JPH07176366A

JPH07176366A - ヒーター

Info

Publication number: JPH07176366A
Application number: JP32211093A
Authority: JP
Inventors: Tetsuo Yamaguchi; 哲生山口
Original assignee: Sekisui Plastics Co Ltd
Current assignee: Sekisui Kasei Co Ltd
Priority date: 1993-12-21
Filing date: 1993-12-21
Publication date: 1995-07-14

Abstract

(57)【要約】【構成】コネクター部１１ａは、金属板５の端部５ａ
が露出するようにパッケージ６の側面付近のフラット面
６ｂに設けられた窪み１２と、外部電源プラグを抜けに
くくするために、フラット面６ａに設けられた、突起１
３ａを有する窪み１３とからなるヒーター。【効果】ヒーターの製造時における、リード線の電気
絶縁性の低下等のトラブルが無くなる。したがって、ヒ
ーターの生産性が向上する。また、フラット面６ａ・６
ｂを被加熱物に密着させることができる。したがって、
被加熱物を効率よく加熱できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、平面状のヒーターに関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より、自己温度制御機能を備える正
特性サーミスターである、チタン酸バリウム系磁器半導
体からなる平板状の発熱体を用いた面状ヒーターが考え
られている。この面状ヒーターは、発熱温度を一定に保
つための温度制御回路や、過熱を防止するための過熱防
止回路が不要であり、かつ、極めて高い安全性を有して
いる。

【０００３】上記の面状ヒーターは、発熱体の表面およ
び裏面に電極を設け、これら電極にリード線を半田付け
することにより外部電源と接続しており、発熱体で発生
する熱を被加熱物に均一に伝達するために、電気絶縁
性、耐熱性、機械的強度および熱伝導性に優れたアルミ
ナ等のセラミックスの成形品からなるケース、もしく
は、熱可塑性樹脂等からなる絶縁シートで上記の発熱体
が覆われている。

【０００４】発熱体の表面および裏面に設けられた電極
に直接リード線が半田付けされているため、その部分に
凸部が存在する。ケースもしくは絶縁シートと発熱体と
の間に空間（隙間）ができると、発熱体と被加熱物との
間の熱伝導性が低下することから、ケースで上記の発熱
体を覆う場合には、半田付け凸部に合わせてケースに凹
部を設け、ケースと発熱体との密着性に留意している。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上記従来の
構成では、絶縁シートで発熱体を覆う場合、発熱体が絶
縁シート内を移動しないように、発熱体を絶縁シートに
固定する必要があり、そのために接着剤等を用いなけれ
ばならないという問題点を有している。

【０００６】また、セラミックスの成形品からなるケー
スで発熱体を覆う場合、このケースを予め別途作製する
必要があり、面状ヒーターが分厚くなると共に、面状ヒ
ーターを製造するための部品点数および工程数が増加
し、かつ、コストアップを招来するという問題点を有し
ている。

【０００７】さらに、上記のケースはセラミックスの成
形品からなるので加工性に乏しく、その形状に凹凸を設
ける加工に手間取るため、発熱体の使用温度が低くて耐
熱性を備えたケースを必要としない場合には、一層、上
記の問題が深刻なものとなる。

【０００８】そこで、発熱体を放熱板兼電極板となる金
属板で挟持し、それらを被うように絶縁体を設けた面状
ヒーターが考えられている。熱伝導を良くするため、金
属板と絶縁体とは圧縮成形によって一体に成形されてい
る。電源用のリード線は、成形前に金属板に接続されて
いる。

【０００９】ところが、この面状ヒーターでは、リード
線あるいは、リード線と金属板との接続部が、成形時に
金型よって損傷を受け、リード線の電気絶縁性が低下し
たり、接続部が折れ曲がったりするという問題点を有し
ている。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明に係るヒーター
は、上記の課題を解決するために、上下面に電極を有す
る複数の発熱体と、これらの発熱体を上下から挟み、発
熱体の上面の電極同士および下面の電極同士を電気的に
接続する二枚の金属板と、発熱体および二枚の金属板を
封止する電気絶縁性のパッケージと、パッケージの側面
に設けられ二枚の金属板に外部電源プラグを接続するた
めの二つのコネクター部とが備えられており、パッケー
ジは上下にフラット面を有しており、各コネクター部
は、金属板の端部が露出するようにパッケージの側面付
近の一方のフラット面に設けられた窪みと、外部電源プ
ラグを抜けにくくするために、他方のフラット面に設け
られた、突起を有する窪みとからなることを特徴として
いる。

【００１１】

【作用】上記の構成によれば、金属板と外部電源とを接
続するためのコネクター部を設けたので、金属板に予め
リード線を接続しておく必要がなくなる。このため、ヒ
ーターの製造時における、リード線の電気絶縁性の低下
等のトラブルが無くなる。したがって、ヒーターの生産
性が向上する。また、パッケージの上下のフラット面に
窪みを設けることによりコネクター部を形成するように
したので、電源プラグをパッケージよりも薄くすれば、
フラット面を被加熱物に密着させることができる。した
がって、被加熱物を効率よく加熱できる。

【００１２】

【実施例】本発明の一実施例について図１ないし図４に
基づいて説明すれば、以下の通りである。

【００１３】本実施例のヒーターは、図１に示すよう
に、上下面に電極２・３を有する複数の発熱体１…と、
これらの発熱体１…を上下から挟み、発熱体１…の上面
の電極２…同士および下面の電極３…同士を電気的に接
続する二枚の金属板４・５と、発熱体１…および二枚の
金属板４・５を封止する電気絶縁性のパッケージ６とを
備えている。

【００１４】上記のパッケージ６は、図３に示すよう
に、上下にフラット面６ａ・６ｂを有している。パッケ
ージ６の側面には、二枚の金属板４・５に電源プラグ
（後述する）を接続するための二つのコネクター部１１
ａ・１１ｂが設けられている。

【００１５】コネクター部１１ａは、図３におけるＢ−
Ｂ線矢視断面図である図１に示すように、下側の金属板
５の端部５ａが露出するように、パッケージ６の側面付
近の下側のフラット面６ｂに設けられた窪み１２と、電
源プラグを抜けにくくするために、上側のフラット面６
ａに設けられた、突起１３ａを有する窪み１３とからな
っている。

【００１６】コネクター部１１ｂは、図３におけるＡ−
Ａ線矢視断面図である図２に示すように、上側の金属板
４の端部４ａが露出するように、パッケージ６の側面付
近の上側のフラット面６ａに設けられた窪み１２と、電
源プラグを抜けにくくするために、下側のフラット面６
ｂに設けられた、突起１３ａを有する窪み１３とからな
っている。

【００１７】電源プラグは、図４に示すように、リード
線２２と、リード線２２に接続された金属製のクリップ
２１からなっている。クリップ２１は、金属板５の端部
５ａ（あるいは、金属板４の端部４ａ）に電気的に接触
する接点部２１ａと、突起１３ａに引っかかる出っ張り
を有し、電源プラグを抜けにくくする係合部２１ｂとを
備えている。

【００１８】上記の構成において、電源プラグをヒータ
ーのコネクター部１１ａと１１ｂとに差し込むことによ
り、電源プラグの接点部２１ａがコネクター部１１ａの
金属板５の端部５ａ（あるいは、コネクター部１１ｂの
金属板４の端部４ａ）に接続され、電源プラグの係合部
２１ｂがコネクター部１１ａの突起１３ａ（あるいは、
コネクター部１１ｂの突起１３ａ）に引っかかる。

【００１９】これにより、発熱体１…に電流が流れ、発
熱体１…が発熱する。しかも、電源プラグがヒーターか
ら簡単に抜け落ちてしまうことが防止される。また、電
源プラグをパッケージ６よりも薄くしておけば、フラッ
ト面６ａ・６ｂを被加熱物に密着させることができる。
したがって、被加熱物を効率よく加熱できる。

【００２０】さらに、本実施例のヒーターでは、金属板
４・５に予めリード線を接続しておく従来のヒーターと
比較して、ヒーターの製造時における、リード線の電気
絶縁性の低下等のトラブルが原理的に無くなる。したが
って、ヒーターの生産性が向上する。

【００２１】上記のヒーターは、具体的には例えば、正
温度係数サーミスターからなる円盤状の発熱体１…と、
発熱体１…を上下から挟持する金属板４・５とを備えて
おり、これらを電気絶縁性の樹脂からなるパッケージ６
に封止した構造になっている。

【００２２】つまり、発熱体１…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
有する感熱素子としての正特性サーミスターである。こ
の特性により、発熱体１…は、電源から電圧が印加され
ると、最初は、低温であるために抵抗値が小さくて大電
流が流れ、この結果、急激に温度が上昇する一方、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、一定温度以上には温度が上がらず、一定温
度を安定に保つこととなる。

【００２３】即ち、発熱体１…は自己温度制御機能を備
える。従って、面状ヒーターは、消費電力が少なく、温
度制御回路や過熱防止回路を省くことができ、小型化が
可能となっている。また、局部過熱による発火等の虞れ
もない。尚、この発熱体１は、材料組成によりキュリー
温度Ｔc が、およそ30〜250 ℃の範囲で任意に設定でき
るので、本実施例における発熱体１…では、被加熱物の
加熱に有効なパッケージ６の表面温度が実現でき、か
つ、安全性や省電力化を考慮してキュリー温度Ｔc を設
定すればよい。

【００２４】上記の金属板４・５には、鉄板、ステンレ
ス板、銅板、リン青銅板、アルミニウム板等が用いられ
る。金属板４・５には、孔が設けられていてもよい。ま
た、２つの金属板４・５に必ずしも同じものを使う必要
はなく、一方に孔の明いた金属板を使い、他方に孔の明
いていない金属板を使ってもよい。

【００２５】発熱体１と金属板４・５との電気的な接続
は、互いに圧接することにより行われている。また、発
熱体１と金属板４・５との電気的な接続を、例えばエポ
キシ樹脂／銀混合の導電性接着剤で貼着することにより
行ってもよい。

【００２６】パッケージ６は、長繊維を含む充填材が配
合された合成樹脂で一体的に形成されており、金属板４
・５の端部４ａ・５ａを除いて、発熱体１および金属板
４・５を密封している。

【００２７】パッケージ６の窪み１２・１３は、パッケ
ージ６を成形するときに設ける方がヒーターの製造上、
効率的であるが、パッケージ６の成形後、カッター等に
よる機械加工により設けるようにしてもよい。

【００２８】パッケージ６に使用される合成樹脂は、熱
収縮率が小さく、電気絶縁性、機械的強度に優れると共
に、発熱体１…の発熱温度に耐え得る耐熱性、水蒸気等
の水分を内部に通さない防水性、空気を内部に通さない
気密性を備えていることが必要であり、例えば、不飽和
ポリエステル樹脂、ビニルエステル樹脂、エポキシ樹
脂、フェノール樹脂等の熱硬化性樹脂、あるいは、ポリ
プロピレン樹脂、ポリアミド樹脂、ポリエチレンテレフ
タレート樹脂等の熱可塑性樹脂が用いられる。尚、合成
樹脂は、例えば、価格、使用する充填材との親和性、パ
ッケージ６の成形方法、ヒーターの用途や大きさ、形
状、ヒーターに要求される強度や諸物性等に応じて、適
宜選択すればよい。また、合成樹脂は、硬化剤や離型
剤、低収縮剤、着色剤、増粘剤等を含有していてもよ
い。

【００２９】上記の充填剤は、熱伝導性、電気絶縁性お
よび機械的強度に優れると共に、発熱体１…の発熱温度
に耐え得る耐熱性を備えていること、および、合成樹脂
との親和性が良好であることが必要であり、例えば、有
機繊維、無機繊維、有機粉末、無機粉末等が用いられ
る。

【００３０】有機繊維としては、例えば、木綿、羊毛、
麻等からなる天然繊維、レーヨン等からなる化学繊維、
ポリ塩化ビニル樹脂、ポリアミド樹脂、全芳香族ポリア
ミド樹脂、飽和ポリエステル樹脂等からなる合成繊維等
が用いられる。無機繊維としては、例えば、ガラス繊
維、チタン酸カリウム、ボロン、炭化ケイ素、アルミ
ナ、ポリチタノカルボシラン等が用いられる。

【００３１】また、有機粉末としては、例えば、スチレ
ン−ブタジエンゴム等のゴム等が用いられる。無機粉末
としては、例えば、炭酸カルシウム、カオリン、クレ
ー、アルミナ、水酸化アルミニウム、硫酸バリウム、リ
トポン、カットファイバー状やミルドファイバー状のガ
ラスパウダ、ガラスフレーク、ガラスビーズ、ガラスマ
イクロバルーン、アルミノシリケートマイクロバルー
ン、シリカマイクロバルーン、ワラストナイト、ボロン
ナイトライド、微粒子ケイ素、超微粒子状無水シリカ、
石英粉末、タルク、マイカ、三酸化アンチモン等が用い
られる。

【００３２】上記の有機粉末および無機粉末の粒子径
は、特に限定されるものではない。尚、有機粉末および
無機粉末の形態は、特に限定されるものではない。

【００３３】上記充填剤は、例えば、価格、合成樹脂と
の親和性、パッケージ６の成形方法、面状ヒーターの大
きさ、強度、諸物性に応じて、適宜選択すればよい。

【００３４】合成樹脂に対する充填剤の配合量は特に限
定されるものでない。

【００３５】上記のパッケージ６で形成された面状ヒー
ターは、例えば、ＳＭＣ(Sheet Molding Compound)、Ｂ
ＭＣ(Bulk Molding Compound) 等の熱硬化性樹脂に対し
ては、加熱圧縮成形法により成形、製造される。また、
熱可塑性樹脂に対しては、加熱した樹脂を冷却圧縮する
圧縮成形により、成形、製造される。

【００３６】上記のＳＭＣによる面状ヒーターの成形・
製造は、以下の手順により行われる。即ち、先ず、フィ
ラーが配合された合成樹脂（以下、コンポジットと称す
る）を、所定形状・大きさの３枚のシートに成形し、こ
のうちの２枚を上面シートおよび下面シートとする一
方、残りの１枚のシートの所定位置に発熱体１…を収容
可能な大きさの孔を開口して有孔シートとする。尚、こ
れらシートの厚みや成形方法は、特に限定されるもので
はない。

【００３７】次に、下面シート上に、金属板５、発熱体
１…を孔に嵌合した有孔シート、もう一方の金属板４を
この順序で所定位置に載置し、さらに金属板４上に上面
シートを載置する。その後、この積層物をプレス成形機
上の金型（図示せず）に設置し、所定条件、即ち所定の
温度・圧力・時間等でプレスすることにより、コンポジ
ットを熱硬化させ、３枚のシートを一体化してパッケー
ジ６を形成する。これにより、発熱体１…および金属板
４・５はパッケージ６内部に密封され、固定されて面状
ヒーターが成形・製造される。

【００３８】また、上記のＢＭＣによる面状ヒーターの
成形・製造は、以下の手順により行われる。即ち、先
ず、コンポジットをペースト状にした後、このペースト
状コンポジットを所定量拡げる。次に、上記のペースト
状コンポジット上に、金属板４・５、発熱体１…とペー
スト状コンポジット、もう一方の金属板４をこの順序で
所定位置に配置し、さらに金属板４上にペースト状コン
ポジットを所定量拡げる。その後、この積層物を所定条
件でプレスすることにより、コンポジットを熱硬化さ
せ、パッケージ６を形成し、面状ヒーターとする。

【００３９】さらに、上記の熱可塑性樹脂による面状ヒ
ーターの成形・製造は、以下の手順により行われる。即
ち、先ず、コンポジットを所定形状・大きさの３枚のシ
ートに成形し、このうちの２枚を上面シートおよび下面
シートとする一方、残りの１枚のシートに孔を開口して
有孔シートとする。尚、これらシートの厚みや成形方法
は、特に限定されるものではない。

【００４０】次に、上記３枚のシートを所定温度に加熱
して充分に融かし、下面シート上に、金属板５、発熱体
１…を孔に嵌合した有孔シート、もう一方の金属板４を
この順序で所定位置に載置し、さらに金属板４上に上面
シートを載置する。あるいは、上述の順序で重ね合わせ
た後に加熱してシートを充分に融かしてもよい。その
後、この積層物をプレス成形機上の金型に設置し、所定
条件でプレスすることにより、コンポジットを融着・冷
却させ、３枚のシートを一体化してパッケージ６を形成
し、面状ヒーターとする。

【００４１】尚、ＳＭＣ、ＢＭＣ、および、長繊維強化
された熱可塑性樹脂（スタンパブルシート）による面状
ヒーターの成形・製造の手順は、上記の手順に限定され
るものではなく、パッケージ６により、発熱体１…およ
び金属板４・５が被覆・密閉されて面状ヒーターが成形
・製造される手順であればよい。また、圧縮成形におい
ては、プレスする際に金属板４・５同士が接触する虞れ
が無ければ、有孔シートを省略してもよい。この場合、
発熱体１および金属板４・５間には、合成樹脂が満たさ
れることとなる。

【００４２】ところが、フィラーの繊維長が、金属板４
・５の孔の大きさよりも短くなっている場合には、金属
板４・５の上下にコンポジットを載置してプレスする
と、その圧力により合成樹脂およびフィラーの大部分が
金属板４・５の孔を通過して金属板４・５間に入り込ん
でしまい、金属板４・５の上下にコンポジットが殆ど残
らなくなる。従って、金属板４・５の上下には、極めて
薄いパッケージ６しか形成されなくなり、金属板４・５
の一部は、パッケージ６表面に露出する。即ち、発熱体
１…および金属板４・５の電気絶縁性は確保されなくな
り、面状ヒーターとして使用することが不可能となる。

【００４３】以下、上記のヒーターの製造方法を詳細に
説明するが、本発明はこれらにより何ら限定されるもの
ではない。尚、以下の具体例においては、面状ヒーター
の形状を扁平な方形状としている。

【００４４】長繊維強化された熱可塑性樹脂（スタンパ
ブルシート）による面状ヒーターの成形・製造を行っ
た。まず、ケープラシート社製スタンパブルシート（品
番：Ｃ８０１０−Ｎ、組成：ポリプロピレン樹脂６０ｗ
ｔ％、ガラス繊維４０ｗｔ％、厚さ０．８５ｍｍ）を１
５０ｍｍ四方に切断し、２枚のシートとし、上面シート
および下面シートとした。

【００４５】さらに、１５０ｍｍ四方の一辺に５ｍｍ四
方の切り込み（この部分がコネクター部１１ａ・１１ｂ
になる）をその辺の５０ｍｍの位置に各１ヶ所加工し
た。また、同社製のスタンパブルシート（品番：Ｃ８０
４０−Ｎ、組成：同上、厚さ３．３ｍｍ）を１５０ｍｍ
四方に切断した後、所定の位置に直径１５ｍｍの孔を５
ヶ所開口して有孔シートとした。

【００４６】また、下面の直径１５ｍｍ、厚さ２．５ｍ
ｍの発熱体１を用い、発熱体１の上面にアルミニウム箔
（厚さ０．２ｍｍ）を金属板４として用い、下面に１３
０ｍｍ四方に切断されたアルミニウム板（厚さ０．２ｍ
ｍ）を金属板５として用いた。

【００４７】重ねるときに上面のスタンパブルシートと
下面のスタンパブルシートの切り込みは同じ位置に位置
しないように重ねた。

【００４８】次に、赤外線ヒーターを用いて、上記の上
面シートおよび下面シートを２分３０秒間加熱する一
方、上記の有孔シートを４分３０秒間加熱して、それぞ
れ２００℃にした後、下面シートを設置し、この下面シ
ートの上に金属板５としてのアルミニウム板および有孔
シートをこの順序で載置し、有孔シートの孔に発熱体１
…を嵌合した後、さらに金属板４としてのアルミニウム
箔、および上面シートをこの順序で載置した。

【００４９】その後、この積層物を温度５０℃、圧力１
０ｋｇ／ｃｍ²にて４０秒間プレスし、ポリプロピレン
樹脂を融着させ、３枚のシートを一体化して１５０ｍｍ
×１５０ｍｍ×４ｍｍのヒーターが得られた。このヒー
ターの電気絶縁性は極めて良好であることが確認でき
た。

【００５０】本発明に対応するヒーターは、上下面に電
極２・３を有する複数の発熱体１…と、これらの発熱体
１…を上下から挟み、発熱体１…の上面の電極２…同士
および下面の電極３…同士を電気的に接続する二枚の金
属板４・５と、発熱体１…および二枚の金属板４・５を
封止する電気絶縁性のパッケージ６と、パッケージ６の
側面に設けられ二枚の金属板４・５に外部電源プラグを
接続するための二つのコネクター部１１ａ・１１ｂとが
備えられており、パッケージ６は上下にフラット面６ａ
・６ｂを有しており、コネクター部１１ａ（コネクター
部１１ｂ）は、金属板５の端部５ａ（金属板４の端部４
ａ）が露出するようにパッケージ６の側面付近のフラッ
ト面６ｂ（フラット面６ａ）に設けられた窪み１２と、
外部電源プラグを抜けにくくするために、フラット面６
ａ（フラット面６ｂ）に設けられた、突起１３ａを有す
る窪み１３とからなる構成である。

【００５１】これによれば、金属板４・５と外部電源と
を接続するためのコネクター部１１ａ・１１ｂを設けた
ので、金属板４・５に予めリード線を接続しておく必要
がなくなる。このため、ヒーターの製造時における、リ
ード線の電気絶縁性の低下等のトラブルが無くなる。し
たがって、ヒーターの生産性が向上する。また、パッケ
ージ６の上下のフラット面６ａ・６ｂに窪み１２・１３
を設けることによりコネクター部１１ａ・１１ｂを形成
するようにしたので、電源プラグをパッケージ６よりも
薄くすれば、フラット面６ａ・６ｂを被加熱物に密着さ
せることができる。したがって、被加熱物を効率よく加
熱できる。

【００５２】

【発明の効果】本発明に係るヒーターは、以上のよう
に、上下面に電極を有する複数の発熱体と、これらの発
熱体を上下から挟み、発熱体の上面の電極同士および下
面の電極同士を電気的に接続する二枚の金属板と、発熱
体および二枚の金属板を封止する電気絶縁性のパッケー
ジと、パッケージの側面に設けられ二枚の金属板に外部
電源プラグを接続するための二つのコネクター部とが備
えられており、パッケージは上下にフラット面を有して
おり、各コネクター部は、金属板の端部が露出するよう
にパッケージの側面付近の一方のフラット面に設けられ
た窪みと、外部電源プラグを抜けにくくするために、他
方のフラット面に設けられた、突起を有する窪みとから
なるので、金属板に予めリード線を接続しておく必要が
なくなる。このため、ヒーターの製造時における、リー
ド線の電気絶縁性の低下等のトラブルが無くなる。した
がって、ヒーターの生産性が向上するという効果を奏す
る。また、電源プラグをパッケージよりも薄くすれば、
フラット面を被加熱物に密着させることができる。した
がって、被加熱物を効率よく加熱できるという効果を奏
する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るヒーターのコネクター部の概略構
成を示す縦断面図である。

【図２】本発明に係るヒーターのもう一方のコネクター
部の概略構成を示す縦断面図である。

【図３】本発明に係るヒーターの斜視図である。

【図４】ヒーターに使用される電源プラグを示すもので
あり、同図（ａ）は正面図、同図（ｂ）は側面図であ
る。

【符号の説明】

１発熱体２電極３電極４金属板４ａ端部５金属板５ａ端部６パッケージ６ａフラット面６ｂフラット面１１ａコネクター部１１ｂコネクター部１２窪み１３窪み１３ａ突起

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】上下面に電極を有する複数の発熱体と、こ
れらの発熱体を上下から挟み、発熱体の上面の電極同士
および下面の電極同士を電気的に接続する二枚の金属板
と、発熱体および二枚の金属板を封止する電気絶縁性の
パッケージと、パッケージの側面に設けられ二枚の金属
板に外部電源プラグを接続するための二つのコネクター
部とが備えられており、パッケージは上下にフラット面
を有しており、各コネクター部は、金属板の端部が露出
するようにパッケージの側面付近の一方のフラット面に
設けられた窪みと、外部電源プラグを抜けにくくするた
めに、他方のフラット面に設けられた、突起を有する窪
みとからなることを特徴とするヒーター。