JPS6127083A - 発熱体の製法 - Google Patents

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】 〔技術分野〕 この発明は、安全な加熱器等として広く使用される、正
特性サーミスタ利用の発熱体に関する。

〔背景技術〕

正特性サーミスタとは、一般に使用されているサーミス
タとは逆に、温度が上がると抵抗値がふえる、すなわち
正の温度係数を持つものをいう。

この正特性サーミスタを利用した発熱体（ヒータ）には
、チタン酸バリウム（以下、チタバリと略す）に代表さ
れるＰＴＣセラミックスヒータと、カーボンなどの導電
性材料と有機樹脂の複合したものである有機ＰＴＣヒー
タとがある。

ＰＴＣセラミックスヒータは、■原材料の配合割合で任
意に決定される設定温度（キュリ一温度、以下Ｔｃと略
す）での抵抗の変化幅が大きい、■使用による特性の経
時変化−おもに重湯での比抵抗変化−が小さいので、電
気的信頼性が高く、特に一般家庭向き電器商品として有
用な発熱体となっている、また、■約３５０℃という高
温度の発熱が可能である、と言う長所を持つ。一方、欠
点としては、■一般のセラミックス同様、耐衝撃に弱い
、■加工しにくい（大面積のものを寸法精度よく作るこ
とができない。薄いものが作れない）、などがある。

有機ＰＴＣ層は、一般にはカーボンのような導電性材料
を、ポリエチレン、ポリフッ化ビニリデンのような結晶
性熱可塑性樹脂に混合したものからなる。このものは、
温度上昇による樹脂の結晶融解時の異常熱膨張により導
電性材料間の接合が切れて、抵抗の異常上昇が生じ、一
定の温度で昇温かストップされるようになっている。こ
れを用いた有機ＰＴＣヒータの長所は、■耐衝撃性があ
る、■加工しゃすい（柔軟性があり、薄い発熱体を作る
ことが可能）、などであり、短所は、■温度に対する抵
抗値の変化幅が、樹脂によってはさほど大きくない、■
ヒートサイクルにより、常温での比抵抗が経時変化しや
すい、などＰＴＣセラミックスヒータに比べて電気的信
頼性が劣り、また、０発熱がせいぜい１５０℃程度と低
いことである。

〔発明の目的〕

この発明は、前記のような状況に鑑みてなされたもので
あり、電気的信頼性が高い等の数々のすぐれた長所を持
つＰＴＣセラミックスヒータの特性を生かしながら、耐
衝撃性、加工性の点での問題点を改善し得た発熱体の製
法を提供することをその目的としている。

〔発明の開示〕

上記の目的を達成するために、第１の発明は、正特性磁
器質チップを面状に配列し、これらのチップをつなぐか
たちで樹脂をチップ間に充填することにより、板状の発
熱体を得る発熱体の製法をその要旨とし、第２の発明は
、正特性磁器質チップを面状に配列し、これらのチップ
を両面から支持板でつなぐことにより、板状の発熱体を
得る発熱体の製法をその要旨としている。すなわち、こ
の発明は、電気的信頼性が高い等のすぐれた性質を多数
有する正特性磁器質チップ（以下、チップと略す）を、
樹脂または支持板を用いて板状に配列一体化することに
より、耐衝撃性および加工性の点での問題を解消するよ
うにしたものである。

以下にこれを、その実施例をあられす図面に基いて説明
する。

第１図（ａ）、　（ｂｌは、第１の発明の方法によって
製造される発熱体の構造の１例をあられず。この発熱体
１は、チタパリ系半導体等よりなる円柱形チップ２・・
・を軸線方向を揃え相互間に適宜の間隔を置いて同一平
面上で起立するように配列し、それぞれのチップ２・・
・を、有機樹脂層３によってつなぎ、板状体としたもの
である。この板状体の上面と下面には、それぞれ電極層
４．４が形成されている。チップ２は一般に用いられて
いる方法で製造する。図ではチップは円柱形であるが、
チップの形状には限定はなく、成形法に従い、球、直方
体、その他の任意の形状に選ばれてもよい。通常は、原
料としてＢａＴｉＯ３，ＴｉＯおよび半導体化元素（Ｌ
　ａ　”　　、　　Ｐ　ｒ　３Ｔ’、　Ｎ　ｄ、３’ｒ
。

Ｇａ”ｔ、　Ｙ”＋、　Ｎ　ｂ”ｒ、　　Ｓ　ｂ５Ｔ、
　Ｔａ５丁、Ｂｉ５＋）を用い、アクセプタ形成剤とし
てＭ　ｎ　０２　、粒界制御剤として５ｉ０２等を配合
し、ポットミル中で湿式粉砕して、約１）００℃で仮焼
する。つぎに、押出し成形、直圧もしくは射出成形等に
よって成形し、１３５℃で焼結して得る。ＢａＴｉＯ３
のキュリ一点は、成分の部分置換もしくは添加を行うこ
とによって任意に選択される。たとえば、Ｂａをｐｂに
置換すればより高温に、１３ａをＳｒに、またはＴｉを
ＺｎかＳｎに置換すれば、より低温になる。

このようにして得られたチップを面状に配列し、有機樹
脂との複合を行う。有機樹脂材料は、チップのキュリ一
温度以上の耐熱性があるものであれば、特に限定はない
。通常はエポキシ系樹脂。

シリコン系樹脂、ポリフェニレンオキサイド系樹脂、ポ
リフェニレンサルファイド系樹脂等を用いる。チップと
有機樹脂との複合化の方法は、チップの形状および有機
樹脂の物性等に従い適宜選ばれてよいが、特に、第２図
に示すような凹穴５ａ・・・を有する下金型５の凹穴に
チップ２・・・を配列し、上部より同様の凹穴を有する
上金型５′をあててチップを固定し、チップ間に有機樹
脂を流し込むトランスファー成形は、チップの位置がし
っかりと固定されるので好ましい。図中、ｔは最大使用
可能なチップ粒径、Ｄは凹穴の最深部の深さである。ま
た、第３図に示すように、一定間隔をおき軸方向を揃え
てチップ２・・・を並べて、その上方からチップ間に溶
射ガン６で樹脂粉体をプラスチックス溶射する方法も、
確実に位置設定できると言う点で好ましい。

このようにして、チップが有機樹脂層を貫通して板状体
となっている上下面を、サンドブラストあるいは研磨す
ることによって、チップの表面を露出させ、上下露出面
に電極層を形成する。

電極層４，４は、チップ２・・・とオーミックな接続を
する金属、すなわちＡｌｌ、Ｎｉ、Ｓｎ。

Ｚｎ、Ｉｎ等を、メッキ、蒸着、溶射等の方法を用いて
付着形成すればよい。また、金属線によりそれぞれのチ
ップ間をつないで電極を形成する場合には、チップ２・
・・を電気的に直列、並列。

あるいはその混合接続させるなど、用途に応じてその接
続方法を変えることができ、このようにして発熱体の抵
抗値を調整することにより、使用電圧に柔軟に対処する
ことができる。

つぎに、第２の発明にかかる方法について詳しく説明す
る。

第５図（ａｌ、　（ｂ）は、第２の発明にかかる方法に
よって製造される発熱体の構造の１例をあられす。

この発熱体１′は、チタバリ径半導体等よりなる円柱形
チップ２・・・が軸線方向を揃え相互間に適宜の間隔を
置いて同一平面上で起立するように配列されている。こ
れらチップ２・・・の両端は、オーミックな接続をする
電極材８・・・を介して支持板たる金属シート９．９に
より上面と下面から挟持固定されており、板状体の発熱
体１′となっている。金属シート９．９はまた導電性接
着剤（図示せず）により、チップ２・・・と接着してお
り、チップ同士を電気的に接続して電極層を兼ねている
。

チップ２・・・の製法および形状は、第１０発明の説明
に詳しく述べたとおりである。チップを配列した後、こ
れらチップの一端にオーミックな電極材８・・・を付着
させる。一般には、Ａβ。

Ｓｎ、Ｚｎ、Ｉｎ、Ｎｉ等の卑金属を、蒸着、溶射、ス
パッタリング、イオンブレーティング等の方法で付着さ
せる。つぎに、金属シート９の片面に導電性接着剤を塗
布して、電極材８が付着したチップ２・・・の一端側に
接着する。金属シート９の厚み、材質等に特別な制限は
ない。導電性接着剤としては、Ａｇペーストやカーボン
ペースト等が一般に用いられる。また金属シートとの接
着力強化を考慮すれば、エポキシ性接着剤が望ましい。

このようにして、多数のチップ２・・・の同側端を金属
シート９に接着させたのち、前記チップ２・・・の反対
端にも同様にしてもう１枚の金属シート９を接合し、発
熱体１′を完成する。

なお、上では、金属シートを支持板として挟持固定する
場合について説明を行ったが、オーミックな接続をする
電極材が付着されたチップ同士を金属線によってつなぎ
電極とし、絶縁板により挟持固定してもよい。

つぎに、第１の発明にかかる発熱体の製法の実施例につ
いて詳しく説明する。

（実施例１） Ｂ　ａ　ＩＴ　ｉ、ｑＩｉ？Ｎ　ｂ６．ｏ、ｚ　Ｏ３の
組成となるようにＢａＣＯ３（堺化学工業社製）とアナ
ターゼ型Ｔｊ０２（古河鉱業社製）を配合した。Ｎｂは
ＴｉＯ２中に不純物として含まれるもので充当された。

配合物をメノウ製ポット中で２４時時間式粉砕し、バッ
トに取り出して１５０℃で充分乾燥した。次に、乾燥物
を１）５０°Ｃで１時間仮焼した。そして、ＢａＴｉＯ
３仮焼物に対し、仮焼物１モルあたり０．００２モルの
ＭｎＯ２と、仮焼物１００重量部あたり２０重量部の５
ｗｔ％ポリビニルアルコール水溶液をそれぞれ添加し、
さらに水を仮焼物と同量だけ添加して、メノウ製ポット
で２４時間粉砕混合したのち、スプレードライヤーで乾
燥造粒した。これを両面押しプレスで球形に成形し、１
３２０′Ｃで２時間（昇温速度３００℃／Ｉ（ｒ、降温
速度２００℃／Ｈｒ）の条件で焼結後、バレル研磨によ
りパリをとり、球形に仕上げた。

球の直径は８ｍｍである。第２図に見るような、ｔ＝　
５ｍｍ、　　Ｄ　＝　１．５ｍ、ｍで２５個の凹穴を有
する６゜Ｘ６０ｍｍの下金型凹穴に、上記の球状チップ
を並べ、同様寸法形状の上金型で挟んで固定した。そし
て、チップ間にエポキシ樹脂を充填してトランスファー
成形を行い、成形後の板状体の上下面を研磨し、チップ
端面を表面に露出させた後、無電解ニッケルメッキを行
った。ニッケルメッキの工程は、以下のとおりである。

脱脂（アセトン脱脂、高周波洗浄で２分）、水洗、酸洗
（ＨＣｊ２４００ｍ１．ｌＩＩ液で室温１分）、水洗、
センシタイジング（上材工業社製のＳ−１０Ｘ、１０倍
希釈のもの室温１回目４分、２回目２．５分）、水洗、
アクチヘーション（上材工業社製のＡ−１０Ｘ、１０倍
希釈のもの室ａＬ１回目１分、２回目１分）、水洗、上
記センシタイジング→水洗→アクチベーションー水洗の
工程を必要に応じ適当口繰り返す、メッキ（上材工業社
製のＢＥＬニッケルを６５℃で１０分）、水洗、乾燥（
実施例２） 実施例１と同様の配合、工程で製造した造粒仮焼物を２
ｔ／ｃｎｆの圧力で成形し、直径５ｍｍ、長さ５ｍｍの
円柱形チップを作成して、実施例と同一条件で焼結した
。これらを第３図のように５ｍｍ間隔で２５個を固定治
具を用いて正方形に配列し、上方よりコーチツク社の溶
射ガン（燃焼ガスはプロパン、酸素）でエポキシ粉体を
チップ間に充填し、円柱状成形物を完全にモールドした
。つづいて、両面をサンドペーパーで研磨し、チップ端
面を露出させた後、／Ｍｌ！のフレーム溶射により電極
層を形成した。

実施例１および２の、温度上昇における抵抗の変化を第
４図に示す。図に見るように、どちらもＴｃ−１２０℃
付近における抵抗の変化率が大きく、すぐれた電気的信
頼性を示す発熱体となっている。

つぎに、第２の発明にかかる発熱体の製法の実施例につ
いて詳しく説明する。

（実施例３） 実施例２と同様の製法、工程を経てチップを得、治具を
用いる等して第３図のように円柱形チップを配列し、一
方のチップ端面にＡβを溶射してオーミックな接続をす
る電極材とした。つづいて、６０Ｘ６０Ｘ１ｍｍの銅板
の片面にエポキシ系導電接着剤（アミコン社製　Ｃ−８
４０）を塗布し、電極材を付着させたチップ端面にのせ
て、１５０℃で３０分加熱し、固定した。つぎにチップ
の他面にＡβを溶射し、同様の方法でもう一面にも銅板
を固定した。

（実施例４） 実施例１と同様の方法で直径５ｍｍの球状チップを２５
個製造して、実施例３とまったく同様の工程で、板状体
の発熱体を製造した。

実施例３および実施例４の、温度上昇における抵抗の変
化を第６図に示す。図に見るようにどちらもＴｃ＝１２
０°Ｃ付近における抵抗の変化率が大きく、すぐれた電
気信頼性を有する発熱体となっている。

〔発明の効果〕

第１の発明にかかる発熱体の製法は、正特性磁器質チッ
プを面状に配列し、これらのチップをつなぐかたちで樹
脂をチップ間に充填することにより、板状の発熱体を得
る方法であるため、電気的信頼性が高く可撓性のある発
熱体を製造することができる。また、樹脂の種類を適宜
選択することにより、特に落下衝撃に対してすぐれた物
性を示す発熱体を製造することができる。チップ間をつ
ないでいる樹脂層を切断することができるので、後加工
も容易である。

第２の発明にかかる発熱体の製法は、正特性磁器質チッ
プを面状に配列し、これらのチップを両面から支持板で
つなぐことにより、板状の発熱体を得る方法であるので
、やはり、電気的信頼性が高く可撓性のある発熱体を製
造することができる。第２の発明の方法では得られた発
熱体において、熱利用の仕方は、金属板や絶縁板などの
支持材からの対流、放射、電熱によるため、至極効率的
であり、しかも、側面に風を通す場合には厚み方向から
の熱をも利用できることになり、正特性磁器質物質の熱
交換面積を増したことになるため、発熱効率の一層の向
上がはかられるのである。

第１および第２の発明にかかる発熱体の製法では、電極
層の変形によって、チップ間の電気的な接続を変えるこ
とができるので、直列、並列、あるいは混合型など用途
にあわせて、抵抗値調整ができる。

また、多数のチップを樹脂や支持板でつなぐようにして
いるので、大面積のものも可能である上、これをカット
すれば、小面積のものを簡単に大量生産することができ
、コストの軽減をはかることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図＋ａＬ　（ｂｌは第１の発明にかかる発熱体の１
構造例をあられす斜視図と断面図、第２図は第、１の発
明にかかる発熱体の製法の１実施例をあられす断面図、
第３図は同上の他の実施例をあられす斜視図、第４図は
実施例１および２の温度上昇時における抵抗の変化をあ
られすグラフ、第５図（ａｌ、（ｂ）は第２の発明にか
かる発熱体の１構造例をあられす斜視図と断面図、第６
図は実施例３および４の温度上昇時における抵抗の変化
をあられすグラフである。 １．１′・・・発熱体　２・・・正特性磁器質チップ３
・・・有機樹脂層　４・・・電極層　５・・・下金型　
５′・・・上金型　６・・・溶射ガン　７・・・樹脂粉
体　８・・・電極材　９・・・金属シート 代理人　弁理士　　松　本　武　彦 第２図 第３図 第４図 温　　度　（０Ｃ） 温度（０Ｃ） 手続補正書（暗 １、１９牛の耘 昭和５９年７月１３日提出の特許願（２）２、発明の名
称 住　　所　　　大阪府門真市大字門真１０４８番地名　
称（５８３）松下電工株式会社 代表者　　ｆｉｌ［［１）帝役　小　林　郁４、代理人 ６、補正の対象 明細書 ７、補正の内容 （１）明細書第５頁第１８行にｒＢａＴｉｏｌＪとある
を、ｒＢａｃＯ３Ｊと訂正する。 （２）　　明細書第５頁第１８行にｒＴｉ　ＯＪとある
を、ｒＴｉｏｚＪと訂正する。 （３）明細書第６頁第５行に「１３５℃」とあるを、ｒ
１３５０℃」と訂正する。 丁柳市正書（自発） 昭和５９年１２月２２日

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. （１）正特性磁器質チツプを面状に配列し、これらのチ
   ツプをつなぐかたちで樹脂をチツプ間に充填することに
   より、板状の発熱体を得る発熱体の製法。
2. （２）樹脂の充填を溶射により行う特許請求の範囲第１
   項記載の発熱体の製法。
3. （３）樹脂の充填をトランスフアー成形により行う特許
   請求の範囲第１項記載の発熱体の製法。
4. （４）樹脂の充填後、板状体の表面を研磨することによ
   り各チツプの両端を露出させる特許請求の範囲第１項か
   ら第３項までのいずれかに記載の発熱体の製法。
5. （５）正特性磁器質チツプを面状に配列し、これらのチ
   ツプを両面から支持板でつなぐことにより、板状の発熱
   体を得る発熱体の製法。
6. （６）支持板が電極を兼ねる特許請求の範囲第５項記載
   の発熱体。