(57)【要約】【課題】極薄いフィルム状ないしシート状で柔軟性があり、しかも、構造が簡素であってコスト的に有利に製造できる面状温度センサーを提供する。【解決手段】温度の上昇に応じて電気抵抗値が小さく変化する半導体フィルムを間にして、その上下両面に該半導体フィルムに通電させる面電極を薄い層状に形成し、半導体フィルムと両面電極とからなるこの薄いサンドイッチ抵抗構造体を上下の絶縁性フィルムの間に挟み込むことによりそれで密閉して被覆してなるフィルム状ないしシート状で、その一端部において半導体フィルムに温度コントローラーからの電流を通すための両面電極に対する電気的な接続手段を設けてあって、前記半導体フィルムは、ポリアミド樹脂フィルムに含水調整処理を施すことにより電気抵抗値を設定してなることを特徴とする。【選択図】    図１
2009099654.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
温度の上昇に応じて電気抵抗値が小さく変化する半導体フィルムを間にして、その上下両面に該半導体フィルムに通電させる面電極を薄い層状に形成し、半導体フィルムと両面電極とからなるこの薄いサンドイッチ抵抗構造体を上下の絶縁性フィルムの間に挟み込むことによりそれで密閉して被覆してなるフィルム状ないしシート状で、その一端部において半導体フィルムに温度コントローラーからの電流を通すための両面電極に対する電気的な接続手段を設けてあって、前記半導体フィルムは、ポリアミド樹脂フィルムに含水調整処理を施すことにより電気抵抗値を設定してなることを特徴とする面状温度センサー。
【請求項２】
面電極が粘着金属箔であって、それを半導体フィルムに接着してなることを特徴とする請求項１記載の面状温度センサー。
【請求項３】
面電極が半導体フィルムに金属蒸着してなることを特徴とする請求項１記載の面状温度センサー。
【請求項４】
前記電気的な接続手段は、金属箔からなる一対の粘着リード線を幅方向へ位置違いに配置してそれぞれの上下面電極に接着することにより接続してなり、前記絶縁性フィルムの間にサンドイッチ抵抗構造体と共に挟んであって、且つ、該粘着リード線に、温度コントローラーへの出力線の接点を絶縁性フィルムの上に露出して設けたことを特徴とする請求項１，２又は３記載の面状温度センサー。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、主として電気床暖房や電気カーペット等にその温度制御のために電気ヒーターと共に内装するフィルム状ないしシート状に薄い面状温度センサーに関する。
【背景技術】
【０００２】
床やカーペットに電気ヒーターが蛇行状に配置されることにより、比較的広い面積を通電により加熱、加温するシステムが構成される。この場合、電気ヒーターには、ニクロム線の蛇行状配線体や、絶縁フィルムに通電発熱剤が印刷される発熱フィルム等が使用され、いずれにおいても安全性のためにその電気ヒーターをＯＮ／ＯＦＦする温度過昇防止装置が具備される。
【０００３】
例えば床暖房では、ニクロム線等の電気ヒーターを蛇行状に配置して床を発熱体として構成するとともに、発熱体（被加温体）の温度を制御するために、バイメタルを応用したサーモスタットや温度ヒューズなどの温度センサーを電気ヒーターと併用して装備し、こうして発熱体が過度に温度上昇したときに、発熱体への通電が自動的に停止される。
【０００４】
しかし、従来、サーモスタットや温度ヒューズ等は、感知する範囲が点状又は線状に部分的に限られているから、温度過昇防止装置としての安全性に万全を図るために、ヒーター面積に対し複数個均等に取り付けられる。これは電気用品安全法による技術基準に定められていることであるが、これでも、取り付けられていない部分がもし、熱がこもる断熱状態になった場合、これが感知されないままその部分は温度が過度に上昇し、局所過剰熱で危険な状態を招くという問題があった。
【０００５】
このような事態を防ぐためにサーモスタット等を全体に散在して万遍なく取り付けるとすれば、配線の煩雑さやコストにおいて現実的ではない。また、温度センサーとしては温度により抵抗値が変化する感熱線がありが、これはヒーターに沿って取り付け得るので、蛇行させて全体的に均等に取り付けて使用されている。しかし、これは電気カーペットなどに利用され、コード状ヒーターと抱き合わせての使用に適するが、面状ヒーター（フィルム状）の場合に感熱線をヒーター上に蛇行させ取り付けるのは容易ではなく、これと併用して使用されているケースはほとんどなかった。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記のように、従来の温度過昇防止装置の温度センサーは、点状又は線状の範囲の温度を感知するものであったが、殊に点状であると温度の検出範囲が極めて限られるし、線状の温度感知の場合であるとフィルム状の電気ヒーターには使用に適しなかった。また、温度センサーやサーモスタット等の器具は面に対して高さのある突起状であったり、厚手で剛性があったりしたので、床やカーペットに組み込み難く、床の場合であると、組み込む空間を作るために一部をくり抜いてそこに納めて封じる等の手数が掛かった。また、カーペットの場合であると、センサー等の器具のある部分で上面に隆起する等の不都合があった。
【０００７】
この発明は、上記のような実情に鑑みて、極薄いフィルム状ないしシート状で柔軟性があり、しかも、構造が簡素であってコスト的に有利に製造できる面状温度センサーを提供することを課題とした。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の課題を解決するために、この発明は、温度の上昇に応じて電気抵抗値が小さく変化する半導体フィルムを間にして、その上下両面に該半導体フィルムに通電させる面電極を薄い層状に形成し、半導体フィルムと両面電極とからなるこの薄いサンドイッチ抵抗構造体を上下の絶縁性フィルムの間に挟み込むことによりそれで密閉して被覆してなるフィルム状ないしシート状で、その一端部において半導体フィルムに温度コントローラーからの電流を通すための両面電極に対する電気的な接続手段を設けてあって、前記半導体フィルムは、ポリアミド樹脂フィルムに含水調整処理を施すことにより電気抵抗値を設定してなることを特徴とする面状温度センサーを提供するものである。
【０００９】
（作用）
面状温度センサーを上記のように構成したから、対象とする温度過昇防止装置に適合するように、半導体フィルム１の電気抵抗値を設定するには、その素材としてのポリアミドフィルム（ナイロンフィルム）の含水率を変化させる処理を行う。これは、ポリアミドフィルムが、温度の上昇に応じて電気抵抗値が小さく変化する半導体性質を有するとともに、含水率に比例して電気抵抗値が小さくなる知見に基づくものである。そして、含水率は、半導体様フィルムを挟む上下の面電極と、絶縁性フィルムとの湿気バリア性で保持される。
【００１０】
この面状温度センサーの使用については、床暖房や温熱カーペット等に内装する電気ヒーターに組み込むように併用し、電気的な接続手段を介して温熱コントローラーに両面電極を接続する状態とする。そうして、電気ヒーターと共に温熱コントローラーを起動状態にしておくと、電気ヒーターと共にカーペット等の被加温体の温度が上昇するが、その温度の影響を受けて半導体フィルムの電気抵抗値が低下して、両面電極の間に流れる電流が増大し、それが情報として温度コントローラーに送られることにより、温度コントローラーがＯＦＦとなって、一定の温度に低下するまで、電気ヒーターへの電流が遮断される。また、一定の温度に低下すると面状温度センサーの抵抗値が大きくなることにより、温度コントローラーがＯＮとなって、電気ヒーターに電気が送られ、再びその働きで被加温体が加熱され、この繰り返しで加温体の温度がほゞ一定に保持される。
【発明の効果】
【００１１】
以上説明したように、この発明の面状温度センサーによれば、半導体フィルムを間にして上下に面電極と絶縁性フィルムを有する構造によって、極薄いフィルム状ないしシート状であるため、広い範囲の温度変化を捉えることができるよう自由な広さ設計が可能であることはもちろん、柔軟性があることとも相まって、電気ヒーター、殊に面状電気ヒーターに抱き合わせに組み込みやすく、そのため床暖房や温熱カーペット等において特に使用に適し、また、構造が簡素であってカーペット等の上に部分的に突出するような不都合がなく、また、ありふれた素材を使用できコスト的に有利に製造できるという優れた効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
この発明においては、温度の上下に応じて電気抵抗値が変化する半導体フィルム１を間にして、その上下に該半導体フィルム１に通電させる面電極３，３を薄い層状に設けてなるサンドイッチ抵抗構造体１０が中心となるものである。これは様々な研究と実験を積み重ねた結果、ポリアミドフィルム（ナイロンフィルム）が温度センサーとして特性の良い有機半導体又は半導体に近い電気抵抗体であることを見い出したことによるものである。
【００１３】
ポリアミドフィルムないしナイロンフィルムには、それ固有の電気抵抗率ないし伝導率を有するが、フィルム面間の電気抵抗値は、面積に逆比例し、厚みに比例するので、制作においては、少なくとも、面積と厚みとの関係の他に抵抗値の設定処理を行うことになる。この設定処理の参考として、具体的には、表１、表２と図６の線グラフを提示する。すなわち、表１および図６のイ線は、ナイロン６６（４０μｍ）を常温、常圧においた保存品を１０，０００ｃｍ２当たりにおいて両面間の電気抵抗値を計測した結果を示す。これに対して、表２および図２のロ線は、同じくナイロン６６（４０μｍ）の普通のナイロンフィルムを、５０°Ｃで湿度９０％の雰囲気中に２時間放置して処理したとき、２時間経過時の抵抗値を計測した結果を示す。
【表１】
2009099654.tif 000003
【００１４】
【表２】
2009099654.tif 000004
【００１５】
この計測結果によれば、両方のナイロンフィルムは、温度が上昇するとともに電気抵抗値が減少するが、保存品のナイロンフィルム（イ線）では、電気抵抗値が比較的大きく、含水処理したナイロンフィルム（ロ線）では、電気抵抗値が比較的小さい。なお、半導体は、金属とは反対に温度が上がると抵抗が減少する性質を有し、これを抵抗温度係数が負であるというが、上記の値はこのことを示している。なお、ナイロンフィルムは、延伸することにより引張り強さが著しく大きくなり、破断伸びや、引裂き伝播強さが減少し、適度に腰のある硬いフィルムとなることから、延伸して好ましく使用できる。また、ナイロンフィルムは、耐磨耗性に優れ、キズがつきにくく、ガス透過性は、プラスチックフィルム中で最も小さい部類に属する。
【００１６】
面電極３，３としては、例えばアルミニウムや銅、亜鉛、金、銀やそれらの合金の金属箔に導電性粘着剤をコーティングした粘着金属箔を使用することができ、これは比較的容易に制作できるのでコスト的に有利である。さらに面電極３，３は、半導体フィルム１の両面に金属蒸着することにより膜状に形成することもでき、こうすれば、極めて薄いサンドイッチ抵抗構造体１０を形成できる。
【００１７】
電気的な接続手段についえは、両方の面電極３，３にリード線７，７を取り付け、それをセンサーの温度・電気抵抗特性及びセンサー面積に応じて調整された温度コントローラーに接続すると、カーペット等の加温体において温度過昇防止装置が構成される。つまり、温度過昇防止装置の構成については、例えば、床暖房用の面状フィルムヒーターを考えた場合、ヒーター面積と同等に、またはコストを考慮するならば面状温度センサーＳの幅を狭くしてヒーターの長さのものを制作し、ヒーターの中央長手方向一列または数列に並べて取り付け、リード線及びヒーター電源線を温度コントローラーに接続する。
【００１８】
今仮に、ヒーターの端が放熱しない断熱状態になった場合を考えると、従来であればその部分にサーモスタットが設置されていれば良いが、なかった場合はその部分の温度上昇を感知して全体の平均温度が設定温度より上昇し危険な状態を招く。これに対して、本願発明の面状温度センサーＳによれば、センサーは面状であるためヒーターの全域を監視する状態になり安全性が高くなる。
【００１９】
面状温度センサーＳとして使用される半導体樹脂は、ポリアミド樹脂、好ましくはナイロン樹脂であり組成により数種類があるが、その中でε‐アミノカプロラクタムの開環重合によるナイロン６及びヘキサメチレンジアミンとアジピン酸の縮重合によりナイロン６６が好ましく、厚みは薄い程厚み方向の抵抗値が低くなるが、簡単な作業上の要請から見ると例えば２０〜３０μｍが好ましい。ポリアミド樹脂は吸湿性があり含水率が高い程抵抗値が低くなり、保存されている雰囲気の湿度により抵抗値が影響されるので、一定の抵抗値のセンサーを制作する場合は、一定の温度及び一定の湿度の雰囲気中で電極との貼り合わせを行うこと等が必要であって、以後両方の面電極３，３で含水率が保持される。
【００２０】
さらに適正抵抗値の設定について具体例で述べると、ヒーターＨ面積が大きいために、温度コントローラーに対し適合抵抗値の範囲を越えてしまうときは、ヒーター面積に適合するよう抵抗値を下げる必要がある。また、ヒーターＨ面積が比較的小さいために対応する面状温度センサーＳの面積が取れない場合、センサーの抵抗値が大きくなり温度コントローラーに対し適合抵抗値の範囲を越えてしまうので、このような場合も抵抗値を下げる必要がある。そのような場合は、恒温、恒湿下において飽和吸湿させる。例えば、５０°Ｃ、９０％湿度で処理してその状態を保ちながら電極と張り合わせて制作することにより抵抗値をおおよそ１／１０に下げることができることは、前記表１，２及び図６について説明した通りである。抵抗値の設定は、温度、湿度、気圧、時間等の相互調整により適正に行うことができる。
【００２１】
絶縁性フィルム５，５については、絶縁性に優れているポリエチレンやポリプロピレン等のプラスチックフィルムが使用されるが、湿気を通さないバリア性を具備していることが望ましい。
【実施例】
【００２２】
図１ないし図４は、この発明に係る一実施の形態を示したもので、その面状温度センサーＳは、矩形の面状体として構成されており、その構造については、電気抵抗値を低くなるよう含水処理を施した半導体フィルム１を上下の面電極３，３でほゞ全体的に挟み、さらに上下の絶縁用の絶縁性フィルム５，５で挟んでサンドイッチ抵抗構造体１０を構成するとともに、一端部で図示しないコントローラーへのプラス／マイナスの出力線６，６を接続するために、両リード線７，７を両絶縁性フィルム５，５の間に挟むことにより突出させ、リード線７，７はそれぞれ面電極３，３に接続される。
【００２３】
半導体フィルム１は、４０μｍ厚のナイロン６６のフィルムを５０°Ｃの温度で９０％の湿度雰囲気中に２時間置いて処理した前記表２に該当するものを使用した。しかし、表１に該当するフィルムを使用することもある等、適宜抵抗値のフィルムが使用される。半導体フィルム１を挟む両面電極３，３には、アルミ箔が使用され、導電性粘着剤により半導体フィルム１に張り合わされる。なお、両面電極３，３は、半導体フィルム１を全面的に被覆するものであるが、半導体フィルム１から食み出して接触しないように、それよりも一回り幅狭く形成されている。
【００２４】
リード線７，７にも銅箔が使用され、それを帯状に形成して面電極３，３の外側面に導電性粘着剤を介して接着される。また、両方のリード線７，７が接触しないように、両方の面電極３，３に位置を違えて取り付けられている。したがって、この面状温度センサーＳにおいて、最も厚みのある部分は、リード線７，７が面電極３，３に接着されている部分である。
【００２５】
しかし、ここでは、半導体フィルム１と、両面電極３，３の金属箔と、両リード線７，７の金属箔の重なった各厚みを合計した極僅かな厚みとなる。また、リード線７を面電極３と一体に成形すれば、リード線７，７の厚み分だけさらに薄化が可能となる。
【００２６】
被覆フィルム５，５には、強度が優れ、電気絶縁性、耐熱・耐寒性、耐薬品性、耐然性等に優れていることから粘着ポリエステルフィルムを使用し、半導体フィルム１や面電極３，３よりも広く形成され、それらやリード線７，７を包み込むように挟んで接着される。そして、一端部において出力線６，６のリード線７，７への接点９，９が上面に露出される。
【００２７】
（使用例）
図５において、（ａ）図，（ｂ）図，（ｃ）図としてそれぞれ異なる使用例１，２，３を示す。いずれも図示の使用対象がマットや床等に挿入される面状の電気ヒーターＨであって、それに組み込んだ使用状態を示す。なお、この場合、電気ヒーターＨの構造自体については、カーボン等の発熱剤が絶縁性の基部フィルム１５の上に蛇行状に印刷されて上下基部フィルム１５，１５でサンドイッチ状に挟まれているものとするが、その他にニクロム線による場合等、電気ヒーターＨの構造については様々となる。１３，１３が温度コントローラーによりＯＮ／ＯＦＦされる電気ヒーターＨの電源入力線である。
【００２８】
（ａ）図の場合であると、面状温度センサーＳは前記実施例と同じ矩形の形状であって、電気ヒーターＨがそれよりも一回り大きく、その中に面状温度センサーＳが電気ヒーターＨの上記した両絶縁性フィルム１５，１５に挟まれている。また、一端からは温度コントローラーに電気抵抗値によりＯＮ／ＯＦＦの指令を発する出力線６，６が前記電源入力線１３，１３とともに引き出されている。
【００２９】
（ｂ）図の場合は、面状温度センサーＳを帯状に長く形成した場合であって、電気ヒーターＨに一端で折り返して長手方向に沿って平行に内装される。また、（ｃ）図では、電気ヒーターＨの幅中央に沿って一条に挿入される。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】この発明に係る面状温度センサーの層構造を分解して示す斜視図である。
【図２】同面状温度センサーを部分的に切欠して示す平面図である。
【図３】同面状温度センサーの層構造を模式的に示す説明図である。
【図４】図２のＡ−Ａの拡大断面図である。
【図５】この発明に係る面状温度センサーの使用例として、（ａ）図、（ｂ）図、（ｃ）図の３例を示す平面説明図である。
【図６】ナイロンフィルムの電気抵抗値が含水により変化する等をイ、ロ線の２例で比較して説明する棒グラフ図である。
【符号の説明】
【００３１】
Ｓ  面状温度センサー
１  半導体様フィルム
３  面電極
５  絶縁性フィルム
６  出力線
７  電気的な接続手段を構成するリード線
９  電気的な接続手段を構成する接点
１０  サンドイッチ抵抗構造体
【図１】
2009099654.tif 000005
【図２】
2009099654.tif 000006
【図３】
2009099654.tif 000007
【図４】
2009099654.tif 000008
【図５】
2009099654.tif 000009
【図６】
2009099654.tif 000010
【手続補正書】
【提出日】平成19年11月16日(2007.11.16)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３０】
【図６】ナイロンフィルムの電気抵抗値が含水により変化する等をイ、ロ線の２例で比較して説明するグラフである。
【手続補正書】
【提出日】平成19年11月26日(2007.11.26)
【手続補正１】
【補正対象書類名】手続補正書
【補正対象項目名】手続補正１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３０】
【図１】この発明に係る面状温度センサーの層構造を分解して示す斜視図である。
【図２】同面状温度センサーを部分的に切欠して示す平面図である。
【図３】同面状温度センサーの層構造を模式的に示す説明図である。
【図４】図２のＡ−Ａの拡大断面図である。
【図５】この発明に係る面状温度センサーの使用例として、（ａ）図、（ｂ）図、（ｃ）図の３例を示す平面説明図である。
【図６】ナイロンフィルムの電気抵抗値が含水により変化する等をイ、ロ線の２例で比較して説明するグラフである。