JP2001135465A - セラミックヒータ - Google Patents
セラミックヒータInfo
- Publication number
- JP2001135465A JP2001135465A JP31001599A JP31001599A JP2001135465A JP 2001135465 A JP2001135465 A JP 2001135465A JP 31001599 A JP31001599 A JP 31001599A JP 31001599 A JP31001599 A JP 31001599A JP 2001135465 A JP2001135465 A JP 2001135465A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- ceramic heater
- weight
- ceramic
- heater
- heating resistor
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Landscapes
- Resistance Heating (AREA)
- Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】セラミックヒータを、自動車の酸素センサ加熱
用ヒータのように高温下で使用した場合、焼結助剤とし
て添加されている、あるいは不純物等としてアルミナ中
に含有されているアルカリ金属やアルカリ土類金属等の
陽イオンが、陽極側から陰極側へ移動するイオンマイグ
レーションが発生し、セラミックヒータの耐久性が劣化
するという課題があった。 【解決手段】セラミックヒータの基材となるセラミック
スが、９０〜９９重量％のＡｌ2Ｏ3、０．５〜４重量％
のＳｉＯ2、０．５〜６重量％の希土類元素酸化物を含
有し、これら合計量１００重量部に対し、さらに含有す
るＭｇＯ、ＣａＯの合計量が０．４重量部以下であるセ
ラミックヒータとする。
用ヒータのように高温下で使用した場合、焼結助剤とし
て添加されている、あるいは不純物等としてアルミナ中
に含有されているアルカリ金属やアルカリ土類金属等の
陽イオンが、陽極側から陰極側へ移動するイオンマイグ
レーションが発生し、セラミックヒータの耐久性が劣化
するという課題があった。 【解決手段】セラミックヒータの基材となるセラミック
スが、９０〜９９重量％のＡｌ2Ｏ3、０．５〜４重量％
のＳｉＯ2、０．５〜６重量％の希土類元素酸化物を含
有し、これら合計量１００重量部に対し、さらに含有す
るＭｇＯ、ＣａＯの合計量が０．４重量部以下であるセ
ラミックヒータとする。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、自動車用酸素セン
サ、石油ファンヒータの燃料気化用ヒータ、温水加熱ヒ
ータ、半田ごて等の一般家庭用、電子部品用、産業機器
用等の各種加熱用ヒータに利用されるセラミックヒータ
に関する。
サ、石油ファンヒータの燃料気化用ヒータ、温水加熱ヒ
ータ、半田ごて等の一般家庭用、電子部品用、産業機器
用等の各種加熱用ヒータに利用されるセラミックヒータ
に関する。
【０００２】
【従来の技術】セラミックヒータは、セラミックスの特
徴である耐熱性、耐薬品性、高絶縁性を利用して、自動
車用酸素センサ、石油ファンヒータの燃料気化用ヒー
タ、温水加熱ヒータ、半田ごて等の一般家庭用、電子部
品用、産業機器用等の各種加熱用ヒータに利用されてい
る。特に、アルミナを主成分とするセラミックス中に、
Ｗ、Ｍｏ、Ｒｅ等の金属からなる発熱抵抗体を備えたア
ルミナセラミックヒータが一般的に用いられている（特
開昭６３−９８６０号公報、特開昭６３−５８４７９号
公報参照）。
徴である耐熱性、耐薬品性、高絶縁性を利用して、自動
車用酸素センサ、石油ファンヒータの燃料気化用ヒー
タ、温水加熱ヒータ、半田ごて等の一般家庭用、電子部
品用、産業機器用等の各種加熱用ヒータに利用されてい
る。特に、アルミナを主成分とするセラミックス中に、
Ｗ、Ｍｏ、Ｒｅ等の金属からなる発熱抵抗体を備えたア
ルミナセラミックヒータが一般的に用いられている（特
開昭６３−９８６０号公報、特開昭６３−５８４７９号
公報参照）。
【０００３】例えば、円柱状のセラミックヒータを製造
する場合は、図１および図２に示すようにセラミック芯
材２とセラミックグリーンシート３を用意し、セラミッ
クグリーンシート３の一方面にＷ、Ｍｏ等の高融点金属
のペーストを印刷して発熱抵抗体４とリード引出部５を
形成した後、これらを形成した面が内側となるようにセ
ラミックグリーンシート３を上記セラミック芯材２の周
囲に巻付け、全体を焼成一体化することによりセラミッ
クヒータ１を得ることができる。
する場合は、図１および図２に示すようにセラミック芯
材２とセラミックグリーンシート３を用意し、セラミッ
クグリーンシート３の一方面にＷ、Ｍｏ等の高融点金属
のペーストを印刷して発熱抵抗体４とリード引出部５を
形成した後、これらを形成した面が内側となるようにセ
ラミックグリーンシート３を上記セラミック芯材２の周
囲に巻付け、全体を焼成一体化することによりセラミッ
クヒータ１を得ることができる。
【０００４】近年、自動車用酸素センサにおいて、自動
車の排気ガス規制の強化により、自動車の冷始動時にお
けるセンサ作動までの時間について、１０秒以下の時間
で作動することが要求されるようになってきた。当然、
自動車用酸素センサ加熱用に使用されるセラミックヒー
タ１に対する要求も厳しくなり、セラミックヒータ１の
表面温度が１０００℃になるまでの昇温時間が５秒以下
という厳しい要求が出てくるようになってきた。
車の排気ガス規制の強化により、自動車の冷始動時にお
けるセンサ作動までの時間について、１０秒以下の時間
で作動することが要求されるようになってきた。当然、
自動車用酸素センサ加熱用に使用されるセラミックヒー
タ１に対する要求も厳しくなり、セラミックヒータ１の
表面温度が１０００℃になるまでの昇温時間が５秒以下
という厳しい要求が出てくるようになってきた。
【０００５】そして、このような急激な昇温は、セラミ
ックヒータ１の表面に大きな温度分布を発生させる。そ
して、この温度分布による引張り応力がセラミックヒー
タの表面にクラックを発生させ、発熱抵抗体４が劣化し
断線するという耐熱衝撃性の課題が生じるようになって
きた。
ックヒータ１の表面に大きな温度分布を発生させる。そ
して、この温度分布による引張り応力がセラミックヒー
タの表面にクラックを発生させ、発熱抵抗体４が劣化し
断線するという耐熱衝撃性の課題が生じるようになって
きた。
【０００６】セラミックヒータ１の断線メカニズムにつ
いては、一般に次の様に考えられている。直流電圧を印
加して加熱するセラミックヒータは、発熱部の温度が上
昇すると含有している金属イオンが移動し易くなり、ア
ルカリ金属、あるいはアルカリ土類金属のような陽イオ
ンが印加される電界により陽極側から陰極側に、またＳ
ｉＯ3 2-イオンが陰極側から陽極側に移動するようにな
る。しかし、ＳｉＯ3 2-イオンはイオン半径が大きいた
め易動度が小さく、耐久性に影響するのは主に陽イオン
の移動となる。即ち、アルカリ金属イオンおよびアルカ
リ土類金属イオンのような陽イオンが、陽極から陰極側
に移動することにより陽極付近のセラミックス基材が疎
になり、陽極付近のセラミックスの強度および緻密度が
低下し、大気中の酸素が拡散してきて発熱抵抗体４を構
成する金属を酸化してしまう。そして、その際の体積膨
張によりセラミックヒータ１を構成するセラミックスに
クラックが発生する。そして、クラックを通じて浸入す
る外気酸素により前記金属の酸化がさらに加速され、そ
の結果、発熱抵抗体４を含む発熱パターンの剥離、断線
を生じる。
いては、一般に次の様に考えられている。直流電圧を印
加して加熱するセラミックヒータは、発熱部の温度が上
昇すると含有している金属イオンが移動し易くなり、ア
ルカリ金属、あるいはアルカリ土類金属のような陽イオ
ンが印加される電界により陽極側から陰極側に、またＳ
ｉＯ3 2-イオンが陰極側から陽極側に移動するようにな
る。しかし、ＳｉＯ3 2-イオンはイオン半径が大きいた
め易動度が小さく、耐久性に影響するのは主に陽イオン
の移動となる。即ち、アルカリ金属イオンおよびアルカ
リ土類金属イオンのような陽イオンが、陽極から陰極側
に移動することにより陽極付近のセラミックス基材が疎
になり、陽極付近のセラミックスの強度および緻密度が
低下し、大気中の酸素が拡散してきて発熱抵抗体４を構
成する金属を酸化してしまう。そして、その際の体積膨
張によりセラミックヒータ１を構成するセラミックスに
クラックが発生する。そして、クラックを通じて浸入す
る外気酸素により前記金属の酸化がさらに加速され、そ
の結果、発熱抵抗体４を含む発熱パターンの剥離、断線
を生じる。
【０００７】上記のような問題を解決するために、従来
よりセラミックス基部の組成の改良が試みられてきた。
上記のような陽イオンの移動を防止するためには、アル
カリ金属やアルカリ土類金属の含有量を低減するするこ
とが最も効果的である。しかしながら、これらの含有量
を減少させると、セラミックス基部と表面の電極取出部
や抵抗発熱体との密着性が低下する。この課題を解決す
るため、例えば、特開平５−５１２７５号公報、特開平
３−２２３１５７号公報などに記載された改良が行われ
ていた。
よりセラミックス基部の組成の改良が試みられてきた。
上記のような陽イオンの移動を防止するためには、アル
カリ金属やアルカリ土類金属の含有量を低減するするこ
とが最も効果的である。しかしながら、これらの含有量
を減少させると、セラミックス基部と表面の電極取出部
や抵抗発熱体との密着性が低下する。この課題を解決す
るため、例えば、特開平５−５１２７５号公報、特開平
３−２２３１５７号公報などに記載された改良が行われ
ていた。
【０００８】しかしながら、これらの方法では、発熱抵
抗体４を構成する金属にセラミック基部と同種の材料を
分散させるため、金属粒子間の接続が疎になり発熱抵抗
体４の抵抗が上昇するという問題があった。また、耐熱
衝撃を向上させるためには、破壊強度を上げる、熱
膨張係数を下げる等の方法があるが、いずれの場合も、
セラミック基材に他の不純物を添加することになるた
め、マイグレーションによる絶縁性の劣化や、密着強度
の劣化の要因となるので好ましくなかった。
抗体４を構成する金属にセラミック基部と同種の材料を
分散させるため、金属粒子間の接続が疎になり発熱抵抗
体４の抵抗が上昇するという問題があった。また、耐熱
衝撃を向上させるためには、破壊強度を上げる、熱
膨張係数を下げる等の方法があるが、いずれの場合も、
セラミック基材に他の不純物を添加することになるた
め、マイグレーションによる絶縁性の劣化や、密着強度
の劣化の要因となるので好ましくなかった。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】以上のように、セラミ
ックヒータを自動車の酸素センサ加熱用ヒータのように
高温で使用した場合、焼結助剤として添加されている、
あるいは不純物等としてアルミナ中に含有されているア
ルカリ金属やアルカリ土類金属等の陽イオンが陽極側か
ら陰極側へ移動し、セラミックヒータの耐久性が劣化す
るという課題があった。
ックヒータを自動車の酸素センサ加熱用ヒータのように
高温で使用した場合、焼結助剤として添加されている、
あるいは不純物等としてアルミナ中に含有されているア
ルカリ金属やアルカリ土類金属等の陽イオンが陽極側か
ら陰極側へ移動し、セラミックヒータの耐久性が劣化す
るという課題があった。
【００１０】本発明は、上記の様な従来のセラミックヒ
ータが持つ問題点を解決するものであり、セラミックス
基部を構成する組成を特定することによって、セラミッ
クス基部と発熱抵抗体およびセラミックス表面に形成さ
れる電極取出部の密着性を改良し、耐久性良好なセラミ
ックスヒータを提供することを目的とする。
ータが持つ問題点を解決するものであり、セラミックス
基部を構成する組成を特定することによって、セラミッ
クス基部と発熱抵抗体およびセラミックス表面に形成さ
れる電極取出部の密着性を改良し、耐久性良好なセラミ
ックスヒータを提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】本発明者等は、鋭意検討
の結果、無機導電材からなる発熱抵抗体を埋設したセラ
ミックヒータにおいて、該セラミックヒータの基材とな
るセラミックスが、９０〜９９重量％のＡｌ2Ｏ3、０．
５〜４重量％のＳｉＯ2、０．５〜６重量％の希土類元
素酸化物を含有し、これらの合計１００重量部に対する
ＭｇＯ、ＣａＯの合計量を０．４重量部以下とすること
により、耐久性良好なセラミックヒータを得ることがで
きることを見出した。
の結果、無機導電材からなる発熱抵抗体を埋設したセラ
ミックヒータにおいて、該セラミックヒータの基材とな
るセラミックスが、９０〜９９重量％のＡｌ2Ｏ3、０．
５〜４重量％のＳｉＯ2、０．５〜６重量％の希土類元
素酸化物を含有し、これらの合計１００重量部に対する
ＭｇＯ、ＣａＯの合計量を０．４重量部以下とすること
により、耐久性良好なセラミックヒータを得ることがで
きることを見出した。
【００１２】
【作用】 セラミックス基材の組成をＡｌ2Ｏ3−ＳｉＯ
2−希土類元素酸化物系とすることにより、結晶相にＹ2
Ｏ3−Ａｌ2Ｏ3ガーネット系の結晶が生成され、これに
よりセラミックスの抗折強度が向上し、その結果、急速
昇温に対する耐熱衝撃性とセラミックヒータの耐久性を
向上させることができる。また、同時にセラミック基材
と発熱抵抗体間の密着性も向上し、これにより、耐久性
良好なセラミックヒータとすることができる。
2−希土類元素酸化物系とすることにより、結晶相にＹ2
Ｏ3−Ａｌ2Ｏ3ガーネット系の結晶が生成され、これに
よりセラミックスの抗折強度が向上し、その結果、急速
昇温に対する耐熱衝撃性とセラミックヒータの耐久性を
向上させることができる。また、同時にセラミック基材
と発熱抵抗体間の密着性も向上し、これにより、耐久性
良好なセラミックヒータとすることができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】以下、図１、２を用いて本発明の
実施の形態を説明する。
実施の形態を説明する。
【００１４】本発明のセラミックヒータ１は、表面に発
熱抵抗体４とリード引出部５が形成され、裏面には電極
取出部６が形成されたセラミックシート３をセラミック
芯材２に周回密着させた後、一体焼成した構造となって
いる。前記リード引出部５と電極取出部６は、スルーホ
ール７により電気的に導通する構造となっている。ま
た、電極取出部６の表面には、焼成後Ｎｉメッキが施さ
れ、Ｎｉ等の耐熱性の金属からなるリード線８がＡｇロ
ウ、Ａｕ−Ｃｕロウ等のロウ材によりロウ付けされてい
る。発熱抵抗体４とリード引出部５は、図２に示すよう
に、セラミックグリーンシート３が発熱抵抗体４を内側
に巻き込むようにセラミック芯材２の周囲に周回密着さ
れている。
熱抵抗体４とリード引出部５が形成され、裏面には電極
取出部６が形成されたセラミックシート３をセラミック
芯材２に周回密着させた後、一体焼成した構造となって
いる。前記リード引出部５と電極取出部６は、スルーホ
ール７により電気的に導通する構造となっている。ま
た、電極取出部６の表面には、焼成後Ｎｉメッキが施さ
れ、Ｎｉ等の耐熱性の金属からなるリード線８がＡｇロ
ウ、Ａｕ−Ｃｕロウ等のロウ材によりロウ付けされてい
る。発熱抵抗体４とリード引出部５は、図２に示すよう
に、セラミックグリーンシート３が発熱抵抗体４を内側
に巻き込むようにセラミック芯材２の周囲に周回密着さ
れている。
【００１５】ここで、Ｎｉ線等の耐熱性の金属からなる
リード線８は、必ずしも形成される必要はなく、電極取
出部６の表面にＮｉメッキやＡｕメッキ等を形成したま
ま使用しても構わない。この場合は、電極取出部６の表
面に導電性端子を圧接し電圧を印加することによりセラ
ミックヒータ１を加熱する。
リード線８は、必ずしも形成される必要はなく、電極取
出部６の表面にＮｉメッキやＡｕメッキ等を形成したま
ま使用しても構わない。この場合は、電極取出部６の表
面に導電性端子を圧接し電圧を印加することによりセラ
ミックヒータ１を加熱する。
【００１６】本発明のセラミックヒータは、上記の様に
して作製されるアルミナセラミックヒータ１において、
該セラミックヒータの基材となるセラミックスが、９０
〜９９重量％のＡｌ2Ｏ3、０．５〜４重量％のＳｉ
Ｏ2、０．５〜６重量％の希土類元素酸化物を含有し、
これらの合計１００重量部に対し、さらに含有するＭｇ
Ｏ、ＣａＯの合計量が０．４重量部未満であるセラミッ
クヒータとすることを特徴とする。
して作製されるアルミナセラミックヒータ１において、
該セラミックヒータの基材となるセラミックスが、９０
〜９９重量％のＡｌ2Ｏ3、０．５〜４重量％のＳｉ
Ｏ2、０．５〜６重量％の希土類元素酸化物を含有し、
これらの合計１００重量部に対し、さらに含有するＭｇ
Ｏ、ＣａＯの合計量が０．４重量部未満であるセラミッ
クヒータとすることを特徴とする。
【００１７】Ａｌ2Ｏ3の含有量が９０重量％未満では、
相対的に助剤成分の割合が高くなり、ヒーターの耐久性
が低下して断線寿命が短くなる。また、９９重量％を超
える場合は、耐久性には優れるものの相対的に助剤成分
の割合が低くなって、発熱抵抗体との密着強度が低下し
耐久性が悪くなる。
相対的に助剤成分の割合が高くなり、ヒーターの耐久性
が低下して断線寿命が短くなる。また、９９重量％を超
える場合は、耐久性には優れるものの相対的に助剤成分
の割合が低くなって、発熱抵抗体との密着強度が低下し
耐久性が悪くなる。
【００１８】発熱抵抗体との密着強度を向上させ耐久性
良好なセラミックヒータ１とするためには、一定量のＳ
ｉＯ2及び希土類元素酸化物を含有していなければなら
ない。ＳｉＯ2が０．５重量％未満、または希土類元素
酸化物が０．５重量％未満では発熱抵抗体４との密着強
度が低下し、ＳｉＯ2が４重量％を超えるか、または希
土類元素酸化物が６重量％を超えると焼結に悪影響を及
ぼし耐久性が低下するので好ましくない。
良好なセラミックヒータ１とするためには、一定量のＳ
ｉＯ2及び希土類元素酸化物を含有していなければなら
ない。ＳｉＯ2が０．５重量％未満、または希土類元素
酸化物が０．５重量％未満では発熱抵抗体４との密着強
度が低下し、ＳｉＯ2が４重量％を超えるか、または希
土類元素酸化物が６重量％を超えると焼結に悪影響を及
ぼし耐久性が低下するので好ましくない。
【００１９】上記希土類元素酸化物として例えばＹ2Ｏ3
を添加したものは、焼結が進む際はＹ2Ｏ3−ＳｉＯ2−
Ａｌ2Ｏ3系の液層が生成することにより焼結を促進し、
降温中には前記液層がＹ2Ｏ3−Ａｌ2Ｏ3ガーネットの結
晶を生成する。このため、セラミックヒータ加熱時にＹ
イオンの易動度が低くなるので、電界によるイオン移動
が抑制されるものと推定している。希土類元素酸化物と
してここではＹ2Ｏ3の例を示したが、他にＹｂ2Ｏ3、Ｅ
ｒ2Ｏ3、Ｌａ2Ｏ3、Ｄｙ2Ｏ3等を用いることも可能であ
る。
を添加したものは、焼結が進む際はＹ2Ｏ3−ＳｉＯ2−
Ａｌ2Ｏ3系の液層が生成することにより焼結を促進し、
降温中には前記液層がＹ2Ｏ3−Ａｌ2Ｏ3ガーネットの結
晶を生成する。このため、セラミックヒータ加熱時にＹ
イオンの易動度が低くなるので、電界によるイオン移動
が抑制されるものと推定している。希土類元素酸化物と
してここではＹ2Ｏ3の例を示したが、他にＹｂ2Ｏ3、Ｅ
ｒ2Ｏ3、Ｌａ2Ｏ3、Ｄｙ2Ｏ3等を用いることも可能であ
る。
【００２０】また上記セラミックヒータ１において、Ａ
ｌ2Ｏ3、ＳｉＯ2、希土類元素酸化物の合計量を１００
重量部としたときに、ＭｇＯ、ＣａＯの合計量を０．４
重量部より多くすると電界によるイオン移動により耐久
性が低下してしまうので好ましくない。
ｌ2Ｏ3、ＳｉＯ2、希土類元素酸化物の合計量を１００
重量部としたときに、ＭｇＯ、ＣａＯの合計量を０．４
重量部より多くすると電界によるイオン移動により耐久
性が低下してしまうので好ましくない。
【００２１】本発明では、ＭｇＯ、ＣａＯの添加量を制
御し、Ｙ2Ｏ3を添加して粒界相をＡｌ2Ｏ3−ＳｉＯ2−
Ｙ2Ｏ3系とすることにより粒界の耐熱性を向上させて、
助剤成分の電界によるイオン移動を抑え、且つ強度を向
上させることにより耐熱衝撃性を向上させ、総合的にセ
ラミックヒータ１の耐久性を向上させた。
御し、Ｙ2Ｏ3を添加して粒界相をＡｌ2Ｏ3−ＳｉＯ2−
Ｙ2Ｏ3系とすることにより粒界の耐熱性を向上させて、
助剤成分の電界によるイオン移動を抑え、且つ強度を向
上させることにより耐熱衝撃性を向上させ、総合的にセ
ラミックヒータ１の耐久性を向上させた。
【００２２】さらに、アルカリ金属酸化物は０．１重量
部以下、ＭｇＯとＣａＯ以外のアルカリ土類金属酸化物
に関してはＭｇＯとＣａＯとの合計量が０．４重量部を
越えない範囲で、さらに他の不可避不純物に関してはそ
の合計量が０．５重量％以下であることが望ましい。
部以下、ＭｇＯとＣａＯ以外のアルカリ土類金属酸化物
に関してはＭｇＯとＣａＯとの合計量が０．４重量部を
越えない範囲で、さらに他の不可避不純物に関してはそ
の合計量が０．５重量％以下であることが望ましい。
【００２３】また、発熱抵抗体４の材質としては、タン
グステン、モリブデン、レニウム等の少なくとも１種以
上からなる高融点金属を用いることが好ましい。始動時
の突入電流を低減するためには発熱抵抗体４の組成を合
金系にし、発熱抵抗体４の抵抗温度係数を小さくする。
また、発熱抵抗体４に抵抗温度係数の大きなタングステ
ンを用いると、昇温と共に発熱抵抗体４の抵抗が大きく
増加し、過昇温を防止することが可能となる。さらに、
急昇温および過昇温防止が同時に必要な場合は、発熱抵
抗体４の近傍に発熱抵抗体４より抵抗温度係数の大きな
材質からなるブレーキングパターンを設けることによ
り、この目的を達成することも可能である。該発熱抵抗
体４は、セラミック基材中に気密に接合されている。
グステン、モリブデン、レニウム等の少なくとも１種以
上からなる高融点金属を用いることが好ましい。始動時
の突入電流を低減するためには発熱抵抗体４の組成を合
金系にし、発熱抵抗体４の抵抗温度係数を小さくする。
また、発熱抵抗体４に抵抗温度係数の大きなタングステ
ンを用いると、昇温と共に発熱抵抗体４の抵抗が大きく
増加し、過昇温を防止することが可能となる。さらに、
急昇温および過昇温防止が同時に必要な場合は、発熱抵
抗体４の近傍に発熱抵抗体４より抵抗温度係数の大きな
材質からなるブレーキングパターンを設けることによ
り、この目的を達成することも可能である。該発熱抵抗
体４は、セラミック基材中に気密に接合されている。
【００２４】また、セラミック芯材３は、円柱状や円筒
状のものを使用することができる。
状のものを使用することができる。
【００２５】本発明は、セラミックヒータ１のセラミッ
ク基材組成に関するものであって、セラミックヒータ１
の構造は、上記のような実施形態に限定されるものでは
ない。例えば、セラミックグリーンシートの一方の面に
発熱抵抗体およびリード引出部を形成し、これらを内蔵
するように別のセラミックグリーンシートを重ねて密着
し、任意の形状に切断した後焼成した積層型のセラミッ
クヒータ等にも適用可能である。
ク基材組成に関するものであって、セラミックヒータ１
の構造は、上記のような実施形態に限定されるものでは
ない。例えば、セラミックグリーンシートの一方の面に
発熱抵抗体およびリード引出部を形成し、これらを内蔵
するように別のセラミックグリーンシートを重ねて密着
し、任意の形状に切断した後焼成した積層型のセラミッ
クヒータ等にも適用可能である。
【００２６】
【実施例】まず、セラミックグリーンシート２の製造に
ついて説明する。
ついて説明する。
【００２７】所定量のＡｌ2Ｏ3粉末（純度９９．９％、
平均粒径０．６０μｍ）と焼結助剤であるＳｉＯ2 粉末
（純度９９．９％以上、平均粒径０．６０μｍ）とＹ2
Ｏ3粉末（純度９９．９％、平均粒径１．０μｍ）、及
び必要に応じて添加されるＭｇＯ、ＣａＯの微量成分粉
末からなる所定割合で配合された混合粉末に、バインダ
ー及び溶媒を添加し、ボールミルで混合してスラリー状
にした後ドクターブレード法によって厚さ約０．３５ｍ
ｍのセラミックグリーンシート３を作製した。
平均粒径０．６０μｍ）と焼結助剤であるＳｉＯ2 粉末
（純度９９．９％以上、平均粒径０．６０μｍ）とＹ2
Ｏ3粉末（純度９９．９％、平均粒径１．０μｍ）、及
び必要に応じて添加されるＭｇＯ、ＣａＯの微量成分粉
末からなる所定割合で配合された混合粉末に、バインダ
ー及び溶媒を添加し、ボールミルで混合してスラリー状
にした後ドクターブレード法によって厚さ約０．３５ｍ
ｍのセラミックグリーンシート３を作製した。
【００２８】上記のようにして得られたセラミックグリ
ーンシート３の表面に、あらかじめ調整されたタングス
テンペーストを厚膜印刷法により約１０〜４０μｍの厚
さにスクリーン印刷し、抵抗発熱体４を形成した。同様
に、リード引出部５、裏面に電極取出部６を印刷形成し
た。このリード引出部５と電極取出部６は、スルーホー
ル７で電気的に導通するように形成されている。このセ
ラミックグリーンシート３をセラミック芯材２の周囲に
密着してセラミックヒータ１の生成形体を得た。その
後、該生成形体を約３００℃で脱脂し、さらに水素含有
の還元雰囲気中１５００〜１６００℃で焼成し、セラミ
ックス基部に抵抗発熱体４が機密に一体化された棒状の
セラミックスヒータ１を得た。
ーンシート３の表面に、あらかじめ調整されたタングス
テンペーストを厚膜印刷法により約１０〜４０μｍの厚
さにスクリーン印刷し、抵抗発熱体４を形成した。同様
に、リード引出部５、裏面に電極取出部６を印刷形成し
た。このリード引出部５と電極取出部６は、スルーホー
ル７で電気的に導通するように形成されている。このセ
ラミックグリーンシート３をセラミック芯材２の周囲に
密着してセラミックヒータ１の生成形体を得た。その
後、該生成形体を約３００℃で脱脂し、さらに水素含有
の還元雰囲気中１５００〜１６００℃で焼成し、セラミ
ックス基部に抵抗発熱体４が機密に一体化された棒状の
セラミックスヒータ１を得た。
【００２９】焼成後、電極取出部６の表面にはニッケル
メッキを施し、さらにその表面にＡｕ−Ｃｕ、Ａｇ−Ｃ
ｕ等のロー材を用いて０．５〜０．８ｍｍのＮｉからな
るリード線８を接合した。なお、セラミックヒータの寸
法は、直径３ｍｍ、長さ６０ｍｍ、発熱抵抗体の長さ３
ｍｍとした。
メッキを施し、さらにその表面にＡｕ−Ｃｕ、Ａｇ−Ｃ
ｕ等のロー材を用いて０．５〜０．８ｍｍのＮｉからな
るリード線８を接合した。なお、セラミックヒータの寸
法は、直径３ｍｍ、長さ６０ｍｍ、発熱抵抗体の長さ３
ｍｍとした。
【００３０】このようにして作製したセラミックヒータ
１の耐久性は、以下の２つの試験により評価した。
１の耐久性は、以下の２つの試験により評価した。
【００３１】１．特定の抵抗を有する抵抗発熱体４を内
蔵したセラミックヒータ１に対し、セラミックヒータ１
の温度を１２００℃に維持するために特定電圧の直流電
流を連続的に通電して、セラミックヒータが断線に至る
までの時間を評価した（連続通電試験）。
蔵したセラミックヒータ１に対し、セラミックヒータ１
の温度を１２００℃に維持するために特定電圧の直流電
流を連続的に通電して、セラミックヒータが断線に至る
までの時間を評価した（連続通電試験）。
【００３２】２．特定の抵抗を有する抵抗発熱体４を使
用したセラミックヒータ１に対し、所定の電力を印加
し、１２５０℃まで１分間で急速昇温させ、その後１分
間強制空冷する断続通電を繰り返して、セラミックヒー
タ１が断線するまでのサイクル回数を評価した（断続通
電試験）。
用したセラミックヒータ１に対し、所定の電力を印加
し、１２５０℃まで１分間で急速昇温させ、その後１分
間強制空冷する断続通電を繰り返して、セラミックヒー
タ１が断線するまでのサイクル回数を評価した（断続通
電試験）。
【００３３】抵抗変化の判断基準としては、耐久テスト
後の抵抗変化率が±１０％以内のものはＯＫとし、抵抗
変化率が１０％を超えるものをＮＧとした。
後の抵抗変化率が±１０％以内のものはＯＫとし、抵抗
変化率が１０％を超えるものをＮＧとした。
【００３４】まず、表１にはＡｌ2Ｏ3、ＳｉＯ2、希土
類元素酸化物、ＭｇＯとＣａＯの合計量をそれぞれ変量
したサンプルの評価結果を示した。表１に示したよう
に、ＳｉＯ2もしくは希土類元素酸化物の添加量が本発
明の範囲より少ないＮｏ．１および２は、断続通電試験
において３０００サイクルでクラックが発生した。ま
た、ＳｉＯ2の添加量が本発明の範囲を越える４．５重
量％としたＮｏ．５は、断続通電試験において５０００
サイクルでクラックが発生した。また、ＭｇＯ、ＣａＯ
の合計量が本発明の請求範囲を越えるＮｏ．９は、連続
通電試験において３００時間でクラックが発生し、断続
通電試験３０００サイクルでクラックが発生した。ま
た、希土類元素酸化物量が本発明の請求範囲を越えるＮ
ｏ．１２は、断続耐久テスト８０００サイクルでクラッ
クが発生した。また、Ａｌ2Ｏ3量が本発明の範囲より少
ないＮｏ．１４は、連続通電試験５００時間でＮＧとな
り、また、断続通電試験５０００サイクルでクラックが
発生した。さらに、Ｎｏ．１５は、断続通電試験５００
０サイクルでクラックが発生した。
類元素酸化物、ＭｇＯとＣａＯの合計量をそれぞれ変量
したサンプルの評価結果を示した。表１に示したよう
に、ＳｉＯ2もしくは希土類元素酸化物の添加量が本発
明の範囲より少ないＮｏ．１および２は、断続通電試験
において３０００サイクルでクラックが発生した。ま
た、ＳｉＯ2の添加量が本発明の範囲を越える４．５重
量％としたＮｏ．５は、断続通電試験において５０００
サイクルでクラックが発生した。また、ＭｇＯ、ＣａＯ
の合計量が本発明の請求範囲を越えるＮｏ．９は、連続
通電試験において３００時間でクラックが発生し、断続
通電試験３０００サイクルでクラックが発生した。ま
た、希土類元素酸化物量が本発明の請求範囲を越えるＮ
ｏ．１２は、断続耐久テスト８０００サイクルでクラッ
クが発生した。また、Ａｌ2Ｏ3量が本発明の範囲より少
ないＮｏ．１４は、連続通電試験５００時間でＮＧとな
り、また、断続通電試験５０００サイクルでクラックが
発生した。さらに、Ｎｏ．１５は、断続通電試験５００
０サイクルでクラックが発生した。
【００３５】これに対し、Ａｌ2Ｏ3量、ＳｉＯ2量、希
土類元素酸化物量およびＭｇＯ、ＣａＯの合計量が本発
明の範囲内であるＮｏ．３、４、６〜８、１０、１１、
１３は、連続通電試験、断続通電試験共に良好な耐久性
を示した。
土類元素酸化物量およびＭｇＯ、ＣａＯの合計量が本発
明の範囲内であるＮｏ．３、４、６〜８、１０、１１、
１３は、連続通電試験、断続通電試験共に良好な耐久性
を示した。
【００３６】
【表１】
【００３７】次に、表２には、Ａｌ2Ｏ3の（１１３）面
のＸ線回折ピーク高さに対するＹ2Ｏ3−Ａｌ2Ｏ3ガーネ
ットの（４２０）面のＸ線回折ピーク高さの比と、耐久
性の関係を示した。それぞれの試料の組成は表２に併記
した。
のＸ線回折ピーク高さに対するＹ2Ｏ3−Ａｌ2Ｏ3ガーネ
ットの（４２０）面のＸ線回折ピーク高さの比と、耐久
性の関係を示した。それぞれの試料の組成は表２に併記
した。
【００３８】表２から判るように、Ｙ2Ｏ3−Ａｌ2Ｏ3ガ
ーネットの結晶を含有し、その（４２０）面のピーク高
さのがアルミナの（１１３）面のピーク高さに対する割
合が、本発明の請求範囲外の３／１０００となるＮｏ．
２１は、断続通電試験３０００サイクルでクラックが発
生した。また、前記Ｘ線回折ピーク比が６０／１０００
となるＮｏ．２６は、連続通電試験３００時間でＮＧと
なり、断続通電試験５０００サイクルで断線した。
ーネットの結晶を含有し、その（４２０）面のピーク高
さのがアルミナの（１１３）面のピーク高さに対する割
合が、本発明の請求範囲外の３／１０００となるＮｏ．
２１は、断続通電試験３０００サイクルでクラックが発
生した。また、前記Ｘ線回折ピーク比が６０／１０００
となるＮｏ．２６は、連続通電試験３００時間でＮＧと
なり、断続通電試験５０００サイクルで断線した。
【００３９】これに対し、Ｘ線回折ピーク比が５／１０
００〜５０／１０００の請求範囲内であるＮｏ．２２〜
２５は、連続通電試験、断続通電試験共に良好な耐久性
を示した。
００〜５０／１０００の請求範囲内であるＮｏ．２２〜
２５は、連続通電試験、断続通電試験共に良好な耐久性
を示した。
【００４０】
【表２】
【００４１】また、表１には、８００℃における抗折強
度の室温における抗折強度に対する比率と、連続通電試
験および断続通電試験との関係を示した。なお、抗折強
度は、ＪＩＳに定められた３ｍｍ＊４ｍｍのテストピー
スを作製し、恒温炉内の抗折試験器にて各条件５本評価
し、上下２本のデータを削除した残り３本の平均値を採
用した。
度の室温における抗折強度に対する比率と、連続通電試
験および断続通電試験との関係を示した。なお、抗折強
度は、ＪＩＳに定められた３ｍｍ＊４ｍｍのテストピー
スを作製し、恒温炉内の抗折試験器にて各条件５本評価
し、上下２本のデータを削除した残り３本の平均値を採
用した。
【００４２】表１に示すように、室温の抗折強度が４０
０ＭＰａ未満であり、８００℃における抗折強度が室温
の抗折強度の８０％に満たないＮｏ．１、２、５、９
は、連続通電試験は良好であるが、断続通電試験で１０
０００サイクルに満たない回数でクラックが発生してし
まうことが判った。これに対し、前記抗折強度の比が本
請求項の範囲内であるＮｏ．３、４、６〜８は、連続通
電試験、断続通電試験共に良好な耐久性を示した。
０ＭＰａ未満であり、８００℃における抗折強度が室温
の抗折強度の８０％に満たないＮｏ．１、２、５、９
は、連続通電試験は良好であるが、断続通電試験で１０
０００サイクルに満たない回数でクラックが発生してし
まうことが判った。これに対し、前記抗折強度の比が本
請求項の範囲内であるＮｏ．３、４、６〜８は、連続通
電試験、断続通電試験共に良好な耐久性を示した。
【００４３】表１から判るように、８００℃における抗
折強度が室温における抗折強度の８０％以上となる試料
は、高温において強度維持されているので断続通電試験
に対し良好な耐久性を示しているものと判断した。
折強度が室温における抗折強度の８０％以上となる試料
は、高温において強度維持されているので断続通電試験
に対し良好な耐久性を示しているものと判断した。
【００４４】
【発明の効果】本発明によれば、セラミックヒータの基
材となるセラミックスが、９０〜９９重量％のＡｌ
2Ｏ3、０．５〜４重量％のＳｉＯ2、０．５〜６重量％
の希土類元素酸化物を含有し、これらの合計１００重量
部に対するＭｇＯ、ＣａＯの合計量が０．４重量部以下
であるセラミック焼結体に、通電により発熱する無機導
電材から成る発熱抵抗体を埋設することにより、耐久性
の優れたセラミックヒータを得ることができる。
材となるセラミックスが、９０〜９９重量％のＡｌ
2Ｏ3、０．５〜４重量％のＳｉＯ2、０．５〜６重量％
の希土類元素酸化物を含有し、これらの合計１００重量
部に対するＭｇＯ、ＣａＯの合計量が０．４重量部以下
であるセラミック焼結体に、通電により発熱する無機導
電材から成る発熱抵抗体を埋設することにより、耐久性
の優れたセラミックヒータを得ることができる。
【図１】本発明のセラミックヒータを示す展開図であ
る。
る。
【図２】本発明のセラミックヒータの斜視図である。
１：セラミックヒータ ２：セラミックグリーンシート ３：セラミック芯材 ４：発熱抵抗体 ５：リード引出部 ６：電極取出部 ７：スルーホール ８：リード線
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０５Ｂ 3/18 Ｃ０４Ｂ 35/10 Ｄ Ｆターム(参考） 3K092 PP13 PP15 PP16 QA01 QB02 QB33 QB74 QB76 QC05 QC07 QC16 QC38 QC43 QC52 QC65 RA02 RB02 RB04 RB05 RB22 RD09 RD11 RD25 RD34 RD42 RD47 TT37 VV08 VV28 VV31 VV34 4G030 AA07 AA08 AA11 AA36 AA37 BA12 BA20 CA01 CA08 GA07
Claims (3)
- 【請求項１】無機導電材からなる発熱抵抗体を埋設した
セラミックヒータにおいて、該セラミックヒータの基材
となるセラミックスが、９０〜９９重量％のＡｌ2Ｏ3、
０．５〜４重量％のＳｉＯ2、０．５〜６重量％の希土
類元素酸化物を含有し、これらの合計１００重量部に対
するＭｇＯ、ＣａＯの合計量が０．４重量部以下である
ことを特徴とするセラミックヒータ。 - 【請求項２】上記セラミックスが、アルミナ以外の結晶
相としてＹ2Ｏ3−Ａｌ2Ｏ3ガーネットの結晶相を含有
し、その（４２０）面のＸ線回折によるピーク高さがア
ルミナの（１１３）面のピーク高さに対し５／１０００
〜５０／１０００の範囲にある事を特徴とする請求項１
記載のセラミックヒータ。 - 【請求項３】上記セラミックスの常温における抗折強度
が４００ＭＰａ以上であり、且つ８００℃における抗折
強度がその８０％以上であることを特徴とする請求項１
に記載のセラミックヒータ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP31001599A JP3886684B2 (ja) | 1999-10-29 | 1999-10-29 | セラミックヒータ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP31001599A JP3886684B2 (ja) | 1999-10-29 | 1999-10-29 | セラミックヒータ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001135465A true JP2001135465A (ja) | 2001-05-18 |
| JP3886684B2 JP3886684B2 (ja) | 2007-02-28 |
Family
ID=18000137
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP31001599A Expired - Fee Related JP3886684B2 (ja) | 1999-10-29 | 1999-10-29 | セラミックヒータ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3886684B2 (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7875832B2 (en) | 2004-12-20 | 2011-01-25 | Ngk Spark Plug Co., Ltd. | Ceramic heater, heat exchange unit, and warm water washing toilet seat |
| JP2012146449A (ja) * | 2011-01-11 | 2012-08-02 | Denso Corp | セラミックヒータと、それを備えたガスセンサ素子、ガスセンサ、並びにこれらの製造方法 |
| DE102022105888A1 (de) | 2021-03-31 | 2022-10-06 | Ngk Insulators, Ltd. | Keramischer Heizer, Verfahren zur Ansteuerung eines keramischen Heizers und Gassensor |
-
1999
- 1999-10-29 JP JP31001599A patent/JP3886684B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7875832B2 (en) | 2004-12-20 | 2011-01-25 | Ngk Spark Plug Co., Ltd. | Ceramic heater, heat exchange unit, and warm water washing toilet seat |
| JP2012146449A (ja) * | 2011-01-11 | 2012-08-02 | Denso Corp | セラミックヒータと、それを備えたガスセンサ素子、ガスセンサ、並びにこれらの製造方法 |
| DE102022105888A1 (de) | 2021-03-31 | 2022-10-06 | Ngk Insulators, Ltd. | Keramischer Heizer, Verfahren zur Ansteuerung eines keramischen Heizers und Gassensor |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3886684B2 (ja) | 2007-02-28 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EP0701979B1 (en) | Alumina-based sintered material for ceramic heater and ceramic heater | |
| EP1916480B1 (en) | Brazed structure, ceramic heater, and glow plug | |
| JPH0536470A (ja) | セラミツクヒータ | |
| JP2001196152A (ja) | セラミックスヒータ | |
| JP3820706B2 (ja) | 窒化アルミニウムヒーター | |
| JP3886684B2 (ja) | セラミックヒータ | |
| JP3612086B2 (ja) | セラミック発熱体 | |
| JP5748918B2 (ja) | ヒータ | |
| JPH1025162A (ja) | セラミック焼結体 | |
| JPH06251862A (ja) | セラミック発熱体 | |
| JP2735725B2 (ja) | セラミック発熱体 | |
| JP2948963B2 (ja) | セラミック発熱体 | |
| WO2011007664A1 (ja) | セラミックヒーター | |
| JP3125976B2 (ja) | セラミックヒータ | |
| JP2534847B2 (ja) | セラミツクヒ−タ | |
| JP2537606B2 (ja) | セラミツクヒ−タ | |
| JPH01225087A (ja) | セラミックヒータ | |
| JP2735721B2 (ja) | セラミック発熱体 | |
| JP2003100421A (ja) | セラミックヒーター | |
| JPH07106055A (ja) | 急速昇温発熱素子およびその製造方法 | |
| JP3016669B2 (ja) | セラミックヒータ | |
| JP2001043962A (ja) | 窒化ケイ素セラミックヒータ | |
| JPH05315055A (ja) | セラミックヒータ | |
| JP3813685B2 (ja) | セラミックヒータ | |
| JPH10335049A (ja) | セラミックヒータ |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20051213 |
|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20060209 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20060606 |
|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20060803 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20061114 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20061122 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 3886684 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20101201 Year of fee payment: 4 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20101201 Year of fee payment: 4 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20111201 Year of fee payment: 5 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20111201 Year of fee payment: 5 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20121201 Year of fee payment: 6 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20131201 Year of fee payment: 7 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |