JPH09245943A - 発熱体の絶縁構造 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 絶縁機能を維持しながら、熱効率を改善する
ことができる発熱体の絶縁構造を提供すること 【解決手段】 発熱体３の少なくとも一部を接着剤７の
みを介在させて金属放熱体９に接着し、接着剤７に接着
と絶縁の二つの機能を持たせる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、発熱体の絶縁構造
に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来から、導電体に通電してジュール熱
を発生させ、このジュール熱により対象物を加熱する発
熱体が知られている。この発熱体は、一般に、導電体を
絶縁板を介して放熱体に接着する構造を有している。放
熱体は、導電体で発生した熱を効率よく利用したり均熱
性を持たせるために使用される。この放熱体としては、
熱伝導率が高いという理由で、一般に金属板が使用され
る。従って、放熱体は導電性を有する。また、絶縁板
は、導電体と放熱体とを電気的に絶縁するために、ま
た、導電体の電位の異なる部分が放熱体により短絡され
ないように設けられている。この絶縁板としては、従来
から、マイカ、アルミナ等の無機材料や、ポリイミド、
シリコン等のシート状からなる有機材料が一般的によく
用いられている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】発熱体の熱効率を高め
るためには、導電体と放熱体とを密に熱結合する必要が
ある。しかしながら、導電体と放熱体との間には、絶縁
板が介在しているため、絶縁板が存在しない場合に比べ
て熱効率は低下する。また、導電体と絶縁体との間、或
いは、絶縁体と放熱体との間には、僅かではあるがすき
間が存在するため、一層熱効率が低下する。

【０００４】熱効率を改善するために、導電体と絶縁体
との間、絶縁体と放熱体との間にグリースや接着剤を塗
布することが行なわれているが、熱効率が充分改善され
ているとは言い難い。

【０００５】また、熱効率を改善するために、絶縁体の
厚みを薄くすることが考えられるが、この場合には、絶
縁体の強度が低くなって、ひび割れや欠けが生じて絶縁
機能が低下するという問題がある。

【０００６】更に、シート上の絶縁体を導電体と放熱体
との間の全面に介在させる絶縁体の表面が平滑であるた
め、絶縁体と放熱体との間に介在している接着剤と絶縁
体との間の接着強度が不足し、接着剤が剥離しやすいと
いう問題がある。

【０００７】そこで本発明は、絶縁機能を維持しなが
ら、熱効率及び信頼性を改善することができる発熱体の
絶縁構造を提供することを課題とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明の発熱体の絶縁構
造は、発熱体の少なくとも一部を接着剤のみを介在させ
て金属放熱体に接着したことを特徴とする。

【０００９】また、本発明は、前記発熱体の全面を前記
接着剤のみを介在させて前記金属放熱体に接着したこと
を特徴とする。

【００１０】また、本発明は、前記発熱体の一部を前記
接着剤のみを介在させて前記金属放熱体に接着したこと
を特徴とする。

【００１１】また、本発明は、前記発熱体と前記金属放
熱体の間に、接着剤が充填される切り込み部を有する絶
縁シートを介在させたことを特徴とする。

【００１２】本発明においては、接着剤が絶縁性を有
し、且つ、或る程度の熱伝導性を有していることに着目
し、接着剤を絶縁剤としても機能させる。これにより、
接着剤は、接着と絶縁という、発熱体に必要な二つの機
能を同時に果たすことができる。

【００１３】

【発明の実施の形態】本発明の発熱体の絶縁構造は、発
熱体の全面を接着剤のみを介在させて金属放熱体に接着
している。

【００１４】また、本発明の発熱体の絶縁構造は、発熱
体と金属放熱体の間に、接着剤が充填される切り込み部
を有する絶縁シートを介在させ、発熱体の一部を接着剤
のみを介在させて金属放熱体に接着している。

【００１５】接着剤の厚みは約０．５ｍｍ以下である。

【００１６】

【実施例】

［実施例１］図１は、実施例１の平面構造図を示し、図
２は同断面構造図を示す。

【００１７】薄板状の５０ｍｍ×８０ｍｍ×１ｍｍの大
きさでキュリー点を２２０°Ｃに持つＰＴＣセラミック
発熱素子３に電極層４を形成し、接着剤７を介して６０
ｍｍ×９０ｍｍ×１ｍｍのアルミニウムからなる金属放
熱板１に接着した。接着剤７としては、エポキシ系、或
いは、シリコン系の接着剤を使用した。また、接着剤７
の厚みは、０．１ｍｍであった。電極層４は、充電部５
によりリード線６を接合している。

【００１８】電極間の抵抗値は６００Ωを示し、１００
Ｖ電圧を印加したところ、表面温度１８０°Ｃ、定常出
力は３０Ｗであった。加熱−冷却を５分間サイクルで５
０００回繰り返したが、特性に影響はなかった。

【００１９】［実施例２］図３は、実施例２の平面構造
図を示し、図４は実施例２の断面構造図を示す。

【００２０】実施例２は、実施例１と同様な構成を有し
ているが、金属放熱板１と接着剤７の層との間に、中間
に切り込み部１０を有する絶縁シート８を介在させた点
が異なっている。

【００２１】実施例２においては、絶縁特性が低下しや
すい発熱素子３の外周部分においては、発熱素子３と金
属放熱板１との間に、接着剤７と絶縁シート８とから成
る二重の絶縁層が存在するので、十分な絶縁特性を得る
ことができる。また、発熱素子３の発熱中心と金属放熱
板１との間には接着剤７の層しか存在しないので、発熱
素子３からの熱を金属放熱板１に十分伝導することがで
きる。電極間抵抗値は７５０Ωを示し、１００Ｖ電圧を
印加したところ、表面温度１８５°Ｃ、定常出力は２８
Ｗであった。加熱−冷却を５分間サイクルで５０００回
繰り返したが、特性に影響はなかった。

【００２２】［比較例１］図５は、比較例１の平面構造
図を示し、図６は同断面構造図を示す。

【００２３】比較例１においては、発熱素子３と金属放
熱板１との間に、セラミック絶縁板２として、０．３ｍ
ｍ厚のアルミナ基板を介在させてヒーターユニットを作
成した。発熱素子３とセラミック絶縁板２との間、及
び、セラミック絶縁板２と金属放熱板１との間は、それ
ぞれ接着剤７により接着した。このヒーターユニットは
５７０Ωを示し、１００Ｖ電圧を印加したところ、表面
温度１６０°Ｃ、定常出力は２０Ｗであった。加熱−冷
却を５分間サイクルで５０００回繰り返したが、特性に
影響はなかった。しかし、表面温度と定常出力は、実施
例１と実施例２のいずれよりも低い値であった。

【００２４】［比較例２］図７は、比較例２の平面構造
図を示し、図８は同断面構造図を示す。

【００２５】比較例２においては、発熱素子３と金属放
熱板１との間に、絶縁シート８として０．１ｍｍ厚のポ
リイミド樹脂のシートを介在させてヒーターユニットを
作成した。発熱素子３と絶縁シート８との間は、接着剤
７により接着した。このヒーターユニットは５８０Ωを
示し、１００Ｖ電圧を印加したところ、表面温度１８０
°Ｃ、定常出力は３０Ｗであったが、加熱−冷却を５分
間サイクルで１０００回繰り返した時点で、絶縁シート
８と接着剤７との間で剥離を生じた。

【００２６】表１は、上記した実施例１，２と比較例
１，２の特性を示す。

【００２７】

【表１】 以上示したように、接着剤自体を絶縁層として機能させ
ることにより、熱効率を上げて長期耐久性に優れたヒー
ターユニットを提供することができる。

【００２８】ただし、接着剤７のみでセラミック発熱素
子３を支持する場合には、図９のように、セラミック発
熱素子３の中央部が接着剤７の層にめり込んでソリが生
じたり、図１０のように、セラミック発熱素子３の一部
が金属放熱板１に接触することも考えられる。

【００２９】そこで、実施例２においては、接着剤７の
層と金属放熱板１との間に、切り込み部１０を有する絶
縁シート８を介在させ、シートの厚み分だけ空間を保
ち、残存する空間に接着剤７を充填させることにより、
確実に絶縁を確保し、熱効率を上げて、軽量かつ低コス
トのヒーターユニットにすることができる。

【００３０】発熱素子の構造としては、図４に示される
ようにセラミック発熱素子３の外側表面に電極層４を形
成する構造に限定されるものではなく、図１１に示され
るように、セラミック発熱素子３の内側表面、すなわ
ち、金属放熱板１側に電極層４を形成するようにしても
よい。また、図１２に示されるように、セラミック発熱
素子３の両面に電極層４を形成してもよい。更に、図１
３に示されるように、金属発熱体９を用いてもよい。

【００３１】また、切り込み部を有する絶縁シート８の
形状としては、図１４に示されるように、金属放熱板１
の長手方向の両側に沿って伸延する形状の他に、図１５
に示されるように、金属放熱板１の外周部を覆う形状
や、図１６に示されるように、属放熱板１の長手方向に
複数の領域に分割された形状や、図１７に示されるよう
に、複数の切り込み部が島状に形成された形状でもよ
い。

【００３２】また、絶縁シートの材質については、シリ
コン、エポキシ、ポリイミド、ポリアミド、マイカ、セ
ラミック、アルミナ等の、耐熱性、絶縁性のあるもので
あればいずれでもよく、コスト、使用温度等を考慮し選
択される。なお、接着剤７は、弾性力のあるものが加熱
冷却に対して応力緩和になるので都合がよく、具体的に
は、エポキシ系、或いは、シリコン系の接着剤等の使用
が考えられる。

【００３３】

【発明の効果】本発明によれば、絶縁層を極力薄くでき
るため、熱伝導度を大きくとることができ、絶縁板を独
立した部品として用意する必要がなく、低コストで軽量
化を図ることが可能になる。

【００３４】また、発熱体と金属放熱板との間には、絶
縁シートを一部介在させることにより、絶縁層の厚みを
確実に保持することができる。

【００３５】また、発熱体と金属放熱板とは、少なくと
も一部分において接着剤のみで接合されるので、発熱体
と金属放熱板に対して十分な接着強度を発揮することが
でき、加熱・冷却が繰り返されても、金属放熱板が剥離
する恐れは少ない。

【図面の簡単な説明】

【図１】 実施例１の平面構造図を示す。

【図２】 実施例１の断面構造図を示す。

【図３】 実施例２の平面構造図を示す。

【図４】 実施例２の断面構造図を示す。

【図５】 比較例１の平面構造図を示す。

【図６】 比較例１の断面構造図を示す。

【図７】 比較例２の平面構造図を示す。

【図８】 比較例２の断面構造図を示す。

【図９】 比較例の断面構造図である。

【図１０】 他の比較例の断面構造図である。

【図１１】 本発明において使用される発熱体の更に他
の変形例を示す断面構造図である。

【図１２】 本発明において使用される発熱体の変形例
を示す断面構造図である。

【図１３】 本発明において使用される発熱体の他の変
形例を示す断面構造図である。

【図１４】 金属放熱板と切り込み部を有する絶縁シー
トのパターンの一例を示す説明図である。

【図１５】 金属放熱板と切り込み部を有する絶縁シー
トのパターンの他の例を示す説明図である。

【図１６】 金属放熱板と切り込み部を有する絶縁シー
トのパターンの更に他の例を示す説明図である。

【図１７】 金属放熱板と切り込み部を有する絶縁シー
トのパターンの更に他の例を示す説明図である。

【符号の説明】

１…金属放熱板、２…セラミック絶縁板、３…セラミッ
ク発熱素子、４…電極層、５…充電部、６…リード線、
７…接着剤、８…絶縁シート、９…金属発熱体、１０…
切り込み部

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 発熱体の少なくとも一部を接着剤のみを
   介在させて金属放熱体に接着したことを特徴とする発熱
   体の絶縁構造。
2. 【請求項２】 前記発熱体の全面を前記接着剤のみを介
   在させて前記金属放熱体に接着したことを特徴とする請
   求項１記載の発熱体の絶縁構造。
3. 【請求項３】 前記発熱体の一部を前記接着剤のみを介
   在させて前記金属放熱体に接着したことを特徴とする請
   求項１記載の発熱体の絶縁構造。
4. 【請求項４】 前記発熱体と前記金属放熱体の間に、接
   着剤が充填される切り込み部を有する絶縁シートを介在
   させたことを特徴とする請求項３記載の発熱体の絶縁構
   造。