JP2001102155A - 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、セラミックからな
る芯材と絶縁層との間に抵抗発熱体を埋設したセラミッ
クヒーターに関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a ceramic heater in which a resistance heating element is embedded between a ceramic core and an insulating layer.
【０００２】[0002]
【従来の技術】芯材とこの芯材を被覆する絶縁層との間
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 layer covering the core material is used as a heat source in an oxygen sensor for automobiles, a glow system, and the like. Further, it is widely used as a heat source for oil vaporizers such as semiconductor heaters and oil fan heaters.
【０００３】図６（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層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
絶縁層３２の外側に設けられた外部端子３４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. 6A 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 layer 32 wound around the core material 31 via an adhesive layer 37, and the end of the resistance heating element 33 is An external terminal 34 provided outside the insulating layer 32 is connected, 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、絶縁層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
5 is connected through a through hole 35 provided below the external terminal 34 of the insulating layer 32, as shown in FIG. 5B. When a current flows through the external terminal 34 through the lead wire 36, the resistance heating element 33 generates heat.
It has a mechanism that functions as a heater.
【０００５】上記セラミックヒーターを構成する芯材３
１及び絶縁層３２は、通常、ＳｉＯ2等を焼結助剤とし
て含むＡｌ2 Ｏ3 等により形成されており、このような
セラミックヒーターを製造する際には、芯材３１となる
セラミック粉末を含む円柱形状の生成形体に、抵抗発熱
体３３となる導体ペースト層が印刷されたセラミックグ
リーンシート（絶縁層３２となるもの）を、導体ペース
ト層が形成された側を内側にして巻き付けた後、焼成す
ることにより製造される。[0005] Core material 3 constituting the above ceramic heater
1 and the insulating layer 32 are usually formed of Al 2 O 3 or the like containing SiO 2 or the like as a sintering aid. When such a ceramic heater is manufactured, ceramic powder to be the core material 31 is used. After winding a ceramic green sheet (which becomes the insulating layer 32) on which the conductor paste layer to be the resistance heating element 33 is printed around the cylindrical formed body including the conductor paste layer on the side on which the conductor paste layer is formed, It is manufactured by firing.
【０００６】このようにして製造されるセラミックヒー
タにおいて、通常、芯材３１を構成する材料と絶縁層３
２を構成する材料とは、同じものを使用する場合が多い
ので、両者の熱膨張係数は同じになる。In the ceramic heater manufactured as described above, the material forming the core material 31 and the insulating layer 3 are usually used.
In many cases, the same material is used as the material constituting 2, so that both have the same thermal expansion coefficient.
【０００７】しかしながら、このような構成のセラミッ
クヒータを実際に使用する際に加熱を行うと、内側の芯
材３１が熱膨張により外側に拡がる幅よりも、外側の円
筒形状の絶縁層３２の内表面が外側に拡がる幅の方が小
さく、そのために、芯材３１の熱膨張に起因して絶縁層
３２や抵抗発熱体３３に大きな応力が作用することにな
る。その結果、何回もヒーターとして使用することによ
りヒートサイクル（発熱、冷却）を繰り返すと、絶縁層
３２や抵抗発熱体３３に作用する応力に起因して、絶縁
層３２や端子１４（抵抗発熱体３３）にクラック等が生
ずるという問題があった。However, when the ceramic heater having such a structure is actually used, when heating is performed, the inner core material 31 has a larger width inside the outer cylindrical insulating layer 32 than the width of the inner core material 31 expanding outward due to thermal expansion. The width of the surface expanding outward is smaller, so that a large stress acts on the insulating layer 32 and the resistance heating element 33 due to the thermal expansion of the core material 31. As a result, when the heat cycle (heating, cooling) is repeated by using the heater as many times, the stress acting on the insulating layer 32 and the resistance heating element 33 causes the insulation layer 32 and the terminal 14 (resistance heating element) to be generated. 33) has a problem that cracks and the like occur.
【０００８】[0008]
【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
や絶縁層にクラック等が生ずること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 ceramic heater which has excellent durability without cracks and the like in a resistance heating element and an insulating layer even when used for a long period of time. The purpose is to do.
【０００９】[0009]
【課題を解決するための手段】本発明は、セラミックか
らなる芯材と前記芯材を巻包するセラミックからなる絶
縁層との間に抵抗発熱体が埋設されたセラミックヒータ
ーであって、前記絶縁層の室温から１０００℃における
平均熱膨張係数（体膨張率）は、前記芯材の室温から１
０００℃における平均熱膨張係数（体膨張率）よりも大
きく、かつ、前記芯材と前記絶縁層との室温から１００
０℃における平均熱膨張係数の差は、１０％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。According to the present invention, there is provided a ceramic heater having a resistance heating element embedded between a core material made of ceramic and an insulating layer made of ceramic surrounding the core material. The average thermal expansion coefficient (body expansion coefficient) of the layer from room temperature to 1000 ° C. is 1 to room temperature of the core material.
Greater than the average coefficient of thermal expansion (body expansion coefficient) at 000 ° C. and 100
The difference in the average thermal expansion coefficient at 0 ° C. is within 10%. Hereinafter, the present invention will be described in detail.
【００１０】[0010]
【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。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
全体を絶縁層１２が巻包している。FIG. 1 (a) is a perspective view schematically showing an example of a ceramic heater according to the present invention.
FIG. 2B is a sectional view taken along line AA in FIG. As shown in FIG. 1, in a ceramic heater 10 of the present invention, a resistance heating element 13 and a terminal 14 are provided on the surface of a cylindrical core material 11, and the entire resistance heating element 13 and the terminal 14 are formed by an insulating layer 12. Is wrapped around.
【００１１】また、この端子１４は、絶縁層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 terminal 14 is exposed to the outside at the cutout 15 of the insulating layer 12, and a lead wire 16 is connected and fixed to the exposed terminal 14 via a brazing material.
【００１２】本発明のセラミックヒータは、図１に示し
た構成のものに限られず、図６に示したような抵抗発熱
体１３がヒーター表面に露出しておらず、リード線がス
ルーホール等により接続されたものであってもよい。The ceramic heater according to the present invention is not limited to the one shown in FIG. 1; the resistance heating element 13 shown in FIG. 6 is not exposed on the heater surface; They may be connected.
【００１３】本発明においては、絶縁層１２の室温から
１０００℃における平均熱膨張係数は、芯材１１の室温
から１０００℃における平均熱膨張係数（以下、単に平
均熱膨張係数という）よりも大きく、かつ、芯材１１と
絶縁層１２との平均熱膨張係数の差は、１０％以内であ
る。In the present invention, the average thermal expansion coefficient of the insulating layer 12 from room temperature to 1000 ° C. is larger than the average thermal expansion coefficient of the core material 11 from room temperature to 1000 ° C. (hereinafter simply referred to as the average thermal expansion coefficient). Further, the difference between the average thermal expansion coefficients of the core material 11 and the insulating layer 12 is within 10%.
【００１４】ここで、平均熱膨張係数の差Δαは、下記
の（１）式により表される。 Δα（％）＝〔（絶縁層の平均熱膨張係数−芯材の平均熱膨張係数）／芯材の平 均熱膨張係数〕×１００・・・（１）Here, the difference Δα between the average thermal expansion coefficients is expressed by the following equation (1). Δα (%) = [(average coefficient of thermal expansion of insulating layer−average coefficient of thermal expansion of core material) / average coefficient of thermal expansion of core material] × 100 (1)
【００１５】このように、絶縁層１２の平均熱膨張係数
を芯材１１の平均熱膨張係数よりも大きくすることによ
り、通電によりセラミックヒータを昇温させた際、内側
の芯材１１が熱膨張により外側に拡がる幅と、外側の円
筒形状の絶縁層１２の内表面が外側に拡がる幅とが余り
相違しなくなり、芯材１１の熱膨張に起因して絶縁層１
２や抵抗発熱体１３に作用する応力が小さくなる。その
結果、ヒートサイクル（発熱、冷却）を繰り返しても、
絶縁層１２や抵抗発熱体１３にクラック等が生じること
はない。As described above, by making the average thermal expansion coefficient of the insulating layer 12 larger than the average thermal expansion coefficient of the core material 11, when the ceramic heater is heated by energization, the inner core material 11 is thermally expanded. And the width of the outer surface of the outer cylindrical insulating layer 12 spreading out is not much different, and the insulating layer 1 is expanded due to the thermal expansion of the core material 11.
2 and the stress acting on the resistance heating element 13 are reduced. As a result, even if the heat cycle (heat generation, cooling) is repeated,
Cracks and the like do not occur in the insulating layer 12 and the resistance heating element 13.
【００１６】芯材１１と絶縁層１２との平均熱膨張係数
の差が１０％を超えると、通電によりセラミックヒータ
を昇温させた際、外側の円筒形状の絶縁層３２の内表面
が大きく外側に拡がるため、芯材３１と絶縁層１２との
間に空隙（剥離）が生じやすくなり、ヒートサイクル
（発熱、冷却）を繰り返すことにより、特に抵抗発熱体
１３が形成されている部分の近傍の絶縁層１２におい
て、剥離に起因するクラック等が生じやすくなる。ま
た、絶縁層１２と芯材１１との間に空隙が形成される
と、抵抗発熱体１３が酸化されやすくなる。一方、芯材
１１と絶縁層１２との平均熱膨張係数の差を無くすか、
芯材１１の平均熱膨張係数を絶縁層１２の平均熱膨張係
数より大きくすると、芯材１１の熱膨張に起因して絶縁
層１２や抵抗発熱体１３（以下、端子部分を含めて抵抗
発熱体という）に大きな応力が作用し、絶縁層１２や抵
抗発熱体１３にクラック等が生ずる。より好ましい平均
熱膨張係数の差は、０．５〜３％である。If the difference in the average thermal expansion coefficient between the core material 11 and the insulating layer 12 exceeds 10%, when the ceramic heater is heated by energization, the inner surface of the outer cylindrical insulating layer 32 becomes larger. Therefore, a gap (peeling) is easily generated between the core material 31 and the insulating layer 12, and by repeating a heat cycle (heating, cooling), particularly in the vicinity of the portion where the resistance heating element 13 is formed. In the insulating layer 12, cracks and the like due to peeling are likely to occur. Further, when a gap is formed between the insulating layer 12 and the core material 11, the resistance heating element 13 is easily oxidized. On the other hand, if the difference in the average thermal expansion coefficient between the core material 11 and the insulating layer 12 is eliminated,
When the average thermal expansion coefficient of the core material 11 is larger than the average thermal expansion coefficient of the insulating layer 12, the insulating layer 12 and the resistance heating element 13 (hereinafter referred to as the resistance heating element including the terminal portion) are caused by the thermal expansion of the core material 11. ), A crack or the like occurs in the insulating layer 12 and the resistance heating element 13. A more preferable difference in the average thermal expansion coefficient is 0.5 to 3%.
【００１７】上記セラミックヒーター１０における芯材
１１及び絶縁層１２は、セラミックにより構成されてい
る。芯材１１及び絶縁層１２を構成するセラミックとし
ては特に限定されず、例えば、アルミナ、ジルコニア、
ムライト等の酸化物セラミック、窒化ケイ素、窒化アル
ミニウム等の窒化物セラミック、炭化ケイ素等の炭化物
等が挙げられる。The core 11 and the insulating layer 12 of the ceramic heater 10 are made of ceramic. The ceramic constituting the core material 11 and the insulating layer 12 is not particularly limited. For example, alumina, zirconia,
Examples thereof include oxide ceramics such as mullite, nitride ceramics such as silicon nitride and aluminum nitride, and carbides such as silicon carbide.
【００１８】これらのなかでは、Ａｌ2 Ｏ3 、ムライ
ト、窒化ケイ素が好ましく、特に、Ａｌ 2 Ｏ3 を主成分
とし、焼結助剤として、ＳｉＯ2 を４重量％以下、Ｍｇ
Ｏを０．５重量％以下、ＣａＯを１．２重量％以下含有
するアルミナセラミックが好ましい。芯材１１の平均熱
膨張係数は、５×１０-6〜９×１０-6℃-1であることが
望ましい。アルミナの熱膨張係数は、焼結助剤として添
加するＳｉＯ2 、ＭｇＯ、ＣａＯの量やその他の添加物
の量を調整することにより制御することができるが、芯
材１１の平均熱膨張係数が５×１０-6℃-1未満の材料を
調製しようとすると、不純物又は焼結助剤の量が多くな
りすぎるため好ましくなく、一方、芯材１１の平均熱膨
張係数が９×１０-6℃-1の材料を調製すること自体が困
難である。Of these, AlTwo OThree , Murai
And silicon nitride are preferred, and in particular, Al Two OThree The main component
And SiO 2 as a sintering aidTwo Less than 4% by weight of Mg
Contains 0.5% by weight or less of O and 1.2% by weight or less of CaO
Alumina ceramic is preferred. Average heat of core material 11
Expansion coefficient is 5 × 10-6~ 9 × 10-6° C-1That it is
desirable. The coefficient of thermal expansion of alumina is added as a sintering aid.
SiO to be addedTwo , MgO, CaO amount and other additives
Can be controlled by adjusting the amount of
Material 11 has an average coefficient of thermal expansion of 5 × 10-6° C-1Less than material
Attempting to prepare a large amount of impurities or sintering aids
On the other hand, the average thermal expansion of the core material 11 is not preferable.
The tension coefficient is 9 × 10-6° C-1It is difficult to prepare
It is difficult.
【００１９】上記アルミナセラミックの密度率は、９６
％以上が好ましい。上記密度率とは、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。
芯材１１及び絶縁層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るため、長期間、こ
のセラミックヒータを使用した場合には、開孔を介した
酸素の侵入により抵抗発熱体１３が酸化されやすくな
る。The density ratio of the alumina ceramic is 96
% Or more is preferable. The density ratio is a percentage of the ratio of the density of the actual sintered body to the theoretical density of the ceramic.
When the density ratio of the core material 11 and the insulating layer 12 is less than 96%, there is a high possibility that an opening exists, and when this ceramic heater is used for a long period, The resistance heating element 13 is easily oxidized by the intrusion.
【００２０】抵抗発熱体１３及び端子１４は、Ｗ、Ｔ
ａ、Ｎｂ、Ｔｉ、Ｍｏ、Ｒｅ等の高融点金属により構成
されていることが望ましい。これらの高融点金属は、単
独で用いられたものであってもよく、２種以上が併用さ
れたものであってもよい。また、抵抗発熱体１３及び端
子１４は、これらにアルミナ、窒化珪素、ムライト等の
セラミックが添加されたものであってもよい。The resistance heating element 13 and the terminal 14 are W, T
It is desirable to be made of a high melting point metal such as a, Nb, Ti, Mo, Re and the like. These refractory metals may be used alone or in combination of two or more. Further, the resistance heating element 13 and the terminal 14 may be formed by adding a ceramic such as alumina, silicon nitride, or mullite thereto.
【００２１】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２〜５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図であ
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 5 are diagrams 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.
【００２２】まず、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
を印刷し、続いて、導体ペースト印刷工程として、印刷
により抵抗発熱体１３となる導体ペースト層２３ａと端
子１４となる導体ペースト層２３ｂとを形成する。First, as shown in FIG. 2, an adhesive layer 22 is formed on a plastic film 21 having releasability.
Then, as a conductor paste printing step, a conductor paste layer 23a serving as the resistance heating element 13 and a conductor paste layer 23b serving as the terminals 14 are formed by printing.
【００２３】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１
４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。The adhesive layer 22 is formed only when the terminal 1 is exposed from the cutout 15 when the heater is manufactured.
This is because 4 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.
【００２４】導体ペースト層２３ａ、２３ｂは、高融点
金属の粉末を含んでいるものを用いるが、この導体ペー
スト中には、アルミナ等のセラミックが添加されていて
もよい。As the conductor paste layers 23a and 23b, those containing powder of a high melting point metal are used, and ceramic such as alumina may be added to the conductor paste.
【００２５】次に、図３に示したように、グリーンシー
ト印刷工程として、導体ペースト印刷工程で印刷された
導体ペースト層２３ａ、２３ｂを含む領域に、導体ペー
スト層２３ａ、２３ｂを覆うように、絶縁層用のセラミ
ック粉末を含むペーストを重ねて印刷し、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, in a green sheet printing step, a region including the conductor paste layers 23a and 23b printed in the conductor paste printing step is covered with the conductor paste layers 23a and 23b. The paste containing the ceramic powder for the insulating layer is overlaid and printed to form a layer of the green sheet 24. 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.
【００２６】次に、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を反
転し、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２
１を剥離する。なお、（ｂ）は、プラスチックフィルム
２１を剥離した後の積層体２０を表している。Next, 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. Stand 25
The film 25 is fixed to the base 25 by using air suction force or the like through a through hole (not shown) formed in the plastic film 2.
1 is peeled off. (B) shows the laminate 20 after the plastic film 21 has been peeled off.
【００２７】続いて、巻き付け工程として、図５に示し
たように、積層体２０の上に円柱形状の芯材１１となる
生成形体２５を載置し、生成形体２５の周囲に積層体２
０を巻き付けることにより、焼成用の原料成形体を作製
する。その後、所定の温度で脱脂し、焼成することによ
り、セラミックヒーター１０（図１参照）を製造する。
なお、生成形体２５を中空状とすることにより、脱脂工
程や焼成工程において、発生する気体の抜けが良好にな
り、効率よく脱脂、焼成を行うことができる。Subsequently, as a winding step, as shown in FIG. 5, a forming body 25 to be the cylindrical core material 11 is placed on the laminate 20, and the laminate 2 is formed around the forming body 25.
By winding 0, a raw material compact for firing is produced. Thereafter, the ceramic heater 10 (see FIG. 1) is manufactured by degreasing and firing at a predetermined temperature.
In addition, by making the formed body 25 hollow, escape of generated gas becomes favorable in the degreasing step and the baking step, so that degreasing and baking can be performed efficiently.
【００２８】製造されたセラミックヒーター１０の絶縁
層の平均熱膨張係数は、芯材の平均熱膨張係数よりも大
きく、かつ、これらの平均熱膨張係数の差は、１０％以
内であるので、長期間にわたって使用した場合にも、絶
縁層や抵抗発熱体に大きな応力が作用せず、また、絶縁
層が芯材から剥離することもなく、これらに起因するク
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 average thermal expansion coefficient of the insulating layer of the manufactured ceramic heater 10 is larger than the average thermal expansion coefficient of the core material, and the difference between these average thermal expansion coefficients is within 10%. Even when used for a long period, no large stress acts on the insulating layer and the resistance heating element, the insulating layer does not peel off from the core material, and it has excellent durability without cracks and the like caused by these Ceramic heater can be provided.
【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。製造されたセラ
ミックヒーター１０の絶縁層１２は、その厚さが２００
μｍで、Ａｌ2 Ｏ3 を９４．０重量％、焼結助剤とし
て、ＳｉＯ2 を４．０重量％、ＭｇＯを０．５重量％、
ＣａＯを１．５重量％含有し、その密度率は９７．５
％、平均熱膨張係数は、７．０×１０-6℃-1であった。
また、芯材１１は、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９
７％、平均熱膨張係数は、６．９×１０-6℃-1であり、
両者の室温から１０００℃における平均熱膨張係数の差
は、約１．４％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. The insulating layer 12 of the manufactured ceramic heater 10 has a thickness of 200
9 μm in Al 2 O 3 , 4.0% by weight of SiO 2 , 0.5% by weight of MgO as sintering aid,
It contains 1.5% by weight of CaO and has a density of 97.5%.
%, And the average coefficient of thermal expansion was 7.0 × 10 −6 ° C. −1 .
The core material 11 is composed of 92.5% by weight of Al 2 O 3 , 5.8% by weight of SiO 2 and 0.5% of MgO as sintering aids.
% Of CaO and 1.2% by weight of CaO, and the density ratio is 9%.
7%, the average coefficient of thermal expansion is 6.9 × 10 −6 ° C. −1 ,
The difference between the average thermal expansion coefficients of the two at room temperature to 1000 ° C. was about 1.4%.
【００３１】製造したセラミックヒーター１０につい
て、室温にした後５００℃に加熱する冷熱サイクルを１
００回繰り返すヒートサイクル試験を行い、その後、ヒ
ーターを端子１４が存在する部分で切断し、ヒーターの
表面や抵抗発熱体が形成されている部分を観察したが、
クラックは発見されなかった。With respect to the manufactured ceramic heater 10, a cooling / heating cycle in which the temperature is brought to room temperature and then heated to 500 ° C. is performed for one cycle.
A heat cycle test repeated 00 times was performed, and then the heater was cut at the portion where the terminal 14 was present, and the surface of the heater and the portion where the resistance heating element was formed were observed.
No cracks were found.
【００３２】実施例２〜３ 絶縁層となるグリーンシート中のセラミック粉末の組成
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。そして、得られたセラミックヒーターについて、
実施例１と同様にヒートサイクル試験を行った後、ヒー
ターを端子１４が存在する部分で切断し、ヒーターの表
面や抵抗発熱体が形成されている部分を観察した。製造
されたセラミックヒーターの絶縁層及び芯材を構成する
セラミックの組成と特性、並びに、絶縁層と芯材との平
均熱膨張係数の差を下記の表１に示す。また、ヒートサ
イクル試験の結果を同じく下記の表１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 ceramic powder in the green sheet serving as the insulating layer was changed. did. And about the obtained ceramic heater,
After performing the heat cycle test in the same manner as in Example 1, the heater was cut at the portion where the terminal 14 was present, and the surface of the heater and the portion where the resistance heating element was formed were observed. Table 1 below shows the composition and characteristics of the ceramics constituting the insulating layer and the core of the manufactured ceramic heater, and the difference in the average thermal expansion coefficient between the insulating layer and the core. Table 1 below also shows the results of the heat cycle test.
【００３３】比較例１〜２ 絶縁層となるグリーンシート中のセラミック粉末の組成
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。そして、得られたセラミックヒーターについて、
実施例１と同様にヒートサイクル試験を行った後、ヒー
ターを端子１４が存在する部分で切断し、ヒーターの表
面や抵抗発熱体が形成されている部分を観察した。製造
されたセラミックヒーターの絶縁層及び芯材を構成する
セラミックの組成と特性、並びに、絶縁層と芯材との平
均熱膨張係数の差を下記の表１に示す。また、ヒートサ
イクル試験の結果を同じく下記の表１に示す。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 ceramic powder in the green sheet serving as the insulating layer was changed. did. And about the obtained ceramic heater,
After performing the heat cycle test in the same manner as in Example 1, the heater was cut at the portion where the terminal 14 was present, and the surface of the heater and the portion where the resistance heating element was formed were observed. Table 1 below shows the composition and characteristics of the ceramics constituting the insulating layer and the core of the manufactured ceramic heater, and the difference in the average thermal expansion coefficient between the insulating layer and the core. Table 1 below also shows the results of the heat cycle test.
【００３４】[0034]
【表１】 [Table 1]
【００３５】上記表１に示した結果より明らかなよう
に、実施例１〜３に係るセラミックヒーターでは、平均
熱膨張係数の差が１０％以内であり、ヒートサイクル試
験の結果、セラミックヒーターにクラックが発生してい
ないのに対し、比較例１に係るセラミックヒーターは、
絶縁層と芯材との平均熱膨張係数の差が１０％を超えて
おり、両者の平均熱膨張係数の差が大きすぎるため、絶
縁層１２と芯材１２とが剥離しやすくなり、その結果、
ヒーターの抵抗発熱体の近傍にクラックが発生してい
た。また、比較例２に係るセラミックヒーターは、絶縁
層と芯材との平均熱膨張係数の差が０％と差がないた
め、芯材１１の熱膨張に起因して、絶縁層１２と抵抗発
熱体１３とに大きな応力が作用し、ヒーターの端子部分
及び絶縁層にクラックが発生していた。As is clear from the results shown in Table 1 above, in the ceramic heaters according to Examples 1 to 3, the difference in the average thermal expansion coefficient was within 10%. Is not generated, whereas the ceramic heater according to Comparative Example 1 is
The difference in the average thermal expansion coefficient between the insulating layer and the core material exceeds 10%, and the difference in the average thermal expansion coefficient between the two is too large, so that the insulating layer 12 and the core material 12 are easily separated, and as a result, ,
Cracks occurred near the resistance heating element of the heater. Further, in the ceramic heater according to Comparative Example 2, since the difference in the average thermal expansion coefficient between the insulating layer and the core material was not different from 0%, the thermal expansion of the core material 11 caused the insulating layer 12 and the resistance heater to generate heat. A large stress was applied to the body 13 and cracks occurred in the terminal portion of the heater and the insulating layer.
【００３６】[0036]
【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、ヒーターが加熱された際の
芯材外表面の外側への拡張の幅と、絶縁層内表面の外側
への拡張の幅とに大きな差がなく、これらの相違に起因
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, the width of the expansion to the outside of the outer surface of the core material when the heater is heated and the width of the expansion to the outside of the inner surface of the insulating layer. It is possible to provide a ceramic heater having excellent durability, which does not have a large difference with the width of expansion and which does not cause cracks or the like caused by these differences.
【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、Ａ−Ａ線断面図であ
る。FIG. 1A is a perspective view showing a structure of a ceramic heater according to the present invention, and FIG. 1B is a cross-sectional view taken along line AA.
【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、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. 5A 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６】（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. 6A is a perspective view showing a structure of a conventional ceramic heater, and FIG. 6B is a sectional view thereof.
１０ セラミックヒーター １１ 芯材 １２ 絶縁層 １３ 抵抗発熱体 １４ 端子 １５ 切り欠き部 １６ リード線 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Ceramic heater 11 Core material 12 Insulating layer 13 Resistance heating element 14 Terminal 15 Notch 16 Lead wire
フロントページの続き Ｆターム(参考） 3K092 PP16 PP20 QA01 QB02 QB03 QB24 QB45 QB62 QC02 RD09 TT30 VV31 VV35 VV40 4G030 AA07 AA08 AA36 AA37 BA02 BA32 Continued on the front page F term (reference) 3K092 PP16 PP20 QA01 QB02 QB03 QB24 QB45 QB62 QC02 RD09 TT30 VV31 VV35 VV40 4G030 AA07 AA08 AA36 AA37 BA02 BA32
Claims (2)
包するセラミックからなる絶縁層との間に抵抗発熱体が
埋設されたセラミックヒーターであって、前記絶縁層の
室温から１０００℃における平均熱膨張係数は、前記芯
材の室温から１０００℃における平均熱膨張係数よりも
大きく、かつ、前記芯材と前記絶縁層との室温から１０
００℃における平均熱膨張係数の差は、１０％以内であ
ることを特徴とするセラミックヒーター。1. A ceramic heater in which a resistance heating element is embedded between a core material made of ceramic and an insulating layer made of ceramic surrounding the core material, wherein the average temperature of the insulating layer from room temperature to 1000 ° C. The coefficient of thermal expansion is larger than the average coefficient of thermal expansion of the core material from room temperature to 1000 ° C.
A difference in average thermal expansion coefficient at 00 ° C. is within 10%.
るセラミックからなり、前記芯材の室温から１０００℃
における平均熱膨張係数は、５×１０-6〜９×１０-6℃
-1である請求項１記載のセラミックヒーター。2. The core material and the insulating layer are made of a ceramic containing alumina as a main component.
Average thermal expansion coefficient at 5 × 10 −6 to 9 × 10 −6 ° C.
The ceramic heater according to claim 1, which is -1 .
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP27713599A JP2001102155A (en) | 1999-09-29 | 1999-09-29 | Ceramic heater |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP27713599A JP2001102155A (en) | 1999-09-29 | 1999-09-29 | Ceramic heater |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001102155A true JP2001102155A (en) | 2001-04-13 |
Family
ID=17579293
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP27713599A Pending JP2001102155A (en) | 1999-09-29 | 1999-09-29 | Ceramic heater |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2001102155A (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2016081608A (en) * | 2014-10-10 | 2016-05-16 | イビデン株式会社 | Method for manufacturing ceramic heater |
-
1999
- 1999-09-29 JP JP27713599A patent/JP2001102155A/en active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2016081608A (en) * | 2014-10-10 | 2016-05-16 | イビデン株式会社 | Method for manufacturing ceramic heater |
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|---|---|---|---|
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