(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ステンレス製基板と、該ステンレス製基板の表面に形成された絶縁層と、該絶縁層上に形成された抵抗体パターンとを備え、且つ該抵抗体パターンの電気抵抗値を、焼成処理後の発熱体の電気抵抗値の製品規格値を得ることができるための焼成処理前規格値よりも小さな電気抵抗値を有するものが生じないように大きめに設定した電気抵抗値をねらい値として焼成処理前の発熱前駆体を複数個製造し、その後、製造された該発熱前駆体のうち目標規格値内の発熱前駆体を除いた残余の発熱前駆体であって該目標規格値を外れる電気抵抗値を有する規格外発熱前駆体を選別し、次いで、該規格外発熱前駆体の該抵抗体パターンの上に導電塗布層を積層形成し、その後、上記規格外発熱前駆体を焼成処理して得られる全ての発熱体の電気抵抗値が、上記製品規格値内に含まれるように調整することを特徴とする発熱体の製造方法。
【請求項２】
ステンレス製基板と、該ステンレス製基板の表面に形成された絶縁層と、該絶縁層上に形成された第１抵抗体パターンとを備え、且つ該抵抗体パターンの電気抵抗値を、焼成処理後の発熱体の電気抵抗値の製品規格値を得ることができるための焼成処理前規格値よりも小さな電気抵抗値を有するものが生じないように大きめに設定した電気抵抗値をねらい値として焼成処理前の発熱前駆体を複数個製造し、その後、製造された該発熱前駆体のうち目標規格値内の発熱前駆体を除いた残余の発熱前駆体であって該目標規格値を外れる電気抵抗値を有する規格外発熱前駆体を選別し、次いで、該規格外発熱前駆体の該第１抵抗体パターンに短絡部を形成し、及び／又は該第１抵抗体パターンと別に予め並設された他の第２抵抗体パターンと該第１抵抗体パターンとを電気的に接続し、その後、上記規格外発熱前駆体を焼成処理して得られる全ての発熱体の電気抵抗値が、上記製品規格値内に含まれるように調整することを特徴とする発熱体の製造方法。
【請求項３】
上記ステンレスがフェライト系耐熱鋼である請求項１又は２に記載の発熱体の製造方法。
【請求項４】
上記絶縁層がガラスである請求項１乃至３のいずれかに記載の発熱体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、発熱体の製造方法に関し、更に詳しくは、製品規格内の電気抵抗値を得るための発熱体の製造方法に関するものである。本発明の発熱体は、アイロン、電子ジャー、トイレの便座のヒーター、複写機やレーザープリンターのサーマルヘッド等に用いられる。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、発熱体の製造に当たってはヒーター素子である抵抗体の電気抵抗値等に変動を生じ、発熱体の品質が安定しにくいという難点があった。このため、ヒーター素子の製造条件を継続して安定させる必要があるが、それでも同一ロットで製造されたヒーター素子の電気抵抗値が変動することが少なくなく、歩留まりの悪化を招いていた。
電気抵抗値の調整方法としては、抵抗体パターンの一部を削り取って調整するレーザートリミング法という手法があるが、基板及び基板に積層する絶縁体の素材によっては適用できない場合があり、歩留まりの改善効果が期待できない。
実際の製造上、電気抵抗値の調整が必要であることから、ステンレス製基板を用いた発熱体において有効な電気抵抗値調整方法が求められている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、製品規格内の電気抵抗値を有する発熱体を得るための発熱体の製造方法を提供することを目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、製品規格内の電気抵抗値を有する発熱体を得るための発熱体の製造方法について検討した結果、本発明を完成するに至った。
以下、本発明の発熱体の製造方法及び参考発明の電気抵抗値調整方法について説明する。
参考発明１の電気抵抗値調整方法は、ステンレス製基板と、該ステンレス製基板上に形成された絶縁層と、該絶縁層上に形成された抵抗体パターンとを備える発熱体の該抵抗体パターンの上に導電層が積層形成されて電気抵抗値を調整することを特徴とする。
【０００５】
参考発明２の電気抵抗値調整方法は、ステンレス製基板と、該ステンレス製基板上に形成された絶縁層と、該絶縁層上に形成された第１抵抗体パターンとを備える発熱体の該抵抗体パターンに短絡部を形成し、及び／又は該第１抵抗体パターンと別に予め並設された他の第２抵抗体パターンと該第１抵抗体パターンとを電気的に接続して、電気抵抗値を調整することを特徴とする。
【０００６】
参考発明３の電気抵抗値調整方法は、上記ステンレスをフェライト系耐熱鋼とするものである。
また、参考発明４の電気抵抗値調整方法は、上記絶縁層をガラスとするものである。
【０００７】
参考発明５の発熱体は、参考発明１乃至４にいずれかに記載の電気抵抗値調整方法を用いて調整されて製造されたことを特徴とする。
【０００８】
請求項１記載の発熱体の製造方法は、ステンレス製基板と、該ステンレス製基板の表面に形成された絶縁層と、該絶縁層上に形成された抵抗体パターンとを備え、且つ該抵抗体パターンの電気抵抗値を、焼成処理後の発熱体の電気抵抗値の製品規格値を得ることができるための焼成前規格値よりも小さな電気抵抗値を有するものが生じないように大きめに設定した電気抵抗値をねらい値として焼成処理前の発熱前駆体を複数個製造し、その後、製造された該発熱前駆体のうち目標規格値内の発熱前駆体を除いた残余の発熱前駆体であって該目標規格値を外れる電気抵抗値を有する規格外発熱前駆体を選別し、次いで、該規格外発熱前駆体の該抵抗体パターンの上に導電塗布層を積層形成し、その後、上記規格外発熱前駆体を焼成処理して得られる全ての発熱体の電気抵抗値が、上記製品規格値内に含まれるように調整することを特徴とする。
【０００９】
請求項２記載の発熱体の製造方法は、ステンレス製基板と、該ステンレス製基板の表面に形成された絶縁層と、該絶縁層上に形成された第１抵抗体パターンとを備え、且つ該抵抗体パターンの電気抵抗値を、焼成処理後の発熱体の電気抵抗値の製品規格値を得ることができるための焼成処理前規格値よりも小さな電気抵抗値を有するものが生じないように大きめに設定した電気抵抗値をねらい値として焼成処理前の発熱前駆体を複数個製造し、その後、製造された該発熱前駆体のうち目標規格値内の発熱前駆体を除いた残余の発熱前駆体であって該目標規格値を外れる電気抵抗値を有する規格外発熱前駆体を選別し、次いで、該規格外発熱前駆体の該第１抵抗体パターンに短絡部を形成し、及び／又は該第１抵抗体パターンと別に予め並設された他の第２抵抗体パターンと該第１抵抗体パターンとを電気的に接続し、その後、上記規格外発熱前駆体を焼成処理して得られる全ての発熱体の電気抵抗値が、上記製品規格値内に含まれるように調整することを特徴とする。
【００１０】
請求項３記載の発熱体の製造方法は、上記ステンレスがフェライト系耐熱鋼であるものである。上記フェライト系耐熱鋼としては、ＳＵＳ４３０、ＳＵＳ４４４、ＳＵＳ４３６等が挙げられるが、ＳＵＳ４３０及びＳＵＳ４４４が好ましく用いられる。
また、請求項４記載の発熱体の製造方法は、上記絶縁層がガラスであるものである。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明の実施例を図面に基づき、更に詳しく説明する。
参考発明における抵抗体パターンの電気抵抗値の測定は、
〔１〕抵抗体パターンの形成、焼成処理後、
〔２〕電気抵抗値の調整をした時、導電層の形成、焼成処理後、
〔３〕保護ガラス印刷後の再焼成処理後、
の３回行われる。それぞれの焼成処理を第１パターン焼成処理、第２パターン焼成処理、第３パターン焼成処理とし、測定した電気抵抗値をＲ１、Ｒ２、Ｒ３とする。
実施例１
（１）発熱前駆体の第３パターン焼成処理による電気抵抗値変化率の測定
発熱前駆体の第３パターン焼成処理の前後において電気抵抗値は変わるため、予め第３パターン焼成処理前後の変化率を求める実験を行った。
まず、厚さ２ｍｍのＳＵＳ４３０製基板を平滑処理した後、半結晶性ガラスを焼成処理後１００μｍとなるように塗布し、２回焼成処理を繰り返して絶縁層を設けた。その後、鉛、カドミウム、ニッケルを含まない抵抗体ペーストを用いて、図１に示すような回路状パターンを印刷し、所定の焼成処理前抵抗体パターン１１を形成した（図１参照）。これを３枚（発熱前駆体）作製した。尚、この線幅は１．７ｍｍ、線厚は１０μｍ、全長は２１３ｍｍである。更に、この抵抗体パターン１１の各端子の部分には電極として銀ペーストを用いて印刷して、取り出し電極部１２ａ、１２ｂを形成し（図１参照）、第１パターン焼成処理（８５０℃、３０分）を行った。尚、同図中の１３ａ、１３ｂ、１３ｃは各発熱抵抗体部１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄの隣接するものを電気的に接続する接続部１３ａ、１３ｂ、１３ｃである。この抵抗体ペーストは、銀−パラジウムからなるペーストである。
【００１２】
この３枚の発熱前駆体（表１のサンプルＮｏ．１〜３）の第１パターン焼成処理後の電気抵抗値Ｒ1を測定したところ、それぞれ、１０．９７Ω、１１．３７Ω、１１．６０Ωであった。その後、同じ条件にて第３パターン焼成処理を行った後、同様に電気抵抗値Ｒ3を測定したところ、それぞれ、１１．２１Ω、１１．７３Ω、１１．８５Ωであり、各々、変化率は２．２％、３．２％、２．２％（平均値：２．５％）であった。
これにより、導電塗布層を設けない、即ち抵抗を調整しない場合の電気抵抗値増加率が、２〜３％程度（平均で２．５％）であることが判ったので、所望の製品規格値よりも２〜３％小さい値となるように設計すればよいことが分かった。
【００１３】
更に、上記発熱前駆体の電気抵抗値を小さくするように調整する場合、図２に示すように、所定の抵抗体パターン部（例えば１１ｃ）の上に同幅で所定長さの導電塗布層２ａを形成した場合の電気抵抗値の変化率を検討した。
まず、上記と同じ発熱前駆体を更に３個作製した。この第１パターン焼成処理前の発熱前駆体（表１のサンプルＮｏ．４〜６）の電気抵抗値Ｒ1を測定したところ、それぞれ、１２．００Ω、１２．４４Ω、１２．８１Ωであった。その後、上記に示すようにサンプルＮｏ．４のものには全長に対して７％長さ（厚さ：１０μｍ）、サンプル５及び６のものには全長に対して１１％長さ（厚さ：１０μｍ）の導電塗布層２ａを第２パターン焼成処理（８５０℃、３０分）により形成した。この場合の電気抵抗値Ｒ2を測定したところ、それぞれ、１１．３６Ω、１１．４０Ω、１１．６８Ωであり、各々、変化率は−５．３％、−８．４％、−８．８％であった。その後、第３パターン焼成処理を行った後の電気抵抗値Ｒ3を測定したところ、それぞれ、１１．５２Ω、１１．５０Ω、１１．８０Ωであり、各々、変化率（Ｒ2に対するＲ3の増加率）は１．４％、０．９％、１．０％であった。
これにより、一定量（長さ）の導電塗布層を設けた場合は、一定値だけ電気抵抗値を下げることができ、しかも、第３パターン焼成処理後の発熱体の電気抵抗値も一定値だけ下げることができることが分かった。
【００１４】
【表１】
0004512232.tif 000002
【００１５】
（２）電気抵抗値の調整された発熱体の製造
前記（１）の結果から考えると、導電層を設けない場合、所定の製品規格値Ｒ0（１１．２０〜１１．９０Ω）の発熱体を製造することになる第１パターン焼成処理後の発熱前駆体の電気抵抗値Ｒ1（１０．９２〜１１．６０Ω、中央値＝１１．２６Ω）よりも、大きめの電気抵抗値（１１．９０Ω、これは中央値１１．２６Ωに対して５．７％大きな値である。）をねらい値として、発熱前駆体を６個製造した（表１参照）。発熱前駆体の形状等は、前記に示すものと同じである。この製造された発熱前駆体の電気抵抗値Ｒ1を測定し、その結果を表１に示した。その値は１０．９７〜１２．８１Ωまでばらつき、その平均値は１１．９０Ωである。
【００１６】
これらを、（１）１０．９０以上１１．６０Ω以下（サンプルＮｏ．１〜３）、（２）１１．６０超え１２．３０以下（サンプルＮｏ．４）、（３）１２．３０超え１２．９０以下（サンプルＮｏ．５〜６）の３グループに分けた。
この第１グループは、このまま第３パターン焼成処理を行えば製品規格値内に含まれるので、調整せずにこのまま焼成処理して、発熱体サンプル１〜３を製造した。これらの発熱体の電気抵抗値は、１１．２１〜１１．８５Ωであり、製品規格値内に収まった。
一方、この第２グループのサンプルＮｏ．４は、表１及び上記に示すように、全長に対して７％長さ（厚さ：１０μｍ）の導電塗布層２ａを形成し、第２パターン焼成処理を行った。この場合の電気抵抗値Ｒ2は１１．３６Ωであり、その後、これを上記と同様に第３パターン焼成処理を行った後の電気抵抗値Ｒ3は１１．５２Ωであった。これにより、製品規格値内に収まった。
【００１７】
更に、この第３グループのサンプルＮｏ．５〜６は、表１及び上記に示すように、全長に対して１１％長さ（厚さ：１０μｍ）の導電塗布層２ａを形成し、第２パターン焼成処理を行った。この場合の電気抵抗値Ｒ2は各々１１．４０Ω、１１．６８Ωであり、その後、同様に第３パターン焼成処理を行った後の電気抵抗値Ｒ3は各々１１．５０Ω、１１．８０Ωであった。これにより、いずれも製品規格値内に収まった。
以上より、全てのサンプルＮｏ．１〜６は、予想よりも大きな電気抵抗値Ｒ1を示すＮｏ．４〜６のサンプルのみについて導電層を積層形成するという簡便な方法にて、全てのサンプル１〜６を製品規格値内に収めることができた。尚、サンプルＮｏ．１〜３は、このまま第３パターン焼成すれば製品規格値内に収まるものであり、そのまま焼成処理した場合、製品規格値内に収まらないものは存在しないことになる。このような簡便な方法により、製造時の歩留まりを１００％とすることができた。
【００１８】
実施例２（発熱体の製造方法）
以下の手順で発熱体を製造した。即ち、厚さ２ｍｍのＳＵＳ４３０製基板を平滑処理した後、半結晶性ガラスを焼成処理後１００μｍとなるように塗布し、２回焼成処理を繰り返し、鉛、カドミウム、ニッケルを含まない導電ペーストを用いて回路状にパターン印刷した。更に、端子の部分には電極として銀ペーストを用いて印刷した。この時、上記電気抵抗値の調整方法によって抵抗体パターンの電気抵抗を調整した後（図２参照）、第２パターン焼成処理し、これを保護するために、鉛、カドミウム、ニッケルを含まない半結晶性ガラスを塗布し、第３パターン焼成処理した。
【００１９】
図８は、実施例に係わる発熱体５の説明断面図である。本発熱体５は、ステンレス製の基板６上に形成される絶縁層７と、この絶縁層７上に印刷される抵抗体パターン１１（１１ａ、１１ｂ、１１ｃ及び１１ｄ）と、電極取り出し端子１２ａ及び１２ｂと、電気抵抗値の調整のために抵抗体パターン１１ｃの上に設けられた導電層２ａと、そしてこれを保護するための保護ガラス８とを備える。
【００２０】
上記方法により製造した発熱体は、容易に抵抗体パターンの電気抵抗値を製品規格範囲内に調整することができ、目的の温度に精度よく達することが確認できた。また、ＳＵＳ４３０は積層する絶縁性ガラスと線膨張係数が近いので、高温に発熱しても、変形を生じることがなく、発熱体として安定した形状を保つ。
【００２１】
実施例２に示すように、発熱体は、層構造を安定に保ちながら、複雑な工程を必要とせず、容易に製品規格内の電気抵抗値の調整が可能であり、歩留まり向上に効果がある。
【００２２】
尚、本発明においては、上記実施例に限定されるものではなく、目的、用途に応じて本発明の範囲内で種々変更した実施例とすることができる。
参考発明としての電気抵抗値を低減する方法としては、上記実施例に示す方法以外に、例えば、以下の方法とすることもできる。
【００２３】
（１）図３に示すように、抵抗体パターンをはみ出して積層してもよいし（図３の２ｂ）、複数の導電層（２ｂ，２ｃ，２ｄ）を設けてもよい。この場合の数、線幅の大きさは種々変更できる。この場合は元の抵抗体パターンの上に積層するのみなので、パターンの制約を受けずに、電気抵抗値の調整が可能である。
（２）図４に示すように、端子間をつなぐ線状の抵抗体パターン（２ｅ，２ｆ，２ｇ，２ｈ）を設けてもよい。この場合の数、線幅の大きさは種々変更できる。この場合も元の抵抗体パターンの上に積層するのみなので、パターンの制約を受けずに、電気抵抗値の調整が可能である。
（３）図５に示すように、短絡配線パターン（３ａ，３ｂ，３ｃ）を設けることができる。この場合の数、配設場所は種々変更できる。この場合は、元の抵抗体パターンに折り返しがある場合に有効な調整方法である。
（４）図６に示すように、通常の抵抗体パターン（例えば１１ｄ）の横に、他の抵抗体パターン１１ｅを設け、これを短絡配線パターン（３ｄ，３ｅ）で電気的に接続することができる。
【００２４】
また、電気抵抗値を低減させるのに上記実施例においては、導電層を同じ厚さで長さを変えて調整しているが、これに限らず、その厚さの大小を調整して電気抵抗値を適宜調整することもできる。要は、導電層全体の体積を適宜変えて調整することができる。
更に、上記実施例においては、ばらついた電気抵抗値を持つ第１パターン焼成処理後の発熱前駆体を３グループ（即ち規格外の発熱前駆体を２グループ）に分けたが、これに限らず、３グループ以上に分けても良いし、また、所定の検量線に基づいて１個１個積層量（長さ等）等を適宜設定して、調整しても良い。この調整数が多い程、品質精度が良くなり、製品規格範囲をシャープにすることができる。
【００２５】
また、電気抵抗値調整時に用いる導電ペーストも銀ペーストに限らず、金、銅、ニッケル、モリブデン、タングステン等を含むものでもよい。導電層の積層方法も抵抗体パターン上を幅方向にそのまま積層しても、はみ出して積層してもよく、積層の印刷方法も特に限定されない。導電層の積層時はその体積が大切になるため、積層するパターンの幅や面積及び厚みが自由に設定できる。更に、保護ガラスとして用いるガラスも非晶質のものであっても構わない。
【００２６】
本発明に含まれないが、電気抵抗値を調整するために、図７に示すようにすることができる。即ち、元の抵抗体パターンに加えて、他の幅狭の第２パターン１１ｅ、及び第３パターン１１ｆを形成しておく。そして、電気抵抗値を低減させる場合は短絡配線パターン３ｄ、３ｅを介してこの第２パターンを平行に短絡させる。一方、電気抵抗値を増大させる場合はこの第３パターン１１ｆを短絡させ、電極取り出し端子１３及び１２ｂで測定する。これにより、本発明のように低減化のみならず、電気抵抗値を低減も増大も目的に応じて適宜調整することができる。
【発明の効果】
上述の電気抵抗値調整方法によれば、複雑な工程を必要としないため、容易に製品規格内の電気抵抗値の調整が可能となる。そして、この電気抵抗値調整方法を利用して、温度分布のばらつきの少ない優れた発熱体を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例において用いた抵抗体パターンの説明平面図である。
【図２】実施例において用いた電気抵抗値調整方法の説明平面図である。
【図３】複数の導電層を設けた別の電気抵抗値調整方法の説明平面図である。
【図４】端子間を線状の抵抗体パターンで接続した別の電気抵抗値調整方法の説明平面図である。
【図５】短絡パターンを設けた別の電気抵抗値調整方法の説明平面図である。
【図６】第２の抵抗体パターンを設けた別の電気抵抗値調整方法の説明平面図である。
【図７】第２の抵抗体パターンを設けた更に別の電気抵抗値調整方法の説明平面図である。
【図８】実施例に係わる製造された発熱体の説明断面図である。
【符号の説明】
１；発熱体の抵抗体パターン、１１，１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄ；抵抗体パターン、１１ｅ；第２の抵抗体パターン、１１ｆ；第３の抵抗体パターン、１２ａ，１２ｂ，１３；電気抵抗値測定のための端子、１３ａ，１３ｂ，１３ｃ；端子、２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ；電気抵抗値調整のために積層した導電層、２ｅ，２ｆ，２ｇ，２ｈ ；電気抵抗値調整のために積層した抵抗体パターン、３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄ，３ｅ，３ｆ；短絡パターン、５；発熱体、６；ステンレス製基板、７；絶縁性ガラス、８；保護ガラス。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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