(57)【要約】【課題】  離形フィルムを用いることなく、簡便な工程によってセラミックヒーターを製造することのできるセラミックヒーターの製造方法を提供する。【解決手段】  円柱形状又は円筒形状の芯材の側面上に、スクリーン印刷用の配線パターンが描画された平板状のマスクを載置し、上記芯材を円柱形状又は円筒形状の長手方向の軸を回転軸として回転させ、上記マスクを上記芯材の回転速度及び回転方向に同期させて移動させ、スキージを用いて上記芯材の側面に導体ペーストをスクリーン印刷して、ヒーター部及び給電部となる配線パターンを印刷する配線パターン印刷工程と、上記導体ペーストを乾燥する乾燥工程と、上記ヒーター部が絶縁層に覆われ、上記給電部の一部が絶縁層から露出するように、上記芯材上に絶縁層となる絶縁材料層を形成する絶縁材料層形成工程とを含むことを特徴とするセラミックヒーターの製造方法。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
円柱形状又は円筒形状の芯材の側面上に、スクリーン印刷用の配線パターンが描画された平板状のマスクを載置し、
前記芯材を円柱形状又は円筒形状の長手方向の軸を回転軸として回転させ、前記マスクを前記芯材の回転速度及び回転方向に同期させて移動させ、スキージを用いて前記芯材の側面に導体ペーストをスクリーン印刷して、ヒーター部及び給電部となる配線パターンを印刷する配線パターン印刷工程と、
前記導体ペーストを乾燥する乾燥工程と、
前記ヒーター部が絶縁層に覆われ、前記給電部の一部が絶縁層から露出するように、前記芯材上に絶縁層となる絶縁材料層を形成する絶縁材料層形成工程とを含むことを特徴とするセラミックヒーターの製造方法。
【請求項２】
前記スキージは、前記マスクに対して上下に動くことができ、前記マスクが前記芯材と接する位置又は前記マスクと前記芯材と間の距離が最も近くなる位置において、前記マスクに対して最も上側に位置するようにセットされている請求項１に記載のセラミックヒーターの製造方法。
【請求項３】
前記配線パターン印刷工程において、ヒーター部となる配線パターンの印刷をヒーター部用印刷マスクを用いて行い、給電部となる配線パターンの印刷を給電部用印刷マスクを用いて行う請求項１又は２に記載のセラミックヒーターの製造方法。
【請求項４】
前記絶縁材料層形成工程において、印刷により平板上に前記絶縁層となる前記絶縁材料層を形成した後、前記芯材の側面に前記絶縁材料層を形成する請求項１〜３のいずれかに記載のセラミックヒーターの製造方法。
【請求項５】
前記絶縁材料層形成工程において、前記芯材の側面に前記絶縁層となるセラミック粉末を含むペースト状原料組成物を塗布することにより前記絶縁材料層を形成する請求項１〜３のいずれかに記載のセラミックヒーターの製造方法。
【請求項６】
さらに、前記絶縁材料層形成工程の後、脱脂工程及び焼成工程を行い、
前記ヒーター部及び前記給電部を形成するとともに、前記絶縁層を形成する請求項１〜５のいずれかに記載のセラミックヒーターの製造方法。
【請求項７】
露出した給電部の表面に不動態層を形成する不動態層形成工程をさらに行う請求項６に記載の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の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
芯材とこの芯材を被覆する絶縁性シートとの間に、高融点金属からなる抵抗発熱体が埋設されたセラミックヒーターは、自動車用の酸素センサーやグローシステム等における発熱源として、また、半導体加熱用ヒーター及び石油ファンヒーター等の石油気化器用熱源等として、広範囲に使用されている。
【０００３】
特許文献１には、このような用途に使用されるセラミックヒーターの製造方法が記載されており、具体的には、離型フィルム上に接着用グリーンシートをスクリーン印刷により形成し、その上に導体ペーストをスクリーン印刷により形成し、さらに絶縁性グリーンシートをスクリーン印刷により形成した後、離型フィルムを剥がして積層体を作製し、この積層体を芯材に巻き付けてセラミックヒーターを製造する方法が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−７５５９６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
製造するセラミックヒーターの構造は、配線の大部分が絶縁材料中に埋設され、給電部となる部分のみが露出した構造である。このような構造を達成するため、特許文献１では、給電部となる部分に対応する位置に接着用グリーンシートを形成して段差を設け、離型フィルム及び接着用グリーンシートの上に導体ペーストを印刷することにより配線を形成して、接着用グリーンシート上に形成した配線の上には絶縁性グリーンシートを形成しないようにしている。
【０００６】
このような工程であると、導体ペーストの印刷時に、離型フィルムと接着用グリーンシートの境界に存在する段差により導体ペーストがその境界で流れたり、切れたりすることがある。その結果、導体ペーストの厚さ、寸法、断面形状の制御が難しくなって、セラミックヒーターの特性が不安定になることがあった。
【０００７】
また、上記工程であると接着用グリーンシートの印刷、導体ペーストの印刷、絶縁性グリーンシートの印刷という少なくとも３回の印刷工程が必要となり、印刷工程が多いためその工程数を削減し、工程を簡素化することが求められていた。
また、離型フィルムは使い捨てとなり、廃棄物が増えるという問題があるため、離型フィルムを使用しない方法が求められていた。
【０００８】
本発明は、離形フィルムを用いることなく、簡便な工程によってセラミックヒーターを製造することのできる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】
上記目的を達成するための、本発明のセラミックヒーターの製造方法は、円柱形状又は円筒形状の芯材の側面上に、スクリーン印刷用の配線パターンが描画された平板状のマスクを載置し、
上記芯材を円柱形状又は円筒形状の長手方向の軸を回転軸として回転させ、上記マスクを上記芯材の回転速度及び回転方向に同期させて移動させ、スキージを用いて上記芯材の側面に導体ペーストをスクリーン印刷して、ヒーター部及び給電部となる配線パターンを印刷する配線パターン印刷工程と、上記導体ペーストを乾燥する乾燥工程と、上記ヒーター部が絶縁層に覆われ、上記給電部の一部が絶縁層から露出するように、上記芯材上に絶縁層となる絶縁材料層を形成する絶縁材料層形成工程とを含むことを特徴とする。
【００１０】
本発明のセラミックヒーターの製造方法では、その行程中で離型フィルムを用いないため廃棄物が増えることが無い。また、印刷工程は芯材の側面に導体ペーストを直接印刷する工程のみであるため、工程を簡素化することができる。また、導体ペーストを芯材の側面に直接印刷するため、配線と芯材の密着力が向上するという効果も得られる。
また、導体ペーストを印刷する対象物である芯材には段差がないため導体ペーストの厚さ、寸法、断面形状の制御が容易となり、配線の厚さの均一性を向上させることができる。
【００１１】
本発明のセラミックヒーターの製造方法では、上記スキージは、上記マスクに対して上下に動くことができ、上記マスクが上記芯材と接する位置又は上記マスクと上記芯材と間の距離が最も近くなる位置において、上記マスクに対して最も上側に位置するようにセットされていることが望ましい。
このようにすると、スクリーン印刷の間においてスキージからマスクに伝わる圧力の変動が小さくなるので、配線の厚さの均一性をより向上させることができる。
【００１２】
本発明のセラミックヒーターの製造方法では、上記配線パターン印刷工程において、ヒーター部となる配線パターンの印刷をヒーター部用印刷マスクを用いて行い、給電部となる配線パターンの印刷を給電部用印刷マスクを用いて行うことが望ましい。
それぞれのマスクを用いることで、ヒーター部と給電部となる配線パターンで異なる組成の導電性ペーストなどを用いて、組成の異なる配線を形成することができる。
【００１３】
本発明のセラミックヒーターの製造方法では、上記絶縁材料層形成工程において、印刷により平板上に上記絶縁層となる上記絶縁材料層を形成した後、上記芯材の側面に上記絶縁材料層を形成することが望ましい。
上記方法によれば、簡単に絶縁材料層を芯材の側面に巻き付けて、形成することができる。
【００１４】
本発明のセラミックヒーターの製造方法では、上記絶縁材料層形成工程において、上記芯材の側面に上記絶縁層となるセラミック粉末を含むペースト状原料組成物を塗布することにより上記絶縁材料層を形成することが望ましい。
上記塗布法を採用すれば、より簡単に芯材の側面に絶縁材料層を形成することができる。塗布法としては、ディッピング法、スプレー法等を採用することができる。
【００１５】
本発明のセラミックヒーターの製造方法では、さらに、上記絶縁材料層形成工程の後、脱脂工程及び焼成工程を行い、上記ヒーター部及び上記給電部を形成するとともに、上記絶縁層を形成することが望ましい。
芯材がセラミック製である場合、焼成することにより、印刷された配線パターン及び絶縁材料層を、ヒーター部、給電部及び絶縁層とすることができる。
芯材が絶縁材料層を形成するための材料と同じ材料を用いて形成した焼成前の成形体である場合、焼成によりセラミック製の芯材となる。
【００１６】
本発明のセラミックヒーターの製造方法では、上記脱脂工程及び焼成工程を行うことにより、良好な特性を有するセラミックヒーターを製造することができる。
【００１７】
本発明のセラミックヒーターの製造方法では、露出した給電部の表面に不動態層を形成する不動態層形成工程をさらに行うことが望ましい。
不動態層を形成することによって、露出した給電部の腐食が防止され、長期間の使用に適したセラミックヒーターとすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】図１（ａ）は、本発明のセラミックヒーターの製造方法により得られるセラミックヒーターを模式的に示した斜視図であり、図１（ｂ）は、図１（ａ）に示した上記セラミックヒーターのＡ−Ａ線断面図である。
【図２】図２は、本発明のセラミックヒーターの製造方法により得られるセラミックヒーターの別の一例を模式的に示す斜視図である。
【図３】図３（ａ）は、配線パターン印刷工程の様子を模式的に示す上面図であり、図３（ｂ）〜（ｄ）は配線パターン印刷工程を模式的に示すＢ−Ｂ線断面図である。
【図４】図４（ａ）は、ヒーター部用印刷マスクの一例を模式的に示す上面図であり、図４（ｂ）は給電部用印刷マスクの一例を模式的に示す上面図である。
【図５】図５は、乾燥工程を経て側面に配線パターンが印刷された芯材を模式的に示す斜視図である。
【図６】図６（ａ）は、転写用部材の表面に形成された絶縁材料層を芯材に巻き付ける巻き付け法を模式的に示す側面図であり、図６（ｂ）は、上記方法を模式的に示す平面図である。
【図７】図７（ａ）は、比較例１に係るセラミックヒーターの一製造工程を示す側面図であり、図７（ｂ）は、比較例１に係るセラミックヒーターの一製造工程を示す正面図である。
【図８】図８（ａ）は、比較例１に係るセラミックヒーターの一製造工程を示す側面図であり、図８（ｂ）は、比較例１に係るセラミックヒーターの一製造工程を示す正面図である。
【図９】図９（ａ）は、比較例１に係るセラミックヒーターの一製造工程を示す側面図であり、図９（ｂ）は、比較例１に係るセラミックヒーターの一製造工程を示す正面図である。
【図１０】図１０（ａ）は、比較例１に係るセラミックヒーターの一製造工程を示す側面図であり、図１０（ｂ）は、比較例１に係るセラミックヒーターの一製造工程を示す正面図である。
【００１９】
（発明の詳細な説明）
まず、最初に本発明のセラミックヒーターの製造方法により得られるセラミックヒーターについて説明する。
本発明のセラミックヒーターの製造方法により得られるセラミックヒーターは、芯材と、該芯材の側面に形成された絶縁層と、上記芯材と上記絶縁層との間に介在された所定パターンのヒーター部及び給電部とからなる。
【００２０】
図１（ａ）は、本発明のセラミックヒーターの製造方法により得られるセラミックヒーターを模式的に示した斜視図であり、図１（ｂ）は、図１（ａ）に示した上記セラミックヒーターのＡ−Ａ線断面図である。
【００２１】
図１（ａ）及び図１（ｂ）に示したように、本発明のセラミックヒーターの製造方法により得られるセラミックヒーター１０においては、円筒形状の芯材１１の側面にヒーター部１３及び給電部１４が設けられ、ヒーター部１３の全部及び給電部１４の一部以外の部分を覆うように絶縁層１２が形成されている。すなわち、ヒーター部１３及び給電部１４は、給電部１４の一部を残して芯材１１と絶縁層１２との間に介在されている。また、芯材１１は、中心部分に開口１９が形成されている。
【００２２】
給電部１４は、図１（ａ）において一番右側の部分が外部に露出した給電部１４の一部である接続端子部１５を有しており、この露出した接続端子部１５を電源に接続することにより、ヒーター部１３が発熱し、ヒーターとして機能する。図２は、本発明のセラミックヒーターの製造方法により得られるセラミックヒーターの別の一例を模式的に示す斜視図であるが、図２に示すように、露出した接続端子部１５にろう材を介してリード端子１６を接続、固定してもよい。
【００２３】
絶縁層は、焼成後の厚さが１００〜５００μｍとなる厚さであり、絶縁層の組成は特に限定されないが、Ａｌ２Ｏ３を８８〜９５重量％、焼結助剤として、ＳｉＯ２を３〜１０重量％、ＭｇＯを０．４〜１．０重量％、ＣａＯを１．０〜２．５重量％を含有するアルミナセラミックからなることが好ましい。
【００２４】
絶縁層中に焼結助剤として、上記ＳｉＯ２等が含有されているのは、アルミナセラミックの焼結温度をあまり上げずに緻密な焼結体を形成するために、上記した量のＳｉＯ２、ＭｇＯ等の焼結助剤が必要となるからである。
【００２５】
芯材を構成する材料は、酸化物セラミック、窒化物セラミック、炭化物セラミック等が挙げられる。
窒化物セラミックとしては、例えば、窒化アルミニウム、窒化ケイ素、窒化ホウ素、窒化チタン等が挙げられ、炭化物セラミックとしては、例えば、炭化珪素、炭化ジルコニウム、炭化チタン、炭化タンタル、炭化タングステン等が挙げられ、酸化物セラミックとしては、例えば、アルミナ、ジルコニア、コージェライト、ムライト等が挙げられる。これらの中では、絶縁層と同じ材料であるアルミナを含むセラミックが好ましい。熱膨張率が同じであるので、温度が変化してもクラック等が発生しにくい。図１では、芯材１１の形状は、中心部分に開口１９が形成された円筒形状であるが、芯材１１の形状は、円柱形状、円筒形状のいずれでもよく、芯材の直径は２．５〜４．０ｍｍであることが好ましい。
また、円筒形状の中心に形成される開口１９は、直径０．５〜１．５ｍｍの間であることが好ましい。
【００２６】
ヒーター部の抵抗発熱体を構成する高融点金属としては、例えば、Ｗ、Ｍｏ、Ｔａ、Ｎｂ、Ｔｉ、Ｒｅ、Ｎｉ、Ｃｒ等が挙げられる。これらは、単独で用いてもよく、２種以上を併用してもよい。これらのなかでは、Ｗ、Ｒｅが好ましい。さらに、上記以外の成分として、Ａｌ２Ｏ３等のセラミックが少量含まれていてもよい。
【００２７】
給電部を構成する部材もヒーター部を構成する部材と同じ組成となっており、給電部では、線幅を広げるか、複数本の線を並列で接続することにより、抵抗を低くしているため、発熱量は低い。
なお、ヒーター部となる配線パターンと給電部となる配線パターンで異なる組成の導電性ペーストなどを用いることによって、給電部を構成する部材とヒーター部を構成する部材の組成が異なるようにしてもよい。
【００２８】
次に、本発明のセラミックヒーターの製造方法について説明する。
本発明のセラミックヒーターの製造方法は、円柱形状又は円筒形状の芯材の側面上に、スクリーン印刷用の配線パターンが描画された平板状のマスクを載置し、上記芯材を円柱形状又は円筒形状の長手方向の軸を回転軸として回転させ、上記マスクを上記芯材の回転速度及び回転方向に同期させて移動させ、スキージを用いて上記芯材の側面に導体ペーストをスクリーン印刷して、ヒーター部及び給電部となる配線パターンを印刷する配線パターン印刷工程と、上記導体ペーストを乾燥する乾燥工程と、上記ヒーター部が絶縁層に覆われ、上記給電部の一部が絶縁層から露出するように、上記芯材上に絶縁層となる絶縁材料層を形成する絶縁材料層形成工程とを含むことを特徴とする。
【００２９】
本発明のセラミックヒーターの製造方法の一例としては、下記する（１）配線パターン印刷工程と（２）乾燥工程と（３）絶縁材料層形成工程と（４）脱脂工程及び焼成工程と（５）不動態層形成工程とを行う方法が挙げられる。以下に各工程を詳述する。
【００３０】
（１）配線パターン印刷工程
図３（ａ）は、配線パターン印刷工程の様子を模式的に示す上面図であり、図３（ｂ）〜（ｄ）は上記配線パターン印刷工程を模式的に示すＢ−Ｂ線断面図である。
本発明のセラミックヒーターの製造方法では、配線パターン印刷工程として、芯材の側面に導体ペーストをスクリーン印刷して、ヒーター部となる配線パターン及び給電部となる配線パターンを印刷する。
【００３１】
この配線パターン印刷工程では、スクリーンメッシュを備えたマスクであって、所定の配線パターン状の孔が形成されたものを用いる。
図３（ａ）には、スクリーン印刷用の配線パターンが描画された平板上のマスクが示されている。
マスク３０には、導体ペーストが通過しない部分であるマスク部３１と、導体ペーストが通過する部分であり、配線パターン状の孔が形成された配線パターン部３２が設けられている。
配線パターン部３２は、ヒーター部となる配線パターンが描画されたヒーター部パターン３３及び給電部となる配線パターンが描画された給電部パターン３４からなる。
【００３２】
配線パターン印刷工程では、円筒形状の芯材の側面１７上に、マスク３０を載置する。
芯材１１は、芯材１１の長手方向（図３（ａ）中、両矢印ａで示す方向）と、配線パターン部３２の長手方向（図３（ａ）中、両矢印ｂで示す方向）が同じ向きになるように配置する。
配線パターン部３２の長手方向は、ヒーター部パターン３３から給電部パターン３４に向かう方向（及びその反対方向）である。
図３（ａ）には、マスクの一部を透過させて図示することによって、マスク３０の下に配置された芯材１１を点線で示している。また、芯材１１の長手方向の端部１８ａ、１８ｂを示している。
【００３３】
図３（ｂ）には配線パターン印刷工程の初期配置を示している。
マスク３０の上に導体ペースト３５を塗布し、導体ペースト３５の脇にスキージ３６をセットする。
芯材１１は、その端部１８ａ、１８ｂにおいて、芯材１１を軸支し、回転させることが可能な軸支部材（図示せず）を当接させて軸支しておく。軸支部材は、芯材１１をその長手方向の軸を回転軸として回転させることのできる治具であり、その機能を発揮することができる治具であればその軸支形式、回転形式は特に限定されない。
また、芯材１１は、絶縁材料層を形成するための材料と同じ材料を用いて形成した焼成前の成形体であってもよい。この場合には、押出成形等により円筒状の成形体を作製した後、乾燥させることにより、軸支可能な硬さを有するものとし、これを用いる。
また、芯材１１は、絶縁材料層を形成するための材料と同じ材料を用いて製造したセラミック製のものであってもよい。
【００３４】
続いて、芯材を長手方向の軸を回転軸として回転させる。
図３（ｃ）及び図３（ｄ）には配線パターン印刷工程を模式的に示しており、図３（ｃ）及び図３（ｄ）では芯材１１を反時計回りに回転させている。
この芯材の回転速度及び回転方向に同期させて、マスク３０を移動させる。図３（ｃ）及び図３（ｄ）におけるマスク３０の移動方向は左向きである。
マスク３０の移動は、芯材１１が１回転する際のマスク３０の移動距離が芯材１１の円周の長さと同じになるように移動速度を同期して行う。
芯材１１が１回転する際のマスク３０の移動距離は、マスク３０に描画された配線パターン部３２の幅（図３（ａ）に両矢印ｃで示す幅）より大きくなるように定めることが望ましく、このように定めることで配線パターンが芯材の側面で重なることなく印刷される。
スキージ３６はマスク３０の上部で固定しておいて、導体ペースト３５を配線パターン部３２に充填していく。
図３（ｂ）〜（ｄ）に示す配線パターン部３２は給電部パターン３４である。
【００３５】
本明細書において、「マスクを芯材の回転速度及び回転方向に同期させて移動させる」際の回転方向とは、マスクが芯材と接する位置又はマスクと芯材と間の距離が最も近くなる位置における芯材の回転ベクトルの向きであり、平板状のマスクが有する平面と平行な方向である。また、その回転速度は、上記位置における芯材の回転ベクトルの大きさで表される速度である。
図３（ｃ）には、マスクと芯材と間の距離が最も近くなる位置（マスクが芯材と接する位置）における芯材の回転ベクトルを矢印Ｖ１で表しており、この回転ベクトルの向き及び大きさは、図３（ｃ）に矢印Ｖ２で示すマスクの移動ベクトルの向き及び大きさと同じである。
【００３６】
配線パターン印刷工程において、スキージは、固定されていることが望ましいが、スキージをマスクの移動方向と反対に移動させてもよい。
また、マスクの移動とは、マスクの位置が芯材の位置に対して変化していくことを意味しており、芯材に対するマスクの相対的な位置の変化を意味する。すなわち、「マスクが移動する」という概念の中には、芯材が移動していてマスクが移動していない場合も含まれる。芯材が移動してマスクが移動しない場合は、スキージが芯材と同じ向きに移動することが望ましい。
マスクの移動速度は、０．５〜２００ｍｍ／秒であることが望ましい。上記移動速度は、芯材に対するマスクの相対移動速度である。
マスク、芯材、スキージの移動する関係の好ましい形態としては、マスクのみが移動し、芯材及びスキージが移動しない形態が挙げられる。また、芯材、スキージが移動し、マスクが移動しない形態が挙げられる。
【００３７】
スキージは、マスクに対して上下に動くことができ、マスクが芯材と接する位置又はマスクと上記芯材と間の距離が最も近くなる位置において、マスクに対して最も上側に位置するようにセットされていることが望ましい。
このようにすると、スクリーン印刷の間においてスキージからマスクに伝わる圧力の変動が小さくなるので、配線の厚さの均一性をより向上させることができる。
【００３８】
この動作により配線パターン部３２に充填された導体ペースト３５が芯材の側面１７に印刷される。芯材１１は回転しているので、印刷された導体ペースト３５は印刷後すぐにマスク３０から離れていく。印刷された導体ペーストはヒーター部となる配線パターン及び給電部となる配線パターンになる。
図３（ｃ）及び図３（ｄ）には、芯材の側面１７に印刷された、給電部となる配線パターン２４を示している。
【００３９】
導体ペーストは、上記したように、Ｗ、Ｍｏ、Ｔａ、Ｎｂ、Ｔｉ、Ｒｅ、Ｎｉ及びＣｒの高融点金属からなる群から選ばれた少なくとも１種と、Ａｌ２Ｏ３等のセラミック成分とバインダー樹脂と溶剤とを含んでいることが望ましい。バインダー樹脂としては、アクリル樹脂、エポキシ樹脂等が挙げられ、溶剤としては、アセトン、エタノール等が挙げられる。
導体ペーストに含まれるＷの平均粒径は、０．５〜１０μｍが好ましく、導体ペーストの粘度は、１０〜２００Ｐａ・ｓが望ましい。印刷した導体ペースト層の厚さは、１０〜５０μｍが好ましい。
【００４０】
図４（ａ）は、ヒーター部用印刷マスクの一例を模式的に示す上面図であり、図４（ｂ）は給電部用印刷マスクの一例を模式的に示す上面図である。
配線パターン印刷工程においては、図４（ａ）及び図４（ｂ）に示すようなヒーター部用印刷マスク５０と給電部用印刷マスク６０を用意し、それぞれのマスクを用いてヒーター部となる配線パターンの印刷と給電部となる配線パターンの印刷を行ってもよい。
ヒーター部用印刷マスク５０にはヒーター部パターン３３のみが描画されており、給電部用印刷マスク６０には給電部パターン３４のみが描画されている。
それぞれのマスクを用いることで、ヒーター部と給電部となる配線パターンで異なる組成の導電性ペーストなどを用いて、組成の異なる配線層を形成することができる。
【００４１】
（２）乾燥工程
この乾燥工程では、芯材の側面に印刷された導体ペーストを乾燥させる。
乾燥条件は、乾燥温度４０〜１８０℃、乾燥時間１〜３０分が好ましく、乾燥温度６０〜１００℃、乾燥時間１〜５分がより好ましい。
【００４２】
図５は、乾燥工程を経て側面に配線パターンが印刷された芯材を模式的に示す斜視図である。
芯材１１には、スクリーン印刷によりヒーター部となる配線パターン２３及び給電部となる配線パターン２４（以下、配線パターン２３、２４ともいう）が印刷されている。
上記乾燥工程により、配線パターン２３、２４が芯材１１の表面に密着され、芯材１１の表面から剥れることはない。
【００４３】
（３）絶縁材料層形成工程
この絶縁材料層形成工程では、ヒーター部となる部分が絶縁層内に埋め込まれ、給電部となる部分の一部が絶縁層から露出するように、芯材の側面に絶縁層となる絶縁材料層を形成する。
絶縁材料層を形成する方法としては、特に限定されるものではないが、例えば、印刷により平板上に上記絶縁層となる絶縁材料層を形成した後、上記芯材の側面に上記絶縁材料層を巻き付け、芯材の周囲に上記絶縁材料層を形成する方法（以下、巻き付け法ともいう）を採用することができる。
【００４４】
図６（ａ）は、転写用部材の表面に形成された絶縁材料層を芯材に巻き付ける巻き付け法を模式的に示す側面図であり、図６（ｂ）は、上記方法を模式的に示す平面図である。
【００４５】
図６（ａ）及び図６（ｂ）に示すように、上記巻き付け法を採用した場合には、転写用部材２１の表面に絶縁材料層２５を形成し、形成した絶縁材料層２５の上に芯材１１を転動させることにより、絶縁材料層２５を芯材１１に巻き付け、芯材の周囲に上記絶縁材料層を形成する。
具体的には、芯材１１の両端面に、芯材１１を軸支し、回転させることが可能な軸支部材（図示せず）を当接させて軸支し、転写用部材２１の表面に芯材１１の側面を接触させた後、転写用部材２１の表面に芯材１１を転動させる。
絶縁材料層２５を転写用部材２１の表面に形成する際には、スクリーン印刷法を用いることができ、具体的には、メッシュを有し、絶縁材料層２５の形に孔が形成されたマスクを用い、ベタのパターンである絶縁材料層２５を形成する。
転写用部材２１は、適当な濡れ性を有するとともに、弾性を有するものが好ましく、その材料としては、ゴム等のエラストマーが好ましく、さらにはシリコンゴムが好ましい。
【００４６】
印刷用の原料組成物としては、Ａｌ２Ｏ３粒子を８８〜９５重量％、焼結助剤として、ＳｉＯ２粒子を３〜１０重量％、ＭｇＯ粒子を０．４〜１．０重量％、ＣａＯ粒子を１．０〜２．５重量％を含有し、さらにバインダー樹脂と溶剤とを含有するペースト状のものを用いることができる。バインダー樹脂と溶剤とは、導体ペーストを調製する際に用いたものを用いることができる。絶縁材料層２５の厚さは、焼成後に１００〜５００μｍとなる厚さが好ましい。
絶縁材料層２５が芯材１１に良好に密着されるよう、転写用部材２１の表面に絶縁材料層２５を形成した後、溶剤が飛散する前に巻き付けることが好ましい。
【００４７】
この際、図６（ａ）及び図６（ｂ）に示したように、給電部となる配線パターン２４の一部が外部に露出するように絶縁材料層２５を巻き付け、芯材の周囲に上記絶縁材料層を形成する。この際、軸支部材で芯材１１の両端面を軸支し、絶縁材料層２５の表面を転動させることにより絶縁材料層２５を芯材１１の側面に巻き付け、芯材の周囲に上記絶縁材料層を形成する方法を用いることができる。
【００４８】
大面積の絶縁材料層を形成し、所定の形状にカットした後、表面に接着剤等を塗布し、芯材１１の側面に巻き付け、芯材の周囲に上記絶縁材料層を形成してもよい。この後、必要により絶縁材料層を乾燥させる。
【００４９】
（４）脱脂工程及び焼成工程
この後、配線パターン２３、２４及び巻き付けられた絶縁材料層２５の脱脂、焼成を行う。脱脂、焼成により、ヒーター部となる配線パターン２３がヒーター部１３となり、給電部となる配線パターン２４が給電部１４となる。
また、絶縁材料層２５が絶縁層１２となる。
芯材１１がセラミック製である場合には、上記脱脂、焼成による変化はないが、芯材が絶縁材料層を形成するための材料と同じ材料を用いて形成した焼成前の成形体である場合、上記脱脂、焼成によりセラミック製の芯材となる。
脱脂条件としては、２００〜８００℃、１〜１５時間が挙げられ、焼成条件としては、１０００〜１６００℃、１〜４０時間が挙げられる。上記脱脂工程は、酸素含有雰囲気で行うことが好ましく、上記焼成工程は、不活性雰囲気で行うことが好ましい。
上記工程により、ヒーター部が絶縁層内に埋め込まれ、給電部の一部が絶縁層から露出するように、芯材上に絶縁層が形成されて、ヒーターとして機能するセラミックヒーターを製造することができる。
【００５０】
（５）不動態層形成工程
絶縁層から露出した給電部に、給電部を構成する電極の劣化を防止するために、めっき法等の方法を用い、Ｎｉ、Ｃｒ、Ａｕ、Ａｇ、Ｐｄ等からなる不動態層を形成し、図１又は図２に示すセラミックヒーターの製造を終了する。
【００５１】
製造されたセラミックヒーターは、通電することにより、ヒーター部を構成する抵抗発熱体が発熱し、目的の温度になるように対象となる部材を加熱することができる。
【００５２】
上記の場合には、巻き付け法を採用したが、芯材の側面に上記絶縁層となるセラミック粉末を含むペースト状原料組成物を塗布することによって、芯材の側面に絶縁材料層を形成する方法（以下、塗布法という）を採用してもよい。
【００５３】
塗布法を採用した場合には、スクリーン印刷により絶縁材料層を形成する場合よりも粘度の低いペースト状原料組成物を用い、スプレー用ノズルから上記ペースト状原料組成物を芯材の側面に向けて噴射させ、絶縁材料層を形成する。この際、芯材は所定の速度で回転させるとともに、上下に移動させることにより均一な厚さの絶縁材料層を形成することができる。絶縁材料層の厚さは、焼成後の厚みが１００〜５００μｍとなる厚さが好ましい。
ディッピング法を採用した場合には、配線パターンが印刷された芯材をペースト状原料組成物に浸漬することにより、絶縁材料層を形成する。
【００５４】
その後、絶縁材料層を巻き付ける場合と同様に、必要により絶縁材料層を乾燥させ、その後、脱脂工程、焼成工程及び不動態層形成工程を行うことによりセラミックヒーターを製造することができる。
【００５５】
（実施例）
以下に実施例を掲げて本発明を更に詳しく説明するが、本発明はこれら実施例のみに限定されるものではない。
【００５６】
（実施例１）
（１）配線パターン印刷工程
導体ペーストとしてＷを７８重量部、Ｒｅを１９重量部、Ａｌ２Ｏ３を３重量部、これら導電体成分１００重量部に対して、バインダー樹脂としてアクリル樹脂を６重量部、溶剤としてアセトンを７重量部含有するものを用いた。
芯材として、直径が３．２ｍｍ、長さが９０ｍｍで、中心に直径が１．０ｍｍの開口を有する円筒形状のものを用いた。この芯材１１は、Ａｌ２Ｏ３を９２．５重量％、ＳｉＯ２を５．８重量％、ＭｇＯを０．５重量％、ＣａＯを１．２重量％含有するセラミックからなるものを用いた。
図３（ａ）に示すマスク３０を用い、図３（ｂ）〜（ｄ）に示すように、芯材を円筒の長手方向の軸を回転軸として回転させ、マスクを芯材の回転速度及び回転方向に同期させて移動させ、スキージを用いて芯材の側面に導体ペーストをスクリーン印刷して、ヒーター部となる配線パターン２３及び給電部となる配線パターン２４を印刷した。印刷された導体ペースト層の厚さは、２５μｍで、良好に配線パターンが形成されていた。
【００５７】
（２）乾燥工程
配線パターンが印刷された芯材を１２０℃で１０分間乾燥させた。
【００５８】
（３）絶縁材料層形成工程
セラミック粒子として、Ａｌ２Ｏ３を９２．５重量部、焼結助剤として、ＳｉＯ２を５．８重量部、ＭｇＯを０．５重量部、ＣａＯを１．２重量部含有し、さらに上記セラミック粒子１００重量部に対し、バインダー樹脂としてアクリル系樹脂を１０重量部、溶剤としてアセトンを１５重量部含有するペースト状の原料組成物を用い、図６（ｂ）に示すように、スクリーン印刷により、転写用部材２１の上の表面に焼成後の絶縁層の厚さが２５０μｍとなるように絶縁材料層２５を形成した。
【００５９】
続いて、芯材１１の両端面に軸支部材を当接させ、軸支部材及び軸支した芯材１１が自由に回転できる状態で軸支し、転写用部材２１の表面に接触させた後、軸支部材及び軸支した芯材１１を転写用部材２１の表面に平行な方向に移動させ、転写用部材２１の表面上で芯材１１を回転させて絶縁材料層２５を配線パターン２３、２４が形成された芯材１１の側面に巻き付け、形成し、１２０℃で３０分間乾燥させた。
【００６０】
（４）脱脂工程及び焼成工程
芯材１１の側面に配線パターン２３、２４及び絶縁材料層２５が形成されたものを、酸素雰囲気中、４５０℃で１時間加熱して脱脂した。その後、不活性ガス雰囲気中、１６００℃で１時間焼成し、厚さが２０μｍ、その幅が０．２５ｍｍのヒーター部１３及びその幅が３．０ｍｍの給電部１４を形成するとともに、厚さが２５０μｍの絶縁層１２を形成した。
【００６１】
（５）不動態層形成工程
この後、外部に露出した給電部を構成する接続端子部に対し、無電解Ｎｉめっき及び無電解Ｃｒめっきを施し、不動態層を形成した。
【００６２】
（実施例２）
実施例(１)の配線パターン印刷工程において、図４（ａ）及び図４（ｂ）に示すようなヒーター部用印刷マスク５０と給電部用印刷マスク６０を用意し、それぞれのマスクを用いてヒーター部となる配線パターンの印刷と給電部となる配線パターンの印刷を行った。
まず、導体ペーストとして、Ｗを９７重量部、Ａｌ２Ｏ３を３重量部、これら導電体成分１００重量部に対して、バインダー樹脂としてアクリル樹脂を６重量部、溶剤としてアセトンを７重量部含有する給電部用の導体ペーストとして準備した。
芯材として、直径が３．２ｍｍ、長さが９０ｍｍで、中心に直径が１．０ｍｍの開口を有する円筒形状のものを用いた。この芯材１１は、Ａｌ２Ｏ３を９２．５重量％、ＳｉＯ２を５．８重量％、ＭｇＯを０．５重量％、ＣａＯを１．２重量％含有するセラミックからなるものを用いた。
図３（ｂ）〜（ｄ）に示すように、芯材を円筒の長手方向の軸を回転軸として回転させ、給電部用印刷マスク６０を芯材の回転速度及び回転方向に同期させて移動させ、スキージを用いて芯材の側面に給電部用の導体ペーストをスクリーン印刷して、給電部となる配線パターン２４を印刷した。
次に、導体ペーストとして、Ｗを７８重量部、Ｒｅを１９重量部、Ａｌ２Ｏ３を３重量部、これら導電体成分１００重量部に対して、バインダー樹脂としてアクリル樹脂を６重量部、溶剤としてアセトンを７重量部含有するヒーター部用の導体ペーストとして準備した。
先に印刷した給電部となる配線パターン２４の位置に合わせてヒーター部用印刷マスク５０をセットし、ヒーター部用印刷マスク５０を芯材の回転速度及び回転方向に同期させて移動させ、スキージを用いて芯材の側面にヒーター部用の導体ペーストをスクリーン印刷して、ヒーター部となる配線パターン２３を印刷した。
印刷された導体ペースト層の厚さは、２５μｍであった。
その他の工程は実施例１と同様にして、セラミックヒーターを製造した。
【００６３】
（比較例１）
図７（ａ）〜図１０（ａ）は、比較例１に係るセラミックヒーターの一製造工程を示す側面図であり、図７（ｂ）〜図１０（ｂ）は、比較例１に係るセラミックヒーターの一製造工程を示す正面図である。
【００６４】
まず、図７（ａ）及び図７（ｂ）に示すように、離型性を有するプラスチックフィルム４１上に、スクリーン印刷により、アルミナ粉末とバインダー樹脂と溶剤とを含むペーストを用いて接着用グリーンシート層４７を形成した。接着用グリーンシート層４７の組成は、実施例１の（３）絶縁材料層形成工程で使用した原料組成物と同様であり、その厚さは、焼成後に３００μｍとなる厚さであった。
【００６５】
接着用グリーンシート層４７の乾燥後、導体ペースト印刷工程として、スクリーン印刷によりヒーター部となる導体ペースト層４３ａと給電部となる導体ペースト層４３ｂと（以下、導体ペースト層４３ａ、４３ｂともいう）をプラスチックフィルム４１上及び接着用グリーンシート層４７上に形成した。このとき、導体ペースト層４３ａ、４３ｂの印刷方向、すなわち、スキージを走らせる方向は、長手方向の導体ペースト層４３ａｘに平行な方向であった。
導体ペースト層４３ａ、４３ｂは、実施例１で使用した導体ペーストと同様のものを使用した。
【００６６】
次に、図８（ａ）及び図８（ｂ）に示したように、グリーンシート印刷工程として、上記導体ペースト印刷工程で印刷された導体ペースト層４３ａ、４３ｂを含む領域に、導体ペースト層４３ａ、４３ｂを覆うように、セラミック粉末とバインダー樹脂と溶剤とを含む絶縁層用のペーストを重ねてスクリーン印刷し、グリーンシート層４４を形成した。このとき、焼成後に外部に露出する部分の導体ペースト層４３０は、グリーンシート層４４で覆わず、露出させた。
このときに用いるグリーンシート層４４の組成も、実施例１の（３）絶縁材料層形成工程で使用した原料組成物と同様であった。また、グリーンシート層４４の厚さは、焼成後に３００μｍとなる厚さであった。
【００６７】
この後、このグリーンシート層４４の乾燥を行った。なお、これら接着用グリーンシート層４７、導体ペースト層４３ａ、４３ｂ及びグリーンシート層４４が積層されたものを積層体４０とする。
【００６８】
次に、図９（ａ）に示したように、グリーンシート層４４が下側にくるように図８（ａ）に示した積層体４０を反転させ、所定の台４５の上に載置した後、台４５に形成された貫通孔（図示せず）を介した空気の吸引力を利用して台４５に固定し、プラスチックフィルム４１を剥離した。なお、図９（ｂ）は、プラスチックフィルム４１を剥離した後の積層体４０を表している。
【００６９】
続いて、巻き付け工程として、図１０（ａ）及び図１０（ｂ）に示したように、積層体４０の上に円筒形状の芯材１１となる生成形体４６を載置し、生成形体４６の側面に積層体４０を巻き付けることにより、焼成用の原料成形体を作製した。なお、生成形体４６を構成するセラミック粒子や焼結助剤の割合は、グリーンシート層４４と同様である。
【００７０】
その後、脱脂・焼成工程として、酸素の存在下、４５０℃の温度で脱脂を行い、接着用グリーンシート層４７、生成形体４６、導体ペースト層４３ａ、４３ｂ及びグリーンシート層４４中の有機物を除去し、続いて、不活性雰囲気中、１６００℃で３時間焼成を行ってセラミック粉末や高融点金属等を焼結させた。
これにより、接続端子部を除いてヒーター部及び端子部が絶縁層に埋設された、図１に示したセラミックヒーター１０とほぼ同様の構成のセラミックヒーターを製造した。なお、比較例１のセラミックヒーターでは、接着用グリーンシート層４７を形成し、その上に接続端子部となる導体ペースト層を形成しているため、接続端子部は、絶縁層の表面とほぼ同じ高さになっている。
【００７１】
（評価）
次に、実施例１、実施例２及び比較例１で製造したセラミックヒーターを、５００℃に加熱した後、室温まで冷却する冷熱サイクルを繰り返すヒートサイクル試験を行ったところ、実施例１及び実施例２ではサイクル数５００回まで良好に加熱、冷却を繰り返すことができた。また、このヒートサイクル試験と同時に、ヒーター部の発熱状態をサーモビュアを用いて観察したが、ヒーター部の全域にわたって、略均一に発熱していた。
しかしながら、比較例１は、サイクル数３００回を超えた時点で、加熱しにくくなることが確認された。また、実施例１及び実施例２は工程が簡略化でき、作製時間が比較例１と比較し短かったことも確認された。
【符号の説明】
【００７２】
１０  セラミックヒーター
１１  芯材
１２  絶縁層
１３  ヒーター部
１４  給電部
２３、２４  配線パターン
２５  絶縁材料層
３０  マスク
３５  導体ペースト
３６  スキージ
【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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【図６】
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【図７】
2015197950.tif 000009
【図８】
2015197950.tif 000010
【図９】
2015197950.tif 000011
【図１０】
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