JP2017188403A

JP2017188403A - ヒータ

Info

Publication number: JP2017188403A
Application number: JP2016078398A
Authority: JP
Inventors: 善行鎌田; Yoshiyuki Kamata; 高橋　透; Toru Takahashi; 透高橋; 義人葛岡; Yoshito Kuzuoka; 正治神原; Masaharu Kamihara
Original assignee: Limix Co Ltd
Current assignee: Limix Co Ltd
Priority date: 2016-04-08
Filing date: 2016-04-08
Publication date: 2017-10-12
Anticipated expiration: 2036-04-08
Also published as: JP6865945B2

Abstract

【課題】熱伝導性に優れ、機械的衝撃に強く、かつ、厚みバラツキを容易に吸収することができるヒータを提供する。【解決手段】発熱素子１１Ａに一対の電極層１１Ｂが配設されたＰＴＣサーミスタ素子１１がケース１２の内部に収納されている。ＰＴＣサーミスタ素子１１には、一対の電極層１１Ｂの対向方向において対向するように一対の電極板１３が配設されている。ＰＴＣサーミスタ素子１１及び一対の電極板１３と、ケース１２との間には、絶縁シート１６が配設されている。絶縁シート１６は、ガラスクロス層の両面にシリコン層が設けられた構成を有している。【選択図】図３

Description

本発明は、ＰＴＣ（ＰｏｓｉｔｉｖｅＴｅｍｐｅｒａｔｕｒｅＣｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ）サーミスタ素子を用いたヒータに関する。

従来より、ＰＴＣサーミスタ素子を用いたヒータが知られている。ＰＴＣサーミスタ素子は低温で固有の抵抗値を持つために発熱体として作用し、かつ、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ているので、安全性の高いヒータを実現することができる。近年では、温風ヒータや浴室暖房乾燥機等の温風用としての需要が増加している。

温風用のＰＴＣヒータは、例えば、半導体セラミックよりなる発熱素子に一対の電極を配設したＰＴＣサーミスタ素子をケースに収納した構造を有している。また、安全性の観点から、温風用のＰＴＣヒータでは、ＰＴＣサーミスタ素子とケースとの間にポリイミドフィルム又はアルミナ基板等の絶縁物を配設した絶縁型とすることが好ましい（例えば、特許文献１参照）。絶縁物に求められる特性としては、第１に、ＰＴＣサーミスタ素子からケースへと熱を効率良く伝えるために、熱伝導性に優れていることが好ましい。第２に、製造工程上、ＰＴＣサーミスタ素子をケースの中に入れ、ケースを加締めるため、機械的衝撃に耐えるものである必要がある。第３に、ＰＴＣサーミスタ素子は品質上厚みにバラツキが生じるので、その厚みバラツキを吸収することができるフレキシブル性及びクッション性に優れていることが好ましい。

これらの特性について、ポリイミドフィルム及びアルミナ基板について検討すると、ポリイミドフィルムはフレキシブル性及び機械的衝撃（割れ）については優れているものの、熱伝導性が低く、クッション性（ゴム弾性）も不十分であるという問題があった。一方、アルミナ基板は、熱伝導性には優れているものの、フレキシブル性及びクッション性（ゴム弾性）に欠け、機械的衝撃（割れ）にも弱いという問題があった。そこで、これらの特性をバランス良く備えた新しい絶縁物の検討が求められていた。

特開２０１０−３４１１１号公報

本発明は、このような問題に基づきなされたものであり、熱伝導性に優れ、機械的衝撃に強く、かつ、厚みバラツキを容易に吸収することができるヒータを提供することを目的とする。

本発明のヒータは、発熱素子に一対の電極層が配設されたＰＴＣサーミスタ素子と、このＰＴＣサーミスタ素子に一対の電極層の対向方向において対向するように配設された一対の電極板と、ＰＴＣサーミスタ素子及び一対の電極板を内部に収納するケースと、ＰＴＣサーミスタ素子及び一対の電極板と、ケースとの間に配設され、ガラスクロス層の両面にシリコン層が設けられた構成を有する絶縁シートとを備えたものである。

本発明によれば、絶縁シートをガラスクロス層の両面にシリコン層を設けた構成としたので、絶縁シートについて、優れた絶縁性能に加えて、ポリイミドフィルムよりも優れた熱伝導性が得られ、かつ、フレキシブル性、クッション性（ゴム弾性）、及び、機械的衝撃にも強いという特性も得ることができる。よって、この絶縁シートを用いることにより、各ＰＴＣサーミスタ素子及び一対の電極板とケースとの絶縁を確保しつつ、ＰＴＣサーミスタ素子で発生した熱を効率よくケースに伝えることができる。従って、ＰＴＣサーミスタ素子の数が少なくても、沢山の消費電力を得ることができ、省スペース化を図ることができる。また、ケースを加締めても割れなどの発生を抑制することができ、かつ、ＰＴＣサーミスタ素子の厚みのバラツキを吸収することができる。

更に、ガラスクロス層の縦糸及び横糸をケースの開口の対向方向に対して交差するように配設するようにすれば、ケースを加締めた時に引っ張られる力が働いでも伸びるので、切れの発生を抑制することができる。よって、歩留まりを向上させることができる。

本発明の一実施の形態に係るヒータの外観構成を表す図である。図１に示したＩＩ−ＩＩ線に沿った断面構成を表す図である。図１に示したＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿った断面構成を表す図である。絶縁シートの構成を表す図である。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。

図１は、本発明の一実施の形態に係るヒータ１の構成を表わすものである。図２は、図１に示したＩＩ−ＩＩ線に沿った断面構成を表すものである。図３は、図１に示したＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿った断面構成を表すものである。このヒータ１は、例えば、温風用として好ましく用いられるものであり、複数のＰＴＣサーミスタ素子１１をケース１２の内部に収納したヒータユニット１０を備えている。

各ＰＴＣサーミスタ素子１１は、正温度特性を有し、キュリー温度以上において急激に抵抗が増大してそれ以上の温度上昇を制限することができるものである。各ＰＴＣサーミスタ素子１１は、例えば、発熱素子１１Ａに一対の電極層１１Ｂが配設された構成を有している。発熱素子１１Ａは、例えば、主成分としてチタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ_３）系化合物を含む焼結体よりなる半導体セラミック板により構成されている。一対の電極層１１Ｂは、例えば、銀又はアルミニウムなどの金属により構成されており、発熱素子１１Ａの厚み方向において対向する面にそれぞれ設けられている。

各ＰＴＣサーミスタ素子１１には、例えば、一対の電極層１１Ｂの対向方向において対向するように、一対の電極板１３が配設されている。各ＰＴＣサーミスタ素子１１は、一対の電極板１３の間に挟まれて並べて配設され、一対の電極板１３に対して並列にそれぞれ接続されている。一対の電極板１３は、例えば、ステンレス等の金属により構成され、一対の電極層１１Ｂにそれぞれ当接されている。一対の電極板１３には、例えば、一対の電線１４がそれぞれ接続されている。これにより、各電線１４は、一対の電極板１３を介して、ＰＴＣサーミスタ素子１１の一対の電極層１１Ｂに対して電気的にそれぞれ接続されている。各電線１４は、例えば、導線を被覆材で被覆した構成を有している。

ケース１２は、例えば、アルミニウム等の高い熱伝導性及び加工容易性を有する材料により構成されている。ケース１２は、例えば、両端に開口１２Ａ，１２Ｂが設けられた中空体であり、具体的には、角筒状とされている。ケース１２の両端に設けられた開口１２Ａ，１２Ｂの少なくとも一方は、電線１４を引き出すために利用される。なお、本実施の形態では、開口１２Ａから一方の電線１４が引き出され、開口１２Ｂから他方の電線１４Ｂが引き出されている。開口１２Ａ，１２Ｂには、例えば、閉鎖部材１５Ａ，１５Ｂがそれぞれ配設され、閉鎖されている。

各ＰＴＣサーミスタ素子１１及び一対の電極板１３と、ケース１２との間には、例えば、絶縁材料よりなる絶縁シート１６が配設されている。具体的には、例えば、絶縁シート１６により、各ＰＴＣサーミスタ素子１１及び一対の電極板１３のケース１２と対向する側の周囲が覆われている。ケース１２は、例えば、加締められることにより、ＰＴＣサーミスタ素子１１と電極板１３との積層方向において、電極板１３及び絶縁フィルム１４を介して、ＰＴＣサーミスタ素子１１と接している。ＰＴＣサーミスタ素子１１において発生した熱をケース１２に効率的に伝達するためである。

絶縁シート１６は、例えば、図４に示したように、ガラスクロス層１６Ａの両面にシリコン層１６Ｂが設けられた構成を有している。この絶縁シート１６は、絶縁性能に優れているのに加えて、ポリイミドフィルムよりも熱伝導性に優れ、かつ、フレキシブル性及びクッション性（ゴム弾性）を有し、更に、機械的衝撃にも強いという特性を有している。よって、この絶縁シート１６を用いることにより、各ＰＴＣサーミスタ素子１１及び一対の電極板１３とケース１２との絶縁を確保しつつ、ＰＴＣサーミスタ素子１１で発生した熱を効率よくケース１２に伝えることができ、更に、ケース１２を加締めても割れなどの発生を抑制することができ、かつ、ＰＴＣサーミスタ素子１１の厚みのバラツキを吸収することができるようになっている。

絶縁シート１６は、ガラスクロス層１６Ａを構成する縦糸及び横糸の伸長方向が、ケース１２の開口１２Ａ，１２Ｂの対向方向に対して交差するように配設されることが好ましい。縦糸又は横糸のどちらかがケース１２の開口１２Ａ，１２Ｂの対向方向に対して平行となるように配設すると、ケース１２を加締めた時に、引っ張られる力が働き、局所的に切れてしまう場合があるのに対して、交差するように配設すれば、引っ張られても伸びるので、切れの発生を抑制することができるからである。

ケース１２の開口１２Ａ，１２Ｂの対向方向に対する縦糸又は横糸の傾斜角度は、１°以上４５°以下が好ましく、５°以上４５°以下であればより好ましい。なお、ケース１２の開口１２Ａ，１２Ｂの対向方向に対する絶縁シート１６の縦糸又は横糸の傾斜角度を変えて、ケース１２を加締めた後の絶縁シート１６の状態を観察した。具体的には、ＰＴＣサーミスタ素子１１に一対の電極板１３を配設し、それを絶縁シート１６で覆ってケース１２の内部に収納し、ケース１２を加締めたのち、ケース１２から取り出して絶縁シート１６の状態を観察した。ケース１２の開口１２Ａ，１２Ｂの対向方向に対する縦糸又は横糸の傾斜角度は、０°、５°、又は、４５°と変化させた。

その結果、ケース１２の開口１２Ａ，１２Ｂの対向方向に対する縦糸又は横糸の傾斜角度を０°、すなわち、ケース１２の開口１２Ａ，１２Ｂの対向方向に対して縦糸又は横糸を平行とした場合には、絶縁シート１６に切れが発生する不良率は１４％程度であった。これに対して、ケース１２の開口１２Ａ，１２Ｂの対向方向に対する縦糸又は横糸の傾斜角度を５°とした場合、及び、４５°とした場合では、いずれも、絶縁シート１６に切れが発生する不良率は０％であった。すなわち、ガラスクロス層１６Ａの縦糸及び横糸が、ケース１２の開口１２Ａ，１２Ｂの対向方向に対して交差するようにすれば、不良の発生率を大幅に低減できることが分かる。

また、ケース１２の外側には、例えば、絶縁シート１６及び電極板１３を介してＰＴＣサーミスタ素子１１と接している一対の側部に、ヒートシンク１７がそれぞれ設けられている。なお、図３では、ヒートシンク１７の表示を省略している。ヒートシンク１７は、例えば、板材を山部と谷部とが繰り返される形状に折り曲げた蛇腹部１７Ａと、この蛇腹部１７Ａのケース１２と反対側に設けられた板状部１７Ｂとを有している。ヒートシンク１７は、例えば、アルミニウム等の高い熱伝導性を有する材料により構成されている。ケース１２の両端部には、例えば、樹脂製のブラケット１８がそれぞれ配設されている。

このヒータ１は、例えば、次のようにして製造される。まず、例えば、発熱素子１１Ａに一対の電極層１１Ｂを配設してＰＴＣサーミスタ素子１１を作製する。次いで、例えば、ＰＴＣサーミスタ素子１１に一対の電極板１３を配設し、一対の電極板１３に一対の電線１４をそれぞれ接続する。続いて、例えば、ＰＴＣサーミスタ素子１１に一対の電極板１３を配設したものを絶縁シート１６で覆い、ケース１２の内部に収納し、ケース１２を加締める。これにより、ＰＴＣサーミスタ素子１１と一対の電極板１３との積層方向において、ＰＴＣサーミスタ素子１１とケース１２とを、電極板１３及び絶縁シート１６を介して接触させる。そののち、ケース１２の開口１２Ａ，１２Ｂから電線１４を引き出して開口１２Ａ，１２Ｂに閉鎖部材１５Ａ，１５Ｂを配設し、ケース１２の外側にヒートシンク１７を配設する。

本実施の形態では、ガラスクロス層の両面にシリコン層が設けられた絶縁シート１６を用いているので、絶縁シート１６がフレキシブル性及びクッション性（ゴム弾性）を有し、機械的衝撃にも強くなっている。よって、ケース１２を加締めても割れなどの発生が抑えられ、かつ、ＰＴＣサーミスタ素子１１の厚みのバラツキを吸収することができる。更に、ガラスクロス層１６Ａの縦糸及び横糸がケース１２の開口１２Ａ，１２Ｂの対向方向に対して交差するように配設するようにすれば、ケース１２を加締めた時に引っ張られる力が働いでも伸びることができ、切れの発生が抑制される。

また、このヒータ１は、次のように作用する。このヒータ１では、例えば、一対の電線１４を介してＰＴＣサーミスタ素子１１に通電されると、発熱素子１１Ａが発熱する。発熱素子１１Ａから発せられた熱は、電極層１１Ｂ、電極板１３、絶縁フィルム１６、及び、ケース１２を介してヒートシンク１７に伝わる。本実施の形態では、ガラスクロス層の両面にシリコン層が設けられた絶縁シート１６を用いているので、絶縁シート１６の熱伝導性に優れている。よって、ＰＴＣサーミスタ素子１１で発生した熱を効率よくケース１２に伝えることができ、ＰＴＣサーミスタ素子１１の数が少なくても、沢山の消費電力を得ることができる。従って、省スペース化を図ることができる。

このように本実施の形態によれば、絶縁シート１６をガラスクロス層１６Ａの両面にシリコン層１６Ｂを設けた構成としたので、絶縁シート１６について、優れた絶縁性能に加えて、ポリイミドフィルムよりも優れた熱伝導性が得られ、かつ、フレキシブル性、クッション性（ゴム弾性）、及び、機械的衝撃にも強いという特性も得ることができる。よって、この絶縁シート１６を用いることにより、各ＰＴＣサーミスタ素子１１及び一対の電極板１３とケース１２との絶縁を確保しつつ、ＰＴＣサーミスタ素子１１で発生した熱を効率よくケース１２に伝えることができる。従って、ＰＴＣサーミスタ素子１１の数が少なくても、沢山の消費電力を得ることができ、省スペース化を図ることができる。また、ケース１２を加締めても割れなどの発生を抑制することができ、かつ、ＰＴＣサーミスタ素子１１の厚みのバラツキを吸収することができる。

更に、ガラスクロス層１６Ａの縦糸及び横糸をケース１２の開口１２Ａ，１２Ｂの対向方向に対して交差するように配設するようにすれば、ケース１２を加締めた時に引っ張られる力が働いでも伸びるので、切れの発生を抑制することができる。よって、歩留まりを向上させることができる。

以上、実施の形態及び実施例を挙げて本発明を説明したが、本発明は上記実施の形態及び実施例に限定されるものではなく、種々変形可能である。例えば、上記実施の形態では、各構成要素について具体的に説明したが、他の構成を有してもよい。また、全ての構成要素を備えていなくてもよく、更に、他の構成要素を備えていてもよい。更に、上記実施の形態では、ヒータユニット１０を１つ備える場合について説明したが、複数のヒータユニット１０を連結してヒータ１を構成するようにしてもよい。

ＰＴＣサーミスタ素子を用いたヒータに用いることができる。

１…ヒータ、１０…ヒータユニット、１１…ＰＴＣサーミスタ素子、１１Ａ…発熱素子、１１Ｂ…電極層、１２…ケース、１２Ａ，１２Ｂ…開口、１３…電極板、１４…電線、１５Ａ，１５Ｂ…閉鎖部材、１６…絶縁シート、１６Ａ…ガラスクロス層、１６Ｂ…シリコン層、１７…ヒートシンク、１７Ａ…蛇腹部、１７Ｂ…板状部、１８…ブラケット

Claims

発熱素子に一対の電極層が配設されたＰＴＣサーミスタ素子と、
このＰＴＣサーミスタ素子に前記一対の電極層の対向方向において対向するように配設された一対の電極板と、
前記ＰＴＣサーミスタ素子及び前記一対の電極板を内部に収納するケースと、
前記ＰＴＣサーミスタ素子及び前記一対の電極板と、前記ケースとの間に配設され、ガラスクロス層の両面にシリコン層が設けられた構成を有する絶縁シートと
を備えたことを特徴とするヒータ。
前記ケースは、両端に開口が設けられた中空体であり、
前記絶縁シートは、前記ガラスクロス層を構成する縦糸及び横糸の伸長方向が、前記ケースの開口の対向方向に対して交差するように配設された
ことを特徴とする請求項１記載のヒータ。
前記ケースの開口の対向方向に対する前記ガラスクロス層の縦糸又は横糸の傾斜角度は、１°以上４５°以下であることを特徴とする請求項２記載のヒータ。
温風用であることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１に記載のヒータ。