JP6865945B2 - heater - Google Patents
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Description
本発明は、PTC(Positive TemperatureCoefficient)サーミスタ素子を用いたヒータに関する。 The present invention relates to a heater using a PTC (Positive Temperature Cofficient) thermistor element.
従来より、PTCサーミスタ素子を用いたヒータが知られている。PTCサーミスタ素子は低温で固有の抵抗値を持つために発熱体として作用し、かつ、キュリー温度以上では急激に抵抗値が増大して通電をカットするという自己温度制御機能を有しているので、安全性の高いヒータを実現することができる。近年では、温風ヒータや浴室暖房乾燥機等の温風用としての需要が増加している。 Conventionally, a heater using a PTC thermistor element has been known. The PTC thermistor element acts as a heating element because it has a unique resistance value at low temperatures, and has a self-temperature control function in which the resistance value rapidly increases above the Curie temperature to cut off energization. A highly safe heater can be realized. In recent years, there has been an increase in demand for hot air such as hot air heaters and bathroom heaters / dryers.
温風用のPTCヒータは、例えば、半導体セラミックよりなる発熱素子に一対の電極を配設したPTCサーミスタ素子をケースに収納した構造を有している。また、安全性の観点から、温風用のPTCヒータでは、PTCサーミスタ素子とケースとの間にポリイミドフィルム又はアルミナ基板等の絶縁物を配設した絶縁型とすることが好ましい(例えば、特許文献1参照)。絶縁物に求められる特性としては、第1に、PTCサーミスタ素子からケースへと熱を効率良く伝えるために、熱伝導性に優れていることが好ましい。第2に、製造工程上、PTCサーミスタ素子をケースの中に入れ、ケースを加締めるため、機械的衝撃に耐えるものである必要がある。第3に、PTCサーミスタ素子は品質上厚みにバラツキが生じるので、その厚みバラツキを吸収することができるフレキシブル性及びクッション性に優れていることが好ましい。 The PTC heater for warm air has, for example, a structure in which a PTC thermistor element in which a pair of electrodes are arranged on a heat generating element made of semiconductor ceramic is housed in a case. Further, from the viewpoint of safety, it is preferable that the PTC heater for warm air is an insulating type in which an insulating material such as a polyimide film or an alumina substrate is arranged between the PTC thermistor element and the case (for example, Patent Documents). 1). First, it is preferable that the insulator has excellent thermal conductivity in order to efficiently transfer heat from the PTC thermistor element to the case. Secondly, in the manufacturing process, the PTC thermistor element is put in the case and the case is crimped, so that it needs to withstand mechanical impact. Thirdly, since the thickness of the PTC thermistor element varies in quality, it is preferable that the PTC thermistor element has excellent flexibility and cushioning property capable of absorbing the thickness variation.
これらの特性について、ポリイミドフィルム及びアルミナ基板について検討すると、ポリイミドフィルムはフレキシブル性及び機械的衝撃(割れ)については優れているものの、熱伝導性が低く、クッション性(ゴム弾性)も不十分であるという問題があった。一方、アルミナ基板は、熱伝導性には優れているものの、フレキシブル性及びクッション性(ゴム弾性)に欠け、機械的衝撃(割れ)にも弱いという問題があった。そこで、これらの特性をバランス良く備えた新しい絶縁物の検討が求められていた。 Regarding these characteristics, when examining the polyimide film and the alumina substrate, the polyimide film is excellent in flexibility and mechanical impact (cracking), but has low thermal conductivity and insufficient cushioning property (rubber elasticity). There was a problem. On the other hand, although the alumina substrate is excellent in thermal conductivity, it lacks flexibility and cushioning property (rubber elasticity), and has a problem that it is also vulnerable to mechanical impact (cracking). Therefore, it has been required to study a new insulator having these characteristics in a well-balanced manner.
本発明は、このような問題に基づきなされたものであり、熱伝導性に優れ、機械的衝撃に強く、かつ、厚みバラツキを容易に吸収することができるヒータを提供することを目的とする。 The present invention has been made based on such a problem, and an object of the present invention is to provide a heater which is excellent in thermal conductivity, resistant to mechanical shock, and can easily absorb thickness variation.
本発明のヒータは、発熱素子に一対の電極層が配設されたPTCサーミスタ素子と、このPTCサーミスタ素子に一対の電極層の対向方向において対向するように配設された一対の電極板と、PTCサーミスタ素子及び一対の電極板を内部に収納するケースと、PTCサーミスタ素子及び一対の電極板と、ケースとの間に配設され、ガラスクロス層の両面にシリコン層が設けられた構成を有する絶縁シートとを備えたものである。 The heater of the present invention includes a PTC thermistor element in which a pair of electrode layers are arranged on a heat generating element, and a pair of electrode plates arranged so as to face the PTC thermistor element in a direction facing the pair of electrode layers. It has a configuration in which a case for accommodating a PTC thermistor element and a pair of electrode plates is arranged inside, and a silicon layer is provided on both sides of a glass cloth layer, which is arranged between the PTC thermistor element and a pair of electrode plates and the case. It is equipped with an insulating sheet.
本発明によれば、絶縁シートをガラスクロス層の両面にシリコン層を設けた構成としたので、絶縁シートについて、優れた絶縁性能に加えて、ポリイミドフィルムよりも優れた熱伝導性が得られ、かつ、フレキシブル性、クッション性(ゴム弾性)、及び、機械的衝撃にも強いという特性も得ることができる。よって、この絶縁シートを用いることにより、各PTCサーミスタ素子及び一対の電極板とケースとの絶縁を確保しつつ、PTCサーミスタ素子で発生した熱を効率よくケースに伝えることができる。従って、PTCサーミスタ素子の数が少なくても、沢山の消費電力を得ることができ、省スペース化を図ることができる。また、ケースを加締めても割れなどの発生を抑制することができ、かつ、PTCサーミスタ素子の厚みのバラツキを吸収することができる。 According to the present invention, since the insulating sheet has a structure in which silicon layers are provided on both sides of the glass cloth layer, the insulating sheet can obtain excellent thermal conductivity as compared with the polyimide film in addition to excellent insulating performance. In addition, it is possible to obtain properties such as flexibility, cushioning property (rubber elasticity), and resistance to mechanical impact. Therefore, by using this insulating sheet, it is possible to efficiently transfer the heat generated by the PTC thermistor element to the case while ensuring the insulation between each PTC thermistor element and the pair of electrode plates and the case. Therefore, even if the number of PTC thermistor elements is small, a large amount of power consumption can be obtained and space can be saved. Further, even if the case is crimped, the occurrence of cracks and the like can be suppressed, and the variation in the thickness of the PTC thermistor element can be absorbed.
更に、ガラスクロス層の縦糸及び横糸をケースの開口の対向方向に対して交差するように配設するようにすれば、ケースを加締めた時に引っ張られる力が働いでも伸びるので、切れの発生を抑制することができる。よって、歩留まりを向上させることができる。 Further, if the warp and weft of the glass cloth layer are arranged so as to intersect with each other in the opposite direction of the opening of the case, the pulling force when the case is crimped is extended even if it works, so that a break may occur. It can be suppressed. Therefore, the yield can be improved.
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
図1は、本発明の一実施の形態に係るヒータ1の構成を表わすものである。図2は、図1に示したII−II線に沿った断面構成を表すものである。図3は、図1に示したIII−III線に沿った断面構成を表すものである。このヒータ1は、例えば、温風用として好ましく用いられるものであり、複数のPTCサーミスタ素子11をケース12の内部に収納したヒータユニット10を備えている。
FIG. 1 shows the configuration of the heater 1 according to the embodiment of the present invention. FIG. 2 shows a cross-sectional configuration along the line II-II shown in FIG. FIG. 3 shows a cross-sectional configuration along the line III-III shown in FIG. The heater 1 is preferably used for warm air, for example, and includes a
各PTCサーミスタ素子11は、正温度特性を有し、キュリー温度以上において急激に抵抗が増大してそれ以上の温度上昇を制限することができるものである。各PTCサーミスタ素子11は、例えば、発熱素子11Aに一対の電極層11Bが配設された構成を有している。発熱素子11Aは、例えば、主成分としてチタン酸バリウム(BaTiO3)系化合物を含む焼結体よりなる半導体セラミック板により構成されている。一対の電極層11Bは、例えば、銀又はアルミニウムなどの金属により構成されており、発熱素子11Aの厚み方向において対向する面にそれぞれ設けられている。
Each PTC
各PTCサーミスタ素子11には、例えば、一対の電極層11Bの対向方向において対向するように、一対の電極板13が配設されている。各PTCサーミスタ素子11は、一対の電極板13の間に挟まれて並べて配設され、一対の電極板13に対して並列にそれぞれ接続されている。一対の電極板13は、例えば、ステンレス等の金属により構成され、一対の電極層11Bにそれぞれ当接されている。一対の電極板13には、例えば、一対の電線14がそれぞれ接続されている。これにより、各電線14は、一対の電極板13を介して、PTCサーミスタ素子11の一対の電極層11Bに対して電気的にそれぞれ接続されている。各電線14は、例えば、導線を被覆材で被覆した構成を有している。
Each PTC
ケース12は、例えば、アルミニウム等の高い熱伝導性及び加工容易性を有する材料により構成されている。ケース12は、例えば、両端に開口12A,12Bが設けられた中空体であり、具体的には、角筒状とされている。ケース12の両端に設けられた開口12A,12Bの少なくとも一方は、電線14を引き出すために利用される。なお、本実施の形態では、開口12Aから一方の電線14が引き出され、開口12Bから他方の電線14が引き出されている。開口12A,12Bには、例えば、閉鎖部材15A,15Bがそれぞれ配設され、閉鎖されている。
The
各PTCサーミスタ素子11及び一対の電極板13と、ケース12との間には、例えば、絶縁材料よりなる絶縁シート16が配設されている。具体的には、例えば、絶縁シート16により、各PTCサーミスタ素子11及び一対の電極板13のケース12と対向する側の周囲が覆われている。ケース12は、例えば、加締められることにより、PTCサーミスタ素子11と電極板13との積層方向において、電極板13及び絶縁シート16を介して、PTCサーミスタ素子11と接している。PTCサーミスタ素子11において発生した熱をケース12に効率的に伝達するためである。
An
絶縁シート16は、例えば、図4に示したように、ガラスクロス層16Aの両面にシリコン層16Bが設けられた構成を有している。この絶縁シート16は、絶縁性能に優れているのに加えて、ポリイミドフィルムよりも熱伝導性に優れ、かつ、フレキシブル性及びクッション性(ゴム弾性)を有し、更に、機械的衝撃にも強いという特性を有している。よって、この絶縁シート16を用いることにより、各PTCサーミスタ素子11及び一対の電極板13とケース12との絶縁を確保しつつ、PTCサーミスタ素子11で発生した熱を効率よくケース12に伝えることができ、更に、ケース12を加締めても割れなどの発生を抑制することができ、かつ、PTCサーミスタ素子11の厚みのバラツキを吸収することができるようになっている。
As shown in FIG. 4, for example, the
絶縁シート16は、ガラスクロス層16Aを構成する縦糸及び横糸の伸長方向が、ケース12の開口12A,12Bの対向方向に対して交差するように配設されることが好ましい。縦糸又は横糸のどちらかがケース12の開口12A,12Bの対向方向に対して平行となるように配設すると、ケース12を加締めた時に、引っ張られる力が働き、局所的に切れてしまう場合があるのに対して、交差するように配設すれば、引っ張られても伸びるので、切れの発生を抑制することができるからである。
The
ケース12の開口12A,12Bの対向方向に対する縦糸又は横糸の傾斜角度は、1°以上45°以下が好ましく、5°以上45°以下であればより好ましい。なお、ケース12の開口12A,12Bの対向方向に対する絶縁シート16の縦糸又は横糸の傾斜角度を変えて、ケース12を加締めた後の絶縁シート16の状態を観察した。具体的には、PTCサーミスタ素子11に一対の電極板13を配設し、それを絶縁シート16で覆ってケース12の内部に収納し、ケース12を加締めたのち、ケース12から取り出して絶縁シート16の状態を観察した。ケース12の開口12A,12Bの対向方向に対する縦糸又は横糸の傾斜角度は、0°、5°、又は、45°と変化させた。
The inclination angle of the warp or weft with respect to the facing direction of the
その結果、ケース12の開口12A,12Bの対向方向に対する縦糸又は横糸の傾斜角度を0°、すなわち、ケース12の開口12A,12Bの対向方向に対して縦糸又は横糸を平行とした場合には、絶縁シート16に切れが発生する不良率は14%程度であった。これに対して、ケース12の開口12A,12Bの対向方向に対する縦糸又は横糸の傾斜角度を5°とした場合、及び、45°とした場合では、いずれも、絶縁シート16に切れが発生する不良率は0%であった。すなわち、ガラスクロス層16Aの縦糸及び横糸が、ケース12の開口12A,12Bの対向方向に対して交差するようにすれば、不良の発生率を大幅に低減できることが分かる。
As a result, when the inclination angle of the warp or weft with respect to the facing direction of the
また、ケース12の外側には、例えば、絶縁シート16及び電極板13を介してPTCサーミスタ素子11と接している一対の側部に、ヒートシンク17がそれぞれ設けられている。なお、図3では、ヒートシンク17の表示を省略している。ヒートシンク17は、例えば、板材を山部と谷部とが繰り返される形状に折り曲げた蛇腹部17Aと、この蛇腹部17Aのケース12と反対側に設けられた板状部17Bとを有している。ヒートシンク17は、例えば、アルミニウム等の高い熱伝導性を有する材料により構成されている。ケース12の両端部には、例えば、樹脂製のブラケット18がそれぞれ配設されている。
Further, on the outside of the
このヒータ1は、例えば、次のようにして製造される。まず、例えば、発熱素子11Aに一対の電極層11Bを配設してPTCサーミスタ素子11を作製する。次いで、例えば、PTCサーミスタ素子11に一対の電極板13を配設し、一対の電極板13に一対の電線14をそれぞれ接続する。続いて、例えば、PTCサーミスタ素子11に一対の電極板13を配設したものを絶縁シート16で覆い、ケース12の内部に収納し、ケース12を加締める。これにより、PTCサーミスタ素子11と一対の電極板13との積層方向において、PTCサーミスタ素子11とケース12とを、電極板13及び絶縁シート16を介して接触させる。そののち、ケース12の開口12A,12Bから電線14を引き出して開口12A,12Bに閉鎖部材15A,15Bを配設し、ケース12の外側にヒートシンク17を配設する。
The heater 1 is manufactured, for example, as follows. First, for example, the
本実施の形態では、ガラスクロス層の両面にシリコン層が設けられた絶縁シート16を用いているので、絶縁シート16がフレキシブル性及びクッション性(ゴム弾性)を有し、機械的衝撃にも強くなっている。よって、ケース12を加締めても割れなどの発生が抑えられ、かつ、PTCサーミスタ素子11の厚みのバラツキを吸収することができる。更に、ガラスクロス層16Aの縦糸及び横糸がケース12の開口12A,12Bの対向方向に対して交差するように配設するようにすれば、ケース12を加締めた時に引っ張られる力が働いでも伸びることができ、切れの発生が抑制される。
In the present embodiment, since the insulating
また、このヒータ1は、次のように作用する。このヒータ1では、例えば、一対の電線14を介してPTCサーミスタ素子11に通電されると、発熱素子11Aが発熱する。発熱素子11Aから発せられた熱は、電極層11B、電極板13、絶縁シート16、及び、ケース12を介してヒートシンク17に伝わる。本実施の形態では、ガラスクロス層の両面にシリコン層が設けられた絶縁シート16を用いているので、絶縁シート16の熱伝導性に優れている。よって、PTCサーミスタ素子11で発生した熱を効率よくケース12に伝えることができ、PTCサーミスタ素子11の数が少なくても、沢山の消費電力を得ることができる。従って、省スペース化を図ることができる。
Further, the heater 1 operates as follows. In this heater 1, for example, when the
このように本実施の形態によれば、絶縁シート16をガラスクロス層16Aの両面にシリコン層16Bを設けた構成としたので、絶縁シート16について、優れた絶縁性能に加えて、ポリイミドフィルムよりも優れた熱伝導性が得られ、かつ、フレキシブル性、クッション性(ゴム弾性)、及び、機械的衝撃にも強いという特性も得ることができる。よって、この絶縁シート16を用いることにより、各PTCサーミスタ素子11及び一対の電極板13とケース12との絶縁を確保しつつ、PTCサーミスタ素子11で発生した熱を効率よくケース12に伝えることができる。従って、PTCサーミスタ素子11の数が少なくても、沢山の消費電力を得ることができ、省スペース化を図ることができる。また、ケース12を加締めても割れなどの発生を抑制することができ、かつ、PTCサーミスタ素子11の厚みのバラツキを吸収することができる。
As described above, according to the present embodiment, since the insulating
更に、ガラスクロス層16Aの縦糸及び横糸をケース12の開口12A,12Bの対向方向に対して交差するように配設するようにすれば、ケース12を加締めた時に引っ張られる力が働いでも伸びるので、切れの発生を抑制することができる。よって、歩留まりを向上させることができる。
Further, if the warp and weft of the
以上、実施の形態及び実施例を挙げて本発明を説明したが、本発明は上記実施の形態及び実施例に限定されるものではなく、種々変形可能である。例えば、上記実施の形態では、各構成要素について具体的に説明したが、他の構成を有してもよい。また、全ての構成要素を備えていなくてもよく、更に、他の構成要素を備えていてもよい。更に、上記実施の形態では、ヒータユニット10を1つ備える場合について説明したが、複数のヒータユニット10を連結してヒータ1を構成するようにしてもよい。
Although the present invention has been described above with reference to embodiments and examples, the present invention is not limited to the above embodiments and examples, and can be variously modified. For example, in the above-described embodiment, each component has been specifically described, but other components may be provided. Further, it may not have all the components, and may further include other components. Further, in the above embodiment, the case where one
PTCサーミスタ素子を用いたヒータに用いることができる。 It can be used for a heater using a PTC thermistor element.
1…ヒータ、10…ヒータユニット、11…PTCサーミスタ素子、11A…発熱素子、11B…電極層、12…ケース、12A,12B…開口、13…電極板、14…電線、15A,15B…閉鎖部材、16…絶縁シート、16A…ガラスクロス層、16B…シリコン層、17…ヒートシンク、17A…蛇腹部、17B…板状部、18…ブラケット 1 ... Heater, 10 ... Heater unit, 11 ... PTC thermistor element, 11A ... Heat generation element, 11B ... Electrode layer, 12 ... Case, 12A, 12B ... Opening, 13 ... Electrode plate, 14 ... Electric wire, 15A, 15B ... Closing member , 16 ... Insulation sheet, 16A ... Glass cloth layer, 16B ... Silicon layer, 17 ... Heat sink, 17A ... Bellows part, 17B ... Plate-shaped part, 18 ... Bracket
Claims (2)
このPTCサーミスタ素子に前記一対の電極層の対向方向において対向するように配設された一対の電極板と、
前記PTCサーミスタ素子及び前記一対の電極板を内部に収納するケースと、
前記PTCサーミスタ素子及び前記一対の電極板と、前記ケースとの間に配設され、ガラスクロス層の両面にシリコン層が設けられた構成を有する絶縁シートとを備え、
前記ケースは、加締められることにより、前記PTCサーミスタ素子と前記電極板との積層方向において、前記電極板及び前記絶縁シートを介して、前記PTCサーミスタ素子と接しており、
前記ケースは、両端に開口が設けられた中空体であり、
前記絶縁シートは、前記ガラスクロス層を構成する縦糸及び横糸の伸長方向が、前記ケースの開口の対向方向に対して交差するように配設され、
前記ケースの開口の対向方向に対する前記ガラスクロス層の縦糸又は横糸の傾斜角度は、5°以上45°以下である
ことを特徴とするヒータ。 A PTC thermistor element in which a pair of electrode layers are arranged on the heat generating element, and
A pair of electrode plates arranged so as to face the PTC thermistor element in the opposite direction of the pair of electrode layers, and a pair of electrode plates.
A case for accommodating the PTC thermistor element and the pair of electrode plates inside,
The PTC thermistor element and the pair of electrode plates are provided with an insulating sheet disposed between the case and having a structure in which silicon layers are provided on both sides of a glass cloth layer.
By crimping, the case is in contact with the PTC thermistor element via the electrode plate and the insulating sheet in the stacking direction of the PTC thermistor element and the electrode plate.
The case is a hollow body having openings at both ends.
The insulating sheet is arranged so that the extending directions of the warp threads and the weft threads forming the glass cloth layer intersect with each other in the opposite direction of the opening of the case.
A heater characterized in that the inclination angle of the warp or weft of the glass cloth layer with respect to the direction opposite to the opening of the case is 5 ° or more and 45 ° or less.
The heater according to claim 1, wherein the heater is for warm air.
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