JPH05217663A - セラミック質発熱体およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 セラミック質発熱体において、電極とセラミ
ックスとの剥離やクラックの発生等を防止し長時間安定
な使用を可能とする。 【構成】 セラミックスおよび／またはガラスよりなる
マトリックスに粒子径０．５〜１００μｍ、厚さが１．
５μｍ以下、アスペクト比が１０〜５０００の薄片状黒
鉛が添加されているセラミック質発熱体で電極取付位置
近傍部への薄片状黒鉛の添加量を、発熱部への薄片状黒
鉛の添加量よりも、マトリックス１００重量部に対して
０．１重量部以上多くすることで電極取付位置近傍部の
抵抗値を発熱体中央部の抵抗値より小さくする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、産業用、民生用の加熱
器具、暖房器具等に用いることができる、セラミックス
および／またはガラスよりなるマトリックスに粒子径
０．５〜１００μｍ、厚さが１．５μｍ以下、アスペク
ト比が１０〜５０００の薄片状黒鉛が添加されている、
改良されたセラミック質発熱体およびその製造方法に関
し、特に長期にわたり安定に通電できる電極を形成する
のに適したセラミック質発熱体およびその製造方法に関
する。

【０００２】

【従来の技術】現在使用されているセラミック質発熱体
（セラミックスヒーターともいう。）は、大別すると２
種に分類される。その第１はセラミックスよりなるマト
リックス中に金属抵抗発熱体を埋設したバルクの一部分
が発熱するもの（例えば特開昭６２−２０６７８０）で
あり、第２はＳｉＣ発熱体に代表されるようなバルク自
体が発熱するものである。

【０００３】上記従来のセラミックスヒーターに関し
て、金属抵抗発熱体をマトリックス中に埋設したタイプ
は、その特性上均一な面発熱体が作成しにくかったり、
ハニカム状の立体発熱体が形成しにくい等の問題点があ
るが、バルク自体が発熱する発熱体のタイプではこれら
問題がないために、均一発熱等の特性の重要視される分
野において期待される材料である。

【０００４】ところで、上記２種のセラミック質発熱体
の電極形成は一般に、セラミック質発熱体の両端側面に
アルミ材，黄銅材，ニッケル材等による溶射皮膜の形
成、銀，白金，パラジウム，銀−パラジウム合金等の導
電ペーストの塗布および焼付け、金，銅，ニッケル等の
金属めっき処理等によって行われる。

【０００５】しかしながら、前記発熱が均一に起こるセ
ラミック質発熱体では、溶射、ペーストの塗布および焼
付け、めっき処理等の方法により形成した金属皮膜によ
る電極では、電極取付位置近傍部（電極取付部）におい
ても発熱が起こるため、金属皮膜の酸化、および金属皮
膜とセラミックスとの熱膨張率の相違等による両者の剥
離やクラックが発生する等の問題があった。

【０００６】また、バルク自体が発熱するタイプは、ヒ
ーターとしての特性がバルク材料の特性に依存し、その
使用温度域が限られたり、抵抗値の温度変化が大きいた
め、設計の都合上温度上昇に時間がかかったりする問題
点があった。

【０００７】そこで、従来のセラミックスヒーターにお
いては、電極取付部の発熱を抑えて電極部の問題を解決
するために、様々な手法が試みられている。例えば、発
熱体本体と電極部とを別々に形成し、接着後一体的に焼
成する方法（例えば特開昭５８- １２６６９０）、電極
として別種の低抵抗体を組み付け、焼成により全体を一
体的に焼成する方法（例えば特開昭６３- ２１７８０）
等が知られている。

【０００８】一方、本発明者らは、先に、直接通電発熱
が可能で、通電応答が速く、発熱が均一であるセラミッ
ク質発熱体として、セラミックス、ガラス、またはガラ
スとセラミックスの混合物よりなるマトリックス中に、
導電性付与材料として粒子径１〜１００μｍ、厚さが１
μｍ以下、アスペクト比が１０〜５０００の薄片状黒鉛
を分散させたセラミック質発熱体を開発した（特願平２
−２０５１１１号）。この薄片状黒鉛を導電体として使
用するセラミック質発熱体は発熱特性が極めて優れてい
るものであるが、長期間使用においては、前述した電極
部に生ずる問題、即ち、金属皮膜の酸化、および金属皮
膜とセラミックスとの熱膨張率の相違等による両者の剥
離やクラックの発生等の問題が生じた。

【０００９】かかる問題を解決するため、本発明者の開
発したセラミック質発熱体に対して、前記発熱体本体と
電極部とを別々に形成して接着した後一体的に焼成する
方法や、電極として別種の低抵抗体を組み付け焼成によ
り全体を一体的に焼成する方法等を利用することも可能
である。しかし、これらの方法では、発熱体以外に電極
部や低抵抗体部を作製しなければならず製造工程が複雑
化したり、発熱体と電極部あるいは低抵抗体部とを接着
し焼成するため、接着部分が不均一になり易く、導電性
が充分得られないため異常発熱が生じたり、接着部にお
いて剥離または分離が生じやすいなど、接着部における
素材の信頼性が低いという問題点があった。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、本発明者ら
が先に発熱体として開発した、薄片状黒鉛を導電体とし
て使用するセラミック質発熱体の改良に関し、電極とし
て使用する金属被膜の酸化、および該金属皮膜とセラミ
ックスとの熱膨張率の相違等による両者の剥離やクラッ
クの発生等が長期間抑えられた信頼性が高いセラミック
質発熱体、特により品質が安定なセラミック質発熱体を
提供することを目的とする。

【００１１】また本発明の別の目的は、発熱部と電極取
付位置近傍部との接合部がなく、接合部の存在による強
度の低下，信頼性の低下，特性ばらつきの発生のないセ
ラミック質発熱体の製造方法を提供することを目的とす
る。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記問題点を
解決すべくなされたものであって、セラミックスおよび
／またはガラスよりなるマトリックスに薄片状黒鉛を分
散させたセラミック質発熱体であって、該発熱体に通電
するための電極取付位置近傍部の抵抗値が該発熱体中央
部の発熱部の抵抗値より小さいセラミック質発熱体およ
びその製造方法である。

【００１３】即ち、本発明は、セラミックスおよび／ま
たはガラスよりなるマトリックスに粒子径０．５〜１０
０μｍ、厚さが１．５μｍ以下、アスペクト比が１０〜
５０００の薄片状黒鉛が添加されているセラミック質発
熱体であって、該発熱体に通電するための電極取付位置
近傍部の抵抗値を該発熱体中央部の発熱部の抵抗値より
下げたことを特徴とするセラミック質発熱体、又、該電
極取付位置近傍部への薄片状黒鉛の添加量が、該発熱部
への薄片状黒鉛の添加量よりも多いものである前記セラ
ミック質発熱体、更に、該電極取付位置近傍部への薄片
状黒鉛の添加量が、該発熱部への薄片状黒鉛の添加量よ
りも、マトリックス１００重量部に対して０．１重量部
以上多いものである前記セラミック質発熱体である。
又、本発明は、ドクターブレード法によるグリーンシー
ト成形装置のスラリー溜に、薄片状黒鉛とセラミックス
および／またはガラスとを含むスラリーを供給して薄片
状黒鉛が分散したグリーンシートを形成し、該グリーン
シートを脱脂・焼成するセラミック質発熱体の製造方法
であって、該ドクターブレード法によるグリーンシート
成形時に、グリーンシート成形装置のスラリー溜に焼成
後の抵抗値が互いに異なるように調製された２種以上の
スラリーを供給することにより、２種以上の領域よりな
るグリーンシートを作製することを特徴とする前記セラ
ミック質発熱体の製造方法、又、該２種以上のスラリー
が、薄片状黒鉛の添加量のみが互いに異なるものである
前記セラミック質発熱体の製造方法である。

【００１４】以下、本発明を詳述する。

【００１５】まず、本発明のセラミック質発熱体におい
て、導電性付与材料として添加される薄片状黒鉛として
は、粒子径０．５〜１００μｍ、厚さが１．５μｍ以
下、アスペクト比が１０〜５，０００と非常に特殊な形
状を有する黒鉛が好ましい。上記中でも、粒子径１〜５
０μｍ、厚さが１μｍ以下、アスペクト比が２００〜
３，０００程度の黒鉛が好ましい。ここで、薄片状黒鉛
粉末の粒子径が１００μｍよりも大きいと、薄片状黒鉛
を原料マトリックス中に均一に分散させることが困難に
なりやすく、また０．５μｍよりも小さいと導電経路を
形成しにくくなったり、導電経路を形成させるために薄
片状黒鉛の使用量を増加せざるを得ず、緻密な焼結体を
得にくくなる。

【００１６】また、厚さが１．５μｍより大きいと、薄
片というよりも粒状の黒鉛の性質を表しやすく、本発明
の効果を生じにくい。また、アスペクト比が１０より小
さいと粒状の黒鉛の性質を表しやすく、アスペクト比が
５，０００より大きいと原料を取扱いにくくなる。

【００１７】このような特定形状の薄片状黒鉛は、例え
ば天然黒鉛を酸処理，熱処理等により膨張させて得られ
る膨張黒鉛を水系溶媒中に分散させておき、超音波を付
与して粉砕する等の方法によって製造することができる
（例えば特開平２−１５３８１０）。この薄片状黒鉛は
天然黒鉛等の原料黒鉛がその結晶形態を保持したまま、
層間が剥離したような状態で粉末化されたもので、前記
のような特殊な形状と高い結晶性を示すものである。こ
の高い結晶性を有するためにこのような薄片状黒鉛は酸
化雰囲気においても酸化されにくいという特徴を有す
る。例えば、中国産天然黒鉛から得られる薄片状黒鉛
は、六方晶系の黒鉛が発達しており、格子定数０．６７
ｎｍで、結晶子の厚み約７０ｎｍ、結晶の大きさ１００
ｎｍ程度の高い結晶性を有する薄片状黒鉛である。

【００１８】ちなみに市販されている黒鉛粉末は種々あ
るが、粒状黒鉛がその主体である。例えば、粒子径が１
〜３０μｍ（１５μｍ以下が９５％以上），２〜７０μ
ｍ（４４μｍ以下９５％以上）、２〜１００μｍ（７５
μｍ以下が９５％以上）等粒径区分で市販されている
が、各粒子とも粒子径とほぼ同等または１／２程度の厚
みを有した、あたかもブロック状の形状をなしている。
このようにブロック状の黒鉛粉を用いた場合は、少ない
使用量で導電経路を形成させることが困難であり、導電
経路を形成できる程度に使用量を増すと、緻密な焼結体
が得られにくい等の問題がある。

【００１９】上記に対して本発明で使用する薄片状黒鉛
粉末は、厚みが極めて薄いことにより、少ない添加量で
あっても隣接する黒鉛粉末が重なり易いため、たやすく
導電経路を形成することができる。

【００２０】薄片状黒鉛の添加量は、要求される発熱体
の特性値等により調整されるが、マトリックス１００重
量部に対して０．５重量部未満では、導電経路が不連続
化する等により導電性付与効果が小さくなりやすく、ま
たマトリックス１００重量部に対して１０重量部より多
いと原料のマトリックス粉末粒子間の接点が減少する等
により、発熱体のち密性が損なわれやすいため、該マト
リックス１００重量部に対して０．５〜１０重量部添加
されていることが好ましい。

【００２１】本発明のセラミック質発熱体に使用するセ
ラミックスとしては、アルミナ、シリカ、コージェライ
ト、ムライト、ペタライト、チタニア、ジルコニア、窒
化珪素、および炭化珪素等が例示できる。中でもペタラ
イト等の低膨張材料が熱衝撃に対して耐性のあるセラミ
ック質発熱体が製造できるので好ましい。

【００２２】また本発明のセラミック質発熱体に使用す
るガラスとしては、ホウケイ酸ガラス、アルミノケイ酸
ガラス、ソーダ石灰ガラス、およびオキシナイトライド
ガラス等が例示できる。

【００２３】上記マトリックス材料は各々単独または混
合物として使用できる。中でもペタライト等の低膨張材
料が熱衝撃に対して耐性のあるセラミック質発熱体が製
造できるので好ましい。

【００２４】使用する原料マトリックスは、薄片状黒鉛
粉末との混合容易性から粒径が１００μｍ程度以下のも
のが好ましいが、特に限定されるものではなく、用いる
混合方法、成形方法および求める発熱体の特性により、
適度な粒度のものを使用できる。

【００２５】本発明の発熱体は、抵抗値の相違により、
基本的に電極取付位置近傍部と発熱部から成る。電極は
対で付設するので、１対の電極取付位置近傍部に発熱部
が挟まれた構成をなし、従って大別すれば３領域からな
っている。上記で「基本的」とは、各領域の境界はかな
らずしも明瞭である必要はなく、徐々に移っていくよう
にしてもよい意である。本発熱体は一体的に製造され、
各領域は接合面をもたないためである。ここで、本発明
において、発熱部とは発熱体の本来的機能を発揮する部
分であって、抵抗値が所定の値を示す領域をいい、電極
取付位置近傍部とは、電極と発熱部を電気的、構造的に
つなぐ部分をいい、抵抗値は発熱部のそれより小さくな
っている領域をいう。

【００２６】発熱部は上述通り各成分により構成し、所
望の特性を実現することができる。一方、電極取付位置
近傍部の形状，および抵抗値は、形成された電極に対し
て発熱部の熱が悪影響を与えない範囲内で、セラミック
質発熱体の使用温度等の発熱体の要求特性により任意に
調整することができる。しかしながら電極部の発熱を充
分抑えるために、発熱部の長さ及び抵抗値にかかわら
ず、電極取付位置近傍部は、５ｍｍ以上の長さおよび発
熱体中央部の抵抗値（体積抵抗値）に対して０．５Ωｃ
ｍ以上小さな抵抗値とすることが好ましい。発熱体中央
部の抵抗値に対して０．５Ωｃｍ以上小さな抵抗値でな
いと、抵抗値差に基づく発熱量の差が現れにくく、本発
明の効果が生じにくい。ここで、電極取付位置近傍部の
抵抗値とは境界領域を除いた平均的抵抗値をいう。又、
境界領域は基本的に電極取付位置近傍部に含まれるが、
この領域が全くないと発熱部と電極取付位置近傍部の組
成の相違によるキレツが生ずる場合がある。但し、一体
的に成形される限り、特に考慮する必要はない。

【００２７】該電極取付位置近傍部の抵抗値を発熱体中
央部の抵抗値に対して低くするには、該電極取付位置近
傍部への薄片状黒鉛の添加量を、該発熱部への薄片状黒
鉛の添加量よりも多くする、あるいは薄片状黒鉛以外の
金属粒子や粒状黒鉛等の導電性物質を、電極取付位置近
傍部へ薄片状黒鉛に加えて添加する等の方法で実施でき
る。

【００２８】該電極取付位置近傍部への薄片状黒鉛の添
加量を、該発熱部への薄片状黒鉛の添加量よりも多くす
る場合は、薄片状黒鉛の添加量をマトリックス１００重
量部に対して０．１重量部以上多く、好ましくは０．５
重量部以上多くする方法で実施できる。０．１重量部以
上多く、好ましくは０．５重量部以上多くすることによ
り、該電極取付位置近傍部の抵抗値を発熱体中央部の抵
抗値に対して通常０．５Ωｃｍ以上、好ましくは１Ωｃ
ｍ以上小さな抵抗値とすることができる。尚、抵抗値の
低下幅の上限は特にないが、薄片状黒鉛添加量の調整に
より実施する場合は近傍部の強度低下を伴うため増加す
る薄片状黒鉛添加量は１１重量部以下（マトリックス１
００重量部当たり）がよい。また、近傍部の長さは適
宜、用途に応じて設定すればよく、特に制限はない。

【００２９】このようにして、電極部の発熱を充分に抑
えることにより、金属皮膜の酸化、および金属皮膜とセ
ラミックスとの熱膨張率の相違等による両者の剥離やク
ラックの発生等を防ぐことができ、セラミック質発熱体
の耐久性を向上させることができる。

【００３０】電極取付位置近傍部への電極の形成は、溶
射、導電ペーストの塗布および焼付け、金属めっき処理
等従来の方法が使用できる。また、導線と電極との接続
においては銀ろう等の接続用金属が使用されるが、特に
限定されるものではなく、発熱体の特性により適当なも
のを用いればよい。本発明によれば、電極取付位置近傍
部の発熱が充分抑えられるため、融解温度が２００〜５
００℃程度のはんだの使用も可能である。

【００３１】次に、本発明の発熱体の製造方法につき説
明する。

【００３２】本発明のセラミック質発熱体は、例えば原
料マトリックス粉末と薄片状黒鉛との混合物を一軸加圧
成形や冷間等方圧圧縮成形等の粉末加圧成形方法、ドク
ターブレード方やカレンダーロール法等により作成した
グリーンシートを積層し成形する方法、スリップキャス
ト成形方法，押しだし成形方法等の成形方法を用いて所
望の形状，寸法に成形することができる。

【００３３】さらに詳細に説明すると、予め粉砕し、粒
度調整したセラミックス粉末，および／またはガラス粉
末（以下これらを総称して、原料マトリックス粉末とい
う）１００重量部に、導電性材料として、前記の形状を
有する薄片状黒鉛を０. ５〜１０重量部、好ましくは１
〜５重量部添加し、ボールミル，ニーダ，ヘンシェルミ
キサーあるいはダブルコーン型やＶ型のブレンダー等の
通常の混合機を用いて混合して、発熱部成形用混合物を
調製する。 また別に、前記と同じ原料マトリックス粉
末１００重量部に、薄片状黒鉛を１〜１１重量部、好ま
しくは２〜６重量部添加し、同様の方法にて混合したも
のを調製し電極取付位置近傍部用混合物とする。薄片状
黒鉛の添加量が１重量部未満では、電極部を充分低抵抗
化することができず、また、１１重量部を超えると原料
マトリックス粉末粒子間の接点が減少する等により、電
極部の緻密性が損なわれるので好ましくない。

【００３４】ここで、上記各混合物には、必要によって
混合時に水，有機溶剤等の溶媒，および成形助剤として
の有機系あるいは無機系バインダー等を添加してもよ
い。

【００３５】また、電極取付位置近傍部に用いる薄片状
黒鉛は、電極取付位置近傍部が発熱部に比べて充分低抵
抗を有するように、また製品強度等に影響を及ぼさない
範囲であれば、必ずしも発熱部に用いる薄片状黒鉛と同
一形状のものである必要はなく、適当な形状のものを用
いてもよい。

【００３６】また、電極取付位置近傍部に用いる薄片状
黒鉛の添加量は発熱部に用いる薄片状黒鉛と同一量また
はわずかに少な目にしておき、製品強度等に影響を及ぼ
さない範囲で金属粒子，粒状黒鉛等を添加して電極取付
位置近傍部の抵抗値を該発熱体中央の発熱部の抵抗値よ
り下げても良い。

【００３７】上記各混合物には、必要によって混合時に
水，有機溶剤等の溶媒，および成形助剤としての有機系
あるいは無機系バインダー等を添加してもよい。

【００３８】この混合過程で、薄片状黒鉛は、長さ方向
について幾分こわれて短くなるが、そのほとんどは１〜
１００μｍ以内である。また厚さ方向についてはほとん
どこわれることはない。

【００３９】次いで、このように調製した前記混合物を
用いて成形する。成形方法については特に限定はなく、
セラミック質発熱体の所望する形状にあった成形方法を
用いればよい。例えば粉末成形方法を用いる場合は、型
に仕切りを設け、発熱部用混合物と電極取付位置近傍部
用混合物とをそれぞれ別の仕切り内に充填し、その後仕
切りを取り除き成形を行なう方法で成形することができ
る。

【００４０】また、ドクターブレード法やカレンダーロ
ール法を用いる場合は、発熱部用混合物または電極取付
位置近傍部用混合物と、有機ビヒクルとを混練りしてそ
れぞれ発熱部用スラリーまたは電極部用スラリーを調製
し、ドクターブレード法やカレンダーロール法における
スラリー投入部分に発熱部用スラリーと電極部用スラリ
ーが混ざらないような仕切りまたは個別に投入口を設
け、発熱部用スラリーと電極部用スラリーとをそれぞれ
スラリー投入部分に投入し、シート化を行ない、発熱部
用混合物および電極取付位置近傍部用混合物とが連続す
る形状でグリーンシートを成形し、このグリーンシート
を製品仕様に応じて複数枚積層し、加熱圧着によりラミ
ネートする方法等で成形体を作製することができる。

【００４１】前記各方法等による成形後、必要に応じ切
削，加工等により形状や寸法を整えた後、脱脂および焼
成することにより、電極取付位置近傍部を一体的に有す
る発熱体である本発明のセラミック質発熱体を得ること
ができる。ここで、脱脂条件や焼成条件は使用したバイ
ンダーや原料マトリックス粉末の種類、成形体の形状等
に応じて適宜設定することができる。

【００４２】前記製造方法の中でも、グリーンシート成
形装置のスラリーだめに焼成後の抵抗値が互いに異なる
ように調整された２種以上のスラリーを供給し、２種以
上の領域を有するグリーンシートを作製するドクターブ
レード法が、電極取付位置近傍部と発熱体中央の発熱部
との境界部分がはっきりと残りにくいために好ましい。
また、２種以上のスラリーを用いることにより、発熱体
中央の発熱部から電極取付位置近傍部にかけて抵抗値に
傾斜を持たせたセラミック質発熱体を形成することがで
きる。

【００４３】

【作用】本発明は、高いアスペクト比を有する薄片状黒
鉛を導電性材料としてセラミックス等に添加し、成形後
焼結させたセラミック質発熱体であって、成形時に例え
ば電極取付位置近傍部への薄片状黒鉛の添加量を発熱部
より多くする等の方法により低抵抗化することにより、
より安定で確実なセラミック質発熱体と電極との接続が
できることを見いだし、本発明を完成するに至った。

【００４４】本発明のセラミック質発熱体は、発熱部お
よび電極取付位置近傍部を一体的に形成できるため、電
極取付位置近傍部と発熱部との接続の均一性がそこなわ
れることがなく、強度の高いセラミック質発熱体とする
ことができる。

【００４５】また、電極取付位置近傍部と発熱部とを導
電性物質の添加量のみが相違するように構成した場合に
は、剥離やクラックの発生等の問題が少ない。また、電
極取付位置近傍部には、発熱部と比べてより多くの薄片
状黒鉛等の導電性付与材料が分散してあるので、電極と
の接続がより確実になる。

【００４６】本発明によれば、電極取付位置近傍部の抵
抗値が発熱部と較べて低いために、電極取付位置近傍部
の発熱が押さえられ、電極として使用する金属皮膜の酸
化、および金属皮膜とセラミックスとの熱膨張率の相違
等による両者の剥離やクラックの発生等の問題が解決で
きる。

【００４７】

【実施例】以下実施例により本発明をさらに具体的に説
明する。

【００４８】（実施例１）原料として、軟化点８００
℃、熱膨張率３０×１０-7／℃の特性を有し、平均粒径
４μｍに粒度調整したホウケイ酸ガラス粉末、および平
均粒径２０μｍに粒度調整した薄片状黒鉛（粒子径１〜
１００μｍ，厚さ１μｍ以下，アスペクト比１０〜５０
００）を用いた。

【００４９】また、原料マトリックス粉末（ホウケイ酸
ガラス粉末）に、バインダーとしてエチルセルロースを
α- ターピネオールに溶解させたものおよび有機ビヒク
ルを加え、スリーロールミルを用いて混練りし適度な粘
度としたものを絶縁ペーストとした。

【００５０】まず、原料マトリックス粉末１００重量部
に薄片状黒鉛２重量部添加して、均質な混合物とした。
この混合物に、アクリル系樹脂１６重量部，フタル酸ジ
ブチル２重量部，トルエン１９重量部，エタノール４１
重量部を加えたものを、アルミナ製ボールを充填したポ
リエチレン製ポットを用いて９時間混合して、発熱部用
スラリーを調製した。

【００５１】また、原料マトリックス粉末１００重量部
に、薄片状黒鉛４重量部添加し、均質な混合物とし、こ
れにアクリル系樹脂１６重量部，フタル酸ジブチル２重
量部，トルエン２４重量部，エタノール５１重量部を加
え、前記と同様の方法にて電極取付位置近傍部用スラリ
ーを調製した。

【００５２】次いで、ドクターブレード装置を用いて、
２種のスラリーを用いて厚さ０. ３ｍｍのグリーンシー
トを作製した。この時、スラリー投入部分に当たる成形
用ブレードの液だめ内に発熱部の長さが８０ｍｍとなる
ように仕切り板２枚を設けて、液だめを３つの区分に分
割し、その中央の液だめ部に発熱部用スラリーを、外側
の２つの液だめ部に電極取付位置近傍部用スラリーを投
入し、発熱部用組成と電極取付位置近傍部用組成とが一
体となった発熱体用グリーンシートを作製した。

【００５３】また同様にして、ドクターブレード装置の
液だめに仕切り板を設けない状態で原料マトリックス粉
末のみのグリーンシートを作製し、絶縁用シートとし
た。

【００５４】次いで、発熱体用グリーンシートを６枚重
ね、その上下に絶縁用シートをそれぞれ１枚ずつ重ねた
ものを圧着したのち、縦約４０ｍｍ，横約１０５ｍｍの
成形体とし、成形体長辺側面に前記絶縁ペーストを塗布
したものを大気雰囲気下で７２０℃で２０分間焼成し
た。

【００５５】得られたセラミック質発熱体は、縦約３５
ｍｍ，横９０ｍｍであり、両端の電極取付位置近傍部の
長さはそれぞれ約１０ｍｍであった。このセラミック質
発熱体の短辺（電極取付位置）端面に、無電解めっきに
てＮｉ−Ｂ系の金属被膜を形成し電極とした。

【００５６】本発熱体に導線を接続し、抵抗を調べたと
ころ約２６Ωであった。また、４８Ｖの交流電圧を印加
して通電発熱させた時の発熱体表面の温度を非接触放射
温度計で測定したところ、発熱体中央部にて約４５０
℃、発熱部と電極部の境界部にて約３００℃、電極部両
端にて約１８０℃であった。また、前記の電圧を印加し
た状態で約５０００時間使用したが、発熱部と電極取付
位置近傍部の境界部および電極の劣化、亀裂は認められ
なかった。

【００５７】また前記発熱部用スラリーのみおよび電極
取付位置近傍部用スラリーのみを用いて、各々の焼成体
を作製し、抵抗値を測定したところ各々２Ωｃｍおよび
０．２Ωｃｍであった。

【００５８】上記実施例においては、発熱部として薄片
状黒鉛を２重量部添加したものを用いているが、上記に
限らず０．５〜１０重量部の範囲において変化させるこ
とが可能である。また、上記実施例においては電極形成
部の近傍部として薄片状黒鉛を４重量部添加したものを
用いているが、上記に限らず発熱部の薄片状黒鉛の添加
量よりも多く添加したものであれば使用可能である。ま
た、電極形成部の近傍部として多段または連続的に薄片
状黒鉛の添加量を増加させることも可能である。

【００５９】（実施例２）実施例１において、電極取付
位置近傍部用スラリーの組成として、原料マトリックス
粉末１００重量部に、導電性部材として薄片状黒鉛を２
重量部および平均粒径２９μｍの粒状黒鉛を１０重量部
添加した以外は同様な組成を用い、同様な方法でセラミ
ック質発熱体を形成した。

【００６０】このセラミック質発熱体に導線を接続し抵
抗を調べたところ約２６Ωであった。また、４８Ｖの電
圧を印加して通電発熱させた時の発熱体表面の温度を非
接触放射温度計で測定したところ、発熱体中央部にて約
４５０℃、発熱部と電極部の境界部にて約３００℃、電
極部両端にて約１８０℃であった。

【００６１】また、前記の電圧を印加した状態で約５０
００時間使用したが、発熱部と電極部の境界部および電
極の劣化、亀裂は認められなかった。なお、電極取付位
置近傍部用スラリーのみを用いて焼成体を作製し抵抗値
を測定したところ０．２Ωｃｍであった。（発熱部用ス
ラリーのみの抵抗値は実施例１と同様２Ωｃｍであ
る。） （比較例）実施例１記載の発熱部形成用スラリーのみを
用いて実施例１と同様の方法で、縦約３５ｍｍ，横約７
０ｍｍのセラミック質発熱体を作製した。このセラミッ
ク質発熱体の電極部端面に、無電解めっきにてＮｉ−Ｂ
系の金属被膜を形成し電極とした。

【００６２】これに導線を接続し抵抗を調べたところ約
２５Ωであった。また、４８Ｖの交流電圧を印加して通
電発熱させた時の発熱体表面の温度を非接触放射温度計
で測定したところ、発熱体中央部にて約４５０℃、電極
部両端にて約３００℃であった。

【００６３】また、４８Ｖの交流電圧を印加した状態で
使用したところ、約１６０時間で電極部が劣化し、絶縁
状態となってしまった。

【００６４】

【発明の効果】本発明の製造方法及びこの方法により得
られるセラミック質発熱体は、セラミックス等に導電性
材料として高いアスペクト比を有する薄片状黒鉛を添加
し、成形後焼結させたセラミック質発熱体であって、成
形時に電極取付位置近傍部への薄片状黒鉛の添加量を発
熱部より多くすることにより電極取付位置近傍部を低抵
抗化しているので、電極取付位置近傍部での発熱を抑え
ることができ、電極である金属皮膜の酸化、および金属
皮膜とセラミックスとの熱膨張率の相違等による両者の
剥離やクラックの発生等が長期間にわたってきわめて少
なく、また発熱部と電極取付位置近傍部が同じ材料で構
成可能であるため、両者間の剥離やクラックの発生等の
問題も生じず、電極との接続がより確実であり、より安
定で耐久性の良いセラミック質発熱体である。

【００６５】本発明のセラミック質発熱体は、暖房用，
調理用、乾燥用あるいは燃料気化器用等の発熱部材とし
て使用でき、また高品質のセラミック質発熱体を工業的
に製造するのに好適な製造方法である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 伊藤 正宏 栃木県栃木市国府町１ 三井鉱山株式会社 中央研究所内 (72)発明者 高田 忠信 栃木県栃木市国府町１ 三井鉱山株式会社 中央研究所内 (72)発明者 宇津木 剛 栃木県栃木市国府町１ 三井鉱山株式会社 中央研究所内 (72)発明者 上野 良孝 長野県南安曇郡豊科町大字豊科500番１号 日本電熱株式会社内 (72)発明者 長澤 雅史 長野県南安曇郡豊科町大字豊科500番１号 日本電熱株式会社内

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 セラミックスおよび／またはガラスより
   なるマトリックスに粒子径０．５〜１００μｍ、厚さが
   １．５μｍ以下、アスペクト比が１０〜５０００の薄片
   状黒鉛が添加されているセラミック質発熱体であって、
   該発熱体に通電するための電極取付位置近傍部の抵抗値
   が該発熱体中央部の発熱部の抵抗値より小さいことを特
   徴とするセラミック質発熱体。
2. 【請求項２】 電極取付位置近傍部への薄片状黒鉛の添
   加量が、発熱部への薄片状黒鉛の添加量よりも多いもの
   である請求項１記載のセラミック質発熱体。
3. 【請求項３】 電極取付位置近傍部への薄片状黒鉛の添
   加量が、発熱部への薄片状黒鉛の添加量よりも、マトリ
   ックス１００重量部に対して０．１重量部以上多いもの
   である請求項１または２記載のセラミック質発熱体。
4. 【請求項４】 ドクターブレード法によるグリーンシー
   ト成形装置のスラリー溜に、薄片状黒鉛とセラミックス
   および／またはガラスとを含むスラリーを供給して薄片
   状黒鉛が分散したグリーンシートを形成し、該グリーン
   シートを脱脂・焼成するセラミック質発熱体の製造方法
   であって、該ドクターブレード法によるグリーンシート
   成形時に、グリーンシート成形装置のスラリー溜に焼成
   後の抵抗値が互いに異なるように調製された２種以上の
   スラリーを供給することにより、２種以上の領域よりな
   るグリーンシートを作製することを特徴とする請求項１
   に記載のセラミック質発熱体の製造方法。
5. 【請求項５】 ２種以上のスラリーが、薄片状黒鉛の添
   加量のみが互いに異なるものである請求項４記載のセラ
   ミック質発熱体の製造方法。