(57)【要約】  【課題】  急速昇温等の際に発熱抵抗体に大電流が流れても発熱抵抗体の先端部にマイクロクラック等が発生することを抑制して、高い信頼性および耐久性を有するセラミックヒータを提供すること。  【解決手段】  セラミックヒータ１は、棒状のセラミック基体９の内部に、そのセラミック基体９の先端部２に位置する折返し部４を有し、その折返し部４から２本が直線的に平行に延びた平行部５を有する発熱抵抗体３が埋設されており、折返し部４は、平行部５の端部からの湾曲部４ｂおよびこれら湾曲部４ｂ間の直線部４ａを有しており、湾曲部４ｂの断面積が直線部４ａの断面積および平行部５の断面積よりも大きい。【選択図】  図１
2010071049.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
棒状のセラミック基体の内部に、該セラミック基体の先端部に位置する折返し部を有し、該折返し部から２本が直線的に平行に延びた平行部を有する発熱抵抗体が埋設されており、前記折返し部は、前記平行部の端部からの湾曲部およびこれら湾曲部間の直線部を有しており、前記湾曲部の断面積が前記直線部の断面積および前記平行部の断面積よりも大きいことを特徴とするセラミックヒータ。
【請求項２】
前記直線部の前記セラミック基体の先端側の長さが、前記セラミック基体の先端から前記直線部までの距離よりも長いことを特徴とする請求項１に記載のセラミックヒータ。
【請求項３】
前記発熱抵抗体は、平面視したときに、前記湾曲部の幅が前記直線部の幅および前記平行部の幅よりも大きいことを特徴とする請求項１に記載のセラミックヒータ。
【請求項４】
前記発熱抵抗体は、断面形状が楕円形状または八角形状であることを特徴とする請求項１に記載のセラミックヒータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば燃焼式車載暖房装置における点火用若しくは炎検知用のヒータ、石油ファンヒータ等の各種燃焼機器の点火用のヒータ、自動車エンジンのグロープラグ用のヒータ、酸素センサ等の各種センサ用のヒータ、測定機器の加熱用のヒータ等に利用されるセラミックヒータに関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車エンジンのグロープラグ等に用いられるセラミックヒータとして、例えば、セラミック基体と、そのセラミック基体に埋設され、その両端に接続された電極部を介して通電されることにより抵抗発熱するセラミック発熱体が、一方の基端部から延び先端部で方向変換して他方の基端部へ至るＵ字状等の形状の方向変換部と、その方向変換部の各基端部から同方向に延びる２本の直線部とを備えた構成のものが知られている（例えば、特許文献１，２を参照）。
【特許文献１】特許第3346447号公報
【特許文献２】特許第3737845号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
このようなセラミックヒータにおいては、セラミックス等の磁器の表面における周方向の温度分布にムラが生じやすいために、断続的に作動させた際の耐久性が悪いという問題点があった。この原因は、発熱体の表面から磁器の表面までの距離が不均一であるために、磁器の表面において部位によって温度差が生じるためである。【０００４】
そこで、特許文献１には、発熱体の断面形状や位置を調整することによって、発熱体の表面から磁器の表面までの距離の不均一を是正することにより磁器の表面の温度分布にムラが生じにくいようにして、耐久性を向上させるとともに磁器の内外での温度差も低減させることが記載されている。【０００５】
また、特許文献２には、セラミック発熱体の先端のＵ字形の湾曲部の断面を直線部の断面より大きくするとともに、Ｕ字形の内側外形線における直線部から湾曲部への移行点が、Ｕ字形の外側外形線における移行点よりも、セラミック発熱体のＵ字開口部側に位置するようにすることにより、セラミック発熱体のＵ字形の湾曲部の先端近傍において、セラミック発熱体とセラミック基体との線膨張係数の差異に基づく応力集中による耐久性の低下を抑えることができることが記載されている。【０００６】
しかしながら、自動車エンジンのグロープラグ等に用いられるセラミックヒータは、近年、さらなる急速昇温が求められているため、発熱体に大電流が流れる。その結果、発熱体の先端部のＵ字状の方向変換部にマイクロクラック等が発生し、発熱体の抵抗が変化して、信頼性および耐久性が低下するという問題点があった。このような問題点は、特許文献２に記載されたような、発熱体の先端のＵ字形の湾曲部の断面を直線部の断面より大きくするという構成によっては、解消することが不十分であった。【０００７】
従って、本発明は、上記従来の問題点に鑑みて案出されたものであり、その目的は、急速昇温等の際に発熱体に大電流が流れても発熱体の先端部のＵ字状の方向変換部にマイクロクラック等が発生することを抑制して、高い信頼性および耐久性を有するセラミックヒータを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明のセラミックヒータは、棒状のセラミック基体の内部に、該セラミック基体の先端部に位置する折返し部を有し、該折返し部から２本が直線的に平行に延びた平行部を有する発熱抵抗体が埋設されており、前記折返し部は、前記平行部の端部からの湾曲部およびこれら湾曲部間の直線部を有しており、前記湾曲部の断面積が前記直線部の断面積および前記平行部の断面積よりも大きいことを特徴とするものである。【０００９】
また、本発明のセラミックヒータは、上記の構成において、前記直線部の前記セラミック基体の先端側の長さが、前記セラミック基体の先端から前記直線部までの距離よりも長いことを特徴とするものである。【００１０】
また、本発明のセラミックヒータは、上記の構成において、前記発熱抵抗体は、平面視したときに、前記湾曲部の幅が前記直線部の幅および前記平行部の幅よりも大きいことを特徴とするものである。【００１１】
また、本発明のセラミックヒータは、上記の構成において、前記発熱抵抗体は、断面形状が楕円形状または八角形状であることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１２】
本発明のセラミックヒータによれば、棒状のセラミック基体の内部に、そのセラミック基体の先端部に位置する折返し部を有し、その折返し部から２本が直線的に平行に延びた平行部を有する発熱抵抗体が埋設されており、折返し部は、平行部の端部からの湾曲部およびこれら湾曲部間の直線部を有しており、湾曲部の断面積が直線部の断面積および平行部の断面積よりも大きいことから、折返し部全体の断面積を大きくした場合よりも、湾曲部よりも断面積が小さい直線部が存在することによってセラミック基体の先端部を効率的に発熱させることができる。その結果、セラミック基体の先端側への放熱によるセラミック基体の先端部の温度低下を小さくすることができるため、最高温度領域が棒状のセラミック基体の軸線方向に広くなる。これにより、セラミック基体の表面に急激な温度差（温度勾配）が発生しにくくなり、セラミックヒータの信頼性および耐久性が向上する。【００１３】
また、折返し部は、電流が流れにくい形状であるが、断面積が直線部の断面積および平行部の断面積よりも大きい湾曲部と、湾曲部よりも断面積は小さいが、電流が流れやすい形状である直線部とを有していることから、折返し部に大電流を効率よく流すことができる。その結果、発熱抵抗体の折返し部に無駄な抵抗がかからず、折返し部にマイクロクラック等が発生することを抑制して、長期間の使用に耐え得るものとなる。従って、セラミックヒータの信頼性および耐久性が向上する。【００１４】
また、本発明のセラミックヒータは、上記の構成において、直線部のセラミック基体の先端側の長さが、セラミック基体の先端から直線部までの距離よりも長いときには、セラミック基体の先端側への放熱によるセラミック基体の先端部の温度低下を小さくすることができるため、最高温度領域が棒状のセラミック基体の軸線方向により広くなる。その結果、セラミック基体の表面に急激な温度差（温度勾配）がより発生しにくくなり、セラミックヒータの信頼性および耐久性がさらに向上する。【００１５】
また、本発明のセラミックヒータは、上記の構成において、発熱抵抗体は、平面視したときに、湾曲部の幅が直線部の幅および平行部の幅よりも大きいときには、電流が流れにくい形状である湾曲部の抵抗がより小さくなるため、折返し部に大電流をより効率よく流すことができる。その結果、発熱抵抗体の折返し部に無駄な抵抗がかからず、折返し部にマイクロクラック等が発生することを抑制して、より長期間の使用に耐え得るものとなる。従って、セラミックヒータの信頼性および耐久性がさらに向上する。【００１６】
また、本発明のセラミックヒータは、上記の構成において、発熱抵抗体は、断面形状が楕円形状または八角形状であるときには、発熱抵抗体の位置、セラミック基体の外形形状によってセラミック基体に急激な温度差が発生しにくいように構成することの自由度が高まる。従って、セラミックヒータの信頼性および耐久性をより向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明のセラミックヒータの実施の形態の一例を示す断面図である。
【図２】図１に示すセラミックヒータにおける先端部付近を拡大した拡大断面図である。
【図３】（ａ）は、発熱抵抗体の縦断面形状が積層方向に直交する方向に沿って圧縮された楕円形状である場合を示す、図２のＡ−Ａ線における縦断面図、（ｂ）は、発熱抵抗体の縦断面形状が積層方向に直交する方向に沿って圧縮された八角形状である場合を示す、図２のＡ−Ａ線における縦断面図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明のセラミックヒータについて実施の形態の例を図面を参照して詳細に説明する。【００１９】
図１は本実施の形態のセラミックヒータ１の発熱抵抗体３およびリード８の部位を示す断面図、図２は図１におけるセラミック基体９の先端部２を拡大した拡大断面図である。【００２０】
本実施の形態のセラミックヒータ１は、棒状のセラミック基体９の内部に、そのセラミック基体９の先端部２に位置する折返し部４を有し、その折返し部４から２本が直線的に平行に延びた平行部５を有する発熱抵抗体３が埋設されており、折返し部４は、平行部５の端部からの湾曲部４ｂおよびこれら湾曲部４ｂ間の直線部４ａを有しており、湾曲部４ｂの断面積が直線部４ａの断面積および平行部５の断面積よりも大きい。【００２１】
このような構成により、折返し部４全体の断面積を大きくした場合よりも、湾曲部４ｂよりも断面積が小さい直線部４ａが存在することによってセラミック基体９の先端部２を効率的に発熱させることができる。すなわち、電流が流れやすい形状であるが、湾曲部４ｂよりも断面積が小さい直線部４ａは、湾曲部４ｂより断面積が大きい場合と比較して抵抗が若干大きくなるため、効率的に発熱することとなる。その結果、セラミック基体９の先端側への放熱によるセラミック基体９の先端部２の温度低下を小さくすることができるため、最高温度領域が棒状のセラミック基体９の軸線方向に広くなる。これにより、セラミック基体９の表面に急激な温度差（温度勾配）が発生しにくくなり、セラミックヒータ１の信頼性および耐久性が向上する。【００２２】
また、折返し部４は、電流が流れにくい形状であるが、断面積が直線部４ａの断面積および平行部５の断面積よりも大きい湾曲部４ｂと、湾曲部４ｂよりも断面積は小さいが、電流が流れやすい形状である直線部４ａとを有していることから、折返し部４に大電流を効率よく流すことができる。その結果、発熱抵抗体３の折返し部４に無駄な抵抗がかからず、折返し部４にマイクロクラック等が発生することを抑制して、長期間の使用に耐え得るものとなる。従って、セラミックヒータ１の信頼性および耐久性が向上する。【００２３】
なお、直線部４ａとは、平面視したときに湾曲部４ｂ，４ｂの間で少なくとも折返し部４の外側（セラミック基体９の先端側）に形成された、直線状の形状を有する部分のことである。また、折返し部４の外側だけでなく、湾曲部４ｂ，４ｂの間で折返し部４の内側にも、折返し部４の外側の直線状の形状を有する部分に対向する直線状の形状を有する部分があってもよい。【００２４】
本実施の形態のセラミックヒータ１におけるセラミック基体９は、酸化物セラミックス，窒化物セラミックス，炭化物セラミックス等の電気的な絶縁性を有するセラミックスから成る。特に、セラミック基体９は、窒化珪素質セラミックスから成ることが好適である。窒化珪素質セラミックスは、主成分である窒化珪素が高強度、高靱性、高絶縁性および耐熱性の観点で優れているからである。この窒化珪素質セラミックスは、例えば、主成分の窒化珪素に対して、焼結助剤として３〜12質量％のＹ２Ｏ３，Ｙｂ２Ｏ３，Ｅｒ２Ｏ３等の希土類元素酸化物、0.5〜３質量％のＡｌ２Ｏ３、さらに焼結体に含まれるＳｉＯ２量として1.5〜５質量％となるようにＳｉＯ２を混合し、所定の形状に成形し、その後、1650〜1780℃でホットプレス焼成することにより得ることができる。【００２５】
また、セラミック基体９として窒化珪素質セラミックスから成るものを用いる場合、ＭｏＳｉＯ２，ＷＳｉ２等を混合し分散させることが好ましい。この場合、母材である窒化珪素質セラミックスの熱膨張率を発熱抵抗体３の熱膨張率に近づけることができ、セラミックヒータ１の耐久性を向上させることができる。【００２６】
また、発熱抵抗体３は、Ｗ，Ｍｏ，Ｔｉなどの炭化物、窒化物、珪化物などを主成分とするものを使用することができる。上記の材料のなかでも、炭化タングステン（ＷＣ）が、セラミック基体９との熱膨張率の差が小さいこと、高い耐熱性を有すること、および比抵抗が小さいことの点で、発熱抵抗体３の材料として優れている。さらに、発熱抵抗体３は、無機導電体のＷＣを主成分とし、これに添加される窒化珪素の含有率が20質量％以上であるものが好ましい。例えば、窒化珪素質セラミックスから成るセラミック基体９中において、発熱抵抗体３となる導体成分は窒化珪素と比較して熱膨張率が大きいため、通常は引張応力が掛かった状態にある。これに対して、発熱抵抗体３中に窒化珪素を添加することにより、熱膨張率をセラミック基体９のそれに近づけて、セラミックヒータ１の昇温時および降温時の熱膨張率の差による応力を緩和することができる。【００２７】
また、発熱抵抗体３に含まれる窒化珪素の含有量が40質量％以下であるときには、発熱抵抗体３の抵抗値を比較的小さくして安定させることができる。従って、発熱抵抗体３に含まれる窒化珪素の含有量は20質量％〜40質量％であることが好ましい。より好ましくは、窒化珪素の含有量は25質量％〜35質量％がよい。また、発熱抵抗体３への同様の添加物として、窒化珪素の代わりに窒化硼素を４質量％〜12質量％添加することもできる。【００２８】
また、発熱抵抗体３の厚みは、0.5ｍｍ〜1.5ｍｍ程度がよい。この厚みの範囲内とすることにより、発熱抵抗体３の抵抗が小さくなって効率良く発熱するものとなり、また、積層構造のセラミック基体９の積層界面の密着性を保持することができる。【００２９】
また、発熱抵抗体３の幅は、0.3ｍｍ〜1.3ｍｍ程度がよい。この幅の範囲内とすることにより、発熱抵抗体３の抵抗が小さくなって効率良く発熱するものとなり、また、積層構造のセラミック基体９の積層界面の密着性を保持することができる。【００３０】
発熱抵抗体３における折返し部４は、湾曲部４ｂの断面積が直線部４ａの断面積および平行部５の断面積よりも大きいが、湾曲部４ｂの断面積は、直線部４ａの断面積および平行部５の断面積よりも10％〜50％程度大きいことが好ましい（ただし、直線部４ａの断面積および平行部５の断面積はほぼ同じである場合を含むものとする）。この範囲内とすることにより、電流が流れにくい形状である湾曲部４ｂの抵抗が直線部４ａおよび平行部５と同程度に小さくなり、また、湾曲部４ｂが効率的に発熱するものとなる。【００３１】
また、本実施の形態のセラミックヒータ１は、直線部４ａのセラミック基体９の先端側の長さＬが、セラミック基体９の先端から直線部４ａまでの距離Ｄよりも長いことが好ましい。【００３２】
この構成により、セラミック基体９の先端側への放熱によるセラミック基体９の先端部２の温度低下を小さくすることができるため、最高温度領域が棒状のセラミック基体９の軸線方向により広くなる。その結果、セラミック基体９の表面に急激な温度差（温度勾配）がより発生しにくくなり、セラミックヒータ１の信頼性および耐久性がさらに向上する。【００３３】
直線部４ａのセラミック基体９の先端側の長さＬは、セラミック基体９の先端から直線部４ａまでの距離Ｄよりも20％〜70％程度長いことが好ましい。この範囲内とすることにより、セラミック基体９の先端側への放熱によるセラミック基体９の先端部２の温度低下を小さくすることができ、また、セラミック基体９の軸線方向の先端部２の局所的な温度の低下により、温度分布が局所的に劣化し急激な温度差が局所的に発生することを抑えることができる。具体的には、直線部４ａのセラミック基体９の先端側の長さＬは0.4ｍｍ〜1.4ｍｍ程度、セラミック基体９の先端から直線部４ａまでの距離Ｄは0.3ｍｍ〜0.8ｍｍ程度であることが、上記の理由から好適である。【００３４】
また、図２に示した折返し部４の形状は、湾曲部４ｂの外側の外形線が複数の直線部分を繋げて湾曲させた形状であり、湾曲部４ｂの内側の外形線が一つの直線部分から成り、直線部４ａが、折返し部４の外側（セラミック基体９の先端側）に形成された直線状部（外側の直線状部）と、折返し部４の内側に形成された、外側の直線状部に対向する内側の直線状部とから成る形状であるが、このような形状に限定されるものではない。【００３５】
例えば、折返し部４の形状は、湾曲部４ｂの外側の外形線および内側の外形線の少なくとも一方が円弧状等の曲線状であってよく、また、湾曲部４ｂの外側の外形線および内側の外形線の両方が円弧状等の曲線状であってもよい。また、湾曲部４ｂの外側の外形線および内側の外形線の一方が円弧状等の曲線状であり、他方が少なくとも一つの直線部分から成るものであってもよい。【００３６】
また、湾曲部４ｂの外側の外形線および内側の外形線が両方とも円弧状である場合、それらの曲率半径が異なっていてもよい。例えば、湾曲部４ｂの外側の外形線の曲率半径が内側の外形線の曲率半径よりも大きくなるようにすることもできる。この場合、湾曲部４ｂの外側の外形線を緩やかな円弧状として、外側の外形線付近において電流が流れやすいようにすることができる。【００３７】
また、直線部４ａは、少なくとも外側の直線状部を有する形状であればよい。この場合、２つの湾曲部４ｂの外側の外形線同士を最短距離で繋ぐことができ、直線部４ａの抵抗を小さくすることができる。直線部４ａの内側の外形線は、もともと２つの湾曲部４ｂの内側の外形線同士の間の間隔が小さいため、必ずしも直線状部でなくてもよいが、直線状部である方が直線部４ａにおいて電流が流れやすくなり好ましい。【００３８】
また、本実施の形態のセラミックヒータ１は、発熱抵抗体３は、平面視したときに、湾曲部４ｂの幅が直線部４ａの幅および平行部５の幅よりも大きいことが好ましい。【００３９】
この構成により、電流が流れにくい形状である湾曲部４ｂの抵抗がより小さくなるため、折返し部４に大電流をより効率よく流すことができる。その結果、発熱抵抗体３の折返し部４に無駄な抵抗がかからず、折返し部４にマイクロクラック等が発生することを抑制して、より長期間の使用に耐え得るものとなる。従って、セラミックヒータ１の信頼性および耐久性がさらに向上する。【００４０】
湾曲部４ｂの幅は直線部４ａの幅および平行部５の幅よりも５％〜45％程度大きいことが好ましい（ただし、直線部４ａの幅および平行部５の幅はほぼ同じである場合を含むものとする）。この範囲内とすることにより、電流が流れにくい形状である湾曲部４ｂの抵抗がより小さくなるため、折返し部４に大電流をより効率よく流すことができ、また、発熱抵抗体３とセラミック基体９の表面との間の絶縁距離を保持して絶縁性を維持することができる。具体的には、湾曲部４ｂの幅は0.35ｍｍ〜1.3ｍｍ程度、直線部４ａの幅および平行部５の幅は0.3ｍｍ〜1.25ｍｍ程度であることが、上記の理由から好適である。【００４１】
この場合、湾曲部４ｂ、直線部４ａおよび平行部５のそれぞれの厚みは、同じであってもよい。湾曲部４ｂ、直線部４ａおよび平行部５のそれぞれの厚みが同じであるときには、それらの幅を上記のように調整するだけで折り返し部４の抵抗を調整できるという利点がある。【００４２】
また、湾曲部４ｂは、平面視形状が円弧状、楕円弧状等の丸みを帯びた曲線状の形状であるか、または複数の直線部分を繋げて全体として湾曲させた形状であってもよい。湾曲部４ｂの平面視形状が円弧状である場合、その中心部の曲率半径は0.3ｍｍ〜0.8ｍｍ程度がよい。この範囲内とすることにより、湾曲部４ｂの抵抗が大きくなるのを抑えることができるとともに、所望の長さの直線部４ａを形成することが容易になる。【００４３】
また、本実施の形態のセラミックヒータ１は、発熱抵抗体３は、断面形状が楕円形状または八角形状であることが好ましい。【００４４】
この構成により、発熱抵抗体３の位置、セラミック基体９の外形形状によってセラミック基体９に急激な温度差が発生しにくいように構成することの自由度が高まる。従って、セラミックヒータ１の信頼性および耐久性をより向上させることができる。【００４５】
また、セラミック基体９が積層構造のものであるときには、図３に示すように、発熱抵抗体３は積層方向Ｓに直交する方向に沿って圧縮された楕円形状または八角形状の縦断面形状を有することが好ましい。この場合、積層構造のセラミック基体９の積層界面９ａの上下の層を発熱抵抗体３のアンカー効果によって密着させることができる。【００４６】
なお、図３（ａ）は、発熱抵抗体３の縦断面形状が積層方向Ｓに直交する方向に沿って圧縮された楕円形状である場合を示す、図２のＡ−Ａ線における縦断面図であり、図３（ｂ）は、発熱抵抗体３の縦断面形状が積層方向Ｓに直交する方向に沿って圧縮された八角形状である場合を示す、図２のＡ−Ａ線における縦断面図である。積層方向Ｓに直交する方向に沿って圧縮された形状であるとは、積層方向Ｓに沿った方向に長手方向あるいは長軸方向を有し、積層方向Ｓに直交する方向に沿った方向に短手方向あるいは短軸方向を有するような形状を意味する。【００４７】
また、２つの平行部５間の間隔は0.3ｍｍ〜0.6ｍｍ程度がよい。この範囲内とすることにより、２つの平行部５間で短絡が発生することを抑えることができ、また、イオン移動による体積変化により、発熱抵抗体３におけるマイクロクラック発生の原因となるマイグレーションが発生することを低減できる。【００４８】
リード部８は、発熱抵抗体３と同様の材料を用いて形成することができる。特に、ＷＣが、セラミック基体９との熱膨張率の差が小さいこと、高い耐熱性を有すること、および比抵抗が小さいことの点で、リード部８の材料として好適である。また、リード部８は無機導電体であるＷＣを主成分とし、これに窒化珪素を含有量が15質量％以上となるように添加することが好ましい。窒化珪素の含有量が増すにつれてリード部８の熱膨張率をセラミック基体９を構成する窒化珪素の熱膨張率に近づけることができる。また、窒化珪素の含有量が40質量％以下であるときには、リード部８の抵抗値が小さくなるとともに安定する。従って、窒化珪素の含有量は15質量％〜40質量％が好ましい。より好ましくは、窒化珪素の含有量は20質量％〜35質量％とするのがよい。【００４９】
次に、本実施の形態のセラミックヒータ１の製造方法について説明する。セラミックヒータ１は、例えば、上記本実施の形態の構成の発熱抵抗体３を金型を用いた射出成形法等によって形成することができる。【００５０】
まず、導電性セラミック粉末，樹脂バインダー等を含む、発熱抵抗体３およびリード部８となる導電性ペースト、並びに絶縁性セラミック粉末，樹脂バインダー等を含むセラミック基体９となるセラミックペーストを作製する。【００５１】
次に、導電性ペーストを用いて射出成形法等によって発熱抵抗体３となる所定パターンの導電性ペーストの成形体（成形体Ａ）を形成する。成形体Ａを金型内に保持した状態で、導電性ペーストを金型内に充填してリード部８となる所定パターンの導電性ペーストの成形体（成形体Ｂ）を形成する。これにより、成形体Ａと、それに接続された成形体Ｂとが、金型内に保持された状態となる。【００５２】
次に、金型内に成形体Ａおよび成形体Ｂを保持した状態で、金型の一部をセラミック基体９成形用のものに取り替えた後、金型内にセラミック基体９となるセラミックペーストを充填する。これにより、成形体Ａおよび成形体Ｂがセラミックペーストの成形体（成形体Ｃ）で覆われたセラミックヒータ１の成形体（成形体Ｅ）が得られる。【００５３】
次に、得られた成形体Ｅを1700℃程度で焼成することにより、セラミックヒータ１を作製することができる。焼成は、水素ガス等の非酸化性ガス雰囲気中で行なうことが好ましい。
【実施例】
【００５４】
本発明の実施例のセラミックヒータを以下のようにして作製した。【００５５】
まず、炭化タングステン（ＷＣ）粉末を50質量％、窒化珪素（Ｓｉ３Ｎ４）粉末を35質量％、樹脂バインダーを15質量％含む導電性ペーストを、金型内に射出成形して発熱抵抗体となる成形体Ａを作製した。【００５６】
次に、この成形体Ａを金型内に保持した状態で、リード部となる上記の導電性ペーストを金型内に充填することにより、成形体Ａと接続させてリード部となる成形体Ｂを形成した。このとき、表１の試料Ｎｏ．１〜13に示すように、種々の形状を有する金型を用いて、13種の形状の発熱抵抗体を形成した。【００５７】
次に、成形体Ａおよび成形体Ｂを金型内に保持した状態で、窒化珪素（Ｓｉ３Ｎ４）粉末を85質量％、焼結助剤としてのイッテリビウム（Ｙｂ）の酸化物（Ｙｂ２Ｏ３）を10質量％、発熱抵抗体およびリード部に熱膨張率を近づけるためのＷＣを5質量％含むセラミックペーストを、金型内に射出成形した。これにより、セラミック基体となる成形体Ｃ中に成形体Ａおよび成形体Ｂが埋設された構成の成形体Ｅを形成した。【００５８】
次に、得られた成形体Ｅを円筒状の炭素製の型に入れた後、窒素ガスから成る非酸化性ガス雰囲気中で、1650℃〜1780℃の温度、30ＭＰａ〜50ＭＰａの圧力でホットプレスを行ない焼結した。得られた焼結体の表面に露出したリード部の端部に筒状金具をロウ付けしてセラミックヒータを作製した。【００５９】
このセラミックヒータを用いて冷熱サイクル試験を行なった。冷熱サイクル試験の条件は、まずセラミックヒータに通電して発熱抵抗体の温度が1400℃になるように印加電圧を設定し、１）５分間通電、２）２分間非通電の１），２）を１サイクルとし、１万サイクル繰り返した。冷熱サイクル試験前後のセラミックヒータの抵抗値の変化を測定し、抵抗値の変化が10％未満である場合を耐久性に問題無し（表１で「○」で表示）、抵抗値の変化が10％以上である場合を耐久性に問題有り（表１で「×」で表示）と判定した。結果を表１に示す。【００６０】
なお、耐久性に問題有りと判定した試料には発熱抵抗体にマイクロクラックが発生していた。【００６１】
【表１】
2010071049.tif 000003
【００６２】
表１より、本発明の範囲内のものであるＮｏ．３，４,11,12は、発熱抵抗体の折り返し部における湾曲部の断面積が折り返し部における直線部の断面積および平行部の断面積よりも大きく、直線部のセラミック基体の先端側の長さＬがセラミック基体の先端から直線部までの距離Ｄよりも長く、湾曲部の幅が直線部の幅および平行部の幅よりも大きく、発熱抵抗体の断面形状が楕円形状または八角形状である場合であり、抵抗変化が１％と本発明のセラミックヒータのなかでは最も小さかった。【００６３】
なお、Ｎｏ．３は、Ｌ／Ｄ＝1.6、湾曲部の厚みが0.97ｍｍ、直線部の厚みが0.93ｍｍ、平行部の厚みが0.72ｍｍであった。Ｎｏ．４は、Ｌ／Ｄ＝1.6、湾曲部の厚みが0.96ｍｍ、直線部の厚みが0.84ｍｍ、平行部の厚みが0.64ｍｍであった。Ｎｏ．１１は、Ｌ／Ｄ＝1.2、湾曲部の厚みが0.90ｍｍ、直線部の厚みが0.77ｍｍ、平行部の厚みが0.64ｍｍであった。Ｎｏ．１２は、Ｌ／Ｄ＝1.6、湾曲部の厚みが0.85ｍｍ、直線部の厚みが0.82ｍｍ、平行部の厚みが0.82ｍｍであった。【００６４】
また、本発明の範囲内のものであるＮｏ．５は、湾曲部の断面積が直線部の断面積および平行部の断面積よりも大きく、長さＬが距離Ｄよりも長く、湾曲部の幅が直線部の幅および平行部の幅よりも大きく、発熱抵抗体の断面形状が円形状である場合であり、抵抗変化が２％となった。【００６５】
なお、Ｎｏ．５は、Ｌ／Ｄ＝1.6、湾曲部の厚みが0.71ｍｍ、直線部の厚みが0.62ｍｍ、平行部の厚みが0.62ｍｍであった。【００６６】
また、本発明の範囲内のものであるＮｏ．６は、湾曲部の断面積が直線部の断面積および平行部の断面積よりも大きく、長さＬが距離Ｄよりも短く、湾曲部の幅が直線部の幅および平行部の幅と同じであり、発熱抵抗体の断面形状が四角形状である場合であり、抵抗変化が８％と本発明のセラミックヒータのなかでは最も大きくなった。【００６７】
なお、Ｎｏ．６は、Ｌ／Ｄ≒0.7、湾曲部の厚みが0.73ｍｍ、直線部の厚みが0.65ｍｍ、平行部の厚みが0.65ｍｍであった。【００６８】
また、本発明の範囲内のものであるＮｏ．７は、湾曲部の断面積が直線部の断面積および平行部の断面積よりも大きく、長さＬが距離Ｄよりも長く、湾曲部の幅が直線部の幅および平行部の幅と同じであり、発熱抵抗体の断面形状が四角形状である場合であり、抵抗変化が６％と本発明のセラミックヒータのなかでは大きい方であった。【００６９】
なお、Ｎｏ．７は、Ｌ／Ｄ≒1.6、湾曲部の厚みが0.73ｍｍ、直線部の厚みが0.65ｍｍ、平行部の厚みが0.65ｍｍであった。【００７０】
また、本発明の範囲内のものであるＮｏ．８は、湾曲部の断面積が直線部の断面積および平行部の断面積よりも大きく、長さＬが距離Ｄよりも長く、湾曲部の幅が直線部の幅および平行部の幅よりも大きく、発熱抵抗体の断面形状が六角形状である場合であり、抵抗変化が３％であった。【００７１】
なお、Ｎｏ．８は、Ｌ／Ｄ≒1.6、湾曲部の厚みが1.00ｍｍ、直線部の厚みが0.87ｍｍ、平行部の厚みが0.67ｍｍであった。【００７２】
また、本発明の範囲内のものであるＮｏ．９は、湾曲部の断面積が直線部の断面積および平行部の断面積よりも大きく、長さＬが距離Ｄと同じであり、湾曲部の幅が直線部の幅および平行部の幅よりも大きく、発熱抵抗体の断面形状が楕円形状である場合であり、抵抗変化が４％であった。【００７３】
なお、Ｎｏ．９は、Ｌ／Ｄ≒１、湾曲部の厚みが0.85ｍｍ、直線部の厚みが0.82ｍｍ、平行部の厚みが0.82ｍｍであった。【００７４】
また、本発明の範囲内のものであるＮｏ．10は、湾曲部の断面積が直線部の断面積および平行部の断面積よりも大きく、長さＬが距離Ｄよりも短く、湾曲部の幅が直線部の幅および平行部の幅よりも大きく、発熱抵抗体の断面形状が楕円形状である場合であり、抵抗変化が５％と本発明のセラミックヒータの中では大きい方であった。【００７５】
なお、Ｎｏ．10は、Ｌ／Ｄ≒0.7、湾曲部の厚みが0.85ｍｍ、直線部の厚みが0.82ｍｍ、平行部の厚みが0.82ｍｍであった。【００７６】
また、本発明の範囲内のものであるＮｏ．13は、湾曲部の断面積が直線部の断面積および平行部の断面積よりも大きく、長さＬが距離Ｄよりも長く、湾曲部の幅が直線部の幅および平行部の幅と同じであり、発熱抵抗体の断面形状が楕円形状である場合であり、抵抗変化が３％であった。【００７７】
なお、Ｎｏ．13は、Ｌ／Ｄ＝1.6、湾曲部の厚みが0.92ｍｍ、直線部の厚みが0.82ｍｍ、平行部の厚みが0.82ｍｍであった。【００７８】
以上より、発熱抵抗体の折り返し部における湾曲部の断面積が折り返し部における直線部の断面積および平行部の断面積よりも大きいという構成（構成１）を満たし、直線部のセラミック基体の先端側の長さＬがセラミック基体の先端から直線部までの距離Ｄよりも長いという構成（構成２）を満たし、湾曲部の幅が直線部の幅および平行部の幅よりも大きいという構成（構成３）を満たし、発熱抵抗体の断面形状が楕円形状または八角形状であるという構成（構成４）を満たしている、Ｎｏ．３，４,11,12が抵抗変化が最も小さいことが分かった。【００７９】
Ｎｏ．３，４,11,12とＮｏ．５を比較すると、発熱抵抗体の断面形状が円形状であるＮｏ．５の抵抗変化が若干大きくなった。【００８０】
Ｎｏ．３，４とＮｏ．１３を比較すると、湾曲部の幅が直線部の幅および平行部の幅よりも大きいという構成３を満たしているＮｏ．３，４が、構成３を満たしていないＮｏ．１３よりも抵抗変化が小さくなった。【００８１】
Ｎｏ．６とＮｏ．７を比較すると、長さＬが距離Ｄよりも大きいという構成３を満たしているＮｏ．７（Ｌ／Ｄ＝1.6）が、構成３を満たしていないＮｏ．６（Ｌ／Ｄ≒0.7）よりも抵抗変化が小さくなった。【００８２】
本発明の範囲外のものであるＮｏ．１，２は、抵抗変化が55％，40％といずれも非常に大きくなった。
【符号の説明】
【００８３】
１：セラミックヒータ
２：先端部
３：発熱抵抗体
４：折り返し部
４ａ：直線部
４ｂ：湾曲部
５：平行部
９：セラミック基体
Ｌ：直線部４ａのセラミック基体９の先端側の長さ
Ｄ：セラミック基体９の先端から直線部４ａまでの距離
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【国際調査報告】
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