JP2010135274A - Ｐｔｃ発熱装置 - Google Patents

Abstract

【課題】組付けが容易で、接続部の電気的接続を確実とすることができるとともに、発熱効率を高めたＰＴＣ発熱装置を提供すること。
【解決手段】一対の電極層を備えたＰＴＣ発熱素子３と、第一の電極端子１と、第二の電極端子２と、絶縁ケース４と、からなり、上記第一の電極端子１と上記ＰＴＣ発熱素子３が電気的に接続した状態で上記絶縁ケース４内に配置され、上記第二の電極端子２は、バネ弾性を有する金属板からなる断面略コの字形状のものであり、該略コの字形状の開口部によって、上記ＰＴＣ発熱素子３、上記第一の電極端子１、及び、上記絶縁ケース４を掴持することで、上記第二の電極端子２と上記ＰＴＣ発熱素子３が電気的に接続した状態となるとともに、上記第二の電極端子２と上記第一の電極端子１とが絶縁ケースにより絶縁されているＰＴＣ発熱装置１０。
【選択図】 図２

Description

本発明は、例えば、保温加熱用、採暖用、凍結防止用、液体蒸散用などの目的で使用される正特性サーミスタ（以下ＰＴＣと記す）発熱装置に係り、特に、組付けが容易で、接続部の電気的接続を確実とすることができるとともに、発熱効率を高めたものに関する。

従来より、発熱体の分野において、ＰＴＣ発熱素子が利用されている。これはＰＴＣ発熱素子が低温で固有の抵抗値を持ち発熱素子として作用し、所定温度（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、安全性が極めて高いからである。このような特性を有するＰＴＣ発熱素子に一対の電極端子を接続し、適宜絶縁処理を施せば、各種機器の保温加熱用ヒータ、凍結防止用ヒータなどとし好適なＰＴＣ発熱体を得ることができる。

ＰＴＣ発熱素子と電極端子を接続する構造としては、例えば、ＰＴＣ発熱素子の両電極層に導電性接着剤や半田を介して一対の電極端子を固着したもの（特許文献１参照）、絶縁ケース内にＰＴＣ発熱素子を収納し、ＰＴＣ発熱素子の両電極層とケースとの間にバネ性を有する電極端子を挿入して電極端子とＰＴＣ発熱素子とを電気的に接続したもの（特許文献２参照）などが知られている。

しかしながら、まず、特許文献１のような導電性接着剤や半田を使用して電極端子を接続する構造のものは、ＰＴＣ発熱素子の冷熱サイクルにより、接続部に剥離やクラックが生じ、導通不良が生じることがあった。このような導通不良が生じた場合には、所望の発熱量を取り出すことができなくなり、発熱体としての機能が失われてしまうことになる。また、特許文献２のようなバネ性を有する電極端子を利用して接続する構造のものは、上述したような導電性接着剤の使用に起因した問題点は解消されるものの、一対の電極端子によってＰＴＣ発熱素子を挟み込んだだけの構成であるため、これらを使用してＰＴＣ発熱体を組み立てる際に外部から大きな衝撃を受けるようなことがあると、電極端子の位置がズレたり、電極端子とＰＴＣ発熱素子との間に僅かな隙間が生じる恐れがあった。電気的接続部が部分的となった場合には、所望の発熱量を取り出すことができなくなり、発熱体としての機能が失われてしまうことになる。また、この構造のものは、電極端子のバネ性を働かせるためにケースを必要とするため、部品点数が多くなってコストが上昇するとともに、設計の自由度が制限されてしまうという問題点もある。

このような問題に対するため、バネ弾性を有する金属板からなる電極端子によりＰＴＣ発熱素子を掴持する技術が知られている（特許文献３〜６参照）。

特開昭６０−４９６０４号公報：村田製作所 特公平１−２１６０１号公報：村田製作所 実開昭５６−２１２８８号公報：日立製作所 実開昭６２−１０３２０３号公報：ティーディーケイ 特開平８−３０６４６９号公報：クラベ 特許第３８０４６９５号公報：クラベ

この内、特許文献３によるＰＴＣ発熱装置は、電極端子を取り付けるためにＰＴＣ発熱素子の形状を特殊なものに加工しなければならず、その寸法精度のズレにより接続端子が容易に外れてしまう恐れがあった。また、特許文献４によるＰＴＣ発熱装置は、一対の断面コの字形上の電極端子によりＰＴＣ発熱素子を掴持しているが、電極端子の先端部分のみで掴持しているため、振動や衝撃により接続端子が容易に外れてしまう恐れがあった。また、特許文献５，６によるＰＴＣ発熱装置は、ＰＴＣ発熱素子の両主面を一対の断面コの字形上の電極端子により掴持しているが、振動や衝撃によって接続端子がずれてしまうと、一対の電極端子同士が接触してしまい、ショートしてしまう恐れがあった。

また、特許文献３〜６のいずれのＰＴＣ発熱装置も、ＰＴＣ発熱素子に電極を広い面積でとることができないため、充分な発熱効率を得ることが困難であった。

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、組付けが容易で、接続部の電気的接続を確実とすることができるとともに、発熱効率を高めたＰＴＣ発熱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発熱装置は、一対の電極層を備えた正特性サーミスタ発熱素子と、第一の電極端子と、第二の電極端子と、絶縁ケースと、からなる正特性サーミスタ発熱装置において、上記第一の電極端子と上記正特性サーミスタ発熱素子が電気的に接続した状態で上記絶縁ケース内に配置され、上記第二の電極端子は、バネ弾性を有する金属板からなる断面略コの字形状のものであり、該略コの字形状の開口部によって、上記正特性サーミスタ発熱素子、上記第一の電極端子、及び、上記絶縁ケースを掴持することで、上記第二の電極端子と上記正特性サーミスタ発熱素子が電気的に接続した状態となるとともに、上記第二の電極端子と上記第一の電極端子とが絶縁ケースにより絶縁されているものである。
また、請求項２記載のＰＴＣ発熱装置は、上記絶縁ケースが、１面を開口させた箱形状であり、該絶縁ケースの底面裏側には上記第二の電極の幅とほぼ同幅の溝が形成されていることを特徴とするものである。
また、請求項３記載のＰＴＣ発熱装置は、上記第二の電極端子は、絶縁ケースの底面裏側に配される側の面が絶縁ケースの長さより長く、且つ、絶縁ケースからはみ出る部分について、上記絶縁ケースの溝よりも幅広となっていることを特徴とするものである。
また、請求項４記載のＰＴＣ発熱装置は、上記絶縁ケースが、１面を開口させた箱形状であり、上記第二の電極端子で掴持されない２面を有し、該２面の底面からの高さが、上記第一の電極端子、及び、正特性サーミスタ発熱素子のそれぞれの厚さを足した値よりも大きいことを特徴とするものである。
また、請求項５記載のＰＴＣ発熱装置は、上記第一の電極端子が、バネ弾性を有する金属板からなり、上記正特性サーミスタ発熱素子を上記第二の電極端子側に押し付けるように付勢されていることを特徴とするものである。
また、請求項６記載のＰＴＣ発熱装置は、上記第二の電極端子により上記正特性サーミスタ発熱素子、上記第一の電極端子、及び、上記絶縁ケースを掴持した状態で、これら全体を樹脂又はゴムによりモールドしたことを特徴とするものである。

本発明によるＰＴＣ発熱装置によれば、第二の電極端子のコの字開口部により、ＰＴＣ発熱素子、第一の電極端子、及び、絶縁ケースがしっかりと掴持・固定されているため、振動や衝撃を受けても電極端子がずれて導通不良が生じてしまうことはない。また、ＰＴＣ発熱素子に直接導電性接着剤や半田を付けることはなく、電極端子を介しての接続になるため、ＰＴＣ発熱素子の冷熱サイクルによって導通不良が生じることもない。また、組付けも、絶縁ケース内に第一の電極端子とＰＴＣ発熱素子を配置した後に第二の電極端子を嵌め込むだけの簡単な作業とすることができる。また、ＰＴＣ発熱素子の主面全体を電極とし、対向する両主面をそれぞれ＋極、−極とすることができるので、ＰＴＣ発熱素子の発熱効率を最大限に生かした使用形態とすることができる。
特に、絶縁ケースの形状として、１面を開口させた箱形状であり、該絶縁ケースの底面裏側には第二の電極端子の幅とほぼ同幅の溝が形成されている、或いは、上記第二の電極端子で掴持されない２面を有し、該２面の底面からの高さが、上記第一の電極端子、及び、ＰＴＣ発熱素子のそれぞれの厚さを足した値よりも大きいものとすれば、振動や衝撃が加わっても、第二の電極端子が上記した絶縁ケースの溝による壁や２面の壁に当たってスライドしないので、導通不良の可能性は更に低いものとなる。更に、上記のように第二の電極端子の一部が幅広になっていれば、この部分がストッパーとなって、第二の電極端子を嵌め込んだ方向と逆方向に抜けてしまうことも防止することができる。
また、第一の電極端子が、バネ弾性を有する金属板からなり、上記ＰＴＣ発熱素子を第二の電極端子側に押し付けるように付勢されていれば、第一の電極端子も積極的にＰＴＣ発熱素子に接触することとなり、導通不良の可能性は更に低いものとなる。
また、全体を樹脂又はゴムによりモールドした構成とすれば、ＰＴＣ発熱装置として防水性を有することとなるとともに、第二の電極端子にズレが生じることによる導通不良の可能性は確実になくなる。
また、本発明によるＰＴＣ発熱装置は、ＰＴＣ発熱素子について、一方の面は第二の電極端子のみが存在するのに対し、もう一方の面には、第一の電極端子、絶縁ケース、第二の電極端子が積層されて断熱されるため、両面で発熱の温度差が生じることになる。そのため、ＰＴＣ発熱装置を被加熱体に貼り付ける際には、第二の電極端子のみが存在する面を貼り付けることで、被加熱体には強い加熱を行い、外面へは弱い加熱を行うことになるため、高効率な加熱ができるとともに、使用者が不用意に接触することによる火傷を防止することも可能である。

図１〜図７を参照して本発明のＰＴＣ発熱装置の実施の形態を説明する。

第一の電極端子１は、厚さ０．２ｍｍのバネ弾性に優れたステンレス板からなり、側面から見て弧状の曲面形状となっている。そのため、平面に配して押さえつければ、それに反発するように付勢されることになる。

第二の電極端子２は、図５に示す形状となっている。厚さ０．５ｍｍのバネ弾性に優れたステンレス板により、断面コの字形状に形成されている。図５に示すように、２つの略水平面とそれらをつなぐ垂直面があり、一方の略水平面は他方より長くなっており、且つ、先端が幅広となっている。第二の電極端子２は、垂直部の高さ４．６ｍｍ、開口部先端の隙間は１．２ｍｍで設計されており、ＰＴＣ発熱素子、第一の電極、及び、絶縁ケースを掴持した際には、開口部が閉じるように付勢されることになる。尚、垂直部は厳密に垂直である必要はなく、例えば、傾きを持っていても良いし、この部分が略「く」の字状になっていても良い。

第一の電極端子１や第二の電極端子２を構成する材料としては、バネ弾性を有し、かつ電極として機能するものであれば特に限定されない。例えば、ステンレス板、りん青銅板、ニッケルメッキ真鍮板、スズメッキ真鍮板、銀メッキ真鍮板などを挙げることができる。これらの中でも、ステンレス板、りん青銅板などは長期間冷熱サイクルを受けた場合にも、そのバネ弾性を充分に保持することができるため、特に好ましい。

ＰＴＣ発熱素子３は、縦６．５ｍｍ、横１８．１ｍｍ、厚さ２．５ｍｍの角板状に形成されたチタン酸バリウム系セラミック素子からなり、相対する両主面にはそれぞれ銀ペーストからなる電極が形成されている。この電極を形成した主面の一方が＋極、もう一方が−極とされる。尚、ＰＴＣ発熱素子の材料については、必要とされる発熱特性（例えば、キュリー温度等）に応じて適宜設定すればよい。

絶縁ケース４は、ポリフェニレンサルファイド樹脂からなり、図６、７に示す形状となっている。１面を開口させた箱形状であり、絶縁ケース４の底面裏側には上記第二の電極端子２の幅とほぼ同幅の溝が形成されている。また、図６でいう長手方向の側面は、底面からの高さが３．３ｍｍであり、第一の電極端子１とＰＴＣ発熱素子３のそれぞれの厚さを足した値よりも大きくなっている。

これらの構成部材の組付けについて説明する。まず、絶縁ケース４内に第一の電極端子１とＰＴＣ発熱素子３を順次配置する。この状態で、第二の電極端子２の開口部を広げ、第一の電極端子１とＰＴＣ発熱素子３が配置された絶縁ケース４を第二の電極端子２の開口部に嵌め込む。すると、第二の電極端子２は、開口部を閉じる方向に付勢され、第一の電極端子１はＰＴＣ発熱素子３を第二の電極２側に押し付けるように付勢され、これらが固定保持される。これにより、第一の電極１とＰＴＣ発熱素子３の電気的接続、及び、第二の電極２とＰＴＣ発熱素子３の電気的接続が図られることになる。また、第一の電極１と第二の電極２とは、絶縁ケース４により絶縁されることになる。

ここで、絶縁ケース４の底面裏側には第二の電極２の幅とほぼ同幅の溝が形成されており、この溝に第二の電極端子２が嵌め込まれた状態となっている。また、絶縁ケース４の開口した面においても、上記したように、絶縁ケース４の長手方向の側面は、底面からの高さが、第一の電極端子１、及び、ＰＴＣ発熱素子３のそれぞれの厚さを足した値よりも大きく、この絶縁ケース４の長手方向の側面間に第二の電極端子２が嵌め込まれた状態となる。そのため、第二の電極端子２が上記した絶縁ケース４の溝による壁や長手方向の側面に当たって横ズレしないので、導通不良の可能性は更に低いものとなる。

また、第二の電極端子２は、絶縁ケース４の底面裏側に配される側の面が絶縁ケース４の長さより長く、且つ、上記したように、絶縁ケース４からはみ出る部分について、上記絶縁ケース４の溝よりも幅広となっている。そのため、この幅広の部分が絶縁ケース４の底面に形成された溝の壁の端に当たり、ストッパーとなることから、第二の電極端子２を嵌め込んだ方向と逆方向に抜けてしまうことも防止することができる。

また、上記のように本発明によるＰＴＣ発熱装置は、一方の面は第二の電極端子２のみが存在するのに対し、もう一方の面には、第一の電極端子１、絶縁ケース３、第二の電極端子２が積層されて断熱されるため、両面で発熱の温度差が生じることになる。ここで、絶縁ケース４の底面の厚さを変更する、絶縁ケース４の底面に穴を設ける、絶縁ケース４の材料について熱伝導率の異なる材料に変更する、といったことにより、両面での発熱の温度差を適宜設定することも考えられる。

第一の電極１に接続されるリード線６、第二の電極端子２に接続されるリード線７については、半田付け、溶接、端子打ちなど、適宜に接続すればよい。作業の容易さから、当初の段階でリード線６，７を接続し、その後に各部材の組付けをした方が好ましい。

このようにして第一の電極端子１、ＰＴＣ発熱素子３、絶縁ケース４、及び、第二の電極端子２の組付けをした後、これら全体について、樹脂又はゴムによりモールド５をしても良い。こうすることにより、ＰＴＣ発熱装置として防水性を有することとなるとともに、第二の電極端子２にズレが生じることによる導通不良の可能性は確実になくなる。また、モールドにより、外部からの衝撃を弾力的に吸収することもできる。モールド５に使用される樹脂又はゴムとしては一般的なものを適宜に使用すればよいが、柔軟で耐熱性に優れるシリコーンゴムを使用することが好ましい。

このようにして得られたＰＴＣ発熱装置１０について、温度測定を行った。図２に示すように、第二の電極端子２のみが存在する面の中心部をＡ点、第一の電極端子１、絶縁ケース４、第二の電極端子２が積層された面の中心部をＢ点とし、両方の点での温度差を検証した。資料数を４としてその平均値を算出し、結果を表１に示す。

表１に示すように、本発明のＰＴＣ発熱装置は、一方の面ともう一方の面で温度差を有するものであることが確認された。

以上詳述したように本発明によれば、組付けが容易で、接続部の電気的接続を確実とすることができるとともに、発熱効率を高めたＰＴＣ発熱装置を提供することができる。このようなＰＴＣ発熱装置は、例えば、家電製品、住宅設備、自動車機関部、プラント、配管などの保温加熱用、採暖用、凍結防止用ヒータとして、また、芳香剤などの液体蒸散用のヒータとして好適に使用することができる。

本発明によるＰＴＣ発熱装置の構造を示す斜視図である。 図１におけるII−II´断面図（ｘ−ｙ面）である。 図１におけるIII−III´断面図（ｙ−ｚ面）である。 図１におけるIV−IV´断面図（ｘ−ｚ面）である。 第二の電極端子を示す斜視図である。 絶縁ケースを示す斜視図である。 底面の裏側から見た絶縁ケースを示す斜視図である。

符号の説明

１ 第一の電極端子
２ 第二の電極端子
３ ＰＴＣ発熱素子
４ 絶縁ケース
５ モールド
６，７ リード線
１０ ＰＴＣ発熱装置

Claims (6)

1. 一対の電極層を備えた正特性サーミスタ発熱素子と、第一の電極端子と、第二の電極端子と、絶縁ケースと、からなる正特性サーミスタ発熱装置において、
   上記第一の電極端子と上記正特性サーミスタ発熱素子が電気的に接続した状態で上記絶縁ケース内に配置され、
   上記第二の電極端子は、バネ弾性を有する金属板からなる断面略コの字形状のものであり、該略コの字形状の開口部によって、上記正特性サーミスタ発熱素子、上記第一の電極端子、及び、上記絶縁ケースを掴持することで、上記第二の電極端子と上記正特性サーミスタ発熱素子が電気的に接続した状態となるとともに、上記第二の電極端子と上記第一の電極端子とが絶縁ケースにより絶縁されている正特性サーミスタ発熱装置。
2. 上記絶縁ケースが、１面を開口させた箱形状であり、該絶縁ケースの底面裏側には上記第二の電極の幅とほぼ同幅の溝が形成されていることを特徴とする請求項１記載の正特性サーミスタ発熱装置。
3. 上記第二の電極端子は、絶縁ケースの底面裏側に配される側の面が絶縁ケースの長さより長く、且つ、絶縁ケースからはみ出る部分について、上記絶縁ケースの溝よりも幅広となっていることを特徴とする請求項２記載の正特性サーミスタ発熱装置。
4. 上記絶縁ケースが、１面を開口させた箱形状であり、上記第二の電極端子で掴持されない２面を有し、該２面の底面からの高さが、上記第一の電極端子、及び、正特性サーミスタ発熱素子のそれぞれの厚さを足した値よりも大きいことを特徴とする請求項３記載の正特性サーミスタ発熱装置。
5. 上記第一の電極端子が、バネ弾性を有する金属板からなり、上記正特性サーミスタ発熱素子を上記第二の電極端子側に押し付けるように付勢されていることを特徴とする請求項１〜４記載の正特性サーミスタ発熱装置。
6. 上記第二の電極端子により上記正特性サーミスタ発熱素子、上記第一の電極端子、及び、上記絶縁ケースを掴持した状態で、これら全体を樹脂又はゴムによりモールドしたことを特徴とする請求項１〜５記載の正特性サーミスタ発熱装置。