(57)【要約】【課題】面状発熱体を固定する部材で強固に固定でき、各種目的に応じて容易に取り付けられ、発熱効率を高めることができる面状発熱体を提供する。【解決手段】導電性粉末とバインダー樹脂とからなる矩形状の導電膜１２と、導電膜１２の対向するいずれか２辺縁部に導通用線路１３を設け、導電膜１２及び導通用線路１３を内部に挟み込んでラミネートする樹脂フィルムからなる電気絶縁性シート１５を有し、しかも電気絶縁性シート１５及び導電膜１２にはそれぞれを貫通する複数の実質的に同心からなる第１及び第２の貫通孔１６、１７を有する。【選択図】　　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
導電性粉末とバインダー樹脂とからなる矩形状の導電膜と、該導電膜の対向するいずれか２辺縁部に導通用線路を設け、前記導電膜及び前記導通用線路を内部に挟み込んでラミネートする樹脂フィルムからなる電気絶縁性シートを有し、しかも該電気絶縁性シート及び前記導電膜にはそれぞれを貫通する複数の実質的に同心からなる第１及び第２の貫通孔を有することを特徴とする面状発熱体。
【請求項２】
請求項１記載の面状発熱体において、前記導電膜を外気の環境から保護するために、前記電気絶縁性シートの外形寸法が前記導電膜の外形寸法より大きく、前記電気絶縁性シートの前記第１の貫通孔の内径寸法が前記導電膜の前記第２の貫通孔の内径寸法より小さくして形成されるシールパス幅を有することを特徴とする面状発熱体。
【請求項３】
請求項１又は２記載の面状発熱体において、複数の前記第１及び第２の貫通孔の配列が平面視して格子状又は千鳥状からなることを特徴とする面状発熱体。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項記載の面状発熱体において、前記第１の貫通孔の内径寸法が２０〜５０ｍｍ、前記導電膜を外気の環境から保護するためのシールパス幅が５ｍｍ以上、前記導電膜に導通させるための有効導通幅が１５ｍｍ以上有することを特徴とする面状発熱体。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明は、面状発熱体に関し、例えば、橋梁や道路の凍結防止、屋根の凍結防止、住宅の床面や壁面の暖房、道路標識や信号やカーブミラー等の曇り防止等の加熱源であるヒータとして使用可能な面状発熱体に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、面状発熱体には、一対の電極間にマイカ等の基材で巻き回したニクロム線等の発熱体を樹脂フィルムや、ゴムシート等の電気絶縁性シートで被覆した構造のものがある。また、図２に示すように、従来の面状発熱体５０には、発熱体５１が金属系や非金属系からなる導電性樹脂等の発熱部材からなり、この発熱部材をガラスクロス、ポリエステルフィルム、ポリイミドフィルム等の電気絶縁基材５２に含浸や、塗布や、印刷等で保持してシート状に形成したものがある。そして、この面状発熱体５０は、シート状の発熱体５１の一対の対向する２辺端部に一対の電極５３を設け、それぞれの電極５３の一方の端部に、通電するための電線５４を接続し、更に、樹脂フィルムや、ゴムシート等の電気絶縁性シート５５で被覆した構造としている。
【０００３】
発熱体の全体面を電気絶縁性シートで被覆した面状発熱体は、例えば、橋梁や道路の凍結防止、降雪後の屋根の凍結防止、住宅の床面やタイル壁面等の暖房、道路標識や信号やカーブミラー等の曇り防止等の加熱源であるヒータとして、各種建造物や、鉄骨や、機器内等に貼着したり、タイル等の内側に接着したり、コンクリートや、モルタルや、アスファルト等の中に埋設したりする。そして、面状発熱体には一対の電極から通電されて電気エネルギーが熱エネルギーに変換され、発生した熱が凍結防止や、暖房や、曇り防止等の各種目的に応じた用途に使用されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前述したような従来の面状発熱体には、次のような問題がある。
（１）ニクロム線等を発熱体とする面状発熱体が、道路の凍結防止用として道路に埋設されて使用されるような場合には、面状発熱体に絶えず重量や振動がかかるような過酷な条件下で使用されることとなり、ニクロム線等に断線が発生しやすく、面状発熱体としての用をなさなくなったり、補修を行うのに道路を掘り起こすようなことになり大変な作業となる。
【０００５】
（２）面状発熱体がコンクリートや、モルタルや、アスファルト等の固定部材内に埋設される場合や、タイル等の内側にセメント等の固定部材で接着される場合には、面状発熱体に被覆された電気絶縁性シートと固定部材との接合強度が低いために、電気絶縁性シートと固定部材の接合面から剥がれが発生し、固定部材の欠落が発生する場合がある。また、固定部材の剥がれを防止するために固定部材の厚さを厚くすると、表面に到達する温度が低くなり、目的とする温度を得ることができなくなり、凍結防止や、暖房や、曇り防止等の目的を達することができない。
【０００６】
（３）面状発熱体を熱膨張係数に差のある材質からなる２つの部材の間に挟みこんで接着剤で接合する場合には、昇温や降温に伴う膨張、収縮の度合いの異なりを面状発熱体の全面で受けることとなり、面状発熱体が破壊される場合がある。
【０００７】
（４）面状発熱体を屋根等のような傾斜部に取り付ける場合には、取付固定するための部位がないので、ずれたり、隣接する面状発熱体と重なったりして、加熱を要する部分に均一な温度分布が得られなくなったり、異常な発熱部が発生したりする。
【０００８】
本発明は、かかる事情に鑑みてなされたものであって、面状発熱体を固定する部材で強固に固定でき、各種目的に応じて容易に取り付けられ、発熱効率を高めることができる面状発熱体を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
前記目的に沿う本発明に係る面状発熱体は、導電性粉末とバインダー樹脂とからなる矩形状の導電膜と、導電膜の対向するいずれか２辺縁部に導通用線路を設け、導電膜及び導通用線路を内部に挟み込んでラミネートする樹脂フィルムからなる電気絶縁性シートを有し、しかも電気絶縁性シート及び導電膜にはそれぞれを貫通する複数の実質的に同心からなる第１及び第２の貫通孔を有する。可撓性の導電膜と、樹脂フィルムからなる電気絶縁性シートによって発熱体に断線を発生させることなく、導電膜のどこにでも容易に貫通孔が形成できる。面状発熱体を固定部材内に埋設させたり、固定部材で接着させる場合には、貫通孔で連通する固定部材によって、面状発熱体を固定部材で強固に固定することができる。これにより、固定部材の厚さを薄くすることができ、固定部材の表面の温度の低下を防止することができる。また、面状発熱体を熱膨張係数に差のある材質からなる２つの部材の間に挟みこんで接着剤で接合する場合には、貫通孔で連通する接着剤によって、２つの部材を強固に固定することができ、膨張、収縮の度合いの異なりを緩和できるので、面状発熱体の破壊を防止することができる。更に、面状発熱体を屋根等に取り付ける場合には、例えば、屋根に設ける突起物に貫通孔を差し込むだけで容易に固定できるので、面状発熱体のずれや、落下を防止することができる。
【００１０】
ここで、導電膜を外気の環境から保護するために、電気絶縁性シートの外形寸法が導電膜の外形寸法より大きく、電気絶縁性シートの第１の貫通孔の内径寸法が導電膜の第２の貫通孔の内径寸法より小さくして形成されるシールパス幅を有するのがよい。これにより、大気や、水分が導電膜に浸入するのを防止することができるシール領域を形成することができるので、導電膜の劣化を防ぐことができる。
【００１１】
また、複数の第１及び第２の貫通孔の配列が平面視して格子状又は千鳥状からなるのがよい。これにより、面状発熱体を場所に偏りなく発熱させることができ、固定部材の表面を均一な温度にすることができる。
【００１２】
更に、第１の貫通孔の内径寸法が２０〜５０ｍｍ、導電膜を外気の環境から保護するためのシールパス幅が５ｍｍ以上、導電膜に導通させるための有効導通幅が１５ｍｍ以上有するのがよい。これにより、第１の貫通孔の大きさが２０〜５０ｍｍの範囲にあることで、導電膜に貫通孔を形成しても発熱量を低下させないと共に、面状発熱体を貫通孔で連通させて挟み込んで強固に固定部材を接合できる。また、シールパス幅が５ｍｍ以上とすることで、大気や、水分が導電膜に浸入するのを防止することができ、導電膜の劣化を防ぐことができる。また、有効導通幅が１５ｍｍ以上とすることで、発熱のために局部的に負荷がかかる部分が形成されるのを防ぐことができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
続いて、添付した図面を参照しつつ、本発明を具体化した実施の形態について説明し、本発明の理解に供する。
ここに、図１（Ａ）、（Ｂ）はそれぞれ本発明の一実施の形態に係る面状発熱体の説明図、Ａ−Ａ’線縦断面図である。
【００１４】
図１（Ａ）、（Ｂ）に示すように、本発明の一実施の形態に係る面状発熱体１０は、導電性粉末の一例であるカーボンブラック等の導電性粉末と、バインダー樹脂に溶剤を加えて混練して形成される導電ペーストを、例えば、ポリエステル等からなるシート状の樹脂基材１１の上にロールコーター法や、ドクターブレード法や、スクリーン印刷法等で製膜し、乾燥して形成する実質的に矩形状の導電膜１２を有している。この導電膜１２は、導電性粉末と、バインダー樹脂の混合割合によって必要とする体積固有抵抗値が得られるように混合して形成したものである。導電膜１２の対向するいずれか２辺縁部には、一方表面又は両表面に銅箔等からなる一対の導通用線路１３が取り付けられ、更に、それぞれの導通用線路１３の一方の端部には、外部からの電源を供給するための電線１４が接続されている。
【００１５】
樹脂基材１１、及び、樹脂基材１１上に形成された導電膜１２には、レーザーや、打ち抜き金型等を用いて形成される第２の貫通孔１７を有している。そして、樹脂基材１１と、樹脂基材１１上に形成された導電膜１２、及び、導電膜１２上に形成された導通用線路１３は、上、下面にシート状のポリエステル等の樹脂フィルムからなる電気絶縁性シート１５で挟み込まれ、加熱されてラミネート加工が施されて接合して一体に形成されている。第２の貫通孔１７の中に形成される樹脂フィルムからなる電気絶縁性シート１５には、実質的に第２の貫通孔１７の中心と同心からなり、レーザーや、打ち抜き金型等を用いて形成される第１の貫通孔１６を有している。
【００１６】
面状発熱体１０は、導電膜１２を外気の環境から保護するシールパス幅を形成するために、電気絶縁性シート１５の外形寸法が導電膜１２の外形寸法より大きく形成されているのがよい。これにより、導電膜１２への外周部からの水分等の浸入を防ぐことができる。また、面状発熱体１０は、導電膜１２を外気の環境から保護するためのシールパス幅を形成するために、電気絶縁性シート１５の第１の貫通孔１６の内径寸法が導電膜１２の第２の貫通孔１７より小さく形成されているのがよい。これにより、導電膜１２への貫通孔部からの水分等の浸入を防ぐことができる。
【００１７】
また、面状発熱体１０は、平面視した場合に第１の貫通孔１６及び第２の貫通孔１７の配列が格子状、又は千鳥状に形成されているのがよい。また、第１の貫通孔１６及び第２の貫通孔１７の形状は、それぞれ円形以外に、楕円形、矩形、多角形等であってもよく、形状を特に限定するものではない。また、第１の貫通孔１６及び第２の貫通孔１７の配列は、第２の貫通孔１７の部分を除いた部分で形成される導電膜１２での発熱ができるだけ均一に発熱できるように、それぞれ隣接する第２の貫通孔１７間の間隔ができるだけ均一な間隔を有しているいるのがよい。
【００１８】
更に、面状発熱体１０は、第１の貫通孔１６の内径寸法が２０〜５０ｍｍであるのがよい。第１の貫通孔１６の内径寸法が２０ｍｍ未満になると、面状発熱体１０を挟み込んで接合する固定部材の第１の貫通孔１６を連通して接合する接合部分が小さくなりすぎて、面状発熱体１０を強固に接合させることができなくなる。一方、第１の貫通孔１６の内径寸法が５０ｍｍを超えると、発熱のない面積が大きくなりすぎて、固定部材の表面を均一な表面温度とすることが困難となる。また、面状発熱体１０は、導電膜１２を外気の環境から保護するためのシールパス幅が５ｍｍ以上であるのがよい。シールパス幅が５ｍｍ未満になると、シール部分が小さくなりすぎて水分等の導電膜１２への浸入が発生し、導電膜１２の気密性が保てなくなる場合がある。更に、面状発熱体１０は、導電膜１２に導通させるための有効導通幅が１５ｍｍ以上であるのがよい。有効導通幅が１５ｍｍ未満になると、狭い導通幅部によって、この部分に局部的に負荷がかかりすぎて異常発熱が発生し、発火が起こる場合がある。
【００１９】
【実施例】
導電性粉末にカーボンブラックを用い、バインダー樹脂に不飽和ポリエステル樹脂を用い、溶剤にメチルエチルケトンを使用して十分に混練して導電ペーストを作製した。この導電ペーストを用いて、幅３１０ｍｍ×厚み１００μｍのポリエステル樹脂製のロール状の樹脂基材上にロールコーター法で、長さ８００ｍｍ×幅２７０ｍｍ×厚み１５０μｍの導電ペースト膜を形成し、樹脂基材を長さ８５０ｍｍに切断してシート状の導電ペースト膜付樹脂基材を形成した。この導電ペースト膜を８０〜１００℃の乾燥炉中で２４時間乾燥し、バインダー及び溶剤分を除去して厚み７０μｍの可撓性の導電膜を形成した。次に、導電膜に直径５０ｍｍの１９個の円形の第２の貫通孔を、３列縦列で千鳥状に実質的な均等な間隔を設けてレーザーで穿孔した。導電膜の長手方向の対向する２辺縁部にそれぞれ幅１０ｍｍの銅箔からなる導通用線路を貼り付けて形成した。更にそれぞれの導通用線路の一方の端部には、通電するための電線を接続した。次に、導電膜の表面側からと、樹脂基材側から幅３１０ｍｍ×長さ８５０ｍｍ×厚み５０μｍのポリエステル製の樹脂フィルムからなる電気絶縁性シートを挟み込んでラミネート加工を行って全体を被覆した。次に、ラミネート加工された電気絶縁性シートに、第２の貫通孔と実質的に同心円からなる直径３０ｍｍの第１の貫通孔をレーザーで穿孔して面状発熱体を作製した。この面状発熱体に１００Ｖ、０．８０Ａを通電した所、約６５℃の温度を得ることができた。
【００２０】
【発明の効果】
請求項１及びこれに従属する請求項２〜４記載の面状発熱体は、導電性粉末とバインダー樹脂とからなる矩形状の導電膜と、導電膜の対向するいずれか２辺縁部に導通用線路を設け、導電膜及び導通用線路を内部に挟み込んでラミネートする樹脂フィルムからなる電気絶縁性シートを有し、しかも電気絶縁性シート及び導電膜にはそれぞれを貫通する複数の実質的に同心からなる第１及び第２の貫通孔を有するので、可撓性の導電膜と、樹脂フィルムからなる電気絶縁性シートによって発熱体に断線を発生させることなく、導電膜のどこにでも容易に貫通孔が形成できる。また、面状発熱体を固定部材内に埋設させたり、固定部材で接着させる時に、貫通孔で連通する固定部材によって、面状発熱体を強固に固定することができる。これにより、固定部材の厚さを薄くすることができ、固定部材の表面の温度を高く設定することができる。また、熱膨張係数に差のある材質からなる２つの部材の間に挟みこんで接着剤で面状発熱体を接合する時には、貫通孔で連通する接着剤によって、２つの部材を強固に固定することができ、膨張、収縮の度合いの異なりを貫通孔部の接合で互いに抵抗しあって小さく抑え込むことができ、面状発熱体の破壊を防止することができる。更に、面状発熱体を屋根等に取り付ける時には、例えば、屋根に設ける突起物に貫通孔を差し込むだけで容易に固定でき、面状発熱体のずれや、落下を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（Ａ）、（Ｂ）はそれぞれ本発明の一実施の形態に係る面状発熱体の説明図、Ａ−Ａ’線縦断面図である。
【図２】従来の面状発熱体の説明図である。
【符号の説明】
１０：面状発熱体、１１：樹脂基材、１２：導電膜、１３：導通用線路、１４：電線、１５：電気絶縁性シート、１６：第１の貫通孔、１７：第２の貫通孔
【図１】
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【図２】
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