KR101212539B1 - 세라믹 히터, 및 이 세라믹 히터를 구비한 산소 센서와 헤어 아이론 - Google Patents
세라믹 히터, 및 이 세라믹 히터를 구비한 산소 센서와 헤어 아이론 Download PDFInfo
- Publication number
- KR101212539B1 KR101212539B1 KR1020107012791A KR20107012791A KR101212539B1 KR 101212539 B1 KR101212539 B1 KR 101212539B1 KR 1020107012791 A KR1020107012791 A KR 1020107012791A KR 20107012791 A KR20107012791 A KR 20107012791A KR 101212539 B1 KR101212539 B1 KR 101212539B1
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- lead member
- brazing material
- ceramic
- ceramic heater
- central axis
- Prior art date
Links
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 title claims description 134
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims description 22
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 title claims description 11
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims description 10
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 title claims description 10
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 title claims description 10
- 238000005219 brazing Methods 0.000 claims abstract description 91
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 91
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 12
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims description 4
- 238000005304 joining Methods 0.000 abstract description 14
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 12
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 12
- 239000000945 filler Substances 0.000 description 10
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 9
- 238000007747 plating Methods 0.000 description 9
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 6
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 6
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 6
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical compound [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 5
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 5
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 5
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 4
- 229910017944 Ag—Cu Inorganic materials 0.000 description 3
- 229910018072 Al 2 O 3 Inorganic materials 0.000 description 3
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 description 3
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 3
- 239000011162 core material Substances 0.000 description 3
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 3
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000010931 gold Substances 0.000 description 3
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 3
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 3
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 3
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 description 3
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000007784 solid electrolyte Substances 0.000 description 3
- BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N Silver Chemical compound [Ag] BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 description 2
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 description 2
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 2
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 2
- 238000009713 electroplating Methods 0.000 description 2
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 2
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910001026 inconel Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910000833 kovar Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 2
- 229910052750 molybdenum Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000007639 printing Methods 0.000 description 2
- 229910052702 rhenium Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910001925 ruthenium oxide Inorganic materials 0.000 description 2
- WOCIAKWEIIZHES-UHFFFAOYSA-N ruthenium(iv) oxide Chemical compound O=[Ru]=O WOCIAKWEIIZHES-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000007650 screen-printing Methods 0.000 description 2
- 239000004332 silver Substances 0.000 description 2
- 239000002002 slurry Substances 0.000 description 2
- 229910052715 tantalum Inorganic materials 0.000 description 2
- GUVRBAGPIYLISA-UHFFFAOYSA-N tantalum atom Chemical compound [Ta] GUVRBAGPIYLISA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N tungsten Chemical compound [W] WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000010937 tungsten Substances 0.000 description 2
- 108010053481 Antifreeze Proteins Proteins 0.000 description 1
- 229910002708 Au–Cu Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910000990 Ni alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- -1 Ni and Cr Chemical class 0.000 description 1
- 206010037660 Pyrexia Diseases 0.000 description 1
- 229910052581 Si3N4 Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000002159 abnormal effect Effects 0.000 description 1
- 230000001154 acute effect Effects 0.000 description 1
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 1
- 239000011324 bead Substances 0.000 description 1
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 description 1
- 239000005388 borosilicate glass Substances 0.000 description 1
- 239000011651 chromium Substances 0.000 description 1
- 239000011231 conductive filler Substances 0.000 description 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 1
- PMHQVHHXPFUNSP-UHFFFAOYSA-M copper(1+);methylsulfanylmethane;bromide Chemical compound Br[Cu].CSC PMHQVHHXPFUNSP-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 238000005336 cracking Methods 0.000 description 1
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 1
- 238000007772 electroless plating Methods 0.000 description 1
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 1
- 235000000396 iron Nutrition 0.000 description 1
- 238000004898 kneading Methods 0.000 description 1
- 239000005355 lead glass Substances 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 238000013508 migration Methods 0.000 description 1
- 230000005012 migration Effects 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 238000000465 moulding Methods 0.000 description 1
- 150000004767 nitrides Chemical class 0.000 description 1
- 239000003960 organic solvent Substances 0.000 description 1
- 239000011224 oxide ceramic Substances 0.000 description 1
- 229910052574 oxide ceramic Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- 239000010970 precious metal Substances 0.000 description 1
- 238000003825 pressing Methods 0.000 description 1
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 1
- 230000003252 repetitive effect Effects 0.000 description 1
- HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N silicon carbide Chemical compound [Si+]#[C-] HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910010271 silicon carbide Inorganic materials 0.000 description 1
- HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N silicon nitride Chemical compound N12[Si]34N5[Si]62N3[Si]51N64 HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000005245 sintering Methods 0.000 description 1
- 238000005476 soldering Methods 0.000 description 1
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 1
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 description 1
- 238000007751 thermal spraying Methods 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000004804 winding Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A45—HAND OR TRAVELLING ARTICLES
- A45D—HAIRDRESSING OR SHAVING EQUIPMENT; EQUIPMENT FOR COSMETICS OR COSMETIC TREATMENTS, e.g. FOR MANICURING OR PEDICURING
- A45D1/00—Curling-tongs, i.e. tongs for use when hot; Curling-irons, i.e. irons for use when hot; Accessories therefor
- A45D1/02—Curling-tongs, i.e. tongs for use when hot; Curling-irons, i.e. irons for use when hot; Accessories therefor with means for internal heating, e.g. by liquid fuel
- A45D1/04—Curling-tongs, i.e. tongs for use when hot; Curling-irons, i.e. irons for use when hot; Accessories therefor with means for internal heating, e.g. by liquid fuel by electricity
-
- 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
- H05B3/10—Heating elements characterised by the composition or nature of the materials or by the arrangement of the conductor
- H05B3/12—Heating elements characterised by the composition or nature of the materials or by the arrangement of the conductor characterised by the composition or nature of the conductive material
- H05B3/14—Heating elements characterised by the composition or nature of the materials or by the arrangement of the conductor characterised by the composition or nature of the conductive material the material being non-metallic
- H05B3/141—Conductive ceramics, e.g. metal oxides, metal carbides, barium titanate, ferrites, zirconia, vitrous compounds
-
- 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
- H05B3/40—Heating elements having the shape of rods or tubes
- H05B3/42—Heating elements having the shape of rods or tubes non-flexible
- H05B3/48—Heating elements having the shape of rods or tubes non-flexible heating conductor embedded in insulating material
-
- 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
- H05B2203/00—Aspects relating to Ohmic resistive heating covered by group H05B3/00
- H05B2203/022—Heaters specially adapted for heating gaseous material
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Ceramic Engineering (AREA)
- Resistance Heating (AREA)
- Measuring Oxygen Concentration In Cells (AREA)
Abstract
(과제) 종래의 리드 부재는 길이 방향에 평행한 단면에 있어서의 리드 부재의 두께가 일정했기 때문에 브레이징재와의 접합 면적을 크게 하는 것이 어려웠다. 그 때문에, 리드 부재와 브레이징재의 접합성에 기여하는 이들 접촉 면적을 증대시키기 위해서는 리드 부재 자체를 크게 하지 않으면 안 되었다.
(해결 수단) 리드 부재(11)의 길이 방향에 평행하고 리드 부재(11)의 중심축(A)을 포함하는 단면에 있어서, 리드 부재(11)의 외주 중 브레이징된 부분의 1점(X)으로부터 리드 부재(11)의 중심축(A)까지의 거리보다 브레이징된 부분의 다른 1점(Y)으로부터 중심축(A)까지의 거리를 크게 함으로써 리드 부재(11)와 브레이징재의 접촉 면적을 증대시키는 것이 가능해진다.
(해결 수단) 리드 부재(11)의 길이 방향에 평행하고 리드 부재(11)의 중심축(A)을 포함하는 단면에 있어서, 리드 부재(11)의 외주 중 브레이징된 부분의 1점(X)으로부터 리드 부재(11)의 중심축(A)까지의 거리보다 브레이징된 부분의 다른 1점(Y)으로부터 중심축(A)까지의 거리를 크게 함으로써 리드 부재(11)와 브레이징재의 접촉 면적을 증대시키는 것이 가능해진다.
Description
본 발명은 산소 센서, 공연비 센서, 글로우 플러그, 헤어 아이론 등에 이용되는 세라믹 히터에 관한 것이다.
종래, 엔진을 시동시키기 위한 열원이나 실내 난방의 보조 열원 등의 열원, 공연비 센서 가열용 히터 등에 세라믹 히터가 이용되고 있다. 이들 용도에 이용되는 세라믹 히터로서는, 예를 들면 특허문헌 1에 나타내는 바와 같이, 세라믹 기체 중에 발열 저항체가 매설되고, 이 발열 저항체의 단부와 전기적으로 접속된 외부 전극(전극 패드)에 브레이징재(brazing material)를 통해 리드 부재가 접속된 구성의 것이 알려져 있다.
상기 용도로 대표되는 세라믹 히터에는 그 사용시에 열 이력이 반복적으로 가해지는 것이나 진동 등에 의한 인장이나 비틀림 등의 스트레스가 가해진다. 강한 스트레스가 세라믹 히터에 반복적으로 가해진 경우, 특히 브레이징재를 통해 접합되는 외부 전극과 리드 부재의 접합면에 상기 스트레스에 의한 영향이 강하게 나타나기 때문에 브레이징재와 리드 부재의 접합 신뢰성이 저하될 가능성이 있다. 그러나, 최근 세라믹 히터에는 보다 급속한, 또는 보다 고온에서의 승강온(昇降溫)을 반복하는 가혹한 사용 환경 하에 있어서도 충분한 내구성을 구비하는 것이 요구되고 있다.
종래, 세라믹 히터에 있어서의 리드 부재는, 특허문헌 1에 기재되어 있는 바와 같이, 축 방향에 평행한 단면에 있어서의 두께가 일정했다. 이러한 리드 부재를 이용한 경우, 브레이징재와의 접합 강도를 향상시키기 위해서는 리드 부재를 크게 함으로써 접합 면적을 크게 하지 않으면 안 되었다.
본 발명은 상기 과제를 감안하여 이루어진 것이고, 리드 부재와 브레이징재의 접합성을 높임으로써 높은 내구성을 갖는 세라믹 히터를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 제 1 세라믹 히터는 세라믹 기체와, 상기 세라믹 기체에 매설된 발열 저항체와, 상기 세라믹 기체의 측면에 설치되고 상기 발열 저항체와 전기적으로 접속된 외부 전극과, 상기 외부 전극에 브레이징(brazing)된 리드 부재를 구비하고, 상기 리드 부재의 길이 방향에 평행하고 상기 리드 부재의 중심축을 포함하는 단면에 있어서, 상기 리드 부재의 외주 중 브레이징된 부분의 1점으로부터 상기 리드 부재의 중심축까지의 거리보다 상기 브레이징된 부분의 다른 1점으로부터 상기 중심축까지의 거리가 큰 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 리드 부재가 상기 세라믹 기체의 한쪽 단부측으로 인출되고, 상기 브레이징된 부분의 1점이 상기 다른 1점보다 상기 한쪽 단부측에 위치하는 것이 바람직하다. 또한 상기 브레이징된 부분에 오목부를 갖고 있는 것 바람직하다. 또한, 상기 오목부에 브레이징재가 충전되어 있는 것이 보다 바람직하다. 또한, 상기 오목부가 상기 세라믹 기체측으로 개구되어 있는 것이 바람직하다.
또한, 상기 리드 부재가 복수의 상기 오목부를 갖고 있는 것이 바람직하다. 또한, 상기 리드 부재가 1개의 상기 길이 방향에 평행하고 중심축을 포함하는 단면에 있어서 복수의 상기 오목부를 갖고 있는 것이 보다 바람직하다. 또한, 상기 리드 부재의 단부가 상기 브레이징재로 피복되어 있는 것이 보다 더 바람직하다.
본 발명의 제 2 세라믹 히터는 세라믹 기체와, 상기 세라믹 기체에 매설된 발열 저항체와, 상기 세라믹 기체의 측면에 설치되고 상기 발열 저항체와 전기적으로 접속된 외부 전극과, 상기 외부 전극에 브레이징된 리드 부재를 구비하고, 상기 리드 부재의 길이 방향에 평행하고 상기 리드 부재의 중심축을 포함하는 단면에 있어서 상기 리드 부재는 브레이징재와 접하는 부분에 오목부를 갖고 있는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 제 3 세라믹 히터는 세라믹 기체와, 상기 세라믹 기체에 매설된 발열 저항체와, 상기 세라믹 기체의 측면에 설치되고 상기 발열 저항체와 전기적으로 접속된 외부 전극과, 상기 외부 전극에 브레이징된 리드 부재를 구비하고, 상기 리드 부재의 길이 방향에 평행하고 상기 리드 부재의 중심축을 포함하는 단면에 있어서 상기 리드 부재는 브레이징재와 접하는 부분에 볼록부를 갖고 있는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 산소 센서 및 헤어 아이론은 상기 어느 하나에 기재된 세라믹 히터를 구비한 것을 특징으로 한다.
(발명의 효과)
본 발명의 제 1 세라믹 히터에 의하면, 리드 부재의 길이 방향에 평행하고 이 리드 부재의 중심축을 포함하는 단면에 있어서, 리드 부재의 외주 중 브레이징된 부분의 1점으로부터 리드 부재의 중심축까지의 거리보다 브레이징된 부분의 다른 1점으로부터 중심축까지의 거리가 크다. 이와 같이, 단면에 있어서의 리드 부재의 두께가 일정하지 않기 때문에 리드 부재와 브레이징재의 접촉 면적을 증대시킬 수 있다. 그 결과, 리드 부재와 브레이징재의 접합 강도, 구체적으로는 인장 강도나 비틀림 강도를 향상시킬 수 있다. 이로 인해, 급속한 승강온을 반복하는 환경 하나 고온에서의 승강온을 반복하는 환경 하에 있어서도 높은 내구성을 구비하는 것이 가능해진다.
본 발명의 제 2 세라믹 히터에 의하면, 리드 부재의 길이 방향에 평행하고 이 리드 부재의 중심축을 포함하는 단면에 있어서 리드 부재가 브레이징재와 접하는 부분에 오목부를 갖고 있다. 리드 부재가 오목부를 갖고 있음으로써 리드 부재의 중심축 방향의 한쪽 및/또는 다른쪽으로의 리드 부재의 인장 응력에 대해서도 브레이징재 중 리드 부재의 오목부와 접하는 부분이 리드 부재에 걸리므로 중심축 방향의 한쪽 및/또는 다른쪽으로의 리드 부재의 움직임이 저해된다. 이로 인해, 리드 부재와 브레이징재의 접합 신뢰성을 보다 향상시킬 수 있다.
본 발명의 제 3 세라믹 히터에 의하면, 리드 부재의 길이 방향에 평행하고 이 리드 부재의 중심축을 포함하는 단면에 있어서 리드 부재가 브레이징재와 접하는 부분에 볼록부를 갖고 있다. 리드 부재가 볼록부를 갖고 있음으로써 리드 부재의 중심축 방향의 한쪽 및/또는 다른쪽으로의 리드 부재의 인장 응력에 대해서도 볼록부가 브레이징재에 걸리므로 리드 부재의 중심축 방향의 한쪽 및/또는 다른쪽으로의 리드 부재의 움직임이 저해된다. 이로 인해, 리드 부재와 브레이징재의 접합 신뢰성을 보다 향상시킬 수 있다.
본 발명의 산소 센서는 상기 어느 하나에 기재된 세라믹 히터를 구비함으로써 보다 높은 온도에서 사용한 경우에도 안정적으로 발열 저항체에 통전시킬 수 있다. 이것은 리드 부재와 브레이징재의 접합 강도를 향상시킬 수 있으므로 고온에서의 사용시에 열팽창에 기인하는 보다 큰 응력에 대해서도 높은 내구성을 유지할 수 있기 때문이다.
또한, 본 발명의 헤어 아이론은 상기 어느 하나에 기재된 세라믹 히터를 구비함으로써 리드 부재와 브레이징재의 접합 강도를 향상시킬 수 있으므로 안정적으로 발열 저항체에 통전시킬 수 있다. 그 때문에, 급속하게 승강온시킨 경우에도 높은 내구성을 유지할 수 있다.
도 1(a)는 본 발명의 세라믹 히터의 실시 형태에 의한 일례를 나타내는 사시도이다. 도 1(b)는 도 1(a)에 나타내는 실시 형태의 리드 부재 주변의 확대 사시도이다.
도 2(a)는 도 1에 나타내는 실시 형태에 의한 세라믹 히터의 리드 부재의 길이 방향에 평행한 단면에 있어서의 확대 단면도이다. 도 2(b)는 도 1(a)에 나타내는 실시 형태의 리드 부재의 단부 주변을 나타내는 확대 단면도이다.
도 3(a)~(c)는 각각 본 발명의 세라믹 히터의 실시 형태에 의한 다른 일례를 나타내는 단면도이다.
도 4(a)~(b)는 각각 본 발명의 세라믹 히터의 실시 형태에 의한 다른 일례를 나타내는 단면도이다.
도 5(a)~(b)는 각각 본 발명의 세라믹 히터의 실시 형태에 의한 다른 일례를 나타내는 단면도이다.
도 2(a)는 도 1에 나타내는 실시 형태에 의한 세라믹 히터의 리드 부재의 길이 방향에 평행한 단면에 있어서의 확대 단면도이다. 도 2(b)는 도 1(a)에 나타내는 실시 형태의 리드 부재의 단부 주변을 나타내는 확대 단면도이다.
도 3(a)~(c)는 각각 본 발명의 세라믹 히터의 실시 형태에 의한 다른 일례를 나타내는 단면도이다.
도 4(a)~(b)는 각각 본 발명의 세라믹 히터의 실시 형태에 의한 다른 일례를 나타내는 단면도이다.
도 5(a)~(b)는 각각 본 발명의 세라믹 히터의 실시 형태에 의한 다른 일례를 나타내는 단면도이다.
이하, 본 발명의 세라믹 히터의 실시 형태를 도면을 이용하여 설명한다.
도 1(a)는 본 발명의 세라믹 히터의 실시 형태에 의한 일례를 나타내는 사시도이고, 도 1(b)는 도 1(a)에 나타내는 실시 형태의 세라믹 히터의 외부 전극(전극 패드) 주변의 확대 사시도이다. 또한, 도 2(a)는 도 1에 나타내는 세라믹 히터의 실시 형태에 의한 리드 부재의 길이 방향에 평행한 단면에 있어서의 확대 단면도이고, 도 2(b)는 도 2(a)에 나타내는 실시예의 리드 부재를 확대한 확대 단면도이다.
도 1, 2에 나타내는 바와 같이, 본 예의 세라믹 히터(1)는 세라믹 기체(3)와, 세라믹 기체(3)에 매설된 발열 저항체(5)와, 세라믹 기체(3)의 외측면에 설치됨과 아울러 발열 저항체(5)와 전기적으로 접속된 전극 패드(7)와, 브레이징재(9)를 통해 전극 패드(7)에 접속된 리드 부재(11)를 구비하고 있다.
또한, 발열 저항체(5)는 세라믹 기체(3)에 매설된 인출 패턴(13)과 접속되어 있다. 또한, 인출 패턴(13)은 세라믹 기체(3)에 형성된 스루홀(3a)의 내측면에 설치된 스루홀 도체(15)를 사이에 두고 전극 패드(7)와 접속되어 있다. 이렇게 하여, 발열 저항체(5)와 전극 패드(7)는 전기적으로 접속되어 있다.
도 2에 나타내는 바와 같이, 본 예의 세라믹 히터(1)는 리드 부재(11)의 길이 방향에 평행한 리드 부재(11)의 중심축(A)을 포함하는 단면에 있어서, 리드 부재(11)의 외주 중 브레이징된 부분의 1점(X)으로부터 리드 부재(11)의 중심축(A)까지의 거리(L1)보다 브레이징된 부분의 다른 1점(Y)으로부터 중심축(A)까지의 거리(L2)가 크다. 이와 같이, 본 예의 세라믹 히터(1)에 있어서의 리드 부재(11)는 그 길이 방향에 평행한 중심축(A)을 포함하는 단면에 있어서 서로 두께가 다른 부위를 갖고 있다. 그 때문에, 종래의 리드 부재에 비해 대형화되는 일 없이 표면적(길이 방향에 평행하고 리드 부재의 중심축을 포함하는 단면에 있어서의 외주)을 크게 할 수 있다. 이로 인해, 리드 부재(11)와 브레이징재(9)의 접촉 면적을 증대시킬 수 있으므로 리드 부재(11)와 브레이징재(9)의 접합 강도를 향상시킬 수 있다.
여기에서, 리드 부재(11)의 중심축(A)이란 리드 부재(11)를 그 끝면측으로부터 봤을 때에 그 윤곽으로 형성되는 도형의 중심을 지나는 리드 부재(11)의 길이 방향에 평행한 축이고, 윤곽으로 형성되는 도형이 원인 경우에는 그 중심을 지나는 축이다. 또한, 윤곽으로 형성되는 도형이 정사각형이나 직사각형, 평행사변형인 경우에는 그들의 대각선의 교점을 지나는 축이고, 또한 사다리꼴인 경우에는 상저(上底) 및 하저(下底)로부터 등거리에 있는 선 상에서 상저 및 하저 이외의 2변 사이의 중간을 지나가는 축이며, 타원인 경우에는 초점 사이의 중간을 지나는 축이다.
또한, 브레이징된 부분의 1점(X)으로부터 리드 부재(11)의 중심축(A)까지의 거리(L1)란 길이 방향에 평행하고 리드 부재(11)의 중심축(A)을 포함하는 단면을 봤을 때에 1점(X)으로부터 중심축(A)에 수선을 그었을 때의 수선의 길이를 말한다. 마찬가지로, 브레이징된 부분의 다른 1점(Y)으로부터 리드 부재(11)의 중심축(A)까지의 거리(L2)란 다른 1점(Y)으로부터 중심축(A)에 수선을 그었을 때의 수선의 길이를 말한다.
종래의 리드 부재와 같이, 길이 방향에 평행하고 중심축(A)을 포함하는 단면에 있어서 리드 부재의 두께가 일정한 경우에는 리드 부재가 중심축 방향으로 움직이기 쉽지만, 그에 대해 본 실시 형태에 의한 리드 부재(11)는 브레이징된 부분의 1점(X)으로부터 리드 부재(11)의 중심축(A)까지의 거리(L1)보다 브레이징된 부분의 다른 1점(Y)으로부터 중심축(A)까지의 거리(L2)가 크기 때문에 리드 부재(11)의 표면의 1점(X)과 다른 1점(Y) 사이에 단차 부분이 형성된다. 그리고, 이 단차 부분이 리드 부재(11)의 인장 응력에 대해서도 기계적으로 브레이징재(9)에 걸리므로 중심축(A) 방향으로의 리드 부재(11)의 움직임이 저해된다. 이와 같이, 리드 부재(11)와 브레이징재(9)의 접합 강도를 기계적으로 향상시킬 수 있으므로 리드 부재(11)와 브레이징재(9)의 접합 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
도 3(a)~(c)는 각각 본 발명의 세라믹 히터(1)의 실시 형태에 의한 다른 일례를 나타내는 확대 단면도이다. 리드 부재(11)의 길이 방향에 평행하고 중심축(A)을 포함하는 단면에 있어서의 바람직한 형상으로서는, 도 3(a)에 나타내는 바와 같이, 리드 부재(11)의 길이 방향에 평행하고 중심축(A)을 포함하는 단면에 있어서 리드 부재(11)의 단부의 두께가 얇은 형상을 들 수 있다. 이렇게 리드 부재(11)의 단부의 두께가 얇은 형상일 경우에는 리드 부재(11)가 단순한 형상이기 때문에 용이하게 가공할 수 있음과 아울러 표면적을 크게 할 수 있다. 또한, 단차 부분이 형성되어 있으므로 만약 브레이징재(9)와 리드 부재(11) 사이에서 크랙에 의해 박리가 발생했다고 해도 이 단차 부분이 크랙의 직진을 유효하게 저지하므로 박리의 진행을 억제하는 것이 가능해진다.
또한, 마찬가지로, 도 3(b)에 나타내는 바와 같이, 리드 부재(11)의 길이 방향에 평행하고 중심축(A)을 포함하는 단면에 있어서 리드 부재(11)의 단부의 두께가 두꺼운 형상을 들 수 있다. 이렇게 리드 부재(11)의 단부의 두께가 두꺼운 형상일 경우에는 표면적을 크게 하는 것이 가능할 뿐만 아니라 기계적인 강도를 향상시키는 것도 가능하다. 이 이유는 리드 부재(11)가 브레이징재(9)로부터 인출되어 있는 측[도 3(b)에서는 우측]으로 인장되었다고 해도 단부의 두께가 두꺼우므로 이 단부에 브레이징재(9)가 걸리기 때문이다.
또한, 도 3(c)에 나타내는 바와 같이, 길이 방향에 평행하고 중심축(A)을 포함하는 단면에 있어서 리드 부재(11)가 브레이징재(9)와의 접합 부분에 볼록부(21)를 갖고 있는 것이 바람직하다. 도 3(a), (b)에 나타내는 예와 비교하여 표면적을 더욱 크게 할 수 있다. 또한, 볼록부(21)를 가짐으로써 중심축(A) 방향의 한쪽 및/또는 다른쪽으로의 리드 부재(11)의 인장 응력에 대해서도 볼록부(21)가 브레이징재(9)에 걸리므로 중심축(A)과 평행한 방향으로의 리드 부재(11)의 움직임이 저해된다. 이로 인해, 리드 부재(11)와 브레이징재(9)의 접합 신뢰성을 보다 향상시킬 수 있다.
또한, 리드 부재(11)의 볼록부(21)를 제외한 부분에서의 중심축(A)까지의 거리의 평균을 R1로 하고, 볼록부(21)의 최상부로부터 중심축(A)까지의 거리를 R2로 했을 때, R2/R1이 1.1 이상인 것이 바람직하다. 이러한 높이의 볼록부(21)를 가짐으로써 볼록부(21)에 의한 걸림의 효과를 보다 확실하게 얻을 수 있다. 리드 부재(11)의 볼록부(21)를 제외한 부분에서의 중심축(A)까지의 거리의 평균은, 예를 들면 리드 부재(11)의 길이 방향에 평행하고 중심축(A)을 포함하는 단면에 있어서의 표면에서의 볼록부(21)를 제외한 부분으로부터 무작위로 10점 선택하여 그 평균값으로 하면 된다.
도 4(a), (b)는 각각 본 발명의 세라믹 히터의 실시 형태에 의한 다른 일례를 나타내는 단면도이다. 도 4에 나타내는 바와 같이, 리드 부재(11)가 길이 방향에 평행하고 중심축(A)을 포함하는 단면에 있어서 브레이징재(9)와 접합하는 부분에 오목부(17)를 갖고 있는 것이 바람직하다. 이렇게 리드 부재(11)가 오목부(17)를 갖고 있음으로써 브레이징재(9)와 리드 부재(11)의 접합 면적을 더욱 크게 할 수 있다.
또한, 리드 부재(11)가 오목부(17)를 갖고 있음으로써 리드 부재(11)의 브레이징재(9)로부터의 완전한 박리를 억제할 수 있다. 이것은 리드 부재(11)와 브레이징재(9)의 접합면에 응력이 가해져 이 접합면의 일부에서 크랙에 의해 박리가 생겼다고 해도 리드 부재(11)의 표면 중 오목부(17) 표면의 곡률반경이 작기 때문에 이 오목부(17)가 크랙의 직진을 유효하게 저지하므로 박리의 진행을 억제하는 것이 가능해 지기 때문이다. 이 때문에, 리드 부재(11)의 브레이징재(9)로부터의 완전한 박리가 억제되어 안정적으로 발열 저항체(5)에 통전시킬 수 있게 된다.
또한, 이때 오목부(17) 내에는 리드 부재(11) 및 브레이징재(9) 쌍방과 높은 접합성을 갖는 충전재(19)가 설치되어 있는 것이 바람직하다. 이러한 충전재(19)가 설치되어 있음으로써 리드 부재(11)와 브레이징재(9)의 접합성을 보다 향상시킬 수 있다. 이러한 충전재(19)로서는, 예를 들면 붕규산 유리, 납유리, 금, 은, 백금, 구리, 산화루테늄, 알루미늄, 니켈, 텅스텐, 코바르(kovar), 인코넬, 탄탈 등을 이용할 수 있다.
또한, 충전재(19)로서는 도전성이 높은 것이 바람직하다. 브레이징재(9)와 리드 부재(11)가 오목부(17)에 있어서 접합성이 높기 때문에 이 오목부(17)에 도전성이 높은 충전재(19)를 설치함으로써 브레이징재(9)와 리드 부재(11) 사이에서 안정적으로 통전시킬 수 있다. 이러한 충전재(19)로서는 예를 들면 상기한 것 중 금, 은, 백금, 구리, 산화루테늄, 알루미늄, 니켈, 텅스텐, 탄탈이다.
또한, 충전재(19)로서는 열팽창률이 브레이징재(9) 및 리드 부재(11)의 열팽창률 사이의 값인 것이 바람직하다. 브레이징재(9) 및 리드 부재(11)의 열팽창률은 일반적으로 다르기 때문에 세라믹 히터(1)의 승온시에 열팽창에 기인하는 양자의 계면에 응력이 발생한다. 그러나, 이러한 충전재(19)를 이용함으로써 오목부(17)에 있어서의 열팽창에 기인하는 응력을 완화시킬 수 있다. 이로 인해, 오목부(17)에 있어서의 브레이징재(9)와 리드 부재(11)의 접합성을 더욱 향상시킬 수 있다. 이러한 충전재(19)로서는 예를 들면 상기한 것 중 코바르, 인코넬이다.
또한, 도 4(b)에 나타내는 바와 같이, 오목부(17)에 브레이징재(9)가 충전되어 있는 것이 보다 바람직하다. 리드 부재(11)와 브레이징재(9)의 접합 면적을 보다 증대시킬 수 있기 때문이다. 또한, 리드 부재(11)의 오목부(17)에 브레이징재(9)가 충전됨으로써 브레이징재(9)가 쐐기로서 작용하므로 보다 높은 앵커 효과를 얻을 수 있다.
또한, 리드 부재(11)의 오목부(17)를 제외한 부분에서의 중심축(A)까지의 거리의 평균을 R1로 하고, 오목부(17)의 저부로부터 중심축(A)까지의 거리를 R2로 했을 때 R2/R1이 0.9 이하인 것이 바람직하다. 이렇게 크게 패인 오목부(17)를 가짐으로써 오목부(17)에 의한 걸림의 효과를 보다 확실하게 얻을 수 있다. 리드 부재(11)의 볼록부(21)를 제외한 부분에서의 중심축(A)까지의 거리의 평균은, 예를 들면 리드 부재(11)의 길이 방향에 평행하고 중심축(A)을 포함하는 단면에 있어서의 표면에서의 오목부(17)를 제외한 부분으로부터 무작위로 10점 선택하고, 그 평균값으로 하면 된다.
또한, 도 4에 나타내는 바와 같이, 오목부(17)의 표면이 곡면 형상인 것이 바람직하다. 오목부(17)의 표면 형상이 곡면이어서 예각인 부분이 형성되지 않음으로써 응력의 집중을 억제할 수 있기 때문이다. 특히, 오목부(17)가 반구 형상인 것이 보다 바람직하다.
또한, 도 4(b)에 나타내는 바와 같이, 리드 부재(11)가 세라믹 기체(3)측으로 개구되는 오목부(17)를 갖고 있는 것이 바람직하다. 브레이징재(9)가 오목부(17)에 들어가기 쉬워지므로 보다 확실하게 오목부(17)에 브레이징재(9)를 충전할 수 있다. 이로 인해, 필요 이상으로 많은 브레이징재(9)를 이용하는 일 없이 리드 부재(11)를 브레이징재(9)에 안정적으로 충전시킬 수 있다. 그 결과, 내구성이 우수한 세라믹 히터를 보다 저렴하게 제공할 수 있다.
또한, 리드 부재(11)가 길이 방향에 평행하고 중심축(A)을 포함하는 단면에 있어서 브레이징된 부분에 오목부(17)를 갖고, 이 오목부(17)가 리드 부재(11)의 길이 방향에 수직인 리드 부재(11)의 단면에 있어서 오목 형상인 것이 더욱 바람직하다. 중심축(A)을 축으로 하여 리드 부재(11)를 회전시키려고 하는 응력이 리드 부재(11)에 가해지지만, 상기 형상의 오목부(17)를 가짐으로써 이 회전 방향으로 가해지는 응력에 대한 내구성을 향상시킬 수 있다.
특히, 이러한 오목부(17)에 브레이징재(9)가 충전되어 있을 경우에는 브레이징재(9)를 리드 부재(11)의 길이 방향에 평행한 방향의 응력에 대한 쐐기로서 작용시킬 수 있음과 동시에 리드 부재(11)의 회전 방향으로 가해지는 응력에 대한 쐐기로서도 작용시킬 수 있다. 이로 인해, 리드 부재(11)와 브레이징재(9)의 접합 신뢰성을 매우 크게 향상시킬 수 있다.
도 5(a), (b)는 각각 본 발명의 세라믹 히터(1)의 실시 형태에 의한 다른 일례를 나타내는 확대 단면도이다. 도 5(a), (b)에 나타내는 바와 같이, 리드 부재(11)가 복수의 오목부(17)를 갖고 있는 것이 바람직하다. 리드 부재(11)가 복수의 오목부(17)를 갖고 있음으로써 리드 부재(11)와 브레이징재(9)의 접합 면적을 보다 크게 할 수 있기 때문이다. 또한, 복수의 오목부(17)를 갖고 있음으로써 쐐기가 되는 브레이징재(9)의 볼록부가 복수 형성되므로 보다 높은 앵커 효과를 얻을 수 있다. 또한, 리드 부재(11)와 브레이징재(9)의 접합면에 가해지는 응력을 각각의 오목부(17)에 분산시킬 수 있으므로 내구성을 보다 향상시킬 수 있다.
또한, 도 5(a), (b)에 나타내는 바와 같이, 리드 부재(11)가 1개의 길이 방향에 평행하고 중심축(A)을 포함하는 단면에 있어서 복수의 오목부(17)를 갖고 있는 것이 보다 바람직하다. 리드 부재(11)의 길이 방향에 평행한 방향으로 큰 응력이 가해진 경우에 각각의 오목부(17)를 일체적으로 작용시킬 수 있기 때문이다.
또한, 도 5(a), (b)에 나타내는 바와 같이, 리드 부재(11)의 끝면이 브레이징재(9)와 접하고 있는 것이 바람직하다. 리드 부재(11)의 끝면이 브레이징재(9)와 접하고 있을 경우에는 브레이징재(9) 중에서 리드 부재(11)의 끝면과 접하는 부분이 장벽이 되므로 세라믹 기체(3)의 다른쪽 단부측으로의 리드 부재(11)의 움직임을 억제할 수 있다. 이로 인해, 리드 부재(11)를 기계적으로 고정시키는 힘이 커지므로 리드 부재(11)와 브레이징재(9)의 접합 신뢰성을 보다 향상시킬 수 있다.
또한, 도 2(a), 도 5(b)에 나타내는 바와 같이, 리드 부재(11)의 단부가 브레이징재(9)로 피복되어 있는 것이 바람직하다. 리드 부재(11)가 이렇게 브레이징재(9)로 피복되어 있음으로써 세라믹 기체(3)측과는 반대측 방향으로 리드 부재(11)가 브레이징재(9)로부터 박리되는 것을 억제할 수 있기 때문이다.
이어서, 본 발명의 세라믹 히터(1)의 제조 방법에 대해 설명한다.
세라믹 기체(3)로서는 절연성을 구비한 세라믹스를 이용할 수 있다. 구체적으로는, 산화물 세라믹스, 질화물 세라믹스, 탄화물 세라믹스를 이용할 수 있다. 보다 구체적으로는, 알루미나질 세라믹스, 질화규소질 세라믹스, 질화알루미늄질 세라믹스 또는 탄화규소질 세라믹스를 이용할 수 있다. 특히, 내산화성의 점으로부터 알루미나질 세라믹스를 이용하는 것이 바람직하다.
이들 세라믹스 성분에 SiO2, CaO, MgO, ZrO2 등의 소결 조제를 합계량으로 4~12질량% 함유하는 세라믹 슬러리를 시트 형상으로 성형하여 세라믹 시트를 제작한다. 세라믹 슬러리는 예를 들면 Al2O3을 88~95질량%, SiO2를 2~7질량%, CaO를 0.5~3질량%, MgO를 0.5~3질량%, ZrO2를 1~3질량%로 하면 된다.
이때, 상기에 나타내는 바와 같이, Al2O3의 함유량은 88~95질량%인 것이 바람직하다. 이것은 88질량% 이상으로 함으로써 유리질의 함유량을 억제할 수 있으므로 통전시에 있어서의 마이그레이션의 발생을 억제할 수 있기 때문이다. 또한, 95질량% 이하로 함으로써 발열 저항체(5) 중에 충분한 양의 유리 성분을 확산시킬 수 있다.
또한, 세라믹 기체(3)로서는 예를 들면 외경이 2~20㎜ 정도, 길이가 40~60㎜ 정도인 원기둥 형상의 것을 예시할 수 있다. 특히, 자동차의 공연비 센서 가열용의 세라믹 히터로서는 리드 부재(11)의 접합 부분에 있어서의 이상 고온을 억제하는 관점으로부터는 외경을 2~4㎜, 길이를 40~65㎜로 하는 것이 바람직하다.
그리고, 세라믹 기체(3)가 되는 세라믹 시트의 한쪽 주면(主面)에 발열 저항체(5)가 되는 도전성 페이스트 및 인출 패턴(13)을 인쇄 등의 방법을 이용하여 형성한다. 발열 저항체(5)로서는 도전성을 구비한 것을 이용할 수 있다. 구체적으로는, W, Mo, Re 등의 고융점 금속을 주성분으로 하는 것을 이용하는 것이 바람직하다. 도전성 페이스트는 예를 들면 상기 고융점 금속에 세라믹 원료, 바인더, 유기 용제 등을 조합하고 혼련함으로써 제작할 수 있다. 또한 이때, 세라믹 히터의 용도에 따라 발열 저항체(5)가 되는 도전성 페이스트의 반환 패턴의 거리나 도전성 페이스트의 선폭을 변경함으로써 발열 위치나 저항값을 소망의 값으로 설정하는 것이 가능하다.
이어서, 세라믹 시트에 스루홀(3a)을 형성하고, 도전 재료를 스루홀 도체(15)로서 스루홀(3a)에 충전한다. 이 도전 재료로서는 예를 들면 W, Mo, Re 중 적어도 1종류를 주성분으로 하는 것을 이용할 수 있다. 또한, 세라믹 시트의 한쪽 주면에 전극 패드(7)를 인쇄 또는 전사 등의 방법을 이용하여 형성한다. 전극 패드(7)로서는 W나 Ni 등의 금속을 이용할 수 있다.
그리고, 이 세라믹 시트를 세라믹 심재(23) 주위에 밀착액을 이용하여 권취하여 밀착시킴으로써 기둥 형상의 성형체가 얻어진다. 또한, 이 성형체를 1500~1650℃ 정도의 환원 분위기 중에서 소성한다.
여기에서, 산화에 의한 열화를 억제하기 위해, 도 2에 나타내는 바와 같이, 전극 패드(7)의 표면에는 Ni, Cr 등의 금속으로 이루어지는 금속 도금(25)이 형성되는 것이 바람직하다. 이 금속 도금(25)은 예를 들면 전해 도금법, 무전해 도금법, 스퍼터, 용사 또는 서브마이크론의 귀금속 입자를 함유하는 용재를 도포 건조시키는 방법에 의해 형성할 수 있다. 금속 도금(25)은 전극 패드(7)의 산화를 억제하기 위해 1㎛ 이상인 것이 바람직하다. 또한, 금속 도금(25) 내에서의 크랙의 발생을 억제하기 위해 5㎛ 이하인 것이 바람직하다.
이어서, 전극 패드(7) 또는 금속 도금(25) 상에 브레이징재(9)를 통해 리드 부재(11)를 접합한다. 이때, 수증기를 함유한 환원 분위기 중에서 리드 부재(11)를 접합하는 것이 바람직하다. 브레이징재(9)로서는 예를 들면 Au-Cu, Ag, Ag-Cu를 주성분으로 하는 것을 이용할 수 있다. 또한, 리드 부재(11)로서는 Ni, Ni합금, 백금, 구리 등의 저저항의 금속을 이용할 수 있다.
여기에서, 본 실시 형태의 세라믹 히터(1)는 길이 방향에 평행하고 중심축(A)을 포함하는 단면에 있어서 리드 부재(11)의 외주 중 브레이징된 부분의 1점(X)으로부터 리드 부재(11)의 중심축(A)까지의 거리(L1)보다 브레이징된 부분의 다른 1점(Y)으로부터 중심축(A)까지의 거리(L2)가 큰 리드 부재(11)를 이용하고 있다. 이러한 리드 부재(11)를 이용함으로써 리드 부재(11)와 브레이징재(9)의 접촉 면적을 크게 할 수 있다. 그 때문에, 리드 부재(11)를 잡아당기는 또는 회전시키는 방향으로 가해지는 응력에 대한 강도를 향상시킬 수 있다.
상기한 바와 같은 형상의 리드 부재(11)는 예를 들면 다각기둥 형상의 것, 원기둥 형상의 리드 부재(11)이고 브레이징되는 부분에 프레스 가공이나 오목부 가공을 함으로써 형성할 수 있다.
또한, 전극 패드(7), 브레이징재(9) 및 리드 부재(11)의 표면에 Au, Cr, Ni 등의 도금층을 더 형성하는 것이 바람직하다. 전극 패드(7), 브레이징재(9) 및 리드 부재(11)의 산화에 의한 열화를 억제할 수 있기 때문이다. 또한, 이 도금층은 1~10㎛인 것이 바람직하다.
또한, 본 발명의 세라믹 히터는 상기 실시 형태의 예에 한정되는 것은 아니고, 브레이징재(9)를 통해 리드 부재(11)가 전극 패드(7)에 접합되는 것이면 된다. 그 때문에, 원기둥 형상, 판 형상 등의 다양한 형상의 세라믹 히터에 적용시킬 수 있다.
이어서, 본 실시 형태에 의한 산소 센서에 대해 설명한다. 본 실시 형태에 의한 산소 센서는 고체 전해질층과 이 고체 전해질층의 한쪽 주면에 설치된 측정 전극과 고체 전해질층의 다른쪽 주면에 설치된 기준 전극을 구비한 센서부와, 이 센서부와 접합된 상기 실시 형태의 예로 대표되는 세라믹스 히터(1)를 구비하고 있다. 그리고, 본 실시 형태의 산소 센서에 있어서의 세라믹 히터(1)는 상기한 바와 같이 높은 내구성을 갖고 있다. 그 때문에, 본 실시 형태의 산소 센서는 안정적으로 피측정 가스의 농도를 측정할 수 있다. 결과적으로, 높은 신뢰성을 갖는 산소 센서를 제공할 수 있다.
이어서, 본 실시 형태에 의한 헤어 아이론에 대해 설명한다. 본 실시 형태에 의한 헤어 아이론은 상기 실시 형태의 예로 대표되는 세라믹스 히터(1)가 금속제의 인두 끝에 고정되고, 온도 제어 장치 등의 전기 회로와 리드 부재(11)에 의해 접속되어 있다. 본 실시 형태의 헤어 아이론은 상기 실시 형태로 대표되는 세라믹스 히터(1)를 구비하고 있기 때문에 헤어 아이론을 급속하게 승온시키거나 급속하게 강온시키거나 한 경우여도 높은 내구성을 유지할 수 있다. 이렇게 하여 제작된 헤어 아이론은 땜납 작업용 인두 등에 이용할 수 있다.
(실시예)
본 발명의 세라믹 히터를 이하와 같이 해서 제작했다. 우선, Al2O3을 주성분으로 하고, SiO2, CaO, MgO, ZrO2가 합계 10질량% 이내가 되도록 조정한 세라믹 그린시트를 제작했다. 또한, 이 세라믹 그린시트에 스루홀(3a)을 형성하고, W를 주성분으로 하는 도전성 페이스트를 스루홀 도체(15)로서 스루홀(3a)에 충전했다. 그리고, 이 세라믹 그린시트 표면에 W-Re를 주성분으로 하는 도전성 페이스트를 발열 저항체(5)로서 스크린 인쇄법으로 인쇄했다. 또한, 도전성 페이스트는 소성 후의 발열 저항체(5)가 길이가 5㎜이고, 또한 저항값이 12~13Ω가 되도록 인쇄되어 있다.
이어서, W를 주성분으로 하는 도전성 페이스트를 이용하여 스루홀(3a) 상에 전극 패드(7)를 스크린 인쇄법으로 형성했다. 그리고, 이 시트에 상기 세라믹 그린시트와 대략 동일한 조성의 세라믹스를 분산시킨 밀착액을 도포했다. 또한, 이 밀착액이 도포된 세라믹 그린시트를 세라믹 심재(23)의 주위에 밀착시키고, 1500~1600℃의 환원 분위기 중에서 소성했다.
이어서, 전극 패드(7) 상에 전해 도금에 의해 두께 2~4㎛의 Ni도금(25)을 형성했다. 또한, 브레이징재(9)로서 Ag-Cu납을 이용하여 전극 패드(7)와 리드 부재(11)를 접합시켰다. 여기에서, 리드 부재(11)는 φ0.8㎜×길이 20㎜의 원기둥 형상의 것을 이용했다. 각 시료 번호의 세라믹 히터(1)의 리드 부재(11)에는 미리 프레스 가공을 실시하고, 표 1에 나타내는 바와 같은 형상으로 가공했다. 또한, 각 세라믹 히터(1)의 시료의 치수는 φ3㎜×길이 55㎜였다. 또한, 전극 패드(7)는 5㎜×4㎜이고, 스루홀 지름은 500㎛였다.
이상과 같이 해서 제작된 세라믹 히터(1)의 냉열 사이클에 의한 내구 시험을 행했다.
우선, 브레이징재(9)의 융점의 1/2의 온도(Ag-Cu납인 경우 약 400℃)로 설정한 항온조에 각 시료를 10분간 유지하여 25℃의 공기에 의해 강제 공냉한다는 냉열 사이클을 4000사이클 행했다. 그리고, 이 냉열 사이클을 추가한 후, 인장 강도 시험으로서 리드 부재(11)의 인장 강도를 측정했다. 또한, 비틀림 강도 시험으로서 리드 부재(11)의 비틀림에 대한 강도를 측정했다. 인장 강도는 히터를 고정하고, 리드 부재(11)를 수직 방향으로 로드셀에서 32㎜/분의 속도로 잡아당겨 절단됐을 때의 가중을 측정함으로써 평가했다. 또한, 비틀림에 대한 강도는 모터에 리드 부재(11)를 고정하고, 5N의 가중으로 리드 부재(11)를 잡아당기면서 2회전/분으로 리드 부재(11)가 파괴될 때까지 모터를 회전시킴으로써 평가했다. 결과는 표 1에 나타내는 바와 같다.
표 1에 나타내는 바와 같이, 시료 번호 1의 세라믹 히터(1)는 인장 강도가 12N으로 약하고, 특히 리드 부재(11)와 브레이징재(9)의 접합 부분에서의 내구성이 낮았다. 이것은 시료 번호 1의 세라믹 히터(1)에서는 리드 부재(11)의 길이 방향에 평행하고 중심축(A)을 포함하는 단면에 있어서 리드 부재(11)의 두께가 일정했기 때문에 리드 부재(11)와 브레이징재(9)의 접촉 면적이 작아 충분한 앵커 효과가 얻어지지 않았기 때문이다. 그 때문에, 열 사이클에 의해 발생하는 리드 부재(11)와 브레이징재(9)의 열팽창 차에 의해 브레이징재(9)와 리드 부재(11) 사이에 간극이 생기고, 그곳으로부터 브레이징재(9)가 산화되어 접합이 열화되었다.
이에 대하여, 리드 부재(11)를 변형시킴으로써 길이 방향에 평행하고 중심축(A)을 포함하는 단면에 있어서의 리드 부재(11)의 외주 중 브레이징된 부분의 1점(X)으로부터 리드 부재(11)의 중심축(A)까지의 거리보다 브레이징된 부분의 다른 1점(Y)으로부터 중심축(A)까지의 거리가 크게 된 시료 번호 2-6의 세라믹 히터(1)에서는 인장 강도가 22N 이상으로, 어떤 시료나 내구성이 향상되어 있는 것이 확인되었다.
각 시료에 있어서의 시험 결과를 상세하게 확인하면, 단면 형상이 단부 볼록 형상이고, 세라믹 기체(3)측으로 개구되어 있는 시료 번호 2의 세라믹 히터(1)는 인장 강도가 22N이고, 리드 접합부의 내구성이 향상되어 있는 것이 확인되었다. 또한, 비틀림에 대한 강도도 2회전까지 내구성이 향상되어 있는 것이 확인되었다.
세라믹 기체(3)측으로 개구되어 있고, 리드 부재(11)의 측면에 오목부(17)가 형성됨과 아울러 오목부(17)에는 브레이징재(9)가 충전되어 있지 않은 시료 번호 3의 세라믹 히터(1)는 인장 강도가 38N이고, 리드 접합부의 내구성이 더욱 향상되어 있는 것이 확인되었다. 또한, 비틀림에 대한 강도도 3회전까지 내구성이 향상되어 있는 것이 확인되었다. 또한, 시료 번호 3의 세라믹 히터(1)는 오목부(17) 내에 유리 비드를 충전재(19)로서 넣음으로써 오목부(17)에 브레이징재(9)가 완전하게는 충전되어 있지 않은 형상으로 되어 있다.
세라믹 기체(3)측으로 개구되어 있고, 리드 부재(11)의 측면에 오목부(17)가 형성되며, 오목부(17) 내에 브레이징재(9)가 충전된 시료 번호 4의 세라믹 히터(1)는 오목부(17) 내에 브레이징재(9)가 충전됨으로써 리드 부재(11)와 브레이징재(9)의 접합성이 향상되었기 때문에 인장 강도가 44N이 되고, 리드 접합부의 내구성이 더욱 향상되어 있는 것이 확인되었다. 또한, 비틀림에 대한 강도도 4회전까지 내구성이 향상되어 있는 것이 확인되었다.
또한, 시료 번호 5의 세라믹 히터(1)는, 도 5(a)에 나타내는 바와 같이, 리드 부재(11)가 복수의 오목부(17)를 갖는 리드 부재(11)를 구비하고 있다. 이로 인해, 인장 강도가 83N이고 리드 접합부의 내구성이 더욱 향상되어 있는 것이 확인되었다. 또한, 비틀림에 대한 강도도 5회전으로 내구성이 향상되어 있는 것이 확인되었다.
또한, 시료 번호 6의 세라믹 히터(1)는, 도 5(b)에 나타내는 바와 같이, 리드 부재(11)가 복수의 오목부(17)를 갖는 리드 부재(11)를 구비하고 있다. 또한, 시료 번호 6의 세라믹 히터에 있어서는 리드 부재(11)의 단부가 브레이징재(9)로 피복되어 있다. 그 때문에, 인장 강도가 108N이고 리드 접합부의 내구성이 더욱 향상되어 있었다. 또한, 비틀림에 대한 강도도 8회전으로 내구성이 향상되어 있었다.
1 … 세라믹 히터 3 … 세라믹 기체
3a … 스루홀 5 … 발열 저항체
7 … 전극 패드(외부 전극) 9 … 브레이징재
11 … 리드 부재 13 … 인출 패턴
15 … 스루홀 도체 17 … 오목부
19 … 충전재 21 … 볼록부
23 … 세라믹 심재 25 … 금속 도금
A … 중심축 X … 브레이징된 부분의 1점
Y … 브레이징된 부분의 다른 1점
L1 … 1점(X)으로부터 중심축(A)에 수선을 그었을 때의 수선의 길이
L2 … 다른 1점(Y)으로부터 중심축(A)에 수선을 그었을 때의 수선의 길이
3a … 스루홀 5 … 발열 저항체
7 … 전극 패드(외부 전극) 9 … 브레이징재
11 … 리드 부재 13 … 인출 패턴
15 … 스루홀 도체 17 … 오목부
19 … 충전재 21 … 볼록부
23 … 세라믹 심재 25 … 금속 도금
A … 중심축 X … 브레이징된 부분의 1점
Y … 브레이징된 부분의 다른 1점
L1 … 1점(X)으로부터 중심축(A)에 수선을 그었을 때의 수선의 길이
L2 … 다른 1점(Y)으로부터 중심축(A)에 수선을 그었을 때의 수선의 길이
Claims (12)
- 세라믹 기체;
상기 세라믹 기체에 매설된 발열 저항체;
상기 세라믹 기체의 측면에 설치되고, 상기 발열 저항체와 전기적으로 접속된 외부 전극; 및
상기 외부 전극에 브레이징된 리드 부재를 구비한 세라믹 히터로서:
상기 리드 부재의 길이 방향에 평행하고 상기 리드 부재의 중심축을 포함하는 단면에 있어서, 상기 리드 부재의 외주 중 브레이징된 부분의 1점으로부터 상기 리드 부재의 중심축까지의 거리보다 상기 브레이징된 부분의 다른 1점으로부터 상기 중심축까지의 거리가 큰 것을 특징으로 하는 세라믹 히터. - 제 1 항에 있어서,
상기 리드 부재는 상기 세라믹 기체의 한쪽 단부측으로 인출되고, 상기 브레이징된 부분의 1점은 상기 다른 1점보다 상기 한쪽 단부측에 위치하는 것을 특징으로 하는 세라믹 히터. - 제 1 항에 있어서,
상기 리드 부재는 상기 길이 방향에 평행하고 중심축을 포함하는 단면에 있어서 상기 브레이징된 부분에 오목부를 갖고 있는 것을 특징으로 하는 세라믹 히터. - 제 3 항에 있어서,
상기 오목부에 브레이징재가 충전되어 있는 것을 특징으로 하는 세라믹 히터. - 제 3 항에 있어서,
상기 오목부는 상기 세라믹 기체측으로 개구되어 있는 것을 특징으로 하는 세라믹 히터. - 제 3 항에 있어서,
상기 리드 부재는 복수의 상기 오목부를 갖고 있는 것을 특징으로 하는 세라믹 히터. - 제 6 항에 있어서,
상기 리드 부재는 1개의 상기 길이 방향에 평행하고 중심축을 포함하는 단면에 있어서 복수의 상기 오목부를 갖고 있는 것을 특징으로 하는 세라믹 히터. - 제 1 항에 있어서,
상기 리드 부재는 단부가 브레이징재로 피복되어 있는 것을 특징으로 하는 세라믹 히터. - 세라믹 기체;
상기 세라믹 기체에 매설된 발열 저항체;
상기 세라믹 기체의 측면에 설치되고, 상기 발열 저항체와 전기적으로 접속된 외부 전극; 및
상기 외부 전극에 브레이징된 리드 부재를 구비한 세라믹 히터로서:
상기 리드 부재의 길이 방향에 평행하고 상기 리드 부재의 중심축을 포함하는 단면에 있어서 상기 리드 부재는 브레이징재와 접하는 부분에 오목부를 갖고 있는 것을 특징으로 하는 세라믹 히터. - 세라믹 기체;
상기 세라믹 기체에 매설된 발열 저항체;
상기 세라믹 기체의 외측면에 설치되고, 상기 발열 저항체와 전기적으로 접속된 외부 전극; 및
상기 외부 전극에 브레이징된 리드 부재를 구비한 세라믹 히터로서:
상기 리드 부재의 길이 방향에 평행하고 상기 리드 부재의 중심축을 포함하는 단면에 있어서 상기 리드 부재는 브레이징재와 접하는 부분에 볼록부를 갖고 있는 것을 특징으로 하는 세라믹 히터. - 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 기재된 세라믹 히터를 구비한 것을 특징으로 하는 산소 센서.
- 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 기재된 세라믹 히터를 구비한 것을 특징으로 하는 헤어 아이론.
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2007304307 | 2007-11-26 | ||
| JPJP-P-2007-304307 | 2007-11-26 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20100087215A KR20100087215A (ko) | 2010-08-03 |
| KR101212539B1 true KR101212539B1 (ko) | 2012-12-14 |
Family
ID=40678475
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020107012791A KR101212539B1 (ko) | 2007-11-26 | 2008-11-25 | 세라믹 히터, 및 이 세라믹 히터를 구비한 산소 센서와 헤어 아이론 |
Country Status (6)
| Country | Link |
|---|---|
| US (2) | US8420980B2 (ko) |
| EP (1) | EP2237638B1 (ko) |
| JP (1) | JP4942819B2 (ko) |
| KR (1) | KR101212539B1 (ko) |
| CN (1) | CN101874426A (ko) |
| WO (1) | WO2009069579A1 (ko) |
Families Citing this family (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP5336426B2 (ja) * | 2010-05-25 | 2013-11-06 | 日本特殊陶業株式会社 | ガスセンサ |
| DE102011003481A1 (de) * | 2011-02-02 | 2012-08-02 | Robert Bosch Gmbh | Elektronisches Bauteil umfassend einen keramischen träger und Verwendung eines keramischen Trägers |
| JP2013090725A (ja) * | 2011-10-25 | 2013-05-16 | Panasonic Corp | 整毛装置 |
| CN104838724B (zh) * | 2012-12-21 | 2017-03-08 | 京瓷株式会社 | 加热器 |
| JP6532779B2 (ja) * | 2015-07-06 | 2019-06-19 | 日本特殊陶業株式会社 | セラミックヒータ及びセンサ |
| US10258132B2 (en) | 2015-12-31 | 2019-04-16 | Conair Corporation | Hair styling apparatus |
| USD804725S1 (en) | 2016-01-08 | 2017-12-05 | Conair Corporation | Hair styling apparatus |
| JP6643093B2 (ja) * | 2016-01-15 | 2020-02-12 | 京セラ株式会社 | ヒータ |
| CN207869432U (zh) * | 2018-03-07 | 2018-09-14 | 东莞市国研电热材料有限公司 | 一种多温区陶瓷发热体 |
| CN112314051B (zh) * | 2018-09-28 | 2022-12-30 | 京瓷株式会社 | 加热器以及具备该加热器的电热塞 |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005190740A (ja) | 2003-12-24 | 2005-07-14 | Kyocera Corp | セラミックヒータ |
Family Cites Families (23)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US1400305A (en) * | 1920-03-22 | 1921-12-13 | Miller Marie | Electric hair-curler |
| US3560704A (en) * | 1969-04-02 | 1971-02-02 | John R Albert | Electrically heated hair curler |
| US4035613A (en) * | 1976-01-08 | 1977-07-12 | Kyoto Ceramic Co., Ltd. | Cylindrical ceramic heating device |
| US4179679A (en) * | 1978-09-19 | 1979-12-18 | Minnesota Mining And Manufacturing Company | Thermal switch |
| IT1147554B (it) * | 1982-01-06 | 1986-11-19 | Siv Soc Italiana Vetro | Terminale per la connessione elettrica di lastre di vetro riscaldate elettricamente e metodo di applicazione di detto terminale |
| JPS63201425A (ja) * | 1987-02-16 | 1988-08-19 | Hitachi Metals Ltd | デイ−ゼルエンジン用グロ−プラグ |
| FR2670070B1 (fr) * | 1990-11-30 | 1996-09-20 | Saint Gobain Vitrage Int | Pieces de connexion pour vitrages electrifies. |
| SG48462A1 (en) * | 1995-10-26 | 1998-04-17 | Ibm | Lead protective coating composition process and structure thereof |
| JP2000036346A (ja) * | 1998-07-16 | 2000-02-02 | Sumitomo Wiring Syst Ltd | 電気接続用コネクタ |
| JP4688376B2 (ja) * | 2001-09-26 | 2011-05-25 | 京セラ株式会社 | セラミックヒーター |
| HK1042823A2 (en) * | 2001-11-15 | 2002-08-16 | Halo Company Ltd | An electric appliance with a ptc heating member and a method of operating same |
| JP4276881B2 (ja) * | 2003-04-30 | 2009-06-10 | 日本圧着端子製造株式会社 | 多層プリント配線板の接続構造 |
| CN1575900A (zh) * | 2003-07-04 | 2005-02-09 | 白光株式会社 | 焊料加热工具 |
| KR100841271B1 (ko) | 2003-11-25 | 2008-06-25 | 쿄세라 코포레이션 | 세라믹 히터 및 그 제조방법 |
| JP2005332502A (ja) | 2004-05-20 | 2005-12-02 | Renesas Technology Corp | 半導体装置およびｉｃカード |
| WO2006011520A1 (ja) * | 2004-07-28 | 2006-02-02 | Kyocera Corporation | セラミックヒーター及びそれを用いた加熱用コテ |
| GB0420666D0 (en) * | 2004-09-17 | 2004-10-20 | Smiths Group Plc | Electrical connectors |
| JP4514653B2 (ja) * | 2005-05-27 | 2010-07-28 | 京セラ株式会社 | セラミックヒーター及びこれを用いた加熱用こて |
| US7638737B2 (en) * | 2005-06-16 | 2009-12-29 | Ngk Spark Plug Co., Ltd. | Ceramic-metal assembly and ceramic heater |
| DE102006016566B4 (de) * | 2005-09-22 | 2008-06-12 | Beru Ag | Zusammengesetzter Leiter, insbesondere für Glühkerzen für Dieselmotoren |
| US20070089760A1 (en) * | 2005-10-21 | 2007-04-26 | Evanyk Walter R | Hair curler/hair brush |
| CN2933108Y (zh) * | 2005-11-25 | 2007-08-15 | 壁基国际有限公司 | 电热卷发器 |
| CN2935695Y (zh) * | 2006-01-17 | 2007-08-15 | 京瓷株式会社 | 陶瓷加热器及采用它的加热用烙铁 |
-
2008
- 2008-11-25 WO PCT/JP2008/071310 patent/WO2009069579A1/ja active Application Filing
- 2008-11-25 KR KR1020107012791A patent/KR101212539B1/ko active IP Right Grant
- 2008-11-25 EP EP08854176.8A patent/EP2237638B1/en active Active
- 2008-11-25 JP JP2009543785A patent/JP4942819B2/ja active Active
- 2008-11-25 CN CN200880117601A patent/CN101874426A/zh active Pending
- 2008-11-25 US US12/744,666 patent/US8420980B2/en active Active
-
2013
- 2013-03-15 US US13/843,183 patent/US20130213430A1/en not_active Abandoned
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005190740A (ja) | 2003-12-24 | 2005-07-14 | Kyocera Corp | セラミックヒータ |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP4942819B2 (ja) | 2012-05-30 |
| CN101874426A (zh) | 2010-10-27 |
| EP2237638B1 (en) | 2017-05-17 |
| US8420980B2 (en) | 2013-04-16 |
| US20100288746A1 (en) | 2010-11-18 |
| EP2237638A4 (en) | 2014-12-03 |
| JPWO2009069579A1 (ja) | 2011-04-14 |
| US20130213430A1 (en) | 2013-08-22 |
| EP2237638A1 (en) | 2010-10-06 |
| KR20100087215A (ko) | 2010-08-03 |
| WO2009069579A1 (ja) | 2009-06-04 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR101212539B1 (ko) | 세라믹 히터, 및 이 세라믹 히터를 구비한 산소 센서와 헤어 아이론 | |
| KR101164863B1 (ko) | 세라믹 히터, 이 세라믹 히터를 사용한 산소 센서 및 헤어 아이론 | |
| JP3921327B2 (ja) | セラミックヒータ及びその製造方法 | |
| JP5479550B2 (ja) | セラミックヒータ及びそれを用いたヘアアイロン | |
| KR20060110303A (ko) | 세라믹 히터 및 그 제조방법 | |
| KR100762212B1 (ko) | 세라믹 히터 및 이것을 사용한 가열용 인두 | |
| KR20110063635A (ko) | 세라믹 히터 | |
| KR101201388B1 (ko) | 세라믹 히터 및 그것을 사용한 가열용 인두 | |
| JP3886699B2 (ja) | グロープラグ及びその製造方法 | |
| JP5777922B2 (ja) | セラミックヒータ | |
| JP2003347013A (ja) | セラミックヒータ | |
| JP4295607B2 (ja) | セラミックヒータ | |
| JP3426678B2 (ja) | セラミック発熱体 | |
| JP2003317907A (ja) | セラミックヒータ | |
| JP3740410B2 (ja) | 検出素子 | |
| JP5058278B2 (ja) | セラミックヒーターおよびこれを用いた加熱用こて | |
| JP3685623B2 (ja) | セラミックヒータ | |
| GB2442614A (en) | Brazing leads to a ceramic heater assembly | |
| JP3934843B2 (ja) | 半田ごて | |
| JP3961387B2 (ja) | セラミックヒータの製造方法 | |
| JP2004006216A (ja) | セラミックヒータおよびその試験方法 | |
| JP2003317910A (ja) | セラミックヒータ |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A201 | Request for examination | ||
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
| GRNT | Written decision to grant | ||
| FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20151118 Year of fee payment: 4 |
|
| FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20161123 Year of fee payment: 5 |
|
| FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20171114 Year of fee payment: 6 |
|
| FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20181121 Year of fee payment: 7 |