床暖房用石材
【課題】床暖房用に使用される石材からの放熱効果を発揮させる上で、石材本体の曲げ強度を低下させることなく、発熱体への電力の供給をし続ける必要を解消する。
【解決手段】板状に形成された石材本体２の背面から少なくとも厚さ方向の中間部までの区間に複数の凹部２ａを形成し、この複数の凹部２ａを石材本体２の全面に分散して配置し、床暖房用石材１を構成する。
石材本体２を厚さ方向に貫通させて凹部２ａを形成する。
凹部２ａを石材本体２の周囲を除いた領域にスリット状に形成し、凹部２ａの、石材本体２の背面からの深さを石材本体２の周囲寄りで小さくする。
凹部２ａ内に、発熱体３からの熱を石材本体２に伝える伝熱体４を挿入する。
【解決手段】板状に形成された石材本体２の背面から少なくとも厚さ方向の中間部までの区間に複数の凹部２ａを形成し、この複数の凹部２ａを石材本体２の全面に分散して配置し、床暖房用石材１を構成する。
石材本体２を厚さ方向に貫通させて凹部２ａを形成する。
凹部２ａを石材本体２の周囲を除いた領域にスリット状に形成し、凹部２ａの、石材本体２の背面からの深さを石材本体２の周囲寄りで小さくする。
凹部２ａ内に、発熱体３からの熱を石材本体２に伝える伝熱体４を挿入する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は床暖房用に使用される床暖房用石材に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
板状に成型された石材を床暖房の床材として使用する方法では、適度の熱伝導率を有する石材を利用して石材の上の空間を暖房するため、石材の背面に熱源としての発熱体が敷設される（特許文献１、２参照）。
【０００３】
発熱体の使用中には発熱体が石材背面に接した状態で熱が石材表面にまで伝導し、その状態が継続するよう、発熱体の温度が常に一定に維持される必要があることから、発熱体には電源からの電力の供給を受け続ける導電シートの使用が不可欠になる（特許文献１、２参照）。
【０００４】
また発熱体からの熱が石材の一部に集中的に伝わることを緩和させ、発熱体の熱を分散させて石材に伝導させるために、発熱体と石材との間に均熱板を介在させることもある（特許文献１参照）。
【０００５】
特に発熱体から石材表面までの熱伝導効率を高めたい場合には、石材本体の背面側に凹部を形成し、この凹部内に発熱体（ヒーター）を収納することが行われる（特許文献３、４参照）。
【０００６】
【特許文献１】特開２０００−３１４５３６号公報（請求項１、段落００１３〜００１４、００２０〜００２５、００２９〜００３２、図２〜図３）
【特許文献２】実用新案登録第３０７５５９３号公報（請求項１、段落００１９〜００２５、図１、図３）
【特許文献３】特開平６−１５９６９５号公報（請求項２、段落００１０〜００１１、図２）
【特許文献４】特開平１１−８３０５７号公報（請求項３、段落００１９、図１、図２）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１、２では石材の背面に発熱体が接触した状態にあるとき、発熱体の熱は石材背面から表面へかけて石材の厚さ方向に伝導するため、石材の厚さ（板厚）が大きければ石材背面からその表面までに熱が伝わり、石材表面上に暖房効果が表れるまでに時間を要する。
【０００８】
従って床暖房用床材としての石材の暖房効率を上げる上では、石材の厚さを抑える方がよいが、厚さを小さくすれば上載荷重（鉛直荷重）に対する石材の曲げ強度を低下させるため、石材の厚さを低減させることには限界がある。
【０００９】
特許文献３、４では凹部に発熱体が完全に収納されるだけの大きさを与えなければならないため、石材本体が元々有する板厚を不必要に減少させ、凹部が形成された領域の曲げ強度を低下させる不利益がある。この場合、石材本体の凹部の形成領域が薄肉化するため、床材として使用される場合に、上載荷重によって石材が破壊し易くなる。
【００１０】
逆に特許文献３、４において石材本体に十分な曲げ強度を与えるには、加工前の元の石材に、本来、必要とされる石材本体の板厚に、発熱体の厚さを加えた大きさの厚さを与えておかなければならない。この場合、石材本体が必要以上に厚くなり、質量も大きくなるため、石材の使用効率が悪くなる。
【００１１】
本発明は上記背景より、石材本体の曲げ強度を低下させることなく、石材表面からの放熱効果を有効に発揮させる形態の床暖房用石材を提案するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
請求項１に記載の床暖房用石材は、板状に形成された石材本体の背面から少なくとも厚さ方向の中間部までの区間に複数の凹部が形成され、この複数の凹部が前記石材本体の全面に分散して配置されていることを構成要件とする。
【００１３】
凹部は石材本体の表面、もしくは背面の全面の中で点状、あるいは線状等に形成され、具体的には例えば孔状に、または石材本体の面内方向に長さを持ったスリット状に形成される。孔状の凹部はドリル等によって形成され、スリット状の場合には電動カッター等によって形成される。石材本体は主に方形状等、多角形状に形成されるが、平面形状は問われない。
【００１４】
凹部は石材本体の表面からその上の空気に均等に熱が放出される上では、孔状の場合には複数の凹部が石材本体の平面上、均等に分散して配置されることが適切であり、スリット状の場合には複数の凹部が凹部の長さ方向に交差する方向に等間隔を置いて配列することが適切である。
【００１５】
石材本体の背面から少なくとも厚さ方向の中途までの区間に凹部が形成されることで、石材本体の背面に発熱体が接触している状態では、石材本体背面から表面へ石材本体の断面（凹部以外の部分）を通じて熱が伝導することに加え、発熱体に熱せられた凹部内の空気が凹部の奥まで到達する。
【００１６】
この結果、凹部の奥からも熱が石材本体の断面を通じて石材本体表面まで伝導するため、凹部がない場合より発熱体から石材本体表面への熱の伝導効率と石材表面からの放熱効果が向上し、発熱体の熱が石材本体表面から放熱されるまでの時間が短縮される（表１、図１２、図１３）。凹部内の空気が熱せられることは熱の対流によって起こる。
【００１７】
また凹部内で熱せられた空気が凹部内に留まろうとすることで、石材本体背面からの熱伝導のみによる場合より石材本体の蓄熱性も向上するため、発熱体が熱源としての機能を失った後にも石材本体の放熱効果（暖房効果）が持続する傾向が強まる。特に凹部が石材本体の全体に分散して形成されることで、石材本体からは均等に放熱されるため、放熱が特定の領域に集中することはない。
【００１８】
石材本体には凹部が形成されるものの、例えば点状や線状等に、全体的に分散して形成されることで、石材本体の表面、もしくは背面の面積（平面積）に占める凹部の領域が部分的で済むため、石材本体の板厚が低減されることにはならない。全体的には凹部が形成されない状態の石材本体と同じ板厚を持った石材と同等程度の曲げ強度を発揮する。
【００１９】
石材本体に凹部が形成されながらも、凹部は点状、あるいは線状等であることで、図７−（ａ）に示すように石材本体がその厚さ方向に受ける荷重を凹部以外の部分（中実部分）にアーチ作用により流す働きをする。また図９に示すように凹部以外の部分が石材本体に生ずる曲げモーメントに抵抗するリブとして機能することも期待されるため、凹部の形成によって石材本体の曲げモーメントに対する抵抗力が格別、低下することはない。従って特許文献３、４のような、石材本体に発熱体が納まる大きさの凹部を形成する場合の問題は発生しない。
【００２０】
請求項２に記載のように凹部が石材本体を厚さ方向に貫通している場合には、凹部内の空気が石材表面にまで連通することで、発熱体からの対流による熱が石材表面にまで直接、到達するため、石材背面から表面への熱の伝達効率がより向上する。石材本体を厚さ方向に貫通する凹部は、凹部が孔状であるか、スリット状であるかに関係なく形成される。スリット状の場合にも、凹部が石材本体の側面間に連続して形成されない限り、石材本体を貫通できることによる。
【００２１】
請求項２では凹部が石材本体を貫通することで、貫通しない場合より曲げ強度が低下することが想定されるが、石材本体の平面積に占める凹部の領域が部分的であることで、図７−（ｂ）に示すように凹部以外の部分におけるアーチ作用とリブとしての機能は維持されるため、凹部が貫通することによる曲げ強度の低下が問題になることはない。
【００２２】
請求項３に記載のように請求項２において凹部の、石材本体の背面側の断面と表面側の断面の大きさが相違している場合には、例えば孔状の凹部がその大きい側の断面と同一断面のまま厚さ方向に連続している場合との対比では、発熱体からの熱が石材本体の表面側へ伝達されにくくなり、凹部を通じた石材本体の背面から表面への熱の伝達を制御できる利点がある。ここで言う凹部の断面は石材本体の表面に平行な切断面（孔の軸方向に直交する断面）を言う。
【００２３】
凹部の断面は図８に示すように石材本体の背面側から表面側へかけて次第に変化する場合と、図７−（ｂ）に示すように段階的に変化する場合があり、断面の変化には図８−（ａ）に示すように石材本体の背面側から表面側へかけて小さくなる場合と、図８−（ｂ）に示すように大きくなる場合がある。図８では便宜上、円錐台形の凹部を示しているが、径の異なるドリルを使用することによりこれに近い形状の凹部が形成される。
【００２４】
図８−（ａ）に示すように例えば孔状の凹部の断面が石材本体の背面側から表面側へかけて小さくなる場合には、凹部の石材本体背面側の断面が表面側まで一定の場合との対比では、対流による発熱体からの熱の伝達が石材本体表面側で緩和されるため、上記のように発熱体からの熱が石材本体の表面側へ伝達されにくくなる。
【００２５】
凹部の断面が石材本体の背面側から表面側へかけて小さくなる場合において、凹部がその小さい側の断面と同一断面のまま厚さ方向に連続している場合との対比では、熱の出口（石材表面側）が同一のまま入り口（石材背面側）が拡大されることになる。従って凹部内で発熱体に接触する面積が大きくなるため、凹部内に存在し、発熱体により直接熱せられる空気の量が増える結果、発熱体からの熱が石材本体の表面側へ伝達され易くなる。
【００２６】
逆に図８−（ｂ）に示すように石材本体の背面側から表面側へかけて凹部の断面が大きくなる場合には、凹部の石材本体背面側の断面が表面側まで一定の場合との対比では、熱の入り口（石材背面側）が同一のまま出口（石材表面側）が拡大されることになるため、凹部内の熱が石材本体の表面側へ放出され易くなり、発熱体からの熱が石材本体の表面側へ伝達され易くなる。
【００２７】
石材本体の背面側から表面側へかけて凹部の断面が大きくなる場合において、凹部の石材本体表面側の断面が背面側まで一定の場合との対比では、熱の出口（石材表面側）が同一のまま入り口（石材背面側）が縮小されることになる。従って凹部内で発熱体に接触する面積が小さくなるため、発熱体により直接熱せられる空気の量が減る結果、発熱体からの熱が石材本体の表面側へ伝達されにくくなる。
【００２８】
このように請求項３では凹部の断面を石材本体の厚さ方向に変化させることで、発熱体からの熱の、石材本体表面までの伝達を促すか、または抑制することができるため、凹部を通じた石材本体の背面から表面への熱の伝達を制御できることになる。
【００２９】
床暖房用石材は水平１方向、または２方向に互いに隣接して配置される。ここで、隣接する石材間に空隙が確保（形成）される場合において、スリット状の凹部が形成される場合のように、凹部が石材本体の対向する側面間を貫通する等、凹部内の空気が石材本体の側面に連通することによって凹部内の熱が石材間の空隙に放出されることが想定される場合には、スリット状の凹部は石材本体の周囲（縁）を除いた領域に形成される。
【００３０】
特に請求項４に記載のように凹部を石材本体の周囲を除いた領域にスリット状に形成し、凹部の、石材本体の背面からの深さを石材本体の周囲寄りで小さくした場合には、隣接する石材間に空隙が存在しても凹部内に存在する熱せられた空気の漏れが生じにくい上、高温の空気が使用状態にある石材本体の凹部の奥に留まり易いため、凹部内の空気の保温効果が高まる利点がある。スリット状の凹部は１方向に配列するか、２方向に交差して配列する。
【００３１】
請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の床暖房用石材は背面に発熱体（導電シート）が直接、もしくは間接的に接触した状態で発熱体上に敷設される。発熱体としては、例えば炭化繊維をプラスチックフィルム（ラミネートフィルム）等で挟み込んで密封した形態の導電シートが使用される。
【００３２】
また請求項５に記載のように請求項１〜請求項４のいずれかに記載の床暖房用石材において、石材本体の凹部内に、発熱体からの熱を石材本体に伝える伝熱体が挿入されている場合には、発熱体からの熱が凹部内の伝熱体に伝わり、凹部内に空気のみが存在する場合より凹部内の熱の保温性が高まるため、石材本体の放熱効果（暖房効果）の持続性が一層強まる。伝熱体には発熱体と同一素材の使用が適する。例えば発熱体に前記の炭化繊維を使用した場合には、例えば炭化物を炭化繊維やプラスチックフィルム製等の袋体で包囲することにより伝熱体が構成される。
【発明の効果】
【００３３】
板状に形成された石材本体の背面から少なくとも厚さ方向の中間部までの区間に複数の凹部を形成しているため、石材本体の凹部以外の部分における熱伝導に加え、凹部内の空気を利用した熱伝導により発熱体からの熱を石材の表面まで伝えることができる。この結果、石材の背面から表面までの熱伝導効率が向上し、発熱体の熱が石材本体表面から放熱されるまでの時間を短縮することができる。
【００３４】
また凹部内の空気を通じて発熱体の熱が石材本体に伝わることで、背面からの熱伝導のみによる場合より石材本体における蓄熱性が向上するため、発熱体が熱源としての機能を失った後にも石材本体の放熱効果が維持され、石材本体上の空気の保温性が高まる。
【００３５】
凹部は石材本体に全体的に分散して形成され、石材本体の平面積に占める凹部の領域が部分的であるため、石材本体の板厚が低減されることにはならず、全体的には凹部が形成されない状態の石材本体が有する板厚を持った石材と同等程度の強度を維持することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３６】
以下、図面を用いて本発明を実施するための最良の形態を説明する。
【００３７】
図１、図２は板状に形成された石材本体２の背面から少なくとも厚さ方向の中間部までの区間に複数の凹部２ａが形成され、この複数の凹部２ａが石材本体２の全面に分散して配置されている床暖房用石材（以下、石材と言う）１の具体例を示す。図１、図２では石材本体２を方形状に形成しているが、石材本体２の平面形状は任意であり、多角形状、あるいは円形状に形成されることもある。
【００３８】
凹部２ａは主に図１に示すように円形の孔状に、または図２に示すようにスリット状に形成されるが、この例には限定されず、複数の凹部２ａが分散して配置される限り、任意の形態に形成される。凹部２ａは孔とスリットが組み合わせされた形状に形成されることもある。
【００３９】
図１、図２はいずれも石材本体２の背面（裏面）を示しており、石材本体２は床暖房材としての使用時には背面を下に向けて配置される。図１、図２は凹部２ａの深さが石材本体２の板厚（石厚）より小さい場合の例を示している。図１中、左下の破線は凹部２ａの深さを示している。石材本体２には大理石、御影石、花崗岩、凝灰岩等の天然石材の他、コンクリート等、または無機材料と有機材料等を原料として成型される人工石材が使用される。
【００４０】
図１では孔状の凹部２ａを石材本体２の面内の２方向の直線（座標）上に整然と配列させているが、孔状の凹部２ａは石材本体２の平面上、均等に分散して配置されていればよく、配置の仕方は自由である。分散して配置とは、石材本体２の平面上、一部の領域に集中して配置されることがないことを言う。図２では１方向に連続するスリット状の凹部２ａをその方向に直交する方向に一定の間隔を置いて配列させているが、配列方向は凹部２ａの長さ方向に直交する方向である必要はなく、凹部２ａ、２ａ間の間隔は必ずしも一定である必要もない。スリット状の凹部２ａは２方向以上に交差して配列することもある。
【００４１】
図１に示す形態の石材１の表面と背面を図３−（ａ）、（ｂ）に、石材１の使用時の状態を図３−（ｃ）に示す。図３−（ｃ）に示すように石材１は発熱体（導電シート）３に直接接触した状態で、または間接的に接触した状態で発熱体３上に載置され、発熱体３からの熱が石材１の背面から表面へ伝導する状態に置かれる。発熱体３は石材１が設置される構造物の構造形式に応じ、床スラブや床板、土間等、床仕上げ材を支持する面材、あるいは構造材の上に設置される。
【００４２】
図３の例では凹部２ａが石材本体２の背面側から形成され、石材１の使用状態ではその背面の全面が発熱体３に接触していることから、凹部２ａ内の空気の逃げ道がないため、発熱体３に熱せられた凹部２ａ内の空気による熱は石材１の凹部２ａから、石材１を厚さ方向に貫通する方向の熱伝導により石材１の表面に伝達される。
【００４３】
発熱体３は前記面材や構造材の上に、上面が平坦面をなした状態で、水平１方向、または２方向に平面をなすように連続的に敷設され、石材１は発熱体３上に直接、もしくは間接的に水平１方向、または２方向に平面をなすように連続的に敷設される。例えば発熱体３の上面に不陸が想定されるような場合には、その不陸を均すためのレベル調整材を介して石材１が発熱体３に間接的に接触した状態で設置される。この場合のレベル調整材には発熱体３から石材１への熱伝導を阻害しない材料が使用される。
【００４４】
発熱体３は石材１を支持したときに破裂しないだけの引張強度と加工の自由度が高い弾性を有するプラスチックフィルム製等の袋体３ａ内に、例えば炭化繊維等を充填し、密閉することにより構成される。
【００４５】
石材１、１は水平１方向、または２方向に互いに隣接しながら発熱体３上に敷設される。石材１、１間には空隙が形成される場合と形成されない場合があり、空隙からの熱の漏れを防止する必要があれば、空隙にシーリング材が充填され、空隙が閉塞させられる。
【００４６】
図４−（ａ）、（ｂ）は図２に示す形態の石材１の表面と背面を、（ｃ）は使用時の状態をそれぞれ示す。図２、図４ではスリット状の凹部２ａが１方向に間隔を置き、石材本体２の対向する側面間に亘って連続的に形成された石材１の製作例を示しているが、スリット状の凹部２ａはその長さ方向に断続的に形成されることもある。スリット状の凹部２ａは凹部２ａが石材本体２を厚さ方向に貫通しない場合には、図９に示すように平面上、２方向に交差して形成されることもある。
【００４７】
図１１はスリット状の凹部２ａを石材本体２の対向する側面寄りの部分（周囲、もしくは縁の部分）を除いて連続的に、２方向に交差させて形成した場合の石材１の例を示す。この例のようにスリット状の凹部２ａが石材本体２の側面に連通しない場合には凹部２ａが石材本体２を厚さ方向に貫通することもある。図１１では凹部２ａが石材本体２の側面に連通しないことで、凹部２ａ内の熱を石材本体２の側面から損失させない利点がある。
【００４８】
図２、図４の例ではスリット状の凹部２ａが石材１の対向する側面間に連続して形成されていることから、隣接する石材１、１間に空隙があれば、その空隙から熱せられた空気が漏れるため、熱は熱伝導に加え、石材１の側面を回り込んで直接、石材１の表面に伝達される。石材１、１間の空隙は隣接する石材１、１が互いに間隔を置いて配列する場合の他、隣接する石材１、１が互いに密着した状態で配列する場合にも形成される。石材１、１間の空隙が無用な場合には前記のように空隙にシーリング材が充填される。
【００４９】
図５−（ａ）、（ｂ）は孔状の凹部２ａが石材本体２を厚さ方向に貫通して形成された場合の石材１の表面と背面を、（ｃ）は使用時の状態をそれぞれ示す。ここでは凹部２ａが同一断面（同一大きさ）のまま、石材本体２の厚さ方向に連続しているが、凹部２ａの断面は厚さ方向に変化し、図８に示すように石材本体２の背面側から表面側へかけて段階的に小さくなることも大きくなることもある。
【００５０】
図６−（ａ）、（ｂ）は孔状の凹部２ａが石材本体２を厚さ方向に貫通して形成された場合において、凹部２ａの、石材本体２の背面側の断面と表面側の断面の大きさが相違している場合の石材１の表面と背面を、（ｃ）は使用時の状態をそれぞれ示す。ここでは石材本体２の背面側の断面が表面側の断面より大きい場合を示しているが、逆の場合もある。
【００５１】
図５、図６の例では凹部２ａが石材本体２を貫通していることから、凹部２ａ内で熱せられた空気は石材１の表面に直接、伝達されるため、発熱体３からの熱の伝達の程度は図４の例より高い。図６の例ではまた、孔状の凹部２ａの断面の大きさ（断面積）が石材１の表面側と背面側とで相違することから、凹部２ａの形状を設定することにより凹部２ａを通じての熱の伝達の程度を調整（制御）することができる利点がある。
【００５２】
図７は石材１が床材として使用されたときの、孔状の凹部２ａの周りの部分における力の流れを示す。（ａ）は凹部２ａが石材本体２を貫通しない場合、（ｂ）は凹部２ａが石材本体２を貫通し、背面側の断面積が表面側の断面積より大きい場合である。
【００５３】
図８は凹部２ａが石材本体２を貫通し、孔状の凹部２ａの断面積が背面側から表面側へかけて次第に変化する場合の形成例を示す。（ａ）は凹部２ａの断面積が背面側から表面側へかけて次第に小さくなる場合、（ｂ）は次第に大きくなる場合である。図中の破線は凹部２ａの断面積が最大の位置と最小の位置を通り、凹部２ａの中心軸に平行な直線を示す。
【００５４】
図９は１方向に連続するスリット状の凹部２ａを２方向に配列させた場合の凹部２ａの形成例を示す。ここでは凹部２ａが石材本体２を貫通しない様子を示しているが、前記のように石材本体２の周囲の部分（縁）を除いて凹部２ａが形成される場合には、凹部２ａは石材本体２を厚さ方向に貫通することもある。この他、スリット状の凹部２ａはその長さ方向に断続的に形成されることもある。
【００５５】
図１０−（ａ）、（ｂ）は図８−（ａ）、（ｂ）に示す石材本体２の凹部２ａ内に背面側から、発熱体３からの熱を石材本体２に伝える伝熱体４を挿入することにより、凹部２ａ内の熱の保温性を高めた例を示す。伝熱体４には発熱体３からの熱の効率的に伝達されるよう、基本的には炭化繊維等、発熱体３と同一素材が使用されるが、素材は任意である。この例では発熱体３からの熱が直接、伝熱体４に伝達され、凹部２ａ内に籠るため、石材本体２からの放熱効果（暖房効果）が持続する利点がある。
【００５６】
図１１は凹部２ａを石材本体２の周囲（縁）を除いた領域にスリット状に形成し、凹部２ａの、石材本体２背面からの深さを周囲寄りで小さくし、凹部２ａ内の熱が凹部２ａの上層に溜まる（籠る）ようにした石材１の製作例を示す。（ａ）は石材１の背面を、（ｂ）は側面を示す。（ｃ）は（ａ）の斜視図である。例えば石材本体２の縦と横の寸法が共に１４０ｍｍ、厚さが３０ｍｍも場合、凹部２ａが形成されない周囲の範囲は石材本体２の側面から１０ｍｍ前後程度が適切である。ここでは石材本体２の中心部寄りの、凹部２ａの最も大きい深さを２５ｍｍ程度にし、周辺寄りで次第に深さが小さくなるようにしている。
【００５７】
ここで、凹部２ａの形状と大きさ、配列を変えた下記の表１に示す複数通りの石材１を発熱体３の表面に接触させた状態に置いたときの、時間の経過に伴う石材１表面温度の変化の様子を図１２、図１３に示す。石材本体２には凝灰岩を使用し、前記の通り、縦１４０ｍｍ×横１４０ｍｍ×厚さ３０ｍｍの寸法で石材１を形成してある。図１２は発熱体３の表面温度を４１°Ｃ、室温を１７°Ｃに維持した条件での結果を、図１３は発熱体３の表面温度を４１°Ｃ、室温を２１°Ｃに維持した条件での結果を示している。
【表１】
【００５８】
表１中、「裏穴」は孔状の凹部２ａを指し、その後の数値は凹部２ａ（孔）の径を示す。「ピッチ」は凹部２ａ（孔）の間隔を、その後の「穴」の数値は凹部２ａの数を示す。「裏スリット溝」はスリット状の凹部２ａを指し、その後の数値は凹部２ａ（スリット）の幅を示す。「表穴」は孔状の凹部２ａが石材本体２を貫通している場合の表面側の凹部２ａを指し、その後の数値は表面側の径を示す。
【００５９】
表１に列挙した９枚の試験体の内、試験体（１）、（２）は図１、図３に示すタイプ、試験体（６）は特に凹部２ａの径を小さくし、数を多くしたタイプである。試験体（３）は図５に示すタイプ、試験体（５）、（７）は図６に示すタイプであり、いずれも凹部２ａが石材本体２を貫通している。試験体（８）は図１１に示すタイプであり、試験体（９）は凹部２ａの形成がないタイプである。図１２では（１）と（４）を除く７枚の試験体の結果を、図１３では（４）を除く８枚の試験体の結果を示している。
【００６０】
図１２、図１３から、いずれの試験体も発熱体３に接触したときから表面温度が上昇し、最終的に発熱体３の表面温度４１°Ｃに達していることが分かる。また凹部２ａのない試験体（９）は試験開始後、５分の時点で２３°Ｃに上昇し、その後、発熱体３の温度に到達するまで９０分の時間を要していることが分かる。
【００６１】
これに対し、凹部２ａを形成した本発明の試験体（１）〜（３）、（５）〜（８）は試験開始後、５分の時点で２６〜２７°Ｃに上昇し、その後、５５〜７５分が経過した時点でほぼ発熱体３の温度にまで上昇していることが分かる。特に室温が１７°Ｃの場合（図１２）、試験体（２）、（６）、（８）は試験開始後、７０分の時点で発熱体３の温度にまで上昇し、室温が２１°Ｃの場合（図１３）には、試験体（６）、（８）が試験開始後、５５分の時点で発熱体３の温度にまで上昇していることが分かる。
【００６２】
この実験結果から、試験体（６）と試験体（８）が最も発熱体３からの熱伝導の効果が高いことが言える。試験体（６）は全試験体の内、最も小さい孔（５ｍｍ径）の凹部２ａを最も多く配列させた（１３行×１３列）例であることから、小さめの孔を可能な限り、多数配列させることが熱伝導効率を上げる上で有効であることが理解される。
【００６３】
また試験体（８）は石材本体２の周囲を除いた領域にスリット状の凹部２ａを形成した例であるから、スリット状の凹部２ａを形成する場合には、凹部２ａを石材本体２の側面間を貫通させないことが熱伝導効率を上げる上で有効であることが理解される。
【００６４】
凹部２ａが石材本体２を貫通するタイプ（試験体（３）、（５）、（７））は最終的に（９０分経過時点で）凹部２ａのない試験体（９）と同時期に発熱体３の表面温度４１°Ｃに達している。これは凹部２ａ内の熱が石材本体２の表面側の空間に直接放熱されることで、貫通しないタイプより石材本体２自体の表面温度の上昇が幾らか遅れる傾向にあるためと考えられる。
【図面の簡単な説明】
【００６５】
【図１】石材本体の背面側から多数の孔状の凹部を分散させて形成した床暖房用石材の製作例を示した斜視図である。
【図２】石材本体の背面側から多数のスリット状の凹部を１方向に配列させて形成した床暖房用石材の製作例を示した斜視図である。
【図３】（ａ）は図１に示す形態の床暖房用石材の表面を示した平面図、（ｂ）は（ａ）の背面図、（ｃ）は（ａ）に示す床暖房用石材を発熱体上に敷設した様子を示した（ｂ）のＡ−Ａ線断面図である。
【図４】（ａ）は図２に示す形態の床暖房用石材の表面を示した平面図、（ｂ）は（ａ）の背面図、（ｃ）は（ａ）に示す床暖房用石材を発熱体上に敷設した様子を示した（ｂ）のＢ−Ｂ線断面図である。
【図５】（ａ）は孔状の凹部が石材本体を貫通した形態の床暖房用石材の表面を示した平面図、（ｂ）は（ａ）の背面図、（ｃ）は（ａ）に示す床暖房用石材を発熱体上に敷設した様子を示した（ｂ）のＣ−Ｃ線断面図である。
【図６】（ａ）は背面側と表面側とで断面積が相違する孔状の凹部が石材本体を貫通した形態の床暖房用石材の表面を示した平面図、（ｂ）は（ａ）の背面図、（ｃ）は（ａ）に示す床暖房用石材を発熱体上に敷設した様子を示した（ｂ）のＤ−Ｄ線断面図である。
【図７】（ａ）は凹部が石材本体を貫通しない場合の床暖房用石材が受ける荷重による凹部周りの力の流れを示した断面図、（ｂ）は凹部が石材本体を貫通する場合の床暖房用石材が受ける荷重による凹部周りの力の流れを示した断面図である。
【図８】（ａ）は凹部が石材本体を貫通する場合に、凹部の断面積が石材本体の背面側から表面側へかけて次第に小さくなる場合の凹部の形成例を示した断面図、（ｂ）は凹部の断面積が石材本体の背面側から表面側へかけて次第に大きくなる場合の凹部の形成例を示した断面図である。
【図９】スリット状の凹部を２方向に交差させて形成した場合の床暖房用石材の製作例を示した斜視図である。
【図１０】（ａ）、（ｂ）はそれぞれ図８−（ａ）、（ｂ）に示す石材本体の凹部に伝熱体を挿入した様子を示した断面図である。
【図１１】（ａ）は凹部を石材本体の周囲（縁）を除いた領域にスリット状に形成し、凹部の深さを石材本体の周囲寄りで小さくした場合の石材の製作例を示した背面図、（ｂ）は（ａ）の側面図、（ｃ）は（ａ）の斜視図である。
【図１２】発熱体の表面温度を４１°Ｃ、室温を１７°Ｃに維持した条件での石材表面温度の変化の様子を示したグラフである。
【図１３】発熱体の表面温度を４１°Ｃ、室温を２１°Ｃに維持した条件での石材表面温度の変化の様子を示したグラフである。
【符号の説明】
【００６６】
１……床暖房用石材
２……石材本体
２ａ…凹部
３……発熱体
３ａ…袋体
４……伝熱体
【技術分野】
【０００１】
本発明は床暖房用に使用される床暖房用石材に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
板状に成型された石材を床暖房の床材として使用する方法では、適度の熱伝導率を有する石材を利用して石材の上の空間を暖房するため、石材の背面に熱源としての発熱体が敷設される（特許文献１、２参照）。
【０００３】
発熱体の使用中には発熱体が石材背面に接した状態で熱が石材表面にまで伝導し、その状態が継続するよう、発熱体の温度が常に一定に維持される必要があることから、発熱体には電源からの電力の供給を受け続ける導電シートの使用が不可欠になる（特許文献１、２参照）。
【０００４】
また発熱体からの熱が石材の一部に集中的に伝わることを緩和させ、発熱体の熱を分散させて石材に伝導させるために、発熱体と石材との間に均熱板を介在させることもある（特許文献１参照）。
【０００５】
特に発熱体から石材表面までの熱伝導効率を高めたい場合には、石材本体の背面側に凹部を形成し、この凹部内に発熱体（ヒーター）を収納することが行われる（特許文献３、４参照）。
【０００６】
【特許文献１】特開２０００−３１４５３６号公報（請求項１、段落００１３〜００１４、００２０〜００２５、００２９〜００３２、図２〜図３）
【特許文献２】実用新案登録第３０７５５９３号公報（請求項１、段落００１９〜００２５、図１、図３）
【特許文献３】特開平６−１５９６９５号公報（請求項２、段落００１０〜００１１、図２）
【特許文献４】特開平１１−８３０５７号公報（請求項３、段落００１９、図１、図２）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１、２では石材の背面に発熱体が接触した状態にあるとき、発熱体の熱は石材背面から表面へかけて石材の厚さ方向に伝導するため、石材の厚さ（板厚）が大きければ石材背面からその表面までに熱が伝わり、石材表面上に暖房効果が表れるまでに時間を要する。
【０００８】
従って床暖房用床材としての石材の暖房効率を上げる上では、石材の厚さを抑える方がよいが、厚さを小さくすれば上載荷重（鉛直荷重）に対する石材の曲げ強度を低下させるため、石材の厚さを低減させることには限界がある。
【０００９】
特許文献３、４では凹部に発熱体が完全に収納されるだけの大きさを与えなければならないため、石材本体が元々有する板厚を不必要に減少させ、凹部が形成された領域の曲げ強度を低下させる不利益がある。この場合、石材本体の凹部の形成領域が薄肉化するため、床材として使用される場合に、上載荷重によって石材が破壊し易くなる。
【００１０】
逆に特許文献３、４において石材本体に十分な曲げ強度を与えるには、加工前の元の石材に、本来、必要とされる石材本体の板厚に、発熱体の厚さを加えた大きさの厚さを与えておかなければならない。この場合、石材本体が必要以上に厚くなり、質量も大きくなるため、石材の使用効率が悪くなる。
【００１１】
本発明は上記背景より、石材本体の曲げ強度を低下させることなく、石材表面からの放熱効果を有効に発揮させる形態の床暖房用石材を提案するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
請求項１に記載の床暖房用石材は、板状に形成された石材本体の背面から少なくとも厚さ方向の中間部までの区間に複数の凹部が形成され、この複数の凹部が前記石材本体の全面に分散して配置されていることを構成要件とする。
【００１３】
凹部は石材本体の表面、もしくは背面の全面の中で点状、あるいは線状等に形成され、具体的には例えば孔状に、または石材本体の面内方向に長さを持ったスリット状に形成される。孔状の凹部はドリル等によって形成され、スリット状の場合には電動カッター等によって形成される。石材本体は主に方形状等、多角形状に形成されるが、平面形状は問われない。
【００１４】
凹部は石材本体の表面からその上の空気に均等に熱が放出される上では、孔状の場合には複数の凹部が石材本体の平面上、均等に分散して配置されることが適切であり、スリット状の場合には複数の凹部が凹部の長さ方向に交差する方向に等間隔を置いて配列することが適切である。
【００１５】
石材本体の背面から少なくとも厚さ方向の中途までの区間に凹部が形成されることで、石材本体の背面に発熱体が接触している状態では、石材本体背面から表面へ石材本体の断面（凹部以外の部分）を通じて熱が伝導することに加え、発熱体に熱せられた凹部内の空気が凹部の奥まで到達する。
【００１６】
この結果、凹部の奥からも熱が石材本体の断面を通じて石材本体表面まで伝導するため、凹部がない場合より発熱体から石材本体表面への熱の伝導効率と石材表面からの放熱効果が向上し、発熱体の熱が石材本体表面から放熱されるまでの時間が短縮される（表１、図１２、図１３）。凹部内の空気が熱せられることは熱の対流によって起こる。
【００１７】
また凹部内で熱せられた空気が凹部内に留まろうとすることで、石材本体背面からの熱伝導のみによる場合より石材本体の蓄熱性も向上するため、発熱体が熱源としての機能を失った後にも石材本体の放熱効果（暖房効果）が持続する傾向が強まる。特に凹部が石材本体の全体に分散して形成されることで、石材本体からは均等に放熱されるため、放熱が特定の領域に集中することはない。
【００１８】
石材本体には凹部が形成されるものの、例えば点状や線状等に、全体的に分散して形成されることで、石材本体の表面、もしくは背面の面積（平面積）に占める凹部の領域が部分的で済むため、石材本体の板厚が低減されることにはならない。全体的には凹部が形成されない状態の石材本体と同じ板厚を持った石材と同等程度の曲げ強度を発揮する。
【００１９】
石材本体に凹部が形成されながらも、凹部は点状、あるいは線状等であることで、図７−（ａ）に示すように石材本体がその厚さ方向に受ける荷重を凹部以外の部分（中実部分）にアーチ作用により流す働きをする。また図９に示すように凹部以外の部分が石材本体に生ずる曲げモーメントに抵抗するリブとして機能することも期待されるため、凹部の形成によって石材本体の曲げモーメントに対する抵抗力が格別、低下することはない。従って特許文献３、４のような、石材本体に発熱体が納まる大きさの凹部を形成する場合の問題は発生しない。
【００２０】
請求項２に記載のように凹部が石材本体を厚さ方向に貫通している場合には、凹部内の空気が石材表面にまで連通することで、発熱体からの対流による熱が石材表面にまで直接、到達するため、石材背面から表面への熱の伝達効率がより向上する。石材本体を厚さ方向に貫通する凹部は、凹部が孔状であるか、スリット状であるかに関係なく形成される。スリット状の場合にも、凹部が石材本体の側面間に連続して形成されない限り、石材本体を貫通できることによる。
【００２１】
請求項２では凹部が石材本体を貫通することで、貫通しない場合より曲げ強度が低下することが想定されるが、石材本体の平面積に占める凹部の領域が部分的であることで、図７−（ｂ）に示すように凹部以外の部分におけるアーチ作用とリブとしての機能は維持されるため、凹部が貫通することによる曲げ強度の低下が問題になることはない。
【００２２】
請求項３に記載のように請求項２において凹部の、石材本体の背面側の断面と表面側の断面の大きさが相違している場合には、例えば孔状の凹部がその大きい側の断面と同一断面のまま厚さ方向に連続している場合との対比では、発熱体からの熱が石材本体の表面側へ伝達されにくくなり、凹部を通じた石材本体の背面から表面への熱の伝達を制御できる利点がある。ここで言う凹部の断面は石材本体の表面に平行な切断面（孔の軸方向に直交する断面）を言う。
【００２３】
凹部の断面は図８に示すように石材本体の背面側から表面側へかけて次第に変化する場合と、図７−（ｂ）に示すように段階的に変化する場合があり、断面の変化には図８−（ａ）に示すように石材本体の背面側から表面側へかけて小さくなる場合と、図８−（ｂ）に示すように大きくなる場合がある。図８では便宜上、円錐台形の凹部を示しているが、径の異なるドリルを使用することによりこれに近い形状の凹部が形成される。
【００２４】
図８−（ａ）に示すように例えば孔状の凹部の断面が石材本体の背面側から表面側へかけて小さくなる場合には、凹部の石材本体背面側の断面が表面側まで一定の場合との対比では、対流による発熱体からの熱の伝達が石材本体表面側で緩和されるため、上記のように発熱体からの熱が石材本体の表面側へ伝達されにくくなる。
【００２５】
凹部の断面が石材本体の背面側から表面側へかけて小さくなる場合において、凹部がその小さい側の断面と同一断面のまま厚さ方向に連続している場合との対比では、熱の出口（石材表面側）が同一のまま入り口（石材背面側）が拡大されることになる。従って凹部内で発熱体に接触する面積が大きくなるため、凹部内に存在し、発熱体により直接熱せられる空気の量が増える結果、発熱体からの熱が石材本体の表面側へ伝達され易くなる。
【００２６】
逆に図８−（ｂ）に示すように石材本体の背面側から表面側へかけて凹部の断面が大きくなる場合には、凹部の石材本体背面側の断面が表面側まで一定の場合との対比では、熱の入り口（石材背面側）が同一のまま出口（石材表面側）が拡大されることになるため、凹部内の熱が石材本体の表面側へ放出され易くなり、発熱体からの熱が石材本体の表面側へ伝達され易くなる。
【００２７】
石材本体の背面側から表面側へかけて凹部の断面が大きくなる場合において、凹部の石材本体表面側の断面が背面側まで一定の場合との対比では、熱の出口（石材表面側）が同一のまま入り口（石材背面側）が縮小されることになる。従って凹部内で発熱体に接触する面積が小さくなるため、発熱体により直接熱せられる空気の量が減る結果、発熱体からの熱が石材本体の表面側へ伝達されにくくなる。
【００２８】
このように請求項３では凹部の断面を石材本体の厚さ方向に変化させることで、発熱体からの熱の、石材本体表面までの伝達を促すか、または抑制することができるため、凹部を通じた石材本体の背面から表面への熱の伝達を制御できることになる。
【００２９】
床暖房用石材は水平１方向、または２方向に互いに隣接して配置される。ここで、隣接する石材間に空隙が確保（形成）される場合において、スリット状の凹部が形成される場合のように、凹部が石材本体の対向する側面間を貫通する等、凹部内の空気が石材本体の側面に連通することによって凹部内の熱が石材間の空隙に放出されることが想定される場合には、スリット状の凹部は石材本体の周囲（縁）を除いた領域に形成される。
【００３０】
特に請求項４に記載のように凹部を石材本体の周囲を除いた領域にスリット状に形成し、凹部の、石材本体の背面からの深さを石材本体の周囲寄りで小さくした場合には、隣接する石材間に空隙が存在しても凹部内に存在する熱せられた空気の漏れが生じにくい上、高温の空気が使用状態にある石材本体の凹部の奥に留まり易いため、凹部内の空気の保温効果が高まる利点がある。スリット状の凹部は１方向に配列するか、２方向に交差して配列する。
【００３１】
請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の床暖房用石材は背面に発熱体（導電シート）が直接、もしくは間接的に接触した状態で発熱体上に敷設される。発熱体としては、例えば炭化繊維をプラスチックフィルム（ラミネートフィルム）等で挟み込んで密封した形態の導電シートが使用される。
【００３２】
また請求項５に記載のように請求項１〜請求項４のいずれかに記載の床暖房用石材において、石材本体の凹部内に、発熱体からの熱を石材本体に伝える伝熱体が挿入されている場合には、発熱体からの熱が凹部内の伝熱体に伝わり、凹部内に空気のみが存在する場合より凹部内の熱の保温性が高まるため、石材本体の放熱効果（暖房効果）の持続性が一層強まる。伝熱体には発熱体と同一素材の使用が適する。例えば発熱体に前記の炭化繊維を使用した場合には、例えば炭化物を炭化繊維やプラスチックフィルム製等の袋体で包囲することにより伝熱体が構成される。
【発明の効果】
【００３３】
板状に形成された石材本体の背面から少なくとも厚さ方向の中間部までの区間に複数の凹部を形成しているため、石材本体の凹部以外の部分における熱伝導に加え、凹部内の空気を利用した熱伝導により発熱体からの熱を石材の表面まで伝えることができる。この結果、石材の背面から表面までの熱伝導効率が向上し、発熱体の熱が石材本体表面から放熱されるまでの時間を短縮することができる。
【００３４】
また凹部内の空気を通じて発熱体の熱が石材本体に伝わることで、背面からの熱伝導のみによる場合より石材本体における蓄熱性が向上するため、発熱体が熱源としての機能を失った後にも石材本体の放熱効果が維持され、石材本体上の空気の保温性が高まる。
【００３５】
凹部は石材本体に全体的に分散して形成され、石材本体の平面積に占める凹部の領域が部分的であるため、石材本体の板厚が低減されることにはならず、全体的には凹部が形成されない状態の石材本体が有する板厚を持った石材と同等程度の強度を維持することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３６】
以下、図面を用いて本発明を実施するための最良の形態を説明する。
【００３７】
図１、図２は板状に形成された石材本体２の背面から少なくとも厚さ方向の中間部までの区間に複数の凹部２ａが形成され、この複数の凹部２ａが石材本体２の全面に分散して配置されている床暖房用石材（以下、石材と言う）１の具体例を示す。図１、図２では石材本体２を方形状に形成しているが、石材本体２の平面形状は任意であり、多角形状、あるいは円形状に形成されることもある。
【００３８】
凹部２ａは主に図１に示すように円形の孔状に、または図２に示すようにスリット状に形成されるが、この例には限定されず、複数の凹部２ａが分散して配置される限り、任意の形態に形成される。凹部２ａは孔とスリットが組み合わせされた形状に形成されることもある。
【００３９】
図１、図２はいずれも石材本体２の背面（裏面）を示しており、石材本体２は床暖房材としての使用時には背面を下に向けて配置される。図１、図２は凹部２ａの深さが石材本体２の板厚（石厚）より小さい場合の例を示している。図１中、左下の破線は凹部２ａの深さを示している。石材本体２には大理石、御影石、花崗岩、凝灰岩等の天然石材の他、コンクリート等、または無機材料と有機材料等を原料として成型される人工石材が使用される。
【００４０】
図１では孔状の凹部２ａを石材本体２の面内の２方向の直線（座標）上に整然と配列させているが、孔状の凹部２ａは石材本体２の平面上、均等に分散して配置されていればよく、配置の仕方は自由である。分散して配置とは、石材本体２の平面上、一部の領域に集中して配置されることがないことを言う。図２では１方向に連続するスリット状の凹部２ａをその方向に直交する方向に一定の間隔を置いて配列させているが、配列方向は凹部２ａの長さ方向に直交する方向である必要はなく、凹部２ａ、２ａ間の間隔は必ずしも一定である必要もない。スリット状の凹部２ａは２方向以上に交差して配列することもある。
【００４１】
図１に示す形態の石材１の表面と背面を図３−（ａ）、（ｂ）に、石材１の使用時の状態を図３−（ｃ）に示す。図３−（ｃ）に示すように石材１は発熱体（導電シート）３に直接接触した状態で、または間接的に接触した状態で発熱体３上に載置され、発熱体３からの熱が石材１の背面から表面へ伝導する状態に置かれる。発熱体３は石材１が設置される構造物の構造形式に応じ、床スラブや床板、土間等、床仕上げ材を支持する面材、あるいは構造材の上に設置される。
【００４２】
図３の例では凹部２ａが石材本体２の背面側から形成され、石材１の使用状態ではその背面の全面が発熱体３に接触していることから、凹部２ａ内の空気の逃げ道がないため、発熱体３に熱せられた凹部２ａ内の空気による熱は石材１の凹部２ａから、石材１を厚さ方向に貫通する方向の熱伝導により石材１の表面に伝達される。
【００４３】
発熱体３は前記面材や構造材の上に、上面が平坦面をなした状態で、水平１方向、または２方向に平面をなすように連続的に敷設され、石材１は発熱体３上に直接、もしくは間接的に水平１方向、または２方向に平面をなすように連続的に敷設される。例えば発熱体３の上面に不陸が想定されるような場合には、その不陸を均すためのレベル調整材を介して石材１が発熱体３に間接的に接触した状態で設置される。この場合のレベル調整材には発熱体３から石材１への熱伝導を阻害しない材料が使用される。
【００４４】
発熱体３は石材１を支持したときに破裂しないだけの引張強度と加工の自由度が高い弾性を有するプラスチックフィルム製等の袋体３ａ内に、例えば炭化繊維等を充填し、密閉することにより構成される。
【００４５】
石材１、１は水平１方向、または２方向に互いに隣接しながら発熱体３上に敷設される。石材１、１間には空隙が形成される場合と形成されない場合があり、空隙からの熱の漏れを防止する必要があれば、空隙にシーリング材が充填され、空隙が閉塞させられる。
【００４６】
図４−（ａ）、（ｂ）は図２に示す形態の石材１の表面と背面を、（ｃ）は使用時の状態をそれぞれ示す。図２、図４ではスリット状の凹部２ａが１方向に間隔を置き、石材本体２の対向する側面間に亘って連続的に形成された石材１の製作例を示しているが、スリット状の凹部２ａはその長さ方向に断続的に形成されることもある。スリット状の凹部２ａは凹部２ａが石材本体２を厚さ方向に貫通しない場合には、図９に示すように平面上、２方向に交差して形成されることもある。
【００４７】
図１１はスリット状の凹部２ａを石材本体２の対向する側面寄りの部分（周囲、もしくは縁の部分）を除いて連続的に、２方向に交差させて形成した場合の石材１の例を示す。この例のようにスリット状の凹部２ａが石材本体２の側面に連通しない場合には凹部２ａが石材本体２を厚さ方向に貫通することもある。図１１では凹部２ａが石材本体２の側面に連通しないことで、凹部２ａ内の熱を石材本体２の側面から損失させない利点がある。
【００４８】
図２、図４の例ではスリット状の凹部２ａが石材１の対向する側面間に連続して形成されていることから、隣接する石材１、１間に空隙があれば、その空隙から熱せられた空気が漏れるため、熱は熱伝導に加え、石材１の側面を回り込んで直接、石材１の表面に伝達される。石材１、１間の空隙は隣接する石材１、１が互いに間隔を置いて配列する場合の他、隣接する石材１、１が互いに密着した状態で配列する場合にも形成される。石材１、１間の空隙が無用な場合には前記のように空隙にシーリング材が充填される。
【００４９】
図５−（ａ）、（ｂ）は孔状の凹部２ａが石材本体２を厚さ方向に貫通して形成された場合の石材１の表面と背面を、（ｃ）は使用時の状態をそれぞれ示す。ここでは凹部２ａが同一断面（同一大きさ）のまま、石材本体２の厚さ方向に連続しているが、凹部２ａの断面は厚さ方向に変化し、図８に示すように石材本体２の背面側から表面側へかけて段階的に小さくなることも大きくなることもある。
【００５０】
図６−（ａ）、（ｂ）は孔状の凹部２ａが石材本体２を厚さ方向に貫通して形成された場合において、凹部２ａの、石材本体２の背面側の断面と表面側の断面の大きさが相違している場合の石材１の表面と背面を、（ｃ）は使用時の状態をそれぞれ示す。ここでは石材本体２の背面側の断面が表面側の断面より大きい場合を示しているが、逆の場合もある。
【００５１】
図５、図６の例では凹部２ａが石材本体２を貫通していることから、凹部２ａ内で熱せられた空気は石材１の表面に直接、伝達されるため、発熱体３からの熱の伝達の程度は図４の例より高い。図６の例ではまた、孔状の凹部２ａの断面の大きさ（断面積）が石材１の表面側と背面側とで相違することから、凹部２ａの形状を設定することにより凹部２ａを通じての熱の伝達の程度を調整（制御）することができる利点がある。
【００５２】
図７は石材１が床材として使用されたときの、孔状の凹部２ａの周りの部分における力の流れを示す。（ａ）は凹部２ａが石材本体２を貫通しない場合、（ｂ）は凹部２ａが石材本体２を貫通し、背面側の断面積が表面側の断面積より大きい場合である。
【００５３】
図８は凹部２ａが石材本体２を貫通し、孔状の凹部２ａの断面積が背面側から表面側へかけて次第に変化する場合の形成例を示す。（ａ）は凹部２ａの断面積が背面側から表面側へかけて次第に小さくなる場合、（ｂ）は次第に大きくなる場合である。図中の破線は凹部２ａの断面積が最大の位置と最小の位置を通り、凹部２ａの中心軸に平行な直線を示す。
【００５４】
図９は１方向に連続するスリット状の凹部２ａを２方向に配列させた場合の凹部２ａの形成例を示す。ここでは凹部２ａが石材本体２を貫通しない様子を示しているが、前記のように石材本体２の周囲の部分（縁）を除いて凹部２ａが形成される場合には、凹部２ａは石材本体２を厚さ方向に貫通することもある。この他、スリット状の凹部２ａはその長さ方向に断続的に形成されることもある。
【００５５】
図１０−（ａ）、（ｂ）は図８−（ａ）、（ｂ）に示す石材本体２の凹部２ａ内に背面側から、発熱体３からの熱を石材本体２に伝える伝熱体４を挿入することにより、凹部２ａ内の熱の保温性を高めた例を示す。伝熱体４には発熱体３からの熱の効率的に伝達されるよう、基本的には炭化繊維等、発熱体３と同一素材が使用されるが、素材は任意である。この例では発熱体３からの熱が直接、伝熱体４に伝達され、凹部２ａ内に籠るため、石材本体２からの放熱効果（暖房効果）が持続する利点がある。
【００５６】
図１１は凹部２ａを石材本体２の周囲（縁）を除いた領域にスリット状に形成し、凹部２ａの、石材本体２背面からの深さを周囲寄りで小さくし、凹部２ａ内の熱が凹部２ａの上層に溜まる（籠る）ようにした石材１の製作例を示す。（ａ）は石材１の背面を、（ｂ）は側面を示す。（ｃ）は（ａ）の斜視図である。例えば石材本体２の縦と横の寸法が共に１４０ｍｍ、厚さが３０ｍｍも場合、凹部２ａが形成されない周囲の範囲は石材本体２の側面から１０ｍｍ前後程度が適切である。ここでは石材本体２の中心部寄りの、凹部２ａの最も大きい深さを２５ｍｍ程度にし、周辺寄りで次第に深さが小さくなるようにしている。
【００５７】
ここで、凹部２ａの形状と大きさ、配列を変えた下記の表１に示す複数通りの石材１を発熱体３の表面に接触させた状態に置いたときの、時間の経過に伴う石材１表面温度の変化の様子を図１２、図１３に示す。石材本体２には凝灰岩を使用し、前記の通り、縦１４０ｍｍ×横１４０ｍｍ×厚さ３０ｍｍの寸法で石材１を形成してある。図１２は発熱体３の表面温度を４１°Ｃ、室温を１７°Ｃに維持した条件での結果を、図１３は発熱体３の表面温度を４１°Ｃ、室温を２１°Ｃに維持した条件での結果を示している。
【表１】
【００５８】
表１中、「裏穴」は孔状の凹部２ａを指し、その後の数値は凹部２ａ（孔）の径を示す。「ピッチ」は凹部２ａ（孔）の間隔を、その後の「穴」の数値は凹部２ａの数を示す。「裏スリット溝」はスリット状の凹部２ａを指し、その後の数値は凹部２ａ（スリット）の幅を示す。「表穴」は孔状の凹部２ａが石材本体２を貫通している場合の表面側の凹部２ａを指し、その後の数値は表面側の径を示す。
【００５９】
表１に列挙した９枚の試験体の内、試験体（１）、（２）は図１、図３に示すタイプ、試験体（６）は特に凹部２ａの径を小さくし、数を多くしたタイプである。試験体（３）は図５に示すタイプ、試験体（５）、（７）は図６に示すタイプであり、いずれも凹部２ａが石材本体２を貫通している。試験体（８）は図１１に示すタイプであり、試験体（９）は凹部２ａの形成がないタイプである。図１２では（１）と（４）を除く７枚の試験体の結果を、図１３では（４）を除く８枚の試験体の結果を示している。
【００６０】
図１２、図１３から、いずれの試験体も発熱体３に接触したときから表面温度が上昇し、最終的に発熱体３の表面温度４１°Ｃに達していることが分かる。また凹部２ａのない試験体（９）は試験開始後、５分の時点で２３°Ｃに上昇し、その後、発熱体３の温度に到達するまで９０分の時間を要していることが分かる。
【００６１】
これに対し、凹部２ａを形成した本発明の試験体（１）〜（３）、（５）〜（８）は試験開始後、５分の時点で２６〜２７°Ｃに上昇し、その後、５５〜７５分が経過した時点でほぼ発熱体３の温度にまで上昇していることが分かる。特に室温が１７°Ｃの場合（図１２）、試験体（２）、（６）、（８）は試験開始後、７０分の時点で発熱体３の温度にまで上昇し、室温が２１°Ｃの場合（図１３）には、試験体（６）、（８）が試験開始後、５５分の時点で発熱体３の温度にまで上昇していることが分かる。
【００６２】
この実験結果から、試験体（６）と試験体（８）が最も発熱体３からの熱伝導の効果が高いことが言える。試験体（６）は全試験体の内、最も小さい孔（５ｍｍ径）の凹部２ａを最も多く配列させた（１３行×１３列）例であることから、小さめの孔を可能な限り、多数配列させることが熱伝導効率を上げる上で有効であることが理解される。
【００６３】
また試験体（８）は石材本体２の周囲を除いた領域にスリット状の凹部２ａを形成した例であるから、スリット状の凹部２ａを形成する場合には、凹部２ａを石材本体２の側面間を貫通させないことが熱伝導効率を上げる上で有効であることが理解される。
【００６４】
凹部２ａが石材本体２を貫通するタイプ（試験体（３）、（５）、（７））は最終的に（９０分経過時点で）凹部２ａのない試験体（９）と同時期に発熱体３の表面温度４１°Ｃに達している。これは凹部２ａ内の熱が石材本体２の表面側の空間に直接放熱されることで、貫通しないタイプより石材本体２自体の表面温度の上昇が幾らか遅れる傾向にあるためと考えられる。
【図面の簡単な説明】
【００６５】
【図１】石材本体の背面側から多数の孔状の凹部を分散させて形成した床暖房用石材の製作例を示した斜視図である。
【図２】石材本体の背面側から多数のスリット状の凹部を１方向に配列させて形成した床暖房用石材の製作例を示した斜視図である。
【図３】（ａ）は図１に示す形態の床暖房用石材の表面を示した平面図、（ｂ）は（ａ）の背面図、（ｃ）は（ａ）に示す床暖房用石材を発熱体上に敷設した様子を示した（ｂ）のＡ−Ａ線断面図である。
【図４】（ａ）は図２に示す形態の床暖房用石材の表面を示した平面図、（ｂ）は（ａ）の背面図、（ｃ）は（ａ）に示す床暖房用石材を発熱体上に敷設した様子を示した（ｂ）のＢ−Ｂ線断面図である。
【図５】（ａ）は孔状の凹部が石材本体を貫通した形態の床暖房用石材の表面を示した平面図、（ｂ）は（ａ）の背面図、（ｃ）は（ａ）に示す床暖房用石材を発熱体上に敷設した様子を示した（ｂ）のＣ−Ｃ線断面図である。
【図６】（ａ）は背面側と表面側とで断面積が相違する孔状の凹部が石材本体を貫通した形態の床暖房用石材の表面を示した平面図、（ｂ）は（ａ）の背面図、（ｃ）は（ａ）に示す床暖房用石材を発熱体上に敷設した様子を示した（ｂ）のＤ−Ｄ線断面図である。
【図７】（ａ）は凹部が石材本体を貫通しない場合の床暖房用石材が受ける荷重による凹部周りの力の流れを示した断面図、（ｂ）は凹部が石材本体を貫通する場合の床暖房用石材が受ける荷重による凹部周りの力の流れを示した断面図である。
【図８】（ａ）は凹部が石材本体を貫通する場合に、凹部の断面積が石材本体の背面側から表面側へかけて次第に小さくなる場合の凹部の形成例を示した断面図、（ｂ）は凹部の断面積が石材本体の背面側から表面側へかけて次第に大きくなる場合の凹部の形成例を示した断面図である。
【図９】スリット状の凹部を２方向に交差させて形成した場合の床暖房用石材の製作例を示した斜視図である。
【図１０】（ａ）、（ｂ）はそれぞれ図８−（ａ）、（ｂ）に示す石材本体の凹部に伝熱体を挿入した様子を示した断面図である。
【図１１】（ａ）は凹部を石材本体の周囲（縁）を除いた領域にスリット状に形成し、凹部の深さを石材本体の周囲寄りで小さくした場合の石材の製作例を示した背面図、（ｂ）は（ａ）の側面図、（ｃ）は（ａ）の斜視図である。
【図１２】発熱体の表面温度を４１°Ｃ、室温を１７°Ｃに維持した条件での石材表面温度の変化の様子を示したグラフである。
【図１３】発熱体の表面温度を４１°Ｃ、室温を２１°Ｃに維持した条件での石材表面温度の変化の様子を示したグラフである。
【符号の説明】
【００６６】
１……床暖房用石材
２……石材本体
２ａ…凹部
３……発熱体
３ａ…袋体
４……伝熱体
【特許請求の範囲】
【請求項１】
板状に形成された石材本体の背面から少なくとも厚さ方向の中間部までの区間に複数の凹部が形成され、この複数の凹部は前記石材本体の全面に分散して配置されていることを特徴とする床暖房用石材。
【請求項２】
前記凹部は前記石材本体を厚さ方向に貫通していることを特徴とする請求項１に記載の床暖房用石材。
【請求項３】
前記凹部の、前記石材本体の背面側の断面と表面側の断面の大きさが相違していることを特徴とする請求項２に記載の床暖房用石材。
【請求項４】
前記凹部は前記石材本体の周囲を除いた領域にスリット状に形成され、前記凹部の、前記石材本体の背面からの深さは前記石材本体の周囲寄りで小さいことを特徴とする請求項１に記載の床暖房用石材。
【請求項５】
前記凹部内に、発熱体からの熱を前記石材本体に伝える伝熱体が挿入されていることを特徴とする請求項１〜請求項４に記載の床暖房用石材。
【請求項１】
板状に形成された石材本体の背面から少なくとも厚さ方向の中間部までの区間に複数の凹部が形成され、この複数の凹部は前記石材本体の全面に分散して配置されていることを特徴とする床暖房用石材。
【請求項２】
前記凹部は前記石材本体を厚さ方向に貫通していることを特徴とする請求項１に記載の床暖房用石材。
【請求項３】
前記凹部の、前記石材本体の背面側の断面と表面側の断面の大きさが相違していることを特徴とする請求項２に記載の床暖房用石材。
【請求項４】
前記凹部は前記石材本体の周囲を除いた領域にスリット状に形成され、前記凹部の、前記石材本体の背面からの深さは前記石材本体の周囲寄りで小さいことを特徴とする請求項１に記載の床暖房用石材。
【請求項５】
前記凹部内に、発熱体からの熱を前記石材本体に伝える伝熱体が挿入されていることを特徴とする請求項１〜請求項４に記載の床暖房用石材。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【公開番号】特開２００９−１２１１４７（Ｐ２００９−１２１１４７Ａ）
【公開日】平成２１年６月４日（２００９．６．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−２９６８８４（Ｐ２００７−２９６８８４）
【出願日】平成１９年１１月１５日（２００７．１１．１５）
【出願人】（３０６０００９８０）長谷川株式会社 (2)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年６月４日（２００９．６．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年１１月１５日（２００７．１１．１５）
【出願人】（３０６０００９８０）長谷川株式会社 (2)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]