JP2020090817A

JP2020090817A - 暖房畳

Info

Publication number: JP2020090817A
Application number: JP2018227717A
Authority: JP
Inventors: 有樹藤井; Yuki Fujii
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2018-12-04
Filing date: 2018-12-04
Publication date: 2020-06-11

Abstract

【課題】本発明は、漏電等による火災のおそれがなく、畳表面を上限温度の範囲内で自己温度制御式に温めることができるようにした暖房畳を提供する。【解決手段】本発明に係る暖房畳は、床上に敷設される暖房畳であって、自己温度調節面状ヒータと、前記自己温度調節面状ヒータ上に積層された保護シートと、前記保護シート上に積層された畳表と、を含み、前記自己温度調節面状ヒータは、遠赤外線を放射し、温度の上昇によって電気抵抗値が上昇し、上限温度に達すると、該電気抵抗値が一定となる自己温度制御式であることを特徴とする。【選択図】図１

Description

本発明は、暖房畳に関し、特に漏電等による火災のおそれがなく、畳表面を上限温度の範囲内で温めることができるようにした暖房畳に関するものである。

古くから住居の床に畳が使用されてきたが、文化の洋風化に伴い、フローリングが多く採用されるようになった。しかし、高齢者割合の増加から、畳が見直される傾向にある。

フローリングに対する床暖房については多数の特許文献が開示されているが、畳表を温める暖房畳に関しても多くの考案が提案されている。例えば、特許文献１には、床に発熱体を設け、床の上に畳を敷設して畳を温めるようにした床暖房用畳が開示されている。また、特許文献２、３には、床と畳表の間に発熱体を介設し、畳表を温めるようにした暖房畳が開示されている。

しかし、特許文献１、２に係る暖房畳では、床から畳への熱伝達によって畳を温めるようにしているので、基台の発熱体を相当高温、例えば５０℃以上に発熱させないと、畳表面を適切な温度、例えば２５℃〜３５℃に温めることができず、消費電力が大きくなって電気使用料が高くなるばかりでなく、基台の過熱による火災が懸念される。

また、特許文献２、３に係る暖房畳では畳に発熱体を内装しているが、内部の積層構造的に発熱体がずれ易いことが懸念される。

特開２００３−１７２０１６号公報特開２０００−３２０１１７号公報特開平７−４６８０号公報特開平１０−３２１３４６号公報

本発明は、かかる問題点に鑑み、発熱体が位置ずれすることなく、安定して畳表面を上限温度の範囲内で自己温度制御式に温めることができるようにした暖房畳を提供する。

本発明に係る暖房畳は、床上に敷設される暖房畳であって、自己温度調節面状ヒータと、前記自己温度調節面状ヒータ上に積層された畳表と、を含み、前記自己温度調節面状ヒータは、遠赤外線を放射し、温度の上昇によって電気抵抗値が上昇し、上限温度に達すると、該電気抵抗値が一定となる自己温度制御式であることを特徴とする。なお、本明細書において、自己温度調節面状ヒータは、「ＰＴＣ（Positive Temperature Coefficient）ヒータ」ともいう。

本発明に係る暖房畳は、前記自己温度調節面状ヒータと前記畳表間に保護シートを挿入するのが好適である。

本発明に係る暖房畳は、防水防塵ボード及び／又は断熱ボード及び／又は強化ボードを積層して基盤ボードとし、この基盤ボードの上に、前記自己温度調節面状ヒータと前記保護シートと前記畳表とを積層するのが好適である。

本発明に係る暖房畳は、前記基盤ボードと前記自己温度調節面状ヒータ間にぺフを挿入してもよい。

本発明に係る暖房畳は、前記保護シートと畳表間に強化ボードを挿入してもよい。

本発明に係る暖房畳は、前記自己温度調節面状ヒータは、一方と他方の対向する一対の電極フレームと、これらに直交する一対の支持フレームとに囲繞される矩形のシート内に面状発熱体が保持された面状ヒータであって、交流電源に接続された前記一対の電極フレームから分岐して、夫々複数の分岐電極フレームが前記支持フレームと平行に伸長しており、前記一方の電極フレームから分岐した一方の分岐電極フレームと、前記他方の電極フレームから分岐した他方の分岐電極フレームとが相互に入れ子状に配列され、前記面状発熱体が、前記一方の分岐電極フレームと前記他方の分岐電極フレーム間に挟持されており、前記一方の分岐電極フレームと前記他方の分岐電極フレームが、夫々に接続された前記一方の電極フレームと前記他方の電極フレームを介して前記面状発熱体に電圧を印加させ、該面状発熱体が自己温度制御式で遠赤外線を放射する。

本発明に係る暖房畳は、前記自己温度調節面状ヒータにおいて、前記一方の分岐電極フレームと前記他方の分岐電極フレームとを絶縁して接続する補助フレームが、前記一対の電極フレームと平行に複数配置され、前記一方の分岐電極フレームと前記他方の分岐電極フレームと前記補助フレームにより囲繞されたセルが構成され、前記面状発熱体が、前記セル内に保持されていてもよい。

本発明に係る暖房畳は、自己温度調節面状ヒータを基板ボードと畳表間に挿入するため、畳表面を上限温度の範囲内で自己温度制御式に温めることができ、漏電等による火災を防ぐことができる。また、保護シートを自己温度調節面状ヒータ上に積層して自己温度調節面状ヒータの配置ずれを防止し、さらに、使用環境により適宜構成を変えることにより、暖房畳の厚さ、硬さや、畳表表面温度などを適切に調整することができる。

本発明に係る暖房畳の分解斜視図。本発明に係る他の実施形態の暖房畳の分解斜視図。実施例に係る暖房畳における、（ａ）面状発熱体の平面模式図、（ｂ）面状発熱体に含まれる電極フレーム及び分岐電極フレームの平面模式図。実施例に係る暖房畳における、（ａ）面状発熱体の正面模式図、（ｂ）他の実施形態の面状発熱体の正面模式図。本発明に係る暖房畳の正面図。本発明に係る他の実施形態の暖房畳の正面図。実施例1に係る自己温度調節面状ヒータの断面図。実施例1に係る自己温度調節面状ヒータ上の３か所における測定温度時間変化を表すグラフ図。実施例２に係る自己温度調節面状ヒータの断面図。実施例２に係る自己温度調節面状ヒータ上の３か所における測定温度時間変化を表すグラフ図。

以下、図面を参照しながら、本発明に係る暖房畳の実施形態及び実施例、その使用方法について説明する。なお、以下各図面を通して同一の構成要素には同一の符号を使用するものとする。
（実施形態）

本発明に係る暖房畳１は、主に屋内の床上に敷設される暖房畳１であるが、電源に接続できる場所であれば屋外の地面の上に敷設して用いることもできる。

図１に示すように、本発明の暖房畳１は床上に敷設される暖房畳であり、自己温度調節面状ヒータ２０と、自己温度調節面状ヒータ２０上に積層された畳表１０とを含む。この自己温度調節面状ヒータ２０と畳表１０間には、位置ずれや滑り防止及び自己温度調節面状ヒータ２０の保護のため、保護シート１２を挿入するのが望ましい。本発明に係る暖房畳１は、自己温度調節面状ヒータ２０が遠赤外線を放射し、温度の上昇によって電気抵抗値が上昇し、上限温度に達すると、当該電気抵抗値が一定となる自己温度制御式であることを特徴とする。

本発明の暖房畳１は、図２のように、防水防塵ボード、断熱ボード、強化ボードなどの各種ボードを適宜積層して基盤ボード５０とし、この基盤ボード５０の上に、上記自己温度調節面状ヒータ２０と保護シート１２と畳表１０とを積層する。保護シート１２は、上記のように、自己温度調節面状ヒータ２０を保護すると共に、表面に露出する畳表１０に対して自己温度調節面状ヒータ２０が位置ずれすることを防ぎ、自己温度調節面状ヒータ２０を所定の位置に保持する役割を果たす。この保護シート１２には不織布を用いるのが好適であるが、特にその材料は限定されない。

さらに、本発明の暖房畳１には、基盤ボード５０と自己温度調節面状ヒータ２０の間に、滑り止め用のぺフなどを挿入してもよく、自己温度調節面状ヒータ２０と畳表１０間に強化ボードを挿入してもよい（図２参照）。便宜上図２には示さない保護シート１２を、この強化ボードと自己温度調節面状ヒータ２０間に挿入して、自己温度調節面状ヒータ２０が位置ずれすることを防ぐのが望ましい。これらの要素は、暖房畳１を敷設する環境やその用途に応じて、適宜変更することができる。

（自己温度調節面状ヒータ）
本発明に係る暖房畳１に使用される自己温度調節面状ヒータ２０は、図３（ａ）に示すように、一方と他方の対向する一対の電極フレーム２４と、これらに直交する一対の支持フレーム２５とに囲繞される矩形のシート内に面状発熱体２２（図４（ａ）、（ｂ）参照）が保持された面状ヒータである。構造的安定のため、縁に配置した一対の支持フレーム２５間に、１又は複数の支持フレーム２５を一対の電極フレーム２４と直角に、更に配置してもよい。

この矩形のシート（自己温度調節面状ヒータ２０）には、図３（ｂ）に示すように、交流電源３１に接続された一対の電極フレーム２４から分岐して、夫々複数の分岐電極フレーム２６が支持フレーム２５と平行に伸長しており、一方の電極フレーム２４から分岐した一方の分岐電極フレーム２６と、他方の電極フレーム２４から分岐した他方の分岐電極フレーム２６とが相互に入れ子状に配列されている。一方の電極フレーム２４及びこれから分岐した一方の分岐電極フレーム２６と、他方の電極フレーム２４及びこれから分岐した他方の分岐電極フレーム２６とは、電気的に相互に絶縁される。

そして、自己温度調節面状ヒータ２０は、一方の分岐電極フレーム２６と他方の分岐電極フレーム２６間に挟持された面状発熱体２２が、一方の分岐電極フレーム２６と他方の分岐電極フレーム２６により電位差を受けて、自己温度制御式で遠赤外線を放射する。すなわち、この一方の分岐電極フレーム２６と他方の分岐電極フレーム２６が、夫々に接続された一方の電極フレーム２４と他方の電極フレーム２４を介して面状発熱体２２に電圧を印加させ、面状発熱体２２が自己温度制御式で遠赤外線を放射する。

図３（ａ）において、面状発熱体２２は、一方の分岐電極フレーム２６と他方の分岐電極フレーム２６間に挟持されるセル２９内に保持されている。セル２９は、一方の分岐電極フレーム２６と他方の分岐電極フレーム２６と補助フレーム２８により囲繞されて構成される。この補助フレーム２８は、自己温度調節面状ヒータ２０において、一対の電極フレーム２４と平行に複数配置されるのが好ましく、一方の分岐電極フレーム２６と他方の分岐電極フレーム２６とを電気的に絶縁して接続する。

なお、本発明に係る暖房畳１の電源３１は、家庭用交流電源である。図５のように、電源端子３０を家庭用交流電源に接続すると、導線３２に夫々接続された一方の電極フレーム２４と他方の電極フレーム２４に夫々正負の電位が付与される。そして、一方の電極フレーム２４と他方の電極フレーム２４に夫々に接続された一方の分岐電極フレーム２６と他方の分岐電極フレーム２６が、夫々一方の電極フレーム２４と他方の電極フレーム２４と同一の正負の電位を付与され、面状発熱体２２の両端に電位差を与える。

図５に描かれた電源端子３０は、図６のように暖房畳１の両端、すなわち一方の電極フレーム２４と他方の電極フレーム２４の端部に夫々配置してもよい。図５のように、暖房畳１の正面中央に導線３２を集めて電源端子３０に挿入すると、電源端子３０が破損したときに導線３２同士が接触する虞があるため、図６のように暖房畳１の両端に別々の電源端子３０を夫々配置するのが好ましい。

（面状発熱体）
つぎに、面状発熱体２２について説明する。図４（ａ）は面状発熱体２２の模式図である。図４（ａ）に示すように、この面状発熱体２２は、両面に図示しない絶縁フィルムが被覆され、一方の分岐電極フレーム２６と他方の分岐電極フレーム２６とに挟持されている。この面状発熱体２２は、約５０〜２００μｍの非常に薄く、軽く、屈曲性・耐折り曲げ性に優れたもので、平面はもとより曲面にも取り付けることができ、また延ばして広い面積に加工することができるものである。さらに、面状発熱体２２は、通電されると遠赤外線を放射し、温度が高くなると電気抵抗値が大きくなるものである。

（自己温度調節(スイッチング)の原理）
このように面状発熱体２２は、図４（ａ）に示すように、電気を通すための導電性粒子２２１と、この導電性粒子２２１を保持するためのマトリックス高分子２２２と、そして面状発熱体２２本体に電力を均等に供給するための分岐電極フレーム２６とで構成される。こうした面状発熱体２２における自己温度調節(スイッチング)の原理については、例外を除き、マトリックス高分子２２２の熱膨張により説明することができる（特許文献４参照）。

すなわち、マトリックス高分子２２２中には、一定濃度以上で導電性粒子２２１が分散している。この一定濃度は、導電性粒子２２１が直接接触して分岐電極フレーム２６間でパーコレートし、通電経路を形成するのに必要な最低濃度であり、パーコレーション閾値濃度Ｐｃなどという。導電性粒子２２１の濃度がパーコレーション閾値濃度を越えると、面状発熱体２２内で導電性粒子２２１がパーコレートして通電するパーコレート相転移が現出し、スイッチングが明確に現れる。

導電性粒子２２１の濃度がパーコレーション閾値濃度Ｐｃ以上という条件が満たされていると、分岐電極フレーム２６間に導電性粒子２２１の連鎖による導電回路が形成され、通電によるジュール熱が面状発熱体２２の温度を上昇させ、マトリックス高分子２２２を熱膨張させる。このとき、高分子に固定されていた導電性粒子２２１もマトリックス高分子２２２の膨張に従って位置を変えるので、接触していた導電性粒子２２１間に間隙が生じ、Ｐｃ以下の低温時に形成されてた導電経路が切断される。

以上が自己温度調節の原理である。この自己温度調節機能を発揮するため、面状発熱体２２は従来のニクロム線などの導体とは異なり、設定された上限温度を越えて高温にならない。また、断線や短絡による通電不良などによる危険性がないので長時間運転であっても、安全に安定した操業を維持できるという効果を奏する。

あるいは面状発熱体２２は、図４（ｂ）に示すように、結晶性物質からなる制御部２２ｂが間接的に発熱部２２ａに接着されていてもよい。図４（ｂ）の面状発熱体２２では、制御部２２ｂとなる結晶性物質が外皮に覆われていて、図示しない外被と発熱部２２ａとを接着している。結晶性物質として、低分子物質を用いることもでき、常温で液体である物質も使用可能である。この場合も、上記構造の面状発熱体２２と同様な自己温度調節型の面状発熱体２２が実現できる。

本実施例1では、図７（ａ）のように、基板ボード（発泡スチロール及びコンクリートパネル）、自己温度調節面状ヒータ２０（面状発熱体２２）、の順に積層し、自己温度調節面状ヒータ２０の両端１及び３と、中央部２の３か所で、電源に接続した自己温度調節面状ヒータ２０の温度を測定した。

図７（ｂ）に測定結果を示す。外気温度は１５℃程度であったが、自己温度調節面状ヒータ２０の１、２、３の位置の温度は何れも外気温度より上昇し、３５〜３８℃程度で収束した。

次に、実施例２では、図８（ａ）のように、基板ボード（発泡スチロール及びコンクリートパネル）、自己温度調節面状ヒータ２０（面状発熱体２２）、強化ボード（発泡断熱材）の順に積層し、各層が密着するように更に重しを載置した。温度を測定は、実施例１と同様に、自己温度調節面状ヒータ２０の両端１及び３と、中央部２の３か所で行った。

図８（ｂ）に測定結果を示す。外気温度は実施例１と同様１５℃程度であったが、自己温度調節面状ヒータ２０の１、２、３の位置の温度は何れも６０℃程度で収束した。

実施例１と実施例２の結果をまとめると、外気に露出した自己温度調節面状ヒータ２０自体の表面温度は３５〜３８℃程度までしか上昇しないが、自己温度調節面状ヒータ２０上に載せる発泡スチロールなどの断熱材で外気を遮断すれば６０℃程度まで上昇することが分かった。しかし、いずれの場合も自己温度調節面状ヒータ２０の表面温度は一定の温度に収束し、火災の危険がない表面温度に抑制可能であることが確認できた。また、自己温度調節面状ヒータ２０上に載せる発泡スチロールなどの断熱材の厚さや種類を選択すれば、温暖畳１の表面温度を調節することができ、顧客の要望に応じた温度の温暖畳１を提供できることが分かった。

以上、本発明に係る暖房畳について説明したが、本発明は上記実施形態や実施例に限定されるものではない。本発明に係る暖房畳を構成する材料、材質、種類等は特に限定されず、その寸法、厚さも適宜変更可能である。

その他、本発明は、その主旨を逸脱しない範囲で当業者の知識に基づき種々の改良、修正、変更を加えた態様で実施できるものである。

本発明に係る暖房畳は、寺社仏閣の他、一般家庭からあらゆる建築物まで、屋内で床に敷く畳として利用することができる。

１：本発明に係る暖房畳
１０：畳表
１２：保護シート
２０：自己温度調節面状ヒータ（ＰＴＣヒータ）
２２：面状発熱体
２２ａ：発熱部
２２ｂ：制御部
２２１：導電性粒子
２２２：マトリックス高分子
２４：電極フレーム
２５：支持フレーム
２６：分岐電極フレーム
２７：導出孔
２８：補助フレーム
２９：セル
３０：電源端子
３１：交流電源
３２：導線
５０：基盤ボード

Claims

床上に敷設される暖房畳であって、
自己温度調節面状ヒータと、
前記自己温度調節面状ヒータ上に積層された畳表と、
を含み、
前記自己温度調節面状ヒータは、
遠赤外線を放射し、温度の上昇によって電気抵抗値が上昇し、上限温度に達すると、該電気抵抗値が一定となる自己温度制御式であることを特徴とする暖房畳。
前記自己温度調節面状ヒータと前記畳表間に保護シートを挿入した、請求項１に記載の暖房畳。
防水防塵ボード及び／又は断熱ボード及び／又は強化ボードを積層して基盤ボードとし、この基盤ボードの上に、前記自己温度調節面状ヒータと前記畳表とを積層した、請求項１に記載の暖房畳。
前記基盤ボードと前記自己温度調節面状ヒータ間にぺフを挿入した、請求項３に記載の暖房畳。
前記保護シートと前記畳表間に強化ボードを挿入した、請求項２に記載の暖房畳。
前記自己温度調節面状ヒータは、一方と他方の対向する一対の電極フレームと、これらに直交する一対の支持フレームとに囲繞される矩形のシート内に面状発熱体が保持された面状ヒータであって、
交流電源に接続された前記一対の電極フレームから分岐して、夫々複数の分岐電極フレームが前記支持フレームと平行に伸長しており、
前記一方の電極フレームから分岐した一方の分岐電極フレームと、前記他方の電極フレームから分岐した他方の分岐電極フレームとが相互に入れ子状に配列され、
前記面状発熱体が、前記一方の分岐電極フレームと前記他方の分岐電極フレーム間に挟持されており、
前記一方の分岐電極フレームと前記他方の分岐電極フレームが、夫々に接続された前記一方の電極フレームと前記他方の電極フレームを介して前記面状発熱体に電圧を印加させ、
該面状発熱体が自己温度制御式で遠赤外線を放射する、請求項１に記載の暖房畳。
前記自己温度調節面状ヒータにおいて、
前記一方の分岐電極フレームと前記他方の分岐電極フレームとを絶縁して接続する補助フレームが、前記一対の電極フレームと平行に複数配置され、
前記一方の分岐電極フレームと前記他方の分岐電極フレームと前記補助フレームにより囲繞されたセルが構成され、
前記面状発熱体が、前記セル内に保持されている、請求項６に記載の暖房畳。