電気式床暖房パネルとそれを用いた電気式床暖房フロア
【課題】３線式ヒータ線を組み込んだ電気式床暖房パネルに、製品寿命を超えて継続使用しているとき等に、３線式ヒータ線に疲労断線が生じて発熱線近傍が異常発熱して出火に至るのを防止できる安全設計を組み込む。
【解決手段】３線式ヒータ線２０として、通電により発熱する第１と第２の２本の発熱線２１，２２と検知線２３との３線式ヒータを用いる。第１の発熱線２１の抵抗値は第２の発熱線の抵抗値よりも小さい。第１の発熱線２１と検知線２３は第１の被覆樹脂２４，２６で被覆されており、第２の発熱線２２は第１の被覆樹脂の溶融温度よりも高い溶融温度を持つ第２の被覆樹脂２５で被覆されている。発熱回路は、第１の被覆樹脂２４，２６が溶融することにより生じる第１の発熱線２１と検知線２２との短絡により検知線２３に流れる電流が抵抗器５３に流れて発熱することに起因して溶断するヒューズ５１を備えた抵抗器付き温度ヒューズ５０を備える。
【解決手段】３線式ヒータ線２０として、通電により発熱する第１と第２の２本の発熱線２１，２２と検知線２３との３線式ヒータを用いる。第１の発熱線２１の抵抗値は第２の発熱線の抵抗値よりも小さい。第１の発熱線２１と検知線２３は第１の被覆樹脂２４，２６で被覆されており、第２の発熱線２２は第１の被覆樹脂の溶融温度よりも高い溶融温度を持つ第２の被覆樹脂２５で被覆されている。発熱回路は、第１の被覆樹脂２４，２６が溶融することにより生じる第１の発熱線２１と検知線２２との短絡により検知線２３に流れる電流が抵抗器５３に流れて発熱することに起因して溶断するヒューズ５１を備えた抵抗器付き温度ヒューズ５０を備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発熱源であるヒータ線を組み込んだ電気式床暖房パネルと、その複数枚が電気的に接続して床下地面に敷き詰られて形成される電気式床暖房フロアに関する。
【背景技術】
【０００２】
木質基材の裏面にヒータ線による発熱回路を組み込んだ電気式床暖房パネルの複数枚を電気的に接続しながら床下地面に敷き詰め、コントローラを介して電気式床暖房パネルに所要の電力を供給するようにした電気式床暖房フロアは知られている（特許文献１等参照）。コントローラには、加熱エリアの特定、通電の開始と停止、定常運転モードでの温度レベル設定、などの機能が備えられ、電気式床暖房フロアの安全性を確保している。
【０００３】
また、電気毛布や電気カーペットなどの面状採暖具に敷線するヒータ線として、第１と第２の２本の発熱線と１本の検知線とからなり、第１の発熱線と検知線との間には第１の溶断層が介在し、第１の発熱線と第２の発熱線との間には少なくとも第２の溶断層が介在し、第２の溶断層の材料の融点は第１の溶断層の材料の融点よりも高くされた、３線式ヒータ線が知られている（特許文献２参照）。
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−３０８２０２号公報
【特許文献２】特開平１０−３３５０４６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
電気式床暖房フロアの安全運転は、通常の使用状態では充分に保証されている。しかし、一般に構造部材は、その構造上からくる寿命を当然に有しており、例えば電気式床暖房パネルの場合、１０年程度の長期にわたって継続して使用されると、歩行等による荷重が繰り返し加わることで、内部に組み込んだヒータ線にひずみによる応力が繰り返しかかり、その影響で疲労断線が起こる可能性がある。断線すると断線箇所でスパークが発生して異常発熱し、燃焼を起こす恐れがある。
【０００６】
本発明は、上記のように製品寿命を超えたときに起こる可能性のある、ヒータ線の断線に起因する燃焼等の不都合に対して、安全設計を施した電気式床暖房パネルおよびそれを用いた電気式床暖房フロアを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の課題を解決するための第１の発明は、木質基材の裏面にヒータ線による発熱回路を組み込んだ電気式床暖房パネルであって、前記ヒータ線は、第１と第２の２本の発熱線と１本の検知線とからなり、第１の発熱線と検知線との間には第１の溶断層が介在し、第１の発熱線と第２の発熱線との間には少なくとも第２の溶断層が介在し、第２の溶断層の材料の融点は第１の溶断層の材料の融点よりも高く、かつ第１の発熱線の抵抗値は第２の発熱線の抵抗値よりも小さい３線式ヒータ線であり、前記発熱回路は前記３線式ヒータ線と電源側との間に抵抗器付き温度ヒューズを備え、前記第１の発熱線の一方端は電源に直接接続しており、前記第２の発熱線の一方端は前記抵抗器付き温度ヒューズの温度ヒューズを介して電源に接続しており、前記検知線の一方端は前記抵抗器付き温度ヒューズにおける前記温度ヒューズの電源接続側とは反対側に接続する抵抗器に接続しており、かつ、前記抵抗器は前記第１の溶断層が溶融することにより生じる前記第１の発熱線と前記検知線との短絡により前記検知線に流れる電流が流れることにより発熱し、前記抵抗器の発熱により前記温度ヒューズが溶断するようになっており、さらに、前記第１と第２の発熱線の他方端はサーモスタットを介してあるいは介さずに互いに接続していることを特徴とする電気式床暖房パネルである。
【０００８】
上記の課題を解決する第２の発明は、上記第１の発明に係る電気式床暖房パネルの複数枚が並列接続した状態で床下地面に敷き詰められていることを特徴とする電気式床暖房フロアである。
【０００９】
第１の発明に係る電気式床暖房パネルおよび第２の発明に係る電気式床暖房フロアにおいて、通常の使用状態では、３線式ヒータ線の前記第２の発熱線側に接続している抵抗器付き温度ヒューズのヒューズには、発熱線の持つ抵抗値に応じた電流が流れており、前記ヒューズが溶断することなく、正常な運転が継続する。
【００１０】
製品寿命を超えた長期の使用等により、電気式床暖房パネルに組み込まれた３線式ヒータ線の発熱線に疲労断線等による部分断線等が生じた場合、スパーク等の発生によりその近傍に設定値以上の発熱が生じ、そのまま使用を継続すると発火に至る恐れがある。前記第１の発明に係る電気式床暖房パネルは、発火に至るような危険が生じるのを確実に回避する。
【００１１】
すなわち、第１の発明に係る電気式床暖房パネルでは、第１と第２の２本の発熱線と１本の検知線とからなる３線式ヒータ線を用いており、第１と第２の２本の発熱線のいずれかの箇所において断線が生じて設定以上の異常発熱が生じた場合、その発熱により、比較して融点の低い材料からなる第１の溶断層が溶融する。絶縁層として機能していた第１の溶断層が溶融することにより、第１の発熱線と検知線が短絡状態となる。この短絡により検知線には高い値の短絡電流が流れ、その電流が、電気式床暖房パネルに組み込まれた前記抵抗器付き温度ヒューズの抵抗器に流れることにより、抵抗器が発熱する。そして、この発熱により第２の発熱線に接続している抵抗器付き温度ヒューズの温度ヒューズが溶断する。このヒューズの溶断により、当該電気式床暖房パネルに対するコントローラからの電力の供給は完全に遮断されるので、それ以降は、断線箇所においてスパーク等が発生することはなく、燃焼に至るような事態となるのを確実に阻止される。すなわち、事故発生時に安全サイドに導かれる。
【００１２】
ところで、上記のような発熱回路において、前記した第１の発熱線と検知線との短絡箇所が電源に近い箇所か遠い箇所かで、抵抗器付き温度ヒューズに取り付けた抵抗器を流れる電流および電圧が異なってくる。短絡が電源に近い箇所で起こると、抵抗器にかかる大きな電流と大きな電圧によって出力（Ｗ数）が大きくなり、抵抗器は短時間で所要の温度に昇温し、短絡後の短い時間でヒューズが溶断する。一方、短絡が電源から遠い箇所で起こると、抵抗器にかかる電流と電圧は比較して小さくなり、抵抗器が所要の温度に昇温するのに長い時間を要し、ヒューズが溶断するまでに長い時間が経過する。この時間差は、検知線と短絡する前記第１の発熱線の抵抗値に依存しており、第１の発熱線の抵抗値が大きいほど、時間差が大きくなる。本発明者らの実験の一例では、電源に近い箇所で短絡が生じた場合には２０秒弱でヒューズの溶断が生じたが、電源から最も遠い場所で短絡が生じた場合には、１００秒を越えても溶断が生じない場合があることを経験した。このような時間差が生じることは、安全性確保の観点から好ましくなく、長い場合でも短絡発生から６０秒程度以内には、ヒューズの溶断が起こることが望まれる。
【００１３】
それを解決するために、第１の発明に係る電気式床暖房パネルでは、前記３線式ヒータ線として、第１の発熱線の抵抗値が第２の発熱線の抵抗値よりも小さい３線式ヒータ線を用いることとした。それにより、第１と第２の発熱線の抵抗値が同じ場合と比較して、電源から遠い箇所で短絡が起こったときにヒューズが溶断するまでの時間を短くすることができ、例えば６０秒以内とすることができる。第１の発熱線の抵抗値を第２の発熱線の抵抗値と比較してどの程度に小さい値とするかは、３線式ヒータ線として所望の発熱量が得られることと、電源に近い箇所で短絡が発生したときに流れる電流によって、採用する抵抗器付き温度ヒューズの抵抗器そのものが破壊しないことを考慮して、実際に使用する電気式床暖房パネルの設計仕様に合わせて、適宜設定すればよい。もちろん、第１の発熱線の抵抗値が低下した分、第２の発熱線の抵抗値を高くすることは、３線式ヒータ線として所望の発熱量を得るために必要である。
【００１４】
なお、本発明による電気式床暖房パネルでは、３線式ヒータ線のいずれの箇所で断線による異常発熱が生じても、検知線は必ず第１の発熱線側と短絡するので、検知線に流れる電流に起因して溶断するヒューズを１個のみ第２の発熱線側に接続すればすみ、また、ダイオードも不要となるので、有効ヒータゾーンが大きくなると共に、低コストで発熱回路を構成することが可能となる。
【００１５】
前記の３線式ヒータ線を採用することにより、さらに次のような作用効果がもたらされる。すなわち、前記の３線式ヒータ線は、第１と第２の２本の発熱線の一方端は電源側に接続し、他方端は互いに接続している構成であり、木質基材の裏面に３線式ヒータ線による発熱回路を組み込む作業は、発熱線を単に木質基材の裏面に形成した溝内に埋め込んでいけばよく、閉ループを作る必要がないので、電気式床暖房パネルへの発熱線の組み込み作業は簡素化され、ＮＣによる配線も可能となる。さらに、一本の３線式ヒータ線内で、実質的に平行に走る第１と第２の２本の発熱線を電流が往復で流れることから磁界が打ち消し合うようになり、電気式床暖房パネルからの電磁波の発生もカットされる。
【００１６】
上記の課題を解決するための第３の発明は、木質基材の裏面にヒータ線による発熱回路を組み込んだ電気式床暖房パネルであって、前記ヒータ線は、第１と第２の２本の発熱線と１本の検知線とからなり、第１の発熱線と検知線との間には第１の溶断層が介在し、第１の発熱線と第２の発熱線との間には少なくとも第２の溶断層が介在し、第２の溶断層の材料の融点は第１の溶断層の材料の融点よりも高く、かつ第１の発熱線の抵抗値は第２の発熱線の抵抗値よりも小さい３線式ヒータ線であることを特徴とする電気式床暖房パネルである。
【００１７】
第３の発明に係る電気式床暖房パネルは、抵抗器付き温度ヒューズをパネル内に備えない点で、前記した第１の発明に係る電気式床暖房パネルと相違する。従って、第３の発明に係る電気式床暖房パネルを用いて電気式床暖房フロアを構築する場合には、電気式床暖房パネルと電源との間に別途抵抗器付き温度ヒューズを組み付けることが必要となる。
【００１８】
上記の課題を解決するための第４の発明は、上記第３の発明に係る電気式床暖房パネルの複数枚を電気的に接続して床下地面に敷き詰め、床暖房用コントローラを介して電気式床暖房パネルに所要の電力を供給するようにした電気式床暖房フロアであって、前記床暖房用コントローラは抵抗器付き温度ヒューズを備え、電気式床暖房パネルに組み込んだ前記３線式ヒータ線の前記第１の発熱線の一方端は前記床暖房用コントローラを介して電源に直接接続しており、前記第２の発熱線の一方端は前記床暖房用コントローラに備えた前記抵抗器付き温度ヒューズの温度ヒューズを介して電源に接続しており、前記検知線の一方端は前記抵抗器付き温度ヒューズにおける前記温度ヒューズの電源接続側とは反対側に接続する抵抗器に接続しており、かつ、前記抵抗器付き温度ヒューズの抵抗器には前記第１の溶断層が溶融することにより生じる前記第１の発熱線と前記検知線との短絡により前記検知線に流れる電流が流れることにより発熱するようになっており、前記抵抗器の発熱により前記温度ヒューズが溶断するようになっていることを特徴とする。
【００１９】
上記第４の発明に係る電気式床暖房フロアにおいて、上記第３の発明に係る電気式床暖房パネルに断線による異常発熱が生じた場合に、前記床暖房用コントローラに備えた抵抗器付き温度ヒューズには、上記した第１の発明に係る電気式床暖房パネルに備えた抵抗器付き温度ヒューズに生じたと同じ現象が発生し、事故発生時には確実に安全サイドに導かれる。
【００２０】
さらに、第４の発明に係る電気式床暖房フロアでは、床暖房用コントローラに１つの抵抗器付き温度ヒューズを組み込むだけで、電気式床暖房フロアを確実に安全サイドに導くことができる。そのために、１枚ごとの電気式床暖房パネル、あるいは各グループ化した電気式床暖房パネル群ごとに、抵抗器付き温度ヒューズを備える場合と比較して、抵抗器付き温度ヒューズの数を減らすことができ、低コストで電気式床暖房フロアを構築することができる。また、各電気式床暖房パネルあるいは電気式床暖房パネル群は並列接続しているので、いずれの電気式床暖房パネルにおける３線式ヒータ線において断線による異常発熱が生じても、電気式床暖房フロアは確実に安全サイドに導かれる。
【００２１】
なお、本発明による電気式床暖房パネルの全体形状は任意であり、矩形状、長尺状の単位ピースが長手方向に位置をずらしながら雁木状に組み付けられた形状、などを例示できる。木質基材の裏面に緩衝材層が貼着されている形態であってもよく、この形態の電気式床暖房パネルは、直貼り式の床暖房パネルとして有効に用いることができる。
【発明の効果】
【００２２】
本願の発明によれば、製品寿命を超えたときに起こる可能性のある、発熱線の断線に起因する燃焼等の不都合に対して、有効な安全設計を施した電気式床暖房パネルが提供される。また、本発明による電気式床暖房パネルは、３線式ヒータ線の木質基材への組み込みが容易であり、部品数も少なくてすむことから、低コストでの提供が可能となる。さらに、断線による異常発熱により、発熱線と検知線との短絡箇所が電源側から遠い箇所で起こった場合にも、短い時間内に抵抗器付き温度ヒューズの温度ヒューズを溶断させることができ、より安全サイドに近づいた電気式床暖房パネルおよびそれを用いた電気式床暖房フロアが得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、図面を参照しながら、本発明を実施の形態により説明する。図１は電気式床暖房フロアの全体を示す概略図、図２は第１の発明に係る電気式床暖房パネルの一例を説明する図、図３は第２の発明に係る電気式床暖房フロア全体の電気回路図の一例である。図４は電気式床暖房パネルに組み込まれる３線式ヒータ線を説明する図、図５は電気式床暖房パネルにおける発熱回路を説明する図、図６と図７は発熱回路に断線が発生したときの２つの態様を説明するための図である。
【００２４】
電気式床暖房フロアＡは、床下地１０の上に、図２に一例を示すような、木質基材３１の裏面に３線式ヒータ線２０による発熱回路を組み込んだ電気式床暖房パネル３０の複数枚を電気的に並列に接続して敷き詰めて構成され、各電気式床暖房パネル３０には、外部からの商用電力がコントローラ４０を介して供給される。コントローラ４０は、前記特許文献１に記載のような従来知られた電気式床暖房フロアで用いられているものであってよく、加熱エリアの特定、通電の開始と停止、定常運転モードでの温度レベル設定、などの機能が備えられる。
【００２５】
電気式床暖房パネル３０は、図２（ａ）に緩衝材層を除去した状態の背面図の一例に示すように、木質基材３１を有し、その裏面には配線溝が形成され、該配線溝の中には、図４に示す３線式ヒータ線２０が埋め込まれている。埋め込まれた３線式ヒータ線２０の一方端側は、後記する抵抗器付き温度ヒューズ５０（図５参照）を介して、電源に接続するコネクタ３５に接続しており、他方端側はフリーとなっている。また、木質基材３１の裏面には、必須ではないが、図２（ｂ）に示すように、遮音溝３６が形成され、さらに、直貼り床材として用いることができるように、緩衝材層３７が貼り付けられている。この例において緩衝材層３７は、不織布層３８と樹脂発泡体層３９との２層構成とされている。
【００２６】
図３は、電気式床暖房フロアＡの電気回路図であり、交流電源は、コントローラ４０から並列接続した複数枚の電気式床暖房パネル３０にそれぞれ供給される。
【００２７】
図４に示すように、３線式ヒータ線２０は、第１の発熱線２１と、第２の発熱線２２と、発熱線２１，２２と比較して切れ難くかつ電気抵抗の小さい線（例えばニッケル線）である検知線２３とからなる３線式ヒータであり、第１の発熱線２１の抵抗値Ｒ１は第２の発熱線２２の抵抗値Ｒ２よりも小さい。例えば、Ｒ１＝１７５Ω、Ｒ２＝４０５Ωである。また、各線は、発熱線の異常発熱等で溶融する非導電性材料からなる被覆樹脂２４，２５，２６でそれぞれ被覆されている。図４（ｂ）に示すように３本の線は寄り合わされて一本の線となり、その全体が図４（ａ）に示すように耐熱ＰＶＣのような断熱性のある非導電性材料からなる被覆材２７により覆われている。
【００２８】
被覆樹脂２４，２５，２６は、ナイロン系樹脂あるいはポリアミド系樹脂のような熱可塑性樹脂である。ただし、第１の発熱線２１を被覆する第１の被覆樹脂２４と第２の発熱線２２を被覆する第２の被覆樹脂２５には、溶融温度の異なる樹脂が用いられており、この例で、第１の被覆樹脂２４の溶融温度は１８０℃、第２の被覆樹脂２５の溶融温度は２２０℃である。すなわち、第２の発熱線２２は第１の被覆樹脂２４の溶融温度よりも高い溶融温度を持つ第２の被覆樹脂２５で被覆されている。また、検知線２３を覆う被覆樹脂２６には、前記した比較して溶融温度の低い第１の被覆樹脂２４と同じ樹脂が用いられており、その溶融温度は１８０℃である。
【００２９】
これらの被覆樹脂２４，２５，２６は、通常の運転時ではそのままで存在しており、絶縁材として機能している。しかし、第１の発熱線２１または第２の発熱線２２に断線あるいは部分断線等が生じてスパーク等が発生して、溶融温度を超える異常加熱状態が部分的に発生したときには、溶融して絶縁機能を喪失する。
【００３０】
本発明において、各電気式床暖房パネル３０における発熱回路は、図５に示すような構成を備える。図５において、２０は上記の３線式ヒータ線を示し、５０は抵抗器付き温度ヒューズを示す。図示のように、第１の発熱線２１の一方端は電源６０に直接接続しており、第２の発熱線２２の一方端は前記抵抗器付き温度ヒューズ５０の温度ヒューズ５１を介して電源６０に接続している。また、前記検知線２３一方端は抵抗器付き温度ヒューズ５０における前記温度ヒューズの電源接続側とは反対側に接続する抵抗器５３に接続している。そして、前記第１と第２の発熱線２１，２２の他方端はサーモスタット５４を介して互いに直列に接続している。また、前記抵抗器付き温度ヒューズ５０は、検知線２３に流れる電流が前記した温度ヒューズ５０の電源接続側とは反対側に接続する抵抗器５３に流れて、抵抗器５３が発熱するときに、その熱によってヒューズ５１は溶断するように設計されており、この例で、抵抗器５３の抵抗は１３００Ωであり、また、ヒューズ５１は９９℃で溶断するようにされている。
【００３１】
上記の発熱回路において、電気式床暖房フロアＡが正常に運転している環境では、供給される電力は、第１の発熱線２１と第２の発熱線２２とを循環するように流れ、その発熱により床暖房が行われる。正常運転での温度制御等は前記したコントローラ４０により行われる。正常運転時に検知線２３には電流は流れず、またヒューズ５１を流れる電流は、発熱線２１，２２の抵抗値に依存する小さな値であり、ヒューズ５１が溶断することはない。
【００３２】
製品寿命を超えてもなお継続使用していると、使用者が知らないうちに第１の発熱線２１と第２の発熱線２２のいずれかに部分断線が生じ、接触抵抗が異常に増加してスパーク等による異常加熱が生じる場合がある。図６は、そのような断線が第１の発熱線２１において起こった場合の状態を説明している。第１の発熱線２１のいずれかの箇所Ｐでスパーク等による異常加熱が生じたときに、その箇所の第１の被覆樹脂２４は溶融し、そこに近接する検知線２３を被覆する被覆樹脂２６も溶融する。
【００３３】
双方の被覆樹脂が溶融することにより、図６に領域Ｑで示すように、第１の発熱線２１と検知線２３とが短絡した状態となり、電流は、その短絡箇所から検知線２３側に流れる。検知線２３に電流が流れることにより、前記のように抵抗器５３は発熱し、その熱によってヒューズ５１は溶断する。ヒューズ５１が溶断することよりコントローラ４０から発熱回路への電力供給は完全に遮断されるので、断線箇所Ｐでのそれ以上の発熱やスパークは起こらない。それにより、電気式床暖房パネル３０の裏面に積層した不織布層３８や樹脂発泡体層３９からなる緩衝材層３７が着火するという事態は確実に回避される。
【００３４】
図７は、断線が第２の発熱線２２において起こった場合の状態を説明している。第２の発熱線２２のいずれかの箇所でスパーク等による異常加熱が生じたときに、その箇所の第２の被覆樹脂２５が昇温する。第２の被覆樹脂２５の溶融温度は、第１の発熱線２１および検知線２３を被覆している第１の被覆樹脂２４，２６の溶融温度よりも高く設定してあるので、第２の被覆樹脂２５が溶融する前に、第１の発熱線２１および検知線２３を被覆している第１の被覆樹脂２４，２６が溶融する。それにより、図６において説明したと同様に、領域Ｑにおいて、第１の発熱線２１と検知線２３とが短絡した状態となる。それにより、図６に基づき説明したと同様にして、検知線２３に電流が流れ、抵抗器５３が発熱して、ヒューズ５１は溶断する。
【００３５】
ところで、実際の電気式床暖房パネル３０において、３線式ヒータ線２０はかなり長いものであり、例えば、１０ｍ程度のものが通常用いられる。そのために、前記した第１の発熱線２１と検知線２３との短絡が、電源に近い場所で生じるか、電源から遠い場所（例えばサーモスタット５４の近い場所）で生じるかで、前記短絡回路での実質的な抵抗値が異なってくる。そのために、前記したように、短絡が電源に近い箇所で起こると、抵抗器５３に大きな値の電流、電圧がかかり、出力が大きくなって、抵抗器５３は短時間で所要の温度（例えば９９℃）に昇温し、短絡後の短い時間でヒューズ５１が溶断する。一方、短絡が電源から遠い箇所で起こると、抵抗器５３に流れる電流、電圧は小さくなり、抵抗器５３が所要の温度に昇温するのに長い時間を要し、ヒューズ５３が溶断するまでに長い時間が経過する。この時間差は、検知線２３と短絡する第１の発熱線２１の抵抗値に依存しており、第１の発熱線２１の抵抗値が大きいほど、時間差が大きくなる。
【００３６】
本発明による３線式ヒータ線２０では、上記のように、第１の発熱線２１の抵抗値Ｒ１は第２の発熱線２２の抵抗値Ｒ２よりも小さく、例えば、Ｒ１＝１７５Ω、Ｒ２＝４０５Ωである。すなわち、同じ発熱量を抵抗値の同じ第１の発熱線２１と第２の発熱線２２で得ようとする場合と比較して、第１の発熱線２１の抵抗値Ｒ１は小さな値となっている。そのために、短絡が電源から遠い箇所で起こったときにヒューズ５１が溶断するまでの時間を短くすることができ、例えば６０秒以内とすることができる。結果として、短絡場所に依存する温度ヒューズ５１が溶断するまでの時間差を短くすることが可能となり、安全性確保の観点からより好ましいものとなる。
【００３７】
本発明者らが行った実験例では、他の条件は同じであるが、抵抗値が２４０Ωである第１と第２の発熱線２１，２２を持つ３線式ヒータ線を用いた電気式床暖房パネルＰ１と、上記したように、第１の発熱線２１の抵抗値Ｒ１が１７５Ω、第２の発熱線２２の抵抗値Ｒ２が４０５Ωである３線式ヒータ線を用いた電気式床暖房パネルＰ２において、それぞれ電源側とサーモスタット５４に近い側で短絡を生じさせた場合に、温度ヒューズ５１が溶断するまでの時間に表１に示すような時間差があった。
【００３８】
【表１】
【００３９】
表１に示されるように、本発明による電気式床暖房パネルＰ２では、溶断までの時間差が少なくなるとともに、長くても４７秒と、安全基準の思われる６０秒よりも短くなっており、本発明品では安全性がさらに安全サイドに向けて確保されることがわかる。
【００４０】
図３に示すように、本発明による電気式床暖房フロアＡでは、上記の電気式床暖房パネル３０の複数枚が並列接続した状態で床下地面に敷き詰められている。そのために、上記のようなヒューズ５１の溶断は、個々の電気式床暖房パネル３０において生じることとなり、他の電気式床暖房パネル３０の運転には影響を与えない。必要な場合には、電気式床暖房フロアＡはそのまま継続して運転することもできる。その際にも、安全性は確保される。溶断が生じた電気式床暖房パネル３０のみを簡単に交換することも可能である。
【００４１】
次に、図８よび図９を参照して、第３の発明に係る電気式床暖房パネル３０Ａ、およびそれを用いた第４の発明に係る電気式床暖房フロアＡ１について説明する。第３の発明に係る電気式床暖房パネル３０Ａは、パネル内に前記した「抵抗器付き温度ヒューズ５０」を備えない点で、図２に基づき説明した電気式床暖房パネル３０と相違する。図８に示す例において、電気式床暖房パネル３０Ａは、長尺状の単位ピースを長手方向に位置をずらしながら雁木状に組み付けた木質基材３１を有し、その裏面にはその全面にわたるようにして連続する配線溝３２が形成されている。配線溝３２の中には、図４に基づき説明した３線式ヒータ線２０が埋め込まれており、３線式ヒータ線２０の一方端２０ａは、リード線、通常の温度ヒューズおよび電源線２０ｂを介してコネクタ３４、３５に電気的に接続している。３線式ヒータ線２０の他方端２０ｃは、図示しないサーモスタットが取り付けられる。また、図５には示されないが、木質基材３１の裏面には、図２に示した電気式床暖房パネル３０と同じ緩衝材層３７が貼り付けられている。
【００４２】
電気式床暖房パネル３０Ａを用いた電気式床暖房フロアＡ１の一例が図９に示される。ここでは、電気式床暖房フロアＡ１は、前記した３枚の電気式床暖房パネル３０Ａからなる１組の電気式床暖房パネル群ＡＧの複数個（図では２個）が並列接続されて形成されており、従来知られた暖房用コントローラに組み込まれている従来公知の制御装置ＣＵに加えて前記した抵抗器付き温度ヒューズ５０を備える床暖房用コントローラＤが、床下地上に敷き詰めた前記電気式床暖房パネル群と外部電源との間に取り付けられている。
【００４３】
そして、床暖房用コントローラＤに組み込まれた抵抗器付き温度ヒューズ５０は、その温度ヒューズ５１の一方側を、電気式床暖房パネル３０Ａに埋め込んだ３線式ヒータ線２０の第２の発熱線２２にケーブル線３ａを介して接続し、他方側を制御装置ＣＵに接続している。また、抵抗器５３は、前記３線式ヒータ線２０の検知線２３にケーブル線３ｃを介して接続している。３線式ヒータ線２０の前記第１の発熱線２１はケーブル線３ａを介して、直接制御装置ＣＵに接続している。
【００４４】
この電気式床暖房フロアＡ１において、各電気式床暖房パネル３０Ａが正常に運転している環境では、床暖房用コントローラＤから供給される電力は、各電気式床暖房パネル３０Ａに組み込んだ３線式ヒータ線２０の第１の発熱線２１と第２の発熱線２２とを循環するように流れ、その発熱により床暖房が行われる。正常運転での温度制御等は前記した床暖房用コントローラＤの制御装置ＣＵにより行われる。正常運転時には３線式ヒータ線２０の検知線２３には電流は流れない。
【００４５】
いずれかの電気式床暖房パネル３０Ａにおける３線式ヒータ線２０において、第１の発熱線２１と検知線２３との間に短絡が発生したときに、前記床暖房用コントローラＤに組み込まれた抵抗器付き温度ヒューズ５０に生じる現象は、図５〜図６に基づき説明した抵抗器付き温度ヒューズ５０に生じる現象と同じであり、説明は省略する。
【００４６】
上記の電気式床暖房フロアＡ１では、床暖房用コントローラＤに１つの抵抗器付き温度ヒューズ５０を組み込むだけで、電気式床暖房フロアＡ１を確実に安全サイドに導くことができる。そのために、低コストで電気式床暖房フロアを構築することができる。また、各電気式床暖房パネル３０Ａあるいは電気式床暖房パネル群ＡＧは並列接続しているので、いずれの３線式ヒータ線２０において断線による異常発熱が生じても、電気式床暖房フロアは確実に安全サイドに導かれる。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】電気式床暖房フロアの全体を示す概略図。
【図２】第１の発明に係る電気式床暖房パネルの一例を説明する図。
【図３】第２の発明に係る電気式床暖房フロア全体の電気回路図の一例を示す図。
【図４】電気式床暖房パネルに組み込まれる３線式ヒータ線を説明する図。
【図５】第１の発明に係る電気式床暖房パネルにおける発熱回路を説明する図
【図６】発熱回路に異常発熱が生じたときの第１の態様を説明する図。
【図７】発熱回路に異常発熱が生じたときの第２の態様を説明する図。
【図８】第３の発明に係る電気式床暖房パネルを説明する図。
【図９】第４の発明に係る電気式床暖房フロア全体の電気回路図の一例を示す図。
【符号の説明】
【００４８】
Ａ、Ａ１…電気式床暖房フロア、１０…床下地、２０…３線式ヒータ線、２１…第１の発熱線、２２…第２の発熱線、２３…検知線、２７…被覆材、２４、２６…第１の被覆樹脂、２５…第２の被覆樹脂、３０、３０Ａ…電気式床暖房パネル、３１…木質基材、３６…遮音溝、３７…緩衝材層、４０…コントローラ、５０…抵抗器付き温度ヒューズ、５１…温度ヒューズ、５３…抵抗器、５４…サーモスタット、６０…電源
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発熱源であるヒータ線を組み込んだ電気式床暖房パネルと、その複数枚が電気的に接続して床下地面に敷き詰られて形成される電気式床暖房フロアに関する。
【背景技術】
【０００２】
木質基材の裏面にヒータ線による発熱回路を組み込んだ電気式床暖房パネルの複数枚を電気的に接続しながら床下地面に敷き詰め、コントローラを介して電気式床暖房パネルに所要の電力を供給するようにした電気式床暖房フロアは知られている（特許文献１等参照）。コントローラには、加熱エリアの特定、通電の開始と停止、定常運転モードでの温度レベル設定、などの機能が備えられ、電気式床暖房フロアの安全性を確保している。
【０００３】
また、電気毛布や電気カーペットなどの面状採暖具に敷線するヒータ線として、第１と第２の２本の発熱線と１本の検知線とからなり、第１の発熱線と検知線との間には第１の溶断層が介在し、第１の発熱線と第２の発熱線との間には少なくとも第２の溶断層が介在し、第２の溶断層の材料の融点は第１の溶断層の材料の融点よりも高くされた、３線式ヒータ線が知られている（特許文献２参照）。
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−３０８２０２号公報
【特許文献２】特開平１０−３３５０４６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
電気式床暖房フロアの安全運転は、通常の使用状態では充分に保証されている。しかし、一般に構造部材は、その構造上からくる寿命を当然に有しており、例えば電気式床暖房パネルの場合、１０年程度の長期にわたって継続して使用されると、歩行等による荷重が繰り返し加わることで、内部に組み込んだヒータ線にひずみによる応力が繰り返しかかり、その影響で疲労断線が起こる可能性がある。断線すると断線箇所でスパークが発生して異常発熱し、燃焼を起こす恐れがある。
【０００６】
本発明は、上記のように製品寿命を超えたときに起こる可能性のある、ヒータ線の断線に起因する燃焼等の不都合に対して、安全設計を施した電気式床暖房パネルおよびそれを用いた電気式床暖房フロアを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の課題を解決するための第１の発明は、木質基材の裏面にヒータ線による発熱回路を組み込んだ電気式床暖房パネルであって、前記ヒータ線は、第１と第２の２本の発熱線と１本の検知線とからなり、第１の発熱線と検知線との間には第１の溶断層が介在し、第１の発熱線と第２の発熱線との間には少なくとも第２の溶断層が介在し、第２の溶断層の材料の融点は第１の溶断層の材料の融点よりも高く、かつ第１の発熱線の抵抗値は第２の発熱線の抵抗値よりも小さい３線式ヒータ線であり、前記発熱回路は前記３線式ヒータ線と電源側との間に抵抗器付き温度ヒューズを備え、前記第１の発熱線の一方端は電源に直接接続しており、前記第２の発熱線の一方端は前記抵抗器付き温度ヒューズの温度ヒューズを介して電源に接続しており、前記検知線の一方端は前記抵抗器付き温度ヒューズにおける前記温度ヒューズの電源接続側とは反対側に接続する抵抗器に接続しており、かつ、前記抵抗器は前記第１の溶断層が溶融することにより生じる前記第１の発熱線と前記検知線との短絡により前記検知線に流れる電流が流れることにより発熱し、前記抵抗器の発熱により前記温度ヒューズが溶断するようになっており、さらに、前記第１と第２の発熱線の他方端はサーモスタットを介してあるいは介さずに互いに接続していることを特徴とする電気式床暖房パネルである。
【０００８】
上記の課題を解決する第２の発明は、上記第１の発明に係る電気式床暖房パネルの複数枚が並列接続した状態で床下地面に敷き詰められていることを特徴とする電気式床暖房フロアである。
【０００９】
第１の発明に係る電気式床暖房パネルおよび第２の発明に係る電気式床暖房フロアにおいて、通常の使用状態では、３線式ヒータ線の前記第２の発熱線側に接続している抵抗器付き温度ヒューズのヒューズには、発熱線の持つ抵抗値に応じた電流が流れており、前記ヒューズが溶断することなく、正常な運転が継続する。
【００１０】
製品寿命を超えた長期の使用等により、電気式床暖房パネルに組み込まれた３線式ヒータ線の発熱線に疲労断線等による部分断線等が生じた場合、スパーク等の発生によりその近傍に設定値以上の発熱が生じ、そのまま使用を継続すると発火に至る恐れがある。前記第１の発明に係る電気式床暖房パネルは、発火に至るような危険が生じるのを確実に回避する。
【００１１】
すなわち、第１の発明に係る電気式床暖房パネルでは、第１と第２の２本の発熱線と１本の検知線とからなる３線式ヒータ線を用いており、第１と第２の２本の発熱線のいずれかの箇所において断線が生じて設定以上の異常発熱が生じた場合、その発熱により、比較して融点の低い材料からなる第１の溶断層が溶融する。絶縁層として機能していた第１の溶断層が溶融することにより、第１の発熱線と検知線が短絡状態となる。この短絡により検知線には高い値の短絡電流が流れ、その電流が、電気式床暖房パネルに組み込まれた前記抵抗器付き温度ヒューズの抵抗器に流れることにより、抵抗器が発熱する。そして、この発熱により第２の発熱線に接続している抵抗器付き温度ヒューズの温度ヒューズが溶断する。このヒューズの溶断により、当該電気式床暖房パネルに対するコントローラからの電力の供給は完全に遮断されるので、それ以降は、断線箇所においてスパーク等が発生することはなく、燃焼に至るような事態となるのを確実に阻止される。すなわち、事故発生時に安全サイドに導かれる。
【００１２】
ところで、上記のような発熱回路において、前記した第１の発熱線と検知線との短絡箇所が電源に近い箇所か遠い箇所かで、抵抗器付き温度ヒューズに取り付けた抵抗器を流れる電流および電圧が異なってくる。短絡が電源に近い箇所で起こると、抵抗器にかかる大きな電流と大きな電圧によって出力（Ｗ数）が大きくなり、抵抗器は短時間で所要の温度に昇温し、短絡後の短い時間でヒューズが溶断する。一方、短絡が電源から遠い箇所で起こると、抵抗器にかかる電流と電圧は比較して小さくなり、抵抗器が所要の温度に昇温するのに長い時間を要し、ヒューズが溶断するまでに長い時間が経過する。この時間差は、検知線と短絡する前記第１の発熱線の抵抗値に依存しており、第１の発熱線の抵抗値が大きいほど、時間差が大きくなる。本発明者らの実験の一例では、電源に近い箇所で短絡が生じた場合には２０秒弱でヒューズの溶断が生じたが、電源から最も遠い場所で短絡が生じた場合には、１００秒を越えても溶断が生じない場合があることを経験した。このような時間差が生じることは、安全性確保の観点から好ましくなく、長い場合でも短絡発生から６０秒程度以内には、ヒューズの溶断が起こることが望まれる。
【００１３】
それを解決するために、第１の発明に係る電気式床暖房パネルでは、前記３線式ヒータ線として、第１の発熱線の抵抗値が第２の発熱線の抵抗値よりも小さい３線式ヒータ線を用いることとした。それにより、第１と第２の発熱線の抵抗値が同じ場合と比較して、電源から遠い箇所で短絡が起こったときにヒューズが溶断するまでの時間を短くすることができ、例えば６０秒以内とすることができる。第１の発熱線の抵抗値を第２の発熱線の抵抗値と比較してどの程度に小さい値とするかは、３線式ヒータ線として所望の発熱量が得られることと、電源に近い箇所で短絡が発生したときに流れる電流によって、採用する抵抗器付き温度ヒューズの抵抗器そのものが破壊しないことを考慮して、実際に使用する電気式床暖房パネルの設計仕様に合わせて、適宜設定すればよい。もちろん、第１の発熱線の抵抗値が低下した分、第２の発熱線の抵抗値を高くすることは、３線式ヒータ線として所望の発熱量を得るために必要である。
【００１４】
なお、本発明による電気式床暖房パネルでは、３線式ヒータ線のいずれの箇所で断線による異常発熱が生じても、検知線は必ず第１の発熱線側と短絡するので、検知線に流れる電流に起因して溶断するヒューズを１個のみ第２の発熱線側に接続すればすみ、また、ダイオードも不要となるので、有効ヒータゾーンが大きくなると共に、低コストで発熱回路を構成することが可能となる。
【００１５】
前記の３線式ヒータ線を採用することにより、さらに次のような作用効果がもたらされる。すなわち、前記の３線式ヒータ線は、第１と第２の２本の発熱線の一方端は電源側に接続し、他方端は互いに接続している構成であり、木質基材の裏面に３線式ヒータ線による発熱回路を組み込む作業は、発熱線を単に木質基材の裏面に形成した溝内に埋め込んでいけばよく、閉ループを作る必要がないので、電気式床暖房パネルへの発熱線の組み込み作業は簡素化され、ＮＣによる配線も可能となる。さらに、一本の３線式ヒータ線内で、実質的に平行に走る第１と第２の２本の発熱線を電流が往復で流れることから磁界が打ち消し合うようになり、電気式床暖房パネルからの電磁波の発生もカットされる。
【００１６】
上記の課題を解決するための第３の発明は、木質基材の裏面にヒータ線による発熱回路を組み込んだ電気式床暖房パネルであって、前記ヒータ線は、第１と第２の２本の発熱線と１本の検知線とからなり、第１の発熱線と検知線との間には第１の溶断層が介在し、第１の発熱線と第２の発熱線との間には少なくとも第２の溶断層が介在し、第２の溶断層の材料の融点は第１の溶断層の材料の融点よりも高く、かつ第１の発熱線の抵抗値は第２の発熱線の抵抗値よりも小さい３線式ヒータ線であることを特徴とする電気式床暖房パネルである。
【００１７】
第３の発明に係る電気式床暖房パネルは、抵抗器付き温度ヒューズをパネル内に備えない点で、前記した第１の発明に係る電気式床暖房パネルと相違する。従って、第３の発明に係る電気式床暖房パネルを用いて電気式床暖房フロアを構築する場合には、電気式床暖房パネルと電源との間に別途抵抗器付き温度ヒューズを組み付けることが必要となる。
【００１８】
上記の課題を解決するための第４の発明は、上記第３の発明に係る電気式床暖房パネルの複数枚を電気的に接続して床下地面に敷き詰め、床暖房用コントローラを介して電気式床暖房パネルに所要の電力を供給するようにした電気式床暖房フロアであって、前記床暖房用コントローラは抵抗器付き温度ヒューズを備え、電気式床暖房パネルに組み込んだ前記３線式ヒータ線の前記第１の発熱線の一方端は前記床暖房用コントローラを介して電源に直接接続しており、前記第２の発熱線の一方端は前記床暖房用コントローラに備えた前記抵抗器付き温度ヒューズの温度ヒューズを介して電源に接続しており、前記検知線の一方端は前記抵抗器付き温度ヒューズにおける前記温度ヒューズの電源接続側とは反対側に接続する抵抗器に接続しており、かつ、前記抵抗器付き温度ヒューズの抵抗器には前記第１の溶断層が溶融することにより生じる前記第１の発熱線と前記検知線との短絡により前記検知線に流れる電流が流れることにより発熱するようになっており、前記抵抗器の発熱により前記温度ヒューズが溶断するようになっていることを特徴とする。
【００１９】
上記第４の発明に係る電気式床暖房フロアにおいて、上記第３の発明に係る電気式床暖房パネルに断線による異常発熱が生じた場合に、前記床暖房用コントローラに備えた抵抗器付き温度ヒューズには、上記した第１の発明に係る電気式床暖房パネルに備えた抵抗器付き温度ヒューズに生じたと同じ現象が発生し、事故発生時には確実に安全サイドに導かれる。
【００２０】
さらに、第４の発明に係る電気式床暖房フロアでは、床暖房用コントローラに１つの抵抗器付き温度ヒューズを組み込むだけで、電気式床暖房フロアを確実に安全サイドに導くことができる。そのために、１枚ごとの電気式床暖房パネル、あるいは各グループ化した電気式床暖房パネル群ごとに、抵抗器付き温度ヒューズを備える場合と比較して、抵抗器付き温度ヒューズの数を減らすことができ、低コストで電気式床暖房フロアを構築することができる。また、各電気式床暖房パネルあるいは電気式床暖房パネル群は並列接続しているので、いずれの電気式床暖房パネルにおける３線式ヒータ線において断線による異常発熱が生じても、電気式床暖房フロアは確実に安全サイドに導かれる。
【００２１】
なお、本発明による電気式床暖房パネルの全体形状は任意であり、矩形状、長尺状の単位ピースが長手方向に位置をずらしながら雁木状に組み付けられた形状、などを例示できる。木質基材の裏面に緩衝材層が貼着されている形態であってもよく、この形態の電気式床暖房パネルは、直貼り式の床暖房パネルとして有効に用いることができる。
【発明の効果】
【００２２】
本願の発明によれば、製品寿命を超えたときに起こる可能性のある、発熱線の断線に起因する燃焼等の不都合に対して、有効な安全設計を施した電気式床暖房パネルが提供される。また、本発明による電気式床暖房パネルは、３線式ヒータ線の木質基材への組み込みが容易であり、部品数も少なくてすむことから、低コストでの提供が可能となる。さらに、断線による異常発熱により、発熱線と検知線との短絡箇所が電源側から遠い箇所で起こった場合にも、短い時間内に抵抗器付き温度ヒューズの温度ヒューズを溶断させることができ、より安全サイドに近づいた電気式床暖房パネルおよびそれを用いた電気式床暖房フロアが得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、図面を参照しながら、本発明を実施の形態により説明する。図１は電気式床暖房フロアの全体を示す概略図、図２は第１の発明に係る電気式床暖房パネルの一例を説明する図、図３は第２の発明に係る電気式床暖房フロア全体の電気回路図の一例である。図４は電気式床暖房パネルに組み込まれる３線式ヒータ線を説明する図、図５は電気式床暖房パネルにおける発熱回路を説明する図、図６と図７は発熱回路に断線が発生したときの２つの態様を説明するための図である。
【００２４】
電気式床暖房フロアＡは、床下地１０の上に、図２に一例を示すような、木質基材３１の裏面に３線式ヒータ線２０による発熱回路を組み込んだ電気式床暖房パネル３０の複数枚を電気的に並列に接続して敷き詰めて構成され、各電気式床暖房パネル３０には、外部からの商用電力がコントローラ４０を介して供給される。コントローラ４０は、前記特許文献１に記載のような従来知られた電気式床暖房フロアで用いられているものであってよく、加熱エリアの特定、通電の開始と停止、定常運転モードでの温度レベル設定、などの機能が備えられる。
【００２５】
電気式床暖房パネル３０は、図２（ａ）に緩衝材層を除去した状態の背面図の一例に示すように、木質基材３１を有し、その裏面には配線溝が形成され、該配線溝の中には、図４に示す３線式ヒータ線２０が埋め込まれている。埋め込まれた３線式ヒータ線２０の一方端側は、後記する抵抗器付き温度ヒューズ５０（図５参照）を介して、電源に接続するコネクタ３５に接続しており、他方端側はフリーとなっている。また、木質基材３１の裏面には、必須ではないが、図２（ｂ）に示すように、遮音溝３６が形成され、さらに、直貼り床材として用いることができるように、緩衝材層３７が貼り付けられている。この例において緩衝材層３７は、不織布層３８と樹脂発泡体層３９との２層構成とされている。
【００２６】
図３は、電気式床暖房フロアＡの電気回路図であり、交流電源は、コントローラ４０から並列接続した複数枚の電気式床暖房パネル３０にそれぞれ供給される。
【００２７】
図４に示すように、３線式ヒータ線２０は、第１の発熱線２１と、第２の発熱線２２と、発熱線２１，２２と比較して切れ難くかつ電気抵抗の小さい線（例えばニッケル線）である検知線２３とからなる３線式ヒータであり、第１の発熱線２１の抵抗値Ｒ１は第２の発熱線２２の抵抗値Ｒ２よりも小さい。例えば、Ｒ１＝１７５Ω、Ｒ２＝４０５Ωである。また、各線は、発熱線の異常発熱等で溶融する非導電性材料からなる被覆樹脂２４，２５，２６でそれぞれ被覆されている。図４（ｂ）に示すように３本の線は寄り合わされて一本の線となり、その全体が図４（ａ）に示すように耐熱ＰＶＣのような断熱性のある非導電性材料からなる被覆材２７により覆われている。
【００２８】
被覆樹脂２４，２５，２６は、ナイロン系樹脂あるいはポリアミド系樹脂のような熱可塑性樹脂である。ただし、第１の発熱線２１を被覆する第１の被覆樹脂２４と第２の発熱線２２を被覆する第２の被覆樹脂２５には、溶融温度の異なる樹脂が用いられており、この例で、第１の被覆樹脂２４の溶融温度は１８０℃、第２の被覆樹脂２５の溶融温度は２２０℃である。すなわち、第２の発熱線２２は第１の被覆樹脂２４の溶融温度よりも高い溶融温度を持つ第２の被覆樹脂２５で被覆されている。また、検知線２３を覆う被覆樹脂２６には、前記した比較して溶融温度の低い第１の被覆樹脂２４と同じ樹脂が用いられており、その溶融温度は１８０℃である。
【００２９】
これらの被覆樹脂２４，２５，２６は、通常の運転時ではそのままで存在しており、絶縁材として機能している。しかし、第１の発熱線２１または第２の発熱線２２に断線あるいは部分断線等が生じてスパーク等が発生して、溶融温度を超える異常加熱状態が部分的に発生したときには、溶融して絶縁機能を喪失する。
【００３０】
本発明において、各電気式床暖房パネル３０における発熱回路は、図５に示すような構成を備える。図５において、２０は上記の３線式ヒータ線を示し、５０は抵抗器付き温度ヒューズを示す。図示のように、第１の発熱線２１の一方端は電源６０に直接接続しており、第２の発熱線２２の一方端は前記抵抗器付き温度ヒューズ５０の温度ヒューズ５１を介して電源６０に接続している。また、前記検知線２３一方端は抵抗器付き温度ヒューズ５０における前記温度ヒューズの電源接続側とは反対側に接続する抵抗器５３に接続している。そして、前記第１と第２の発熱線２１，２２の他方端はサーモスタット５４を介して互いに直列に接続している。また、前記抵抗器付き温度ヒューズ５０は、検知線２３に流れる電流が前記した温度ヒューズ５０の電源接続側とは反対側に接続する抵抗器５３に流れて、抵抗器５３が発熱するときに、その熱によってヒューズ５１は溶断するように設計されており、この例で、抵抗器５３の抵抗は１３００Ωであり、また、ヒューズ５１は９９℃で溶断するようにされている。
【００３１】
上記の発熱回路において、電気式床暖房フロアＡが正常に運転している環境では、供給される電力は、第１の発熱線２１と第２の発熱線２２とを循環するように流れ、その発熱により床暖房が行われる。正常運転での温度制御等は前記したコントローラ４０により行われる。正常運転時に検知線２３には電流は流れず、またヒューズ５１を流れる電流は、発熱線２１，２２の抵抗値に依存する小さな値であり、ヒューズ５１が溶断することはない。
【００３２】
製品寿命を超えてもなお継続使用していると、使用者が知らないうちに第１の発熱線２１と第２の発熱線２２のいずれかに部分断線が生じ、接触抵抗が異常に増加してスパーク等による異常加熱が生じる場合がある。図６は、そのような断線が第１の発熱線２１において起こった場合の状態を説明している。第１の発熱線２１のいずれかの箇所Ｐでスパーク等による異常加熱が生じたときに、その箇所の第１の被覆樹脂２４は溶融し、そこに近接する検知線２３を被覆する被覆樹脂２６も溶融する。
【００３３】
双方の被覆樹脂が溶融することにより、図６に領域Ｑで示すように、第１の発熱線２１と検知線２３とが短絡した状態となり、電流は、その短絡箇所から検知線２３側に流れる。検知線２３に電流が流れることにより、前記のように抵抗器５３は発熱し、その熱によってヒューズ５１は溶断する。ヒューズ５１が溶断することよりコントローラ４０から発熱回路への電力供給は完全に遮断されるので、断線箇所Ｐでのそれ以上の発熱やスパークは起こらない。それにより、電気式床暖房パネル３０の裏面に積層した不織布層３８や樹脂発泡体層３９からなる緩衝材層３７が着火するという事態は確実に回避される。
【００３４】
図７は、断線が第２の発熱線２２において起こった場合の状態を説明している。第２の発熱線２２のいずれかの箇所でスパーク等による異常加熱が生じたときに、その箇所の第２の被覆樹脂２５が昇温する。第２の被覆樹脂２５の溶融温度は、第１の発熱線２１および検知線２３を被覆している第１の被覆樹脂２４，２６の溶融温度よりも高く設定してあるので、第２の被覆樹脂２５が溶融する前に、第１の発熱線２１および検知線２３を被覆している第１の被覆樹脂２４，２６が溶融する。それにより、図６において説明したと同様に、領域Ｑにおいて、第１の発熱線２１と検知線２３とが短絡した状態となる。それにより、図６に基づき説明したと同様にして、検知線２３に電流が流れ、抵抗器５３が発熱して、ヒューズ５１は溶断する。
【００３５】
ところで、実際の電気式床暖房パネル３０において、３線式ヒータ線２０はかなり長いものであり、例えば、１０ｍ程度のものが通常用いられる。そのために、前記した第１の発熱線２１と検知線２３との短絡が、電源に近い場所で生じるか、電源から遠い場所（例えばサーモスタット５４の近い場所）で生じるかで、前記短絡回路での実質的な抵抗値が異なってくる。そのために、前記したように、短絡が電源に近い箇所で起こると、抵抗器５３に大きな値の電流、電圧がかかり、出力が大きくなって、抵抗器５３は短時間で所要の温度（例えば９９℃）に昇温し、短絡後の短い時間でヒューズ５１が溶断する。一方、短絡が電源から遠い箇所で起こると、抵抗器５３に流れる電流、電圧は小さくなり、抵抗器５３が所要の温度に昇温するのに長い時間を要し、ヒューズ５３が溶断するまでに長い時間が経過する。この時間差は、検知線２３と短絡する第１の発熱線２１の抵抗値に依存しており、第１の発熱線２１の抵抗値が大きいほど、時間差が大きくなる。
【００３６】
本発明による３線式ヒータ線２０では、上記のように、第１の発熱線２１の抵抗値Ｒ１は第２の発熱線２２の抵抗値Ｒ２よりも小さく、例えば、Ｒ１＝１７５Ω、Ｒ２＝４０５Ωである。すなわち、同じ発熱量を抵抗値の同じ第１の発熱線２１と第２の発熱線２２で得ようとする場合と比較して、第１の発熱線２１の抵抗値Ｒ１は小さな値となっている。そのために、短絡が電源から遠い箇所で起こったときにヒューズ５１が溶断するまでの時間を短くすることができ、例えば６０秒以内とすることができる。結果として、短絡場所に依存する温度ヒューズ５１が溶断するまでの時間差を短くすることが可能となり、安全性確保の観点からより好ましいものとなる。
【００３７】
本発明者らが行った実験例では、他の条件は同じであるが、抵抗値が２４０Ωである第１と第２の発熱線２１，２２を持つ３線式ヒータ線を用いた電気式床暖房パネルＰ１と、上記したように、第１の発熱線２１の抵抗値Ｒ１が１７５Ω、第２の発熱線２２の抵抗値Ｒ２が４０５Ωである３線式ヒータ線を用いた電気式床暖房パネルＰ２において、それぞれ電源側とサーモスタット５４に近い側で短絡を生じさせた場合に、温度ヒューズ５１が溶断するまでの時間に表１に示すような時間差があった。
【００３８】
【表１】
【００３９】
表１に示されるように、本発明による電気式床暖房パネルＰ２では、溶断までの時間差が少なくなるとともに、長くても４７秒と、安全基準の思われる６０秒よりも短くなっており、本発明品では安全性がさらに安全サイドに向けて確保されることがわかる。
【００４０】
図３に示すように、本発明による電気式床暖房フロアＡでは、上記の電気式床暖房パネル３０の複数枚が並列接続した状態で床下地面に敷き詰められている。そのために、上記のようなヒューズ５１の溶断は、個々の電気式床暖房パネル３０において生じることとなり、他の電気式床暖房パネル３０の運転には影響を与えない。必要な場合には、電気式床暖房フロアＡはそのまま継続して運転することもできる。その際にも、安全性は確保される。溶断が生じた電気式床暖房パネル３０のみを簡単に交換することも可能である。
【００４１】
次に、図８よび図９を参照して、第３の発明に係る電気式床暖房パネル３０Ａ、およびそれを用いた第４の発明に係る電気式床暖房フロアＡ１について説明する。第３の発明に係る電気式床暖房パネル３０Ａは、パネル内に前記した「抵抗器付き温度ヒューズ５０」を備えない点で、図２に基づき説明した電気式床暖房パネル３０と相違する。図８に示す例において、電気式床暖房パネル３０Ａは、長尺状の単位ピースを長手方向に位置をずらしながら雁木状に組み付けた木質基材３１を有し、その裏面にはその全面にわたるようにして連続する配線溝３２が形成されている。配線溝３２の中には、図４に基づき説明した３線式ヒータ線２０が埋め込まれており、３線式ヒータ線２０の一方端２０ａは、リード線、通常の温度ヒューズおよび電源線２０ｂを介してコネクタ３４、３５に電気的に接続している。３線式ヒータ線２０の他方端２０ｃは、図示しないサーモスタットが取り付けられる。また、図５には示されないが、木質基材３１の裏面には、図２に示した電気式床暖房パネル３０と同じ緩衝材層３７が貼り付けられている。
【００４２】
電気式床暖房パネル３０Ａを用いた電気式床暖房フロアＡ１の一例が図９に示される。ここでは、電気式床暖房フロアＡ１は、前記した３枚の電気式床暖房パネル３０Ａからなる１組の電気式床暖房パネル群ＡＧの複数個（図では２個）が並列接続されて形成されており、従来知られた暖房用コントローラに組み込まれている従来公知の制御装置ＣＵに加えて前記した抵抗器付き温度ヒューズ５０を備える床暖房用コントローラＤが、床下地上に敷き詰めた前記電気式床暖房パネル群と外部電源との間に取り付けられている。
【００４３】
そして、床暖房用コントローラＤに組み込まれた抵抗器付き温度ヒューズ５０は、その温度ヒューズ５１の一方側を、電気式床暖房パネル３０Ａに埋め込んだ３線式ヒータ線２０の第２の発熱線２２にケーブル線３ａを介して接続し、他方側を制御装置ＣＵに接続している。また、抵抗器５３は、前記３線式ヒータ線２０の検知線２３にケーブル線３ｃを介して接続している。３線式ヒータ線２０の前記第１の発熱線２１はケーブル線３ａを介して、直接制御装置ＣＵに接続している。
【００４４】
この電気式床暖房フロアＡ１において、各電気式床暖房パネル３０Ａが正常に運転している環境では、床暖房用コントローラＤから供給される電力は、各電気式床暖房パネル３０Ａに組み込んだ３線式ヒータ線２０の第１の発熱線２１と第２の発熱線２２とを循環するように流れ、その発熱により床暖房が行われる。正常運転での温度制御等は前記した床暖房用コントローラＤの制御装置ＣＵにより行われる。正常運転時には３線式ヒータ線２０の検知線２３には電流は流れない。
【００４５】
いずれかの電気式床暖房パネル３０Ａにおける３線式ヒータ線２０において、第１の発熱線２１と検知線２３との間に短絡が発生したときに、前記床暖房用コントローラＤに組み込まれた抵抗器付き温度ヒューズ５０に生じる現象は、図５〜図６に基づき説明した抵抗器付き温度ヒューズ５０に生じる現象と同じであり、説明は省略する。
【００４６】
上記の電気式床暖房フロアＡ１では、床暖房用コントローラＤに１つの抵抗器付き温度ヒューズ５０を組み込むだけで、電気式床暖房フロアＡ１を確実に安全サイドに導くことができる。そのために、低コストで電気式床暖房フロアを構築することができる。また、各電気式床暖房パネル３０Ａあるいは電気式床暖房パネル群ＡＧは並列接続しているので、いずれの３線式ヒータ線２０において断線による異常発熱が生じても、電気式床暖房フロアは確実に安全サイドに導かれる。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】電気式床暖房フロアの全体を示す概略図。
【図２】第１の発明に係る電気式床暖房パネルの一例を説明する図。
【図３】第２の発明に係る電気式床暖房フロア全体の電気回路図の一例を示す図。
【図４】電気式床暖房パネルに組み込まれる３線式ヒータ線を説明する図。
【図５】第１の発明に係る電気式床暖房パネルにおける発熱回路を説明する図
【図６】発熱回路に異常発熱が生じたときの第１の態様を説明する図。
【図７】発熱回路に異常発熱が生じたときの第２の態様を説明する図。
【図８】第３の発明に係る電気式床暖房パネルを説明する図。
【図９】第４の発明に係る電気式床暖房フロア全体の電気回路図の一例を示す図。
【符号の説明】
【００４８】
Ａ、Ａ１…電気式床暖房フロア、１０…床下地、２０…３線式ヒータ線、２１…第１の発熱線、２２…第２の発熱線、２３…検知線、２７…被覆材、２４、２６…第１の被覆樹脂、２５…第２の被覆樹脂、３０、３０Ａ…電気式床暖房パネル、３１…木質基材、３６…遮音溝、３７…緩衝材層、４０…コントローラ、５０…抵抗器付き温度ヒューズ、５１…温度ヒューズ、５３…抵抗器、５４…サーモスタット、６０…電源
【特許請求の範囲】
【請求項１】
木質基材の裏面にヒータ線による発熱回路を組み込んだ電気式床暖房パネルであって、
前記ヒータ線は、第１と第２の２本の発熱線と１本の検知線とからなり、第１の発熱線と検知線との間には第１の溶断層が介在し、第１の発熱線と第２の発熱線との間には少なくとも第２の溶断層が介在し、第２の溶断層の材料の融点は第１の溶断層の材料の融点よりも高く、かつ第１の発熱線の抵抗値は第２の発熱線の抵抗値よりも小さい３線式ヒータ線であり、
前記発熱回路は前記３線式ヒータ線と電源側との間に抵抗器付き温度ヒューズを備え、前記第１の発熱線の一方端は電源に直接接続しており、前記第２の発熱線の一方端は前記抵抗器付き温度ヒューズの温度ヒューズを介して電源に接続しており、前記検知線の一方端は前記抵抗器付き温度ヒューズにおける前記温度ヒューズの電源接続側とは反対側に接続する抵抗器に接続しており、かつ、前記抵抗器は前記第１の溶断層が溶融することにより生じる前記第１の発熱線と前記検知線との短絡により前記検知線に流れる電流が流れることにより発熱し、前記抵抗器の発熱により前記温度ヒューズが溶断するようになっており、さらに、前記第１と第２の発熱線の他方端はサーモスタットを介してあるいは介さずに互いに接続している、ことを特徴とする電気式床暖房パネル。
【請求項２】
木質基材の裏面に緩衝材層が貼着されていることを特徴とする請求項１に記載の電気式床暖房パネル。
【請求項３】
請求項１に記載の電気式床暖房パネルの複数枚が並列接続した状態で床下地面に敷き詰められていることを特徴とする電気式床暖房フロア。
【請求項４】
木質基材の裏面にヒータ線による発熱回路を組み込んだ電気式床暖房パネルであって、前記ヒータ線は、第１と第２の２本の発熱線と１本の検知線とからなり、第１の発熱線と検知線との間には第１の溶断層が介在し、第１の発熱線と第２の発熱線との間には少なくとも第２の溶断層が介在し、第２の溶断層の材料の融点は第１の溶断層の材料の融点よりも高く、かつ第１の発熱線の抵抗値は第２の発熱線の抵抗値よりも小さい３線式ヒータ線であることを特徴とする電気式床暖房パネル。
【請求項５】
請求項４に記載の電気式床暖房パネルの複数枚を電気的に接続して床下地面に敷き詰め、床暖房用コントローラを介して電気式床暖房パネルに所要の電力を供給するようにした電気式床暖房フロアであって、
前記床暖房用コントローラは抵抗器付き温度ヒューズを備え、電気式床暖房パネルに組み込んだ前記３線式ヒータ線の前記第１の発熱線の一方端は前記床暖房用コントローラを介して電源に直接接続しており、前記第２の発熱線の一方端は前記床暖房用コントローラに備えた前記抵抗器付き温度ヒューズの温度ヒューズを介して電源に接続しており、前記検知線の一方端は前記抵抗器付き温度ヒューズにおける前記温度ヒューズの電源接続側とは反対側に接続する抵抗器に接続しており、かつ、前記抵抗器付き温度ヒューズの抵抗器には前記第１の溶断層が溶融することにより生じる前記第１の発熱線と前記検知線との短絡により前記検知線に流れる電流が流れることにより発熱するようになっており、前記抵抗器の発熱により前記温度ヒューズが溶断するようになっていることを特徴とする電気式床暖房フロア。
【請求項１】
木質基材の裏面にヒータ線による発熱回路を組み込んだ電気式床暖房パネルであって、
前記ヒータ線は、第１と第２の２本の発熱線と１本の検知線とからなり、第１の発熱線と検知線との間には第１の溶断層が介在し、第１の発熱線と第２の発熱線との間には少なくとも第２の溶断層が介在し、第２の溶断層の材料の融点は第１の溶断層の材料の融点よりも高く、かつ第１の発熱線の抵抗値は第２の発熱線の抵抗値よりも小さい３線式ヒータ線であり、
前記発熱回路は前記３線式ヒータ線と電源側との間に抵抗器付き温度ヒューズを備え、前記第１の発熱線の一方端は電源に直接接続しており、前記第２の発熱線の一方端は前記抵抗器付き温度ヒューズの温度ヒューズを介して電源に接続しており、前記検知線の一方端は前記抵抗器付き温度ヒューズにおける前記温度ヒューズの電源接続側とは反対側に接続する抵抗器に接続しており、かつ、前記抵抗器は前記第１の溶断層が溶融することにより生じる前記第１の発熱線と前記検知線との短絡により前記検知線に流れる電流が流れることにより発熱し、前記抵抗器の発熱により前記温度ヒューズが溶断するようになっており、さらに、前記第１と第２の発熱線の他方端はサーモスタットを介してあるいは介さずに互いに接続している、ことを特徴とする電気式床暖房パネル。
【請求項２】
木質基材の裏面に緩衝材層が貼着されていることを特徴とする請求項１に記載の電気式床暖房パネル。
【請求項３】
請求項１に記載の電気式床暖房パネルの複数枚が並列接続した状態で床下地面に敷き詰められていることを特徴とする電気式床暖房フロア。
【請求項４】
木質基材の裏面にヒータ線による発熱回路を組み込んだ電気式床暖房パネルであって、前記ヒータ線は、第１と第２の２本の発熱線と１本の検知線とからなり、第１の発熱線と検知線との間には第１の溶断層が介在し、第１の発熱線と第２の発熱線との間には少なくとも第２の溶断層が介在し、第２の溶断層の材料の融点は第１の溶断層の材料の融点よりも高く、かつ第１の発熱線の抵抗値は第２の発熱線の抵抗値よりも小さい３線式ヒータ線であることを特徴とする電気式床暖房パネル。
【請求項５】
請求項４に記載の電気式床暖房パネルの複数枚を電気的に接続して床下地面に敷き詰め、床暖房用コントローラを介して電気式床暖房パネルに所要の電力を供給するようにした電気式床暖房フロアであって、
前記床暖房用コントローラは抵抗器付き温度ヒューズを備え、電気式床暖房パネルに組み込んだ前記３線式ヒータ線の前記第１の発熱線の一方端は前記床暖房用コントローラを介して電源に直接接続しており、前記第２の発熱線の一方端は前記床暖房用コントローラに備えた前記抵抗器付き温度ヒューズの温度ヒューズを介して電源に接続しており、前記検知線の一方端は前記抵抗器付き温度ヒューズにおける前記温度ヒューズの電源接続側とは反対側に接続する抵抗器に接続しており、かつ、前記抵抗器付き温度ヒューズの抵抗器には前記第１の溶断層が溶融することにより生じる前記第１の発熱線と前記検知線との短絡により前記検知線に流れる電流が流れることにより発熱するようになっており、前記抵抗器の発熱により前記温度ヒューズが溶断するようになっていることを特徴とする電気式床暖房フロア。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２００９−２８７８７１（Ｐ２００９−２８７８７１Ａ）
【公開日】平成２１年１２月１０日（２００９．１２．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−１４２４９６（Ｐ２００８−１４２４９６）
【出願日】平成２０年５月３０日（２００８．５．３０）
【出願人】（００００００４１３）永大産業株式会社 (243)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年１２月１０日（２００９．１２．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年５月３０日（２００８．５．３０）
【出願人】（００００００４１３）永大産業株式会社 (243)
【Ｆターム（参考）】
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