JP4628005B2 - Ceramic heater - Google Patents
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Description
本発明は、自動車用酸素センサ加熱用ヒータ、半田ごて、石油ファンヒータの気化器用ヒータ、温水加熱ヒータ等の産業機器用、一般家庭用、電子部品用、産業機器用等の各種加熱用ヒータに利用されるセラミックヒータに関する。 The present invention relates to heaters for heating oxygen sensors for automobiles, soldering irons, heaters for vaporizers of petroleum fan heaters, heaters for industrial equipment such as hot water heaters, general households, electronic parts, and industrial heaters. The present invention relates to ceramic heaters used in
従来から、セラミックヒータとして、平板・ロッド状及び管状などの様々な形状をしたものが各用途に合わせて使用されている。中でも、自動車用の排気ガスセンサに使用されているロッド状のセラミックヒータは、世界的な地球環境保護の動きに連動して、使用量が増加する傾向にある。 2. Description of the Related Art Conventionally, ceramic heaters having various shapes such as a flat plate, a rod shape, and a tubular shape have been used for each application. In particular, the amount of rod-shaped ceramic heaters used in automobile exhaust gas sensors tends to increase in conjunction with global movements for protecting the global environment.
図1(a)〜(c)に、一般的に使用されているロッド状のセラミックヒータ1の概略図を示す。該セラミックヒータ1は、発熱抵抗体4および電極引出部5を内蔵しており、その表面3aには電極パッド8が形成され、内部の発熱抵抗体4に電力を供給するためのリード部材9が前記電極パッド8にろう付けされている。
1A to 1C are schematic views of a rod-shaped
また、セラミック体6は、図1(b)、(c)に示すようにセラミック芯材2に発熱抵抗体4をスクリーン印刷したセラミックシート3を周回密着した構造である。セラミックシート3の裏面には、上記発熱抵抗体4と金属からなるリード部材9とを接続するための電極パッド8が設けられている。上記電極パッド8は、電極引出部5との間のセラミックシート3に導体を充填したスルーホール7を設けることより、両者を電気的に接続する。
Further,
また、セラミック体6の表面に形成された電極パッド8の表面にNiを主成分とする電解メッキ、無電解硼素系メッキおよび無電解リン系メッキのいずれかによるメッキ10を施し、リード部材9をAu−Cu系、Ag−Cu系、Ag系およびCu系のロウ材11のいずれかでロウ付けすることにより固定している。また、セラミックヒータ1の使用環境により、前記リード部材9や電極パッド8の温度・湿度などによる劣化を防ぐために、前記メッキ10と同様にNiを主成分とする電解メッキ、無電解硼素系メッキおよび無電解リン系メッキのいずれかによるメッキ12を施すものもある。なお、セラミックヒータ1には、棒状のものとセラミック芯材2が中空になった管状のものがある。
Further, the surface of the
このようなセラミックヒータ1のセラミック芯材2およびセラミックシート3の材質としては、Al2O388〜95重量%、SiO22〜7重量%、CaO0.5〜3重量%、MgO0.5〜3重量%、ZrO21〜3重量%からなり、発熱抵抗体4は、W、ReおよびMoからなる群から選ばれる少なくとも1種を主成分とし、有機バインダーおよび適宜添加されたセラミック成分とからなる。従来、特に自動車用のセラミックヒータ1を用途とする場合、平均気孔径は10〜30μm、気孔率は5〜8%が一般的であった。
As the material of the
自動車の排気ガス中の酸素濃度を測定する酸素センサを作動温度に加熱するために、セラミックヒータ1が多数使用されているが、このような用途で使用されるセラミックヒータ1は、直流電圧を印加して600〜800℃の高温で連続使用されることが多い。このため、直流電圧印加条件下での耐久性を良くすることがセラミックヒータ1の寿命を延ばすために必要である。
A number of
図4に示すように,直流電圧印加条件下では、セラミック体6の基材中に含まれる陽イオンがこの電圧により、陽極側4aから陰極側4bへ移動するマイグレーションが発生する。このマイグレーションにより、時間と共に陰極側4bには陽イオンが集まり、逆に陽極側4aは時間と共に疎な状態に変化していく。そして、陽極側4aの発熱抵抗体4付近に大気中の酸素が拡散するようになり、発熱抵抗体4が酸化して断線する。
As shown in FIG. 4, under a DC voltage application condition, migration occurs in which positive ions contained in the base material of the
ここで,一般的なセラミック2の気孔径については、たとえばセラミックの最大気孔径が50μm以下である半導体製造・検査装置用セラミック基板の提案がある(特許文献1参照)。
Here, as for the pore diameter of the
また,セラミックヒータ1の断線の原因となるマイグレーションを起こしにくくするために,発熱抵抗体4に接続した電極引出部5にマイグレーションを起こしにくい成分を添加することが有効であることが提案されている(特許文献2参照)。
セラミックヒータ1に関する最近の傾向は、特に自動車用酸素センサ加熱用ヒータに見られるように排ガス検知能力を高めるための急速昇温性、車両のコンパクト化に伴う耐振動、耐強度および保証期間を延長するという高寿命の要求が強くなっている。具体的には、車両電源を42Vにし配線を流れる電流を小さくすることにより、配線部材の線径を小さくし部品点数を減らすことにより軽量化しようという流れがある。
Recent trends in
これにより発生してくる弊害は、電界により発生するイオンマイグレーションである。セラックヒータ1が高温で使用されると、セラミック体中のCa、Mg、Si等の成分や不純物として含有されるNaやK等のアルカリ金属が電界により移動する。このイオン移動は、セラミックヒータ1に印加される電圧が大きくなればなるほど移動速度が促進され移動量が増える。これにより、発熱抵抗体4の抵抗値が増大し、発熱抵抗体4の耐久性を低下させ、ひいては発熱抵抗体4を断線させるという問題がある。
An adverse effect caused by this is ion migration caused by an electric field. When the
ここで、特許文献1はセラミック基板に電気伝導性があるカーボンを添加するため耐電圧を確保する半導体製造・検査装置用セラミック基板であり,本発明との分野と課題がちがうものであり、ただちに転用できるものではない。
Here,
また、特許文献2には,セラミックヒータ1の断線の原因となるマイグレーションを起こしにくくするために、発熱抵抗体4に接続した電極引出部5にマイグレーションを起こしにくい成分を添加することが有効であることが提案されているが、焼結性が悪くなるという問題があった。
Further, in
上記に鑑みて本発明は、セラミックシートの表面に発熱抵抗体と該発熱抵抗体に接続した電極引出部とさらに該電極引出部に対向する裏面に前記電極引出部と導通するための電極パッドをそれぞれスクリーン印刷し、前記セラミックシートを前記表面を内側にしてセラミック芯材に周回密着したセラミックヒータにおいて、前記セラミック芯材と前記セラミックシートの各平均気孔径が1〜30μmであり、且つ気孔率が0.3〜6%であり、前記セラミック芯材の気孔率をA、前記セラミックシートの気孔率をBとしたとき、0.3≦A/B≦0.95であることを特徴とするものである。
In view of the above, the present invention provides a heating resistor on the surface of the ceramic sheet, an electrode leading portion connected to the heating resistor, and an electrode pad for electrical connection with the electrode leading portion on the back surface facing the electrode leading portion. In the ceramic heater in which each of the ceramic cores and the ceramic sheet is screen-printed and the ceramic sheet is circularly adhered to the ceramic core with the surface facing inward, the average pore diameter of the ceramic core and the ceramic sheet is 1 to 30 μm, and the porosity is 0.3 to 6% der is, when the porosity of the ceramic core material a, and the porosity of the ceramic sheet B, a, wherein 0.3 ≦ a / B ≦ 0.95 der Rukoto To do.
以上のように本発明によれば、セラミックシートの表面に発熱抵抗体と該発熱抵抗体に接続した電極引出部とさらに該電極引出部に対向する裏面に前記電極引出部と導通するための電極パッドをスクリーン印刷し、前記セラミックシートを前記表面を内側にしてセラミック芯材に周回密着したセラミックヒータにおいて、前記セラミック芯材と前記セラミックシートの各平均気孔径を1〜30μm、且つ気孔率を6%未満として陽イオンの捕獲容積を確保することができ、陽イオンのマイグレーションによる発熱抵抗体の断線に対する耐久性を向上したセラミックヒータを得ることができるようになった。 As described above, according to the present invention, the heating resistor is connected to the surface of the ceramic sheet, the electrode leading portion connected to the heating resistor, and the electrode for conducting the electrode leading portion on the back surface facing the electrode leading portion. In a ceramic heater in which a pad is screen-printed and the ceramic sheet is circumferentially adhered to the ceramic core with the surface facing inward, the average pore diameter of the ceramic core and the ceramic sheet is 1 to 30 μm, and the porosity is 6 As a result, it is possible to obtain a ceramic heater that can secure a cation capture volume of less than% and improve durability against disconnection of the heating resistor due to cation migration.
ここで、平均気孔径と気孔率は、セラミックシートとセラミック芯材の焼結後の磁器中の平均気孔径と気孔率を示す。 Here, the average pore diameter and the porosity indicate the average pore diameter and the porosity in the ceramic after sintering the ceramic sheet and the ceramic core material.
前記セラミック芯材の気孔率を、前記セラミックシートの気孔率以下、より好ましくは、前記セラミック芯材の気孔率をA、前記セラミックシートの気孔率をBとしたとき、0.3≦A/B≦0.95としたことで、陽イオンのマイグレーションによる発熱抵抗体の断線に対する耐久性が向上した。 The porosity of the ceramic core material is equal to or lower than the porosity of the ceramic sheet. More preferably, when the porosity of the ceramic core material is A and the porosity of the ceramic sheet is B, 0.3 ≦ A / B By setting it to ≦ 0.95, durability against breakage of the heating resistor due to cation migration was improved.
以下本発明のセラミックヒータの実施形態を、図1を用いて説明する。 Hereinafter, an embodiment of the ceramic heater of the present invention will be described with reference to FIG.
図1(a)は、セラミックヒータ1の部分切り欠き斜視図であり、図1(b)は、そのセラミック体6a部分の展開図であり、図1(c)は、電極パッド8付近での断面図である。
1 (a) is a perspective view away portion cut of the
セラミックシート3の表面3aには、発熱抵抗体4と電極引出部5が形成され、さらに、その裏面側に形成される電極パッド8との間をスルーホール7で接合した構造となっている。こうして準備されたセラミックシート3をセラミック芯材2の表面3aに、前記表面3aが内側になるように密着焼成することによりセラミック体6を形成する。そしてさらに、電極パッド8にリード部材9を、ロウ材を用いて接合することにより、セラミックヒータ1となる。
A
セラミック芯材2,セラミックシート3の平均気孔径および気孔率を小さくするには、原料の粒径を小さくする、原料の加圧嵩密度を大きくする、原料を細密充填できるように粒度配合する、といった手段を取れば良い。
In order to reduce the average pore size and porosity of the
原料粒径を小さくすると、成形の際の充填がし難くなり、セラミック芯材2の焼成収縮率がセラミックシート3の焼成収縮率より大きくなり、セラミック芯材2の方が大きく縮むようになる。この場合は、セラミック芯材2を先に仮焼し、予め一定の比率収縮させておいた後、セラミック芯材2の表面にセラミックシート3を巻きつけて焼成するようにすれば、両者の焼成収縮を合わせることができる。
If the raw material particle size is made small, filling during molding becomes difficult, the firing shrinkage rate of the
また、原料の加圧嵩密度を上げるためには、原料を球状に近い形に加工することが好ましい。原料が角張った形状であると、加圧した際に粉末が相互にブロックして充填を妨げるので、成形時の粉体充填率が上がらなくなる。このため、セラミック中の気孔が増えてしまう。このため、原料製造時に原料を球状に加工するか、もしくは、原料をボールミル等の手法で磨砕して、原料の角張った部分を除去すれば、粉体の加圧嵩密度を上げ、気孔率を減少させることができる。この磨砕により生成した細かい原料は、原料を細密充填させるための粒度配合についても効果がある。 Moreover, in order to raise the pressurized bulk density of a raw material, it is preferable to process a raw material in the shape close | similar to spherical shape. When the raw material has an angular shape, the powder blocks each other when pressurized and prevents filling, so that the powder filling rate during molding does not increase. For this reason, the pores in the ceramic increase. For this reason, if the raw material is processed into a spherical shape at the time of raw material production, or the raw material is ground by a technique such as a ball mill to remove the angular portion of the raw material, the pressurized bulk density of the powder is increased and the porosity is increased. Can be reduced. The fine raw material produced by this grinding is also effective for blending the particle size for finely filling the raw material.
ここで加圧嵩密度とは,粉体を金型に充填しそれを一定加圧で成形したときの密度である。 Here, the pressurized bulk density is a density when powder is filled in a mold and molded at a constant pressure.
平均気孔径が1μm未満であると、上記マイグレーションにより陰極側4bに陽イオンが集中した場合、陽イオンを吸収する気孔の容積が小さいため、セラミック体6が割れて断線する不具合が発生する。
If the average pore diameter is less than 1 μm, when cations concentrate on the
また、逆に平均気孔径が30μmより大きいと、マイグレーションが発生し陽極側4aから陰極側4bに陽イオンが移動した際に、陽極側4a側の密度が疎になりすぎて耐久性が急速に劣化する不具合が発生することが判った。
On the other hand, if the average pore diameter is larger than 30 μm, when migration occurs and the cation moves from the
平均気孔径は、さらに好ましくは、1〜20μmとすることが良い。 The average pore diameter is more preferably 1 to 20 μm.
また、該セラミック芯材2の気孔率をA、該セラミックシート3の気孔率をBとしたときのA/Bが0.3未満および0.95より大きい場合、耐久性が約1/2になることが判った。
When A / B is less than 0.3 and greater than 0.95 when the porosity of the
また、気孔率A、Bは、それぞれ1〜10%であることが製造上安定しているので好ましい。
The porosity A, B, since contains 1 to 10%, respectively that are stable manufacturing preferred.
マイグレーションによる陽イオン移動は、セラミックシート3より発熱抵抗体4の内側のセラミック芯材2の方が多くなる。そこで、セラミック芯材2の気孔率を少なくすることで陽極側の密度が極端に疎になるのを防ぎ、耐久性を改善している。
The cation movement by migration is more in the
ここで,平均気孔径と気孔率についての評価方法を説明する。 Here, an evaluation method for the average pore diameter and the porosity will be described.
まず,セラミックヒータ1を樹脂に埋め込みクロスセクションを行い、それを金属顕微鏡で1000倍の写真を撮影する。その後、画像処理装置(装置名:ニレコ製LUZEX−FS)でセラミック芯材2とセラミックシート3それぞれ8ヶ所1視野=240μm×160μmの範囲にて、1μm以上の気孔の数と径を計測して平均気孔径及びセラミック芯材2の気孔率A,セラミックシート3の気孔率Bを測定し、そしてA/Bを算出する。
First, the
次に,耐久性の測定方法について説明する。 Next, a method for measuring durability will be described.
評価サンプルであるセラミックヒータ1の最高発熱部(不図示)が、1200℃になるように電圧を印加し、500時間後に断線した数量、および1200℃になるように電圧を印加しサンプルがすべて断線にいたるまでの平均時間を測定した。
The highest heat generating part (not shown) of the
次に、図1でさらに本発明のセラミックヒータ1の詳細について説明する。
Next, the details of the
本発明のセラミックヒータ1のセラミック芯材2およびセラミックシート3の材質としては、Al2O388〜95重量%、SiO22〜7重量%、CaO0.5〜3重量%、MgO0.5〜3重量%、ZrO21〜3重量%を使用することが好ましい。
As materials of the
Al2O3含有量をこれより少なくすると、ガラス質が多くなるため通電時のマイグレーションが大きくなるので好ましくない。また、逆にAl2O3含有量をこれより増やすと、内蔵する発熱抵抗体4の金属層内に拡散するガラス量が減少し、セラミックヒータ1の耐久性が劣化するので好ましくない。
If the Al 2 O 3 content is less than this, the vitreous quality increases, and migration during energization increases, which is not preferable. Conversely, if the content of Al 2 O 3 is increased, the amount of glass diffusing into the metal layer of the built-in
また,発熱抵抗体4は、W、ReおよびMoからなる群から選ばれる少なくとも1種を主成分とし、有機バインダーおよび適宜添加されるセラミック成分とからなる。セラミックヒータ1に要求される仕様により、発熱抵抗体4の材質は、適宜選択される。
The
更に,電極パッド8には、焼成後Niを主成分とする電解メッキ、無電解硼素系メッキおよび無電解リン系メッキのいずれかによるメッキ10を施す。このメッキ10は、リード部材9を電極パッド8の表面にロウ付けする際に、ロウ材の流れを良くし、ロウ付け強度を増すためであり、通常1〜5μm厚みのメッキ10を形成する。
Further, the
リード部材9を固定するロウ材11としては、Au、Cu、Au−Cu、Au−Ni、Ag、Ag−Cu系のロウ材が使用される。好ましくは、Au−Cuロウとしては、Au含有量を25〜95重量%とし、Au−NiロウとしてはAu含有量を50〜95重量%とすると、ロウ付け温度を1000℃程度に設定でき、ロウ付け後の残留応力を低減できるので良い。また、湿度が高い雰囲気中で使用する場合、Au系、Cu系のロウ材を用いた方がマイグレーションが発生しにくくなるので好ましい。
As the
また、ロウ材11は酸化など腐食の観点から、さらにメッキ12を形成することで保護される。
Further, the
図2において、セラミックヒータ1の寸法について説明する。
In FIG. 2, the dimensions of the
例えば外径dが2〜20mm、長さlが40〜200mm程度にすることが可能である。自動車の空燃比センサ加熱用のセラミックヒータ1としては、外径dが2〜4mm、長さlが40〜65mmとすることが好ましい。
For example, the outer diameter d can be about 2 to 20 mm and the length l can be about 40 to 200 mm. The
さらに、自動車用のセラミックヒータ1として用いる場合では、上記発熱抵抗体4の発熱長さfが3〜15mmとなるようにすることが好ましい。発熱長さfが3mmより短くなると、通電時の昇温を早くすることができるが、セラミックヒータ1の耐久性を低下させる。一方,15mmより長くすると昇温速度が遅くなり、昇温速度を早くしようとするとセラミックヒータ1の消費電力が大きくなる。
Furthermore, when using as the
なお、上記発熱長さfとは、発熱抵抗体4における電極引出部5を除いた往復パターンの部分の長さを示し、この発熱長さfは、用途により種々選択されるものである。
The heat generation length f indicates the length of the reciprocating pattern portion excluding the electrode lead-out
さらに、上記発熱抵抗体4の両端部には電極引出部5が形成されており、図1(c)が示すように、電極引出部5にはスルーホール7を介して発熱抵抗体4に通電するための電極パッド8が形成されている。
Furthermore,
また、上記スルーホール7の内周面に平均厚み20μm以上の高融点金属からなるメッキ層を形成し、銅ロウ、銀ロウ、金銅ロウ等のロウ材や、タングステン、モリブデン、レニウム等の高融点金属からなるスルーホール導体が充填され、電極引出部5と電気的に接続するように電極パッド8が取着される。
Further, a plating layer made of a refractory metal having an average thickness of 20 μm or more is formed on the inner peripheral surface of the through
図3は、本発明の別の実施形態の一例を示す図であり、複数のセラミックシート3の間に発熱抵抗体4を内蔵したセラミックヒータ1を示している。
FIG. 3 is a diagram showing an example of another embodiment of the present invention, and shows a
電極パッド8はセラミックシート3の一部に切り欠き16内に露出するように形成され、電極パッド8にはリード部材9がロウ材11により固定されている。
The
このような複数のセラミックシート3同士を重ねて作製した平板状のセラミックヒータ1においても、焼成後のセラミックシート3中のボイドの分布が耐久性に影響する。
Even in the flat plate-like
セラミックシート3中の平均気孔径を1〜30μm、且つ気孔率を0.3〜6%にすることにより、セラミックヒータ1使用中に発熱抵抗体4に電圧を印加することにより発生する電界によるマイグレーションの影響を緩和し、耐久性を向上させることが可能となる。
Migration by an electric field generated by applying a voltage to the
前記平均気孔径が0.3μm未満では、気孔率が小さくなるため、耐久性への効果が小さくなるので好ましくない。さらに好ましくは、平均気孔径を1〜20μm、気孔率を0.3〜3%とすることが好ましい。 If the average pore diameter is less than 0.3 μm, the porosity is small, and the effect on durability is small, which is not preferable. More preferably, the average pore diameter is 1 to 20 μm and the porosity is 0.3 to 3%.
(実施例1)
次に、本発明の実施例を示す。
Example 1
Next, examples of the present invention will be described.
ここでは、セラミック芯材2とセラミックシート3の気孔13の平均気孔径および気孔率とセラミックヒータ1の耐久性について調査した。
Here, the average pore diameter and porosity of the
Al2O3を主成分として、92重量%のAl2O3、4.5重量%のSiO2、1.5重量%のCaO、1.5重量%のMgO、0.5重量%のZrO2の組成からなるように調整し有機バインダーなど有機溶剤を添加しスラリーを形成した後、ドクターブレード法にてセラミックシート3を準備した。
Mainly composed of Al 2 O 3 , 92% by weight Al 2 O 3 , 4.5% by weight SiO 2 , 1.5% by weight CaO, 1.5% by weight MgO, 0.5% by weight ZrO After adjusting the composition to 2 and adding an organic solvent such as an organic binder to form a slurry, a
図1(a)〜(c)に示すように、この表面3aに、W−Reからなる発熱部4と電極引出部5をプリントして、裏面には電極パッド8を形成するためにWメタライズ9をスクリーン印刷した。そして、電極引出部5の末端には、スルーホール7を形成し、ここにペーストを注入することにより電極パッド8との導通をとった。
As shown in FIG. 1 (a) ~ (c) , W on the
次に、上記セラミックシート3と同じ材質に調整し成型用バインダーなど有機溶剤を添加したスラリーを形成した後、押し出し成型およびプレス成型で、セラミック芯材2を作製した。次に、セラミックシート3を所定の大きさに切断した後に自動機にて、セラミックシート3を所定の位置に設置する工程、およびその上にセラミック芯材2を置く工程、セラミック芯材2を転がしてその表面3aにセラミックシート3を密着する工程、上記のようにして作製したセラミック体6を、同一方向に回転する3本のロールの間で回転させる工程を実施し、セラミック芯材2にセラミックシート3を周回密着させた。なお、セラミック芯材2とセラミックシート3を接着させるため接着剤として、セラミックシート3に有機系の接着剤をスクリーン印刷した。
Next, after adjusting the same material as the
今回、セラミック芯材2のセラミックシート3の気孔13の平均気孔径と気孔率と該セラミックヒータ1の耐久性を評価するため、原料となるAl2O3の粒径およびマトリクス成分比を変えてサンプルを6水準の各10本測定した。
This time, in order to evaluate the average pore diameter and porosity of the
本サンプルの形状は、外径dを3mm、長さlを60mmとした。 The shape of this sample was 3 mm for the outer diameter d and 60 mm for the length l.
平均気孔径および気孔率の測定評価方法は、まず,セラミックヒータ1を樹脂に埋め込みクロスセクションを行い、それを金属顕微鏡もしくは電子顕微鏡で1000倍の写真を撮影する。その後、画像処理装置(装置名:ニレコ製LUZEX−FS)でセラミック芯材2とセラミックシート3それぞれ8ヶ所1視野面積=240μm×160μmの範囲にて気孔の平均気孔径およびセラミック芯材2の気孔率A,セラミックシート3の気孔率Bを測定、計算してA/Bを計算した。
In the measurement and evaluation method of the average pore diameter and porosity, first, a
ここで対象となる気孔の径は0.1μm以上とした。 Here, the target pore diameter was set to 0.1 μm or more.
耐久性の測定方法については、評価サンプルであるセラミックヒータ1の最高発熱部が1200℃になるように電圧を印加し、200時間後に断線した数量を測定した。
About the measuring method of durability, the voltage was applied so that the highest heat_generation | fever part of the
また、表2については、1200℃の連続通電耐久試験において、各ロット10本の全数が断線するまでの時間の平均を測定した。 In Table 2, in the continuous energization endurance test at 1200 ° C., the average time until all 10 lots were disconnected was measured.
結果を表1、2に示した。
表1から、気孔の平均気孔径は1〜30μm、気孔率は0.3〜6%が良好と言える。 From Table 1, it can be said that the average pore diameter of the pores is 1 to 30 μm and the porosity is preferably 0.3 to 6%.
平均気孔径が1μm以下であると、上記マイグレーションにより陰極側4bに陽イオンが集中した場合、陽イオンが入る気孔の容積が小さいため、セラミック体6が割れて断線する不具合が発生する。
When the average pore diameter is 1 μm or less, when cations are concentrated on the
また、逆に30μmを超えると、陽極側4aが疎になりすぎて、耐久性が急速に劣化する不具合が発生することが判った。
Further, when the 30μm Conversely obtain super, too
また、平均気孔径1〜20μm、気孔率1〜3%としたものは、1200℃×200時間の耐久試験では、断線が発生しなかった。
表2から、セラミック芯材2の気孔率をA,セラミックシート3の気孔率をBとした関係A/Bでは,0.3≦A/B≦0.95であればセラミックヒータ1の耐久性が向上することがわかった。
From Table 2, in relation A / B where the porosity of the
(実施例2)
ここでは、2枚のセラミックシート3の間に発熱抵抗体4を形成したタイプのセラミックヒータ1における気孔13の平均気孔径および気孔率とセラミックヒータ1の耐久性について調査した。
(Example 2)
Here, the average pore diameter and porosity of the
Al2O3を主成分として、92重量%のAl2O3、4.5重量%のSiO2、1.5重量%のCaO、1.5重量%のMgO、0.5重量%のZrO2の組成からなるように調整し有機バインダーなど有機溶剤を添加しスラリーを形成した後、ドクターブレード法にてセラミックシート3を準備した。この時、原料の粒径、粒形とセラミックシート3に使用するバインダー量を変量して気孔率と平均気孔径を調整した。
Mainly composed of Al 2 O 3 , 92% by weight Al 2 O 3 , 4.5% by weight SiO 2 , 1.5% by weight CaO, 1.5% by weight MgO, 0.5% by weight ZrO the organic solvent was added to form a slurry such as adjusting organic binder over to comprise 2 composition was prepared
次にセラミックシート3の一主面にWからなる発熱抵抗体4を20μm厚みでプリント形成し、前記発熱抵抗体4の周囲の段差を緩和して密着不良を防止するために、セラミックシート3と同等の組成からなるコート層(不図示)をコートした後、別のセラミックシート3を重ねて密着させ、所定の形状に加工した後1600℃の還元雰囲気中で焼成して、図3に示すような板状のセラミックヒータ1を得た。
Next, a
このようにして準備したセラミックヒータ1各ロット20枚について、1200℃の連続通電耐久試験を400時間実施し、その断線の有無を評価した。また、別途各ロットのセラミックヒータ1の断面の気孔率と気孔径を評価した。
The thus prepared 20 ceramic heaters were each subjected to a 1200 ° C. continuous energization durability test for 400 hours to evaluate the presence or absence of disconnection. Separately, the porosity and pore diameter of the cross section of the
結果を表3に示した。
表3から、判るように、気孔の平均気孔径は1〜30μm、気孔率は0.3〜6%が良好と言える。 As can be seen from Table 3, it can be said that the average pore diameter of the pores is 1 to 30 μm and the porosity is preferably 0.3 to 6%.
平均気孔径が1μm以下であると、上記マイグレーションにより陰極側4bに陽イオンが集中した場合、陽イオンが入る気孔の容積が小さいため、セラミック体6が割れて断線する不具合が発生する。
When the average pore diameter is 1 μm or less, when cations are concentrated on the
また、逆に30μmを超えると、陽極側4aが疎になりすぎて、耐久性が急速に劣化する不具合が発生することが判った。
Further, when the 30μm Conversely obtain super, too
また、平均気孔径1〜20μm、気孔率1〜3%としたものは、1200℃×200時間の耐久試験では、断線が発生しなかった。 In the case of an average pore diameter of 1 to 20 μm and a porosity of 1 to 3%, no disconnection occurred in the 1200 ° C. × 200 hour durability test.
また、粒径と粒形は、原料の加圧嵩密度に影響し、加圧嵩密度が大きい原料は平均気孔径および気孔率が小さくなり、加圧嵩密度が小さい原料は平均気孔径および気孔率が大きくなった。 In addition, the particle diameter and the particle shape affect the pressurized bulk density of the raw material. A raw material with a large pressurized bulk density has a small average pore diameter and porosity, and a raw material with a small pressurized bulk density has a mean pore diameter and pores. The rate has increased.
また、原料の平均粒径を1μm以下にした原料は、加圧嵩密度が小さくなり、これにより気孔率が高くなる傾向を示すことが判った。
Moreover, it turned out that the raw material which made the average particle diameter of the
1:セラミックヒータ
2:セラミック芯材
3:セラミックシート
3a:表面
4:発熱抵抗体
4a:陽極側
4b:陰極側
5:電極引出部
6:セラミック体
7:スルーホール
8:電極パッド
9:リード部材
10:メッキ
11:ロウ材
12:メッキ
13:気孔
d:セラミックヒータ外径
l:セラミックヒータ全長
f:発熱長さ
1: Ceramic heater 2: Ceramic core material 3:
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