JP6898015B1 - Ｐｔｃヒータユニットおよびその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】リードタイムを短くすることができ、かつ、電極層と放熱電極板との接触性を改善することができるＰＴＣヒータユニットおよびその製造方法を提供する。【解決手段】複数のＰＴＣサーミスタ素子１０Ａを並列に並べたＰＴＣサーミスタ素子配列体１０を第１放熱電極板２１と第２放熱電極板２２とで挟み、配置枠３０に配設する。第１放熱電極板２１及び第２放熱電極板２２には、各ＰＴＣサーミスタ素子１０Ａの境界の少なくとも一部に対応して、１以上の切れ目２３が形成されている。第２放熱電極板２２は、配置枠３０に対してかしめることにより固定する。【選択図】図１
Description
本発明は、ＰＴＣサーミスタ素子を有するＰＴＣヒータユニットおよびその製造方法に関する。
従来より、ＰＴＣ（Ｐｏｓｉｔｉｖｅ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ）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、所定温度（キュリー温度）以上では急激に抵抗値が増大して通電を抑制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できる。なお、近年では、温水ヒータとしての需要も増加している。これは、化石燃料を使用しない次世代自動車として注目されているハイブリット車、プラグインハイブリッド車、電気自動車、及び、燃料電池車では、従来のようにガソリンエンジンの排熱を利用した暖房ができないので、暖房用の熱源として用いるためである。この種の温水ヒータでは、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層を形成したＰＴＣサーミスタ素子に接着剤を介して一対の放熱電極板を張り合わせたヒータユニットが用いられている（例えば、特許文献１参照）。このように接着剤によりＰＴＣサーミスタ素子と放熱電極板とを貼り合わせれば、ＰＴＣサーミスタ素子と放熱電極板とを一体化し、ユニット化することができると共に、接着剤によりＰＴＣサーミスタ素子と放熱電極板との間のエアーギャップを埋めることができるので、熱伝導効率を向上させることができる。
しかしながら、接着剤を用いる場合、接着剤には例えばシリコン系接着剤が用いられるが、ＰＴＣサーミスタ素子の電極層を銀により構成すると、銀電極層とシリコン系接着剤との接着性が悪いので、組立工程において剥離してしまう場合があるという問題があった。そのため、エアーギャップにはシリコン系接着剤が介在しているので熱伝導性には寄与できるものの、剥がれなどにより導通不良が発生し、電力不足等の特性が低下してしまうという問題があった。また、接着剤を用いる場合には、接着剤を塗布した後、乾燥させる時間が必要となり、リードタイムが長く生産効率が悪いという問題もあった。更に、接着剤を用いる場合には、接着剤を塗布する印刷機等や、接着させる通電プレス接着機等が必要となり、設備の増設が必要であるのみでなく、設備の設置場所及び人員も確保しなければならないという問題もあった。
本発明は、このような問題に基づきなされたものであり、電極層と放熱電極板との接触性を改善することができ、かつ、リードタイムを短くすることができるＰＴＣヒータユニットおよびその製造方法を提供することを目的とする。
本発明のＰＴＣヒータユニットは、発熱素子に第１電極層及び第２電極層が配設された複数のＰＴＣサーミスタ素子を並列に並べたＰＴＣサーミスタ素子配列体と、このＰＴＣサーミスタ素子配列体に対して、各第１電極層と接触するように配設された第１放熱電極板、及び、各第２電極層と接触するように配設された第２放熱電極板と、ＰＴＣサーミスタ素子配列体の配列方向における側部を少なくとも囲むように形成され、第１放熱電極板及び第２放熱電極板が配設された配置枠とを備え、第１放熱電極板、及び、第２放熱電極板の少なくとも一方には、複数のＰＴＣサーミスタ素子の境界の少なくとも一部に対応して、１以上の切れ目又は溝が形成されたものである。
本発明のＰＴＣヒータユニットの製造方法は、発熱素子に第１電極層及び第２電極層が配設された複数のＰＴＣサーミスタ素子を並列に並べたＰＴＣサーミスタ素子配列体を、各第１電極層と接触するように配設された第１放熱電極板と、各第２電極層と接触するように配設された第２放熱電極板とで挟み、ＰＴＣサーミスタ素子の配列方向における側部を少なくとも囲むように形成され配置枠に対して、第１放熱電極板及び第２放熱電極板を配設したＰＴＣヒータユニットを製造するものであって、第１放熱電極板、及び、第２放熱電極板の少なくとも一方には、複数のＰＴＣサーミスタ素子の境界の少なくとも一部に対応して、１以上の切れ目又は溝が形成されたものを用い、配設枠に第１放熱電極板を配置し、第１放熱電極板の上にＰＴＣサーミスタ素子配列体、及び、第２放熱電極板をこの順に配置した後、第２放熱電極板を配置枠に対してかしめることにより固定するものである。
本発明によれば、第１放熱電極板、及び、第２放熱電極板の少なくとも一方に、複数のＰＴＣサーミスタ素子の境界の一部に対応して、１以上の切れ目又は溝を形成するようにしたので、各ＰＴＣサーミスタ素子の厚みばらつき等があっても、各ＰＴＣサーミスタ素子の厚みに対応して第１放熱電極板及び第２放熱電極板を密着させることができる。よって、エアーギャップに起因する導通時の放電による電極焼けや熱伝導ロスを抑制することができる。
また、接着剤を用いることなくＰＴＣサーミスタ素子と第１放熱電極板及び第２放熱電極板を密着させることができるので、接着剤の剥がれによる導通不良の発生がなく、更に、接着剤の乾燥時間が不要となり、リードタイムを短縮することができる。加えて、接着剤との接着性を考慮する必要がないので、第１電極層及び第２電極層の材料の選定に制限がなく、設計の幅を広くすることができる。
更にまた、第２放熱電極板を配置枠に対してかしめるようにすれば、接着剤を用いることなく、容易に固定することができる。
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。
図１は、本発明の一実施の形態に係るＰＴＣヒータユニット１の構成を表すものである。図２はＰＴＣヒータユニット１を分解して表すものである。図３はＰＴＣヒータユニット１のＰＴＣサーミスタ素子１０Ａの断面構成を拡大して表すものである。図４はＰＴＣヒータユニット１の第１放熱電極板２１の配置枠３０に対する配置構造を拡大して表すものである。図５はＰＴＣヒータユニット１の第２放熱電極板２２の配置枠３０に対する配置構造を拡大して表すものである。このＰＴＣヒータユニット１は、複数のＰＴＣサーミスタ素子１０Ａを並列に並べたＰＴＣサーミスタ素子配列体１０と、このＰＴＣサーミスタ素子配列体１０に対して配設された第１放熱電極板２１及び第２放熱電極板２２と、これら第１放熱電極板２１及び第２放熱電極板２２が配設された配置枠３０とを備えている。
各ＰＴＣサーミスタ素子１０Ａは、発熱素子１１に第１電極層１２及び第２電極層１３が配設された構成を有している。発熱素子１１は、例えば、半導体セラミック板よりなり、構成材料としては、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が挙げられる。発熱素子１１の主成分の具体的な組成としては、例えば、ＢａＴｉＯ３のＢａサイトの一部を、他の２価の金属、すなわちベリリウム、マグネシウム、カルシウム、ストロンチウム及びラジウムからなる群から選択される少なくとも１種の元素で置換し、Ｔｉサイトの一部を、他の４価の金属、すなわちジルコニウム、ハフニウム及びラザホージウムからなる群から選択される少なくとも１種の元素で置換したものが挙げられる。また、ＳｉＯ２、ＭｎＯ、３価の金属、又は、５価の金属等の他の副成分を含んでいてもよい。
第１電極層１２及び第２電極層１３は、例えば、銀又はアルミニウムにより構成されており、発熱素子１１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。
各ＰＴＣサーミスタ素子１０Ａは、発熱素子１１に対する第１電極層１２及び第２電極層１３の積層方向を平行にして並べられており、第１放熱電極板２１及び第２放熱電極板２２に対して並列にそれぞれ接続されている。なお、図１及び図２では、ＰＴＣサーミスタ素子１０Ａを並列に６個（３個ずつ２列）並べた場合について示したが、配列数及び配列方法は任意である。
第１放熱電極板２１及び第２放熱電極板２２は、例えば、ステンレス等の金属により構成されている。第１放熱電極板２１は、各第１電極層１２と接触するように配設され、第１電極層１２と接触する第１本体部２１Ａを有している。第１本体部２１Ａは、例えば、各第１電極層１２と接触する領域を有していればよく、各第１電極層１２に対応する部分よりも広く形成されていてもよい。また、第１放熱電極板２１は、例えば、第１本体部２１Ａから突出して設けられ、配置枠３０に配設するための第１爪部２１Ｂと、第１本体部２１Ａから突出して設けられた第１端子２１Ｃとを有している。第１端子２１Ｃには、図示しない電線が電気的に接続される。
第２放熱電極板２２は、各第２電極層１３と接触するように配設されており、第２電極層１３と接触する第２本体部２２Ａを有している。第２本体部２２Ａは、例えば、各第２電極層１３と接触する領域を有していればよく、各第２電極層１３に対応する部分よりも広く形成されていてもよい。また、第２放熱電極板２２は、例えば、第２本体部２２Ａから突出して設けられ、配置枠３０に配設するための第２爪部２２Ｂと、第２本体部２２Ａから突出して設けられた第２端子２２Ｃとを有している。第２端子２２Ｃには、図示しない電線が電気的に接続される。
第１放熱電極板２１、及び、第２放熱電極板２２には、各ＰＴＣサーミスタ素子１０Ａの境界の少なくとも一部に対応して、１以上の切れ目２３が形成されている。具体的には、第１本体部２１Ａ、及び、第２本体部２２Ａに切れ目２３が形成されている。切れ目２３を設けることにより、各ＰＴＣサーミスタ素子１０Ａの厚みばらつき等があっても、各ＰＴＣサーミスタ素子１０Ａの厚みに対応して第１放熱電極板２１及び第２放熱電極板２２を密着させることができるからである。なお、本実施の形態においては、第１本体部２１Ａ、及び、第２本体部２２Ａに、各ＰＴＣサーミスタ素子１０Ａの境界に沿って、一方向に１本の切れ目２３Ａが形成され、その両側に、一方向に対して垂直方向にそれぞれ２本の切れ目２３Ｂが形成されている。
切れ目２３は、例えば、第１本体部２１Ａ又は第２本体部２２Ａの周縁部には形成しないことが好ましい。すなわち、切れ目２３は、第１本体部２１Ａ又は第２本体部２２Ａの周縁部を除いた内側領域に形成することが好ましい。周縁部まで切れ目２３を入れると、プレス成型時や組立工程での取り扱いにおいて、第１放熱電極板２１同士又は第２放熱電極板２２同士の切れ目２３に互いに入り込み、曲がって変形してしまう場合があるからである。また、交差する方向に複数の切れ目２３を入れる場合には、それらが重なって交差する交差部分を設けないようにすることが好ましい。すなわち、一方向の切れ目２３Ａと、これと交差する方向の切れ目２３Ｂとを設ける場合には、それらが重なって連続しないように設けることが好ましい。第１放熱電極板２１及び第２放熱電極板２２の形状を保持することが難しくなるからである。
切れ目２３の幅は、例えば、０．５ｍｍ以上２ｍｍ以下とすることが好ましく、０．７ｍｍ以上１ｍｍとすればより好ましい。幅が狭すぎると加工が難しくなり、幅が広すぎると放熱性が低下してしまう場合があるからである。また、切れ目２３を設けない周縁部の幅は、例えば、０．３ｍｍ以上１ｍｍ以下とすることが好ましく、０．４ｍｍ以上０．７ｍｍ以下とすればより好ましい。幅が狭すぎると切断されてしまう可能性が高くなり、幅が広すぎると各ＰＴＣサーミスタ素子１０Ａの厚みのばらつきに対応して密着する効果が低くなってしまうからである。
配置枠３０は、例えば、プラスチック等の合成樹脂により構成されており、ＰＴＣサーミスタ素子配列体１０の配列方向における側部を少なくとも囲むように形成されている。配置枠３０には、例えば、第１放熱電極板２１の第１爪部２１Ｂを配設する第１凹部３１が内側に開口して設けられている。また、配置枠３０には、例えば、第２放熱電極板２２の第２爪部２２Ｂを配設する第２凹部３２が第２放熱電極板２２の側の面に設けられている。第１放熱電極板２１は、例えば、第１爪部２１Ｂを第１凹部３１に対応させて配置することにより配置枠３０に対して位置決めされ、第２放熱電極板２２は、例えば、第２爪部２２Ｂを第２凹部３２に対応させて配置することにより配置枠３０に対して位置決めされるようになっている。
また、第２放熱電極板２２は、例えば、第２爪部２２Ｂの先端部を配置枠３０の外側に回して配置枠３０の第１放熱電極板２１の側の面に折り返し、かしめることにより固定されている。これにより、第１放熱電極板２１は、例えば、配置枠３０と、配置枠３０に固定された第２放熱電極板２２とにより固定される。なお、第１放熱電極板２１及び第２放熱電極板２２は、所定の圧力でＰＴＣサーミスタ素子配列体１０を挟持できるように配置枠３０に対して配設されることが好ましい。
このＰＴＣヒータユニット１は、例えば、熱交換器等のケースの中に絶縁熱伝導シートで挟んで収納し、所定の強度で締め付けて、ヒータとして用いることができる。
このＰＴＣヒータユニット１は、例えば、次のようにして製造することができる。まず、配置枠３０の第１凹部３１に第１放熱電極板２１の第１爪部２１Ｂを合わせて位置決めし、配置枠３０に第１放熱電極板２１を配置する。次いで、第１放熱電極板２１の上に複数のＰＴＣサーミスタ素子１０Ａを並列に並べて配置し、ＰＴＣサーミスタ素子配列体１０を配置する。続いて、ＰＴＣサーミスタ素子配列体１０の上に第２放熱電極板２２を配置する。すなわち、第１放熱電極板２１の上にＰＴＣサーミスタ素子配列体１０、及び、第２放熱電極板２２をこの順に配置する。第２放熱電極板２２を配置する際には、配置枠３０の第２凹部３２に第２放熱電極板２２の第２爪部２２Ｂを合わせて位置決めする。次に、第２爪部２２Ｂの先端部を配置枠３０の外側に回して第１放熱電極板２１の側の面に折り返し、かしめることにより固定する。これにより、配置枠３０に第１放熱電極板２１及び第２放熱電極板２２が固定され、その間にＰＴＣサーミスタ素子配列体１０が挟持される。
このように本実施の形態によれば、第１放熱電極板２１、及び、第２放熱電極板２２に、複数のＰＴＣサーミスタ素子１０Ａの境界の一部に対応して、１以上の切れ目２３を形成するようにしたので、各ＰＴＣサーミスタ素子１０Ａの厚みばらつき等があっても、各ＰＴＣサーミスタ素子１０Ａの厚みに対応して第１放熱電極板２１及び第２放熱電極板２２を密着させることができる。よって、エアーギャップに起因する導通時の放電による電極焼けや熱伝導ロスを抑制することができる。
また、接着剤を用いることなくＰＴＣサーミスタ素子１０Ａと第１放熱電極板２１及び第２放熱電極板２２を密着させることができるので、接着剤の剥がれによる導通不良の発生がなく、更に、接着剤の乾燥時間が不要となり、リードタイムを短縮することができる。加えて、接着剤との接着性を考慮する必要がないので、第１電極層１２及び第２電極層１３の材料の選定に制限がなく、設計の幅を広くすることができる。
更にまた、第２放熱電極板２２を配置枠３０に対してかしめるようにすれば、接着剤を用いることなく、容易に固定することができる。
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、各構成要素の具体的な構成は異なっていてもよい。また、上述した各構成要素の全てを備えていなくてもよく、他の構成要素を備えていてもよい。
また、上記実施の形態では、第１放熱電極板２１及び第２放熱電極２２に切れ目２３を設ける場合について説明したが、第１放熱電極板２１又は第２放熱電極２２のどちらか一方に設けるようにしてもよい。
更に、上記実施の形態では、第１放熱電極板２１及び第２放熱電極２２に切れ目２３を設けるようにしたが、切れ目２３に変えて溝を設けるようにしてもよく、又は、切れ目２３の少なくとも一部を溝に変えてもよい。この場合も、上述したように、第１放熱電極板２１又は第２放熱電極２２のどちらか一方に設けるようにしてもよい。
車の暖房用ヒータ等に用いることができる。
１…ＰＴＣヒータユニット、１０…ＰＴＣサーミスタ素子配列体、１０Ａ…ＰＴＣサーミスタ素子、１１…発熱素子、１２…第１電極層、１３…第２電極層、２１…第１放熱電極板、２１Ａ…第１本体部、２１Ｂ…第１爪部、２１Ｃ…第１端子、２２…第２放熱電極板、２２Ａ…第２本体部、２２Ｂ…第２爪部、２２Ｃ…第２端子、２３，２３Ａ，２３Ｂ…切れ目、３０…配置枠、３１…第１凹部、３２…第２凹部
Claims (2)
- 発熱素子に第１電極層及び第２電極層が配設された複数のＰＴＣサーミスタ素子を並列に並べたＰＴＣサーミスタ素子配列体と、
このＰＴＣサーミスタ素子配列体に対して、前記各第１電極層と接触するように配設された第１放熱電極板、及び、前記各第２電極層と接触するように配設された第２放熱電極板と、
前記ＰＴＣサーミスタ素子配列体の配列方向における側部を少なくとも囲むように形成され、前記第１放熱電極板及び前記第２放熱電極板が配設された配置枠とを備え、
前記第１放熱電極板、及び、前記第２放熱電極板の少なくとも一方には、前記複数のＰＴＣサーミスタ素子の境界の少なくとも一部に対応して、１以上の切れ目又は溝が形成され、
前記第１放熱電極板は、前記第１電極層と接触する第１本体部と、この第１本体部から突出して設けられ、前記配置枠に配設するための第１爪部とを有し、
前記第２放熱電極板は、前記第２電極層と接触する第２本体部と、この第２本体部から突出して設けられ、前記配置枠に配設するための第２爪部とを有し、
前記配置枠には、前記第１爪部を配設する第１凹部が内側に開口して設けられると共に、前記第２爪部を配設する第２凹部が前記第２放熱電極板の側の面に設けられ、
前記第２放熱電極板は、前記第２爪部を前記第２凹部に対応させて配置し、前記第２爪部を前記配置枠の外側に回して前記第１放熱電極板の側に折り返し、かしめることにより固定されており、
前記第１放熱電極板は、前記第１爪部を前記第１凹部に対応させて配置し、前記配置枠と前記第２放熱電極板とにより固定されている
ことを特徴とするＰＴＣヒータユニット。 - 請求項１記載のＰＴＣヒータユニットの製造方法であって、
前記配置枠の前記第１凹部に前記第１爪部を合わせて前記第１放熱電極板を配置し、前記第１放熱電極板の上に前記ＰＴＣサーミスタ素子配列体を配置した後、前記配置枠の前記第２凹部に前記第２爪部を合わせて前記ＰＴＣサーミスタ素子配列体の上に前記第２放熱電極板を配置して、前記第２爪部を前記配置枠の外側に回して前記第１放熱電極板の側に折り返し、かしめることにより前記第２放熱電極板を前記配置枠に固定すると共に、前記第１放熱電極板を前記配置枠と前記第２放熱電極板とにより固定する
ことを特徴とするＰＴＣヒータユニットの製造方法。
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| JP2020035738A JP6898015B1 (ja) | 2020-03-03 | 2020-03-03 | Ｐｔｃヒータユニットおよびその製造方法 |
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