JP3579475B2

JP3579475B2 - 面状ヒータのリード線接続方法

Info

Publication number: JP3579475B2
Application number: JP32390094A
Authority: JP
Inventors: 政宏笹田; 浩朗清原; 茂樹野田
Original assignee: Kurabe Industrial Co Ltd
Current assignee: Kurabe Industrial Co Ltd
Priority date: 1994-11-30
Filing date: 1994-11-30
Publication date: 2004-10-20
Anticipated expiration: 2019-10-20
Also published as: JPH08162258A

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、例えば、フィルムヒータやマイカヒータ等の面状ヒータのヒーターパターンを構成する箔の端部とリード線の導体部とを接続する面状ヒータのリード線接続方法に係り、特に、箔の端部を多層化して多層化部を構成し、単位投影面積当たりの箔の体積（Ｖ_１）と単位投影面積当たりのリード線の導体部の体積（Ｖ_２）との間に、所定の条件を満足するような関係を持たせてスポット溶接により接続するようにしたものに関する。
【０００２】
【従来の技術】
面状ヒータの内、例えば、フィルムヒータ１０１は、図７に示すような構成になっている。フィルムヒータ１０１は、図７に示すように、全体に薄肉のフィルム状をなしていて、その断面構造を示すと、図８に示すようになっている。まず、ベースフィルム１０３があり、このベースフィルム１０３は、例えば、ＰＥＴフィルム（ポリエステルフィルム）、ポリイミドフィルム、ポリフェニレンサルファイドフィルム等より構成されている。上記ベースフィルム１０３上には、所定のパターンで構成されたヒーターパターン１０５が設けられている。このヒーターパターン１０５は、例えば、アルミニウム、ニッケルクロム、ステンレス等の金属をエッチングすることにより、箔状のものとして得られる。このヒーターパターン１０５上には、オーバーコート１０７が設けられている。このオーバーコート１０７としては、例えば、ラミネートフィルムが使用される。
【０００３】
上記フィルムヒータ１０１の接続部１０９においては、ヒーターパターン１０５の幅が若干広くなっているとともに、その端部には接続端子部１１１、１１３が設けられている。これら接続端子部１１１、１１３には、次のような接続処理が施されている。すなわち、図８に示すように、ベースフィルム１０３の裏面側には、補強板１１５が粘着剤１１７によって接着・固定されている。この補強板１１５は、例えば、ＰＥＴフィルムから構成されている。次に、ハトメ１１９を打ち込む。このハトメ１１９は、例えば、黄銅製であって、図に示すように、中空パイプ状をなしている。
【０００４】
上記ハトメ１１９内には、リード線１２１の導体部分１２１ａが挿入され、その状態でハンダ付けがなされる（図中ハンダ付け部を符合１２３で示す）。それによって、ヒーターパターン１０５側とリード線１２１側とを接続するものである。このような接続処理をヒーターパターン１０５の二個の接続端子部１１１、１１３について同様に施すものである。
【０００５】
上記図７及び図８に示したフィルムヒータ１０１の場合には、その接続端子部１１１、１１３において、ハトメ１１９を使用した接続処理を行っているが、それ以外にも、図９に示すように、スポット溶接によって、リード線１２１の導体部１２１ａをヒーターパターン１０５に直接接続する方法がある。図中符合１２５、１２７は、スポット溶接に使用するスポット溶接機の電極を夫々示している。
【０００６】
又、上記スポット溶接により接続するものとして、例えば、特開昭４８−６３３６号公報に示すようなものがある。これを図１０に示す。まず、アルミ箔面発熱体２０１があり、このアルミ箔面発熱体２０１の上には、アルミ箔面発熱素子２０３が取付けられている。上記アルミ箔面発熱素子２０３上には、絶縁プラスチックス２０５が取付けられている。一方、銅撚電線２０７があり、この銅撚電線２０７の一部は露出されていて、芯線２０９が露出した状態になっている。又、図中符合２１１は、芯線２０９のアルミ表皮を示している。上記芯線２０９は、アルミ箔端子部２１３上に載置されている。
【０００７】
上記構成において、抵抗スポット溶接機の電極２１５、２１７を図示するようにセットする。その状態で、電極２１５、２１７に所定の電圧を印加し、芯線２０９ののアルミ表皮を溶融させるとともに、アルミ箔端子部２１３のアルミをも溶融させて、両者を融着させる。それによって、銅撚電線２０７側とアルミ箔面発熱体２０１側とを接続するものである。
【０００８】
このように、リード線側とヒーターパターン側とを接続する方法としては、図７及び図８に示すように、ハトメ１１９を使用した方法や、図９及び図１０に示すように、スポット溶接による方法等があるが、それ以外にも、図示しない接続端子を使用して、リード線の導体部２１ａとヒーターパターン５を接続する方法がある。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来の構成によると次のような問題があった。まず、図７及び図８に示すようなハトメ１１９を使用した接続の場合には、ハトメ１１９という部品を使用しなければならず、接続作業が煩雑であるという問題があるとともに、その接続部において、電気的接続部が部分的になってしまうおそれがあり、場合によっては断線状態になってしまうという問題があった。つまり、図８に示すように、リード線１２１の導体部１２１ａは、ハトメ１１９内に挿入されていて、導体部１２１ａとハトメ１１９との間には、ハンダ１２３が溶融・充填され、それによって、必要な電気的接続構造が得られる。しかしながら、上記ハンダ１２３が溶融・充填が不十分であったような場合には、上記したように、電気的接続部が部分的になってしまったり、場合によっては断線状態になってしまうことがあったものである。
又、図９及び図１０に示すようなスポット溶接による接続の場合には、基本的に、接続後における機械的強度、とくに、引張強度が不十分であるという問題があった。例えば、その断面積が０．７５ｍｍ^２のリード線１２１を例にとると、このリード線１２１に対しては、ヒーターパターン１０５の厚みとして５０μｍのものが限界であり、それ以上薄いヒーターパターン５、例えば、厚みが３０μｍのヒーターパターン１０５に対しては、リード線１２１の導体部１２１ａを溶融させようとすると、ヒーターパターン１０５自体が飛んでしまうことになる。逆にいうと、ヒーターパターン１０５の厚みが決まっている場合には、それに対して、スポット溶接により接続可能なリード線１２１の断面積は大きく制限されることになり、結局、リード線１２１側とヒーターパターン１０５側との接続部の面積が小さくなってしまうことになる。そのため、上記したように、接続後における機械的強度、とくに、引張強度が不十分になってしまうものである。
又、通常、フィルムヒータのような面状ヒータを使用する場合には、用途に合った形状の中で、要求される定格電圧、電力を得るために、ヒーターパターンを構成する箔の厚みを任意に選択できる必要がある。そして、例えば、ステンレス製の箔等のように、高体積抵抗率で高価なものについては、それを薄くすることによって、単位面積当たりの抵抗値を上げたり、材料コストを下げることが行われている。一方、そのような箔に接続されるリード線をみてみると、フィルムヒータに流れる電流値とリード線の端末に加工される端子との適合性から、適当な断面積のリード線が選ばれる必要がある。
しかしながら、既に述べたように、箔とリード線とをスポット溶接により接続する場合には、所望の機械的強度を得るためには、その対応が一義的に決定されてしまうことになり、組合せの自由度（箔の厚みとリード線の断面積との組合せの自由度）が大きく制限されてしまうことになる。
又、図示していなが、別部品としての接続端子を使用して接続する場合には、当然のことながら、部品としての接続端子を用意しなければならず、又、それを使用した接続作業も煩雑であった。
【００１０】
上記したような問題に対しては、例えば、特開平６−１５１０３９号公報内に開示されているような接続方法を使用することが考えられる。それを図１１及び図１２に示す。図１１に示すように、まず、箔状発熱体の端末部３０１があり、この端末部３０１は９０°折曲げられていて、その先端部３０３はさらに折曲げられて二重になっている。図中折曲部を符合３０３ａで示す。一方、リード線３０５があり、このリード線３０５の芯線３０５ａが上記二重になっている部分に添わされている。そして、図示するような状態でスポット溶接を行い接続するものである。このような方法をとる理由は、接続部近辺の電流密度を小さくすることができるからであるとしている。
【００１１】
又、同様の趣旨に基づいて、図１２に示すような方法についても記載されている。この場合には、端末部３０１の先端部３０３を折曲げて二重にする代わりに、添え板３０７を添わせ、先端部３０３と添え板３０７との間にリード線３０５の芯線３０５ａを配置した状態で、スポット溶接を行うものである。
【００１２】
しかしながら、特開平６−１５１０３９号公報に記載されているものは、単に、図１１又は図１２に示すような二重構造によりスポット溶接を行うというものであり、その際、どのような条件を意図して二重構造にするかについては何等開示されておらず、よって、より好ましい条件で所望の接続構造を得る上では不十分であった。
【００１３】
本発明はこのような点に基づいてなされたものでその目的とするところは、リード線の導体部とヒーターパターンを構成する箔の端部をスポット溶接によって接続する場合に、良好な接続状態を提供できるようにするとともに、箔の厚みとリード線の導体部の断面積との組合せの自由度を拡大することができる面状ヒータのリード線接続方法を提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するべく本願発明の請求項１による面状ヒータのリード線接続方法は、面状ヒータのヒーターパターンを構成する箔とリード線の導体部とをスポット溶接により接続する面状ヒータのリード線接続方法において、箔の端部を多層化して多層化部を構成し、該多層化部にリード線の導体部を添わせてスポット溶接し、その際、単位投影面積当たりの箔の体積（Ｖ_１）と単位投影面積当たりのリード線の導体部の体積（Ｖ_２）との間に、次の式（ＩＩ）が成立するように、上記多層化部の層数を設定するようにしたことを特徴とするものである。
Ｖ_２／Ｖ_１＜１５ ― ― ― ―（ＩＩ）
又、請求項２による面状ヒータのリード線接続方法は、請求項１記載の面状ヒータのリード線接続方法において、箔はニッケルとクロムの内少なくとも一方を含む合金から構成されていることを特徴とするものである。
又、請求項３による面状ヒータのリード線接続方法は、請求項１又は請求項２記載の面状ヒータのリード線接続方法において、リード線の導体部は軟銅線から構成されることを特徴とするものである。
【００１５】
【作用】
すなわち、本発明による面状ヒータのリード線接続方法の場合には、箔の端部を多層化して多層化部を構成することにより、上記式（ＩＩ）を満足するような状態を設定し、その状態でスポット溶接を施すようにしたものである。つまり、箔の端部を多様化して多層化部を構成することにより、リード線の導体部側との熱容量のバランスをとるようにして、リード線の導体部が溶融する前に、ヒーターパターンの箔が飛んでしまうようなことを無くそうとするものである。その目安となるのが、式（ＩＩ）である。
【００１６】
【実施例】
以下、図１乃至図６を参照して本発明の第１実施例を説明する。図１は、本実施例による面状ヒータのリード線接続方法を実施する様子を示す斜視図であり、まず、面状ヒータとしてのフィルムヒータのヒーターパターンを構成する箔１がある。上記箔１としては、ニッケル、クロムの内少なくとも一方を含んだ金属合金製であり、具体的には、ステンレス製、ニクロム製のものである。上記箔１の端部は折曲げられていて、該折曲部１ａは折曲部手前の部分に重合されていて、二重構造になっている。その部分を多層化部９として示す。その二重構造になっている部分に、リード線３の導体部３ａが添えられている。その状態で、スポット溶接機の一対の電極５、７を図示するように配置し、該電極５、７に所定の電圧を印加してスポット溶接を施す。上記リード線３は、その導体部３ａが軟銅製のものであり、又、錫、ニッケル、銀の鍍金を施したものでもよい。
【００１７】
又、図１では、箔１を二重に折曲げた構造としたが、例えば、図２に示すように、三重になるように折曲げるようにしてもよい。この場合には、折曲部１ａ、１ｂが重合されている。つまり、箔１の厚みとリード線３の導体部３ａの断面積との関係で、次のような条件を満足することを意図して、箔１の端部を多層化部９とするものである。
【００１８】
すなわち、単位投影面積当たりの箔１の体積（Ｖ_１）と単位投影面積当たりのリード線３の導体部３ａの体積（Ｖ_２）との間に、次の式（Ｉ）が成立するように設定するものとする。
Ｖ_２／Ｖ_１＜２０−−−−（Ｉ）
ここで、上記単位投影面積当たりの箔１の体積（Ｖ_１）と単位投影面積当たりのリード線３の導体部３ａの体積（Ｖ_２）について、図３乃至図６を参照して説明する。まず、単位投影面積当たりの箔１の体積（Ｖ_１）は、図３及び図４に示すように、リード線導体径に等しい長さ（ｄ）における体積であり、次の式（ＩＩＩ）によって示されるものである。
Ｖ_１＝ｄ×ｄ×ｈ−−−−−（ＩＩＩ）
但し、ｈは箔１の厚みである。
又、単位投影面積当たりのリード線３の導体部３ａの体積（Ｖ_２）は、図５及び図６に示すように、単位長さ（ｄ）における体積であり、次の式（ＩＶ）によって示されるものである。
Ｖ_２＝π×ｒ^２×ｄ−−−−−（ＩＶ）
上記式（ＩＩＩ）及び（ＩＶ）によって算出される値に基づいて、（Ｖ_２／Ｖ_１）を求め、その値が上記式（Ｉ）を満足するように設定するものである。そして、式（Ｉ）を満足させるべく、箔１の端部を多層化して、多層化部９を構成するものである。したがって、箔１の厚み（ｈ）、リード線３の導体部３ａの断面積によって、箔１の端部を二重構造にすればよい場合と、三重構造以上に折曲げなければいけない場合とが出て来るものである。
そして、このような状態を設定することにより、リード線３の導体部３ａ側
の熱容量と箔１の端部の熱容量とのバランスをとり、スポット溶接を施した場合に、リード線３の導体部３ａが溶融する前に、箔１が飛んでしまうようなことを無くそうとするものである。
【００１９】
ここで、図１に示す二重構造を採用した場合の試験例を表１に示す。
尚、表１では、二重構造を採用した場合の試験例と、そうでない比較例とを混在させた状態で示している。又、試験条件、すなわち、スポット溶接の条件としては、３００（Ｗ・Ｓ）を３／１０００〜５／１０００秒だけ印加している。
【００２０】
【表１】

【００２１】
ここで、表１を参照しながら、本実施例による効果を説明する。表１は、横方向に箔１の厚みをとり（６０μｍ、５０μｍ、３０μｍ）、縦方向にリード線３の導体部３ａの断面積をとって（０．２ｍｍ^２、０．３ｍｍ^２、０．５ｍｍ^２、０．７５ｍｍ^２、１．２５ｍｍ^２）、夫々の対応において、既に説明した（Ｖ_２／Ｖ_１）の値を示すとともに、そのときの結果を〇（良好）、△（略良好）、×（不良）の何れかで示したものである。
尚、〇（良好）、△（略良好）、×（不良）は、スポット溶接時に箔１が飛んでしまったかどうか、スポット溶接後における引張強度試験で必要な引張強度を得られたかどうか、等を目安に判定されたものである。
【００２２】
例えば、箔１の厚み（ｈ）が３０μｍの場合をみてみると、その断面積が０．２ｍｍ^２、０．３ｍｍ^２のリード線３の場合には、（Ｖ_２／Ｖ_１）の値が夫々１１．１、１４．３となり、結果も良好であるが、その断面積が０．５ｍｍ^２、０．７５ｍｍ^２のリード線３の場合には、（Ｖ_２／Ｖ_１）の値が夫々１６．７、２２．７となり、結果も、略良好、不良であった。つまり、箔１の厚み（ｈ）が３０μｍの場合には、その断面積が０．２ｍｍ^２、０．３ｍｍ^２のリード線３に対しては良好に対応できるものの、その断面積が０．５ｍｍ^２、０．７５ｍｍ^２のリード線３に対しては、略良好な場合もあるが、決して好ましい対応であるとはいえない。
これに対して、箔１の厚み（ｈ）が３０μｍの場合において、これを折曲げて二重にした場合には、その断面積が０．２ｍｍ^２のリード線３に対しては、（Ｖ_２／Ｖ_１）の値が５．５６となり、その断面積が０．３ｍｍ^２のリード線３に対しては、（Ｖ_２／Ｖ_１）の値が７．１４となり、その断面積が０．７５ｍｍ^２のリード線３に対しては、（Ｖ_２／Ｖ_１）の値が１１．４となり、何れの場合にも、（Ｖ_２／Ｖ_１）の値が式（Ｉ）を満足するようなものとなり、且つ、その結果も良好であった。
【００２３】
尚、（Ｖ_２／Ｖ_１）の値が式（Ｉ）を満足する場合には、略良好（△）の場合を含めて殆どの場合が良い結果であるが、これをさらに高い確率で良好なものとしようとした場合には、（Ｖ_２／Ｖ_１）の値が次の式（ＩＩ）を満足するように設定することになる。
Ｖ_２／Ｖ_１＜１５−−−−（Ｉ）
【００２４】
又、箔１の厚み（ｈ）が５０μｍの場合には、その断面積が０．５ｍｍ^２のリード線３に対しては、（Ｖ_２／Ｖ_１）の値が１０となり良好な結果が得られ、その断面積が０．７５ｍｍ^２のリード線３に対しては、（Ｖ_２／Ｖ_１）の値が１３．６となり良好な結果が得られ、その断面積が１．２５ｍｍ^２のリード線３に対しては、（Ｖ_２／Ｖ_１）の値が１６．７となり、結果は不良であった。よって、箔１の厚み（ｈ）が５０μｍの場合には、その断面積が０．５ｍｍ^２、０．７５ｍｍ^２の場合にのみ良好に対応できることになる。これに対して、箔１の厚み（ｈ）が３０μｍの場合と同様に、それを二重に折り曲げることにより、箔１の厚み（ｈ）が３０μｍの場合と同じように、より断面積が大きなリード線３に対しても良好に対応できるようになる。
【００２５】
又、箔１の厚み（ｈ）が６０μｍの場合には、その断面積が０．７５ｍｍ^２のリード線３に対しては、（Ｖ_２／Ｖ_１）の値が１１．４となり良好な結果が得られ、その断面積が１．２５ｍｍ^２のリード線３に対しては、（Ｖ_２／Ｖ_１）の値が１３．９となり略良好な結果が得られた。よって、箔１の厚み（ｈ）が６０μｍの場合には、その断面積が０．７５ｍｍ^２の場合にのみ良好に対応できることになる。これに対して、箔１の厚み（ｈ）が３０μｍの場合と同様に、それを二重に折り曲げることにより、箔１の厚み（ｈ）が３０μｍの場合と同じように、より断面積が大きなリード線３に対しても良好に対応できるようになる。
【００２６】
尚、本発明は前記一実施例に限定されるものではない。前記一実施例では、箔１の端部を二重、三重にすることにより、（Ｖ_２／Ｖ_１）の値が式（Ｉ）を満足するように設定したが、四重以上に折曲げることにより、（Ｖ_２／Ｖ_１）の値が式（Ｉ）を満足するように設定することも考えられる。要は、箔の端部を多層化して多層化部を構成することにより、（Ｖ_２／Ｖ_１）の値が式（Ｉ）を満足するように設定した上で、スポット溶接を施すようにすればよいものである。
又、（Ｖ_２／Ｖ_１）の値が式（ＩＩ）を満足するように設定すればさらに良好な結果を得ることができることは既に説明した通りである。
又、前記一実施例では、面状ヒータとして、フィルムヒータを例にとって説明しているが、マイカヒータについても同様に適用できる。
【００２７】
【発明の効果】
以上詳述したように本発明による面状ヒータのリード線接続方法によると、箔の端部を多層化して多層化部を構成し、式（Ｉ）を満足するような状態を設定して、リード線の導体部側の熱容量と箔側の熱容量とのバランスをとるようにし、その状態でスポット溶接を施すようにしているので、良好な接続状態を得ることができるとともに、接続部の機械的強度も充分なものとなる。そして、箔の厚みとリード線の導体部の断面積との間の組合の自由度を拡大することができ、それによって、多様化した要求に対しても容易に対応することができるようになった。
又、式（ＩＩ）を満足させるように設定すれば、さらに高い効果を得ることができるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例を示す図で箔の端部を二重にした状態で箔とリード線の導体部をスポット溶接により接続する様子を示す斜視図である。
【図２】本発明の一実施例を示す図で箔の端部を三重にした状態で箔とリード線の導体部をスポット溶接により接続する様子を示す斜視図である。
【図３】本発明の一実施例を示す図で単位投影面積当たりの箔の体積（Ｖ_１）を説明するための図である。
【図４】本発明の一実施例を示す図で単位投影面積当たりの箔の体積（Ｖ_１）を説明するための図である。
【図５】本発明の一実施例を示す図で単位投影面積当たりのリード線の導体部の体積（Ｖ_２）を説明するための図である。
【図６】本発明の一実施例を示す図で単位投影面積当たりのリード線の導体部の体積（Ｖ_２）を説明するための図である。
【図７】従来例を示す図でフィルムヒータの平面図である。
【図８】従来例を示す図でフィルムヒータのリード線との接続部の構成を示す断面図である。
【図９】従来例を示す図で箔とリード線の導体部をスポット溶接により接続する様子を示す斜視図である。
【図１０】従来例を示す図で箔とリード線の導体部をスポット溶接により接続する様子を示す図である。
【図１１】従来例を示す図で箔とリード線の導体部をスポット溶接により接続する様子を示す斜視図である。
【図１２】従来例を示す図で箔とリード線の導体部をスポット溶接により接続する様子を示す斜視図である。
【符合の説明】
１ヒーターパターンを構成する箔
１ａ箔の端部の折曲部
１ｂ箔の端部の折曲部
３リード線
３ａリード線の導体部
５スポット溶接機の電極
７スポット溶接機の電極
９多層化部

Claims

面状ヒータのヒーターパターンを構成する箔とリード線の導体部とをスポット溶接により接続する面状ヒータのリード線接続方法において、
箔の端部を多層化して多層化部を構成し、該多層化部にリード線の導体部を添わせてスポット溶接し、その際、単位投影面積当たりの箔の体積（Ｖ_１）と単位投影面積当たりのリード線の導体部の体積（Ｖ_２）との間に、次の式（ＩＩ）が成立するように、上記多層化部の層数を設定するようにしたことを特徴とする面状ヒータのリード線接続方法。
Ｖ_２／Ｖ_１＜１５ ― ― ― ―（ＩＩ）
請求項１記載の面状ヒータのリード線接続方法において、
箔はニッケルとクロムの内少なくとも一方を含む合金から構成されていることを特徴とする」ものである。
請求項１又は請求項２記載の面状ヒータのリード線接続方法において、
リード線の導体部は軟銅線から構成されることを特徴とするものである。