JPH059912B2 - - Google Patents

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JPH059912B2
JPH059912B2 JP1211570A JP21157089A JPH059912B2 JP H059912 B2 JPH059912 B2 JP H059912B2 JP 1211570 A JP1211570 A JP 1211570A JP 21157089 A JP21157089 A JP 21157089A JP H059912 B2 JPH059912 B2 JP H059912B2
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JP
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heating element
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ferroelectric
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voltage
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JP1211570A
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JPH0388294A (ja
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Shii Yui Chen
Hon Uen Wan
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TSUAITOWANFUAAREN KONIEJISHUIENJIOYUEN
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TSUAITOWANFUAAREN KONIEJISHUIENJIOYUEN
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  • Constitution Of High-Frequency Heating (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は発熱素子に関し、特に強誘電絶縁体セ
ラミツク発熱素子に関する。
〔従来の技術〕
従来からのセラミツクヒータは主として半導体
磁器(抵抗係数103オームセンチメートル以下)
を発熱素子とし、普通の抵抗加熱器と同様に、通
電して発生するジユール熱を利用している。この
ような半導体磁器発熱素子は、現今、主として、
(Ba、Pb)TiO3などの、いわゆる正温度係数
(PTC)セラミツクを基体として使用している。
〔発明が解決しようとする課題〕
上述の従来技術において、正温度係数セラミツ
クは、ある特定の温度になると急激に抵抗値を増
加し、電流が流れにくくなり、発熱量が減少する
正の抵抗温度特性を有するので、過熱することが
なく、温度を一定に保ち、電気製品の安全性を向
上させる利点があることがよく知られているが、
製造過程において多くの変数に影響され、安定な
特性の再現特性を安定に保持し難いのみならず、
たとえば、耐電圧性が下回ることでもあると、実
用上、時々電圧の変動によつて破壊され、火災さ
えを起こしかねない。その上、電流により発熱作
用をするので、キユリー温度に達すると、オン/
オフ切り替え瞬間の電流振動によるサージ電流に
干渉される欠点があることもよく知られている。
上記欠点に鑑み、この発明は、製作が簡単で、
耐電圧性が高く、正温度係数セラミツク同様に温
度を一定に保つことができ、また、電圧の印加に
より発熱作用をする、強誘電絶縁体セラミツクを
用いた発熱素子を提供することを目的とする。
〔課題を解決するための手段〕
本発明は、上記目的を達成するために、交流電
圧を印加することによつて強誘電絶縁体セラミツ
クを発熱素子の発熱体とすることを要旨とする。
W.Kanzigの“Ferroelectrics and
Antiferroelectrics”、Academic Press(1957)
と、B.Jaffe、R.W.Cook and H.Jaffeの
“Piezoelectic Ceramics”、Academic Press
(1971)と、J.Grindlayの”An Introduction to
the Phenomenological Theory of
Ferroelectricity”、PergamonPress(1970)など
の文献から分かるように、強誘電体セラミツクな
どのイオン結晶は絶縁体で、普通の抵抗加熱器に
使用されている高抵抗導体ないし従来のセラミツ
クヒータに使用されている半導体磁器とまつたく
異なり、電流が通過できないのみならず、また、
自発分極をもつ上、電界などの外力を加えた時、
電気分解を更に進んで生じさせることができるの
で、従来からよくコンデンサーや圧電素子の基体
として利用されている。しかしながら、強誘電体
セラミツクをコンデンサーの基体とした場合、該
コンデンサーを電気分極させて充電する時、も
し、電界が時間的に変化すると、分極された電気
双極子は変動電界に作用されてスピンし、電気双
極子同志間に摩擦が生じて発熱し、誘電損失をも
たらす恐れがあるので、電圧は10ボルトくらいの
低電圧しか使用できず、誘電損失をなるべく抑制
して蓄電容量を増加することを目標とし、また、
圧電素子の基体とした場合、高電圧の時流電界を
印加して成極させた後使用するので、機電変換効
率を強調し、誘電損失をもなるべく抑制すること
などが現状である。
この発明の強誘電体セラミツク発熱素子は上記
コンデンサーおよび圧電素子と正反対で、強誘電
体の上記誘電損失を利用すること、即ち、誘電発
熱現象を良く発揮させてその加熱作用を利用しよ
うとすることを主眼とする。
〔作用〕
このように構成した発熱素子は、交流電圧を引
火して該強誘電絶縁体セラミツクの電気双極子を
スピンさせることにより、電気双極子同志間に摩
擦をもたらせて発熱させることができる。
この発明の上記またその他の目的、特徴および
利点は、図面を参照しての以下の実施例の詳細な
説明から一層あきらかとなろう。
〔実施例〕
以下、本発明の実施例を図面に沿つて説明す
る。
第1図および第2図に示すように、構造面から
みれば、この発明の強誘電体セラミツク発熱素子
1は強誘電体セラミツク10を基体としてその両
端に電極11,12を形成することで済むが、次
に述べるのはその技術上に欠かすことができない
要件である。
上記のように、強誘電絶縁体に、交流電圧、す
なわち、周波数が0ヘルツより大きいの変動電界
を印加すると、該変動電界に作用されて、繰り返
してスピンすることにより、摩擦発節作用をする
ことができる電気双極子をもつが、強誘電体とい
えども、キユリー温度(Tc)があつて、このキ
ユリー温度を越えると、誘電係数が急に下がり、
温度を引続きあげることができないので、この発
明はキユリー温度が室温以上の強誘電絶縁体に限
られる。また、強誘電絶縁体として下記の例のペ
ロブスカイト型構造を有し、かつ、キユリー温度
以下の温度において正方晶系を呈する材料から作
られる。
例 1 BaTiO(Tc=130℃) Tcを降下させるよう、BaTiO3にはSrTiO3
添加することができ、また、Tcを増加させるよ
う、BaTiO3にはPbTiO3を添加することができ
る。
例 2 Pb(ZrxTi1-x)O3[x=0−1] 必要に応じ、軟性や硬性の配分を添加すること
ができ、例えば、 (PbxSr1-x)[(Zr0.52Ti0.481-y)(Sb1/2Nb1/2

O3 (PbxSr1-x)[(Zr0.52Ti0.481-y(Mn1/3Nb2/3)]
O3 などが挙げられる。
次に、試験データを参照しながらこの発明の利
点を説明する。
試片1−4は下記の配分に従つて作られた。
試片110.93モルBaTiO3+0.07モルSrTiO3 試片220.89モルBaTiO3+0.11モルSrTiO3 試片330.92モルBaTiO3+0.08モルPbTiO3 試片44純BaTiO3 参照のために、上記成分PbTiO3、BaTiO3
よびSrTiO3のキユリー温度(Tc)および分子量
を下記のように羅列する。
PbTiO3 Tc=363℃ 分子量=303.067g/モル BaTiO3Tc=120℃ 分子量=233.207g/モル SrTiO3 Tc=163℃ 分子量=183.479g/モル 上記試片は、まず、上記の配分をボールミルに
おいて6時間粉砕混合した後、乾燥してから、
1000℃の下で〓焼し、そして、再びボールミルに
おいて6時間粉砕混合し、次いで、乾燥してから
直径20mm、厚さ1mmの薄錠状に圧縮成形し、そし
て、1350℃の下で焼結した後、電極層を形成する
ように製作した。
上記電極層は銀電極やアルミ電極などの導電性
金属を使用すれば良いが、この実施例では
Dupont7095の銀電極グルーを使用し、焼結前の
厚さは約1mm−1.5mmで、焼結後の厚さは100μm
未満である。
上記試片を、第3図に示すように、クリツプ3
1で、Al2O3製の絶縁材32を介して試片33を
固定し、該試片33に所定の交流電界を印加し、
また、温度測定器34によつてその温度を測定す
るように、下記の試験を行なつた。
試験 1 誘電率を変化させながら試片1−試片4の温度
をそれぞれ測定したところ、第4図のようなグラ
フが得られる。このグラフから分かるように、試
片11−試片4のTcはそれぞれ約90℃、105℃、
155℃、130℃である。
即ち、この試験から、キユリー温度が室温以上
の強誘電体は、製造が簡単でかつ、再現性及び生
産率も良い、一般ありふれた、誘電セラミツクか
ら容易に選ばれることが知られる。
試験 2 電圧を変化させながら試片1−試片4の温度を
それぞれ測定したところ、第5図のようなグラフ
が得られる。このグラフから分かるように、試片
の作業温度は電圧の増加に伴つて段々上がるが、
一定温度に達すると、平穏になつて最高作業温度
になる。この最高作業温度はそれぞれ約90℃、
105℃、155℃、130℃で、上記それと対応するキ
ユリー温度と等しい。
即ち、この試験から、強誘電体セラミツクはキ
ユリー温度に達すると、その温度を引続きあげる
ことができなく、一定に保持することができ、正
温度係数作用と同様な効果があり、また、1mmの
セラミツクに対し2KVの電圧を印加しても、破
壊されず、耐電圧性が良いことが知られる。
次に、試片4を例としてその作用電流をチエツ
クする。
試験 3 電圧を変化させながら試片4の電流を測定した
ところ、第6図のようにグラフが得られる。この
グラフから分かるように、試片4に流れる電流
は、電圧を上げると共に大になるが、電圧が試片
4のキユリー温度に対応する電圧(約1.1KV、第
5図参照)に上げると、電流は急にほぼ0近くに
至るほどさがる。
即ち、この試験から、強誘電体セラミツクは純
コンデンサー特性があり、かつ、一定の温度を保
てることが知られる。
試験 4 電力を変化させながら試片4{BaTiO3、Tc=
130℃}およびPZTセラミツク材試片{Pb
(ZrTi)O3、Tc=300℃}の温度を測定したとこ
ろ、第7図および第8図のようなグラフがそれぞ
れ得られる。このグラフから分かるように、試料
4は温度が100℃に近付くと段々カーブが緩やか
になるが、PZTセラミツク材試料は、温度が電
力に伴つて正比例に上がる(試験は170℃まで行
なう)。
この試験から、この発明の強誘電体セラミツク
発熱素子は誘電発熱作用を有するが、需要に応じ
る所定温度を保つよう、キユリー温度に基づき材
料をよく選択しなければならないことが知られ
る。
〔発明の効果〕
上記実施例および試験例により証明できるよう
に、この発明の強誘電絶縁体セラミツク発熱体は
強誘電体セラミツクを発熱素子の発熱体としたの
で、交流電圧を印加して該強誘電絶縁体セラミツ
クの電気双極子をスピンさせることにより、電気
双極子同志間に摩擦をもたらせて発熱させること
ができ、また、キユリー温度に達すると、一定の
温度を保持することができるので、電気製品の安
全性を向上させる利点があるのみならず、製作過
程も簡単で、再現性が良く、また、耐電圧性が高
くて電圧変化に破壊されにくく、火災を防止する
ことができ、その上、電圧により発熱作用をする
ので、オン/オフ切り替え瞬間の電流振動による
サージ電流に干渉される欠点もない。
【図面の簡単な説明】
第1図はこの発明の強誘電体セラミツク発熱素
子の断面構成図で、第2図Aは前記発熱素子を使
用して組み立てた発熱装置の斜視図で、第2図B
は第2図Aの断面構成図で、第2図Cおよび第2
図Dは該発熱素子の電極層配列を示す側面図で、
第3図は発熱素子の発熱を測定するためのテスト
方式で、第4図は強誘電体セラミツク試片の誘電
率−温度関係を示す曲線図で、第5図は強誘電体
セラミツク試片の作業温度−作業電流関係を示す
曲線図で、第6図は強誘電体セラミツク試片の作
業電流−作業電圧関係を示す曲線図で、第7図お
よび第8図はそれぞれBaTiO3試片とPZT試片の
電力−温度関係を示すグラフである。 1……強誘電体セラミツク発熱素子、10……
強誘電体セラミツク、11,12……電極層、1
……試片1、2……試片2、3……試片3、4…
…試片4、31……クリツプ、32……Al2O3
縁体、33……試片、34……温度測定器。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 強誘電絶縁体セラミツク体に交流電圧を印加
    して該強誘電絶縁体セラミツク体を発熱させるこ
    とを特徴とする発熱素子。 2 強誘電絶縁体セラミツクを基体としてその表
    面に2電極を形成し、この2電極に交流電圧を印
    加して該基体を発熱させることを特徴とする請求
    項1記載の発熱素子。 3 キユリー温度が室温以上にある強誘電絶縁体
    セラミツクを基体としてその表面に2電極を形成
    し、この2電極に交流電圧を印加して該基体を発
    熱させることを特徴とする請求項1記載の発熱素
    子。 4 キユリー温度が室温以上にある強誘電絶縁体
    セラミツクを基体としてその両端に電極を形成
    し、該両電極に0.5KV/mm以上の電界を発生させ
    うる、周波数0ヘルツより大きい交流電圧を印加
    して該基体を発熱させることを特徴とする請求項
    1記載の発熱素子。 5 請求項1記載の発熱素子を使用した加熱機
    器。
JP21157089A 1989-08-18 1989-08-18 強誘電体セラミック発熱素子 Granted JPH0388294A (ja)

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JPH0388294A JPH0388294A (ja) 1991-04-12
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JPS5724974A (en) * 1980-07-22 1982-02-09 Canon Inc Fixing device
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