JPS6019632B2 - セラミックヒ−タ−用抵抗ペ−ストの製造法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はセラミックの表面もしくは内層面に抵抗回路を
形成する場合に用いるセラミックヒーター用抵抗ペース
トの製造法に関する。

セラミック基板上に厚膜手法等により抵抗被膜を設け、
該抵抗被膜に通電して発熱させるセラミックヒーターが
ある。

これら従来からのセラミックヒーターは湿気や酸素の影
響により抵抗体が経時劣化を生じ、抵抗値が増加するた
め高温用を目的とする場合には信頼性に問題があり実用
上障害となっていた。このためこれらの障害を回避する
方法として耐熱性樹脂を被覆したり、ほうろうがけをし
たりしているが充分な成果は得られていない。更にこれ
らの問題を解消するため、保護被覆材としてセラミック
基板と同種のセラミック質からなるペーストを被覆し、
これを基板とともに同時焼成して耐熱性の改善をはかっ
たセラミックヒーターが市販されている。

このセラミックヒーターは耐熱性樹脂被覆あるいはほう
ろうがレナを施したセラミックヒーターに比べ耐熱性は
かなり改善されている。しかし本発明者らの実験によれ
ば、これらの市販セラミックヒーターは予期した状況と
異なり電圧を長時間連続的に印加速電すると抵抗値が次
第に増加し、約３００畑寺間の通電で抵抗値が２．５％
以上増加するという予期せざる結果が確認された。

すなわち焼成後の基板厚さが１肌、アルミナの純度が９
３％になる禾暁結セラミック基板上に７０の抵抗値を有
するタングステン抵抗ペーストからなる発熱抵抗回路を
形成し、更に該基板と同質のアルミナ絶縁ペーストを１
００山の厚さで被覆した後、弱還元性雰囲気中で焼結さ
れたセラミックヒーターに２０Ｖの直流電源を接続して
連続通電試験を行なったところ、該セラミックヒーター
は抵抗値が２０００時間で２．０〜２．５％、３０００
時間で２．５〜３．５％増加するような劣化現象を示す
ことが確認された。この様な連続通電により生じる劣化
の原因は不明であるが、本発明者らの研究によればタン
グステン焼結体の暁結状態が粗大で空隙が多いため通電
による局部的な発熱の結果、タングステン金属の一部が
酸化を生じ抵抗の増大を惹起したものと考えられる。一
方セラミックヒーターは発熱抵抗回路をセラミック中に
完全に封入埋設することにより発熱抵抗体の酸化を防止
し、ヒーターの寿命を半永久化することに特徴を求めて
いるものであり、この様な劣化現象は実用上大きな障害
となるものである。

また発熱抵抗回路はセラミック中に完全に封入されてい
るため抵抗値の調整は殆ど不可能とされている。しかる
に最近における電熱製品に対する品質上の問題として発
熱抵抗値の抵抗値バラツキを±１０％以内にすることが
要求されることが多いため、これらセラミックヒーター
の通電劣化による抵抗値の増加は実用上解消されねばな
らない現象である。

本発明者らの研究によればこの様なセラミックヒーター
の通電劣化現象は発熱抵抗体の焼結状態に依存しており
、焼結抵抗体の密度が低い程その傾向が大きくなる。

本発明はかかる状況に鑑みてなされたもので、連続通電
により抵抗値劣化を生じない高温用セラミックヒーター
に用いられる抵抗ペーストを提供することを目的とする
ものである。

本発明は高融点金属粉末、セラミック質原料粉、結合剤
及び溶媒を混合し、ついでペースト化、乾燥、粉末化し
、更に粉化したものに再度溶媒を添加して混合し、前回
と同様にペースト化、乾燥、粉末化の工程を数回反復し
、高融点金属粉末、セラミック質原料粉及び結合剤が均
一に分散後、印刷性に優れた溶媒を混合してペースト化
することを特徴とするセラミックヒーター用抵抗ペース
トの製造法に関する。

なお本発明に用いる抵抗ペーストにおいて、高融点金属
粉末は焼緒性を有し、かつセラミック基板と焼成後に接
着するものであればタングステン、モリブデン、白金あ
るいはそれらの混合物等が使用され、またセラミック質
原料粉としては一般的にはアルミナ及びアルミナの鱗結
助剤を主成分とするが、鱗結性を有するものであればべ
リリア、その他金属酸化物あるいはそれらの混合物でも
よく特に制限はない。

また本発明では高融点金属粉末とセラミック質原料粉の
配合割合は必要とする抵抗値により決定するものとし特
に制限はない。結合剤にはエチルセルローズ、ニトロセ
ルローズ等のセルローズ系樹脂、ポリメチルメタクリし
／ート等のアクリル系樹脂、アルキッドフェノール系樹
脂、ビニル系樹脂、ェポキシ樹脂等焼成雰囲気で容易に
熱分解が進行するものであればよく特に制限はない。

またペースト化に用いる溶媒は結合剤の種類により変わ
るものとされ結合剤が溶解するものであればよく、結合
剤がエチルセルローズの場合はトルェン、キシレン等の
芳香族溶媒、酢酸エチル等のェステル系溶媒、メチルエ
チルケトン等のケトン系溶媒あるいはそれらの混合溶媒
等が任意に使用される。同様に他の結合剤を使用したと
きの溶媒についても各々の結合剤に対して通常溶媒とし
て使用されるものは全て使用可能であり特に制限はない
。更に印刷性に優れた溶媒には通常力ルビトールアセテ
ート、テルピネオール等が使用され、印刷性を有するも
のであればつく特に制限はない。

本発明の抵抗ペーストは上言己の他に必要に応じ可塑剤
、界面活性剤等が添加される。本発明になる抵抗ペース
トは焼結もしくは未焼結セラミックのいずれも目的が同
一であれば使用可能であり、また抵抗ペーストを塗布し
た後で焼成を行なうがその時の焼成雰囲気については酸
化雰囲気、弱還元性雰囲気等特に制限はないので競結抵
抗体として用いる高融点金属粉末の種類及び性質により
選択すればよい。

以下実施例により本発明を説明する。

実施例 １ 平均粒径が１仏のタングステン金属粉末９の重量部と５
０％以上が３〜５山の粒径を持つアルミナ粉９箱重量部
にシリカ４重量部、カルシア１重量部、マグネシア２重
量部を配合したセラミック質原料粉１の重量部を均一に
混合した。

次に該混合粉１００重量部に結合剤としてエチルセルロ
ース５重量部及びフタール酸ェステル系可塑斉皿ＯＰ（
ディオクチルフタレート）２重量部を配合し、酢酸エチ
ルとエチルアルコールを１対１に配合した混合溶媒３の
重量部とともに樋債機に投入し、蝿拝混合を行ないなが
らペーストイヒし、更に澄梓混合を続けて徐々に溶媒を
除去させて乾燥固化し粉末化した。次に該粉末にあらた
に上記で使用したものと同じ混合溶媒を添加して、同機
の工程を行なった。以上の混合、ペースト化、乾燥、粉
末化を溜濃機中で５回反復し、タングステン金属粉末、
セラミック質原料粉及びエチルセルローズを均一に分散
させ、その後該粉末に印刷性に優れたカルビトールァセ
テ−ト３重量部を添加して混合し抵抗ペーストＡを得た
。実施例 ２ 実施例１で使用したものと同じタングステン金属粉末８
の重量部にセラミック質原料粉２の重量部を均一に混合
し、以下実施例１と同様の工程を行ない抵抗ペーストＢ
を得た。

比較例 １ 実施例１で使用したものと同じタングステン金属粉末９
の重量部にセラミック質原料粉１の重量部を均一に混合
し、以下実施例１と同一の配合比で結合剤、可塑剤及び
溶媒を楢濃機で乾燥しないように留意しながら混合して
ペースト化（乾燥の工程の前でストップした）し抵抗ペ
ーストＣを得た。

比較例 ２実施例１で使用したものと同じタングステン
金属粉８０重量部にセラミック質原料粉２の重量部を均
一に混合し、以下比較例１と同様の工程を行ない抵抗ペ
ーストＤを得た。

次に上記方法で得た抵抗ペーストＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄ及び実
施例、比例の各々の参考例（セラミック質原料粉を混合
しないものでその他は実施例、比較例と同様の工程を行
なったもの）として製造した抵抗ペーストを焼成後のア
ルミナ純度が９６％になるようにマグネシア、カルシア
及びシリカを混合したアルミナグリーワシート基板上に
スクリーン印刷し、更に該印刷基板の電極端子部分を除
いた全面に、該印刷基板と同質の原料からなるセラミッ
ク絶縁ペーストを印刷積層し８０００で２び分間乾燥し
た。

次に該印刷基板を弱還元性雰囲気中で１５００００に加
熱してアルミナセラミツクグリーンシート、抵抗ペース
ト及び絶縁ペーストを同時焼成してセラミックヒーター
を製造し、次にこのセラミックヒーターの電極端子部分
に無電餓法により厚さ３〆のニッケルメッキを施し、更
に該被メッキ端子部分にコバール線を銀ろう付し、該セ
ラミックヒーターにコバールリード線を通して２０Ｖの
直流電源を接続し連続通電劣化試験を行なった。その結
果を第１表に示す。第１表 表１つづき 第１表からわかるように高融点金属粉末を主成分とした
抵抗ペーストを用いてセラミックヒーターを製造する場
合、従来一般に実施されている方法で製造されている抵
抗ペーストＣ及びＤを用いたセラミックヒーターは抵抗
体の競結状態が粗大で空隙等の欠陥が多いため、通電に
より競結抵抗体が発熱すると比較的短時間でも抵抗体が
酸化等により劣化し、抵抗値が増加する。

これに対して本発明になる抵抗ペーストは分散が均一で
密充填構造をとるため、印刷後及び焼成後において抵抗
体の繊密度が高いため連続通電により高温加熱を長時間
継続しても殆ど抵抗値変化を生じないのでセラミックヒ
ーターの信頼性の向上はもちろん製造技術的にも実用効
果に優れたものである。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 高融点金属粉末、セラミツク質原料粉、結合剤及び
   溶媒を混合し、ついでペースト化、乾燥、粉末化し、更
   に粉末化したものに再度溶媒を添加して混合し、前回と
   同様にペーステ化、乾燥、粉末化の工程を数回反復し、
   高融点金属粉末、セラミツク質原料粉及び結合剤が均一
   に分散後、印刷性に優れた溶媒を混合してペースト化す
   ることを特徴とするセラミツクヒーター用抵抗ペースト
   の製造法。