JPS61138486A

JPS61138486A - 板状セラミツクスヒ−タ

Info

Publication number: JPS61138486A
Application number: JP59260069A
Authority: JP
Inventors: 孝夫小島; 石黒　宏之; 川地　良毅; 哲正山田
Original assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Current assignee: Niterra Co Ltd
Priority date: 1984-12-11
Filing date: 1984-12-11
Publication date: 1986-06-25
Also published as: JPH0445953B2; US4806739A

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。

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は板状セラミックスヒータ、更に詳しくは、セラ
ミックス基村上に発熱を目的とした電子電導性パターン
を有する板状セラミックスヒータめ通電耐久性の向上に
関する。

（従来の技術とその問題点）、従来、Ａ文、Ｏ３主体の基板上に発熱を目的とした電
子電導性パターンを設けたヒータが作られていたが、通
電（直流）を続けると、通電時の陰極端子付近で黒ずみ
又ははく離を生じ、その部分での抵抗が増大して部分発
熱することにより、ヒータの耐久性が損われることがあ
った。この様な黒ずみの原因は明らかになっていないが
。

Ａ文、Ｏ３又はＡ文２Ｏ：ｌ中の不純物が還元されるこ
とによるものと推定される。また、パターン中のＰｔが
基板中に拡散し、還元反応に対する触媒機能を果してい
るとも考えられる。

一方、基板をＺｒ０７質に変更すると、（１）ＺｒＯ２
質が酸素イオン伝導性であること、及び（２）ＺｒＯ２
質はＡ文ｙｏ３質に較べて熱伝導性が悪いため基板によ
る熱中が小さいことから、通電により生じる陰極端子部
の黒ずみを防止できると共に対象物を加熱するのに必要
なヒータ電力を減少させることができ、従って耐久寿命
が非常に伸びる。

しかし、ＺｒＯ２質は高温時に抵抗が非常に小さくなる
事から、電子伝導性パターンの陽極及び陰極端子部の絶
縁を必要とする。そこで、通電時の耐久寿命を損わずに
、ＺｒＯ２質基板の高温時の絶縁性を改良する方法が求
められていた。本発明はかかる問題点を解消することを
目的とする。

（問題点の解決手段）発明者等は、ＺｒＯ２質基板上基板ヒータて種々検討を
重ねた結果、部分及び／又は完全安定化ＺｒＯ２基板表
面の全面又は少なくとも電子伝導性パターン部に適当な
厚さのＡｎ、ｏ、の被覆層を形成し、その上に発熱を目
的とする電子伝導性パターンを設けることによって、前
記の目的を達成し得ることを見出して本発明を完成した
。

（作用及び好適な実施の態様）すなわち、ＺｒＯ，基板の全面、又は電子伝導性パター
ンの下部のみに緻密質のＡｌ２Ｏ３層を設けることによ
り高温時のＺｒＯ２の導電性による電流の逃げを防止す
ることができる。しかし、Ａ　ｎ　２Ｏ３層が余り厚す
ぎるとＺｒＯ，質基板の効果が減少するし、また薄すぎ
るとヒータの絶縁が守られず十分な効果が得られない。

従って、本発明のＡ！：Ｌ、０３層の厚さは２Ｏ〜７０
ｇｍが好ましく、特に好ましくは３０〜５０ｐｍである
。

本発明のＡ文、ｏ３質被被覆の原料は純度９０％以上の
Ａ文２ｏ３で他に５ｉ０２．ＭｇＯ１Ｃａｂ、ＺｒＯ２
等を含むことができる。特に、ＺｒＯ，を少量添加する
とＺｒＯ２基板との結合性が増し、Ａ２２Ｏ３層の焼成
収縮率が小さくなる。

ＺｒＯ２賀基板としては、ＺｒＯ，にＹ２Ｏ、、、Ｃａ
ＯｌＭｇＯ等を加えた、部分安定化及び完全安定化Ｚ　
ｒｏ２の焼結体を用いる。また、電子伝導性パターンは
、Ｐｔ、Ｒｈ、Ｗ、Ｍｏ、又はこれらの混合物（若干、
酸化物を含んでいても良い）を主体とするペーストを公
知の方法、例えばスクリーン印刷法等によりＡｕ２　ｏ
３質被被覆上に形成後、加熱して得ることができる。

本発明のヒータは通常、２枚のＡｌ１２Ｏ３層でＺｒＯ
２基板及び発熱体パターンをはさんだ第１．２図の層４
，３．６の様な基本構成を採る。

この基本構成の外面にさらに耐久性の向上、反りの防止
等のために別のアルミナコート層を設けることができる
。片面に別のアルミナコート層を施したとき他の面にも
同様にアルミナコート層を施すと反り防止に有用である
。但し本発明の実施の態様は図示のものに限定されるも
のではない。

本発明のヒータの製造に際しては、各構成要素を独立に
焼成して組み立てることも可能だが、各層の結合性を高
めるため各層を積層後、同時焼成するのが好ましい。

また、本発明Ａ文２Ｏ３質には、ＺｒＯ２質基板よりも
焼成収縮率が小さいものを用いると、同時焼成する際に
ＺｒＯ，質との収縮率の差のためＡＩ、０３層が緻密化
されるため好ましい。更に、Ｚ　ｒｏ、基板とＡ見２Ｏ
３層の焼成収縮率の比が１．０１：１〜１．０８：ｌに
なるように選択すれば、同時焼成する際に両層が一体化
して収縮し、Ａｉ、０３層が緻密化されるばかりでなく
、Ｚ　ｒ０７基材に生じる圧縮応力のためその機械的強
度が著しく増大する（第３図参照）。この結果は、Ａ　
ｆｌ　２Ｏ３被覆層の厚さがＺ　ｒ０２基板の厚さの１
／Ｚｏｏ〜２Ｏ／１００であるとき特に著しい。

次に本発明を実施例を用いて説明する。

（実施例） ■　ＺｒＯ２（平均粒径０．８１１．ｍ）９４モル％と
Ｙ２Ｏ３（平均粒径０．３ＩＬ）６モル％を２５時時間
式混合した。不純物が混入しないように混合にはＺｒＯ
２の珪石を使用した。

■　乾燥後６０メツシユのふるいを通し、１３５０℃で
２時間仮焼した。

■　工程■の珪石を用い、５０時間の粉砕を行い、８０
％以上を粒径２　、５７層ｍとした。

■　乾燥後、トルエン、メチルエチルケトン等の溶剤を
使用して１０時間混合した。

■　その後、樹脂を混合し、ドクターブレード法にて、
生寸法長さ４２ｍｍ、幅４．８ｍｍ、厚さ０．８ｍｍの
シート状サンプルを作成した。

■　次に電子伝導性パターン部の材料としてＰｔブラッ
ク２：Ｐｔスポンジ１を調合し、ブチルカルピトール等
を加えてペーストを作成した。

■　次に、Ａ１２Ｏ３９２ｗｔ％、Ｚｒ０２３ｗｔ％、
５１０２３ｗｔ％（その他ＭｇＯ１Ｃｏｏ）を調合し、
ブチルカルピトール等でペーストを作成した。

■　■で得たシート上に■で得たペーストを厚さ約５０
ｇｍでスクリーン印刷した。なお、第１表、実施例１で
は電子伝導性パターン部の下のみ、実施例２ではシート
全面にスクリーン印刷した。

■　その後、■で得たＰｔペーストを厚さ約３０ｐｍで
スクリーン印刷し発熱パターン２、端子パターン６を形
成した。

［株］　その後、■で得たＡｎ、Ｏ，ペーストを約５０
ＪＬｍの厚さで全面にスクリーン印刷した。

＠　２５０°Ｃで１２時間の樹脂抜き後、１５１５℃で
４時間焼成した。

■　■のアルミナペーストを原料として実施例と同様の
形状のＡｌ、０３基板を作り、この上に■のＰｔペース
トを塗布しその上に５０ｐｍのＡＪＪ２Ｏ３コートを施
して比較例に用いたＡ文２Ｏ３基板ヒータを作製した。

・＠　以上の様にして作製した板状ヒータについて、直
流１７Ｖで通電耐久試験を行い第１表の結果を得た。

［相］　通電初期に、直流１４Ｖにて通電しＣＡ熱電対
をヒータ面から１ｍｍ１ｔＬで測温したところ、実施例
１のヒータでは約７００℃、実施例２のヒータでは約７
１０°Ｃだった。また、比較例のヒータは６７０℃を示
した。

（以下余白）第　１　表（抵抗値は室温で測定）零３　Ａ文２Ｏ３基板ヒーター。

（発明の効果）本発明により、ヒータの耐久性及び電流効率を大きく損
わずに、ＺｒＯ２基板ヒータの高温での絶縁性を改善す
ることができ、更にヒータの機械的強度を著しく強化す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１．２図は共に本発明のヒータの構成例を示すもので
あり、第１図は発熱体パターン部のみ。第２図はＡ文２Ｏ３基板全面をＺｒＯ２層で被覆してい
る。また、第３図はＡｕ２Ｏ３被覆によりＺｒＯ。基材の機械的強度が増大することを示す図である。出願人　　日本特殊陶業株式会社代理人　　弁理士　　加　藤　朝　道Ｓ＠′＋−烟ヤＪ　妥Ｃ力＠　＜％＋へｈ１坤−工挺岬＼　　ＮＩ″ｖ′）　　　訃　　カ　　（ゝ−−−、−
ｍ−」

Claims

【特許請求の範囲】

（１）発熱を目的とした電子伝導性パターンを有するヒ
ータにおいて、部分及び完全安定化ＺｒＯ＿２質基板の
表面上にＡｌ＿２Ｏ＿３質の被覆層を形成し、その上に
発熱を目的とする電子伝導性パターンを設けたことを特
徴とする板状セラミックスヒータ。
（２）前記Ａｌ＿２Ｏ＿３質被覆層の焼成収縮率が基板
のＺｒＯ＿２質の焼成収縮率より小さいことを特徴とす
る特許請求の範囲第１項記載の板状セラミックスヒータ
。