(57)【要約】【課題】抵抗発熱体が断線し難く、折返し積層数にかかわらず絶縁処理が不要である積層面状発熱体及びその製造方法を提供する。【解決手段】互いに平行な複数の直線部と該直線部同士を連結する連結部とから蛇行状に形成された金属箔からなる抵抗発熱体を絶縁フィルムで上下方向から被覆し、上記抵抗発熱体の直線部を交差する線を折り曲げ線として折返し積層する。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに平行な複数の直線部と該直線部同士を連結する連結部とから蛇行状に形成された金属箔からなる抵抗発熱体を備えた面状発熱体であって、
上記抵抗発熱体が絶縁体で上下方向から被覆され、上記抵抗発熱体の直線部と交差する線を折り曲げ線として折返し積層されていることを特徴とする積層面状発熱体。
【請求項２】
上記折返しにより向かい合う対向面間に、高熱伝導性材料からなる均熱板を介在させたことを特徴とする請求項１記載の積層面状発熱体。
【請求項３】
その外部全面を高熱伝導性材料からなる被覆材で被覆させたことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の積層面状発熱体。
【請求項４】
高熱伝導性材料からなる収納ケース内に絶縁収納させたことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の積層面状発熱体。
【請求項５】
複数の帯状金属箔を互いに平行に配列しながら順次供給し、この配列した各帯状金属箔上を横断するように、連結用金属箔を２本１組として一定間隔で互いに平行に配列して供給し、各帯状金属箔及び各連結用金属箔を上下方向から絶縁体で挟んだ状態で被覆し、この後、帯状金属箔間であって１つ置きの部位に位置する連結用金属箔を除去するとともに、各組の連結用金属箔間を切断して後に、帯状金属箔の供給方向と交わる方向に延びる線を折り曲げ線として折返し積層させることを特徴とする積層面状発熱体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、積層面状発熱体及びその製造方法に関し、特に、所定面積における高発熱性を要するような熱源ヒーター等に用いられる積層面状発熱体及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、適当な電気抵抗を有する金属材料（例えば、ステンレス、アルミニウム等）からなる金属箔で蛇行状の抵抗発熱体を形成し、この抵抗発熱体を絶縁体で絶縁して構成される面状発熱体が知られている。
【０００３】
このような面状発熱体においては、絶縁体の材質による発熱温度の制限及び金属箔同士の絶縁間隔の確保のための間隔の制限等により、所定面積における発熱容量の上限が定められ、それ以上の発熱容量は得られなかった。
【０００４】
そこで、所定面積における発熱容量を増加させるため、抵抗発熱体を２以上積層させた積層面状発熱体が提案されている。
【０００５】
従来、積層面状発熱体としては、例えば特許文献１に記載されたものが知られている。この積層面状発熱体は、絶縁フィルムの片面上に互いに平行な複数の直線部と該直線部同士を連結する連結部とから蛇行状の金属箔からなる抵抗発熱体を形成し、絶縁フィルムを抵抗発熱体の直線部間で該直線部と平行する方向に折返し積層させて構成されている。
【０００６】
【特許文献１】実公昭４９−１０８８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、従来の積層面状発熱体は、抵抗発熱体の直線部間で該直線部と平行する方向に折返し積層されているので、その折返し部において抵抗発熱体は連結部の１個所だけが折り曲げられることになり、その連結部に曲げ応力が集中して抵抗発熱体が断線し易い。
【０００８】
また、従来の積層面状発熱体は、抵抗発熱体が絶縁フィルムで片面のみしか絶縁されていないので、奇数層に折返し積層させた場合には外部に抵抗発熱体の一部分が露出し、折返し積層した後に露出した抵抗発熱体を絶縁材料で覆って絶縁処理する必要がある。
【０００９】
本発明は、上記問題に鑑みてなされたもので、抵抗発熱体が断線し難く、折返し積層数にかかわらず絶縁処理が不要である積層面状発熱体及びその製造方法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】
【００１０】
上記目的を達成するため、本発明は、互いに平行な複数の直線部と該直線部同士を連結する連結部とから蛇行状に形成された金属箔からなる抵抗発熱体を備えた面状発熱体であって、上記抵抗発熱体が絶縁体で上下方向から被覆され、上記抵抗発熱体の直線部を交差する線を折り曲げ線として折返し積層されていることを特徴とするものである。
【００１１】
上記構成によれば、抵抗発熱体の直線部と交差する線を折り曲げ線として折返し積層させる構造であるため、その折返し部において抵抗発熱体は複数の直線部がそれぞれ折返されることになり、これにより各直線部に曲げ応力が分散される。しかも、抵抗発熱体が絶縁体で上下方向から被覆されているので、抵抗発熱体の両面が絶縁体により補強されることになり、抵抗発熱体が断線し難くなる。
【００１２】
また、抵抗発熱体が絶縁体で上下方向から被覆させた構造であるため、抵抗発熱体が絶縁フィルムにより外部に露出しないようになっており、何層に折返し積層した場合でも抵抗発熱体が外部に露出することはない。
【００１３】
また、本発明は、上記折返しにより向かい合う対向面間に、高熱伝導性材料からなる均熱板を介在させたことを特徴とするものである。
【００１４】
上記構成によれば、折返しにより向かい合う対向面間に均熱板が介在された構造であるため、各面から発生した熱が均熱板により均等に分散されることになり、これにより各面の相互間及び平面内の熱斑が生じるのを防ぐことができる。
【００１５】
また、その外部全面を高熱伝導性材料からなる被覆材で被覆させたことを特徴とするものである。
【００１６】
上記構成によれば、その外部全面が被覆材で被覆された構造であるため、絶縁
体は被覆材により保護されることになり、これにより絶縁材の劣化や損傷を防ぐことができる。
【００１７】
また、本発明は、高熱伝導性材料からなる収納ケース内に絶縁収納させたことを特徴とするものである。
【００１８】
上記構成によれば、収納ケース内に絶縁収納された構造であるため、積層面状発熱体は収納ケースにより防水性能が付与されることになり、これにより積層面状発熱体自体に水が触れるのを防ぐことができる。
【００１９】
また、本発明は、複数の帯状金属箔を互いに平行に配列しながら順次供給し、この配列した各帯状金属箔上を横断するように、連結用金属箔を２本１組として一定間隔で互いに平行に配列して供給し、各帯状金属箔及び各連結用金属箔を上下方向から絶縁体で挟んだ状態で被覆し、この後、帯状金属箔間であって１つ置きの部位に位置する連結用金属箔を除去するとともに、各組の連結用金属箔間を切断して後に、帯状金属箔の供給方向と交わる方向に延びる線を折り曲げ線として折返し積層させることを特徴とするものである。
【００２０】
上記構成によれば、帯状金属箔の供給方向と交わる方向に延びる線を折り曲げ線として折返し積層させるため、切断後、帯状金属箔の供給方向に沿ってそのまま連続的に折返し積層をスムーズに行うことができるため、積層面状発熱体を容易に製造することができる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、抵抗発熱体を絶縁体で上下方向から被覆させ、しかも、抵抗発熱体の直線部と交差する線を折り曲げ線として折返し積層させたことにより、折返し部分の曲げ応力が抵抗発熱体の各直線金属箔に分散されるとともに、抵抗発熱体の両面が絶縁体により補強され、抵抗発熱体が断線し難い積層面状発熱体を提供することができる。
【００２２】
また、抵抗発熱体を絶縁体で上下方向から被覆させたことにより、何層に折返し積層した場合でも抵抗発熱体を外部に露出させないようにさせるため、折返し積層した後の抵抗発熱体に対する絶縁処理が不要な積層発熱体を提供することができる。
【００２３】
また、本発明によれば、折返しにより向かい合う対向面間に均熱板を介在させたことにより、各面の相互間及び平面内の熱斑を防いで表面温度を均一な温度分布にして均等に暖めることができる。
【００２４】
また、本発明によれば、外部全面を被覆材で被覆させて絶縁体の劣化や損傷を防ぐことができるとともに、収納ケース内に絶縁収納させて積層面状発熱体自体に水が触れるのを防ぐため、水を使用する洗面所、浴室、台所等の水周りの場所にも用いることができる。
【００２５】
また、本発明によれば、単層の面状発熱体の製造後に連続的に積層面状発熱体を製造することができるので、積層面状発熱体の製造能率を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下、本発明の実施形態について図面に基づいて説明する。
【００２７】
図１は、本実施形態の３つ折り構造の積層面状発熱体を示す概略側面図である。
【００２８】
図１に示すように、積層面状発熱体Ａは、第１発熱層１１、第２発熱層１２及び第３発熱層１３が第１及び第２折返し部１４，１５を介して一連に連設された面状発熱体１０を、第１面１１を最上方にし第３面１３を最下方にして３つ折りに折返し積層されている構造であり、第１発熱層１１と第２発熱層１２との対向面間に第１均熱板１６が介在され、第２発熱層１２と第３発熱層１３との対向面間に第２均熱板１７が介在されている。
【００２９】
面状発熱体１０は、図２に示すように、適当な電気抵抗を有する金属材料（例えばステンレス、アルミニウム等）からなる金属箔１で蛇行状の抵抗発熱体２を形成し、即ち、互いに平行に配列された複数の直線部１ａ同士を連結部１ｂで蛇行状に接続して抵抗発熱体２を形成し、この抵抗発熱体２を絶縁フィルム３，４で上下方向から被覆して構成される。面状発熱体１０は、積層面状発熱体Ａに製造した後に抵抗発熱体２の両端にリード線が接続されるようになっている。
【００３０】
図３は、面状発熱体１０を製造する製造装置を示す。この製造装置は、複数の帯状金属箔ａを所定の間隔を保ちながら互いに平行に配列して順次供給する供給手段５と、配列した各帯状金属箔ａ上に横断するように、連結用金属箔（図示せず）を２本１組として一定間隔で互いに平行に配列して供給する供給手段６と、絶縁フィルム３，４を供給する供給手段７，８と、各帯状金属箔ａと各接続用金属箔とを上下方向から絶縁フィルム３，４とを貼り合わせる貼り合せ手段９とから構成されている。
【００３１】
上記製造装置では、複数の帯状金属箔ａが供給手段５から互いに平行に配列しながら順次供給され、この配列した各帯状金属箔ａ上を横断するように、供給手段６から供給される２本１組の連結用金属箔が一定間隔で互いに平行に配列される。次に、各帯状金属箔ａと各連結用金属箔とが供給手段７から供給される絶縁樹脂フィルムの上面に配置された後、供給手段８から供給される絶縁フィルムが各帯状金属箔ａと各連結用金属箔との上面に挟持するように重ねられ、貼り合せ手段９で絶縁フィルム３，４を貼り合せて各帯状金属箔ａ及び各連結用金属箔を上下方向から被覆する。この後、帯状金属箔ａ間であって１つ置きの部位に位置する連結用金属箔を除去するとともに、図４に示すように、各組の連結用金属箔間で切断することにより、互いに平行な複数の直線部１ａと該直線部１ａ同士を連結する連結部１ｂとから蛇行状に形成された金属箔１からなる抵抗発熱体２を備えた面状発熱体１０を製造する。
【００３２】
面状発熱体１０は、抵抗発熱体２の直線部１ａと交差する互いに平行な第１及び第２折返し部１４，１５を設け、この第１及び第２折返し部１４，１５により抵抗発熱体２の直線部１ａに沿って第１発熱層１１、第２発熱層１２及び第３発熱層１３のほぼ３等分に区画されており、第１及び第２折返し部１４，１５により折返して３つ折りに積層されている。
【００３３】
第１及び第２折返し部１４，１５は、それぞれ面状発熱体１０における抵抗発熱体２の金属箔１の直線部１ａが鋭角的屈曲により折れ破断しないように円弧状に屈曲されている。
【００３４】
第１及び第２折返し部１４，１５は、それぞれ屈曲半径が面状発熱体１０における抵抗発熱体２の金属箔１の材質、厚みにより設定されている。例えば、金属箔１の材質がＳＵＳ３０４で厚みが０．１ｍｍであれば、屈曲曲率半径は１ｍｍ以上で好ましくは２ｍｍであり、金属箔１の材質がＳＵＳ３０４で厚みが０．０５ｍｍであれば、屈曲曲率半径は０．５ｍｍ以上で好ましくは１ｍｍであり、金属箔１の材質がＳＵＳ３０４で厚みが０．０３ｍｍであれば、屈曲曲率半径は０．３ｍｍ以上で好ましくは０．５ｍｍである。
【００３５】
第１及び第２均熱板１６，１７は、第１乃至第３発熱層１１〜１３の相互及び平面内の熱斑を均一にするもので、それぞれ高熱伝導性能の金属材料、例えばアルミニウム、銅、アルミニウムと銅の合金等からなる金属薄板で構成されており、積層面状発熱体Ａの表面形状にほぼ等しいか少し小さめの大きさで矩形状に形成されている。
【００３６】
第１及び第２均熱板１６，１７は、それぞれ厚みが０．１ｍｍ〜１ｍｍ程度のものが使用できる。第１及び第２均熱板１６，１７の厚みが０．１ｍｍ以下であると、均熱効果が少なく、第１及び第２均熱板１６，１７の厚みが１ｍｍを越えると、重量が重くなる。
【００３７】
第１均熱板１６は、その両面を第１発熱層１１及び第２発熱層１２とほぼ全面で接するように接着層１８及び１９を介して貼り付けられている。また、第２均熱板１７は、その両面を第２発熱層１２及び第３発熱層１３とほぼ全面で接するように接着層２０及び２１を介して貼り付けられている。
【００３８】
接着層１８〜２１は、高熱伝導性及び絶縁性を有する接着剤、例えば変性シリコン系接着剤、ウレタン系接着剤、エポキシ系接着剤等が使用でき、硬化後の接着性及び柔軟性を考慮すると、接着層１８〜２１として変性シリコン系接着剤が望ましい。
【００３９】
上述のように構成された積層面状発熱体Ａは、面状発熱体１０を抵抗発熱体２の直線部１ａと交差する第１及び第２折返し部１４，１５により抵抗発熱体２の直線部１ａに沿って折返し積層させているので、第１及び第２折返し部１４，１５において抵抗発熱体２は金属箔１の複数の直線部１ａがそれぞれ折返されることになり、これにより金属箔１の各直線部１ａに曲げ応力が分散されて抵抗発熱体２が断線し難くなる。
【００４０】
また、積層面状発熱体Ａは、上述したように、抵抗発熱体２を上下方向から絶縁フィルム３，４により被覆して構成された面状発熱体１０を折返し積層させているので、抵抗発熱体２が外部に露出することがなく、面状発熱体１０を折返し積層した後に抵抗発熱体２に対する絶縁処理を施す必要がない。
【００４１】
また、積層面状発熱体Ａは、上述したように、第１乃至第３発熱層１１〜１３の対向面間に第１及び第２均熱板１４，１５が介在されているので、第１及び第２均熱板１４，１５により第１乃至第３発熱層１１〜１３で発生した熱が均等に分散されることとなり、第１乃至第３発熱層１１〜１３の相互間及び平面内の熱斑が生じるのを防げて積層面状発熱体Ａの表面温度を均一な温度分布にして均等に暖めることが可能である。
【００４２】
上記積層面状発熱体Ａは面状発熱体１０から図５に示すようにして製造される。先ず、面状発熱体１０に抵抗発熱体２の直線部１ａと交差する互いに平行な第１及び第２折返し部１４，１５を設け、この第１及び第２折返し部１４，１５により面状発熱体１０を抵抗発熱体２の金属箔１の直線部１ａに沿って第１発熱層１１、第２発熱層１２及び第３発熱層１３のほぼ３等分に区画する（図4参照）。
【００４３】
次に、面状発熱体１０の第１発熱層１１の裏面側（図中下面側）に接着層１８を塗布し、この接着層１８により第１発熱層１１の表面側に第１均熱板１６を貼り付け、次いで、面状発熱体１０の第３発熱層１３の表面側（図中上面側）に接着層２０を塗布し、この接着層２０により第３発熱層１３の表面に第２均熱板１７を貼り付ける。
【００４４】
次に、第１の均熱板１６の裏面側（図中上面側）に接着層１９を塗布するとともに、第２の均熱板１７の表面側（図中下面側）に接着層２１を塗布した後、面状発熱体１０を第１及び第２折返し部１４，１５により３つ折りに折返し積層して積層体１０’とする。即ち、第１発熱層１１を第１均熱板１６とともに第１折返し部１４により第２発熱層１２の裏面側（図中下面側）に折返し、接着層１９により第１均熱板１６と第２発熱層１２とを貼り合わせるとともに、第３発熱層１３を第２均熱板１７とともに第２折返し部１５により第２発熱層１２の表面側（図中上面側）に折返し、接着層２１により第２発熱層１２と第２均熱板１７とを貼り合わせる。これにより、第１発熱層１１と第２発熱層１２との対向面間に第１均熱板１６が介在され、第２発熱層１２と第３発熱層１３との対向面間に第２均熱板１７が介在される。
【００４５】
次に、接着層１８〜２１が固化する前に、積層体１０’に対してその厚み方向から平行に一定の圧力を加え、積層体１０’の厚みを所定の厚みに形成する。この後、一定の圧力を加えた状態を接着層１８〜２１が固化するまで保持することで積層面状発熱体Ａが製造される。
【００４６】
このように製造された積層面状発熱体Ａは、図６に示すように、外部全面に被覆材２２を被覆させる。
【００４７】
被覆材２２は、高熱伝導性能の金属材料、例えばアルミニウム、銅、アルミニウムと銅の合金等からなる金属箔で構成されており、厚みが０．０５mm〜１ｍｍ程度のものを使用できる。
【００４８】
積層面状発熱体Ａの外部全面を被覆材２２で被覆させると、面状発熱体１０の絶縁フィルム３，４が被覆材２２により保護されて絶縁フィルム３，４の劣化や損傷を防ぐことができる。
【００４９】
また、積層面状発熱体Ａは、図７に示すように、扁平な収納ケース２３内に絶縁層２４を介して収納される。
【００５０】
収納ケース２３は、その一面を開口した直方体状の扁平な筐体部材であり、内部に積層面状発熱体Ａが収納可能な空間部を有する。
【００５１】
収納ケース２３は、高熱伝導性の金属材料、例えばアルミニウム、銅、アルミニウムと銅の合金等からなる金属薄板で構成されており、厚みが０．１ｍｍ〜３．０ｍｍ程度のものを使用できる。
【００５２】
絶縁層２４は、積層面状発熱体Ａの周囲を絶縁しながら該積層面状発熱体Ａを収納ケース２３に接着させるもので、接着固化成形を目的とした高熱伝導性及び絶縁性を有する合成樹脂、例えば変性シリコン、ウレタン樹脂、エポキシ樹脂等からなる。
【００５３】
絶縁層２４は、積層面状発熱体Ａを収納ケース２３内に収納した状態で、この積層面状発熱体Ａと収納ケース２３との隙間に合成樹脂を充填し、それを固化させることにより積層面状発熱体Ａの周囲に形成されている。そして、その際に、積層面状発熱体Ａを収納ケース２３に接着させている。
【００５４】
積層面状発熱体Ａを収納ケース２３内に絶縁層２４を介して収納させると、積層面状発熱体Ａは、収納ケース２３により防水性能が付与されて水が触れるのを防げ、水を使用する洗面所、浴室、台所等の水周りの場所にも用いることができる。
【００５５】
尚、図７では積層面状発熱体Ａに被覆材２２を被覆させて収納ケース２３内に絶縁層２４を介して収納させているが、積層面状発熱体Ａに被覆材２２を被覆させずに収納ケース２３内に絶縁層２４を介して収納させることも可能である。
【００５６】
上記実施形態では３つ折り構造の積層面状発熱体Ａについて述べているが、本発明はこれに限定されるものではなく、３つ折り構造以外の複数折り構造でも構わないが、２つ折り構造から４つ折り構造が好ましく、特に３つ折り構造が最適である。その理由は、折返しが両端に一個所ずつ存在し、厚みを扁平均一に整え易いためである。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】本発明の実施形態の３つ折り構造の積層面状発熱体を示す概略側面図である。
【図２】本実施形態の積層面状発熱体に係わる面状発熱体を示す一部分を破断した概略平面図である。
【図３】図２の面状発熱体を製造する装置の概略構成図である。
【図４】面状発熱体の切断部位の説明図である。
【図５】面状発熱体から積層面状発熱体への製造工程を示す説明図である。
【図６】本実施形態の積層面状発熱体を被覆材で被覆した状態を示す概略断面図である。
【図７】本実施形態の積層面状発熱体を収納ケースに絶縁収納した状態を示す概略断面図である。
【符号の説明】
【００５８】
Ａ…積層面状発熱体、１…金属箔、１ａ…金属箔の直線部、１ｂ…金属箔の連結部、２…抵抗発熱体、３，４…絶縁フィルム、５〜８…供給手段、９貼り合せ手段、１０…面状発熱体、１１〜１３…発熱層、１４，１５…折返し部、１６，１７…均熱板、１８〜２１…接着層、２２…被覆材、２３…収納ケース、２４…絶縁層
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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