(57)【要約】      （修正有）【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製造方法を提供する。【解決手段】芯材１１と、芯材の側面に形成された芯材被覆層と、芯材被覆層の上に形成されたヒーター部及び給電部と、給電部の一部を除いて、ヒーター部及び給電部を被覆するように形成された絶縁層とからなるセラミックヒーターの製造方法であって、転写用部材２１の表面に、導体ペーストを用い、ヒーター部及び給電部となる配線パターン２３，２４を印刷する配線パターン印刷工程と、配線パターンが印刷された転写用部材の上に、芯材被覆層となる絶縁材料層Ａ２５と、配線パターンの存在しない領域に、絶縁層となる絶縁材料層Ｂ２６を連続して印刷する絶縁材料層印刷工程と、絶縁材料層Ａを芯材に１周巻き付け、さらに１周以上巻き付ける巻付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５
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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と、該芯材の側面に形成された芯材被覆層と、該芯材被覆層の上に形成された所定パターンのヒーター部及び給電部と、前記給電部の一部を除いて前記ヒーター部及び前記給電部を被覆するように、前記芯材被覆層並びに前記ヒーター部及び給電部の上に形成された絶縁層とからなるセラミックヒーターの製造方法であって、
弾性体からなる平板状の転写用部材の表面に、導体ペーストを用い、スクリーン印刷により前記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、
前記配線パターンが印刷された前記転写用部材の上に、芯材被覆層となる絶縁材料層Ａと、前記配線パターンの存在しない領域に、絶縁層となる絶縁材料層Ｂを連続して印刷する絶縁材料層印刷工程と、
前記配線パターンが転写された前記絶縁材料層Ａを前記芯材に１周巻き付け、さらに前記絶縁材料層Ａの上に、前記絶縁材料層Ｂをさらに１周以上巻き付ける巻付工程と
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】
さらに、前記巻付工程の後、乾燥工程、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、前記芯材被覆層と絶縁層とを形成する請求項１に記載のセラミックヒーターの製造方法。
【請求項３】
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２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】
また、上記した製造方法では、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。
【０００６】
本発明は、上記課題に鑑み、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】
【０００７】
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と、該芯材の側面に形成された芯材被覆層と、該芯材被覆層の上に形成された所定パターンのヒーター部及び給電部と、上記給電部の一部を除いて上記ヒーター部及び上記給電部を被覆するように、上記芯材被覆層並びに上記ヒーター部及び給電部の上に形成された絶縁層とからなるセラミックヒーターの製造方法であって、弾性体からなる平板状の転写用部材の表面に、導体ペーストを用い、スクリーン印刷により上記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、上記配線パターンが印刷された上記転写用部材の上に、芯材被覆層となる絶縁材料層Ａと、上記配線パターンの存在しない領域に、絶縁層となる絶縁材料層Ｂを連続して印刷する絶縁材料層印刷工程と、上記配線パターンが転写された上記絶縁材料層Ａを上記芯材に１周巻き付け、さらに上記絶縁材料層Ａの上に、上記絶縁材料層Ｂをさらに１周以上巻き付ける巻付工程とを含むことを特徴とする。
【０００８】
本発明のセラミックヒーターの製造方法では、製造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、印刷工程としては、配線パターン印刷工程、及び、絶縁材料層印刷工程のみであり、絶縁材料層上で芯材を転動させ、絶縁材料層Ａに配線パターンを転写するとともに、絶縁材料層Ａと絶縁材料層Ｂとを少なくとも二重に巻き付ける工程を採用することにより、簡単にセラミックヒーターを製造することができる。
【０００９】
本発明のセラミックヒーターの製造方法では、さらに、上記巻付工程の後、乾燥工程、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、上記芯材被覆層と上記絶縁層を形成する方法を採用する。
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、絶縁材料層Ａ及び絶縁材料層Ｂを、ヒーター部、給電部、芯材被覆層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。
なお、製造されたセラミックヒーターでは、芯材被覆層の上にヒーター部及び給電部が設けられており、上記芯材被覆層は、芯材の一部としての役割を果たすものである。
【００１０】
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】
【００１１】
【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、本発明のセラミックヒーターの製造方法における配線パターン印刷工程を模式的に示す側面図であり、図３（ｂ）は、上記工程を模式的に示す平面図である。
【図４】図４（ａ）は、絶縁材料層印刷工程を模式的に示す側面図であり、図４（ｂ）は、上記工程を模式的に示す平面図である。
【図５】図５（ａ）は、巻付工程の前半部分を模式的に示す側面図であり、図５（ｂ）は、上記工程を模式的に示す平面図である。
【図６】図６は、巻付工程の後半部分を模式的に示す平面図である。
【図７】図７は、本発明の別のセラミックヒーターの製造方法における絶縁材料層印刷工程を模式的に示す平面図である。
【図８】図８は、本発明の別のセラミックヒーターの製造方法により得られたセラミックヒーターを模式的に示す断面図である。
【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。
【図１１】図１１（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１１（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１２】図１２（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１２（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。
【００１２】
（発明の詳細な説明）
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と、該芯材の側面に形成された芯材被覆層と、該芯材被覆層の上に形成された所定パターンのヒーター部及び給電部と、上記給電部の一部を除いて上記ヒーター部及び上記給電部を被覆するように、上記芯材被覆層並びに上記ヒーター部及び給電部の上に形成された絶縁層とからなるセラミックヒーターの製造方法である。
【００１３】
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。
【００１４】
図１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の側面に芯材被覆層１２ａが形成され、芯材被覆層１２ａの上にヒーター部１３及び給電部１４が設けられている。そして、ヒーター部１３の全部及び給電部１４の一部以外の部分を被覆するように絶縁層１２ｂ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被覆層１２ａと絶縁層１２ｂとの間に介在されている。
【００１５】
給電部１４は、芯材被覆層１２ａの上に形成されており、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。
【００１６】
図１（ｂ）に示すように、絶縁層１２ｂの厚さは、芯材被覆層１２ａの厚さに比べて厚いことが望ましく、芯材被覆層１２ａの厚さは焼成後に１０〜２５０μｍとなる厚さであり、絶縁層１２ｂの厚さは焼成後に１００〜５００μｍとなる厚さであることが望ましい。また、芯材被覆層１２ａ、及び、絶縁層１２ｂ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。熱膨張率を同じにするために、芯材被覆層１２ａの組成、及び、絶縁層１２ｂの組成は、同じであることが望ましい。また、絶縁層１２ｂの厚さは、芯材被覆層１２ａの厚さと同じとしてもよい。
【００１７】
芯材被覆層１２ａ及び絶縁層１２ｂ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余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。
【００１８】
芯材１１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１２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。熱膨張率を同じにすることができるので、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い。芯材の直径は、２．５〜４ｍｍであることが好ましい。また、円筒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。
【００１９】
ヒーター部１３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。
【００２０】
給電部１４を構成する部材もヒーター部１３を構成する部材と同じ組成となっており、給電部１４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。
【００２１】
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、芯材と、該芯材の側面に形成された芯材被覆層と、該芯材被覆層の上に形成された所定パターンのヒーター部及び給電部と、上記給電部の一部を除いて上記ヒーター部及び上記給電部を被覆するように、上記芯材被覆層並びに上記ヒーター部及び給電部の上に形成された絶縁層とからなるセラミックヒーターの製造方法であって、弾性体からなる平板状の転写用部材の表面に、導体ペーストを用い、スクリーン印刷により上記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、上記配線パターンが印刷された上記転写用部材の上に、芯材被覆層となる絶縁材料層Ａと、上記配線パターンの存在しない領域に、絶縁層となる絶縁材料層Ｂを連続して印刷する絶縁材料層印刷工程と、上記配線パターンが転写された上記絶縁材料層Ａを上記芯材に１周巻き付け、さらに上記絶縁材料層Ａの上に、上記絶縁材料層Ｂをさらに１周以上巻き付ける巻付工程とを含むことを特徴とする。
【００２２】
(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を模式的に示す側面図であり、図３（ｂ）は、上記工程を模式的に示す平面図である。
本発明のセラミックヒーターの製造方法では、図３に示すように、まず、配線パターン印刷工程として、弾性体からなる平板状の転写用部材２１の表面に、導体ペーストを用い、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を印刷する。
【００２３】
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。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。
【００２４】
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、スクレーパーで上記孔に導体ペーストを充填した後、弾性体からなる平板状の転写用部材２１の上に、マスクをセットし、スキージを用いて転写用部材２１の表面に、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とも記載する）を印刷する。印刷した導体ペースト層の厚さは、１０〜５０μｍが好ましい。
【００２５】
転写用部材２１は、導体ペースト等を良好に印刷することが可能であるとともに、後の転写工程で転写を良好に行うことができるように、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。
【００２６】
(2)絶縁材料層印刷工程
この絶縁材料層印刷工程では、配線パターンが印刷された上記転写用部材の上に、上記配線パターンを転写するための芯材被覆層となる絶縁材料層Ａと、上記配線パターンの存在しない領域に、絶縁層となる絶縁材料層Ｂを連続して印刷する。
【００２７】
絶縁材料層Ａ及び絶縁材料層Ｂの印刷方法としては、特に限定されるものではないが、例えば、上記配線パターン印刷工程と同様に、スクリーン印刷により絶縁材料層Ａ及び絶縁材料層Ｂを連続的に印刷する方法を採用することができ、配線パターンを印刷した後、なるべく早く絶縁材料層印刷工程を行うことが好ましい。
【００２８】
図４（ａ）は、絶縁材料層印刷工程を模式的に示す側面図であり、図４（ｂ）は、上記工程を模式的に示す平面図である。
【００２９】
図４に示すように、配線パターン２３、２４が印刷された転写用部材２１の上に、配線パターン２３、２４を転写するための芯材被覆層となる絶縁材料層Ａ２５と、配線パターン２３、２４の存在しない領域に、絶縁層となる絶縁材料層Ｂ２６を連続して印刷する。
【００３０】
絶縁材料層Ａ２５及び絶縁材料層Ｂ２６を形成するため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原料組成物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Ａ２５と絶縁材料層Ｂ２６とは、同じ組成のペースト状原料組成物を使用することが望ましい。
絶縁材料層が芯材１１に良好に接着されるよう、転写用部材２１の表面に絶縁材料層Ａ２５、絶縁材料層Ｂ２６を印刷した後、溶剤が飛散する前に、次の巻付工程を行うことが好ましい。
【００３１】
この際、図４に示したように、芯材被覆層となる絶縁材料層Ａ２５は、配線パターン２３、２４の上に形成されており、配線パターン２３、２４を完全に被覆している。
一方、絶縁材料層Ｂ２６は、配線パターン２３、２４を被覆しておらず、絶縁材料層Ａ２５に連続して形成されており、長手方向の幅が少し狭くなっており、絶縁材料層Ｂ２６を巻き付けた際に、接続端子部１５となる部分が露出するように設定されている。
スクリーン印刷を行う際には、メッシュを有し、絶縁材料層Ａ２５及び絶縁材料層Ｂ２６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Ａ２５及び絶縁材料層Ｂ２６を印刷、形成する。絶縁材料層Ａの厚さは、焼成後に１０〜２５０μｍとなる厚さ、絶縁材料層Ｂの厚さは、焼成後に１００〜５００μｍとなる厚さが好ましい。
【００３２】
製造されたセラミックヒーターの絶縁性をしっかりと確保するためには、絶縁材料層Ｂ２６の厚さは、絶縁材料層Ａ２５に比べて厚いことが望ましい。そのためには、一度形成した絶縁材料層の上に、もう一度絶縁材料層を重ねて印刷し、絶縁材料層Ｂ２６を絶縁材料層Ａ２５より厚い絶縁材料層層としてもよい。
【００３３】
(3) 巻付工程
この巻付工程では、転写用部材上に印刷された絶縁材料層Ａの上で芯材を転動させることにより、配線パターンが転写された絶縁材料層Ａを上記芯材に１周巻き付け、さらに連続して絶縁材料層Ｂの上で、上記絶縁材料層Ａが巻き付けられた上記芯材をさらに転動させることにより、絶縁材料層Ａの上に、絶縁材料層Ｂをさらに１周巻き付ける。
【００３４】
図５（ａ）は、巻付工程の前半部分を模式的に示す側面図であり、図５（ｂ）は、上記工程を模式的に示す平面図である。
まず、図５に示すように、転写用部材２１上に印刷された絶縁材料層Ａ２５の上で円筒形状の芯材１１を転動させることにより、配線パターン２３、２４が転写された絶縁材料層Ａ２５を芯材１１に１周巻き付ける。芯材１１は円柱形状であってもよい。
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形状の成形体を作製した後、乾燥させることにより、転動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。
印刷の時点で、絶縁材料層Ａ２５の下に存在する配線パターン２３、２４は、絶縁材料層Ａにほぼ接着されているが、芯材１１を絶縁材料層Ａ２５に接触させ、所定の力で抑えつけながら転動させることにより、絶縁材料層Ａ２５が芯材１１に巻き付くとともに、絶縁材料層Ａの表面に配線パターン２３、２４が完全に転写される。
【００３５】
図６は、巻付工程の後半部分を模式的に示す平面図である。
続いて、図６に示すように、絶縁材料層Ａ２５が巻き付いた芯材１１を絶縁材料層Ｂ２６の上を転動させ、さらに絶縁材料層Ｂ２６を巻き付ける。
これにより、絶縁材料層Ｂ２６は、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を有する絶縁材料層Ａ２５を被覆するが、絶縁材料層Ｂ２６の長手方向の長さは、少し短いので、給電部となる配線パターン２４の一部（接続端子部１５となる部分）は、外部に露出する。
【００３６】
芯材１１を転動させる際には、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、絶縁材料層Ａ２５、絶縁材料層Ｂ２６の表面に芯材１１の側面を接触させた後、絶縁材料層Ａ２５、絶縁材料層Ｂ２６の表面で芯材１１を転動させる。この際、芯材１１が自由に回転できる状態で軸支し、転写部材の表面に平行な方向に移動させ、絶縁材料層Ａ２５、絶縁材料層Ｂ２６の表面上を芯材１１を回転させて絶縁材料層Ａ２５、絶縁材料層Ｂ２６を巻き付けるか、又は、軸支部材を表面に平行な方向に移動させる際、芯材１１が１回転する際、芯材１１の円周の長さとなる距離を移動するように、回転速度と移動速度を同期させて芯材１１を回転させ、絶縁材料層Ａ２５、絶縁材料層Ｂ２６を巻き付ける。
【００３７】
(4)乾燥工程
この乾燥工程では、配線パターン２３、２４を構成する導体ペースト及び絶縁材料層Ａ２５、絶縁材料層Ｂ２６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。
【００３８】
(5）脱脂工程及び焼成工程
この後、配線パターン２３、２４が貼付された絶縁材料層Ａ２５、及び、絶縁材料層Ｂ２６の脱脂、焼成を行うことにより、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。
絶縁材料層Ｂ２６を絶縁材料層Ａ２５より厚くすることにより、ヒーター部１３及び給電部１４の上に厚さの厚い絶縁層１２を形成することができ、セラミックヒーターの絶縁性を確保することができる。
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。
【００３９】
(6) 不動態層形成工程
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。
【００４０】
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。
【００４１】
上記製造方法では、絶縁層を厚くするために、一度形成した絶縁材料層の上に、もう一度絶縁材料層を重ねて印刷し、絶縁材料層Ｂ２６の厚さを厚くする方法をとったが、絶縁材料層Ｂの幅を倍又はそれ以上にして、絶縁材料層Ａ２５が巻き付けられた芯材に、絶縁材料層Ｂを２周又はそれ以上巻き付ける方法をとってもよい。
【００４２】
図７は、本発明の別のセラミックヒーターの製造方法における絶縁材料層印刷工程を模式的に示す平面図である。
図７に示すように、(2)絶縁材料層印刷工程では、配線パターン２３、２４が印刷された転写用部材２１の上に、配線パターン２３、２４を転写するための芯材被覆層となる絶縁材料層Ａ２５と、配線パターン２３、２４の存在しない領域に、絶縁材料層Ａ２５の長手方向に対して垂直な方向の幅の約２倍の幅の絶縁材料層Ｂ２８を連続して印刷する。
【００４３】
この後、(3) 巻付工程において、上記した例と同様に、絶縁材料層Ａ２５の表面に芯材１１の側面を接触させた後、絶縁材料層Ａ２５、絶縁材料層Ｂ２８の表面で芯材１１を転動させ、絶縁材料層Ａ２５、絶縁材料層Ｂ２８を巻き付ける。
【００４４】
この際、絶縁材料層Ｂ２８の長手方向に対して垂直な方向の幅が、絶縁材料層Ａ２５に対して約２倍であるので、絶縁材料層Ａ２５が巻き付けられた芯材１１に、絶縁材料層Ｂ２８が２周巻き付けられることとなる。
(2)絶縁材料層印刷工程及び(3) 巻付工程のほかは、上記したセラミックヒーターの製造方法と同様の方法をとることにより、図８に示すような構成のセラミックヒーターが得られる。
【００４５】
図８は、本発明の別のセラミックヒーターの製造方法により得られたセラミックヒーターを模式的に示す断面図である。
図８に示すように、上記方法により得られたセラミックヒーター３０は、芯材１１の側面を被覆するように芯材被覆層３２ａが形成され、芯材被覆層３２ａの上にヒーター部３３及び給電部３４（図示せず）が設けられている。そして、ヒーター部３３の全部及び給電部３４の一部以外の部分を被覆するように絶縁層３２ｂが形成され、さらに、絶縁層３２ｂを被覆するように、絶縁層３２ｃが形成されている。
【００４６】
このように、上記方法により得られたセラミックヒーター３０では、ヒーター部１３の全部及び給電部１４の一部を被覆する絶縁層（絶縁層３２ｂ、絶縁層３２ｃ）の厚さが厚いので、ヒーター部の絶縁性をしっかりと確保できる。
【００４７】
（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。
【００４８】
（実施例１）
(1) 配線パターン印刷工程
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重量部含有する導体ペーストを用い、スクリーン印刷法を使用して、ゴムからなる板状の転写用部材２１の表面に、図３に示すような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であった。
【００４９】
(2)絶縁材料層印刷工程
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原料組成物を用い、スクリーン印刷により、図４に示すように、配線パターン２３、２４を被覆するように焼成後の厚さが２５０μｍの芯材被覆層となる絶縁材料層Ａ２５と、絶縁層となる絶縁材料層Ｂ２６を絶縁材料層Ａ２５と同じ厚みで連続して印刷した。
【００５０】
(3) 巻付工程
芯材１１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％、焼結助剤として、ＳｉＯ２を５．８重量％、ＭｇＯを０．５重量％、ＣａＯを１．２重量％含有する密度率９７％のセラミックからなる。この芯材１１を用い、転写用部材の上にヒーター部となる配線パターン２３、２４を介して形成された絶縁材料層Ａ２５、及び、転写用部材の上に、直接形成された絶縁材料層Ｂ２６の表面で芯材を転動させ、図５に示すように、芯材の側面に配線パターン２３、２４が貼付された絶縁材料層Ａ２５を巻き付けるとともに、図６に示すように、さらにその上に絶縁材料層Ｂ２６を巻き付けた。
【００５１】
その際、芯材１１の両端面に軸支部材（図示せず）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、軸支部材及び軸支した芯材１１を転写部材の表面に平行な方向に移動させ、芯材１１を回転させて絶縁材料層Ａ２５を１周巻き付けるとともに、その上に絶縁材料層Ｂ２６を１周巻き付けた。
【００５２】
(4)乾燥工程
絶縁材料層Ａ２５及びリーンシートＢ２６が巻き付けられた芯材を１２０℃で３０分間乾燥させた。
【００５３】
(5）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を有する絶縁材料層Ａ２５、及び、絶縁材料層Ｂ２６が巻き付けられたものを、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及び幅が３．０ｍｍの給電部１４を形成するとともに、芯材被覆層１２ａ及び絶縁層１２ｂを形成した。芯材被覆層の厚みは、２５０μｍ、絶縁層の厚みは、２５０μｍであった。
【００５４】
(6) 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、セラミックヒーターとした。
【００５５】
（実施例２）
実施例１と同じであるが、絶縁材料層印刷工程において、焼成後の厚さが１２５μｍの芯材被覆層となる絶縁材料層Ａ２５と絶縁層となる絶縁材料層Ｂ２８を、絶縁材料層Ａ２５は同じ厚みであるが、絶縁材料層Ｂ２８は、実施例１の絶縁材料層Ｂ２６の長さの２倍の長さで連続して印刷した。
また、巻き付け工程にて、芯材１１を回転させて絶縁材料層Ａ２５を１周巻き付けるとともに、その上に絶縁材料層Ｂ２８を２周巻き付けた。
芯材１１の側面に、配線パターン２３、２４を有する絶縁材料層Ａ２５、及び、絶縁材料層Ｂ２８が巻き付けられたものを、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、芯材被覆層１２ａ及び絶縁層１２ｂを形成した。芯材被覆層の厚みは、１２５μｍ、絶縁層の厚みは、２５０μｍであった。
【００５６】
（実施例３）
実施例１と同じであるが、絶縁材料層印刷工程において、焼成後の厚さが８４μｍの芯材被覆層となる絶縁材料層Ａ２５と、絶縁材料層Ｂ２６を連続で印刷した。その後、絶縁層となる絶縁材料層Ｂ２６を絶縁材料層の厚みを焼成後の厚みで２５０μｍになるように印刷した。また、絶縁材料層Ｂの長さは、実施例１の絶縁材料層Ｂの長さと同じ長さであった。
また、巻き付け工程にて、芯材１１を回転させて絶縁材料層Ａ２５を１周巻き付けるとともに、その上に絶縁材料層Ｂ２６を１周巻き付けた。
芯材１１の側面に、配線パターン２３、２４を有する絶縁材料層Ａ２５、及び、絶縁材料層Ｂ２６が巻き付けられたものを、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、芯材被覆層１２ａ及び絶縁層１２ｂを形成した。芯材被覆層の厚みは、８４μｍ、絶縁層の厚みは、２５０μｍであった。
【００５７】
（比較例１）
図９（ａ）〜図１２（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）〜図１２（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。
【００５８】
まず、図９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状原料組成物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(2)グリーンシート印刷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。
【００５９】
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、長手方向である導体ペースト層４３ａｘに平行な方向であった。
なお、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。
【００６０】
次に、図１０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(2)グリーンシート印刷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。
【００６１】
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。
【００６２】
次に、図１１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１０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１１（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。
【００６３】
続いて、巻き付け工程として、図１２に示したように、積層体４０の上に円柱形状の芯材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。
【００６４】
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、露出した接続端子部は、絶縁層の表面とほぼ同じ高さになっている。
【００６５】
（評価）
次に、実施例１〜３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１〜３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１〜３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】
【００６６】
１０、３０  セラミックヒーター
１１ 芯材
１２ａ、３２ａ  芯材被覆層
１２ｂ、３２ｂ、３２ｃ  絶縁層
１３ ヒーター部
１４ 給電部
１５ 接続端子部
１６ リード端子
２１  転写用部材
２３、２４  配線パターン
２５  絶縁材料層Ａ
２６、２８  絶縁材料層Ｂ
【図１】
2015197953.tif 000003
【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】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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