(57)【要約】【課題】面状の発熱体において、電流が流れる距離が異なる形状の場合でも、面内の温度分布を均一にすることが可能な発熱体を提供すること。【解決手段】シート１００には、端部１００Ａから端部１００Ｂにわたって、複数の貫通孔１０２が形成されている。ここで、シート１００は第１周縁１００Ｃの方が、第２周縁１００Ｄより短い形状である。さらに、シート１００上の、第１周縁１００Ｃに近い領域を短経路部ＩＳとし、第２周縁１００Ｄに近い領域を長経路部ＯＳとする。このとき短経路部ＩＳの周縁を投影した面積に対し、短経路部ＩＳにおいて前記フィルム１０１が形成されていない面積の比である第１開口率は、長経路部ＯＳの周縁を投影した面積に対し、長経路部ＯＳにおいてフィルム１０１が形成されていない面積の比である第２開口率より大きくなる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一端と他端との間に電圧を印加することで発熱する導電性のフィルム部を有するシートと、前記一端及び前記他端にそれぞれ設けられてなる一対の電極と、を備えた発熱体であって、
前記シートは、
その周縁が、前記一端及び前記他端と、前記一端から前記他端までに形成される第１周縁部及び第２周縁部と、からなり、
前記第１周縁部は、前記第２周縁部より短く形成され、
前記第１周縁部側に形成される短経路部と、前記第２周縁部側に形成される長経路部と、が並列して形成され、
前記短経路部の周縁を投影した面積に対して、前記短経路部において前記フィルム部が形成されていない面積の比である第１開口率は、前記長経路部の周縁を投影した面積に対して、前記長経路部において前記フィルム部が形成されていない面積の比である第２開口率より大きいことを特徴とする発熱体。
【請求項２】
前記短経路部及び前記長経路部のそれぞれに複数の貫通孔が形成され、
前記短経路部の面積に対し当該部に形成された前記複数の貫通孔の総開口面積の比は、前記長経路部の面積に対し当該部に形成された前記複数の貫通孔の総開口面積の比よりも大きいことを特徴とする請求項１記載の発熱体。
【請求項３】
前記複数の貫通孔は、それぞれの開口面積が略同一となるように形成されており、
前記長経路部に形成されている前記複数の貫通孔の数よりも前記短経路部に形成されている前記複数の貫通孔の数が多いことを特徴とする請求項２記載の発熱体。
【請求項４】
前記長経路部に形成されている前記貫通孔の開口面積よりも、前記短経路部に形成されている前記貫通孔の開口面積が大きいことを特徴とする請求項２記載の発熱体。
【請求項５】
前記短経路部には複数の貫通孔が形成される一方で、前記長経路部には貫通孔が形成されないことを特徴とする請求項１に記載の発熱体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気で発熱する発熱体に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、暖房や凍結防止を目的として、暖房便座をはじめ、自動車のシートの座面、椅子の座面、またはドアノブなどの内部に発熱体を配置することが知られている。
【０００３】
例えば、上記の用途に用いる発熱体として線状発熱体がある。特許文献１には、発熱線と、エナメル層により構成されるエナメル線とから形成される線状発熱体が開示されている。この線状発熱体は、外周に絶縁層を設けた発熱線と、発熱線を挟み込む金属箔と、金属箔の外周に防水絶縁層を備えている。
【０００４】
しかし、線状発熱体は使用により断線する可能性がある。そして、一か所でも断線してしまうと発熱しなくなるという課題がある。そのため、近年は、このような断線の可能性のない面状発熱体が多く用いられている。例えば、特許文献２には、導電性粒子を含んだインクを用いて、スクリーン印刷によって基材上に形成された抵抗体と、耐熱性の樹脂を含んだインクを用いて、スクリーン印刷によって抵抗体を覆うように形成された絶縁被覆層とを有した面状発熱体について開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００９−７６４３８号公報
【特許文献２】特開２０１１−２２７９９９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、特許文献２に示される面状発熱体を便座に使用した場合、便座の根元部分（ヒンジ部分）からＵ字状に発熱体を配置し、Ｕ字に沿って電気の流れを形成することになる。この場合、面状発熱体の電極同士の距離が近い領域と遠い領域とでＵ字に流れる電流の距離に差が出るため、単位時間当たりの電流量に差が生じてしまい、温度が均一にならない。すなわち、電気の流れる距離が短い領域のほうがより温まり易く、電気の流れる距離が長い領域のほうが温まり難い。
【０００７】
本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、面状の発熱体において、電流が流れる距離が異なる形状の場合でも、面内の温度分布を均一にすることが可能な発熱体を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、本発明に係る発熱体は、一端と他端との間に電圧を印加することで発熱する導電性のフィルム部を有するシートと、前記一端及び前記他端にそれぞれ設けられてなる一対の電極と、を備えた発熱体であって、前記シートは、その周縁が、前記一端及び前記他端と、前記一端から前記他端までに形成される第１周縁部及び第２周縁部と、からなり、前記第１周縁部は、前記第２周縁部より短く形成され、前記第１周縁部側に形成される短経路部と、前記第２周縁部側に形成される長経路部と、が並列して形成され、前記短経路部の周縁を投影した面積に対して、前記短経路部において前記フィルム部が形成されていない面積の比である第１開口率は、前記長経路部の周縁を投影した面積に対して、前記長経路部において前記フィルム部が形成されていない面積の比である第２開口率より大きいことを特徴とする。
【０００９】
以上のような本発明において、発熱体は、シートと、一対の電極とを備えている。電極は、シートの一端と他端とにそれぞれ設けられている。シートは、一端と他端との間に電圧を印加することで発熱する導電性のフィルム部を有している。また、シートは、その周縁が、一端及び他端と、当該一端から他端までに形成される第１周縁部及び第２周縁部とからなる。さらに、第１周縁部は第２周縁部より短い。このようなシートの形状として例えば、Ｕ字形、コの字形など様々な形状が挙げられる。
【００１０】
さらにシートは、並列するように形成された短経路部と長経路部とが設けられている。並列するとは、短経路部の領域と長経路部の領域とが交わらないように配置されていることをいう。短経路部は、シート上の第１周縁部寄りに形成され、長経路部は、シート上の第２周縁部寄りに形成されている。このため、陽極から陰極までの長さであって、第１周縁部に沿った長さは、短経路部の方が長経路部よりも常に短い。よって、陽極から陰極へ電気を流した場合に、短経路部と長経路部とで電流が通る回路の長さが異なり、単位時間当たりに流れる電流量が異なる。その結果、単位時間当たりの電流量が多い短経路部と少ない長経路部とで温度に差が生じる。そこで、短経路部の周縁を投影した面積に対し、短経路部においてフィルム部が形成されていない面積の比である第１開口率は、長経路部の周縁を投影した面積に対し、長経路部においてフィルム部が形成されていない面積の比である第２開口率より大きくなるようにした。
【００１１】
第１開口率は、短経路部内の領域であってフィルム部が設けられていない領域を、短経路部の周縁を投影した面積で割った値をいう。また、第２開口率は、長経路部内の領域であってフィルム部が設けられていない領域を、長経路部の周縁を投影した面積で割った値をいう。第１開口率を第２開口率よりも大きくすることで、短経路内におけるフィルム部の割合が下がることになり、結果として、単位時間当たりに短経路部を流れる電流量が低下することになる。これによって、面内の温度分布のムラを解消することが可能となる。
【００１２】
さらに、本発明に係る発熱体は、前記短経路部及び前記長経路部のそれぞれに複数の貫通孔が形成され、前記短経路部の面積に対し当該部に形成された前記複数の貫通孔の総開口面積の比は、前記長経路部の面積に対し当該部に形成された前記複数の貫通孔の総開口面積の比よりも大きいことも好ましい。
【００１３】
総開口面積は、貫通孔の開口部の面積の総和をいう。この好ましい態様では、短経路部と長経路部とのそれぞれに複数の貫通孔が形成されている。そして、短経路部の面積に対しこの短経路部に形成された複数の貫通孔の総開孔面積の比は、長経路部の面積に対しこの長経路部に形成された複数の貫通孔の総開口面積の比よりも大きい。これによって、短経路部の領域に単位時間当たりに流れる電流量を低く抑えることができ、面内の温度分布の均一化を図ることができる。
【００１４】
さらに、本発明に係る発熱体は、複数の貫通孔は、それぞれの開口面積が略同一となるように形成されており、長経路部に形成されている複数の貫通孔の数よりも短経路部に形成されている複数の貫通孔の数が多いことも好ましい。さらに、本発明に係る発熱体は、短経路部には複数の貫通孔が形成される一方で、長経路部には貫通孔が形成されないことも好ましい。この好ましい態様では、必要な箇所の電流量だけを抑えることによって、発熱効率を維持したまま温度分布の均一化を図ることができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、面状の発熱体において、電流が流れる距離が異なる形状の場合でも、面内の温度分布を均一にすることが可能な発熱体を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の実施形態における発熱体の模式的に示した平面模式図である。
【図２】本発明の実施形態における発熱体の他の態様を示す平面模式図である。
【図３】本発明の実施形態における発熱体の面内の電流を模式的に示した図である。
【図４】本発明の実施形態における発熱体の適用例を示す模式図である。
【図５】図４のＡ−Ａ断面図である。
【図６】本発明の実施形態における発熱体の適用例を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、添付図面を参照しながら本発明の実施の形態について説明する。説明の理解を容易にするため、各図面において同一の構成要素に対しては可能な限り同一の符号を付して、重複する説明は省略する。
【００１８】
図１は、本発明に係る発熱体を模式的に示す図である。発熱体１０は、図１に示すようにシート１００と、シート１００の端部１００Ａ及び端部１００Ｂに設けられた陽極２０１及び陰極２０２とからなる。
【００１９】
シート１００は、その周縁が、端部１００Ａと、端部１００Ｂと、第１周縁部１００Ｃと、第２周縁部１００Ｄとから形成され、さらに、第１周縁部１００Ｃが第２周縁部１００Ｄよりも短い弧の字形状を成している。以下の説明では、第１周縁部１００Ｃを内周、第２周縁部１００Ｄを外周とも呼ぶ。なお、本発明のシート１００の形状は、このような弧の字形に限られず、第１周縁部１００Ｃが第２周縁部１００Ｄよりも短くなる形状、言い換えれば、内周が外周よりも短くなる形状であればよい。例えば、Ｕ字形、コの字形、または波形など用途に応じて形成可能であり、その用途も、便座、自動車のシートの座面や椅子の座面等も含まれる。
【００２０】
図１では、端部１００Ａの中点から端部１００Ｂの中点までを第１周縁部１００Ｃに沿って結ぶ中心線である境界Ｂによって、シート１００の領域を区切った場合に、第１周縁部１００Ｃ側の領域を短経路部ＩＳとし、第２周縁部１００Ｄ側の領域を長経路部ＯＳとしている。なお、短経路部ＩＳと、長経路部ＯＳとは並列して形成されている。並列であるとは、形成された２つの領域が交わらないように配置されている状態をいう。
【００２１】
短経路部ＩＳは、長経路部ＯＳよりも、第１周縁部１００Ｃ寄りに形成されているため、陽極２０１から陰極２０２までの長さであって、第１周縁部１００Ｃに沿った長さは、短経路部ＩＳの方が長経路部ＯＳよりも常に短くなる。なお、ここでは、説明の便宜上、短経路部ＩＳと長経路部ＯＳとの境界Ｂを中心線としているが、本発明における短経路部ＩＳと長経路部ＯＳとの境界Ｂは、中心線に限られない。短経路部ＩＳは第１周縁部１００Ｃ寄りに形成され、かつ長経路部ＯＳよりも第１周縁部１００Ｃ側に形成される領域であれば良い。また、長経路部ＯＳは第２周縁部１００Ｄ寄りに形成され、かつ短経路部ＩＳよりも第２周辺部１００Ｄ側に形成される領域であれば良い。すなわち、短経路部ＩＳが第１周縁部１００Ｃ側からシート１００を３分の２程度占有するように形成される場合もあれば、反対に長経路部ＯＳが第２周縁部１００Ｄ側からシート１００を３分の２程度占有するように形成される場合もある。
【００２２】
シート１００上に形成された領域である短経路部ＩＳと長経路部ＯＳにはそれぞれ、端部１００Ａ及び端部１００Ｂから電圧を印加することで発熱する導電性のフィルム１０１を有している。フィルム１０１は、例えば、炭素系粉末などの導電性材料を用いて得られた樹脂をシート状にし、形成される。なお、フィルム１０１は、このような態様に限らず、例えば炭素繊維からなるシートによって構成することも可能である。
【００２３】
発熱体１０は、フィルム１０１の端部１００Ａ及び１００Ｂにそれぞれ電圧がかけられることで面内に電流が流れ、これによって発熱する。本実施形態においては、一例として、端部１００Ａに陽極２０１を形成し、端部１００Ｂに陰極２０２を形成したものとして説明する。すなわち、この例では、電流は端部１００Ａから端部１００Ｂの向きへ流れる。
【００２４】
フィルム１０１には、端部１００Ａから端部１００Ｂにわたって、複数の貫通孔１０２が形成されている。短経路部ＩＳまたは長経路部ＯＳにどの程度、貫通孔１０２が設けられているかは第１開口率または第２開口率で表される。第１開口率は、短経路部ＩＳに設けられた貫通孔１０２の開口部の面積の和である総開口面積を、開口部を含んだ短経路部ＩＳ全体の面積で割った値をいう。また、第２開口率は、長経路部ＯＳに設けられた貫通孔１０２の開口部の面積の和である総開口面積を、開口部を含んだ長経路部ＯＳ全体の面積で割った値をいう。複数の貫通孔１０２は、フィルム１０１において、第１開口率の方が第２開口率よりも大きくなるように形成されている。すなわち、短経路部ＩＳ側には割合としてより多くの貫通孔１０２が形成され、長経路部ＯＳ側には割合として短経路部ＩＳ側より貫通孔が少なく形成されている。なお長経路部ＯＳ側は、貫通孔１０２が形成されない場合も含む。
【００２５】
図１の例では、フィルム１０１に形成された各貫通孔１０２の面積はすべて同一になっている。そのため、この場合、第１開口率が第２開口率よりも大きいとは、単位面積当たりの貫通孔１０２の数が、シート１００の内周側の領域である短経路部ＩＳの方が外周側の領域である長経路部ＯＳよりも多くなっていることを指す。例えば、境界Ｂが中心線でなく、より内周側やより外周側に設けられている場合であっても、内周側の領域の方が外周側の領域よりも、単位面積当たりの貫通孔１０２の数が多くなるように、フィルム１０１に貫通孔１０２が形成される。
【００２６】
なお、本発明は、このような態様に限らず、例えば、図２に示すように、短経路部ＩＳと長経路部ＯＳとで貫通孔１０２の数を同じにしつつ、貫通孔１０２の開口面積を複数のパターンで構成することも含む。すなわち、発熱体１０Ａでは、フィルム１０１に形成される貫通孔１０２の面積を、開口面積が大きい貫通孔１０２Ａと、開口面積が中くらいの大きさである貫通孔１０２Ｂと、開口面積が小さい貫通孔１０２Ｃとで形成する。そして、短経路部ＩＳの単位面積当たりの総開口面積が長経路部ＯＳの単位面積当たりの総開口面積が、よりも大きくなるように、これらの貫通孔１０２Ａ〜１０２Ｃを形成するものである。
【００２７】
なお、図１の例では、貫通孔１０２を模式的に表しているため、実際の実施態様よりも大きく表される。実際には、貫通孔１０２は微細孔で形成されることが望ましい。また、貫通孔１０２は、円形状で表されているが、これに限定されず、楕円形や多角形、スリット形状等であってもよい。また、シート１００に設けられるのは、孔に限定されず、フィルム１０１が設けられていない非導電性の領域であればよい。例えば貫通孔１０２を形成する代わりに、シート１００内に樹脂等を埋め込むとしてもよい。この場合、第１開口率は、短経路部ＩＳに形成される非導電性の領域の総面積に対する、当該非導電性の領域を含む短経路部ＩＳの面積の比であって、また、第２開口率は、長経路部ＯＳに形成される非導電性の領域の総面積に対する、当該非導電性の領域を含む長経路部ＯＳの面積の比であってもよい。
【００２８】
次に、図３を用いて、フィルム１０１における電流の流れを模式的に示す。図中の矢印は電流が通る回路を示している。この例では、長経路部ＯＳには貫通孔１０２の数が少ないため、端部１００Ａから流れ出た電流は貫通孔１０２にほとんど衝突することなく端部１００Ｂまで到達することができる（矢印３０Ａ）。そのため、長経路部ＯＳでは、電流は貫通孔１０２の影響をほとんど受けない。
【００２９】
一方、短経路部ＩＳでは、端部１００Ａから流れ出た電流は、端部１００Ｂに到達するまでの間、貫通孔１０２の開口部を通ることができないため、貫通孔１０２を迂回して進む（矢印３０Ｂ）。このため、短経路部ＩＳでは迂回路の分だけ回路が長くなり、本来の端部１００Ａから端部１００Ｂまでの回路の長さよりも電流が通る距離が増える。これによって、短経路部ＩＳを単位時間当たりに流れる電流量が、貫通孔１０２がない場合に比べて小さくなる。
【００３０】
ここで、貫通孔１０２は、シート１００を貫通しているので、電気はこの貫通孔１０２を通らない。すなわち、フィルム１０１上を流れる電流は、貫通孔１０２を迂回する。そのため、貫通孔１０２が形成された領域では、電流が通る回路がこの迂回路の分、長く形成されることになる。したがって、貫通孔１０２が形成された領域では、単位時間当たりの電流量を低下し、結果として発熱量が低下する。
【００３１】
従来の面状発熱体の場合、陽極から陰極までの距離が短い短経路部ＩＳの方が、長経路部ＯＳよりも電流が通る回路も短く、単位時間あたりに流れる電流量が多い。そのため、短経路部ＩＳが、長経路部ＯＳに比べて温度が上昇しやすかった。すなわち、陽極に電圧がかかると、短経路部ＩＳの温度が長経路部ＯＳよりも上昇し、面内の温度分布にムラが生じていた。
【００３２】
そこで、シート１００では、貫通孔１０２を、長経路部ＯＳよりも、単位時間当たりの電流量の多い領域である短経路部ＩＳに多く設け、第１開口率よりも第２開口率の方が大きくなるようにした。これにより、シート１００上の温度分布のムラを制御した。
【００３３】
このように第１開口率が、第２開口率より大きくなるような分布で貫通孔１０２を設けることによって、単位時間当たりに短経路部ＩＳと長経路部ＯＳとを通る電流の量を調整する。望ましくは、長経路部ＯＳと、短経路部ＩＳとの単位時間当たりに流れる電流量が等しくなるような分布で、貫通孔１０２を形成する。これによって、フィルム１０１の面内の温度分布を調整することができるようになる。特に、それぞれの貫通孔１０２の開口面積が同一にすることで、孔の数の多寡によって、長経路部ＯＳと短経路部ＩＳとの温度分布の調整を行うことができる。
【００３４】
また、貫通孔１０２は、長経路部ＯＳには形成していないとしてもよい。これにより、長経路部ＯＳにおける単位時間当たりに流れる電流量の減少を伴わず、短経路部ＩＳにおける単位時間当たりに流れる電流量だけを調整することで全体の温度分布の調整を行うことができる。
【００３５】
なお、貫通孔１０２の開口面積は、長経路部ＯＳに形成されるものよりも、短経路部ＩＳに形成されるもののほうが大きく構成することも可能である。この場合には、長経路部ＯＳから短経路部ＩＳに向けて、貫通１０２の数を同数にしつつ、孔の大きさを徐々に大きくしていくことで温度分布の調整が可能になる。
【００３６】
続いて、本発明の発熱体１０の適用例を図４〜図６に示す。図４は、発熱体１０を便座に使用した例を示す模式図であり、図５は図４のＡ−Ａ断面図である。同図に示すように、発熱体１０を便座ＴＳに用いた場合、便座ＴＳの形状に沿って、Ｕ字状に配置され、端部１００Ａ及び１００Ｂから、便座装置Ｔに設けられた電源Ｐに接続される。また、図５に示すように、発熱体１０は、便座ＴＳの断面形状に沿って湾曲して配置される。このような便座ＴＳにおいて、従来の発熱体では、短経路部ＩＳの温度が高くなり、長経路部ＯＳの温度はそれほど上昇しない。これに対して、発熱体１０では、短経路部ＩＳと長経路部ＯＳとの電流量を調整することで、短経路部ＩＳと長経路部ＯＳとの温度分布を均一化することができる。
【００３７】
図６は、発熱体１０を自動車等に用いられるシートの座面Ｓに用いた例を示す平面模式図である。発熱体１０を座面Ｓに用いた場合、座面Ｓの形状に沿ってＵ字又はコの字形に配置され、端部１００Ａ及び１００Ｂから、座面Ｓの外部に設けられた電源Ｐに接続される。このような座面Ｓにおいて、便座ＴＳの場合と同様に、従来の発熱体では、短経路部ＩＳの温度が高くなり、長経路部ＯＳの温度はそれほど上昇しない。これに対して、発熱体１０では、短経路部ＩＳと長経路部ＯＳとの電流量を調整することで、短経路部ＩＳと長経路部ＯＳとの温度分布を均一化することができる。
【００３８】
以上、具体例を参照しつつ本発明の実施の形態について説明した。しかし、本発明はこれらの具体例に限定されるものではない。すなわち、これら具体例に、当業者が適宜設計変更を加えたものも、本発明の特徴を備えている限り、本発明の範囲に包含される。例えば、前述した各具体例が備える各要素およびその配置、材料、条件、形状、サイズなどは、例示したものに限定されるわけではなく適宜変更することができる。また、前述した各実施の形態が備える各要素は、技術的に可能な限りにおいて組み合わせることができ、これらを組み合わせたものも本発明の特徴を含む限り本発明の範囲に包含される。
【符号の説明】
【００３９】
１０、１０Ａ、１０Ｂ：発熱体
３０Ａ、３０Ｂ：電流
１００：シート
１００Ａ、１００Ｂ：端部
１００Ｃ：第１周縁部
１００Ｄ：第２周縁部
１０１：フィルム
１０２：貫通孔
【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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