JP2001267041A - 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、アルミナを主成分
とし、芯材と絶縁層等とからなる基材中に抵抗発熱体を
埋設したセラミックヒーターに関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a ceramic heater having alumina as a main component and a resistance heating element embedded in a base material comprising a 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７（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の端子部
分が絶縁層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. 7A 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 with an adhesive layer 37 interposed therebetween. 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】また、抵抗発熱体３３の端子部分と外部端
子３４とは、図７（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。As shown in FIG. 7B, the terminal portion of the resistance heating element 33 and the external terminal 34 are connected via a through hole 35 provided below the external terminal 34 of the insulating layer 32. I have. 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
て含むアルミナにより構成されており、抵抗発熱体３３
は、Ｗ、Ｍｏ等の高融点金属を主成分とし、これにアル
ミナ、窒化ケイ素、ムライト等のセラミック成分を添加
したものにより構成されている。[0005] Core material 3 constituting the above ceramic heater
1 and the insulating layer 32 are usually made of alumina containing SiO 2 or the like as a sintering aid.
Is composed mainly of a high melting point metal such as W or Mo, and added with a ceramic component such as alumina, silicon nitride or mullite.
【０００６】このような構成のセラミックヒーターは、
芯材３１となるアルミナ粉末を含む円柱形状の生成形体
に、その表面に上記高融点金属を含む導体ペースト層が
形成されたグリーンシートを、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、脱脂、焼成すること
により製造される。[0006] The ceramic heater having such a configuration is as follows.
A green sheet having a conductor paste layer containing a high melting point metal formed on the surface thereof was wound around a cylindrical shaped body containing alumina powder to be the core material 31 with the side on which the conductor paste layer was formed being inside. Thereafter, it is manufactured by degreasing and firing.
【０００７】このセラミックヒーターにおいては、短時
間で目的の温度に到達することや、耐久性に優れること
等、機能的に優れた特性を有することが要求されること
は勿論のこと、最近では、取扱い時の振動等による破損
等を防止する観点から、曲げ強度等の機械的特性に優れ
たものが求められている。The ceramic heater is required to have excellent functional characteristics such as reaching a target temperature in a short time and excellent durability. From the viewpoint of preventing breakage or the like due to vibration or the like during handling, a material having excellent mechanical properties such as bending strength is required.
【０００８】しかしながら、従来は、熱的特性を重視し
ており、曲げ強度等の機械的な特性を余り重視していな
かったため、充分な曲げ強度等を有するセラミックヒー
ターは製造されておらず、これらの特性についての改善
の要請が強かった。However, conventionally, thermal characteristics have been emphasized, and mechanical characteristics such as bending strength have not been emphasized so much. Therefore, ceramic heaters having sufficient bending strength and the like have not been manufactured. There was a strong demand for improvements in the characteristics of.
【０００９】[0009]
【発明が解決しようとする課題】本発明者らは、上記課
題に鑑み、このような構成のセラミックヒーターの機械
的特性を改善することを目的に鋭意研究を重ねた結果、
従来においては、一般的に、整った粒径の粒子から構成
されるセラミックが、曲げ強度等の機械的特性に優れる
と言われていたのに対し、このセラミックヒーターで
は、意外にも、粒子径の異なった粒子が混在している場
合に機械的強度に優れることを見いだし、本発明を完成
するに至った。In view of the above problems, the present inventors have conducted intensive studies with the aim of improving the mechanical characteristics of a ceramic heater having such a structure.
In the past, it was generally said that ceramics composed of particles having a uniform particle size were excellent in mechanical properties such as bending strength. Have been found to be excellent in mechanical strength when different particles are present, and have completed the present invention.
【００１０】[0010]
【課題を解決するための手段】すなわち本発明は、主と
してアルミナからなる基材中に、Ｗ、Ｒｅ及びＭｏから
なる群から選ばれる少なくとも１種を主成分とし、残部
がセラミック成分からなる抵抗発熱体が埋設されてなる
セラミックヒーターであって、上記アルミナからなる基
材の密度率は、９５％以上であり、上記基材を構成する
粒子は、平均粒径が５〜４５μｍの粒子５〜４０重量％
と、平均粒径が０．５〜５μｍの粒子６０〜９５重量％
とからな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。That is, the present invention relates to a resistance heating system comprising, as a main component, at least one selected from the group consisting of W, Re, and Mo in a base material mainly composed of alumina, and the remainder composed of a ceramic component. A ceramic heater having a body embedded therein, wherein the density ratio of the alumina base material is 95% or more, and the particles constituting the base material have particles having an average particle size of 5 to 45 μm. weight%
And 60 to 95% by weight of particles having an average particle size of 0.5 to 5 μm.
It is a ceramic heater characterized by comprising. Hereinafter, the present invention will be described in detail.
【００１１】[0011]
【発明の実施の形態】図１（ａ）は、本発明の製造方法
により製造される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。FIG. 1A is a perspective view schematically showing one example of a ceramic heater manufactured by the manufacturing method of the present invention, and FIG.
FIG. 3 is a sectional view taken along line A.
【００１２】図１に示したように、本発明のセラミック
ヒーター１０においては、アルミナを主成分とする円柱
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のほぼ全体
を覆うようにアルミナを主成分とする絶縁層１２が形成
されている。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 a surface of a cylindrical core material 11 mainly composed of alumina. An insulating layer 12 containing alumina as a main component is formed so as to cover almost all of the terminals 13 and the terminals 14.
【００１３】すなわち、抵抗発熱体１３は、芯材１１と
絶縁層１２とからなる基材中に埋設され、端子１４の一
部が、絶縁層１２の切り欠き部１５において外側に露出
している。そして、この露出した端子１４部分にろう材
を介してリード線１６が接続、固定されている。That is, the resistance heating element 13 is embedded in a base material composed of the core material 11 and the insulating layer 12, and a part of the terminal 14 is exposed outside at the cutout 15 of the insulating layer 12. . The lead wire 16 is connected and fixed to the exposed terminal 14 via a brazing material.
【００１４】本発明のセラミックヒーターは、図１に示
した構成のものに限られず、図７に示したような抵抗発
熱体３３が基材の内部に完全に埋設され、リード線がス
ルーホール等を介して内部の抵抗発熱体と接続されたも
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, but a resistance heating element 33 as shown in FIG. May be connected to the internal resistance heating element via the.
【００１５】上記セラミックヒーター１０における基材
（芯材１１及び絶縁層１２）は、アルミナを主成分とす
るセラミックにより構成されており、上記アルミナから
なる基材の密度率は、９５％以上であり、上記基材を構
成する粒子は、平均粒径が５〜４５μｍの粒子（以下、
粒子Ａともいう）５〜４０重量％と、平均粒径が０．５
〜５μｍの粒子（以下、粒子Ｂともいう）６０〜９５重
量％とからなる。The base material (core material 11 and insulating layer 12) of the ceramic heater 10 is made of a ceramic mainly composed of alumina, and the density ratio of the base material made of alumina is 95% or more. The particles constituting the base material are particles having an average particle size of 5 to 45 μm (hereinafter, referred to as particles).
5 to 40% by weight with an average particle size of 0.5
-5 μm particles (hereinafter also referred to as particles B) in an amount of 60 to 95% by weight.
【００１６】アルミナセラミックのようなセラミック
（焼結体）は、微結晶粒子が集合した多結晶体であり、
具体的には、この焼結体は、微結晶粒子、粒界、粒界析
出物、粒界気泡、粒内析出物等により構成されている。A ceramic (sintered body) such as alumina ceramic is a polycrystalline body in which microcrystalline particles are aggregated.
Specifically, this sintered body is composed of microcrystalline particles, grain boundaries, grain boundary precipitates, grain boundary bubbles, intragranular precipitates, and the like.
【００１７】この焼結体の機械的な特性を決定する要素
としては、多数のものがあり、例えば、粒子の平均粒
径、粒径分布、粒子の形状、粒子の結晶性、粒界気泡の
大きさ、焼結密度、粒界偏析層の特性等がその要素とし
て挙げられるが、なかでも、粒子の平均粒径と密度と
は、焼結体の機械的特性を決定する重要な要素となって
いる。There are many factors that determine the mechanical properties of this sintered body, such as the average particle size of the particles, the particle size distribution, the shape of the particles, the crystallinity of the particles, and the The size, sintering density, characteristics of the grain boundary segregation layer, etc. can be cited as the factors, and among them, the average particle size and density of the particles are important factors that determine the mechanical properties of the sintered body. ing.
【００１８】本発明のセラミックヒーターでは、上記ア
ルミナからなる基材の密度率は、９５％以上と、理論密
度に近く、空隙が少なく、その空隙の大きさも極めて小
さい。空隙は、欠陥の１種と考えられるため、この空隙
が大きいと、機械的な特性が劣化するが、本発明のセラ
ミックヒーターでは、空隙が少なく小さいため、機械的
な特性に優れる。上記密度率は、９５％以上が好まし
い。なお、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。In the ceramic heater of the present invention, the density ratio of the alumina base material is 95% or more, which is close to the theoretical density, the number of voids is small, and the size of the voids is extremely small. The voids are considered to be one type of defect, so if the voids are large, the mechanical properties deteriorate, but the ceramic heater of the present invention has excellent mechanical properties because the voids are small and small. The above density ratio is preferably 95% or more. Note that the density ratio refers to the percentage of the ratio of the density of the actual sintered body to the theoretical density of the ceramic.
【００１９】基材の密度率が９５％未満であると、機械
的な強度が劣化するとともに、開孔が存在する可能性が
高くなり、長期間、このセラミックヒータを使用した場
合には、開孔を介して酸素が焼結体の内部に侵入し、内
部に埋設されている抵抗発熱体１３が酸化されやすくな
る。When the density ratio of the base material is less than 95%, the mechanical strength is deteriorated and the possibility of the presence of holes is increased. Oxygen penetrates into the sintered body through the hole, and the resistance heating element 13 buried inside is easily oxidized.
【００２０】また、本発明のセラミックヒーターでは、
上記アルミナからなる基材を構成する粒子は、粒径が５
〜４５μｍの粒子Ａと、粒径が０．５〜５μｍの粒子Ｂ
とからなり、その粒径は、全体的に小さい。Further, in the ceramic heater of the present invention,
Particles constituting the alumina base material have a particle size of 5
Particle A having a particle size of 0.5 to 5 μm and particle B having a particle size of 0.5 to 5 μm
And its particle size is small overall.
【００２１】通常、焼結密度を上げるためには、焼結を
進行させるために焼結温度を高くする必要があり、焼結
温度を高くしすぎると、成形体を構成するアルミナ粉末
が異常粒成長し、焼結体を構成する粒子の平均粒径が大
きくなりすぎ、粒界の分解又は気泡粒界の閉じ込みが発
生して、機械的特性に劣るようになってしまう。Usually, in order to increase the sintering density, it is necessary to increase the sintering temperature in order to advance the sintering. If the sintering temperature is too high, the alumina powder constituting the compact becomes abnormal. The average particle size of the particles that grow and form the sintered body becomes too large, and the decomposition of the grain boundaries or the confinement of the bubble boundaries occur, resulting in poor mechanical properties.
【００２２】しかしながら、本発明のセラミックヒータ
ーでは、以下のような理由により、焼結温度を余り上げ
る必要がなかったために異常粒成長が抑えられ、相対的
に粒径の大きい粒子Ａであっても、その粒径は５〜４５
μｍと通常のものと比べて小さくなっているのである。However, in the ceramic heater of the present invention, it is not necessary to raise the sintering temperature too much for the following reasons. , Its particle size is 5-45
μm, which is smaller than the normal one.
【００２３】焼結温度を上げる必要がなかったのは、ア
ルミナの原料粉末を選択する際、２種類の粒径分布の異
なる粉末を使用したことによる。すなわち、このような
所定の粒径分布を有する粒径の異なる粉末を使用するこ
とにより、相対的に大きな粒子と相対的に小さな粒子と
がうまく組み合わされ、高密度にパッキングされた成形
体を作製することができ、焼結過程においても、ガラス
相を助剤とすることにより、このような大きな粒子と小
さな粒子とがうまく組み合わされ、更に、小さな粒子の
みの焼結力により高密度パッキングの構造が維持される
結果、高温にすることにより焼結を無理に進行させなく
ても、高密度の焼結体となったものと考えられる。The reason that the sintering temperature did not need to be raised was that two kinds of powders having different particle size distributions were used when selecting the alumina raw material powder. That is, by using powders having different particle sizes having such a predetermined particle size distribution, relatively large particles and relatively small particles are successfully combined to produce a compact that is densely packed. In the sintering process, by using the glass phase as an auxiliary agent, such large particles and small particles are well combined, and furthermore, the sintering force of only small particles allows the structure of high-density packing. As a result, it is considered that a high-density sintered body was obtained even if sintering was not forcibly advanced by increasing the temperature.
【００２４】上記粒子Ａの好ましい平均粒径は、５〜４
５μｍであり、上記粒子Ｂの好ましい平均粒径は、０．
５〜５μｍである。なお、本明細書において、粒径と
は、粒子の（長径＋短径）／２の値をいう。The preferred average particle size of the particles A is 5 to 4
5 μm, and the preferred average particle diameter of the particles B is 0.1 μm.
5 to 5 μm. In the present specification, the particle size refers to a value of (major axis + minor axis) / 2 of the particles.
【００２５】上記粒子Ａと粒子Ｂとの存在量は、粒子Ａ
が５〜４０重量％あり、粒子Ｂ６０〜９５重量％であ
る。粒子Ａ及び粒子Ｂが、上記範囲で存在することによ
り、焼結体が高密度となり、セラミックヒータが機械的
強度に優れるものとなる。上記粒子Ａの好ましい存在量
は、１５〜３５重量％であり、上記粒子Ｂの好ましい存
在量は、６５〜８５重量％である。The abundance of the particles A and B is as follows:
5 to 40% by weight, and the particle B is 60 to 95% by weight. When the particles A and the particles B exist in the above range, the sintered body has a high density, and the ceramic heater has excellent mechanical strength. The preferable amount of the particles A is 15 to 35% by weight, and the preferable amount of the particles B is 65 to 85% by weight.
【００２６】このような構成の本発明のセラミックヒー
ターの曲げ強度は、通常、直径３．６５ｍｍのもので、
平均が１８０〜２００Ｎと優れた曲げ強度を有してい
る。The bending strength of the ceramic heater of the present invention having such a structure is usually one having a diameter of 3.65 mm.
It has excellent bending strength of 180 to 200N on average.
【００２７】抵抗発熱体１３及び端子１４は、Ｗ、Ｒｅ
及びＭｏの高融点金属からなる群から選ばれる少なくと
も１種を主成分とし、残部がセラミック成分からなる。
従って、主成分の高融点金属は、単独で用いられてもよ
く、２種以上が併用されてもよい。また、残部のセラミ
ック成分としては、アルミナ、窒化珪素、ムライト等、
又は、これらの混合物からなるセラミックが挙げられ
る。The resistance heating element 13 and the terminal 14 are W, Re.
And at least one selected from the group consisting of high melting point metals of Mo and Mo, and the remainder is composed of a ceramic component.
Therefore, the high melting point metal as the main component may be used alone, or two or more kinds may be used in combination. The remaining ceramic components include alumina, silicon nitride, mullite, etc.
Alternatively, a ceramic made of a mixture of these may be used.
【００２８】次に、本発明のセラミックヒーターの製造
方法の一例について説明する。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, an example of a method for manufacturing the ceramic heater of the present invention will be described. 2 to 5 are views schematically showing a part of a process of manufacturing the ceramic heater 10, in which (a) is a sectional view,
(B) is a front view.
【００２９】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とを形成し、この導
体ペースト層２３ａ、２３ｂを乾燥させる。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, and the conductor paste layers 23a and 23b are dried.
【００３０】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 when the heater 1 is manufactured, and the portion of the terminal 1 exposed from the notch 15 is formed.
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.
【００３１】導体ペースト層２３ａ、２３ｂは、Ｗ、Ｒ
ｅ及びＭｏの高融点金属からなる群から選ばれる少なく
とも１種とアルミナ等のセラミック成分とバインダー樹
脂と溶剤とを含んでいる。The conductor paste layers 23a and 23b are made of W, R
It contains at least one selected from the group consisting of high melting point metals of e and Mo, a ceramic component such as alumina, a binder resin, and a solvent.
【００３２】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、上記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、アルミナ粉末
とバインダー樹脂と溶剤とを含む絶縁層用のペーストを
重ねて印刷してグリーンシート２４の層を形成し、この
グリーンシート２４の乾燥を行う。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. Then, a paste for an insulating layer containing alumina powder, a binder resin, and a solvent is overlaid and printed to form a layer of the green sheet 24, and the green sheet 24 is dried. At this time, a portion of the conductive paste layer 23b where the notch is formed after firing is formed.
Are not covered with the green sheet 24 and are exposed.
【００３３】グリーンシート２４に含まれているアルミ
ナ粒子は、平均粒径５〜４５μｍのアルミナ粒子５〜４
０重量％と、平均粒径０．５〜５μｍのアルミナ粒子６
０〜９５重量％とが混在するものが好ましく、焼結助剤
は、ＳｉＯ2 を４重量％以下、ＭｇＯを０．５重量％以
下、ＣａＯを１．２重量％以下含有していることが好ま
しい。また、上記アルミナ粒子としては、市販品をセラ
ミック製のボールミルを用いて粉砕したものが好まし
い。The alumina particles contained in the green sheet 24 are alumina particles 5 to 4 having an average particle size of 5 to 45 μm.
0% by weight and alumina particles 6 having an average particle size of 0.5 to 5 μm.
Preferably, the sintering aid contains 4% by weight or less of SiO 2 , 0.5% by weight or less of MgO, and 1.2% by weight or less of CaO. preferable. Further, as the alumina particles, those obtained by pulverizing a commercially available product using a ceramic ball mill are preferable.
【００３４】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.
【００３５】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２６を載置し、生成形体２６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。なお、生成形体２６を構成するアルミナ粒子の平
均粒径や焼結助剤の割合等は、グリーンシートと同様で
あることが望ましい。Subsequently, as a winding step, as shown in FIG. 5, the forming body 26 to be the cylindrical core material 11 is placed on the laminated body 20, and the laminated body 2 is formed around the forming body 26.
By winding 0, a raw material compact for firing is produced. It is desirable that the average particle size of the alumina particles constituting the green compact 26 and the ratio of the sintering aid are the same as those of the green sheet.
【００３６】その後、酸素の存在下、４００〜６００℃
の温度で脱脂を行い、生成形体２６、導体ペースト層２
３ａ、２３ｂ、グリーンシート２４中の有機物を除去
し、続いて、焼成を行ってアルミナ等や高融点金属等を
焼結させることにより、セラミックヒーター１０（図１
参照）を製造する。焼成温度は、１４５０〜１６５０℃
が好ましく、焼成時間は、０．５〜１２時間が好まし
い。Thereafter, in the presence of oxygen, at 400 to 600 ° C.
Degreasing at a temperature of 30 ° C. to form the formed body 26, the conductive paste layer 2
3a, 23b, and the organic material in the green sheet 24 are removed, and subsequently, firing is performed to sinter alumina, a high melting point metal, or the like, thereby forming the ceramic heater 10 (FIG. 1).
See). The firing temperature is 1450-1650 ° C
The firing time is preferably 0.5 to 12 hours.
【００３７】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。By making the formed body 25 hollow, the gas generated during the degreasing step and the baking step can be easily removed, and degreasing and baking can be performed efficiently.
【００３８】得られたセラミックヒーターは、短時間で
目的の温度に到達することや、耐久性に優れること等の
機能的な特性に優れることは勿論、粒径の異なる粒子が
混在し、大きな粒子と小さな粒子とがうまく組み合わさ
れて高密度にパッキングされているため、曲げ強度等の
機械的特性にも優れる。高密度パッキングには、粒度分
布の異なる２成分系が複雑でなくて好ましいが、３成分
系又はそれ以上の粒度もので組み合わせても構わない。The obtained ceramic heater is not only excellent in functional properties such as reaching a target temperature in a short time and excellent in durability, but also has a mixture of particles having different particle diameters. And small particles are well combined and densely packed, so that they have excellent mechanical properties such as bending strength. For high-density packing, a two-component system having a different particle size distribution is preferable because it is not complicated, but a three-component system or a combination having a higher particle size may be used.
【００３９】[0039]
【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.
【００４０】実施例１〜２および比較例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。実施例
１〜２および比較例１においては、焼成温度を変化さ
せ、得られたセラミックヒーターについて、ヒーターと
しての基本的性能についての試験を行うとともに、曲げ
強度の測定を行った。Examples 1 and 2 and Comparative Example 1 Using the method described in the above embodiment, a ceramic heater 10 having the structure shown in FIG. 1 was manufactured. In Examples 1 and 2 and Comparative Example 1, the firing temperature was changed, and the obtained ceramic heater was tested for its basic performance as a heater, and the bending strength was measured.
【００４１】導体ペースト層２３ａ、２３ｂ、２３ｃ中
の導体成分は、Ｗが８０重量％、Ｒｅが１７重量％、ア
ルミナが３重量％からなり、バインダー樹脂としてアク
リル系樹脂、溶剤としてα−テルピネオールを用いた。The conductor components in the conductor paste layers 23a, 23b and 23c are composed of 80% by weight of W, 17% by weight of Re, and 3% by weight of alumina, an acrylic resin as a binder resin, and α-terpineol as a solvent. Using.
【００４２】生成形体２６中のセラミック成分の組成、
アルミナ粉末の平均粒径、乾燥体の密度、及び、成形体
の焼成条件を下記の表１に示した。なお、生成形体２６
のバインダー樹脂としてはメチルセルロースを用い、溶
剤としてはセラミゾールグリセリンを用いた。また、ア
ルミナ粉末は、市販品をジルコニア製のボールミルで粉
砕したものを用いた。The composition of the ceramic component in the green form 26,
Table 1 below shows the average particle size of the alumina powder, the density of the dried body, and the firing conditions of the molded body. Note that the generation feature 26
As the binder resin, methylcellulose was used, and as the solvent, ceramisol glycerin was used. The alumina powder used was obtained by pulverizing a commercially available product using a zirconia ball mill.
【００４３】また、焼成により得られたセラミックヒー
ター１０の芯材の密度率、微結晶粒子の平均粒径、及
び、セラミックヒーターの曲げ強度を、同じく表２に示
した。さらに、実施例１に係るセラミックヒーターの芯
材をカッターで切断し、エッチングを施した後の走査電
子顕微鏡（ＳＥＭ）写真を図６（ａ）及び（ｂ）に示し
た。なお、図６において、（ａ）は、２０００倍のＳＥ
Ｍ写真であり、（ｂ）は、３０００倍のＳＥＭ写真であ
る。Table 2 also shows the density ratio of the core material of the ceramic heater 10 obtained by firing, the average particle size of the microcrystalline particles, and the bending strength of the ceramic heater. Further, FIGS. 6A and 6B show scanning electron microscope (SEM) photographs after the core material of the ceramic heater according to Example 1 was cut with a cutter and etched. In FIG. 6, (a) is a 2000-fold SE.
It is an M photograph and (b) is a 3000 times SEM photograph.
【００４４】[0044]
【表１】 [Table 1]
【００４５】[0045]
【表２】 [Table 2]
【００４６】上記表２に示した結果より明らかなよう
に、実施例１〜２に係るセラミックヒーターでは、前記
アルミナからなる基材の密度率は、９５％以上、基材を
構成する粒子は、平均粒径５〜４５μｍの粒子５〜４０
重量％と、平均粒径０．５〜５μｍの粒子６０〜９５重
量％とが混在しており、曲げ強度が、１８０〜２００Ｎ
と大きかったのに対し、比較例１に係るセラミックヒー
ターでは、粒度分布がこの範囲から外れており、曲げ強
度は、１４５Ｎと小さかった。なお、実施例及び比較例
に係るセラミックヒーターの基本的な性能については、
特に問題なかった。As is clear from the results shown in Table 2 above, in the ceramic heaters according to Examples 1 and 2, the density ratio of the substrate made of alumina was 95% or more, and the particles constituting the substrate were: Particles 5 to 40 having an average particle size of 5 to 45 μm
% By weight and 60 to 95% by weight of particles having an average particle size of 0.5 to 5 μm, and a bending strength of 180 to 200 N
On the other hand, in the ceramic heater according to Comparative Example 1, the particle size distribution was out of this range, and the bending strength was as small as 145N. In addition, about the basic performance of the ceramic heater according to the example and the comparative example,
There was no problem.
【００４７】[0047]
【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、短時間で目的の温度に到達
することや、耐久性に優れること等の機能的な特性に優
れることは勿論、曲げ強度等の機械的特性に優れる。Since the ceramic heater of the present invention is configured as described above, it naturally has excellent functional characteristics such as reaching a target temperature in a short time and having excellent durability. Excellent in mechanical properties such as bending strength.
【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の製造
方法における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 the method for manufacturing a ceramic heater of the present invention,
(B) is a front view.
【図３】（ａ）は、本発明のセラミックヒーターの製造
方法における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 a method for manufacturing a ceramic heater according to the present invention;
(B) is a front view.
【図４】（ａ）は、本発明のセラミックヒーターの製造
方法における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 a method for manufacturing a ceramic heater according to the present invention;
(B) is a front view.
【図５】（ａ）は、本発明のセラミックヒーターの製造
方法における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 a method for manufacturing a ceramic heater of the present invention,
(B) is a front view.
【図６】（ａ）及び（ｂ）は、実施例１に係るセラミッ
クヒーターの芯材のＳＥＭ写真である。FIGS. 6A and 6B are SEM photographs of a core material of the ceramic heater according to Example 1. FIG.
【図７】（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. 7A is a perspective view showing a structure of a conventional ceramic heater, and FIG. 7B 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 PP15 PP16 QA01 QB02 QB03 QB20 QB33 QB45 QB70 QB74 QB76 QC27 QC38 QC62 RA02 RB02 RB05 RB22 VV16 VV31 VV34 Continued on the front page F term (reference) 3K092 PP15 PP16 QA01 QB02 QB03 QB20 QB33 QB45 QB70 QB74 QB76 QC27 QC38 QC62 RA02 RB02 RB05 RB22 VV16 VV31 VV34
Claims (2)
Ｗ、Ｒｅ及びＭｏからなる群から選ばれる少なくとも１
種を主成分とし、残部がセラミック成分からなる抵抗発
熱体が埋設されてなるセラミックヒーターであって、前
記アルミナからなる基材の密度率は、９５％以上であ
り、前記基材を構成する粒子は、平均粒径が５〜４５μ
ｍの粒子５〜４０重量％と、平均粒径が０．５〜５μｍ
の粒子６０〜９５重量％とからなることを特徴とするセ
ラミックヒーター。1. In a substrate mainly composed of alumina,
At least one selected from the group consisting of W, Re and Mo
A ceramic heater in which a resistance heating element comprising a seed as a main component and the remainder comprising a ceramic component is embedded, wherein a density ratio of the alumina base material is 95% or more, and particles forming the base material are provided. Has an average particle size of 5 to 45 μ
5 to 40% by weight of particles having an average particle size of 0.5 to 5 μm
A ceramic heater comprising 60 to 95% by weight of particles of
層とから構成され、前記芯材と前記絶縁層との間に抵抗
発熱体が埋設されている請求項１記載のセラミックヒー
ターの製造方法。2. The substrate according to claim 1, wherein the base material includes a core material and an insulating layer surrounding the core material, and a resistance heating element is buried between the core material and the insulating layer. Manufacturing method of ceramic heater.
Priority Applications (1)
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