(57)【要約】【課題】薄くて可撓性に優れ、製造が簡易で、発熱分布が均一なシートヒータを得る。【解決手段】シートヒータは、パターン化された導体膜からなるヒータエレメント２が、耐熱性を有する絶縁膜１、７でラミネートされ、少なくとも一方の絶縁膜１、７の表面上に熱伝導良好な膜からなる均熱膜８が形成されている。このシートヒータは、絶縁膜１の上にパターニングされたヒータエレメント２を形成する工程と、このヒータエレメント２の上に別の耐熱性を有する絶縁膜７を形成してヒータエレメント２をラミネートする工程と、少なくとも一方の絶縁膜１、７の表面上に熱伝導良好な膜からなる均熱膜８を一様に形成する工程とにより製造される。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
シート形状を有し、可撓性を有するシートヒータであって、パターン化された導体膜からなるヒータエレメント（２）が、耐熱性を有する絶縁膜（１）、（７）でラミネートされ、少なくとも一方の絶縁膜（１）、（７）の表面上に熱伝導良好な膜からなる均熱膜（８）が形成されていることを特徴とするシートヒータ。
【請求項２】
シート形状を有し、可撓性を有するシートヒータを製造する方法であって、耐熱性を有する絶縁膜（１）の上にパターニングされたヒータエレメント（２）を形成する工程と、このヒータエレメント（２）の上に別の耐熱性を有する絶縁膜（７）を形成してヒータエレメント（２）をラミネートする工程と、少なくとも一方の絶縁膜（１）、（７）の表面上に熱伝導良好な膜からなる均熱膜（８）を一様に形成する工程とを有するシートヒータの製造方法。
【請求項３】
ヒータエレメント（２）を形成する工程が、耐熱性を有する絶縁膜（１）の上に一様に形成された導体膜（１０）をエッチングすることによりパターニング工程であることを特徴とする請求項２に記載のシートヒータの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、シート形状を有し、可撓性を有するシートヒータとその製造方法に関し、特に実質的な熱分布が均一で、製造が容易のシートヒータとその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来において、ヒータ配管や化学反応器の外周に巻き付けて使用する可撓性を有するシート状のヒータは、柔軟な発熱体とこの発熱体を覆い囲む柔軟な電気絶縁層とからなる構造のものである。要求される柔軟性は用途により種々あるが、配管を加熱するためのヒータとしては、曲面に沿うように曲げることができる特性が要求される。
【０００３】
従来、フレキシブルヒータは、ニッケル−クロム合金、ニッケル−クロム−鉄合金、ニッケル−クロム−鉄−マンガン合金、白金−ロジウム合金、あるいはこれら合金のペーストなどを素材とする線状の発熱体を柔軟な電気絶縁層で覆い囲み構成されていた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記電気絶縁層の素材となる耐熱材料の柔軟性は一般に小さく、そのためヒータ全体として十分満足する可撓性が得られなかった。従って、十分な可撓性を得るためには、耐熱性の低い素材を用いざるを得ず、高温用のヒータとして使用出来ないという課題がある。
【０００５】
また、従来のシート状ヒータは、その製造に手数がかかるという課題がある。例えば、従来のシート状ヒータは、発熱体に絶縁樹脂層を接着剤を用た接着の手段か、或いは加熱圧着によって貼合わせて製造されている。しかしこの方法では完全な貼合わせに手間がかかり、貼合わせが不完全な場合、貼合せ面が剥離する恐れがある。
【０００６】
さらに、前記の絶縁樹脂層の熱伝導率が小さいため、発熱体の部分とその間の部分とで熱の放出量に大きな違いが生じ、温度分布にムラが生じるという課題がある。発熱体の間の間隔を狭くすることで、この温度分布のムラは或る程度解消出来る。しかし、発熱体の間隔方向である絶縁樹脂層の面方向では耐電圧が低くなるため、発熱体の間の間隔を狭くすると、耐電圧性が悪化し、所望の発熱特性を得ることが出来ない。
本発明は、従来のシートヒータにおける前記の課題に鑑み、薄くて可撓性に優れ、製造が簡易で、発熱分布が均一なシートヒータを提供することを目的とするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明では、前記の目的を達成するため、導体膜をパターンニングしてヒータエレメント２とし、これをポリイミド樹脂等の耐熱性の絶縁膜１、７でラミネートし、薄いフィルム状のシートヒータを構成し、シートヒータの薄形化を図った。また、前記の耐熱性の絶縁膜１、７の少なくとも片面にステンレス等のように熱伝導良好な均熱膜８を形成し、絶縁膜７を通して伝達される熱を均一に分散するようにした。
【０００８】
このようなシートヒータは、一方の絶縁膜１または７と導体膜１０との積層体について、導体膜１０をエッチングしてパターニングするか、または一方の絶縁膜１または７の上にパターニング用マスクを使用して真空蒸着したり、あるいは印刷してパターニングされた導体膜からなるヒータエレメント２を形成し、その後他方の絶縁膜７または１や均熱膜８を形成することにより製造することが出来る。
【０００９】
すなわち、本発明によるシートヒータは、パターン化された導体膜からなるヒータエレメント２が、耐熱性を有する絶縁膜１、７でラミネートされ、少なくとも一方の絶縁膜１、７の表面上に熱伝導良好な膜からなる均熱膜８が形成されていることを特徴とするものである。
【００１０】
さらにこのようなシートヒータを製造する方法は、耐熱性を有する絶縁膜１の上にパターニングされたヒータエレメント２を形成する工程と、このヒータエレメント２の上に別の耐熱性を有する絶縁膜７を形成してヒータエレメント２をラミネートする工程と、少なくとも一方の絶縁膜１、７の表面上に熱伝導良好な膜からなる均熱膜８を一様に形成する工程とを有するシートヒータの製造方法。例えば、耐熱性を有する絶縁膜１の上に一様に形成された導体膜１０をエッチングすることによりパターニングし、ヒータエレメント２を形成する。
【００１１】
このようなシートヒータは、パターン化された導体膜からなるヒータエレメント２と、耐熱性を有する絶縁膜１、７及び均熱膜８という、いわば膜のみで構成されているので、薄型化が可能であり、それ故に可撓性に優れたものとなる。
また、絶縁膜１、７の表面上に均熱膜８が形成されていることにより、ヒータエレメント２で発生した熱は、薄い絶縁膜１、７を通して均熱膜８に伝達される。この均熱膜８は、熱伝導良好な膜からなるので、熱をその一面に分散し、熱分布が均一となる。絶縁膜７は、一般に面方向より厚さ方向に流れる電流に対して耐電圧が高い。
【００１２】
さらに、このシートヒータは、膜形成工程とパターニングだけで製造出来る。このため、製造が容易であり、比較的大きな面積の面状ヒータが製造出来るようになる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
次に、図面を参照しながら、本発明の実施の形態について、具体的且つ詳細に説明する。
図１は、本発明によるシートヒータの一実施形態を示すものであり、一部の膜を部分的に切除して示している。
【００１４】
ポリイミド樹脂等の耐熱性樹脂からなる厚さ５０μｍ程度の絶縁膜１の上に厚さ５０μｍ程度の導体膜からなるヒータエレメント２が形成されている。図示の例では、絶縁膜１が基本的に矩形であり、その一方の短辺から端子部１１となる突片が突出している。ヒータエレメント２は絶縁膜１上で連続する長尺な導体の帯となるようにパターニングされており、その両端の端子導体部３ａ、３ｂは前記絶縁膜１の端子部１１に導出されている。この端子導体部３ａ、３ｂには、接続端子５ａ、５ｂによりリード線４ａ、４ｂが接続され、このリード線４ａ、４ｂにより、ヒータエレメント２が電源に接続される。
【００１５】
さらに、ヒータエレメント２の上には、その下の絶縁膜１の全面にわたってポリイミド樹脂等の耐熱性樹脂からなる厚さ２５μｍ程度の絶縁膜７が形成される。この絶縁膜７の上には、その全面にわたって厚さ５０μｍ程度のステンレス膜からなる均熱膜８が形成される。この均熱膜８は端子部１１を除いて、すなわち絶縁膜７の本体の矩形部分のみに形成するのが好ましい。この均熱膜８の上には、温度測定用の熱電対９ａ、９ｂの測温接点が取り付けられる。図示の例では、２系統の熱電対９ａ、９ｂの測温接点が均熱膜８の上に取り付けられており、一方はモニター用であり、他方は温度制御用である。このシートヒータ全体の厚さは約２００μｍ程度である。
【００１６】
ポリイミド樹脂からなる絶縁膜１、７の耐熱温度は約３００℃である。また、このポリイミド樹脂からなる絶縁膜７の耐電圧は、面方向に流れる電流に対するよりも厚さ方向に流れる電流に対して高い。厚さ方向に流れる電流に対する耐電圧は、単位厚さ当たり約１００Ｖ／μｍであり、厚さ２５μｍの絶縁膜７の場合、約２５００Ｖの耐電圧が得られる。
【００１７】
均熱膜８の熱伝導率は０．２Ｗ／ｍ°Ｋであり、薄い絶縁膜７を通してヒータエレメント２から均熱板８に伝達された熱は、均熱膜８の全面にわたって熱伝導され、熱が分散される。このため、ヒータエレメント３のパターン間隔を前記の約２５００Ｖの耐電圧が得られる程度に広くとっても、均一な温度分布を形成することが出来る。
【００１８】
図２は、前記のシートヒータの製造方法の一例を示すシートヒータの半完成から完成に至る断面図である。
まず図２（ａ）に示すように、ポリイミド樹脂等からなる耐熱性の絶縁膜１とステンレス膜等の導体膜１０との２層構造の薄型シートを用意する。このシートは、例えば、平坦なステージの上に保持された導体膜１０の上に樹脂材料を塗布し、これを硬化して絶縁膜１とする手段か、或いは導体膜１０の上に絶縁膜１を熱圧着する手段により作ることが出来る。
【００１９】
次に、このシートを導体膜１０が上になるように配置し、ホトレジスト液の感光、現像等により導体膜１０の上にパターニング用のマスクを形成し、導体膜１０を化学エッチングしてパターニングし、図２（ｂ）に示すようにヒータエレメント２を形成する。シートを洗浄し、マスク材料とエッチング液を落とした後、乾燥する。その後、図１に示すリード線４ａ、４ｂの接続を行う。
【００２０】
次に、図２（ｃ）に示すように、前記ヒータエレメント２の上にポリイミド樹脂等からなる耐熱性の絶縁膜７を設ける。この絶縁膜７は、導体膜１０を上向きにして平坦なステージの上に保持されたシートの上に樹脂材料を塗布し、これを硬化する手段か、或いはヒータエレメント２の上に絶縁膜７を熱圧着する手段により設けることが出来る。
リード線４ａ、４ｂは、絶縁膜７を施行後に、接続を行うこともできる。その際は、リード線接合部に当たる絶縁膜７は穴をあけておくか、後から加工し穴をあけるようにする。
【００２１】
次に、図２（ｄ）に示すように、前記絶縁膜７の上にステンレス等の熱伝導が良好な均熱膜８を設ける。この均熱膜８は、例えばステンレス箔を前記絶縁膜７の上に載せて熱圧着する手段により設けることが出来る。
最後に、均熱膜８の上の適当な位置に図１に示す熱電対９ａ、９ｂを接続し、シートヒータが完成する。
【００２２】
図３は、前記のシートヒータの製造方法の他の例を示すシートヒータの半完成から完成に至る断面図である。
まず図３（ａ）に示すように、ポリイミド樹脂等からなる耐熱性の樹脂膜をその両側からステンレス膜等の金属膜でラミネートした３層構造のシートを用意する。このシートの製作方法は、図２（ａ）により前述した２層構造のシートの製作方法と基本的に同じであり、樹脂の塗布と乾燥、金属膜や樹脂膜の熱圧着等により製作することが出来る。
【００２３】
前記の３層構造のシートのうち、中間の樹脂膜は絶縁膜７となるものであり、その片側の金属膜は均熱膜８となるものである。
次に、このシートを均熱膜８の反対側の導体膜１０が上になるように配置し、前述と同様にしてマスクを形成した後、導体膜１０を化学エッチングしてパターニングし、図３（ｂ）に示すようにヒータエレメント２を形成する。シートを洗浄し、マスク材とエッチング液を落とした後、乾燥する。その後、図１に示すリード線４ａ、４ｂの接続を行う。
【００２４】
次に、図３（ｃ）に示すように、前記ヒータエレメント２の上にポリイミド樹脂等からなる耐熱性の絶縁膜１を設ける。この絶縁膜１は、導体膜１０を上向きにして平坦なステージの上に保持されたシートの上に樹脂材料を塗布し、これを硬化する手段か、或いはヒータエレメント２の上に絶縁膜１を熱圧着する手段により設けることが出来る。
リード線４ａ、４ｂは、絶縁膜１の施行後に接続を行うこともできる。その際は、リード線接合部に当たる絶縁膜１は穴をあけておくか、後から加工して穴をあけるようにする。
最後に、均熱膜８の上の適当な位置に図１に示す熱電対９ａ、９ｂを接続し、シートヒータが完成する。
【００２５】
図４は、前記のシートヒータの製造方法のさらに他の例を示すシートヒータの半完成から完成に至る断面図である。
まず図４（ａ）に示すように、ポリイミド樹脂等からなる耐熱性の絶縁膜１の上に、銀や銅等の金属ペーストをスクリーン印刷し、これを３００℃程度の温度で焼き付け、パターン化されたヒータエレメント２を形成する。また特に薄いヒータエレメント２を形成する場合には、マスク板を用いて金属膜を真空蒸着することにより、パターニングされた導体膜２を形成してもよい。その後、図１に示すリード線４ａ、４ｂの接続を行う。
【００２６】
次に、図４（ｂ）に示すように、前記ヒータエレメント２の上にポリイミド樹脂等からなる耐熱性の絶縁膜７を設ける。この絶縁膜７は、導体膜１０を上向きにして平坦なステージの上に保持されたシートの上に樹脂材料を塗布し、これを硬化する手段か、或いはヒータエレメント２の上に絶縁膜７を熱圧着する手段により設けることが出来る。
リード線４ａ、４ｂは、絶縁膜７を施行後に、接続を行うこともできる。その際は、リード線接合部に当たる絶縁膜７は穴をあけておくか、後から加工し穴をあけるようにする。
【００２７】
次に、図４（ｃ）に示すように、前記絶縁膜７の上にステンレス等の熱伝導が良好な均熱膜８を設ける。この均熱膜８は、例えばステンレス箔を前記絶縁膜７の上に載せて熱圧着する手段により設けることが出来る。
最後に、均熱膜８の上の適当な位置に図１に示す熱電対９ａ、９ｂを接続し、シートヒータが完成する。
【００２８】
【発明の効果】
以上説明した通り、本発明によるシートヒータは、膜のみで構成されているので、薄型化が可能であり、且つ可撓性に優れたものとなる。また、ヒータエレメント２で発生した熱は、薄い絶縁膜７を通して均熱膜８に伝達され、この熱が均熱膜８で一面に分散されるため、均一な熱分布が得られる。
さらに、本発明によるシートヒータの製造方法は、膜形成工程とパターニングだけで製造出来る。このため、製造が容易であり、比較的大きな面積の面状ヒータが製造出来るようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるシートヒータの一実施形態を一部の膜を部分的に切除して示した斜視図である。
【図２】本発明によるシートヒータの製造方法の一実施形態を示すシートヒータの半完成から完成に至る断面図である。
【図３】本発明によるシートヒータの製造方法の他の実施形態を示すシートヒータの半完成から完成に至る断面図である。
【図４】本発明によるシートヒータの製造方法のさらに他の実施形態を示すシートヒータの半完成から完成に至る断面図である。
【符号の説明】
１  絶縁膜
２  ヒータエレメント
７  絶縁膜
８  均熱膜
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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