JPH0388294A - 強誘電体セラミック発熱素子 - Google Patents

強誘電体セラミック発熱素子

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JPH0388294A
JPH0388294A JP21157089A JP21157089A JPH0388294A JP H0388294 A JPH0388294 A JP H0388294A JP 21157089 A JP21157089 A JP 21157089A JP 21157089 A JP21157089 A JP 21157089A JP H0388294 A JPH0388294 A JP H0388294A
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シー ユイ チェン
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は発熱素子に関し、特に強誘電絶縁体セラミック
発熱素子に関する。
〔従来の技術〕
従来からのセラミックヒータは主として半導体磁器(抵
抗係数103オームセンチメートル以下)を発熱素子と
し、普通の抵抗加熱器と同様に、通電して発生するジュ
ール熱を利用している。このような半導体磁器発熱素子
は、現今、主として、(Ba  、 Pb)TiO2な
どの、いわゆる正温度係数(PTC)セラミックを基体
として使用′している。
〔発明が解決しようとする課題〕
上述の従来技術において、正温度係数セラミッりは、あ
る特定の温度になると急激に抵抗値を増加し、電流が流
れにくくなり、発熱量が減少する正の抵抗温度特性を有
するので、過熱することがなく、温度を一定に保ち、電
気製品の安全性を向上させる利点があることがよく知ら
れているが、製造過程において多くの変数に影響され、
安定な特性の再現特性を安定に保持し難いのみならず、
たとえば、耐電圧性が下回ることでもあると、実用上、
時々電圧の変動によって破壊され、火災さえを起こしか
ねない。その上、電流により発熱作用をするので、キュ
リー温度に達すると、オン/オフ切り替え瞬間の電流振
動によるサージ電流に干渉される欠点があることもよく
知られている。
上記欠点に鑑み、この発明は、製作が簡単で、耐電圧性
が高く、正温度係数セラミックと同様に温度を一定に保
つことができ、また、電圧の印加により発熱作用をする
、強誘電絶縁体セラミックを用いた発熱素子を提供する
ことを目的とする。
〔課題を解決するための手段〕 本発明は、上記目的を達成するために、交流電圧を印加
することによって強誘電絶縁体セラミックを発熱素子の
発熱体とすることを要旨とする。
W、Kanzigの“Ferrolectrics a
nd Antiferro−electrics”、 
Academic Press(1957)と、B、J
affe+RJ、Cook  and  H,Jaff
eの“Piezoelectric  Cerasic
sAcademic Press(1971)と、J、
Grindlayの“AnIntroduction 
 to  the  Phenosenologica
l  Theoryof Ferroelectric
ity’、 PergasonPress(1970)
などの文献から分かるように、強誘電体セラミックなど
のイオン結晶は絶縁体で、普通の抵抗加熱器に使用され
ている高抵抗導体ないし従来のセラミックヒータに使用
されている半導体磁器とまったく異なり、電流が通過で
きないのみならず、また、自発分極をもつ上、電界など
の外力を加えた時、電気分極を更に進んで生じさせるこ
とができるので、従来からよくコンデンサーや圧電素子
の基体として利用されている。しかしながら、強誘電体
セラミックをコンデンサーの基体とした場合、該コンデ
ンサーを電気分極させて充電する時、もし、電界が時間
的に変化すると、分極された電気双極子は変動電界に作
用されてスピンし、電気双極子同志間に摩擦が生じて発
熱し、誘電損失をもたらす恐れがあるので、電圧はlO
ボルトくらいの低電圧しか使用できず、誘電損失をなる
べく抑制して蓄電容量を増加することを目標とし、また
、圧電素子の基体とした場合、高電圧の直流電界を印加
して成極させた後使用するので、機電変換効率を強調し
、誘電損失をもなるべく抑制することなどが現状である
この発明の強誘電体セラミツク発熱素子は上記コンデン
サーおよび圧電素子と正反対で、強誘電体の上記誘電損
失を利用すること、即ち、誘電発熱現象を良く発揮させ
てその加熱作用を利用しようとすることを主眼とする。
〔作 用〕
このように構成した発熱素子は、交流電圧を印加して該
強誘電絶縁体セラミックの電気双極子をスピンさせるこ
とにより、電気双極子同志間に摩擦をもたらせて発熱さ
せることができる。
この発明の上記またその他の目的、特徴および利点は、
図面を参照しての以下の実施例の詳細な説明から一層あ
きらかとなろう。
〔実施例〕
以下、本発明の実施例を図面に沿って説明する。
第1図および第2図に示すように、構造面からみれば、
この発明の強誘電体セラミツク発熱素子lは強誘電体セ
ラミック10を基体としてその両端に電極11 、12
を形成することで済むが、次に述べるのはその技術上の
欠かすことができない要件である。
上記のように、強誘電絶縁体に、交流電圧、すなわち、
周波数0ヘルツ以上の変動電界を印加すると、該変動電
界に作用されて、繰り返してスピンすることにより、摩
擦発熱作用をすることができる電気双極子をもつが、強
誘電体といえども、キュリー温度(Tc)があって、こ
のキュリー温度を越えると、誘電係数が急に下がり、温
度を引続きあげることができないので、この発明はキュ
リー温度が室温以上の強誘電絶縁体に限られる。また、
強誘電絶縁体として下記の例のペロブスカイト型構造を
有し、かつ、キュリー温度以下の温度において正方晶系
を呈する材料から作られる。
例I  BaTiOs (Tc=130℃)Tcを降下
させるよう、BaTi0.には5rTiOsを添加する
ことができ、また、Tcを増加させるよう、BaTi0
+にはPbTiOsを添加することができる。
例2  Pb(ZrxTi+−x)Os [x=0 1
1必要に応じ、軟性や硬性の配分を添加することができ
、例えば、 (PbXSrt−J  [(Zro、s*Tio、am
)+−y (Sb+zJb+zz)] 0x(PblS
rs−x)  [(Zro、5zTio、n*)+−y
 (Mn+zsNbzzs)] Osなどが挙げられる
次に、試験データを参照しながらこの発明の詳細な説明
する。
試片1−4は下記の配分に従って作られた。
試片1(1)0.93モルBaTiOs+0.07モル
5rti6s試片2(2)0.89モルBaTiO3+
 0.11モル5rTiO,。
試片3(3)0.92モルBaTiOs+0.08モル
PbTi0z試片4(4)純BaTiO3 参照のために、上記成分PbTiOs 、 BaTiO
sおよび5rTiO+のキュリー温度(Tc)および分
子量を下記のように羅列する。
PbTi0.  Tc= 363℃ 分子量=303,
067 g 1モルBaTiOs  Tc−120℃ 
分子量=233.207 g 1モル5rTiOs  
Tc=−163°C分子量−183,479g 1モル
上配賦片は、まず、上記の配分をボールミルにおいて6
時間粉砕混合した後、乾燥してから、1000℃の下で
燗焼し、そして、再びボールミルにおいて6時間粉砕混
合し、次いで、乾燥してから直径20■、厚さl閣の薄
錠状に圧!底形し、そして、1350℃の下で焼結した
後、電極層を形成するように製作した。
上記電極層は銀電極やアルミ電極などの導電性金属を使
用すれば良いが、この実施例ではDupont7095
の銀電極グルーを使用し、焼結前の厚さは約lam−1
,5mで、焼結後の厚さは1100p未満である。
上記試片を、第3図に示すように、クリップ31で、八
l tOs製の絶縁材32を介して試片33を固定し、
該試片33に所定の交流電界を印加し、また、温度測定
器34によってその温度を測定するように、下記の試験
を行なった。
試験l 誘電率を変化させながら試片1−試片4の温度をそれぞ
れ測定したところ、第4図のようなグラフが得られる。
このグラフから分かるように、試片1(1)−試片4(
4)のTcはそれぞれ約90”C,105℃、155°
C,130℃である。
即ち、この試験から、キュリー温度が室温以上の強誘電
体は、製造が簡単でかつ、再現性及び生産率も良い、一
般ありふれた、誘電セラミックから容易に選ばれること
が知られる。
試験2 電圧を変化させながら試片l−試片4の温度をそれぞれ
測定したところ、第5図のようなグラフが得られる。こ
のグラフから分かるように、試片の作業温度は電圧の増
加に伴って段々上がるが、一定温度に達すると、平穏に
なって最高作業温度になる。この最高作業温度はそれぞ
れ約90℃。
105℃、155℃、130℃で、上記それと対応する
キュリー温度と等しい。
即ち、この試験から、強誘電体セラミックはキュリー温
度に達すると、その温度を引続きあげることができなく
、一定に保持することができ、正温度係数作用と同様な
効果があり、また、1III+1のセラミックに対し2
KVの電圧を印加しても、破壊されず、耐電圧性が良い
ことが知られる。
次に、試片4を例としてその作用電流をチエツクする。
試験3 電圧を変化させなから試片4の電流を測定したところ、
第6図のようにグラフが得られる。このグラフから分か
るように、試片4に流れる電流は、電圧を上げると共に
大になるが、電圧が試片4のキュリー温度に対応する電
圧(約1. I KV、第5図参照)に上げると、電流
は急にほぼ0近くに至るほどさがる。
即ち、この試験から、強誘電体セラ粟ツクは純コンデン
サー特性があり、かつ、一定の温度を保てることが知ら
れる。
試験4 電力を変化させながら試片4 (BaTi03 、 T
c=130°C)およびPZTセラミック材試片(Pb
(ZrTi)OsTc= 300℃)の温度を測定した
ところ、第7図および第8図のようなグラフがそれぞれ
得られる。
このグラフから分かるように、試料4は温度が100°
Cに近付くと段々カーブが緩やかになるが、PZTセラ
電ツタ材試料は、温度が電力に伴って正比例に上がる(
試験は170℃まで行なう)。
この試験から、この発明の強誘電体セラミック発熱素子
は誘電発熱作用を有するが、需要に応じる所定温度を保
つよう、キュリー温度に基づき材料をよく選択しなけれ
ばならないことが知られる。
〔発明の効果〕
上記実施例および試験例により証明できるように、この
発明の強誘電絶縁体セラミック発熱体は強誘電体セラミ
ックを発熱素子の発熱体としたので、交流電圧を印加し
て該強誘電絶縁体セラミックの電気双極子をスピンさせ
ることにより、電気双極子同志間に摩擦をもたらせて発
熱させることができ、また、キュリー温度に達すると、
一定の温度を保持することができるので、電気製品の安
全性を向上させる利点があるのみならず、製作過程も簡
単で、再現性が良く、また、耐電圧性が高くて電圧変化
に破壊されにくく、火災を防止することができ、その上
、電圧により発熱作用をするので、オン/オフ切り替え
瞬間の電流振動によるサージ電流に干渉される欠点もな
い。
【図面の簡単な説明】
第1図はこの発明の強誘電体セラミック発熱素子の断面
構成図で、第2図(A)は前記発熱素子を使用して組み
立てた発熱装置の斜視図で、第2図(B)は第2図(A
)の断面構成図で、第2図(C)および第2図(D)は
該発熱素子の電極層配列を示す側面図で、第3図は発熱
素子の発熱を測定するためのテスト方式で、第4図は強
誘電体セラミック試片の誘電率−温度関係を示す曲線図
で、第5図は強誘電体セラミック試片の作業温度−作業
電流関係を示す曲線図で、第6図は強誘電体セラミック
試片の作業電流−作業電圧関係を示す曲線図で、第7図
および第8図はそれぞれBaTi03試片とPZT試片
の電力−温度関係を示すグラフである。 1・・・強誘電体セラミック発熱素子、lO・・・強誘
電体セラミック、11 、12・・・電極層、(1)・
・・試片1、    (2)・・・試片2、(3)・・
・試片3、    (4)・・・試片4.31・・・ク
リップ、    32・・・A ffi gos絶縁体
、33・・・試片、      34・・・温度測定器
。 2 桑1 ■ 竜2 ■ (C) (D) 鵬2図 183辺 温度(”c ) 易4図 鵬5 図 V 第6掬 ワット 櫓7母 桑8 図

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、強誘電絶縁体セラミック体に交流電圧を印加して該
    強誘電絶縁体セラミック体を発熱させることを特徴とす
    る発熱素子。 2、強誘電絶縁体セラミックを基体としてその表面に2
    電極を形成し、この2電極に交流電圧を印加して該基体
    を発熱させることを特徴とする請求項1記載の発熱素子
    。 3、キュリー温度が室温以上にある強誘電絶縁体セラミ
    ックを基体としてその表面に2電極を形成し、この2電
    極に交流電圧を印加して該基体を発熱させることを特徴
    とする請求項1記載の発熱素子。 4、キュリー温度が室温以上にある強誘電絶縁体セラミ
    ックを基体としてその両端に電極を形成し、該両電極に
    0.5KV/mm以上の電界を発生させうる、周波数0
    ヘルツ以上の交流電圧を印加して該基体を発熱させるこ
    とを特徴とする請求項1記載の発熱素子。 5、請求項1記載の発熱素子を使用した加熱機器。
JP21157089A 1989-08-18 1989-08-18 強誘電体セラミック発熱素子 Granted JPH0388294A (ja)

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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5724974A (en) * 1980-07-22 1982-02-09 Canon Inc Fixing device
JPS57194479A (en) * 1981-05-25 1982-11-30 Ngk Insulators Ltd Heating element
JPS5845785A (ja) * 1981-09-15 1983-03-17 レノツクス・インステイテユ−ト・フオ−・リサ−チ・インク 浮選とろ過とにより水を浄化する方法および装置

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