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JP2000277240A - セラミックヒーター - Google Patents

セラミックヒーター

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Publication number
JP2000277240A
JP2000277240A JP11084077A JP8407799A JP2000277240A JP 2000277240 A JP2000277240 A JP 2000277240A JP 11084077 A JP11084077 A JP 11084077A JP 8407799 A JP8407799 A JP 8407799A JP 2000277240 A JP2000277240 A JP 2000277240A
Authority
JP
Japan
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heating element
melting point
point metal
resistance heating
temperature
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.)
Pending
Application number
JP11084077A
Other languages
English (en)
Inventor
Fumishige Miyata
文茂 宮田
Tatsuya Kamiyama
達也 神山
Shigeko Okuda
誠子 奥田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Ibiden Co Ltd
Original Assignee
Ibiden Co Ltd
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Ibiden Co Ltd filed Critical Ibiden Co Ltd
Priority to JP11084077A priority Critical patent/JP2000277240A/ja
Priority to EP00105994A priority patent/EP1039782A3/en
Priority to US09/534,542 priority patent/US6265700B1/en
Publication of JP2000277240A publication Critical patent/JP2000277240A/ja
Pending legal-status Critical Current

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    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05BELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B3/00Ohmic-resistance heating
    • H05B3/40Heating elements having the shape of rods or tubes
    • H05B3/42Heating elements having the shape of rods or tubes non-flexible
    • H05B3/46Heating elements having the shape of rods or tubes non-flexible heating conductor mounted on insulating base
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C32/00Non-ferrous alloys containing at least 5% by weight but less than 50% by weight of oxides, carbides, borides, nitrides, silicides or other metal compounds, e.g. oxynitrides, sulfides, whether added as such or formed in situ
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
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    • C22C32/0015Non-ferrous alloys containing at least 5% by weight but less than 50% by weight of oxides, carbides, borides, nitrides, silicides or other metal compounds, e.g. oxynitrides, sulfides, whether added as such or formed in situ with only oxides with only single oxides as main non-metallic constituents
    • C22C32/0031Matrix based on refractory metals, W, Mo, Nb, Hf, Ta, Zr, Ti, V or alloys thereof
    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • H05B3/14Heating elements characterised by the composition or nature of the materials or by the arrangement of the conductor characterised by the composition or nature of the conductive material the material being non-metallic
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  • Organic Chemistry (AREA)
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  • Resistance Heating (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 発熱体の酸化や劣化が発生せず、従来と同等
の性能を有し、しかも、従来に比べて低コストのセラミ
ックヒーターを提供する。 【解決手段】 芯材とこの芯材を被覆する絶縁性シ−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、前記抵抗発熱体は、使用
温度が300℃以上となる高温部が、Re又はMoを含
有する高融点金属により構成されていることを特徴とす
るセラミックヒーター。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、セラミックス中に
抵抗発熱体を埋設したセラミックヒーターに関する。
【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。
【0003】図3(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10とこの芯材10に接
着層11を介して巻き付けられた絶縁性シート12との
間に抵抗発熱体13が埋設され、この抵抗発熱体13の
端部が絶縁性シート12の外側に設けられた外部端子1
4と接続され、外部端子14にリード線16が固定され
て構成されている。
【0004】この抵抗発熱体13の端部と外部端子14
とは、図3(b)に示すように、絶縁性シート12の外
部端子14下に設けられたスルーホール15を介して接
続されている。そして、外部端子14にリード線16を
介して通電することによって、抵抗発熱体13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。
【0005】上述の用途のようにヒーターを高温で使用
する場合、抵抗発熱体を高温度で発熱させる必要がある
ことから、発熱抵抗体にはタングステン(W)などの高
融点金属が一般に用いられているが、この種の金属は高
温で使用される際に周囲のセラミックスと反応して珪化
物や酸化物を生成し、抵抗値が変化することが問題とな
る。一般的に、セラミックヒーターは、定電圧で使用さ
れるため、抵抗発熱体の抵抗値が変化すると、ヒーター
の温度が変化することとなり、このような変動は極力避
ける必要がある。また、酸化が進行すると、ヒーターが
劣化するため、ヒーターの耐久性にも問題が生じる。
【0006】そこで、従来は、抵抗発熱体として高融点
金属にReを添加したものを使用し、抵抗値の変化等を
抑制していた。すなわち、Reの添加によって、高温に
おけるW等の高融点金属と、その周囲に存在しているセ
ラミックとの反応性を低下させ、結果的に抵抗値の変化
を抑制していた。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、Reは
非常に高価であるため、セラミックヒーターの製造コス
トを増加させる一因となっていた。また、従来は、抵抗
発熱体(導電体)の劣化等を避けるため、絶縁性シート
の内側に形成する接続端子と抵抗発熱体とを同じ組成の
Reを含む導電体(抵抗発熱体)により形成していた
が、そのためにセラミックヒーターの製造コストの増加
は一層大きかった。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記課題
に鑑み、セラミックヒーターの抵抗発熱体について、該
抵抗発熱体を構成する金属がセラミックスと反応する現
象を詳しく調査した結果、W等の高融点金属は300℃
以上となる高温部において、周囲のセラミックスと反応
して珪化物や酸化物等を生成するが、それより低い温度
域では反応は殆ど進行せず、従って、発熱体の温度が3
00℃以上となる高温部のみに、Reを含む高融点金属
を使用することにより、抵抗発熱体の抵抗の変化や経時
劣化等を充分に防止することができ、かつ、従来に比べ
て低コストでセラミックヒーターを製造し得ることを見
出し、本発明を完成するに到った。
【0009】すなわち、本発明は、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であって、該抵
抗発熱体は、使用温度が300℃以上となる高温部が、
Re又はMoを含有する高融点金属により構成されてい
ることを特徴とするセラミックヒーターである。
【0010】
【発明の実施の形態】図1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る。図1に示したよう
に、本発明のセラミックヒーターでは、円柱形状の芯材
1と、先端部を残してこの芯材1をほぼ被覆する絶縁性
シート2との間に抵抗発熱体3が埋設され、この抵抗発
熱体3の端部に接続された端子4が、絶縁性シート2の
切欠き部5において外側に露出しており、この露出した
端子4にろう材を介してリード線6が接続、固定されて
いる。また、芯材1及び絶縁性シート2は、アルミナ、
窒化アルミニウム、ムライト、コージェライト等のセラ
ミックから構成されている。
【0011】図2は、芯材1の周囲に形成された抵抗発
熱体3を平面状に展開して示した展開図である。図2に
示したように、この抵抗発熱体3は、発熱部3aと導線
3bとから構成され、芯材1の軸方向の一端側に配置さ
れた櫛形形状の発熱部3aと、同他端側に配置された端
子4とを、軸方向に延びる導線3bで接続してなる。そ
して、通電時には、発熱部3aで主に発熱し、ヒーター
としての役割を果たす。
【0012】また、この抵抗発熱体3は、図2中、Aで
示される高温部がRe又はMoを含む高融点金属を用い
て形成されており、Bで示される低温部は高融点金属の
みから形成されている。また、端子4も高融点金属のみ
から形成されている。上記高融点金属としては、例え
ば、W、Ta、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。これ
らのなかでは、Wが好ましい。
【0013】高温部Aは、抵抗発熱体3の発熱時にその
温度が300℃以上となる部分であり、そのためこの部
分の抵抗発熱体3は、Reを3〜20重量%及びWを7
0〜95重量%含有する高融点金属、又は、Moを3〜
20重量%及びWを70〜95重量%含有する高融点金
属により構成されていることが望ましく、Reを10〜
18重量%及びWを75〜90重量%含有する高融点金
属、又は、Moを5〜15重量%及びWを75〜90重
量%含有する高融点金属により構成されていることがよ
り望ましい。上記成分以外の成分としては、Al23
等のセラミック成分が挙げられる。
【0014】抵抗発熱体3の発熱時にその温度が300
℃以上となる部分に、Re又はMoを含む高融点金属を
使用するのは、高融点金属単体とセラミックスとの反応
が300℃以上の温度で開始されるためである。
【0015】なお、セラミックヒーターの設定温度や発
熱時の温度分布は、ヒーターに要求される温度や高融点
金属の組成等によって変動する。従って、図2において
示した高温部A及び低温部Bの各領域の大きさは、あく
までも一例であり、実際には、抵抗発熱体3が発熱した
際の温度や高融点金属の組成等によりA、Bの幅は変動
する。
【0016】上記セラミックヒーターを製造する方法は
特に限定されるものではないが、通常は、図2に示した
発熱体3及び接続端子4の形状に導体ペースト層が形成
されたセラミックグリーンシートを用い、このグリーン
シートの導体ペースト層が形成された側が内側になるよ
うに、芯材の周囲に上記グリーンシートを巻き付けた
後、焼成してセラミックヒーターの主要部を製造した
後、切り欠け部にろう材を用いてリード線を接続、固定
することによりセラミックヒーターを製造する。
【0017】上記導体ペースト層を有するグリーンシー
トの作製方法としては、例えば、プラスチックフィルム
(離型フィルム)表面に、接着剤層、導体ペースト層及
びグリーンシート等を順次積層印刷した後乾燥させ、上
記導体ペースト層、グリーンシート等が一体化された積
層体をプラスチックフィルムから剥離することにより、
導体ペースト層が形成されたグリーンシートを得る方法
が挙げられる。
【0018】本発明では、導体ペーストの印刷工程にお
いて、まず、Re又はMoと高融点金属とを含有する導
体ペーストを用い、スクリーン印刷等により高温部Aと
なる部分の導体ペースト層を形成した後、Re及びMo
を含まない高融点金属を含有する導体ペーストを用い、
同様の方法で低温部B及び端子4となる部分の導体ペー
スト層を形成すればよい。印刷の順序は、逆であっても
よい。この際、高温部Aは、発熱時の温度が300℃を
超えない部分で低温部Bと接続させる必要がある。従っ
て、Re又はMoと高融点金属とを含有する導体ペース
トは、低温部B側に多少食い込んでもよいが、その逆は
好ましくない。
【0019】また、Re又はMoと高融点金属とを含有
する導体ペーストを調製する際には、Re又はMoの粉
末と高融点金属の粉末とを含有する導体ペーストを調製
してもよく、Re又はMoと高融点金属との合金の粉末
を含有する導体ペーストを調製してもよい。
【0020】
【発明の効果】本発明によれば、抵抗発熱体の発熱時に
300℃以上となる高温部のみにReやMoを含む高価
な高融点金属を使用し、その他の部分はReやMoを含
まない高融点金属を使用しているので、その機能を全く
損なうことなく、抵抗発熱体を安価に作製することがで
き、その結果、従来と同等の性能のセラミックヒーター
を低コストで提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のセラミックヒーターの構造を示す斜視
図である。
【図2】本発明のセラミックヒーターを構成する抵抗発
熱体等の展開図である。
【図3】(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、(a)図におけるA−A
線断面図である。
【符号の説明】
1 芯材 2 絶縁性シート 3 抵抗発熱体 3a 発熱部 3b 導線 4 端子 5 切欠き部 6 リード線
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 奥田 誠子 岐阜県揖斐郡揖斐川町北方1−1 イビデ ン株式会社大垣北工場内 Fターム(参考) 3K092 PP16 PP20 QA01 QB02 QB03 QB30 QB62 QB74 QB76 RB05 RC10 RD09 RF26 RF27 TT30 VV19 VV40

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 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であって、前記抵抗発熱体は、使用
    温度が300℃以上となる高温部が、Re又はMoを含
    有する高融点金属により構成されていることを特徴とす
    るセラミックヒーター。
  2. 【請求項2】 使用温度が300℃以上となる高温部
    は、Reを3〜20重量%及びWを70〜95重量%含
    有し、残部がモラミック成分からなる高融点金属により
    構成されている請求項1記載のセラミックヒーター。
  3. 【請求項3】 使用温度が300℃以上となる高温部
    は、Moを3〜20重量%及びWを70〜95重量%含
    有し、残部がモラミック成分からなる高融点金属により
    構成されている請求項1記載のセラミックヒーター。
JP11084077A 1999-03-26 1999-03-26 セラミックヒーター Pending JP2000277240A (ja)

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