特許 7529996 電気式ヒータ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-07-30

(45)【発行日】2024-08-07

(54)【発明の名称】電気式ヒータ

(51)【国際特許分類】

   H05B 3/06 20060101AFI20240731BHJP

   H05B 3/10 20060101ALI20240731BHJP

【ＦＩ】

H05B3/06 B

H05B3/10 A

【請求項の数】 8

(21)【出願番号】P 2021049233

(22)【出願日】2021-03-23

(65)【公開番号】P2022147817

(43)【公開日】2022-10-06

【審査請求日】2023-07-17

(73)【特許権者】

【識別番号】599161580

【氏名又は名称】株式会社デンソートリム

(74)【代理人】

【識別番号】100096998

【弁理士】

【氏名又は名称】碓氷 裕彦

(72)【発明者】

【氏名】小林 優希

(72)【発明者】

【氏名】新西 祥次

【審査官】西村 賢

(56)【参考文献】

【文献】特開２００９－１５２１７２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１８－０９２７８７（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２００８／０３２６６２（ＷＯ，Ａ１）

【文献】実開昭６２－０５５３０３（ＪＰ，Ｕ）

【文献】実開平０１－１３４３９３（ＪＰ，Ｕ）

【文献】特開２００９－１２９６１０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００５－０８５６９５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０６－１２３４９８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００５－２９７９６１（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０５Ｂ ３／０２－ ３／８２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

通電を受けて発熱する平板状の発熱素子と、
この発熱素子を平板状の板面方向に複数保持するプレートと、
空気通路に配置され、前記発熱素子の熱を空気通路に伝熱する放熱フィンと、
前記発熱素子に給電する電極板とを有し、
前記プレート、前記放熱フィン、及び前記電極板をそれぞれ複数段積層してヒータ部を形成し、
このヒータ部の積層方向である第１方向の両側に、前記ヒータ部側が底部となりこの底部の両側が壁部となる断面コ字状（Ｕ字状）の一対のフレームを配設し、
前記ヒータ部の積層方向とは直交する方向である第２方向の両側に前記フレームを前記ヒータ部側に付勢するスプリングを配設し、
前記スプリングに付勢されていない状態での前記フレームの前記底部の形状を、前記第２方向の端部から中心に向けて、前記第１方向で前記ヒータ部側に複数の屈曲点が非介在で連続的に膨出する円弧形状として、複数の屈曲点を備える形状に対して前記第２方向の中心側に生じる押圧力不充分領域を狭くし、
前記フレームは、前記第２方向の中心側に生じる前記押圧力不充分領域での剛性の方が、前記第２方向の端部側の剛性より高い
ことを特徴とする電気式ヒータ。

【請求項2】

前記フレームは、前記壁部のうち前記第２方向の中心側に外側に膨出する膨出部を形成している
ことを特徴とする請求項１に記載の電気式ヒータ。

【請求項3】

前記フレームは、前記壁部の高さが前記第２方向の中心側の高さの方が前記第２方向の端部側の高さより高く形成している
ことを特徴とする請求項１に記載の電気式ヒータ。

【請求項4】

前記フレームは、前記壁部のうち前記第２方向の端部側に穴を形成している
ことを特徴とする請求項１に記載の電気式ヒータ。

【請求項5】

前記フレームは、前記底部のうち前記第２方向の中心側にリブを形成している
ことを特徴とする請求項１に記載の電気式ヒータ。

【請求項6】

前記スプリングに付勢されていない状態での前記フレームの前記底部の形状は、前記フレームの前記第２方向の長さをＬと、前記フレームの前記端部と前記中心との前記第１方向の高さをｈとしたとき
ｈ＝０．１＋２．４／１０００×（Ｌ－１８０）＋Ａ
の式で表される関係にあり、長さＬ、高さｈ、及びＡの単位はミリメートルで、Ａはモノづくりにおける公差を示してプラス、マイナス０．２ミリメートルであり、Ｌが２３０以下の場合のＡはプラス０．２ミリメートルであるが、高さｈの下限を０．０２ミリメートルする
ことを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載の電気式ヒータ。

【請求項7】

前記スプリングの内、片側のスプリングは前記フレームと一体に形成されている
ことを特徴とする請求項１ないし６のいずれかに記載の電気式ヒータ。

【請求項8】

前記フレームの底部は二重に形成され、そのうち前記ヒータ部側の底部の形状が、前記スプリングに付勢されていない状態で、前記第２方向の端部から中心に向けて、前記第１方向で前記ヒータ部側に複数の屈曲点が非介在で連続的に膨出する円弧形状としている
ことを特徴とする請求項１ないし７のいずれかに記載の電気式ヒータ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、空気の加熱を行う電気式ヒータに関し、例えば、自動車の車室内暖気に用いて好適である。

【背景技術】

【0002】

電気式ヒータでは、ヒータ部の積層方向である第１方向の両側にフレームを配置し、このフレームをヒータ部側に押圧して、ヒータ部での発熱素子、放熱フィン、電極板を圧着させる構造が知られている。また、フレームをヒータ部側に押圧するのに、スプリングを用いることも知られている。

【0003】

特許文献１では、フレームのヒータ部側への押圧力を高めるために、フレームに屈曲点を形成することを提案している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開２００９－１５２１７２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

屈曲点を形成すれば、平板状のフレームより押圧力が高くなるように思われる。しかしながら、屈曲点の位置によっては、屈曲点を支点としたフレーム変形の結果、逆に押圧力が低下してしまう部位も生じることが認められた。特に、発熱素子と電極板との間や発熱素子と放熱フィンとの接続部位には、発熱素子への通電を確実にし、発熱素子からの熱の移動を適切にするために、充分な押圧力が求められる。このような部位で押圧力が低下したのでは、電気式ヒータの性能低下にもつながりかねない。

【0006】

本開示は上記点に鑑み、フレームによる押圧力の低下する部位を極力少なくすることを課題とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本開示の第１は、通電を受けて発熱する平板状の発熱素子と、この発熱素子を平板状の板面方向に複数保持するプレートと、空気通路に配置され、発熱素子の熱を空気通路に伝熱する放熱フィンと、発熱素子に給電する電極板とを有し、プレート、放熱フィン、及び電極板をそれぞれ複数段積層してヒータ部を形成している。

【0008】

また、本開示の第１は、ヒータ部の積層方向である第１方向の両側に、ヒータ部側が底部となりこの底部の両側が壁部となる断面コ字状（Ｕ字状）の一対のフレームを配設し、ヒータ部の積層方向とは直交する方向である第２方向の両側にフレームをヒータ部側に付勢するスプリングを配設している。

【0009】

そして、本開示の第１は、スプリングに付勢されていない状態でのフレームの底部の形状を、第２方向の端部から中心に向けて、第１方向でヒータ部側に複数の屈曲点が非介在で連続的に膨出する円弧形状としている。これにより、複数の屈曲点を備える形状に対して第２方向の中心側に生じる押圧力不充分領域を狭くしている。ここで、円弧形状は必ずしも円形である必要は無く、楕円や放物線を含み、屈曲点が非介在で連続的に膨出している形状であればよい。

【0010】

このように、複数の屈曲点が非介在で連続的に膨出する円弧形状としたため、フレームがスプリングによって付勢された状態でも、特別な屈曲点を支点としてフレームが変形することは避けることができる。そのため、本開示の第１によれば、発熱素子と電極板との間、及び発熱素子と放熱フィンとの間を、充分な押圧力を持って接続することができる。

【0011】

本開示の第１では、フレームの剛性を、第２方向の中心側の剛性の方が、第２方向の端部側の剛性より高くしている。フレームは第２方向の両側でスプリングに押圧されるので、第２方向の中心側は押圧力が端部側より低下して押圧力が不充分となる領域が生じがちである。それを補うため、本開示の第１では、中心側の剛性を高めている。

【0012】

本開示の他は、フレームの形状を、壁部のうち第２方向の中心側に外側に膨出する膨出部を形成する形状としている。膨出部を設けることで、フレームの中心側の剛性を高めることができる。

【0013】

本開示の他は、フレームの形状を、壁部の高さが第２方向の中心側の高さの方が第２方向の端部側の高さより高くなるように形成している。壁部の高さを中心側で高くすることで、フレームの中心側の剛性を高めることができる。

【0014】

本開示の他は、フレームの形状を、壁部のうち第２方向の端部側に穴を形成した形状としている。穴を形成することで、フレームの端部側の剛性を低くし、相対的に中心側の剛性を高めることができる。

【0015】

本開示の他は、フレームの形状を、底部のうち第２方向の中心側にリブを形成する形状としている。リブを形成することで、フレームの中心側の剛性を高めることができる。

【0016】

本開示の他は、スプリングに付勢されていない状態でのフレームの底部の形状は、フレームの第２方向の長さをＬとし、フレームの端部と中心との第１方向の高さをｈとしたとき
ｈ＝０．１＋２．４／１０００×（Ｌ－１８０）＋Ａ
の式で表される関係としている。この式における単位はミリメートルを用いている。また、Ａはモノづくりにおける公差でプラス、マイナス０．２ミリメートルである。ただし、Ｌが２３０ミリメートル以下の場合の公差Ａはプラス０．２ミリメートルとするが、高さｈの下限を０．０２ミリメートルは確保している。膨出の程度を最適な範囲に規定することで、発熱素子と電極板との間、及び発熱素子と放熱フィンとの間を適切な押圧力を持って接続することができる。

【0017】

本開示の他は、スプリングの内、片側のスプリングはフレームと一体に形成されている。片側は接合されているので、スプリングは他方側のみの固定で済み、組付け工数を低減することができる。

【0018】

本開示の他は、フレームの底部は二重に形成され、そのうちヒータ部側の底部の形状が、スプリングに付勢されていない状態で、第２方向の端部から中心に向けて、第１方向でヒータ部側に複数の屈曲点が非介在で連続的に膨出する円弧形状としている。二重底としているので、断面コ字状（Ｕ字状）のフレームとヒータ部との間に、複数の屈曲点が非介在で連続的に膨出する円弧形状のスペーサを介在させることも可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0019】

【図1】図１は、本開示の電気式ヒータの正面図である。

【図2】図２は、図１の電気式ヒータを分解した正面図である。

【図3】図３は、図１の電気式ヒータの発熱素子部分を拡大した正面図である。

【図4】図４は、スプリングに付勢されていない状態での屈曲点を２つ有するフレームの底部の形状を示す正面図である。

【図5】図５は、屈曲点を３つ有するフレームの変形状態を説明する正面図である。

【図6】図６は、スプリングに付勢されていない状態での屈曲点を有さないフレームの底部の形状を示す正面図である。

【図7】図７は、屈曲点を有するフレームと屈曲点を有さないフレームの変形状態を説明する模式図である。

【図8】図８は、フレームの第１方向高さと第２方向長さを示す正面図である。

【図9】図９は、フレームの高さｈと発熱素子の押圧力を受ける面積Ａの割合との関係を示す図である。

【図10】図１０は、フレームの第１方向高さと第２方向長さとの関係を示す図である。

【図11】図１１は、本開示の変形例を示す正面図である。

【図12】図１２は、図１１図示フレームの正面図である。

【図13】図１３は、本開示の他の変形例を示す正面図である。

【図14】図１４は、本開示の更に他の変形例を示す正面図である。

【図15】図１５は、本開示の更に他の変形例を示す正面図である。

【図16】図１６は、発熱素子の他の配置例を示す正面図である。

【図17】図１７は、本開示の更に他の変形例を示す正面図である。

【図18】図１８は、本開示の更に他の変形例を示す正面図である。

【発明を実施するための形態】

【0020】

以下、本開示の一例を図に基づいて説明する。図１は、電気式ヒータ１００の一例を示す正面図である。電気式ヒータ１００は自動車用空調装置と共に用いられる。自動車用空調装置は、その暖房の熱源にエンジン冷却水を用いている。ただ、エンジンの始動直後では、エンジン冷却水が温まっていなく、暖房熱源が不足する。特に、自動車のハイブリッド化によりエンジンが小型化し、エンジンの稼働率が低下するとエンジン冷却水の熱量不足が顕著となる。

【0021】

電気式ヒータ１００は、このような熱源不足を補うのに用いられる。自動車用空調装置のヒータコアの空気流れ下流に配置され、自動車用空調装置の送風ファンからの送られる空気の加熱を行う。図２は、この電気式ヒータ１００の構成部品を分解して示す正面図である。

【0022】

１１０はＰＣＴ素子等の発熱素子で、通電により発熱する。この発熱素子１１０は、長さ３５ミリメートル、幅６．６ミリメートル、厚さ１．２ミリメートル程度の長方形形状で、ナイロン等の樹脂材料製のプレート１２０の保持部１２１内に保持されている。プレート１２０に肉厚は１ミリメートル程度で、発熱素子１１０の肉厚とほぼ同等で若干量小さく設定されている。そのため、プレート１２０の保持部１２１に発熱素子１１０が収納された状態では、発熱素子１１０の一方面１１１及び他方面１１２は確実に露出している。後述する電極板１４０との電気接続を確実に行うためである。

【0023】

図３において、発熱素子１１０の他方面１１２は放熱フィン１３０と接合している。放熱フィン１３０はマンガンを含むアルミニウム合金製で、多数回折り曲げ成形されたフィン部１３１と、このフィン部１３１を収納する枠部１３２からなる。フィン部１３１と枠部１３２とは一体ろう付けされている。この放熱フィン１３０は高さが１０ミリメートル、幅が７ミリメートルで、長さは電気式ヒータ１００に要求される能力に応じで異なる。後述するが、長さは１８０～２８０ミリメートル程度である。

【0024】

発熱素子１１０の一方面１１１にはアルミニウム合金製の電極板１４０が接しているので、上記の通り、電極板１４０と電気接続している。電極板１４０は放熱フィン１３０にも接しており、図３において、発熱素子１１０側の電極板１４０は正電極１４１である。また、放熱フィン１３０側の電極板１４０は負電極１４２である。

【0025】

図１の例では、放熱フィン１３０は５層積層配置され、この放熱フィン１３０の間にプレート１２０（発熱素子１１０）が４層配置されている。電極板１４０は５層配置され、正電極１４１と負電極１４２とが交互に配置されている。このように、放熱フィン１３０、プレート１２０および電極板１４０が複数段積層されてヒータ部１５０が構成される。なお、配置の方向を、積層方向（図１の上下方向）を第１方向とし、積層方向と直交する方向（図１の左右方向）を第２方向とする。

【0026】

また、図１の例では、プレート１２０のうち、図の一番上の第１プレート１２３には、発熱素子１１０が第２方向に等間隔離れて４カ所に配置されている。４つの発熱素子１１０を図の右から第１素子１１４、第２素子１１５、第３素子１１６、及び第４素子１１７とする。上から２番目の第２プレート１２４では、第１プレート１２３の第１素子１１４と第３素子１１６に対応する位置に、２つの発熱素子１１０を配置している。３番目の第３プレート１２５では、第２素子１１５と第４素子１１７に対応する位置に２つの発熱素子１１０を配置している。そして、第４プレート１２６は、第１プレート１２３と同様、等間隔離れて４つの発熱素子１１０を配置している。最下方の第５プレート１２７には、発熱素子１１０は配置されていない。

【0027】

そのため、ヒータ部１５０の全体としては、第１素子１１４、第２素子１１５、第３素子１１６、及び第４素子１１７は第１方向に３つ配置されることとなる。発熱素子１１０の配置はヒータ部１５０の第１方向、第２方向共にバランスが取れた配置としている。これにより、電気式ヒータ１００を通過した空気は均質な温度となり、自動車用空調装置の温度制御に寄与している。ヒータ部１５０の第１方向の長さ、及び第２方向の長さは自動車用空調装置のダクトに応じて設定される。本開示では、第２方向の幅は２００ミリメートル程度から３００ミリメートル程度であり、第１方向の幅は５０ミリメートル程度から１００ミリメートル程度である。ここで、第１方向、第２方向共に個体のバラツキが無く一定であることが望ましいが、モノ作りの際の公差は許容せざるを得ない。特に、第１方向ではバラツキを完全に抑制することは困難である。また、ヒータ部１５０の厚さは８ミリメートル程度である。自動車用空調装置に搭載する上では、厚さも薄い方が好適であるが、要求される発熱量と搭載性とのバランスを取り、８ミリメートル程度としている。

【0028】

発熱素子１１０の発熱量の制御は、通電する正電極１４１の数を変えることで行う。最大の発熱量を得るときには、３つの正電極１４１の全てに通電する。この時、第１プレート１２３に配置された発熱素子１１０には、上方の第１正電極板１４５の正電極１４１からプラスの電圧が印加され、下方の放熱フィン１３０を介して負電極１４２の電極板１４０に接地される。第２プレート１２４に配置された発熱素子１１０には、中間の第２正電極板１４６の正電極１４１からプラスの電圧が印加され、上方の放熱フィン１３０を介して第１プレート１２３と共通の負電極１４２に接地される。

【0029】

また、第３プレート１２５に配置された発熱素子１１０には、中間の第２正電極板１４６の正電極１４１からプラスの電圧が印加され、下方の放熱フィン１３０を介して下方の負電極１４２に接地される。第４プレート１２６に配置された発熱素子１１０には、下方の第３正電極板１４７の正電極１４１からプラスの電圧が印加され、上方の放熱フィン１３０を介して第３プレート１２５と共通の負電極１４２に接地される。

【0030】

ヒータ部１５０の発熱量を減らすには、通電する電極板１４０の数を減少させればよい。最小熱量とする際は、第２正電極板１４６のみの通電とする。この際には、第２プレート１２４と第３プレート１２５に配置された発熱素子１１０が発熱する。この最小発熱の状態であっても、ヒータ部１５０の中で発熱素子１１０は第１方向、第２方向共にバランス良く配置されている。そのため、自動車用空調装置に搭載された際に、空気を均一に加熱することができる。

【0031】

ヒータ部１５０の第１方向の両側には、ヒータ部１５０を挟持するステンレス製のフレーム１６０が配置されている。このフレーム１６０の第２方向の長さは放熱フィン１３０と同等かやや長くなっている。また、フレーム１６０は底部１６１の両側から壁部１６２が伸びる断面コ字形状（Ｕ字形状）となっている（図１１ないし図１５図示）。底部１６１の幅はヒータ部１５０の厚さと同じく８ミリメートル程度であり、壁部１６２の高さは１０ミリメートル程度である。また、フレーム１６０の厚さは１ミリメートル程度である。

【0032】

フレーム１６０の第２方向の両側には、スプリング１７０がそれぞれ配置されている。スプリング１７０は、直径が４ミリメートル程度のステンレス製棒材である。そして、スプリング１７０は、ヒータ部１５０の第２方向端部に沿う直線部１７１と、その直線部の第１方向両端に形成された屈曲部１７２と、フレーム１６０をヒータ部１５０側に押圧する押圧部１７３とを備えている。スプリング１７０は、屈曲部１７２によりバネ性を有し、５０から１９０ニュートン程度の力でフレーム１６０をヒータ部１５０側（第１方向）に押圧している。なお、１対のスプリング１７０の押圧力は、左右で同じとなるように設定されているが、左右の押圧力に製造上のバラツキが生じることは許容せざるを得ない。また、図１では示されていないが、スプリング１７０は、ポリブチレンテレフタレートＰＢＴ製のケースに収納されている。

【0033】

ヒータ部１５０の電極板１４０、放熱フィン１３０、プレート１２０との間、及びヒータ部１５０とフレーム１６０との間の接合は、専らこのスプリング１７０の押圧力によって維持されている。換言すれば、電極板１４０、放熱フィン１３０、プレート１２０、及びフレーム１６０との間は機械的組付けで、ろう付けや溶接等による固着はなされていない。ただ、本開示において固着しないことは要件ではなく、放熱フィン１３０やプレート１２０等を接着することは可能である。

【0034】

ここで、第１方向に複数積層された発熱素子１１０に対して充分な押圧力を加えるため、特許文献１に記載のように、フレーム１６０の底部１６１に屈曲点１６４を２つ形成して、フレーム１６０の第２方向の端部１６５をヒータ部１５０から引き離した形状とすることも考えられる。これは、スプリング１７０の押圧力を高める上で望ましいように思われる。ただ、屈曲点１６４を２点備える形状として、スプリング１７０によって押圧すると、図４に示すように、屈曲点１６４を支点としてフレーム１６０が変形してしまう。その結果、フレーム１６０の第２方向中心側が浮き上がる形となり、中心側での押圧力が不足する。

【0035】

特許文献１では、屈曲点１６４を２点形成しているが、図５に示すように、屈曲点１６４を３点とすることも考えられる。ただ、屈曲点１６４を３点以上に設定するとスプリング組付けた際に、屈曲点の一番低い２つの屈曲点１６４がフレーム１６０と接し、残りの屈曲点１６４については高さばらつきによって押圧力が低下する、もしくは押圧力が伝えれないこととなる。その為、３点以上の屈曲点１６４は設定する事ができず、複数の発熱素子１１０を配置するヒータ部１５０には対応不可となる。屈曲点１６４を１点とした例では、屈曲点１６４のみに押圧力が集中することとなり、これも望ましくない。

【0036】

本開示では、図６に示すように、フレーム１６０の底部１６１の形状を、第２方向の端部１６５から中心に向けて、複数の屈曲点１６４が非介在で連続的に膨出する円弧形状としている。ここで、円弧形状は厳密な円形を規定しているのではなく、楕円形状や放物線形状も含んでいる。重要な点は、屈曲点１６４が複数存在せず、端部１６５から連続してヒータ部１５０側に膨出する形状である点である。そのため、連続的に曲率が変化する膨出形状、滑らかな膨出形状、第１方向に膨らんだ形状、第２方向の中心側が膨らんだ形状等が円弧形状に含まれる。

【0037】

図４に示した屈曲点１６４を２点備えるフレーム１６０と、図６に示す本開示の連続的に膨出するフレーム１６０との変形を図７に示す。図７の（ａ）は屈曲点１６４を２点備えるフレーム１６０の底部１６１の形状を示し、（ｂ）は本開示の屈曲点１６４を複数備えないフレーム１６０の底部１６１の形状を示す。実線ｋはスプリング１７０の押圧力を受けていない状態での底部１６１の形状を示し、破線ｌは発熱素子１１０を保持するプレート１２０を４層積層したヒータ部１５０を適正荷重で押圧した状態の変形例を示す。

【0038】

底部１６１の変形によって、ヒータ部１５０側に充分な押圧力を加えることができない領域ｏは、屈曲点１６４の有無により異なる。本開示のように屈曲点１６４を複数存在させなければ（図７（ｂ））、屈曲点１６４を複数備える形状（図７（ａ））に対して、押圧力が不十分となる領域ｏを狭くすることができる。

【0039】

プレート１２０の数を増やせば、スプリング１７０の押圧力をより高める必要がある。その場合、底部１６１の変形は、図６の破線ｍで示すように、より大きくなる。ただ、破線ｍの例であっても、本開示のように屈曲点１６４を複数存在させなければ（図７（ｂ））、屈曲点１６４を複数備える形状（図７（ａ））に対して、押圧力が不十分となる領域ｐは狭くなる。また、ヒータ部１５０の第１方向長さにバラツキがあったり、左右一対のスプリング１７０の押圧力に差があったりする場合でも、本開示のように屈曲点１６４を複数存在させない形状（図７（ｂ））の方が、屈曲点１６４を複数備える形状（図７（ａ））より、押圧力が不十分となる領域ｐが狭くなる。このように、本開示のように屈曲点１６４を複数存在させない形状（図７（ｂ））は、ヒータ部１５０に必要な押圧力を提供しやすくなっている。

【0040】

本開示では、フレーム１６０の第２方向の長さＬと、スプリング１７０の押圧力を受けていない上程での第１方向の高さｈ（図８図示）との関係を調べている。具体的には、フレーム１６０にスプリング１７０の押圧力が掛り、発熱素子１１０が放熱フィン１３０及び電極板１４０により押圧された状態で、発熱素子１１０の内どれ位の面積が実際に放熱フィン１３０及び電極板１４０から押圧力を受けているのかを調べた。なお、第１方向の高さｈとは、フレーム１６０の中央と端部１６５との距離である。

【0041】

図９で、横軸には第１方向の高さｈを示し、縦軸には発熱素子１１０のうち、押圧力を受けている部分の面積Ａの割合を示している。この押圧力を受けている部分とは、接触抵抗等の要素を無視できる押圧力として、７０キロパスカル程度以上の押圧力を受けている部分を指している。実線は、発熱素子１１０のうち中央側に配置された、第２素子１１５、第３素子１１６での面積Ａの割合を示し、破線は、第２方向の端部側に配置された第１素子１１４、及び第４素子１１７での面積Ａの割合を示している。また、三角点の実線ａ及び破線ｗは、フレーム１６０（ヒータ部１５０）の第２方向の長さＬが１８８ミリメートルの例を示し、丸点の実線ｂ及び破線ｘは、フレーム１６０の第２方向の長さＬが２２９ミリメートルの例を示し、四角点の実線ｃ及び破線ｙは、フレーム１６０の第２方向の長さＬが２６９ミリメートルの例を示し、ひし形の実線ｄ及び破線ｘは、フレーム１６０の第２方向の長さＬが２９６ミリメートルの例を示している。また、比較例である実線ｅは、図４に示した屈曲点を２つ有するフレーム１６０で、長さＬを２２９ミリメートルとした例の中央側に配置された、第２素子１１５、第３素子１１６での面積の割合を示し、点ｖは、第２方向の端部側に配置された第１素子１１４及び第４素子１１７での面積の割合を示している。

【0042】

図９の比較例に示すように、図４の屈曲点を２つ有する形状では、中央側に配置された第２素子１１５、第３素子１１６では、３～５％程度の僅かな面積にしか押圧力を受けていない（実線ｅ）。第２方向の端部側に配置された第１素子１１４及び第４素子１１７でも、押圧力を受ける面積の割合は８％未満である（点ｖ）。それに対し、本開示のように屈曲点を備えず連続的に膨出する円弧形状とすれば、平均して５０％程度は発熱素子１１０に押圧力が加わっている。

【0043】

また、図９からは、中央側に配置された第２素子１１５、第３素子１１６では、第１方向の高さｈを高くすれば、押圧力を受ける面積の割合が増加する傾向が認められる。ただ、第２方向の端部側に配置された第１素子１１４、及び第４素子１１７では、逆に、第１方向の高さｈを高くすると押圧力を受ける面積の割合は減少する傾向が認められる。このことより、ヒータ部１５０全体としてみれば、第１方向の高さｈには最もバランスの取れる高さがあることが分かる。

【0044】

バランスの取れる高さとして、フレーム１６０の第２方向の長さＬが１８８ミリメートルの例では、実線ａと破線ｗとの交点ｆに定めた。同様に、フレーム１６０の第２方向の長さＬが２２９ミリメートルの例では実線ｂと破線ｘとの交点ｇ、フレーム１６０の第２方向の長さＬが２６９ミリメートルの例では実線ｃと破線ｙとの交点ｉ、フレーム１６０の第２方向の長さＬが２９６ミリメートルの例では実線ｄと破線ｚとの交点ｊを、それぞれバランスの取れる高さに定めた。

【0045】

図１０は、横軸にフレーム１６０の第２方向の長さＬをとり、縦軸に第１方向の高さｈをとって、上記のバランスの取れる高さである交点ｆ、交点ｇ、交点ｉ、及び交点ｊをプロットしている。この図１０より、フレーム１６０の第２方向の長さＬと、第１方向の高さｈとの間には、上記のバランスの取れる高さに関して、きれいな相関関係があることが確認できる。図１０のプロット点を直線に近似すれば、相関関係は以下の一次式となる。

【0046】

ｈ＝０．１＋２．４／１０００×（Ｌ－１８０）＋Ａ
上記式において、フレーム１６０の第２方向の長さＬと、縦軸に第１方向の高さｈの単位はミリメートルである。また、実際の製品を設計する場合には、上記の一次式に製造上の公差を考えて、プラスマイナスそれぞれ０．２ミリメートル程度の公差Ａを許容している。ただし、Ｌが２３０ミリメートル以下の場合の公差Ａはプラス０．２ミリメートルとするが、高さｈの下限を０．０２ミリメートルは確保する。

【0047】

本例では、フレーム１６０の第２方向長さＬに拘わらず発熱素子１１０の第２方向長さを一定にしているため、この一次式が成立すると考えられる。即ち、フレーム１６０の第２方向長さＬが短いと隣接する発熱素子１１０間の距離が短く、そのため、第１方向の高さｈが短くても、充分な押圧力を発熱素子１１０に与えることができる。一方、フレーム１６０の第２方向長さＬが長くなると隣接する発熱素子１１０間の距離もそれに応じて長くなり、隣接する発熱素子１１０間に押圧力が抜けてしまいやすくなる。そのため、発熱素子１１０に充分な押圧力を得るためには、第１方向の高さｈを長くすることが求められる。
本開示では、上記一次式を踏まえて、フレーム１６０の第２方向の長さが１８０ミリメートルの場合、第１方向の膨出量を０．１ミリメートルとし、フレーム１６０の第２方向の長さが２３０ミリメートルの場合、第１方向の膨出量を０．２ミリメートルとしている。また、フレーム１６０の第２方向の長さが２９０ミリメートルの場合には、第１方向の膨出量を０．３５ミリメートルとしている。

【0048】

本開示のように屈曲点１６４を複数存在させず、連続的に膨出する形状とすることは、以上の説明の通り、発熱素子１１０に押圧力が加わる面積Ａの割合を高める上で望ましい。ただ、連続的に膨出する円弧形状としていても、スプリング１７０がフレーム１６０の第２方向の両端部１６５を押圧する結果、図７に示すように、第２方向の中心側では押圧力の不足が懸念される。そこで、本開示では、この第２方向の中心側でのフレーム１６０の剛性を高めている。剛性を高めるには、種々の手段がある。

【0049】

図１１及び図１２の例では、フレーム１６０の中心側に、外方に向けて膨出する膨出部１６６を形成している。膨出部１６６をフレーム１６０の壁部１６２に形成することで、壁部１６２の剛性を中心側で高めることができる。

【0050】

図１３の例では、壁部１６２の高さを変えている。中心側の壁部１６２の高さを端部１６５側の高さより高くして、高壁部１６７を形成している。この高壁部１６７により、フレーム１６０の中心側の剛性を高めている。

【0051】

図１４の例では、フレーム１６０の端部１６５側の壁部１６２に穴１６８を形成している。穴１６８によりフレーム１６０の端部１６５側の剛性を低め、フレーム１６０の中心側の剛性を相対的に高めている。

【0052】

図１５の例では、フレーム１６０の中心側の底部１６１にリブ１６９を形成している。リブ１６９は底部１６１からヒータ部１５０とは反対方向に膨出形成されている。リブ１６９を設けることで、フレーム１６０の中心側の剛性を高めることができる。

【0053】

本開示では、フレーム１６０の形状を、屈曲点１６４を存在させず連続的に膨出する形状とすることと、中心側の剛性を高める形状とすることが相俟って、フレーム１６０からヒータ部１５０への押圧力を第２方向の全長に亘って所定圧以上に保持することができている。特に、本開示の電気式ヒータ１００は、スプリング１７０の押圧力のみによって、発熱素子１１０と放熱フィン１３０や電極板１４０との接合を維持する構造であるため、ヒータ部１５０で第２方向の全長に亘って所定圧以上の押圧力が保持できることは、発熱素子１１０の性能を発揮する上で望ましい。

【0054】

なお、上述の例は、本開示の望ましい対応であるが、本開示は種々に変更可能である。上述の材料や大きさは一例であり、要求される性能等に応じて変更可能である。

【0055】

発熱素子１１０の数や配置も種々に変更可能である。図１及び図２の例では、第１プレート１２３と第４プレート１２６には、第１素子１１４、第２素子１１５、第３素子１１６、及び第４素子１１７の４つの発熱素子１１０を配置していた。これを、図１６に示すように、全てのプレート１２０に２つの発熱素子１１０を配置するようにしても良い。図１６の例では、第１プレート１２３には、第１素子１１４と第４素子１１７を配置している。同様に、第２プレート１２４には、第１素子１１４と第３素子１１６を配置し、第３プレート１２５には、第２素子１１５と第４素子１１７を配置し、第４プレート１２６には、第１素子１１４と第４素子１１７を配置している。第５プレート１２７に発熱素子１１０を配置しないのは、図２の例と同じである。

【0056】

図１６の例でも、ヒータ部１５０内での発熱素子１１０の位置は、第１方向第２方向共にバランスが取れている。また、図１６の例でも正電極１４１への通電を制御することで、ヒータ部１５０の発熱量がコントロールされる。最も省電力での運転は、第２正電極板１４６のみへの通電となる。この最小電力の運転時でも、第２プレート１２４に第１素子１１４と第３素子１１６が配置され、第３プレート１２５に第２素子１１５と第４素子１１７が配置されているので、発熱素子１１０の位置は、第１方向第２方向共にバランスが取れている。

【0057】

また、上述の例では、左右のスプリング１７０を同一形状としたが、一方側のスプリング１７０をフレーム１６０と一体に構成することも可能である。図１７の例では、左側のスプリング１７０がフレーム１６０と一体に形成された一体スプリング１７５としている。フレーム１６０へのスプリング１７０の取付は、右側のスプリング１７０でのみ行う。この例であっても、フレーム１６０の形状を、屈曲点１６４を存在させず連続的に膨出する形状とすることは可能である。また、フレーム１６０の形状を、中心側の剛性を高める形状とすることも可能である。

【0058】

更に、上述の例では、フレーム１６０の底部１６１は一重壁であったが、二重壁とすることも可能である。図１８の例では、第２底部１６１１を底部１６１とヒータ部１５０との間に介在させている。この第２底部１６１１の形状は、屈曲点１６４を複数存在させず連続的に膨出する形状としている。また、この第２底部１６１１を設けたとしても、フレーム１６０の形状を、中心側の剛性を高める形状とすることは可能である。

【符号の説明】

【0059】

１００ 電気式ヒータ
１１０ 発熱素子
１２０ プレート
１３０ 放熱フィン
１４０ 電極板
１５０ ヒータ部
１６０ フレーム
１７０ スプリング

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】