(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
一対の電極と、四つの辺を有し一辺が一方の電極に接続され前記一辺に対向する一辺が他方の電極に接続されて電極間で延在する面状発熱体とを備え、前記一辺と一方の電極との接続部は直線を成し、前記対向する一辺と他方の電極との接続部は直線を成し、前記二つの直線の延長線が所定の角度を成して交差し、面状発熱体は導電性繊維と非導電性繊維とバインダーとから成る混抄紙であり、混抄紙の導電性繊維が前記二つの直線の延長線が成す角を二等分する方向へ配向されていることを特徴とする面状ヒータ。
【請求項２】
一対の電極と、四つの辺を有し一辺が一方の電極に接続され前記一辺に対向する一辺が他方の電極に接続されて電極間で延在する面状発熱体とを備え、前記一辺と一方の電極との接続部は直線を成し、前記対向する一辺と他方の電極との接続部は直線を成し、前記二つの直線の延長線が所定の角度を成して交差し、面状発熱体は導電性繊維と非導電性繊維とバインダーとから成る混抄紙であり、面状発熱体は残余の二辺の中間点を結ぶ直線を対称軸とする対称形状を有しており、混抄紙の導電性繊維が前記対称軸に平行に配向されていることを特徴とする面状ヒータ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、面状ヒータに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一対の電極と、一端が一方の電極に接続され他端が他方の電極に接続され電極間で延在する面状発熱体とを備え、面状発熱体は導電性繊維と非導電性繊維とバインダーとから成る混抄紙である面状ヒータが暖房便座等に使用されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記面状ヒータにおいて、図１に示すように、一対の電極が互いに所定の角度を成して配設される場合がある。係る場合、面状発熱体の一方の側縁ａが他方の側縁ｂよりも長くなり、側縁ａ側の電極間抵抗値が側縁ｂ側の電極間抵抗値よりも大きくなり、図１で大小二種類の白抜き矢印で示すように、側縁ａ側の電流密度が側縁ｂ側の電流密度よりも小さくなる。図１で実線矢印で示すように、電流密度の高い部位から低い部位への電流の拡散により、面状発熱体の長手方向中央部では側縁ａ側の電流密度と側縁ｂ側の電流密度との差が低減するので、面状発熱体の長手方向中央部では幅方向の温度分布は略均一になる。しかし、電極近傍部では、側縁ａ側の電流密度と側縁ｂ側の電流密度との差が大きいので、図１でハッチングを施した部位、すなわち電極近傍の側縁ａ側の隅部が他の部位に比べて低温になる。この結果、面状ヒータに温度むらが発生する。
本発明は上記問題に鑑みてなされたものであり、所定の角度を成して配設された一対の電極と、一端が一方の電極に接続され他端が他方の電極に接続され電極間で延在する面状発熱体とを備え、面状発熱体は導電性繊維と非導電性繊維とバインダーとから成る混抄紙であって、温度むらの少ない面状ヒータを提供することを目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明においては、一対の電極と、四つの辺を有し一辺が一方の電極に接続され前記一辺に対向する一辺が他方の電極に接続されて電極間で延在する面状発熱体とを備え、前記一辺と一方の電極との接続部は直線を成し、前記対向する一辺と他方の電極との接続部は直線を成し、前記二つの直線の延長線が所定の角度を成して交差し、面状発熱体は導電性繊維と非導電性繊維とバインダーとから成る混抄紙であり、混抄紙の導電性繊維が前記二つの直線の延長線が成す角を二等分する方向へ配向されていることを特徴とする面状ヒータを提供する。
【０００５】
本発明に係る面状ヒータにおいては、面状発熱体の一辺と一方の電極との接続部が形成する直線の延長線と、面状発熱体の前記一辺に対向する一辺と他方の電極との接続部が形成する直線の延長線とが成す角を二等分する方向へ、混抄紙の導電性繊維が配向されているので、電流は一方の電極から他方の電極へ向かう方向へ流れると共に、導電性繊維の配向方向へも流れようとする。この結果、面状発熱体の残余の二辺中長い方の辺側の電極近傍の隅部の電流密度が増加し、当該隅部の単位面積当たりの発熱量が増加し、面状ヒータの温度むらが減少する。
【０００６】
本発明においては、一対の電極と、四つの辺を有し一辺が一方の電極に接続され前記一辺に対向する一辺が他方の電極に接続されて電極間で延在する面状発熱体とを備え、前記一辺と一方の電極との接続部は直線を成し、前記対向する一辺と他方の電極との接続部は直線を成し、前記二つの直線の延長線が所定の角度を成して交差し、面状発熱体は導電性繊維と非導電性繊維とバインダーとから成る混抄紙であり、面状発熱体は残余の二辺の中間点を結ぶ直線を対称軸とする対称形状を有しており、混抄紙の導電性繊維が前記対称軸に平行に配向されていることを特徴とする面状ヒータを提供する。
本発明に係る面状ヒータにおいては、面状発熱体が残余の二辺の中間点を結ぶ直線を対称軸とする対称形状を有しており、混抄紙の導電性繊維が前記対称軸に平行に配向されているので、電流は一方の電極から他方の電極へ向かう方向へ流れると共に、導電性繊維の配向方向へも流れようとする。この結果、面状発熱体の残余の二辺中長い方の辺側の電極近傍の隅部の電流密度が増加し、当該隅部の単位面積当たりの発熱量が増加し、面状ヒータの温度むらが減少する。
【０００７】
【発明の実施の形態】
（１）均一温度領域と導電性繊維の配向との関係
台形の炭素繊維混抄紙から成る面状発熱体の両端に電極を取り付けた面状ヒータを用いて、混抄紙の炭素繊維の配向と面状発熱体の均一温度領域との関係を実測試験に基づいて調査した。試験条件を以下に示す。
〔試験条件〕
面状発熱体寸法：上底×下底×高さ＝１５８ｍｍ×３１６ｍｍ×５０ｍｍ
炭素繊維の配向：炭素繊維と電極が成す角度＝０度、３０度、９０度
供試面状ヒータを図２に示す。
試験方法      ：面状ヒータに電流を印加して発熱させ、サーモグラフを用い
て熱写真を撮影し、均一温度領域を求める。
均一温度領域  ：図３に示すように、面状発熱体の長さ方向中央部の両側縁部
を除く最も温度分布が均一と考えられる領域の温度ヒストグ
ラムを求め、当該ヒストグラムにおいて最も度数の多い温度
を標準温度Ｔｍとする。断面Ａ−Ａ上の、両側縁部を除く部
位の温度Ｔが、０．８Ｔｍ＜Ｔ＜１．２Ｔｍとなるポイント
ｘよりも長さ方向中央寄りの領域を均一温度領域とする。
〔試験結果〕
電極からポイントｘまでの距離ｄを以下に示す。
炭素繊維と電極が成す角度が０度の場合：ｄ＝９２．９ｍｍ
炭素繊維と電極が成す角度が３０度の場合：ｄ＝１１２．０ｍｍ
炭素繊維と電極が成す角度が９０度の場合：ｄ＝１２２．７ｍｍ
上記試験結果から、炭素繊維と電極が成す角度が０度から９０度の範囲内では、炭素繊維と電極が成す角度が０度の時に均一温度領域が最も広くなり、炭素繊維と電極が成す角度が増加するのに連れて均一温度領域が狭まり、炭素繊維と電極が成す角度が９０度の時に均一温度領域が最も狭くなることが分かった。
電流は面状発熱体の長手方向へ流れると共に、炭素繊維の配向方向へも流れようとする。この結果、炭素繊維と電極が成す角度が０度の場合、図２（ａ）で二重矢印で示すように、短い方の側縁側の電極端部から、炭素繊維に沿って長い方の側縁側の隅部へ向けて電流が流れ、当該隅部の電流密度が増加し、当該隅部の単位面積当たりの発熱量が増加して、均一温度領域が広くなると考えられる。他方、炭素繊維と電極が成す角度が９０度の場合、図２（ｃ）で二重矢印で示すように、短い方の側縁側の電極端部から、炭素繊維に沿って電極に直交する方向へ電流が流れるので、長い方の側縁側の隅部の電流密度は増加せず、均一温度領域が狭くなると考えられる。
【０００８】
（２）炭素繊維の配向を勘案した面状ヒータの設計指針
所定の角度を成して配設された一対の電極と、一端が一方の電極に接続され他端が他方の電極に接続され電極間で延在する面状発熱体とを備え、面状発熱体は導電性繊維と非導電性繊維とバインダーとから成る混抄紙である面状ヒータにおいて、導電性繊維を電極に平行に配向して炭素繊維と電極が成す角度を０度にすれば、均一温度領域が最も広くなる。しかし、例えば一対の電極が９０度の角度を成して配設されている場合、導電性繊維を一方の電極に平行に配向すると、他方に電極に対しては９０度の角度で配向することになり、一方の電極側では均一温度領域が広がるが、他方の電極側では均一温度領域が狭まることになる。係る問題を解決するためには、図４に示すように、混抄紙の導電性繊維を一対の電極が成す角θを２等分する方向へ配向すれば良い。上記配向を採用することにより、導電性繊維を一対の電極に対して同一角度を成して、且つできるだけ平行に延在させることができ、均一温度領域を広げることができる。
所定の角度を成して配設された一対の電極と、一端が一方の電極に接続され他端が他方の電極に接続され電極間で延在する面状発熱体とを備え、面状発熱体は導電性繊維と非導電性繊維とバインダーとから成る混抄紙であり、図５に示すように、面状発熱体が電極間の長手方向中央部を対称軸とする対称形状を有している面状ヒータにおいては、混抄紙の導電性繊維を前記対称軸に平行に配向すれば良い。上記配向を採用することにより、導電性繊維を一対の電極に対して同一角度を成して、且つできるだけ平行に延在させることができ、均一温度領域を広げることができる。
機械漉きの混抄紙は、図６に示すように、紙漉槽に蓄えた水に炭素繊維等の導電性繊維とパルプ等の非導電性繊維とを分散させ、紙漉槽内に予め配置したロール状の網を巻き取りつつ、混ざり合った導電性繊維と非導電性繊維とを網上に漉き取り、脱水し、バインダーを溶剤に溶かしたバインダー溶液を滴下し、乾燥して製造する。所定の速度で巻き取られる網によって混ざり合った導電性繊維と非導電性繊維とが漉き取られるので、導電性繊維は図６で矢印で示す網の巻き取り方向に配向される。導電性繊維が所定方向に配向された混抄紙から面状発熱体を切り取ることにより、導電性繊維を電極に対して所望の方向へ配向させることができる。
【０００９】
（３）均一温度領域と導電性繊維の配向強度との関係
台形の炭素繊維混抄紙から成る面状発熱体の両端に電極を取り付けた面状ヒータを用いて、混抄紙の炭素繊維の配向強度と面状発熱体の均一温度領域との関係を実測試験に基づいて調査した。炭素繊維の配向強度は、炭素繊維の配向方向に直交する方向へ電流を流した時の電気抵抗値Ｒ９０と炭素繊維の配向方向に電流を流した時の電気抵抗値Ｒ０との比、Ｒ９０／Ｒ０を意味する。配向強度が大きい程配向方向に延在する炭素繊維の割合が多く、配向強度が小さい程配向方向に延在する炭素繊維の割合が少ない。試験条件を以下に示す。
〔試験条件〕
面状発熱体寸法：上述の（１）と同じ。
炭素繊維の配向：炭素繊維と電極が成す角度＝０度
炭素繊維の配向強度：Ｒ９０／Ｒ０＝１．３、１．７
試験方法    ：上述の（１）と同じ。
均一温度領域  ：上述の（１）と同じ。
〔試験結果〕
Ｒ９０／Ｒ０＝１．７の面状ヒータの電極からポイントｘまでの距離ｄは、Ｒ９０／Ｒ０＝１．３の面状ヒータの電極からポイントｘまでの距離ｄの約５７％であった。
上記試験結果から、炭素繊維の配向を固定した場合、炭素繊維の配向強度を大きくすることにより、均一温度領域が広がることが分かる。
【００１０】
（４）炭素繊維の配向強度を勘案した面状ヒータの設計
上述の（２）で示した炭素繊維の配向を勘案した面状ヒータの設計指針に加えて、（面状発熱体の長い方の側縁の長さ）／（面状発熱体の短い方の側縁の長さ）の大小に対応して、導電性繊維の配向強度の値を大小に設定する。
（面状発熱体の長い方の側縁の長さ）／（面状発熱体の短い方の側縁の長さ）が大きくなる程、電極近傍の長い方の側縁側の隅部の低温領域が広がるので、（面状発熱体の長い方の側縁の長さ）／（面状発熱体の短い方の側縁の長さ）が大きくなる程、導電性繊維の配向強度を大きくし、電流が導電性繊維に沿って電極近傍の長い方の側縁側の隅部の方向へ流れようとする傾向を強めて、電極近傍の長い方の側縁側の隅部の低温領域の拡大を阻止し、均一温度領域の減少を阻止する。
図６の紙漉き工程において、網の巻き取り速度を高めることにより、配向強度を大きくすることができる。
上記説明は、台形の面状発熱体を備える面状ヒータについてなされているが、一対の電極の間で湾曲して延在する面状発熱体を備える面状ヒータに対しても本発明を適用することができる。
【００１１】
【発明の効果】
上記説明から分かるように、本発明に係る面状ヒータにおいては、混抄紙の導電性繊維が一対の電極が成す角を２等分する方向へ配向されているので、電流は面状発熱体の長手方向流れると共に、導電性繊維の配向方向へも流れようとする。この結果、電極近傍の長い方の側縁側の隅部の電流密度が増加し、当該隅部の単位面積当たりの発熱量が増加し、面状ヒータの温度むらが減少する。
【図面の簡単な説明】
【図１】面状ヒータに於ける電流密度分布を示す図である。
【図２】均一温度領域と導電性繊維の配向との関係を調べる試験に用いた供試面状ヒータを示す図である。
【図３】均一温度領域の定義を説明する図である。
【図４】本発明の実施例に係る面状ヒータの平面図である。
【図５】本発明の実施例に係る面状ヒータの平面図である。
【図６】機械漉き混抄紙の製造工程を示す図である。
【符号の説明】
ａ  長い方の側縁
ｂ  短い方の側縁
【図１】
0004544380.tif 000002
【図２】
0004544380.tif 000003
【図３】
0004544380.tif 000004
【図４】
0004544380.tif 000005
【図５】
0004544380.tif 000006
【図６】
0004544380.tif 000007