JPH0445953B2 - - Google Patents
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- JPH0445953B2 JPH0445953B2 JP59260069A JP26006984A JPH0445953B2 JP H0445953 B2 JPH0445953 B2 JP H0445953B2 JP 59260069 A JP59260069 A JP 59260069A JP 26006984 A JP26006984 A JP 26006984A JP H0445953 B2 JPH0445953 B2 JP H0445953B2
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
- H05B3/00—Ohmic-resistance heating
- H05B3/20—Heating elements having extended surface area substantially in a two-dimensional plane, e.g. plate-heater
- H05B3/22—Heating elements having extended surface area substantially in a two-dimensional plane, e.g. plate-heater non-flexible
- H05B3/28—Heating elements having extended surface area substantially in a two-dimensional plane, e.g. plate-heater non-flexible heating conductor embedded in insulating material
- H05B3/283—Heating elements having extended surface area substantially in a two-dimensional plane, e.g. plate-heater non-flexible heating conductor embedded in insulating material the insulating material being an inorganic material, e.g. ceramic
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Ceramic Engineering (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Surface Heating Bodies (AREA)
- Resistance Heating (AREA)
Description
（産業上の利用分野）
本発明は板状セラミツクスヒータ、更に詳しく
は、セラミツクス基材上に発熱を目的とした電子
電導性パターンを有する板状セラミツクスヒータ
の通電耐久性の向上に関する。 （従来の技術とその問題点） 従来、Al2O3主体の基板上に発熱を目的とした
電子電導性パターンを設けたヒータが作られてい
たが、通電（直流）を続けると、通電時の陰極端
子付近で黒ずみ又ははく離を生じ、その部分での
抵抗が増大して部分発熱することにより、ヒータ
の耐久性が損われることがあつた。この様な黒ず
みの原因は明らかになつていないが、Al2O3又は
Al2O3中の不純物が還元されることによるものと
推定される。また、パターン中のPtが基板中に
拡散し、還元反応に対する触媒機能を果している
とも考えられる。 一方、基板をZrO2質に変更すると、(1)ZrO2質
が酸素イオン伝導性であること、及び(2)ZrO2質
はAl2O3質に較べて熱伝導性が悪いため基板によ
る熱引が小さいことから、通電により生じる陰極
端子部の黒ずみを防止できると共に対象物を加熱
するのに必要なヒータ電力を減少させることがで
き、従つて耐久寿命が非常に伸びる。 しかし、ZrO2質は高温時に抵抗が非常に小さ
くなる事から、電気伝導性パターンの陽極及び陰
極端子部の絶縁を必要とし、基板全体の厚さが増
大すると共にAl2O3を絶縁層とするとAl2O3と同
様な欠点が生ずるおそれがある。。そこで、通電
時の耐久寿命を損わずに、ZrO2質基板の高温時
の絶縁性を改良すると共にさらに強化する方法が
求められていた。本発明はかかる問題点を解消す
ることを目的とする。 （問題点の解決手段） 発明者等は、ZrO2質基板ヒータについて種々
検討を重ねた結果、発熱低抗体パターンを基板上
に有する板状セラミツクスヒータにおいて、部分
安定化又は完全安定化ZrO2質基板の表面に焼成
収縮率がZrO2質基板の焼成収縮率より小さい
Al2O3質の被覆層を備え、その上に発熱低抗体パ
ターンを有することを特徴とする板状セラミツク
スヒータによつて、前記の目的を達成し得ること
を見出して本発明を完成した。 （作用及び好適な実施の態様） すなわち、ZrO2基板の全面、又は電子伝導体
パターン（即ち発熱低抗体パターン）の下部のみ
に所定焼成収縮率（特に緻密質）のAl2O3層を設
けることによりAl2O3基板の場合に生ずる陰極端
子付近の黒ずみ又ははく離を防止できると共に高
温時のZrO2の導電性による電流の逃げを防止す
ることができ、さらにZrO2質基板の厚さを薄く
しても十分な強度を持ち、従つて対象物を加熱す
るのに必要なヒータ電力を節減しもつて耐久寿命
が大きく改善される。しかし、Al2O3層が余り厚
すぎるとZrO2質基板の効果が減少するし、また
薄すぎるとヒータの絶縁が守られず十分な効果が
得られない。従つて、本発明のAl2O3層の厚さは
20〜70μｍが好ましく、特に好ましくは30〜50μ
ｍである。 本発明のAl2O3層被覆層の原料は純度90％以上
のAl2O3で他にSiO2、MgO、CaO、ZrO2等を含
むことができる。特に、ZrO2を少量添加すると
ZrO2基板との結合性が増し、Al2O3層の焼成収縮
率が小さくなる。 ZrO2質基板としては、ZrO2にY2O3、CaO、
MgO等を加えた、部分安定化又は完全安定化
ZrO2の焼結体を用いる。また、電子伝導性パタ
ーンは、Pt、Rh、Ｗ、Mo、又はこれらの混合物
（若干、酸化物を含んでいても良い）を主体とす
るペーストを公知の方法、例えばスクリーン印刷
法等によりAl2O3質被覆層上に形成後、加熱して
得ることができる。 本発明のヒータは通常、２枚のAl2O3層でZrO2
基板及び発熱体パターンをはさんだ第１，２図の
層４，３，６の様な基本構成を採る。この基本構
成の外面にさらに耐久性の向上、反りの防止等の
ために別のアルミナコート層を設けることができ
る。片面に別のアルミナコート層を施したとき他
の面にも同様にアルミナコート層を施すと反り防
止に有用である。但し本発明の実施の態様は図示
のものに限定されるものではない。 本発明のヒータの製造に際しては、各構成要素
を独立に焼成して組み立てることも可能だが、各
層の結合性を高めるため各層を積層後、同時焼成
するのが好ましい。 また、本発明Al2O3質には、ZrO2質基板よりも
焼成収縮率が小さいものを用いると、同時焼成す
る際にZrO2質との収縮率の差のためAl2O3層が緻
密化されるため好ましい。更に、ZrO2基板と
Al2O3層の焼成収縮率の比が1.01：１〜1.08：１
になるように選択すれば、同時焼成する際に両層
が一体化して収縮し、Al2O3層が緻密化されるば
かりでなく、Al2O3層に生じる圧縮応力のためそ
の機械的強度が著しく増大する（第３図参照）。
この結果は、Al2O3被覆層の厚さがZrO2基板の厚
さの1/100〜20/100であるとき特に著しい。 次に本発明を実施例を用いて説明する。 （実施例） ZrO2（平均粒径0.8μｍ）94モル％とY2O3（平
均粒径0.3μ）６モル％を25時間湿式混合した。
不純物が混入しないように混合にはZrO2の球
石を使用した。 乾燥後60メツシユのふるいを通し、1350℃で
２時間仮焼した。 工程の球石を用い、50時間の粉砕を行い、
80％以上を粒径2.5μｍとした。 乾燥後、トルエン、メチルエチルケトン等の
溶剤を使用して10時間混合した。 その後、樹脂を混合し、ドクターブレード法
にて、生寸法長さ42mm、幅4.8mm、厚さ0.8mmの
シート状サンプルを作成した。 次に電子伝導性パターン部の材料としてPt
ブラツク２：Ptスポンジ１を調合し、ブチル
カルビドール等を加えてペーストを作成した。 次に、Al2O392wt％、ZrO23wt％、SiO23wt
％（その他MgO、CoO）を調合し、ブチルカ
ルビドール等でペーストを作成した。 で得たシート上にで得たペーストを厚さ
約50μｍでスクリーン印刷した。なお、第１
表、実施例１（第１図）では電子伝導性パター
ン部の下のみ、実施例２（第２図）ではシート
全面にスクリーン印刷した。 その後、で得たPtペーストを厚さ約30μｍ
でスクリーン印刷し発熱パターン２、端子パタ
ーン６を形成した。 その後、で得たAl2O3ペーストを約50μｍ
の厚さで全面にスクリーン印刷した。 250℃で12時間の樹脂抜き後、1515℃で４時
間焼成した。 のアルミナペーストを原料として実施例と
同様の形状のAl2O3基板を作り、この上にの
Ptペーストを塗布して発熱低抗体パターンを
形成しその上に50μｍのAl2O3コートを施して
比較例に用いたAl2O3基板ヒータを作製した。 以上の様にして作製した板状ヒータについ
て、直流17Vで通電耐久試験を行い第１表の結
果を得た。 通電初期に、直流14Vにて通電しCA熱電対
をヒータ面から１mm離して測温したところ、実
施例１のヒータでは約700℃、実施例２のヒー
タでは約710℃だつた。また、比較例のヒータ
は670℃を示した。
は、セラミツクス基材上に発熱を目的とした電子
電導性パターンを有する板状セラミツクスヒータ
の通電耐久性の向上に関する。 （従来の技術とその問題点） 従来、Al2O3主体の基板上に発熱を目的とした
電子電導性パターンを設けたヒータが作られてい
たが、通電（直流）を続けると、通電時の陰極端
子付近で黒ずみ又ははく離を生じ、その部分での
抵抗が増大して部分発熱することにより、ヒータ
の耐久性が損われることがあつた。この様な黒ず
みの原因は明らかになつていないが、Al2O3又は
Al2O3中の不純物が還元されることによるものと
推定される。また、パターン中のPtが基板中に
拡散し、還元反応に対する触媒機能を果している
とも考えられる。 一方、基板をZrO2質に変更すると、(1)ZrO2質
が酸素イオン伝導性であること、及び(2)ZrO2質
はAl2O3質に較べて熱伝導性が悪いため基板によ
る熱引が小さいことから、通電により生じる陰極
端子部の黒ずみを防止できると共に対象物を加熱
するのに必要なヒータ電力を減少させることがで
き、従つて耐久寿命が非常に伸びる。 しかし、ZrO2質は高温時に抵抗が非常に小さ
くなる事から、電気伝導性パターンの陽極及び陰
極端子部の絶縁を必要とし、基板全体の厚さが増
大すると共にAl2O3を絶縁層とするとAl2O3と同
様な欠点が生ずるおそれがある。。そこで、通電
時の耐久寿命を損わずに、ZrO2質基板の高温時
の絶縁性を改良すると共にさらに強化する方法が
求められていた。本発明はかかる問題点を解消す
ることを目的とする。 （問題点の解決手段） 発明者等は、ZrO2質基板ヒータについて種々
検討を重ねた結果、発熱低抗体パターンを基板上
に有する板状セラミツクスヒータにおいて、部分
安定化又は完全安定化ZrO2質基板の表面に焼成
収縮率がZrO2質基板の焼成収縮率より小さい
Al2O3質の被覆層を備え、その上に発熱低抗体パ
ターンを有することを特徴とする板状セラミツク
スヒータによつて、前記の目的を達成し得ること
を見出して本発明を完成した。 （作用及び好適な実施の態様） すなわち、ZrO2基板の全面、又は電子伝導体
パターン（即ち発熱低抗体パターン）の下部のみ
に所定焼成収縮率（特に緻密質）のAl2O3層を設
けることによりAl2O3基板の場合に生ずる陰極端
子付近の黒ずみ又ははく離を防止できると共に高
温時のZrO2の導電性による電流の逃げを防止す
ることができ、さらにZrO2質基板の厚さを薄く
しても十分な強度を持ち、従つて対象物を加熱す
るのに必要なヒータ電力を節減しもつて耐久寿命
が大きく改善される。しかし、Al2O3層が余り厚
すぎるとZrO2質基板の効果が減少するし、また
薄すぎるとヒータの絶縁が守られず十分な効果が
得られない。従つて、本発明のAl2O3層の厚さは
20〜70μｍが好ましく、特に好ましくは30〜50μ
ｍである。 本発明のAl2O3層被覆層の原料は純度90％以上
のAl2O3で他にSiO2、MgO、CaO、ZrO2等を含
むことができる。特に、ZrO2を少量添加すると
ZrO2基板との結合性が増し、Al2O3層の焼成収縮
率が小さくなる。 ZrO2質基板としては、ZrO2にY2O3、CaO、
MgO等を加えた、部分安定化又は完全安定化
ZrO2の焼結体を用いる。また、電子伝導性パタ
ーンは、Pt、Rh、Ｗ、Mo、又はこれらの混合物
（若干、酸化物を含んでいても良い）を主体とす
るペーストを公知の方法、例えばスクリーン印刷
法等によりAl2O3質被覆層上に形成後、加熱して
得ることができる。 本発明のヒータは通常、２枚のAl2O3層でZrO2
基板及び発熱体パターンをはさんだ第１，２図の
層４，３，６の様な基本構成を採る。この基本構
成の外面にさらに耐久性の向上、反りの防止等の
ために別のアルミナコート層を設けることができ
る。片面に別のアルミナコート層を施したとき他
の面にも同様にアルミナコート層を施すと反り防
止に有用である。但し本発明の実施の態様は図示
のものに限定されるものではない。 本発明のヒータの製造に際しては、各構成要素
を独立に焼成して組み立てることも可能だが、各
層の結合性を高めるため各層を積層後、同時焼成
するのが好ましい。 また、本発明Al2O3質には、ZrO2質基板よりも
焼成収縮率が小さいものを用いると、同時焼成す
る際にZrO2質との収縮率の差のためAl2O3層が緻
密化されるため好ましい。更に、ZrO2基板と
Al2O3層の焼成収縮率の比が1.01：１〜1.08：１
になるように選択すれば、同時焼成する際に両層
が一体化して収縮し、Al2O3層が緻密化されるば
かりでなく、Al2O3層に生じる圧縮応力のためそ
の機械的強度が著しく増大する（第３図参照）。
この結果は、Al2O3被覆層の厚さがZrO2基板の厚
さの1/100〜20/100であるとき特に著しい。 次に本発明を実施例を用いて説明する。 （実施例） ZrO2（平均粒径0.8μｍ）94モル％とY2O3（平
均粒径0.3μ）６モル％を25時間湿式混合した。
不純物が混入しないように混合にはZrO2の球
石を使用した。 乾燥後60メツシユのふるいを通し、1350℃で
２時間仮焼した。 工程の球石を用い、50時間の粉砕を行い、
80％以上を粒径2.5μｍとした。 乾燥後、トルエン、メチルエチルケトン等の
溶剤を使用して10時間混合した。 その後、樹脂を混合し、ドクターブレード法
にて、生寸法長さ42mm、幅4.8mm、厚さ0.8mmの
シート状サンプルを作成した。 次に電子伝導性パターン部の材料としてPt
ブラツク２：Ptスポンジ１を調合し、ブチル
カルビドール等を加えてペーストを作成した。 次に、Al2O392wt％、ZrO23wt％、SiO23wt
％（その他MgO、CoO）を調合し、ブチルカ
ルビドール等でペーストを作成した。 で得たシート上にで得たペーストを厚さ
約50μｍでスクリーン印刷した。なお、第１
表、実施例１（第１図）では電子伝導性パター
ン部の下のみ、実施例２（第２図）ではシート
全面にスクリーン印刷した。 その後、で得たPtペーストを厚さ約30μｍ
でスクリーン印刷し発熱パターン２、端子パタ
ーン６を形成した。 その後、で得たAl2O3ペーストを約50μｍ
の厚さで全面にスクリーン印刷した。 250℃で12時間の樹脂抜き後、1515℃で４時
間焼成した。 のアルミナペーストを原料として実施例と
同様の形状のAl2O3基板を作り、この上にの
Ptペーストを塗布して発熱低抗体パターンを
形成しその上に50μｍのAl2O3コートを施して
比較例に用いたAl2O3基板ヒータを作製した。 以上の様にして作製した板状ヒータについ
て、直流17Vで通電耐久試験を行い第１表の結
果を得た。 通電初期に、直流14Vにて通電しCA熱電対
をヒータ面から１mm離して測温したところ、実
施例１のヒータでは約700℃、実施例２のヒー
タでは約710℃だつた。また、比較例のヒータ
は670℃を示した。
【表】
（発明の効果）
本発明により、ZrO2基板を用いて、その表面
に所定焼成収縮率のAl2O3絶縁層を設け、その上
に発熱低抗体パターンを設けることによつて、従
来Al2O3層（基板）上に設けた発熱低抗体パター
ンの陰極端子付近に生ずる黒ずみ及びはく離を解
消しえたと共に、ZrO2基板を用いた場合に不可
欠なその表面の絶縁層の付加による厚さの増大
は、所定Al2O3被覆による機械的強度の強化によ
つて回避され（さらに同じ強度であれば厚さを減
少でき）、かくて、対象物を加熱するのに必要な
ヒータ電力が節減されもつて終局的に耐久寿命が
顕著に増大された。特に、Al2O3層上に発熱低抗
体パターンを設けたにも拘らず、従来法において
特有とされた黒ずみ等の欠点を解消しえたこと、
併せて強化による厚さの減少も達成されたこと
は、本発明特有の効果である。
に所定焼成収縮率のAl2O3絶縁層を設け、その上
に発熱低抗体パターンを設けることによつて、従
来Al2O3層（基板）上に設けた発熱低抗体パター
ンの陰極端子付近に生ずる黒ずみ及びはく離を解
消しえたと共に、ZrO2基板を用いた場合に不可
欠なその表面の絶縁層の付加による厚さの増大
は、所定Al2O3被覆による機械的強度の強化によ
つて回避され（さらに同じ強度であれば厚さを減
少でき）、かくて、対象物を加熱するのに必要な
ヒータ電力が節減されもつて終局的に耐久寿命が
顕著に増大された。特に、Al2O3層上に発熱低抗
体パターンを設けたにも拘らず、従来法において
特有とされた黒ずみ等の欠点を解消しえたこと、
併せて強化による厚さの減少も達成されたこと
は、本発明特有の効果である。
第１，２図は共に本発明のヒータの構成例を示
すものであり、第１図は発熱体パターン部のみ、
第２図はZrO2基板全面をAl2O3層で被覆してい
る。また、第３図はAl2O3被覆によりZrO2基材の
機械的強度が増大することを示す図である。
すものであり、第１図は発熱体パターン部のみ、
第２図はZrO2基板全面をAl2O3層で被覆してい
る。また、第３図はAl2O3被覆によりZrO2基材の
機械的強度が増大することを示す図である。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 発熱低抗体パターンを基板上に有する板状セ
ラミツクスヒータにおいて、部分安定化又は完全
安定化ZrO2質基板の表面に焼成収縮率がZrO2質
基板の焼成収縮率より小さいAl2O3質の被覆層を
備え、その上に発熱低抗体パターンを有すること
を特徴とする板状セラミツクスヒータ。 ２ 前記ZrO2質基板の両側表面に焼成収縮率が
ZrO2質基板の焼成収縮率より小さいAl2O3質の被
覆層を備え、該Al2O3質被覆層の少くとも一面に
発熱低抗体パターンを有することを特徴とする特
許請求の範囲第１項記載の板状セラミツクスヒー
タ。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59260069A JPS61138486A (ja) | 1984-12-11 | 1984-12-11 | 板状セラミツクスヒ−タ |
| US07/136,438 US4806739A (en) | 1984-12-11 | 1987-12-17 | Plate-like ceramic heater |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59260069A JPS61138486A (ja) | 1984-12-11 | 1984-12-11 | 板状セラミツクスヒ−タ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS61138486A JPS61138486A (ja) | 1986-06-25 |
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Family
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Citations (1)
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Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5616865A (en) * | 1979-07-14 | 1981-02-18 | Bosch Gmbh Robert | Electrochemical measuring detector for detecting oxygen content in gas and method of producing same |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
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| JPS61138486A (ja) | 1986-06-25 |
| US4806739A (en) | 1989-02-21 |
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