(57)【要約】      （修正有）【課題】高温での耐久性に優れ、リード配線の周囲からクラックの発生を抑制するセラミックヒータ及びそれを具備するヒータ内蔵電子部品を実現する。【解決手段】直流電流を用いたセラミックヒータに膨張緩和層を設けることによって、リード配線の特定温度領域に蓄積されたＮａ等のアルカリ金属の体積膨張反応によって生じる応力を低下せしめるため、高温での耐久性に優れ、リード配線の周囲からクラックの発生を抑制することができる。即ち、セラミックヒータは、セラミック層に、並行に配列するように設けられた一対のリード配線と、該一対のリード配線を電気的に結ぶように該リード配線に一体的に接続された発熱体と、からなるヒータ回路を埋設してなるセラミックヒータにおいて、前記発熱体との境界付近における前記リード配線の表面の少なくとも一部に、膨張緩和層を設ける。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
セラミック層に、並行に配列するように設けられた一対のリード配線と、該一対のリード配線を電気的に結ぶように該リード配線に一体的に接続された発熱体と、からなるヒータ回路を埋設してなるセラミックヒータにおいて、前記発熱体との境界付近における前記リード配線の表面の少なくとも一部に、膨張緩和層を設けてなることを特徴とするセラミックヒータ。
【請求項２】
前記膨張緩和層が多孔質層からなることを特徴とする請求項１記載のセラミックヒータ。
【請求項３】
前記膨張緩和層が空隙であることを特徴とする請求項１記載のセラミックヒータ。
【請求項４】
前記空隙が、前記ヒータ回路と前記セラミック層との間にスリット状に形成されてなることを特徴とする請求項３記載のセラミックヒータ。
【請求項５】
前記スリット状の空隙の最大幅が、１０ｎｍ以上であることを特徴とする請求項４記載のセラミックヒータ。
【請求項６】
前記空隙が、前記リード配線の側端部に形成されてなることを特徴とする請求項３記載のセラミックヒータ。
【請求項７】
前記空隙が、前記リード配線から２００μｍ以内に形成されていることを特徴とする請求項６記載のセラミックヒータ。
【請求項８】
前記ヒータ回路に１００時間以上通電し、前記発熱体を１０００℃以上の温度に加熱した後に、前記リード配線の前記境界付近に、Ｎａ含有量が酸化物換算で１０〜３００ｐｐｍであることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載のセラミックヒータ。
【請求項９】
前記セラミック層が、アルミナ、窒化アルミニウム、窒化珪素、ジルコニア及びフォルステライトのうち少なくとも１種を主成分とすることを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載のセラミックヒータ。
【請求項１０】
前記発熱体及びリード配線が、タングステン、金、銀及び白金の少なくとも１種を主成分とすることを特徴とする請求項１〜９のいずれかに記載のセラミックヒータ。
【請求項１１】
前記一対のリード配線間の距離が０．５ｍｍ以上であることを特徴とする請求項１〜１０のいずれかに記載のセラミックヒータ。
【請求項１２】
前記発熱体と前記リード配線との境界から、前記膨張緩和層の前記発熱体側の端部までの最大距離ｄｈに対する、前記膨張緩和層の前記リード配線側の端部までの最大距離ｄＬとの比ｄＬ／ｄｈが、０．５〜８であることを特徴とする請求項１〜１１のいずれかに記載のセラミックヒータ
【請求項１３】
請求項１〜１２のいずれかに記載のセラミックヒータを内蔵するとともに、該セラミックヒータの発熱体によって加熱される部位に電気素子を搭載してなることを特徴とするヒータ内蔵電子部品。
【請求項１４】
前記電気素子がセンサであることを特徴とする請求項１３記載のヒータ内蔵電子部品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、耐久性に優れ、半導体基板の加熱用ヒータや、石油ファンヒータ、及び車両用の酸素ガスセンサの加熱用として好適に用いられるセラミックヒータに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、アルミナなどの絶縁性セラミックスからなる絶縁基板の内部に発熱体を埋設したセラミックヒータが知られており（例えば、特許文献１参照）、半導体基板の加熱ヒータの他、温水ヒータや、石油ファンヒータとして用いられている。
【０００３】
一方、自動車等の内燃機関においては、排出ガス中の酸素濃度を検出して、その検出値に基づいて内燃機関に供給する空気及び燃料供給量を制御することにより、内燃機関からの有害物質、例えばＣＯ、ＨＣ、ＮＯｘを低減させる方法が採用されている。
【０００４】
この検出素子として、主として酸素イオン伝導性を有するジルコニアを主成分とする固体電解質基板の外面及び内面にそれぞれ一対の電極層が形成された固体電解質型の酸素センサが用いられている。
【０００５】
この酸素センサの代表的なものとしては、平板状の固体電解質基板の外面及び内面に基準電極と測定電極をそれぞれ設けると同時に、セラミック絶縁体の内部に白金からなる発熱体を埋設したセラミックヒータを一体型した酸素センサが提案されている（例えば、特許文献２、３参照）。
【０００６】
上記のセラミックヒータを一体化した酸素センサは、セラミックヒータによって直接加熱されることによって検知部は８００〜１０００℃の高温まで急速昇温されるメリットを有する。
【特許文献１】特開平３−１４９７９１号公報
【特許文献２】特開２００２−５４０３９９号公報
【特許文献３】特開２００２−２３６１０４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、セラミックヒータを、直流電流を用いて１０００℃を超えるような高温の環境で使用される場合や、急速にヒータを加熱する場合、負電圧となるリード配線の発熱体近傍のリード配線が比較的低温度（６００〜９００℃）に保持されるリード配線の周囲にクラックが発生し、最悪の場合にはセラミックヒータが破損するという問題があった。
【０００８】
例えば、図８に示したセラミックヒータは、セラミック基体１の内部に、一対のリード配線１０５ａと、一対のリード配線１０５ａを連結するように接続してなる発熱体１０５ｂと、からなるヒータ回路１０５が設けられており、ヒータ回路１０５に直流電流を流して加熱すると、次第にマイナス側のリード配線の発熱体１０５ｂとの境界付近にクラック１１０が発生する
従って、本発明は、高温での耐久性に優れると同時に、リード配線の周囲からクラックが発生しにくいセラミックヒータ及びそれを具備するヒータ内蔵電子部品を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、直流電流を用いたセラミックヒータに膨張緩和層を設けることによって、リード配線の特定温度領域に蓄積されたＮａ等のアルカリ金属の体積膨張反応によって生じる応力を低下せしめるため、高温での耐久性に優れ、リード配線の周囲からクラックが発生せず、リード配線の抵抗値の変化の少ないセラミックヒータ及びそれを具備するヒータ内蔵電子部品を実現することができる。
【００１０】
即ち、本発明のセラミックヒータは、セラミック層に、並行に配列するように設けられた一対のリード配線と、該一対のリード配線を電気的に結ぶように該リード配線に一体的に接続された発熱体と、からなるヒータ回路を埋設してなるセラミックヒータにおいて、前記発熱体との境界付近における前記リード配線の表面の少なくとも一部に、膨張緩和層を設けてなることを特徴とする。
【００１１】
特に、前記膨張緩和層が多孔質層からなることが好ましい。
【００１２】
前記膨張緩和層が空隙であることが好ましい。
【００１３】
前記空隙が、前記ヒータ回路と前記セラミック層との間にスリット状に形成されてなることが好ましい。
【００１４】
前記スリット状の空隙の最大幅が、１０ｎｍ以上であることが好ましい。
【００１５】
前記空隙が、前記リード配線の側端部に形成されてなることが好ましい。
【００１６】
前記空隙が、前記リード配線から２００μｍ以内に形成されていることが好ましい。
【００１７】
前記ヒータ回路に１００時間以上通電し、前記発熱体を１０００℃以上の温度に加熱した後に、前記リード配線の前記境界付近に、Ｎａ含有量が酸化物換算で１０〜３００ｐｐｍであることが好ましい。
【００１８】
前記セラミック層が、アルミナ、窒化アルミニウム、窒化珪素、ジルコニア及びフォルステライトのうち少なくとも１種を主成分とすることが好ましい。
【００１９】
前記発熱体及びリード配線が、タングステン、金、銀及び白金の少なくとも１種を主成分とすることが好ましい。
【００２０】
前記一対のリード配線間の距離が０．５ｍｍ以上であることが好ましい。
【００２１】
前記発熱体と前記リード配線との境界から、前記膨張緩和層の前記発熱体側の端部までの最大距離ｄｈに対する、前記膨張緩和層の前記リード配線側の端部までの最大距離ｄＬとの比ｄＬ／ｄｈが、０．５〜８であることが好ましい。
【００２２】
また、本発明のヒータ内蔵電子部品は、のセラミックヒータを内蔵するとともに、該セラミックヒータの発熱体によって加熱される部位に電気素子を搭載してなることを特徴とする。
【００２３】
前記電気素子がセンサであることが好ましい。
【発明の効果】
【００２４】
一般的に、工業用に使用するセラミック粉末には、数１０〜数１００ｐｐｍのＮａを含有するとともに、バインダーや白金粉末等の添加物にＮａ等のアルカリ金属及びアルカリ土類金属が含まれ、さらに、セラミックヒータの製造プロセスにおいて汗やその他の不純物としてセラミック中にＮａやＣａ等のアルカリ金属及びアルカリ土類金属が混入する。
【００２５】
セラミック磁器に含まれる上記不可避金属は、イオンとしてセラミック磁器中に存在する電界に沿って負極に移動し、負極に達したイオン及びヒータ回路に含まれる上記不可避金属は、イオンとしてヒータ回路の電界に沿って正極から負極に移動し、マイナス側のリード配線に到達する。特に、発熱体によって加熱される領域の移動速度は大きい。しかし、低温ではイオンの移動が困難となるため、リード配線の６００〜９００℃の特定温度領域に蓄積される。
【００２６】
このように、マイナス側のリード配線の特定温度領域において、Ｎａイオンが濃縮されると同時に、Ｎａイオンは酸化等の体積膨張を伴う化学反応を起こす。この体積膨張が、従来のセラミックヒータにおいてはクラック発生の原因になると考えられる。そして、本発明によれば、リード配線の表面に設けた膨張緩和層が、上記の体積膨張によって発生する応力を緩和することができ、その結果、急速昇温においてリード配線の破損を効果的に防止することができる。
【００２７】
このように、本発明における膨張緩和層とは、リード配線の体積膨張を吸収し、発生する応力を緩和することの可能なものであり、具体的には、空隙や多孔質層等を示すものである。
【００２８】
本発明によれば、Ｎａが意外にも、Ｍｇ等のアルカリ金属やアルカリ土類金属等の陽イオンについても同様の効果が期待できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
本発明の一実施様態であるセラミックヒータを例として説明する。
【００３０】
図１は、本発明のセラミックヒータの透過斜視図であり、内部に形成されたヒータ回路も示してある。また、図２は、図１のＸ−Ｘ’における断面図である。
【００３１】
本発明のセラミックヒータは、セラミック基体１に、発熱体２と、発熱体２に電気的に接続され、発熱体２に電流を供給するためのリード配線３と、からなるヒータ回路５が埋設されている。セラミック基体１の表面には、外部配線と接続するための電極パッド６が一対設けられており、それぞれが、スルーホール導体７を介して各リード配線３に接続されている。
【００３２】
本発明によれば、リード配線３の表面の少なくとも一部に膨張緩和層４を具備することが重要である。膨張緩和層４は、図２に示したように、リード配線３を覆うように形成した包含型の膨張緩和層４ａであっても良いし、また、リード配線３の表面の一部に形成した部分形成型の膨張緩和層４ｂであっても良い。
【００３３】
膨張緩和層４は、アルカリ金属及びアルカリ土類金属の少なくとも１種がリード配線３の特定の温度領域に相当する部位に蓄積され、体積膨張を伴う化学反応を生じるため、リード配線３の膨張を吸収する構造を有していることが重要である。
【００３４】
例えば、膨張緩和層４として、空隙、多孔質層及びこれらの組合せを用いることができる。その具体的を図３に示した。図３（ａ）によれば、セラミック基体１とリード配線３との間にスリット状の空隙４ｃが膨張緩和層４として設けられている。このスリット状の空隙４ｃは、リード配線３の少なくとも一方の表面に形成されていることが好ましい。
【００３５】
特に、その最大幅Ｌｐを１０ｎｍ以上、特に２０ｎｍ以上、５０ｎｍ以上に設定することで、リード配線３が膨張しても、その膨張した分の体積を容易に確保することができ、体積膨張による応力をより低減してクラックの発生を効果的に抑制することができる。  また、図３（ｂ）に示したように、空隙４ｄがリード配線３の表面に不連続に複数形成しても同様の効果が期待できる。
【００３６】
特に、図３（ｃ）に示したように、リード配線３の長軸方向の側端部に目尻状の空隙４ｅを形成すると、体積膨張による長軸方向の延びが大きいため、非常に効果的にクラックを抑制できる。さらに、図３（ｄ）に示したように、リード配線３とセラミック基体の一部１ａが密着し、セラミック基体の一部１ａとセラミック基体１との間に空隙４ｆが形成されていても良い。特に、空隙４ｆが、リード配線３から２００μｍ以内、特に１５０以内、更には１００μｍ以内に形成されていることが好ましい。
【００３７】
リード配線３の側端部に形成された空隙４ｅの長さＬｃは、空隙４ｅが破壊の起点になりにくくするために２００μｍ以下、特に１５０μｍ以下、更には１００μｍ以下とすることが好ましい。また、空隙４ｅの上記効果を効果的に奏するため、空隙４ｅの長さＬｃを１μｍ以上、特に２μｍ以上、更には５μｍ以上が好ましい。また、空隙４ｃの幅Ｌｗとしては、通常リード配線の端部近傍で最大となり、０．１〜１０μｍ以下、特に１〜５μｍであること望ましい。
【００３８】
リード配線３の長軸方向の側端部の空隙４ｅのみを膨張緩和層４として用いる場合には、
空隙４ｅの長さＬｃを２０〜１００μｍに設定するのが好ましい。なお、本発明では、空隙の長さＬｃを、断面の４箇所におけるリード配線の側端面に存在する空隙４ｅの最大長さと定義した。
【００３９】
図３のような断面図において、各リード配線３の断面積に対する膨張緩和層４の総断面積の比率βが、０．０１〜１０％、特に０．１〜５％、更には０．５〜２％であることが好ましい。この面積比率は、セラミックヒータが含有するアルカリ金属及びアルカリ土類金属の含有量によって、上記の値の範囲に適宜設定することで、体積膨張による発生する応力を低減できる。
【００４０】
例えば、図３（ｂ）のようにリード配線３の表面に複数の空隙４ｄが設けられた場合、セラミックヒータの長手方向に対して垂直な方向に切断し、その断面を鏡面状に研磨する。その研磨面を操作型電子顕微鏡（ＳＥＭ）で写真撮影し、それを画像解析によって各空隙の断面積を算出し、その総和を上記面積比率βとすることができる。なお、膨張緩和層４として、多孔質層と空隙とを組み合わせて用いる場合には、多孔質層の総面積と空隙の総面積とを合算したものを上記比率βとすることができる。
【００４１】
また、セラミック基体１よりもリード配線３の熱膨張率差が大きい場合には、急昇温を伴う温度サイクルを与えると、リード配線３がセラミック基体１よりも先に温度が上昇するため、セラミック基体１の体積変化よりもリード配線３の体積変化が大きくなるため、その体積変化の差を吸収することもでき、リード配線３にクラックの発生やセラミックヒータの破損を防止する効果も奏することができる。
【００４２】
なお、リード配線３の断面形状は楕円形状に限らず、楕円を中心から半分に切り落した半楕円形状でも、円形形状でも、半円形形状でも、矩形状でも、他の曲面からなる形状であっても良い。
【００４３】
図４は、本発明のセラミックヒータの部分平面図であり、内部に形成されたヒータ回路５を表示したものである。磁器中のアルカリ金属及びアルカリ土類金属、特にＮａは、電界に沿って負極の方向（図中矢印参照）に沿って負極に達する。負極に達すると、ヒータ回路の電界に沿って、発熱体からリード配線に達し（図中矢印参照）、さらにリード配線中を電界に沿って移動するが、温度が低温になるとイオンの移動速度が極端に低くなるため、イオンはリード配線の６００〜９００℃の温度領域に濃縮される。
【００４４】
従って、負電極に相当するリード配線３の表面の一部に形成された膨張緩和層４は、Ｎａ等のアルカリ金属やアルカリ土類金属が濃縮される６００〜９００℃に加熱される部位に設定するのが良い。具体的には、ヒータ回路５の形状、発熱体２とリード配線３の断面積比、材質等にもよるが、一般的には、図４（ａ）のように、発熱体２との境界付近に設定するのが好ましい。
【００４５】
また、対称性を高めるため、または、焼結時の反りを抑制するため、負極となるリード配線３の表面以外にも形成することができる。例えば、図４（ｂ）のように、ヒータ回路の形成面において、負極となるリード配線３ａと正極となるリード配線３ｂ間及びその周辺に形成することができる。また、本発明の主旨を逸脱しない限りであれば、リード配線３の側面に加えて、発熱体の周辺にも形成することもできる。その場合、発熱体２とリード配線３との境界から発熱体側の幅ｄＨが、リード配線側の幅ｄＬの比ｄＨ／ｄＬが１．０を越えない範囲、特に０．８以下、更には０．５以下であるのが好ましい。
【００４６】
さらに、膨張緩和層４の形成領域は、リード配線全体に形成しても良いし、発熱体パターンの周囲に拡大しても良い。例えば、リード配線と発熱体の境界から発熱体側に約２〜５ｍｍの範囲まで及んでも良い。
【００４７】
なお、図５（ａ）における境界付近Ｔを拡大した図５（ｂ）において、発熱体２とリード配線３との境界部にテーパー部が存在するが、本発明の主旨に鑑みれば、テーパー部は発熱体２の温度よりも抵抗が低いために温度も低くなるので、テーパー部をリード配線３の一部とみなすことができる。即ち、図５（ｂ）の矢印で示した部位を境界Ｂｏと見なすことができる。
【００４８】
本発明によれば、略均一な抵抗値を具備する領域からなる発熱体部分２ａの温度が１０００℃以上になるようにヒータ回路５に電流を通電し、通算１００時間以上の加熱を行った時、リード配線３ａの境界付近の濃縮部ＣｔにおけるＮａの含有量が酸化物換算で１０〜３００ｐｐｍ、特に上限は１００ｐｐｍ以下、更には５０ｐｐｍ以下に設定することが好ましい。これにより、体積膨張量を低減し、発生する応力をより低減し、膨張緩和層の領域を低減することができる。
【００４９】
セラミック基体１は、アルミナ、窒化珪素、窒化アルミニウム、ジルコニア、炭化珪素、チタニア、コージェライト、スピネル、フォルステライトのうち少なくとも１種を主成分とするセラミックスで構成されることが望ましい。特に、低コスト及び耐酸化性に優れる点でアルミナが好ましく、高強度である点で窒化珪素が好ましく、高熱伝導率である点で窒化アルミニウムが好ましく、高靱性である点でジルコニアが、高絶縁性という点でフォルステライトが好ましい。
【００５０】
発熱体２及びリード配線３は、白金、金、銀、タングステン、モリブデン、ロジウム、ルテニウム、パラジウムから選ばれた１種以上の金属、合金又は化合物を適時用いることができる。これらの中で、不活性という点で白金及び金が好ましく、高融点で、熱膨張率がセラミックスに近いという点でタングステンが好ましい。
【００５１】
また、共材として、アルミナ等の絶縁性セラミックを含有することができる。
【００５２】
また、発熱体及びリード配線、それぞれ白金を主成分とし、さらにそれにアルミナが含有されている。含有されるアルミナは、焼結中や通電中に高温度で白金が焼結して、抵抗が変化するのを防止する役目を有する。セラミックヒータの用途にもよるが、発熱体及びリード配線とも、アルミナ含有量としては、それぞれ５〜４５体積％、特に２０〜４０体積％が優れる。
【００５３】
なお、発熱体の形状（パターン）は、特に限定されるものではなく、発熱体の厚みを均一に印刷する観点及び発熱体５を高密度に形成することができるため、昇温性に優れる観点から、発熱体は、図５に示したように、セラミックヒータの長手方向に対して、折り返しのある発熱体パターンが好ましい。
【００５４】
また、リード配線における発熱を防止する観点から、発熱体中にセラミックスを含有させて抵抗値を高くするのが好ましく、例えば、発熱体中に、リード配線のアルミナ含有量と少なくとも同量、好ましくは発熱体中のアルミナ含有量を多くして、発熱体の抵抗を高くすることが望ましい。
【００５５】
発熱体とリード配線のアルミナ含有量が異なる場合、発熱体のアルミナ含有量は３０〜４０体積％、リード配線は２０〜２５体積％の範囲が、発熱体とリード配線との抵抗比率を調整しやすいという観点で好ましい。
【００５６】
本発明によれば、隣接するリード配線間の距離が０．５ｍｍ以上、特に１ｍｍ以上、更には、１．５ｍｍ以上とすることが、Ｎａの拡散を抑制することができる点で好ましい。それ未満では、隣接するリード配線間の電界を弱める効果が少なく、Ｎａの拡散を抑制することが困難となる。
【００５７】
図１に示すセラミックヒータは、急速昇温性が可能で、急速昇温による破損のしにくい形状として、外形寸法としては幅が２〜３．５ｍｍで、厚みが０．５〜２ｍｍが好ましい。その中でも、幅が２．５〜３．２ｍｍで、厚みが１〜１．５ｍｍが、特に優れた性能を示す。
【００５８】
また、前記発熱体により形成されたヒータパターンを左右対称（例えば、図５の中心線Ｚ１参照）とすることが、発熱体が形成された積層面において、熱の分布が対称となるため、セラミックヒータ素子の温度分布を対称的にすることができ、熱応力が偏ることを抑制することができるため、好適に使用できる。
【００５９】
次に、本発明のセラミックヒータの作製方法を説明する。
【００６０】
次に、リード配線とセラミック絶縁層の界面に図１に示す本発明のセラミックヒータ１の製造方法について以下に詳述する。
【００６１】
まず、セラミックグリーンシートを作製する。セラミック原料粉末としては、例えば、アルミナグリーンシートを作製する場合、平均粒径０．２〜３μｍのアルミナ原料粉末に対して、適宜、成形用有機バインダーや、溶剤を添加してドクターブレード法や、押出成形や、静水圧成形（ラバープレス）あるいはプレス形成などの周知の方法により作製される。
【００６２】
得られたセラミックグリーンシートの表面に、白金等の導電性粉末とアルミナ粉末等のセラミック材料との混合粉末にバインダーを加えて印刷ペーストを作製し、発熱体パターン、リード配線となるリード配線パターンを形成する。
【００６３】
次に、前記リード配線の少なくとも一部の表面に、膨張緩和層となる空隙形成層又は多孔質形成層を形成する。多孔質形成層の形成方法としては、アクリル樹脂、ポリビニルブチラール樹脂等にアルミナやスピネル紛を添加したペーストや、または微粉のカーボン等の気孔形成剤等を含む有機バインダーを用いたペーストを好適に用いることができる。これらは、焼成後に多孔質層を形成することができる。
【００６４】
空隙形成層の形成方法としては、脱脂時又は焼成時に熱分解する気孔形成材を用いることができる。これによって、脱脂後又は焼成後に空隙を形成することができる。これらの気孔形成材を、所望により、発熱体近傍のリード配線となるリード配線パターンの表面の少なくとも一部に所定量印刷塗布して膨張緩和層を形成することができる。
【００６５】
また、他の空隙形成層の形成方法としては、予めグリーンシートに凹部を形成し、この凹部がリード配線パターンに当接するように積層せしめ、グリーンシートと配線パターンとの間に空隙を形成することもできる。
【００６６】
さらに、図３（ｃ）に示したような空隙を形成させる方法としては、前記グリーンシートを得る際、バインダーや可塑剤を調整することにより、例えばヤング率が５００〜８００ＭＰａと高くして、変形しにくいシートを作製し、これを用いてヒータパターンを印刷し、後述の積層工程において弱い圧力（例えば５０〜２００ＭＰａ）で積層すれば、リード配線の側端部に目尻状の空隙を形成することが可能である。
【００６７】
次に、このようにして作成した発熱体パターン、リード配線パターン及び膨張緩和層を形成したグリーンシートに対して、所望により、貫通導体や取り出し電極となる成形体を備えた他のグリーンシートを積層する。
【００６８】
貫通導体の形成には、先ず、グリーンシートに対して、所望の大きさの貫通孔を形成する。次いで、この貫通孔に、白金とアルミナとの混合粉末とバインダーからなる導体ペーストを充填して、貫通導体を具備する貫通導体成形体を形成する。
【００６９】
次に、導体ペーストを貫通導体成形体を覆うように印刷し、取出電極となる取出電極成形体を作製する。なお、これらの導体ペーストは、スクリーン印刷、パット印刷、ロール転写で印刷して形成することができる。
【００７０】
その後、リード配線となるリード配線パターンを具備するグリーンシートと、貫通導体となる貫通導体成形体と取出電極となる取り出し電極成形体とを具備するグリーンシートとを積層し、得られた積層体を焼成することで、本発明のセラミックヒータ素子を作製することができる。
【００７１】
なお、積層時のグリーンシートの変形を抑制するために、発熱体パターン、リード配線パターン、取出電極成形体の厚みは、グラインドゲージによる測定値で２０μｍ以下、１５μｍ以下とすることが望ましい。
【００７２】
なお、セラミックヒータの形状は、長尺状で平板形状はもちろん、円柱状や楕円柱状であっても良い。例えば、図６は円柱状のセラミックヒータの構造を示すもので、図６（ａ）は斜視図、図６（ｂ）は図６（ａ）のＹ−Ｙ’における断面図である。図６によれば、円筒絶縁体２１aの表面に、複数のグリーンシートを巻き付けて絶縁層２１ｂを形成するとともに、絶縁層２１ｂの内部に発熱体とリード配線２３からなるヒータ回路を形成し、ヒータ回路は電極パッド２６に電気的に接続している。そして、リード配線２３の周囲には膨張吸収層２４が形成されている。
【００７３】
本発明のヒータ内蔵電子部品は、上記のセラミックヒータを内臓し、セラミックヒータの発熱体に加熱される部位に電子素子を搭載してなるものである。次に、ヒータ内蔵電子部品の一例としてセラミックヒータ内臓の酸素センサを取り上げて説明する。
【００７４】
図７は酸素センサの構造を示すもので、図７（ａ）に示したように、セラミックヒータＡの上に電子素子Ｂが一体的に形成されている。セラミックヒータＡは、図５のヒータからなり、図７（ａ）は発熱体の先端付近Ｚ２における断面図に相当するものであり、図７（ｂ）は、リード配線付Ｚ３における断面図に相当するものである。
【００７５】
図７によれば、本発明のヒータ内蔵電子部品は、セラミックヒータＡをその内部に具備しており、基体３１に発熱体３２が埋設されており、発熱体３２によって加熱される位置に電子素子Ｂが搭載されている。
【００７６】
電子素子Ｂは、固体電解質基板３６と、固体電解質基板３６を挟持するように配設された一対の白金を主成分とする電極３７ａ、３７ｂから構成される酸素センサ部を設けることで、急速に昇温することのできる信頼性に優れた酸素ガスセンサとなる。
【００７７】
酸素ガスセンサは、セラミック絶縁層中に埋設された発熱体のリード配線を内在するとともに、先端が封止された大気導入孔３５を具備する平板状の中空形状からなるセラミックヒータＡに、平板状のジルコニアからなる酸素イオン導電性を有する固体電解質基板３６と、この固体電解質基板３６の対向する両面に形成された、空気に接する基準電極３７ａの基準リード配線と、例えば、排気ガスの酸素濃度などの測定ガスと接する測定電極３７ｂの検知リード配線とが形成されている。
【００７８】
本発明によれば、上述したように、Ｎａ等のアルカリ金属やアルカリ土類金属が濃縮されるリード配線の周囲に膨張緩和層を形成することが重要である。
【００７９】
なお、図７（ｂ）に示した膨張緩和層は、空隙または多孔質層を用いることができ、その形状は、図３の（ａ）、（ｂ）、（ｃ）及び（ｄ）のいずれかを採用できるのは言うまでもない。
【００８０】
基準電極３７ａと測定電極３７ｂには、基準リード配線、検知リード配線（いずれも不図示）が接続されており、基準電極３７ａと測定電極３７ｂとの間で発生する起電力を測定することで酸素ガスセンサとしての機能を発現することができる。即ち、酸素濃度の濃い側（基準ガス側）のジルコニアセラミックス表面で酸素分子が酸素イオンとなり、酸素濃度の薄い側（排気ガス側）に向かって移動する。また、一方酸素濃度の薄い側（排気ガス側）のジルコニアセラミックス表面では酸素イオンから酸素分子になろうとするような反応が起こる。この際、高濃度側ではイオンになるための電子が必要となり、低濃度側では逆に酸素ガスになるために電子が不要となり、排気ガス側から基準ガス側に向かって電子が流れようとする電位が発生する。この電位を捕らえることで両側の酸素濃度に差があるかどうかをセンシングすることができる。
【００８１】
酸素ガスセンサは、セラミック基体３１に埋設された発熱体３２を内在するとともに、先端が封止された大気導入孔３５を具備する平板状の中空形状からなるセラミックヒータＡに、平板状のジルコニアからなる酸素イオン導電性を有する固体電解質基板３６と、この固体電解質基板３６の対向する両面に形成された、空気に接する基準電極３７ａと、測定電極３７ｂとが形成された、酸素濃度を検知する機能を有するセンサ部とが一体化されたものである。
【００８２】
さらに、図７（ａ）に示したように、測定電極３７ｂの上部に、測定電極３７ｂを保護するためのセラミック多孔質層３８を形成することもできる。
【００８３】
次に、本発明のセラミックヒータＡ及び電子素子Ｂを構成するセラミック基体３１は、例えば、アルミナセラミックスからなる相対密度が９０％以上、特に９５％以上の緻密質なセラミックスによって構成されていることが望ましい。
【００８４】
また、相対密度を上記の範囲とすることによって、絶縁基体１及びセラミックヒータ素子９の強度が高くなる結果、酸素ガスセンサ自体の機械的な強度を高めることができる。
【００８５】
また、本発明のヒータ内蔵電子部品である酸素ガスセンサにおいては、固体電解質３１は、ＺｒＯ２を含有するセラミックスからなり、安定化剤として、Ｙ２Ｏ３及びＹｂ２Ｏ３、Ｓｃ２Ｏ３、Ｓｍ２Ｏ３、Ｎｄ２Ｏ３、Ｄｙ２Ｏ３等の希土類酸化物を酸化物換算で１〜３０モル％、好ましくは３〜１５モル％含有する部分安定化ＺｒＯ２あるいは安定化ＺｒＯ２が用いられている。また、ＺｒＯ２中のＺｒを１〜２０原子％をＣｅで置換したＺｒＯ２を用いることにより、イオン導電性が大きくなり、応答性がさらに改善されるといった効果がある。さらに、焼結性を改善する目的で、上記ＺｒＯ２に対して、Ａｌ２Ｏ３やＳｉＯ２を添加含有させることができるが、多量に含有させると、高温におけるクリープ特性が悪くなることから、Ａｌ２Ｏ３及びＳｉＯ２の添加量は総量で５質量％以下、特に２質量％以下であることが望ましい。
【００８６】
また、固体電解質基板３６の表面に被着形成される基準電極３７ａ、測定電極３７ｂは、いずれも白金単体、あるいは白金と、ロジウム、パラジウム、ルテニウム及び金の群から選ばれる１種との合金が用いて形成することが望ましい。また、酸素ガスセンサ動作時の電極中の金属の粒成長を防止する目的と、応答性に係わる白金粒子と固体電解質と気体との、いわゆる３相界面の接点を増大する目的で、上述のセラミック固体電解質成分を１〜５０体積％、特に１０〜３０体積％の割合で上記電極中に混合してもよい。また、電極形状としては、四角形でも楕円形でもよい。また、電極の厚さは、３〜２０μｍ、特に５〜１０μｍが好ましい。
【００８７】
また、測定電極３７ｂの表面に形成されるセラミック多孔質層３８は、厚さ１０〜１５００μｍ、特に１００〜５００μｍで、気孔率が１０〜５０％のジルコニア、アルミナ、γ−アルミナ、チタニア及びスピネルの群から選ばれる少なくとも１種を含むセラミックによって形成されていることが望ましい。これにより、電極被毒物質Ｐ、Ｐｂ、Ｓｉ等が電極に達しにくくなるため電極性能が安定し、且つガス応答性も維持することができる。
【００８８】
なお、セラミックヒータとセンサ部との一体化に関しては、セラミックヒータとセンサ部それぞれを焼結して作製した後、焼結体をガラス等で接合してもよい。また、セラミックヒータとセンサ部からなる成形体を予め作製した後、同時焼成でセラミックヒータとセンサ部を一体化した焼結体を作製することも可能である。
【００８９】
次に、上述の酸素ガスセンサの製造方法について説明する。
【００９０】
まず、固体電解質のグリーンシートを作製する。このグリーンシートは、例えば、ジルコニアの酸素イオン導電性を有するセラミック固体電解質粉末に対して、適宜、成形用有機バインダーを添加してドクターブレード法や、押出成形や、静水圧成形（ラバープレス）あるいはプレス形成などの周知の方法により作製される。
【００９１】
得られたグリーンシートを所望の大きさに切断し、グリーンシートの両面に、それぞれ測定電極及び基準電極となるパターンや、測定電極及び基準電極に接続されるリード配線となるリード配線パターンや電極パッド、スルーホールなどを、例えば、白金を含有する導電性ペーストを用いて、スクリーン印刷、パット印刷、ロール転写で印刷形成し、センサ部を作製する。
【００９２】
一方、絶縁性を有するセラミック材料からなるグリーンシートを作製する。得られたグリーンシートを所望の大きさに切断し、グリーンシートの両面に、それぞれ発熱体およびリード配線となるパターンや取り出し電極パッド、スルーホールなどを、例えば、白金を含有する導電性ペーストを用いて、スクリーン印刷、パット印刷、ロール転写で印刷形成し、ヒータ部を作製する。
【００９３】
そして、リード配線パターンの少なくとも一部に、膨張緩和層となる空隙形成層又は多孔質形成層を形成する。具体的には、セラミックヒータの膨張緩和層の製造方法と同じであるが、例えば、空隙形成層としては、有機バインダー（ポリビニルブチラール樹脂等）を塗布し、多孔質形成層としては、樹脂ビーズとセラミック材料からなる多孔質スラリーを印刷塗布形成することができる。
【００９４】
セラミックヒータ部は、前述したセラミックヒータの製造方法に従い作製されるが、酸素ガスセンサにおいては、基準電極に空気を供給するための空気導入孔を形成する必要がある。空気導入孔は、予めパンチ等によりアルミナのグリーンシートに孔を開けたものを、アクリル樹脂や有機溶媒などの接着剤を介在させるか、あるいはローラ等で圧力を加えながら機械的に接着すればよい。
【００９５】
この後、センサ部とセラミックヒータ部の積層体をアクリル樹脂や有機溶媒などの接着剤を介在させるか、あるいはローラ等で圧力を加えながら両者を機械的に接着することにより接着一体化した後、これらを焼成する。焼成は、大気中または不活性ガス雰囲気中、１３００℃〜１７００℃の温度範囲で１〜１０時間焼成する。なお、焼成時には、焼成時のセンサ部の反りを抑制するため、錘として高純度の平滑なアルミナ等の基板を積層体の上に置くことにより反り量を低減することができる。
【００９６】
また、センサ部とセラミックヒータ部の積層体とを同時焼成して一体化する場合には、両者の熱膨張係数差による応力の発生を低減するために、例えば、センサ部を形成する固体電解質成分とセラミックヒータ部のセラミック絶縁層を形成する絶縁成分との複合材料を介在させることが望ましい。
【００９７】
その後、所望により、焼成後の測定電極の表面に、プラズマ溶射法、ディップ法、印刷法、テープ貼り付け法等により，アルミナ、ジルコニア、スピネルの群から選ばれる少なくとも１種のセラミックを含むセラミック多孔質層３８を形成することによってセラミックヒータ部Ａが一体化された酸素ガスセンサを形成することができる。
【００９８】
なお、上記の方法では、セラミックヒータＡと電子素子Ｂを同時焼成して形成した場合について説明したが、セラミックヒータＡと電子素子Ｂとはそれぞれ別体で焼成した後、ガラスなどの適当な無機接合材によって接合することによって一体化することも可能である。
【００９９】
なお、本発明のセラミックヒータは酸素ガスセンサとして、例えば、酸素センサの他に、ＮＯｘセンサ、ＣＯセンサ等の酸素ガスセンサに好適に使用することもできる。
【実施例１】
【０１００】
膨張緩和層として図３（ａ）のスリット状の空隙を用いたセラミックヒータを作製した。
【０１０１】
純度が９９．９％で平均粒子径が０．２μｍのアルミナ粉末（シリカ０．１質量％含有）にアクリル系のバインダーとトルエンを添加してスラリーを作製し、ドクターブレード法により、厚みが０．２ｍｍになるようなアルミナのグリーンシートを作製した。
【０１０２】
次に、グリーンシートの所定の位置にパンチ金型で貫通孔を形成した。
【０１０３】
次に、この貫通孔に、平均粒子径が１μｍの白金粉末を６０体積％と、平均粒子径が０．５μｍのアルミナ粉末を２０体積％含有する混合粉末に、アクリルバインダーとテルピネオール（以下、単にＴＰＯと言う）とを３本ロール混合して作製した導電性ペーストをスクリーン印刷により、充填した。
【０１０４】
次に、平均粒子径が１μｍの白金粉末を６０体積％と、平均粒子径が０．５μｍのアルミナ粉末を４０体積％含有する混合粉末に、アクリルバインダーとＴＰＯとを３本ロールで混合して発熱体用の導電性ペーストを作製した。一方、平均粒子径が１μｍの白金粉末を６５体積％と、平均粒子径が０．５μｍのアルミナ粉末を３５体積％含有する混合粉末に、アクリルバインダーとＴＰＯとを３本ロールで混合してリード配線用の導電性ペーストを作製した
これら２種の導電性ペーストを用いて、アルミナのグリーンシートの表面に焼成後に室温での抵抗値が約８Ωになるように、まず発熱体用導電性ペーストを用いて発熱体をスクリーン印刷した後、リード配線用導電性ペーストを用いてリード配線を発熱体パターンに重なるようにスクリーン印刷しセラミックヒータパターンを形成した。なお、このセラミックヒータのパターンは、焼成後に理想的には図４に示す形状となるように形成した。
【０１０５】
次に、セラミックヒータのパターンと貫通導体となる成形体とを備えたグリーンシートの表裏面に前記導電性ペーストを用いて、リード配線となるパターンと、取り出し電極となるパターンを形成した。
【０１０６】
次に、試料Ｎｏ．２〜１９について膨張緩和層を形成した。試料Ｎｏ．２〜７及び１６〜１９は、焼成後に、リード配線の周囲に形成される空隙の形態が図３（ａ）のようになるように、有機バインダー（ポリビニルブチラール樹脂）をリード配線のパターン上にスクリーン印刷で印刷した。この際、バインダー固形分量が異なるスラリーを、図４（ｂ）の範囲になるように、スクリーン印刷で印刷した。
【０１０７】
また、試料Ｎｏ．８〜１０は、空隙の形態が図３（ｂ）のようになる空隙を形成するため、有機バインダーに気孔形成剤としてアクリルビーズ（粒径５μｍ）２０体積％とセラミック基体となるセラミックシートと同じ組成の混合粉末が８０体積％となるペーストを３本ロールにて作製し、前記ペーストをリード配線のパターン上にスクリーン印刷で印刷した。
【０１０８】
さらに、試料Ｎｏ．１１〜１４は、空隙の形態が図３（ｃ）のようになる空隙を形成するため、有機バインダー（アクリル樹脂）をリード配線のパターン沿端部にスクリーン印刷で印刷した。
【０１０９】
さらにまた、試料Ｎｏ．１５は、空隙の形態が図３（ｄ）のようになる空隙を形成するため、セラミック基体となるセラミックシートを形成するためのスラリーをリード配線の上に印刷し、その上に、有機バインダー（ポリビニルブチラール樹脂）をリード配線のパターン上にスクリーン印刷で印刷した。
【０１１０】
そして、これらのセラミックヒータ素子パターンの上面にアルリルバインダーを用いてアルミナのグリーンシートを５枚積層してセラミックヒータ素子となる積層体を作製した。
【０１１１】
次に、この積層体を大気中にて１５００℃、２ｈの条件で焼成した。
【０１１２】
この焼成工程の後、この焼結体を外形寸法が幅３ｍｍ、長さ４０ｍｍとなるようにカットした。
【０１１３】
このようにして、作製したセラミックヒータ素子に対して、熱サイクル試験と空隙を形成した部分に荷重が掛かるようにして坑折試験を行った。
【０１１４】
また、リード配線の空隙の大きさは、セラミックヒータのリード配線の断面を鏡面出しして走査型電子顕微鏡で写真撮影を行い、空隙の大きなものの上位５個を選び出し、その平均値を最大の空隙の大きさとした。空隙形状は、図３（ａ）〜（ｄ）に分類し、それぞれ単に（ａ）、（ｂ）、（ｃ）及び（ｄ）で表示した。
【０１１５】
また、図３（ａ）及び（ｄ）の空隙の最大幅Ｌｐ、図３（ｂ）の面積比率β、図３（ｃ）の空隙長さＬｃ及び空隙幅Ｌｗを測定するとともに、膨張緩和層の発熱体側の端部までの最大距離ｄｈに対する、膨張緩和層のリード配線側の端部までの最大距離ｄＬとの比ｄＬ／ｄｈ及びリード配線間距離Ｋを測定した。
【０１１６】
セラミックヒータ素子熱サイクル試験は、セラミックヒータ素子間に約２５Ｖ前後の電圧を印加し、室温から１１００℃まで約２０秒で昇温し、さらにこの温度で１分保持した後、印加電圧を切ってセラミックヒータ素子を室温まで空冷する温度サイクルを１サイクルとして、これを１０万回繰り返した時のセラミックヒータ素子の破損率を求めた。この際、試料はそれぞれ５０個とした。また、抗折強度の測定は、スパン２０ｍｍ、クロスヘッド速度０．５ｍｍ／ｍｉｎで、３点曲げ試験をセラミックヒータ素子が破損した荷重を測定した。
【０１１７】
また、１００時間通電し、発熱体を１０００℃以上の温度に加熱した後に、リード配線の境界付近を、ＩＣＰ分析によりＮａ含有量を測定した。
【０１１８】
なお、比較例として、リード配線の周辺に空隙がない従来のセラミックヒータも作製したが、リード配線の周辺に空隙がない従来のセラミックヒータについては、前記空隙を形成するため気孔形成剤を含有する有機バインダーを塗布する工程を除く以外は、実施例同様の工程で作製した。
【０１１９】
結果を表１に示した。
【表１】
2006222008.tif 000003
【０１２０】
本発明の試料Ｎｏ．２〜１９は、高速昇温耐久試験での破損率が３０％以下であった。
【０１２１】
一方、膨張緩和層を具備しない本発明の範囲外の試料Ｎｏ．１は、破損率が８０％と高かった。
【０１２２】
よって、本発明のセラミックヒータは、格段に高い高速昇温性と、信頼性さらには、機械的強度、取り扱い性に優れていることがわかった。
【実施例２】
【０１２３】
ヒータ内蔵電子部品として、酸素ガスセンサを作製した。
【０１２４】
まず、市販の純度が９９．９％で平均粒子径が０．２μｍのアルミナ粉末（シリカ０．１質量％含有）にアクリル系のバインダーとトルエンを添加してスラリーを作製し、ドクターブレード法により、シートの厚さが０．２ｍｍになるようなアルミナのグリーンシートを作製した。
【０１２５】
次に、グリーンシートの所定の位置にパンチ金型で貫通孔を形成した。
【０１２６】
次に、この貫通孔に、平均粒子径が１μｍの白金粉末を６０体積％と、平均粒子径が０．５μｍのアルミナ粉末を４０体積％含有する混合粉末に、アクリルバインダーとＴＰＯとを３本ロール混合して作製した導電性ペーストをスクリーン印刷により、充填した。
【０１２７】
次に、平均粒子径が１μｍの白金粉末を６０体積％と、平均粒子径が０．５μｍのアルミナ粉末を４０体積％含有する混合粉末に、アクリルバインダーとＴＰＯとを３本ロールで混合して導電性ペーストを作製し、これを用いてアルミナのグリーンシートの表面に焼成後に室温での抵抗値が約８Ωになるようなセラミックヒータ素子パターンをスクリーン印刷で印刷した。
【０１２８】
次に、セラミックヒータ素子パターンと貫通導体となる成形体とを備えたグリーンシートの表裏面に前記導電性ペーストを用いて、リード配線となるパターンと、取り出し電極となるパターンを形成した。
【０１２９】
次に、試料Ｎｏ．２０〜３８について膨張緩和層を形成した。試料Ｎｏ．２１〜２６及び３５〜３８は、焼成後にリード配線の周囲に形成される空隙の形態が図３（ａ）のようになるように、有機バインダー（ポリビニルブチラール樹脂）をリード配線のパターン上にスクリーン印刷で印刷した。この際、バインダー固形分量が異なるスラリーを、図４（ｂ）の範囲になるように、スクリーン印刷で印刷した。
【０１３０】
また、試料Ｎｏ．２７〜２９は、空隙の形態が図３（ｂ）のようになる空隙を形成するため、有機バインダーに気孔形成剤としてアクリルビーズ（粒径５μｍ）２０体積％とセラミック基体となるセラミックシートと同じ組成の混合粉末が８０体積％となるペーストを３本ロールにて作製し、前記ペーストをリード配線のパターン上にスクリーン印刷で印刷した。
【０１３１】
さらに、試料Ｎｏ．３０〜３３は、空隙の形態が図３（ｃ）のようになる空隙を形成するため、有機バインダー（アクリル樹脂）をリード配線のパターン沿端部にスクリーン印刷で印刷した。
【０１３２】
さらにまた、試料Ｎｏ．３４は、空隙の形態が図３（ｄ）のようになる空隙を形成するため、セラミック基体となるセラミックシートを形成するためのスラリーをリード配線の上に印刷し、その上に、有機バインダー（ポリビニルブチラール樹脂）をリード配線のパターン上にスクリーン印刷で印刷した。
【０１３３】
また、焼成後に幅１．４ｍｍ、高さ０．５ｍｍになるような空気導入孔に相当する部分を、金型パンチにて打ち抜いた打ち抜きグリーンシートも準備した。
【０１３４】
そして、これらのセラミックヒータ素子パターン及び有機バインダーを印刷したグリーンシートの上面に前記アルミナのグリーンシート５枚と前記打ち抜きグリーンシート３枚をアルリルバインダーを用いて積層し、セラミックヒータ素子となる積層体を作製した。
【０１３５】
一方、平均粒子径が０．２μｍの部分安定化ジルコニア（イットリア５モル）に、アクリル系のバインダーとトルエンを添加してスラリーを作製し、ドクターブレード法により、シートの厚さが０．２５ｍｍになるような固体電解質のグリーンシートを作製した。
【０１３６】
上記のジルコニア粉末を２０体積％と、平均粒径１μｍの白金粉末８０体積％とをアクリルバインダーとＴＰＯとを３本ロール混合して作製した導電性ペーストを作製し、これを用いて前記ジルコニアのグリーンシートの表裏面にそれぞれ、検知電極、基準電極及びリード配線パターンをスクリーン印刷で印刷した。
【０１３７】
また、検知電極の表面には、平均粒径５μｍの前記気孔形成剤を５０体積％含むアルミナペーストを塗布し、保護層を形成した。その後、前記ジルコニアのグリーンシートの基準電極となるパターンを設けた側の面と、セラミックヒータ素子の空気導入孔となる空間を形成した面との間にアルリルバインダー塗布し、両者を当接させ、積層し、酸素ガスセンサ積層体を得た。
【０１３８】
次に、この積層体を大気中にて１５００℃、２ｈの条件で焼成した。
【０１３９】
この焼成工程の後、この焼結体を外形寸法が幅３ｍｍ、長さ４０ｍｍとなるようにカットし、エッジ部を加工した。
【０１４０】
このようにして、作製した酸素ガスセンサに対して、熱サイクル試験、抗折荷重の測定を行った。
【０１４１】
また、発熱体断面積Ｓ１に対する空隙の断面積Ｓ２の比率は酸素ガスセンサの発熱体の断面を鏡面出しして走査型電子顕微鏡で写真撮影を行い、画像処理にて算出した。
【０１４２】
酸素ガスセンサの熱サイクル試験は、発熱体に約２５Ｖ前後の電圧を印加し、室温から１１００℃まで約２０秒で昇温し、さらにこの温度で１分保持した後、印加電圧を切ってセラミックヒータ素子を室温まで空冷する温度サイクルを１サイクルとして、これを１０万回繰り返した時のセラミックヒータ素子の破損率を求めた。その際に、試料はそれぞれ５０個とした。
【０１４３】
また、抗折荷重の測定は、スパン２０ｍｍ、クロスヘッド速度０．５ｍｍ／ｍｉｎで、３点曲げ試験を酸素ガスセンサが破損した荷重を測定した。
【０１４４】
なお、比較例として、リード配線の周辺に空隙がない従来の酸素ガスセンサを作製した。
【０１４５】
リード配線の周辺に空隙がない従来の酸素ガスセンサは、前記空隙を形成するため気孔形成剤を含有する有機バインダーを塗布する工程を削除する以外は、実施例４同様の工程で作製した。
【０１４６】
作製した試料について、セラミックヒータ素子の場合と同様の評価を行った。
【０１４７】
結果を表２に示す。
【表２】
2006222008.tif 000004
【０１４８】
本発明の試料Ｎｏ．２１〜３８は、高速昇温耐久試験での破損率が３０％以下であった。
【０１４９】
一方、膨張緩和層を具備しない本発明の範囲外の試料Ｎｏ．２０は、破損率が８０％と高かった。
【０１５０】
よって、本発明の酸素ガスセンサは、格段に高い高速昇温性と、信頼性さらには、機械的強度、取り扱い性に優れていることがわかった。
【図面の簡単な説明】
【０１５１】
【図１】（ａ）本発明のセラミックヒータの透過斜視図である。
【図２】図１のセラミックヒータのＸ−Ｘ’における拡大断面図である。
【図３】図１のセラミックヒータのＸ−Ｘ’における他の拡大断面図である。
【図４】本発明のセラミックヒータの概略平面図である。
【図５】本発明のセラミックヒータのヒータ回路を示す説明図である。
【図６】本発明の他のセラミックヒータの構造を示すもので、（ａ）は斜視図、（ｂ）は図６（ａ）のＹ−Ｙ’における断面図である。
【図７】本発明のヒータ内蔵電子部品の例である酸素ガスセンサの構造を示すもので、（ａ）は発熱体部での断面図、（ｂ）はリード配線付近での断面図である。
【図８】従来のセラミックヒータの平面図である。
【符号の説明】
【０１５２】
１、３１・・・セラミック基体
２、３２・・・発熱体
２ａ・・・発熱体部分
３、３３・・・リード配線
４、３４・・・膨張緩和層
４ａ・・・包含型の膨張緩和層
４ｂ・・・部分形成型の膨張緩和層
４ｃ〜４ｆ・・・空隙
５・・・ヒータ回路
６・・・電極パッド
７・・・スルーホール導体
３５・・・大気導入孔
３６・・・固体電解質基板
３７ａ・・・基準電極
３７ｂ・・・測定電極
３８・・・セラミック多孔質層
Ａ・・・セラミックヒータ
Ｂ・・・電子素子
Ｔ・・・境界付近
Ｂｏ・・・境界
Ｃｔ・・・濃縮部
【図１】
2006222008.tif 000005
【図２】
2006222008.tif 000006
【図３】
2006222008.tif 000007
【図４】
2006222008.tif 000008
【図５】
2006222008.tif 000009
【図６】
2006222008.tif 000010
【図７】
2006222008.tif 000011
【図８】
2006222008.tif 000012