JP2017117525A - heater - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To reduce the time difference in temperature difference between a heater pattern and a sensor pattern.SOLUTION: A heater 1 includes: a base substrate 11 made of a laminate of a plurality of ceramic layers 1; a heating pattern 2 provided between layers of the plurality of ceramic layers 1; and a sensor pattern 3 provided between layers different from the layers between the layers between which the heating pattern 2 is provided. The heating pattern 2 and the sensor pattern 3 are overlapped on each other in the lamination direction of the laminate.SELECTED DRAWING: Figure 2

Description

本発明は、例えば、ヘアアイロン等に利用されるヒータに関するものである。   The present invention relates to a heater used for, for example, a hair iron.

ヘアアイロン等に利用されるヒータとして、例えば特許文献1に記載のセラミックヒータが知られている。特許文献1に記載のセラミックヒータは、積層体から成る基体と、基体の層間に設けられたヒータパターンと、基体のうちヒータパターンと異なる層間に設けられたセンサパターンとを備えている。特許文献1に記載のセラミックヒータは、センサパターンを備えていることによって、セラミックヒータの温度を検知することができる。   As a heater utilized for a hair iron etc., the ceramic heater of patent document 1 is known, for example. The ceramic heater described in Patent Document 1 includes a substrate made of a laminate, a heater pattern provided between the layers of the substrate, and a sensor pattern provided between layers of the substrate different from the heater pattern. The ceramic heater described in Patent Document 1 can detect the temperature of the ceramic heater by including a sensor pattern.

特開平9−148053号公報Japanese Patent Laid-Open No. 9-148053

しかしながら、特許文献1に記載のセラミックヒータにおいては、ヒータパターンが基体の中央に設けられているとともに、センサパターンが基体の端部に設けられていた。そのため、ヒータパターンが昇温または降温してから、センサパターンに温度変化が伝わるまでに時間差が生じていた。そのため、セラミックヒータの温度をリアルタイムに検知することが困難になっていた。   However, in the ceramic heater described in Patent Document 1, the heater pattern is provided at the center of the base and the sensor pattern is provided at the end of the base. For this reason, there is a time difference from when the temperature of the heater pattern is raised or lowered to when the temperature change is transmitted to the sensor pattern. This makes it difficult to detect the temperature of the ceramic heater in real time.

本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、ヒータにおいてヒータパターンとセンサパターンとの温度変化の時間差を低減することにある。   The present invention has been made in view of such problems, and an object thereof is to reduce a time difference of temperature change between a heater pattern and a sensor pattern in a heater.

本発明の一態様のヒータは、複数のセラミック層の積層体から成る基体と、前記複数のセラミック層の層間に設けられた発熱パターンと、前記発熱パターンが設けられた前記層間とは異なる層間に設けられたセンサパターンとを備えており、前記発熱パターンと前記センサパターンとが前記積層体の積層方向において重なっていることを特徴とする。   The heater according to one embodiment of the present invention includes a base including a laminate of a plurality of ceramic layers, a heat generation pattern provided between the plurality of ceramic layers, and a layer different from the layer where the heat generation pattern is provided. The heat generating pattern and the sensor pattern overlap each other in the stacking direction of the stacked body.

本発明の一態様のヒータによれば、発熱パターンとセンサパターンとが積層体の積層方向において重なっていることによって、発熱パターンで生じた熱をセンサパターンに素早く伝えることができる。これにより、発熱パターンとセンサパターンとの昇温または降温の時間差を低減することができる。   According to the heater of one embodiment of the present invention, the heat generation pattern and the sensor pattern overlap each other in the stacking direction of the stacked body, whereby heat generated in the heat generation pattern can be quickly transmitted to the sensor pattern. Thereby, the time difference of temperature rise or temperature fall between the heat generation pattern and the sensor pattern can be reduced.

本発明のヒータの一実施形態の分解斜視図である。It is a disassembled perspective view of one Embodiment of the heater of this invention. 変形例のヒータを示す分解斜視図である。It is a disassembled perspective view which shows the heater of a modification.

以下、本発明の一実施形態に係るヒータ10について、図面を参照しながら説明する。   Hereinafter, a heater 10 according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.

図1は、ヒータ10の構成を示す分解斜視図である。図1に示すように、ヒータ10は、複数のセラミック層1の積層体から成る基体11と、発熱パターン2と、センサパターン3とを備えている。   FIG. 1 is an exploded perspective view showing the configuration of the heater 10. As shown in FIG. 1, the heater 10 includes a base body 11 made of a laminate of a plurality of ceramic layers 1, a heat generation pattern 2, and a sensor pattern 3.

基体11は、発熱パターン2およびセンサパターン3を保護するために設けられる部材である。基体11の形状は、例えば、直方体状である。直方体状としては、例えば、板状等が挙げられる。本実施形態においては、図1に示すように、基体11は、主面が長方形状の板状である。   The base 11 is a member provided to protect the heat generation pattern 2 and the sensor pattern 3. The shape of the base body 11 is, for example, a rectangular parallelepiped shape. Examples of the rectangular parallelepiped shape include a plate shape. In the present embodiment, as shown in FIG. 1, the base 11 has a plate shape whose main surface is rectangular.

基体11は、複数のセラミック層1の積層体から成る。セラミック層1は、絶縁性のセラミック材料から成る。絶縁性のセラミック材料としては、例えばアルミナ、窒化珪素または窒化アルミニウムが挙げられる。特に、製造のしやすさの観点から、アルミナを用いることが好ましい。基体11が板状の場合には、基体11の寸法は、例えば主面の長さを80mmに、主面の幅を20mmに、主面に垂直な方向の厚みを1mmに設定することができる。   The substrate 11 is composed of a laminate of a plurality of ceramic layers 1. The ceramic layer 1 is made of an insulating ceramic material. Examples of the insulating ceramic material include alumina, silicon nitride, and aluminum nitride. In particular, it is preferable to use alumina from the viewpoint of ease of manufacture. In the case where the substrate 11 is plate-shaped, the dimensions of the substrate 11 can be set, for example, such that the length of the main surface is 80 mm, the width of the main surface is 20 mm, and the thickness in the direction perpendicular to the main surface is 1 mm. .

発熱パターン2は、発熱するための抵抗体であって、電流が流れることによって発熱する。図1に示すように、発熱パターン2は基体11の内部に設けられている。すなわち、発熱パターン2は基体11に埋設されている。具体的には、発熱パターン2はセラミック層1の層間に設けられている。発熱パターン2の形状は、例えば、線状である。本実施形態のヒータ10における発熱パターン2は、基体11の中央よりも一端側で折り返し形状を有するとともに、他端側で基体11の表面に引き出されて外部の電極(図示せず)に接続されている。   The heat generation pattern 2 is a resistor for generating heat, and generates heat when a current flows. As shown in FIG. 1, the heat generation pattern 2 is provided inside the base body 11. That is, the heat generation pattern 2 is embedded in the base 11. Specifically, the heat generation pattern 2 is provided between the ceramic layers 1. The shape of the heat generation pattern 2 is, for example, a linear shape. The heat generation pattern 2 in the heater 10 of the present embodiment has a folded shape on one end side with respect to the center of the base body 11 and is drawn to the surface of the base body 11 on the other end side and connected to an external electrode (not shown). ing.

発熱パターン2は、基体11の一端側において、複数の折返し部および複数の直線部をそれぞれ有するミアンダ形状の部分(以下、ミアンダ部21ともいう)を有している。これにより、発熱パターン2による発熱を基体11の一端側で大きくすることができる。そのため、セラミック層1の主面のうち最も高温になる領域は、平面視したときに、このミアンダ部と重なる領域になる。より具体的には、本実施形態においては、ミアンダ部のうちの直線部が基体11の長手方向に沿って設けられている。   The heat generation pattern 2 has a meander-shaped portion (hereinafter also referred to as a meander portion 21) having a plurality of folded portions and a plurality of straight portions on one end side of the base 11. Thereby, the heat generation by the heat generation pattern 2 can be increased on one end side of the substrate 11. Therefore, the highest temperature region of the main surface of the ceramic layer 1 is a region that overlaps the meander portion when viewed in plan. More specifically, in the present embodiment, the straight portion of the meander portion is provided along the longitudinal direction of the base body 11.

発熱パターン2は、金属材料から成る。金属材料としては、例えばW、MoまたはRe等が挙げられる。発熱パターン2の寸法は、幅を0.03mm以上に、厚みを1μm以上にすることができる。本実施形態においては、幅を0.1mmに、厚みを3μmに設定している。   The heat generation pattern 2 is made of a metal material. Examples of the metal material include W, Mo, Re, and the like. The dimensions of the heat generation pattern 2 can be 0.03 mm or more in width and 1 μm or more in thickness. In the present embodiment, the width is set to 0.1 mm and the thickness is set to 3 μm.

センサパターン3は、ヒータ10の温度を検知するための部材である。具体的には、発熱パターン2によって生じた熱によりセンサパターン3の温度が変化すると、センサパターン3の抵抗値が変化する。このセンサパターン3の抵抗値の変化を外部の装置で検知することによって、ヒータ10の温度を検知することができる。   The sensor pattern 3 is a member for detecting the temperature of the heater 10. Specifically, when the temperature of the sensor pattern 3 changes due to the heat generated by the heat generation pattern 2, the resistance value of the sensor pattern 3 changes. The temperature of the heater 10 can be detected by detecting a change in the resistance value of the sensor pattern 3 with an external device.

センサパターン3は、発熱パターン2と同様の抵抗体パターンである。センサパターン3は、基体11のうち発熱パターン2が設けられた層間とは異なる層間に設けられている。センサパターン3の形状は、例えば、線状である。本実施形態のヒータ10におけるセンサパターン3は、基体11の中央よりも一端側で折り返し形状を有するとともに、他端側で電極(図示せず)に接続されている。本実施形態のヒータ10においては、センサパターン3は、発熱パターン2と同じ形状を有している。すなわち、センサパターン3は、基体11の一端側において、複数の折返し部および複数の直線部をそれぞれ有するミアンダ形状の部分(以下、ミアンダ部31ともいう)を有している。   The sensor pattern 3 is a resistor pattern similar to the heat generation pattern 2. The sensor pattern 3 is provided in an interlayer different from the interlayer in which the heat generation pattern 2 is provided in the base body 11. The shape of the sensor pattern 3 is, for example, a linear shape. The sensor pattern 3 in the heater 10 of the present embodiment has a folded shape on one end side with respect to the center of the base 11 and is connected to an electrode (not shown) on the other end side. In the heater 10 of the present embodiment, the sensor pattern 3 has the same shape as the heat generation pattern 2. That is, the sensor pattern 3 has a meander-shaped portion (hereinafter also referred to as a meander portion 31) having a plurality of folded portions and a plurality of straight portions on one end side of the base 11.

センサパターン3の寸法は、幅を0.03mm以上に、厚みを1μm以上にすることができる。本実施形態においては、発熱パターン2の寸法と同じく幅を0.1mmに、厚みを3μmに設定している。   The sensor pattern 3 can have a width of 0.03 mm or more and a thickness of 1 μm or more. In the present embodiment, the width is set to 0.1 mm and the thickness is set to 3 μm, similar to the dimensions of the heat generation pattern 2.

また、センサパターン3が、発熱パターン2よりも抵抗温度係数が大きい材料から成ることが好ましい。これにより、センサパターン3による温度変化の検知の精度を向上できる。   The sensor pattern 3 is preferably made of a material having a larger resistance temperature coefficient than the heat generation pattern 2. Thereby, the accuracy of detection of the temperature change by the sensor pattern 3 can be improved.

また、センサパターン3の幅が、発熱パターン2の幅よりも大きくてもよい。これにより、発熱パターン2から発せられた熱をより確実にセンサパターン3に伝えることができる。そのため、発熱パターン2とセンサパターン3との温度変化の時間差をさらに低減できる。   In addition, the width of the sensor pattern 3 may be larger than the width of the heat generation pattern 2. Thereby, the heat generated from the heat generation pattern 2 can be more reliably transmitted to the sensor pattern 3. Therefore, the time difference in temperature change between the heat generation pattern 2 and the sensor pattern 3 can be further reduced.

ここで、本実施形態のヒータ10においては、発熱パターン2とセンサパターン3とが、積層体の積層方向において重なっている。これにより、発熱パターン2で生じた熱を素早くセンサパターン3に伝えることができるので、発熱パターン2とセンサパターン3との温度変化の時間差を低減することができる。ここでいう「発熱パターン2とセンサパターン3とが、積層体の積層方向において重なっている」とは、必ずしも全ての領域が重なっている必要はなく、一部分のみが重なっている場合も含まれる。   Here, in the heater 10 of the present embodiment, the heat generation pattern 2 and the sensor pattern 3 overlap in the stacking direction of the stack. Thereby, since the heat generated in the heat generation pattern 2 can be quickly transmitted to the sensor pattern 3, the time difference of temperature change between the heat generation pattern 2 and the sensor pattern 3 can be reduced. Here, “the heat generation pattern 2 and the sensor pattern 3 overlap in the stacking direction of the stacked body” does not necessarily require that all the regions overlap, and includes a case where only a part overlaps.

より詳しくは、発熱パターン2およびセンサパターン3は、積層体の層間に設けられていることから、帯状の形状になっている。すなわち、発熱パターン2およびセンサパターン3は、主面(積層体の積層方向に対して垂直な面)が、側面(積層体の積層方向を含む面)と比べて大きい。言い換えると、積層体の積層方向を含む面で切ったときに、厚みよりも幅が大きい。そのため、発熱パターン2から発せられた熱は、積層方向に伝わりやすい。そして、発熱パターン2の主面とセンサパターン3の主面とが対向するように設けられていることによって、発熱パターン2から発せられ積層方向に広がった熱をセンサパターン3に速やかに伝えることができる。これにより、発熱パターン2における温度変化をセンサパターン3に速やかに伝えることができる。その結果、応答性に優れたセンサを有するヒータ10とすることができる。   More specifically, since the heat generation pattern 2 and the sensor pattern 3 are provided between the layers of the laminated body, they have a strip shape. That is, the heat generation pattern 2 and the sensor pattern 3 have a major surface (a surface perpendicular to the stacking direction of the stacked body) larger than a side surface (a surface including the stacking direction of the stacked body). In other words, the width is larger than the thickness when the laminate is cut along a plane including the stacking direction. Therefore, the heat generated from the heat generation pattern 2 is easily transmitted in the stacking direction. Then, by providing the main surface of the heat generation pattern 2 and the main surface of the sensor pattern 3 so as to face each other, heat generated from the heat generation pattern 2 and spread in the stacking direction can be quickly transmitted to the sensor pattern 3. it can. Thereby, the temperature change in the heat generation pattern 2 can be quickly transmitted to the sensor pattern 3. As a result, the heater 10 having a sensor with excellent response can be obtained.

さらに、セラミック層1の主面のうち最も高温になる領域とセンサパターン3とが積層方向において重なっている。これにより、ヒータ10に異常な発熱が生じた場合であっても、この変化を速やかにセンサパターン3に反映させることができる。ここでいう、最も高温になる領域とは、例えば、ヒータ10の表面の温度分布を観察したときに、最も高い温度である領域を示している。また、「最も高温になる領域と前記センサパターン3とが積層方向において重なっている」とは、必ずしも全ての領域が重なっている必要はなく、一部分が重なっている場合も含まれる。   Furthermore, the highest temperature region of the main surface of the ceramic layer 1 and the sensor pattern 3 overlap in the stacking direction. Thereby, even if abnormal heat generation occurs in the heater 10, this change can be quickly reflected in the sensor pattern 3. Here, the region having the highest temperature indicates, for example, a region having the highest temperature when the temperature distribution on the surface of the heater 10 is observed. Further, “the region where the temperature is highest and the sensor pattern 3 are overlapped in the stacking direction” does not necessarily require that all the regions overlap, and includes a case where a portion overlaps.

さらに、発熱パターン2およびセンサパターン3が複数の折り返し部および複数の直線部をそれぞれ有するミアンダ状を有するとともに、発熱パターン2の複数の直線部およびセンサパターン3の複数の直線部が同じ方向に伸びている。これにより、ヒートサイクル下において熱応力が特定の部位に集中することを低減できる。一般的に、ミアンダ状のパターンが設けられている場合には、主に直線部が伸びる方向に大きく熱膨張する傾向がある。発熱パターン2とセンサパターン3の直線部の伸びる方向を揃えることによって、大きく熱膨張する方向を揃えることができる。そのため、発熱パターン2が設けられている部分と、センサパターン3が設けられている部分との間に、ねじれるような変形が生じることを低減できる。特に、発熱パターン2の直線部とセンサパターン3の直線部とが、同じ幅であって対向するように位置していることが好ましい。これにより、ねじれるような変形が生じることをさらに低減できる。   Furthermore, the heat generation pattern 2 and the sensor pattern 3 have meander shapes each having a plurality of folded portions and a plurality of straight portions, and the plurality of straight portions of the heat generation pattern 2 and the plurality of straight portions of the sensor pattern 3 extend in the same direction. ing. Thereby, it can reduce that a thermal stress concentrates on a specific site | part under a heat cycle. In general, when a meander-shaped pattern is provided, there is a tendency that the thermal expansion greatly occurs mainly in the direction in which the linear portion extends. By aligning the direction in which the straight portions of the heat generation pattern 2 and the sensor pattern 3 extend, the direction of large thermal expansion can be aligned. Therefore, it is possible to reduce the occurrence of twisting deformation between the portion where the heat generation pattern 2 is provided and the portion where the sensor pattern 3 is provided. In particular, it is preferable that the linear portion of the heat generation pattern 2 and the linear portion of the sensor pattern 3 have the same width and are positioned to face each other. Thereby, it can further reduce that the deformation | transformation which twists arises.

さらに、図2に示すように、複数のセラミック層1の1つの層間に設けられた複数の発熱パターン2と、複数の発熱パターン2が設けられた層間とは異なる1つの層間に設けら
れた複数のセンサパターン3とを備えており、複数の発熱パターン2のそれぞれと複数のセンサパターン3のそれぞれとが積層体の積層方向において重なっていてもよい。これにより、複数のヒータ10パターンの温度制御を個別に行なうことができるようになる。これにより、ヒータ10表面の温度分布を所望の状態に調整しやすくできる。
Further, as shown in FIG. 2, a plurality of heat generation patterns 2 provided between one layer of the plurality of ceramic layers 1 and a plurality of layers provided between one layer different from the layer provided with the plurality of heat generation patterns 2 Each of the plurality of heat generation patterns 2 and each of the plurality of sensor patterns 3 may overlap in the stacking direction of the stack. Thereby, temperature control of a plurality of heater 10 patterns can be performed individually. Thereby, it is possible to easily adjust the temperature distribution on the surface of the heater 10 to a desired state.

特に、図2に示すヒータ10においては、複数の発熱パターン2のそれぞれがミアンダ部21を有している。また、複数のセンサパターン3のそれぞれがミアンダ部31を有している。そして、複数の発熱パターン2のそれぞれのミアンダ部21が、複数のセンサパターン3のそれぞれのミアンダ部31と同じ形状である。同じ形状のミアンダ部21、31が重なって位置していることによって、発熱パターン2で生じた熱をセンサパターン3で効率よく検知することができる。   In particular, in the heater 10 shown in FIG. 2, each of the plurality of heat generation patterns 2 has a meander portion 21. Each of the plurality of sensor patterns 3 has a meander portion 31. The meander portions 21 of the plurality of heat generation patterns 2 have the same shape as the meander portions 31 of the plurality of sensor patterns 3. Since the meander portions 21 and 31 having the same shape are positioned so as to overlap each other, the heat generated in the heat generation pattern 2 can be efficiently detected by the sensor pattern 3.

図2に示すヒータ10のように、複数の発熱パターン2と複数のセンサパターン3を有する場合には、以下の方法を用いることによって外部の電極に接続を行なうことができる。具体的には、複数の発熱パターン2を形成する層間および複数のセンサパターン3を形成する層間とは別の層間に、外部の電極との接続を行なうためのリード用の複数の配線パターンを設ける。そして、それぞれの発熱パターン2およびセンサパターン3とリード用の複数の配線パターンとを、セラミック層1の積層方向に伸びるビアまたはスルーホールで接続すればよい。これにより、セラミック層1の広範囲に複数の発熱パターン2および複数のセンサパターン3を設けることができる。   In the case of having a plurality of heat generation patterns 2 and a plurality of sensor patterns 3 like the heater 10 shown in FIG. 2, connection to an external electrode can be performed by using the following method. Specifically, a plurality of wiring patterns for leads for connecting to external electrodes are provided between the layers forming the plurality of heat generation patterns 2 and the layers different from the layers forming the plurality of sensor patterns 3. . Then, each heat generation pattern 2 and sensor pattern 3 may be connected to a plurality of lead wiring patterns by vias or through holes extending in the stacking direction of the ceramic layer 1. Thereby, a plurality of heat generating patterns 2 and a plurality of sensor patterns 3 can be provided in a wide range of the ceramic layer 1.

10:ヒータ
1:セラミック層
11:基体
2:発熱パターン
3:センサパターン
10: Heater 1: Ceramic layer 11: Substrate 2: Heat generation pattern 3: Sensor pattern

Claims (4)

複数のセラミック層の積層体から成る基体と、前記複数のセラミック層の層間に設けられた発熱パターンと、前記発熱パターンが設けられた前記層間とは異なる層間に設けられたセンサパターンとを備えており、前記発熱パターンと前記センサパターンとが前記積層体の積層方向において重なっていることを特徴とするヒータ。   A substrate comprising a laminate of a plurality of ceramic layers, a heat generation pattern provided between the plurality of ceramic layers, and a sensor pattern provided between layers different from the layer provided with the heat generation pattern. And the heating pattern and the sensor pattern overlap each other in the stacking direction of the stacked body. セラミック層の主面のうち最も高温になる領域と前記センサパターンとが前記積層方向において重なっていることを特徴とする請求項1に記載のヒータ。   2. The heater according to claim 1, wherein a region of the main surface of the ceramic layer that has the highest temperature overlaps with the sensor pattern in the stacking direction. 前記発熱パターンおよび前記センサパターンが複数の折り返し部および複数の直線部をそれぞれ有するミアンダ状であるとともに、前記発熱パターンの前記複数の直線部および前記センサパターンの前記複数の直線部が同じ方向に伸びていることを特徴とする請求項1または請求項2に記載のヒータ。   The heat generation pattern and the sensor pattern have meander shapes each having a plurality of folded portions and a plurality of straight portions, and the plurality of straight portions of the heat generation pattern and the plurality of straight portions of the sensor pattern extend in the same direction. The heater according to claim 1 or 2, wherein the heater is provided. 複数のセラミック層の積層体から成る基体と、前記複数のセラミック層の1つの層間に設けられた複数の発熱パターンと、前記複数の発熱パターンが設けられた前記層間とは異なる1つの層間に設けられた複数のセンサパターンとを備えており、前記複数の発熱パターンのそれぞれと前記複数のセンサパターンのそれぞれとが前記積層体の積層方向において重なっていることを特徴とするヒータ。   Provided between a base made of a laminate of a plurality of ceramic layers, a plurality of heat generation patterns provided between one layer of the plurality of ceramic layers, and a layer different from the layer provided with the plurality of heat generation patterns A plurality of sensor patterns, and each of the plurality of heat generation patterns and each of the plurality of sensor patterns overlap in a stacking direction of the stacked body.
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