(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
碍管、該碍管に巻回されて接合される第１基材、該第１基材に接合される第２基材、該第１基材と該第２基材の間に介装される発熱抵抗体、上記第２基材の表面に設けられる端子部、及び該端子部と上記発熱抵抗体の端末部とを導通させるため、上記第２基材を貫通して設けられる複数の導通路、を備えるセラミックヒータにおいて、上記導通路は、上記第２基材の長手方向において直線状に配列されていないことを特徴とするセラミックヒータ。
【請求項２】
上記端子部に接合されるヒータ端子の直下に上記導通路が存在しない請求項１記載のセラミックヒータ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、発熱抵抗体が介装された基材が碍管に巻回された棒状のセラミックヒータに関する。本発明のセラミックヒータは、自動車用酸素センサ用熱源、内燃機関用グロープラグ、石油ファンヒータ等の石油気化器用熱源、又は半導体加熱用セラミックヒータ等に利用される。
【０００２】
【従来の技術】
セラミックヒータは、一般に加圧成形、押出成形等によって得られる平板或いは円筒等、所望の形状のグリーンシート（焼成されてセラミック基材となる）の表面に、白金、モリブデン、タングステン等の、融点の高い金属を含むペーストを厚膜印刷して発熱抵抗体パターンを形成し、これらを一体に焼成することにより製造されている。セラミック基材を構成する主成分としてアルミナ、高融点金属としてタングステンを用い、一体に焼成して得られるセラミックヒータがその代表例である。このセラミックヒータは高温において安定であるため、従来より、例えば自動車用酸素センサ或いはグロープラグ等の高温に晒される用途に使用されることが多い。
また、上記発熱抵抗体は、外気に晒したままで使用すると空気中の酸素等によって酸化し、劣化してしまうため、２枚のセラミック基材間に挟む等の方法によって外気と接触しないような構造を採ることが多い。このため、セラミック基材の内部に導電性を持たせたスルーホールを設ける等、何らかの手段によって、基材表面に設けられた端子部からセラミックヒータ内部の発熱抵抗体への導通路を設ける必要がある。
そして、端子部にヒータ端子を接続し、給電することで発熱抵抗体を外気と接触させることなく発熱させることができる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記発熱抵抗体パターンを形成したグリーシート等を円筒形状の碍管に巻回する際に、上記導通路となるスルーホールより亀裂や割れ等の破損を生じやすい。また、セラミック基材はヒータ端子とセラミックヒータとの間に異なる方向の力がかかると、上記導通路に応力が集中して亀裂や割れ等の破損を生じやすい。特に、図５に示すように小径の導通路３、３’を基材の長手方向に直線上に複数設けた場合は、導通路３、３’間に亀裂が入りやすくなる。このような亀裂やスルーホールから外気が基材間に浸入し、発熱抵抗体が外気と接触して酸化・劣化されて破損を起こすこととなる。
【０００４】
本発明は、上記の問題点を解決するものであり、セラミック基材が導通路から破損を起こすことを防止することによって、発熱抵抗体の破損を防止するセラミックヒータを提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本第１発明のセラミックヒータは、碍管、該碍管に巻回され、接合される第１基材、該第１基材に接合される第２基材、該第１基材と該第２基材の間に介装される発熱抵抗体、上記第２基材の表面に設けられる端子部、該端子部と上記発熱抵抗体の端末部とを導通させるため、上記第２基材を貫通して設けられる複数の導通路、を備えるセラミックヒータにおいて、上記導通路は、上記第２基材の長手方向において直線状に配列されていないことを特徴とする。
【０００６】
本第２発明のセラミックヒータは、上記端子部に接合されるヒータ端子の直下に上記導通路が存在しないように作製するものである。
【０００７】
上記「第１基材」及び上記「第２基材」は材質としてセラミックスを用いることができ、アルミナ（Ａｌ2Ｏ3）や、ムライト又はスピネル等のアルミナ類似のセラミックス等の、高温高強度セラミックスを主成分とすることができる。また、これら例示の中ではアルミナを好適とする。このような材質を用いることによって、発熱抵抗体を高温環境下において保護することができる。
【０００８】
また、上記各基材の作製方法としては任意の方法を用いることができ、例として所定形状のグリーンシートを焼結することによって作製することを挙げることができる。
上記「碍管」の形状は任意であって、筒状、棒状等種々の形状を挙げることができる。また、断面形状においても円形、楕円形、四角形、六角形等の任意の形状とすることができる。この碍管も、アルミナや、ムライト又はスピネル等のアルミナ類似のセラミックス等の、高温高強度セラミックスを主成分としたセラミックスによって形成することができる。
【０００９】
上記「発熱抵抗体」の材料としては、主にタングステンやモリブデン等を例として挙げることができる。また、これらの成分に白金やロジウム等の高融点金属成分を混合して用いることもできるし、抵抗特性の向上のためにこれらを単独で用いることもできる。尚、悪影響を与えない限りにおいて、各基材と同様の酸化物等が若干混在していてもよい。
【００１０】
上記「導通路」としては、スルーホールの内面に導電性被膜を設けたり、導電材を充填したもの等を例に挙げることができる。
上記「第２基材の長手方向」とは、上記碍管の軸長方向と平行な方向であり、第２基材の巻回方向（上記碍管の周方向）に対して直交する方向であることを意味する。また、第２発明に示すヒータ端子の配設方向と平行でもある。
【００１１】
【作用】
碍管に巻回された基材には、通常巻回方向と直交する方向に亀裂が発生しやすい。また、基材に設けられた溝やスルーホール等から亀裂が発生しやすい。このため、第１発明に示すように、上記導通路を上記方向に直線状に配列しないことによって、亀裂の発生を防ぐことができる。
また、上記溝や上記スルーホールに局部的に力が加わることによっても亀裂が生じやすくなる。このため、第２発明に示すように、ヒータ端子の直下に上記導電路を設けないことによって、上記導電路にヒータ端子の折り曲げ等による力が加わることを防ぎ、亀裂の発生を防ぐことができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、図１〜４に示すように、本発明のセラミックヒータを実施例によって詳細に説明する。
（１）セラミックヒータの構造
本セラミックヒータは、図１、図２及び図４に示すように、アルミナを主成分としたセラミックス製の第１基材１１及び第２基材１２と、発熱抵抗体２とを備える。
第１基材１１は、碍管４に巻回される側の基材である。また、第２基材１２は、本セラミックヒータの最外周（最表面）となる部材であり、外周面に端子部１３ａ、１３ｂを備える。この端子部１３ａ、１３ｂは図１〜図３に示すように、角板状にメタライズして導電性を持たせた部位であり、発熱抵抗体２に給電するためのヒータ端子５ａ、５ｂと、発熱抵抗体２に接続する導通路３、３’とを互いに接続する。
【００１３】
上記発熱抵抗体２は図１に示すように形成されており、タングステンを焼成して作製されたものである。そして、その先端側の発熱部２１と、後端側の陽極側端末部２２ａ及び陰極側端末部２２ｂと、発熱部２１と両端末部２２ａ、２２ｂとを結ぶリード部２３ａ、２３ｂにより構成される。
【００１４】
上記導通路３、３’は図１〜図４に示すように、端子部１３ａ、１３ｂ上に２ヶ所ずつ設けられている導電性を持たせたスルーホールであり、第２基材１２の長手方向、つまり碍管４の軸長方向と平行な方向であって第２基材１２の巻回方向に対して直交する方向に対して、直線状に配設されることがないよう、端子部１３ａ、１３ｂの対角線上の両端側に配設されている。また、導通路３、３’は、スルーホールの内面にタングステンを被覆して導電性を持たせることにより形成されている。更に、この導通路３の開口面は銀ろう及びニッケルメッキによって塞がれている。
この導通路３によって上記の両端末部２２ａ、２２ｂと陽極側及び陰極側端子部１３ａ、１３ｂが各々導通される。更に、両端子部１３ａ、１３ｂには、電源（図示せず）に接続されるヒータ端子５ａ、５ｂが接合される。
【００１５】
（２）セラミックヒータの作製方法
本セラミックヒータを構成する第１基材１１及び第２基材１２は、２枚のグリーンシートを使用して作製した。
a)グリーンシートの作製
アルミナ粉末及び必要に応じて添加されるＹ2Ｏ3等の微量粉末からなる所定割合で配合された配合物１００重量部に対し、ポリビニルブチラール８重量部、ジブチルフタレート４重量部、メチルエチルケトンとトルエンとを合計量で７０重量部添加し、ボールミルで混合してスラリ状とした。その後、減圧脱泡し、ドクターブレード法によって厚さ０．３ｍｍの２枚のグリーンシートを作製した。
【００１６】
b)発熱抵抗体のパターンの印刷
１枚のグリーンシートの一表面に、予め調製されたタングステンペーストを厚膜印刷法により２５μｍの厚さにスクリーン印刷し、焼成されて発熱抵抗体２を構成することとなるパターン、即ち焼成されて発熱部２１、端末部２２ａ、端末部２２ｂ及びリード部２３ａ、２３ｂとなるパターンを形成した。このパターンは、発熱部２１となる部位の幅は４００μｍとし、同部位の長手方向の長さを２０ｍｍとし、リード部２３ａ及び２３ｂとなる部位の幅は２．５ｍｍとした。また、グリーンシートの全長は６５ｍｍである。
【００１７】
c)セラミックヒータ成形体の作製
その後、陽極側端末部２２ａと陽極側端子部１３ａ、及び陰極側端末部２２ｂと陰極側端子部１３ｂを各々電気的に接続するように、発熱抵抗体パターンが印刷されたグリーンシートにスルーホールを設け、このスルーホールにタングステンペーストを供給してその内面を被覆した。次いで、このグリーンシートの他表面の所定位置に、タングステンペーストを使用して厚膜印刷法により、端子部１３ａ、１３ｂを印刷し、その後、このグリーンシートの一表面に他のグリーンシートの一表面を圧着した。次いで、この他のグリーンシートの他表面を碍管４に巻き付け、外周を押圧してセラミックヒータ成形体を得た。
【００１８】
d)セラミックヒータ成形体の焼成
上記のようにして得られたセラミックヒータ成形体を２５０℃で樹脂抜きし、その後、水素雰囲気中で、１５５０℃で１時間３０分保持して焼成し、第１基材１１、第２基材１２、発熱抵抗体２、陽極側及び陰極側端子部１３ａ、１３ｂ及びアルミナ製碍管４が一体化された直径２．５ｍｍ、長さ６５ｍｍのセラミックヒータを得た。尚、タングステンペーストが被覆されたスルーホールによって導通路３、３’が形成された。このセラミックヒータの常温における抵抗は５．０Ωとなるようにした。使用時には、陽極、陰極両端子部１３ａ、１３ｂに各々ニッケルメッキを施し、ヒータ端子５ａ、５ｂを、銀ろう材により両端子部１３ａ、１３ｂに接合する。更に、銀ろう表面及びヒータ端子５ａ、５ｂの両部位にニッケルメッキを施して保護する。
【００１９】
（３）セラミックヒータの効果
このようにして作製したセラミックヒータは、導通路３、３’のそれぞれを端子部１３ａ、１３ｂの対角線上に設け、第２基材１２の長手方向に対して直線上に並ばないようにし、且つヒータ端子５ａ、５ｂ直下に導通路３、３’が配設されていない。このため、ヒータ端子５ａ、５ｂに力がかかり、端子部１３ａ、１３ｂに負荷が掛かっても、導通路３、３’部分に応力が伝わらず、しかも、第２導通路１２の長手方向に直線状に配置されておらず、且つ、導通路３、３’間が距離を置いてあるので、導通路３、３’から亀裂が入りにくいものとなっている。また、グリーンシートを碍管４に巻き付ける際においても、同様にスルーホールから亀裂が入りにくいものとなっている。
更に、導通路３、３’及びその周辺が銀ろう及びニッケルメッキにおおわれているため、導通路３、３’周辺に亀裂が入っても、端子部１３ａ、１３ｂが破壊されない限り外気がヒータ内に浸入することがない。
【００２０】
尚、本発明においては、上記実施例に限られず、目的、用途に応じて本発明の範囲内で種々変更した実施例とすることができる。即ち、導通路３、３’の配置は実施例に示した対角状配置だけではなく、碍管の周回方向に並ぶように配置することができる。また、碍管の形状は、実施例に示した円筒形状だけではなく、円柱状の中実体等とすることができる。更に、導通路の個数は２に限らず、３以上とすることができる。
【００２１】
【発明の効果】
本発明のセラミックヒータは、ヒータ内への発熱抵抗体に給電するための複数の導通路の配置を、基材の長手方向に直線上にならないように配列し、且つヒータ端子直下にならないように配設したので、導通路からの基材の破損を防止することができる。
また、導通路とその周囲を被覆したことによって、導通路周囲が破損しても容易に外気がヒータ内に浸入しない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施例の円筒状碍管用のセラミックヒータを説明するための分解斜視図である。
【図２】円筒状碍管に本セラミックヒータを巻回して使用する状態を示す模式図である。
【図３】本実施例のセラミックヒータの端子部周辺を説明するための部分拡大図である。
【図４】本実施例のセラミックヒータの端子部周辺を説明するための断面図である。
【図５】複数の導通路が、基材の長手方向に対して直線状に、且つヒータ端子の直下に配設されている、従来例のセラミックヒータを説明するための端子部周辺の部分拡大図である。
【符号の説明】
１１；第１基材、１２；第２基材、１３ａ、１３ｂ；端子部、２；発熱抵抗体、２１；発熱抵抗体の先端側発熱部、２２ａ、２２ｂ；端末部、２３ａ、２３ｂ；リード部、３、３’；導通路、４；碍管、５ａ、５ｂ；ヒータ端子。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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