JPH0550116B2 - - Google Patents

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JPH0550116B2
JPH0550116B2 JP59034619A JP3461984A JPH0550116B2 JP H0550116 B2 JPH0550116 B2 JP H0550116B2 JP 59034619 A JP59034619 A JP 59034619A JP 3461984 A JP3461984 A JP 3461984A JP H0550116 B2 JPH0550116 B2 JP H0550116B2
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JP
Japan
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ceramic
heating element
green sheet
ceramic green
pores
Prior art date
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Application number
JP59034619A
Other languages
English (en)
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JPS60180085A (ja
Inventor
Yoshasu Nobuto
Shuzo Tokumitsu
Yukinobu Hoshida
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Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Application filed by Matsushita Electric Industrial Co Ltd filed Critical Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Publication of JPH0550116B2 publication Critical patent/JPH0550116B2/ja
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    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P80/00Climate change mitigation technologies for sector-wide applications
    • Y02P80/10Efficient use of energy, e.g. using compressed air or pressurized fluid as energy carrier

Landscapes

  • Surface Heating Bodies (AREA)
  • Resistance Heating (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
産業上の利用分野 本発明は発熱体をセラミツク焼結体中に鋳込ん
だセラミツク鋳込形ヒータの製造方法に関するも
のである。 従来例の構成とその問題点 従来のセラミツク鋳込形ヒータは、発熱体とし
て金属発熱線、金属発熱線を金属管中に双方が接
触しない状態に挿入し、金属発熱線と金属管とを
電気的に絶縁するように酸化マグネシウム粉末を
充てんしたいわゆるシーズヒータ、導電性セラミ
ツク焼結発熱体等が使用されており、これらの発
熱体をセラミツク焼結体中に直接鋳込んだ構成に
なつていた。このようなセラミツク鋳込形ヒータ
は通電による発熱体の初期昇温時に衝撃によりし
ばしばセラミツクの破損が発生するものであつ
た。したがつて通電の初期は徐々に発熱させるか
あるいは発熱体のワツト密度(W/cm2)を小さく
設計せざるを得ず用途が限られていた。この対策
として、セラミツク焼結体と発熱体表面との接触
部分に間隙をとり、発熱体から発生する熱の移動
が緩和されるようにしたものがある。しかし、こ
の構成のものは、セラミツク焼結体と発熱体の間
に空気が存在し、セラミツク焼結体の熱伝導特性
を有効に活かすことができず、また、発熱体表面
は常時空気と接触するので長期の使用に際して発
熱体の酸化の進行のため断線に至る欠点があり、
この改善が強く望まれていた。 発明の目的 本発明は上記の欠点を無くし通電初期の急激な
発熱による熱衝撃を緩和してセラミツク焼結体の
破損や、長期間の使用に対して発熱体の空気酸化
による断線のないセラミツク鋳込形ヒータを得る
ためのその製造方法を提供するものである。 発明の構成 本発明のセラミツク鋳込形ヒータの製造方法
は、空孔を形成したセラミツクグリーンシートの
前記空孔内に発熱体を挿入し、空孔の孔壁と発熱
体との空隙に焼結処理で溶融しない無機質粉末を
充填し、その後焼結するという方法であり、この
焼結時に発生するセラミツク焼結体の収縮現象を
利用して上記の孔壁と発熱体との空隙に充填した
無機質粉末を未溶融のまま押し固め、それによつ
て発熱体を固定化すると共に発熱体表面への空気
の接触を断ち、長期使用時の発熱体の酸化劣化に
よる断線と、通電初期の熱衝撃の緩和をはかりセ
ラミツク焼結体の破損を除去するものである。 実施例の説明 本発明のセラミツク鋳込形ヒータの製造方法に
使用するセラミツク組成材としては、ヒータにし
た場合の耐熱性が確保できるように無機質材料を
使用する。特に無機質材料として本発明のセラミ
ツク鋳込形ヒータの加工、使用上から好ましいも
のは焼結処理を施した後の組成形体として、アル
ミナ(Al2O3)、ジルコニア(ZrO2)、シリカ硝子
(SiO2)、ムライト(3Al2O3・2SiO2)スピネル
(MgO・Al2O3)、コージライト(2MgO・2Al2
O3・5SiO2)である。このようなセラミツク組成
を形成するためのそれぞれ原料粉末に少量(5〜
20%程度で良い)の有機物、例えばポリビニルブ
チラール樹脂、ポリウレタンエマルジヨン、アク
リル樹脂などと、フタル酸エステル系可塑剤及び
溶剤とを混合してスラリー状の混練物となし、押
出し圧延法、カレンダー法、ドクターブレード法
などにより目的に応じて一定の厚みのシート状に
すると同時に、発熱体を鋳込むための空孔、或は
溝を設けて乾燥し、グリーンシートを作製する。
第1図、第2図はこのようにして出来たグリーン
シートの概要図であり、第1図のものにおいては
発熱体を挿入する空孔1、第2図のものにおいて
はその平坦部に溝3を設けたものである。グリー
ンシートの形成厚みは特に限定するものではない
が、セラミツク鋳込形ヒータとした場合の発熱分
布をより均一化させるために、溝の深さの2倍以
上とするのが好ましい。 以下、第2図に示すセラミツクグリーンシート
に溝を設けた構成の実施例について詳述する。 図において、3はセラミツクグリーンシートの
片側の平坦面2に形成した発熱体を挿入する溝
で、このように形成したセラミツクグリーンシー
ト2枚を、その溝3を対向させて重ね合わせ、第
3図に示すような空孔4を形成させる。この空孔
4内に第4図に示す如く発熱体5を挿入し、空孔
4と発熱体5との空隙に焼結処理で溶融しない無
機質粉末6を充填する。このようにして発熱体5
と無機質粉末6を挿入、充填した後、焼結処理を
施して本発明のセラミツク鋳込形ヒータを製造す
る。本発明に使用する発熱体5は金属発熱線、シ
ーズヒータ、さらには炭化硅素焼結体で代表され
る導電性セラミツク焼結発熱体などが好ましい。
無機質粉末6は酸化マグネシウム、二酸化硅素、
アルミナなど、ほぼ中性酸化物に属する微粉末が
好ましく、空孔4内への充填時に空隙が残留する
可能性のある荒い粒子状のものや、酸性、アルカ
リ性に片よつたものは発熱体の腐蝕の原因になる
ので避けるべきである。さらに使用する無機質粉
末6は、ヒータ形成のためになされる焼結処理時
に溶融しないものを選定することが必要である。
この焼結処理過程で無機質粉末6が溶融して独立
の粉体粒子径を保持しなくなると、セラミツク鋳
込形ヒータとした場合の熱衝撃を効果的に吸収し
なくなるばかりか、破損や、空隙の発生を伴ない
本発明の目的を満足しなくなる。 焼結処理方法、処理条件は、一般に実施されて
いる2ステージ焼成方式、即ち、200℃〜400℃で
含有有機物や溶剤、水分の燃焼、蒸発処理を行な
い、その後、それぞれのセラミツクの焼結に適し
た温度で焼結処理をする。焼結処理の雰囲気は酸
化もしくは還元雰囲気が使用できるが、発熱体5
の変質を防ぐ意味合いから還元雰囲気での実施が
好ましい。 本発明のセラミツク鋳込形ヒータの構成は第4
図に示した断面図の如き状態をとるが、2枚のセ
ラミツクグリーンシートの溝3を対向させて重ね
合せてできる空孔4の断面積は、形成した溝3の
形状にかかわらず焼結処理を施すことで有機成分
の燃焼、蒸発飛散やセラミツク材料粒子間の融合
等により生じる体積収縮により減少する。セラミ
ツクグリーンシートの焼結処理に伴う体積収縮に
よる上記空孔4の断面積の減少は、グリーンシー
トの密度にある範囲内で正比例的に変化すること
が知られており、使用するセラミツク材料の粒子
径、添加する有機物の種類、量により15〜30%焼
結処理前の形状に対して変化させることが可能で
ある。本発明はこのグリーンシートに焼結処理を
施すことでセラミツク焼結体が体積収縮を来たす
点に着目してなされたものである。 2枚のセラミツクグリーンシートの溝3を対向
させて重ね合せてできる空孔4中に発熱体5を挿
入し、空孔4の孔壁と発熱体5との空隙に焼結処
理で溶融しない無機質粉末6を充填した後焼結処
理を施すことにより無機質粉末6は粉末の状態の
ままセラミツク焼結体の体積収縮によつて極めて
堅固な状態にまで圧縮固化される。これによりセ
ラミツク焼結体と発熱体5の空隙が除去され、発
熱体の固定化がはかれることとなる。さらにこの
焼結処理時に溶融しない無機質粉末6の充填層は
セラミツク鋳込形ヒータに通電開始初期の急激な
発熱体の昇温によるセラミツク焼結体への熱の衝
撃的な伝達と、これによる極部的急襲的な熱膨脹
を瞬時に緩和する効果を現わす。この結果従来の
セラミツク鋳込形ヒータの欠点であつた通電初期
のセラミツク焼結体の破損や、発熱体とセラミツ
ク焼結体との空隙に介在する空気による発熱体の
酸化断線が排除できるのである。 尚、第4図において、2枚のセラミツクグリー
ンシートの重ね合せ面を実線で示しているが、焼
結処理により2枚のものは一体となるものであ
る。 以下第1表により本発明のセラミツク鋳込形ヒ
ータと従来の鋳込形ヒータの性能を比較説明す
る。第1表に示した本発明によるセラミツク鋳込
形ヒータ及び従来の比較品はセラミツク焼結体の
組成、作製方法は同一とし無機質粉末6の有無の
差を明確にするようにして得た結果である。
【表】
【表】 本発明による焼結処理時に溶融しない無機質粉
末6を使用した場合に比較して、比較品1の焼結
体中に直接金属線(発熱体)を鋳込んだ形式のヒ
ーターは通電初期にセラミツク焼結部に亀裂が発
生し、あらかじめφ2mmの穴を形成したコージラ
イト焼結体に発熱線を挿入した比較品2は通電初
期の影響は除去できるが、3時間通電、2時間放
冷の繰返しによる寿命試験において、700時間経
過時点で空気中の酸素による金属線の酸化による
部分的な発熱体の瘠せ細りによる異常発熱を招き
溶断した。この結果からも明らかであるように本
発明によるセラミツク鋳込形ヒータは、本発明の
目的を満足することが明確である。さらに本発明
によればヒーターのワツト密度もより大きく設計
できるものとなる。 なお、本実施例の説明を第2図、第3図に示し
た2枚のセラミツクグリーンシートのそれぞれの
片側の面2に溝3を設け、この溝3を対向して重
ね合わせたものについて行つたが、第1図の左側
に示すようにセラミツクグリーンシートに空孔1
を設けて、第1図の右側に示すようにこの空孔1
に発熱体5及び無機質粉末6を挿入、充填して焼
結処理しても先の実施例と同様の作用、効果が得
られることは明らかである。また、第5図に示す
ように、2枚のセラミツクグリーンシートの一方
の表面7に溝3を設け、発熱体5、無機質粉末6
を挿入、充填し溝の無い他の一方を重ね合わせて
焼結処理をしたものも先の実施例と同様のものと
なる。なお、第5図において、2枚のセラミツク
グリーンシートの重ね合せ面を実線で示している
が、焼成処理により2枚のものは一体となるもの
である。 さらに、2枚のセラミツクグリーンシートを彎
曲させて重ね合わせることも、複雑な曲面、喰い
違い面などを有するものでも重ね合わせて実施し
得るものである。 発明の効果 以上の説明から明らかなように本発明のセラミ
ツク鋳込形ヒータの製造方法は、セラミツクグリ
ーンシートの状態で作つた空孔内に発熱体を挿入
し、孔壁と発熱体との空隙に焼結処理時に溶融し
ない無機質粉末を充填した後焼結処理を施すよう
にしているので、セラミツク焼結体の体積収縮が
充填された無機質粉末を未溶融のまま堅固に押し
固め、発熱体を固定化すると共に発熱体表面と空
気の接触が断たれ、長期使用時の発熱線の酸化劣
化による断線と、通電初期の熱衝撃によるセラミ
ツク焼結体の破損が除去できセラミツク鋳込形ヒ
ータの信頼性が飛躍的に向上すると共に従来より
もワツト密度も大きく設計でき、用途の拡大化に
も貢献できるものでありその効果は極めて大きい
ものである。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明のセラミツク鋳込形ヒータの製
造方法に使用するセラミツクグリーンシートの一
実施例を示す斜視図、第2図は同セラミツクグリ
ーンシートの他の実施例を示す斜視図、第3図は
第2図に示したセラミツクグリーンシートを重ね
合わせた状態を示す斜視図、第4図は本発明のセ
ラミツク鋳込形ヒータの一実施例の断面を示す
図、第5図は同他の実施例を示す断面図である。 1,4……空孔、3……溝、5……発熱体、6
……無機質粉末。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 空孔を形成したセラミツクグリーンシートの
    前記空孔内に発熱体を挿入し、前記空孔の孔壁と
    前記発熱体との空隙に焼結処理で溶融しない無機
    質粉末を充填し、その後焼結するセラミツク鋳込
    形ヒータの製造方法。 2 空孔は、2枚のセラミツクグリーンシートの
    夫々の一方の表面に溝を設け、この溝を対向する
    ように重ね合わせて形成した空孔である特許請求
    の範囲第1項記載のセラミツク鋳込形ヒータの製
    造方法。 3 空孔は、1枚のセラミツクグリーンシートの
    一方の表面に溝を設け、他の1枚のセラミツクグ
    リーンシートを重ね合わせてその平坦面で前記溝
    を覆つて形成した空孔である特許請求の範囲第1
    項記載のセラミツク鋳込形ヒータの製造方法。
JP59034619A 1984-02-24 1984-02-24 セラミック鋳込形ヒータの製造方法 Granted JPS60180085A (ja)

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JPH0376390U (ja) * 1989-11-28 1991-07-31

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS56116285A (en) * 1980-02-15 1981-09-11 Nippon Denshi Zairiyou Kk Ceramic buried heater

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