【手続補正書】
【提出日】平成15年12月26日(2003.12.26)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
アルミナを主成分とするセラミック基体と、該セラミック基体に配設される発熱抵抗体とを備えるセラミックヒータにおいて、
該発熱抵抗体は発熱部とリード部とを有し、該発熱部と該リード部の常温における電気抵抗の合計を１００％とした場合に、該発熱部の電気抵抗が６８〜９５％の寄与であり、
上記発熱抵抗体は、アルミナと、タングステン及びモリブデンのうちの少なくとも一方とを含み、該発熱抵抗体を１００重量部とした場合に、該アルミナは３〜３０重量部であることを特徴とするセラミックヒータ。
【請求項２】
アルミナを主成分とするセラミック基体と、該セラミック基体に配設される発熱抵抗体とを備えるセラミックヒータにおいて、
該発熱抵抗体は発熱部とリード部とを有し、該発熱部と該リード部の常温における電気抵抗の合計を１００％とした場合に、該発熱部の電気抵抗が５５〜９５％の寄与であり、
上記発熱抵抗体は、タングステン及びモリブデンの少なくとも一方を含み、且つ上記発熱抵抗体の上記発熱部と上記リード部とは異なる組成であることを特徴とするセラミックヒータ。
【請求項３】
上記発熱部の電気抵抗が７５〜９０％の寄与である請求項２記載のセラミックヒータ。
【請求項４】
上記発熱抵抗体は、更にアルミナを含有する請求項２又は３記載のセラミックヒータ。
【請求項５】
上記発熱部及び上記リード部のいずれもアルミナを含み、且つ上記発熱部と上記リード部に含まれる該アルミナの配合割合が異なる請求項２又は３記載のセラミックヒータ。
【請求項６】
上記発熱部はアルミナを含み、上記リード部はアルミナを含まない請求項２又は３記載のセラミックヒータ。
【請求項７】
アルミナを主成分とするセラミック基体と、該セラミック基体に配設される発熱抵抗体とを備えるセラミックヒータにおいて、
該発熱抵抗体は発熱部とリード部とを有し、該発熱部と該リード部の常温における電気抵抗の合計を１００％とした場合に、該発熱部の電気抵抗が５５〜９５％の寄与であり、
上記発熱抵抗体は、アルミナ及びレニウムと、タングステン及びモリブデンのうちの少なくとも一方とを含み、該発熱抵抗体を１００重量部とした場合に、該アルミナは３〜３０重量部であり、該レニウムは５〜４０重量部であることを特徴とするセラミックヒータ。
【請求項８】
上記発熱部の電気抵抗は６８〜９５％の寄与である請求項７記載のセラミックヒータ。
【請求項９】
上記発熱抵抗体のリード部は、レニウムを含有しない請求項７又は８記載のセラミックヒータ。
【請求項１０】
請求項１乃至９のいずれかに記載のセラミックヒータを備えることを特徴とする酸素センサ。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の第１のセラミックヒータは、アルミナを主成分とするセラミック基体と、該セラミック基体に配設される発熱抵抗体とを備えるセラミックヒータにおいて、該発熱抵抗体は発熱部とリード部とを有し、該発熱部と該リード部の常温における電気抵抗の合計を１００％とした場合に、該発熱部の電気抵抗が６８〜９５％の寄与であり、上記発熱抵抗体は、アルミナと、タングステン及びモリブデンのうちの少なくとも一方とを含み、該発熱抵抗体を１００重量部とした場合に、アルミナは３〜３０重量部であることを特徴とする。
本発明の第２のセラミックヒータは、アルミナを主成分とするセラミック基体と、該セラミック基体に配設される発熱抵抗体とを備えるセラミックヒータにおいて、該発熱抵抗体は発熱部とリード部とを有し、該発熱部と該リード部の常温における電気抵抗の合計を１００％とした場合に、該発熱部の電気抵抗が５５〜９５％の寄与であり、上記発熱抵抗体は、タングステン及びモリブデンの少なくとも一方を含み、且つ上記発熱抵抗体の上記発熱部と上記リード部とは異なる組成であることを特徴とする。
本発明の第３のセラミックヒータは、アルミナを主成分とするセラミック基体と、該セラミック基体に配設される発熱抵抗体とを備えるセラミックヒータにおいて、該発熱抵抗体は発熱部とリード部とを有し、該発熱部と該リード部の常温における電気抵抗の合計を１００％とした場合に、該発熱部の電気抵抗が５５〜９５％の寄与であり、上記発熱抵抗体は、アルミナ及びレニウムと、タングステン及びモリブデンのうちの少なくとも一方とを含み、該発熱抵抗体を１００重量部とした場合に、アルミナは３〜３０重量部であり、レニウムは５〜４０重量部であることを特徴とする。


【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１２】
また、「電気抵抗」は、「常温」において、大気下で測定するものとする。この常温とは１８〜３０℃（特に２０〜２５℃）であるとする。また、その測定はミリオームハイテスターにより行うものとする。この電気抵抗は、上記のように発熱部及びリード部の成分及び形状等により異なるため、通常、発熱部及びリード部を上記条件により測定した場合の最大の抵抗値を各々の電気抵抗とする。即ち、例えば、長さ方向及び幅方向において、電気抵抗の測定値が異なる場合は、より大きい抵抗値をこの電気抵抗とする。


【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１４】
本発明の発熱部及びリード部の電気抵抗の比率は、特に、リード部の形状を変化させることにより容易に調整することができる。リード部の形状によりその電気抵抗を大きくするためには、例えば、図１のように、リード部にスリットを設け、電流が通過する断面積を小さくすることにより行うことができる。この部位は、図に示すような長方形状だけでなく、円形状、三角形状等どのような形状であってもよい。また、リード部の長さを変化させることによっても電気抵抗は大きくすることができる。このように、リード部が、電気抵抗の大きい形状であることにより、発熱部の電気抵抗の比率は小さくなり、発熱部の耐久性を向上させることができる。従って、このような発熱抵抗体を備えるセラミックヒータは、長期に渡り安定した性能を発揮することができる。


【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１６】
また、上記リード部の形状を変化させることにより、発熱部の電気抵抗の比率を７０〜９５％、より好ましくは７７〜９３％、更に好ましくは７５〜９０％の寄与とすることができる。このような電気抵抗の小さい形状であるリード部は、例えば、図２のようにその全面を抵抗体によって形成し、電流の通過する断面積を大きくすることにより形成することができる。この他、リード部の長さ等によってもこの電気抵抗は調製することができる。このように発熱部の電気抵抗の比率を高くすることにより、セラミックヒータの温度を速やかに昇温させることができる。
尚、このようにリード部の形状を変化させるだけでなく、発熱部の形状を同様にして変化させることにより、発熱部の抵抗値を大きく又は小さくすることができ、これによりリード部に対して相対的に発熱部の電気抵抗の比率を変化させ、上記の好ましい電気抵抗の比率とすることができる。


【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１７
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１８】
また、この発熱抵抗体は、タングステンによって形成することができる。
更に、アルミナと、タングステン及びモリブデンのうちの少なくとも一方とを含み、発熱抵抗体を１００部とした場合に、アルミナが３〜３０部である発熱抵抗体とすることもできる。タングステン及び／又はモリブデンを使用することで、耐熱性がより向上する。このセラミックヒータも、同様に優れた特性を有する。


【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１９】
また、本発明では、更にレニウムを含有し、その含有量が５〜４０部である発熱抵抗体とすることができる。レニウムはタングステン等に比べて常温での抵抗率が小さく、抵抗温度係数も小さいため、温度が高くなっても電気抵抗が大きく上昇することがない。従って、適量のレニウムを含有させることによって、昇温速度が大きく、且つ突入電流が抑えられ、所定温度を越えて過度に昇温することのないセラミックヒータとすることができる。


【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２１】
発熱抵抗体のリード部及び発熱部の電気抵抗は、上記のように、リード部及び発熱部の形状を変化させることによってこれらの電気抵抗の比率を調整するだけでなく、更に、これら発熱抵抗体を形成する材料及びこの材料を構成する成分等によってもこの比率を変化させることができる。即ち、例えば、発熱部はレニウムを含有し、リード部はレニウムを含有しない発熱抵抗体とすることができる。これは、レニウムを含有しないことで、リード部の抵抗が大きくなるため、高温時にリード部が電力を消費し、発熱部の飽和温度を抑制することができ、セラミックヒータを適度な温度に保持しやすいためである。


【手続補正１０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２３】
このような本発明のセラミックヒータにおける発熱抵抗体を構成する発熱部及びリード部は、所定の成分を含有するペーストを調製し、これを厚膜印刷法等により、所定のパターンを有する形状に印刷し、焼成することにより形成することができる。このペーストはタングステン、モリブデン、白金、レニウム及びアルミナ等の各粉末を所定量混合し、所定の操作を行うことで調製することができる。タングステン及びモリブデンは平均粒径０．４〜２．５μｍ、より好ましくは０．６〜２．０μｍの粉末を、レニウムは平均粒径０．４〜５μｍ、より好ましくは１．０〜４．０μｍの粉末を、アルミナは平均粒径０．１〜２．５μｍ、より好ましくは０．５〜２．０μｍの粉末を使用することが好ましい。平均粒径が下限値未満の各粉末は、ペーストを調製する際に飛散し易く、取り扱い難くいことがある。また、上限値を超えた各粉末はペーストを調製する際に混合しにくく、焼成された後の発熱抵抗体の抵抗値が均一になりにくいため好ましくない。


【手続補正１１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２９】
本発明の酸素センサは、上記のような発熱抵抗体を備えることを特徴とする。この発熱抵抗体は、例えば、そのセラミックヒータが、有底円筒型の固体電解質体を検出素子とするものである場合は、通常、前記の丸棒型セラミックヒータ又は平板型セラミックヒータを使用し、検出素子である固体電解質体の内部に配設される。また、そのセラミックヒータを厚膜型酸素センサ素子を検出素子として備える酸素センサに使用する場合は、通常、固体電解質体を備える基板内に埋設される。


【手続補正１２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３０】
【発明の実施の形態】
以下、実施例によって本発明を詳しく説明する。
本発明のセラミックヒータとして、種々の形状のものを作成することができるが、ここでは例として丸棒型セラミックヒータの構造及び製造方法、並びに平板型セラミックヒータの製造方法について説明する。


【手続補正１３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３３】
図３は、他のセラミックヒータの発熱抵抗体２を示す斜視図である。このヒータでは、リード部２３ａ、２３ｂのそれぞれに、ほぼリード部と同じ長さのスリット２６が３本設けられている。尚、レニウムの含有量によってはセラミック基体１ａ、１ｂの密着性が低下することもある。そのような場合は、セラミック基体１ａ、１ｂと共生地であるアルミナを併用し、且つこの図３のように複数本のスリット２６を設けることによって、密着性の低下を抑えることができる。


【手続補正１４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４８】
表１の結果によれば、発熱部の電気抵抗は、発熱抵抗体全体の電気抵抗に対して５５〜９５％の寄与であり、本発明に対応する丸棒型セラミックヒータでは、実験例２のヒータがやや性能が低いものの、実験例３〜５のヒータでは、飽和温度は５００℃を越え、且つ耐久性にも優れていることが分かる。一方、発熱部の電気抵抗の比率の低い実験例１の丸棒型セラミックヒータでは、温度が５００℃に達せず、また、この比率が高い実験例６の丸棒型セラミックヒータでは、５００℃を大きく越えて昇温してしまい、耐久性に劣るものとなっている。尚、この結果はペーストの種類によらず、同様の傾向であった。


【手続補正１５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５２】
表２の結果によれば、本発明に対応する実験例１１〜１７では、密着性、耐久性ともに優れたヒータが得られていることが分かる。一方、アルミナもレニウムも含まれていない実験例７のヒータでは、密着性に劣っており、また、アルミナ及びレニウムのうちの少なくとも一方を含んでいても、それらが本発明の下限値未満である実験例８〜１０のヒータでも、同様に密着性に劣っている。更に、本発明の上限値以上のアルミナを含む実験例１８のヒータでは、密着性は十分に向上するものの、耐久性が低下していることが分かる。


【手続補正１６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５６】
表３の結果によれば、本発明に対応する実験例１９〜２１では、飽和温度が高く優れた性能のヒータが得られていることが分かる。一方、発熱部の抵抗比率が本発明の下限値未満となった実験例２２のヒータでは飽和温度が５００℃未満であった。


【手続補正１７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５９】
表４の結果によると、実験例２３〜２７では電圧を印加してから１０秒以内に８００℃に達した。また、実験例２８及び２９では１０秒以内には８００℃に達することができなかった。即ち、本発明に対応する実験例２３〜２７では、速やかにヒータの表面温度が上昇するのに対して、実験例２８及び２９では、１４Ｖの電圧では、印加直後から１０秒以内で温度８００℃に達することはできないことが分かる。


【手続補正１８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００６６】
【発明の効果】
本発明によれば、発熱抵抗体の発熱部の電気抵抗の比率を特定することにより、昇温速度が大きく、且つ耐久性に優れたセラミックヒータを得ることができる。また、特に、特定の組成を有する抵抗発熱体とすることによって、この発熱抵抗体を挟持するセラミック基体の密着性を向上させることができる等、より優れたセラミックヒータとすることができる。更に、本発明のセラミックヒータを用いることにより、優れた性能の酸素センサを得ることができる。


【手続補正１９】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図３】
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