JPH0629078A - ヒータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】 発熱体２と、発熱体２の上下面に設けられた
電極２ａ・２ａと、電極２ａ・２ａに接続された金属端
子３・３と、金属端子３・３の対向面側に接続されたリ
ード線４・４と、発熱体４、電極２ａ・２ａおよび金属
端子３・３の露出部とリード線４・４における金属端子
３との接続部とを被覆して外部と電気的に絶縁する絶縁
ケース５とを有する。 【効果】 金属端子３・３の外面側にはリード線４・４
接続のための凸部が生じず、絶縁ケース５は金属端子３
・３の外面側において薄く形成できる。従って、本ヒー
タ１は薄型化が可能であるとともに、本ヒータ１を被加
熱物に取り付けた場合において、発熱体２が発生した熱
を被加熱物に効率良く伝導させられる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ＰＴＣ（Positive Tem
perature Coefficient）特性を有する例えばチタン酸バ
リウム系磁器半導体からなり、定温ヒータや局所加熱ヒ
ータとして多くの分野で利用できるヒータに関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】従来より、正特性サーミスタであるチタ
ン酸バリウム系磁器半導体からなり、自己温度制御機能
を有する板状の発熱体を備えたヒータが知られている。
このヒータは、発熱温度を一定にするための制御回路や
過熱防止のための回路が不要であり、かつ、極めて高い
安全性を有している。

【０００３】この種のヒータとして、実公昭４７−２６
２２６号公報には、正特性サーミスタからなる板状の発
熱体の上下両面に電極が設けられ、これら両電極の外面
に端子板が設けられ、一方の端子板の外面に放熱板が設
けられ、他方の端子板の外面に絶縁板が設けられた構造
が開示されている。また、実開昭５８−５３４９８号公
報には、正特性サーミスタからなる板状の発熱体の上下
両面に電極が設けられ、これら両電極の外面に電極板、
即ち端子板が設けられ、これら両端子板の外面に絶縁板
が設けられた構造が開示されている。そして、上記の両
ヒータにおいては、端子板に給電線としてのリード線が
例えば半田付けにより接続され、このリード線が電源と
接続されることにより、発熱体への給電が行われる。

【０００４】しかしながら、上記のような構造では、絶
縁構造が不十分であり、特に多湿となる場所で使用する
上においては、安全性が低くなるという問題点を有して
いる。

【０００５】一方、このような問題を解決し得るものと
して、実公平３−９２８３号公報には、正特性サーミス
タからなる板状の発熱体の上下両面に電極が設けられ、
これら両電極の外面に、リード線が半田付けされ、これ
ら発熱体、両電極およびリード線における電極との接続
部が、シリコーン樹脂等からなる熱伝導性絶縁樹脂によ
り被覆された構造が開示されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上記の実公
平３−９２８３号公報の構造では、良好な絶縁状態が得
られるものの、両電極の外面にリード線が半田付けされ
ているものであるため、熱伝導性絶縁樹脂による被覆
を、リード線の半田付けにより生じた電極表面の凸部を
吸収するような厚みで行う必要がある。このため、上記
樹脂層が厚くなってしまい、ヒータが厚くなり大型化す
るとともに、発熱体が発生する熱を被加熱物に効率良く
伝導させることができないという問題点を有している。

【０００７】従って、本発明は、薄型化が可能であり、
かつ発熱体が発生する熱を効率良く被加熱物に伝導させ
ることができるヒータの提供を目的としている。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明のヒータは、上記
の課題を解決するために、正特性サーミスタからなる発
熱体の上面および下面に電極が設けられているヒータに
おいて、上記の電極にそれぞれ電気的に接続された一対
の平板状の金属端子と、これら金属端子の対向面側にそ
れぞれ電気的に接続された一対の給電線と、上記の発熱
体、電極および金属端子の露出部と給電線における金属
端子との接続部とを被覆して外部と電気的に絶縁する電
気絶縁性被覆部材とからなることを特徴としている。

【０００９】

【作用】上記の構成によれば、発熱体に給電するための
一対の給電線は金属端子の対向面側に接続されているの
で、この接続を例えば半田付けで行った場合の接続部の
凸部は、金属端子の対向面側に生じ、金属端子の外面側
には生じない。従って、電気絶縁性被覆部材は、金属端
子の外面側において、上記の凸部を吸収するために厚く
形成する必要がなく、薄く形成することができる。これ
により、本ヒータは薄型化が可能であるとともに、本ヒ
ータを被加熱物に取り付けた場合において、発熱体が発
生した熱を被加熱物に効率良く伝導させることができ
る。即ち、被加熱物を効率良く加熱することができる。

【００１０】

【実施例】本発明の一実施例について図１ないし図５に
基づいて説明すれば、以下の通りである。

【００１１】図１および図２に示すように、本実施例に
かかるヒータ１は、偏平な円筒状の発熱体２、金属端子
３・３、給電線としてのリード線４・４および電気絶縁
性被覆部材としての絶縁ケース５で構成されている。

【００１２】上記の発熱体２は、正温度係数（Positive
Temperature Coefficient）を有し、Ｌａ、Ｙのような
希土類元素の酸化物やＮｂ、Ｂｉ等の酸化物を少量ドー
ピングしたチタン酸バリウムを主原料とするチタン酸バ
リウム系のセラミックス半導体チタン酸バリウム等を主
原料としたセラミックス半導体からなる正特性サーミス
タにより形成されている。この正特性サーミスタは、室
温からキュリー温度Ｔc （抵抗急変温度）までは低抵抗
であるが、キュリー温度Ｔc を越えると急峻に抵抗値が
増大する特性を有している。この特性により、発熱体２
に電圧を印加すると、最初は、低温のため抵抗値が小さ
く、大電流が流れ、消費電力が大きいので急激に温度が
上昇する。そして、温度がキュリー温度Ｔc を越えると
抵抗値が急峻に増大することにより、消費電力が大幅に
低下する。これにより、発熱体２は、一定温度以上には
その温度が上がらず、一定温度を安定に保つこととなっ
て、自己温度制御機能を現す。尚、この発熱体２は、材
料組成を調整することにより、キュリー温度Ｔc をおよ
そ３０〜２７０℃の範囲で任意に設定できる。例えば、
チタン酸バリウムのバリウムの一部をＰｂで置き換えれ
ば、キュリー温度Ｔｃを通常値の約１２０℃から高くす
ることができる。また、バリウムの一部をＳｒで置き換
えれば、キュリー温度Ｔｃを低くすることができる。従
って、ヒータ１を使用する条件、および安全性や省電力
を考慮してキュリー温度Ｔc を設定すればよい。

【００１３】上記の発熱体２は、図３（ａ）に示すよう
に、偏平な円筒状に形成されており、上面および下面
に、例えば、銀塗料を塗布することにより、電極２ａ・
２ａが設けられている。また、発熱体２の中央部には、
上下面を貫通する位置決め穴２ｂが形成されている。

【００１４】金属端子３は、図３（ｂ）、（ｃ）に示す
ように、発熱体２の外径にほぼ等しい平板状に形成され
ており、中央部に発熱体２の位置決め穴２ｂの径にほぼ
等しい位置決め穴３ｂを有している。また、金属端子３
には、リード線４を接続するための給電部３ａが形成さ
れている。これら給電部３ａ・３ａは、互いに平行とな
り、かつ対向方向において互いにずれた状態となり、対
応するリード線４・４の導入方向へ延びている。

【００１５】金属端子３と発熱体２との電気的な接続
は、発熱体２に設けられた電極２ａと金属端子３とを、
例えばエポキシ／銀混合の導電性接着剤（例えばデグザ
社製 DEMETRON 6290−0343）で接着することにより行わ
れている。また、給電部３ａ・３ａには、これら給電部
３ａ・３ａの対向面側にそれぞれリード線４が半田付け
等により接続されている。この場合、上記の給電部３ａ
・３ａの位置関係により、一方のリード線４は一方の金
属端子３と第１位置で接続され、他方のリード線４は他
方の金属端子３と第２位置で接続され、上記第１位置
は、上記電極２ａに垂直な平面を境とする一方側に配さ
れ、上記第２位置は、上記平面を境とする他方側に配さ
れることになる。これにより、リード線４・４は発熱体
２のさらなる薄型化を阻害しないものとなっている。ま
た、上記のリード線４・４は、絶縁ケース５における被
加熱物への取り付け面と平行となり、かつ上記の取り付
け面との距離が共に同一となるようにして絶縁ケース５
から引き出されている。そして、上記の発熱体２、金属
端子３・３およびリード線４・４により、同図（ｃ）に
示す発熱ユニット８が構成される。

【００１６】絶縁ケース５は、例えば、６−ナイロン等
の電気絶縁性熱可塑性プラスチックスからなり、図１に
示すように、絶縁ケース下部６と、絶縁ケース上部７と
で構成されている。この絶縁ケース５は、発熱ユニット
８を被覆して密封するように形成されており、中央部に
はヒータ１を被加熱物にネジ止めする際に用いる固定穴
１ａが設けられている。上記の絶縁ケース５は、予め成
形された絶縁ケース下部６に発熱体２等を収容し、射出
成形用金型に設置した後、絶縁ケース上部７部分となる
電気絶縁性材料としてのプラスチックスを射出成形する
ことにより、絶縁ケース下部６と絶縁ケース上部７とを
一体化し形成される。これにより、リード線４・４の開
放端側部位を除く発熱ユニット８は絶縁ケース５内部に
密封され固定される。

【００１７】上記の絶縁ケース下部６における固定穴１
ａの周縁部に相当する部位は、発熱ユニット８を絶縁ケ
ース下部６上に配したときに、発熱体２の位置決め穴２
ｂおよび金属端子３・３の位置決め穴３ｂ・３ｂに嵌入
されて発熱ユニット８を位置決めするための位置決め凸
部６ａとなっている。

【００１８】そして、リード線４・４が給電部３ａ・３
ａの対向面側に接続されて金属端子３・３の外面側にリ
ード線４・４接続による凸部が生じていないので、絶縁
ケース５は金属端子３・３の外面側部位、即ち被加熱物
への取り付け面側部位が薄く形成されている。

【００１９】また、絶縁ケース５は、上記のように、リ
ード線４と金属端子３の給電部３ａとの半田付け部分に
力学的負荷が掛かって断線等が起こらないように、給電
部３ａとの接続部分を含むリード線４・４の金属端子３
側末端部も覆うようになっている。そして、絶縁ケース
５は、熱収縮が小さく、熱伝導性や機械的強度に優れる
とともに、発熱体２の発熱温度に耐え得る耐熱性、水お
よび水蒸気等の水分を内部に通さない防水性、および空
気を内部に通さない気密性を備えること、およびリード
線４・４の被覆材料との密着性が良好であることが必要
である。従って、絶縁ケース５は、例えば、ナイロン、
ポリプロピレンおよびガラス繊維からなるポリマアロイ
によっても形成される。尚、絶縁ケース５は、熱硬化性
プラスチックスで形成することも可能である。

【００２０】また、絶縁ケース下部６と絶縁ケース上部
７とを同一または同質の電気絶縁性材料で構成すること
は、互いの親和性が良く、かつ熱膨張係数が等しくなる
ため、一体化の観点では望ましい。しかしながら、熱伝
導の観点に立つと、絶縁ケース下部６は被加熱物に良好
に熱を伝える方が良く、一方、絶縁ケース上部７は空気
中に放熱し難い方が良い。従って、後者の観点を優先さ
せる場合には、互いの親和性および熱膨張係数を考慮し
つつ、絶縁ケース下部６には、熱伝導性をおよび電気絶
縁性が共に良好な素材、例えば上記のポリマアロイを用
い、絶縁ケース上部７には、熱伝導性が比較的低い素
材、例えばエポキシ樹脂を用いるとよい。

【００２１】次に、上記構成のヒータ１の製造方法につ
いて図１ないし図４に基づいて説明する。

【００２２】先ず、図３（ａ）に示すように、偏平な円
筒状の発熱体２を作製し、焼成する。次に、この発熱体
２の上面および下面に銀塗料を塗布して焼成し、電極２
ａ・２ａを形成する。

【００２３】次に、同図（ｂ）に示すように、発熱体２
の電極２ａ・２ａに金属端子３・３を導電性接着剤で貼
着し、金属端子３・３の給電部３ａ・３ａの対向面側に
それぞれリード線４を半田付けする。あるいは、給電部
３ａ・３ａの対向面側にそれぞれリード線４を半田付け
してから、電極２ａ・２ａに金属端子３・３を導電性接
着剤で貼着してもよい。こうして、同図（ｃ）に示すよ
うな、発熱ユニット８が得られる。

【００２４】次に、図４に示すように、射出成形等によ
り予め成形した絶縁ケース下部６の上に、発熱ユニット
８を配する。このとき、発熱体２の位置決め穴２ｂおよ
び金属端子３・３の位置決め穴３ｂ・３ｂに絶縁ケース
下部６の位置決め凸部６ａが嵌入されるように発熱ユニ
ット８を配する。

【００２５】その後、この絶縁ケース下部６を射出成形
用金型に配置し、絶縁ケース上部７部分となるプラスチ
ックスを射出成形して絶縁ケース上部７を形成すること
により、絶縁ケース下部６と絶縁ケース上部７とが一体
化した絶縁ケース５が形成される。これにより、発熱ユ
ニット４はリード線４・４の開放端側部位を除いて絶縁
ケース５により隙間なく被覆され密封されて外部と絶縁
される。

【００２６】以上のようにして、図１および図２に示す
ような、ヒータ１を得ることができる。尚、リード線４
・４の先端には、例えば、外部電源との接続を行い易い
ようにプラグ等を取り付けてもよい。また、必要に応じ
て、固定穴１ａに雌ネジ溝を設けてもよい。

【００２７】上記のように、本実施例のヒータ１では、
金属端子３・３の給電部３ａ・３ａの対向面側にそれぞ
れリード線４・４が接続されているので、リード線４・
４の接続による凸部は金属端子３・３の外面側には生じ
ない。従って、絶縁ケース５は、金属端子３・３の外面
側において、上記の凸部を吸収するために厚く形成する
必要がなく、薄く形成することができる。これにより、
本ヒータ１は薄型化が可能であるとともに、本ヒータ１
を被加熱物に取り付けた場合において、発熱体２が発生
した熱を被加熱物に効率良く伝導させることができる。

【００２８】また、ヒータ１の中央部にネジ止め用の固
定穴１ａを設けているので、例えばこの固定穴１ａにネ
ジを通すことにより、ヒータ１を被加熱物にネジ止めす
ることが可能となっている。これにより、ヒータ１は上
面もしくは下面を被加熱物に密着させることができ、こ
れによっても発熱体２が発生した熱を被加熱物に効率良
く伝導させることができる。

【００２９】さらに、平板状の金属端子３を用いている
ので、これによっても絶縁ケース５を薄くすることがで
き、熱の伝動効率を一層向上させることができる。

【００３０】また、本ヒータ１では、発熱体２等からな
る発熱ユニット８が絶縁ケース５で被覆され、被加熱物
と電気的に絶縁されている。従って、ヒータ１を金属等
の被加熱物にも密着させて取り付けることができる。ま
た、絶縁ケース５は防水性を備えているので、ヒータ１
を例えば水や牛乳等の液体の加熱・保温にも使用するこ
とができる。さらに、絶縁ケース５を例えばシリコン樹
脂等で形成すれば、ヒータ１に難燃性も付与することが
できる。

【００３１】尚、上記の実施例では、ヒータ１に発熱体
２を１個用いた場合を例に挙げて説明したが、用いる発
熱体２の個数は、１個に限定されるものではなく、２個
以上であってもよい。また、ヒータ１の形状は、上記の
円筒状に限定されるものではなく、角板状等の種々の形
状であってもよい。また、発熱体２の形状も、上記の偏
平な円筒状に限定されるものではなく、例えば、円板状
や直方体状であってもよい。さらに、発熱体２およびヒ
ータ１に形成する固定穴１ａの位置や個数も、上記の実
施例に限定されるものではなく、ヒータの大きさ、ある
いは被加熱物への取り付け方法により変更することが可
能である。

【００３２】また、本実施例では、発熱体２の電極２ａ
と金属端子３との接続を上記のように導電性接着剤で行
う場合を示した。しかしながら、この導電性接着剤によ
る方法は簡単で優れたものではあるが、導電性接着剤の
硬化に約１日を要すること、および導電性接着剤が発熱
体２の側面に液垂れして両電極２ａ・２ａが短絡しない
ような配慮を要することが、ヒータ１の量産効率を制約
している。

【００３３】そこで、ヒータ１の量産効率を一層向上さ
せるには、導電性接着剤を一切使用せず、図５（ａ）に
示すように、発熱体２の電極２ａ・２ａと金属端子３・
３にキャップ９をかぶせるとよい。このキャップ９には
絶縁ケース５と同じ電気絶縁性材料を用いる。図５
（ｂ）に示すように、キャップ９の上面中央には、位置
決め穴９ａが形成され、側面には、給電部３ａ・３ａの
突出しを許容する窓９ｂが形成されている。上記位置決
め穴９ａの口径は、絶縁ケース下部６における位置決め
凸部６ａの外径とほぼ等しく、窓９ｂの幅は、給電部３
ａ・３ａの水平間隔に対応し、窓９ｂの高さは、発熱体
２の厚みと１枚の金属端子３の厚みの合計にほぼ対応し
ている。

【００３４】ここで、ヒータ１の大きさに関する具体的
な設計値の一例を示しておく。絶縁ケース下部６の底
壁、金属端子３、発熱体２、キャップ９の上壁および絶
縁ケース上部７の上壁の各厚みは、1.０ｍｍ、0.２ｍ
ｍ、2.５ｍｍ、0.５ｍｍおよび0.５ｍｍであり、ヒータ
１の厚みは、結局4.９ｍｍとなる。電極２ａと金属端子
３とを導電性接着剤で貼着する場合には、キャップ９を
用いないので、絶縁ケース上部７の上壁の厚みを1.０ｍ
ｍに設定する。また、発熱体２の外径は、例えば１５ｍ
ｍである。

【００３５】次に、キャップ９を用いてヒータ１を製造
するには、先ず、下側の金属端子３、電極２ａ・２ａを
形成した発熱体２および上側の金属端子３をこの順に絶
縁ケース下部６に嵌め込む。それから、次の半田付け工
程において、給電部３ａ・３ａの対向面側にそれぞれリ
ード線４を半田付けする。尚、リード線４の半田付け工
程をいつ行うかはこの限りではなく、金属端子３・３を
絶縁ケース下部６に嵌め込む前、あるいは、各金属端子
３・３を絶縁ケース下部６に嵌め込んだそれぞれの時点
であってもよい。この後、キャップ９の位置決め穴９ａ
および窓９ｂの位置が、それぞれ位置決め凸部６ａおよ
び給電部３ａ・３ａの位置に合うように、キャップ９を
かぶせて発熱ユニット８を得る。次に、絶縁ケース上部
７を設けるための射出成形を行う。

【００３６】このように、導電性接着剤の代わりにキャ
ップ９を用いて発熱ユニット８を組み立てれば、導電性
接着剤の硬化時間が節約され、導電性接着剤の液垂れに
よる電極２ａ・２ａの短絡の心配も無くなる。この結
果、キャップ９を予め用意しておきさえすれば、ヒータ
１の量産効率が向上する。

【００３７】

【発明の効果】本発明のヒータは、以上のように、発熱
体の上下両面に設けられた電極にそれぞれ電気的に接続
された一対の平板状の金属端子と、これら金属端子の対
向面側にそれぞれ電気的に接続された一対の給電線と、
上記の発熱体、電極および金属端子の露出部と給電線に
おける金属端子との接続部とを被覆して外部と電気的に
絶縁する電気絶縁性被覆部材とからなる構成である。

【００３８】これにより、金属端子の外面側には給電線
接続のための例えば半田付けによる凸部が生じず、電気
絶縁性被覆部材は、金属端子の外面側において薄く形成
することができる。従って、本ヒータは薄型化が可能で
あるとともに、本ヒータを被加熱物に取り付けた場合に
おいて、発熱体が発生した熱を被加熱物に効率良く伝導
させることができ、この結果、被加熱物を効率良く加熱
することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例におけるヒータの概略の縦断
面図である。

【図２】上記ヒータを一部破断で示す概略の正面図であ
る。

【図３】同図（ａ）は上記ヒータの製造工程において、
発熱体への電極の形成工程を示す斜視図、同図（ｂ）は
金属端子へのリード線の接続工程および上記の電極への
金属端子の取り付け工程を示す斜視図、同図（ｃ）は同
図（ｂ）の工程を経て得られた発熱ユニットを示す斜視
図である。

【図４】上記ヒータの製造の際における絶縁ケース上部
の射出成形工程において、絶縁ケース下部上に上記の発
熱ユニットが配された状態を示す縦断面図である。

【図５】同図（ａ）は上記ヒータにおける他の構造例を
示す断面図、同図（ｂ）はこのヒータに使用されるキャ
ップを示す斜視図である。

【符号の説明】

１ ヒータ ２ 発熱体 ２ａ 電極 ３ 金属端子 ３ａ 給電部 ４ リード線（給電線） ５ 絶縁ケース（電気絶縁性被覆部材） ６ 絶縁ケース下部 ７ 絶縁ケース上部 ８ 発熱ユニット

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】正特性サーミスタからなる発熱体の上面お
   よび下面に電極が設けられているヒータにおいて、 上記の電極にそれぞれ電気的に接続された一対の平板状
   の金属端子と、これら金属端子の対向面側にそれぞれ電
   気的に接続された一対の給電線と、上記の発熱体、電極
   および金属端子の露出部と給電線における金属端子との
   接続部とを被覆して外部と電気的に絶縁する電気絶縁性
   被覆部材とからなることを特徴とするヒータ。