JP2780762B2

JP2780762B2 - ヒータおよびその製造方法

Info

Publication number: JP2780762B2
Application number: JP4300933A
Authority: JP
Inventors: 佳信尾原
Original assignee: Sekisui Kasei Co Ltd
Current assignee: Sekisui Kasei Co Ltd
Priority date: 1992-11-11
Filing date: 1992-11-11
Publication date: 1998-07-30
Anticipated expiration: 2013-07-30
Also published as: JPH06151041A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えば、水温を一定に
保つための定温ヒータ等として多くの応用分野で利用で
きるＰＴＣ（Positive Temperature Coefficient）特性
を有するチタン酸バリウム系磁器半導体からなるヒータ
およびその製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】一般に、例えば、熱帯魚や海水魚等を水
槽で飼育する際には、これら魚にとって最適の環境とす
るために、ヒータ等を用いて水槽の水温を一定（２６℃
〜２８℃）に保つことが行われている。図１１に示すよ
うに、従来のヒータ２１は、ニクロム線等の発熱体２２
を巻き付けたアルミナ製の電気絶縁板２３を、アルミナ
製の中空管２４に収容し、この中空管２４の両端部にゴ
ム製のキャップ２５・２５を填め込んで内部を密閉し、
発熱体２２と外部とを電気的に絶縁することにより形成
されている。また、発熱体２２に電気的に接続されてい
るリード線２６は、キャップ２５に開口された図示しな
い孔に嵌挿することにより外部に引き出されている。

【０００３】上記のヒータ２１のリード線２６は、図１
２に示すように、電源に接続されたサーモスタット２９
に電気的に接続されている。そして、ヒータ２１は、使
用時には、例えば水槽２７の底に敷き詰めた砂利２８上
に設置され、サーモスタット２９によって電源がＯＮ／
ＯＦＦされることにより発熱温度が制御されて水温を一
定に保つようになっている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上記従来の
ヒータ２１は、サーモスタット２９によって電源がＯＮ
／ＯＦＦされることにより発熱温度が制御されるように
なっているため、例えばサーモスタット２９が故障する
と発熱温度が制御されなくなり、水温を一定に保つこと
が不可能となる。

【０００５】また、ヒータ２１が砂利２８に埋もれてし
まった場合には、ヒータ２１で発生した熱が水に伝わら
ないため水温が上がらず、電源が常時ＯＮとなるので、
ヒータ２１が局部過熱を起こして破損する虞れを有して
いる。さらに、ヒータ２１が水槽２７のガラスに接触し
た状態で局部過熱を起こした場合には、ヒータ２１で発
生した熱によりガラスが割れる虞れを有している。

【０００６】従って、局部過熱等を起こさず、かつ、水
温を常に一定に保つことができる安全性の高いヒータが
求められている。

【０００７】

【課題を解決するための手段】請求項１記載のヒータ
は、上記の課題を解決するために、正特性サーミスタか
らなる発熱体を少なくとも２個備え、これら発熱体の上
面および下面に電極が設けられているヒータにおいて、
上記の電極によって挾持され、これら電極と電気的に接
続されると共に熱的に密着された放熱部材と、放熱部材
を挾持していない電極にそれぞれ接続された一対の給電
端子と、これら給電端子にそれぞれ接続されるか、もし
くは給電端子と放熱部材とに接続された一対の給電線
と、全体を被覆して外部と電気的に絶縁する電気絶縁性
被覆部材とからなっていることを特徴としている。

【０００８】請求項２記載のヒータの製造方法は、上記
の課題を解決するために、正特性サーミスタからなり、
貫通孔を有する第一および第二の発熱体の上面および下
面に電極を設けた後、電気絶縁性材料からなり、上記の
発熱体の貫通孔に嵌挿可能に形成された嵌挿部材に、第
一の給電端子と、第一の発熱体と、導電性を有する放熱
部材と、第二の発熱体と、第二の給電端子とをこの順で
嵌挿して互いに電気的に接続すると共に、第一および第
二の発熱体と放熱部材とを熱的に密着する一方、上記の
第一および第二の給電端子に給電線を接続するか、もし
くは第一および第二の給電端子と放熱部材とに給電線を
接続した後、上記の嵌挿部材を射出成形用金型に設置
し、電気絶縁性材料の射出成形を行い、発熱体・給電端
子および放熱部材の露出部分を電気絶縁性被覆部材で被
覆・密封してなることを特徴としている。

【０００９】

【作用】請求項１記載の構成によれば、ヒータは、給電
線を除いた全体が電気絶縁性被覆部材で被覆され、外部
と電気的に絶縁されているので、例えばヒータを水中に
も設置することができる。また、正特性サーミスタから
なる発熱体が自己温度制御機能を備えているので、発熱
温度を一定にするための制御回路や過熱防止のための回
路が不要であり、かつ、極めて高い安全性を有してい
る。さらに、発熱体と熱的に密着された放熱部材を有し
ているので、発熱体で発生した熱を効率良く被加熱物に
伝えることができる。

【００１０】請求項２記載の方法によれば、発熱体・給
電端子および放熱部材を嵌挿した嵌挿部材を射出成形用
金型に設置し、電気絶縁性材料の射出成形を行い、上記
の各部材の露出部分を電気絶縁性被覆部材で被覆・密封
するので、給電線を介して外部電源と上記の発熱体とが
電気的に接続されると共に、発熱体・給電端子および放
熱部材と被加熱物とが電気的に絶縁されたヒータを得る
ことができる。また、正特性サーミスタからなる発熱体
が自己温度制御機能を備えているので、発熱温度を一定
にするための制御回路や過熱防止のための回路が不要
で、かつ、極めて高い安全性を有するヒータとすること
ができる。

【００１１】

【実施例】

〔実施例１〕本発明の一実施例について図１ないし図９
に基づいて説明すれば、以下の通りである。

【００１２】図１に示すように、本実施例にかかるヒー
タ１は、略円柱形状に形成されており、円筒形状の発熱
体２・２と、給電端子としての略円環状の電極板３ａ・
３ｂと、略円筒形状の放熱部材４と、嵌挿部材５と、給
電線としてのリード線６・６と、電気絶縁性被覆部材と
しての絶縁ケース７とで構成されている。

【００１３】上記の発熱体２は、正温度係数（Positive
Temperature Coefficient）を有するチタン酸バリウム
等を主原料としたセラミックス半導体からなり、室温か
らキュリー温度Ｔc （抵抗急変温度）までは低抵抗であ
るが、キュリー温度Ｔc を越えると急峻に抵抗値が増大
する特性を有する正特性サーミスタである。この特性に
より、発熱体２に電圧を印加すると、最初は、低温のた
め抵抗値が小さく、大電流が流れ、消費電力が大きいの
で急激に温度が上昇する。そして、温度がキュリー温度
Ｔc を越えると抵抗値が急峻に増大することにより、消
費電力が大幅に低下する。これにより、発熱体２は、一
定温度以上にはその温度が上がらず、一定温度を安定に
保つこととなって、自己温度制御機能を現す。尚、この
発熱体２は、材料組成によりキュリー温度Ｔc が、およ
そ３０〜３００℃の範囲で任意に設定できるので、ヒー
タ１を使用する条件に応じてキュリー温度Ｔc を設定す
ればよい。例えば、ヒータ１を用いて熱帯魚や海水魚等
を飼育する水槽の水温を２６℃〜２８℃に保つために
は、水量にもよるがキュリー温度Ｔc を３６℃〜３８℃
に設定すればよい。

【００１４】そして、発熱体２は、図５および図７にも
示すように、中心部に貫通孔を有する円筒形状に形成さ
れており、上面および下面に、例えば銀電極（塗料）を
塗布することにより、電極２ａ・２ａが設けられてい
る。

【００１５】電極板３ａ・３ｂは、図４および図８にも
示すように、発熱体２の外径にほぼ等しい外径を有する
略円環状に形成されており、中心部に発熱体２の貫通孔
にほぼ等しい孔を有している。また、電極板３ａには、
リード線６を接続するための給電部３ｃが形成されてい
る。そして、電極板３ａ・３ｂと発熱体２・２との電気
的な接続は、発熱体２・２に設けられた電極２ａ・２ａ
と電極板３ａ・３ｂとを圧接することにより行われてい
る。また、電極板３ａの給電部３ｃ、および電極板３ｂ
には、それぞれリード線６が半田付け等により取り付け
られている。

【００１６】放熱部材４は、例えば銅やアルミニウム等
の金属からなり、図６にも示すように、内部が空洞の、
発熱体２の外径にほぼ等しい外径を有する略円筒形状に
形成されており、上面および下面の中心部に発熱体２の
貫通孔にほぼ等しい孔を有している。そして、放熱部材
４の上面および下面と発熱体２・２に設けられた電極２
ａ・２ａとが熱的に密着されることにより、発熱体２・
２から発生する熱が放熱部材４に効率良く伝わるように
なっている。また、放熱部材４は、放熱機能を有すると
共に、発熱体２同士を電気的に接続しており、従って、
発熱体２・２は直列に接続されていることになる。

【００１７】嵌挿部材５は、例えば吸水率の低いナイロ
ン等の電気絶縁性プラスチックスからなり、図３にも示
すように、発熱体支持部５ａと、嵌挿部５ｂとで構成さ
れている。発熱体支持部５ａは、発熱体２の外径にほぼ
等しい外径を有する略円環状に形成されており、一方、
嵌挿部５ｂは、発熱体２の貫通孔の径にほぼ等しい外径
を有する略円筒形状に形成されており、中心部にリード
線６を嵌挿するための孔を有している。そして、嵌挿部
５ｂは、上記の発熱体２・２、電極板３ａ・３ｂ、およ
び放熱部材４を嵌挿可能な長さに形成されている。

【００１８】絶縁ケース７は、例えば吸水率の低いナイ
ロン等の電気絶縁性プラスチックス（電気絶縁性材料）
からなり、図２にも示すように、上記の発熱体２・２、
電極板３ａ・３ｂ、放熱部材４、および嵌挿部材５を被
覆して密封（シール）するように形成されている。上記
の絶縁ケース７は、例えば、射出成形用金型（図示せ
ず）の所定位置に上記の各部材を嵌挿した嵌挿部材５を
設置した後、絶縁ケース７となる電気絶縁性プラスチッ
クスを射出成形することにより形成される。これによ
り、上記の各部材は絶縁ケース７内部に密封・固定され
る。尚、絶縁ケース７は、発熱体２・２で発生した熱を
効率良く被加熱物に伝えることができるように、放熱部
材４の被覆部分が薄く形成されている。

【００１９】また、絶縁ケース７は、リード線６・６に
力学的負荷が掛かって断線等が起こらないように、リー
ド線６・６の被覆部材の電極板側末端部も覆うようにな
っている。そして、絶縁ケース７は、熱収縮が小さく、
熱伝導性や機械的強度に優れていると共に、発熱体２の
発熱温度に耐え得る耐熱性、水（水蒸気）を内部に通さ
ない防水性および空気を内部に通さない気密性を備えて
いる。

【００２０】次に、上記構成のヒータ１の製造方法につ
いて図２ないし図９に基づいて説明する。

【００２１】先ず、図３に示すように、例えば電気絶縁
性プラスチックスを射出成形することにより形成された
嵌挿部材５の嵌挿部５ｂに、図４に示すように、給電部
３ｃが発熱体支持部５ａ側になるようにして電極板３ａ
（第一の給電端子）を嵌挿する。次に、図５に示すよう
に、上面および下面に銀電極等を塗布して電極２ａ・２
ａを予め形成した発熱体２（第一の発熱体）を嵌挿部５
ｂに嵌挿する。

【００２２】続いて、図６ないし図８に示すように、放
熱部材４と、発熱体２（第二の発熱体）と、電極板３ｂ
（第二の給電端子）とをこの順に嵌挿部５ｂに嵌挿す
る。その後、図９に示すように、何れか一方のリード線
６を電極板３ａの給電部３ｃに半田付けすると共に、他
方のリード線６を発熱体支持部５ａ側から嵌挿部５ｂの
孔に嵌挿して電極板３ｂ側に引き出し、電極板３ｂに半
田付けする。こうして、半完成品が得られる。

【００２３】次に、図２に示すように、射出成形用金型
（図示せず）の所定位置に上記の半完成品を設置した
後、電気絶縁性プラスチックスを射出成形することによ
り絶縁ケース７が形成される。これにより、半完成品は
絶縁ケース７で被覆・密封されて外部と絶縁される。

【００２４】以上の工程により、図１および図２に示す
ような略円柱形状のヒータ１を得ることができる。尚、
リード線６・６の先端には、例えば、外部電源との接続
を行い易いようにプラグ等を取り付ければよい。

【００２５】上記構成のヒータ１は、放熱部材４が略円
筒形状に形成されているので発熱面が平滑となり、絶縁
ケース７による被覆を薄くすることができるため、発熱
体２・２で発生した熱を効率良く被加熱物に伝えること
ができる。また、上記のようにして得られるヒータ１
は、電気絶縁性および防水性を備えている絶縁ケース７
で発熱体２等を被覆・密封しているので、発熱体２等が
被加熱物と電気的に絶縁されており、例えばヒータ１を
水中にも設置することができる。そして、例えばヒータ
１を水槽（図示せず）に設置した場合には、水槽の水温
を常に一定に保つことができるため、熱帯魚や海水魚等
を飼育する際に、これら魚にとって最適の環境とするこ
とができる。さらに、絶縁ケース７を例えばシリコン樹
脂等で形成すれば、ヒータ１に難燃性も付与することが
できる。

【００２６】〔実施例２〕本発明の他の実施例について
図１０に基づいて説明すれば、以下の通りである。尚、
説明の便宜上、前記の実施例１の図面に示した部材と同
一の機能を有する部材には、同一の符号を付記し、その
説明を省略する。

【００２７】図１０に示すように、本実施例にかかるヒ
ータ１１は、図１に示したヒータ１のリード線６・６の
代わりに、給電線としてのリード線１６・１６を有して
いる。また、嵌挿部材５の嵌挿部５ｂの側面における所
定位置には、開口部５ｃが形成されている。

【００２８】上記のリード線１６・１６の何れか一方は
二股に分岐されており、分岐されたリード線１６の一方
の先端１６ａは、電極板３ａの給電部３ｃに接続されて
おり、他方の先端１６ｂは、発熱体支持部５ａ側から嵌
挿部５ｂの孔に嵌挿されて電極板３ｂ側に引き出され、
電極板３ｂに接続されている。また、他方のリード線１
６は、発熱体支持部５ａ側から嵌挿部５ｂの孔に嵌挿さ
れ、嵌挿部５ｂ側面に形成された開口部５ｃから放熱部
材４内部に引き出されて放熱部材４に接続されている。
即ち、放熱部材４は放熱機能を有すると共に、発熱体２
・２の電極板としての機能を有しており、従って、発熱
体２・２は並列に接続されている。ヒータ１１のその他
の構成は、前記の実施例１のヒータ１の構成と同一であ
る。

【００２９】上記構成のヒータ１１は、前記の実施例１
のヒータ１と同様の作用・効果を奏することができる。
即ち、発熱体２・２で発生した熱を効率良く被加熱物に
伝えることができる。また、ヒータ１１は、電気絶縁性
および防水性を備えている絶縁ケース７で発熱体２等を
被覆・密封しているので、例えばヒータ１１を水中にも
設置することができる。そして、例えばヒータ１１を水
槽（図示せず）に設置した場合には、水槽の水温を常に
一定に保つことができる。

【００３０】尚、上記の実施例１および実施例２では、
ヒータおよびその製造方法について、発熱体を２個用い
た場合を例に挙げて説明したが、用いる発熱体の個数
は、上記の２個に限定されるものではなく、３個以上の
発熱体を用いてヒータを製造してもよい。また、ヒータ
の形状は、上記の略円柱形状に限定されるものではな
く、上記の略円柱形状以外に、角柱形状等の種々の形状
であってもよい。さらに、発熱体等の形状も、上記の円
筒形状等に限定されるものではなく、上記の円筒形状等
以外に、例えば、円板状や直方体状であってもよい。

【００３１】

【発明の効果】請求項１記載のヒータは、以上のよう
に、電極によって挾持され、これら電極と電気的に接続
されると共に熱的に密着された放熱部材と、放熱部材を
挾持していない電極にそれぞれ接続された一対の給電端
子と、これら給電端子にそれぞれ接続されるか、もしく
は給電端子と放熱部材とに接続された一対の給電線と、
全体を被覆して外部と電気的に絶縁する電気絶縁性被覆
部材とからなっている構成である。

【００３２】これにより、ヒータは、給電線を除いた全
体が電気絶縁性被覆部材で被覆され、外部と電気的に絶
縁されているので、例えばヒータを水中にも設置するこ
とができる。また、正特性サーミスタからなる発熱体が
自己温度制御機能を備えているので、発熱温度を一定に
するための制御回路や過熱防止のための回路が不要であ
り、かつ、極めて高い安全性を有している。さらに、発
熱体と熱的に密着された放熱部材を有しているので、発
熱体で発生した熱を効率良く被加熱物に伝えることがで
きるという効果を奏する。

【００３３】請求項２記載のヒータの製造方法は、以上
のように、正特性サーミスタからなり、貫通孔を有する
第一および第二の発熱体の上面および下面に電極を設け
た後、電気絶縁性材料からなり、上記の発熱体の貫通孔
に嵌挿可能に形成された嵌挿部材に、第一の給電端子
と、第一の発熱体と、導電性を有する放熱部材と、第二
の発熱体と、第二の給電端子とをこの順で嵌挿して互い
に電気的に接続すると共に、第一および第二の発熱体と
放熱部材とを熱的に密着する一方、上記の第一および第
二の給電端子に給電線を接続するか、もしくは第一およ
び第二の給電端子と放熱部材とに給電線を接続した後、
上記の嵌挿部材を射出成形用金型に設置し、電気絶縁性
材料の射出成形を行い、発熱体・給電端子および放熱部
材の露出部分を電気絶縁性被覆部材で被覆・密封してな
る方法である。

【００３４】これにより、発熱体・給電端子および放熱
部材の露出部分を電気絶縁性被覆部材で被覆・密封する
ので、給電線を介して外部電源と上記の発熱体とが電気
的に接続されると共に、発熱体・給電端子および放熱部
材と被加熱物とが電気的に絶縁されたヒータを得ること
ができる。また、正特性サーミスタからなる発熱体が自
己温度制御機能を備えているので、発熱温度を一定にす
るための制御回路や過熱防止のための回路が不要で、か
つ、極めて高い安全性を有するヒータとすることができ
るという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例におけるヒータの断面図であ
る。

【図２】上記ヒータの斜視図である。

【図３】上記ヒータの嵌挿部材を示す斜視図である。

【図４】上記嵌挿部材に電極板が嵌挿された状態を示す
斜視図である。

【図５】図４の嵌挿部材にさらに発熱体が嵌挿された状
態を示す斜視図である。

【図６】図５の嵌挿部材にさらに放熱部材が嵌挿された
状態を示す斜視図である。

【図７】図６の嵌挿部材にさらに発熱体が嵌挿された状
態を示す斜視図である。

【図８】図７の嵌挿部材にさらに電極板が嵌挿された状
態を示す斜視図である。

【図９】上記ヒータの半完成品を示す斜視図である。

【図１０】本発明の他の実施例におけるヒータの断面図
である。

【図１１】従来のヒータの構成を示す説明図である。

【図１２】上記従来のヒータの使用状態を示す説明図で
ある。

【符号の説明】

１ヒータ２発熱体２ａ電極３ａ電極板（給電端子）３ｂ電極板（給電端子）４放熱部材５嵌挿部材５ａ発熱体支持部５ｂ嵌挿部６リード線（給電線）７絶縁ケース（電気絶縁性被覆部材）１１ヒータ１６リード線（給電線）

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】正特性サーミスタからなる発熱体を少なく
とも２個備え、これら発熱体の上面および下面に電極が
設けられているヒータにおいて、上記の電極によって挾持され、これら電極と電気的に接
続されると共に熱的に密着された放熱部材と、放熱部材
を挾持していない電極にそれぞれ接続された一対の給電
端子と、これら給電端子にそれぞれ接続されるか、もし
くは給電端子と放熱部材とに接続された一対の給電線
と、全体を被覆して外部と電気的に絶縁する電気絶縁性
被覆部材とからなっていることを特徴とするヒータ。
【請求項２】正特性サーミスタからなり、貫通孔を有す
る第一および第二の発熱体の上面および下面に電極を設
けた後、電気絶縁性材料からなり、上記の発熱体の貫通
孔に嵌挿可能に形成された嵌挿部材に、第一の給電端子
と、第一の発熱体と、導電性を有する放熱部材と、第二
の発熱体と、第二の給電端子とをこの順で嵌挿して互い
に電気的に接続すると共に、第一および第二の発熱体と
放熱部材とを熱的に密着する一方、上記の第一および第
二の給電端子に給電線を接続するか、もしくは第一およ
び第二の給電端子と放熱部材とに給電線を接続した後、
上記の嵌挿部材を射出成形用金型に設置し、電気絶縁性
材料の射出成形を行い、発熱体・給電端子および放熱部
材の露出部分を電気絶縁性被覆部材で被覆・密封してな
ることを特徴とするヒータの製造方法。