JPWO2013179341A1 - フィルムヒータ - Google Patents

Abstract

フィルムヒータは、一対の端子部をもつ面状発熱体と、前記端子部に結合された一対のリード線と、前記面状発熱体の各面に積層され加熱溶着されて前記面状発熱体を密封状態で保持する２枚の熱可塑性ポリイミドフィルムを具備することを特徴とする。このような構成とすることにより、水中や雨水の影響を受ける場所での使用に際して、面状発熱体に対し熱可塑性ポリイミドが密着され、加熱溶着されるので、面状発熱体を密封状態で保持することができるために、十分な防水性を有するフィルムヒータとすることができ、筐体等に防水処置を施す必要がなくなり、効率よく加熱することが可能となる。

Description

本発明は、可撓性を有した平面状のフィルムヒータに関する。

熱硬化性ポリイミド樹脂製のフィルムを基板として、発熱パターンを設けてフィルムヒータとしたものが知られている（たとえば特許文献１）。可撓性を有するため、円筒面や曲面に設置されて利用することができる他、軽量であることや薄型であるという設置上の利点もある。

また、従来熱硬化性であったポリイミド樹脂に対し、熱可塑性ポリイミド樹脂が開発され、熱硬化性ポリイミド樹脂や金属箔への積層用フィルムとして利用されている（たとえば特許文献２）。

特開２００４−１５２６９１号公報 特開２００８−１８９７１１号公報

ところで、フィルムヒータの利点を活かし、ヒータを雨水が侵入するような箇所で使用したい場合、従来のフィルムヒータでは防水性が十分でなかったため、パッキン等を利用して筐体によって水の侵入を防ぐ必要があった。
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、十分な防水性を有したフィルムヒータを提供することを目的とする。

上記目的を達成するためになされた請求項１に記載の発明は、フィルムヒータであって、一対の端子部をもつ面状発熱体と、前記端子部に結合された一対のリード線と、前記面状発熱体の各面に積層され加熱溶着されて前記面状発熱体を密封状態で保持する２枚の熱可塑性ポリイミドフィルムと、を具備することを特徴とする。

この構成によれば、水中や雨水の影響を受ける場所での使用に際して、面状発熱体に対し熱可塑性ポリイミドが密着され、加熱溶着されているので、面状発熱体を密封状態で保持することができる。このために、十分な防水性を有するフィルムヒータとすることができ、筐体等で防水処置を施す必要がなくなり、効率よく加熱することが可能となる。またフィルムヒータであるため、曲面等に設置できる他、占有体積の小さなヒータとしての設置が可能である。また、防水性に優れているため、水中使用が可能である他、水はもとより、メタノール、トルエン、ガソリン、アルコール等の有機溶剤に対し不溶で、ほとんどの化学薬品に対して十分な耐性を有している。このため、このフィルムヒータは、溶剤や化学薬品の影響を受ける場所に設置することができる。

請求項２に記載の発明によれば、前記面状発熱体は固定保持する耐熱フィルムをもつフィルムヒータとすることができる。この構成によれば、面状発熱体は耐熱フィルムに固定保持されるため、熱可塑性ポリイミドフィルムが軟化するような高温の使用環境下で、移動して短絡することがない。

請求項３に記載の発明によれば、前記熱可塑性ポリイミドフィルムは前記面状発熱体を固定保持する前記耐熱フィルムの両面に一体的に熱接合されているフィルムヒータとすることができる。

この構成によれば、基板フィルムと、パターニングして形成された面状発熱体とを、熱可塑性ポリイミドフィルムにより一体的に熱接合されるものとすることができるので、十分な防水性を確保することができる。

請求項４に記載の発明によれば、前記面状発熱体を固定保持する前記耐熱フィルムは、２枚の前記熱可塑性ポリイミドフィルムの中央部分に挟持され、２枚の前記熱可塑性ポリイミドフィルムの周縁部分は直接一体的に熱接合されているフィルムヒータとすることができる。

この構成によれば、２枚の熱可塑性ポリイミドフィルムの周縁部分は直接一体的に熱接合されているため、境界面は溶融し合う。このため、毛細管現象等により水分が侵入することがなく、よりすぐれた耐水性を有するものとなる。

請求項５に記載の発明によれば、前記耐熱フィルムは、前記熱可塑性ポリイミドフィルムより耐熱性の高い有機物フィルム、無機物フィルム又は有機物と無機物の混合フィルムとすることができる。この構成によれば、耐熱フィルムの熱伝導性や強度等を改善することができる。

請求項６に記載の発明によれば、前記有機物フィルムは、熱硬化性ポリイミドフィルムとすることができる。この構成によれば、有機物フィルムを耐熱性、耐溶剤性、耐薬品性に優れたものとすることができる。

請求項７、８に記載の発明によれば、各前記熱可塑性ポリイミドフィルムの外側表面に一体的に接合された保護フィルムをもつフィルムヒータや、保護フィルムを熱硬化性ポリイミドとすることができる。この構成によれば、耐熱性、耐溶剤性、耐薬品性に優れたフィルムヒータとすることができる。

第１の実施形態に係るフィルムヒータの上面図である。 第１の実施形態に係るフィルムヒータの模式的なＡ−Ａ断面図である。 第１の実施形態に係る製造方法を説明する概略図である。 第１の実施形態に係る製造方法を説明する断面図である。 第２の実施形態に係るフィルムヒータの上面図である。 第２の実施形態に係るフィルムヒータの模式的なＢ−Ｂ断面図である。 第３の実施形態に係るフィルムヒータの断面図である。

以下、本発明のフィルムヒータの具体的な各実施形態について図面を参照しつつ説明する。
＜第１の実施形態＞

まず、本発明の第１の実施形態のフィルムヒータ１０の構成について、図１、２を参照しつつ説明する。本実施形態に係るフィルムヒータ１０は、図１と、その一部の模式的断面図である図２に示すように、発熱線１と、発熱線１の基板となるのフィルム基板２と、発熱線１とフィルム基板２とを上下で挟持する中間フィルム３ａ、３ｂと、さらに中間フィルム３ａ、３ｂを上下で挟持する保護フィルム４ａ、４ｂとからなる。
なお、各図は模式的に表したもので、各部材の大小関係や、発熱線の数を正確に表したものではない。各部材の厚さ等は適宜定めるものとする。

発熱線１は、一対の端子部５をもつ面状発熱体であり、端子部５に結合された一対のリード線６から電流を供給され、電気抵抗により発熱する。図１では簡略化して示したが、発熱線１は連続した一本の、帯状の屈曲したリボン状のものである。また、複雑な蛇行パターンをもち、点線で示した発熱部Ｃの発熱量を平準化して、局部的に高温となることを防いでいる。材質としては、鉄−クロム−アルミ系や、ニッケル−クロム系等の金属箔からパターニングして形成されている。

フィルム基板２は、熱硬化性ポリイミド製であって、可撓性を有しており、フィルムヒータ１０が、曲面等に設置されることを可能としている。ここでは、変性熱硬化性ポリイミドや、適宜有機または無機のフィラーを添加して、熱伝導性や強度等の改善を行ったものも含むものとする。

中間フィルム３ａ、３ｂは、近年実用化された熱可塑性ポリイミド製であり、ポリイミドであることから、溶着がしにくいとされる熱硬化性ポリイミドともなじみがよく、フィルム基板２と良好に熱溶着される。

保護フィルム４ａ、４ｂは、熱硬化性ポリイミド製であり、ここでは、フィルム基板２と同じ材質とした。フィルム基板２と同様に、中間フィルム３ａ３ｂとなじみがよく良好に熱溶着される。
（製造方法）

製造方法について簡単に述べる。まず、発熱線１となる所定の材料の板を用意し、所望の蛇行パターンとなるようエッチングにより除去し、発熱線１を得る。つぎにフィルム基板２上に貼り付ける。端子部５にリード線６をスポット溶接し、図３に示すような状態とする。

ついで、図４に示すように、これらの上下に中間フィルム３ａ、３ｂと、さらにその外側の上下に、保護フィルム４ａ、４ｂを重ねる。これを真空熱加圧装置を用いて、真空引きをしながら加圧して、各フィルムの間に空気が残らないようにし、ヒータまたは超音波により、中間フィルム３ａ、３ｂの熱可塑性ポリイミドを軟化させ、フィルム基板２および発熱線１、保護フィルム４ａ、４ｂに同時に熱溶着し、図２に示した状態を得る。

なお、熱硬化性ポリイミドの両面は、接着剤の塗布された面となっている。熱可塑性ポリイミド、発熱線１の溶着される表面は、無処理もしくは、粗面化等の密着性向上処理を施したものとする。最後にリード線部を除き、図３に点線Ｄで示した部分をビク型等で抜き落とし、図１の形とする。
（作用）

中間フィルム３ａ、３ｂは、熱可塑性ポリイミドであることにより、いわばシールド層として作用し、フィルム基板２および発熱線１と、保護フィルム４ａ、４ｂとを接着しているとみなすことができる。

このような構成により、発熱線１は外部に露出することがなく、図１、２に示すように、上下の面は、耐熱性、耐溶剤性、耐薬品性に優れた熱硬化性ポリイミドである保護フィルム４ａ、４ｂで守られている。また、熱可塑性ポリイミドは、熱硬化性ポリイミドに対し、耐熱性等で劣るが、図２からわかるように、中間フィルム３ａ、３ｂとして端面にわずかに露出するのみである。

各フィルムの貼り合わせには、エポキシ樹脂等のような、熱可塑性ポリイミドに対して耐熱性や耐薬品性等の劣る接着剤を用いる必要がないため、フィルムヒータ１０を耐熱性、耐溶剤性、耐薬品性に優れたものとすることができる。

また、発熱線１は、耐熱性にすぐれた熱硬化ポリイミド製のフィルム基板２に接着されているため、熱可塑性ポリイミドフィルムが軟化するような高温の使用環境下で、フィルムヒータが曲面に設置されている場合にも、移動することがない。このため、短絡して発熱パターンが異常になることがない。
なお、リード線６は、使用箇所に応じた、耐熱性、耐水性、耐溶剤性、耐薬品性等を考慮した所定の被覆を有したものとすればよい。

以上のようなフィルムヒータ１０について、耐水試験を行ったところ、図２に示した中間フィルム３ａ、３ｂの接着領域のＡ１寸法を４０ｍｍ以上とすれば十分な防水性を有することがわかった。
＜第２の実施形態＞

第２の実施形態は、図５、６に示すように、フィルム基板２を全面に設けずに、発熱線１を形成するために必要な部分のみとし、フィルム基板１の領域の外側で、中間フィルム３ａ、３ｂ同士が直接溶着されるものとした。製造工程は、第１の実施形態と同様のものとできる。

熱可塑性ポリイミド同士が溶着される場合には、熱可塑性ポリイミドと熱硬化性ポリイミドとが溶着される場合に比べ、いっそうなじみがよいため強固に溶着されて一体のものとなる。両者が完全に融け合うと境界面の識別ができなくなるため、図６に点線で境界面を表示したが、識別可能であっても問題はない。

熱可塑性ポリイミドが熱硬化性ポリイミドと溶着された場合には、熱可塑性ポリイミド同士が溶着された場合に比べ、結合が弱い場合があり、場合によっては、境界面の毛細管現象による水の侵入を許すことがある。特にフィルム基板１と中間フィルム３ａとの境界面で、水の侵入が起こり、端子部５や発熱体１まで到達すると、ヒータとしては使用不能となる。第２の実施形態ではこの点に着目し、フィルム基板１と中間フィルム３ａ、３ｂとの境界面が外部に露出しないようにした。

このような第２の実施形態のものについて、耐水試験を行ったところ、第１の実施形態と比べ、さらに防水性が向上しており、図６に示した中間フィルム３ａ、３ｂの接着領域のＡ２寸法を８ｍｍ以上とすれば、十分な耐水性を有することがわかった。

これにより、フィルムヒータ１０全体を小型のものとすることができ、また、基板フィルム１の面積が小さくできるため、熱硬化性ポリイミドフィルムの使用量を削減でき、資源を有効に使用できるという効果がある。
＜第３の実施形態＞

第３の実施形態は、図７の断面図に示すように、フィルム基板１を省略したものである。他の実施形態同様に発熱線１を用意し、これを熱可塑性ポリイミドフィルムである中間フィルム３ａ、３ｂで挟持し、さらにその外側を熱硬化性ポリイミドフィルムである保護フィルム４ａ、４ｂで挟持して、熱溶着するというものである。

この場合でも、十分な防水性を確保することが可能である。図７に示すように、面状発熱体を固定保持するためのベース材であるがフィルム基板１が不要となるという利点があり、熱硬化性ポリイミドフィルムの使用量を削減でき、資源を有効に使用できるという効果がある。
本発明は上述した実施形態等に限定されるものではなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更を施すことが可能であることはいうまでもない。

実施形態では、最外層として保護フィルム４ａ、４ｂを有していたが、使用環境の温度や、フィルムヒータとしての加熱温度が高くなく、主に防水機能が要求される場合は、保護フィルム４ａ、４ｂを省略して、中間フィルム３ａ、３ｂが最外層となる構成であってもよい。

実施形態では、フィルム基板２の熱硬化性ポリイミドと、最外部の保護フィルム４ａ４、ｂの熱硬化性ポリイミドは、同じ材質としたが、必ずしも同じグレードや、同じ銘柄である必要はなく、要求される特性に合わせて最適なグレードや銘柄の選択が可能である。

１ 発熱線（面状発熱体）
２ フィルム基板（熱硬化性ポリイミドフィルム）
３ａ、３ｂ 中間フィルム（熱可塑性ポリイミドフィルム）
４ａ、４ｂ 保護フィルム（熱硬化性ポリイミドフィルム）
５ 端子部
６ リード線
１０ フィルムヒータ

Claims (8)

1. 一対の端子部をもつ面状発熱体と、
   前記端子部に結合された一対のリード線と、
   前記面状発熱体の各面に積層され加熱溶着されて前記面状発熱体を密封状態で保持する２枚の熱可塑性ポリイミドフィルムと、
   を具備することを特徴とするフィルムヒータ。
2. 前記面状発熱体は固定保持する耐熱フィルムをもつ請求項１に記載のフィルムヒータ。
3. 前記熱可塑性ポリイミドフィルムは前記面状発熱体を固定保持する前記耐熱フィルムの両面に一体的に熱接合されている請求項２に記載のフィルムヒータ。
4. 前記面状発熱体を固定保持する前記耐熱フィルムは、２枚の前記熱可塑性ポリイミドフィルムの中央部分に挟持され、２枚の前記熱可塑性ポリイミドフィルムの周縁部分は直接一体的に熱接合されている請求項２に記載のフィルムヒータ。
5. 前記耐熱フィルムは、前記熱可塑性ポリイミドフィルムより耐熱性の高い有機物フィルム、無機物フィルム又は有機物と無機物の混合フィルムである請求項２〜４に記載のフィルムヒータ。
6. 前記有機物フィルムは、熱硬化性ポリイミドフィルムである請求項５に記載のフィルムヒータ。
7. 各前記熱可塑性ポリイミドフィルムの外側表面に一体的に接合された保護フィルムをもつ請求項１〜４に記載のフィルムヒータ。
8. 前記保護フィルムは熱硬化性ポリイミドである請求項７に記載のフィルムヒータ。

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