JP2023161415A - 面状発熱体 - Google Patents

Abstract

【課題】温度制御の効率を向上させることができる面状発熱体を提供すること。【解決手段】面状発熱体は、第１面と、その裏面である第２面とを備えた絶縁シートと、第１面に設けられたＰＴＣ（Positive Temperature Coefficient）素子と、第２面に設けられた電極と、第２面に設けられた熱伝導部材と、を有する。ＰＴＣ素子は、第１面の外周部分を取り囲むように第１面に設けられているとともに、電極と直列に接続されている。電極は、その一部分が第１面におけるＰＴＣ素子の位置と重なるように第２面に設けられている。熱伝導部材は、第２面の外周部分を取り囲むとともに電極の一部分に接するように第２面に設けられている。【選択図】図３

Description

本開示は、面状発熱体に関する。

従来、平面状の基材の表面に電極とＰＴＣ（Positive Temperature Coefficient）素子とが設けられた面状発熱体が知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０２１－１２５３８３号公報

従来の面状発熱体では、温度制御の効率の点で改善の余地があった。

本開示の一態様の目的は、温度制御の効率を向上させることができる面状発熱体を提供することである。

本開示の一態様に係る面状発熱体は、第１面と、その裏面である第２面とを備えた絶縁シートと、前記第１面に設けられたＰＴＣ（Positive Temperature Coefficient）素子と、前記第２面に設けられた電極と、前記第２面に設けられた熱伝導部材と、を有し、前記ＰＴＣ素子は、前記第１面の外周部分を取り囲むように前記第１面に設けられているとともに、前記電極と直列に接続されており、前記電極は、その一部分が前記第１面における前記ＰＴＣ素子の位置と重なるように前記第２面に設けられており、前記熱伝導部材は、前記第２面の外周部分を取り囲むとともに前記電極の一部分に接するように前記第２面に設けられている。

本開示によれば、温度制御の効率を向上させることができる。

本開示の実施の形態１に係る面状発熱体の第１面を示す正面図 本開示の実施の形態１に係る面状発熱体の第２面を示す正面図 本開示の実施の形態１に係る面状発熱体の第１面に第２面を重ねて示す正面図 本開示の実施の形態２に係る面状発熱体の第２面を示す正面図 本開示の実施の形態２に係る面状発熱体の第１面に第２面を重ねて示す正面図 本開示の実施の形態３に係る面状発熱体の第２面を示す正面図 本開示の実施の形態３に係る面状発熱体の第１面に第２面を重ねて示す正面図

以下、本開示の実施の形態１～３に係る面状発熱体１００について、図１～図７を参照しながら説明する。なお、各図において共通する構成要素については同一の符号を付し、それらの説明は適宜省略する。

（実施の形態１）
実施の形態１に係る面状発熱体１００について、図１～図３を参照して説明する。図１は、実施の形態１に係る面状発熱体１００の第１面を示す正面図である。図２は、実施の形態１に係る面状発熱体１００の第２面を示す正面図である。図３は、図１に示す第１面に図２に示す第２面を重ねて示す正面図である。

図１～図３に示すように、面状発熱体１００は、電気的な絶縁性を有する基材として、絶縁シート１を有する。絶縁シート１は、平面状の部材であり、第１面と、その裏面である第２面とを有する。

また、図１～図３に示すように、面状発熱体１００は、電極２～４、ＰＴＣ（Positive Temperature Coefficient）素子５、端子６～９、および電極１１を有する。

図１に示すように、面状発熱体１００の第１面（具体的には、絶縁シート１の第１面）には、電極２～４と、ＰＴＣ素子（ＰＴＣ抵抗体と言ってもよい）５とが設けられている。

一方、図２に示すように、面状発熱体１００の第２面（具体的には、絶縁シート１の第２面）には、電極１１および熱伝導部材２０が設けられている。

ＰＴＣ素子５は、自己温度制御機能（所定の温度になった場合に、抵抗値が増加することで電流が制限される機能）を備えた素子である。ＰＴＣ素子５は、図１、図３に示すように、絶縁シート１の外周部分を取り囲むように（言い換えると、絶縁シート１の外周に沿って）設けられている。

電極２～４は、図１、図３に示すように、互いに離間して設けられている。これにより、電極２～４では、電気的絶縁性が確保されている。

また、図１、図３に示すように、電極２～４には、それぞれ、端子６、端子７～８、端子９が設けられている。これらの端子６～９は、絶縁シート１の第１面側と第２面側とを導通させるための導電部材である。

端子６は、電極２および絶縁シート１を貫通して設けられている。端子６の第１面側には、図示しないリード線が接続される。

端子７、８は、それぞれ、電極３および絶縁シート１を貫通して設けられている。端子８は、図２、図３に示すように、第２面側において電極１１と導通する。端子７の第１面側には、図示しないリード線が接続される。

端子９は、電極４および絶縁シート１を貫通して設けられている。端子９は、図２、図３に示すように、第２面側において電極１１と導通する。

また、図示は省略しているが、電極２、４は、それぞれ、ＰＴＣ素子５と絶縁シート１との間に、櫛歯形状部を有する。櫛歯形状部の輪郭の形状は、図１に示したＰＴＣ素子５の形状とほぼ同じである。すなわち、櫛歯形状部は、絶縁シート１の外周部分を取り囲むように（言い換えると、絶縁シート１の外周に沿って）設けられている。

具体的には、電極２の櫛歯形状部は、互いに離間して並列に配置された複数の櫛歯を含み、それらが絶縁シート１の外周部分を取り囲むように設けられている。そして、複数の櫛歯の先端は、電極４に接触することなく、その近傍に配置されている。同様に、電極４の櫛歯形状部は、互いに離間して並列に配置された複数の櫛歯を含み、それらは、絶縁シート１の外周部分を取り囲むように設けられている。そして、複数の櫛歯の先端は、電極２に接触することなく、その近傍に配置されている。また、電極２における複数の櫛歯と、電極４における複数の櫛歯とは、互いに接触しないように、組み合っている。ＰＴＣ素子５は、このように互いに組み合った電極２、４それぞれの櫛歯形状部の上に設けられている。

電極１１は、線状電極である。図２、図３に示すように、電極１１の一端は、端子８に接続されており、電極１１の他端は端子９に接続されている。また、電極１１の大部分は、つづら折り状である。

また、図３に示すように、電極１１は、その一部分が、第１面に設けられたＰＴＣ素子５の位置と重なるように、第２面に設けられる。また、図３に示すように、電極１１は、その大部分が、第１面に設けられたＰＴＣ素子５の内側（ＰＴＣ素子５により囲まれた領域）に位置するように、第２面に設けられる。

電極１１は、例えば、予めパターン形成された金属線を絶縁シート１上に配置したものでもよいし、絶縁シート１１上に配置された金属層をエッチングや刃型等によりパターン形成したものであってもよい。

熱伝導部材２０は、熱伝導性を備えた部材である。熱伝導部材２０としては、金属箔（例えば、アルミ）で構成された熱伝導テープが挙げられる（後述する実施の形態２、３も同様）。

図２に示すように、熱伝導部材２０は、矩形リング状であり、絶縁シート１の外周部分を取り囲むように（言い換えると、絶縁シート１の外周に沿って）設けられている。よって、絶縁シート１を平面視した際に、第２面における熱伝導部材２０の位置と、第１面におけるＰＴＣ素子５の位置とは重なる。

また、熱伝導部材２０は、第２面において、電極１１の上に設けられている。熱伝導部材２０は、図２に示すように、電極１１の一部分に接している。より正確には、両面テープ等の絶縁部材を介して電極１１の一部分に接している。

なお、図３では、視認性向上のため、熱伝導部材２０の図示を省略している。

次に、上述のように構成された面状発熱体１００における電流の流れについて説明する。なお、ここでは、電流の入力端が端子７であり、電流の出力端が端子６である場合を例に挙げて説明する。

端子７の第１面側に接続されたリード線（図示略）から端子７に流れ込んだ電流は、第１面において、電極３を介して端子８に到達する。

次に、端子８を経た電流は、第２面において、電極１１を流れ、端子９に到達する。この通電により、電極１１は発熱する。

次に、端子９を経た電流は、第１面において、電極４、ＰＴＣ素子５、電極２を順に流れ、端子６に到達する。この通電により、ＰＴＣ素子５は、自己温度制御を行う発熱体として動作する。そして、電流は、端子６の第１面側に接続されたリード線（図示略）へ流入する。

このような電流の流れから、ＰＴＣ素子５は、電極１１と直列に接続されていると言うことができる。

なお、電流の入力端および出力端をそれぞれ端子６、７としてもよい。その場合、電流は、上述した順とは逆に流れる。

（実施の形態２）
実施の形態２に係る面状発熱体１００について、図４、図５を参照して説明する。図４は、実施の形態２に係る面状発熱体１００の第２面を示す正面図である。図５は、図１に示す第１面に図４に示す第２面を重ねて示す正面図である。

実施の形態２に係る面状発熱体１００の第１面は、実施の形態１（図１参照）と同じであるので、ここでの説明は省略する。

図４に示すように、面状発熱体１００の第２面には、帯状電極１２ａ、１２ｂ、および線状電極１２ｃを含む電極１２と、熱伝導部材２０とが設けられている。

帯状電極１２ａの一端は、端子８に接続されている。また、帯状電極１２ａの一部分は、第２面の右辺に沿って設けられている。

帯状電極１２ｂの一端は、端子９に接続されている。また、帯状電極１２ｂの一部分は、第２面の左辺に沿って設けられている。

線状電極１２ｃは、つづら折り状に形成された３つの部分（以下、つづら折り部という）を含む。各つづら折り部において、一端は帯状電極１２ａに接続され、他端は帯状電極１２ｂに接続されている。

電極１２は、例えば、導電性ペースト（例えば、銅ペーストまたは銀ペースト）を絶縁シート１上に印刷（例えば、スクリーン印刷）することでパターン形成したものであるが、これに限定されず、その他の方法で形成されたものであってもよい。

また、図５に示すように、電極１２は、その一部分（例えば、線状電極１２ｃの一部分）が、第１面に設けられたＰＴＣ素子５の位置と重なるように、第２面に設けられる。また、図５に示すように、電極１２は、その大部分（例えば、線状電極１２ｃの大部分）が、第１面に設けられたＰＴＣ素子５の内側（ＰＴＣ素子５により囲まれた領域）に位置するように、第２面に設けられる。

熱伝導部材２０は、図４に示すように、矩形リング状であり、絶縁シート１の外周部分を取り囲むように（言い換えると、絶縁シート１の外周に沿って）設けられている。よって、絶縁シート１を平面視した際に、第２面における熱伝導部材２０の位置と、第１面におけるＰＴＣ素子５の位置とは重なる。

また、熱伝導部材２０は、第２面において、電極１２の上に設けられている。熱伝導部材２０は、図４に示すように、電極１２の一部分（具体的には、帯状電極１２ａ、１２ｂの全部と線状電極１２ｃの一部分）に接している。

なお、図５では、視認性向上のため、熱伝導部材２０の図示を省略している。

次に、上述のように構成された面状発熱体１００における電流の流れについて説明する。なお、ここでは、電流の入力端が端子７であり、電流の出力端が端子６である場合を例に挙げて説明する。

端子７の第１面側に接続されたリード線（図示略）から端子７に流れ込んだ電流は、第１面において、電極３を介して端子８に到達する。

次に、端子８を経た電流は、第２面において、電極１２ａ、１２ｃ、１２ｂを順に流れ、端子９に到達する。この通電により、電極１２は発熱する。

次に、端子９を経た電流は、第１面において、電極４、ＰＴＣ素子５、電極２を順に流れ、端子６に到達する。この通電により、ＰＴＣ素子５は、自己温度制御を行う発熱体として動作する。そして、電流は、端子６の第１面側に接続されたリード線（図示略）へ流入する。

このような電流の流れから、ＰＴＣ素子５は、電極１２と直列に接続されていると言うことができる。

なお、電流の入力端および出力端をそれぞれ端子６、７としてもよい。その場合、電流は、上述した順とは逆に流れる。

（実施の形態３）
実施の形態３に係る面状発熱体１００について、図６、図７を参照して説明する。図６は、実施の形態３に係る面状発熱体１００の第２面を示す正面図である。図７は、図１に示す第１面に図６に示す第２面を重ねて示す正面図である。

実施の形態３に係る面状発熱体１００の第１面は、実施の形態１（図１参照）と同じであるので、ここでの説明は省略する。なお、本実施の形態では、透明電極１３を用いるため、絶縁シート１も透明の部材を用いることが好ましい。

図６に示すように、面状発熱体１００の第２面には、透明電極１３、帯状電極１４、１５、および熱伝導部材２０が設けられている。

透明電極１３は、絶縁シート１の第２面のほぼ全体（第２面の下方部分を除く）に設けられている。透明電極１３としては、例えば、ＡＧ（銀）膜またはＩＴＯ（酸化インジウム・スズ）膜等が挙げられるが、これらに限定されない。

帯状電極１４の一端は、端子８に接続されている。また、帯状電極１４の一部分は、第２面の右辺に沿って、かつ、透明電極１３に接して設けられている。

帯状電極１５の一端は、端子９に接続されている。また、帯状電極１５の一部分は、第２面の左辺に沿って、かつ、透明電極１３に接して設けられている。

また、透明電極１３は、第２面のほぼ全体に設けられているため、図７に示すように、透明電極１３の一部分は、第１面に設けられたＰＴＣ素子５の位置と重なっている。また、図７に示すように、透明電極１３は、その大部分が、第１面に設けられたＰＴＣ素子５の内側（ＰＴＣ素子５により囲まれた領域）に位置するように、第２面に設けられる。

熱伝導部材２０は、図６に示すように、矩形リング状であり、絶縁シート１の外周部分を取り囲むように（言い換えると、絶縁シート１の外周に沿って）設けられている。よって、絶縁シート１を平面視した際に、第２面における熱伝導部材２０の位置と、第１面におけるＰＴＣ素子５の位置とは重なる。

また、熱伝導部材２０は、第２面において、電極１３の上に設けられている。熱伝導部材２０は、図６に示すように、電極１３の一部分（具体的には、透明電極１３の左右端の部分）に接している。

なお、図７では、視認性向上のため、熱伝導部材２０の図示を省略している。

次に、上述のように構成された面状発熱体１００における電流の流れについて説明する。なお、ここでは、電流の入力端が端子７であり、電流の出力端が端子６である場合を例に挙げて説明する。

端子７の第１面側に接続されたリード線（図示略）から端子７に流れ込んだ電流は、第１面において、電極３を介して端子８に到達する。

次に、端子８を経た電流は、第２面において、電極１４、透明電極１３、電極１５を順に流れ、端子９に到達する。この通電により、透明電極１３は発熱する。

次に、端子９を経た電流は、第１面において、電極４、ＰＴＣ素子５、電極２を順に流れ、端子６に到達する。この通電により、ＰＴＣ素子５は、自己温度制御を行う発熱体として動作する。そして、電流は、端子６の第１面側に接続されたリード線（図示略）へ流入する。

このような電流の流れから、ＰＴＣ素子５は、透明電極１３および電極１４、１５と直列に接続されていると言うことができる。

なお、電流の入力端および出力端をそれぞれ端子６、７としてもよい。その場合、電流は、上述した順とは逆に流れる。

実施の形態３に係る面状発熱体１００は、例えば、両面テープにより、光学装置の透明部材（例えば、撮像素子の前方に設けられる保護ガラス等）に取り付けられる。光学装置としては、例えば、車両の周辺の状況を検知する車載カメラ（衝突防止カメラと言ってもよい）、建物等に取り付けられる監視カメラ、車載電子ドアミラー等が挙げられるが、これらに限定されない。なお、面状発熱体１００は、光学装置以外に設けられる透明部材（例えば、車両のガラス窓等）に取り付けられてもよい。

以上、実施の形態１～３に係る面状発熱体１００について説明した。以下、実施の形態１～３に係る面状発熱体１００の作用効果についてまとめる。

本実施の形態に係る面状発熱体１００は、第１面と、その裏面である第２面とを備えた絶縁シート１と、第１面に設けられたＰＴＣ素子５と、第２面に設けられた電極１１（実施の形態２では電極１２、実施の形態３では透明電極１３。以下同様）と、第２面に設けられた熱伝導部材２０と、を有し、ＰＴＣ素子５は、第１面の外周部分を取り囲むように第１面に設けられているとともに、電極１１と直列に接続されており、電極１１は、その一部分が第１面におけるＰＴＣ素子５の位置と重なるように第２面に設けられており、熱伝導部材２０は、第２面の外周部分を取り囲むとともに電極１１の一部分に接するように第２面に設けられていることを特徴とする。

すなわち、本実施の形態の面状発熱体１００では、ＰＴＣ素子５が第１面の外周部分を取り囲むように第１面に設けられているため、面状発熱体１００（具体的には、絶縁シート１）の全面に亘って満遍なく（言い換えれば、ムラ無く）温度制御を行うことができる。したがって、温度制御の効率を向上させることができる。

また、本実施の形態の面状発熱体１００では、ＰＴＣ素子５と電極１１とが直列に接続されているため、電極１１における温度制御をより精度良く実現することができる。

また、本実施の形態の面状発熱体１００では、電極１１は、その一部分が第１面におけるＰＴＣ素子５の位置と重なるように第２面に設けられている。よって、電極１１の温度が迅速にＰＴＣ素子５に伝わるため、電極１１における温度制御をより精度良く実現することができる。

また、本実施の形態の面状発熱体１００では、熱伝導部材２０は、第２面の外周部分を取り囲むとともに電極１１の一部分に接するように第２面に設けられている。よって、電極１１の温度がより均等にＰＴＣ素子５に伝わるため、電極１１における温度制御をより精度良く実現することができる。

なお、本開示は、上記実施の形態１～３の説明に限定されず、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の変形が可能である。

本開示の面状発熱体は、平面状の基材に電極とＰＴＣ素子とが設けられた面状発熱体に有用である。

１ 絶縁シート
２、３、４ 電極
５ ＰＴＣ素子
６、７、８、９ 端子
１１、１２ 電極
１２ａ、１２ｂ 帯状電極
１２ｃ 線状電極
１３ 透明電極
１４、１５ 帯状電極
２０ 熱伝導部材
１００ 面状発熱体

Claims (5)

1. 第１面と、その裏面である第２面とを備えた絶縁シートと、
   前記第１面に設けられたＰＴＣ（Positive Temperature Coefficient）素子と、
   前記第２面に設けられた電極と、
   前記第２面に設けられた熱伝導部材と、を有し、
   前記ＰＴＣ素子は、前記第１面の外周部分を取り囲むように前記第１面に設けられているとともに、前記電極と直列に接続されており、
   前記電極は、その一部分が前記第１面における前記ＰＴＣ素子の位置と重なるように前記第２面に設けられており、
   前記熱伝導部材は、前記第２面の外周部分を取り囲むとともに前記電極の一部分に接するように前記第２面に設けられている、
   面状発熱体。
2. 前記電極は、その大部分が前記第１面における前記ＰＴＣ素子の内側に位置するように前記第２面に設けられている、
   請求項１に記載の面状発熱体。
3. 前記電極は、線状電極および帯状電極のうち少なくとも一方を含む、
   請求項１または２に記載の面状発熱体。
4. 前記線状電極または前記帯状電極は、つづら折り状である、
   請求項３に記載の面状発熱体。
5. 前記電極は、前記第２面に設けられた透明電極である、
   請求項１または２に記載の面状発熱体。

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