JP2000030844A

JP2000030844A - セラミックヒータ

Info

Publication number: JP2000030844A
Application number: JP10211737A
Authority: JP
Inventors: Yasushi Matsuo; 康司松尾; Satoshi Ishikawa; 聡石川
Original assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Current assignee: Niterra Co Ltd
Priority date: 1998-07-10
Filing date: 1998-07-10
Publication date: 2000-01-28
Anticipated expiration: 2018-07-10
Also published as: JP3685623B2

Abstract

(57)【要約】【課題】セラミック基材が導通路から亀裂を起こすこ
とを防止することによって、発熱抵抗体の破損を防止す
るセラミックヒータを提供する。【解決手段】本セラミックヒータはセラミック製基材
である第１基材１１及び第２基材１２と発熱抵抗体２と
を備える。第２基材１２は外周面に端子部１３を備え
る。端子部１３はヒータ端子５と発熱抵抗体２に接続す
る導通路３とを互いに接続する。導通路３は第２基材１
２の長手方向に直線状に配設されることがないよう、端
子部１３の対角線上の両端側に配設されている。この導
通路３の開口面は銀ろう及びニッケルメッキで塞がれて
いる。そして、ヒータ端子５に力がかかり、端子部１３
に負荷が掛かっても導通路３から亀裂が入りにくいもの
となっている。更に、導通路３及びその周辺が銀ろう及
びニッケルメッキにおおわれているため、導通路３周辺
に亀裂が入っても外気がヒータ内に浸入することがな
い。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、発熱抵抗体が介装
された基材が碍管に巻回された棒状のセラミックヒータ
に関する。本発明のセラミックヒータは、自動車用酸素
センサ用熱源、内燃機関用グロープラグ、石油ファンヒ
ータ等の石油気化器用熱源、又は半導体加熱用セラミッ
クヒータ等に利用される。

【０００２】

【従来の技術】セラミックヒータは、一般に加圧成形、
押出成形等によって得られる平板或いは円筒等、所望の
形状のグリーンシート（焼成されてセラミック基材とな
る）の表面に、白金、モリブデン、タングステン等の、
融点の高い金属を含むペーストを厚膜印刷して発熱抵抗
体パターンを形成し、これらを一体に焼成することによ
り製造されている。セラミック基材を構成する主成分と
してアルミナ、高融点金属としてタングステンを用い、
一体に焼成して得られるセラミックヒータがその代表例
である。このセラミックヒータは高温において安定であ
るため、従来より、例えば自動車用酸素センサ或いはグ
ロープラグ等の高温に晒される用途に使用されることが
多い。また、上記発熱抵抗体は、外気に晒したままで使
用すると空気中の酸素等によって酸化し、劣化してしま
うため、２枚のセラミック基材間に挟む等の方法によっ
て外気と接触しないような構造を採ることが多い。この
ため、セラミック基材の内部に導電性を持たせたスルー
ホールを設ける等、何らかの手段によって、基材表面に
設けられた端子部からセラミックヒータ内部の発熱抵抗
体への導通路を設ける必要がある。そして、端子部にヒ
ータ端子を接続し、給電することで発熱抵抗体を外気と
接触させることなく発熱させることができる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記発熱抵抗
体パターンを形成したグリーシート等を円筒形状の碍管
に巻回する際に、上記導通路となるスルーホールより亀
裂や割れ等の破損を生じやすい。また、セラミック基材
はヒータ端子とセラミックヒータとの間に異なる方向の
力がかかると、上記導通路に応力が集中して亀裂や割れ
等の破損を生じやすい。特に、図５に示すように小径の
導通路３、３’を基材の長手方向に直線上に複数設けた
場合は、導通路３、３’間に亀裂が入りやすくなる。こ
のような亀裂やスルーホールから外気が基材間に浸入
し、発熱抵抗体が外気と接触して酸化・劣化されて破損
を起こすこととなる。

【０００４】本発明は、上記の問題点を解決するもので
あり、セラミック基材が導通路から破損を起こすことを
防止することによって、発熱抵抗体の破損を防止するセ
ラミックヒータを提供することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本第１発明のセラミック
ヒータは、碍管、該碍管に巻回され、接合される第１基
材、該第１基材に接合される第２基材、該第１基材と該
第２基材の間に介装される発熱抵抗体、上記第２基材の
表面に設けられる端子部、該端子部と上記発熱抵抗体の
端末部とを導通させるため、上記第２基材を貫通して設
けられる複数の導通路、を備えるセラミックヒータにお
いて、上記導通路は、上記第２基材の長手方向において
直線状に配列されていないことを特徴とする。

【０００６】本第２発明のセラミックヒータは、上記端
子部に接合されるヒータ端子の直下に上記導通路が存在
しないように作製するものである。

【０００７】上記「第１基材」及び上記「第２基材」は
材質としてセラミックスを用いることができ、アルミナ
（Ａｌ₂Ｏ₃）や、ムライト又はスピネル等のアルミナ類
似のセラミックス等の、高温高強度セラミックスを主成
分とすることができる。また、これら例示の中ではアル
ミナを好適とする。このような材質を用いることによっ
て、発熱抵抗体を高温環境下において保護することがで
きる。

【０００８】また、上記各基材の作製方法としては任意
の方法を用いることができ、例として所定形状のグリー
ンシートを焼結することによって作製することを挙げる
ことができる。上記「碍管」の形状は任意であって、筒
状、棒状等種々の形状を挙げることができる。また、断
面形状においても円形、楕円形、四角形、六角形等の任
意の形状とすることができる。この碍管も、アルミナ
や、ムライト又はスピネル等のアルミナ類似のセラミッ
クス等の、高温高強度セラミックスを主成分としたセラ
ミックスによって形成することができる。

【０００９】上記「発熱抵抗体」の材料としては、主に
タングステンやモリブデン等を例として挙げることがで
きる。また、これらの成分に白金やロジウム等の高融点
金属成分を混合して用いることもできるし、抵抗特性の
向上のためにこれらを単独で用いることもできる。尚、
悪影響を与えない限りにおいて、各基材と同様の酸化物
等が若干混在していてもよい。

【００１０】上記「導通路」としては、スルーホールの
内面に導電性被膜を設けたり、導電材を充填したもの等
を例に挙げることができる。上記「第２基材の長手方
向」とは、上記碍管の軸長方向と平行な方向であり、第
２基材の巻回方向（上記碍管の周方向）に対して直交す
る方向であることを意味する。また、第２発明に示すヒ
ータ端子の配設方向と平行でもある。

【００１１】

【作用】碍管に巻回された基材には、通常巻回方向と直
交する方向に亀裂が発生しやすい。また、基材に設けら
れた溝やスルーホール等から亀裂が発生しやすい。この
ため、第１発明に示すように、上記導通路を上記方向に
直線状に配列しないことによって、亀裂の発生を防ぐこ
とができる。また、上記溝や上記スルーホールに局部的
に力が加わることによっても亀裂が生じやすくなる。こ
のため、第２発明に示すように、ヒータ端子の直下に上
記導電路を設けないことによって、上記導電路にヒータ
端子の折り曲げ等による力が加わることを防ぎ、亀裂の
発生を防ぐことができる。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、図１〜４に示すように、本
発明のセラミックヒータを実施例によって詳細に説明す
る。（１）セラミックヒータの構造本セラミックヒータは、図１、図２及び図４に示すよう
に、アルミナを主成分としたセラミックス製の第１基材
１１及び第２基材１２と、発熱抵抗体２とを備える。第
１基材１１は、碍管４に巻回される側の基材である。ま
た、第２基材１２は、本セラミックヒータの最外周（最
表面）となる部材であり、外周面に端子部１３ａ、１３
ｂを備える。この端子部１３ａ、１３ｂは図１〜図３に
示すように、角板状にメタライズして導電性を持たせた
部位であり、発熱抵抗体２に給電するためのヒータ端子
５ａ、５ｂと、発熱抵抗体２に接続する導通路３、３’
とを互いに接続する。

【００１３】上記発熱抵抗体２は図１に示すように形成
されており、タングステンを焼成して作製されたもので
ある。そして、その先端側の発熱部２１と、後端側の陽
極側端末部２２ａ及び陰極側端末部２２ｂと、発熱部２
１と両端末部２２ａ、２２ｂとを結ぶリード部２３ａ、
２３ｂにより構成される。

【００１４】上記導通路３、３’は図１〜図４に示すよ
うに、端子部１３ａ、１３ｂ上に２ヶ所ずつ設けられて
いる導電性を持たせたスルーホールであり、第２基材１
２の長手方向、つまり碍管４の軸長方向と平行な方向で
あって第２基材１２の巻回方向に対して直交する方向に
対して、直線状に配設されることがないよう、端子部１
３ａ、１３ｂの対角線上の両端側に配設されている。ま
た、導通路３、３’は、スルーホールの内面にタングス
テンを被覆して導電性を持たせることにより形成されて
いる。更に、この導通路３の開口面は銀ろう及びニッケ
ルメッキによって塞がれている。この導通路３によって
上記の両端末部２２ａ、２２ｂと陽極側及び陰極側端子
部１３ａ、１３ｂが各々導通される。更に、両端子部１
３ａ、１３ｂには、電源（図示せず）に接続されるヒー
タ端子５ａ、５ｂが接合される。

【００１５】（２）セラミックヒータの作製方法本セラミックヒータを構成する第１基材１１及び第２基
材１２は、２枚のグリーンシートを使用して作製した。 a)グリーンシートの作製アルミナ粉末及び必要に応じて添加されるＹ₂Ｏ₃等の微
量粉末からなる所定割合で配合された配合物１００重量
部に対し、ポリビニルブチラール８重量部、ジブチルフ
タレート４重量部、メチルエチルケトンとトルエンとを
合計量で７０重量部添加し、ボールミルで混合してスラ
リ状とした。その後、減圧脱泡し、ドクターブレード法
によって厚さ０．３ｍｍの２枚のグリーンシートを作製
した。

【００１６】b)発熱抵抗体のパターンの印刷１枚のグリーンシートの一表面に、予め調製されたタン
グステンペーストを厚膜印刷法により２５μｍの厚さに
スクリーン印刷し、焼成されて発熱抵抗体２を構成する
こととなるパターン、即ち焼成されて発熱部２１、端末
部２２ａ、端末部２２ｂ及びリード部２３ａ、２３ｂと
なるパターンを形成した。このパターンは、発熱部２１
となる部位の幅は４００μｍとし、同部位の長手方向の
長さを２０ｍｍとし、リード部２３ａ及び２３ｂとなる
部位の幅は２．５ｍｍとした。また、グリーンシートの
全長は６５ｍｍである。

【００１７】c)セラミックヒータ成形体の作製その後、陽極側端末部２２ａと陽極側端子部１３ａ、及
び陰極側端末部２２ｂと陰極側端子部１３ｂを各々電気
的に接続するように、発熱抵抗体パターンが印刷された
グリーンシートにスルーホールを設け、このスルーホー
ルにタングステンペーストを供給してその内面を被覆し
た。次いで、このグリーンシートの他表面の所定位置
に、タングステンペーストを使用して厚膜印刷法によ
り、端子部１３ａ、１３ｂを印刷し、その後、このグリ
ーンシートの一表面に他のグリーンシートの一表面を圧
着した。次いで、この他のグリーンシートの他表面を碍
管４に巻き付け、外周を押圧してセラミックヒータ成形
体を得た。

【００１８】d)セラミックヒータ成形体の焼成上記のようにして得られたセラミックヒータ成形体を２
５０℃で樹脂抜きし、その後、水素雰囲気中で、１５５
０℃で１時間３０分保持して焼成し、第１基材１１、第
２基材１２、発熱抵抗体２、陽極側及び陰極側端子部１
３ａ、１３ｂ及びアルミナ製碍管４が一体化された直径
２．５ｍｍ、長さ６５ｍｍのセラミックヒータを得た。
尚、タングステンペーストが被覆されたスルーホールに
よって導通路３、３’が形成された。このセラミックヒ
ータの常温における抵抗は５．０Ωとなるようにした。
使用時には、陽極、陰極両端子部１３ａ、１３ｂに各々
ニッケルメッキを施し、ヒータ端子５ａ、５ｂを、銀ろ
う材により両端子部１３ａ、１３ｂに接合する。更に、
銀ろう表面及びヒータ端子５ａ、５ｂの両部位にニッケ
ルメッキを施して保護する。

【００１９】（３）セラミックヒータの効果このようにして作製したセラミックヒータは、導通路
３、３’のそれぞれを端子部１３ａ、１３ｂの対角線上
に設け、第２基材１２の長手方向に対して直線上に並ば
ないようにし、且つヒータ端子５ａ、５ｂ直下に導通路
３、３’が配設されていない。このため、ヒータ端子５
ａ、５ｂに力がかかり、端子部１３ａ、１３ｂに負荷が
掛かっても、導通路３、３’部分に応力が伝わらず、し
かも、第２導通路１２の長手方向に直線状に配置されて
おらず、且つ、導通路３、３’間が距離を置いてあるの
で、導通路３、３’から亀裂が入りにくいものとなって
いる。また、グリーンシートを碍管４に巻き付ける際に
おいても、同様にスルーホールから亀裂が入りにくいも
のとなっている。更に、導通路３、３’及びその周辺が
銀ろう及びニッケルメッキにおおわれているため、導通
路３、３’周辺に亀裂が入っても、端子部１３ａ、１３
ｂが破壊されない限り外気がヒータ内に浸入することが
ない。

【００２０】尚、本発明においては、上記実施例に限ら
れず、目的、用途に応じて本発明の範囲内で種々変更し
た実施例とすることができる。即ち、導通路３、３’の
配置は実施例に示した対角状配置だけではなく、碍管の
周回方向に並ぶように配置することができる。また、碍
管の形状は、実施例に示した円筒形状だけではなく、円
柱状の中実体等とすることができる。更に、導通路の個
数は２に限らず、３以上とすることができる。

【００２１】

【発明の効果】本発明のセラミックヒータは、ヒータ内
への発熱抵抗体に給電するための複数の導通路の配置
を、基材の長手方向に直線上にならないように配列し、
且つヒータ端子直下にならないように配設したので、導
通路からの基材の破損を防止することができる。また、
導通路とその周囲を被覆したことによって、導通路周囲
が破損しても容易に外気がヒータ内に浸入しない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本実施例の円筒状碍管用のセラミックヒータを
説明するための分解斜視図である。

【図２】円筒状碍管に本セラミックヒータを巻回して使
用する状態を示す模式図である。

【図３】本実施例のセラミックヒータの端子部周辺を説
明するための部分拡大図である。

【図４】本実施例のセラミックヒータの端子部周辺を説
明するための断面図である。

【図５】複数の導通路が、基材の長手方向に対して直線
状に、且つヒータ端子の直下に配設されている、従来例
のセラミックヒータを説明するための端子部周辺の部分
拡大図である。

【符号の説明】

１１；第１基材、１２；第２基材、１３ａ、１３ｂ；端
子部、２；発熱抵抗体、２１；発熱抵抗体の先端側発熱
部、２２ａ、２２ｂ；端末部、２３ａ、２３ｂ；リード
部、３、３’；導通路、４；碍管、５ａ、５ｂ；ヒータ
端子。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 2G004 BJ10 BM07 3K092 PP15 PP16 PP20 QA02 QB02 QB45 QB74 QB76 QC16 QC26 QC38 QC43 RA06 RB02 RF02 RF11 RF19 RF22 VV31

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】碍管、該碍管に巻回されて接合される第
１基材、該第１基材に接合される第２基材、該第１基材
と該第２基材の間に介装される発熱抵抗体、上記第２基
材の表面に設けられる端子部、及び該端子部と上記発熱
抵抗体の端末部とを導通させるため、上記第２基材を貫
通して設けられる複数の導通路、を備えるセラミックヒ
ータにおいて、上記導通路は、上記第２基材の長手方向
において直線状に配列されていないことを特徴とするセ
ラミックヒータ。
【請求項２】上記端子部に接合されるヒータ端子の直
下に上記導通路が存在しない請求項１記載のセラミック
ヒータ。