JPH09266059A - セラミックヒータ及びその製造方法 - Google Patents
セラミックヒータ及びその製造方法Info
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- JPH09266059A JPH09266059A JP10391696A JP10391696A JPH09266059A JP H09266059 A JPH09266059 A JP H09266059A JP 10391696 A JP10391696 A JP 10391696A JP 10391696 A JP10391696 A JP 10391696A JP H09266059 A JPH09266059 A JP H09266059A
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- Japan
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- ceramic
- core material
- heating element
- green sheet
- ceramic heater
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Abstract
(57)【要約】
【課題】コンパクトかつ簡単な構造で、苛酷な環境下に
おける電気的耐久性及び強度に優れたセラミックヒータ
及びその製造方法を開発し、これを提供する。 【解決手段】セラミックを主成分とする第一のグリーン
シートと、該第一のグリーンシートと同種の材質を有す
る第二のグリーンシートと、の間に発熱体を挟持させて
セラミック成形体とし、前記第一及び第二のグリーンシ
ートと同種の材質を有する予め焼結温度よりも低い温度
で予備焼成された芯材に前記セラミック成形体を巻回さ
せた後に、前記芯材と、前記セラミック成形体と、を一
体焼成するセラミックヒータの製造方法であって、一体
焼成時の前記セラミック成形体と前記芯材との間の割掛
差（セラミック成形体の割掛率から芯材の割掛率を減じ
た値）が、所定の値を有することを特徴とするセラミッ
クヒータの製造方法を提供する。更に、セラミック芯材
と、該セラミック芯材の表面に一体焼成された、内部に
金属の発熱体を有するセラミック層とからなるセラミッ
クヒータであって、該セラミック層は圧縮応力を受けて
いることを特徴とするセラミックヒータを提供する。
おける電気的耐久性及び強度に優れたセラミックヒータ
及びその製造方法を開発し、これを提供する。 【解決手段】セラミックを主成分とする第一のグリーン
シートと、該第一のグリーンシートと同種の材質を有す
る第二のグリーンシートと、の間に発熱体を挟持させて
セラミック成形体とし、前記第一及び第二のグリーンシ
ートと同種の材質を有する予め焼結温度よりも低い温度
で予備焼成された芯材に前記セラミック成形体を巻回さ
せた後に、前記芯材と、前記セラミック成形体と、を一
体焼成するセラミックヒータの製造方法であって、一体
焼成時の前記セラミック成形体と前記芯材との間の割掛
差（セラミック成形体の割掛率から芯材の割掛率を減じ
た値）が、所定の値を有することを特徴とするセラミッ
クヒータの製造方法を提供する。更に、セラミック芯材
と、該セラミック芯材の表面に一体焼成された、内部に
金属の発熱体を有するセラミック層とからなるセラミッ
クヒータであって、該セラミック層は圧縮応力を受けて
いることを特徴とするセラミックヒータを提供する。
Description
【０００１】
【０００２】本発明は、自動車用酸素センサ及びグロー
システム用ヒータ、半導体加熱用ヒータ、家庭用石油フ
ァンヒータ、便所用ヒータ等多目的に使用し得るセラミ
ックヒータ及びその製造方法に関し、特に、耐久性及び
曲げ強度に優れたセラミックヒータ及びその製造方法に
関する。
システム用ヒータ、半導体加熱用ヒータ、家庭用石油フ
ァンヒータ、便所用ヒータ等多目的に使用し得るセラミ
ックヒータ及びその製造方法に関し、特に、耐久性及び
曲げ強度に優れたセラミックヒータ及びその製造方法に
関する。
【０００３】一般にセラミックヒータは、シート成形、
押し出し成形等慣用の手段を用いて成形し得る平板、円
筒等所望の形状を有するセラミック基材に、白金、白金
−ロジウム、モリブデン、タングステン等高融点金属を
含有するペーストを用いて発熱抵抗体パターンを厚膜印
刷し、これを一体焼成して製造される。特に、セラミッ
ク体としてアルミナ（Ａｌ2Ｏ3）、高融点金属としてタ
ングステン（Ｗ）を用い、ペースト印刷法等により発熱
パターンを形成し、セラミック基材、発熱パターン、及
びアルミナ製グリーンシートが順に積層、一体焼成され
たセラミックヒータがその代表例であり、広範囲の分野
で利用されている。
押し出し成形等慣用の手段を用いて成形し得る平板、円
筒等所望の形状を有するセラミック基材に、白金、白金
−ロジウム、モリブデン、タングステン等高融点金属を
含有するペーストを用いて発熱抵抗体パターンを厚膜印
刷し、これを一体焼成して製造される。特に、セラミッ
ク体としてアルミナ（Ａｌ2Ｏ3）、高融点金属としてタ
ングステン（Ｗ）を用い、ペースト印刷法等により発熱
パターンを形成し、セラミック基材、発熱パターン、及
びアルミナ製グリーンシートが順に積層、一体焼成され
たセラミックヒータがその代表例であり、広範囲の分野
で利用されている。
【０００４】セラミックヒータにおいては、長時間高温
に晒されることが多いため、特に耐久性及び強度におい
て優れたものが好まれ、セラミック基材に焼結助剤を混
合したり、特開平１−２２５０８７や特開平６−１８８
０６５で開示されるように、セラミック体の成分を改良
することによって一定以上の強度及び耐久性を得る方法
がある。また、特開平６１−１４１８７で開示されるよ
うに、２つの異なった割掛率を有するセラミックシート
を一体焼成させることによって板状セラミック焼結体の
強度を強化する方法がある。
に晒されることが多いため、特に耐久性及び強度におい
て優れたものが好まれ、セラミック基材に焼結助剤を混
合したり、特開平１−２２５０８７や特開平６−１８８
０６５で開示されるように、セラミック体の成分を改良
することによって一定以上の強度及び耐久性を得る方法
がある。また、特開平６１−１４１８７で開示されるよ
うに、２つの異なった割掛率を有するセラミックシート
を一体焼成させることによって板状セラミック焼結体の
強度を強化する方法がある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】前記焼結助剤を用いた
セラミックヒータを高温下で使用した時においては、添
加物イオン等の低電位側への移動（マイグレーション）
が発生してしまい、これが原因で断線が発生し、前記セ
ラミックヒータの寿命の低下を引き起こすことがある。
即ち、発熱抵抗体又はセラミック基材中のイオン化し易
い成分が電界及び高熱により低電位方向へ移行して局部
的に高濃度となり、また移行したイオン化成分は低電位
側の低温部で酸化物等として蓄積し、この部分の抵抗が
増大し、発熱量が増大し、断線が起こることがある。
セラミックヒータを高温下で使用した時においては、添
加物イオン等の低電位側への移動（マイグレーション）
が発生してしまい、これが原因で断線が発生し、前記セ
ラミックヒータの寿命の低下を引き起こすことがある。
即ち、発熱抵抗体又はセラミック基材中のイオン化し易
い成分が電界及び高熱により低電位方向へ移行して局部
的に高濃度となり、また移行したイオン化成分は低電位
側の低温部で酸化物等として蓄積し、この部分の抵抗が
増大し、発熱量が増大し、断線が起こることがある。
【０００６】また、特開平１−２２５０８７で開示され
るセラミックヒータは、マイグレーションを抑えるため
にセラミック成分を限定しているが、マイグレーション
を抑えるものではなく、また、特開平６−１８８０６５
で開示されるセラミックヒータは、極度な高温下を抑制
することによって、セラミックヒータの寿命を長くして
いるが、これも、マイグレーションを抑えるものではな
い。即ち、マイグレーションを発生させずに強度やヒー
タ配線の耐久性を強化するためには、焼結助剤を加え
ず、セラミックヒータの耐久性及び強度を向上させなけ
ればならない。
るセラミックヒータは、マイグレーションを抑えるため
にセラミック成分を限定しているが、マイグレーション
を抑えるものではなく、また、特開平６−１８８０６５
で開示されるセラミックヒータは、極度な高温下を抑制
することによって、セラミックヒータの寿命を長くして
いるが、これも、マイグレーションを抑えるものではな
い。即ち、マイグレーションを発生させずに強度やヒー
タ配線の耐久性を強化するためには、焼結助剤を加え
ず、セラミックヒータの耐久性及び強度を向上させなけ
ればならない。
【０００７】また、焼結助剤を添加せずにセラミック体
の耐久性及び強度を増加させる方法として、特開平６１
−１４１８７で開示されるように、２つの異なった割掛
率を有するセラミック体を一体焼成させることによるも
のがある。しかしながら、該開示による方法は板状のセ
ラミック体に限られており、特に、平板等他のセラミッ
クヒータより強度の点で優れている円筒型のセラミック
ヒータには適用できない。
の耐久性及び強度を増加させる方法として、特開平６１
−１４１８７で開示されるように、２つの異なった割掛
率を有するセラミック体を一体焼成させることによるも
のがある。しかしながら、該開示による方法は板状のセ
ラミック体に限られており、特に、平板等他のセラミッ
クヒータより強度の点で優れている円筒型のセラミック
ヒータには適用できない。
【０００８】そこで上述の事情を鑑み、本発明は、コン
パクトかつ簡単な構造で、苛酷な環境下における電気的
耐久性及び強度に優れたセラミックヒータ及びその製造
方法を開発し、これを提供することを基本的な目的とす
る。
パクトかつ簡単な構造で、苛酷な環境下における電気的
耐久性及び強度に優れたセラミックヒータ及びその製造
方法を開発し、これを提供することを基本的な目的とす
る。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明者らは上述の目的
に従い鋭意研究を進めた結果、セラミックを主成分とす
る第一のグリーンシートと、該第一のグリーンシートと
同種の材質を有する第二のグリーンシートと、の間に発
熱体を挟持させてセラミック成形体とし、前記第一及び
第二のグリーンシートと同種の材質を有する予め焼結温
度よりも低い温度で予備焼成された芯材に前記セラミッ
ク成形体を巻回させた後に、前記芯材と、前記セラミッ
ク成形体と、を一体焼成するセラミックヒータの製造方
法であって、一体焼成時の前記セラミック成形体と前記
芯材との間の割掛差（セラミック成形体の割掛率から芯
材の割掛率を減じた値）が、所定の値を有する様にする
ことによって、上記の基本的な目的が達成されることを
見出した。
に従い鋭意研究を進めた結果、セラミックを主成分とす
る第一のグリーンシートと、該第一のグリーンシートと
同種の材質を有する第二のグリーンシートと、の間に発
熱体を挟持させてセラミック成形体とし、前記第一及び
第二のグリーンシートと同種の材質を有する予め焼結温
度よりも低い温度で予備焼成された芯材に前記セラミッ
ク成形体を巻回させた後に、前記芯材と、前記セラミッ
ク成形体と、を一体焼成するセラミックヒータの製造方
法であって、一体焼成時の前記セラミック成形体と前記
芯材との間の割掛差（セラミック成形体の割掛率から芯
材の割掛率を減じた値）が、所定の値を有する様にする
ことによって、上記の基本的な目的が達成されることを
見出した。
【００１０】本発明を具体的にいえば、第１の発明は、
セラミックを主成分とする第一のグリーンシートと、該
第一のグリーンシートと同種の材質を有する第二のグリ
ーンシートと、の間に発熱体を挟持させてセラミック成
形体とし、前記第一及び第二のグリーンシートと同種の
材質からなる予め焼結温度よりも低い温度で予備焼成さ
れた芯材に前記セラミック成形体を巻回させた後に、前
記芯材と、前記セラミック成形体と、を一体焼成するセ
ラミックヒータの製造方法であって、一体焼成時の前記
セラミック成形体と前記芯材との間の割掛差（セラミッ
ク成形体の割掛率から芯材の割掛率を減じた値）が、
０．０２〜０．０８であることを特徴とするセラミック
ヒータの製造方法である。又、第２の発明は、セラミッ
ク芯材と、該セラミック芯材の表面に一体焼成された、
内部に金属の発熱体を有するセラミック層とからなるセ
ラミックヒータであって、該セラミック層は圧縮応力を
受けていることを特徴とするセラミックヒータである。
前記セラミック層内の発熱体は圧縮応力を受けているこ
とが好ましく、更に前記セラミック芯材の形状は円筒で
あることが好ましい。ここで、割掛率とは、セラミック
体の焼成前のセラミック体の大きさに対する焼成後のセ
ラミック体の大きさの比率をいい、焼成前のセラミック
体の寸法をｌ0とし、焼成後のセラミック体の寸法をｌ1
とすると、割掛率はｌ0／ｌ1で表される。なお、芯材の
割掛率は予備焼成されたものの寸法をｌ0とする。
セラミックを主成分とする第一のグリーンシートと、該
第一のグリーンシートと同種の材質を有する第二のグリ
ーンシートと、の間に発熱体を挟持させてセラミック成
形体とし、前記第一及び第二のグリーンシートと同種の
材質からなる予め焼結温度よりも低い温度で予備焼成さ
れた芯材に前記セラミック成形体を巻回させた後に、前
記芯材と、前記セラミック成形体と、を一体焼成するセ
ラミックヒータの製造方法であって、一体焼成時の前記
セラミック成形体と前記芯材との間の割掛差（セラミッ
ク成形体の割掛率から芯材の割掛率を減じた値）が、
０．０２〜０．０８であることを特徴とするセラミック
ヒータの製造方法である。又、第２の発明は、セラミッ
ク芯材と、該セラミック芯材の表面に一体焼成された、
内部に金属の発熱体を有するセラミック層とからなるセ
ラミックヒータであって、該セラミック層は圧縮応力を
受けていることを特徴とするセラミックヒータである。
前記セラミック層内の発熱体は圧縮応力を受けているこ
とが好ましく、更に前記セラミック芯材の形状は円筒で
あることが好ましい。ここで、割掛率とは、セラミック
体の焼成前のセラミック体の大きさに対する焼成後のセ
ラミック体の大きさの比率をいい、焼成前のセラミック
体の寸法をｌ0とし、焼成後のセラミック体の寸法をｌ1
とすると、割掛率はｌ0／ｌ1で表される。なお、芯材の
割掛率は予備焼成されたものの寸法をｌ0とする。
【００１１】本発明によれば、前記セラミック層とかか
るセラミック層内のヒータ配線である発熱体には焼成圧
縮による圧縮応力が印加されることになり、マイグレー
ション等による発熱体の電気的耐久寿命の短縮化が起こ
らず、特に電気的耐久性において極めて優れた特性を有
するセラミックヒータ及びその製造方法を提供する。
るセラミック層内のヒータ配線である発熱体には焼成圧
縮による圧縮応力が印加されることになり、マイグレー
ション等による発熱体の電気的耐久寿命の短縮化が起こ
らず、特に電気的耐久性において極めて優れた特性を有
するセラミックヒータ及びその製造方法を提供する。
【００１２】
【発明の実施の形態】本発明によれば、例えば、アルミ
ナを主成分とする第一のグリーンシートに発熱体を形成
し、該第一のグリーンシートと、該第一のグリーンシー
トと同種の材質を有する第二のグリーンシートと、の間
に前記発熱体を挟持させてセラミック成形体とし、前記
第一または第二のグリーンシートと同種の材質を有する
予め焼成された芯材に前記セラミック成形体を巻回させ
た後に、前記芯材と、前記セラミック成形体と、を一体
焼成するセラミックヒータの製造方法であって、一体焼
成時の前記セラミック成形体と前記芯材との間の割掛差
（セラミック成形体の割掛率から芯材の割掛率を減じた
値）が、正の数であることを特徴とするセラミックヒー
タの製造方法を提供する。
ナを主成分とする第一のグリーンシートに発熱体を形成
し、該第一のグリーンシートと、該第一のグリーンシー
トと同種の材質を有する第二のグリーンシートと、の間
に前記発熱体を挟持させてセラミック成形体とし、前記
第一または第二のグリーンシートと同種の材質を有する
予め焼成された芯材に前記セラミック成形体を巻回させ
た後に、前記芯材と、前記セラミック成形体と、を一体
焼成するセラミックヒータの製造方法であって、一体焼
成時の前記セラミック成形体と前記芯材との間の割掛差
（セラミック成形体の割掛率から芯材の割掛率を減じた
値）が、正の数であることを特徴とするセラミックヒー
タの製造方法を提供する。
【００１３】更に、セラミック芯材と、該セラミック芯
材の表面に一体焼成された、内部に金属の発熱体を有す
るセラミック層とからなるセラミックヒータであって、
該セラミック層は圧縮応力を受けていることを特徴とす
るセラミックヒータを提供する。
材の表面に一体焼成された、内部に金属の発熱体を有す
るセラミック層とからなるセラミックヒータであって、
該セラミック層は圧縮応力を受けていることを特徴とす
るセラミックヒータを提供する。
【００１４】芯材の材質としては、アルミナを含有し、
発熱部の熱を伝導するもので、耐熱性及び強度のあるも
のを用いることができ、例えば、ジルコニア、シリカ、
ムライト、スピネル等の材料を使用し得る。形状として
は、円筒状、棒状、四角柱状、六角柱状等、種々のもの
が使用できるが、熱の発散性、強度、及び成形のし易さ
の点から、円筒状であることが好ましい。所定の形状に
形成された粉末等は焼成され、焼結体とされ得る。例え
ば、粉末状としたアルミナ等を他の粉末とボールミル等
で混合した後、スラリー状として所定の形状とし、焼成
を行って、焼結体とすることができる。
発熱部の熱を伝導するもので、耐熱性及び強度のあるも
のを用いることができ、例えば、ジルコニア、シリカ、
ムライト、スピネル等の材料を使用し得る。形状として
は、円筒状、棒状、四角柱状、六角柱状等、種々のもの
が使用できるが、熱の発散性、強度、及び成形のし易さ
の点から、円筒状であることが好ましい。所定の形状に
形成された粉末等は焼成され、焼結体とされ得る。例え
ば、粉末状としたアルミナ等を他の粉末とボールミル等
で混合した後、スラリー状として所定の形状とし、焼成
を行って、焼結体とすることができる。
【００１５】発熱体が形成される第一のグリーンシート
の材質としては、芯材の材質と同じく、発熱部の熱を効
率よく伝導するもので、耐熱性及び強度のあるものであ
る必要があり、例えばアルミナ、窒化アルミニウムが好
ましい。しかしながら、強度及びコストの点から芯材の
材質と同一であることが好ましい。発熱体を挟持するセ
ラミック層となるセラミックシートは芯材に巻回し得る
形状であって圧縮応力が適度の範囲で働くものであれば
よいが、熱伝導性や、芯材への巻き易さ等を考慮する
と、厚さ０．１〜１ｍｍのシート状であることが好まし
い。第一のグリーンシートの製造は、例えば、粉末状と
した前記材料に焼結助剤等の添加物を加えボールミル等
で混合した後、スラリー状として、ドクターブレード法
等で作成することができる。
の材質としては、芯材の材質と同じく、発熱部の熱を効
率よく伝導するもので、耐熱性及び強度のあるものであ
る必要があり、例えばアルミナ、窒化アルミニウムが好
ましい。しかしながら、強度及びコストの点から芯材の
材質と同一であることが好ましい。発熱体を挟持するセ
ラミック層となるセラミックシートは芯材に巻回し得る
形状であって圧縮応力が適度の範囲で働くものであれば
よいが、熱伝導性や、芯材への巻き易さ等を考慮する
と、厚さ０．１〜１ｍｍのシート状であることが好まし
い。第一のグリーンシートの製造は、例えば、粉末状と
した前記材料に焼結助剤等の添加物を加えボールミル等
で混合した後、スラリー状として、ドクターブレード法
等で作成することができる。
【００１６】発熱体の材質は、白金、白金−ロジウム、
モリブデン、タングステン、レニウム等高融点金属で、
抵抗発熱体となり得るものであれば使用することができ
るが、焼成時に発熱体に圧縮応力が働くものが有利であ
り、セラミックの熱膨張率とほぼ同等かそれ以下のもの
が好ましい。例えばモリブデンやタングステンを主体と
したものが好ましい。発熱体の形状は、その発熱特性を
発揮し得る形状であればよく、加熱する目的に応じて所
望の大きさ、形状（例えば、直線状、波線状等）にする
ことができる。発熱特性を良好にするために、表面積を
大きくし、電気が伝導する距離を大きくするような形状
とすることが好ましい。又、密着性をよくするために、
厚さの薄い形状にすることが好ましい。特に、前記金属
又はこれらに有機バインダー等を配合してペースト状と
したもの等を用いて、電気メッキ、無電解メッキ、溶融
メッキ、溶射、蒸着、イオンプレーティング、メカニカ
ルプレーティング、又は印刷法といった公知の方法によ
り第一のグリーンシート上に形成することが好ましい。
モリブデン、タングステン、レニウム等高融点金属で、
抵抗発熱体となり得るものであれば使用することができ
るが、焼成時に発熱体に圧縮応力が働くものが有利であ
り、セラミックの熱膨張率とほぼ同等かそれ以下のもの
が好ましい。例えばモリブデンやタングステンを主体と
したものが好ましい。発熱体の形状は、その発熱特性を
発揮し得る形状であればよく、加熱する目的に応じて所
望の大きさ、形状（例えば、直線状、波線状等）にする
ことができる。発熱特性を良好にするために、表面積を
大きくし、電気が伝導する距離を大きくするような形状
とすることが好ましい。又、密着性をよくするために、
厚さの薄い形状にすることが好ましい。特に、前記金属
又はこれらに有機バインダー等を配合してペースト状と
したもの等を用いて、電気メッキ、無電解メッキ、溶融
メッキ、溶射、蒸着、イオンプレーティング、メカニカ
ルプレーティング、又は印刷法といった公知の方法によ
り第一のグリーンシート上に形成することが好ましい。
【００１７】第二のグリーンシートは、芯材及び第一の
グリーンシートと同じく、セラミック、例えばアルミナ
を含有し、発熱部の熱を伝導するもので、耐熱性及び強
度のあるものがよいが、発熱体の密着性、強度及びコス
トの点から第一のグリーンシートと同一であることが好
ましい。更には、芯材、第一のグリーンシート、及び第
二のグリーンシートはいずれも同種の材質であることが
好ましい。第二のグリーンシートの形状は芯材に巻回す
ることができ、発熱体を第一のグリーンシートとの間に
挟持でき、発熱体が露出しないような形状であればよい
が、熱伝導性や、芯材への巻き易さ等を考慮すると、薄
いシート状であることが好ましい。第二のグリーンシー
トの製造は、前記第一のグリーンシートの製造と同様、
例えば、粉末状とした前記材料に焼結助剤等の添加物を
加えボールミル等で混合した後、スラリー状として、ド
クターブレード法等で作成することができる。
グリーンシートと同じく、セラミック、例えばアルミナ
を含有し、発熱部の熱を伝導するもので、耐熱性及び強
度のあるものがよいが、発熱体の密着性、強度及びコス
トの点から第一のグリーンシートと同一であることが好
ましい。更には、芯材、第一のグリーンシート、及び第
二のグリーンシートはいずれも同種の材質であることが
好ましい。第二のグリーンシートの形状は芯材に巻回す
ることができ、発熱体を第一のグリーンシートとの間に
挟持でき、発熱体が露出しないような形状であればよい
が、熱伝導性や、芯材への巻き易さ等を考慮すると、薄
いシート状であることが好ましい。第二のグリーンシー
トの製造は、前記第一のグリーンシートの製造と同様、
例えば、粉末状とした前記材料に焼結助剤等の添加物を
加えボールミル等で混合した後、スラリー状として、ド
クターブレード法等で作成することができる。
【００１８】前記発熱体を２枚の、例えばアルミナ含有
グリーンシートで積層し、挟持し、これで焼成済の芯材
を巻回した後、一体焼成して、焼結体とするのが好まし
い。前記２枚のグリーンシートを前記芯材に巻回させる
回数は、特に規定しないが、好ましくは１回である。一
体焼成時の割掛率は、２枚のグリーンシートの割掛率が
芯材の割掛率より大きく、その割掛差は、好ましくは
０．０１〜０．１０であり、更に好ましくは０．０２〜
０．０８であり、特に好ましくは０．０４〜０．０６で
ある。一体焼成された２枚のグリーンシートと発熱体と
からなるセラミック層は、割掛差を上記の値とすること
により、圧縮応力を受けていることが好ましく、更には
セラミック層内の発熱体も圧縮応力を受けていることが
好ましい。
グリーンシートで積層し、挟持し、これで焼成済の芯材
を巻回した後、一体焼成して、焼結体とするのが好まし
い。前記２枚のグリーンシートを前記芯材に巻回させる
回数は、特に規定しないが、好ましくは１回である。一
体焼成時の割掛率は、２枚のグリーンシートの割掛率が
芯材の割掛率より大きく、その割掛差は、好ましくは
０．０１〜０．１０であり、更に好ましくは０．０２〜
０．０８であり、特に好ましくは０．０４〜０．０６で
ある。一体焼成された２枚のグリーンシートと発熱体と
からなるセラミック層は、割掛差を上記の値とすること
により、圧縮応力を受けていることが好ましく、更には
セラミック層内の発熱体も圧縮応力を受けていることが
好ましい。
【００１９】また、発熱体に端子部等を導電的に接続さ
せ、芯材及びグリーンシートとともに一体焼成してもよ
い。一体焼成は、大気圧焼結、型加圧焼結、雰囲気加圧
焼結、反応焼結等の公知の方法により行うことができ、
雰囲気は、不活性ガス、酸化性雰囲気、還元性雰囲気等
がよい。得られたセラミックヒータは、金属露出部分等
をメタライズ処理して電源からのリードをロー付によっ
て接続され得る。
せ、芯材及びグリーンシートとともに一体焼成してもよ
い。一体焼成は、大気圧焼結、型加圧焼結、雰囲気加圧
焼結、反応焼結等の公知の方法により行うことができ、
雰囲気は、不活性ガス、酸化性雰囲気、還元性雰囲気等
がよい。得られたセラミックヒータは、金属露出部分等
をメタライズ処理して電源からのリードをロー付によっ
て接続され得る。
【００２０】
【実施例】以下、本発明の実施例について図１の図面を
用いて更に詳説する。但し、本発明はこれらの実施例に
決して限定されない。
用いて更に詳説する。但し、本発明はこれらの実施例に
決して限定されない。
【００２１】＜実施例１＞φ２．４ｍｍ、長さ７４ｍｍ
のＭｇＯ−ＣａＯ−ＳｉＯ2系のアルミナを主成分とす
る芯材１１を大気中で１１００〜１３５０℃で予備焼成
した。次に、該芯材と同種の材質を有するグリーンシー
ト１２（８ｍｍ×６９ｍｍ，厚さ０．３ｍｍ）に出力口
１７を２つ有するヒートパターン１４を印刷し、該グリ
ーンシート１２の印刷面側に、同種の材質で厚さ０．０
７ｍｍのグリーンシート１３をヒートパターン１４を挟
むように積層し、圧着し、セラミック成形体１８とし
た。次に、該セラミック成形体を前記芯材１１に巻回
し、Ｎ2＋Ｈ2雰囲気中で１５５０℃で一体焼成した。次
に出力口１７から発熱体１４に通じるようリード１５を
接続し、割掛差が０．０２となるセラミックヒータ１６
を得た。割掛差は芯材の予備焼成温度を調節して、即
ち、その予備焼成温度を高くすると、芯材の割掛率は小
さくなることを利用して発熱体を挟持したセラミック層
の圧縮応力を適度に調整することができる。
のＭｇＯ−ＣａＯ−ＳｉＯ2系のアルミナを主成分とす
る芯材１１を大気中で１１００〜１３５０℃で予備焼成
した。次に、該芯材と同種の材質を有するグリーンシー
ト１２（８ｍｍ×６９ｍｍ，厚さ０．３ｍｍ）に出力口
１７を２つ有するヒートパターン１４を印刷し、該グリ
ーンシート１２の印刷面側に、同種の材質で厚さ０．０
７ｍｍのグリーンシート１３をヒートパターン１４を挟
むように積層し、圧着し、セラミック成形体１８とし
た。次に、該セラミック成形体を前記芯材１１に巻回
し、Ｎ2＋Ｈ2雰囲気中で１５５０℃で一体焼成した。次
に出力口１７から発熱体１４に通じるようリード１５を
接続し、割掛差が０．０２となるセラミックヒータ１６
を得た。割掛差は芯材の予備焼成温度を調節して、即
ち、その予備焼成温度を高くすると、芯材の割掛率は小
さくなることを利用して発熱体を挟持したセラミック層
の圧縮応力を適度に調整することができる。
【００２２】＜実施例２〜４＞実施例１と同様に作製し
たセラミックヒータにおいて、割掛差が０．０４のもの
を実施例２、割掛差が０．０６のものを実施例３、割掛
差が０．０８のものを実施例４とした。
たセラミックヒータにおいて、割掛差が０．０４のもの
を実施例２、割掛差が０．０６のものを実施例３、割掛
差が０．０８のものを実施例４とした。
【００２３】＜比較例１〜３＞実施例１と同様に作製し
たセラミックヒータにおいて、割掛差が０のものを比較
例１、割掛差が０．０１のものを比較例２、割掛差が
０．１０のものを比較例３とした。
たセラミックヒータにおいて、割掛差が０のものを比較
例１、割掛差が０．０１のものを比較例２、割掛差が
０．１０のものを比較例３とした。
【００２４】＜強度測定試験＞実施例１〜４及び比較例
１〜３のセラミックヒータの曲げ強度を測定するため、
該セラミックヒータの先端から３５ｍｍ以上の部分のセ
ラミックヒータ全体を固定し、該セラミックヒータの先
端から１０ｍｍの部分にクロスヘッドスピード１２．５
ｍｍ／ｍｉｎの速度で負荷重量をかけ、該セラミックヒ
ータが破壊される時の強度を測定した。
１〜３のセラミックヒータの曲げ強度を測定するため、
該セラミックヒータの先端から３５ｍｍ以上の部分のセ
ラミックヒータ全体を固定し、該セラミックヒータの先
端から１０ｍｍの部分にクロスヘッドスピード１２．５
ｍｍ／ｍｉｎの速度で負荷重量をかけ、該セラミックヒ
ータが破壊される時の強度を測定した。
【００２５】＜耐久性測定試験＞実施例１〜４及び比較
例１〜３のセラミックヒータの耐久性を測定するため、
高温連続通電試験及び熱衝撃試験を行った。高温連続通
電試験においては、１０１０℃の高温状態の中に実施例
１〜４及び比較例１〜３のセラミックヒータを安置し、
発熱パターンに１７Ｖの電圧を連続的に印加し、該セラ
ミックヒータの発熱パターンが断線するまでの時間を測
定した。熱衝撃試験においては、大気中にセラミックヒ
ータを安置し、２５Ｖの電圧を１．５ｍｉｎ印加、１．
５ｍｉｎ休みを１サイクルとして繰り返し、１００サイ
クルごとに通電を中止してセラミックヒータ表面のクラ
ックの有無を確認し、クラックが発生するまでの通電電
圧のサイクル数を測定した。この結果を次表に示す。
例１〜３のセラミックヒータの耐久性を測定するため、
高温連続通電試験及び熱衝撃試験を行った。高温連続通
電試験においては、１０１０℃の高温状態の中に実施例
１〜４及び比較例１〜３のセラミックヒータを安置し、
発熱パターンに１７Ｖの電圧を連続的に印加し、該セラ
ミックヒータの発熱パターンが断線するまでの時間を測
定した。熱衝撃試験においては、大気中にセラミックヒ
ータを安置し、２５Ｖの電圧を１．５ｍｉｎ印加、１．
５ｍｉｎ休みを１サイクルとして繰り返し、１００サイ
クルごとに通電を中止してセラミックヒータ表面のクラ
ックの有無を確認し、クラックが発生するまでの通電電
圧のサイクル数を測定した。この結果を次表に示す。
【００２６】
【表１】
【００２７】上記の表で明らかなように、セラミックヒ
ータの強度測定試験においては、シートと芯材との割掛
差が大きくなるほど弱くなり、比較例３における曲げ強
度は１．０ｋｇｆとなり実用性は薄くなるのに対し、割
掛差が０．０８以下である実施例１〜４においては、曲
げ強度が著しく高くなることがわかる。また、高温連続
通電試験においては、シートと芯材との割掛差が大きく
なるほど高温連続通電による耐久性が上がり、比較例１
及び２においては、各々４２時間及び４８時間であるの
に対し、割掛差が０．０２以上である実施例１〜４にお
いては、著しく高温連続通電の耐久性が上がっているこ
とがわかる。更に、熱衝撃試験においては、比較例３に
おいて２１００サイクルとなり耐久性が劣る結果が出た
以外は実用上満足し得る結果となった。
ータの強度測定試験においては、シートと芯材との割掛
差が大きくなるほど弱くなり、比較例３における曲げ強
度は１．０ｋｇｆとなり実用性は薄くなるのに対し、割
掛差が０．０８以下である実施例１〜４においては、曲
げ強度が著しく高くなることがわかる。また、高温連続
通電試験においては、シートと芯材との割掛差が大きく
なるほど高温連続通電による耐久性が上がり、比較例１
及び２においては、各々４２時間及び４８時間であるの
に対し、割掛差が０．０２以上である実施例１〜４にお
いては、著しく高温連続通電の耐久性が上がっているこ
とがわかる。更に、熱衝撃試験においては、比較例３に
おいて２１００サイクルとなり耐久性が劣る結果が出た
以外は実用上満足し得る結果となった。
【００２８】
【発明の効果】一体焼成時のグリーンシートと芯材との
間の割掛差を所定の値としてセラミックヒータを製造す
ることによって、小型であるので多目的に使用し得るに
もかかわらず、円筒状セラミックヒータの曲げ強度と耐
久性との両方において、特に電気的耐久性において優れ
たセラミックヒータを提供する。本発明のセラミックヒ
ータの発熱体を挟持するセラミック層には圧縮応力が印
加している為、特に高温下における電気的耐久性に優れ
る。
間の割掛差を所定の値としてセラミックヒータを製造す
ることによって、小型であるので多目的に使用し得るに
もかかわらず、円筒状セラミックヒータの曲げ強度と耐
久性との両方において、特に電気的耐久性において優れ
たセラミックヒータを提供する。本発明のセラミックヒ
ータの発熱体を挟持するセラミック層には圧縮応力が印
加している為、特に高温下における電気的耐久性に優れ
る。
【図１】本発明の一実施例であるセラミックヒータの製
造過程を示す概略斜視図である。
造過程を示す概略斜視図である。
１１・・・芯材 １２・・・グリーンシート １３・・・グリーンシート １４・・・発熱体 １５・・・リード １６・・・セラミックヒータ １７・・・出力口 １８・・・発熱体含有積層シート
Claims (5)
- 【請求項１】セラミックを主成分とする第一のグリーン
シートと、該第一のグリーンシートと同種の材質を有す
る第二のグリーンシートと、の間に発熱体を挟持させて
セラミック成形体とし、前記第一及び第二のグリーンシ
ートと同種の材質からなる予め焼結温度よりも低い温度
で予備焼成された芯材に前記セラミック成形体を巻回さ
せた後に、前記芯材と、前記セラミック成形体と、を一
体焼成するセラミックヒータの製造方法であって、 一体焼成時の前記セラミック成形体と前記芯材との間の
割掛差（セラミック成形体の割掛率から芯材の割掛率を
減じた値）が、０．０２〜０．０８であることを特徴と
するセラミックヒータの製造方法。 - 【請求項２】セラミック芯材と、該セラミック芯材の表
面に一体焼成された、内部に金属の発熱体を有するセラ
ミック層とからなるセラミックヒータであって、 該セラミック層は圧縮応力を受けていることを特徴とす
るセラミックヒータ。 - 【請求項３】該セラミック層内の発熱体は圧縮応力を受
けている請求項２に記載のセラミックヒータ。 - 【請求項４】前記セラミック芯材の形状は円筒である請
求項２又は３に記載のセラミックヒータ。 - 【請求項５】前記セラミック芯材の形状は円筒である請
求項１に記載のセラミックヒータの製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10391696A JPH09266059A (ja) | 1996-03-29 | 1996-03-29 | セラミックヒータ及びその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10391696A JPH09266059A (ja) | 1996-03-29 | 1996-03-29 | セラミックヒータ及びその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09266059A true JPH09266059A (ja) | 1997-10-07 |
Family
ID=14366761
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10391696A Pending JPH09266059A (ja) | 1996-03-29 | 1996-03-29 | セラミックヒータ及びその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH09266059A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6169275B1 (en) | 1998-06-05 | 2001-01-02 | Ngk Spark Plug Co, Ltd. | Ceramic heater and oxygen sensor using the same |
-
1996
- 1996-03-29 JP JP10391696A patent/JPH09266059A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6169275B1 (en) | 1998-06-05 | 2001-01-02 | Ngk Spark Plug Co, Ltd. | Ceramic heater and oxygen sensor using the same |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20000905 |