JPH097740A - セラミックヒータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 悪臭成分によってセラミックヒータ素子が劣
化するのを防止する。 【構成】 第１の層３１は、耐熱性樹脂でなり、セラミ
ックヒータ素子１の表面に付着されている。第２の層３
２は、耐熱性樹脂を主成分とし、無機質粉体を含有し、
第１の層３２の上に付着されている。貴金属系触媒層２
は、第２の層３２の上に付着されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、セラミックヒータに関
し、更に詳しくは、脱臭機能を有するセラミックヒータ
に係る。

【０００２】

【従来の技術】エアコンディショナや電気温風暖房器に
おいては、室内での喫煙に伴って発生する臭いを脱臭す
るため、調理機器では調理時に食品から発生するにおい
を脱臭するため、脱臭機能を付加する提案は、例えば実
開平３ー１０３５８７号公報、実開平１ー１３９３９６
号公報等でなされている。実開平３ー１０３５８７号公
報は、セラミックヒータ素子の表面に脱臭機能を有する
貴金属系触媒を設けたセラミックヒータを開示してお
り、実開平１ー１３９３９６号公報は貴金属系触媒であ
る酸化触媒を付着した正特性サーミスタ発熱体を開示し
ている。

【０００３】これらのヒータでは、非加熱時に悪臭成分
を貴金属系触媒によって吸着する。貴金属系触媒によっ
て吸着された悪臭成分は、ヒータによる貴金属系触媒の
加熱によって、酸化され分解される。これにより、貴金
属系触媒が再生される。従って、ヒータの加熱及び非加
熱をくり返すことにより、脱臭動作を半永久的に継続す
ることができる。

【０００４】貴金属系触媒をヒータ素子に付着させる手
段として、従来は、アルミナまたはガンマアルミナを用
いていた。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】貴金属系触媒をヒータ
素子に付着させる手段として、アルミナまたはガンマア
ルミナを用いた従来技術の問題点の一つは、アルミナや
ガンマアルミナにクラックが発生し、貴金属系触媒に吸
着された悪臭成分が、クラックを通って、ヒータ素子に
達し、ヒータ素子の素体または電極等を劣化させてしま
うことである。更に詳しく説明すると、ヒータ素子の加
熱及び非加熱の繰り返しに伴い、ヒータ素子及びアルミ
ナもしくはガンマアルミナが熱膨張及び収縮を繰り返
す。ヒータ素子と、アルミナもしくはガンマアルミナと
の間の熱膨張係数は異なる。このため、熱膨張及び収縮
の繰り返しにより、アルミナやガンマアルミナにクラッ
クが発生する。悪臭成分は、酢酸、アンモニア、トリメ
チルアミン、メチルメルカブタン等である。これらの悪
臭成分のために、ヒータ素子の素体または電極等が劣化
する。

【０００６】もう一つの問題点は、アルミナまたはガン
マアルミナの層を形成する場合、高い熱処理温度を必要
とすることである。

【０００７】本発明の課題は、セラミックヒータ素子の
加熱及び非加熱をくり返すことにより、脱臭動作を半永
久的に継続し得るセラミックヒータを提供することであ
る。

【０００８】本発明のもう一つの課題は、悪臭成分によ
ってセラミックヒータ素子が劣化するのを防止したセラ
ミックヒータを提供することである。

【０００９】本発明の更にもう一つの課題は、貴金属系
触媒層とセラミックヒータ素子との間の下地層を低温度
で容易に形成できるセラミックヒータを提供することで
ある。

【００１０】本発明の更にもう一つの課題は、下地層と
貴金属系触媒層との間の結合強度の大きなセラミックヒ
ータを提供することである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上述した課題解決のた
め、本発明に係るセラミックヒータは、セラミックヒー
タ素子と、貴金属系触媒層と、下地層とを有する。前記
下地層は、第１の層と、第２の層とを有する。第１の層
は、耐熱性樹脂でなり、前記セラミックヒータ素子の表
面に付着されている。前記第２の層は、耐熱性樹脂を主
成分とし、無機質粉体を含有し、前記第１の層の上に付
着されている。前記貴金属系触媒層は、前記第２の層の
上に付着されている。

【００１２】

【作用】第１の層はセラミックヒータ素子の表面に付着
されており、第２の層は第１の層の上に付着されてお
り、貴金属系触媒層は第２の層の上に付着されている。
従って、非加熱時に貴金属系触媒層によって吸着された
悪臭成分を、セラミックヒータ素子による貴金属系触媒
層の加熱によって、酸化し、分解する。これにより、貴
金属系触媒層が再生される。従って、セラミックヒータ
素子の加熱及び非加熱をくり返すことにより、脱臭動作
を半永久的に継続することができる。

【００１３】第１の層は耐熱性樹脂でなり、セラミック
ヒータ素子の表面に付着されている。このため、加熱及
び非加熱の繰り返しに伴い、セラミックヒータ素子が熱
膨張及び収縮を繰り返した場合、耐熱性樹脂でなる第１
の層はセラミックヒータ素子の熱膨張及び収縮に追従し
て膨張及び収縮する。第１の層にクラックを発生する余
地がない。このため、悪臭成分によってセラミックヒー
タ素子の素体または電極が劣化することがない。

【００１４】第１の層は耐熱性樹脂でなるから、第１の
層を、アルミナ及びガンマアルミナ等を用いる場合より
も著しく低い熱処理温度で容易に形成できる。

【００１５】第２の層は、耐熱性樹脂を主成分とし、第
１の層の上に付着されている。第１の層も耐熱性樹脂で
なる。従って、第２の層を、同種材料の結合によって、
第１の層と一体化し、第２の層を、第１の層を介して、
セラミックヒータ素子と一体化できる。

【００１６】第２の層は、無機質粉体を含有している。
このため、第２の層の表面は、無機質粉体による凹凸面
となる。貴金属系触媒層は、上述のような凹凸面を持つ
第２の層の上に付着されている。このため、凹凸による
表面積増大及び第２の層と貴金属系触媒層との間の相互
的な凹凸結合により、貴金属系触媒層と第２の層との間
の結合強度が増大する。

【００１７】本発明の他の目的、構成及び効果は、実施
例たる添付図面を参照して、更に詳しく説明する。

【００１８】

【実施例】図１は本発明に係るセラミックヒータの平面
部分断面図、図２は図１のＡ２ーＡ２線に沿った断面図
である。本発明に係るセラミックヒータは、セラミック
ヒータ素子１と、貴金属系触媒層２と、下地層３とを有
する。下地層３は、第１の層３１と、第２の層３２とを
有する。第１の層３１は耐熱性樹脂でなり、セラミック
ヒータ素子１の表面に付着されている。第２の層３２
は、耐熱性樹脂を主成分とし、無機質粉体を含有し、第
１の層３１の上に付着されている。貴金属系触媒層２は
第２の層３２の上に付着されている。

【００１９】上述のように、第１の層３１がセラミック
ヒータ素子１の表面に付着され、第２の層３２が第１の
層３１の上に付着され、貴金属系触媒層２が第２の層３
２の上に付着されている。従って、非加熱時に貴金属系
触媒層２によって吸着された悪臭成分が、セラミックヒ
ータ素子１による貴金属系触媒層の加熱によって、酸化
され、分解される。これにより、貴金属系触媒層２が再
生される。従って、セラミックヒータ素子１の加熱及び
非加熱をくり返すことにより、脱臭動作を半永久的に継
続することができる。

【００２０】第１の層３１は耐熱性樹脂でなり、セラミ
ックヒータ素子１の表面に付着されている。このため、
加熱及び非加熱の繰り返しに伴い、セラミックヒータ素
子１が熱膨張及び収縮を繰り返した場合、耐熱性樹脂で
なる第１の層３１はセラミックヒータ素子１の熱膨張及
び収縮に追従して膨張及び収縮する。従って、第１の層
３１にクラックを発生する余地がない。このため、悪臭
成分によってセラミックヒータ素子１の素体または電極
が劣化することがない。

【００２１】第１の層３１は耐熱性樹脂でなるから、第
１の層３１を、アルミナ及びガンマアルミナ等を用いる
場合よりも著しく低い熱処理温度で容易に形成できる。

【００２２】第２の層３２は、耐熱性樹脂を主成分と
し、第１の層３１の上に付着されており、第１の層３１
も耐熱性樹脂でなる。従って、第２の層３２を、同種材
料の結合によって、第１の層３１と一体化し、第２の層
３２を、第１の層３１を介して、セラミックヒータ素子
１と一体化できる。

【００２３】第２の層３２は、無機質粉体を含有してい
るから、第２の層３２の表面は、無機質粉体による凹凸
面となり、表面積が増大する。貴金属系触媒層２は、上
述のような凹凸面を持つ第２の層３２の上に付着されて
いる。このため、凹凸による表面積増大と、第２の層３
２と貴金属系触媒層２との間の相互的な凹凸結合によ
り、貴金属系触媒層２と第２の層３２との間の結合強度
が増大する。

【００２４】セラミックヒータ素子１は、好ましくは、
正特性サーミスタでなる。正特性サーミスタは、チタン
酸バリウム系半導体セラミックであり、自己温度制御機
能を有し、定温度発熱動作をする。このことは、貴金属
系触媒層２を、吸着した悪臭成分を酸化分解するのに必
要な温度、例えば２５０℃前後で、定温加熱できること
を意味する。従って、吸着した悪臭成分を、最適温度
で、確実に酸化分解することができる。セラミックヒー
タ素子１として、正特性サーミスタを用いた場合、図１
及び図２に示すように、素体１１に電極１２、１３を形
成する。電極１２と電極１３との間の素体部分が発熱領
域となる。電極１２、１３にはリード端子１４、１５が
それぞれ接続されており、リード端子１４、１５は絶縁
チューブ１６、１７によって覆われている。

【００２５】貴金属系触媒層２は、パラジウム、白金ま
たはロジウムの少なくとも一種を主成分とする。このよ
うな触媒材料は公知である。貴金属系触媒層２の厚み
は、例えば１０μｍ〜２００μｍである。貴金属系触媒
層２が上述した触媒材料で構成されている場合、吸着し
た悪臭成分を酸化分解する温度は、２５０℃前後であ
る。従って、セラミックヒータ素子１は発熱温度が２５
０℃前後のものを用いる。

【００２６】第１の層３１を構成する耐熱性樹脂は、シ
リコン系ワニス、ゴムまたはポリイミド系合成樹脂の何
れかを用いることが望ましい。第１の層３１の厚みは、
例えば５μｍ〜３０μｍ程度である。セラミックヒータ
素子１として、正特性サーミスタを用いた場合、第１の
層３１の構成材料としては、特に、シリコン系ワニスが
適している。シリコン系ワニスは、必要な耐熱温度特性
を有する他、セラミックヒータ素子１として用いられて
いる正特性サーミスタの抵抗変化を低く抑えることがで
きるという利点があるからである。

【００２７】表１は、セラミックヒータ素子１として、
正特性サーミスタを用い、第１の層３１として、シリコ
ン系ワニスを用いたサンプルと、ガンマアルミナを用い
たサンプル（従来品）とを、１０％ＨＣｌ溶液中に浸漬
した場合の抵抗変化率を示している。

【００２８】表１に示すように、第１の層３１として、
ガンマアルミナを用いた場合、２．５時間の浸漬時間を
経過するだけで、不良品の範囲に入る７．４％の抵抗変
化率を引き起こす。これに対して、第１の層３１とし
て、シリコン系ワニスを用いたサンプルの場合、６０時
間の浸漬時間経過後であっても、セラミックヒータ素子
の抵抗変化率は、良品の範囲とみなし得る４．２％に留
っている。

【００２９】第２の層３２は耐熱性樹脂がシリコン系ワ
ニスまたはポリイミド系合成樹脂の何れかである。第２
の層３２の厚みは、例えば５μｍ〜３０μｍ程度であ
る。第２の層３２を構成する材料は、第１の層３１にお
いて選択された材料に合わせて選択される。第１の層３
１がシリコン系ワニスである場合は、第２の層もシリコ
ン系ワニスを選択する。第１の層３１がポリイミド系樹
脂である場合は、第２の層もポリイミド系樹脂を選択す
る。これにより、第１の層３１と第２の層３２との間
に、同種材料による一体的結合構造を実現できる。

【００３０】第２の層３２に含まれる無機質粉体は、ゼ
オライトまたはガラスの何れかが望ましい。更に好まし
くは、第２の層３２と貴金属系触媒層２との間の界面
は、カップリング剤によって処理されている。これによ
り、第２の層３２と貴金属系触媒層２とを、一層確実に
結合できる。

【００３１】本発明に係るセラミックヒータは、次のよ
うな製造工程によって製造できる。まず、セラミックヒ
ータ素子１の上に、第１の層３１を構成するシリコン系
ワニスを塗布した後、２００〜２５０℃の温度条件で、
３０分程度の熱処理を行なう。これにより、第１の層３
１が形成される。

【００３２】次に、シリコン系ワニスを主成分とし、ゼ
オライトまたはガラスの粉末でなる無機質粉体を含有す
るものを、第１の層３１の上に塗布し、２００〜２５０
℃の温度条件で、３０分程度の熱処理を行なう。これに
より、第２の層３２が形成される。

【００３３】次に、触媒成分を含むペーストを、第２の
層３２の表面に塗布し、３００〜４００℃の温度条件
で、３０分程度の熱処理を行なう。これにより、貴金属
系触媒層２が形成される。貴金属触媒層２の形成前に、
カップリング剤を塗布する。カップリング剤の例として
は、アミノエチル、アミノプロピルトリメトキシシラン
及びグリシドキシプロピルトリメトキシシラン等を挙げ
ることができる。カップリング処理は、カップリング剤
を第２の層３２の上に塗布した後、１００〜１２０℃の
温度条件で、１０分程度の熱処理を行なう。

【００３４】本発明においては、種々のタイプのセラミ
ックヒータ素子２を用いることができる。例えば、セラ
ミックヒータ素子２として正特性サーミスタを用いる場
合、正特性サーミスタ素体の片面にのみ対の電極を設け
たタイプ、片面に分割電極を設け、他面に共通電極を設
けたタイプ等、これまで提案された各種の正特性サーミ
スタを用いることができる。更に、多数の通気孔を有す
るいわゆるハニカム状の正特性サーミスタを用いること
もできる。その例を図３及び図４に示す。

【００３５】図３はハニカム状正特性サーミスタを用い
たセラミックヒータの平面図、図４は図３のＡ４ーＡ４
線に沿った拡大断面図である。セラミックヒータ素子１
を構成する正特性サーミスタは、正特性サーミスタ素体
１１に、多数の通孔１８を有している。通孔１８を開口
させた両面に電極１２、１３が設けられている。第１の
層３１、第２の層３２及び貴金属系触媒層２は、通孔１
８の内部及び正特性サーミスタ素体１１の外周面を覆う
ように付着されている。

【００３６】図３及び図４は、特に、通気孔１８を通風
孔として用いる温風発熱体であって、脱臭機能を有する
セラミックヒータとして好適なものである。

【００３７】以上、好ましい実施例を参照して発明に係
るセラミックヒータを説明したが、本発明の精神及び教
示に基づき、本発明に係るセラミックヒータが、種々の
態様をとり得ることは、当業者に自明である。

【００３８】

【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、次
のような効果を得ることができる。 （ａ）セラミックヒータ素子の加熱及び非加熱をくり返
すことにより、脱臭動作を半永久的に継続し得るセラミ
ックヒータを提供することができる。 （ｂ）悪臭成分によってセラミックヒータ素子が劣化す
るのを防止したセラミックヒータを提供することができ
る。 （ｃ）貴金属系触媒層とセラミックヒータ層との間の下
地層を低温度で容易に形成できるセラミックヒータを提
供することができる。 （ｄ）下地層と貴金属系触媒層との間の結合強度の大き
なセラミックヒータを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るセラミックヒータの平面部分断面
図である。

【図２】図１のＡ２ーＡ２線に沿った断面図である。

【図３】本発明に係るセラミックヒータの別の実施例を
示す平面図である。

【図４】図３のＡ４ーＡ４線に沿った拡大断面図であ
る。

【符号の説明】

１ セラミックヒータ素子 ２ 貴金属触媒層 ３ 下地層 ３１ 第１の層 ３２ 第２の層

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 セラミックヒータ素子と、貴金属系触媒
   層と、下地層とを有するセラミックヒータであって、 前記下地層は、第１の層と、第２の層とを有しており、 第１の層は、耐熱性樹脂でなり、前記セラミックヒータ
   素子の表面に付着されており、 前記第２の層は、耐熱性樹脂を主成分とし、無機質粉体
   を含有し、前記第１の層の上に付着されており、 前記貴金属系触媒層は、前記第２の層の上に付着されて
   いるセラミックヒータ。
2. 【請求項２】 請求項１に記載されたセラミックヒータ
   であって、 前記セラミックヒータ素子は、正特性サーミスタ素子で
   なるセラミックヒータ。
3. 【請求項３】 請求項１に記載されたセラミックヒータ
   であって、 前記貴金属系触媒層は、パラジウム、白金またはロジウ
   ムの少なくとも一種を主成分とするセラミックヒータ。
4. 【請求項４】 請求項１に記載されたセラミックヒータ
   であって、 前記第１の層は、前記耐熱性樹脂がシリコン系ワニス、
   ゴムまたはポリイミド系合成樹脂の何れかであるセラミ
   ックヒータ。
5. 【請求項５】 請求項１に記載されたセラミックヒータ
   であって、 前記第２の層は、前記耐熱性樹脂がシリコン系ワニスま
   たはポリイミド系合成樹脂の何れかであるセラミックヒ
   ータ。
6. 【請求項６】 請求項１に記載されたセラミックヒータ
   であって、 前記第２の層は、前記無機質粉体がゼオライトまたはガ
   ラスの何れかを含むセラミックヒータ。
7. 【請求項７】 請求項１に記載されたセラミックヒータ
   であって、 前記第２の層と前記貴金属系触媒層との間の界面は、カ
   ップリング剤によって処理されているセラミックヒー
   タ。