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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein zylindrisches Keramikheizelement, das durch Bedecken eines Kernmaterials mit einer Keramiklage gebildet wird. Üblicherweise ist bei einem Keramikheizelement, das durch Bedecken eines Kernmaterials mit einer Keramiklage gebildet wird, ein Heizelement in die Keramiklage eingebettet. Gleichzeitig ist auch ein Anschlussabschnitt, der mit einer hinteren Endseite des Heizelements verbunden ist, in die Keramiklage eingebettet. Der Anschlussabschnitt ist mit einer Elektrodenfläche verbunden, die auf der Außenumfangsseite in der zylindrischen Keramiklage durch einen Durchkontaktleiter gebildet ist, der in einem in der Keramiklage gebildeten Durchgangsloch angeordnet ist, wodurch ein elektrisch leitender Pfad zu dem Heizelement realisiert wird (siehe unter anderem
2 in
JP-A-2003-317907 ).
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Die
DE 101 00 125 A1 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung einer keramischen Heizvorrichtung, bei dem Durchstoßlöcher in einen grünen Bogen eines ungebranten keramischen Materials eingebracht und mit einer leitfähigen Paste gefüllt werden.
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US 2007/0 221 661 A1 beschreibt ein keramisches Heizelement mit einem in einer Keramik eingebetteten Heizwiderstand, dessen Anschlussenden über Durchgangslöcher in der Keramik mit außen liegenden Anschlusselektroden. Weitere keramische Heizelemente sind in
JP 2002-168 827 A ,
JP 2007-042 615 A ,
GB 2 432 093 A und
JP 2003-317 907 A beschrieben.
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Obwohl ein Durchgangsloch im Voraus in der Keramiklage gebildet werden muss, um den elektrisch leitenden Pfad zu dem Heizelement zu realisieren, entsteht im Hinblick auf den Aufbau, in dem das Kernelement mit der Keramiklage bedeckt ist, ein Problem dahingehend, dass eine Spannungsbeanspruchung auftritt, die das Durchgangsloch in Umfangsrichtung vergrößert, während das Kernelement mit der Keramiklage bedeckt wird. Folglich kann es zur Bildung von Rissen in dem Durchgangsloch und seiner Umgebung kommen.
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Nachstehend wird die Ursache für das Auftreten von Rissen erläutert. Das Durchgangsloch wird gebildet, wenn die Keramiklage mit einem Bearbeitungswerkzeug (Stanze) von ihrer Vorderseite zur Rückseite hin ausgestanzt wird. Dabei wird bezüglich der Innenumfangsfläche des Durchgangslochs die Vorderseite der Keramiklage mit einer glatten, ebenen Oberfläche entsprechend der Oberfläche des Werkzeugs ausgebildet. Die Rückseite wird jedoch mit dem Werkzeug gezogen und kann herabfallen. Daher gibt es Fälle, wo die Innenumfangsfläche des Durchgangslochs nicht mehr glatt ist.
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Was den Durchkontaktleiter betrifft, der in diesem Zustand in das Durchgangsloch eingebettet wird, wird die Haftkraft zwischen dem Durchkontaktleiter und der Innenumfangsfläche des Durchgangslochs schwächer als auf der Vorderseite der Keramiklage, weil die Rückseite der Keramiklage an dem Durchgangsloch nicht glatt ist.
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Wenn ein Kernelement mit dieser Keramiklage bedeckt wird, wobei deren Rückseite als Außenfläche dient, wirkt eine Spannungsbeanspruchung in einer Richtung ein, in der die Innenumfangsfläche des Durchgangslochs und der Durchkontaktleiter in Umfangsrichtung gedehnt werden. Dabei kann jedoch der Durchkontaktleiter von der Innenumfangsfläche des Durchgangslochs abblättern, weil die Haftkraft auf dieser Rückseite gering ist. Dies wiederum führt zur Bildung von Rissen in dem Durchgangsloch und seiner Umgebung.
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Die vorliegende Erfindung ist entwickelt worden, um die vorstehend genannten Probleme der bisherigen Technik zu überwinden, und ein Ziel der Erfindung ist die Bereitstellung eines Verfahrens zur Verhinderung der Bildung von Rissen in einem Durchgangsloch eines Keramikheizelements und dessen Umgebung.
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Nach einem ersten Aspekt wird ein Verfahren zur Herstellung eines Keramikheizelements bereitgestellt, wobei das Keramikheizelement ein Kernmaterial und eine Keramiklage aufweist, die das Kernmaterial bedeckt, und wobei eine Seite der Keramiklage, die dem Kernmaterial gegenüberliegt, eine Außenseite des Keramikheizelements ist, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: Bilden eines Durchgangslochs in einer Keramiklage, das von einer ersten Fläche zu einer zweiten Fläche der Keramiklage im Durchmesser vergrößert ist, durch Stanzen der Keramiklage von der ersten Fläche zur zweiten Fläche der Keramiklage, Bilden eines Durchkontaktleiters durch Einfüllen einer elektrisch leitenden Paste in das Durchgangsloch, Bilden eines Heizabschnitts und eines Anschlussabschnitts auf der zweiten Fläche zum Verbinden des Heizabschnitts und des Durchkontaktleiters und Bedecken eines Kernmaterials mit der Keramiklage, so dass die erste Fläche zur Außenseite des Keramikheizelements weist.
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Nach dem vorstehend beschriebenen Herstellungsverfahren wird das Kernmaterial mit der Keramiklage bedeckt, indem als ihre Außenseite eine Stanzanfangsfläche (erste Fläche) festgelegt wird, mit der ein Bearbeitungswerkzeug (Stanze) beim Stanzen des Durchgangslochs zuerst in Kontakt gebracht wird.
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Das so hergestellte Keramikheizelement weist ein wesentlich geringeres Auftreten von Rissen verglichen mit dem Fall auf, bei dem das Kernmaterial mit der Keramiklage bedeckt wird, indem als ihre Innenseite die Fläche (zweite Fläche) festgelegt wird, mit der das Werkzeug zuerst in Kontakt gebracht wird, wie die nachstehend beschriebenen Versuchsergebnisse zeigen.
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Wenn das Stanzen von der ersten Fläche in Richtung zu der zweiten Fläche der Keramiklage erfolgt, wird die Haftkraft zwischen dem Durchkontaktleiter und der Innenumfangsfläche des Durchgangslochs in diesem Bereich schwach, wie vorstehend beschrieben, weil die Seite der zweiten Fläche der Keramiklage an der Innenumfangsfläche des Durchgangslochs nicht mehr glatt ist. Im Gegensatz dazu wird bei dem vorstehend beschriebenen Herstellungsverfahren das Kernmaterial mit der Keramiklage so bedeckt, dass die Seite der ersten Fläche zur Außenseite des Keramikheizelements weist. In diesem Fall treten in der Innenumfangsfläche des Durchgangslochs auf der Seite der zweiten Fläche der Keramiklage, wenn das Kernmaterial mit der Keramiklage bedeckt ist, Spannungen in einer Richtung hin zum Durchkontaktleiter auf, mit der Folge, dass die Haftkraft zunimmt. Obwohl in der Innenumfangsfläche des Durchgangslochs auf der Seite der ersten Fläche der Keramiklage Spannungen in einer Richtung weg vom Durchkontaktleiter auftreten, ist die Haftkraft in diesem Bereich stärker als auf der Seite der zweiten Fläche. Folglich ist es unwahrscheinlich, dass ein Abblättern zwischen der Innenumfangsfläche des Durchgangslochs und dem Durchkontaktleiter auftritt. Daher ist es mit dem vorstehend beschriebenen Herstellungsverfahren möglich, die Wahrscheinlichkeit des Auftretens von Rissen im Vergleich zu dem Fall, wo das Kernmaterial mit der Keramiklage bedeckt wird, durch Festlegen der Fläche, mit der das Werkzeug zuerst in Kontakt gebracht wird, als ihre Innenseite, wesentlich zu verringern.
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Darüber hinaus wirkt, wenn das Kernmaterial mit der Keramiklage bedeckt ist, eine nach außen (von der zweiten Fläche zur ersten Fläche) gerichtete Spannungsbeanspruchung auf den in das Durchgangsloch eingefüllten Durchkontaktleiter ein. Folglich kann es zu einer Verschiebung zwischen dem Durchgangsloch und dem Durchkontaktleiter kommen, wodurch möglicherweise Risse in dem Durchgangsloch und seiner Umgebung entstehen. Diese Spannungen sind besonders spürbar bei Heizelementen mit kleinem Durchmesser, deren Außendurchmesser nach dem Bedecken des Kernmaterials mit der Keramiklage nicht größer als 3,0 mm wird. Wenn jedoch das Durchgangsloch von der ersten Fläche zur zweiten Fläche im Durchmesser vergrößert ist, wie vorstehend beschrieben, können die Spannungen durch die Innenumfangsfläche des Durchgangslochs verringert werden, auch wenn eine nach außen gerichtete Spannung auf den in das Durchgangsloch eingefüllten Durchkontaktleiter einwirkt, wenn das Kernmaterial mit der Keramiklage bedeckt ist. Folglich ist es wenig wahrscheinlich, dass eine Verschiebung zwischen dem Durchgangsloch und dem Durchkontaktleiter auftritt, so dass es möglich ist, das Auftreten von Rissen in dem Durchgangsloch und seiner Umgebung zu verhindern. Hierbei bedeutet der Begriff „Vergrößerung im Durchmesser“, dass der Durchmesser des Durchgangslochs von der ersten Fläche zur zweiten Fläche hin vergrößert ist. Das „im Durchmesser vergrößerte“ Durchgangsloch kann nach dem in 5A und 5B gezeigten Verfahren hergestellt werden, das nachstehend ausführlich beschrieben ist. Als spezifische Beispiele können eine aufgeweitete Form oder eine sich umgekehrt kegelförmig aufweitende Form verwendet werden.
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Wenn beim Einwirken von Spannungsbeanspruchungen eine Unregelmäßigkeit in der elektrisch leitenden Paste auf der Seite der ersten Fläche der Keramiklage vorliegt, können sich an dieser Unregelmäßigkeit möglicherweise Risse bilden, so dass die elektrisch leitende Paste an dieser Stelle vorzugsweise glatt sein sollte. Daher kann, um mindestens die freiliegende Fläche der elektrisch leitenden Paste auf der Seite der ersten Fläche der Keramiklage glatt zu machen, die elektrisch leitende Paste von der Seite der zweiten Fläche der Keramiklage in einem Zustand in das Durchgangsloch eingefüllt werden, bei dem die Seite der ersten Fläche des Durchgangslochs mit einer glatten Platte verschlossen ist. Weil die freiliegende Fläche der elektrisch leitenden Paste auf der Seite der ersten Fläche glatt gemacht wird, werden die Spannungen, die als Ausgangspunkt für Risse dienen können, nicht erzeugt, so dass es möglich ist, das Auftreten von Rissen zur Zeit des Bedeckens des Kernmaterials mit der Keramiklage zu verhindern.
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Darüber hinaus weist die zweite Fläche der Keramiklage eine Oberflächenrauheit auf, die vorzugsweise geringer als die der ersten Fläche ist. Obwohl der Heizabschnitt auf der zweiten Fläche gebildet ist, werden die charakteristischen Eigenschaften des Heizelements durch dessen Widerstandswert bestimmt. Weil der Widerstandswert von der Form (Querschnittsfläche, Routenlänge) des jeweiligen Musters abhängig ist, besteht bei Vorliegen einer Unregelmäßigkeit auf der zweiten Fläche die Möglichkeit der unbeabsichtigten Veränderung des Widerstandswerts und der charakteristischen Eigenschaften des Heizelements. Wenn der Heizabschnitt auf der Fläche der Keramiklage mit der geringeren Oberflächenrauheit gebildet ist, ist es hingegen möglich, die Auswirkungen von Unregelmäßigkeiten auf die charakteristischen Eigenschaften des Heizelements zu verringern, mit dem Ergebnis, dass ein Heizelement mit den gewünschten charakteristischen Eigenschaften gebildet werden kann.
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Darüber hinaus wird nach einem weiteren Aspekt ein Keramikheizelement bereitgestellt, aufweisend eine in Achsenrichtung verlaufende zylindrische Keramiklage, ein durch die Keramiklage hindurchgehendes erstes Durchgangsloch, einen in das erste Durchgangsloch eingefüllten ersten Durchkontaktleiter, eine auf einer Außenfläche der Keramiklage gebildete Elektrodenfläche zur Verbindung mit dem ersten Durchkontaktleiter, einen auf einer Innenfläche der Keramiklage gebildeten Heizabschnitt und einen auf der Innenfläche der Keramiklage gebildeten Anschlussabschnitt zur Verbindung des Heizabschnitts und des ersten Durchkontaktleiters, wobei in einem ersten Querschnitt, der durch den Mittelpunkt des ersten Durchgangslochs und entlang der Achsenrichtung verläuft, das erste Durchgangsloch von der Außenfläche zur Innenfläche der Keramiklage hin im Durchmesser vergrößert ist.
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Wenn das erste Durchgangsloch in mindestens dem ersten Querschnitt von der Außenfläche zur Innenfläche hin im Durchmesser vergrößert ist, können die Spannungen durch die Innenumfangsfläche des ersten Durchgangslochs verringert werden, auch wenn eine von der Seite der Innenfläche zur Seite der Außenfläche gerichtete Spannungsbeanspruchung auf den in das erste Durchgangsloch eingefüllten ersten Durchkontaktleiter einwirkt. Folglich ist es wenig wahrscheinlich, dass eine Verschiebung zwischen dem ersten Durchgangsloch und dem ersten Durchkontaktleiter auftritt, wodurch es möglich ist, die Entstehung von Rissen in dem ersten Durchgangsloch und seiner Umgebung zu verhindern. Die Durchmesserdifferenz des ersten Durchgangslochs zwischen der Außenfläche und der Innenfläche der Keramiklage in dem ersten Querschnitt beträgt mindestens 0,1 mm. Was die Querschnittsform des ersten Durchgangslochs angeht, wird eine sich von der Außenfläche zur Innenfläche hin aufweitende Kegelform bevorzugt. Um eine zuverlässigere Wirkung zu erzielen, ist vorzugsweise in einem zweiten Querschnitt, der durch den Mittelpunkt des ersten Durchgangslochs und senkrecht zur Achsenrichtung verläuft, das erste Durchgangsloch von der Außenfläche zur Innenfläche der Keramiklage hin im Durchmesser vergrößert.
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Darüber hinaus ist der Durchmesser an der Außenfläche des ersten Durchgangslochs typischerweise im ersten Querschnitt nicht größer als 0,5 mm. Beträgt der Durchmesser an der Außenfläche des ersten Durchgangslochs weniger als 0,5 mm, ist es möglich, die auf den ersten Durchkontaktleiter einwirkende Spannungsbeanspruchung zu verringern, wodurch es möglich ist, die Entstehung von Rissen zu verhindern.
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Außerdem kann das Keramikheizelement nach einer Ausführungsform der Erfindung eine Anschlussklemme mit einer an die Elektrodenfläche anstoßenden Fläche, ein zweites Durchgangsloch, das durch die Keramiklage hindurchgeht und von der Außenfläche zur Innenfläche der Keramiklage hin im ersten Querschnitt im Durchmesser vergrößert ist, wobei der erste Querschnitt auch durch den Mittelpunkt des zweiten Durchgangslochs verläuft, und einen zweiten Durchkontaktleiter aufweisen, der in das zweite Durchgangsloch eingefüllt ist, um die Elektrodenfläche und den Anschlussabschnitt zu verbinden, wobei ein Verbindungsabschnitt der Anschlussklemme zwischen dem Mittelpunkt des ersten Durchgangslochs und dem Mittelpunkt des zweiten Durchgangslochs angeordnet ist.
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Üblicherweise wird die Verbindung zwischen der Elektrodenfläche und dem Anschlussabschnitt durch Durchgangslochleiter gebildet, die auf den Innenumfangsflächen der ersten und der zweiten Durchgangslöcher gebildet sind. Als Folge ist es nötig, einen Verbindungsabschnitt der Anschlussklemme länger als die beiden Durchgangslöcher auszuführen und ein Hartlöten in einem Zustand durchzuführen, bei dem die ersten und die zweiten Durchgangslöcher durch den Verbindungsabschnitt der Anschlussklemme abgedeckt sind. Aus diesem Grund nimmt das Volumen des Hartlöt-Füllmetalls zu, so dass die Möglichkeit besteht, dass die Keramiklage und das Hartlöt-Füllmetall aufgrund der unterschiedlichen Wärmeausdehnung zwischen der Keramiklage und dem Hartlöt-Füllmetall voneinander abblättern. Weil die Verbindung zwischen der Elektrodenfläche und dem Anschlussabschnitt durch die ersten und die zweiten Durchkontaktleiter hergestellt wird, die in die ersten und die zweiten Durchgangslöcher eingefüllt sind, ist es im Gegensatz dazu bei der Erfindung nicht nötig, die ersten und die zweiten Durchgangslöcher durch den Verbindungsabschnitt abzudecken. Folglich kann der Verbindungsabschnitt der Anschlussklemme zwischen dem Mittelpunkt des ersten Durchgangslochs und dem Mittelpunkt des zweiten Durchgangslochs angeordnet werden. Dadurch kann wiederum das Volumen des Hartlöt-Füllmetalls zum Verbinden der Elektrodenfläche und der Anschlussklemme verringert werden. Folglich ist es möglich, das Abblättern aufgrund der unterschiedlichen Wärmeausdehnung zwischen der Keramiklage und dem Hartlöt-Füllmetall zu verringern, und die benötigte Menge des teuren Hartlöt-Füllmetalls kann verringert werden.
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Darüber hinaus beträgt der Abstand zwischen dem Mittelpunkt des ersten Durchgangslochs und dem Mittelpunkt des zweiten Durchgangslochs in der Regel mindestens 1 mm und höchstens 5 mm. Weil der Abstand zwischen dem ersten Durchgangsloch und dem zweiten Durchgangsloch höchstens 5 mm beträgt, kann das Volumen des Verbindungsabschnitts zum Verbinden der Elektrodenfläche und der Anschlussklemme verkleinert werden. Beträgt jedoch der Mittenabstand zwischen den beiden Durchkontaktleitern weniger als 1 mm, können sich Spannungen in der Keramiklage zwischen den beiden Durchkontaktleitern konzentrieren, so dass die Möglichkeit der Rissbildung in der Keramiklage besteht. Weil der Mittenabstand zwischen den beiden Durchkontaktleitern mindestens 1 mm beträgt, ist es daher möglich, die Konzentration von Spannungen in der Keramiklage zwischen den beiden Durchkontaktleitern zu verringern, wodurch es möglich ist, die Entstehung von Rissen zu verhindern.
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1 zeigt eine perspektivische Teilansicht eines Keramikheizelements.
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2 zeigt eine perspektivische Explosionsansicht der Bestandteile des Keramikheizelements.
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3 zeigt einen teilweise vergrößerten Querschnitt, gesehen in Richtung der Pfeile entlang der gestrichelten Linie A-A' in 1, eines Durchgangslochs und dessen Umgebung in dem Keramikheizelement.
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4 zeigt einen teilweise vergrößerten Querschnitt, gesehen in Richtung der Pfeile entlang der gestrichelten Linie B-B' in 1, der Durchgangslöcher und deren Umgebung in dem Keramikheizelement.
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5A und 5B zeigen Diagramme zur Illustration eines Verfahrens zur Herstellung eines Keramikheizelements (Stanzen).
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6A bis 6F zeigen Diagramme zur Illustration eines Verfahrens zur Herstellung eines Keramikheizelements (Verfahren zum Bilden des Durchkontaktleiters bis zum Abdecken).
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7 zeigt eine Elektronenmikroskopaufnahme des Durchgangslochs und seiner Umgebung (Seite der ersten Fläche).
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8 zeigt eine Elektronenmikroskopaufnahme des Durchgangslochs und seiner Umgebung (Seite der zweiten Fläche).
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9 zeigt eine Elektronenmikroskopaufnahme eines Querschnitts des Keramikheizelements.
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10 zeigt eine Elektronenmikroskopaufnahme eines Querschnitts des Keramikheizelements, in dem sich ein Riss gebildet hat.
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11 zeigt ein Diagramm zur Erläuterung der Ursache für die Bildung von Rissen im Durchgangsloch und seiner Umgebung.
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12 zeigt eine Übersicht der Versuchsbedingungen und -ergebnisse.
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Unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen wird nachstehend eine Ausführungsform der Erfindung beschrieben. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht als hierauf beschränkt anzusehen.
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(1) Gesamtaufbau
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Unter Bezugnahme auf die Zeichnungen werden ein Keramikheizelement und ein Verfahren zur Herstellung eines Keramikheizelements nach einer Ausführungsform der Erfindung beschrieben.
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Das Keramikheizelement nach dieser Ausführungsform kann in verschiedenen Anwendungen benutzt werden, zum Beispiel zum Erwärmen eines Sensorelements auf eine Aktivierungstemperatur. Sensorelemente, die erwärmt werden und die zur Verwendung zusammen mit dem Keramikheizelement nach der Erfindung angepasst werden können, sind zum Beispiel Gassensorelemente zum Detektieren eines bestimmten Gases (zum Beispiel Sauerstoff) in zu messenden Gasen (zum Beispiel Abgasen). Solche Sensoren werden typischerweise in verschiedenen Regelvorrichtungen (zum Beispiel für die Regelung des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses) bei verschiedenen Verbrennungsmotoren für Kraftfahrzeuge und dergleichen verwendet.
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Zunächst wird anhand von 1 und 2 der Aufbau eines Keramikheizelements 100 beschrieben.
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1 zeigt eine perspektivische Außenansicht des Keramikheizelements 100.
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2 zeigt eine perspektivische Explosionsansicht mit dem Innenaufbau des Keramikheizelements 100.
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Wie in 1 gezeigt, ist das Keramikheizelement 100 in Form eines runden Stabs (mit im Wesentlichen zylindrischer Form) ausgebildet und in ein (nicht gezeigtes) Sensorelement mit einer unten geschlossenen zylindrischen Form eingesteckt, um das Sensorelement zu erwärmen. Das Sensorelement ist mit Elektrodenschichten aufgebaut, die jeweils auf den Innen- und Außenflächen eines festen Elektrolytkörpers mit einer unten geschlossenen zylindrischen Form gebildet sind.
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Das Keramikheizelement 100 umfasst ein Keramiksubstrat 102, einen Heizabschnitt 142 und einen Anschlussabschnitt 143, die in das Keramiksubstrat 102 eingearbeitet sind, Elektrodenflächen 121a und 121b auf einer Außenfläche des Keramiksubstrats 102 und Anschlussklemmen 130a und 130b, die jeweils durch ein elektrisch leitendes Hartlöt-Füllmetall mit den Elektrodenflächen 121a und 121b verbunden sind.
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Wie in 2 gezeigt, besteht das Keramiksubstrat 102 aus einem aus Aluminiumoxidkeramik hergestellten Kernmaterial 101, das in Form eines runden Stabs ausgebildet ist, sowie einer ersten Keramiklage 110 und einer zweiten Keramiklage 120, die auf dessen Außenumfang laminiert sind. Der Außendurchmesser des Keramiksubstrats 102, das heißt auf der Außenfläche der zweiten Keramiklage 120, die das Kernmaterial 101 bedeckt, beträgt typischerweise 2,5 mm bis 3,0 mm (2,8 mm bei dieser Ausführungsform).
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Der Heizabschnitt 142 und ein Paar Anschlussabschnitte 143a und 143b, die jeweils mit beiden Enden des Heizabschnitts 142 verbunden sind, sind auf einer Innenfläche der zweiten Keramiklage 120 gebildet. Der Heizabschnitt 142 und die Anschlussabschnitte 143a und 143b bestehen aus einem Material auf Wolframbasis. Weiter sind vier Durchgangslöcher 144a, 144b, 144c und 144d in der zweiten Keramiklage 120 vorgesehen, und Durchkontaktleiter 145a, 145b, 145c bzw. 145d, die sie ausfüllen, sind gebildet. Das Paar Anschlussabschnitte 143a und 143b ist elektrisch mit den Elektrodenflächen 121a bzw. 121b auf einer Außenfläche 120a der zweiten Keramiklage 120 verbunden, und zwar jeweils durch zwei Durchkontaktleiter, das heißt durch 145a und 145b und durch 145c und 145d. Es ist zu beachten, dass eine durch das nachstehend beschriebene Plattierverfahren gebildete Metallschicht (ein Nickelplattierungsfilm 122 in 3) auf der Oberfläche jeder Elektrodenfläche 121a und 121b gebildet ist.
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Darüber hinaus bestehen die Anschlussklemmen 130a und 130b aus Nickelelementen, die mindestens 90 Gew.-% Nickel enthalten. Die Anschlussklemmen 130a und 130b weisen Verbindungsabschnitte 133a bzw. 133b, die jeweils durch Hartlöten an den Elektrodenflächen 121a und 121b befestigt sind, Crimpabschnitte 135a und 135b zum Crimpen und Befestigen eines Zuleitungsdrahts für den Anschluss einer externen Schaltung (externe Stromversorgung) und Verbindungsabschnitte 134a und 134b zum Verbinden der Verbindungsabschnitte mit den entsprechenden Crimpabschnitten auf. Die Anschlussklemmen 130a und 130b sind jeweils mit den Elektrodenflächen 121a und 121b verbunden und dienen als kathoden- und anodenseitiger Anschluss, wenn eine Spannung an das Keramikheizelement 100 angelegt wird.
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Als Nächstes wird anhand von 3 und 4 der Aufbau der Durchgangslöcher 144a und 144b beschrieben. 3 zeigt einen teilweise vergrößerten Querschnitt der Elektrodenfläche 121a und deren Umgebung in dem in 1 gezeigten Keramikheizelement 100, gesehen in Richtung der Pfeile entlang der gestrichelten Linie A-A' und senkrecht zur Achsenrichtung des Keramikheizelements 100. 4 zeigt einen teilweise vergrößerten Querschnitt der Elektrodenfläche 121a und deren Umgebung in dem in 1 gezeigten Keramikheizelement 100, gesehen in Richtung der Pfeile entlang der gestrichelten Linie B-B' und entlang der Achsenrichtung des Keramikheizelements 100.
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Wie in 3 und 4 gezeigt, ist die Elektrodenfläche 121a auf der Außenfläche 120a der zweiten Keramiklage 120 gebildet und stellt über den in das Durchgangsloch 144a eingefüllten Durchkontaktleiter 145a eine elektrisch leitende Verbindung mit dem Anschlussabschnitt 143a auf einer Innenfläche 120b der zweiten Keramiklage 120 her.
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Wie in 3 gezeigt, ist die Anschlussklemme 130a (genau genommen der Verbindungsabschnitt 133a) durch ein Hartlöt-Füllmetall 124 mit der Elektrodenfläche 121a verbunden. Außerdem ist auf der Anschlussklemme 130a und der Elektrodenfläche 121a, die durch das Hartlöt-Füllmetall 124 miteinander verbunden sind, eine durch Nickelplattierung gebildete Nickelschicht 125 vorgesehen, um Korrosion aufgrund von Oxidation zu verhindern.
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Weiter enthält das Hartlöt-Füllmetall 124 zum Verbinden der Elektrodenfläche 121a und der Anschlussklemme 130a Kupfer in einer Menge von mehr als 50 Gew.-%. Es ist zu beachten, dass bei dieser Ausführungsform die Elektrodenfläche 121a und die Anschlussklemme 130a mit einem Hartlöt-Füllmetall 124 hartverlötet sind, das 62 Gew.-% Kupfer und 38 Gew.-% Gold enthält.
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Nach dieser Ausführungsform ist die Elektrodenfläche 121a eine Metallschicht, die mindestens 80 Gew.-% eines Hauptbestandteils enthält, das aus mindestens einem Element aus der Gruppe Wolfram und Molybdän besteht. Wolfram und Molybdän zeigen eine gute Verbindbarkeit mit dem kupferbasierten Hartlöt-Füllmetall 124 und weisen hohe Schmelzpunkte und eine ausgezeichnete Wärmebeständigkeit auf, so dass sie für die Bildung der Elektrodenfläche 121a geeignet sind.
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Es ist zu beachten, dass, obwohl der durch eine gestrichelte Linie 123 in 3 gezeigte Nickelplattierungsfilm 122 vor dem Hartlöten auf der Elektrodenfläche 121a gebildet wird, die Nickelkomponente beim Hartlöten in das Hartlöt-Füllmetall 124 diffundiert. Der Zustand nach dem Hartlöten ist so, dass ein Teil des Nickelplattierungsfilms 122 in das Hartlöt-Füllmetall 124 diffundiert und darin gelöst ist, so dass der Nickelplattierungsfilm 122 und das Hartlöt-Füllmetall 124 in einem integrierten Zustand gebildet werden.
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Weiter sind, wie in 4 gezeigt, bei Betrachtung eines ersten Querschnitts durch die Mittelpunkte der Durchgangslöcher 144a und 144b die Durchgangslöcher 144a und 144b jeweils von der Außenfläche 120a zur Innenfläche 120b der zweiten Keramiklage 120 hin umgekehrt kegelförmig im Durchmesser vergrößert. Dadurch kann, auch wenn eine Beanspruchung von der Seite der Innenfläche 120b zur Seite der Außenfläche 120a hin auf die in die Durchgangslöcher 144a und 144b eingefüllten Durchkontaktleiter 145a und 145b einwirkt, die Beanspruchung durch die Innenumfangsflächen der Durchgangslöcher 144a und 144b verringert werden. Folglich ist es möglich, das Auftreten von Rissen in den Durchgangslöchern 144a und 144b und deren Rändern auch bei einem Keramikheizelement 100 zu verhindern, bei dem der Außendurchmesser des Keramiksubstrats 102 einschließlich des zweiten Keramiklage 120 klein ist und nicht mehr als 3,0 mm beträgt, wie bei dieser Ausführungsform.
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Zusätzlich ist, wie in 3 gezeigt, bei Betrachtung eines zweiten Querschnitts durch das Durchgangsloch 144a und senkrecht zur Achsenrichtung der in das Durchgangsloch 144a eingefüllte Durchkontaktleiter 145a von der Außenfläche 120a zur Innenfläche 120b der zweiten Keramiklage 120 hin umgekehrt kegelförmig im Durchmesser vergrößert. Weil das Durchgangsloch 144a im Durchmesser von der Außenfläche 120a zur Innenfläche 120b der zweiten Keramiklage 120 hin vergrößert ist, kann, auch wenn eine Beanspruchung von der Seite der Innenfläche 120b zur Seite der Außenfläche 120a hin auf den in das Durchgangsloch 144a eingefüllten Durchkontaktleiter 145a einwirkt, die Beanspruchung durch die Innenumfangsfläche des Durchgangslochs 144a verringert werden. Folglich ist es auch bei dem Keramikheizelement 100, bei dem der Außendurchmesser des Keramiksubstrats 102 klein ist und nicht mehr als 3,0 mm beträgt, wie bei dieser Ausführungsform, wenig wahrscheinlich, dass eine Verschiebung zwischen dem Durchgangsloch 144a und dem Durchkontaktleiter 145a auftritt, so dass es möglich ist, das Auftreten von Rissen in dem Durchgangsloch 144a und seiner Umgebung weiter zu verhindern.
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Die Außenfläche des Durchkontaktleiters 145a ist eine glatte Oberfläche, die entlang der Außenfläche 120a der zweiten Keramiklage 120 verläuft. Folglich kann, auch wenn die Außenfläche der zweiten Keramiklage 120 einer stärkeren Beanspruchung ausgesetzt ist als deren Innenfläche, das Auftreten von Rissen im Vergleich zu dem Fall verhindert werden, wenn die Außenfläche des Durchkontaktleiters 145 nicht glatt ist.
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Die Innenfläche 120b der zweiten Keramiklage 120 weist eine geringere Oberflächenrauheit als die Außenfläche 120a auf. Folglich ist es möglich, die unbeabsichtigte Veränderung der Widerstandswerte und charakteristischen Eigenschaften des Heizabschnitts 142 und der Anschlussabschnitte 143a und 143b auf der Innenfläche 120b zu verhindern.
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Der Durchmesser der Durchgangslöcher 144a und 144b auf der Seite der Außenfläche in dem in 4 gezeigten ersten Querschnitt beträgt jeweils 0,43 mm, während der Durchmesser des Durchgangslochs 144a auf der Seite der Außenfläche in dem in 3 gezeigten zweiten Querschnitt 0,45 mm beträgt und etwas größer als der Durchmesser auf der Seite der Außenfläche in dem ersten Querschnitt ist, wobei deren Durchmesser aber in beiden Fällen zwischen 0,4 und 0,5 mm liegen. Weil der Durchmesser des Durchgangslochs 144a auf der Seite der Außenfläche höchstens 0,5 mm beträgt, kann die Beanspruchung, die von der Seite der Innenfläche zur Seite der Außenfläche hin gerichtet ist und auf den in das Durchgangsloch 144a eingefüllten Durchkontaktleiter 145a einwirkt, gering ausfallen, wodurch es möglich ist, das Auftreten von Rissen in dem Durchgangsloch 144a und seiner Umgebung weiter zu verringern. Es ist zu beachten, dass der Durchmesser der Durchgangslöcher 144a und 144b auf der Seite der Innenfläche in jedem Querschnitt jeweils 0,6 mm beträgt. Die Durchmesserdifferenz der Durchgangslöcher 144a und 144b zwischen der Seite der Außenfläche und der Seite der Innenfläche im ersten Querschnitt (4) beträgt jeweils 0,17 mm, während die Durchmesserdifferenz des Durchgangslochs 144a zwischen der Seite der Außenfläche und der Seite der Innenfläche im zweiten Querschnitt (3) 0,15 mm beträgt und etwas kleiner als die Durchmesserdifferenz im ersten Querschnitt (4) ist.
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Die Durchmesserdifferenz des Durchgangslochs bei Betrachtung in dem zweiten und dem ersten Querschnitt wird nachstehend ausführlich diskutiert. Im Einzelnen wird, wenn die Keramiklage (zweite Keramiklage 120) so gebildet ist, dass sie ein Durchgangsloch mit gerader Form (nicht im Durchmesser vergrößert) aufweist, beim Bedecken des Kernmaterials 101 mit dieser Lage (das heißt wenn diese Lage um das Kernmaterial angebracht wird) die Lage so verformt, dass sich der Durchmesser auf der Seite der Außenfläche bei Betrachtung im zweiten Querschnitt vergrößert. Daher besteht, auch wenn die Lage (bevor sie um das Kernmaterial angebracht wird) so gebildet ist, dass sie ein Durchgangsloch aufweist, das von einer Außenfläche 120a zu einer Innenfläche 120b hin im Durchmesser vergrößert ist, bei einer geringen Durchmesserdifferenz auf der Außen- und der Innenfläche die Möglichkeit, dass das Durchgangsloch, nachdem die Lage um das Kernmaterial herum angebracht worden ist, eine gerade Form annehmen oder von der Innenfläche zur Außenfläche hin im Durchmesser vergrößert sein kann. Dies ist auf die Verformung beim Anbringen der Lage um das Kernmaterial zurückzuführen. Andererseits wird eine solche Verformung bei Betrachtung im ersten Querschnitt nicht beobachtet.
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Wie in 4 gezeigt, ist der Verbindungsabschnitt 133a der Anschlussklemme 130a zwischen dem Mittelpunkt des Durchgangslochs 144a und dem Mittelpunkt des Durchgangslochs 144b angeordnet. Weil die Durchgangslöcher 144a und 144b jeweils mit den Durchkontaktleitern 145a und 145b gefüllt sind, ist es nicht nötig, das Hartlöten so auszuführen, dass der Verbindungsabschnitt 133a die Durchgangslöcher 144a und 144b abdeckt. Außerdem wird das Volumen des Hartlöt-Füllmetalls 124 klein, so dass es möglich ist, ein Abblättern aufgrund einer unterschiedlichen Wärmeausdehnung zwischen der zweiten Keramiklage 120 und dem Hartlöt-Füllmetall 124 zu verringern.
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Darüber hinaus beträgt, wie in 4 gezeigt, der Abstand T1 zwischen den Mittelpunkten der beiden Durchgangslöcher 144a und 144b 1,5 mm. Da der Mittenabstand zwischen den beiden Durchkontaktleitern 145a und 145b dadurch auf mindestens 1 mm festgelegt ist, ist es möglich, die Konzentration von Spannungen auf der zweiten Keramiklage 120 zwischen den Durchgangslöchern 144a und 144b zu verringern und das Auftreten von Rissen in der zweiten Keramiklage 120 zu verhindern.
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Die vorstehende Beschreibung in Bezug auf die Elektrodenfläche 121a, die Durchgangslöcher 144a und 144b, die Durchkontaktleiter 145a und 145b, die Anschlussklemme 130a, den Verbindungsabschnitt 133a und den Verbindungsabschnitt 134a gilt entsprechend auch für die Elektrodenfläche 121b, die Durchgangslöcher 144c und 144d, die Durchkontaktleiter 145c und 145d, die Anschlussklemme 130b, den Verbindungsabschnitt 133b bzw. den Verbindungsabschnitt 134b.
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(2) Herstellungsverfahren
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Als Nächstes wird anhand von 5 und 6 ein Verfahren zur Herstellung des Keramikheizelements 100 beschrieben.
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Zuerst wird die zweite Keramiklage 120 von ihrer ersten Fläche 120a zu ihrer zweiten Fläche 120b hin ausgestanzt (siehe 5A), um das Durchgangsloch 144a zu bilden (weil dies in gleicher Weise auch für die übrigen Durchgangslöcher 144b, 144c und 144d gilt, wird auf die Beschreibung hierfür verzichtet). Mit anderen Worten, ein Werkzeug (Stanze) 1 zum Ausstanzen kommt zuerst in Kontakt mit der ersten Fläche 120a der Keramiklage 120.
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Das Stanzen wird ausgeführt, indem als die erste Fläche die Oberfläche der zweiten Keramiklage 120 mit einer höheren Oberflächenrauheit festgelegt wird.
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Als Beispiel sei der Fall betrachtet, wo die zweite Keramiklage 120 nach einem Verfahren (einem Rakelverfahren) hergestellt wird, bei dem ein Keramikbrei in einen Spalt zwischen einem Transportband und einer Rakel gegeben wird, die an einer der Oberfläche des Transportbands gegenüberliegenden Position angeordnet ist, während der Keramikbrei durch das Transportband weitertransportiert wird. Weil die Oberflächenrauheit der Oberfläche auf der Seite, die nicht in Kontakt mit dem Transportband war, relativ groß ist (zum Beispiel eine maximale Höhe Ry von 2 bis 3 µm), wird diese Oberfläche als die erste Fläche festgelegt. Weil andererseits die Oberflächenrauheit der Oberfläche, die mit dem Transportband in Kontakt war, relativ klein ist (zum Beispiel eine maximale Höhe Ry von höchstens 1 µm), wird diese Oberfläche als die zweite Fläche festgelegt.
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Beim Stanzen eines Durchgangslochs 144a werden der Bereich der zweiten Keramiklage 120, der mit Stanzwerkzeug 1 in Kontakt ist, und sein Umfangsbereich beide in Stanzrichtung gezogen. Daher fallen auf der Seite der zweiten Fläche 120b der mit dem Werkzeug 1 in Kontakt befindliche Bereich und ein Teil seines Umfangsbereichs herab. Als Folge wird das Durchgangsloch 144a im Allgemeinen in einer Form ausgebildet, bei der die Seite der zweiten Fläche 120b mehr vergrößert ist als die Seite der ersten Fläche 120a (siehe 5B).
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Im Einzelnen wird zur Herstellung des im Durchmesser vergrößerten Durchgangslochs (das heißt zur Kontrolle der Durchmesserdifferenz des Durchgangslochs an der ersten Fläche 120a und der zweiten Fläche 120b), wie in 5A und 5B gezeigt, die Differenz zwischen dem Durchmesser des Einsteckelements (das in 5A und 5B gezeigte Stanzwerkzeug 1) und dem Durchmesser des aufnehmenden Elements (das Element direkt unter der zweiten Keramiklage 120 in 5A und 5B) eingestellt. Wenn die Durchmesserdifferenz des Einsteckelements und des aufnehmenden Elements gering ist, weist das Durchgangsloch in der Regel eine relativ gerade Form auf. Ist die Durchmesserdifferenz groß, ist das Durchgangsloch meist im Durchmesser vergrößert. Der Durchmesser des Einsteckelements entspricht der Seite des kleineren Durchmessers des Durchgangslochs, und der Durchmesser des aufnehmenden Elements entspricht der Seite des größeren Durchmessers des Durchgangslochs. In der Praxis wird das Stanzen so ausgeführt, dass das gestanzte Durchgangsloch in Anbetracht der Schwindung beim Sintern Durchmesser aufweist, die etwas größer sind als die Durchmesser des gewünschten Endprodukts.
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7 zeigt eine Elektronenmikroskopaufnahme des Durchgangslochs 144 und seiner Umgebung auf der Seite der ersten Fläche, und 8 zeigt eine Elektronenmikroskopaufnahme auf der Seite der zweiten Fläche.
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Anschließend wird der Durchkontaktleiter 145a in dem nach dem vorstehend beschriebenen Stanzverfahren hergestellten Durchgangsloch 144a gebildet.
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Hierbei wird nach dem Umdrehen der Vorder- und der Rückseite der zweiten Keramiklage 120 mit dem dazwischen durch Stanzen gebildeten Durchgangsloch 144a die erste Fläche 120a mit einer glatten Platte 2 in Kontakt gebracht, um das Durchgangsloch 144a zu verschließen. In diesem Zustand wird eine elektrisch leitende Paste 5 mit einer Quetschwalze 4 durch eine Maske 3 von der Seite der zweiten Fläche 120b in das Durchgangsloch 144a in der zweiten Keramiklage 120 gedrückt und eingefüllt, um so den Durchkontaktleiter 145a in dem Durchgangsloch 144a zu bilden (siehe 6A, 6B und 2).
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Weil das Durchgangsloch 144a durch die glatte Platte 2 verschlossen ist, nimmt dabei die erste Fläche (Seite der Oberfläche 120a) des Durchkontaktleiters 145a dieselbe Höhe wie die erste Fläche 120a der zweiten Keramiklage 120 an und wird zu einer glatten ebenen Fläche.
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Danach werden der Heizabschnitt 142 und die Anschlussabschnitte 143a und 143b durch Aufdrucken auf der zweiten Fläche 120b mit der geringeren Oberflächenrauheit gebildet (siehe 6C und 2). Der Anschlussabschnitt 143a wird so gebildet, dass er die Durchkontaktleiter 144a und 144b bedeckt, und der Anschlussabschnitt 143b wird so gebildet, dass er die Durchkontaktleiter 144c und 144d bedeckt. In 6 ist jedoch nur der Durchkontaktleiter 144a gezeigt, die übrigen sind weggelassen. Nach dem Umdrehen der Vorder- und der Rückseite werden dann die Elektrodenflächen 121a und 121b (nur die Fläche 121a ist gezeigt) durch Aufdrucken auf der ersten Fläche 120a der zweiten Keramiklage 120 gebildet (siehe 6D), und danach wird die erste Keramiklage 110 durch Pressen auf der zweiten Fläche 120b befestigt (siehe 6E).
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Als Nächstes wird das Kernmaterial 101 mit dem laminierten Körper aus der ersten Keramiklage 110 und der zweiten Keramiklage 120 bedeckt, um dadurch einen zylindrisch geformten Körper zu bilden (siehe 6F).
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Nach dem Sintern des geformten Körpers wird das in 1 und 2 gezeigte Keramikheizelement 100 erhalten (siehe 1).
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9 zeigt eine Elektronenmikroskopaufnahme eines Querschnitts in Längsrichtung des so hergestellten Keramikheizelements 100.
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Nach dem vorstehend beschriebenen Herstellungsverfahren wird das Kernmaterial 101 mit der zweiten Keramiklage 120 bedeckt, indem die erste Fläche 120a, mit der das Bearbeitungswerkzeug (Stanze) 1 beim Stanzen der Durchgangslöcher 144a, 144b, 144c und 144d zuerst in Kontakt gebracht wird, als seine Außenseite festgelegt wird. Dabei werden die Durchgangslöcher 144a, 144b, 144c und 144d und die Durchkontaktleiter 145a, 145b, 145c und 145d so geformt, dass sie von der ersten Fläche 120a zur zweiten Fläche 120b der zweiten Keramiklage 120 hin umgekehrt kegelförmig im Durchmesser vergrößert sind (siehe 9).
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Bei dem so hergestellten Keramikheizelement 100 kann die Wahrscheinlichkeit des Auftretens von Rissen im Vergleich zu dem Fall, wo das Kernmaterial mit der zweiten Keramiklage 120 bedeckt wird, indem die Fläche (erste Fläche 120), mit der das Werkzeug 1 zuerst in Kontakt gebracht wird, als ihre Innenseite festgelegt wird, wesentlich verringert werden, wie die nachstehend beschriebenen Versuchsergebnisse zeigen.
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Darüber hinaus sind bei dem nach dem vorstehend beschriebenen Herstellungsverfahren hergestellten Keramikheizelement 100 die Oberflächen der Durchkontaktleiter 145a, 145b, 145c und 145d auf der Seite der ersten Fläche 120a glatt ausgeführt. Folglich ist es möglich, das Auftreten von Rissen im Vergleich zu dem Fall zu verringern, bei dem eine Unregelmäßigkeit auf der ersten Fläche der zweiten Keramiklage 120 in dem Durchkontaktleiter 145 vorliegt, wie die nachstehend beschriebenen Versuchsergebnisse zeigen.
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Bei dem vorstehend beschriebenen Herstellungsverfahren werden der Heizabschnitt 142 und die Anschlussabschnitte 143a und 143b auf der zweiten Fläche 120b der zweiten Keramiklage 120 gebildet. Diese zweite Fläche ist die Oberfläche, deren Oberflächenrauheit zwischen der Vorder- und der Rückseite der zweiten Keramiklage 120 geringer ist. Dadurch können die Auswirkungen von Unregelmäßigkeiten auf das Heizelement verringert werden, so dass es möglich ist, die unbeabsichtigte Veränderung der charakteristischen Eigenschaften zu verhindern.
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Obwohl vorstehend eine Ausführungsform der Erfindung beschrieben worden ist, ist die Erfindung nicht hierauf beschränkt, und verschiedene Modifikationen können vorgenommen werden, solange sie in den technischen Umfang der Erfindung fallen.
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Bei der vorstehend beschriebenen Ausführungsform ist zum Beispiel ein Aufbau, bei dem das Kernmaterial 101 in Form eines runden Stabs geformt ist, als Beispiel gezeigt worden. Es ist jedoch möglich, ein Material in Stangenform, Plattenform oder jeder anderen Form zu verwenden, solange es eine Form hat, die als Kernmaterial dienen kann.
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Darüber hinaus ist bei der vorstehend beschriebenen Ausführungsform ein Aufbau als Beispiel gezeigt worden, bei dem ein Hartlöt-Füllmetall mit 62 Gew.-% Kupfer und 38 Gew.-% Gold als das Hartlöt-Füllmetall 124 verwendet wird. Es ist jedoch möglich, ein bekanntes Hartlöt-Füllmetall zu verwenden, insbesondere ein Kupfer-Hartlöt-Füllmetall, das 2 bis 45 Gew.-% Gold enthält.
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Die Ergebnisse eines Versuchs zur Bestimmung dessen, ob sich Risse gebildet haben oder nicht, wenn zylindrische Keramikheizelemente, die jeweils eine Keramiklage aufwiesen, mit denen das stabförmigen Kernmaterial bedeckt war, nach mehreren Arten von Herstellungsverfahren hergestellt wurden, sind nachstehend angegeben. Es ist zu beachten, dass die verwendete Keramiklage nach dem vorstehend beschriebenen Rakelverfahren hergestellt wurde und die maximale Höhe Ry der ersten Fläche 2 bis 3 µm betrug, während die maximale Höhe Ry der zweiten Fläche höchstens 1 µm betrug.
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Bei diesem Versuch wurden jeweils mehrere Keramikheizelemente nach drei Herstellungsverfahren hergestellt, bei denen sich nur das Stanzverfahren und Verfahren zum Bilden des Durchkontaktleiters von den verschiedenen Verfahren in dem vorstehend beschriebenen Herstellungsverfahren unterschieden, und die Durchgangslöcher und deren Umgebung auf der Außenumfangsfläche (zweite Keramiklage) wurden mit einem Elektronenmikroskop untersucht. Das Kernmaterial war mit der zweiten Keramiklage bedeckt, so dass die Oberfläche (erste Fläche), deren Oberflächenrauheit zwischen der Vorderseite und der Rückseite der zweiten Keramiklage höher war, nach außen wies. Der Außendurchmesser des Substrats nach Anbringen der zweiten Keramiklage um das Kernmaterial betrug 2,8 mm.
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Die spezifischen Bedingungen der Herstellungsverfahren 1 bis 3 sind nachstehend angegeben.
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Herstellungsverfahren 1:
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Bei dem Stanzverfahren erfolgte das Stanzen im Gegensatz zu der vorstehend beschriebenen Ausführungsform von der zweiten Fläche in Richtung zur ersten Fläche. Zusätzlich wurde bei dem Verfahren zum Bilden des Durchkontaktleiters im Gegensatz zu der vorstehend beschriebenen Ausführungsform eine glatte Platte mit der zweiten Fläche in Kontakt gebracht, um das Durchgangsloch zu verschließen. In diesem Zustand wurde eine elektrisch leitende Paste von der Seite der ersten Fläche her in das Durchgangsloch gedrückt, um dadurch den Durchkontaktleiter in dem Durchgangsloch zu bilden.
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Herstellungsverfahren 2:
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Bei dem Stanzverfahren erfolgte das Stanzen in gleicher Weise wie bei der vorstehend beschriebenen Ausführungsform von der ersten Fläche in Richtung zur zweiten Fläche. Andererseits wurde bei dem Verfahren zum Bilden des Durchkontaktleiters in gleicher Weise wie bei Herstellungsverfahren 1 eine glatte Platte mit der zweiten Fläche in Kontakt gebracht, um das Durchgangsloch zu verschließen. In diesem Zustand wurde eine elektrisch leitende Paste von der Seite der ersten Fläche her in das Durchgangsloch gedrückt, um dadurch den Durchkontaktleiter in dem Durchgangsloch zu bilden.
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Herstellungsverfahren 3:
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Bei dem Stanzverfahren erfolgte das Stanzen in gleicher Weise wie bei der vorstehend beschriebenen Ausführungsform von der ersten Fläche in Richtung zur zweiten Fläche. Andererseits wurde bei dem Verfahren zum Bilden des Durchkontaktleiters in gleicher Weise wie bei der vorstehend beschriebenen Ausführungsform eine glatte Platte mit der ersten Fläche in Kontakt gebracht, um das Durchgangsloch zu verschließen. In diesem Zustand wurde eine elektrisch leitende Paste von der Seite der zweiten Fläche her in das Durchgangsloch gedrückt, um dadurch den Durchkontaktleiter in dem Durchgangsloch zu bilden.
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Als Ergebnis der Untersuchung der Durchgangslöcher und ihrer Umgebung auf den Oberflächen der nach den vorstehend beschriebenen Herstellungsverfahren 1 bis 3 hergestellten Keramikheizelemente wurde Rissbildung in allen Proben festgestellt. 10 zeigt eine Elektronenmikroskopaufnahme eines Bereichs, in dem sich ein Riss gebildet hat. Dies ist vermutlich auf die Tatsache zurückzuführen, dass die Keramiklage in der Richtung verformt wurde, in der sich das Durchgangsloch aufgrund der beim Bedecken des Kernmaterials mit der Keramiklage (zweite Keramiklage) auftretenden Spannungsbeanspruchung (Zugspannung) vergrößert hat. Dadurch ist ein Bereich, der der Verformung nicht standhalten konnte, gebrochen, wodurch sich ein Riss gebildet hat (siehe 11).
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Die Rissbildungsrate unterschied sich jedoch erheblich bei den Herstellungsverfahren. Die jeweiligen Rissbildungsraten waren wie folgt:
- – Herstellungsverfahren 1: 100 %
- – Herstellungsverfahren 2: 20 %
- – Herstellungsverfahren 3: 9 %
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Die Bedingungen der jeweiligen Herstellungsverfahren und die Rissbildungsraten sind in 12 angegeben.
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Diese Ergebnisse zeigen, dass die Rissbildungsrate deutlich verringert ist, wenn das Stanzen von der Seite der ersten Fläche her erfolgt als wenn das Stanzen von der Seite der zweiten Fläche her erfolgt.
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Außerdem ist die Rissbildungsrate verringert, wenn der Durchkontaktleiter von der Seite der zweiten Fläche her eingefüllt wird als wenn der Durchkontaktleiter von der Seite der ersten Fläche her eingefüllt wird.
