JPH04169090A - セラミックヒーター - Google Patents

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１ 本発明はガスおよび灯油等を使用する給湯器および暖房
器等の各種燃焼機器の点火用のセラミックヒータ−に関
するものである。

［従来の技術１ 従来よりガスおよび灯油等を使用する給湯器や、石油フ
ァンヒーター、石油ストーブをはじめとする暖房器等の
各種燃焼機器の点火には、高電圧の火花放電を利用する
各種点火装置が使用されていた。しかしながら、前記点
火装置は、点火時に放送電波や通信電波に雑音等の電波
障害を生じる他、各種燃焼機器の確実な点火という観点
からの信鯨性に欠け、その安全性に問題があった。

そこで、電波障害を解消し、確実に点火させて安全性を
向上せんとして、窒化珪素を主成分とする電気絶縁性セ
ラミックからなる絶縁体中に、正の抵抗温度係数を有す
る発熱抵抗体を埋設し、該発熱抵抗体にリード線を接続
したセラミックヒータ−が、前記各種燃焼機器の点火源
として広く利用されるようになってきた（特開平２−７
８１７４号公報参照）。

［発明が解決しようとする課題１ しかしながら、前記各種燃焼機器に使用される点火装置
は、点火時のセラミックヒータ−先端部の温度が、通電
しても９００℃に到達しない場合には、各種燃焼機器の
確実な点火は期し難いことから、一般に前記点火装置は
、点火時には１０００〜１３００℃もの高温となるが、
中には点火した火炎に曝されて１３００°Ｃを越える高
温となるものもあり、このような高温に前記セラミック
ヒータ−が曝されると、セラミックヒータ−の絶縁体や
埋設された発熱抵抗体パターンにクランクを生じたり、
また埋設された発熱抵抗体パターンが局部的に１４００
℃に及ぶ高温にまで発熱すると、前記発熱抵抗体パター
ンが溶断してしまう等、セラミックヒータ−の寿命が急
激に短くなり、点火装置としての機能を失い、長期間に
わたる耐久性に欠けるという課題があった。

［課題を解決するための手段１ 本発明のセラミックヒータ−は、窒化珪素質焼結体中に
埋設した正の抵抗温度係数を有するスクリーン印刷法に
より形成した発熱抵抗体パターンのセラミックヒータ−
の先端部側にある実効発熱部における最大断面積と最小
断面積の差とこれら２つの断面積の平均値との比率が、
２０％以下であることを特徴とするものである。

［作用ｊ 発熱抵抗体パターンの内、セラミックヒータ−の先端部
側にある実効発熱部は、該実効発熱部における断面積の
差の最大値の相対的比率を２０％以下であることから、
断面積による抵抗値変化が小さく、かつ各部の絶縁体と
発熱抵抗体パターンとの熱膨張差の変化も小さく、特に
正の抵抗温度係数を有する前記実効発熱部は、温度が高
くなっても比較的均一に抵抗値が増加するように作用し
、その結果、発熱量が均一に増加してセラミックヒータ
−先端部の表面を設定温度に忠実に発熱させ、その温度
分布を均一化するとともに、セラミックヒータ−のクラ
ンクや発熱抵抗体パターンの溶断を防止するように作用
する。

［実施例］ 以下、本発明のセラミックヒータ−を図面に基づき詳細
に説明する。

第１図は本発明のセラミックヒータ−の一実施例を示す
斜視図であり、第２図は第１図のセラミックヒータ−の
実効発熱部を含む要部を拡大した断面図である。

第１図及び第２図において、１は窒化珪素質焼結体４中
に発熱抵抗体パターン２を埋設したセラミックヒータ−
であり、セラミックヒータ−１は側面にその一部を露出
させた発熱抵抗体パターン２を電極とし、該電極にそれ
ぞれメタライズ層を介してリード線５を担持した電極取
出金具６をろう接することにより、発熱抵抗体パターン
２から電極取出金具６を経てリード線５に電気的に接続
されて構成されている。

上記セラミックヒータ−１の発熱素子は、第３図及び第
４図に示すような平板状に成形した窒化珪素質成形体７
上に、発熱抵抗体パターン２′を所定位置にスクリーン
印刷法により厚膜印刷した後゛、その上面に別の窒化珪
素質成形体７″を重ねて加圧焼成して一体化したもので
ある。

一方、発熱抵抗体パターンの厚膜印刷には、正の抵抗温
度係数を有する周期律表第１Ｖａ　、　Ｖａ、ＶＩａ族
金属の炭化物、窒化珪素、珪化物及び硼化物の少なくと
も一種からなる、例えばタングステンカーバイド（ＷＣ
）、窒化チタン（ＴｉＮ）　、モリブデンシリサイド（
Ｎｏ５　ｆ　ｔ　）や硬化ジルコニウム（ＺｒＢｚ）等
を抵抗体材料とし、残部を窒化珪素質原料粉末とした混
合粉砕原料に、有機バインダーを加えて調製した発熱抵
抗体用ペーストが好適に使用できる。

（実験例） 窒化珪素Ｓｉ、Ｎ４　、酸化イツトリウムＹ２０．及び
アルミナＡｌ２Ｏ３を主成分とする平板状に成形した窒
化珪素質成形体の表面上に、窒化チタン（ＴｉＮ）から
なる発熱体材料に窒化珪素Ｓｉ、Ｎ、と酸化イツトリウ
ムＹ２Ｏ３を添加したものを主成分とする発熱抵抗体用
ペーストを用いて、略Ｕ字状のパターンの先端付近を分
岐点とし、かつ実効発熱部の線幅０゜４ｍｍを基準とし
、前記分岐点を境としてそれぞれの線幅を変化させた発
熱抵抗体パターンを、スクリーン印刷法により厚膜印刷
する。

次に、前記発熱抵抗体パターンを乾燥固化した後、実効
発熱部の断面積を測定し、それぞれの断面積の差の最大
値から当該断面積の平均値に対する比率を夏山した。実
効発熱部の断面積の測定は、電子マイクロメーターを使
用し、探触子で実効発熱部を横断するように該実効発熱
部の表面をなぞり、その時の変位を演算処理し、少なく
とも、５個所づつ測定して断面積の最大値と最小値を計
測した。

その後、前記発熱抵抗体パターンを形成した平板状の窒
化珪素質成形体の上面に、前記成分と同一成分の平板状
の窒化珪素質成形体を重ねてホットプレス焼成法により
２００乃至６００Ｋｇ／ｃｍ２の加圧下、１５５０乃至
１８５０″Ｃの温度で焼成し、長さが５４ｍ■、幅が３
．１ｍｍ　、　Ｗ−さが１．５ｍｍの発熱素子を作製し
た。次いで、前記発熱素子を研削加工もしくはバレル加
工して側面に発熱抵抗体パターンの一部を露出させてそ
れぞれ電極とし、各電極を覆うようにメタライズ層を被
着させ、この部分にリード線を挟み込んだ電極取出金臭
をろう接して平板状のセラミックヒータ−を作製した。

かくの如くして作製した同一条件のセラミックヒータ−
各５本に、１００Ｖの交流電圧を印加して連続通電試験
を行い、飽和時の温度を初期温度とし、設定時間毎に温
度を計測した。温度測定は放射温度計を使用して、セラ
ミックヒータ−先端部近傍の実効発熱部における最高温
度を測定した。

以上の結果を第１表に示す。

（以下余白） 第１表より明らかなように、断面積差の比率が２０％を
越えると、１０００時間以内で実効発熱部の温度が各種
燃焼機器を確実に点火できる９００″Ｃを下まわったり
、断線により昇温しなくなるのが認められるのに対し、
断面積差の比率が２０％以内の本発明のセラミックヒー
タ−では、１０００時間経過後の発熱温度も初期温度と
ほとんど変化が認められない。

また、本発明と同一条件のセラミックヒータ−を使用し
て、１００■の交流電圧を９０秒間通電した後、６０秒
間通電を停止する工程を１サイクルとする耐久性評価を
行ったところ、本発明のセラミックヒータ−はいづれも
２６０００サイクル経過後も絶縁体層及び発熱抵抗体パ
ターンのいずれにもなんら異常は認められず、石油ファ
ンヒーター等の暖房器に要求される２００００サイクル
異常なく作動することという条件を満足していることが
確認された。

［発明の効果］ 叙上の如く、本発明のセラミックヒータ−は、実効発熱
部における断面積の差の最大値と、当該断面積の平均値
との比率が２０％以下であることから、セラミックヒー
タ−先端部の表面を設定温度に忠実に発熱させ、その温
度分布を均一化するとともに、セラミックヒータ−の絶
縁体や埋設された発熱抵抗体パターンにクランクを生じ
たり、発熱抵抗体パターンが溶断したりしない、耐久性
に優れた信較性の高いセラミックヒータ−を提供するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のセラミックヒータ−の一実施例を示す
斜視図、第２図は第１図のセラミックヒータ−の実効発
熱部を含む要部を拡大した断面図、第３図はセラミック
ヒータ−の製造工程を説明するための斜視図、第４図は
第３図のセラミックヒータ−の実効発熱部を含む要部を
拡大した断面図である。 ■　　・・・セラミックヒータ− ２，２゛・・・発熱抵抗体パターン ３　　・・１実効発熱部 ４　　・・・窒化珪素質焼結体 ５　　・　・　・リード線 ６　　・・・電極取出金具

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. スクリーン印刷法により形成した発熱抵抗体パターンを
   窒化珪素質焼結体中に埋設してなるセラミックヒーター
   において、前記発熱抵抗体パターンの実効発熱部におけ
   る最大断面積と最小断面積の差とこれら２つの断面積の
   平均値との比率が、２０％以下であることを特徴とする
   セラミックヒーター。