(57)【要約】【解決手段】合成樹脂により略シート状に形成された第１基材１２の一方面に、通電すると温度が上昇する帯状発熱素子１６を配設すると共に、この配設された帯状発熱素子による加熱温度を検知する温度検知素子１８を配設し、これら帯状発熱素子と温度検知素子の上記第１基材とは反対側の表面に、合成樹脂により略シート状に形成された第２基材１４を積層し、前記第１基材と第２基材とを、これら帯状発熱素子と温度検知素子とが挟持されるように相互に接合し、一体化したことを特徴とする温度検知器付き面状発熱体１０。上記第１基材１２と第２基材１４とがポリイミドフィルムであり、上記温度検知素子１８が熱電対であることが好ましい。【効果】発熱体の温度をリアルタイムで精度良くコントロールでき、省スペース化可能であり、安全性に優れている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
合成樹脂により略シート状に形成された第１基材の一方面に、
通電すると温度が上昇する帯状発熱素子を配設すると共に、この配設された帯状発熱素子による加熱温度を検知する温度検知素子を配設し、
これら帯状発熱素子と温度検知素子の上記第１基材とは反対側の表面に、合成樹脂により略シート状に形成された第２基材を積層し、
前記第１基材と第２基材とを、これら帯状発熱素子と温度検知素子とが挟持されるように相互に接合し、一体化したことを特徴とする温度検知器付き面状発熱体。
【請求項２】
上記第１基材と第２基材とがポリイミドフィルムである請求項１に記載の温度検知器付き面状発熱体。
【請求項３】
上記温度検知素子が熱電対である請求項１〜２の何れかに記載の温度検知器付き面状発熱体。
【請求項４】
上記温度検知素子の厚み（Ｋ）が、帯状発熱素子の厚み（Ｈ）の０．８〜１．２倍であることを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載の温度検知器付き面状発熱体。
【請求項５】
合成樹脂により略シート状に形成された第１基材の一方面に、通電すると温度が上昇する発熱箔を接着して二層シートを形成し、
該二層シートの発熱箔層をエッチング処理して空隙部を有する所望の発熱体パターンを形成し、
該発熱体パターンの空隙部に温度検知素子を配設し、
これら発熱体パターンと温度検知素子の第１基材とは反対側の表面に、合成樹脂により略シート状に形成された第２基材を積層し、
前記第１基材と第２基材とを、これら発熱体パターンと温度検知素子とが挟持されるように相互に接合し、一体化することを特徴とする温度検知器付き面状発熱体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の技術分野】
本発明は、熱電対付き面状発熱体に関し、さらに詳しくは、発熱体の温度をリアルタイムで精度良くコントロールでき、省スペース化可能であり、安全性に優れているような熱電対付き面状発熱体及びその製造方法に関する。
【０００２】
【発明の技術的背景】
ポリイミドは、機械的強度、耐熱性、電気的特性に優れたエンジニアプラスチックとして様々な分野で広く使われている。
従来、ポリイミドを使用したフィルム状薄型ヒーターとしては、２枚もしくはそれ以上の枚数のポリイミドフィルムの間に、抵抗体（発熱体）を介在させ、ポリイミドフィルム同士を接着もしくは融着して得られたものが用いられている。
【０００３】
このようにポリイミドフィルムは、電気的特性にも非常に信頼性があるため、薄いフィルムが使用でき、薄いフィルム状薄型ヒーターが得られる。
このように薄型ヒーターは、熱伝導（応答性）が良く、昇温スピードも速いというメリットがある。
薄型ヒーターの種々の機械、器具等への実装時には、コンパクトに配置でき、屈曲面でも配置が可能である。
【０００４】
なお、これまでに使用されているポリイミドの種類としては、非熱可塑性、熱可塑性、熱硬化性などの種々のタイプがある。
またこのような（種々のタイプのポリイミドを用いて）薄型ヒーターを作製する際のポリイミドフィルムの接合方法で分類すると、粘・接着タイプ、熱融着タイプなどがあり、このうちで粘・接着タイプの薄型ヒーターは、複数枚のポリイミド間に抵抗体（発熱体）を挟み込み、ポリイミドフィルム同士を、粘・接着剤を介して粘・接着したものである。
【０００５】
上記粘・接着剤としては、シリコーンやその他ゴム系などの粘着タイプや熱硬化性ポリイミドなどがある。
なお、前記熱硬化性ポリイミド接着剤は、原料モノマーを溶剤中で反応させてなるポリアミック酸溶液（ポリイミドワニス、完全にイミド化されていないもの）をポリイミドフィルムなどの接合予定面に塗布、介在させ、加熱して脱水縮合させてイミド化を図り、硬化させるものであり、再加熱しても接着性を示さない。
【０００６】
融着（ホットメルト）タイプの熱可塑性ポリイミド系接着剤を用いた薄型ヒーターとしては、例えば、特開２００１−１２６８５１号公報に記載されているように、所定のヒーターパターンを有する金属箔の上下両端を熱融着型ポリイミドフィルムによりサンドイッチ状に挟持させて真空で熱圧着させた発熱体を基板に固着した、半導体ウエハー用のヒーター装置が挙げられる。
【０００７】
また、特開平１−１７３５９１号公報に記載されているように、合金箔で形成された発熱体回路に絶縁フィルムを接着被覆してなる面状発熱体において、絶縁フィルムと接着剤が共にポリイミド系材料からなり、さらに接着剤が２５０〜４００℃の温度で熱圧（加熱・加圧）すると接着性を示す熱可塑性ポリイミドからなる面状発熱体が挙げられ、該熱可塑性ポリイミド系接着剤は、常温では固体であるが、実質的にポリイミド化完了後でも該温度範囲で再加熱すると接着性を示す。
【０００８】
このように、機械的強度、耐熱性、電気的特性に優れたポリイミドを使用することで、従来よりポリイミドを用いた薄型ヒーターが得られているが、加熱対象物の温度をコントロールをする際には、該ヒーターもしくは加熱対象物の温度を測るためのセンサーが必要である。
このため、上述したような従来の薄型ヒーターを実装する際には、該ヒーターとは別体に作製されたセンサーをヒーター近傍に配設する必要があり、センサーの厚みやスペースが加わるため、最終製品（実装品）のコンパクト化につながらない場合があった。
【０００９】
また、加熱対象物に温度センサーを取り付けた場合、ヒーターと温度センサーとの距離や加熱対象物の材質や厚みによりヒーター（発熱体）の温度と加熱対象物の温度とに差が生じてしまい、ヒーターの温度が過度に上昇してヒーターの破損の恐れもあった。
そのため、加熱対象物の材質や寸法に応じて、発熱体の厚みや幅、抵抗値を設計しなければならず、煩雑であるという問題点があった。
【００１０】
そこで、本発明者らは上記問題点を解決すべく鋭意研究を重ねたところ、合成樹脂により略シート状に形成された第１基材の一方面に、通電すると温度が上昇する帯状発熱素子を配設すると共に、この配設された帯状発熱素子による加熱温度を検知する温度検知素子を配設し、これら帯状発熱素子と温度検知素子の上記第１基材とは反対側の表面に、合成樹脂により略シート状に形成された第２基材を積層し、前記第１基材と第２基材とをこれら帯状発熱素子と温度検知素子とが挟持されるように相互に接合し、一体化した温度検知器付き面状発熱体によれば、発熱体の温度をリアルタイムで精度良くコントロールでき、省スペース化可能であり、安全性に優れていることなどを見出して本発明を完成するに至った。
【００１１】
なお、特開平６−２５８１４９号公報には、基板上に形成された金属または合金からなる熱電対形成薄膜層で構成した薄膜型熱電対素子が開示されており、その添付図面には、ポリイミドフィルム製基板の表面に、クロメル膜及びアルメル膜からなる熱電対形成薄膜層が形成された態様が示されている。
しかしながら、該公報には、熱電対とヒーターとを一体化するとの技術的思想もなければ、これらを一体化し、如何にして安全性に優れ、コンパクト化された熱電対付き面状発熱体を得るかということなど示唆すらされていない。
【００１２】
【発明の目的】
本発明は、上記のような従来技術に伴う問題点を解決しようとするものであって、発熱体の温度をリアルタイムで精度良くコントロールでき、省スペース化可能であり、安全性に優れているような熱電対付き面状発熱体及びその製造方法を提供することを目的としている。
【００１３】
【発明の概要】
本発明に係る温度検知器付き面状発熱体は、合成樹脂により略シート状に形成された第１基材の一方面に、
通電すると温度が上昇する帯状発熱素子を配設すると共に、この配設された帯状発熱素子による加熱温度を検知する温度検知素子を配設し、
これら帯状発熱素子と温度検知素子の上記第１基材とは反対側の表面に、合成樹脂により略シート状に形成された第２基材を積層し、
前記第１基材と第２基材とを、これら帯状発熱素子と温度検知素子とが挟持されるように相互に接合し、一体化したことを特徴としている。
【００１４】
本発明においては、上記第１基材と第２基材とがポリイミドフィルムであることが好ましい。
本発明においては、上記温度検知素子が熱電対であることが好ましい。
本発明においては、上記温度検知素子の厚み（Ｋ）が、帯状発熱素子の厚み（Ｈ）と実質上略同一の厚みであることが好ましく、例えば、帯状発熱素子の厚み（Ｈ）の０．８〜１．２倍であることが望ましい。
【００１５】
本発明に係る温度検知器付き面状発熱体の製造方法は、
合成樹脂により略シート状に形成された第１基材の一方面に、通電すると温度が上昇する発熱箔を接着して二層シートを形成し、
該二層シートの発熱箔層をエッチング処理して空隙部を有する所望の発熱体パターンを形成し、
該発熱体パターンの空隙部に温度検知素子を配設し、
これら発熱体パターンと温度検知素子の第１基材とは反対側の表面に、合成樹脂により略シート状に形成された第２基材を積層し、
前記第１基材と第２基材とを、これら発熱体パターンと温度検知素子とが挟持されるように相互に接合し、一体化することを特徴としている。
【００１６】
本発明によれば、発熱体の温度をリアルタイムで精度良くコントロールでき、省スペース化可能であり、安全性に優れているような熱電対付き面状発熱体が提供される。
【００１７】
【発明の具体的説明】
以下、本発明に係る熱電対付き面状発熱体およびその製造方法について、図面を参照しつつ、具体的に説明する。
図１〜図２は、それぞれ本発明の一実施例に係る熱電対付き面状発熱体を示す。
【００１８】
図１（Ａ）は、本発明の一実施例に係る熱電対付き面状発熱体の第２基材を省略して示す平面図であり、図１（Ｂ）は、図１（Ａ）に示す熱電対付き面状発熱体のＸ−Ｘ線方向断面図である。
また、図２は、本発明の他の実施例に係る熱電対付き面状発熱体の第２基材を省略して示す平面図である。なお、図中、同一部材には、同一符号を付している。
【００１９】
＜熱電対付き面状発熱体＞
図１に示す本発明の一実施例に係る温度検知器付き面状発熱体１０は、基本的には、同一の合成樹脂によりそれぞれ略シート状に形成された第１基材１２と第２基材１４との間に、通電すると温度が上昇する帯状発熱素子１６と、この配設された帯状発熱素子１６による加熱温度を検知する温度検知素子の１種である熱電対１８とがそれぞれ１個づつ配設されこれら基材にサンドイッチ（挟持）された構造を有している。
【００２０】
この温度検知器付き面状発熱体１０の寸法や形状は、用いられる機械、器具の種類、用途、寸法などに応じて、また、機械、器具中の配設部位（曲折部位に周接等）などに応じて適宜設計変更可能であり、例えば、角状、円状、リボン状など、種々の形状に成形可能である。上記第１基材１２と第２基材１４とを構成する合成樹脂としては、絶縁性を有し、使用条件に応じた耐熱性を有する限り特に限定されず、互いに同一種でも異種樹脂でもよく、熱可塑性、熱硬化性などの何れのタイプでも使用できるが、基材同士の接着性等の点から通常、互いに同一種のものが用いられ、例えば、ポリイミド、ＦＥＰ、ＰＦＡ、ＰＥＴなどが挙げられる。これらの合成樹脂のうちでは、ポリイミドが機械的強度、耐熱性、電気的特性に優れるため好ましい。
【００２１】
このような基材１２，１４の厚みは特に限定されないが、通常、１０〜５０μｍ（厚）、好ましくは２５〜５０μｍ（厚）であることが屈曲性に優れ、それにより熱応答性に優れるため望ましい。
帯状発熱素子１６としては、ニクロム線（ニッケル−クロム合金）、カンタル、ステンレススチール、鉄−ニッケル合金、銅−ニッケル合金等の箔状物が挙げられる。これら帯状発熱素子１６は、特開平７−２９６７０号公報等に記載されているように、通常、４０〜１３０×１０４Ω−ｃｍ程度の体積抵抗率を有することが好ましい。
【００２２】
また、該帯状発熱素子の厚さは、通常、５〜１００μｍ（厚）、好ましくは１０〜５０μｍ（厚）であることが、薄型ヒーターを形成できるため望ましい。
温度検知素子としては、熱電対１８が好ましい。
この温度検知素子（熱電対）１８は、図１（Ａ）では、紙面に向かって基板１２の右端の上下方向略中央部から基板１２の中央部に向かって挿入するように配設されているが、一方の上記帯状発熱素子１６は、この温度検知素子１８によるよりリアルタイムの正確な温度検知と、温度コントロールとが可能なようにこの温度検知素子１８を略Ｃ字状に囲繞するように配設され、しかも基板１２の略全面を一様に加熱可能なように蛇行あるいは曲折して基板１２の略全体に亘って一様に配設されている。
【００２３】
上記熱電対用線材としては、具体的には、例えば、クロメル−アルメル（ＪＩＳ　Ｋ）、鉄−コンスタンタン（ＪＩＳ　Ｊ）、銅−コンスタンタン（ＪＩＳ　Ｔ）、クロメル−コンスタンタン（ＪＩＳ　Ｅ）、ナイクロシル−ナイシル（ＪＩＳ　Ｎ）、白金１３％ロジウム−ナイシル（ＪＩＳ　Ｒ）、白金１０％ロジウム−白金（ＪＩＳ　Ｓ）、白金３０％ロジウム−白金６％ロジウム（ＪＩＳ　Ｂ）、クロメル−金・鉄、イリジウム−イリジウム５０％ロジウム、タングステン５％レニウム−タングステン２６％レニウム、ニッケル−ニッケル１８％モリブデン、パラジウム・白金・金−金・パラジウム等、従来より公知のものが広く使用できる。これら熱電対用線材は、使用温度範囲、過熱使用限度、温度−起電力の直線性、感度、安定性等がそれぞれ異なり、求められる対象物の測定温度範囲等に応じて適宜選択される。
【００２４】
なお、このような熱電対用線材を組み込んだ熱電対として、例えば線材が箔状のものでも良い。上市されているものとしては、「サーモカップルシートシリーズ」（測定温度範囲：−２００℃〜＋３００℃、レスポンスタイム：約５０ｍｍＳｅｃ、坂口電熱（株）製）等が挙げられる。
また、線状では、「極細線シース熱電対（Ｔ−３５型）」（使用温度限度：〜５００℃以下、熱電対素線：クロメル−アルメル（ＪＩＳ　Ｋ　）、シース外径φ：０．２５〜０．６５ｍｍ、坂口電熱（株）製）等が挙げられる。
【００２５】
本発明は、これに限らず、熱電対として機能すれば線材のみでもよい。
本発明においては、上記温度検知素子の厚み（Ｋ）が、帯状発熱素子１６の厚み（Ｈ）と実質上略同一の厚みであることが好ましく、例えば、帯状発熱素子の厚み（Ｈ）の０．８〜１．２倍、好ましくは０．９〜１．１倍であることが熱電対付き面状発熱体の表面が平滑となり、加熱対象物との密着性が良好となり、より正確にリアルタイムで加熱対象物の温度をコントロールできるなどの点で望ましい。
【００２６】
また、上記温度検知素子の厚み（Ｋ）と、帯状発熱素子１６の厚み（Ｈ）との差（｜Ｋ−Ｈ｜）が、少ないほど好ましく、通常、２０μｍ以下、好ましくは５μｍ以下であることが同上の理由により望ましい。
上記説明においては、本発明の熱電対付き面状発熱体について、主に図１を参照しつつ説明したが、本発明では、図２に示すように、図１に示す熱電対付き面状発熱体１０が側方端部で互いに接しつつ並列に複数枚（図２では２枚）配置され接合された構造を有していてもよい。換言すれば、第１基材１２と第２基材１４との間に、帯状発熱素子１６と、熱電対１８とがそれぞれ複数個づつ（図２では２組づつ）並列に配設されこれら基材にサンドイッチされた構造を有していてもよい。
【００２７】
このような構造の熱電対付き面状発熱体１０Ａでは、発熱体素子１６からなる各発熱回路２６Ｘ、２６Ｙ毎に、各熱電対１８Ｘ、１８Ｙを具備しており、各発熱回路毎に温度コントロールが可能となっており、加熱対象物の部位に応じてより細かな温度コントロールが可能となる。このため、特に、広大な面積の熱電対付き面状発熱体では、部位によらず該発熱体表面の温度分布が一様になるように温度コントロールを行ったり、反対に、部位に応じて、温度勾配（温度差）を設けることも可能となる。
【００２８】
本発明によれば、発熱体自体の温度をリアルタイムで精度良く測定し、コントロールでき、薄型で省スペース化も可能であり、安全性に優れているような熱電対付き面状発熱体が提供される。
このような本発明に係る熱電対付き面状発熱体は、電子ジャー、ホットプレート、暖房機等の家電製品；ドアミラー、リアミラー等の自動車部品；複写機等のＯＡ機器；凍結・着雪防止用途等に好適に用いられる。
【００２９】
次に、本発明に係る上記熱電対付き面状発熱体の好適な製造方法について説明する。
＜熱電対付き面状発熱体の製造＞
本発明に係る上記温度検知器付き面状発熱体の好適な製造方法では、
まず、合成樹脂により略シート状に形成された第１基材１２の一方面１２Ａに、通電すると温度が上昇する発熱箔を接着して二層シート（図示せず）を形成する。
この発熱箔は、通常、第１基材１２の一方面全面を被覆するように設けてもよく、また、温度検知素子１８配設用の箇所（部分）３８を除いて設けてもよい。
【００３０】
合成樹脂としては、前記したようにポリイミドシートなどが用いられ、その厚さは、２５〜５０μｍ（厚）程度が好ましい。
この発熱箔は、最終的には上記帯状発熱素子からなる発熱回路２６となるものであり、帯状発熱素子１６と同じ材質のもので１０〜５０μｍ（厚）であることが好ましい。これら発熱体と熱電対との厚みは、同じであることが平滑で、部位によらず一様な加熱が可能な熱電対付き面状発熱体が得られる等の理由から望ましい。
【００３１】
基材表面への発熱箔の接着方法としては、圧着、熱圧着、接着剤による接着など従来より公知の何れの方法でもよいが、接着剤またはポリイミドワニスを用いて熱圧着することが好ましい。
次いで、本発明では、該二層シートの発熱箔層をエッチング処理して温度検知素子配設用の空隙部３８を有する所望の発熱体パターン（発熱回路）２６を形成する。
【００３２】
次いで、該発熱体パターン２６の空隙部３８に温度検知素子１８を配設する。このように空隙部３８に温度検知素子１８を配設するには、第１基材１２の当該部分３８に、温度検知素子１８を加熱下あるいは非加熱下に押圧する、接着剤にて接着するなど、従来より公知の方法で配設すればよい。
なお、第１基材の一方面に、発熱箔と温度検知素子とを共に配置しておいて、上記発熱箔層のエッチング処理を行ってもよい。
【００３３】
次いで、このように発熱体パターン２６と温度検知素子１８とが設けられた第１基材１２の表面に、換言すれば、これら発熱体パターン２６と温度検知素子１８の上面（発熱体パターン２６と温度検知素子１８の第１基材１２とは反対側の表面１６Ａ、１８Ａ）を覆うように、合成樹脂により略シート状に形成された第２基材１４を積層し、
前記第１基材と第２基材とを、これら発熱体パターンと温度検知素子とが挟持されるように相互に接合し、一体化すれば、図１（Ｂ）に示すような所望の熱電対付き面状発熱体１０が得られる。
【００３４】
この第１基材１２と第２基材１４との接合の際には、加熱、加圧してもよく、接着剤等を用いてもよい。
前記第１基材用及び第２基材用樹脂が、熱融着可能な非熱可塑性のポリイミドである場合には、プレス温度３００〜３５０℃、面圧３０〜１００ｋｇ／ｃｍ２で真空度１０ｔｏｒｒ以下で熱圧着を行うことが望ましい。
【００３５】
また、このようなポリイミド製第１基材用及び第２基材の接着の際に、クッション材として、熱可塑性ポリイミドシート等の３００℃以上の融点を有する熱可塑性樹脂シートを、第１基材上の発熱体パターンおよび温度検知素子と、第２基材との間に介挿して、層間密着性を向上させ、また熱電対付き面状発熱体の平滑性を一層向上させてもよい。このような熱電対付き面状発熱体では、ヒーター表面がより平滑になるため、加熱対象物との密着性も良好に保たれる。
【００３６】
なお、このような本発明に係る熱電対付き面状発熱体１０の製造方法は、上記例に限定されず、例えば、特開平７−２９６７０号公報に記載されているように、合金箔（発熱箔）の片面にポリアミック酸溶液を直接流延し、乾燥させ、イミド化させ、発熱箔の片面にポリイミド層（第１基材）を形成した後、発熱箔の上記エッチング処理を行い、発熱パターン２６を形成し、次いで、上記と同様に温度検知素子（熱電対）を所望位置に配設したのち、再び、上記と同様に、ポリアミック酸溶液を用いて発熱体パターンおよび温度検知素子の表面にポリイミド層（第２基材）を形成してもよい。
【００３７】
上記製法によれば、省スペース化が実現され安全性が確保された薄膜型の温度検知器付き面状発熱体が効率よく得られる。
【００３８】
【発明の効果】
本発明によれば、発熱体の温度をリアルタイムで精度良くコントロールでき、省スペース化可能であり、安全性に優れているような熱電対付き面状発熱体が効率よく得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明の一実施例に係る熱電対付き面状発熱体を示す。図１（Ａ）は、本発明の一実施例に係る熱電対付き面状発熱体の第２基材を省略して示す平面図であり、図１（Ｂ）は、図１（Ａ）に示す熱電対付き面状発熱体のＸ−Ｘ線方向断面図である。
【図２】図２は、本発明の他の実施例に係る熱電対付き面状発熱体の第２基材を省略して示す平面図である。
【符号の説明】
１０、１０Ａ・・・・・・温度検知器付き面状発熱体、
１２・・・・・・第１基材、
１２Ａ・・・・・・第１基材の上面（第２基材と対向する側の表面）、
１４・・・・・・第２基材、
１６・・・・・・帯状発熱素子、
１６Ａ・・・・・・帯状発熱素子の上面（第２基材と接する側の表面）、
１６Ｃ・・・・・・帯状発熱素子のリード部、
１８・・・・・・温度検知素子（熱電対）、
１８Ａ・・・・・・温度検知素子（熱電対）の上面（第２基材と接する側の表面）、
１８Ｃ・・・・・・温度検知素子（熱電対）のリード部、
２６・・・・・・発熱体パターン（発熱回路）、
３８・・・・・・温度検知素子配設用の空隙部。
【図１】
2004031147.tif 000003
【図２】
2004031147.tif 000004