JP4051245B2

JP4051245B2 - Manufacturing method of ceramic heater

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Publication number: JP4051245B2
Application number: JP2002252147A
Authority: JP
Inventors: 修濱田
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2002-08-29
Filing date: 2002-08-29
Publication date: 2008-02-20
Anticipated expiration: 2022-08-29
Also published as: JP2004095237A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はセラミックヒータの製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、各種センサの加熱、グローシステム、半導体の加熱、石油ファンヒータの点火などの用途で、セラミックヒータが広く使用されている。例えば、内燃機関の排気管中に装着されて排気ガス中の酸素濃度を検出する酸素センサでは、特に低温時に酸素センサを良好に機能させるためにセンサの素子部を加熱する必要があり、その加熱用にセラミックヒータが使用されている。ここでまず、セラミックヒータの一般的な構造について説明する。
【０００３】
図１に、従来使用されているロッド状のセラミックヒータの概略図を示す。該セラミックヒータは、発熱抵抗体４と該発熱抵抗体４を内蔵したセラミック体１からなり、該セラミック体１には、内部の発熱抵抗体４に電力を供給するための金属リード８が電極パッド７にろう付けされている。
【０００４】
次に、図１および図２を用いてセラミックヒータの製造方法を説明する。まず、未焼成のセラミックス軸３と、Ｗ、Ｍｏ、Ｒｅの内１種以上の金属からなる高融点金属を発熱抵抗体４としてスクリーン印刷した未焼成のセラミックスシート２を用意する。該発熱抵抗体４には、Ｗ、Ｍｏ、Ｒｅの内１種以上の金属からなる電極引出部５が接続され、該電極引出部５はさらに、導体を充填したスルーホールによりセラミックスシート２の裏面に形成された電極パッド７に接続されている。
【０００５】
そして該セラミックスシート２をセラミックス軸３の周囲に巻きつけて密着させたのち、１５００〜１６５０℃の還元雰囲気中で焼成することにより、セラミック体１を得る。上記セラミックスシート２には、電極引出部５と金属リード線８とを接続するための電極部６が設けられている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、前記工程にて未焼成のセラミックスシート２を未焼成のセラミックス軸３に巻き付ける際には、例えばセラミックス軸３が載置されたセラミックスシート２を置き、作業者の手作業により、セラミックス軸３を転がしてセラミックスシート２に巻き込むようにしていた。そのため、巻き付け作業後においても、Ｗ、Ｍｏ、Ｒｅの内１種以上の金属からなる高融点金属を発熱抵抗体４として、スクリーン印刷したセラミックスシート２とセラミックス軸３とを十分に密着できない場合があった。その場合には、以下の方法により増し締めを行って密着性を高めていた。
【０００７】
セラミックス軸３に巻き付けられたセラミックスシート２を可撓性を有する２枚の平坦なゴム板の間に挟み、一方のゴム板を作業者が手で持って動かすことにより、セラミックス軸３に巻き付けられたセラミックスシート２を各ゴム板間で転がして増し締めを行う。
【０００８】
しかし、上記の方法では、作業者のミスから、セラミックス軸３とセラミックスシート２との間に隙間が生じたり、巻き付けられたセラミックスシート２にねじれが生じたりして、セラミックス軸３とセラミックスシート２とが確実に密着しないおそれがあった。
【０００９】
そこで、セラミックス軸３とセラミックスシート２とを確実に密着させるように細心の注意を払いながら増し締め作業を進めるとなると、増し締め作業に相当の時間を要することになり、製造ＴＡＴ（Turn Around Time）が長くなるという問題があった。上記の問題を解決するための増し締め作業の方法が種々提案されている（特開２０００−１１３９６４、特開２０００−１１３９６５公報参照）。しかしながら、これらの増し締め方法では、セラミックス軸３とセラミックスシート２巻きつけられた状態での転がし回数が１ないし２回程度と少なく、セラミックス軸３とセラミックスシート２とが、依然確実に密着しないおそれがある。密着性をあげるためには,増し締め装置を数回取り付けなければならず、増し締め装置が、複雑・大型化する欠点があった。
【００１０】
本発明は上記問題点を解決するためになされたものであって、その目的は、Ｗ、Ｍｏ、Ｒｅの内１種以上の金属からなる高融点金属を発熱抵抗体４として、スクリーン印刷したセラミックスシート２をセラミックス軸３に巻き付けた後に増し締めを行う際に、セラミックスシート２とセラミックス軸３とを確実に密着させると共に、増し締め作業を速やかに行うことが可能なセラミックヒータの製造方法を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
すなわち、本発明のセラミックヒータの製造方法は、未焼成のセラミックスシートの一方の主面に発熱抵抗体を形成した後、これを覆うセラミックス被覆層を形成し、該セラミックス被覆層が形成された面を内側にして、未焼成のセラミックス軸の外周に巻き付けてセラミックス成形体を作製し、該セラミックス成形体を一体焼成するセラミックヒータの製造方法であって、前記一体焼成する前に、前記セラミックス成形体を３本のローラ間に配置し、前記ローラのうち少なくともひとつを、回転開始時に回転速度を遅くし、一定時間経過後に回転速度を速くすることを特徴とする。
【００１２】
また、前記３本のローラは、ローラ軸が正三角形状または２等辺三角形状に配置され、そのうち２つのローラはローラ軸が水平かつ同じ高さに配置され、前記２つのローラ以外の残る１つのローラのローラ軸に、前記２つのローラにおけるそれぞれの中心軸間の中心の方向に一定の付勢力を付与し、各ローラを同一方向に回転させることが好ましい。これにより、セラミックス軸にセラミックスシートを密着したセラミックス成形体を連続的に加圧しながら回転させて増し締めすることができるからである。その結果、当該セラミックシートがセラミックス軸の外周に強固に巻きつけられ、セラミックスペーストの塗布面全面がセラミックス軸の外周面に確実に密着される。
【００１４】
また、前記セラミックス成形体を３本のローラ間に配置した状態で、前記各ローラを、前記回転開始時とは逆の方向に回転させることが好ましい。これにより、セラミックスシートの全面がセラミックス軸の外周面に確実に密着される。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を具体化した一実施形態を図面と共に説明する。図１は、本実施形態により作製されたセラミックヒータ１を示す概略構成図であり、図２は、本実施形態により作製されたセラミックヒータ１の展開斜視図である。
【００１７】
発熱パターンは、発熱抵抗体４、電極引出部５、電極部６から構成されている。発熱抵抗体４は、セラミックヒータ１の先端側に配置され、セラミックヒータ１の長手方向に対して垂直方向に複数回蛇行するように形成されている。尚、発熱抵抗体４の形状および寸法は、セラミックヒータ１の使用目的に応じて、加熱対象に合わせて設定されている。また、電極部６はセラミックヒータ１の後端側に配置されている。そして、電極部６は電極引出部５を介して発熱抵抗体４の両端部とそれぞれ接続されている。
【００１８】
セラミックヒータ１の表面側には、電極部６と対応する位置に電極パッド７が設けられている。そして、電極パッド７は、セラミックスシート２に形成されたスルーホールを介して、電極部６とそれぞれ接続されている。そのため、電極パッド７に電圧を印加すると、電極パッド７から各スルーホールおよび電極部６、および電極引出部５を介して発熱抵抗体４に通電がなされ、発熱抵抗体４が発熱する。
【００１９】
次に、本発明のセラミックヒータ１の製造方法について説明する。
【００２０】
本発明のセラミックヒータの製造方法は、セラミックス原料粉末に溶剤および結合材を添加した後にシート状に形成したセラミックスシート２の一方の主面に発熱抵抗体４を形成した後、これを覆うようにセラミックス被覆層１０を塗布し、該セラミックス被覆層１０が塗布された面を内側にして未焼成のセラミックス軸３の外周に巻きつけ、全体を一体焼成することにより得られる。そして、上記セラミックス軸３の外周に巻きつけたセラミックスシート２を、３本のローラ間で回転させることにより、セラミックス軸の外周に密着させることを特徴とする。
【００２１】
従来セラミックス軸３に対してセラミックスシート２を密着させる方法として、セラミックス軸３に巻き付けられたセラミックスシート２を、可撓性を有する２枚の平坦なゴム板の間に挟み、一方のゴム板を作業者が手で持って動かすことにより、セラミックス軸３に巻き付けられたセラミックスシート２を各ゴム板間で転がして密着させていたが、作業者のミスから、セラミックス軸３とセラミックスシート２との間に隙間が生じたり、巻き付けられたセラミックスシート２にねじれが生じたりして、セラミックス軸３とセラミックスシート２とが確実に密着しないおそれがあった。
【００２２】
これに対し本発明においては、図３に示すように、当該セラミックスシート２の外周面が３本のローラの外周面に当接するため、例えば、ひとつの第２ローラ１０２に駆動回転機能を持たせることにより第２ローラ１０２の回転によりセラミックス軸３にセラミックスシート２が巻きつけられたセラミックス成形体９、および、第１ローラ１０１、第３ローラ１０３が同時に回動することにより、各ローラからセラミックスシート２に対して、各ローラの回動方向とは反対方向に回動させる力が加えられる。そのため、当該セラミックス成形体９は、各増し締めローラの外周面から押圧されて当該外周面と摺動しながら回転し、その結果、当該セラミックスシート２がセラミックス軸３の外周に強固に巻き付けられ、セラミックス被覆の塗布面全面がセラミックス軸３の外周面に確実に密着される。その密着後、密着されたセラミックス成形体９は、第１ローラ１０１、第２ローラ１０２が開くことにより落下する。
【００２３】
このように、本発明によれば、手作業によらずに密着作業を行うため密着作業の均一化を図ることが可能であり、各ローラの間に当該セラミックス成形体９を順次供給するだけで自動的に密着が行われ、密着を終えた当該セラミックス成形体９は各ローラの間から落下するため、密着作業に要する時間を短くして製造ＴＡＴを短縮することができる。
【００２４】
また、前記第１ローラ１０１および第２ローラ１０２のローラ軸１０７、１０８は共に水平かつ同じ高さに配置することが好ましい。また、各ローラのローラ軸１０７、１０８、１０９は２等辺三角形または正三角形に配置することが好ましい。さらに、前記第１ローラ１０１および第３ローラ１０３は各ローラ軸の方向に一定の付勢力を付与する付勢手段を備えるようにすることもできる。
【００２５】
従って、本発明によれば、当該セラミックス成形体９に対して各ローラの外周面からの押圧力を確実に付与することが可能になるため、セラミックス成形体９を各ローラの外周面と摺動させながらスムーズに回動させることができる。
【００２６】
また、前記各ローラの少なくとも外周面がそれぞれ可撓性を有する材料からなり、前記セラミックス成形体９を各ローラの間を通す際に、前記セラミックス成形体９の形状に対応して前記第１〜第３ローラ１０１，１０２、１０３の外周面が変形するようにしてもよい。
【００２７】
従って、本発明によれば、各ローラの回動に伴って各ローラの外周面がセラミックス成形体９の形状に対応して変形するため、密着されたセラミックスシート２を周回密着させたセラミックス軸３に過大な力を与えて不要な変形を引き起こすことなく、セラミックス成形体９をスムーズに回動させることが可能になる。
【００２８】
また、前記第２ローラ１０２は正逆回転機能を備えることもでき、これによってセラミッスク成形体９が正逆回転されることによりセラミックスペーストの塗布面全面がセラミックス軸３の外周面に確実に密着されて、セラミッス成形体９の増し締めが行われる。
【００２９】
また、前記第２ローラ１０２は回転開始時、回転速度が遅く一定時間経過後、回転速度が速くなる回転速度可変機能を備えることもできる。この結果、回転開始時、ローラがゆっくり回転することにより、セラミックス成形体９がローラの表面になじみながら回転し、その後回転速度が速くなることにより、特にセラミックス成形体９に周回されたセラミックスシート２の端部に作用し、セラミックスシート２がセラミックス軸３の外周面に確実に密着されるようになる。
【００３０】
上記各ローラの材質については、その芯部分は、Ｓ４５Ｃ等の炭素鋼やステンレス等各種の一般的な鋼材を使用することが可能であり、その表面にポリブタジェンゴム、ポリスチレンゴム、ポリイソプレンゴム、スチレン−イソプレンゴム、スチレン−ブチレンゴム、エチレン−プロピレンゴム、スチレン−ブタジェンゴム、フッ素ゴム等のゴム弾性を有する弾性材料を被覆したものを使用することができる。該弾性材料の厚みは、０．５〜２０ｍｍとすることが好ましい。弾性材料の厚みが０．５ｍｍ以下では、セラミックス成形体９の変形を吸収できず、良好な密着・増し締め作業ができなくなる。
【００３１】
また、ローラの外径は、密着するセラミックス成形体９の外径に対して、１〜５倍程度とすることが好ましい。ローラの外径がセラミックス成形体９の外径に対して１倍以下では、セラミックス成形体９に対する締めつけ応力が小さくなる。また、ローラの外径がセラミックス成形体の外径に対して５倍以上になると、締めつけ応力は大きくなるが作業性が悪くなる。
【００３２】
また、ローラの全長は、セラミックス成形体９の長さの１．２倍以上の長さとすることが好ましい。ローラの全長が１．２倍より小さいと、ローラに対するセラミックス成形体９の設置位置のバラツキによりうまく密着・増し締めすることができなくなる場合がある。ローラの全長の上限を決める技術的な根拠はないが、作業性を考えると１．２〜５倍程度とすることが好ましい。
【００３３】
また、ローラの表面の表面粗さは、セラミックス成形体９の表面に傷を形成しないようにする必要があるが、鏡面仕上げの必要はない。鏡面仕上げすると、セラミックス成形体９の表面がローラの表面で滑って、増し締めの効果が期待できなくなるからである。
【００３４】
また、ローラの回転数は、２０〜３００ｒｐｍ程度とすることが好ましい。ローラをゆっくり回転させて、セラミックス成形体９の表面をローラの表面になじませながら増し締めすることが好ましい。
【００３５】
次に、セラミックスシート２の製造方法について説明する。まず、Ａｌ₂Ｏ₃を主成分として、Ａｌ₂Ｏ₃、ＳｉＯ₂、ＣａＯ、ＭｇＯ、ＺｒＯ₂を適宜混合したセラミック粉末を準備し、さらに、有機バインダー、有機溶剤を適宜混合してスラリーとし、これをドクターブレード法でシート状に成形する。このセラミックスシート２を適当な大きさに切断し、表面に発熱抵抗体４および電極引出部５、電極部６を、さらにその裏面に電極パッド７を、Ｗを主成分とするペーストを用いてプリント印刷し、さらに前記電極部６と電極パッド７を導通させるため、スルーホール加工後、導通の為にＷを主成分とするインクを充填する。このスルーホールにより電極パッド７が電極部６と接続される。このセラミックスシート２を適当な大きさに切断した後、前記セラミックス軸３に密着させ、還元雰囲気中１５００〜１６５０℃の温度で焼成して棒状のセラミックヒータ１を得る。
【００３６】
また、セラミックス原料粉末の主材料としては、高温高強度セラミックスであればどのようなもの（例えば、ムライトやスピネル等のアルミナ類似のセラミックスなど）を用いてもよい。そして、焼成促進剤としては、ＳｉＯ₂、ＭｇＯ、ＣａＯ以外に酸化ホウ素（Ｂ₂Ｏ₃）を配合してもよく、焼成過程において酸化物、ひいては所定の網目構造となりえるもの、例えば、炭酸塩などの各種塩や水酸化物として配合してもよい。
【００３７】
まず、セラミックスシート２の表面に、厚さ１０〜３０μｍのＷ、Ｍｏ、Ｒｅの内１種以上の金属からなる高融点金属ペーストから成る複数組の発熱抵抗体４、及び引出し部５、電極部６をスクリーン印刷法等を用いて形成する。このとき、各発熱抵抗体４、および電極引出部５、電極部６がセラミックスシート２の長手方向に配置されるようにする。
【００３８】
次に、セラミックスシート２の裏面において、表面側に形成された電極部６に対向する位置に、厚さ１０〜３０μｍの高融点金属ペーストから成る電極パッド７を、スクリーン印刷法等の手法を用いて形成する。
【００３９】
続いて、電極部６と電極パッド７とを導通するためのスルーホールをセラミックスシート２に開口し、当該スルーホール内に高融点金属ペーストを充填してスルーホールを形成する。尚、高融点金属ペーストとしては、主にタングステン（Ｗ）やモリブデン（Ｍｏ）およびレニウム（Ｒｅ）を用いる。なお、悪影響を与えない限りにおいて、セラミックスシート２と同材料の酸化物等が発熱抵抗体４の材料中に若干混在していてもよい。
【００４０】
また、発熱抵抗体４および、電極引出部５、電極部６、電極パッド７と成る導電性膜は、ペースト印刷法以外の適宜な方法（化学メッキ法，ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法，ＰＶＤ（Physical Vapor Deposition）法など）を用いて形成してもよい。
【００４１】
セラミックス原料粉末からセラミックス軸３を作製する。すなわち、セラミックス原料粉末に、溶剤および結合剤としてメチルセルロース１％，マイクロクリスタリンワックス（商品名）１５％，水１０％を添加して混練する。そして、押出成形法で円筒状に成形し、所定寸法に切断後、１０００〜１２５０℃で仮焼することにより、セラミックス軸３を作製する。
【００４２】
次に、セラミックスシート２にセラミックス被覆が塗布された面の上に、セラミックス軸３を載置する。このとき、セラミックスシート２の長手方向に対して平行な所定位置にセラミックス軸３が配置されるように、セラミックスシート２に対してセラミックス軸３を１本ずつ載置する。
【００４３】
そして、セラミックスシート２をセラミックス軸３の外周に巻き付ける。その巻付方法にはどのような方法を用いてもよいが、例えば、スポンジシートの上にセラミックス軸３が載置されたセラミックスシート２を置き、作業者の手作業により、セラミックス軸３を手のひらで転がしてセラミックスシート２をセラミックス軸３に巻き付ければ良い。
【００４４】
次に、セラミックス軸３にセラミックスシート２を巻きつけたセラミックス成形体９を搬送装置８２へ供給する。図３はローラ装置の構造を説明するための概略構成図である。増し締めローラ装置は、搬送装置８２、第１〜３の３本のローラから構成されている。搬送装置は、搬送ローラ９１およびベルトコンベア９２から構成されている。
【００４５】
ローラ装置は第１のローラ１０１、第２のローラ１０２、第３のローラ１０３および付勢装置１０４、１１０から構成されている。付勢手段としての付勢装置１０４、１１０は、伸縮ロッド１０５、１１１および空圧シリンダ１０６、１１２から構成されている。伸縮ロッド１０５、１１１の先端には軸受１０９、１０７が設けられ、伸縮ロッド１０５、１１１の後端は空圧シリンダ１０６、１１２に嵌挿されて伸縮されるようになっている。
【００４６】
円柱形の第１〜第３ローラ１０１、１０２、１０３は可撓性および導電性を有する材質（例えば、カーボンなどの導体が分散されたニトリルゴム材など）によって形成され、各第１〜第３ローラ１０１、１０２、１０３の幅はセラミックスシート２の長さ以上に設定されている。
【００４７】
第１ローラ１０１、第２ローラ１０２の各ローラ軸１０７，１０８はそれぞれ同じ高さで水平かつ平行に配置され、第３ローラ１０３のローラ軸１０９は各３本のローラ軸１０７〜１０９が正三角形状または二等辺三角形状となるように配置されている。
【００４８】
第２ローラ１０２のローラ軸１０８は正逆回転可能に枢支され、そのローラ軸１０８の位置は固定されている。
【００４９】
第１ローラ１０１のローラ軸１０７は、伸縮ロッド１１０の先端の軸受１１１に嵌挿されて回転可能に枢支されている。そして、伸縮ロッド１１０の伸張により、ローラ軸１０７はローラ軸１０８の方向（図４の矢印A方向）に一定の付勢力が付与されて付勢される。加えて第３ローラ１０３のローラ軸１０９は伸縮ロッド１０５の伸張により、ローラ軸１０９はローラ軸１０７およびローラ軸１０８の中心点の方向（図４の矢印Ｂ方向）に一定の付勢力が付与されて付勢される。また、第２ローラ１０２の回動装置（図示略）により、ローラ軸１０８を中心として、第１のローラ１０１、第２のローラ１０２、第３のローラ１０３は同一方向（図４の矢印Ｃ方向）に回動されるようになっている。
【００５０】
加えて、金属製の各ローラ軸１０７，１０８はそれぞれ回動装置を介してアースされている。尚、後述するように、伸縮ロッド１１０から第２ローラ１０２のローラ軸１０８に付与される付勢力と、伸縮ロッド１０５の伸張により、ローラ軸１０９はローラ軸１０７およびローラ軸１０８の中心点の方向（矢印Ｂ方向）に一定の付勢力が付与されて付勢される。このとき付与される付勢力は最適値に設定されている。また、第１ローラ１０１、第２ローラ１０２、第３ローラ１０３の直径、硬度、回転速度はそれぞれ最適値に設定されている。
【００５１】
このように構成されたローラ装置を用いてセラミックス軸３にセラミックスシート２を巻き付けたセラミックス成形体９を増し締めする動作について、図４〜図５を参照しながら説明する。
【００５２】
図４に示すように、セラミックス軸３にセラミックスシート２を仮密着したセラミックス成形体９は、ベルトコンベア９２上を搬送されて搬送ローラ９１の外周面まで送られ、搬送ローラ９１の外周面の溝９１ｂに嵌合されることにより、ベルトコンベア９２から搬送ローラ９１に移送される。そして、溝９１ｂに嵌合された前記セラミックス成形体９は、搬送ローラ９１の回動により溝９１ｂに嵌合されたまま搬送ローラ９１の外周面上を搬送され、ローラ装置８３のローラ１０２の上方まで送られる。その後、搬送ローラ９１がさらに回動すると、前記セラミックス成形体９と溝９１ｂとの嵌合が解除され、前記セラミックス成形体９は溝９１ｂから脱落して第１ローラ１０１、第２ローラ１０２、第３ローラ１０３の間に落下する。このようにして、セラミックス成形体９は搬送ローラ９１から増し締め用のローラ装置８３に供給される。
【００５３】
ここで、溝９１ｂの幅および深さは、セラミックス成形体９の直径に対応して最適に設定しておく。これにより、ベルトコンベア９２から搬送ローラ９１に前記セラミックス成形体９を確実に移送できると共に、搬送ローラ９１の回動中に溝９１ｂからセラミックス成形体９が脱落するのを防止できる。
【００５４】
次に、図２に示すように、第１ローラ１０１、第２ローラ１０２、第３ローラ１０３の間に落下したセラミックス成形体９は、第１ローラ１０１、第２ローラ１０２の外周面に当接する。ここで、第３ローラ１０３のローラ軸１０９は、付勢装置１０４の伸縮ロッド１０５により、ローラ軸１０９はローラ軸１０７およびローラ軸１０８の中心点の方向（矢印Ｂ方向）に一定の付勢力が付与されて付勢される。そして、第１ローラ１０１、第２ローラ１０２、第３ローラ１０３は同一方向（矢印Ｃ方向）に回動している。第１ローラ１０１、第２ローラ１０２、第３ローラ１０３の回動に伴い、第１ローラ１０１、第２ローラ１０２、第３ローラ１０３からセラミックス成形体９に対して、第１ローラ１０１、第２ローラ１０２、第３ローラ１０３の回動方向（矢印Ｂ方向）とは反対方向（矢印Ｄ方向）に回動させる力が加えられる。
【００５５】
そして、図３に示すように、第１ローラ１０１、第２ローラ１０２、第３ローラ１０３の回動に伴い、セラミックス成形体９は、第１ローラ１０１、第２ローラ１０２、第３ローラ１０３の外周面から押圧されて当該外周面と摺動しながら矢印Ｄ方向に回転し、その結果、セラミックスシート２がセラミックス軸３の外周に強固に巻き付けられ、セラミックス被覆３ａの塗布面全面がセラミックス軸３の外周面に確実に密着されて、セラミックスシート２の増し締めが行われる。その後、セラミックス成形体９は、最適時間（最適回転数）回転した後、第１ローラ１０１、第３ローラ１０３の付勢装置１１０、１０４の伸張ロッド１１１、１０５の伸張により増し締め装置から落下する。
【００５６】
ここで、セラミックスシート２の厚みとセラミックス軸３の直径とに合わせて（すなわち、セラミックスシート２の直径に合わせて）、各伸縮ロッド１１１、１０５から第２ローラ１０２、および第１ローラ１０１と第２ローラ１０２のローラ軸１０７、１０８に付与される付勢力と、第１ローラ１０１、第２ローラ１０２、第３ローラ１０３の直径、硬度、回転速度とを、それぞれ実験によって求められた最適値に設定しておく。これにより、第１ローラ１０１、第２ローラ１０２、第３ローラ１０３の回動に伴って、第１ローラ１０１、第２ローラ１０２、第３ローラ１０３外周面がセラミックス成形体９の形状に対応して変形し、セラミックス成形体９のセラミックスシート２に過大な力を与えて不要な変形を引き起こすことなく、セラミックス成形体９をスムーズに回転させることが可能になる。
【００５７】
尚、増し締めローラ装置８３において、第１ローラ１０１、第２ローラ１０２、第３ローラ１０３の直径、硬度を同じに設定する必要はなく、そして、第１ローラ１０１、第２ローラ１０２、第３ローラ１０３を導電性を有する材質によって形成すると共に金属製のローラ軸１０７、１０８、１０９を介してアースしておくことにより、各ローラとセラミックスシート２とが擦れ合うことによって生じる静電気を除去し、当該静電気により各増し締めローラにセラミックスシート２が付着するのを防止することが可能になる。
【００５８】
従って、セラミックス被覆１０の塗布面全面をセラミックス軸３の外周面に確実に密着させ、セラミックスシート２の増し締めを行うことができる。そして、このようにして準備したセラミックス成形体９をベルトコンベア９２上に順次載置することにより、当該セラミックス成形体９は、搬送装置８２→増し締めローラ装置８３へと順次自動的に供給されてゆく。ここで、搬送ローラ９１の外周面における溝９１ｂの間隔や回転速度を調整することにより、単位時間当たりに搬送装置８２から増し締めローラ装置８３へ供給されるセラミックス成形体９の個数を調節することができる。
【００５９】
従って、増し締め用のローラ装置８３において第１〜第３ローラ１０１、１０２、１０３の間を通り抜けるのに要する時間（すなわち、ローラ装置８３にて増し締めを行う時間）に合わせて搬送ローラ９１の外周面における溝９１ｂの間隔と回転速度を調整することにより、ローラ装置８３にて増し締め中にセラミックス成形体９が詰まるのを防ぐことができる。
【００６０】
このようにして準備したセラミックス成形体９を、還元雰囲気中１５００〜１６００℃の温度で一体焼成して棒状のセラミックスヒータを得る。
【００６１】
その後、電極パッド７の表面に防錆性を高めるためのメッキ処理（例えば、ニッケルメッキなど）を施してメッキ層（図示略）を形成し、そのメッキ層に電源から引き出されたリード線（図示略）をロウ付けにて接続する。また、焼成方法としては、ホットプレス（ＨＰ）焼成や等方静水圧加圧（ＨＩＰ）焼成，雰囲気加圧焼成、常圧焼成、反応焼成などを用いればよく、その焼成温度は１５００〜１６００℃の範囲から選択するのが適当である。また、焼成時の雰囲気は、水素などの還元雰囲気以外にも、不活性ガス雰囲気（例えば、アルゴン（Ａｒ）、窒素（Ｎ₂）など）としてもよい。
【００６２】
このように作製されたセラミックヒータ１は、特に高温下で長時間使用される内燃機関の空燃比制御用の酸素センサを加熱するためのヒーターとして好適である。この場合、セラミックヒータ１は、試験管型固体電解質酸素センサ素子の内部に挿入してもよく、酸素センサ素子に付設してもよい。以上詳述したように、本実施形態によれば、工程８にてセラミックス被覆を介したセラミックスシート２とセラミックス軸３との密着性を高めるための増し締めを行う際に、ローラ装置８３を用いるため、セラミックスシート２とセラミックス軸３とを確実に密着させることができる。そして、手作業によらずに増し締め作業を行うため、増し締め作業の均一化を図ることできる。加えて、ローラ装置８３において、搬送装置８２からセラミックス成形体９が自動的に連続して供給される。増し締め作業に要する時間を短くすることが可能になり、多量のセラミックヒータ１を製造する際には特に製造ＴＡＴを短縮することができる。
【００６３】
尚、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、以下のように変更してもよく、その場合でも、上記実施形態と同様の作用および効果を得ることができる。
【００６４】
（１）第１〜第３ローラ１０１、１０２、１０３の外周面に帯電防止剤を供給するようにしてもよい。例えば、帯電防止剤として石鹸水を用いる場合には、一定個数のセラミックス成形体９の増し締めを行った後に、第１〜第３ローラ１０１、１０２、１０３の外周面を石鹸水にて拭くようにする。このようにすれば、第１〜第３ローラ１０１、１０２、１０３とセラミックス成形体９とが擦れ合うことによって生じる静電気をより確実に除去することが可能になる。尚、帯電防止剤を用いることで静電気を十分に除去可能な場合には、第１〜第３ローラ１０１、１０２、１０３の材質に導電性を有する材質を用いる必要はない。
【００６５】
（２）上記実施形態において正逆回転させる増し締めローラ装置８３を設けたのは、より確実な増し締めを行うためである。従って、片回転方向のみで十分な増し締めが可能な場合は、逆回転を省いてもよい。
【００６６】
【発明の効果】
本発明によれば、未焼成のセラミックスシートの一方の主面に発熱抵抗体を形成した後、これを覆うセラミックス被覆層を形成し、該セラミックス被覆層が形成された面を内側にして、未焼成のセラミックス軸の外周に巻き付けてセラミックス成形体を作製し、該セラミックス成形体を一体焼成するセラミックヒータの製造方法であって、前記一体焼成する前に、前記セラミックス成形体を３本のローラ間に配置し、前記ローラのうち少なくともひとつを、回転開始時に回転速度を遅くし、一定時間経過後に回転速度を速くする。このようにして、セラミックスシートをセラミックス軸の外周面に密着させることにより、セラミックス軸とセラミックスシートとの間に隙間が生じたり、巻き付けられたセラミックスシートにねじれが発生するのが防止され、また、増し締めの効果が向上するので、セラミックスシートの全面をセラミックス軸に確実に密着させる効果が得られる。
【００６７】
また、前記３本のローラは、ローラ軸が正三角形状または、２等辺三角形状に配置され、そのうち２つのローラはローラ軸が水平かつ同じ高さに配置され、各ローラが同一方向に回転するように調整することによって、セラミックス軸にセラミックスシートを密着したセラミックス成形体を安定して増し締め作業することができる。
【００６８】
また、前記ローラのうち少なくともひとつに、上記セラミックスシートを押圧する方向に一定の付勢力を付与する付勢手段を備えたり、前記各ローラに、正逆回転機能を備えたり、前記ローラのうち少なくともひとつに、回転開始時に回転速度が遅く、一定時間経過後に回転速度が速くなる回転速度可変機能を備えたりすることにより、作業を自動化することが可能となるので、増し締め作業の均一化を図ることが可能となり、増し締め作業に要する時間を短くすることができ、多量のセラミックヒータを製造する際には特に製造ＴＡＴを短縮することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の製造方法によって得られるセラミックヒータの概略構成図である。
【図２】本発明の製造方法によって得られるセラミックヒータの展開斜視図である。
【図３】本発明のセラミックヒータの製造方法におけるローラ装置の斜視図である。
【図４】本発明のセラミックヒータの製造方法におけるローラ装置の動作を説明するための説明図である。
【図５】本発明のセラミックヒータの製造方法におけるローラ装置の動作を説明するための説明図である。
【符号の説明】
１セラミックヒータ
２セラミックスシート
３セラミックス軸
４発熱抵抗体
５電極引出部
６電極部
７電極パッド
８リード部材
９セラミックス成形体
１０セラミックス被覆層
８３ａ，８３ｂローラ群
１０１第１のローラ
１０２第２のローラ
１０３第３のローラ
１０４付勢手段
１０５伸縮ロッド
１０６空圧シリンダ
１０７、１０８、１０９ローラ軸[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a method for manufacturing a ceramic heater.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, ceramic heaters have been widely used in applications such as heating of various sensors, glow systems, heating of semiconductors, and ignition of petroleum fan heaters. For example, in an oxygen sensor that is mounted in an exhaust pipe of an internal combustion engine and detects the oxygen concentration in exhaust gas, it is necessary to heat the element portion of the sensor in order to make the oxygen sensor function well particularly at low temperatures. Ceramic heaters are used for this purpose. First, the general structure of the ceramic heater will be described.
[0003]
FIG. 1 shows a schematic diagram of a rod-shaped ceramic heater that has been conventionally used. The ceramic heater includes a heating resistor 4 and a ceramic body 1 having the heating resistor 4 incorporated therein, and a metal lead 8 for supplying power to the internal heating resistor 4 is provided on the ceramic body 1 as an electrode pad. 7 is brazed.
[0004]
Next, a method for manufacturing a ceramic heater will be described with reference to FIGS. First, an unfired ceramic sheet 2 is prepared by screen-printing an unfired ceramic shaft 3 and a refractory metal made of at least one of W, Mo, and Re as a heating resistor 4. The heating resistor 4 is connected to an electrode lead portion 5 made of one or more metals of W, Mo, and Re. The electrode lead portion 5 is further connected to the back surface of the ceramic sheet 2 by a through hole filled with a conductor. Are connected to the electrode pads 7 formed on the substrate.
[0005]
Then, after the ceramic sheet 2 is wound around the ceramic shaft 3 and brought into close contact, the ceramic body 1 is obtained by firing in a reducing atmosphere at 1500 to 1650 ° C. The ceramic sheet 2 is provided with an electrode portion 6 for connecting the electrode lead portion 5 and the metal lead wire 8.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, when the unfired ceramic sheet 2 is wound around the unfired ceramic shaft 3 in the above process, for example, the ceramic sheet 2 on which the ceramic shaft 3 is placed is placed and the ceramic shaft 3 is manually placed by the operator. Was rolled around the ceramic sheet 2. For this reason, even after the winding operation, the screen-printed ceramic sheet 2 and the ceramic shaft 3 may not be sufficiently adhered to each other with the high-melting point metal made of one or more of W, Mo, and Re as the heating resistor 4. there were. In that case, the adhesiveness was increased by retightening by the following method.
[0007]
Ceramics wound around the ceramic shaft 3 by sandwiching the ceramic sheet 2 wound around the ceramic shaft 3 between two flat rubber plates having flexibility, and holding and moving one rubber plate by hand. The sheet 2 is rolled between the rubber plates and tightened.
[0008]
However, in the above method, a gap between the ceramic shaft 3 and the ceramic sheet 2 is generated due to an operator's mistake, or the wound ceramic sheet 2 is twisted, so that the ceramic shaft 3 and the ceramic sheet 2 are twisted. And there was a risk that it would not adhere securely.
[0009]
Therefore, if the tightening operation is advanced while paying close attention to ensure that the ceramic shaft 3 and the ceramic sheet 2 are in close contact with each other, a considerable amount of time is required for the tightening operation, and the manufacturing TAT (Turn Around Time) ) Was long. Various tightening work methods for solving the above problems have been proposed (see Japanese Patent Laid-Open Nos. 2000-113964 and 2000-113965). However, in these retightening methods, the number of times of rolling in a state where the ceramic shaft 3 and the ceramic sheet 2 are wound is as small as 1 to 2 times, and the ceramic shaft 3 and the ceramic sheet 2 may not be securely adhered to each other. There is. In order to improve the adhesion, the retightening device has to be attached several times, and the retightening device has the disadvantage of being complicated and large.
[0010]
The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and an object of the present invention is to screen-print ceramics using a refractory metal composed of at least one of W, Mo, and Re as a heating resistor 4. Provided is a method for manufacturing a ceramic heater capable of ensuring that the ceramic sheet 2 and the ceramic shaft 3 are brought into close contact with each other when the sheet 2 is wound around the ceramic shaft 3 and then fastened. There is to do.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
That is, in the method for manufacturing a ceramic heater according to the present invention, a heating resistor is formed on one main surface of an unfired ceramic sheet, and then a ceramic coating layer is formed to cover the heating resistor. Coating layer Wound around the circumference of the unfired ceramic shaft with the surface where the A ceramic molded body, and the ceramic molded body A method of manufacturing a ceramic heater for integrally firing, Prior to the integral firing, the ceramic molded body is disposed between three rollers, and at least one of the rollers is rotated at a low rotational speed at the start of rotation and is increased after a predetermined time. It is characterized by that.
[0012]
Also The above Three rollers have a regular triangular roller shaft Or It is arranged in an isosceles triangle shape, of which two rollers are arranged so that the roller axis is horizontal and at the same height, A constant urging force is applied to the roller shaft of the remaining one roller other than the two rollers in the direction of the center between the central axes of the two rollers, Each roller The Rotate in the same direction Make thing Is preferred. Thereby, the ceramic molded body in which the ceramic sheet is in close contact with the ceramic shaft can be rotated and continuously tightened while being pressed. As a result, the ceramic sheet is firmly wound around the outer periphery of the ceramic shaft, and the entire coated surface of the ceramic paste is securely adhered to the outer peripheral surface of the ceramic shaft.
[0014]
Also, In a state where the ceramic molded body is disposed between the three rollers, the rollers are rotated in a direction opposite to that at the start of the rotation. Can preferable. This ensures that the entire surface of the ceramic sheet is in close contact with the outer peripheral surface of the ceramic shaft.
[0016]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
DESCRIPTION OF EXEMPLARY EMBODIMENTS Hereinafter, an embodiment of the invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic configuration diagram illustrating a ceramic heater 1 manufactured according to the present embodiment, and FIG. 2 is an exploded perspective view of the ceramic heater 1 manufactured according to the present embodiment.
[0017]
The heat generation pattern includes a heating resistor 4, an electrode lead-out portion 5, and an electrode portion 6. The heating resistor 4 is disposed on the tip side of the ceramic heater 1 and is formed so as to meander a plurality of times in a direction perpendicular to the longitudinal direction of the ceramic heater 1. Note that the shape and dimensions of the heating resistor 4 are set in accordance with the heating target in accordance with the purpose of use of the ceramic heater 1. The electrode unit 6 is disposed on the rear end side of the ceramic heater 1. The electrode portion 6 is connected to both ends of the heating resistor 4 via the electrode lead portion 5.
[0018]
On the surface side of the ceramic heater 1, an electrode pad 7 is provided at a position corresponding to the electrode portion 6. The electrode pads 7 are respectively connected to the electrode portions 6 through through holes formed in the ceramic sheet 2. Therefore, when a voltage is applied to the electrode pad 7, the heating resistor 4 is energized from the electrode pad 7 through each through hole, the electrode portion 6, and the electrode lead-out portion 5, and the heating resistor 4 generates heat.
[0019]
Next, the manufacturing method of the ceramic heater 1 of this invention is demonstrated.
[0020]
In the method for manufacturing a ceramic heater according to the present invention, the heating resistor 4 is formed on one main surface of the ceramic sheet 2 formed into a sheet shape after adding a solvent and a binder to the ceramic raw material powder, and then covered. It is obtained by applying the ceramic coating layer 10, winding the ceramic coating layer 10 on the outer periphery of the unfired ceramic shaft 3 with the surface coated with the ceramic coating layer 10 inside, and firing the whole integrally. The ceramic sheet 2 wound around the outer periphery of the ceramic shaft 3 is brought into close contact with the outer periphery of the ceramic shaft by rotating between three rollers.
[0021]
Conventionally, as a method for bringing the ceramic sheet 2 into close contact with the ceramic shaft 3, the ceramic sheet 2 wound around the ceramic shaft 3 is sandwiched between two flat rubber plates having flexibility, and one rubber plate is put on an operator. The ceramic sheet 2 wound around the ceramic shaft 3 is rolled and brought into close contact between the rubber plates by moving it by hand. However, due to the operator's mistake, the ceramic sheet 3 is placed between the ceramic shaft 3 and the ceramic sheet 2. There is a possibility that a gap is generated or the wound ceramic sheet 2 is twisted, so that the ceramic shaft 3 and the ceramic sheet 2 are not securely adhered to each other.
[0022]
On the other hand, in the present invention, as shown in FIG. 3, since the outer peripheral surface of the ceramic sheet 2 comes into contact with the outer peripheral surfaces of the three rollers, for example, one second roller 102 is provided with a drive rotation function. Accordingly, the ceramic molded body 9 in which the ceramic sheet 2 is wound around the ceramic shaft 3 by the rotation of the second roller 102, and the first roller 101 and the third roller 103 are simultaneously rotated, so that the ceramic sheet is transferred from each roller. 2 is applied with a force for rotating in the direction opposite to the rotation direction of each roller. Therefore, the ceramic molded body 9 is pressed from the outer peripheral surface of each additional tightening roller and rotates while sliding with the outer peripheral surface. As a result, the ceramic sheet 2 is tightly wound around the outer periphery of the ceramic shaft 3, The entire coated surface of the ceramic coating is securely adhered to the outer peripheral surface of the ceramic shaft 3. After the close contact, the close contact ceramic molded body 9 falls when the first roller 101 and the second roller 102 are opened.
[0023]
As described above, according to the present invention, since the contact work is performed without using the manual work, it is possible to make the contact work uniform, and only by sequentially supplying the ceramic molded body 9 between the rollers. The ceramic formed body 9 that has been brought into close contact automatically and has been contacted is dropped from between the rollers, so that the time required for the close contact operation can be shortened and the manufacturing TAT can be shortened.
[0024]
In addition, it is preferable that the roller shafts 107 and 108 of the first roller 101 and the second roller 102 are both disposed horizontally and at the same height. The roller shafts 107, 108, 109 of each roller are preferably arranged in an isosceles triangle or equilateral triangle. Further, the first roller 101 and the third roller 103 may include urging means for applying a constant urging force in the direction of each roller axis.
[0025]
Therefore, according to the present invention, since it becomes possible to reliably apply a pressing force from the outer peripheral surface of each roller to the ceramic molded body 9, the ceramic molded body 9 slides on the outer peripheral surface of each roller. Can be smoothly rotated.
[0026]
In addition, at least the outer peripheral surface of each roller is made of a material having flexibility, and when the ceramic molded body 9 is passed between the rollers, the first to first shapes correspond to the shape of the ceramic molded body 9. The outer peripheral surfaces of the third rollers 101, 102, 103 may be deformed.
[0027]
Therefore, according to the present invention, the outer peripheral surface of each roller is deformed corresponding to the shape of the ceramic molded body 9 as each roller rotates, so that the ceramic shaft 3 in which the closely contacted ceramic sheet 2 is brought into circumferential contact is provided. The ceramic molded body 9 can be smoothly rotated without causing excessive deformation to cause unnecessary deformation.
[0028]
Further, the second roller 102 can also have a forward / reverse rotation function, whereby the ceramic disk molded body 9 is rotated forward / reversely to ensure that the entire surface of the ceramic paste application surface is in close contact with the outer peripheral surface of the ceramic shaft 3. Thus, retightening of the ceramic molded body 9 is performed.
[0029]
In addition, the second roller 102 may be provided with a rotation speed variable function that when the rotation starts, the rotation speed is slow and the rotation speed is increased after a predetermined time has elapsed. As a result, when the rotation starts, the roller slowly rotates, so that the ceramic molded body 9 rotates while conforming to the surface of the roller, and then the rotational speed increases, so that the ceramic sheet 2 circulated around the ceramic molded body 9 in particular. The ceramic sheet 2 comes into close contact with the outer peripheral surface of the ceramic shaft 3 reliably.
[0030]
As for the material of each of the above rollers, various general steel materials such as carbon steel such as S45C and stainless steel can be used for the core portion, and polybutadiene rubber, polystyrene rubber, polyisoprene rubber are used on the surface thereof. A material coated with an elastic material having rubber elasticity such as styrene-isoprene rubber, styrene-butylene rubber, ethylene-propylene rubber, styrene-butadiene rubber, fluorine rubber or the like can be used. The thickness of the elastic material is preferably 0.5 to 20 mm. If the thickness of the elastic material is 0.5 mm or less, the deformation of the ceramic molded body 9 cannot be absorbed, and good adhesion and retightening operations cannot be performed.
[0031]
The outer diameter of the roller is preferably about 1 to 5 times the outer diameter of the ceramic molded body 9 that is in close contact. When the outer diameter of the roller is less than or equal to the outer diameter of the ceramic molded body 9, the tightening stress on the ceramic molded body 9 is small. Further, when the outer diameter of the roller is 5 times or more than the outer diameter of the ceramic molded body, the tightening stress increases, but the workability deteriorates.
[0032]
Further, the total length of the roller is preferably 1.2 times or more the length of the ceramic molded body 9. If the total length of the roller is smaller than 1.2 times, there may be a case where it cannot be adhered and retightened well due to variations in the installation position of the ceramic molded body 9 with respect to the roller. Although there is no technical basis for determining the upper limit of the total length of the roller, it is preferably about 1.2 to 5 times in view of workability.
[0033]
Further, the surface roughness of the surface of the roller needs to prevent the surface of the ceramic molded body 9 from forming scratches, but does not require a mirror finish. This is because when the mirror finish is performed, the surface of the ceramic molded body 9 slides on the surface of the roller, and the effect of retightening cannot be expected.
[0034]
Moreover, it is preferable that the rotation speed of a roller shall be about 20-300 rpm. It is preferable to retighten the roller while slowly rotating the roller so that the surface of the ceramic molded body 9 becomes familiar with the surface of the roller.
[0035]
Next, a method for manufacturing the ceramic sheet 2 will be described. First, Al ₂ O _Three With Al as the main component ₂ O _Three , SiO ₂ , CaO, MgO, ZrO ₂ Is prepared, and an organic binder and an organic solvent are appropriately mixed to form a slurry, which is formed into a sheet by a doctor blade method. The ceramic sheet 2 is cut to an appropriate size, printed on the front surface with the heating resistor 4, the electrode lead-out portion 5 and the electrode portion 6, and further on the back surface with the electrode pad 7 and a paste mainly composed of W. In order to conduct the printing, and to make the electrode portion 6 and the electrode pad 7 conductive, after through-hole processing, ink containing W as a main component is filled for conduction. The electrode pad 7 is connected to the electrode portion 6 through this through hole. The ceramic sheet 2 is cut to an appropriate size, and is then brought into close contact with the ceramic shaft 3 and fired in a reducing atmosphere at a temperature of 1500 to 1650 ° C. to obtain a rod-shaped ceramic heater 1.
[0036]
Further, as the main material of the ceramic raw material powder, any high temperature and high strength ceramics (for example, alumina-like ceramics such as mullite and spinel) may be used. And as a firing accelerator, SiO ₂ Boron oxide (B) in addition to MgO and CaO ₂ O _Three ) May be blended, and may be blended as an oxide in the firing process, and thus as a salt having a predetermined network structure, for example, various salts such as carbonates or hydroxides.
[0037]
First, on the surface of the ceramic sheet 2, a plurality of sets of heating resistors 4 made of a refractory metal paste made of one or more metals of W, Mo, and Re having a thickness of 10 to 30 μm, a lead portion 5, and an electrode portion 6 is formed using a screen printing method or the like. At this time, each heating resistor 4, the electrode lead-out portion 5, and the electrode portion 6 are arranged in the longitudinal direction of the ceramic sheet 2.
[0038]
Next, on the back surface of the ceramic sheet 2, an electrode pad 7 made of a refractory metal paste having a thickness of 10 to 30 μm is disposed at a position facing the electrode portion 6 formed on the front surface side using a method such as screen printing. Form.
[0039]
Subsequently, a through hole for conducting the electrode portion 6 and the electrode pad 7 is opened in the ceramic sheet 2, and the through hole is formed by filling the through hole with a refractory metal paste. Note that tungsten (W), molybdenum (Mo), and rhenium (Re) are mainly used as the refractory metal paste. In addition, as long as it does not have a bad influence, the oxide of the same material as the ceramic sheet 2 may be slightly mixed in the material of the heating resistor 4.
[0040]
Further, the conductive film to be the heating resistor 4 and the electrode lead-out portion 5, the electrode portion 6, and the electrode pad 7 is formed by any appropriate method other than the paste printing method (chemical plating method, CVD (Chemical Vapor Deposition) method, PVD ( (Physical Vapor Deposition) method).
[0041]
The ceramic shaft 3 is produced from the ceramic raw material powder. That is, 1% methylcellulose, 15% microcrystalline wax (trade name) and 10% water are added and kneaded to the ceramic raw material powder as a solvent and a binder. And the ceramic shaft 3 is produced by shape | molding in a cylindrical shape with the extrusion molding method, and calcining at 1000-1250 degreeC after cut | disconnecting to a predetermined dimension.
[0042]
Next, the ceramic shaft 3 is placed on the surface on which the ceramic coating is applied to the ceramic sheet 2. At this time, the ceramic shafts 3 are placed one by one on the ceramic sheet 2 so that the ceramic shafts 3 are arranged at predetermined positions parallel to the longitudinal direction of the ceramic sheet 2.
[0043]
Then, the ceramic sheet 2 is wound around the outer periphery of the ceramic shaft 3. Any method may be used as the winding method. For example, a ceramic sheet 2 on which a ceramic shaft 3 is placed is placed on a sponge sheet, and the ceramic shaft 3 is manually opened by the operator. And the ceramic sheet 2 may be wound around the ceramic shaft 3.
[0044]
Next, the ceramic molded body 9 in which the ceramic sheet 2 is wound around the ceramic shaft 3 is supplied to the conveying device 82. FIG. 3 is a schematic configuration diagram for explaining the structure of the roller device. The retightening roller device includes a conveying device 82 and first to third three rollers. The transport device is composed of a transport roller 91 and a belt conveyor 92.
[0045]
The roller device includes a first roller 101, a second roller 102, a third roller 103, and biasing devices 104 and 110. The urging devices 104 and 110 as urging means are composed of telescopic rods 105 and 111 and pneumatic cylinders 106 and 112. Bearings 109 and 107 are provided at the distal ends of the telescopic rods 105 and 111, and the rear ends of the telescopic rods 105 and 111 are inserted into the pneumatic cylinders 106 and 112 so as to expand and contract.
[0046]
The cylindrical first to third rollers 101, 102, 103 are formed of a material having flexibility and conductivity (for example, a nitrile rubber material in which a conductor such as carbon is dispersed). The widths of the rollers 101, 102, and 103 are set to be equal to or greater than the length of the ceramic sheet 2.
[0047]
The roller shafts 107 and 108 of the first roller 101 and the second roller 102 are horizontally and parallelly arranged at the same height, and the roller shaft 109 of the third roller 103 is a regular triangle of three roller shafts 107 to 109. It arrange | positions so that it may become a shape or an isosceles triangle shape.
[0048]
The roller shaft 108 of the second roller 102 is pivotally supported so as to be able to rotate forward and backward, and the position of the roller shaft 108 is fixed.
[0049]
The roller shaft 107 of the first roller 101 is inserted into a bearing 111 at the tip of the telescopic rod 110 and pivotally supported. As the telescopic rod 110 extends, the roller shaft 107 is urged by applying a constant urging force in the direction of the roller shaft 108 (the direction of arrow A in FIG. 4). In addition, the roller shaft 109 of the third roller 103 is given a constant urging force in the direction of the center point of the roller shaft 107 and the roller shaft 108 (in the direction of arrow B in FIG. 4) due to the expansion of the telescopic rod 105. Is energized. Further, the first roller 101, the second roller 102, and the third roller 103 are arranged in the same direction (in the direction of arrow C in FIG. 4) around the roller shaft 108 by a rotation device (not shown) of the second roller 102. ).
[0050]
In addition, each of the metal roller shafts 107 and 108 is grounded via a rotating device. As will be described later, due to the urging force applied from the telescopic rod 110 to the roller shaft 108 of the second roller 102 and the expansion of the telescopic rod 105, the roller shaft 109 is directed in the direction of the center point of the roller shaft 107 and the roller shaft 108. A certain urging force is applied (in the direction of arrow B) to be urged. The urging force applied at this time is set to an optimum value. Further, the diameter, hardness, and rotation speed of the first roller 101, the second roller 102, and the third roller 103 are set to optimum values, respectively.
[0051]
The operation of retightening the ceramic molded body 9 in which the ceramic sheet 2 is wound around the ceramic shaft 3 by using the roller device configured as described above will be described with reference to FIGS.
[0052]
As shown in FIG. 4, the ceramic molded body 9 in which the ceramic sheet 2 is temporarily adhered to the ceramic shaft 3 is transported on the belt conveyor 92 and sent to the outer peripheral surface of the transport roller 91, and a groove on the outer peripheral surface of the transport roller 91. By being fitted to 91 b, it is transferred from the belt conveyor 92 to the transport roller 91. The ceramic molded body 9 fitted in the groove 91 b is conveyed on the outer peripheral surface of the conveyance roller 91 while being fitted in the groove 91 b by the rotation of the conveyance roller 91, and above the roller 102 of the roller device 83. Sent to. Thereafter, when the conveying roller 91 further rotates, the fitting between the ceramic molded body 9 and the groove 91b is released, and the ceramic molded body 9 falls out of the groove 91b and the first roller 101, the second roller 102, the second It falls between the three rollers 103. In this way, the ceramic molded body 9 is supplied from the conveying roller 91 to the roller device 83 for retightening.
[0053]
Here, the width and depth of the groove 91b are set optimally in accordance with the diameter of the ceramic molded body 9. Thereby, the ceramic molded body 9 can be reliably transferred from the belt conveyor 92 to the transporting roller 91, and the ceramic molded body 9 can be prevented from dropping from the groove 91 b while the transporting roller 91 is rotating.
[0054]
Next, as shown in FIG. 2, the ceramic molded body 9 dropped between the first roller 101, the second roller 102, and the third roller 103 comes into contact with the outer peripheral surfaces of the first roller 101 and the second roller 102. . Here, the roller shaft 109 of the third roller 103 is applied with a constant urging force in the direction of the center point of the roller shaft 107 and the roller shaft 108 (arrow B direction) by the telescopic rod 105 of the urging device 104. Granted and energized. The first roller 101, the second roller 102, and the third roller 103 are rotated in the same direction (arrow C direction). As the first roller 101, the second roller 102, and the third roller 103 rotate, the first roller 101, the second roller 102, the second roller 102, and the third roller 103 move from the first roller 101 to the ceramic molded body 9. A force is applied to rotate the roller 102 and the third roller 103 in the opposite direction (arrow D direction) to the rotation direction (arrow B direction).
[0055]
As shown in FIG. 3, as the first roller 101, the second roller 102, and the third roller 103 rotate, the ceramic molded body 9 moves to the first roller 101, the second roller 102, and the third roller 103. The ceramic sheet 2 is pressed from the outer peripheral surface and rotates in the direction of arrow D while sliding with the outer peripheral surface. As a result, the ceramic sheet 2 is firmly wound around the outer periphery of the ceramic shaft 3, and the entire coated surface of the ceramic coating 3 a is Then, the ceramic sheet 2 is tightened securely. Thereafter, the ceramic molded body 9 rotates for an optimum time (optimum number of rotations), and then drops from the retightening device due to the extension of the extension rods 111 and 105 of the urging devices 110 and 104 of the first roller 101 and the third roller 103. .
[0056]
Here, in accordance with the thickness of the ceramic sheet 2 and the diameter of the ceramic shaft 3 (that is, in accordance with the diameter of the ceramic sheet 2), the second roller 102, the first roller 101, and the first roller 101 The urging force applied to the roller shafts 107 and 108 of the two rollers 102 and the diameter, hardness, and rotation speed of the first roller 101, the second roller 102, and the third roller 103 are set to optimum values obtained by experiments, respectively. Set it. As a result, the outer peripheral surfaces of the first roller 101, the second roller 102, and the third roller 103 correspond to the shape of the ceramic molded body 9 as the first roller 101, the second roller 102, and the third roller 103 rotate. The ceramic molded body 9 can be smoothly rotated without causing an unnecessary deformation by applying an excessive force to the ceramic sheet 2 of the ceramic molded body 9.
[0057]
In the retightening roller device 83, it is not necessary to set the diameter and hardness of the first roller 101, the second roller 102, and the third roller 103 to be the same, and the first roller 101, the second roller 102, the third roller 103, and the like. The roller 103 is formed of a conductive material and grounded through the metal roller shafts 107, 108, and 109, so that static electricity generated by friction between the rollers and the ceramic sheet 2 is removed. It is possible to prevent the ceramic sheet 2 from adhering to each additional tightening roller due to static electricity.
[0058]
Therefore, the entire coated surface of the ceramic coating 10 can be securely adhered to the outer peripheral surface of the ceramic shaft 3 and the ceramic sheet 2 can be tightened. Then, by sequentially placing the ceramic molded body 9 thus prepared on the belt conveyor 92, the ceramic molded body 9 is automatically and sequentially supplied from the conveying device 82 to the retightening roller device 83. go. Here, by adjusting the interval and the rotational speed of the grooves 91b on the outer peripheral surface of the conveying roller 91, the number of ceramic molded bodies 9 supplied from the conveying device 82 to the retightening roller device 83 per unit time is adjusted. Can do.
[0059]
Therefore, the roller roller 83 for retightening tightens the transport roller 91 in accordance with the time required for passing between the first to third rollers 101, 102, 103 (that is, time for retightening with the roller device 83). By adjusting the interval and the rotation speed of the groove 91b on the outer peripheral surface, the ceramic molded body 9 can be prevented from being clogged during retightening by the roller device 83.
[0060]
The ceramic molded body 9 thus prepared is integrally fired at a temperature of 1500 to 1600 ° C. in a reducing atmosphere to obtain a rod-shaped ceramic heater.
[0061]
Thereafter, a plating process (for example, nickel plating) is performed on the surface of the electrode pad 7 to improve rust prevention, thereby forming a plating layer (not shown), and a lead wire (not shown) drawn from the power source to the plating layer. (Omitted) is connected by brazing. As the firing method, hot press (HP) firing, isotropic hydrostatic pressure (HIP) firing, atmospheric pressure firing, normal pressure firing, reaction firing, or the like may be used, and the firing temperature is 1500 to 1600 ° C. It is appropriate to select from these ranges. In addition to the reducing atmosphere such as hydrogen, the firing atmosphere may be an inert gas atmosphere (for example, argon (Ar), nitrogen (N ₂ ) Etc.).
[0062]
The ceramic heater 1 manufactured in this manner is suitable as a heater for heating an oxygen sensor for controlling an air-fuel ratio of an internal combustion engine that is used for a long time at a high temperature. In this case, the ceramic heater 1 may be inserted into the test tube type solid electrolyte oxygen sensor element or may be attached to the oxygen sensor element. As described above in detail, according to the present embodiment, the roller device 83 is used when performing retightening to improve the adhesion between the ceramic sheet 2 and the ceramic shaft 3 through the ceramic coating in step 8. Therefore, the ceramic sheet 2 and the ceramic shaft 3 can be reliably adhered. Since the retightening operation is performed without depending on the manual operation, the retightening operation can be made uniform. In addition, the ceramic molded body 9 is automatically and continuously supplied from the conveying device 82 in the roller device 83. The time required for the retightening operation can be shortened, and the manufacturing TAT can be particularly shortened when a large amount of the ceramic heater 1 is manufactured.
[0063]
In addition, this invention is not limited to the said embodiment, You may change as follows, and even in that case, the effect | action and effect similar to the said embodiment can be acquired.
[0064]
(1) You may make it supply an antistatic agent to the outer peripheral surface of the 1st-3rd roller 101,102,103. For example, when soap water is used as an antistatic agent, the outer peripheral surfaces of the first to third rollers 101, 102, 103 are wiped with soap water after a certain number of ceramic molded bodies 9 are tightened. To. In this way, it is possible to more reliably remove static electricity generated by rubbing the first to third rollers 101, 102, 103 and the ceramic molded body 9. If the static electricity can be sufficiently removed by using the antistatic agent, it is not necessary to use a conductive material for the first to third rollers 101, 102, 103.
[0065]
(2) The reason why the retightening roller device 83 that rotates forward and backward in the above-described embodiment is provided is to perform more reliable retightening. Therefore, when sufficient retightening is possible only in one rotation direction, reverse rotation may be omitted.
[0066]
【The invention's effect】
According to the present invention, a heating resistor is formed on one main surface of an unfired ceramic sheet, and then a ceramic coating layer is formed to cover the heating resistor. Coating layer Wound around the circumference of the unfired ceramic shaft with the surface where the A ceramic molded body, and the ceramic molded body A method of manufacturing a ceramic heater for integrally firing, Prior to the integral firing, the ceramic molded body is disposed between three rollers, and at least one of the rollers is rotated at a low rotational speed at the start of rotation and is increased after a predetermined time has elapsed. In this way, the ceramic sheet Adhering to the outer peripheral surface of the ceramic shaft creates a gap between the ceramic shaft and the ceramic sheet, or twists the wound ceramic sheet. But Prevention Is , In addition, since the effect of tightening is improved, the entire surface of the ceramic sheet is used as the ceramic shaft. The effect of ensuring close contact is obtained.
[0067]
The three rollers are arranged in a regular triangle shape or an isosceles triangle shape, and two of the rollers are arranged horizontally and at the same height, and each roller rotates in the same direction. By adjusting as described above, the ceramic molded body in which the ceramic sheet is in close contact with the ceramic shaft can be stably tightened.
[0068]
Further, at least one of the rollers is provided with a biasing means for applying a constant biasing force in the direction of pressing the ceramic sheet, each of the rollers has a forward / reverse rotation function, or at least of the rollers For one thing, it is possible to automate the work by providing a rotation speed variable function that slows the rotation speed at the start of rotation and increases the rotation speed after a lapse of a certain time. Therefore, the time required for the retightening operation can be shortened, and the manufacturing TAT can be shortened particularly when a large amount of ceramic heaters are manufactured.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a ceramic heater obtained by the manufacturing method of the present invention.
FIG. 2 is a developed perspective view of a ceramic heater obtained by the manufacturing method of the present invention.
FIG. 3 is a perspective view of a roller device in the ceramic heater manufacturing method of the present invention.
FIG. 4 is an explanatory diagram for explaining the operation of the roller device in the method of manufacturing a ceramic heater according to the present invention.
FIG. 5 is an explanatory diagram for explaining the operation of the roller device in the method for manufacturing a ceramic heater according to the present invention.
[Explanation of symbols]
1 Ceramic heater
2 Ceramic sheet
3 Ceramic shaft
4 Heating resistor
5 Electrode extraction part
6 electrodes
7 electrode pads
8 Lead material
9 Ceramic compact
10 Ceramic coating layer
83a, 83b roller group
101 first roller
102 Second roller
103 Third roller
104 Energizing means
105 telescopic rod
106 Pneumatic cylinder
107, 108, 109 Roller shaft

Claims

A heating resistor is formed on one main surface of the unfired ceramic sheet, and then a ceramic coating layer is formed to cover the outer surface of the unfired ceramic shaft. A ceramic heater manufacturing method for producing a ceramic molded body by winding the ceramic molded body and integrally firing the ceramic molded body, wherein the ceramic molded body is disposed between three rollers before the integral firing, and the roller A method of manufacturing a ceramic heater, wherein at least one of the methods is configured such that the rotation speed is decreased at the start of rotation and the rotation speed is increased after a predetermined time has elapsed .

The three rollers are arranged in a regular triangle shape or an isosceles triangle shape, and two of the rollers are arranged horizontally and at the same height, and one of the remaining rollers other than the two rollers is arranged . a roller shaft, said grant constant biasing force in the direction of the center between the respective central axes of the two rollers, the production of ceramic heater according to claim 1, characterized in that makes rotate the rollers in the same direction Method.

3. The manufacturing of a ceramic heater according to claim 1 , wherein each of the rollers is rotated in a direction opposite to that at the start of the rotation in a state where the ceramic molded body is disposed between the three rollers. Method.