JPS62180980A - セラミツクヒ−タ - Google Patents

セラミツクヒ−タ

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JPS62180980A
JPS62180980A JP2072286A JP2072286A JPS62180980A JP S62180980 A JPS62180980 A JP S62180980A JP 2072286 A JP2072286 A JP 2072286A JP 2072286 A JP2072286 A JP 2072286A JP S62180980 A JPS62180980 A JP S62180980A
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JP
Japan
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resistance
resistor
heater
tin
resistance value
Prior art date
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Pending
Application number
JP2072286A
Other languages
English (en)
Inventor
奥田 憲男
中西 徳好
正博 山本
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.)
Kyocera Corp
Original Assignee
Kyocera Corp
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は一般家庭用、電子部品用、産業機器用及び自動
車用等の広汎に利用し得る耐熱衝撃性および高温強度に
優れたセラミックヒータに関するものである。
〔従来技術〕
一般に、セラミックを基体とするヒータとしてはアルミ
ナ(AhOi)焼結体中にタングステン(W)やモリブ
デン(Mo)を主体とする抵抗体を施したヒータが主流
である。
この様なセラミックヒータは電気絶縁性、耐薬品性およ
び耐摩耗性に優れているという利点がある。しかしなが
ら、一方アルミナは水中投下急冷の耐熱衝撃温度差が2
00℃程度であり、また800℃までにおける高温強度
(4点曲げ抗折強度)が30Kg/mm2程度と、耐熱
衝撃性および高温強度が劣っている。
そこで、この耐熱衝撃性及び高温強度が他めセラミック
よりも著しく優れた窒化けい素質焼結体をヒータの基板
として使用することが注目された。
この様な窒化けい素質焼結体の耐熱衝撃温度差は600
℃程度、800℃までの高温強度(4点曲げ抗折強度)
は60Kg/mm”とアルミナに比べ著しく優位である
このような窒化けい素質焼結体を基体とするセラミック
ヒータはアルミナ基板と同様、・一般にタングステン(
−)やモンブデン(Mo)の発熱抵抗金属線を基体中に
埋設するものが既に提供され、またこれらタングステン
(W)やモリブデン(MO)を主体とする発熱抵抗ペー
ストを窒化けい素質グリーンシート上に印刷配線し、こ
れを積層して一体焼成してなるものが特開昭55−12
6989号公報tこより提案されている。
〔発明が解決しようとする問題点〕
しかしながら、発熱抵抗体としてタングステン(W)や
モリブデン(MO)を使用すると高温焼成時や長時間の
昇降温繰り返し使用時にこれら発熱抵抗体周囲と窒化珪
素との界面において、タングステン(W)やモリブデン
(MO)は窒化珪素(Si、N4.)と反応してWSi
z、Mo5izの層を生成し易く、また酸素と反応して
WO3,MoosO層を生成し易い。このように生成さ
れた反応層は物理的に脆弱であるため抵抗値の変化が生
じたり特に高抵抗ヒータの場合反応層生成界面に亀裂が
生じ易くなり、亀裂による発熱抵抗体の断線が生じる等
の欠点のために、特に発熱抵抗ペーストを使用する方式
については実用化に供されていないのが現状である。さ
らに、タングステン(−)やモリブデン(MO)から成
る発熱抵抗体はこれらの抵抗温度係数(T’CR)が比
較的高く、4〜5 Xl0−”程度(0〜Boo℃)で
ある。従って、既に実用化されているタングステン(讐
)やモリブデン(Mo)の発熱抵抗金属線を基体に埋設
する方式においても電圧印加時の突入電流が大きくなり
、電流容量の大きいヒータの通電側j’In装置を必要
とするなどの欠点があった。
〔本発明の目的〕
本発明においては発熱抵抗体の経時的抵抗値変化及び断
線を防止でき、また抵抗温度係数(TCIil)の比較
的小さいセラミックヒータを提供することを目自勺とす
4゜ 〔問題点を解決するための手段〕 本発明者等は上記問題点に鑑み鋭意研究の結果、窒化チ
タン(TiN)を抵抗材料とした発熱抵抗体を用いるこ
とにより前記問題点を克服し得ることを知見した。
本発明によれば、窒化けい素質焼結体中もしくはその表
面にTiNを含む発熱抵抗体を形成してなるセラミック
ヒータが提供される。
〔実施例〕
本発明セラミックヒータにおいて、発熱抵抗体として用
いられる窒化チタン(T i N)はタングステン(讐
)やモリブデン(Mo)と比べ、高温において熱力学的
に安定であり、上記脆弱な反応層がほとんど生成されな
い。
したがって焼結体の焼成時や長期の昇降温繰り返し使用
後の抵抗値変化が生じない。また、窒化チタン(TiN
)は窒化珪素(SiJ*)の焼結助剤となり得ることか
らTiNとSi:+Lとは相互に強固に結合した発熱抵
抗体を形成する。
したがって脆弱な反応層の存在による抵抗体の弾性は略
完全に防止できる。
さらに、TiNを含むペーストとW又はMoと比べ抵抗
温度係数(TCR)が1〜2 Xl0−3(0〜800
℃)と小さい。
即ち、このことは第1図(a) 、(b)に示す如く、
TiNを抵抗体とするものRo、と、タングステン律)
又はモリブデン(Mo)を抵抗体とするものRO□とを
同一ワット数のヒータとして作った場合(例えば800
℃における抵抗値を各々同一とした場合−第1図(a)
参照)、タングステン(−)又はモリブデン(Mo)を
低風体とするものは常時抵抗が小さいので、第1図(b
)に示す如(V=IIlの一般式から電圧印加時の突入
電流が大きくなる。
一方、TiNを抵抗体とするものは常温抵抗が大きいの
で電圧印加時の突入電流を小さくすることができ、該ヒ
ータの制御装置の電流容量が小さくて済む。さらに、こ
のような抵抗温度係数(TCP)の小さいことは、使用
雰囲気によりヒータの温度分布が均一になる。
即ち、オームの法則によりW=I”R(Iは一定)から
抵抗値に比例して発熱エネルギーが大きくなることは知
られている。したがって、抵抗温度係数(TCP)′の
大きなヒータはその一部が局部的に冷却された場合、そ
の部分の抵抗体の抵抗値が大きく下がり、その部分の発
熱量が著しく減少する事となる。一方、抵抗温度係数(
TCI?)の小さな本発明のヒータはその一部が局部的
に冷却されても、その部分の抵抗体の抵抗値があまり下
がらずその部分の発熱量の変化が少ない。即ち、ヒータ
の温度分布は外部影響を受けにくいということになる。
前記抵抗温度係数(TCP)を小さくするもう一つの条
件としてTiNの発熱抵抗体の厚みは31以下であるこ
とが望まれる。
(実施例1) 窒化チタン(TiN)に対し5iJ4+YzOi5Mg
O及びAlzOi等の添加物を、第1表に示す如き組成
に調合した。これにアセトン及びバインダーを添加して
振動ミルにて72時間混合し、脱アセトン後混練して粘
度を調整してTiNを含有した発熱抵抗体ペーストを作
成した。これら試料磁1〜10の発熱抵抗体ペーストを
夫々プレス成形又はテープ成形された焼結体としては絶
縁性となる窒化けい素質の生成形体la上に第2図の如
くスクリーン印刷して抵抗回路2を形成し、これを積層
して常圧(PL)、ガス圧プレス(GPS)又はホット
プレス(IIP)により一体焼成した。これら焼結体1
bは研削又は表面処理により電極を露出させ、これに電
極取出金具3ををメタライズ層を介してロウ付けして第
3図に示す如き70 X 5 X 1.2mmの板状セ
ラミックヒータを各々得た。
得られた各使用Nll〜10に相当する板状セラミック
ヒータを発熱体先端の温度が電圧印加5秒後句ミ   
 1 に900度になる電圧(100〜120V)を5秒間印
加し、その後13秒間空気にて強制冷却する。
これを、1サイクルとして20.000サイクル後の抵
抗値と初期抵抗値とを測定し、その抵抗変化率を調べた
。また、各セラミックヒータを第3図の^−゛Aで切断
し、露出した抵抗体を電子顕微鏡にて膜厚を測定した。
これらの結果を第1表に示す。
また、同様に窒化けい素質生成体の表面に−又はMoの
抵抗ペーストを印刷して抵抗体回路を形成し、これを積
層して常圧により一体焼成して第3図と同様のセラミッ
クヒータを得た。これらにつき、前記と同様に20,0
00サイクル後の抵抗値と初期抵抗とを比較しその変化
率を調べ第2表に示し=を五 二ふミ 第1表及び第2表から理解されるように、讐又はMoを
使用した発熱抵抗体は電圧印加サイクルテストの20.
000サイクル後の抵抗値変化が大きく又□ は断線す
るという結果であったーに対し、本発明のT・iNを含
有する発熱抵抗ペーストを焼成して得られたセラミック
ヒータは前記20.000サイクルの抵抗値変化が著し
く小さい。このような結果は即□ち前記したような脆弱
な反応層が抵抗体と窒化珪素との界面に形成されていな
いためと考えられる。
また、第1表に示す発熱抵抗体ペーストの組成にづいて
理解される点はTiNに対し5iJ4や他の添加物(Y
zOs1MgO5Alt(h)を添加量た試料!lhl
〜7及び9のものは、5isNa及び他の添加物を添加
しな□い試料11hlOのもめ及び他の添加物のみ添加
していない試料隘8のものと比べ抵抗の変化率が小さい
ことである。これはTiN抵抗体ペースト中のSi3’
N4及び前記他の添加物は焼結時これらペーストの焼結
性やSi、N4基体へ拡散による基体と抵抗体との接合
力を向上させるためと考えられる。 但し、他の添加物
(YJs5MgQ、 AIJs)を試料7の如くあまり
多く添加すると逆に抵抗値変化率が大きくなる。したが
って、他の添加物の添加量は1〜20重量%が適当であ
り、より好ましくは1〜10重量%である。また、Ti
Nは試料9及び10の如くあまり多く含有させると焼結
性が悪化するため85重景気迄が適当であり、少な過ぎ
ると(例えば、45重量%以下になると)第4図に示す
如(TiN含有量に対する抵抗値の変化が大きすぎ抵抗
値を決定する場合のコントロールが困難となる。
Si、N、の添加量については上記のTiN及び他の添
加物の量比からして0〜54重憧%であり、より好まし
くは20〜54重景%で景気。
(実施例2) 前記第1表の試料隘2めもの(x)とセラミック基板を
アルミナ(A1zO+)ζし発熱抵抗体をタングステン
(誓)ペーストを使用した以外は実施例1と同様に作成
されたもの(Y)とを夫々ヒータの先端の温度を測定し
ながら電圧を変化させ、その時の温度と抵抗値の相関を
調べた。その抵抗値を常温での抵抗値との比を縦軸に、
また温度を横軸として第5図に示した。この図から明ら
かなように、抵抗温度係数(TCR)がへ1203−臀
系(X)が4.4 Xl0−’であるのに対し、本発明
の3iJ4−TiN系(Y)のものは1.I Xl0−
3と小さいことが理解される。このことは前述の如く突
入電流を小さくでき、さらにヒータの温度分布は外部雰
囲気に影響を受けにく(なる。なお、上記実施例L2に
おいては、窒化けい素質焼結体中にTiNを含有する発
熱抵抗体を埋設したものについて述べたが、これに限ら
ず窒化けい素質焼結体表面に上記発熱抵抗体を配設し、
必要に応じてセラミック等から成る被覆層を被着せしめ
ることによってセラミックヒータを構成することも可能
である。
また、TiNでもって線状、板状に形成した発熱抵抗体
を窒化けい素質焼結体中に埋設することによってヒータ
を構成してもよく、この場合、発熱抵抗体の抵抗値は比
較的小さいものが得られるため低電圧で発熱容量の大き
いセラミックヒータを構成することができる。
(発明の効果) 本発明は上述の如く窒化けい素質焼結体中もしくはその
表面にTiNを含有する発熱抵抗体を形成したので、発
熱抵抗体の経時的抵抗値変化及び断線を防止でき、また
抵抗温度係数(TCP)の小さい耐熱衝撃性及び高温強
度に優れたセラミックヒータを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
第1図(a)はTiN抵抗体とタングステン(−)やモ
リブデン(Mo)抵抗体の温度に対する抵抗値変化を示
した図、第1図(b)は前記TiN抵抗体とタングステ
ン(―)やモリブデン(Mo)抵抗体との突入電流の特
性を示した図、第2図は窒化けい素質グリーンシート上
にTiN抵抗体ペーストを印刷した状態を示す斜視図、
第3図は完成状態のセラミックヒータを示す斜視図、第
4図はTiNの含有量と抵抗値との相関図及び第5図は
アルミナ基板にタングステン抵抗体を形成した比較用ヒ
ータと、本発明のヒータの抵抗温度係数(T(J)を示
したグラフである。 1a・・・生成形体 1b・・・絶縁性焼結体

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 窒化けい素質焼結体中もしくはその表面にTiNを含有
    する白熱抵抗体を形成してなるセラミックヒータ。
JP2072286A 1986-01-31 1986-01-31 セラミツクヒ−タ Pending JPS62180980A (ja)

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JPS62180980A true JPS62180980A (ja) 1987-08-08

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JP2072286A Pending JPS62180980A (ja) 1986-01-31 1986-01-31 セラミツクヒ−タ

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0467587A (ja) * 1990-07-05 1992-03-03 Ngk Insulators Ltd セラミックスヒーター

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5711488A (en) * 1980-06-24 1982-01-21 Ube Industries Ceramic heater

Patent Citations (1)

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