JPH10335050A - Ceramic heater - Google Patents

Ceramic heater

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JPH10335050A
JPH10335050A JP14267097A JP14267097A JPH10335050A JP H10335050 A JPH10335050 A JP H10335050A JP 14267097 A JP14267097 A JP 14267097A JP 14267097 A JP14267097 A JP 14267097A JP H10335050 A JPH10335050 A JP H10335050A
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JP
Japan
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heating resistor
ceramic
ceramic heater
electric
electric potential
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JP14267097A
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Japanese (ja)
Inventor
Hidenori Nakama
英徳 中間
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Kyocera Corp
Original Assignee
Kyocera Corp
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  • Resistance Heating (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To restrict the ceramic migration so as to prevent the generation of micro lack, and provide a ceramic heater, which has a long lifetime and which can be used at a high temperature, by interposing an electric force line shutting-off body, which is formed of a conductive material, in a block, in which the maximum electric potential difference of a heating resistor embedded in the ceramic body is generated. SOLUTION: A heating resistor 14 made of W and Mo-Mn is embedded in a ceramic body of SiN or the like, which is formed into a desirable shape such as a plate or a cylindrical shape, and an electric force line shutting-off body 15, which is formed of a conductive member, is interposed in a block, in which the maximum electric potential difference of the heating resistor 14 is generated, namely between a maximum electric potential part 18 and a minimum electric potential part 19. As the electric force line shutting-off body 15, a material, which is mainly composed of a high melting point metal such as W, Mo, Re, Ti and various compound thereof, is desirable, and thickness thereof is set at 0.2-0.6 mm, and it is desirably provided inside the heating resistor 14 with a distance at 0.2-0.3 mm and it is concentrically provided at a width at five times or more of a width 20 of the heating resistor 14.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、セラミックヒー
タ、特に直流電源を備えたセラミックヒータに関するも
のである。
The present invention relates to a ceramic heater, and more particularly to a ceramic heater provided with a DC power supply.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来より、直流電源を使用し、高温で使
用されるようなセラミックヒータを用いた装置として、
自動車の排ガス検知システム部品で使用される酸素セン
サー加熱用ヒータや、ディーゼルエンジンにて点火用と
して使用されるセラミックグロープラグなどが代表的な
ものとして知られている。
2. Description of the Related Art Conventionally, as a device using a ceramic heater which is used at a high temperature using a DC power supply,
Heaters for heating oxygen sensors used in exhaust gas detection system parts of automobiles, ceramic glow plugs used for ignition in diesel engines, and the like are known as typical examples.

【0003】このうち酸素センサー用加熱ヒータは、セ
ラミックのグリーンシートに高融点金属を主成分とした
発熱抵抗体をスクリーン印刷して後、成形し、該発熱抵
抗体よりも抵抗値の小さな導通リード部を同じく印刷に
よって重ねる。そのようにして製作したヒータ付グリー
ンシートをセラミックロッドに巻き付ける事により丸棒
型にしたものや、シートを積層し板状にしたものを一体
燒結したものが知られている。(特開昭62−2130
84号、特開平8−148260号参照)また、ディー
ゼルエンジンの点火用グロープラグとして、窒化珪素な
どの粉末セラミックを、プレス成形法により成形し、ス
クリーン印刷によりその成形体上に高融点金属を成形し
たものや、高融点金属のワイヤーをコイル状にし、プレ
ス成形時に粉末中に埋設する様な方法で得たセラミック
基体をホットプレス法などにより一体燒結させ、必要に
応じHIP処理を施すなどして得ることが出来るものが
知られていた。(特開昭62−59858号,特平開4
−4717号参照)
[0003] Among them, the heater for the oxygen sensor is formed by screen-printing a heating resistor mainly composed of a high-melting-point metal on a ceramic green sheet and then molding the same, and then forming a conductive lead having a smaller resistance value than the heating resistor. The parts are also overlapped by printing. A green sheet with a heater manufactured in such a manner is formed into a round bar by winding it around a ceramic rod, and a sheet obtained by laminating sheets in a plate shape is integrally sintered. (JP-A-62-2130)
No. 84, JP-A-8-148260) Also, as a glow plug for ignition of a diesel engine, a powder ceramic such as silicon nitride is formed by a press molding method, and a high melting point metal is formed on the molded body by screen printing. Or a high melting point metal wire into a coil shape, and sinter the ceramic substrate obtained by such a method as embedding in powder at the time of press molding by hot pressing etc., and subject it to HIP treatment if necessary What you can get was known. (Japanese Unexamined Patent Publication No. 62-59858, Tokuheikai 4
(See -4717)

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】ところで、前記のよう
なセラミックヒータに例えば窒化珪素等を用いる場合、
700℃を超えるような高温状態で長期間使用すると、
セラミック磁器中の積層界面などの他の部位に比べ接合
強度が比較的弱い部分から、マイクロクラックを生じ、
そのマイクロクラックマイが磁器表面に到達するまで成
長してしまうことがある。この結果、発熱抵抗体部に酸
素がクラックを伝い内部に進入し、発熱抵抗体が酸化し
てしまう。酸化された発熱抵抗体は不安定化し、発熱に
おける熱膨張やマトリックス成分移動時の接触状態変化
等で局所的な抵抗変化を生じ、高温で繰り返し使用され
ることにより酸化部分の抵抗が局所的に増加し、これに
より発熱抵抗体自体が脆化する等の原因により断線して
しまうというような問題点があった。
When silicon nitride or the like is used for the ceramic heater as described above, for example,
When used for a long time in a high temperature state exceeding 700 ° C,
Micro cracks occur from the part where the bonding strength is relatively weak compared to other parts such as the laminated interface in ceramic porcelain,
The microcracks may grow until they reach the porcelain surface. As a result, oxygen passes through the cracks into the heating resistor portion and enters the inside, and the heating resistor is oxidized. The oxidized heating resistor becomes unstable, causing a local resistance change due to thermal expansion due to heat generation and a change in the contact state when the matrix component moves, and the resistance of the oxidized portion is locally caused by repeated use at high temperatures. There is a problem in that the wire is broken due to an increase in the number of the heating resistors and the heating resistor itself becomes brittle.

【0005】このような従来のセラミックヒータの問題
を検討するに、上記のような高温下での、いわゆるセラ
ミックマイグレーションと呼ばれる現象が、上記問題点
に関与していることが判った。
In examining the problem of such a conventional ceramic heater, it has been found that a phenomenon called so-called ceramic migration at a high temperature as described above is involved in the above problem.

【0006】セラミックマイグレーションとは、発熱抵
抗体や周辺磁器部分からマトリックス成分がイオン化し
移動することであり、このセラミックマイグレーション
が進行すると、発熱抵抗体のうち通電時に最も高電位と
なる部位のマトリックス成分が移動しポーラス状態とな
ることが判った。そして、高温で長時間ヒータを使用す
ると、上記最高電位部位の近傍で、上述の如く、積層界
面などの他の部位に比べ接合強度が比較的弱い部分か
ら、マイクロクラックを生じ、さらに該クラックの先端
がポーラス状の部位を伝わって表面まで進行するという
事態になってしまう。
[0006] The ceramic migration means that the matrix component is ionized and moved from the heating resistor and the peripheral porcelain portion. As the ceramic migration progresses, the matrix component of the portion of the heating resistor which has the highest potential when energized is energized. Moved to a porous state. When the heater is used at a high temperature for a long time, microcracks are generated in the vicinity of the highest potential portion from a portion where the bonding strength is relatively weak as compared with other portions such as a lamination interface, as described above. The tip will travel down the porous site and travel to the surface.

【0007】なお、ポーラスのアルミナをセラミックヒ
ータに用いる場合、もとからポーラスであるためにクラ
ックは発生しないが、発熱体抵抗周辺のマトリックスの
移動によりこの部位が不安定化し、発熱抵抗体が断線す
ることがあった。
When porous alumina is used for a ceramic heater, cracks do not occur due to the porous nature of the ceramic heater. However, the movement of the matrix around the resistance of the heating element destabilizes this portion, and the heating resistor is disconnected. There was something to do.

【0008】以上のように、セラミックマイグレーショ
ンにより発熱抵抗体が断線することが判っていたが、本
発明者は、更に検討を進め、前記セラミックヒータにお
けるセラミックマイグレーションが通電印加時に発生す
る電気力線に沿って発生するものであるとの知見に至っ
た。
As described above, it has been found that the heating resistor is disconnected due to ceramic migration. However, the present inventor has further studied and found that ceramic migration in the ceramic heater is caused by electric lines of force generated when electric current is applied. It came to the knowledge that it occurred along.

【0009】図6は、前述の如くセラミックのグリーン
シートに発熱抵抗体をスクリーン印刷して後、ヒータ付
グリーンシートをセラミックロッドに巻き付けて丸棒型
にしたセラミックヒータの例について、有限要素法によ
るモデル解析の結果を略図で示したもので、同図に示す
如く、発熱抵抗体において電位差が最も大きい部位間、
すなわち、通電時に最も高い電位となる発熱抵抗体の入
口部位30´(陽極側)から最も低い電位となる発熱抵
抗体の出口部位31´(陰極側)に向けて矢印でしめす
電気力線が向かっている。なお、上記矢印の向きは電気
力線の向きであり、その長さはその強さを表している。
FIG. 6 shows an example of a ceramic heater in which a heating element is screen-printed on a ceramic green sheet as described above, and then a green sheet with a heater is wound around a ceramic rod to form a round bar. The results of the model analysis are shown schematically, as shown in the figure, between the sites where the potential difference is largest in the heating resistor,
That is, the lines of electric force indicated by arrows are directed from the entrance portion 30 '(anode side) of the heating resistor, which has the highest potential when energized, to the exit portion 31' (cathode side) of the heating resistor, which has the lowest potential. ing. Note that the direction of the arrow is the direction of the line of electric force, and the length thereof indicates its strength.

【0010】したがって、本発明は上記のような問題点
を解決するため、セラミックヒータにおける通電時の電
気力線の流れを抑制することを課題とする。
Accordingly, an object of the present invention is to suppress the flow of lines of electric force when power is supplied to a ceramic heater in order to solve the above problems.

【0011】[0011]

【課題を解決する為の手段】このような課題を解決する
ため、本発明は、該発熱抵抗体の最高電位部位と最低電
位部位との間に、導電性材料からなる電気力線遮断体を
介在してなるセラミックヒータを提供せんとするもので
ある。
In order to solve such a problem, the present invention provides an electric field line breaker made of a conductive material between a highest potential portion and a lowest potential portion of the heating resistor. It is intended to provide an interposed ceramic heater.

【0012】[0012]

【作用】上記の如き、本発明のセラミックヒータは、前
記導電性材料からなる電気力線遮断体が、通電時にも電
荷をもたないことにより、中立媒体の役目をし、電気力
線を吸収、遮断する。これに伴い、イオン化したマトリ
ックス成分の移動を阻止するので、発熱抵抗体の断線と
いう事態を防止することができる。
As described above, in the ceramic heater of the present invention, the electric line of force interrupter made of the conductive material has no charge even when energized, so that it functions as a neutral medium and absorbs electric lines of electric force. ,Cut off. Accordingly, the movement of the ionized matrix component is prevented, so that the disconnection of the heating resistor can be prevented.

【0013】[0013]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図によ
り説明する。図1に本実施形態のセラミックヒータ10
の外観を示し、このセラミクヒータ10は丸棒状のセラ
ミック体12をなし、外部の直流電源13と電気的に接
続されるようになったものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 shows a ceramic heater 10 according to the present embodiment.
The ceramic heater 10 has a round rod-shaped ceramic body 12 and is electrically connected to an external DC power supply 13.

【0014】上記セラミックヒータ10は、高温時にお
いても電気絶縁性、熱伝導性に優れたアルミナ、ベリリ
ア等の粉末を原料とするセラミック生シート上に所要の
発熱量とする抵抗値が設定できるような櫛歯状、渦巻状
等の任意の形状で、所定の幅、厚み、長さに、タングス
テン、モリブデン−マンガン等のペーストを用い、スク
リーンプリントなどの厚膜手法によって発熱抵抗体とな
る抵抗体パターンを印刷し、さらに、このセラミック生
シートの上に生シートを重ね、導電性材料のペーストを
スクリーンプリントなどの厚膜手法によってセラミック
生シートにプリントし、後述する電気線遮断体となるも
のを形成した後、これらプリント済の生シートをセラミ
ックロッドに巻き付けて丸棒型にし、焼成雰囲気中で焼
結一体化したセラミックヒータである。
The ceramic heater 10 can set a resistance value to a required calorific value on a ceramic green sheet made of a powder of alumina, beryllia or the like having excellent electrical insulation and thermal conductivity even at a high temperature. A resistor that becomes a heating resistor by a thick film method such as screen printing using a paste such as tungsten, molybdenum-manganese, etc. in a predetermined width, thickness, and length in an arbitrary shape such as a comb-like or spiral shape. The pattern is printed, and further, the raw sheet is superimposed on the ceramic raw sheet, and the paste of the conductive material is printed on the ceramic raw sheet by a thick film method such as screen printing, so that an electric wire interrupter to be described later is formed. After formation, these printed raw sheets are wound around a ceramic rod to form a round bar, which is sintered and integrated in a firing atmosphere. Is Kkuhita.

【0015】図2に図1のX−X線断面図、すなわち、
上記セラミックヒータ10の発熱抵抗体14が設けられ
た領域Aの後端部分の断面図をし、同図に示すようにセ
ラミックヒータ10は発熱抵抗体14の内側に、導電性
材料からなり且つ同心の円弧状に形成された電気力線遮
断体15を備えたものとなっている。また、電気力線遮
断体15の設置位置は、発熱抵抗体14において電位差
が最も大きい部位間、すなわち、陽極側入口の電位の最
も高い部分18と、発熱抵抗体14の陰極側出口の電位
の最も低い部分19との間を遮蔽するような箇所とす
る。
FIG. 2 is a sectional view taken along line XX of FIG.
A cross-sectional view of the rear end portion of the area A where the heating resistor 14 of the ceramic heater 10 is provided. As shown in the drawing, the ceramic heater 10 is formed of a conductive material inside the heating resistor 14 and is concentric. The electric field line breaker 15 formed in the shape of an arc is provided. In addition, the installation position of the electric flux line interrupter 15 is determined between the portions of the heating resistor 14 where the potential difference is the largest, that is, the portion 18 having the highest potential on the anode side entrance and the potential on the cathode side exit of the heating resistor 14. A portion that shields between the lowest portion 19 is used.

【0016】上記電気力線遮断体15は導電性材料から
なり、外部の電源では隔絶しているので電気的に中立で
あり、直流電源13(図1参照)から電圧が発熱抵抗体
14に印加された際に電気力線遮断体15は電荷をもた
ないことにより、中立媒体の役目をし、電気力線を吸
収、遮断する。これに伴い、イオン化したマトリックス
成分の移動を抑制するので、マイクロクラックが発生し
にくく、したがって、発熱抵抗体の断線という事態を防
止することができる。
The electric field line breaker 15 is made of a conductive material and is electrically neutral because it is isolated from an external power supply, and a voltage is applied to the heating resistor 14 from the DC power supply 13 (see FIG. 1). Since the electric flux line interrupter 15 has no electric charge, it acts as a neutral medium and absorbs and blocks the electric flux lines. Accordingly, the movement of the ionized matrix component is suppressed, so that microcracks are less likely to occur, and therefore, a situation in which the heating resistor is disconnected can be prevented.

【0017】なお、電気力線遮断体15は、発熱抵抗体
の内側に円周状(又は円筒状)に切れ目なく設置するこ
とが望ましいが、セラミックヒータ10の製造工程にお
いて前記セラミックロッドとグリーンシートの密着性が
阻害される恐れがあるので、例えば、発熱抵抗体14と
電気力線遮断体15間の距離を0.2〜0.3mmとす
るならば、発熱抵抗体14の幅20の少なくとも5倍の
幅で設置すれば、円周状に切れ目なく設置した場合にお
ける、マトリックス成分移動抑制効果に類する効果を得
ることができる。また、この電気力線遮断体15を構成
する導電性材質としては、焼成で一体焼結できるW・ M
o・ Re・ Ti等の高融点金属もしくは該金属の各種化
合物の少なくとも一種類を主成分としたものとすること
が望ましい。
It is desirable that the electric line of force interrupter 15 be installed circumferentially (or cylindrically) without any break inside the heating resistor, but in the manufacturing process of the ceramic heater 10, the ceramic rod and the green sheet are used. For example, if the distance between the heating resistor 14 and the electric field line breaker 15 is set to 0.2 to 0.3 mm, at least the width 20 of the heating resistor 14 may be impaired. If it is installed at five times the width, it is possible to obtain an effect similar to the effect of suppressing the movement of the matrix component in the case where the installation is performed in a circumferentially continuous manner. The conductive material constituting the electric flux line interrupter 15 is W · M which can be integrally sintered by firing.
It is desirable to use as a main component at least one of a high melting point metal such as o, Re, and Ti or various compounds of the metal.

【0018】図3に上記セラミックヒータ10の使用例
としての、酸素センサーを示し、同図の如く、酸素セン
サー1は車両の排気管2に固定されるもので、排気管2
への固定部3と、固定部3により指示されたセンサ部4
とから主に構成されるものである。センサー部4は、ジ
ルコニア酸素センサー9とエンジン始動時にセンサー内
のジルコニア素子を加熱してセンサー9が良好に感知で
きるように配置された上記セラミックヒータ10を備
え、ジルコニア酸素センサー9の一端にセンサ9で生じ
た起電力を取り出す為のリード線11の一端が連結され
るとともに、セラミックヒータ10への直流電源供給
は、センサーカバー7の後部から配線された陽極6と、
エンジンボデーより接続された陰極5により与えられて
いる。
FIG. 3 shows an oxygen sensor as an example of the use of the ceramic heater 10. As shown in FIG. 3, the oxygen sensor 1 is fixed to the exhaust pipe 2 of the vehicle.
And a sensor unit 4 indicated by the fixing unit 3
It is mainly composed of The sensor unit 4 includes the zirconia oxygen sensor 9 and the ceramic heater 10 arranged so that the zirconia element in the sensor is heated when the engine is started so that the sensor 9 can detect the sensor satisfactorily. One end of a lead wire 11 for taking out the electromotive force generated in the above is connected, and DC power supply to the ceramic heater 10 is performed by the anode 6 wired from the rear of the sensor cover 7,
It is provided by a cathode 5 connected from the engine body.

【0019】次ぎに、窒化珪素などの粉末セラミックを
プレス成形により成形し、最終的にセラミックヒータを
得ることを特徴とした本発明の他実施形態を図4および
図5に示す。
Next, FIGS. 4 and 5 show another embodiment of the present invention in which a powder ceramic such as silicon nitride is formed by press molding to finally obtain a ceramic heater.

【0020】プレス成形により得たセラミック成形体2
1に図4(a)のように、発熱抵抗体22をU字状とな
し、さらにリード取り出し部として高融点金属ワイヤー
23の一方端部を発熱抵抗体22の端部に重ねるととも
に他方端部を電極取り出し部24に重ねるように、高融
点金属の化合物を主成分としたものによりスクリーン印
刷を施したものに、同じくプレス成形法にて成形された
同図(b)の如きセラミック成形体27を組み合わせ
る。すなわち、上記スクリーン印刷を施したセラミック
成形体21の発熱抵抗体22の間には、電気力線遮断体
25の取り付け用の溝26が空いており、他方のセラミ
ック成形体27から突出するように埋設されたを電気力
線遮断体25を上記溝26内に嵌合するようにする。
Ceramic molded body 2 obtained by press molding
As shown in FIG. 4A, the heating resistor 22 is formed in a U-shape as shown in FIG. 4A, and one end of the refractory metal wire 23 is overlapped with the end of the heating resistor 22 as a lead extraction portion, and the other end is formed. (B) as shown in FIG. 3 (b), which is screen-printed with a material containing a high melting point metal compound as a main component so as to overlap the electrode take-out portion 24. Combine. That is, between the heating resistors 22 of the screen-printed ceramic molded body 21, there is a groove 26 for mounting the electric flux barrier 25, so that the groove 26 protrudes from the other ceramic molded body 27. The buried electric field line breaker 25 is fitted in the groove 26.

【0021】このようにして組み合わせ一体焼結させた
ものが同図(c)に示すセラミックヒータ基体28とし
て得られる。このセラミックヒータ基体28であり、こ
のセラミックヒータ基体を切削工具により外径切削加工
を行い、最終的に丸棒状のセラミックヒータを得る。
In this way, the combined and integrally sintered body is obtained as the ceramic heater base 28 shown in FIG. The ceramic heater substrate 28 is subjected to outer diameter cutting with a cutting tool to finally obtain a round bar-shaped ceramic heater.

【0022】このセラミックヒータも前記図3に示す酸
素センサー1に組み込くことができる。
This ceramic heater can also be incorporated in the oxygen sensor 1 shown in FIG.

【0023】また、発熱抵抗体22と電気力線遮断体2
5の絶縁距離は少なくとも0.2mm以上とすることが
望ましい。これは、窒化珪素などの材料の場合、組成上
Mo3Si4などの導電性金属物質が成分として含まれ
ており、これが高温時に絶縁抵抗を低下させるためであ
る。
Further, the heating resistor 22 and the electric force line breaker 2
It is desirable that the insulation distance of No. 5 is at least 0.2 mm or more. This is because, in the case of a material such as silicon nitride, a conductive metal substance such as Mo3Si4 is contained as a component in the composition, and this lowers the insulation resistance at a high temperature.

【0024】また、電気力線遮断体25の材質は、高融
点金属であるW・Mo・Re・Ti等の金属もしくは前
記金属の各種化合物の少なくとも一種類を主成分とした
ものが望ましく、形状は金属粉末のプレス等により得ら
れるタブレット状か、圧延等で得た一般金属板であると
良い。この時のタブレット厚みもしくは板厚は、0..
〜0.6mmとすることが製造上問題が少ない。板厚
0.2mm以下であるとプレス成型時の圧力で変形が発
生しやすく、板厚0.6mm以上だと外表面までの距離
が0.5mmほどと少量しか設定できない場合、クラッ
クが発生しやすいためである。
The electric field line breaker 25 is preferably made of a high melting point metal such as W, Mo, Re, Ti, or at least one of various compounds of the above metals. Is preferably a tablet obtained by pressing a metal powder or a general metal plate obtained by rolling or the like. The tablet thickness or plate thickness at this time is 0. .
When it is set to about 0.6 mm, there is little problem in production. If the plate thickness is 0.2 mm or less, deformation tends to occur due to the pressure during press molding. If the plate thickness is 0.6 mm or more, the distance to the outer surface can be set as small as 0.5 mm, and cracks will occur. Because it is easy.

【0025】以上、上記実施形態では丸棒状のセラミッ
クヒータを説明したが、外径切削を行わず平板状とした
ものでも良い。また、抵抗値の調整のため、ヒーター機
能が取り付けられたセラミック成形体を複数層積層し、
電極取り出し部24の表面露出部などでメタライズ法な
どで並列に接続したものでも良い。
In the above embodiment, the round bar-shaped ceramic heater has been described. However, the heater may be a flat plate without cutting the outer diameter. In addition, in order to adjust the resistance value, a plurality of ceramic molded bodies equipped with a heater function are laminated,
The electrodes may be connected in parallel by a metalizing method or the like at the exposed surface of the electrode take-out section 24 or the like.

【0026】[0026]

【実施例】前記図1及び図2に示すセラミックヒータ1
0を作製し、発熱抵抗体14の抵抗値の変化と断線率を
調べた。なお、その仕様および試験条件は以下の通りで
ある。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS A ceramic heater 1 shown in FIGS.
0 was manufactured, and the change in the resistance value of the heating resistor 14 and the disconnection rate were examined. The specifications and test conditions are as follows.

【0027】全長:50mm 直径:3.5mm 発熱
抵抗体長さ:12mm 発熱抵抗体幅:0.25mm 電気力線遮断体
幅:1.5mm 発熱抵抗体,電気力線遮断体の材質:タングステン セラミック体の材質:アルミナ 抵抗温度係数(20℃〜800℃):3000PPM/
℃ 消費電力(12V時):10W また、比較例として電気力線遮断体25を形成しない以
外、上記セラミックヒータと同一のセラミックヒータを
作製した。
Total length: 50 mm Diameter: 3.5 mm Heating resistor length: 12 mm Heating resistor width: 0.25 mm Electric flux blocking line width: 1.5 mm Material of heating resistor, electrical flux blocking material: Tungsten ceramic Material: Alumina Temperature coefficient of resistance (20 ° C to 800 ° C): 3000 PPM /
C. Power consumption (at 12 V): 10 W Further, as a comparative example, a ceramic heater identical to the above ceramic heater was produced except that the electric flux line breaker 25 was not formed.

【0028】それぞれのセラミックヒータを、各10本
ずつ準備し、加速評価として1200℃に発熱させた。
このときの印加電圧は24〜25Vであった。抵抗値の
測定は、23℃±1℃に管理した室内に30分以上放置
し、抵抗値を安定させた後測定した。表1にそれらの結
果を示す(本実施例A/比較例B)。
Ten ceramic heaters were prepared and heated to 1200 ° C. for acceleration evaluation.
The applied voltage at this time was 24 to 25V. The resistance was measured after leaving it in a room maintained at 23 ° C. ± 1 ° C. for 30 minutes or more to stabilize the resistance. Table 1 shows the results (Example A / Comparative Example B).

【0029】[0029]

【表1】 [Table 1]

【0030】表中の断線率は、抵抗値の測定時に発熱体
パターンが抵抗値を持たないようになった本数を、百分
率にて示したものである。
The disconnection rate in the table is the percentage of the number of the heating element patterns having no resistance value when measuring the resistance value.

【0031】表1から明らかなように、本実施例のセラ
ミックヒータ10は比較例に比べて抵抗変化が格段に小
さく、また断線が生じにくくなっていることが判る。
As is clear from Table 1, the ceramic heater 10 of this embodiment has a much smaller change in resistance than the comparative example, and is less likely to break.

【0032】また、これらセラミックヒータにつき、有
限要素法にてモデル解析を行い、電気力線の態様につい
ての略図を作製した。
Further, model analysis was performed on these ceramic heaters by the finite element method, and a schematic diagram of the form of the lines of electric force was prepared.

【0033】これはコンピューターによる解析プログラ
ムを使用するもので、セラミックヒータの発熱抵抗体部
分の断面モデルを作製し、その断面モデルに所定のメッ
シュを加える。この各メッシュにおける解析条件をあた
え、応力、電場解析する。解析条件としては、電圧、電
流等の印加条件やセラミックの物性条件、例えば、比透
過率、比重、熱伝達率等を適用した。
This uses an analysis program by a computer to prepare a cross-sectional model of a heating resistor portion of a ceramic heater and add a predetermined mesh to the cross-sectional model. The analysis conditions for each mesh are given, and the stress and the electric field are analyzed. As the analysis conditions, application conditions such as voltage and current and physical property conditions of the ceramic, for example, specific transmittance, specific gravity, heat transfer coefficient and the like were applied.

【0034】図5および図6は、上記セラミックヒータ
のそれぞれの有限要素法によるモデル解析の結果を略図
で示したもので、図5は本実施例のセラミックヒータ、
図6は比較例のセラミックヒータである。発熱抵抗体に
おいて最も電位差が大きい部位間、すなわち、通電時に
最も高い電位となる部位30、30´から最も低い電位
となる部位31´に向けて矢印で示す電気力線が向かっ
ていく。なお、上記矢印の向きは電気力線の向きであ
り、その長さはその強さを表している。
FIGS. 5 and 6 schematically show the results of model analysis of each of the above ceramic heaters by the finite element method. FIG. 5 shows the ceramic heater of this embodiment.
FIG. 6 shows a ceramic heater of a comparative example. The lines of electric force indicated by the arrows are directed between the portions of the heat generating resistor having the largest potential difference, that is, from the portions 30 and 30 'having the highest potential when energized to the portion 31' having the lowest potential. Note that the direction of the arrow is the direction of the line of electric force, and the length thereof indicates its strength.

【0035】これらの図の比較から明らかなように、実
施例のセラミックヒータは、最高電位部位30から発生
した直流電源印加時の電気力線を電気力線遮断体31が
吸収・遮断し、最低電位部位32に到達する電気力線の
本数が極めて少なくなっているに対し、比較例では格段
に多くなっている。前述のようにイオン化したマトリッ
クス成分は電気力線に沿って移動するため、電気力線遮
断体31により、イオン化したマトリックス成分が移動
しにくくなっていることがわかる。
As is clear from the comparison of these figures, in the ceramic heater of the embodiment, the electric flux line breaker 31 absorbs and cuts off the electric flux lines generated from the highest potential portion 30 when the DC power is applied. While the number of lines of electric force reaching the potential portion 32 is extremely small, the number of lines of electric force is significantly increased in the comparative example. As described above, since the ionized matrix component moves along the lines of electric force, it is understood that the ionized matrix component is less likely to move due to the electric line of force interrupter 31.

【0036】[0036]

【発明の効果】上記の如き、本発明のセラミックヒータ
は、前記、導電性材料からなる電気力線遮断体が、通電
時にも電荷をもたないことにより、中立媒体の役目を
し、電気力線を吸収、遮断する。これに伴い、イオン化
したマトリックス成分の移動を抑制するので、発熱抵抗
体の断線という事態を防止することができることによ
り、直流電源を印加しても長期信頼性は向上し、長寿命
化がはかれ、さらに従来よりも高温での使用にも耐えう
るというように、実用的な効果が絶大である。
As described above, according to the ceramic heater of the present invention, the electric line breaker made of a conductive material has no electric charge even when energized, so that it functions as a neutral medium. Absorbs and blocks lines. Along with this, the movement of the ionized matrix component is suppressed, so that the situation of disconnection of the heating resistor can be prevented, so that even if a DC power is applied, long-term reliability is improved and the life is extended. The practical effect is remarkable, as it can withstand use at a higher temperature than before.

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

【図1】本発明の実施形態によるセラミックヒータの外
観を示す平面図である。
FIG. 1 is a plan view showing the appearance of a ceramic heater according to an embodiment of the present invention.

【図2】図1のセラミックヒータのX−X線断面図であ
る。
FIG. 2 is a sectional view taken along line XX of the ceramic heater of FIG.

【図3】上記セラミックヒータを用いた装置の一例とし
ての酸素センサーを示す垂直断面図である。
FIG. 3 is a vertical sectional view showing an oxygen sensor as an example of an apparatus using the ceramic heater.

【図4】他実施形態のセラミックヒータの作製途中の状
態を示す斜視説明図である。
FIG. 4 is a perspective explanatory view showing a state in the course of manufacturing a ceramic heater of another embodiment.

【図5】本発明実施例のセラミックヒータにつき有限要
素法による電気力線のモデル解析の結果を垂直断面で示
した、モデル図である。
FIG. 5 is a model diagram showing the results of a model analysis of electric lines of force by the finite element method for the ceramic heater according to the embodiment of the present invention in a vertical cross section.

【図6】従来のセラミックヒータ(比較例)につき有限
要素法による電気力線のモデル解析の結果を垂直断面で
示した、モデル図である。
FIG. 6 is a model diagram showing the results of a model analysis of electric lines of force by a finite element method for a conventional ceramic heater (comparative example) in a vertical section.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10,29 セラミックヒータ 12 セラミック体 13 直流電源 14,22 発熱抵抗体 15,25 電気力線遮断体 18 最高電位部位 19 最低電位部位 20 幅 1 酸素センサー 2 排気管 3 固定部 4 センサ部 5 陰極 6 陽極 7 センサーカバー 9 (ジルコニア酸素センサー) 21,27 セラミック成形体 23 高融点金属ワイヤー 24 電極取り出し部 28 セラミックヒータ基体 Reference Signs List 10, 29 Ceramic heater 12 Ceramic body 13 DC power supply 14, 22, Heating resistor 15, 25 Electric field line breaker 18 Highest potential part 19 Lowest potential part 20 Width 1 Oxygen sensor 2 Exhaust pipe 3 Fixed part 4 Sensor part 5 Cathode 6 Anode 7 Sensor cover 9 (zirconia oxygen sensor) 21, 27 Ceramic molded body 23 High melting point metal wire 24 Electrode extraction part 28 Ceramic heater base

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】板状、円筒状等所望形状のセラミッック体
中に発熱抵抗体を埋設するとともに、該発熱抵抗体にお
いて電位差が最も大きい部位間に導電性材料からなる電
気力線遮断体を介在してなるセラミックヒータ。
1. A heating resistor is buried in a ceramic body having a desired shape such as a plate or a cylinder, and an electric line breaker made of a conductive material is interposed between portions of the heating resistor having a largest potential difference. Ceramic heater made.
【請求項2】前記電気力線遮断体はW・ Mo・ Re・ T
i等の高融点金属もしくは、該高融点金属の各種化合物
から選ばれる、少なくとも一種類以上を主成分とする材
質で構成されていることを特徴とする請求項1のセラミ
ックヒータ。
2. The electric field line breaker is W.Mo.Re.T.
2. The ceramic heater according to claim 1, wherein the ceramic heater is made of a material having at least one selected from the group consisting of a high melting point metal such as i and various compounds of the high melting point metal.
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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011507188A (en) * 2007-12-17 2011-03-03 モメンティブ パフォーマンス マテリアルズ インコーポレイテッド Electrode tuning method and apparatus for laminated heater structure
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