JP3222593U - ヒータ - Google Patents

Abstract

【課題】小型化及び高効率化を図ることができるヒータを提供する。【解決手段】発熱素子１１Ａに第１電極層１１Ｂ及び第２電極層１１Ｃが配設されたＰＴＣサーミスタ素子１１がケース１２の内部に収納されている。ＰＴＣサーミスタ素子には、一対の電極層の対向方向において対向するように第１電極板１３Ａ及び第２電極板１３Ｂが配設されている。第１電極板とケースとの間には絶縁部材１６が配設され、第２電極板の少なくとも一部は、熱抵抗を低減するために絶縁部材を間に介さずに、ケースに接触された半絶縁型構造となっている。【選択図】図３

Description

本考案は、ＰＴＣ（Ｐｏｓｉｔｉｖｅ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ）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。近年では、温風ヒータや浴室暖房乾燥機等の温風用としての需要が増加している。

浴室暖房乾燥用のＰＴＣヒータとしては、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ものが知られている（例えば、特許文献１参照）。浴室暖房乾燥用のＰＴＣヒータは、使用環境が浴室であるので、高湿度環境で使用され、場合によっては水が直接入り込むことも考えられる。そこで、ＰＣＴサーミスタ素子に水が付着しないように、ケースに収納した防水型の構造となっている。また、このような浴室暖房乾燥用のＰＴＣヒータでは、安全性の観点から、例えば、ＰＴＣサーミスタ素子とケースとの間にポリイミドフィルム又はアルミナ基板等の絶縁物を配設した絶縁型とされている。更に、ケースの外側には、例えば、放熱性を高めるためにヒートシンクが設けられている。

特開２０１５−２１５９５５号公報

しかしながら、従来のＰＴＣヒータは、ＰＴＣサーミスタ素子が絶縁物及びケースを介してヒートシンクと接続されているので、絶縁物及びケースを設けない場合に比べて熱抵抗が大きくなってしまうという問題があった。近年、ＰＴＣヒータに関しては、小型化、高効率化が求められており、熱効率を向上させることが求められていた。

本考案は、このような問題に基づきなされたものであり、小型化及び高効率化を図ることができるヒータを提供することを目的とする。

本考案の第１のヒータは、発熱素子に第１電極層及び第２電極層が配設されたＰＴＣサーミスタ素子と、このＰＴＣサーミスタ素子の第１電極層に対して配設された第１電極板、及び、第２電極層に対して配設された第２電極板と、ＰＴＣサーミスタ素子、第１電極板、及び、第２電極板を内部に収納するケースとを備え、第１電極板とケースとの間には絶縁部材が配設され、第２電極板の少なくとも一部は、絶縁部材を間に介さずに、ケースに接触された半絶縁型構造を有するものである。

本考案の第２のヒータは、発熱素子に第１電極層及び第２電極層が配設されたＰＴＣサーミスタ素子と、このＰＴＣサーミスタ素子の第１電極層に対して配設された第１電極板と、ＰＴＣサーミスタ素子、及び、第１電極板を内部に収納するケースとを備え、第１電極板とケースとの間には絶縁部材が配設され、ＰＴＣサーミスタ素子の第２電極層の少なくとも一部は、絶縁部材を間に介さずに、ケースに接触された半絶縁型構造を有するものである。

本考案によれば、第２電極板又は第２電極層の少なくとも一部が絶縁部材を間に介さずにケースに接触するようにしたので、熱抵抗を低減することができ、高効率化及び小型化を図ることができる。また、絶縁部材の使用量を低減することができるので、省資源化を図ることができると共に、費用を削減することができる。更に、第１電極板とケースとの間に絶縁部材を配設するようにしたので、使用の際に、第２電極板又は第２電極層の側をアースし、第１電極板の側をホット側とすれば、ケースが活電部になることはなく、安全に使用することができる。

本考案の第１の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。 本考案の第２の実施の形態に係るヒータの断面構成を表す図である。

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。

（第１の実施の形態）
図１は、本考案の第１の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、浴室暖房乾燥用として好ましく用いられるものであり、複数の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に第１電極層１１Ｂ及び第２電極層１１Ｃが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。第１電極層１１Ｂ及び第２電極層１１Ｃ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。

各ＰＴＣサーミスタ素子１１には、例えば、第１電極層１１Ｂ及び第２電極層１１Ｃの対向方向において対向するように、第１電極板１３Ａ及び第２電極板１３Ｂが配設されている。各ＰＴＣサーミスタ素子１１は、第１電極板１３Ａと第２電極板１３Ｂとの間に挟まれて並べて配設され、第１電極板１３Ａ及び第２電極板１３Ｂに対して並列にそれぞれ接続されている。第１電極板１３Ａ及び第２電極板１３Ｂは、例えば、ステンレス等の金属により構成され、第１電極板１３Ａは第１電極層１１Ｂに当接して配設され、第２電極板１３Ｂは第２電極層１１Ｂに当接して配設されている。

第１電極板１３Ａには例えば第１電線１４Ａが接続され、第２電極板１３Ｂには例えば第２電線１４Ｂが接続されている。これにより、第１電線１４Ａは、第１電極板１３Ａを介して、ＰＴＣサーミスタ素子１１の第１電極層１１Ｂに対して電気的に接続され、第２電線１４Ｂは、第２電極板１３Ｂを介して、ＰＴＣサーミスタ素子１１の第２電極層１１Ｃに対して電気的に接続されている。第１電線１４Ａ及び第２電線１４Ｂは、例えば、導線を被覆材で被覆した構成を有している。

ケース１２は、例えば、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は、例えば、両端に開口１２Ａ，１２Ｂが設けられた中空体であり、具体的には、角筒状又は角が丸められた角筒状とされている。ケース１２の両端に設けられた開口１２Ａ，１２Ｂの少なくとも一方は、第１電線１４Ａ及び第２電線１４Ｂ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１２Ａから第１電線１４Ａが引き出され、開口１２Ｂから第２電線１４Ｂが引き出されている。開口１２Ａ，１２Ｂには、例えば、閉鎖部材１５Ａ，１５Ｂがそれぞれ配設されて閉鎖されており、ヒータ１は防水型構造を有している。

第１電極板１３Ａと、ケース１２との間には、絶縁部材１６が配設されている。一方、第２電極板１３Ｂの少なくとも一部は、絶縁部材を間に介さずに、ケース１２に接触された半絶縁型構造となっている。第２電極板１３Ｂとケース１２とを絶縁部材を間に介さずに接触させることにより、熱抵抗を低減することができると共に、使用の際に、第２電極板１３Ｂの側をアースすればケース１２が活電部とならず、安全に使用することができるからである。第２電極板１３Ｂは、第１電極板１３Ａとの対向方向の外側全面において、絶縁部材を間に介さずにケース１２と接触されることが好ましい。接触面積が大きい方がより熱抵抗を低くすることができるからである。

なお、ケース１２は、例えば、加締められることにより、第１電極板１３Ａと第２電極板１３Ｂとの対向方向において、第１電極板１３Ａの側では第１電極板１３Ａ及び絶縁部材１６を介し、第２電極板１３Ｂの側では絶縁部材１６を介さずに第２電極板１３Ｂを介して、ＰＴＣサーミスタ素子１１と接している。これによりＰＴＣサーミスタ素子１１において発生した熱は効率的にケース１２に伝達されるようになっている。

絶縁部材１６は、ＰＴＣサーミスタ素子１１の側部とケース１２との間にも配設されることが好ましい。ショートを防止するためである。ＰＴＣサーミスタ素子１１の側部というのは、第１電極層１１Ｂと第２電極層１１Ｃとの対向方向における側部である。絶縁部材１６としては、例えば、ポリイミドフィルム、アルミナ基板、又は、シリコーンを含むシリコーンシートを挙げることができるが、これらに限定されるものではない。

シリコーンシートとしては、例えば、ガラスクロス層の両面にシリコーンよりなるシリコーン層が設けられたものが好ましい。このシリコーンシートは、絶縁性能に優れているのに加えて、ポリイミドフィルムよりも熱伝導性に優れ、かつ、フレキシブル性及びクッション性（ゴム弾性）を有し、更に、機械的衝撃にも強いという特性を有している。よって、このシリコーンシートを用いれば、絶縁性を確保しつつ、第１電極板１３Ａの側においてもＰＴＣサーミスタ素子１１で発生した熱を効率よくケース１２に伝えることができ、更に、ケース１２を加締めても割れなどの発生を抑制することができ、かつ、ＰＴＣサーミスタ素子１１の厚みのバラツキを吸収することができるので好ましい。

絶縁部材１６にこのシリコーンシートを用いる場合には、ガラスクロス層を構成する縦糸及び横糸の伸長方向が、ケース１２の開口１２Ａ，１２Ｂの対向方向に対して交差するように配設されることが好ましい。縦糸又は横糸のどちらかがケース１２の開口１２Ａ，１２Ｂの対向方向に対して平行となるように配設すると、ケース１２を加締めた時に、引っ張られる力が働き、局所的に切れてしまう場合があるのに対して、交差するように配設すれば、引っ張られても伸びるので、切れの発生を抑制することができるからである。ケース１２の開口１２Ａ，１２Ｂの対向方向に対する縦糸又は横糸の傾斜角度は、１°以上４５°以下が好ましく、５°以上４５°以下であればより好ましい。

なお、絶縁部材１６は、第１電極板１３Ａとケース１２との間、及び、ＰＴＣサーミスタ素子１１の側部とケース１２との間において、同一のもので構成されていてもよいが、異なっていてもよく、また、一体的に構成されていてもよいが、別体で構成されていてもよい。特に、第１電極板１３Ａとケース１２との間においては、絶縁部材１６にシリコーンシートを用いるようにすれば高い特性を得ることができるので好ましい。

また、ケース１２の外側には、例えば、第１電極板１３Ａ及び第２電極板１３Ｂを介してＰＴＣサーミスタ素子１１と接している一対の側部に、ヒートシンク１７がそれぞれ設けられている。なお、図３では、ヒートシンク１７の表示を省略している。ヒートシンク１７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１７Ａと、この蛇腹部１７Ａのケース１２と反対側に設けられた板状部１７Ｂとを有している。ヒートシンク１７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。ケース１２の両端部には、例えば、樹脂製のブラケット１８がそれぞれ配設されている。

このヒータ１は、例えば、次のようにして製造される。まず、例えば、発熱素子１１Ａに第１電極層１１Ｂ及び第２電極層１１Ｃを配設してＰＴＣサーミスタ素子１１を作製する。次いで、例えば、ＰＴＣサーミスタ素子１１に第１電極板１３Ａ及び第２電極板１３Ｂを配設し、第１電極板１３Ａに第１電線１４Ａを接続し、第２電極板１３Ｂに第２電極１４Ｂを接続する。続いて、例えば、ＰＴＣサーミスタ素子１１の側部及び第１電極版１３Ａの外側に絶縁部材１６を配設し、ケース１２の内部に収納してケース１２を加締める。これにより、第１電極層１１Ｂと第２電極層１１Ｃとの対向方向において、ＰＴＣサーミスタ素子１１とケース１２とを、第１電極板１３Ａ及び絶縁部材１６、又は、第２電極板１３Ｂを介して接触させる。そののち、ケース１２の開口１２Ａ，１２Ｂから第１電線１４Ａ及び第２電線１４Ｂを引き出して開口１２Ａ，１２Ｂに閉鎖部材１５Ａ，１５Ｂを配設し、ケース１２の外側にヒートシンク１７を配設する。

また、このヒータ１は、次のように作用する。このヒータ１では、例えば、第１電線１４Ａ及び第２電線１４Ｂを介してＰＴＣサーミスタ素子１１に通電されると、発熱素子１１Ａが発熱する。発熱素子１１Ａから発せられた熱は、第１電極層１１Ｂの側では、第１電極層１１Ｂ、第１電極板１３Ａ、絶縁部材１６、及び、ケース１２を介してヒートシンク１７に伝わり、第２電極層１１Ｃの側では、第２電極層１１Ｃ、第２電極板１３Ｂ、及び、ケース１２を介してヒートシンク１７に伝わる。すなわち、第２電極板１３Ｂの側において絶縁部材を介していないので、熱抵抗を低くすることができる。

本実施の形態に係るヒータ１と、第２電極板とケースとの間にも絶縁部材を配設したヒータ（比較例１〜３）とで熱抵抗を比較した。本実施の形態に係るヒータ１では、絶縁部材１６にシリコーンシートを用いた。比較例１は、ＰＴＣサーミスタ素子、第１電極板、及び、第２電極板の周りをポリイミドフィルムで２重に覆ったことを除き、他は本実施の形態と同一の構成とした。比較例２では、ＰＴＣサーミスタ素子、第１電極板、及び、第２電極板の周りをシリコーンシートで１重に覆ったことを除き、他は本実施の形態と同一の構成とした。比較例３では、第１電極板及び第２電極板とケースとの間にアルミナ基板を配設したことを除き、他は本実施の形態と同一の構成とした。

その結果、本実施の形態のヒータ１の熱抵抗は０．０２７４ｍ^２Ｋ／Ｗ、比較例１の熱抵抗は１．２５００ｍ^２Ｋ／Ｗ、比較例２の熱抵抗は０．０５４８ｍ^２Ｋ／Ｗ、比較例３の熱抵抗は０．０４８８ｍ^２Ｋ／Ｗであった。比較例１を基準とすると、比較例２は約２３倍の効率アップ、比較例３は約２６倍の効率アップであるのに対して、本実施の形態のヒータ１は約４５倍もの効率アップを図ることができる。

このように本実施の形態によれば、第２電極板１３Ｂの少なくとも一部が絶縁部材を間に介さずにケース１２に接触するようにしたので、熱抵抗を低減することができ、高効率化及び小型化を図ることができる。また、絶縁部材の使用量を低減することができるので、省資源化を図ることができると共に、費用を削減することができる。更に、第１電極板１３Ａとケース１２との間に絶縁部材１６を配設するようにしたので、使用の際に、第２電極板１３Ｂの側をアースし、第１電極板１３Ａの側をホット側とすれば、ケース１２が活電部になることはなく、安全に使用することができる。

（第２の実施の形態）
図４は本考案の第２の実施の形態に係るヒータ２の断面構成を表すものである。このヒータ２は、第１の実施の形態で説明した第２電極板１３Ｂを備えておらず、ＰＴＣサーミスタ素子１１の第２電極層１１Ｃの少なくとも一部が、絶縁部材を間に介さずに、ケース１２に接触された半絶縁型構造となっているものである。第２電線１４Ｂは、例えば、ケース１２に接続され、ケース１２を介して第２電極層１１Ｃと電気的に接続されている。他は第１の実施の形態と同様の構成を有している。よって、第１の実施の形態と対応する構成要素には、同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。このヒータ２についても、第１の実施の形態と同様の作用・効果を有する。

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。更に、上記実施の形態では、ヒータユニット１０を１つ備える場合について説明したが、複数のヒータユニット１０を連結してヒータ１を構成するようにしてもよい。

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。

１，２…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…第１電極層、１１Ｃ…第２電極層、１２…ケース、１２Ａ，１２Ｂ…開口、１３Ａ…第１電極板、１３Ｂ…第２電極板、１４Ａ…第１電線、１４Ｂ…第２電線、１５Ａ，１５Ｂ…閉鎖部材、１６…絶縁部材、１７…ヒートシンク、１７Ａ…蛇腹部、１７Ｂ…板状部、１８…ブラケット

Claims (4)

1. 発熱素子に第１電極層及び第２電極層が配設されたＰＴＣサーミスタ素子と、
   このＰＴＣサーミスタ素子の前記第１電極層に対して配設された第１電極板、及び、前記第２電極層に対して配設された第２電極板と、
   前記ＰＴＣサーミスタ素子、前記第１電極板、及び、前記第２電極板を内部に収納するケースとを備え、
   前記第１電極板と前記ケースとの間には絶縁部材が配設され、前記第２電極板の少なくとも一部は、絶縁部材を間に介さずに、前記ケースに接触された半絶縁型構造を有する
   ことを特徴とするヒータ。
2. 発熱素子に第１電極層及び第２電極層が配設されたＰＴＣサーミスタ素子と、
   このＰＴＣサーミスタ素子の前記第１電極層に対して配設された第１電極板と、
   前記ＰＴＣサーミスタ素子、及び、前記第１電極板を内部に収納するケースとを備え、
   前記第１電極板と前記ケースとの間には絶縁部材が配設され、前記ＰＴＣサーミスタ素子の前記第２電極層の少なくとも一部は、絶縁部材を間に介さずに、前記ケースに接触された半絶縁型構造を有する
   ことを特徴とするヒータ。
3. 前記ＰＴＣサーミスタ素子の側部と前記ケースとの間に絶縁部材が配設されたことを特徴とする請求項１又は請求項２記載のヒータ。
4. 前記ケースは、両端に開口が設けられた中空体よりなり、前記開口には閉鎖部材が配設された防水型構造を有することを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１に記載のヒータ。

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