JPH01289089A

JPH01289089A - セラミック発熱体

Info

Publication number: JPH01289089A
Application number: JP11890788A
Authority: JP
Inventors: Yukihiro Kimura; 幸広木村
Original assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Current assignee: Niterra Co Ltd
Priority date: 1988-05-16
Filing date: 1988-05-16
Publication date: 1989-11-21

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］本発明は、耐熱性、耐熱衝撃性に優れたセラミック焼結
体と、高融点金属製発熱線とを組み合わせてなるセラミ
ック発熱体に関する。

［従来め技術］従来より、窒化珪素（Ｓｉ３Ｎａ）、サイアロン（Ｓ　
ｉ　−ＡＩ！　−０−Ｎ系化合物固溶体）、窒化アルミ
ニウム（ＡｊＮ）　、炭化珪素（ＳｉＣ）等の耐熱性、
耐熱衝撃性に優れたセラミック焼結体中に、タングステ
ン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）等を主体とする高融点金
属製発熱抵抗線を埋設させたセラミック発熱体が製造さ
れている。このセラミック発熱体は、内燃機関のグロー
プラグのヒータなど１０００℃前後の高温度用ヒータと
して使用されている。

［発明が解決しようとする問題点］しかるに、従来のセラミック発熱体は、発熱抵抗線とセ
ラミック焼結体との熱膨張差によって生じる応力につい
て、十分な対策がなされていなかった。よって、大発熱
量を得るため発熱抵抗線の線径φを大きく（φ≧０．３
ｍｍ）すると、熱膨張差により生じる応力が増大し、ホ
ットプレス焼成時や通電時に、発熱抵抗線の断線が生じ
たり、発熱抵抗線の抵抗値変化を起こしたり、発熱抵抗
線と接触するセラミック焼結体にクラックが発生したり
した。

このため発熱抵抗線の線径をあまり大きくすることは困
難であり、発熱量の大きなセラミック発熱体で、且つ十
分な耐久性を有するものは得られていない。

この発明者は、タングステン、モリブデン、レニウム（
Ｒｅ）、タンタル（Ｔａ）等の高融点金属またはその合
金からなる発熱線の熱膨張率が、セラミック材として、
機械的強度が強く、耐熱性、耐熱衝撃性に優れた窒化珪
素およびアルミナ（Ａｇ２Ｏ，）の熱膨張率の中間にあ
る事に＠目し、発熱線とセラミック焼結体との熱膨張差
を低減させたセラミック発熱体を提供せんとするもので
ある。

本発明の目的は、発熱抵抗線の線径の大きい大発熱量の
セラミック発熱体として、十分な耐久性を有するセラミ
ック発熱体の提供にある。

［問題点を解決するための手段］上記目的達成のため、本発明のセラミック発熱体は、セ
ラミック焼結体中またはその表面に、タングステン、モ
リブデン、レニウム、タンタル等の高融点金属またはそ
の合金からなる発熱線を埋設または固着してなるセラミ
ック発熱体において、前記焼結体は、前記発熱線に対し
、小さな熱膨張率をもつ窒化珪素と、大きな熱膨張率を
もつアルミナと、二酸化珪素（Ｓ　ｉ　Ｏｘ　＞　、酸
化マグネシウム＜Ｍｇ０）　、酸化カルシウム（Ｃａｂ
）、希土類酸化物等より選ばれた一種以上の焼結助剤と
で構成され、前記発熱線の熱膨張率の８０％〜１２０％
の熱膨張率を有するセラミックを採用した。

［作用および発明の効果］本発明のセラミック発熱体は、次の作用および効果を有
する。

■タングステン、モリブデン、レニウム、タンタル等の
高融焦合！Ｌまたはその合金からなる発熱線の熱膨張率
に対し、アルミナと窒化珪素と、焼結助剤とで構成され
るセラミック焼結体の熱膨張率を８０％〜１２０％にし
たので、そのセラミック焼結体に、発熱線を埋設または
固着したセラミック発熱体は、熱履歴に対し、熱膨張差
に起因して発生する熱応力が小さい、よって発熱線近傍
のセラミック焼結体にクラックが発生したり、発熱線が
断線することが防止される。これにより大発熱量を有す
るとともに実用的耐久性を有するセラミック発熱体が得
られる。

■発熱線の発熱量、埋設パターンなどの設計が自由で容
易となる。

［実施例］つぎに本発明を第１図に示す第１実施例に基づき説明す
る。

本発明のセラミック発熱体Ａは、電気絶縁性のセラミッ
ク焼結体１と、この焼結体１中に埋設された発熱線２と
からなる。

セラミック焼結体１は、アルミナ粉末、窒化珪素粉末と
からなるセラミック主成分と、酸化イツトリウム（Ｙ２
Ｏ２）、マグネサイト（ＭｇＣＯｌ）とからなる焼結助
剤とで構成されている。このアルミナ粉末と窒化珪素粉
末の調合により、焼成後の熱膨張率を発熱線２の熱膨張
率に比べ±２０％となるようにしている。この調合は、
アルミナ粉末と窒化珪素粉末とをそれぞれ２０〜８０重
量％の範囲で調節して行っている。

発熱線２は、線径φ＝１．２０ｍｍ、展開長１６００ｍ
ｍのタングステン線（熱膨張率＝５．０ＸＩＯ〜”／”
Ｃ）をコイル間ビッヂ２．５ｍｍで外径φ７０の渦巻き
状に成形し、８０ｍΩの抵抗値を有している。

本発明のセラミック発熱体Ａの製造方法は次のとおりで
ある。

（１）平均粒径０．３μｍｎのアルミナ粉末（焼成後の
熱膨張ＩＸ：　９．２９Ｘ１０−’／”Ｃ）１５０ｇと
平均粒径０．７μｍの窒化珪素粉末（３，６６Ｘｉ（Ｉ
’／’Ｃ）１３５ｇと酸化イツトリウム７゜５ｇとマグ
ネサイト７．５ｇとを調合してアルミナトロンメルにて
エチルアルコール湿式混合を行った後、エチルアルコー
ルを揮散させ調合粉末を得る。

（２）タングステン線を所定のパターンに折り曲げ発熱
線２を製造する。

（３）プレス型内に、発熱ｉ！２と前記調合粉末とを配
してホットプレス焼成（１５００℃で３０分、圧力３０
０ｋｇ／ｃｍ２＞を行う。

上記方法で製造され、直径８０ｍｍ、厚さ１０ｍｍの寸
法を有するセラミック発熱体Ａの焼結体１より切り出し
た試験片の熱膨張率を測定した結、果５．８Ｘ１０−６
／’Ｃであり、切断して観察したところタングステン線
の近傍にはホットプレス焼成によるクラックは発生して
いなかった。

またこのセラミック発熱体Ａを真空中で１２００℃で１
時間通電加熱、３０分冷却の通電試験を１００サイクル
行ったが発熱線２の抵抗値に変化は生じなかった。

次に、セラミック発熱体の熱膨張率を発熱線２の熱膨張
率の８０％〜１２０％の範囲から外した比較品を得るた
めに下記の通り調合した粉末を製造した。

（ア）窒化珪素９０重量％、アルミナ５重量％、酸化イ
ツトリウム５重量％の組成比のもの。

（イ）窒化珪素２重量％、アルミナ９７重量％、マグネ
サイト１重量％の組成比のもの。

これらに同様の製造方法を施して比較品（ア）および比
較品（イ）を製造し、その結果を次に述べる。

比較品（ア）は、熱膨張率が３．６５ｘｌＯ−’／℃で
あり、ホットプレス焼成の際、タングステン線近傍の焼
結体１に微細なりラックが多数発生しており、前記と同
様の通電試験においては、１５サイクルで断線した。

比較品（イ）は、熱膨張率が９．５Ｘ１０”７℃であり
、タングステン線より放射状に発生したクラックが焼結
体１の外表面まで達しており使用不可であった。

つぎに本発明の第２実施例を第２図に基づき説明する。

本実施例のセラミック発熱体Ｂの製造方法は次のとおり
である。

（１）アルミナ粉末１７０ｇと窒化珪素粉末１２０ｇと
マグネサイト５ｇ（これらは上述と同様の粒径および焼
成後の熱膨張率を有する）と無水珪酸（ＳｉＯ２〉５ｇ
とを調合した後、同様にして調合粉末を得る。

（２）ＬｏｏｍΩの抵抗値をもつ全長１４００ｍｍ、直
径１．０ｍｍのモリブデン線〈熱膨張率６゜５　Ｘ　１
０−’／”Ｃ）で、縦と横とが各６０ｍｍの櫛歯状の発
熱１１２を製造する。

（３）プレス型内に発熱線２と調合粉末とを配して同様
なホットプレス焼成を行って、縦と横が７０ｍｍの正方
形を呈し、厚さ１０ｍｍの形状のセラミック焼結体１を
有するセラミック発熱体Ｂを製造する。

このセラミック発熱体Ｂを前記と同様の通電試験を行っ
たが発熱線２の抵抗値に変化は生じなかった。

実施例１および実施例２におけるセラミック発熱体Ａお
よびＢは、次の作用および効果を有する。

０発熱線２の線径φを大きく（φ≧０．３）しても熱膨
張差により生じる応力が小さいため、通電時にセラミッ
ク焼結体１にクラックが発生しにくい、このため、大容
量の発熱体が得られる。

■セラミック発熱体が必要とする熱量（例えば加速器用
高周波発生装置のカソードが必要とする熱量）に合わせ
て発熱線２が容易に設計できる６■焼結体１と発熱線２
の熱膨張率が近似しているため、ホットプレス焼成時に
発生する熱応力が小さい、よってセラミック発熱体にク
ラックが生じない。

■焼結体１と発熱線２の熱膨張率が近似しているため、
通電時に、クラックの発生による異常発熱や、焼結体１
の熱応力による発熱線２の抵抗値変化や断線が生じ難い
。

■アルミナを含むため、低温（１３００〜１５００℃）
で焼成が可能となり、焼成時に、発熱線に与える影響（
粒成長、セラミックとの反応）が少ない。

上記実施例における比較品の通電試験、また同様の多数
のセラミック焼結体１の熱膨張率を変えて比較品を製造
して、通電試験を行うことにより、発熱線２に対するセ
ラミック焼結体１の熱膨張率が、下限８０％、上限１２
０％の範囲内においては、セラミック発熱体は、良好な
耐久性を呈することが判明した。

本発明は上記実施例以外に次の実施態様を含む。

ａ１本発明の構成は、セラミック発熱体をグロープラグ
、電気炉、電熱器、暖房器、調理器などの発熱体に適応
しても良い。

５０発熱線２は、第１図および第２図に示す以外の所望
のパターンを呈しても良い。

Ｃ１焼結助剤は０．５％〜１５％未満の範囲内で適時調
整しても良い。

６１発熱線２に使用する高融点金属は、レニウム（７，
０５ｘｌＯ゛’／”Ｃ）　、タンタル（７，４６Ｘ　１
０−’／”Ｃ）　、その他の高融点金属およびその合金
を使用しても良い。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明のセラミック発熱体の第１実施例の構
造を示す斜視図、第２図は、本発明のセラミック発熱体
の第２実施例を示す斜視図である。図中　１・・・セラミック焼結体　２・・・発熱線　Ａ
。Ｂ・・・セラミック発熱体

Claims

【特許請求の範囲】

１）セラミック焼結体中またはその表面に、タングステ
ン、モリブデン、レニウム、タンタル等の高融点金属ま
たはその合金からなる発熱線を埋設または固着してなる
セラミック発熱体において、前記焼結体は、前記発熱線
に対し、小さな熱膨張率をもつ窒化珪素と、大きな熱膨
張率をもつアルミナと、焼結助剤とでなり、前記発熱線
の熱膨張率の８０％〜１２０％の熱膨張率を有すること
を特徴とするセラミック発熱体。