JP5587484B1

JP5587484B1 - 面状ヒータ及びこの面状ヒータの製造方法

Info

Publication number: JP5587484B1
Application number: JP2013237021A
Authority: JP
Inventors: 山森詠未; 菅野智司; 蜂谷真弓
Original assignee: Sakaguchi Dennetsu KK
Current assignee: Sakaguchi Dennetsu KK
Priority date: 2013-11-15
Filing date: 2013-11-15
Publication date: 2014-09-10
Anticipated expiration: 2033-11-15
Also published as: JP2015097167A

Abstract

【課題】従来の面状ヒータは、耐薬品性、耐水性、耐食性に欠けていたので、使用分野が限られていた。また、モールドにより成形された面状ヒータはフレキシブル性に欠けていた。
【解決手段】本発明の面状ヒータは、箔状、板状、線状又は繊維状の金属発熱体１と、この金属発熱体１の発熱体側端子部１ａに接続されるリード線２と、上記金属発熱体１と上記リード線２の先端部２ａとを挟持して、互いを熱融着する２枚の熱融着可能なフッ素樹脂フィルム３、３とよりなり、上記リード線２の先端部２ａは、上記発熱体側端子部１ａに接続されるリード線側端子部４ａを有する導線露出部４と、導線被覆部５の先端部５ａとよりなり、この導線被覆部５の先端部５ａの被覆部材が熱融着可能な材料により形成されていることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は面状ヒータ及びこの面状ヒータの製造方法、特に、水又は薬液に直接浸漬して使用ができ、また、異物の混入が忌避される医療の分野における血液や薬液や、また、電子・半導体製造プロセスで使用される洗浄用薬液などの加熱に適した、耐水性、耐薬品性及び耐食性のあるフレキシブルな面状ヒータ及びこの面状ヒータの製造方法に関するものである。

従来、例えば、所望のパターンで平面状に配置した金属箔発熱体を、２枚の極薄の絶縁体の熱融着性のポリイミドシートで挟持して、熱融着して形成した面状ヒータがある。

この面状ヒータは、薄く形成できるのでフレキシブル性に富み、使用しやすい。

このような面状ヒータとしては、例えば、特許文献１がある。

また、発熱体をＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）でモールドして形成した板状ヒータがある。

このような板状ヒータとしては、例えば、特許文献２がある。

特開２００４−３５５８８２号公報特開平１１−２１９７７６号公報

しかしながら、上記ポリイミドは、１０％ＮａＯＨ、アセトン、１０％硫酸などの液体の耐薬品性が劣る為、このような液体の直接加熱に、上記ポリイミドを用いた面状ヒータを使用した場合、長期に亘って安定した寿命を得られないという問題点があった。

また、ポリイミドフィルムが純水のコンタミを起こすことから、半導体製造プロセスで使用される純水などの直接加熱に、上記ポリイミドを用いた面状ヒータを使用した場合には、異物の混入が懸念されていた。

また、医療の分野における血液や薬液の直接加熱も、異物の混入が懸念されていた。

また、ＰＴＦＥは、箔状や薄板状に成形することができないため、ＰＴＦＥを用いた板状ヒータは、発熱体をモールド加工して成型する必要があるが、モールド加工であっても、箔状や薄板状に成形することができず、板状ヒータの厚さが１０ｍｍ程度となり、フレキシブル性に欠けてしまう。

また、絶縁層が厚いため、熱効率が悪く、使用温度も９５℃前後と低かった。

また、モールド成型によるため、小型化が難しく、また、発熱線のパターニングが制限されるため、発熱線を希望のパターンで配置できず、均熱加熱が難しかった。

本発明は、上記の欠点を除くようにしたものである。

本発明の面状ヒータは、箔状、板状、線状又は繊維状の金属発熱体と、この金属発熱体の発熱体側端子部に接続される、導線とこの導線を絶縁物で被覆する導線被覆部とよりなるリード線と、上記金属発熱体と上記リード線の先端部とを挟持して、互いを熱融着する２枚の熱融着可能なＦＥＰ（四フッ化エチレン・六フッ化プロピレン共重合体）フィルム、又はＰＦＡ（ペルフルオロアルコキシフッ素樹脂）フィルム、又はこれらの合成のフィルムとよりなり、上記リード線の先端部は、上記発熱体側端子部に接続されるリード線側端子部を有する導線露出部と、上記導線被覆部の先端部とよりなり、この導線被覆部の先端部の被覆部材が熱融着可能なＦＥＰ、又はＰＦＡ又はこれらの合成により形成され、上記リード線の導線被覆部の先端部は、上記２枚の熱融着可能なＦＥＰフィルム、又はＰＦＡフィルム、又はこれらの合成のフィルムにより熱融着して一体化することにより、該フィルムと上記リード線とが気密に接着されることを特徴とする。

上記１枚のフィルムは、複数の熱融着可能なＦＥＰフィルム、又はＰＦＡフィルム、又はこれらの合成フィルムを積層して熱融着して形成され、上記積層されたフィルム間に温度センサを設け、上記温度センサを上記フィルムに対して自由に配置できるようにすると共に、上記温度センサの端子部を絶縁物で被覆した被覆部分の先端部を、ＦＥＰ、又はＰＦＡ又はこれらの合成により形成し、この先端部を上記フィルムで挟持して熱融着したことを特徴とする。

また、本発明の面状ヒータの製造方法は、箔状、板状、線状又は繊維状の金属発熱体と、この金属発熱体の発熱体側端子部に接続される、導線とこの導線を絶縁物で被覆する導線被覆部とよりなるリード線とを所望の位置に配置する工程と、上記金属発熱体と上記リード線の先端部とを挟持して、所望の形状の２枚の熱融着可能なＦＥＰフィルム、又はＰＦＡフィルム、又はこれらの合成のフィルムを熱融着して一体化し、該フィルムと上記リード線とを気密に接着する工程とよりなり、上記リード線の先端部は、上記発熱体側端子部に接続されるリード線側端子部を有する導線露出部と、上記導線被覆部の先端部とよりなり、この導線被覆部の先端部の被覆部材が熱融着可能なＦＥＰ、又はＰＦＡ又はこれらの合成により形成されていることを特徴とする。

また、本発明の面状ヒータの製造方法は、箔状、板状、線状又は繊維状の金属発熱体と、この金属発熱体の発熱体側端子部に接続される、導線とこの導線を絶縁物で被覆する導線被覆部とよりなるリード線とを所望の位置に配置する工程と、上記金属発熱体と上記リード線の先端部とを挟持して、所望の形状の２枚の熱融着可能なＦＥＰフィルム、又はＰＦＡフィルム、又はこれらの合成のフィルムを熱融着して一体化し、該フィルムと上記リード線とを気密に接着して面状ヒータを形成する工程と、温度センサを、上記一体化した面状ヒータと、他の熱融着可能なＦＥＰフィルム、又はＰＦＡフィルム、又はこれらの合成のフィルムとで挟持して、熱融着して一体化する工程とよりなり、上記リード線の先端部は、上記発熱体側端子部に接続されるリード線側端子部を有する導線露出部と、上記導線被覆部の先端部とよりなり、この導線被覆部の先端部の被覆部材が熱融着可能なＦＥＰ、又はＰＦＡ又はこれらの合成により形成され、上記温度センサの端子部を絶縁物で被覆した被覆部分の先端部は、ＦＥＰ、又はＰＦＡ又はこれらの合成により形成され、この先端部を上記フィルムで挟持して熱融着されることを特徴とする。

本発明の面状ヒータによれば、水又は薬液に直接浸漬して使用ができ、また、耐薬品性、防水性、耐食性に優れ、長期に亘って安定した寿命を得られるので、異物の混入が忌避される医療の分野における血液や薬液や、また、電子・半導体製造プロセスで使用される洗浄用薬液などの加熱に使用できる。

リード線の接続端子部を含めて、面状ヒータ全体を薄くすることができるので、フレキシブル性に富み、使用しやすい。

本発明の面状ヒータの正面図である。本発明の面状ヒータの縦断側面図である。本発明の面状ヒータの分解斜視である。本発明の面状ヒータのリード線との接続端子部の拡大説明図である。本発明の面状ヒータの例１の模式図である。本発明の面状ヒータの例２の模式図である。本発明の面状ヒータの例３の模式図である。本発明の面状ヒータの例４の模式図である。本発明の面状ヒータの例５の模式図である。

以下図面によって本発明の実施例を説明する。

本発明の面状ヒータは、図１〜図４に示すように、例えば、金属箔又は金属薄板を所望のパターンで配置した金属発熱体１と、上記金属発熱体１の両端部に形成した発熱体側端子部１ａ、１ａにそれぞれ接続したリード線２と、上記金属発熱体１の全体と上記リード線２の先端部２ａとをそれぞれ挟持して、互いを熱融着（ヒートシール）により一体化した、例えば、略矩形状の２枚の熱融着可能なフッ素樹脂フィルム３，３とよりなる。

なお、図４は、上記金属発熱体１とリード線２との接続端子部を示す説明図であって、上記リード線２の先端部２ａは、図４に示すように、上記発熱体側端子部１ａに電気的に接続されるリード線側端子部４ａを有する、導線が露出した導線露出部４と、導線が絶縁物で被覆された導線被覆部５の先端部５ａとよりなり、この先端部５ａは、熱融着可能な部材よりなる。なお、図４中の一点鎖線はフッ素樹脂フィルム３を示す。

なお、上記発熱体側端子部１ａは、例えば、幅広の矩形状の薄箔状に形成され、また、上記リード線側端子部４ａは、同様に、例えば、幅広の矩形状の薄箔状に形成され、互いに重ねられて、電気的に接続される。

従って、上記面状ヒータは、発熱体１のみならず、リード線２の導線被覆部５の先端部５ａも含めて、上記２枚のフッ素樹脂フィルム３，３を熱融着により接着して一体化することにより、上記導線被覆部５の先端部５ａも、上記フッ素樹脂フィルム３，３に熱融着されて一体化し、上記フッ素樹脂フィルム３と上記リード線２とが気密に強固に接着されるようになる。

なお、上記熱融着可能なフッ素樹脂フィルムは、例えば、ＦＥＰ（四フッ化エチレン・六フッ化プロピレン共重合体）、又はＰＦＡ（ペルフルオロアルコキシフッ素樹脂）、又はこれらの合成であり、フィルムの厚さは、例えば、０．０２５ｍｍ〜２．４ｍｍである。

また、上記１枚の熱融着可能なフッ素樹脂フィルム（熱融着性フッ素樹脂フィルム）３は、複数の熱融着性フッ素樹脂フィルムを複数積層して融着し所望の厚さに形成したものであってもよい。

例えば、図５〜図９は、発熱体１及びリード線２の先端部２ａを２枚の熱融着性フッ素樹脂フィルム３、３で挟持した面状ヒータの模式図であり、図５は、２枚のＰＦＡフィルム３ａ、３ａで発熱体１等を挟持した例１、図６は、２枚のＦＥＰフィルム３ｂ、３ｂで発熱体１等を挟持した例２、図７は、２枚のＰＦＡフィルム３ａ、３ａを積層して熱融着して形成した熱融着性フッ素樹脂フィルム３を２枚用意し、この２枚の熱融着性フッ素樹脂フィルム３、３で、発熱体１等を挟持した例３、図８は、１枚のＰＦＡフィルム３ａと１枚のＦＥＰフィルム３ｂを積層して熱融着して形成した熱融着性フッ素樹脂フィルム３を２枚用意し、この２枚の熱融着性フッ素樹脂フィルム３、３をＦＥＰフィルム３ｂ側を発熱体１側に向けて、発熱体１等を挟持した例４、図９は、１枚のＦＥＰフィルム３ｂを２枚のＰＦＡフィルム３ａで挟持して熱融着して形成した熱融着性フッ素樹脂フィルム３を２枚用意し、この２枚の熱融着性フッ素樹脂フィルム３、３で、発熱体１等を挟持した例５を示す。

上記例１、例３による面状ヒータによれば、大気中において、使用温度を２５０℃まで加熱することができ、また、例２、例４、例５による面状ヒータによれば、大気中において、使用温度を２００℃まで加熱することができるようになる。

その他、面状ヒータの用途に合わせて、複数の熱融着性フッ素樹脂フィルムを様々な組み合わせで積層して１枚の熱融着性フッ素樹脂フィルム３を形成するようにしてもよい。

また、積層される各熱融着性フッ素樹脂フィルムは、それぞれ同じ厚さのものを積層する以外に、それぞれ異なる厚さであってもよく、この場合には、成形時の面状ヒータの厚さの調節が容易になる。

また、積層される各熱融着性フッ素樹脂フィルムは、それぞれ同じ形状以外に、それぞれ異なる形状であってもよい。この場合には、面状ヒータの強度や使用温度を部分的に変化させることができるようになる。

また、発熱体１及びリード線２の先端部２ａを２枚の熱融着性フッ素樹脂フィルム３、３で挟持して熱融着して形成した面状ヒータに更に、上記熱融着性フッ素樹脂フィルム３と同形状或いは異なる形状の他の熱融着性フッ素樹脂フィルム３を重ねて熱融着して一体化するようにしてもよい。これにより面状ヒータの厚さの調整が可能となる。

また、発熱体１の発熱体側端子部１ａを除いた発熱体１部分のみを２枚の熱融着性フッ素樹脂フィルムで挟持して、熱融着して一体化し、その後に、少なくとも上記発熱体側端子部１ａ及びリード線２の先端部２ａを他の２枚の熱融着性フッ素樹脂フィルムで挟持して、熱融着して一体化することにより、発熱体１及びリード線２の先端部２ａを２枚の熱融着性フッ素樹脂フィルムで挟持した面状ヒータを形成するようにしてもよい。

また、上記金属箔の厚さは、例えば、０．０２ｍｍ〜０．１０ｍｍである。

また、上記リード線２の導線被覆部５の先端部５ａの被覆部材は、熱融着可能な材料であり、例えば、ＦＥＰ、ＰＦＡ又はこれらの合成が好ましい。

本発明の面状ヒータは上記のような構成であるから、金属発熱体１及びリード線２の先端部２ａがフッ素樹脂フィルムにより被覆されているので、フッ素ガス、三フッ化塩素、溶触アルカリ金属を除く化学薬品や、アルカリ溶剤、酸化剤などの薬液に直接浸漬しても、液の浸潤は全くないので、耐薬品性に優れ、また、防水性、耐食性に優れるため、長期に亘って安定した寿命を得られる。

また、フッ素樹脂フィルムから不純物が溶け出すことがないので、コンタミの問題がなく、水や薬液を直接保温加熱することができ、異物の混入が嫌われる医薬、医療における血液、薬液、電子・半導体製造プロセスでの洗浄用の薬液中に使用できるようになる。

また、上記ＦＥＰやＰＦＡは、例えば、０．０２５ｍｍ〜２．４ｍｍのシート状に形成できるので、面状ヒータを極薄で形成することができ、フレキシブル性に富む。

また、面状ヒータの幅を狭くするなど、面状ヒータの形状を矩形以外に、自由に形成することができ、また、小型化ができる。

また、薄くフレキシブル性に富むため、被加熱物に取り付ける際の加工等での取り扱いも容易となる。

また、発熱線をヒータ面に自由に配置可能で、例えば、均等配置できることから、均一な温度分布が得られ、加熱によるムラがなく、加熱効率が良い。

また、絶縁層が薄いので、ヒータ表面温度とシート表面温度との差が極めて小さくなるため、熱放散がよく、使用温度を２００℃以上まで加熱することができるようになる。

また、従来においては、ポリイミドシートで熱融着して形成した面状ヒータであっても、金属発熱体の端子部とリード線の端子部との接続部分は、熱融着できないため、モールド加工により接続していた。

そのため、そのモールド部が厚みを有し、その部分においてフレキシブル性に欠けたが、本発明においては、リード線２の導線被覆部５の先端部５ａを熱融着可能な部材としたので、上記２枚のフッ素樹脂フィルム３，３を熱融着により接着した時に、同時に、上記リード線２の先端部５ａも熱融着により一体化させることができ、モールド加工により接続する必要がなくなったため、フレキシブル性を確保することができるようになる。

また、完全にモールド加工が不要になったため、モールドの金型も不要で、コストを下げることができる。

また、同じ形状、材質、厚さの熱融着性フッ素樹脂フィルムを積層して熱溶着して１枚の熱融着性フッ素樹脂フィルムを形成したり、異なる形状、異なる材質、異なる厚さの熱融着性フッ素樹脂フィルムを積層して熱溶着して１枚の熱融着性フッ素樹脂フィルムを形成したり、一度形成した面状ヒータに、更に、熱融着性フッ素樹脂フィルムを重ねて熱融着したり、発熱体やリード線の先端部の一部を２枚の熱融着性フッ素樹脂フィルムで挟持して熱融着して一体し、その後に、他の部分を他の２枚の熱融着性フッ素樹脂フィルムで熱融着して一体化したりすることにより、面状ヒータの厚さの調整や、加熱性能や、製造工程などを自由に変えることができるようになる。

なお、金属発熱体は、金属箔又は金属薄板の発熱体を用いる代わりに、所望のパターンで配置した細線状の発熱体や繊維状の発熱体を用いてもよい。

また、上記２枚のフッ素樹脂フィルム３，３間に熱電対（図示せず）などの温度センサを設けてもよい。また、熱電対の端子部の絶縁物で被覆された被覆部分の先端部を、ＦＥＰやＰＦＡなどの熱融着可能な材料とし、その先端部も含めて、上記２枚のフッ素樹脂フィルム３，３で挟持して熱融着させてもよい。

なお、例えば、上記例３、例４、例５のように積層された熱融着性フッ素樹脂フィルム３の場合には、ＰＦＡフィルム３ａ、３ａ間や、ＰＦＡフィルム３ａとＦＥＰフィルム３ｂ間に、温度センサを設けてもよい。

また、２枚の熱融着性フッ素樹脂フィルム３，３で発熱体１等を挟持して形成された面状ヒータに、更に、他の熱融着性フッ素樹脂フィルム３を重ね合わせて、上記面状ヒータと上記他の熱融着性フッ素樹脂フィルム３間に温度センサを挟持させて、融着するようにしてもよい。

これらの場合には、温度センサを自由に配置することができるようになる。また、一度形成した面状ヒータに、後に温度センサを追加することができるようになる。

また、本発明の面状ヒータは、紫外線等に強く耐候性も強いので、例えば、深雪地帯における家の屋根上等に設置し、屋根上の雪を溶かすなど、あらゆる分野で使用できる。

１金属発熱体
１ａ発熱体側端子部
２リード線
２ａ先端部
３フッ素樹脂フィルム
３ａＰＦＡフィルム
３ｂＦＥＰフィルム
４導線露出部
４ａリード線側端子部
５導線被覆部
５ａ先端部

Claims

箔状、板状、線状又は繊維状の金属発熱体と、
この金属発熱体の発熱体側端子部に接続される、導線とこの導線を絶縁物で被覆する導線被覆部とよりなるリード線と、
上記金属発熱体と上記リード線の先端部とを挟持して、互いを熱融着する２枚の熱融着可能なＦＥＰ（四フッ化エチレン・六フッ化プロピレン共重合体）フィルム、又はＰＦＡ（ペルフルオロアルコキシフッ素樹脂）フィルム、又はこれらの合成のフィルムとよりなり、
上記リード線の先端部は、上記発熱体側端子部に接続されるリード線側端子部を有する導線露出部と、上記導線被覆部の先端部とよりなり、この導線被覆部の先端部の被覆部材が熱融着可能なＦＥＰ、又はＰＦＡ又はこれらの合成により形成され、
上記リード線の導線被覆部の先端部は、上記２枚の熱融着可能なＦＥＰフィルム、又はＰＦＡフィルム、又はこれらの合成のフィルムにより熱融着して一体化することにより、該フィルムと上記リード線とが気密に接着されることを特徴とする面状ヒータ。
上記１枚のフィルムは、複数の熱融着可能なＦＥＰフィルム、又はＰＦＡフィルム、又はこれらの合成フィルムを積層して熱融着して形成され、
上記積層されたフィルム間に温度センサを設け、
上記温度センサを上記フィルムに対して自由に配置できるようにすると共に、
上記温度センサの端子部を絶縁物で被覆した被覆部分の先端部を、ＦＥＰ、又はＰＦＡ又はこれらの合成により形成し、この先端部を上記フィルムで挟持して熱融着したことを特徴とする請求項１記載の面状ヒータ。
箔状、板状、線状又は繊維状の金属発熱体と、この金属発熱体の発熱体側端子部に接続される、導線とこの導線を絶縁物で被覆する導線被覆部とよりなるリード線とを所望の位置に配置する工程と、
上記金属発熱体と上記リード線の先端部とを挟持して、所望の形状の２枚の熱融着可能なＦＥＰフィルム、又はＰＦＡフィルム、又はこれらの合成のフィルムを熱融着して一体化し、該フィルムと上記リード線とを気密に接着する工程とよりなり、
上記リード線の先端部は、上記発熱体側端子部に接続されるリード線側端子部を有する導線露出部と、上記導線被覆部の先端部とよりなり、この導線被覆部の先端部の被覆部材が熱融着可能なＦＥＰ、又はＰＦＡ又はこれらの合成により形成されていることを特徴とする面状ヒータの製造方法。
箔状、板状、線状又は繊維状の金属発熱体と、この金属発熱体の発熱体側端子部に接続される、導線とこの導線を絶縁物で被覆する導線被覆部とよりなるリード線とを所望の位置に配置する工程と、
上記金属発熱体と上記リード線の先端部とを挟持して、所望の形状の２枚の熱融着可能なＦＥＰフィルム、又はＰＦＡフィルム、又はこれらの合成のフィルムを熱融着して一体化し、該フィルムと上記リード線とを気密に接着して面状ヒータを形成する工程と、
温度センサを、上記一体化した面状ヒータと、他の熱融着可能なＦＥＰフィルム、又はＰＦＡフィルム、又はこれらの合成のフィルムとで挟持して、熱融着して一体化する工程とよりなり、
上記リード線の先端部は、上記発熱体側端子部に接続されるリード線側端子部を有する導線露出部と、上記導線被覆部の先端部とよりなり、この導線被覆部の先端部の被覆部材が熱融着可能なＦＥＰ、又はＰＦＡ又はこれらの合成により形成され、
上記温度センサの端子部を絶縁物で被覆した被覆部分の先端部は、ＦＥＰ、又はＰＦＡ又はこれらの合成により形成され、この先端部を上記フィルムで挟持して熱融着されることを特徴とする面状ヒータの製造方法。