(57)【要約】【課題】安全性の向上と低コスト化を図り、発熱体自体が、成型完成品となりうる強度と耐水性、さらに望ましくは不燃性を兼ね備え、室内での利用のみならず、従来の瓦や煉瓦、平板の型を利用した発熱体の屋外での利用の範囲を広げる。【解決手段】（Ａ）古紙細断パルプ材と、（Ｂ）黒鉛並びに（Ｃ）無機質硬化剤と、（Ｄ）水とを含むＰＴＣ面状発熱体成形用の組成物であって、（Ｃ）無機質硬化剤は、アルカリケイ酸塩を主成分としているＰＴＣ面状発熱体成形用組成物と、これを成形体としたＰＴＣ面状発熱体を提供する。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
（Ａ）古紙細断パルプ材と、（Ｂ）黒鉛並びに（Ｃ）無機質硬化剤と、（Ｄ）水とを含むＰＴＣ面状発熱体成形用の組成物であって、（Ｃ）無機質硬化剤は、アルカリケイ酸塩を主成分としていることを特徴とするＰＴＣ面状発熱体成形用組成物。
【請求項２】
その配合組成が、質量比として；
Ｂ／Ａ＝５〜３０、
Ｃ／Ａ＝５〜５０、
Ｄ／Ａ＝１０〜４０、
Ｃ／Ｂ＝０．２〜５
の範囲内であることを特徴とする請求項１に記載のＰＴＣ面状発熱体成形用組成物。
【請求項３】
（Ｃ）無機質硬化剤は、ケイ酸ナトリウムであって、水ガラス成分であることを特徴とする請求項１または２に記載のＰＴＣ面状発熱体成形用組成物。
【請求項４】
（Ｂ）黒鉛は、平均粒径が１０〜３０μｍの範囲内であることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載のＰＴＣ面状発熱体成形用組成物。
【請求項５】
請求項１から４のいずれかに記載の組成物において、水酸化アルミニウムを、アルカリケイ酸塩に対しての質量比０．２〜２の範囲内で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６】
請求項１から５のいずれかに記載の組成物からの成形体であって、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。
【請求項７】
請求項１から５のいずれかに記載の組成物を通電用端子部の配置のもとに圧縮成形することを特徴とするＰＴＣ面状発熱体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
ＰＴＣ面状発熱体とこれを成形するための組成物、ならびにこの組成物を用いてのＰＴＣ面状発熱体の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、さまざまな発熱体が開発され、ニクロム線や温水をめぐらすなどの配管・配線の設備を持つ発熱体に加え、ＰＴＣ（自己温度制御機能）を持つ面状発熱体が注目されている。しかしながら、従来のＰＴＣ面状発熱体の場合には、通常１００Ｖ２００Ｖの電力エネルギーにたよるため、運転コストはさほど下がらず、また、従来では、黒鉛と樹脂との組成物からの成形体が一般的であるため、樹脂の使用にともなう環境への負荷が大きく、しかも健康上の問題があり、さらには、安全面においての熱量のコントロールや発熱体自体の耐久面において課題が残っているのが実情であり、広く普及するに至っていない。
【０００３】
このような事情は、環境問題を考慮しての古紙リサイクル材を利用して発熱体とするとの提案（特許文献１）においても樹脂や塩化物硬化剤を用いている点において変わりはない。
【特許文献１】特許第３８２６１８０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
たとえば雪国において高齢化が進む中で、屋根の雪おろしや道路の公共機関等の融雪対策は、個々の家庭のみならず自治体への会計をも圧迫し、改善が必要不可欠な現状にあり、最優先の課題である。
【０００５】
たとえばこのような長年の課題を解決するために、通常の１００Ｖ２００Ｖの電力を必要とせずに、環境に大きな負荷をかけずに、微量なエネルギーを利用しての発熱体の開発は社会的に大きな課題となっている。そして具体的には、安全性の向上と低コスト化を図り、発熱体自体が、成型完成品となりうる強度と耐水性、さらに望ましくは不燃性を兼ね備え、室内での利用のみならず、従来の瓦や煉瓦、平板の型を利用した発熱体の屋外での利用の範囲を広げることが強く要請されている。
【０００６】
本発明は以上のとおりの課題を解決することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、上記の課題を解決するために以下の特徴を有している。
【０００８】
第１：（Ａ）古紙細断パルプ材と、（Ｂ）黒鉛並びに（Ｃ）無機質硬化剤と、（Ｄ）水とを含むＰＴＣ面状発熱体成形用の組成物であって、（Ｃ）無機質硬化剤は、アルカリケイ酸塩を主成分としていることを特徴とするＰＴＣ面状発熱体成形用組成物。
【０００９】
第２：その配合組成が、質量比として；
Ｂ／Ａ＝５〜３０、
Ｃ／Ａ＝５〜５０、
Ｄ／Ａ＝１０〜４０、
Ｃ／Ｂ＝０．２〜５
の範囲内であることを特徴とする上記のＰＴＣ面状発熱体成形用組成物。
【００１０】
第３：（Ｃ）無機質硬化剤は、ケイ酸ナトリウムであって、水ガラス成分であることを特徴とするＰＴＣ面状発熱体成形用組成物。
【００１１】
第４：（Ｂ）黒鉛は、平均粒径が１０〜３０μｍの範囲内であることを特徴とするＰＴＣ面状発熱体成形用組成物。
【００１２】
第５：上記いずれかの組成物において、水酸化アルミニウムを、アルカリケイ酸塩に対しての質量比０．２〜２の範囲内で含むことを特徴とするＰＴＣ面状発熱体成形用組成物。
【００１３】
第６：上記いずれかの組成物からの成形体であって、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。
【００１４】
第７：上記いずれかの組成物を通電用端子部の配置のもとに圧縮成形することを特徴とするＰＴＣ面状発熱体の製造方法。
【発明の効果】
【００１５】
以上のとおりの本発明によれば、次のような顕著な、従来技術からは予期することのできない効果が得られる。
【００１６】
（１）通常の１００Ｖ２００Ｖの電力を必要としない、より低い電力エネルギーでの発熱が可能とされる。
【００１７】
（２）樹脂成分を必要としていないため、その廃棄、再処理等のための環境負荷は軽減され、しかも発熱にともなう樹脂成分の飛散等による人体の健康への影響も小さなものとすることができる。
【００１８】
（３）無機質硬化剤は、水ガラス等として利用可能とされ、健康や環境への影響は小さなものとすることができる。
【００１９】
（４）発熱による劣化を抑えることができ、安全性が高まる。
【００２０】
（５）成形品としての強度、耐水性、さらには不燃性が得られ、屋内ばかりでなく、屋外での使用も可能とされる。
【００２１】
（６）古紙パルプ材を用いるのでリサイクル性を向上させ、市販の安価な原料使用で低コスト化が図られる。
【００２２】
（７）特に新しい工法に切り替えることなく、低電力の発熱機能をもたせた従来の型の瓦・平板等の材料を従来の工法のまま施工することにより、自然に発熱体を取り入れ、普及させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、本発明の実施の形態について説明する。
【００２４】
本発明のＰＴＣ面状発熱体成形用の組成物は、前記のとおり、
（Ａ）古紙細断パルプ材
（Ｂ）黒鉛
（Ｃ）無機質硬化剤（アルカリケイ酸塩）
（Ｄ）水
を主成分として含有している。「主成分」との用語は、必須の成分であること、そして、全体量の少くとも９０質量％、より好適には９５質量％以上であることを意味している。
【００２５】
ここで（Ａ）古紙細断パルプについては、新聞紙、雑誌、包装紙、電話帳、その他各種の形態の使用済みの紙もしくは紙製品の細断パルプ材である。この細断パルプ材は（Ｄ）水との混合において水に浸漬された状態で古紙の紙質が膨張した状態、あるいはその繊維質が解繊されて綿状になった繊維もしくは繊維凝集体であってよい。
（Ｂ）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１〜３００μｍの範囲、よりこのましくは５〜１００μｍ、さらには１０〜３０μｍの範囲内であるものとする。平均粒径が１μｍ未満、あるいは３００μｍ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。
【００２６】
また、（Ｃ）無機質硬化剤としてのアルカリケイ酸塩は、本発明において特徴的な必須の成分である。このアルカリケイ酸塩については、ナトリウムもしくはカリウムのケイ酸塩、あるいはその両者の混合であってもよい。より好適なものとしては、ケイ酸ナトリウムであって、Ｎａ2Ｏ・ｎＳｉＯ2（ｎ＝２〜４）として表わされるものが例示される。このものの濃厚水溶液は、「水ガラス」としてよく知られている（「化学大辞典」（株）東京化学同人、１９８９年）。本発明においては、アルカリケイ酸塩は、この「水ガラス」を構成する成分として配合されてもよいし、「水ガラス」として配合されてもよい。
【００２７】
本発明におけるＰＴＣ面状発熱体が成形用組成物においては、より実際上好ましくは、前記成分の混合比を特定範囲のものとする。すなわち、質量比として：
Ｂ／Ａ＝５〜３０、さらに好ましくは１０〜２０
Ｃ／Ａ＝５〜５０、さらに好ましくは１０〜４０
Ｄ／Ａ＝１０〜４０、さらに好ましくは１５〜３５
Ｃ／Ｂ＝０．２〜５、さらに好ましくは０．３〜３
である。このような配合比とすることで、強度、耐水性に優れ、より低い電力エネルギーでの発熱特性の良好なＰＴＣ面状発熱体より確実に、安定して得られることになる。
【００２８】
そしてまた、硬化性や不燃性を高めるためには、無機質、有機質の硬化助剤や難燃材をさらに配合してもよい。このようなものとしては、たとえば水酸化アルミニウムが好適な一例として挙げられる。この水酸化アルミニウムを配合する場合には、前記アルカリケイ酸塩に対しての質量比が０．２〜２の範囲内となるようにすることが好ましい。０．２未満の場合には、配合による効果は必ずしも顕著ではなく、また、２を超える場合には、発熱体の特性に好ましくない影響を及ぼしかねない。
【００２９】
本発明の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分散剤や粘結剤、賦形剤、あるいは離型剤等が配合されてもよい。
【００３０】
成形のための方法としては、一般的にはプレス圧縮成形法が考慮される。この際の収縮率としては、成形体の三次元の各々の次元において、たとえば８０〜９５％の範囲とすることが考慮される。
【００３１】
以下にたとえば成形の例について説明する。
【００３２】
図１〜図３は本発明実施の形態に係り、発熱レンガを成形例として示している。図１はその外観斜視図、図２はその中央部の横断図、図３はその電気配線図である。
【００３３】
本発明の成形には、樹脂類や溶剤は一切使用せず、前記のとおりの天然の繊維物質と導電性原料と水溶性の硬化液を同率で混合し、型に流し込み、一定圧でプレスし固める。
【００３４】
混合は、強制攪拌により各原料のパーコレーション（浸透）作用を促進させ、発熱効果の偏りと強度のむらを防止する。
【００３５】
たとえば、６時間後、脱型し、２４時間自然乾燥させる。２４時間経過後、通電テストを行う。
【００３６】
型に流し入れる途中で、両端に＋と−の電極線を入れ、発熱体と一体化させる。電極線は、１．６ｍｍの銅線を使用。
【００３７】
使用する電力は、たとえば、５ボルト・６アンペアを基本とする低電力であるため、発熱体および通電線や電極線に負荷をかける事無く、安全面での過熱への許容範囲を限定でき、ＰＴＣ特性とあわせて安全性のコントロールを可能とした。
【００３８】
使用する電源は、商用電力使用の場合、低電力への変圧器が必要となる。深夜電力による蓄熱システム利用には、さらに省エネ化を促進させる。
【００３９】
グリーン電力（ソーラー・風力及び混合のハイブリッド電源等）の利用の場合には、安定電力確保のための、蓄電装置と優先エネルギー選択の自動リレー装置を取りつけることとする。
【００４０】
そこで以下にさらに詳しく説明する。
【実施例】
【００４１】
黒鉛として次の表１
【００４２】
【表１】
2009099329.tif 000002
【００４３】
の特徴を有するものを用い、難燃性無機質硬化剤として、ケイ酸ナトリウムと水酸化アルミニウムとを、質量比５５％／４５％の混合物を水に溶解して用いた。溶解後の特徴は表２のとおりであった。
【００４４】
【表２】
2009099329.tif 000003
【００４５】
質量比として、
古紙細断パルプ材：１
黒鉛：１０
ケイ酸ナトリウム／水酸化アルミニウム：１５
水：１５
となる割合で、古紙細断パルプ材（繊維質）をまず水に混合し、次いで黒鉛並びにケイ酸ナトリウム／水酸化アルミニウムを混合して、その後、型枠内に入れてプレス圧縮成形した。この成形によって、図２に示した寸法の板状成形体とした。
【００４６】
この成形体について５Ｖ・６Ａで通電を行い、図４に示した態様に従って、３５分間の発熱状況を表面温度の変化として経過時間毎に測定した。その結果を示したものが表３である。
【００４７】
【表３】
2009099329.tif 000004
【００４８】
また、この成形体について、２４時間冷凍庫において−２５℃〜３０℃の雰囲気下に保存した後に、発熱状況を観察した。その結果、表３と同様の結果が得られた。
【００４９】
そしてまた、成形体を３Ｌの水道水（水温２８．３℃）中に浸漬した状態で、水中での発熱状況を測定した。その結果を示したものが表４である。
【００５０】
【表４】
2009099329.tif 000005
【００５１】
上記の成形体と同様の組成、成形方法にて円柱体（直径４５×１００ｍｍ）を作製し、吸水率、圧縮強度、せん断強度について測定した。その結果、以下の結果が得られた。
【００５２】
１）吸水率：５４．１％
試験方法：笠井著「コンクリートの試験方法  下」に準拠する。
【００５３】
1)乾燥１０５℃・２４ｈｒ、次いで水中浸漬２０℃・２４ｈｒ後に各々質量を測定する。
【００５４】
2)吸水率は、飽水質量から乾燥質量を引き、乾燥質量で除して求める。
【００５５】
２）圧縮強度：１．３６Ｎ／ｍｍ2
試験方法：ＪＩＳ  Ａ  １１０８：２００６「コンクリートの圧縮強度試験方法」に準拠する。
【００５６】
1)供試体の上下面を研磨して試験を行う。
【００５７】
2)圧縮強度は、最大荷重を断面積で除して求める。
【００５８】
３）せん断強度：０．１４９Ｎ／ｍｍ2
試験方法：笠井著「コンクリートの試験方法  下」に準拠する。
【００５９】
1)二面せん断試験とし、加圧上板２０ｍｍ、下板２０＋２ｍｍの空間を設けて行う。
【００６０】
2)せん断強度は、最大荷重を断面積×２で除して求める。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】発熱体の例を示した外観斜視図であ。
【図２】図１に対応する断面図である。
【図３】配線状態を例示した概要図である。
【図４】通電発熱の試験について例示した写真図である。
【図１】
2009099329.tif 000006
【図２】
2009099329.tif 000007
【図３】
2009099329.tif 000008
【図４】
2009099329.tif 000009