JP2017117525A

JP2017117525A - ヒータ

Info

Publication number: JP2017117525A
Application number: JP2015248315A
Authority: JP
Inventors: 誠三堂; Makoto Sandou
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2015-12-21
Filing date: 2015-12-21
Publication date: 2017-06-29

Abstract

【課題】ヒータパターンとセンサパターンの温度変化の時間差を低減する。【解決手段】本発明のヒータ１は、複数のセラミック層１の積層体から成る基体１１と、前記複数のセラミック層１の層間に設けられた発熱パターン２と、前記発熱パターン２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３とを備えており、前記発熱パターン２と前記センサパターン３とが前記積層体の積層方向において重なっている。【選択図】図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。

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。

特開平９−１４８０５３号公報

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。

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。

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。

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。

本発明のヒータの一実施形態の分解斜視図である。変形例のヒータを示す分解斜視図である。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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

Claims

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。
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。
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。
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。