KR101598014B1

KR101598014B1 - 세라믹 히터

Info

Publication number: KR101598014B1
Application number: KR1020127007158A
Authority: KR
Inventors: 켄 야마모토
Original assignee: 쿄세라 코포레이션
Priority date: 2009-10-27
Filing date: 2010-10-27
Publication date: 2016-02-26
Also published as: WO2011052624A1; EP2496051A1; EP2496051B1; US8933373B2; CN102511196A; US20120234823A1; KR20120086690A; JPWO2011052624A1; EP2496051A4; JP5377662B2

Abstract

[과제] 발열체와 세라믹스로 이루어지는 베이스체와의 열팽창 차에 의해 베이스체에 균열이 발생하는 것을 억제하고, 내구성이 우수한 세라믹 히터를 제공한다.
[해결수단] 본 발명의 세라믹 히터는 세라믹 베이스체(1)의 내부에 폴딩 백부(2c) 및 폴딩 백부(2c)의 양단으로부터 각각 연장된 2개의 직선부(2a,2b)로 이루어지는 발열부(2)를 갖는 발열 저항체가 매설되어 있고, 2개의 직선부(2a,2b)는 횡단면 형상에 있어서 서로 대향하는 적어도 중앙부가 오목 형상[오목부(5)]이다.

Description

세라믹 히터{CERAMIC HEATER}

본 발명은, 예컨대 석유 팬 히터의 착화용 히터나 디젤 엔진의 시동 보조에 사용하는 글로 플러그 등에 이용되는 세라믹 히터에 관한 것이다.

종래부터, 세라믹 히터는, 예컨대 석유 팬 히터의 착화용 히터나 디젤 엔진의 시동 보조에 사용하는 글로 플러그 등을 비롯해서 여러가지의 용도에 이용되고 있다. 이 세라믹 히터는, 예컨대 도전성 세라믹스로 이루어지는 발열체가 절연성 세라믹스로 이루어지는 베이스체 중에 매설되어 구성된다. 이러한 세라믹 히터에 있어서 발열체를 구성하는 소재로서는 몰리브덴이나 텅스텐의 규화물, 질화물 및 탄화물 중 적어도 1개를 주성분으로 한 것을 이용하는 것이, 또한, 베이스체를 구성하는 소재로서는 질화규소를 주성분으로 한 것이 알려져 있다.

그러나, 일반적으로 발열체를 구성하는 소재쪽이 베이스체를 구성하는 소재보다 열팽창 계수가 크므로 발열시에 양자간의 사이에서 생기는 열응력에 기인해서 베이스체에 균열이 발생될 우려가 있다. 그래서, 양자의 열팽창 계수의 차를 적게 하기 위해 베이스체 중에 희토류 성분, 크롬의 규화물 및 알루미늄 성분을 함유한다는 기술이 제안되어 있다(예컨대, 특허문헌 1을 참조.).

일본 특허 공개 제2007-335397호 공보

그러나, 상기와 같은 종래의 세라믹 히터에서는 발열체의 열팽창 계수와 베이스체의 열팽창 계수의 차가 적게 되어 있어도 이상시에 대전류가 흘렀을 경우에는 큰 열응력이 발생되기 때문에 그것에 의해 베이스체 내부에 균열이 발생된다는 과제가 있었다.

본 발명은 이러한 종래의 세라믹 히터에 있어서의 과제를 해결하도록 안출된 것이며, 그 목적은 발열체와 세라믹스로 이루어지는 베이스체의 열팽창 차에 의해 베이스체에 균열이 발생되는 것을 억제하고, 내구성이 우수한 세라믹 히터를 제공하는 것에 있다.

본 발명의 세라믹 히터는 세라믹 베이스체의 내부에 폴딩 백(folding back)부 및 이 폴딩 백부의 양단으로부터 각각 연장된 2개의 직선부로 이루어지는 발열부를 갖는 발열 저항체가 매설되어 있고, 상기 2개의 직선부는 횡단면 형상에 있어서 서로 대향하는 내측의 적어도 중앙부가 오목 형상인 것을 특징으로 하는 것이다.

여기서, 상기 2개의 직선부가 서로 대향하는 내측의 적어도 중앙부가 만곡된 곡선 형상의 오목 형상인 것이 바람직하다.

또한, 상기 2개의 직선부는 횡단면 형상에 있어서 서로의 외측이 만곡된 곡선 형상인 것이 바람직하다.

또한, 상기 2개의 직선부는 횡단면 형상에 있어서 각각 초승달 형상인 것이 바람직하다.

또한, 상기 2개의 직선부가 배치된 위치의 상기 세라믹 베이스체는 횡단면 형상에 있어서 외주의 형상과 상기 2개의 직선부의 서로 대향하는 내측의 적어도 중앙부의 오목 형상의 벽면 사이의 형상이 서로 닮지 않은 것이 바람직하다.

또한, 상기 폴딩 백부의 횡단면 형상이 상기 직선부의 횡단면 형상과 동일한 것이 바람직하다.

또한, 상기 발열 저항체는 상기 발열부가 다른 부분보다 고저항인 것을 특징으로 하는 것이다.

<발명의 효과>

본 발명의 세라믹 히터에 의하면, 2개의 직선부는 횡단면 형상에 있어서 서로 대향하는 내측의 적어도 중앙부가 오목 형상이므로 서로 대향하는 내측의 면의 면적이 커지고, 또한 그 면을 단면으로 바라봤을 때에 직선이 아니므로 이 서로 대향하는 내측의 적어도 중앙부(오목부)에 의해 분할된 세라믹 베이스체가 체적 팽창 했을 때에 발생되는 응력을 분산시킬 수 있고, 발열부가 쿠션과 같이 작용해서 이 응력을 완화시킬 수 있다. 따라서, 이상시에 급격한 전압 인가가 일어났을 경우에 발열부 사이의 세라믹 베이스체가 체적 팽창해서 균열이 발생되는 것을 방지할 수 있다.

도 1(a)는 본 발명의 세라믹 히터의 실시형태의 일례를 나타내는 내부를 투시한 평면 투시도이며, 도 1(b)는 그 요부 확대도이다.
도 2는 도 1에 나타내는 세라믹 히터의 X-X선 화살표로 바라본 단면도이다.
도 3은 본 발명의 세라믹 히터의 실시형태의 다른 예를 나타내는 횡단면도이다.
도 4는 본 발명의 세라믹 히터의 실시형태의 또 다른 예를 나타내는 횡단면도이다.
도 5는 본 발명의 세라믹 히터의 실시형태의 또 다른 예를 나타내는 횡단면도이다.
도 6은 본 발명의 세라믹 히터의 실시형태의 또 다른 예를 나타내는 횡단면도이다.
도 7은 본 발명의 세라믹 히터에 있어서의 발열체를 제작하기 위한 금형의 일례를 나타내는 단면도이다.

이하, 도면을 참조하면서 본 발명의 세라믹 히터의 실시형태의 예에 대해서 상세하게 설명한다.

도 1(a)는 본 발명의 세라믹 히터의 실시형태의 일례를 나타내는 내부를 투시한 평면 투시도이며, 도 1(b)는 그 요부 확대도이다. 또한, 도 2는 도 1에 나타내는 세라믹 히터의 X-X선 화살표로 바라본 단면도이다.

본 예의 세라믹 히터(10)는 세라믹스 베이스체(1)의 내부에 폴딩 백부(2c) 및 이 폴딩 백부(2c)의 양단으로부터 각각 연장된 2개의 직선부(2a,2b)로 이루어지는 발열부(2)를 갖는 발열 저항체가 매설된 구성으로 되어 있다. 도면에 나타내는 바와 같이, 봉형상의 세라믹 베이스체(1)의 내부에 발열 저항체가 매설된 구성의 경우에는 폴딩 백부(2c)가 세라믹 베이스체(1)의 선단부에 위치하도록 매설된다. 그리고, 폴딩 백부(2c)는 평면으로 바라봐서 원호상으로 형성되고, 직선부(2a,2b)는 평면으로 바라봐서 서로 평행하게 형성된 평행부로 되어 있고, 폴딩 백부(2c)와 직선부(2a,2b)로 이루어지는 발열부(2)는 U자 형상으로 형성되어 있다.

세라믹 베이스체(1)의 형성 재료로서는 고온에서의 절연 특성이 우수한 점 때문에 알루미나질 세라믹스 또는 질화규소질 세라믹스가 바람직하지만, 특히 급속 승온시의 내구 특성이 높은 점에서 질화규소질 세라믹스가 보다 바람직하다. 질화규소질 세라믹스의 조직은 질화규소(Si₃N₄)를 주성분으로 하는 주결정상 입자가 소결 조제 성분 등에 유래한 입계상에 의해 결합된 형태의 것이다. 주결정상은 규소(Si) 또는 질소(N)의 일부가 알루미늄(Al) 또는 산소(O)에 의해 치환되고, 또한, 주결정상 중에 Li, Ca, Mg, Y 등의 금속 원소가 고용(固溶)된 것이여도 좋다.

한편, 발열부(2)의 형성 재료로서는 탄화텅스텐(WC), 이규화몰리브덴(MoSi₂), 이규화텅스텐(WSi₂) 등의 도전성 세라믹스를 이용할 수 있다.

또한, 발열부(2)를 구성하는 직선부(2a,2b) 각각의 단부에는 리드부(3a,3b)가 접속되어 있고, 리드부(3a,3b)를 통해서 발열부(2)에 전류를 흘림으로써 발열부(2)가 발열되게 되어 있다. 구체적으로는, 리드부(3a,3b)는 발열부(2)와 바람직하게는 같은 재료에 의해 발열부(2)를 구성하는 직선부(2a,2b) 각각과 일체화되어서 대략 동일한 방향으로 형성된 것이며, 발열부(2)와 비교해서 큰 직경으로 형성되고, 불필요한 발열을 억제하기 위해 발열부(2)보다 단위길이당 저항이 낮게 되어 있는 것이다. 도 1에서는 리드부(3a)의 직선부(2a)와 접속된 측과는 반대측의 끝면은 세라믹 베이스체(1)의 기단부로부터 노출되어 있어 전극 인출부(4a)를 구성하고 있다. 또한, 리드부(3b)의 직선부(2b)와 접속된 측과는 반대측의 끝면은 세라믹 베이스체(1)의 측면으로부터 노출되어 전극 인출부(4b)를 구성하고 있다. 또한, 발열부(2)와 리드부(3a,3b)는 이종 조성으로 각각 성형한 것이여도 좋고, 이 경우도 리드부(3a,3b)는 불필요한 발열을 억제하기 위해 발열부(2)보다 단위길이당 저항이 낮아진다.

그리고, 도 2에 나타내는 바와 같이, 2개의 직선부는 횡단면 형상에 있어서 서로 대향하는 내측의 적어도 중앙부가 오목 형상이다[이하, 2개의 서로 대향하는 내측의 적어도 중앙부를 오목부(5)라고 함).

발열부(2)의 횡단면 형상에 있어서 2개의 직선부(2a,2b)의 서로 대향하는 내측의 적어도 중앙부가 오목 형상으로 되어 있지 않은 종래의 세라믹 히터에서는 이상시에 급격한 전압 인가가 일어났을 경우에 이 서로 대향하는 부분에 의해 분할된 세라믹 베이스체가 체적 팽창했을 때에 발생되는 응력에 의해 세라믹 베이스체와 발열부의 계면으로부터 세라믹 베이스체에 균열이 발생하는 것이 있다.

이에 대해서, 본 예의 세라믹 히터(10)에 의하면, 2개의 직선부(2a,2b)는 횡단면 형상에 있어서 서로 대향하는 내측의 적어도 중앙부가 오목 형상으로 되어 있으므로[서로 대향하는 내측의 적어도 중앙부가 오목부(5)로 되어 있으므로] 서로 대향하는 내측의 면의 면적이 커지고, 또한 그 면을 단면으로 보았을 때에 직선이 아니므로 이 서로 대향하는 내측의 적어도 중앙부(오목부)에 의해 분할된 세라믹 베이스체(1)가 체적 팽창했을 때에 발생되는 응력을 분산시킬 수 있고, 발열부(2)가 쿠션과 같이 작용해서 이 응력을 완화시킬 수 있다. 따라서, 이상시에 급격한 전압 인가가 일어났을 경우에 발열부 사이의 세라믹 베이스체(1)가 체적 팽창해서 균열이 발생되는 것을 방지할 수 있다.

여기서, 적어도 중앙부가 오목 형상이라는 것은 서로 대향하는 내측의 중앙부에만 오목부(5)가 형성되어 있어도 좋고, 서로 대향하는 내측의 거의 전체에 걸쳐 오목부(5)가 형성되어 있어도 좋은 것을 의미하며, 바꾸어 말하면, 오목부(5)의 개구부가 서로 대향하는 내측의 중앙부만이여도 좋고, 서로 대향하는 내측의 거의 전체에 걸쳐 있어도 되는 것을 의미한다. 또한, 도 2에 있어서 2개의 직선부(2a,2b)의 서로 대향하는 내측에 있어서의 오목부(5) 이외의 영역은 각각 평탄한 면으로 되어 있어서 서로 평행하게 대향하고 있다. 이러한 형상은 후술하는 바와 같이 프레스 성형법 또는 사출 성형법을 이용하여 제작할 수 있다.

또한, 오목부(5)는 조금 오목한 형상이여도 효과가 발휘되지만 쿠션과 같은 효과를 인출하기 위해서는 오목부(5)의 깊이는 직선부(2a,2b)의 횡단면에 있어서의 폭방향(도 2의 수평 방향)의 두께[오목부(5)가 형성되어 있지 않는 것으로 가정했을 때의 직선부(2a,2b)의 폭방향의 두께]의 3% 이상인 것이 바람직하고, 국소 발열을 방지하기 위해서는 오목부(5)의 깊이는 직선부(2a,2b)의 횡단면에 있어서의 폭방향(도 2의 수평 방향)의 두께[오목부(5)가 형성되어 있지 않는 것으로 가정했을 때의 직선부(2a,2b)의 폭방향의 두께]의 50% 이하인 것이 바람직하다.

또한, 오목부(5)의 개구부의 높이 방향(도 2의 상하 방향)의 길이는 평행부(2a,2b)의 횡단면에 있어서의 높이 방향(도 2의 상하 방향)의 두께[오목부(5)가 형성되어 있지 않는 것으로 가정했을 때의 직선부(2a,2b)의 높이 방향의 두께]의 5% 이상인 것이 바람직하고, 쿠션 효과의 점에서 70% 이하인 것이 바람직하다.

또한, 쿠션 효과를 최대한으로 인출하는 점에서 오목부(5)는 발열부(2)의 길이 방향 전체[폴딩 백부(2c) 및 직선부(2a,2b)]에 설치되어 있는 것이 바람직하다.

본 발명의 세라믹 히터(10)는, 도 3에 나타내는 바와 같이, 발열부(2)를 구성하는 직선부(2a,2b)의 대향하는 내측의 적어도 중앙부[오목부(5)]가 만곡된 곡선 형상의 오목 형상인 것이 바람직하다.

여기서, 만곡된 곡선 형상의 오목 형상이라는 것은 오목부(5)의 내부에 굴절점이 없는 것이며, 만곡된 곡선은 각을 주어 조금 곡선으로 한 것보다 전체에 매끄러운 곡선이 바람직하다. 그리고, 도 2에 나타내는 형태와 마찬가지로 국소 발열을 방지하기 위해서는 오목부(5)의 깊이는 직선부(2a,2b)의 횡단면에 있어서의 폭방향(도 3의 수평 방향)의 두께[오목부(5)가 형성되어 있지 않는 것으로 가정했을 때의 직선부(2a,2b)의 폭방향의 두께]의 50% 이하인 것이 바람직하다. 이 형태에 의하면, 오목부(5)에는 응력이 집중해서 균열이 발생되기 쉬운 굴절점이 존재하지 않으므로 세라믹 베이스체(1)에 균열이 발생되는 것을 더욱 억제할 수 있다.

또한, 본 발명의 세라믹 히터(10)는, 도 4에 나타내는 바와 같이, 2개의 직선부(2a,2b)는 횡단면 형상에 있어서 서로의 외측이 만곡된 곡선 형상인 것이 바람직하다.

여기서, 외측이 만곡된 곡선 형상이라는 것은 외측에 굴절점이 없는 것이며, 만곡된 곡선은 각을 주어 조금 곡선으로 한 것보다 전체에 매끄러운 곡선이 바람직하다. 이 형태에 의하면, 2개의 직선부(2a,2b)의 서로의 외측에는 응력이 집중해서 균열이 발생되기 쉬운 굴절점이 존재하지 않으므로 세라믹 베이스체(1)에 균열이 발생되는 것을 더욱 억제할 수 있다.

또한, 본 발명의 세라믹 히터(10)는, 도 5에 나타내는 바와 같이, 2개의 직선부(2a,2b)는 횡단면 형상에 있어서 각각 초승달 형상인 것이 바람직하다. 이 형태에 의하면, 전압 인가시에 초승달 형상의 가늘고 날카로워진 양단 부분이 우선해서 발열되지만, 이 가늘고 날카로워진 양단 부분은 발열부(2)의 길이 방향으로 대략 균등하게 배치되기 때문에 세라믹 베이스체(1)가 균등하게 온도 상승해 가므로 세라믹 히터(10)의 둘레 방향의 온도 분포가 균일해지는 시간이 빨라진다. 이 때문에, 초승달 형상의 가늘고 날카로워진 양단 부분이 세라믹 히터(10)의 횡단면에 있어서 외주로부터 균등한 위치에 배치되어 있는 것이 보다 바람직하다. 또한, 후술하는 바와 같이, 횡단면 형상이 초승달 형상인 2개의 직선부(2a,2b)의 오목부(5) 사이의 형상이 세라믹 베이스체(1)의 횡단면의 외주 형상과는 서로 닮지 않은 초승달 형상인 것이 바람직하다.

본 발명의 세라믹 히터(10)는, 도 6에 나타내는 바와 같이, 발열부(2)의 직선부(2a,2b)에 있어서의 세라믹 베이스체(1)의 횡단면 형상에 있어서 외주의 형상과 2개의 직선부(2a,2b)의 서로 대향하는 적어도 중앙부[오목부(5)]의 오목 형상 사이의 형상이 서로 닮지 않은 것이 바람직하다. 바꾸어 말하면, 2개의 직선부(2a,2b)가 배치된 위치의 세라믹 베이스체(1)는 횡단면 형상에 있어서 외주의 형상과 2개의 직선부(2a,2b)의 서로 대향하는 내측의 적어도 중앙부[오목부(5)]의 오목 형상의 벽면 사이의 형상이 서로 닮지 않은 것이 바람직하다. 도 6에 있어서는 세라믹 베이스체(1)의 횡단면의 외주 형상은 원이며, 오목부(5) 사이의 세라믹 베이스체(1)의 횡단면 형상은 타원이며, 이들은 서로 닮지 않은 관계로 되어 있다.

여기서, 서로 닮지 않는다는 것은 2개의 직선부(2a,2b)가 배치된 위치의 세라믹 베이스체(1)의 횡단면의 외주 형상과 2개의 직선부(2a,2b)의 서로 대향하는 내측의 적어도 중앙부[오목부(5)]의 오목 형상의 벽면 사이의 형상이 동종의 형이 아니라는 것이고, 구체적으로는 세라믹 베이스체(1)의 횡단면의 외주 형상이 원인 경우에 오목부(5)의 벽면 사이의 형상이 원인 경우에는 서로 닮고, 사각이나 타원인 경우에는 서로 닮지 않은 것이다. 또한, 여기서 말하는 타원은 단축과 장축의 비가 1:1.2 이상인 것이 바람직하다. 또한, 세라믹 베이스체(1)의 횡단면의 외주 형상이 사각일 경우에 오목부(5) 사이의 형상이 사각이며 단변과 장변의 비율이 외주 형상의 사각의 단변과 장변의 비율과 비교해서 20% 이내인 경우에는 서로 닮은 것이고, 오목부(5) 사이의 형상이 원이나 타원은 서로 닮지 않은 것이다. 오목부(5) 사이의 형상이 사각이며 단변과 장변의 비율이 외주 형상의 사각의 단변과 장변의 비율과 비교해서 20%를 초과하는 것은 서로 닮지 않은 것이지만, 바람직하게는 원이나 타원쪽이 좋다. 이와 같이, 세라믹 베이스체(1)의 외주의 형상과 2개의 직선부(2a,2b)의 서로 대향하는 내측의 적어도 중앙부[오목부(5)]의 오목 형상의 벽면 사이의 형상이 서로 닮지 않은 것이므로, 심한 진동시에 발열부(2)에 의해 분할된 외측의 세라믹 베이스체(1)와 내측의 세라믹 베이스체(1) 사이에 공진이 일어나기 어려워져 고온 강도가 증가됨과 아울러 내구성이 좋아진다.

또한, 폴딩 백부(2c)의 횡단면 형상이 2개의 직선부(2a,2b)에 있어서의 횡단면 형상과 동일한 것이 바람직하다. 이 형태에 의하면, 폴딩 백부(2c)와 직선부(2a,2b) 사이에 단차가 없으므로 전압 인가에 의해 발열부(2)가 팽창했을 때에 응력이 집중하는 것을 방지하여 세라믹 베이스체(1)[발열부(2)의 폴딩 백부(2c)와 2개의 직선부(2a,2b)의 이음매]에 균열이 발생되는 것을 억제할 수 있다. 또한, 발열부(2)의 폴딩 백부(2c)의 횡단면 형상과 직선부(2a,2b)의 횡단면 형상은 다르고, 이들의 접속부로부터 서서히 경사적으로 다른 형상이 되어 가는 것이여도 좋다.

또한, 발열부(2)가 리드부(3a,3b)보다 고저항인 것이 바람직하다. 여기서 말하는 고저항은 단위길이당 저항이 높다는 것이다. 발열부(2)가 리드부(3a,3b)보다 고저항인 것에 의해 발열부(2)에서 확실하게 고온이 얻어진다. 그리고, 발열부(2)에 있어서의 발열 저항체의 형상이 본 발명과 같은 형상임으로써 균열이 발생되지 않고 내구성이 우수한 것으로 된다. 따라서, 가열 효율이 우수한 고신뢰성의 세라믹 히터(10)를 얻을 수 있다.

이하, 본 발명의 실시형태의 일례인 세라믹 히터(10)의 제조 방법의 일례에 대해서 설명한다.

우선, 도 7에 나타내는 바와 같은 발열부(2)를 성형하기 위한 금형을 준비한다. 이 금형은 상측 금형(61)과 하측 금형(62)으로 이루어지고, 상측 금형(61)과 하측 금형(62)을 맞추었을 때에 발열부(2)[도 7에서는 평행부(2a,2b)]의 형상에 대응한 공동(캐비티)이 형성되도록 되어 있다. 이러한 금형을 이용하여 발열부(2)에 오목부(5)를 형성하기 위해 상측 금형(61)과 하측 금형(62)의 금형 경계면에 오목부(5)를 형성하기 위한 스페이서(63)가 배치되어 있다. 또한, 공동 내에 원료 분말이 충전되어서 성형되는 발열부(2)에 대해서 자유로운 형태로 스페이서(63)를 세팅함으로써 발열부(2)에 오목부(5)를 형성할 수 있다. 또한, 스페이서(63)의 크기를 자유롭게 설정함으로써 오목부(5)의 크기를 자유롭게 설정할 수 있고, 스페이서(63)의 길이를 자유롭게 설정함으로써 오목부(5)의 깊이를 자유롭게 설정할 수 있다. 스페이서(63)는 성형체를 인출한 후에 별도로 성형체로부터 분리하는 방법이나, 금형 내에 스페이서의 슬라이드 기구를 갖게 한 금형 내에서 분리하는 방법 등이 있다.

이러한 금형을 이용하여 공동 내에 발열부(2)의 형성 재료를 충전해서 발열부(2)의 성형체를 제작한다.

발열부(2)의 형성 재료로서는 탄화텅스텐(WC), 이규화몰리브덴(MoSi₂), 이규화텅스텐(WSi₂) 등의 도전성 세라믹스를 들 수 있다. 여기서, 발열부(2)의 형성 재료로서 탄화텅스텐(WC)을 이용할 경우에 세라믹 베이스체(1)와의 열팽창 계수의 차를 감소시키기 위해서 WC 분말에 세라믹 베이스체(1)의 주성분이 되는 질화규소질 세라믹스 등의 절연성 세라믹스를 배합하는 것이 바람직하다. 이 때, 도전성 세라믹스와 절연성 세라믹스의 함유 비율을 변화시킴으로써 발열부(2)의 전기 저항을 원하는 값으로 조정할 수 있다.

이와 같이 함유 비율이 조제된 원료 분말을 프레스 성형법 또는 사출 성형법에 의해 상기 금형의 공동 내에 충전하여 발열부(2)의 성형체를 제작한다.

한편, 세라믹 베이스체(1)의 성형체를, 예컨대 알루미나 분말 또는 질화규소 분말에 이테르븀(Yb), 이트륨(Y), 에르븀(Er) 등의 희토류 원소의 산화물로 이루어지는 소결 조제를 첨가한 세라믹 원료 분말을 이용해서 발열부(2)와 마찬가지로 주지의 프레스 성형법, 사출 성형법 등에 의해 성형한다.

그리고, 상기 금형[상측 금형(61), 하측 금형(62)]을 이용하여 성형된 발열부(2)의 성형체에 다른 금형에서 성형한 리드부(3a,3b)의 성형체를 조합시킴과 아울러, 또한 이들을 매설하도록 다른 금형에서 성형한 세라믹 베이스체(1)의 성형체를 조합시킨 것이 세라믹 히터(10)의 생성형체(生成形體)가 된다.

얻어진 세라믹 히터(10)의 생성형체를 소정의 온도 프로파일에 따라 발열부(2) 및 리드부(3a,3b)가 내부에 매설된 세라믹 베이스체(1)가 되도록 소성해서 얻어진 소결체를 필요에 따라 기계 가공함으로써 도 1에 나타내는 바와 같은 세라믹 히터(10)가 완성된다. 또한, 소성 방법으로서는 세라믹 베이스체(1)의 세라믹스로서 질화규소질 세라믹스를 이용하는 경우이면, 예컨대 탈지 공정을 거쳐 환원 분위기하에서 1650~1780℃ 정도의 온도 및 30~50㎫ 정도의 압력으로 소성하는 핫 프레스에 의한 방법을 들 수 있다.

이러한 제조 방법에 의해 얻어진 세라믹 히터(10)에 의하면, 2개의 직선부(2a,2b)는 횡단면 형상에 있어서 서로 대향하는 내측의 적어도 중앙부가 오목 형상이므로, 이 서로 대향하는 내측의 적어도 중앙부[오목부(5)]에 의해 분할된 세라믹 베이스체(1)가 체적 팽창했을 때에 발생되는 응력을 발열부(2)가 쿠션과 같이 작용해서 완화시킬 수 있다. 따라서, 이상시에 급격한 전압 인가가 일어났을 경우에 발열부(2) 사이의 세라믹 베이스체가 체적 팽창해서 균열이 발생되는 것을 방지할 수 있다.

10 : 세라믹 히터 1 : 세라믹 베이스체
2 : 발열부 2a,2b : 직선부
2c : 폴딩 백부 3a,3b : 리드부
4a,4b : 전극 인출부 5 : 오목부

Claims

원기둥 형상의 세라믹 베이스체의 내부에 폴딩 백부 및 이 폴딩 백부의 양단으로부터 각각 연장된 2개의 직선부로 이루어지는 발열부를 갖는 발열 저항체가 매설되어 있고, 상기 2개의 직선부는 횡단면 형상에 있어서, 서로 대향하는 내측이 타원호 형상의 오목 형상임과 아울러 각각이 초승달 형상인 것을 특징으로 하는 세라믹 히터.
제 1 항에 있어서,
상기 폴딩 백부의 횡단면 형상은 상기 직선부의 횡단면 형상과 동일한 것을 특징으로 하는 세라믹 히터.
제 1 항에 있어서,
상기 발열 저항체는 상기 발열부가 다른 부분보다 고저항인 것을 특징으로 하는 세라믹 히터.
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