JPH03149791A

JPH03149791A - セラミックヒータ

Info

Publication number: JPH03149791A
Application number: JP28770289A
Authority: JP
Inventors: Keizo Furusaki; 圭三古崎; Yoshiaki Kuroki; 義昭黒木; Akira Nakano; 中野　昭
Original assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Current assignee: Niterra Co Ltd
Priority date: 1989-11-04
Filing date: 1989-11-04
Publication date: 1991-06-26

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、セラミック基体内に膜状抵抗発熱体を埋設さ
せたセラミックヒータに関し、更に詳しく言えば発熱効
率及び耐久性に優れるセラミックヒータに関する。本発
明は、特に、各種ガス検出器の感ガス体を効率的、安定
的に加熱し、ガス検出器の検出精度を維持向上させる小
型のセラミックヒータとして利用される。

〔従来の技術〕

従来、この種のセラミックヒータとしては、第４図に示
すようにセラミフク基体内に埋設される膜状抵抗発熱部
２人とリード電極部３Ａとが同一材質からなるもの、更
に、第５図及び第６図に示すように抵抗発熱ａＢ２２Ｂ
、２２Ｃとリード電極３Ｂ、３Ｃとが異種材料からなり
、かつその接続部に段差を有するものが知られている。

特に、その小型のものは、Ｔ　ｉＯｘ　、Ｓ　ｎ　０２
等の感ガス体を直接加熱する高温耐久性に優れたセラミ
ックヒータとして最も普及している。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところで、前記セラミックヒータにふいては、感ガス体
の検出精度向上、安定化のために感ガス体を５００〜８
００℃程度の高温において長期の使用期間中、安定して
加熱することが必要である。一方、過大な電力消費はガ
ス検出器全体の温度上昇を招くのでそれを断熱する必要
があり、そのためには、ガス検出器の構造を複雑化、大
型化する傾向にある。以上より、この種のヒータにおい
ては、感ガス体のみを局所的、効率的に加熱することが
望ましい。

しかし、前記従来の前者ヒータにおいては、発熱作用を
有するべきである発熱Ｂ２Ａとリード電極ｆ％３Ａが同
一材質、同一厚みで印刷形成されるので、印刷パターン
、線巾を工夫しても〔発熱部／リード電極部〕の抵抗比
率の向上には限界があり、有用なセラミフクヒータとは
いえない。

また、後者ヒータにおいては、抵抗発熱体とリード電極
を異種材料とするので抵抗比率を向上させて発熱効率が
向上させることはできるが、接続部において段差を有す
るので、その部分での発熱集中により使用中に断線して
しまう恐れがある。

本発明は、前記問題点を解消するものであり、発熱効率
を向上させて消費電力を低減させ、かつ局部発熱を防止
させて耐久性を向上させたセラミックヒータを提供する
ことを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

本発明のセラミックヒータにおいては、両端部をもつ膜
状抵抗発熱体及び該各端部を各接続部として接続される
一対の膜状リード電極が、セラミック基体内に埋設され
、このリード電極は、前記抵抗発熱体を構成する材料よ
りも低抵抗な異種材料から構成され、前記抵抗発熱体の
前記各接続部は、該接続部の少なくとも上下面が前記各
リード電極により包み込まれるように、該各リード電極
に接続され、かつ前記各接続部は前記発熱部と段差を生
じることがないように配設されることを特徴とする特膜状抵抗発熱体は、通常、セラミックと種々の導電性材
料とからなり、通電により抵抗発熱させるものである。

この導電性材料としては、Ｗ、ＭＯ、金、銀又は白金等
の白金族金属、更に炭化珪素、カーボン等のセラミック
等とすることができる。前記リード電極は、抵抗発熱体
を構成する材料よりも低抵抗な異種材料から構成され、
より導電性に優れるものである。この材料としては、前
記導電性材料のみからなってもよいし、リード電極に対
するこの導電性材料の含有量を抵抗発熱体の場合よりも
多くしたものでもよい。ここで異種材料とは、導電性材
料の種類が異なってもよいし、それが同種でその組成割
合が異なるものでもよい。リード電極は、抵抗発熱体の
各端部の「少なくとも上下面を」包み込むものであり、
その端部の両側面又は片側面を包み込まない構成でもよ
いが、その外周全面を包み込むものが好ましい。また、
この上下面を全部包むのが好ましいが、その一部でもよ
い。

そして、発熱作石をもつ発熱部の発熱効率を向上させる
ために、この発熱部は、前記導電性粉末とアルミナ等の
セラミック粉末を混練した比較的線抵抗の高い金属ペー
ストで印刷形成し、リード電極は線抵抗が低い金属で添
加物を含まない金属のみのペースト、又はセラミック粉
末の含有量が少ない金属／セラミック混合ペース）＋使
用するのが好ましい。

本セラミックヒータの製造方法は、特に限定されないが
、通常、一対のグリーンシート上に各々一対のリード電
極を先に印刷形成し、その後、その一方のグリーンシー
ト上の各リード電極の各端部に、抵抗発熱体の各端部が
重なるようにこの抵抗発熱体を印刷形成し、次いで、他
方のグリーンシートを互いに印刷面が重なるように一方
のグリーンシート上に積層し、その後それを焼成して一
体化させる方法が用いられる。

〔作用〕

本発明のセラミックヒータにおいて、抵抗発熱体の両端
部がリード電極に包み込まれかつこの各端Ｂ（接続部）
が他の発熱部と段差が生じることなく、縦断面図で見れ
ばほぼ直線状に配設されている。従って、本ヒータでは
十分な電気的導通を十分に確保できるとともに、局部加
熱が生じない。更に、本ヒータでは、抵抗発熱体とリー
ド電極は異種材料でかつリード電極が低抵抗でしかも発
熱体よりも全体として厚い被膜となるので、発熱効率が
向上するとともに、発熱体が発熱作用を果たし、リード
電極は電気を導く作用を果たす。

〔発明の効果〕

本セラミックヒータは、前記作用を有するので、発熱集
中による断線が使用中に生じず、そのため耐久性に優れ
、また、安定的に加熱でき、消費電力も低減でき、更に
発熱体のみが発熱作用を受は持つので、この部分のみを
用いて集中的に発熱させることができる。

以上より、本ヒータは、発熱効率と耐久性に優れた大変
バランスのよいものである。更に、木ヒータをガス検出
器に利用する場合、このガス検出器の構造を小型化、簡
略化できる。

〔実施例〕

以下実施例により本発明を具体的に説明する。

本セラミックヒータは、第１図〜第３１１ｌに示すよう
に、セラミック基体１と、両端！２１ａ、２１ｂをもつ
膜状抵抗発熱体２と、各端部２１ａ。

２１ｂを各接続部として接続される一対の膜状リード電
極３ａ、３ｂと、このリード電極３ａ１３ｂの各他端部
と接続する各白金リードＩｉ４ａ、４ｂとからなる。そ
して、この抵抗発熱体２及びリード電極３はセラミック
基体ｌ内に埋設される。

そして、抵抗発熱体２の各接続ｇｌｓ２１ａ、２１ｂは
、該接続部２１の外周全面（上下面及び両側面）が各リ
ード電極３ａ、３ｂにより包み込まれるように、該各リ
ード電極３に接続され、かつ各接続部２１ａ、２１ｂは
発熱部２２と段差を生じることがないように、縦断面図
（第３図）で見て直線状に配設されている。尚、セラミ
ック基体ｌは４０ｘ５ｘＯ，８（厚み）ｍｍの平板状、
発熱部長さは６．５ｍｍ（中央部長さは５ｍｍ）、その
パターンは図示するものであり、その線巾は０゜２ｍｍ
１その線間距離は１ｍｍ、その接続部巾はリード電極巾
よりもやや小さく、リード電極長さく接続部も含む）は
３２ｍｍである。

セラミック基体ｌはアルミナを主成分とするセラミック
からなり、抵抗発熱体２はアルミナ１５重量％（以下、
単に％という）−白金８５％からなり、リード電極３は
白金のみからなり抵抗発熱体を構成する材料よりも低抵
抗な異種材料から構成される装勃セラミックヒータは、以下のようにして製作された。

先ず、アルミナ９２％、マグネシア３％及び焼結助剤（
シリ力、カルシア等）５％をポットミルにて２０時間混
合する。その後、この混合物に有機バインダとしてポリ
ビニルブチラール１２％、フタル酸ジブチル４％を添加
し、溶剤としてメチルエチルケトン、トルエン等を加え
た後、更にポッ）ミルで１５時間混合してスラリーを調
製した。このスラリーを用いて、ドクターブレード法に
より、セラミック基体用の第１、第２グリーンシート（
４ｏｘｓＸｏ、８ｍｍ）１０．１４を製作する。

次に、白金黒とスポンジ状白金とを２＝１の比率に調合
し、ブチルカルピトール、エトキシセルロース等の溶剤
を加えて、リード電極用ペーストを＊＊する。このペー
ストを用いて厚膜印刷により前記第１グリーンシート１
０上に所定のリード電極パターンＩｌａ、ｌｌｂを各々
形成する。そして、この突出した印刷面を加圧して印刷
面を埋没させて、第９図に示すように、その面を平滑に
する。これにより第７図及び第９図に示すリード電極パ
ターン付きグリーンシートを製作した。尚、第１２図に
示すように、他の３Ｒ２グリーンシー）１４についても
同様にリード電極パターン１３ａ、１３ｂを形成する。

その後、第８図及び第１０図に示すように、前記抵抗発
熱体パターン１２を、その各端部がリード電極パターン
１１ａ、ｌｌｂの各端部に重なるように厚膜印刷をする
。この抵抗発熱体パターン用ペーストとしては、白金黒
とスポンジ状白金とを２＝１の比率に調合し、他にアル
ミナ粉末を１５％添加し、ブチルカルピトール、エトキ
シセルロース等の溶剤を配合したものを用いた。

次に、第１１図に示すように、リード電極パターンｌｌ
ａ、ｌｌｂの各端面に直径（１２ｍｍの白金リード線４
ａ、４ｂを各々セットする。そして、第１２図及び第１
３図に示すように、他の第２グリーンシー）１４を第１
グリーンシート１０の上に積層し、抵抗発熱体パターン
１２の各端部を各一対のリード電極１１ａと１３ａ、、
ｌｌｂと１３ｂで挟み込む。これを、大気中１５５０℃
で２時間焼成し、これらを一体化して本実施例のセラミ
ックヒータを製作した。

更に、比較例１として、第４図に示すようにリード電極
３Ａを前記抵抗発熱体２人と同材料で一体的に形成した
もの、比較例２として第５図に示すように、抵抗発熱体
の発熱部２２Ｂと接続Ｒ２１Ｂに段差が生じるように従
来方法で１層からなるリード電極３Ｂを接続したもの、
比較例３として第６図に示すように、抵抗発熱体の発熱
部２２Ｃと接続部２ＩＣに段差が生じるように従来方法
で２層からなるリード電極３Ｃを接続したものを製作し
た。尚、この場合の抵抗発熱体及びリード電極の材料、
形状等は実質上前記実施例と同じである。

前記実施例及び比較例１〜３のセラミックヒータの発熱
体の抵抗比率及び発熱体を８００℃にするための必要電
力（室温無風環境下）を測定し、その結果を表に示した
。尚、この抵抗比率とは〔発熱体抵抗／全抵抗〕である
。更に、前記各セラミックヒータの耐久性を、抵抗発熱
体の各所定温度において断線するまでの時間を試験し、
その結果を第１４図に示した。尚、この試験は室温無風
轟境下で電力調整によりセツティングすることにより行
った。

表　　　　抵抗比率（％）１必要電力（ｗ）１１本実施例
１　　　　　　　１６．５１比較例ＩＩ　　　６６　　
　１１２．１１比較例２１　　７５　　　　　　９．３
１比較例３１　　８６　　　　　　６．９１これらの結
果によれば、本実施例品では、比較例品１．２品と比べ
て、抵抗比率が高く必要電力が少ないので、消費電力が
約半分に減少し、発熱効率が向上している。尚、これら
の効果により温度制御時の応答が早くなる効果が期待で
きる。

更に、発熱効率のみを向上させるのみならば、比較例３
品の構成とすることもできるが、これは接合部分に段差
が生じ、クビレが生じるので、局部発熱を招くこととな
る。従って、第１４図に示すように、特にこの比較例３
品の耐久寿命が著しく減少する。一方、本実施例品では
、いずれの比較例品に比べてもその耐久寿命は優れる。

以上より、本実施例品は発熱効率及び耐久性に優れ大変
バランスがとれた有用なものである。また、セラミック
基体と発熱抵抗体の使用セラミックが同種のアルミナで
あり、かつ発熱抵抗体とリード電極とリード線において
同種の白金を用いるので、各構成部の接着強度に優れる
。更に、リード電極が抵抗発熱体の接続部をスッポリと
包み込むので、前記効果が一層発揮される。

尚、本発明においては、前記具体的実施例に示すものに
限られず、目的、用途に応じて本発明の範囲内で種々変
更した実施例とすることができる。即ち、セラミック基
体の形状、材質等、又は抵抗発熱体若しくはリード電極
の材質、パターンの形状、線巾、膜厚（厚膜、薄膜）等
は種々選択される。発熱部を複数直列に接続する場合、
各発熱部とリード電極部の接続部においても本方式を用
いることができる。前記リード線の材質も特に限定され
ず、そのリード手段としては線状ではなくて被接続体と
接続可能な他のリード手段でもよい。

更に、本ヒータの製造方法も、前記以外に、前記印刷さ
れた第１リード電極パターン上に重ねて′Ｍ２リード電
極パターンを印刷し、その上に第２グリーンシートを重
ねて一体焼成することもできる。また、各パターン形成
の方法も特に問わず、印刷、塗布更には他の膜形成手段
でもよいし、印刷法も薄膜法でもよいが通常、厚膜法が
使用される。

【図面の簡単な説明】

第１図は実施例１に係わるセラミックヒータの一部破断
斜視図、第２図はその接続部周辺の横断面図、第３図は
同接続部周辺の縦断面図、第４図は比較例１に係わるセ
ラミックヒータの一部縦断面図、第５図は比較例２に係
わるセラミックヒータの接続部周辺の縦断面図、！６図
は比較例３に係わるセラミックヒータの接続部周辺の縦
断面図、第７図は実施例１において第１グリーンシート
上にリード電極パターンを印刷した状態を示す平面図、
第８図は更に抵抗発熱体パターンを印刷した状態を示す
平面図、第９図は第７図のＡ−Ａ矢視断面図、第１０図
は第８図のｊｌ−Ａ矢視断面図、第１１図はリード電極
パターン端邪にリード線を配設した平面図、第１２図は
第１１図図示のものにリード電極パターン付き第２グリ
ーンシートを積層したものの平面図、第１３図は第１２
−図のＡ−Ａ矢視断面図、第１４図は実施例に係わるセ
ラミックヒータの耐久性の試験結果を示すグラフである
。ｌ：セラミック基体、２：抵抗発熱体、２１：端部（接
続部）、２２；発熱部、３：リード電極、４；リード線
、１０．１４ニゲリーンシート、１１．１３：リード電
極パターン、１２；抵抗発熱体パターン。特許出願人　　　日本特殊陶業株式会社代　理　人　　
　弁理士　小島清路第２図　　　　第３図第４図　　　第５図　　第（５図第７図　　　　第８図第９図　　　　＠１０図第１１図　　　　第１２１１第１３図　由臼−でｉｘ１Ｊ（１ＩＩＤ第１４図１じ　　　　〜

Claims

【特許請求の範囲】

（１）セラミック基体と、該セラミック基体内に埋設さ
れる、両端部をもつ膜状抵抗発熱体及び該各端部を各接
続部として接続される一対の膜状リード電極と、を備え
るセラミックヒータにおいて、前記リード電極は、前記
抵抗発熱体を構成する材料よりも低抵抗な異種材料から
構成され、前記抵抗発熱体の前記各接続部は、該接続部
の少なくとも上下面が前記各リード電極により包み込ま
れるように、該各リード電極に接続され、かつ前記各接
続部は前記発熱部と段差を生じることがないように配設
されることを特徴とするセラミックヒータ。