JP2010034111A - Ｐｔｃヒータ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】簡素化した構造でありながら絶縁安全性を向上させたコストパフォーマンスに優れたＰＴＣヒータ装置を提供すること。
【解決手段】一対の電極面を備えたＰＴＣ素子と、該ＰＴＣ素子の一対の電極面に接触しながら該ＰＴＣ素子を挟持するように配置された一対の電極板と、前記ＰＴＣ素子と前記電極板を包含して挟持するように配置された一対の平坦な絶縁板と、前記絶縁板の前記電極板と接触している面とは反対面に固定された一対のフィン構造体と、前記ＰＴＣ素子、前記電極板、及び、前記絶縁板の挟持状態を保持する係合部材とからなり、前記の一対の絶縁板が、係合部材によって狭持方向に荷重を与えた状態で固定保持されているＰＴＣヒータ装置。
【選択図】 図１

Description

本発明は、例えば、移動式温風ヒータや浴室暖房乾燥機などのＰＴＣ素子を利用したＰＴＣヒータ装置に関するもので、特に、簡素化した構造でありながら熱効率が高いコストパフォーマンスに優れたＰＴＣヒータ装置に関する。

この種のＰＴＣヒータ装置は、特許文献１及び図３に示すような構成となっている。まず、単独又は複数のＰＴＣ素子（正特性サーミスタ）１０１と、該ＰＴＣ素子１０１を嵌め込み固定する固定部材１１４と、一対の電極板１０２ａ，１０２ｂと、電極板１０２ａ，１０２ｂを固定する固定ガイド１１１を備える。この一対の電極板１０２ａ，１０２ｂにそれぞれ接触する一対の部分として、ケース１１２，１１３がある。ケース１１２，１１３は、前記ＰＴＣ素子１０１、固定部材１１４、電極板１０２ａ，１０２ｂ、及び、固定ガイド１１１を収納し、ＰＴＣ素子１０１が発生させた熱を伝導する。そして、ケース１１２，１１３各部分の対向するそれぞれの対向部を加圧固定する一対の係合部材（クランプ部材）１０６と、前記ケース１１２，１１３の各部分に密着固定され、該各部分が伝導した熱を放射する一対の放熱フィン１０４を備える。

前記ケース１１２、１１３の電極板１０２a、１０３ｂと接する面には、電極板と絶縁するための絶縁剤が塗布されている。又、前記係合部材１０６および固定部材１０８間の隙間には、絶縁するための密封剤が充填されている。このような構成のＰＴＣヒータ装置は、電極板１０２ａ、ＰＴＣ素子１０１、電極板１０２ｂの経路でＰＴＣ素子１０１への通電が可能になっている。従って、電極板１０２ａ，１０２ｂ間に電圧が印加されると、電極板１０２ａ，１０２ｂを通じてＰＴＣ素子１０１に電流が流れ、ＰＴＣ素子１０１で電気エネルギーが熱に変換される。変換された熱は放熱フィン１０４に伝達され、図示しない送風機からの風が、放熱フィン１０４から放射された熱により暖められ、必要な場所に送られ暖房が行われる。

又、関連する技術として、例えば、特許文献２が挙げられる。

特開２００８−８４８２７公報：東宇技研 特開２００８−７１５５３公報：カルソニックカンセイ

上述したような従来のＰＴＣヒータ装置では、次のような問題点を有している。まず、ＰＴＣ素子と電極板を収納するために所定の形状の専用ケースを用意する必要があり、部品コストおよび所定の形状で製造するための金型製作に初期費用がかかる。尚且つ、該ケースの内面に電極板と絶縁するための絶縁剤を塗布した上で加熱硬化させる必要があり、多大な工数と塗布および加熱硬化のための設備が必要となる。

本発明はこのような点に基づいてなされたもので、その目的とするところは、簡素化した構造でありながら絶縁安全性を向上させたコストパフォーマンスに優れたＰＴＣヒータ装置を提供することにある。

前記目的を達成するべく、本発明の請求項１によるＰＴＣヒータ装置は、一対の電極面を備えたＰＴＣ素子と、該ＰＴＣ素子の一対の電極面に接触しながら該ＰＴＣ素子を挟持するように配置された一対の電極板と、前記ＰＴＣ素子と前記電極板を包含して挟持するように配置された一対の平坦な絶縁板と、前記絶縁板の前記電極板と接触している面とは反対面に固定された一対のフィン構造体と、前記ＰＴＣ素子、前記電極板、及び、前記絶縁板の挟持状態を保持する係合部材とからなるＰＴＣヒータ装置であって、前記の一対の絶縁板が、係合部材によって狭持方向に荷重を与えた状態で固定保持されていることを特徴とするものである。
又、請求項２記載のヒータ装置は、一対の絶縁性材料からなる線状弾性体により、前記ＰＴＣ素子における電極に対し垂直となる面を挟持するとともに、前記線状弾性体は、上記ＰＴＣ素子及び上記一対の電極板とともに、上記一対の絶縁板によって挟持されることを特徴とするものである。
又、請求項３記載のヒータ装置は、上記線状弾性体がチューブ形状であることを特徴とするものである。
又、請求項４記載のヒータ装置は、前記線状弾性体と前記絶縁板によって形成される溝が、密封材で充填されていることを特徴とするものである。
又、請求項５記載のヒータ装置は、前記係合部材による荷重位置からの荷重方向の線上に、前記ＰＴＣ素子が存していることを特徴とするものである。

請求項１によるＰＴＣヒータ装置によれば、一対の平坦な絶縁板がＰＴＣ素子と電極板を収納するケースと絶縁材を兼ねているため、所定の形状の専用ケースが不要となる上に、ケース内面に絶縁剤塗布・加熱硬化の工程が不要となり、さらに専用ケースの部品コストおよび所定の形状で製造するための金型製作の初期費用が不要となる。更に、ＰＴＣ素子とフィンの間に介在しているのは絶縁板のみであるため、熱伝導に伴う熱損失が少なく、熱効率にも優れたものとなる。
又、請求項２〜請求項４によるＰＴＣヒータ装置によれば、絶縁が不完全で品質に劣るものとなってしまうことを未然に防ぐことができる。従来のＰＴＣヒータ装置によれば、前記係合部材およびケースの長辺に沿って形成された固定部の隙間に、絶縁のために密封剤を充填する際に、係合部材およびケースの固定部の狭い隙間に長い距離を充填する必要があるため、充填に非常に時間がかかってしまう上に、充填部分に係合部材があることによって充填状態を視認することができない。そのため、密封剤の流れが悪くなり、部分的に密封剤がない状態となり、絶縁が不完全で品質に劣る製品が生じる可能性がある。ここで、請求項２〜請求項４にように線状弾性体を使用することで、線状弾性体と絶縁板により略三角形状等の溝が生じることになる。この溝に密封剤を流し込んだことを確認した上で、係合部材を取り付けることにより、密封剤が不足し、絶縁が不完全で品質に劣る製品が生じる問題は解消されることになる。更に、係合部材の荷重により線状弾性体が変形し密封するため、より効果的に絶縁の不完全を解消することができる。
又、請求項５によるＰＴＣヒータ装置によれば、ＰＴＣ素子と電極間の接触抵抗の増加を防止し、熱効率の低下を防止することができる。従来のＰＴＣヒータよれば、係合部材が最も厚いＰＴＣ素子のある部分を挟持しておらず、固定部材の存する位置に荷重を加えている。そのため、ケースの剛性を上げないと荷重によってケースが撓み、ＰＴＣ素子と電極板間、又は電極板とケース間に空隙を生じ、ＰＴＣ素子と電極間の接触抵抗が増加したり、ＰＴＣ素子と電極板ないしは電極板とケース間の熱伝導効率が低下したりする恐れがある。これに対し、請求項５のように、係合部材による荷重位置からの荷重方向の線上に、前記ＰＴＣ素子が存している構成であれば、剛性に劣る薄い絶縁板を使用して係合部材で挟持したときでも、絶縁板が撓むことがないため、ＰＴＣ素子と電極板間又は電極板とケース間に空隙を生じることはない。そのため、ＰＴＣ素子と電極間の接触抵抗が増加したり、ＰＴＣ素子と電極板ないしは電極板と絶縁板間の熱伝導効率が低下したりする恐れがない。

以下に、本発明を、その実施の形態を示す図面を参照しながら説明する。図１は本発明によるＰＴＣヒータ装置の構造を示す一部切欠斜視図である。又、図２は、図１におけるＩＩ−ＩＩ´断面図である。

ＰＴＣ素子１は、２０ｍｍ×３０ｍｍ×２ｍｍとし、２０ｍｍ×３０ｍｍの面を主面として、両主面に電極面を形成する。このＰＴＣ素子１を６個用意して一列に整列させ、予めリード線８が接続された電極板２により、このＰＴＣ素子１の電極面において挟持する。前記したＰＴＣ素子１の列の前後に、ＰＴＣ素子１の厚さより薄い絶縁性材料からなるスペーサ７を配置し、一対の絶縁板３により、ＰＴＣ素子１、電極板２、及び、スペーサ７を包含して挟持する。この際、ＰＴＣ素子１の列の両側部には、一対の絶縁板３で囲まれた空間ができるので、この部分にチューブ形状の線状弾性体５をそれぞれ挿入し、一対の線状弾性体５によりＰＴＣ素子１が挟持された状態とする。このとき、絶縁板３と線状弾性体５により、略三角形状の溝５ａが生じる。この溝５ａに熱硬化性の密封剤（図示しない）を隙間なく流し込んだ上で、係合部材６により、一対の絶縁板３を外側から挟み込んで固定する。係合部材６は、いわゆるクランプと称されるもので、帯状の平板を折曲げて形成されており、絶縁板３を挟持した時に絶縁板３に線状に荷重が加わるように、係合部材６の先端の手前部分において最も間隔が狭くなるように形成されている。図２の断面図に示すように、この係合部材６の最も間隔が狭くなっている部分が荷重部分となり、この荷重部分からの荷重方向の線上に、ＰＴＣ素子１が存するように係合部材６は設計されている。次にコルゲート構造形体のフィン４において、絶縁板３に取り付ける面に熱硬化性接着剤（図示しない）を塗布して、絶縁板３に加圧圧着した状態で、前記密封剤と同時に加熱硬化させる。

以下に、このように構成されたＰＴＣヒータ装置の作用を説明する。リード線８に電圧が印加されると、電極板２を通じてＰＴＣ素子１に電力が供給され、ＰＴＣ素子１のキュリー温度近傍までＰＴＣ素子１が発熱して温度が上昇する。ＰＴＣ素子１の発熱は、絶縁板３を介してフィン４に伝達しフィン４の温度を上昇させる。図示しない送風ファンでフィン４に通風すると、フィン４の温度によって温風を得られ、この温風が必要な場所に送られ暖房が行われる。この際、ＰＴＣ素子１とフィン４の間には絶縁板３しか介在していないため、熱伝導による熱損失を最小限のものとすることができる。

前記の線状弾性体は、ある程度の硬度と柔軟性がありつつも、更に、チューブ形状により内部の空間があるため、係合部材６による荷重により、チューブ構造の内部の空間が狭まることで容易に変形することができる。そのため、挟持力が限られた係合部材６を使用した場合であっても、絶縁板３と線状弾性体５が隙間なく密着することになる。そのため、線状弾性体５と絶縁板３によって形成される溝５ａに熱硬化性の密封材を流し込んだ際にも、ＰＴＣ素子１の位置にまで密封材が漏れることはない。又、この溝５ａに熱硬化性の密封材を隙間なく流し込まれたことを視認することができるため、絶縁性能は確実に確保することができる。

係合部材６は発熱部（ＰＴＣ素子１が存する部分）の全長より短いものを複数使用したほうが、係合部材を成型するための金型費用が低減できるとともに、発熱部の全長方向に厚さの違いがあっても挟持力の偏りが少なくなり望ましい。尚、係合部材は、前記のようなクランプに限定されることはなく、適切な挟持力が得られれば、どのような形状や態様であっても構わない。例えば、バネ性材料を断面Ｃ字形状としてＣ字開口部分で挟持する態様や、いわゆるクリップと称されるような巻きバネの復元力により挟持する態様、ネジにより挟持力を奏するような構造の態様なども考えられる。

ここで、絶縁板３は絶縁性と機械的強度に優れ、吸湿吸水がなく、尚且つ熱伝導率が高いセラミック板や酸化膜形成処理された金属板などの使用が考えられる。その中でも板厚が０．６ｍｍ〜１．０ｍｍのアルミナ板を選定すると性能とコストのバランスが最も良く望ましい。

線状弾性体５の材質は、公知の各種ゴム材料を使用することができるが、耐熱性に優れ、適度の硬度と柔軟性を有する材料としてシリコーンゴムが適している。線状弾性体５の形状には特に限定はないが、前記のように、線状弾性体５と絶縁板３によって形成される溝５ａに熱硬化性の密封材を流し込む関係上、円筒形状が望ましい。又、係合部材６の挟持力により容易に変形できるように、中空のチューブ形状であることが望ましい。この線状弾性体５の外径寸法は、ＰＴＣ素子１と電極板２の厚みの合計値に対し０〜０．４ｍmを加えた寸法が望ましく、チューブ形状としたときの内径は、線状弾性体５の押出成型可能な最大径が望ましい。

密封剤は、線状弾性体５と絶縁板３との接着性に優れ、尚且つ硬化時間が短い熱硬化性シリコーンゴムが適しているが、線状弾性体５と絶縁板３の材質に応じて適宜選定すれば良く、熱硬化性シリコーンゴムに限定されない。

フィン４は、予め成型されたものを使用し、熱伝導性の高い接着剤により絶縁板３に接着すれば組立が容易となる。フィン４の構造は、前記のようなコルゲート構造に限定されるものではなく、スカイブ構造や櫛形構造など通風構造であれば良い。又、本発明においては、絶縁体３にフィン４を固定する構造であることから、フィン４に導電するようなことはない。そのため、非絶縁タイプのＰＴＣヒータ装置に一般的に使用されるタイプのフィンを使用することもできるので、コルゲート構造の安価なフィンを流用すると合理的である。

ＰＴＣ素子１は、公知の種々の材料から得られたものを適宜選定すればよく、電極の形成についても公知の技術を利用すればよい。また、ＰＴＣ素子１の形状、寸法、個数も、必要とする熱量等を勘案して適宜選定すれば良く、複数個のＰＴＣ素子１を使用した際の配列についても、適宜選定すればよい。例えば、ＰＴＣ素子を２列に配列し、片方の列のみに通電するＬｏｗモード、両方の列に通電するＨｉｇｈモードといったようなＨｉｇｈ−Ｌｏｗ切り替えが可能な態様とすることも考えられる。

以上詳述したように本発明によれば、特に、簡素化した構造でありながら熱効率が高いコストパフォーマンスに優れたＰＴＣヒータ装置を提供することができる。このようなＰＴＣヒータ装置は、例えば、移動式温風ヒータや浴室暖房乾燥機など、暖房設備や乾燥設備全般に対して好適に使用することができる。また、線状弾性体を使用し、線状弾性体と絶縁板によって形成される溝を密封材で充填した態様のものであれば、防水仕様への応用も考えられ、例えば、湯沸し器などの液体加熱設備への展開も期待できる。

本発明によるＰＴＣヒータ装置の構造を示す一部切欠斜視図である。 本発明によるＰＴＣヒータ装置の構造を示す断面図である。 従来のＰＴＣヒータ装置の構成例を示す分解斜視図である。

符号の説明

１ ＰＴＣ素子
２ 電極板
３ 絶縁板
４ フィン
５ 線状弾性体
５ａ 溝
６ 係合部材
７ スペーサ
８ リード線

Claims (5)

1. 一対の電極面を備えたＰＴＣ素子と、該ＰＴＣ素子の一対の電極面に接触しながら該ＰＴＣ素子を挟持するように配置された一対の電極板と、前記ＰＴＣ素子と前記電極板を包含して挟持するように配置された一対の平坦な絶縁板と、前記絶縁板の前記電極板と接触している面とは反対面に固定された一対のフィン構造体と、前記ＰＴＣ素子、前記電極板、及び、前記絶縁板の挟持状態を保持する係合部材とからなるＰＴＣヒータ装置であって、前記の一対の絶縁板が、係合部材によって狭持方向に荷重を与えた状態で固定保持されていることを特徴とするＰＴＣヒータ装置。
2. 一対の絶縁性材料からなる線状弾性体により、前記ＰＴＣ素子における電極に対し垂直となる面を挟持するとともに、前記線状弾性体は、上記ＰＴＣ素子及び上記一対の電極板とともに、上記一対の絶縁板によって挟持されることを特徴とする請求項１記載のＰＴＣヒータ装置。
3. 上記線状弾性体がチューブ形状であることを特徴とする請求項２記載のＰＴＣヒータ装置。
4. 前記線状弾性体と前記絶縁板によって形成される溝が、密封材で充填されていることを特徴とする請求項２記載のＰＴＣヒータ装置。
5. 前記係合部材による荷重位置からの荷重方向の線上に、前記ＰＴＣ素子が存していることを特徴とする請求項１〜請求項４記載のＰＴＣヒータ装置。
   

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