(57)【要約】【課題】低い電力エネルギーで発熱が可能で、しかも、耐熱性があり、さらに強度も有するＰＴＣ面状発熱体成形用組成物及びＰＴＣ面状発熱体を提供することにある。【解決手段】ＰＴＣ面状発熱体成形用組成物は、黒鉛と、グラスウール又は／及びロックウールと、水とを主成分として含み、或いはこれらにポリアミド系樹脂を更に含み、また、ＰＴＣ面状発熱体の製造方法は、ＰＣＴ面状発熱体成形用組成物を外枠容器４内に一部流し込み、一部流し込んだ部分の上に電極線３を配線した後に残りを流し込み、その後にこれを乾燥し、また、ＰＴＣ面状発熱体１は、上記の製造方法で製造され、電極線３に接続する通電用端子部２を備えている。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
黒鉛と、グラスウール又は／及びロックウールと、水とを主成分として含むことを特徴とするＰＴＣ面状発熱体成形用組成物。
【請求項２】
黒鉛と、グラスウール又は／及びロックウールと、水とを主成分として含み、その配合組成が重量比で、黒鉛が１の割合に対して、グラスウール又は／及びロックウールが５％〜２５％、水が５０％〜１００％、からなることを特徴とするＰＴＣ面状発熱体成形用組成物。
【請求項３】
黒鉛と、グラスウール又は／及びロックウールと、水と、ポリアミド系樹脂とを主成分として含むことを特徴とするＰＴＣ面状発熱体成形用組成物。
【請求項４】
黒鉛と、グラスウール又は／及びロックウールと、水と、ポリアミド系樹脂とを主成分として含み、その配合組成が重量比で、黒鉛が１の割合に対して、グラスウール又は／及びロックウールが５％〜２５％、水が５０％〜１００％、ポリアミド系樹脂が５〜４０％、からなることを特徴とするＰＴＣ面状発熱体成形用組成物。
【請求項５】
黒鉛は、平均粒径が１μｍ〜３０μｍである請求項１〜請求項４の何れかに記載のＰＴＣ面状発熱体成形用組成物。
【請求項６】
グラスウールは、廃棄物が使用される請求項１〜請求項４の何れかに記載のＰＴＣ面状発熱体成形用組成物。
【請求項７】
ロックウールは、廃棄物が使用される請求項１〜請求項４の何れかに記載のＰＴＣ面状発熱体成形用組成物。
【請求項８】
請求項１〜請求項７の何れかに記載のＰＣＴ面状発熱体成形用組成物を側周面及び底面が囲まれ上面が開放された外枠容器内に一部流し込み、一部流し込んだ部分の上に電極線を配線した後に残りを流し込み、その後にこれを乾燥することを特徴とするＰＴＣ面状発熱体の製造方法。
【請求項９】
請求項８の製造方法で製造され、電極線に接続する通電用端子部を備えていることを特徴とするＰＴＣ面状発熱体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、発熱体が自己温度に反応して通電量を制御し、発熱量をコントロールする性質を備えたＰＴＣ面状発熱体成形用組成物、ＰＴＣ面状発熱体の製造方法及びＰＴＣ面状発熱体に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
発熱体が自己温度に反応して通電量を制御し、発熱量をコントロールする性質を備えたＰＴＣ面状発熱体が知られている。ＰＴＣ面状発熱体は、発熱体の温度上昇に伴い、電気抵抗が増し電気が流れにくくなる性質を有している。このＰＴＣ面状発熱体を例えば床暖房に利用した場合、床の日照部分による温度上昇箇所や人が座って熱がこもりやすい箇所の温度上昇に反応し、その箇所だけ電力を通さなく、低温やけどや省エネには有効である。このような優れた特性を備えたＰＴＣ面状発熱体成形用組成物及びその組成物を用いたＰＴＣ面状発熱体として、古紙細断パルプ材を原料に含むものが知られている（例えば特開２００９−９９３２９）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−９９３２９
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、前記の特開２００９−９９３２９にあっては、古紙細断パルプ材を原料に含むため、通電によって発熱体の温度を高くすると、原料中の古紙細断パルプ材が発火するおそれがあり、余り高い温度に上げて使用することができない。また、原料中の古紙細断パルプ材は強度がないため、発熱体全体の強度をあげるための特殊な硬化剤を使用する必要がある。
【０００５】
この発明は、上記のような課題に鑑み、その課題を解決すべく創案されたものであって、その目的とするところは、低い電力エネルギーで発熱が可能で、しかも、耐熱性があり、さらに強度も有するＰＴＣ面状発熱体成形用組成物、ＰＴＣ面状発熱体の製造方法及びＰＴＣ面状発熱体を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
以上の課題を達成するために、請求項１のＰＴＣ面状発熱体成形用組成物の発明は、黒鉛と、グラスウール又は／及びロックウールと、水とを主成分として含む手段よりなる。
【０００７】
また、請求項２のＰＴＣ面状発熱体成形用組成物の発明は、黒鉛と、グラスウール又は／及びロックウールと、水とを主成分として含み、その配合組成が重量比で、黒鉛が１の割合に対して、グラスウール又は／及びロックウールが５％〜２５％、水が５０％〜１００％、からなる手段よりなる。
【０００８】
また、請求項３のＰＴＣ面状発熱体成形用組成物の発明は、黒鉛と、グラスウール又は／及びロックウールと、水と、ポリアミド系樹脂とを主成分として含む手段よりなる。
【０００９】
また、請求項４のＰＴＣ面状発熱体成形用組成物の発明は、黒鉛と、グラスウール又は／及びロックウールと、水と、ポリアミド系樹脂とを主成分として含み、その配合組成が重量比で、黒鉛が１の割合に対して、グラスウール又は／及びロックウールが５％〜２５％、水が５０％〜１００％、ポリアミド系樹脂が５〜４０％、からなる手段よりなる。
【００１０】
また、請求項１〜請求項４の好ましい態様として、請求項５の発明は、黒鉛は平均粒径が１μｍ〜３０μｍであり、請求項６の発明は、グラスウールは廃棄物が使用され、請求項７の発明は、ロックウールは廃棄物が使用される。
【００１１】
また、請求項８のＰＴＣ面状発熱体の製造方法の発明は、請求項１〜請求項７の何れかに記載のＰＣＴ面状発熱体成形用組成物を側周面及び底面が囲まれ上面が開放された外枠容器内に一部流し込み、一部流し込んだ部分の上に電極線を配線した後に残りを流し込み、その後にこれを乾燥する手段よりなる。
【００１２】
また、請求項９のＰＴＣ面状発熱体の発明は、請求項８の製造方法で製造され、電極線に接続する通電用端子部を備えている手段よりなる。
【発明の効果】
【００１３】
課題を解決するための手段よりなるこの発明によれば、次のような極めて新規的有益なる効果を奏するものである。
（１）１００Ｖ〜２００Ｖの電力を必要とせず、これよりも低い例えば５Ｖ〜１２Ｖのような低電圧で発熱させることができる。
（２）古紙細断パルプ材の繊維に比べてグラスウールはガラス繊維であり耐熱性が高く、古紙細断パルプ材よりも耐熱性の高いグラスウールを原料として使用するので、発熱体の温度を高く設定することが可能となる。
（３）古紙細断パルプ材の繊維に比べてロックウールは人造鉱物繊維であり耐熱性が高く、古紙細断パルプ材よりも耐熱性の高いロックウールを原料として使用するので、発熱体の温度を高く設定することが可能となる。
（４）外枠容器を使用することにより、強度を高めるための特別な硬化剤の使用を省略でき、硬化剤を使用することなく発熱体の強度を高めることが可能となる。
（５）これまで処分が大変であったグラスウールやロックウールの廃棄物を原料として使用することができ、廃棄物の有効利用を図ることができると共に、原料コストを下げることもできる。
（６）また、ポリアミド系樹脂を含む場合には、ＰＴＣ効果をより一層有効に発生させることができる。つまり、高い電圧を加えても一定の温度より上がらないようにする効果をさらに高めることができる。この場合において、ポリアミド系樹脂がポリアミド系樹脂保護材であるときには、発熱体の強度をさらに高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】この発明を実施するための形態を示す外枠容器がない状態の直方体に成形されたＰＴＣ面状発熱体の外観斜視図である。
【図２】この発明を実施するための形態を示す外枠容器がない状態の円柱体に成形されたＰＴＣ面状発熱体の外観斜視図である。
【図３】この発明を実施するための形態を示す外枠容器がない状態のＰＴＣ面状発熱体の平断面図である。
【図４】この発明を実施するための形態を示す外枠容器の斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、この発明をより具体的に説明する。
この発明のＰＴＣ面状発熱体成形用の組成物は、次のとおりである。
（イ）黒鉛。
（ロ）グラスウール又は／及びロックウール。
つまり、グラスウール単独を使用する場合、ロックウール単独を使用する場合、そしてグラスウールとロックウールを混合したものを使用する場合、の３通りの組合せがある。
（ハ）水。
（ニ）ポリアミド系樹脂。
これらの（イ）〜（ハ）を主成分として含有している。或いは、これらに加えて（ニ）を含む（イ）〜（ニ）を主成分として含有している。主成分とは、これを必須の成分として含んでおり、また、重量比で全体量の９０％以上を含んでいることである。
【００１６】
黒鉛については各種製法によるものでよいが、その平均粒径については１μｍ〜３０μｍの範囲であり、最も好ましいのは粒径が８μｍ〜９μｍである。平均粒径が１μｍ未満、あるいは３０μｍ超の場合には、黒鉛の分散の均一化と、導電性発熱が面状発熱体としては均一なものとなりにくい。また、ここで黒鉛には天然黒鉛の他に人造黒鉛も含まれる。人造黒鉛は天然黒鉛に比べて電気抵抗が小さく、叉強度も高い性質を有しているので、黒鉛として人造黒鉛を使用する場合には、ＰＴＣ面状発熱体の電力エネルギーコストを安価でき、叉ＰＴＣ面状発熱体の強度を高めることができる。
【００１７】
グラスウールは、短いガラス繊維でできた綿状の素材で、建築物の断熱材として用いられる他に、吸音材としても用いられ、耐火性にも優れているので、これを原料に含ませることで、ＰＴＣ面状発熱体の耐熱性を高めることができ、ＰＴＣ面状発熱体の設定温度を高めることができる。また、断熱性があるので、これを含むＰＴＣ面状発熱体も断熱性があり、省エネに優れている。
【００１８】
ロックウールは、玄武岩、鉄炉スラグなどに石灰などを混合し、高温で溶解し生成される人造鉱物繊維で、グラスウールと同様に建築物の断熱材として用いられる他に、吸音材としても用いられ、耐火性にも優れているので、これを原料に含ませることで、ＰＴＣ面状発熱体の耐熱性を高めることができ、ＰＴＣ面状発熱体の設定温度を高めることができる。また、断熱性があるので、これを含むＰＴＣ面状発熱体も断熱性があり、省エネに優れている。
【００１９】
この発明におけるＰＴＣ面状発熱体が成形用組成物において、その配合組成が重量比で、黒鉛が１の割合に対して、次の（ロ）及び（ハ）の場合と、（ロ）〜（ニ）の場合がある。
（ロ）グラスウール又は／及びロックウールが５％〜２５％、つまり、グラスウールが５％〜２５％の場合、ロックウールが５％〜２５％の場合、グラスウールとロックウールを混合したものが５％〜２５％の場合、の３通りで、このうち、好ましい割合としては、グラスウール又は／及びロックウールが１０％、つまり、グラスウールが１０％の場合、ロックウールが１０％の場合、グラスウールとロックウールを混合したものが１０％の場合である。
（ハ）水が５０％〜１００％、このうち、好ましい割合としては水が９０％である。
（ニ）ポリアミド系樹脂は、５〜４０％である。発熱体の温度を低く保つ場合、例えば３０℃に維持したい場合には使用量は例えば４０％位となって多くなる。逆に発熱体の温度を高く保つ場合、例えば７０℃に維持したい場合には使用量は例えば５％位となって少なくなる。ポリアミド系樹脂の使用量は発熱体の維持したい温度の高さに逆比例する。つまり、発熱体の維持したい温度が高くなると使用量が減り、温度が低くなると使用量が増える。
このポリアミド系樹脂としては、例えばポリエチレンビーズが使用され、或いは、特に発熱体の強度を高める必要がある場合にはポリアミド系樹脂保護材が使用される。
ポリアミド系樹脂保護材の成分割合は例えば次の通りである。
ポリアミド      １５％
エタノール      ４１％
メタノール      １５％
ｎプロパノール  ２０．５％
水                ８％
その他            ０．５％
上記のような配合割合とすることで、強度、耐熱性に優れ、より低い電力エネルギーでの発熱特性の優れたＰＴＣ面状発熱体を確実にしかも安定して得ることが可能になる。
【００２０】
この発明のＰＴＣ面状発熱体の成形のための組成物には、前記成分以外にも許容される範囲での着色剤、分散剤、粘結材、あるいは型枠からの離型を容易にする離型剤等が必要に応じて適宜配合される。ＰＴＣ面状発熱体は黒鉛により、一般的に黒色になるが、着色剤を入れることにより、種々の色をしたＰＴＣ面状発熱体を得ることができる。
【００２１】
次に、上記発明のＰＴＣ面状発熱体の成形について以下説明する。
図１〜図４はこの発明を実施するための形態に係り、図１は直方体に成形されたＰＴＣ面状発熱体の外観斜視図、図２は円柱体に成形されたＰＴＣ面状発熱体の外観斜視図、図３はＰＴＣ面状発熱体の平断面図、図４は外枠容器の斜視図である。
【００２２】
グラスウール又は／及びロックウールと使用する水の一部とを攪拌機に入れて攪拌し、その後に黒鉛、残りの水を攪拌機内に加えて攪拌する（実施例−１の場合）。また、ポリアミド系樹脂を含有する場合には、グラスウール又は／及びロックウールと使用する水の一部と、ポリアミド系樹脂とを攪拌機に入れて攪拌し、その後に黒鉛、残りの水を攪拌機内に加えて攪拌する（実施例−２の場合）。必要に応じて、着色剤、分散剤、粘結材、離型剤等を適宜加える。攪拌を行うことにより、各材料は均一に混ざり合い、発熱効果の偏りと強度のむらを防止できる。攪拌後のＰＴＣ面状発熱体の成形用組成物は粘土状になる。
【００２３】
粘土状となったＰＴＣ面状発熱体の成形用組成物を外枠容器４に流し込む。なお、使用される外枠容器４は側周面の例えば四側面と底面が金属製薄板で構成され上面が開放された例えば箱形の弁当型の形状をしている。外枠容器４の側面の一部には電極線３の挿通孔４１が形成されている。流し込む場合、弁当型の外枠容器４に半分程流し込み、プラス極とマイナス極を構成する２本の電極線３を入れると共に外枠容器４の挿通孔４１から外部に突出させて通電用端子部２とし、残りを流し込み、ＰＴＣ面状発熱体１の成形用組成物と一体化させる。外枠容器４のサイズが大きい場合には、プラス極とマイナス極を構成する電極線３及び通電用端子部２は複数本使用される。
【００２４】
この後、一定時間、乾燥させることにより、ＰＴＣ面状発熱体の成形用組成物は外枠容器４内で固まる。例えば電気炉などを使用する強制乾燥では１２時間程度の乾燥時間となる。また、自然乾燥では１０日〜１４日間程度の乾燥時間となる。強制乾燥より自然乾燥の方が強度のあるＰＴＣ面状発熱体１が得られる。固まった後は、外枠容器４と一体となった強度、耐熱性に優れたＰＴＣ面状発熱体１が得られる。
【００２５】
このようにして、造られるＰＴＣ面状発熱体１の使用例としては、建物の床暖房としては床下に配置され、結露防止としては壁に配置され、また、ビニールハウスの暖房に利用され、水槽内に入れて水槽の保温に利用され、さらに、浴槽内に入れて風呂湯の保温に利用される。
【実施例１】
【００２６】
グラスウール：１ｋｇと水：１リットルを攪拌機に入れて攪拌し、その後に平均粒径８．３２μｍの黒鉛：１０ｋｇ、残りの水：９リットルを攪拌機内に加えて３０分程度攪拌を行った。なお、黒鉛としては、次の表１に示すものを使用した。
【００２７】
【表１】
2011049162.tif 000003
【００２８】
攪拌後のＰＴＣ面状発熱体の成形用組成物をサイズが例えば２５０ｍｍ×３００ｍｍ×１２ｍｍの型枠内に半分程流し込み、プラス極とマイナス極を構成する２本の電極線を入れると共に成形用組成物の端部から外部に突出させて通電用端子部とし、残りを流し込んだ。電極線には直径２．５ｍｍの銅線を使用した。
【００２９】
この後、これを電気炉に入れ７０度程度の温度で１２時間位、強制乾燥させて固まらせた。型枠から取り出したＰＴＣ面状発熱体の表面温度（温度計１〜温度計５）について通電テストを行った。通電テストの結果を表２に示す。
【００３０】
【表２】
2011049162.tif 000004
【００３１】
上記の〔００２６〕の方法で造られた組成物と２本の電極線を直径２０ｍｍ×６００ｍｍの円筒形のステンレスパイプに充填しこのパイプを電気炉に入れ、７０度程度の温度で２０時間位強制乾燥して造られたＰＴＣ面状発熱体を内装したパイプ温度について通電テストを行った。電極線には直径２．５ｍｍの銅線を使用した。通電テストの結果を表３に示す。
【００３２】
【表３】
2011049162.tif 000005
【００３３】
上記の〔００２６〕の方法で造られた組成物と２本の電極線を直径２０ｍｍ×６００ｍｍの円筒形のステンレスパイプに充填しこのパイプを電気炉に入れ、７０度程度の温度で２０時間位強制乾燥して造られたＰＴＣ面状発熱体を、内装したパイプを水２リットルが入った直径４０ｍｍの筒内に挿入して、パイプ温度及び水温度について通電テストを行った。電極線には直径２．５ｍｍの銅線を使用した。通電テストの結果を表４に示す。
【００３４】
【表４】
2011049162.tif 000006
【００３５】
上記の〔００２６〕の方法で造られた組成物で、電気炉で７０度程度の温度で１２時間位強制乾燥して造られた角柱型試料（１０ｍｍ×１２ｍｍ×１００ｍｍ）を作製し、曲げ強さについて測定した。試験方法はＪＩＳ規格の７７２１に基づき、株式会社島津製作所（型式ＡＧ−２０００Ｄ）の機械を用いて行った。その結果、以下の結果を得た。試験日：平成２１年７月１日。試験場所：長崎県窯業技術センター（窯技第  平成２１−６６−２号）。
【００３６】
試料名−１＝１．６４ＭＰａ
試料名−２＝１．３５ＭＰａ
試料名−３＝１．５５ＭＰａ
試料名−４＝１．２９ＭＰａ
試料名−５＝１．１３ＭＰａ
（平均）＝１．３９ＭＰａ
【００３７】
上記の〔００２６〕の方法で造られた組成物で、電気炉で７０度程度の温度で１２時間位強制乾燥して造られた短円柱型試料（直径２０ｍｍ×１０ｍｍ）を作製し、遠赤外線放射率について測定した。試験方法は日本電子（株）製遠赤外線分光放射計（ＪＩＲ−Ｅ５００）を使用し、ヒーター温度６０℃にて測定を行った。測定には申請者が持ち込んだ試料の片面のみを研磨し平滑化したものを使用した。また、未研磨面を測定面とした。積分放射率は、波長範囲３．３３〜２５．４２μｍにて算出した。その結果、以下の結果を得た。試験日：平成２１年６月３日。試験場所：長崎県窯業技術センター（窯技第  平成２１−６６−３号）。
【００３８】
表面温度＝４８．８℃    積分放射率＝８８．４％
【実施例２】
【００３９】
グラスウール：１ｋｇと水：１リットル、及びポリアミド系樹脂保護材１８ｋｇ（ポリアミドは２．７ｋｇ（＝１８ｋｇ×１５％）含有）を攪拌機に入れて攪拌し、その後に平均粒径８．３２μｍの黒鉛：１０ｋｇ、残りの水：９リットルを攪拌機内に加えて３０分程度攪拌を行った。なお、黒鉛は前記の表１に示すものを使用した。また、ポリアミド系樹脂保護材は前記の（００１９）に示す成分割合を有するものを使用した。
【００４０】
攪拌後のＰＴＣ面状発熱体の成形用組成物をサイズが例えば２５０ｍｍ×３００ｍｍ×１２ｍｍの型枠内に半分程流し込み、プラス極とマイナス極を構成する２本の電極線を入れると共に成形用組成物の端部から外部に突出させて通電用端子部とし、残りを流し込んだ。電極線には直径２．５ｍｍの銅線を使用した。
【００４１】
この後、これを電気炉に入れ７０度程度の温度で１２時間位、強制乾燥させて固まらせた。型枠から取り出したＰＴＣ面状発熱体の表面温度（温度計１：測定箇所は１箇所としたのは殆ど温度差がなかったため）について通電テストを行った。通電テストの結果を表５に示す。
【００４２】
【表５】
2011049162.tif 000007
【００４３】
上記の〔００３９〕の方法で造られた組成物で、電気炉で７０度程度の温度で１２時間位強制乾燥して造られた角柱型試料（１０ｍｍ×１２ｍｍ×１００ｍｍ）を作製し、曲げ強さについて測定した。試験方法はＪＩＳ規格の７７２１に基づき、株式会社島津製作所（型式ＡＧ−２０００Ｄ）の機械を用いて行った。その結果、以下の結果を得た。試験日：平成２２年４月８日。試験場所：長崎県窯業技術センター。
【００４４】
試料名−１＝１．９ＭＰａ
試料名−２＝１．２ＭＰａ
試料名−３＝１．８ＭＰａ
試料名−４＝１．６ＭＰａ
試料名−５＝１．４ＭＰａ
試料名−６＝１．７ＭＰａ
試料名−７＝１．６ＭＰａ
試料名−８＝１．６ＭＰａ
試料名−９＝１．６ＭＰａ
試料名−10＝１．５ＭＰａ
（平均）＝１．６ＭＰａ
【００４５】
上記の〔００３９〕の方法で造られた組成物で、電気炉で７０度程度の温度で１２時間位強制乾燥して造られた短円柱型試料（直径２０ｍｍ×１０ｍｍ）を作製し、遠赤外線放射率について測定した。試験方法は日本電子（株）製遠赤外線分光放射計（ＪＩＲ−Ｅ５００）を使用し、ヒーター温度１００℃にて測定を行った。測定には申請者が持ち込んだ試料の片面のみを研磨し平滑化したものを使用した。また、未研磨面を測定面とした。積分放射率は、波長範囲３．３３〜２５．４２μｍにて算出した。その結果、以下の結果を得た。試験日：平成２２年４月８日。試験場所：長崎県窯業技術センター。
【００４６】
表面温度＝８７．９℃    積分放射率＝７７．９％
【符号の説明】
【００４７】
１    ＰＴＣ面状発熱体
２    通電用端子部
３    電極線
４    外枠容器
４１  挿通孔
【図１】
2011049162.tif 000008
【図２】
2011049162.tif 000009
【図３】
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【図４】
2011049162.tif 000011