JPH1092557A - 面状発熱体およびその発熱量調整方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 厚膜印刷法で形成する面状発熱体に関するも
のであり、さらに詳細に述べると、面状発熱体の抵抗値
調整に効果的な構成および調整方法を提供するものであ
る。 【解決手段】 耐熱性絶縁基板１の表面に２つの電極２
と、その電極２間に接続された少なくとも１つ以上の面
状発熱回路３と、前記電極２間に前記面状発熱回路３と
並列に接続された少なくとも１つ以上の前記面状発熱回
路より抵抗値の大きい抵抗値調整回路４を形成し、該抵
抗値調整回路４中に形成された少なくとも一箇所以上の
抵抗値調整用パターン１５〜１８を順次切断し、前記電
極２間の抵抗値を調整して面状発熱体の発熱量を調整す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は面状発熱体およびそ
の発熱量の調整方法に関するものであり、さらに詳細に
述べると、面状発熱体の抵抗値を容易に調整できる新規
な構造およびその構成にもとづく発熱量の調整方法を提
供することである。

【０００２】

【従来の技術】現在、面状発熱体は、こたつやセラミッ
クファンヒーター等の熱源として広く使用されており、
その将来性は薄さの特徴を生かして壁や床暖房あるい
は、融雪用瓦への適用等多くの商品展開が検討されてい
る。面状発熱体としては熱可塑性プラスチックにカーボ
ン微粉末を分散させたＰＴＣ特性を有する発熱温度が８
０℃以下の低温タイプのものと、自己温度制御機能（特
異なＰＴＣ特性）を特徴とするチタン酸バリウムを主成
分とする焼結体や、絶縁性セラミック基板上に厚膜法や
薄膜法で発熱体を形成したり、ステンレススチールやア
ルミニウム等の金属箔を張り付けエッチング法等で発熱
体を形成した中温タイプのもの、および、アルミナを主
成分とするグリーンシート間にニッケル・クロム金属線
あるいは、発熱体用ペーストを印刷法で発熱体用回路パ
ターンを配し積層して焼結したものや、マイカ積層板中
に金属発熱線を封止したもの等の高温タイプのもの等が
商品化され、あるいは検討されている。

【０００３】これらの面状発熱体を実際の商品として市
場に提供するためには、その発熱体の抵抗値、すなわ
ち、消費電力を規格値内に収めないといけない。例え
ば、電気こたつの場合、日本工業規格（ＪＩＳ）Ｃ−９
２０９−９３、５.２消費電力の項目にその許容差とし
て次のように規定されている。定格消費電力１００Ｗ以
下の場合、±１５％以内、１００〜１０００Ｗの場合、
±１０％以内という規格があり、それを満足する面状発
熱体を提供しなければならない。前記した各種面状発熱
体において、薄膜法や金属箔のエッチング法で形成した
発熱体あるいは、金属抵抗体線、箔を用いたものは、そ
のパターン形状や厚み、線径が精度よく制御できるため
特別な抵抗値調整は必要ないようである。しかし、厚膜
法等で形成した発熱体回路は、そのパターン形状や膜厚
が製造ロット毎に変動し、かつ、焼成条件の変動などの
ため生産した発熱体の全数の抵抗値を前記規格値内に収
めることは非常に困難である。即ち、発熱回路を焼成後
個々に抵抗値を調整する手段を有していないと生産時の
歩留りが悪くなり、コストアップの大きな要因となる。

【０００４】一般に発熱回路の抵抗値を調整する方法と
しては、パターンの幅、長さ及び厚みを変えて抵抗値を
変えることができるが、一度焼成した面状発熱体の抵抗
値が規格値外のものを前記項目のどれかで調整すること
は量産目的には不向きである。また、ハイブリッドＩＣ
等の厚膜回路における抵抗値調整に用いられているトリ
ミング方法がある。その方法は、目標抵抗値より低めに
作製した抵抗パターンを、ＹＡＧレーザー等を用いてカ
ットし目標抵抗値まで抵抗値をアップさせ調整する方法
が用いられている。

【０００５】例えば、図３に示したように耐熱性絶縁基
板１上に電極２、抵抗体８をその一端が重なるように、
それぞれ厚膜印刷、塗布、スプレー、溶射等の方法で形
成し、焼成した発熱体パターンにおいて、その一部９を
カットして抵抗値を調整することができる。しかし、本
方法は、トリミングした部分の抵抗体の幅が狭くなって
おり、その部分が他の部分より抵抗値の高い部分とな
り、電圧が印加されるとその部分が電流が通りにくく、
従ってその部分がより高く温度が上昇する。最悪の場合
にはその部分が溶断することも起こり得る。そのため商
品化されている面状発熱体で発熱体パターンそのものを
トリミング法で抵抗値調整したものは見当たらない。

【０００６】ただ並列に形成された複数の抵抗体の一部
を切断する方式が、特公昭６３−４２８２５号公報に開
示されている。すなわち、図４に示したごとく集成マイ
カ板等の耐熱性絶縁基板１上に、スクリーン印刷・乾燥
・焼成技術を用いて、平行な２本の電極２を形成し、そ
の電極２に接続して実質的に同じサイズの複数本の面状
発熱回路１０を実質的に等間隔で前記技術を用いて形成
し、その一部１１の面状発熱回路パターンを切断し、面
状発熱体内の温度分布を均一にするというものがある。
この発明の主な目的は、面状発熱体内の温度の高い部分
の面状発熱回路パターンを切断し、その温度むらを少な
くすることであると説明されているが、並列に形成され
た面状発熱回路の抵抗値を変化させることにおいては抵
抗値調節の一つの方法である。また、別な方法として
は、面状発熱回路パターンの一部分の幅を予め広く形成
しておき、その幅を狭くカッティングすることにより抵
抗値を大きくする調整法も考えられている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかし、前述した従来
の抵抗値調整方法は問題点が多く実用化されているもの
は皆無である。すなわち、発熱パターンの幅あるいは長
さを変える方式は、電極・抵抗体パターン形成・焼成後
その抵抗値を計測し、その外れた値の大きさに応じて規
格値に入る幅、長さを有する印刷用スクリーンを用い
て、再度パターン形成、焼成しなければならず、幅、長
さの異なる複数枚の印刷スクリーンが必要である。この
方法は現実的でなく、実験室的には可能であるが、量産
プロセスとしては処理が煩雑すぎて適用は不可能に近
い。また、面状発熱回路の厚みを変える方法において
は、一度抵抗体パターン形成後、必要とする厚みに膜厚
を調整する方法であり、非常に困難であり非現実的方法
である。

【０００８】また、レーザートリマー装置を用いて面状
発熱回路パターンの一部をカットする方法は、抵抗値調
整のみを見れば大変簡単に、かつ、精度よく目的とする
抵抗値に調整することができるが、発熱体として用いる
回路の抵抗値調整法としては大きな問題を有している。
すなわち、一般的トリミング法は、パターンの一部を約
０.１ｍｍ程度の幅で削除してゆき、その部分のパター
ン幅を局部的に狭くし抵抗値を大きくしているため、そ
の近傍のみが他の部分より高抵抗となり、そのパターン
に通電するとトリミングされた箇所の周辺部で電流密度
が高くなり、その結果、局部的に異常発熱し、消費電力
の大きい発熱体ではその部分が焼損することとなる。

【０００９】また、前述の特公昭６３−４２８２５号公
報に開示されている方法は、面状発熱回路パターンに前
記したような問題を残すことなく抵抗値を調整すること
ができるが、面状発熱回路の抵抗値を規格値内に調整す
る方法としては不向きである。すなわち、該方法は発熱
体内の温度分布を均一にすることを目的とした方法を提
供するものであり、個々に作られた発熱体の抵抗値を一
定値内に調整する方法としては問題が多い。すなわち、
発熱体用パターンと抵抗値調整用パターンが同一である
ため温度分布に問題が無い場合には反対に温度分布を大
きくすることになる。

【００１０】

【課題を解決するための手段】このような従来の課題を
解決するため本発明の面状発熱体は、耐熱性絶縁基板の
表面に２つの電極と、その電極間に接続された少なくと
も１つ以上の面状発熱回路と、前記電極間に前記面状発
熱回路と並列に接続された前記面状発熱回路より抵抗値
の大きい抵抗値調整用回路を形成し、該抵抗値調整用回
路中に形成された少なくとも一箇所以上の、抵抗値調整
用パターンを順次切断し、前記電極間の抵抗値を調整す
ることを特徴としたものである。本発明によれば、発熱
特性、特に表面温度の場所による大きなバラツキが生ぜ
ず、かつ、面状発熱回路部が無傷な熱的あるいは電気的
に安定した面状発熱体の抵抗値調整が可能となる。

【００１１】すなわち、面状発熱回路部と抵抗値調整部
を別にしたパターン構成であり、そのために基板内の発
熱温度分布が面状発熱回路パターンの形状にのみおおむ
ね係わり、該パターンが基板内に均一に配置するパター
ン設計であれば基板全体がほぼ均一な温度分布を有する
面状発熱体を提供することができ、また、面状発熱回路
と並列に形成された抵抗値調整回路は、該抵抗値調整回
路を完全に切断して抵抗値を変えるのではなく、該抵抗
値調整回路中に複数個のトリミング用専用パターン部を
設け、該パターン部を切断することにより順次抵抗値を
変化させ、かつ、該抵抗値調整用回路の抵抗値が面状発
熱回路より大幅に大きいため、基板内の温度分布の均一
性にあまり影響することなく抵抗値を調整することがで
きる。

【００１２】

【発明の実施の形態】

（実施の形態）以下に本発明の請求項１ないし請求項６
に記載された発明の実施の形態について、図１、図２を
用いて説明する。

【００１３】図１は本発明の１つの実施形態の面状発熱
体の平面図を示したものであり、１は耐熱性絶縁基板で
あり、その基板の少なくとも一方の面に２つの電極２が
形成されており、その両電極２の間に蛇行した面状発熱
体回路３および前記面状発熱回路３と並列に２つの抵抗
値調整回路４が前記面状発熱回路３に並行して形成され
ている。前記抵抗値調整回路４中には少なくとも一箇所
以上の梯子状の抵抗値調整用パターン回路５が形成され
ている。

【００１４】この抵抗値調整用パターン回路５は、蛇行
により形成された並行する２本の抵抗線路を所定の間隔
でバイパス部１５−１〜１５−８、１６−１〜１６−
８、１７−１〜１７−８、１８−１〜１８−８により梯
子状に短絡したものである。本実施形態の面状発熱体の
作製法は、耐熱性絶縁基板１の表面に、スクリーン印刷
法で銀・パラジウム系ペーストを印刷・乾燥し電極２を
形成、次に発熱回路・抵抗値調整回路３、４を同じくス
クリーン印刷で形成し、それらの電極２と発熱回路３及
び抵抗値調整回路４を同時焼成する。発熱回路・抵抗値
調整回路３、４の材料は、銀・パラジウム系ペーストで
あり、前記電極２材料とは銀／パラジウムの比率あるい
は銀／パラジウムとフリットガラスとの比率が異なって
おり、発熱回路の抵抗値は前記銀／パラジウム及び銀・
パラジウム／フリットガラスの比率を変化させ調整す
る。焼成は厚膜焼成炉を用い、空気雰囲気中８５０℃、
keep時間７分で焼成した。面状発熱回路３と抵抗値調整
回路４の抵抗値総和が目的とする抵抗値より低く成るよ
うに形成する。

【００１５】次に前記電極２間の抵抗値を計測しながら
抵抗値調整用パターン５を希望する抵抗値になるまでト
リミングする。そのトリミング順序は短絡部１５−１→
１６−１→１７−１→１８−１、１５−２→１６−２→
１７−２→１８−２・・・の順に切断してゆく。すなわ
ち、抵抗値調整回路４につながる抵抗値調整パターン５
の最も短絡する部分から切断してゆき抵抗値を増加させ
ながら最適抵抗値までトリミングしてゆく。調整パター
ン中における電流の流れかたは、前記直列回路に最も近
い並列の回路パターンの一番電極に近いパターン部をほ
ぼ１００％近く流れる。従って前記並列パターンの次の
回路パターンは、回路構成にほとんど影響を与えていな
い。すなわち、あってもなくても同じといえる。しか
し、前記電極に最も近い並列回路パターンを切断する
と、前記２番目の回路パターン部が重要になってくる。
この方法によるトリミングでは最初の並列回路パターン
を切ったときが最も抵抗値変化が大きく、順次抵抗値変
化が小さくなる。すなわち、最初は粗トリミングで順次
密トリミングとなってゆく。

【００１６】その後、前記面状発熱回路３、抵抗値調整
回路４、その抵抗値調整用パターン回路部５及び前記面
状発熱回路３、抵抗値調整回路４と電極２とが重なった
部分６及び前記トリミングした部分を保護するために回
路保護用ガラスペーストを前記と同様にスクリーン印刷
し乾燥、焼成する。保護ガラスペーストは銀・パラジウ
ム系厚膜回路に通常用いられているものであり、通常の
焼成炉を用い５１０℃、keep時間７分で焼成した。

【００１７】前記発熱体回路と抵抗値調整用回路のパタ
ーン幅の比率は、１０対０.５〜２程度が最適である。
それより大きいと抵抗値調整時トリミング幅が狭くなり
すぎ目的値の抵抗値に合わせられないものも生産される
可能性がある。反対に小さいと抵抗値調整回路の発熱量
が無視できなくなり、面状発熱体内の温度分布のばらつ
きが大きくなりすぎる。また、抵抗値調整パターン５の
梯子状のバイパス回路の間隔は、図１のごとき等間隔で
もよく梯子の末端ほど広くなるパターンでもよい。ま
た、梯子の間隔を狭めるほどトリミング精度が向上す
る。その間隔は、目的とする発熱体の消費電力精度によ
り決定すればよい。

【００１８】また、前記耐熱性絶縁基板材料は、アルミ
ナやフォルステライトのごときセラミックスや耐熱性ガ
ラス、あるいは石英ガラス、または、金属基材の表面に
ホーロー材料を焼き付けたホーロー基板等、電気的絶縁
性を有し、目的とする発熱温度に耐える材料であれば何
等制約をうけるものではない。また、電極材料あるいは
抵抗材料は前記銀／パラジウム系に限定されるものでは
なく、通常の厚膜回路形成に用いられているもので熱
的、電気的に安定しているものであれば何等材料を選ぶ
ものではない。また、金属基材を下地に用いたホーロー
基板等は、抵抗値調整用パターンを切断するため、下地
基板と形成した回路部が短絡しないようにするためトリ
ミングする部分にアンダーコート層として絶縁性厚膜材
料を予め形成しておくほうがより信頼性的に安全であ
る。

【００１９】本発明の別な実施形態を図２を用いて説明
する。図２は抵抗値調整用パターンの形状が異なったも
のを提供するものであり、その抵抗値調整精度が前記図
１のものより良い別の方式を提供できるものである。図
２において、１は耐熱性絶縁基板であり、その表面には
銀・パラジウム系材料よりなる電極２が形成されてお
り、その両電極２間には蛇行した面状発熱回路３および
その面状発熱回路３に電気的に並列に挿入された抵抗値
調整回路４が形成されている。前記抵抗値調整回路４の
途中にはトリミングするための抵抗値調整用パターン５
が前記の蛇行した面状発熱回路３の間に位置するように
複数箇所に直線状に形成されている。図には示してない
が、回路全体を保護するための保護ガラスコート層が実
際の面状発熱体では付けられている。その作製方法、材
料等は前記図１で説明したのと重複するので省略する。

【００２０】図２において、抵抗値調整パターン５は抵
抗値調整回路４の途中に枝状に複数箇所形成されてお
り、そのパターン幅は、前記抵抗値調整回路４のパター
ン幅の少なくとも２倍以上に形成されている。該抵抗値
調整パターンは、その中央部分で分割トリミングされる
ため分割トリミング後の幅が抵抗値調整回路４の線幅よ
り小さいとその部分の電流密度が大きくなり異常発熱を
起こすため２倍以上の線幅が必要である。抵抗値調整時
は、前記抵抗値調整パターン５の前記抵抗値調整回路４
に接続した部分をそのパターンの中心線部分を割るよう
にトリミングする。実際にトリミングした状態を図２の
７に示している。このようにトリミングすることにより
抵抗値調整回路４のパターン長が長くなり、その結果発
熱体全体の抵抗値が増加するため抵抗値調整が行える。
前記図１の抵抗値調整は不連続な抵抗値変化であったが
本実施形態のものは連続した抵抗値調整が可能である。

【００２１】

【発明の効果】以上のように本発明の面状発熱体および
その発熱量調整方法によれば、面状発熱回路部と抵抗値
調整回路部が別であるため発熱基板内の温度分布を均一
に保った状態で抵抗値調整ができる。その別な理由は、
抵抗値調整回路を切断するのではなく該回路中に抵抗値
調整用パターンを有し、該パターンをトリミング専用パ
ターンとし、該パターン部を順次切断し面状発熱回路全
体の抵抗値を順次増加させ、目的抵抗値を得る新規な回
路パターンを用いるところにある。一つは直列回路中に
並列の梯子状の抵抗値調整パターンを有し、該梯子を一
段ずつ順次切断してゆく特殊な形状によるためであり、
さらにもう一つの回路は、抵抗値調整回路の長さを順次
増加させて抵抗値を調整できるためである。また、最後
まで抵抗値調整回路は生きた状態であるため、発熱に対
する寄与は少ないが発熱回路として無駄がなく全てのパ
ターンが発熱体として働き、かつ、温度分布の均一性に
も寄与している。また、本来の面状発熱回路部は全く無
傷な状態で抵抗値を調整できるため、発熱体回路の局所
的高電流密度の領域が無く安全に使用できる。また、本
発明の抵抗値調整法は、面状発熱回路に並列に形成され
た抵抗値調整用回路の抵抗値をトリミングにより増加し
てゆく方法のため、トリミングの初期は抵抗値増加が大
きくトリミングが進むに従って抵抗値増加率が減少する
という特性を有しているため、目的とする抵抗値に近づ
くほどトリミング精度が良くなるという特徴を持ってい
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第一の実施の形態による面状発熱体の
パターン平面図

【図２】本発明の第二の実施の形態による面状発熱体の
パターン平面図

【図３】従来の面状発熱体の一例を示す平面図

【図４】従来の面状発熱体の他の例を示す平面図

【符号の説明】

１ 耐熱性絶縁基板 ２ 電極 ３、８、１０ 発熱体回路 ４ 抵抗値調整回路 ５ 抵抗値調整用パターン ６ 発熱回路と電極部の重なり部 ９、１１ 抵抗トリミング部

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】耐熱性の絶縁基板の表面に設けられた２つ
   の電極間に形成された面状発熱回路と並列になるように
   途中に抵抗調整用パターンを有する抵抗値調整用回路を
   形成し、その抵抗値調整用回路の前記両電極間の抵抗値
   を前記面状発熱回路の抵抗値より大きく設定した面状発
   熱体。
2. 【請求項２】前記抵抗値調整用回路は、前記両電極間に
   蛇行して形成された面状発熱回路と並行して蛇行して形
   成されており、前記抵抗調整用パターンは蛇行した抵抗
   値調整用回路をバイパスする複数のバイパス回路より構
   成されていることを特徴とする請求項１記載の面状発熱
   体。
3. 【請求項３】前記面状発熱回路は前記両電極間に蛇行し
   て形成されており、前記抵抗調整用パターンは蛇行した
   前記面状発熱回路の間に位置するように前記抵抗値調整
   用回路から分岐して直線的に伸びる直線状体であり、そ
   の直線状体の幅は前記抵抗値調整用回路の幅より２倍以
   上広く構成されていることを特徴とする請求項１記載の
   面状発熱体。
4. 【請求項４】耐熱性絶縁基板の表面に設けられた２つの
   電極間に形成された面状発熱回路と、前記電極間に前記
   面状発熱回路と並列に接続された少なくとも１つ以上の
   前記面状発熱回路より抵抗値の大きい抵抗値調整用回路
   を形成し、該抵抗値調整用回路中に形成された少なくと
   も一箇所以上の、抵抗値調整用パターンを順次切断し、
   前記両電極間の抵抗値を調整することを特徴とする面状
   発熱体の発熱量調整方法。
5. 【請求項５】抵抗値調整回路中に形成された抵抗値調整
   用パターンは蛇行した抵抗値調整回路をバイパスする複
   数のバイパス回路より構成されており、その複数のバイ
   パス回路の前記電極に最も近い部分のバイパス回路から
   順次切断してゆき、前記両電極間の抵抗値を調整するこ
   とを特徴とする請求項４に記載の面状発熱体の発熱量調
   整方法。
6. 【請求項６】抵抗値調整回路中に形成された抵抗値調整
   用パターンは、蛇行した前記面状発熱回路の間に位置す
   るように前記抵抗値調整回路から分岐した直線状のパタ
   ーン形状を有し、その直線状パターンの幅が前記抵抗値
   調整回路のパターン幅の少なくとも２倍以上であり、前
   記直線状パターンの中心線部分をトリミングしてゆき前
   記両電極間の抵抗値を調整することを特徴とする請求項
   ４記載の面状発熱体の発熱量調整方法。