專利名稱：陶瓷加熱器及其制造方法以及加熱裝置和燙發(fā)器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及傳感器加熱用加熱器，特別是在汽車用的空燃比檢測傳感器加熱用、汽化器用加熱器、燙發(fā)器(hair iron)、釬焊烙鐵等方面使用的陶瓷加熱器和采用它構成的加熱裝置及燙發(fā)器。
背景技術：
一直以來，以氧化鋁為主成分的陶瓷中，埋設由W、Re、Mo等高熔點金屬構成的發(fā)熱電阻體所形成的氧化鋁陶瓷加熱器被廣泛應用。
例如，在制造圓柱狀陶瓷加熱器時，如圖10所示，預備陶瓷成形體12和陶瓷生片13，在陶瓷生片的一個面上形成由W、Re、Mo等高熔點金屬構成的發(fā)熱電阻體14和引線引出部15，在背面(另一面)形成電極極板后，以發(fā)熱電阻體14和引線引出部15成為內側的方式將陶瓷成形體12進行卷繞并密接燒成。其中引線引出部15和電極極板通過陶瓷生片上所形成的穿孔16進行連接(例如，參照專利文獻1)。
如此，以往的陶瓷加熱器，是將糊(paste)狀發(fā)熱電阻體14與陶瓷成形體12和陶瓷生片12同時燒成所形成。然后，如此制作的陶瓷加熱器的發(fā)熱電阻體經過多次折返形成曲折的形狀(專利文獻2的圖1等)。
另外，專利文獻3～專利文獻5中公開了以下內容一對把持部件的基部通過軸自由開閉地聯(lián)結，通過軸承部中設定的彈簧的張力，平時兩把持部件的前端部相互開放，同時在兩把持部件前端部的開口部的內側具備加熱板的燙發(fā)器。
該燙發(fā)器具有以下結構在陶瓷制的絕緣板上卷繞鎳鉻電熱線，使兩面進一步由絕緣板所覆蓋的加熱板在板狀體上勘合，或者通過板簧按壓，將加熱板發(fā)出的熱傳遞到板狀體上。
專利文獻1特開2001-126852號公報專利文獻2特開2001-102156號公報專利文獻3特開2000-232911號公報專利文獻4特開2002-291517號公報專利文獻5特開2000-14438號公報但是，最近陶瓷加熱器逐漸被使用在更高溫度環(huán)境下，因此耐久性降低就成了問題。即，當進行高溫下連續(xù)通電時，相鄰圖案間的絕緣性劣化、耐久性降低，最終發(fā)生如一會引發(fā)火化，一會斷線的問題。
另外，在絕緣板上卷繞由鎳鉻電熱線構成的發(fā)熱體所制作的加熱器，因反復加熱通電而斷線，發(fā)熱體與空氣中的水分反應形成反應層，發(fā)熱體的電阻值就變大了，具有一定電壓下不能達到一定溫度的危險和耐久性減低的問題。
另外，由鎳鉻電熱線構成的加熱板很難在加熱板上均勻地設置發(fā)熱體，具有板狀體的加熱面不能均勻加熱的問題。
另外，加熱板的加熱面和板狀體面因為沒有以同樣熱度接觸，加熱板的熱很難在板狀體上同樣傳播，具有加熱面的溫度不均勻的問題。

發(fā)明內容
本發(fā)明的第1個目的，借鑒上述事情所形成的部件，提供防止高溫下絕緣性降低，耐久性良好的陶瓷加熱器。
另外本發(fā)明第2個目的，提供能夠均勻加熱板狀體加熱面的加熱裝置及燙發(fā)器。
為了達成以上第1個目的，本發(fā)明所述陶瓷加熱器的特征是包含陶瓷體，該陶瓷體具有外表面和被埋設的導體圖案，所述導體圖案由導體構成，所述導體按照形成成為電阻發(fā)熱體的折返部的方式被設置，在所述折返部中由鄰接的導體所夾的陶瓷部的空孔占有率為0.01～50％。
這里，所謂上述鄰接導體間所夾的陶瓷部，被定義為是與該導體實質上具有相同的厚度且沿著上述外表面的作為內部區(qū)域中，夾在導體間的陶瓷部分。
另外，本發(fā)明的陶瓷加熱器的第1制造方法，其特征包括在第一陶瓷生片表面由規(guī)定的圖案形成導體糊的工序，
和在該第一陶瓷生片的形成導體糊的面上，疊層至少具有與該導體圖案同樣的厚度且比上述第一陶瓷生片更柔軟的第二陶瓷生片，制作陶瓷生片層疊體的工序，和在陶瓷成形體上粘結該陶瓷生片的工序，和燒成該粘結的陶瓷生片層疊體及陶瓷成形體的工序。
另外，本發(fā)明的陶瓷加熱器的第2制造方法，其特征是包括按規(guī)定的圖案在陶瓷生片的表面形成導體糊的工序，和在上述規(guī)定圖案中導體糊之間填充絕緣物的工序，和將在該導體糊間填充絕緣物的陶瓷生片，將形成上述導體糊的面作為粘結面而粘結在陶瓷成形體上的工序，和燒成該粘結陶瓷生片及陶瓷成形體的工序。
另外，為了達成上述第2目的，本發(fā)明的加熱裝置，其特征為，具備加熱板，其由被埋設電阻發(fā)熱體的板狀陶瓷體構成，具有0.5～5.0mm范圍的厚度；和板狀體，其具有第1和第2面，在所述第1面設置所述加熱板，將所述第2面作為加熱面，該加熱面由平面部和其周邊的倒角部構成。
本發(fā)明的所述燙發(fā)器，其特征為采用本發(fā)明的陶瓷加熱器或本發(fā)明的加熱裝置而構成。
以上發(fā)明所述的陶瓷加熱器，因為在上述導體間陶瓷體的空孔占有率為0.01～50％，所以能夠防止高溫條件下絕緣性降低，能夠提供耐久性高的陶瓷加熱器。
即，陶瓷加熱體的發(fā)明，發(fā)現(xiàn)如果上述導體間的陶瓷部的空孔占有率在一定范圍內時，就能夠防止高溫條件下絕緣性降低，而完成了本發(fā)明。
另外，本發(fā)明的加熱裝置，因在板狀陶瓷體中埋設電阻發(fā)熱體，所以沒有在水蒸氣等中暴露電阻發(fā)熱體的情況，因而耐久性卓越，同時可以反復急速加熱，并且加熱面內的溫度差可以很小，因此均勻地加熱被加熱物成為可能。
進而，本發(fā)明所述燙發(fā)器，通過具備本發(fā)明的陶瓷加熱器或本發(fā)明的加熱裝置，能具有高的耐久性。
另外，在本發(fā)明的燙發(fā)器上，通過具備本發(fā)明所述加熱裝置，因為在加熱面不會產生局部高溫部，所以能夠提供不會出現(xiàn)例如對毛發(fā)進行部分地高溫加熱而造成損傷的燙發(fā)器。


圖1是表示本發(fā)明的陶瓷加熱器的構成部分剖開一實施方式1的立體圖。
圖2是表示陶瓷加熱器的一圖1的X-X斷面圖。
圖3是表示實施方式1的圓柱狀陶瓷加熱器的導體間的放大斷面圖。
圖4是表示實施方式1的變形例的平板狀陶瓷加熱器的導體間的放大斷面圖。
圖5是表示本發(fā)明實施方式2的燙發(fā)器構成部分切口的側視圖。
圖6是表示應用圖5的燙發(fā)器的加熱板和板狀體位置關系的主視圖。
圖7是表示圖6的X-X斷面圖。
圖8是表示本發(fā)明實施方式2的變形例的加熱裝置的斷面圖。
圖9是表示在實施方式2的加熱裝置中應用的加熱板的俯視圖。
圖10以往陶瓷加熱器的展開圖。
圖中1-陶瓷加熱器，2-陶瓷芯材，3-陶瓷片，4-發(fā)熱電阻體，5-引線引出部，6-通孔，7-電極極板，8-引線部件，A-圓柱狀陶瓷加熱器導體間區(qū)域，B-平板狀陶瓷加熱器導體間區(qū)域，5-加熱裝置，50-把持部件，52-軸，53-螺旋彈簧，54-軸承部，55-板狀體，55a-加熱面，57-加熱板，58-電阻發(fā)熱體，59-彈簧，61-引線。
具體實施方式
以下，參照附圖說明本發(fā)明的實施方式。
實施方式1圖1是本發(fā)明實施方式1的陶瓷加熱器1的部分剖開立體圖。圖2是圖1的X-X斷面圖。
本實施方式1的陶瓷加熱器1的特征是在由陶瓷芯材2和陶瓷片3構成的陶瓷體中內裝發(fā)熱電阻體4。這里，發(fā)熱電阻體4由導體圖案的折返部構成，在形成該發(fā)熱電阻體4的部分，鄰近導體間陶瓷體的空孔(void)占有率為0.01～50％。
該陶瓷加熱器1，是在表面形成發(fā)熱電阻體4和引線引出部5；在背面形成電極極板7的陶瓷生片(燒成后為陶瓷片3)，使發(fā)熱電阻體4和引線引出部5成為內側，卷繞在陶瓷成形體(燒成后為陶瓷芯材2)上，通過密接燒成來獲得的。其中，引線引出部5和電極極板7通過在陶瓷片3上所形成的通孔6連接。
陶瓷體由燒成陶瓷成形體的陶瓷芯材2和燒成陶瓷生片的陶瓷片3構成。該陶瓷體由氧化鋁質陶瓷、氮化硅質陶瓷、氮化鋁質陶瓷、碳化硅質陶瓷等各種陶瓷構成，特別優(yōu)選應用氧化鋁或氮化硅作為重要成份的部件，以此能夠獲得急速升溫并且耐久性卓越的陶瓷加熱器1。例如，采用氧化鋁(Alumina)時，優(yōu)選采用由Al2O388～95重量％、SiO22～7重量％、CaO0.5～3重量％、MgO0.5～3重量％、ZrO21～3重量％構成的氧化鋁。如果Al2O3含量不足88重量％時，則由于玻璃質增多，通電時的具有遷移(migration)增大的危險。另一方面，如果Al2O3含量超過95重量％時，則由于向內裝的發(fā)熱電阻體4的金屬層內擴散的玻璃量減少，具有陶瓷加熱器1的耐久性劣化的危險。另外，采用碳化硅質陶瓷時，相對于主要成份氮化硅，作為燒結輔助劑優(yōu)選3～12重量％的稀土元素氧化物和0.5～3重量的Al2O3，進而作為燒結體中含有的SiO2量，SiO2盡量混合到1.5～5重量％。這里所示的SiO2量為氮化硅原料中含有的雜質氧化生成的SiO2、其他添加物含有的雜質的SiO2和意圖添加的SiO2的總和。另外，通過使母材氮化硅中的MoSi2或WSi2分散，母材的熱膨脹率與發(fā)熱電阻體4的熱膨脹率接近，從而能夠改善發(fā)熱電阻體4的耐久性。
另外，發(fā)熱電阻體4由蛇行導體圖案構成，并且連接相對于該發(fā)熱電阻體4的電阻值為1/10左右的引線引出部5。通常為了簡化這些操作，在陶瓷生片上(燒成后形成陶瓷片3)同時印制形成發(fā)熱電阻體4及引線引出部5的情況較多。其中，本發(fā)明的折返部，是為了達到所期電阻值而含有U字折返形狀或蛇行形狀的部件。
這里，關于陶瓷加熱器1的尺寸，例如沒有外徑可以是寬2～20mm，長40～200mm左右。作為汽車空燃比傳感器加熱用的陶瓷加熱器1，優(yōu)選外徑和寬為2～4mm，長為50～65mm。另外，在汽車用用途方面優(yōu)選發(fā)熱電阻體4的發(fā)熱長度盡可能為3～15mm。當發(fā)熱長度短于3mm時，通電時的升溫可以很快，但卻使陶瓷加熱器1的耐久性降低了。當發(fā)熱長度長于15mm時，升溫速度變慢，要想加快升溫速度，陶瓷加熱器1消耗的電力就得變大，因此不優(yōu)選采用。其中，所謂發(fā)熱長度為圖1所示的蛇行發(fā)熱電阻體4長方向的長度，該發(fā)熱長度根據(jù)該目的用途進行適當選擇。
其中，在圖2中盡管在陶瓷芯材2和陶瓷片3之間描畫了邊界線，實際上未燒成的陶瓷成形體和陶瓷生片粘結后，經過燒成很多的情況下沒有作為該粘結面的邊界。
在本實施方式1時，優(yōu)選在陶瓷加熱器1的電極極板7上形成燒成后1次電鍍層。該1次電鍍層，當在電極圖案7的表面釬焊引線部件8時，使釬焊料流動良好，具有增加釬焊強度的效果。1次電鍍層當厚度為1～5μm時因密接力增加而優(yōu)選。作為一次電鍍層的材質，優(yōu)選Ni、Cr或以這些成份為主要成份的復合材料，進而優(yōu)選以耐久性卓越的Ni為主成份的電鍍。
另外，在高濕度的氣氛中應用時，采用Au系、Cu系的釬焊料因不易發(fā)生遷移而優(yōu)選。作為釬焊料，優(yōu)選耐熱性高的Au、Cu、Au-Cu、Au-Ni、Ag、Ag-Cu系的物質。為了提高耐久性，特別進一步優(yōu)選Au-Cu釬焊、Au-Ni釬焊、Ag-Cu釬焊。在釬焊料的表面為了改善高溫耐久性及保護釬焊料被腐蝕通常優(yōu)選形成由Ni構成的2次電鍍層。
另外，作為引線部件8的材質，因為在使用中由發(fā)熱電阻體4穿過來的熱量會使引線部件8的溫度上升，優(yōu)選使用耐熱性良好的Ni系或Fe-Ni系合金等。
而且，本發(fā)明特征具有如下幾點，在內裝導體圖案的陶瓷加熱器1中，導體圖案具有構成發(fā)熱電阻體4的折返部，該折返部中相鄰的任意導體間的陶瓷體的空孔占有率為0.01～50％。并且，該折返部中相鄰的任意導體間的陶瓷體的空孔占有率進而優(yōu)選0.1～40％，更加優(yōu)選1～20％?？湛渍加新什蛔?.01％時，如果反復急速升溫和急速降溫，加熱部的發(fā)熱電阻體4加熱膨脹時，由于發(fā)熱電阻體4周圍的陶瓷的熱的逸散不充分，陶瓷體的熱膨脹不能追隨發(fā)熱電阻體4的熱膨脹，導致應力集中到發(fā)熱電阻體的緣部41，具有發(fā)生斷裂斷線的危險。另一方面，當該空孔占有率大于50％時，在高溫條件下進行連續(xù)通電時，加熱部中發(fā)熱電阻體4周圍的陶瓷體的絕緣性劣化，具有耐久性降低的傾向。其中，在陶瓷成形體上直接粘結陶瓷生片使其密接燒成時，就變得比上述范圍空孔占有率更大的數(shù)值。因此，為了達到上述范圍的空孔率，采用了下述的制造方法。
圖2是表示與長度方向垂直斷面的一例斷面圖(圖1所示的X-X線斷面圖)，表示在導體圖案的折返部(發(fā)熱電阻體4)的導體在陶瓷芯材2的外周圓形的配置方式。這里，所謂導體間陶瓷體的空孔占有率為0.01～50％，意思是當測定任意鄰近導體圖案(圖3中的4a和4b)間陶瓷體的空孔占有率為0.01～50％。于是，陶瓷體空孔占有率為0.01～50％的部分，可以是在與長度方向垂直的方向切斷發(fā)熱電阻體4的斷面的任何部分。其中，所謂導體間為，當陶瓷體為圓柱狀時，如圖3所示，是沿著陶瓷芯材2外周圓(換言說，陶瓷體的外表面)連接鄰近導體4a上邊和4b上邊的線，和沿著陶瓷芯材2的外周圓連接導體4a下邊和4b下邊的線，在導體4a、4b表面所包覆的區(qū)域A的區(qū)域；另外，當陶瓷體為平板狀時，如圖4所示，是連接鄰近導體4c上邊和4d上邊的線，和連接導體4c下邊和4d下邊的線，在導體4c、4d的表面包覆區(qū)域B的區(qū)域。
另外，在本說明書中，所謂的導體形成區(qū)域，是指當陶瓷體為圓柱狀時，陶瓷芯材2的外周和沿著該外周從該外周往外導體厚度的外周之間所夾的圓環(huán)區(qū)域；當陶瓷體為平板狀時，如同連接各導體上邊似的連接線和如同連接各導體下邊似的連接線之間所夾的內部區(qū)域。即，如同上述定義的導體間，在導體形成區(qū)域中相鄰的導體間的位置部分。
進而，在本實施方式1的陶瓷加熱器中，沿著鄰接導體間所存在的空孔外表面的長度優(yōu)選為導體間隔的1/2以下。即，在導體圖案折返部，沿著外表面對鄰接導體間進行連接的任意線上，優(yōu)選在導體間的陶瓷體中不存在長度超過該線長度(導體間距離)的1/2的空孔。當空孔的長度超過導體間距離的1/2時，高溫條件下進行連續(xù)通電時，包覆加熱部的發(fā)熱電阻體4的陶瓷體的絕緣性就劣化，因此耐久性就劣化。其中，所謂任意線，是如圖3所示當為圓柱狀的陶瓷加熱器時，沿著外表面連接區(qū)域A內相鄰導體4a和4b的任意的線。這時的任意線為由如圖3所示的圓柱狀陶瓷加熱器的斷面圖的外廓線(陶瓷體的外表面)構成的圓中心和具有大致同一中心的圓弧狀曲線；另外，當如圖4所示平板狀陶瓷加熱器時，連接區(qū)域B中相鄰導體4c和4d的任意直線稱作任意線。
進而，本發(fā)明中導體圖案，特別是構成發(fā)熱電阻體的導體厚度優(yōu)選5～100μm。當導體圖案厚度不足5μm時，盡管能夠防止鄰近任意的上述導體間的空孔，但是在高溫連續(xù)耐久、高溫周期耐久試驗時，引起加熱部的發(fā)熱電阻體4的電阻變化及斷線，耐久性劣化。另一方面，當導體圖案厚度超過100μm時，具有很難抑制相鄰的任意導體間的空孔率為50％以下的傾向。
接下來說明鄰近任意導體間的陶瓷體空孔占有率達到0.01～50％的方法。
作為一個例子，可以采用如下方法在第一陶瓷生片表面形成導體圖案，在第一陶瓷生片的導體圖案形成側面疊層具有至少與導體圖案的厚度大致相同優(yōu)選具有一樣厚度的比第一陶瓷生片更柔軟的第二陶瓷生片。根據(jù)該方法，通過在導體圖案的厚度部分的空隙埋設柔軟的第二陶瓷生片，可以排除圖案間的空孔。這里，第二陶瓷生片需要比第一陶瓷生片柔軟，因為當?shù)诙沾缮彳洉r，在實施導體圖案的第一陶瓷生片上粘結第二陶瓷生片時，至少在導體間的中心部，兩個陶瓷生片之間能夠密接。這里，該陶瓷生片的硬度通過數(shù)字指示器(ミツトヨ制)進行測定，優(yōu)選φ1mm的針在30秒侵入深度在200μm以上。陶瓷生片的硬度，即上述侵入深度不足200μm時，因為導體間不能夠緊密接觸而形成空孔。其中為了減少圖案間的空隙，可以使用壓力機等施加壓力。
另外，作為其他的方法，可以采用網板印刷糊的方法。該方法如下所述完成。首先，在陶瓷生片上進行網板印刷發(fā)熱電阻體4和引線引出部5。這時，在網板印刷涂布的糊為混合由高融點金屬(W、Mo、Re等)作為主成分的粉末和粘接成分構成的有機樹脂系的粘合劑，主要為乙基纖維素、硝酸纖維素及作為稀釋劑所采用的有機溶劑，主要為T.P.O(松油醇)、D.B.P(鄰苯二甲酸二丁酯)、D.O.P(鄰苯二甲酸二辛酯)、B.C.A(二乙二醇丁醚醋酸酯)等形成的物質。在原始厚度為5～150μm范圍內印刷這些糊。另外，以發(fā)熱電阻體4的電阻值達到大約為引線引出部5的電阻值的約10倍的方式，調整線寬、印刷厚度或者糊的比電阻等而形成導體圖案。然后，為了填充鄰近導體間厚部分的空隙，對含有絕緣物的糊實施網板印刷。這時采用的糊為由高融點絕緣物，主要與陶瓷生片同一組成，即由Al2O388～95重量％、SiO22～7重量％、CaO0.5～3重量％、MgO0.5～3重量％、ZrO21～3重量％構成的氧化鋁陶瓷中混合有由粘接成分構成的有機樹脂系粘合劑，主要為乙基纖維素、硝酸纖維素及作為稀釋劑所采用的有機溶劑，主要為T.P.O(松油醇)、D.B.P(鄰苯二甲酸二丁酯)、D.O.P(鄰苯二甲酸二辛酯)、B.C.A(二乙二醇丁醚醋酸酯)等形成的物質。進而，作為糊除了陶瓷生片組成以外也可以使用單一氧化鋁成分或體積電阻系數(shù)108Ω以上的具有絕緣性的材料。這里，糊的粘度優(yōu)選在50dPa.s～1000dPa.s范圍內調整，進行印刷。當糊粘度為50dPa.s以下時盡管印刷性能優(yōu)良，但因生料密度低，干燥收縮量變大，在導體圖案上邊部產生高低差，燒成后容易產生空孔。另外，粘度為1000dPa.s以上時，因整平(leveling)性降低，被膜中容易產生空孔，因而不優(yōu)選。其中，網板印刷是在將發(fā)熱電阻體及引線引出部反轉的網板上進行的。
進而作為其他方法，可以采用應用分配器(dispenser)的填充方法。如上所述，糊粘度為1000dPa.s以上的物質，設定高生料密度成為可能，為了能夠最小限度地產生干燥收縮導致的收縮量，盡管可以使導體間的空隙可靠填充，但是用網板印刷的方法時不優(yōu)選，而不能采用。因此，在使用如此高粘度的糊時，可以優(yōu)選采用應用分配器的填充方法。
如此，在使用網板印刷或應用分配器的方法，不是在導體圖案上而是在導體間可以填充絕緣物這點上講是有效的方法。
其中，本發(fā)明實施例中，關于在圓柱狀陶瓷成形體中卷繞陶瓷生片燒成的陶瓷體作了明確指示，但本發(fā)明還包括平板狀陶瓷成形體、或在陶瓷生片中粘結燒成實施導體等的印刷的陶瓷生片而成的陶瓷體。
實施方式2接下來說明本發(fā)明所述的實施方式2的加熱裝置51。
圖5為表示使用本實施方式2加熱裝置51的燙發(fā)器100的一構成例的部分缺欠的側視圖。在該圖5中，50為把持部件，52為聯(lián)結自由開閉的一對把持部件的軸，53為在軸承部54內安裝的平時保持兩把持部件的前端部的開放方向的力的螺旋彈簧。55為在兩把持部件50的前端部所設置的開口部56中分別嵌入而相互面對的板狀體55。57表示密接在板狀體55背面的加熱板。
圖6表示從圖5加熱裝置51中取出的加熱板57和板狀體55的位置關系的主視圖，圖7為該X-X線斷面圖。加熱板57的熱通過加熱板57的一方的主面57a傳到板狀體一方的主面55b，這樣可以均勻加熱板狀體55的另一方的主面所具有的加熱面55a。
因有如此構成，使用小型陶瓷制的加熱板57可以效率良好地均勻加熱具有大加熱面55a的板狀體55。
即，本實施方式2的加熱裝置51由在板狀陶瓷體中埋設電阻發(fā)熱體58的加熱板57和具備加熱被加熱物的加熱面55a的板狀體55構成，板狀體55的一方主面55b和上述加熱板57的一方主面57a接觸。于是，本發(fā)明的特征是上述加熱面55a由平面部和其周邊具備的C面或曲面的倒角部構成，加熱板57的厚度H為0.5～5mm。加熱板57在板狀陶瓷體內部埋設了電阻發(fā)熱體58，電阻發(fā)熱體58阻斷了空氣，電阻發(fā)熱體58可以防止空氣中含有水分等的腐蝕。另外，在板狀陶瓷體內部埋設的電阻發(fā)熱體58因為其本身具有電阻，當一定的電力下印刷時焦耳發(fā)熱到規(guī)定溫度，加熱板57作為發(fā)熱體可以升溫至所要求的規(guī)定溫度。
于是，因為上述加熱面55a由平面部和其周邊具備的C面或曲面的倒角部構成，被加熱物在加熱面55a上滑動時即使被插入也很少有對被加熱物造成損傷的危險。如此，被加熱物時毛發(fā)時，為了不對毛發(fā)造成損傷，上述倒角部為C面時其大小優(yōu)選Wc為0.1～5mm，進而優(yōu)選0.3～4mm。更優(yōu)選1～3mm。另外，上述倒角部為曲面時，所謂曲面就是在端面垂直的斷面中由圓弧型或2次曲線所形成的區(qū)域，其寬Wr為0.2～5mm時因對被加熱物造成的損傷小所以優(yōu)選。進而優(yōu)選0.3～4mm，更優(yōu)選1～3mm。
另外，加熱板57的厚度H為0.5～5.0mm時，加熱板57的熱可以高效地傳給板狀體55。加熱板57的厚度不足0.5mm時，板狀體55一方主面的平面度就會大到0.02～0.2mm，因此在安裝加熱板57時施加應力，則有加熱板57破損的危險。
另外，當加熱板57的厚度超過5mm時，即使在板狀體55中安裝加熱板57，加熱板57的一方主面57a也不變形，加熱板57的一方的主面57a和板狀體55的一方的主面55b就不能寬面積接觸，因此就不能均勻加熱板狀體55的加熱面55a。
因此，當加熱板55厚度為0.5～5mm時，加熱板57一方的主面57a和板狀體55一方主面55b可以分別變形吻合，所以可以廣泛均勻的溫度下加熱加熱面55a。更優(yōu)選加熱板55厚度為1～3mm。
另外，在板狀體55一方的主面55b和加熱板57一方主面57a之間優(yōu)選具備導熱部件63。當具有導熱部件63時上述表面粗糙度為Ra的加熱板57一方主面57a和板狀體55一方主面55b之間熱傳導就變得更容易，加熱板57的熱可以高效傳給板狀體55而優(yōu)選。
導熱部件63優(yōu)選為硅系樹脂或混合熱傳導率大的金屬微粒粉末的樹脂。作為上述金屬微粒粉末優(yōu)選熱傳動率大的金、銀、銅、鎳，進而優(yōu)選銀。另外，作為樹脂可以采用硅系樹脂或氟料樹脂。進而，導熱部件可以在板狀體55一方主面55a和加熱板57一方主面57a之間沒有間隙的同時，即使因為上述板狀體55和加熱板57間的熱膨脹差而發(fā)生伸縮滑動，通過導熱部件63使主面55a和主面57a之間的熱傳導沒有變化，可以防止加熱面55a的溫度差變得過大而優(yōu)選。
另外，本發(fā)明的加熱裝置51優(yōu)選加熱板57一方主面57a的表面粗糙度Ra為1～30。當加熱板57一方主面57a的粗糙度Ra不夠1.0時，通過與板狀體55的接觸面很難一致地傳導熱，因此就會有被加熱面55a面內溫度差變大的危險。更加優(yōu)選加熱板57一方主面的表面粗糙度Ra為3～10。
圖5、6的加熱裝置51由板狀體55的爪部55c按壓加熱板57使板狀體55和加熱板57接觸(圖7)，取代用爪部55c直接按壓加熱板57，如圖8所示用爪部上所固定的彈簧59按壓加熱板57，可以使板狀體55一方的主面55b和加熱板57一方的主面57通過彈性按壓接觸。通過設定多個彈簧59的按壓部，可以廣泛范圍內使加熱板57和板狀體55接觸因而優(yōu)選。于是，彈簧59優(yōu)選由具備多個支點的彈簧板構成的部件。
另外，本發(fā)明的板狀陶瓷體優(yōu)選以氧化鋁、莫來石或氮化硅的任何一種作為主成分的陶瓷。上述陶瓷優(yōu)選熱傳導率比較大的、耐腐蝕性好的、高溫條件下絕緣電阻大的陶瓷。
另外，板狀陶瓷體為氧化鋁時，該氧化鋁含有量優(yōu)選80～98質量％。因為這樣的部件可以達到上述板狀陶瓷體熱傳導率為16.7～25.21W/(m.K)、300℃高溫條件下絕緣電阻在1013Ω.cm以上、彎曲強度在300MPa以上。當氧化鋁含有量不到90質量％時，增大了Mn、Ca、Si等燒結輔助劑或雜質，因此就會有高溫條件下絕緣電阻降低的危險。
另外，當氧化鋁含量超過99.5質量％時，燒結輔助劑少，在1700℃以下的比較低溫的情況時使其致密燒結就變得困難，因此低價大量生產也就困難了。
另外，本發(fā)明的板狀體5優(yōu)選為導電性的金屬。金屬熱傳導率達到200W/(m.K)以上，因此能夠把加熱板7的熱均勻地傳給加熱面55a。作為上述金屬優(yōu)選鋁、鐵或這些的合金。優(yōu)選由金屬構成板狀體5的膨脹系數(shù)為8～25×10-6/℃以下，特別優(yōu)選板狀陶瓷體57的熱膨脹系數(shù)的范圍接近8～17×10-6/℃。因板狀體55和加熱板57有熱膨脹差，主面57a和主面55b的間隔就變得不均勻，熱傳導就變得不能均勻進行，因此就有溫度分布均勻性受到損害的危險。進而，盡管被加熱物與加熱面55a接觸從加熱面55a向被加熱物傳導熱，但是這時因為被加熱物與加熱面55a接觸同時發(fā)生滑動，在加熱面55a就有發(fā)生靜電的危險，當加熱面55a上具有導電性時，就具有使這些靜電釋放的效果而優(yōu)選。
另外，板狀體55和加熱板57接觸的接觸面的面積為加熱面55a面積的20～80％。當不足20％時有不能均勻加熱板狀體55的加熱面55a的危險。另外，當板狀體55和加熱板57接觸的接觸面的面積超過加熱面55a面積80％時，加熱板57變大加熱裝置51的價格變高，就有在工業(yè)上很難利用的危險。進而優(yōu)選接觸面的面積為加熱面55a面積的30～60％。
另外，板狀體55厚度B優(yōu)選為0.2～10mm。該厚度小于0.2mm時，在用彈簧板固定加熱板57時強度小，板狀體55變形產間隙，發(fā)生僅一邊接觸等不合格情況，因此具有加熱面55a面內的溫度差變大的危險。另外，當板狀體55厚度超過10mm時熱容量變大即使加熱加熱板57也有板狀體55的加熱面55a的溫度不能快速升溫的危險。厚度B更優(yōu)選1～3mm。
另外，所謂的加熱板57的厚度可以用主面55b和主面55a之間距離中3點的平均值來表示。
如此板狀體55優(yōu)選由熱傳導率200W/(m.K)以上的金屬構成的部件，為了與加熱板57面接觸其周邊具備爪部55c，優(yōu)選增加周邊部的厚度，增加熱容量，減小加熱面溫度差的部件。
接下來說明本發(fā)明加熱裝置51的制作方法和其他構成。
加熱板57由氧化鋁燒結體或莫來石燒結體、氮化硅系燒結體等耐熱性陶瓷構成，例如，當由氧化鋁燒結體構成時，氧化鋁(Al2O3)、二氧化硅(SiO2)、氧化鈣(CaO)、氧化鎂(MgO)等中適當添加混合有機溶劑和溶劑，成為料漿(slurry)狀，同時用以往周知的修繕編織法(doctor braid)或壓延機法(calender roll)形成片狀得到陶瓷生片。然后對上述陶瓷生片進行適當?shù)拇蚩准庸ぁ?br> 電阻發(fā)熱體58由鎢、鉬等金屬材料構成，該鎢等金屬粉末中適當?shù)靥砑踊旌嫌袡C溶劑和溶劑所得的電阻發(fā)熱體糊，在預先形成板狀陶瓷體的陶瓷生片上通過以往周知的網板印刷法按規(guī)定圖案進行印刷涂布，在板狀陶瓷體內部可以埋設電阻發(fā)熱體8。于是，埋設有電阻發(fā)熱體58的生料加熱板經過高溫(約1600℃)進行燒成可以制作出加熱板57。此時為了得到上述表面粗糙度，優(yōu)選調整燒成溫度或時間盡量使加熱板57表面結晶尺寸為0.5～5μm。
電阻發(fā)熱體58兩端在加熱板57的端部被導出，該端部導出的兩端通過板狀體57上設置的開口A露出出來，利用焊錫等釬焊料釬焊接合引線61。使電阻發(fā)熱體58兩端露出的開口A具有形成電阻發(fā)熱體58和引線61釬焊接合區(qū)域的作用，在預先成為板狀陶瓷體的陶瓷生片上通過打孔加工法進行打孔在加熱板57端部形成。上述開口A進一步在該側壁對應引線61的孔徑大小形成凹部62，當在開口A上釬焊接合電阻發(fā)熱體58和引線61時，如果開口A側壁所形成的凹部62內能夠插入引線61，在露出電阻發(fā)熱體58上面中央部上就可以正確接合位置，如此就可以在電阻發(fā)熱體58上通過釬焊料極其牢固地釬焊接合引線61。
另外，在上述開口A上電阻發(fā)熱體58上釬焊接合的引線61由鎳等金屬構成，該引線61使電阻發(fā)熱體58與外部電回路連接，同時通過外部電回路也起到供給電阻發(fā)熱體58產生規(guī)定溫度焦耳熱所必要的一定電力的作用。
引線61利用在露出電阻發(fā)熱體58的上面中央部中在開口A側壁設置的凹部62，進行準確焊接，同時在該焊接部通過供給溶融的焊錫等釬焊料61牢固地釬焊在電阻發(fā)熱體58上。
因此，本發(fā)明的加熱裝置51利用引線61供給電阻發(fā)熱體58一定電力，使電阻發(fā)熱體58發(fā)出達到一定溫度的焦耳熱，發(fā)揮作為發(fā)熱體的機能。
另外，上述發(fā)明不僅限定于上述實施例，在沒有脫離本發(fā)明的要旨的范圍內，可以進行多種變更，例如在上述實施方式2上露出的電阻發(fā)熱體58，利用焊錫等釬焊料接合引線61，在開口A內通過填充樹脂或玻璃等增強該接合，也可以通過在開口A內充填耐熱性材料的同時用絕緣板覆蓋開口來增強接合。此時，電阻發(fā)熱體58和引線61之間的接合變得更牢固，可優(yōu)選。另外，盡管上述實施例中利用焊錫等釬焊料在電阻發(fā)熱體58上接合引線61，但使引線61焊接在電阻發(fā)熱體58上同時也可以通過在開口A內充填樹脂或玻璃等為此接合該焊接。
使上述加熱裝置51經由硅潤滑油與金屬制的板狀體55接觸，此時在板狀體55、和也作為陶瓷加熱板57的導熱部件63的緩沖材的厚度優(yōu)選5～100μm。為了連接燙發(fā)器用的陶瓷加熱板57和板狀體57，當使陶瓷加熱板57和金屬加熱板57直接接觸時，瓷器陶瓷加熱板57和金屬板狀體55之間發(fā)生翹曲或因加熱時熱膨脹導致變形，不能均勻地接觸接合面而形成一邊接觸，發(fā)生點式熱傳導，具有加熱面55a的溫度差變大的危險。具有導熱部件63的緩沖材的厚度最好為必要的最小限度，相反過厚就會發(fā)生陶瓷加熱器和金屬板熱傳導惡化問題的危險，導熱部件63的厚度優(yōu)選1～100μm。
在以上實施方式2的燙發(fā)器中，加熱板57具備構成實施方式1中說明的發(fā)熱電阻體4折返部的導體圖案，該折返部中鄰接的任意導體間的陶瓷體的空孔占有率優(yōu)選為0.01～50％(例如，采用由如實施方式1圖4所示的板狀陶瓷加熱器構成的加熱板)。這樣的話，因為加熱板57的耐久性能夠提高，可以提供更高耐久性的燙發(fā)器。并且，該折返部的鄰接的任意導體間的陶瓷體的空孔占有率進一步優(yōu)選0.1～40％，更優(yōu)選1～20％。
實施例1準備以Al2O3為主成分盡量調整SiO2、CaO、MgO、ZrO2合計在10重量％以內的陶瓷生片，采用由W(鎢)粉末粘合劑和溶劑構成的糊，在該表面上印刷發(fā)熱電阻體4和引線引出部5。
另外，在背面印刷電極極板7。發(fā)熱電阻體4的形狀是以5mm的發(fā)熱長度進行4次往復的圖案。
接著，為了在導體間填充絕緣物，將含有絕緣物的糊進行網板印刷。此時，為了使導體間陶瓷體空孔的占有率變化，預備了沒有實施網板印刷的物質和對糊粘度進行變化而進行網板印刷的物質。
接著，在由W構成的引線引出部5的末端，形成通孔6，并向這里通過注入糊，使電極極板7和引線引出部5之間得到導通。通孔6的位置以當實施釬焊接合時進入釬焊接合部的內側的方式形成。
接著，在陶瓷成形體的周圍密接準備的陶瓷生片，通過1600℃燒成形成陶瓷加熱器1。
對于這樣得到的陶瓷加熱器1，在1200℃下連續(xù)通電100小時后測定電阻變化，評價耐久性。以各組(lot)n＝10進行評價。
另外，關于各組n＝3的試樣，SEM觀察燒成后的發(fā)熱電阻體4，測定空孔率。該結果如表1所示。
(表1)

各試樣材質均為氧化鋁，標印有*記號的試樣是本發(fā)明范圍之外的試樣。
根據(jù)表1判斷，在導體間陶瓷體空孔占有率超過50％的試樣No9中，和在空孔占有率0.005％的試樣No1中，電阻值變化15％以上，發(fā)生斷線。與之相對應的，空孔占有率在50％以下的試樣沒有發(fā)生斷線，表示具有良好的耐久性。
此外，只要空孔占有率處于本發(fā)明范圍，其他要素比如空孔長度、墨厚度變化，對耐久性能沒有意義。
實施例2首先，為了獲得如圖9所示的陶瓷加熱板，在以Al2O3為主成分盡量調整SiO2、CaO、MgO、ZrO2合計在10重量％以內的陶瓷生片上，印刷由W構成的電阻發(fā)熱體。使電阻發(fā)熱體兩端露出的開口A具有形成釬焊接合電阻發(fā)熱體和引線的區(qū)域的作用，其通過預先在形成加熱板的陶瓷生片上應用打孔加工法打孔，而在加熱板端部形成。上述開口A進一步在該側壁對應引線61的孔徑大小形成凹部，用于在開口A進行釬焊接合電阻發(fā)熱體的引出部和引線。然后，在電阻發(fā)熱體表面形成由陶瓷片和大致相同成分構成的包覆層，充分干燥后進而使上述陶瓷片和大致相同組成的陶瓷分散，涂布密接液，這樣層疊密接準備的陶瓷片，在1500～1600℃下燒成。
進而，在上述電阻發(fā)熱體的引出部表面形成由Ni構成的厚度為3μm的鍍層后，采用由Ag構成的釬焊料62，在還原氣氛中，1030℃下接合以Ni為主成分的引線61得到加熱板。
組合利用上述方法獲得的加熱板和板狀體，制作出對加熱板的厚度、表面粗糙度(Ra)、有無彈簧按壓、有無導熱部件或材質進行變更的燙發(fā)器。
接著，制作的燙發(fā)器加熱面表面的溫度分布通過日本電子制(TG-6200)溫度分布測定裝置測定溫度分布，算出加熱面表面的最高溫度和最低溫度，將最高溫度和最低溫度的差作為溫度不穩(wěn)定度進行測定。
該結果如表2所示。
表2

以板狀體厚度1.5mm、板狀體·加熱板接觸面積和加熱面面積比率70％進行評價。
另外，印有*標記的為本發(fā)明范圍之外的試料。
根據(jù)表2分析，如試料No.3～15加熱板的厚度為0.5～5mm的試料加熱面溫度不穩(wěn)定度為19℃以下，顯示優(yōu)良的特性。
與此相對的，試料No.1、2加熱板的厚度薄到0.3mm時，在板狀體上裝置加熱板時，加熱板出現(xiàn)破損。另外，如試料No.16、17加熱板厚度為7mm的試料，加熱面溫度不穩(wěn)定度大到22℃以上，而不優(yōu)選。
另外，板狀體和加熱板之間具備導熱部件的試料No.5～13，加熱面溫度不穩(wěn)定度在16℃以下，甚至更小的溫度不穩(wěn)定度的試料而優(yōu)選。
另外，加熱板主面表面的粗糙度為1～30μm的試料No.6～11，加熱面溫度不穩(wěn)定度在小到15℃以下，而進一步優(yōu)選。
另外，用彈簧按壓板狀體一方主面和加熱板一方主面的試料No.7～9，加熱面溫度不穩(wěn)定度成為13℃以下，判明溫度不穩(wěn)定度被改善。
實施例3接著，將作為加熱板的主成分Al2O3的含有量調整在70％～99.8％之間，作成陶瓷片，把這些陶瓷片按照實施例2所述方法制作加熱板。對于這些Al2O3組成量不同的材料，測定200℃下高溫絕緣強度和彎曲強度。制作20張試驗片以JIS規(guī)格的4點彎曲強度試驗為標準測定彎曲強度，該平均值如下所示。
(表3)

根據(jù)表3分析，氧化鋁含有量為80～99.5％的試料No.23～25高溫絕緣電阻達到1×1013Ω.cm以上，即使作為燙發(fā)器使用，也不會從加熱器電源漏電，因此優(yōu)選。另外，彎曲強度大到300MPa以上，即使反復急速加熱電阻發(fā)熱體，很少有因熱應力而破損的危險，因而優(yōu)選。
但是，如試料No.21、22，當氧化鋁含有量小到70、75質量％時，高溫條件下絕緣電阻小到1011Ω.cm以下，利用加熱板就有發(fā)生漏電的危險。另外，試料No.26氧化鋁含有量高達99.8質量％，需要在1700℃以上燒成溫度下燒結，低價大量生產就很困難了。
更進一步優(yōu)選，如試料No.24、25氧化鋁含有量為90～99.5％時，彎曲強度大而優(yōu)選。
其中，氧化鋁含有量通過ICO定量分析制作的板狀陶瓷體求得的。
實施例4
然后，板狀體的外形按照4mm×80mm×20mm(厚×長×寬)固定，逐漸變更加熱板的長度，和實施例2同樣制作變更接觸面積及加熱面積比率的燙發(fā)器。
接著，在加熱板和板狀體之間具備硅系樹脂作為導熱部件，在彈簧按壓下，對電阻發(fā)熱體施加額定電壓，測定從室溫到加熱面最高溫度為200℃的飽和溫度為止的時間作為加熱面飽和時間。
其結果如表4所示。
(表4)

根據(jù)表4可知，面積比例為20～80％的試料No.33～42加熱面飽和時間小到60秒以下，顯示出優(yōu)良的特性。
另外，面積比率為30～60％的試料No.34～41加熱面飽和時間小到57秒以下，顯示更加優(yōu)良的特性。
另一方面，加熱板7和板狀體5的接觸面積和加熱面接觸面積比率不到20％的試料No.31、32飽和時間大到63秒以上，而不優(yōu)選。
另外，如試料No.43接觸面積超過80％時，加熱板變得過大，加熱板的成本就變高，產業(yè)利用價值就降低。
更進一步優(yōu)選板狀體厚度為0.2～10mm的試料No.36～39，這是因為它們加熱飽和時間小到50秒以下。
權利要求1.一種陶瓷加熱器，其特征是包含陶瓷體，該陶瓷體具有外表面和被埋設的導體圖案，所述導體圖案由導體構成，所述導體按照形成成為電阻發(fā)熱體的折返部的方式被設置，在所述折返部中由鄰接的導體所夾的陶瓷部的空孔占有率為0.01～50％。
2.如權利要求1所述的陶瓷加熱器，其特征是在所述鄰接導體間存在的空孔的沿所述外表面的長度是，該導體間隔的1/2長度以下。
3.如權利要求1所述的陶瓷加熱器，其特征是所述導體的厚度設定在5～100μm范圍。
4.一種燙發(fā)器，其特征是具備開閉自由地連結的一對把持部件、和在所述把持部件的前端分別安裝的陶瓷加熱器，所述陶瓷加熱器包含陶瓷體，該陶瓷體具有外表面和被埋設的導體圖案，所述導體圖案由導體構成，所述導體按照形成成為電阻發(fā)熱體的折返部的方式被設置，在所述折返部中由鄰接的導體所夾的陶瓷部的空孔占有率為0.01～50％。
5.如權利要求4所述的燙發(fā)器，其特征是在所述鄰接導體間存在的空孔的沿所述外表面的長度是，該導體間隔的1/2長度以下。
6.如權利要求4所述的燙發(fā)器，其特征是所述導體的厚度設定在5～100μm范圍。
專利摘要一種陶瓷加熱器，其特征是包含陶瓷體，該陶瓷體具有外表面和被埋設的導體圖案，所述導體圖案由導體構成，所述導體按照形成成為電阻發(fā)熱體的折返部的方式被設置，在所述折返部中由鄰接的導體所夾的陶瓷部的空孔占有率為0.01～50％。由此提供能防止高溫條件下的絕緣性降低且具有良好耐久性的陶瓷加熱器。
文檔編號A45D4/00GK2924990SQ200520132200

公開日2007年7月18日 申請日期2005年12月23日 優(yōu)先權日2005年12月23日
發(fā)明者長迫龍一 申請人:京瓷株式會社