JP2011222156A - 自動車用ヒータユニット構造および電気式ヒータ - Google Patents
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Abstract
【課題】自動車用の電気式ヒータを簡易に構成し、様々な要求性能に対応することができ、設計変更や専用部材が不要で、かつ信頼性の高いヒータユニット構造と、それを用いた電気式ヒータを提供する。
【解決手段】通電により発熱する発熱素子2と、発熱素子2に電力を供給するための極性の異なる一対の電極板31、32と、一対の電極板31、32を外部電源に接続するための一対のターミナル部33、34と、発熱素子2にて発生した熱を放熱するための一対の放熱フィン41、42とを一体化して一体型ヒータユニット1を構成する。一対の電極板31、32は、一端から外方へ延出する延出部を対向させて一対のターミナル部33、34とし、対向する内側表面間に所定枚数の発熱素子2を配置して、電気的かつ機械的に接合し、外側表面に一対の放熱フィン41、42を接合して、一体化したヒータユニット1を、電気式ヒータの発熱部の基本単位とする。
【選択図】図1
【解決手段】通電により発熱する発熱素子2と、発熱素子2に電力を供給するための極性の異なる一対の電極板31、32と、一対の電極板31、32を外部電源に接続するための一対のターミナル部33、34と、発熱素子2にて発生した熱を放熱するための一対の放熱フィン41、42とを一体化して一体型ヒータユニット1を構成する。一対の電極板31、32は、一端から外方へ延出する延出部を対向させて一対のターミナル部33、34とし、対向する内側表面間に所定枚数の発熱素子2を配置して、電気的かつ機械的に接合し、外側表面に一対の放熱フィン41、42を接合して、一体化したヒータユニット1を、電気式ヒータの発熱部の基本単位とする。
【選択図】図1
Description
本発明は、自動車の空調システム等に使用される電気式ヒータの基本単位となるヒータユニット構造に関するものであり、特に、サーミスタ等の発熱素子を熱源とするヒータユニット構造と、これを発熱部の構成単位として用いた電気式ヒータに関するものである。
自動車の空調システムにおいて、排気ガスの熱を利用したヒータコアの補助として、あるいは足元暖房用に電気式ヒータを併用することが行われている。電気式ヒータの熱源としては、PTCサーミスタ(正温度特性サーミスタ)等の発熱素子が利用され、発熱素子を用いた電気式ヒータの構造は、例えば、特許文献1〜4に記載されている。これら従来の電気式ヒータの構造を図7〜9に示す。
特許文献1の電気式ヒータは、図7において、発熱素子101に電力を供給する電極板102、放熱フィン103、発熱素子101を保持する保持具104を、この順に繰り返し積層して発熱部100を構成している。発熱部100は、積層方向の両端面にそれぞれ保持フレーム105、106を有し、さらに両側端面にそれぞれ側部フレーム107、108を有している。保持フレーム105、106は中空形状であり、一方、側部フレーム107、108は、部材全体がばねとして機能するもので、爪状の両端固定片109を保持フレーム105、106の中空部に差し込むことにより、発熱部100を固定している。
特許文献2には、図8(a)のPTC暖房装置が示され、その発熱部200は、少なくとも1つのPTC素子201を正負極となるコンタクト板202、203の間に配置して、PTC素子201とコンタクト板202、203を、特定の電気固有抵抗を有する接着剤にて結合している。この結合体は、さらに放熱用の波形フィン204を介して積層され、全体が接着結合された後、その周囲にプラスチック枠205が取り付けられる。
特許文献3、4は、各種電気機器のヒータに用いられるPTCサーミスタ発熱体に関し、それぞれ図9(a)、(b)に示される構成を有する。図9(a)の発熱体300は、2枚のPTCサーミスタよりなる発熱素子301の両面に放熱用の金属フィン302を固着し、それを独立ユニット303として同一方向に並べた後、さらに全体を電極板304、305で挟むように溶接固定して発熱体としている。電極板304、305は、長手方向の端部に端子306、307が設けられている。
図9(b)の発熱体400は、2つの金属板間にフィンを接合して放熱体402とし、2つの放熱体402間に所定枚数のPTCサーミスタ401を固着して独立ユニット403を形成している。独立ユニット403の外側に位置する金属板は、電極板404となり、延出部405に端子部406がかしめ固定される。さらに2つの独立ユニット403を積層して、止め具407で固定することで、発熱体400となる。
従来より電気式ヒータは構成部品が多く、また、組み立てに手間を要することから、部品コストや作業性が課題となっている。例えば、図7の電気式ヒータの組み立ては、発熱素子101を保持具104に組み込み、図の上方から下方へ、電極板102、放熱フィン103、発熱素子101を組み込んだ保持具104・・・の順に繰り返し積層し、最下層に放熱フィン103を重ねる。次いで、発熱部100の上下端に、絶縁板110、111を介して保持フレーム105、106を配置し、側方から側部フレーム107、108を差し込み、発熱部100の積層状態を安定させる。この時、側部フレーム107、108の両端固定片109が、発熱部100を積層方向に狭持し、側部フレーム107、108のスリット112に、保持具104の両端突出部113、電極板104の端子部114が挿通されて正面方向のずれを規制する。その後、側部フレーム107、108の外方からケース115、116を取り付け、さらにメスターミナル117を収容する保護ケース118を取り付けて、電極板104の端子部114をメスターミナル117と電気的に接続する。この構成は、側部フレーム107、108が、発熱部100の構成要素を密着させるためのばね部材を兼ねているので、別体のばね部材が不要になる利点がある。
しかしながら、両端固定片109のみで発熱部100の両端部を狭持する側部フレーム107、108は、十分なばね力がないと発熱部100の全体に積層方向の圧縮力を作用させることが難しい。特に、この構成では、隣合う電極板102間に放熱フィン103が介在し、発熱素子101に通電するためには、発熱部100の構成要素が密着している必要がある。一方で、側部フレーム107、108は、両端固定片109を外方に開いて発熱部100の両端部に差し込む必要があり、ばね力が大きいと、積層状態を保持しながら組み付けるのに手間を要する。また、位置決めのために、側部フレーム107、108にスリット112を要し、保持具104やケース115、116の形状が複雑になる上、要求仕様ごとに特定の部材を使用する必要があって、部品の共用が難しい。
また、発熱部100に通電するために、電極板102ごとにメスターミナル117を設け、隣り合う電極板102が異なる極性となるように、メスターミナル117を電源供給用のソケット119、120に交互に接続する構成となっており、部品点数が増加する要因となっている。
図8(a)のPTC暖房装置は、発熱部200の構成部材を全て接着しているため、ばね部材は不要となる。しかしながら、図8(b)のように、PTC素子201、波形フィン204、コンタクト板202、203を接着剤にて結合することを繰り返し、各部材が積層一体化された発熱部200を構成する必要がある。このような一体型構造では、多様な性能要求に対応するために、PTC素子201の配置や各部材がそれぞれ専用設計とならざるを得ず、部品コスト、製作コストが増大する。また、PTC素子201に通電するためには、通常、コンタクト板202、203の端部に端子部207をかしめ等により一体化する必要があり、部品点数が増加するのみならず、コンタクト板202、203と端子部207の接触部において、電流密度が高くなることにより高温化し、接触部の信頼性が低下する懸念がある。
図9のように、発熱体300、400の一部をユニット化すると、必要出力に応じてユニット303、403を組み合わせることができるが、図9(a)の構成では、電極板304、305がユニット数に応じた専用品とせざるを得ない。また、金属フィン302を介して発熱素子301に通電することになり、線接触であるため、電流密度が高くなることにより高温化し、接触部の信頼性が低下する懸念がある。この点は、図9(b)の構成も同様であり、さらに端子部406のかしめ部においても、同様の懸念が生じる。特に、電源電圧が高い家電用の電気式ヒータに比べて、バッテリ電圧を電源とする自動車用の電気式ヒータの場合には、必要出力を得るために高電流となるため、図9のような電極板間に放熱フィンを介在させる構造は、リスクが大きい。
本発明は、上記実情に鑑みてなされたもので、自動車用の電気式ヒータをより簡易に構成することができ、要求性能ごとに設計変更したり、専用部材を設けたりする必要がなく、しかも信頼性の高いヒータユニット構造と、それを用いた電気式ヒータを提供することにある。
請求項1の発明は、自動車用電気式ヒータの発熱部を構成するヒータユニット構造であって、
通電により発熱する発熱素子と、該発熱素子に電力を供給するための極性の異なる一対の電極板と、これら一対の電極板を外部の電源に接続するための一対のターミナル部と、上記発熱素子にて発生した熱を放熱するための一対の放熱フィンとを一体化して、上記発熱部の基本単位となる一体型ヒータユニットを構成するとともに、
該一体型ヒータユニットにおいて、
平行平板状の上記一対の電極板には、対向する内側表面間に上記発熱素子を配置して、その両面を各電極板に電気的かつ機械的に接合し、各電極板の外側表面に、上記一対の放熱フィンの1つをそれぞれ接合する一方、各電極板の一端から外方へ延出する延出部を対向させて上記一対のターミナル部を一体的に形成したことを特徴とする。
通電により発熱する発熱素子と、該発熱素子に電力を供給するための極性の異なる一対の電極板と、これら一対の電極板を外部の電源に接続するための一対のターミナル部と、上記発熱素子にて発生した熱を放熱するための一対の放熱フィンとを一体化して、上記発熱部の基本単位となる一体型ヒータユニットを構成するとともに、
該一体型ヒータユニットにおいて、
平行平板状の上記一対の電極板には、対向する内側表面間に上記発熱素子を配置して、その両面を各電極板に電気的かつ機械的に接合し、各電極板の外側表面に、上記一対の放熱フィンの1つをそれぞれ接合する一方、各電極板の一端から外方へ延出する延出部を対向させて上記一対のターミナル部を一体的に形成したことを特徴とする。
請求項2の発明において、上記一体型ヒータユニットは、要求発熱量に応じて、1つ以上の上記発熱素子を上記一対の電極板間に配置する。
請求項3の発明において、上記一対の電極板と接合される上記発熱素子の両面を、多数の凸部と凹部を有する凹凸面とし、上記凸部にて上記電極板と電気的に接合するとともに、上記凹部に接着剤を充填して上記電極板と機械的に接合する。
請求項4の発明は、請求項1ないし3のいずれか1項に記載の一体型ヒータユニットを1つ以上備える発熱部と、該発熱部を支持するケース部材と、上記発熱部に電源を供給するためのコネクタ部とから構成される自動車用電気式ヒータである。
請求項5の発明において、上記コネクタ部は、上記一体型ヒータユニットの上記一対のターミナル部側の端部が挿通保持される保持部を設けたコネクタ部材を備え、該保持部内で上記一対のターミナル部が外部端子と接続されるコネクタターミナルを構成する。
請求項6の発明において、上記コネクタ部材が、上記一体型ヒータユニットの上記一対のターミナル部側の端部を保持固定し、上記ケース部材が、少なくとも上記一体型ヒータユニットの上記一対のターミナル部とは反対側の端部を保持固定する。
請求項7の発明において、上記発熱部は、要求発熱量に応じて、同一発熱量または異なる発熱量の複数の上記一体型ヒータユニットを組み合わせて構成され、上記ケース部材は、並列配置した上記複数の一体型ヒータユニットの外周囲を支持するとともに、上記コネクタ部材は、各一体型ヒータユニットの上記一対のターミナル部が挿通保持される複数の保持部を備える。
請求項8の発明において、上記ケース部材は、上記一体型ヒータユニットまたはダミー部材を収容可能な複数の搭載部を有しており、要求発熱量に応じて各区画に上記一体型ヒータユニットまたはダミー部材を装着する。
請求項1に記載のヒータユニット構造によれば、発熱素子と、電力供給用の一対の電極板と、外部電源に接続される一対のターミナル部、一対の放熱フィンとが一体化されており、この一体型ヒータユニットを、発熱部の基本単位として容易に自動車用の電気式ヒータを構成することができる。したがって、発熱部の要求仕様に応じて専用の電極板や組み付けのための専用部材を用意する必要がない。一体型ヒータユニットは、発熱素子に一対の電極板が接合され、両者が面で接触しているので、接触抵抗が小さくでき、通電のためにばね部材等で圧縮する必要がない。また、個々の一体型ヒータユニットが、一対のターミナル部を有するので、発熱部に通電するための構成を簡易にでき、一対のターミナル部を電極板の延出部にて構成し、かしめ等を用いないので、接触抵抗を大きくすることがなく、信頼性がより向上する。よって、高電流が流れる自動車用の電気式ヒータを、最小限の部品点数で製作でき、高い信頼性を実現する一体型ヒータユニット構造とすることができる。
請求項2の発明によれば、1つまたは2つ以上の発熱素子を一対の電極板間に配置して、所定の発熱量とすることができる。このようにして得られた任意の発熱量の一体型ヒータユニットを複数組み合わせて、電気式ヒータの発熱部を構成し、多様な要求性能に対応することができる。
請求項3の発明によれば、電極面となる発熱素子の両面を凹凸面としたので、凹部に例えば絶縁性接着剤を充填して密着させることで、電気的かつ機械的に結合することができ、電極板間の短絡防止にも有利である。
請求項4に記載の発明によれば、自動車用電気式ヒータを、一体型ヒータユニットを必要出力に応じた個数備える発熱部と、ケース部材と、コネクタ部材とで、容易に構成することができる。よって、部品コストや製造コストを低減し、かつ多様な性能バリエーションを有する高信頼性の自動車用電気式ヒータとすることができる。
請求項5の発明によれば、一体型ヒータユニットをコネクタ部材に装着することで、一対のターミナル部が外部端子と接続されるコネクタターミナルを構成するので、簡易な構成で組み付けも容易である。
請求項6の発明によれば、コネクタ部材で一体型ヒータユニットの一端側を、ケース部材で反対側を保持することで、ケース部材の構成を簡易にし、自動車用電気式ヒータの部品コスト、製作コストを低減することができる。
請求項7の発明によれば、複数の一体型ヒータユニットの組み合わせにより発熱部の出力を任意に調整することができる。また、発熱部の周囲をケース部材で保持し、コネクタ部材を装着すすることで一体型ヒータユニットの複数組のターミナル部を複数の保持部に同時に挿通保持させ、電気的に接続することができるので、高性能な電気式ヒータを、簡易な製作工程で実現することができる。
請求項8の発明によれば、ケース部材を共通化して、一体型ヒータユニットとダミー部材を組み合わせることで、最低限の部品点数で、多様な要求性能に対応することができる。
(第1実施形態)
以下、本発明を適用した自動車用電気式ヒータの実施形態について詳述する。まず、図1、2を参照しながら、電気式ヒータの発熱部を構成する一体型ヒータユニット1の構造と、この一体型ヒータユニット1を用いた電気式ヒータの概略構造について説明する。このような電気式ヒータは、例えば、自動車用空調装置のヒータコアに付設され、電源となる車両バッテリから電力供給されて、暖房開始時に車室内へ向かう空気流を直接加熱することができるので、エンジン始動時にヒータコアに導入される冷却水温度が上昇しにくい自動車や寒冷地仕様の自動車に好適である。
以下、本発明を適用した自動車用電気式ヒータの実施形態について詳述する。まず、図1、2を参照しながら、電気式ヒータの発熱部を構成する一体型ヒータユニット1の構造と、この一体型ヒータユニット1を用いた電気式ヒータの概略構造について説明する。このような電気式ヒータは、例えば、自動車用空調装置のヒータコアに付設され、電源となる車両バッテリから電力供給されて、暖房開始時に車室内へ向かう空気流を直接加熱することができるので、エンジン始動時にヒータコアに導入される冷却水温度が上昇しにくい自動車や寒冷地仕様の自動車に好適である。
図1(a)、(b)、(c)は、それぞれ一体型ヒータユニット1の分解斜視図、正面図、全体斜視図である。図1(a)に示すように、ヒータユニット1は、通電により発熱する1つ以上の発熱素子2と、この発熱素子2に電力を供給するための極性の異なる一対の電極板31、32と、発熱素子2にて発生した熱を放熱するための一対の放熱フィン41、42とを、接着して一体化したものである。一対の電極板31、32には、各電極板31、32の端部にそれぞれコネクタターミナル33、34が設けられており、外部の電源に接続するための一対のターミナル部となる。コネクタターミナル33、34は、後述するコネクタ部材61、62(図2)とともに、電気式ヒータのコネクタ部を構成する。
図1(b)、(c)に示すように、本実施形態では、例えば4枚の発熱素子2を用い、ヒータユニット1の出力を300Wに設定している。発熱素子2は、正温度特性を有するPTC(Positive Temperature Coefficient)サーミスタ素子であり、チタン酸バリウム(BaTiO3)を主成分とする半導体セラミックスからなる。PTCサーミスタ素子は、正の温度係数をもった抵抗変化特性があり、キュリー点以上の温度になると急激に抵抗が増加してそれ以上の温度上昇が制限されるために、自己温度制御性があり、経時変化がなく安定して使用できる利点がある。発熱素子2は、図1(a)のように、薄肉の矩形平板状に成形されており、図の上下表面を電極面としている。
一対の電極板31、32は、それぞれ細長い平板状に成形された所定厚の金属板からなる。電極材としては、銅または銅合金が用いられ、例えば黄銅板にすず(Sn)メッキを施して耐食性を高めたものが好適に使用される。一対の電極板31、32は平行配設されて、その対向する内側表面間に発熱素子2を挟んで保持しており、各電極板31、32は、長手方向の一方の端部(図の左端部)に、それぞれ発熱素子2から離れる方向へ略L字状に延出するコネクタターミナル33、34が一体成形されている。ここで、電極板31、32は同一形状に成形されており、ユニット化する際に、図1(a)、(b)のように、コネクタターミナル33、34を対称形状となるように対向配置すればよい。コネクタターミナル33、34は、互いに異なる極性となるように外部電源に接続され、ここではコネクタターミナル33(正極)、コネクタターミナル34(負極)としている。
また、一対の電極板31、32は、一体型ヒータユニット1の骨格となるものであり、発熱素子2および放熱フィン41、42を保持して、一体型形状を維持するのに十分な剛性を有し、変形による短絡等を防止できる構成とされる。なお、一対のコネクタターミナル33、34の形状は、特に限定されるものではなく、任意の端子形状とすることができる。
一対の放熱フィン41、42は、それぞれ細長い薄板状の金属板を波形フィン状に成形してなり、一対の電極板31、32の外側表面に接合固定される。放熱フィン41、42には、熱伝達率が高く変形しやすい薄肉の金属板、例えばアルミニウム薄板が好適に使用される。あるいは、銅系材料で構成することもできる。フィン形状は、波形に限らず、三角形または台形といった種々の形状とすることができる。
図2(a)は一体型ヒータユニット1を組み立てる工程を説明するための図、(b)、(c)は、一体型ヒータユニット1を用いた電気式ヒータの概略構成図である。図2(a)において、発熱素子2の一方の電極面(図の下面)と電極板31との接合方法は、特に制限されず、両者が電気的かつ機械的に接続可能であれば、どのような方法を用いることもできる。ただし、例えば公知の導電性接着剤を用いる方法では、接着剤のはみ出しによる短絡や、劣化による導電性の低下等のおそれがあることから、好適には、次のようにするとよい。すなわち、発熱素子2の電極面(ここでは上面のみを図示するが下面も同様である)を、多数の凸部21と凹部22を有する凹凸面とし、凹部22に絶縁性接着剤を充填して、電極板31と接着する。この時、凸部21にて電極板31と発熱素子2が電気的に接合されるとともに、凹部22に充填した絶縁性接着剤にて機械的に接合されるので、導電性の確保と短絡の防止を両立できる。
なお、図2(a)は、発熱素子2の一方の電極面と電極板31、電極板31と放熱フィン41との接合工程のみを示すが、発熱素子2の他方の電極面と電極板32、電極板32と放熱フィン42との接合も同様になされる。
好適には、絶縁性接着剤として、耐熱性や熱伝導性に優れるシリコン系の熱硬化性接着剤が使用される。この接着剤による接合方法の一例を説明すると、まず、電極板31、32の発熱素子2との接合面となる表面に、それぞれスクリーン印刷により接着剤6を塗布する。次に、ここでは4個の発熱素子2を用意し、接合面となる内側表面を対向させた電極板31、32間に、長手方向に略等間隔で並ぶように配置する。そして、電極板31、32を外側から加圧し、発熱素子2の使用温度以上に加熱して接着剤を硬化させることで、両者を密着接合させる。この時、硬化する接着剤が電極板31、32と発熱素子2とが密着する方向に作用し、電気的かつ機械的な接合を確実にする。また、全表面に接着剤を塗布することで、電極板31、32間の絶縁性が確保され、接着剤のはみ出しによる不具合も生じない。
電極板31、32と放熱フィン41、42との接合は、接着剤にてなされる。あるいは、溶接、ろう付け等の種々の方法によることができる。本発明の一体型ヒータユニット1の構成では、発熱素子2への通電に、放熱フィン41、42が介在しないので、放熱フィン41、42の接合には、任意の手法を採用することができる。
このようにして、図1に示される一体型ヒータユニット1が得られる。本発明の一体型ヒータユニット1は、発熱素子2と電極板31、32と放熱フィン41、42のみの簡易な構造であり、コネクタターミナル33、34を電極板31、32と一体成形したので、部品点数が少なく、製作も容易である。また、一体型ヒータユニット1は、発熱素子2と一対の電極板31、32面で接触しており、一対のコネクタターミナル33、34を延出部にて構成しているので、接触抵抗が小さくでき、高電流が流れる自動車用途における信頼性を高めることができる。しかも剛性を有する電極板31、32間に発熱素子2を通電可能に強固に保持し、電極板31、32の外側に放熱フィン41、42を接合して一体化したので、取り扱いが容易であり、発熱素子2の個数を変更することにより、種々の仕様に対応することができる。
例えば、図2(b)に示すように、2組の一体型ヒータユニット1(300W)を組み合わせて発熱部とし、2組用のケース部材51に組み込んで、2ユニット型の電気式ヒータ(600W)を構成することができる。この時、ケース部材51から突出する2組のコネクタターミナル33、34には、外部電源に接続される2組用のコネクタ部材61が嵌着される。あるいは、図2(c)に示すように、3組の一体型ヒータユニット1(300W)を組み合わせて発熱部とし、3組用のケース部材52に組み込んで、3ユニット型の電気式ヒータ(900W)を構成することもできる。この時、ケース部材52から突出する3組のコネクタターミナル33、34には、外部電源に接続される3組用のコネクタ部材62が嵌着される。
ここで、ケース部材51、52は、少なくとも2組または3組の一体型ヒータユニット1のコネクタターミナル33、34と反対側の端部を保持可能に構成されていればよい。一体型ヒータユニット1のコネクタターミナル33、34側の端部には、コネクタ部材61、62が覆着され、コネクタ部を構成する。各コネクタターミナル33、34は、それぞれコネクタ部材61、62の対応する保持部63内に挿通保持される。この場合、一体型ヒータユニット1は、複数を並列させてその両端を一体に保持することで十分な強度が得られるように、電極板31、32や放熱フィン41、42の構成材や板厚、接合方法等を設定するとよい。
このように、本発明の自動車用電気式ヒータは、一体型ヒータユニット1と、これを保持するケース部材51、52と、電源供給用のコネクタ部となるコネクタ部材61、62とを組み合わせた簡易な構成であり、しかも性能バリエーションが広い。このため、従来のように発熱部の要求仕様に応じて専用の電極板や組み付けのための専用部材、積層構造を保持するためのばね部材等が不要となる。すなわち、一体型ヒータユニット1を発熱部の基本単位として、その組み合わせや個々の出力を変更し、適合するケース部材51、52と、電源接続用のコネクタターミナル33、34の組数に応じたコネクタ部材61、62とを選択することで、多様な出力要求に容易に対応することができる。また、ケース形状を工夫することで、さらに少ない部品点数で、多様な出力に対応可能である。このような自動車用電気式ヒータの構成例を、次に示す。
(第2実施形態)
図3は、共通のケース部材5を用い、本発明の一体型ヒータユニット1とダミー部材7とを組み合わせて、出力性能を変更可能としたユニット型の自動車用電気式ヒータの全体構成を示す分解図である。一体型ヒータユニット1は、図1の4枚の発熱素子2を組み込んだ300Wユニットであり、共通のケース部材5は、3組の一体型ヒータユニット1を並列に配置して保持できる3つのヒータユニット搭載部53、54、55に区画されている。ケース部材5は、一端側(図の左端側)に、図2(b)、(c)に示した電源供給用の複数のコネクタ部材61、62を装着可能に構成されている。
図3は、共通のケース部材5を用い、本発明の一体型ヒータユニット1とダミー部材7とを組み合わせて、出力性能を変更可能としたユニット型の自動車用電気式ヒータの全体構成を示す分解図である。一体型ヒータユニット1は、図1の4枚の発熱素子2を組み込んだ300Wユニットであり、共通のケース部材5は、3組の一体型ヒータユニット1を並列に配置して保持できる3つのヒータユニット搭載部53、54、55に区画されている。ケース部材5は、一端側(図の左端側)に、図2(b)、(c)に示した電源供給用の複数のコネクタ部材61、62を装着可能に構成されている。
本実施形態において、ケース部材5は、3つのヒータユニット搭載部53、54、55のうち、中央のヒータユニット搭載部54を、ダミー部材7と共用の搭載部としている。ダミー部材7は、外形が一体型ヒータユニット1のコネクタターミナル33、34を除く形状と略同一になるように形成されたはしご状のフレーム部材で、長手方向に並ぶ多数の通孔71を有している。多数の通孔71は、空気が流れる通路となるもので、上下に配置される一体型ヒータユニット1へ適度な空気が流れて、通過する空気流が効果的に加熱されるように形成されていればよい。ケース部材5と、ダミー部材7は、絶縁性材料にて構成され、例えば耐熱性を有するプラスチック材料を用いて所定形状に一体成形することができる。
図3は、ケース部材5の上下のヒータユニット搭載部53、55に、一体型ヒータユニット1を装着した状態を示しており、中央のヒータユニット搭載部54には、一体型ヒータユニット1またはダミー部材7のいずれかを選択して装着することができる。これにより、出力に応じてケース形状を変更することなく、2ユニット型あるいは3ユニット型の電気式ヒータを容易に製作できる。
図4は、図3の共通のケース部材5を用いて2ユニット型の自動車用電気式ヒータを構成した例であり、図4(a)は選択した構成要素を組み付けた状態を示す全体斜視図、4(b)は選択した構成要素の詳細を示す分解斜視図である。図4(b)に示されるように、2ユニット型ヒータは、共通のケース部材5と、上下のヒータユニット搭載部53、55に装着される2つの一体型ヒータユニット1と、1つのダミー部材7と、2ユニット用のコネクタ部材61によって構成される。図4(a)のように、これらを組み付けると、300Wの一体型ヒータユニット1を2個搭載した出力600Wの電気式ヒータとなる。
図4(b)に示されるケース部材5は、具体的構成の一例であり、一体型ヒータユニット1およびダミー部材7が載置される底面56と、一体型ヒータユニット1およびダミー部材7の周囲を保持する枠体57とからなる。底面56は、各ヒータユニット搭載部53、54、55に相当する部位に、一体型ヒータユニット1よりやや外形が小さくなるように開口部が形成されている。これにより枠体57内に3つのヒータユニット搭載部53、54、55が区画形成され、開口部周囲のフレーム状部位にて、一体型ヒータユニット1またはダミー部材7を支持可能となる。この時、開口部長さを一体型ヒータユニット1より十分短くし、ケース部材5の両端部における底面56、つまりフレーム状部位の面積を大きめにして、ヒータユニット搭載部53、54、55上に、一体型ヒータユニット1またはダミー部材7の両端部を安定して支持できるようにするとよい。
ケース部材5の各ヒータユニット搭載部53、54、55には、コネクタ部材61が装着される一端側(図の左端側)において、枠体57に上辺から下辺へ至る切欠き571が設けられる。また、各ヒータユニット搭載部53、54、55の他端側(図の右端側)には、枠体57の上辺から各ヒータユニット搭載部53、54、55方向へ延びる薄板状の規制部572が設けられる。この時、一体型ヒータユニット1は、放熱フィン41、42から突出する一対の電極板31、32のネック部35が、対応するヒータユニット搭載部53、54、55の切欠き571に嵌合するとともに、反対側の端部(図の右端部)が規制部572の下に位置するように、枠体57内に挿通され嵌着保持される。
ダミー部材7は、ケース部材5よりわずかに外形が小さくなるように形成され、図4(b)のように、枠体57内のヒータユニット搭載部54に嵌着保持される。その両側のヒータユニット搭載部53、55に、それぞれ一体型ヒータユニット1を装着することで、これら構成部材が互いに密着してケース部材5内に保持される。しかも、一体型ヒータユニット1の一端側が切欠き571にて位置決めされ、規制部572にてダミー部材7と一体型ヒータユニット1の他端側のずれが規制されるので、組み立て作業性、信頼性ともに優れる。また、ケース部材5は、枠体57の両端部を他の部位よりやや大きく肉厚に成形し、長辺の外表面には長さ方向に延びる補強リブ573を形成している。このようにすることで強度を高め、ダミー部材7と一体型ヒータユニットを確実に保持することができる。
なお、ダミー部材7の搭載位置は、ヒータユニット搭載部54に限らず、ヒータユニット搭載部53、54、55のいずれかであればよいが、図示するように中央に配置すると、両端が規制された一体型ヒータユニット1の間に狭持される構成となるのでより好ましい。また、これら部材の装着順は、特に制限されず、図3のように、一体型ヒータユニット1を装着した枠体57内にダミー部材7を装着しても、図4(b)のように、ダミー部材7を先に装着してもよい。
その後、図4(a)、(b)において、ケース部材5から突出する一体型ヒータユニット1のコネクタターミナル33、34を覆うように、キャップ状のコネクタ部材61が装着される。枠体57の側端部には、突起状の係止部574が設けられ、コネクタ部材61の抜けを防止している。コネクタ部材61は、プラスチック材料等の絶縁性材料からなる本体部に、一対のコネクタターミナル33、34が挿通保持される中空の保持部63が2組設けられ、各保持部63のそれぞれに、一対のコネクタターミナル33、34が挿入配置される。したがって、ケース部材5に、所定数の一体型ヒータユニット1とダミー部材7を嵌め込み、コネクタ部材61を装着する簡易な工程で、電気式ヒータを組み立てることができる。
図5は、図3の共通のケース部材5を用いて3ユニット型の自動車用電気式ヒータを構成した例であり、図5(a)は選択した構成要素を組み付けた状態を示す全体斜視図、図5(b)は構成要素を組み付けた状態を示す全体平面図である。図5(a)、(b)に示されるように、3ユニット型ヒータは、共通のケース部材5と、各ヒータユニット搭載部53、54、55に装着される3つの一体型ヒータユニット1と、3ユニット用のコネクタ部材62によって構成される。
この場合も、図4(b)に示されるケース部材5が用いられる。図4の構成との違いは、ダミー部材7に代えて、ケース部材5のヒータユニット搭載部54にも、一体型ヒータユニット1を装着した点と、コネクタ部材61に代えて、中空の保持部63が3組設けられた、キャップ状のコネクタ部材62をケース部材5に装着した点であり、それ以外は同様である。これにより、ケース部材5から突出する3組のコネクタターミナル33、34が、それぞれコネクタ部材62の保持部63内に挿通保持され、コネクタ部を構成する。
図5(b)のように、これらを組み付けると、300Wの一体型ヒータユニット1を3個搭載した出力900Wの電気式ヒータとなる。このように、共通のケース部材5に、複数のヒータユニット搭載部53、54、55を設けることで、一体型ヒータユニット1とダミー部材7の組み合わせを変えて、出力性能の異なる自動車用電気式ヒータを製造することができる。
なお、共通のケース部材5の構成は一例であり、ヒータユニット搭載部の数や、一体型ヒータユニット1の固定手段等を適宜変更することもできる。また、要求仕様によっては、予めダミー部材7をケース部材5中央のヒータユニット搭載部54に一体成形して、図4(b)に図示する状態としたダミー部材一体型のケース部材を設けることもできる。このようなケース部材は、装着可能な一体型ヒータユニット1は2組までとなるが、後述するように一体型ヒータユニット1自体の発熱量を可変とすることで、多様な要求出力に対応することができる。
(第3実施形態)
上記実施形態では、300Wの一体型ヒータユニット1のみを使用して、自動車用電気式ヒータを構成したが、図6(a)に示すように、ヒータユニットに組み込む発熱素子2の枚数を変更して、出力の異なる複数の一体型ヒータユニットを組み合わせることもできる。ここでは、4枚の発熱素子2を組み込んだ一体型ヒータユニット1と同じ体格で、発熱素子2の枚数を2枚に変更して、150Wユニットとした一体型ヒータユニット11を設けている。一体型ヒータユニット11は、発熱素子2が一対の電極板31、32間に配置されて、発熱素子2の両面と電極板31、32の内側表面とが接着され、一対の電極板31、32の一端側に略L字状の一対のコネクタターミナル33、34が一体成形されており、電極板31、32の外側表面に1対の放熱フィン35、36が接合された構成を有している。発熱素子2、電極板31、32、コネクタターミナル33、34、放熱フィン35、36の構成や、それらの接合方法は、一体型ヒータユニット1と同様であり、説明を省略する。
上記実施形態では、300Wの一体型ヒータユニット1のみを使用して、自動車用電気式ヒータを構成したが、図6(a)に示すように、ヒータユニットに組み込む発熱素子2の枚数を変更して、出力の異なる複数の一体型ヒータユニットを組み合わせることもできる。ここでは、4枚の発熱素子2を組み込んだ一体型ヒータユニット1と同じ体格で、発熱素子2の枚数を2枚に変更して、150Wユニットとした一体型ヒータユニット11を設けている。一体型ヒータユニット11は、発熱素子2が一対の電極板31、32間に配置されて、発熱素子2の両面と電極板31、32の内側表面とが接着され、一対の電極板31、32の一端側に略L字状の一対のコネクタターミナル33、34が一体成形されており、電極板31、32の外側表面に1対の放熱フィン35、36が接合された構成を有している。発熱素子2、電極板31、32、コネクタターミナル33、34、放熱フィン35、36の構成や、それらの接合方法は、一体型ヒータユニット1と同様であり、説明を省略する。
300Wの一体型ヒータユニット1と、150Wの一体型ヒータユニット11は、上記実施形態と同様に、図3の共通のケース部材5に搭載される。この時、ケース部材5は、3つのヒータユニット搭載部53、54、55を有するので、300Wの一体型ヒータユニット1と、150Wの一体型ヒータユニット11と、ダミー部材7の組み合わせにより、以下のように300Wから900Wまでの幅広い仕様に対応することができる。
300W:2×150Wヒータユニット11(1×ダミー部材7)
または 1×300Wヒータユニット1(2×ダミー部材7)
450W:3×150Wヒータユニット11
または 1×300Wヒータユニット1と1×150Wヒータユニット11(1×ダミー部材7)
600W:2×300Wヒータユニット1(1×ダミー部材7)
または 1×300Wヒータユニット1と2×150Wヒータユニット11
750W:2×300Wヒータユニット1と1×150Wヒータユニット11
900W:3×300Wヒータユニット11
300W:2×150Wヒータユニット11(1×ダミー部材7)
または 1×300Wヒータユニット1(2×ダミー部材7)
450W:3×150Wヒータユニット11
または 1×300Wヒータユニット1と1×150Wヒータユニット11(1×ダミー部材7)
600W:2×300Wヒータユニット1(1×ダミー部材7)
または 1×300Wヒータユニット1と2×150Wヒータユニット11
750W:2×300Wヒータユニット1と1×150Wヒータユニット11
900W:3×300Wヒータユニット11
図6(b)は、150Wの一体型ヒータユニット11を用いて、上記図4と同出力の600Wの電気式ヒータを構成した例である。ケース部材5には、上下のヒータユニット搭載部53、55に、それぞれ150Wの一体型ヒータユニット11が搭載され、中央のヒータユニット搭載部54に、300Wの一体型ヒータユニット1が搭載されている。このように、共通のケース部材5にダミー部材7を搭載することなく、同一体格の電気式ヒータを製作することができる。また、ダミー部材7を使用しないので、電気式ヒータを通過する空気流を確実に加熱することができる
このように、本実施形態によれば、300Wの一体型ヒータユニット1と、その半分の出力の150Wの一体型ヒータユニット11を設けたので、共通のケース部材5の3つのヒータユニット搭載部を効果的に利用して、要求される性能を実現することができる。さらに、ダミー部材7を組み合わせれば、より広い仕様に対応することができ、上述したダミー部材一体型のケース部材を用意することで組み付け工程を簡易にできる。
本発明のヒータユニット構造は、自動車用電気式ヒータを構成する基本単位となるので、これを組み合わせて、様々な自動車に搭載される電気式ヒータの要求性能に対応することができる。また、体格を変えずにヒータユニットの出力を容易に変更することができ、共通のケース部材とダミー部材との組み合わせにより、少ない部品点数で汎用性の高い電気式ヒータとなるので、広い車種に搭載されて、自動車用空調装置の補助として、あるいは部分加熱用ヒータとして、効果的に利用される。
1 一体型ヒータユニット
11 一体型ヒータユニット
2 発熱素子
31、32 一対の電極板
33、34 一対のコネクタターミナル(一対のターミナル部)
41、42 一対の放熱フィン
5、51、52 ケース部材
53、54、55 ヒータユニット搭載部
56 底面
57 枠体
61、62 コネクタ部材
63 保持部
7 ダミー部材
71 通孔
11 一体型ヒータユニット
2 発熱素子
31、32 一対の電極板
33、34 一対のコネクタターミナル(一対のターミナル部)
41、42 一対の放熱フィン
5、51、52 ケース部材
53、54、55 ヒータユニット搭載部
56 底面
57 枠体
61、62 コネクタ部材
63 保持部
7 ダミー部材
71 通孔
Claims (8)
- 自動車用電気式ヒータの発熱部を構成するヒータユニット構造であって、
通電により発熱する発熱素子と、該発熱素子に電力を供給するための極性の異なる一対の電極板と、これら一対の電極板を外部の電源に接続するための一対のターミナル部と、上記発熱素子にて発生した熱を放熱するための一対の放熱フィンとを一体化して、上記発熱部の基本単位となる一体型ヒータユニットを構成するとともに、
該一体型ヒータユニットにおいて、
平行平板状の上記一対の電極板には、対向する内側表面間に上記発熱素子を配置して、その両面を各電極板に電気的かつ機械的に接合し、各電極板の外側表面に、上記一対の放熱フィンの1つをそれぞれ接合する一方、各電極板の一端から外方へ延出する延出部を対向させて上記一対のターミナル部を一体的に形成したことを特徴とする自動車用ヒータユニット構造。 - 上記一体型ヒータユニットは、要求発熱量に応じて、1つ以上の上記発熱素子を上記一対の電極板間に配置する自動車用ヒータユニット構造。
複数の上記発熱素子を、上記一対の電極板間に配置して、所定の発熱量とする請求項1記載の自動車用ヒータユニット構造。 - 上記一対の電極板と接合される上記発熱素子の両面を、多数の凸部と凹部を有する凹凸面とし、上記凸部にて上記電極板と電気的に接合するとともに、上記凹部に接着剤を充填して上記電極板と機械的に接合する請求項1または2記載の自動車用ヒータユニット構造。
- 請求項1ないし3のいずれか1項に記載の一体型ヒータユニットを1つ以上備える発熱部と、該発熱部を支持するケース部材と、上記発熱部に電源を供給するためのコネクタ部とから構成されることを特徴とする自動車用電気式ヒータ。
- 上記コネクタ部は、上記一体型ヒータユニットの上記一対のターミナル部側の端部が挿通保持される保持部を設けたコネクタ部材を備え、該保持部内に配置した一対のターミナルの端部が外部と接続されるコネクタターミナルを構成する請求項4記載の自動車用電気式ヒータ。
- 上記コネクタ部材が、上記一体型ヒータユニットの上記一対のターミナル部側の端部を保持固定し、上記ケース部材が、少なくとも上記一体型ヒータユニットの上記一対のターミナル部とは反対側の端部を保持固定する請求項5記載の自動車用電気式ヒータ。
- 上記発熱部は、要求発熱量に応じて、同一発熱量または異なる発熱量の複数の上記一体型ヒータユニットを組み合わせて構成され、上記ケース部材は、並列配置した上記複数の一体型ヒータユニットの外周囲を支持するとともに、上記コネクタ部材は、各一体型ヒータユニットの上記一対のターミナル部が挿通保持される複数の保持部を備える請求項4ないし6のいずれか1項に記載の自動車用電気式ヒータ。
- 上記ケース部材は、上記一体型ヒータユニットまたはダミー部材を収容可能な複数の区画を有しており、要求発熱量に応じて各区画に上記一体型ヒータユニットまたはダミー部材を装着する請求項4ないし7のいずれか1項に記載の自動車用電気式ヒータ。
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JP2010087044A JP2011222156A (ja) | 2010-04-05 | 2010-04-05 | 自動車用ヒータユニット構造および電気式ヒータ |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR101510744B1 (ko) | 2014-04-23 | 2015-04-09 | 자화전자(주) | 전열 히터 장치 |
WO2020026751A1 (ja) * | 2018-07-30 | 2020-02-06 | 株式会社デンソー | 発熱部材 |
-
2010
- 2010-04-05 JP JP2010087044A patent/JP2011222156A/ja active Pending
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JP2020021563A (ja) * | 2018-07-30 | 2020-02-06 | 株式会社デンソー | 発熱部材 |
JP7131178B2 (ja) | 2018-07-30 | 2022-09-06 | 株式会社デンソー | 発熱部材 |
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