JP2018533186A - 車両加熱装置用機器 - Google Patents

Abstract

【課題】 操作中に生成される電界の力線をできるだけ集中させず電流密度を低くできるようにする。【解決手段】 車両加熱装置用機器に含まれる層積層体（１０１）は積層方向（１０５）において加熱導体層（１０２）と、接触領域（１２９）を形成する導電層（１０３）とを有し、積層方向（１０５）において導電層（１０３）の突出部の形状（１１０）は、導電層（１０３）上のホットスポットを防止するために、加熱導体層（１０２）の中央領域（１１４）に対向する導電層（１０３）の前側（１１３）の予め指定された幅（１１２）、加熱導体層（１０２）の接合部（１１９）からの予め指定された間隔（１１６）、及び形状（１１０）の予め指定された湾曲、のうち少なくとも１つにより予め指定される。【選択図】図４

Description

本発明は車両加熱装置用機器、特に電気加熱装置に関する。

自動車の内部を加熱するために自動車では加熱装置が使用される。この点では電気抵抗加熱装置も使用される。こうした装置は電圧が印加されると熱くなる加熱導体層を含む。このため操作中に加熱導体層を電圧源に電気接続しなければならない。

確実な操作を可能とする車両加熱装置用機器を明記することが望ましい。

本発明のある実施形態によると、車両加熱装置用機器は層積層体を有する。層積層体は加熱導体層を有する。層積層体は積層方向において加熱導体層上に導電層を有する。導電層は接触領域を形成し、特に電圧源に接続するために加熱導体層用の接触領域を形成する。導電層上のホットスポットを防止するために積層方向における導電層の突出部の形状は予め指定される。形状は少なくとも以下のいずれか１つにより予め指定される。
− 予め指定される導電層の前側の幅。前側は加熱導体層の中央領域に対向する。
− 予め指定される加熱導体層の接合部からの間隔。
− 予め指定される形状の湾曲。

例えば１０アンペア以上、例えば２０アンペアまで、又は３０アンペアまでの電流がある場合でも操作中に接触領域で電流密度が十分低くなるように幅、間隔及び／又は湾曲を予め指定する。このため操作中の導電層上の温度を予め指定された最大値よりも低くすることができる。予め指定された最大値は例えば２５０°Ｃである。別の実施形態によると、予め指定された最大値は例えば２００°Ｃ又は１９５°Ｃである。

特に温度の最大値を超えないように、又は操作中の比較的長い間に温度の最大値を超えないように幅、間隔、湾曲は相互依存して予め指定される。このため、形状の事前指定によりホットスポットを防ぐことができる。ホットスポットを防ぐとは、特に導電層のすぐ隣の領域において操作中に温度を温度最大値未満に保つことを意味する。

例として、幅はなるべく大きくなるよう予め指定されるが、予め指定された間隔が保たれる程度の幅であることが好ましい。湾曲は例えば幅と予め指定される間隔に従い予め指定される。幅と湾曲は特に接触領域が加熱導体層の導体トラックの方向に延びるように予め指定される。

導電層の形状は幅、間隔及び／又は湾曲により予め指定されるため、加熱装置の確実な操作に悪影響をもたらす程高い温度が発生するホットスポットを防ぐことができる。

実施形態によると、前側沿いの積層方向の突出部において予め指定される湾曲は、２つの予め指定される前側の半径により予め指定され、２つの前側の半径は互いに異なる。このため特に半径がやや大きい前側領域を形成することができ、前側領域は突出部の中央にある。例として、前側中央領域は略直線である。２つの側面領域の半径は比較的小さいため湾曲がより深くなる。結果として接触領域は加熱導体層の導体トラックの方向に定められる。操作中に接触領域から加熱導体層に流れる電流方向に突出領域を備えるように接触領域が形成される。この結果、操作中に生成される電界の力線をできるだけ集中させず電流密度を低くすることができる。

実施形態によると、積層方向の突出部における前側には直線部を有する。特に直線部は前側中央領域に配置される。実施形態によると、予め指定された半径が１つ以上ある湾曲領域が直線部の両側に設けられる。

別の実施形態によると、前側には凹部と凸部を有する。このようにして加熱導体層の導体トラックの方向に接触領域を延ばすことができ、接合部からの間隔も十分大きく保つことができる。

別の実施形態によると、積層方向の突出部において少なくとも導電層のサブ領域では導電層の幅が前側の幅から先細りとなる。突出部の前側の幅は例えば導電層の残り部分の最大幅よりも大きい。操作中に発生する電流方向の突出部における導電層は上流方向よりも幅が広い。このため、十分低い電流密度を実現することができる。

別の実施形態によると、機器は、導電性材料からなる導通ストリップを有する。機器は、導通ストリップにより導電層との電気的及び／又は機械的接触を形成するために導電層と導通ストリップとを互いに接続する接続部を有する。導通ストリップは例えば導電層に対する電気的及び／又は機械的接触インターフェースとなる。導通ストリップにより導電層に電圧を印加することができ、これにより加熱導体層に電圧を印加することができる。例えば別の線により導通ストリップを自動車の電力供給システムに接続することができる。例として、導電層に対する導通ストリップの接続は溶接接続である。実施形態によると、導通ストリップは導電層に溶接される。導通ストリップは例えば銅を含み、又は銅合金から形成される。

実施形態によると、接合部からの間隔は積層方向と交差する加熱導体層の導体トラックの幅に応じて予め指定される。特に導体トラックの幅は操作中の加熱出力を確実にするために予め指定される。導体トラックの幅に応じて操作中にホットスポットを防ぐように接合部からの間隔は予め指定される。

別の実施形態によると、導電層の面積は、導通ストリップが導電層と接する接触面積よりも大きく、導電層の面積は加熱導体層から外れている。導電層により形成される接触領域は、加熱導体層との共通接触領域を形成する導通ストリップの領域よりも大きい。これにより操作中のホットスポットが更に防止される。

実施形態によると、導電層は溶射導電層である。特に導電層は銅を含む。例として、導電層は溶射銅層である。実施形態によると、加熱導体層は溶射加熱導体層である。導電層及び／又は加熱導体層を生成する選択肢がこのように簡単に実現される。

操作中の電流を十分高くでき、又は工程中に発生するホットスポットがないように又は視覚的に皆無にすることができるように、機器により、加熱導体層の接触領域を形成することが可能になる。

更なる利点、特徴ならびに開発は図面と関連して説明される以下の例で明らかになる。

図面を通して同一要素、同様要素及び同一効果を備える要素に同じ引用符号を付す場合がある。

図１は一実施形態に係る機器の概略正面図を示す。 図２は一実施形態に係る機器の断面図の概略例を示す。 図３は一実施形態に係る機器の断面図の概略例を示す。 図４は一実施形態の接触領域の概略例を示す。 図５は一実施形態に係る機器の詳細の概略図を示す。 図６は一実施形態に係る機器の概略正面図を示す。 図７は一実施形態に係る機器の概略正面図を示す。 図８は一実施形態に係る機器の概略正面図を示す。

図１は機器１００の概略正面図を示す。特に図１はｘ−ｙ面上の機器１００の突出部を示す。機器１００は特に自動車の加熱装置の一部である。加熱装置は操作中に電圧が印加されると熱を発生する電気加熱装置である。

機器１００は層積層体１０１を有する。層積層体１０１は加熱導体層１０２を有する。加熱導体層１０２は電圧が印加されると熱くなる材料から形成される。加熱導体層１０２は特に溶射により作成される。別の例示的な実施形態によると、加熱導体層は加熱導体層用導電材を層積層体１０１の別の層１２８（図２）に塗布するのに適した別の方法により作成される。加熱導体層１０２は特にニッケルとクロム（ＮｉＣｒ）を含む。

導電層１０３が加熱導体層１０２の表面１１７の一部に塗布される。加熱導体層１０２の接触領域を形成するために導電層１０３は特に表面１１７の２つ以上のサブ領域で塗布される。

特に溶射工程により、特に大気プラズマ溶射により導電層１０３が塗布される。別の例示的な実施形態によると、別の生産方法により導電層１０３が塗布される。導電層１０３は銅又は銅合金を含む。別の例示的な実施形態によると、別の十分高い導電性材料を導電層１０３に用いる。

導通ストリップ１０４が導電層１０３に密着して施される。導通ストリップ１０４は特に、溶接接続１０９により導電層１０３に接続される。例えばはんだ接続といった別の種類の接続も可能である。

図２に示すように、溶接接続を形成するために、接続１０９が形成されるように少なくともレーザ１１８のレーザビーム１０８を照射される。

同じく図２に示すように、導電層１０３は加熱導体層１０２の表面１１７に積層方向１０５で配置される。長手方向１０６は積層方向１０５と交差して延びる。

導電層１０３は、断面において積層方向１０５に延び長手方向１０６と交差する前側１１３を有する。前側１１３は加熱導体層１０２の中央領域１１４に対向する。中央領域１１４は長手方向１０６に沿って２つの外縁１３２、１３３の間に配置される。中央領域１１４は長手方向１０６に沿って表面１１７の略中央に配置される。前側１１３の主伝搬方向は図１の座標系のｙ方向に沿って通っている。近い方の外縁１３２に対向する導電層１０３の側面に前側１１３がある。前側１１３はもっと遠くに位置する遠い方の外縁１３３に対向する。２つの外縁１３２、１３３はそれぞれ略ｙ方向に通っている。

導電層１０３の表面１１５は加熱導体層１０２の表面１１７から外れて積層方向１０５と交差して延びる。導電層１０３と導通ストリップ１０４とが互いに接触する接触領域１０７が表面１１５に形成される。導電層１０３の表面１１５は接触領域１０７よりも大きい。

図３は、機器１００の断面を示し、機器１００の内部に溶接接続１０９が形成される。

図４〜８に関連してさらに詳細に説明するように、導電層１０３は積層方向１０５の突出部において予め指定された形状１１０、特に導電層により形成された接触領域の１つが予め指定された形状１１０を有する。図４〜８はそれぞれｘ−ｙ面上の積層方向１０５における機器１００の突出部を示す。

図４は機器１００の平面図の詳細を示す。図４による機器１００は、導電層１０３により形成される中央の接触領域１２９を有する。機器１００は、それぞれ同様に導電層１０３により形成される更に２つの接触領域１３０を有する。別の実施形態によると、接触領域が増減したとしても、少なくとも２つの接触領域１２９、１３０が設けられ、加熱導体層１０２の加熱回路を電圧源の正極と負極に接続できる。

図４による機器１００は、それぞれ接触領域１２９と別の接触領域１３０の一方に接続される２つの加熱回路を有する。加熱回路を２つより多く設けることもできる。この場合、２つより多い別の接触領域１３０が適宜設けられる。

特に、中央の接触領域１２９の形状１１０は予め指定される。実施形態によると、更なる接触領域１３０の形状は接触領域１２９の形状１１０とは異なるように設計される。

中央の接触領域１２９の形状１１０は前側１１３の幅１１２により予め指定される。また、形状１１０の湾曲、特に側面１１１への移行の湾曲を予め指定する半径１２１により形状１１０が予め指定される。側面１１１は前側１１３と交差する長手方向１０６に沿って通っている。また、形状１１０は接触領域１２９の接合部１１９からの間隔１１６により予め指定される。接合部１１９により加熱導体層１０２は複数の導体トラック１２７に分割される。接触領域１２９に隣接して複数の接合部１１９、例えば図４のように３つの接合部１１９が第１加熱回路の一部を形成する上側領域に配置される場合、接触領域１２９とそれぞれの接合部１１９との間の間隔１１６ａ、１１６ｂ、１１６ｃがそれぞれ予め指定される。間隔１１６は特に、接合部１１９の外縁と接触領域１２９の外縁との間にあり、接合部１１９の外縁は、接触領域１２９に対向し、接触領域１２９の外縁は、接合部１１９に対向する。

接触領域１２９は、幅１２６を有する。幅１２６は前側１１３から側面１１１に沿ってサブ領域１２５で先細りになる。このため接触領域１２９は長手方向１０６に沿って広がる。前側１１３の幅１１２は、前側１１３に対向するサブ領域１２５の端部の接触領域１２９の幅１２６よりも大きい。このため、前側１１３の領域において形状１１０を、外縁１３２から始まり接触領域１２９のすぐ隣の外縁１３３の方向に通る湾曲した形状を有する２つの直接接合部１１９の輪郭に追随させることができる。これら２つの接合部１１９は、２つの接合部１１９の間に配置された加熱導体層１０２の領域が前側１１３の領域で導体トラック１２７の方向に広がるように通っている。

例として、接触領域１２９は中央領域１１４に対向する端部よりも中央領域１１４から離れた端部の方が狭い設計である。これは例えば半径１２１及び幅１１２により予め指定される。

特に幅１１２、半径１２１及び間隔１１６により定まる形状１１０は、電流が接触領域１２９を介して加熱導体層１０２に流れる操作中にいわゆるホットスポットが防止されるように予め指定される。形状１１０は特に接触領域１２９及び加熱導体層１０２のすぐ隣の領域において操作中の最大温度が予め指定された最大値よりも低く保たれるように予め指定される。よって、自動車分野における高電圧印加が例えば１００Ｖまで、及び電流が３０アンペアまでの場合でも温度を２２０°Ｃ未満、例えば２１０°Ｃ未満、特に２００°Ｃ未満に保つことができる。このため加熱装置の確実な操作が可能となり、材料軟化現象が防止される。

図５に示すように、例示実施形態によると、特に前側１１３の領域の形状１１０は半径１２１及び別の半径１２０により予め指定される。特に前側１１３の中央領域を定める別の半径１２０は、側面１１１へと移行する２つの側面領域を定める半径１２１よりも大きい。例として、別の半径１２０は１１ｍｍ、半径１２１は０．５ｍｍである。

別の実施形態によると、直線部１２２が前側１１３の中央領域に設けられる（図４及び図８）。別の半径１２０の大きさと半径１２１の大きさはそれぞれ特に前側１１３の幅１１２に応じて予め指定される。幅１１２は同様に加熱装置、加熱導体層１０２、又は接触領域１２９の設置スペースにより予め指定される。

幅１１２ならびに半径１２１、別の半径１２０及び実施形態では湾曲領域間に設けられた直線部１２２は、側面１１１への移行を形成する前側１１３の両側の関連導体トラック１２７それぞれの方向に接触領域１２９が延びるように予め指定される。このため接触領域１２９はその形状が操作中に接触領域１０７から導電層１０３を介して加熱導体層１０２に、特に加熱導体層１０２の２つの加熱回路に方向付けられた電流に追随するように形成される。この場合、形状１１０は接触領域１２９の力線ができる限り集中しないように、但しできるかぎり均一に配置されるように予め指定される。このため接触領域１２９では低電流密度が実現される。

図６は接触領域１２９の形状１１０に関する別の例示的な実施形態を示す。本実施形態において、接触領域１２９の幅１２６は変化せず前側１１３の幅１１２に等しい。

前側１１３は、長手方向１０６及び積層方向１０５と交差する凸部１２４、該凸部に隣接する凹部１２３、別の凸部１２４を有する。

この前側１１３の湾曲により、接触領域１２９が導体トラック１２７の方向に広がる。凸部１２４はそれぞれ操作中に発生する電流の方向に湾曲し、結果として電流密度が低く保たれるためホットスポットが防止される。２つの凸部１２４は導体トラック１２７の方向に領域が突出する形状である。例示実施形態によると、凸部１２４にはそれぞれ少なくとも２つの互いに異なる半径１２０、１２１を有する。このため凸部１２４に沿ってそれぞれ異なる湾曲となる。別の実施形態によると、各凸部１２４は、１つの半径１２１を有する。このため、湾曲がそれぞれ凸部１２４に沿って変化することはない。

例示実施形態によると、凹部１２３には少なくとも２つの互いに異なる半径を有する。このため湾曲が凹部１２３に沿って変化する。別の実施形態によると、凹部１２３は、１つの半径を有する。このため、湾曲がそれぞれ凹部１２３に沿って変化することはない。

図７は接触領域１２９の形状１１０の別の実施形態を示す。図６の実施形態と同等に、前側１１３は、２つの凸部１２４と、２つの凸部１２４の間に配置された凹部１２３を有する。図６とは異なり、図７の実施形態による前側１１３の幅１１２は、外縁１３２に対向する部分の接触領域１２９の幅１２６よりも広い。また、側面１１１が長手方向に沿って図６よりも長い。このため接触領域１２９を導体トラック１２７の近くに定めることができる。接触領域１０７に変化はない。よって、操作中に発生する電流の方向において導体トラック１２７に対し接触領域１２９が定められる。

図８は接触領域１２９の形状１１０の別の実施形態を示す。図８の形状１１０は図７に示す形状に略対応する。図７とは異なり、図８の例示実施形態によると、２つの凸部１２４の間の直線部１２２は前側１１３に配置される。図８による形状１１０についても、例示実施形態によると、凸部１２４にはそれぞれ異なる２つの半径１２０、１２１を有する。このため、湾曲がそれぞれ凸部１２４に沿って変化する。このため形状１１０の湾曲は直線部１２２から側面１１１への移行で変化する。別の実施形態によると、凸部１２４は、それぞれ半径１２１を１つ有する。このため湾曲がそれぞれ凸部１２４に沿って変化することはない。

このため、例えば加熱導体層１０２の積層方向１０５の厚みが２０μｍ、接触領域１２９の積層方向１０５の厚みが４０μｍ、接触領域１２９への印加電圧が４００Ｖ、接触領域１３０への印加電圧が０Ｖ、また加熱導体層１０２の平均温度が１５０°Ｃの場合、２０５°Ｃ未満、特に２００°Ｃ未満、例えば１９６°Ｃ未満温度の接触パッドで最大温度に達することが可能である。操作中に最も温度が高くなる領域は、例えば接触領域１２９の凸部１２４の真向かいの加熱導体層１０２である。この領域において幅１１２、半径１２０、１２１ならびに間隔１１６ａ、１１６ｂ、１１６ｃを対応マッチングさせて予め指定した構成の形状１１０とは、最大温度が加熱導体層１０２の平均温度よりもせいぜい６０°Ｃ高いということを意味する。これが達成されるのは、できるかぎり均一な電流の力線輪郭が達成され、結果として、ホットスポットが防止されるように形状１１０が予め指定されるためである。例示実施形態によると、第２半径１２１ができる限り小さい場合に接触領域１２９での最大温度を最も低くすることができる。例として半径１２１は０．５ｍｍである。この結果、半径１２０が１１ｍｍの場合に最大温度が最も低くなる。

湾曲半径１２０、１２１に加え、前側１１３の幅１１２にも役割がある。半径１２１が比較的小さいと前側１１３の幅が広くなり、結果として力線の集中が弱まるため、電流密度が低いことにより熱の発生が少なくなる。このため特に図８に示す形状１１０のように最大温度を１９５．１°Ｃ未満とすることができる。半径１２１が１ｍｍ、半径１２０が例えば１１ｍｍの場合、最大温度を２０１°Ｃ未満とすることができる。

幅１１２、半径１２１及び／又は半径１２０ならびに間隔１１６は相互依存して予め指定される。接触領域は長手方向１０６に沿って、積層方向１０５の突出部において、少なくとも接触領域１２９の幅１２６の大きさが幅１１２に関連して大きくなるサブ領域１２５を有する。また、前側１１３と２つの側面１１１の間の移行部はそれぞれ湾曲しており、特に丸みを帯びている。互いの相対寸法は可変であるが、低電流密度の効果とホットスポットの防止が達成されるように常に予め指定される。形状１１０についてはそれぞれ異なる多数の構成が可能であり、各構成は幅１１２、特に側面１１１へと移行する前側１１３の湾曲、間隔１１６により予め指定され、操作中にホットスポットが防止されるように設計される。例えば最初に確認される導体トラック１２７の幅１３１と前側１１３の幅１１２、該幅に応じて確認される半径１２０、１２１、該半径に応じて確認される間隔１１６に応じて様々な修正を行うことで低電流密度とこれに伴うホットスポットの防止という結果が達成される。

１００ 機器
１０１ 層積層体
１０２ 加熱導体層
１０３ 導電層
１０４ 導通ストリップ
１０５ 積層方向
１０６ 長手方向
１０７ 接触領域
１０８ レーザビーム
１０９ 溶接接続
１１０ 形状
１１１ 側面
１１２ 幅
１１３ 前側
１１４ 中央領域
１１５ 表面
１１６ 間隔
１１７ 表面
１１８ レーザ
１１９ 接合部
１２０ 半径
１２１ 半径
１２２ 直線部
１２３ 凹部
１２４ 凸部
１２５ サブ領域
１２６ 幅
１２７ 導体トラック
１２８ 層
１２９ 接触領域
１３０ 接触領域
１３１ 幅
１３２ 外縁
１３３ 外縁

Claims (12)

1. 層積層体（１０１）を含み、積層方向（１０５）において
   加熱導体層（１０２）と、
   接触領域（１２９）を形成する導電層（１０３）と、を含む車両加熱装置用機器であって、前記導電層（１０３）上のホットスポットを防止するために、前記積層方向（１０５）における前記導電層（１０３）の突出部の形状（１１０）は、
   該加熱導体層（１０２）の中央領域（１１４）に対向する前記導電層（１０３）の前側（１１３）の予め指定された幅（１１２）と、
   前記加熱導体層（１０２）の接合部（１１９）からの予め指定された間隔（１１６）と、
   前記形状（１１０）の予め指定された湾曲と、
   のうち少なくとも１つにより予め指定される車両加熱装置用機器。
2. 前記前側（１１３）に沿った前記積層方向（１０５）の突出部において予め指定された湾曲は、前記前側（１１３）の予め指定された２つの半径（１２０、１２１）により予め指定され、該２つの半径（１２０、１２１）は互いに異なることを特徴とする、請求項１に記載の機器。
3. 前記積層方向（１０５）の突出部において、前記前側（１１３）は直線部（１２２）を有することを特徴とする、請求項１又は２に記載の機器。
4. 前記積層方向（１０５）の突出部において、前記前側は凹部（１２３）と凸部（１２４）を有することを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１つに記載の機器。
5. 前記積層方向（１０５）の突出部において、前記導電層（１０３）の幅（１２６）は、少なくとも前記導電層のサブ領域（１２５）において前記前側（１１３）の幅（１１２）から先細りになることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１つに記載の機器。
6. 導電性材料から構成される導通ストリップ（１０４）と、
   前記導通ストリップ（１０４）を介して前記導電層（１０３）との電気的及び／又は機械的な接触を形成するために、前記導電層（１０３）と該導通ストリップ（１０４）とを互いに接続する接続（１０９）と、を含むことを特徴とする、請求項１〜５のいずれか１つに記載の機器。
7. 前記接続（１０９）は溶接接続であることを特徴とする、請求項６に記載の機器。
8. 前記導通ストリップ（１０４）は銅を含むことを特徴とする、請求項６又は７に記載の機器。
9. 前記導電層（１０３）の領域（１１５）は、前記導通ストリップ（１０４）が前記導電層（１０３）と接触する接触領域（１０７）よりも大きく、領域（１１５）は前記加熱導体層（１０２）から外れていることを特徴とする、請求項６〜８のいずれか１つに記載の機器。
10. 前記導電層（１０３）は溶射導電層（１０３）であることを特徴とする、請求項１〜９のいずれか１つに記載の機器。
11. 前記加熱導体層（１０２）は溶射加熱導体層であることを特徴とする、請求項１〜１０のいずれか１つに記載の機器。
12. 前記導電層（１０３）は銅を含むことを特徴とする、請求項１〜１１のいずれか１つに記載の機器。

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