JPH0531191U

JPH0531191U - セラミツクヒータ

Info

Publication number: JPH0531191U
Application number: JP8585191U
Authority: JP
Inventors: 峰次那須; 真横井; 邦夫柳
Original assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Current assignee: Niterra Co Ltd
Priority date: 1991-09-25
Filing date: 1991-09-25
Publication date: 1993-04-23
Anticipated expiration: 2006-09-25
Also published as: JP2541950Y2

Abstract

(57)【要約】【目的】主に酸素センサ用の基板や汎用ヒータ等に使
用するセラミックヒータに関し、耐久性にすぐれたセラ
ミックヒータを提供すること。【構成】例えばアルミナ等のセラミックス支持体に白
金ペーストよりなる発熱抵抗体を備えたセラミックヒー
タにおいて、加熱領域の中央部を除いた部分に発熱抵抗
体パターンの形成を行なう。これにより、通電時におけ
る加熱領域の温度分布が均一となり、クラック発生によ
る断線を防ぐことができる。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は、特に耐久性にすぐれたセラミックヒータに関する。

【０００２】

【従来の技術】

一般にセラミックヒータは、プレス成形、シート成形等により成形され得る平板状のセラミックス成形体に、白金、白金−ロジウム、モリブデン、タングステン等の高融点金属を含有するペーストを用いて発熱抵抗体パターンを厚膜印刷し、これを同時焼成して製造される。

【０００３】

【考案が解決しようとする問題点】

従来のセラミックヒータは、図２に示したように、加熱領域全体に亘って一様に発熱抵抗体パターンが形成されており、発熱抵抗体に通電して発熱させると、加熱領域内の中央部と周辺部との間に大きな温度差が生じ、加熱・冷却の繰返しにより、周辺部から中央部に向かってクラックが発生し、その結果、発熱抵抗体パターンの断線を引き起こして使用不能になるという問題がある。また、中央部にキャビティーを有する構造の酸素センサ等に、この従来のセラミックヒータを組み込んだものもあるが、この場合も、加熱・冷却の繰返しによりキャビティー下部のところでクラックが発生し、同様に発熱抵抗体パターンの断線を引き起こして使用不能になるという問題がある。特に、酸素センサにおいては、チタニア等の感ガス層の剥離防止を目的として、感ガス層形成部の表面に凹凸部を設けることが行なわれるが、この凹凸部が熱応力によるクラック発生の起点となり易く、発熱抵抗体パターンの断線が頻発するという問題がある。本考案の目的は、上記課題を解決し、耐久性にすぐれたセラミックヒータを提供することにある。

【０００４】

【課題を解決するための手段】

上記目的を達成するための手段として、本考案は、（イ）セラミックス支持体よりなる基体に発熱抵抗体を備えた平板状のセラミックヒータにおいて、少なくとも加熱領域の中央部を含む部分に発熱抵抗体パターンの形成されていない領域を有し、前記発熱抵抗体パターンの形成されていない領域が、発熱抵抗体パターンが形成されている面の全幅の３０％以上の幅を有することを特徴とするセラミックヒータ、を要旨とする。さらに、特に好ましい実施態様として、本考案は、（ロ）センサの加熱用として用いることを特徴とする上記セラミックヒータ、および、（ハ）加熱領域の上にキャビティーを有する絶縁層を設けたことを特徴とする上記セラミックヒータ、（ニ）加熱領域の上に絶縁層を形成し、前記絶縁層の表面に凹凸部を設けたことを特徴とする上記セラミックヒータ、を各々要旨とする。

【０００５】

【作用】

上記のように構成されたセラミックヒータにより、発熱抵抗体パターンの断線発生を防止することができる理由は次のとおりである。本考案のセラミックヒータでは、従来のセラミックヒータに比べ加熱領域内における温度分布が均一となり、熱応力によるひずみが低減することによりクラックの発生が抑えられ、その結果、発熱抵抗体パターンの断線を防ぐことができると考えられる。

【０００６】本考案のセラミックヒータに用いられるセラミックス支持体の成分は、特に限定されず、例えば、アルミナ、ムライト、スピネル、コージェライト、フォルステライト、ベリリア、窒化珪素等が用いられるが、α−Ａｌ_２Ｏ_３を９０％以上含有するセラミックスはより好ましい。

【０００７】発熱抵抗体は、白金、ロジウム、モリブデン、タングステン、タンタル等の高融点金属を主成分とし、抵抗値調整のために、またはセラミックス支持体との結合力向上のために上記セラミックス支持体と同質又は異質のセラミックスから成る。本考案のセラミックヒータは、直流電源または交流電源を用いることができる。また、本考案のセラミックヒータの耐久性をさらに増加させるために、直流電源の正・負を定期的に交換すること及びそのような働きを持つ装置と組み合わせることもできる。以下、図１、図３に基づいて説明する。

【０００８】

【実施例】

（１）α−Ａｌ_２Ｏ_３を主成分（９２％）とし、他に副成分としてＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｉＯ_２等を加え、また、溶剤としてＭＥＫ、トルエン等を加えて混合する。（２）２０時間混合後、有機バインダーを加え、更に１５時間程混合する。（３）（２）の工程で得たスラリーを真空脱泡した後、ドクターブレード法にてキャスティングし、厚さがそれぞれ０．２６ｍｍ、０．４０ｍｍの２種類のグリーンシートを得た。（４）これらのグリーンシートを所定の寸法に切断する。

【０００９】（５）次に白金黒粉末と白金スポンジ粉末とを重量比で２：１に混合し、さらにこの混合物にＡｌ_２Ｏ_３を約１０ｗｔ％添加し、ブチルカルビドールを溶剤として加えて白金ペーストを作製し、この白金ペーストを用いて、図１に示すように厚さ０．４０ｍｍの第１のグリーンシート１に発熱抵抗体パターン２（幅０．３ｍｍ、厚み１５〜３０μｍ）をスクリーン印刷した。この時、発熱抵抗体パターンの形成されていない領域の幅Ａを、セラミックス支持体の全輻Ｂに対して８．７〜３５％の範囲内で数種類作製した。（６）乾燥後、温度５０℃、真空度７０ｃｍＨｇ以上で、３５〜４０ｋｇ／ｃｍ^２の面圧で面押しをした。（７）さらに、上記グリーンシートに、低抵抗導体ペーストを用いて、電極端子リード部３をその一端が発熱抵抗体パターンに重なるようにスクリーン印刷（幅１．４ｍｍ、厚さ３０±１０μｍ）を行なった後、（８）（６）で行なったのと同じ面押し工程を行なった。

【００１０】（９）次にφ０．２ｍｍの白金線４をその一端が電極端子リード部に重なるように並べた後、厚さ０．２６ｍｍの第２のグリーンシート５を積層し、温度５０ ℃、真空度７０ｃｍＨｇ以上で、３５〜４０ｋｇ／ｃｍ^２の面圧で２分間の熱圧着を行なった。（１０）得られた積層体を温度２６０℃で６時間保持して樹脂抜きをし、さらに、（１１）温度１５４０℃で２時間保持し、幅４ｍｍ、長さ４０ｍｍのセラミックヒータを製作した。

【００１１】得られたセラミックヒータに対して次のような過電圧試験を行ない、クラック発生による断線の有無についての確認を行なった。加熱領域の中心部が、電圧印加後３０秒で室温から１０００℃になる直流電圧を予め設定し、この電圧印加・冷却の繰り返しを２０回行なって、発熱抵抗体パターンの断線が発生する通電回数を調べた。異なる発熱抵抗体パターンのセラミックヒータ各５個における結果を図５に示す。この図より明らかなように、従来の発熱抵抗体パターンのセラミックヒータは２〜７回の電圧印加によりすべてのセラミックヒータにクラックによる断線が発生したが、本考案範囲のもの、すなわち、幅Ａが全幅Ｂに対して３０％以上のものは２０回の繰り返し電圧印加後においてもすべてのセラミックヒータに断線は発生しなかった。

【００１２】次に、中心部にキャビティーを有する構造の酸素センサに本考案のセラミックヒータを組込んだ第２の実施例について図４に基づいて説明する。（１２）第１の実施例に記載の（１）から（９）の工程と同様にして得たグリーンシートの積層体上に、白金ペーストを用いて一対の白金電極６をスクリーン印刷した（厚さ１５〜３０μｍ）。（１３）乾燥後、φ０．２ｍｍの白金線７を、その一端が白金電極のリード部に重なるように並べ、さらに、キャビティー９（１．５×２．９ｍｍ）を形成するために孔明けされた第３のグリーンシート８（厚さ０．２６ｍｍ）、補強用の第４、第５のグリーンシート１０、１１（共に厚さ０．８ｍｍ、第１実施例に記載の（１）から（３）の工程と同様にして作製）、及び、センサ組付時の位置決め用の第６のグリーンシート１２（厚さ０．５６ｍｍ）を順次積層し、温度５０ ℃、真空度７０ｃｍＨｇ以上で、３５〜４０ｋｇ／ｃｍ^２の面圧で２分間の熱圧着を行なった。

【００１３】（１４）その後、キャビティー部分に粒径１００〜１５０μｍの球状アルミナ１３を温度５０℃、真空度７０ｃｍＨｇ以上で、３〜８ｋｇ／ｃｍ^２の面圧で２分間熱圧着させ、キャビティー部分に凹凸部を形成した。（１５）これを温度２６０℃で６時間保持して樹脂抜きをし、（１６）温度１５４０℃で２時間保持し、支持体及び導体、抵抗体を焼結させた。（１７）さらに、キャビティー部分に、チタニア微粒子よりなるペーストを塗布したのち、温度１１００℃で２時間の熱処理を行なってチタニア層１４を形成し、（１８）このチタニア層１４に白金または白金−ロジウム触媒を担持させて、幅４ｍｍ、長さ４０ｍｍのチタニア酸素センサを得た。

【００１４】得られたチタニア酸素センサに対しても、第１の実施例と同様の過電圧試験を行なって、クラック発生による発熱抵抗体パターンの断線の有無について確認したところ、図６に示したとおり本考案範囲のものには２０回の繰り返し電圧印加後においても断線は発生せず、良好な結果であった。

【００１５】

【考案の効果】

本考案のセラミックヒータは、加熱領域の特定の部分にのみ発熱抵抗体パターンの形成を行なうことによって加熱領域内の温度分布が均一になり、加熱時の熱応力によるひずみが低減されるので、繰り返し加熱操作を行なってもクラック発生による発熱抵抗体パターンの断線を引き起こさず、安定した耐久性が得られた。また、本考案のセラミックヒータは、特に、加熱領域の中央部にキャビティーを有するセンサと組み合わせて、その加熱用として用いることにより、耐久性を一層向上させることができた。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案のセラミックヒータの発熱抵抗体のパ
ターンを示す平面図である。

【図２】従来のセラミックヒータの発熱抵抗体のパタ
ーンを示す平面図である。

【図３】第１実施例のセラミックヒータを分解して示
す斜視図である。

【図４】第２実施例の酸素センサを分解して示す斜視
図である。

【図５】第１実施例のセラミックヒータの過電圧試験
の結果を示すグラフである。

【図６】第２実施例の酸素センサの過電圧試験の結果
を示すグラフである。

【符号の説明】

１セラミックス支持体２発熱抵抗体パターン３電極端子リード部４白金線Ａ発熱抵抗体パターンの形成されていない領域の幅

Claims

【実用新案登録請求の範囲】

【請求項１】セラミックス支持体よりなる基体に発熱
抵抗体を備えた平板状のセラミックヒータにおいて、少なくとも加熱領域
の中央部を含む部分に発熱抵抗体パターンの形成されていない領域を有し、前記
発熱抵抗体パターンの形成されていない領域が、発熱抵抗体パターンが形成され
ている面の全幅の３０％以上の幅を有することを特徴とするセラミックヒータ。
【請求項２】センサの加熱用として用いることを特徴
とする請求項１に記載のセラミックヒータ。
【請求項３】加熱領域の上にキャビティーを有する絶
縁層を設けたことを特徴とする請求項２に記載のセラミックヒータ。
【請求項４】加熱領域の上に絶縁層を形成し、前記絶
縁層の表面に凹凸部を設けたことを特徴とする請求項２に記載のセラミッ
クヒータ。