JPH07302681A - Ceramic heater element - Google Patents

Ceramic heater element

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Publication number
JPH07302681A
JPH07302681A JP6114461A JP11446194A JPH07302681A JP H07302681 A JPH07302681 A JP H07302681A JP 6114461 A JP6114461 A JP 6114461A JP 11446194 A JP11446194 A JP 11446194A JP H07302681 A JPH07302681 A JP H07302681A
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JP
Japan
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ceramic
heating element
sintered body
element according
high resistance
Prior art date
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Withdrawn
Application number
JP6114461A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Etsuo Mihashi
悦央 三橋
Kentaro Sawamura
建太郎 澤村
Masahiro Kitajima
正裕 北島
Nobuyuki Miki
信之 三木
Masatada Yodogawa
正忠 淀川
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
TDK Corp
Original Assignee
TDK Corp
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Publication date
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Priority to EP94305310A priority patent/EP0635993B1/en
Priority to US08/272,393 priority patent/US5756215A/en
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Abstract

PURPOSE:To provide a ceramic heater element of low cost and high performance. CONSTITUTION:A ceramic heater element comprises a heat generating part having a specific resistance of 1X10<-2>-5X10<0>OMEGAcm, and mainly comprising molybdenum silicide - aluminum oxide mixed material. As additive, at least one sort of ZrC, WC, TaC, TiC, NbC, HfC, and MoC is included in total quantity of 0.01-10% volume %.

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、セラミック発熱素子に
関する。
FIELD OF THE INVENTION The present invention relates to a ceramic heating element.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、セラミック発熱素子、例えば、ガ
ス着火用急速昇温素子には、発熱部の材料として、耐酸
化性のある二珪化モリブデンが使用されている。しかし
なら、二珪化モリブデンは、金属的な電気伝導特性を示
し1000℃以上の高温で室温の3.5倍以上の抵抗値
となり、急速昇温を阻害していた。
2. Description of the Related Art Conventionally, molybdenum disilicide having resistance to oxidation has been used as a material of a heating portion in a ceramic heating element, for example, a rapid temperature rising element for gas ignition. However, molybdenum disilicide showed a metallic electric conduction characteristic and had a resistance value of 3.5 times or more of room temperature at a high temperature of 1000 ° C. or more, which impeded rapid temperature rise.

【0003】上記欠点を防止するためSiCを添加して
いるが、SiCを添加すると、難焼結性となるためホッ
トプレスによる焼成が必要となっていた。従って焼成の
生産性が低くなるだけでなく、焼成後の極めて硬度の高
い焼結体に所定の機械加工、たとえば素子形状への加工
を行なわなければならず、製造コストを低減することが
困難となっていた。
Although SiC is added to prevent the above-mentioned drawbacks, if SiC is added, it becomes difficult to sinter, so firing by hot pressing is required. Therefore, not only the productivity of firing becomes low, but also the sintered body having extremely high hardness after firing has to be subjected to predetermined mechanical processing, for example, processing into an element shape, which makes it difficult to reduce the manufacturing cost. Was becoming.

【0004】また、SiCを添加すると、SiCが半導
体のため、素子の材料中の不純物と反応してしまい、素
子の抵抗値の調整が困難であるとともに、使用とともに
抵抗変化が生じてしまい、不安定である。
Further, when SiC is added, since SiC reacts with impurities in the material of the element because it is a semiconductor, it is difficult to adjust the resistance value of the element, and the resistance changes with use. It is stable.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記欠点を
改善した低価格高性能のセラミック発熱素子を提供する
ことを目的とするものである。
SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a low-cost, high-performance ceramic heating element which has alleviated the above drawbacks.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】このような目的は、下記
(1)〜(12)の本発明により達成される。 (1)発熱部が、1×10-2〜5×100 Ωcmの比抵抗
をもち珪化モリブデン−酸化アルミニウム混合系材料を
主成分とし、添加物として、Zr、W、Ta、Ti、N
b、HfおよびMoの炭化物のうち少なくとも一種を総
量で0.01〜10体積%含有するセラミック焼結体で
構成されたセラミック発熱素子。 (2)前記添加物を総量で0.05〜5体積%含有する
上記(1)のセラミック発熱素子。 (3)縦軸を発熱部温度20℃の比抵抗に対する発熱部
温度1000℃以上の比抵抗の比Rとし、横軸を素子温
度Tとしたとき、発熱部がR=T/1000の直線とR
=3T/1000の直線に囲まれた領域内の抵抗温度係
数を備えた上記(1)または(2)のセラミック発熱素
子。 (4)発熱部の材料の主成分である珪化モリブデンと酸
化アルミニウムの組成比が、体積比で40/60〜15
/85である上記(1)ないし(3)のいずれかのセラ
ミック発熱素子。 (5)前記発熱部がセラミック絶縁層に支持された上記
(1)ないし(4)のいずれかのセラミック発熱素子。 (6)前記発熱部が、電気絶縁性セラミック焼結体層の
両面のそれぞれの少なくとも一部に高抵抗の導電性セラ
ミック材料で層設された第1および第2高抵抗導電性セ
ラミック焼結体層、および高抵抗の導電性セラミック材
料で前記第1および第2高抵抗導電性セラミック焼結体
層と一体的に形成された連結部分を有し、この発熱部に
おいて、前記第1および第2高抵抗導電性セラミック焼
結体層の一方から前記連結部分を介して他方に延びる電
流路が形成された上記(1)ないし(5)のいずれかの
セラミック発熱素子。 (7)前記第1および第2高抵抗導電性セラミック焼結
体層と同一面上あるいは該第1および第2高抵抗導電性
セラミック焼結体層の表面上の少なくとも一部に、低抵
抗の導電性材料で形成され、それぞれ該第1および第2
高抵抗導電性セラミック焼結体層に電気的に接続された
第1および第2リード部層を備えた上記(6)のセラミ
ック発熱素子。 (8)前記第1および第2リード部層が、低抵抗の導電
性セラミック材料で形成された導電性セラミック焼結体
層である上記(7)のセラミック発熱素子。 (9)前記第1および第2リード部層は、その主成分が
珪化モリブデン単体あるいは珪化モリブデン−酸化アル
ミニウム混合系であり、その珪化モリブデンと酸化アル
ミニウムの組成比が、体積比で5/5〜10/0である
上記(8)のセラミック発熱素子。 (10)前記第1および第2高抵抗導電性セラミック焼
結体層は、その主成分が酸化アルミニウム単体あるいは
珪化モリブデン−酸化アルミニウム混合系であり、その
珪化モリブデンと酸化アルミニウムの組成比が、体積比
で0/10〜2/8である上記(6)ないし(9)のい
ずれかのセラミック発熱素子。 (11)外表面が化学的、熱的に安定な耐熱性、耐酸化
性の保護膜で被覆されている上記(1)ないし(10)の
いずれかのセラミック発熱素子。 (12)前記保護膜が、シリカ、アルミナおよびクロミ
アの少なくとも一種以上で形成されている上記(11)の
セラミック発熱素子。
The above objects are achieved by the present invention described in (1) to (12) below. (1) The heat generating part has a specific resistance of 1 × 10 −2 to 5 × 10 0 Ωcm and contains a molybdenum silicide-aluminum oxide mixed material as a main component, and Zr, W, Ta, Ti, N as additives.
A ceramic heating element composed of a ceramic sintered body containing 0.01 to 10 volume% of at least one of b, Hf, and Mo carbides. (2) The ceramic heating element according to (1) above, which contains the additive in a total amount of 0.05 to 5% by volume. (3) When the vertical axis represents the ratio R of the specific resistance of the heating portion temperature of 1000 ° C. or more to the specific resistance of the heating portion temperature of 20 ° C. and the horizontal axis represents the element temperature T, the heating portion is a straight line of R = T / 1000. R
The ceramic heating element according to (1) or (2) above, which has a temperature coefficient of resistance in a region surrounded by a straight line of 3T / 1000. (4) The composition ratio of molybdenum silicide and aluminum oxide, which are the main components of the material of the heat generating portion, is 40/60 to 15 in volume ratio.
/ 85, The ceramic heating element according to any one of the above (1) to (3). (5) The ceramic heating element according to any one of (1) to (4), wherein the heating portion is supported by a ceramic insulating layer. (6) First and second high resistance conductive ceramic sintered bodies in which the heat generating portion is layered with a high resistance conductive ceramic material on at least a part of each surface of the electrically insulating ceramic sintered body layer. A layer and a connecting portion integrally formed with the first and second high resistance conductive ceramic sintered body layers by a high resistance conductive ceramic material, and in the heat generating portion, the first and second The ceramic heating element according to any one of (1) to (5) above, wherein a current path extending from one of the high resistance conductive ceramic sintered body layers to the other through the connecting portion is formed. (7) A low resistance is provided on at least a part of the same surface as the first and second high resistance conductive ceramic sintered body layers or on the surface of the first and second high resistance conductive ceramic sintered body layers. Formed of a conductive material, the first and second respectively
The ceramic heating element according to (6) above, which includes first and second lead layer layers electrically connected to the high-resistance conductive ceramic sintered body layer. (8) The ceramic heating element according to the above (7), wherein the first and second lead part layers are conductive ceramic sintered body layers formed of a low resistance conductive ceramic material. (9) The main components of the first and second lead layers are molybdenum silicide simple substance or molybdenum silicide-aluminum oxide mixed system, and the composition ratio of molybdenum silicide and aluminum oxide is 5/5 to 5 by volume. The ceramic heating element according to the above (8), which is 10/0. (10) The first and second high-resistance conductive ceramic sintered body layers are mainly composed of aluminum oxide or a molybdenum silicide-aluminum oxide mixed system, and the composition ratio of molybdenum silicide and aluminum oxide is volume. The ceramic heating element according to any one of (6) to (9), wherein the ratio is 0/10 to 2/8. (11) The ceramic heating element according to any one of (1) to (10), wherein the outer surface is covered with a heat-resistant and oxidation-resistant protective film that is chemically and thermally stable. (12) The ceramic heating element according to the above (11), wherein the protective film is formed of at least one of silica, alumina and chromia.

【0007】[0007]

【作用および効果】珪化モリブデン−酸化アルミニウム
混合系材料に金属炭化物を適量添加することで半導体的
電気抵抗−温度特性を付加し、正の抵抗温度特性を制御
することが可能となる。この場合、添加物そのものは半
導体的挙動を示さず、セラミック昇温発熱素子の発熱部
組成に添加した段階で半導体的挙動を示すものが望まし
い。換言すれば組成系全体で正の温度係数を減ずるよう
に制御できれば良い。また、本発明においては、上記金
属酸化物として、ZrC、WC、TaC、TiC、Nb
C、HfCおよびMoCのうち少なくとも一種を用いた
ので、ホットプレスを用いることなく、焼成を行なうこ
とができる。
[Operation and effect] By adding an appropriate amount of metal carbide to the molybdenum silicide-aluminum oxide mixed material, it becomes possible to add a semiconductor-like electric resistance-temperature characteristic and control the positive resistance temperature characteristic. In this case, it is desirable that the additive itself does not exhibit semiconductor-like behavior, but exhibits semiconductor-like behavior when added to the composition of the heating portion of the ceramic heating element. In other words, it suffices if control can be performed so that the positive temperature coefficient is reduced in the entire composition system. Further, in the present invention, as the metal oxide, ZrC, WC, TaC, TiC, Nb
Since at least one of C, HfC and MoC is used, firing can be performed without using hot pressing.

【0008】したがって、素子に施す機械加工を、焼成
前のグリーンチップの段階で行なうことができるので、
機械加工が極めて容易であり、安価に製造することがで
きる。これは、発熱素子の容量を大きくするとき必要と
なる応力緩和用空隙であるスリット等を機械加工する際
特に有効である。
Therefore, the mechanical processing applied to the element can be performed in the stage of the green chip before firing.
It is extremely easy to machine and can be manufactured at low cost. This is particularly effective in machining a slit or the like, which is a void for stress relaxation required when increasing the capacity of the heating element.

【0009】[0009]

【具体的構成】以下、本発明の具体的構成について詳細
に説明する。
Specific Structure The specific structure of the present invention will be described in detail below.

【0010】[0010]

【実施例】以下、本発明の具体的実施例を示し、本発明
をさらに詳細に説明する。
EXAMPLES The present invention will be described in more detail below by showing specific examples of the present invention.

【0011】本発明のセラミック発熱素子は、発熱部
が、珪化モリブデン−酸化アルミニウム混合系材料を主
成分とし、添加物として、Zr、W、Ta、Ti、N
b、HfおよびMoの炭化物のうち少なくとも一種を含
有するセラミック焼結体で構成されている。上記炭化物
としては、通常ZrC、WC、TaC、TiC、Nb
C、HfCおよびMoCが用いられる。
In the ceramic heating element of the present invention, the heating portion has a molybdenum silicide-aluminum oxide mixed material as a main component, and Zr, W, Ta, Ti, N as additives.
It is composed of a ceramic sintered body containing at least one of b, Hf and Mo carbides. The above-mentioned carbide is usually ZrC, WC, TaC, TiC, Nb.
C, HfC and MoC are used.

【0012】上記珪化モリブデン−酸化アルミニウム混
合系材料は、その焼結体における比抵抗が1×10-2
5×100 Ωcmの範囲に設定される。この比抵抗が、1
×10-2未満であるときには抵抗が低くなりすぎ発熱体
としては用をなさず、また5×100 Ωcmを超えるとき
には、抵抗が高くなりすぎ、温度が1200℃以上には
上がらない。
The above-mentioned molybdenum silicide-aluminum oxide mixed material has a specific resistance in the sintered body of 1 × 10 -2 .
It is set in the range of 5 × 10 0 Ωcm. This specific resistance is 1
When it is less than × 10 -2 , the resistance becomes too low to be used as a heating element, and when it exceeds 5 × 10 0 Ωcm, the resistance becomes too high and the temperature does not rise to 1200 ° C or higher.

【0013】上記発熱部の材料の主成分である珪化モリ
ブデンと酸化アルミニウムの組成比は、体積比で40/
60〜15/85、特に35/65〜20/80である
ことが望ましい。珪化モリブデンが15体積%未満では
抵抗が高くなりすぎ、40体積%をこえると、抵抗が下
がりすぎ、発熱量が極端に下がりすぎる。これら珪化モ
リブデンと酸化アルミニウムは、それぞれ別相として存
在し、それぞれの平均グレインサイズは、共に0.2〜
30μm 程度である。
The composition ratio of molybdenum silicide and aluminum oxide, which are the main components of the material of the heat generating portion, is 40 / volume ratio.
It is preferably 60 to 15/85, and particularly 35/65 to 20/80. If the content of molybdenum silicide is less than 15% by volume, the resistance will be too high, and if it exceeds 40% by volume, the resistance will be too low and the calorific value will be extremely low. Molybdenum silicide and aluminum oxide exist as separate phases, and their average grain sizes are both 0.2 to
It is about 30 μm.

【0014】一方、添加物であるZrC、WC、Ta
C、TiC、NbC、HfCおよびMoCの焼結体にお
ける比抵抗は、10-6Ωcm程度となることが多い。
On the other hand, the additives ZrC, WC, Ta
The specific resistance of the sintered body of C, TiC, NbC, HfC and MoC is often about 10 −6 Ωcm.

【0015】上記添加物の含有量は、総量で0.01〜
10体積%、好ましくは0.05〜5体積%、特に好ま
しくは0.1〜3体積%であることが望ましい。添加物
の添加量が、0.01体積%未満では効果がなく、10
体積%を超えると、ホットプレスを使用せずに焼成した
場合、十分に緻密化することが困難であるからである。
これらの添加物は通常粒界または会合点に存在する。
The total content of the above additives is 0.01-.
10% by volume, preferably 0.05 to 5% by volume, particularly preferably 0.1 to 3% by volume is desirable. If the added amount of the additive is less than 0.01% by volume, no effect is obtained and 10
This is because when the content exceeds the volume%, it is difficult to sufficiently densify it when firing is performed without using hot pressing.
These additives are usually present at grain boundaries or meeting points.

【0016】添加物としては、SiCを発熱部の材料総
量の0.01〜2体積%の範囲でさらに添加してもよ
い。
As the additive, SiC may be further added in the range of 0.01 to 2% by volume of the total amount of the material of the heat generating portion.

【0017】以上の原料にバインダおよび溶媒を加え、
混合することにより発熱部用スラリを調整し、これを用
いて発熱部用グリーンシートをドクターブレード法等に
より形成する。以下、この発熱部用スラリを抵抗スラリ
と称することがある。
A binder and a solvent are added to the above raw materials,
The slurry for the heat generating part is adjusted by mixing, and the green sheet for the heat generating part is formed by using this slurry by the doctor blade method or the like. Hereinafter, the slurry for the heat generating portion may be referred to as a resistance slurry.

【0018】本発明のセラミック発熱素子をガス点火用
等の急速昇温発熱素子として使用する場合には、その抵
抗温度係数をm、発熱部の室温における抵抗値に対する
発熱部温度1000℃以上の抵抗値の比をR、素子温度
をTとしたとき成り立つ次式 R=mT/1000 が、図1のグラフに示したように、縦軸を上記抵抗比R
とし、横軸を素子温度Tとしたとき、R=T/1000
の直線とR=3T/1000の直線に囲まれた領域内に
あることが必要である。発熱部の抵抗温度係数を上記の
領域内に設定することにより、室温から1000℃まで
の昇温が5秒以内に達成でき、また1600℃以上に過
昇温しない素子が構成できる。発熱部の抵抗温度係数が
上記の範囲の下方に外れる場合には、1600℃を超え
る発熱を生じてしまい、上方に外れる場合には、迅速な
発熱を阻害する。
When the ceramic heating element of the present invention is used as a rapid temperature raising heating element for gas ignition or the like, its resistance temperature coefficient is m, and the resistance of the heating portion temperature is 1000 ° C. or more with respect to the resistance value of the heating portion at room temperature. When the ratio of the values is R and the element temperature is T, the following equation R = mT / 1000 is shown in the graph of FIG.
And the element temperature T on the horizontal axis, R = T / 1000
It is necessary to be within the region surrounded by the straight line of R and the straight line of R = 3T / 1000. By setting the temperature coefficient of resistance of the heat generating portion within the above range, it is possible to achieve a temperature rise from room temperature to 1000 ° C. within 5 seconds, and an element that does not overheat to 1600 ° C. or more. When the temperature coefficient of resistance of the heat generating portion deviates below the above range, heat generation exceeding 1600 ° C. occurs, and when it deviates upward, rapid heat generation is hindered.

【0019】上記発熱部は、セラミック絶縁層に支持さ
れていることが好ましい。
The heating portion is preferably supported by the ceramic insulating layer.

【0020】本発明のセラミック発熱素子は、例えば図
2に示されているような構造のものであることが好まし
い。このセラミック発熱素子は、電気絶縁性セラミック
焼結体層1と、この電気絶縁性セラミック焼結体層1の
両面のそれぞれの少なくとも一部に高抵抗の導電性セラ
ミック材料で層設された第1および第2高抵抗導電性セ
ラミック焼結体層2a、2b、および高抵抗の導電性セ
ラミック材料で前記第1および第2高抵抗導電性セラミ
ック焼結体層と一体的に形成された連結部分2cを有
し、前記第1および第2高抵抗導電性セラミック焼結体
層2a、2bの一方から前記連結部分2cを介して他方
に延びる電流路を形成した発熱部2と、前記第1および
第2高抵抗導電性セラミック焼結体層2a、2bと同一
面上あるいは該第1および第2高抵抗導電性セラミック
焼結体層2a、2bの表面上の少なくとも一部に低抵抗
の導電性材料で形成され、それぞれ該第1および第2高
抵抗導電性セラミック焼結体層と電気的に接続された第
1および第2リード部層3、4とを備えている。セラミ
ック発熱素子はまた、上記第1および第2リード部層に
接続された端子電極5、6を備えている。
The ceramic heating element of the present invention preferably has a structure as shown in FIG. 2, for example. This ceramic heating element includes an electrically insulating ceramic sintered body layer 1 and a first layer of electrically conductive ceramic material having a high resistance formed on at least a part of each of both surfaces of the electrically insulating ceramic sintered body layer 1. And second high resistance conductive ceramic sintered body layers 2a and 2b, and a connecting portion 2c integrally formed with the first and second high resistance conductive ceramic sintered body layers by a high resistance conductive ceramic material. And a heat generating portion 2 having a current path extending from one of the first and second high resistance conductive ceramics sintered body layers 2a, 2b to the other via the connecting portion 2c, and the first and second heat generating portions. 2. A low resistance conductive material on at least a part of the same surface as the high resistance conductive ceramic sintered body layers 2a, 2b or on the surfaces of the first and second high resistance conductive ceramic sintered body layers 2a, 2b. Formed by Has respectively a first and second first and second lead portions layers 3 and 4 which are connected high resistance conductive in the sintered ceramic layer electrically. The ceramic heating element also includes terminal electrodes 5, 6 connected to the first and second lead portion layers.

【0021】以上の構成においては、図から明らかなよ
うに、本発明の急速昇温発熱素子は、好ましくは全体と
して長方形の板状に形成されており、その長尺方向の端
部の先端部に発熱部2が形成されている。本明細書にお
いて「発熱部」とは、抵抗体のみならず電気絶縁性セラ
ミック焼結体層1の一部を含む場合もある。すなわち発
熱部は、実質的に発熱作用を担う部分であって、図示例
では、リード部層3、4の先端面より先端側を指し、こ
れらでは電気絶縁性セラミック焼結体層1の先端部を含
んでいる。
In the above structure, as is apparent from the figure, the rapid heating element of the present invention is preferably formed in a rectangular plate shape as a whole, and the tip of the end portion in the lengthwise direction is formed. The heat generating portion 2 is formed on the. In the present specification, the "heat generating portion" may include not only the resistor but also a part of the electrically insulating ceramic sintered body layer 1. That is, the heat-generating portion is a portion that substantially bears heat-generating action, and in the illustrated example, indicates the tip side from the tip surfaces of the lead layer layers 3 and 4. In these, the tip portion of the electrically insulating ceramic sintered body layer 1 is used. Is included.

【0022】上記電気絶縁性セラミック焼結体層は、金
属酸化物である絶縁性第1成分と、金属珪化物および/
または金属炭化物である導電性第2成分とを主体とする
セラミックで形成されている。この場合、絶縁性第1成
分のみを用いてもよいが、さらに導電性第2成分を含有
させることが好ましい。これにより耐久性が向上する。
The electrically insulating ceramic sintered body layer comprises an insulating first component which is a metal oxide, a metal silicide and /
Alternatively, it is formed of a ceramic mainly containing a conductive second component which is a metal carbide. In this case, only the insulating first component may be used, but it is preferable to further contain the conductive second component. This improves durability.

【0023】金属酸化物としては、酸化アルミニウム、
酸化ジルコニウム、酸化クロム、酸化チタン、酸化タン
タル、酸化アルミニウムマグネシウム、ムライト等のう
ち少なくとも一種の粉体が用いられる。
As the metal oxide, aluminum oxide,
At least one powder selected from zirconium oxide, chromium oxide, titanium oxide, tantalum oxide, magnesium aluminum oxide, mullite and the like is used.

【0024】また、上記金属珪化物としては、モリブデ
ン、タングステンおよびクロムの珪化物のうち少なくと
も一種の粉体が用いられる。そして、上記金属炭化物と
しては、シリコンおよびチタンの炭化物のうち少なくと
も一種の粉体が用いられる。上記第2成分としては、上
記のうち珪化物、特に珪化モリブデンを用いることが最
も好ましい。
As the metal silicide, at least one powder of molybdenum, tungsten and chromium silicide is used. As the metal carbide, at least one kind of powder of silicon and titanium carbide is used. Of the above, it is most preferable to use a silicide, especially molybdenum silicide, as the second component.

【0025】以上のうち、特に酸化アルミニウムと珪化
モリブデンを主成分とするセラミックで電気絶縁性セラ
ミック焼結体層を構成することが望ましい。発熱部と主
成分を同一にすることにより、発熱部と電気絶縁性セラ
ミック焼結体層との結合を良好なものとすることができ
る。
Of the above, it is particularly preferable to form the electrically insulating ceramic sintered body layer with a ceramic containing aluminum oxide and molybdenum silicide as main components. By making the heat generating portion and the main component the same, it is possible to improve the bonding between the heat generating portion and the electrically insulating ceramic sintered body layer.

【0026】電気絶縁性セラミック焼結体層1中の上記
絶縁性第1成分と導電性第2成分の組成比は、体積比で
10:0〜8:2、好ましくは10:0〜9.3:0.
7に設定することが望ましい。導電性第2成分が20体
積%を超えると、絶縁性第1成分による絶縁が崩れ、導
電性を持ちやすくなる。
The composition ratio of the insulating first component and the conductive second component in the electrically insulating ceramic sintered body layer 1 is 10: 0 to 8: 2 by volume, preferably 10: 0 to 9. 3: 0.
It is desirable to set to 7. When the conductive second component exceeds 20% by volume, the insulation due to the insulating first component breaks down and it becomes easier to have conductivity.

【0027】以上の原材料にバインダおよび溶媒を添加
し、混合することにより電気絶縁性セラミック焼結体層
1用スラリが調整される。以下、このスラリを絶縁性ス
ラリと称することがある。
The slurry for the electrically insulating ceramic sintered body layer 1 is adjusted by adding a binder and a solvent to the above raw materials and mixing them. Hereinafter, this slurry may be referred to as an insulating slurry.

【0028】第1および第2リード部層3および4も上
記電気絶縁性セラミック焼結体層1と同様、金属酸化物
である絶縁性第1成分と、金属珪化物および/または金
属炭化物である導電性第2成分を主体とするセラミック
で形成されている。この際、導電性第2成分のみを用い
てもよいが、耐久性等の点では絶縁性第2成分を添加す
ることが好ましい。金属酸化物、金属珪化物および金属
炭化物としては、上記と同様のものを用いることができ
る。この第1および第2リード部層においても、上記電
気絶縁性セラミック焼結体層の場合と同様、酸化アルミ
ニウムと珪化モリブデンを用いることが望ましい。電気
絶縁性セラミック焼結体層や発熱部と同一の材料を用い
ることにより、これらと第1および第2リード部層との
結合が特に良好なものとなるからである。
The first and second lead portion layers 3 and 4 are also an insulating first component which is a metal oxide and a metal silicide and / or a metal carbide, like the electrically insulating ceramic sintered body layer 1. It is formed of a ceramic containing a conductive second component as a main component. At this time, only the conductive second component may be used, but it is preferable to add the insulating second component in terms of durability and the like. As the metal oxide, metal silicide and metal carbide, the same ones as described above can be used. It is desirable to use aluminum oxide and molybdenum silicide in the first and second lead layers as in the case of the electrically insulating ceramic sintered body layer. By using the same material as the electrically insulating ceramic sintered body layer and the heat generating portion, the coupling between these and the first and second lead portion layers becomes particularly good.

【0029】第1および第2リード部層における絶縁性
第1成分と導電性第2成分の組成比は、体積比で5:5
〜0:10、好ましくは5:5〜1:9に設定すること
が望ましい。導電性第2成分が50体積%未満ではリー
ド部層での発熱が多くなりすぎる。
The composition ratio of the insulating first component and the conductive second component in the first and second lead layers is 5: 5 by volume.
It is desirable to set it to ˜0: 10, preferably 5: 5 to 1: 9. When the content of the conductive second component is less than 50% by volume, heat generation in the lead layer becomes too large.

【0030】以上の原材料にバインダおよび溶媒を添加
し、混合することによりリード部層用スラリが調整され
る。以下、このスラリを導電性スラリと称することがあ
る。
The slurry for the lead layer is adjusted by adding a binder and a solvent to the above raw materials and mixing them. Hereinafter, this slurry may be referred to as a conductive slurry.

【0031】絶縁性第1成分と導電性第2成分は、それ
ぞれ1〜50μm 程度および1〜50μm 程度のグレイ
ンサイズとされる。
The insulating first component and the conductive second component have grain sizes of about 1 to 50 μm and about 1 to 50 μm, respectively.

【0032】この第1および第2リード部層は、場合に
よっては、セラミック層でなく、金属あるいは合金の焼
付け、溶射、めっき、スパッタ等による層であってもよ
い。用いることのできる金属としては、例えば、白金、
パラジウム、合金としては、ステンレス、ニッケル−ク
ロム−アルミニウム、コバルト、イットリウム系の合金
Ni−Cr−Al−Y、Co−Cr−Al−Y、Ni−
Co−Cr−Al−Y、Ni−Crが挙げられる。
In some cases, the first and second lead portion layers may be layers formed by baking, spraying, plating, sputtering, etc., of a metal or alloy instead of the ceramic layers. Examples of metals that can be used include platinum,
As palladium and alloys, stainless steel, nickel-chromium-aluminum, cobalt, yttrium-based alloys Ni-Cr-Al-Y, Co-Cr-Al-Y, Ni-
Co-Cr-Al-Y and Ni-Cr are mentioned.

【0033】上記端子電極は、パラジウム、銀、ニッケ
ル、アルミニウム、はんだ等により形成される。パラジ
ウム、銀、ニッケルの場合には、焼付けで、アルミニウ
ムの場合には溶射により形成される。
The terminal electrodes are made of palladium, silver, nickel, aluminum, solder or the like. In the case of palladium, silver and nickel, it is formed by baking, and in the case of aluminum, it is formed by thermal spraying.

【0034】以上のセラミック発熱素子は、その厚さを
100〜2000μm の範囲、その幅を200〜500
0μm 、好ましくは 800〜3000μm の範囲、そ
の長さを15〜70mm、好ましくは25〜50mmの範囲
に設定することが望ましい。
The above ceramic heating element has a thickness of 100 to 2000 μm and a width of 200 to 500 μm.
It is desirable to set the length to 0 μm, preferably 800 to 3000 μm, and the length to 15 to 70 mm, preferably 25 to 50 mm.

【0035】厚さが上記の範囲未満では機械的強度が弱
く、上記範囲を超えると、熱容量が大きくなりすぎ昇温
速度が遅くなるとともに、耐熱衝撃性が低下し、急速昇
温時にクラックの発生の原因となる。幅が上記の範囲未
満では機械的強度が弱く取扱いが難しくなるとともに、
発熱容量が小さくなってくる。また、長時間使用で導電
体の酸化が進むと、酸化層の比率が高くなり易く、酸化
の影響を強く受けるようになってくる。一方、上記範囲
を超えると、熱容量が大きくなりすぎ昇温速度が遅くな
ってくる。また、放熱面積が大きくなってからも、昇温
が遅くなってくる。さらに、耐熱衝撃性が低下し、急速
昇温時にクラック発生の原因となってくる。
When the thickness is less than the above range, the mechanical strength is weak, and when the thickness is more than the above range, the heat capacity becomes too large and the temperature rising rate becomes slow, and the thermal shock resistance decreases, and cracks are generated at the time of rapid temperature rising. Cause of. If the width is less than the above range, the mechanical strength is weak and handling becomes difficult.
The heat generation capacity becomes smaller. Further, when the oxidation of the conductor progresses after a long period of use, the ratio of the oxide layer is likely to increase, and the influence of the oxidation becomes stronger. On the other hand, when it exceeds the above range, the heat capacity becomes too large and the temperature rising rate becomes slow. Moreover, even if the heat dissipation area becomes large, the temperature rise becomes slow. Further, the thermal shock resistance is lowered, which causes a crack to occur when the temperature is rapidly raised.

【0036】また、素子の長さが上記の範囲未満である
と、端子電極を発熱部から十分に離して設置することが
困難となり、端子電極の部分の温度が高くなってくる。
一方、長さが上記の範囲を超えると、機械的な衝撃等に
弱くなり、取扱いが難しくなってくる。
If the length of the element is less than the above range, it becomes difficult to install the terminal electrode sufficiently apart from the heat generating portion, and the temperature of the terminal electrode portion becomes high.
On the other hand, when the length exceeds the above range, it becomes vulnerable to mechanical shock and the like, and it becomes difficult to handle.

【0037】上記電気絶縁性セラミック焼結体層1およ
び第1および第2高抵抗導電性セラミック焼結体層2
a、2bの厚さは、共に1〜1000μm 、好ましくは
10〜500μm の範囲に設定することが望ましい。1
μm 未満では、機械的強度がもたず、またスルーホール
等が発生し易くなり、電気的に短絡し易くなってくる。
一方、1000μm を超えると、熱容量が大きくなり、
昇温速度が遅くなると同時に、急昇温による熱衝撃で素
子が破壊し易くなってくる。
The electrically insulating ceramic sintered body layer 1 and the first and second high resistance conductive ceramic sintered body layers 2
It is desirable that the thicknesses of a and 2b are both set in the range of 1 to 1000 μm, preferably 10 to 500 μm. 1
If it is less than μm, it has no mechanical strength, and it tends to cause through holes and the like, which easily causes an electrical short circuit.
On the other hand, when it exceeds 1000 μm, the heat capacity becomes large,
At the same time that the temperature rising rate becomes slower, the element is more likely to be destroyed by the thermal shock caused by the sudden temperature rise.

【0038】上記発熱部全体の厚さは、100〜200
0μm 、好ましくは500〜1000μm の範囲に設定
することが望ましい。100μm 未満では機械的強度が
もたず、使用に耐えなくなってくる。また、長時間使用
していると、導電体中に発生する酸化層と反応し、絶縁
劣化が起きやすくなる。一方、2000μm を超える
と、熱容量が大きくなりすぎ、昇温に時間がかかり、耐
熱衝撃性も低下してくる。さらに、発熱特性の点から、
発熱部の連結部分2cは、電気絶縁性セラミック焼結体
層の先端側に200〜2000μm 存在することが望ま
しい。そして、第1および第2高抵抗導電性セラミック
焼結体層2a、2bは、電気絶縁性セラミック焼結体層
1上に最小100μm 、特に最小500μm 、最大電気
絶縁性セラミック焼結体層1の長さで存在することが望
ましい。このような長さとすることにより、発熱部の均
熱領域が広がり、繰り返し昇温によるクラックの発生等
が減少し、耐熱衝撃性、耐久性が向上する。
The total thickness of the heat generating portion is 100 to 200.
It is desirable to set it in the range of 0 μm, preferably 500 to 1000 μm. If it is less than 100 μm, it has no mechanical strength and cannot be used. In addition, if it is used for a long time, it reacts with the oxide layer generated in the conductor, and the insulation deterioration easily occurs. On the other hand, if it exceeds 2000 μm, the heat capacity becomes too large, it takes time to raise the temperature, and the thermal shock resistance also decreases. Furthermore, in terms of heat generation characteristics,
It is desirable that the connecting portion 2c of the heat generating portion should be 200 to 2000 μm on the tip side of the electrically insulating ceramic sintered body layer. The first and second high resistance conductive ceramic sintered body layers 2a, 2b are formed on the electrically insulating ceramic sintered body layer 1 with a minimum of 100 μm, particularly a minimum of 500 μm, and a maximum of the maximum electrically insulating ceramic sintered body layer 1. It is desirable to exist in length. With such a length, the soaking area of the heat generating portion is expanded, the occurrence of cracks due to repeated temperature rise is reduced, and the thermal shock resistance and durability are improved.

【0039】なお、第1および第2リード部層3、4の
厚さは、1〜1000μm 程度とする。
The thickness of the first and second lead portion layers 3 and 4 is about 1 to 1000 μm.

【0040】図示されてはいないが、セラミック発熱素
子は、外表面が化学的、熱的に安定な耐熱性、耐酸化性
の保護膜で被覆されていることが好ましい。
Although not shown, it is preferable that the outer surface of the ceramic heating element is covered with a chemically and thermally stable heat-resistant and oxidation-resistant protective film.

【0041】上記保護膜は、シリカ、アルミナおよびク
ロミア等の一種以上で形成されていることが好ましい。
上記保護膜としては、特にシリカで形成されていること
が好ましい。また、この保護膜の厚さは、0.1〜10
0μm 程度とされる。そして、この保護膜は、酸化処理
法、上記金属の溶液中にディッピングする方法、ゾルゲ
ル法、塗布法等で形成することができる。酸化処理法の
なかでも、特に、酸化性雰囲気、例えば空気中にて、素
子に通電して、通常使用状態より高温に発熱させ、素子
の表面にシリカを形成する方法が最も望ましい。
The protective film is preferably formed of one or more of silica, alumina and chromia.
The protective film is preferably formed of silica. The thickness of this protective film is 0.1-10.
It is about 0 μm. Then, this protective film can be formed by an oxidation treatment method, a method of dipping in the metal solution, a sol-gel method, a coating method, or the like. Among the oxidation treatment methods, the method of forming silica on the surface of the element by energizing the element in an oxidizing atmosphere such as air to generate heat at a temperature higher than that in normal use is most preferable.

【0042】このようなセラミック発熱素子、特にセラ
ミック急速昇温発熱素子においては、熱容量を大きくし
ようとしてサイズを大きくすると、急昇温による熱膨張
によって、発熱部にクラックが生じたり、破壊してしま
うおそれがあった。このような問題は、特に熱膨張率の
大きな珪化モリブデンを使用する際に顕著となる。
In such a ceramic heating element, especially in a ceramic rapid heating element, if the size is increased in order to increase the heat capacity, the thermal expansion due to the rapid heating causes cracks or breakage in the heating portion. There was a fear. Such a problem becomes remarkable particularly when using molybdenum silicide having a large coefficient of thermal expansion.

【0043】そこで、本発明においては、熱膨張によっ
て生じる応力を、構造の改善により緩和し、上記のクラ
ックや破壊を抑制する。すなわち、本発明のセラミック
発熱素子においては、発熱部に、例えばスリットや微小
開口である応力緩和用空隙を設けて、発熱部を実質的に
分断し、各部分の応力を抑制し、これによって発熱部全
体としてのクラックまたは破壊を防止することが好まし
い。
Therefore, in the present invention, the stress caused by the thermal expansion is relaxed by improving the structure, and the above-mentioned cracks and breakages are suppressed. That is, in the ceramic heat generating element of the present invention, the heat generating portion is provided with a stress relaxation void such as a slit or a minute opening to substantially divide the heat generating portion and suppress the stress of each portion, thereby generating heat. It is preferable to prevent cracking or destruction of the entire part.

【0044】次に、本発明によるセラミック昇温発熱素
子の製造方法について説明する。以下の説明において
は、上記の図2に示した構造のセラミック昇温発熱素子
の製造について説明する。
Next, a method of manufacturing the ceramic heating element according to the present invention will be described. In the following description, the manufacture of the ceramic heating element having the structure shown in FIG. 2 will be described.

【0045】この製造にあたっては、まず、電気絶縁性
セラミック焼結体層、発熱部および第1および第2リー
ド部層の原材料の調合が行なわれる。
In this manufacturing, first, raw materials for the electrically insulating ceramic sintered body layer, the heat generating portion and the first and second lead portion layers are prepared.

【0046】この調合は、絶縁性第1成分(以下、発熱
部の主成分である酸化アルミニウムも絶縁性第1成分と
称することがある)の粉体と、導電性第2成分(以下、
発熱部の主成分である珪化モリブデンも導電性第2成分
と称することがある)の粉体を、上記電気絶縁性セラミ
ック焼結体層、発熱部および第1および第2リード部層
用として、上記の組成比で計量し、それらに上記のよう
な金属炭化物である添加物、バインダおよび溶剤を添加
することによって行なわれる。なお、以下の記載におい
て、発熱部の主成分である酸化アルミニウムを絶縁性第
1成分、二珪化モリブデンを導電性第2成分と称するこ
とがある。
This preparation was carried out by using a powder of an insulating first component (hereinafter, aluminum oxide, which is the main component of the heat generating portion, may also be referred to as an insulating first component) and a conductive second component (hereinafter
Molybdenum silicide, which is the main component of the heat generating portion, may also be referred to as the conductive second component), powder for the electrically insulating ceramic sintered body layer, the heat generating portion and the first and second lead portion layers, It is carried out by measuring the above composition ratios and adding thereto the additives such as the metal carbide, the binder and the solvent as described above. In the following description, aluminum oxide, which is the main component of the heat generating portion, may be referred to as an insulating first component, and molybdenum disilicide may be referred to as a conductive second component.

【0047】調合された材料は、例えばボールミルで混
合されて、上記の絶縁性スラリ、抵抗スラリおよび導電
性スラリであるスラリとされる。混合時間は、例えば3
〜24時間程度とすればよい。これらのスラリを用い
て、各グリーンシートが形成される。
The prepared materials are mixed by, for example, a ball mill to obtain the above-mentioned insulating slurry, resistance slurry and conductive slurry. Mixing time is, for example, 3
It may be about 24 hours. Each green sheet is formed using these slurries.

【0048】この後、各グリーンシートを、断面が図2
の構造となるようにして積層する。この積層は、圧力5
0〜2000kg/cm2 、温度50〜150℃の条件
で熱圧着により行なわれる。
After that, the cross section of each green sheet is shown in FIG.
Are laminated so as to have the structure of. This stack has a pressure of 5
It is carried out by thermocompression bonding under the conditions of 0 to 2000 kg / cm 2 and a temperature of 50 to 150 ° C.

【0049】この後、カッタにより各素子形状に短冊状
に切断される。この場合、最高でも長方形の4辺を切断
すればよい。
After that, each element is cut into strips by a cutter. In this case, at most, four sides of the rectangle may be cut.

【0050】上記切断の後、脱バインダ処理および焼成
を行なう。脱バインダ処理は、例えば次の条件で行なう
こととが望ましい。
After the cutting, binder removal processing and firing are performed. The binder removal processing is desirably performed under the following conditions, for example.

【0051】昇温速度:6〜300℃/時間、特に30
〜120℃/時間 保持温度:900〜1100℃/、特に950〜105
0℃ 保持時間:1〜24時間、特に5〜20時間 雰囲気 :空気、窒素ガス、アルゴンガス、窒素ガス−
水素−水蒸気
Rate of temperature rise: 6 to 300 ° C./hour, especially 30
~ 120 ° C / hour Holding temperature: 900-1100 ° C /, especially 950-105
0 ° C. Holding time: 1 to 24 hours, especially 5 to 20 hours Atmosphere: Air, nitrogen gas, argon gas, nitrogen gas −
Hydrogen-steam

【0052】焼成は、例えば次の条件で行なうことが望
ましい。
The firing is preferably performed under the following conditions, for example.

【0053】昇温速度:300〜2000℃/時間、特
に500〜1000℃/時間 保持温度:1400〜1850℃/、特に1700〜1
800℃ 保持時間:0.5〜3時間、特に1〜2時間 冷却速度:300〜2000℃/時間、特に500〜1
000℃/時間
Temperature rising rate: 300 to 2000 ° C./hour, especially 500 to 1000 ° C./hour Holding temperature: 1400 to 1850 ° C. /, especially 1700 to 1
800 ° C. Holding time: 0.5 to 3 hours, especially 1 to 2 hours Cooling rate: 300 to 2000 ° C./hour, especially 500 to 1
000 ° C / hour

【0054】焼成雰囲気は、真空、アルゴンガス、ヘリ
ウムガス、水素ガス等とすることができる。
The firing atmosphere may be vacuum, argon gas, helium gas, hydrogen gas or the like.

【0055】次に、第1および第2リード部層の表面の
所定位置に銀等を焼付け等して端子電極を形成して、セ
ラミック昇温発熱素子の製造を完了する。さらには、リ
ード線を電気的に接続し、ソケットに固定してもよい。
Next, silver or the like is baked at predetermined positions on the surfaces of the first and second lead layers to form terminal electrodes, and the manufacture of the ceramic heating element is completed. Further, the lead wire may be electrically connected and fixed to the socket.

【0056】以上のようにして得られた素子の焼結体の
表面には、上記保護層が形成される。この保護膜の形成
は、酸化性雰囲気中にて、素子に通電し、高温に発熱さ
せることにより行なわれる。保護膜の形成温度は、通常
使用状態における温度より高温であることが好ましい。
例えば、通常使用状態における温度が1300℃である
場合には、これ以上の温度、特に1400℃以上とする
ことが望ましい。従って、発熱部における上記金属炭化
物の添加はこの発熱温度を考慮して決定することが望ま
しい。
The protective layer is formed on the surface of the sintered body of the element obtained as described above. This protective film is formed by energizing the device in an oxidizing atmosphere to generate heat at a high temperature. The protective film is preferably formed at a temperature higher than the temperature in normal use.
For example, when the temperature in a normal use state is 1300 ° C., it is desirable to set the temperature higher than this, especially 1400 ° C. or higher. Therefore, it is desirable to determine the addition of the metal carbide in the heat generating part in consideration of this heat generating temperature.

【0057】保護膜の形成は、上記の他、被覆材料が分
散された分散液中、あるいは金属アルコキシドまたは被
覆材料を分散したアルコキシド溶液中に浸漬して行なっ
たり、被覆材料がシリカの場合には、シリコン樹脂を焼
結体表面に塗布し、これを焼くことによっても行なうこ
とができる。なお、以上のような分散液中への浸漬によ
って保護膜を形成する場合には、端子電極の形成は、保
護膜の形成後に行なわれる。
In addition to the above, the protective film is formed by immersing it in a dispersion liquid in which the coating material is dispersed, or in a metal alkoxide or an alkoxide solution in which the coating material is dispersed, or when the coating material is silica. It is also possible to apply a silicon resin to the surface of the sintered body and bake it. When the protective film is formed by immersion in the dispersion liquid as described above, the terminal electrode is formed after the protective film is formed.

【0058】以上により製造された本発明の急速昇温発
熱素子は、ガス着火器等に用いられ、その駆動電圧は、
例えばカーバッテリの12Vから400V程度が印加さ
れる。
The rapid heating element of the present invention manufactured as described above is used for a gas igniter or the like, and its driving voltage is
For example, about 12V to 400V of the car battery is applied.

【0059】[0059]

【実施例】以下、本発明の具体的実施例を示し、本発明
をさらに詳細に説明する。
EXAMPLES The present invention will be described in more detail below by showing specific examples of the present invention.

【0060】MoSi2 /Al2 3 =3/7の体積比
の混合物に対し、サンプル1〜8用としてTiCを体積
比で0,0.001,0.01,0.1,1,5,1
0,15添加し、1リットルのアルミナ製ポットに総量
100gを入れ、その中に直径5mmのアルミナ製ボール
を0.5リットル入れ、エタノール中で24時間湿式混
合した。使用原料の平均粒径は0.5μm であった。
With respect to the mixture having a volume ratio of MoSi 2 / Al 2 O 3 = 3/7, TiC was used for Samples 1 to 8 in a volume ratio of 0,0.001,0.01,0.1,1,5. , 1
0,15 was added, and a total amount of 100 g was put in a 1-liter alumina pot, and 0.5 liter of alumina balls having a diameter of 5 mm was put therein, and wet-mixed in ethanol for 24 hours. The average particle size of the raw material used was 0.5 μm.

【0061】混合後、混合物を耐熱性ポリバットに入
れ、空気中100℃で乾燥させ、さらにアルミナ乳鉢で
十分に混合した。
After mixing, the mixture was placed in a heat resistant polybat, dried in air at 100 ° C., and further thoroughly mixed in an alumina mortar.

【0062】ついで、上記混合物を棒状の金型に入れ、
1t/cm2 の成形圧で成形した。
Then, the above mixture is put into a rod-shaped mold,
It was molded at a molding pressure of 1 t / cm 2 .

【0063】成形後、この成形体を黒鉛ヒータを用いて
アルゴンガス雰囲気中で1800℃で焼成した。180
0℃での温度保持は2時間行なった。冷却は、自然放冷
により行なった。
After molding, this molded body was fired at 1800 ° C. in an argon gas atmosphere using a graphite heater. 180
The temperature was kept at 0 ° C. for 2 hours. Cooling was performed by natural cooling.

【0064】以上のようにして得られた焼結体を図10
に示すようにダイヤモンドカッタで加工した。なお、厚
さは1mmであった。
FIG. 10 shows the sintered body obtained as described above.
It processed with the diamond cutter as shown in. The thickness was 1 mm.

【0065】ついで、上記加工品を空気中にて1400
℃で1時間熱処理し、表面にシリカの保護膜を形成し
た。
Then, the above processed product was subjected to 1400 in air.
Heat treatment was performed at 1 ° C. for 1 hour to form a silica protective film on the surface.

【0066】最後に、導電部のシリカ膜をサンドペーパ
で除去し、そこにMo30−Ni70(重量比)の電極
Pを焼付け、さらにNi被覆の銅線を上記電極Pに溶接
し、素子のサンプル No.1〜8を形成した。
Finally, the silica film of the conductive portion was removed by sandpaper, an electrode P of Mo30-Ni70 (weight ratio) was baked there, and a Ni-coated copper wire was welded to the electrode P to obtain a sample No. of the element. .1-8 was formed.

【0067】得られたサンプルにつき、抵抗比R、素子
温度1000℃までの昇温時間、飽和温度を求めた。上
記抵抗比Rは、室温での抵抗値Rr(単位Ω)および1
100℃での抵抗値R1100(単位Ω)をアドバンテスト
製のデジタルマルチメータで測定し、抵抗値R1100を抵
抗値Rrで除して求めた。測温は、チノ製二色光温度計
を使用して行なった。結果を表1に示す。
With respect to the obtained sample, the resistance ratio R, the heating time to the device temperature of 1000 ° C., and the saturation temperature were determined. The resistance ratio R is a resistance value Rr at room temperature (unit: Ω) and 1
The resistance value R 1100 (unit: Ω) at 100 ° C. was measured with a digital multimeter manufactured by Advantest, and the resistance value R 1100 was divided by the resistance value Rr. The temperature measurement was performed using a two-color thermometer manufactured by Chino. The results are shown in Table 1.

【0068】[0068]

【表1】 [Table 1]

【0069】表1から分かるように、TiCを0.01
〜10体積%添加した場合、Rが3〜1の範囲となり、
1000℃までの昇温時間が3秒以下の急速昇温が可能
となり、しかも発熱温度が1600℃以下に制限された
素子を得ることができる。
As can be seen from Table 1, TiC is 0.01
When added in an amount of 10 to 10% by volume, R is in the range of 3 to 1,
It is possible to rapidly raise the temperature to 1000 ° C. for 3 seconds or less, and obtain an element in which the heat generation temperature is limited to 1600 ° C. or less.

【0070】次に、添加種をTiCに変えて、ZrC、
WC、TaC、NbC、HfCおよびMoCを表2に示
した添加量添加した他は、上記と同様にして素子のサン
プルを作製し、上記抵抗比Rを測定した。その結果を表
2に示した。
Next, by changing the additive species to TiC, ZrC,
A device sample was prepared in the same manner as above except that WC, TaC, NbC, HfC and MoC were added in the amounts shown in Table 2, and the resistance ratio R was measured. The results are shown in Table 2.

【0071】[0071]

【表2】 [Table 2]

【0072】この表から分かるように、添加種としてT
iCに変えて、ZrC、WC、TaC、NbC、HfC
およびMoCとした場合にも、上記と同様の特性が得ら
れることがわかる。
As can be seen from this table, T as an additive species
ZrC, WC, TaC, NbC, HfC instead of iC
It can be seen that also when MoC and MoC are used, the same characteristics as described above can be obtained.

【0073】次に、図2に示した構造の素子を作製し、
発熱試験を行なった。
Next, an element having the structure shown in FIG.
An exothermic test was conducted.

【0074】素子の作製にあたって、上記電気絶縁性セ
ラミック焼結体層、発熱部および第1および第2リード
部層のセラミックの主成分として、共通してAl2 3
とMoSi2 を用い、次のように配合した。なお、発熱
部の材料としては、上記サンプルNo. 5と同じものを用
いた。したがって、TiCを1体積%添加した。
In the fabrication of the device, Al 2 O 3 is commonly used as the main component of the ceramics of the electrically insulating ceramic sintered body layer, the heat generating portion and the first and second lead portion layers.
And MoSi 2 were used and blended as follows. The same material as the sample No. 5 was used as the material of the heat generating part. Therefore, 1% by volume of TiC was added.

【0075】 Al2 3 MoSi2 電気絶縁性セラミック焼結体層 100体積% 0体積% (絶縁層) 発熱部(抵抗層) 70体積% 30体積% 第1および第2リード部層(導電体) 20体積% 80体積% 粉体平均粒径 0.4μm 2μm バインダ メタアクリル系バインダ 溶剤 トルエンAl 2 O 3 MoSi 2 Electrically Insulative Ceramic Sintered Body Layer 100% by Volume 0% by Volume (Insulating Layer) Heating Section (Resistance Layer) 70% by Volume 30% by Volume First and Second Lead Section Layers (Conductor) ) 20% by volume 80% by volume Average particle size of powder 0.4 μm 2 μm Binder Methacrylic binder Solvent Toluene

【0076】以上をボールミルで24時間混合してスラ
リをそれぞれ作製し、これらを用いてドクターブレード
法によりシートを作製し、さらに図2に示された構造
(端子電極含まず)になるように、各々のシートを所定
寸法に切断した。更に、各シートを金型中に積層し、1
20℃、500kg/cm2 の条件で処理し、絶縁層、
抵抗層および導電層の各部を接着させ、図2の構造の成
形体を得た。
The above was mixed in a ball mill for 24 hours to prepare slurries, and these were used to prepare a sheet by the doctor blade method. Further, a sheet (not including a terminal electrode) was formed into a sheet as shown in FIG. Each sheet was cut into a predetermined size. Further, stack each sheet in a mold, and
Treated under the conditions of 20 ° C. and 500 kg / cm 2 , the insulating layer,
The respective parts of the resistance layer and the conductive layer were adhered to obtain a molded product having the structure of FIG.

【0077】次いで、上記成形体を、アルミナ製管状炉
の中で、窒素ガス雰囲気中で脱バインダ処理を行なっ
た。昇温速度1℃/分で、1000℃まで昇温し、この
温度で1時間保持した後、自然放冷した。
Next, the molded body was subjected to binder removal treatment in a nitrogen gas atmosphere in an alumina tubular furnace. The temperature was raised to 1000 ° C. at a temperature rising rate of 1 ° C./min, and the temperature was maintained for 1 hour, and then naturally cooled.

【0078】次に、アルゴンガス雰囲気中にて、焼成を
行なった。この焼成は、まず、室温より1400℃まで
1時間で昇温し、この後、1400℃から1800℃ま
で30分で昇温した。この温度で1時間保持し、その
後、300℃/分の速度で冷却して焼成を行なった。た
だし、800℃以下は自然冷却した。
Next, firing was performed in an argon gas atmosphere. In this firing, first, the temperature was raised from room temperature to 1400 ° C. in 1 hour, and then from 1400 ° C. to 1800 ° C. in 30 minutes. The temperature was maintained for 1 hour, and then the material was cooled at a rate of 300 ° C./minute and fired. However, it was naturally cooled below 800 ° C.

【0079】さらに、素子全体にシリコーンを塗布し、
空気中1400℃で、1時間加熱処理して厚さ約1μm
のSiO2 緻密膜であるシリカ保護膜を形成した。この
後、端子電極の部分の保護膜をサンドブラストで削り、
この部分に銀電極を焼付け、急速昇温発熱素子のサンプ
ルとした。素子寸法は、2.0(幅)×25.0(長
さ)×1.0(厚さ)mmである。
Further, silicone is applied to the entire element,
Heat treatment in air at 1400 ° C for 1 hour to a thickness of about 1 μm
A silica protective film which is a dense SiO 2 film was formed. After this, sandblast the protective film on the terminal electrode,
A silver electrode was baked on this portion to make a sample of a rapid heating element. The element dimensions are 2.0 (width) × 25.0 (length) × 1.0 (thickness) mm.

【0080】以上のサンプルにつき、次の条件で発熱試
験を行なった。 初期抵抗値:5Ω 印加電圧 :20V 負荷 :27W
An exothermic test was conducted on the above samples under the following conditions. Initial resistance value: 5Ω Applied voltage: 20V Load: 27W

【0081】発熱温度等は、実施例および比較例のサン
プル共に通電開始後2秒で1000℃に達し、4秒で最
高値(飽和温度)の1480℃に達し、通電停止後20
秒で約90℃まで降温した。また、素子の抵抗温度係数
はR=T/1000で示される直線、およびR=3T/
1000で示される直線で囲まれた領域内であった。
The heat generation temperature and the like of both the samples of Examples and Comparative Examples reached 1000 ° C. in 2 seconds after the start of energization, reached the maximum value (saturation temperature) of 1480 ° C. in 4 seconds, and 20 after the stop of energization.
The temperature was lowered to about 90 ° C. in seconds. Further, the temperature coefficient of resistance of the element is a straight line indicated by R = T / 1000, and R = 3T /
It was within the area surrounded by the straight line indicated by 1000.

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

【図1】本発明のセラミック発熱素子における好ましい
抵抗温度係数を説明するためのグラフ図である。
FIG. 1 is a graph for explaining a preferable temperature coefficient of resistance in a ceramic heating element of the present invention.

【図2】本発明のセラミック発熱素子の全体構造の一例
を示す斜視図である。
FIG. 2 is a perspective view showing an example of the overall structure of the ceramic heating element of the present invention.

【図3】本発明の効果を確認するために形成されたセラ
ミック発熱素子のサンプルの構造を示す平面図である。
FIG. 3 is a plan view showing a structure of a sample ceramic heating element formed to confirm the effects of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 電気絶縁性セラミック焼結体層 2 発熱部 2a、2b 第1および第2高抵抗導電性セラミック焼
結体層 2c 連結部分 3、4 第1および第2リード部層 5、6 端子電極
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Electrically insulating ceramics sintered body layer 2 Heating parts 2a, 2b 1st and 2nd high resistance conductive ceramics sintered body layer 2c Connection part 3, 4 1st and 2nd lead part layers 5, 6 Terminal electrode

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 三木 信之 東京都中央区日本橋一丁目13番1号 ティ ーディーケイ株式会社内 (72)発明者 淀川 正忠 東京都中央区日本橋一丁目13番1号 ティ ーディーケイ株式会社内 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Nobuyuki Miki 1-13-1 Nihonbashi, Chuo-ku, Tokyo TDC Corporation (72) Masatada Yodogawa 1-13-1 Nihonbashi, Chuo-ku, Tokyo TDC Within the corporation

Claims (12)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 発熱部が、1×10-2〜5×100 Ωcm
の比抵抗をもち珪化モリブデン−酸化アルミニウム混合
系材料を主成分とし、添加物として、Zr、W、Ta、
Ti、Nb、HfおよびMoの炭化物のうち少なくとも
一種を総量で0.01〜10体積%含有するセラミック
焼結体で構成されたセラミック発熱素子。
1. The heat generating portion is 1 × 10 −2 to 5 × 10 0 Ωcm.
Of which the main component is a molybdenum silicide-aluminum oxide mixed system material, and Zr, W, Ta, and
A ceramic heating element constituted by a ceramic sintered body containing at least one kind of carbides of Ti, Nb, Hf and Mo in a total amount of 0.01 to 10% by volume.
【請求項2】 前記添加物を総量で0.05〜5体積%
含有する請求項1のセラミック発熱素子。
2. The total amount of the additives is 0.05 to 5% by volume.
The ceramic heating element according to claim 1, which contains.
【請求項3】 縦軸を発熱部温度20℃の比抵抗に対す
る発熱部温度1000℃以上の比抵抗の比Rとし、横軸
を素子温度Tとしたとき、発熱部がR=T/1000の
直線とR=3T/1000の直線に囲まれた領域内の抵
抗温度係数を備えた請求項1または2のセラミック発熱
素子。
3. When the vertical axis represents the ratio R of the specific resistance of the heating portion temperature of 1000 ° C. or more to the specific resistance of the heating portion temperature of 20 ° C. and the horizontal axis represents the element temperature T, R of the heating portion is T = T / 1000. The ceramic heating element according to claim 1 or 2, which has a temperature coefficient of resistance in a region surrounded by a straight line and a straight line of R = 3T / 1000.
【請求項4】 発熱部の材料の主成分である珪化モリブ
デンと酸化アルミニウムの組成比が、体積比で40/6
0〜15/85である請求項1ないし3のいずれかのセ
ラミック発熱素子。
4. The composition ratio of molybdenum silicide and aluminum oxide, which are the main components of the material of the heat generating portion, is 40/6 in volume ratio.
The ceramic heating element according to any one of claims 1 to 3, which is 0 to 15/85.
【請求項5】 前記発熱部がセラミック絶縁層に支持さ
れた請求項1ないし4のいずれかのセラミック発熱素
子。
5. The ceramic heating element according to claim 1, wherein the heating portion is supported by a ceramic insulating layer.
【請求項6】 前記発熱部が、電気絶縁性セラミック焼
結体層の両面のそれぞれの少なくとも一部に高抵抗の導
電性セラミック材料で層設された第1および第2高抵抗
導電性セラミック焼結体層、および高抵抗の導電性セラ
ミック材料で前記第1および第2高抵抗導電性セラミッ
ク焼結体層と一体的に形成された連結部分を有し、この
発熱部において、前記第1および第2高抵抗導電性セラ
ミック焼結体層の一方から前記連結部分を介して他方に
延びる電流路が形成された請求項1ないし5のいずれか
のセラミック発熱素子。
6. The first and second high resistance conductive ceramic calcinations wherein the heat generating portion is layered with a high resistance conductive ceramic material on at least a part of each of both surfaces of the electrically insulating ceramic sintered body layer. And a connecting part integrally formed with the first and second high resistance conductive ceramics sintered body layers by a high resistance conductive ceramic material. 6. The ceramic heating element according to claim 1, wherein a current path extending from one of the second high resistance conductive ceramic sintered body layers to the other through the connecting portion is formed.
【請求項7】 前記第1および第2高抵抗導電性セラミ
ック焼結体層と同一面上あるいは該第1および第2高抵
抗導電性セラミック焼結体層の表面上の少なくとも一部
に、低抵抗の導電性材料で形成され、それぞれ該第1お
よび第2高抵抗導電性セラミック焼結体層に電気的に接
続された第1および第2リード部層を備えた請求項6の
セラミック発熱素子。
7. A low-resistivity layer is formed on the same surface as the first and second high resistance conductive ceramics sintered body layers or at least a part of the surface of the first and second high resistance conductive ceramics sintered body layers. 7. The ceramic heating element according to claim 6, further comprising first and second lead portion layers formed of a resistive conductive material and electrically connected to the first and second high resistance conductive ceramic sintered body layers, respectively. .
【請求項8】 前記第1および第2リード部層が、低抵
抗の導電性セラミック材料で形成された導電性セラミッ
ク焼結体層である請求項7のセラミック発熱素子。
8. The ceramic heating element according to claim 7, wherein the first and second lead portion layers are conductive ceramic sintered body layers formed of a low resistance conductive ceramic material.
【請求項9】 前記第1および第2リード部層は、その
主成分が珪化モリブデン単体あるいは珪化モリブデン−
酸化アルミニウム混合系であり、その珪化モリブデンと
酸化アルミニウムの組成比が、体積比で5/5〜10/
0である請求項8のセラミック発熱素子。
9. The first and second lead portion layers are mainly composed of molybdenum silicide or molybdenum silicide.
It is an aluminum oxide mixed system, and the composition ratio of molybdenum silicide and aluminum oxide is 5/5 to 10 / by volume.
The ceramic heating element according to claim 8, which is 0.
【請求項10】 前記第1および第2高抵抗導電性セラ
ミック焼結体層は、その主成分が酸化アルミニウム単体
あるいは珪化モリブデン−酸化アルミニウム混合系であ
り、その珪化モリブデンと酸化アルミニウムの組成比
が、体積比で0/10〜2/8である請求項6ないし9
のいずれかのセラミック発熱素子。
10. The first and second high resistance conductive ceramics sintered body layers, the main component of which is aluminum oxide simple substance or a molybdenum silicide-aluminum oxide mixed system, and the composition ratio of molybdenum silicide and aluminum oxide. And a volume ratio of 0/10 to 2/8.
Any of the ceramic heating element.
【請求項11】 外表面が化学的、熱的に安定な耐熱
性、耐酸化性の保護膜で被覆されている請求項1ないし
10のいずれかのセラミック発熱素子。
11. The ceramic heating element according to claim 1, wherein the outer surface is covered with a chemically and thermally stable heat-resistant and oxidation-resistant protective film.
【請求項12】 前記保護膜が、シリカ、アルミナおよ
びクロミアの少なくとも一種以上で形成されている請求
項11のセラミック発熱素子。
12. The ceramic heating element according to claim 11, wherein the protective film is formed of at least one of silica, alumina and chromia.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008116192A (en) * 1999-12-20 2008-05-22 Saint-Gobain Ceramics & Plastics Inc Baked ceramic igniter
KR20200097368A (en) * 2019-02-07 2020-08-19 한국과학기술연구원 Boron nitride nanotube Composite material and preparation method thereof

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