JPH07192906A - セラミック発熱体の製造方法 - Google Patents
セラミック発熱体の製造方法Info
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- JPH07192906A JPH07192906A JP6276636A JP27663694A JPH07192906A JP H07192906 A JPH07192906 A JP H07192906A JP 6276636 A JP6276636 A JP 6276636A JP 27663694 A JP27663694 A JP 27663694A JP H07192906 A JPH07192906 A JP H07192906A
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- Resistance Heating (AREA)
- Apparatuses And Processes For Manufacturing Resistors (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 耐久性で長期安定性の小形化されたハイパワ
ーなセラミック発熱体の製造方法を提供する。 【構成】 セラミック絶縁層の間に埋められた金属発熱
導体、並びに電力供給および電力取り出し導線としての
導電性組成物で充填されたセラミック絶縁層内の接触く
ぼみを含む発熱体の製造方法であって、以下の工程：該
発熱導体、該電力供給および該電力取り出し導線を、未
処理状態の該セラミック層に、ペーストの全固体含有量
に基づいて６０−９５重量％の金属粒子および５−４０
重量％の無機粉末よりなる金属化ペーストとして施し、
そして続いて、施された該金属化ペーストを有する該セ
ラミック層を互いの上に積み重ね、次にこれらを焼結す
る、ことよりなる上記の方法を特徴とする。
ーなセラミック発熱体の製造方法を提供する。 【構成】 セラミック絶縁層の間に埋められた金属発熱
導体、並びに電力供給および電力取り出し導線としての
導電性組成物で充填されたセラミック絶縁層内の接触く
ぼみを含む発熱体の製造方法であって、以下の工程：該
発熱導体、該電力供給および該電力取り出し導線を、未
処理状態の該セラミック層に、ペーストの全固体含有量
に基づいて６０−９５重量％の金属粒子および５−４０
重量％の無機粉末よりなる金属化ペーストとして施し、
そして続いて、施された該金属化ペーストを有する該セ
ラミック層を互いの上に積み重ね、次にこれらを焼結す
る、ことよりなる上記の方法を特徴とする。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、金属発熱導体がセラミ
ック絶縁層の間に埋められており、そして、電力供給導
線および電力取り出し導線として、セラミック絶縁層内
の接触くぼみが導電性組成物で満たされている、発熱体
の製造方法に関する。
ック絶縁層の間に埋められており、そして、電力供給導
線および電力取り出し導線として、セラミック絶縁層内
の接触くぼみが導電性組成物で満たされている、発熱体
の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】ＣＥＲＡＭＩＣ ＢＵＬＬＥＴＩＮ ６
０、ｐ．５４０ ｆｆ（１９８１）、オーツカ等には、
どのようにして主として酸化アルミニウムまたは窒化ア
ルミニウムを含有するセラミック材料の成分をタングス
テンまたはモリブデンのような高融点金属で金属化する
ことができるか、そしてどのようにしてこの金属化物を
未処理セラミックの別の層でカバーすることができ、そ
してその後、この複合材料を焼結して材料を形成するこ
とができるかが記載されている。シート法がこの目的に
特に適している。
０、ｐ．５４０ ｆｆ（１９８１）、オーツカ等には、
どのようにして主として酸化アルミニウムまたは窒化ア
ルミニウムを含有するセラミック材料の成分をタングス
テンまたはモリブデンのような高融点金属で金属化する
ことができるか、そしてどのようにしてこの金属化物を
未処理セラミックの別の層でカバーすることができ、そ
してその後、この複合材料を焼結して材料を形成するこ
とができるかが記載されている。シート法がこの目的に
特に適している。
【０００３】このように製造された部材は電子工学およ
び電気工学の分野で主に使用することができる。厚肉で
大きな発熱体は様々な形で知られている。しかしなが
ら、電子工学および電気工学における小形化がますます
進み、製造および使用において問題が生じている。
び電気工学の分野で主に使用することができる。厚肉で
大きな発熱体は様々な形で知られている。しかしなが
ら、電子工学および電気工学における小形化がますます
進み、製造および使用において問題が生じている。
【０００４】高い発熱パワーのもとでは、発熱体が過負
荷（ｂｕｒｎｉｎｇ ｔｈｒｏｕｇｈ、燃焼しきってし
まうこと）によって破壊されないように、使用材料は耐
熱性でなければならない。
荷（ｂｕｒｎｉｎｇ ｔｈｒｏｕｇｈ、燃焼しきってし
まうこと）によって破壊されないように、使用材料は耐
熱性でなければならない。
【０００５】発熱体としての使用は、電流作用が、高い
抵抗を有する金属化パターンの個所で選択的に大量の熱
を発生する場合に可能である。この時に、高温発熱範囲
では、ガラス相を含むセラミック材料（ガラス含有率＞
５重量％）を用いた結果として、温度はセラミック内の
ガラス相の流動が生じるほど高温となる。ここで多層の
セラミックの外面に対する金属発熱ストリップ導体の距
離が非常に小さく、特に０．４ｍｍ未満であると、空気
がガラス相内の空になった部分、すなわち、特に高温の
部分を通って、タングステンまたはモリブデンからなる
金属導体に侵入し、酸化によってこの電力導体を破壊す
ることになる。このため、ガラス相の割合が少ないセラ
ミックを使用するのが都合がよい。
抵抗を有する金属化パターンの個所で選択的に大量の熱
を発生する場合に可能である。この時に、高温発熱範囲
では、ガラス相を含むセラミック材料（ガラス含有率＞
５重量％）を用いた結果として、温度はセラミック内の
ガラス相の流動が生じるほど高温となる。ここで多層の
セラミックの外面に対する金属発熱ストリップ導体の距
離が非常に小さく、特に０．４ｍｍ未満であると、空気
がガラス相内の空になった部分、すなわち、特に高温の
部分を通って、タングステンまたはモリブデンからなる
金属導体に侵入し、酸化によってこの電力導体を破壊す
ることになる。このため、ガラス相の割合が少ないセラ
ミックを使用するのが都合がよい。
【０００６】オーツカ等の論文から、ガラスまたはガラ
ス形成体部分を含まない金属化ペーストは、ガラス相の
割合の少ないそのようなセラミック材料にほとんど接着
しないことが同様に知られている。ガラスを加えると接
着性が大きく増大するが、そのようなペーストは電気抵
抗が高く、これは非常に微細な構造体においては不利で
ある。
ス形成体部分を含まない金属化ペーストは、ガラス相の
割合の少ないそのようなセラミック材料にほとんど接着
しないことが同様に知られている。ガラスを加えると接
着性が大きく増大するが、そのようなペーストは電気抵
抗が高く、これは非常に微細な構造体においては不利で
ある。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、構造
体をセラミックシートおよび耐熱性金属化物を用いてま
ず予備成形し、そして次にこの多層構造体を焼結する
と、耐久性で長期安定性の小形化されたハイパワーな発
熱体が得られる、薄肉セラミック発熱体の製造方法を提
供することである。
体をセラミックシートおよび耐熱性金属化物を用いてま
ず予備成形し、そして次にこの多層構造体を焼結する
と、耐久性で長期安定性の小形化されたハイパワーな発
熱体が得られる、薄肉セラミック発熱体の製造方法を提
供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】この目的は、発熱導体、
電力供給導線および電力取り出し導線を、未処理状態の
セラミック層に、ペーストの全固体含有量に基づいて６
０−９５重量％の金属粒子および５−４０重量％の無機
粉末よりなる金属化ペーストとして施し、次に、施した
金属化ペーストを有するセラミック層を互いの上に積み
重ね、そして焼結を行うことを特徴とする、導入部で述
べた一般的なタイプの方法によって達成される。
電力供給導線および電力取り出し導線を、未処理状態の
セラミック層に、ペーストの全固体含有量に基づいて６
０−９５重量％の金属粒子および５−４０重量％の無機
粉末よりなる金属化ペーストとして施し、次に、施した
金属化ペーストを有するセラミック層を互いの上に積み
重ね、そして焼結を行うことを特徴とする、導入部で述
べた一般的なタイプの方法によって達成される。
【０００９】本発明の好ましい具体例では、耐熱性金属
化ペーストは厚膜法によって施される。ここでは厚さが
１００μm以下の層がスクリーン印刷法によって得られ
る。次に、施された金属化ペーストを有するセラミック
絶縁層をまず乾燥するのが好ましい。乾燥条件は使用さ
れるスクリーン印刷油によって変わり、乾燥は一般に５
−３０分間、４０−１５０℃で行う。
化ペーストは厚膜法によって施される。ここでは厚さが
１００μm以下の層がスクリーン印刷法によって得られ
る。次に、施された金属化ペーストを有するセラミック
絶縁層をまず乾燥するのが好ましい。乾燥条件は使用さ
れるスクリーン印刷油によって変わり、乾燥は一般に５
−３０分間、４０−１５０℃で行う。
【００１０】本発明では、タングステンまたはモリブデ
ンまたはこれらの混合物よりなる金属粉末を少なくとも
７０重量％、およびガラス相を形成せず、酸化アルミニ
ウム、窒化アルミニウム、窒化チタン、炭化チタンまた
は炭化タングステンよりなる、セラミック粉末または粉
末混合物を、多くとも３０重量％含み、そしてさらに有
機ペースト媒質を５−３５重量％含有する、金属化ペー
ストを使用するのが好ましい。適当な有機ペースト媒質
は特に鉱油、植物油または合成油、例えばスクリーン印
刷油またはリサイクル油である；しかしながら、脂肪、
ワックス、チキソトロープ剤のような添加剤、ロジンま
たはレシチンをよりよい充填度を得るために、ベントナ
イトを未燃焼ペーストの強度を改良するために用いるこ
と、および／または有機溶剤を用いることも可能であ
る。
ンまたはこれらの混合物よりなる金属粉末を少なくとも
７０重量％、およびガラス相を形成せず、酸化アルミニ
ウム、窒化アルミニウム、窒化チタン、炭化チタンまた
は炭化タングステンよりなる、セラミック粉末または粉
末混合物を、多くとも３０重量％含み、そしてさらに有
機ペースト媒質を５−３５重量％含有する、金属化ペー
ストを使用するのが好ましい。適当な有機ペースト媒質
は特に鉱油、植物油または合成油、例えばスクリーン印
刷油またはリサイクル油である；しかしながら、脂肪、
ワックス、チキソトロープ剤のような添加剤、ロジンま
たはレシチンをよりよい充填度を得るために、ベントナ
イトを未燃焼ペーストの強度を改良するために用いるこ
と、および／または有機溶剤を用いることも可能であ
る。
【００１１】本発明に従って発熱体を製造するには、本
発明の目的のために”バイア（ｖｉａ、道）”とも呼ば
れる接触くぼみを未燃焼セラミックシートに打ち抜いた
りまたは穴あけして、シート表面に対して垂直な電力の
移動を可能にする。金属化ペーストをまだ未燃焼のセラ
ミックシート上にスクリーン印刷、回転スクリーン印
刷、オフセット印刷またはダバー印刷のような印刷法に
よって移し、希望のパターンをシート表面に作り出す。
完全に充填されたバイアの直径は０．１−０．５ｍｍ、
好ましくは０．３ｍｍである。ストリップ導体の場合の
金属化層の厚さは５−１００μm、好ましくは１０−１
５μmにすることができる。ストリップ導体の幅は少な
くとも０．２５ｍｍにすべきであり、燃えてしまうのを
確実に避けるには約０．５ｍｍが好ましい。
発明の目的のために”バイア（ｖｉａ、道）”とも呼ば
れる接触くぼみを未燃焼セラミックシートに打ち抜いた
りまたは穴あけして、シート表面に対して垂直な電力の
移動を可能にする。金属化ペーストをまだ未燃焼のセラ
ミックシート上にスクリーン印刷、回転スクリーン印
刷、オフセット印刷またはダバー印刷のような印刷法に
よって移し、希望のパターンをシート表面に作り出す。
完全に充填されたバイアの直径は０．１−０．５ｍｍ、
好ましくは０．３ｍｍである。ストリップ導体の場合の
金属化層の厚さは５−１００μm、好ましくは１０−１
５μmにすることができる。ストリップ導体の幅は少な
くとも０．２５ｍｍにすべきであり、燃えてしまうのを
確実に避けるには約０．５ｍｍが好ましい。
【００１２】ペーストを処理するには、バイアの充填に
１５０−５００Ｐａ・ｓの粘度のペーストを用いるのが
望ましく、これに対して、平面金属化印刷の場合は、さ
らに少量のスクリーン印刷油を適当に加えることによっ
てペーストの粘度を５０−９０Ｐａ・ｓに調整すると都
合がよい。
１５０−５００Ｐａ・ｓの粘度のペーストを用いるのが
望ましく、これに対して、平面金属化印刷の場合は、さ
らに少量のスクリーン印刷油を適当に加えることによっ
てペーストの粘度を５０−９０Ｐａ・ｓに調整すると都
合がよい。
【００１３】必ずしもそうではないが、バイアと金属化
平面との境界面にひびの入るのが大いに避けられるの
で、バイアの充填に、並びにまたストリップ導体および
接触面に、同じ金属化ペーストを用いると都合がよい。
平面との境界面にひびの入るのが大いに避けられるの
で、バイアの充填に、並びにまたストリップ導体および
接触面に、同じ金属化ペーストを用いると都合がよい。
【００１４】焼結中、セラミックの収縮率に較べて金属
化物の収縮率が小さすぎるためのセラミックにおける星
状亀裂の形成も、また金属化ペーストの収縮率が大きす
ぎるためのバイアにおけるボイドまたは星状亀裂の形成
もないように、金属化ペーストはシートの収縮率と釣り
合わせる。収縮率の釣り合わせは、組成物および粉末の
粒度によって行われる。金属化ペースト中に存在するガ
ラス相を形成しないセラミック粉末の平均粒度は≦１０
μmであるのが好ましく、≦２μmであると特に好まし
い。粒度は、ＡＬＣＡＴＥＬ社のレーザー粒度計ＣＩＬ
ＡＳ８５０（商標）を使用して測定する。
化物の収縮率が小さすぎるためのセラミックにおける星
状亀裂の形成も、また金属化ペーストの収縮率が大きす
ぎるためのバイアにおけるボイドまたは星状亀裂の形成
もないように、金属化ペーストはシートの収縮率と釣り
合わせる。収縮率の釣り合わせは、組成物および粉末の
粒度によって行われる。金属化ペースト中に存在するガ
ラス相を形成しないセラミック粉末の平均粒度は≦１０
μmであるのが好ましく、≦２μmであると特に好まし
い。粒度は、ＡＬＣＡＴＥＬ社のレーザー粒度計ＣＩＬ
ＡＳ８５０（商標）を使用して測定する。
【００１５】さらに、できるだけ一定の全体抵抗を設定
すべきである；この抵抗は、燃焼ストリップ導体の単位
面積当たりの抵抗と、シートの面におけるストリップ導
体の面積を掛けることによって得られる。実際問題とし
て、約１−１０００オームの全体抵抗がそのような小形
化発熱体において必要とされる。隣接ストリップ導体間
の距離は、可能ならば、≧０．４ｍｍにして燃えてしま
うのを避けるべきである。ストリップ導体の全体の配置
は、ループの発熱温度がその全長にわたってできるだけ
均一となるように選択すべきである。その後、接触面の
外部金属化部分を無電解ニッケルめっきしてもよい。こ
のためには、例えば還元剤として次亜リン酸塩をベース
にした、市販の金属化浴を用いることができる。必要な
らば、銅含有および／または銀含有はんだ層をさらに施
してもよい。
すべきである；この抵抗は、燃焼ストリップ導体の単位
面積当たりの抵抗と、シートの面におけるストリップ導
体の面積を掛けることによって得られる。実際問題とし
て、約１−１０００オームの全体抵抗がそのような小形
化発熱体において必要とされる。隣接ストリップ導体間
の距離は、可能ならば、≧０．４ｍｍにして燃えてしま
うのを避けるべきである。ストリップ導体の全体の配置
は、ループの発熱温度がその全長にわたってできるだけ
均一となるように選択すべきである。その後、接触面の
外部金属化部分を無電解ニッケルめっきしてもよい。こ
のためには、例えば還元剤として次亜リン酸塩をベース
にした、市販の金属化浴を用いることができる。必要な
らば、銅含有および／または銀含有はんだ層をさらに施
してもよい。
【００１６】次に、金属化ペーストで被覆された複数の
シートを互いの上に積層し、加圧下（通常は≧５・１０
4ｈＰａ）、必要ならば加熱する（室温ないし約１５０
℃）と共に、プレスする。この工程を容易にするため
に、結合剤を含む有機混合物よりなる接着助剤をセラミ
ックシートの全表面に施してもよい。そのような接着助
剤は、ＵＳ−Ａ ５，０２１，２８７から公知であり、
有機溶剤中のポリビニルブチラールまたはアクリル樹脂
のような有機樹脂、あるいはまたフタル酸エステルまた
はポリエチレングリコールのような可塑剤を含有する。
シートを互いの上に積層し、加圧下（通常は≧５・１０
4ｈＰａ）、必要ならば加熱する（室温ないし約１５０
℃）と共に、プレスする。この工程を容易にするため
に、結合剤を含む有機混合物よりなる接着助剤をセラミ
ックシートの全表面に施してもよい。そのような接着助
剤は、ＵＳ−Ａ ５，０２１，２８７から公知であり、
有機溶剤中のポリビニルブチラールまたはアクリル樹脂
のような有機樹脂、あるいはまたフタル酸エステルまた
はポリエチレングリコールのような可塑剤を含有する。
【００１７】通常は面内に互いに横方向に配置された複
数の発熱体を同時に含む、多層ラミネートを製造した
後、個々の片に分け、同時に発熱体を目的の形にする。
この分離は、例えば切断または打ち抜きによって行うこ
とができる。
数の発熱体を同時に含む、多層ラミネートを製造した
後、個々の片に分け、同時に発熱体を目的の形にする。
この分離は、例えば切断または打ち抜きによって行うこ
とができる。
【００１８】還元性湿り大気中、≧１６００℃での焼結
プロセスによって、発熱体は最終の大きさになる。炉の
大気の組成は水素約７５％および窒素２５％であり、混
合物は５５℃で水蒸気で飽和されているのが好ましい。
プロセスによって、発熱体は最終の大きさになる。炉の
大気の組成は水素約７５％および窒素２５％であり、混
合物は５５℃で水蒸気で飽和されているのが好ましい。
【００１９】発熱体の個々の小形化では、温度分布およ
び熱伝導による損失に特に注意を払わなければならな
い。発熱領域では、ストリップ導体の層の厚さをできる
だけ均一にして、収縮部および層の厚さの薄い個所での
局部的過熱を確実に避けるように注意しなければならな
い。さらに、形状および酸化アルミニウムの熱伝導率、
金属化物の組成およびストリップ導体自体の形状の釣り
合いが不十分であると、局部的な過熱が原因で燃えてし
まう。
び熱伝導による損失に特に注意を払わなければならな
い。発熱領域では、ストリップ導体の層の厚さをできる
だけ均一にして、収縮部および層の厚さの薄い個所での
局部的過熱を確実に避けるように注意しなければならな
い。さらに、形状および酸化アルミニウムの熱伝導率、
金属化物の組成およびストリップ導体自体の形状の釣り
合いが不十分であると、局部的な過熱が原因で燃えてし
まう。
【００２０】本発明の方法で製造される発熱体では、５
０時間ないし材料組成によっては１１００時間までの連
続使用を１８００℃以下の温度行うことができる。使用
温度の上限は主に、セラミック絶縁層の化学組成および
軟化する層の含有率によって決まる。セラミック絶縁層
に用いるのは、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、
酸化ジルコニウム、二酸化珪素または窒化チタンが好ま
しい。
０時間ないし材料組成によっては１１００時間までの連
続使用を１８００℃以下の温度行うことができる。使用
温度の上限は主に、セラミック絶縁層の化学組成および
軟化する層の含有率によって決まる。セラミック絶縁層
に用いるのは、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、
酸化ジルコニウム、二酸化珪素または窒化チタンが好ま
しい。
【００２１】発熱体は酸素センサーまたは他の測定プロ
ーブ用の、特に自動車のエンジン用の発熱体、実験室測
定装置および赤外線信号発生器におけるまたは加熱工学
における発熱体、例えば流出燃焼ガス点火用の点火部材
としてまたは浸漬ボイラーとして用いることができる。
ーブ用の、特に自動車のエンジン用の発熱体、実験室測
定装置および赤外線信号発生器におけるまたは加熱工学
における発熱体、例えば流出燃焼ガス点火用の点火部材
としてまたは浸漬ボイラーとして用いることができる。
【００２２】本発明を以下の実施例によって説明する
が、本発明はこれらの具体例に限定されるものではな
い。
が、本発明はこれらの具体例に限定されるものではな
い。
【００２３】
実施例１ ０．８ｍｍの厚さの未処理シートには結合剤、可塑剤お
よび分散剤の他に、主に酸化アルミニウムおよび４％の
石英含有ガラス形成添加剤が含まれていた。シートをブ
レードで切断してカードを得た；通し接触用のくぼみ
（バイア）を機械で打ち抜いた。スクリーン印刷を用い
て、バイアに金属化ペーストを充填した。このペースト
は、（固体成分の重量に基づいて）、８４重量％の平均
粒度２．５μmのタングステンの他に、１６重量％の平
均粒度１μmの微細アルミナ、さらに１５重量％のスク
リーン印刷油を有機ペースト媒質として含有していた。
ペーストの処理には、平面印刷には７５Ｐａ・ｓの粘度
を、バイアの印刷には１７５Ｐａ・ｓの粘度を設定し
た。
よび分散剤の他に、主に酸化アルミニウムおよび４％の
石英含有ガラス形成添加剤が含まれていた。シートをブ
レードで切断してカードを得た；通し接触用のくぼみ
（バイア）を機械で打ち抜いた。スクリーン印刷を用い
て、バイアに金属化ペーストを充填した。このペースト
は、（固体成分の重量に基づいて）、８４重量％の平均
粒度２．５μmのタングステンの他に、１６重量％の平
均粒度１μmの微細アルミナ、さらに１５重量％のスク
リーン印刷油を有機ペースト媒質として含有していた。
ペーストの処理には、平面印刷には７５Ｐａ・ｓの粘度
を、バイアの印刷には１７５Ｐａ・ｓの粘度を設定し
た。
【００２４】充填したバイアを空気中、７０℃で乾燥し
た後、ループ形構造物を未燃焼バイア充填カード上に、
記載のペーストおよびスクリーン印刷機を用いて厚膜法
によって印刷した。印刷されたカードを空気中、７０℃
で乾燥した。平面パターンを他の未燃焼カード上に、同
様に記載の金属化ペーストを用いてスクリーン印刷機で
印刷した。これらの金属化表面は最終発熱体の外側にあ
り、そして接触部分として電気接続を可能にしなければ
ならない。印刷されたカードは全て空気中、７０℃で乾
燥した。
た後、ループ形構造物を未燃焼バイア充填カード上に、
記載のペーストおよびスクリーン印刷機を用いて厚膜法
によって印刷した。印刷されたカードを空気中、７０℃
で乾燥した。平面パターンを他の未燃焼カード上に、同
様に記載の金属化ペーストを用いてスクリーン印刷機で
印刷した。これらの金属化表面は最終発熱体の外側にあ
り、そして接触部分として電気接続を可能にしなければ
ならない。印刷されたカードは全て空気中、７０℃で乾
燥した。
【００２５】次に、各場合において、ループパターンを
有する２つのカードはそれらの金属化されていない逆の
側を接触させ、そして各場合において接触パターンを有
するカードをさらにその上に置き、各場合において接触
パターンが外側を向くようにして、複数の印刷されたカ
ードを互いに上に積層した。この配置の略図を図１に示
す。バイア２を有するセラミックシート１を参照番号で
示す。バイア２に図示されていない充填物を充填する。
金属化物４は、ストリップ導体供給導線５および発熱ル
ープ６が形成されるように配置し、後者は発熱領域７を
形成する。最後に、外部接触部分８も示す。
有する２つのカードはそれらの金属化されていない逆の
側を接触させ、そして各場合において接触パターンを有
するカードをさらにその上に置き、各場合において接触
パターンが外側を向くようにして、複数の印刷されたカ
ードを互いに上に積層した。この配置の略図を図１に示
す。バイア２を有するセラミックシート１を参照番号で
示す。バイア２に図示されていない充填物を充填する。
金属化物４は、ストリップ導体供給導線５および発熱ル
ープ６が形成されるように配置し、後者は発熱領域７を
形成する。最後に、外部接触部分８も示す。
【００２６】このカード積層物を圧力９０，０００ｈＰ
ａ、温度９０℃でプレスした。複数の個々の部品を、切
断工具を使用してラミネートから切断した。ここで、発
熱体の内部のループ形構造物の、発熱体の側面外端から
の距離は０．５ｍｍであった。バー形発熱体は保護ガス
（窒素および水素の湿り混合物）下、１６３０℃にてフ
ード型炉内で焼結した。これによって、一方では、９６
重量％のＡｌ2Ｏ3を含有するセラミック材料酸化アルミ
ニウムが得られ、他方では、ストリップ導体が同時燃焼
プロセスで同時に焼結された。完全に充填されたバイア
の直径は０．３ｍｍであった。ストリップ導体金属化物
層の厚さは１２μm、幅は０．５ｍｍであった。実施例
１に従うストリップ導体によって得られる単位面積当た
りの抵抗は５ｍΩ／ｃｍ2であった。最終発熱バーの幅
および厚さは共に約２．５ｍｍであり、その発熱領域の
長さは約１８ｍｍであった。最終発熱体で行った測定は
実施例の後に記載し、表にした。
ａ、温度９０℃でプレスした。複数の個々の部品を、切
断工具を使用してラミネートから切断した。ここで、発
熱体の内部のループ形構造物の、発熱体の側面外端から
の距離は０．５ｍｍであった。バー形発熱体は保護ガス
（窒素および水素の湿り混合物）下、１６３０℃にてフ
ード型炉内で焼結した。これによって、一方では、９６
重量％のＡｌ2Ｏ3を含有するセラミック材料酸化アルミ
ニウムが得られ、他方では、ストリップ導体が同時燃焼
プロセスで同時に焼結された。完全に充填されたバイア
の直径は０．３ｍｍであった。ストリップ導体金属化物
層の厚さは１２μm、幅は０．５ｍｍであった。実施例
１に従うストリップ導体によって得られる単位面積当た
りの抵抗は５ｍΩ／ｃｍ2であった。最終発熱バーの幅
および厚さは共に約２．５ｍｍであり、その発熱領域の
長さは約１８ｍｍであった。最終発熱体で行った測定は
実施例の後に記載し、表にした。
【００２７】比較実施例１ 実施例１と同様の方法で、同じ寸法の発熱体を、９６重
量％の酸化アルミニウムおよび４重量％の石英含有ガラ
ス形成添加剤よりなる同じセラミック材料から製造し
た。唯一の違いは、金属化ペーストが１００重量％の平
均粒度２．５μmのタングステン、およびペーストとし
て処理するのに必要なスクリーン印刷油よりなることで
あった。実施例の後の測定結果を参照してほしい。
量％の酸化アルミニウムおよび４重量％の石英含有ガラ
ス形成添加剤よりなる同じセラミック材料から製造し
た。唯一の違いは、金属化ペーストが１００重量％の平
均粒度２．５μmのタングステン、およびペーストとし
て処理するのに必要なスクリーン印刷油よりなることで
あった。実施例の後の測定結果を参照してほしい。
【００２８】実施例２ 接触領域を各バーの端に有し、そして２層のセラミック
シートのみからなるバー形発熱体の製造方法は、実施例
１の製造方法と同様である。３重量％の酸化アルミニウ
ムおよび４重量％の酸化イットリウムを含有する窒化ア
ルミニウムを、セラミック材料として製造した。ここ
で、未燃焼セラミックシートで製造されたカードに、下
記の金属化ペーストを用いて、波形または曲がりくねっ
た形の構造物を印刷した。バイアは金属針を使用して、
第２の未燃焼セラミックカードに機械で打ち抜いた。
シートのみからなるバー形発熱体の製造方法は、実施例
１の製造方法と同様である。３重量％の酸化アルミニウ
ムおよび４重量％の酸化イットリウムを含有する窒化ア
ルミニウムを、セラミック材料として製造した。ここ
で、未燃焼セラミックシートで製造されたカードに、下
記の金属化ペーストを用いて、波形または曲がりくねっ
た形の構造物を印刷した。バイアは金属針を使用して、
第２の未燃焼セラミックカードに機械で打ち抜いた。
【００２９】金属化ペーストは、８４重量％のモリブデ
ンおよびまた８重量％の酸化アルミニウムおよびさらに
８重量％の窒化アルミニウムを含んでいた。粉末の粒度
は実施例１に記載の通りであった。金属化ペーストはス
クリーン印刷油で実施例１に記載の粘度に調整した。
ンおよびまた８重量％の酸化アルミニウムおよびさらに
８重量％の窒化アルミニウムを含んでいた。粉末の粒度
は実施例１に記載の通りであった。金属化ペーストはス
クリーン印刷油で実施例１に記載の粘度に調整した。
【００３０】バイアに記載のペーストを充填し、乾燥さ
せた。次に、平面のまたは曲がりくねった形の印刷パタ
ーンを記載のペーストを用いてこのカードの片側に施
し、再び乾燥させた。両方のカードを水密性パウチに結
合し、そしてこれらを、波形または曲がりくねった形の
構造物が２つのカードの間にあり、同時に、接触領域が
外側に向くように、等圧プレスによって１００，０００
ｈＰａの高圧下、７０℃で積層した。そのような配置は
図２に示す。後の製造方法は実施例１のように行った。
せた。次に、平面のまたは曲がりくねった形の印刷パタ
ーンを記載のペーストを用いてこのカードの片側に施
し、再び乾燥させた。両方のカードを水密性パウチに結
合し、そしてこれらを、波形または曲がりくねった形の
構造物が２つのカードの間にあり、同時に、接触領域が
外側に向くように、等圧プレスによって１００，０００
ｈＰａの高圧下、７０℃で積層した。そのような配置は
図２に示す。後の製造方法は実施例１のように行った。
【００３１】実施例３ 本質的に環状の発熱体の製造方法は実施例１および２の
製造方法と全て同じであった。使用セラミック材料は、
１０重量％の酸化アルミニウムおよび３重量％の酸化イ
ットリウムを含有する窒化アルミニウムであった。ここ
で、未燃焼セラミックシートで製造されたカードに、実
施例２の金属化ペーストを用いて、本質的に環状の、そ
して必要ならば、波形または曲がりくねった形の構造物
を印刷した。
製造方法と全て同じであった。使用セラミック材料は、
１０重量％の酸化アルミニウムおよび３重量％の酸化イ
ットリウムを含有する窒化アルミニウムであった。ここ
で、未燃焼セラミックシートで製造されたカードに、実
施例２の金属化ペーストを用いて、本質的に環状の、そ
して必要ならば、波形または曲がりくねった形の構造物
を印刷した。
【００３２】重ねたストリップ導体の形または長さが異
なっているならば、それらの電気抵抗および発熱温度
は、ストリップ導体の断面によって釣り合わせることが
できる。発熱可能な区域は、接触領域およびバイアを部
材の外端に対して短くすることによってほとんど環状に
することができる。
なっているならば、それらの電気抵抗および発熱温度
は、ストリップ導体の断面によって釣り合わせることが
できる。発熱可能な区域は、接触領域およびバイアを部
材の外端に対して短くすることによってほとんど環状に
することができる。
【００３３】製造された発熱体の負荷容量を試験するた
めに、異なる２組の測定を行った。第１の組では、１７
Ｖの電圧を発熱体の接点に加え、同時に、発熱体を１０
００℃の一定温度の炉内で加熱した。発熱体を流れる電
流は自己調整され、電流計によって示される。しかしな
がら、試験は電流計が０Ａの電流を示すまでに経過する
時間のみを測定する。これは発熱体がその後、故障する
からである。
めに、異なる２組の測定を行った。第１の組では、１７
Ｖの電圧を発熱体の接点に加え、同時に、発熱体を１０
００℃の一定温度の炉内で加熱した。発熱体を流れる電
流は自己調整され、電流計によって示される。しかしな
がら、試験は電流計が０Ａの電流を示すまでに経過する
時間のみを測定する。これは発熱体がその後、故障する
からである。
【００３４】第２の測定では、いわゆる過負荷試験を行
う。ここで、３０Ｖの電圧を発熱体に加える。この場
合、電流および温度は自由に定める。この場合もまた、
測定は、発熱体が燃えてしまい、その結果、０Ａを示す
までに経過する時間を測定するものである。結果を以下
の表にまとめる。
う。ここで、３０Ｖの電圧を発熱体に加える。この場
合、電流および温度は自由に定める。この場合もまた、
測定は、発熱体が燃えてしまい、その結果、０Ａを示す
までに経過する時間を測定するものである。結果を以下
の表にまとめる。
【００３５】 実施例番号 １ ２ ３ Ｖ１1) １７Ｖ／１０００℃ １９９ｈ2) ２１２ｈ １４８ｈ ２５ｈ ３０Ｖ ３４ｍ3) ６９ｍ ２８ｍ １２ｍ1) 比較実施例１2) ｈ＝時間3) ｍ＝分
【図１】本発明の発熱体積層物の例を示す略図である。
【図２】曲がりくねった形の印刷パターンを有する本発
明の発熱体積層物の例を示す略図である。
明の発熱体積層物の例を示す略図である。
【符号の説明】 １ セラミックシート ２ バイア ４ 金属化物 ５ ストリップ導体供給導線 ６ 発熱ループ ７ 発熱領域 ８ 外部接触部分
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ハインツ・グロスシュヴィッツ ドイツ連邦共和国デー−95615 マルクト レートヴィッツ，ザルツヒューベルシュト ラーセ ８ (72)発明者 ペーター・ベゾルト ドイツ連邦共和国デー−95679 ヴァルデ ルスホフ，ルートヴィヒ−ホフマン−シュ トラーセ 20
Claims (16)
- 【請求項１】 セラミック絶縁層の間に埋められた金属
発熱導体、並びに電力供給および電力取り出し導線とし
ての導電性組成物で充填されたセラミック絶縁層内の接
触くぼみを含む発熱体の製造方法であって、以下の工
程：該発熱導体、該電力供給および該電力取り出し導線
を、未処理状態の該セラミック層に、ペーストの全固体
含有量に基づいて６０−９５重量％の金属粒子および５
−４０重量％の無機粉末よりなる金属化ペーストとして
施し、そして続いて、施された該金属化ペーストを有す
る該セラミック層を互いの上に積み重ね、次にこれらを
焼結する、ことよりなる上記の方法。 - 【請求項２】 該金属化ペーストが耐熱性であり、そし
て厚膜法によって施される、請求項１の方法。 - 【請求項３】 積層および焼結工程の前に、該セラミッ
ク絶縁層を、施された該金属化ペーストと共に、４０−
１５０℃の温度で乾燥する、請求項１の方法。 - 【請求項４】 該金属化ペーストが、タングステンおよ
びモリブデンまたはこれらの混合物よりなる群から選ば
れる金属粉末を少なくとも７０重量％、およびガラス相
を形成せず、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、窒
化チタン、炭化チタンまたは炭化タングステンよりな
る、セラミック粉末または粉末混合物を、多くとも３０
重量％含む、請求項１の方法。 - 【請求項５】 該金属化ペーストが、該金属化ペースト
の全固体含有量に基づいて、さらに５−３５重量％の有
機ペースト媒質を含む、請求項１の方法。 - 【請求項６】 スクリーン印刷、回転スクリーン印刷、
オフセット印刷またはダバー印刷のような印刷法によっ
て、該金属化ペーストを該未燃焼セラミック層に移し、
希望のパターンを該層表面につくり、該接触くぼみの直
径は０．１−０．５ｍｍであり、該発熱導体のための該
金属化層の厚さは５−１００μmであり、そして該発熱
導体の幅は少なくとも０．２５ｍｍである、請求項１の
方法。 - 【請求項７】 該接触くぼみの直径が０．３ｍｍ、該発
熱導体のための該金属化層の厚さが１０−２５μm、該
発熱導体の幅が少なくとも０．５ｍｍである、請求項６
の方法。 - 【請求項８】 該接触くぼみの充填に用いる該金属化ペ
ーストの粘度を１５０−５００Ｐａ・ｓの値に調整し、
該発熱導体に用いる該金属化ペーストの粘度を５０−９
０Ｐａ・ｓに調整する、請求項１の方法。 - 【請求項９】 ガラス相を形成しない該セラミック粉末
の平均粒度が≦１０μmである、請求項４の方法。 - 【請求項１０】 該セラミック粉末の平均粒度が≦３μ
mである、請求項９の方法。 - 【請求項１１】 該焼結工程を還元性の湿り大気中、≧
１６００℃で行う、請求項１の方法。 - 【請求項１２】 燃焼発熱導体の単位面積当たりの抵抗
と、該セラミック層の面における発熱導体の面積を掛け
ることによって得られる、一定の全体抵抗が１−１００
０Ωである、請求項１の方法によって製造される発熱
体。 - 【請求項１３】 接触領域として無電解ニッケルめっき
した外部金属化部分を有する、請求項１２の発熱体。 - 【請求項１４】 銅含有および／または銀含有はんだ層
を該接触部分にさらに施す、請求項１３の発熱体。 - 【請求項１５】 請求項１２の発熱体を点火部材として
使用することによって、流出燃焼ガスを発火させる方
法。 - 【請求項１６】 ガスセンサーを請求項１２の発熱体と
組み合わせることによる、ガスセンサーの製造方法。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE4338539.7 | 1993-11-11 | ||
| DE4338539A DE4338539A1 (de) | 1993-11-11 | 1993-11-11 | Verfahren zum Herstellen von keramischen Heizelementen |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07192906A true JPH07192906A (ja) | 1995-07-28 |
| JP3664757B2 JP3664757B2 (ja) | 2005-06-29 |
Family
ID=6502368
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP27663694A Expired - Fee Related JP3664757B2 (ja) | 1993-11-11 | 1994-11-10 | セラミック発熱体の製造方法 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5560851A (ja) |
| EP (1) | EP0653898B1 (ja) |
| JP (1) | JP3664757B2 (ja) |
| DE (2) | DE4338539A1 (ja) |
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