JPH11135234A - 窒化アルミニウムヒーター - Google Patents
窒化アルミニウムヒーターInfo
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- JPH11135234A JPH11135234A JP9298076A JP29807697A JPH11135234A JP H11135234 A JPH11135234 A JP H11135234A JP 9298076 A JP9298076 A JP 9298076A JP 29807697 A JP29807697 A JP 29807697A JP H11135234 A JPH11135234 A JP H11135234A
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
- H05B3/00—Ohmic-resistance heating
- H05B3/20—Heating elements having extended surface area substantially in a two-dimensional plane, e.g. plate-heater
- H05B3/22—Heating elements having extended surface area substantially in a two-dimensional plane, e.g. plate-heater non-flexible
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- H05B3/265—Heating elements having extended surface area substantially in a two-dimensional plane, e.g. plate-heater non-flexible heating conductor mounted on insulating base the insulating base being an inorganic material, e.g. ceramic
-
- H—ELECTRICITY
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- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Ceramic Engineering (AREA)
- Resistance Heating (AREA)
- Surface Heating Bodies (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 低コストで製造でき、セラミックス基板とそ
の表面に形成した発熱体との密着性に優れ、信頼性の高
いセラミックスヒーターを提供する。 【解決手段】 窒化アルミニウム焼結体からなる基板１
と、その基板１の表面に形成した銀又は銀合金を主成分
とする発熱体２及び給電用の電極３とを備え、窒化アル
ミニウム焼結体が周期律表の２Ａ族又は３Ａ族の元素又
は化合物と、ケイ素元素換算で０.０１〜０.５重量％の
ケイ素又はケイ素化合物とを含有し、好ましくは更に８
族遷移元素又は化合物を元素換算で０.０１〜１重量％
含有する。
の表面に形成した発熱体との密着性に優れ、信頼性の高
いセラミックスヒーターを提供する。 【解決手段】 窒化アルミニウム焼結体からなる基板１
と、その基板１の表面に形成した銀又は銀合金を主成分
とする発熱体２及び給電用の電極３とを備え、窒化アル
ミニウム焼結体が周期律表の２Ａ族又は３Ａ族の元素又
は化合物と、ケイ素元素換算で０.０１〜０.５重量％の
ケイ素又はケイ素化合物とを含有し、好ましくは更に８
族遷移元素又は化合物を元素換算で０.０１〜１重量％
含有する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、セラミックス基板
の表面に発熱体を設けたセラミックスヒーター、特に発
熱体の密着性に優れたセラミックスヒーターに関する。
の表面に発熱体を設けたセラミックスヒーター、特に発
熱体の密着性に優れたセラミックスヒーターに関する。
【０００２】
【従来の技術】電熱器やアイロン、電気ストーブなどの
各種ヒーターとして、セラミックスからなる基板の表面
に金属の発熱体や給電用の電極を設けたセラミックスヒ
ーターが知られている。また、かかるセラミックスヒー
ターの基板としては、従来からアルミナ（Ａｌ2Ｏ3）基
板が用いられてきた。
各種ヒーターとして、セラミックスからなる基板の表面
に金属の発熱体や給電用の電極を設けたセラミックスヒ
ーターが知られている。また、かかるセラミックスヒー
ターの基板としては、従来からアルミナ（Ａｌ2Ｏ3）基
板が用いられてきた。
【０００３】アルミナ基板は、電気絶縁性、機械的強
度、及びコストの面で優れているが、耐熱衝撃性に劣っ
ている。このため、急速な昇温及び冷却が要求されるヒ
ーターにおいては、熱衝撃によりアルミナ基板が破断し
てしまい、実際の使用に対する信頼性が低いなどの問題
点があった。また、アルミナ基板は熱伝導率が２０Ｗ／
ｍＫ程度と小さいため、発熱体が存在する部分と、それ
以外の部分との温度差が大きくなり、温度分布の均一
さ、即ち均熱性が要求されるヒーターには不向きであっ
た。
度、及びコストの面で優れているが、耐熱衝撃性に劣っ
ている。このため、急速な昇温及び冷却が要求されるヒ
ーターにおいては、熱衝撃によりアルミナ基板が破断し
てしまい、実際の使用に対する信頼性が低いなどの問題
点があった。また、アルミナ基板は熱伝導率が２０Ｗ／
ｍＫ程度と小さいため、発熱体が存在する部分と、それ
以外の部分との温度差が大きくなり、温度分布の均一
さ、即ち均熱性が要求されるヒーターには不向きであっ
た。
【０００４】これらアルミナ基板の問題点を解決するた
め、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）からなる基板を用いた
セラミックスヒーターが提案されている。例えば、特開
平４−２０６１８５号公報には、Ｐｄ及びＰｔのペース
トを用いた窒化アルミニウムヒーター及びその製造方法
が開示されている。また、特公平７−１０９７８９号公
報には、高融点金属を発熱体として用いた窒化アルミニ
ウムヒーターが提案されている。
め、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）からなる基板を用いた
セラミックスヒーターが提案されている。例えば、特開
平４−２０６１８５号公報には、Ｐｄ及びＰｔのペース
トを用いた窒化アルミニウムヒーター及びその製造方法
が開示されている。また、特公平７−１０９７８９号公
報には、高融点金属を発熱体として用いた窒化アルミニ
ウムヒーターが提案されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】上記のごとく、熱伝導
性に優れた窒化アルミニウム基板を用いたセラミックス
ヒーターは、均熱性に優れ、基板の耐熱衝撃性も向上す
る。しかし、窒化アルミニウム基板を用いたセラミック
スヒーターでは、上記Ｐｄ及びＰｔや、高融点金属の発
熱体を始め、ＡｇやＡｇ合金などの、公知の発熱体を基
板表面に形成したとき、その発熱体と基板との密着性が
十分ではなく、信頼性に劣るという欠点があった。
性に優れた窒化アルミニウム基板を用いたセラミックス
ヒーターは、均熱性に優れ、基板の耐熱衝撃性も向上す
る。しかし、窒化アルミニウム基板を用いたセラミック
スヒーターでは、上記Ｐｄ及びＰｔや、高融点金属の発
熱体を始め、ＡｇやＡｇ合金などの、公知の発熱体を基
板表面に形成したとき、その発熱体と基板との密着性が
十分ではなく、信頼性に劣るという欠点があった。
【０００６】また、上記特開平４−２０６１８５号公報
に記載のヒーターは、発熱体がＰｔ及びＰｄであるた
め、製造コストが非常に高価になるという欠点があっ
た。このため、特公平７−１０９７８９号公報などにお
いて、高融点金属を用いた発熱体や、活性金属を用いた
発熱体などが提案されている。
に記載のヒーターは、発熱体がＰｔ及びＰｄであるた
め、製造コストが非常に高価になるという欠点があっ
た。このため、特公平７−１０９７８９号公報などにお
いて、高融点金属を用いた発熱体や、活性金属を用いた
発熱体などが提案されている。
【０００７】しかしながら、高融点金属を用いて発熱体
を形成する場合、基板である窒化アルミニウムと高融点
金属とを同時に焼成すると、窒化アルミニウムと高融点
金属の焼結による収縮率の差によって、基板に反りや変
形が生じてしまう。そこで、窒化アルミニウム焼結体上
に高融点金属を印刷した後、焼成することになるが、２
回の焼成のため製造コストが高くなるうえ、基板の反り
や変形を完全に解消することは困難であった。また、活
性金属を用いて発熱体を形成する場合には、その形成時
に高真空が要求されるため、やはり製造コストが高くな
るという問題点があった。
を形成する場合、基板である窒化アルミニウムと高融点
金属とを同時に焼成すると、窒化アルミニウムと高融点
金属の焼結による収縮率の差によって、基板に反りや変
形が生じてしまう。そこで、窒化アルミニウム焼結体上
に高融点金属を印刷した後、焼成することになるが、２
回の焼成のため製造コストが高くなるうえ、基板の反り
や変形を完全に解消することは困難であった。また、活
性金属を用いて発熱体を形成する場合には、その形成時
に高真空が要求されるため、やはり製造コストが高くな
るという問題点があった。
【０００８】本発明は、このような従来の事情に鑑み、
低コストで製造でき、セラミックス基板とその表面に形
成した発熱体との密着性に優れ、高い信頼性を有するセ
ラミックスヒーターを提供することを目的とする。
低コストで製造でき、セラミックス基板とその表面に形
成した発熱体との密着性に優れ、高い信頼性を有するセ
ラミックスヒーターを提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明が提供するセラミックスヒーターは、窒化ア
ルミニウムを主成分とする焼結体からなる基板と、該窒
化アルミニウム焼結体の基板表面に形成した銀又は銀合
金を主成分とする発熱体及び給電用電極とを備えた窒化
アルミニウムヒーターであって、前記窒化アルミニウム
焼結体が周期律表の２Ａ族又は３Ａ族の元素又はその化
合物と、ケイ素元素換算で０.０１〜０.５重量％のケイ
素又はケイ素化合物とを含有していることを特徴として
いる。
め、本発明が提供するセラミックスヒーターは、窒化ア
ルミニウムを主成分とする焼結体からなる基板と、該窒
化アルミニウム焼結体の基板表面に形成した銀又は銀合
金を主成分とする発熱体及び給電用電極とを備えた窒化
アルミニウムヒーターであって、前記窒化アルミニウム
焼結体が周期律表の２Ａ族又は３Ａ族の元素又はその化
合物と、ケイ素元素換算で０.０１〜０.５重量％のケイ
素又はケイ素化合物とを含有していることを特徴として
いる。
【００１０】本発明の窒化アルミニウムヒーターにおい
ては、窒化アルミニウム焼結体が８族遷移元素の少なく
とも１種の元素又はその化合物を、その元素換算で０.
０１〜１重量％含有することが好ましい。また、窒化ア
ルミニウム焼結体中のケイ素又はケイ素化合物の含有量
は、ケイ素元素換算で０.１〜０.５重量％であることが
好ましい。更に、窒化アルミニウム焼結体に含まれる２
Ａ族元素がカルシウムであって、３Ａ族元素がイッテル
ビウム及びネオジウムであることが好ましい。
ては、窒化アルミニウム焼結体が８族遷移元素の少なく
とも１種の元素又はその化合物を、その元素換算で０.
０１〜１重量％含有することが好ましい。また、窒化ア
ルミニウム焼結体中のケイ素又はケイ素化合物の含有量
は、ケイ素元素換算で０.１〜０.５重量％であることが
好ましい。更に、窒化アルミニウム焼結体に含まれる２
Ａ族元素がカルシウムであって、３Ａ族元素がイッテル
ビウム及びネオジウムであることが好ましい。
【００１１】
【発明の実施の形態】本発明のヒーターにおいては、発
熱体及び電極として安価なＡｇ又はＡｇ合金を使用し、
発熱体及び電極と基板との密着性を確保するために、Ｓ
ｉ又はＳｉ化合物を含有させた窒化アルミニウム焼結体
からなる基板を使用する。更に、窒化アルミニウムの焼
結を促進し、発熱体との濡れ性を向上させるため、２Ａ
族の元素又はその化合物及び／又は３Ａ族の元素又はそ
の化合物を添加する。
熱体及び電極として安価なＡｇ又はＡｇ合金を使用し、
発熱体及び電極と基板との密着性を確保するために、Ｓ
ｉ又はＳｉ化合物を含有させた窒化アルミニウム焼結体
からなる基板を使用する。更に、窒化アルミニウムの焼
結を促進し、発熱体との濡れ性を向上させるため、２Ａ
族の元素又はその化合物及び／又は３Ａ族の元素又はそ
の化合物を添加する。
【００１２】発熱体及び電極に使用するＡｇ又はＡｇ合
金と、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）基板との良好な密着
性を実現するため、多くの研究を重ねた結果、ＡｌＮ焼
結体中にＳｉ又はＳｉ化合物を含有させることで良好な
密着性を実現できることが判明した。Ｓｉ又はＳｉ化合
物は、焼結助剤である２Ａ族又は３Ａ族元素などと反応
してＳｉＯ2やサイアロンなど各種の酸化物を形成す
る。このＳｉを含む酸化物は、ＡｌＮの粒界に存在し、
窒化アルミニウムとの密着性に優れ、且つＡｇ及びＡｇ
合金との濡れ性に関しても良好であるため、発熱体及び
電極とＡｌＮ基板との密着性を向上させることができ
る。
金と、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）基板との良好な密着
性を実現するため、多くの研究を重ねた結果、ＡｌＮ焼
結体中にＳｉ又はＳｉ化合物を含有させることで良好な
密着性を実現できることが判明した。Ｓｉ又はＳｉ化合
物は、焼結助剤である２Ａ族又は３Ａ族元素などと反応
してＳｉＯ2やサイアロンなど各種の酸化物を形成す
る。このＳｉを含む酸化物は、ＡｌＮの粒界に存在し、
窒化アルミニウムとの密着性に優れ、且つＡｇ及びＡｇ
合金との濡れ性に関しても良好であるため、発熱体及び
電極とＡｌＮ基板との密着性を向上させることができ
る。
【００１３】窒化アルミニウム焼結体中のＳｉ又はＳｉ
化合物の含有量は、Ｓｉ元素換算で０.０１重量％以上
とする。これ未満の含有量では、ＡｌＮの粒界に形成さ
れる酸化物中のＳｉ量が少なくなるため、Ａｇ及びＡｇ
合金との濡れ性の低下、即ち密着強度の低下を引き起こ
すからである。また、Ｓｉの含有量を０.１重量％以上
とすることにより、Ａｇ及びＡｇ合金との更に良好な密
着性を実現することができ、安定した粒径のＡｌＮ焼結
体を得ることができる。しかし、Ｓｉの含有量が０.５
重量％を越えると、ＡｌＮ焼結体の熱伝導率が低下し、
それ以上の密着性の向上も望めないので、０.５重量％
を上限とすることが好ましい。尚、Ｓｉ化合物として
は、ＳｉＯ2、Ｓｉ3Ｎ4、サイアロンなどがある。
化合物の含有量は、Ｓｉ元素換算で０.０１重量％以上
とする。これ未満の含有量では、ＡｌＮの粒界に形成さ
れる酸化物中のＳｉ量が少なくなるため、Ａｇ及びＡｇ
合金との濡れ性の低下、即ち密着強度の低下を引き起こ
すからである。また、Ｓｉの含有量を０.１重量％以上
とすることにより、Ａｇ及びＡｇ合金との更に良好な密
着性を実現することができ、安定した粒径のＡｌＮ焼結
体を得ることができる。しかし、Ｓｉの含有量が０.５
重量％を越えると、ＡｌＮ焼結体の熱伝導率が低下し、
それ以上の密着性の向上も望めないので、０.５重量％
を上限とすることが好ましい。尚、Ｓｉ化合物として
は、ＳｉＯ2、Ｓｉ3Ｎ4、サイアロンなどがある。
【００１４】周期律表の２Ａ族元素又はその化合物、或
は３Ａ族元素又はその化合物は、難焼結性物質である窒
化アルミニウムの焼結を促進する焼結助剤として作用す
る。即ち、これらの元素又は化合物は、原料である窒化
アルミニウム粉末の粒子表面に存在する酸化物（アルミ
ナ）と反応して、液相を形成する。この液相がＡｌＮ粒
子同士を結合させ、焼結を促進させる。これらの元素又
は化合物の含有量は、通常の焼結助剤としての添加量で
良く、具体的には元素換算の合計で０.１〜１０重量％
の範囲が好ましい。
は３Ａ族元素又はその化合物は、難焼結性物質である窒
化アルミニウムの焼結を促進する焼結助剤として作用す
る。即ち、これらの元素又は化合物は、原料である窒化
アルミニウム粉末の粒子表面に存在する酸化物（アルミ
ナ）と反応して、液相を形成する。この液相がＡｌＮ粒
子同士を結合させ、焼結を促進させる。これらの元素又
は化合物の含有量は、通常の焼結助剤としての添加量で
良く、具体的には元素換算の合計で０.１〜１０重量％
の範囲が好ましい。
【００１５】また、基板となる窒化アルミニウム焼結体
においては、焼結体を形成しているＡｌＮの粒径をでき
るだけ小さくすることが望ましい。それにより、焼結体
表面に析出する助剤成分の分布が均一且つ密になり、発
熱体及び電極との密着性を更に良好にするからである。
逆にＡｌＮの粒径が大きいと、基板の表面粗さが粗くな
るため、例えばヒーターの伝熱面と被加熱物との隙間が
大きくなり、伝熱効率が低下するなどの不都合がある。
特に、ヒーターと被加熱物とが相互に摺動する場合、Ａ
ｌＮ粒子が大きいと脱粒を生じやすくなり、また被加熱
物に損傷を与える恐れがあるため好ましくない。ＡｌＮ
粒子の平均粒径としては、４.０μｍ以下が好ましく、
３.０μｍ以下が更に好ましい。
においては、焼結体を形成しているＡｌＮの粒径をでき
るだけ小さくすることが望ましい。それにより、焼結体
表面に析出する助剤成分の分布が均一且つ密になり、発
熱体及び電極との密着性を更に良好にするからである。
逆にＡｌＮの粒径が大きいと、基板の表面粗さが粗くな
るため、例えばヒーターの伝熱面と被加熱物との隙間が
大きくなり、伝熱効率が低下するなどの不都合がある。
特に、ヒーターと被加熱物とが相互に摺動する場合、Ａ
ｌＮ粒子が大きいと脱粒を生じやすくなり、また被加熱
物に損傷を与える恐れがあるため好ましくない。ＡｌＮ
粒子の平均粒径としては、４.０μｍ以下が好ましく、
３.０μｍ以下が更に好ましい。
【００１６】一般に窒化アルミニウム焼結体中のＡｌＮ
粒子は、焼結温度が高いほど粒成長が進み、粒径が大き
くなる。このため、焼結温度をできるだけ低くすること
が望ましく、そのためには添加する焼結助剤として周期
律表２Ａ族と３Ａ族の元素又はその化合物を併用するこ
とによって、液相の出現温度を低下させ、焼結温度を低
下させることが好ましい。その場合、２Ａ族のカルシウ
ム（Ｃａ）、３Ａ族のネオジウム（Ｎｄ）及びイッテル
ビウム（Ｙｂ）、或はそれらの化合物が好ましく、中で
もこの３種の元素の併用が特に好ましい。これら３種の
焼結助剤を併用することにより、焼結温度は１８００℃
以下になり、焼結体中のＡｌＮの平均粒径は４.０μｍ
以下に小さくなり、更に焼結体基板の熱伝導率も高くな
る。
粒子は、焼結温度が高いほど粒成長が進み、粒径が大き
くなる。このため、焼結温度をできるだけ低くすること
が望ましく、そのためには添加する焼結助剤として周期
律表２Ａ族と３Ａ族の元素又はその化合物を併用するこ
とによって、液相の出現温度を低下させ、焼結温度を低
下させることが好ましい。その場合、２Ａ族のカルシウ
ム（Ｃａ）、３Ａ族のネオジウム（Ｎｄ）及びイッテル
ビウム（Ｙｂ）、或はそれらの化合物が好ましく、中で
もこの３種の元素の併用が特に好ましい。これら３種の
焼結助剤を併用することにより、焼結温度は１８００℃
以下になり、焼結体中のＡｌＮの平均粒径は４.０μｍ
以下に小さくなり、更に焼結体基板の熱伝導率も高くな
る。
【００１７】尚、これらＣａ、Ｙｂ、Ｎｄの３種の焼結
助剤の添加による効果を高めるためには、それらの量を
以下の範囲とすることが好ましい。即ち、Ｃａ化合物、
Ｙｂ化合物及びＮｄ化合物のＣａＯ、Ｙｂ2Ｏ3及びＮｄ
2Ｏ3に換算したときの含有量（重量％）をそれぞれｘ、
ｙ及びｚとしたとき、０.０１≦ｘ≦１.０且つ０.１≦
ｙ＋ｚ≦１０を同時に満たす範囲が好ましく、又はこの
関係を満たすと共に、(ｙ＋ｚ)／ｘ≧１０の関係も満た
すことが更に好ましい。
助剤の添加による効果を高めるためには、それらの量を
以下の範囲とすることが好ましい。即ち、Ｃａ化合物、
Ｙｂ化合物及びＮｄ化合物のＣａＯ、Ｙｂ2Ｏ3及びＮｄ
2Ｏ3に換算したときの含有量（重量％）をそれぞれｘ、
ｙ及びｚとしたとき、０.０１≦ｘ≦１.０且つ０.１≦
ｙ＋ｚ≦１０を同時に満たす範囲が好ましく、又はこの
関係を満たすと共に、(ｙ＋ｚ)／ｘ≧１０の関係も満た
すことが更に好ましい。
【００１８】また、窒化アルミニウム焼結体中に周期律
表の８族遷移元素の少なくとも１種の元素又はその化合
物を含有させることにより、Ａｇ及びＡｇ合金との密着
に寄与する前記Ｓｉを含む酸化物の融点が低下し、発熱
体及び電極との密着性をより一層向上させることができ
る。８族遷移元素又はその化合物の含有量としては、そ
の元素換算で０.０１〜１重量％の範囲とすることが好
ましく、更にはその下限を０.１重量％とすることが更
に好ましい。尚、好ましい８族遷移元素の化合物として
は、ＦｅＯ、Ｆｅ2Ｏ3、Ｆｅ(ＯＨ)3、ＦｅＳｉ2等をあ
げることができる。
表の８族遷移元素の少なくとも１種の元素又はその化合
物を含有させることにより、Ａｇ及びＡｇ合金との密着
に寄与する前記Ｓｉを含む酸化物の融点が低下し、発熱
体及び電極との密着性をより一層向上させることができ
る。８族遷移元素又はその化合物の含有量としては、そ
の元素換算で０.０１〜１重量％の範囲とすることが好
ましく、更にはその下限を０.１重量％とすることが更
に好ましい。尚、好ましい８族遷移元素の化合物として
は、ＦｅＯ、Ｆｅ2Ｏ3、Ｆｅ(ＯＨ)3、ＦｅＳｉ2等をあ
げることができる。
【００１９】本発明のヒーターでは、上記窒化アルミニ
ウム焼結体からなる基板の表面に、発熱体及び発熱体に
給電するための電極を具備している。発熱体及び電極の
形成は、Ａｇ又はＡｇ合金の粉末に有機溶剤とバインダ
ーを加えてペースト状にし、スクリーン印刷などの手法
により基板上に電極と発熱体の回路パターンを形成した
後、これを焼成する。このとき、ペースト中にホウケイ
酸ガラスなどのガラス成分を加えることにより、Ａｇ及
びＡｇ合金とＡｌＮとの熱膨張差によるＡｌＮ基板の反
りを防ぐことができる。添加するガラス量としては、導
体成分であるＡｇ及びＡｇ合金１００重量部に対して
１.０〜２５.０重量部が好ましい。
ウム焼結体からなる基板の表面に、発熱体及び発熱体に
給電するための電極を具備している。発熱体及び電極の
形成は、Ａｇ又はＡｇ合金の粉末に有機溶剤とバインダ
ーを加えてペースト状にし、スクリーン印刷などの手法
により基板上に電極と発熱体の回路パターンを形成した
後、これを焼成する。このとき、ペースト中にホウケイ
酸ガラスなどのガラス成分を加えることにより、Ａｇ及
びＡｇ合金とＡｌＮとの熱膨張差によるＡｌＮ基板の反
りを防ぐことができる。添加するガラス量としては、導
体成分であるＡｇ及びＡｇ合金１００重量部に対して
１.０〜２５.０重量部が好ましい。
【００２０】発熱体に関しては、Ａｇ又はＡｇ合金にＰ
ｄ又はＰｔを加えることでシート抵抗値を高くし、それ
により発熱効率を高めることができる。Ｐｄ又はＰｔの
添加量は、所望の発熱量や、回路パターン等により適宜
変化させることができる。また、シート抵抗値を高める
手法として、Ａｇ又はＡｇ合金ペーストに加えるガラス
成分の量を多くすることもできる。
ｄ又はＰｔを加えることでシート抵抗値を高くし、それ
により発熱効率を高めることができる。Ｐｄ又はＰｔの
添加量は、所望の発熱量や、回路パターン等により適宜
変化させることができる。また、シート抵抗値を高める
手法として、Ａｇ又はＡｇ合金ペーストに加えるガラス
成分の量を多くすることもできる。
【００２１】また、給電用の電極もＡｇ又はＡｇ合金を
主成分とするが、発熱体よりも単位面積当りの発熱量を
低くすることが望ましい。外部電源との接続により発熱
体に電力が供給されたとき、電極部での発熱が大きい
と、外部電源との接続部が熱的に劣化する可能性が生じ
るからである。特に、電極と外部電源の接続部に安価な
銅又は銅合金を使用した場合、発熱により銅の酸化が加
速され、接触不良を引き起こすため好ましくない。電極
部の発熱量を低下させる手法としては、発熱体よりもシ
ート抵抗値を低くすること、電極パターンの幅を発熱体
より広くすることなどが挙げられる。また、電極に関し
ても少量のＰｄを加えることができ、これにより回路間
のマイグレーションを防止することができる。
主成分とするが、発熱体よりも単位面積当りの発熱量を
低くすることが望ましい。外部電源との接続により発熱
体に電力が供給されたとき、電極部での発熱が大きい
と、外部電源との接続部が熱的に劣化する可能性が生じ
るからである。特に、電極と外部電源の接続部に安価な
銅又は銅合金を使用した場合、発熱により銅の酸化が加
速され、接触不良を引き起こすため好ましくない。電極
部の発熱量を低下させる手法としては、発熱体よりもシ
ート抵抗値を低くすること、電極パターンの幅を発熱体
より広くすることなどが挙げられる。また、電極に関し
ても少量のＰｄを加えることができ、これにより回路間
のマイグレーションを防止することができる。
【００２２】尚、本発明のヒーターにおいては、発熱体
や電極をガラスなどの物質でオーバーコートすることも
可能である。ガラスなどの物質をオーバーコートするこ
とによって、発熱体回路のマイグレーションを防止し、
回路間の絶縁性を高めることができる。
や電極をガラスなどの物質でオーバーコートすることも
可能である。ガラスなどの物質をオーバーコートするこ
とによって、発熱体回路のマイグレーションを防止し、
回路間の絶縁性を高めることができる。
【００２３】
【実施例】実施例１ ＡｌＮ粉末と、下記表１に示すＳｉ粉末及びＦｅ粉末、
焼結助剤としてＹｂ2０3、Ｎｄ2０3、ＣａＯ、Ｙ2Ｏ3の
各粉末を使用して、それぞれＡｌＮ焼結体を製造した。
即ち、ＡｌＮ粉末に上記各粉末を表１に示す割合で添加
し、更に有機溶剤とバインダーを所定量加え、ボールミ
ル混合により混合してスラリーを作製した。次に、得ら
れたスラリーをドクタープレード法により所定の厚みの
シートに成形し、窒素雰囲気中にて９００℃で脱脂を行
った後、非酸化性雰囲気中にて下記表１に示す１６５０
〜１８００℃の温度で焼結した。
焼結助剤としてＹｂ2０3、Ｎｄ2０3、ＣａＯ、Ｙ2Ｏ3の
各粉末を使用して、それぞれＡｌＮ焼結体を製造した。
即ち、ＡｌＮ粉末に上記各粉末を表１に示す割合で添加
し、更に有機溶剤とバインダーを所定量加え、ボールミ
ル混合により混合してスラリーを作製した。次に、得ら
れたスラリーをドクタープレード法により所定の厚みの
シートに成形し、窒素雰囲気中にて９００℃で脱脂を行
った後、非酸化性雰囲気中にて下記表１に示す１６５０
〜１８００℃の温度で焼結した。
【００２４】
【表１】 添加粉末と混合割合（重量％） 焼結温度試料 Si粉末 Fe粉末 Yb2O3 Nd2O3 CaO Y2O3 (℃) 1 0.01 − − − − 3.0 1800 2＊ 0.005 − − − − 3.0 1800 3 0.01 0.01 − − − 3.0 1800 4 0.01 0.005 2.0 2.0 0.7 − 1650 5 0.01 0.1 3.0 2.0 0.7 − 1650 6 0.1 0.1 2.0 2.0 0.7 − 1650 7 0.15 1.0 2.0 2.0 0.7 − 1650 8 0.5 − 2.0 2.0 0.7 − 1650 9＊ − − 2.0 2.0 0.7 − 1650 10＊ 1.5 − 2.0 2.0 0.7 − 1650 11 0.1 − 2.0 2.0 0.7 − 1650 12＊ 0.001 0.5 − − 2.0 2.0 1750 （注）表中の＊を付した試料は比較例である。
【００２５】次に、上記各ＡｌＮ焼結体を基板とし、そ
の表面を表面粗さＲｚで２μｍになるように仕上げた
後、表面にＡｇ−Ｐｄ及びＡｇ−Ｐｔペーストを１ｍｍ
角のパターンに厚膜印刷し、大気中にて８９０℃で焼成
して厚さ１０〜２０μｍの導体層を形成した。その後、
この導体層に直径０.５ｍｍのＳｎメッキ銅線を半田を
用いて取り付け、１ｍｍ角の導体層の全面が半田で濡れ
るようにした。次に、このＳｎメッキ銅線にバネ秤を接
続して、これを基板に垂直な方向に引っ張ることによ
り、導体層と基板との間で剥離が生じたときの荷重を測
定し、その値を密着強度とした。
の表面を表面粗さＲｚで２μｍになるように仕上げた
後、表面にＡｇ−Ｐｄ及びＡｇ−Ｐｔペーストを１ｍｍ
角のパターンに厚膜印刷し、大気中にて８９０℃で焼成
して厚さ１０〜２０μｍの導体層を形成した。その後、
この導体層に直径０.５ｍｍのＳｎメッキ銅線を半田を
用いて取り付け、１ｍｍ角の導体層の全面が半田で濡れ
るようにした。次に、このＳｎメッキ銅線にバネ秤を接
続して、これを基板に垂直な方向に引っ張ることによ
り、導体層と基板との間で剥離が生じたときの荷重を測
定し、その値を密着強度とした。
【００２６】尚、いずれの試料においても、ペースト中
のＡｇに対するＰｔ及びＰｄの含有量は１０重量％とし
た。また、これらのペーストには、金属成分１００重量
部に対してホウケイ酸ガラス１０重量部を添加した。下
記表２に、各試料について得られた密着強度を導体層の
種類ごとに示し、各ＡｌＮ焼結体の熱伝導率及びＡｌＮ
粒子の平均粒径を併せて示した。
のＡｇに対するＰｔ及びＰｄの含有量は１０重量％とし
た。また、これらのペーストには、金属成分１００重量
部に対してホウケイ酸ガラス１０重量部を添加した。下
記表２に、各試料について得られた密着強度を導体層の
種類ごとに示し、各ＡｌＮ焼結体の熱伝導率及びＡｌＮ
粒子の平均粒径を併せて示した。
【００２７】
【表２】 （注）表中の＊を付した試料は比較例である。
【００２８】この結果から分かるように、基板となるＡ
ｌＮ焼結体が２Ａ族又は３Ａ族元素と共に、Ｓｉを元素
換算で０.０１重量％以上含むことによって、発熱体や
電極となるＡｇを主成分とする導体層と基板との密着強
度が大幅に向上する。また、２Ａ族及び３Ａ族元素とし
てＹｂ、Ｎｄ、Ｃａの３種を併用すれば、ＡｌＮ粒子の
平均粒径が３μｍ以下に小さくなり、密着強度がより一
層向上することが分かる。
ｌＮ焼結体が２Ａ族又は３Ａ族元素と共に、Ｓｉを元素
換算で０.０１重量％以上含むことによって、発熱体や
電極となるＡｇを主成分とする導体層と基板との密着強
度が大幅に向上する。また、２Ａ族及び３Ａ族元素とし
てＹｂ、Ｎｄ、Ｃａの３種を併用すれば、ＡｌＮ粒子の
平均粒径が３μｍ以下に小さくなり、密着強度がより一
層向上することが分かる。
【００２９】実施例２ 上記実施例１で得られたＡｌＮ焼結体のうち、本発明の
試料３、４、５と比較例の試料１２からなる基板を用い
て、図１に示す形状のアイロン用ヒーターを作製した。
即ち、発熱体用としてＡｇ１００重量部にＰｄ２５重量
部を加えたペーストと、電極用としてＡｇ１００重量部
にＰｄ３.０重量部を加えたペーストを用意し、更に各
ペーストにホウケイ酸ガラス３重量部を加えた。これら
のペーストを用い、実施例１と同様にして、ＡｌＮ焼結
体の基板１の表面に図１に示す回路パターンを作製し、
その後焼成して発熱体２及び給電用電極３を形成した。
試料３、４、５と比較例の試料１２からなる基板を用い
て、図１に示す形状のアイロン用ヒーターを作製した。
即ち、発熱体用としてＡｇ１００重量部にＰｄ２５重量
部を加えたペーストと、電極用としてＡｇ１００重量部
にＰｄ３.０重量部を加えたペーストを用意し、更に各
ペーストにホウケイ酸ガラス３重量部を加えた。これら
のペーストを用い、実施例１と同様にして、ＡｌＮ焼結
体の基板１の表面に図１に示す回路パターンを作製し、
その後焼成して発熱体２及び給電用電極３を形成した。
【００３０】得られた各ヒーターを用い、発熱体２と反
対側の基板１の表面がプレス面となるようにアイロンを
組み立て、純毛のセーターにアイロンをかけた。その結
果、試料４及び５のＡｌＮ焼結体の基板を用いたアイロ
ンは良好な仕上がりであったが、試料３及び１２のＡｌ
Ｎ焼結体の基板を用いたアイロンではセーターに多少の
ほつれが認められた。これは、ＡｌＮ粒子の粒径が大き
く、表面粗さの粗い基板を用いたアイロンの場合、セー
ター上を移動する際に繊維に引っ掛かるためであること
が分かった。
対側の基板１の表面がプレス面となるようにアイロンを
組み立て、純毛のセーターにアイロンをかけた。その結
果、試料４及び５のＡｌＮ焼結体の基板を用いたアイロ
ンは良好な仕上がりであったが、試料３及び１２のＡｌ
Ｎ焼結体の基板を用いたアイロンではセーターに多少の
ほつれが認められた。これは、ＡｌＮ粒子の粒径が大き
く、表面粗さの粗い基板を用いたアイロンの場合、セー
ター上を移動する際に繊維に引っ掛かるためであること
が分かった。
【００３１】
【発明の効果】本発明によれば、低コストで製造するこ
とができ、窒化アルミニウムからなる基板とその表面に
形成した発熱体及び電極との密着性に優れ、高い信頼性
を有するセラミックスヒーターを提供することができ
る。
とができ、窒化アルミニウムからなる基板とその表面に
形成した発熱体及び電極との密着性に優れ、高い信頼性
を有するセラミックスヒーターを提供することができ
る。
【図１】本発明のセラミックスヒーターの一具体例を示
す概略の正面図である。
す概略の正面図である。
１ 基板 ２ 発熱体 ３ 給電用電極
Claims (6)
- 【請求項１】 窒化アルミニウムを主成分とする焼結体
からなる基板と、該窒化アルミニウム焼結体の基板表面
に形成した銀又は銀合金を主成分とする発熱体及び給電
用電極とを備え、前記窒化アルミニウム焼結体が周期律
表の２Ａ族又は３Ａ族の元素又はその化合物と、ケイ素
元素換算で０.０１〜０.５重量％のケイ素又はケイ素化
合物を含有していることを特徴とする窒化アルミニウム
ヒーター。 - 【請求項２】 前記窒化アルミニウム焼結体が、周期律
表の８族遷移元素の少なくとも１種の元素又はその化合
物を、その元素換算で０.０１〜１重量％含有している
ことを特徴とする、請求項１に記載の窒化アルミニウム
ヒーター。 - 【請求項３】 前記窒化アルミニウム焼結体が、前記８
族遷移元素の元素又はその化合物を、その元素換算で
０.１〜１重量％以上含有していることを特徴とする、
請求項２に記載の窒化アルミニウムヒーター。 - 【請求項４】 前記ケイ素又はケイ素化合物の含有量
が、ケイ素元素換算で０.１〜０.５重量％であることを
特徴とする、請求項１〜３のいずれかに記載の窒化アル
ミニウムヒーター。 - 【請求項５】 前記窒化アルミニウム焼結体が、２Ａ族
元素としてカルシウムを、３Ａ族元素としてイッテルビ
ウム及びネオジウムを含有することを特徴とする、請求
項１〜４のいずれかに記載の窒化アルミニウムヒータ
ー。 - 【請求項６】 前記窒化アルミニウム焼結体中の窒化ア
ルミニウムの平均粒径が４.０μｍ以下であることを特
徴とする、請求項１〜５のいずれかに記載の窒化アルミ
ニウムヒーター。
Priority Applications (7)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP29807697A JP3820706B2 (ja) | 1997-10-30 | 1997-10-30 | 窒化アルミニウムヒーター |
| CA002251875A CA2251875C (en) | 1997-10-30 | 1998-10-27 | Aluminum nitride heater |
| US09/181,341 US6084221A (en) | 1997-10-30 | 1998-10-28 | Aluminum nitride heater |
| DE69809687T DE69809687T2 (de) | 1997-10-30 | 1998-10-28 | Heizelement aus Aluminiumnitrid |
| EP98308840A EP0914022B1 (en) | 1997-10-30 | 1998-10-28 | Aluminum nitride heater |
| KR1019980045746A KR100539634B1 (ko) | 1997-10-30 | 1998-10-29 | 질화알루미늄히터 |
| HK99102432A HK1017564A1 (en) | 1997-10-30 | 1999-06-02 | Aluminum nitride heater |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP29807697A JP3820706B2 (ja) | 1997-10-30 | 1997-10-30 | 窒化アルミニウムヒーター |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11135234A true JPH11135234A (ja) | 1999-05-21 |
| JP3820706B2 JP3820706B2 (ja) | 2006-09-13 |
Family
ID=17854847
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP29807697A Expired - Lifetime JP3820706B2 (ja) | 1997-10-30 | 1997-10-30 | 窒化アルミニウムヒーター |
Country Status (7)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6084221A (ja) |
| EP (1) | EP0914022B1 (ja) |
| JP (1) | JP3820706B2 (ja) |
| KR (1) | KR100539634B1 (ja) |
| CA (1) | CA2251875C (ja) |
| DE (1) | DE69809687T2 (ja) |
| HK (1) | HK1017564A1 (ja) |
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| KR20190110453A (ko) | 2018-03-20 | 2019-09-30 | 쿄세라 코포레이션 | 담배용 가열구 및 가열식 흡연 장치 |
| KR20210008526A (ko) | 2018-09-11 | 2021-01-22 | 교세라 가부시키가이샤 | 히터 및 이것을 구비한 담배용 가열구 |
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