JP3222593U - ヒータ - Google Patents
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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。
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。
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。
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(BaTiO3)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0.0274m2K/W、比較例1の熱抵抗は1.2500m2K/W、比較例2の熱抵抗は0.0548m2K/W、比較例3の熱抵抗は0.0488m2K/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。
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)
- 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。 - 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。 - 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。
- 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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