(57)【要約】【課題】発熱素子間で熱が移動することを抑制できる発熱装置を提供する。【解決手段】並列的に配置された複数の発熱素子３０のそれぞれに対して給電する給電部５１、５２と、隣接する発熱素子３０を電気的に接続する電気的経路に形成され、隣接する発熱素子３０の間で熱が移動することを抑制する伝熱防止部２０、５１ｃ、５２ｃ、５１ｄ、５２ｄとを備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
並列的に配置された複数の発熱素子（３０）のそれぞれに対して給電する給電部（５１、５２）と、
隣接する前記発熱素子を電気的に接続する電気的経路に形成され、隣接する前記発熱素子の間で熱が移動することを抑制する伝熱防止部（２０、５１ｃ、５２ｃ、５１ｄ、５２ｄ）と、を備えることを特徴とする発熱装置。
【請求項２】
表面（１０ａ）および前記表面と反対側の裏面（１０ｂ）を有する絶縁基材（１０）を備え、
前記複数の発熱素子は、前記絶縁基材の表面に配置され、
前記給電部は、前記絶縁基材の裏面に配置され、
前記絶縁基材には、前記絶縁基材を厚さ方向に貫通するビアホール（１１）が形成されており、
前記ビアホールには、前記給電部より熱抵抗が大きい層間接続部材（２０）が配置されて前記伝熱防止部が構成されていることを特徴とする請求項１に記載の発熱装置。
【請求項３】
前記給電部は、前記隣接する発熱素子を電気的に接続する電気的経路の一部（５１ｃ、５２ｃ、５１ｄ、５２ｄ）が他の部分に対して細くされ、前記細くされた部分の熱抵抗が前記他の部分より大きくされることによって前記伝熱防止部が構成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の発熱装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の発熱素子が並列に接続された発熱装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、定格電圧の電源を使用する発熱装置において大きな発熱量を得るためには、発熱素子の抵抗値を小さくする必要があることが知られている。このため、一般的な発熱装置として、発熱素子の断面積を大きくすると共に長尺化して抵抗値を小さくしたものがある。
【０００３】
しかしながら、このような断面積を大きくすると共に長尺化した発熱素子を用いた発熱装置では、発熱素子のヒートマス（熱容量）が大きくなってしまう。このため、例えば、上記発熱装置が、車室内においてステアリングコラムの下面に配置され、乗員の足元近傍を輻射熱によって温める暖房装置として用いられた場合、乗員の手足が発熱装置に接触すると火傷をしてしまう可能性がある。発熱素子のヒートマスが大きいために接触箇所から乗員に印加される熱量が大きいためである。
【０００４】
このような問題を解決するため、発熱素子を複数に分割し、各発熱素子を給電部にて並列に接続した発熱装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。これよれば、各発熱素子を並列に接続することにより、１つの発熱素子の抵抗値を小さくすることができると共に１つの発熱素子のヒートマスを小さくできる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平６−３４２６８６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記特許文献１の発熱装置では、１つの発熱素子のヒートマスを小さくできるものの、発熱素子間を電気的に接続する給電部を介して熱が移動する。このため、例えば、上記のように発熱装置を暖房装置として用いた場合、乗員の手足が発熱装置に接触すると、接触箇所近傍に位置しない発熱素子の熱が給電部を介して接触箇所近傍の発熱素子に伝達されてしまう。したがって、上記特許文献１の発熱装置においても、接触箇所から乗員に大きな熱量が印加される可能性があり、乗員が火傷をしてしまう可能性がある。
【０００７】
本発明は上記問題点に鑑みて、複数の発熱素子を並列に接続した発熱装置において、発熱素子間で熱が移動することを抑制できる発熱装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、並列的に配置された複数の発熱素子（３０）のそれぞれに対して給電する給電部（５１、５２）と、隣接する発熱素子を電気的に接続する電気的経路に形成され、隣接する発熱素子の間で熱が移動することを抑制する伝熱防止部（２０、５１ｃ、５２ｃ、５１ｄ、５２ｄ）と、を備えていることを特徴としている。
【０００９】
これによれば、伝熱防止部によって隣接する発熱素子の間で熱の移動が抑制される。このため、例えば、発熱装置が車両用暖房装置として使用された場合、乗員の手足が発熱装置に接触しても接触箇所近傍の発熱素子から大きな熱量が印加されることを抑制でき、乗員が火傷することを抑制できる。
【００１０】
なお、この欄および特許請求の範囲で記載した各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の第１実施形態における発熱装置の平面図である。
【図２】図１中のII−II線に沿った断面図である。
【図３】図１に示す発熱装置の製造工程を示す断面図である。
【図４】図１に示す発熱装置の適用事例を示す図である。
【図５】本発明の第２実施形態における発熱装置の平面図である。
【図６】図５中のVI−VI線に沿った断面図である。
【図７】本発明の第３実施形態における発熱装置の平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、同一符号を付して説明を行う。
【００１３】
（第１実施形態）
本発明の第１実施形態について図面を参照しつつ説明する。図１および図２に示されるように、本実施形態の発熱装置１は、絶縁基材１０、層間接続部材２０、発熱素子３０、表面保護部材４０、第１、第２給電部５１、５２、裏面保護部材６０が一体化されて構成されている。
【００１４】
なお、図１は、理解をし易くするために、表面保護部材４０を省略して示してある。また、図１は、断面図ではないが、層間接続部材２０にハッチングを施してある。
【００１５】
絶縁基材１０は、本実施形態では、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）やポリエーテルイミド（ＰＥＩ）を含む平面矩形状の熱可塑性樹脂フィルムによって構成されている。そして、この絶縁基材１０には、厚さ方向に貫通する複数のビアホール１１が形成されている。
【００１６】
なお、本実施形態では、ビアホール１１が表面１０ａから裏面１０ｂに向かって径が一定とされた円筒状のものを説明するが、ビアホール１１は表面１０ａから裏面１０ｂに向かって径が小さくなるテーパ状とされていてもよいし、角筒状とされていてもよい。
【００１７】
ビアホール１１には、発熱素子３０と第１給電部５１または第２給電部５２とを電気的に接続しつつ、発熱素子３０から第１、第２給電部５１、５２に熱が伝達されることを抑制する層間接続部材２０が配置されている。言い換えると、ビアホール１１には、導電性を有し、第１、第２給電部５１、５２より熱抵抗が高い層間接続部材２０が配置されている。
【００１８】
特に限定されるものではないが、層間接続部材２０は、銅錫や銀ロウ−銀錫等の金属粒子を含む導電性ペーストが焼結されることによって構成されている。なお、本実施形態では、層間接続部材２０が本発明の伝熱防止部に相当している。
【００１９】
そして、絶縁基材１０の表面１０ａには、ＳＵＳ、ニッケル、ニクロム線箔等の高抵抗体金属にて構成される複数の発熱素子３０が配置されている。具体的には、複数の発熱素子３０は、それぞれ折れ線状とされており、各端部がそれぞれ１つの層間接続部材２０と接続されている。つまり、１つの層間接続部材２０には１つの発熱素子３０の一端部が接続されており、隣接する２つの層間接続部材２０は、発熱素子３０を介して電気的に接続されている。
【００２０】
また、絶縁基材１０の表面１０ａには、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）やポリエーテルイミド（ＰＥＩ）を含む平面矩形状の熱可塑性樹脂フィルムからなる表面保護部材４０が配置されている。そして、各発熱素子３０は、表面保護部材４０によって覆われている。なお、この表面保護部材４０は、絶縁基材１０と平面形状が同じ大きさとされている。
【００２１】
絶縁基材１０の裏面１０ｂには、銅、アルミニウム等の発熱素子３０より低抵抗体金属にて構成される第１、第２給電部５１、５２が配置されている。具体的には、本実施形態の第１給電部５１は、絶縁基材１０の短辺方向（図１中紙面上下方向）に沿って延設された３つの第１導通部５１ａと、絶縁基材１０の長辺方向（図１中紙面左右方向）に沿って延設され、各第１導通部５１ａの一端部をそれぞれ連結する第１連結部５１ｂとを有している。そして、３つの第１導通部５１ａが同じ発熱素子３０と接続された２つの層間接続部材２０のうちの一方と接続されている。
【００２２】
第２給電部５２は、絶縁基材１０の短辺方向に延設され、隣接する第１導通部５１ａの間にそれぞれ配置される２つの第２導通部５２ａと、絶縁基材１０の長辺方向に沿って延設され、各第２導通部５２ａの一端部をそれぞれ連結する第２連結部５２ｂとを有している。そして、２つの第２導通部５２ａが同じ発熱素子３０と接続される２つの層間接続部材２０のうちの他方と接続されている。
【００２３】
つまり、第１、第２給電部５１、５２は、各発熱素子３０が層間接続部材２０を介してそれぞれ並列接続されるように配置されている。そして、隣接する発熱素子３０は、層間接続部材２０、第１導通部５１ａまたは第２導通部５２ａ、層間接続部材２０にて形成される電気的経路を介して接続されている。すなわち、隣接する発熱素子３０の電気的経路には、第１、第２給電部５１、５２より熱抵抗が高い層間接続部材２０が配置されている。
【００２４】
また、絶縁基材１０の裏面１０ｂには、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）やポリエーテルイミド（ＰＥＩ）を含む熱可塑性樹脂フィルムからなる平面矩形状の裏面保護部材６０が配置されている。そして、第１、第２給電部５１、５２は、裏面保護部材６０によって覆われている。なお、裏面保護部材６０は、絶縁基材１０と平面形状が同じ大きさとされている。
【００２５】
そして、図２とは異なる断面において、裏面保護部材６０には、第１給電部５１と接続されると共に外部回路と接続可能とされた層間接続部材と、第２給電部５２と接続されると共に外部回路と接続可能とされた層間接続部材が配置されている。これにより、第１、第２給電部５１、５２は、外部との電気的な接続が図れるようになっている。
【００２６】
以上が本実施形態における発熱装置１の構成である。次に、上記発熱装置１の製造方法について図３を参照しつつ説明する。なお、図３は、図１中のII−II線に沿った断面図である。
【００２７】
まず、図３（ａ）に示されるように、絶縁基材１０を用意し、複数のビアホール１１をドリル等によって形成する。
【００２８】
次に、図３（ｂ）に示されるように、各ビアホール１１に導電性ペースト２１を充填する。なお、導電性ペースト２１は、銅錫や銀ロウ−銀錫等の金属粒子にパラフィン等の有機溶剤を加えてペースト化したものが用いられる。
【００２９】
また、ビアホール１１に導電性ペースト２１を充填する方法（装置）としては、本出願人による特願２０１０−５０３５６号に記載の装置（方法）を採用するとよい。
【００３０】
簡単に説明すると、吸着紙７０を介して図示しない保持台上に、裏面１０ｂが吸着紙７０と対向するように絶縁基材１０を配置する。なお、吸着紙７０は、導電性ペースト２１の有機溶剤を吸収できる材質のものであれば良く、一般的な上質紙等が用いられる。そして、導電性ペースト２１を溶融させつつ、ビアホール１１内に導電性ペースト２１を充填する。これにより、導電性ペースト２１の有機溶剤が吸着紙７０に吸着され、ビアホール１１に金属粒子が密接して配置される。
【００３１】
次に、ＳＵＳ等の金属板に対してプレスや化学エッチング等を行って形成した上記形状の発熱素子３０を用意する。同様に、銅等の金属板に対してプレスや化学エッチング等を行って形成した上記形状の第１、第２給電部５１、５２を用意する。
【００３２】
そして、図３（ｃ）に示されるように、裏面保護部材６０、第１、第２給電部５１、５２、絶縁基材１０、発熱素子３０、表面保護部材４０を順に積層して積層体８０を構成する。具体的には、上記のように、絶縁基材１０の表面１０ａ側に、各端部が１つの導電性ペースト２１と接触するように発熱素子３０を配置する。また、絶縁基材１０の裏面１０ｂ側に、同じ発熱素子３０と接続される２つの導電性ペースト２１の一方と接触するように第１給電部５１を配置すると共に、同じ発熱素子３０と接続される２つの導電性ペースト２１の他方と接触するように第２給電部５２を配置する。
【００３３】
続いて、図３（ｄ）に示されるように、積層体８０を図示しない一対のプレス板の間に配置し、積層方向の上下両面から真空状態で加熱しながら加圧する。これにより、導電性ペースト２１が焼結されて層間接続部材２０が形成される。また、層間接続部材２０と発熱素子３０、および層間接続部材２０と第１給電部５１または第２給電部５２とが接続されると共に、積層体８０が一体化されて上記発熱装置１が製造される。
【００３４】
このような発熱装置１は、例えば、図４に示されるように、車室内最前部にて車両計器板等を構成するインストルメントパネル９０の外側、より詳細にはステアリングコラムの下面に沿って配置され、乗員の足元周辺の即効暖房を行うものとして用いられる。
【００３５】
すなわち、車両は、通常、エンジン冷却水を熱源として車室内を暖房する暖房装置を備えているが、エンジン始動時等の場合には、エンジン冷却水から車室内暖房用の熱源を充分に得ることができず、車室内を暖めることが困難である。このため、上記発熱装置１を作動させることにより、乗員の足元周辺を即効暖房することができる。
【００３６】
なお、図４に示されるように、本実施形態では、絶縁基材１０、表面保護部材４０、裏面保護部材６０は樹脂で構成されているため、ステアリングコラムの下面に沿って発熱装置１を折り曲げて配置することができる。また、特に図示しないが、上記発熱装置１は、例えば、車両の左右のドアのうち、ドア本体部の下方側（窓ガラスより下方側）に備えられていてもよい。
【００３７】
以上説明したように、本実施形態の発熱装置１は、隣接する発熱素子３０の電気的経路が第１給電部５１または第２給電部５２と、第１、第２給電部５１、５２より熱抵抗が大きい層間接続部材２０にて形成されている。したがって、例えば、上記図４のように発熱装置１を用いた場合、乗員が発熱装置１に接触したとしても、接触箇所近傍に位置しない発熱素子３０の熱が接触箇所近傍の発熱素子３０に伝達されることを抑制できる。このため、接触箇所近傍の発熱素子３０から大きな熱量が乗員に伝達されることを抑制でき、乗員が火傷をしてしまうことを抑制できる。
【００３８】
また、本実施形態では、発熱素子３０は絶縁基材１０の表面１０ａ側に配置され、第１、第２給電部５１、５２は絶縁基材１０の裏面１０ｂ側に配置されている。このため、本実施形態の発熱装置１は、特に表面保護部材４０側から輻射熱を放出でき、上記図４のように片面輻射のものに利用されると有効である。
【００３９】
さらに、絶縁基材１０の表面１０ａ側には発熱素子３０のみが配置され、絶縁基材１０の裏面１０ｂ側には第１、第２給電部５１、５２のみが配置されている。このため、発熱素子３０および第１、第２給電部５１、５２の形状を単独で自由に変更でき、設計の自由度を向上させることができる。
【００４０】
（第２実施形態）
本発明の第２実施形態について説明する。本実施形態は、第１実施形態に対して絶縁基材１０を用いないと共に伝熱防止部を変更したものであり、その他に関しては第１実施形態と同様であるため、ここでは説明を省略する。
【００４１】
図５および図６に示されるように、本実施形態では、表面保護部材４０と裏面保護部材６０との間に絶縁基材１０が配置されておらず、表面保護部材４０と裏面保護部材６０とが直接接合されている。なお、図５は、理解をし易くするために、表面保護部材４０を省略して示してある。
【００４２】
そして、第１、第２給電部５１、５２は、第１、第２導通部５１ａ、５２ａそれぞれに、発熱素子３０と接続され、第１、第２導通部５１ａ、５２ａよりも電気的経路が細くされて熱抵抗が大きくされた第１、第２接続部５１ｃ、５２ｃが形成されている。本実施形態では、この第１、第２接続部５１ｃ、５２ｃが本発明の伝熱防止部に相当しており、第１、第２給電部５１、５２に伝熱防止部が形成されている。
【００４３】
なお、本実施形態の第１、第２接続部５１ｃ、５２ｃは、第１、第２導通部５１ａ、５２ａから発熱素子３０側に向かって幅が狭くなることで電気的経路が細くされているが、例えば、発熱素子３０側に向かって厚さが薄くなることで電気的経路が細くされていてもよい。
【００４４】
そして、第１導通部５１ａに形成された第１接続部５１ｃが発熱素子３０の一方の端部と接続され、第２導通部５２ａに形成された第２接続部５２ｃが当該発熱素子３０の他方の端部と接続されている。第１、第２接続部５１ｃ、５２ｃと発熱素子３０との接続は、例えば、抵抗溶接やレーザ溶接等で接合されていてもよいし、合金層を介して接合されていてもよいし、リベットやハトメ等を用いて機械的に接合されていてもよい。
【００４５】
このような発熱装置１としても、第１、第２接続部５１ｃ、５２ｃ（伝熱防止部）によって隣接する発熱素子３０の間で熱が移動することを抑制できるため、上記第１実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００４６】
（第３実施形態）
本発明の第３実施形態について説明する。本実施形態は、第２実施形態に対して伝熱防止部を形成する位置を変更したものであり、その他に関しては第２実施形態と同様であるため、ここでは説明を省略する。
【００４７】
図７に示されるように、本実施形態では、第１、第２給電部５１、５２は、第１、第２導通部５１ａ、５２ａそれぞれに、隣接する発熱素子３０を接続する電気的経路の一部が他の部分より細くされて熱抵抗が大きくされた第１、第２細部５１ｄ、５２ｄが形成されている。すなわち、本実施形態では、第１、第２細部５１ｄ、５２ｄが本発明の伝熱防止部に相当している。なお、図７は、理解をし易くするために、表面保護部材４０を省略して示してある。
【００４８】
このような発熱装置１としても、第１、第２細部５１ｄ、５２ｄ（伝熱防止部）によって隣接する発熱素子３０の間で熱が移動することを抑制できるため、上記第１実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００４９】
なお、本実施形態の第１、第２細部５１ｄ、５２ｄは、幅が狭くなることで電気的経路が細くされているが、例えば、厚さが薄くなることで電気的経路が細くされていてもよい。
【００５０】
（他の実施形態）
本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した範囲内において適宜変更が可能である。
【００５１】
例えば、上記各実施形態を組み合わせた発熱装置１とすることができる。すなわち、第１実施形態を第２、第３実施形態に組み合わせ、発熱素子３０と第１、第２給電部５１、５２とを層間接続部材２０を介して接続してもよい。また、第１〜第３実施形態を全て組み合わせた発熱装置１としてもよい。
【００５２】
さらに、上記第１実施形態において発熱装置１を製造する際、発熱素子３０と表面保護部材４０とを一体化すると共に、第１、第２給電部５１、５２と裏面保護部材６０とを一体化した後に、これらを用いて積層体８０を構成するようにしてもよい。
【００５３】
また、第１実施形態において、絶縁基材１０の表面１０ａに金属ペーストをマスク印刷等の手法で形成することによって発熱素子３０を形成するようにしてもよい。
【００５４】
そして、上記第１実施形態において、ビアホール１１にブロック状の金属を配置して層間接続部材２０としてもよい。
【００５５】
さらに、上記第２、第３実施形態において、第１、第２給電部５１、５２の電気的経路が部分的に細くされていなくてもよい。このような発熱装置１としても、発熱素子３０と第１、第２給電部５１、５２とを抵抗溶接やレーザ溶接等で接合したり、合金層を介して接合したり、リベットやハトメ等を用いて接合することにより、接合部分が伝熱防止部として機能するため、本発明の効果を得ることができる。
【符号の説明】
【００５６】
１０    絶縁基材
１０ａ  表面
１０ｂ  裏面
２０    層間接続部材（伝熱防止部）
５１    第１給電部
５１ｃ  第１接続部（伝熱防止部）
５１ｄ  第１細部（伝熱防止部）
５２    第２給電部
５２ｃ  第２接続部（伝熱防止部）
５２ｄ  第２細部（伝熱防止部）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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