JP5452149B2 - 面状発熱体及びこれを用いた暖房パネル - Google Patents

Description

本発明は、基材にＰＴＣヒータを取り付けることで構成された面状発熱体及びこれを用いた暖房パネルに関するものである。

従来から、パネル状の暖房装置の熱源として用いられる面状発熱体が知られている（例えば、特許文献１参照）。この種の面状発熱体は、木質基板や鋼板等からなる基材にＰＴＣ（Positive Temperature Coefficient）ヒータによる発熱部を有する発熱シートを重合させ、この発熱シート全面に亘って（あるいは、基材全面に亘って）塗布された接着剤などによってこれらを貼り合わせて構成される。

この発熱シートは、ポリエステルフィルムなどのフィルム上に導電性銀ポリマー等からなる電極が櫛刃状となるように印刷形成され、この櫛刃状の電極上で且つフィルムの略全面に亘るようにＰＴＣ特性を有する発熱素体が印刷形成され、その上からさらにフィルムがラミネートされて全体が構成されている。

特開２００８−１０３２３３号公報

ところで、この面状発熱体は、フィルム全面に亘ってＰＴＣヒータが印刷されて、非印刷領域は部分的にしか存在せず、その上、フィルムと発熱シートとは略全面に亘って強固に接着されている。そして、発熱シートはフィルムを主体としているのに対し、基材は木質材や鋼材を主体としているため、両者は材質が異なり、線膨張率が相違する。なおこの場合の線膨張率は、基材とフィルムとで比較すると、フィルムのほうが基材よりも大きい。

このため、上記のような面状発熱体を発熱させた場合には、基材よりも発熱シートのほうが伸びが大きくなる。このとき、フィルム全面に亘って略隙間なくＰＴＣヒータが印刷されていると共にフィルムと発熱シートとは略全面に亘って強固に接着されているため、基材よりも発熱シートが大きく伸びても、その余剰分の伸びを逃がすことができない。この結果、面状発熱体を発熱させると、反り（具体的には基材が凹となるような反り）が発生してしまうという問題があった。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、基材と発熱シートとを重合させた面状発熱体を発熱させても、反りを緩和することができる面状発熱体を提供することにある。

上記課題を解決するために本発明の面状発熱体は以下の構成とする。

すなわち、本発明の面状発熱体は、ＰＴＣヒータ４による発熱部５を有する発熱シート１と、該発熱シート１に重合された基材２とを備えている。前記発熱部５は互いに離間するよう隣接配置された複数の発熱セル１４を有している。発熱シート１と基材２とは、発熱セル１４の部分で接着され且つ前記離間した領域が非接着とされている。

ＰＴＣヒータ４を発熱させ発熱部５が発熱すると、発熱部５と基材２とが共に膨張する。このとき、発熱部５と基材２とは線膨張率が異なるため、基材２の伸びと発熱部５の伸びとに差が生じるが、発熱部５の発熱セル１４の間の非接着とされた部分によって、その伸びの差が吸収される。この結果、発熱シート１と基材２との線膨張率の違いにより発生する反りを緩和することができる。

また、本発明の面状発熱体は、発熱部５が、複数の発熱セル１４が集合してなる発熱セル集合領域３を複数有しており、該発熱セル集合領域３は相互に間隔をあけて並設され、前記発熱セル集合領域３間の離間した部分が非接着とされていることが好ましい。

ＰＴＣヒータ４を発熱させると発熱部５が膨張し、発熱部５と基材２とに伸びの差が生ずるが、発熱セル集合領域３の間の非接着とされた部分によってもその伸びの差が吸収される。この結果、発熱シート１と基材２との線膨張率の違いにより発生する反りをより一層緩和することができる。

また、請求項３に係る暖房パネルは、本発明の面状発熱体Ａを備え、基材２が表面側に位置するように構成されたことを特徴とする。

このような構成によれば、発熱シート１と基材２との線膨張率の違いにより発生する反りを抑制した面状発熱体Ａを備えた暖房パネルを提供することができる。

本願発明によれば、基材と発熱シートとを重合させた面状発熱体を発熱させても、反りを緩和することができる。

本発明の一実施形態の概略平面図である。 同条の発熱シートを説明するための概略平面図であり（ａ）はＰＥＴフィルム上に電極を印刷形成した図であり（ｂ）は発熱セルを印刷形成した図である。 同上の面状発熱体を分解した図を示し（ａ）は発熱シートの平面図を示し（ｂ）は基材の平面図を示している。 図１におけるＢ−Ｂ断面図であり（ａ）は加熱をＯＦＦにして発熱シートの温度が約２０℃となった状態を示し、（ｂ）は加熱をＯＮにして発熱シート４の温度が約６０℃となった状態を示している。 本実施形態の面状発熱体の使用例を説明するための側断面図である。

以下、本発明について添付図面に基づいて説明する。

図１には本発明の一実施形態に係る面状発熱体Ａが示されており、図５には本実施形態の面状発熱体Ａが組み込まれた使用例が示されている。

本実施形態の面状発熱体Ａは、壁パネルや天井パネルなどの建築用パネルに組み込まれて輻射暖房パネルとして使用される。

本実施形態の面状発熱体Ａは、図１及び図４に示されるように、ＰＴＣヒータ４による発熱部５を有する発熱シート１と、該発熱シート１に重合された基材２とを備えている。

基材２は、厚みが０．５ｍｍの鋼板で形成されており、この鋼板の表面には塗装がなされている。本実施形態の基材２２は、表面が発熱面２１とされており、裏面に発熱シート１が重ね合わされる。基材２と発熱シート１とは重合された上で接着されており、後で詳述するが、発熱部５の部分で接着され且つそれ以外の部分では接着されていない。

発熱シート１は、図２に示されるように、矩形状のＰＥＴ（Polyethylene Terephthalate）フィルム１３上に、一対の主電極１１と該主電極１１から分岐された枝電極１２とを印刷形成し、その枝電極１２間を架設するように複数の発熱セル１４を印刷形成し、その後前記ＰＥＴフィルム１３と同形同大のＰＥＴフィルム１３にて覆い、ラミネートして全体が構成されている。

主電極１１は、導電性銀ポリマー等からなる電極が発熱シート１のＰＥＴフィルム１３の長手方向の両側に沿うように印刷形成されて成る。この主電極１１から対向する主電極１１に向けて複数の枝電極１２が形成されている。各枝電極１２は、それぞれが略平行に形成され、発熱シート１の短手方向の辺と略平行になっており、主電極１１と略直角となるように形成されている。なお、この枝電極１２の対向する主電極１１に向けて延出した先端は、この対向する主電極１１とは接触していない。

図２（ｂ）に示されるように、略平行に形成された枝電極１２間にスリットのような間隔を介して複数の発熱セル１４が印刷形成されている。この発熱セル１４は、枝電極１２の延出方向に互いに離間するよう隣接配置されており、枝電極１２間を電気的に接続する。この発熱セル１４はＰＴＣ特性を有しており、温度上昇に伴って抵抗値を上昇させ、所定の温度に到達すると抵抗値を急激に増加させるような抵抗温度特性を有している。各発熱セル１４は、平面視矩形状に形成されると共に厚さが２５μｍ程度で形成されており、主電極１１に電圧が印加されると、これら各発熱セル１４が発熱するようになっている。

このような発熱セル１４が並設配置され集合した領域が、発熱セル集合領域３となっており、この発熱セル集合領域３は、発熱シート１の長手方向に相互に間隔をあけて複数並設されている。なお、この発熱セル集合領域３間の間隔は、枝電極１２同士が短絡しない程度の間隔が必要であり、互いに離間するよう隣接配置された発熱セル１４間の間隔よりも広くなっている。

この状態のまま、主電極１１，枝電極１２，複数の発熱セル１４を覆うようにしてＰＥＴフィルム１３をラミネートする。その後、この主電極１１を覆う部分における一部のフィルム１３を部分的に取り除き、露出した部分の主電極に給電用の配線７を溶接して接続する（図３（ａ））。

なお、発熱シート１の厚さは全体として０．２ｍｍ程度となっており、基材２に接着される側のＰＥＴフィルム１３は１２５μｍであり、その反対側のＰＥＴフィルム１３は５０μｍとなっている。

このような構成の発熱シート１は、基材２に両面テープＴを介して接着されている。本実施形態は、図３（ｂ）に示されるように、基材２に両面テープＴを配設したうえで、該基材２と発熱シート１とが貼り合わされている。特に、発熱シート１と基材２とは、発熱セル１４の部分で接着されると共に、発熱セル１４間の離間した領域が非接着とされており、しかも発熱セル集合領域３間の離間した部分も非接着とされている。すなわち、本実施形態の発熱シート１と基材２とは、発熱セル１４の部分でのみ接着されており、その他の部分においては接着されていない。

このような構成の本実施形態の面状発熱体Ａにおいて、主電極１１に電圧を印加してＰＴＣヒータ４を発熱させると、発熱部５が発熱し、面状発熱体Ａの温度が上昇すると、発熱部５と基材２が共に膨張する。このとき、発熱部５と基材２とは線膨張率が異なるため、基材２の伸びと発熱部５の伸びとに差が生じるが、図４（ｂ）に示されるように、発熱部５の発熱セル１４の間の非接着とされた部分が基材２とは反対側に折れ曲がる（屈曲する）ことによって、その伸びの差が吸収される。この結果、面状発熱体Ａの短手方向に生じる反りを緩和することができる。なお、図４（ａ）は、ＰＴＣヒータ４が約２０℃の場合を示し、図４（ｂ）はＰＴＣヒータ４が約６０℃の状態を示している。

さらに、発熱シート１の長手方向において、発熱部５と基材２とに伸びの差が生じても、発熱セル集合領域３の間の非接着とされた部分が発熱セル１４間と同様に湾曲することによって、その伸びの差が吸収される。この結果、面状発熱体Ａの長手方向においても反りを緩和することができる。

また、発熱セル１４間の離間した領域は接着されていないため、発熱シート１全面に亘って基材２と接着されたものと比べて接着面積を減少させることができる。つまり、発熱シート１と基材２との接着面では、発熱シート１の伸びと基材２の伸びとが異なるため、熱応力が生じるが、接着面積が減少したことにより、発熱シート１全体にかかる熱応力を減少させることができ、接着面にて生じる剥離を防止することができる。そのうえ、両面テープＴの使用量を減らすことができる。

なお、本実施形態における接着面は両面テープＴによって接着する例で説明したが、本発明は、接着剤により接着するものであってもよく、特に限定されない。また、本実施形態の発熱シート１はＰＥＴフィルム１３同士をラミネートして構成した例で説明したが、本発明の発熱シート１はこの構成に限定されない。さらに、本実施形態の基材２の材質は鋼板で構成されていたが、本発明の基材２は、木質板により構成されていてもよく、特に限定されない。

また、本実施形態の基材２はその表面が発熱面２１となるような構成となっていたが、本発明はその構成に限定されない。つまり、基材２を木質板で構成し、発熱シート１の基材２が設けられた側とは反対側の面を発熱面として利用してもよい。

本実施形態の面状発熱体Ａは、壁パネルや天井パネルのような建築用パネルに組み込まれて暖房パネルとして使用される。以下、図５に示される使用例に基づいて説明する。

本使用例の暖房パネルは、本実施形態の面状発熱体Ａの基材２を表面側に位置させて構成されている。本実施形態の面状発熱体Ａの基材２の外周縁に枠材６０を配設し、枠材６０に囲まれた部分に断熱材６１を配設し、この断熱材を覆うようにして裏面材６２を配設して構成されている。

この枠材６０は、断面矩形状の厚みが１２ｍｍの合板で構成されており、基材２の発熱シート１が接着された側に該基材２の外縁を囲うようにして固着されている。この枠材６０の基材２に対する固着は、接着剤やねじや釘などの固着部材など公知の固着方法が適宜用いられる。断熱材６１は厚さが１０ｍｍの軟質ウレタンにより構成されている。また裏面材６２は厚さが０．１ｍｍの紙が用いられている。

面状発熱体Ａの主電極に接続された給電用の配線７は、裏面材に配線取り出し用の孔を穿設し、この孔から該配線７を取り出して、コンセント等の家庭用給電部に接続される。

以上、本実施形態の使用例を説明したが、本発明の面状発熱体Ａは上記使用例に限らず、壁や天井に直接組み込まれて輻射暖房装置として使用されたり、床材に組み込まれて使用されたりしてもよい。

１ 発熱シート
１１ 主電極
１２ 枝電極
１３ ＰＥＴフィルム
１４ 発熱セル
２ 基材
２１ 発熱面
３ 発熱セル集合領域
４ ＰＴＣヒータ
５ 発熱部
６０ 枠材
６１ 断熱材
６２ 裏面材
７ 配線
Ａ 面状発熱体

Claims (3)

1. ＰＴＣヒータによる発熱部を有する発熱シートと、該発熱シートに重合された基材とを備え、前記発熱部は互いに離間するよう隣接配置された複数の発熱セルを有し、発熱シートと基材とは、発熱セルの部分で接着され且つ前記離間した領域が非接着とされていることを特徴とする面状発熱体。
2. 前記発熱部は、複数の発熱セルが集合してなる発熱セル集合領域を複数有しており、該発熱セル集合領域は相互に間隔をあけて並設され、前記発熱セル集合領域間の離間した部分が非接着とされている請求項１記載の面状発熱体。
3. 請求項１又は請求項２に記載の面状発熱体を備え、前記基材が表面側に位置するように構成されたことを特徴とする暖房パネル。
   

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