定常発熱温度の調
整方法に関するものである。
＜従来の技術＞
本発明の基礎となるポリアルキレンオキシド−
炭素微細片系自己温度調節発熱体組成物の詳細に
ついて、本発明者が既に特開昭59−110101号、特
開昭60−140692号で提案している。これら組成物
は通電により温度が上昇し、ある値以上の温度に
なると、電気抵抗値が急増することにより電流値
が減少し、逆に外部から冷却して発熱体の温度を
下げると、電気抵抗値が減少して電流が増加する
ことにより、組成物が一定温度に保たれる発熱体
となる。すなわち、このような電気抵抗体を
PTCR（Positive Temperature Coefficient
Resister）と称す。従来は無機物としてのチタン
酸バリウムが知られ、有機物としてはポリエチレ
ン−炭素微細片混合系が知られていた。
炭素微細片系自己温度調節発熱体組成物の詳細に
ついて、本発明者が既に特開昭59−110101号、特
開昭60−140692号で提案している。これら組成物
は通電により温度が上昇し、ある値以上の温度に
なると、電気抵抗値が急増することにより電流値
が減少し、逆に外部から冷却して発熱体の温度を
下げると、電気抵抗値が減少して電流が増加する
ことにより、組成物が一定温度に保たれる発熱体
となる。すなわち、このような電気抵抗体を
PTCR（Positive Temperature Coefficient
Resister）と称す。従来は無機物としてのチタン
酸バリウムが知られ、有機物としてはポリエチレ
ン−炭素微細片混合系が知られていた。
しかしながら、チタン酸バリウム発熱体は、定
常発熱温度を70℃以下にすることができず、焼結
体であるので、広い面積をもつ面状発熱体の製作
に不適当である欠点があり、かつ高価でPTCR効
果も上記ポリアルキレンオキシド−炭素微細片混
合系ほどは大きくない。また、ポリエチレン（パ
ラフイン）−炭素微細片系は相溶性に問題があり、
まだ研究の段階でしかない。
常発熱温度を70℃以下にすることができず、焼結
体であるので、広い面積をもつ面状発熱体の製作
に不適当である欠点があり、かつ高価でPTCR効
果も上記ポリアルキレンオキシド−炭素微細片混
合系ほどは大きくない。また、ポリエチレン（パ
ラフイン）−炭素微細片系は相溶性に問題があり、
まだ研究の段階でしかない。
前述のポリアルキレンオキシド−炭素微細片系
自己温度調節発熱体組成物は極めて安定かつ大き
なPTCR効果が期待できる新規な発熱体であり、
その定常発熱温度も炭素微細片の濃度がある範囲
内であれば多少の濃度の変動にかかわらず殆んど
一定となる特徴を有している。炭素微細片の濃度
がこの範囲を下まわると、発熱温度が濃度に比例
するようになる。しかし、実用面からいつて、僅
かの炭素微細片（例えばグラフアイト）量の変動
が製品の電気特性の大きな変化となつて現われる
ので、品質管理上好ましくない方法である。
自己温度調節発熱体組成物は極めて安定かつ大き
なPTCR効果が期待できる新規な発熱体であり、
その定常発熱温度も炭素微細片の濃度がある範囲
内であれば多少の濃度の変動にかかわらず殆んど
一定となる特徴を有している。炭素微細片の濃度
がこの範囲を下まわると、発熱温度が濃度に比例
するようになる。しかし、実用面からいつて、僅
かの炭素微細片（例えばグラフアイト）量の変動
が製品の電気特性の大きな変化となつて現われる
ので、品質管理上好ましくない方法である。
本発明者は、更に、定常発熱温度を安定かつ自
由に調節する技術として、水やアルコール等の第
３物質の添加によりこれが可能であることを明ら
かにしている（特開昭61−39475号）。
由に調節する技術として、水やアルコール等の第
３物質の添加によりこれが可能であることを明ら
かにしている（特開昭61−39475号）。
＜発明が解決しようとする問題点＞
しかし、このように第３物質等の添加なしに同
一組成物内で定常発熱温度を自由に所望の温度に
設定できる手段及びそのような組成物が従来無か
つた。
一組成物内で定常発熱温度を自由に所望の温度に
設定できる手段及びそのような組成物が従来無か
つた。
＜問題点を解決するための手段＞
そこで、上記のような手段及び組成物を種々検
討した結果、ポリエチレングリコール（以下
PEGと略記）−炭素粉末系において見出し、本発
明の完成に至つたのである。
討した結果、ポリエチレングリコール（以下
PEGと略記）−炭素粉末系において見出し、本発
明の完成に至つたのである。
すなわち、所定量の炭素粉末を分散させる
PEGの分子量を大小変化させて定常発熱温度を
高低必要な温度に調整することを特徴としてい
る。この方法における組成物はPEGの平均分子
量が約100〜50000の単独又は２種以上の混合物
100に対して炭素粉末が５〜45wt％の範囲内で均
一混合してなるものである。
PEGの分子量を大小変化させて定常発熱温度を
高低必要な温度に調整することを特徴としてい
る。この方法における組成物はPEGの平均分子
量が約100〜50000の単独又は２種以上の混合物
100に対して炭素粉末が５〜45wt％の範囲内で均
一混合してなるものである。
＜作用＞
このような調整方法によると、組成物は電力を
供給すると温度が低い間は抵抗が低いので電流が
流れ、その結果、発熱体温度が上昇し、ある温度
に近づくと抵抗値が急増するので電流は減少し、
その結果発熱体は一定温度（定常発熱温度）で発
熱する。PEGの分子量が低い場合には定常発熱
温度が低く維持され、分子量が高い場合は定常発
熱温度が高く維持されるのである。
供給すると温度が低い間は抵抗が低いので電流が
流れ、その結果、発熱体温度が上昇し、ある温度
に近づくと抵抗値が急増するので電流は減少し、
その結果発熱体は一定温度（定常発熱温度）で発
熱する。PEGの分子量が低い場合には定常発熱
温度が低く維持され、分子量が高い場合は定常発
熱温度が高く維持されるのである。
このことを具体的に実測値に基づいて図示した
のが、第１図及び第２図である。ここに示した各
感熱電気抵抗組成物は後に実施例で示す方法によ
り面状発熱体としたものである。
のが、第１図及び第２図である。ここに示した各
感熱電気抵抗組成物は後に実施例で示す方法によ
り面状発熱体としたものである。
第１図に示したのはPEG（＃6000）−炭素細片
（28wt％）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。
（28wt％）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。
分子量の増加と発熱温度との関係について第２
図に示した。第２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。
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、
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、最高分子量の＃20000
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３図にみられるように
PEGの分子量に従つて予期された定常発熱温度
を示すのである。
図に示した。第２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。
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、
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、最高分子量の＃20000
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３図にみられるように
PEGの分子量に従つ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50000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100〜50000、
好ましくは500〜20000位の範囲で暖房用発熱体と
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。
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50000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100〜50000、
好ましくは500〜20000位の範囲で暖房用発熱体と
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。
PEG−炭素粉末系に用いる炭素粉末は各種形
態のものが利用でき、無定形のカーボンブラツク
から結晶形の黒鉛等まで各種の炭素粉末製品が有
用で、その混合割合も５〜45wt％の範囲である。
ケツチエンブラツクやアセチレンブラツクのよう
にカサ比重の小さいものは少量でよく、黒鉛のよ
うなカサ比重の大なものは多量混合する。添加量
の下限は上記作用が現出する実用限界であり、上
限はカーボン抵抗体と何ら相違ない電気抵抗特性
を示すところまでで、カーボン分散系とカーボン
抵抗との境界であると云える。
態のものが利用でき、無定形のカーボンブラツク
から結晶形の黒鉛等まで各種の炭素粉末製品が有
用で、その混合割合も５〜45wt％の範囲である。
ケツチエンブラツクやアセチレンブラツクのよう
にカサ比重の小さいものは少量でよく、黒鉛のよ
うなカサ比重の大なものは多量混合する。添加量
の下限は上記作用が現出する実用限界であり、上
限はカーボン抵抗体と何ら相違ない電気抵抗特性
を示すところまでで、カーボン分散系とカーボン
抵抗との境界であると云える。
以下実施例によつて本発明を詳細に説明する。
＜実施例＞
PEG（第一工業製薬(株)製）の＃600、＃600＋
＃1000（７：３）、＃600＋＃1000（３：７）、
＃1000、＃1540、＃2000、＃4000、＃6000、
＃10000、及び＃20000を用い、これらをそれぞれ
溶融状態にまで加熱した後、それぞれにグラフア
イト（西村黒鉛(株)製、90−300M、平均300メツシ
ユ、13μ）を27wt％（但し、＃600の場合のみ
28wt％）添加し、通常の混合機により撹拌混合
した。
＃1000（７：３）、＃600＋＃1000（３：７）、
＃1000、＃1540、＃2000、＃4000、＃6000、
＃10000、及び＃20000を用い、これらをそれぞれ
溶融状態にまで加熱した後、それぞれにグラフア
イト（西村黒鉛(株)製、90−300M、平均300メツシ
ユ、13μ）を27wt％（但し、＃600の場合のみ
28wt％）添加し、通常の混合機により撹拌混合
した。
このようにして得られた10種の組成物（感熱電
気抵抗組成物）をそれぞれ下記のようなフレキシ
ブル面状ヒータにした。すなわち、幅80mm、長さ
300mmの内面に繊維層４を有したポリエチレンテ
レフタレート製フイルム（110μ）１，１を用い
て、前記各組成物２を、第４図及び第５図に示し
たようにサンドイツチ状にし、両側へ幅６mm厚さ
80mmの鋸歯状の銅製電極３，３を設けた。この時
の感熱電気抵抗組成物の層厚は80mmである。
気抵抗組成物）をそれぞれ下記のようなフレキシ
ブル面状ヒータにした。すなわち、幅80mm、長さ
300mmの内面に繊維層４を有したポリエチレンテ
レフタレート製フイルム（110μ）１，１を用い
て、前記各組成物２を、第４図及び第５図に示し
たようにサンドイツチ状にし、両側へ幅６mm厚さ
80mmの鋸歯状の銅製電極３，３を設けた。この時
の感熱電気抵抗組成物の層厚は80mmである。
得られた各面状ヒータに対して100V印加後、
経過時間ごとの発熱温度を測定した。その結果は
前述した第２図の通りである。20分間経過時の定
常発熱温度は第１表の通りである。
経過時間ごとの発熱温度を測定した。その結果は
前述した第２図の通りである。20分間経過時の定
常発熱温度は第１表の通りである。
温度測定は各面状発熱体の表裏にアルミ箔を接
着し、これに温度センサーを接触させ、断熱材
（ウレタンホーム）で被覆して温度計の指示値を
読み取る方法によつた。第３図はこれをグラフ化
したものである。
着し、これに温度センサーを接触させ、断熱材
（ウレタンホーム）で被覆して温度計の指示値を
読み取る方法によつた。第３図はこれをグラフ化
したものである。
■■■ 亀の甲 ［0001］ ■■■
第１表及び第３図で明らかなように、炭素微細
片（ここではグラフアイト）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。よつて、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。
片（ここではグラフアイト）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。よつて、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。
他に感熱電気抵抗組成物の定常発熱温度を変化
させる手段としては、ポリプロピレングリコール
（以下PPGと略称）の添加がある。これは既に提
案済であつて（特願昭59−162022号）、PPGに添
加に伴つて定常発熱温度が低下する。これは本発
明とは作用を異にするが、PPGのもつ分岐した
メチレン基の立体的な作用に基づくものと考えら
れる。
させる手段としては、ポリプロピレングリコール
（以下PPGと略称）の添加がある。これは既に提
案済であつて（特願昭59−162022号）、PPGに添
加に伴つて定常発熱温度が低下する。これは本発
明とは作用を異にするが、PPGのもつ分岐した
メチレン基の立体的な作用に基づくものと考えら
れる。
＜発明の効果＞
本発明の定常発熱温度の調整方法によると、ほ
ぼ５〜60℃の範囲で任意の定常発熱温度を有した
感熱電気抵抗組成物が得られる。また、その結果
得られた本発明の感熱電気抵抗組成物は相溶性に
優れて長時間の使用にも安定性を有しており、レ
ギユレータ等の調節機器なしに所定の温度を維持
することができる。したがつて、暖房用ヒータそ
の他各種保温パネルとして、省エネルギー型で、
かつ、安全性に優れたものが広範囲に得られる。
ぼ５〜60℃の範囲で任意の定常発熱温度を有した
感熱電気抵抗組成物が得られる。また、その結果
得られた本発明の感熱電気抵抗組成物は相溶性に
優れて長時間の使用にも安定性を有しており、レ
ギユレータ等の調節機器なしに所定の温度を維持
することができる。したがつて、暖房用ヒータそ
の他各種保温パネルとして、省エネルギー型で、
かつ、安全性に優れたものが広範囲に得られる。
第１図は感熱電気抵抗組成物の温度と抵抗の関
係を示すグラフである。第２図は感熱電気抵抗組
成物中のPEGの分子量を変化させた場合の経過
時間と発熱温度の関係を示すグラフである。第３
図は同じくPEGの分子量と定常発熱温度の関係
を示すグラフである。第４図はフレキシブル面状
ヒータの一部省略平面図であり、第５図は同ヒー
タの要部拡大断面図である。 １……フイルム、２……感熱電気抵抗組成物、
３……電極、４……繊維層。
係を示すグラフである。第２図は感熱電気抵抗組
成物中のPEGの分子量を変化させた場合の経過
時間と発熱温度の関係を示すグラフである。第３
図は同じくPEGの分子量と定常発熱温度の関係
を示すグラフである。第４図はフレキシブル面状
ヒータの一部省略平面図であり、第５図は同ヒー
タの要部拡大断面図である。 １……フイルム、２……感熱電気抵抗組成物、
３……電極、４……繊維層。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ ポリエチレングリコール−炭素粉末系感熱電
気抵抗組成物において所定量の炭素粉末を分散さ
せるポリエチレングリコールの分子量を大小変化
させて定常発熱温度を高低必要な温度に調整する
ことを特徴とする感熱電気抵抗組成物における定
常発熱温度の調整方法。 ２ 所定量の炭素粉末は５〜45wt％の範囲内で
あり、ポリエチレングリコールの分子量は約100
〜50000である特許請求の範囲第１項記載の感熱
電気抵抗組成物における定常発熱温度の調整方
法。
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| JP60207486A JPS6265401A (ja) | 1985-09-18 | 1985-09-18 | 感熱電気抵抗組成物における定常発熱温度の調整方法 |
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