JP2534847B2 - セラミツクヒ−タ - Google Patents

セラミツクヒ−タ

Info

Publication number
JP2534847B2
JP2534847B2 JP61181507A JP18150786A JP2534847B2 JP 2534847 B2 JP2534847 B2 JP 2534847B2 JP 61181507 A JP61181507 A JP 61181507A JP 18150786 A JP18150786 A JP 18150786A JP 2534847 B2 JP2534847 B2 JP 2534847B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
resistance
temperature
heating resistor
resistor
tungsten
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.)
Expired - Fee Related
Application number
JP61181507A
Other languages
English (en)
Other versions
JPS6337587A (ja
Inventor
憲男 奥田
進介 竹西
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Kyocera Corp
Original Assignee
Kyocera Corp
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Kyocera Corp filed Critical Kyocera Corp
Priority to JP61181507A priority Critical patent/JP2534847B2/ja
Priority to US07/079,255 priority patent/US4804823A/en
Publication of JPS6337587A publication Critical patent/JPS6337587A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP2534847B2 publication Critical patent/JP2534847B2/ja
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は一般家庭用、電子部品用、産業機器用及び自
動車用等の広汎に利用し得る耐熱衝撃性および高温強度
に優れたセラミックヒータに関するものである。
〔従来技術〕
一般に、セラミックを基体とするヒータとしてはアル
ミナ(Al2O3)焼結体中にタングステン(W)やモリブ
デン(Mo)等の金属を主体とする抵抗体を施したヒータ
が主流である。
この様なセラミックヒータは電気絶縁性、耐薬品性お
よび耐摩耗性に優れているという利点がある。しかしな
がら、一方アルミナは水中投下急冷の耐熱衝撃温度差が
200℃程度であり、また800℃までにおける高温強度(4
点曲げ抗折強度)が30Kg/mm2程度と、耐熱衝撃性および
高温強度が劣っている。
そこで、この耐熱衝撃性及び高温強度が他のセラミッ
クよりも著しく優れた窒化珪素質焼結体をヒータの基板
として使用することが注目された。この様な窒化珪素質
焼結体の耐熱衝撃温度差は600℃程度、800℃までの高温
強度(4点曲げ抗折強度)は60Kg/mm2とアルミナに比べ
著しく優位である。
このような窒化珪素質焼結体を基体とするセラミック
ヒータはアルミナ基板と同様に一般にタングステン
(W)やモリブデン(Mo)等の発熱抵抗金属線を基体中
に埋設するものが既に提供され、またこれらタングステ
ン(W)やモリブデン(Mo)等の金属を主体とする発熱
抵抗ペーストを窒化珪素質グリーンシート上に印刷配線
し、これを積層して一体焼成してなるものが特開昭55−
126989号公報により提案されている。
〔発明が解決しようとする問題点〕
しかしながら、発熱抵抗体としてタングステン(W)
やモリブデン(Mo)等の金属を使用すると高温焼成時や
長時間の昇降温繰り返し使用時にこれら発熱抵抗体周囲
と窒化珪素との界面において、タングステン(W)やモ
リブデン(Mo)等の金属は窒化珪素(Si3N4)と反応し
てWSi2,MoSi2の層を生成し易く、また酸素と反応してWo
3,MoO3の層を生成し易い。このように生成された反応層
は物理的に脆弱であるため抵抗値のバラツキが大きく、
特に高抵抗ヒータの場合、反応層生成界面に亀裂が生じ
易くなり、亀裂による発熱抵抗体の断線が生じる等の欠
点があるために、特に発熱抵抗ペーストを使用する方法
については実用化に供されていないのが現状である。さ
らに、タングステン(W)やモリブデン(Mo)等の金属
から成る発熱抵抗体はこれらの抵抗温度係数(TCR)が
比較的高く4〜5×10-3程度(0〜800℃)である。従
って、既に実用化されているタングステン(W)やモリ
ブデン(Mo)の発熱抵抗金属線を基体に埋設する方式に
おいても電圧印加時の突入電流が大きくなり、電流容量
の大きいヒータの通電制御装置を必要とする。さらに、
タングステン(W)やモリブデン(Mo)等の金属から成
る発熱抵抗体は温度に対する抵抗変化が直線的に得られ
ず、電圧の上昇に伴って温度が一定に上昇しない。
〔発明の目的〕
本発明においては、発熱抵抗体の抵抗値のバラツキや
断線が生じ難く、また温度に対する抵抗変化率、即ち抵
抗温度係数(TCR)が低く、この抵抗変化が直線的に得
られる耐熱衝撃性に優れたセラミークヒータを提供する
ものである。
〔問題点を解決するための手段〕
本発明によれば窒化珪素焼結体中もしくはその表面に
タングステンカーバイド(WC)質の発熱抵抗体を形成し
てなるセラミックヒータが提供される。
〔実施例〕
本発明のセラミックヒータにおいて、発熱抵抗体とし
て用いられるタングステンカーバイド(WC)はタングス
テン(W)又はモリブデン(Mo)単身の金属と比べ高温
において熱力学的に安定であり、上記脆弱な反応層がほ
とんど生成されてない。したがって、脆弱な反応層の存
在による抵抗体の断線は略完全に防止できる。
また、焼結体の焼成時や長期の昇降温繰り返し使用後
の抵抗値変化が生じない。また、タングステカーバイド
(WC)は窒化珪素(Si3N4)と熱膨張係数が近似してい
るため昇温繰り返し時に相互に剥離せず強固に結合した
発熱抵抗体を形成することができる。
さらに、タングステンカーバイド(WC)からなる発熱
抵抗体はタングステン(W)又はモリブデン(Mo)と比
べ抵抗温度係数(TCR)が約1.3×10-3(0〜800℃)程
度、即ち1.25〜10-3〜1.34×10-3と小さい。
即ち、このことは第1図(a),(b)に示す如く、
WCを抵抗体とするものRo1と、タングステン(W)又は
モリブデン(Mo)を抵抗体とするものRo2とを同一ワッ
ト数のヒータとして作った場合(例えば800℃における
抵抗値を各々同一とした場合−第1図(a)参照)、タ
ングステン(W)又はモリブデン(Mo)を抵抗体とする
ものは常時抵抗が小さいので、第1図(b)に示す如
く、V=IRの一般式から電圧印加時の突入電流が大きく
なる。
一方、タングステンカーバイド(WC)を抵抗体とする
ものは常時抵抗が大きいので電圧印加等の突入電流を小
さくすることができ、該ヒータの制御装置の電流容量が
小さくて済む。さらに、このような抵抗温度係数(TC
R)の小さいことは、使用雰囲気によりヒータの温度分
布が均一になる。
即ち、オームの法則によりW=I2R(Iは一定)から
抵抗値に比例して発熱エネルギーが大きくなることは知
られている。したがって、抵抗温度係数(TCR)の大き
なヒータはその一部が局部的に冷却された場合、その部
分の抵抗体の抵抗値が大きく下がり、その部分の発熱量
が著しく減少する事となる。一方、抵抗温度係数(TC
R)の小さな本発明のヒータはその一部が局部的に冷却
されても、その部分の抵抗体の抵抗値があまり下がらず
その部分の発熱量の変化が少ない。即ち、ヒータの温度
分布は外部影響を受けにくいということになる。さら
に、もう一つの条件としてタングステンカーバイド(W
C)の発熱抵抗体の厚みは2mm以下であることが望まし
い。
さらに、タングステンカーバイド(WC)からなる発熱
抵抗体は温度に対する抵抗変化が直線状に得られること
が実験的に分かった。
〔本発明の実施例〕
市販のWC粉末(純度99.8%)にアセトン及びバインダ
ーを添加し、振動ミルにて72時間混合し、脱アセトン
後、混練して粘度を調整してWC質の発熱抵抗体ペースト
を作成した。この発熱抵抗体ペーストをプレス成形又は
テープ成形され、かつ焼結体としては絶縁性となる窒化
珪素質生成形体1a上に第2図の如くスクリーン印刷して
抵抗回路2を形成し、これを積層して常圧により一体的
に焼成した。そして、第3図に示すごとく、この焼結体
1bを研削又は表面処理により電極を露出させ、これに電
極取出金具3をメタライズ層(図示せず)を介してロウ
付けして70×5×1.2mmの板状セラミックヒータを得
た。
〔比較例1〕 市販のW金属粉末にアセトン及びバインダーを添加し
振動ミルにて72時間混合し、脱アセトン後、混練して粘
度を調整してW金属の発熱抵抗体ペーストを作成した。
この発熱抵抗体ペーストを前記本発明の実施例と同様に
プレス成形又はテープ成形され、かつ焼結体としては絶
縁性となる窒化珪素質成形体上にスクリーン印刷して抵
抗回路を形成し、これを積層して常圧により一体的に焼
成した。そして、この焼結体を研削又は表面処理により
電極を露出させ、これに電極取出金具をメタライズ層を
介してロウ付けして前記実施例と同様のセラミックヒー
タを得た。
〔比較例2〕 焼結体としては絶縁性となる窒化珪素質粉末内に線径
約0.07mmのW線発熱フィラメントを線径0.6mmの外部電
極取出リードに接続した状態で埋設し、これをホットプ
レスにより焼成し、前記電極取出リードが外部へ露出し
た棒状セラミックヒータを得た。
〔実験例1〕 本発明の実施例と比較例1及び2から得られた各サン
プル10本ずつにて抵抗計を用い室温25℃±1の部屋にて
抵抗値を測定し、各サンプルの抵抗値のバラツキを調べ
第4図に示した。
第4図から理解されるように比較例1のW金属からな
る発熱抵抗体ペーストを用いたものは約10〜275Ωもの
抵抗値のバラツキがあり、またW線からなる発熱抵抗体
を用いたものは本発明の実施例である高抵抗ヒータと比
較するためにW発熱フィラメントの線径を0.07mmと極め
て細くしているのでWSiの生成の影響が大きく約50〜590
Ωもの抵抗値のバラツキがある。これに対し、本発明の
実施例に示す如く、WCからなる発熱抵抗体ペーストを用
いたものは約25〜37Ω程度と抵抗値のバラツキは比較例
と比べて著しく小さい。
〔実験例2〕 本発明の実施例とと比較例1及び2から得られた各サ
ンプルの先端から一定位置(最高発熱部領域)の温度
(T)を測定しながら、電圧(V)と電流(I)を測定
し、抵抗値(R)をR=V/Iの一般式から温度(T)の
関係を調べ、温度に対する抵抗変化を第5図に示した。
第5図から理解されるように比較例1のW金属からな
る発熱抵抗体ペーストを用いたもの及び比較例2のW線
からなる発熱抵抗体を用いたものは夫々温度に対する抵
抗変化が曲線状である。
これに対し、本発明の実施例のWCからなる発熱抵抗体
ペーストを用いたものは温度に対する抵抗変化が直線状
であるものが得られていることが分る。
〔実験例3〕 本発明の実施例と比較例1及び2から得られた各サン
プルについて、昇降温サイクルテストを行った。比較例
1及び2については5秒間で900℃となるような電圧を
5秒間印加し、その後20秒間エアーにて冷却するという
ON−OFFサイクルを繰り返し、抵抗変化を調べた。これ
らの結果を第6図に示す。
さらに、本発明の実施例については前記比較例1及び
2よりさらに苛酷な昇降温サイクルテストを行った。即
ち、1秒間で1000℃となるような電圧を1秒間印加し、
その後20秒間エアーにて冷却するというON−OFFサイク
ルを繰り返し、抵抗変化を調べた。これらの結果を第7
図に示す。
第6図及び第7図から理解されるように比較例1及び
2のものは第6図に示すように約1000サイクル前後まで
抵抗が上昇した後断線するのに対し、本発明の実施例の
ものは第7図に示すように比較例1及び2より苛酷なテ
スト条件においても約15000サイクル後においても抵抗
の変化がなく、且つ断線が生じないことが分る。
〔発明の効果〕
上述の如く、本発明は窒化珪素質焼結体中もしくはそ
の表面にタングステンカーバイド(WC)質の発熱抵抗体
を形成したもので、発熱抵抗体の抵抗値のバラツキや昇
降温サイクルテストにおける抵抗値変化及び断線が生じ
難く、また温度に対する抵抗変化率、即ち抵抗温度係数
(TCR)が低くかつこの抵抗変化が直線的に得られるた
め電圧の上昇に伴い温度を一定に上昇させることができ
る有用なセラミックヒータを得ることができる。
なお、前記本発明の実施例においてはWCの純度が99.8
%と略100%WCの発熱抵抗体ペーストを使用したが、発
熱抵抗体の抵抗値を選択したり、また該抵抗体の緻密度
を向上させるため、または窒化珪素基板との接合性を向
上させるために、WCに対しY等のIII a族元素、II a族
元素及び鉄族元素の単体、酸化物、窒化物、炭化物、炭
窒化物や窒化珪素基板と同種のSi3N4を0〜40%程度ま
で含有させても本発明の効果に影響はない。
【図面の簡単な説明】
第1図(a)はWC抵抗体とタングステン(W)やモリブ
デン(Mo)抵抗体の温度に対する抵抗値変化を示した特
性図、第1図(b)は前記WC抵抗体とタングステン
(W)やモリブデン(Mo)抵抗体との突入電流の特性を
示した特性図、第2図は窒化珪素質生成形体上にWC抵抗
体ペーストを印刷した状態を示す斜視部、第3図は完成
状態のセラミックヒータを示す斜視図、第4図は抵抗値
のバラツキを示す特性図、第5図は温度に対する抵抗変
化を示す特性図、第6図は比較例1及び2の昇降温サイ
クルテストの結果を示す特性図及び第7図は本発明の実
施例の昇降温サイクルテストの結果を示す特性図であ
る。 1a……生成形体 1b……絶縁性焼結体 2……発熱抵抗体(WC質)

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】窒化珪素質焼結体中もしくはその表面に、
    温度に対する抵抗値の変化が直線的な比例関係を有し、
    かつ0〜800℃の温度範囲における抵抗温度係数(TCR)
    が1.25×10-3〜1.34×10-3であるタングステンカーバイ
    ド(WC)質の発熱抵抗体を形成してなるセラミックヒー
    タ。
JP61181507A 1986-07-31 1986-07-31 セラミツクヒ−タ Expired - Fee Related JP2534847B2 (ja)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP61181507A JP2534847B2 (ja) 1986-07-31 1986-07-31 セラミツクヒ−タ
US07/079,255 US4804823A (en) 1986-07-31 1987-07-29 Ceramic heater

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP61181507A JP2534847B2 (ja) 1986-07-31 1986-07-31 セラミツクヒ−タ

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPS6337587A JPS6337587A (ja) 1988-02-18
JP2534847B2 true JP2534847B2 (ja) 1996-09-18

Family

ID=16101970

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP61181507A Expired - Fee Related JP2534847B2 (ja) 1986-07-31 1986-07-31 セラミツクヒ−タ

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2534847B2 (ja)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5997998A (en) * 1998-03-31 1999-12-07 Tdk Corporation Resistance element

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6388777A (ja) * 1986-10-01 1988-04-19 日本特殊陶業株式会社 セラミツクヒ−タ−
JPH0632276B2 (ja) * 1988-08-30 1994-04-27 東芝ライテック株式会社 加熱体
JP2512818Y2 (ja) * 1989-08-30 1996-10-02 京セラ株式会社 セラミックヒ―タ―

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5767297A (en) * 1980-10-15 1982-04-23 Kyoto Ceramic Ceramic heater
JPS6049592A (ja) * 1983-08-29 1985-03-18 株式会社日立製作所 棒状ヒ−タ

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5997998A (en) * 1998-03-31 1999-12-07 Tdk Corporation Resistance element

Also Published As

Publication number Publication date
JPS6337587A (ja) 1988-02-18

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US4804823A (en) Ceramic heater
US4814581A (en) Electrically insulating ceramic sintered body
JPS6219034B2 (ja)
JPWO2014175424A1 (ja) セラミックヒータ
TW444113B (en) Novel ceramic igniter having improved oxidation resistance, and method of using same
WO2003092330A1 (en) Ceramic heater and glow plug having the same
US5997998A (en) Resistance element
WO2002091458A1 (fr) Procede relatif a l'elaboration de mandrins electrostatiques et procede relatif a l'elaboration d'elements chauffants en ceramique
JPH11312570A (ja) セラミックヒータ
JP2534847B2 (ja) セラミツクヒ−タ
JPH11214124A (ja) セラミックヒータ
JP2537606B2 (ja) セラミツクヒ−タ
JP3078418B2 (ja) セラミック発熱体
JP2004259610A (ja) セラミックヒータとその製造方法、およびグロープラグ
JPH1025162A (ja) セラミック焼結体
JP2646083B2 (ja) セラミツクヒータ
JP5765277B2 (ja) 低温用サーミスタ材料及びその製造方法
JP4044244B2 (ja) 窒化ケイ素セラミックヒータ
JP3886684B2 (ja) セラミックヒータ
JP4199604B2 (ja) 窒化アルミニウムのセラミックスヒータ
JPS62180980A (ja) セラミツクヒ−タ
JP2521690B2 (ja) セラミツクヒ−タ及びその製造方法
JP3425097B2 (ja) 抵抗素子
JP2512818Y2 (ja) セラミックヒ―タ―
JPH10335049A (ja) セラミックヒータ

Legal Events

Date Code Title Description
LAPS Cancellation because of no payment of annual fees