JP2009080946A - 加熱器及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】迅速、且つ、簡単に組み立てることができ、組立後に高い接合強度が得られ、ベーキング時のエネルギーの浪費を回避できる加熱器及びその製造方法を提供すること。
【解決手段】板状の発熱ユニット２の両側に熱交換ユニット３が取り付けられて成る発熱単体を有し、発熱ユニット２は扁平な電熱デバイス２１を熱源として用い、熱交換ユニット３の内側面には電熱デバイス２１へ電力を供給する電極板３１が取り付けられると共に、電極板３１の一端から端子４が延び、電極板３１が電熱デバイス２１に接着されて電気的に接続されている。
【選択図】図３

Description

本発明は、主として気体を加熱するのに好適な加熱器及びその製造方法に関する。

ファンで駆動される空気加熱器としては、図１に示すように、発熱デバイス１の両側に電極板１１を結合して発熱ユニットを形成し、さらにその両側に放熱フィン１２を設けて平板状に形成した加熱器１０が市販されている。
この加熱器１０は、電極板１１に電気を導通して発熱デバイス１に電力を供給し、発熱デバイス１の発生する熱が電極板１１を介して放熱フィン１２に伝えられ、放熱フィン１２と通過する空気との間で熱交換を行って、空気を加熱するようになっている。
また、このような加熱器１０を組立てるには、各部材を重ね、その両側から挟持部材で挟み込んで圧着する方法と、各部材を接着する方法とがあった。

挟持部材を必要としない接着による組み立ては、従来次のように行っていた。
図２に示すように、基台１６の上にカバー体１４を載置すると共に、カバー体１４の内部に加熱装置１５を設置してオーブン空間１４０を形成し、オーブン空間１４０内において基台１６の上に発熱デバイス１、電極板１１、放熱フィン１２等の部材を接合する順序に従って配列する。各部材の両面には接着剤を塗布しておく。
次いで、配列した部材を両側から加圧装置１３で挟み込み、圧力Ｐを加えながら、加熱装置１５から熱Ｒを輻射し、接着剤をベーキング乾燥させる。

この組立方法には次のような欠点がある。
１．ベーキング過程において、接着剤は外側から次第に乾燥していくため、時間が長くかかり、硬化状態が不均一になる。
２．各部材を離間して配列しておくため、挟み込み圧力Ｐの作用方向がずれると組立精度が低下する。
３．挟み込み圧力Ｐが大きすぎると、部材が変形する。
４．接着完了後、発熱デバイス１に不良のあることがわかっても、交換することができず、全体を廃棄せざるを得ない。

５．オーブン空間１４０に設置した加熱装置１５で加熱するため、エネルギーの無駄が多い。
６．加圧装置１３及びオーブン空間１４０が大型であり、金属製の加圧装置１３が多くの熱を吸収するので、エネルギー負担が大きい。
７．加圧装置１３が熱を吸収するため、操作時に火傷する虞がある。
８．カバー体１４でベーキング中に発生する熱を完全に遮断することができず、また、カバー体１４を開いた時に内部の熱が作業環境に発散されるので、特に夏場には作業環境の悪化を引き起こす。
９．放熱フィン１２及び電極板１１は金属製であり、熱膨張率が高いので、加熱時に大きく膨張し、この結果、冷却後の収縮による位置ずれが増大し、接合面の接合強度が失われやすい。

本発明が解決しようとする課題は、迅速、且つ、簡単に組み立てることができ、組立後に高い接合強度が得られ、ベーキング時のエネルギーの浪費を回避できる加熱器及びその製造方法を提供することにある。

本発明の加熱器は、板状の発熱ユニットの両側にそれぞれ熱交換ユニットが取り付けられて成る発熱単体を有し、前記発熱ユニットは少なくとも１つの扁平な電熱デバイスを熱源として用い、前記熱交換ユニットの内側面には前記電熱デバイスへ電力を供給する電極板が取り付けられると共に、該電極板の一端から端子が延び、前記電極板を前記発熱ユニットに接着することにより前記電熱デバイスと電気的に接続してある。
前記発熱単体を複数設けても良い。

前記熱交換ユニットは、放熱フィンと前記電極板とを備え、前記放熱フィンと電極板とを熱伝導性を有する鉱物質の絶縁板を介して結合することがある。
この場合、前記電極板の一端を直角に屈曲して折り曲げ部を形成すると共に、該折り曲げ部に端子を設け、前記放熱フィンの一端面と前記折り曲げ部とを絶縁カバーを介して結合することもある。
また、前記端子が前記電極板とを別体に形成し、前記端子を前記電極板の折り曲げ部に取り付けても良い。

前記放熱フィンの周囲をフレームで囲み、該フレームの一端面と前記電極板の折り曲げ部とを前記絶縁カバーを介して結合することがある。
前記熱交換ユニットが、放熱フィンと前記電極板とを備え、前記放熱フィンと負側の電極板とを直接結合することもある。
前記電熱デバイスは正温度係数セラミック抵抗発熱体とすることができる。
金属が露出した部分の表面を絶縁性の保護膜で被覆するのが望ましい。

本発明の加熱器の製造方法は、前記発熱ユニット及び前記熱交換ユニットを組み立てた後、前記発熱ユニットの電熱デバイスと前記熱交換ユニットの電極板との接合面に導電性を有する熱硬化性の接着剤を塗布し、次いで、１つの前記発熱ユニットの両側に、それぞれ接合面が対向するよう前記熱交換ユニットを配置して、発熱単体の構成要素を組み合わせ、その後、前記発熱ユニット及び熱交換ユニットを挟み込み具で挟んで前記熱交換ユニットの外側からプレスすると共に、前記電熱デバイスの通電テストを行い、通電テストにより電熱デバイスが発する熱で接着剤を硬化させ、前記発熱ユニットの電熱デバイスと熱交換ユニットの電極板とを接着すると共に、電気的に接続する。
加熱器が複数の発熱単体を有する場合は、複数の発熱ユニットの両側にそれぞれ前記熱交換ユニットを配置して互いに接着し、複数の発熱単体を組み付ける。

本発明の加熱器によれば、発熱ユニットと熱交換ユニットとを接着するだけで簡単に発熱単体を組み立てることができ、要求される加熱性能に応じて必要な数の発熱単体を組み合わせることが可能で、発熱ユニット及び熱交換ユニットは単一の部材に比べて強靭で、接着時に付与される圧力に耐えることができる。

本発明の加熱器の製造方法によれば、電熱デバイスに対する通電テストの際に発生する熱を利用して接着剤を硬化させ、発熱ユニットと熱交換ユニットを接着するので、大掛かりなベーキング装置が不要であり、ベーキングに要するエネルギー消費量を削減することが可能である。
また、接合面である電熱デバイス全面から発熱するので、接着状態が均一となる。
さらに、発熱ユニットと熱交換ユニットを挟む挟み込み具は熱源から離れているため、耐熱性を必要とせず装置の価格を抑えることができ、挟み込み具から外す際に火傷する虞もない。
また、通電テストの結果、電熱デバイスに不具合があれば、接着剤が硬化する前に容易に交換することができる。

図３及び図４は、本発明の実施例１を示す。
加熱器１０は、発熱ユニット２の両側にそれぞれ熱交換ユニット３を取り付けて成る発熱単体１００を有する。
発熱ユニット２は、扁平な１つ或いは複数の電熱デバイス２１を並べて板状に形成してある。電熱デバイス２１としては、例えば、機械的強度が比較的高い正温度係数セラミック抵抗発熱片などがある。
熱交換ユニット３は、熱交換フィン３２と、熱交換フィン３２の周囲を囲むフレーム３３と、熱交換ユニット３の内側面においてフレーム３３の表面に取り付けられ、電熱デバイス２１へ電力を供給する電極板３１とから成る。電極板３１の長手方向一端からは端子４が一体に延びている。

この加熱器１０は次のように製造する。
発熱ユニット２及び熱交換ユニット３は予め組み立てておく。
熱交換ユニット３の熱交換フィン３２とフレーム３３とは、はんだ付け又は接着によって接合する。接着する場合、熱伝導性の高い常温硬化接着剤を用いる。
また、フレーム３３と電極板３１とは熱伝導性及び絶縁性を有する常温硬化接着剤を介して接着される。

発熱ユニット２と熱交換ユニット３の結合面に、熱伝導性及び導電性の高い熱硬化性接着剤を付着して、発熱ユニット２の両側に熱交換ユニット３を配置し、両側から図示しない挟み込み具で挟み付け、圧力Ｐを加えて固定する。
熱交換ユニット３は予め組み立てられており、機械的強度が増しているので、挟み付けによる圧力に耐えることができ、発熱ユニット２と電極板３１との間に充填された接着剤が充分に広がる。

加圧するのと同時に、端子４から電力を導入して電熱デバイス２１の通電テストを行い、テストパラメータを取得して、電熱デバイス２１の電熱機能が正常であるかを検査する。
発熱ユニット２に瑕疵があれば、接着剤はまだ硬化していないので、直ちに熱交換ユニット３を外して発熱ユニット２を交換することができる。また、万が一、挟み込む圧力Ｐによって熱交換ユニット３が変形しても、簡単に変形した熱交換ユニット３のみを交換することができる。

通電テスト中に発熱ユニット２が発熱し、接着剤が熱の作用を受けて硬化が促進され、迅速に発熱ユニット２と電極板３１とが接着されて、電熱デバイス２１と電極板３１とが電気的に接続される。そして、発熱ユニット２と熱交換ユニット３との接合面の全面に亘ってほぼ均等に発熱するので、接着剤の硬化状態は均等になる。
さらに、熱交換ユニット３の外側に設置された挟み込み具は熱の影響を受け難いので、耐熱材料を使用する必要は無く、熱を遮断する材料を用いれば、通電テスト中の熱の無駄を回避することができる。
なお、高度な加熱性能が要求される場合は、１つの加熱器１０に複数の発熱単体１００を設置することが可能であり、必要に応じて発熱単体１００の数を選択できる。

図５は、本発明の実施例２を示す。
複数の電熱デバイス２１を枠体２２によって単一の板状の発熱ユニット２に組み立てる。枠体２２には電熱デバイス２１を収納するための嵌合孔２２０が形成され、この嵌合孔２２０に電熱デバイス２１をその電気導通面２１０が両面に露出するようはめ込む。
電熱デバイス２１は、接着剤を用いずに単に嵌合孔２２０へはめ込むだけでも良いし、嵌合孔２２０の内周と電熱デバイス２１の外周面とを接着しても良い。
その他の構成は、実施例１とほぼ同様である。

図６は、本発明の実施例３を示す。
熱交換ユニット３において、放熱フィン３２と電極板３１との間に、熱伝導性の高い絶縁板５が介在される。絶縁板５はフレーム３３と電極板３１との間に取り付けられて、電極板３１と放熱フィン３２とを電気的に遮断している。
また、絶縁板５は、機械的強度が高い酸化アルミニウム等の鉱物質素材で形成され、熱交換ユニット３の強度を高めている。
フレーム３３、絶縁板５及び電極板３１は互いに接着されており、発熱ユニット２へ接合する前に、予め熱交換ユニット３として組み立てられている。
なお、負側の電極板３１と放熱フィン３２との間に絶縁板５を設けず、負側の電極板３１を直接フレーム３３に接着して、放熱フィン３２から負側の電極板３１へ電気を逃がすようにしても良い。

図７及び図８は、本発明の実施例４を示す。
熱交換ユニット３のフレーム３３と電極板３１との間に熱伝導性の絶縁板５を介在し、電極板３１の一端をフレーム３３の端面３３０に沿うよう直角に屈曲し、折り曲げ部３１１を形成してある。
端子４は電極板３１と別体に形成され、端子４の基端部を折り曲げて、電極板３１の折り曲げ部３１１と係合する環状部４１を形成してある。環状部４１に折り曲げ部３１１を挿入して、リベット或いはプレスにより固定すると、端子４と電極板３１とが機械的及び電気的に接続され、端子４が電極板３１の一端から延びる。

また、電極板３１の折り曲げ部３１１とフレーム３３の端面３３０との間には、矩形の絶縁カバー６を介在してある。
絶縁カバー６の両側縁は裏面側へ折り返して保持部６２を形成し、絶縁カバー６の上端は表面側へ折り返して嵌合部６１を形成してある。
そして、図８に示すように、保持部６２をフレーム３３の端面３３０の両側縁へ係合すると共に、嵌合部６１を電極板３１の折り曲げ部３１１へ係合して、電極板３１及び端子４をフレーム３３の端面３３０に組み付け、端子４及び電極板３１と放熱フィン３２とを絶縁する。なお、電極板３１とフレーム３３の間には絶縁板５が接着により介在されている。

電極板３１とフレーム３３とは絶縁板５及び絶縁カバー６を介して予め熱交換ユニット３として組み立てておく。電極板３１は絶縁板５へ接着されると共に、これと直交する折り曲げ部３１１が絶縁カバー６を介してフレーム３３に係止されているので、電極板３１とフレーム３３とは、立体的に安定して取り付けられ、機械的な強度が高い。
また、実施例１と同様に熱交換ユニット３を発熱ユニット２に接着すると、電極板３１が電熱デバイス２１の電気導通面２１０に導通される。
本実施例においては、絶縁カバー６を介在することにより、端子４及び電極板３１と放熱フィン３２とを絶縁するだけでなく、端子４を電源に抜き差しする際の緩衝作用を有し、金属同士の接触による腐食を防止することができるので、耐久性が大幅に高まる。
また、絶縁カバー６を介在したことにより、端子４と放熱フィン３２間の沿面距離を大きくして強い火花が飛ぶのを防ぐ。

なお、上記各実施例において、発熱ユニット２と熱交換ユニット３とを組み立てた後、加熱器１０の金属が露出した部分の表面を絶縁性の保護膜で被覆し、電気を隔絶すると共に、耐腐食性を向上させると良い。このようにすると、加熱器１０を車体に搭載する場合、車体内部の近接した他装置と絶縁することができる。

従来の加熱器の分解斜視図。 従来の加熱器製造装置の断面図。 本発明の実施例１を示す加熱器の分解斜視図。 本発明の実施例１を示す加熱器の斜視図。 本発明の実施例２に係る発熱ユニットの斜視図。 本発明の実施例３に係る熱交換ユニットの斜視図。 本発明の実施例４を示す加熱器の分解斜視図。 本発明の実施例４を示す加熱器の発熱ユニットと熱交換ユニットの組み付け前における斜視図。

符号の説明

１０ 加熱器
１００ 発熱単体
２ 発熱ユニット
２１ 電熱デバイス
２１０ 電気導通面
２２ 枠体
２２０ 嵌合孔
３ 熱交換ユニット
３１ 電極板
３１１ 折り曲げ部
３２ 放熱フィン
３３ フレーム
３３０ 端面
４ 端子
４１ 環状部
５ 絶縁板
６ 絶縁カバー
６１ 嵌合部
６２ 保持部

Claims (11)

1. 板状の発熱ユニットの両側にそれぞれ熱交換ユニットが取り付けられて成る発熱単体を有し、前記発熱ユニットは少なくとも１つの扁平な電熱デバイスを熱源として用い、前記熱交換ユニットの内側面には前記電熱デバイスへ電力を供給する電極板が取り付けられると共に、該電極板の一端から端子が延び、前記電極板を前記電熱デバイスへ接着することにより電気的に接続してあることを特徴とした加熱器。
2. 前記発熱単体を複数設けてある請求項１に記載の加熱器。
3. 前記熱交換ユニットは、放熱フィンと前記電極板とを備え、前記放熱フィンと電極板とを熱伝導性の高い鉱物質の絶縁板を介して結合してある請求項１又は２に記載の加熱器。
4. 前記電極板の一端を直角に屈曲して折り曲げ部を形成すると共に、該折り曲げ部に端子を設け、前記放熱フィンの一端面と前記折り曲げ部とを絶縁カバーを介して結合してある請求項３に記載の加熱器。
5. 前記端子が前記電極板とを別体に形成し、前記端子を前記電極板の折り曲げ部に取り付けてある請求項４に記載の加熱器。
6. 前記放熱フィンの周囲をフレームで囲み、該フレームの一端面と前記電極板の折り曲げ部とを前記絶縁カバーを介して結合してある請求項４又は５に記載の加熱器。
7. 前記熱交換ユニットは、放熱フィンと前記電極板とを備え、前記放熱フィンと負側の電極板とを直接結合してある請求項１又は２に記載の加熱器。
8. 前記電熱デバイスが正温度係数セラミック抵抗発熱体より成る請求項１〜７のいずれかに記載の加熱器。
9. 金属が露出した部分の表面を絶縁性の保護膜で被覆してある請求項１〜８のいずれかに記載の加熱器。
10. 請求項１に記載の加熱器を製造する方法であって、前記発熱ユニット及び前記熱交換ユニットを組み立てた後、前記発熱ユニットの電熱デバイスと前記熱交換ユニットの電極板との接合面に導電性を有する熱硬化性の接着剤を塗布し、次いで、１つの前記発熱ユニットの両側に、それぞれ接合面が対向するよう前記熱交換ユニットを配置して、発熱単体の構成要素を組み合わせ、その後、前記発熱ユニット及び熱交換ユニットを挟み込み具で挟んで前記熱交換ユニットの外側からプレスすると共に、前記電熱デバイスの通電テストを行い、通電テストにより電熱デバイスが発する熱で接着剤を硬化させ、前記発熱ユニットの電熱デバイスと熱交換ユニットの電極板とを接着すると共に、電気的に接続することを特徴とする加熱器の製造方法。
11. 複数の発熱ユニットの両側にそれぞれ前記熱交換ユニットを配置して互いに接着し、複数の発熱単体を組み付ける請求項１０に記載の加熱器の製造方法。

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