JP3149883U - 遠赤外線面状発熱体シート - Google Patents

Abstract

【課題】網目状の面状発熱体の特徴を活かして、低消費電力で安全性が高く、かつ遠赤外線の放射率の高い暖房器具として使用できる面状発熱体シートを安価に提供する。【解決手段】縦糸の一部に電極用導電体１１２を織り込んだ網目（メッシュ）状綿織物に炭素系半導体化合物を含浸して焼き付け適度な抵抗値を持たせた、電極用導電体１１２を有する面状発熱体１００に、柔軟性及び防水性に富むポリウレタン樹脂系又は塩化ビニール樹脂系の絶縁フィルムでラミネートして電気絶縁性を付与し、座布団、小型マット、袋状ケースなどの内部に容易に脱着できる形状に裁断して設置し、熱伝導及び遠赤外線放射の両方で人体、ペット用動物などを加温する薄型ヒーターとして、遠赤外線面状発熱体シートを構成する。さらに、２４Ｖ、１２Ｖ、９Ｖなどの低電圧で通電・発熱させるよう抵抗値、構造を工夫することにより感電のリスクを極力軽減すると共に、大きな省電力効果により、電池使用による携帯型暖房器具としての使用も可能とする。【選択図】図１

Description

本考案は、遠赤外線面状発熱体シートに関する。

図１１は特許文献４に開示された従来の面状発熱体１００の基本構造を示す図である。面状発熱体１００は、縦繊維素材（縦糸）１１３と横繊維素材（横糸）１１１とをそれぞれ独立に所定間隔で網状に織り込んでなる網状基材１１０に導電性溶液を塗布又は含浸させて構成される生地を備える面状の発熱体である。縦繊維素材１１３及び横繊維素材１１１は、導電性溶液を塗布又は含浸させた結果、抵抗発熱素子層１１４を形成し、それぞれ縦発熱体１１６及び横発熱体１１５となる。横発熱体１１５は網状基材１１０の縦の端又はその近傍に設けられた電極用導電体１１２に接続される。

面状発熱体１００は、通電することで発熱し、温度が高くなると抵抗値が高くなり電流が減少し消費電力を低減させて過度の温度上昇を抑える自己温度制御機能を有する。すなわち、面状発熱体１００の横発熱体１１５は縦の端又はその近傍に通常の綿糸などの代わりに縦糸として細い銅線などの電極用導電体１１２を織り込んで形成されたものの表裏両面に、電気的に接続される。電極用導電体１１２の一部に接続した電極１２０を通じて電圧を加えることにより主として横発熱体１１５に電流が流れ、電流値と抵抗値とに従いジュール熱を発生し、全体として面状発熱体の機能を果たす。

このように構成された面状発熱体１００は特許文献４で詳細に述べているように、縦発熱体１１６の作用により、横発熱体に多少の抵抗値の不均一が生じても、局所的な異常発熱が起こらないという特徴を有している。

国際特許出願ＪＰ２００６−３２５１１０号 特公平７−２２０３５号公報 特公平７−４８３９６号公報 実用新案登録第３１３１９４１号公報

上記面状発熱体は、消費電力が少ないという特性を有し、また局所的な過剰な発熱が抑えられるなど理想的な発熱体といえる。しかし、このような面状発熱体を暖房器具として特定の用途に展開するに当たっては、その目的に合った発明・工夫が求められる。

本考案は、特に人体やペット動物に接触することにより熱を伝える形式の暖房器具に上記面状発熱体を適用しようとした場合に、高い安全性を持ち、極めて少ない消費電力で大きな暖房効果を持つ小型の遠赤外線面状発熱体シートを安価かつ大量に提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本考案は、以下のような遠赤外線面状発熱体シートを提供する。

本考案に係る遠赤外線面状発熱体シートは、複数の縦糸と前記縦糸の一部に織り込まれた電極用導電体とを有し、炭素系化合物半導体を含浸・焼き付けした面状発熱体と、前記面状発熱体の表面を覆うように前記面状発熱体をラミネートするポリウレタン樹脂系又は塩化ビニール樹脂系絶縁フィルムと、を有する遠赤外線面状発熱体を備えることを特徴とする。

また、前記遠赤外線面状発熱体は、さらに、前記絶縁フィルムの両面又は片面に貼付し又はその一部を固定して設置された保温材又は断熱材を備えることを特徴とする。

また、前記保温材又は断熱材のうち面状発熱体のどちらかの片面に設置するものは、その一方の面がアルミ箔を蒸着又は貼付した素材で形成されており、前記一方の面の側が前記絶縁フィルムに貼付又は一部固定されていることを特徴とする。

また、さらに、前記遠赤外線面状発熱体を収納する袋を備えることを特徴とする。

また、前記電極用導電体は、低電圧の直流電源と電気的に接続可能かつ取外可能な低電圧用接続部を有することを特徴とする。

また、前記低電圧用接続部は、商用電源から低電圧の直流電圧に変換するＡＣアダプターの出力端子と電気的に接続可能かつ取外可能に形成されていることを特徴とする。

また、前記低電圧用接続部は、直流電源とシガーライター用プラグを介して電気的かつ取外可能に形成されていることを特徴とする。

また、前記低電圧用接続部は、充電式電池に電気的に接続可能かつ取外可能に形成されていることを特徴とする。

また、さらに、前記遠赤外線面状発熱体の温度を測定し、前記電極用導電体への電源供給をオン又はオフにするサーモスタット、及び、前記遠赤外線面状発熱体の異常過熱を検知し、前記電極用導電体への電源供給をオフにする温度ヒューズのうち、少なくとも一方を備えることを特徴とする。

また、前記遠赤外線面状発熱体シートの電源をオン・オフしかつそれにより温度を手動でコントロールするための前記電極用導電体から電線を介して電気的に接続したスイッチ、及び、電源電圧を調節する機能と電源オン・オフの機能を持つ制御器のうち、少なくとも一方を備えることを特徴とする。

本考案によれば、遠赤外線面状発熱体シートは、面状発熱体の表面を覆うように面状発熱体をラミネートする絶縁フィルムで覆われている。換言すると、遠赤外線面状発熱体シートは、綿織物を基布とし炭素系半導体化合物を含浸させて製造された面状発熱体を用いた一種の暖房器具として作用する。そして、遠赤外線面状発熱体シートは、ラミネート素材に防水性と柔軟性を有する素材を用いて、面状発熱体の電気的絶縁を行っているので、人体や動物に吸収され易い波長の遠赤外線を効率良く放射する柔軟性に富むシート状の構造を奏する。

さらに、考案によれば、遠赤外線面状発熱体シートは、異なるサイズの座布団、小型マット、袋状ケースなどの内部に容易に装着・脱着できる長方形又は正方形などに裁断して発熱体シートを構成できるので、遠赤外線面状発熱体シートは、これを使用するユーザの種々の要望に対応した用途に容易に対応できる。例えば、面状発熱体がニクロム線型の面状発熱体ヒーターの場合には、ニクロム線の抵抗値が長さにより決まるため、面状発熱体のサイズを変更するためには、ニクロム線自体の抵抗値を変更して対処するなどが必要のため、サイズ変更などを簡単に実施することができない。これに対し、本考案の面状発熱体の場合は、電極間距離さえ一定であれば、縦方向に任意の長さで裁断した場合でも単位面積当たりの発熱量は変化しないため、サイズの異なった発熱体シートを容易に製造でき、多様な目的に柔軟に対応することができる。

遠赤外線面状発熱体シートは、人体や動物に接触して使用しても感電などの危険性を避けるため、通電する電圧は極力低くすることが好ましい。そのため、遠赤外線面状発熱体の基布となる繊維織物の縦糸、横糸の間隔を適切に選定し、必要な発熱量を出来るだけ少ない電力で実現させることが好ましい。

通電するための電極には取り付ける電源用コードを不適当に引っ張ることなどによる断線や破壊を避けるための機械的な強度を保つため、遠赤外線面状発熱体シート自体にコネクタ型プラグ受けなどを直接に設置することが好ましい。

また、遠赤外線面状発熱体は、さらに、絶縁フィルムの両面又は片面に貼付し又はその一部を固定して設置された保温材又は断熱材を備えている。すなわち、遠赤外線面状発熱体は、遠赤外線面状発熱体の両面又は片面に柔軟性に富む保温材又は断熱材を貼付又は一部を固定して設置している。

このため、遠赤外線面状発熱体シートは、そのままの形でも使用者の目的に合わせて提供することが可能である。さらに、絶縁フィルムの片面又は両面に保温材又は断熱材を設けているので、遠赤外線面状発熱体シートは、外気温度により遠赤外線面状発熱体シートの温度が左右されにくい。

また、この保温材又は断熱材のうち面状発熱体のどちらかの片面に設置するものは、この片面にアルミ箔を蒸着又は貼付し、その面を面状発熱体側に貼付又は一部固定しているので、遠赤外線に対する反射材として作用する。

また、上記遠赤外線面状発熱体シートは、いずれも、低電圧用接続部を備える。この低電圧用接続部は、低電圧の直流電源と電気的に接続可能かつ取外可能な形状を有する。また、低電圧用接続部は、商用電源から低電圧の直流電圧に変換するＡＣアダプターの出力端子と電気的に接続可能かつ取外可能に形成されている。また、低電圧用接続部は、直流電源とシガーライター用プラグを介して電気的かつ取外可能に形成されている。また、低電圧用接続部は、充電式電池に電気的に接続可能かつ取外可能に形成されている。

これらによって、いずれの遠赤外線面状発熱体シートも、これを自動車内でも使用できるように、自動車用のシガーライター用ソケットに適合するプラグを持つコネクタ付きケーブルを用いて容易に低電圧用接続部に接続することができる。また、いずれの遠赤外線面状発熱体シートも、充電式電池に接続して使用できるよう、適合するコネクタ付きケーブルを用いて容易に接続することができる。また、いずれの遠赤外線面状発熱体シートは、電源のオン、オフを低電圧用接続部の抜き差しをすることで可能であるが専用の電源スイッチを有するコネクタ付きケーブルを、電源と低電圧用接続部との間に接続して用いることが好ましい。

また、より細かく温度を調節するために、電源電圧を変化させる機能を持つ電圧コントローラ機能を持つ制御器を有するコネクタ付きケーブルを用いることが好ましい。

本考案に係る遠赤外線面状発熱体シートの一部を省略した正面図である。 図１に示した遠赤外線面状発熱体シートの一部拡大図である。 図１に示した遠赤外線面状発熱体シートの部分拡大断面図である。 図１に示した遠赤外線面状発熱体シートの正面図である。 図１に示した遠赤外線面状発熱体シートの電極部の拡大図である。 図１に示した遠赤外線面状発熱体シートに取り付けられるコネクタの正面図である。 図１に示した遠赤外線面状発熱体シートに取り付けられるバッテリの正面図である。 図１に示した遠赤外線面状発熱体シートに取り付けられる温度制御器と共に示した正面図である。 図１に示した遠赤外線面状発熱体シートを袋に収容した状態の一部を省略した正面図である。 本考案に係る別の遠赤外線面状発熱体シートの一部を省略した正面図である。 従来の遠赤外線面状発熱体シートの一部を省略した正面図である。

本考案は、特許文献１から４に記載の「面状発熱体」、「暖房器具」に絶縁フィルムでラミネートしたものを含む。以下、詳細に説明する。

図１から図３に示すように、遠赤外線面状発熱体シート１０は、遠赤外線面状発熱体１５を含み、遠赤外線面状発熱体１５は、図１１に示した面状発熱体１００と、面状発熱体１００の表面及び裏面を覆うように面状発熱体１００をラミネートする絶縁フィルム３０と、を備える。

面状発熱体１００は、縦繊維素材１１３と横繊維素材１１１とをそれぞれ独立に所定間隔で網状に織り込んでなる網状基材１１０に導電性溶液を塗布又は含浸させて構成される網状生地を備える面状の発熱体である。縦繊維素材１１３及び横繊維素材１１１は、導電性溶液を塗布又は含浸させた結果、抵抗発熱素子層１１４を形成し、それぞれ縦発熱体１１６及び横発熱体１１５となる。横発熱体１１５は網状基材１１０の縦の端又はその近傍に設けられた電極用導電体１１２に接続される。

面状発熱体１００は、通電することで発熱し、温度が高くなると抵抗値が高くなり電流が減少し消費電力を低減させて過度の温度上昇を抑える自己温度制御機能を有する。すなわち、面状発熱体１００の横発熱体１１５は縦の端又はその近傍に通常の綿糸などの代わりに縦糸として細い銅線などの電極用導電体１１２を織り込んで形成されたものの表裏両面に電気的に接続される。電極用導電体１１２の一部に接続した電極１２０を通じて電圧を加えることにより主として横発熱体１１５に電流が流れ、電流値と抵抗値とに従いジュール熱を発生し、全体として面状発熱体の機能を果たす。

なお、面状発熱体１００に通電する電圧は、人体や動物に接触して使用しても感電などの危険性を小さくするために、極力低くする。そのため、面状発熱体１００の基布となる繊維織物の縦繊維素材（縦糸）１１３、横繊維素材（横糸）１１１の間隔を適切に選定し、必要な発熱量を出来るだけ少ない電力で実現させる。

図２は、面状発熱体１００における網状基材１１０を拡大した図である。網状基材１１０は、＃４０（４０番手）双糸程度の繊維素材を含んで形成される複数の縦繊維素材１１３と複数の横繊維素材１１１とが縦横に略直交するように、格子状に編み込まれて形成されている。

これら互いに隣接する縦繊維素材１１３や横繊維素材１１１の縦横方向の間隔は、５ｍｍ〜２００ｍｍとなるように構成されているので、縦発熱体１１６や横発熱体１１５の抵抗発熱素子層１１４が発熱するときに、隣接する２つの縦発熱体１１６や横発熱体１１５の間隔が狭過ぎるために過度に放熱したり、縦発熱体１１６や横発熱体１１５の間隔が広過ぎるために期待していた熱量が得られなかったりといった不貝合の発生を防止し、さらにこれらの不貝合を起因とする電力の浪費を容易に防止することができるようになっている。このように、面状発熱体１００の場合は電極間距離さえ一定であれば、縦方向に任意の長さで裁断した場合でも単位面積当たりの発熱量は変化しないため、サイズの異なった発熱体シートを容易に製造でき、多様な目的に柔軟に対応することができる。

なお、この縦発熱体１１６や横発熱体１１５の間隔は、糸の中心から隣接する隣の糸の中心までの垂直距離をいうものとする。

次に、網状基材１１０に形成する抵抗発熱素子層１１４について説明する。この抵抗発熱素子層１１４は、自己温度制御面状発熱体の発熱素子として、黒鉛又はカーボンブラックが二次元の典型的六員環網目平面状の堅固な共有結合構造を有し、平面層間では結合力が比較的ゆるく、よくスリップするが、かなりの吸着力を有して面間膨潤、縮退すること、及び二次平面内ではいわゆる共役系共有結合として絶縁性を示すが、層面間はいわゆるπ電子雲の存在により金属と同様の導電性を示すことに着目し、この黒鉛又はカーボンブラックの層間に吸着特性の強い誘導体などを吸着させて層間距離を拡大すると共に、その上下の無機層間に結晶性低分子量有機化合物を浸入させ、吸着した誘導体の一部又は全量を置換し、又は無機層と直接吸着させて架橋化し、その架橋分子の長さを変えることにより層間の導電抵抗を自由にコントロールすることができ、さらに、これらに無機化合物、例えば、酸化イットリウムを複合させることにより自己温度制御特性が格段に向上し、しかもより安定化しうる。

抵抗発熱素子層１１４を備えた面状発熱体１００は、黒鉛又はカーボンブラックに、架橋型高分子、線状高分子を主体とする低次元物質及び無機化合物を複合させてなる自己温度制御特性をもつ感温素子又は抵抗発熱素子を布状の網状基材１１０にコーティングして形成されている。

面状発熱体１００の素子は導電性黒鉛又はカーボンブラックに架橋型高分子のモノマーと低次元物質である線状高分子化合物の微粉末又は液状ポリマー及び低分子量有機化合物を配合し、さらに無機化合物を配合し、有機溶媒中でブレンド及び重合させた液を例えば綿＃２０双糸１ｍｍ間隙織りの綿織布に銅箔線を織り込み埋設された基材に塗布又は含浸させて反応乾燥させることにより製造することができる。上記の面状発熱体１００の網状基材１１０は、綿織布に限らず有機・無機質を問わず、ポリエステルなどの合成繊維素材などその素材を問わない。自己温度制御性導電特性を害さないものであれば良い。

黒鉛又はカーボンブラックとしては、天然又は人造黒鉛、フォーネスブラック、アセチレンブラックなどが挙げられる。

架橋型高分子としては、三次元網状構造を形成する熱硬化樹脂のモノマー、例えば、エポキシ樹脂、メラミン樹脂、ポリウレタン樹脂、シリコン樹脂などとその変性樹脂などのモノマーが好適に使用される。

線状高分子化合物としてはポリエチレン、エチレン酢酸ビニル共重合体、エチレン−塩化ビニル共重合体、ポリプロピレンなどのオレフィン系重合体、アイオノマレジンなどが挙げられ、好ましいのは液状ポリブタジエン結晶性を有する微粉末ポリエチレンである。

また、低分子量有機化合物としての代表例としては炭素数２０以上のアルカン系直鎖炭化水素又はその脂肪酸が挙げられる。

無機化合物としては、塩化ナトリウム、臭化ナトリウム、塩化カリウム、臭化カリウムなどのアルカリ金属のハロゲン化物、硫酸ナトリウム、硫酸カリウムなどのアルカリ金属の硫酸塩、炭酸バリウムなどのアルカリ土類金属の炭酸塩、塩化第二鉄、塩化亜鉛、四塩化チタン、四塩化スズなどの金属のハロゲン化物、酸化クロム、酸化チタン、酸化ジルコニウムなどの遷移金属の酸化物、硝酸などの酸素酸、塩化アンチモンなどのルイス酸があげられる。

有機溶媒又は反応誘導剤としては、ベンゼン、トルエン、キシレンなどの芳香族炭化水素、ｎ−ブタノール、ｎ−プロパノールなどのアルコール類、エチレングリコール、プロピレングリコール、１，４−ブタンジオールなどの脂肪族グリコール、シクロペンタン−１，２−ジオールなどの脂環族ジオール、ヒドロキノンなどのフエノール類、メチルエチルケトン（ＭＥＫ）などのケトン類やテトラヒドロフランなどが挙げられる。

自己温度制御特性をもつ面状発熱体１００の抵抗発熱素子層１１４の抵抗発熱素子の製造に際し、上記関連物質の配合は、黒鉛と架橋型高分子とからなる導電性高次元物質１００部に対し、黒鉛は１０部〜６０部、架橋型高分子は３０部〜９０部の範囲とするのが適当である。

架橋型高分子が９０部をこえると導電性が悪くなる。また、３０部より少ないと、すなわち黒鉛が７０部をこえても増量効果に乏しい、そして黒鉛又はカーボンブラックの配合は種類と量によって室温での基本導電率はそれぞれ違ってくるが、特定温度検知及び自己温度制御特性に対しては一律的に決めてよい。又架橋型高分子もカーボンブラックとグラフト化すれば導電性物質のマトリックス（母体）となるから基本導電率はそれぞれ違ってくるが、やはり一律的に決められてよい。

線状（鎖状）高分子化合物は、導電性の安定化を図るため、上記架橋型高分子の配合量と黒鉛の配合量を合算した量１００部に対し５部〜１００部の範囲で加えるのがよい。１００部をこえると、導電性が極度に低下し、実用範囲をこえる。

低分子量有機化合物、例えば上記の炭化水素は３部〜３０部の範囲とする。３０部をこえると製品の靭性が低下し、３部以下では特性の効果が乏しくなる。

無機化合物の配合量はとくに限定されず、感温素子の前記正特性を安定、強化する範囲で添加するが、架橋型高分子と黒鉛１００部に対し通常１部〜２０部の範囲が適当である。例えば、酸化イットリウムは２０部をこえると製品の靭性が極端に低下し、１部より少ないと特性の効果が乏しくなる。

有機溶媒は、最少２５部以上必要であるが、溶媒として希釈の必要に応じて任意に増量し得る。

このように、面状発熱体１００は、炭素系の半導体化合物を抵抗素子層に使用しているため、遠赤外線の放射率が極めて高く、公的機関（神奈川県産業技術センター）の分析、試験等成績書（産セ第１２３−９２号、平成１８年７月１０日）によれば、波長３．００μｍ〜１４．４９μｍでの赤外分光放射率は０．９３と証明されている。このため、人体に直接触れる座布団型の製品に本考案の面状発熱体１００を使用している遠赤外線面状発熱体シート１０を使用した場合、熱伝導で人体を温める他、遠赤外線による放射熱で加温する効果が加わることが期待できる。実際に実施した消費電力と人体又は木材などの有機物の温度上昇の試験結果では、電力消費は、遠赤外線放射率の低い金属で覆った場合に比較して、布などを介した場合の方が明らかに少なくなる。

図３に示すように、遠赤外線面状発熱体シート１０は、面状発熱体１００を絶縁フィルム３０でラミネートしている。絶縁フィルム３０は、面状発熱体１００の電気的絶縁を行うに適した素材であり、防水性と柔軟性を有する素材である。また、絶縁フィルム３０は、人体や動物に吸収され易い波長の遠赤外線を効率良く吸収・再放射する柔軟性に富むシート状の構造である。

また、遠赤外線面状発熱体シート１０は、救命胴衣などのカバーに用いられる柔軟で防水性の高いポリウレタン系樹脂又は農業用ビニールハウスに使用されている塩化ビニール系樹脂からなる絶縁フィルムにより電気絶縁のためのラミネートを行っているため、人体や動物に直接触れるような目的の場合でも違和感が少なく、水や薬品などに強い面状発熱体シートを提供することができる。

遠赤外線面状発熱体シート１０は、絶縁フィルム３０の両面又は片面に貼付し又はその一部を固定して設置された保温材４０を備える。なお、保温材４０の代わりに断熱材であってもよい。

さらに、保温材４０は、その一方の面がアルミ箔を蒸着又は貼付した素材４１で形成することもでき、その場合素材４１の面の側が絶縁フィルム３０に貼付又は一部固定される。ただし、絶縁フィルム３０のもう片面には保温材４０を設置する場合でも素材４１は用いない。

これにより、遠赤外線面状発熱体シート１０は、外気温度により遠赤外線面状発熱体シート１０の温度が左右されにくい状態で、そのままの形でも使用者の目的に合わせて提供することが可能である。

また、保温材４０は、保温材４０又は断熱材の片面にアルミ箔を蒸着又は貼付し、その面を面状発熱体側に貼付又は一部を固定している場合には、遠赤外線に対する反射材としても作用する。

図４に示すように、遠赤外線面状発熱体シート１０は、アメリカンホックなどのハトメ金具１４０によって基台４５に固定されていてもよい。基台４５は、遠赤外線面状発熱体シート１０の発熱に耐えられ、この形状を維持できればよく、また、絶縁フィルム３０を延在させたものであってもよい。

遠赤外線面状発熱体シート１０の表面の一部には、熱伝導性のよいアルミ箔のような金属で形成されている伝熱部６０が遠赤外線面状発熱体シート１０の輪郭及びその中央に設けられている。伝熱部６０の一部にサーモスタット５４が設けられている。したがって、伝熱部６０は遠赤外線面状発熱体シート１０が発している温度をサーモスタット５４に伝える。なお、このアルミ箔のような伝熱部を特に設けなく場合でも、遠赤外線面状発熱体シートの主要部分の温度とサーモスタット５４の設置部の温度差を予め把握していれば、サーモスタット５４の動作温度の校正により所要の目的を達成することも可能である。

図４に示すように、一対のリング圧着端子５２は、サーモスタット５４、温度ヒューズ５３、電極配線用電線５１を介して低電圧用接続部として作用するコネクタ型プラグ受け１６０に電気的に接続している。そして、コネクタ型プラグ受け１６０は、機械的な強度を保つため、遠赤外線面状発熱体シート１０に直接に設けている。このように、サーモスタット５４、温度ヒューズ５３は、自動的温度制御器５０を構成する。自動的温度制御器５０のサーモスタット５４は、面状発熱体１００の温度により電源をオン、オフをするので、必要以上の温度上昇を防止する。また、温度ヒューズ５３は、異常過熱による発火など危険を防止する。なお、サーモスタット５４と温度ヒューズ５３が同じケースに収容されているパッケージ型のものを使用することも可能であり、その場合、電気配線は一層簡素化できる。

電極用導電体１１２と電極１２０及び電極配線用電線５１の電気的接続の詳細は図５に示す方法による。まず、面状発熱体１００をラミネートする前の段階で、電極１２０の位置で柔軟性に富む扁平な形状の平編み銅線１２１により電極用導電体１１２の両面を挟み込んだ状態で面状発熱体１００全体を絶縁フィルム３０でラミネートする。次に、電極１２０の位置の部分の片面をレーザーなどで剥がし露出させる。電極用導電体１１２と電極配線用電線５１の接続には上下一対型のアメリカンホックなどの電極用カシメ金具５５及びリング圧着端子５２を用いる。この結果、絶縁フィルム３０と平編み銅線１２１と電極用導電体１１２及びリング圧着端子５２が電極用カシメ金具５５により強度に密着でき、さらにリング圧着端子５２により電極配線用電線５１も電気的・機械的に強度に接続される。この構造により、従来の面状発熱体の電極部周辺の弱点であった屈曲などによる接触抵抗の増加や断線などの課題を解決できる。

コネクタ型プラグ受け１６０は、低電圧用のプラグ受けであればよい。つまり、コネクタ型プラグ受け１６０には、２４Ｖ、１２Ｖ、９Ｖ、６Ｖなどの直流電源に変換するＡＣアダプター２００の出力端子２０１のみが電気的に接続できる形状を有している。これにより、１００Ｖ又は２００Ｖなどの高電圧の商用電源は、これがコネクタ型プラグ受け１６０に直接電気的に接続できないから、コネクタ型プラグ受け１６０を介して、直接、遠赤外線面状発熱体シート１０の電極用導電体１１２に通電されない。このように、低電圧の直流電源又は電池を電源とするため、仮に、使用中に面状発熱体シートを傷つけるなどの事故があっても命に関わる感電の危険性を大幅に減少できる。

また、遠赤外線面状発熱体シート１０をそれぞれ適切なコネクタ／プラグ付きケーブルに付け替えることにより、遠赤外線面状発熱体シート１０は、ＡＣアダプター２００を経由して商用電源、又は、図６に示すような、自動車に備えられているシガーライター用ソケットに装着できるプラグ３００を経由して乗用車／トラック用直流電源、又は、図７に示すような充電式電池３５０などから、受電できる。このため、遠赤外線面状発熱体シート１０は、屋内、屋外を問わずいろいろな場所で使用することができる。

図８に示すように、遠赤外線面状発熱体シート１０とＡＣアダプター２００との間に、遠赤外線面状発熱体シート１０の作動を制御する制御器２５０を備えても良い。制御器２５０は、電極用導電体１１２から電線を介して流れる電気をオン又はオフをするスイッチや、電源電圧を調節する機能を持つ制御器を備える。制御器２５０は、遠赤外線面状発熱体シート１０及びＡＣアダプター２００を所定の長さの電線で接続しているので、使用者は、制御器２５０を使用者の近い位置に配置した状態で、遠赤外線面状発熱体シート１０の温度を使用者の意思で制御することができる。

図９に示すように、遠赤外線面状発熱体シート１０は、低温の外気から保護すると共に保温性を高めるため布製などの袋４００に収納してもよい。袋４００は、遠赤外線面状発熱体１５及びこれに密接にくっついている保温材４０などを一体的に収容できる大きさ袋本体４３０と、袋本体４３０の袋開口部４１０に形成されたファスナー４２０とを有する。また、袋自体が保温性の高い素材で形成されている場合には保温材４０を省略することも可能である。

使用する面状発熱体１００の基となる網目状の綿織物の網状基材１１０の横繊維素材（横糸）１１１の間隔は、例えば、長椅子用などでの使用を想定すると比較的広い面積を必要とする面状発熱体１００を作成する場合には、例えば１７ｍｍ、１０ｍｍ程度に荒目に製作し、座布団型又は懐炉型のように狭い面積で良いものは６ｍｍ程度に製作するなどにより、できるだけ消費電力を抑えながら所望の使用温度を調整して製造することができる。

また、含浸させる炭素系半導体化合物を同じとし、面状発熱体用基布の構成を電極用導電体１１２の織り込み方を変えることで、例えば温度特性が同じ２４Ｖ用と１２Ｖ用の面状発熱体シートを製作することができる。すなわち、電極用導電体１１２を面状発熱体シートの横方向両端に加えて中間に補助電極用導電体１１２ａを設けることにより、２４Ｖの時は両端電極のみ使用、図１０に示すように、１２Ｖの時は中間電極としての電極用導電体１１２ａと両端電極としての電極用導電体１１２との間に通電するように配線を行えば、２４Ｖとコンパチブルにすることができる。同様に補助電極を適当に設けることにより、９Ｖ用、６Ｖ用などにもできる。

また、面織物などの織り目の細かい布又は不織布に炭素系の導電性を持つ塗料を塗布又は含浸させた面状発熱体は特許文献２又は３に記載のように、すでに知られているが、特に特許文献１で詳しく示したように網目状に展開することで、遠赤外線放射効果が大きく損なわずに、面織物及び含浸材料を少なくできる利点を持つため、製造コスト削減に大きな効果を得ることができる。遠赤外線面状発熱体シート１０は、この両者の特徴を余すことなく取り入れている。

さらに、本考案のように、遠赤外線面状発熱体シート１０には、人体や動物などに接して使用する目的の応用製品においては、発熱体シートにある程度の柔軟性が要求される。一般に面状発熱体は床暖房用などで形を固定した形式での使用形態が多いため、柔軟性については大きな課題とはなっていない。このため、電気絶縁を行うためのラミネートについても比較的硬度の高いＰＥＴなどが主に用いられており、使用中に常に機械的な屈曲が生ずるような状況を想定していない。

この場合、通常の織り目の細かい布状の基布を基にした面状発熱体では、ＰＥＴなどのラミネートの材料は接着剤により、片面ずつが張り合わせられ、機械的な屈曲などにより容易にはがれてしまう危険性が大きい。これに対して、遠赤外線面状発熱体シート１０によれば、網目状の面状発熱体を使用することにより面状発熱体材料自体が接着剤によりお互いに強く接着されるため、多少の屈曲によりラミネートと面状発熱体素材が剥がれる危険性が極めて少なくできる。このため、本考案で採用したようにポリウレタン系樹脂又は塩化ビニール樹脂系の柔軟性に富む布状絶縁フィルム素材をラミネート材料とした場合でも、屈曲による性能劣化を大きく抑えることができる。

また、遠赤外線面状発熱体シート１０によれば、網目状の基布に柔軟性に富む絶縁フィルムをラミネート材料として使用することにより、発熱のための基本的な素子である横発熱体、縦発熱体の糸状の抵抗発熱素子を、通常のビニール電線のように細かく密封することができ、素子の絶縁性、防水性を増し、空気などに触れることによる特性劣化などのリスクを低減できる。

また、本考案では、人体に直接又は衣服などを介して接触させて使用する場合に特に暖房効果が大きくなるように消費電力を極力抑えることができる。すなわち、通電時においても不使用時には温度上昇を少なくし、実際に使用する場合には温度が適温に上昇するように設計している。例えば、遠赤外線面状発熱体シート１０を縦３０ｃｍ、横２５ｃｍとし、その抵抗値を９０Ωとして保温材４０と共に布などの袋４００に収納し室温１５℃に放置した場合、シート１０本体は３８℃程度となるが、袋４００の表面温度は２８℃程度にしかならない。しかし、人間又は動物がその上に座るなどで実際に使用すると、人体又は動物の体自体が一種の断熱材の役割を果たすことと、人体や動物の体から放射される遠赤外線をシート１０が吸収してそれ自体の温度が上昇し、より強い遠赤外線を人体や動物の体に放射するという相互作用により、人体又は動物の体温低下分を補う適度な加温を続ける効果が期待される。

実測によれば、袋４００の表面で３９℃〜４１℃程度の適度の温度を与える暖房器具として十分に機能することを確認している。この場合の電力は電力＝電圧×電圧÷抵抗で計算出来るから、２４×２４÷９０＝６．４ワットとなる。さらに、本考案の遠赤外線面状発熱体シート１０に使用している面状発熱体１００の自己温度制御機能により、温度が上昇した使用時には抵抗が増え、電流が減少して電力は６ワット以下に低減される。一方、ニクロム線などを使用した既成のマット型ヒーターでは人間が使用中か否かに拘わらず、例えば表面温度を４０℃の設定温度に一定になるよう電力を供給するため、どうしても電力を過大に設計することが多く、上記のサイズ程度でも３０ワット以上になるものが大半である。このように、本考案の遠赤外線面状発熱体シート１０は省電力化に大きく貢献できる。

１０ 遠赤外線面状発熱体シート
１５ 遠赤外線面状発熱体
３０ 絶縁フィルム
４０ 保温材
４１ アルミ箔
４５ 基台
５０ 自動的温度制御器
５１ 電極配線用電線
５２ リング圧着端子
５３ 温度ヒューズ
５４ サーモスタット
５５ 電極用カシメ金具
６０ 伝熱部
１００ 面状発熱体
１１０ 網状基材
１１１ 横繊維素材
１１２ 電極用導電体
１１３ 縦繊維素材
１１４ 抵抗発熱素子層
１１５ 横発熱体
１１６ 縦発熱体
１２０ 電極
１２１ 平編み銅線
１４０ ハトメ金具
１６０ コネクタ型プラグ受け
２００ ＡＣアダプター
２０１ 出力端子
２５０ 制御器
３００ 自動車シガーライターソケット用プラグ
３５０ 充電式電池
４００ 袋
４１０ 袋開口部
４２０ ファスナー
４３０ 袋本体

Claims (10)

1. 複数の縦糸と前記縦糸の一部に織り込まれた電極用導電体とを有し、炭素系化合物半導体を含浸・焼き付けした面状発熱体と、前記面状発熱体の表面を覆うように前記面状発熱体をラミネートするポリウレタン樹脂系又は塩化ビニール樹脂系絶縁フィルムと、を有する遠赤外線面状発熱体を備えることを特徴とする遠赤外線面状発熱体シート。
2. 前記遠赤外線面状発熱体は、さらに、前記ポリウレタン樹脂系又は塩化ビニール樹脂時系絶縁フィルムの両面又は片面に貼付し又はその一部を固定して設置された保温材又は断熱材を備えることを特徴とする請求項１に記載の遠赤外線面状発熱体シート。
3. 前記保温材又は断熱材は、その一方の面がアルミ箔を蒸着又は貼付した素材で形成されており、前記一方の面の側が前記ポリウレタン樹脂系又は塩化ビニール樹脂系絶縁フィルムに貼付又は一部固定されていることを特徴とする請求項２に記載の遠赤外線面状発熱体シート。
4. さらに、前記遠赤外線面状発熱体を収納する袋を備えることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の遠赤外線面状発熱体シート。
5. 前記電極用導電体は、低電圧の直流電源と電気的に接続可能かつ取外可能な低電圧用接続部を有することを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の遠赤外線面状発熱体シート。
6. 前記低電圧用接続部は、商用電源から低電圧の直流電圧に変換するＡＣアダプターの出力端子と電気的に接続可能かつ取外可能に形成されていることを特徴とする請求項５に記載の遠赤外線面状発熱体シート。
7. 前記低電圧用接続部は、直流電源とシガーライター用プラグを介して電気的かつ取外可能に形成されていることを特徴とする請求項５に記載の遠赤外線面状発熱体シート。
8. 前記低電圧用接続部は、充電式電池に電気的に接続可能かつ取外可能に形成されていることを特徴とする請求項５に記載の遠赤外線面状発熱体シート。
9. さらに、前記遠赤外線面状発熱体の温度を測定し、前記電極用導電体への電源供給をオン又はオフにするサーモスタット、及び、前記遠赤外線面状発熱体の異常加熱を検知し、前記電極用導電体への電源供給をオフにする温度ヒューズのうち、少なくとも一方を備えることを特徴とする請求項１から８のいずれかに記載の遠赤外線面状発熱体シート。
10. 前記遠赤外線面状発熱体の温度をコントロールするスイッチであって前記電極用導電体から電線を介して電気的に接続したスイッチ、及び、電源電圧を調節する機能を持つ制御器のうち、少なくとも一方を備えることを特徴とする請求項１から９のいずれかに記載の遠赤外線面状発熱体シート。
    
    

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