JP5038921B2 - フィルムヒータ - Google Patents

Description

本発明は、加熱機器の熱源などに使用されるフィルムヒータに関するものである。

従来、フィルムヒータは、屈曲して面状に展開したヒータ線と、ヒータ線の両面に積層された接着皮膜層と、さらに接着皮膜層にそれぞれ積層された絶縁皮膜層とを有するものである。接着皮膜層は熱硬化加工可能な樹脂材料で、接着性を有している。フィルムヒータは、ヒータ線の両面と絶縁皮膜層との間に接着皮膜層を介在し、熱圧着（例えばラミネート加工）によって一体に形成される（例えば、特許文献１を参照）。

また、このフィルムヒータは、接着皮膜層及び絶縁皮膜層に挟持されたヒータ線の両端部に、所定電圧を作用させることにより、ヒータ線に電流が流れ、ヒータ線の電気抵抗発熱によりヒータ線が加熱される。さらに、面状に展開したヒータ線に沿って、フィルムヒータの全体に熱が伝導され、面的に接触される加熱対象物を加熱することができる。
特開平５−２１３２９８号公報

特許文献１のフィルムヒータでは、熱圧着により、接着皮膜層を介してヒータ線の両面に絶縁皮膜層を一体に形成する際、ヒータ線の立体形状によってヒータ線の表面に印加された圧着力が異なる（図７に示す）。なお、図７は、ヒータ線の延びる方向と直交する方向におけるフィルムヒータの断面概念図を示す。

つまり、図７に示すように、ヒータ線１の上下表面９０１，９０２は圧着力N1に直交（或は交差）しているため、熱圧着の際に圧着力N1を受けやすく、接着皮膜層２とヒータ線１の上下表面９０１，９０２間の密着性が高い。一方、ヒータ線１の側面９０３、９０４などの部位は圧着力N1に平行（或いは平行に近い状態）であるため、熱圧着の際に圧着力N1を受けにくく、接着皮膜層２とヒータ線１の側面９０３、９０４間の密着性を十分に得ることが難しい。よって、熱圧着の際、ヒータ線１と接着皮膜層２との間において、密着性が十分に得られない部位（例えば、側面部９０３、９０４など）に面して間隙９が発生しやすくなり、空気などの気体が残存しやすくなる。

間隙９は主にヒータ線１に沿って発生する。間隙９は連続的にできた場合、ヒータ線に沿ってヒータ線１の両端部と共に外部へ連通される。しかしながら、間隙９は連続ではなく部分的に閉じられた場合では、フィルムヒータの内部において間隙９が密閉空間を形成し、空気などの気体がこの密閉空間内に封入されてしまうことがある。

このため、ヒータ線１に電流が流れて熱を発するとき、間隙９の密閉空間に封入された気体（残存気体）が加熱され膨張し、間隙９の密閉空間の体積が大きくなると共に、絶縁皮膜層３及び接着皮膜層２がヒータ線１から剥離しやすくなる。結果的に、フィルムヒータの使用寿命が短くなるなどの問題が想定される。

本発明は上記実状に鑑みてなされたものであり、絶縁皮膜層及び接着皮膜層の剥離を抑制でき、使用寿命の長いフィルムヒータを提供することを課題とする。

本発明のフィルムヒータは、屈曲して面状に展開したヒータ線とヒータ線の両面に積層された接着皮膜層とさらに両接着皮膜層にそれぞれ積層された絶縁皮膜層とを有するフィルムヒータであって、ヒータ線と当接する少なくとも１枚の接着皮膜層は少なくともヒータ線に達する少なくとも１本のスリットで形成された通気路を有することを特徴とする。

本発明のフィルムヒータは、接着皮膜層にスリットで形成された通気路を備えることにより、ヒータ線に達するスリットを介して、ヒータ線の周囲に生じる間隙の空間を外部に連通することができる。よって、ヒータ線が通電により発熱する際に、間隙の空間内に残存する気体（空気）がスリットで形成された通気路を介して外部へ放出することができ、空気の熱膨張による間隙体積の拡張を抑制することができる。従って、接着皮膜層及び絶縁皮膜層がヒータ線から剥離するなどの不具合を少なくすることができ、フィルムヒータの使用寿命を長くすることができる。

また、本発明のフィルムヒータのヒータ線は耐熱金属箔より形成されたものであることが好ましい。ヒータ線を耐熱金属箔により形成することにより、本発明のフィルムヒータは高い発熱性を有すると同時に、加工特性などにも優れている。

また、本発明のフィルムヒータの接着皮膜層は加熱により硬化してヒータ線と絶縁皮膜層とを一体に接合したものであることが好ましい。本発明のフィルムヒータは、接着皮膜層を熱圧着加工により硬化させ、ヒータ線と絶縁皮膜層とを一体に接合することにより、丈夫な構造を形成できると同時に、加工しやすいなどの利点もある。

また、本発明のフィルムヒータの通気路はスリットを持つ接着皮膜層の側周端に開口することが好ましい。スリットにより形成された通気路が接着皮膜層の側周端に開口することにより、本発明のフィルムヒータの接着皮膜層内に形成されたスリットは有効に外部へ連通される。ヒータ線が通電により発熱する際、ヒータ線と接着皮膜層との間に生じる間隙内に残存する気体（空気）が、開口を備える通気路を介して外部へ放出することができる。このため、残存する気体の熱膨張により接着皮膜層及び絶縁皮膜層がヒータ線から剥離することを抑制することができる。

また、本発明のフィルムヒータの通気路はヒータ線と少なくとも一箇所交差する交差部を持つことが好ましい。フィルムヒータにおいて、通気路はヒータ線と少なくとも一箇所交差する交差部を有することにより、ヒータ線の周囲に生じる間隙をスリットで形成された通気路に連通することができ、ヒータ線の周囲に生じる間隙内の熱膨張された空気を外部へ放出することができる。

本発明のフィルムヒータは、接着皮膜層にスリットで形成された通気路を備えることにより、ヒータ線に達するスリットを介して、ヒータ線の周囲に生じる間隙の空間を外部に連通することができる。よって、ヒータ線が通電により発熱する際に、間隙の空間内に残存する気体（空気）がスリットで形成された通気路を介して外部へ放出することができ、空気の熱膨張による間隙体積の拡張を抑制することができる。従って、接着皮膜層及び絶縁皮膜層がヒータ線から剥離するなどの不具合を少なくすることができ、フィルムヒータの使用寿命を長くすることができる。

本発明のフィルムヒータは、ヒータ線と、接着皮膜層と、絶縁皮膜層と、通気路とで構成されている。

ヒータ線は、通電により発熱する電気抵抗体で耐熱性を有する金属などで構成することができる。ヒータ線は線材を屈曲して形成しても、シート材を所定幅の屈曲したパターンに打ち抜いたり、エッチングして形成してもよい。また、本発明のフィルムヒータでは従来のヒータ線をそのまま或いは従来のヒータ線を変形させて使用することもできる。さらに、本発明のヒータ線は、耐熱金属箔により構成することもできる。

絶縁皮膜層は、従来と同じく電気絶縁性を持ち、耐熱性のあるシートを使用できる。剛性の高いものでも、屈曲性のあるものでも良い。

接着皮膜層は、絶縁皮膜層とヒータ線とを一体に接合するものであり、熱形成及び熱硬化特性を持つものである。このため、接着皮膜層は、加熱により硬化してヒータ線と絶縁皮膜層とを一体に接合することができる。

また、接着皮膜層を介して、絶縁皮膜層をヒータ線に固定することにより、ヒータ線の変形などが抑制される。つまり、ヒータ線が所定形状を持った状態で二つの絶縁皮膜層に挟持（サンドイッチ）されるので、ヒータ線は安定した状態（形状）で絶縁皮膜層に固定されることになる。

通気路は、ヒータ線に当接する少なくとも一枚の接着皮膜層に形成されヒータ線に達する少なくとも一本のスリットにより構成される。接着皮膜層に形成されたスリットは、一本でも、複数本でも良いが、少なくとも一本のスリットがヒータ線に達すればよい。これにより、通気路を構成するスリットは、ヒータ線と接着皮膜層との間においてヒータ線の周囲に生じる間隙（空間）と連通することになる。

また、通気路はスリットを持つ接着皮膜層の側周端に開口するものとすることができる。

さらに、通気路はヒータ線と少なくとも一箇所交差する交差部を持つものとすることができる。通気路はヒータ線と交差する交差部は一つでもよいが、数箇所でもよい。少なくとも一箇所の交差部を備えれば、熱膨張する残留気体がこの交差部を通して通気路に流れることができ、さらに通気路を介して外部へ放出することができる。また、複数箇所の交差部を設けた場合では、ネットワーク状の通気路網が形成できるので、より効率的に熱膨張する残存気体をフィルムヒータの内部から外部へ放出することができる。

以下、本発明のフィルムヒータを実施例に基づいて具体的に説明する。

本実施例について、図１〜図６を用いて説明する。

まず、図１は、本実施例のフィルムヒータの平面概念図である。なお、図１は、本実施例のフィルムヒータの最も外側に位置する絶縁皮膜層（図３に示す）を除いた状態を示す。また、図２は、本実施例のフィルムヒータの一部を拡大した平面概念図である。さらに、図３は、図２に示すＩ−Ｉ位置の断面概念図である。

図１〜図３に示すように、本実施例のフィルムヒータは、主にヒータ線１と、接着皮膜層２（２１、２２、２３）と、絶縁皮膜層３（３１、３２）（図３に示す）と、通気路４とからなる。

ヒータ線１は、厚さ８０μｍ、幅２ｍｍの扁平帯状の耐熱金属箔から構成されている。図１または図２に示すように、ヒータ線１は屈曲して面状に展開した所定のパターンに配列されており、所定位置に係合部１１を複数箇所形成している。また、ヒータ線１の両端部には、それぞれリード線１０１が結線されている。

なお、本実施例では、ヒータ線１はニッケル−クロム合金を用いたが、この他にも、従来用いられるような鉄−クロム合金、ニッケル鉄合金、ＳＵＳ、アルミ、白金、鉄、ニッケルなどの合金や純金属などからなる発熱材料でもよい。その厚さや形状は、フィルムヒータの形状や消費電力、発熱分布に依存するため特に限定する事項ではなく、実施の際に適宜選択すればよい。

ヒータ線１は、基層とする接着皮膜層２１の表面において、後述する係合口２１０及び係合部１１を介して予め仮止めされる。そして、ヒータ線１を仮止めする接着皮膜層２１の両面に、接着皮膜層２２（２３）と絶縁皮膜層３１（３２）の順にそれぞれ積層される（図３に示す）。

本実施例では、基層とする接着皮膜層２１は一枚，接着皮膜層２２、２３はそれぞれ三枚の長方形ポリイミドフィルムを使用している。なお、本実施例の接着皮膜層２（２１、２２、２３）は、ポリイミドフィルム以外にも、熱形成、熱硬化性を有するものであれば採用できる。また、ポリイミドフィルムの使用枚数、形状、面積、厚さなどは、フィルムヒータの用途などに応じて最適化することができる。

また、絶縁皮膜層３（３１，３２）はそれぞれ一枚の長方形カプトシートを使用している。カプトシートの形状、面積、厚さなどはフィルムヒータのヒータ線１の配列や消費電力や用途に応じて適宜選択すればよい。なお、本実施例では、絶縁皮膜層３（３１，３２）は、カプトシートを使用しているが、カプトシートの他にも、電気絶縁性を持ち、耐熱性の有するシールであれば、ポリイミドフィルム、シリコンラバーシートなどの従来用いられるシートを採用することもできる。

本実施例では、接着皮膜層２（２１、２２、２３）及び絶縁皮膜層３（３１，３２）は、同じ形状であり、１１５ｍｍ×１３５ｍｍの長方形のものを用いた。また、リード線１０１が延出する辺部に凹状部分を有する。また、接着皮膜層２（２１，２２，２３）及び絶縁皮膜層３（３１，３２）の表面には、それぞれ予め貫通孔（図示せず）を設けることができる。これらの貫通孔を介してフィルムヒータを加熱装置に固定することができる。なお、これらの貫通孔は、ヒータ線１を避けた位置に形成される。

接着皮膜層２（２１，２２，２３）は、加熱により硬化してヒータ線１と絶縁皮膜層３（３１，３２）とを一体に接合している。具体的には、接着皮膜層２（２１，２２，２３）を介在した二枚の絶縁皮膜層３（３１，３２）の間にヒータ線１を挟持し、フィルムヒータの厚さ方向に所定の熱圧着力Ｎ１（図７を参照）を印加して加熱硬化させ、フィルムヒータを一体に形成する。なお、この際、ヒータ線１と接着皮膜層２（２１、２２、２３）との間において、圧着力（接着力）の弱い箇所に間隙９(図３に示す)が発生しやすく、空気などの気体が間隙９に残存することがある。

また、図４に示すように、ヒータ線１に当接する接着皮膜層２２，２３の側周端２００の付近には、通気路４が設けられている。通気路４はスリット４２から構成されている。接着皮膜層２２，２３に略均等に分布する複数本のスリット４２を設けることもできる。なお、図４は、本実施例のフィルムヒータの接着皮膜層２２，２３の平面概念図を示す。

また、図３、図５から理解できるように、通気路４を構成するスリット４２はヒータ線１に達しており、ヒータ線１に交差する交差部４２２を備えている。このため、間隙９は交差部４２２を介して通路４に連通されている。なお、図３は、スリット４２の長手方向に沿ったフィルムヒータの縦断面状態を示している。また、図５は、図２に示すＡ視方向の側面概念図を示す。

図５から理解できるように、通気路４（スリット４２）は、接着皮膜層２（２１，２２，２３）の側周端２００（図２に示す）に開口する開口４２０を備えている。これにより、間隙９内の空間に連通された通気路４は、開口４２０を介して外部に開放される。従って、間隙９内の空間に残存する気体（空気）がスリット４２で構成された通気路４を流れることができ、間隙９内の気体が加熱膨張された際に通気路４を介して外部へ放出することができる。よって、間隙９内の気体の熱膨張による体積拡張が有効に抑えられ、接着皮膜層２（２１，２２、２３）及び絶縁皮膜層３（３１，３２）がヒータ線１から剥離することをできるだけ抑制することができる。

本実施例では、接着皮膜層２２は３枚のポリイミドフィルムを使用しており、スリット４２が３枚のポリイミドフィルムに形成されているが、ヒータ線１に当接する一枚のポリイミドフィルムにのみスリット４２を形成することもできる。つまり、接着皮膜層２２において、ヒータ線１（間隙９）と交差する交差部４２２を形成できれば、スリット４２の高さを調整することができる。また、同様に、スリット４２の幅も、通気できるものであればよい。さらに、スリット４２の長さもヒータ線の形状などに応じて適宜選択することができる。

また、接着皮膜層２２の厚さは、必要に応じて使用されるポリイミドフィルムの枚数を変えることによって調整することができる。

本実施例では、接着皮膜層２２にスリット４２を形成しているが、同様に接着皮膜層２１，２３にもスリット４２を形成することもできる。また、接着方法により、接着皮膜層２を使わない場合、例えば機械的に絶縁皮膜層３とヒータ線１とを一体化する場合では、必要に応じて通気路４を絶縁皮膜層３に形成してもよい。

（その他）
図１または図２に示すように、接着皮膜層２１の表面の所定位置には、接着皮膜層２１の厚さ方向に貫通する係合口２１０が数箇所形成されている。一方、ヒータ線１は所定位置に係合部１１を備えている。接着皮膜層２１の一方の表面に配置されたヒータ線１の係合部１１は、接着皮膜層２１の係合口２１０に挿着され、接着皮膜層２１の他方の表面に仮止めして固定される（図６に示す）。なお、図６は図２に示すＩＩ−ＩＩ位置の断面を示すものである。

なお、本実施例では、係合部１１が帯状に形成されているが、四角形状の他に先端が尖った三角形状や先端が滑らかな半円形など、また線状、針状など、係合口２１０に挿着することが可能であればいずれの形状でも良い。なお、係合口２１０の形状も、特に限定されない。

本発明のフィルムヒータは、加熱装置に係る分野に使用することができる。

本発明の実施例におけるフィルムヒータの正面概念図である。 本発明の実施例におけるフィルムヒータの正面一部を拡大した概念図である。 本発明の実施例におけるフィルムヒータの図２に示すＩ−Ｉ位置の断面概念図である。 本発明の実施例におけるフィルムヒータの接着皮膜層の正面概念図である。 本発明の実施例におけるフィルムヒータの図２に示すＡ視方向の側面概念図である。 本発明の実施例におけるフィルムヒータの図２に示すＩＩ−ＩＩ位置の断面概念図である。 一般的なフィルムヒータを示す断面概念図である。

符号の説明

１：ヒータ線 １１：係合部 １０１：リード線
２、２１、２２、２３：接着皮膜層
２００：側周端 ２１０：係合口
３、３１、３２：絶縁皮膜層
４：通気路 ４２：スリット
９：間隙

Claims (5)

1. 屈曲して面状に展開したヒータ線と該ヒータ線の両面に積層された接着皮膜層とさらに両該接着皮膜層にそれぞれ積層された絶縁皮膜層とを有するフィルムヒータであって、
   前記ヒータ線と当接する少なくとも１枚の前記接着皮膜層は少なくとも該ヒータ線に達する少なくとも１本のスリットで形成された通気路を有することを特徴とするフィルムヒータ。
2. 前記ヒータ線は耐熱金属箔より形成されたものであることを特徴とする請求項１に記載のフィルムヒータ。
3. 前記接着皮膜層は加熱により硬化して前記ヒータ線と前記絶縁皮膜層とを一体に接合したものであることを特徴とする請求項１に記載のフィルムヒータ。
4. 前記通気路は前記スリットを持つ前記接着皮膜層の側周端に開口することを特徴とする請求項１に記載のフィルムヒータ。
5. 前記通気路は前記ヒータ線と少なくとも一箇所交差する交差部を持つことを特徴とする請求項１に記載のフィルムヒータ。

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