JP2002367758A - 面状発熱体とその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】面状発熱ヒーターＨのコンブ状に変形すること
を防止し、箇所を限定することなく配線できる面状発熱
体を提供する。 【解決手段】 弾性材料からなる面状発熱部の両縁に沿
って配置された２本の電極線２を設けた面状発熱体３に
おいて、前記電極線２に並行するように面状発熱体３の
側部に金属板を設けて補強すると共に、この金属板と前
記電極線２とを電気的に接続して補助電極７とした面状
発熱体。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば床暖房装置
等に使用する電気加熱式の面状発熱ヒーターの構造とそ
の製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】床暖房装置のように広い面積を暖房する
発熱体として面状発熱ヒーターを使用しているが、この
面状発熱ヒーターとしては熱媒体加熱式と電気加熱式と
がある。

【０００３】熱媒体加熱式のものは、床板の下方に敷設
した断熱シートに発熱パターンの溝を形成し、この溝内
に小径のパイプを埋め込み、これに温水あるいは他の熱
媒体を供給するように構成したものであるが、ボイラ等
の付帯設備が必要である上に、これの寿命が約６〜８年
程度と短かい。その上、パイプの一端よりボイラで加熱
した高温の熱媒体を供給し、パイプ内を移動中に放熱し
て低温になった熱媒体を排出し、これをボイラに循環さ
せるものであるから、温度ムラを発生し易いという問題
がある。

【０００４】一方、電気加熱式の場合は所定の温度に正
確に加熱制御できる上に、その寿命が熱媒体加熱式に比
較して遙に長く、多くの場合、建物と同程度の寿命があ
ることか多い。

【０００５】電気加熱式の面状発熱ヒーターの主なもの
としては、次のものがある。

【０００６】Ａ）ポリピロピレン、ポリエチレン、ポリ
ブテン等の熱可塑性樹脂にカーボン微粉末、特にハーネ
スブラック等の導電性材料を添加した導電性を付与した
樹脂からなるペレットを原料としてこれを押出装置でシ
ート状に成形し、このシートが軟化状態にある間に、そ
の両縁部に電極線を配置して埋込んだもの。

【０００７】Ｂ）延伸して強度を増した熱可塑性樹脂フ
イルムからなる絶縁シートの表面に導電性塗料層を形成
し、その両縁部に電極線を接着固定したもの。

【０００８】Ｃ）延伸して強度を増した熱可塑性樹脂フ
イルムの表面に金属箔を積層し、この金属箔を発熱パタ
ーン形状にエッチング処理したもの。

【０００９】Ｄ）合成樹脂の発泡体等の絶縁シート、あ
るいはマットの表面に溝を形成し、この溝内に絶縁した
ニクロム線を配置したもの。

【００１０】Ａ）の導電性樹脂成形型は、導電性熱可塑
性樹脂をシート状に成形した面状発熱体を使用し、これ
を絶縁性シートからなるカバー内に密封した面状発熱ヒ
ーターとしては、ミサト株式会社（埼玉県幸手市）製の
“プラヒート”（商標）が最も多く使用されている。

【００１１】この面状発熱ヒーターは、熱可塑性樹脂か
らなる導電性ペレットを、成形装置に供給して図６−Ａ
に示すようにチューブ１として押出し、これと同時にチ
ューブ１の直径方向に図６−Ｂに示すように２本の電極
線２を送出しながら、このチューブ１が軟化状態にある
間に、このチューブ１を押圧ロールで偏平に押圧して図
６−Ｃに示すように１枚の帯状の発熱体３として完成し
たものであり、その両側には電極線２が長手方向に配置
されている。なお、片側の電極線２の部分を図７−Ａ、
Ｂに拡大して示している。

【００１２】この発熱体３の寸法は厚さｔが約１ｍｍ程
度であり、これを厚さ１ｍｍのポリエチレンシートのカ
バー４（図１）内に挿入して水密にシールして面状ヒー
ターＨを構成しており、この面状ヒーターＨの全体の厚
さは約３ｍｍ程度、幅は２４０ｍｍ、長さは２５００ｍ
ｍ程度の帯状のものであり、標準の消費電力は３００Ｗ
のものである。

【００１３】前記のように、この面状発熱体３は導電性
樹脂をチューブ状に押出成形し、その直後にこれを押圧
ロールで押圧して偏平にしたものであるが、その際、成
形したチューブ１の円周の半分の幅（原幅：第１の幅）
に比較して、押圧して偏平にする工程の加熱状態にある
発熱シート３の幅（縮小した幅：第２の幅）は、この発
熱シート３の引取速度や成形時の温度、冷却速度にも関
係するが、かなりの割合で縮小し、この発熱シート３が
常温に冷却されて発熱体となった状態においては、第１
の幅に対して約２５〜３５％も縮小している。

【００１４】図８は、本発明者が最近開発した面状発熱
ヒーターに使用する、導電性樹脂成形型の発熱体の製造
方法を示すもので、図８−Ａに示すように２つの並行す
る口金より２枚の導電性樹脂シート１ａ、１ｂを押出
し、それらのシート１ａ、１ｂの間の両側部に電極線２
を供給し、シートが軟化状態にある間に押圧ロールで押
圧接着して面状の発熱体３の両側に、電極線２をシート
の組織中に一体として埋め込んだものである。

【００１５】この発熱体３の製造方法によると、シート
１ａ、１ｂの厚さを任意に調節し、例えば一方を厚く、
他方を薄くすることができるので、使用目的に合わせた
性能の良い面状ヒーターＨとすることができる点で優れ
ている。

【００１６】Ｂ）の導電性塗料型の面状発熱体は、押出
したポリエステルシートを約４倍程度に延伸して分子配
向によって強度を上昇させたフイルムの表面にカーボン
微粉末を添加した導電性塗料を塗布して発熱層を形成し
たものである。

【００１７】従って、この製造工程にはシート全体が高
温の加熱処理はされていない。なお、この面状発熱体の
場合もシートの両縁部に電極線が配置されている。

【００１８】Ｃ）のエッチング型の面状発熱体は、Ｂの
場合と同様に延伸した合成樹脂フイルムを基体として、
銅箔やアルミ箔を積層・接着し、銅箔等をエッチング処
理して発熱パターンを形成したものである。この製造工
程においてもフイルムを高温の熱処理することはない。
また、この面状発熱体は発熱パターンによって電極線が
フイルムの両縁部に並行して配置される場合があるが、
多くの場合はこのような構造を採用していない。

【００１９】Ｄ）のニクロム線配置型の面状発熱体は、
前記Ａ〜Ｃとは全く異なって合成樹脂発泡シートに溝を
形成し、この溝内にニクロム線を嵌入したものである
が、これらは一体になっておらず、単に嵌合されている
だけである。また、この形式の発熱体の場合はシートの
両縁部に並行して電極線が配置されている場合はない。

【００２０】

【発明が解決すべき課題】前記４種類の面状発熱体にお
けるＢ及びＣの構造のものは、延伸した合成樹脂フイル
ムあるいはシートを基材として使用し、その表面に発熱
パターンを形成したものであるので、このフイルムが軟
化あるいは溶融するような高温加熱加工はしていないの
で、比較的設計通りの特性を持つものか得られる上に、
外観が波打つような変形をすることは少ない。

【００２１】また、Ｄの構造のものは絶縁シートとして
合成樹脂発泡シート等の厚手のシートを使用し、これの
表面に溝を形成してその中にニクロム線を配置したもの
である。従って、合成樹脂発泡シートが波打つように変
形するという問題はない。

【００２２】一方、Ａの導電性樹脂を押出成形して製造
した面状発熱体（シート）は、図６に示すように導電性
合成樹脂を押出機よりチューブ状に押出す工程、二本の
電極線をシートの所定の位置に配置しながら、これを偏
平に押圧して一枚の発熱シートに圧着形成する工程によ
って製造するものである。

【００２３】従って、前段は導電性合成樹脂を溶融状態
に保持し、また、後段は合成樹脂を軟化状態に保持し、
この工程に引続いて冷却する必要がある。

【００２４】図１に示すように導電性合成樹脂をチュー
ブ状に成形し、これが軟化状態にある間にチューブを二
つ折りの偏平にしたシートの幅と、このシートを冷却し
た後のシーの幅との間には前記のように２５〜３５％の
大きな開きがある。

【００２５】つまり、シートを成形し、これが軟化状態
にある合成樹脂チューブを２つ折りに畳んだ場合のシー
トの幅と、このシートを常温に冷却して得られた面状発
熱体の幅との間には、前記のように大きな開きがあり、
大きく収縮するものである。 （面状発熱体の内部応力）チューブ１は熱可塑性合成樹
脂を原料とするものであり、一方、２本の電極線２は細
い銅線を使用して編組した金属線であることから、当
然、両者の間には熱膨張による長さの変化に大きな差が
ある。

【００２６】従って、軟化状態にあるチューブ状のシー
トから、偏平なシートに平坦化した場合の幅の変化、つ
まり面状発熱体自体は大きく収縮するのに対して、二本
の金属線からなる電極線の長さは余り変化しない。この
ような状況を考慮すると、面状発熱体の発熱部と電極線
の間には、熱膨張による大きな差があることが理解でき
る。

【００２７】従って、面状発熱体の内部構造には、熱膨
張に伴って発生する内部応力、つまり、プレストレスト
コンクリートの内部に発生する「プレストレス」に相当
するような「内部応力」を保持していることになる。

【００２８】前記のように面状発熱体が、押出し成形工
程により面状発熱体から面状ヒーターとなった段階、あ
るいは面状発熱体が当初は平坦な帯状のものであって
も、これが加熱された場合に、大きく伸縮するのが、内
蔵されている電極線はそれ程伸縮しないので、両者の間
には異なる応力が発生する。（面状発熱体による面状ヒ
ーターの変形）前記のような理由で、発熱体の両側に配
置されている電極線によって発熱部は引張られ、面発熱
体は全体としてバイメタル的な応力の発生により大きく
変形することになる。

【００２９】前記のようにして製造された面状発熱体３
は、カバー４内に収容して密封して面状ヒーターＨとな
るが、この状態、あるいは面状発熱体３が発熱する過程
において、図９に示すように、あたかもコンブのように
ヒラヒラと変形をする。なお、この変形は、面状発熱体
３に通電し、これが所定の温度に加熱されとシート自体
が軟化するので緩和されるケースが多い。 （面状ヒーターの配線工事）暖房する部屋の床面に、複
数枚の面状ヒーターＨを配置し、このヒーターＨの端部
より引出されているリード線と電源コードと接続するの
が一般的であるが、この位置より引出されているリード
線と連結するよりも、この面状ヒーターＨの中間部分か
らリード線を引出す方が電気回路上、便利な場合があ
る。

【００３０】また、面状発熱体３の電極線２はリード線
を介してカバー４の外側に引出されており、これを配線
と連結するわけであるが、面状ヒーターＨの敷設状態、
あるいは床面の使用状態（大きな重量物を載せたり、床
面に振動を与えたりする）によっては、電極線とリード
線との接続部分が断線することがある。

【００３１】このような場合に、後付的に電極線にリー
ド線を接続することが必要となるが、従来の面状ヒータ
ーにおいては、このようなリード線を後付け的に接続し
て配線をすることはできなかったのである。 （最近の床構造）床暖房がそれほど普及していない時代
の床板は、重量物を載せても問題がない程度に分厚い板
材を使用しており、従って、これの上を歩行したり、か
なり重量のもの家具等を載せても、構造上も騒音上も何
ら問題はなかった。

【００３２】しかし、最近は、床板はかなり薄く、華奢
なものになっており、場合によっては騒音の伝達を防止
する意味で、裏面にクッション材を貼付けたものもあ
る。従って、この床板は木板としての感覚よりも、硬め
のクッション材のような、柔らかく、歩行音を消すよう
な感覚のものが多くなっている。

【００３３】このような条件下においては、床板の下側
に配置される面状ヒーターの平坦性は重要であり、も
し、平坦でない場合には床板がしっかり下部構造に支持
されていないような感じとなり、歩行した際に違和感が
あったり、微妙な音が発生することすらある。

【００３４】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
の本発明に係る面状発熱体は、次のように構成されてい
る。

【００３５】１）弾性材料からなる面状発熱部の両縁に
沿って配置された２本の電極線を設けた面状発熱体にお
いて、前記電極線に並行するように面状発熱部の側部外
表面に金属板を設けて補強すると共に、この金属板と前
記電極線とを電気的に接続して補助電極としたことを特
徴としている。

【００３６】２）前記２本の電極線は、細い金属線を編
組した金属紐状物であって、その組織内に前記面状発熱
部の側部に設けた金属板から延長した爪体を貫通させて
電気的に接続したことを特徴としている。

【００３７】３）前記金属板は、金属テープで構成さ
れ、面状発熱部の側部外表面の少なくとも片面に並行し
て一体的に固定されていることを特徴としている。

【００３８】４）前記金属板は断面がＵ字形に形成され
て面状発熱部の側部外表面を３面から覆うように固定さ
れていることを特徴としている。

【００３９】５）前記金属板は、弾性材料からなる面状
発熱部と接触する面に爪体が突出されており、この爪体
を前記２本の電極線に突入させて電気的な接合させ、か
つ面状発熱部を補強することを特徴としている。

【００４０】６）また、本発明に係る面状発熱体の製造
方法は次のように構成されている。

【００４１】導電性合成樹脂を溶融して押出してシート
を形成する工程と、このシートが軟化状態の間に、この
シートの両側縁に沿って電極線を配置する工程と、前記
シートで挟持された電極線をシート内に埋込んで面状発
熱体を形成する工程と、この押出されたシートか冷却さ
れる前の熱膨張している状態で、このシートの両側縁の
外表面に、金属板からなる補助電極を電極線と電気的に
接続するように固定することを特徴としている。

【００４２】本発明は、面状発熱体の側部に、テープ状
の金属板を固定し、この金属板で面状発熱体の両縁部を
補強することによって、面状発熱体が波打つように変形
することを防止じている。

【００４３】また、この金属板と面状発熱体の電極線と
を電気的に接続して補助電極とすることによって、この
補助電極の任意の場所にリード線を連結して配線するこ
とができるので、例えば後付け的に任意の配線をするこ
とができる。また、電極線とリード線との接続が断線し
たした場合、１枚の面状発熱体の電気回路を修理するだ
けで簡単に修理し、通電することができるので、配線作
業が極めて容易となる。

【００４４】

【発明の実施の形態】次に、図面を参照して本発明の実
施の形態を説明する。

【００４５】図１は、本発明に係る面状発熱体の一部を
切開した平面図であり、面状発熱体３とこれを収容して
いるカバー４自体の構造は従来のヒーターと同じであ
る。

【００４６】シート状の面状発熱体３の両側には、金属
板で構成した補助電極７が設けてある。

【００４７】この補助電極７は、面状発熱体３の側部の
表裏面と側面との３面を覆うように断面をＵ字形に形成
した金属板、好ましくはハンダ付ができる銅板や銅を主
成分とする合金を使用し、図２、３に示すように電極線
２と電気的に接続できるような箇所を三角形に打抜いて
複数の爪体８を突出形成している。

【００４８】また、補助電極７と接続する部材としてこ
の補助電極７と挟持状態か螺合状態等で接続できるよう
な機能を持つ金具を使用できる場合は、補助電極にアル
ミ板を使用することも可能である。

【００４９】図３（Ａ）は補助電極の正面図、（Ｂ）は
同平面図をそれぞれ示しており、側面視でＵ字形の補助
電極７の空間部Ｎに爪体８が上下片７ａ、７ｂよりプレ
ス加工により突出して形成されている。

【００５０】この爪体８は、図２のように面状発熱体３
の側部に固定した状態においては、編組線からなる電極
線２の組織内に突入、あるいは貫通して電気的に接合状
態となり、特に、この爪体８が十分に長い場合には対向
する片に開けた孔に貫通してこの孔の外側で曲げられて
上下片７ａ、７ｂが開かないように確実に固定されるよ
うになっている。

【００５１】図４（Ａ）は、別の形式の補助電極７Ａを
示す側面図であって、この補助電極７Ａには上下片の所
定の箇所に貫通する小孔が設けてあり、（Ｂ）に示すよ
うに頭部９に多数の針状の爪体１０を突設した止金具１
１を使用して面状発熱体３の側部に、前記爪体１０を突
刺し、電極線２ａ、２ｂを貫通して下側の片まで突出さ
せ、下片の表面で曲げて固定したものである。

【００５２】前記のように補助電極７Ａを取付ける前か
ら断面をＵ字形に賦形しておくと、面状発熱シート３に
簡単に固定することができい場合があるので、面状発熱
シート３を挟み込み、押圧することで爪体８を面状発熱
体３の側部に刺し込み、電極線２に突入させることがで
きるようにＶ形に先端が開いたものを準備しておくと良
い。

【００５３】図５は各種の補助電極を示すもので、図
（Ａ）はＬ型に形成した金属板にプレス加工により三角
形の爪体１０とこれを受入れる孔１０ａを対向して開口
したものを示している。また、爪体１０としては、１０
ｂのように丸棒型、あるいは１０ｃのように三角錐型等
があり、この形状については製作性、コスト面、取付性
等の要素を考慮して決定する必要がある。

【００５４】図５（Ｂ）は、補助電極７Ｃの一方の上片
に、三角形の爪体１０ｄを一体的に形成し、下片側に前
記爪体１０ｄを嵌入させる孔１０ｅを対向して開口し、
更にこの下片に曲げ部１０ｆを筋状に形成したものであ
る。この曲げ部１０ｆを発熱体３の下面側に食い込むま
せ、また、上片に設けた爪体１０ｄは発熱シート３の上
面から電極線２を貫通して前記孔１０ｅより下片の外側
まで突出させ、これを曲げることで確実に固定するよう
にしたものである。

【００５５】図５（Ｃ）は、補強型の補助電極７Ｄを示
すもので、金属板に波形の筋部１０ｇを形成し、更に止
め具１０ｈを貫通させる孔１０ｉを開口したものであ
る。

【００５６】この補助電極７〜７Ｄは、面状発熱体３の
成形工程において、この発熱体３が冷却しない成形時に
温度よりやや低下した温度を保持している間に固定する
ことによって、この発熱体３が熱膨張している状態で固
定することができ、この発熱体３の加熱状態と、非加熱
状態の中間の温度において発熱体３と電極線２と、補助
電極７〜７Ｄとが確実に一体化されることになり、常温
における発熱体３の平坦性を保持することができる。

【００５７】なお、説明していないが、この補助電極７
〜７Ｄを発熱体３の側縁部に固定する方法は、この発熱
体３の成形工程において、自動的に固定することで、正
確に固定することができるが、場合によっては手作業に
よって固定することもある。

【００５８】また、補助電極７〜７Ｄを連続的なものと
して説明したが、発熱体３の最も変形し易い箇所を選ん
で、短いものを固定しても十分、本発明の目的を達成す
ることができるものである。

【００５９】

【発明の効果】本発明に係る面状発熱体は、弾性材料か
らなる面状発熱部の両縁に沿って配置された２本の電極
線とからなる面状発熱体において、前記電極線に並行す
るように面状発熱部の側部外表面に金属板を積層して補
強すると共に、この金属板と前記電極線とを電気的に接
続して補助電極としたことを特徴としており、次の効果
を奏することがてきる。

【００６０】面状発熱体３の両側縁に、補助電極７を固
定することによって、この発熱体３は補強され、コンブ
状ないし波打変形を防止できる。

【００６１】この波打ち変形は、床暖房装置を設置する
際に床仕上げ材の間に、僅かではあるが空間を形成す
る。その結果、床暖房装置の仕上がりに微妙な悪影響を
与え、床板の下方側の支持が不安定で、不快な床音を発
生したり、床がポコポコとした違和感を与えるが、本発
明によれば、このような欠点を回避することができる。

【００６２】また、本発明に係る面状発熱体をカバー内
に入れて密封して面状ヒーターは、通常の床暖房装置、
あるいは加熱装置に組み込まれて使用されるが、面状発
熱体の側縁部に設けた補助電極と、カバーに孔をあけて
挿入したリード線と接続することによって、面状発熱体
に規定以外の箇所から通電できる。

【００６３】また、この面状ヒーターの使用状態や床構
造によっては、面状ヒーターの電気回路が切断される場
合があるが、このような場合に前記補助電極を利用して
簡単に結線して回路を修復することが可能であり、従っ
て、この面状ヒーターの配線や回路の修理が容易ともな
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態に係る面状ヒーターを一部
切開して示す平面図である。

【図２】補助電極を設けた面状発熱体の要部を断面して
示す斜視図である。

【図３】（Ａ）は補助電極の正面図、（Ｂ）は同平面図
である。

【図４】（Ａ）は別の補助電極の正面図、（Ｂ）は止金
具の平面図である。

【図５】（Ａ、Ｂ、Ｃ）は、他の形式の補助電極の斜視
図をそれぞれ示している。

【図６】（Ａ、Ｂ及びＣ）は、面状発熱体の製造工程の
一例を示す説明図である。

【図７】（Ａ）は面発熱体の断面拡大図、（Ｂ）は同平
面図である。

【図８】（Ａ、Ｂ）は、別の面状発熱体の製造工程の説
明図である。

【図９】発熱ヒーターがコンブのように変形している状
態の説明図である。

【符号の説明】

１ チューブ １ａ、１ｂ 導電性樹脂シート ２ 電極線 ３ 面状発熱体 ４ カバー ７ 補助電極 ７ａ 止片 ７ｂ 下片 ８
爪体 ９ 頭部 １０ 針体 １１ 止金具

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 3K034 AA10 AA15 BA13 BB08 BB13 CA02 CA18 CA28 HA04 HA10 JA01 JA09 3K092 PP05 PP20 QA05 QB17 QB31 QC02 RF02 RF13 RF30 VV26 VV31 3L072 AA01 AB03 AC02 AD14 AD17

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 弾性材料からなる面状発熱部の両縁に沿
   って配置された２本の電極線とからなる面状発熱体にお
   いて、前記電極線に並行するように面状発熱部の側部外
   表面に金属板を積層して補強すると共に、この金属板と
   前記電極線とを電気的に接続して補助電極とした面状発
   熱体。
2. 【請求項２】 前記２本の電極線は、細い金属線を編組
   した金属紐状物であって、その組織内に前記面状発熱部
   の側部に設けた金属板から延長した爪体を貫通させて電
   気的に接続したことを特徴とする請求項１記載の面状発
   熱体。
3. 【請求項３】 前記金属板は、金属テープで構成され、
   面状発熱部の側部外表面の少なくとも片面に並行して一
   体的に固定されていることを特徴とする請求項１記載の
   面状発熱体。
4. 【請求項４】 前記金属板は断面がＵ字形に形成されて
   面状発熱部の側部外表面を３面から覆うように固定され
   ていることを特徴とする請求項１記載の面状発熱体。
5. 【請求項５】 前記金属板は、弾性材料からなる面状発
   熱部と接触する面に爪体が突出されており、この爪体を
   前記２本の電極線に突入させて電気的な接合させ、かつ
   面状発熱部を補強することを特徴とする請求項１記載の
   面状発熱体。
6. 【請求項６】 導電性合成樹脂を溶融して押出してシー
   トを形成する工程と、このシートが軟化状態の間に、こ
   のシートの両側縁に沿って電極線を配置する工程と、前
   記シートで挟持された電極線をシート内に埋込んで面状
   発熱体を形成する工程と、この押出されたシートか冷却
   される前の熱膨張している状態で、このシートの両側縁
   の外表面に、金属板からなる補助電極を前記電極線と電
   気的に接合するように固定することを特徴とする面状発
   熱体の製造方法。