JPS62211890A - ヒータ素子の製造方法 - Google Patents
ヒータ素子の製造方法Info
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Landscapes
- Surface Heating Bodies (AREA)
- Resistance Heating (AREA)
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。
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Description
【発明の詳細な説明】
産業上の利用分野
本発明は、セラミック基板内に抵抗発熱体が内臓された
ヒータ素子およびその製造方法に関するものである。
ヒータ素子およびその製造方法に関するものである。
従来の技術
ヒータ素子は家庭用電熱器具をはじめ広く使われてきて
いる。これらのヒータ素子は、高純度アルミナのセラミ
ンク基板内に、タングステン（Ｗ）やモリブデン（Ｍｏ
）などの高融点金属を発熱体として一体化したものであ
り、高品質で高効率なヒータ素子として知られている。
いる。これらのヒータ素子は、高純度アルミナのセラミ
ンク基板内に、タングステン（Ｗ）やモリブデン（Ｍｏ
）などの高融点金属を発熱体として一体化したものであ
り、高品質で高効率なヒータ素子として知られている。
しかし、従来のこのヒータ素子は、アルミナを完全に焼
結するには、１５００℃以上の高温で、しかも途中での
ＷやＭＯの酸化を防ぐための水素を含む還元性の雰囲気
ガス中で焼成する必要がある。このため、ヒータ素子を
つくるのに大型の電気炉が必要となり容易につくる事は
できなかった。
結するには、１５００℃以上の高温で、しかも途中での
ＷやＭＯの酸化を防ぐための水素を含む還元性の雰囲気
ガス中で焼成する必要がある。このため、ヒータ素子を
つくるのに大型の電気炉が必要となり容易につくる事は
できなかった。
さらに、アルミナのセラミック基板の焼結時に、セラミ
ックシート内に含まれるを機樹脂バインダを還元雰囲気
中で完全に除去するのは難しく、どうしても炭化された
カーボンによって緻密であるべき基板内に大きなボアー
やふくれを生じてしまう、このポアーによって基板の発
熱体部が使用時に酸化したり腐食したりして寿命が著し
く低下する場合があった。
ックシート内に含まれるを機樹脂バインダを還元雰囲気
中で完全に除去するのは難しく、どうしても炭化された
カーボンによって緻密であるべき基板内に大きなボアー
やふくれを生じてしまう、このポアーによって基板の発
熱体部が使用時に酸化したり腐食したりして寿命が著し
く低下する場合があった。
発明が解決しようとする問題点
上述した様に従来のヒータ素子及びその製造方法におい
ては、Ｗ、Ｍｏ、等の高融点金属しか導体材料として用
いられない。又そのために必要な設備が大型化すること
によるコストアップ、さらには、焼成において導体材料
（ＷやＭ ｏ ）が酸化されずに有機バインダ等の有機
成分を完全に燃焼除去する雰囲気をコントロールするの
が困難で、ひいては、緻密な基板が得られず発熱体部の
酸化や腐食を生ずるという問題を有していた。
ては、Ｗ、Ｍｏ、等の高融点金属しか導体材料として用
いられない。又そのために必要な設備が大型化すること
によるコストアップ、さらには、焼成において導体材料
（ＷやＭ ｏ ）が酸化されずに有機バインダ等の有機
成分を完全に燃焼除去する雰囲気をコントロールするの
が困難で、ひいては、緻密な基板が得られず発熱体部の
酸化や腐食を生ずるという問題を有していた。
本発明は上記問題点に鑑み、低コストで、焼成時の雰囲
気制御が極めて容易で、かつ発熱体部の酸化や腐食の起
こりにくいヒータ素子ならびにその製造方法を提供する
ものである。
気制御が極めて容易で、かつ発熱体部の酸化や腐食の起
こりにくいヒータ素子ならびにその製造方法を提供する
ものである。
問題点を解決するための手段
上記問題点を解決するために、本発明のヒータ素子は導
体材料として、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｍｎ。
体材料として、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｍｎ。
Ｆｅ、Ｔｉより選ばれる一種以上の卑金属ないしは合金
を用いた。さらに、その製造方法においては、Ｃｕ、Ｎ
ｉ、Ｃｏ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｔｉまたはこれらの合金の融点
より低い温度で焼結するガラスまたセラミックもしくは
ガラス−セラミック組成部に、有機ビヒクルを加えたグ
リーンシート上に、酸化銅、酸化ニッケル、酸化コバル
ト、酸化マンガン、酸化鉄、酸化チタンより選ばれる一
種以上の卑金属酸化物ないしはこれらの混合粉に有機ビ
ヒクルを加えた導体ペーストを用いて印刷、乾燥をおこ
ない配線を形成した後、前記グリーンシートとは別のグ
リーンシートを加熱、圧力によりラミネートし積層する
か、もしくは、前記グリーンシートの無機組成物と同一
の組成の絶縁ペーストを印刷し、多層化した後、このよ
うにして作製した未焼結体を炭素に対して充分な酸化雰
囲気中で脱バインダし、さらに還元雰囲気中で導体層材
料の卑金属酸化物を金属に還元し、最後に窒素雰囲気中
で焼成し基板を焼結させるというものである。
を用いた。さらに、その製造方法においては、Ｃｕ、Ｎ
ｉ、Ｃｏ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｔｉまたはこれらの合金の融点
より低い温度で焼結するガラスまたセラミックもしくは
ガラス−セラミック組成部に、有機ビヒクルを加えたグ
リーンシート上に、酸化銅、酸化ニッケル、酸化コバル
ト、酸化マンガン、酸化鉄、酸化チタンより選ばれる一
種以上の卑金属酸化物ないしはこれらの混合粉に有機ビ
ヒクルを加えた導体ペーストを用いて印刷、乾燥をおこ
ない配線を形成した後、前記グリーンシートとは別のグ
リーンシートを加熱、圧力によりラミネートし積層する
か、もしくは、前記グリーンシートの無機組成物と同一
の組成の絶縁ペーストを印刷し、多層化した後、このよ
うにして作製した未焼結体を炭素に対して充分な酸化雰
囲気中で脱バインダし、さらに還元雰囲気中で導体層材
料の卑金属酸化物を金属に還元し、最後に窒素雰囲気中
で焼成し基板を焼結させるというものである。
作用
本発明は、上記した様に、導体配線の出発原料として卑
金属の酸化物を用いるため、脱パインダニ程を炭素に対
して充分な酸化雰囲気で行なえるため、グリーンシート
や導体ペースト、絶縁ペースト中のを機成骨を完全に除
去する事ができ、還元、焼成の両工程における雰囲気制
御が極めて容易となる。そして、得られるヒータ素子は
非常に緻密で、導体配線の酸化や腐食の心配のないヒー
タ素子が得られる。
金属の酸化物を用いるため、脱パインダニ程を炭素に対
して充分な酸化雰囲気で行なえるため、グリーンシート
や導体ペースト、絶縁ペースト中のを機成骨を完全に除
去する事ができ、還元、焼成の両工程における雰囲気制
御が極めて容易となる。そして、得られるヒータ素子は
非常に緻密で、導体配線の酸化や腐食の心配のないヒー
タ素子が得られる。
実施例
実施例１
以下に本発明の実施例を示す。
まず導体ペーストの無機成分としては、ＣｕＯおよびＣ
ｕＯとＮｉＯを重量比で１対ｌに混合したものの２種類
を用いた。これらの無機粉体に、有機バインダーである
エチルセルロースをテレピン油に溶かした有機ビヒクル
を加えたものを三段ロールにより適度な粘度に混練して
作製したものを導体ペーストとした。一方、グリーンシ
ートは、ホウケイ酸ガラスにアルミナを、重量比で１対
１に混合した無機成分に、有機バインダーであるポリビ
ニルブチラールをトルエンに溶かした有ｍ ｔＶ剤に、
可塑剤であるデーブチルフタレートを加え、ボールミル
で混合し、これを脱泡後ドクターブレード法で造膜、乾
燥し、約１．２ｍｍ厚となるようにした。そしてその後
、所定のサイズに切断した。この様にして作製したグリ
ーンシート上に、前記の導体ペーストを２００メツシユ
のスクリーンで印刷し、乾燥（１２０℃で１０分間）さ
せ、導体層を形成した。その後、その上にさらに導体ペ
ーストの印刷されていない前記のグリーンシート（１２
）を重ね、７０℃、２００ｋｇ／ｃｊの圧力でラミネー
トし、積層化した。この様にして作製した未焼結体の斜
視図を第１図に示す。次に第１図の３０の示す部分に、
ＣｕＯペーストをぬり端子部分とした。乾燥（１２０℃
で１０分間）の後、未焼結体を第３図の＋ａ＋に示す温
度プロファイルで、空気中で脱バインダし、その後第３
図（ｂｌに示す温度プロファイルで、Ｎ２＋Ｈ２中（Ｈ
２／Ｎ２−２０／８（ｌ流量２１／ｍ１ｎ）で還元し、
最後に第４図１ａｌに示す温度プロファイルで、Ｎ２中
で焼成した。この様にして作製したヒータ素子の断面図
を第２図に示す。また、導体ペーストとして、ＣｕＯペ
ーストを用いた場合も、（ＣｕＯ＋Ｎｉ０）ペーストを
用いた場合も、その断面をＳＥＭ観察した結果、極めて
緻密な構造を有している事が明らかとなった。さらに、
それぞれのヒータ素子をＴＨ試験（８５℃８５％）にか
けた後の抵抗率変化を測定した結果、５００時間後にお
いても１０％以下という、従来のＷやＭｏを配線材料と
した場合に比べて極めて良好な結果が得られた。
ｕＯとＮｉＯを重量比で１対ｌに混合したものの２種類
を用いた。これらの無機粉体に、有機バインダーである
エチルセルロースをテレピン油に溶かした有機ビヒクル
を加えたものを三段ロールにより適度な粘度に混練して
作製したものを導体ペーストとした。一方、グリーンシ
ートは、ホウケイ酸ガラスにアルミナを、重量比で１対
１に混合した無機成分に、有機バインダーであるポリビ
ニルブチラールをトルエンに溶かした有ｍ ｔＶ剤に、
可塑剤であるデーブチルフタレートを加え、ボールミル
で混合し、これを脱泡後ドクターブレード法で造膜、乾
燥し、約１．２ｍｍ厚となるようにした。そしてその後
、所定のサイズに切断した。この様にして作製したグリ
ーンシート上に、前記の導体ペーストを２００メツシユ
のスクリーンで印刷し、乾燥（１２０℃で１０分間）さ
せ、導体層を形成した。その後、その上にさらに導体ペ
ーストの印刷されていない前記のグリーンシート（１２
）を重ね、７０℃、２００ｋｇ／ｃｊの圧力でラミネー
トし、積層化した。この様にして作製した未焼結体の斜
視図を第１図に示す。次に第１図の３０の示す部分に、
ＣｕＯペーストをぬり端子部分とした。乾燥（１２０℃
で１０分間）の後、未焼結体を第３図の＋ａ＋に示す温
度プロファイルで、空気中で脱バインダし、その後第３
図（ｂｌに示す温度プロファイルで、Ｎ２＋Ｈ２中（Ｈ
２／Ｎ２−２０／８（ｌ流量２１／ｍ１ｎ）で還元し、
最後に第４図１ａｌに示す温度プロファイルで、Ｎ２中
で焼成した。この様にして作製したヒータ素子の断面図
を第２図に示す。また、導体ペーストとして、ＣｕＯペ
ーストを用いた場合も、（ＣｕＯ＋Ｎｉ０）ペーストを
用いた場合も、その断面をＳＥＭ観察した結果、極めて
緻密な構造を有している事が明らかとなった。さらに、
それぞれのヒータ素子をＴＨ試験（８５℃８５％）にか
けた後の抵抗率変化を測定した結果、５００時間後にお
いても１０％以下という、従来のＷやＭｏを配線材料と
した場合に比べて極めて良好な結果が得られた。
また、上記と同様の実験を導体ペーストの出発原料とし
７Ｎ ｉ ｏ、ｃ ｏ Ｏ９Ｆ ｅ２０３ 、Ｍｎ Ｏ
２。
７Ｎ ｉ ｏ、ｃ ｏ Ｏ９Ｆ ｅ２０３ 、Ｍｎ Ｏ
２。
Ｔ ｉ Ｏ□を用いた場合についても行なった。なお、
これらの酸化物の場合は、焼成条件を第４図すに示す様
な温度プロファイルで行なった。その結果、これらの酸
化物を用いた導体ペーストの場合においても、ＣｕＯペ
ースト、（ＣｕＯ＋Ｎｉ０）ペーストの場合と同様に極
めて良好な結果が得られた。
これらの酸化物の場合は、焼成条件を第４図すに示す様
な温度プロファイルで行なった。その結果、これらの酸
化物を用いた導体ペーストの場合においても、ＣｕＯペ
ースト、（ＣｕＯ＋Ｎｉ０）ペーストの場合と同様に極
めて良好な結果が得られた。
実施例２
実施例１に示したと同様のグリーンシート上に、実施例
１で示したと同様の各種導体ペーストを印刷、乾燥した
後、グリーンシートのがわりに、絶縁ペーストを、２０
０メソシユのスクリーンを用い印刷し、その後乾燥させ
、さらに端子部分にＣｕＯペーストをぬり、乾燥させ未
焼結体を作製した。なお、絶縁ペーストは、ホウケイ酸
ガラスにアルミナを、重量比で１対１に混合した無機成
分に導体ペーストの作製の際に用いたと同様の有機ビヒ
クルを加え三段ロールで適度な粘度に混練して作製した
。
１で示したと同様の各種導体ペーストを印刷、乾燥した
後、グリーンシートのがわりに、絶縁ペーストを、２０
０メソシユのスクリーンを用い印刷し、その後乾燥させ
、さらに端子部分にＣｕＯペーストをぬり、乾燥させ未
焼結体を作製した。なお、絶縁ペーストは、ホウケイ酸
ガラスにアルミナを、重量比で１対１に混合した無機成
分に導体ペーストの作製の際に用いたと同様の有機ビヒ
クルを加え三段ロールで適度な粘度に混練して作製した
。
上記の様にして作製した未焼結体を、実施例１と同様な
条件で、脱バインダ、還元、焼成しヒータ素子を作製し
た。この方法において作製したヒータ素子も、実施例１
の場合と同様、掻めて緻密な構造を有し、抵抗値変化も
ＴＨ試験５ｏｏ時間後においても２０％以下と良好な結
果を示した。
条件で、脱バインダ、還元、焼成しヒータ素子を作製し
た。この方法において作製したヒータ素子も、実施例１
の場合と同様、掻めて緻密な構造を有し、抵抗値変化も
ＴＨ試験５ｏｏ時間後においても２０％以下と良好な結
果を示した。
発明の効果
以上述べた様に、本発明のヒータ素子は、従来のものと
比較して低温で作製する事が出来るために、設備コスト
のｇ減が可能となる。さらに本発明のヒータ素子の製造
方法を用いる事により、安価な卑金属酸化物を導体層の
出発原料として用いるため材料コス＋を下げる事が出来
、さらに焼成雰囲気の制御が極めて容易となり、非常に
緻密で、従来品に比べ、その寿命が数段向上したヒータ
素子を作製可能にするものであり、工業上極めて効果的
な発明である。
比較して低温で作製する事が出来るために、設備コスト
のｇ減が可能となる。さらに本発明のヒータ素子の製造
方法を用いる事により、安価な卑金属酸化物を導体層の
出発原料として用いるため材料コス＋を下げる事が出来
、さらに焼成雰囲気の制御が極めて容易となり、非常に
緻密で、従来品に比べ、その寿命が数段向上したヒータ
素子を作製可能にするものであり、工業上極めて効果的
な発明である。
第１図は、本発明のセラミックヒータ素子の未焼結体を
示す斜視図、第２図は焼結済のセラミックヒータ素子の
断面図、第３図は、実施例ｆｌ）に示す製造方法の工程
における温度特性図、第４図は、実施例に示す焼成工程
の温度特性図である。 １０・・・・・・絶縁基板、２０・・・・・・導体配線
、３ｏ・・・・・・端子。 代理人の氏名 弁理士 中尾敏男 はが１名３ｏ−７＃
、シ 第 ２ 図 第３図 Ｉｌさ 閉 （分）
示す斜視図、第２図は焼結済のセラミックヒータ素子の
断面図、第３図は、実施例ｆｌ）に示す製造方法の工程
における温度特性図、第４図は、実施例に示す焼成工程
の温度特性図である。 １０・・・・・・絶縁基板、２０・・・・・・導体配線
、３ｏ・・・・・・端子。 代理人の氏名 弁理士 中尾敏男 はが１名３ｏ−７＃
、シ 第 ２ 図 第３図 Ｉｌさ 閉 （分）
Claims (2)
- （１）電気絶縁性磁器基板内にＣｕ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｍｎ
、Ｆｅ、Ｔｉより選ばれる一種以上の卑金属ないしは合
金を導体材料として配線された導体配線と前記導体配線
を電気的に取り出す端子とを有することを特徴とするヒ
ータ素子。 - （２）Ｃｕ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｔｉまたはこれ
らの合金の融点より低い温度で焼結するガラスまたはセ
ラミックもしくはガラス−セラミック組成物に、有機ビ
ヒクルを加えたグリーンシート上に、酸化第二銅、酸化
ニッケル、酸化コバルト、酸化マンガン、酸化鉄、酸化
チタンより選ばれる一種以上の卑金属酸化物ないしはこ
れらの混合粉に有機ビヒクルを加えた導体ペーストを用
いて印刷し、配線を形成する工程と、乾燥の後、前記グ
リーンシートとは別のグリーンシートを加熱、圧力によ
りラミネートし、積層化するか、もしくは、前記グリー
ンシートの無機組成物と同一の組成の絶縁ペーストを印
刷し多層化する工程と、上記のようにして作製した未焼
結体を炭素に対して充分な酸化雰囲気中で脱バインダす
る工程と、その後、これを還元雰囲気中で熱処理する工
程と、さらに窒素雰囲気中で焼成し、焼結させる工程を
有することを特徴とするヒータ素子の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61052904A JPH07111899B2 (ja) | 1986-03-11 | 1986-03-11 | ヒータ素子の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61052904A JPH07111899B2 (ja) | 1986-03-11 | 1986-03-11 | ヒータ素子の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS62211890A true JPS62211890A (ja) | 1987-09-17 |
| JPH07111899B2 JPH07111899B2 (ja) | 1995-11-29 |
Family
ID=12927828
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP61052904A Expired - Lifetime JPH07111899B2 (ja) | 1986-03-11 | 1986-03-11 | ヒータ素子の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07111899B2 (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0294384A (ja) * | 1988-09-30 | 1990-04-05 | Kyocera Corp | 放熱フィン付きセラミックヒータ |
| JP4855409B2 (ja) * | 2004-11-05 | 2012-01-18 | アッシュ・ウー・エフ | チタン−銅−ニッケルベースの合金の使用 |
| JP2016183820A (ja) * | 2015-03-26 | 2016-10-20 | 日本碍子株式会社 | 乾燥方法、セラミックス部品の製造方法、及び乾燥システム |
| JP2019163931A (ja) * | 2015-03-26 | 2019-09-26 | 日本碍子株式会社 | 乾燥方法、セラミックス部品の製造方法、及び乾燥システム |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5883124A (ja) * | 1981-11-13 | 1983-05-18 | Hitachi Ltd | 予熱栓用加熱抵抗体 |
-
1986
- 1986-03-11 JP JP61052904A patent/JPH07111899B2/ja not_active Expired - Lifetime
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5883124A (ja) * | 1981-11-13 | 1983-05-18 | Hitachi Ltd | 予熱栓用加熱抵抗体 |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0294384A (ja) * | 1988-09-30 | 1990-04-05 | Kyocera Corp | 放熱フィン付きセラミックヒータ |
| JP4855409B2 (ja) * | 2004-11-05 | 2012-01-18 | アッシュ・ウー・エフ | チタン−銅−ニッケルベースの合金の使用 |
| JP2016183820A (ja) * | 2015-03-26 | 2016-10-20 | 日本碍子株式会社 | 乾燥方法、セラミックス部品の製造方法、及び乾燥システム |
| JP2019163931A (ja) * | 2015-03-26 | 2019-09-26 | 日本碍子株式会社 | 乾燥方法、セラミックス部品の製造方法、及び乾燥システム |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH07111899B2 (ja) | 1995-11-29 |
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