JP2001319757A - Ceramic heater - Google Patents

Ceramic heater

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JP2001319757A
JP2001319757A JP2000136346A JP2000136346A JP2001319757A JP 2001319757 A JP2001319757 A JP 2001319757A JP 2000136346 A JP2000136346 A JP 2000136346A JP 2000136346 A JP2000136346 A JP 2000136346A JP 2001319757 A JP2001319757 A JP 2001319757A
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transition metal
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Yoshio Inoue
Naotoshi Morita
芳雄 井上
直年 森田
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Ngk Spark Plug Co Ltd
日本特殊陶業株式会社
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a ceramic heater retaining a uniformity and a high level of a thermal emissivity of a heater by reducing an unevenness of a color of a coloring part, and enabling to aim at a further life-elongation. SOLUTION: Transition metal components behave as a color center in a lot of ceramic materials inside and function as a coloring component. By containing the transition metal components as coloring component within a range of 0.1 to 7 wt.% in a ceramic substrate 11, the color unevenness of the coloring part can be controlled smaller, and the thermal emissivity of the heater can be retained nearly uniform and at a high level, and the life-elongation can be promoted further. In addition, the coloring components can be contained in dispersion among the ceramic substrate 11. According to this, for example, when preparing a raw material powder of the ceramic substrate 11, such an operation is possible to compound it as the coloring agent powder, and in that case, the coloring component can be diffusively mixed uniformly in the ceramic substrate 11, and the unevenness of the color of the coloring part can be extremely small. Accordingly, a process to coat colorant to the surface of the ceramic substrate 11 as before is unnecessary and a rise of a manufacturing cost by an increase of the process can be evaded.

Description

【発明の詳細な説明】 DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】 [0001]

【発明の属する技術分野】本発明はセラミックヒータに関するものであり、特に自動車用酸素センサの加熱用あるいはディーゼルエンジンのグローシステム、さらには半導体基板加熱用あるいはファンヒータや保温式便座等に使用されるセラミックヒータに関する。 BACKGROUND OF THE INVENTION The present invention relates to a ceramic heater is used in particular glow system for heating or diesel engine oxygen sensor for automotive news semiconductor substrate for heating or a fan heater and thermal insulation toilet seat or the like It relates to a ceramic heater.

【0002】 [0002]

【従来の技術】上述のようなセラミックヒータとしては、Al (アルミナ)等の絶縁性セラミックを主体とするセラミック基体中に、W(タングステン)等の高融点金属からなる抵抗発熱体を埋設した構造のものが知られている。 2. Description of the Related Art A ceramic heater as described above, in a ceramic substrate mainly composed of insulating ceramic such as Al 2 O 3 (alumina), W (tungsten) resistive heating element made of a refractory metal such as a It has been known of buried structures. ところで、この種のセラミックヒータ(以下、単にヒータとも言う)においては従来、ヒータへの印加電力を高めて熱放射量を増加させようとするとヒータ自体の温度上昇に伴ってヒータの耐久性が低下する問題が指摘されていた。 However, this kind of the ceramic heater (hereinafter, simply referred to as heater) conventional in the reduced durability of the heater in accordance with the event will to the temperature rise of the heater itself increases the applied power by increasing the heat radiation amount to the heater problems that have been pointed out. そこで特開平10−3029 Therefore, JP-A-10-3029
38号において、ヒータのセラミック基体表面に熱放射性膜を形成してヒータ表層部を着色することによりヒータの熱放射率を高め、ヒータの長寿命化を図る技術が開示されている。 In No. 38, increasing the thermal emissivity of the heater by coloring the heater surface portion to form a heat-radioactive film on the ceramic substrate surface of the heater, techniques to increase the lifetime of the heater is disclosed.

【0003】 [0003]

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記技術によれば、着色化成分を含むペーストをスクリーン印刷等によってセラミック基体表面へ塗布する際に膜厚さが不均一になりやすく、ヒータ表層部の着色化の度合いが場所により又は個体によりばらついて、ヒータの熱放射率が不均一になりやすいという問題がある。 [SUMMARY OF THE INVENTION However, according to the above technique, the film thickness is in applying to the ceramic substrate surface a paste containing a coloring ingredients by screen printing or the like is liable to become uneven, the heater surface portion varies by degree or individual by location coloration, thermal emissivity of the heater there is a problem that tends to be uneven. また、熱放射性膜のペーストをセラミック基体表面へ塗布する工程が余分に必要になり、製造コストの上昇にもなる。 The step of applying a paste of the heat radiation film to the ceramic substrate surface need additional, also the increase of production cost.

【0004】本発明の課題は、着色部の色むらを小さくしてヒータの熱放射率を均一かつ高水準に保持し、より一層の長寿命化を図ることのできるセラミックヒータを提供することにある。 An object of the present invention is to reduce the color irregularity of the colored portion to hold the thermal emissivity of the heater uniformly and high, to provide a ceramic heater which can be made even more longer life is there.

【0005】 [0005]

【課題を解決するための手段及び作用・効果】上述の課題を解決するために、本発明のセラミックヒータは、抵抗発熱体が埋設されたセラミック基体の少なくとも表層部に、遷移金属成分として、Mo,W,Ni,Cr,F To solve SUMMARY and operations and effects of the Invention The problems described above, the ceramic heater has at least a surface layer portion of the ceramic substrate resistance heating element is embedded in the present invention, as the transition metal component, Mo , W, Ni, Cr, F
e,Co,Mn及びTiから選ばれる1種又は2種以上の着色成分を含有し、JIS Z8721に規定された色の表示方法における明度をVとしたときに、少なくとも前記表層部における外観明度Vが2〜5となっていることを特徴とする。 e, Co, contain one or more coloring ingredients selected from Mn and Ti, the brightness at a defined color display method in JIS Z8721 when is V, appearance lightness V in at least the surface portion There, characterized in that it has become a 2-5.

【0006】遷移金属成分は、多くのセラミック材料中にて色中心としてふるまうため、着色成分として機能する。 [0006] Transition metal component, since the act as color centers in many ceramic materials, function as a coloring component. 本発明のセラミックヒータによれば、Mo,W,N According to the ceramic heater of the present invention, Mo, W, N
i,Cr,Fe,Co,Mn及びTiから選ばれる1種又は2種以上の着色成分を、セラミック基体の少なくとも表層部に含有して、その外観明度Vを2〜5の範囲としたので、明度範囲に規定される確実な着色がセラミック基体に対してなされ、ヒータの熱放射率を所定の高水準に保持して、長寿命化を図ることができる。 i, Cr, Fe, Co, one or more coloring ingredients selected from Mn and Ti, contained in at least a surface layer portion of the ceramic substrate, since the range its appearance lightness V of 2-5, reliable coloration defined in luminosity range is made to ceramic substrates, it holds a thermal emissivity of the heater given high levels, it is possible to increase the life of.

【0007】上記遷移金属成分としては、Mo,W,N [0007] Examples of the transition metal component, Mo, W, N
i,Cr,Fe,Co,Mn及びTiから選ばれる1種又は2種以上を使用することが特に望ましい。 i, Cr, Fe, Co, it is particularly desirable to use more than one or two elements selected from Mn and Ti. これらは、Al 等のセラミック材料中にて、着色を生ずる成分としてふるまいやすく、セラミック基体をより効果的に着色することができ、ひいてはヒータの熱放射率を高水準に維持する上で、より有利となる。 They, Al at 2 O 3 or the like of the ceramic material, easily act as a component to produce a colored, it is possible to color the ceramic base more effectively, in maintaining thus the thermal emissivity of the heater high levels , it becomes more advantageous.

【0008】しかも、着色効果の高い上記着色成分を添加しているので、その添加量の調整により、セラミック基体の表層部の外観明度Vを上記2〜5の範囲に保持しつつ、例えば、セラミック基体の内層部の明度Vも同様の範囲として、色むらを抑制するような明度調節(ひいてはヒータの熱放射率調節)も比較的容易に行える。 [0008] Moreover, since the addition of high coloring effect the coloring component, by adjusting the amount added, the appearance lightness V of the surface layer portion of the ceramic base while maintaining the scope of the 2-5, for example, ceramic as the value V a similar range of the inner layer portion of the substrate, the brightness adjusting (thus regulating thermal emissivity of the heater) that suppresses color unevenness even performed with relative ease.

【0009】明度Vの測定方法については、JIS Z [0009] The method for measuring the brightness V, JIS Z
8722「色の測定方法」において、「4.分光測色方法」の「4.3反射物体の測定方法」に規定された方法を用いるものとする。 8722 in "Measurement method of color", and those using a method defined in "4.3 Measurement method of reflecting objects" in the "4. Spectrocolorimeter method". なお、該4.3に規定された条件a〜dは、被測定面の形状に応じて最適のものを適宜選択する。 The conditions a~d defined in the 4.3, appropriately chosen for an optimal according to the shape of the surface to be measured. 例えば、セラミック基体の外周面を測定面とする場合は、条件d(試料面の法線に対して光軸のなす角度が10°を超えない1つの光線束で試料を照明し、あらゆる方向へ反射する光を集積して受光する)を採用することが望ましい。 For example, when the outer peripheral surface of the ceramic base and the measuring plane, the angle of the optical axis illuminates the sample with one light beam not exceeding 10 ° to the conditions d (normal of the sample surface, in all directions it is desirable to adopt an integrated to receive light) reflected. ただし、簡略な方法として、JIS However, as a shorthand method, JIS
Z8721に準拠して作成された標準色票との目視比較により、明度を知ることもできる。 By visual comparison with a standard color chart which is prepared in accordance with Z8721, it can be known brightness.

【0010】そして、着色成分としての遷移金属成分を、セラミック基体中に0.1〜7重量%の範囲にて含有することによって、着色部の色むらが小さく抑えられ、ヒータの熱放射率を高水準でほぼ均一に保持して、 [0010] Then, the transition metal component as a coloring component, by containing at 0.1-7 wt% range in the ceramic substrate, the color unevenness of the colored portion is kept small, the thermal emissivity of the heater at high levels and almost uniformly maintained,
長寿命化をより一層促進することができる。 Can be further promotes long life. また、本発明における着色成分は、セラミック基体中に分散含有させることが可能である。 Further, the coloring component in the present invention can be dispersed contained in the ceramic substrate. これによれば、例えばセラミック基体の原料粉末を調製するときに着色剤粉末として配合する等の操作が可能であり、かかる場合には、着色成分をセラミック基体中に均一に拡散混合することができ、着色部の色むらをきわめて小さくすることができる。 According to this, for example, operations such as formulated as a colorant powder when preparing the raw material powder of the ceramic base are possible, in such a case, can be mixed uniformly diffused a coloring component in the ceramic substrate , it can be extremely small color unevenness of the colored portion. したがって、従来のように着色剤をセラミック基体表面へ塗布する工程は不要であり、工程の増加による製造コストの上昇を回避することができる。 Thus, the step of applying a conventional manner the colorant to the ceramic substrate surface is not necessary, it is possible to avoid an increase in manufacturing cost due to an increase in the process.

【0011】なお、ここでいう「着色部の色むら」には、「一個体の中の着色部(セラミック基体)の色むら」と、「個体間での着色部(セラミック基体)の色むら」との両方の意味を含んでいる。 [0011] It should be noted that, here referred to in the "uneven color of the colored portion", the "colored section in the one individual color non-uniformity of the (ceramic substrate)", color unevenness of the colored part of the between "individual (ceramic substrate) it includes both the meaning of the ".

【0012】ところで、セラミック基体中の遷移金属成分が0.1重量%未満では、着色化の度合いが低く(着色部の色合いが薄く)なって、ヒータの熱放射率を高水準に保持するのが困難になる。 [0012] In the less than 0.1 wt% transition metal component in the ceramic substrate, so the degree of coloration is low (thin shade of the colored portion), to a high level hold the thermal emissivity of the heater It becomes difficult. また、セラミック基体中の遷移金属成分が7重量%を超えると、セラミック基体の耐電圧低下を招くことにつながる。 Further, when the transition metal component in the ceramic substrate exceeds 7 wt%, leading to causing the withstand voltage drop of the ceramic substrate. なお、望ましくは、セラミック基体中の遷移金属成分の含有量は0.1 Incidentally, desirably, the content of the transition metal component in the ceramic substrate 0.1
〜5重量%の範囲で調整するのがよい。 Preferably adjusted within a range of 5 wt%.

【0013】また、セラミック基体は、熱伝導性と高温強度及び高温耐食性に優れたAl を主体に構成することが推奨される。 Further, the ceramic substrate, it is recommended to configure the Al 2 O 3 having excellent thermal conductivity and high-temperature strength and high temperature corrosion resistance mainly. Al の選択により高水準のヒータ熱放射率を安価に得ることができる。 The high level of heater thermal emissivity by selection of al 2 O 3 can be obtained at low cost.

【0014】上記Mo,W,Ni,Cr,Fe,Co, [0014] The Mo, W, Ni, Cr, Fe, Co,
Mn及びTi等の、着色成分としての遷移金属成分は、 Such Mn and Ti, a transition metal component as a coloring component,
例えば酸化物の形態で添加できる。 For example, it added in the form of oxides. ただし、遷移金属成分が着色性能を発現する色中心等としてふるまうことができるのであれば、遷移金属成分の添加形態あるいはセラミック基体中での存在状態は酸化物状態に限られるものではない。 However, the transition metal component as long as it can act as a color center or the like expressing coloring performance, state of existence in addition form or a ceramic substrate of a transition metal component is not limited to the oxide state. また、酸化物形態で存在させる場合においても、焼成により酸化物に転化できるものであれば、酸化物以外の原料(例えば炭酸塩など)を使用することが可能である。 Further, in a case it is present in oxide form also, as long as it can be converted into oxides by firing, it is possible to use materials other than oxides (for example, carbonates).

【0015】このように、少なくともセラミック基体の表層部における外観明度Vが2〜5となっているのが望ましい。 [0015] Thus, the appearance lightness V is in the 2 to 5 in the surface layer of at least the ceramic substrate is desirable. 該明度Vが上記の数値範囲となるようにセラミック基体を濃く着色すれば、セラミック基体表面における熱輻射(熱放射)の効率が高められ、ヒータの熱放射率を高水準に維持できる。 If dark colored ceramic substrate as 該明 degree V becomes the above range, the efficiency is enhanced thermal radiation of the ceramic substrate surface (thermal radiation), it can be maintained at a high level of thermal emissivity of the heater. この場合、セラミック基体の製造時に、原料中に着色成分を添加・混合する方法を採用すれば、セラミック基体の表面だけでなく、内層部の明度Vも2〜5とすることができる。 In this case, at the time of manufacture of the ceramic substrate, by adopting a method of adding and mixing a coloring component in the raw material, not only the surface of the ceramic substrate, it can also be 2 to 5 brightness V of the inner layer portion. また、1個のヒータ中の色むらを抑制する観点においては、表層部と内層部との明度差をなるべく小さくすることが望ましい。 Further, in view of suppressing color unevenness in a single heater, it is desirable to minimize the difference in brightness between the surface layer and inner layer portions.

【0016】そして、着色成分としての上記遷移金属成分は、酸化物形態(あるいは酸化物以外の化合物形態) [0016] Then, the transition metal component as a coloring component, an oxide form (or compound form other than oxide)
では、当然に正の価数を有するイオン、すなわちカチオン状態にて存在することとなる。 In, ions having naturally a positive valence, that is, be present in a cationic state. 他方、遷移金属成分は、セラミック基体中において一部が金属状態で存在することがある。 On the other hand, the transition metal component, there is a part in a ceramic substrate is present in a metallic state. 例えば、セラミック基体を還元雰囲気で焼成する場合には、着色成分を酸化物の形態で添加してもその一部が還元されて金属単体に転化することもありうる。 For example, when firing the ceramic substrate in a reducing atmosphere, a portion thereof be added a coloring component in the form of oxides may sometimes be reduced to convert the simple metal. そして、このように金属単体の状態で存在することで、着色効果が一層高められる場合がある。 Then, the presence in this way by simple metal state, there is a case where coloring effect is further improved. なお、遷移金属成分がカチオン状態にて存在するか否かは、例えばX線光電子分光(XPSあるいはESCA)により簡単に確認することができる。 Whether or not the transition metal component is present in a cationic state can be easily confirmed by, for example, X-ray photoelectron spectroscopy (XPS or ESCA). 具体的には、XPSあるいはESCAにより分析したときに得られる光電子スペクトルにおいて、着目している金属元素の結合エネルギーピークに、正のイオン価数を生ずる向きに化学シフトを生じていればカチオン状態で存在していると言うことができ、イオン価数の化学シフトが生じていない場合(イオン価数が0の場合)には、その金属元素は単体状態で存在していると見ることができる。 Specifically, in the photoelectron spectrum obtained when analyzed by XPS or ESCA, the binding energy peak of the metal element of interest, the positive in the direction causing the ion valence of cation state if caused chemical shifts it can be said to exist, in a case where ion valence of the chemical shift does not occur (in the case ion valence is 0), can be viewed as the metal element is present in a single state.

【0017】なお、本明細書において、「表層部」とは部材表面からの深さが500μmまでの領域をいい、 [0017] In the present specification, the depth from the surface of the member as "surface layer portion" is refers to the area of ​​up to 500μm,
「内層部」とは深さがそれ以上の領域をいう。 Depth is the "inner layer" refers to a more regions. また、本明細書において「主体」とは最も重量含有率の高い成分を意味し、必ずしも「50重量%以上を占める成分」を意味するものではない。 Further, in the present specification means a high component of most weight content A "principal" do not necessarily mean "component accounting for at least 50% by weight".

【0018】 [0018]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。 DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, the embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. 図1及び図2は、本発明のセラミックヒータの一実施例を示している。 Figures 1 and 2 show an embodiment of a ceramic heater of the present invention. すなわち、該セラミックヒータ1は、円筒状の芯体2と、芯体2の外周面に積層形態で巻き付けられた形でこれと一体化された円筒状のセラミック基体11と、セラミック基体11の半径方向中間部において周方向面内に埋設された抵抗発熱体12とを有する。 In other words, the ceramic heater 1 includes a cylindrical core body 2, a cylindrical ceramic base 11 which is integrated with this form wound in a stacked form on the outer peripheral surface of the core body 2, the radius of the ceramic substrate 11 and a resistance heating element 12 buried in the circumferential direction plane in the direction intermediate portion.

【0019】セラミック基体11は図2(b)(c)に示すように、径方向に積層され一体化された2つのセラミック層11a及び11bを有し、それらセラミック層11a,11bの間に抵抗発熱体12が配置されている。 As shown in the ceramic base 11 FIG 2 (b) (c), has two ceramic layers 11a and 11b which are integrally stacked in the radial direction, the resistance therebetween ceramic layers 11a, 11b the heating element 12 is arranged. 抵抗発熱体12がWを主体に構成され、セラミック基体11がAl を主体に構成される場合が最も一般的であるが、かかる態様に限定はされない。 Resistance heating body 12 is mainly composed of W, but if the ceramic base 11 is composed mainly of Al 2 O 3 is the most common, limited to such embodiments are not.

【0020】抵抗発熱体12は、図2(a)に示すように、セラミック基体11の軸線方向に沿って延びる複数の本体部4が、それと交差する方向において互いにほぼ等間隔で配置されるとともに、それらの互いに隣接するもの同士が、両端部において接続部5により順次連結された、つづら折れ状の連続形態に形成されている。 The resistance heating element 12, as shown in FIG. 2 (a), a plurality of body portions 4 extending along the axial direction of the ceramic substrate 11 therewith while being arranged at substantially equal intervals to each other in a direction intersecting , to each other that their adjacent, are sequentially connected by the connecting portions 5 at both ends, is formed in a zigzag-shaped continuous form. そして、その抵抗発熱体12の後端側には、セラミック基体11の軸線方向に延びる電源接続用の3つのリード部1 Then, on the rear end side of the resistance heating body 12, three lead portions 1 for power connection extending in the axial direction of the ceramic base 11
2a〜12cが一体化されており(12bはかくれて見えない)、各末端部にはやや広幅の端子部9a〜9cが形成されている。 2a~12c are integrated (12b are not visible), and is slightly wider terminal part 9a~9c is formed at each end.

【0021】抵抗発熱体12の各端子部9a〜9cの位置に対応して、外側のセラミック層11aにはその厚さ方向に貫くスルーホール13a〜13cがそれぞれ設けられる。 [0021] In response to the position of the terminal portions 9a~9c of the resistance heating elements 12, on the outer side of the ceramic layer 11a through hole 13a~13c are respectively provided penetrating in the thickness direction. このスルーホール13a〜13cは、セラミック層11aの内周面側の端子部9a〜9cと外周面側の電極端子部14a〜14cとを電気的に接続する。 The through hole 13a~13c electrically connects the electrode terminal portions 14a~14c terminal portion 9a~9c and the outer peripheral surface of the inner peripheral surface side of the ceramic layer 11a. スルーホール13a〜13cの内面と電極端子部14a〜1 The inner surface and the electrode terminal portions of the through hole 13 a to 13 c 14A~1
4cは、W,Pt等の高融点金属膜を焼き付けたメタライズ層Mで構成され、Niメッキを施した後、電極端子部14a〜14cにおいて端子金具15a〜15cに接合(例えばろう付け)されている。 4c is, W, is composed of a metallized layer M which was baked a refractory metal film such as Pt, was subjected to Ni plating, is bonded to the terminal fitting 15a~15c the electrode terminal portions 14 a to 14 c (e.g., brazing) there. なお、21はセラミックヒータ1を所定の位置に固定するための取付部(例えばフランジ)、22は取付部21をセラミック基体1 Incidentally, the mounting portion for fixing the ceramic heater 1 in position 21 (e.g. flanges), 22 ceramic substrate 1 a mounting portion 21
1の外周面に固定するための固定部材(例えばガラスシール)である。 A fixed member for fixing the outer peripheral surface of one (for example, glass seals).

【0022】図1及び図2で表されるセラミックヒータ1は、例えば以下のような方法にて製造することができる。 FIG. 1 and the ceramic heater 1 represented in Figure 2 can be produced by the following method, for example.

【0023】まず、主体となるアルミナ粉末に焼結助剤粉末と着色剤粉末とを配合して、セラミック基体11の原料粉末60(絶縁性セラミック粉末)を調製し、これに所定の溶媒、バインダ等を加えてボールミル等で混合し、スラリー状とする。 [0023] First, by blending alumina powder comprising mainly a sintering aid powder and a colorant powder, the raw material powder 60 (insulating ceramic powder) is prepared of the ceramic substrate 11, a predetermined solvent to the binder like added to and mixed with a ball mill or the like to form a slurry. そして、このスラリー状物を減圧脱泡し、ドクターブレード法等により所定厚さを有する板状の粉末成形体100a,100b(生グリーンシート)が得られる。 Then, this slurry was vacuum defoamed, the plate-shaped powder compact 100a having a predetermined thickness by a doctor blade method or the like, 100b (raw green sheet) is obtained.

【0024】ここで、焼結助剤粉末としては、例えばS [0024] As the sintering aid powder such as S
iO 、MgO、CaO、B 等の1種又は2種以上を、成形・焼成後のセラミック基体11において合計で15重量%以下着色剤粉末としてはの範囲で含有されるように配合することができる。 iO 2, MgO, CaO, formulated to B the 2 O 5 1, two or more of such, is contained in the range of a 15% by weight colorant powder in total in the ceramic substrate 11 after molding and baking can do. なお、原料粉末60の調製時において、焼結助剤粉末は上記酸化物粉末のほか、焼結により酸化物に転化しうる化合物、例えば炭酸塩(一例としてCaCO Incidentally, CaCO during the preparation of the raw material powder 60, a sintering aid powder addition to the above oxide powder, compound convertible to an oxide by sintering, for example as carbonate (example )や水酸化物等の形で配合してもよい。 3) and shape may be formulated in such a hydroxide.

【0025】また、着色剤粉末としては、遷移金属の酸化物の粉末、例えばMo,W,Ni,Cr,Fe,C Further, as the colorant powder, powder of an oxide of a transition metal, for example Mo, W, Ni, Cr, Fe, C
o,Mn及びTiから選ばれる1種又は2種以上の酸化物の粉末を用いることができる。 o, it can be used a powder of one or more oxides selected from Mn and Ti. その配合割合は、成形・焼成後のセラミック基体11において、着色成分となる遷移金属カチオンが0.1〜7重量%(より望ましくは0.1〜5重量%)の範囲にて含有されるように調整される。 The mixing ratio, in the ceramic base 11 after molding and baking, so that the transition metal cations as a coloring component is contained in the range of 0.1 to 7 wt% (more preferably 0.1 to 5% by weight) It is adjusted to. なお、原料粉末60の調製時において、着色成分は上記酸化物粉末のほか、焼結により酸化物に転化しうる化合物、例えば炭酸塩(一例としてCoCO )や水酸化物等の形で配合してもよい。 At the time of preparation of the raw material powder 60, the coloring component except for the oxide powder, compound convertible to an oxide by sintering, for example, formulated in the form of hydroxides (CoCO 3 as an example) carbonate it may be.

【0026】次に、セラミックヒータの焼成工程を図3 Next, FIG. 3 the firing step of the ceramic heater
に示す。 To show. 絶縁性セラミック粉末をバインダとともに板状に成形した粉末成形体100b(生グリーンシート)の板面に、抵抗発熱体12の原料粉末(例えば、WやMo The plate surface of the insulating ceramic powder powder compact 100b molded into a plate together with a binder (raw green sheet), the raw material powder of the resistance heating element 12 (for example, W and Mo
等の高融点金属粉末)を含有する導電性ペーストを用いて、抵抗発熱体のパターン120をスクリーン印刷法等により厚膜印刷する。 Using a conductive paste containing a high melting point metal powder) etc., the pattern 120 of the resistance heating element is a thick film printed by screen printing or the like. 次に、粉末成形体100bのパターン120が形成された側の面に、同じく板状に形成された別の粉末成形体100a(生グリーンシート)を重ね合わせて積層体130を作製する。 Next, the surface of the pattern 120 of the powder compact 100b is formed side, also by superimposing another powder compact 100a formed in a plate shape (raw green sheet) to produce a laminate 130. この積層体130 The laminate 130
を芯体2となるべき筒状成形体102の外周に巻付けて筒状の未焼成組立体150を作製し、酸化性又は非酸化性雰囲気の焼成炉内にて所定温度(例えば1400〜1 It was prepared unfired assembly 150 cylindrical wound on the outer periphery of the cylindrical molded body 102 to become the core body 2, an oxidizing or a predetermined temperature in a firing furnace of non-oxidizing atmosphere (e.g., 1400-1
700℃)で焼成することにより、成形体100a,1 By baking at 700 ° C.), the molded body 100a, 1
00bが一体化してセラミック基体11となり、さらに筒状成形体102(芯体2)もセラミック基体11と一体化される。 00b is next ceramic substrate 11 are integrated, further cylindrical shaped body 102 (core 2) are integrated with the ceramic substrate 11. 印刷されたパターン120は抵抗発熱体1 Printed pattern 120 is a resistance heating element 1
2となる。 2 become.

【0027】 [0027]

【実施例】図1に示すセラミックヒータ1を、下記の方法により作製した。 EXAMPLES ceramic heater 1 shown in FIG. 1 was produced by the following method. 図3の粉末成形体100a,100 Powder compact 100a of FIG. 3, 100
bは次のように作製した。 b was prepared in the following manner. まず、Al First of all, Al 2 O 粉末に、焼結助剤成分としてSiO を4重量%、CaOを2重量%、MgOを2重量%と、着色成分としてMnO を0 3 powder, the SiO 2 4% by weight as a sintering aid component, the CaO 2 wt%, and 2% by weight of MgO, the MnO 3 as a coloring component 0
〜8重量%(ただし、0及び8重量%は比較例)とを配合した。 8 wt% (note that 0 and 8% by weight Comparative Example) was blended with. この混合粉末(原料)に対し所定の溶媒を加えてボールミルで50〜80時間湿式混合・粉砕した後脱水乾燥して、セラミック基体11の原料粉末60(絶縁性セラミック粉末)を得た。 The mixed powder (raw material) to be dehydrated and dried after 50-80 hours wet-mixed and pulverized in a ball mill by adding a given solvent to obtain raw material powder 60 of the ceramic substrate 11 (insulating ceramic powder).

【0028】上記原料粉末60に対し、以下の溶媒及びバインダを加えてボールミルで混合し、スラリー状とした; ・溶媒:トリクロールエチレン、n−ブタノール; ・バインダ:メタクリル酸イソブチルエステル3重量%、ブチルエステル3重量%、ニトロセルロース1重量%、ジオクチルフタレート0.5重量%。 [0028] the raw material powder 60 to, in addition to the following solvent and a binder were mixed in a ball mill, slurry and the; Solvent: trichlorethylene, n- butanol; Binder: Methacrylic acid isobutyl ester 3 wt%, butyl ester 3 wt%, nitrocellulose 1 wt%, dioctyl phthalate 0.5 wt%. そして、このスラリー状物を減圧脱泡後板状に流出させて徐冷し、溶媒を蒸発させて、板状の粉末成形体(生グリーンシート)100a(厚さ0.05mm)及び100b(厚さ0.5mm)を得た。 Then, gradually cooled the slurry was allowed to flow out to the vacuum degassing after plate, the solvent was evaporated, plate-shaped powder compact (green green sheets) 100a (thickness 0.05 mm) and 100b (thickness is 0.5mm) was obtained.

【0029】次に、抵抗発熱体のパターン120を印刷形成するためのインクは次のようにして調製した。 Next, an ink for printing a pattern 120 of the resistance heating element was prepared as follows. まず、W粉末とMo粉末とを所定割合で配合し、その配合物に対し所定量の溶媒、バインダ等を添加し、さらにボールミル等で混合してスラリー状とする。 First, the W powder and Mo powder were blended at a predetermined ratio, a predetermined amount of the solvent to the formulation, it is added a binder or the like to form a slurry and further mixed with a ball mill or the like. その後、溶媒を蒸発させることにより導電性ペーストを得た。 Then, to obtain a conductive paste by evaporating the solvent.

【0030】そして、図3に示すように、粉末成形体1 [0030] Then, as shown in FIG. 3, the powder compact 1
00bの表面に上記インクを用いてパターン120をスクリーン印刷し、その上に別の粉末成形体100aを熱圧着して積層体130を形成した。 On the surface of 00b using the ink pattern 120 was screen-printed with a different powder compact 100a to form a thermal compression bonding to laminate 130 thereon. この積層体130を別途押し出し法にて作製した筒状成形体102の周囲に巻き付けて未焼成組立体150を作製した。 The unfired assembly 150 wound around the tubular shaped body 102 produced by the laminate 130 separately extrusion method was prepared. また、粉末成形体100aには、Wメタライズインク塗布部140 Further, the powder compact 100a is, W metallizing ink applying unit 140
(スルーホール13a〜13cとなるべき部分113a (Part 113a to be a through-hole 13a~13c
〜113cと電極端子部14a〜14cとなるべき部分114a〜114cとを含む)とを形成した。 Portion to the ~113c and the electrode terminal portions 14a~14c and a 114a-c) and to the formation.

【0031】上記の未焼成組立体150を脱バインダ処理後、1400〜1600℃の非酸化性雰囲気中で焼成した。 [0031] After the binder removal process the unfired assembly 150, and fired in a non-oxidizing atmosphere at 1400 to 1600 ° C.. その後、電極端子部14a〜14cにNiメッキを施した後、電極端子部14a〜14cと端子金具15 Then, after applying Ni plating to the electrode terminal portions 14 a to 14 c, the electrode terminal portions 14 a to 14 c and the terminal fitting 15
a〜15cとをろう付けした。 And a~15c was brazed. さらに、フランジ21をガラスシール22にてセラミック基体11の外周面に固定することにより、図1に示すセラミックヒータ1を作製した。 Furthermore, the flange 21 by securing the outer peripheral surface of the ceramic base 11 with a glass seal 22, to produce a ceramic heater 1 shown in FIG.

【0032】なお、既述の通り、原料粉末60中のMn [0032] It should be noted that, as previously described, Mn of the raw material powder 60
粉末の配合割合を調整し、成形・焼成後のセラミック基体11におけるMnO の含有量を0〜8重量%の範囲内で変化させている。 O 3 mixing ratio of the powder was adjusted and the content of MnO 3 was varied in the range of 0-8 wt% in the ceramic base 11 after molding and baking. これによって、セラミック基体11におけるMnO の含有量が異なるセラミックヒータ1を、試験品として計8種類(ただし、0及び8重量%は比較例)作製した。 Thus, the ceramic heater 1 in which the content of MnO 3 in the ceramic substrate 11 is different, a total of eight a test article (0 and 8% by weight Comparative Example) was produced.

【0033】(熱放射率の測定)このようにして作製した8種類のセラミックヒータ1について、それぞれの熱放射率を熱電対と熱放射型温度計とを使って測定した。 [0033] For eight of the ceramic heater 1 fabricated in this manner (Measurement of thermal emissivity), and the respective heat emissivity was measured using a thermocouple and thermal radiation thermometer.
すなわち、セラミック基体11の発熱部外周面に熱電対を張り付けて表層部の温度を測定すると同時に、この発熱部の放射エネルギを熱放射型温度計にて測定し温度換算した。 That is, at the same time to measure the temperature of the surface portion affixed a thermocouple to the heat generating portion outer peripheral surface of the ceramic substrate 11, the radiant energy of the heating portion was measured temperature conversion by thermal radiation thermometer. そして、熱電対と熱放射型温度計とで検出された温度(絶対温度)の比をとることでセラミックヒータ1の熱放射率を算出した。 Then, to calculate the thermal emissivity of the ceramic heater 1 by taking the ratio of the thermocouple and thermal radiation type thermometer and the detection temperature (absolute temperature). 以上の測定結果を表1に示す。 Table 1 lists these measured results.

【0034】(明度の測定)次に、各セラミックヒータ1について、セラミック基体11の外観明度を、JIS [0034] (Measurement of brightness) Next, the ceramic heater 1, the appearance lightness of the ceramic base 11, JIS
Z8721に準拠して作成された標準色票との目視比較により測定した。 Conform to Z8721 was measured by visual comparison with a standard color chart that is created. さらに、セラミックヒータ1の軸直交切断面において、外周から径方向内側へ1mmの位置にて、内層部明度を上記と同様に測定した。 Further, in the axial perpendicular cut surface of the ceramic heater 1, at the position of 1mm from the outer periphery radially inward, the inner layer portion brightness was measured in the same manner as described above. これらの明度の測定結果も表1にあわせて示す。 Measurement results of these brightness is also shown together in Table 1.

【0035】 [0035]

【表1】 [Table 1]

【0036】表1において、着色成分としてMnO を0.1重量%添加しただけでもセラミックヒータの熱放射率は著しく向上し、MnO の含有量が増えるにつれて熱放射率も上昇する傾向が見られる。 [0036] In Table 1, the thermal emissivity of the ceramic heater alone was a MnO 3 were added 0.1 wt% as a coloring component is remarkably improved, also tend to increase thermal emissivity as the content of MnO 3 is increased It is. また、MnO In addition, MnO 3
の添加によりセラミック基体は表層部のみならず内層部に至るまで赤みを帯びた黒色に着色され、各MnO 含有量における表層部と内層部との明度差は1以内であることがわかる。 The ceramic substrate by addition of colored black to reddish up to the inner part not only the surface layer portion, the brightness difference between the surface layer and inner layer portions of each MnO 3 content it can be seen that is 1 less. したがって、着色部の色むらが小さく抑えられ、ヒータの熱放射率はセラミック基体の発熱部のほぼ全体にわたり高水準でほぼ均一に保持されていると考えられる。 Therefore, color unevenness of the colored portion is kept small, the thermal emissivity of the heater is considered to be substantially uniformly maintained at a high level over almost the entire heat generating portion of the ceramic substrate. なお、セラミック基体の表面をXPSにより分析し、そのスペクトルプロファイルをピーク分離したところ、Mnは大部分がカチオン状態で存在していることが判明したが、一部、金属状態で存在していることを示唆していると思われる小さなピークが観察された。 Incidentally, the surface of the ceramic substrate was analyzed by XPS, was peaks separating the spectral profile, Mn is mostly found to be present in a cation state, a part is present in a metallic state small peak that appears to suggest was observed.

【図面の簡単な説明】 BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

【図1】本発明のセラミックヒータの一実施例を示す全体斜視図。 [1] an overall perspective view showing an embodiment of a ceramic heater of the present invention.

【図2】図1の部分切欠き斜視図並びにそのA−A及びB−B断面図。 Figure 2 is a partial cutaway perspective view of FIG. 1 as well as the A-A and B-B sectional view.

【図3】図1のセラミックヒータの製造方法の一例を示す説明図。 Figure 3 is an explanatory diagram showing an example of a method for producing a ceramic heater of FIG.

【符号の説明】 1 セラミックヒータ 11 セラミック基体 12 抵抗発熱体 [EXPLANATION OF SYMBOLS] 1 ceramic heater 11 the ceramic substrate 12 resistance heating elements

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 3K092 PP06 PP15 PP16 QA02 QB02 QB20 QB31 QB37 QB45 QB74 QC02 QC43 QC52 QC66 RA06 RB23 RD09 RD16 RD26 RD32 RD33 RD41 RD47 TT37 UB03 UB04 VV34 ────────────────────────────────────────────────── ─── front page of continued F-term (reference) 3K092 PP06 PP15 PP16 QA02 QB02 QB20 QB31 QB37 QB45 QB74 QC02 QC43 QC52 QC66 RA06 RB23 RD09 RD16 RD26 RD32 RD33 RD41 RD47 TT37 UB03 UB04 VV34

Claims (7)

    【特許請求の範囲】 [The claims]
  1. 【請求項1】 抵抗発熱体が埋設されたセラミック基体の少なくとも表層部に、遷移金属成分として、Mo, At least the surface layer portion of claim 1. A ceramic substrate resistance heating element is embedded, as the transition metal component, Mo,
    W,Ni,Cr,Fe,Co,Mn及びTiから選ばれる1種又は2種以上の着色成分を含有し、 JIS Z8721に規定された色の表示方法における明度をVとしたときに、少なくとも前記表層部における外観明度Vが2〜5となっていることを特徴とするセラミックヒータ。 W, Ni, Cr, Fe, Co, contain one or more coloring ingredients selected from Mn and Ti, the brightness when the V at a defined color display method in JIS Z8721, at least the ceramic heater appearance lightness V is characterized in that has a 2 to 5 in the surface layer.
  2. 【請求項2】 着色成分としての前記遷移金属成分が0.1〜7重量%の範囲にて含有されている請求項1記載のセラミックヒータ。 Wherein said ceramic heater according to claim 1, wherein is contained the transition metal component is in the range of 0.1 to 7 wt% as a coloring component.
  3. 【請求項3】 前記セラミック基体中の前記遷移金属成分が0.1〜5重量%の範囲にて含有されている請求項1又は2記載のセラミックヒータ。 Wherein said ceramic heater according to claim 1 or 2, wherein is contained the transition metal component is in the range of 0.1 to 5 wt% in the ceramic substrate.
  4. 【請求項4】 前記遷移金属成分は、前記セラミック基体中に分散含有されている請求項1ないし3のいずれかに記載のセラミックヒータ。 Wherein said transition metal component is a ceramic heater according to any one of the claims 1 are dispersedly contained in the ceramic substrate 3.
  5. 【請求項5】 前記セラミック基体は、Al を主体として構成される請求項1ないし4のいずれかに記載のセラミックヒータ。 Wherein said ceramic substrate is a ceramic heater according to any one of claims 1 composed of for Al 2 O 3 mainly 4.
  6. 【請求項6】 前記セラミック基体の内層部の明度Vが2〜5である請求項1ないし5のいずれかに記載のセラミックヒータ。 6. The ceramic heater according to any one of 5 to lightness V of the inner layer portion of the ceramic substrate claims 1 to 2 to 5.
  7. 【請求項7】 前記遷移金属成分は、前記セラミック基体中において一部が金属状態で存在する請求項1ないし6のいずれかに記載のセラミックヒータ。 Wherein said transition metal component is a ceramic heater according to any one of claims 1 to 6 part during the ceramic substrate is present in a metallic state.
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