JP4151574B2 - 床暖房放熱器及びそれを用いた暖房可能な床構造 - Google Patents

Description

本発明は、床暖房放熱器及びそれを用いた暖房可能な床構造に関する。

近年、一般住宅、集合住宅、ホテル、病院、高齢者養護施設などの建造物において、居住性を高める目的で床面から暖房する床暖房設備が一般的になりつつある。かかる床暖房の構造としては、通常、下地材の上に、熱媒を通す暖房配管を埋没した基材層を設け、その上側に金属箔等の伝熱層を配置されてなる床暖房放熱器の上面に表装材が配置したものが最も基本的である。かかる構造の改良が種々知られているが、その一つに上記床暖房放熱器の金属箔の上に合成樹脂シート層を設けることが提案されている（例えば、特許文献１参照）。この構造であれば、床暖房放熱器の破損が防止でき、且つ、表装材の交換作業が容易となる。
特開２００２−８１６６２号公報

近年、建築物の床材も多様化しており、表装材だけでも、硬質木材、石板、薄型の木製フローリング材、集合直貼用防音フローリング材、柔軟なカーペット、クッションフロア等の柔軟な表装材などが例示される。これらの何れにも対応できるような強度、弾力性、伝熱性などの要求に十分に対応できる床暖房放熱器が望まれる。

また、近年、床暖房構造の薄厚化の要望が大きくなっている。その理由として、例えば、住宅リフォームの際に床暖房設備を入れる場合に床板とドアの高さの関係で厚さの厚い床暖房では、その設置が制限される場合がある。通常の床暖房用パネルは、熱媒を通す暖房配管を埋没した基材層の上に、伝熱層を介して、表装材層を一体に積層したような構造のものであるが、基材層の厚さを薄くすることは、暖房配管の大きさを考慮すると限界がある。そこで、通常１０〜２０ｍｍ程度の表装材層の厚さを薄くすることが考えられる。

ところが、温水配管による床暖房は、ヒーター加熱による床暖房の場合とは異なり、局部的に過熱状態が生じにくく、放熱も良好ではあるにもかかわらず、表装材をに薄くしすぎると、下のアルミ箔などの伝熱層、基材層も含めて破損しやすくなるという問題がある。また、表装材の反りが顕著となり、パネルからはがれやすくなるなどの問題も懸念される。

本発明者等は、上記課題に鑑み床暖房の構造改良について長年検討を行っているが、今般、従来、もっぱら外装用建築材として利用されている前記の金属と樹脂の複合材を床暖房の構造に応用したところ、極めて良好な結果がもたらされることを見いだし、本発明に到達した。

即ち、本発明は、熱媒を通す暖房配管を埋没した基材層の上側に、樹脂シートの芯材両面に金属板を接合した複合板が配置されてなる床暖房放熱器であって、前記複合板と前記基材層とは、粘着層を介して固定されており、当該粘着層の接着力が６０℃で６Ｎ／２０ｍｍ以上であり、かつ、前記粘着層の厚みをｘμｍとした場合の当該粘着層に用いる粘着材の５℃での粘度が１２００ｅｘｐ（０．０２ｘ）Ｐａ・ｓ以下であることを特徴とする床暖房放熱器に関する。また、本発明は、上記の床暖房放熱器の上面に表装材が配置されてなることを特徴とする暖房可能な床の構造に関する。

本発明の床暖房放熱器によれば、熱媒を通す暖房配管を埋没した基材層の上側に、樹脂シートの芯材両面に金属板を接合した複合板が配置したことにより、この上に、更に種々の表装材を配置した床暖房設備として使用した場合に、以下のような効果が期待できる。かかる効果は、薄い表装材を用いた床暖房放熱器において特に顕著である。

（１）適度な剛性及び弾性のある床が形成され、快い足踏感が期待できる。
（２）伝熱性に優れているので床暖房の効率が高い。
（３）複合板の金属／樹脂／金属の対称構造により、適度な強度と弾性を有し、板の反りが少なく変形しにくいので、品質が長期に維持される。
（４）複合板は強度も良好であり、床上での重量物の落下などのトラブルに対して放熱基材層が損傷しにくい。
（５）複合板は取り扱いが容易であり加工しやすいので、これを用いた床暖房放熱器における生産性に優れている。また、かかる床暖房放熱器の現場施工も容易である。

以下、本発明を詳細に説明する。まず、本発明の床暖房放熱器の各構成部分にについて説明する。暖房配管に通す熱媒としては、温水、水蒸気、加熱オイルなどが挙げられるが、好ましくは温水である。暖房配管は、通常、可撓性チューブが使用され、架橋ポリエチレン管、ポリブテン管、銅管などが挙げられる。その直径は、建造物が建造されている地域、床暖房パネルの設置建造物の場所、熱媒の種類、温度などによって変更できるものであるが、外径６〜１０mm、内径４〜６mmの管が一般的である。

上記暖房配管は基材層に埋没した構成となる。基材層の材質は特に限定されないが、通常、断熱性に富んだ発泡合成樹脂製のものが好ましく、発泡合成樹脂製の板状体を用いており、具体的には、硬質ポリウレタン発泡体、硬質ポリエチレン発泡体、硬質ポリプロピレン発泡体、ポリスチレン発泡体、硬質ポリ塩化ビニル発泡体、ポリメチルメタクリレート発泡体、ポリカーボネート発泡体、ポリフェニレンオキサイド発泡体、ポリスチレンとポリエチレン混合物の発泡体などが挙げられる。中でも、硬質ポリウレタン発泡体、ポリスチレン発泡体などが好適である。板状体の厚さが６〜５０mmの範囲内で選ぶのが好ましい。なお、かかる基材層の下には不織布等による遮音材層を設けてもよい。

基材層を構成する板状体の表面には、暖房配管を埋設するための溝が刻設され、この溝には暖房配管が埋設される。溝の開口部の幅は、暖房配管の外径と同じ寸法、またはこれより僅かに大きくするのが好ましい。溝の形状は、延在する方向に直角に切断した断面がＵ字を形成するようにすると、暖房配管を埋設する際に都合がよい。溝の深さは、暖房配管の外径と同じ寸法とするのが好ましい。溝の深さが暖房配管の外径より大きいと、暖房配管を埋設した際に、暖房配管の上側に隙間ができ、熱媒の熱を効果的に表装材に伝熱することができず、床暖房パネルの伝熱効率が低下するので好ましくない。

本発明の床暖房放熱器は、以上の基材層の上側に、樹脂シートの芯材両面に金属板を接合した複合板が配置されていることを特徴とする。斯かる複合材それ自体は、従来より知られており（例えば、特許第３１１８０６６号公報）、軽量性、耐腐食性、意匠性、耐候性、表面美麗、金属類似の加工性等の数多くの特徴を兼備した材料として、外装用建材としての広く使用されている。

樹脂シートの原料としては、ポリオレフィン樹脂、ポリスチレン樹脂、塩化ビニル樹脂、フェノール樹脂、ウレタン樹脂等が例示されるが、好ましくはポリオレフィン樹脂である。また、一般に、難燃性を付与するために、マグネシウム、カルシウム、バリウム又はアルミニウムの酸化物、水酸化物、ケイ酸塩、炭酸塩または硫酸塩などの無機フィラーを、通常１０〜８０重量％含有させることができる。

金属板としては、例えば、アルミニウム、ステンレス、鉄、銅、チタン、錫、ニッケル等の金属または各種の合金から成るシートが使用されるが、加工性、伝熱性、剛性などの面からアルミニウム板が好ましい。

複合板の製造方法は特に制限はないが、通常、樹脂原料を押出成形して芯材シートを得、次いで、当該芯材シート両面に接着剤フイルムを介して金属シートを接合する方法が採用される。

接着剤フイルムとしては、芯材シートと金属シートの両者に親和性のある熱可塑性樹脂のフイルムが使用される。熱可塑性樹脂の具体例としては、エチレン・アクリル酸共重合体、エチレン・酢酸ビニル共重合体、エチレン・グリシジルアクリレート共重合体、エチレン・無水マレイン酸共重合体、ポリエチレンのアクリル酸グラフト共重合体、ポリエチレンの無水マレイン酸グラフト共重合体等が挙げられる。

以上の複合板の厚さは通常０．５〜６．０ｍｍ、好ましくは０．７〜５．０ｍｍ程度である。一般的に言えば、複合板のうち、芯材の樹脂シートを厚くすることにより、その軽量性を犠牲にすることなく剛性を高めることができる。但し、また、樹脂シートが厚くなりすぎると、床暖房としての伝電性を損なう恐れがある。

本発明の床暖房放熱器として使用する場合には、適度な剛性及び弾性を有し、快い足踏感が期待できる範囲として、複合板の曲げ弾性率が通常１０００〜１００００Ｋｇ／ｍｍ^２、好ましくは３０００〜８０００Ｋｇ／ｍｍ^２である。曲げ弾性率が低すぎると、表装材からの静荷重、衝撃荷重などの外力が作用した場合に、放熱基材層を損傷させる恐れがあるので、あまり好ましくない。また、曲げ弾性率が大きすぎると、足踏感として硬すぎて床としてあまり好ましくない。

以上のような点を考慮すると、複合板の層構成として、好ましくは、樹脂シートの厚さが０．５〜３．０ｍｍ、金属板の厚さが０．０５〜１．０ｍｍである。なお、金属板は、通常、両面で実質的に同じ材質であり、且つ、同じ厚さとすることにより、床暖房時の複合板の反りが最小限に回避される。

上記の複合板と基材層とは、通常、粘着層を介して固定される。この複合板と基材層との接着力は、主に両層の剥離防止のために、通常、６０℃で６Ｎ／２０ｍｍ以上、好ましくは８Ｎ／２０ｍｍ以上とすることが好ましい。また、床暖房放熱器を装備した床面を歩行した際に音鳴りが発生する可能性があり、これを完全に防止するという観点から、粘着層に用いる粘着材の５℃での粘度を、当該粘着層の厚みをｘμｍとして１２００ｅｘｐ（０．０２ｘ）Ｐａ・ｓ以下とすることが好ましい。

粘着層として用いる粘着材は、上記の条件を満たすようなものであれば特に限定はないが、通常、アクリル系、ビニルエステル系、天然ゴム系、合成ゴム系の粘着材が使用され特に、接着性、耐熱特性などに優れたアクリル系粘着材が好ましい。

かかる粘着材は、基材層又は複合板のどちらか一以上に塗布して接着してもよいが、施工上の手間を要するので、厚さが通常５〜２５０μｍの紙ないし樹脂からなるシート両面に予め粘着材が、通常、等量程度、塗布されているものを複合板と基材層に挟みこみ、接着して粘着層を形成させるのが好ましい。

粘着層の厚みは、理想的にはより薄い方が好ましく、通常３００μｍ以下、好ましくは２００μｍ以下である。これより更に厚くすると、接着性が向上し、且つ、音鳴りの問題も小さくなる傾向となるが、過剰の粘着材が必要となることにより合理的とは言えない。また、下限の厚さは特に限定はないが、通常３０μｍ未満では、薄すぎて、接着力の基準を満たすものを見出すことが困難となる。なお、上記のシート両面に粘着材が塗布されているものについての粘着層の厚さは、ここでは、シートの厚みを除いた厚さを意味する。

一方、粘着層に用いる粘着材は、その粘度が上記のように範囲のものを選択する必要がある。本発明者等の検討結果によれば、本発明のような層構成の床暖房放熱器での音鳴りは、基材層と粘着材層の界面での剥がれが原因と考えられる。剥離後の粘着層は界面で剥がれている状態となるが、上から人の荷重等がかかると、再度貼り付き、荷重が解放されると界面で剥がれ、音鳴りがすると言った繰り返しとなると推定できる。そして、粘着力が高く、粘度が低い粘着材であればあるほど、その粘着層を薄くしても、音鳴りを防止できることが可能である。一般に、粘着材の粘度が高いほど高い接着性が期待できるが、粘着層として硬くなり過ぎて、かえって音鳴りが発生しやすくなる。一方、粘着材の粘度が低すぎても、接着力が足りなくなるので好ましくない。

この結果、この基材層と複合板との接着力が、温度帯で６Ｎ／２０ｍｍ以上であることを前提として、５℃で着材の粘度が、当該粘着層の厚みをｘμｍとして１２００ｅｘｐ（０．０２ｘ）Ｐａ・ｓ以下とする。ここでの関係式は多数の実験測定値から導かれた境界線を示すものであるが、具体的には言えば、粘着層の厚みが３００μｍで５０００００Ｐａ・ｓ以下、２５０μｍで２０００００Ｐａ・ｓ以下、２００μｍで７００００Ｐａ・ｓ以下、１５０μｍで２００００Ｐａ・ｓ以下、１００μｍで９０００Ｐａ・ｓ以下、５０μｍで３０００Ｐａ・ｓ以下程度を示している。

なお、複合板と粘着層間の接着力は、通常、基板と粘着層間の接着力より小さく、剥離及び音鳴りの問題は、主に基板と粘着層との間で発生するものと判断できる。

以上の床暖房放熱器は、通常、複合板上に更に表装材を配置して、暖房可能な床設備として供される。表装材は、表面を保護し、床面外観の美麗化や、消音やクッション性を改良した緩衝層として機能する。この表装材は、木製の合板製、発泡ゴム板製で、その表面に木目模様などの印刷模様を施したプラスチックフィルム、不織布、強化紙などを貼着したものが好ましい。表装材の厚さは、薄すぎると強度が不足して破損し易くなるし、逆に厚すぎると加熱体からの熱が表装材の表面に伝熱され難くなるので、いずれも好ましくない。厚さは、通常１〜２０ｍｍ、好ましくは２〜１０ｍｍである。

また、特に薄い厚みの表装材を必要とする場合は、合板の両面に、厚さ０．１〜２ｍｍのシートを対称に接合してなり、厚さ１〜６ｍｍである表装材が好適である。かかる厚さの範囲は従来の表面仕上げ層のものよりも薄い範囲にあるが、合板の両面に対称に、略同質で同厚の薄いシートを接合した構成により、従来問題とされていた表面仕上げ材の反りが回避される。即ち、芯材の上面と下面に同材質としたことで、芯材の上面と下面に発生する膨張、伸縮の差が減り、反りを効果的に防止することが可能となる。この複合板の厚さが薄すぎると表装材としての強度が不足して破損しやすくなるし不十分になる恐れがある。また、表装材が反りやすくなる恐れがある。上記の範囲の厚さの表装材の許容しうる反り量の基準としては、通常、長手方向１００ｍｍ当たり０．４ｍｍ以下、幅方向１００ｍｍ当たり１．０ｍｍ以下、好ましくは長手方向１００ｍｍ当たり０．２ｍｍ以下、幅方向１００ｍｍ当たり０．５ｍｍ以下である。かかる表装材は、これを設置する床暖房放熱器の構造、種類に制限されず、広く使用することが可能である。

上記表装材を構成する表装材で使用される合板は、建材用途で使用されているようなもののうち、所望の厚さのものを選べばよい。また、合板の両面に張り付けるシートとしては、厚さが通常１０〜２００μｍのフィルムないし紙製のものが使用され、シートは、通常の接着剤を介して合板に密着させる。また、かかるシートの表面には意匠上の問題から木目等の模様を付したものであってもよい。

以上の表装材と、前記複合板との間は、通常、接着するのが好ましい。接着する手段としては、合成樹脂層および表装材とを接着するものであって両者を浸食しない性質を有する接着剤を用いる方法、表装材に両面接着テープを貼着して接着する方法など、任意の手段を選ぶことができる。中でも、表面仕上げ材の交換など、施工の際の簡便さから、両面接着テープを用いる方法が特に好ましい。

以上のような本発明の床暖房放熱器は、実際の暖房可能な床設備においては、通常、床暖房放熱器が部屋全体に全て配置されるわけではなく、各基材層間や各部屋の端部に、暖房管の通っていないダミー部分が存在し、このダミー部分は、通常は木材ないし発泡樹脂で埋めていることが多い。このダミー部分の上にも複合板を配置し、更に、その上に表装材を配置することができる。前記の基材層、ダミー部分は、接着や釘打ちなどによって床版部分に固定することができる。この場合、釘打ちする場合は、釘としてねじ山高さが交互に高低差の付いた万能ビスが好ましい。この万能ビスによれば、先端カットのねじ先で作業効率に優れ、食い付き性、保持力も良好であり、木割れも少ないので好ましい。

床暖房放熱器を施工する床版場所は、コンクリート建造物の場合はスラブ床面の上、スラブ床面の上に敷いた下地合板の上などであり、木造家屋の場合は下地合板の上などである。また、フローリングなどが施された既存の床の上に施工することもできる。

以下、本発明を図面に基づいて詳細に説明するが、本発明はその趣旨を越えない限り、以下の記載例に限定されるものではない。

図１は、本発明に係る床暖房放熱器の一例の縦断面図である。図１において、１は厚さが１１ｍｍの発泡ポリスチレン製の基材層、２は開口部と深さが７．２ｍｍの溝であり、３は外径が７．２ｍｍ、内径が５ｍｍの暖房配管（架橋ポリエチレン製の熱媒用可撓性チューブ）であり、４はアルミニウム／低密度ポリエチレン含有組成物／アルミニウム（厚さ１ｍｍ、各層厚さ０．１１５ｍｍ／０．７７０ｍｍ／０．１１５ｍｍ、）の積層構成を有するアルミニウム樹脂複合板（商品名：アルポリック、三菱化学産資（株）製、曲げ弾性率４６００Ｋｇ／ｍｍ^２）であり、基材層１との間は、レーヨン紙１３ｇ／ｍ^２の両面にアクリル系粘着材（５℃での粘度が７×１０^４Ｐａ・ｓ）を塗布してなる厚み５０μｍの粘着層５を設けて接着されている。また、表装材６（を両面接着テープ（図示せず）によって金属複合板４の上側表面に接着されている。

以上のような構成の床暖房放熱器で以下示す接着力測定、梱包試験、音鳴試験を実施したところ、接着力が７Ｎ／２０ｍｍであり、剥離は全くなく、音鳴りも全くなかった。

（１）接着力測定：
ＪＩＳ Ｚ ０２３７ 粘着テープ９０°引き剥がし粘着力の測定に準じた。

（２）剥離試験：
梱包した床暖房放熱器を６０℃のオーブンに入れ、１週間放置した後、金属板と基材層との間の剥離の有無を観察した。

（３）音鳴試験：
床暖房放熱器の５０巾×３０３のサンプル上から荷重棒Ｒ２５にて、１０００ｍ／ｍｉｎの速度で、１０ｍｍストロークにて圧縮荷重を与え、音鳴りの有無、音鳴り種類を確認した。

また、表装材６として、化粧紙（厚さ０．１ｍｍ）／合板（厚さ２．８ｍｍ）／化粧紙（厚さ０．１ｍｍ）の層の構成のものについて、下記の試験を行ったところ、反り量は長手方向に０．２ｍｍ／１００ｍｍ、幅方向に０．５ｍｍ／１００ｍｍであり、床暖房放熱器による反りの問題は全くなかった。

（表装材の反り試験）
表装材の試料（大きさ長さ方向９０９ｍｍ幅方向３０３ｍｍ）、６０℃の乾燥室で１４４時間放置後、室温に戻し、各試料における反り量を測定した 反り量の測定は、凹み反り方向の床材端部に撓みのないバー材（バー材重さ長さ方向測定６０g未満、幅方向測定２０ｇ未満）を当て、凹み中心部のバー材との距離を計測した。

本発明に係る床暖房放熱器の一例の縦断面図

符号の説明

１：基材層
２：溝
３：暖房配管
４：複合板
５：粘着層
６：表装材

Claims (6)

1. 熱媒を通す暖房配管を埋没した基材層の上側に、樹脂シートの芯材両面に金属板を接合した複合板が配置されてなる床暖房放熱器であって、前記複合板と前記基材層とは、粘着層を介して固定されており、当該粘着層の接着力が６０℃で６Ｎ／２０ｍｍ以上であり、かつ、前記粘着層の厚みをｘμｍとした場合の当該粘着層に用いる粘着材の５℃での粘度が１２００ｅｘｐ（０．０２ｘ）Ｐａ・ｓ以下であることを特徴とする床暖房放熱器。
2. 粘着層の厚みｘが３０〜３００μｍである請求項１に記載の床暖房放熱器。
3. 複合板の曲げ弾性率が１０００〜１００００Ｋｇ／ｍｍ^２である請求項１又は２に記載の床暖房放熱器。
4. 複合板の厚さが０．５〜６．０ｍｍである請求項１〜３の何れかに記載の床暖房放熱器。
5. 樹脂シートの厚さが０．５〜３．０ｍｍ、金属板の厚さが０．０５〜１．０ｍｍである請求項１〜４の何れかに記載の床暖房放熱器。
6. 請求項１〜５の何れかに記載の床暖房放熱器の上面に表装材が配置されてなることを特徴とする暖房可能な床の構造。