JP3145389B2 - 発熱体 - Google Patents

発熱体

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【発明の詳細な説明】 (イ)産業上の利用分野 本発明は、家庭又は産業界で使用可能な、電気抵抗熱
を利用した発熱体に関する。
(ロ)従来の技術 この種の従来技術としては、特開昭57−128003号にお
いて、タングステンとモリブデンを所定比率で含有する
発熱抵抗パターン形成用メタライズ組成物が開示されて
いるが、この場合の抵抗温度係数(以下TCRという)は
約3000ppm/℃と大きい。
又、特開昭53−50498号においては、ケイ化モリブデ
ン系抵抗組成物の製法が開示されているが、この場合の
TCRは比較的低いが、面積抵抗は19.8Ω/sqと高い。
(ハ)発明が解決しようとする問題点 一般に導電粉末とガラスフリットとを混合し、これに
バインダーを混ぜてペーストとして、スクリーン印刷法
で、所定パターンに印刷し、乾燥、焼成して形成する発
熱体、いわゆるグレーズ発熱体から構成されるセラミッ
クヒーターにおいては、その機能を十分に発揮するため
の重要な要素として、低い抵抗値と低いTCRが要求され
る。
なぜなら、抵抗値が低くなれば、その発熱体の厚みを
薄くできることによって、ヒーターの均一な発熱のため
に必要な任意のパターンに形成できる。又、低いTCRが
得られればスイッチを入れた直後の初期電流値と、ヒー
ター使用中の高温時の定常電流値との差が小さくなる。
即ち、ヒーターに通電直後に流れる電流値が小さく、一
般家庭で使用されるヒーターに使用可能であるが、逆に
TCRが大きい場合には通電直後の電流値が大きくなり、
周辺設備も大きくなる。
従来の発熱体では抵抗値は低くてもTCRが高いか又はT
CRは低くても抵抗値は高いというものが多く、両方を満
足するものはなかった。本発明では、両方を満足する発
熱体を提供する。
(ニ)問題点を解決するための手段 本発明は次の各項の発明よりなる。
(1)ケイ化モリブデンからなる導電物質とガラスフリ
ットとの混合物に、添加剤として、チタン、ニッケル、
マンガン、鉄、コバルト、銅、亜鉛、銀、カドミウム、
スズ、インジウム、アンチモン、ビスマスの金属粉及び
前記金属の金属酸化物粉の内の少なくとも1種を添加、
混合して得られた発熱体組成物であって、該発熱体組成
物を厚膜状に成形、焼成して作製した厚膜状発熱体の25
℃における面積抵抗値が3.5Ω/sq以下であり、該厚膜状
発熱体の抵抗温度係数(TCR)が300〜1350ppm/℃である
発熱体組成物を焼成して得られたことを特徴とする発熱
体。
(2)発熱体組成物の導電物質がケイ化モリブデンであ
り、ケイ化モリブデンとガラスフリットの混合比率が、
ケイ化モリブデン/ガラスフリット=70/30〜95/5(重
量比)である第1項記載の発熱体。
(3)発熱体組成物の導電物質とガラスフリットの混合
物100重量部に対する添加剤の添加量が、1〜20重量部
である第1項又は第2項記載の発熱体。
(4)ガラスフリットが非晶質ガラスである第1項、第
2項又は第3項記載の発熱体。
(5)ガラスフリットが、熱処理することにより結晶を
析出するガラスであって、MIIO:5〜50重量%、B2O3:20
〜80重量%、▲MIII 2▼O3:0〜10重量%、▲MI 2▼O:0
〜5重量%、SiO2:0〜40重量%、Al2O3:0〜40重量%、B
i2O3:0〜10重量%、核形成剤:0〜20重量%(但し、MI
アルカリ金属の内の少なくとも1種、MIIはアルカリ土
類金属の内の少なくとも1種、MIIIはスカンジウム、イ
ットリウム及びランタニドの内の少なくとも1種、核形
成剤は、TiO2、ZrO2、P2O5、SnO2、ZnO、MoO3、Ta2O5
Nb2O5、As2O3の内の少なくとも1種)の組成を有するこ
とを特徴とする第1項、第2項又は第3項記載の発熱
体。
本発明は、ケイ化モリブデンからなる導電物質とガラ
スフリットとの混合物に、添加剤として、チタン、ニッ
ケル、マンガン、鉄、コバルト、銅、亜鉛、銀、カドミ
ウム、スズ、インジウム、アンチモン、ビスマスの金属
粉及び前記金属の金属酸化物粉の内の少なくとも1種を
添加、混合して得られた発熱体組成物であって、該発熱
体組成物を厚膜状に成形、焼成して作製した厚膜状発熱
体の25℃における面積抵抗値が3.5Ω/sq以下であり、該
厚膜状発熱体の抵抗温度係数(TCR)が300〜1350ppm/℃
である発熱体組成物を焼成して得られる発熱体である。
本発明の添加剤の添加割合は、導電物質とガラスフリ
ットの混合物100重量部に対して、1乃至20重量部であ
ることが特に好ましい。即ち、添加剤の添加割合が1重
量部未満の場合、添加による顕著な効果がみられず、添
加割合が20重量部を超えると、発熱体の膨張係数が大き
くなって、基板の膨張係数との差が大きくなるため、反
りが生じる。
ガラスフリットとしては、結晶化ガラスでも、非晶質
ガラスでも使用することができる。
結晶化ガラス(熱処理することにより結晶を析出する
ガラス)の組成及びこれと導電物質との混合比率は、本
願出願人の特開平2−283001号に開示されているよう
に、以下の組成、混合比率であることが好ましい。
即ち、結晶化ガラスフリットは、以下の組成を有する
ことが好ましい。
MIIO:5〜50重量% 特に好ましくは、25〜45重量% B2O3:20〜80重量% 特に好ましくは、20〜60重量% ▲MIII 2▼O3:0〜10重量% 特に好ましくは、1〜5重量% ▲MI 2▼O:0〜5重量% 特に好ましくは、0〜5重量% SiO2:0〜40重量% 特に好ましくは、2〜10重量% Al2O3:0〜40重量% 特に好ましくは、2〜10重量% Bi2O3:0〜10重量% 特に好ましくは、5〜10重量% 核形成剤:0〜20重量% 特に好ましくは、0〜20重量% (但し、MIは、一種以上のアルカリ金属) (但し、MIIは、一種以上のアルカリ土類金属) (但し、MIIIは、スカンジウム、イットリウム及び/又
はランタニド) (但し、核形成剤は、TiO2、ZrO2、P2O5、SnO2、ZnO、M
oO3、Ta2O5、Nb2O5、As2O3の少なくとも1種又は2種以
上) 導電物質は、ケイ化モリブデン、ケイ化チタン、ケイ
化タングステン、ケイ化マンガン、ケイ化ニッケル、ケ
イ化タンタル、硼化モリブデン、炭化ケイ素、炭化モリ
ブデン等の一又は二以上から選択することができる。
導電物質としてケイ化モリブデンを選択する場合、ケ
イ化モリブデンとガラスフリットの混合比率は、30/70
〜95/5重量比であることが好ましく、70/30〜95/5重量
比であることがより好ましい。
(ホ)効果 本発明によれば、上記のような特定の金属酸化物粉及
び/又は金属粉を添加した発熱体組成物を用いることに
より、低抵抗値であって且つ低TCRの発熱体が得られ
る。
その結果、 (1)任意の形状の発熱パターンを形成可能となり、 (2)発熱温度の均一化により耐熱衝撃性が向上し、 (3)初期電流と定常電流の差を小さくし、ヒーター周
辺装置の小型化が可能となる。
本発明の発熱体は、以下の実施例で示した如く、発熱
体組成物をペーストとして基板に印刷して作製する外、
グリーンシートに挟んで焼結したり、プレスして棒状等
の成形体とし、前記成形体の状態で焼成したり、前記成
形体をセラミック粉末に埋め込み焼成することでも作製
できる。このように、本発明の発熱体の適用態様は、以
下の実施例に記した適用態様に限定されない。
(ヘ)実施例1 重量比でMgO:2.9%、CaO:1.6%、BaO:22.3%、B2O3:4
0.7%、SiO2:3.9%、Al2O3:6.7%、TiO2:16.9%、La
2O3:5.0%の組成になるように、それぞれ炭酸塩、水酸
化物、酸化物等の原料を選択し、調合し、1350℃で90分
間溶融後、ロールで急冷し、ガラスフレークを作った。
得られたガラスフレークをボールミルで6時間粉砕し、
平均粒径2〜3μmのガラスフリットを得た。
このガラスフリットと、平均粒径約3μmのケイ化モ
リブデン、及び特定の金属酸化物粉及び/又は金属粉を
表1の試料番号2乃至23に示した割合で十分混合した
後、その混合物と有機高分子(例えばアクリル樹脂)を
バインダーとするビヒクルを約80:20の比率(重量比)
で十分混合し、ペーストとした。
このペーストを200メッシュスクリーンでアルミナ基
板上に厚み約20μmで印刷し、120℃で15分間乾燥後、
窒素雰囲気中で1000℃で10分間焼成し、発熱体とした。
焼成後、発熱体の抵抗値を4端子法で測定し、TCRは2
5℃と125℃の抵抗値から算出した。その結果を表1(試
料番号2乃至23)に示す。
尚、TCR(ppm/℃)の算出式は、以下のとおりであ
る。
(比較例) 特定の金属酸化物粉又は金属粉を添加しない以外は実
施例1と同様にして、発熱体を作製し、その抵抗値とTC
Rを測定し、その結果を表1の試料番号1に示す。
(ト)実施例2 重量比で、BaO=32.0%、B2O3=47.0%、La2O3=5.0
%、SiO2=4.0%、Al2O3=7.0%、Bi2O3=5.0%の組成
になるように、それぞれ炭酸塩、水酸化物、酸化物等の
原料を選択し、調合し、1300℃で90分間溶融後、ロール
で急冷し、ガラスフレークを作った。得られたフレーク
をボールミルで6時間粉砕し、平均粒径2〜3μmのガ
ラスフリットを得た。
このガラスフリットと、平均粒径約3μmのケイ化モ
リブデン、及び特定の金属酸化物粉及び/又は金属粉を
表2の試料番号2乃至4に示した割合で十分混合した
後、その混合物と有機高分子(例えばアクリル樹脂)を
バインダーとするビヒクルを約80:20の比率(重量比)
で十分混合し、ペーストとした。
このペーストを200メッシュスクリーンでアルミナ基
板上に厚み約20μmで印刷し、120℃で15分間乾燥後、
窒素雰囲気中で1000℃で10分間焼成し、発熱体とした。
焼成後、発熱体の抵抗値を4端子法で測定し、TCRは25
℃と125℃の抵抗値から算出し、その結果を表2の試料
番号2乃至4に示す。
(比較例) 特定の金属酸化物粉又は金属粉を添加しない以外は実
施例2と同様にして、発熱体を作製し、その抵抗値とTC
Rを測定し、その結果を表2の試料番号1に示す。
実施例1及び2の本発熱体にガラスでオーバーコート
層を施すことにより漏電防止能が付与されるだけでな
く、60℃、95%RH中1000時間放置しても抵抗の変化はみ
られず、より良好な発熱体が得られることがわかった。
使用するガラスは発熱体と膨張係数が合致したもので、
発熱体と反応しないガラスが望ましい。オーバーコート
の方法は、ガラスの組成を選択することにより、発熱体
との同時焼成も可能であり、オーバーコートすることに
よる性能上の低下はみられない。

Claims (5)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】ケイ化モリブデンからなる導電物質とガラ
    スフリットとの混合物に、添加剤として、チタン、ニッ
    ケル、マンガン、鉄、コバルト、銅、亜鉛、銀、カドミ
    ウム、スズ、インジウム、アンチモン、ビスマスの金属
    粉及び前記金属の金属酸化物粉の内の少なくとも1種を
    添加、混合して得られた発熱体組成物であって、該発熱
    体組成物を厚膜状に成形、焼成して作製した厚膜状発熱
    体の25℃における面積抵抗値が3.5Ω/sq以下であり、該
    厚膜状発熱体の抵抗温度係数(TCR)が300〜1350ppm/℃
    である発熱体組成物を焼成して得られたことを特徴とす
    る発熱体。
  2. 【請求項2】発熱体組成物の導電物質がケイ化モリブデ
    ンであり、ケイ化モリブデンとガラスフリットの混合比
    率が、ケイ化モリブデン/ガラスフリット=70/30〜95/
    5(重量比)である請求項1記載の発熱体。
  3. 【請求項3】発熱体組成物の導電物質とガラスフリット
    の混合物100重量部に対する添加剤の添加量が、1〜20
    重量部である請求項1又は2記載の発熱体。
  4. 【請求項4】ガラスフリットが非晶質ガラスである請求
    項1、2又は3記載の発熱体。
  5. 【請求項5】ガラスフリットが、熱処理することにより
    結晶を析出するガラスであって、MIIO:5〜50重量%、B2
    O3:20〜80重量%、▲MIII 2▼O3:0〜10重量%、▲MI 2
    ▼O:0〜5重量%、SiO2:0〜40重量%、Al2O3:0〜40重量
    %、Bi2O3:0〜10重量%、核形成剤:0〜20重量%(但
    し、MIはアルカリ金属の内の少なくとも1種、MIIはア
    ルカリ土類金属の内の少なくとも1種、MIIIはスカンジ
    ウム、イットリウム及びランタニドの内の少なくとも1
    種、核形成剤は、TiO2、ZrO2、P2O5、SnO2、ZnO、Mo
    O3、Ta2O5、Nb2O5、As2O3の内の少なくとも1種)の組
    成を有することを特徴とする請求項1、2又は3記載の
    発熱体。
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