JP2980258B2 - セラミックス発熱体 - Google Patents
セラミックス発熱体Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、高温で使用されるセラ
ミックス発熱体に関し、例えばエンジン用グロープラグ
やエンジン用吸排気ヒータ等に使用されるセラミックス
発熱体に関する。
ミックス発熱体に関し、例えばエンジン用グロープラグ
やエンジン用吸排気ヒータ等に使用されるセラミックス
発熱体に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来より、高温の環境で使用されるヒー
タとして、耐熱性の高いセラミックス発熱体が知られて
いる。このセラミックス発熱体には、ＳiＣ（炭化ケイ
素）の様にセラミックス自身が発熱する発熱体素子を備
えたものや、Ｓi3Ｎ4（窒化ケイ素）等を主成分とする
セラミックス材料に、発熱抵抗体として例えばＷ（タン
グステン）線が埋め込まれた発熱体素子を備えたものな
どがある。
タとして、耐熱性の高いセラミックス発熱体が知られて
いる。このセラミックス発熱体には、ＳiＣ（炭化ケイ
素）の様にセラミックス自身が発熱する発熱体素子を備
えたものや、Ｓi3Ｎ4（窒化ケイ素）等を主成分とする
セラミックス材料に、発熱抵抗体として例えばＷ（タン
グステン）線が埋め込まれた発熱体素子を備えたものな
どがある。
【０００３】上記セラミックス発熱体は、例えば図７に
示す様に、エンジン用セラミックスグロープラグＰ１等
に利用されており、このグロープラグＰ１は、Ｗ線Ｐ２
を内蔵した円柱形状の発熱体素子Ｐ３に、円筒形状の金
属電極Ｐ４が外嵌された構成を有している。
示す様に、エンジン用セラミックスグロープラグＰ１等
に利用されており、このグロープラグＰ１は、Ｗ線Ｐ２
を内蔵した円柱形状の発熱体素子Ｐ３に、円筒形状の金
属電極Ｐ４が外嵌された構成を有している。
【０００４】そして、上記グロープラグＰ１において
は、発熱体素子Ｐ３のＷ線Ｐ２と金属電極Ｐ４との接合
は、発熱体素子Ｐ３と金属電極Ｐ４との間の筒状の空間
Ｐ５に、銀ローＰ６を流し込んだ焼ばめロー付によって
行なわれている。また、上記金属電極Ｐ４の材料とし
て、従来より純Ｎi，或いはＦe／Ｃｒ／Ｎｉ合金（Ｆe
７重量％，Ｃr１５.５重量％，残部Ｎi）等の耐熱・耐
食金属が用いられている。これは発熱体素子Ｐ３自身が
高温になることによって、金属電極Ｐ４もかなり高温に
なるため、電極自身にも耐熱性が要求されるからであ
る。
は、発熱体素子Ｐ３のＷ線Ｐ２と金属電極Ｐ４との接合
は、発熱体素子Ｐ３と金属電極Ｐ４との間の筒状の空間
Ｐ５に、銀ローＰ６を流し込んだ焼ばめロー付によって
行なわれている。また、上記金属電極Ｐ４の材料とし
て、従来より純Ｎi，或いはＦe／Ｃｒ／Ｎｉ合金（Ｆe
７重量％，Ｃr１５.５重量％，残部Ｎi）等の耐熱・耐
食金属が用いられている。これは発熱体素子Ｐ３自身が
高温になることによって、金属電極Ｐ４もかなり高温に
なるため、電極自身にも耐熱性が要求されるからであ
る。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記金
属電極Ｐ４の熱膨脹係数は、下記表１に示す様に、セラ
ミックス製の発熱体素子Ｐ３の熱膨張係数と比べるとか
なり大きいので、以下の，の様な問題があった。
属電極Ｐ４の熱膨脹係数は、下記表１に示す様に、セラ
ミックス製の発熱体素子Ｐ３の熱膨張係数と比べるとか
なり大きいので、以下の，の様な問題があった。
【０００６】
【表１】
【０００７】上記金属電極Ｐ４と発熱体素子Ｐ３との
材料の熱膨張係数が大きく異なるため、金属電極Ｐ４と
発熱体素子Ｐ３の電極取り出し部分（Ｗ線Ｐ２の取り出
し部分）とを化学的に直接接合することは難しく、よっ
て、従来の焼ばめロー付の様な設計で接合せざるを得な
いので、設計上の制約があった。
材料の熱膨張係数が大きく異なるため、金属電極Ｐ４と
発熱体素子Ｐ３の電極取り出し部分（Ｗ線Ｐ２の取り出
し部分）とを化学的に直接接合することは難しく、よっ
て、従来の焼ばめロー付の様な設計で接合せざるを得な
いので、設計上の制約があった。
【０００８】また、こうした焼ばめロー付けの様な物
理的な接合方法では、発熱体素子Ｐ３の加熱・冷却の繰
り返しによって、金属電極Ｐ４とＷ線Ｐ２の取り出し部
分との接触不具合が発生し易くなり、耐久性に問題があ
った。本発明は、上記課題を解決するためになされ、発
熱体素子の電極取り出し部分とそれに接続される電極と
を確実に接合でき、しかも設計上の制約が少ないセラミ
ックス発熱体を提供することを目的とする。
理的な接合方法では、発熱体素子Ｐ３の加熱・冷却の繰
り返しによって、金属電極Ｐ４とＷ線Ｐ２の取り出し部
分との接触不具合が発生し易くなり、耐久性に問題があ
った。本発明は、上記課題を解決するためになされ、発
熱体素子の電極取り出し部分とそれに接続される電極と
を確実に接合でき、しかも設計上の制約が少ないセラミ
ックス発熱体を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
の請求項１の発明は、セラミックス発熱体素子と該発熱
体素子に取り付けられた電極とからなる発熱体におい
て、上記電極がセラミックス材料を主成分とする材料に
て形成されるとともに、上記セラミックス発熱体素子と
上記電極との間に、金属製導電層が設けられていること
を特徴とするセラミックス発熱体を要旨とする。
の請求項１の発明は、セラミックス発熱体素子と該発熱
体素子に取り付けられた電極とからなる発熱体におい
て、上記電極がセラミックス材料を主成分とする材料に
て形成されるとともに、上記セラミックス発熱体素子と
上記電極との間に、金属製導電層が設けられていること
を特徴とするセラミックス発熱体を要旨とする。
【００１０】また、請求項２の発明は、上記電極がセラ
ミックス材料を主成分とする材料にて形成されるととも
に、該電極のセラミックス材料の熱膨張係数が、上記セ
ラミックス発熱体素子の熱膨張係数を上回り、且つ上記
電極のセラミックス材料の熱膨張係数と上記セラミック
ス発熱体素子の熱膨張係数との差が４．０×１０-6［１
／℃］以下の範囲であることを特徴とする前記請求項１
に記載のセラミックス発熱体を要旨とする。
ミックス材料を主成分とする材料にて形成されるととも
に、該電極のセラミックス材料の熱膨張係数が、上記セ
ラミックス発熱体素子の熱膨張係数を上回り、且つ上記
電極のセラミックス材料の熱膨張係数と上記セラミック
ス発熱体素子の熱膨張係数との差が４．０×１０-6［１
／℃］以下の範囲であることを特徴とする前記請求項１
に記載のセラミックス発熱体を要旨とする。
【００１１】更に、請求項３の発明は、上記電極のセラ
ミックス材料の熱膨張係数が、上記セラミックス発熱体
素子の熱膨張係数を上回り、且つ上記電極のセラミック
ス材料の熱膨張係数と上記セラミックス発熱体素子の熱
膨張係数との差が２．２×１０-6［１／℃］以下の範囲
であることを特徴とする前記請求項２に記載のセラミッ
クス発熱体を要旨とする。
ミックス材料の熱膨張係数が、上記セラミックス発熱体
素子の熱膨張係数を上回り、且つ上記電極のセラミック
ス材料の熱膨張係数と上記セラミックス発熱体素子の熱
膨張係数との差が２．２×１０-6［１／℃］以下の範囲
であることを特徴とする前記請求項２に記載のセラミッ
クス発熱体を要旨とする。
【００１２】ここで、セラミックス発熱体素子として
は、例えばセラミックス自身が発熱抵抗体となるもの
（ＳiＣ）や、セラミックス中に発熱抵抗体を埋め込ん
だもの（Ｓi3Ｎ4中にＷ線埋設）等が挙げられる。上記
電極材料としては、セラミックスを主成分とする低熱膨
脹材が挙げられ、例えばＳi3Ｎ4 −ＴiＮ，Ｓi3Ｎ4 −
Ｎi，Ｓi3Ｎ4 −ＺrＮ，Ａｌ2ＴiＯ5−Ｎi，ＴiＢ2−Ｎ
i，ＷＣ−Ｃｏ等の導電性のあるセラミックス複合材や
セラミックス−金属複合材、或いは単独で導電性のある
ＴiＢ2，ＴiＮ等のセラミックス材料などが採用でき
る。
は、例えばセラミックス自身が発熱抵抗体となるもの
（ＳiＣ）や、セラミックス中に発熱抵抗体を埋め込ん
だもの（Ｓi3Ｎ4中にＷ線埋設）等が挙げられる。上記
電極材料としては、セラミックスを主成分とする低熱膨
脹材が挙げられ、例えばＳi3Ｎ4 −ＴiＮ，Ｓi3Ｎ4 −
Ｎi，Ｓi3Ｎ4 −ＺrＮ，Ａｌ2ＴiＯ5−Ｎi，ＴiＢ2−Ｎ
i，ＷＣ−Ｃｏ等の導電性のあるセラミックス複合材や
セラミックス−金属複合材、或いは単独で導電性のある
ＴiＢ2，ＴiＮ等のセラミックス材料などが採用でき
る。
【００１３】また、電極材料を構成する材料は、耐酸化
性に優れた材料が好ましく、電極材料の電気抵抗は、１
Ωcm以下が好ましい。上記電極とセラミックス発熱体素
子との接合は、Ｔi／Ａg／Ｃu，Ｔi／Ｃu，Ｔi／Ａg／
Ｃu／Ｎi ，Ｔi／Ａg／Ｃu／Ｉn ，Ｔi／Ｎi／Ｃu等の
活性金属の合金を介在させ接合する方法や、Ｆe／Ｎi／
Ｃr ，Ｎi，Ｎi／Ｃr等の金属ないし合金を介在させる
方法など、導電性のある層を介在させるものであれば何
でもよい。
性に優れた材料が好ましく、電極材料の電気抵抗は、１
Ωcm以下が好ましい。上記電極とセラミックス発熱体素
子との接合は、Ｔi／Ａg／Ｃu，Ｔi／Ｃu，Ｔi／Ａg／
Ｃu／Ｎi ，Ｔi／Ａg／Ｃu／Ｉn ，Ｔi／Ｎi／Ｃu等の
活性金属の合金を介在させ接合する方法や、Ｆe／Ｎi／
Ｃr ，Ｎi，Ｎi／Ｃr等の金属ないし合金を介在させる
方法など、導電性のある層を介在させるものであれば何
でもよい。
【００１４】更に、電極とセラミックス発熱体素子との
接合では、両部材の間に、Ｎｉ，Ａｇ等の軟質金属を必
要に応じて介在させてもよい。また、上記接合は、ホッ
トプレスによる接合でもよい。
接合では、両部材の間に、Ｎｉ，Ａｇ等の軟質金属を必
要に応じて介在させてもよい。また、上記接合は、ホッ
トプレスによる接合でもよい。
【００１５】
【作用】（請求項１の発明） 本発明のセラミックス発熱体では、電極はセラミックス
材料を主成分とする材料にて形成されており、この電極
とセラミックス発熱体素子とが、例えば拡散接合，ロー
付，ホットプレス或はその他周知の化学的反応等を利用
した接合方法で取り付けられている。
材料を主成分とする材料にて形成されており、この電極
とセラミックス発熱体素子とが、例えば拡散接合，ロー
付，ホットプレス或はその他周知の化学的反応等を利用
した接合方法で取り付けられている。
【００１６】特に、本発明では、セラミックス発熱体素
子と電極との間に、金属製導電層が設けられているの
で、セラミックス発熱体素子の発熱・冷却が繰り返され
ても、電極の接続部分の強固な接合状態がより好適に維
持される。 （請求項２の発明） 本発明では、 電極のセラミックス材料の熱膨張係数が、
セラミックス発熱体素子の熱膨張係数を上回り、且つ電
極のセラミックス材料の熱膨張係数とセラミックス発熱
体素子の熱膨張係数との差が４．０×１０-6［１／℃］
以下の範囲であるので、セラミックス発熱体素子の発熱
・冷却が繰り返された場合にも、電極の接続部分の強固
な接合状態が維持されることになる。更に、使用時の発
熱体素子の方が電極よりも温度が高いので、その耐久性
が一層向上することになる。 （請求項３の発明） 特に、電極のセラミックス材料の熱膨張係数が、セラミ
ックス発熱体素子の熱膨張係数を上回り、且つ電極のセ
ラミックス材料の熱膨張係数とセラミックス発熱体素子
の熱膨張係数との差が２．２×１０-6［１／℃］以下の
範囲である場合には、上述した作用が一層顕著である。
子と電極との間に、金属製導電層が設けられているの
で、セラミックス発熱体素子の発熱・冷却が繰り返され
ても、電極の接続部分の強固な接合状態がより好適に維
持される。 （請求項２の発明） 本発明では、 電極のセラミックス材料の熱膨張係数が、
セラミックス発熱体素子の熱膨張係数を上回り、且つ電
極のセラミックス材料の熱膨張係数とセラミックス発熱
体素子の熱膨張係数との差が４．０×１０-6［１／℃］
以下の範囲であるので、セラミックス発熱体素子の発熱
・冷却が繰り返された場合にも、電極の接続部分の強固
な接合状態が維持されることになる。更に、使用時の発
熱体素子の方が電極よりも温度が高いので、その耐久性
が一層向上することになる。 （請求項３の発明） 特に、電極のセラミックス材料の熱膨張係数が、セラミ
ックス発熱体素子の熱膨張係数を上回り、且つ電極のセ
ラミックス材料の熱膨張係数とセラミックス発熱体素子
の熱膨張係数との差が２．２×１０-6［１／℃］以下の
範囲である場合には、上述した作用が一層顕著である。
【００１７】
【実施例】以下、本発明の実施例であるセラミックスヒ
ータ及びその製造方法について説明する。図１は第１実
施例のセラミックスヒータの全体構成を示し、図２，３
は各部の構成を示している。
ータ及びその製造方法について説明する。図１は第１実
施例のセラミックスヒータの全体構成を示し、図２，３
は各部の構成を示している。
【００１８】図１に示す様に、本実施例のセラミックス
ヒータ１は、セラミックス本体２内にＷ線３が埋め込ま
れたセラミックス発熱体素子４と、セラミックス発熱体
素子４の後端側の両側に接合された一対のセラミックス
電極７，８とから構成されている。
ヒータ１は、セラミックス本体２内にＷ線３が埋め込ま
れたセラミックス発熱体素子４と、セラミックス発熱体
素子４の後端側の両側に接合された一対のセラミックス
電極７，８とから構成されている。
【００１９】上記セラミックス本体２は、図２に示す様
に、縦１０mm，横５０mm，高さ５mmの柱状の部材であ
り、主成分がＳi3Ｎ4から構成されて、耐熱性及び絶縁
性を備えている。また、上記Ｗ線３は、電流が流される
と発熱する略Ｕ字状の発熱抵抗体であり、その一方の端
部３ａは、図２（Ｂ）の上方に曲がってセラミックス本
体２の上面２ａに露出し、また他方の端部３ｂは、同図
の下方に曲がってセラミックス本体２の下面２ｂに露出
している。
に、縦１０mm，横５０mm，高さ５mmの柱状の部材であ
り、主成分がＳi3Ｎ4から構成されて、耐熱性及び絶縁
性を備えている。また、上記Ｗ線３は、電流が流される
と発熱する略Ｕ字状の発熱抵抗体であり、その一方の端
部３ａは、図２（Ｂ）の上方に曲がってセラミックス本
体２の上面２ａに露出し、また他方の端部３ｂは、同図
の下方に曲がってセラミックス本体２の下面２ｂに露出
している。
【００２０】更に、上記一対のセラミックス電極７，８
は、図１及び図３に示す様に、縦１０mm，横２０mm，高
さ２mmの板状の部材であり、主としてＴiＮ及びＳi3Ｎ4
から構成されている。このセラミックス電極７，８は、
セラミックス発熱体素子４の後端側を挟むようにして対
向して接合されており、セラミックス電極７，８の各々
の内側面で、上記Ｗ線３の端部３ａ，３ｂと電気的に接
続されている。尚、セラミックス電極７，８の端部近傍
には、リード線取り付け用の直径３mmの接続孔１０が設
けられている。
は、図１及び図３に示す様に、縦１０mm，横２０mm，高
さ２mmの板状の部材であり、主としてＴiＮ及びＳi3Ｎ4
から構成されている。このセラミックス電極７，８は、
セラミックス発熱体素子４の後端側を挟むようにして対
向して接合されており、セラミックス電極７，８の各々
の内側面で、上記Ｗ線３の端部３ａ，３ｂと電気的に接
続されている。尚、セラミックス電極７，８の端部近傍
には、リード線取り付け用の直径３mmの接続孔１０が設
けられている。
【００２１】次に、上記構成のセラミックスヒータ１の
製造方法について、図４の分解斜視図に基づいて説明す
る。まず、セラミックス発熱体素子４の本体２の材料
として、Ｓi3Ｎ4９０重量％，残部Ａｌ2Ｏ3，Ｙ2Ｏ3の
粉末を用い、それらの粉末の混合物の中央に、Ｗ線３を
埋め込んで、金型プレスを行なった。
製造方法について、図４の分解斜視図に基づいて説明す
る。まず、セラミックス発熱体素子４の本体２の材料
として、Ｓi3Ｎ4９０重量％，残部Ａｌ2Ｏ3，Ｙ2Ｏ3の
粉末を用い、それらの粉末の混合物の中央に、Ｗ線３を
埋め込んで、金型プレスを行なった。
【００２２】その後、プレスした成形物を、加圧力２
００kg／m2の下で、１７２０℃で３０分間にわたり、高
周波ホットプレス装置で加熱して、セラミックス発熱体
素子４を製作した。次に、Ｗ線３の端部３ａ，３ｂで
ある電極取出し部分を、ダイヤモンドグラインダーで削
り加工した。
００kg／m2の下で、１７２０℃で３０分間にわたり、高
周波ホットプレス装置で加熱して、セラミックス発熱体
素子４を製作した。次に、Ｗ線３の端部３ａ，３ｂで
ある電極取出し部分を、ダイヤモンドグラインダーで削
り加工した。
【００２３】一方、セラミックス電極７，８の材料と
して、例えばＳi粉末とＴiＮ粉末とを、例えば後述する
表２に記載する様な所定の量にて混合し、金型プレスに
て成形した。その後、プレスした成形物を、窒素ガス
雰囲気中にて１７００℃で３時間加熱して、セラミック
ス電極７，８作成した。
して、例えばＳi粉末とＴiＮ粉末とを、例えば後述する
表２に記載する様な所定の量にて混合し、金型プレスに
て成形した。その後、プレスした成形物を、窒素ガス
雰囲気中にて１７００℃で３時間加熱して、セラミック
ス電極７，８作成した。
【００２４】そして、セラミックス発熱体素子４とセ
ラミックス電極７，８との間に、ロー材として市販のＡ
g／Ｃu／Ｔi箔１２，１３を介在させて、真空中にて８
５０℃で加熱し、セラミックス発熱体素子４とセラミッ
クス電極７，８とのロー付接合を行なって、セラミック
スヒータ１を得た。
ラミックス電極７，８との間に、ロー材として市販のＡ
g／Ｃu／Ｔi箔１２，１３を介在させて、真空中にて８
５０℃で加熱し、セラミックス発熱体素子４とセラミッ
クス電極７，８とのロー付接合を行なって、セラミック
スヒータ１を得た。
【００２５】次に、本実施例の効果を確認するために行
った実験例１，２について、詳細に説明する。 （実験例１） この実験では、セラミックス電極材料として、下記表２
に示す材料を使用し、上述した製造方法で、セラミック
スヒータの試料を各５個づつを製造した。そして、各試
料におけるセラミックス電極の接合状況，３０〜８００
℃における熱膨張係数や電気抵抗を調べた。その結果
を、同じく下記表２に示すが、このうちNo１〜４の試料
が本実施例のもので、No５，６は比較例の試料である。
った実験例１，２について、詳細に説明する。 （実験例１） この実験では、セラミックス電極材料として、下記表２
に示す材料を使用し、上述した製造方法で、セラミック
スヒータの試料を各５個づつを製造した。そして、各試
料におけるセラミックス電極の接合状況，３０〜８００
℃における熱膨張係数や電気抵抗を調べた。その結果
を、同じく下記表２に示すが、このうちNo１〜４の試料
が本実施例のもので、No５，６は比較例の試料である。
【００２６】
【表２】
【００２７】この実験の結果、実施例のNo１〜４の試料
には、接合状態に異常は認められなかったが、比較例の
No５の試料には５個中３個について、またNo６の試料に
は５個中４個について、セラミックス発熱体素子に割れ
が生じた。更に、上記表２から明かな様に、実施例のNo
１〜４の試料は、熱膨張係数は小さくて、セラミックス
発熱体素子の熱膨張係数（Ｓi3Ｎ4：２.８×１０-6［1/
℃］，ＳiＣ：４.５×１０-6［1/℃］）に近く、しかも
電気抵抗がそれほど大きくなく好適であった。それに対
して、比較例のNo５，６の試料では、材料が金属である
ので、電気抵抗は小さいが熱膨張係数が極めて大きく、
セラミックス発熱体素子に接合される電極としては不適
なものである。
には、接合状態に異常は認められなかったが、比較例の
No５の試料には５個中３個について、またNo６の試料に
は５個中４個について、セラミックス発熱体素子に割れ
が生じた。更に、上記表２から明かな様に、実施例のNo
１〜４の試料は、熱膨張係数は小さくて、セラミックス
発熱体素子の熱膨張係数（Ｓi3Ｎ4：２.８×１０-6［1/
℃］，ＳiＣ：４.５×１０-6［1/℃］）に近く、しかも
電気抵抗がそれほど大きくなく好適であった。それに対
して、比較例のNo５，６の試料では、材料が金属である
ので、電気抵抗は小さいが熱膨張係数が極めて大きく、
セラミックス発熱体素子に接合される電極としては不適
なものである。
【００２８】（実験例２） また、上記実験例１で使用した試料のうち、接合状態の
良い（もしくは悪化していない）試料を用いて、加熱冷
却サイクル試験を行った。この加熱冷却サイクル試験と
は、−４０℃の冷却と３５０℃の加熱とのサイクルを交
互に繰り返すもので、各試料においてこのサイクルを２
００回行った。
良い（もしくは悪化していない）試料を用いて、加熱冷
却サイクル試験を行った。この加熱冷却サイクル試験と
は、−４０℃の冷却と３５０℃の加熱とのサイクルを交
互に繰り返すもので、各試料においてこのサイクルを２
００回行った。
【００２９】その結果、実施例のNo１〜４の試料のロー
材に若干の酸化が見られたが、導通には何等異常は見ら
れなかった。それに対して、比較例のNo５，６の試料
は、電極とセラミックス発熱体素子とがはずれてしま
い、導通に異常が見られた。この様に、本実施例のセラ
ミックスヒータ１は、頻繁に加熱冷却サイクルが繰り返
された場合でも、電極とセラミックス発熱体素子との接
合に異常が生じにくく、極めて耐久性に優れているとい
う顕著な効果を奏する。
材に若干の酸化が見られたが、導通には何等異常は見ら
れなかった。それに対して、比較例のNo５，６の試料
は、電極とセラミックス発熱体素子とがはずれてしま
い、導通に異常が見られた。この様に、本実施例のセラ
ミックスヒータ１は、頻繁に加熱冷却サイクルが繰り返
された場合でも、電極とセラミックス発熱体素子との接
合に異常が生じにくく、極めて耐久性に優れているとい
う顕著な効果を奏する。
【００３０】次に、第２実施例のセラミックスヒータ及
びその製造方法について、図５に基づいて説明する。図
５に示す様に、本実施例のセラミックスヒータ２０は、
セラミックス電極２２，２３とセラミックス発熱体素子
２５との接合方法が、上記第１実施例のセラミックスヒ
ータ１と大きく異なる。
びその製造方法について、図５に基づいて説明する。図
５に示す様に、本実施例のセラミックスヒータ２０は、
セラミックス電極２２，２３とセラミックス発熱体素子
２５との接合方法が、上記第１実施例のセラミックスヒ
ータ１と大きく異なる。
【００３１】つまり、本実施例では、一対のセラミック
ス電極２２，２３とセラミックス発熱体素子２５との間
に、セラミックス発熱体素子２５側から、厚さ５μmの
Ｔi箔２６，２７，厚さ１０μmのＣu箔２８，２９，厚
さ０.２mmのＮi板３０，３１，厚さ５μmのＴi箔３２，
３３を介在させている。そして、これらの各部材を積層
した状態で、真空中にて１２００℃で３０分間加熱し
て、セラミックス電極２２，２３とセラミックス発熱体
素子２５とを接合し、その後１０００℃で拡散処理を施
してセラミックスヒータ２０を得た。
ス電極２２，２３とセラミックス発熱体素子２５との間
に、セラミックス発熱体素子２５側から、厚さ５μmの
Ｔi箔２６，２７，厚さ１０μmのＣu箔２８，２９，厚
さ０.２mmのＮi板３０，３１，厚さ５μmのＴi箔３２，
３３を介在させている。そして、これらの各部材を積層
した状態で、真空中にて１２００℃で３０分間加熱し
て、セラミックス電極２２，２３とセラミックス発熱体
素子２５とを接合し、その後１０００℃で拡散処理を施
してセラミックスヒータ２０を得た。
【００３２】次に、この第２実施例の効果を確認するた
めに行った実験例３，４について説明する。 （実験例３） 本実験例では、上記表２の材料を使用し、第２実施例の
方法で各々５個のセラミックスヒータの試料を製造し
た。そして、上記実験例１と同様に、接合状態を観察し
た。その結果、実施例であるNo１〜３の試料は、全数接
合に異常が認められなかった。またNo４の試料について
は、５個の試料中１個に、セラミックス発熱体素子にク
ラックが入ったのみであった。それに対して、比較例の
No５，６の試料では、全数セラミックス発熱体素子に割
れが生じた。
めに行った実験例３，４について説明する。 （実験例３） 本実験例では、上記表２の材料を使用し、第２実施例の
方法で各々５個のセラミックスヒータの試料を製造し
た。そして、上記実験例１と同様に、接合状態を観察し
た。その結果、実施例であるNo１〜３の試料は、全数接
合に異常が認められなかった。またNo４の試料について
は、５個の試料中１個に、セラミックス発熱体素子にク
ラックが入ったのみであった。それに対して、比較例の
No５，６の試料では、全数セラミックス発熱体素子に割
れが生じた。
【００３３】（実験例４） また、上記実験例３で使用した試料のうち、実施例のNo
１〜４の試料を用いて、加熱冷却サイクル試験を行っ
た。この加熱冷却サイクル試験では、セラミックス電極
にステンレス製ナットとボルトを接続して交流１００Ｖ
の通電を行い、それとともに、交流の電流値や送風量等
を調節して、室温から７００℃まで変化させた。そし
て、この加熱冷却サイクルを１０００サイクル実施し
た。
１〜４の試料を用いて、加熱冷却サイクル試験を行っ
た。この加熱冷却サイクル試験では、セラミックス電極
にステンレス製ナットとボルトを接続して交流１００Ｖ
の通電を行い、それとともに、交流の電流値や送風量等
を調節して、室温から７００℃まで変化させた。そし
て、この加熱冷却サイクルを１０００サイクル実施し
た。
【００３４】その結果、No２，３の試料は、５個とも導
通に全く異常は認められず、電極にも変色はなかった。
また、No１，４の試料では、電極表層が酸化していた
が、導通に異常はなかった。尚、酸化の度合はNo１の方
が少なかった。この様に、本実施例のセラミックスヒー
タ２０は、加熱冷却サイクルの温度変化量が大きくまた
サイクル数が多くても、セラミックス電極２２，２３と
セラミックス発熱体素子２５との接合に異常が生じにく
く、極めて耐久性に優れているという顕著な効果を奏す
る。
通に全く異常は認められず、電極にも変色はなかった。
また、No１，４の試料では、電極表層が酸化していた
が、導通に異常はなかった。尚、酸化の度合はNo１の方
が少なかった。この様に、本実施例のセラミックスヒー
タ２０は、加熱冷却サイクルの温度変化量が大きくまた
サイクル数が多くても、セラミックス電極２２，２３と
セラミックス発熱体素子２５との接合に異常が生じにく
く、極めて耐久性に優れているという顕著な効果を奏す
る。
【００３５】次に、第３実施例のセラミックスヒータ及
びその製造方法について、図６に基づいて説明する。図
６に示す様に、本実施例のセラミックスヒータ４０は、
上記第１，２実施例の様な金属線が発熱するタイプと異
なり、セラミックス自身が発熱するＳiＣからなるセラ
ミックス発熱体素子４１を備えたものである。
びその製造方法について、図６に基づいて説明する。図
６に示す様に、本実施例のセラミックスヒータ４０は、
上記第１，２実施例の様な金属線が発熱するタイプと異
なり、セラミックス自身が発熱するＳiＣからなるセラ
ミックス発熱体素子４１を備えたものである。
【００３６】つまり、本実施例では、発熱体として、中
央部の幅３mm，厚さ３mm，長さ４０mmで、両端が広幅
（１５mm）に形成されたＳｉＣからなるセラミックス発
熱体素子４１が使用されている。そして、このセラミッ
クス発熱体素子４１の両端の上下面には、上記実施例
１，２と同様な素材からなるセラミックス電極４２が接
合されている。
央部の幅３mm，厚さ３mm，長さ４０mmで、両端が広幅
（１５mm）に形成されたＳｉＣからなるセラミックス発
熱体素子４１が使用されている。そして、このセラミッ
クス発熱体素子４１の両端の上下面には、上記実施例
１，２と同様な素材からなるセラミックス電極４２が接
合されている。
【００３７】そして、上記セラミックス電極４２のロー
付けによる接合は、Ａg９５重量％及びＴi５重量％から
なるペーストを用いて、真空中にて１０００℃に加熱さ
れて行われ、本実施例のセラミックスヒータ４０が製造
される。次に、この第３実施例の効果を確認するために
行った実験例５について説明する。
付けによる接合は、Ａg９５重量％及びＴi５重量％から
なるペーストを用いて、真空中にて１０００℃に加熱さ
れて行われ、本実施例のセラミックスヒータ４０が製造
される。次に、この第３実施例の効果を確認するために
行った実験例５について説明する。
【００３８】（実験例５） 本実験例では、上記表２のNo４，５の材料を使用し、第
３実施例の方法で各々５個のセラミックスヒータの試料
を製造した。そして、上記実験例１と同様に、接合状況
や導通の状態を観察した。
３実施例の方法で各々５個のセラミックスヒータの試料
を製造した。そして、上記実験例１と同様に、接合状況
や導通の状態を観察した。
【００３９】その結果、実施例であるNo４の試料は、全
数接合に異常が認められず、導通にも異常はなかった。
それに対して、比較例のNo５の試料は、ロー付け時にセ
ラミックス発熱体素子が割れてしまった。この様に、本
実施例のセラミックスヒータ４０は、セラミックス自身
が発熱するタイプのヒータであるが、金属線が発熱する
タイプのヒータと同様にその接合性が高く、十分に実用
に供するものである。
数接合に異常が認められず、導通にも異常はなかった。
それに対して、比較例のNo５の試料は、ロー付け時にセ
ラミックス発熱体素子が割れてしまった。この様に、本
実施例のセラミックスヒータ４０は、セラミックス自身
が発熱するタイプのヒータであるが、金属線が発熱する
タイプのヒータと同様にその接合性が高く、十分に実用
に供するものである。
【００４０】
【発明の効果】以上の如く、請求項１の発明のセラミッ
クス発熱体では、加熱・冷却のくり返しに対する耐久性
が一層高いという効果がある。また、請求項２のセラミ
ックス発熱体では、セラミックス発熱体素子と電極との
接合性が高いという特長がある。また、電極取付け部が
高温にさらされても劣化しないので、ヒータの加熱温度
や使用温度を上げる等のヒータの高温化が可能となる。
更に、加熱・冷却のくり返しに対する耐久性が極めて高
いという効果がある。その上、従来の様にヒータに使用
する部材や形状の制限が少なくなるので、ヒータの設計
が自由になるという利点もある。
クス発熱体では、加熱・冷却のくり返しに対する耐久性
が一層高いという効果がある。また、請求項２のセラミ
ックス発熱体では、セラミックス発熱体素子と電極との
接合性が高いという特長がある。また、電極取付け部が
高温にさらされても劣化しないので、ヒータの加熱温度
や使用温度を上げる等のヒータの高温化が可能となる。
更に、加熱・冷却のくり返しに対する耐久性が極めて高
いという効果がある。その上、従来の様にヒータに使用
する部材や形状の制限が少なくなるので、ヒータの設計
が自由になるという利点もある。
【００４１】更に、請求項３の発明のセラミック発熱体
では、上記請求項２の発明の効果が一層顕著である。
では、上記請求項２の発明の効果が一層顕著である。
【図１】 本発明の第１実施例のセラミックスヒータを
示す斜視図である。
示す斜視図である。
【図２】 第１実施例のセラミックス発熱体素子の平面
及び正面を示す説明図である。
及び正面を示す説明図である。
【図３】 第１実施例のセラミックス電極の平面及び正
面を示す説明図である。
面を示す説明図である。
【図４】 第１実施例のセラミックスヒータを分解して
示す斜視図である。
示す斜視図である。
【図５】 第２実施例のセラミックスヒータを分解して
示す正面図である。
示す正面図である。
【図６】 第３実施例のセラミックス発熱体素子及びセ
ラミックスヒータを示す説明図である。
ラミックスヒータを示す説明図である。
【図７】 従来のセラミックスヒータを一部破断して示
す説明図である。
す説明図である。
１，２０，４０…セラミックスヒータ ３…Ｗ線 ４，２５，４１…セラミックス発熱体素子 ７，８，２２，２３，４２…セラミックス電極
フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭62−145680（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−88777（ＪＰ，Ａ) 実開 昭63−86559（ＪＰ，Ｕ)
Claims (3)
- 【請求項１】 セラミックス発熱体素子と該発熱体素子
に取り付けられた電極とからなる発熱体において、 上記電極がセラミックス材料を主成分とする材料にて形
成されるとともに、上記セラミックス発熱体素子と上記
電極との間に、金属製導電層が設けられていることを特
徴とするセラミックス発熱体。 - 【請求項２】 上記電極がセラミックス材料を主成分と
する材料にて形成されるとともに、該電極のセラミック
ス材料の熱膨張係数が、上記セラミックス発熱体素子の
熱膨張係数を上回り、且つ上記電極のセラミックス材料
の熱膨張係数と上記セラミックス発熱体素子の熱膨張係
数との差が４．０×１０-6［１／℃］以下の範囲である
ことを特徴とする前記請求項１に記載のセラミックス発
熱体。 - 【請求項３】 上記電極のセラミックス材料の熱膨張係
数が、上記セラミックス発熱体素子の熱膨張係数を上回
り、且つ上記電極のセラミックス材料の熱膨張係数と上
記セラミックス発熱体素子の熱膨張係数との差が２．２
×１０-6［１／℃］以下の範囲であることを特徴とする
前記請求項２に記載のセラミックス発熱体。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3147525A JP2980258B2 (ja) | 1991-06-19 | 1991-06-19 | セラミックス発熱体 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3147525A JP2980258B2 (ja) | 1991-06-19 | 1991-06-19 | セラミックス発熱体 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04370690A JPH04370690A (ja) | 1992-12-24 |
| JP2980258B2 true JP2980258B2 (ja) | 1999-11-22 |
Family
ID=15432288
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3147525A Expired - Fee Related JP2980258B2 (ja) | 1991-06-19 | 1991-06-19 | セラミックス発熱体 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2980258B2 (ja) |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS62145680A (ja) * | 1985-12-20 | 1987-06-29 | 株式会社日立製作所 | シ−ス型セラミツクスヒ−タの製造方法 |
| JPS6386559U (ja) * | 1986-11-25 | 1988-06-06 |
-
1991
- 1991-06-19 JP JP3147525A patent/JP2980258B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH04370690A (ja) | 1992-12-24 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |