特表2024-506916ＰＴＣヒータ要素、電気ヒータ装置及びＰＴＣヒータ要素を使用する方法
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公表特許公報(A)
(11)【公表番号】
(43)【公表日】2024-02-15
(54)【発明の名称】ＰＴＣヒータ要素、電気ヒータ装置及びＰＴＣヒータ要素を使用する方法
(51)【国際特許分類】
H05B 3/14 20060101AFI20240207BHJP
H05B 3/03 20060101ALI20240207BHJP
【ＦＩ】
H05B3/14 A
H05B3/03
【審査請求】有
【予備審査請求】未請求
(21)【出願番号】P 2023548815
(86)(22)【出願日】2022-02-14
(85)【翻訳文提出日】2023-08-14
(86)【国際出願番号】 EP2022053499
(87)【国際公開番号】W WO2022171857
(87)【国際公開日】2022-08-18
(31)【優先権主張番号】102021103480.9
(32)【優先日】2021-02-15
(33)【優先権主張国・地域又は機関】DE
(81)【指定国・地域】
(71)【出願人】
【識別番号】518379278
【氏名又は名称】テーデーカー エレクトロニクス アーゲー
(74)【代理人】
【識別番号】100107766
【弁理士】
【氏名又は名称】伊東 忠重
(74)【代理人】
【識別番号】100070150
【弁理士】
【氏名又は名称】伊東 忠彦
(74)【代理人】
【識別番号】100135079
【弁理士】
【氏名又は名称】宮崎 修
(72)【発明者】
【氏名】コイニー，マルクス
(72)【発明者】
【氏名】クレン，ミハエル
(72)【発明者】
【氏名】パフ，マルクス
(72)【発明者】
【氏名】ビグル，シュテファン
【テーマコード（参考）】
3K092
【Ｆターム（参考）】
3K092PP15
3K092QA06
3K092QB21
3K092QB43
3K092QB45
3K092QC24
3K092RF17
3K092RF22
3K092VV04
(57)【要約】
電気ヒータ装置のためのＰＴＣヒータ要素（１）が記載され、ＰＴＣヒータ要素（２）は、
－ 少なくとも１つのＰＴＣ要素（２）であって、少なくとも１つの電極（３）が、ＰＴＣ要素（２）の電気コンタクトのために前記ＰＴＣ要素（２）の表面（２ａ，２ｂ，２ｃ））上に形成されている、少なくとも１つのＰＴＣ要素（２）と、
－ ＰＴＣ要素（２）の電極（３）の電気接続のための、少なくとも１つのさらなるコンタクト（４）と、
－ 電気絶縁性に形成されている少なくとも１つのキャリア層（５）と、を備え、
ＰＴＣ要素（２）の厚さ（ｄ）は、≦５００μｍであり、
ＰＴＣヒータ要素（１）の高さ（Ｈ）は５００μｍと２５００μｍとの間である。
さらに電気ヒータ装置及びＰＴＣヒータ要素（１）を自動車に使用する方法について記載されている。
－ 少なくとも１つのＰＴＣ要素（２）であって、少なくとも１つの電極（３）が、ＰＴＣ要素（２）の電気コンタクトのために前記ＰＴＣ要素（２）の表面（２ａ，２ｂ，２ｃ））上に形成されている、少なくとも１つのＰＴＣ要素（２）と、
－ ＰＴＣ要素（２）の電極（３）の電気接続のための、少なくとも１つのさらなるコンタクト（４）と、
－ 電気絶縁性に形成されている少なくとも１つのキャリア層（５）と、を備え、
ＰＴＣ要素（２）の厚さ（ｄ）は、≦５００μｍであり、
ＰＴＣヒータ要素（１）の高さ（Ｈ）は５００μｍと２５００μｍとの間である。
さらに電気ヒータ装置及びＰＴＣヒータ要素（１）を自動車に使用する方法について記載されている。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
電気ヒータ装置のためのＰＴＣヒータ要素（１）であって、－ 少なくとも１つのＰＴＣ要素（２）であって、少なくとも１つの電極（３）が前記ＰＴＣ要素（２）の電気コンタクトのために前記ＰＴＣ要素（２）の表面（２ａ，２ｂ，２ｃ））上に形成されている、少なくとも１つのＰＴＣ要素（２）と、
－ 前記ＰＴＣ要素（２）の前記電極（３）の電気接続のための、少なくとも１つのさらなるコンタクト（４）と、
－ 少なくとも１つのキャリア層（５）であって、前記キャリア層（５）は電気絶縁性に形成されている、少なくとも１つのキャリア層（５）と、を備え、
前記ＰＴＣ要素（２）の厚さ（ｄ）は、≦５００μｍであり、
前記ＰＴＣヒータ要素（１）の高さ（Ｈ）は５００μｍと２５００μｍとの間である、
ＰＴＣヒータ要素。
【請求項2】
前記ＰＴＣヒータ要素（２）の横方向寸法（Ｌ）は、両方向において、１０ｍｍと２５０ｍｍとの間である、請求項１記載のＰＴＣヒータ要素。
【請求項3】
前記少なくとも１つの電極（３）は前記少なくとも１つのＰＴＣ要素（２）の表面上に平坦に形成されたものである、請求項１又は２記載のＰＴＣヒータ要素。
【請求項4】
前記ＰＴＣ要素（２）の上面（２ａ）及び／又は下面（２ｂ）上にそれぞれ少なくとも１つの電極（３）が形成されているか、及び／又は、前記ＰＴＣ要素（２）の側面（２ｃ）に電極（３）が形成されている、請求項１乃至３いずれか１項記載のＰＴＣヒータ要素。
【請求項5】
前記少なくとも１つの電極（３）は、ストリップ形状、矩形状、櫛形状、又はインターディジタル構造として形成されており、及び／又は、前記電極（３）は前記ＰＴＣ要素（２）の前記表面（２ａ，２ｂ，２ｃ）上に、スパッタリング、メッキ、プリンティング又はドクターブレードやスキージによりコーティングされたものである、
請求項１乃至４いずれか１項記載のＰＴＣヒータ要素。
【請求項6】
前記さらなるコンタクト（４）は自立するように形成されているか、又は前記さらなるコンタクト（４）は前記キャリア層（５）上にスパッタリング、プリンティング又はドクターブレードやスキージによってコーティングされたものである、請求項１乃至５いずれか１項記載のＰＴＣヒータ要素。
【請求項7】
前記さらなるコンタクト（４）は前記キャリア層（５）に統合されており、前記さらなるコンタクト（４）は前記キャリア層（５）の表面（５ａ）の≦５０μｍ下方に配置されている、請求項１乃至５いずれか１項記載のＰＴＣヒータ要素。
【請求項8】
前記さらなるコンタクト（４）の幾何学的形状は前記ＰＴＣ要素（２）の前記電極（３）の幾何学的形状に適合している、請求項１乃至７いずれか１項記載のＰＴＣヒータ要素。
【請求項9】
前記さらなるコンタクト（４）の厚さは＜１０μｍである、請求項１乃至８いずれか１項記載のＰＴＣヒータ要素。
【請求項10】
前記少なくとも１つのさらなるコンタクト（４）は、クランプ、接着、焼結、又は高温はんだ付けによって、前記少なくとも１つの電極（３）に導電的に接続されている、請求項１乃至９いずれか１項記載のＰＴＣヒータ要素。
【請求項11】
前記キャリア層（５）は高熱伝導性を有するセラミック材料及び／又は耐熱性プラスチックを含む、請求項１乃至１０いずれか１項記載のＰＴＣヒータ要素。
【請求項12】
前記キャリア層（５）はＡｌＮ、Ｓｉ３Ｎ４、Ａｌ２Ｏ３、又はＳｉＣを含み、及び／又は、前記キャリア層（５）は、ポリイミド又はエポキシ樹脂を含む、請求項１乃至１１いずれか１項記載のＰＴＣヒータ要素。
【請求項13】
前記キャリア層（５）は１５０μｍと１０００μｍとの間の厚さを有する、請求項１乃至１２いずれか１項記載のＰＴＣヒータ要素。
【請求項14】
ＰＴＣヒータ要素（１）のさらなるコンタクトのために、前記キャリア層（５）の表面（５ａ）上に少なくとも１つの金属層（６）をさらに備える、請求項１乃至１３いずれか１項記載のＰＴＣヒータ要素。
【請求項15】
前記金属層（６）は１μｍと１００μｍとの間の厚さを有する、請求項１４記載のＰＴＣヒータ要素。
【請求項16】
前記少なくとも１つのＰＴＣ要素（２）は、セラミック材料、金属セラミック材料、又は、有機セラミック材料を含む、請求項１乃至１５いずれか１項記載のＰＴＣヒータ要素。
【請求項17】
前記少なくとも１つのＰＴＣ要素（２）の材料は低い比抵抗を有する、請求項１乃至１６いずれか１項記載のＰＴＣヒータ要素。
【請求項18】
前記少なくとも１つのＰＴＣ要素（２）の材料はビスマス及び鉛を含まない材料を含む、請求項１乃至１７いずれか１項記載のＰＴＣヒータ要素。
【請求項19】
前記少なくとも１つのＰＴＣ要素（２）は低温ＰＴＣ要素である、請求項１乃至１８いずれか１項記載のＰＴＣヒータ要素。
【請求項20】
前記ＰＴＣ要素（２）の厚さ（ｄ）は≦２５０μｍである、請求項１乃至１９いずれか１項記載のＰＴＣヒータ要素。
【請求項21】
少なくとも１つのＰＴＣ要素（２）及び／又は少なくとも１つのキャリア層（５）は、面平行に形成されている、請求項１乃至２０いずれか１項記載のＰＴＣヒータ要素。
【請求項22】
前記少なくとも１つのＰＴＣ要素（２）は＜１００μｍの面平行性を有し、及び／又は、前記少なくとも１つのキャリア層（５）は＜５００μｍの面平行性を有する、請求項２１記載のＰＴＣヒータ要素。
【請求項23】
前記少なくとも１つのＰＴＣ要素（２）は少なくとも部分的に前記キャリア層（５）の中に埋め込まれている、請求項１乃至２２いずれか１項記載のＰＴＣヒータ要素。
【請求項24】
複数のＰＴＣ要素（２）を備え、相前後して連続する２つのＰＴＣ要素（２）の間の中空空間は耐熱性の充填材で充填されている、
請求項１乃至２３いずれか１項記載のＰＴＣヒータ要素。
【請求項25】
複数のＰＴＣ要素（２）を備え、相前後して連続する２つのＰＴＣ要素（２）の間の中空空間は、それぞれのＰＴＣ要素（２）のコンタクトのために、電極（３）で充填されている、
請求項１乃至２４いずれか１項記載のＰＴＣヒータ要素。
【請求項26】
前記それぞれのＰＴＣ要素のコンタクトは前記ＰＴＣ要素（２）の端面から行われる、請求項２５記載のＰＴＣヒータ要素。
【請求項27】
複数のさらなるコンタクト（４）を備え、それぞれの前記さらなるコンタクト（４）はストリップ形状に形成されている、
請求項１乃至２６いずれか１項記載のＰＴＣヒータ要素。
【請求項28】
前記さらなるコンタクト（４）は前記ＰＴＣ要素（２）の上面（２ａ）及び下面（２ｂ）上に交互に形成されたものである、請求項２７記載のＰＴＣヒータ要素。
【請求項29】
前記少なくとも１つのＰＴＣ要素（２）と前記少なくとも１つのさらなるコンタクト（４）との間の電気接続のために少なくとも１つの接続要素（１０）をさらに含む、請求項１乃至２８いずれか１項記載のＰＴＣヒータ要素。
【請求項30】
前記少なくとも１つの接続要素（１０）はストリップ形状に形成されたものである、請求項２９記載のＰＴＣヒータ要素。
【請求項31】
複数の接続要素（１０）を備え、それぞれの前記接続要素（１０）は、少なくとも、前記ＰＴＣ要素（２）のそれぞれの前記さらなるコンタクト（４）とそれぞれの前記電極（３）との間に形成されたものである、
請求項２９又は３０記載のＰＴＣヒータ要素。
【請求項32】
前記少なくとも１つの接続要素（１０）は導電性接着剤を含む、請求項２９乃至３１いずれか１項記載のＰＴＣヒータ要素。
【請求項33】
－ 少なくとも１つの、請求項１乃至３２いずれか１項記載のＰＴＣヒータ要素（１）と－ 熱を排出する面を有する少なくとも１つの要素と、
を備える、電気ヒータ装置。
【請求項34】
自動車内で請求項１乃至３２いずれか１項記載のＰＴＣヒータ要素を使用する方法。【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、ヒータ要素、特にＰＴＣヒータ要素に関する。
本発明はさらに、ＰＴＣヒータ要素を備える電気ヒータ装置に関する。
本発明はさらに、自動車、例えば電気自動車へのＰＴＣヒータ要素を使用する方法に関する。
本発明はさらに、ＰＴＣヒータ要素を備える電気ヒータ装置に関する。
本発明はさらに、自動車、例えば電気自動車へのＰＴＣヒータ要素を使用する方法に関する。
【背景技術】
【0002】
ＰＴＣ（「正温度係数（Ｐｏｓｉｔｉｖｅ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ）」：サーミスタ（Ｋａｌｔｌｅｉｔｅｒ））ヒータ要素を装備したヒータレジスタは、その温度依存性抵抗としての特性により、一定の温度に達すると自動的に消費電力が制限されるという利点がある。この特性は、ヒータレジスタの過負荷を避けるための安全機能としてだけでなく、自己調整効果により駆動制御を非常にシンプルにする。。
【0003】
電気自動車での使用は、高電圧バッテリ（２００～４００Ｖ、場合によっては８００Ｖ）で直接レジスタを動作させることを示唆している。このため、絶縁強度を相応に設計する必要がある。通常、ＰＴＣ要素は対向する２つの面上で導体路によって電気的にコンタクトしている。導体路は基板によって担持され、反対側で発生する熱をデカップリングする。
【0004】
デカップリング可能な熱出力は、上述の層構造を通る熱経路に強く依存する。熱は、発生点（ＰＴＣ）からコンタクトを介して、基板を通って抽出表面又はデカップリング表面（Ａｕｓｋｏｐｐｌｕｎｇｓｆｌａｅｃｈｅ）まで到達しなければならない。ここで、ヒータ要素を最適化するための熱的及び電気的な考慮は、しばしば背反する議論にさらされる。つまり、従来技術による設計は、出力密度、熱敏捷性、絶縁能力又は堅牢性、及び、信頼性の間の妥協の産物である。
【0005】
例えば、ＰＴＣ要素の製造業者とヒータ要素の製造業者が同じではないという事実は、ＰＴＣ要素が幾何学的公差、組み立て工程での輸送及び取り扱いなどの面で一定の要件を満たさなければならないことを意味する。つまり、合理的な労力のフレーム内で、ＰＴＣ要素の一定の最小厚さを下回ることができない。
【0006】
ＰＴＣ要素を（金属）ヒートシンクに直接接続することも熱的に最適である。しかしながら、高電圧システム（２３０Ｖ ～００Ｖ）では電気絶縁が必要なため、システム電圧をラジエータから十分に分離する非導電性バリアが必要である。さらに、異なる極間の空間距離と沿面距離（Ｌｕｆｔ－ ｕｎｄ Ｋｒｉｅｃｈｓｔｒｅｃｋｅｎ）（電気自動車の高電圧ヒータでは通常４ｍｍ）を維持する必要があるが、これは絶縁材料を使用することによってのみ達成できる。
【0007】
通電によってジュール熱が発生すると、ＰＴＣ要素自体が熱源として機能する。しかしながら、これは材料内で均一に発生するわけではなく、幾何学的形状及び材料の不均一性の可能性によっては、コンポーネント内の電界分布により温度勾配が発生する可能性がある。ホットスポットから出発して、熱がさらに輸送される前に、まず要素の表面に到達しなければならない。ＰＴＣセラミックの熱伝導率は比較的低い（通常、～５Ｗ／ｍＫ）ため、これは非常にゆっくりと緩慢に起こる可能性がある。
【0008】
文献ＥＰ３１０１９９９Ａ１には、自動車の電気加熱装置用のＰＴＣ加熱要素が記載されており、このＰＴＣ加熱要素は、改良された方法で外側が電気絶縁されており、また、電気絶縁層を介してＰＴＣ要素から熱放散表面へ適切な熱伝達を行う必要性も考慮されている。この目的のために、ＰＴＣ要素が通電される少なくとも１つの導電性トラックの外面に接し、箔とその上に塗布された良好な熱伝導性を有する電気絶縁バルク体とからなる電気絶縁層が提供される。
【0009】
文献ＵＳ２０１７／０２２３７７６Ａ１には、少なくとも１つのＰＴＣ電気加熱要素と、ＰＴＣ電気加熱要素の外面に配置された放射フィン（Ｓｔｒａｈｌｕｎｇｓｒｉｐｐｅｎ）とを有する電気加熱装置が記載されている。ＰＴＣ電気ヒータ要素と接触していない放射フィン上の表面は帯電していない。導体路と放熱フィンとの間には絶縁層が設けられている。
【0010】
また、文献ＤＥ１１２０１７００６１２４Ｔ５には、導体路と冷却フィンとの間に絶縁層を有するヒータ装置が記載されている。この電気ヒータは、複数のＰＴＣ要素と、ＰＴＣ要素から伝達される熱を放熱する放熱フィンと、電極板を絶縁する樹脂板と、積層方向の両側から積層体を押圧する圧縮バネとを備えている。
【0011】
文献ＥＰ１１８２９０８Ｂ１には、少なくとも１つのＰＴＣ要素と、ＰＴＣ要素に接触する２つのコンタクト板を備えたＰＴＣヒータ装置が記載されている。ＰＴＣ要素の表面をコンタクトプレートと接続するために、両面に接着剤が塗布された金属箔が設けられている。コンタクト板の絶縁は施されていない。
【0012】
リンク ｈｔｔｐｓ：／／ａｉｒ－ｌａｂ．ｄｅ／ｉｎｄｅｘ．ｈｔｍｌ では、最適な熱抽出（Ｗａｅｒｍｅａｕｓｋｏｐｐｌｕｎｇ）のためにアルミニウム冷却フィンに直接コンタクトするヒータ阻止について説明している。この場合、電気絶縁は行われない。
【発明の概要】
【0013】
本発明の課題は、上記の問題を解決するＰＴＣヒータ要素及び電気ヒータ装置を提供することである。
【0014】
この課題は、独立請求項によるＰＴＣヒータ要素、電気ヒータ装置、及びＰＴＣヒータ要素の使用によって解決される
【0015】
一態様によれば、ＰＴＣヒータ要素が記載される。ＰＴＣヒータ要素は、電気ヒータ装置、例えばヒータレジスタに組み込まれるように設計されている。ＰＴＣヒータ要素は、自動車、例えば電気自動車（ｘＥＶ－ｘ Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ Ｖｅｈｉｃｌｅ）に使用されるように設計されている。
【0016】
ＰＴＣヒータ要素は、少なくとも１つのＰＴＣ要素を有する。好ましくは、ＰＴＣヒータ要素は複数のＰＴＣ要素、例えば５個、１０個又は２０個のＰＴＣ要素を有する。相前後して連続する（ａｕｆｅｉｎａｎｄｅｒｆｏｌｇｅｎｄｅｎ）２つのＰＴＣ要素間の空洞は、耐熱性充填材で充填することができる。充填材は湿気の侵入に対する機械的保護又はバリアとして、及び、（空気の代わりの）追加の熱伝導体として機能する。
【0017】
ＰＴＣ要素は熱を発生させる役割を果たす。ＰＴＣ要素は、電気コンタクトのための、少なくとも１つの電極、特に２つの電極を有する。電極はＰＴＣ要素の表面に形成されている。
【0018】
ＰＴＣヒータ要素はさらに、少なくとも１つのさらなるコンタクトを有する。さらなるコンタクトは、ＰＴＣ要素の電極の電気接続の役割を果たす。さらなるコンタクトは、例えば、銅、アルミニウム及び／又はタングステンを含むことができる。
【0019】
ＰＴＣヒータ要素はまた、少なくとも１つのキャリア層を有する。キャリア層はＰＴＣ要素を少なくとも部分的に、好ましくは完全に取り囲む。キャリア層は電気絶縁性である。キャリア層は高熱伝導性を有する。キャリア層は、ＰＴＣヒータ要素を機械的に安定させ、電気的に絶縁する役割を果たす。
【0020】
ＰＴＣヒータ要素は非常にコンパクトである。ＰＴＣヒータ要素は表面積が大きく、薄く構成されている。ＰＴＣヒータ要素は極めて小さい体積を有する。ＰＴＣ要素の厚さは、好ましくは≦５００μｍ、好ましくは＜２５０μｍ、例えば１０μｍ～１５０μｍ、さらには＜２μｍである。ＰＴＣヒータ要素の高さは５００μｍから２５００μｍの間である。ＰＴＣヒータ要素（２）の横方向寸法（Ｌ）は、両方向（長さ及び幅）において、１０ｍｍと２５０ｍｍとの間である。
【0021】
好ましくは、ＰＴＣヒータ要素は面平行に設計される。特に、キャリア層は好ましくは面平行である。ＰＴＣ要素も好ましくは面平行に設計される。
【0022】
基板／キャリア層の表面がより適切に画定（ｂｅｓｓｅｒ ｄｅｆｉｎｉｅｒｔ）されているほど、より薄くでき、（アルミニウム・ヒートシンクなどへの）熱移行をより効率的に行うことができる。具体的には、ＰＴＣ要素（～２７×１３ｍｍ）：＜１００μｍ、理想：＜３０μｍ；（ＡｌＮ又はＡｌＯｘ）キャリア層：（１６５×３５ｍｍ）：５００μｍ、理想：＜１００μｍ。
【0023】
ＰＴＣヒータ要素の性能には、ＰＴＣ要素とキャリア層の平坦度と平行度が重要である。少なくとも１つのＰＴＣ要素の表面／キャリア層の表面が相応に適切に画定されていない場合、隙間をレベリングコンパウンドやポッティングコンパウンド（Ａｕｓｇｌｅｉｃｈｓ－ ｏｄｅｒ Ｖｅｒｇｕｓｓｍａｓｓｅ）で充填する必要があり、熱抵抗を増加させる。コンポーネントが精密に仕上げられているほど、隙間は薄くなる。
【0024】
好ましくは、少なくとも１つのＰＴＣ要素は非常に薄く設計されており、特に≦２５０μｍの厚さを有し、平面平行度は＜１００μｍである。特に好ましくは、ＰＴＣ要素の平面平行度は＜３０μｍである。好ましくは、キャリア層の平面平行度は＜５００μｍ、特に好ましくは＜１００μｍである。上述したＰＴＣヒータ要素の構成により、極めてコンパクトな設計が可能となり、ひいては電気ヒータ装置への高度な組み込みが可能となる。これにより、従来技術のヒータ装置と比較して、より迅速かつ効率的なヒータ効果（車内など）が保証される。材料使用量の削減による軽量化により、ｘＥＶの走行距離の増加が可能になり、低材料消費は、資源の節約とエコロジカルなフットプリントの（ｄｅｓ ｏｅｋｏｌｏｇｉｓｃｈｅｎ Ｆｕｓｓａｂｄｒｕｃｋｓ）削減に貢献する。
【0025】
材料及び／又は接続技術の適切な組み合わせにより、ヒータ要素レベルでの幾何学的形状の最適化とともに、ＰＴＣヒータ要素の体積及び熱抽出は、電力密度、熱応答、及び堅牢性と信頼性が、技術水準に比べて大幅に改善されるように最適化される。
【0026】
一実施形態によれば、電極は少なくとも１つのＰＴＣ要素の表面上に平坦に配置される。電極はＰＴＣ要素の表面上に直接形成される。電極は、ＰＴＣ要素の表面上にスパッタリング、メッキ、プリンティング、又は、ドクターブレードやスキージによってコーティング（ｇｅｒａｋｅｌｔ）されたものであり得る。
【0027】
電極は、好ましい熱抽出を達成するために、できるだけ大きな面積で設計される。電極は、例えば、ストリップ形状、矩形状、櫛形状、又はインターディジタル構造（Ｉｎｔｅｒｄｉｇｉｔａｌｓｔｒｕｋｔｕｒ）として形成され得る。電極は、沿面距離を確保し（Ｋｒｉｅｃｈｓｔｒｅｃｋｅｎ ｆｒｅｉｚｕｈａｌｔｅｎ）、電気的フラッシュオーバー（ｅｌｅｋｔｒｉｓｃｈｅｎ Ｕｅｂｅｒｓｃｈｌａｇ）を回避するために、互いに十分な距離が必要である。これにより、特に信頼性の高いＰＴＣヒータ要素が得られる。
【0028】
例えば、少なくとも１つの電極はＰＴＣ要素の上面又は下面に配置されている。また、２つの電極を上面又は下面に形成することもできる。また、上面及び下面にそれぞれ１つの電極を形成することもできる。
【0029】
あるいは、電極をＰＴＣ要素の側面、特に相対向する側面に形成することもできる。これにより、熱経路と電気経路が互いに分離され、特定のメーカーに有利な新しい設計や組み立てが可能になる。さらに、製造に起因するＰＴＣ要素の材料不均一性をより適切に制御又は回避することができる。
【0030】
一実施形態によれば、さらなるコンタクトは自立するように形成されている。換言すると、キャリア層はＰＴＣヒータ要素の他の構成要素を安定化するだけである。しかし、キャリア層は、さらなるコンタクトを安定化するために（必ずしも）必要ではない。
【0031】
あるいは、さらなるコンタクトは、機械的安定化のためにキャリア層上に適用されることもできる。例えば、キャリア層上にスパッタリング、プリンティング、又はドクターブレードやスキージによってコーティングされることができる。
【0032】
一実施形態によれば、さらなるコンタクトはキャリア層に一体化されている。換言すると、さらなるコンタクトはキャリア層の内側領域に形成される。この場合、さらなるコンタクトは、キャリア層の表面の≦５０μｍ下方に配置されている。
【0033】
実施形態によれば、さらなるコンタクトの形状は、ＰＴＣ要素の電極の幾何学的形状に適合される。例えば、さらなるコンタクトは可能な限り大面積で薄く設計される。例えば、さらなるコンタクトの厚さは＜１０μｍである。これにより、ＰＴＣヒータ要素の熱抽出が増加し、効率が向上する。
【0034】
一実施形態によれば、さらなるコンタクトは、クランプ、焼結、接着、又は高温はんだ付けによって、少なくとも１つの電極に導電的に接続される。標準的な接続技術を使用することにより、製造コストを削減することができ、その結果、特に費用対効果の高いＰＴＣヒータ要素を提供することができる。
【0035】
一実施形態によれば、キャリア層は１５０μｍから１０００μｍの間の厚さを有する。これにより、キャリア層はＰＴＣヒータ要素の電力密度を最適化するために非常にコンパクトで薄く設計されるが、ＰＴＣヒータ要素の堅牢性と安定性を確保するのに十分な厚さを有する。
【0036】
一実施形態によれば、キャリア層は、高い熱伝導性と良好な絶縁特性を有するセラミック材料を含む。例えば、キャリア層はＡｌＮ、Ｓｉ３Ｎ４、Ａｌ２Ｏ３、又はＳｉＣを有する。これらの材料は、熱抽出を最適化し、ＰＴＣヒータの電力密度と熱応答性を高めるのに理想的である。
【0037】
あるいは、キャリア層は耐熱性プラスチックを含むことができる。例えば、キャリア層はポリイミド又はエポキシ樹脂からなる。プラスチックの低い熱伝導率（１０Ｗ／ｍＫ未満）のため、キャリア層の厚さは、熱抵抗を低く保ち、ＰＴＣヒータ要素の高電力密度を達成するために、十分に薄くなければならない。
【0038】
あるいは、キャリア層は、セラミック材料とプラスチックに基づくハイブリッドソリューション（Ｈｙｂｒｉｄｌｏｅｓｕｎｇ）を含むこともできる。例えば、キャリア層はプラスチック層及びセラミック層を有することができる。最適な熱抽出を達成するためには、プラスチック層はセラミック層よりもかなり薄くなければならない。
【0039】
一実施形態によれば、ＰＴＣヒータ要素は、キャリア層の表面上に少なくとも１つの金属層をさらに有する。金属層は、ＰＴＣヒータ要素のさらなるコンタクト、例えばラジエータへの接続のために使用される。金属層は、例えば、Ｃｕ、Ａｌ又はＷを含むことができる。金属層は非常に薄く形成されている。好ましくは、金属層は１μｍと１００μｍとの間の厚さを有する。金属層の厚さが薄いため、ＰＴＣヒータ要素の熱結合に悪影響はない。
【0040】
一実施形態によれば、少なくとも１つのＰＴＣ要素は、セラミック材料、金属セラミック材料又は有機セラミック材料を含む。例えば、ＰＴＣ要素はＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）を含む。標準的な材料を使用することで、特に費用対効果の高いＰＴＣヒータ要素を実現できる。
【0041】
あるいは、ＰＴＣ要素はビスマスをベースにすることもできる。これには、ＰＴＣ要素が鉛フリーであるという利点を有する。あるいは、ＰＴＣ要素はビスマスと鉛を含まない材料を使用することもできる。
【0042】
一実施形態によれば、少なくとも１つのＰＴＣ要素の材料は低い比抵抗（ｇｅｒｉｎｇｅｎ ｓｐｅｚｉｆｉｓｃｈｅｎ Ｗｉｄｅｒｓｔａｎｄ）を有する。例えば、比抵抗は＜５０００Ωｃｍ、例えば１０００Ωｃｍである。その結果、動作点以下でＰＴＣ効果を大幅に低減することができ、したがって、従来のＨＶ ＰＴＣと比較して、各スイッチオンプロセス（Ｅｉｎｓｃｈａｌｔｖｏｒｇａｎｇ）でのエネルギ消費／突入電流（Ｅｉｎｓｃｈａｌｔｓｔｒｏｍ）を大幅に低減することができる。これは、他の電子コンポーネントへの負荷の低減（突入電流の低減）につながるだけでなく、電気自動車の航続距離のさらなる向上にもつながる。
【0043】
一実施形態によれば、ＰＴＣ要素は低温ＰＴＣ要素である。これには、相応のＰＴＣ要素を完全にビスマス及び鉛を含まない材料から製造できるという特別な利点がある。
【0044】
一実施形態によれば、ＰＴＣヒータ要素は複数のＰＴＣ要素を有する。ＰＴＣ要素は、キャリア層上に互いに隣り合って（ｂｅｎａｃｈｂａｒｔ ｚｕｅｉｎａｎｄｅｒ）又は相前後して連続して（ａｕｆｅｉｎａｎｄｅｒ ｎａｃｈｆｏｌｇｅｎｄ）配置されている。特に、ＰＴＣ要素は、ヒータ要素の主長手軸Ｘに沿った方向に相前後して連続して配置されている。さらに、ＰＴＣ要素は、主長手軸Ｘに垂直な方向（すなわち、横軸Ｙに沿った方向）に相前後して連続して配置される。
【0045】
設計上、相前後して連続するＰＴＣ要素の間には空洞が生じる。相前後して連続する２つのＰＴＣ要素間の空洞には、それぞれのＰＴＣ要素の電気コンタクトのための電極を充填することができる。特に、主長手軸Ｘに沿った空洞には電極材料を充填することができる。
【0046】
つまり、それぞれのＰＴＣ要素の相対向する側面から電極によるコンタクトが行われる。換言すると、ＰＴＣ要素のコンタクトはＰＴＣ要素の一方の端面（Ｓｔｉｒｎｓｅｉｔｅ）から行われる。この場合、ＰＴＣ要素の上面と下面には電極がない。これにより、熱経路と電気経路が分離され、特定のメーカーに有利な新しい設計や組み立てが可能になる。さらに、製造に起因するＰＴＣ要素の材料不均一性をより適切に制御又は回避することができる（ｂｅｓｓｅｒ ｂｅｈｅｒｒｓｃｈｂａｒ ｂｚｗ． ｕｍｇｅｈｂａｒ）ようになる。
【0047】
電極材料が充填されていないＰＴＣ要素間の残りの空洞（主長手方向に垂直な空洞）は、例えば、ＰＴＣ要素間の熱コンタクトを改善するために、上述の充填材で充填することができる。
【0048】
一実施形態によれば、ＰＴＣヒータ要素は複数のさらなるコンタクトを有する。さらなるコンタクトはキャリア層の直接上に形成されている。換言すると、さらなるコンタクトとキャリア層との間にはＰＴＣヒータ要素のさらなるコンポーネントは配置されていない。
【0049】
それぞれのさらなるコンタクトは、例えば、ストリップ形状である。好ましくは、さらなるコンタクトは、キャリア層の金属化ストリップとして形成される。好ましくは、さらなるコンタクトは、ＰＴＣヒータ要素の主長手方向に完全に沿って延在する。
【0050】
さらなるコンタクトは、ＰＴＣ要素（特に電極）の上部及び下部に交互に形成されていることができる。これにより、ＰＴＣ要素の電極の確実なコンタクトが保証される。
【0051】
一実施形態によれば、ＰＴＣヒータ要素は、少なくとも１つのＰＴＣ要素と少なくとも１つのさらなるコンタクトとの間の電気接続のための少なくとも１つの接続要素をさらに備える。好ましくは、ＰＴＣヒータ要素は複数の接続要素を有する。
【0052】
少なくとも１つの接続要素は、ストリップ形状に形成されている。それぞれの接続要素は、好ましくは、ＰＴＣヒータ要素の主長手方向に沿って少なくとも部分的に延在する。それぞれの接続要素は、少なくとも、それぞれのさらなるコンタクトとそれぞれの電極との間に形成される。それぞれの接続要素は、少なくとも１つのＰＴＣ要素の電極と直接コンタクトしている。接続要素はまた、少なくとも１つの、好ましくは正確に１つのさらなるコンタクトと直接コンタクトしている。好ましくは、少なくとも１つの接続要素は導電性接着剤を有する。
【0053】
接続要素を使用すると、電極とさらなるコンタクトとの間の導電的及び機械的に強固な接続を簡単な方法で確保することができる。さらなる態様によれば、電気ヒータ装置、例えばヒータレジスタが記載されている。電気ヒータ装置は、熱放出面、例えば冷却フィンを有する部品を備える。電気ヒータ装置は、少なくとも１つのＰＴＣヒータ要素、好ましくは上述のＰＴＣヒータ要素をさらに備える。ＰＴＣヒータ要素に関して開示されるすべての特性は、その結果、それぞれの他の態様に関しても相応に開示され、その逆もまた同様である。
【0054】
最適化されたＰＴＣヒータ要素の設計により、ヒータ装置への高度な組み込みが可能である。これにより、迅速かつ効率的なヒータ効果が得られる（例えば車内など）。
【0055】
さらなる態様によれば、自動車、例えば電気自動車における上述のＰＴＣヒータ要素の使用が記載される。ＰＴＣヒータ要素は極めてコンパクトな設計であるため、どのような設置状況にも適している。さらに、ＰＴＣヒータ素子は、最適な熱抽出、ひいては高い電力密度と信頼性を確保することができる。
【0056】
以下に説明する図面は、縮尺に忠実であると理解されるものではない。むしろ、個々の寸法は、より良く表現するために拡大、縮小、あるいは歪曲されることがある。
【0057】
互いに類似している要素や同じ機能を担う要素には、同じ参照符号を付ける。
【図面の簡単な説明】
【0058】
【発明を実施するための形態】
【0059】
図１は、従来技術のＰＴＣヒータ要素１００の断面図である。ＰＴＣヒータ要素１００は、複数（本実施形態では４つ）の、熱生成のためのＰＴＣ要素１０１を有する。ＰＴＣ要素１０１は、ＰＴＣヒータ要素１００の長手方向において相前後して連続して配置され、空隙によって互いに分離されている。
【0060】
電気コンタクト１０２（例えば銅製）は、ＰＴＣ要素１０１の電気接続のために、ＰＴＣ要素１０１の上面及び下面に配置されている。
【0061】
ＰＴＣヒータ要素１００はさらに絶縁層１０３を備え、絶縁層１０３は、電気コンタクト１０２上に配置されており、ＰＴＣヒータ要素１００を外部、特に、電気ＰＴＣヒータ要素１００の外面に形成される熱分配器又はラジエータ１０４から電気的に絶縁する。
【0062】
図２は、従来技術によるさらなるＰＴＣヒータ要素１１０の断面図を示す。ここでも、ＰＴＣ要素１１１は電気コンタクト１１２の間に配置されている。プラスチック（例えばポリイミド）製の絶縁層１１３が電気コンタクト１１２上に形成され、ヒータ要素１１０を電気的に絶縁している。
【0063】
図３は、従来技術によるさらなるＰＴＣヒータ要素１２０の断面図を示す。ＰＴＣ要素１２１は電気コンタクト１２２によって接続され、プラスチックモールディング１２３（例えばエポキシ樹脂）によって外部から絶縁されている。ＰＴＣ要素１２１はモールディング１２３によって完全に取り囲まれている。
【0064】
図４は、従来技術によるさらなるＰＴＣヒータ要素１３０の断面図を示す。ここで、ＰＴＣ要素１３１は、最適な熱抽出を達成するために、ラジエータ１３２と直接コンタクトしている。電気絶縁はない。
【0065】
図６は、第１実施形態によるＰＴＣヒータ要素１の断面図を示す。ＰＴＣヒータ要素１は、自動車、例えば電気自動車に使用されるように設計されている。ＰＴＣヒータ要素１は、ラジエータ又はヒートシンクを有する電気装置（例えば電気ヒータ装置）に組み込まれるように設計されている（明示的に図示せず）。
【0066】
【0067】
ＰＴＣ要素２は熱源として機能する。特に、ＰＴＣ要素２に通電することでジュール熱が発生する。この実施形態では、ヒータ要素１は５個のＰＴＣ要素２を有する。もちろん、５個より多いＰＴＣ要素２、例えば８個又は１０個のＰＴＣ要素２を設けてもよいし、５個より少ないＰＴＣ要素２、例えば２個のＰＴＣ要素２又は１個のＰＴＣ要素２を設けてもよい。ＰＴＣ要素２の数は、特に、ＰＴＣヒータ要素１に対する要求、その材料組成、及び、例えば自動車の中などの設置状況に依存する。
【0068】
ＰＴＣ要素２は、ＰＴＣヒータ要素１の主長手軸Ｘに沿って、順々に又は相前後して連続して（ｎａｃｈｅｉｎａｎｄｅｒ ｂｚｗ． ａｕｆｅｉｎａｎｄｅｒｆｏｌｇｅｎｄ）配置されている。セラミック材料、金属セラミック材料又は有機セラミック材料を含む。例えば、ＰＴＣ要素はＰＺＴセラミックを含む。ビスマスをベースとする代替的組成も考えられる。これには、ＰＴＣ要素２を鉛フリーにできるという利点がある。ＰＴＣ要素２を完全に鉛及びビスマスフリーにすることも考えられる。
【0069】
設計上、ＰＴＣ要素２の間には、主長手軸Ｘに垂直な空洞が生じることがある。この実施形態では、これらの空洞は耐熱性で熱伝導性の充填材７、例えばシリコーンやエポキシで充填されている。任意選択の充填材７は、機械的保護又は湿気の侵入に対するバリアとして、また（空気の代わりに）追加の熱伝導体として機能する。
【0070】
それぞれのＰＴＣ要素２は非常にコンパクトである。特に、それぞれのＰＴＣ要素２の主長手軸Ｘ（図９ａも参照）に垂直の厚さｄ又は拡がり（Ａｕｓｄｅｈｎｕｎｇ）は、５０μｍと２５０μｍとの間である。好ましくは、それぞれのＰＴＣ要素２の厚さｄは２００μｍ以下である。
【0071】
対応する厚さｄを達成するために、それぞれのＰＴＣ要素２は標準的な工程（プレス工程又は多層構造）で製造することができる。しかながらし、代替的製造方法を用いれば、さらに薄いＰＴＣ要素２（１０μｍ～１５０μｍ、あるいは２μｍ未満）も可能である。より薄いＰＴＣ層は、スクリーンプリントによってキャリア層５に適用することによって得ることができ、それによってそれぞれのＰＴＣ要素２の厚さｄを１０μｍと１５０μｍとの間にすることができる。これらの層厚は、ＳｏｌＧｅｌ、インクジェットプリント又はプラズマジェット工程などの塗布工程によってさらに薄くすることができ、厚さｄ＜２μｍを達成することができる。
【0072】
それぞれのＰＴＣ要素２の横方向の拡がりＩ（主長手軸Ｘに沿った拡がり及び横方向の拡がり）は、好ましくは５ｍｍと１００ｍｍとの間である（図９ａ及び９ｂ）。
【0073】
それぞれのＰＴＣ要素２の電気接続のために、図９ａから図９ｄに見て取れるように、ＰＴＣ要素２は電気コンタクト又は電極３を有する。電極３は、それぞれのＰＴＣ要素２の表面２ａ、２ｂ、２ｃに平坦に形成されている。電極３は、好適な熱抽出を達成するために、できるだけ広い面積に形成されている。また、逆極性の電極３は、アーク放電（Ｕｅｂｅｒｓｃｈｌａｅｇｅ）を防止するために、互いに十分な距離をとる必要がある。
【0074】
ＰＴＣ要素２の下面２ｂ及び上面２ａに、それぞれ１つの電極を形成することができる（図９ｂ）。しかしながら、２つの電極３を上面２ａに形成し、ＰＴＣ要素２の下面には電極３を形成しないこともでき（図９ａ及び図９ｄ）、あるいはその逆も可能である。
【0075】
図９ｃに見て取れるように、電極３を介して、例えばそれぞれのＰＴＣ要素２の相対向する側面２ｃからコンタクトすることも可能である。この場合、上面２ａと下面２ｂには電極３が存在しない。熱経路と電気経路が分離され、特定のメーカーにとって有利な新しい設計や組み立てが可能になる。さらに、製造に起因するＰＴＣ要素２の材料不均一性をより適切に制御又は回避することができるようになる。図１０及び図１１ｂに、相応にコンタクトするＰＴＣ要素２を備えたＰＴＣヒータ要素１の実施形態を示す。
【0076】
電極３は、沿面距離（高電圧ヒータでは通常４ｍｍ）を維持しながら、できるだけ大きな表面積になるように設計されている。電極３は、ＰＴＣ要素の上面２ａ又は下面２ｂを少なくとも部分的に覆う。電極３が側面２ｃに配置されている場合、側面２ｃを電極３で完全に覆うこともできる。例えば、電極はストリップ形状又は矩形状である（図９ａ及び９ｃ）。また、櫛形状又はインターディジタル構造も可能である（図９ｂ及び９ｄ）。相互嵌合する電極構造では、電極３間の距離が電気的フラッシュオーバーを避けるために十分な寸法になるように特に留意すべきである。
【0077】
電極３は導電性材料（例えば金属ペースト）を有する。導電性材料は、それぞれのＰＴＣ要素２の表面２ａ、２ｂ、２ｃ上にスパッタリング、プリンティング又はドクターブレードやスキージによってコーティングされたものである。電極３は、好ましくは、スパッタ層又は金属焼成ペーストによって実現される。
【0078】
記載した電極構成（図９ａ～図９ｄ参照）を使用することにより、従来技術と比較して、ＰＴＣ材料に関して異なる比抵抗が必要となる。この追加の自由度は、比抵抗が低い場合ＰＴＣ効果が動作点以下で著しく減少することを意味し、したがって従来のＨＶ（高電圧）ＰＴＣに対して、各スイッチオンプロセスでのエネルギ消費又は突入電流が大幅に減少する。これにより、負荷が低くなる（突入電流が低くなる）。
【0079】
図５は、２つの異なる比抵抗におけるＨＶＰＴＣセラミックの抵抗－温度挙動を示す標準化特性曲線（同じ測定電圧）を示す。低い比抵抗によって、抵抗降下は従来の高い比抵抗に比べて大幅に減少している。
【0080】
電極３に電気的にコンタクトするために、ＰＴＣヒータ要素１は、上述の導体路又はさらなるコンタクトをさらに有する。この実施形態では、導体路又はさらなる接点４は、ＰＴＣヒータ要素１を貫通してＰＴＣ要素２の上面２ａ及び下面２ｂに沿って延在する。換言すると、図６によるさらなるコンタクト４は、ＰＴＣ要素２（又は電極３）とキャリア層５との間に形成されている。特に、さらなるコンタクト４は、ＰＴＣ要素２の電極３と直接接触している。
【0081】
さらなるコンタクト４は、主長手軸Ｘに沿って延在する。さらなるコンタクト４は、ＰＴＣヒータ要素１の電気接続のために、ＰＴＣヒータ要素１の側面１ａから出ている。
【0082】
電極３とさらなるコンタクト４との間の導電接続は、様々な技術的解決策を用いて実現することができる。クランプコンタクトは、焼結技術（μＡｇ、μＣｕ、ＴＬＰＳ（Ｔｒａｎｓｉｅｎｔ Ｌｉｑｕｉｄ Ｐｈａｓｅ Ｓｉｎｔｅｒｉｎｇ：過渡液相焼結））又は高温はんだ付けによる接続と同様に可能である。
【0083】
さらなるコンタクト４は自立可能である。これは、それぞれのさらなるコンタクト４の機械的安定化のために、さらなる要素（例えば、キャリア層又は基板５）が必要ないことを意味する。あるいは、さらなるコンタクト４はキャリア層５に適用することができる。この場合、さらなるコンタクト４は、キャリア層５上にスパッタリング、メッキ、プリンティング又はドクターブレードやスキージによってコーティングされたものである。上述したように、図６に見て取れるように、上述した２つの実施形態のさらなるコンタクト４は、電極３と直接電気的及び機械的にコンタクトしている。
【0084】
さらなるコンタクト４は、例えば、銅、アルミニウム、タングステンを有する。しかしながら、他の導電性金属、合金、又は他の導電性材料も、さらなるコンタクト４のために考えられる。それぞれのさらなるコンタクト４の幾何学的形状は、ＰＴＣ要素２の動作中に電界サージやフラッシュオーバーが発生しないように、ＰＴＣ要素２の電極３の幾何学的形状に適合している。
【0085】
好ましくは、さらなるコンタクト４は大きな表面積で設計される。それぞれのさらなるコンタクト４は、スペース（Ｂａｕｒａｕｍ）を節約するために、できるだけ薄く設計される。好ましくは、さらなるコンタクト４の厚さは＜１０μｍである。これは、すでに上述したように、さらなるコンタクト４がスパッタリング、プリンティング、又は、ドクターブレードやスキージによるコーティング（Ｒａｋｅｌｎ）によってキャリア層５に適用される場合に特に可能である。
【0086】
ＰＴＣヒータ要素１はまた、既に導入されているキャリア層５を有する。キャリア層５は、ＰＴＣヒータ要素１を外部から電気的に絶縁し、ＰＴＣヒータ要素１を機械的に安定させる役割を果たす。ＰＴＣ要素２はキャリア層５の内側領域全体に配置される。さらなるコンタクト４も少なくとも部分的にキャリア層５に埋め込まれる。
【0087】
キャリア層５は非常に小さい厚さ（主長手軸Ｘに垂直な拡がり）を有する。例えば、キャリア層５の厚さは１５０μｍと１０００μｍとの間である。これにより、供給ラインでのオーム損失による熱だけでなくヒータ要素の熱伝達も、可能な限り効率的に外部に伝導することができる。
【0088】
キャリア層５はさらに、高い熱伝導性と良好な電気絶縁特性を有する材料をさらに含む。この実施形態では、キャリア層５はセラミック材料、例えばＡｌＮ、Ｓｉ３Ｎ４、Ａｌ２Ｏ３又はＳｉＣを含む。熱を特によく伝導するキャリア層５を使用することにより（たとえば、ＡｌＮの場合：最大２００Ｗ／ｍＫ）、電気コンタクトのためのケーブル断面積を低減することができる。なぜなら、熱はオーム損失によりキャリア層５を介して直ちに放散されるからである。
【0089】
代替的実施形態では、キャリア層５は耐熱性プラスチック（例えばポリイミド又はエポキシ樹脂）を含むこともできる。この場合、プラスチックの熱伝導率が低い（＜１０Ｗ／ｍＫ）ことに基づいて、キャリア層５の厚さは、熱抵抗が十分に小さくなるように薄く設計されなければならない。
【0090】
換言すると、プラスチック製のキャリア層５はセラミックキャリア層よりもはるかに薄くなければならない。特に、プラスチック層は熱輸送を保証するのに十分薄くなければならないが、ＰＴＣヒータ要素１の電気絶縁と機械的安定性を保証するのに十分な厚さが必要である。例えば、プラスチック製のキャリア層５は５０μｍの厚さを有する。キャリア層５内の熱伝導に寄与する面積をできるだけ大きくするために、電気供給ライン（電極３、さらなるコンタクト４）はヒートスプレッダーとしても機能することができる。
【0091】
セラミックベース及びプラスチックベースのキャリア層ハイブリッドソリューションも可能である（後述の図８の説明を参照）。
【0092】
また、本実施形態では、キャリア層５の表面５ａに金属層６がさらに形成されている。金属層６は、キャリア層５の上面及び下面を完全に覆っている。金属層６は、（金属）ラジエータ又はヒートシンク（明示的に図示せず）の機械的及び熱コンタクトを容易にする。金属層６は非常に薄い。例えば、金属層６の厚さは、１μｍと１００μｍとの間である。金属層６は、Ｃｕ、Ａｌ又はＷを含む。
【0093】
全体として、ＰＴＣヒータ要素１の全高（Ｂａｕｈｏｅｈｅ）Ｈは、上述の構造により５００μｍと２５００μｍとの間である。ＰＴＣヒータ要素１の横方向寸法Ｌは、両方向において、１０ｍｍと２５０ｍｍとの間である（横寸法Ｌ：長さ、すなわち主長手軸Ｘに沿った拡がり、及び、幅、すなわち主長手軸Ｘに対して横方向の拡がり）。
【0094】
したがって、ＰＴＣヒータ要素１は極めてコンパクトで、特に表面積が大きく、薄い。上述した材料と接続技術とを適切に組み合わせ、ひいてはヒータ要素レベルでの幾何学的形状を最適化することにより、電力密度、熱応答挙動、及び堅牢性と信頼性が、従来の技術水準に比べて大幅に向上するように、ＰＴＣヒータ要素１の体積及び熱抽出が最適化される。
【0095】
非常に効率的で、薄く、パワフルなためＰＴＣヒータ要素１の設計により、低温ＰＴＣの使用も可能である。これらは、完全にビスマスや鉛を含まない材料で作ることができる。
【0096】
図７は、さらなる実施形態によるＰＴＣヒータ要素１の断面図を示す。図６に示す例とは対照的に、さらなるコンタクト４は、キャリア層５とＰＴＣ要素２との間に形成されていない。むしろ、さらなるコンタクト４はキャリア層５に一体化されている。ＰＴＣヒータ要素１の側面１ａにおいてのみ、ＰＴＣヒータ要素１の電気接続を確実にするために、さらなるコンタクト４がキャリア層５から出る（ｔｒｅｔｅｎ ａｕｓ）。
【0097】
この実施形態では、キャリア層５は好ましくはＡｌＮを含む。それぞれのさらなるコンタクト４は、タングステン（Ｗ）層を含む。換言すると、キャリア層５に埋め込まれたさらなるコンタクト４は、好ましくはＡｌＮキャリア層５内のＷコンタクトによって実現される。Ｗ層は、好ましくは５μｍ～２０μｍの厚さを有する。Ｗ層は、好ましくはキャリア層５の大面積に実装される。
【0098】
図６に関連して既に記載したように、キャリア層５は、１５０μｍ～１０００μｍの典型的な厚さを有する。Ｗ層は、キャリア層５の中央領域内に対称的に形成することも、中央領域に向かってオフセットして形成することもできる。図７による実施形態では、それぞれのさらなるコンタクト４（Ｗ層）は、キャリア層５の中央領域からＰＴＣ要素２に向かってオフセットして形成されている。いずれにしても、Ｗ層はキャリア層５の表面から少なくとも５０μｍ下に配置されている。
【0099】
この実施形態では、ＰＴＣヒータ要素１は、貫通部／ビア８をさらに備える。ビア８は、好ましくはタングステンを含む。好ましくは、ビア８はタングステンからなる。しかしながら、ビア８は、他の導電性材料を含むか、又は他の導電性材料からなることもできる。
【0100】
ビア８は、ＰＴＣヒータ要素１の主長手軸Ｘに垂直な方向にキャリア層５を完全に貫通している。ビア８は、ＰＴＣ要素２の電極３とＷ層（さらなるコンタクト４）との間の導電接続を確立する。
【0101】
ＰＴＣヒータ要素１の特性又は他の構成要素／特徴に関しては、図６に関連する説明を参照されたい。
【0102】
図８は、さらなる実施形態によるＰＴＣヒータ要素１の断面図を示す。この実施形態では、キャリア層５はセラミック材料及びプラスチック材料に基づくハイブリッドソリューションを有する。特に、ＰＴＣヒータ要素１は、片面（この場合は上面）に耐熱プラスチック層９（ポリイミドやエポキシ樹脂など）を有する。対向面（ここでは下面）には、図６に関連して既に説明したように、ＰＴＣヒータ要素１がセラミック材料製のキャリア層５を有する。もちろん、プラスチック９を下面に形成し、セラミックキャリア材料を上面に形成することもできるす。
【0103】
セラミックキャリア層５は、ＰＴＣヒータ要素１を機械的に安定させ、絶縁する役割を果たす（この場合、下面の絶縁）。プラスチック層９は、ＰＴＣヒータ要素１を絶縁する役割を果たす（この場合、上面の絶縁）。両方の層は、電気絶縁を確保するのに十分な厚さでなければならないが、熱輸送を確保するのに十分な薄さでなければならない。特に、プラスチックの熱伝導率が低い（＜１０Ｗ／ｍＫ）ため、プラスチック層９の厚さは、図６による実施形態に関連してすでに説明したように、熱抵抗を十分低く保つのに薄くなければならない。
【0104】
特に、プラスチック層９はセラミック層５よりも薄い。例えば、本実施形態では、セラミックキャリア層５の厚さはプラスチック層９の厚さの１０倍～１００倍である。プラスチック層９の厚さは２μｍと５０μｍとの間である。例えば、プラスチック層の厚さは３０μｍである。セラミックキャリア層５は、ＰＴＣヒータ要素１の機械的安定性を確保するために、０．５ｍｍと１ｍｍとの間の厚さを有する。
【0105】
ＰＴＣヒータ要素１のさらなる特性又はさらなる構成要素／特徴に関しては、図６に関連する説明を参照されたい。
【0106】
図１１ａは、上記によるＰＴＣヒータ要素１を示す。特に、図１１ａは、ヒータ要素１の主長手軸Ｘに沿って相前後して連続して配置された複数のＰＴＣ要素２を示す。ＰＴＣ要素２はそれぞれ、電極３を介して上面２ａ又は下面２ｂからコンタクトしている（特に図６ａ、図９ａ、図９ｂ及び図９ｄを参照）。
【0107】
電極３の接続は、ＰＴＣ要素２の上面２ａ又は下面２ｂから、ストリップ形状のさらなるコンタクト４を介して接続されている。接続要素１０、例えば導電性接着剤は、電極３とさらなるコンタクト４との間に形成され、さらなるコンタクト４と電極３との間の電気的及び機械的接続を確立する。
【0108】
さらに、相前後して連続する２つのＰＴＣ要素２の間の空洞に充填材７を導入することもできる（明示的に図示せず、図６参照）。
【0109】
図１０及び図１１ｂは、さらなる実施形態によるＰＴＣヒータ要素１を示す。ＰＴＣヒータ要素１は、既に上述したように、自動車、例えば電気自動車に使用されるように設計されている。ＰＴＣヒータ要素１は、ラジエータ又はヒートシンク（明示的に図示せず）を有する電気装置（例えば電気ヒータ装置）に組み込まれるように設計されている。
【0110】
ＰＴＣヒータ要素１は、電極／電気コンタクト３、さらなるコンタクト４、及びキャリア層／基板５を有する。キャリア層５は、好ましくはセラミックを含む。ＰＴＣヒータ要素１はまた、以下により詳細に説明するように、接続要素１０を備える。
【0111】
ＰＴＣヒータ要素１は、複数のＰＴＣ要素２を有する。ＰＴＣ要素２は、上記の設計と比較して、ＰＴＣヒータ要素１の主長手軸Ｘに垂直な方向に、より小さい拡がりを有する（特に図１１ａも参照）。換言すれば、図１０及び１１ａによるＰＴＣ要素２は、例えば図１１ａによるＰＴＣ要素２よりも短い長さを有する。
【0112】
ＰＴＣ要素２は、キャリア層５上に互いに隣接して又は相前後して連続して（ｂｅｎａｃｈｂａｒｔ ｚｕｅｉｎａｎｄｅｒ ｂｚｗ． ａｕｆｅｉｎａｎｄｅｒ ｎａｃｈｆｏｌｇｅｎｄ）配置される。特に、複数のＰＴＣ要素２は、ヒータ要素１の主長手軸Ｘに沿った方向に相前後して連続して配置される。さらに、ＰＴＣ要素２は、主長手軸Ｘに垂直な方向に（すなわち、横方向軸Ｙに沿って）相前後して連続して配置される。
【0113】
【0114】
主長手軸Ｘに対して横方向の空洞は、上述の実施形態と同様に、耐熱充填材７で充填されることができる（明示的に図示せず、特に図６参照）。これにより、ＰＴＣ要素２間の熱コンタクトを改善することができる。
【0115】
図１０及び図１１ｂによる実施形態では、主縦軸Ｘに平行なキャビティは、電極材料でさらに充填される。換言すると、２つのＰＴＣ素子２に電気的にコンタクトするための電極３は、主長手軸Ｘに垂直な方向（すなわち横軸Ｙに沿って）に相対向して連続する２つのＰＴＣ素子２の間の主長手軸Ｘに沿って延在するそれぞれの空洞内に形成される。
【0116】
それぞれの電極３は金属化部を表す。それぞれの電極３は、それぞれのＰＴＣ要素２の側面２ｃ（特に短い側面）を完全に覆っている（図９ｃによる実施形態も参照）。すなわち、図１０及び図１１ｂによる実施形態では、ＰＴＣ要素２のコンタクトは、ＰＴＣ要素２の一方の端面から行われる。対照的に、上述した実施形態（例えば、図６及び図１１ａを参照）では、ＰＴＣ要素２は、ＰＴＣ要素２の上面２ａ及び／又は下面２ｂからコンタクトされる。
【0117】
それぞれの電極３又は金属化部は、ＰＴＣ要素２間の空洞を完全に充填する。逆極性の電極３は交互に配置される。つまり、横軸Ｙに沿った方向に相前後して連続する２つのＰＴＣ要素２の間の第１空洞は、第１極性の電極３で充填される。横軸Ｙに沿った方向に連続する第２空洞は、反対極性の電極３で充填される。相前後して連続する２つのＰＴＣ要素２は、常に電極３又は金属化部を共有し、したがって共通の金属化部によってコンタクトされる。
【0118】
電極３と電気的にコンタクトするために、ＰＴＣヒータ要素１は、上述のさらなるコンタクト４、特に複数のさらなるコンタクト４も有する。さらなるコンタクト４は、ＰＴＣ要素２（特に電極３）とキャリア層５との間に形成される。
【0119】
このことから、さらなる接点４は、特に、横軸Ｙの方向に互いに続く２つのＰＴＣ要素２の間の界面に形成される。換言すると、さらなるコンタクト４は、少なくとも、主長手軸Ｘに沿って、又は主長手軸Ｘに平行に延在する、電極材料で満たされた空洞を覆う。
【0120】
さらなるコンタクト４は、ＰＴＣ要素２の上面２ａと下面２ｂに交互に配置されている（図１１ａも参照）。上面２ａに形成されたさらなるコンタクト４は、第１極性の端面側電極（ｓｔｉｒｎｓｅｉｔｉｇｅｎ Ｅｌｅｋｔｒｏｄｅｎ）３への電気接続を確立する。下面２ｂに形成されたさらなるコンタクト４は、反対極性の端面側電極３への電気接続を確立する。
【0121】
さらなるコンタクト４はストリップ形状に設計されている。さらなるコンタクト４は主長手軸Ｘに沿って完全に延びている。個々のさらなるコンタクト４は、主長手軸Ｘに沿って互いに平行である。
【0122】
さらなるコンタクト４は、ヒータ要素１の電気コンタクトのために、ＰＴＣヒータ要素１の側面１ａ（図６を参照）から出ることができる。さらなるコンタクト４は、キャリア層５の金属化を表す。特に、この例示的な実施形態におけるさらなるコンタクト４は、キャリア層５の表面５ａ上の金属化ストリップに対応する。さらなるコンタクト４は、キャリア層５と直接コンタクトしている。
【0123】
電極３とさらなるコンタクト４との間の導電接続は、接続要素１０を介して実現される。それぞれの接続要素１０は、例えば導電性接着剤を含む。
【0124】
接続要素１０は、ＰＴＣ要素２（特に電極３）とさらなるコンタクト４との間に形成されている。接続要素１０は、特にＰＴＣ要素２の電極３（ここでは端面側）とさらなるコンタクト４とに直接コンタクトしている。接続要素１０はストリップ形状に設計されています。それぞれの接続要素１０は、少なくとも部分的に主長手方向軸Ｘに沿って延在する。
【0125】
図１０及び図１１ｂによる実施形態では、それぞれ１つの接続要素１０が、横軸Ｙの方向において相前後して連続する２つのＰＴＣ要素２の間の界面に（ａｎ ｄｅｒ Ｓｃｈｎｉｔｔｓｔｅｌｌｅ）形成されている。換言すると、それぞれの接続要素１０は、主縦軸Ｘに平行に延在する、電極材料で満たされた少なくとも１つの空洞を覆う。もちろん、接続要素１０は、複数の空洞、したがって２つより多くのＰＴＣ要素２にわたって延在するように、より長く形成されていることもできる（明示的に図示せず）。
【0126】
ＰＴＣ要素２、キャリア層５、さらなるコンタクト４及び電極３に関するすべてのさらなる特徴に関して、特に構成部品の組成及び寸法に関しても、上記の説明を参照されたい。ここに示した対象の記載は、個々の具体的な実施形態に限定されるものではない。むしろ、個々の実施形態の特徴は、技術的に意味がある限り、どのようにでも互いに組み合わせることができる。
【符号の説明】
【0127】
１ ＰＴＣヒータ要素
１ａ ＰＴＣヒータ要素の側面
２ ＰＴＣ要素
２ａ ＰＴＣ要素の上面
２ｂ ＰＴＣ要素の下面
２ｃ ＰＴＣ要素の側面
３ 電極
４ さらなるコンタクト
５ キャリア層
５ａ キャリア層の表面
６ 金属層
７ 充填材
８ 貫通部／ビア
９ プラスチック
１０ 接続要素
ｌ ＰＴＣ要素の長さ
ｄ ＰＴＣ要素の厚さ
Ｈ ＰＴＣヒータ要素の高さ
Ｌ ＰＴＣヒータ要素の横方向寸法
Ｘ ＰＴＣヒータ要素の主長手軸
Ｙ ＰＴＣヒータ要素の横軸
１００ ＰＴＣヒータ要素
１０１ ＰＴＣ要素
１０２ 電気コンタクト
１０３ 絶縁層
１０４ ラジエータ
１１０ ＰＴＣヒータ要素
１１１ ＰＴＣ要素
１１２ 電気コンタクト
１１３ 絶縁層
１２０ ＰＴＣヒータ要素
１２１ ＰＴＣ要素
１２２ 電気コンタクト
１２３ モールド
１３０ ＰＴＣヒータ要素
１３１ ＰＴＣ要素
１３２ ラジエータ
１ａ ＰＴＣヒータ要素の側面
２ ＰＴＣ要素
２ａ ＰＴＣ要素の上面
２ｂ ＰＴＣ要素の下面
２ｃ ＰＴＣ要素の側面
３ 電極
４ さらなるコンタクト
５ キャリア層
５ａ キャリア層の表面
６ 金属層
７ 充填材
８ 貫通部／ビア
９ プラスチック
１０ 接続要素
ｌ ＰＴＣ要素の長さ
ｄ ＰＴＣ要素の厚さ
Ｈ ＰＴＣヒータ要素の高さ
Ｌ ＰＴＣヒータ要素の横方向寸法
Ｘ ＰＴＣヒータ要素の主長手軸
Ｙ ＰＴＣヒータ要素の横軸
１００ ＰＴＣヒータ要素
１０１ ＰＴＣ要素
１０２ 電気コンタクト
１０３ 絶縁層
１０４ ラジエータ
１１０ ＰＴＣヒータ要素
１１１ ＰＴＣ要素
１１２ 電気コンタクト
１１３ 絶縁層
１２０ ＰＴＣヒータ要素
１２１ ＰＴＣ要素
１２２ 電気コンタクト
１２３ モールド
１３０ ＰＴＣヒータ要素
１３１ ＰＴＣ要素
１３２ ラジエータ
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9a】
【図9b】
【図9c】
【図9d】
【図10】
【図11a-11b】
【国際調査報告】