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

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

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。

特開２００５−１０８８０８号公報 特表２００７−５０７３８４号公報 特開平５−１７５０１０号公報 特開平５−２５１１６１号公報

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。

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。

本発明の第１実施形態であり、（ａ）、（ｂ）、（ｃ）はそれぞれ本発明の一体型ヒータユニットの分解斜視図、正面図、全体斜視図である。 （ａ）は一体型ヒータユニット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 本発明の第２実施形態であり、出力性能を変更可能な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。 共通のケース部材を用いて構成した自動車用電気式ヒータの一例であり、（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、（ｂ）は選択した構成要素の詳細を示す分解斜視図である。 共通のケース部材を用いて構成した自動車用電気式ヒータの他の例であり、（ａ）は選択した構成要素をを組み付けた状態を示す全体斜視図、（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。 本発明の第３実施形態であり、（ａ）は一体型ヒータユニットの出力を可変とした例、（ｂ）はそれら一体型ヒータユニットの自動車用電気式ヒータへの搭載例を示す正面図である。 従来の自動車用電気式ヒータの一例を示す全体斜視図である。 従来の自動車用電気式ヒータの一例を示し、（ａ）は正面図、（ｂ）は発熱部の基本構造を示す部分拡大図である。 （ａ）、（ｂ）は従来の自動車用電気式ヒータの一例を示す全体斜視図である。

（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。

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（ＢａＴｉＯ_３）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。

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。

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

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

Claims (8)

1. 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。
2. 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。
3. 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。
4. 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。
5. 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。
6. 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。
7. 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。
8. 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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