JPS6324580A - 金属電極をもつセラミツクヒ−タ - Google Patents
金属電極をもつセラミツクヒ−タInfo
- Publication number
- JPS6324580A JPS6324580A JP61167706A JP16770686A JPS6324580A JP S6324580 A JPS6324580 A JP S6324580A JP 61167706 A JP61167706 A JP 61167706A JP 16770686 A JP16770686 A JP 16770686A JP S6324580 A JPS6324580 A JP S6324580A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- ceramic heater
- electrode
- metal electrode
- ring
- metal
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 title claims description 74
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 title claims description 74
- 239000002184 metal Substances 0.000 title claims description 74
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 claims description 7
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 34
- 238000005219 brazing Methods 0.000 description 17
- 238000004804 winding Methods 0.000 description 9
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 8
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 7
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 7
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 6
- 239000000463 material Substances 0.000 description 6
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 6
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 6
- 229910052581 Si3N4 Inorganic materials 0.000 description 5
- NRTOMJZYCJJWKI-UHFFFAOYSA-N Titanium nitride Chemical compound [Ti]#N NRTOMJZYCJJWKI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 5
- 239000011812 mixed powder Substances 0.000 description 5
- HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N silicon nitride Chemical compound N12[Si]34N5[Si]62N3[Si]51N64 HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N Acetone Chemical compound CC(C)=O CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 4
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000010931 gold Substances 0.000 description 4
- 238000000034 method Methods 0.000 description 4
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 4
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical compound [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 230000035939 shock Effects 0.000 description 4
- 229910000531 Co alloy Inorganic materials 0.000 description 3
- KGWWEXORQXHJJQ-UHFFFAOYSA-N [Fe].[Co].[Ni] Chemical compound [Fe].[Co].[Ni] KGWWEXORQXHJJQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 description 3
- 229910000833 kovar Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 3
- 238000005245 sintering Methods 0.000 description 3
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 3
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000001856 Ethyl cellulose Substances 0.000 description 2
- ZZSNKZQZMQGXPY-UHFFFAOYSA-N Ethyl cellulose Chemical compound CCOCC1OC(OC)C(OCC)C(OCC)C1OC1C(O)C(O)C(OC)C(CO)O1 ZZSNKZQZMQGXPY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000001293 FEMA 3089 Substances 0.000 description 2
- OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N Phosphorus Chemical compound [P] OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 2
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 2
- 229920001249 ethyl cellulose Polymers 0.000 description 2
- 235000019325 ethyl cellulose Nutrition 0.000 description 2
- 238000011835 investigation Methods 0.000 description 2
- 238000005304 joining Methods 0.000 description 2
- WABPQHHGFIMREM-UHFFFAOYSA-N lead(0) Chemical compound [Pb] WABPQHHGFIMREM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910000623 nickel–chromium alloy Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052698 phosphorus Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000011574 phosphorus Substances 0.000 description 2
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000013001 point bending Methods 0.000 description 2
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 2
- 230000001172 regenerating effect Effects 0.000 description 2
- 230000008929 regeneration Effects 0.000 description 2
- 238000011069 regeneration method Methods 0.000 description 2
- 239000002002 slurry Substances 0.000 description 2
- 238000010998 test method Methods 0.000 description 2
- 238000003466 welding Methods 0.000 description 2
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000012298 atmosphere Substances 0.000 description 1
- 229910010293 ceramic material Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000006835 compression Effects 0.000 description 1
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 1
- 230000008602 contraction Effects 0.000 description 1
- 230000008094 contradictory effect Effects 0.000 description 1
- 238000007796 conventional method Methods 0.000 description 1
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 1
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 1
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 1
- 238000010304 firing Methods 0.000 description 1
- 230000020169 heat generation Effects 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000012299 nitrogen atmosphere Substances 0.000 description 1
- 239000003960 organic solvent Substances 0.000 description 1
- 230000002250 progressing effect Effects 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 229920006395 saturated elastomer Polymers 0.000 description 1
- HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N silicon carbide Chemical compound [Si+]#[C-] HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910010271 silicon carbide Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005476 soldering Methods 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 description 1
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 1
- MTPVUVINMAGMJL-UHFFFAOYSA-N trimethyl(1,1,2,2,2-pentafluoroethyl)silane Chemical compound C[Si](C)(C)C(F)(F)C(F)(F)F MTPVUVINMAGMJL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Landscapes
- Processes For Solid Components From Exhaust (AREA)
- Resistance Heating (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
[産業上の利用分野]
本発明は金属電極をもつセラミックヒータに関し、詳し
くはその電極構造の改良に関するものである。
くはその電極構造の改良に関するものである。
本発明のセラミックヒータはディーゼルパテキュレート
捕集用フィルタの再生用ヒータなどに利用することがで
きる。
捕集用フィルタの再生用ヒータなどに利用することがで
きる。
[従来の技術]
セラミックヒータは高い耐熱性及び耐食性を有し、従来
の金属製ヒータでは使用できない苛酷な条件下での用途
開発が盛んに研究されている。例えばディーゼルパテキ
ュレート捕集用フィルタの再生用ヒータには、フィルタ
の広い面を一様に加熱するためにセラミックヒータの使
用が検討されている。
の金属製ヒータでは使用できない苛酷な条件下での用途
開発が盛んに研究されている。例えばディーゼルパテキ
ュレート捕集用フィルタの再生用ヒータには、フィルタ
の広い面を一様に加熱するためにセラミックヒータの使
用が検討されている。
ところでセラミックヒータには通電のために一般に金属
N極が形成される。この電極は第19図から第21図に
示すように、ヒラミックヒータ100の電極部にメタラ
イズ層101を形成し、そのメタライズ層101表面に
金属電極102がロー付けにて取付けられている。そし
て金属電極1o2表面にリード線103が溶接などによ
り固定されるものである。
N極が形成される。この電極は第19図から第21図に
示すように、ヒラミックヒータ100の電極部にメタラ
イズ層101を形成し、そのメタライズ層101表面に
金属電極102がロー付けにて取付けられている。そし
て金属電極1o2表面にリード線103が溶接などによ
り固定されるものである。
[発明が解決しようとする問題点]
上記した従来の金属電極をもつセラミックヒータにおい
ては、金属電極とセラミックヒータの熱膨張率の差によ
り、ロー付は後の冷却時に応力が発生する。即ち、第2
2図に示すように、ロー付は時には金属電極およびセラ
ミックヒータは加熱され、膨張率の差により金属電極は
セラミックヒータよりも大きく膨張する。そしてその状
態でロー付けが行われ冷却されると金属′R極はセラミ
ックヒータよりも収縮率が大きくなり、セラミックヒー
タの表面に引っ張り応力が発生する。そしてこの応力は
冷却後に残留応力となり、その冷却時または通電の繰返
しによるセラミックヒータの冷熱り゛イクルにより、第
21図に示すように金属電極102とセラミックヒータ
100との境界部でクラック200が生じたりするよう
な不具合が発生する場合があった。 ゛ 本発明はこのようなセラミックヒータにおける金属電極
ロー付は時の残留引っ張り応力を′低減し、熱膨張差に
起因するクランク発生を防止し、従って耐久性が格段に
向上したセラミックヒータを提供することを目的とする
。
ては、金属電極とセラミックヒータの熱膨張率の差によ
り、ロー付は後の冷却時に応力が発生する。即ち、第2
2図に示すように、ロー付は時には金属電極およびセラ
ミックヒータは加熱され、膨張率の差により金属電極は
セラミックヒータよりも大きく膨張する。そしてその状
態でロー付けが行われ冷却されると金属′R極はセラミ
ックヒータよりも収縮率が大きくなり、セラミックヒー
タの表面に引っ張り応力が発生する。そしてこの応力は
冷却後に残留応力となり、その冷却時または通電の繰返
しによるセラミックヒータの冷熱り゛イクルにより、第
21図に示すように金属電極102とセラミックヒータ
100との境界部でクラック200が生じたりするよう
な不具合が発生する場合があった。 ゛ 本発明はこのようなセラミックヒータにおける金属電極
ロー付は時の残留引っ張り応力を′低減し、熱膨張差に
起因するクランク発生を防止し、従って耐久性が格段に
向上したセラミックヒータを提供することを目的とする
。
[問題点を解決するための手段]
セラミックヒータと金属′M1極の熱膨張差によるロー
付は後の残留引っ張り応力は、金属電極とセラミックヒ
ータとの接合面積を小さくすることにより低量すること
ができる。しかしながら接合面積を小さくすることは通
電のための接触面積が小さくなることであり、接合部に
おける抵抗が上昇して接合部での発熱劣化が進むという
不具合がある。また接合強度も小さくなってしまう。
付は後の残留引っ張り応力は、金属電極とセラミックヒ
ータとの接合面積を小さくすることにより低量すること
ができる。しかしながら接合面積を小さくすることは通
電のための接触面積が小さくなることであり、接合部に
おける抵抗が上昇して接合部での発熱劣化が進むという
不具合がある。また接合強度も小さくなってしまう。
このように相矛盾する関係を解決する本発明の金属電極
をもつセラミックヒータは、セラミック製ヒータ本体の
電極部にメタライズ層を介してロー付けされた金属電極
をもつセラミックヒータにおいて、 前記電極部は突状であり、前記メタライズ層は該突状の
?l!極部の外周面に一体的に形成された該外周面を一
周するリング状であり、前記金属電極は前記メタライズ
層上にロー付けされた巾が1〜10mmのリング状接合
部をもつことを特徴とする。
をもつセラミックヒータは、セラミック製ヒータ本体の
電極部にメタライズ層を介してロー付けされた金属電極
をもつセラミックヒータにおいて、 前記電極部は突状であり、前記メタライズ層は該突状の
?l!極部の外周面に一体的に形成された該外周面を一
周するリング状であり、前記金属電極は前記メタライズ
層上にロー付けされた巾が1〜10mmのリング状接合
部をもつことを特徴とする。
セラミックヒータ本体は通電により発熱する抵抗値を有
するセラミックから形成されたものであり、窒化珪素と
窒化チタン、炭化珪素と炭化チタンなどのセラミック材
料から従来と同様に形成することができる。なおその形
状は特に制限されないが一般には板状、棒状などとされ
る。
するセラミックから形成されたものであり、窒化珪素と
窒化チタン、炭化珪素と炭化チタンなどのセラミック材
料から従来と同様に形成することができる。なおその形
状は特に制限されないが一般には板状、棒状などとされ
る。
メタライズ層はセラミックヒータ本体の電極部に形成さ
れ、金属[iとセラミックヒータ本体との間に介在して
金属電極のロー付けを可能とし、かつ電気的導通性を良
好とするためのものである。
れ、金属[iとセラミックヒータ本体との間に介在して
金属電極のロー付けを可能とし、かつ電気的導通性を良
好とするためのものである。
このメタライズ層は従来と同様に導電性金属粉末などを
バインダーとともに塗布し、焼結することにより形成す
ることができる。一般にはその厚さは20μm程度であ
る。
バインダーとともに塗布し、焼結することにより形成す
ることができる。一般にはその厚さは20μm程度であ
る。
金Ii!1itiはコバール(鉄−ニッケルーコバルト
合金〉、ステンレス、ニッケル、銅などの導電性に優れ
た金属から形成され、従来と同様にメタライズ層にロー
付けされてセラミックヒータ本体と結合される。
合金〉、ステンレス、ニッケル、銅などの導電性に優れ
た金属から形成され、従来と同様にメタライズ層にロー
付けされてセラミックヒータ本体と結合される。
本発明の最大の特徴はこの電極部の形状にある。
セラミック製ヒータ本体の電極部は突状をなし、その突
状にリング状のメタライズ層が形成され、かつ金属電極
はそのメタライズ層上にロー付けされたリング状接合部
をもつところに最大の¥f徴を有する。
状にリング状のメタライズ層が形成され、かつ金属電極
はそのメタライズ層上にロー付けされたリング状接合部
をもつところに最大の¥f徴を有する。
即ち、電極部では金属電極が突状のセラミックヒータ電
極部を取囲んだ構造となっている。従ってロー付は後の
冷却時には、金属電極のリング状接合部は電極部を締付
けるように作用し、電極部には周表面から中心へ向う圧
縮応力が動く。そして一般にセラミックの破壊強度は引
っ張り応力に比べ圧縮応力には数倍強いので、リング状
接合部からの圧縮応力には充分耐えることが可能となる
。
極部を取囲んだ構造となっている。従ってロー付は後の
冷却時には、金属電極のリング状接合部は電極部を締付
けるように作用し、電極部には周表面から中心へ向う圧
縮応力が動く。そして一般にセラミックの破壊強度は引
っ張り応力に比べ圧縮応力には数倍強いので、リング状
接合部からの圧縮応力には充分耐えることが可能となる
。
また、金属電極の収縮による応力のうちリング状接合部
の周方向の応力は圧縮応力に変換されてセラミック本体
に伝わるか、リング状接合部の軸方向の応力はそのまま
引っ張り応力としてセラミック本体に作用する。
の周方向の応力は圧縮応力に変換されてセラミック本体
に伝わるか、リング状接合部の軸方向の応力はそのまま
引っ張り応力としてセラミック本体に作用する。
そこで本発明者等はこの電極構造の最適形状を求めるた
めに、第11図に示すような試験片を各種作製し、試験
を行なった結果最適な形状を見出した。以下この試験に
ついて説明する。
めに、第11図に示すような試験片を各種作製し、試験
を行なった結果最適な形状を見出した。以下この試験に
ついて説明する。
第11図に示すように円柱形状のセラミックヒータ30
0にメタライズJII301を形成し、そのメタライズ
層301表面にリング状の金属電極302の内周表面全
面をロー付けして試験片とした。
0にメタライズJII301を形成し、そのメタライズ
層301表面にリング状の金属電極302の内周表面全
面をロー付けして試験片とした。
この試験片の製造方法を具体的に説明する。
平均粒径0.8μの窒化珪素、平均粒径0.5μの窒化
チタンの所要量を秤量し、窒化珪素41mo1%、窒化
チタン55.4mo1%の組成の混合粉末を調整した。
チタンの所要量を秤量し、窒化珪素41mo1%、窒化
チタン55.4mo1%の組成の混合粉末を調整した。
なおこの混合粉末にはMIIJA I 2042.
2mo I %、Y2O31,4m。
2mo I %、Y2O31,4m。
1%の焼結助剤が混合されている。
この混合粉末を溶媒としての有礪溶剤およびバインダー
とともに混合し、スラリーを形成し、収縮率を考慮して
必要1法の円柱形状に成形後、360℃で脱脂し、その
後1750℃で4時間窒素雰囲気中にて焼成を行った。
とともに混合し、スラリーを形成し、収縮率を考慮して
必要1法の円柱形状に成形後、360℃で脱脂し、その
後1750℃で4時間窒素雰囲気中にて焼成を行った。
その後焼結体の表面を研磨し、第11図に示すセラミッ
クヒータ300を製造した。
クヒータ300を製造した。
このセラミックヒータ300をアセトンにて脱脂洗浄を
行った。次に白金25mo1%、ニッケルークロム合金
(N 110r−83/17)62mo1%、リン17
mo 1%を秤量し、3重日%のエチルセルロースが溶
解されたテレピン油に混合してペーストを得た。そして
このペーストをセラミックヒータ300の一部周囲に塗
布して乾燥させ、5X10−4Torrの真空中にて1
175℃で10分間熱処理を行ってメタライズ層301
を形成した。
行った。次に白金25mo1%、ニッケルークロム合金
(N 110r−83/17)62mo1%、リン17
mo 1%を秤量し、3重日%のエチルセルロースが溶
解されたテレピン油に混合してペーストを得た。そして
このペーストをセラミックヒータ300の一部周囲に塗
布して乾燥させ、5X10−4Torrの真空中にて1
175℃で10分間熱処理を行ってメタライズ層301
を形成した。
次にコバール(鉄−ニッケルーコバルト合金)からリン
グ状に形成された金属電極302をセラミックヒータ3
00に嵌め込み、金属電極302とメタライズ層301
との間のクリアランス(0゜2nu++)にニッケルO
−4(BN 1−3)を挿入した。その後、5X10−
4Torrの真空下で1050〜1100℃で10分間
熱処理して金属層tfA302の内周表面全面をメタラ
イズ層301表面にリング状にロー付けした。
グ状に形成された金属電極302をセラミックヒータ3
00に嵌め込み、金属電極302とメタライズ層301
との間のクリアランス(0゜2nu++)にニッケルO
−4(BN 1−3)を挿入した。その後、5X10−
4Torrの真空下で1050〜1100℃で10分間
熱処理して金属層tfA302の内周表面全面をメタラ
イズ層301表面にリング状にロー付けした。
そしてセラミックヒータ300の径(A)、リング状金
属電極302の厚さくB)及び金属電極302の巾(C
)の値を各種変更し、それぞれの試験片について接合性
、耐久性の評価を行った。
属電極302の厚さくB)及び金属電極302の巾(C
)の値を各種変更し、それぞれの試験片について接合性
、耐久性の評価を行った。
その結果を第1表に示す。
なお試験は接合された試験片の初期接合性および耐久性
をみるため、接合直後および耐熱衝撃試験、耐酸化試験
後の2つの条件下で外観調査、断面調査および曲げ強度
測定を行った。ここで外観の調査は目視で表面の状態を
観察した。また断面調査は接合部を各種方向に切断して
クラックの有無を顕微鏡観察した。またクラックなどに
よる素子強度劣化の状態を数値化するために、第12図
に示すように試験片を配置して4点曲げ試験(クロスヘ
ッドスピードQ、5mm/分)を行い、その曲げ強度に
より劣化度を評価した。
をみるため、接合直後および耐熱衝撃試験、耐酸化試験
後の2つの条件下で外観調査、断面調査および曲げ強度
測定を行った。ここで外観の調査は目視で表面の状態を
観察した。また断面調査は接合部を各種方向に切断して
クラックの有無を顕微鏡観察した。またクラックなどに
よる素子強度劣化の状態を数値化するために、第12図
に示すように試験片を配置して4点曲げ試験(クロスヘ
ッドスピードQ、5mm/分)を行い、その曲げ強度に
より劣化度を評価した。
また耐熱衝撃、耐酸化試験後の調査としては、800℃
の炉内と室温の炉外とを120秒周期で往復さゼ、10
0時間(3000サイクル)後の劣化程度を接合直後と
同様の方法で調査した。
の炉内と室温の炉外とを120秒周期で往復さゼ、10
0時間(3000サイクル)後の劣化程度を接合直後と
同様の方法で調査した。
第1表の試験片No、1〜N0.6の結果より明らかに
、金属電極(リング状接合部)の巾(C)が長くなると
ロー付は後の発生応力が増加し、それにつれて劣化が進
んでいる。そしてその1】が10.511IIIlとな
るとセラミックヒータの金属電極との境界部分からクラ
ックが発生している。またその巾が0.5IllIIl
より小さくなるとロー付は後に電極の変形が生じていた
。そしてこれらのサンプルNo、1〜N0.6における
耐熱衝撃、耐酸化試験後の結果はNo、1〜N0.5は
強度劣化がほとんど起きていないのに対し、No、6で
は亀裂が進行し大きな強度減少が見られた。またNo。
、金属電極(リング状接合部)の巾(C)が長くなると
ロー付は後の発生応力が増加し、それにつれて劣化が進
んでいる。そしてその1】が10.511IIIlとな
るとセラミックヒータの金属電極との境界部分からクラ
ックが発生している。またその巾が0.5IllIIl
より小さくなるとロー付は後に電極の変形が生じていた
。そしてこれらのサンプルNo、1〜N0.6における
耐熱衝撃、耐酸化試験後の結果はNo、1〜N0.5は
強度劣化がほとんど起きていないのに対し、No、6で
は亀裂が進行し大きな強度減少が見られた。またNo。
1の試験片では電極内部まで酸化が進行し電極の著しい
劣化がみられた。従って金属電極(リング状接合部)の
巾(C)は1〜1011111が適当でありその値がこ
の範囲にあれば良好な接合状態が得られる。
劣化がみられた。従って金属電極(リング状接合部)の
巾(C)は1〜1011111が適当でありその値がこ
の範囲にあれば良好な接合状態が得られる。
試験片N0.7〜N0.11の結果は金属電極の厚さく
B)を変化させて試験を行った結果である。なおこのと
き金属電極(リング状接合部)の巾は前記により決定さ
れた範囲の311111とした。その結果電極の厚さB
は素子強度の劣化にはほとんど影響を与えず良好な接合
強度が得られた。但しNo、7の試験片では電極がQ、
5a+mと博すきるために、ロー材によって電極金属が
変質している状態が観察された。そして耐熱衝撃、耐酸
化試験後、電極内部までの酸化が進行し、電極の劣化が
著しかった。従って電極の厚さくB)は111以上であ
ることが望ましい。
B)を変化させて試験を行った結果である。なおこのと
き金属電極(リング状接合部)の巾は前記により決定さ
れた範囲の311111とした。その結果電極の厚さB
は素子強度の劣化にはほとんど影響を与えず良好な接合
強度が得られた。但しNo、7の試験片では電極がQ、
5a+mと博すきるために、ロー材によって電極金属が
変質している状態が観察された。そして耐熱衝撃、耐酸
化試験後、電極内部までの酸化が進行し、電極の劣化が
著しかった。従って電極の厚さくB)は111以上であ
ることが望ましい。
No、12〜N0.17はセラミックヒータの電極部の
径(A)を変化させて試験を行った結果である。その結
果外観、断面調査は接合直後、耐久試験後のいずれも良
好であった。ところが曲げ試験において径が1ml1l
のNo、12の試験片では、耐久試験後の曲げ試験の結
果が著しく低下している。これはロー材は後表面に発生
する微小クラックの影響が径が小さいために大きく出た
ものと推定される。従って突状の電極部の径(A)は1
゜5111以上とすることが望ましい。なおこの試験で
は径(A)が大きくなると強度も増加しているが、径が
4mm程度でほぼ飽和していた。
径(A)を変化させて試験を行った結果である。その結
果外観、断面調査は接合直後、耐久試験後のいずれも良
好であった。ところが曲げ試験において径が1ml1l
のNo、12の試験片では、耐久試験後の曲げ試験の結
果が著しく低下している。これはロー材は後表面に発生
する微小クラックの影響が径が小さいために大きく出た
ものと推定される。従って突状の電極部の径(A)は1
゜5111以上とすることが望ましい。なおこの試験で
は径(A)が大きくなると強度も増加しているが、径が
4mm程度でほぼ飽和していた。
本試験は円柱状の電極部について行ったが、第13図に
示すような四角柱状の電極部の場合には、電極部断面の
四角形の短辺寸法A′が前記円柱状の電極部の径(A)
に相当し、最も薄い部分の厚さB−が前記厚さく8)に
相当する。巾Cは円柱の場合と同様である。そしてこれ
らの寸法条件が先に決められた条件に合致すれば良好な
接合を得ることができる。
示すような四角柱状の電極部の場合には、電極部断面の
四角形の短辺寸法A′が前記円柱状の電極部の径(A)
に相当し、最も薄い部分の厚さB−が前記厚さく8)に
相当する。巾Cは円柱の場合と同様である。そしてこれ
らの寸法条件が先に決められた条件に合致すれば良好な
接合を得ることができる。
金属電極は電極部に1個のみ設けることもできるが、通
1[流の大きいヒータで特に通電面積が広く必要な場合
には、第14図、第15図に示すように1つの電極部に
複数の金US電極400を設けることもできる。しかし
ながらこの場合多金属′Fi極の間隔が電極部に及ぼす
影響が考えられる。
1[流の大きいヒータで特に通電面積が広く必要な場合
には、第14図、第15図に示すように1つの電極部に
複数の金US電極400を設けることもできる。しかし
ながらこの場合多金属′Fi極の間隔が電極部に及ぼす
影響が考えられる。
そこで本発明者等は最適な接合間隔を調べるために、径
Aが3mmの円柱状セラミックヒータに厚さBが11、
巾Cが3mm及び10III11の金属’lIIを2個
用い、それぞれの金属電極の間隔Sを変化させて一合し
た試験片について第1表の試験と同様の試験を行い結果
を第2表に示す。なおこの場合曲げ試験は第16図に示
す4点曲げ試験(クロスヘッドスピード0.51111
/分)で行った。
Aが3mmの円柱状セラミックヒータに厚さBが11、
巾Cが3mm及び10III11の金属’lIIを2個
用い、それぞれの金属電極の間隔Sを変化させて一合し
た試験片について第1表の試験と同様の試験を行い結果
を第2表に示す。なおこの場合曲げ試験は第16図に示
す4点曲げ試験(クロスヘッドスピード0.51111
/分)で行った。
試験片N0.18、No、21の結果によれば、2つの
電極の間隔(S)が1111mより小さくなるとクラッ
クが発生したり、耐久試験後の強度が著しく劣化するよ
うになることが明らかである。従って複数個の電極を設
ける場合には間隔を1ffiI11以上あけることが望
ましい。
電極の間隔(S)が1111mより小さくなるとクラッ
クが発生したり、耐久試験後の強度が著しく劣化するよ
うになることが明らかである。従って複数個の電極を設
ける場合には間隔を1ffiI11以上あけることが望
ましい。
なおこのように複数個電極を形成するには、第17図お
よび第18図に示すようにワイヤ状の金属電極を螺旋状
に巻きつけて形成することもてき5る。この場合、第1
7図のように密に巻きつけた場合は巻線中C″がリング
状接合部の巾Cに略対応するので、1〜10IIIIと
するのが望ましく、第18図のように間隔をあけて巻き
つけた場合にはその間隔S−を1mm以上とするのが望
ましい。なおこの場合は全体の巻き線中C11は制限さ
れないが、巻き線の径B IIは1111III以上と
するのが望ましい。
よび第18図に示すようにワイヤ状の金属電極を螺旋状
に巻きつけて形成することもてき5る。この場合、第1
7図のように密に巻きつけた場合は巻線中C″がリング
状接合部の巾Cに略対応するので、1〜10IIIIと
するのが望ましく、第18図のように間隔をあけて巻き
つけた場合にはその間隔S−を1mm以上とするのが望
ましい。なおこの場合は全体の巻き線中C11は制限さ
れないが、巻き線の径B IIは1111III以上と
するのが望ましい。
[作用1
本発明の金属電極をもつセラミックヒータでは、セラミ
ックヒータ本体の電極部は突状であり、その電極部に設
けられたリング状のメタライズ層上に金属電極が巾が1
〜10111111となるようにリング状にロー材は接
合されたリング状接合部をもつ。
ックヒータ本体の電極部は突状であり、その電極部に設
けられたリング状のメタライズ層上に金属電極が巾が1
〜10111111となるようにリング状にロー材は接
合されたリング状接合部をもつ。
従って電極部では突状の金側周面を接合に利用しており
、突状の中心に対して対称的な構造となっている。この
ためリング状接合部の径方向に働(応力は圧縮応力であ
り、セラミックヒータは圧縮による強度に優れているた
めにクラックが防止される。また電極部には軸方向に引
っ張り応力が勤くことになる。しかしながらリング状接
合部の巾を1〜10mmとすれば生じる引っ張り応力は
わずかである。従って本発明の金属電極をもつセラミッ
クヒータでは従来の電極構造に比べ残留引っ張り応力が
格段に低くなる。
、突状の中心に対して対称的な構造となっている。この
ためリング状接合部の径方向に働(応力は圧縮応力であ
り、セラミックヒータは圧縮による強度に優れているた
めにクラックが防止される。また電極部には軸方向に引
っ張り応力が勤くことになる。しかしながらリング状接
合部の巾を1〜10mmとすれば生じる引っ張り応力は
わずかである。従って本発明の金属電極をもつセラミッ
クヒータでは従来の電極構造に比べ残留引っ張り応力が
格段に低くなる。
[発明の効果]
即ち、本発明の金属電極をもつセラミックヒータによれ
ば、金属電極ロー材は時に発生する残留応力が従来に比
べて著しく小さいために、ロー付は時のクラックの発生
および通電時の冷熱サイクルにおけるクラックの発生を
防止することができ、セラミックヒータの耐久性を格段
に向上させることができる。
ば、金属電極ロー材は時に発生する残留応力が従来に比
べて著しく小さいために、ロー付は時のクラックの発生
および通電時の冷熱サイクルにおけるクラックの発生を
防止することができ、セラミックヒータの耐久性を格段
に向上させることができる。
[実施例]
(実施例1)
平均粒径0.8μの窒化珪素、平均粒径0.5μの窒化
チタンの所要間を秤量し、窒化珪素41mo1%、窒化
チタン55.4mo1%の組成の混合粉末を調整した。
チタンの所要間を秤量し、窒化珪素41mo1%、窒化
チタン55.4mo1%の組成の混合粉末を調整した。
なおこの混合粉末にはMgAlzO42,2mo1%、
YtOa 1.4m。
YtOa 1.4m。
1%の焼結助剤が混合されている。
この混合粉末を溶媒としての有機溶剤およびバインダー
とともに混合し、スラリーを形成してシート成形を行っ
た。次にこのシートを必要な厚さにラミネートし、収縮
率を考慮して必要寸法に成形後、360℃で脱脂し、そ
の後1750℃で4時間窒素雰囲気中にて焼成を行った
。その後焼結体の表面を研磨し、第1図に示す板状セラ
ミックヒータ本体1を製造した。
とともに混合し、スラリーを形成してシート成形を行っ
た。次にこのシートを必要な厚さにラミネートし、収縮
率を考慮して必要寸法に成形後、360℃で脱脂し、そ
の後1750℃で4時間窒素雰囲気中にて焼成を行った
。その後焼結体の表面を研磨し、第1図に示す板状セラ
ミックヒータ本体1を製造した。
得られたセラミックヒータ本体1には両端部に突状の電
極部11が形成されている。このセラミックヒータ本体
1の電極部11を中心にアセトンにて脱脂洗浄を行った
。次に白金25m0I%、ニッケルークロム合金(N
l/Cr−83/17)62mO1%、リン17mo
1%を秤■し、3重量%のエチルセルロースが溶解され
たテレピン油に混合してペーストを得た。そしてこのペ
ーストを電極部11の周囲に塗布して乾燥させ、5×1
0−41”orrの真空中にて1175℃で10分間熱
処理を行ってメタライズ層2を形成した。
極部11が形成されている。このセラミックヒータ本体
1の電極部11を中心にアセトンにて脱脂洗浄を行った
。次に白金25m0I%、ニッケルークロム合金(N
l/Cr−83/17)62mO1%、リン17mo
1%を秤■し、3重量%のエチルセルロースが溶解され
たテレピン油に混合してペーストを得た。そしてこのペ
ーストを電極部11の周囲に塗布して乾燥させ、5×1
0−41”orrの真空中にて1175℃で10分間熱
処理を行ってメタライズ層2を形成した。
次にコバール(鉄−ニッケルーコバルト合金)から円筒
状に形成された金属電極3を電極部11に嵌め込み、金
属電極3と電極部11との間のクリアランス(0,2n
+m)にニッケルロー4 (BNi−3)を挿入した。
状に形成された金属電極3を電極部11に嵌め込み、金
属電極3と電極部11との間のクリアランス(0,2n
+m)にニッケルロー4 (BNi−3)を挿入した。
その後、5X10−4TOrrの真空下で1050〜1
100℃F10分間熱処理して金属電8i3の内周表面
全面をメタライズ層2表面にリング状にロー付けして本
実施例のセラミックヒータを形成した。即ち金属N極3
の内周全面がリング状接合部を構成している。
100℃F10分間熱処理して金属電8i3の内周表面
全面をメタライズ層2表面にリング状にロー付けして本
実施例のセラミックヒータを形成した。即ち金属N極3
の内周全面がリング状接合部を構成している。
なおこのセラミックヒータは、リード線5を金a電極3
に溶接などで接合することにより使用に供することがで
きる。
に溶接などで接合することにより使用に供することがで
きる。
得られた本実施例の金属電極をもつセラミックヒータは
、N極部11の径が3 mm、金属電極3の厚さ11I
I11および金属電極の巾は3mmであり、本発明者等
が鋭意研究の結果水められた最適な形状に合致している
。従って本実施例のセラミックヒータはロー付は後およ
び通電時の冷熱サイクル後のクラックが発生せず、耐久
性に優れている。
、N極部11の径が3 mm、金属電極3の厚さ11I
I11および金属電極の巾は3mmであり、本発明者等
が鋭意研究の結果水められた最適な形状に合致している
。従って本実施例のセラミックヒータはロー付は後およ
び通電時の冷熱サイクル後のクラックが発生せず、耐久
性に優れている。
(実施例2)
第4図〜第6図に本発明の第2の実施例のセラミックヒ
ータを示す。このセラミックヒータはディーゼルパテキ
ュレート捕集用フィルタの再生用ヒータであり、セラミ
ックヒータ本体6は実施例1と同様の材料から構成され
ている。そして平板状の電極部61には四角リング状の
金a電極7の全内周表面がメタライズ層状にロー付けさ
れている。なお電極部61の厚さは3mm、金属電極7
の厚さは11I111金属電楊7の巾は3n+mであり
良好に亀裂の発生を防止している。
ータを示す。このセラミックヒータはディーゼルパテキ
ュレート捕集用フィルタの再生用ヒータであり、セラミ
ックヒータ本体6は実施例1と同様の材料から構成され
ている。そして平板状の電極部61には四角リング状の
金a電極7の全内周表面がメタライズ層状にロー付けさ
れている。なお電極部61の厚さは3mm、金属電極7
の厚さは11I111金属電楊7の巾は3n+mであり
良好に亀裂の発生を防止している。
(実施IM3)
第7図〜第9図に本発明の第3の実施例のセラミックヒ
ータを示す。本実施例では直径11ワイヤ状の金属巻線
81を中3〜4II1mとなるように密に巻きつけて金
属電極8を形成したこと以外は実施例1と同様である。
ータを示す。本実施例では直径11ワイヤ状の金属巻線
81を中3〜4II1mとなるように密に巻きつけて金
属電極8を形成したこと以外は実施例1と同様である。
本実施例では第9図に示すように、金属巻線81とメタ
ライズ層9の間および金属巻線81どうしの隙間にロー
材1oが介在し、その部分における引っ張り応力を緩和
する役割を果たしている。従って実施例1の場合に比べ
一層耐久性に優れている。
ライズ層9の間および金属巻線81どうしの隙間にロー
材1oが介在し、その部分における引っ張り応力を緩和
する役割を果たしている。従って実施例1の場合に比べ
一層耐久性に優れている。
(実施例4)
第1C図に実施例2と同様のディーゼルパテキュレート
捕集用フィルタの再生用ヒータの電極部に直径l mm
のワイヤ状金属電極を巻きつけた例を示す。本実施例も
実施例2と同様に良好にクラックの発生を防止し耐久性
が良好である。
捕集用フィルタの再生用ヒータの電極部に直径l mm
のワイヤ状金属電極を巻きつけた例を示す。本実施例も
実施例2と同様に良好にクラックの発生を防止し耐久性
が良好である。
第1図〜第3図は本発明の1実施例のセラミックヒータ
を示し、第1図はその平面図、第2図はその正面図、第
3図は第1図のA−A矢視断面図である。第4図〜第6
図は本発明の第2の実施例のセラミックヒータを示し、
第4図はその全体平面図、第5図は電極部の要部拡大平
面図、第6図は電極部の要部拡大側面図である。第7図
〜第9図は本発明の第3の実施例のセラミックヒータを
示し、第7図はその平面図、第8図はその正面図、第9
図は第7図のB−8矢視断面図である。第10図は本発
明の第4の実施例のセラミックヒ〜りの平面図である。 第11図は本発明のセラミックヒータの電極部の形状を
決定するのに用いた試験片の斜視図であり、第12図は
曲げ試験の方法を説明する説明図である。第13図は電
極構造の他の態様を示す斜視図である。第14図、第1
5図は本発明のセラミックヒータの他の態様を示し、第
14図はセラミックヒータの平面図、第15図はセラミ
ックヒータの正面図である。第16図は曲げ試験の方法
を示す説明図である。第17図および第18図は電極部
の他の態様を示す斜視図である。第19図〜第22図は
従来のセラミックヒータに係わる図であり、第19図は
その要部平面図、第2o図はその要部正面図、第21図
は第19図の拡大C−C断面図、第22図は引っ張り応
力が生じるのを示す説明図である。 1.6.300・・・セラミックヒータ本体2.9.3
01・・・メタライズ層 3、ア、8.302・・・金属電極 11.61・・・電極部 第3図 第7図 第11図 第16図 第17図
を示し、第1図はその平面図、第2図はその正面図、第
3図は第1図のA−A矢視断面図である。第4図〜第6
図は本発明の第2の実施例のセラミックヒータを示し、
第4図はその全体平面図、第5図は電極部の要部拡大平
面図、第6図は電極部の要部拡大側面図である。第7図
〜第9図は本発明の第3の実施例のセラミックヒータを
示し、第7図はその平面図、第8図はその正面図、第9
図は第7図のB−8矢視断面図である。第10図は本発
明の第4の実施例のセラミックヒ〜りの平面図である。 第11図は本発明のセラミックヒータの電極部の形状を
決定するのに用いた試験片の斜視図であり、第12図は
曲げ試験の方法を説明する説明図である。第13図は電
極構造の他の態様を示す斜視図である。第14図、第1
5図は本発明のセラミックヒータの他の態様を示し、第
14図はセラミックヒータの平面図、第15図はセラミ
ックヒータの正面図である。第16図は曲げ試験の方法
を示す説明図である。第17図および第18図は電極部
の他の態様を示す斜視図である。第19図〜第22図は
従来のセラミックヒータに係わる図であり、第19図は
その要部平面図、第2o図はその要部正面図、第21図
は第19図の拡大C−C断面図、第22図は引っ張り応
力が生じるのを示す説明図である。 1.6.300・・・セラミックヒータ本体2.9.3
01・・・メタライズ層 3、ア、8.302・・・金属電極 11.61・・・電極部 第3図 第7図 第11図 第16図 第17図
Claims (4)
- (1)セラミック製ヒータ本体の電極部にメタライズ層
を介してロー付けされた金属電極をもつセラミックヒー
タにおいて、 前記電極部は突状であり、前記メタライズ層は該突状の
電極部の外周面に一体的に形成された外周面を一周する
リング状であり、前記金属電極は前記メタライズ層上に
ロー付けされた巾が1〜10mmのリング状接合部をも
つことを特徴とする金属電極をもつセラミックヒータ。 - (2)突状の電極部の最も薄い肉厚部分は1mm以上で
あり、金属電極のリング状接合部の肉厚は1.0mm以
上である特許請求の範囲第1項記載の金属電極をもつセ
ラミックヒータ。 - (3)金属電極のリング状接合部は突状の電極部を少な
くとも1周する直径1mm以上のワイヤで構成されてい
る特許請求の範囲第1項記載の金属電極をもつセラミッ
クヒータ。 - (4)金属電極のリング状接合部は1mm以上の間隔を
隔てて同軸的に複数個設けられている特許請求の範囲第
1項記載の金属電極をもつセラミックヒータ。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP61167706A JP2518217B2 (ja) | 1986-07-16 | 1986-07-16 | 金属電極をもつセラミツクヒ−タ |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP61167706A JP2518217B2 (ja) | 1986-07-16 | 1986-07-16 | 金属電極をもつセラミツクヒ−タ |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS6324580A true JPS6324580A (ja) | 1988-02-01 |
JP2518217B2 JP2518217B2 (ja) | 1996-07-24 |
Family
ID=15854702
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP61167706A Expired - Lifetime JP2518217B2 (ja) | 1986-07-16 | 1986-07-16 | 金属電極をもつセラミツクヒ−タ |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2518217B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP4885664B2 (ja) | 2006-09-21 | 2012-02-29 | セイコーインスツル株式会社 | 歩数計 |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS5871568U (ja) * | 1981-10-30 | 1983-05-14 | 京セラ株式会社 | デイ−ゼル機関用セラミツクグロ−プラグのリ−ド端子部構造 |
JPS6113165U (ja) * | 1984-06-27 | 1986-01-25 | 日本特殊陶業株式会社 | 自己制御型セラミツクグロ−プラグ |
-
1986
- 1986-07-16 JP JP61167706A patent/JP2518217B2/ja not_active Expired - Lifetime
Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS5871568U (ja) * | 1981-10-30 | 1983-05-14 | 京セラ株式会社 | デイ−ゼル機関用セラミツクグロ−プラグのリ−ド端子部構造 |
JPS6113165U (ja) * | 1984-06-27 | 1986-01-25 | 日本特殊陶業株式会社 | 自己制御型セラミツクグロ−プラグ |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2518217B2 (ja) | 1996-07-24 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
KR100841271B1 (ko) | 세라믹 히터 및 그 제조방법 | |
JP5119268B2 (ja) | スパークプラグ及びその製造方法 | |
WO2009081563A1 (ja) | スパークプラグ及びその製造方法 | |
JPS61291939A (ja) | 非酸化物セラミックヒータ用金属ロー材 | |
JPS60226464A (ja) | セラミックと金属との接合構造 | |
JP2752768B2 (ja) | タービンロータの接合構造 | |
JPH0797279A (ja) | 金属/セラミック複合材料の内部はんだ付け | |
JPS6324580A (ja) | 金属電極をもつセラミツクヒ−タ | |
JPS6359996B2 (ja) | ||
JP3121985B2 (ja) | 窒化珪素質セラミックヒータ | |
US4803345A (en) | Ceramic heater apparatus with metal electrodes | |
JP2003347013A (ja) | セラミックヒータ | |
JPH01200587A (ja) | 電気点火装置 | |
JP4834264B2 (ja) | スパークプラグ | |
JP2646555B2 (ja) | セラミツクヒータ | |
JPS61135080A (ja) | スパ−クプラグ | |
JPH0339030B2 (ja) | ||
JP2645280B2 (ja) | 内燃機関のセラミック渦流室の製造方法 | |
JP2003229231A (ja) | スパークプラグの製造方法 | |
JPH061672A (ja) | セラミック製軸と金属製軸の接合構造 | |
JP2515927Y2 (ja) | セラミックス部材と金属部材の接合構造 | |
JPH0329299Y2 (ja) | ||
JP3153872B2 (ja) | 金属−窒化物系セラミックスの接合構造 | |
JP2747865B2 (ja) | セラミックスと金属との接合構造 | |
JP2979529B2 (ja) | セラミック部材と金属部材の接合体 |