JPH11135243A

JPH11135243A - 面状発熱体

Info

Publication number: JPH11135243A
Application number: JP29550397A
Authority: JP
Inventors: Haruyuki Kohama; 晴之小浜; Noriko Oba; 紀子大場; Yoshitaka Kawase; 義隆川瀬
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 1997-10-28
Filing date: 1997-10-28
Publication date: 1999-05-21

Abstract

(57)【要約】【課題】均一な温度分布を得ることができ、しかもワ
ット密度を容易に調整できる配線パターンにする。【解決手段】絶縁基板１に２本の第１，第２電極２，
３が横方向に平行に設けられ、両電極２，３間に、直線
部分とこれに連続するＳ字状に湾曲した湾曲部分とを組
み合わせた形状の導電体４，５，６が縦方向に３本設け
られ、これらの導電体４，５，６が１組のブロックＸと
され、複数組のブロックＸが両電極２，３間に並列に並
べられる。任意の導電体４，５，６を切断したり、１ブ
ロックＸ内の中央部分の導電体５の抵抗値を大きくし
て、ワット密度を調整したり、中央部分と周辺部分との
温度差を減らす。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、一般家庭用あるい
は業務用の床暖房等に使用される面状発熱体に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の面状発熱体では、絶縁基板として
プラスチックフィルム、ガラスエポキシ、ガラス繊維、
ゴム等が使用され、その上にカーボン、グラファイト等
を含む導電性インクを印刷することによって導電体が形
成され、これを一対の電極に接続して、透明のプラスチ
ックフィルムで封止するのが一般的である。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】面状発熱体に対して品
質や生産面で要求されるものは、均一な温度分布を有す
ることと歩留りのよい生産方法である。通電時の面状発
熱体の温度分布は、その発熱と放射のバランスがとれた
所で平衡するが、周辺部分より中央部分の温度が高くな
る。一般的に導電体をカーボン等を含む導電性インクで
形成する方法として、絶縁基板の全面に印刷する方法、
あるいは特公平１−３８３５９号公報、実公昭４８−２
６９７３号公報、実開昭５３−４０５４７号公報に記載
されているように、一対の平行な電極間に、ある配線パ
ターンを繰り返して規則正しく印刷する方法があるが、
何れもその温度分布を均一にしたり、要求される適性ワ
ット密度に調整するのが困難となっている。

【０００４】また、商品に応じた適性ワット密度に設計
した配線パターンであっても、製造工程でのバラツキは
発生するものであり、その補正（調整）ができる機能を
持っていないため、不良品となって歩留まりが低下す
る。

【０００５】さらに、面状発熱体は透明のプラスチック
フィルムで封止するのが一般的であるが、導電体のカー
ボン等による黒色が表面から見えるので外観上の改善が
求められている。しかも、面状発熱体が長期間使用され
る場合、湿気が浸入することによって電極や導電体が劣
化して、断線したり短絡したりして安全上問題が発生
し、湿気の対策が必要とされる。

【０００６】本発明は、上記に鑑み、均一な温度分布を
得ることができ、しかもワット密度を容易に調整できる
面状発熱体の提供を目的とする。さらに、外観的に見栄
えがよく、しかも長期間の使用が可能な面状発熱体の提
供を目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明による課題解決手
段は、絶縁基板に２本の電極が第１方向に平行に設けら
れ、両電極間に異なる形状の導電体が第１方向とは異な
る第２方向に複数本設けられ、この複数本の導電体が１
組のブロックとされ、複数組のブロックが両電極間に並
列に並べられたもの、あるいは前記ブロックと鏡像の関
係にある逆ブロックが設けられ、両ブロックが交互に並
べられたものである。

【０００８】そして、１組のブロックは３本の導電体か
らなり、各導電体は、導電性のインクを絶縁基板上に印
刷して同じ長さに形成され、第１の導電体は、一方の電
極側がＳ字状に湾曲した形状とされ、第２の導電体は、
中間部分がＳ字状に湾曲した形状とされ、第３の導電体
は、他方の電極側がＳ字状に湾曲した形状とされたもの
である。

【０００９】したがって、１ブロック当たりの発熱量
（ワット密度）は一定となるので、適当な複数組のブロ
ックを配置すれば、所望の形状や仕様に応じた面状発熱
体を提供することができ、従来のものに比べて柔軟な設
計を行うことができる。

【００１０】しかも、このような構造にすることによ
り、製造のバラツキによる不均一な品質の是正や温度分
布の改善に容易に対応することができる。すなわち、複
数本の導電体のうち必要に応じて１本ないし数本の導電
体に切断部を設けることによって、その導電体は断線さ
れて発熱せず、容易に抵抗値の調整を行える。したがっ
て、製造のバラツキがあっても適性なワット密度に調整
することができ、歩留まりがよくなる。

【００１１】また、ブロック内の各導電体において、中
央部分にある導電体の長さを両端部分にある導電体の長
さよりも長くしたり、あるいは中央部分にある導電体の
断面積を両端部分にある導電体の断面積よりも小さくす
ることによって、中央部分にある導電体の抵抗値を両端
部分にある導電体の抵抗値よりも大きくすれば、中央部
分での発熱量を抑えることができる。したがって、一般
的に中央部分での発熱量は周辺部分での発熱量よりも大
きくなるが、このようにすることによってその温度差を
小さくでき、温度分布を改善することができる。

【００１２】あるいは、中央部分にある導電体に対する
給電回路と両端部分にある導電体に対する給電回路とを
別々に設け、各給電回路にそれぞれ異なる電圧を供給す
ることによっても、同様に中央部分での発熱量を抑える
ことができ、温度分布を改善することができる。

【００１３】次に、外観的に見栄えをよくするために
は、絶縁基板が遮光処理された被覆体により被覆される
ことである。ここで、遮光処理とは、絶縁基板上の導電
体が外部から透けて見えないようにすることであり、例
えば被覆体に着色したり、あるいは模様等の装飾を施す
ことによって、外部からの視野が遮られ、導電体を見え
なくすることができる。

【００１４】また、長期間の使用を可能にするためには
湿気対策が必要となり、絶縁基板上に、蒸気透過性をよ
くするためのシール層が設けられる。このシール層によ
り、内部に湿気が籠もらなくなり、電極や導電体の劣化
を防止でき、長期間にわたって安心して使用することが
できる。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面に
基づき説明する。図１は面状発熱体の一実施形態の基本
構成図である。この面状発熱体は、絶縁基板１に２本の
第１，第２電極２，３が第１方向に平行に設けられ、両
電極２，３間に異なる形状の導電体４，５，６が第１方
向と直交する第２方向に３本設けられ、この３本の導電
体４，５，６が１組のブロックＸとされ、複数組のブロ
ックＸが両電極２，３間に並列に並べられたものであ
る。なお、第１方向は横方向とされ、第２方向は縦方向
とされる。

【００１６】絶縁基板１は、絶縁性の可撓性材料であれ
ばよく、例えば低熱収縮タイプのＰＥＴフィルムが使用
される。電極２，３としては、厚さ３５μｍの銅箔に導
電性パウダー（銀、ニッケル、カーボン）を練り込んだ
粘着剤をコートし、絶縁基板１の縦方向の両サイドに貼
りつけられている。そして、両電極２，３は図示しない
制御回路に接続され、設定された温度になるように導電
体４，５，６は通電制御される。

【００１７】１組のブロックＸは３本の第１〜第３導電
体４，５，６からなり、カーボンあるいはグラファイト
等を含有する導電性インクを絶縁基板１上に印刷して形
成される。各導電体４，５，６は、直線部分とこれに連
続するＳ字状に湾曲した湾曲部分とを組み合わせた形状
とされ、これを１Ｓパターンと称し、３本組み合わされ
ると３Ｓパターンとなる。各導電体４，５，６の両端は
それぞれ電極２，３と接触しており、並列に接続され
る。

【００１８】第１導電体４は、図中左側に位置し、第１
電極２側がＳ字状に湾曲した形状とされ、第２導電体５
は、中央に位置し、中間部分がＳ字状に湾曲した形状と
され、第３導電体６は、右側に位置し、第２電極３側が
Ｓ字状に湾曲した形状とされる。そして、各導電体４，
５，６は、それぞれ同じ幅、同じ長さになっており、隣
り合う導電体４，５，６と一定の間隔がおかれている。

【００１９】このパターン形成については、スクリーン
印刷法を用い、＃１５０のポリエステル繊維（テトロ
ン）、乳剤厚が１２μｍのスクリーン版を選定し、スキ
ージーは硬度７０のウレタンを使用した。印刷後の乾燥
は、まず１５〜２０分レベリングを行い、その後熱風循
環炉で乾燥を行う。乾燥条件は、１５０度で３０分が適
当である。なお、絶縁基板１に対して導電性インクの密
着性を高めるためには、ＰＥＴフィルムの表面にコロナ
処理や易接着コートを施すことが効果的である。

【００２０】そして、図２，３に示すように、電極２，
３および導電体４，５，６が形成された絶縁基板１は、
両面を被覆体７，８により被覆されている。一般的に被
覆体７，８には透明なプラスチックフィルムが使われて
おり、外部からは中の配線パターンがそのまま見えるこ
とになる。そこで、外部から内部を見えないようにする
ために、遮光処理が施された被覆体７，８が使用され
る。なお、遮光処理は両方の被覆体７，８に対して施し
ておくと、美感がよくなる。

【００２１】すなわち、着色されたプラスチックフィル
ム、例えば酸化チタンを練り込んだ白色ＰＥＴ等を使用
する。あるいは、被覆体７の表面に、模様を付けたり、
植毛したりする装飾を行うことにより、内部を見えない
ようにする遮光処理としてもよい。そして、被覆体７，
８に熱可塑性樹脂を使用したとき、絶縁基板１に熱圧着
機で貼り合わせられる。条件は、ロール温度１１５度、
圧力５ｋｇ／ｃｍ²、スピード０．７ｍ／ｍｉｎであ
る。装飾をした被覆体７，８の場合には、接着剤で絶縁
基板１に接着するとよい。これによって、外観の見栄え
が向上したり、高級感が漂って商品価値があがる。ま
た、絶縁基板１の周縁が外部に露出しないように、上面
および下面の被覆体７，８の周縁どうしを直接封止して
おけばよく、湿気の浸入を防ぐことができる。

【００２２】さらに、図４に示すように、湿気対策とし
て、被覆体１の表面に蒸気透過性をよくするためのシー
ル層９が設けられる。シール層９は、被覆体１の表面に
ガラス１０を蒸着して、その上に保護フィルム１１を貼
り付けたものである。これにより、蒸気透過性が改善さ
れ、内部の湿気が外部に出やすくなって湿気が籠もるこ
とを防止できる。したがって、湿気による面状発熱体の
劣化を防ぎ、長期使用に対し安全性が保たれる。

【００２３】ここで、上記の配線パターンについて説明
する。まず、表１に示す面状発熱体の仕様を満たす適性
な配線パターンを検討した。すなわち、商品の形状や適
性ワット密度および導電性インクの抵抗値等を考慮し
て、適性パターンを決定する。なお、面状発熱体の寸法
は３８０ｍｍ×５６０ｍｍとする。

【００２４】

【表１】

【００２５】上記条件の中で面状発熱体の配線パターン
として、全面印刷、１本の連続した線状の印刷あるいは
ブロック毎にパターンを形成したものを並列に連続印刷
する等について検討した結果、ブロック毎にパターンを
形成したものを並列に連続印刷する方法が適当と判断し
た。

【００２６】具体的には、全面印刷にすると１２Ωとな
り、抵抗値が低く、また１本の連続した線状の印刷（例
えば皮膜の幅１０ｍｍ、皮膜の間隔１０ｍｍ）であれば
２０１６０Ωとなり、抵抗値が高すぎる。したがって、
ブロック毎にパターンを形成したものを並列に連続印刷
する方法が最適となる。

【００２７】次に、適性パターンを決めるため、全体の
ブロック数と各ブロックの適性値を計算した。その結果
を表２に示す。したがって、ブロック数は１４個でよ
く、１ブロックの大きさは、縦３８０ｍｍ、横４０ｍｍ
となる。

【００２８】

【表２】

【００２９】次に、１ブロックのパターン（３Ｓパター
ン）の適性値を計算した。その結果を表３に示す。した
がって、上記計算より配線パターンは、３Ｓパターンの
１４個並列が最適となる。言い換えるならば、１Ｓパタ
ーンの４２個並列となる。

【００３０】

【表３】

【００３１】このように、面状発熱体の面積やワット密
度、使用する導電性インクの比抵抗等を考慮した結果、
上記の３Ｓパターンを採用することにより、限られたス
ペースにおいて全面印刷や１本の連続した線状のパター
ン印刷よりも発熱効率のよい配線パターンにすることが
でき、均一な温度分布にすることが可能となる。

【００３２】また、１ブロックにおいて導電体を１Ｓパ
ターンにしたときと一直線状にしたときを比べると、後
者では長さが短くなり、抵抗値が小さくなって、同一発
熱量を得る場合には１ブロック当たりの本数が少なくな
る。すなわち、全体的に導電体の配置が疎となって隣り
合う導電体の間隔が広がり、温度分布に不均一になりや
すい。したがって、導電体を１Ｓパターンとすることに
より、導電体を密に配置でき、１ブロック内での温度む
らをなくすことができ、温度分布を均一にすることが可
能となる。

【００３３】なお、上記の配線パターンの変形例とし
て、図５に示すように、３Ｓパターンを裏返した配線パ
ターン、すなわち鏡像の関係にある配線パターンを形成
して、これを逆ブロックＹとし、通常のブロックＸと逆
ブロックＹとを交互に並列に並べてもよい。

【００３４】ところで、面状発熱体の抵抗値について、
印刷時の膜厚のバラツキがそのまま抵抗値のバラツキと
なる。したがって、生産上の歩留りを改善するために
も、後工程での抵抗値の調整手段が必要である。そこ
で、抵抗値を調整するために、導電体４，５，６のいず
れか１本あるいは数本に、図６（ａ）に示すようにその
途中に切断部１２を形成する。これにより、切断部１２
を有する導電体４，５，６は断線されて間引かれ、１ブ
ロック当たりの抵抗値が大きくなり、その本数を適切に
設定することによりトータルの抵抗値を所定の抵抗値の
許容範囲内に収めることができる。したがって、導電体
４，５，６を切断するという簡単な作業によって、容易
に製造時の品質の不均一を是正でき、歩留まりを向上さ
せることができる。

【００３５】なお、切断箇所は１ブロックＸの中央に位
置する第２導電体５を切断するとよい。この１本を切断
しても、他の導電体４，６は両電極２，３の間に対称な
配置となるので、温度分布の面からはあまり影響はな
く、１ブロックＸ内において平均に発熱するようにな
る。

【００３６】また、他の調整手段として、図６（ｂ）に
示すように、第２導電体５の代わりに同じ長さで幅を１
／２にした導電体１３，１４を２本平行に配置して、こ
れらの導電体１３，１４のうちどちらか１本または両方
に切断部１２を形成する。これにより、両方の導電体１
３，１４を断線すれば上記と同じであり、１本だけを断
線すれば抵抗値の変化が小さくなって、抵抗値の微調整
が可能となる。

【００３７】次に、面状発熱体の温度分布について、発
熱量が全面に均一になる配線パターンであれば、その発
熱と放熱のバランスがとれたところで平衡するが、その
温度分布は図７（ａ）に示すように周辺部分より中央部
分が高くなり、周辺部分と中央部分との温度差が大き
い。

【００３８】この現象を解決するためには、中央部分に
ある導電体の抵抗値を周辺部分にある導電体の抵抗値よ
りも高くすればよく、中央部分にある導電体に流れる電
流が少なくなって、発熱量を少なくすることができる。
したがって、中央部分の温度が低下して、周辺部分との
温度差が小さくなり、温度分布を均一にできる。

【００３９】具体的には、図８（ａ）に示すように、１
ブロックＸにおける第２導電体５を他の導電体４，６よ
りも長くして、抵抗値を大きくする。あるいは、図８
（ｂ）に示すように、第２導電体５の幅を他の導電体
４，６の幅よりも狭くして断面積を減らし、抵抗値を大
きくする。あるいは、図８（ｃ）に示すように、第２導
電体５を他の導電体４，６よりも長くかつ幅を狭くし
て、抵抗値を大きくする。このようにすることによっ
て、図７（ｂ）に示すような周辺部分と中央部分との温
度差が小さい温度分布を得ることができる。

【００４０】また、温度差を小さくする他の方法とし
て、第２導電体５に対する給電回路と他の導電体４，６
に対する給電回路とを別々に設け、各給電回路にそれぞ
れ異なる電圧を供給する。すなわち、図９に示すよう
に、第２導電体５に対して第３電極１５を設け、これを
制御回路１６に接続する。他の導電体４，６は、第２電
極３を介して制御回路１６に接続される。そして、第２
導電体５に対する供給電圧を他の導電体４，６に対する
供給電圧よりも低く設定する。これによって、第２導電
体５の発熱量が他の導電体４，６の発熱量よりも小さく
なる。したがって、周辺部分と中央部分との温度差が小
さい温度分布を得ることができる。

【００４１】このような給電回路は全ブロックＸに対し
て設けてもよく、あるいは１つおきといったように任意
のブロックＸに対して設けてもよい。また、導電体４，
６と第３電極１５とは交差するが、交差する箇所におい
て両者の間に絶縁物を介在させておけばよい。

【００４２】なお、本発明は、上記実施形態に限定され
るものではなく、本発明の範囲内で上記実施形態に多く
の修正および変更を加え得ることは勿論である。例え
ば、１ブロックの導電体は、３本以上にしてもよく、２
本の電極に対して直角ではなく、斜めに配置してもよ
い。

【００４３】また、図１０に示すように、導電体４，
５，６，１７を４本形成して、第１，第２電極２，３と
は異なる別の一対の電極１８，１９を設け、中央部分に
ある第４導電体１７をこの電極１８，１９に対して接続
することによって、第４導電体１７を温度センサとして
利用できる。図中、この電極１８，１９の白い部分は絶
縁物に覆われた箇所であり、他の導電体４，５，６と接
続されていない。したがって、第４導電体１７は周囲の
温度により抵抗値が変化して、ここを流れる電流が変化
するので、これを制御回路で検出すれば温度を検出する
ことができる。このような第４導電体１７を適当に配置
しておけば、正確な温度分布を知ることができ、より細
かい温度制御が可能となる。

【００４４】

【発明の効果】以上の説明から明らかな通り、本発明に
よると、２本の平行な電極間に異なる形状の導電体が複
数本設けられ、この複数本の導電体が１組のブロックと
され、複数組のブロックが両電極間に並列に並べられて
いるので、１ブロック当たりの発熱量は一定となり、所
望の形状や仕様に応じて適当な複数組のブロックを配置
すればよく、従来のものに比べて柔軟なパターン設計を
行うことができる。

【００４５】また、各導電体が一部にＳ字状の湾曲を有
する特徴的な形状とされているため、１ブロック内に密
に配置されることになり、この範囲内での温度むらをな
くすことができ、温度分布を均一にすることが可能とな
る。

【００４６】そして、導電体に切断部を設けることによ
り、抵抗値の調整を行うことができるので、製造のバラ
ツキによって所望のワット密度が得られなくなっても、
導電体を切断するだけで対応でき、ワット密度を容易に
調整できる。したがって、生産性の面で歩留まりを向上
させることができ、しかも切断箇所を適切に設定すれ
ば、品質的に局部発熱をなくすことができ、温度分布を
均一にすることも可能となる。

【００４７】また、ブロック内の各導電体において、中
央部分にある導電体の抵抗値を両端部分にある導電体の
抵抗値よりも大きくする、あるいは中央部分にある導電
体に対する給電回路と両端部分にある導電体に対する給
電回路とを別々に設け、各給電回路にそれぞれ異なる電
圧を供給することにより、中央部分での発熱量を抑える
ことができ、周辺部分との温度差を小さくでき、温度分
布を改善することができる。

【００４８】さらに、絶縁基板が遮光処理された被覆体
により被覆されているので、絶縁基板上の導電体を外部
から見えなくでき、ユーザに対して安心感を与えれる。
しかも、外観的にも見栄えをよくすることができる。

【００４９】また、絶縁基板上に、蒸気透過性をよくす
るためのシール層が設けられているので、内部に湿気が
籠もらなくなり、電極や導電体の劣化を防止できる。し
たがって、長期間使用することができ、かつ長期使用に
対する安全性も高めることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の面状発熱体の一実施形態の基本構成を
示し、（ａ）はブロックパターンを示す図、（ｂ）は全
体の配線パターンを示す図

【図２】部分的に破断した面状発熱体の斜視図

【図３】面状発熱体の断面図

【図４】シール層を示す図

【図５】面状発熱体の他の実施形態の基本構成を示し、
（ａ）はブロックパターンを示す図、（ｂ）は全体の配
線パターンを示す図

【図６】（ａ）は切断部を設けた１組のブロックを示す
図、（ｂ）は中央部分の導電体が変更された１組のブロ
ックを示す図

【図７】（ａ）は従来の面状発熱体の温度分布を示す
図、（ｂ）は本発明の面状発熱体の温度分布を示す図

【図８】（ａ）は中央部分の導電体を長くした１組のブ
ロックを示す図、（ｂ）は中央部分の導電体の幅を狭く
した１組のブロックを示す図、（ｃ）は中央部分の導電
体を長くかつ幅を狭くした１組のブロックを示す図

【図９】導電体に対する給電回路を示す図

【図１０】他の実施形態の配線パターンを示す図

【符号の説明】

１絶縁基板２，３電極４，５，６導電体７，８被覆体９シール層１２切断部１６制御回路

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】絶縁基板に２本の電極が第１方向に平行
に設けられ、両電極間に異なる形状の導電体が第１方向
とは異なる第２方向に複数本設けられ、この複数本の導
電体が１組のブロックとされ、複数組のブロックが両電
極間に並列に並べられたことを特徴とする面状発熱体。
【請求項２】絶縁基板に２本の電極が第１方向に平行
に設けられ、両電極間に異なる形状の導電体が第１方向
とは異なる第２方向に複数本設けられて１組のブロック
とされ、該ブロックと鏡像の関係にある逆ブロックが設
けられ、両ブロックが交互に並べられたことを特徴とす
る面状発熱体。
【請求項３】１組のブロックは３本の導電体からな
り、各導電体は、導電性のインクを絶縁基板上に印刷し
て同じ長さに形成され、第１の導電体は、一方の電極側
がＳ字状に湾曲した形状とされ、第２の導電体は、中間
部分がＳ字状に湾曲した形状とされ、第３の導電体は、
他方の電極側がＳ字状に湾曲した形状とされたことを特
徴とする請求項１または２記載の面状発熱体。
【請求項４】抵抗値の調整を行うために導電体に切断
部が設けられたことを特徴とする請求項１または２記載
の面状発熱体。
【請求項５】ブロック内の各導電体において、中央部
分にある導電体の抵抗値が両端部分にある導電体の抵抗
値よりも大きくされたことを特徴とする請求項１または
２記載の面状発熱体。
【請求項６】中央部分にある導電体の長さが両端部分
にある導電体の長さよりも長くされたことを特徴とする
請求項５記載の面状発熱体。
【請求項７】中央部分にある導電体の断面積が両端部
分にある導電体の断面積よりも小さくされたことを特徴
とする請求項５記載の面状発熱体。
【請求項８】ブロック内の各導電体において、中央部
分にある導電体に対する給電回路と両端部分にある導電
体に対する給電回路とが別々に設けられ、各給電回路に
それぞれ異なる電圧が供給されることを特徴とする請求
項１または２記載の面状発熱体。
【請求項９】絶縁基板が遮光処理された被覆体により
被覆されたことを特徴とする請求項１または２記載の面
状発熱体。
【請求項１０】絶縁基板上に、蒸気透過性をよくする
ためのシール層が設けられたことを特徴とする請求項１
または２記載の面状発熱体。