JP2000286046A - Ceramic heater - Google Patents
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、セラミック中に抵
抗発熱体を埋設したセラミックヒーターに関する。The present invention relates to a ceramic heater having a resistance heating element embedded in ceramic.
【０００２】[0002]
【従来の技術】芯材とこの芯材を被覆する絶縁性シート
との間に、高融点金属からなる抵抗発熱体が埋設された
セラミックヒーターは、自動車用の酸素センサーやグロ
ーシステム等における発熱源として、また、半導体加熱
用ヒーター及び石油ファンヒーター等の石油気化器用熱
源等として、広範囲に使用されている。2. Description of the Related Art A ceramic heater in which a resistance heating element made of a high melting point metal is embedded between a core material and an insulating sheet covering the core material is used as a heat source in an oxygen sensor for automobiles, a glow system, and the like. As a heat source for oil vaporizers such as semiconductor heaters and oil fan heaters, it is widely used.
【０００３】図５（ａ）は、この種のセラミックヒータ
ーの一例を模式的に示した斜視図であり、（ｂ）は、
（ａ）図におけるＡ−Ａ線断面図である。このセラミッ
クヒーターは、円柱形状の芯材３１とこの芯材３１に接
着層３７を介して巻き付けられた絶縁性シート３２との
間に抵抗発熱体３３が埋設され、この抵抗発熱体３３の
端部が絶縁性シート３２の外側に設けられた外部端子３
４と接続され、外部端子３４にリード線３６が固定され
て構成されている。FIG. 5A is a perspective view schematically showing an example of this type of ceramic heater, and FIG.
(A) It is AA sectional drawing in a figure. In this ceramic heater, a resistance heating element 33 is embedded between a cylindrical core material 31 and an insulating sheet 32 wound around the core material 31 via an adhesive layer 37. Are external terminals 3 provided outside the insulating sheet 32.
4 and a lead wire 36 is fixed to the external terminal 34.
【０００４】この抵抗発熱体３３の端部と外部端子３４
とは、図５（ｂ）に示すように、絶縁性シート３２の外
部端子３４下に設けられたスルーホール３５を介して接
続されている。そして、外部端子３４にリード線３６を
介して通電することによって抵抗発熱体３３が発熱する
結果、ヒーターとして機能する仕組みとなっている。An end of the resistance heating element 33 and an external terminal 34
5B is connected through a through hole 35 provided below the external terminal 34 of the insulating sheet 32, as shown in FIG. 5B. Then, when a current flows to the external terminal 34 via the lead wire 36, the resistance heating element 33 generates heat, so that the mechanism functions as a heater.
【０００５】上記セラミックヒーターを構成する絶縁性
シート３２は、通常、ＳｉＯ2 、ＭｇＯ、ＣａＯ等を焼
結助剤として含むＡｌ2 Ｏ3 により形成されており、通
常の焼成温度では、完全に理論密度まで緻密化させるこ
とは難しい。また、原料のＡｌ 2 Ｏ3 粉末の特性や焼結
助剤の粒度分布や不純物等によっては、設定した密度よ
りも多少低い密度となる場合もある。[0005] The insulating properties of the ceramic heater
The sheet 32 is usually made of SiOTwo , MgO, CaO, etc.
Al contained as binderTwo OThree Is formed by
At the normal firing temperature, it is possible to completely densify to the theoretical density.
Is difficult. Also, the raw material Al Two OThree Powder properties and sintering
Depending on the particle size distribution of the auxiliaries and impurities, etc.
In some cases, the density may be slightly lower.
【０００６】また、密度率（理論密度に対する焼結体の
密度の比の百分率）の低いものでは、長期間にわたって
加熱を続けていると、絶縁性シート３２を構成するアル
ミナセラミックの粒界がマイグレーション等により劣化
して、空孔が形成される場合もある。On the other hand, in the case of a low density ratio (percentage of the ratio of the density of the sintered body to the theoretical density), if heating is continued for a long period, the grain boundaries of the alumina ceramic constituting the insulating sheet 32 migrate. In some cases, holes are formed due to deterioration due to the above.
【０００７】このような場合には、アルミナセラミック
中に埋設されている抵抗発熱体３３がが酸化され、抵抗
値が段々と増加するとともに抵抗発熱体３３自体が酸化
により膨張する場合がある。この抵抗発熱体３３の酸化
が進行すると、抵抗発熱体３３の発熱温度が変化すると
ともに、抵抗発熱体３３が破壊されやすくなり、極端な
場合には、断線が発生してしまうという問題があった。In such a case, the resistance heating element 33 embedded in the alumina ceramic is oxidized, the resistance value gradually increases, and the resistance heating element 33 itself may expand due to oxidation. As the oxidation of the resistance heating element 33 progresses, the heating temperature of the resistance heating element 33 changes, and the resistance heating element 33 is easily broken. In an extreme case, there is a problem that a disconnection occurs. .
【０００８】また、抵抗発熱体は、通常、高融点金属に
より形成されているが、金属とセラミックとは熱膨張係
数が大きく異なるため、セラミックヒーターに繰り返し
熱負荷がかかると、抵抗発熱体とセラミックとの界面に
熱応力に起因するクラックが発生し、セラミックヒータ
ーの一部が破壊されたり、抵抗発熱体が断線してしまう
という問題もあった。[0008] The resistance heating element is usually formed of a high melting point metal. However, since the metal and the ceramic have significantly different coefficients of thermal expansion, when a thermal load is repeatedly applied to the ceramic heater, the resistance heating element and the ceramic are heated. There is also a problem that a crack due to thermal stress is generated at the interface with the ceramic heater, and a part of the ceramic heater is broken or the resistance heating element is disconnected.
【０００９】[0009]
【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記課題に
鑑み、長期間にわたって使用した場合にも、抵抗発熱体
が酸化されることなく、抵抗発熱体と絶縁性シート又は
芯材との熱膨張係数の差に起因するクラック等の発生の
ない耐久性に優れたセラミックヒーターを提供すること
を目的とする。SUMMARY OF THE INVENTION In view of the above-mentioned problems, the present invention provides a heat-generating device that can be used for a long period of time without oxidizing the resistance heating element. It is an object of the present invention to provide a ceramic heater excellent in durability without generation of cracks or the like due to a difference in expansion coefficient.
【００１０】[0010]
【課題を解決するための手段】本発明は、芯材と絶縁性
シートとの間に高融点金属からなる抵抗発熱体が埋設さ
れたセラミックヒーターであって、上記絶縁性シート
は、Ａｌ2 Ｏ3 を８８〜９５重量％、焼結助剤として、
ＳｉＯ 2 を３〜１０重量％、ＭｇＯを０．４〜１．０重
量％、ＣａＯを１．０〜２．５重量％を含有する密度率
が９６％以上で、室温から１０００℃における平均熱膨
張係数が６×１０-6〜８×１０-6℃-1の焼結体であり、
一方、上記抵抗発熱体は、９２〜９９重量％が高融点金
属成分、残部がセラミック成分からなり、使用温度が３
００℃以上となる部分の平均厚さが１５μｍ以上であ
り、室温から１０００℃における平均熱膨張係数が３．
６×１０-6〜７．０×１０ -6℃-1の金属複合体であり、
さらに、上記絶縁性シートと抵抗発熱体との室温から１
０００℃における平均熱膨張係数の差の上記絶縁性シー
トの平均熱膨張係数に対する比が４０％以内であること
を特徴とするセラミックヒーターである。以下、本発明
を詳細に説明する。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention relates to a core material and an insulating material.
A resistance heating element made of high melting point metal is buried between the sheet
Ceramic heater, wherein the insulating sheet
Is AlTwo OThree 88 to 95% by weight as a sintering aid,
SiO Two 3 to 10% by weight, MgO 0.4 to 1.0 weight
%, Containing 1.0 to 2.5% by weight of CaO
Is 96% or more and the average thermal expansion from room temperature to 1000 ° C.
The tension coefficient is 6 × 10-6~ 8 × 10-6° C-1Is a sintered body of
On the other hand, 92 to 99% by weight of the above-mentioned resistance heating element is made of high melting point gold.
Genus component, the balance is composed of ceramic component, operating temperature is 3
The average thickness of the part where the temperature is higher than 00 ° C is 15 μm or more.
Average thermal expansion coefficient from room temperature to 1000 ° C.
6 × 10-6~ 7.0 × 10 -6° C-1Is a metal composite of
Further, the room temperature between the insulating sheet and the resistance heating element is 1
Insulation sheet of average thermal expansion coefficient difference at 000 ° C
The ratio to the average thermal expansion coefficient of the
It is a ceramic heater characterized by the above. Hereinafter, the present invention
Will be described in detail.
【００１１】[0011]
【発明の実施の形態】図１（ａ）は、本発明のセラミッ
クヒーターを模式的に示した斜視図であり、（ｂ）は、
（ａ）図におけるＡ−Ａ線断面図である。図１に示した
ように、本発明のセラミックヒーター１０では、円柱形
状の芯材１１の表面に抵抗発熱体１３及び端子１４が設
けられ、この抵抗発熱体１３及び端子１４の全体を被覆
するように絶縁性シート１２が形成されている。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS FIG. 1A is a perspective view schematically showing a ceramic heater of the present invention, and FIG.
(A) It is AA sectional drawing in a figure. As shown in FIG. 1, in the ceramic heater 10 of the present invention, a resistance heating element 13 and a terminal 14 are provided on the surface of a columnar core material 11 so as to cover the whole of the resistance heating element 13 and the terminal 14. , An insulating sheet 12 is formed.
【００１２】また、この端子１４は、絶縁性シート１２
の切り欠き部１５において外側に露出しており、この露
出した端子１４にろう材を介してリード線１６が接続、
固定されている。The terminals 14 are connected to the insulating sheet 12.
A lead wire 16 is connected to the exposed terminal 14 via a brazing material.
Fixed.
【００１３】絶縁性シート１２は、Ａｌ2 Ｏ3 を８８〜
９５重量％、焼結助剤として、ＳｉＯ 2 を３〜１０重量
％、ＭｇＯを０．４〜１．０重量％、ＣａＯを１．０〜
２．５重量％を含有する密度率が９６％以上で、平均熱
膨張係数が６×１０-6〜８×１０-6℃-1の焼結体であ
る。芯材１１もほぼ同様の材料により構成されている。The insulating sheet 12 is made of AlTwo OThree From 88 to
95% by weight, SiO as sintering aid Two The 3-10 weight
%, 0.4-1.0% by weight of MgO, 1.0-% by weight of CaO
2.5% by weight containing 96% or more density and average heat
Expansion coefficient is 6 × 10-6~ 8 × 10-6° C-1Is a sintered body of
You. The core material 11 is also made of substantially the same material.
【００１４】絶縁性シート１２や芯材１１中に焼結助剤
として、上記範囲のＳｉＯ2 、ＭｇＯ等が含有されてい
るのは、アルミナセラミックの焼結温度を余り上げずに
一定の緻密な焼結体を形成するために、上記した量のＳ
ｉＯ2 、ＭｇＯ等の焼結助剤が必要となるからである。The reason that the insulating sheet 12 and the core material 11 contain the above range of SiO 2 , MgO, etc. as a sintering aid is that the alumina ceramic has a certain density without increasing the sintering temperature of the alumina ceramic too much. In order to form a sintered body, the amount of S
This is because a sintering aid such as iO 2 or MgO is required.
【００１５】絶縁性シート１２の密度率が９６％未満で
あると、開孔が存在する可能性が高くなり、また、絶縁
性シート１２を構成するアルミナセラミックの粒界がマ
イグレーション等により劣化して、空孔が形成されやす
くなるため、長期間使用した場合に抵抗発熱体１３が酸
化されやすくなる。なお、密度率とは、セラミックの理
論密度に対する実際の焼結体の密度の比の百分率をい
う。If the density ratio of the insulating sheet 12 is less than 96%, there is a high possibility that an opening exists, and the grain boundaries of the alumina ceramic constituting the insulating sheet 12 deteriorate due to migration or the like. Since the pores are easily formed, the resistance heating element 13 is easily oxidized when used for a long time. The density ratio is a percentage of the ratio of the density of the actual sintered body to the theoretical density of the ceramic.
【００１６】また、絶縁性シート１２の平均熱膨張係数
が６×１０-6℃-1未満であると、抵抗発熱体１３との熱
膨張係数の差の上記絶縁性シートの平均熱膨張係数に対
する比が４０％を超えることとなり、絶縁性シート１２
にクラックが発生する場合があり、一方、平均熱膨張係
数が８×１０-6℃-1を超えると、そのような物理的特性
を有するアルミナセラミックの製造が難しくなる。If the average coefficient of thermal expansion of the insulating sheet 12 is less than 6 × 10 −6 ° C. −1 , the difference between the coefficient of thermal expansion with the resistance heating element 13 and the average coefficient of thermal expansion of the insulating sheet will be described. The ratio exceeds 40%, and the insulating sheet 12
Cracks may occur on the other hand, while when the average coefficient of thermal expansion exceeds 8 × 10 −6 ° C. −1 , it becomes difficult to produce an alumina ceramic having such physical properties.
【００１７】なお、絶縁性シート１２と抵抗発熱体１３
との熱膨張係数の差の上記絶縁性シートの平均熱膨張係
数に対する比は、下記の式（１）で示される。 （抵抗発熱体の平均熱膨張係数−絶縁性シートの平均熱膨張係数）×１００／（ 絶縁性シートの平均熱膨張係数）・・・（１） 以降において、上記（１）式で示される比は、簡略化し
て、単に絶縁性シートと抵抗発熱体との平均熱膨張係数
の差という。The insulating sheet 12 and the resistance heating element 13
The ratio of the difference in thermal expansion coefficient to the average thermal expansion coefficient of the insulating sheet is represented by the following equation (1). (Average coefficient of thermal expansion of the resistance heating element−Average coefficient of thermal expansion of the insulating sheet) × 100 / (Average coefficient of thermal expansion of the insulating sheet) (1) Hereinafter, the ratio represented by the above equation (1) Is simply referred to as the difference in the average thermal expansion coefficient between the insulating sheet and the resistance heating element.
【００１８】一方、抵抗発熱体１３は、９２〜９９重量
％が高融点金属成分、残部がセラミック成分からなり、
使用温度が３００℃以上となる部分の平均厚さが１５μ
ｍ以上であり、平均熱膨張係数が３．６×１０-6〜６．
０×１０-6℃-1の金属複合体である。On the other hand, the resistance heating element 13 comprises 92 to 99% by weight of a high melting point metal component and the remainder of a ceramic component.
The average thickness of the part where the operating temperature is 300 ° C or higher is 15μ
m or more, and the average coefficient of thermal expansion is 3.6 × 10 −6 to 6.
It is a metal complex of 0 × 10 −6 ° C. −1 .
【００１９】上記高融点金属としては、例えば、Ｗ、Ｔ
ａ、Ｎｂ、Ｔｉ等が挙げられる。これらは、単独で用い
てもよく、２種以上を併用してもよい。また、上記高融
点金属としては、上記金属にＭｏ又はＲｅが添加された
ものであってもよい。The refractory metals include, for example, W, T
a, Nb, Ti and the like. These may be used alone or in combination of two or more. Further, the high melting point metal may be one obtained by adding Mo or Re to the above metal.
【００２０】この高融点金属成分に添加するセラミック
成分としては、例えば、Ａｌ2 Ｏ3 、窒化珪素、ムライ
ト等が挙げられる。これらは、単独で用いてもよく、２
種以上を併用してもよい。上記高融点金属と上記セラミ
ックとの混合物を含む導体ペーストを塗布し、焼成する
ことにより、金属複合体が形成され、その金属複合体の
組成により平均熱膨張係数が変化するため、抵抗発熱体
の熱膨張係数を調整することができる。Examples of the ceramic component to be added to the high melting point metal component include Al 2 O 3 , silicon nitride, mullite and the like. These may be used alone or 2
More than one species may be used in combination. By applying and baking a conductor paste containing a mixture of the high melting point metal and the ceramic, a metal composite is formed, and the average thermal expansion coefficient changes depending on the composition of the metal composite. The coefficient of thermal expansion can be adjusted.
【００２１】抵抗発熱体１３の使用温度が３００℃以上
となる部分の平均厚さを１５μｍ以上としているのは、
この抵抗発熱体１３の厚さが１５μｍ未満であると、こ
の抵抗発熱体１３の表面部分が酸化された際、酸化部分
の全体に占める割合が大きくなるため、抵抗発熱体の抵
抗に影響が生じたり、劣化して断線等が発生するからで
ある。The reason why the average thickness of the portion where the operating temperature of the resistance heating element 13 is 300 ° C. or higher is 15 μm or more is as follows.
If the thickness of the resistance heating element 13 is less than 15 μm, when the surface portion of the resistance heating element 13 is oxidized, the ratio of the oxidized portion to the whole becomes large, thereby affecting the resistance of the resistance heating element. This is because the wires may be deteriorated or deteriorated to cause disconnection or the like.
【００２２】また、抵抗発熱体１３の平均熱膨張係数が
３．６×１０-6℃-1未満の抵抗発熱体１３を製造しよう
とすると、セラミックの量を多くしなければならないた
めに、その抵抗が増加してしまい、一方、上記平均熱膨
張係数が６．０×１０-6℃-1を超えると、抵抗発熱体１
３と絶縁性シート１２との熱膨張係数熱の差が４０％を
超えることとなり、絶縁性シート１２にクラック等が発
生する場合がある。In order to manufacture a resistance heating element 13 having an average coefficient of thermal expansion of less than 3.6 × 10 −6 ° C. −1 , the amount of ceramic must be increased. On the other hand, when the average thermal expansion coefficient exceeds 6.0 × 10 −6 ° C. −1 , the resistance heating element 1
The difference in heat of thermal expansion coefficient between the insulating sheet 3 and the insulating sheet 12 exceeds 40%, and cracks and the like may occur in the insulating sheet 12.
【００２３】さらに、絶縁性シート１２と抵抗発熱体１
３との平均熱膨張係数の差は、４０％以内である必要が
ある。両者の平均熱膨張係数の差が４０％を超えると、
この熱膨張係数の差に起因して、抵抗発熱体１３が高温
になるに従い、膨張した抵抗発熱体１３が絶縁性シート
１２を圧迫し、クラック等が発生する場合がある。Further, the insulating sheet 12 and the resistance heating element 1
The difference of the average coefficient of thermal expansion from 3 needs to be within 40%. When the difference between the two average thermal expansion coefficients exceeds 40%,
Due to the difference in the coefficient of thermal expansion, as the resistance heating element 13 becomes higher in temperature, the expanded resistance heating element 13 presses the insulating sheet 12 and cracks may occur.
【００２４】次に、上記セラミックヒーターの製造方法
について説明する。図２〜４は、このセラミックヒータ
ー１０を製造する工程の一部を模式的に示した断面であ
り、いずれの図においても、（ａ）は断面図、（ｂ）は
正面図である。Next, a method of manufacturing the above ceramic heater will be described. 2 to 4 are cross-sectional views schematically showing a part of a process of manufacturing the ceramic heater 10, in which (a) is a cross-sectional view and (b) is a front view.
【００２５】図２に示したように、まず、離型性を有す
るプラスチックフィルム２１上に、接着剤層２２を形成
し、続いて、抵抗発熱体１３となる導体ペースト層２３
ａと端子１４となる導体ペースト層２３ｂとを形成す
る。接着剤層２２を形成するのは、ヒーターを製造した
際、切り欠き部１５から露出する部分の端子１４を芯材
１１にしっかりと接着させるためである。また、導体ペ
ースト層２３ａと導体ペースト層２３ｂとは、しっかり
と接続されるようにお互いに接触させた状態で形成す
る。As shown in FIG. 2, first, an adhesive layer 22 is formed on a plastic film 21 having releasability, and then a conductive paste layer 23 serving as the resistance heating element 13 is formed.
a and a conductive paste layer 23b to be the terminals 14 are formed. The reason why the adhesive layer 22 is formed is that when the heater is manufactured, the portion of the terminal 14 exposed from the cutout portion 15 is firmly adhered to the core material 11. The conductive paste layer 23a and the conductive paste layer 23b are formed in a state where they are in contact with each other so as to be firmly connected.
【００２６】次に、図３に示したように、導体ペースト
層２３ａと導体ペースト層２３ｂを覆うように、絶縁性
シート１２となるグリーンシート２４の層を形成する。
このとき、焼成後に切り欠き部が形成される部分の導体
ペースト層２３ｂは、グリーンシート２４に覆われてお
らず、露出している。Next, as shown in FIG. 3, a layer of a green sheet 24 serving as the insulating sheet 12 is formed so as to cover the conductive paste layers 23a and 23b.
At this time, the portion of the conductive paste layer 23b where the notch is formed after firing is not covered with the green sheet 24, and is exposed.
【００２７】この後、図４に示したように、グリーンシ
ート２４が下側にくるように図３に示した積層体２０を
ひっくり返し、所定の台２５の上に載置した後、例え
ば、台２５に形成された貫通孔（図示せず）を介した空
気の吸引力等を利用して台２５に固定し、プラスチック
フィルム２１を剥離する。続いて、図４には示していな
いが、積層体２０の上に芯材１１を載置し、芯材１１の
周囲に積層体２０を巻き付けることにより、焼成用の原
料成形体を作製し、その後、所定の温度で焼成すること
により、セラミックヒーター１０を製造する。Thereafter, as shown in FIG. 4, the laminate 20 shown in FIG. 3 is turned over so that the green sheet 24 is on the lower side, and is placed on a predetermined table 25. The plastic film 21 is peeled off by fixing it to the table 25 by using air suction force or the like through a through hole (not shown) formed in the table 25. Subsequently, although not shown in FIG. 4, the core material 11 is placed on the laminate 20 and the laminate 20 is wound around the core material 11 to produce a raw material molded body for firing. Thereafter, the ceramic heater 10 is manufactured by firing at a predetermined temperature.
【００２８】製造されたセラミックヒーター１０の上記
絶縁性シートは、高密度で、しかも上記した熱膨張係数
を有する焼結体であり、上記抵抗発熱体も上記した熱膨
張係数を有する金属複合体であり、両者の熱膨張係数の
差が４０％以内と小さいので、長期間にわたって使用し
た場合にも、抵抗発熱体が酸化されず、抵抗発熱体と絶
縁性シート又は芯材との熱膨張係数の差に起因するクラ
ック等の発生のない耐久性に優れたセラミックヒーター
を提供することができる。The insulating sheet of the manufactured ceramic heater 10 is a sintered body having a high density and the above-mentioned coefficient of thermal expansion, and the resistance heating element is also a metal composite having the above-mentioned coefficient of thermal expansion. Since the difference in thermal expansion coefficient between the two is as small as 40% or less, even when used for a long time, the resistance heating element is not oxidized, and the thermal expansion coefficient between the resistance heating element and the insulating sheet or the core material is reduced. It is possible to provide a ceramic heater which is excellent in durability and free from cracks or the like caused by the difference.
【００２９】[0029]
【実施例】以下に実施例を掲げて本発明を更に詳しく説
明するが、本発明はこれら実施例のみに限定されるもの
ではない。The present invention will be described in more detail with reference to the following examples, but the present invention is not limited to these examples.
【００３０】実施例１ 上記実施の形態において説明した方法を用い、図１に示
した構成のセラミックヒーター１０を製造した。このと
きの焼成温度は、１６００℃であった。また、製造され
たセラミックヒーター１０の絶縁性シート１２は、その
厚さが２００μｍで、Ａｌ2 Ｏ3 を９２．５重量％、焼
結助剤として、ＳｉＯ2 を５．８重量％、ＭｇＯを０．
５重量％、ＣａＯを１．２重量％含有し、その密度率は
９７％、平均熱膨張係数は、６．９×１０-6℃-1であっ
た。また、抵抗発熱体１３は、Ｗを８０重量％、Ｒｅを
１７重量％、Ａｌ2 Ｏ3 を３重量％含有し、平均熱膨張
係数は、４．５×１０-6℃-1であり、使用温度が３００
℃以上となる部分の平均厚さは、２５μｍであった。従
って、このときの絶縁性シートと抵抗発熱体との平均熱
膨張係数の差は、３４．８％であった。Example 1 Using the method described in the above embodiment, a ceramic heater 10 having the structure shown in FIG. 1 was manufactured. The firing temperature at this time was 1600 ° C. Further, the insulating sheet 12 of the manufactured ceramic heater 10 has a thickness of 200 μm, Al 2 O 3 of 92.5% by weight, SiO 2 as a sintering aid of 5.8% by weight, and MgO of MgO. 0.
It contained 5% by weight and 1.2% by weight of CaO, had a density of 97% and an average coefficient of thermal expansion of 6.9 × 10 -6 ° C -1 . The resistance heating element 13 contains 80% by weight of W, 17% by weight of Re, and 3% by weight of Al 2 O 3 , and has an average thermal expansion coefficient of 4.5 × 10 −6 ° C. −1 , Operating temperature is 300
The average thickness of the portion having a temperature of not less than ° C was 25 µm. Therefore, the difference in the average thermal expansion coefficient between the insulating sheet and the resistance heating element at this time was 34.8%.
【００３１】同じ条件で製造した２個のセラミックヒー
ター１０のうちの一方を１２Ｖの直流電源に接続して電
流を流したところ、ヒーターの温度は９００℃まで上昇
した。その後、このヒーター１０について、室温した後
５００℃にする冷熱サイクルを１００回繰り返すヒート
サイクル試験を行い、ヒーターの表面や内部を観察した
が、クラックは発見されなかった。また、他の一方のセ
ラミックヒーター１０に電流を流し続け、抵抗変化率が
１０％になるまでの時間を測定したところ、１００００
時間であった。When one of the two ceramic heaters 10 manufactured under the same conditions was connected to a DC power supply of 12 V and an electric current was passed, the temperature of the heater rose to 900 ° C. Thereafter, the heater 10 was subjected to a heat cycle test in which a cooling / heating cycle at room temperature and then 500 ° C. was repeated 100 times, and the surface and the inside of the heater were observed, but no crack was found. Further, when a current was continuously passed through the other one of the ceramic heaters 10 and a time required for the resistance change rate to become 10% was measured, it was 10,000.
It was time.
【００３２】なお、抵抗変化率とは、下記の（２）式で
表される値である。 抵抗変化率（％）＝（試験後の抵抗値−試験前の抵抗値）×１００／（試験前の 抵抗値）・・・（２）The resistance change rate is a value represented by the following equation (2). Resistance change rate (%) = (resistance value after test-resistance value before test) x 100 / (resistance value before test) ... (2)
【００３３】実施例２〜３ グリーンシートの組成及び導体ペーストの組成を変化さ
せたほかは、実施例１と同様にして、下記の表１に示し
た特性を有するセラミックヒーター１０を製造した。製
造されたセラミックヒーターの絶縁性シート及び抵抗発
熱体の特性、並びに、絶縁性シートと抵抗発熱体との平
均熱膨張係数の差を下記の表１に示す。また、ヒートサ
イクル試験の結果及び抵抗変化率が１０％に達するまで
の時間を下記の表２に示す。Examples 2-3 A ceramic heater 10 having the characteristics shown in Table 1 below was manufactured in the same manner as in Example 1 except that the composition of the green sheet and the composition of the conductor paste were changed. The characteristics of the insulating sheet and the resistance heating element of the manufactured ceramic heater and the difference in the average thermal expansion coefficient between the insulating sheet and the resistance heating element are shown in Table 1 below. Table 2 below shows the results of the heat cycle test and the time required for the rate of change in resistance to reach 10%.
【００３４】比較例１〜２ グリーンシートの組成及び導体ペーストの組成を変化さ
せたほかは、実施例１と同様にして、下記の表１に示し
た特性を有するセラミックヒーター１０を製造した。Comparative Examples 1 and 2 A ceramic heater 10 having the characteristics shown in Table 1 below was manufactured in the same manner as in Example 1 except that the composition of the green sheet and the composition of the conductive paste were changed.
【００３５】製造されたセラミックヒーターの絶縁性シ
ート及び抵抗発熱体の特性、並びに、絶縁性シートと抵
抗発熱体との平均熱膨張係数の差を下記の表１に示す。
また、ヒートサイクル試験の結果及び抵抗変化率が１０
％に達するまでの時間を下記の表２に示す。The properties of the insulating sheet and the resistance heating element of the manufactured ceramic heater and the difference in the average thermal expansion coefficient between the insulating sheet and the resistance heating element are shown in Table 1 below.
The results of the heat cycle test and the rate of change in resistance were 10
% Are shown in Table 2 below.
【００３６】[0036]
【表１】 [Table 1]
【００３７】[0037]
【表２】 [Table 2]
【００３８】上記実施例１〜３及び比較例１〜２におい
て示した抵抗変化に関する結果より明らかなように、比
較例の場合には、ヒーターにクラックが生じたり、抵抗
発熱体が短期間で酸化されたのに対し、実施例の場合に
は、繰り返して熱負荷がかかった場合にも、ヒーターに
クラックが発生することはなく、長期間ヒーターを使用
した場合にも、抵抗発熱体の抵抗変化を効果的に抑制す
ることができた。As is clear from the results of the resistance change shown in Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 and 2, in the case of the comparative example, cracks occur in the heater, or the resistance heating element is oxidized in a short period of time. On the other hand, in the case of the embodiment, even if the heat load was repeatedly applied, no crack was generated in the heater, and even when the heater was used for a long time, the resistance change of the resistance heating element was not changed. Was effectively suppressed.
【００３９】[0039]
【発明の効果】本発明のセラミックヒーターは、上記の
ように構成されているので、長期間にわたって使用した
場合にも、抵抗発熱体が酸化されることなく、抵抗発熱
体と絶縁性シート又は芯材との熱膨張係数の差に起因す
るクラック等の発生のない耐久性に優れたセラミックヒ
ーターを提供することができる。Since the ceramic heater of the present invention is constructed as described above, even if it is used for a long period of time, the resistance heating element is not oxidized, and the resistance heating element and the insulating sheet or core are not oxidized. It is possible to provide a ceramic heater excellent in durability without generation of cracks or the like due to a difference in thermal expansion coefficient from a material.
【図１】（ａ）は、本発明のセラミックヒーターの構造
を示す斜視図であり、（ｂ）は、その断面図である。FIG. 1A is a perspective view showing a structure of a ceramic heater according to the present invention, and FIG. 1B is a sectional view thereof.
【図２】（ａ）は、本発明のセラミックヒーターを製造
する際の一工程を模式的に示した断面図であり、（ｂ）
は、正面図である。FIG. 2A is a cross-sectional view schematically showing one step in manufacturing the ceramic heater of the present invention, and FIG.
Is a front view.
【図３】（ａ）は、本発明のセラミックヒーターを製造
する際の一工程を模式的に示した断面図であり、（ｂ）
は、正面図である。FIG. 3A is a cross-sectional view schematically showing one step in manufacturing the ceramic heater of the present invention, and FIG.
Is a front view.
【図４】（ａ）は、本発明のセラミックヒーターを製造
する際の一工程を模式的に示した断面図であり、（ｂ）
は、正面図である。FIG. 4A is a cross-sectional view schematically showing one step in manufacturing the ceramic heater of the present invention, and FIG.
Is a front view.
【図５】（ａ）は、従来のセラミックヒーターの構造を
示す斜視図であり、（ｂ）は、その断面図である。FIG. 5A is a perspective view showing a structure of a conventional ceramic heater, and FIG. 5B is a cross-sectional view thereof.
１１ 芯材 １２ 絶縁性シート １３ 抵抗発熱体 １４ 端子 １５ 切り欠き部 １６ リード線 DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 Core material 12 Insulating sheet 13 Resistance heating element 14 Terminal 15 Notch 16 Lead wire
フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） // Ｃ０４Ｂ 35/10 Ｃ０４Ｂ 35/10 Ｚ Ｆターム(参考） 3K034 AA02 AA03 AA10 AA14 AA16 AA22 AA34 BA06 BA13 BA14 BB14 BC17 JA01 3K092 PP16 QA01 QA05 QB02 QB30 QB45 QB62 QB74 RF03 RF19 RF27 TT30 VV09 4G030 AA07 AA08 AA36 AA37 AA52 AA61 BA02 BA12 BA21 CA08 GA20 Continued on the front page (51) Int.Cl. 7 Identification code FI Theme coat II (reference) // C04B 35/10 C04B 35/10 Z F term (reference) 3K034 AA02 AA03 AA10 AA14 AA16 AA22 AA34 BA06 BA13 BA14 BB14 BC17 JA01 3K092 PP16 QA01 QA05 QB02 QB30 QB45 QB62 QB74 RF03 RF19 RF27 TT30 VV09 4G030 AA07 AA08 AA36 AA37 AA52 AA61 BA02 BA12 BA21 CA08 GA20
Claims (2)
からなる抵抗発熱体が埋設されたセラミックヒーターで
あって、前記絶縁性シートは、Ａｌ2 Ｏ3 を８８〜９５
重量％、焼結助剤として、ＳｉＯ 2 を３〜１０重量％、
ＭｇＯを０．４〜１．０重量％、ＣａＯを１．０〜２．
５重量％を含有する密度率が９６％以上で、室温から１
０００℃における平均熱膨張係数が６×１０-6〜８×１
０-6℃-1の焼結体であり、一方、前記抵抗発熱体は、９
２〜９９重量％が高融点金属成分、残部がセラミック成
分からなり、使用温度が３００℃以上となる部分の平均
厚さが１５μｍ以上であり、室温から１０００℃におけ
る平均熱膨張係数が３．６×１０-6〜７．０×１０ -6℃
-1の金属複合体であり、さらに、前記絶縁性シートと抵
抗発熱体との室温から１０００℃における平均熱膨張係
数の差の前記絶縁性シートの平均熱膨張係数に対する比
が４０％以内であることを特徴とするセラミックヒータ
ー。1. A high melting point metal between a core material and an insulating sheet.
Is a ceramic heater with a built-in resistance heating element
The insulating sheet is made of AlTwo OThree 88 to 95
Wt%, SiO as a sintering aid Two From 3 to 10% by weight,
0.4-1.0% by weight of MgO and 1.0-2.
Density ratio containing 5% by weight is 96% or more.
The average coefficient of thermal expansion at 000 ° C. is 6 × 10-6~ 8 × 1
0-6° C-1, While the resistance heating element is 9
2 to 99% by weight of the high melting point metal component, the remainder being ceramic
And the average of the parts where the operating temperature is 300 ° C or higher
Thickness is more than 15μm, from room temperature to 1000 ℃
Average thermal expansion coefficient is 3.6 × 10-6~ 7.0 × 10 -6° C
-1Metal composite, and further, the insulating sheet and the
Average thermal expansion coefficient from room temperature to 1000 ° C with anti-heating element
The ratio of the number difference to the average coefficient of thermal expansion of the insulating sheet
Is within 40%
-
Ｔｉからなる群から選択される少なくとも１種、又は、
これらにＭｏ又はＲｅが添加されたものであり、セラミ
ック成分は、Ａｌ2 Ｏ3 、ムライト、窒化珪素からなる
群から選択される少なくとも１種である請求項１記載の
セラミックヒーター。2. The refractory metal component is at least one selected from the group consisting of W, Ta, Nb and Ti, or
These are those Mo or Re is added, the ceramic component, Al 2 O 3, mullite, a ceramic heater according to claim 1, wherein at least one selected from the group consisting of silicon nitride.
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11090834A JP2000286046A (en) | 1999-03-31 | 1999-03-31 | Ceramic heater |
| US09/534,541 US6236027B1 (en) | 1999-03-26 | 2000-03-27 | Ceramic heater |
| EP00105992A EP1039781A3 (en) | 1999-03-26 | 2000-03-27 | Ceramic heater |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11090834A JP2000286046A (en) | 1999-03-31 | 1999-03-31 | Ceramic heater |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
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ID=14009628
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11090834A Pending JP2000286046A (en) | 1999-03-26 | 1999-03-31 | Ceramic heater |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2000286046A (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112044563A (en) * | 2020-07-30 | 2020-12-08 | 东台施迈尔新材料科技有限公司 | Alumina ceramics production and processing equipment |
| KR20200142317A (en) * | 2019-06-12 | 2020-12-22 | 엘지전자 주식회사 | The surface heater and the manufacturing method for the same |
-
1999
- 1999-03-31 JP JP11090834A patent/JP2000286046A/en active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20200142317A (en) * | 2019-06-12 | 2020-12-22 | 엘지전자 주식회사 | The surface heater and the manufacturing method for the same |
| KR102396584B1 (en) * | 2019-06-12 | 2022-05-10 | 엘지전자 주식회사 | The surface heater and the manufacturing method for the same |
| CN112044563A (en) * | 2020-07-30 | 2020-12-08 | 东台施迈尔新材料科技有限公司 | Alumina ceramics production and processing equipment |
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