JP2016167369A - 電気ヒータ - Google Patents

Abstract

【課題】コネクタ部の内部に水が侵入した場合の陽極端子と陰極端子の異常短絡の発生を抑制できる電気ヒータを提供する。
【解決手段】電気ヒータのコネクタ部４１において、コネクタハウジング４４の内壁面に、陽極端子用排水通路をなす陽極用溝５１と、陰極端子用排水通路をなす陰極用溝５２とを別々に形成する。陽極用溝５１は、陽極端子４２からコネクタハウジング４４に設けられた排水穴５３に向かって延びている。陰極用溝５２は、陰極端子４３からコネクタハウジング４４に設けられた排水穴５４に向かって延びている。これによれば、陽極端子４２と陰極端子４３の間に付着した水による異常短絡の発生および溝に存在する水を介しての異常短絡の発生を防止できる。
【選択図】図７

Description

本発明は、電気ヒータに関するものである。

特許文献１に、車両用空調装置の暖房補助用熱源として用いられる電気ヒータが開示されている。この電気ヒータは、通電によって発熱する発熱素子によって空気を加熱する加熱部と、発熱素子と電源とを電気的に接続するためのコネクタ部とを備え、発熱素子として、正特性サーミスタ（ＰＴＣ素子）が採用されている。

特許第４４０３９５６号公報

ところで、コネクタ部の内部に水が侵入した場合に、侵入した水が陽極端子と陰極端子をつなぐように両端子に付着すると、両端子の異常短絡が発生し、機能不具合が生じる可能性がある。例えば、両端子の間に水が付着すると、電気分解が生じて両端子が腐食する可能性がある。

特に、電気ヒータのうちＰＴＣ素子を用いたＰＴＣヒータは、ＰＴＣ素子に大電流を流すため、このような異常短絡の発生の回避が強く求められる。

そこで、この対策として、コネクタハウジングの内壁面に、各端子からコネクタ部の外部へ向かう溝を設けることで、両端子に付着した水を排出する方法が考えられる。

しかし、各端子から合流部で合流し、合流部からコネクタ部の外部へ向かうように、溝を設けると、陽極端子と陰極端子とが溝によってつながるため、溝に存在する水によって両端子の異常短絡が発生する恐れがある。

本発明は上記点に鑑みて、コネクタ部の内部に水が侵入した場合の陽極端子と陰極端子の異常短絡の発生を抑制できる電気ヒータを提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、
通電によって発熱する発熱素子（２３ａ）を有し、発熱素子によって空気を加熱する加熱部（２１）と、
発熱素子と電源とを電気的に接続するためのコネクタ部（４１）とを備え、
コネクタ部は、発熱素子と電気的に接続された陽極端子（４２）および陰極端子（４３）と、陽極端子および陰極端子を収容するコネクタハウジング（４４）とを有し、
コネクタハウジングの内壁面に、陽極端子からコネクタ部の外部に向かって延びる陽極用溝（５１）と、陰極端子からコネクタ部の外部に向かって延びる陰極用溝（５２）とが別々に形成されていることを特徴としている。

ここで、請求項１に記載の「陽極端子からコネクタ部の外部に向かって延びる陽極用溝」には、陽極用溝が陽極端子に接する部分から延びている場合だけではく、陽極用溝が陽極端子からわずかに離れている部分から延びている場合も含まれる。同様に、「陰極端子からコネクタ部の外部に向かって延びる陰極用溝」には、陰極用溝が陰極端子に接する部分から延びている場合だけではく、陰極用溝が陰極端子からわずかに離れている部分から延びている場合も含まれる。

これによれば、陽極端子に付着した水を陽極用溝によってコネクタ部の外部に排水し、陰極端子に付着した水を陰極用溝によってコネクタ部の外部に排水できる。また、陽極用溝と陰極用溝とがつながっていないので、溝に存在する水を介して陽極端子と陰極端子の異常短絡が発生することがない。よって、本発明によれば、コネクタ部の内部に水が侵入した場合の陽極端子と陰極端子の異常短絡の発生を抑制できる。

なお、この欄および特許請求の範囲で記載した各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す一例である。

第１実施形態における車両用空調装置の概略構成を示す断面図である。 図１中のＰＴＣヒータ２０の斜視図である。 図２のＰＴＣヒータ２０の加熱部２１の正面図である。 図２のＰＴＣヒータ２０の要部を示す斜視図である。 図２のＰＴＣヒータ２０の通電発熱素子列２３の平面図である。 図２、３のＰＴＣヒータ２０の回路図である。 図２のＰＴＣヒータ２０のコネクタ部４１の正面図である。 図７中のVIII−VIII線断面図である。 図７中のIX−IX線断面図である。 図７中のX−X線断面図である。 比較例１におけるコネクタ部Ｊ４１の正面図である。 第２実施形態におけるＰＴＣヒータ２０のコネクタ部４１の正面図である。 第３実施形態におけるＰＴＣヒータ２０のコネクタ部４１の正面図である。 第４実施形態におけるＰＴＣヒータ２０のコネクタ部４１の正面図である。

以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、同一符号を付して説明を行う。

（第１実施形態）
本実施形態は、本発明の電気ヒータを図１に示す車両用空調装置に適用したものである。この車両用空調装置は、ハイブリッド車やディーゼル車、またはガソリン車でも高効率などでエンジン水温の上がり難い車両や、寒冷地仕様車などにおいて、暖房開始時に即効性のある補助暖房熱源として、室内空調ユニット１に電気ヒータとしてのＰＴＣヒータ２０を組み込んだものである。

室内空調ユニット１の外郭を形成する空調ケース２の一端部に、内外気切替ドア３の切り替えにより外気導入口４または内気導入口５に連通する空気導入口６が設けられ、その空気導入口６に対応してブロワモータ７により駆動される遠心多翼ファンなどのブロワファン８が配置されている。空調ケース２の内部には、空気流の下流側に向かって、ブロワファン８の他に、空気を熱交換して冷風にするエバポレータ９、冷風を温風に熱交換する温水式ヒータのヒータコア１０が順次配置されている。

また、ヒータコア１０の上流側には、エバポレータ９を通過した冷風をヒータコア１０に送風するか、後述のエアミックス部Ｍに送風するかを切り替えるエアミックスドア１１が設けられている。本実施形態のＰＴＣヒータ２０は、空調ケース２内のヒータコア１０の下流側に、ヒータコア１０と並設するように配置されており、ヒータコア１０の上流側から送風されてきた空気をＰＴＣヒータ２０の下流側に送風可能としている。

そして、ＰＴＣヒータ２０の下流側には、冷風と温風とを混合して適度な温度にするエアミックス部Ｍが構成されており、その下流側の空調ケース２の他端部にはデフロスタ吹出口１２、フェイス吹出口１３およびフット吹出口１４が形成されている。そして、デフロスタ吹出口１２にはデフロスタドア１５、フェイス吹出口１３にはフェイスドア１６、フット吹出口１４にはフットドア１７がそれぞれ配置されている。

図２に示すように、ＰＴＣヒータ２０は、空気を加熱する加熱部２１を備えている。加熱部２１は、熱交換コア部とも呼ばれる部分である。なお、図２中の上下左右の各方向は、車両用空調装置に搭載された状態における方向を示している。このことは、他の図面においても同様である。

図３に示すように、加熱部２１は、通電発熱素子列２３と、電極板２４と、熱交換フィン構成体２２とをそれぞれ複数有する。本実施形態では、基本的に、通電発熱素子列２３の一面側に電極板２４が配置され、通電発熱素子列２３の他面側に熱交換フィン構成体２２が配置されており、この配置状態で、通電発熱素子列２３と、電極板２４と、熱交換フィン構成体２２とがそれぞれ複数積層されて積層体が形成されている。また、本実施形態では、通電発熱素子列２３を４つ、電極板２４を５つ、熱交換フィン構成体２２を５つ用いており、図３の積層体は、上記した基本的な積層構造に対して上側に電極板２４を積層し、下側に熱交換フィン構成体２２を積層した構成となっている。

なお、図３の積層体は、図２に示すように、図示しないばね部を有するフレーム２５で積層方向の両端から押圧させるとともに、積層方向と直交する方向（図２では略左右方向）からハウジング２６を嵌めることで保持されている。フレーム２５とハウジング２６は樹脂材料で成形されている。

図４、５に示すように、通電発熱素子列２３は、複数個のＰＴＣ素子２３ａを、耐熱性を有する樹脂材料で成形する樹脂枠２３ｂの中にインサート成形して一体に構成している。以下では、図３中の４列の通電発熱素子列２３のそれぞれを、上から順に、第１通電発熱素子列２３１、第２通電発熱素子列２３２、第３通電発熱素子列２３３、第４通電発熱素子列２３４と呼ぶ。

図４に示すように、熱交換フィン構成体２２は、アルミニウムの薄板を波形状に成形したコルゲートフィン２２ａと、このフィン２２ａを一定の形状に保つとともに、ＰＴＣ素子２３ａや電極板２４との接触面積を確保するためのアルミニウムプレート２２ｂとをろう付け接合して構成したものである。

図４に示すように、電極板２４は、金属の平板で構成されており、一方向に長く延びている。電極板２４は、通電発熱素子列２３の陽極側または陰極側に電気的に接続されている。以下では、図３中の５枚の電極板２４のそれぞれを、上から順に、第１電極板２４１、第２電極板２４２、第３電極板２４３、第４電極板２４４、第５電極板２４５と呼ぶ。

そして、図６に示すように、第１電極板２４１は、第１通電発熱素子列２３１の陽極側に接続されている。第２電極板２４２は、第１通電発熱素子列２３１の陰極側と第２通電発熱素子列２３２の陰極側に接続されている。第３電極板２４３は、第２通電発熱素子列２３２の陽極側と第３通電発熱素子列２３３の陽極側に接続されている。第４電極板２４４は、第３通電発熱素子列２３３の陰極側と第４通電発熱素子列２３４の陰極側に接続されている。第５電極板２４５は、第４通電発熱素子列２３４の陽極側に接続されている。

なお、図６に示すように、ＰＴＣヒータ２０の各電極板２４は、ヒューズ３１、通電スイッチ３２を介して、電源と電気的に接続される。ヒューズ３１は、各通電発熱素子列２３を過電流から保護するためのものであり、通電スイッチ３２は、各通電発熱素子列２３に順次通電させるためのものである。

また、図２に示すように、ＰＴＣヒータ２０は、コネクタ部４１を備えている。コネクタ部４１は、加熱部２１の長手方向（図２の左右方向）一端側と他端側のハウジング２６１、２６２のうち一方のハウジング２６１に一体に形成されている。コネクタ部４１は、各通電発熱素子列２３と電源とを電気的に接続するための部分であり、図示しないワイヤーハーネスと接続される。

図７、８に示すように、コネクタ部４１は、複数の陽極端子４２および複数の陰極端子４３と、これらの端子４２、４３を収容するコネクタハウジング４４とを有している。コネクタハウジング４４は、樹脂材料で成形されている。各端子４２、４３は、各電極板２４の長手方向一側端部によって構成されている。このため、各端子４２、４３は、各電極板２４と同じ平板形状である。なお、各端子４２、４３を、各電極板２４と別体で構成し、各電極板２４に接続してもよい。

本実施形態では、３つの陽極端子４２と２つの陰極端子４３が、上から順に交互に配置されている。以下では、３つの陽極端子４２を上から第１陽極端子４２１、第２陽極端子４２２、第３陽極端子４２３と呼び、２つの陰極端子４３を上から第１陰極端子４３１、第２陰極端子４３２と呼ぶ。

図８に示すように、第１陽極端子４２１、第２陽極端子４２２、第３陽極端子４２３は、それぞれ、第１電極板２４１、第３電極板２４３、第５電極板２４５の端部で構成されている。第１陰極端子４３１、第２陰極端子４３２は、それぞれ、第２電極板２４２、第４電極板２４４の端部で構成されている。

コネクタハウジング４４は、陽極端子４２と陰極端子４３とが突出する底面部４４１と、底面部４４１に連なり、陽極端子４２と陰極端子４３の周囲を囲む筒状の側壁部４４２とを有している。

底面部４４１は、各端子４２、４３の延伸方向に対して直交する底面４４１ａを有している。したがって、底面４４１ａは、上下方向に沿っている。また、この底面４４１ａから各端子４２、４３が突出している。換言すると、各端子４２、４３をなす各電極板２４が底面部４４１を貫通している。

側壁部４４２は、底面部４４１から各端子４２、４３の延伸方向に対して平行な内壁面を有している。

そして、図７、９に示すように、底面部４４１には、陽極端子用排水通路をなす陽極用溝５１と、陰極端子用排水通路をなす陰極用溝５２とが形成されている。さらに、側壁部４４２のうち下方に位置する部分に排水部としての排水穴５３、５４が形成されている。

図１０に示すように、排水穴５４は、側壁部４４２のうち陰極用溝５２に近い位置である根元側部分に形成されている。同様に、図示しないが、排水穴５３は、側壁部４４２のうち陽極用溝５１に近い位置である根元側部分に形成されている。

陽極用溝５１は、図７に示すように、第１、第２、第３陽極端子４２１、４２２、４２３のそれぞれから排水穴５３に向かって延びている溝であり、排水穴５３は、コネクタ部４１の外部と連通する連通穴である。したがって、陽極用溝５１は、各陽極端子４２からコネクタ部４１の外部に向かって延びている。

具体的には、陽極用溝５１は、底面部４４１のうち各陽極端子４２１、４２２、４２３の横方向一側（図７では左側）端部に近隣する近隣部から、横方向一側に向かって延びた後、下方に位置する排水穴５３に向かって延びている。各陽極端子４２１、４２２、４２３のそれぞれから延びている陽極用溝５１は、合流部５１ａ、５１ｂで合流しており、合流部５１ａ、５１ｂから排水穴５３に向かって延びている。このため、本実施形態の陽極用溝５１は、各端子４２、４３よりも横方向一側（図７では左側）に位置している。なお、ここでいう近隣部とは、端子に接する部分や、端子からわずかに離れた部分を意味する。図７の例では、陽極用溝５１は、陽極端子４２に接する部分から延びているが、陽極端子４２に付着した水を陽極端子５１に流すことができる程度に、陽極用溝５１が陽極端子４２から離れていてもよい。なお、陰極用溝５２についても同様である。

陰極用溝５２は、図７に示すように、第１、第２陰極端子４３１、４３２のそれぞれから排水穴５４に向かって延びている溝であり、排水穴５４は、コネクタ部４１の外部と連通する連通穴である。したがって、陰極用溝５２は、各陰極端子４３からコネクタ部４１の外部に向かって延びている。

具体的には、陰極用溝５２は、底面部４４１のうち各陰極端子４３１、４３２の横方向他側（図７では右側）端部に近隣する近隣部から、横方向他側に向かって延びた後、下方に位置する排水穴５４に向かって延びている。各陰極端子４３１、４３２のそれぞれから延びている陰極用溝５２は、合流部５２ａで合流しており、合流部５２ａから排水穴５４に向かって延びている。このため、本実施形態の陰極用溝５２は、各端子４２、４３よりも横方向他側（図７では右側）に位置している。

次に、本実施形態のコネクタ部４１と図１１に示す比較例１のコネクタ部Ｊ４１とを比較する。比較例１のコネクタ部Ｊ４１は、排水通路となる溝５０を、陽極端子４２と陰極端子４３のそれぞれから合流部５０ａで合流し、合流部５０ａから排水穴に向かうように設けた点が、本実施形態のコネクタ部４１と異なるものである。なお、その他の構成は、本実施形態のコネクタ部４１と同じである。

発明が解決しようとする課題の欄での説明のとおり、コネクタ部Ｊ４１の内部に水が侵入した場合の両端子４２、４３の異常短絡の発生防止のために、比較例１のように溝５０を形成することが考えられる。しかし、比較例１のように溝５０を設けると、陽極端子４２と陰極端子４３とが溝５０によってつながるため、溝５０に存在する水によって両端子４２、４３の異常短絡が発生する恐れがある。

これに対して、本実施形態では、コネクタハウジング４４の底面４４１ａに、陽極端子４２からコネクタ部４１の外部に向かって延びる陽極用溝５１と、陰極端子４３からコネクタ部４１の外部に向かって延びる陰極用溝５２とが別々に形成されている。

これによれば、陽極端子４２に付着した水を陽極用溝５１によってコネクタ部４１の外部に排水し、陰極端子４３に付着した水を陰極用溝５２によってコネクタ部４１の外部に排水できる。また、陽極用溝５１と陰極用溝５２とがつながっていないので、溝に存在する水を介して陽極端子４２と陰極端子４３の異常短絡が発生することがない。よって、本実施形態によれば、コネクタ部４１の内部に水が侵入した場合の陽極端子４２と陰極端子４３の異常短絡の発生を抑制できる。

なお、各端子４２、４３に付着した水を即座に排出できるように、陽極用溝５１と陰極用溝５２は、毛細管現象が生じる溝幅を有していることが好ましい。

ところで、陽極端子４２と陰極端子４３の異常短絡の発生を抑制する手段としては、コネクタ部４１の内部への水の侵入を防止するために、コネクタ部４１に特殊な防水機構を設けることが考えられる。しかし、特殊な防水機構を設けると、ＰＴＣヒータ２０全体の製造コストが上昇してしまう。

これに対して、本実施形態は、コネクタ部４１に設ける排水路の形を工夫することだけで、陽極端子４２と陰極端子４３の異常短絡の発生を抑制するものである。したがって、本実施形態によれば、コネクタ部４１に特殊な防水機構を設ける場合と比較して、コスト上昇を抑えることができる。

また、陽極用溝５１と陰極用溝５２とを別々に形成した場合であっても、両者間の距離が短いと、各溝５１、５２から溢れた水が、陽極用溝５１と陰極用溝５２にまたがって存在することで、両端子４２、４３の異常短絡が発生する恐れがある。

これに対して、本実施形態では、陽極用溝５１の全部が、陽極端子４２と陰極端子４３で構成される端子群よりも横方向一側に配置されており、陰極用溝５２の全部が、端子群よりも横方向他側に配置されている。これにより、陽極用溝５１と陰極用溝５２の間の距離を長くでき、各溝５１、５２から水が溢れても、両端子４２、４３の異常短絡の発生を回避できる。

（第２実施形態）
本実施形態は、第１実施形態に対して、陽極用溝５１および陰極用溝５２のレイアウトを変更したものであり、本実施形態のＰＴＣヒータ２０のその他の構成については、第１実施形態と同じである。

図１２に示すように、本実施形態では、陽極用溝５１は、陽極端子４２の周囲全域に隣接している隣接部分５１１と、隣接部分５１１から排水穴５３に向かって延びている延伸部分５１２とを有している。陽極用溝５１と同様に、陰極用溝５２も、陰極端子４３の周囲全域に隣接している隣接部分５２１と、隣接部分５２１から排水穴５４に向かって延びている延伸部分５２２とを有している。

このように、本実施形態によれば、各端子４２、４３の周囲全周に各溝５１、５２を設けているので、各端子４２、４３に付着した水の排出性を高めることができる。

また、陽極用溝５１の延伸部分５１２は、各端子４２、４３で構成された端子群よりも横方向一側（図１２では左側）に配置されており、陰極用溝５２の延伸部分５２２は、その端子群よりも横方向他側（図１２では右側）に配置されている。

このため、本実施形態によれば、第１実施形態と同様に、陽極用溝５１と陰極用溝５２の間の距離を長くでき、各溝５１、５２から水が溢れても、両端子４２、４３の異常短絡の発生を回避できる。

（第３実施形態）
本実施形態は、第１実施形態に対して、コネクタ部４１の陽極端子４２および陰極端子４３のレイアウトを変更したものである。

図１３に示すように、本実施形態では、各端子４２、４３が上下方向に沿った２列に並んでいる。より具体的には、図１３中の左側に、複数の陽極端子４２が一列に並んでおり、図１３中の右側に、複数の陰極端子４３が一列に並んでいる。

そして、本実施形態においても、陽極用溝５１と陰極用溝５２とが別々に形成されている。また、陽極用溝５１の全部が、陽極端子４２と陰極端子４３で構成される端子群よりも横方向一側に配置されており、陰極用溝５２の全部が、端子群よりも横方向他側に配置されている。このため、本実施形態によれば、第１実施形態と同じ効果を奏する。

（第４実施形態）
本実施形態は、第１実施形態に対して、コネクタ部４１の陽極端子４２および陰極端子４３のレイアウトを変更したものである。

図１４に示すように、本実施形態では、各端子４２、４３が上下方向に沿った２列に並んでいる。より具体的には、陽極端子４２と陰極端子４３とが、上下方向に交互にならんでいるとともに、横方向に交互に並んでおり、陽極端子４２と陰極端子４３とが混在している。

本実施形態においても、陽極用溝５１と陰極用溝５２とが別々に形成されている。このため、陽極用溝５１と陰極用溝５２とがつながっていないので、溝に存在する水を介して陽極端子４２と陰極端子４３の異常短絡が発生することがない。よって、本実施形態によれば、第１実施形態と同様に、コネクタ部４１の内部に水が侵入した場合の陽極端子４２と陰極端子４３の異常短絡の発生を抑制できる。

（他の実施形態）
本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、下記のように、特許請求の範囲に記載した範囲内において適宜変更が可能である。

（１）上記各実施形態では、陽極用溝５１と陰極用溝５２を、コネクタハウジング４４の底面部４４１のみに形成したが、底面部４４１に加えて、コネクタハウジング４４の側壁部４４２に形成してもよい。すなわち、陽極用溝５１と陰極用溝５２は、コネクタハウジング４４の内壁面に形成されていればよい。

（２）上記各実施形態では、本発明の電気ヒータを、ＰＴＣヒータ２０に適用したが、通電によって発熱する発熱素子を有する他の電気ヒータに適用してもよい。

（３）上記各実施形態は、互いに無関係なものではなく、組み合わせが明らかに不可な場合を除き、適宜組み合わせが可能である。また、上記各実施形態において、実施形態を構成する要素は、特に必須であると明示した場合および原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須のものではないことは言うまでもない。

２０ ＰＴＣヒータ（電気ヒータ）
２１ 加熱部
２３ａ ＰＴＣ素子
４１ コネクタ部
４２ 陽極端子
４３ 陰極端子
４４ コネクタハウジング
４４１ コネクタハウジングの底面部
４４２ コネクタハウジングの側壁
５１ 陽極用溝
５２ 陰極用溝

Claims (3)

1. 通電によって発熱する発熱素子（２３ａ）を有し、前記発熱素子によって空気を加熱する加熱部（２１）と、
   前記発熱素子と電源とを電気的に接続するためのコネクタ部（４１）とを備え、
   前記コネクタ部は、前記発熱素子と電気的に接続された陽極端子（４２）および陰極端子（４３）と、前記陽極端子および前記陰極端子を収容するコネクタハウジング（４４）とを有し、
   前記コネクタハウジングの内壁面に、前記陽極端子から前記コネクタ部の外部に向かって延びる陽極用溝（５１）と、前記陰極端子から前記コネクタ部の外部に向かって延びる陰極用溝（５２）とが別々に形成されていることを特徴とする電気ヒータ。
2. 前記コネクタハウジングは、前記陽極端子および前記陰極端子が突出する底面部（４４１）と、前記底面部に連なり、前記陽極端子と前記陰極端子の周囲を囲む筒状の側壁部（４４２）とを有し、
   前記底面部に、前記陽極用溝および前記陰極用溝が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の電気ヒータ。
3. 前記陽極用溝のうち前記コネクタ部の外部に向かって延びている部分（５１、５１２）が、前記陽極端子と前記陰極端子で構成される端子群よりも横方向一側に配置されており、
   前記陰極用溝のうち前記コネクタ部の外部に向かって延びている部分（５２、５２２）が、前記端子群よりも横方向他側に配置されていることを特徴とする請求項１または２に記載の電気ヒータ。
   
   

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