JP3121860B2 - セラミックヒータ - Google Patents
セラミックヒータInfo
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Description
各種燃焼機器の点火用ヒータに用いられる高温用のセラ
ミックヒータに関するものである。
されるガスや灯油等を用いた給湯器や暖房器等の各種燃
焼機器の点火用ヒータとして、高電圧の火花放電を利用
する放電点火方式の各種点火装置が広く利用されてお
り、最近では小型の各種電子制御装置が搭載されて加熱
時の温度制御や燃焼状態の安定化を図ることが行われて
いる。
火装置は点火時の放電に伴う電波障害により、搭載され
た各種電子制御装置が誤動作する他、周囲の各種通信機
器に雑音を生じたり、また確実な点火という観点からの
信頼性に欠け、未着火の場合の安全性等に問題があっ
た。
かつ確実に点火して安全性を向上させ、耐久性に優れた
信頼性の高い点火用ヒータとして従来の放電点火方式の
各種点火装置に代わって、無機導電材より成る発熱抵抗
体を電気絶縁性セラミック焼結体中に埋設したセラミッ
クヒータが広く利用されるようになってきた。
び高温強度が他のセラミックより著しく優れた窒化珪素
質焼結体や窒化アルミニウム質焼結体等の非酸化物系セ
ラミックをヒータの基体22として使用し、一般にタン
グステン(W)やモリブデン(Mo)等の高融点金属も
しくはこれらの化合物より成る発熱抵抗体23を基体2
2中に埋設したり、前記高融点金属もしくはこれらの化
合物、例えば炭化タングステン(WC)等を主体とする
発熱抵抗体ペーストを前記基体上にパターン印刷した
り、パターン印刷した発熱抵抗体23を埋設して焼成一
体化してなるものが、広く利用されている(特開平2−
75188号公報参照)。
を使用して家庭用のガスや気化した灯油等を点火する場
合には、確実な点火という観点からセラミックヒータの
表面温度は1000℃以上であることが必要であり、と
りわけ、天然ガスを点火する場合や、噴霧された石油等
を点火する場合には前記表面温度は最低1150℃以上
の温度に達していることが必要とされている。
000℃以上に発熱させると、電極取出部27に接続し
た電極金具31が500℃以上もの温度に達してしま
い、前記各種燃焼機器の点火の度に、セラミックヒータ
の電極金具31の接続部は常温と500℃以上もの温度
の繰り返しを受けることとなる。
窒化アルミニウム質焼結体等の非酸化物系セラミックと
電極金具31の熱膨張の差から生じる熱応力により、基
体22の電極取出部27と電極金具31を接続する銀ロ
ウ等の接合材30が剥離したり、電極取出部27のセラ
ミックに亀裂を生じたりしてセラミックヒータに抵抗変
化を生じるか、もしくは断線したりして点火用ヒータと
しての機能を有しなくなるという課題があった。
で、その目的は1000℃以上の高温に発熱させた点火
用ヒータとして長期間の反復使用が可能である耐久性に
優れたセラミックヒータを提供することにある。
タは、電気絶縁性セラミック焼結体から成る板状または
棒状の基体と、該基体中に埋設した無機導電材より成る
発熱抵抗体から成り、該発熱抵抗体が前記基体の一方の
先端部に所定のパターンを形成して成る発熱部と、該発
熱部の両端より延長された2つのリード部と、該リード
部にそれぞれ接続し前記基体の側面に導出して配設した
2つの電極取出部とで構成されるセラミックヒータにお
いて、通電により1000℃以上に発熱する発熱抵抗体
部の単位長さ当たりの抵抗値RH が、電極取出部を除く
1000℃未満の発熱抵抗体部の単位長さ当たりの抵抗
値RL の3倍以上で、かつ前記1000℃以上に発熱す
る発熱抵抗体部と各電極取出部との間の距離lL が15
mm以上であることを特徴とするものである。
づき詳細に説明する。図1は本発明に係るセラミックヒ
ータの斜視図であり、図2は図1のA−A断面の要部の
一部を拡大した図である。
化アルミニウム等の電気絶縁性で耐熱性及び耐熱衝撃性
に優れたセラミック焼結体から成る基体2中に、タング
ステン(W)、モリブデン(Mo)等の高融点金属やタ
ングステンカーバイド(WC)、窒化チタン(TiN)
またはタンタルカーバイド(TaC)等の無機導電材を
主体とする発熱抵抗体3を埋設して成るセラミックヒー
タである。
斜視図である。図3において、セラミックヒータは焼成
後に前記基体2となるセラミック成形体2a上に印刷手
法により発熱抵抗体3aを形成し、発熱抵抗体3aはセ
ラミック成形体2aの先端部に所定のパターン4aより
成る発熱部5と、発熱部5より延長したリード部6と、
リード部6に接続しセラミック成形体2aの側面に導出
した電極取出部7aとを構成し、前記発熱抵抗体3aを
形成したセラミック成形体2a上に、別のセラミック成
形体2bを積層し、加圧焼成して一体化する。その後、
図1及び図2に示すように並行して配設した電極取出部
7を含む側面にメタライズ金属層8を施して、外部リー
ド端子9が電極取出部7に接続するように銀ロウ等の接
合材10を介して電極金具11に接合されている。
末に酸化アルミニウム(Al2 O3 )及び酸化イットリ
ウム(Y2 O3 )粉末を加えて混合粉砕し、得られた原
料粉末にバインダーと溶媒を加えて泥漿を調製し、該泥
漿を噴霧乾燥して造粒した後、該造粒原料をプレス成形
して短冊型の窒化珪素質成形体を得た。
量%にSi3 N4 粉末57重量%及び焼結助剤としてY
2 O3 粉末3重量%を加えて調合した後、バインダー及
び有機溶媒を添加して振動ミルにて72時間混合した
後、乾燥し、次いで溶剤としてテルピネオールを加えて
粘度調整し、TiNを主体とする発熱抵抗体用ペースト
を調整した。
型の窒化珪素質成形体上面にスクリーン印刷法により図
3に示すような評価用抵抗パターン4aを厚膜印刷し、
発熱部5及びリード部6を被着形成した。
値を種々設定する方法として、前記TiNを主体とする
発熱抵抗体用ペースト中のTiNの含有量を40〜80
重量%、Si3 N4 の含有量を16〜56重量%の範囲
で変化させる他、発熱抵抗体用ペーストとしてWCの含
有量を60〜100重量%、Si3 N4 の含有量を0〜
40重量%の範囲で変化させたり、前記TiNを主体と
する発熱抵抗体用ペーストとWCを主体とする発熱抵抗
体用ペーストを重ねて印刷したり、あるいはW線材で前
記リード部6を形成する等、前記他の高融点金属及び無
機導電材を使用しても良い。
出部7aをTiNを主体とする導体ペーストを用いて塗
布形成した後、発熱部5、リード部6、電極取出部7a
を被着形成した短冊型の窒化珪素質成形体2a上に、同
寸法の別の窒化珪素質成形体2bを積層し、加圧焼成に
より一体化した。
焼結体から成る基体2の側面の電極取出部7にTiH4
−Ag−Cuから成るメタライズ金属層8を被着形成
し、外部リード端子9を銀ロウ等の接合材10を介して
電極金具11とともに接合して表1に示す寸法形状の板
状のセラミックヒータ評価用試料を得た。
クヒータの最低温度を1000℃に設定し、電源の電圧
変動から予想されるセラミックヒータ表面の最高発熱温
度が1300℃となるように印加電圧を調節して発熱さ
せ、図4に示すような温度分布を非接触の温度計にて測
定し、1000℃以上に発熱する発熱抵抗体部の長さl
H と電極取出部を除く1000℃未満の発熱抵抗体部の
長さ、即ち1000℃以上に発熱する発熱抵抗体部と電
極取出部との間の距離lL を同定するとともに電極金具
11の表面温度を熱電対で測定した。
発熱する発熱抵抗体部と電極取出部を除く1000℃未
満の発熱抵抗体部の抵抗値は、それぞれ該当個所を切断
し、前記発熱抵抗体部の長さlH 及びlL に該当する発
熱抵抗体の全抵抗値を抵抗計にて測定し、単位長さ当た
りの抵抗値を算出して1000℃以上に発熱する発熱抵
抗体部の単位長さ当たりの抵抗値RH に対する電極取出
部を除く1000℃未満の発熱抵抗体部の単位長さ当た
りの抵抗値RL の倍率を求めた。
に発熱する発熱抵抗体部の長さlH 、1000℃以上に
発熱する発熱抵抗体部と電極取出部との間の距離lL 及
び電極金具の表面温度が同一の別の評価用試料を使用
し、2分間通電して1300℃まで発熱させ、引き続い
て1分間強制的に空気を吹きつけて冷却するという耐久
試験を20000サイクルまで実施し、断線して発熱し
なくなったサイクル数を求めた。以上の結果を表1に示
す。
タ表面の最高発熱温度が1300℃となるように発熱さ
せて、なおかつ電極金具の表面温度が500℃未満とな
るようにするためには、前記1000℃以上に発熱する
発熱抵抗体部と電極取出部との間の距離が15mm以上
で、しかも前記抵抗値の倍率が3倍以上とすることが必
要であることが分かる。
設定可能だが、220V以下の電源電圧で使用すること
を考慮すると、それ以上に設定したセラミックヒータは
実用的でない。
剤としてAl2 O3 及びY2 O3 系について述べたが、
それ以外の焼結助剤を使用しても同様の効果が得られる
ことを確認している。
は電気絶縁性セラミック焼結体から成る基体中に無機導
電材より成る発熱抵抗体を埋設し、該発熱抵抗体が所定
のパターンを形成して成る発熱部と、該発熱部より延長
されたリード部を構成し、該リード部に接続した電極取
出部を有するセラミックヒータにおいて、通電により1
000℃以上に発熱する発熱抵抗体部の単位長さ当たり
の抵抗値RH が、電極取出部を除く1000℃未満の発
熱抵抗体部の単位長さ当たりの抵抗値RL の3倍以上
で、かつ前記1000℃以上に発熱する発熱抵抗体部と
電極取出部との間の距離lL を15mm以上にしたこと
から、1000℃以上の高温に発熱させた点火用ヒータ
として長期間の反復使用が可能である耐久性に優れたセ
ラミックヒータが得られる。
る。
ある。
の状態を示す斜視図である。
上に発熱する発熱抵抗体部の長さlH と電極取出部を除
く1000℃未満の発熱抵抗体部の長さ、即ち1000
℃以上に発熱する発熱抵抗体部と電極取出部との間の距
離lL を同定する説明図である。
長さ lL 1000℃以上に発熱する発熱抵抗体部と
電極取出部との間の距離
Claims (1)
- 【請求項1】電気絶縁性セラミック焼結体から成る板状
または棒状の基体と、該基体中に埋設した無機導電材よ
り成る発熱抵抗体から成り、該発熱抵抗体が前記基体の
一方の先端部に所定のパターンを形成して成る発熱部
と、該発熱部の両端より延長された2つのリード部と、
該リード部にそれぞれ接続し前記基体の側面に導出して
配設した2つの電極取出部とで構成されるセラミックヒ
ータにおいて、通電により1000℃以上に発熱する発
熱抵抗体部の単位長さ当たりの抵抗値RH が、電極取出
部を除く1000℃未満の発熱抵抗体部の単位長さ当た
りの抵抗値RL の3倍以上で、かつ前記1000℃以上
に発熱する発熱抵抗体部と各電極取出部との間の距離l
L が15mm以上であることを特徴とするセラミックヒ
ータ。
Priority Applications (1)
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-
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- 1991-06-06 JP JP03134918A patent/JP3121860B2/ja not_active Expired - Lifetime
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