JP2013206690A - Planar heating element and planar heating element system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、面状発熱体および面状発熱体システムに関する。 The present invention relates to a planar heating element and a planar heating element system.
浴室や洗面所では、鏡を見ようとした時に、曇って見えなくなってしまうことが良くある。このような曇りを防止(防曇)するために、従来から種々の試みがなされている。 In bathrooms and washrooms, when you try to see a mirror, it often becomes cloudy and invisible. Various attempts have been made to prevent such fogging (antifogging).
例えば特許文献1には、防曇に用いる面状発熱体の技術が開示されている。図13(a)は、この面状発熱体を示す断面図である。基板101の上に抵抗体膜から成る発熱体102、配線103設けられている。これら3つの要素によりヒータユニット104が形成される。ヒータユニット104は2枚の防水シート105で挟まれており、周囲に形成されたヒートシール106によって封止されている。配線103が設けられた側の防水シート105には穴107が形成されている。防水シート105上には、穴107に連通する穴を有するキャップ108が設けられている。さらに、この穴107を通して給電線109が配設されている。給電線109は配線103に接続される。また給電線109は防水被覆110によって被覆されている。キャップ108と防水シート105の接続部、および給電線109とキャップ108の接続部は接着剤111によって封止されている。以上のような構成とすることにより、発熱体102を含むヒータユニット104は液密に保持される。このため面状発熱体に水が掛かってもヒータユニット104が水に触れることがない。以上の構成により、水の多い環境にあっても安定な動作が確保される。
For example,
図13(b)はヒータユニット104の構成を示す平面図である。配線103は2つに分かれており、それぞれが櫛歯状に形成されている。この櫛歯の間にストライプ状に発熱体102が形成されている。配線103に電圧を印加し発熱体102に電流を流すことにより、発熱体102が発熱する。以上のような構成とすることにより、面状発熱体は面内一様に発熱する。このため本技術による面状発熱体を鏡の裏面に密着させれば、均一で効率の良い防曇が可能になる。
FIG. 13B is a plan view showing the configuration of the
また特許文献2には特許文献1の防水シートに代えて、防水性、防湿性、耐熱性、耐薬品性を有する多層フィルムを用いて、ヒータユニットをラミネートすることにより、耐薬品性も向上させた面状発熱体の技術が開示されている。
Further, in
また、特許文献3には特許文献1と同様の構造において、発熱体として、PTC発熱体(Positive Temperature Coefficient発熱体)を用いる構成が示されている。PTC発熱体は正の抵抗温度係数を有する物質であり、所定の温度に達すると急激に抵抗が上昇する。このため、低温では電流が流れて発熱し、所定温度まで温度が上昇すると、電流が流れなくなって発熱が止まるように動作する。この動作により温度を一定に保つことができる。
特許文献1、2の第1の問題点は、水蒸気による腐食の虞があることである。これらの構成では、シール材等で接続部を封止しているが、水蒸気はわずかな隙間でも浸入するため、水蒸気を完全にシャットアウトすることは困難である。そして、一旦水蒸気が浸入すると、密閉構造に阻まれて水分は外部に放出され難い。このため時間の経過とともに配線や発熱体が腐食される虞がある。なお特許文献3においては接続部の詳細は明らかにされていないが、図面を参照すると、同様な構造を想定しているものと推測される。
The 1st problem of
また第2の問題点はコストが高いことである。従来の技術では、電力を供給するための導線を、防水機能を有するシートの穴を介してヒータユニットに接続している。そして接続部はシール材などで封止されている。このような封止構造を形成するためには、専用の部材が必要であり、加工の手間も必要となる。 The second problem is high cost. In the conventional technique, a conductive wire for supplying electric power is connected to the heater unit through a hole in a sheet having a waterproof function. The connecting portion is sealed with a sealing material or the like. In order to form such a sealing structure, a dedicated member is required, and processing work is also required.
本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであり、水蒸気が浸入してもこれを排除でき、かつ安価な、面状発熱体を提供することを目的としている。 The present invention has been made in view of such problems, and an object of the present invention is to provide an inexpensive planar heating element that can eliminate water vapor even if it enters.
上記目的を達成するため、本発明の面状発熱体では、絶縁性かつ不透水性の基板上に、発熱抵抗体と配線と受電コイルとが電気的に接続された回路部、を有し、前記回路部を取り囲んでシール部が設けられ、前記回路部を覆って透湿防水シートが設けられ、前記基板と前記透湿防水シートと前記シール部によって、前記回路部が液密に封止されている。 In order to achieve the above object, the planar heating element of the present invention has a circuit part in which a heating resistor, a wiring, and a power receiving coil are electrically connected on an insulating and water-impermeable substrate, A seal portion is provided to surround the circuit portion, a moisture-permeable waterproof sheet is provided to cover the circuit portion, and the circuit portion is liquid-tightly sealed by the substrate, the moisture-permeable waterproof sheet, and the seal portion. ing.
本発明によれば、水蒸気が浸入してもこれを排除でき、かつ安価な、面状発熱体を構成することができる。 According to the present invention, even if water vapor permeates, it can be eliminated and an inexpensive sheet heating element can be configured.
次に、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
(第1の実施形態)
図1は、本発明の第1の実施形態による面状発熱体1を示す一部破断平面図である。
Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
(First embodiment)
FIG. 1 is a partially broken plan view showing a
不透水性で絶縁性の基板1の上に、PTC発熱体2がストライプ状に設けられている。ここで、PTC発熱体2のPTCとはPositive Temperature Coefficientの略であり、正の抵抗温度係数を持つ物質のことである。PTC発熱体2では所定の温度以上では急激に抵抗が増大し電流が流れにくくなる。このため、電圧を印加し続けても、所定温度で発熱が止まる。この作用によりPTC発熱体2は、自身を所定温度に保つように動作する。
A
PTC発熱体2は基板1の面上に、概ね均等に並ぶように配置される。基板1の外周近傍には2つの配線3が設けられている。PTC発熱体2は配線3に対して並列に接続される。その上には電力を受け取るための受電コイル4が、PCT発熱体2および配線3と絶縁された状態で設置されている。受電コイル4の端子と配線3の端子とはリード線5によって電気的に接続される。以降、PTC発熱体2、配線3、受電コイル4、リード線5で構成される回路を内部回路と呼ぶこととする。
The
内部回路を覆うように、透湿防水シート6が設けられる。透湿防水シート6は基板1の外周近傍に設けられた不透水性のシール材7によって、基板1に接着される。シール材7は内部回路全てを取り囲むように基板1の外周部に設けられる。したがって、内部回路は、基板1、透湿防水シート6、およびシール材7によって、外界に対して液密に封止される。このように、本発明では内部回路と外部回路とを接続する引き出し配線が無いため、透湿防水シート6や基板1およびシール材7に引き出し配線用の開口部が存在しない。なお基板1と透湿防水シートとがヒートシールを適用可能な材料である場合には、シール材7を用いずにヒートシールによって封止を行っても良い。
A moisture permeable
また基板1上には、面状発熱体の受電状況や動作状況を表示するインジケータ8を内部回路構成要素として設けても良い。この場合、インジケータ8は配線3と接続される。
On the
なお図1では、受電コイル4は基板1の鉛直方向に回転軸を有するドーナッツ型に描いているが、例えば、これと垂直な向きでコアを有するようなカプラタイプのものであっても良い。どのようなコイルとするかは給電側の仕様に合わせて決定され、種々の形体をとり得るものである。
In FIG. 1, the
図2は図1のA−A‘における断面図である。図2に示すように、基板1上に配置された内部回路は、基板1とシール材7および透湿防水シート6によって液密に封止される。以上のように、本実施の形態による面状発熱体では、外部に引き出される配線が存在しない。このため透湿防水シート6や基板1、シール部7に穴が存在せず、水に対する封止が容易であり、信頼性も高い。さらに穴あけや、配線の位置合わせ、穴の周囲の防水などの加工が不要であり、部材や加工の手間を従来よりも大幅に削減することができる。
FIG. 2 is a cross-sectional view taken along the line A-A ′ of FIG. As shown in FIG. 2, the internal circuit disposed on the
次に本実施の形態における面状発熱体の製造方法について説明する。図3は本実施の形態における面状発熱体の製造方法を示す断面図である。まず図3(a)のように、基板1の上にPCT発熱体2のパターンを形成する。基板は不透水性かつ絶縁性で、耐熱性(例えば100℃程度)を有するものを用いる。例えば、PET、ポリイミド、ABS、ポリカーボネイトなどの樹脂を用いることができる。また熱伝導性が高いことが望ましいため、熱伝導性を高めたポリフェニレンサルファイドやポリブチレンテレフタレート、あるいは前記の樹脂に熱伝導性を付与したものが好適である。PCT発熱体2はスクリーン印刷等を用いて原料のペーストを塗布し、硬化して形成する。PTC発熱体2の材料としてはカーボン粒子を樹脂中に分散させたものや、グラフトカーボンを用いたものが好適である。またニッケル合金などの金属微粒子を樹脂中に分散させたものを用いても良い。
Next, a method for manufacturing the planar heating element in the present embodiment will be described. FIG. 3 is a cross-sectional view showing a method for manufacturing a planar heating element in the present embodiment. First, as shown in FIG. 3A, a pattern of a
次に図3(b)のように配線3のパターンを形成する。パターンの形成は、スクリーン印刷などによって原料となるペーストを塗布する。次いで熱硬化などによって硬化する。配線3の材料としては、低抵抗であることが望ましく、Ag、Cu、Snやこれらの合金などの微粒子をバインダーで固化したものが好適である。
Next, a pattern of
次に図3(c)のように接着剤、粘着テープなどを用いて受電コイル4を設置する。また、リード線5を用いて、受電コイル4の端子を半田付けなどによって配線3と接続する。受電コイル4は巻き線コイルであり、端子以外は絶縁性のパッケージに収納されていることが望ましい。また受電コイル4の仕様は送電側との整合を取って決められる。なお、図示はしていないが、配線の接続部は、エポキシやシリコーンなどの防水樹脂によって封止されることが望ましい。
Next, as shown in FIG. 3C, the
次に図3(d)のように、接着剤、粘着テープなどによってインジケータ8を設置し、半田付け、ワイヤボンディングなどによって配線3と接続する。
Next, as shown in FIG. 3D, the
次に図3(e)のように、ディスペンスなどによってシール材7のパターンを形成する。シール材7は防水性の樹脂であり、エポキシ、シリコーン、ウレタン、ポリエステルなど種々の樹脂を用いることができる。
Next, as shown in FIG. 3E, a pattern of the sealing
次に図3(f)のように透湿防水シート6を貼着する。次いでシール材7を硬化させ、面状発熱体1が完成する。透湿防水シート6は水蒸気を通し、水は通さない性質を持ったシートである。アパレル用や建材用に種々のものが販売されているが、本発明にもこれらのものが適用できる。代表的なものに高密度ポリエチレン不織布やポリエステル不織布がある。なお透湿防水シート6が基板1に対してヒートシール可能なものであれば、シール材7を用いず、ヒートシールで透湿防水シート6と基板1を接着しても良い。
Next, a moisture permeable
次に本実施の形態の面状発熱体の動作について説明する。まず受電コイル4が電力を受け取る。すると2つの配線3の間に電位差が発生する。そしてPTC発熱体2に電流が流れ発熱する。PTC発熱体2は面内ほぼ均等に分布しているので、基板1の温度も面内一様に上昇する。さらにPTC発熱体2の温度が上昇し所定温度になると、PTC発熱体2の抵抗が急激に増大し、発熱が止まる。このため面状発熱体は、温度を一定に保つように動作する。
Next, the operation of the planar heating element of the present embodiment will be described. First, the
ここで、面状発熱体が浴室や洗面所など水気が多く、多湿となりやすい環境に置かれた場合を考える。まず水が掛かった場合を考えると、面状発熱体は液密に封止されているため、内部に水が浸入することはない。次に多湿な環境に置かれた場合を考える。透湿防水シート6は水蒸気を通すため、外気の湿度上昇に伴って面状発熱体内部の湿度も上昇する。この状態で受電コイル4に電力を供給すると、PTC発熱体2が発熱する。すると面状発熱体内部の温度が上昇し、内部に入った水分は蒸発して外界に放出される。また、PTC発熱体2の温度上昇に伴い、基板1の温度も上昇する。このため、基板1の外側の面には曇りや結露が生じない。このようにして、多湿な環境に置かれても、本発明の面状発熱体は、表面に曇りや結露を生じることが無い。さらに面状発熱体の内部は乾燥した状態に保たれる。
Here, let us consider a case where the planar heating element is placed in an environment where there is a lot of moisture such as a bathroom or a washroom and is likely to be humid. Considering the case where water is first applied, the planar heating element is sealed in a liquid-tight manner, so that water does not enter inside. Next, consider the case of being placed in a humid environment. Since the moisture permeable
次に、シールの一部に欠陥が生じ、面状発熱体内部に水分が入ってしまった場合を考える。この場合も前記と同様な作用により、面状発熱体内部の水分は水蒸気となって外部に放散される。 Next, a case where a defect occurs in a part of the seal and moisture enters the planar heating element will be considered. Also in this case, due to the same action as described above, the moisture inside the planar heating element becomes water vapor and is diffused to the outside.
以上のような動作により、PTC発熱体2や配線3などの構成要素には、水分の作用による腐食が生じない。さらに、シールに欠陥が生じたとしても、水分が排除され腐食は生じない。こうして面状発熱体の性能は、多湿な環境にあっても維持されることとなる。
By the above operation, the components such as the
なお、基板1として鏡を用いた場合は、面状発熱体自体が防曇鏡となる。また基板1は絶縁性、不透水性、耐熱性を有していれば良いため、本実施の形態の技術は、タイルや、壁紙などにも適用できる。
(第2の実施形態)
図4は本発明第2の実施の形態を示す平面図である。本実施の形態では、2つの配線3を櫛歯形状とし、互いに対向させている。そしてPTC発熱体2はこれらの配線間を連結するように、ストライプ状に形成されている。本実施の形態では第1の実施の形態よりも、発熱箇所が細かく分割されているため面状発熱体温度の面内均一性が向上する。
(第3の実施形態)
図5は本発明の第3の実施形態を示す断面図である。本実施の形態は、面状発熱体に加えて、電力を供給する電力ユニット9を備えた面状発熱体システムである。電力ユニット9は、電源回路10と、送電コイル11と、給電線12を備えている。ここでは面状発熱体システムが壁13に設置された例を示している。面状発熱体は支持部材14によって壁13に取付けられている。なお壁13はワイヤレス給電を行うために、絶縁体でなければならない。
In addition, when a mirror is used as the
(Second Embodiment)
FIG. 4 is a plan view showing a second embodiment of the present invention. In the present embodiment, the two
(Third embodiment)
FIG. 5 is a sectional view showing a third embodiment of the present invention. The present embodiment is a planar heating element system including a
図5のように、電力ユニット9と面状発熱体は壁13を挟んで対向して設置される。また送電コイル11と受電コイル4とは位置を合わせて設置する必要がある。電磁誘導方式で送電する場合、周波数は10kHz〜1MHzが好適である。このとき伝送距離は数cm程度となるため、壁13はこれより薄いことが望ましい。
As shown in FIG. 5, the
図6は本実施の形態による面状発熱体システムの等価回路である。まず送電コイル11によって発生した磁力線15が壁13を透過する。磁力線15は周期的に変動し、その変動により受電コイル4に誘導電流が発生する。こうして、面状発熱体に電力が供給される。なお面状発熱体を受信した電力よりも低い周波数で、面状発熱体を動作させるために、受電コイル4と配線3の間に周波数変換回路を設けても良い。
(第4の実施形態)
図7は本発明第4の実施の形態を示す断面図である。本実施の形態では、受電コイル4に接続された共振回路16と、電源回路11に接続された共振回路16が設けられている。この構成により、送電回路と受電回路が共振するようになっており、送受電は磁気共鳴方式によって行われる。周波数は数十kHz〜数百MHzが好適である。磁気共鳴方式では、伝送距離が長いため、電磁誘導方式の場合よりも厚い壁に対しても、面状発熱体システムが構築できる。また第3の実施の形態と同様、周波数変換回路を設けても良い。
(第5の実施の形態)
図8は第5の実施の形態を示す断面図である。本実施の形態では第4または第5の実施の形態の面状発熱体システムにおいて、面状発熱体に接して防曇対象物17を配置している。防曇対象物17は支持部材14によって壁に取付けられている。防曇対象物17は基板1に密着していることが望ましい。そのため、図8の例では接着層18を設けている。面状発熱体の熱を効率良く伝えるため、接着層18は熱伝導性の高い材質のものが望ましい。例えば熱伝導性の両面テープなどが好適である。なお壁13や支持部材14を用いて、密着構造が取れる場合には接着層18は必須ではない。防曇対象物17としては鏡、タイル、壁紙、写真、絵画など様々なものを用いることができる。鏡に適用した場合が、防曇鏡である。
(第6の実施の形態)
図9は本発明第6の実施の形態を示す斜視図である。本実施の形体は実施の形態5で説明した面状発熱体システムにおける支持部材14の形状に関する。支持部材14は側面に通気口19を設けている。これは面状発熱体が動作したときに、放出される水蒸気を外界に逃がす役割を果たす。また、支持部材14の下部に排水口20を設けても良い。これは支持部材14の内部に水が溜まるのを防ぐ役割を果たす。なお排水口20は常時開口している必要はないので、通常はふたをしておく構造としても良い。
(第7の実施の形態)
図10は本発明第7の実施の形態を示す断面図である。本実施の形態では、第6の実施の形態の支持部材14の通気口19に、シール材7を介して透湿防水シート6が貼付されている。この構造とすることにより、通気口19からの水の浸入が防止される。同時に通気口19から外界への水蒸気放出が可能となる。
(第8の実施の形態)
図11は第8の実施の形態を示す断面図である。本実施の形態では、面状発熱体の外皮となる透湿防水シート6の一端を、図11(a)のように、余白6‘として基板1の外側まで延伸している。そして、この面状発熱体を支持部材14に取付けるときに、余白6’を、図11(b)のように支持部材14と防曇対象部17との間に挟み込む。このようにすると基板1と透水防湿シート6との接着面から水や、洗剤などが浸入し難くなり、面状発熱体の耐久性が一段と向上する。
(第9の実施の形態)
図12は本発明第9の実施の形態を示す一部破断平面図である。本実施の形態では受電コイル4と配線3の間に、湿度センサ/スイッチ21を備えている。湿度センサ/スイッチは、湿度センサの測定結果に応じて、回路をオン/オフする機能を有する。例えば湿度50%でオン、30%でオフとなるように設定しておけば、面状発熱体内部は常に湿度50%以下に保たれる。また湿度が30%未満の場合は電力を消費しないので、電力が節約される。また、湿度センサ/スイッチ21や電源回路10にマイコンを組み込んでおいて、湿度センサ/スイッチ21がオフの場合は、電源回路10がスリープモードになるように設定しておけば、さらに消費電力が節約される。本実施の形態は、実施の形態1〜9、すべてに適用可能である。
FIG. 6 is an equivalent circuit of the planar heating element system according to the present embodiment. First, the magnetic lines 15 generated by the power transmission coil 11 pass through the
(Fourth embodiment)
FIG. 7 is a cross-sectional view showing a fourth embodiment of the present invention. In the present embodiment, a resonance circuit 16 connected to the
(Fifth embodiment)
FIG. 8 is a sectional view showing a fifth embodiment. In the present embodiment, in the planar heating element system of the fourth or fifth embodiment, the
(Sixth embodiment)
FIG. 9 is a perspective view showing a sixth embodiment of the present invention. The present embodiment relates to the shape of the
(Seventh embodiment)
FIG. 10 is a sectional view showing a seventh embodiment of the present invention. In the present embodiment, the moisture permeable
(Eighth embodiment)
FIG. 11 is a cross-sectional view showing an eighth embodiment. In the present embodiment, one end of the moisture permeable
(Ninth embodiment)
FIG. 12 is a partially broken plan view showing a ninth embodiment of the present invention. In the present embodiment, a humidity sensor / switch 21 is provided between the
1 基板
2 PTC発熱体
3 配線
4 受電コイル
5 リード線
6 透湿防水シート
7 シール材
8 インジケータ
9 電力ユニット
10 電源回路
11 送電コイル
12 給電線
13 壁
14 支持部材
15 磁力線
16 共振回路
17 防曇対象物
18 接着層
19 通気口
20 排水口
21 湿度センサ/スイッチ
101 基板
102 発熱体
103 配線
104 ヒータユニット
105 防水シート
106 ヒートシール
107 穴
108 キャップ
109 給電線
110 防水被覆
111 接着剤
DESCRIPTION OF
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