(57)【要約】      （修正有）【課題】精密な温度制御が可能な導電膜フィルムヒーターを提供する。【解決手段】フレキシブルな高分子フィルム上に導電膜を成膜し、その上に電力を供給するための一対の電極を設けた構造において、電極と同一製法により一対の導体を形成し、その導体の制御回路に接続する端部と反対の先端部にセンサーを接続し、その導体と高分子フィルムを折り返すことにより、導電膜またはその近傍に接着または接触させる。高分子フィルム上の新たな場所に電極と同一製法で第二の一対の導体を形成し、その導体の制御回路に接続されていない端部にセンサーを接続する。【選択図】図４
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【実用新案登録請求の範囲】
【請求項１】
フレキシブルな高分子フィルム上に導電膜を成膜し、その上に電力を供給するための一対の電極を設けた構造において、電極と同一製法により一対の導体を形成し、その導体の制御回路に接続する端部と反対の先端部にセンサーを接続し、その導体と高分子フィルムを折り返すことにより、導電膜またはその近傍に接着または接触させたことを特徴とする折り返し導体を有する導電膜フィルムヒーター。
【請求項２】
高分子フィルム上の新たな場所に電極と同一製法で第二の一対の導体を形成し、その導体の制御回路に接続されていない端部にセンサーを接続したことを特徴とする請求項１に記載の折り返し導体を有する導電膜フィルムヒーター。
【請求項３】
高分子フィルム上に電極と同一製法でさらに第三以上の一対の導体を形成し、その導体の制御回路と接続しない先端にセンサーを接続したことを特徴とする請求項２記載の折り返し導体を有する導電膜フィルムヒーター。
【請求項４】
フレキシブルな高分子フィルム上に導電膜を成膜し、その導電膜を２面以上に分割した構造において、それぞれに電力供給用の電極が配置され、かつ電極と同一の製法で分割数以上の一対の導体を形成し、それぞれの導体の制御回路に接続しない端部にセンサーを接続し、一部のセンサーは導体と高分子フィルムを折り返すことにより、それぞれの導電膜上またはその近傍に接着または接触させたセンサー配置とし、残りのセンサーは導電膜以外の環境特性を測定する配置としたことを特徴とする折り返し導体を有する導電膜フィルムヒーター。
【考案の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本考案は、導電膜を有するフレキシブルなフィルムヒーターに関する。さらに詳しくは、ヒーターの温度等を制御するためにフィルムヒーター上に導体と高分子フィルムを折り返すことによりセンサーを配置した構造に関する。
【背景技術】
【０００２】  導電膜フィルムヒーターは、電子機器を動作温度に保持すること、あるいはボトル内の化学反応を観察しながら温度制御することなどの被観測物を適正な温度に保つために広く利用されている。温度を一定に保つためには閉ループ制御が一般的である。そのためには、導電膜自身や周辺温度、被観測物の入った容器の温度を測るセンサーが必要である。温度制御の精度を高くするほどセンサーの個数は増す。【０００３】  従来、導電膜フィルムヒーターは、ＰＥＴやＰＥＮ等のフレキシブルな高分子フィルムの上に、ＩＴＯや酸化錫等の金属系透明導電性素材や不透明なカーボン薄膜からなる導電膜をスパッタリングなどで成膜し、導電膜の両端に電力供給用の一対の電極を付与して形成されていた。電極にはヒーターのフレキシビリティを維持するため、またコスト低減のために印刷手段により銀などの金属フィラーを樹脂と混合した金属ペーストが用いられていた。【０００４】  典型的な従来の導電膜フィルムヒーターの形状を図１に示す。すなわち、透明でフレキシブルな高分子フィルム４０上に導電膜３０が成膜されており、その上に、温度を一定に保つための電力供給用の電極２０が形成される。その電極の一端に電源接続パッド１０が取り付けられる。導電膜形状は、高分子フィルムの形状より多少小さくなるよう周辺部の導電膜は除去されている。
このような構造の導電膜フィルムヒーターにおいて、温度センサーを別途用意して被測定物の容器あるいはヒーターの導電膜に張り付け、その信号を使って閉ループの温度制御を行っていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００８−０７７８７９
【特許文献２】特開２００５−３０２５５３
【特許文献３】特開平８−１３８８４１
【特許文献４】特開平７−１５３５５９
【考案の概要】
【考案が解決しようとする課題】
【０００６】  図１に示すような導電膜フィルムヒーターにおいては、ヒーターと温度センサーが別々に存在するので、温度制御機能のついた多数の導電膜フィルムヒーターを製造するに際し、温度センサーと導電膜の相対的位置にばらつきが生じ易く、温度誤差の発生要因になっていた。また、温度センサーを取り付ける時にフィルムヒーター面に傷をつけたり歪めたりすることが多くヒーター面に局所的に加熱しやすい個所を作り、温度の不均一を発生させていた。さらに、構成が温度センサーとヒーターの２部品のため、体積が大きくなり、装置として組み上げるに際し工数の増大を招いていた。
【課題を解決するための手段】
【０００７】  本考案は、上記のような不具合を除去し、精度の高い温度制御を実現する導電膜フィルムヒーターを提供しようとするものである。なお、以下に説明する内容は、温度センサーに限らず、湿度センサーや風力センサーであってもよく、それらが混在した温度制御構成になっても趣旨が変わるものではない。【０００８】  本考案においては、第一手段として次の工程をとる。導電膜フィルムヒーターの高分子フィルム上に電極作成と同一の金属ペーストを用いた印刷手段で、センサーに接続される一対の導体を形成する。続いて一対の導体に温度センサーを接続する。次に高分子フィルムと導体を折り返すことにより、ヒーター面上あるいはその近傍に温度センサーを接着または接触させる。結果として、フィルムヒーターと温度センサーは一体構造となる。【０００９】  第二の手段として、上記第一の手段に加え、さらに一対の導体を高分子フィルム上に設け、第二の温度センサーが接続されている構造とする。この手段では、１個の導電膜フィルムヒーターに温度センサーが２個取り付けられ、一体構成になる。本構成により、導電膜フィルムヒーター自身の温度と、周囲の空気の温度を測定することができ、より細かな温度制御が可能になる。【００１０】  第三の手段として、上述した第二手段に加え、第三あるいはそれ以上の複数の一対の導体を高分子フィルム上に形成し、複数の温度センサーを導体に取り付ける。そのうちの１つの温度センサーのついた一対の導体と高分子フィルムを折り返して導電膜上またはその近傍に接着または接触させ、他のセンサーは周辺の空気温度、測定物の容器温度、あるいはそれらの複数個所の温度を測る配置とする、こうして、さらに精密な温度制御を可能にする。【００１１】    第四手段として、高分子フィルム上の導電膜を複数に分割し、それぞれ電極を取り付ける。さらにその分割数以上の一対の導体を高分子フィルム上に形成し温度センサーを取り付ける。この構造においては電力供給用の電極の片方を共通とし、他方の電極を導電膜毎に設けた構造とする。次に、それぞれの導電膜上に導体と高分子フィルムを折り返すことにより温度センサーを接着または接触させて温度検知を可能にする。残りの温度センサーは複数個所の外気温度、被測定物の容器の温度などを測れるように配置する。
このように発熱部分を複数に分割することによって、高度に制御された温度保持機能が実現できる。【００１２】  第三、第四手段では、温度センサーを導体に取り付けることにより温度制御を可能にすることを記述したが、複数の導体の一部に湿度や風力など温度以外のセンサーを使うことで精度向上に役立てることもできる。すなわち、センサーの種類は温度制御の精度が向上するよう適宜選択されてよい。上記第三、第四手段では、導体の数が多くなり、それの占める面積が増大するが、これを防ぐために導体のアースに相当する一方の導体を共通化させることや導体を二層化することが有効な手段となる。
【考案の効果】
【００１３】  本考案のように、センサーと導電膜フィルムヒーターを導体の折り返し部分を含む一体構造とすることにより、以下の効果を生む。
（１）温度センサーとヒーター面との相対位置は、高分子フィルムの折り返しだけで決る      ので、誤差が少なく、温度制御のばらつきも少なくなる。
（２）センサーと導電膜フィルムヒーターは一体となっているため、フィルム面への過失      による損傷が少なく、そのために発生する局所的高温化などが防止され、ヒーター      面の温度不均一がほぼなくなる。
（３）センサーと導電膜フィルムヒーターが一体構造となっているため、装置として組み      上げるときの工数が削減される。
（４）上記一体構造のために、体積が小さくなり、軽量小型な構造となる。
（５）多数のセンサーを、高い相対的位置の精度で配置できるので、より精密な温度制御      が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】従来の導電膜フィルムヒーターの形状
【図２】実施例１の導電膜フィルムヒーターの平面図
【図３】実施例１の完成図
【図４】実施例２の導電膜フィルムヒーターの説明図
【図５】実施例３の導電膜フィルムヒーターの説明図
【図６】実施例４の導電膜フィルムヒーターの説明図
【考案を実施するための形態】
【００１５】  考案内容をさらに詳しく説明する。先に説明した図１の従来の導電膜フィルムヒーターにおいて、温度を一定に保つために閉ループ制御を行うには、温度センサーを１個以上別部品として必要となる。１つの導電膜フィルムヒーターに設置したセンサー数が多くなるにつれ、また製造個数が増えるにつれて、相対位置などの組立誤差が大きくなり、温度制御の精度は悪くなる。
【００１６】  このような不具合を解消するために、温度センサーに接続する導体を高分子フィルム上に電極と同じ印刷手段で形成し一体化を図る。さらに温度センサーや他の湿度や風力センサー等を複数個設け、複数の環境特性を考慮して温度制御の精度向上を図る。加えて導電膜を複数個に分割し、それぞれにセンサー用の導体と高分子フィルムを折り返して接着または接触させ、分割数だけ温度制御を独立に行えるようにする。こうして保持温度の精度と制御性能を高める。なお、電極や導体の増加につれて高分子フィルム上の面積が増大するが、電極の片方をアースとし、温度センサーの導体の片方もアースとして共通化し、電極や導体の見かけ上の面積を減らすことが可能である。
【実施例１】
【００１７】  図２に実施例１の導電膜フィルムヒーターの平面図を示す。この図は透明あるいは不透明な導電膜を成形した後、透明な高分子フィルム４０の上に銀粒子などを樹脂で固めた金属ペーストを印刷手段により電源接続パッド１０、電極２０、変形電極２１、サーミスター接続パッドＡ  ５０、導体Ａ  ６０そして制御回路接続パッドＡ  ７０を形成する。印刷が完了したあとに、パッド部分を除いて全体に保護フィルムを接着し、高分子フィルムの外形を整形して次の工程に移る。温度センサーはサーミスターや熱電対など多数考えられるが、本実施例では取り扱いが容易で安価なサーミスターを使う構成を示している。【００１８】  続いて、実施例１の完成図の図３にあるように、サーミスター接続パッドにサーミスターＡ  ５１を取り付け、高分子フィルム上の導体Ａ  ６０を折り返して導電膜フィルムに接着または接触させる。温度がそれほど高くないので（１２０℃以下）、接着には両面テープ、エポキシ接着剤など多種の材料が使用可能である。本実施例では透明な高分子フィルムを使用した例を図示しているが、使用目的により、不透明であっても考案の趣旨が変わらない。【００１９】  図３において、サーミスターＡの位置は一対の電極の間に配置したため図１と比べて電極が形を変えて変形電極２１となっている。変形電極により導電膜のヒーターとしての面積の減少がほとんどない導電膜の形状になっている。【００２０】  ここで、折り返したサーミスターが導電膜のどの位置に接着あるいは接触されるかを考察する。温度制御の精度を重要視する場合や高分子フィルムや導電膜に不透明な材料を用いた場合には、制御された温度を直接測れる導電膜上の位置がよく（図３のサーミスター位置）、使用材料が透明で観察面積を広くとりたい場合には、電極に重なるぐらいの位置（図３のＳ位置）に接着した方がよい。多少の位置の変更は、導体と高分子フィルムの折り返しの仕方で適宜調整できるが、大きく変えたい場合には、サーミスター接続パッド、導体、制御回路接続パッドの位置を変える必要がある。なお、高分子フィルム上の導体は、銀ペーストのような高いフレキシビリティを持つ材料を使用しているので、折り返しても電気的導通性が失われることはない。【００２１】  電極や導体は図２、３では一層構造となっているが、絶縁層を介して二層構造とし、平面図としての見かけ上の面積を小さくすることも可能である。また、温度制御回路や電力供給回路によっては、導体の片方と電極の片方をアースとして共通化させ、さらに平面図上での面積を小さくすることもできる。【００２２】  図３の構造において、温度センサーと導電膜フィルムヒーターを一体化したことにより、また温度センサーをヒーター面上あるいは近傍に配置することにより、温度制御の精度が向上し、ヒーター面の傷などの発生が抑えられ不良率が下がる。同時に、組立工数の削減も期待できる。
【実施例２】
【００２３】  実施例１においては、導体を折り返すことによりサーミスターの位置を導電膜上あるいは近傍に配置し、様々なメリットが表れた。しかし、実際に高い精度で温度制御を行なおうとすると、外気温度を知ることが重要となる。すなわち、外気温度が低すぎて被測定物の入っているガラス容器などを壊さないよう徐々に温める必要のあることや、外気温度が高すぎて温度制御が効かないことなどを外気温度から検知する。このために、別途温度センサーが必要となる。この考えを具現化したものが実施例２の導電膜フィルムヒーターである。その説明図を図４に示す。【００２４】  図４においては、サーミスター接続パッドＢ  ５２、一対の導体Ｂ  ６１、制御回路接続パッドＢ  ７１が一体構造で実施例１に付加されている。導体の製造方法は実施例１と同様、銀ペーストを用いた印刷手段を用いる。サーミスター接続パッドＢにはサーミスターを接続して、外気温度の検出に供される。ただし、この導体Ｂ  ６１は折り返しをしていない。外気温度が測定できるようになっていれば導体と高分子フィルムを折り返す必要はない。【００２５】  このように、センサーを一体化しつつ外気温度検出用の温度センサーを配置することにより、さらにきめ細かく温度制御が可能となる。一方、一体構造となっているので組立工数の増加は最小限に抑えられる。
【実施例３】
【００２６】  実施例２においては外気温度を検知するセンサーを１個取り付けた形状を示した。通常ではこのように合計２個のセンサーで十分なことが多い。しかし、温度を精密制御した容器の中で反応を進行させるような場合には、さらに被測定物の入った容器の温度も制御因子に加える必要がある。【００２７】  被測定物の容器の温度も計測できることを目的に、第三の温度センサーを取り付けた構造の実施例３を図５に示す。図５においては、実施例２の銀ペースト印刷パターンに加え、第三の温度センサーのためのサーミスター接続パッドＣ  ５３、導体Ｃ  ６２、制御回路接続パッドＣ  ７２が一体構造で配置されている。第三の温度センサーの位置は、図５の実施例の他、導体Ｂ  ６１と同じサイドに設けてもよく、被測定物の容器等に接着または接触しやすい位置であればよい。【００２８】  さらに、外気温度を測定する温度センサーも容器温度を測定する温度センサーも１個であるとは限らず、複数個使用し外気温度や容器温度のより正確な計測を可能にすることができる。センサーも温度に限らず、湿度や風力等、多種の環境特性のセンサーが取り付けられてよい。センサーの種類と数が増えれば高分子フィルム上の導体面積は増えるが、数の増加に応じて制御性能は向上する。導体面積の増加に対しては、アースの共通化や導体を二層構造にするなどの対処法がある。他方、一体構造となっているので組立工数の増大は最小限に抑えられる。
【実施例４】
【００２９】  実施例１、２、３においては、温度を一定に保つための電源電流は一か所からのみ供給されていた。しかし、実際のディスプレイや観測容器において導電膜フィルムヒーターが動作している時には、周辺環境がさまざまに変わりうる。すなわち、温度の高い物体が周りにあったり、日光が当っていたり、風が吹いていたりすることである。こうした環境では測定容器の一部で温度が上がりその反対側では低くなる。測定容器の表面に温度差が現れる場合、温度制御をより細かく行うために導電膜を分割して温度制御する必要がある。この考え方に従った考案を実施例４として図６に示す。【００３０】  図６においては、ヒーターである導電膜を２分割し、第一導電膜３１、第二導電膜３２としている。それらに電極を介して第一電源接続パッド１１、第二電源接続パッド１２、共通電源接続パッド１３に接続して図のような配置となっている。第二導電膜には、サーミスター接続パッドＤ  ５４に接続されたサーミスターＤ  ５５が導体Ｄ  ６３と高分子フィルムを折り返して接着または接触している。このような電極構成において、サーミスターＡ  ５１で検知された温度は制御回路を通して第一導電膜３１の温度制御に供され、サーミスターＤ  ５５で検出された温度は第二導電膜３２の温度制御に供される。【００３１】  図６では、第一導電膜と第二導電膜に流す電流の片方の電極を共通化し、共通電源接続パッド  １３を設けているが、回路をシンプルにして分かりやすくするためにこのように図示している。電極を共通化した場合、共通電源接続パッド側の電極に電流量が多くなるので、銀ペーストの厚みを大きくするか幅を広くする、あるいは２層構造の電極にする等工夫が必要である。共通化するか二つの電極にするかは、電流量、電極の固有抵抗、制御温度等を考慮して決められるべきである。【００３２】  サーミスター接続パッドＣ  ５３は測定物の容器温度を検出するために供される。本図では示していないが、外気温度をさらに精度よく検出するためのサーミスター接続パッド、導体、制御回路接続パッドを付加しセンサーを増加させて制御性能を上げることができる。また、導電膜を３分割、４分割・・・・とし、それに伴って折り返し接着または接触させる温度センサーを増やし、外部の状況変化に対応しやすい構造とすることもできる。センサーとして、一部には温度用だけでなく湿度や風力などの多種の環境特性検出用のものを用いて制御性能の向上を図ることができる。本実施例においても、電極や導体の面積の増加が考えられるが、アースの共通化や銀ペースト部位の二層構造化でその面積の増加を抑えることができる。他方、一体構造となっているので、装置として組み上げる工数の増加や製造歩留まりの低下などは、分割数やセンサー数にはそれほど依存しない導電膜フィルムヒーターとなる。
【産業上の利用可能性】
【００３３】  ある温度範囲で使用される計測機の温度制御装置、カメラやビデオ機器および携帯電話における液晶ディスプレイの温度制御装置、恒温溶液内での新薬開発における錠剤溶解過程の観察装置、治療における点滴の加温装置等に適用の可能性がある。
【符号の説明】
【００３４】１０    電源接続パッド
１１    第一電源接続パッド
１２    第二電源接続パッド
１３    共通電源接続パッド
２０    電極
２１    変形電極
３０    導電膜
３１    第一導電膜
３２    第二導電膜
４０    高分子フィルム
５０    サーミスター接続パッドＡ
５１    サーミスターＡ
５２    サーミスター接続パッドＢ
５３    サーミスター接続パッドＣ
５４    サーミスター接続パッドＤ
５５    サーミスターＤ
６０    導体Ａ
６１    導体Ｂ
６２    導体Ｃ
６３    導体Ｄ
７０    制御回路接続パッドＡ
７１    制御回路接続パッドＢ
７２    制御回路接続パッドＣ
７３    制御回路接続パッドＤ【００３５】Ｓ      サーミスターの接着位置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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