特表 2024-537281 オールセラミック発熱体

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公表特許公報(A)

(11)【公表番号】

(43)【公表日】2024-10-10

(54)【発明の名称】オールセラミック発熱体

(51)【国際特許分類】

   H05B 3/14 20060101AFI20241003BHJP

   H05B 3/02 20060101ALI20241003BHJP

【ＦＩ】

H05B3/14 B

H05B3/02 A

【審査請求】有

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2024521760

(86)(22)【出願日】2022-09-16

(85)【翻訳文提出日】2024-04-10

(86)【国際出願番号】 CN2022119172

(87)【国際公開番号】W WO2023184886

(87)【国際公開日】2023-10-05

(31)【優先権主張番号】202210328351.X

(32)【優先日】2022-03-30

(33)【優先権主張国・地域又は機関】CN

(81)【指定国・地域】

(71)【出願人】

【識別番号】518060538

【氏名又は名称】チョンチン リ－マーク テクノロジー カンパニー リミテッド

【氏名又は名称原語表記】ＣＨＯＮＧＱＩＮＧ ＬＥ－ＭＡＲＫ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ ＣＯ．， ＬＴＤ．

【住所又は居所原語表記】１５－１，Ｆｅｎｇｓｈｅｎｇ Ｒｏａｄ，Ｊｉｕｌｏｎｇｐｏ Ｄｉｓｔｒｉｃｔ，Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ ４０１３２９ Ｃｈｉｎａ

(74)【代理人】

【識別番号】100077012

【弁理士】

【氏名又は名称】岩谷 龍

(72)【発明者】

【氏名】レイ，ピーター

【テーマコード（参考）】

3K092

【Ｆターム（参考）】

3K092QB04

3K092QB09

3K092QB11

3K092QB13

3K092QC13

3K092VV18

(57)【要約】

本願は、電気発熱体の技術分野に関し、オールセラミック発熱体を開示する。本発明のオールセラミック発熱体は、外側発熱層と内側絶縁層（３）と内側発熱層とを備え、内側から外側に向かって、前記内側発熱層と前記内側絶縁層（３）と前記外側発熱層がこの順序で配置されており、前記外側発熱層と前記内側発熱層は電気的に接続されており、前記外側抵抗層（４）と前記内側抵抗層（２）を構成する各セラミック材料の重量比は、窒化ケイ素：炭化ケイ素：酸化アルミニウム：酸化イットリウム：酸化ランタン：二ケイ化モリブデン＝（５００～７００）：（１００～３００）：（４０～８０）：（５０～９０）：（０～３０）：（５００～８００）であり、前記外側抵抗層（４）を構成する各セラミック材料の重量比と前記内側抵抗層（２）を構成する各セラミック材料の重量比は異なっている。本発明のオールセラミック発熱体は、発熱機能と温度検知機能とが一体化されていることから、外部環境の影響を受けず、信頼性の高い発熱と点火を達成することができ、信頼性の高い耐用年数を有する。

【特許請求の範囲】

【請求項1】

オールセラミック発熱体であって、外側発熱層と内側絶縁層と内側発熱層とを備え、内側から外側に向かって、前記内側発熱層と前記内側絶縁層と前記外側発熱層がこの順序で配置されており、前記外側発熱層と前記内側発熱層が電気的に接続されており、前記外側発熱層と前記内側発熱層が複数のセラミック材料で形成されており、前記外側発熱層を構成する各セラミック材料の重量比と前記内側発熱層を構成する各セラミック材料の重量比が異なっている、オールセラミック発熱体。

【請求項2】

前記外側発熱層が外側抵抗層を備え、前記内側発熱層が内側抵抗層を備え、前記外側抵抗層と前記内側抵抗層を構成する各セラミック材料の重量比が、窒化ケイ素：炭化ケイ素：酸化アルミニウム：酸化イットリウム：酸化ランタン：二ケイ化モリブデン＝（５００～７００）：（１００～３００）：（４０～８０）：（５０～９０）：（０～３０）：（５００～８００）であり、前記外側抵抗層を構成する各セラミック材料の重量比と前記内側抵抗層を構成する各セラミック材料の重量比が異なっている、請求項１に記載のオールセラミック発熱体。

【請求項3】

前記外側発熱層が外側導電層をさらに備え、前記内側発熱層が内側導電層をさらに備えている、請求項２に記載のオールセラミック発熱体。

【請求項4】

前記外側導電層を構成する各セラミック材料の重量比が、窒化ケイ素：酸化アルミニウム：酸化イットリウム：二ケイ化モリブデン＝（５００～７００）：（４０～８０）：（５０～９０）：（７００～３０００）である、請求項３に記載のオールセラミック発熱体。

【請求項5】

前記内側導電層を構成する各セラミック材料の重量比が、窒化ケイ素：酸化アルミニウム：酸化イットリウム：酸化ランタン：二ケイ化モリブデン＝（５００～７００）：（４０～８０）：（５０～９０）：（０～３０）：（７００～３０００）である、請求項３または４に記載のオールセラミック発熱体。

【請求項6】

前記内側絶縁層を構成する各セラミック材料の重量比が、窒化ケイ素：酸化アルミニウム：酸化イットリウム：酸化ランタン：二ケイ化モリブデン＝（５００～７００）：（４０～８０）：（５０～９０）：（０～３０）：（１０～８００）である、請求項５に記載のオールセラミック発熱体。

【請求項7】

前記内側導電層が中心電極溶接部を備え、前記外側導電層が側方電極接続部を備えている、請求項６に記載のオールセラミック発熱体。

【請求項8】

外側絶縁層をさらに備え、該外側絶縁層が前記外側導電層を覆っている、請求項７に記載のオールセラミック発熱体。

【請求項9】

内側から外側に向かって、前記内側導電層、前記内側抵抗層、前記内側絶縁層、前記外側抵抗層、前記外側導電層および前記外側絶縁層が、この順序で配置されており、前記発熱体全体が同心円状の構造である、請求項８に記載のオールセラミック発熱体。

【請求項10】

前記外側絶縁層を構成する各セラミック材料の重量比が、窒化ケイ素：酸化アルミニウム：酸化イットリウム：二ケイ化モリブデン＝（５００～７００）：（４０～８０）：（５０～９０）：（１０～８００）である、請求項８または９に記載のオールセラミック発熱体。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、電気発熱体の技術分野に関し、具体的には、オールセラミック発熱体に関する。

【背景技術】

【0002】

電気発熱体は、２モードの瞬間湯沸器、自動車の排気ガス酸化センサ、工業設備用の加熱装置、超音波装置用の電気発熱体、金型加熱・保温装置、医療機器用ヒータ、エアヒータ、小型暖房器具などの加熱装置や点火装置において幅広く利用されている。従来のセラミック発熱体の多くでは、高い熱伝導率を有するアルミナセラミックスを母材として使用し、発熱回路を形成するため導電性かつ耐熱性の耐火材料を内部電極として使用しており、これらを一連の特殊な工程により同時焼成することによって、省熱エネルギー性の高い高技術な発熱体を形成している。このような発熱体は、耐腐食性、高耐熱性、温度均一性、長い耐用年数などの利点を有する。

【0003】

現在、従来のセラミック発熱体は、通電すると、それ自体が発熱して温度を生じ、温度と電圧の校正値または熱抵抗値が発熱温度に反映される。しかし、実際の発熱プロセスでは、様々な要因の影響を受けることから、発熱体の正確な温度を得ることはできない。セラミック発熱体の温度が低下しすぎると、発熱や点火の信頼性が低下する。また、温度が上限値を超えると、セラミック発熱体が高温により焼損しやすくなる。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

本発明は、温度制御の精度が低いという上記問題を解決するために、オールセラミック発熱体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】

【0005】

上記目的を達成するため、本発明は、オールセラミック発熱体であって、外側発熱層と内側絶縁層と内側発熱層とを備え、内側から外側に向かって、前記内側発熱層と前記内側絶縁層と前記外側発熱層がこの順序で配置されており、前記外側発熱層と前記内側発熱層が電気的に接続されており、前記外側発熱層と前記内側発熱層が複数のセラミック材料で形成されており、前記外側発熱層を構成する各セラミック材料の重量比と前記内側発熱層を構成する各セラミック材料の重量比が異なっている、オールセラミック発熱体を提供する。

【0006】

温度変化の検知感度と検知正確性を向上させ、かつ前記オールセラミック発熱体の温度をリアルタイムで正確に測定するため、前記外側発熱層は外側抵抗層を備え、前記内側発熱層は内側抵抗層を備え、前記外側抵抗層と前記内側抵抗層を構成する各セラミック材料の重量比は、窒化ケイ素：炭化ケイ素：酸化アルミニウム：酸化イットリウム：酸化ランタン：二ケイ化モリブデン＝（５００～７００）：（１００～３００）：（４０～８０）：（５０～９０）：（０～３０）：（５００～８００）であり、前記外側抵抗層を構成する各セラミック材料の重量比と前記内側抵抗層を構成する各セラミック材料の重量比は異なっている。

【0007】

前記オールセラミック発熱体の導電性を向上させるため、前記外側発熱層は外側導電層をさらに備え、前記内側発熱層は内側導電層をさらに備えている。

【0008】

また、前記外側導電層を構成する各セラミック材料の重量比は、窒化ケイ素：酸化アルミニウム：酸化イットリウム：二ケイ化モリブデン＝（５００～７００）：（４０～８０）：（５０～９０）：（７００～３０００）であることから、前記外側導電層の導電性が向上している。

【0009】

また、前記内側導電層を構成する各セラミック材料の重量比は、窒化ケイ素：酸化アルミニウム：酸化イットリウム：酸化ランタン：二ケイ化モリブデン＝（５００～７００）：（４０～８０）：（５０～９０）：（０～３０）：（７００～３０００）であることから、前記内側導電層の導電性が向上している。

【0010】

前記外側発熱層から前記内側発熱層を絶縁するため、前記内側絶縁層を構成する各セラミック材料の重量比は、窒化ケイ素：酸化アルミニウム：酸化イットリウム：酸化ランタン：二ケイ化モリブデン＝（５００～７００）：（４０～８０）：（５０～９０）：（０～３０）：（１０～８００）である。

【0011】

電極同士の接続を容易にするため、前記内側導電層は中心電極溶接部を備え、前記外側導電層は側方電極接続部を備えている。

【0012】

炭素の蓄積の防止や、導電性粒子および導電性ワイヤメッシュとの接触の回避などの特殊な用途の状況に応じた要件を満たすため、外側絶縁層がさらに設けられており、この外側絶縁層により前記外側導電層の外側が覆われている。

【0013】

前記内側導電層、前記内側抵抗層、前記内側絶縁層、前記外側抵抗層、前記外側導電層および前記外側絶縁層は、内側から外側に向かってこの順序で配置されていることが好ましく、前記発熱体全体が同心円状の構造であることが好ましい。

【0014】

さらに、前記外側絶縁層を構成する各セラミック材料の重量比は、窒化ケイ素：酸化アルミニウム：酸化イットリウム：二ケイ化モリブデン＝（５００～７００）：（４０～８０）：（５０～９０）：（１０～８００）である。

【発明の効果】

【0015】

有益な効果：本発明では、発熱機能と温度検知機能とを一体化させていることから、外部環境の影響を受けない。例えば、一般に、燃焼室の伝熱または冷気もしくは熱気が、発熱体自体の温度値に影響を及ぼして、公称電圧値および公称温度値と一致しなくなり、点火の信頼性に影響を及ぼすことがある。しかし、本発明によれば、内側発熱構造と外側発熱構造を備えていることから、これらの２つの抵抗層の間で材料の違いが大きいほど、材料／温度の差により生じる電位をより正確なものとすることができる。材料／温度の差により生じる電位の原理によれば、１つの導体の両端の温度差により生じた電位は、温度差による電位であり、２つの異なる導体が互いに接触している場合に、２つの接点間に温度差があれば、材料による電位が生じる。発熱または点火は、複雑で様々に変動する動作環境において行われ、温度は正確であり、信頼性が高い。例えば、図２は、発熱体の両端の温度差と熱電位の関係を示しており、この図では、温度差と熱電位が直線関係にあることが直接的に示されているが、この温度差が実際の温度差となる。本発明によれば、高温域の温度値を繰り返し提供することが可能であり、これによって、制御回路が電圧を調整をして理想的な目標温度値を得ることが容易になり、その結果、オールセラミック発熱体の温度をリアルタイムで制御することが可能となり、信頼性の高い発熱または点火と、信頼性の高い耐用年数を得るという目的を達成することができる。本発明のオールセラミック発熱体は、分散度が低く、ヒステリシスも小さい。オールセラミック発熱体の外面に水を噴霧して温度試験を実施したところ、測定された温度値は、リアルタイムで急速に変化することが示された。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【図1】実施例１と実施例２の構造模式図である。

【図2】発熱体の両端の温度差と熱電位の関係を示す線グラフである。

【0017】

符号の説明：１．内側導電層；２．内側抵抗層；３．内側絶縁層；４．外側抵抗層；５．外側導電層；６．外側絶縁層；７．接続孔；８．中心電極溶接部；９．側方電極接続部。

【発明を実施するための形態】

【0018】

以下、添付の図面を参照しながら、本発明の特定の実施形態をさらに詳細に説明する。ただし、本発明は、これらの実施形態に限定されない。本発明の原理から逸脱することなく、本発明に改良を加えてもよく、このような改良も、本発明の請求の範囲の保護範囲内に含まれる。

【0019】

オールセラミック発熱体は、外側発熱層と内側絶縁層３と内側発熱層とを備え、内側から外側に向かって、前記内側発熱層と前記内側絶縁層３と前記外側発熱層がこの順序で配置されており、前記外側発熱層と前記内側発熱層は電気的に接続されており、前記外側発熱層は外側抵抗層４を備え、前記内側発熱層は内側抵抗層２を備え、前記外側抵抗層４と前記内側抵抗層２を構成する各セラミック材料の重量比は、窒化ケイ素：炭化ケイ素：酸化アルミニウム：酸化イットリウム：酸化ランタン：二ケイ化モリブデン＝（５００～７００）：（１００～３００）：（４０～８０）：（５０～９０）：（０～３０）：（５００～８００）であり、前記外側抵抗層４を構成する各セラミック材料の重量比と前記内側抵抗層２を構成する各セラミック材料の重量比は異なっている。

【実施例】

【0020】

実施例１
図１に示すように、オールセラミック発熱体は、内側から外側に向かって、内側導電層１と、内側抵抗層２と、内側絶縁層３と、外側抵抗層４と、外側導電層５と、外側絶縁層６とをこの順序で備えており、内側導電層１が、この電気発熱体の最も内側の部分に配置されており、内側導電層１の底端部の中心は中心電極溶接部８である。内側抵抗層２は２つの部分に分かれており、下側の部分の直径は上側の部分の直径よりも大きく、内側抵抗層２の下側の部分は内側導電層１の外側を覆っている。内側絶縁層３は３つの部分に分かれており、中央の部分の直径は上側の部分の直径よりも大きく、下側の部分の直径は中央の部分の直径よりも大きく、上側の部分は内側抵抗層２の上側の部分の外側を覆っており、中央の部分と下側の部分は内側抵抗層２の下側の部分の外側を覆っている。外側抵抗層４は２つの部分に分かれており、上側の部分は内側絶縁層３の上側の部分の外側を覆っており、下側の部分は内側絶縁層３の中央の部分を覆っており、外側抵抗層４の下側の部分の直径は、内側絶縁層３の下側の部分の直径よりも小さい。内側絶縁層３の上側の部分の頂端には、接続孔７が設けられており、この接続孔において、外側抵抗層４を構成する材料の一部が、内側抵抗層２を構成する材料の一部と接続している。外側導電層５は外側抵抗層４の下側の部分の外側を覆っている。外側導電層５は２つの部分に分かれており、下側の部分の直径は、内側絶縁層３の下側の部分の直径と等しく、外側導電層５の上側の部分の直径は、その下側の部分の直径よりも小さく、外側導電層５の下側の部分は、側方電極接続部９である。外側絶縁層６は、外側導電層５の外側を覆っている。各層の構成材料はセラミック材料である。

【0021】

外側抵抗層４を構成する各セラミック材料の重量比は、窒化ケイ素：炭化ケイ素：酸化アルミニウム：酸化イットリウム：酸化ランタン：二ケイ化モリブデン＝５１０：１２０：５０：６２：８：５８０である。

【0022】

内側抵抗層２を構成する各セラミック材料の重量比は、窒化ケイ素：炭化ケイ素：酸化アルミニウム：酸化イットリウム：酸化ランタン：二ケイ化モリブデン＝６８０：２６０：７５：８０：２７：７８０である。

【0023】

外側絶縁層６と外側導電層５の構成成分は、窒化ケイ素、酸化アルミニウム、酸化イットリウム、二ケイ化モリブデンという４種類の成分を含んでいる。窒化ケイ素は網目構造を形成する効果があり、酸化アルミニウムと酸化イットリウムは網目構造を調整する効果があり、二ケイ化モリブデンは導電性発熱材料を形成する効果がある。

【0024】

外側絶縁層６を構成する各セラミック材料の重量比は、窒化ケイ素：酸化アルミニウム：酸化イットリウム：二ケイ化モリブデン＝６００：５０：６０：２００である。

【0025】

内側絶縁層３を構成する各セラミック材料の重量比は、窒化ケイ素：酸化アルミニウム：酸化イットリウム：酸化ランタン：二ケイ化モリブデン＝５８０：６０：７０：１０：６００である。

【0026】

外側導電層５を構成する各セラミック材料の重量比は、窒化ケイ素：酸化アルミニウム：酸化イットリウム：二ケイ化モリブデン＝６５０：５８：７０：１５００である。

【0027】

内側導電層１を構成する各セラミック材料の重量比は、窒化ケイ素：酸化アルミニウム：酸化イットリウム：酸化ランタン：二ケイ化モリブデン＝６００：６０：７５：１５：１５００である。

【0028】

実施例２
実施例２のオールセラミック発熱体は、外側抵抗層４を構成する各セラミック材料の重量比が、窒化ケイ素：炭化ケイ素：酸化アルミニウム：酸化イットリウム：酸化ランタン：二ケイ化モリブデン＝６６０：２６０：７０：８０：２０：７００であるという点で実施例１のオールセラミック発熱体と異なる。

【0029】

内側抵抗層２を構成する各セラミック材料の重量比は、窒化ケイ素：炭化ケイ素：酸化アルミニウム：酸化イットリウム：酸化ランタン：二ケイ化モリブデン＝５５０：１１０：５０：５５：１０：５５０である。

【0030】

外側絶縁層６を構成する各セラミック材料の重量比は、窒化ケイ素：酸化アルミニウム：酸化イットリウム：二ケイ化モリブデン＝６８０：７０：８０：７００である。

【0031】

内側絶縁層３を構成する各セラミック材料の重量比は、窒化ケイ素：酸化アルミニウム：酸化イットリウム：酸化ランタン：二ケイ化モリブデン＝６８０：４５：８０：２０：５０である。

【0032】

外側導電層５を構成する各セラミック材料の重量比は、窒化ケイ素：酸化アルミニウム：酸化イットリウム：二ケイ化モリブデン＝５５０：４５：５５：９００である。

【0033】

内側導電層１を構成する各セラミック材料の重量比は、窒化ケイ素：酸化アルミニウム：酸化イットリウム：酸化ランタン：二ケイ化モリブデン＝５５０：７０：８５：１５：２５００である。

【図1】

【図2】

【国際調査報告】