JP2005085696A

JP2005085696A - 電気式ヒータ

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Publication number: JP2005085696A
Application number: JP2003318829A
Authority: JP
Inventors: Yasuhiro Oya; 康裕大矢; Junji Moriwaki; 淳二森脇; Yoshinori Akiyama; 喜則秋山
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2003-09-10
Filing date: 2003-09-10
Publication date: 2005-03-31

Abstract

【課題】応力集中によるクリープが生じ難く、耐久性に優れた電気式ヒータを提供する。
【解決手段】放熱フィン３２、発熱素子３３０、発熱素子３３０に電力を印加する電極板３１を積層して構成した発熱体３を有する。発熱体３は、積層方向両端面において、それぞれ絶縁プレート３９１、３９２を介して第１保持及び第２保持フレーム２１、２２により挟持され、かつ絶縁プレート３９１、３９２と第１及び第２保持フレーム２１、２２は略全面接触してなり，第１及び第２保持フレーム２１、２２の外側から内側に向かう圧縮力を付与することで、放熱フィン３２、発熱素子３３０、電極板３１、第１及び第２保持フレーム２１、２２を積層一体化する金属製固定手段１を有し、金属製固定手段１は、第１及び第２保持フレーム２１、２２に固定する。
【選択図】図１

Description

本発明は、正特性のサーミスタ等を発熱素子として採用する電気式ヒータに関する。

図９に示すごとく、略平行に配置された一対の第１、第２取付フレーム９１、９２と、該第１、第２取付フレーム９１、９２と直行し、かつ第１、第２取付フレーム９１、９２の両端にそれぞれ配置した側面取付フレーム９３、９４とによって発熱体９５が保持され、かつ上記発熱体９５を第１、第２及び側面取付フレーム９１〜９４によって形成された平面内に配置する電気式ヒータ９が知られている。
上記発熱体９５は、相互に略平行に放熱フィン９５１、発熱要素９５２、該発熱要素９５２に電力を印加する電極板９５３を積層してなる。第１、第２取付フレーム９１、９２は発熱体９５の積層方向と略直行し、側面取付フレーム９３、９４は積層方向と略平行する。
上記電気式ヒータ９において、第１取付フレーム９１と発熱体９５の上側の端面との間、第２取付フレーム９２と発熱体９５の下側の端面との間には、それぞれ発熱体９５の積層方向、外部から内部に向かう矢線ｆにかかる弾性力（復元力）を発揮するばね材９１０、９２０を配置する。

電気式ヒータ９の組付時には、ばね材９１０、９２０がたわむように、第１、第２取付フレーム９１、９２から発熱体９５を押圧して、側面取付フレーム９３、９４を第１、第２取付フレーム９１、９２の端部に固定する。
この固定により発熱体９５は積層方向の圧縮力を受けて、該圧縮力により発熱体９５の構成要素となる放熱フィン９５１、発熱要素９５２、電極板９５３が相互に密着しつつ、取付フレーム９１〜９４内に固定される。

電気式ヒータ９において、電極板９５３から発熱要素９５２に電力が印加されて、発熱要素９５２が発熱する。発熱要素９５２で発生した熱は電極板９５３を介して放熱フィン９５１に熱伝導し、放熱フィン９５１から該放熱フィン９５１近傍を通過する被加熱媒体に熱伝導が生じることで、電気式ヒータ９が機能する。
従って、発熱体９５の構成要素となる放熱フィン９５１、発熱要素９５２、電極板９５３は相互に十分密着していることが望ましい。
図９にかかる電気式ヒータ９において、ばね材９１０、９２０が発熱体９５に積層方向の圧縮力を付与することで、発熱体９５の構成要素の相互密着が実現するのである。
なお、以下の特許文献１はラジエータに関する発明であるが、図９と同様の構成とばね材による効果を備えている。

特許第３２７４２３４号公報

ところで、電気式ヒータ９において、第１、第２取付フレーム９１、９２と発熱体９５との間に絶縁板を配置することがあるが、上記構成にかかる電気式ヒータ９に絶縁板を配置した場合、次のような問題が発生するおそれがあった。
すなわち、上記ばね材９１０、９２０は、図９に示すごとく、第１、第２取付フレーム９１、９２や発熱体９５に対し部分的に当接し、ばね材９１０、９２０の接する部分に応力が集中する。
発熱体９５は温度が１５０〜１７０℃程度となり、発熱体９５と接する絶縁板も同程度の温度に加熱される。このような状況で応力集中されることで、絶縁板にクリープが生じ、強度劣化し、破断やクラック発生等によって短時間のうちに劣化してしまう。
強度劣化防止として、絶縁板を厚くして強度を高める方法もあるが、厚みの分電気式ヒータの重量が増えるため、望ましくない。
さらにクリープが上記温度で生じがたい材料として、アルミナを用いることも考えられるが、コスト高の要因となりやすく、できれば使用は避けたい。

以上、かかる従来の問題点に鑑みてなされたもので、応力集中によるクリープが生じ難く、耐久性に優れた電気式ヒータを提供しようとするものである。

本発明は、放熱フィン、通電により発熱する発熱素子、該発熱素子に電力を印加する電極板を積層して構成した発熱体を有し、該発熱体の積層方向両端面と該両端面と交差する両側面とによって張られた一方の面から他方の面に向かって被加熱媒体が上記放熱フィンの近傍を通過する電気式ヒータであって、
上記発熱体は、積層方向両端面において、それぞれ絶縁プレートを介して第１保持及び第２保持フレームにより挟持され、かつ上記絶縁プレートと上記第１及び第２保持フレームは略全面接触してなり，
上記第１及び第２保持フレームの外側から内側に向かう圧縮力を付与することで、上記放熱フィン、発熱素子、電極板、第１及び第２保持フレームを積層一体化する金属製固定手段を有し、
上記金属製固定手段は、上記第１及び第２保持フレームに固定することを特徴とする電気式ヒータにある。

本発明では、発熱体と絶縁プレートと第１、第２保持フレームとの積層一体化は、第１、第２保持プレートの外側から付与された内側向きの圧縮力により行われ、この圧縮力による応力集中は、絶縁プレートが第１、第２保持フレームに対し、略全面接触しているため、生じ難い。
そのため、本発明にかかる構成によれば絶縁プレートにクリープが生じ難く、クリープ原因の強度劣化が生じ難く、耐久性に優れた電気式ヒータを得ることができる。
そして、クリープが生じ難いため、絶縁プレートに樹脂等の低価格材料を用いることができ、電気式ヒータのコストダウンを図ることができる。さらに、クリープが生じ難いため、絶縁プレートを薄く構成することができ、軽量かつコンパクトな電気式ヒータを得ることができる。

以上、本発明によれば、かかる従来の問題点に鑑みてなされたもので、応力集中によるクリープが生じ難く、耐久性に優れた電気式ヒータを提供することができる。

本発明の電気式ヒータは、発熱素子として、ＰＴＣ（Positive Temperature Coefficient）素子を用いることができる。ＰＴＣ素子は、特定の温度以上で急速に電気抵抗が増大する性質をもった素子で、そのため通電により発熱するが、発熱する温度が所定の温度を越えると電気抵抗が高くなりすぎて電流が殆ど流れなくなり、ある程度の温度以上に発熱することがない。よって、この素子を用いることでヒータの過熱を防ぐことができる。

また、上記絶縁プレートは、発熱体と第１、第２保持フレームとの間の絶縁性を確保すると共に、発熱体と第１、第２保持フレームとの間の断熱を確保することが好ましい。
すなわち、発熱体は放熱フィン、通電により発熱する発熱素子、該発熱素子に電力を印加する電極板を積層して構成してなり、従って、放熱フィンは電極板と電気的に導通しており、第１、第２保持フレームと発熱体との間を絶縁してやる必要がある。本発明における絶縁プレートはそのために設けてある。
更に、発熱体の熱が第１、第２保持フレームに逃げることを防ぐために、発熱体と第１、第２保持フレームとの間を断熱することが好ましい。
上記絶縁プレートを熱の不良導体となる樹脂等から構成することで、絶縁と断熱の双方を確保することができる。
上記絶縁プレートは、例えば、ナイロン、ＰＰＳ樹脂から構成することが好ましい。

また、上記金属製固定手段は，上記発熱体の両側面にそれぞれ固定してなる一対の側部フレームであることが好ましい（請求項２）。
これにより、側部フレームと金属製固定手段とを同一の部材とすることができ、部品点数を減らし、部品コストや組み立てコストを削減することができ、電気式ヒータを軽量化することができる。

（実施例１）
本例にかかる電気式ヒータ１は、図１〜図８に示すごとく、放熱フィン３２、通電により発熱する発熱素子３３０、該発熱素子３３０に電力を印加する電極板３１、第１及び第２絶縁プレート３９１、３９２を積層して構成した発熱体３を有し、該発熱体３の積層方向両端面３０１、３０２と該両端面３０１、３０２と交差する両側面３０３、３０４とによって張られた一方の面３０５から他方の面３０６に向かって被加熱媒体が上記放熱フィン３２の近傍を通過する構成である。

図１〜図８に示すごとく、上記発熱体３は、積層方向両端面において、それぞれ絶縁プレート３９１、３９２を介して第１保持及び第２保持フレーム２１、２２により挟持され、かつ上記絶縁プレート３９１、３９２と上記第１及び第２保持フレーム２１、２２は略全面接触する。
上記第１及び第２保持フレーム２１、２２の外側から内側に向かう圧縮力を付与することで、上記放熱フィン３２、発熱素子３３０、電極板３１、第１及び第２保持フレーム２１、２２を積層一体化する金属製固定手段１を有し、該金属製固定手段１は、上記第１及び第２保持フレーム２１、２２に固定する。
また、特に本例の金属製固定手段１は，上記発熱体３の両側面３０１、３０２にそれぞれ固定してなる一対の側部フレームである。

本例の電気式ヒータ２は、発熱素子３３０の熱が放熱フィン３２に伝導し、被加熱媒体（例えば空気等）が発熱体３の面３０５から面３０６に向かって通過する際に放熱フィン３２から熱を受け取り、被加熱媒体の温度が上昇する。
発熱体３は、図１、図２、図３に示すごとく、第１絶縁プレート３９１、電極板３１、放熱フィン３２、発熱素子３３０を保持した保持具３３、電極板３１、放熱フィン３２・・・放熱フィン３２、第２絶縁プレート３９２の順に積層し、５枚の電極板３１、５個の放熱フィン３２、４個の発熱素子３３０を保持する４個の保持具３３からなる。
発熱体３の左右の両側面３０３、３０４に金属製固定手段１が配置され、該金属製固定手段１の外方からケース２３、２４が配置される。

放熱フィン３２は、図１、図２に示すごとく、２個のＬ字型枠３２１、３２２と薄い波型板３２０とからなり、２個のＬ字型枠３２１、３２２で囲まれた方形の空間に上記波型板３２０を収納してなる。Ｌ字型枠３２１、３２２と波型板３２０はろう付けで一体化する。ここでＬ字型枠３２１、３２２及び波型板３２０はそれぞれ共にアルミニウムよりなる。

発熱素子３３０はチタン酸バリウム磁器半導体のＰＴＣ素子からなる。
発熱素子３３０を保持する保持具３３は、図１、図６、図７、図８に示すごとく、本体部３３１と該本体部３３１の一方の側端から突出する側端突出部３３３と、他方の側端から突出し、後述する電極板３１に設けた接続端子３１１を案内する端子用突出部３３４とからなる。側端突出部３３３、端子用突出部３３４の幅は、本体部３３１よりも狭く形成される。本体部３３１の底面には発熱素子３３０を保持する保持穴３３２を４個設けてある。
保持具３３は、図８に示すごとく断面がＨ型で、発熱体３の積層方向両面が溝型となっている。これにより、積層方向に隣接する放熱フィン３２や電極板３１を保持具３３が保持して、面３０５や３０６の方向に飛び出さないようにすることができる。
電極板３１は、長細い平型金属板からなり、一方の端部に後述するメスターミナル２６１を接続可能な端子部３１１を有する。この電極板３１は黄銅からなる。

図１に示すごとく、第１絶縁プレート３９１は、発熱体３の最端に位置する電極板３１と第１保持フレーム２１との間を絶縁する。第２絶縁プレート３９２は、発熱体３の最端に位置する放熱フィン３２と第２保持フレーム２２との間を絶縁する。また、第１絶縁プレート３９１は電極板３１を保持可能な溝型である。また第２絶縁プレート３９２は放熱フィン３２を保持可能な溝型である。
図１に示すごとく、第１及び第２保持フレーム２１，２２は断面四角形の筒型中空部材で、上記発熱体３の側面に向かう開口部２１３、２１４、２２３、２２４を有する。後述するケース２３、２４の係合片２３５、２４５と係合する係合穴２１７、２１８、２２７、２２８を長手方向両端に有する。

上記金属製固定手段１の外方からケース２３、２４を被冠するが、図１の左方のケース２３は側面形状が長方形で、金属製固定手段１側に延びる内側係合片２３５を備え、該内側係合片２３５が第１、第２保持フレーム２１、２２の左方の係合穴２１７、２２７と係合する。
図１の右方のケース２４は両端にそれぞれ鍔部２４１を有し、金属製固定手段１側に延びる内部係合片２４５、ケース２４を貫通し、上記電極板３１の端子部３１１を挿入して、これを外部に引き出す挿入溝２４９を有する。また、発熱体３の外方側に上記端子部３１１と接続するメスターミナル２６１を挿入するターミナル用スリット２４０を有する。
また、上記メスターミナル２６１を挿入すると共に上記ケース２４の外方から被せてメスターミナル２６１を保護収納する保護ケース２５を有する。
なお、メスターミナル２６１から延びるリード線２６２は、電気式ヒータ２の外部電源（図示略）に接続するソケット２６３、２６４を有する。

金属製固定手段１について、説明する。
上記金属製固定手段１は発熱体３を側部から保持する側部フレームとしての役割を有し、また図４、図５に示すごとく、対向する一対の第１及び第２固定片１１、１２と、上記第１及び第２固定片１１、１２の間を橋渡しする支持部１０とからなるコ字状枠体からなる。上記支持部１０は上記発熱体３の側面３０３、３０４に沿って配置し、上記第１固定片１１を上記第１保持フレーム２１に、上記第２固定片１２を上記第２保持フレーム２２にそれぞれ固定する。
上記第１及び第２保持フレーム２１、２２は、図１〜図５に示すごとく、上記発熱体３の側面３０３、３０４に向かう開口部２１３、２１４、２２３、２２４を有する中空体からなる。
上記金属製固定部材１の第１及び第２固定片１１、１２の先端部を、第１及び第２保持フレーム２１、２２の開口部２１３、２２３から差し込むことで、上記第１保持フレーム２１に上記第１固定片１１、上記第２保持フレーム２２に上記第２固定片１２をそれぞれ固定する。

更に、図４、図５に示すごとく、上記第１及び第２固定片１１、１２は、支持部１０から延びる基端部１１１、１２１と該基端部１１１、１２１から更に延びる先端部１１３、１２３とからなり、上記基端部１１１、１２１と上記先端部１１３、１２３との間に、上記発熱体３の端面３０１、３０２の長手方向に沿って断面Ｖ字状に屈曲され、かつ第１及び第２保持フレーム２１、２２の外側から内側に向けて屈曲された屈曲部１１２、１２２を有する。
屈曲部１１２、１２２において上記第１保持フレーム２１に上記第１固定片１１を、上記第２保持フレーム２２に上記第２固定片１２をそれぞれ接触させることにより、上記金属製固定手段１を上記第１及び第２保持フレーム２１、２２に固定する。

図１、図４、図５に示すごとく、本例の金属製固定手段１は断面略コ字状で、第１及び第２固定片１１、１２、環状の支持部１０からなる。第１固定片１１は、基端部１１１、先端部１１３、両者の間の断面Ｖ字状の屈曲部１１２からなる。第２固定片１２も同様に、基端部１２１、先端部１２３、両者の間の断面Ｖ字状の屈曲部１２２からなる。
金属製固定手段１はばね鋼であるＳＫ５から構成され、部材全体がばねとして機能する。
上記基端部１１１、１２１は、支持部１０の両端から緩やかなカーブ状に延び、先端部１１３、１２３は直線状に延びた部材である。基端部１１１、１２１と先端部１１３、１２３との境界で、第１、第２固定片１１、１２はく字状に折れ曲がり、この部分が曲折部１１２、１２２である。

本例の電気式ヒータ２の組立てについて説明する。
発熱素子３３０を保持具３３に組込み、図１に示すごとく、第１絶縁プレート３９１、電極板３１、放熱フィン３２、発熱素子３３０を保持した保持具３３、電極板３１、放熱フィン３２・・・放熱フィン３２、第２絶縁プレート３９２の順に積層する。
この時、溝状の保持具３３、第１、第２絶縁プレート３９１、３９２の溝状の部分において、放熱フィン３２や電極板３１を保持して、積層状態を安定させる。
次に、図５（ａ）、（ｂ）に示すごとく、第１及び第２保持フレーム２１、２２の発熱体３側の内壁面２１９、２２９間の距離Ｌ１よりも、屈曲部１１２、１２２の距離Ｌ０が大きくなるように金属製固定手段１を変形させる。

図５（ｂ）に示すごとく、変形した金属製固定手段１の第１及び第２固定片１１、１２を発熱体３の側面３０３、３０４側から第１及び第２保持フレーム２１、２２の開口部２１３、２１４、２２３、２２４に差し込む。金属製固定手段１は、自由状態では、（屈曲部１１２、１２２の距離Ｌ０）＜（内壁面２１９、２２９間の距離Ｌ１）であり、従って、図５（ｃ）に示すごとく、屈曲部１１２、１２２が内壁面２１９、２２９と当接しつつ、積層方向内側への圧縮力が内壁面２１９、２２９に作用して、金属製固定手段１が第１、第２保持フレーム２１、２２に固定される。
次いで、上記金属製固定手段１の外方から、ケース２３、２４を被冠し、更にケース２４の外方に保護ケース２５を被冠する。
この時、ケース２４の挿入溝２４９に、電極板３１の端子部３１１を挿入し、該端子部３１１をケース２４及び保護ケース２５との間でメスターミナル２６１と固定する。

本例にかかる電気式ヒータ２は、発熱体３と絶縁プレート３９１、３９２と第１、第２保持フレーム２１、２２との積層一体化は、第１、第２保持フレーム２１、２２の外側から付与された内側向きの圧縮力により行われ、絶縁プレート３９１、３９２がそれぞれ第１、第２保持フレーム２１、２２に略全面接触しているため、この圧縮力による応力集中が生じ難い。
そのため、本例では、絶縁プレート３９１、３９２にクリープが生じ難く、クリープ原因の強度劣化が生じ難く、耐久性に優れた電気式ヒータ２を得ることができる。
そして、クリープが生じ難いため、絶縁プレート３９１、３９２に樹脂等の低価格材料を用いることができ、電気式ヒータ２のコストダウンを図ることができる。さらに、クリープが生じ難いため、絶縁プレート３９１、３９２を薄く構成することができ、軽量かつコンパクトな電気式ヒータ２を得ることができる。

以上、本例によれば、応力集中によるクリープが生じ難く、耐久性に優れた電気式ヒータを提供することができる。

実施例１にかかる、電気式ヒータの斜視展開図。実施例１にかかる、電気式ヒータの平面図。実施例１にかかる、発熱体の模式図。実施例１にかかる、金属製固定手段の斜視図。実施例１にかかる、金属製固定手段を発熱体の側面から固定した状態を示す説明図。実施例１にかかる、保持具と発熱素子との説明図。実施例１にかかる、保持具の平面図。実施例１にかかる、保持具の断面図。従来にかかる、電気式ヒータの展開説明図。

符号の説明

１金属製固定手段
１０支持部
１１第１固定片
１２第２固定片
２電気式ヒータ
２１第１保持フレーム
２２第２保持フレーム
３発熱体
３１電極板
３２放熱フィン
３３０発熱素子
３９１第１絶縁プレート
３９２第２絶縁プレート

Claims

放熱フィン、通電により発熱する発熱素子、該発熱素子に電力を印加する電極板を積層して構成した発熱体を有し、該発熱体の積層方向両端面と該両端面と交差する両側面とによって張られた一方の面から他方の面に向かって被加熱媒体が上記放熱フィンの近傍を通過する電気式ヒータであって、
上記発熱体は、積層方向両端面において、それぞれ絶縁プレートを介して第１保持及び第２保持フレームにより挟持され、かつ上記絶縁プレートと上記第１及び第２保持フレームは略全面接触してなり，
上記第１及び第２保持フレームの外側から内側に向かう圧縮力を付与することで、上記放熱フィン、発熱素子、電極板、第１及び第２保持フレームを積層一体化する金属製固定手段を有し、
上記金属製固定手段は、上記第１及び第２保持フレームに固定することを特徴とする電気式ヒータ。
請求項１において，上記金属製固定手段は，上記発熱体の両側面にそれぞれ固定してなる一対の側部フレームであることを特徴とする電気式ヒータ。