(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
オーステナイト系合金鋼からなる厚み２０〜１５０μｍの帯状金属箔材の複数を長手方向に沿って並列的に配列し、この配列した各帯状金属箔材上を横断するように、この帯状金属箔材と同質であって２〜４倍の厚みを有する接続用金属箔材の複数を並列的に配列し、これらの帯状金属箔材及び接続用金属箔材を上下方向から絶縁樹脂フィルム材で挟んだ状態で被覆して被覆体とし、この被覆体に対し、前記した帯状金属箔材と接続用金属箔材との交叉部を被覆している絶縁樹脂フィルム材上からレーザー溶接法により接合することにより、前記各帯状金属箔材を蛇行状に接続して一電路を形成することを特徴とする温熱発生体の製造方法。
【請求項２】
オーステナイト系合金鋼からなる厚み２０〜１５０μｍの帯状金属箔材の複数を長手方向に沿って並列的に配列し、この配列した各帯状金属箔材上を横断するように、この帯状金属箔材と同質であって２〜４倍の厚みを有する接続用金属箔材の２条を１組として、その複数組を一定間隔で並列的に配列し、これらを上下方向から絶縁樹脂フィルム材で挟んだ状態で被覆して長尺状の被覆体とし、被覆体に対し、絶縁樹脂フィルム材上から前記した各帯状金属箔材と各接続用金属箔材との交叉部をレーザー溶接法により接合して後に、各組の接続用金属箔材間の中央線に沿う向きに位置する前記各帯状金属箔材上に切り抜き孔を設けると共に、前記各帯状金属箔材間であって１つ置きの部位に位置する前記接続用金属箔材上に切り抜き孔を接続用金属箔材の長手方向に沿って設けて加工体となし、この加工体を上下方向から絶縁樹脂フィルム材で挟んだ状態で被覆し、さらに、各接続用金属箔材の中央で切断して、前記各帯状金属箔材を蛇行状に接続して一連の電路を形成する温熱発生体を順に得ることを特徴とする温熱発生体の製造方法。
【請求項３】
レーザー溶接法におけるレーザービームの強度が、接続用金属箔材の厚さに応じて２．０〜６．０Ｊである請求項１又は２に記載された温熱発生体の製造方法。
【請求項４】
レーザー溶接法による溶接面の直径が、０．１６〜１．９５ｍｍの範囲となるように溶接する請求項１、２又は３に記載された温熱発生体の製造方法。
【請求項５】
長尺状の帯状金属箔材、上部及び下部の絶縁樹脂フィルム材を個別の巻出し機からそれぞれ繰り出して、それらの繰り出し端を一体的に巻取り機により巻き取るようにした請求項１、２、３、又は４に記載された温熱発生体の製造方法。
【請求項６】
請求項１〜５の製造方法により得られる、溶接部の金属箔が化学的に変質化しない温熱の発生体であることを特徴とする温熱発生体。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、住宅の床暖房、暖房機器、屋上融雪装置、フロアーマットなどの用途に利用できる温熱発熱体及びその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、床暖房用等の温熱発生体としては、電気伝導性を有するカーボングラフトポリマーと樹脂との混練材を平面状に成形し、その成形物の全面に絶縁被覆層を設けたもの、金属箔表面をエッチングによりパターン配線化し、さらに絶縁樹脂を被覆したもの、また、平面基材の全面にコードヒータ、テープヒータ、又はリボンヒータ等の温熱線材を配列固定したもの、などが知られている。
【０００３】
しかし、上記した従来のカーボングラフトポリマーを電気導電材としたものでは、第一に、カーボン粒子の粒径を均一化するのが難しく、樹脂と混練するにあたって、カーボン粒子の分散や成形物の膜厚が一定しないなど、不確定要素が多いため、品質管理が困難であるという欠点がある。第二に、カーボン自体の電気的特性は、その電気伝導度が負の温度特性となっているので、加熱材料として用いたときの温度上昇と共に、低抵抗化して過熱状態となり、温度暴走をきたすおそれがあり、その場合には、温度制御が困難となる欠点がある。第三に、加熱使用の繰り返しにより、成形物表面のマトリックスの樹脂部が劣化し、電気抵抗を支配する導電カーボン粒子の接点が次第に不可逆的となって、徐々にヒステリシスが大きくなる現象が生じることが確認されている。このようにヒステリシスが大きくなると、適切な温度制御が困難になるという欠点もある。
【０００４】
金属箔表面をエッチングによりパターン配線化等した温熱加熱体では、ケミカルエッチングによる場合、使用薬品に強酸が用いられることが多いために、作業に危険を伴い、またその廃液処理に手間と高いコストが要る等の問題がある。また、物理的エッチングによる場合、エッチング工程をバッチ的に行う必要から、その工程だけが別工程となるために、連続的な製造が困難であるという欠点がある。
【０００５】
コードヒーター等を用いる温熱加熱体では、点又は線状の温熱源の配置となり、対流電熱を主体とする伝熱構成となるため、その加熱面で温度分布のムラが生じて、加熱効率が悪くなるという欠点がある。
【０００６】
上記したような従来の温熱発熱体における諸欠点のほかに、床暖房等の家庭用暖房システムとして使用する場合には、その裏面材として断熱材や表面材以外に、温熱発熱体が、遮音性等に悪影響を及ぼすことがある。
【０００７】
このような従来の温熱発生体の諸欠点に対処するため、特開２０００−１８２７５８号公報に開示されているように、バネ鋼の金属箔を絶縁樹脂フィルムで被覆した、広面積で長尺の温熱発生体の構成の温熱発生体が、開発されるに至っている。この開示されている温熱発生体の製造方法は、巻き出し装置からそれぞれ絶縁樹脂フィルムとバネ鋼金属箔材とを別々に繰り出して、バネ鋼金属箔材を絶縁樹脂フィルム材で挟み込むように被覆する手段によるものである。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記した特開２０００−１８２７５８号公報には、一連の製造ラインにおいて、蛇行状の一電路を形成する製造方法は開示されてはいない。また、開示された温熱発生体の構成では、バネ鋼金属箔材による電路が短い。このため、温熱発生体としての電力調整を行なうには、バネ鋼金属箔材の幅や厚みを小さくせざるを得ないが、その場合には、バネ鋼金属箔材の機械的強度が弱くなってしまうから、その開示する製造方法をそのままでは適用できない。
【０００９】
そこで、本発明は、表面を均等な温熱状態で速やかに発熱させることができる薄厚形態の温熱発生体を安定した状態で、迅速かつ確実に得ることができる温熱発生体の製造方法を提供することを目的とした。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記した目的を達成するため、本発明の温熱発生体の製造方法は、オーステナイト系合金鋼からなる厚み２０〜１５０μｍの帯状金属箔材の複数を長手方向に沿って並列的に配列し、この配列した各帯状金属箔材上を横断するように、この帯状金属箔材と同質であって２〜４倍の厚みを有する接続用金属箔材の複数を並列的に配列し、これらの帯状金属箔材及び接続用金属箔材を上下方向から絶縁樹脂フィルム材で挟んだ状態で被覆して被覆体とし、この被覆体に対し、前記した帯状金属箔材と接続用金属箔材との交叉部を被覆している絶縁樹脂フィルム材上からレーザー溶接法により接合することにより、前記各帯状金属箔材を蛇行状に接続して一電路を形成することを特徴とする。
【００１１】
上記した本発明の温熱発生体の製造方法において、オーステナイト系合金鋼からなる厚み２０〜１５０μｍの帯状金属箔を発熱材として用いることにより、巻き出し機等から帯状金属箔材を並列的に配列して、連続的に繰り出すように配することが可能となる。従って、これらの帯状金属箔材を蛇行状に接続することによって、前記した従来のエッチング法による温熱発生体の構成と比較して、自由度が大きく、大きな発熱面積の温熱発生体に容易に対応させることができ、発熱面全体で均等な温度状態の温熱を発生させることが可能な温熱発生体を得ることができる。
【００１２】
また、本発明の温熱発生体の製造方法では、中間工程で、帯状金属箔材及び接続用金属箔材を絶縁樹脂フィルム材で被覆した被覆体を形成するので、帯状金属箔材及び接続用金属箔材を固定した状態とするので、その後の送り出しと溶接等の工程を、連続して、しかも容易かつ迅速に行なうことが可能となる。
【００１３】
帯状金属箔材を形成するオーステナイト系合金については、特に限定するものではないが、例えば、表１のような組成のオートステナイト系合金であることが好ましい。
【００１４】
【表１】
0003793409.tif 000002
【００１５】
帯状金属箔材の厚さが、２０μｍ未満であると、ハンドリングに支障をきたして、量産に適した剛性を確保できず、また、１５０μｍを超えると、帯状金属箔材の剛性が高くなるため、有効な遮音効果を確保できなくなる。従って、良好なハンドリングと、遮音作用を安定的に発揮させるためには、帯状金属箔材の厚さの好ましい範囲は、２０〜１００μｍである。
【００１６】
また、帯状金属箔材と接続用金属箔材との溶接工程をレーザー溶接法で行なうことにより、前記した被覆体に対して絶縁樹脂フィルム材の上から帯状金属箔材と接続用金属箔材との溶接を実行することが可能となる。この場合、従来の製造工程における真空や特定ガス等の特殊な溶接条件を必要としないから、その溶接工程を容易かつ迅速に、しかも経済的に行なうことができる。また、その溶接部分では、被覆している絶縁樹脂フィルム材により、溶接時の高温状態で空気中に晒されることが防止されるので、帯状金属箔材と接続用金属箔材との溶接部が、空気により酸化されることが少なく、その酸化が原因する脆性化等の劣化をきたすことがほとんどない。従って、長期間に耐え得る温熱発生体を得ることができる。
【００１７】
レーザー溶接法におけるレーザービームの好ましい強度は、接続用金属箔材の厚さに応じて２．７〜５．３Ｊである。即ち、帯状金属箔材に対して接続用金属箔材の厚みが２倍の場合は、２．７Ｊ、３倍の場合は、３．０Ｊ、ＰＥＴフィルム出絶縁被覆した場合、２倍の厚みで、４．５〜５．３Ｊのレーザービーム強度であることが好ましい。
【００１８】
これは、接続用金属箔材の厚み比に応じて、帯状金属箔材と接続用金属箔材との間の溶接強度が異なると共に、レーザービーム強度が過大であると、溶接部に溶接時の熱により開孔が生じてしまうからである。このような開孔の存在は、帯状金属箔材と接続用金属箔材との接続部の電気抵抗値を増加させ、その電路に温度ムラが生じる原因となるのである。
【００１９】
レーザー溶接法による溶接は、その溶接部の直径が、０．１６〜１．９５ｍｍの範囲となるように行なうことが好ましい。帯状金属箔の幅が１〜２０ｍｍの場合、この溶接面の直径が０．１６〜１．９５ｍｍの範囲であると、この溶接による接続部が、十分に接合されると共に、帯状金属箔材及び接続用金属箔材と同等の電路となり、通電時にその接続部に過熱等の障害をきたすことがない。
【００２０】
本発明の温熱発生体の第二の製造方法は、オーステナイト系合金鋼からなる厚み２０〜１５０μｍの帯状金属箔材の複数を長手方向に沿って並列的に配列し、この配列した各帯状金属箔材上を横断するように、この帯状金属箔材と同質であって２〜４倍の厚みを有する接続用金属箔材の２条を１組として、その複数組を一定間隔で並列的に配列し、これらを上下方向から絶縁樹脂フィルム材で挟んだ状態で被覆して長尺状の被覆体とし、被覆体に対し、絶縁樹脂フィルム材上から前記した各帯状金属箔材と各接続用金属箔材との交叉部をレーザー溶接法により接合して後に、各組の接続用金属箔材間の中央線に沿う向きに位置する前記各帯状金属箔材上に切り抜き孔を設けると共に、前記各帯状金属箔材間であって１つ置きの部位に位置する前記接続用金属箔材上に切り抜き孔を接続用金属箔材の長手方向に沿って設けて加工体となし、この加工体を上下方向から絶縁樹脂フィルム材で挟んだ状態で被覆し、さらに、各接続用金属箔材の中央で切断して、前記各帯状金属箔材を蛇行状に接続して一連の電路を形成する温熱発生体を順に得ることを特徴とする。
【００２１】
このような切り抜き工程を含む製造方法によれば、温熱発生体の表面全体の均等位置に一連で蛇行状の電路を、機械的な工程により連続的に、容易にかつ迅速に形成することができる。
【００２２】
また、上記した本発明の温熱発生体の製造方法を効果的に実施するために、前記した長尺状の帯状金属箔材、上部及び下部の絶縁樹脂フィルム材を個別の巻出し機からそれぞれ繰り出して、それらの繰り出し端を一体的に巻取り機により巻き取るようにした工程によることができる。
【００２３】
【実施例】
本発明に係る温熱発生体の製造方法の実施例を図に基づいて説明する。図１には、温熱発生体の製造に使用する製造装置１を示した。この製造装置１は、加熱ローラ２、３と、加熱ローラ２、３の前方位置に配された巻出し機４、下部の巻出し機８及び上部の巻出し機１１と、接続用金属箔材１５を繰り出す繰出し機１４と、加熱ローラ２、３の後方位置に配された巻取り機１８とからなる。
【００２４】
巻出し機４からは長尺状の帯状金属箔材５の２０条が、それぞれ９ｍｍ間隔の並列状態で繰り出される。また、巻出し機８からは長尺状の下部の絶縁樹脂フィルム材９、及び巻出し機１１からは長尺状の上部の絶縁樹脂フィルム材１２がそれぞれ繰り出される。繰り出されてきた各帯状金属箔材５は誘導ローラ６、７により、また、絶縁樹脂フィルム材９、１２は誘導ローラ１０、１３によりそれぞれ誘導されて、加熱ローラ２、３の間に張装状態で集束するように配されている。
【００２５】
この製造装置１では、まず、巻き出し機８から繰り出されてきた下部用の絶縁樹脂フィルム材９の上に、巻き出し機４から各帯状金属箔材５が順次繰り出されて並列的に配列される（図２参照。）。次いで、図３に示すように、タイミングを合わせて、配列された帯条金属箔材５の上に横断するように、２条一組の接続用金属箔材１５が１６ｍｍの間隔で配列される。さらに、これらの帯状金属箔材５及び接続用金属箔材１５を覆うように、巻き出し機１１から繰り出されてきた上部の絶縁樹脂フィルム材１２が重ね合わされる。その後、これらは加熱ローラ２、３の間を通過する時に、絶縁樹脂フィルム材９と絶縁樹脂フィルム材１２との間が溶着された被覆体１７として形成され、巻取り機１８で順次巻き取られる。
【００２６】
次いで、所定の巻出し機から被覆体１７を繰り出して、図４に示すレーザー溶接機１９内に送り込まれる。レーザー溶接機１９は、溶接ロボット２０、パルス発生機２１及び加圧機２２とからなる。溶接ロボット２０では、パルス発生機２１のパルス信号にタイミングを合わせて、レーザービームが照射されてその溶接機能が発揮される。従って、この溶接ロボット２０の溶接機能により、被覆体１７における帯状金属箔材５と接続用金属箔材１５との交叉部２４が溶接され、溶接加工体１７ａとなる。溶接加工体１７ａには、図５に示す溶接部２５は、溶接ロボット２０からのレーザービームが絶縁樹脂フィルム材１２を介して交叉部２４に照射されて生じたものである。この溶接加工体１７ａの溶接部２５は、さらに加圧機２２によって、その溶接状態が整形される。
【００２７】
この実施例での各使用材料の仕様については、次の表２に示した。なお、接続用金属箔材５については、厚みが１００μｍ、１５０μｍ又は２００μｍのいずれかのものを選択して使用した。
【００２８】
【表２】
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【００２９】
レーザー溶接機１９による溶接部２５の溶接状態等について、接続用金属箔材１５の厚みに応じて、レーザービームの強度を変えて溶接を行い、それそれの場合の溶接部におけるの溶接状態の良否、及び開孔発生の有無を確認して、その結果を表３に示した。
【００３０】
【表３】
0003793409.tif 000004
【００３１】
表３において、溶接状態の良否は、溶接部２５における溶接状態が良好な数と、溶接した溶接部２５の数の比で示した。また、開孔の有無は、接続用金属箔材１５における溶接面に開孔の発生しているか否かを視覚で確認した。開孔の発生が無の場合は、溶接部２５で電路の電気抵抗値が均一となり、良好な溶接状態となり、有の場合は、溶接部２５で電路の電気抵抗値が不均一となり、不良な溶接状態となる。
【００３２】
表３に示した結果から、ＰＥＴフィルム被覆を施した接続用金属箔材１５の厚みが１００μｍである場合において、レーザービーム強度が４．４〜５．３Ｊであるときに、溶接部２５で良好な溶接状態が得られることが分かる。また、溶接部２５の直径は０．８８ｍｍであった。また、この例の場合、溶接部２５の部分の色が絶縁樹脂フィルム１２の炭化により黒変していたが、帯状金属箔材５及び接続用金属箔材１５には酸化等の障害の発生は認められなかった。
【００３３】
上例の場合、帯状金属箔材５の断面積は、０．２５ｍｍ2 （＝５ｍｍ×０．０５ｍｍ）であるので、溶接部２５の直径が０．５６ｍｍであれば、電路として帯状金属箔材５及び接続用金属箔材１５と同等である。また、上例では、溶接部２５の直径が０．８８ｍｍで０．５６ｍｍを超えるから、溶接部２５に電力が集中して過熱等の障害が生じることはない。
【００３４】
次いで、溶接加工体１７ａを、さらに、図６に示す打ち抜き機２３内に送り込んで、所定の部位に打ち抜き孔２６及び２７を形成した。この打ち抜き孔２６、２７のパターンは、図５に示すように、一組の接続用金属箔材１５の間の中央線ｐに沿う向きに位置する各帯状金属箔材５上に打ち抜き孔２６を設けると共に、各帯状金属箔材５間であって１つ置きの部位に位置する接続用金属箔材１５上に打ち抜き孔２７を接続用金属箔材１５の長手方向に沿って設けて，加工体１７ｂとした。この加工体１７ｂにおいて、各打ち抜き孔２６は、各帯状金属箔材５を切断するものであり、各打ち抜き孔２７は、各接続用金属箔材１５を接続分の長さで切断するものである。
【００３５】
次いで、加工体１７ｂに対しては、前記した溶接及び打ち抜きによって生じた帯状金属箔材５及び接続溶金属箔材１５の露出部分を被覆するため、前記した製造装置１による場合と同様の工程で、さらに、絶縁樹脂フィルム材１２ａ（厚み３００ｍｍ、幅３００ｍｍ）を上下から挟んだ状態で積み重ねて、これらを加熱ローラにより溶着した。次いで、図７に示すように、加工体１７ｂの中央線ｐ上で切断し、温熱発生体３０を得た。この温熱発生体３０は、各接続用金属箔材１５の組に対する加工によって順次得られる。
【００３６】
得られた温熱発生体３０は、図８に示すように、帯状金属箔材５ａと、この帯状金属箔材５ａを上下方向から挟んだ状態で絶縁樹脂フィルム材３１及び３２により被覆されてなる。絶縁樹脂フィルム材３１は、絶縁樹脂フィルム１２、１２ａの積層材であり、絶縁樹脂フィルム材３２は、絶縁樹脂フィルム材９、１２ａの積層材である。
【００３７】
この得られた温熱発生体３０には、図８に示す電源部材３３によって電力が供給される。電源部材３３は、図９に示すように、２本の帯状の電源線３４と１本の帯状のアース線３５とが、絶縁樹脂フィルム材３６により上下方向から挟んだ状態で被覆された構成を有している。なお、３７は雌型コネクタ、３８は雄型コネクタであり、電源線３４及びアース線３５の両端末に設けられている。
【００３８】
帯状金属箔材５ａは、複数の帯状金属箔材材５ａ間を接続用金属箔材１５ａで接続することにより一電路をなす蛇行状に形成され、温熱発生体３０の全表面に渡って均一に分散された状態で配設されている。
【００３９】
帯状金属箔材５ａと接続用金属箔材１５ａによって蛇行状に接続された電路は、その一端が一方の電源線３４に接続され、他端が他方の電源線３４に接続されている。帯状金属箔材５ａの他の部分は、絶縁樹脂フィルム材３１及び３２によって絶縁状態となっている。このような構成から、温熱発生体３０では、電源線３４からの電力供給により帯状金属箔材５ａが発熱し、その表面全体を均等な温熱状態とする。
【００４０】
【発明の効果】
上述したように本発明は構成されるから次のような効果が発揮される。まず、本発明の温熱発生体の製造方法によれば、帯状金属箔材と接続用金属箔とを絶縁樹脂フィルムにより被覆して固定し、これを巻出し機等により繰り出しできる状態とし、その交叉部をレーザー溶接法により接続するようにしたので、これらを機械的操作により容易にかつ迅速に、しかも安定した状態で温熱発生体を製造することができる。しかも、この温熱発生体は、住宅の床暖房用等として使用するのに適した、帯状金属箔及び絶縁樹脂フィルムを使用して全体として薄厚な形態のものとして得られる。
【００４１】
また、帯状金属箔材と接続用金属箔との溶接に際し、レーザービーム強度及び溶接部における直径を一定の範囲に調整することにより、その溶接部の溶接状態を温熱発生体の表面を熱効率よく均等に発熱させることができる温熱発生体を得ることができる。
【００４２】
このように、本発明の製造方法により得られる温熱発生体は、表面全体が高い熱効率で均等な温熱状態で得られるから、家庭用等の床暖房システム等として有効かつ経済的に利用できると共に、オーステナイト系合金を素材とする帯状金属箔材の小さい剛性により、特に、遮音性に富む構成を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の温熱発生体の製造方法を実施するための製造装置の概略図である。
【図２】本発明の温熱発生体の製造方法の製造工程おける、下部の絶縁樹脂フィルム上への帯状金属箔材の配列状態を説明する部分平面図である。
【図３】本発明の温熱発生体の製造方法の製造工程おける被覆体の構成を説明する破断部分平面図である。
【図４】本発明の温熱発生体の製造方法の実施に使用するレーザー溶接装置の概略図である。
【図５】本発明の温熱発生体の製造方法の製造工程における溶接加工体の構成を説明する部分平面図である。
【図６】本発明の温熱発生体の製造方法の実施に使用する打ち抜き装置の概略図である。
【図７】本発明の温熱発生体の製造方法の製造工程における加工体に対する切断状態を説明する部分平面図である。
【図８】本発明の温熱発生体の製造方法により製造された温熱発生体の斜視図である。
【図９】本発明の温熱発生体の製造方法により製造された温熱発生体の中間部を省略したＡ−Ａ縦断面図である。
【符号の説明】
１  温熱発生体の製造装置
２、３  加熱ローラ
４  巻出し機
５、５ａ  帯状金属箔材
８  巻出し機
９  絶縁樹脂フィルム材
１１  巻出し機
１２  絶縁樹脂フィルム材
１２ａ  絶縁樹脂フィルム材
１４  繰り出し機
１５、１５ａ  接続用金属箔材
１７  被覆体
１７ａ  溶接加工体
１７ｂ  加工体
１８  巻取り機
１９  レーザー溶接機
２０  溶接ロボット
２１  パルス発生機
２２  加圧機
２３  打ち抜き機
２４  交叉部
２５  溶接部
２６、２７  打ち抜き孔
３０  温熱発生体
３１、３２  絶縁樹脂フィルム
３３  電源部
【図１】
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【図２】
0003793409.tif 000006
【図３】
0003793409.tif 000007
【図４】
0003793409.tif 000008
【図５】
0003793409.tif 000009
【図６】
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【図７】
0003793409.tif 000011
【図８】
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【図９】
0003793409.tif 000013