JPS6242459Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 この考案は面状抵抗体による発熱が行なわれる
面状発熱体に関するものである。

面状発熱体は発熱効率が優れていること、又小
さな占有空間において効果的に配設して使用可能
なことから、マツト、じゆうたんなどの床用敷物
や寝具或は屋内保温床などとして使用されてい
る。この種の面状発熱体は発熱条件が面状発熱体
の全面において均一であることが要求され、部分
的に過熱されてその過熱部分で面状発熱体が破損
したり発火したりすることのないことが安全使用
の面から要求される。又、面状発熱体がある程度
の可撓性を有し外力の印加に対して破損すること
なく変形して対応することが可能であつて、僅か
の外力の印加によつて面状抵抗体が変形してしま
い、その変形に基づいて過熱部分が生じて使用上
危険な状態にならないことが必要である。

このような目的に沿つて従来から各種の面状発
熱体が提案されている。しかし従来提案されてい
るものは、いずれも面状抵抗体上での発熱の均一
化が充分でなく、部分的に過熱状態が発生し易
い。又面状抵抗体として樹脂系抵抗体を使用した
ものでは面状発熱体の加熱により樹脂部分から発
生する気体が面状発熱体のケース内にガスとして
封じ込められ、これが断熱体となつて均一な発熱
に対して悪影響を及ぼすことがある。

面状発熱体としてはカーボン発熱体、絶縁物基
板に金属材や金属酸化物などを蒸着しエツチング
の手段で発熱に供する抵抗体を形成する構造のも
のが従来から使用されている。これらの発熱用抵
抗体は、その製造に際して膜厚や組成成分に生じ
るむらを避けることができず、通電時においてそ
の全面で完全な均一発熱を得ることが難かしい。
又、経時変化によつて発熱体を構成する部品が遊
離し、この遊離した部分から不均一発熱状態が生
じ面状発熱体の故障の原因となることがある。

一方、樹脂系抵抗体を使用する面状発熱体も利
用されており、この場合には面状の抵抗体として
フツ素樹脂、シリコン樹脂、結晶性樹脂（ポリエ
チレン、ポリプロピレンなどのオレフイン系樹
脂）或はその共重合体樹脂などに導電性カーボン
ブラツクを混練し、これをシート状に形成したも
のが用いられている。しかしこの場合にも成膜む
ら導電性カーボンブラツクの分散むらによつて発
熱むらを生じ易く樹脂が熱によつて劣化する度合
が全面にわたつて均一とはならないという欠点を
有している。

一般に大きな正の温度係数を有する樹脂系やチ
タン酸バリウム系抵抗体では、局部過熱が生じる
と、これが抵抗体寿命の急速な減少に結び付き易
い。即ち抵抗体が正の温度特性を有することから
局部的な昇温はその部分の抵抗値の増大を生じ、
この部分的な抵抗値の増大によつて電流密度分布
に異常状態が発生し、その周辺の発熱量の増加を
もたらす。更にこの発熱量の増加はその部分の昇
温につながり正の温度係数を有する抵抗体は自ら
小さな周囲温度の外乱によつて発熱分布の異常状
態を生ずることになる。又このことは樹脂の劣化
の速度などの経時変化が面状抵抗体全面で均一に
生じないことにもつながり望ましくない。

面状発熱体に対して均一な発熱条件を得るため
に面状発熱体を構成する面状抵抗体に対して熱伝
導体層を配設することが行なわれている。

第１図にその断面構成を示すのは熱伝導体層を
設けて面状抵抗体の発熱条件を均一化することを
目的とした床用敷物の要部で例えば合成樹脂材の
外装体１内に軟質ウレタンホームなどの断熱緩衝
材２が配設される。この断熱緩衝材２上に例えば
ポリエステルフイルムにアルミニユーム箔を埋設
した面状抵抗体３を配設し、この面状抵抗体３上
にアルミシートを配設し、このアルミシートを均
熱用の熱伝導体層４としたものである。

この従来使用されている樹脂系抵抗体を面状抵
抗体とした面状発熱体においては樹脂内に残存し
ている有機溶媒ガス或は経時変化に伴う樹脂劣化
により生成される気体成分が主として面状抵抗体
３と熱伝導体層４の接合面上に密封滞留し、断熱
層を形成し面状発熱体の均一発熱に対して悪影響
を及ぼすと共に、樹脂の劣化を促進させることが
あり望ましくない。

この考案は上述の従来の面状発熱体での諸難点
を解決し、面状発熱体を構成する面状抵抗体面上
での発熱を均一化し、且つ樹脂系抵抗体の樹脂か
ら発生する気体成分の面状発熱体内部での滞留を
防止し、高精度の温度制御を行なうことが可能で
あり、又その動作寿命を大幅に延長することを可
能とする面状発熱体を提供するものである。

この考案によると、絶縁基板上に面状抵抗体及
びこれと電気的に接触する一対の電極が形成さ
れ、面状抵抗体上にはほゞその全面にわたつて対
向接触するように被覆層が配設され、この被覆層
を絶縁基板側におさえる手段が設けられている。
又、この考案においては、絶縁基板の両側縁部面
上に沿つて少なくとも面状抵抗体と被覆層との接
触面に通じる空隙部が設けられている。

以下、この考案の面状発熱体をその実施例に基
づき図面を使用して詳細に説明する。

第２図に長手配設方向に対して直角にその断面
構造を示したのは、この考案の面状発熱体の実施
例であり、その構造は断面において左右対称であ
るため第２図ではその右半分のみを示している。

絶縁基板１１上に面状抵抗体１２及びこれと電
気的に接触する一対の電極１３を形成する。絶縁
基板１１としては例えば縦横それぞれ250mm及び
35mmで厚みが300μのガラスクロス・エポキシ積
層板を使用し、この絶縁基板１１上においてその
両側縁近傍に互に平行に実施例においてはAgを
含有する導電性ペーストにより印刷の手段で、例
えば３mm幅の一対の電極１３が形成される。電極
１３の長さは絶縁基板１１の長手方向の長さより
やゝ短かく形成される。これら電極１３間を電気
的に接続するようにして面状抵抗体１２が絶縁基
板１１上に形成される。実施例においては大きな
正の温度特性を有する熱可塑性樹脂（エチレン−
酢酸ビニル共重合体）に導電性カーボンを混練し
て形成した抵抗ペーストを用いて絶縁基板１１上
にその側縁部分で電極１３と接続するようにして
長手方向の長さが200mm程度の面状抵抗体１２が
印刷の手段で形成されている。電極１３の端部に
それぞれ電源印加端子１３−ｔ１，１３−ｔ２が
形成され、この電源印加端子１３−ｔ１，１３−
ｔ２間に100Vの電源電圧が印加されて面状発熱
体が使用される。

面状抵抗体上にほゞその全面にわたつて対向接
触するように被覆層２１が配設される。即ち、実
施例においては被覆層２１は例えば厚みが130μ
のテフロン層で形成される。この被覆層２１の厚
みは面状発熱体１２を使用電圧下で絶縁すること
ができ、且つ面状発熱体としての柔軟性を全体と
して失うことのないような値に選定されている。

この被覆層２１を絶縁基板１１側におさえる手
段が設けられている。即ち、被覆層２１上に厚み
が300μの板状のガラスクロス・エポキシ積層板
よりなる弾性板２２が配設され、この弾性板２２
を介して被覆層２１を絶縁基板１１側におさえる
ようにカバー２３が設けられている。カバー２３
は粘着テープや熱可塑性樹脂フイルムを例えば絶
縁基板に対して熱融着した構成とされる。

このようにして、この考案においては絶縁基板
１１上に形成された面状抵抗体１２に対してほゞ
その全面で対向接触するようにして被覆層２１が
更にこの被覆層２１に対してほゞその全面で対向
接触するようにして弾性板２２が、カバー２３に
より絶縁基板１１側におさえられている。この配
設状態において被覆層２１は面状抵抗体１２に対
してその接触面でずれ移動可能に配設され、又弾
性板２２は被覆層２１に対してその接触面で被覆
層２１に対して相対的にずれ移動可能に配設され
ている。

弾性板２２はカバー２３により生じる圧力を絶
縁基板１１上で弾性板２２の下側に存在する素子
に対して均一に分散して与えると共に、面状発熱
体を装着条件に応じて例えば曲げた状態とした時
に緩衝材として作用する。弾性板２２としてはこ
の他にもAl，Al合金、Cu，Cu合金、Fe，Fe合
金の板材もしくは高弾性強度のフエノール樹脂、
ユリア樹脂、メラミン樹脂、ジアリルフタレート
樹脂、エポキシ樹脂などの単体又は充填物質を含
有したものを使用することができる。

絶縁基板１１の両側縁部面上に沿つて少なくと
も面状抵抗体１２と被覆層２１との接触面に通じ
る空隙部３０が形成される。

即ち、絶縁基板１１の長手方向に互に平行に配
設される電極１３の外周縁辺間距離にほゞ等しい
幅で長方形状に面状抵抗体１２が形成される。こ
の面状抵抗体１２上に形成される被覆層２１の絶
縁基板１１の長手方向に直角な方向の幅は、電極
１３の外周縁辺間距離よりもやゝ長く設定され
る。又被覆層２１上に配設される弾性板２２の絶
縁基板１１の長手方向に対して直角方向の幅は、
被覆層２１の幅とほゞ等しい幅に設定される。

従つて絶縁基板１１上において、電極１３、面
状抵抗体１２、被覆層２１及び弾性板２２を被う
ようにして配設されるカバー２３の両側縁部下に
おいて、絶縁基板１１面上に沿つて空隙部３０が
形成される。この空隙部３０は少なくとも面状抵
抗体１２と被覆層２１との接触面に通じるように
構成される。このようにして絶縁基板１１上に配
設される被覆層２１及び弾性体２２はカバー２３
内において絶縁基板１１の長手方向に対して直角
な方向に多少すべり移動可能な状態にされる。

面状発熱体に対して、例えばその使用状態によ
り外部から曲げ変形力が印加された場合、絶縁基
板１１上において空隙部３０の存在のために被覆
層２１及び弾性体２２はずれ移動をするため、絶
縁基板１１上でこれらが例えばその原配設位置か
ら浮き上る変形をすることがなく、この浮き上り
により部分的な応力の集中が面状発熱体内に生じ
ることを防止し、面状発熱体の機械的な部分破損
が阻止される。

面状発熱体に対して通電発熱を開始すると、樹
脂系の面状抵抗体を使用した場合には樹脂内に残
存している有機溶媒や経時変化による樹脂劣化で
生成する気体成分が面状抵抗体１２面上に発生す
る。しかしこの気体成分は面状抵抗体１２と被覆
層２１の接触面に滞留せず、この接触面に沿つて
接触面に通じている空隙部３０に放出される。従
つて面状抵抗体１２と被覆層２１の接触面に気体
成分が滞留して面状抵抗体１２の発熱の不均一化
を生じたり、この滞留部分から面状抵抗体が劣化
することがない。

第６図にすでに説明したものと同一部分に対し
て同一符号を付してその要部の構造を示したのは
この考案の面状発熱体の他の実施例であり、この
実施例では被覆層２１として熱伝導体層２０が絶
縁層１０でカバーされた構造のものが使用されて
いる。

このような構造の被覆層２１を設けると、熱伝
導体層２０の存在のために面状抵抗体１２の面上
での発熱の均一化機能がより向上する。面状抵抗
体１２の面上で発熱異常部が発生しても、その発
熱異常部の熱が周囲にこの熱伝導体層２０により
速かに分散される。熱伝導体層２０としては熱伝
導率の高いAl，Al合金、Cu，Cu合金などが使用
される。その厚みは面状抵抗体の発熱量に依存す
るが50μ〜１mm程度の厚みに設定され、面状発熱
体の全体の柔軟性を低下させないようにする。実
施例においては熱伝導体層２０として厚みが100
μのAl板を使用した。

第７図は実施例と同一形状の絶縁基板上に電
極、面状抵抗体を形成し、これを閉塞配設した状
態として電極間に500Vの電圧を印加した場合の
時間ｔ、面状抵抗体に流れる電流Ｉ(A)及び面状抵
抗体面上温度Ｔ（℃）の関係を示すものである。
電圧印加から数分後には電流は急激に増大し、温
度も400℃を越え遂には発火事故に至るのが認め
られた。

この考案の実施例のものについて、同一条件下
で実験を行つて得た結果では第８図のように、ほ
ぼ12分後のt₀までは電流Ｉが増加し、温度Ｔも増
大して行くが、12分後に温度はP₀点を頂点として
下降している。同様にこの時電流もP₁点を頂点と
して減少して行く傾向を示す。これは時刻t₀まで
は面状抵抗体１２に放出ガスの存在などに基づく
局部的過熱領域が存在し、この部分の抵抗値が周
囲と異なつていたために、電流分布が異常状態と
なり、抵抗体１２には過熱による温度上昇が存在
したことを示す。しかし時刻t₀において空隙部３
０へのガスの放出や被覆層２１の均熱作用により
抵抗値が面状抵抗体１２の全面でほゞ等しくなる
ように熱の分散が行なわれたことが明確に示され
ている。ほゞ30分後には電流値、温度とも安定し
た状態となり、この考案の面状発熱体においては
100Vの動作電圧のものに対して500Vという異常
電圧を印加させた場合でも発火事故が生じること
がないことが明らかにされた。

第９図及び第１０図に示したのは、この考案の
面状発熱体における面状抵抗体の抵抗値の変化率
の時間に対する変化状態をそれぞれ無負荷時及び
負荷時において実験して得られた結果である。各
図においてＡはこの考案の面状抵抗体を使用した
場合の抵抗変化率Δｒ／ｒ（％）の時間に対する変化 を示し、Ｂはこの考案の構成から被覆層を除去し
た構成のものに対して行なつて得られた結果であ
る。

いずれの場合においてもこの考案の構成をとる
ことにより抵抗値の変化率は長期にわたる実験に
おいて極めてその変動が少なくなつていることが
明らかである。

各実施例においては被覆層２１上に弾性板２２
を配設した構造のものを説明したが、この弾性板
２２を省略した構造のものも実現可能である。電
極１３も実施例のように平行配列とした形状に限
らず、必要に応じて一対の電極を例えば櫛形形状
に構成することも可能である。

以上詳細に説明したように、この考案によると
面状抵抗体上での発熱が均一化され、残存有機溶
媒ガスなどの気体が内部に滞留しないので異常過
熱部分が成長することなく、速かに除去され、極
めて発熱効率がよく高精度の温度制御が可能で、
且つ発火事故が発生することがなく安全に使用可
能でその動作寿命をも大幅に延長し得る面状発熱
体を提供することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来使用されている面状発熱体の要部
の構造を示す断面図、第２図はこの考案の面状発
熱体の実施例の要部の構成を示す断面図、第３図
乃至第５図はこの考案の面状発熱体の製造時の各
工程段階での構成を示す平面図、第６図はこの考
案の面状発熱体の他の実施例の要部の構成を示す
断面図、第７図及び第８図はこの考案の面状発熱
体の特性を説明するための温度曲線及び電流曲線
を示す特性図、第９図及び第１０図はこの考案の
面状発熱体の抵抗値の変化率を示す図である。 １１：絶縁基板、１２：面状抵抗体、１３：電
極、２１：被覆層、２２：弾性板、２３：カバ
ー、３０：空隙部。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 絶縁基板上に面状抵抗体及びこれと電気的に接
   触する一対の電極が形成され、前記面状抵抗体上
   にほゞその全面に対向して接触するように被覆層
   が配設され、この被覆層を前記絶縁基板側におさ
   える手段が設けられ、前記面状抵抗体の面積より
   も前記被覆層の面積が大とされて前記絶縁基板の
   両側縁部面上に沿つて少なくとも前記面状抵抗体
   と前記被覆層との接触面に通じる空隙部が設けら
   れてなることを特徴とする面状発熱体。