JPH03245486A - セラミックヒータ - Google Patents
セラミックヒータInfo
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- JPH03245486A JPH03245486A JP2041766A JP4176690A JPH03245486A JP H03245486 A JPH03245486 A JP H03245486A JP 2041766 A JP2041766 A JP 2041766A JP 4176690 A JP4176690 A JP 4176690A JP H03245486 A JPH03245486 A JP H03245486A
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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。
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
本発明は一般家庭用、産業機器用、および自動車等に使
用するセラミックヒータに関するものである。
用するセラミックヒータに関するものである。
従来の技術
一般に、ディーゼルエンジンの余熱プラグに用いられて
いるのは耐熱金属製シース中に発熱コイル及びその周囲
にＭｇＯなどの耐熱絶縁粉末を充填した、いわゆるシー
スヒータがある。
いるのは耐熱金属製シース中に発熱コイル及びその周囲
にＭｇＯなどの耐熱絶縁粉末を充填した、いわゆるシー
スヒータがある。
このようなシースヒータでは余熱開始からシース表面温
度が始動可能な温度に達するまでに５秒以上かかり、急
速加熱性に欠ける。また、加熱速度を早めるために電流
値を増加すると、発熱コイルの溶断あるいは、高熱によ
るシースの破損等が生じ易（なり、耐久性が著しく低下
する。また、暖房機の燃料着火方式においてもノイズに
よる電子機器の誤動作等を生じる高圧放電点火方式から
ノイズのほとんどない連続通電方式のヒータによる点火
方式に変わりつつあり、急速始動性を有し、高温耐久性
に優れたヒータの開発が望まれている。
度が始動可能な温度に達するまでに５秒以上かかり、急
速加熱性に欠ける。また、加熱速度を早めるために電流
値を増加すると、発熱コイルの溶断あるいは、高熱によ
るシースの破損等が生じ易（なり、耐久性が著しく低下
する。また、暖房機の燃料着火方式においてもノイズに
よる電子機器の誤動作等を生じる高圧放電点火方式から
ノイズのほとんどない連続通電方式のヒータによる点火
方式に変わりつつあり、急速始動性を有し、高温耐久性
に優れたヒータの開発が望まれている。
以下従来のセラミックヒータについて説明する。窒化珪
素の焼結体中に、タングステン、モリブデンなどの金属
を用いた線状の発熱抵抗体を埋設したものやアルミナの
グリーンシート上に前記金属の粉末を主成分とする導体
ペーストを印刷した後積層し、一体焼結したものがある
。
素の焼結体中に、タングステン、モリブデンなどの金属
を用いた線状の発熱抵抗体を埋設したものやアルミナの
グリーンシート上に前記金属の粉末を主成分とする導体
ペーストを印刷した後積層し、一体焼結したものがある
。
発明が解決しようとする課題
しかしながら上記従来の構成では、熱膨張係数の異なる
金属とセラミックを組み合わせているのでヒータとして
用いる場合の急速な加熱による熱衝撃や長時間の昇降温
の繰り返しが影響して発熱抵抗体の金属とセラミックの
反応による脆弱相が生じて抵抗値が増大したり、熱応力
疲労による断線を生じたり、支持材のセラミックにクラ
ックが生じたりするという問題点を有していた。
金属とセラミックを組み合わせているのでヒータとして
用いる場合の急速な加熱による熱衝撃や長時間の昇降温
の繰り返しが影響して発熱抵抗体の金属とセラミックの
反応による脆弱相が生じて抵抗値が増大したり、熱応力
疲労による断線を生じたり、支持材のセラミックにクラ
ックが生じたりするという問題点を有していた。
本発明は、上記従来の問題点を解決するもので、急速加
熱性及び高温耐久性に優れたセラミックヒータを提供す
ることを目的とする。
熱性及び高温耐久性に優れたセラミックヒータを提供す
ることを目的とする。
課題を解決するための手段
この目的を達成するために本発明のセラミックヒータは
、発熱抵抗体の支持材としてサイアロンを用い、発熱抵
抗体としてＴｉ、Ｚｒ、Ｈｆ。
、発熱抵抗体の支持材としてサイアロンを用い、発熱抵
抗体としてＴｉ、Ｚｒ、Ｈｆ。
Ｌａ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｍｏ及びＷよりなる群よ
り選ばれた金属の１種または２種以上の窒化物の混合物
、サイアロンの混合物及び焼結助剤よりなる複合セラミ
ックを用いる構成を有している。
り選ばれた金属の１種または２種以上の窒化物の混合物
、サイアロンの混合物及び焼結助剤よりなる複合セラミ
ックを用いる構成を有している。
作用
この構成によってヒータの抵抗値が小さいので大電流の
通電によって急速加熱性を実現し、発熱抵抗体の材料が
高融点で耐酸化性なので高温耐久性を実現することとな
る。
通電によって急速加熱性を実現し、発熱抵抗体の材料が
高融点で耐酸化性なので高温耐久性を実現することとな
る。
実施例
以下に本発明の実施例について説明する。
発熱抵抗体の支持材のサイアロンを主体とするグリーン
シートは合成サイアロン粉末あるいは焼成によってサイ
アロンを生成する原料粉末の混合物か、これに少量の焼
結助剤（例えばＭｇＯ。
シートは合成サイアロン粉末あるいは焼成によってサイ
アロンを生成する原料粉末の混合物か、これに少量の焼
結助剤（例えばＭｇＯ。
Ｍｇ３Ｎ２． Ｙ２Ｏ３，Ａｅ ２０３． Ｓ ｉ ０
２等）ノ微粉末を加えたものに有機結合剤を加えてドク
ターブレード法等により成形することにより得られる。
２等）ノ微粉末を加えたものに有機結合剤を加えてドク
ターブレード法等により成形することにより得られる。
次に、発熱抵抗体としてはＴｉ、Ｚｒ、Ｈｆ。
Ｌａ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、ＭｏやＷよりなる群より
選ばれた金属の１種または２種以上の窒化物の混合物６
０重量％以上と、５〜３０重量％のサイアロンの１種ま
たは２種の混合物と、１０重量％以下の他の上記窒化物
とサイアロンの両方に親和性を有するセラミック剤料粉
末（例えばＭｇＯ。
選ばれた金属の１種または２種以上の窒化物の混合物６
０重量％以上と、５〜３０重量％のサイアロンの１種ま
たは２種の混合物と、１０重量％以下の他の上記窒化物
とサイアロンの両方に親和性を有するセラミック剤料粉
末（例えばＭｇＯ。
Ｍｇ３Ｎ２．Ｙ２Ｏ３，Ａｅ ２０３．Ｓ ｉ ０２．
３Ａｅ ２０３・２Ｓ ｉｏ２．２Ｍｇ（１２Ａｉ！
ｚ０３・５Ｓ ｉ（ｈ。
３Ａｅ ２０３・２Ｓ ｉｏ２．２Ｍｇ（１２Ａｉ！
ｚ０３・５Ｓ ｉ（ｈ。
２Ｍｇ０・Ｓ ｉ０２．ＭｇＯ−８ｉｏ２よりなる混合
物）の焼結助剤を用いる。ここで、発熱抵抗体の組成物
にサイアロンの粉末を加えるのは発熱抵抗体の熱膨張係
数を支持剤であるサイアロンの熱膨張係数に近づけるた
めであり、この添加量は５〜３０重量％の範囲が好まし
い。サイアロンの添加量が５Ｍ量％以下であると発熱抵
抗体の熱膨張係数が支持剤のそれよりも大きくなり過ぎ
、焼結過程もしくは発熱過程でクラックを生じ易い。ま
た、サイアロンの添加量が３０重量％を越えると発熱抵
抗体の導電率が低下し発熱抵抗体として使用できなくな
る。さらに、焼結助剤として作用するセラミック剤料の
添加量は１０重量％以下が好ましく、１０重量％以上を
越えると発熱抵抗体の導電率が低下すると同時に焼結性
が低下する。次に、これらの原料粉末混合物を振動ミル
等で微粉砕した後有機結合剤、界面活性剤、有機溶剤を
加えて混練して導電ペーストとし、スクリーン印刷法等
により、サイアロンのグリーンシート上に形成する。つ
いで、これと発熱抵抗体を形成していないサイアロンの
グリーンシートを所定枚数熱圧着することにより積層し
、これを非酸化性雰囲気中で１６００℃〜２０００℃で
焼成し、両者を同時に焼結する。
物）の焼結助剤を用いる。ここで、発熱抵抗体の組成物
にサイアロンの粉末を加えるのは発熱抵抗体の熱膨張係
数を支持剤であるサイアロンの熱膨張係数に近づけるた
めであり、この添加量は５〜３０重量％の範囲が好まし
い。サイアロンの添加量が５Ｍ量％以下であると発熱抵
抗体の熱膨張係数が支持剤のそれよりも大きくなり過ぎ
、焼結過程もしくは発熱過程でクラックを生じ易い。ま
た、サイアロンの添加量が３０重量％を越えると発熱抵
抗体の導電率が低下し発熱抵抗体として使用できなくな
る。さらに、焼結助剤として作用するセラミック剤料の
添加量は１０重量％以下が好ましく、１０重量％以上を
越えると発熱抵抗体の導電率が低下すると同時に焼結性
が低下する。次に、これらの原料粉末混合物を振動ミル
等で微粉砕した後有機結合剤、界面活性剤、有機溶剤を
加えて混練して導電ペーストとし、スクリーン印刷法等
により、サイアロンのグリーンシート上に形成する。つ
いで、これと発熱抵抗体を形成していないサイアロンの
グリーンシートを所定枚数熱圧着することにより積層し
、これを非酸化性雰囲気中で１６００℃〜２０００℃で
焼成し、両者を同時に焼結する。
以下に実施例及び比較例を示し、さらに詳しく図面と表
を参照しながら説明する。
を参照しながら説明する。
（実施例１）
合成サイアロン粉末［５Ｎ−８２１（β−サイアロン、
Ｚ＝１）、５Ｎ−５Ｚ２ （β−サイアロン、Ｚ＝２）
、５Ｎ−８Ｚ３ （β−サイアロン、Ｚ−３）、５Ｎ−
８Ｙ５ ＜ａ−サイアロン； Ｙｏ、５Ｓ １ｓ７ｓＡ
ｅ２．２ＳＯ０，７５Ｎ＋５．２５） ］をボールミル
で粉砕し平均粒径を０．５μｍ以下とし、ついでグリー
ンシートを得るための可塑剤きしてジブチルフタレート
、結合剤としてポリビニールブチラール（分子量４５０
００〜５５０００）、溶剤として酢酸−〇ブチルを添加
し、３ Ｘ １０４〜１０×１０４ボイズのスラリーを
調整し、ドクターブレード法で厚み０．２ｍのグリーン
シートを作成した。
Ｚ＝１）、５Ｎ−５Ｚ２ （β−サイアロン、Ｚ＝２）
、５Ｎ−８Ｚ３ （β−サイアロン、Ｚ−３）、５Ｎ−
８Ｙ５ ＜ａ−サイアロン； Ｙｏ、５Ｓ １ｓ７ｓＡ
ｅ２．２ＳＯ０，７５Ｎ＋５．２５） ］をボールミル
で粉砕し平均粒径を０．５μｍ以下とし、ついでグリー
ンシートを得るための可塑剤きしてジブチルフタレート
、結合剤としてポリビニールブチラール（分子量４５０
００〜５５０００）、溶剤として酢酸−〇ブチルを添加
し、３ Ｘ １０４〜１０×１０４ボイズのスラリーを
調整し、ドクターブレード法で厚み０．２ｍのグリーン
シートを作成した。
次に、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｌａ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ。
Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗの各窒化物とＭｇＯ，Ｙ２Ｏ３゜Ａｔ！
２０３，５ｉＯｚ、３Ａｉ！ｚｏ３・２ｓｉ（ｈの焼結
助剤を試料歯１〜試料ＮＱ１７について第１表に示す割
合に混合し、平均粒径が２μｍとなるまで振動ミルによ
り、微粉砕した後界面活性剤、有機結合剤を加え、十分
に混練し、粘度調整したものを第１図に示すようにサイ
アロンのグリーンシート１にスクリーン印刷して発熱抵
抗体２を形成した。次に、このサイアロンのグリーンシ
ート１の上下両面に所定枚数のバージンシートを積層、
熱圧着した後Ｎ２ガス雰囲気下で常圧もしくは加圧焼結
（ホットプレス）した。この特性を試料Ｎｏ１〜試料Ｎ
Ｑ１７別に第１表に示す。ここで、抵抗体膜厚は抵抗体
配線の垂直断面研磨面を金属顕微鏡により観察すること
により求めた。第１表から分かるように本発明の実施例
１は良好な接着状態と適正な電気抵抗及び正の抵抗温度
係数（ＴＣＲ）を有し、セラミックヒータとして十分な
特性のものであることが確認できた。
２０３，５ｉＯｚ、３Ａｉ！ｚｏ３・２ｓｉ（ｈの焼結
助剤を試料歯１〜試料ＮＱ１７について第１表に示す割
合に混合し、平均粒径が２μｍとなるまで振動ミルによ
り、微粉砕した後界面活性剤、有機結合剤を加え、十分
に混練し、粘度調整したものを第１図に示すようにサイ
アロンのグリーンシート１にスクリーン印刷して発熱抵
抗体２を形成した。次に、このサイアロンのグリーンシ
ート１の上下両面に所定枚数のバージンシートを積層、
熱圧着した後Ｎ２ガス雰囲気下で常圧もしくは加圧焼結
（ホットプレス）した。この特性を試料Ｎｏ１〜試料Ｎ
Ｑ１７別に第１表に示す。ここで、抵抗体膜厚は抵抗体
配線の垂直断面研磨面を金属顕微鏡により観察すること
により求めた。第１表から分かるように本発明の実施例
１は良好な接着状態と適正な電気抵抗及び正の抵抗温度
係数（ＴＣＲ）を有し、セラミックヒータとして十分な
特性のものであることが確認できた。
サイアロンは、−船蔵Ｓ ｉ ６−ＺＡ ｅ ｚｏｚＮ
＠−２（但し０＜Ｚ＜４．２）で表されるβ−サイアロ
ンの方が耐熱性がな（、高温強度が高いので好ましいが
、−船蔵Ｍｘ （Ｓ ｉ、 Ａｅ ）＋２ （０，Ｎ）
＋ｅ（但しＯ＜Ｘ＜２．Ｍ：Ｌｉ、Ｃａ、Ｍｇ、Ｙ。
＠−２（但し０＜Ｚ＜４．２）で表されるβ−サイアロ
ンの方が耐熱性がな（、高温強度が高いので好ましいが
、−船蔵Ｍｘ （Ｓ ｉ、 Ａｅ ）＋２ （０，Ｎ）
＋ｅ（但しＯ＜Ｘ＜２．Ｍ：Ｌｉ、Ｃａ、Ｍｇ、Ｙ。
Ｌａ）で表されるα−サイアロンを用いても調整可能で
ある。
ある。
（以 下 余 白）
（実施例２）
第２図に示すように実施例１で形成した焼結体３の電極
取出し金具４．５の取付部を研削により露出させた後、
マスクスパッタにより、Ｔ ｉ −Ｍ。
取出し金具４．５の取付部を研削により露出させた後、
マスクスパッタにより、Ｔ ｉ −Ｍ。
−Ｃｕの３層膜を形成し、Ｎ２／Ｎ２混合ガスの非酸化
性雰囲気中の７００℃〜９００℃でアニールした後、無
電解ニッケルメッキ（厚み１〜２μｍ）Ｌ、電極取り出
し用金具４，５を銀ろうでろう付けした。これらのセラ
ミックヒータの試料歯１〜試料ｌｌ！１１７に直流電源
回路を接続し各試料の抵抗値に応じた電圧を加えた場合
の昇温状況を横軸を通電時間、縦軸をセラミックヒータ
の表面温度にして第３図に示した。第３図（Ａ）〜同図
（Ｑ）は、試料Ｐ＆１１〜試料嵐１試料対応した図であ
ることを示す。第１表にこれらのセラミックヒータの試
料歯１〜試料陽１７を空気中で連続通電した（通電後の
安定化温度が１０００℃近傍になる直流電圧を発熱体に
印加した場合）後の抵抗変化率を示した。通電初期より
も３００時間以内であれば抵抗変化は少なく十分に使用
に耐え得るものであることが分かった。
性雰囲気中の７００℃〜９００℃でアニールした後、無
電解ニッケルメッキ（厚み１〜２μｍ）Ｌ、電極取り出
し用金具４，５を銀ろうでろう付けした。これらのセラ
ミックヒータの試料歯１〜試料ｌｌ！１１７に直流電源
回路を接続し各試料の抵抗値に応じた電圧を加えた場合
の昇温状況を横軸を通電時間、縦軸をセラミックヒータ
の表面温度にして第３図に示した。第３図（Ａ）〜同図
（Ｑ）は、試料Ｐ＆１１〜試料嵐１試料対応した図であ
ることを示す。第１表にこれらのセラミックヒータの試
料歯１〜試料陽１７を空気中で連続通電した（通電後の
安定化温度が１０００℃近傍になる直流電圧を発熱体に
印加した場合）後の抵抗変化率を示した。通電初期より
も３００時間以内であれば抵抗変化は少なく十分に使用
に耐え得るものであることが分かった。
なお、非酸化性雰囲気としては、Ｎ２．Ｃｏ。
ＮＨ３，Ｈｅ、Ａｒ、Ｎｅ及びＮ２の１種または２種以
上からなるガス雰囲気を用いることもできる。
上からなるガス雰囲気を用いることもできる。
（比較例）
実施例１と同様に作成したサイアロンのグリーンシート
にＴｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｌａ、Ｖ、Ｎｂ。
にＴｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｌａ、Ｖ、Ｎｂ。
Ｔａ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗの内いずれが１種の金属粉末から
なる導体ペーストをスクリーン印刷して発熱抵抗体を形
成し、ついで、グリーンシートの上下両面に所定枚数の
ヴアージンシートを積層、熱圧着して一体焼結を試みた
が発熱抵抗体が窒化反応のために膨張して積層はがれや
サイアロンのグリーンシートにクラックを生じた。
なる導体ペーストをスクリーン印刷して発熱抵抗体を形
成し、ついで、グリーンシートの上下両面に所定枚数の
ヴアージンシートを積層、熱圧着して一体焼結を試みた
が発熱抵抗体が窒化反応のために膨張して積層はがれや
サイアロンのグリーンシートにクラックを生じた。
また、発熱抵抗体の組成の金属の窒化物、サイアロン及
び焼結助剤の重量％が特許請求の範囲外であるセラミッ
クヒータの例として試料１８と試料１９の結果を第１表
に示した。試料１８は電気抵抗が過大となり、試料１９
は断線が生じて、ともに実用に至らなかった。
び焼結助剤の重量％が特許請求の範囲外であるセラミッ
クヒータの例として試料１８と試料１９の結果を第１表
に示した。試料１８は電気抵抗が過大となり、試料１９
は断線が生じて、ともに実用に至らなかった。
発明の効果
以上の実施例からも明らかなように本発明は、サイアロ
ン焼結体中に所定の金属の１種または２種以上の窒化物
とサイアロン及び焼結助剤からなる複合セラミックの発
熱抵抗体を設けることにより低抵抗によって急速加熱性
に優れ、がっＴＣＲが正であるために、電流暴走による
断線がなく、さらに高温耐久性に優れたセラミックヒー
タを実現できるものである。
ン焼結体中に所定の金属の１種または２種以上の窒化物
とサイアロン及び焼結助剤からなる複合セラミックの発
熱抵抗体を設けることにより低抵抗によって急速加熱性
に優れ、がっＴＣＲが正であるために、電流暴走による
断線がなく、さらに高温耐久性に優れたセラミックヒー
タを実現できるものである。
第１図は本発明の一実施例におけるセラミックヒータの
サイアロンのグリーンシート上に発熱抵抗体ペーストを
印刷した状況を示す斜視図、第２図は同セラミックヒー
タの斜視図、第３図（Ａ）〜（Ｑ）は同セラミックヒー
タに安定化温度が１０００℃近傍になるように電流電圧
を印加した場合の昇温特性を示す図である。 １・・・・・・サイアロンのグリーンシート、２・旧・
・発熱抵抗体、４．５・・・・・・電極取出し金具。 第２ 図 ！ ／ 第 、； 図
サイアロンのグリーンシート上に発熱抵抗体ペーストを
印刷した状況を示す斜視図、第２図は同セラミックヒー
タの斜視図、第３図（Ａ）〜（Ｑ）は同セラミックヒー
タに安定化温度が１０００℃近傍になるように電流電圧
を印加した場合の昇温特性を示す図である。 １・・・・・・サイアロンのグリーンシート、２・旧・
・発熱抵抗体、４．５・・・・・・電極取出し金具。 第２ 図 ！ ／ 第 、； 図
Claims (2)
- （１）サイアロン焼結体中にＴｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｌａ、
Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、ＭｏやＷよりなる群より選ばれ
た金属の１種または２種以上の窒化物の混合物６０重量
％以上、サイアロンの混合物５〜３０重量％及び焼結助
剤１０重量％以下よりなる複合セラミックの発熱抵抗体
を備えたセラミックヒータ。 - （２）サイアロンを主体とするグリーンシート上にＴｉ
、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｌａ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、ＭｏやＷ
よりなる群より選ばれた金属の１種または２種以上の窒
化物の混合物６０重量％以上、サイアロン５〜３０重量
％及び焼結助剤１０重量％以下よりなるペーストを塗布
した後、積層圧着し、非酸化性雰囲気中の１６００℃〜
２０００℃で焼成したセラミックヒータ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2041766A JPH03245486A (ja) | 1990-02-22 | 1990-02-22 | セラミックヒータ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2041766A JPH03245486A (ja) | 1990-02-22 | 1990-02-22 | セラミックヒータ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03245486A true JPH03245486A (ja) | 1991-11-01 |
Family
ID=12617525
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2041766A Pending JPH03245486A (ja) | 1990-02-22 | 1990-02-22 | セラミックヒータ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH03245486A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2016540379A (ja) * | 2013-11-13 | 2016-12-22 | ユマテック ゲーエムベーハー | 少なくとも１つの埋設された高精度抵抗器を備えるプリント回路板 |
-
1990
- 1990-02-22 JP JP2041766A patent/JPH03245486A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2016540379A (ja) * | 2013-11-13 | 2016-12-22 | ユマテック ゲーエムベーハー | 少なくとも１つの埋設された高精度抵抗器を備えるプリント回路板 |
| US10627429B2 (en) | 2013-11-13 | 2020-04-21 | Jumatech Gmbh | Printed circuit board with at least one integrated precision resistor |
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