JP2005116481A - 面状ヒーター - Google Patents

Abstract

【課題】発熱部全体の温度監視を可能にする手段を備えた面状ヒーターを提供すること。
【解決手段】 絶縁性の基材（２０１）に複数本の電極パターン（２０２）及び該電極パターン（２０２）を連通した導電性の発熱部（２０３）を印刷して成るヒーター本体（２）と、前記発熱部（２０３）を印刷したインクと同一素材のインクを用いて、絶縁性の基材（３０１）に任意のパターンのセンサー部（３０２）を印刷してなるセンサー本体（３）と、該センサー本体（３）における前記印刷面を被覆した絶縁性素材よりなる被覆部材（４）と、を具備して、前記ヒーター本体（２）における印刷面に前記センサー本体（３）の反印刷面を接着してなることを特徴としており、これにより、センサー部（３０２）を介して、発熱部（２０３）の全体の温度監視を可能とした。
【選択図】 図１

Description

本発明は面状ヒーターに係り、より詳しくは、ヒーター温度を監視可能なセンサー本体をヒーター本体に接着し、これによりヒーター本体の温度を監視してヒーターの異常発熱を防止可能とした面状ヒーターに関する。

従来から、床暖房等に用いるヒーターとして、「正極性のサーミスター特性」を備えた導電性インクを用いて、このインクによって発熱部を構成する電気式の面状ヒーターが提供されている。

ここで、この「正極性のサーミスター特性」とは、温度が上昇すると抵抗値が上昇し、一定の温度に達した後は消費電流及び温度が安定する特性をいい、一般的に「ＰＴＣ特性」といわれており、この特性を備えた物質を発熱部として用いたヒーターを「ＰＴＣヒーター」という。

そして、このＰＴＣヒーターにおいては、発熱部の温度が上昇すると抵抗値が上昇して、これにより発熱部を流れる電流が抑制されるとともに発熱部の温度上昇が緩やかになり、その後、発熱部の温度が一定の温度（これを一般的に「キュリーポイント」という。）に達した後は、消費電流及び発熱部の温度が安定していくものである（この領域を「安定領域」という。）。

ここで、このＰＴＣヒーターについて説明すると、図５は、従来のＰＴＣヒーター３１の基本的構成を説明するための平面図であり、この従来のＰＴＣヒーター３１では、絶縁性の基材３２上に複数本の電極パターン３３が印刷されるとともに、この電極パターン３３間には、前記ＰＴＣ特性を備えたインクにより、前記電極パターン３３を連通する配置で複数本の発熱パターン３４が印刷されている。そして、この構成において、前記電極パターン３３に電源を供給することにより、発熱パターン３４にジュール熱を発生させ、これによってヒーターとして機能させることを可能としている。

そしてこのとき、前述したように、ＰＴＣヒーターでは、発熱部の温度が「キュリーポイント」に達した後は、消費電流及び発熱部の温度が安定していくものであるために、「キュリーポイント」の温度を予め設定することで、発熱パターンの異常発熱を防止することが可能となる。

しかしながら、このＰＴＣ特性は人為的に製造されるものであり、具体的には、ＰＴＣ特性を備えた物資は、温度が上昇すると伸長するとともにこれを構成する素材の配合値を変えることによって伸長率を決定することが可能な絶縁体（「バインダー」）によって多数個の発熱体素材を繋ぐことにより構成されており、これにより、バインダーの温度が上昇するに従って各発熱体素材が離されていって抵抗値が上昇していき、発熱体の温度が予め設定した温度（「キュリーポイント」）に達した後は各発熱体素子間の通電が遮断されるものであるために、長期の使用によって前記特性が崩れてくる危険性をはらんでおり、ＰＴＣ特性が崩れた場合には、温度制御が不可能となり、火災等の恐れも考えられる。

そのため、ＰＴＣ特性を備えた素材により構成したヒーターにおいても、サーモスタット、ヒューズ等の安全装置は不可欠であり、及び、一般的にヒーターにおいては、発熱部の異常発熱を防止して火災等の事故を未然に防止するために、ヒューズ等の安全装置を備えることが不可欠である。

しかしながら、ヒューズやサーモスタットを備えた場合には、これらのヒューズ等を備えた箇所の温度監視は可能であるが、発熱部全体の温度監視を行うことは不可能である。即ち、面状ヒーターでは、発熱部全体の温度が上昇するために、一部分のみの温度監視を行っている場合において、当該箇所以外の部分で異常発熱が生じた場合には、これを感知することができないという問題点が考えられる。

また、ヒューズ等を備えた場合には、当該部分においてヒューズ分等の厚みが生じてしまうという問題点があり、更に、例えばヒューズの上に乗ってしまった場合にはヒューズの破損等のおそれが考えられ、これにより安全対策が不可能になってしまうという問題点が考えられる。

そこで、本発明は、発熱部全体の温度監視を可能にする手段を備えた面状ヒーターを提供することを課題としている。

本発明の面状ヒーターは、絶縁性の基材に複数本の電極パターン及び該電極パターンを連通した導電性の発熱部を印刷して成るヒーター本体と、
前記発熱部を印刷したインクと同一素材のインクを用いて、絶縁性の基材に任意のパターンのセンサー部を印刷してなるセンサー本体と、
該センサー本体における前記印刷面を被覆した絶縁性素材よりなる被覆部材と、を具備して、
前記ヒーター本体における印刷面に前記センサー本体の反印刷面を接着してなる、ことを特徴としている。

本発明の面状ヒーターでは、複数本の電極パターン及びこの電極パターンを連通した導電性の発熱部を有するヒーター本体と、このヒーター本体における発熱部を印刷したインクと同一素材のインクを用いて印刷形成したセンサー部を有するセンサー本体を備えているとともに、このセンサー本体を前記ヒーター本体に接着している。

そのために、発熱部の温度をセンサー部に伝えることができるとともに、センサー部は、発熱部を印刷したインクと同一素材のインクを用いて印刷しているため、センサー部には発熱部と同一の温度特性が出力される。従って、センサー部の温度を監視することにより、発熱部の温度監視を行うことができ、ヒューズ等を用いることなく発熱部の温度監視を行うことができるとともに、発熱部全体の温度監視を行うことが可能となる。

本発明の面状ヒーターでは、導電性インクを用いて絶縁性基材上に複数本の電極パターンを印刷するとともに、この電極パターン間には、ＰＴＣ特性を備えたインクを用いて、電極パターンを連通可能な配置で発熱部が印刷され、これによりヒーター本体が構成されている。

また、このヒーター本体には、前記発熱体を印刷したインクと同一素材のインクにより絶縁性基材上に任意のパターンのセンサー部が印刷されたセンサー本体が、前記ヒーター本体の印刷面にセンサー本体の反印刷面が密着加工されており、このセンサー本体の印刷面には、絶縁性の素材が被覆されている。

本発明の面状ヒーターの実施例について図面を参照して説明すると、図１は本実施例の面状ヒーターの構造を示す断面図であり、図において１が本実施例の面状ヒーターである。

そして、本実施例における面状ヒーター１は、発熱部を備えたヒーター本体２と、このヒーター本体２に密着加工されたセンサー本体３と、センサー本体３の表面を被覆した被覆部材４により構成されており、使用に際しては、コントローラーに接続され、このコントローラーを介して、ヒーター本体への電源の供給、及び、センサー本体３において監視している温度に基づいた供給電源に対する電圧制御が行なわれる。

ここで、図２は前記ヒーター本体２を示す平面図であり、本実施例における前記ヒーター本体２は、絶縁性のＰＥＴフィルムにより形成されるヒーター基材２０１を備えており、このヒーター基材２０１上には、導電性インクにより印刷した複数本の電極パターン２０２が形成されている。また、この複数本の電極パターン２０２を連通する配置で、前記ヒーター基材２０１には、ＰＴＣ特性を備えたインクにより、複数本の発熱部２０３が印刷により形成されている。そしてこの構成により、前記電極パターン２０２に電源を供給することにより、発熱部２０３にジュール熱を発生させ、これにより発熱部２０３をヒーターとして機能させることを可能としている。

次に、図３は、前記センサー本体３を示す平面図であり、本実施例において前記センサー本体３は、絶縁性の素材、具体的にはＰＥＴフィルムにより形成されるセンサー基材３０１を備えており、このセンサー基材３０１上に、前記発熱部２０３を形成したインクと同一素材のインクにより、任意のパターンのセンサー部３０２が印刷により形成されている。そして、このセンサー本体３は、その印刷面が上側になるようにして、即ち、非印刷面がヒーター本体２における印刷面に当接可能な配置で、前記ヒーター本体２に密着加工されている。

ここで、本実施例においては、前記センサー本体３を構成するセンサー基材３０１の形状寸法を前記ヒーター基材２０１とほぼ同一にするとともに、これをヒーター基材２０１に重ね合わせた際に前記発熱部２０３のほぼ全域と交叉可能となる配置で、略Ｕ字形状のパターンとしたセンサー部３０２を形成しており、これにより、発熱部２０３の全体の温度監視を可能としている。

次に、前記センサー本体３における印刷面には、前記ヒーター基材２０１及びセンサー基材３０１と同一の素材により形成した被覆材４が接着されており、これにより、センサー本体３におけるセンサー部３０２の絶縁を行っている。

次に、このように構成される本実施例の面状ヒーター１の作用について説明すると、図４は、本実施例の面状ヒーター１を使用する際の構成を示すブロック図であり、図において１が本実施例の面状ヒーターである。

また、図において５はコントローラーであり、本実施例の面状ヒーター１を使用する場合には、電極パターン２０２及びセンサー部３０２をコントローラー５に接続して、コントローラー５を介して電極パターン２０２に電源を供給して発熱部２０３の温度を上昇させるとともに、コントローラー５において前記センサー部３０２の温度監視を行い、センサー部３０２の温度が所定温度を超えた場合に、電極パターン３０２に供給する電源の電圧を調整する。

即ち、図４の構成において、電極パターン３０２に電源を供給すると、発熱部２０３にジュール熱が発生して、これによりヒーターとして機能しはじめる。

そして、本実施例においては、発熱部２０３をＰＴＣ特性を有するインクにより形成しているために、ＰＴＣの自己温度制御機能により、発熱部２０３は、温度上昇に伴って抵抗値が上がっていき、予め設定した所定温度に達すると、電極２０２間の通電が遮断されて電源が供給されず、従って発熱部２０３の温度が一定温度に安定する。

一方、このとき、本実施例では、センサー部３０２を、発熱部２０３を形成しているインクと同様の素材によるインクにより形成しており、これにより、センサー部３０２は発熱部２０３の温度特性と同様の温度特性を有することとなるため、センサー部３０２の温度を監視することにより発熱部２０３の温度を監視することが可能となる。従って、例えば、用いるインクにおける温度と抵抗値との関係を予めコントローラーに記憶させておき、センサー部３０２に微小電流を流すとともに、センサー部３０２に生じる抵抗値を測定することで、センサー部３０２の温度を知ることができ、これにより、発熱部２０３の温度をも知ることが可能となる。

そのため、発熱部２０３の温度が予め設定した温度を超えた場合に、発熱部２０３の異常発熱と判断し、電極パターン２０２に供給する電源の電圧を制御することにより、異常発熱による事故を未然に防止することが可能である。

そして、このとき、本実施例においては、発熱部２０３のほぼ全域と交叉可能な配置でセンサー部３０２を形成しているために、発熱部２０３の全域における温度監視を行うことが可能であり、より有効な安全対策を講じることが可能となる。

このように、本実施例の面状ヒーターにおいては、発熱部を形成しているインクと同様の特性を有するインクにより形成したセンサー部を具備したセンサー本体を用いて、このセンサー本体における非印刷面をヒーター本体における印刷面に密着させているため、発熱部の温度特性と同様の温度特性をセンサー部に発生させることができ、そのため、センサー部の温度に基づいて電極パターンに供給する電源の電圧を調整して発熱部の異常発熱による事故等を防止することが可能となる。

なお、センサー部３０２のパターンは特に限定はされず、発熱部全域の温度監視が可能なパターンであればいずれでもよい。

本発明では、サーモスタットやヒューズを用いることなく安全対策を講じることが可能であるために、発熱部を面状に発熱させるヒーター全般に適用可能である。

本発明の面状ヒーターの実施例の構造を示す断面図である。 本発明の面状ヒーターの実施例におけるヒーター本体を説明するための平面図である。 本発明の面状ヒーターの実施例におけるセンサー本体を説明するための平面図である。 本発明の面状ヒーターの実施例における作用を説明するためのブロック図である。 従来のＰＴＣヒーターを説明するための平面図である。

符号の説明

１ 面状ヒーター
２ ヒーター本体
２０１ ヒーター基材
２０２ 電極パターン
２０３ 発熱部
３ センサー本体
３０１ センサー基材
３０２ センサー部
４ 被覆材
５ コントローラー

Claims (2)

1. 絶縁性の基材（２０１）に複数本の電極パターン（２０２）及び該電極パターン（２０２）を連通した導電性の発熱部（２０３）を印刷して成るヒーター本体（２）と、
   前記発熱部（２０３）を印刷したインクと同一素材のインクを用いて、絶縁性の基材（３０１）に任意のパターンのセンサー部（３０２）を印刷してなるセンサー本体（３）と、
   該センサー本体（３）における前記印刷面を被覆した絶縁性素材よりなる被覆部材（４）と、を具備して、
   前記ヒーター本体（２）における印刷面に前記センサー本体（３）の反印刷面を接着してなる、ことを特徴とする面状ヒーター。
2. 前記発熱部（２０３）及びセンサー部（３０２）を印刷する導電性インクとして、正極性のサーミスター特性を備えたインクを用いたことを特徴とする請求項１に記載の面状ヒーター。
   

Images