【事件の表示】
　特許第３０１６６６９号「セラミックヒータ」の請求項１ないし３に係る特許に対する特許異議の申立てについて、次のとおり決定する。
【結　論】
　訂正を認める。
　特許第３０１６６６９号の請求項１ないし３に係る特許を維持する。
【理　由】
１．手続の経緯
　特許第３０１６６６９号の請求項１乃至３に係る発明は、平成４年１２月１７日に特許出願され、平成１１年１２月２４日に特許の設定登録がなされ、その後、　京セラ株式会社　より特許異議の申立てがなされ、取消理由が通知され、その指定期間内である平成１３年３月６日に訂正請求がなされたものである。
　
２．訂正の適否についての判断
２−１．訂正の内容
　平成１３年３月６日になされた訂正請求は、特許明細書を訂正明細書のとおりに訂正することを求めるもので、その内容は以下のとおりである。
訂正事項ａ
　明細書の請求項１の記載「セラミック基材」の前に、「アルミナを主成分とし、焼結促進成分として金属酸化物が含有されて焼結された」という記載を加えることにより、明細書の請求項１に記載の「セラミック基材」を「アルミナを主成分とし、焼結促進成分として金属酸化物が含有されて焼結されたセラミック基材」と訂正する。
訂正事項ｂ
　明細書の請求項１の記載「端部」の後に、「、すなわち、電源との接続に供される部分に」という記載を加えることにより、明細書の請求項１に記載の「端部」を「端部、すなわち、電源との接続に供される部分に」と訂正する。
訂正事項ｃ
　明細書の段落［００１８］の記載「セラミック基材」の前に、「アルミナを主成分とし、焼結促進成分として金属酸化物が含有されて焼結された」という記載を加えることにより、明細書の段落［００１８］に記載の「セラミック基材」を「アルミナを主成分とし、焼結促進成分として金属酸化物が含有されて焼結されたセラミック基材」と訂正する。
訂正事項ｄ
　明細書の段落［００１８］の記載「端部」の後に、「、すなわち、電源との接続に供される部分に」という記載を加えることにより、明細書の段落［００１８］に記載の「端部」を「端部、すなわち、電源との接続に供される部分に」と訂正する。
　
２−２．訂正の目的の適否、新規事項の有無、及び拡張・変更の存否
　まず、訂正事項ａは、特許明細書の特許請求の範囲の請求項１に記載された「セラミック基材」の材質について「アルミナを主成分とし、焼結促進成分として金属酸化物が含有されて焼結された」という限定を加えるものであり、特許請求の範囲の減縮を目的とするものである。
　また、この訂正事項ａは、特許明細書の段落［００１１］の「セラミックヒータを構成するアルミナ基材は主成分としてのアルミナの他、焼結促進成分として種々の金属酸化物が含有されて焼結され」なる記載に基づくものであって、新規事項の追加に該当せず、しかも実質上特許請求の範囲を拡張し、又は変更するものでもない。
　次に、訂正事項ｂは、特許明細書の特許請求の範囲の請求項１に記載された「端部」について「すなわち、電源との接続に供される部分に」なる記載を加え、その内容を明りょうにするものであり、明りょうでない記載の釈明を目的とするものである。
　また、この訂正事項ｂは、特許明細書の段落［００１９］の「厚膜抵抗体パターンは一般的には、高抵抗性の発熱部と、電源との接続に供される比較的低抵抗性の端部（接続部）とからなり、」との記載、並びに図１及び図２の記載に基づくものであって、新規事項の追加に該当せず、しかも実質上特許請求の範囲を拡張し、又は変更するものではない。
　訂正事項ｃ及び訂正事項ｄは、いずれも上記訂正事項ａ及び訂正事項ｂに伴うものであって、明りょうでない記載の釈明を目的とするものであり、また、これらの訂正事項は、いずれも特許明細書の上記の記載に基づくものであって、新規事項の追加に該当せず、しかも実質上特許請求の範囲を拡張し、又は変更するものではない。
　
２−３．むすび
　以上のとおりであるから、上記訂正は、特許法等の一部を改正する法律（平成６年法律第１１６号。以下、「平成６年改正法」という。）附則第６条第１項の規定によりなお従前の例によるとされる、特許法第１２０条の４第３項において準用する平成６年改正法による改正前の特許法第１２６条第１項ただし書き、第２項及び第３項の規定に適合するので、当該訂正を認める。
　
３．特許異議の申立てについての判断
３−１．申立ての理由の概要
　申立人　京セラ株式会社　は、下記の甲第１号証乃至甲第３号証を提出し、請求項１乃至３に係る発明は、甲第１号証又は甲第２号証に記載された発明であり、また甲第１号証乃至甲第３号証に記載された発明に基いて容易に発明をすることができたものであって、特許法第２９条第１項又は第２項の規定により特許を受けることができないものであるから、特許を取り消すべき旨主張している。
　甲第１号証：特開平１−１１４６２２号公報
　甲第２号証：特開平４−１７４９９１号公報
　甲第３号証：特開昭６１−１７９０８６号公報
　
３−２．本件発明
　特許第３０１６６６９号の請求項１乃至３に係る発明（以下、「本件発明１」、「本件発明２」及び「本件発明３」という。）は、訂正明細書の特許請求の範囲の請求項１乃至３に記載された次のとおりのものである。
「【請求項１】　アルミナを主成分とし、焼結促進成分として金属酸化物が含有されて焼結されたセラミック基材上に、発熱体として厚膜抵抗体が形成されたセラミックヒータにおいて、上記厚膜抵抗体の発熱部に添加されたレニウム（Ｒｅ）の添加量が、上記厚膜抵抗体の端部、すなわち、電源との接続に供される部分に添加されたレニウム（Ｒｅ）の添加量より大きいことを特徴とするセラミックヒータ。
【請求項２】　上記発熱部におけるレニウム（Ｒｅ）の添加量が１０ｗｔ％以上であり、上記端部におけるレニウム（Ｒｅ）の添加量が５ｗｔ％以下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３】　上記発熱部がレニウム（Ｒｅ）を１０ｗｔ％以上含有する、タングステン（Ｗ）、タングステンカーバイト（ＷＣ）またはモリブデン（Ｍｏ）からなり、上記端部がタングステン（Ｗ），タングステンカーバイト（ＷＣ）またはモリブデン（Ｍｏ）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。」
　
３−３．甲各号証に記載された事項
　甲第１号証（取消理由通知で引用した「刊行物１」に相当。）には、
「また、グロープラグの特性としては急速に９００℃程度まで昇温し、かつ発熱体などが溶断しないように最高温度が１２００℃以下に制御されることが求められている。そのため、特開昭６０−２１８号公報に示されているように発熱体と電流制御用抵抗を直列に接続してセラミック体中に埋設してなる自己制御型セラミックグロープラグが開発されてきた。これは昇温に伴って電流制御用抵抗の抵抗値が増大することを利用して電流量を抑制し、グロープラグの過加熱を防止するようにしたものである。」（第１頁右下欄１６行〜第２頁左上欄６行）こと、
「第１図において１は発熱体となるセラミックヒータ棒であり、その先端にはＵ字状に屈曲されたコイル状の発熱体２が埋設され、該発熱体２の両端にはそれぞれ接続部３を介してコイル状の制御抵抗４が接続され、さらに制御抵抗４と同一線でピッチを１．５倍以上に粗くした接続線５を介して電極取り出し線６ａ，６ｂに接続されている。」（第２頁右上欄１０〜１６行）こと、
「また、発熱体２はＷ−Ｒｅ・・・等の高融点で抵抗温度係数の小さなタングステン（Ｗ）合金を用い、制御抵抗４は純Ｗなど高融点を有し、発熱体２よりも抵抗温度係数の高いものを用いる。」（第２頁左下欄６〜９行）こと、
「これらを窒化珪素などのセラミック粉末中に埋設し、楕円状に予備成型を行ったのち、ホットプレス法でセラミックを焼結させ一体成型することによってセラミックヒータ棒１が形成される」（第２頁左下欄１３〜１６行）こと、
「上記本発明実施例に係る自己制御型セラミックグロープラグを用いれば、通電初期には急速に昇温し、・・・セラミックヒータ棒１の昇温に伴って制御抵抗４も昇温し、適切な電流量制御が行えるため、過加熱を防止することができる。」（第２頁左下欄１９行〜同頁右下欄４行）こと、及び
「さらに、図示していないが、発熱体２、接続部３、制御抵抗４、接続線５をいずれもプリント印刷によって形成し、線幅あるいはプリント材料を変化させて抵抗値を調整するようにしてもよい。」（第２頁右下欄１２〜１５行）ことが記載されており、
　また、第１図には自己制御型セラミックグロープラグを示す断面図が、第２図には自己制御型セラミックグロープラグを構成するセラミックヒータ棒のみを示す断面図が、第３図には、自己制御型セラミックグロープラグの昇温特性を示すグラフが記載されている。
　甲第２号証には、
「セラミックヒータ」について、図面とともに記載されており、
「本発明のセラミックヒータ１は、電気絶縁性セラミックである窒化珪素質セラミック焼結体２と、このセラミック焼結体２中に埋設された発熱抵抗線３とからなる。」（第２頁右下欄１〜４行）こと、及び、
「発熱抵抗線３は、前記セラミック焼結体２の後側部２２に並行的に埋設されている一対のタングステン製電極リード棒５および６（両側部）と、この各電極リード棒５，６の先端にその両端が接続されて、前記焼結体の先側部２３に略Ｕ字型に埋設された発熱コイル４（中間部）とからなる。電極リード棒５および６は線経０．４ｍｍのタングステン線、発熱コイル４はタングステン−レニウム合金製で線径０．２２ｍｍの細線を巻径１．０ｍｍに螺旋巻きしてある。」（第２頁右下欄７〜１６行）ことが、記載されている。
　甲第３号証（取消理由通知で引用した「刊行物２」に相当。）には、
「セラミック基体中に少なくともレニウム（Ｒｅ）を０．５〜３０重量％含有する発熱体を埋没したことを特徴とするセラミックヒータ。」（特許請求の範囲　請求項１）、
「前記発熱体がタングステン又はモリブデンを主体とする特許請求の範囲第１項記載のセラミックヒータ。」（特許請求の範囲　第３項）が図面とともに記載さており、また、
「セラミック基体中の発熱体にレニウム（Ｒｅ）を０．５〜３０重量％好ましくは１〜１０重量％含有させることにより、上記ＰＴＣ特性、即ち温度に対する抵抗変化率が低く、温度変化が生じ難くかつ珪素及び酸素の耐反応性が良い発熱対が得られ」（第２頁左下欄１６行〜同頁右下欄１行）ること、
「ＰＴＣ特性、すなわち温度に対する抵抗変化率（（高温抵抗値−常温抵抗値）／常温抵抗値＝Ｒ−Ｒ２５／Ｒ２５）」（第１頁右下欄１６〜１８行）なること、
「タングステンカーバイド（ＷＣ）にレニウム（Ｒｅ）を０，１．５，３，５，１０，２６及び３５重量％含有させたものに溶剤を加え、混練したスラリーを第３図に示す如く、アルミナを主体とするセラミック基板１上にスクリーン印刷して発熱体２を形成しその上面に同様の基板１を積層して焼成することにより積層セラミックヒータ４を得た。
　これらのヒータを精密抵抗計により第４図に示すＰＴＣ特性を得た。
　第１線はレニウム無添加のタングステンカーバイト（ＷＣ）を印刷したものであり、・・・。また第７線はレニウム（Ｒｅ）をタングステンカーバイト（ＷＣ）に３５重量％含有したものであり、・・・。第２〜６線はレニウム１．５，３，５，１０，２６重量％を含有するもので」（第３頁左上欄４行〜同頁右上欄２行）あること、及び
「第５図は本発明のレニウム（Ｒｅ）を添加した発熱体をグロープラグに応用したものである。該グロープラグ３は先端に・・・セラミック基体４内にレニウム（Ｒｅ）を添加したタングステン（Ｗ）を主体とするコイル状発熱体５が埋設されている。・・・。
このようなグロープラグ３の発熱体４としてタングステン（Ｗ）にレニウム（Ｒｅ）を０，１．５、３，１０，２６及び３６重量％を各々含有したものを精密抵抗計によりそれぞれのＰＴＣ特性を測定した。これらの結果を第６図に示す。第８線はレニウム無添加の純タングステン線を埋設したものであり、・・・。また、第１４線はレニウム（Ｒｅ）を・・・３５重量％含有したものであり、・・・。第９〜１３線はレニウム（Ｒｅ）を１．５、３，５，１０，及び２６重量％含有するもので」（第３頁右上欄５行〜同頁左下欄９行）あることが記載されている。
　そして、第４図には第３図のヒータのレニウム（Ｒｅ）含有量に応じたＰＴＣ特性図が、第６図には第５図のグロープラグに組立前のセラミック基体としてのＰＴＣ特性図が記載されており、第４図及び第６図の各々から、レニウム添加量が０重量％のとき所定温度におけるＰＴＣ特性値が最も高く、レニウム添加量が増加するにつれ所定温度におけるＰＴＣ特性値が低くなることが窺える。
　
３−４．対比、判断
（１）本件発明１について
ｉ）本件発明１が甲第１号証に記載された発明であるか、検討する。
　上記３−３．で引用した甲第１号証の記載からみて、甲第１号証には、
　発熱体の両端に接続線を介して制御抵抗を直列に接続し、この制御抵抗を接続線を介して電極取り出し線に接続したものを、窒化珪素などのセラミック体中に埋設してなるセラミックヒータ棒において、発熱体としてＷ−Ｒｅ等の高融点で抵抗温度係数の小さなタングステン合金を用い、制御抵抗として純Ｗ等の高融点で発熱体より抵抗温度係数の高いものを用いたセラミックヒータ棒。
なる発明が記載されているといえる。
　本件発明１（前者）と甲第１号証に記載された発明（後者）とを対比すると、それらの機能からみて、後者の「発熱体」、「接続線」、「制御抵抗」、「接続線」及び「電極取り出し線」を併せたものが、前者における「発熱体」に相当し、後者の「発熱体」は、前者における「発熱部」に相当するものであり、後者の「制御抵抗」、「接続線」及び「電極取り出し線」を併せたものが、前者における「端部」に相当するものと認められる。そして、後者のセラミックヒータ棒は、セラミックヒータといえるものである。さらに、後者の「発熱体」及び「制御抵抗」はコイル状であることからみて線材であることが窺える。また、後者において、「発熱体」に添加されたレニウム（Ｒｅ）の添加量は、「制御抵抗」及び「制御抵抗」と「電極取り出し線」を接続する「接続線」とに添加されたレニウム（Ｒｅ）の添加量より大きいことは明らかであるが、「電極取り出し線」についてはその材質については特定がない。
　してみると、両者は、
　発熱体を備えたセラミックヒータにおいて、上記発熱体の発熱部に添加されたレニウム（Ｒｅ）の添加量が、上記発熱体の別の部分に添加されたレニウム（Ｒｅ）の添加量より大きいセラミックヒータ。　
で一致するものの、
 ア．前者は、発熱体が、アルミナを主成分とし、焼結促進成分として金属酸化物が含有されて焼結されたセラミック基材上に形成された厚膜抵抗体であるのに対し、後者は、発熱体がセラミック体中に埋設された線材であり、しかもセラミック体の材質については、窒化珪素が例示されているだけで、特定がない点、及び
イ．前者は、上記発熱体の別の部分が、端部、すなわち、電源との接続に供される部分であるのに対して、後者は、上記発熱体の別の部分が、端部、すなわち、電源との接続に供される部分であるといえるか、明確でない点。
において相違する。
　かかる相違点がある以上、本件発明１は、甲第１号証に記載された発明であるとはいえない。
　
ii）本件発明１が甲第２号証に記載された発明であるか、検討する。
　上記３−３．で引用した甲第２号証の記載からみて、甲第２号証には、
　発熱コイルの両端に電極リード棒が接続された発熱抵抗線を窒化珪素質セラミック焼結体中に埋設したセラミックヒータにおいて、電極リード棒はタングステン線であり、発熱コイルはタングステン−レニウム合金製の細線であるセラミックヒータ。
なる発明が記載されている。
　本件発明１（前者）と甲第２号証に記載された発明（後者）とを対比すると、それらの機能からみて、後者の「発熱コイル」、「電極リード棒」、「発熱抵抗線」は、各々、前者における「発熱部」、「端部」、「発熱体」に相当するから、両者は、
　発熱体を備えたセラミックヒータにおいて、上記発熱体の発熱部に添加されたレニウム（Ｒｅ）の添加量が、上記発熱体の端部、すなわち、電源との接続に供される部分に添加されたレニウム（Ｒｅ）の添加量より大きいことを特徴とするセラミックヒータ。
で一致するものの、
あ．前者は、発熱体が、アルミナを主成分とし、焼結促進成分として金属酸化物が含有されて焼結されたセラミック基材上に形成された厚膜抵抗体であるのに対し、後者は、発熱体が、窒化珪素質セラミック焼結体中に埋設した線材である点、
で相違する。
　かかる相違点がある以上、本件発明１は、甲第２号証に記載された発明であるともいえない。
　
iii）本件発明１が甲第１号証乃至甲第３号証に記載された発明に基いて当業者が容易に発明をすることができたものであるか、検討する。
　本件発明１と甲第１号証に記載された発明を対比すると、両者の一致点及び相違点は上記ｉ）で述べたとおりである。
　そこでまず、上記相違点ア．について検討する。
　本件の訂正明細書の段落［０００２］乃至段落［００１７］の記載によれば、本件発明１は、アルミナを主成分とし、焼結促進成分として金属酸化物が含有されて焼結されたセラミック基材上に、発熱体として厚膜抵抗体が形成されたセラミックヒータを高温で長時間使用することにより生じる、厚膜抵抗体の陰極に近い発熱部の黒色化、及び厚膜抵抗体の陽極に近い発熱部のクラック発生、抵抗の増大という現象の原因が、該ヒータを高温下にて直流通電させることにより、アルミナ焼結体中のアルミナ粒界にガラス相として存在する金属酸化物が電気分解を受け、生成した金属原子が陽イオンとなって陰極側に移動して、陰極側の発熱部において金属単体又は金属酸化物として堆積し、酸素原子が酸素イオンとなって陽極側に移動して、陽極側の発熱部においてパターン材料を酸化することにあることに着目して発明されたものであって、アルミナを主成分とし、焼結促進成分として金属酸化物が含有されて焼結されたセラミック基材上に、発熱体として厚膜抵抗体が形成されたセラミックヒータにおいて、陽極側におけるパターン材料の酸化を抑制し、ヒータ寿命をさらに長期化することを課題とするものと解される。
　たしかに、甲第１号証には、上記３−３．で引用したとおり「発熱体２、接続部３、制御抵抗４、接続線５をいずれもプリント印刷によって形成し、線幅あるいはプリント材料を変化させて抵抗値を調整するようにしてもよい。」ことが記載されている。
　しかし、本件発明１が、上記のとおり、アルミナを主成分とし、焼結促進成分として金属酸化物が含有されて焼結されたセラミック基材上に、発熱体として厚膜抵抗体が形成されたセラミックヒータにおける課題を解決するものであるにもかかわらず、甲第１号証には、セラミック基材が、アルミナを主成分とし、焼結促進成分として金属酸化物が含有されて焼結されたものであることは記載されていないのであるから、甲第１号証に上記３−３．で引用した記載があるからといって、甲第１号証に記載された発明において相違点ア．に係る本件発明１の構成を採用することが当業者にとって容易なことであるとすることはできない。
　また、甲第２号証にも、上記のとおり、アルミナを主成分とし、焼結促進成分として金属酸化物が含有されて焼結されたセラミック基材上に厚膜抵抗体が形成されたセラミックヒータについてはなんら記載も示唆もない。
　さらに、甲第３号証を検討しても、アルミナを主体とするセラミック基板にレニウムを含有させたタングステンカーバイドを厚膜印刷して発熱体を形成すること、及びレニウムの含有量により厚膜パターンのＰＴＣ特性、すなわち温度に対する抵抗変化率が変わることが記載されているものの、アルミナを主成分とし、焼結促進成分として金属酸化物が含有されて焼結されたセラミック基材上に、発熱体として厚膜抵抗体が形成されたセラミックヒータにおける本件発明１の課題、及び厚膜パターンに含有させたレニウムと上記課題との関係については何ら記載も示唆もない。
　よって、甲第１号証に記載された上記３−３．で引用した記載に加えて甲第２号証及び甲第３号証に記載された事項を考慮しても、甲第１号証に記載された発明において上記相違点ア．に係る本件発明１の構成を採用することが当業者にとって容易に為し得たこととは認められない。
　そして、本件発明１は、甲第１号証に記載された発明において相違点ア．に係る本件発明１の構成を採用したことにより、アルミナを主成分とし、焼結促進成分として金属酸化物が含有されて焼結されたセラミック基材上に、発熱体として厚膜抵抗体が形成されたセラミックヒータにおいて、厚膜抵抗体の発熱部の高温での劣化を抑制することができ、ヒータ寿命をさらに長期化することができるという本件の訂正明細書に記載の格別な効果を奏するものである。
　したがって、上記相違点イ．について検討するまでもなく、本件発明１は甲第１号証乃至甲第３号証に記載された発明に基いて当業者が容易に発明をすることができたものであるとはいえない。
　
（２）本件発明２について
　本件発明２は、本件発明１を更に限定したものであるから、上記３−４．（１）において本件発明１について記載した理由と同じ理由により、甲第１号証又は甲第２号証に記載された発明であるとはいえず、また、甲第１号証乃至甲第３号証に記載された発明に基いて当業者が容易に発明をすることができたものであるともいえない。
　
（３）本件発明３について
　本件発明３は、本件発明１を更に限定したものであるから、上記３−４．（１）において本件発明１について記載した理由と同じ理由により、甲第１号証又は甲第２号証に記載された発明であるとはいえず、また、甲第１号証乃至甲第３号証に記載された発明に基いて当業者が容易に発明をすることができたものであるともいえない。
　
３−５．むすび
　以上のとおりであるから、特許異議の申立ての理由及び証拠によっては本件発明１、本件発明２、及び本件発明３についての特許を取り消すことはできない。
　また、他に本件発明１、本件発明２、及び本件発明３についての特許を取り消すべき理由を発見しない。
　したがって、本件発明１、本件発明２、及び本件発明３についての特許は拒絶の査定をしなければならない特許出願に対してされたものと認めない。
　よって、特許法等の一部を改正する法律（平成６年法律第１１６号）附則第１４条の規定に基づく、特許法等の一部を改正する法律の施行に伴う経過措置を定める政令（平成７年政令第２０５号）第４条第２項の規定により、上記のとおり決定する。
【異議決定日】
平成１３年３月２８日（２００１．３．２８）
【訂正の要旨】
　本件訂正請求の要旨は、特許第３０１６６６９号の明細書を、本件訂正請求書に添付した訂正明細書のとおりに訂正しようとするもので、その訂正の内容は、下記ａ〜ｄのとおりである。
訂正事項ａ
　明細書の請求項１の記載「セラミック基材」の前に、「アルミナを主成分とし、焼結促進成分として金属酸化物が含有されて焼結された」という記載を加えることにより、明細書の請求項１に記載の「セラミック基材」を「アルミナを主成分とし、焼結促進成分として金属酸化物が含有されて焼結されたセラミック基材」と訂正する。
訂正事項ｂ
　明細書の請求項１の記載「端部」の後に、「、すなわち、電源との接続に供される部分に」という記載を加えることにより、明細書の請求項１に記載の「端部」を「端部、すなわち、電源との接続に供される部分に」と訂正する。
訂正事項ｃ
　明細書の段落［００１８］の記載「セラミック基材」の前に、「アルミナを主成分とし、焼結促進成分として金属酸化物が含有されて焼結された」という記載を加えることにより、明細書の段落［００１８］に記載の「セラミック基材」を「アルミナを主成分とし、焼結促進成分として金属酸化物が含有されて焼結されたセラミック基材」と訂正する。
訂正事項ｄ
　明細書の段落［００１８］の記載「端部」の後に、「、すなわち、電源との接続に供される部分に」という記載を加えることにより、明細書の段落［００１８］に記載の「端部」を「端部、すなわち、電源との接続に供される部分に」と訂正する。
（５４）【発明の名称】
セラミックヒータ
（５７）【特許請求の範囲】
　【請求項１】
　
アルミナを主成分とし、焼結促進成分として金属酸化物が含有されて焼結された
　上記厚膜抵抗体の発熱部に添加されたレニウム（Ｒｅ）の添加量が、上記厚膜抵抗体の端部
、すなわち、電源との接続に供される部分に
　【請求項２】
　上記発熱部におけるレニウム（Ｒｅ）の添加量が１０ｗｔ％以上であり、上記端部におけるレニウム（Ｒｅ）の添加量が５ｗｔ％以下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３】
　上記発熱部がレニウム（Ｒｅ）を１０ｗｔ％以上含有する、タングステン（Ｗ）、タングステンカーバイト（ＷＣ）またはモリブデン（Ｍｏ）からなり、上記端部がタングステン（Ｗ），タングステンカーバイト（ＷＣ）またはモリブデン（Ｍｏ）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。
【発明の詳細な説明】
　【０００１】
　【産業上の利用分野】
　本発明は、セラミック焼結体中に高融点金属厚膜抵抗体パターンを埋設したセラミックヒータ、特に内燃機関の排気管に装着されて排気ガス中の酸素濃度を検出する酸素センサを加熱するための、長期間連続して高温で使用されるのに適したセラミックヒータに関する。
　【０００２】
　【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
　従来より用いられているセラミックヒータとして、未焼成のアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）基材上に、タングステン（Ｗ）等の高融点金属がペースト印刷法等で厚膜抵抗体パターンに形成され、さらにその上にアルミナのグリーンシートが積層され、これらを一体焼成してなるものが知られている。この場合、グリーンシートは焼成後においてパターンの保護層となる。
　【０００３】
　しかし、この種のセラミックヒータは高温に長期間さらされる酸素センサの加熱に使用した場合、発熱部の抵抗が増大してパターンが断線すると共に、保護層にクラックが発生し、最悪の場合にはそれが崩壊し、ヒータ寿命が低下する問題を有する。この場合、外観的にはパターンの陰極に近い部分は黒ずみ、いわゆる黒色化現象を生じる。
　【０００４】
　このため、使用条件を検知して必要な時だけ通電することにより耐久寿命を維持することが行われているが、検知手段および通電制御手段が別途必要となって装置が複雑化する他検知手段等の故障による新たな寿命低下原因を生じ根本的な解決策とはなり得ない。
　【０００５】
　別途手段の外的付与を必要とせず、セラミックヒータ自体の改良によってヒータ寿命を長期化できるセラミックヒータを提供するするために、本発明者は、先ず高温下で使用されるときのセラミックヒータ劣化要因を分析し、従来セラミックヒータの断線現象のメカニズムを考察した。その結果は、既に特開平１−２２５０８７にも開示されている様に、以下の通りである。
　【０００６】
　先ず、従来のセラミックヒータの断線発生後の状態について、ＥＰＭＡ（元素分析）による分析結果を模式的に図６（Ａ），（Ｂ）に示す。又、セラミックヒータを１０００℃の大気雰囲気中におき、直流１７Ｖで連続印加することにより通電し、パターンの抵抗値の変化を調べた結果を図７に示す。これらの結果から次の現象▲１▼〜▲３▼が認められた。
　【０００７】
　▲１▼パターンの陰極に近い発熱部、即ち陰極側第１パターン（ＰＮ１）ないしはそれにつながるリード部パターンの部分が局部的に白色（アルミナの通常色）から黒色に変化していること。
　【０００８】
　▲２▼パターンの陽極に近い発熱部、即ち陽極側第１パターン（ＰＰ１）ないしはそれにつながるリード部パターンの部分が局部的にクラックを生じていること。
　【０００９】
　▲３▼パターンの陽極側第１パターン（ＰＰ１）部の抵抗が陽極側第２、第３パターン部に比して著しく増大していること。
　【００１０】
　上記現象を解明するための理論的考察は次の通りである。
　【００１１】
　セラミックヒータを構成するアルミナ基材は主成分としてのアルミナの他、焼結促進成分として種々の金属酸化物が含有されて焼結され、これら金属酸化物は焼結体においてはアルミナ粒界のガラス相として存在する。こうしたセラミックヒータを高温下にて直流通電させるとガラス相中に存在するマグネシウム（Ｍｇ）、カルシウム（Ｃａ）原子が陽イオンとなって陰極側に移動する一方、該成分の近傍に存在する酸素（Ｏ）原子が電気的中性を維持するため酸素イオンとなり陽極側に移動する。そのため、マグネシウム、カルシウム成分が単体又は酸化物等として陰極端子付近に堆積し、その部位の黒色化をもたらす。
　【００１２】
　即ち直流印加によりアルミナ粒界のガラス相中のフラックス成分が電気分解を受けるものと考えられる（現象▲１▼）。又、陽極側に移動した酸素イオンによりパターン材料、例えばタングステンが酸化され、その部位の抵抗値を増大させる（現象▲３▼）。又、この酸化反応によってパターンは体積膨張を起こし、パターンに断線を生ずると共に、保護層に応力が加わり、クラックを生ずる（現象▲２▼）。なお、酸化したパターン材料はその一部が拡散により保護層、更には外界へ移動し、この意味でもパターンの抵抗値を増大させる（現象▲３▼）。
　【００１３】
　その後、こうしたセラミックヒータが高温にさらされ続けると、保護層のクラックから侵入した外気酸素により、爆発的に抵抗体パターン材料が酸化され、より一層の体積膨張を起こし、保護層の剥離、崩壊に至る。
　【００１４】
　即ち、パターンの断線メカニズムの要点は、酸素イオンの高電位側への移動によりパターン材料、例えばタングステン（Ｗ）が酸化されることにあると考えられるに至った。
　【００１５】
　即ち、本発明者等は上記ヒータ断線のメカニズムの考察結果に基づき、厚膜抵抗体パターン材料、例えばタングステンの酸化を効果的に抑制するべく高融点金属でしかも耐酸化性に優れたレニウム（Ｒｅ）をパターン材料に添加することを着想した。なお、タングステンヘのレニウムの添加は、先に特公昭６３−３５８９５において、セラミックグロープラグ内部の高融点金属の発熱線にレニウムを５〜３０重量％添加することにより、発熱線の比抵抗を増加方向に調整してグローブラグの発熱効率を向上させる技術が開示されており、また、本発明者等は、レニウムの優れた耐酸化性に着目し、アルミナを主成分とするセラミックヒータの寿命向上を果たすべく研究を重ね、レニウムの添加量が１０重量％以上を含有する時、上記セラミックヒータの寿命が著しく向上され、しかも耐熱衝撃についても満足されることを見出し、先に出願した（平成４年１１月１８日出願）。
　【００１６】
　本発明では、さらに、上記セラミックヒータの改良として、雰囲気温が低温の時には、急速にパターン先端側が昇温し、逆に高温の時には発熱が抑制され、ヒータ寿命の劣化を招かず、ヒータ寿命をさらに長期化できるセラミックヒータを提供することを目的としている。
　【００１７】
　【課題を解決するための手段】
　本発明者等は、上記研究の過程において、タングステンヘのレニウムの添加ｗｔ％により、パターンの抵抗の温度変化（温度係数）に差が生じることを利用し（図８のタングステン中のレニウムの添加量を変えた場合の抵抗−温度特性を参照）、パターンの発熱部（発熱側）には、低温時のヒータ電圧印加の際、突入電流を極力抑え、かつ先端部に発熱が集中し昇温が速くなるように、常温（２５℃）抵抗が大きく抵抗の温度変化の小さいレニウム（Ｒｅ）を１０％以上含むタングステン等を使用し、一方パターンの端部（端子側）には、使用雰囲気温が低温時にはこの部での電圧降下を小さくし、かつ高温になった時、抵抗が増大し、集中発熱部への電流を抑制し、ひいてはパターンの高温での劣化を抑制できるように、抵抗の温度変化の大きい、レニウムを５％以下しか含まないタングステン等を使用することによって、雰囲気温が低温の時には、急速にパターン先端側が昇温し、逆に高温の時には発熱が抑制され、ヒータ寿命の劣化を招かない、理想的なセラミックヒータになることを見出し、本発明を想到するに至った。
　【００１８】
　即ち本発明のセラミックヒータでは、
アルミナを主成分とし、焼結促進成分として金属酸化物が含有されて焼結された
　【００１９】
　厚膜抵抗体パターンとしては、レニウムの他に、残部としてタングステン（Ｗ）、タングステンカーバイト（ＷＣ）、モリブデン（Ｍｏ）等の高融点金属を用いることができる。なお、抵抗特性に悪影響を与えない限りにおいて若干酸化物等が存在していても良い。厚膜抵抗体パターンは一般的には、高抵抗性の発熱部と、電源との接続に供される比較的低抵抗性の端部（接続部）とからなり、発熱部はセンサ等の被加熱体の状況に応じて所定の大きさ、形状に形成することができる。
　【００２０】
　また、上記厚膜抵抗体の発熱部におけるレニウム（Ｒｅ）の添加量は１０ｗｔ％以上であり、上記厚膜抵抗体の端部におけるレニウム（Ｒｅ）の添加量は５ｗｔ％以下であることが好ましい。
　【００２１】
　上記発熱部におけるレニウム（Ｒｅ）の添加量が１０ｗｔ％未満では、発熱部の抵抗体自体の耐酸化性が不足する。また、上記端部におけるレニウム（Ｒｅ）の添加量が５ｗｔ％を越えると、室温抵抗が大きくかつ抵抗の温度変化が小さくなり、使用雰囲気温が低温時にはこの部での電圧降下が大きくなり、かつ高温になった時、集中発熱部への電流を抑制できなくなる。
　【００２２】
　また、上記発熱部は、レニウム（Ｒｅ）を１０ｗｔ％以上含有する、タングステン（Ｗ）、タングステンカーバイト（ＷＣ）またはモリブデン（Ｍｏ）で形成し（Ｒｅ１００％の場合も含む）、上記端部は、レニウム（Ｒｅ）を５ｗｔ％以下含有する、タングステン（Ｗ）、タングステンカーバイト（ＷＣ）またはモリブデン（Ｍｏ）で形成するのが好ましい。なお、上記端部は、レニウム（Ｒｅ）を全く含有しない、タングステン（Ｗ）、タングステンカーバイト（ＷＣ）またはモリブデン（Ｍｏ）で形成しても良い。
　【００２３】
　本発明のセラミックヒータに使用されるセラミック基材とは、広く、厚膜抵抗体が形成されている下の部分をいう。従って、例えば、グリーンシート上に厚膜抵抗体を形成して焼成した場合は焼成されたグリーンシートの部分を指し、支持体上に直接厚膜抵抗体を形成した場合は支持体の部分を指し、支持体上にグリーンシートを介在させて厚膜抵抗体を形成した場合には支持体とグリーンシート部分の双方を指す。
　【００２４】
　上記基材としては、アルミナ又はアルミナを主体とするセラミックが通常最も好ましいが、その他にも、ムライト、スピネル又はそれらを主体とするセラミック等のアルミナ類似セラミック等の高温高強度セラミックも用いることができる。
　【００２５】
　主成分としてのアルミナ等は、平均結晶粒径１０μｍ以下、相対理論密度９４％以上であることが熱伝導特性に優れた高温高強度材料とするため好ましい。
　【００２６】
　またセラミック基材の形状は、被加熱体例えばセンサの状況に応じて棒状、板状、管状等種々のものを採用できる。
　【００２７】
　さらに、セラミックヒータの表面には、発熱体を高温環境下において高融点金属を保護し、また基材と発熱パターンの接合性を向上させるために、少なくとも発熱体パターンを包含するように一旦グリーンシートで挟んで積層圧着し、その後必要に応じてこの積層圧着体を更に支持体との接合に供するようにし、しかるのち一体焼成することにより発熱体パターンを緻密な保護層で包み込むようにすることが望ましい。
　【００２８】
　次に、セラミック基材としてアルミナを用いたセラミックヒータの製法について説明する。
　【００２９】
　原料として主成分アルミナからなる粉末を湿式混合したものを用意する。緻密な高温高強度体とするために粉末としては純度９０％以上の高純度粉末を用い、その粒径は２μｍ以下にする。なお、焼結促進成分、即ちシリカ（ＳｉＯ２）、マグネシア（ＭｇＯ）、カルシア（ＣａＯ）、ベリリア（Ｂ２Ｏ３）等は焼成過程において酸化物、ひいては所定の網目構造となりうるもの、例えば水酸化物、塩（例えば炭酸塩等）として配合しても良い。
　【００３０】
　配合粉末の成形は加圧成形（例えば静水圧成形、ドクターブレード成形）、押出成形など種々の方法で行い得る。成形にあたり、所定の溶剤および結合剤等を適時配合する。
　【００３１】
　抵抗体パターンの形成はメッキ、気相析出法、例えばスパッタリング、蒸着など種々の手段が採れるが、特には、金属ペーストを第１のグリーンシート上に例えばスクリーン印刷によって所定形状の厚膜パターンに印刷形成し、このグリーンシートのパターン印刷面側に第２のグリーンシートを重ねて圧着してパターンを被覆した後、例えば棒状、管状等の異形状の支持体との接合に供するとよい。パターンを直接支持体に接合するようにすると相互密着性が不十分となり、気孔発生に基づくパターン成分の酸化原因（断線原因）を招くおそれがあるからである。
　【００３２】
　焼結は、基材および各層の相互密着性を高めるため同時焼成することが好ましい。焼結方法としては型加圧（ＨＰ，ＨＩＰ）焼結、雰囲気加圧焼結、反応焼結等種々のものを採用でき、その焼結温度は１４５０〜１６００℃の範囲から選択すると良い。雰囲気は不活性ガス（例えばＡｒ，Ｎ２）、酸化性雰囲気（例えば大気）、還元雰囲気（例えばＨ２）のいずれであっても良く、抵抗体材料に合わせて適宜選択する。
　【００３３】
　こうして得られたセラミックヒータは、そのパターン接続側の露出する末端の近傍をメタライズ処理して端末部を形成し、電源からのリード線を例えばロー付けで接続できるようにすることができる。
　【００３４】
　本発明のセラミックヒータはその特徴を備える限りにおいて、ヒータ要素の外に他の要素例えばセンサ素子要素を併設させても良い。
　【００３５】
　また本発明のセラミックヒータは、特に高温下で長期間使用される内燃機関の空燃比制御用酸素センサを加熱するためのヒータとして好適である。この場合セラミックヒータは、棒状に形成して試験管型固体電解質酸素センサ素子の中空部内に挿入してもよいし、板状に形成して板状酸素センサ素子に並設しても良いし、又セラミックヒータの中、例えば基材の間にセンサ素子を組み込んでも良いことは勿論である。
　【００３６】
　【実施例】
　以下、図面を参照して本発明のセラミックヒータについてさらに詳しく説明する。
　【００３７】
　図１に本発明のセラミックヒータの一例について示す。
　【００３８】
　このセラミックヒータでは、円筒状の支持体１１上に、厚膜抵抗体１４を含んだ発熱層１７が形成されている。この発熱層１７は、アルミナ等のセラミック層２層で厚膜抵抗体１４を挟んだ構造となっている。
　【００３９】
　上記厚膜抵抗体１４は、発熱部１４１と端部１４２と重ね部１４３とを有しており、上記発熱部１４１におけるレニウム（Ｒｅ）の添加量は１０ｗｔ％以上であり、上記端部１４２におけるレニウム（Ｒｅ）の添加量は５ｗｔ％以下に形成されている。また、端部１４２の先端は図示しないスルーホールを介して端子部１２３と接続され、更にリード線引出用端子線１５と接合されている。
　【００４０】
　以下上記セラミックヒータの製造方法について図２を参考にして説明する。
　【００４１】
（ａ）原料粉末の混合
　平均粒径１．５μｍ、純度９９．９％のアルミナ粉末、焼結促進剤として平均粒径２μｍ、純度９８％のシリカ粉末、平均粒径２μｍ、純度９０％のマグネシア粉末、平均粒径２μｍ、純度９０％のカルシア粉末を、９７．２：２．５：０．１：０．１の割合で配合し、ボールミルで２０〜６０時間湿式混合した後、脱水乾燥した。
　【００４２】
（ｂ）支持体の作成
　前記（ａ）で得た配合粉末にメチルセルロース１％、マクセロン（商品名）１５％、水１０％を添加し、混練した。次に、押出成形法で円筒状に成形し、所定寸法に切断後、１２００℃で仮焼して外径約２．３ｍｍ、長さ７０ｍｍの支持体１１を得た。
　【００４３】
（ｃ）第１グリーンシート１２、第２グリーンシート１３、および発熱体パターン１４の製作
　前記（ａ）で得た配合粉末にポリビニルブチラール８％、ＤＢＰ４％、メチルエチルケトン、トルエン７０％を添加し、ボールミルで混合してスラリー状とした。減圧脱泡後、ドクターブレード法により、厚さ０．２〜０．４ｍｍの第１グリーンシート１２を作った。次に、このシート１２の表面にレニウムとタングステンとを、
▲１▼発熱部１４１：Ｗ−Ｒｅ１０％以上
▲２▼端部１４２：Ｗ（Ｒｅ５％以下）
になるように、種々の割合で混合調整したペーストを厚膜印刷法により幅約０．２５ｍｍ、厚み約２０μｍにスクリーン印刷して図示した形状のパターン１４を形成した。
　【００４４】
　ここで、発熱部１４１の長さＸは約５．４ｍｍ、端部１４２の長さＹは６５ｍｍ、発熱部１４１の要部の幅ａは約０．２ｍｍに設定されている。
　【００４５】
　更に、この印刷表面に第１グリーンシート１２と同様の方法にて成形してなる厚さ０．０５ｍｍの第２グリーンシート１３を圧着した。なお、第１グリーンシート１２の所定位置にはスルーホール１２１，１２１、端子接続部１２２，１２２及び端子部１２３，１２３を上記ペーストの充填ないし印刷により形成しておく。
　【００４６】
（ｄ）支持体１１と、第１グリーンシート１２、パターン１４及び第２グリーンシート１３の積層体との一体化
　前記（ｃ）で得られた積層体シートの第２グリーンシート１３側表面に、前記（ａ）で得た配合粉末にポリビニルブチラール２５％、ＤＢＰ８％、ブチルカルビドール３０％を添加してなるペーストを塗布した。次に、この塗布面を支持体１１との接合に供するようにして、支持体１１の周囲にグリーンシート等を一重に巻き付け、加圧密着させた。次に、２５０℃で樹脂抜きした後、水素炉雰囲気中にて１５００〜１６００℃で焼成して、一体化焼結されたセラミックヒータ１６を得た。
　【００４７】
　なお、このセラミックヒータ１６の端子部１２３をＮｉメッキし、ロー材を用いてリード線引出用端子線１５，１５を接合した。
　【００４８】
　このようにして製造されたセラミックヒータでは、発熱部１４１におけるレニウム（Ｒｅ）の添加量が１０ｗｔ％以上であり、端部１４２におけるレニウム（Ｒｅ）の添加量は５ｗｔ％以下に形成されているので、雰囲気温が低温の時には、急速に発熱部側が昇温し、逆に高温の時には発熱が抑制され、ヒータ寿命の劣化を招かず、ヒータ寿命を最高度に長期化することができる。
　【００４９】
　（実験例）
　下表のように、発熱部と端子部とでＲｅの量を変えたセラミックヒータ１６を６種類（内実験例５、比較例１）を製造した。
　【００５０】
　【表１】
　【００５１】
　さらに、別途比較例として全パターンを単一の材料で製作したもの２種類（比較例２：Ｒｅ３２％、比較例３：Ｒｅ０％）のヒータも製造し、これらを用いて高温耐久試験を実施した。（但し、これらの各ヒータのパターンの全抵抗値は全てほぼ３．５Ω（２０℃）に調整した。）
　【００５２】
　ここで、図２に示す発熱部パターンの要部の長さＺを４．２ｍｍを中心として、各ペースト毎に適宜変更して抵抗値を調整した。つまりＲｅの含有が少ないペーストでは導電率が低くなるためパターン長は長く、又Ｒｅの含有が多いペーストではパターン長Ｚは短くなる。
　【００５３】
　高温耐久試験は１０００℃の大気加熱雰囲気下で直流１７Ｖの連続通電を３５０時間まで行い、その間の発熱体抵抗値の変化率［（耐久中の抵抗値−初期抵抗値）／初期抵抗値］を測定することにより実施した。この高温耐久試験結果を図３、図４に示す。
　【００５４】
　これらの図から明かなように、比較例１、比較例２のヒータでは３５０時間経過後の抵抗変化率が１００％近くになり（図３、図４）、また比較例３のヒータでは１００時間で断線が生じる（図４）のに対し、本実験例のヒータでは、３５０時間経過後も発熱体の抵抗変化がほとんどみられないことが判った（図３）。
　【００５５】
　さらに、上記実験例２、３と比較例２、３のセラミックヒータの基板の先端に薄い熱電対を張り付け、室温無風条件にて各ヒータに１４Ｖを印加し、ヒータ電圧印加時の昇温特性を比較した結果を図５に示す。
　【００５６】
　この結果、実験例２、３のヒータにおいては、Ｒｅの含有量に基づき、室温での導電率が変化するので、発熱部抵抗が端子部抵抗に比べて非常に大きく、昇温時での発熱集中効果が大きくなる。又、その後においては、発熱部に比べ端子部での抵抗温度係数が大きいため、電流が端子部より抑制されるので、発熱部の温度上昇が緩やかになり約８００℃で安定することが判明した。
　【００５７】
　一方比較例２のヒーターでは、室温での発熱部抵抗と端子部抵抗との差が実験例に比べ縮まっているため、発熱集中効果は減少し、その分昇温速度は遅くなる。又端子部での抵抗温度係数が小さいため、その後温度は上昇し続けるので寿命が低下する。
　【００５８】
　又比較例３のヒーターでは、発熱パターンＺが長いため先端部での発熱が分散し、昇温が遅く、又発熱部、端子部の抵抗温度係数が共に大きいため、安定する温度も低くなっている。なお、もし安定温度を高めるために発熱パターン長Ｚを長くせず、パターン密度を上昇させると、図５中の一点鎖線で示す参考の如く電圧印加時での突入電流の関係からオーバーシュートを発生する性質を内在するものである。
　【００５９】
　以上の結果、本実験例のヒータでは、高温での耐久性、低温での昇温〜加熱効果が共にすぐれ、セラミックヒータとして理想的であることが判った。
　【００６０】
　【発明の効果】
　以上説明したように本発明のセラミックヒータは、厚膜抵抗体の発熱部（発熱側）に添加されたレニウム（Ｒｅ）の添加量が、上記厚膜抵抗体の端部（端子側）に添加されたレニウム（Ｒｅ）の添加量より大きくされているので、厚膜抵抗体の発熱部では、低温時のヒータ電圧印加の際、突入電流を極力抑え、かつ発熱部に発熱が集中し昇温が速くなり、一方厚膜抵抗体の端部では、使用雰囲気温が低温時にはこの部での電圧降下を小さくし、かつ高温になった時、抵抗が増大し、集中発熱部への電流を抑制し、ひいてはパターンの高温での劣化を抑制することができる。
　【００６１】
　従って本発明のセラミックヒータによれば、ヒータ寿命の劣化を招かず、ヒータ寿命を最高度に長期化することができる。
【図面の簡単な説明】
　【図１】
　本発明のセラミックヒータの一実施例を示す斜視図である。
　【図２】
　本発明のセラミックヒータの製造方法を示す斜視図である。
　【図３】
　高温耐久試験の結果を示すグラフである。
　【図４】
　高温耐久試験の結果を示すグラフである。
　【図５】
　ヒータ電圧印加時の昇温特性を比較した結果を示すグラフである。
　【図６】
　従来のセラミックヒータを示す図であり、（Ａ）は斜視図、（Ｂ）は（Ａ）のＢ−Ｂ断面図である。
　【図７】
　直流電圧を連続印加した場合の従来のセラミックヒータの抵抗値変化を示すグラフである。
　【図８】
　レニウムの添加量を変化させた場合の抵抗−温度特性を示すグラフである。
　【符号の説明】
１１　支持体
１４　厚膜抵抗体（パターン）
１４１　発熱部
１４２　端部