JPH06201128A

JPH06201128A - 着火用発熱体

Info

Publication number: JPH06201128A
Application number: JP36053992A
Authority: JP
Inventors: Masatada Yodogawa; 正忠淀川; Kentaro Sawamura; 建太郎澤村; Masahiro Kitajima; 正裕北島; Etsuo Mihashi; 悦央三橋
Original assignee: TDK Corp
Current assignee: TDK Corp
Priority date: 1992-12-28
Filing date: 1992-12-28
Publication date: 1994-07-19

Abstract

(57)【要約】【目的】使用による抵抗値の変化が少ない安定した品質
の着火用発熱体を提供する。【構成】高抵抗体または絶縁体でなる基材２と導電体３
〜５との積層構造の焼結体で発熱体を構成し、前記基材
２はサイアロンを主成分として構成するとともに、前記
導電体にもサイアロンを含有させた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ガス着火に使用される
発熱体に係り、特に瞬時（３秒以内）に高温（１０００
℃以上）に昇温して天然ガス、プロパンガス等に効率良
く点火しうるとともに、昇降温の繰り返しや高温での酸
化に耐える長寿命のセラミックを用いた通電式の発熱体
に関する。

【０００２】

【従来の技術と発明が解決しようとする課題】この種の
着火用発熱体は、２〜３秒で１０００℃以上の温度に達
するという急昇温と、高温での使用に耐えるため、優れ
た耐熱衝撃性と耐酸化性を備える必要がある。このよう
な要求に応えるため、従来のセラミック発熱体は、窒化
珪素のような難燃性のセラミック粉体にタングステンの
ような金属フィラメントを埋め込み、ホットプレス焼成
により作製していた。しかし、ホットプレスは、各発熱
体を１個毎に成形する必要があるため、生産性が悪く、
コスト高を招き、このことがこのタイプの発熱体の普及
を妨げていた。特にサイアロンに金属フィラメントを埋
め込んだものは加工が難しく、実現困難である１つの理
由となっていた。

【０００３】従来のセラミック発熱体の他の例として、
図３（Ｃ）に示すように、焼成後の状態で抵抗が低くな
るリード部２０と、焼成後の状態で抵抗が高くなる発熱
部２１からなる２種のセラミック生シートを接合してホ
ットプレス焼成してインゴットを作製した後、ダイヤモ
ンドカッタ等により所望の形状に切り出して加工してな
るものがある。しかしこのタイプのものは、硬いインゴ
ットから所望の形状に切り出すため、加工時間が長くか
かり、やはり製造コストが高くなり、前記従来例と同様
にコスト高が普及の妨げとなっていた。

【０００４】本発明者等は、上記した従来技術の問題点
を解決し、量産に適し、廉価に製造できる着火用発熱体
の提供を意図して、シート法や印刷法によって作製され
る積層構造の発熱体を開発し、特願平４−２８６８７７
号として提案している。図１はこの先願に係る発熱体の
一例を示す斜視図、図２はその導電体の構成を示す斜視
図、図３（Ａ）、（Ｂ）はその適用例を示す断面図であ
る。この先願に係る発熱体１の構造を上記図面により説
明すると、これは生シートの積層、または印刷法により
積層構造に形成したものを切断、焼成することにより製
造されるもので、耐酸化性、耐熱衝撃性の高い絶縁体
（または高抵抗体）２内に、導電体３〜５を積層構造
（本例では３層）で内蔵し、これらの導電体３〜５をス
ルーホールに充填した導電体６、７で接続したものであ
る。本例のものは、上下の導電体３、５を、広幅で抵抗
の低いリード部３ａ、５ａと、狭幅で抵抗の高い通電に
より発熱させるコ字形をなす発熱部３ｂ、５ｂと、これ
らのリード部３ａ、５ａと発熱部３ｂ、５ｂとの間に、
これらの間の温度勾配を小さくするために設けられてい
る緩やかに線幅が変化する部分３ｃ、５ｃと、発熱部３
ｂ、５ｂの先端に設けられ、発熱部より線幅をやや広く
したスルーホール導電体接続用パッド３ｄ、５ｄと、リ
ード部３ａ、５ａの根本部に、絶縁体２より側面に露出
するように形成された端部電極接続よう引き出し部３
ｅ、５ｅとを有する。

【０００５】また、中間の導電体４は、狭幅でコ字形を
なす発熱部４ａと、その両端にやや線幅を広くしたスル
ーホール中の導体接続用パッド４ｂ、４ｃとからなるも
ので、これらの広幅部４ｂ、４ｃはそれぞれ前記導電体
３、５のパッド３ｄ、５ｄにそれぞれスルーホールに充
填された導電体６、７により接続される。

【０００６】このように構成されたものに対し、図３
（Ａ）、（Ｂ）に示すように、発熱体１の導電体の引き
出し部３ｅ、５ｅにリード線１０、１１をロウ付け部１
２で接合し、筒状の耐熱性絶縁体でなるケース１３を発
熱体１にそのリード線１０、１１とのロウ付け部１２が
覆われるように被せ、該ケース１３をガス器具に取付け
て着火装置として使用する。

【０００７】このような積層構造でなる発熱体において
は、焼成時または使用時における昇降温により、絶縁体
２と導電体３〜５との間に剥離等により抵抗値が変化す
ることがあるという問題点があった。本発明は、このよ
うな先願に係る積層型の発熱体を改良し、使用による抵
抗値の変化が少ない安定した品質の着火用発熱体を提供
することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するため、高抵抗体または絶縁体でなる基材と導電体
との積層構造の焼結体で発熱体を構成し、前記基材はサ
イアロンを主成分として構成するとともに、前記導電体
にもサイアロンを含有させたことを特徴とする。

【０００９】本発明において、前記基材に用いるサイア
ロンの主成分を一般式Ｓｉ_6-zＡｌ_zＯ_zＮ_8-z（ただし、
酸素原子と窒素原子との全数に対する珪素原子とアルミ
ニウム原子の全数の比は０．７３５から０．７７までの
範囲にある）として表現した場合、ｚ＝０．１〜４．０
の組成とし、かつ該基材に０．０５〜１０mol%の希土類
酸化物を含有、焼結させ、一方前記導電体の主材を珪化
物とし、該珪化物を１５〜９９vol%含ませ、残部をサイ
アロンおよび希土類酸化物とし、該サイアロンの主成分
を一般式Ｓｉ_6-yＡｌ_yＯ_yＮ_8-y（ただし、酸素原子と窒
素原子との全数に対する珪素原子とアルミニウム原子の
全数の比は０．７３５から０．７７までの範囲にある）
として表現とした場合、ｙ≧ｚとするとともに、希土類
酸化物を０．０５〜１０mol%導電体中に含有、焼結させ
たものとすることが好ましい。

【００１０】

【作用】本発明においては、導電体にサイアロンを加え
ることにより、絶縁体として用いるサイアロンとの熱膨
張差が小さくなると共に親和性が増し、基材と導電体と
の間の剥離等による特性の劣化が防止される。

【００１１】

【実施例】導電体として珪化物（Ｍｏ、Ｗ、Ｃｒのいず
れかの珪化物）を用いてこれにサイアロンを加えたもの
と、基材としてサイアロンを主材としたものの積層焼結
体でなる発熱体を下記の工程により作製した。（１）前記基材として用いるサイアロンの主成分を一般
式Ｓｉ_6-zＡｌ_zＯ_zＮ_8-zとして表現すると共に、導電体
に加えるサイアロンの主成分を一般式Ｓｉ_6-yＡｌ_yＯ
_8-yＮ_yとして表現とした場合、前記ｚ、ｙの値が所定の
値となるように、窒化珪素、窒化アルミニウム、酸化ア
ルミニウム、さらに焼結助剤として希土類酸化物（この
希土類酸化物として酸化イットリウムを用いた）を秤量
し、アクリル系バインダー等を添加し、スラリーを調整
した。（２）基材については、このスラリーよりドクターブレ
ード法によってシートを成形し、乾燥して７０μｍ厚の
基材シートを作製した。（３）７０μｍ厚の基材シート上の内、所定のものにつ
いて所定位置にパンチングによりスルーホールを設け
た。（４）珪化物、導電体用サイアロン、希土類酸化物より
なる導電体ペーストを作製し、該導電体ペーストを前記
シート上に印刷した。（５）このように、導電体を印刷したシートを所定の導
通路ができるように、７枚積層し、熱圧着した。（６）この積層品を切断し、長さ３０ｍｍ、幅５ｍｍ、
厚さ１ｍｍの形状にした。（７）この切断により形成したものの両面に端子電極を
形成した。（８）この成形物を窒素雰囲気中で脱バインダーした
後、さらに窒素雰囲気中において１８００℃で３時間常
圧焼成した。（９）以上の焼結体とは別に焼結体の相対密度を測定す
るため、導電体を印刷していない積層体を同様の条件で
焼成し、評価用サンプルとした。

【００１２】表１は、前記（８）の項で述べた評価用サ
ンプルについて、サイアロンの前記ｚの値がそれぞれ
０、０．１、２．０、４．０、５．０のものについて、
それぞれ希土類酸化物の添加量を０、０．０５、０．
５、１０、１５mol%と変化させた場合の相対密度と、１
５００℃で、１００時間の耐酸化試験を行った。耐酸化
試験はマッフル炉を用い、空気中試料温度が１５００℃
に達したことを確認した後、経過時間を測定した。測温
にはＪＩＳ規格Ｂ熱電対を用いた。室温より１５００℃
までの到達時間は２０分であった。その試験結果を表１
に示す。表１において、耐酸化性の欄の○は酸化層の厚
みが１００μｍ未満のものであり、×は１００μｍ以上
のものである。

【００１３】

【表１】表１から判るように、前記基材のサイアロンがｚ＝０．
１〜４．０の組成であれば、希土類酸化物が０．０５〜
１０mol%範囲において、耐酸化性の面で良好な結果が得
られる。また、組成がこの範囲内にあれば、相対密度が
９５％以上となり、緻密構造のものが得られる。

【００１４】また、前記基材中のサイアロンの組成をあ
らわすｚ＝２．０とし、かつ前記希土類酸化物の添加量
を１mol%にすると共に、導電体主材にＭｏＳｉ_２を用い
てその含有率を３０vol%、残部をサイアロンと希土類酸
化物としたものにおいて、混入するサイアロンの組成す
なわちｙの値を１．０、３．０、５．０と変化させ、か
つ導電体に混入する希土類酸化物の添加量（mol%）を
０、０．０５、１０、１５と変化させ、積層成形、切断
後、窒素雰囲気中で脱バインダーを行い、その後窒素ガ
ス中１８００℃で２時間焼成した試料についてクラック
の発生率を調べて見たところ、表２の結果が得られた。

【００１５】

【表２】表２の結果から、ｙ＝１．０〜５．０において、導電体
への希土類酸化物の添加量（mol%）を０．０５〜１０％
とすれば、クラック発生を抑制することができ、なかで
もｙ≧ｚとすることがクラック発生を防止する上で好ま
しい。また、表２に示した試料では２４Ｖの電圧を印加
した場合に１秒以内で赤熱することが確認でき、また、
２色温度計により赤熱している部分は１１００℃に到達
していることが判った。

【００１６】また、前記基材中のサイアロンの組成をあ
らわすｚ＝２．５とし、かつ前記希土類酸化物の添加量
を１．５mol%にすると共に、導電体主材に表３に示すよ
うに、Cr、Mo、W の珪化物を用い、希土類酸化物の含有
率を１．５mol%とし、サイアロンの含有率をそれぞれ９
０、８５、１、０vol%と変化させたものにおいて、製品
の抵抗値を測定するとともに、２４Ｖの電圧を印加して
１００時間通電した後の常温での抵抗値を測定し、その
抵抗値の初期抵抗値との間の変化率を求めた。その結果
は表３に示す通りである。

【００１７】

【表３】表３から判るように、実用的な抵抗値が得られ、また抵
抗変化率が５％以内に抑えられるサイアロンの含有率は
１〜８５vol%であり、これは、希土類酸化物の添加量を
無視すれば、導電体の添加量として１５〜９９vol%に相
当する。

【００１８】本発明において、希土類酸化物としては、
前記例の他に全てのものが使用でき、また、焼結助剤と
しては、アルカリ土類金属を用いることもできる。

【００１９】

【発明の効果】請求項１によれば、基材にサイアロンを
用いるとともに、導電体にもサイアロンを混入したの
で、積層構造の着火用発熱体として、使用による抵抗の
変化が小さい安定した品質のものが得られる。すなわ
ち、シート法あるいは印刷法により信頼性の高い発熱体
を製造できる。これにより、シート法や印刷法による場
合、多数個取りで量産でき、焼成後の加工が不要である
から、製造コストを低減できる上、導電体をセラミック
に内蔵しているので酸化されにくく、耐久性も確保され
るという種々の利点を有するものが提供可能となる。

【００２０】請求項２によれば、さらに、クラック発生
がなく、耐酸化性の高い着火用発熱体が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】先願に係る発熱体の一例を示す斜視図である。

【図２】図１に示した発熱体中の導電体の構成を示す斜
視図である。

【図３】（Ａ）、（Ｂ）は発熱体の適用例を示す断面
図、（Ｃ）は従来の発熱体の例を示す斜視図である。

【符号の説明】

１発熱体２基材３〜５導電体３ａ〜５ａ発熱部３ｂ、５ｂリード部３ｃ、５ｃ線幅変化部３ｄ、４ｂ、４ｃ、５ｄパッド３ｅ、５ｅ引き出し部６、７スルーホール内導電体１０、１１リード線１２ロウ付け部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者三橋悦央東京都中央区日本橋一丁目13番１号ティ −ディ−ケイ株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】高抵抗体または絶縁体でなる基材と導電体
との積層構造の焼結体で発熱体を構成し、前記基材はサ
イアロンを主成分として構成するとともに、前記導電体
にもサイアロンを含有させたことを特徴とする着火用発
熱体。
【請求項２】請求項１において、前記基材に用いるサイ
アロンの主成分を一般式Ｓｉ_6-zＡｌ_zＯ_zＮ_8-z（ただ
し、酸素原子と窒素原子との全数に対する珪素原子とア
ルミニウム原子の全数の比は０．７３５から０．７７ま
での範囲にある）として表現した場合、ｚ＝０．１〜
４．０の組成とし、かつ該基材に０．０５〜１０mol%の
希土類酸化物を含有、焼結させたことを特徴とする着火
用発熱体。
【請求項３】請求項１または２において、前記導電体の
主材を珪化物とし、該珪化物を１５〜９９vol%含ませ、
残部をサイアロンおよび希土類酸化物とし、該サイアロ
ンの主成分を一般式Ｓｉ_6-yＡｌ_yＯ_yＮ_8-y（ただし、酸
素原子と窒素原子との全数に対する珪素原子とアルミニ
ウム原子の全数の比は０．７３５から０．７７までの範
囲にある）として表現とした場合、ｙ＝０．１〜４．０
の組成とし、かつ０．０５〜１０mol%の希土類酸化物を
含有、焼結させたことを特徴とする着火用発熱体。
【請求項４】請求項２の基材および請求項３の導電体を
用いると共に、ｙ≧ｚとしたことを特徴とする着火用発
熱体。