(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
棒状または筒状のセラミック体と、該セラミック体の内部に設けられた発熱抵抗体と、前記セラミック体の表面に設けられて前記発熱抵抗体に接続された電極層と、該電極層に接合材を介して接合されたリード端子とを備えており、該リード端子が、前記電極層に接合された端面を有するとともに、該端面の周縁部に突起を有し、前記突起の先端が前記電極層に接触し、前記突起を第１突起としたときに、前記接合材が前記リード端子の前記端面および外周面の一部に広がっており、前記リード端子が、前記外周面の前記接合材の広がっている部分に第２突起を有していることを特徴とするヒータ。
【請求項２】
前記リード端子が、前記端面の前記周縁部に複数の突起を有していることを特徴とする請求項１に記載のヒータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液体加熱用ヒータ、粉体加熱用ヒータ、気体加熱用ヒータおよび酸素センサ用ヒータ等に用いられるヒータに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
液体加熱用ヒータ、粉体加熱用ヒータ、気体加熱用ヒータおよび酸素センサ用ヒータ等に用いられるヒータとして、例えば特許文献１に開示されたヒータ装置が知られている。特許文献１に開示されたヒータ装置は、内部に発熱抵抗体が埋設されたセラミック体と、セラミック体の表面に設けられた電極パッドと、電極パッドに接合された端子部材とを備えている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１１−６０７１２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に開示されたヒータ装置は、端子部材がセラミック体から立ち上がるように設けられている。端子部材は、ろう材によって電極パッドに接合されている。このような構成のヒータ装置においては、端子部材の端面と電極パッドの表面との対向する面積が小さいことから、端子部材と電極パッドとの間の接合強度を向上させることが困難であった。さらに、ろう材による接合を行なう際に、端子部材と電極パッドとの間に位置する空気がこれらの間に留まってしまうことがあった。このような場合には、ろう材が端子部材と電極パッドとの間に流れこみにくくなってしまうおそれがあった。端子部材の端面と電極パッドの表面との対向する面積が小さい場合には、この留まってしまう空気の影響が大きく、端子部材の端面と電極パッドの表面とにろう材を十分に接触させることができなくなってしまう場合があった。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の一態様のヒータは、棒状または筒状のセラミック体と、該セラミック体の内部に設けられた発熱抵抗体と、前記セラミック体の表面に設けられて前記発熱抵抗体に接続された電極層と、該電極層に接合材を介して接合されたリード端子とを備えており、該リード端子が、前記電極層に接合された端面を有するとともに、該端面の周縁部に突起を有し、前記突起の先端が前記電極層に接触し、前記突起を第１突起としたときに、前記接合材が前記リード端子の前記端面および外周面の一部に広がっており、前記リード端子が、前記外周面の前記接合材の広がっている部分に第２突起を有していることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００６】
本発明の一態様のヒータによれば、リード端子の端面に接合材を濡れ広がりやすくすることができる。これにより、リード端子と電極層との間の接合強度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】本実施形態のヒータの一例を示す縦断面図である。
【図２】図１に示すヒータのうち電極層とリード端子との接合部分を示す拡大図である。
【図３】図１に示すヒータのうち電極層とリード端子との接合部分を示す横断面図である。
【図４】ヒータの変形例を示す縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
本実施形態の一例のヒータ１０について詳細に説明する。
【０００９】
図１は、本実施形態のヒータ１０の実施形態の一例を示す縦断面図である。図１に示すように、このヒータ１０は、棒状または筒状のセラミック体１と、セラミック体１の内部に設けられた発熱抵抗体２と、セラミック体１の表面に設けられた電極層３と、電極層３に接合されたリード端子４とを備えている。
【００１０】
セラミック体１は、発熱抵抗体２を保護するために設けられる部材である。セラミック体１の形状は、棒状または筒状である。棒状としては、例えば円柱状または角柱状等の柱状等が挙げられる。なお、ここでいう柱状とは、例えば特定の方向に長く伸びた板状も含んでいる。筒状としては、例えば円筒状または角筒状が挙げられる。図１に示すヒータ１０においては、セラミック体１は円柱状である。
【００１１】
セラミック体１は、絶縁性のセラミック材料から成る。絶縁性のセラミック材料としては、例えばアルミナ、窒化珪素または窒化アルミニウムが挙げられる。熱伝導率に優れるという観点からは窒化アルミニウムを用いることが好ましい。特に、窒化アルミニウムを用いる場合には、セラミック体１の熱伝導率を１５０Ｗ／（ｍ・Ｋ）と高くできるので、セラミック体１の内部に形成した発熱抵抗体２で発生した熱をヒータ１０の表面に効率良く伝えることができる。したがって、ヒータ１０の急速昇温が可能となる。
【００１２】
また、製造のしやすさの観点からはアルミナを用いることが好ましい。セラミック体１が円柱状の場合には、セラミック体１の寸法は、例えば長さを１００ｍｍに、外径を２０ｍｍに設定することができる。また、セラミック体１が板状の場合には、セラミック体１の寸法は、例えば長さを８０ｍｍに、幅を５０ｍｍに、厚みを２ｍｍに設定することができる。セラミック体１が円筒状の場合には、セラミック体１の寸法は、例えば長さを１００ｍｍに、外径を２０ｍｍに、内径を１４ｍｍに設定することができる。
【００１３】
発熱抵抗体２は、電流が流れることによって発熱する抵抗体である。発熱抵抗体２はセラミック体１の内部に設けられている。すなわち、発熱抵抗体２はセラミック体１に埋設されている。本実施形態のヒータ１０における発熱抵抗体２は折り返し形状を有している。発熱抵抗体２の両端部は引出電極２１に接続されている。引出電極２１は、セラミック体１の一方の端部へと引き出されており、端部においてセラミック体１の外周面に引き出されている。
【００１４】
発熱抵抗体２の折り返し部がセラミック体１の他方の端部に設けられている。すなわち、引出電極２１は、セラミック体１のうち発熱抵抗体２の折り返し部とは反対側の領域に設けられている。発熱抵抗体２の両端部は、引出電極２１を介して、セラミック体１の外周面に設けられた電極層３に電気的に接続されている。
【００１５】
発熱抵抗体２は金属材料から成る。金属材料としては、例えばタングステン、モリブデンまたはレニウム等が挙げられる。発熱抵抗体２の寸法は、例えば幅を１ｍｍに、全長を３０００ｍｍに、厚みを０．０２ｍｍに設定することができる。引出電極２１は、発熱抵抗体２と同じ金属材料を用いて、発熱抵抗体２と同時に形成することができる。また、引出電極２１は、発熱抵抗体２とは異なる材料を用いて別々に形成することもできる。
【００１６】
電極層３はセラミック体１の表面に設けられている。電極層３は、引出電極２１を介して発熱抵抗体２に接続されている。電極層３は金属材料からなる。金属材料としては、例えばタングステン、モリブデンまたはレニウム等が挙げられる。電極層３の寸法は、例え
ば長さを９ｍｍに、幅を５ｍｍに、厚みを０．０２ｍｍに設定することができる。なお、本実施形態においては、電極層３が引出電極２１を介して発熱抵抗体２に接続されているが、これに限られない。具体的には、ヒータ１０が引出電極２１を有しておらず、電極層３と発熱抵抗体２とが直接接続されていてもよい。
【００１７】
リード端子４は発熱抵抗体２に電力を供給するための部材である。リード端子４は外部の電源（図示せず）に接続されて用いられる。リード端子４としては、ニッケルまたは銅の金属からなる線材または板材を用いることができる。リード端子４は、電極層３の表面上に接合材５を用いて取り付けることができる。接合材５としては、例えば、ろう材を用いることができる。
【００１８】
リード端子４は、電極層３から立ち上がる第１部分４１と、セラミック体１の外周から外側において長さ方向に沿って延びた第２部分４２と、第２部分４２よりも外側を経由して第１部分４１と第２部分４２とを繋ぐ湾曲部４３とを備えている。これにより、セラミック体１の長さ方向における振動が生じたときに、湾曲部４３がたわむことによって、この振動を低減することができる。このため、第１部分４１と電極層３との接合部に生じる応力を低減できる。その結果、セラミック体１の長さ方向における振動に対する強度を向上させることができる。
【００１９】
本実施形態においては、リード端子４の断面（第１部分４１、第２部分４２および湾曲部４３の断面）が円形状である。特に、湾曲部４３の断面が円形状であることによって、湾曲部４３がたわんだときに、湾曲部４３が損傷してしまうおそれを低減できる。リード端子４の断面のその他の形状としては、例えば、矩形状、コの字形状または中空状等が挙げられる。特に、湾曲部４３の断面形状がコの字形状の場合には、コの字のうち開口している側がセラミック体１とは反対側（すなわち、湾曲部４３の外周側）に位置していることが好ましい。これにより、湾曲部４３をたわませやすくすることができる。なお、ここでいうコの字形状としては、例えば、いわゆるＣ字形状等のように角が丸い場合も含む。
【００２０】
また、本実施形態においては、リード端子４のうち、第１部分４１、第２部分４２および湾曲部４３の断面の形状および大きさが同一であるが、これに限られない。具体的には、それぞれの部位で形状および大きさが異なっていてもよい。特に、湾曲部４３は第１部分４１および第２部分４２よりも細いことが好ましい。これにより、リード端子４の強度を確保しつつ、湾曲部４３をたわませやすくすることができる。
【００２１】
リード端子４の寸法は、例えば、以下のように設定できる。図１に示すヒータ１０の場合には、第１部分４１の長さを２．３ｍｍに設定できる。湾曲部４３の長さは、セラミック体１の長さ方向に垂直な方向の長さを１．５ｍｍに、セラミック体１の長さ方向に平行な方向の長さを２．５ｍｍに設定できる。また、第２部分４２の長さを６．５ｍｍに設定できる。また、第１部分４１、第２部分４２および湾曲部４３のそれぞれの断面は、直径がΦ０．８ｍｍの円形状に設定できる。
【００２２】
ここで、図２、３に示すように、本実施形態においては、リード端子４が、電極層３に接合された端面を有するとともに、端面の周縁部に突起６を有している。なお、図２においては、リード端子４と電極層３との関係を明確にするために、接合材５を省略している。これにより、リード端子４の端面に接合材５を濡れ広がりやすくすることができる。そのため、リード端子４と電極層３との間の接合強度を向上させることができる。リード端子４の端面に接合材５が濡れ広がりやすくなる理由としては、以下の理由が考えられる。すなわち、リード端子４と電極層３とを接合する際に、リード端子４の側面に接触した接合材５が突起６を伝わってリード端子４の端面に濡れ広がる。このとき、突起６が設けられていることによって、リード端子４と電極層３との間隔が部分的に狭まっていることから、この近傍に位置する空気を、突起６を濡れ広がる接合材によって押し出すことができる。そして、突起６を伝わった接合材５がリード端子４の端面の全面に濡れ広がることによって、突起６が設けられていないところから空気を外部に押し出すことができる。その結果、リード端子４と電極層３との間に大きな気泡が残ってしまうことを低減できるので、リード端子４と電極層３との接合強度を向上できる。また、突起６が設けられていることによって、リード端子４と接合材５との接触面積を増やすことができるので、リード端子４と電極層３との接合強度を向上できる。突起６は、先端が尖がった形状であって、例えば、円錐形状である。突起６の寸法は、例えば、最も幅が大きい部分の幅を５０μｍ〜５００μｍ、高さを２０〜３００μｍに設定できる。
【００２３】
さらに、リード端子４の端面が周縁部に複数の突起６を有していてもよい。この場合には、リード端子４のうち突起６を含む端面と接合材５との接触面積を増やすことができる。これにより、リード端子４と電極層３との接合強度を向上できる。
【００２４】
さらに、突起６の先端が電極層３に接触していてもよい。突起６の先端が電極層３に接触していることで、リード端子４の位置決めをしやすくできる。これにより、リード端子４と電極層３との間隔を一定にできることから、接合材５の量を調整しやすくできる。これにより、接合材５が多すぎたり少なすぎたりしてしまう可能性を低減できるので、リード端子４と電極層３との接合強度を安定させることができる。
【００２５】
図４に示すように、突起６を第１突起６としたときに、接合材５がリード端子４の端面および外周面の一部に広がっており、リード端子４が外周面の接合材５の広がっている部分に第２突起７を有していてもよい。これにより、電極層３からリード端子４が垂直に立ち上がった部分（第１部分４１）において、曲げ方向の外力が加わった際に、第２突起７が接合材５に引っかかる。これにより、リード端子４が接合材７から抜けてしまうおそれを低減できる。
【００２６】
第２突起７は、第２部分４２の長さ方向に沿って突出していてもよい。リード端子４と電極層３との接合部分にかかる外力は、特に、第２部分４２の長さ方向において大きな力が加わる傾向にある。そこで、第２突起７を第２部分４２に沿って突出させておくことによって、第２部分４２の長さ方向に大きな力が加わりリード端子４が接合材５から抜けそうになったときに、第２部分４２を接合材５に引っかからせることができる。そのため、リード端子４が接合材５から抜けてしまうおそれをさらに低減できる。第２突起７の寸法は、例えば、最も幅が大きい部分の幅を５０μｍ〜５００μｍ、高さを１０〜３００μｍに設定できる。
【００２７】
さらに、第２突起７が少なくとも２つ設けられているとともに、２つの第２突起７がリード端子４の外周面において、対向するように位置していてもよい。なお、ここでいう「対向する」とは、図３に示すような横断面で見たときに、第２突起７の少なくとも一部が対向していればよい。第２突起７が対向するように位置していることによって、リード端子４の幅が部分的にさらに大きくなるため、接合材５からリード端子４をさらに抜けにくくすることができる。
【符号の説明】
【００２８】
１：セラミック体
２：発熱抵抗体
２１：引出電極
３：電極層
４：リード端子
４１：第１部分
４２：第２部分
４３：湾曲部
５：接合材
６：突起（第１突起）
７：第２突起
１０：ヒータ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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