JP4289085B2 - Ｐｔｃ面状ヒータ及びこれを備えた床暖房パネル - Google Patents

Description

本発明は自己温度制御機能を有するＰＴＣ面状ヒータ及びこれを備えた床暖房パネルに関する。

従来からＰＴＣ面状ヒータを備えた熱機器として図７に示すような床暖房パネル５′が利用されている。この床暖房パネル５′は平面視長方形状のパネル本体４に電圧印加により発熱するＰＴＣ面状ヒータ３′を配設し、このＰＴＣ面状ヒータ３′の上面に均熱板１０を介して表面化粧材６を積層したものであって、ＰＴＣ面状ヒータ３′は図８に示すように発熱部となる平面視長方形状のＰＴＣ素体１′の長辺の夫々に全長に亘って電極部２ａ′、２ｂ′を設け、これら一対の電極部２ａ′、２ｂ′を平行に配したものである。そしてこのＰＴＣ面状ヒータ３′の一対の電極部２ａ′、２ｂ′間に電圧を印加することで、自己温度制御機能を備えたＰＴＣ素体１′に図中矢印イに示すように電流を流してＰＴＣ素体１′を発熱させ、このように発熱したＰＴＣ素体１′にて床暖房を行っていた。

ところで上記ＰＴＣ面状ヒータ３′は一対の電極部２ａ′、２ｂ′が平行に配されているため、その電極間距離が平面視長方形状のＰＴＣ素体１′の長手方向に沿う方向において同じであり、ＰＴＣ素体１′からの発熱量はその長手方向において同じものである。しかしながらこのようなＰＴＣ面状ヒータ３′に電圧を印加して利用した場合には図９に示すようにＰＴＣ素体１′が周辺へ放熱し、この場合、電圧印加時のＰＴＣ素体１′からの放熱量は中央部よりも周辺部の方が大きくなるため、ＰＴＣ素体１′が自己温度制御機能を備えていると言えども、ＰＴＣ素体１′の中央部の温度が高く周辺部の温度が低くなって、ＰＴＣ素体１′の中央部と周辺部との間に大きな温度差が生じ、ＰＴＣ素体１′の温度分布が不均一になってしまう（図９では使用時におけるＰＴＣ素体１′の最も外側の周辺部ｃの温度が中央部ａよりも約５℃低く、周辺部ｃと中央部ａの間のエリアｂの温度が中央部ａよりも約２℃低いことを示している）。また上記の問題を改善するために例えばＰＴＣ素体１′の周辺部ｃと中央部ａの添加物の添加量を変更したり、周辺部ｃと中央部ａの導電性材料の添加量を変更する等してＰＴＣ素体１′自身の発熱特性を変更することも考えられるが、このように発熱特性を微調整することは製造上困難であるため、目的とする発熱特性を有するＰＴＣ素体１′が得られず、実質的にはＰＴＣ素体１′の温度分布を均一にすることができなかった。

さらにはこのようにＰＴＣ素体１′の温度分布が不均一であるため、このＰＴＣ面状ヒータ３′を備えた床暖房パネル５′は均熱板１０を設けたとしても表面における温度が均一にならないことがあり、床暖房パネル５′の使用者が不快に感じてしまうことがあり、またこのように均熱板１０を設けた場合、床暖房パネル５′全体が厚くなったり、コストが高くなるといった問題も生じる。

また上記のようなＰＴＣ面状ヒータの下面に絶縁シートを介して電気ヒータ線を配し、この電気ヒータ線にてＰＴＣ面状ヒータの温度ムラを消失させる床暖房パネルも知られているが、この床暖房パネルはＰＴＣ面状ヒータとは別に電気ヒータ線を配さなければならず、構造が複雑になってコストが高くなってしまう（例えば特許文献１）。
特開平５−２６６９６８号公報

本発明は上記従来の問題点に鑑みて発明したものであって、その目的とするところは、簡単な構成によりＰＴＣ素体の温度分布を均一にでき、ＰＴＣ面状ヒータのコストを削減でき、また別の目的とするところは一対の電極部のＰＴＣ素体の電極部を設けた対向する辺と略平行な方向の両端の電極間距離を僅かに小さくするだけで平面視長方形状の床暖房パネルの温度分布を均一にすることができ、これにより床暖房部分が広く且つ温度分布を均一にでき、且つコストの低い床暖房パネルを提供することにある。

上記課題を解決するために本発明に係るＰＴＣ面状ヒータは、発熱部となる略矩形面状のＰＴＣ素体１を備え、該ＰＴＣ素体１の４辺のうち対向する１対の辺１ａ、１ｂにのみ全長に亘って夫々電極部２ａ、２ｂが設けられ、ＰＴＣ素体１が前記電極部２ａ、２ｂが設けられる１対の辺１ａ、１ｂの夫々がその中間から両端側に行く程当該１対の辺１ａ、１ｂ間の距離が短くなるよう形成されると共に、前記１対の電極部２ａ、２ｂが、ＰＴＣ素体１の前記１対の対向する辺１ａ、１ｂと略平行な方向の両端部の電極間距離が中間部の電極間距離よりも小さくなるよう形成されることで、抵抗値が前記１対の対向する辺１ａ、１ｂと略平行な方向において中間から両外側に行く程小さくされることを特徴とする。

このように一対の電極部２ａ、２ｂをＰＴＣ素体１の前記対向する辺と略平行な方向の両端部の電極間距離が中間部の電極間距離よりも小さくなるように形成することで、ＰＴＣ面状ヒータ３は前記対向する辺１ａ、１ｂと略平行な方向の両端部の抵抗値が中間部の抵抗値よりも小さくなり、これによりＰＴＣ素体１の前記対向する辺１ａ、１ｂと略平行な方向の両端部の発熱量を中間部よりも大きくでき、従って一対の電極部２ａ、２ｂに電圧を印加した直後の初期の状態を除く電圧印加時には、ＰＴＣ素体１自身の周辺への放熱とＰＴＣ特性効果により、ＰＴＣ素体１の温度分布が均一になる。またこの場合、ＰＴＣ素体１の周辺部と中央部の添加物の添加量を変更したり、周辺部と中央部の導電性材料の添加量を変更する等してＰＴＣ素体１自身の発熱特性を変更することなく、一対の電極部２ａ、２ｂの電極間距離を変更するといった簡単な構成によりＰＴＣ素体１の温度分布を均一にでき、ＰＴＣ面状ヒータ３のコストを削減できる。

また請求項２の床暖房パネルは、平面視長方形状のパネル本体４の上面に上記請求項１記載のＰＴＣ面状ヒータ３をパネル本体４の長手方向に沿って複数配設し、各ＰＴＣ面状ヒータ３ａ、３ｂをＰＴＣ素体１の前記電極部２ａ、２ｂが設けられた対向する一対の辺１ａ、１ｂとパネル本体４の長手方向とが略平行となるように配してなることを特徴とする。

平面視長方形状の一枚の本体パネル４に上記請求項１記載のＰＴＣ面状ヒータ３を一枚だけ設けて、該一枚のＰＴＣ面状ヒータ３にて平面視長方形状の床暖房パネル５の床暖房部分を形成する場合、ＰＴＣ素体１の温度分布を均一にするには、上記請求項１記載のＰＴＣ面状ヒータ３を平面視長方形状に形成し、該平面視長方形状のＰＴＣ面状ヒータ３の長手方向の両端の電極間距離を極めて小さくする必要があり、これにより床暖房パネル５の長手方向の両端部の床暖房部分が狭くなってしまう。即ちこのように平面視長方形状の床暖房パネル５を形成するにあたって、上記のように平面視長方形状のパネル本体４の上面に上記請求項１記載のＰＴＣ面状ヒータ３をパネル本体４の長手方向に沿って複数配設し、各ＰＴＣ面状ヒータ３を前記ＰＴＣ素体１の対向する辺１ａ、１ｂとパネル本体４の長手方向とが略平行となるように配することで、一対の電極部２ａ、２ｂをＰＴＣ素体１の長手方向に沿った方向の両端の電極間距離が僅かに小さくなるように形成するだけで複数のＰＴＣ面状ヒータ３からなる床暖房部分の温度分布を均一にでき、これにより簡単な構成により床暖房部分が広く且つ床暖房部分の温度分布を均一にできる平面視長方形状の床暖房パネル５を提供でき、床暖房パネル５の使用者が不快に感じることがなく、しかもこの場合、従来のように床暖房部分の上面に均熱板１０を設ける必要がなく、床暖房パネル５全体の厚みを薄くでき、またコストも抑えられる。

本発明の請求項１は簡単な構成により温度分布を均一にでき、コストを削減したＰＴＣ面状ヒータを提供できる。

また請求項２は、一対の電極部をＰＴＣ素体の電極部を設けた対向する辺に沿った方向における両端部の電極間距離が僅かに小さくなるように形成するだけで複数のＰＴＣ面状ヒータからなる床暖房部分の温度分布を均一にでき、これにより床暖房部分が広く且つ温度分布を均一にでき、且つコストの低い床暖房パネルを提供できる。

以下本発明を添付図面に示す実施形態に基いて説明する。図１にＰＴＣ面状ヒータ３の平面図、図２に図１のＡ―Ａ′断面図を示す。ＰＴＣ面状ヒータ３は発熱部となるＰＴＣ素体１を備えている。本実施形態のＰＴＣ素体１は例えばセラミックを主材料とし、チタン酸バリュウム等の粉末を添加したものであって、通電すると自己の温度が上昇すると共に、所定の温度以上になると抵抗値が増加して自己温度調節を行うものである（ＰＴＣ特性）。このＰＴＣ特性を有するＰＴＣ素体１は図１に示すように略矩形面状、詳しくは平面視略長方形状且つ薄板状に形成されており、このＰＴＣ素体１の長辺である対向する一対の辺１ａ、１ｂの夫々はその中間より両端側に行く程、一対の辺１ａ、１ｂが近づくように滑らかに湾曲しており、これら一対の辺１ａ、１ｂの夫々は互いに反対側に凸となる平面視円弧状に形成されている。

図１に示すように上記平面視略長方形状のＰＴＣ素体１の長辺である対向する辺１ａ、１ｂ、詳しくはこれら対向する辺１ａ、１ｂを構成する端面には各端面の長手方向の全長（各辺１ａ、１ｂの全長）に亘ってアミ線よりなる電極部２ａ、２ｂを設けている。これら一対の電極部２ａ、２ｂの夫々は図１に示すようにＰＴＣ素体１の前記対向する辺１ａ、１ｂと略平行な方向（詳しくはＰＴＣ素体１の長手方向）の両端の電極間距離ｄ１が中間の電極間距離ｄ２よりも小さくなるように滑らかに湾曲すると共に、互いに反対側に凸となる平面視円弧状に形成されており、これによりＰＴＣ面状ヒータ３は図３（ａ）に示すように長手方向の中間から両外側に行くほど緩やかに抵抗値が小さくなっている。ここで上記した一対の電極部２ａ、２ｂの電極間距離は、後述の電圧印加直後の初期の状態を除くＰＴＣ素体１に電圧を印加した状態において、ＰＴＣ素体１の温度分布が均一となるように設定してある。

そして上記ＰＴＣ素体及び一対の電極部２ａ、２ｂを図２に示すようにＰＰ等の絶縁フィルム１１で全体を被覆することで、平面視長方形状且つ薄板状のＰＴＣ面状ヒータ３（２５０ｍｍ×８００ｍｍ、厚み１．５ｍｍ）が形成される。

上記夫々の電極部２ａ、２ｂの端部は図示しない電源に電気的に接続されており、この電源にて一対の電極部２ａ、２ｂ間に電圧を印加することで、電極部２ａから電極部２ｂに電流が流れ、ＰＴＣ素体１は発熱する。ここで前述したようにＰＴＣ面状ヒータ３の長手方向の両端部の抵抗値は中間部よりも小さくなっているので、ＰＴＣ素体１の前記一対の辺１ａ、１ｂと略平行な方向（詳しくはＰＴＣ素体１の長手方向）の両端部の発熱量は中間部よりも大きくなり、これによりＰＴＣ素体１は前記一対の辺１ａ、１ｂと略平行な方向（詳しくはＰＴＣ素体１の長手方向）の中間部の温度が両端部よりも低くなる。具体的にはＰＴＣ面状ヒータ３はその長手方向の中間から両外側に行く程抵抗値が徐々に小さくなるように設定されているため、電圧印加直後の初期状態ではＰＴＣ素体１の発熱量はＰＴＣ素体１の長手方向において中間より両外側に行く程大きくなる。実験では図３（ｂ）に示すように前記電圧印加直後の初期状態においては、ＰＴＣ素体１の長手方向の最も両外側に位置するエリアＣの温度が中間部Ａよりも約５℃高く、ＰＴＣ素体１の長手方向における中間部ＡとエリアＣとの間であるエリアＢの温度が中間部Ａよりも約２℃高くなった。

そして上記のようにＰＴＣ素体１に電圧印加を開始した後は、ＰＴＣ素体１自身の周辺への放熱が起こり、また同時に前述したＰＴＣ素体１自身のＰＴＣ特性により、図４（ａ）に示すようにＰＴＣ面状ヒータ３の長手方向の中間部の抵抗値が小さくなってＰＴＣ素体１の長手方向の中間部の発熱量が大きくなると共に、ＰＴＣ面状ヒータ３の長手方向の両端部の抵抗値が大きくなってＰＴＣ素体１の長手方向の両端部の発熱量が小さくなり、これらＰＴＣ素体１自身の周辺への放熱及びＰＴＣ特性の効果により、前記電圧印加直後の初期状態を除く電圧印加時においてはＰＴＣ素体１の温度分布がＰＴＣ素体１の長手方向及び短手方向において均一になる。つまり上記ＰＴＣ面状ヒータ３は従来例と比して温度の均一なエリアが広がることとなる。実験では図４（ｂ）に示すように、この電圧印加直後の初期状態を除く電圧印加時には、ＰＴＣ素体１はその長手方向の両側部Ｄの温度が周辺部Ｅよりも１℃高く、中間部Ｆが周辺部Ｅよりも２℃高くなった。

上記のように一対の電極部２ａ、２ｂをＰＴＣ素体３の対向する一対の辺１ａ、１ｂと略平行な方向における両端部の電極間距離が中間部よりも小さくなるように形成することで、ＰＴＣ素体１の周辺部と中央部の添加物の添加量を変更したり、周辺部と中央部の導電性材料の添加量を変更する等してＰＴＣ素体１自身の発熱特性を変更することなく、簡単な構成によりＰＴＣ素体１の温度分布を均一な状態にでき、これによりＰＴＣ面状ヒータ３のコストを削減できる。

図５には上記ＰＴＣ面状ヒータ３を備えた部屋の床面や掘り炬燵等の底面の暖房を行う床暖房パネル５を示してあり、この床暖房パネル５はパネル本体４と、パネル本体４の上面に積層した上記ＰＴＣ面状ヒータ３と、ＰＴＣ面状ヒータ３の上面に直接積層した化粧表面材６とからなる。パネル本体４は図に示すように裏打ち材７の上面に、裏打ち材７と平面視略同形同大の木製の枠材８と、枠材８内部に配されたロックウール等の基材９とを積層したものであって、この基材９の上面に基材９と平面視略同形同大の前記ＰＴＣ面状ヒータ３が直接載設されている。

このように床暖房パネル５に上記の温度分布が均一で温度ムラのない上記ＰＴＣ面状ヒータ３を備えることで、本実施形態のように化粧表面材６とＰＴＣ面状ヒータ３との間に均熱板を設けずとも床暖房パネル５の表面の温度分布を均一にでき、床暖房パネル５の使用者が不快に感じてしまことがない。なお上記ではＰＴＣ面状ヒータ３を床暖房パネル５に利用した例を示したが、これに限定されるものはななく、ＰＴＣ面状ヒータ３を他の熱機器に利用しても良いものとする。また上記のＰＴＣ素体１としてはセラミックを主材料とするものに限定されず、例えば合成樹脂を主材料として内部にカーボン等の導電性材料を含有したものであっても良いものとする。

ところで上記のように床暖房パネル５が平面視長方形状である場合、前述したように一対の電極部２ａ、２ｂをＰＴＣ素体１の一対の対向する辺１ａ、１ｂと略平行な方向の両端部の電極間距離を中間部よりも小さく形成してＰＴＣ素体１の温度分布を均一にするには、以下のような問題がある。即ち平面視長方形状の一枚の本体パネル４に平面視長方形状のＰＴＣ面状ヒータ３を一枚だけ設けて、該一枚のＰＴＣ面状ヒータ３にて平面視長方形状の床暖房パネル５の床暖房部分を形成する場合、ＰＴＣ面状ヒータ３の温度分布を均一にするには一対の電極２ａ、２ｂをその電極間距離がＰＴＣ素体１の対向する辺１ａ、１ｂに沿う方向において両端側に行く程小さくなるように形成しなければならず、これにより平面視長方形状のＰＴＣ面状ヒータ３の長手方向の両端の電極間距離は極めて小さくなってしまい、床暖房パネル５の表面における長手方向の端部の床暖房部分が狭くなってしまうという問題が生じる。

そこで上記のような平面視長方形状の床暖房パネル５を形成する場合には、図６に示すように平面視長方形状のパネル本体４の上面に上記ＰＴＣ面状ヒータ３をパネル本体４の長手方向に複数配設し、上記ＰＴＣ素体１の対向する辺１ａ、１ｂとパネル本体の長手方向とが略平行となるように配することが好ましい。

具体的には平面視長方形状の床暖房パネル５の主体を構成するパネル本体４は図６に示すように長手方向に充分長い平面視長方形状である。この平面視長方形状のパネル本体４の上面には上記平面視略長方形状のＰＴＣ面状ヒータ３をパネル本体４の長手方向に二枚載設している。各ＰＴＣ面状ヒータ３ａ、３ｂはその長手方向がパネル本体４の長手方向と平行となるように配されている。ここでパネル本体４の長手方向に沿う方向において隣合うＰＴＣ面状ヒータ３ａ、３ｂは隙間を介して配されているものとする。そしてこのＰＴＣ面状ヒータ３の上面全体に表面化粧材を積層することで、床暖房パネル５（実施例では３尺×６尺、厚み１２ｍｍ）が形成される。

このように平面視長方形状のパネル本体４の上面に上記ＰＴＣ面状ヒータ３をパネル本体４の長手方向に沿う方向において複数配設し、ＰＴＣ素体１の対向する辺１ａ、１ｂとパネル本体４の長手方向とを略平行とすることで、一対の電極部２ａ、２ｂをＰＴＣ素体１の長手方向に沿った方向の両端の電極間距離が僅かに小さくなるように形成するだけで複数のＰＴＣ面状ヒータ３からなる床暖房部分の温度分布を均一にでき、これにより簡単な構成により床暖房部分が広く且つ床暖房部分の温度分布を均一にできる平面視長方形状の床暖房パネル５を提供でき、床暖房パネル５の使用者が不快に感じることがなく、しかもこの場合、従来のように床暖房部分の上面に均熱板１０を設ける必要がなく、床暖房パネル５全体の厚みを薄くでき、またコストも抑えられる。

なお、上記では床暖房パネル５の大きさを３尺×６尺とし、２枚のＰＴＣ面状ヒータ３ａ、３ｂをパネル本体４に設けた例を示したが、パネル本体４に設けるＰＴＣ面状ヒータ３の数は複数枚であれば良く、また床暖房パネル５の大きさについてはこれに限定されず、例えば床暖房パネル５を３尺×９尺とし、３枚のＰＴＣ面状ヒータ３をパネル本体４に設けてあっても良いものとする。

本発明の実施の形態の一例のＰＴＣ面状ヒータを示す平面図である。 図１のＡ−Ａ′断面図である。 同上のＰＴＣ素体に通電した初期状態を示し、（ａ）はＰＴＣ面状ヒータの抵抗値及び発熱量を示す説明図、（ｂ）はＰＴＣ面状ヒータの温度分部を示す説明図である。 同上のＰＴＣ素体に通電して一定時間経過した状態を示し、（ａ）はＰＴＣ面状ヒータの抵抗値及び発熱量を示す説明図、（ｂ）はＰＴＣ面状ヒータの温度分部を示す説明図である。 同上のＰＴＣ面状ヒータを備えた床暖房パネルを示す断面図である。 他例の表面化粧材積層前の床暖房パネルを示す平面図である。 従来の床暖房パネルを示す断面図である。 同上のＰＴＣ面状ヒータを示す平面図である。 同上のＰＴＣ面状ヒータの説明図である。

符号の説明

１ ＰＴＣ素体
１ａ、１ｂ 一対の対向する辺
２ａ、２ｂ 一対の電極部
３ ＰＴＣ面状ヒータ
４ パネル本体
５ 床暖房パネル

Claims (2)

1. 発熱部となる略矩形面状のＰＴＣ素体を備え、該ＰＴＣ素体の４辺のうち対向する１対の辺にのみ全長に亘って夫々電極部が設けられ、ＰＴＣ素体が前記電極部が設けられる１対の辺の夫々がその中間から両端側に行く程当該１対の辺間の距離が短くなるよう形成されると共に、前記１対の電極部が、ＰＴＣ素体の前記１対の対向する辺と略平行な方向の両端部の電極間距離が中間部の電極間距離よりも小さくなるよう形成されることで、抵抗値が前記１対の対向する辺と略平行な方向において中間から両外側に行く程小さくされることを特徴とするＰＴＣ面状ヒータ。
2. 平面視長方形状のパネル本体の上面に上記請求項１記載のＰＴＣ面状ヒータをパネル本体の長手方向に沿って複数配設し、各ＰＴＣ面状ヒータをＰＴＣ素体の前記電極部が設けられた対向する一対の辺とパネル本体の長手方向とが略平行となるように配してなることを特徴とする床暖房パネル。

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