JPS62170185A

JPS62170185A - セラミツクヒ−タ

Info

Publication number: JPS62170185A
Application number: JP1059886A
Authority: JP
Inventors: 一郎矢沢; 中村　淳次; 悟朗斉藤
Original assignee: Toppan Printing Co Ltd
Current assignee: Toppan Inc
Priority date: 1986-01-21
Filing date: 1986-01-21
Publication date: 1987-07-27

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】（発明の技術分野）本発明はセラミックスヒータに関ｆるものである。

（発明の技術的背斌とその問題点）従来のセラミックスヒータ４！−Ｉｔ的なものとし、て
、セラミックス基体にニクロム線などの抵抗体を張りつ
けたり基体の表面に溝をつくり、そこに抵抗体を埋め込
んだりしたものがある。しかし。

これはセラミックスがもつ赤外放射特性の点を有効に利
用した訳ではな（、ただ単に抵抗体の固定板として用い
られているだけであり、熱衝撃に弱く、非常にもろいた
め急激な冷却などで簡単に破損してしまう。

そこで基板の耐熱衝撃性を向上させるために。

コージェライトを用いているヒーターがある。この場合
のコージェライト基板は、有機バインダー及び溶剤など
を用いてプレス成形、ロール圧延、ドクターブレード法
などによってシート状物を成形し、焼成する事でヒータ
ー基体として用いられている。

しかしながら、上記したような方法で作成されたグリー
ンシート（未完成シート）は、ひび割れやすく、曲がり
やでいなど敗扱いが容易でない。

加えてプレス成形圧では、高いプレス圧を必ヅとして量
産に不向きであり、ロール圧延法では３０α角のような
大面積の基板が製造困難である。またドクタープルレー
ド伝ではグリーンシート中に含まれる有機バインダーの
ため焼成の際の脱バインダーが困難であり作業環境対策
からも成形コストが高くなるという難点がある。

さらに言えば、これらの方去で造られた薄型大面積（例
えば１０１Ｚ７７１角以上）のセラミックス基板は、焼
成中に曲がりを生じたり表面に凹凸が形成されたりして
、導電抵抗層を形成する前に、セラミックス基板表面を
研磨して平坦性や平滑性を付与する必要があった。また
最近、セラミックス基板上に赤外放射特性の優れた物質
層を設け、その上に導電抵抗ペースト層を設けたヒータ
が開発されているが、このヒータの欠点は導電抵抗ペー
スト層が外部に露出していることにある。導電抵抗ペー
スト層が露出していることによって次の様な問題が発生
する。

■　ペースト層は通電により、発熱するため、空気中の
酸素と結びつき、ペースト中の金属が酸化して抵抗層の
安定が得られない。

■　空気中の塵、埃等の付着あるいは、各種の液体がか
かつ、そのためそれらの゛物質とペースト中の金属とが
反応を起こし、連成抵抗ペーストが変質したり、抵抗値
を変動させて、ヒータの機能を損うことがある。

■　発熱部が外部に露出しているため、人体と接触し、
火傷等の損傷を与えろ危険性がある。

また、ガラスのグレーズを導電抵抗ペースト層に施した
セラミックスヒータの例はあるが、ガラスには、赤外放
射特性がないため、これはただ単に導電抵抗ペースト層
を保護しているだけにすぎないのである。

（発明の目的）本発明は前記のような問題点に鑑み、セラミック基板と
するためのグリーンシートが、取扱い易く１曲がりやひ
び劇れも生じず、安定して低価格で製造できるセラミッ
クヒータであって、併せて赤外放射特性の優れたセラミ
ックヒータを提供スるものである。

（発明の概要）すなわち本発明は、繊維質材と低熱膨張率でかつ緻密な
焼結体を形成しうる焼結性無機粉末とを主成分とし抄紙
伝により作成されたグリーンシートを焼成ｆることによ
って得られるセラミックス基板上に連成抵抗！−を設け
てなるセラミックヒータであって、必要に応じてさらに
コーディエライト質やムライト質の赤外放射特性の優れ
た被覆層を導電抵抗層が設けられたセラミックヒータ面
に設けたものである。

（発明の詳細な説明のセラミックヒータの構成は、基本的には２層から
なっており、第１図に示てように、セラミックス基板１
１）と導電抵抗層（２）がそれに該当する。セラミック
ス基板１１）が低熱膨張率でなければならない理由り、
急熱、急冷のような熱衝撃に対して安定であること、次
に、緻密質にする理由はセラミックス基板ｉｌｌ上に設
けた連成抵抗ペーストがセラミックス基板に浸透するの
を防ぐためである。これは導電抵抗ペーストがセラミッ
クス基板１１）に浸透でると安定した抵抗値が得られな
（なるからである。

本発明においては、セラミックス基板（１）の造り方と
して、抄紙法によりグリーンシートを作成し、これを焼
成する方式を採用したことが、ひとつの特徴であると言
える。抄紙法は、金属酸化物、金属窒化物、粘土、長石
、陶石、タルク、カオリン等の焼結性の無機質粉末９８
〜６０重量％に対して、木材パルプ、合成樹脂パルプな
どの有機繊維またはアスベスト、ガラスファイバー、セ
ラミックファイバー等の無機繊維を２〜４０東量％の割
合で添加した固形分を、重量比で５〜４０倍程度の水と
前押して水性スラリーを作成し、疑巣剤を添加すること
により前記固形分を繊維に吸着凝集させ、該凝集体を均
一の厚みになるよう濾過板もしくは網上に流し、しかる
後自然濾過ないし減圧濾過などの方伝により濾過を行な
いノート状物を得る５広である。この抄紙法を用いろ本
発明では。

木材パルプ、合成樹脂パルプ等の有機繊維や、アスベス
ト、アルミナファイバー、セラミソクファイバー、岩綿
等の無機繊維が、粒体を保持てろ担体として作用し１文
字通り紙における繊維の役割を果たす。さらに言えば、
水性スラリーを造る段階で、充分に攪拌することで、原
料粉末、窯業原料、繊維質材は、均質に混ざり合うから
、抄造されたグリーンシートは焼結するのに好ましい均
質な状態となっているものである。

このようなグリーンシートは、繊維質材が担体となって
いて、シート自体に腰があり、紙のように折ること切る
ことも自在であり、取扱いが容易である。しかも、焼成
することによって曲がりが生じにくい性質があり、表面
に凹凸が現われることも少ない。焼成が終了した段階で
平担性、平滑性を満足する焼結基体が得られる。

さらに、本発明に中いる繊維質材について言うと、繊維
質材は、有機繊維および無機繊維のそれぞれ単独使用は
もちろんのこと５両者の併用もさしつかえない。ただ、
有機繊維の単独使用は、後述する理由から、あまり大量
の使用は適当でない。

ただ、有機像維は、無機繊維に比べて焼結性無機粉末の
担持力に浸れるから、少量の使用（例えば２〜５重量％
）で、役目を果たす場合がある。

無機繊維は原料粉末に対して６〜４０重、吐％。

好ましくは５〜２０重量％の割合で添加される。

無機繊維の添加量が原料粉体に対し６直置％より小であ
ると抄紙ｆＥによるシート成形が困難となり、逆に４０
１に量％より大であると緻密な焼結体が得られにくい。

無機繊維の役割は、粉末の担体となるばあ・りでなく、
その他に、それ自体が４結した低膨張基板の構成要素の
ひとつとなることである。これが、繊維質として木材パ
ルプや合成樹脂バルブなどの有機繊維を用いた場合と異
なるところであって。

有機繊維単独では焼成途上で焼失してしまい、繊維の存
在したところが空隙となってしまうから緻密な焼結体と
なりにくい。これに対して、無機繊維はｆＩ８結物中に
繊維のままあるいは一度溶解した形で残り、緻密な基体
の作成に寄与する。

ただ、無機繊維の無機粉体に対する担持力を補なう意味
で、有機繊維を＠を併用することもありう　　る　。

さらに言えば、無機繊維のほかに粘土、長石。

タルク、カオリン等の添加物を用いれば、これらが焼成
温度付近で液相を生成し、比較的低温度かつ広範囲（１
，３ＯＬ１〜１，４００℃）で基板の焼結を促進できる
のである。

次に該セラミックス基板の一方の面に導電抵抗ペースト
を印刷または塗布し、基板（１）上にペースト層を設け
る。この際、ペーストとして用いられるものは金属クロ
ム、酸化ルテニウム（ＲｕＯ□〕、銀、銀−パラジウム
などを主成分としたものがあげられる。

次に酸化雰囲気の眠気炉において加熱し、７００〜９０
０℃橿度で基板と抵抗ペーストを一体焼結させ４醒抵抗
層（２）とする。そしてさらに必要に応じて、その上に
コージェライト質、ムライＩｌ［の赤外放射特性の優れ
た被覆層１３）を形成する。この時の被覆層（３）の形
成方法としては弓射及びグＩＪ　−ンシート圧着がある
。あるいはコージェライト質・ムライト質等を有機ない
し無機の／Ｚインｆ−ｉ混合し、スプレー塗装を施すと
いった方法を用いてもよい。この場合は数百度で数十分
間熱処理を行う。但し、溶射の場合は冷却により簡単に
被覆できるが、グリーンシート圧着の場合は焼成が必要
である。しかし導電抵抗ペースト層を焼成により損なう
恐れがあるので、基板と抵抗ペーストを一体焼結させた
温度、ｆなわち７００〜９００℃程度で焼成しなければ
ならない。

以上により第１図に示した３層構造のセラミックスヒー
タが製造できる。

（実施例）本発明を具現するものとして、以下に実施例を説明する
。

〔実施例１〕ＩＡＩ　　試料の調整＋Ｂｌ　　凝集剤まス、任意のアルミナボストミルにコージェライ）　３
７．５部、原蛙目粘±１０部を入れ適当量の水ｔ１７０
え２４時間粉砕、混合を行なう。粉砕後、アスベスト２
．５部及びさらに水をトータルで１．０００部になるよ
うに加え水性スラリーを作る。

この水性スラリーに予め作っておいた硫Ｃｌｌ−バンド
水尋液乞加えて攪拌し、溶液のｐＨを２〜６、望ましく
は３〜４に調整したのち、ここへ、これも１１５）らか
じめ作っておいたポリアクリルアミド系高分子凝集剤の
水溶液１２０部に加えて３０秒はど攪拌して、疑察させ
る。以上のようにして凝集した試料は、抄造機で抄紙し
、５００１角で１．５〜２．２頓厚のシートを作る。

適当な大きさに切断したものを電気炉に入れ、酸化雰囲
気にて１．３８０℃１時間焼成し、セラミックスの焼結
を行なわせる。

このコージェライト板について熱膨張係数を調べると２
３　Ｘ　１０−７（１／℃）で、気孔率０．２％、曲げ
強度４８０　！＜ｙ／ｃｍとなった。

このようにして得られた１０ＣＩｒＬ角〜３〇二角のコ
ージェライト基板上にＡｆ−Ｐｄ　　を用いてスクリー
ン印刷機で、膜の厚さが５〜２０μの厚さで。

暁Ｊ′ｉｙ：、鏝ノ抵抗直７０〜８０Ω（＋００Ｖ　テ
１５０ＷＶ）発熱）になるように設計したパターンを印
刷する。

これを酸化雰囲気中７００〜９００’Ｃで焼成し、発熱
抵抗体層を設けろ。焼成後、得られた抵抗体表面にムラ
イト質セラミック粉末を熱溶射して発熱部ヲ被覆し、セ
ラミックスヒータ乞Ｊｇ＠する。

〔実施例２〕ＩＡＩ　　試料の調整ｆＢ］　　凝集剤以上のような組成ＩＡＩ、旧）を用いて、以上は実施例
１と同様にして、１．３５０℃４時間焼成焼成と。

低膨張基板ができた。この際の熱膨張係数は１８Ｘ　１
０−’　（１／’Ｃ）であり、気孔率０．６％１曲げ強
度６００　ｋｇ／ｃｒ／ｌであった。

こうして得られた１　０　ｃ！”　３０　ｃｒＩＬｋ　
の基板上にＲＬＪＯ２抵抗ペーストを実施例１と同様に
スクリーン印刷し７００〜９００℃で焼成し発熱体を得
る。

このようにして得た発熱体にあらかじめ作成したコージ
ェライト系セラミックスのグリーンシートを積層、圧着
し、７００〜８００℃で焼成することでセラミックスヒ
ータ乞製造ｆる。

〔実施例６〕（Ａｌ　　試料の調整＋Ｂｌ　　凝集剤以上のような組成＋Ａｌ、＋Ｂｌを用いて、実施例（１
）。

（２）と同様にして１．５５０℃５時間焼成′ｆると低
膨張基板ができた。この際の熱膨張係数は２０Ｘ１０”
−’（１／−Ｃ）であり、気孔＄０．５％１曲げ強度５
００す／しイであった。

こうして得られたＩＤｎ山〜３０ｆ’７７ＬＡの基板上
にＡ？ペースト乞用いて実施例１と同様にスクリーン印
刷し、７００〜９００℃で焼成し発熱体を得るつこうし
て得た発熱体にコージェライト系セラミックスツクリー
ンシートを噴ＩＩ！ｆ、ｒｆ、ノ身シフ００〜８００゛
Ｃ″′Ｃ″暁成てることでセラミックスヒータ乞製造す
る。

上記の実姉例１〜３で作ったセラミノクスヒータートま
４区抵抗ペーストの端子部に、家庭用コンセントに接続
できる配線用端子を暇付けろ。これを、家庭用の１００
Ｖ亀源に差し込むと、１５０Ｗ程度の発熱が起り、赤外
放射特性も良く、快適なヒータとなった。

（発明の効果）以上のような本発明のセラミックヒータによれば、抄紙
法で作反したグリーンシートが、大きさ、厚さ、形状が
自由でグリーンシートの取り扱いも容易であるので大面
積化が可能であり、焼成によって得られるセラミックス
基板は１曲がりや表面凹凸がなく、平坦性やモ滑性およ
び緻密性に優れた品質の良いセラミックス基板となりう
る。したがって、その表面に形成される導電抵抗層は、
ペースト状態から形成しやすく、基板内部へ吸収される
こともないから、その電気抵抗値も安定し、抵抗値の制
御も容易となる。加えて導電抵抗層の上に被覆層？設け
れば、赤外放射特性に優れるので人体に快適な赤外線の
放射量が増大する。加えて、この被覆層しま、導電抵抗
層の、上に位置するから、導電抵抗層の酸化等による変
質や抵抗値の変動が抑えられ、長期使用による熱サイク
ルにも耐えて長寿命となる。もちろん導醒抵仇層の保護
となるから、外部接触による破損乞防＋ｈＬ、漏電、感
電の事故も防げるり）である。

以上のように本発明のセラミックヒータは、製造が容易
で大面積化が可能であり、品質が安定して、かつ長期間
の使用に耐えるなど、実用上啄めて優れたものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は１本発明のセラミックスヒータ　の一実施例を
示す断面図である。（１）・・・セラミックス基板（２）・・・導電抵抗層：３）・・被覆層

Claims

【特許請求の範囲】

（１）繊維質材と低熱膨張率でかつ緻密な焼結体を形成
しうる焼結性無機粉末とを主成分とし抄紙法により作成
されたグリーンシートを、焼成することによって得られ
るセラミックス基体上に導電抵抗層を設けたことを特徴
とするセラミックヒータ。
（２）セラミック基体上に導電抵抗層を設け、さらにコ
ーディエライト質やムライト質の赤外放射特性の優れた
被覆層を形成した特許請求の範囲第１項記載のセラミッ
クヒータ。