JPH07249476A - 自己温度調節型面状発熱体とその使用方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 発熱面と受熱面との密着性を高めると共に、
防水性・防湿性を高める。 【構成】 加熱対象物である座席１１の裏面に自己温度
調節型面状発熱体１２の発熱面（表面）を密着させるよ
うに取着している。この自己温度調節型面状発熱体１２
の内部の面状発熱素子１３は、ポリエチレングリコール
に炭素粉末を均一に分散させて作った感熱電気抵抗組成
物１４を用い、この感熱電気抵抗組成物１４を電極１５
と混在させて面状に圧延成形したものである。この面状
発熱素子１３を、ゴム，軟質性プラスチック等の軟質性
材料で成形された変形容易な軟質性被覆層１７，１８で
密封状態に被覆している。更に、面状発熱素子１３の表
面側の軟質性被覆層１７の熱伝導性を高めて座席１１へ
の熱伝達性を高めるように構成し、裏面側の軟質性被覆
層１８に断熱性をもたせて裏面側の放熱量（無駄なエネ
ルギー消費）を少なくするように構成している。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ポリエチレングリコー
ルに炭素粉末を分散させて成る感熱電気抵抗組成物と電
極で構成した自己温度調節型面状発熱体とその使用方法
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】本発明者は、特公平３−４２６８１号公
報に示すように、ポリエチレングリコールに炭素粉末を
分散させて感熱電気抵抗組成物を作り、この感熱電気抵
抗組成物を電極と混在させて面状に圧延成形した構成の
自己温度調節型面状発熱体を開発した。この自己温度調
節型面状発熱体の特長は、ポリエチレングリコールの分
子量を例えば５００〜２００００程度の範囲で適宜設定
することにより、暖房用発熱体として好ましいと言われ
ている５℃〜７０℃の範囲で発熱温度を任意に設定でき
ることであり、しかも、この発熱温度の上下変動が従来
のＰＴＣヒータに比べて格段に少なく、温度コントロー
ル用のサーモスタットも不要であるといという利点もあ
る。

【０００３】このような特長から、本発明者が開発した
自己温度調節型面状発熱体は、現在、快適性と経済性と
を兼ね備えた床暖房パネルとして実用化され、高い評価
を得ている。この床暖房パネルの構成は、上述した自己
温度調節型面状発熱体を鋼板でサンドイッチしたもので
ある。この他、例えば特公平４−２９１９７号公報に示
すように、自己温度調節型面状発熱体を剛性板材で被覆
して融雪用パネルヒータとして利用することも考えられ
ている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述した自
己温度調節型面状発熱体は、発熱温度が低温度であるこ
とから、加熱対象物を加熱する伝熱方式は、一般の室内
暖房用電気ヒータのような輻射伝熱や対流伝熱ではな
く、自己温度調節型面状発熱体の発熱面を加熱対象物の
受熱面に密着させて、前者から後者へ直接的に熱伝達さ
せるのが一般的である。

【０００５】この場合、前述した従来構成のものは、自
己温度調節型面状発熱体が鋼板等の剛性板材で被覆され
ていたため、発熱面が平面になっているが、加熱対象物
の受熱面は必ずしも平面であるとは限らず、湾曲してい
たり、凹凸があったりすることが多い。このため、上記
従来構成のものにおいて、自己温度調節型面状発熱体の
発熱面を加熱対象物の受熱面に完全に密着させようとす
れば、その受熱面の形状に合わせて自己温度調節型面状
発熱体の被覆材を成形加工する必要があり、工数が増加
するばかりか、異なる形態の加熱対象物に対して面状発
熱体を共通化することができず、コストアップを招く欠
点がある。しかも、加熱対象物の受熱面の形状は同一製
品間でも製造誤差によりばらつきがあり、同様に、自己
温度調節型面状発熱体の被覆材の形状も成形加工誤差に
よりばらつきがあるので、発熱面と受熱面との間に僅か
ながら隙間が生ずることは避けられず、この隙間が熱伝
達性を低下させる大きな原因となっている。更には、防
水性・防湿性についての対策が不十分であると、使用場
所が湿気や水分の少ない場所に限定されてしまい、使用
場所の範囲が狭くなってしまう。

【０００６】本発明はこのような事情を考慮してなされ
たものであり、従ってその目的は、形態の異なる加熱対
象物に対しても共通の自己温度調節型面状発熱体を使用
できて、汎用性・コスト性を高めることができると共
に、発熱面と受熱面との密着性を高めることができて、
両者間の熱伝達性を向上させることができ、しかも、防
水性・防湿性を高めることができて、使用場所の範囲を
拡大することができる自己温度調節型面状発熱体を提供
することにある。更に、本発明のもう１つの目的は、放
熱量（無駄なエネルギー消費）を減少させつつ面状発熱
素子から加熱対象物への熱伝達効率を向上させることが
できて、電気エネルギーを暖房用の熱エネルギーとして
極めて効率良く使用することができ、一層の省電力化を
達成することができる自己温度調節型面状発熱体とその
使用方法を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の自己温度調節型面状発熱体は、ポリエチレ
ングリコールに炭素粉末を分散させて成る感熱電気抵抗
組成物を電極と混在させて面状に圧延成形した面状発熱
素子を発熱源として用い、この面状発熱素子をゴム，軟
質性プラスチック等の軟質性材料により成形した変形容
易な軟質性被覆層で密封状態に被覆した構成としたもの
である（請求項１）。

【０００８】この場合、前記面状発熱素子の表面側の軟
質性被覆層の熱伝導性を高めるように構成し、裏面側の
軟質性被覆層に断熱性をもたせるように構成することが
好ましい（請求項２）。

【０００９】或は、面状発熱素子の表面側の軟質性被覆
層を熱伝導性を高めるように構成し、前記面状発熱素子
の裏面と軟質性被覆層との間に断熱部材を介在させるよ
うにしても良い（請求項３）。

【００１０】また、この自己温度調節型面状発熱体を加
熱対象物の受熱面に取着する場合には、熱伝導性が高い
表面側の軟質性被覆層を当該加熱対象物の受熱面に密着
させるように取着すれば良い（請求項４）。

【００１１】

【作用】本発明によれば、ポリエチレングリコール−炭
素粉末系の面状発熱素子を被覆する被覆層がゴム，軟質
性プラスチック等の軟質性材料で形成されているため、
自己温度調節型面状発熱体全体が変形容易な構成となっ
ている。このため、加熱対象物の受熱面の形状に合わせ
て自己温度調節型面状発熱体を自在に変形させて、その
発熱面を加熱対象物の受熱面に確実に密着させることが
できる。しかも、内部の面状発熱素子が上述した軟質性
被覆層で密封状態に被覆されているので、内部の面状発
熱素子を軟質性被覆層で湿気や水分から保護することが
でき、防水性・防湿性も高めることができる。

【００１２】この場合、面状発熱素子の表面側の軟質性
被覆層の熱伝導性を高めるように構成すると共に、裏面
側の軟質性被覆層に断熱性をもたせるように構成し、加
熱対象物の受熱面に取着する場合に、熱伝導性が高い表
面側の軟質性被覆層を当該加熱対象物の受熱面に密着さ
せるように取着すれば、面状発熱素子の裏面側の放熱量
（無駄なエネルギー消費）を少なくしながら、面状発熱
素子から加熱対象物への熱伝達効率を向上させることが
できる。

【００１３】このような作用は、面状発熱素子の裏面と
軟質性被覆層との間に断熱部材を介在させるようにして
も、同様に得られる。

【００１４】

【実施例】以下、本発明の第１実施例を図１及び図２に
基づいて説明する。この第１実施例では、加熱対象物
は、屋外や屋内に設置される座席１１であり、この座席
１１の裏面に自己温度調節型面状発熱体１２の発熱面を
密着させるように取着している。この取着方法として
は、例えば、押さえ金具を用いて自己温度調節型面状発
熱体１２を座席１１の裏面に押さえ付けるように固定し
たり、或は、接着剤で接着しても良い。接着剤として
は、熱伝導性の高い接着剤（例えば導電性接着剤）を用
いると、熱伝達効率を更に向上できる。

【００１５】以下、この自己温度調節型面状発熱体１２
の構成を図２に基づいて説明する。内部の面状発熱素子
１３の構成は、特公平３−４２６８１号公報に記載され
ているように、ポリエチレングリコールに炭素粉末を均
一に分散させて作った感熱電気抵抗組成物１４を用い、
この感熱電気抵抗組成物１４を電極１５と混在させて面
状に圧延成形すると共に、その表裏両面を、内面に不織
布が接合されたポリエチレンテレフタレート製フィルム
１６，１６でサンドイッチ状に挟み込んだ構成となって
いる。この場合、ポリエチレングリコールに分散させる
炭素粉末は、各種の形態のものを利用でき、例えば、無
定形のカーボンブラックから結晶形の黒鉛まで幅広く利
用でき、その混合割合を５〜４５ｗｔ％の範囲内で設定
することが好ましい。但し、アセチレンブラックのよう
に嵩比重の小さい炭素粉末は、混合割合を少なめにし、
黒鉛のような嵩比重の小さい炭素粉末は、混合割合を多
めに設定することが好ましい。

【００１６】このように構成された面状発熱素子１３の
特長は、ポリエチレングリコールの分子量を例えば５０
０〜２００００程度の範囲で適宜設定することにより、
暖房用発熱体として好ましいと言われている５℃〜７０
℃の範囲で発熱温度を任意に設定できることであり、し
かも、この発熱温度の上下変動が従来のＰＴＣヒータに
比べて格段に少なく、温度コントロール用のサーモスタ
ットも不要であるといという利点もある。

【００１７】以上のような優れた特長をもつ面状発熱素
子１３を、ゴム，軟質性プラスチック等の軟質性材料で
成形された変形容易な軟質性被覆層１７，１８で密封状
態に被覆した構成となっている。この実施例では、面状
発熱素子１３の表面側の軟質性被覆層１７の熱伝導性を
高めるように構成し、裏面側の軟質性被覆層１８に断熱
性をもたせるように構成している。この場合、表面側の
軟質性被覆層１７の熱伝導性を高める方法としては、例
えば、高熱伝導性粒子を混入させたゴムや軟質性プラス
チックで軟質性被覆層１７を形成したり、或は、表面側
の軟質性被覆層１７の厚みを薄くすることにより伝熱抵
抗を小さくするようにしても良い。

【００１８】一方、裏面側の軟質性被覆層１８の断熱性
を高める方法としては、裏面側の軟質性被覆層１８の内
部を発泡させることにより多孔質化して裏面側の軟質性
被覆層１８の内部に無数の気孔を形成したり、裏面側の
軟質性被覆層１８の厚みを厚くすることにより伝熱抵抗
を大きくするようにしたり、或は、裏面側の軟質性被覆
層１８の内部に断熱材を充填するようにしても良い。こ
の場合、充填する断熱材としては、ロックウール，リフ
ラクトリーファイバ等の繊維状断熱材を用いても良い。

【００１９】以上のように構成された自己温度調節型面
状発熱体１２は、加熱対象物である座席１１の裏面（受
熱面）に、表面側の軟質性被覆層１７（発熱面）を密着
させるように取着されている。この状態で、自己温度調
節型面状発熱体１２の電極１５に例えば１００Ｖ程度の
交流電圧を印加すると、内部の面状発熱素子１３が例え
ば７０℃以下の低温度で安定的に発熱し、その熱を表面
側の軟質性被覆層１７を通して加熱対象物である座席１
１に直接的に伝達する。これにより、座席１１の表面
は、例えば２０℃〜３０℃程度に暖められ、座る人に居
心地のよい暖かみを感じさせる。

【００２０】以上説明した第１実施例によれば、ポリエ
チレングリコール−炭素粉末系の面状発熱素子１３を被
覆する被覆層１７，１８がゴム，軟質性プラスチック等
の軟質性材料で形成されているため、自己温度調節型面
状発熱体１２全体が変形容易な構成となっている。この
ため、加熱対象物（座席１１）の受熱面の形状が湾曲し
ていたり、多少の凸凹があったとしても、その形状に合
わせて自己温度調節型面状発熱体１２を自在に変形させ
ることができて、その発熱面を加熱対象物の受熱面に確
実に密着させることができる。従って、たとえ製造誤差
により製品の形状にばらつきがあったり、或は加熱対象
物の種類・形態が異なっていたとしても、何等問題な
く、発熱面と受熱面とを密着させて両者間の隙間を無く
すことができ、熱伝達性を向上させることができると共
に、形態の異なる加熱対象物に対しても共通の自己温度
調節型面状発熱体１２を使用できて、汎用性・コスト性
を高めることができる。

【００２１】しかも、内部の面状発熱素子１３が軟質性
被覆層１７，１８で密封状態に被覆されているので、内
部の面状発熱素子１３を軟質性被覆層１７，１８により
湿気や水分から保護することができて、防水性・防湿性
も高めることができる。このため、屋外や湿気・水分の
多い場所でも自己温度調節型面状発熱体１２を使用する
ことができて、使用場所の範囲を拡大することができ
る。

【００２２】更に、上記第１実施例では、面状発熱素子
１３の表面側の軟質性被覆層１７の熱伝導性を高めるよ
うに構成すると共に、裏面側の軟質性被覆層１８に断熱
性をもたせるように構成し、加熱対象物（座席１１）に
取着する場合に、熱伝導性が高い表面側の軟質性被覆層
１７を当該加熱対象物（座席１１）の受熱面に密着させ
るように取着するようにしたので、面状発熱素子１３の
裏面側の放熱量（無駄なエネルギー消費）を少なくしな
がら、面状発熱素子１３から加熱対象物への熱伝達効率
を効果的に向上させることができて、電気エネルギーを
暖房用の熱エネルギーとして極めて有効に使用すること
ができ、一層の省電力化を達成することができる。

【００２３】以上説明した第１実施例では、裏面側の軟
質性被覆層１８自体に断熱性をもたせるようにしたが、
図３に示す本発明の第２実施例の自己温度調節型面状発
熱体１９のように、面状発熱素子１３の裏面と軟質性被
覆層２０との間に断熱部材２１を介在させるようにして
も良い。この場合、断熱部材２１としては、発泡ウレタ
ン等の発泡性断熱材やロックウール，リフラクトリーフ
ァイバ等の繊維状断熱材を用いることが考えられる。

【００２４】この第２実施例では、裏面側の軟質性被覆
層２０についても、表面側の軟質性被覆層１７と同じゴ
ム，軟質性プラスチック等の軟質性材料で一体成形する
ようにしている。これ以外の構成は前述した第１実施例
と同じである。

【００２５】前述した第１実施例では、加熱対象物とし
て座席１１を例にして説明したが、図４に示す本発明の
第３実施例のように、寒冷地の屋外にある階段２５を加
熱対象物とし、この階段２５の表面近傍に、それぞれ前
述した自己温度調節型面状発熱体１２（１９）を埋設し
て、階段２５に積もった雪を自己温度調節型面状発熱体
１２（１９）の熱で解かすようにして良い。

【００２６】また、図５に示す本発明の第４実施例は、
寒冷地の水道管，排水管，油や各種液体のパイプライン
を構成するパイプ２６を加熱対象物とし、このパイプ２
６の外周囲に自己温度調節型面状発熱体１２（１９）を
巻き付けて、パイプ２６内の凍結防止を図るものであ
る。この場合、パイプ２６への自己温度調節型面状発熱
体１２（１９）の取付方法は、接着剤により接着した
り、バンドにより締付固定したり、或は自己温度調節型
面状発熱体１２（１９）自体に係合手段を設けて係合保
持させるようにしても良い。

【００２７】一方、図６に示す本発明の第５実施例は、
タイル２７を加熱対象物とし、このタイル２７の下面に
自己温度調節型面状発熱体１２（１９）を接着し、これ
を床面に敷き詰めたものである。このようなタイル２７
は、屋内・屋外を問わず敷き詰めることができ、例えば
風呂場やトイレ等のタイルとして広く利用できる。ま
た、タイル２７の目地部に係合用の凹凸部（図示せず）
を形成し、これら係合用の凹凸部によってタイル２７ど
うしを継ぎ合わせるようにしても良い。

【００２８】また、図７に示す本発明の第６実施例は、
水洗トイレ２８の弁座２９を加熱対象物とし、この弁座
２９の下面に自己温度調節型面状発熱体１２（１９）を
取着したものである。この場合、トイレの床面に上述し
た図６のタイル２７を敷き詰めれば、暖房が一層効果的
なものになる。また、上述とは反対に、弁座２９の上面
に自己温度調節型面状発熱体１２（１９）を取着し、こ
の自己温度調節型面状発熱体１２（１９）により人体の
尻部を直接的に暖めるようにしても良い。

【００２９】一方、図８及び図９に示す本発明の第７実
施例は、人体を加熱対象物とし、自己温度調節型面状発
熱体１２（１９）を温熱治療器として使用するものであ
る。例えば、図８に示すように人体の肘３０に自己温度
調節型面状発熱体１２（１９）を巻き付けて使用する。
巻き付けて固定する手段として、例えば、図９に示すよ
うに、自己温度調節型面状発熱体１２（１９）の両側部
に面状ファスナー３２ａ，３２ｂを設ければ、肘３０の
太さに合わせた巻付量の調節や巻付強さの調節を自在に
行うことができる。また、自己温度調節型面状発熱体１
２（１９）の電源として、充電可能な二次電池を組み込
んだバッテリーパック３１を使用し、例えば２４Ｖ程度
の直流電圧を印加して発熱させる。このような温熱治療
を就寝中に行えば、極めて治療効果の高い温熱治療器と
なる。

【００３０】その他、本発明は上記各実施例に限定され
るものではなく、自己温度調節型面状発熱体１２（１
９）の形状を適宜変更したり、内部の面状発熱素子１３
における電極１５の形状や位置を変更しても良い等、要
旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施できることは
言うまでもない。

【００３１】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
の自己温度調節型面状発熱体によれば、ポリエチレング
リコール−炭素粉末系の面状発熱素子を変形容易な軟質
性被覆層で密封状態に被覆した構成としたので、たと
え、加熱対象物の受熱面の形状が湾曲していたり、多少
の凸凹があったとしても、その形状に合わせて自己温度
調節型面状発熱体を自在に変形させることができて、そ
の発熱面を加熱対象物の受熱面に確実に密着させること
ができる。このため、形態の異なる加熱対象物に対して
も共通の自己温度調節型面状発熱体を使用できて、汎用
性・コスト性を高めることができると共に、発熱面と受
熱面との密着性を高めることができて、両者間の熱伝達
性を向上させることができる。しかも、内部の面状発熱
素子を軟質性被覆層で密封することで、防水性・防湿性
を高めることができて、使用場所の範囲を拡大すること
ができる。

【００３２】更に、面状発熱素子の表面側の軟質性被覆
層の熱伝導性を高めるように構成すると共に、裏面側の
軟質性被覆層に断熱性をもたせるように構成し、加熱対
象物に取着する場合に、熱伝導性が高い表面側の軟質性
被覆層を当該加熱対象物の受熱面に密着させるように取
着するようにしたので、面状発熱素子の裏面側の放熱量
（無駄なエネルギー消費）を少なくしながら、面状発熱
素子から加熱対象物への熱伝達効率を効果的に向上させ
ることができて、電気エネルギーを暖房用の熱エネルギ
ーとして極めて有効に使用することができ、一層の省電
力化を達成することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例を示す全体の縦断面図

【図２】本発明の第１実施例で用いる自己温度調節型面
状発熱体の拡大縦断面図

【図３】本発明の第２実施例を示す自己温度調節型面状
発熱体の拡大縦断面図

【図４】本発明の第３実施例を示す全体の縦断面図

【図５】本発明の第４実施例を示す全体の縦断面図

【図６】本発明の第５実施例を示す全体の縦断面図

【図７】本発明の第６実施例を示す全体の一部破断側面
図

【図８】本発明の第７実施例を示す全体の斜視図

【図９】本発明の第７実施例で用いる自己温度調節型面
状発熱体の斜視図

【符号の説明】

１１…座席（加熱対象物）、１２…自己温度調節型面状
発熱体、１３…面状発熱素子、１４…感熱電気抵抗組成
物、１５…電極、１６…ポリエチレンテレフタレート製
フィルム、１７…表面側の軟質性被覆層、１８…裏面側
の軟質性被覆層、１９…自己温度調節型面状発熱体、２
０…裏面側の軟質性被覆層、２１…断熱部材、２５…階
段（加熱対象物）、２６…パイプ（加熱対象物）、２７
…タイル（加熱対象物）、２９…弁座（加熱対象物）、
３０…肘（加熱対象物）、３２ａ，３２ｂ…面状ファス
ナー。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ポリエチレングリコールに炭素粉末を分
   散させて成る感熱電気抵抗組成物を電極と混在させて面
   状に圧延成形した面状発熱素子を発熱源として用い、こ
   の面状発熱素子を、ゴム，軟質性プラスチック等の軟質
   性材料により成形した変形容易な軟質性被覆層で密封状
   態に被覆したことを特徴とする自己温度調節型面状発熱
   体。
2. 【請求項２】 前記面状発熱素子の表面側の軟質性被覆
   層の熱伝導性を高めるように構成し、裏面側の軟質性被
   覆層に断熱性をもたせるように構成したことを特徴とす
   る請求項１記載の自己温度調節型面状発熱体。
3. 【請求項３】 面状発熱素子の表面側の軟質性被覆層の
   熱伝導性を高めるように構成し、前記面状発熱素子の裏
   面と軟質性被覆層との間に断熱部材を介在させたことを
   特徴とする請求項１記載の自己温度調節型面状発熱体。
4. 【請求項４】 請求項２又は３の自己温度調節型面状発
   熱体を加熱対象物の受熱面に取着する場合に、熱伝導性
   が高い表面側の軟質性被覆層を当該加熱対象物の受熱面
   に密着させるように取着することを特徴とする自己温度
   調節型面状発熱体の使用方法。