JP7005831B2

JP7005831B2 - Ｐｔｃヒータユニット及びｐｔｃヒータユニットの製造方法

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Publication number: JP7005831B2
Application number: JP2017224206A
Authority: JP
Inventors: 裕次加島; 和貴道家
Original assignee: 株式会社加島
Priority date: 2017-11-22
Filing date: 2017-11-22
Publication date: 2022-01-24
Anticipated expiration: 2037-11-22
Also published as: JP2019096450A

Description

本発明は、ＰＴＣヒータユニット及びＰＴＣヒータユニットの製造方法に関する。

従来から、面状ヒータユニットの一種としてＰＴＣヒータユニットが知られている。このＰＴＣヒータユニットは、ある特定の温度領域に達すると急峻に抵抗値の上昇がみられ、自己温度調節機能を有するものであり、様々な分野で使用される用途幅の広いヒータユニットである。このようなＰＴＣヒータユニットとしては、Ｙ_２Ｏ_３を微量添加したＢａＴｉＯ_３等のセラミック系ＰＴＣヒータ素子と、ポリエチレンを代表とする結晶性高分子に導電性を有する一般的粒状のカーボンブラック粉末等を混練して成形した高分子系ＰＴＣヒータ素子を備えるものが一般的に知られている。

しかしながら、従来のＰＴＣヒータユニットは、その製造方法が複雑であり、より簡便に効率よく製造できるように構成することが望まれていた、

本発明は、このような問題を解決するためになされたものであって、効率よく製造することができる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。

本発明の上記目的は、上部電極板と、
下部電極板と、
前記上部電極板及び前記下部電極板の間に挟持され、前記上部電極板及び下部電極板の内側表面と接触する板状のＰＴＣヒータ素子と、前記上部電極板、前記下部電極板及び前記ＰＴＣヒータ素子により構成されるＰＴＣヒータ部の周囲を被覆する樹脂フィルムと、前記樹脂フィルムにより周囲が被覆されたＰＴＣヒータ部が収容される外装ケーシングとを備え、前記上部電極板及び前記下部電極板の間には、前記ＰＴＣヒータ素子の両側にそれぞれ配置される第１絶縁材及び第２絶縁材が設けられており、前記第１絶縁材及び第２絶縁材の厚み寸法は、前記ＰＴＣヒータ素子の厚み寸法と同一に形成されるＰＴＣヒータユニットにより達成される。

また、このＰＴＣヒータユニットにおいて、前記上部電極板及び前記下部電極板は、前記外装ケーシングの外側に配置される端子部をそれぞれ備えており、前記外装ケーシングは、前記樹脂フィルムにより周囲が被覆されたＰＴＣヒータ部の厚み方向断面形状に対応する開口部を有する筒状の収容部を備えており、前記上部電極板が有する端子部、及び、前記下部電極板が有する端子部は、前記筒状の収容部における一方の開口部、及び、他方の開口部のそれぞれを介して前記外装ケーシングの外側に配置されることが好ましい。

また、前記第１絶縁材は、前記ＰＴＣヒータ素子に対して前記収容部の一方の開口部側に配置され、前記第２絶縁材は、前記ＰＴＣヒータ素子に対して前記収容部の他方の開口部側に配置されていることが好ましい。

また、前記樹脂フィルムは、筒状のカプトンフィルムであることが好ましい。

また、本発明の上記目的は、上部電極板及び下部電極板の間に板状のＰＴＣヒータ素子を挟持してＰＴＣヒータ部を形成するヒータ部形成ステップと、前記ＰＴＣヒータ部の周囲を樹脂フィルムにより被覆する被覆ステップと、前記樹脂フィルムにより周囲が被覆されたＰＴＣヒータ部の厚み方向断面形状に対応する開口部を有する筒状の収容部を備える外装ケーシングの該収容部に、前記樹脂フィルムにより周囲が被覆されたＰＴＣヒータ部を挿入する収容部挿入ステップと、前記ＰＴＣヒータ部が収容された前記外装ケーシングに対してプレスを行い、前記ＰＴＣヒータ部及び前記外装ケーシングを一体化させるプレスステップとを備え、前記ヒータ部形成ステップは、前記上部電極板及び前記下部電極板の間であって、前記ＰＴＣヒータ素子の両側に、前記ＰＴＣヒータ素子の厚み寸法と同一寸法の第１絶縁材及び第２絶縁材を配置する絶縁材配置工程を備えているＰＴＣヒータユニットの製造方法により達成される。

また、このＰＴＣヒータユニットの製造方法において、前記上部電極板及び前記下部電極板は、板状の主面部と、前記主面部の側縁から該主面部の面方向に沿って突出する端子部とをそれぞれ備えており、前記ヒータ部形成ステップは、前記上部電極板が有する端子部と、前記下部電極板が有する端子部とが、互いに反対方向を向くようにセットして前記ＰＴＣヒータ素子を挟持する工程を備えており、前記収容部挿入ステップは、前記上部電極板が有する端子部、及び、前記下部電極板が有する端子部が、前記筒状の収容部における一方の開口部、及び、他方の開口部のそれぞれを介して前記外装ケーシングの外側に配置する工程を備えており、前記樹脂フィルムにより周囲が被覆され、前記収容部に収容されたＰＴＣヒータ部に対し、前記各端子部を、前記主面部に対して垂直となる方向に屈曲させる端子部屈曲ステップを更に備えることが好ましい。

また、前記絶縁材配置工程は、前記第１絶縁材が、前記ＰＴＣヒータ素子に対して前記上部電極板が備える端子部側となるように、前記第２絶縁材が、前記ＰＴＣヒータ素子に対して前記下部電極板が備える端子部側となるように配置する工程を備えていることが好ましい。

本発明によれば、効率よく製造することができるＰＴＣヒータユニット、および、その製造方法を提供することができる。

本発明に係るＰＴＣヒータユニットの分解斜視図である。本発明に係るＰＴＣヒータユニットの平面図である。本発明に係るＰＴＣヒータユニットの正面図である。本発明に係るＰＴＣヒータユニットの側面図である。ヒータ部形成ステップにおいて供される上部電極板または下部電極板を説明するための説明図である。

以下、本発明に係るＰＴＣヒータユニットについて、添付図面を参照して説明する。なお、各図は、構成の理解を容易ならしめるために部分的に拡大・縮小している。図１は、本発明に係るＰＴＣヒータユニット１の分解斜視図であり、図２は、ＰＴＣヒータユニット１の平面図である。図３はＰＴＣヒータユニット１の正面図であり、図４はその側面図である。本発明に係るＰＴＣヒータユニット１は、図１～図４に示すように、ＰＴＣヒータ素子２と、上部電極板３と、下部電極板４と、第１絶縁材６と、第２絶縁材７と、樹脂フィルム８と、外装ケーシング９とを備えている。

ＰＴＣヒータ素子２は、板状の形態を有しており、温度変化に対して抵抗値が変化する抵抗体であって、正の温度係数を有する。このＰＴＣヒータ素子２は、例えば、チタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ_３）に所定の添加物（例えば、Ｙ_２Ｏ_３等）を加えたセラミック材料からなり、チタン酸バリウムのキュリー温度付近（例えば９０℃付近や２３０℃付近）で抵抗値が変化する特性を備えている。なお、ＰＴＣヒータ素子２の種類は特に限定されず、上記セラミック系ＰＴＣヒータ素子２の代わりに、ポリエチレンを代表とする結晶性高分子に導電性を有する一般的粒状のカーボンブラック粉末等を混練して成形した高分子系ＰＴＣヒータ素子を採用してもよい。

上部電極板３及び下部電極板４は、それぞれ、平面視矩形状の板状の主面部３１，４１と、当該主面部３１，４１の一の側縁から外方に突出する端子部３２，４２とを備えている。上部電極板３及び下部電極板４を構成する主面部３１，４１及び端子部３２，４２は、例えば、ステンレスのように酸化し難い金属材料から形成することが好ましい。また、端子部３２，４２は、電力供給用のリード線と電気的に接続する端子であり、当該リード線に対するはんだ付け加工を容易にするために、その表面に適宜メッキ加工を施してもよい。メッキとしては、例えば、ニッケル・銀メッキを好適に例示することができる。また、各端子部３２，４２には、電気絶縁のための絶縁チューブ５が挿入されている。絶縁チューブ５は、各端子部３２，４２の先端部（リード線との接続部分）のみを露出させた状態で、当該先端部以外の部分を被覆するように配置されている。なお、絶縁チューブ５を構成する材料としては、電気絶縁性に優れるものであれば、特に限定されないが、例えば、シリコン材料やゴム材料から形成することが好ましい。

上記構成の上部電極板３及び下部電極板４の間にＰＴＣヒータ素子２が挟持されており、上部電極板３の内側表面と板状のＰＴＣヒータ素子２の一方面とが接触し、下部電極板４の内側表面とＰＴＣヒータ素子２の他方面とが接触するように構成されている。上部電極板３及び下部電極板４の間に電圧を印加することにより、上部電極板３及び下部電極板４を通じてＰＴＣヒータ素子２に電流が流れ、ＰＴＣヒータ素子２で電気エネルギーが熱に変換される。変換された熱は後述の外装ケーシング９に伝達され、当該外装ケーシング９の外表面から放熱され、ＰＴＣヒータユニット１の周囲を加熱することになる。

また、上部電極板３及び下部電極板４の間には、ＰＴＣヒータ素子２に隣接して配置される第１絶縁材６及び第２絶縁材７が設けられている。第１絶縁材６は、ＰＴＣヒータ素子２に対して上部電極板３が備える端子部３２側に配置されており（ＰＴＣヒータ素子２に対して後述の収容部９１の一方の開口部９１ａ側に配置されており）、第２絶縁材７は、ＰＴＣヒータ素子２に対して下部電極板４が備える端子部４２側に配置されている（ＰＴＣヒータ素子２に対して後述の収容部９１の他方の開口部９１ａ側に配置されている）。これら第１絶縁材６及び第２絶縁材７は、それぞれ直方体状に構成されており、その厚みは、ＰＴＣヒータ素子２と同一となるように形成され、後述のプレスステップ（カシメ工程）を経た状態で、上部電極板３及び下部電極板４の内側表面と接触するように構成されている。また、第１絶縁材６及び第２絶縁材７を構成する材料としては、電気絶縁性に優れるものであれば、特に限定されないが、例えば、シリコン材料やセラミック材料から形成することが好ましい。

上部電極板３と、下部電極板４と、当該上部電極板３及び下部電極板４の間に挟持されるＰＴＣヒータ素子２と、第１絶縁材６と、第２絶縁材７とにより構成される積層構造体は、ＰＴＣヒータ部を構成し、このＰＴＣヒータ部の周囲は樹脂フィルム８により被覆されている。樹脂フィルム８は、筒状に形成されることが好ましく、また、電気絶縁性を備えるとともに耐熱性を備える材料により形成されることが好ましい。例えば、筒状のカプトンフィルムから形成されることが好ましい。なお、樹脂フィルム８により周囲が被覆されたＰＴＣヒータ部においては、上部電極板３及び下部電極板４が備える各端子部３２，４２の先端は、樹脂フィルム８の外側に配置されている。また、筒状の樹脂フィルム８の両端部は、絶縁の観点、及び、異物混入防止の観点から外装ケーシング９における収容部９１の開口部９１ａの外側に配置されるように構成されている。

外装ケーシング９は、樹脂フィルム８により周囲が被覆されたＰＴＣヒータ部が収容される部材であり、その表面から熱を放熱する放熱部材としても機能するものである。外装ケーシング９を形成する材料としては、特に限定されないが、放熱性能に富む金属材料から形成することが好ましく、例えば、アルミニウムやステンレスを例示することができる。この外装ケーシング９は、収容部９１と固定部９２とを備えている。収容部９１は、樹脂フィルム８により周囲が被覆されたＰＴＣヒータ部を挿入して収容する機能を有しており、樹脂フィルム８により周囲が被覆されたＰＴＣヒータ部の厚み方向断面形状に対応する開口部９１ａを有する筒状体である。この収容部９１は、平面視矩形状の形態を有している。また、収容部９１は、できるだけ薄く扁平になるように構成され、その内部空間の高さは、樹脂フィルム８により周囲が被覆されたＰＴＣヒータ部の高さ（厚み）よりもわずかに大きくなるように構成されている。固定部９２は、収容部９１において互いに対向する一対の側壁に連接し、当該側壁の外方に突出するように構成されている。なお、各固定部９２の底面と収容部９１の底面とは、面一となるように構成されている。また、各固定部９２には、ボルト等の固定手段が挿通可能な貫通孔９３が形成されている。

この外装ケーシング９の収容部９１にＰＴＣヒータ部を収容した状態においては、上部電極板３及び下部電極板４が備える各端子部３２，４２は、外装ケーシング９の外側に配置されることとなる。より具体的には、上部電極板３が有する端子部３２は、筒状の収容部９１における一方の開口部を介して外装ケーシング９の外側に配置され、下部電極板４が有する端子部４２は、収容部９１の他方の開口部を介して外装ケーシング９の外側に配置されることとなる。

次に本発明にかかるＰＴＣヒータユニット１の製造方法について説明する。このＰＴＣヒータユニット１の製造方法は、ヒータ部形成ステップと、被覆ステップと、収容部挿入ステップと、プレスステップと、端子部屈曲ステップとを備えている。

ヒータ部形成ステップは、上述の上部電極板３及び下部電極板４の間に板状のＰＴＣヒータ素子２を挟持してＰＴＣヒータ部を形成する工程である。ここで、ヒータ部形成ステップにおいて供される上部電極板３及び下部電極板４は、図５に示すように、板状の主面部３１，４１と、当該主面部３１，４１の一の側縁から該主面部３１，４１の面方向に沿って突出する端子部３２，４２とをそれぞれ備えるように構成されている。なお、各端子部３２，４２には、予め、絶縁チューブ５が挿入されている。また、ヒータ部形成ステップは、上部電極板３が有する端子部３２と、下部電極板４が有する端子部４２とが、互いに反対方向を向くようにセットしてＰＴＣヒータ素子２を挟持する工程を備えている。また、このヒータ部形成ステップは、ＰＴＣヒータ素子２に隣接して上部電極板３及び下部電極板４の間に第１絶縁材６及び第２絶縁材７を配置する絶縁材配置工程を備えている。絶縁材配置工程は、第１絶縁材６が、ＰＴＣヒータ素子２に対して上部電極板３が備える端子部３２側となるように、第２絶縁材７が、ＰＴＣヒータ素子２に対して下部電極板４が備える端子部４２側となるように配置する工程を備えている。

また、被覆ステップは、上部電極板３及び下部電極板４の間に、板状のＰＴＣヒータ素子２、第１絶縁材６、第２絶縁材７を挟持して構成されるＰＴＣヒータ部の周囲を樹脂フィルム８（特に、筒状のカプトンフィルム）により被覆する工程である。この被覆ステップにおいては、ＰＴＣヒータ部に含まれる上部電極板３及び下部電極板４が備える各端子部３２，４２が、樹脂フィルム８の外側において露出するようにＰＴＣヒータ部の周囲を被覆する。この被覆ステップを経ることにより、上部電極板３と、下部電極板４と、当該上部電極板３及び下部電極板４の間に挟持されるＰＴＣヒータ素子２、第１絶縁材６及び第２絶縁材７からなるＰＴＣヒータ部は樹脂フィルム８を介して一体化されることとなる。より具体的には、互いに重ね合わされた上部電極板３、ＰＴＣヒータ素子２及び下部電極板４を、筒状の樹脂フィルムの一方の開口側から当該樹脂フィルムの内部に挿入することにより、樹脂フィルムでＰＴＣヒータ部を被覆（囲繞）する。

収容部挿入ステップは、樹脂フィルム８により一体化されたＰＴＣヒータ部を外装ケーシング９が備える収容部９１に挿入する工程である。つまり、樹脂フィルム８により周囲が被覆されたＰＴＣヒータ部の厚み方向断面形状に対応する開口部９１ａを有する筒状の収容部９１を備える外装ケーシング９の該収容部９１に、樹脂フィルム８により周囲が被覆されたＰＴＣヒータ部を挿入する工程である。この収容部挿入ステップは、上部電極板３が有する端子部３２、及び、下部電極板４が有する端子部４２が、筒状の収容部９１における一方の開口部、及び、他方の開口部のそれぞれを介して外装ケーシング９の外側に配置されるように、上部電極板３（又は下部電極板４）の端子部３２（４２）側を先端側として収容部９１に挿入する。

プレスステップは、ＰＴＣヒータ部が収容された外装ケーシング９に対してプレスを行い、外装ケーシング９を圧縮変形させて、ＰＴＣヒータ部及び外装ケーシング９を一体化させる工程である。このようなプレスステップとしては、いわゆるカシメ工程を例示することができる。

また、端子部屈曲ステップは、樹脂フィルム８により周囲が被覆され、外装ケーシング９の収容部９１に収容されたＰＴＣヒータ部に対し、上部電極板３が有する端子部３２、及び／又は、下部電極板４が有する端子部４２を、上部電極板３や下部電極板４が有する主面部３１，４１に対して垂直となる方向に屈曲させる工程である。なお、この端子部屈曲ステップは、上記プレスステップの前工程として実施してもよく、あるいは、後工程として実施してもよい。

本発明に係るＰＴＣヒータユニット１は、上述のような構成、つまり各部材を積層構造として構成できるため、極めて簡便に製造することが可能となり、製造コストを下げ、また、短時間で製造することが可能となる。特に、外装ケーシング９の収容部９１に挿入する前段階で、樹脂フィルム８によって、上部電極板３、下部電極板４、ＰＴＣヒータ素子２、第１絶縁材６及び第２絶縁材７を予め一体化できるため、狭い開口部９１ａを有する収容部９１への挿入工程が簡便化され、製造効率を向上させることができる。

また、上記実施形態においては、上部電極板３と下部電極板４との間に、第１絶縁材６及び第２絶縁材７を配置するように構成しているため、これら各絶縁材が、スペーサ及び衝撃吸収材としての機能を果たすため、プレスステップにおけるプレスによって、ＰＴＣヒータ素子２に過大な圧縮力が作用することを抑制して損傷が生じることを効果的に防止することが可能となり、ＰＴＣヒータユニット１の製造効率を大幅に向上させることが可能となる。

また、本発明に係るＰＴＣヒータユニット１においては、端子部３２，４２を外装ケーシング９の外側に配置するように構成しているため、外部の電力供給装置から導かれるリード線との接続作業を簡便に行うことが可能となる。

以上、本発明の一実施形態に係るＰＴＣヒータユニット１、及び、その製造方法について説明したが、ＰＴＣヒータユニット１、及び、その製造方法の具体的構成は、上記実施形態に限定されない。上記ＰＴＣヒータユニット１の実施形態においては、上部電極板３及び下部電極板４が備える端子部３２，４２の構成として、主面部３１，４１に対して垂直に屈曲するように構成しているが、このような構成に特に限定されず、主面部３１，４１の面方向に沿って突出する形態として端子部３２，４２を構成してもよい。つまり、ＰＴＣヒータユニット１の製造方法において、端子部屈曲ステップを省略してもよい。

また、上述のＰＴＣヒータユニット１の製造方法においては、ヒータ部形成ステップに供される上部電極板３及び下部電極板４の各端子部３２，４２に予め絶縁チューブ５を挿入するように構成されているが、この絶縁チューブ５の各端子部３２，４２に対する挿入工程は、ヒータ部形成ステップのタイミングに限定されるものではなく、例えば、収容部挿入ステップやプレスステップが行われる前後のタイミングや、端子部屈曲ステップが行われる前後のタイミングであっても構わない。

また、上記実施形態においては、第１絶縁材６及び第２絶縁材７を備える構成であるが、これら各絶縁材を省略してＰＴＣヒータユニット１を構成してもよい。

また、上述のＰＴＣヒータユニット１の製造方法が備えるヒータ部形成ステップにおいて、上部電極板３と下部電極板４とでＰＴＣヒータ素子２を挟む込む際、予め、ＰＴＣヒータ素子２の表面に、例えば、導電性のシリコン材を薄く塗布してから上部電極板３と下部電極板４とで張り合わせるように構成してもよい。

１ＰＴＣヒータユニット
２ＰＴＣヒータ素子
３上部電極板
３１主面部
３２端子部
４下部電極板
４１主面部
４２端子部
５絶縁チューブ
６第１絶縁材
７第２絶縁材
８樹脂フィルム
９外装ケーシング
９１収容部
９１ａ開口部
９２固定部
９３貫通孔

Claims

上部電極板と、
下部電極板と、
前記上部電極板及び前記下部電極板の間に挟持され、前記上部電極板及び下部電極板の内側表面と接触する板状のＰＴＣヒータ素子と、
前記上部電極板、前記下部電極板及び前記ＰＴＣヒータ素子により構成されるＰＴＣヒータ部の周囲を被覆する樹脂フィルムと、
前記樹脂フィルムにより周囲が被覆されたＰＴＣヒータ部が収容される外装ケーシングとを備え、
前記上部電極板及び前記下部電極板の間には、前記ＰＴＣヒータ素子の両側にそれぞれ配置される第１絶縁材及び第２絶縁材が設けられており、
前記第１絶縁材及び第２絶縁材の厚み寸法は、前記ＰＴＣヒータ素子の厚み寸法と同一に形成されるＰＴＣヒータユニット。
前記上部電極板及び前記下部電極板は、前記外装ケーシングの外側に配置される端子部をそれぞれ備えており、
前記外装ケーシングは、前記樹脂フィルムにより周囲が被覆されたＰＴＣヒータ部の厚み方向断面形状に対応する開口部を有する筒状の収容部を備えており、
前記上部電極板が有する端子部、及び、前記下部電極板が有する端子部は、前記筒状の収容部における一方の開口部、及び、他方の開口部のそれぞれを介して前記外装ケーシングの外側に配置される請求項１に記載のＰＴＣヒータユニット。
前記第１絶縁材は、前記ＰＴＣヒータ素子に対して前記収容部の一方の開口部側に配置され、
前記第２絶縁材は、前記ＰＴＣヒータ素子に対して前記収容部の他方の開口部側に配置されている請求項２に記載のＰＴＣヒータユニット。
前記樹脂フィルムは、筒状のカプトンフィルムである請求項１から３のいずれかに記載のＰＴＣヒータユニット。
上部電極板及び下部電極板の間に板状のＰＴＣヒータ素子を挟持してＰＴＣヒータ部を形成するヒータ部形成ステップと、
前記ＰＴＣヒータ部の周囲を樹脂フィルムにより被覆する被覆ステップと、
前記樹脂フィルムにより周囲が被覆されたＰＴＣヒータ部の厚み方向断面形状に対応する開口部を有する筒状の収容部を備える外装ケーシングの該収容部に、前記樹脂フィルムにより周囲が被覆されたＰＴＣヒータ部を挿入する収容部挿入ステップと、
前記ＰＴＣヒータ部が収容された前記外装ケーシングに対してプレスを行い、前記ＰＴＣヒータ部及び前記外装ケーシングを一体化させるプレスステップとを備え、
前記ヒータ部形成ステップは、前記上部電極板及び前記下部電極板の間であって、前記ＰＴＣヒータ素子の両側に、前記ＰＴＣヒータ素子の厚み寸法と同一寸法の第１絶縁材及び第２絶縁材を配置する絶縁材配置工程を備えているＰＴＣヒータユニットの製造方法。
前記上部電極板及び前記下部電極板は、板状の主面部と、前記主面部の側縁から該主面部の面方向に沿って突出する端子部とをそれぞれ備えており、
前記ヒータ部形成ステップは、前記上部電極板が有する端子部と、前記下部電極板が有する端子部とが、互いに反対方向を向くようにセットして前記ＰＴＣヒータ素子を挟持する工程を備えており、
前記収容部挿入ステップは、前記上部電極板が有する端子部、及び、前記下部電極板が有する端子部が、前記筒状の収容部における一方の開口部、及び、他方の開口部のそれぞれを介して前記外装ケーシングの外側に配置する工程を備えており、
前記樹脂フィルムにより周囲が被覆され、前記収容部に収容されたＰＴＣヒータ部に対し、前記各端子部を、前記主面部に対して垂直となる方向に屈曲させる端子部屈曲ステップを更に備える請求項５に記載のＰＴＣヒータユニットの製造方法。
前記絶縁材配置工程は、前記第１絶縁材が、前記ＰＴＣヒータ素子に対して前記上部電極板が備える端子部側となるように、前記第２絶縁材が、前記ＰＴＣヒータ素子に対して前記下部電極板が備える端子部側となるように配置する工程を備えている請求項６に記載のＰＴＣヒータユニットの製造方法。