JPH04370690A - Ceramic heater - Google Patents

Ceramic heater

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JPH04370690A
JPH04370690A JP14752591A JP14752591A JPH04370690A JP H04370690 A JPH04370690 A JP H04370690A JP 14752591 A JP14752591 A JP 14752591A JP 14752591 A JP14752591 A JP 14752591A JP H04370690 A JPH04370690 A JP H04370690A
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Abstract

PURPOSE:To provide a ceramic, heater which has less restriction on the design and in which the electrode takeout part of a heater element can be certainly joined with an electrode to be electrically connected therewith. CONSTITUTION:A W wire 3 as heat emitting body is embedded in a ceramic heater element 4 consisting of Si3N4 as major component, and a pair of ceramic electrodes 7, 8 contacting the ends 3a, 3b of the W wire 3 and consisting of 40 TiN and the rest of Si3N4 are joined with the two sides of the end part of the heater element 4.

Description

【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]

【0001】0001

【産業上の利用分野】本発明は、高温で使用されるセラ
ミックス発熱体に関し、例えばエンジン用グロープラグ
やエンジン用吸排気ヒータ等に使用されるセラミックス
発熱体に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a ceramic heating element used at high temperatures, and for example to a ceramic heating element used in engine glow plugs, engine intake and exhaust heaters, and the like.

【0002】0002

【従来の技術】従来より、高温の環境で使用されるヒー
タとして、耐熱性の高いセラミックス発熱体が知られて
いる。このセラミックス発熱体には、SiC(炭化ケイ
素)の様にセラミックス自身が発熱する発熱体素子を備
えたものや、Si3N4(窒化ケイ素)等を主成分とす
るセラミックス材料に、発熱抵抗体として例えばW(タ
ングステン)線が埋め込まれた発熱体素子を備えたもの
などがある。
2. Description of the Related Art Hitherto, ceramic heating elements with high heat resistance have been known as heaters used in high-temperature environments. These ceramic heating elements include those equipped with a heating element that generates heat by the ceramic itself, such as SiC (silicon carbide), and ceramic materials whose main component is Si3N4 (silicon nitride), with a heating resistor such as W There are some that are equipped with a heating element in which (tungsten) wire is embedded.

【0003】上記セラミックス発熱体は、例えば図7に
示す様に、エンジン用セラミックスグロープラグP1等
に利用されており、このグロープラグP1は、W線P2
を内蔵した円柱形状の発熱体素子P3に、円筒形状の金
属電極P4が外嵌された構成を有している。
[0003] The ceramic heating element described above is used, for example, in a ceramic glow plug P1 for an engine, as shown in FIG.
It has a structure in which a cylindrical metal electrode P4 is fitted onto a cylindrical heating element P3 having a built-in cylindrical heating element P3.

【0004】そして、上記グロープラグP1においては
、発熱体素子P3のW線P2と金属電極P4との接合は
、発熱体素子P3と金属電極P4との間の筒状の空間P
5に、銀ローP6を流し込んだ焼ばめロー付によって行
なわれている。また、上記金属電極P4の材料として、
従来より純Ni,或いはインコネル600(Fe7重量
%,Cr15.5重量%,残部Ni)等の耐熱・耐食金
属が用いられている。これは発熱体素子P3自身が高温
になることによって、金属電極P4もかなり高温になる
ため、電極自身にも耐熱性が要求されるからである。
In the glow plug P1, the W wire P2 of the heating element P3 and the metal electrode P4 are joined to each other through the cylindrical space P between the heating element P3 and the metal electrode P4.
5, this is done by shrink fitting brazing in which silver solder P6 is poured. Moreover, as the material of the metal electrode P4,
Conventionally, heat-resistant and corrosion-resistant metals such as pure Ni or Inconel 600 (7 weight % Fe, 15.5 weight % Cr, balance Ni) have been used. This is because when the heat generating element P3 itself becomes high temperature, the metal electrode P4 also becomes considerably high temperature, so that the electrode itself is required to have heat resistance.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記金
属電極P4の熱膨脹係数は、下記表1に示す様に、セラ
ミックス製の発熱体素子P3の熱膨張係数と比べるとか
なり大きいので、以下の■,■の様な問題があった。
[Problems to be Solved by the Invention] However, as shown in Table 1 below, the thermal expansion coefficient of the metal electrode P4 is considerably larger than that of the ceramic heating element P3. There were problems like ■.

【0006】[0006]

【表1】[Table 1]

【0007】■上記金属電極P4と発熱体素子P3との
材料の熱膨張係数が大きく異なるため、金属電極P4と
発熱体素子P3の電極取り出し部分(W線P2の取り出
し部分)とを化学的に直接接合することは難しく、よっ
て、従来の焼ばめロー付の様な設計で接合せざるを得な
いので、設計上の制約があった。
■Since the thermal expansion coefficients of the materials of the metal electrode P4 and the heating element P3 are significantly different, the metal electrode P4 and the electrode extraction part of the heating element P3 (the extraction part of the W wire P2) are chemically separated. It is difficult to join them directly, so they have to be joined using a conventional shrink fit brazing design, which is a design constraint.

【0008】■また、こうした焼ばめロー付けの様な物
理的な接合方法では、発熱体素子P3の加熱・冷却の繰
り返しによって、金属電極P4とW線P2の取り出し部
分との接触不具合が発生し易くなり、耐久性に問題があ
った。本発明は、上記課題を解決するためになされ、発
熱体素子の電極取り出し部分とそれに接続される電極と
を確実に接合でき、しかも設計上の制約が少ないセラミ
ックス発熱体を提供することを目的とする。
[0008] Furthermore, in such a physical joining method such as shrink fit brazing, repeated heating and cooling of the heating element P3 causes contact failure between the metal electrode P4 and the take-out portion of the W wire P2. This caused problems with durability. The present invention has been made in order to solve the above-mentioned problems, and an object thereof is to provide a ceramic heating element that can reliably bond the electrode extraction portion of the heating element element and the electrode connected thereto, and has fewer design restrictions. do.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
の請求項1の発明は、セラミックス発熱体素子と該発熱
体素子に取り付けられた電極とからなる発熱体において
、上記電極がセラミックス材料を主成分とする材料にて
形成されたことを特徴とするセラミックス発熱体を要旨
とする。
[Means for Solving the Problem] The invention of claim 1 to achieve this object provides a heating element comprising a ceramic heating element and an electrode attached to the heating element, wherein the electrode is made of a ceramic material. The gist is a ceramic heating element characterized by being formed from a material as a main component.

【0010】また、請求項2の発明は、上記電極を形成
するセラミックス材料の熱膨脹係数が、上記セラミック
ス発熱体素子の熱膨張係数と同等又はそれ以上である請
求項1記載のセラミックス発熱体を要旨とする。
[0010] The invention according to claim 2 also provides the ceramic heating element according to claim 1, wherein the coefficient of thermal expansion of the ceramic material forming the electrode is equal to or higher than the coefficient of thermal expansion of the ceramic heating element element. shall be.

【0011】ここで、セラミックス発熱体素子としては
、例えばセラミックス自身が発熱抵抗体となるもの(S
iC)や、セラミックス中に発熱抵抗体を埋め込んだも
の(Si3N4中にW線埋設)等が挙げられる。上記電
極材料としては、セラミックスを主成分とする低熱膨脹
材が挙げられ、例えばSi3N4 −TiN,Si3N
4 −Ni,Si3N4 −ZrN,Al2TiO5−
Ni,TiB2−Ni,WC−Co等の導電性のあるセ
ラミックス複合材やセラミックス−金属複合材、或いは
単独で導電性のあるTiB2,TiN等のセラミックス
材料などが採用できる。
[0011] As the ceramic heating element, for example, the ceramic itself becomes the heating resistor (S
iC), and one in which a heating resistor is embedded in ceramics (W wire embedded in Si3N4). Examples of the electrode material include low thermal expansion materials mainly composed of ceramics, such as Si3N4 -TiN, Si3N
4 -Ni, Si3N4 -ZrN, Al2TiO5-
A conductive ceramic composite material such as Ni, TiB2-Ni, or WC-Co, or a ceramic-metal composite material, or a ceramic material such as TiB2 or TiN that is conductive alone can be used.

【0012】上記電極材料とセラミックス発熱体素子と
の熱膨脹係数は、同等がよいが、場合によっては(セラ
ミックス発熱体素子材料の熱膨脹係数+2×10−6)
[1/℃]、更には(セラミックス発熱体素子材料の熱
膨脹係数+4×10−6)[1/℃]程度までの範囲で
も好適である。
[0012] The thermal expansion coefficients of the above electrode material and the ceramic heating element are preferably the same, but in some cases (the thermal expansion coefficient of the ceramic heating element material + 2 x 10-6)
[1/°C], and furthermore, a range up to (coefficient of thermal expansion of ceramic heating element material + 4 x 10-6) [1/°C] is also suitable.

【0013】また、電極材料を構成する材料は、耐酸化
性に優れた材料が好ましく、電極材料の電気抵抗は、1
Ωcm以下が好ましい。上記電極とセラミックス発熱体
素子との接合は、Ti/Ag/Cu,Ti/Cu,Ti
/Ag/Cu/Ni ,Ti/Ag/Cu/In ,T
i/Ni/Cu等の活性金属の合金を介在させ接合する
方法や、Fe/Ni/Cr ,Ni,Ni/Cr等の金
属ないし合金を介在させる方法など、導電性のある層を
介在させるものであれば何でもよい。
Further, the material constituting the electrode material is preferably a material with excellent oxidation resistance, and the electrical resistance of the electrode material is 1.
It is preferably Ωcm or less. The above electrode and the ceramic heating element are bonded using Ti/Ag/Cu, Ti/Cu, Ti.
/Ag/Cu/Ni, Ti/Ag/Cu/In, T
A method in which a conductive layer is interposed, such as a joining method using an active metal alloy such as i/Ni/Cu, or a method using a metal or alloy such as Fe/Ni/Cr, Ni, Ni/Cr, etc. Anything is fine.

【0014】更に、電極とセラミックス発熱体素子との
接合では、両部材の間に、Ni,Ag等の軟質金属を必
要に応じて介在させてもよい。また、上記接合は、ホッ
トプレスによる方法でもよく、その場合には、上記の様
な金属の層を介在させることなく直接に接合してもよい
Furthermore, in joining the electrode and the ceramic heating element, a soft metal such as Ni or Ag may be interposed between the two members as necessary. Further, the above-mentioned joining may be performed by a hot pressing method, and in that case, the joining may be performed directly without intervening a metal layer as described above.

【0015】[0015]

【作用】本発明のセラミックス発熱体では、電極はセラ
ミックス材料を主成分とする材料にて形成されており、
この電極とセラミックス発熱体素子とが、例えば拡散接
合,ロー付,ホットプレス或はその他周知の化学的反応
等を利用した接合方法で取り付けられている。
[Operation] In the ceramic heating element of the present invention, the electrodes are formed of a material whose main component is a ceramic material.
The electrode and the ceramic heating element are attached by a bonding method using, for example, diffusion bonding, brazing, hot pressing, or other well-known chemical reactions.

【0016】従って、セラミックス発熱体素子と電極と
の熱膨張係数が近いので、セラミックス発熱体素子の発
熱・冷却が繰り返された場合にも、電極の接続部分の強
固な接合状態が維持されることになる。特に、上記電極
を形成するセラミックス材料の熱膨脹係数が、セラミッ
クス発熱体素子の熱膨張係数と同等又はそれ以上である
場合には、使用時の発熱体素子の方が電極よりも温度が
高いので、その耐久性が一層向上することになる。
[0016] Therefore, since the coefficient of thermal expansion of the ceramic heating element and the electrode are close, even when the ceramic heating element is repeatedly heated and cooled, the solid bonded state of the connection portion of the electrode is maintained. become. In particular, if the coefficient of thermal expansion of the ceramic material forming the electrode is equal to or higher than the coefficient of thermal expansion of the ceramic heating element, the temperature of the heating element during use is higher than that of the electrode. Its durability will be further improved.

【0017】[0017]

【実施例】以下、本発明の実施例であるセラミックスヒ
ータ及びその製造方法について説明する。図1は第1実
施例のセラミックスヒータの全体構成を示し、図2,3
は各部の構成を示している。
[Embodiments] A ceramic heater and a method for manufacturing the same, which are embodiments of the present invention, will be described below. Figure 1 shows the overall configuration of the ceramic heater of the first embodiment, and Figures 2 and 3
indicates the configuration of each part.

【0018】図1に示す様に、本実施例のセラミックス
ヒータ1は、セラミックス本体2内にW線3が埋め込ま
れたセラミックス発熱体素子4と、セラミックス発熱体
素子4の後端側の両側に接合された一対のセラミックス
電極7,8とから構成されている。
As shown in FIG. 1, the ceramic heater 1 of this embodiment includes a ceramic heating element 4 in which a W wire 3 is embedded in the ceramic body 2, and a ceramic heating element 4 on both sides of the rear end side of the ceramic heating element 4. It is composed of a pair of bonded ceramic electrodes 7 and 8.

【0019】上記セラミックス本体2は、図2に示す様
に、縦10mm,横50mm,高さ5mmの柱状の部材
であり、主成分がSi3N4から構成されて、耐熱性及
び絶縁性を備えている。また、上記W線3は、電流が流
されると発熱する略U字状の発熱抵抗体であり、その一
方の端部3aは、図2(B)の上方に曲がってセラミッ
クス本体2の上面2aに露出し、また他方の端部3bは
、同図の下方に曲がってセラミックス本体2の下面2b
に露出している。
As shown in FIG. 2, the ceramic body 2 is a columnar member measuring 10 mm in length, 50 mm in width, and 5 mm in height, and is mainly composed of Si3N4 and has heat resistance and insulation properties. . Further, the W wire 3 is a substantially U-shaped heating resistor that generates heat when a current is passed through it, and one end portion 3a thereof is bent upward as shown in FIG. The other end 3b is bent downward in the same figure and is exposed to the lower surface 2b of the ceramic body 2.
exposed to.

【0020】更に、上記一対のセラミックス電極7,8
は、図1及び図3に示す様に、縦10mm,横20mm
,高さ2mmの板状の部材であり、主としてTiN及び
Si3N4から構成されている。このセラミックス電極
7,8は、セラミックス発熱体素子4の後端側を挟むよ
うにして対向して接合されており、セラミックス電極7
,8の各々の内側面で、上記W線3の端部3a,3bと
電気的に接続されている。尚、セラミックス電極7,8
の端部近傍には、リード線取り付け用の直径3mmの接
続孔10が設けられている。
Furthermore, the pair of ceramic electrodes 7, 8
As shown in Figures 1 and 3, the length is 10 mm and the width is 20 mm.
, is a plate-shaped member with a height of 2 mm, and is mainly composed of TiN and Si3N4. The ceramic electrodes 7 and 8 are joined to face each other so as to sandwich the rear end side of the ceramic heating element 4.
, 8 are electrically connected to the ends 3a, 3b of the W wire 3 at the inner surfaces thereof. In addition, ceramic electrodes 7 and 8
A connecting hole 10 with a diameter of 3 mm for attaching a lead wire is provided near the end of the connector.

【0021】次に、上記構成のセラミックスヒータ1の
製造方法について、図4の分解斜視図に基づいて説明す
る。■まず、セラミックス発熱体素子4の本体2の材料
として、Si3N490重量%,残部Al2O3,Y2
O3の粉末を用い、それらの粉末の混合物の中央に、W
線3を埋め込んで、金型プレスを行なった。
Next, a method of manufacturing the ceramic heater 1 having the above structure will be explained based on the exploded perspective view of FIG. ■First, as the material of the main body 2 of the ceramic heating element 4, Si3N490% by weight, the balance Al2O3, Y2
Using powders of O3, place W in the center of the mixture of powders.
Wire 3 was embedded and mold pressing was performed.

【0022】■その後、プレスした成形物を、加圧力2
00kg/m2の下で、1720℃で30分間にわたり
、高周波ホットプレス装置で加熱して、セラミックス発
熱体素子4を製作した。■次に、W線3の端部3a,3
bである電極取出し部分を、ダイヤモンドグラインダー
で削り加工した。
[0022] After that, the pressed molded product was applied with a pressure of 2
The ceramic heating element 4 was manufactured by heating with a high frequency hot press device at 1720° C. for 30 minutes under 00 kg/m 2 . ■Next, the ends 3a, 3 of the W wire 3
The electrode extraction portion (b) was ground using a diamond grinder.

【0023】■一方、セラミックス電極7,8の材料と
して、例えばSi粉末とTiN粉末とを、例えば後述す
る表2に記載する様な所定の量にて混合し、金型プレス
にて成形した。■その後、プレスした成形物を、窒素ガ
ス雰囲気中にて1700℃で3時間加熱して、セラミッ
クス電極7,8作成した。
[0023] On the other hand, as materials for the ceramic electrodes 7 and 8, for example, Si powder and TiN powder were mixed in predetermined amounts as shown in Table 2 below, and the mixture was molded using a mold press. (2) Thereafter, the pressed molded product was heated at 1700° C. for 3 hours in a nitrogen gas atmosphere to form ceramic electrodes 7 and 8.

【0024】■そして、セラミックス発熱体素子4とセ
ラミックス電極7,8との間に、ロー材として市販のA
g/Cu/Ti箔12,13を介在させて、真空中にて
850℃で加熱し、セラミックス発熱体素子4とセラミ
ックス電極7,8とのロー付接合を行なって、セラミッ
クスヒータ1を得た。
■A commercially available brazing material is placed between the ceramic heating element 4 and the ceramic electrodes 7 and 8.
Ceramic heater 1 was obtained by heating at 850° C. in vacuum with g/Cu/Ti foils 12 and 13 interposed, and joining ceramic heating element 4 and ceramic electrodes 7 and 8 by brazing. .

【0025】次に、本実施例の効果を確認するために行
った実験例1,2について、詳細に説明する。 (実験例1)この実験では、セラミックス電極材料とし
て、下記表2に示す材料を使用し、上述した製造方法で
、セラミックスヒータの試料を各5個づつを製造した。 そして、各試料におけるセラミックス電極の接合状況,
30〜800℃における熱膨張係数や電気抵抗を調べた
。その結果を、同じく下記表2に示すが、このうちNo
1〜4の試料が本実施例のもので、No5,6は比較例
の試料である。
Next, Experimental Examples 1 and 2 conducted to confirm the effects of this embodiment will be explained in detail. (Experimental Example 1) In this experiment, the materials shown in Table 2 below were used as ceramic electrode materials, and five ceramic heater samples were manufactured using the manufacturing method described above. Then, the bonding status of the ceramic electrodes in each sample,
The thermal expansion coefficient and electrical resistance at 30 to 800°C were investigated. The results are also shown in Table 2 below, of which No.
Samples Nos. 1 to 4 are of this example, and Nos. 5 and 6 are samples of comparative examples.

【0026】[0026]

【表2】[Table 2]

【0027】この実験の結果、実施例のNo1〜4の試
料には、接合状態に異常は認められなかったが、比較例
のNo5の試料には5個中3個について、またNo6の
試料には5個中4個について、セラミックス発熱体素子
に割れが生じた。更に、上記表2から明かな様に、実施
例のNo1〜4の試料は、熱膨張係数は小さくて、セラ
ミックス発熱体素子の熱膨張係数(Si3N4:2.8
×10−6[1/℃],SiC:4.5×10−6[1
/℃])に近く、しかも電気抵抗がそれほど大きくなく
好適であった。それに対して、比較例のNo5,6の試
料では、材料が金属であるので、電気抵抗は小さいが熱
膨張係数が極めて大きく、セラミックス発熱体素子に接
合される電極としては不適なものである。
As a result of this experiment, no abnormality was observed in the bonding state in samples No. 1 to No. 4 of the example, but no abnormality was observed in the bonding state of the sample No. 5 of the comparative example, and in the sample No. 6. In 4 out of 5 ceramic heating element elements, cracks occurred. Furthermore, as is clear from Table 2 above, samples Nos. 1 to 4 of Examples have a small coefficient of thermal expansion, and a coefficient of thermal expansion of a ceramic heating element (Si3N4: 2.8).
×10-6[1/℃], SiC:4.5×10-6[1
/°C]), and the electrical resistance was not so large, which was suitable. On the other hand, samples Nos. 5 and 6 of the comparative example are made of metal, and therefore have a small electrical resistance but a very large coefficient of thermal expansion, making them unsuitable as electrodes to be bonded to a ceramic heating element.

【0028】(実験例2)また、上記実験例1で使用し
た試料のうち、接合状態の良い(もしくは悪化していな
い)試料を用いて、加熱冷却サイクル試験を行った。こ
の加熱冷却サイクル試験とは、−40℃の冷却と350
℃の加熱とのサイクルを交互に繰り返すもので、各試料
においてこのサイクルを200回行った。
(Experimental Example 2) Furthermore, among the samples used in Experimental Example 1, a heating/cooling cycle test was conducted using a sample with a good bonding state (or with no deterioration). This heating/cooling cycle test consists of -40°C cooling and 350°C cooling.
C. heating and heating cycles were repeated alternately, and this cycle was repeated 200 times for each sample.

【0029】その結果、実施例のNo1〜4の試料のロ
ー材に若干の酸化が見られたが、導通には何等異常は見
られなかった。それに対して、比較例のNo5,6の試
料は、電極とセラミックス発熱体素子とがはずれてしま
い、導通に異常が見られた。この様に、本実施例のセラ
ミックスヒータ1は、頻繁に加熱冷却サイクルが繰り返
された場合でも、電極とセラミックス発熱体素子との接
合に異常が生じにくく、極めて耐久性に優れているとい
う顕著な効果を奏する。
As a result, although some oxidation was observed in the brazing materials of samples Nos. 1 to 4 of Examples, no abnormality was observed in conductivity. On the other hand, in samples Nos. 5 and 6 of the comparative example, the electrode and the ceramic heating element were separated, and an abnormality in conduction was observed. As described above, the ceramic heater 1 of the present embodiment is remarkable in that even if heating and cooling cycles are repeated frequently, abnormality does not easily occur in the bonding between the electrode and the ceramic heating element, and it is extremely durable. be effective.

【0030】次に、第2実施例のセラミックスヒータ及
びその製造方法について、図5に基づいて説明する。図
5に示す様に、本実施例のセラミックスヒータ20は、
セラミックス電極22,23とセラミックス発熱体素子
25との接合方法が、上記第1実施例のセラミックスヒ
ータ1と大きく異なる。
Next, a second embodiment of the ceramic heater and its manufacturing method will be explained based on FIG. 5. As shown in FIG. 5, the ceramic heater 20 of this embodiment is
The method of joining the ceramic electrodes 22, 23 and the ceramic heating element 25 is significantly different from the ceramic heater 1 of the first embodiment.

【0031】つまり、本実施例では、一対のセラミック
ス電極22,23とセラミックス発熱体素子25との間
に、セラミックス発熱体素子25側から、厚さ5μmの
Ti箔26,27,厚さ10μmのCu箔28,29,
厚さ0.2mmのNi板30,31,厚さ5μmのTi
箔32,33を介在させている。そして、これらの各部
材を積層した状態で、真空中にて1200℃で30分間
加熱して、セラミックス電極22,23とセラミックス
発熱体素子25とを接合し、その後1000℃で拡散処
理を施してセラミックスヒータ20を得た。
That is, in this embodiment, between the pair of ceramic electrodes 22, 23 and the ceramic heating element 25, Ti foils 26, 27 with a thickness of 5 μm and Ti foils 27 with a thickness of 10 μm are placed from the ceramic heating element 25 side. Cu foil 28, 29,
Ni plates 30, 31 with a thickness of 0.2 mm, Ti plates with a thickness of 5 μm
Foils 32 and 33 are interposed. The laminated state of each of these members is then heated in a vacuum at 1200°C for 30 minutes to bond the ceramic electrodes 22, 23 and the ceramic heating element 25, and then subjected to a diffusion treatment at 1000°C. A ceramic heater 20 was obtained.

【0032】次に、この第2実施例の効果を確認するた
めに行った実験例3,4について説明する。 (実験例3)本実験例では、上記表2の材料を使用し、
第2実施例の方法で各々5個のセラミックスヒータの試
料を製造した。そして、上記実験例1と同様に、接合状
態を観察した。その結果、実施例であるNo1〜3の試
料は、全数接合に異常が認められなかった。またNo4
の試料については、5個の試料中1個に、セラミックス
発熱体素子にクラックが入ったのみであった。それに対
して、比較例のNo5,6の試料では、全数セラミック
ス発熱体素子に割れが生じた。
Next, Experimental Examples 3 and 4 conducted to confirm the effects of the second embodiment will be explained. (Experimental Example 3) In this experimental example, the materials in Table 2 above were used,
Five ceramic heater samples were each manufactured using the method of the second example. Then, the bonded state was observed in the same manner as in Experimental Example 1 above. As a result, no abnormality was observed in all of the samples Nos. 1 to 3, which are examples, which were bonded. Also No.4
Regarding the sample, only one out of five samples had a crack in the ceramic heating element. On the other hand, in samples Nos. 5 and 6 of the comparative example, cracks occurred in all ceramic heating element elements.

【0033】(実験例4)また、上記実験例3で使用し
た試料のうち、実施例のNo1〜4の試料を用いて、加
熱冷却サイクル試験を行った。この加熱冷却サイクル試
験では、セラミックス電極にステンレス製ナットとボル
トを接続して交流100Vの通電を行い、それとともに
、交流の電流値や送風量等を調節して、室温から700
℃まで変化させた。そして、この加熱冷却サイクルを1
000サイクル実施した。
(Experimental Example 4) Among the samples used in Experimental Example 3 above, samples Nos. 1 to 4 of Examples were used to conduct a heating/cooling cycle test. In this heating/cooling cycle test, stainless steel nuts and bolts are connected to ceramic electrodes, and AC 100V is applied. At the same time, the AC current value and air flow rate are adjusted to
The temperature was varied up to ℃. Then, this heating and cooling cycle is
000 cycles were performed.

【0034】その結果、No2,3の試料は、5個とも
導通に全く異常は認められず、電極にも変色はなかった
。 また、No1,4の試料では、電極表層が酸化していた
が、導通に異常はなかった。尚、酸化の度合はNo1の
方が少なかった。この様に、本実施例のセラミックスヒ
ータ20は、加熱冷却サイクルの温度変化量が大きくま
たサイクル数が多くても、セラミックス電極22,23
とセラミックス発熱体素子25との接合に異常が生じに
くく、極めて耐久性に優れているという顕著な効果を奏
する。
As a result, no abnormality was observed in the conductivity of the five samples No. 2 and No. 3, and there was no discoloration of the electrodes. In addition, in samples Nos. 1 and 4, the electrode surface layer was oxidized, but there was no abnormality in conduction. Note that the degree of oxidation was lower in No. 1. In this way, the ceramic heater 20 of this embodiment can be used even if the temperature change in the heating/cooling cycle is large and the number of cycles is large.
It has the remarkable effect that abnormalities are unlikely to occur in the bonding between the ceramic heating element 25 and the ceramic heating element 25, and the durability is extremely excellent.

【0035】次に、第3実施例のセラミックスヒータ及
びその製造方法について、図6に基づいて説明する。図
6に示す様に、本実施例のセラミックスヒータ40は、
上記第1,2実施例の様な金属線が発熱するタイプと異
なり、セラミックス自身が発熱するSiCからなるセラ
ミックス発熱体素子41を備えたものである。
Next, a ceramic heater according to a third embodiment and a method for manufacturing the same will be explained based on FIG. 6. As shown in FIG. 6, the ceramic heater 40 of this embodiment is
Unlike the type in which a metal wire generates heat as in the first and second embodiments, this embodiment includes a ceramic heating element 41 made of SiC in which the ceramic itself generates heat.

【0036】つまり、本実施例では、発熱体として、中
央部の幅3mm,厚さ3mm,長さ40mmで、両端が
広幅(15mm)に形成されたSiCからなるセラミッ
クス発熱体素子41が使用されている。そして、このセ
ラミックス発熱体素子41の両端の上下面には、上記実
施例1,2と同様な素材からなるセラミックス電極42
が接合されている。
That is, in this embodiment, as a heating element, a ceramic heating element 41 made of SiC is used, which has a width of 3 mm at the center, a thickness of 3 mm, a length of 40 mm, and a width of 15 mm at both ends. ing. Ceramic electrodes 42 made of the same material as those in Embodiments 1 and 2 are provided on the upper and lower surfaces of both ends of the ceramic heating element 41.
are joined.

【0037】そして、上記セラミックス電極42のロー
付けによる接合は、Ag95重量%及びTi5重量%か
らなるペーストを用いて、真空中にて1000℃に加熱
されて行われ、本実施例のセラミックスヒータ40が製
造される。次に、この第3実施例の効果を確認するため
に行った実験例5について説明する。
The ceramic electrode 42 is joined by brazing using a paste containing 95% by weight of Ag and 5% by weight of Ti and heated to 1000° C. in a vacuum. is manufactured. Next, Experimental Example 5, which was conducted to confirm the effects of this third embodiment, will be explained.

【0038】(実験例5)本実験例では、上記表2のN
o4,5の材料を使用し、第3実施例の方法で各々5個
のセラミックスヒータの試料を製造した。そして、上記
実験例1と同様に、接合状況や導通の状態を観察した。
(Experimental Example 5) In this experimental example, N in Table 2 above
Five ceramic heater samples were each manufactured using the materials No. 4 and No. 5 by the method of the third example. Then, in the same manner as in Experimental Example 1 above, the bonding status and conduction status were observed.

【0039】その結果、実施例であるNo4の試料は、
全数接合に異常が認められず、導通にも異常はなかった
。 それに対して、比較例のNo5の試料は、ロー付け時に
セラミックス発熱体素子が割れてしまった。この様に、
本実施例のセラミックスヒータ40は、セラミックス自
身が発熱するタイプのヒータであるが、金属線が発熱す
るタイプのヒータと同様にその接合性が高く、十分に実
用に供するものである。
As a result, sample No. 4, which is an example, had the following properties:
No abnormality was observed in all the connections, and there was no abnormality in conduction. On the other hand, in the comparative sample No. 5, the ceramic heating element was broken during brazing. Like this,
The ceramic heater 40 of this embodiment is of a type in which the ceramic itself generates heat, but its bondability is high, similar to a type of heater in which a metal wire generates heat, and it is fully usable for practical use.

【0040】[0040]

【発明の効果】以上の如く本発明のセラミックスヒータ
は、電極がセラミックス材料を主成分とする材料にて形
成されているので、セラミックス発熱体素子と電極との
接合性が高いという特長がある。また、電極取付け部が
高温にさらされても劣化しないので、ヒータの加熱温度
や使用温度を上げる等のヒータの高温化が可能となる。 更に、加熱・冷却のくり返しに対する耐久性が極めて高
いという効果がある。その上、従来の様にヒータに使用
する部材や形状の制限が少なくなるので、ヒータの設計
が自由になるという利点もある。
As described above, the ceramic heater of the present invention is characterized in that the electrodes are formed of a material whose main component is a ceramic material, so that the bonding between the ceramic heating element and the electrodes is high. Further, since the electrode mounting portion does not deteriorate even when exposed to high temperatures, it is possible to raise the temperature of the heater, such as by increasing the heating temperature or operating temperature of the heater. Furthermore, it has the effect of extremely high durability against repeated heating and cooling. Furthermore, there are fewer restrictions on the members and shapes used for the heater, unlike in the past, so there is an advantage that the heater can be designed more freely.

【0041】特に、上記電極の熱膨張係数が、セラミッ
クス発熱体素子の熱膨張係数と同等又はそれ以上である
場合には、上記接合性や耐久性が一層向上するという効
果がある。
Particularly, when the thermal expansion coefficient of the electrode is equal to or higher than that of the ceramic heating element, the bondability and durability are further improved.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

【図1】本発明の第1実施例のセラミックスヒータを示
す斜視図である。
FIG. 1 is a perspective view showing a ceramic heater according to a first embodiment of the present invention.

【図2】第1実施例のセラミックス発熱体素子の平面及
び正面を示す説明図である。
FIG. 2 is an explanatory diagram showing a plane and a front view of the ceramic heating element element of the first embodiment.

【図3】第1実施例のセラミックス電極の平面及び正面
を示す説明図である。
FIG. 3 is an explanatory view showing a plane and a front view of the ceramic electrode of the first example.

【図4】第1実施例のセラミックスヒータを分解して示
す斜視図である。
FIG. 4 is an exploded perspective view of the ceramic heater of the first embodiment.

【図5】第2実施例のセラミックスヒータを分解して示
す正面図である。
FIG. 5 is an exploded front view of the ceramic heater of the second embodiment.

【図6】第3実施例のセラミックス発熱体素子及びセラ
ミックスヒータを示す説明図である。
FIG. 6 is an explanatory diagram showing a ceramic heating element and a ceramic heater of a third embodiment.

【図7】従来のセラミックスヒータを一部破断して示す
説明図である。
FIG. 7 is an explanatory diagram showing a conventional ceramic heater with a portion cut away.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1,20,40…セラミックスヒータ 3…W線 1, 20, 40...ceramic heater 3...W line

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】  セラミックス発熱体素子と該発熱体素
子に取り付けられた電極とからなる発熱体において、上
記電極がセラミックス材料を主成分とする材料にて形成
されたことを特徴とするセラミックス発熱体。
1. A heating element comprising a ceramic heating element and an electrode attached to the heating element, wherein the electrode is formed of a material whose main component is a ceramic material. .
【請求項2】  上記電極を形成するセラミックス材料
の熱膨脹係数が、上記セラミックス発熱体素子の熱膨張
係数と同等又はそれ以上である請求項1記載のセラミッ
クス発熱体。
2. The ceramic heating element according to claim 1, wherein the thermal expansion coefficient of the ceramic material forming the electrode is equal to or greater than the thermal expansion coefficient of the ceramic heating element element.
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Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS62145680A (en) * 1985-12-20 1987-06-29 株式会社日立製作所 Manufacture of sheathed ceramic heater
JPS6386559U (en) * 1986-11-25 1988-06-06

Patent Citations (2)

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