JP5888260B2

JP5888260B2 - 発熱装置

Info

Publication number: JP5888260B2
Application number: JP2013027279A
Authority: JP
Inventors: 谷口　敏尚; 敏尚谷口; 芳彦白石; 坂井田　敦資; 敦資坂井田; 岡本　圭司; 圭司岡本; 啓太齋藤
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2012-05-30
Filing date: 2013-02-15
Publication date: 2016-03-16
Anticipated expiration: 2033-02-15
Also published as: CN104335677B; WO2013179836A1; DE112013002761T5; CN104335677A; US20150122799A1; JP2014007140A

Description

本発明は、通電されることによって発熱する発熱抵抗体を備える発熱装置に関するものである。

従来より、２枚のラバーシートの間に、ワイヤー状の発熱抵抗体が複数備えられてなる発熱装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。このような発熱装置は、発熱抵抗体が通電されることによって発熱し、ラバーシートの一面が任意の温度に加熱されて用いられる。

特開平９−６３７５５号公報

しかしながら、上記発熱装置は、発熱抵抗体がワイヤーで構成されており、１つなぎとされている。つまり、発熱する部分が連続して配置されており、ヒートマス（熱容量）が大きくなる。

ところで、上記発熱装置は、例えば、車室内において、ステアリングコラムの下面に配置され、乗員の足元近傍を輻射熱によって温める暖房装置として用いられる。この場合、乗員の手足が発熱装置に接触してしまうことがあり、発熱抵抗体のヒートマスが大きいと接触箇所から乗員に大きな熱量が印加されて乗員が火傷をしてしまう可能性がある。

本発明は上記点に鑑みて、発熱装置に接触したとしても接触箇所から大きな熱量が印加されることを極力抑制できる発熱装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、請求項１および２に記載の発明では、熱可塑性樹脂を含んで構成され、表面（１０ａ）および表面と反対側の裏面（１０ｂ）を有し、厚さ方向に貫通する複数のビアホール（１１）が形成された絶縁基材（１０）と、複数のビアホールのそれぞれに配置され、通電されることにより発熱する発熱抵抗体（４０）とを備えていることを特徴としている。そして、請求項１に記載の発明では、絶縁基材の表面側には、所定の発熱抵抗体と接続される複数の表面パターン（２１）が配置され、絶縁基材の裏面側には、所定の発熱抵抗体と接続される複数の裏面パターン（３１）が配置され、複数のビアホールは、それぞれ厚さ方向が長手方向とされ、複数の発熱抵抗体は、それぞれ厚さ方向が長手方向とされていると共に、表面パターンおよび裏面パターンによって直列に接続された発熱抵抗体群（４２）を複数構成しており、複数の発熱抵抗体群は、絶縁基材の表面または裏面に配置された給電部（９１、９２）と接続されることによって並列に接続されていることを特徴としている。また、請求項２に記載の発明では、絶縁基材の表面側には、複数の発熱抵抗体と電気的に接続される１つの表面パターン（２１）が配置され、絶縁基材の裏面側には、複数の発熱抵抗体とそれぞれ電気的に接続され、互いに離間している複数の裏面パターン（３１）が配置され、複数のビアホールは、それぞれ厚さ方向が長手方向とされており、複数の発熱抵抗体は、それぞれ厚さ方向が長手方向とされていると共に、表面パターンおよび裏面パターンによって並列に接続されていることを特徴としている。

これによれば、複数の発熱抵抗体は少なくとも一部が並列に接続されているため、１つの発熱抵抗体のヒートマスを小さくできる。また、熱可塑性樹脂を含む絶縁基材に複数の発熱抵抗体が離間して配置されているため、絶縁基材によって平面方向の熱の移動が妨げられる。したがって、発熱装置に人の手足が接触した場合、接触箇所から大きな熱量が印加されることを極力抑制できる。

なお、この欄および特許請求の範囲で記載した各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。

本発明の第１実施形態における発熱装置の表面側の平面図である。図１に示す発熱装置の裏面側の平面図である。図１および図２中のIII−III線に沿った断面図である。図１に示す発熱装置の製造工程を示す断面図である。図１に示す発熱装置の適用事例を示す図である。（ａ）は従来の発熱装置の接触領域から印加される熱量を示す模式図、（ｂ）は図１に示す発熱装置の接触領域から印加される熱量を示す模式図である。本発明の第２実施形態における発熱装置の平面図である。図７中のVIII−VIII線に沿った断面図である。図７中のIX−IX線に沿った断面図である。

以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、同一符号を付して説明を行う。

（第１実施形態）
本発明の第１実施形態について図面を参照しつつ説明する。図１〜図３に示されるように、本実施形態の発熱装置１は、絶縁基材１０、表面保護部材２０、裏面保護部材３０が一体化され、この一体化されたものの内部に発熱抵抗体４０が配置されて構成されている。

なお、図１は、理解をし易くするために、表面保護部材２０を省略して示してある。また、図２は、理解をし易くするために、裏面保護部材３０を省略して示してある。そして、図１および図２は、断面図ではないが、発熱抵抗体４０にハッチングを施してある。

絶縁基材１０は、本実施形態では、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）やポリエーテルイミド（ＰＥＩ）を含んで構成される平面矩形状の熱可塑性樹脂フィルムによって構成されている。そして、この絶縁基材１０には、厚さ方向に貫通する複数のビアホール１１が形成されている。

なお、本実施形態では、１６８個のビアホール１１が形成されているが、これらのビアホール１１は１４個毎に固まって形成されている。また、本実施形態では、ビアホール１１が表面１０ａから裏面１０ｂに向かって径が一定とされた円筒状とされているが、ビアホール１１は表面１０ａから裏面１０ｂに向かって径が小さくなるテーパ状とされていてもよいし、角筒状とされていてもよい。

そして、各ビアホール１１には、発熱抵抗体４０が配置されている。言い換えると、発熱抵抗体４０の間に絶縁基材１０が配置されており、各発熱抵抗体４０は絶縁基材１０によって分離されて配置されている。特に限定されるものではないが、発熱抵抗体４０は、Ｎｉ−Ｓｎ等の金属粒子を含む導電性ペーストが焼結されることによって構成される。

絶縁基材１０の表面１０ａには、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）やポリエーテルイミド（ＰＥＩ）を含む平面矩形状の熱可塑性樹脂フィルムからなる表面保護部材２０が配置されている。この表面保護部材２０は、絶縁基材１０と平面形状が同じ大きさとされており、絶縁基材１０と対向する一面２０ａ側に、固まって配置された２つの発熱抵抗体４０と接続される複数の表面パターン２１が形成されている。そして、この表面パターン２１が各発熱抵抗体４０と適宜電気的に接続されている。

絶縁基材１０の裏面１０ｂには、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）やポリエーテルイミド（ＰＥＩ）を含む熱可塑性樹脂フィルムからなる平面矩形状の裏面保護部材３０が配置されている。この裏面保護部材３０は、絶縁基材１０と平面形状が同じ大きさとされており、絶縁基材１０と対向する一面３０ａ側に、異なる表面パターン２１と接続され、固まって配置された２つの発熱抵抗体４０と接続される複数の裏面パターン３１が形成されている。そして、この裏面パターン３１が各発熱抵抗体４０と適宜電気的に接続されている。

これにより、本実施形態では、複数の発熱抵抗体４０が表面パターン２１および裏面パターン３１を介して直列に接続された発熱抵抗体群４２が複数構成されている。本実施形態では１４個の発熱抵抗体４０が直列に接続された発熱抵抗体群４２が１２個形成されている。なお、発熱抵抗体群４２の各端部を構成する発熱抵抗体４０は、裏面パターン３１と接続されていない。

また、裏面保護部材３０には、各発熱抵抗体群４２の一端部を構成する発熱抵抗体４０と接続される第１給電部９１と、各発熱抵抗体群４２の他端部を構成する発熱抵抗体４０と接続される第２給電部９２とが形成されている。そして、各発熱抵抗体群４２が第１、第２給電部９１、９２を介して並列に接続されている。

また、裏面保護部材３０には、特に図示していないが、第１、第２給電部９１、９２と電気的に接続されると共に、裏面保護部材３０のうち絶縁基材１０側と反対側の一面から露出する層間接続部材が形成されている。そして、第１、第２給電部９１、９２は、この層間接続部材によって外部との電気的な接続が図れるようになっている。

以上が本実施形態における発熱装置１の構成である。次に、上記発熱装置１の製造方法について図４を参照しつつ説明する。なお、図４は、図１中のIII−III線に沿った断面図である。

まず、図４（ａ）に示されるように、絶縁基材１０を用意し、複数のビアホール１１をドリル等によって形成する。

次に、図４（ｂ）に示されるように、各ビアホール１１に導電性ペースト４１を充填する。なお、導電性ペースト４１は、Ｎｉ−Ｓｎ系の金属粒子にパラフィン等の有機溶剤を加えてペースト化したものが用いられる。

また、ビアホール１１に導電性ペースト４１を充填する方法（装置）としては、本出願人による特願２０１０−５０３５６号に記載の装置（方法）を採用すると良い。

簡単に説明すると、吸着紙６０を介して図示しない保持台上に、裏面１０ｂが吸着紙６０と対向するように絶縁基材１０を配置する。なお、吸着紙６０は、導電性ペースト４１の有機溶剤を吸収できる材質のものであれば良く、一般的な上質紙等が用いられる。そして、導電性ペースト４１を溶融させつつ、ビアホール１１内に導電性ペースト４１を充填する。これにより、導電性ペースト４１の有機溶剤が吸着紙６０に吸着され、ビアホール１１に金属粒子が密接して配置される。このようにして、導電性ペースト４１が充填された絶縁基材１０を用意する。

また、上記各工程とは別工程において、図４（ｃ）および図４（ｄ）に示されるように、表面保護部材２０および裏面保護部材３０のうち絶縁基材１０と対向する一面２０ａ、３０ａに銅箔等を形成する。そして、この銅箔を適宜パターニングすることにより、表面パターン２１が形成された表面保護部材２０、裏面パターン３１および第１、第２給電部９１、９２が形成された裏面保護部材３０を用意する。

その後、図４（ｅ）に示されるように、裏面保護部材３０、絶縁基材１０、表面保護部材２０を順に積層して積層体７０を構成する。具体的には、絶縁基材１０の表面１０ａ側に、各導電性ペースト４１が所定の表面パターン２１に接触する状態で表面保護部材２０を配置する。また、絶縁基材１０の裏面１０ｂ側に、各導電性ペースト４１が所定の裏面パターン３１または第１、第２給電部９１、９２と接触する状態で裏面保護部材３０を配置する。

続いて、図４（ｆ）に示されるように、この積層体７０を図示しない一対のプレス板の間に配置し、積層方向の上下両面から真空状態で加熱しながら加圧して積層体７０を一体化すると共に導電性ペースト４１を焼結して発熱抵抗体４０を構成する。これにより、上記発熱装置１が製造される。

このような発熱装置１は、例えば、図５に示されるように、車室内最前部にて車両計器板等を構成するインストルメントパネル８０の外側、より詳細にはステアリングコラムの下面に沿って配置され、乗員の足元周辺の即効暖房を行うものとして用いられる。

すなわち、車両は、通常、エンジン冷却水を熱源として車室内を暖房する暖房装置を備えているが、エンジン始動時等の場合には、エンジン冷却水から車室内暖房用の熱源を充分に得ることができず、車室内を暖めることが困難である。このため、上記発熱装置１を作動させることにより、乗員の足元周辺を即効暖房することができる。

なお、図５に示されるように、絶縁基材１０、表面保護部材２０、裏面保護部材３０は樹脂で構成されているため、ステアリングコラムの下面に沿って発熱装置１を折り曲げて配置することができる。また、特に図示しないが、上記発熱装置１は、例えば、車両の左右のドアのうち、ドア本体部の下方側（窓ガラスより下方側）に備えられていてもよい。

以上説明したように、本実施形態の発熱装置１は、複数の発熱抵抗体群４２が第１、第２給電部９１、９２によって並列に接続されている。このため、１つの発熱抵抗体群４２（発熱抵抗体４０）のヒートマスを小さくでき、上記図５のように発熱装置１を用いた場合、乗員が発熱装置１に接触したとしても接触箇所から大きな熱量が印加されることを極力抑制でき、乗員が火傷してしまうことを極力抑制できる。

また、絶縁基材１０に複数の発熱抵抗体４０が離間して配置されている。言い換えると、各発熱抵抗体４０の間に絶縁基材１０が配置されている。このため、絶縁基材１０によって平面方向（絶縁基材１０の面方向）に熱が移動することを抑制できる。したがって、上記図５のように発熱装置１を用いた場合、接触箇所近傍に位置しない発熱抵抗体４０の熱が接触箇所近傍の発熱抵抗体４０に伝達されることも極力抑制でき、乗員が火傷してしまうことをさらに抑制できる。

具体的に、発熱装置１に人の指が接触した場合について検討する。図６（ａ）に示されるような発熱抵抗体Ｊ４０が１つなぎ（例えば、ワイヤー状）とされている場合には、発熱抵抗体Ｊ４０のヒートマスが大きい。また、発熱抵抗体Ｊ４０が１つなぎとされているため、発熱抵抗体Ｊ４０内を熱が移動し易い。このため、例えば、人の指が表面保護部材Ｊ２０に接触すると、接触箇所から大きな熱量が印加されて火傷してしまう可能性がある。

これに対し、本実施形態では、発熱抵抗体群４２を並列に接続しており、各発熱抵抗体群４２のヒートマスを小さくしている。また、発熱抵抗体４０の間に絶縁基材１０を配置しており、絶縁基材１０の面方向に熱が移動することを抑制している。このため、人の指が表面保護部材Ｊ２０に接触しても接触箇所から大きな熱量が印加されることを極力抑制でき、火傷してしまうことを極力抑制できる。

つまり、発熱装置１を上記図５に示すように用いた場合には、表面保護部材２０のうち絶縁基材１０側と反対側の一面の温度を乗員の足元近傍を温めるのに十分な温度に維持しつつ、乗員の手足が発熱装置１に接触したとしても火傷してしまうことを極力抑制できる。

また、発熱装置１は、複数のビアホール１１のそれぞれに発熱抵抗体４０が配置されて構成されている。このため、ビアホール１１を形成する場所やビアホール１１の大きさ、ビアホール１１の分布密度等を適宜変更することにより、面内の温度分布を容易に調整することができる。

（第２実施形態）
本発明の第２実施形態について説明する。本実施形態は、第１実施形態に対して、各発熱抵抗体４０を並列に接続したものであり、その他に関しては第１実施形態と同様であるため、ここでは説明を省略する。

図７〜図９に示されるように、本実施形態では、表面保護部材２０は、絶縁基材１０と対向する一面２０ａ側に１つの表面パターン２１が形成されている。そして、この表面パターン２１が各発熱抵抗体４０と電気的に接続されている。すなわち、各発熱抵抗体４０は同じ表面パターン２１と電気的に接続されている。

なお、図７は、理解をし易くするために、表面保護部材２０を省略して示してあり、断面図ではないが、層間接続部材４０にハッチングを施してある。また、表面保護部材２０には、特に図示していないが、表面パターン２１と電気的に接続されると共に、表面保護部材２０のうち絶縁基材１０側と反対側の一面から露出する層間接続部材が形成されている。そして、表面パターン２１は、この層間接続部材によって外部との電気的な接続が図れるようになっている。

裏面保護部材３０は、絶縁基材１０と対向する一面３０ａ側に発熱抵抗体４０と同じ数の裏面パターン３１が形成されている。そして、各裏面パターン３１が各発熱抵抗体４０と電気的に接続されている。つまり、本実施形態の発熱装置１は、表面パターン２１に対して各発熱抵抗体４０がそれぞれ並列に接続された構成とされている。

なお、裏面保護部材３０には、特に図示していないが、各裏面パターン３１と電気的に接続されると共に、裏面保護部材３０のうち絶縁基材１０側と反対側の一面から露出する層間接続部材が形成されている。そして、各裏面パターン３１は、この層間接続部材によって外部との電気的な接続が図れるようになっている。

このように、発熱抵抗体４０が表面パターン２１に対してそれぞれ並列に接続された発熱装置としても、上記第１実施形態と同様の効果を得ることができる。

また、本実施形態の発熱装置１は、選択的に発熱抵抗体４０を発熱させることができる。このため、例えば、所望の文字や数字、記号等を認識することができるように発熱抵抗体４０を発熱させることによって点字に変わるものとして利用されることが可能である。そして、このように発熱装置１を用いる場合、人の手等が発熱装置１に接触することになるが、上記のように接触箇所から大きな熱量が印加されることを極力抑制できるため、人が認識できる表面温度を保ちつつ、火傷してしまうこと極力抑制できる。

（他の実施形態）
上記第１実施形態では、裏面保護部材３０に裏面パターン３１および第１、第２給電部９１、９２が形成されたものを用意し、裏面保護部材３０、絶縁基材１０、表面保護部材２０を積層して一体化するものについて説明したが、例えば、次のようにしてもよい。すなわち、絶縁基材１０の裏面１０ｂに裏面パターン３１および第１、第２給電部９１、９２が形成されているものを用いて発熱装置１を構成してもよい。この場合は、図４（ａ）の工程を行う際、裏面パターン３１または第１、第２給電部９１、９２を底面とする有底のビアホール１１を形成し、図４（ｂ）の工程を行う際、吸着紙６０を用いずに導電性ペースト４１を各ビアホール１１に充填すればよい。同様に、上記第２実施形態において、絶縁基材１０の裏面１０ｂに裏面パターン３１が形成されているものを用いて発熱装置１を構成してもよい。

また、上記第１実施形態において、裏面保護部材３０、裏面パターン３１および第１、第２給電部９１、９２、絶縁基材１０、表面パターン２１、表面保護部材２０を順に積層して一体化してもよい。つまり、表面保護部材２０と表面パターン２１、裏面保護部材３０と裏面パターン３１および第１、第２給電部９１、９２とは積層体７０を一体化するまで別部材とされていてもよい。同様に、上記第２実施形態において、表面保護部材２０と表面パターン２１、裏面保護部材３０と裏面パターン３１とは積層体７０を一体化するまで別部材とされていてもよい。

そして、上記第１実施形態において、表面パターン２１および裏面パターン３１の形状を適宜変更することにより、第１、第２給電部９１、９２は、絶縁基材１０の表面１０ａに配置されていてもよい。

また、上記第２実施形態において、裏面保護部材３０のうち絶縁基材１０と対向する一面３０ａ側に１つの裏面パターン３１のみを形成するようにし、この裏面パターン３１と各発熱抵抗体４０とを電気的に接続するようにしてもよい。

１発熱装置
１０絶縁基材
１１ビアホール
２０表面保護部材
３０裏面保護部部材
４０発熱抵抗体

Claims

熱可塑性樹脂を含んで構成され、表面（１０ａ）および前記表面と反対側の裏面（１０ｂ）を有し、厚さ方向に貫通する複数のビアホール（１１）が形成された絶縁基材（１０）と、
前記複数のビアホールのそれぞれに配置され、通電されることにより発熱する発熱抵抗体（４０）と、を備え、
前記絶縁基材の表面側には、所定の前記発熱抵抗体と接続される複数の表面パターン（２１）が配置され、
前記絶縁基材の裏面側には、所定の前記発熱抵抗体と接続される複数の裏面パターン（３１）が配置され、
前記複数のビアホールは、それぞれ前記厚さ方向が長手方向とされ、
前記複数の発熱抵抗体は、それぞれ前記厚さ方向が長手方向とされていると共に、前記表面パターンおよび裏面パターンによって直列に接続された発熱抵抗体群（４２）を複数構成しており、
前記複数の発熱抵抗体群は、前記絶縁基材の表面または裏面に配置された給電部（９１、９２）と接続されることによって並列に接続されていることを特徴とする発熱装置。
熱可塑性樹脂を含んで構成され、表面（１０ａ）および前記表面と反対側の裏面（１０ｂ）を有し、厚さ方向に貫通する複数のビアホール（１１）が形成された絶縁基材（１０）と、
前記複数のビアホールのそれぞれに配置され、通電されることにより発熱する発熱抵抗体（４０）と、を備え、
前記絶縁基材の表面側には、前記複数の発熱抵抗体と電気的に接続される１つの表面パターン（２１）が配置され、
前記絶縁基材の裏面側には、前記複数の発熱抵抗体とそれぞれ電気的に接続され、互いに離間している複数の裏面パターン（３１）が配置され、
前記複数のビアホールは、それぞれ前記厚さ方向が長手方向とされ、
前記複数の発熱抵抗体は、それぞれ前記厚さ方向が長手方向とされていると共に、前記表面パターンおよび前記裏面パターンによって並列に接続されていることを特徴とする発熱装置。