JPH051195U - 電気加熱装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】正温度係数（ＰＴＣ）を持つ半導体加熱装置に
おいて加熱効率や信頼性を向上させる。 【構成】正の温度係数を有する複数の半導体発熱素子４
を導電板３及び絶縁板２と共にすべて細長い枠１たる中
空管１０の内部に収納し、両開口部１６、１７を第１及
び第２端子５、６で覆う。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は、電気加熱装置に係り、特に正温度係数（ＰＴＣ）を持つ全被覆タイ プのセラミック半導体絶縁加熱装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】

従来、正温度係数（ＰＴＣ）を持つ半導体加熱装置としては、例えば米国特許 第 4,037,082号に開示されているものがある。このＰＴＣ半導体加熱器は正温度 係数（ＰＴＣ）半導体発熱素子を用いたものであって、図７に示す様に、ＰＴＣ 半導体発熱素子2 と、上下の絶縁板3 、4 と、放熱板5 と、ＰＴＣ発熱素子2 及 び上下絶縁板3 、4 の積層体を入れる枠6 とで構成されている。

【０００３】

【考案が解決しようとする課題】

しかし、この従来のＰＴＣ加熱器にあっては、ＰＴＣ発熱素子2 は上下絶縁板 3 、4 の間に挟まれた状態でねじ等で枠6 と放熱板5 内に固定されているため、 加熱中ある素子が熱を受けて膨張して隙間が生じ、導電や伝熱の効果に影響し、 使用寿命が低減するという問題がある。

【０００４】 また、ＰＴＣ発熱素子2 には薄い金属電極10、11が互いに交互に設けられてい るので、精密に製作されていなければ、回路の短絡やスパークで火花が発生し意 外な事故の原因となるという問題もある。

【０００５】 さらに、この加熱装置では、端子20、22が枠6 を通して上部に引き出されるの で、枠6 内に複数のＰＴＣ素子を配置することは困難である。仮に長い基板5 の 上にＰＴＣ素子を複数配置するとねじ又はリベットで複数の枠6 を基板5 に固定 して複数のＰＴＣ素子を覆わなければならないから、非常に複雑となり製造コス トが大きく嵩むという問題もある。

【０００６】 本考案は、このような従来の問題点に鑑みてなされたもので、細長い枠内にＰ ＴＣ発熱素子を多数配置し得る電気加熱装置を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】

上記の目的を達成するための本考案は、内部が中空で両端に第１及び第２開口 部、側部に波形の凹槽をそれぞれ有する細長い伝熱導電性の枠と、前記枠内の底 部に置かれた絶縁板と、前記絶縁板の上に置かれた導電板と、前記導電板の上に 置かれ底面が前記導電板と接触しかつ上面が前記枠内の上部と接触する正温度係 数を有する複数の半導体発熱素子と、前記第１開口部に取り付けられ電源の第１ 電極に接続される第１端子と、前記第２開口部に取り付けられ電源の第２電極に 接続される第２端子と、前記枠の周囲に縦に並設された複数の放熱フィンとから 成ることを特徴とする。

【０００８】 また、本考案は、前記半導体発熱素子の上にさらに前記導電板及び前記絶縁板 とそれぞれ同種の第２導電板及び第２絶縁板を積み重ねこれらを前記枠内に挿入 して成ることを特徴とする。

【０００９】

【作用】

このように構成した本考案にあっては、半導体発熱素子の底面は導電板を介し て第１端子に接続され、かつその上面は枠の上板あるいは第２導電板を介して第 ２端子に接続されているため、第１端子と第２端子を電源に接続すると半導体発 熱素子は通電されて熱を発生し、この発生した熱は枠及びこの周囲の放熱フィン より放射されて加熱の用途に供される。その際、半導体発熱素子は枠内に格納さ れ枠の両端は第１及び第２端子で完全に覆われ、電気的にも完全な接触性が保た れているので、加熱効率が高く、湿気や天候等の外的影響も受けない。

【００１０】

【実施例】

以下、添付した図面を参照して本考案を詳細に説明する。 図１は本考案の一実施例に係る電気加熱装置の部品分解図、図２はその縦断面 図、図３はその横断面図である。

【００１１】 この電気加熱装置は、主として、細長い伝熱導電性の枠1 と、絶縁板2 と、導 電板3 と、セラミック半導体で製造された正の温度係数（ＰＴＣ）を有する複数 の発熱体素子4 と、電源の一方の電極に接続される第１端子5 と、電源の他方の 電極に接続される第２端子6 と、前記枠1 の周囲に縦に並設される複数の放熱フ ィン7 とで構成される。

【００１２】 前記枠1 は矩形の断面を有する中空管10であり、互いに平行な上板12と下板13 及び両側板14、15と、枠1 の中央部を長手方向に貫通して中空管10の中空部を形 成する貫通孔11と、中空管10の両端にある第１及び第２開口部16、17と、上板12 の上面の四隅にそれぞれ凹部を設けてその直下面に丸突起を形成してなる複数の 粒状突起18と、上板12の上面の一端部に設けたストッパ19とからなる。

【００１３】 各側板14、15には図３に示す様に長手方向に波形の凹槽141 、151 を設けて弾 性を持たせている。これは、発熱体素子4 、導電板3 及び絶縁板2 が枠1 内に挿 着された時、波形凹槽141 、151 の弾性変形により内部を押圧して緊密性を持た せてスパークを防止するためである。 尚、中空管10の形は図示のような矩形のみならず、他の適当な形状でも良いこ とは言うまでもない。

【００１４】 前記絶縁板2 は電気絶縁材料で作られるが、適当な熱伝導性を有するものが良 い。例えばシリコンゴムやポリカーボネート等が好ましい。そしてこの絶縁板2 は断面がＵ字形であり、図３に示す様に、枠1 の下板13の上に水平に置かれる底 板21と、枠1 の上下板12、13の間に位置し底板21の両側端から垂直に伸長する側 壁22、23とからなる。

【００１５】 前記導電板3 は導電材料で作られ、絶縁板2 の底板21と同じ長さでこの上に置 かれる支持板31と、この支持板31上に等間隔で設けられ前記ＰＴＣ発熱体素子4 を互いに離して位置させる複数の突起311 と、支持板31の両側端に突設され前記 ＰＴＣ発熱体素子4 を挟持する突縁32、33と、支持板31の一端に連設し前記第１ 開口部16に位置して棒状孔341 及びこれと支持板31との間に槽状孔36並びに湾曲 部35を有する連結端板34とからなる。

【００１６】 前記ＰＴＣ発熱体素子4 は、図２及び図３に示す様に、導電板3 の支持板31と 接触する底部伝導面41と、枠1 の上板12と接触する上部伝導面42とを有する。

【００１７】 前記第１端子5 は、棒状孔511 と外に突き出て端子孔521 を有し電源の一方の 電極に接続される第１電極端子52とでなる第１連結板51と、枠1 の第１開口部16 を密封する第１端子プラグ54と、枠1 の第１開口部16内で第１端子5 を導電板3 と密接させるため第１連結板51と第１端子プラグ54の間に設けられる弾性ワッシ ャ53とからなる。

【００１８】 この弾性ワッシャ53は大きな応力を受けても弾性を失わない材料で作られ、湾 曲部530 にて弾性を呈し、棒状孔531 を有する。 第１端子プラグ54は電気絶縁材料で作られ、枠1 の第１開口部16内に挿入され て嵌合されるプラグ突縁部541 と、導電板3 の端板34の湾曲部35を収容するため プラグ突縁部541 の底部に形成された凹槽542 と、下方に突き出るように伸びて 弾性ワッシャ53、第１連結板51及び端板34の各棒状孔531 、511 、341 を貫通し それらを結合させる円柱状突起543 と、枠1 の第１開口部16にプラグ突縁部541 を挿入した時に第１端子プラグ54と第１開口部16を緊密ならしめるため、上板12 の底面に形成した複数の粒状突起18に対座してプラグ突縁部541 の上面に形成さ れた複数の凹穴544 と、プラグ突縁部541 に連設しこれが枠1 内に挿入された時 に第１開口部16を塞ぐプラグキャップ545 とからなる。

【００１９】 前記第２端子6 は、棒状孔611 と外に突き出て端子孔621 を有し電源のもう一 方の電極に接続される第２電極端子62とでなる第２連結板61と、枠1 の第２開口 部17を密封する第２端子プラグ64と、枠1 の第２開口部17内で第２端子6 を枠1 の上板12と密接させるため第２連結板61と第２端子プラグ64の間に設けられる弾 性ワッシャ63とからなる。

【００２０】 この弾性ワッシャ63は前記弾性ワッシャ53と同様、弾性を有する湾曲部630 と 棒状孔631 を有する。 第２端子プラグ64も電気絶縁材料で作られ、枠1 の第２開口部17内に挿入され て嵌合されるプラグ突縁部541 と、発熱体素子4 とこの第２端子6 との間に隙間 を設けるためプラグ突縁部641 の上面に形成された凹槽642 と、上部に突き出る ように伸びて弾性ワッシャ63及び第２連結板61の各棒状孔631 、611 を貫通しそ れらを結合させる円柱状突起643 と、プラグ突縁部641 に連設しこれが枠1 内に 挿入された時に第２開口部17を塞ぐプラグキャップ645 とからなる。なお、第２ 端子プラグ64と枠1 の第２開口部17を緊密ならしめるため、枠1 の上板12に形成 した複数の粒状突起18に対座してプラグ突縁部641 の上面に複数の凹穴（図示せ ず）を設けても良い。

【００２１】 複数個のＰＴＣ発熱体素子4 は、導電板3 の上に突起311 で互いに離間された 状態で枠1 の中空管10の貫通孔11内に挿入されて並設され、発熱体素子4 の上部 伝導面42は枠１の上板12の内面と接触している。絶縁板2 は、図２及び図３に示 す様に、導電板3 と枠1 の下板13との間に挟まれた状態になっている。

【００２２】 前記各放熱フィン7 は、中央部に枠1 の断面に対応して矩形の孔71が形成され ており、枠1 の周囲にストッパ19で規制されて取り付けられる。放熱フィン7 の 膨張係数は枠1 の膨張係数より小さいため、発熱体素子4 の加熱時、枠1 は放熱 フィン7 より速い速度で熱膨張し、そのため放熱フィン7 は枠1 にしっかりと固 着される。

【００２３】 このように構成された加熱装置において、第１端子5 に電源の一方の電極、例 えば正電極を接続すると発熱体素子4 の底面41は導電板3 を介して電源の正電極 と接続され、同時に第２端子6 に電源のもう一方の電極、例えば負電極を接続す ると発熱体素子4 の上面42は枠1 の上板12を介して電源の負電極と接続されるの で、発熱体素子4 に電流が流れて熱が発生する。発生した熱は枠1 の周囲の放熱 フィン7 より放射されて加熱の用途に供される。

【００２４】 本考案による電気加熱装置には、従来のＰＴＣ加熱器と比べて以下の諸利点が ある。 １．発熱体素子4 、導電板3 及び絶縁板2 等がすべて枠1 の中空管10内に収納 されているため、電気的な接触性が良好で、加熱効率が高く、接触不良によるス パーク等の不慮の事故の防止となる。 ２．湾曲部35と槽状孔36により導電板3 から第１端子5 への伝熱面積が小さく なっているので、第１端子5 の過熱が防止され使用寿命が長くなる。 ３．全ての素子が枠1 内に密封されているため、湿気、水分、大気汚染物質等 による侵蝕が防止される。 ４．製造が簡単で、特に中空管10は射出成形で大量生産した後所望の長さに切 断して作り得る。 ５．放熱フィン7 の熱膨張係数は枠1 のそれより小さいため、温度が上昇する と放熱フィン7 は枠1 にしっかりと固着され、伝熱効率が向上する。

【００２５】 図４〜図６には本考案の他の実施例に係る電気加熱装置を示している。この電 気加熱装置では、発熱体素子4 の上にさらに図示の通り前記導電板3 及び前記絶 縁板2 と全く同じ様な導電板3a及び前記絶縁板2aを重ねこれらを枠1 の中空管10 内に挿入している。この場合、枠1 の上板12に設けたストッパ19を除き、全てが 対角対称に配置されている。

【００２６】

【考案の効果】

以上の説明により明らかなように、本考案によれば、加熱効率や信頼性が向上 するほか、使用寿命の向上並びに製造コストの低減が図られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案の一実施例に係る電気加熱装置の部品分
解図である。

【図２】図１の縦断面図である。

【図３】図２の３−３線に沿う横断面図である。

【図４】本考案の他の実施例に係る電気加熱装置の部品
分解図である。

【図５】図４の縦断面図である。

【図６】図５の６−６線に沿う断面図である。

【図７】従来の電気加熱装置の一例を示す部品分解図で
ある。

【符号の説明】

１…枠 ２、２ａ…絶縁板 ３、３ａ…導電板 ４…発熱体素子（半導体
発熱素子） ５…第１端子 ６…第２端子 ７…放熱フィン １０…中空管 １６…第１開口部 １７…第２開口部 １４１、１５１…波形凹槽

Claims (10)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】内部が中空で両端に第１及び第２開口部、
   側部に波形の凹槽をそれぞれ有する細長い伝熱導電性の
   枠と、前記枠内の底部に置かれた絶縁板と、前記絶縁板
   の上に置かれた導電板と、前記導電板の上に置かれ底面
   が前記導電板と接触しかつ上面が前記枠内の上部と接触
   する正温度係数を有する複数の半導体発熱素子と、前記
   第１開口部に取り付けられ電源の第１電極に接続される
   第１端子と、前記第２開口部に取り付けられ電源の第２
   電極に接続される第２端子と、前記枠の周囲に縦に並設
   された複数の放熱フィンとから成ることを特徴とする電
   気加熱装置。
2. 【請求項２】前記枠は、水平方向に平行な上下板と垂直
   方向に平行でそれぞれ前記波形凹槽を有する両側板とで
   中央部に矩形の断面の貫通孔並びに両端に前記第１及び
   第２開口部を形成してなる中空管であり、前記上板の両
   端部の底面に形成された複数の粒状突起と、前記上板の
   一端部の上面に形成されたストッパとを有することを特
   徴とする請求項１記載の電気加熱装置。
3. 【請求項３】前記絶縁板は、電気絶縁材料で作られ、Ｕ
   字形の断面を呈し、前記枠の下板の上に水平に置かれる
   底板と、前記枠の上下板の間に位置し前記底板の両側端
   から垂直に伸長する側壁とから成ることを特徴とする請
   求項１記載の電気加熱装置。
4. 【請求項４】前記導電板は、導電材料で作られ、前記絶
   縁板の底板と同じ長さでその上に置かれる支持板と、前
   記支持板上に等間隔で設けられ前記半導体発熱素子を互
   いに離して位置させる複数の突起と、前記支持板の両側
   端に突設され前記半導体発熱素子を挟持する突縁と、前
   記支持板の一端に連設し前記第１開口部に位置して棒状
   孔及びこれと前記支持板との間に槽状孔並びに湾曲部を
   有する連結端板とから成ることを特徴とする請求項１記
   載の電気加熱装置。
5. 【請求項５】前記第１端子は、棒状孔と外に突き出て端
   子孔を有し電源の第１電極に接続される第１電極端子と
   でなる第１連結板と、前記枠の第１開口部を密封する第
   １端子プラグと、前記第１連結板と前記第１端子プラグ
   の間に設けられ前記第１開口部内で前記第１端子と前記
   導電板とを密接させる弾性ワッシャとから成ることを特
   徴とする請求項１記載の電気加熱装置。
6. 【請求項６】前記第１端子プラグは、電気絶縁材料で作
   られ、前記第１開口部内に挿入されて嵌合されるプラグ
   突縁部と、前記プラグ突縁部の底部に形成され前記導電
   板の連結端板の湾曲部を収容する凹槽と、下方に突き出
   るように伸びて前記弾性ワッシャ、前記第１連結板及び
   前記連結端板の各棒状孔を貫通しそれらを結合させる円
   柱状突起と、前記第１開口部に前記プラグ突縁部を挿入
   した時に前記第１端子プラグと前記第１開口部を緊密な
   らしめるため、前記上板の底面に形成された前記複数の
   粒状突起に対座して前記プラグ突縁部の上面に形成され
   た複数の凹穴と、前記プラグ突縁部に連設しそれが前記
   枠内に挿入された時に前記第１開口部を塞ぐプラグキャ
   ップとから成ることを特徴とする請求項５記載の電気加
   熱装置。
7. 【請求項７】前記第２端子は、棒状孔と外に突き出て端
   子孔を有し電源の第２電極に接続される第２電極端子と
   でなる第２連結板と、前記枠の第２開口部を密封する第
   ２端子プラグと、前記第２連結板と前記第２端子プラグ
   の間に設けられ前記第２開口部内で前記第２端子と前記
   枠の上板とを密接させる弾性ワッシャとから成ることを
   特徴とする請求項１記載の電気加熱装置。
8. 【請求項８】前記第２端子プラグは、電気絶縁材料で作
   られ、前記第２開口部内に挿入されて嵌合されるプラグ
   突縁部と、前記発熱体素子と前記第２端子との間に隙間
   を設けるため前記プラグ突縁部の上面に形成された凹槽
   と、上部に突き出るように伸びて前記弾性ワッシャ及び
   前記第２連結板の各棒状孔を貫通しそれらを結合させる
   円柱状突起と、前記プラグ突縁部に連設しそれが前記枠
   内に挿入された時に前記第２開口部を塞ぐプラグキャッ
   プとから成ることを特徴とする請求項７記載の電気加熱
   装置。
9. 【請求項９】前記放熱フィンの熱膨張係数は前記枠の熱
   膨張係数より小さいことを特徴とする請求項１記載の電
   気加熱装置。
10. 【請求項１０】前記半導体発熱素子の上にさらに前記導
    電板及び前記絶縁板とそれぞれ同種の第２導電板及び第
    ２絶縁板を積み重ねこれらを前記枠内に挿入して成るこ
    とを特徴とする請求項１〜９記載の電気加熱装置。