JP3906321B2 - 床暖房装置及びその製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、正温度係数特性を有するＰＴＣヒータを備えた床暖房装置及びその製造方法に関するものである。
【０００２】
【背景技術】
快適な暖房装置として床暖房装置が多用されている。この床暖房装置には、電気式床暖房装置や温水式床暖房装置がある。
電気式床暖房装置は、設置の容易さ、メンテナンスの容易さ等により、温水式床暖房装置より優れているが、床暖房装置は通常、床下に設置されるため、火災防止の観点から十分な安全処置が必要である。
この安全装置として、サーモスタット、温度ヒューズが従来より設置されているが、これらは機械的な装置であるから、故障という問題を消し去ることができない。
【０００３】
従来では、床暖房装置として、温度の上昇とともに電気抵抗値が増大する正温度係数特性（ＰＴＣ特性）を有する発熱体からＰＴＣヒータを構成し、自己温度を制御可能としたものがある。
このＰＴＣヒータを備えた床暖房装置としては、ＰＴＣ特性を有するチュービングヒータを電気カーペットに用いた床暖房装置（特開昭60-9084号）、自己温度制御型発熱素子を用いた床暖房パネル（特開平6-313570号）、自己温度制御機能を有する発熱体を備えた床暖房用ヒータ（実開昭59-168989号）、ＰＴＣ特性を有する面状発熱体と非制御発熱体とを組み合わせて発熱体全体が温度制御される暖房装置（実開平3-84582号）、ＰＴＣヒータを内装した床暖房パネル（実開平4-129021号）、ＰＴＣ特性を有する面状ヒータの両面にそれぞれ保持板を挟んだ床暖房パネル（実用新案登録3043854号）がある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
特開昭60-9084号では、ヒータは自己温度制御機能を有する、と記載されているが、床暖房の安全装置としてのＰＴＣ特性に関する具体的な記載がない。
特開平6-313570号では、発熱素子は一定温度の自己温度制御が可能であるため過熱又は加熱不足を来すことがない、と記載され、かつ、サーモスタットは法規上設けるものであって、本発明の構成要件ではない、と記載されているが、外部からの加熱、例えば、床暖房装置以外の暖房装置等の加熱によって異常な高温になった場合、確実に昇温を防ぐことが可能か否かについては記述がない。
【０００５】
実開昭59-168989号では、ヒータは、自己温度制御機能を有するので、温度制御可能と考えられるが、床暖房用として具体的な温度制御、外部加熱時の昇温防止については記述がない。
実開平3-84582号では、発熱体の材料としてカーボン素子と熱可塑性樹脂（例えば、ポリプロピレン、ポリエチレン、ナイロン）とをＰＴＣ特性を有するように複合化したものが挙げられる、と記載されているが、熱可塑性樹脂としてポリプロピレン等を用いたのみでは自己温度制御する温度が高いか、通常の発熱量が不足するといった問題が生じるものと考えられる。
【０００６】
実開平4-129021号では、自己温度制御により異常昇温が防止されることになり、この結果、床暖房パネルの上面に断熱するものが置かれても異常温度とならず、カーペットや絨毯を敷くことも可能となることが記載されており、熱閉塞状態での過熱防止が可能であると考えられるが、外部加熱による異常な高温時については記載されていない。
実用新案登録3043854号では、自己温度制御することによりサーモスタット等の温度制御装置が不要となる、と記載されているが、具体的な温度制御並びに外部加熱時の昇温防止については記載がない。
【０００７】
即ち、以上説明した従来例では、ヒータの自己温度制御が可能であっても、外部から加熱された時に異常な温度上昇が発生するという問題点があり、異常な高温時に電流を遮断する温度ヒューズが不可欠となる。
さらに、ヒータを構成する発熱体がＰＴＣ特性を有することから、低温時でヒータに通電を開始すると、急激に大きな電流が流れることになることになるため、ブレーカが作動する等の不都合が発生する。この不都合を回避するため、複雑なブレーカ設計や遅延リレー設計が必要となるが、従来例では、この点が考慮されていない。
また、特開昭60-9084号、特開平6-313570号、実開昭59-168989号、実開平3-84582号及び実用新案登録3043854号で示される従来例では、床を布団等で熱閉塞した場合に、温度が上昇し、床材が傷む問題がある。
【０００８】
本発明の目的は、ヒータが熱閉塞状態にある時並びに外部から加熱された時の異常な昇温を防止するとともに、低温でヒータに通電を開始した際にブレーカが作動する等の不都合を回避できる床暖房装置及びその製造方法を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
そのため、本発明はＰＴＣヒータのヒータ温度７５℃及び３０℃での発熱量Ｐを所定値に設定し、周囲温度が抵抗値の最大値を示す温度以上で１４０℃以下の温度範囲での発熱量の最大値Ｐmaxを所定値に設定し、かつ、周囲温度が０℃での突入電流値Ｉを所定値に設定して前記目的を達成しようとするものである。
具体的には、本発明の床暖房装置は、一対の電極を被覆し温度の上昇とともに電気抵抗値が増大する正温度係数特性を有する発熱体から形成されるＰＴＣヒータと、このＰＴＣヒータの上面を覆う蓋材を有し前記ＰＴＣヒータが収納されるとともに床を構成し木材から形成される箱状体とを備え、前記ＰＴＣヒータは、ヒータ温度７５℃での発熱量ＰがＰ（７５℃）≦４０Ｗ／ｍ2であり、ヒータ温度３０℃での発熱量ＰがＰ（３０℃）≧９０Ｗ／ｍ2であり、前記ＰＴＣヒータの周囲温度が抵抗値の最大値を示す温度以上で１４０℃以下の温度範囲での発熱量の最大値ＰmaxがＰmax≦０．４０Ｗ／ｍ2あり、前記ＰＴＣヒータの周囲温度が０℃での突入電流値ＩがＩ（０℃）≦７Ａ／ｍ2であることを特徴とする。
【００１０】
本発明では、ＰＴＣヒータの電極間に電流を流すと、発熱体で発熱されて床暖房される。この発熱体はＰＴＣ特性を有するため、温度上昇とともに電気抵抗値が増大し、一定温度になった時には、それ以上電流が流れることがなく、過熱が防止される。
このＰＴＣヒータは、ヒータ温度７５℃での発熱量ＰがＰ（７５℃）≦４０Ｗ／ｍ2であるから、熱閉塞状態、つまり、絨毯、カーペット、布団等でヒータから発生する熱が籠もる場合において、温度が異常に上昇することがない。換言すれば、ヒータ温度７５℃での発熱量Ｐが４０Ｗ／ｍ2を越える場合では、床が７５℃を越える温度に昇温する可能性があり、床材の変色や反り等の問題が発生する。しかも、ＰＴＣヒータは、ヒータ温度３０℃での発熱量ＰがＰ（３０℃）≧９０Ｗ／ｍ2であるから、床暖房に必要な発熱量を得ることができる。
【００１１】
また、ＰＴＣヒータの周囲温度が抵抗値の最大値を示す温度以上で１４０℃以下の温度範囲での発熱量の最大値ＰmaxがＰmax≦０．４０Ｗ／ｍ2であるから、外部からの加熱で異常に高温になっても、ＰＴＣヒータが異常に加熱することがない。そのため、サーモスタットや温度ヒューズ等の安全装置を別途設けることを要しない。
さらに、ＰＴＣヒータの周囲温度が０℃での突入電流値ＩがＩ（０℃）≦７Ａ／ｍ2であるから、低温で通電を開始した時の突入電流が小さいからブレーカが作動することがない。そのため、ブレーカ設計や遅延リレー設計を容易に行うことができる。
【００１２】
ここで、本発明では、前記ＰＴＣヒータを直熱式、つまり、被加熱部を直接加熱する方式としてもよい。
この構成では、外部からの加熱状態をＰＴＣヒータが直接検知するから、ヒータの異常な昇温を確実に阻止することができる。
また、前記ＰＴＣヒータを、前記電極をそれぞれ被覆した複数の電極被覆部材が互いに所定間隔離れて面状発熱抵抗シートに取り付けられた面状発熱体としてもよい。
この構成では、床暖房に際して、広い発熱面積を確保できる。
これに対して、前記ＰＴＣヒータを、線状に形成された線状発熱体としてもよい。
この構成では、ヒータの配置スペースが小さいことから、床の局所的な暖房を行える。
【００１３】
本発明の床暖房装置の製造方法は、前記ＰＴＣヒータを前記電極とともに発熱組成物を押し出して成形した後、７０℃以上１５０℃以下で熱処理をしたことを特徴とする。
ここで、熱処理とは、ＰＴＣヒータを前記温度に設定された恒温槽の内部に所定時間（例えば、２４時間）放置することをいう。
このように、ＰＴＣヒータを熱処理することにより、７０℃以上を履歴した際に、ＰＴＣヒータの抵抗値の規定に比べた実測値の変動（抵抗値変動）が小さくて済む。そのため、抵抗値が規定値に比べて大きすぎることがないので、必要な発熱量を得ることができるとともに、抵抗値が規定値に比べて小さすぎることがないので、熱閉塞時の最高温度が高くなることがない。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施形態を添付図面に基づいて説明する。ここで、各実施形態において、同一構成要素は同一符号を付して説明を省略もしくは簡略にする。
図１から図３には本発明の第１実施形態が示されている。図１は第１実施形態にかかる床暖房装置１の分解斜視図である。
図１において、床暖房装置１０は、蓋材１Ａを備えた箱状体１と、この箱状体１の下面に取り付けられたＰＴＣヒータ２と、このＰＴＣヒータ２と蓋材１Ａとの間に介装された均熱板３と、この均熱板３と蓋材１Ａとの間に配設された断熱材４とを備えた床暖房パネルである。この床暖房装置１には必要に応じてＰＴＣヒータ２の温度調節用の温度センサーや漏電感知用のアース等の安全装置を設けても良い。
【００１５】
箱状体１は、木材から形成されるもので、他の床パネルとともに床を構成するものである。
箱状体１の上面には必要に応じてカーペット、絨毯等が敷設されている。蓋材１Ａは表面を仕上げ加工した床表面材である。
第１実施形態で適用される床構造は特に限定されるものではなく、コンクリート床、根太直付き床、荒床等の床構造が含まれる。また、床暖房装置を床の上に施工するものでもよい。
また、床パネルはフローリング、Ｐタイル、コルクタイル、石材、畳、絨毯・カーペット、塩ビシート等から形成される。
【００１６】
ＰＴＣヒータ２は箱状体１の上方に位置する被加熱部を直接加熱する直熱式であり、１枚又は複数枚（図１では４枚）の面状発熱体から構成される。
図２及び図３にはＰＴＣヒータ２の詳細な構成が示されている。図２はＰＴＣヒータ２の一部を破断した斜視図であり、図３は、その平面図である。
図２及び図３において、ＰＴＣヒータ２を構成する面状発熱体は、一対の電極１３をそれぞれ被覆した複数の電極被覆部材１４が互いに所定間隔離れて面状発熱抵抗シート１２に取り付けられ、これらの面状発熱抵抗シート１２及び電極被覆部材１４の周りに外装材１５が設けられた構造である。
【００１７】
面状発熱抵抗シート１２及び電極被覆部材１４は、熱可塑性樹脂及び導電性粒子を備えた発熱組成物から形成され、正温度係数特性を有する発熱体である。
この熱可塑性樹脂としては、結晶性熱可塑性樹脂が好ましく、具体的には、ポリオレフィン樹脂及びその共重合樹脂、ポリアミド系樹脂、ポリアセタール樹脂、熱可塑性ポリエステル樹脂、ポリフェニレンオキシド及びノニル樹脂、ポリスルフォン等を挙げることができる。
【００１８】
前記ポリオレフィン樹脂としては、例えば、高密度ポリエチレン、中密度ポリエチレン、低密度ポリエチレン、直鎖状低密度ポリエチレン等のポリエチレン類、アイソタクチックポリプロピレン、シンジオタクチックポリプロピレン、アタクチックポリプロピレン等のポリプロピレン類、ポリブテン、４−メチルペンテン−１樹脂等を挙げることができる。
また、第１実施形態においては、エチレン−プロピレン共重合体、エチレン−酢酸ビニル共重合体、エチレン−アクリル酸共重合体、エチレン−エチルアクリレート共重合体（ＥＥＡ）、エチレン−メチルアクリレート共重合体等のエチレン−アクリレート系共重合体、エチレン−塩化ビニル共重合体等のオレフィンとビニル化合物との共重合体及びフッ素含有エチレン系重合体、ならびに、これらの変成物も使用できる。
【００１９】
前記酢酸ビニル系樹脂としては、例えば、酢酸ビニル樹脂、ポリビニルアセトアセタール、ポリビニルブチラール等を挙げることができる。
前記ポリアミド樹脂としては、例えば、ナイロン６、ナイロン８、ナイロン11、ナイロン66、ナイロン610 等を挙げることができる。
前記ポリアセタールは、単一重合体であっても共重合体であってもよい。
前記熱可塑性ポリエステル樹脂としては、例えば、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート等を挙げることができる。
また、前記結晶性熱可塑性樹脂としては、前記のほかに、例えば、トランス−１，３−ポリイソプレン、シンジオタクチック−１，２−ポリブタジエン等のジエン系重合体及び共重合体等も使用することができる。
【００２０】
前記各種の結晶性熱可塑性樹脂は、１種単独で用いてもよいし、２種以上をポリマーブレンド等として併用してもよい。
もっとも、前記各種の結晶性熱可塑性樹脂の中でも、高密度ポリエチレン、低密度ポリエチレン、直鎖状低密度ポリエチレンやエチレン−酢酸ビニル共重合体、エチレン−エチルアクリレート共重合体等のオレフィン系共重合体やトランス−１，４−ポリイソプレン等が好ましい。
前記各種の結晶性熱可塑性樹脂は、必要に応じて他のポリマーや添加物との組成物として使用することもできる。
【００２１】
前記導電性粒子としては、例えば、カーボンブラック粒子、グラファイト粒子等の粒状物、鉄（Fe）、ニッケル（Ni）、プラチナ（Pt）、銅（Cu）、銀（Ag）、金（Au）等の金属微粒子、金属粉体、金属酸化粉体等の粉状物、炭素繊維等の繊維状物、導電性無機材料（ＩＴＯ等）、チタン酸バリウム（BaTiO3），チタン酸ストロンチウム（SrTiO3）等の正温度係数特性を有する無機材料等を挙げることができる。これらの中でもカーボンブラック粒子、グラファイト粒子等の粒状物、特に、カーボンブラック粒子が好ましい。
前記各種の導電性粒子は、１種単独で用いてもよいし、２種以上を混合物として併用してもよい。
導電性粒子の粒径としては、特に制限はないが、例えば、平均粒径が通常10〜200 nm、好ましくは、15〜100 nmである。導電性粒子が繊維状である場合には、そのアスペクト比は通常１〜1000、好ましくは、１〜100 程度である。
【００２２】
前記結晶性樹脂と導電性粒子との配合割合は、重量比として、通常、10〜80：90〜20、好ましくは、55〜75：45〜25である。導電性粒子の配合割合がこの範囲より少ないと電極被覆部材１４の抵抗値が大きくなり、面状発熱体１が実用上、十分に発熱しないことがあり、一方、導電性粒子の配合割合がこの範囲より多いと正温度係数特性が十分に発現しないことになる。
電極被覆部材１４の発熱組成物の比抵抗値は仕様や目的に応じて適宜選定することができるが、通常の場合、10〜50000 Ω・cm、好ましくは、40〜20000 Ω・cmである。
前記結晶性樹脂と導電性粒子とを混合し成形して電極被覆部材１４が得られるが、この成形時又は成形後において前記発熱組成物中の熱可塑性結晶性樹脂を架橋して発熱組成物を硬化させることが好ましい。この発熱組成物を硬化させると、正温度特性が改良されるとともに、面状発熱体の熱変形あるいは熱軟化等による不良を防止することができる。
【００２３】
結晶性熱可塑性樹脂の架橋は架橋剤及び／又は放射線を利用して行うことができる。前記架橋剤は、結晶性熱可塑性樹脂の種類に応じて、有機過酸化物、硫黄化合物、オキシム類、ニトロソ化合物、アミン化合物、ポリアミン化合物等から適宜選択して決定することができる。
例えば、前記結晶性熱可塑性樹脂がポリオレフィン系樹脂等である場合には、好適な架橋剤として、例えば、有機過酸化物を利用することができる。この有機過酸化物としては、例えば、ベンゾイルパーオキシド、ラウロイルパーオキシド、ジクミルパーオキシド、tert−ブチルパーオキシド、tert−ブチルパーオキシベンゾエート、tert−ブチルクミルパーオキシド、tert−ブチルヒドロパーオキシド、２，５−ジメチル−２，５−ジ（tert−ブチルパーオキシ）ヘキシン−３、１，１−ビス（tert−ブチルペルオキシイソプロピル）ベンゼン、１，１−ビス（tert−ブチルペルオキシ）−３，３，５−トリメチルシクロヘキサン、ｎ−ブチル−４，４−ビス（tert−ブチルペルオキシ）バレレート、２，２−ビス（tert−ブチルペルオキシ）ブタン、tert−ブチルペルオキシベンゼン等を挙げることができる。
【００２４】
これらの中でも、特に、２，５−ジメチル−２，５−ジ（tert−ブチルパーオキシ）ヘキシン−３等が好ましい。なお、これらの各種の有機過酸化物は１種単独で使用してもよいし、必要に応じて、トリアリルシアヌレートやジビニルベンゼン、トリアリルイソシアヌレート等の架橋補助剤を添加してもよい。
前記有機過酸化物の使用割合は、前記結晶性樹脂100 重量部に対して、通常、0.01〜５重量部、好ましくは、0.05〜２重量部である。この割合が0.01重量部未満では、架橋化が不十分となり、正温度係数特性が十分に発現しなかったり、高温領域での抵抗の低下がみられる等の問題が生じやすい。一方、５重量部を越えると、架橋化度が高くなりすぎて、成形性が低下したり、正温度係数特性の低下する現象がみられることになる。
【００２５】
電極１３は、電極用導線の単線１３Ａを互いに交差することなく複数本平行かつ平板状に一列に並んで形成されており、この単線１３Ａは具体的な太さが単線１３Ａの数との関係で決定される。なお、この電極１３は、図示の電極用導線の単線１３Ａに限定されるものではなく、金属テープ、導電性ペーストから構成してもよい。
電極被覆部材１４は断面矩形状かつ長尺状に形成されており、発熱抵抗シート１２の両側において長さ方向に沿って２本融着されている。
【００２６】
ＰＴＣヒータ２はヒータ温度７５℃での発熱量ＰがＰ（７５℃）≦４０Ｗ／ｍ2である。
この条件を満たさない場合、通常考えられる熱閉塞状態（絨毯、カーペットあや布団等による断熱）において、７５℃を越えて昇温する可能性があり、床材が反ったり変色したりする。
ＰＴＣヒータ２はヒータ温度３０℃での発熱量ＰがＰ（３０℃）≧９０Ｗ／ｍ2、好ましくは、Ｐ（３０℃）≧１００Ｗ／ｍ2である。
この条件を満たさない場合、床暖房に必要な熱量が得られない。
ＰＴＣヒータ２は、その周囲温度が抵抗値の最大値を示す温度以上で１４０℃以下の温度範囲での発熱量の最大値ＰmaxがＰmax≦０．４０Ｗ／ｍ2である。
この条件を満たさない場合、外部からの加熱で異常に高温になった時にヒータの発熱による昇温の可能性がある。
ＰＴＣヒータ２は、その周囲温度が０℃での突入電流値ＩがＩ（０℃）≦７Ａ／ｍ2である。
以上の条件は発熱組成物の成分、配合比等を設定することにより決定される。
【００２７】
外装材１５は、電気的な絶縁層として機能する合成樹脂フィルムが使用される。この合成樹脂フィルムとしては、例えば、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ナイロン、ポリカーボネート、ポリプロピレン、ポリエチレンを例示できる。
外装材１５は接着層を介して面状発熱抵抗シート１２及び電極被覆部材１４に接着固定される。この接着層としては、面状発熱抵抗シート１２及び電極被覆部材１４との接着性に優れる材料であればよいが、特に、熱可塑性樹脂がポリオレフィン系の場合、ポリエチレン系共重合体、ポリプロピレン系共重合体、あるいは、これらの変性樹脂が好ましい。
【００２８】
図１において、隣り合うＰＴＣヒータ２の電極１３同士はリード線１６で接続されている。
均熱板３は、アルミ板や鋼板から形成される所定厚さの平板である。この均熱板３により、ＰＴＣヒータ２の上面の局所発熱を防止するとともに、ＰＴＣヒータ２の強度を大きなものにできる。
断熱材４はＰＴＣヒータ２の熱を下方から放出させないようにするためのもので、例えば、ウレタン系やポリオレフィン系の発泡体や繊維質から構成される。
【００２９】
次に、第１実施形態の床暖房装置１を製造する方法について説明する。
まず、箱状体１及びＰＴＣヒータ２等を別々に製造し、これらを組み立てる。ＰＴＣヒータ２を製造するため、発熱組成物から面状発熱抵抗シート１２及び電極被覆部材１４をそれぞれ押出成形する。電極被覆部材１４は、電極用導線の単線１３Ａを複数互いに交差することなく平行な状態で押出成形機のダイに通し、これらの電極用導線とともに発熱組成物を押し出すという共押出法により製造される。
【００３０】
ＰＴＣヒータ２を電極１３とともに発熱組成物を押し出して成形した後、７０℃以上１５０℃以下で熱処理をし、その後、−２０℃以上０℃以下で熱処理をし、さらにその後、３０℃以上５０℃以下で熱処理をする。これらの熱処理を複数回繰り返してもよい。このように異なる温度で熱処理を繰り返すことにより、７０℃以上の履歴だけではなく、あらゆる温度での経時変化を小さくすることができる。
ここで、熱処理とは、前記温度で設定された恒温槽にＰＴＣヒータ２を所定時間（例えば、２４時間）放置することをいう。
ＰＴＣヒータ２を７０℃以上１５０℃以下で熱処理しないと、７０℃以上を履歴した際に、ＰＴＣヒータ２の抵抗値の規定に比べた実測値の変動（抵抗値変動）が大きくなる。一方、抵抗値が規定値に比べて小さいと、熱閉塞時の最高温度が高くなる。
【００３１】
従って、第１実施形態によれば、▲１▼一対の電極１３を被覆し温度の上昇とともに電気抵抗値が増大する正温度係数特性を有する発熱体から形成されるＰＴＣヒータ２を備えて床暖房装置を構成し、このＰＴＣヒータ２は、ヒータ温度７５℃での発熱量ＰがＰ（７５℃）≦４０Ｗ／ｍ2としたから、熱閉塞状態、つまり、絨毯、カーペット、布団等でヒータ２から発生する熱が籠もる場合において、温度が異常に上昇することがない。
しかも、▲２▼ＰＴＣヒータ２は、ヒータ温度３０℃での発熱量ＰがＰ（３０℃）≧９０Ｗ／ｍ2であるから、床暖房に必要な発熱量を得ることができる。
さらに、▲３▼ＰＴＣヒータ２は、その周囲温度が抵抗値の最大値を示す温度以上で１４０℃以下の温度範囲での発熱量の最大値ＰmaxがＰmax≦０．４０Ｗ／ｍ2であるから、外部からの加熱で異常に高温になっても、ＰＴＣヒータ２が異常に加熱することがない。そのため、サーモスタットや温度ヒューズ等の過昇温度防止装置を別途設けることを要しない。
その上、▲４▼ＰＴＣヒータ２は、その周囲温度が０℃での突入電流値ＩがＩ（０℃）≦７Ａ／ｍ2であるから、低温で通電を開始した時の突入電流が小さくなり、ブレーカが作動することがない。そのため、ブレーカ設計や遅延リレー設計を容易に行うことができる。
【００３２】
また、第１実施形態では、▲５▼ＰＴＣヒータ２は直熱式、つまり、被加熱部を直接加熱する方式であるから、外部からの加熱状態をＰＴＣヒータ２が直接検知することになり、ヒータ２の異常な昇温を確実に阻止することができる。
さらに、▲６▼ＰＴＣヒータ２を、電極１３をそれぞれ被覆した複数の電極被覆部材１４が互いに所定間隔離れて面状発熱抵抗シート１２に取り付けられた面状発熱体としたから、床暖房に際して、広い発熱面積を確保できる。
【００３３】
さらに、▲７▼第１実施形態の床暖房装置の製造方法は、ＰＴＣヒータ２を電極１３とともに発熱組成物を押し出して成形した後、７０℃以上１５０℃以下で熱処理をしたから、抵抗値変動が小さくて済む。そのため、抵抗値が規定値に比べて大きすぎることがないので、必要な発熱量を得ることができるとともに、抵抗値が規定値に比べて小さすぎることがないので、熱閉塞時の最高温度が高くなることがない。
【００３４】
次に、本発明の第２実施形態を図４に基づいて説明する。第２実施形態の床暖房装置２０は、ＰＴＣヒータ２が収納される箱状体２１の構造並びに均熱板３がない点で第１実施形態と相違するもので、他の構造は第１実施形態と同じである。
図４は第２実施形態の床暖房装置２０の分解斜視図である。
図４において、第２実施形態の床暖房装置２０は、前記ＰＴＣヒータ２と、このＰＴＣヒータ２を収納する箱状体２１とを備え、この箱状体２１は平面矩形状のラワン合板の上部にＰＴＣヒータ２を収納するための凹部を形成したもので、この凹部と大きさが一致するラワン合板からなる蓋材２１ＡでＰＴＣヒータ２の上面を覆う構造である。この蓋材２１Ａは接着剤でＰＴＣヒータ２に固定されている。
【００３５】
第２実施形態のＰＴＣヒータ２は、蓋材２１Ａの上方に位置する被加熱部を直接加熱する直熱式であり、１枚又は複数枚（図４では３枚）の面状発熱体から構成される。
ＰＴＣヒータ２を構成する面状発熱体は、第１実施形態と同様、一対の電極１３をそれぞれ被覆した複数の電極被覆部材１４が互いに所定間隔離れて面状発熱抵抗シート１２に取り付けられ、これらの面状発熱抵抗シート１２及び電極被覆部材１４の周りに外装材１５が設けられた構造であるが、この外装材１５の上面に必要に応じてアルミ層が形成されている。
第２実施形態の床暖房装置２０は第１実施形態の床暖房装置１０と同様に製造されるものであり、その作用効果は▲１▼〜▲７▼で示す第１実施形態の作用効果と同じである。
【００３６】
次に、本発明の第３実施形態を図５に基づいて説明する。第３実施形態はＰＴＣヒータ２を収納する部材が第２実施形態と相違するもので、他の構造は第２実施形態と同じである。
図５は第３実施形態の床暖房装置３０の分解斜視図である。
図５において、第３実施形態の床暖房装置３０は、前記ＰＴＣヒータ２と、このＰＴＣヒータ２を収納する合成樹脂製袋３１とを備え、図示しない床材に収納される構成である。ＰＴＣヒータ２は第１及び第２実施形態と同様に直熱式である。
合成樹脂製袋３１は、ポリプロピレン、ポリエチレン等の平面矩形状の２枚の合成樹脂製シート３２，３３の端縁を熱シールして袋状に形成される。
第３実施形態の床暖房装置３０は第１実施形態の床暖房装置１０と同様に製造されるものであり、その作用効果は▲１▼〜▲７▼で示す第１実施形態の作用効果と同じである。
【００３７】
次に、本発明の第４実施形態を図６及び図７に基づいて説明する。第４実施形態はＰＴＣヒータ２００の構造並びに均熱板を設けた点が第２実施形態と相違するもので、他の構造は第２実施形態と同じである。
図６は第４実施形態の床暖房装置４０の分解斜視図である。
図６において、床暖房装置４０は、蓋材４１Ａを備えた箱状体４１と、この箱状体４１に収納されたＰＴＣヒータ２００と、このＰＴＣヒータ２００と蓋材４１Ａとの間に介装された均熱板３と備えた床暖房パネルである。床暖房装置４０には必要に応じてＰＴＣヒータ２００の温度調節用の温度センサーや漏電防止用のアースを設けても良い。
箱状体４１は平面矩形状のラワン合板の上部にＰＴＣヒータ２を収納するための凹部を形成したもので、蓋材４１Ａは凹部と大きさが一致するラワン合板から形成されている。
【００３８】
第４実施形態のＰＴＣヒータ２００は、蓋材４１Ａの上方に位置する被加熱部を直接加熱する直熱式であり、１本又は複数本（図６では３本）の線状発熱体から構成される。
図７はＰＴＣヒータ２００の斜視図である。図７において、ＰＴＣヒータ２００は一対の電極１３０を被覆し温度の上昇とともに電気抵抗値が増大する正温度係数特性を有する発熱体から断面矩形形の長尺状に形成されるものであり、電極１３０は、互いに所定間隔離れて平行に配置された１本の電線から構成されている。
【００３９】
ＰＴＣヒータ２００の発熱体は前記ＰＴＣヒータ２の発熱体と同じ材質から構成されている。
各ＰＴＣヒータ２００は前記ＰＴＣヒータ２と同様に、隣り合う電極１３０はリード線１６で接続されている。
第３実施形態の床暖房装置３０は第１実施形態の床暖房装置１０と同様に製造されるものであり、▲１▼〜▲５▼▲７▼で示す第１実施形態の作用効果と同じ作用効果を奏することができる他に、ＰＴＣヒータ２００を、線状に形成された線状発熱体としたから、床の局所的な暖房を行える。
【００４０】
【実施例】
以下に前記実施形態の効果を確認するために、実施例について説明する。
〔実施例１〕
実施例１は第１実施形態に対応するもので、次の条件で床暖房装置１０を製造した。
▲１▼ＰＴＣヒータ２の製造
熱可塑性樹脂：直鎖状低密度ポリエチレン（Dow製Affinity PT1450）
導電性粒子：カーボンブラック(CB)(三菱化成工業株式会社製ダイアブラックE)
配合比：熱可塑性樹脂123kg／カーボンブラック(CB)77kg
混練：二軸押出機で押出混練した。
架橋剤配合：日本油脂株式会社製パーヘキシン25B 123g
タンブラーブレンダーで20分間混合した。
面状発熱抵抗シート１２の成形：
一軸押出Ｔダイ成形機で成形し、幅160mm、厚さ0.5mmのシートを得た。
【００４１】
電極被覆部材１４の成形：
面状発熱抵抗シート１２と同様に、エチレン−エチルアクリレート共重合体（ＥＥＡ）57kgとカーボンブラック43kgとを二軸押出混練した。
導線１３Ａを１５本平行にした状態で、上記の材料を一軸押出機で電線被覆形成し、電極１３を得た。
ＰＴＣヒータ２の加工：
前記面状発熱抵抗シート１２の160mm幅の両端に前記電極１３が設けられた電極被覆部材１４を熱により融着した。さらに、接着層としてエチレン−エチルアクリレート共重合体（ＥＥＡ）を積層したＰＥＴフィルム（外装材１５）を熱によりラミネートした。このようにして、100V用ＰＴＣヒータ２を得た。
【００４２】
ＰＴＣヒータ２の熱処理：
ＰＴＣヒータ２に７０℃２４時間、−２０℃２４時間、４０℃２４時間の熱処理をした。
熱処理後のＰＴＣヒータ２の２３℃の抵抗値Ｒ（２３℃）は191Ω／ｍであった。
▲２▼床暖房装置１０の組立
鋼板（760mm×425mm×12mm）の箱状体１の裏側にＰＴＣヒータ２（680mm×720mm）を２枚配置し、厚さ80μmのアルミ粘着シートを均熱板３としてそれぞれ貼り付け、さらに、電極１３にリード線１６を接続した。箱状体１の内部にはウレタン系の断熱材４を収納し、箱状体１に蓋材１Ａを配置して床暖房装置１０としての床暖房パネルを得た。
【００４３】
▲３▼ＰＴＣヒータ２の性状試験
ヒータ温度７５℃での発熱量Ｐ：
恒温槽（タバイエスペック製PSL-2S）中で長さ300mmのＰＴＣヒータ２に100Vの電圧を印加しながら、ＰＴＣヒータ２の温度を熱電対にて測定した。ヒータ温度が７５℃の時の消費電力を測定した。消費電力＝発熱量Ｐ（７５℃）とする。消費電力はHEWLETT PACKARD製デジタルマルチメータ3478Aによって電圧を測定しながら日置製クランプオンリークハイテスター3263にて電流を測定して求めた。
ヒータ温度３０℃での発熱量Ｐ：
前述と同様に、ヒータ温度３０℃での発熱量Ｐを求めた。
ＰＴヒータ２の発熱量の最大値Ｐmax：
恒温槽中で恒温槽の温度を７５℃から１４０℃まで昇温させながらＰＴＣヒータ２に通電して発熱量を測定した。発熱量が最小値を示した温度以上（ＰＴＣヒータ２の周囲温度が抵抗値の最大値を示す温度以上）で１４０℃以下の温度範囲での発熱量の最大値Ｐmaxを求めた。
ヒータの周囲温度が０℃での突入電流値Ｉ：
恒温槽中での恒温槽の温度が０℃の時にＰＴＣヒータ２に100Vの電圧を印加し、直流値の最大値Ｉ（０℃）とした。
【００４４】
熱閉塞時の最高温度：
長さ300mmのＰＴＣヒータ２を断熱材（３０倍発泡ポリプロピレン；厚さ150mm）で両側から挟み込み熱閉塞状態とした。周囲温度３０℃で100Vの電圧を印加し、３時間以上通電した。ＰＴＣヒータ２の長さ方向の中央部に両端を含めて幅方向を４等分する５点の温度を熱電対で測定した。その時の最高値を最高温度とした。
１４０℃での温度上昇：
恒温槽の温度が１４０℃の中で100Vの電圧を３時間印加し、熱閉塞時と同様にヒータ温度を測定し、温度上昇を求めた。
通常時の床面温度：
室温１７℃の測定室内で根太間に３０倍発泡ポリエチレン断熱材45mmを敷き、その上に前記床暖房用パネル１０及び厚さ12mmの床暖房用床材を敷設した。100Vの電圧を３時間印加した時の床材表面の温度を測定した。
熱サイクル時の経時変化：
恒温槽で−２０℃から７０℃の温度範囲で熱サイクル処理を行った。熱サイクルの条件は昇降温速度が１℃／minであり、１０℃ステップで昇降温し、その温度で２０分保持した。１５サイクル経過後の２３℃の抵抗値の変化率を測定した。
【００４５】
〔実施例２〕
実施例２は第１実施形態に対応するもので、熱可塑性樹脂をエチレン−エチルアクリレート共重合体（ＥＥＡ）〔ＤＰＤＪ６１８２；日本ユニカー株式会社製〕とし、導電性粒子であるカーボンブラックとの配合比を熱可塑性樹脂122kg／カーボンブラック３９kgとした以外は実施例１と同様に床暖房パネル１０を製造した。ＰＴＣヒータ２の抵抗値Ｒ（２３℃）は185Ω／ｍであった。
【００４６】
〔実施例３〕
実施例３は第２実施形態に対応するものである。
▲１▼ＰＴＣヒータ２の製造
実施例３のＰＴＣヒータ２は熱可塑性樹脂を直鎖状低密度ポリエチレン（Dow製Affinity PL1845）とし、この樹脂と導電性粒子であるカーボンブラックとの配合比を熱可塑性樹脂126kg／カーボンブラック74kgとし、ヒータ幅を235mmとし、実施例１のＰＥＴ層の上にアルミ層を積層した以外は実施例１のＰＴＣヒータ２と構成が同じである。ＰＴＣヒータ２の抵抗値Ｒ（２３℃）は133Ω／ｍであった。
▲２▼床暖房装置２０の組立
厚さ９mm、幅750mm及び長さ606mmのラワン板からなる箱状体２１に３枚のＰＴＣヒータ２を収納する凹部を切削加工し、リード線６を取り付けたＰＴＣヒータ２を設置し、厚さ９mmのラワン板からなる蓋材２１ＡでＰＴＣヒータ２の上面を覆って木質の床暖房用パネルを製造した。
▲３▼ＰＴＣヒータ２の性状試験
実施例１と同様に試験を行った。
【００４７】
〔実施例４〕
実施例４は第２実施形態に対応するものである。
▲１▼ＰＴＣヒータ２の製造
実施例４のＰＴＣヒータ２は熱可塑性樹脂を直鎖状低密度ポリエチレン〔モアテック1018CN：出光石油化学株式会社製〕とし、この樹脂と導電性粒子であるカーボンブラックとの配合比を熱可塑性樹脂128kg／カーボンブラック72kgとした以外は実施例３のＰＴＣヒータ２と構成が同じである。ＰＴＣヒータ２の抵抗値Ｒ（２３℃）は198Ω／ｍであった。
▲２▼床暖房装置２０の組立
実施例３と同じである。
▲３▼ＰＴＣヒータ２の性状試験
実施例３と同じである。
【００４８】
〔実施例５〕
実施例５は第２実施形態に対応するものである。
▲１▼ＰＴＣヒータ２の製造
実施例５のＰＴＣヒータ２は熱可塑性樹脂をエチレン−エチルアクリレート共重合体（ＥＥＡ）〔ＤＰＤＪ６１８２；日本ユニカー株式会社製〕とし、この樹脂と導電性粒子であるカーボンブラックとの配合比を熱可塑性樹脂127kg／カーボンブラック73kgとし、200V用ヒータとした以外は実施例３のＰＴＣヒータ２と構成が同じである。ＰＴＣヒータ２の抵抗値Ｒ（２３℃）は450Ω／ｍであった。
▲２▼床暖房装置２０の組立
実施例３と同じである。
▲３▼ＰＴＣヒータ２の性状試験
印加する電圧を200Vとした以外は実施例３と同じである。
【００４９】
〔実施例６〕
実施例６は第３実施形態に対応するもので、実施例２と同様に100V用ＰＴＣヒータ２を製造した。ＰＴＣヒータ２の抵抗値Ｒ（２３℃）は210Ω／ｍであった。
床暖房装置４０は厚さ１mm、幅750mm及び長さ303mmのポリプロピレン製シート３２，３３を２枚重ねて端部を熱シールして合成樹脂製袋３１を製造し、この袋３１の内部にＰＴＣヒータ２を収納し、熱シールにより封止して床暖房装置３０を得た。ＰＴＣヒータ２の性状試験は第２実施例と同じである。
【００５０】
〔比較例１〕
比較例１は熱可塑性樹脂を高密度ポリエチレン〔出光ポリエチレン440M；出光石油化学株式会社製〕とし、導電性粒子であるカーボンブラックとの配合比を熱可塑性樹脂130kg／カーボンブラック70kgとした以外は実施例１と同様に床暖房パネル１０を製造した。ＰＴＣヒータの抵抗値Ｒ（２３℃）は210Ω／ｍであった。
〔比較例２〕
比較例２は熱可塑性樹脂を高密度ポリエチレン〔出光ポリエチレン440M；出光石油化学株式会社製〕とし、導電性粒子であるカーボンブラックとの配合比を熱可塑性樹脂135kg／カーボンブラック65kgとした以外は実施例１と同様に床暖房パネル１０を製造した。ＰＴＣヒータの抵抗値Ｒ（２３℃）は631Ω／ｍであった。
〔比較例３〕
比較例３は熱可塑性樹脂を直鎖状低密度ポリエチレン（Dow製Affinity EG8100）とし、導電性粒子であるカーボンブラックとの配合比を熱可塑性樹脂106kg／カーボンブラック94kgとした以外は実施例１と同様に床暖房パネル１０を製造した。ＰＴＣヒータ２の抵抗値Ｒ（２３℃）は93Ω／ｍであった。
【００５１】
〔比較例４〕
架橋剤を添加しないことを除いて実施例３と同様に100V用のＰＴＣヒータ２を有する床暖房装置を製造した。
〔比較例５〕
熱処理を施さないことを除いて実施例３と同様に100V用のＰＴＣヒータ２を有する床暖房装置を製造した。
これらの実施例及び比較例の試験結果を次の表１に表す。
【００５２】
【表１】
【００５３】
この表１によれば、実施例１〜６では、いずれもＰＴＣヒータ２が必要な条件を満たしている。この時、熱閉塞時の最高温度，１４０℃での温度上昇から実施例１〜６（サーモスタット、温度ヒューズのない床暖房装置）は十分に安全性を保持している。
これに対して、比較例１では、ＰＴＣヒータは、ヒータ温度７５℃での発熱量ＰがＰ（７５℃）≦４０Ｗ／ｍ2という条件を満たしておらず、熱閉塞時の最高温度が９０℃となり、床材に損害を与えることが推定される。
比較例２では、ＰＴＣヒータは、ヒータ温度３０℃での発熱量ＰがＰ（３０℃）≧９０Ｗ／ｍ2という条件を満たしておらず、通常時の床面温度が２２℃となり、床暖房装置としての十分な発熱量を達成していない。
【００５４】
比較例３では、ＰＴＣヒータの周囲温度が０℃での突入電流値ＩがＩ（０℃）≦７Ａ／ｍ2という条件を満たしていないので、床暖房装置に低温時の突入電流が大きいため、ブレーカや遅延タイマーの設計が困難となる。
比較例４では、ＰＴＣヒータは、その周囲温度が抵抗値の最大値を示す温度以上で１４０℃以下の温度範囲での発熱量の最大値ＰmaxがＰmax≦０．４０Ｗ／ｍ2である、という条件を満たしていないので、１４０℃でヒータの発熱による昇温が見られる。熱閉塞時の温度は７３℃と良好であるが、外部からの加熱等によって周囲の温度が異常に高くなると、再び発熱によって昇温し、熱暴走の危険性がある。
【００５５】
比較例５では、ＰＴＣヒータの熱処理を行っていないことにより、初期の性状は全て条件を満足するが、熱サイクルでの経時変化で抵抗値が低下することによりＰＴＣヒータは、ヒータ温度７５℃での発熱量ＰがＰ（７５℃）≦４０Ｗ／ｍ2という条件並びにＰＴＣヒータの周囲温度が抵抗値の最大値を示す温度以上で１４０℃以下の温度範囲での発熱量の最大値ＰmaxがＰmax≦０．４０Ｗ／ｍ2である、という条件を逸脱する可能性がある。
【００５６】
なお、本発明では、前記各実施の形態の構成に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲であれば次に示す変形例を含むものである。
例えば、前記各実施の形態では、電極被覆部材１４を、複数本の単線１３Ａを平行にかつ平板状に配列した電極１３と発熱組成物とを共押出成形して形成し、かつ、断面矩形状としたが、本発明では、電極被覆部材１４に設けられる電極を、複数の単線を縒って断面円形状に形成したものや１本の太い単線から形成したものでもよく、さらには、ＰＴＣヒータ２を構成する面状発熱体を発熱抵抗シート１２自体に電極用導線の単線を縒って形成した電極線又は１本の太い電極線を設けた構造のものでもよい。
【００５７】
さらに、電極被覆部材１４に電極１３の単線１３Ａを一列に配列して設けたが、本発明では、電極１３の単線１３Ａを複数列に配列して設けてもよい。
また、電極被覆部材１４は発熱抵抗シート１２に２本融着されたが、電極被覆部材１４の本数は３本以上であってもよい。
また、電極被覆部材１４の断面形状は、台形、三角形、五角形等の種々の形状でよい。
【００５８】
さらに、本発明で適用される床暖房装置は、床暖房パネル以外に、床に組み込まれる電気カーペット、キッチンマット（台所で使用される足元のヒータ）及び足温器でもよい。
また、本発明の床暖房装置はＰＴＣヒータ２，２００に蓄熱材を設けて被加熱部を蓄熱材を介して間接的に加熱する蓄熱式であってもよい。
【００５９】
【発明の効果】
本発明によれば、一対の電極を被覆し温度の上昇とともに電気抵抗値が増大する正温度係数特性を有する発熱体から形成されるＰＴＣヒータを備え、このＰＴＣヒータは、ヒータ温度７５℃での発熱量ＰがＰ（７５℃）≦４０Ｗ／ｍ2であり、ヒータ温度３０℃での発熱量ＰがＰ（３０℃）≧９０Ｗ／ｍ2であり、前記ＰＴＣヒータの周囲温度が抵抗値の最大値を示す温度以上で１４０℃以下の温度範囲での発熱量の最大値ＰmaxがＰmax≦０．４０Ｗ／ｍ2であり、前記ＰＴＣヒータの周囲温度が０℃での突入電流値ＩがＩ（０℃）≦７Ａ／ｍ2であるから、ヒータが熱閉塞状態にある時並びに外部から加熱された時の異常な昇温を防止するとともに、低温でヒータに通電を開始した際にブレーカが作動する等の不都合を回避できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態にかかる床暖房装置の分解斜視図である。
【図２】第１実施形態のＰＴＣヒータの一部を破断した斜視図である。
【図３】図２の平面図である。
【図４】本発明の第２実施形態にかかる床暖房装置の分解斜視図である。
【図５】本発明の第３実施形態にかかる床暖房装置の分解斜視図である。
【図６】本発明の第４実施形態にかかる床暖房装置の分解斜視図である。
【図７】第４実施形態のＰＴＣヒータの斜視図である。
【符号の説明】
10,20,30,40 床暖房装置
2,200 ＰＴＣヒータ
１２ 発熱抵抗シート
13.130 電極
１４ 電極被覆部材
【発明の属する技術分野】
本発明は、正温度係数特性を有するＰＴＣヒータを備えた床暖房装置及びその製造方法に関するものである。
【０００２】
【背景技術】
快適な暖房装置として床暖房装置が多用されている。この床暖房装置には、電気式床暖房装置や温水式床暖房装置がある。
電気式床暖房装置は、設置の容易さ、メンテナンスの容易さ等により、温水式床暖房装置より優れているが、床暖房装置は通常、床下に設置されるため、火災防止の観点から十分な安全処置が必要である。
この安全装置として、サーモスタット、温度ヒューズが従来より設置されているが、これらは機械的な装置であるから、故障という問題を消し去ることができない。
【０００３】
従来では、床暖房装置として、温度の上昇とともに電気抵抗値が増大する正温度係数特性（ＰＴＣ特性）を有する発熱体からＰＴＣヒータを構成し、自己温度を制御可能としたものがある。
このＰＴＣヒータを備えた床暖房装置としては、ＰＴＣ特性を有するチュービングヒータを電気カーペットに用いた床暖房装置（特開昭60-9084号）、自己温度制御型発熱素子を用いた床暖房パネル（特開平6-313570号）、自己温度制御機能を有する発熱体を備えた床暖房用ヒータ（実開昭59-168989号）、ＰＴＣ特性を有する面状発熱体と非制御発熱体とを組み合わせて発熱体全体が温度制御される暖房装置（実開平3-84582号）、ＰＴＣヒータを内装した床暖房パネル（実開平4-129021号）、ＰＴＣ特性を有する面状ヒータの両面にそれぞれ保持板を挟んだ床暖房パネル（実用新案登録3043854号）がある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
特開昭60-9084号では、ヒータは自己温度制御機能を有する、と記載されているが、床暖房の安全装置としてのＰＴＣ特性に関する具体的な記載がない。
特開平6-313570号では、発熱素子は一定温度の自己温度制御が可能であるため過熱又は加熱不足を来すことがない、と記載され、かつ、サーモスタットは法規上設けるものであって、本発明の構成要件ではない、と記載されているが、外部からの加熱、例えば、床暖房装置以外の暖房装置等の加熱によって異常な高温になった場合、確実に昇温を防ぐことが可能か否かについては記述がない。
【０００５】
実開昭59-168989号では、ヒータは、自己温度制御機能を有するので、温度制御可能と考えられるが、床暖房用として具体的な温度制御、外部加熱時の昇温防止については記述がない。
実開平3-84582号では、発熱体の材料としてカーボン素子と熱可塑性樹脂（例えば、ポリプロピレン、ポリエチレン、ナイロン）とをＰＴＣ特性を有するように複合化したものが挙げられる、と記載されているが、熱可塑性樹脂としてポリプロピレン等を用いたのみでは自己温度制御する温度が高いか、通常の発熱量が不足するといった問題が生じるものと考えられる。
【０００６】
実開平4-129021号では、自己温度制御により異常昇温が防止されることになり、この結果、床暖房パネルの上面に断熱するものが置かれても異常温度とならず、カーペットや絨毯を敷くことも可能となることが記載されており、熱閉塞状態での過熱防止が可能であると考えられるが、外部加熱による異常な高温時については記載されていない。
実用新案登録3043854号では、自己温度制御することによりサーモスタット等の温度制御装置が不要となる、と記載されているが、具体的な温度制御並びに外部加熱時の昇温防止については記載がない。
【０００７】
即ち、以上説明した従来例では、ヒータの自己温度制御が可能であっても、外部から加熱された時に異常な温度上昇が発生するという問題点があり、異常な高温時に電流を遮断する温度ヒューズが不可欠となる。
さらに、ヒータを構成する発熱体がＰＴＣ特性を有することから、低温時でヒータに通電を開始すると、急激に大きな電流が流れることになることになるため、ブレーカが作動する等の不都合が発生する。この不都合を回避するため、複雑なブレーカ設計や遅延リレー設計が必要となるが、従来例では、この点が考慮されていない。
また、特開昭60-9084号、特開平6-313570号、実開昭59-168989号、実開平3-84582号及び実用新案登録3043854号で示される従来例では、床を布団等で熱閉塞した場合に、温度が上昇し、床材が傷む問題がある。
【０００８】
本発明の目的は、ヒータが熱閉塞状態にある時並びに外部から加熱された時の異常な昇温を防止するとともに、低温でヒータに通電を開始した際にブレーカが作動する等の不都合を回避できる床暖房装置及びその製造方法を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
そのため、本発明はＰＴＣヒータのヒータ温度７５℃及び３０℃での発熱量Ｐを所定値に設定し、周囲温度が抵抗値の最大値を示す温度以上で１４０℃以下の温度範囲での発熱量の最大値Ｐmaxを所定値に設定し、かつ、周囲温度が０℃での突入電流値Ｉを所定値に設定して前記目的を達成しようとするものである。
具体的には、本発明の床暖房装置は、一対の電極を被覆し温度の上昇とともに電気抵抗値が増大する正温度係数特性を有する発熱体から形成されるＰＴＣヒータと、このＰＴＣヒータの上面を覆う蓋材を有し前記ＰＴＣヒータが収納されるとともに床を構成し木材から形成される箱状体とを備え、前記ＰＴＣヒータは、ヒータ温度７５℃での発熱量ＰがＰ（７５℃）≦４０Ｗ／ｍ2であり、ヒータ温度３０℃での発熱量ＰがＰ（３０℃）≧９０Ｗ／ｍ2であり、前記ＰＴＣヒータの周囲温度が抵抗値の最大値を示す温度以上で１４０℃以下の温度範囲での発熱量の最大値ＰmaxがＰmax≦０．４０Ｗ／ｍ2あり、前記ＰＴＣヒータの周囲温度が０℃での突入電流値ＩがＩ（０℃）≦７Ａ／ｍ2であることを特徴とする。
【００１０】
本発明では、ＰＴＣヒータの電極間に電流を流すと、発熱体で発熱されて床暖房される。この発熱体はＰＴＣ特性を有するため、温度上昇とともに電気抵抗値が増大し、一定温度になった時には、それ以上電流が流れることがなく、過熱が防止される。
このＰＴＣヒータは、ヒータ温度７５℃での発熱量ＰがＰ（７５℃）≦４０Ｗ／ｍ2であるから、熱閉塞状態、つまり、絨毯、カーペット、布団等でヒータから発生する熱が籠もる場合において、温度が異常に上昇することがない。換言すれば、ヒータ温度７５℃での発熱量Ｐが４０Ｗ／ｍ2を越える場合では、床が７５℃を越える温度に昇温する可能性があり、床材の変色や反り等の問題が発生する。しかも、ＰＴＣヒータは、ヒータ温度３０℃での発熱量ＰがＰ（３０℃）≧９０Ｗ／ｍ2であるから、床暖房に必要な発熱量を得ることができる。
【００１１】
また、ＰＴＣヒータの周囲温度が抵抗値の最大値を示す温度以上で１４０℃以下の温度範囲での発熱量の最大値ＰmaxがＰmax≦０．４０Ｗ／ｍ2であるから、外部からの加熱で異常に高温になっても、ＰＴＣヒータが異常に加熱することがない。そのため、サーモスタットや温度ヒューズ等の安全装置を別途設けることを要しない。
さらに、ＰＴＣヒータの周囲温度が０℃での突入電流値ＩがＩ（０℃）≦７Ａ／ｍ2であるから、低温で通電を開始した時の突入電流が小さいからブレーカが作動することがない。そのため、ブレーカ設計や遅延リレー設計を容易に行うことができる。
【００１２】
ここで、本発明では、前記ＰＴＣヒータを直熱式、つまり、被加熱部を直接加熱する方式としてもよい。
この構成では、外部からの加熱状態をＰＴＣヒータが直接検知するから、ヒータの異常な昇温を確実に阻止することができる。
また、前記ＰＴＣヒータを、前記電極をそれぞれ被覆した複数の電極被覆部材が互いに所定間隔離れて面状発熱抵抗シートに取り付けられた面状発熱体としてもよい。
この構成では、床暖房に際して、広い発熱面積を確保できる。
これに対して、前記ＰＴＣヒータを、線状に形成された線状発熱体としてもよい。
この構成では、ヒータの配置スペースが小さいことから、床の局所的な暖房を行える。
【００１３】
本発明の床暖房装置の製造方法は、前記ＰＴＣヒータを前記電極とともに発熱組成物を押し出して成形した後、７０℃以上１５０℃以下で熱処理をしたことを特徴とする。
ここで、熱処理とは、ＰＴＣヒータを前記温度に設定された恒温槽の内部に所定時間（例えば、２４時間）放置することをいう。
このように、ＰＴＣヒータを熱処理することにより、７０℃以上を履歴した際に、ＰＴＣヒータの抵抗値の規定に比べた実測値の変動（抵抗値変動）が小さくて済む。そのため、抵抗値が規定値に比べて大きすぎることがないので、必要な発熱量を得ることができるとともに、抵抗値が規定値に比べて小さすぎることがないので、熱閉塞時の最高温度が高くなることがない。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施形態を添付図面に基づいて説明する。ここで、各実施形態において、同一構成要素は同一符号を付して説明を省略もしくは簡略にする。
図１から図３には本発明の第１実施形態が示されている。図１は第１実施形態にかかる床暖房装置１の分解斜視図である。
図１において、床暖房装置１０は、蓋材１Ａを備えた箱状体１と、この箱状体１の下面に取り付けられたＰＴＣヒータ２と、このＰＴＣヒータ２と蓋材１Ａとの間に介装された均熱板３と、この均熱板３と蓋材１Ａとの間に配設された断熱材４とを備えた床暖房パネルである。この床暖房装置１には必要に応じてＰＴＣヒータ２の温度調節用の温度センサーや漏電感知用のアース等の安全装置を設けても良い。
【００１５】
箱状体１は、木材から形成されるもので、他の床パネルとともに床を構成するものである。
箱状体１の上面には必要に応じてカーペット、絨毯等が敷設されている。蓋材１Ａは表面を仕上げ加工した床表面材である。
第１実施形態で適用される床構造は特に限定されるものではなく、コンクリート床、根太直付き床、荒床等の床構造が含まれる。また、床暖房装置を床の上に施工するものでもよい。
また、床パネルはフローリング、Ｐタイル、コルクタイル、石材、畳、絨毯・カーペット、塩ビシート等から形成される。
【００１６】
ＰＴＣヒータ２は箱状体１の上方に位置する被加熱部を直接加熱する直熱式であり、１枚又は複数枚（図１では４枚）の面状発熱体から構成される。
図２及び図３にはＰＴＣヒータ２の詳細な構成が示されている。図２はＰＴＣヒータ２の一部を破断した斜視図であり、図３は、その平面図である。
図２及び図３において、ＰＴＣヒータ２を構成する面状発熱体は、一対の電極１３をそれぞれ被覆した複数の電極被覆部材１４が互いに所定間隔離れて面状発熱抵抗シート１２に取り付けられ、これらの面状発熱抵抗シート１２及び電極被覆部材１４の周りに外装材１５が設けられた構造である。
【００１７】
面状発熱抵抗シート１２及び電極被覆部材１４は、熱可塑性樹脂及び導電性粒子を備えた発熱組成物から形成され、正温度係数特性を有する発熱体である。
この熱可塑性樹脂としては、結晶性熱可塑性樹脂が好ましく、具体的には、ポリオレフィン樹脂及びその共重合樹脂、ポリアミド系樹脂、ポリアセタール樹脂、熱可塑性ポリエステル樹脂、ポリフェニレンオキシド及びノニル樹脂、ポリスルフォン等を挙げることができる。
【００１８】
前記ポリオレフィン樹脂としては、例えば、高密度ポリエチレン、中密度ポリエチレン、低密度ポリエチレン、直鎖状低密度ポリエチレン等のポリエチレン類、アイソタクチックポリプロピレン、シンジオタクチックポリプロピレン、アタクチックポリプロピレン等のポリプロピレン類、ポリブテン、４−メチルペンテン−１樹脂等を挙げることができる。
また、第１実施形態においては、エチレン−プロピレン共重合体、エチレン−酢酸ビニル共重合体、エチレン−アクリル酸共重合体、エチレン−エチルアクリレート共重合体（ＥＥＡ）、エチレン−メチルアクリレート共重合体等のエチレン−アクリレート系共重合体、エチレン−塩化ビニル共重合体等のオレフィンとビニル化合物との共重合体及びフッ素含有エチレン系重合体、ならびに、これらの変成物も使用できる。
【００１９】
前記酢酸ビニル系樹脂としては、例えば、酢酸ビニル樹脂、ポリビニルアセトアセタール、ポリビニルブチラール等を挙げることができる。
前記ポリアミド樹脂としては、例えば、ナイロン６、ナイロン８、ナイロン11、ナイロン66、ナイロン610 等を挙げることができる。
前記ポリアセタールは、単一重合体であっても共重合体であってもよい。
前記熱可塑性ポリエステル樹脂としては、例えば、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート等を挙げることができる。
また、前記結晶性熱可塑性樹脂としては、前記のほかに、例えば、トランス−１，３−ポリイソプレン、シンジオタクチック−１，２−ポリブタジエン等のジエン系重合体及び共重合体等も使用することができる。
【００２０】
前記各種の結晶性熱可塑性樹脂は、１種単独で用いてもよいし、２種以上をポリマーブレンド等として併用してもよい。
もっとも、前記各種の結晶性熱可塑性樹脂の中でも、高密度ポリエチレン、低密度ポリエチレン、直鎖状低密度ポリエチレンやエチレン−酢酸ビニル共重合体、エチレン−エチルアクリレート共重合体等のオレフィン系共重合体やトランス−１，４−ポリイソプレン等が好ましい。
前記各種の結晶性熱可塑性樹脂は、必要に応じて他のポリマーや添加物との組成物として使用することもできる。
【００２１】
前記導電性粒子としては、例えば、カーボンブラック粒子、グラファイト粒子等の粒状物、鉄（Fe）、ニッケル（Ni）、プラチナ（Pt）、銅（Cu）、銀（Ag）、金（Au）等の金属微粒子、金属粉体、金属酸化粉体等の粉状物、炭素繊維等の繊維状物、導電性無機材料（ＩＴＯ等）、チタン酸バリウム（BaTiO3），チタン酸ストロンチウム（SrTiO3）等の正温度係数特性を有する無機材料等を挙げることができる。これらの中でもカーボンブラック粒子、グラファイト粒子等の粒状物、特に、カーボンブラック粒子が好ましい。
前記各種の導電性粒子は、１種単独で用いてもよいし、２種以上を混合物として併用してもよい。
導電性粒子の粒径としては、特に制限はないが、例えば、平均粒径が通常10〜200 nm、好ましくは、15〜100 nmである。導電性粒子が繊維状である場合には、そのアスペクト比は通常１〜1000、好ましくは、１〜100 程度である。
【００２２】
前記結晶性樹脂と導電性粒子との配合割合は、重量比として、通常、10〜80：90〜20、好ましくは、55〜75：45〜25である。導電性粒子の配合割合がこの範囲より少ないと電極被覆部材１４の抵抗値が大きくなり、面状発熱体１が実用上、十分に発熱しないことがあり、一方、導電性粒子の配合割合がこの範囲より多いと正温度係数特性が十分に発現しないことになる。
電極被覆部材１４の発熱組成物の比抵抗値は仕様や目的に応じて適宜選定することができるが、通常の場合、10〜50000 Ω・cm、好ましくは、40〜20000 Ω・cmである。
前記結晶性樹脂と導電性粒子とを混合し成形して電極被覆部材１４が得られるが、この成形時又は成形後において前記発熱組成物中の熱可塑性結晶性樹脂を架橋して発熱組成物を硬化させることが好ましい。この発熱組成物を硬化させると、正温度特性が改良されるとともに、面状発熱体の熱変形あるいは熱軟化等による不良を防止することができる。
【００２３】
結晶性熱可塑性樹脂の架橋は架橋剤及び／又は放射線を利用して行うことができる。前記架橋剤は、結晶性熱可塑性樹脂の種類に応じて、有機過酸化物、硫黄化合物、オキシム類、ニトロソ化合物、アミン化合物、ポリアミン化合物等から適宜選択して決定することができる。
例えば、前記結晶性熱可塑性樹脂がポリオレフィン系樹脂等である場合には、好適な架橋剤として、例えば、有機過酸化物を利用することができる。この有機過酸化物としては、例えば、ベンゾイルパーオキシド、ラウロイルパーオキシド、ジクミルパーオキシド、tert−ブチルパーオキシド、tert−ブチルパーオキシベンゾエート、tert−ブチルクミルパーオキシド、tert−ブチルヒドロパーオキシド、２，５−ジメチル−２，５−ジ（tert−ブチルパーオキシ）ヘキシン−３、１，１−ビス（tert−ブチルペルオキシイソプロピル）ベンゼン、１，１−ビス（tert−ブチルペルオキシ）−３，３，５−トリメチルシクロヘキサン、ｎ−ブチル−４，４−ビス（tert−ブチルペルオキシ）バレレート、２，２−ビス（tert−ブチルペルオキシ）ブタン、tert−ブチルペルオキシベンゼン等を挙げることができる。
【００２４】
これらの中でも、特に、２，５−ジメチル−２，５−ジ（tert−ブチルパーオキシ）ヘキシン−３等が好ましい。なお、これらの各種の有機過酸化物は１種単独で使用してもよいし、必要に応じて、トリアリルシアヌレートやジビニルベンゼン、トリアリルイソシアヌレート等の架橋補助剤を添加してもよい。
前記有機過酸化物の使用割合は、前記結晶性樹脂100 重量部に対して、通常、0.01〜５重量部、好ましくは、0.05〜２重量部である。この割合が0.01重量部未満では、架橋化が不十分となり、正温度係数特性が十分に発現しなかったり、高温領域での抵抗の低下がみられる等の問題が生じやすい。一方、５重量部を越えると、架橋化度が高くなりすぎて、成形性が低下したり、正温度係数特性の低下する現象がみられることになる。
【００２５】
電極１３は、電極用導線の単線１３Ａを互いに交差することなく複数本平行かつ平板状に一列に並んで形成されており、この単線１３Ａは具体的な太さが単線１３Ａの数との関係で決定される。なお、この電極１３は、図示の電極用導線の単線１３Ａに限定されるものではなく、金属テープ、導電性ペーストから構成してもよい。
電極被覆部材１４は断面矩形状かつ長尺状に形成されており、発熱抵抗シート１２の両側において長さ方向に沿って２本融着されている。
【００２６】
ＰＴＣヒータ２はヒータ温度７５℃での発熱量ＰがＰ（７５℃）≦４０Ｗ／ｍ2である。
この条件を満たさない場合、通常考えられる熱閉塞状態（絨毯、カーペットあや布団等による断熱）において、７５℃を越えて昇温する可能性があり、床材が反ったり変色したりする。
ＰＴＣヒータ２はヒータ温度３０℃での発熱量ＰがＰ（３０℃）≧９０Ｗ／ｍ2、好ましくは、Ｐ（３０℃）≧１００Ｗ／ｍ2である。
この条件を満たさない場合、床暖房に必要な熱量が得られない。
ＰＴＣヒータ２は、その周囲温度が抵抗値の最大値を示す温度以上で１４０℃以下の温度範囲での発熱量の最大値ＰmaxがＰmax≦０．４０Ｗ／ｍ2である。
この条件を満たさない場合、外部からの加熱で異常に高温になった時にヒータの発熱による昇温の可能性がある。
ＰＴＣヒータ２は、その周囲温度が０℃での突入電流値ＩがＩ（０℃）≦７Ａ／ｍ2である。
以上の条件は発熱組成物の成分、配合比等を設定することにより決定される。
【００２７】
外装材１５は、電気的な絶縁層として機能する合成樹脂フィルムが使用される。この合成樹脂フィルムとしては、例えば、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ナイロン、ポリカーボネート、ポリプロピレン、ポリエチレンを例示できる。
外装材１５は接着層を介して面状発熱抵抗シート１２及び電極被覆部材１４に接着固定される。この接着層としては、面状発熱抵抗シート１２及び電極被覆部材１４との接着性に優れる材料であればよいが、特に、熱可塑性樹脂がポリオレフィン系の場合、ポリエチレン系共重合体、ポリプロピレン系共重合体、あるいは、これらの変性樹脂が好ましい。
【００２８】
図１において、隣り合うＰＴＣヒータ２の電極１３同士はリード線１６で接続されている。
均熱板３は、アルミ板や鋼板から形成される所定厚さの平板である。この均熱板３により、ＰＴＣヒータ２の上面の局所発熱を防止するとともに、ＰＴＣヒータ２の強度を大きなものにできる。
断熱材４はＰＴＣヒータ２の熱を下方から放出させないようにするためのもので、例えば、ウレタン系やポリオレフィン系の発泡体や繊維質から構成される。
【００２９】
次に、第１実施形態の床暖房装置１を製造する方法について説明する。
まず、箱状体１及びＰＴＣヒータ２等を別々に製造し、これらを組み立てる。ＰＴＣヒータ２を製造するため、発熱組成物から面状発熱抵抗シート１２及び電極被覆部材１４をそれぞれ押出成形する。電極被覆部材１４は、電極用導線の単線１３Ａを複数互いに交差することなく平行な状態で押出成形機のダイに通し、これらの電極用導線とともに発熱組成物を押し出すという共押出法により製造される。
【００３０】
ＰＴＣヒータ２を電極１３とともに発熱組成物を押し出して成形した後、７０℃以上１５０℃以下で熱処理をし、その後、−２０℃以上０℃以下で熱処理をし、さらにその後、３０℃以上５０℃以下で熱処理をする。これらの熱処理を複数回繰り返してもよい。このように異なる温度で熱処理を繰り返すことにより、７０℃以上の履歴だけではなく、あらゆる温度での経時変化を小さくすることができる。
ここで、熱処理とは、前記温度で設定された恒温槽にＰＴＣヒータ２を所定時間（例えば、２４時間）放置することをいう。
ＰＴＣヒータ２を７０℃以上１５０℃以下で熱処理しないと、７０℃以上を履歴した際に、ＰＴＣヒータ２の抵抗値の規定に比べた実測値の変動（抵抗値変動）が大きくなる。一方、抵抗値が規定値に比べて小さいと、熱閉塞時の最高温度が高くなる。
【００３１】
従って、第１実施形態によれば、▲１▼一対の電極１３を被覆し温度の上昇とともに電気抵抗値が増大する正温度係数特性を有する発熱体から形成されるＰＴＣヒータ２を備えて床暖房装置を構成し、このＰＴＣヒータ２は、ヒータ温度７５℃での発熱量ＰがＰ（７５℃）≦４０Ｗ／ｍ2としたから、熱閉塞状態、つまり、絨毯、カーペット、布団等でヒータ２から発生する熱が籠もる場合において、温度が異常に上昇することがない。
しかも、▲２▼ＰＴＣヒータ２は、ヒータ温度３０℃での発熱量ＰがＰ（３０℃）≧９０Ｗ／ｍ2であるから、床暖房に必要な発熱量を得ることができる。
さらに、▲３▼ＰＴＣヒータ２は、その周囲温度が抵抗値の最大値を示す温度以上で１４０℃以下の温度範囲での発熱量の最大値ＰmaxがＰmax≦０．４０Ｗ／ｍ2であるから、外部からの加熱で異常に高温になっても、ＰＴＣヒータ２が異常に加熱することがない。そのため、サーモスタットや温度ヒューズ等の過昇温度防止装置を別途設けることを要しない。
その上、▲４▼ＰＴＣヒータ２は、その周囲温度が０℃での突入電流値ＩがＩ（０℃）≦７Ａ／ｍ2であるから、低温で通電を開始した時の突入電流が小さくなり、ブレーカが作動することがない。そのため、ブレーカ設計や遅延リレー設計を容易に行うことができる。
【００３２】
また、第１実施形態では、▲５▼ＰＴＣヒータ２は直熱式、つまり、被加熱部を直接加熱する方式であるから、外部からの加熱状態をＰＴＣヒータ２が直接検知することになり、ヒータ２の異常な昇温を確実に阻止することができる。
さらに、▲６▼ＰＴＣヒータ２を、電極１３をそれぞれ被覆した複数の電極被覆部材１４が互いに所定間隔離れて面状発熱抵抗シート１２に取り付けられた面状発熱体としたから、床暖房に際して、広い発熱面積を確保できる。
【００３３】
さらに、▲７▼第１実施形態の床暖房装置の製造方法は、ＰＴＣヒータ２を電極１３とともに発熱組成物を押し出して成形した後、７０℃以上１５０℃以下で熱処理をしたから、抵抗値変動が小さくて済む。そのため、抵抗値が規定値に比べて大きすぎることがないので、必要な発熱量を得ることができるとともに、抵抗値が規定値に比べて小さすぎることがないので、熱閉塞時の最高温度が高くなることがない。
【００３４】
次に、本発明の第２実施形態を図４に基づいて説明する。第２実施形態の床暖房装置２０は、ＰＴＣヒータ２が収納される箱状体２１の構造並びに均熱板３がない点で第１実施形態と相違するもので、他の構造は第１実施形態と同じである。
図４は第２実施形態の床暖房装置２０の分解斜視図である。
図４において、第２実施形態の床暖房装置２０は、前記ＰＴＣヒータ２と、このＰＴＣヒータ２を収納する箱状体２１とを備え、この箱状体２１は平面矩形状のラワン合板の上部にＰＴＣヒータ２を収納するための凹部を形成したもので、この凹部と大きさが一致するラワン合板からなる蓋材２１ＡでＰＴＣヒータ２の上面を覆う構造である。この蓋材２１Ａは接着剤でＰＴＣヒータ２に固定されている。
【００３５】
第２実施形態のＰＴＣヒータ２は、蓋材２１Ａの上方に位置する被加熱部を直接加熱する直熱式であり、１枚又は複数枚（図４では３枚）の面状発熱体から構成される。
ＰＴＣヒータ２を構成する面状発熱体は、第１実施形態と同様、一対の電極１３をそれぞれ被覆した複数の電極被覆部材１４が互いに所定間隔離れて面状発熱抵抗シート１２に取り付けられ、これらの面状発熱抵抗シート１２及び電極被覆部材１４の周りに外装材１５が設けられた構造であるが、この外装材１５の上面に必要に応じてアルミ層が形成されている。
第２実施形態の床暖房装置２０は第１実施形態の床暖房装置１０と同様に製造されるものであり、その作用効果は▲１▼〜▲７▼で示す第１実施形態の作用効果と同じである。
【００３６】
次に、本発明の第３実施形態を図５に基づいて説明する。第３実施形態はＰＴＣヒータ２を収納する部材が第２実施形態と相違するもので、他の構造は第２実施形態と同じである。
図５は第３実施形態の床暖房装置３０の分解斜視図である。
図５において、第３実施形態の床暖房装置３０は、前記ＰＴＣヒータ２と、このＰＴＣヒータ２を収納する合成樹脂製袋３１とを備え、図示しない床材に収納される構成である。ＰＴＣヒータ２は第１及び第２実施形態と同様に直熱式である。
合成樹脂製袋３１は、ポリプロピレン、ポリエチレン等の平面矩形状の２枚の合成樹脂製シート３２，３３の端縁を熱シールして袋状に形成される。
第３実施形態の床暖房装置３０は第１実施形態の床暖房装置１０と同様に製造されるものであり、その作用効果は▲１▼〜▲７▼で示す第１実施形態の作用効果と同じである。
【００３７】
次に、本発明の第４実施形態を図６及び図７に基づいて説明する。第４実施形態はＰＴＣヒータ２００の構造並びに均熱板を設けた点が第２実施形態と相違するもので、他の構造は第２実施形態と同じである。
図６は第４実施形態の床暖房装置４０の分解斜視図である。
図６において、床暖房装置４０は、蓋材４１Ａを備えた箱状体４１と、この箱状体４１に収納されたＰＴＣヒータ２００と、このＰＴＣヒータ２００と蓋材４１Ａとの間に介装された均熱板３と備えた床暖房パネルである。床暖房装置４０には必要に応じてＰＴＣヒータ２００の温度調節用の温度センサーや漏電防止用のアースを設けても良い。
箱状体４１は平面矩形状のラワン合板の上部にＰＴＣヒータ２を収納するための凹部を形成したもので、蓋材４１Ａは凹部と大きさが一致するラワン合板から形成されている。
【００３８】
第４実施形態のＰＴＣヒータ２００は、蓋材４１Ａの上方に位置する被加熱部を直接加熱する直熱式であり、１本又は複数本（図６では３本）の線状発熱体から構成される。
図７はＰＴＣヒータ２００の斜視図である。図７において、ＰＴＣヒータ２００は一対の電極１３０を被覆し温度の上昇とともに電気抵抗値が増大する正温度係数特性を有する発熱体から断面矩形形の長尺状に形成されるものであり、電極１３０は、互いに所定間隔離れて平行に配置された１本の電線から構成されている。
【００３９】
ＰＴＣヒータ２００の発熱体は前記ＰＴＣヒータ２の発熱体と同じ材質から構成されている。
各ＰＴＣヒータ２００は前記ＰＴＣヒータ２と同様に、隣り合う電極１３０はリード線１６で接続されている。
第３実施形態の床暖房装置３０は第１実施形態の床暖房装置１０と同様に製造されるものであり、▲１▼〜▲５▼▲７▼で示す第１実施形態の作用効果と同じ作用効果を奏することができる他に、ＰＴＣヒータ２００を、線状に形成された線状発熱体としたから、床の局所的な暖房を行える。
【００４０】
【実施例】
以下に前記実施形態の効果を確認するために、実施例について説明する。
〔実施例１〕
実施例１は第１実施形態に対応するもので、次の条件で床暖房装置１０を製造した。
▲１▼ＰＴＣヒータ２の製造
熱可塑性樹脂：直鎖状低密度ポリエチレン（Dow製Affinity PT1450）
導電性粒子：カーボンブラック(CB)(三菱化成工業株式会社製ダイアブラックE)
配合比：熱可塑性樹脂123kg／カーボンブラック(CB)77kg
混練：二軸押出機で押出混練した。
架橋剤配合：日本油脂株式会社製パーヘキシン25B 123g
タンブラーブレンダーで20分間混合した。
面状発熱抵抗シート１２の成形：
一軸押出Ｔダイ成形機で成形し、幅160mm、厚さ0.5mmのシートを得た。
【００４１】
電極被覆部材１４の成形：
面状発熱抵抗シート１２と同様に、エチレン−エチルアクリレート共重合体（ＥＥＡ）57kgとカーボンブラック43kgとを二軸押出混練した。
導線１３Ａを１５本平行にした状態で、上記の材料を一軸押出機で電線被覆形成し、電極１３を得た。
ＰＴＣヒータ２の加工：
前記面状発熱抵抗シート１２の160mm幅の両端に前記電極１３が設けられた電極被覆部材１４を熱により融着した。さらに、接着層としてエチレン−エチルアクリレート共重合体（ＥＥＡ）を積層したＰＥＴフィルム（外装材１５）を熱によりラミネートした。このようにして、100V用ＰＴＣヒータ２を得た。
【００４２】
ＰＴＣヒータ２の熱処理：
ＰＴＣヒータ２に７０℃２４時間、−２０℃２４時間、４０℃２４時間の熱処理をした。
熱処理後のＰＴＣヒータ２の２３℃の抵抗値Ｒ（２３℃）は191Ω／ｍであった。
▲２▼床暖房装置１０の組立
鋼板（760mm×425mm×12mm）の箱状体１の裏側にＰＴＣヒータ２（680mm×720mm）を２枚配置し、厚さ80μmのアルミ粘着シートを均熱板３としてそれぞれ貼り付け、さらに、電極１３にリード線１６を接続した。箱状体１の内部にはウレタン系の断熱材４を収納し、箱状体１に蓋材１Ａを配置して床暖房装置１０としての床暖房パネルを得た。
【００４３】
▲３▼ＰＴＣヒータ２の性状試験
ヒータ温度７５℃での発熱量Ｐ：
恒温槽（タバイエスペック製PSL-2S）中で長さ300mmのＰＴＣヒータ２に100Vの電圧を印加しながら、ＰＴＣヒータ２の温度を熱電対にて測定した。ヒータ温度が７５℃の時の消費電力を測定した。消費電力＝発熱量Ｐ（７５℃）とする。消費電力はHEWLETT PACKARD製デジタルマルチメータ3478Aによって電圧を測定しながら日置製クランプオンリークハイテスター3263にて電流を測定して求めた。
ヒータ温度３０℃での発熱量Ｐ：
前述と同様に、ヒータ温度３０℃での発熱量Ｐを求めた。
ＰＴヒータ２の発熱量の最大値Ｐmax：
恒温槽中で恒温槽の温度を７５℃から１４０℃まで昇温させながらＰＴＣヒータ２に通電して発熱量を測定した。発熱量が最小値を示した温度以上（ＰＴＣヒータ２の周囲温度が抵抗値の最大値を示す温度以上）で１４０℃以下の温度範囲での発熱量の最大値Ｐmaxを求めた。
ヒータの周囲温度が０℃での突入電流値Ｉ：
恒温槽中での恒温槽の温度が０℃の時にＰＴＣヒータ２に100Vの電圧を印加し、直流値の最大値Ｉ（０℃）とした。
【００４４】
熱閉塞時の最高温度：
長さ300mmのＰＴＣヒータ２を断熱材（３０倍発泡ポリプロピレン；厚さ150mm）で両側から挟み込み熱閉塞状態とした。周囲温度３０℃で100Vの電圧を印加し、３時間以上通電した。ＰＴＣヒータ２の長さ方向の中央部に両端を含めて幅方向を４等分する５点の温度を熱電対で測定した。その時の最高値を最高温度とした。
１４０℃での温度上昇：
恒温槽の温度が１４０℃の中で100Vの電圧を３時間印加し、熱閉塞時と同様にヒータ温度を測定し、温度上昇を求めた。
通常時の床面温度：
室温１７℃の測定室内で根太間に３０倍発泡ポリエチレン断熱材45mmを敷き、その上に前記床暖房用パネル１０及び厚さ12mmの床暖房用床材を敷設した。100Vの電圧を３時間印加した時の床材表面の温度を測定した。
熱サイクル時の経時変化：
恒温槽で−２０℃から７０℃の温度範囲で熱サイクル処理を行った。熱サイクルの条件は昇降温速度が１℃／minであり、１０℃ステップで昇降温し、その温度で２０分保持した。１５サイクル経過後の２３℃の抵抗値の変化率を測定した。
【００４５】
〔実施例２〕
実施例２は第１実施形態に対応するもので、熱可塑性樹脂をエチレン−エチルアクリレート共重合体（ＥＥＡ）〔ＤＰＤＪ６１８２；日本ユニカー株式会社製〕とし、導電性粒子であるカーボンブラックとの配合比を熱可塑性樹脂122kg／カーボンブラック３９kgとした以外は実施例１と同様に床暖房パネル１０を製造した。ＰＴＣヒータ２の抵抗値Ｒ（２３℃）は185Ω／ｍであった。
【００４６】
〔実施例３〕
実施例３は第２実施形態に対応するものである。
▲１▼ＰＴＣヒータ２の製造
実施例３のＰＴＣヒータ２は熱可塑性樹脂を直鎖状低密度ポリエチレン（Dow製Affinity PL1845）とし、この樹脂と導電性粒子であるカーボンブラックとの配合比を熱可塑性樹脂126kg／カーボンブラック74kgとし、ヒータ幅を235mmとし、実施例１のＰＥＴ層の上にアルミ層を積層した以外は実施例１のＰＴＣヒータ２と構成が同じである。ＰＴＣヒータ２の抵抗値Ｒ（２３℃）は133Ω／ｍであった。
▲２▼床暖房装置２０の組立
厚さ９mm、幅750mm及び長さ606mmのラワン板からなる箱状体２１に３枚のＰＴＣヒータ２を収納する凹部を切削加工し、リード線６を取り付けたＰＴＣヒータ２を設置し、厚さ９mmのラワン板からなる蓋材２１ＡでＰＴＣヒータ２の上面を覆って木質の床暖房用パネルを製造した。
▲３▼ＰＴＣヒータ２の性状試験
実施例１と同様に試験を行った。
【００４７】
〔実施例４〕
実施例４は第２実施形態に対応するものである。
▲１▼ＰＴＣヒータ２の製造
実施例４のＰＴＣヒータ２は熱可塑性樹脂を直鎖状低密度ポリエチレン〔モアテック1018CN：出光石油化学株式会社製〕とし、この樹脂と導電性粒子であるカーボンブラックとの配合比を熱可塑性樹脂128kg／カーボンブラック72kgとした以外は実施例３のＰＴＣヒータ２と構成が同じである。ＰＴＣヒータ２の抵抗値Ｒ（２３℃）は198Ω／ｍであった。
▲２▼床暖房装置２０の組立
実施例３と同じである。
▲３▼ＰＴＣヒータ２の性状試験
実施例３と同じである。
【００４８】
〔実施例５〕
実施例５は第２実施形態に対応するものである。
▲１▼ＰＴＣヒータ２の製造
実施例５のＰＴＣヒータ２は熱可塑性樹脂をエチレン−エチルアクリレート共重合体（ＥＥＡ）〔ＤＰＤＪ６１８２；日本ユニカー株式会社製〕とし、この樹脂と導電性粒子であるカーボンブラックとの配合比を熱可塑性樹脂127kg／カーボンブラック73kgとし、200V用ヒータとした以外は実施例３のＰＴＣヒータ２と構成が同じである。ＰＴＣヒータ２の抵抗値Ｒ（２３℃）は450Ω／ｍであった。
▲２▼床暖房装置２０の組立
実施例３と同じである。
▲３▼ＰＴＣヒータ２の性状試験
印加する電圧を200Vとした以外は実施例３と同じである。
【００４９】
〔実施例６〕
実施例６は第３実施形態に対応するもので、実施例２と同様に100V用ＰＴＣヒータ２を製造した。ＰＴＣヒータ２の抵抗値Ｒ（２３℃）は210Ω／ｍであった。
床暖房装置４０は厚さ１mm、幅750mm及び長さ303mmのポリプロピレン製シート３２，３３を２枚重ねて端部を熱シールして合成樹脂製袋３１を製造し、この袋３１の内部にＰＴＣヒータ２を収納し、熱シールにより封止して床暖房装置３０を得た。ＰＴＣヒータ２の性状試験は第２実施例と同じである。
【００５０】
〔比較例１〕
比較例１は熱可塑性樹脂を高密度ポリエチレン〔出光ポリエチレン440M；出光石油化学株式会社製〕とし、導電性粒子であるカーボンブラックとの配合比を熱可塑性樹脂130kg／カーボンブラック70kgとした以外は実施例１と同様に床暖房パネル１０を製造した。ＰＴＣヒータの抵抗値Ｒ（２３℃）は210Ω／ｍであった。
〔比較例２〕
比較例２は熱可塑性樹脂を高密度ポリエチレン〔出光ポリエチレン440M；出光石油化学株式会社製〕とし、導電性粒子であるカーボンブラックとの配合比を熱可塑性樹脂135kg／カーボンブラック65kgとした以外は実施例１と同様に床暖房パネル１０を製造した。ＰＴＣヒータの抵抗値Ｒ（２３℃）は631Ω／ｍであった。
〔比較例３〕
比較例３は熱可塑性樹脂を直鎖状低密度ポリエチレン（Dow製Affinity EG8100）とし、導電性粒子であるカーボンブラックとの配合比を熱可塑性樹脂106kg／カーボンブラック94kgとした以外は実施例１と同様に床暖房パネル１０を製造した。ＰＴＣヒータ２の抵抗値Ｒ（２３℃）は93Ω／ｍであった。
【００５１】
〔比較例４〕
架橋剤を添加しないことを除いて実施例３と同様に100V用のＰＴＣヒータ２を有する床暖房装置を製造した。
〔比較例５〕
熱処理を施さないことを除いて実施例３と同様に100V用のＰＴＣヒータ２を有する床暖房装置を製造した。
これらの実施例及び比較例の試験結果を次の表１に表す。
【００５２】
【表１】
この表１によれば、実施例１〜６では、いずれもＰＴＣヒータ２が必要な条件を満たしている。この時、熱閉塞時の最高温度，１４０℃での温度上昇から実施例１〜６（サーモスタット、温度ヒューズのない床暖房装置）は十分に安全性を保持している。
これに対して、比較例１では、ＰＴＣヒータは、ヒータ温度７５℃での発熱量ＰがＰ（７５℃）≦４０Ｗ／ｍ2という条件を満たしておらず、熱閉塞時の最高温度が９０℃となり、床材に損害を与えることが推定される。
比較例２では、ＰＴＣヒータは、ヒータ温度３０℃での発熱量ＰがＰ（３０℃）≧９０Ｗ／ｍ2という条件を満たしておらず、通常時の床面温度が２２℃となり、床暖房装置としての十分な発熱量を達成していない。
【００５４】
比較例３では、ＰＴＣヒータの周囲温度が０℃での突入電流値ＩがＩ（０℃）≦７Ａ／ｍ2という条件を満たしていないので、床暖房装置に低温時の突入電流が大きいため、ブレーカや遅延タイマーの設計が困難となる。
比較例４では、ＰＴＣヒータは、その周囲温度が抵抗値の最大値を示す温度以上で１４０℃以下の温度範囲での発熱量の最大値ＰmaxがＰmax≦０．４０Ｗ／ｍ2である、という条件を満たしていないので、１４０℃でヒータの発熱による昇温が見られる。熱閉塞時の温度は７３℃と良好であるが、外部からの加熱等によって周囲の温度が異常に高くなると、再び発熱によって昇温し、熱暴走の危険性がある。
【００５５】
比較例５では、ＰＴＣヒータの熱処理を行っていないことにより、初期の性状は全て条件を満足するが、熱サイクルでの経時変化で抵抗値が低下することによりＰＴＣヒータは、ヒータ温度７５℃での発熱量ＰがＰ（７５℃）≦４０Ｗ／ｍ2という条件並びにＰＴＣヒータの周囲温度が抵抗値の最大値を示す温度以上で１４０℃以下の温度範囲での発熱量の最大値ＰmaxがＰmax≦０．４０Ｗ／ｍ2である、という条件を逸脱する可能性がある。
【００５６】
なお、本発明では、前記各実施の形態の構成に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲であれば次に示す変形例を含むものである。
例えば、前記各実施の形態では、電極被覆部材１４を、複数本の単線１３Ａを平行にかつ平板状に配列した電極１３と発熱組成物とを共押出成形して形成し、かつ、断面矩形状としたが、本発明では、電極被覆部材１４に設けられる電極を、複数の単線を縒って断面円形状に形成したものや１本の太い単線から形成したものでもよく、さらには、ＰＴＣヒータ２を構成する面状発熱体を発熱抵抗シート１２自体に電極用導線の単線を縒って形成した電極線又は１本の太い電極線を設けた構造のものでもよい。
【００５７】
さらに、電極被覆部材１４に電極１３の単線１３Ａを一列に配列して設けたが、本発明では、電極１３の単線１３Ａを複数列に配列して設けてもよい。
また、電極被覆部材１４は発熱抵抗シート１２に２本融着されたが、電極被覆部材１４の本数は３本以上であってもよい。
また、電極被覆部材１４の断面形状は、台形、三角形、五角形等の種々の形状でよい。
【００５８】
さらに、本発明で適用される床暖房装置は、床暖房パネル以外に、床に組み込まれる電気カーペット、キッチンマット（台所で使用される足元のヒータ）及び足温器でもよい。
また、本発明の床暖房装置はＰＴＣヒータ２，２００に蓄熱材を設けて被加熱部を蓄熱材を介して間接的に加熱する蓄熱式であってもよい。
【００５９】
【発明の効果】
本発明によれば、一対の電極を被覆し温度の上昇とともに電気抵抗値が増大する正温度係数特性を有する発熱体から形成されるＰＴＣヒータを備え、このＰＴＣヒータは、ヒータ温度７５℃での発熱量ＰがＰ（７５℃）≦４０Ｗ／ｍ2であり、ヒータ温度３０℃での発熱量ＰがＰ（３０℃）≧９０Ｗ／ｍ2であり、前記ＰＴＣヒータの周囲温度が抵抗値の最大値を示す温度以上で１４０℃以下の温度範囲での発熱量の最大値ＰmaxがＰmax≦０．４０Ｗ／ｍ2であり、前記ＰＴＣヒータの周囲温度が０℃での突入電流値ＩがＩ（０℃）≦７Ａ／ｍ2であるから、ヒータが熱閉塞状態にある時並びに外部から加熱された時の異常な昇温を防止するとともに、低温でヒータに通電を開始した際にブレーカが作動する等の不都合を回避できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態にかかる床暖房装置の分解斜視図である。
【図２】第１実施形態のＰＴＣヒータの一部を破断した斜視図である。
【図３】図２の平面図である。
【図４】本発明の第２実施形態にかかる床暖房装置の分解斜視図である。
【図５】本発明の第３実施形態にかかる床暖房装置の分解斜視図である。
【図６】本発明の第４実施形態にかかる床暖房装置の分解斜視図である。
【図７】第４実施形態のＰＴＣヒータの斜視図である。
【符号の説明】
10,20,30,40 床暖房装置
2,200 ＰＴＣヒータ
１２ 発熱抵抗シート
13.130 電極
１４ 電極被覆部材
Claims (5)
- 一対の電極を被覆し温度の上昇とともに電気抵抗値が増大する正温度係数特性を有する発熱体から形成されるＰＴＣヒータと、このＰＴＣヒータの上面を覆う蓋材を有し前記ＰＴＣヒータが収納されるとともに床を構成し木材から形成される箱状体とを備え、前記ＰＴＣヒータは、ヒータ温度７５℃での発熱量ＰがＰ（７５℃）≦４０Ｗ／ｍ2であり、ヒータ温度３０℃での発熱量ＰがＰ（３０℃）≧９０Ｗ／ｍ2であり、前記ＰＴＣヒータの周囲温度が抵抗値の最大値を示す温度以上で１４０℃以下の温度範囲での発熱量の最大値ＰmaxがＰmax≦０．４０Ｗ／ｍ2あり、前記ＰＴＣヒータの周囲温度が０℃での突入電流値ＩがＩ（０℃）≦７Ａ／ｍ2であることを特徴とする床暖房装置。
- 請求項１記載の床暖房装置において、前記ＰＴＣヒータは被加熱部を直接加熱する直熱式であることを特徴とする床暖房装置。
- 請求項１又は２に記載の床暖房装置において、前記ＰＴＣヒータは、前記電極をそれぞれ被覆した複数の電極被覆部材が互いに所定間隔離れて面状発熱抵抗シートに取り付けられた面状発熱体であることを特徴とする床暖房装置。
- 請求項１又は２に記載の床暖房装置において、前記ＰＴＣヒータは、線状に形成された線状発熱体であることを特徴とする床暖房装置。
- 請求項１から４のいずれかに記載された床暖房装置を製造する方法であって、前記ＰＴＣヒータを前記電極とともに発熱組成物を押し出して成形した後、７０℃以上１５０℃以下で熱処理をしたことを特徴とする床暖房装置の製造方法。
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