(57)【要約】      （修正有）【課題】抵抗発熱材の劣化を防止し、電極パッドと金属めっきとの密着性を低下させずに、セラミック基体からの電極パッドの剥離を抑制するセラミックヒーターを提供する。【解決手段】セラミックヒーターは、セラミックスからなるセラミック基体１１、セラミック基体１１内に設けられ、抵抗発熱材が埋設された発熱部、セラミック基体１１内に設けられ、発熱部と電気的に接続された引き出し部、セラミック基体１１の表面に設けられ、引き出し部に接続された電極パッド１８、及び電極パッド１８の表面に設けられた金属めっき１９を備え、セラミックス中のＭｇの酸化物の含有率がＭｇＯ換算で０．０１〜０．２重量％であり、電極パッド１８がセラミックスを含み、電極パッド１８中のセラミックスの含有率が１〜４５体積％であり、電極パッド１８の厚さが１５μｍ以上である。【選択図】図３
2011192473.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
セラミックスからなるセラミック基体と、
前記セラミック基体内に設けられ、少なくとも抵抗発熱材が埋設された発熱部と、
前記セラミック基体内に設けられ、前記発熱部と電気的に接続された引き出し部と、
前記セラミック基体の表面に設けられ、前記引き出し部と電気的に接続された電極パッドと、
前記電極パッドの表面に設けられた金属めっきと、
を備え、
前記セラミックスにおけるＭｇの酸化物の含有率が、ＭｇＯ換算で０．０１〜０．２重量％であり、
前記電極パッドがセラミックスを含有し、
前記電極パッドにおけるセラミックスの含有率が１〜４５体積％であり、
前記電極パッドの厚さが１５μｍ以上である、
セラミックヒーター。
【請求項２】
セラミックスの原料粉末を含むセラミック基体の前駆体と、
前記セラミック基体の前駆体内に設けられ、少なくとも抵抗発熱材が埋設された発熱部の前駆体と、
前記セラミック基体の前駆体内に設けられ、前記発熱部の前駆体と接続された引き出し部の前駆体と、
前記セラミック基体の前駆体の表面に設けられた電極パッドの前駆体と、
前記セラミック基体の前駆体の一部を貫通するスルーホール内に充填され、前記引き出し部の前駆体と前記電極パッドの前駆体に接触する導体ペーストと、
を焼成する焼成工程と、
前記電極パッドの前駆体を焼成することにより形成された前記電極パッドの表面に金属めっきを形成するめっき工程と、を備え、
前記セラミックスの原料粉末におけるＭｇの酸化物の含有率が、ＭｇＯ換算で０．０１〜０．２重量％であり、
前記電極パッドの前駆体がセラミックスの原料粉末を含有し、
前記電極パッドの前駆体が含む金属の体積と前記電極パッドの前駆体が含むセラミックスの原料粉末の体積との合計値に対して、前記電極パッドの前駆体が含むセラミックスの原料粉末の体積が１〜４５体積％であり、
前記電極パッドの前駆体の厚さが１９μｍ以上である、
セラミックヒーターの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、セラミックヒーター及びセラミックヒーターの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
セラミックヒーターは、セラミックスからなるセラミック基体と、セラミック基体内に設けられた、抵抗発熱材が埋設された発熱部と、セラミック基体内に設けられ、発熱部と電気的に接続された引き出し部と、セラミック基体の表面に設けられ、引き出し部と電気的に接続された電極パッドと、を備える。セラミックヒーターは、排ガスの濃度検知器（酸素センサ）、半田ごて、石油ファンヒーター等の石油気化器用熱源、温水加熱ヒーター等の産業機器、電子部品、その他一般家庭用機器等に利用されている。
【０００３】
例えば、特許文献１には、所定の含有量で酸化物を含有するアルミナを基体とする焼結材料を用いたセラミックヒーターが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許３９２１３２７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１等に記載の従来のセラミックヒーターは、長時間継続して高温で使用すると抵抗発熱材が劣化して電気抵抗値が増大することがあり、耐久性が不十分であることが問題となっている。このような抵抗発熱材の劣化の原因としては、抵抗発熱材あるいはセラミック基体の構成成分が高温下での通電により電気化学的な拡散現象、いわゆるエレクトロマイグレーション（以下、単に「マイグレーション」という）を起こすことが挙げられている。
【０００６】
例えば、抵抗発熱材の構成成分がマイグレーションによりセラミック基体中に拡散流出すると、その流出部分で抵抗発熱材が消耗し、過昇温・断線に至ることもある。また、焼結助剤成分として添加されるＭｇＯやＣａＯ等の金属酸化物成分は、セラミック基体中ではガラス相の形で存在するが、これに含有される金属イオンないし酸素イオンもマイグレーションを起こしやすい。例えば抵抗発熱材の主要成分がＷである場合には、マイグレーションにより移動する酸素イオンにより酸化され、同様に抵抗値増大や断線等の問題を引き起こすことがある。
【０００７】
本発明者らは、セラミック基体中のＭｇＯの含有率を従来よりも減少させることにより、上記の問題を解決できることを見出した。しかしながら、ＭｇＯの添加量を減少させた場合、セラミック基体から電極パッドが部分的に剥離し易くなることを、本発明者らは見出した。更に本発明者らは、セラミック基体と同じセラミックスを電極パッドに含有させることにより、セラミック基体からの電極パッドの剥離を抑制できることを見出した。しかしながら、セラミック基体と同じセラミックスを電極パッドに含有させた場合、電極パッド上に形成する金属めっきと電極パッドとの密着性が低下することを見出した。金属めっきと電極パッドとの密着性が低下すると、金属めっきを介した電極パッドと金属リードとの間で剥離が発生し、電気的な接続不良が発生すること等が問題となる。
【０００８】
そこで本発明は、抵抗発熱材の劣化を防止することができるとともに、電極パッドと金属めっきとの密着性を低下させることなく、セラミック基体からの電極パッドの剥離を抑制することができるセラミックヒーター及びセラミックヒーターの製造方法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】
【０００９】
上記事情に鑑み本発明は、セラミックスからなるセラミック基体と、セラミック基体内に設けられ、少なくとも抵抗発熱材が埋設された発熱部と、セラミック基体内に設けられ、発熱部と電気的に接続された引き出し部と、セラミック基体の表面に設けられ、引き出し部と電気的に接続された電極パッドと、電極パッドの表面に設けられた金属めっきと、を備え、セラミックスにおけるＭｇの酸化物の含有率が、ＭｇＯ換算で０．０１〜０．２重量％であり、電極パッドがセラミックスを含有し、電極パッドにおけるセラミックスの含有率が１〜４５体積％であり、電極パッドの厚さが１５μｍ以上であるセラミックヒーターを提供する。なお、本発明において、電極パッドが含有するセラミックスは、セラミック基体のセラミックスと同じであってもよく、異なっていてもよい。
【００１０】
上記本発明に係るセラミックヒーターによれば、電極パッドと金属めっきとの密着性を低下させることなく、セラミック基体からの電極パッドの剥離を抑制することができる。
【００１１】
また、上記本発明では、セラミックスにおけるＭｇの酸化物の含有率がＭｇＯ換算で０．０１〜０．２重量％であることにより、抵抗発熱材の劣化が防止される。
【００１２】
本発明に係るセラミックヒーターの製造方法は、セラミックスの原料粉末を含むセラミック基体の前駆体と、セラミック基体の前駆体内に設けられ、少なくとも抵抗発熱材が埋設された発熱部の前駆体と、セラミック基体の前駆体内に設けられ、発熱部の前駆体と接続された引き出し部の前駆体と、セラミック基体の前駆体の表面に設けられた電極パッドの前駆体と、セラミック基体の前駆体の一部を貫通するスルーホール内に充填され、引き出し部の前駆体と電極パッドの前駆体に接触する導体ペーストと、を焼成する焼成工程と、焼成工程において電極パッドの前駆体から形成される電極パッドの表面に金属めっきを形成するめっき工程と、を備え、セラミックスの原料粉末におけるＭｇの酸化物の含有率がＭｇＯ換算で０．０１〜０．２重量％であり、電極パッドの前駆体がセラミックスの原料粉末を含有し、電極パッドの前駆体が含む金属の体積と電極パッドの前駆体が含むセラミックスの原料粉末の体積との合計値に対して、電極パッドの前駆体が含むセラミックスの原料粉末の体積が１〜４５体積％であり、電極パッドの前駆体の厚さが１９μｍ以上である。なお、本発明において、電極パッドの前駆体が含有するセラミックスの原料粉末は、セラミック基体の前駆体が含有するセラミックスの原料粉末と同じであってもよく、異なっていてもよい。
【００１３】
上記本発明に係るセラミックヒーターの製造方法によれば、抵抗発熱材の劣化を防止することができるとともに、電極パッドと金属めっきとの密着性を低下させることなく、セラミック基体からの電極パッドの剥離を抑制することができる上記本発明のセラミックヒーターが得られる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、抵抗発熱材の劣化を防止することができるとともに、電極パッドと金属めっきとの密着性を低下させることなく、セラミック基体からの電極パッドの剥離を抑制することができるセラミックヒーター及びセラミックヒーターの製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明のセラミックヒッターの一実施形態であるロッド状セラミックヒーターの概略図である。
【図２】図１における巻きつけ前のセラミック基体の状態を示す図である。
【図３】図１におけるｚ−ｚ線断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、場合により図面を参照しつつ、本発明の好適な実施形態について詳細に説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
【００１７】
（セラミックヒーター）
図１〜３に示す本実施形態のセラミックヒーターは、抵抗発熱材が埋設された発熱部１４と、発熱部１４を内蔵した、セラミックスからなるセラミック基体１１とを備える。セラミック基体１１は、セラミック軸１３に、セラミックシート１２が巻きつけられた構成を有する。セラミックシート１２上には、発熱部１４が設けられており、発熱部１４には引き出し部１５が接続されている。セラミック基体１１には、抵抗発熱材に電力を供給するための電極部１６が設けられており、電極部１６には金属リード１７がロウ付けされている。
【００１８】
本実施形態のセラミックヒーターの構造を、図２、３を用いて、より詳細に説明する。図２は、巻きつけ前のセラミック基体１１の状態を示す図である。セラミックシート１２上には、発熱部１４が設けられており、発熱部１４には引き出し部１５が接続されている。引き出し部１５は、スルーホール２２に充填された導体により、セラミックシート１２の裏面に形成された電極パッド１８（メタライズ）に接続される。そして、発熱部１４、引き出し部１５を内側にして、セラミック軸１３に、セラミックシート１２を巻きつけることにより、セラミック基体１１が形成される。
【００１９】
図３に示すように、セラミック基体１１の表面には、電極パッド１８、金属めっき（Ｎｉめっき１９）がこの順で積層されており、このＮｉめっき１９上に金属リード１７がロウ材２０によりロウ付けされ、電極部１６が形成されている。なお、電極部１６の温度・湿度等による劣化を防止するために、任意で、ロウ材２０、金属リード１７を覆うように別のＮｉめっき２１を形成することもできる。
【００２０】
以下、セラミックヒーターの各要素について説明する。セラミックシート１２及びセラミック軸１３におけるセラミックスは、例えば、Ａｌ２Ｏ３、ＳｉＯ２、ＣａＯ及びＭｇの酸化物を含有する。ただし、セラミックスの組成はこれに限定されるものではない。
【００２１】
上記セラミックスにおけるＡｌ２Ｏ３の含有量は、８８〜９６重量％であることが好ましく、８９〜９４重量％であることがより好ましく、９０〜９２重量％であることが最も好ましい。
【００２２】
上記セラミックスにおけるＳｉＯ２の含有量は、３〜１０重量％であることが好ましく、４〜８重量％であることがより好ましく、５〜７重量％であることが最も好ましい。
【００２３】
上記セラミックスにおけるＣａＯの含有量は、１〜２重量％であることが好ましく、１．４〜１．９重量％であることがより好ましく、１．６〜１．８重量％であることが最も好ましい。
【００２４】
上記セラミックスにおけるＭｇの酸化物の含有率は、ＭｇＯ換算で０．０１〜０．２重量％である。Ｍｇの酸化物の含有量が上記範囲にあると、発熱部１４におけるＭｇＯの偏析を十分に防止でき、この偏析に起因する抵抗値のバラツキを低く抑えることが可能となる。そのため、長時間継続あるいは断続して高温で使用した場合であっても、抵抗発熱材の劣化を十分に防止することができ、セラミックヒーターの耐久性が向上する。さらに、ＭｇＯの偏析をより高度に防止できる点から、Ｍｇの酸化物の含有率は、０．０２〜０．２０重量％であることがより好ましく、０．０５〜０．１０重量％であることが最も好ましい。
【００２５】
上記セラミックスにおけるＣａＯに対するＳｉＯ２の重量比は、１．５以上３．５未満であることが好ましく、２．５以上３．４５未満であることがより好ましく、３．０以上３．４未満であることが最も好ましい。ＣａＯに対するＳｉＯ２の重量比が上記範囲にあると、ＳｉＯ２及びＣａＯからなる液相が生じる温度を高くすることができ、結果として焼成温度を高くすることができ、焼結助剤及び粒成長抑制剤としてのＭｇの酸化物の量を上記範囲まで減らしても十分に高い分散性が得られ、従って十分な性能が得られる。
【００２６】
上記セラミックスは、高温高強度セラミックス、例えばムライトやスピネル等のアルミナ類似のセラミックス等の基材をさらに含有していてもよい。
【００２７】
上記セラミックスは、０．０１〜３．０重量％のＺｒＯ２等の助剤を含有していてもよい。
【００２８】
上記セラミックスは、Ｙ，Ｌａ，Ｃｅ，Ｐｒ，Ｎｄ，Ｐｍ，Ｓｍ，Ｅｕ，Ｇｄ，Ｔｂ，Ｄｙ，Ｈｏ，Ｅｒ，Ｔｍ，ＹｂおよびＬｕから選択される少なくとも１種の金属の酸化物を、０を超え０．１重量％未満含有していてもよい。
【００２９】
発熱部１４に埋設された抵抗発熱材、引き出し部１５、及び電極パッド１８が含有する金属としては、例えばＷ，Ｍｏ，Ｒｅ等といった高融点金属を用いることができる。
【００３０】
電極パッド１８は、高融点金属のみならず、セラミックスを含有する。電極パッド１８が含有するセラミックスは、例えばＡｌ２Ｏ３、ＳｉＯ２、ＣａＯ、Ｃａ２ＣＯ３及びＭｇＯ、またはこれらの混合物であればよい。電極パッド１８が含有するセラミックスは、セラミック基体１１のセラミックスと同じであってもよく、異なっていてもよい。なお、電極パッド１８が含有するセラミックスは、セラミック基体１１が含有するセラミックスと同じであることが好ましい。これにより、電極パッド１８とセラミック基体１１とが焼結し易くなり、本発明の効果が顕著となる。
【００３１】
セラミックス基体１１におけるＭｇの酸化物の含有率が、ＭｇＯ換算で０．０１〜０．２重量％であり、従来のセラミック基体に比べて小さい場合、上述のように抵抗発熱材の劣化が防止される。また、セラミックス基体１１におけるＭｇの酸化物の含有率が小さい場合、セラミックヒーターの製造工程において、セラミック基体から電極パッドに染み出すＭｇの酸化物の量も従来のセラミックヒーターに比べて少なくなると考えられる。焼結助剤であるＭｇの酸化物がセラミック基体から電極パッドに染み出すほど、セラミック基体と電極パッドとの密着性が向上する傾向があるが、セラミックス基体１１におけるＭｇの酸化物の含有率が小さい場合は必ずしもこのような染み出しを期待できない。
【００３２】
しかし、本実施形態では、電極パッド１８がセラミックスを含有するため、電極パッド１８中のセラミックスが共材として機能し、セラミック基体１１と電極パッド１８との密着性が向上する。そのため、本実施形態では、セラミック基体１１からの電極パッド１８の剥離が抑制される。
【００３３】
電極パッド１８におけるセラミックスの含有率は１〜４５体積％である。セラミックスの含有率が１体積％未満である場合、セラミック基体１１から電極パッド１８が剥離し易くなる。セラミックスの含有率が４５体積％より大きい場合、電極パッド１８とＮｉめっき１９との密着性が低下する。
【００３４】
電極パッド１８の厚さは１５μｍ以上である。これにより、セラミック基体１１から電極パッド１８が剥離し難くなる。電極部１６にロウ付けされた金属リード１７を引っ張ってセラミック基体１１から剥がそうとすると、引張り応力がロウ材２０の周辺部に集中する。しかし、電極パッド１８の厚さが１５μｍ以上であれば、集中した応力が分散してセラミック基体１１側へ伝達するため、電極パッド１８が剥離し難くなる、と考えられる。なお、電極パッド１８の厚さの上限値は特に限定されないが、通常４０μｍ程度である。
【００３５】
ロウ材２０としては、例えばＡｇ，Ａｕ，Ｃｕ，Ｎｉ，Ｐｄのうち少なくとも１種からなるロウ材を用いることができる。
【００３６】
なお、セラミック軸１３は、円柱状のものであっても、中空構造を有する管状のものであってもよい。
【００３７】
（セラミックヒーターの製造方法）
図１に示すロッド状セラミックヒーターの製造方法を以下で説明する。
【００３８】
まず、セラミックスの原料粉末、成型用バインダ及び有機溶剤を湿式で混合して、セラミックス組成物を得る。セラミックスの原料粉末は、基材及び焼結助剤を含有する。基材とは、Ａｌ２Ｏ３に対応する原料であり、焼結助剤とはＳｉＯ２、ＣａＯ及びＭｇの酸化物に対応する原料等である。セラミックスの原料粉末の組成は、焼成後に上記のセラミックスの組成が得られるように調整すればよい。また、セラミックスの原料粉末におけるＭｇの酸化物の含有率をＭｇＯ換算で０．０１〜０．２重量％に調整する。基材及び焼結助剤としては、セラミックスに含有される酸化物（Ａｌ２Ｏ３、ＳｉＯ２、ＣａＯ及びＭｇの酸化物）自体を用いても、焼成工程においてこれらの酸化物となり得るものを用いればよい。例えば、上記の酸化物に対応する炭酸塩等の各種塩や水酸化物、複合酸化物を用いてもよい。
【００３９】
セラミックスの原料粉末は、焼成前に７００〜１４５０℃で１〜１００時間仮焼してもよい。また、基材と焼結助剤を、別々に仮焼した後に混合してもよい。さらに、焼結助剤成分の少なくとも一種を仮焼した後に基剤と焼結助剤と混合してもよい。
【００４０】
次に、上述のセラミックス組成物をドクターブレード法等により成型して、未焼成のセラミックシート１２を作製する。またセラミックス組成物を押し出し成型して、未焼成のセラミック軸１３を作製する。得られた未焼成のセラミックシート１２上に、スクリーン印刷等により、発熱部１４の前躯体（未焼成の発熱部）を形成する。さらにスクリーン印刷等により、発熱部１４の前駆体に接続した引き出し部１５の前駆体（未焼成の引き出し部）を形成する。未焼成のセラミックシート１２において引き出し部１５の前駆体の末端が位置する部分に、未焼成のセラミックシート１２を貫通するスルーホールを形成し、スルーホールに導体ペーストを充填する。
【００４１】
そして、未焼成のセラミック軸１３と未焼成のセラミックシート１２との間に発熱部１４の前駆体及び引き出し部１５の前駆体を挟み込むように、未焼成のセラミック軸１３に未焼成のセラミックシート１２を巻きつけることにより、成型体（セラミック基体１１の前駆体）を形成する。成型体の表面に位置するスルーホールを覆うように、電極パッド１８（メタライズ）の前駆体を形成する。電極パッドの前駆体の厚さを１９μｍ以上に調整する。これにより、焼成工程後に得られる電極パッドの厚さを１５μｍ以上とすることが可能となる。電極パッドの前駆体の厚さの上限値は、特に限定されないが、通常５０μｍ程度である。
【００４２】
次に、焼成工程において、電極パッド１８の前駆体が形成された成型体を１４５０〜１６５０℃程度の還元雰囲気中で加熱する。焼成後に、発熱部１４及び引き出し部１５が内部に設けられ、スルーホール２２を介して引き出し部１５と接続された電極パッド１８が表面に設けられたセラミック基体１１が得られる。
【００４３】
電極パッド１８の前駆体はセラミックスの原料粉末を含有する。例えば、電極パッド１８の前駆体は、未焼成のセラミックシート１２及びセラミック軸１３が含有するものと同様のセラミックスの原料粉末を含有してもよい。また、電極パッド１８の前駆体は、未焼成のセラミックシート１２及びセラミック軸１３が含有するものとは異なるセラミックスの原料粉末を含有してもよい。電極パッド１８の前駆体は、Ｗ，Ｍｏ，Ｒｅ等といった高融点金属の粒子を主成分として含有する。これらの金属の融点は、セラミックスの原料粉末の焼結温度より高い。したがって、焼成工程において、セラミックスの原料粉末は焼結するが、電極パッド１８の前駆体が含む金属粒子は溶融せず、互いに焼結しない。したがって、仮に電極パッド１８の前駆体がセラミックスの原料粉末を含有しない場合、焼成工程後の電極パッド１８を構成する金属粒子の間に隙間が形成される。その結果、電極パッド１８がセラミック基体１１から剥離し易くなる。しかし、本実施形態では、焼成工程において、電極パッド１８の前駆体が含有するセラミックスの原料粉末が、焼結して金属粒子の間の隙間を充填してセラミックス（アルミナ）のネットワークを形成すると共に、成型体が含むセラミックスの原料粉末とも焼結する。その結果、本実施形態では、電極パッド１８の前駆体がセラミックスの原料粉末を含有しない場合に比べて、セラミック基体１１と電極パッド１８との密着性が向上する。
【００４４】
電極パッド１８の前駆体には、有機物バインダや有機溶媒等のように焼成工程において蒸発する成分が含まれる。これらの成分を含む電極パッド１８の前駆体全体におけるセラミックスの原料粉末の全体積は、１〜３６体積％である。また、電極パッド１８の前駆体が含む金属粒子の全体積と電極パッド１８の前駆体が含むセラミックスの原料粉末の全体積との合計値（固形分の全体積）に対して、電極パッド１８の前駆体が含むセラミックスの原料粉末の全体積は、１〜４５体積％である。これにより、完成後のセラミックヒーターが備える電極パッド１８におけるセラミックスの含有率が１〜４５体積％となる。セラミックスの原料粉末の全体積が１体積％未満である場合、焼成工程において成型体と電極パッド１８の前駆体とが充分に密着しない。セラミックスの原料粉末の全体積が４５体積％より大きい場合、焼成工程後の電極パッド１８とＮｉめっき１９との密着性が低下する。
【００４５】
焼成工程後のめっき工程では、電極パッド１８の表面にＮｉめっき１９を施す。金属リード１７をこのＮｉめっき１９上にロウ材２０を用いてロウ付けすることにより、電極部１６が形成され、図１に示すセラミックヒーターが得られる。なお、ロウ材２０及び金属リード１７を保護するために、Ｎｉめっき２１を施してもよい。
【００４６】
上記成型用バインダ、有機溶剤としては、例えば、ポリビニルブチラール、フタル酸ジブチル、メチルエチルケトン、トルエンの混合溶液を用いることができる。
【００４７】
以上、本発明の好適な一実施形態について詳細に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。例えば、本発明に係るセラミックヒーターは、平板状セラミックヒーターであってもよい。平板状セラミックヒーターは、セラミックスからなる平板状のセラミック基体を備える。セラミック基体は、重ねられた一対のセラミックシートから構成される。一対のセラミックシートの間には、抵抗発熱材が埋設された発熱部と、発熱部に接続された陽極側引き出し部及び陰極側引き出し部とが、挟まれている。セラミックシートには導体が充填された一対のスルーホールが形成されている。セラミック基体の外表面に形成された陽極側電極パッドは、スルーホールを介して陽極側引き出し部と接続されている。セラミック基体の外表面に形成された陰極側電極パッドは、別のスルーホールを介して陰極側引き出し部と接続されている。各電極パッドの表面には金属めっきが形成されている。このような構造を有する平板状セラミックヒーターであっても、上述した実施形態と同様の効果を奏することが可能である。
【実施例】
【００４８】
以下、実施例により本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
【００４９】
（実施例１）
焼成工程後に９１．２重量％のＡｌ２Ｏ３、５．９重量％のＳｉＯ２、１．７重量％のＣａＯ、０．１重量％のＭｇＯ及び１．１重量％のＺｒＯ２を含有するセラミックスが得られるように、基材及び焼結助剤を秤量して、セラミックスの原料粉末を調製した。セラミックスの原料粉末、成型用バインダ及び有機溶剤を湿式で混合し、セラミック組成物のスラリーを得た。このスラリーをドクターブレード法で成型して、セラミックシートを得た。このセラミックシートの表面に、Ｗ−Ｒｅを含む発熱部の前駆体とＷ−Ｍｏを含む引き出し部の前駆体をスクリーン印刷した。
【００５０】
セラミックシートにおいて引き出し部の前駆体の末端が位置する箇所に、スルーホールを形成し、導体ペーストをスルーホールに充填した。
【００５１】
セラミックシートに用いたものと同様のセラミックスの原料粉末、Ｗ粉末、バインダ樹脂及び有機溶剤を、ロールミルで３回通して混練して、電極パッド用スラリーを形成した。
【００５２】
電極パッド用スラリーが含むＷ粉末の全体積と、電極パッド用スラリーが含むセラミックスの原料粉末の全体積の合計値に対する、電極パッド用スラリーが含むセラミックスの原料粉末の全体積を、１０体積％に調整した。以下では、電極パッド用スラリーが含むＷ粉末の全体積と、電極パッド用スラリーが含むセラミックスの原料粉末の全体積の合計値に対する、電極パッド用スラリーが含むセラミックスの原料粉末の全体積を、「セラミックス率」と略記する。なお、「セラミックス率」は、完成後のセラミックヒーターが備える電極パッドにおけるセラミックスの含有率に略一致する。
【００５３】
電極パッド用スラリーを、スルーホールと重なるようにセラミックシートの裏面にスクリーン印刷して、電極パッドの前駆体を形成した。電極パッドの前駆体の厚さは３１μｍに調整した。
【００５４】
次に、上記セラミックス組成物のスラリーを押し出し成型することにより、セラミック軸を作製した。その後、セラミックシートを所定の大きさに切断し、この切断したセラミックシートの表面のうち発熱部の前駆体及び引き出し部の前駆体が形成された側に、有機溶剤を主成分とする接着剤を塗布した。セラミック軸とセラミックシートとの間に発熱部の前駆体及び引き出し部の前駆体を挟み込むように、セラミック軸にセラミックシートを巻きつけて、成型体を得た。
【００５５】
成型体を、１５００〜１６００℃の還元雰囲気炉で焼成することにより、発熱部、引き出し部、スルーホール及び電極パッドを有するセラミック基体を得た。セラミック基体の表面に形成された電極パッドの厚さは、２５μｍであった。その後、焼成工程後の電極パッドの表面に下地Ｎｉめっきを形成した。
【００５６】
下地Ｎｉめっきの外観検査後、Ａｕ−Ｃｕからなるロウを用いて、下地Ｎｉめっきに金属リードをロウ付けして、実施例１のセラミックヒーターを得た。ロウ付けには真空炉を使用した。
【００５７】
［Ｎｉめっきの外観検査］
実施例１のセラミックヒーターが備える下地Ｎｉめっきの外観検査をおこなったところ、異常は確認されなかった。つまり、実施例１では、電極パッドと下地Ｎｉめっきとの密着性に問題がないことが確認された。
【００５８】
［引張り強度試験］
引張り強度試験では、実施例１のセラミックヒーターのセラミック基体を固定し、セラミック基体の直径方向（セラミック基体の長軸に垂直な方向）へ金属リードを引っ張った。そして、金属リードを引っ張ってセラミックヒーターが破壊された時に金属リードに作用していた力（引張り強度）を測定した。また、セラミックヒーターにおいて破壊された部分を調べた。試験結果を表１に示す。実施例１では、引っ張り強度が１１５Ｎのとき、金属リードが切断されたが、電極パッドはセラミック基体から剥離しなかった。
【００５９】
（実施例２〜４、比較例１，２）
セラミックス率を表１に示す値に調整したこと以外は、実施例１と同様の方法で、実施例２〜４、比較例１，２の各セラミックヒーターを製造した。実施例１と同様の方法で、実施例２〜４、比較例１，２でも下地Ｎｉめっきの外観検査を行った。外観検査の結果を表１に示す。実施例１と同様の方法で、実施例２〜４、比較例１，２に対して引張り強度試験を実施した。試験結果を表１に示す。
【００６０】
【表１】
2011192473.tif 000003
【００６１】
表１に示すように、実施例１〜４及び比較例１では、下地Ｎｉめっきの外観に異常はなく、電極パッドと下地Ｎｉめっきとの密着性に問題がないことが確認された。比較例２では、電極パッドに含まれるセラミックスが多過ぎたため、下地Ｎｉめっきが膨れてしまった。つまり、比較例２では、電極パッドと下地Ｎｉめっきとの密着性が実施例より低いことが確認された。
【００６２】
実施例１〜４及び比較例２では、引張り強度試験において、金属リードが切断されたが、電極パッドがセラミック基体から剥離しないことが確認された。セラミック率がゼロであった比較例１では、引張り強度試験において、電極パッドの一部がセラミック基体から剥離した。
【００６３】
（実施例５，６、比較例３，４）
電極パッドの前駆体及び電極パッドの厚みを表２に示す値に調整したこと以外は実施例２と同様の方法で、実施例５，６及び比較例３，４の各セラミックヒーターを製造した。実施例１と同様の方法で、実施例５，６及び比較例３，４に対して引張り強度試験を実施した。試験結果を表２に示す。
【００６４】
【表２】
2011192473.tif 000004
【００６５】
電極パッドの厚さが１５μｍ以上である実施例５，６では、引張り強度試験において、金属リードが切断されたが、電極パッドがセラミック基体から剥離しないことが確認された。電極パッドの厚さが１５μｍ未満である比較例３，４では、引張り強度試験において、電極パッドの一部がセラミック基体から剥離した。
【００６６】
（実施例７〜９）
電極パッドが含有するセラミックスの組成を表３に示す値に調整したこと以外は実施例２と同様の方法で、実施例７〜９の各セラミックヒーターを製造した。実施例１と同様の方法で、実施例７〜９に対して引張り強度試験を実施した。試験結果を表３に示す。
【００６７】
【表３】
2011192473.tif 000005
【００６８】
実施例７〜９では、引張り強度試験において、金属リードが切断されたが、電極パッドはセラミック基体から剥離しないことが確認された。
【００６９】
（実施例１０〜１２、比較例５〜７）
セラミック基体の組成を表４に示す組成としたこと以外は、実施例１と同様の方法で、実施例１０〜１２及び比較例５〜７の各セラミックヒーターを製造した。
【００７０】
【表４】
2011192473.tif 000006
【００７１】
［連続通電試験］
発熱部の表面温度が１１００℃となるように、実施例１０〜１２及び比較例５〜７の各セラミックヒーターを通電加熱し、連続通電試験を行った。通電加熱前（初期）の室温抵抗、１０００時間通電加熱後の室温抵抗、抵抗変化率、及び３０００時間通電加熱後の断線の有無をそれぞれ表５に示す。
【００７２】
［断続通電試験］
発熱部の表面温度が１１００℃となるように、実施例１０〜１２及び比較例５〜７の各セラミックヒーターを通電加熱し、５分間保持後、通電を遮断し、室温で２分間放置することを１サイクルとして、断続通電試験を行った。５０００サイクル後の室温抵抗、抵抗変化率、及び２００００サイクル後の断線の有無をそれぞれ表５に示す。
【００７３】
【表５】
2011192473.tif 000007
【００７４】
表５に示すように、実施例１０〜１２のセラミックヒーターによれば、１０００時間の通電試験を行った場合であっても、抵抗変化率が５％以下に抑えられ、３０００時間の通電試験を行った場合であっても断線が起こらないことが確認された。さらに、実施例１０〜１２のセラミックヒーターによれば、５０００サイクルの断続通電試験を行った場合であっても抵抗変化率が８％以下に抑えられ、２００００サイクルの断続通電試験を行った場合であっても断線が起こらないことが確認された。つまり、実施例１０〜１２では、抵抗発熱材の劣化が防止されていることが確認された。また、上述した実施例１〜９に対して、実施例１０〜１２と同様に、連続通電試験及び断続通電試験を実施した。その結果、実施例１〜９でも、実施例１０〜１２と同様に抵抗発熱材の劣化が防止されていることが確認された。一方、比較例５〜７では、抵抗発熱材が劣化していることが確認された。
【００７５】
実施例１０〜１２のセラミックヒーターに対して、実施例１と同様の方法で、下地Ｎｉめっきの外観検査及び引張り強度試験を実施した。その結果、実施例１０〜１２では、下地Ｎｉめっきの外観に異常はなく、電極パッドがセラミック基体から剥離しなかった。
【符号の説明】
【００７６】
１１・・・セラミック基体、１４・・・発熱部、１５・・・引き出し部、１２・・・セラミックシート、１３・・・セラミック軸、１５・・・引き出し部、１６・・・電極部、１７・・・金属リード、１８・・・電極パッド（メタライズ）、１９，２１・・・めっき、２０・・・ロウ材、２２・・・スルーホール。
【図１】
2011192473.tif 000008
【図２】
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【図３】
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