JP3219722U

JP3219722U - ヒータ

Info

Publication number: JP3219722U
Application number: JP2018004255U
Authority: JP
Inventors: 善行鎌田; 高橋　透; 透高橋; 幸乃斉藤; 正治神原
Original assignee: 株式会社リミックス
Priority date: 2018-11-02
Filing date: 2018-11-02
Publication date: 2019-01-17
Anticipated expiration: 2024-05-08

Abstract

【課題】防水気密性を確保しつつ、密閉環境下でのＰＴＣサーミスタ素子の特性劣化を抑制できるヒータを提供する。
【解決手段】ヒータは、ＰＴＣサーミスタ素子１１をケース１２の内部に収納したヒータユニット１０を備える。ＰＴＣサーミスタ素子には電線１５が接続され、電線はケースの開口１２Ｂから外部に引き出されている。開口は封止部材１６により閉鎖され、封止部材とＰＴＣサーミスタ素子との間には、端部空気層１２Ｄが形成されている。電線は、導線１５Ａを被覆材１５Ｂで被覆した構成を有し、端部空気層の中では、被覆材から導線が露出している。端部空気層は、被覆材と導線との間の隙間を介してケースの外部と連通されている。
【選択図】図２

Description

本考案は、ＰＴＣ（ＰｏｓｉｔｉｖｅＴｅｍｐｅｒａｔｕｒｅＣｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ）サーミスタ素子を用いたヒータに関する。

従来より、ＰＴＣサーミスタ素子を用いたヒータが知られている。ＰＴＣサーミスタ素子は低温で固有の抵抗値を持つために発熱体として作用し、かつ、キュリー温度以上では急激に抵抗値が増大して通電をカットするという自己温度制御機能を有しているので、安全性の高いヒータを実現することができる。この種のヒータは、例えば、半導体セラミックよりなる発熱素子に一対の電極を配設したＰＴＣサーミスタ素子をケースに収納した構造を有している。このようなヒータを水や油などの液体の加熱に用いる場合には、高い防水気密性が必要となる。

しかしながら、ＰＴＣサーミスタ素子は、密閉され環境下で使用すると、抵抗値が変化するという特性劣化が生じてしまう（例えば、特許文献１参照）。図７は、ＰＴＣサーミスタ素子をケースの中に密閉収納したヒータを連続動作させた場合の特性変化を表すものである。図７に示したように、動作時間の経過に従い抵抗値が低下することが分かる。これにより、ＰＴＣサーミスタ素子を密閉するとヒータに流れる電流値が上昇し、ヒータを設置している機器に不具合が生じる恐れがあるという問題があった。

特開平７−１５３５５３号公報

本考案は、このような問題に基づきなされたものであり、防水気密性を確保しつつ、特性の劣化を抑制することができるヒータを提供することを目的とする。

本考案のヒータは、発熱素子に一対の電極層が配設されたＰＴＣサーミスタ素子と、一対の電極層に対して電気的にそれぞれ接続され、導線を被覆材で被覆した一対の電線と、ＰＴＣサーミスタ素子を内部に収納し、電線を引き出すための開口を有するケースと、開口を閉鎖する封止部材とを備え、ケースの内部には、封止部材とＰＴＣサーミスタ素子との間に端部空気層が設けられ、電線は、端部空気層の中において、被覆材から導線が露出されて電極層に対して電気的に接続され、端部空気層は、導線と被覆材との間の隙間を介してケースの外部と連通されているものである。

本考案によれば、ケースの内部において封止部材とＰＴＣサーミスタ素子との間に端部空気層を設け、この端部空気層の中において、被覆材から導線を露出させるようにしたので、導線と被覆材との間の隙間を介して、ケースの内部と外部と連通させることができる。よって、ケースの開口を封止部材で封止することにより構造的には防水気密性を保ちつつ、ケース内部を外部と連通させてＰＴＣサーミスタ素子に外部の空気を供給し、ＰＴＣサーミスタ素子の抵抗値の劣化を改善することができる。

本考案の一実施の形態に係るヒータの外観構成を表す図である。図１に示したＩＩ−ＩＩ線に沿った断面構成を表す図である。図１に示したＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿った断面構成を表す図である。ＰＴＣサーミスタ素子について空気との接触状態を変えて通電を行った場合における抵抗値変化を示す特性図である。比較例のヒータの構成を表す図である。本考案の一実施の形態に係るヒータについて連続通電試験を行った場合の抵抗値変化を表す特性図である。ＰＴＣサーミスタ素子を密閉された環境下で使用した場合の抵抗値変化を表す特性図である。

以下、本考案の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。

図１は、本考案の一実施の形態に係るヒータ１の構成を表わすものである。図２は、図１に示したＩＩ−ＩＩ線に沿った断面構成を表すものである。図３は、図１に示したＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿った断面構成を表すものである。このヒータ１は、例えば、ＰＴＣサーミスタ素子１１をケース１２の内部に収納したヒータユニット１０を２つ備えている。なお、図３では、１つのヒータユニット１０についてのＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿った断面構成を表している。

各ヒータユニット１０は、例えば、ケース１２の内部に複数のＰＴＣサーミスタ素子１１を有している。各ＰＴＣサーミスタ素子１１は、例えば、ステンレス等の金属よりなる一対の電極板１３の間に並べて配設され、一対の電極板１３に対して並列にそれぞれ接続されている。複数のＰＴＣサーミスタ素子１１を間に挟んだ一対の電極板１３の外周は、例えば、絶縁材料よりなる絶縁フィルム１４で覆われている。これにより、一対の電極板１３及び各ＰＴＣサーミスタ素子１１と、ケース１２とは、電気的に絶縁されている。

各ＰＴＣサーミスタ素子１１は、正温度特性を有し、キュリー温度以上において急激に抵抗が増大してそれ以上の温度上昇を制限することができるものである。各ＰＴＣサーミスタ素子１１は、例えば、発熱素子１１Ａに一対の電極層１１Ｂが配設されており、一対の電極層１１Ｂにはそれぞれ一対の電極板１３が当接して配設された構成を有している。発熱素子１１Ａは、例えば、主成分としてチタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ_３）系化合物を含む焼結体よりなる半導体セラミック板により構成されている。一対の電極層１１Ｂは、例えば、銀又はアルミニウムなどの金属により構成されており、発熱素子１１Ａの厚み方向において対向する面にそれぞれ設けられている。

一対の電極板１３の各一端部には、例えば、一対の端子部１３Ａがそれぞれ設けられている。一対の端子部１３Ａには、例えば、一対の電線１５がそれぞれ接続されている。これにより、一対の電線１５は、一対の電極板１３を介して、ＰＴＣサーミスタ素子１１の一対の電極層１１Ｂに対して電気的にそれぞれ接続されている。電線１５は、例えば、導線１５Ａを被覆材１５Ｂで被覆した構成を有しており、端子部１３Ａに接続されている側の端部では、被覆材１５Ｂから導線１５Ａが露出され、加締めなどにより導線１５Ａが端子部１３Ａに接合されている。被覆材１５Ｂは、例えば、電気絶縁性、防水性、及び、可撓性を有する樹脂材料により構成されることが好ましい。

ケース１２は、例えば、角筒状であり、アルミニウム等の高い熱伝導性及び加工容易性を有する材料により構成されている。ケース１２とＰＴＣサーミスタ素子１１とは、例えば、ＰＴＣサーミスタ素子１１の発熱素子１１Ａと電極層１１Ｂとの積層方向において、電極板１３及び絶縁フィルム１４を介して、接触していることが好ましい。また、ＰＴＣサーミスタ素子１１の積層方向に対して垂直、かつ、各ＰＴＣサーミスタ素子１１の配列方向に対して垂直な方向においては、ケース１２とＰＴＣサーミスタ素子１１との間に側部空気層１２Ａが設けられ、発熱素子１１Ａの側部が側部空気層１２Ａに露出されていることが好ましい。

ケース１２の両端部は、例えば解放され、開口１２Ｂ，１２Ｃがそれぞれ設けられている。開口１２Ｂ，１２Ｃの少なくとも一方は、電線１５を引き出すために利用される。なお、本実施の形態では、開口１２Ｂから一対の電線１５がそれぞれ引き出されている。開口１２Ｂは、例えば、封止部材１６が配設されることにより閉鎖され、開口１２Ｃは、例えば、封止部材１７が配設されることにより閉鎖されている。

封止部材１６は、例えば、開口１２Ｂを閉鎖するように設けられたシリコーンゴムよりなる薄板状の閉鎖部材１６Ａと、この閉鎖部材１６Ａの外側に設けられたシリコーン樹脂層１６Ｂとを有していることが好ましい。シリコーン樹脂層１６Ｂにより開口１２Ｂを封止することができると共に、閉鎖部材１６Ａによりシリコーン樹脂層１６Ｂの封止範囲を制限し、後述する端部空気層１２Ｄを封止部材１６とＰＴＣサーミスタ素子１１との間に容易に形成することができるからである。封止部材１７も、例えば、封止部材１６と同様に、開口１２Ｃを閉鎖するように設けられたシリコーンゴムよりなる薄板状の閉鎖部材１７Ａと、この閉鎖部材１７Ａの外側に設けられたシリコーン樹脂層１７Ｂとを有していることが好ましい。なお、シリコーン樹脂層１６Ｂ，１７Ｂは、例えば、空気中の水分と反応して硬化するシリコーン樹脂を閉鎖部材１６Ａ，１７Ａの外側に塗布し、空気と接触させることにより形成することができる。

ケース１２の内部には、例えば、電線１５が引き出されている開口１２Ｂの側において、封止部材１６とＰＴＣサーミスタ素子１１との間に端部空気層１２Ｄが設けられている。電線１５は、この端部空気層１２Ｄの中において、被覆材１５Ｂから導線１５Ａが露出され、端子部１３Ａに対して電気的に接続されている。すなわち、被覆材１５Ｂの端部は端部空気層１２Ｄの中に位置し、これにより、端部空気層１２Ｄは、導線１５Ａと被覆材１５Ｂとの間の隙間を介してケース１２の外部と連通されている。また、端部空気層１２Ｄは、ケース１２の内部において、側部空気層１２Ａと連続して形成されている。

ケース１２の外側には、例えば、絶縁フィルム１４及び電極板１３を介してＰＴＣサーミスタ素子１１と接触している一対の側部に、ヒートシンク１８がそれぞれ設けられている。なお、図３では、ヒートシンク１８の表示を省略している。ヒートシンク１８は、例えば、板材を山部と谷部とが繰り返される形状に折り曲げた蛇腹部１８Ａと、この蛇腹部１８Ａのケース１２と反対側に設けられた板状部１８Ｂとを有している。ヒートシンク１８は、例えば、アルミニウム等の高い熱伝導性を有する材料により構成されている。

各ヒータユニット１０は、例えば、ヒートシンク１８が設けられている対向方向に、並べて配置されている。各ケース１２の両端部には、例えば、並べて配置された各ケース１２を連結して覆うように、樹脂製のブラケット１９がそれぞれ配設されている。なお、図１では、２つのヒータユニット１０を連結したヒータ１を示したが、１つのヒータユニット１０により構成するようにしてもよく、また、３以上のヒータユニット１０を連結して構成するようにしてもよい。

このヒータ１では、例えば、一対の電線１５を介してＰＴＣサーミスタ素子１１に通電され、発熱素子１１Ａが発熱する。発熱素子１１Ａから発せられた熱は、電極層１１Ｂ、電極板１３、絶縁フィルム１４、及び、ケース１２を介してヒートシンク１８に伝わる。ケース１２の内部では、内部に存在する空気が暖められて膨張し、一部の空気が、電線１５の導線１５Ａと被覆材１５Ｂとの間の隙間を介してケース１２の外部に移動する。また、ＰＴＣサーミスタ素子１１への通電が停止され、発熱素子１１Ａの発熱が停止されると、ケース１２の内部に存在する空気が冷却して収縮し、ケース１２の外部の空気が、電線１５の導線１５Ａと被覆材１５Ｂとの間の隙間を介してケース１２の内部に移動する。よって、電線１５の導線１５Ａと被覆材１５Ｂとの間の隙間を介してケース１２の内部と外部とが連通され、ＰＴＣサーミスタ素子１１に外部の空気が供給されて、ＰＴＣサーミスタ素子１１の抵抗値の劣化が抑制される。

図４に、ＰＴＣサーミスタ素子１１の空気との接触状態を変えて通電を行った場合における抵抗値の変化を示す。ＳＴＥＰ１は、ＰＴＣサーミスタ素子１１をケース１２に入れずに常に空気と触れている状態で通電した場合、ＳＴＥＰ２は、ＰＴＣサーミスタ素子１１をケース１２に入れ、両端の開口１２Ｂ，１２Ｃを閉鎖しない状態で通電した場合、ＳＴＥＰ３は、ＰＴＣサーミスタ素子１１をケース１２に入れ、図５に示したように、両端の開口１２Ｂ，１２Ｃを閉鎖部材１６Ａ，１７Ａを設けずにシリコーン樹脂層１６Ｂ，１７Ｂで直接埋め、ＰＴＣサーミスタ素子１１の端部にリコーン樹脂層１６Ｂ，１７Ｂを接触させて通電した場合である。すなわち、ＳＴＥＰ３は、ＰＴＣサーミスタ素子１１とシリコーン樹脂との間に端部空気層１２Ｄが形成されていない場合である。図４に示したように、ＳＴＥＰ３では抵抗値が低下しており、ＰＴＣサーミスタ素子１１を密閉した状態で通電させると、抵抗値が低下することが分かる。

本実施の形態に係るヒータ１について連続通電試験を行い、抵抗値の変化を調べた。また、本実施の形態に係るヒータ１の比較例として、図５に示したように、ケース１２の両端の開口１２Ｂ，１２Ｃを閉鎖部材１６Ａ，１７Ａを設けずにシリコーン樹脂層１６Ｂ，１７Ｂで直接埋め、ＰＴＣサーミスタ素子１１の端部にリコーン樹脂層１６Ｂ，１７Ｂを接触させて端部空気層１２Ｄが形成されないように構成したヒータを用意し、同様にして連続通電試験を行い、抵抗値の変化を調べた。それらの結果を図６に示す。図６に示したように、比較例のヒータによれば、連続通電により抵抗値が劣化したのに対して、本実施の形態に係るヒータ１によれば、抵抗値の劣化は見られなかった。すなわち、本実施の形態に係るヒータ１によれば、抵抗値の劣化を改善できることが分かる。

このように本実施の形態によれば、ケース１２の内部において封止部材１６とＰＴＣサーミスタ素子１１との間に端部空気層１２Ｄを設け、この端部空気層１２Ｄの中において、被覆材１５Ｂから導線１５Ａを露出させるようにしたので、導線１５Ａと被覆材１５Ｂとの間の隙間を介して、ケース１２の内部と外部と連通させることができる。よって、ケース１２の開口１２Ｂ，１２Ｃを封止部材１６，１７で封止することにより構造的には防水気密性を保ちつつ、ケース１２の内部を外部と連通させてＰＴＣサーミスタ素子１１に外部の空気を供給し、ＰＴＣサーミスタ素子１１の抵抗値の劣化を改善することができる。

以上、実施の形態及び実施例を挙げて本考案を説明したが、本考案は上記実施の形態及び実施例に限定されるものではなく、種々変形可能である。例えば、上記実施の形態では、各構成要素について具体的に説明したが、他の構成を有してもよい。また、全ての構成要素を備えていなくてもよく、更に、他の構成要素を備えていてもよい。

ＰＴＣサーミスタ素子を用いたヒータに用いることができる。

１…ヒータ、１０…ヒータユニット、１１…ＰＴＣサーミスタ素子、１１Ａ…発熱素子、１１Ｂ…電極層、１２…ケース、１２Ａ…側部空気層、１２Ｂ、１２Ｃ…開口、１２Ｄ…端部空気層、１３…電極板、１３Ａ…端子部、１４…絶縁フィルム、１５…電線、１５Ａ…導線、１５Ｂ…被覆材、１６，１７…封止部材、１６Ａ，１７Ａ…閉鎖部材、１６Ｂ，１７Ｂ…シリコーン樹脂層、１８…ヒートシンク、１８Ａ…蛇腹部、１８Ｂ…板状部、１９…ブラケット

Claims

発熱素子に一対の電極層が配設された複数のＰＴＣサーミスタ素子と、
前記複数のＰＴＣサーミスタ素子を一列に配置して間に挟み、前記一対の電極層にそれぞれ当接して配設された一対の電極板と、
前記複数のＰＴＣサーミスタ素子を間に挟んだ前記一対の電極板の外周を覆う絶縁フィルムと、
前記一対の電極板を介して、前記一対の電極層に対して電気的にそれぞれ接続され、導線を被覆材で被覆した一対の電線と、
前記ＰＴＣサーミスタ素子を内部に収納し、前記電線を引き出すための開口を有するケースと、
前記開口を閉鎖する封止部材とを備え、
前記ケースは、前記発熱素子と前記電極層との積層方向において、前記複数のＰＴＣサーミスタ素子と前記電極板及び前記絶縁フィルムを介して接触し、
前記ケースの内部には、前記封止部材と前記ＰＴＣサーミスタ素子との間に端部空気層が設けられると共に、この端部空気層に連続して、前記発熱素子と前記電極層との積層方向に対して垂直、かつ、前記複数のＰＴＣサーミスタ素子の配列方向に対して垂直な方向において、ケースとＰＴＣサーミスタ素子との間に側部空気層が設けられ、
前記発熱素子の側部は前記側部空気層に露出されており、
前記電線は、前記端部空気層の中において、前記被覆材から前記導線が露出されて前記電極層に対して電気的に接続され、
前記端部空気層及び前記側部空気層は、前記導線と前記被覆材との間の隙間を介して前記ケースの外部と連通されている
ことを特徴とするヒータ。
前記封止部材は、シリコーンゴムよりなる閉鎖部材と、この閉鎖部材の外側に設けられたシリコーン樹脂層とを有することを特徴とする請求項１記載のヒータ。