(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
積層された第１樹脂層（２）および第２樹脂層（３）と、
前記第１樹脂層と前記第２樹脂層の間に配置され、通電されることにより発熱する薄膜状の発熱抵抗体（４）とを備え、
前記第１、第２樹脂層の少なくとも一方は、熱可塑性樹脂で構成されており、
前記発熱抵抗体は、連続形状の金属相（１０）中に不連続形状の樹脂相（２０）が混在する海島構造を有するとともに、前記熱可塑性樹脂によって封止されており、
前記金属相は、少なくともＳｎ単独相（１１）とＳｎ合金相（１３）を含んで構成され、
前記樹脂相は、Ｓｎの融点以下のガラス転移点を有するとともに、Ｓｎの融点以上の温度のときの体積膨張率が前記金属相の体積膨張率よりも大きいものであり、
前記発熱抵抗体は、前記Ｓｎの融点以上の温度のときに、前記樹脂相の体積膨張により前記Ｓｎ単独相が溶断することを特徴とするヒータ装置。
【請求項２】
前記樹脂相は、アクリル樹脂、ポリエステル、ポリエチレンの少なくとも一種と、前記第１、第２樹脂層の少なくとも一方を構成する熱可塑性樹脂と同じ熱可塑性樹脂とを含むことを特徴とする請求項１に記載のヒータ装置。
【請求項３】
前記Ｓｎ合金相は、ＣｕＳｎ合金相であることを特徴とする請求項１または２に記載のヒータ装置。  
【請求項４】
前記Ｓｎ合金相は、ＡｇＳｎ合金相であることを特徴とする請求項１または２に記載のヒータ装置。
【請求項５】
請求項１に記載のヒータ装置の製造方法であって、
少なくとも一方が熱可塑性樹脂で構成された第１樹脂層（２）および第２樹脂層（３）を用意するとともに、Ｓｎ粒子、Ｃｕ粒子、樹脂および溶剤を含む前記発熱抵抗体形成用の導電性ペーストを用意する工程（Ｓ１）と、
前記第１樹脂層の一面上に、前記導電性ペーストを用いて薄膜を形成する工程（Ｓ２）と、
前記第１、第２樹脂層の間に前記薄膜を挟むように、前記第１樹脂層と前記第２樹脂層を積層して積層体を形成する工程（Ｓ３）と、
前記積層体を加熱プレスすることにより、前記第１樹脂層と前記第２樹脂層とを密着させるとともに、前記薄膜中の前記Ｓｎ粒子と前記Ｃｕ粒子とを反応させて前記発熱抵抗体を形成し、かつ、前記発熱抵抗体を前記熱可塑性樹脂で封止する工程（Ｓ４）とを有し、
前記熱可塑性樹脂および前記導電性ペースト中の前記樹脂として、Ｓｎの融点以下のガラス転移点を有するとともに、Ｓｎの融点以上の温度のときの体積膨張率が前記金属相の体積膨張率よりも大きいものを用い、
前記導電性ペーストとして、前記Ｓｎ粒子、前記Ｃｕ粒子、前記樹脂のそれぞれの質量比が、前記Ｓｎ粒子と前記Ｃｕ粒子と前記樹脂の３成分の合計質量を１００％とし、前記３成分のいずれか１つの質量比が１００％のときを頂点とする三角図表において、
点Ａ１（Ｃｕ、Ｓｎ、樹脂）＝（３５、３０、３５）、
点Ａ２（Ｃｕ、Ｓｎ、樹脂）＝（２５、４０、３５）、
点Ａ３（Ｃｕ、Ｓｎ、樹脂）＝（２５、６０、１５）、
点Ａ４（Ｃｕ、Ｓｎ、樹脂）＝（３０、６０、１０）、
点Ａ５（Ｃｕ、Ｓｎ、樹脂）＝（４５、４５、１０）、
点Ａ６（Ｃｕ、Ｓｎ、樹脂）＝（４５、３０、２５）
の各点を記載の順に結ぶ直線で囲まれる領域内であるものを用いることを特徴とするヒータ装置の製造方法。
【請求項６】
請求項１に記載のヒータ装置の製造方法であって、
少なくとも一方が熱可塑性樹脂で構成された第１樹脂層（２）および第２樹脂層（３）を用意するとともに、Ｓｎ粒子、Ａｇ粒子、樹脂および溶剤を含む前記発熱抵抗体形成用の導電性ペーストを用意する工程（Ｓ１）と、
前記第１樹脂層の一面上に、前記導電性ペーストを用いて薄膜を形成する工程（Ｓ２）と、
前記第１、第２樹脂層の間に前記薄膜を挟むように、前記第１樹脂層と前記第２樹脂層を積層して積層体を形成する工程（Ｓ３）と、
前記積層体を加熱プレスすることにより、前記第１樹脂層と前記第２樹脂層とを密着させるとともに、前記薄膜中の前記Ｓｎ粒子と前記Ａｇ粒子とを反応させて前記発熱抵抗体を形成し、かつ、前記発熱抵抗体を前記熱可塑性樹脂で封止する工程（Ｓ４）とを有し、
前記熱可塑性樹脂および前記導電性ペースト中の前記樹脂として、Ｓｎの融点以下のガラス転移点を有するとともに、Ｓｎの融点以上の温度のときの体積膨張率が前記金属相の体積膨張率よりも大きいものを用い、
前記導電性ペーストとして、前記Ｓｎ粒子、前記Ａｇ粒子、前記樹脂のそれぞれの質量比が、前記Ｓｎ粒子、前記Ａｇ粒子、前記樹脂の３成分の合計質量を１００％とし、前記３成分のいずれか１つの質量比が１００％のときを頂点とする三角図表において、
点Ｄ１（Ａｇ、Ｓｎ、樹脂）＝（４０、３０、３０）、
点Ｄ２（Ａｇ、Ｓｎ、樹脂）＝（３０、４０、３０）、
点Ｄ３（Ａｇ、Ｓｎ、樹脂）＝（３０、５０、２０）、
点Ｄ４（Ａｇ、Ｓｎ、樹脂）＝（４０、５０、１０）、
点Ｄ５（Ａｇ、Ｓｎ、樹脂）＝（５０、４０、１０）、
点Ｄ６（Ａｇ、Ｓｎ、樹脂）＝（５０、３０、２０）
の各点を記載の順に結ぶ直線で囲まれる領域内であるものを用いることを特徴とするヒータ装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、フィルム状（薄膜状）のヒータ装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、フィルム状のヒータ装置が市販されている。市販されているヒータ装置では、発熱抵抗体としてステンレスやアルミニウム等の金属材料が用いられている。
【０００３】
また、特許文献１に、多層プリント配線基板の内層配線の一部をヒューズで構成したものが記載されている。このヒューズは、ヒューズを溶断して内部配線を切断することで、配線パターンを変更するためのものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平５−６３３７０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、ヒータ装置は、局所的な過昇温防止のために、ヒータ装置単体の保護機能として、発熱抵抗体が所定温度以上になったときに、特許文献１に記載のヒューズのように、発熱抵抗体自体の温度によって発熱抵抗体が溶断する自己溶断機能を有していることが望まれる。なお、局所的な過昇温する場合としては、外的応力による部分断線によって抵抗値が増加したり、ヒータ装置の表面に埃等の異物が付着したりする場合が挙げられる。自己溶断する温度は、異物が付着した場合の発火点以下の温度、例えば、２５０℃以下であることが望まれる。
【０００６】
しかし、上記した従来のヒータ装置の発熱抵抗体に用いられる金属材料は、いずれも融点が数百度の高融点金属である。このため、上記した従来のヒータ装置は、異物が付着した場合の発火点以下の温度で、発熱抵抗体が自己溶断する機能を有していない。
【０００７】
本発明は上記点に鑑みて、発熱抵抗体が自己溶断する機能を有するヒータ装置およびその製造方法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、
積層された第１樹脂層（２）および第２樹脂層（３）と、
第１樹脂層と第２樹脂層の間に配置され、通電されることにより発熱する薄膜状の発熱抵抗体（４）とを備え、
第１、第２樹脂層の少なくとも一方は、熱可塑性樹脂で構成されており、
発熱抵抗体は、連続形状の金属相（１０）中に不連続形状の樹脂相（２０）が混在する海島構造を有するとともに、熱可塑性樹脂によって封止されており、
金属相は、少なくともＳｎ単独相（１１）とＳｎ合金相（１３）を含んで構成され、
樹脂相は、Ｓｎの融点以下のガラス転移点を有するとともに、Ｓｎの融点以上の温度のときの体積膨張率が金属相の体積膨張率よりも大きいものであり、
発熱抵抗体は、Ｓｎの融点以上の温度のときに、樹脂相の体積膨張によりＳｎ単独相が溶断することを特徴としている。
【０００９】
本発明では、発熱抵抗体は、金属相中に樹脂相が混在する海島構造を有している。金属相は、Ｓｎ単独相を含んでいる。樹脂相は、Ｓｎの融点以下のガラス転移点を有するとともに、Ｓｎの融点以上の温度のときの体積膨張率が金属相の体積膨張率よりも大きいものである。このため、発熱抵抗体自体の温度が上昇してＳｎの融点である２３２℃付近の温度になったとき、樹脂相の体積膨張によって、Ｓｎ単独相が溶断する。なお、本発明では、発熱抵抗体が熱可塑性樹脂で封止されることによって、Ｓｎ単独相の酸化が防止されているので、Ｓｎの融点付近温度での発熱抵抗体の溶断が可能となる。
【００１０】
したがって、本発明のヒータ装置は、異物が付着した場合の発火点以下の温度で、発熱抵抗体が自己溶断する機能を有している。
【００１１】
また、請求項５に記載の発明は、請求項１に記載のヒータ装置の製造方法であって、
少なくとも一方が熱可塑性樹脂で構成された第１樹脂層（２）および第２樹脂層（３）を用意するとともに、Ｓｎ粒子、Ｃｕ粒子、樹脂および溶剤を含む発熱抵抗体形成用の導電性ペーストを用意する工程（Ｓ１）と、
第１樹脂層の一面上に、導電性ペーストを用いて薄膜を形成する工程（Ｓ２）と、
第１、第２樹脂層の間に薄膜を挟むように、第１樹脂層と第２樹脂層を積層して積層体を形成する工程（Ｓ３）と、
積層体を加熱プレスすることにより、第１樹脂層と第２樹脂層とを密着させるとともに、薄膜中のＳｎ粒子とＣｕ粒子とを反応させて発熱抵抗体を形成し、かつ、発熱抵抗体を熱可塑性樹脂で封止する工程（Ｓ４）とを有し、
熱可塑性樹脂および導電性ペースト中の樹脂として、Ｓｎの融点以下のガラス転移点を有するとともに、Ｓｎの融点以上の温度のときの体積膨張率が金属相の体積膨張率よりも大きいものを用い、
導電性ペーストとして、Ｓｎ粒子、Ｃｕ粒子、樹脂のそれぞれの比率が、Ｓｎ粒子とＣｕ粒子と樹脂の３成分の合計質量を１００％とし、各成分の比率が１００％のときを頂点とする三角図表において、
点Ａ１（Ｃｕ、Ｓｎ、樹脂）＝（３５、３０、３５）、
点Ａ２（Ｃｕ、Ｓｎ、樹脂）＝（２５、４０、３５）、
点Ａ３（Ｃｕ、Ｓｎ、樹脂）＝（２５、６０、１５）、
点Ａ４（Ｃｕ、Ｓｎ、樹脂）＝（３０、６０、１０）、
点Ａ５（Ｃｕ、Ｓｎ、樹脂）＝（４５、４５、１０）、
点Ａ（Ｃｕ、Ｓｎ、樹脂）＝（４５、３０、２５）
の各点を記載の順に結ぶ直線で囲まれる領域内であるものを用いることを特徴としている。
【００１２】
また、請求項６に記載の発明は、請求項１に記載のヒータ装置の製造方法であって、
少なくとも一方が熱可塑性樹脂で構成された第１樹脂層（２）および第２樹脂層（３）を用意するとともに、Ｓｎ粒子、Ａｇ粒子、樹脂および溶剤を含む発熱抵抗体形成用の導電性ペーストを用意する工程（Ｓ１）と、
第１樹脂層の一面上に、導電性ペーストを用いて薄膜を形成する工程（Ｓ２）と、
第１、第２樹脂層の間に薄膜を挟むように、第１樹脂層と第２樹脂層を積層して積層体を形成する工程（Ｓ３）と、
積層体を加熱プレスすることにより、第１樹脂層と第２樹脂層とを密着させるとともに、薄膜中のＳｎ粒子とＡｇ粒子とを反応させて発熱抵抗体を形成し、かつ、発熱抵抗体を熱可塑性樹脂で封止する工程（Ｓ４）とを有し、
熱可塑性樹脂および導電性ペースト中の樹脂として、Ｓｎの融点以下のガラス転移点を有するとともに、Ｓｎの融点以上の温度のときの体積膨張率が金属相の体積膨張率よりも大きいものを用い、
導電性ペーストとして、Ｓｎ粒子、Ａｇ粒子、樹脂のそれぞれの比率が、Ｓｎ粒子、Ａｇ粒子、樹脂の３成分の合計質量を１００％とし、各成分の比率が１００％のときを頂点とする三角図表において、
点Ｄ１（Ａｇ、Ｓｎ、樹脂）＝（４０、３０、３０）、
点Ｄ２（Ａｇ、Ｓｎ、樹脂）＝（３０、４０、３０）、
点Ｄ３（Ａｇ、Ｓｎ、樹脂）＝（３０、５０、２０）、
点Ｄ４（Ａｇ、Ｓｎ、樹脂）＝（４０、５０、１０）、
点Ｄ５（Ａｇ、Ｓｎ、樹脂）＝（５０、４０、１０）、
点Ｄ６（Ａｇ、Ｓｎ、樹脂）＝（５０、３０、２０）
の各点を記載の順に結ぶ直線で囲まれる領域内であるものを用いることを特徴としている。
【００１３】
請求項５、６に記載の発明によれば、上記の通り、発熱抵抗体が自己溶断する機能を有する請求項１に記載のヒータ装置を製造することができる。
【００１４】
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一例である。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】第１実施形態におけるヒータ装置の分解斜視図である。
【図２】図１中の第１樹脂層の平面図である。
【図３】図１中のヒータ装置の断面図であり、図２のIII−III線断面に対応する図である。
【図４】ヒータ装置の平面方向に平行な断面における図３中の発熱抵抗体の内部構造を示す模式図である。
【図５】図４のV−V線断面に対応し、ヒータ装置の平面方向に垂直な断面における図３中の発熱抵抗体の内部構造を示す模式図である。
【図６】第１実施形態におけるヒータ装置の製造工程を示すフローチャートである。
【図７Ａ】発熱抵抗体の海島構造の形成メカニズムを説明するための模式図である。
【図７Ｂ】図７Ａに続く、発熱抵抗体の海島構造の形成メカニズムを説明するための模式図である。
【図７Ｃ】図７Ｂに続く、発熱抵抗体の海島構造の形成メカニズムを説明するための模式図である。
【図８Ａ】ヒータ装置の平面方向に平行な断面における発熱抵抗体の溶断メカニズムを説明するための模式図である。
【図８Ｂ】ヒータ装置の平面方向に垂直な断面における発熱抵抗体の溶断メカニズムを説明するための模式図である。
【図９Ａ】図８Ａに続く、発熱抵抗体の溶断メカニズムを説明するための模式図である。
【図９Ｂ】図８Ｂに続く、発熱抵抗体の溶断メカニズムを説明するための模式図である。
【図１０Ａ】図９Ａに続く、発熱抵抗体の溶断メカニズムを説明するための模式図である。
【図１０Ｂ】図９Ｂに続く、発熱抵抗体の溶断メカニズムを説明するための模式図である。
【図１１Ａ】図１０Ａに続く、発熱抵抗体の溶断メカニズムを説明するための模式図である。
【図１１Ｂ】図１０Ｂに続く、発熱抵抗体の溶断メカニズムを説明するための模式図である。
【図１２Ａ】比較例１における加熱プレス後の発熱抵抗体の様子を示す模式図である。
【図１２Ｂ】比較例１における加熱プレス後の発熱抵抗体の様子を示すＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）写真である。
【図１３】実施例１の評価結果を示す三角図表である。
【図１４】実施例１の発熱抵抗体の一例を示すＳＥＭ写真である。
【図１５−１】実施例１の発熱抵抗体の一例を示すＳＥＭ写真である。
【図１５−２】図１５−１中の発熱抵抗体におけるＳｎの元素分布である。
【図１５−３】図１５−１中の発熱抵抗体におけるＣｕの元素分布である。
【図１５−４】図１５−１中の発熱抵抗体におけるＳｎとＣｕの元素分布である。
【図１６】実施例２の評価結果を示す三角図表である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
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。
【００１７】
（第１実施形態）
図１〜３に示す本実施形態のヒータ装置１は、車室内に設置されて乗員に対して輻射熱を放出する車両用暖房装置として用いられるものである。ヒータ装置１は、例えば、車室内のダッシュボードのアンダーカバーの表面やコラムカバーの表面に配置されて、運転者等に対して輻射熱を放出する。
【００１８】
本実施形態のヒータ装置１は、第１樹脂層２と第２樹脂層３とが積層されており、積層された第１、第２樹脂層２、３の間に薄膜状の発熱抵抗体４が配置されている。
【００１９】
第１樹脂層２は、平面矩形状の熱可塑性樹脂フィルムで構成されている。熱可塑性樹脂は、ポリエーテルイミド（ＰＥＩ）である。なお、第１樹脂層２をＰＥＩ以外の熱可塑性樹脂で構成してもよい。
【００２０】
第２樹脂層３は、平面矩形状の熱可塑性樹脂フィルムで構成されている。熱可塑性樹脂は、ポリイミド（ＰＩ）である。なお、第２樹脂層３をＰＩ以外の熱可塑性樹脂で構成してもよい。本実施形態では、第２樹脂層３の平面方向に垂直な方向での厚さは、第１樹脂層２の平面方向に垂直な方向での厚さよりも薄くなっている。なお、第２樹脂層３の厚さは、第１樹脂層２の厚さと同じであってもよい。
【００２１】
発熱抵抗体４は、通電されることにより発熱する抵抗体である。発熱抵抗体４は、一方向に帯状に長く延びた平面形状である。発熱抵抗体４は、第１樹脂層２の一面２ａと他面２ｂのうち第２樹脂層３側に位置する一面２ａ上に形成されている。
【００２２】
図２に示すように、本実施形態では、第１樹脂層２の一面２ａ上に、複数本の発熱抵抗体４が平行に互いに離間して配置されている。複数本の発熱抵抗体４は、それぞれ、長手方向一端側の部分が第１樹脂層２の一面２ａ上に形成された第１金属配線層５と接続されており、長手方向他端側の部分が第１樹脂層２の一面２ａ上に形成された第２金属配線層６と接続されている。第１、第２金属配線層５、６は、Ａｇ等の金属材料で構成されている。このため、複数本の発熱抵抗体４は、第１金属配線層５と第２金属配線層６との間を並列に接続されている。なお、複数本の発熱抵抗体４は、並列でなく、直列に接続されていてもよい。
【００２３】
発熱抵抗体４は、第１樹脂層２と第２樹脂層３に挟まれており、第１、第２樹脂層２、３によって封止されている。したがって、発熱抵抗体４は、熱可塑性樹脂によって封止されている。
【００２４】
次に、発熱抵抗体４の内部構造について説明する。
【００２５】
図４、５に示すように、発熱抵抗体４は、連続形状の金属相１０中に不連続形状の樹脂相２０が混在する海島構造を有している。海島構造とは、金属相１０が海、樹脂相２０が島のように存在する構造である。金属相１０は、複数の隙間を有している。樹脂相２０は、金属相１０が有する複数の隙間に存在している。
【００２６】
金属相１０は、Ｓｎ単独相１１とＣｕ単独相１２とＣｕＳｎ合金相（以下、ＣｕＳｎ相という）１３とを含んで構成されている。より具体的には、金属相１０は、主としてＳｎ単独相１１によって構成されており、Ｓｎ単独相１１中にＣｕ単独相１２およびＣｕＳｎ相１３が分散している。換言すると、Ｓｎ単独相１１は、点在するＣｕ単独相１２およびＣｕＳｎ相１３を繋ぐように配置されている。
【００２７】
ＣｕＳｎ相１３は、Ｃｕ単独相１２の周囲に存在している。換言すると、ＣｕＳｎ相１３の内部にＣｕ単独相１２が存在している。なお、Ｃｕ単独相１２が全てＣｕＳｎ相１３に置き換わっていてもよい。したがって、金属相１０は、少なくともＳｎ単独相１１とＣｕＳｎ相１３を有して構成される。
【００２８】
樹脂相２０は、第１樹脂層２と同じＰＥＩで構成された熱可塑性樹脂２１と、アクリル樹脂２２とを含んで構成されている。アクリル樹脂２２は、Ｓｎ単独相１１中に分散して存在しているとともに、Ｓｎ単独相１１が有する隙間の表面上に存在している。ＰＥＩのガラス転移点（Ｔｇ）は２２０℃であり、アクリル樹脂のＴｇは６０℃である。Ｓｎの融点は２３２℃である。したがって、樹脂相２０は、Ｓｎの融点以下のガラス転移点を有している。また、ＰＥＩとアクリル樹脂は、どちらも、Ｓｎの融点以上の温度のときの体積膨張率が、金属相の体積膨張率よりも大きい。
【００２９】
次に、本実施形態のヒータ装置１の製造方法について説明する。本実施形態のヒータ装置１は、図６に示すように、用意工程Ｓ１、薄膜形成工程Ｓ２、積層体形成工程Ｓ３、加熱プレス工程Ｓ４を順に行うことで製造される。
【００３０】
用意工程Ｓ１では、第１、第２樹脂層２、３をそれぞれ用意するとともに、発熱抵抗体４を形成するための発熱抵抗体形成用の導電性ペーストを用意する。第１、第２樹脂層２、３は、熱可塑性樹脂フィルムである。導電性ペーストは、Ｓｎ粒子、Ｃｕ粒子、樹脂および溶剤を含むものである。導電性ペースト中の樹脂は、印刷時に印刷された薄膜の形状を維持するためのバインダとしての役目を有するものである。本実施形態では、樹脂としてアクリル樹脂を用い、溶剤としてＢＣＡを用いる。
【００３１】
また、導電性ペースト中のＳｎ粒子、Ｃｕ粒子、アクリル樹脂のそれぞれの比率が、発熱抵抗体４の海島構造の形成に大きく寄与する。このため、導電性ペースト中のＳｎ粒子、Ｃｕ粒子、アクリル樹脂のそれぞれの比率を、後述する実施例に記載のように、発熱抵抗体４の海島構造の形成に必要な比率とする。
【００３２】
薄膜形成工程Ｓ２では、第１樹脂層２の一面２ａ上に、導電性ペーストを用いて薄膜を形成する。具体的には、第１樹脂層２の一面２ａのうち発熱抵抗体４の形成予定領域に、導電性ペーストを印刷して、発熱抵抗体４となる薄膜を形成する。印刷後、薄膜を１００℃程度で加熱して溶剤を除去する。
【００３３】
積層体形成工程Ｓ３では、第１、第２樹脂層２、３の間に薄膜を挟むように、第１樹脂層２と第２樹脂層３を積層して積層体を形成する。
【００３４】
加熱プレス工程Ｓ４では、積層体を加熱プレスする。これにより、第１樹脂層２と第２樹脂層３とを密着させるとともに、薄膜中のＳｎ粒子とＣｕ粒子とを反応および焼結させて発熱抵抗体４を形成し、かつ、発熱抵抗体４を熱可塑性樹脂で封止する。このとき、発熱抵抗体４を熱可塑性樹脂で封止するために、加熱温度を２６０〜２７０℃とする。
【００３５】
ここで、図７Ａ、７Ｂ、７Ｃを用いて、発熱抵抗体４の海島構造の形成メカニズムについて説明する。図７Ａ、７Ｂ、７Ｃは、ヒータ装置の平面方向に平行な薄膜の断面を示している。
【００３６】
図７Ａに示すように、積層体の温度Ｔが薄膜形成後の常温のときでは（Ｔ＝常温）、薄膜３０中にＳｎ粒子３１、Ｃｕ粒子３２、アクリル樹脂２２がそれぞれ独立して存在している。
【００３７】
そして、図７Ｂに示すように、加熱プレス時に積層体の温度Ｔが上昇してＳｎの融点ＴＭである２３２℃以上になると（Ｔ≧ＴＭ）、薄膜３０中のＳｎ粒子３１が溶融し、溶融したＳｎ単独相１１がＣｕ粒子３２と反応する。より具体的には、Ｃｕ粒子３２は鋲の役割をし、それを繋ぐようにＳｎ単独相１１のネットワークができる。また、Ｃｕ粒子３２表面がＳｎと反応して、Ｃｕ粒子３２の外周部にＣｕＳｎ合金相１３が生成し、Ｃｕ粒子３２の未反応部分がＣｕ単独相１２として残る。このとき、プレス時間が長いほど、Ｃｕ単独相１２の存在割合が少なくなり、ＣｕＳｎ相１３の存在割合が多くなる。なお、ＣｕＳｎ相１３は、Ｃｕ６Ｓｎ５またはＣｕ３Ｓｎである。なお、アクリル樹脂２２は、金属相１０（Ｓｎ単独相１１）の表面上やＳｎ単独相１１の内部に存在している。
【００３８】
さらに、図７Ｃに示すように、加熱プレス時に、積層体の温度Ｔが２７０℃まで上昇すると（Ｔ＝２７０℃）、Ｓｎ単独相１１のネットワークの形成によって生じた隙間に、第１樹脂層２の一部２１が入り込む。このようにして、金属相１０と樹脂相２０の海島構造が形成される。
【００３９】
本実施形態の発熱抵抗体４は、Ｓｎの融点以上の温度のときに、自己溶断する機能を有している。以下では、図８Ａ、８Ｂ〜図１１Ａ、１１Ｂを用いて、発熱抵抗体４の自己溶断メカニズムについて説明する。図８Ａ、９Ａ、１０Ａ、１１Ａはヒータ装置１の平面方向に平行な発熱抵抗体４の断面を示しており、図８Ｂ、９Ｂ、１０Ｂ、１１Ｂはヒータ装置１の平面方向に垂直な発熱抵抗体４の断面を示している。
【００４０】
図８Ａ、８Ｂに示すように、発熱抵抗体４の温度Ｔが第１樹脂層２を構成する熱可塑性樹脂（ＰＥＩ）のＴｇよりも低いとき（Ｔ＜Ｔｇ）では、発熱抵抗体４の金属相１０は、周囲の第１、第２樹脂層２、３から圧縮応力が印加された状態である。これは、加熱プレス工程Ｓ４において、積層体の温度が加熱プレス時の温度から常温まで低下したとき、発熱抵抗体４の金属相１０よりも第１、第２樹脂層２、３の方が体積収縮率が大きいからである。
【００４１】
そして、図９Ａ、９Ｂに示すように、発熱抵抗体４の温度Ｔが上昇してＰＥＩのＴｇ（２２０℃）以上のとき（Ｔｇ≦Ｔ＜ＴＭ）では、第１樹脂層２および樹脂相２０の熱可塑性樹脂２１、アクリル樹脂２２が軟化して体積膨張することにより、発熱抵抗体４は、引張応力が印加された状態となる。
【００４２】
さらに、図１０Ａ、１０Ｂに示すように、発熱抵抗体４の温度Ｔがさらに上昇してＳｎの融点ＴＭ（２３２℃）以上のとき（Ｔ≧ＴＭ）では、発熱抵抗体４中のＳｎ単独相１１が溶融する。このときも、発熱抵抗体４は、樹脂相２０の体積膨張によって引張応力が印加された状態である。
【００４３】
このため、図１１Ａ、１１Ｂに示すように、樹脂相２０の体積膨張による引張応力によって、発熱抵抗体４の金属相１０のうちＳｎ単独相１１が切断（溶断）される。なお、溶融したＳｎに働く表面張力も、発熱抵抗体４の溶断に寄与するものと考えられる。
【００４４】
このようにして、発熱抵抗体が２３２℃以上の２３２℃付近の温度になったとき、発熱抵抗体４が自己溶断する。
【００４５】
以上の説明の通り、本実施形態では、発熱抵抗体４を構成する金属相１０が連続形状となっているので、発熱抵抗体４は通電されることにより発熱する機能を有している。
【００４６】
さらに、発熱抵抗体４は、金属相１０中に樹脂相２０が混在しているとともに、金属相１０がＳｎ単独相１１とＳｎＣｕ相１３を含んで構成されている。樹脂相２０は、Ｓｎの融点以下のガラス転移点を有するとともに、Ｓｎの融点以上の温度のときの体積膨張率が金属相１０の体積膨張率よりも大きいものである。
【００４７】
このため、発熱抵抗体４自体の温度が上昇してＳｎの融点である２３２℃付近の温度になったとき、樹脂相２０の体積膨張によって、Ｓｎ単独相１１が溶断する。したがって、本実施形態のヒータ装置１は、異物が付着した場合の発火点以下の温度で、発熱抵抗体４が自己溶断する機能を有している
なお、Ｓｎ単独相１１が酸化した場合、Ｓｎの酸化物はＳｎの融点付近の温度になっても、溶融しなくなるため、Ｓｎ単独相１１の酸化防止対策が必要である。これに対して、本実施形態では、発熱抵抗体４を熱可塑性樹脂（第１、第２樹脂層２、３）で封止することで、Ｓｎ単独相の酸化を防止している。これにより、Ｓｎの融点付近温度での発熱抵抗体４の溶断が可能となっている。
【００４８】
また、本実施形態では、発熱抵抗体４の金属相１０はＳｎ単独相１１とＣｕＳｎ相１３を含んだ構成となっている。
【００４９】
ここで、図１２Ａ、１２Ｂに、比較例１として、ヒータ装置１の製造の際に、発熱抵抗体形成用の導電性ペーストとして、金属成分がＳｎ粒子のみのものを用いた場合の加熱プレス後の発熱抵抗体の様子を示す。本発明者が、発熱抵抗体４の金属相１０をＳｎ単独相１１のみで構成することを目的として、金属成分がＳｎ粒子のみである導電性ペーストを用いた場合、図１２Ａ、１２Ｂに示すように、海島構造の発熱抵抗体を形成できなかった。この場合、積層体の加熱プレス工程後において、Ｓｎ単独相１１が連続した形状ではなく、Ｓｎ単独相１１が飛び散って発熱抵抗体４の形成予定領域からはみ出していた。
【００５０】
これに対して、本実施形態では、ヒータ装置１の製造の際に、発熱抵抗体形成用の導電性ペーストとして、Ｓｎ粒子とＣｕ粒子を含むものを用いている。これにより、上記した発熱抵抗体４の海島構造の形成メカニズムでの説明の通り、Ｃｕ粒子３２の存在によってＳｎ単独相１１のネットワークを形成でき、海島構造の発熱抵抗体４を形成できる。このとき、Ｃｕ粒子３２と溶融したＳｎが反応してＣｕＳｎ相１３が生成する。
【００５１】
（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、下記のように、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。
【００５２】
（１）第１実施形態では、第１、第２樹脂層２、３の両方が熱可塑性樹脂で構成されていたが、第１、第２樹脂層２、３の少なくとも一方が熱可塑性樹脂で構成されていればよい。第１、第２樹脂層２、３の少なくとも一方が熱可塑性樹脂で構成されていれば、発熱抵抗体４を熱可塑性樹脂で封止できるからである。したがって、この場合、ヒータ装置１の製造時の用意工程Ｓ１では、少なくとも一方が熱可塑性樹脂で構成された第１樹脂層２および第２樹脂層３を用意すればよい。
【００５３】
（２）第１実施形態では、導電性ペーストに含まれるＳｎ粒子以外の金属粒子として、Ｃｕ粒子を用いていたが、Ｃｕ粒子以外の他の金属粒子（Ｘ粒子）を用いてもよい。他の金属Ｘとしては、Ａｇ、Ｚｎ、Ｓｂ等が挙げられる（Ｘ＝Ａｇ、Ｚｎ、Ｓｂ）。この場合、発熱抵抗体４を構成する金属相１０は、Ｓｎ単独相と、Ｘ単独相と、Ｘ−Ｓｎ合金相とによって構成される。例えば、Ａｇ粒子を用いた場合、Ｓｎ単独相と、Ａｇ単独相と、ＡｇＳｎ合金相とによって構成される。なお、この場合も、Ｘ粒子が全てＳｎと反応してＸ−Ｓｎ合金相となり、金属相１０中にＸ単独相が存在していなくてもよい。
【００５４】
また、導電性ペーストに含まれるＳｎ粒子以外の金属粒子は、１種類の金属粒子に限らず、複数種類の金属粒子であってもよい。この場合、発熱抵抗体４を構成する金属相１０は、少なくともＳｎ単独相と、Ｓｎと複数種類の金属との合金からなるＳｎ合金相とによって構成される。
【００５５】
（３）第１実施形態では、導電性ペースト中の樹脂として、アクリル樹脂を用いたが、アクリル樹脂の替わりに、ポリエステル、ポリエチレンを用いてもよい。ポリエステルとしてはＴｇが１００〜１５０℃のものを用い、ポリエチレンとしてはＴｇが１３０〜１４０℃のものを用いることができる。
【００５６】
（４）上記各実施形態は、互いに無関係なものではなく、組み合わせが明らかに不可な場合を除き、適宜組み合わせが可能である。また、上記各実施形態において、実施形態を構成する要素は、特に必須であると明示した場合および原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須のものではないことは言うまでもない。
【実施例】
【００５７】
（実施例１）
Ｓｎ粒子、Ｃｕ粒子、樹脂の比率（質量比）が異なる導電性ペーストを用意し、第１実施形態で説明したヒータ装置の製造方法によって試験体（ヒータ装置）を作製し、作製した試験体の発熱抵抗体を評価した。
【００５８】
用いた導電性ペーストの条件は、次の通りである。
・Ｃｕ粒子の平均粒径：５μｍ
・Ｓｎ粒子の平均粒径：４μｍ
・樹脂の種類：アクリル樹脂
・溶剤の種類：ＢＣＡ
また、薄膜形成工程では、発熱抵抗体の目標厚さを１２μｍとして導電性ペーストを印刷した。加熱プレス工程では、加熱プレス条件を熱板温度２６０℃、圧力３ＭＰａとした。
【００５９】
また、試験体の発熱抵抗体の評価のために、発熱抵抗体の抵抗値を測定し、発熱抵抗体の溶断温度を測定した。そして、発熱抵抗体の抵抗値ばらつきの大きさや、発熱抵抗体の溶断温度を評価した。
【００６０】
なお、溶断温度の測定では、発熱抵抗体に電流を印加し、発熱抵抗体が溶断するまで、印加する電流を徐々に増大させ、溶断時の印加電力の大きさから溶断温度を算出した。より詳細には、試験体表面に線状のキズを付け、試験体のキズ付け部を空中に浮かした状態で、試験体に電流を印加した。印加した電流と電圧の値を測定し、キズ付け部の温度をサーモビュアで測定した。得られた測定結果より、印加電力の大きさとキズ付け部の温度との関係を算出し、その関係と溶断時の印加電力の値とに基づいて、溶断時のキズ付け部の温度を算出した。
【００６１】
図１３に評価結果を示す。図１３は、Ｓｎ粒子、Ｃｕ粒子、樹脂の３成分の合計質量を１００％とした三角図表である。三角図表は、正三角形の各頂点から右回りに各辺に０から１００％までの目盛りを付したものである。したがって、三角図表の各頂点では、３成分のいずれか１つの比率が１００％となる。なお、図１３中の○印が本発明の実施例を示し、図１３中の×印が参考例を示している。
【００６２】
図１３に示すように、導電性ペーストの各成分比率が○印の点Ａ１〜点Ａ１３のとき、発熱抵抗体の抵抗値ばらつきが基準を満たしているとともに、溶断温度が２３２℃付近であり、発熱抵抗体は良品であった。抵抗値ばらつきが基準を満たすとは、抵抗値の測定値と抵抗値の平均値の差が平均値の５％以内であることを意味する。点Ａ１〜点Ａ１３の質量比は、次の通りである。
点Ａ１（Ｃｕ、Ｓｎ、樹脂）＝（３５、３０、３５）
点Ａ２（Ｃｕ、Ｓｎ、樹脂）＝（２５、４０、３５）
点Ａ３（Ｃｕ、Ｓｎ、樹脂）＝（２５、６０、１５）
点Ａ４（Ｃｕ、Ｓｎ、樹脂）＝（３０、６０、１０）
点Ａ５（Ｃｕ、Ｓｎ、樹脂）＝（４５、４５、１０）
点Ａ６（Ｃｕ、Ｓｎ、樹脂）＝（４５、３０、２５）
点Ａ７（Ｃｕ、Ｓｎ、樹脂）＝（２５、５０、２５）
点Ａ８（Ｃｕ、Ｓｎ、樹脂）＝（４０、５０、１０）
点Ａ９（Ｃｕ、Ｓｎ、樹脂）＝（４５、４０、１５）
点Ａ１０（Ｃｕ、Ｓｎ、樹脂）＝（４０、３０、３０）
点Ａ１１（Ｃｕ、Ｓｎ、樹脂）＝（３０、４０、３０）
点Ａ１２（Ｃｕ、Ｓｎ、樹脂）＝（３０、５０、２０）
点Ａ１３（Ｃｕ、Ｓｎ、樹脂）＝（４０、４０、２０）
この結果より、導電性ペーストの各成分比率が、点Ａ１、点Ａ２、点Ａ３、点Ａ４、点Ａ５、点Ａ６の各点を記載の順、すなわち、Ａ１→Ａ２→Ａ３→Ａ４→Ａ５→Ａ６→Ａ１の順に結ぶ直線で囲まれる領域内のとき、良品の発熱抵抗体が得られるものと推測される。この領域は、図１３の三角図表中の斜線（実線）を付した領域である。したがって、発熱抵抗体４の形成のためには、導電性ペーストの各成分比率を、図１３の三角図表における点Ａ１、点Ａ２、点Ａ３、点Ａ４、点Ａ５、点Ａ６の各点を記載の順に結ぶ直線で囲まれる領域内の比率とすればよい。
【００６３】
一方、導電性ペーストの各成分比率が図１３中の×印の点Ｂ１〜Ｂ２０のとき、発熱抵抗体の抵抗値ばらつきが基準を満たしていたが、発熱抵抗体が２３２℃付近で溶断せず、発熱抵抗体が不良品１となっていた。このとき、金属相がＣｕ３Ｓｎのバルク体もしくはＣｕのバルク体であったため、発熱抵抗体が溶断しなかった。この結果より、導電性ペーストの各成分比率が、図１３の三角図表中の斜線（破線）を付した領域内のとき、発熱抵抗体が不良品１になるものと推測される。
【００６４】
また、導電性ペーストの各成分比率が図１３中の×印の点Ｃ１〜Ｃ１２のとき、発熱抵抗体の抵抗値ばらつきが基準を満たしていないか、試験体の作製直後の時点で発熱抵抗体が断線しており、発熱抵抗体が不良品２となっていた。この結果より、導電性ペーストの各成分比率が、図１３の三角図表中の模様を付していない領域内のとき、発熱抵抗体が不良品２になるものと推測される。
【００６５】
なお、図１３は、平均粒径が５μｍのＣｕ粒子を用いたときの評価結果を示しているが、平均粒径が１．５μｍ、３μｍのＣｕ粒子を用いた場合においても、同様の評価結果が得られことを、本発明者は確認している。
【００６６】
図１４に、良品であった発熱抵抗体のＳＥＭ写真を示す。図１４は、図５の領域XIVに対応している。図１４は、導電性ペーストの比率がＣｕ：３０％、Ｓｎ：４０％、樹脂：３０％のときの発熱抵抗体のＳＥＭ写真である。図１４に示すＳＥＭ写真より、発熱抵抗体４は、連続形状の金属相１０と、熱可塑性樹脂２１やアクリル樹脂２２で構成された非連続形状の樹脂相２０とを有し、金属相１０と樹脂相２０の海島構造を有することがわかる。
【００６７】
図１５−１、１５−２、１５−３、１５−４に、良品であった発熱抵抗体の組成分析結果を示す。図１５−１は、図５の領域XV−Iに対応している。図１５−１は、導電性ペーストの比率がＣｕ：３０％、Ｓｎ：５０％、樹脂：２０％のときの発熱抵抗体のＳＥＭ写真である。図１５−２、１５−３、１５−４は、ＥＤＳ（エネルギー分散型Ｘ線分光器）による元素分析結果であり、図１５−１のＳＥＭ画像に元素分布を重ねて示している。
【００６８】
図１５−１において、明るい領域が発熱抵抗体４の金属相１０である。図１５−２において、明るい領域がＳｎ成分の検出領域である。図１５−３において、明るい領域がＣｕ成分の検出領域である。図１５−４は、Ｓｎ成分とＣｕ成分の両方の分布を重ねて示している。図１５−４において、最も明るい領域がＳｎ成分の検出領域であり、２番目に明るい領域がＣｕ成分の検出領域である。図１５−２、１５−３、１５−４に示す元素分布より、発熱抵抗体４の金属相１０は、Ｓｎ単独相１１と、Ｃｕ単独相１２と、ＣｕＳｎ相１３を含んでいることがわかる。
（実施例２）
Ｃｕ粒子に替えて、Ａｇ粒子を用いて、実施例１と同様に、試験体を作製し、作製した試験体の発熱抵抗体を評価した。用いたＡｇ粒子の平均粒径は５μｍである。
【００６９】
図１６に評価結果を示す。図１６は、Ｓｎ粒子、Ａｇ粒子、樹脂の３成分の合計質量を１００％とした三角図表である。なお、図１６中の○印が本発明の実施例を示し、図１６中の×印が参考例を示している。
【００７０】
導電性ペーストの比率が図１６中の○印の点Ｄ１〜Ｄ７のとき、発熱抵抗体の抵抗値ばらつきが基準を満たしているとともに、溶断温度が２３２℃付近であり、発熱抵抗体は良品であった。点Ｄ１〜点Ｄ７の質量比は、次の通りである。
点Ｄ１（Ａｇ、Ｓｎ、樹脂）＝（４０、３０、３０）
点Ｄ２（Ａｇ、Ｓｎ、樹脂）＝（３０、４０、３０）
点Ｄ３（Ａｇ、Ｓｎ、樹脂）＝（３０、５０、２０）
点Ｄ４（Ａｇ、Ｓｎ、樹脂）＝（４０、５０、１０）
点Ｄ５（Ａｇ、Ｓｎ、樹脂）＝（５０、４０、１０）
点Ｄ６（Ａｇ、Ｓｎ、樹脂）＝（５０、３０、２０）
点Ｄ７（Ａｇ、Ｓｎ、樹脂）＝（４０、４０、２０）
この結果より、導電性ペーストの各成分比率が、点Ｄ１、点Ｄ２、点Ｄ３、点Ｄ４、点Ｄ５、点Ｄ６の各点を記載の順、すなわち、Ｄ１→Ｄ２→Ｄ３→Ｄ４→Ｄ５→Ｄ６→Ｄ１の順に結ぶ直線で囲まれる領域内のとき、良品の発熱抵抗体が得られるものと推測される。したがって、発熱抵抗体４の形成のためには、導電性ペーストの各成分比率を、図１６の三角図表における点Ｄ１、点Ｄ２、点Ｄ３、点Ｄ４、点Ｄ５、点Ｄ６の各点を記載の順に結ぶ直線で囲まれる領域内の比率とすればよい。
【００７１】
一方、導電性ペーストの各成分比率が図１６中の×印の点Ｅ１〜Ｅ１９とき、発熱抵抗体が不良品１となっていた。このとき、金属相がＡｇ３Ｓｎのバルク体もしくはＡｇのバルク体であったため、発熱抵抗体が溶断しなかった。この結果より、導電性ペーストの各成分比率が、図１６の三角図表中の破線を付した領域内のとき、発熱抵抗体が不良品１になるものと推測される。
【００７２】
また、導電性ペーストの各成分比率が図１６中の×印の点Ｆ１〜Ｆ９のとき、発熱抵抗体が不良品２となっていた。この結果より、導電性ペーストの各成分比率が、図１６の三角図表中の模様を付していない領域内のとき、発熱抵抗体が不良品２になるものと推測される。
【００７３】
なお、図１６は、平均粒径が５μｍのＡｇ粒子を用いたときの評価結果を示しているが、平均粒径が１．５μｍ、３μｍのＡｇ粒子を用いた場合においても、同様の評価結果が得られことを、本発明者は確認している。
【符号の説明】
【００７４】
１      ヒータ装置
２      第１樹脂層
３      第２樹脂層
４      発熱抵抗体
１０    金属相
１１    Ｓｎ単独相
１３    ＣｕＳｎ相（Ｓｎ合金相）
２０    樹脂相
２１    熱可塑性樹脂    
２２    アクリル樹脂
【図１】
0006405870.tif 000002
【図２】
0006405870.tif 000003
【図３】
0006405870.tif 000004
【図４】
0006405870.tif 000005
【図５】
0006405870.tif 000006
【図６】
0006405870.tif 000007
【図７Ａ】
0006405870.tif 000008
【図７Ｂ】
0006405870.tif 000009
【図７Ｃ】
0006405870.tif 000010
【図８Ａ】
0006405870.tif 000011
【図８Ｂ】
0006405870.tif 000012
【図９Ａ】
0006405870.tif 000013
【図９Ｂ】
0006405870.tif 000014
【図１０Ａ】
0006405870.tif 000015
【図１０Ｂ】
0006405870.tif 000016
【図１１Ａ】
0006405870.tif 000017
【図１１Ｂ】
0006405870.tif 000018
【図１２Ａ】
0006405870.tif 000019
【図１２Ｂ】
0006405870.tif 000020
【図１３】
0006405870.tif 000021
【図１４】
0006405870.tif 000022
【図１５−１】
0006405870.tif 000023
【図１５−２】
0006405870.tif 000024
【図１５−３】
0006405870.tif 000025
【図１５−４】
0006405870.tif 000026
【図１６】
0006405870.tif 000027