JP3117328U - 発熱体 - Google Patents

Abstract

【課題】ガラス線抵抗体などの許容電圧の高い発熱体を用い、単位面積当たりの発熱量が大きく、且つ、発熱線とリード線との良好な通電が確保できる発熱体を提供する。
【解決手段】発熱体１は、発熱線１２を埋設する中央絶縁部材１１と、この中央絶縁部材１１をサンドイッチ状に挟み込む表側絶縁部材１３と裏側絶縁部材１４とを有し、発熱線１２は、中央絶縁部材１１に形成されている溝部２１’に埋設されている。発熱線１２とリード線１６とは端子１５を介して接続されており、端子１５は係止孔２２に挿通されて中央絶縁部材１１に固定されるとともに、表側絶縁部材１３と裏側絶縁部材１４とで挟持されることで強固に固着される。
【選択図】図１

Description

本考案は、発熱体に関する。

一般に、面状発熱体は、面状に延びる発熱部材（例えば、厚さが３０〜８０μｍの金属箔）を２枚の絶縁シートで挟み込んでシート状に一体化したものである（特許文献１など）。例えば、図４に示すように、ヒータ部材９１が絶縁シート９２及び９３に挟持されており、ヒータ部材９１の端子部９１１などにはリード線の端部９４が接続されている。ヒータ部材９１は連続した抵抗体である。

そしてヒータ部材の結線されたリード線から所定電圧を印可することによりヒータ部材に電流が流れ、ヒータ部材の電気抵抗発熱によりヒータ部材が加熱される。この熱が絶縁シートに伝熱されて面状ヒータ全体が発熱する。このような面状ヒータは、所定面積を発熱させる必要のある部分に配置あるいは埋設されて用いられる。

ところで、発熱面積の小さい面状ヒータで十分な長さのヒータ部材を採用でき内場合に、ヒータ部材への印可電圧を高くすると、そのヒータ部材の許容電圧を超える場合がある。そのような場合には変圧器（スライダック（登録商標）、トランスなど）を用いて適性電圧に降圧することが行われていた。さらに、単位面積当たりの発熱量を高くしようとすると、ヒータ部材の抵抗値を大きくし且つ大きな電流を流す必要があるが、従来の面状ヒータでは限界があった。

このような問題を解決するために抵抗発熱線をガラス繊維に螺旋状に巻回して作製したガラス線抵抗体などを上記のヒータ部材に代替することが考えられる。図４のような面状ヒータでは、通電による熱膨張や断電による熱収縮などのヒータ部材の動きを、ヒータ部材を絶縁シートで挟み込むことにより抑制している。しかし、金属箔の厚さよりも外径が大きく且つ断面が円形のガラス線抵抗体などの発熱体を、絶縁シートに挟持して絶縁シート同士を接着することは困難であり、所定の位置に発熱体を固定することができない。このため、発熱線同士が接触してショートしたり、あるいは断線に至るおそれがある。

さらに、ガラス線抵抗体などに巻回されている電気抵抗体は０．０５〜０．１ｍｍφとその線径が細いので、外部からの衝撃や振動によってヒータ線（電気抵抗体）とリード線とが離れてしまい良好な通電が維持できないおそれがある。
特開２００５−２６０４５号公報

本考案は上記の問題点を解決するためになされたもので、ガラス線抵抗体などの許容電圧の高い発熱体を用い、単位面積当たりの発熱量が大きく、且つ、発熱線とリード線との良好な通電が確保できる発熱体を提供することを課題とする。

本考案の発熱体は、所定幅で線状の一面から他面に貫通する配置貫通孔と係止孔とを持つ中央絶縁部材と、この係止孔に挿通固定された係止部を持つ端子と、一端がこの端子に固定され配置貫通孔に配置された発熱線と、中央絶縁部材の裏側に一体的に固定された裏側絶縁部材と、端子の少なくとも一部を表出させる表出孔又は表出凹部を有し中央絶縁部材の表側に一体的に固定された表側絶縁部材と、を有することを特徴とする。

本考案の発熱体において、表側絶縁部材は、表出孔を形成する表出孔部と端子の少なくとも一部が位置する端子孔部とを持つ内表側絶縁部材と、この内表側絶縁部材と一体化され端子孔部を閉じ表出孔の残り部分を形成する残表出孔部を持つ外表側絶縁部材とからなることが望ましい。

また、本考案の発熱体において、端子の係止部は中央絶縁部材の係止孔を一面側より他面側に挿通していることが好ましい。

また、本考案の発熱体において、中央絶縁部材はセラミックスと耐熱樹脂で構成することができる。

本考案の発熱体は、中央絶縁部材の配置貫通孔と裏側絶縁部材とで構成される溝部を備えているので、この溝部に発熱線を埋設して固定することができる。従って、適切な発熱線を選択することで単位面積当たりの発熱量を増大させることが可能であり、発熱面積の小さな発熱体であっても所望の発熱特性を付与することができる。

また、抵抗値の高いニクロム線などを用いた発熱線は、従来の面状ヒータに用いられる金属箔のヒータ部材に比べて許容電圧がはるかに大きい。従って、通常の１００Ｖあるいは２００Ｖの電源を用いることができ、発熱体としての応用範囲を拡大して多様なヒータ製品の発熱部に適用することができる。

また、本考案の発熱体においては、発熱線とリード線とは端子を介して溶接接合されている。そして、端子は、中央絶縁部材に機械的に固定されるとともに、表側絶縁部材と裏側絶縁部材とにサンドイッチ状に挟持されている。従って、外部からの振動や衝撃によって端子と中央絶縁部材との係合部が緩んだり、端子が脱落したりする危険性がなく、また、リード線と発熱線とが離間することもない。その結果、安定した通電状態を確保することができる。

以下に本考案の好適な実施の形態を、図１〜図３を参照しながら説明する。図１は、本考案による発熱体の構成を説明する説明図であり、各構成要素の斜視図を積層される順に模式的に並べて示したものである。各構成要素の平面形状のみを図示し各絶縁部材ごとの積層状態の図示は省略した。また、図２は端子を含む断面概要を示し、図１のＡ−Ａ断面である。図３は発熱線とリード線とを接続する端子を説明する図であり、（ａ）は、打ち抜き後の展開形状であり、（ｂ）は折り曲げ形成途中の形状を示す斜視図であり、（ｃ）は、リード線との接続状況を示す斜視図である。

図１に示すように、本実施形態の発熱体１は、発熱線１２と複数の絶縁部材１１、１３、１４とで構成されている。そして、電源（図示せず）から発熱線１２に通電するリード線１６が、絶縁部材１１に固着された端子１５を介して発熱線１２と接続している。本発熱体は、加熱する相手部材や加熱部位の形状に応じて円盤状、角板状など適宜の形状とすることができる。さらに、本発熱体には、温度センサなどを内部および／又は外部に組み付けてもよい。

絶縁部材は、発熱線１２を埋設する中央絶縁部材１１と、この中央絶縁部材１１をサンドイッチ状に挟み込む表側絶縁部材１３と裏側絶縁部材１４とからなり、発熱体１はこれらの絶縁部材を相互に熱圧着して形成されている。

各絶縁部材は板状の絶縁材をそれぞれ所定の形状に打ち抜き成形し、それぞれ所定枚数ずつ積層して形成されている。絶縁材としては、マイカ、シリコンラバー、あるいはポリイミドなどの耐熱樹脂シートを用いることができる。

中央絶縁部材１１には、発熱線１２を埋設する所定幅で線状の配置貫通孔２１と端子１５を挿通して固定する係止孔２２とが表面から裏面に貫通して設けられている。

中央絶縁部材１１の裏面側に裏側絶縁部材１４を貼合することにより配置貫通孔２１を溝部２１’とすることができる。一例を挙げると、配置貫通孔２１と係止孔２２、２２とを有するドーナツ状のマイカシート１０枚を、同じ外径を持つドーナツ状のマイカシート３枚と熱プレスにより貼合することで溝部２１’を形成することができる。溝部２１’の形状は、所望の発熱特性、すなわち、配置する発熱線１２の線径と長さとに応じて適宜に設定すればよい。

また、表側絶縁部材１３は、中央絶縁部材１１の表面に対向する内表側絶縁部材１３ａと、この内表側絶縁部材１３ａの表面に貼設される外表側絶縁部材１３ｂとで構成されている。内表側絶縁部材１３ａには扇形の開口部２４が形成されており、外表側絶縁部材１３ｂにはリード線１６を表出させる２個の表出孔２５、２５が形成されている。

例えば、開口部２４を有するドーナツ状のマイカシート４枚と２個の表出孔２５を有するドーナツ状のマイカシート５枚とを熱圧着することで、開口部２４は表出孔２５に連通する表出孔部と端子１５、１５の少なくとも一部が位置する端子孔部とを持つ表出凹部となる。つまり、外表側絶縁部材１３ｂは内表側絶縁部材１３ａの開口部２４の端子孔部を閉じるとともに、端子１５、１５の先端が臨む外表側絶縁部材１３ｂの表出孔２５に対応する以外の部分（残表出孔部）をも閉じることができる。

発熱線１２は通電により発熱する電気抵抗体で耐熱性のある金属などの線材である。線材としては、ニッケル−クロム合金、鉄−クロム合金、ニッケル−クロム−鉄合金などを用いることができる。また、発熱線１２は、ガラス繊維やセラミック繊維などの耐熱性の絶縁線体１２ａの外周面に電気抵抗体（以後、抵抗線という）１２ｂを螺旋状に巻回したものが好ましい。このような構成の発熱線１２を用いることで、抵抗線１２ｂの印可電圧の限界を向上して所望の発熱特性を付与することができるとともに、衝撃や振動による断線などの不具合を回避することができる。

発熱線１２は上記の溝部２１’に埋設されており、発熱線１２と溝部２１’の内周面との隙間には熱伝導性の良好な高純度のアルミナやマグネシアなどのセラミックス粉末２８（図２参照）が充填されている。この隙間にセラミックス粉末２８を充填することで発熱線１２の埋設位置を安定化するとともに、発生する熱を均一にむらなく各絶縁部材に伝熱することができる。

抵抗線１２ｂの両端部２３、２３は、端子１５、１５を介して電源から電力を供給するリード線１６、１６に接続されている。

端子１５は、その展開形状が図３（ａ）に示すような略十字形状であり、銅やアルミニウムあるいはそれらの合金などの板又は箔を打ち抜いて形成する。この打ち抜き部材には、所定の形状に折り曲げて中央絶縁部材１１に固定する係止部２６と、抵抗線１２ｂとリード線１６とを接続する接続部２７とが形成されている。端子１５の係止部２６、２６は、図３（ｂ）に示すように、同一方向に直角に曲げられ中央絶縁部材１１の係止孔２２に挿通さる。そして、図３（ｃ）に示すように、端子１５は、中央絶縁部材１１の裏面に突出した係止部２６、２６の端部２６ａ、２６ａが折り曲げられることにより中央絶縁部材１１に強固に固定される。また、接続部２７にはリード線１６の端部が挟持され、この接続部２７の切り欠き２７ａに係止されている抵抗線１２ｂの端部とともに溶接部Ｗで接合されており、リード線１６を介して抵抗線１２ｂに通電可能となっている。溶接方法には限定はなく、従来用いられているスポット溶接を用いればよい。

以上のような構成からなる発熱体１は、中央絶縁部材１１の配置貫通孔２１と裏側絶縁部材１４とで構成される溝部２１’を備えているので、この溝部２１’に発熱線１２を埋設して固定することができる。従って、適切な発熱線を選択することで単位面積当たりの発熱量を増大させることが可能であり、発熱面積の小さな発熱体であっても所望の発熱特性を付与することができる。

また、抵抗値の高いニクロム線などを用いた発熱線は、従来の面状ヒータに用いられる金属箔のヒータ部材に比べて許容電圧がはるかに大きい。従って、通常の１００Ｖあるいは２００Ｖの電源を用いることができ、発熱体としての応用範囲を拡大して多様なヒータ製品の発熱部に適用することができる。

また、発熱体１においては、発熱線１２とリード線１６とは端子１５を介して溶接接合されている。そして、端子１５は、中央絶縁部材１１に機械的に固定されるとともに、表側絶縁部材１３と裏側絶縁部材１４とにサンドイッチ状に挟持されている。従って、外部からの振動や衝撃によって端子１５と中央絶縁部材１１との係合部が緩んだり、端子１５が脱落したりする危険性がなく、また、リード線と発熱線とが離間することもない。その結果、安定した通電状態を確保することができる。

本考案の発熱体は、ヒータ製品の発熱部、金型の加熱部、業務用調理器の加熱部あるいは半導体装置の加熱部などを加熱する発熱体として好適に用いることができる。

実施の形態の発熱体の構成を説明する説明図である。 図１のＡ−Ａ断面概要図である。 端子を説明する図であり、（ａ）打ち抜き状態の展開図、（ｂ）は係止部を折り曲げ係止孔に挿通して発熱線を係止した状態、（ｃ）は中央絶縁部材に固定しリード線を接続した状態を示す斜視図である。 従来の面状ヒータの一例を示す概略断面図である。

符号の説明

１１：中央絶縁部材 １２：発熱線 １３：表側絶縁部材 １４：裏側絶縁部材 １５：端子 １６：リード線 ２１：配置貫通孔 ２１’：溝部 ２２：係止孔 ２４：開口部（表出凹部） ２５：表出孔 ２６：係止部 ２７：接続部 Ｗ：溶接部

Claims (4)

1. 所定幅で線状の一面から他面に貫通する配置貫通孔と係止孔とを持つ中央絶縁部材と、
   該係止孔に挿通固定され係止部を持つ端子と、
   一端が該端子に固定され該配置貫通孔に配置された発熱線と、
   該中央絶縁部材の裏側に一体的に固定された裏側絶縁部材と、
   該端子の少なくとも一部を表出させる表出孔又は表出凹部を有し該中央絶縁部材の表側に一体的に固定された表側絶縁部材と、
   を有することを特徴とする発熱体。
2. 前記表側絶縁部材は前記表出孔を形成する表出孔部と前記端子の少なくとも一部が位置する端子孔部とを持つ内表側絶縁部材と該内表側絶縁部材と一体化され該端子孔部を閉じ該表出孔の残り部分を形成する残表出孔部を持つ外表側絶縁部材とからなる請求項１に記載の発熱体。
3. 前記端子の前記係止部は前記中央絶縁部材の前記係止孔を一面側より他面側に挿通している請求項１又は２に記載の発熱体。
4. 前記中央絶縁部材はセラミックスと耐熱樹脂とで構成されている請求項１〜３のいずれかに記載の発熱体。

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