专利名称：陶瓷加热器的利记博彩app
技术领域：
本发明涉及一种用于烫发钳、水加热用加热器、氧传感器、空燃比传感器、火花塞 等的陶瓷加热器。
背景技术：
以往，烫发钳的加热器、以及水加热用及燃料的液化、气化用等的加热器、以及氧 传感器、空燃比传感器、火花塞等加热器均使用陶瓷加热器。作为用于这些用途的陶瓷加热 器，例如已知有如图6所示，在陶瓷基体101中埋设发热电阻102，在与该发热电阻102的 端部电连接的导线部103及外部电极(电极焊盘)104，经由焊料连接有导线构件105的构 成的陶瓷加热器110(例如，参照专利文献1)。在此，图6是表示以往陶瓷加热器的例子的 立体图。专利文献1 (日本)特开平5-315055号公报以所述的用途为代表的陶瓷加热器在使用时，有时由于将被加热物加热到所希望 的温度而需要很长时间，因此谋求为进行所希望的加热处理而再缩短加热时间的陶瓷加热 器。另外，在加热被加热物时，由于陶瓷加热器表面的温度分布，向被加热物的热传递不均 勻，往往造成被加热物的温度不勻，因此还谋求能够均勻地加热被加热物的陶瓷加热器。进 而，加热时产生大的温度分布的陶瓷加热器在反复使用时经受不住因温度分布而产生的热 应力，有时造成陶瓷基体破裂。针对这些问题，近年来，谋求一种陶瓷加热器，其能够更迅速地加热被加热物且能 够缩短加热时间，同时能够减小表面的温度分布，进而，在更高温度下反复升降温的严酷的 使用环境下，也具备充分的耐久性。
发明内容
本发明是鉴于所述的课题而开发的，其目的在于提供一种陶瓷加热器，其能够缩 短对被加热物的加热时间，可以减小表面的温度分布，耐久性也优良，热传导性优良。本发明的陶瓷加热器，其特征为，在板状的陶瓷体的内部具有发热体，在所述陶瓷 体的主面固定有多个无机质的粒子。另外，本发明的陶瓷加热器在所述构成的基础上，其特征为，所述粒子为陶瓷。另外，本发明的陶瓷加热器在所述构成的基础上，其特征为，在所述陶瓷体的两个 主面固定有多个所述粒子。进而，本发明的陶瓷加热器在所述构成的基础上，其特征为，多个所述粒子固定在 所述主面的与所述发热体对应的区域。另外，本发明的陶瓷加热器在所述构成的基础上，其特征为，多个所述粒子还固定 在所述主面的与所述发热体对应的区域之间的区域。另外，本发明的陶瓷加热器在所述构成的基础上，其特征为，所述粒子与所述陶瓷 体相比，热传导率高。
进而，本发明的陶瓷加热器在所述构成的基础上，其特征为，所述粒子的主要成分 与所述陶瓷体的主要成分相同。另外，本发明的陶瓷加热器在所述构成的基础上，其特征为，在所述陶瓷体的所述 主面的外周部有未固定所述粒子的区域。另外，本发明的陶瓷加热器在所述构成的基础上，其特征为，所述粒子为有棱角的 形状。另外，本发明的陶瓷加热器在所述构成的基础上，其特征为，所述粒子大于所述陶 瓷体的晶体粒子。根据本发明的陶瓷加热器，由于在板状的陶瓷体的内部具有发热体，在所述陶瓷 体的主面固定有多个无机质的粒子，所以陶瓷加热器的陶瓷体的主面的比表面积因固定有 多个粒子而增大，加热被加热物时的热传递中，固定的粒子起到所谓的翅片效果，因此向被 加热物的热传递的效率提高，能够缩短加热时间。另外，由于能够减小陶瓷加热器的陶瓷体 的主面的温度分布，所以也具有防止反复使用时的热应力引起的加热器破裂的效果。
图1是表示本发明的陶瓷加热器的实施方式的一例的立体图；图2是表示图1所示的陶瓷加热器的A-A线剖面的剖面图；图3是表示本发明的陶瓷加热器的实施方式的另一例的剖面图；图4是表示本发明的陶瓷加热器的实施方式的再另一例的立体图；图5是表示本发明的陶瓷加热器的实施方式的再另一例的立体图；图6是表示以往陶瓷加热器的例子的立体图。
具体实施例方式以下，参照附图，对本发明的陶瓷加热器的实施方式的例子进行说明。图1是表示 本发明的陶瓷加热器的实施方式的一例的立体图，图2是表示图1所示的陶瓷加热器的A-A 线剖面的剖面图。如图1所示，本例的陶瓷加热器10的构成为在陶瓷体1的内部埋设有发热电阻 2，在与该发热电阻2的端部电连接的导线部3及外部电极(电极焊盘)4，经由焊料连接有 导线构件5。而且，在本例的陶瓷加热器1的陶瓷体1主面固定有多个无机质的粒子6。另 外，在图1所示的例子中，为了清晰地表示在陶瓷体1的主面固定有粒子6的状态，有关粒 子6的个数，在图中省略而只表示了很少的个数。根据本发明的陶瓷加热器10，如图1及图2所示，由于在陶瓷体1的主面固定有多 个无机质的粒子6，所以陶瓷体1的主面的比表面积因粒子6而增大，相对加热被加热物时 的被加热物的辐射热的辐射效率或热传递的效率提高，与以往的陶瓷加热器相比，能够迅 速将被加热物加热，能够缩短加热时间。之所以能够通过这样的陶瓷加热器10迅速加热被加热物，是由于在陶瓷加热器 10的板状的陶瓷体1的主要的表面即主面固定有多个无机质的粒子6，进而陶瓷体1的主 面的比表面积因粒子6而增大，散热面积增大。即，是由于多个无机质的粒子6具有起到所 谓的翅片效果的功能。
另外，根据本发明的陶瓷加热器10，由于在陶瓷体1的主面固定有多个粒子6，所 以还具有防止反复使用时的陶瓷体1破裂的效果。这是由于通过使多个无机质的粒子6固 定于陶瓷加热器10的陶瓷体1的主面，陶瓷体1的主面的散热面积增大，减小陶瓷体1的 温度不勻，故能够缓和陶瓷加热器10的内部的温度分布。另外，同时能够缓和陶瓷加热器 10的温度分布，由此能够减小陶瓷加热器10自身内部的温度差，同时还具有能够减小由该 陶瓷加热器10加热的被加热物的温度不勻的效果。本发明的陶瓷加热器10中，优选粒子6为陶瓷。由于粒子6为陶瓷，所以通过烧成能够使粒子6相对于陶瓷体1的主面烧结而牢 牢地固定，并且与其它的无机质的金属材料等相比，也能够减小与陶瓷体1的热膨胀差，因 此能够抑制在加热、冷却陶瓷加热器10时粒子6从陶瓷体1的主面脱落。另外，被加热物 为流体，尤其在加热强碱或强酸等流体时，相对于这些，粒子6与陶瓷体1 一样也具有优良 的耐化学性，因此与粒子6使用金属材料的情况相比，能够延长陶瓷加热器10的寿命。另外，作为可以用作粒子6的其它的无机质的材料，有氧化铝(氧化铝)、氮化铝、 碳化硅等。为了使由氧化铝、氮化硅形成的粒子6固定在陶瓷体1的主面，使用有机粘合剂 及有机溶剂将各粉末形成为糊状，只要通过网板印刷等涂敷于成为陶瓷体1的成形体后， 同时进行烧成即可。另外，为了使由碳化硅形成的粒子6固定，只要通过陶瓷喷涂等将其固 定在烧结后的陶瓷体1的主面即可。作为多个粒子6的大小，选择数ym IOOym级的粒子。另外，通过增大粒子6 的大小的幅度，能够用小的粒子6填上大粒子6间，能够进一步增大陶瓷体1的主面的表面 积。另外，优选固定有多个粒子6的范围的粒子6的数的密度占陶瓷体1的主面的面 积的30%以上90%以下的面积。若面积不足30%，则为了得到本发明的效果而增大陶瓷体 1的主面的面积时存在不足的倾向，另外，由于与被加热物的非接触部分增多，所以存在难 以均勻地将热向被加热物传递的倾向。另一方面，若面积超过90 %，则由于在陶瓷体1的主 面，粒子6彼此作为凝集体存在，所以存在难以有效增大陶瓷体1的主面的表面积的倾向， 另外，由于与被加热物的接触不良，所以存在难以均勻地将热向被加热物传递的倾向。另外，粒子6的形状也可以是球形状以及板状、多角柱状、多角锥状、多面体状等。 其中，如图2所示，粒子6为比球形状或带有圆形的形状更有棱角的形状，由此能够增大粒 子6的比表面积，因此能够增大翅片效果，进而能够高效地传递热量，因此优选。另外，如果 粒子6为有棱角的形状，则如后所述，还具有将多个陶瓷加热器10重叠放置时容易操作的 优点。另外，本发明的陶瓷加热器10中，如与图2相同的剖面图表示的图3所示，优选在 陶瓷体1的两个主面固定有多个粒子6。图3是表示本发明的陶瓷加热器的实施方式的其 它例子的剖面图。这种情况下，如图2所示的例子所示，与只在陶瓷体1的主面的一方固定 有粒子6的情况相比，陶瓷加热器10的陶瓷体1的主面的比表面积在两面均增大，因此两 面均能提高热传递效率，在投入被加热物即流体中进行加热时，能够高效地加热，能够缩短 对被加热物的加热时间。另外，能够缩短加热时间且高效地加热相对于陶瓷体1的两个主 面分别配置的被加热物。进而，能够减小两个主面的温度分布，反复使用时，能够抑制陶瓷 体1向一个主面侧翘曲，故耐久性也优良。
另外，本发明的陶瓷加热器10中，如与图1相同的立体图表示的图4所示，优选多 个粒子6固定在陶瓷体1的主面的与发热体2对应的区域。图4是表示本发明的陶瓷加热 器的实施方式的再另一例的立体图。图4所示的例子中，与图1所示的例子相同地在陶瓷 体1的内部，在一对导线部3之间将发热体2配设成三次折返的所谓的弯曲状，多个粒子6 也在与该发热体2对应的主面的区域固定成弯曲状的图案。在陶瓷体1的主面的整面固定有多个粒子6时，整面的热传递的效率提高，但是向 与导线部3对应的区域的热传递也良好，与导线部3对应的区域的温度也上升，同时外部电 极4的温度也上升，通过焊料与外部电极4的钎焊部电连接的导线构件5有可能脱落。与 此相对，在陶瓷体1的主面上的与发热体2对应的区域、即将陶瓷体1的内部的发热体2投 影于主面的区域固定有多个粒子6时，能够从与发热体2对应的区域高效进行热传递，能够 防止导线构件5脱落，且能够迅速加热被加热物，能够缩短加热时间。另外，本发明的陶瓷加热器10中，如与图4相同的立体图表示的图5所示，也优选 多个粒子6固定于陶瓷体1的主面的与发热体2对应的区域之间的区域。图5是表示本发 明的陶瓷加热器的实施方式的再另一例的立体图。图5所示的例子中，与图4所示的例子 一样，在陶瓷体1的内部，在一对导线部3之间将发热体2配设成三次折返的弯曲状，多个 粒子6也附加于与该发热体2对应的主面的弯曲状的区域，也固定在其间的区域，作为多个 粒子6的整体固定成覆盖发热体2的四角形状的图案。这样，在多个粒子6固定在陶瓷体1的与发热体2对应的区域，同时也固定在与发 热体2对应的区域之间的区域时，靠陶瓷体1的主面的与发热体2对应的区域和其间的区 域两方，对应发热体2能够进行高效热传递，还能够提高热效率，并且遍及两个区域使陶瓷 加热器10的陶瓷体1的主面的温度分布均勻，能够减小温度不勻。另外，本发明的陶瓷加热器10中，在进一步提高向被加热物的热传递的效率方 面，优选粒子6的热传导率高于陶瓷体1。具体地说，陶瓷体1由氧化铝陶瓷形成的情况下， 只要粒子6使用由氮化铝形成的物质即可，陶瓷体1由氮化硅陶瓷形成的情况下，只要粒子 6使用由碳化硅形成的物质即可。进而，本发明的陶瓷加热器10中，优选粒子6的主要成分与陶瓷体1的主要成分 相同。在粒子6的主要成分与陶瓷体1的主要成分相同时，由于主要成分相同，所以能够使 两者的热膨胀相同，能够减小粒子6和陶瓷体1之间产生的热应力，因此在陶瓷加热器10 循环通电时或反复使用时，能够抑制粒子6的脱落或陶瓷体1的破裂。另外，本发明的陶瓷加热器10中，也如图1、图4及图5所示，优选在陶瓷体1的主 面的外周部有未固定粒子6的区域。如果在陶瓷体1的主面的外周部也固定有多个粒子6， 则在陶瓷体1因热应力而发生变形时，有时以固定于外周部的粒子6为基点在陶瓷体1的 缘部发生裂纹，并且该裂纹进展而会导致陶瓷体1的破裂。与此相对，由于在陶瓷体1的主 面的外周部有未固定粒子6的区域，所以能够抑制陶瓷体1的外周部，尤其是缘部的热应力 引起的裂纹的发生，能够抑制陶瓷体1的破裂的发生。这样设置于陶瓷体1的主面的外周部的未固定有粒子6的区域沿主面的外周设置 于与发热体2对应的区域外的陶瓷体1的部分。这样通过在陶瓷体1的主面的外周部设置 未固定有粒子6的区域，能够减小陶瓷体1向外周端部的热扩散，能够减小外周端部的热应 力。
但是，对于本发明的陶瓷加热器10而言，作为陶瓷体1的操作，由于在主面固定有 多个粒子6，所以容易被与该主面抵接的粒子卡住，在陶瓷体1重叠着时，有时彼此分别紧 贴而难以处理。此时，如图2及图3所示，多个粒子6最好为有棱角的形状。由此，陶瓷体 1彼此的接触为粒子6的顶端的点接触，因此防止陶瓷体1彼此的紧贴而容易操作。另外，本发明的陶瓷加热器10中，优选粒子6大于陶瓷体1的晶体粒子。这是因 为若粒子6小，则存在粒界多而存在热传导的损失增大的倾向，与之相对，通过粒子6的大 小大于陶瓷体1的晶体粒子的大小，因粒子6的热传导良好。此时，有关粒子6的大小，从与陶瓷体1的晶体粒子相比能够确保充分的热传导的 优良性的方面考虑，例如相对于陶瓷体1的晶体粒子的大小1 5 μ m，优选为30 200 μ m 左右的大小。另外，从在将被加热物直接载置于陶瓷加热器10上时，经由粒子6能够充分 确保陶瓷体1和被加热物之间的距离，因此即使在加热中异常时陶瓷体1发生破裂，也能够 减少被加热物受到伤害的事态的方面考虑，也优选如上所述地粒子6大于陶瓷体1的晶体 粒子。另外，粒子6的大小及陶瓷体1的晶体粒子的大小通过SEM(扫描电子显微镜)照 片扩大观察，只要将就各粒子6及晶体粒子观察的最大长度部作为大小，将对100个粒子6 及晶体粒子求出的大小的平均值分别作为大小即可。接着，对本发明的陶瓷加热器的制造方法进行说明。作为陶瓷体1，可以使用氧化物陶瓷、氮化物陶瓷、碳化物陶瓷等具有绝缘性的陶 瓷。具体地说，可以使用氧化铝陶瓷、氮化硅陶瓷、氮化铝陶瓷、碳化硅陶瓷等。其中，从耐 氧化性的观点出发，优选使用氧化铝陶瓷。首先，为了制作由这样的陶瓷形成的陶瓷体1，将使上述的陶瓷成分中含有Si02、 CaO, MgO、ZrO2等烧结助剂而调制好的陶瓷浆料成形为片状，制作陶瓷生片。或者，将上述 成分进行混合，通过压力机等制作板状的成形体。利用网板印刷等方法，在成为该陶瓷体1的陶瓷生片或成形体的一个主面分别形 成成为发热体2、导线部3的电阻糊剂或导电性糊剂的图案。作为发热体2及导线部3的 材料，使用以通过与陶瓷体1同时烧成能够制作的W、Mo、Re等高熔点金属为主要成分的材 料。电阻糊剂及导电性糊剂能够通过在这些高熔点金属中调制混合陶瓷原料、粘合剂、有机 溶剂等而制作。另外，此时根据陶瓷加热器10的用途，通过变更成为发热体2的电阻糊剂 或导电性糊剂的图案的长度或折返图案的距离、间隔或图案的线宽，将发热体2的发热位 置或电阻值设定成所希望的值。而且，利用层叠液使形成有该图案的陶瓷生片或成形体与另一同一材质的陶瓷生 片或成形体层叠且密接，由此得到在内部具有发热体2及导线部3的成为陶瓷体1的板状 的成形体。在此，对使多个粒子6固定于陶瓷体1的表面的方法进行说明。粒子6的固定方 法大致分为在烧成前使之固定的方法和在烧成后使之固定的方法。分别进行说明。使多个粒子6在烧成前固定于陶瓷体1的主面的方法中，例如有通过网板印刷等 将使多个粒子6与粘合剂、有机溶剂等调制混合制成的糊剂涂敷于成为陶瓷体1的陶瓷生 片或成形体的主面的方法。作为其它的方法，有使用相同糊剂的浸渍方法、喷射方法等。用 于浸渍方法中的糊剂与用于网板印刷法中的糊剂相比，增加粘性而进行制作，相反，在喷射方法中使用的糊剂与在网板印刷法中使用的糊剂相比，降低粘性而进行制作。另外，为了增加这样印刷或涂敷于陶瓷体1的主面的粒子6和陶瓷体1之间的固 定力，使用压力机从粒子6的上方加压板状的成形体是有效的。或者，通过将板状的成形体 重叠并使之干燥，同样也能够得到增强固定力的效果。通过烧成这样形成的板状的成形体，能够得到内部具有发热体2、在主面固定有多 个粒子6的陶瓷体1。另外，作为使多个粒子6在烧成后固定于陶瓷体1的主面的方法，有通过陶瓷喷涂 将多个粒子6固定于烧成板状的成形体得到的陶瓷体1的主面的方法。该情况下，加热陶 瓷系的涂层材料，使之成为熔融或半熔融的微粒的状态，并使之与陶瓷体1的主面发生高 速撞击，由此使多个粒子6固定。或者，也可以使用有机粘合剂及有机溶剂，将粒子6和低 熔点的玻璃形成为糊剂状，将该糊剂印刷涂敷后，烧接在一起，由此使多个粒子6固定。接着，在主面固定有多个粒子6的陶瓷体1的与发热体2及导线部3同样地形成 的电极焊盘(外部电极)4上，经由焊料接合导线构件5。作为焊料，可以使用以Au-Cu、Ag、 Ag-Cu等为主要成分的材料。另外，作为导线构件5，可以使用由Ni、Ni合金、白金、铜等低 电阻的金属形成的线材。实施例如下所述制成图1 图3所示的本发明的陶瓷加热器10。首先，制作按照Al2O3为主要成分，Si02、Ca0、Mg0、ZrO2合计为10质量％以内的方 式调制的陶瓷生片。而且，在该陶瓷生片的表面通过网板印刷法，分别将发热体2和导线部 3、以及成为电极焊盘4的以W为主要成分的导电性糊剂印刷成图案。对印刷有这些图案的 陶瓷生片、和未印刷的同一材料、同一形状的陶瓷生片，涂敷使同一组成的陶瓷分散的层叠 液并层叠，得到了板状的成形体。接着，通过网板印刷法，将多个粒子6印刷涂敷于该层叠而成的板状的成形体的 主面。另外，对于使粒子6固定于两个主面的试料而言，在印刷于一个主面而使之干燥后， 在另一主面同样通过网板印刷法印刷粒子6而使之干燥。将粒子6网板印刷时使用的糊剂是通过将数μ m 100 μ m大小的以氧化铝为主 要成分的陶瓷粒子和粘合剂以及有机溶剂混合制成的。粘合剂使用以乙基纤维素为主要成 分的树脂，有机溶剂使用由TPO以及DBP形成的有机溶剂。印刷糊剂并使其干燥后，为了增 强粒子向板状的成形体的固定力，使用压力机，以5X104 50X IO4Pa的压力在1 10秒 钟的条件下对成形体的主面进行了加压。将这样得到的板状的成形体在1500 1600°C的还原氛围(氮氛围)中进行烧成。接着，通过电镀在陶瓷体1的主面的外部电极(电极焊盘)4上设置厚2 4μ m 的Ni镀膜，作为焊料使用Ag焊剂，接合电极焊盘4和由Ni形成的Φ 0. SmmX长50mm的导 线构件5。使用体表温度分布测定装置测定了如上制成的陶瓷加热器10的陶瓷体1的主面 的温度分布。对于用于测定的试料而言，将在陶瓷体1的主面未固定粒子6的以往陶瓷加 热器作为比较例的试料1，将在陶瓷体1的一个主面附着有多个粒子6的本发明的实施例作 为试料2。在测定中，分别施加使试料1、试料2的发热体2的最高温度达到300°C的电力。当测定发热体2的温度为最高温度且成为稳定状态时的各试料的陶瓷体1的主面的最低温度 时，试料1大约为270°C，与此相对，试料2大约为290°C。从该结果能够确认，根据本发明， 通过在陶瓷体1的主面固定有多个粒子6，能够减小主面的温度分布。接着，为确认向被加热物的热传递的效率，以与试料1、2的陶瓷加热器同等的规 格，将厚度1. 5mm的铁板分别置于试料的陶瓷体1的主面，测定了铁板的表面达到规定最高 温度的到达时间、以及成为稳定状态时的铁板的表面的最高温度和最低温度的差。在评价 中，使用上述的比较例的试料1及实施例的试料2进行了比较。对各试料施加相同的电力，确认达到最高温度为止的时间，结果是试料1达到最 高温度的到达时间大约为30秒，稳定状态下的最高温度和最低温度的差大约为10°C。与此 相对，试料2达到最高温度的到达时间大约为15秒，稳定状态下的最高温度和最低温度的 差大约为5°C。从该结果能够确认，根据本发明，通过在陶瓷体1的主面固定有多个粒子6， 能够缩短对被加热物的加热时间。符号说明
1陶瓷体
2发热体
6粒子
10陶瓷加热器
权利要求
1.一种陶瓷加热器，其特征在于，在板状的陶瓷体的内部具有发热体，在所述陶瓷体的主面固定有多个无机质的粒子。
2.根据权利要求1所述的陶瓷加热器，其特征在于， 所述粒子为陶瓷。
3.根据权利要求1所述的陶瓷加热器，其特征在于， 在所述陶瓷体的两个主面固定有多个所述粒子。
4.根据权利要求1所述的陶瓷加热器，其特征在于，多个所述粒子固定在所述主面的与所述发热体对应的区域。
5.根据权利要求4所述的陶瓷加热器，其特征在于，多个所述粒子还固定在所述主面的与所述发热体对应的区域之间的区域。
6.根据权利要求1所述的陶瓷加热器，其特征在于， 所述粒子与所述陶瓷体相比，热传导率高。
7.根据权利要求2所述的陶瓷加热器，其特征在于， 所述粒子的主要成分与所述陶瓷体的主要成分相同。
8.根据权利要求1所述的陶瓷加热器，其特征在于， 在所述陶瓷体的所述主面的外周部有未固定所述粒子的区域。
9.根据权利要求1所述的陶瓷加热器，其特征在于， 所述粒子为有棱角的形状。
10.根据权利要求1所述的陶瓷加热器，其特征在于， 所述粒子大于所述陶瓷体的晶体粒子。
全文摘要
本发明提供一种陶瓷加热器，其能够缩短对被加热物的加热时间，可以减小表面的温度分布，热传递性优良。陶瓷加热器(10)在板状的陶瓷体(1)的内部具有发热体(2)，在陶瓷体(1)的主面固定有多个无机质的粒子(6)。陶瓷加热器(10)的主面的比表面积因固定有多个粒子(6)而增大，向被加热物的热传递的效率提高，能够缩短加热时间。另外，能够减小陶瓷体(1)的主面的温度分布。
文档编号H05B3/14GK102144428SQ20098013471
公开日2011年8月3日 申请日期2009年9月17日 优先权日2008年9月26日
发明者长迫龙一 申请人:京瓷株式会社