JP4158678B2 - 面状発熱体 - Google Patents

Description

本発明は、面状発熱体に係り、さらに詳しくは、電極が並列に配置され、それらの電極間に線状の発熱素子が並列に配置されたタイプの面状発熱体に関する。

面状発熱体としては、種々のタイプのものが知られているが、電極形状により分類すると、直列電極タイプの面状発熱体と、並列電極タイプの面状発熱体とがある。直列電極タイプの面状発熱体では、ニクロム線や金属箔などの線状の発熱素子が、蛇行状に配置されて面を形成し、その線状の発熱素子の両端に電圧を印加して、線状の発熱素子を発熱させる。

並列電極タイプの面状発熱体には、二つのタイプの面状発熱体がある。一つは、並列に配置された一対の電極間に、面状の導電フィルムなどからなる発熱素子を配置するタイプ（純粋面状タイプ）である。もう一つは、並列に配置された一対の電極間に、線状の発熱素子を並列に配置するタイプ（線面タイプ）である。

直列電極タイプの面状発熱体では、線状発熱素子の長手方向の一部が切断されると、発熱体の全体に電流が流れなくなり、面状発熱体としての機能を有しなくなるという課題を有する。これに対して、並列電極タイプの面状発熱体では、面状の発熱素子または線状の発熱素子の一部が切断されても、その他の発熱素子に電流が流れ、面状発熱体としての機能を維持することができる。

ところが、並列電極タイプの一つである純粋面状タイプの面状発熱体では、発熱素子の発熱量が一般に小さく、十分な発熱量を得ることが困難である。また、この純粋面状タイプの面状発熱体では、面状の発熱素子の一部に破損が生じると、その破損が生じた部分の周囲に電界が集中し、電流が流れすぎることにより異常発熱を生じやすいという課題がある。

それに対して、線面タイプの面状発熱体では、線状の発熱素子を用いているために比較的に大きな発熱量を得ることができる。また、線状の発熱素子の一本が切れたとしても、その切れた発熱素子には、電流が流れず、発熱しなくなるのみであり、他の線状の発熱素子には電界が集中することもなく、正常に発熱し続ける。

そこで、並列電極で線面タイプの面状発熱体が、様々な分野において好ましく用いられている。従来の線面タイプの面状発熱体では、たとえば特許文献１に示すように、縦糸と横糸とを密に編み込んだ織布を樹脂フィルムで被覆して構成してある。横糸の両端には、縦糸と平行に、電極線が接続してある。これらの電極線も、織布の一部となり、樹脂フィルムで被覆される。各電極線は、たとえば特許文献２に示すように、複数の導電線で構成してあり、それらの導電線は、ハニカム状に接続される。

ところが、このような電極線の構造でも、最も発熱側に近い電極線の導電線に多量に電流が流れ、その負荷が大きいという課題を有している。すなわち、電極線に流すことができる電流量の上限は、最も発熱側に近い電極線の導電線の容量により制限されており、面状発熱体における電極線に沿って電圧降下が生じる。そのため、面状発熱体の電極線方向の長さを長くすると、電源から遠い端部での発熱が少なくなるという課題を有する。そのために、面状発熱体を、あまり長くすることは困難であるという課題もある。

このような課題は、各電極線を構成する導電線の数を増大させても解消することはできないものであった。これは、単純に電極線の数を増やしても、最も発熱側に近い電極線の導電線に多量に電流が流れ、その負荷が大きいという事態を解消することはできないからである。

また、電極線の長手方向に沿っての電圧降下を防止するために、面状発熱体の長手方向に沿って所定間隔でリード線取り出し部を設けることは、リード線の数が多くなり、面状発熱体の用途によっては、使い勝手が悪くなる。
実公昭６２−４０３８９号公報 特公平１−３０２６５号公報

本発明は、このような実状に鑑みてなされ、電極線に生じる電流負荷の不均一を軽減し、しかも、電極線の長手方向に沿っての電圧降下および発熱の不均一も抑制し、リード線を多数設けることなく、長手方向に細長い使い勝手に優れた面状発熱体を提供することを目的とする。

課題を解決するための手段および発明の効果

上記目的を達成するために、本発明に係る面状発熱体は、
発熱用導電性糸を少なくとも含み、所定間隔で配置される横糸と、
絶縁性糸からなり、前記横糸に交差して所定間隔で編み込まれて配置される縦糸と、
前記横糸の両端部に電気的に接続するようにそれぞれ配置される一対の電極線と、
前記横糸、縦糸および電極線で織り込まれた織布を被覆する絶縁被覆層と、
を有し、
前記一対の電極線の各々が、前記横糸の長手方向に沿って所定間隔離れた二列以上の電極線単位で構成してあり、
各電極線における相互に近接する電極線単位が、当該電極線単位の長手方向に沿って所定間隔で、前記発熱用導電性糸よりも電気抵抗の低い低抵抗横導電線により相互に接続してあることを特徴とする。
なお、本発明において、横糸は、発熱用導電性糸のみで構成されることなく、所定の配置間隔で配置された絶縁性糸を含んでいても良い。また、発熱用導電性糸に絶縁性糸が織り込まれても良い。

本発明に係る面状発熱体は、並列電極タイプで、いわゆる線面タイプの面状発熱体である。そのため、面状発熱体の一部に破損が生じて、横糸の少なくとも一部を構成する線状発熱素子（発熱用導電性糸）の一部が切断されたとしても、他の発熱用導電性糸には電流が供給され、発熱を維持することができる。また、切断された横糸の発熱用導電性糸は、電流が流れずに発熱しないのみであり、他の横糸の発熱用導電性糸に印加される電圧も変化せず、異常発熱などが発生するおそれもない。

また、本発明に係る面状発熱体では、一対の電極線の各々が、前記横糸の長手方向に沿って所定間隔離れた二列以上の電極線単位で構成してある。しかも、各電極線における相互に近接する電極線単位が、当該電極線単位の長手方向に沿って所定間隔で、前記横糸よりも電気抵抗の低い低抵抗横導電線により相互に接続してある。このため、発熱部に近い側（内側）の電極線単位に沿って電圧降下が生じたとしても、その発熱部から遠い側（外側）の電極線単位と低抵抗横導電線を通して初期電圧が内側の電極線単位に供給され、電圧降下を抑制する。そのことは、内側の電極線単位に対する電流負荷を軽減することも意味する。

すなわち、本発明では、外側の電極線単位にも電流が流れるので、内側の電極線単位に対する電流負荷を軽減することができる。このことは、面状発熱体を従来よりも電極線の長手方向に長くすることができることを意味し、面状発熱体の使い勝手を向上させることができる。

しかも、本発明では、面状発熱体の長手方向に沿って所定間隔でリード線取り出し部を設ける必要がないことから、リード線の数を増やす必要が無く、その点でも、使い勝手が向上する。

このため、本発明では、電極線に生じる電流負荷の不均一を軽減し、しかも、電極線の長手方向に沿っての電圧降下および発熱の不均一も抑制し、リード線を多数設けることなく、長手方向に細長い使い勝手に優れた面状発熱体を提供することができる。

本発明において、各電極線単位は、単線の導電線でも、複数の導電線でもよい。複数の導電線で各電極線単位が構成される場合には、相互に幅方向にハニカム状に織り込まれて接続される複数の低抵抗縦導電線で構成してあることが好ましい。

相互にハニカム状に織り込まれて幅方向に接続される複数の低抵抗縦導電線は、理想的には、断面積の大きな低抵抗の単一の導電線として扱われることができる。ただし、現実的には、複数の低抵抗縦導電線のうちでも、最も内側に位置する導電線に流れる電流が最も多くなる。

本発明では、二列以上の電極線単位を形成し、その外側の電極線単位と低抵抗横導電線とを通して、長手方向の所定間隔で、内側の電極線単位に電圧を供給する。そのために、内側の電極線単位の長手方向に沿って電力の消費による電圧降下が生じても、その電圧降下は、外側の電極線単位には影響せず、外側の電極線単位を通して、電圧を回復することが可能である。

以下、本発明を、図面に示す実施形態に基づき説明する。
図１は本発明の一実施形態に係る面状発熱体の要部平面図、
図２は図１に示すII−II線に沿う要部断面図、
図３は図１に示す電極線単位の要部拡大図、
図４は電極線単位の長手方向に沿った電圧降下を示す概略図である。

図１および図２に示すように、本発明の一実施形態に係る面状発熱体２は、透明な絶縁被覆層４，４を有し、これらの絶縁被覆層４，４の間に、横糸８と縦糸１０とから成る織布５が挟み込まれている。織布５の横糸８は、発熱用導電性糸と、必要に応じて絶縁糸を含む糸で構成してある。横糸８を構成する発熱用導電性糸は、たとえば絶縁性フィラメントの外周を導電性塗料で被覆したものである。この発熱用導電性糸は、単線でも撚り線でも良い。絶縁性フィラメントの材質としては、特に限定されないが、ポリエステル、コットン、ナイロン、ガラス繊維などである。導電性塗料としては、たとえば導電性粒子を混入して得られる温度依存性の高い正温度特性（ＰＴＣ）型の導電性塗料などが用いられる。

ＰＴＣ型の導電性塗料としては、高温になるにつれて、抵抗が増大し、良好な自己温度調節機能を発揮するものであれば特に限定されず、たとえば金属粒子、カーボン粒子（カーボンブラック粒子、グラファイトカーボン粒子、黒鉛粒子）などの、導電性粒子を含有するものが用いられる。導電性粒子としては、カーボン粒子が好ましく用いられる。

このような導電性塗料中に、絶縁性フィラメントを浸漬して乾燥させれば、本実施形態の横糸８を構成する導電性糸が得られる。導電性糸の電気抵抗値は、おおむね、５００〜１００００Ω／ｃｍである。

本実施形態では、縦糸１０は、面状発熱体２の長手方向Ｌに沿って延び、その長手方向Ｌに直交する幅方向Ｗに沿って所定間隔で配置され、絶縁性糸で構成してある。

縦糸１０を構成する絶縁性糸は、たとえば導電性塗料で被覆されていない以外は同様な導電性糸の芯材として用いられる絶縁性フィラメントで構成される。また、例えば金属線を絶縁被覆したものでも良い。この縦糸１０も、単線でも撚り線でも良い。

横糸８の幅方向Ｗの両端には、一対の電極線６が織布５の長手方向Ｌに沿って配置してある。各電極線６は、横糸８の長手方向Ｗに沿って所定間隔Ｗ２だけ離れた二列以上の電極線単位６ａ，６ｂで構成してある。各電極線６における相互に近接する電極線単位６ａ，６ｂが、当該電極線単位６ａ，６ｂの長手方向Ｌに沿って所定間隔Ｌ２で、横糸８よりも電気抵抗の低い低抵抗横導電線２０により相互に接続してある。低抵抗横導電線２０の電気抵抗値は、低いほどよく、通常、５Ω／ｃｍ以下、好ましくは、１Ω／ｃｍ以下である。

各電極線単位６ａ（６ｂも同じ）は、図３に示すように、相互にハニカム状に織り込まれて幅方向Ｗに接続される複数の低抵抗縦導電線３０で構成してある。低抵抗縦導電線３０は、金属製糸で構成してあるのが好ましい。また、低抵抗横導電線２０も、金属製糸で構成してあるのが好ましい。

前記低抵抗縦導電線３０は、織布５の両端において、織布５に対して一体的に編み込まれ、電極線単位６ａまたは６ｂを構成し、各横糸８と電気的に接続してある。また、低抵抗横導電線２０は、図１に示すように、織布５に編み込まれて、各電極線６における相互に近接する電極線単位６ａ，６ｂを、当該電極線単位６ａ，６ｂの長手方向Ｌに沿って所定間隔Ｌ２で接続する。低抵抗横導電線２０は、近接する電極線単位６ａ，６ｂのみを電気的に接続し、面状発熱体２の幅方向Ｗの左右に位置する電極線６，６同士は、接続しない長さで織布５に編み込まれる。
低抵抗縦導電線３０の電気抵抗値は、低いほどよく、通常５Ω／ｃｍ以下、好ましくは、１Ω／ｃｍ以下である。

低抵抗導電線２０または３０を構成する好ましい形態である金属製糸は、たとえば銅、鉄、ステンレスなどからなる。金属製糸は、単線でも撚り線でも良い。この金属製糸の線径は、縦糸１０および横糸８の線径と略同じであり、好ましくは１０〜１０００μｍである。

本実施形態では、織布５における隣り合う横糸８相互間の間隔Ｌ１は、好ましくは０．０１〜５０mmである。また、織布５における隣り合う縦糸１０相互間の間隔Ｗ１は、好ましくは０．０１〜５０mmである。

横糸８の配置間隔Ｌ１が狭すぎると、単位面積あたりの発熱量が大きくなりすぎる傾向にあり、横糸８の配置間隔Ｌ１が広すぎると、面状発熱体全体としての発熱能力が低下する傾向にある。なお、縦糸１０は、ほとんど発熱に寄与しないため、織布５としての強度を保持できる限り、縦糸１０の配置間隔Ｗ１は、横糸８の配置間隔Ｌ１よりも広くすることができる。ただし、横糸８と縦糸１０との織布５を形成する作業性を考慮すると、横糸の配置間隔Ｗ１と、縦糸の配置間隔Ｌ１とは、実質的に同じ程度がよい。

低抵抗横導電線２０相互間の間隔Ｌ２は、特に限定されないが、好ましくは１０〜５００００mm、さらに好ましくは５０〜３００００mmである。この間隔Ｌ２が狭すぎると、編み込み作業が繁雑になる傾向にあり、広すぎると、本発明の作用効果が小さくなる傾向にある。但し、Ｌ２＞Ｌ１が好ましい。

各電極線における近接する電極線単位６ａ，６ｂ間の離間距離Ｗ２は、好ましくは１〜５０mm、さらに好ましくは５〜３０mmである。この離間距離Ｗ２が狭すぎると、１本の電極線単位６ａの幅を広くしたことと同じになり、本発明の作用効果が小さくなる傾向にあり、離間幅Ｗ２が広すぎると、発熱に寄与しにくい部分の幅が広くなり、材料の無駄になる。

縦糸１０と、横糸８と、電極線６（低抵抗横導電線２０含む）とからなる織布５は、図２に示すように、透明または不透明な絶縁被覆層４で被覆される。絶縁被覆層４は、特に限定されないが、たとえば塩化ビニルシート、ＰＥＴシート、ポリオレフィンシート、ポリウレタンシート、アクリルシートなどで構成される。

織布５を絶縁被覆層４で被覆するための方法としては、特に限定されないが、接着剤による方法、熱融着による方法などが例示される。接着剤を用いる場合には、接着剤としては、ポリウレタン系やエポキシ樹脂系の接着剤が好ましく使用される。
また、上述した実施形態における面状発熱体２の絶縁被覆層４は、単層膜でも良いが、たとえば塩化ビニルシートとポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）シートとの多層膜で構成しても良い。この絶縁被覆層４を、塩化ビニルシートとＰＥＴシートとの多層膜で構成する場合には、内側を塩化ビニルシートで構成し、外側をＰＥＴシートで構成することが好ましい。ＰＥＴシートを外側に配置することで、外側からの液体の浸透を有効に防止することができる。また、内側に比較的に柔軟な塩化ビニルシートを配置することで、発熱体となる織布を挟み込んでの熱融着が容易になると共に、外側のＰＥＴシートの破損を、内側の塩化ビニルシートで補填することができる。多層膜は、たとえば熱ラミネーション工法などで製造することができる。

各電極線６における内側の電極線単位６ａの長手方向Ｌの端部には、電源に接続するためのリード線２２が接続してある。このリード線２２を介して、一対の電極線６間に印加される電圧は、特に限定されないが、たとえば２５０ボルト以下である。電極線６の間に電圧が印加されると、横糸８の長手方向Ｗに電流が流れ、横糸８が発熱する。本実施形態では、内側の電極線単位６ａの間が主要な発熱部となる。面状発熱体における発熱部の発熱温度は、絶縁被覆層４の材質などにもよるが、８０℃以下程度が好ましい。

本実施形態に係る面状発熱体２は、並列電極タイプで、いわゆる線面タイプの面状発熱体である。そのため、面状発熱体の一部に破損が生じて、横糸８からなる線状発熱素子の一部が切断されたとしても、他の横糸８には電流が供給され、発熱を維持することができる。また、切断された横糸８は、電流が流れずに発熱しないのみであり、他の横糸８に印加される電圧も変化せず、異常発熱などが発生するおそれもない。

しかも、本実施形態に係る面状発熱体２では、一対の電極線６，６の各々が、横糸８の長手方向Ｗに沿って所定間隔離れた二列以上の電極線単位６ａ、６ｂで構成してある。しかも、各電極線６における相互に近接する電極線単位６ａ、６ｂが、当該電極線単位６ａ、６ｂの長手方向Ｌに沿って所定間隔Ｌ２で、横糸８よりも電気抵抗の低い低抵抗横導電線２０により相互に接続してある。

このため、図４に示すように、発熱部に近い側（内側）の電極線単位６ａの長手方向Ｌに沿って電圧降下が生じたとしても、その発熱部から遠い側（外側）の電極線単位６ｂと低抵抗横導電線２０を通して初期電圧が内側の電極線単位６ａに供給され、電圧降下を抑制する。そのことは、内側の電極線単位６ａに対する電流負荷を軽減することも意味する。

すなわち、本実施形態では、外側の電極線単位６ｂにも電流が流れるので、内側の電極線単位６ａに対する電流負荷を軽減することができる。このことは、面状発熱体２を従来よりも長手方向Ｌに長くすることができることを意味し、面状発熱体２の使い勝手を向上させることができる。

しかも、本実施形態では、面状発熱体２の長手方向に沿って所定間隔でリード線取り出し部を設ける必要がないことから、リード線２２の数を増やす必要が無く、その点でも、使い勝手が向上する。

このため、本実施形態では、電極線６に生じる電流負荷の不均一を軽減し、しかも、電極線６の長手方向Ｌに沿っての電圧降下および発熱の不均一も抑制し、リード線２２を多数設けることなく、長手方向Ｌに細長い使い勝手に優れた面状発熱体２を提供することができる。

なお、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内で種々に改変することができる。

本発明に係る面状発熱体の用途は、特に限定されず、たとえば、敷布、マット、定温倉庫の床、コンクリート構造体、タンクなどの加温や保温、あるいは、融雪、霜取り、融氷、凍結防止、台所、風呂場、トイレ、洗面所の暖房などの用途に幅広く用いることができる。

図１は本発明の一実施形態に係る面状発熱体の要部平面図である。 図２は図１に示すII−II線に沿う要部断面図である。 図３は図１に示す電極線単位の要部拡大図である。 図４は電極線単位の長手方向に沿った電圧降下を示す概略図である。

符号の説明

２… 面状発熱体
４… 絶縁被覆層
５… 織布
６… 電極線
６ａ… 電極線単位
６ｂ… 電極線単位
８… 横糸
１０… 縦糸
２０… 低抵抗横導電線
２２… リード線
３０… 低抵抗縦導電線

Claims (3)

1. 発熱用導電性糸を少なくとも含み、所定間隔で配置される横糸と、
   絶縁性糸からなり、前記横糸に交差して所定間隔で編み込まれて配置される縦糸と、
   前記横糸の両端部に電気的に接続するようにそれぞれ配置される一対の電極線と、
   前記横糸、縦糸および電極線で織り込まれた織布を被覆する絶縁被覆層と、
   を有し、
   前記一対の電極線の各々が、前記横糸の長手方向に沿って所定間隔離れた二列以上の電極線単位で構成してあり、
   各電極線における相互に近接する電極線単位が、当該電極線単位の長手方向に沿って所定間隔で、前記発熱用導電性糸よりも電気抵抗の低い低抵抗横導電線により相互に接続してある面状発熱体。
2. 前記各電極線単位が、複数の低抵抗縦導電線からなり、該導電線が相互にハニカム状に織り込まれ、横糸長手方向に接続されたものである請求項１に記載の面状発熱体。
3. 前記横糸は、発熱用導電性糸以外に、絶縁性糸を含む請求項１または２に記載の面状発熱体。

Images