JP2003100421A

JP2003100421A - セラミックヒーター

Info

Publication number: JP2003100421A
Application number: JP2001293024A
Authority: JP
Inventors: Hideaki Shimotsuru; 秀明下水流
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2001-09-26
Filing date: 2001-09-26
Publication date: 2003-04-04
Anticipated expiration: 2021-09-26
Also published as: JP4688376B2

Abstract

(57)【要約】【課題】セラミックヒーターのリード線に該リード線を
電極パッドから垂直に引き剥がす方向に応力が働くと、
その応力はロウ材の端部に集中し、この部分でロウ材が
電極パッドから剥離してしまうという問題があった【解決手段】前記リード線が線径１ｍｍ以上であり、且
つ前記リード線に幅１ｍｍ以上、切り込み深さ０．５ｍ
ｍ以上の溝を設けて、リード線を電極パッドにロウ付け
する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本製品は各種産業機器、半田
ごて、ヘアーごて、石油ストーブ点火・気化器、シール
機、自動車酸素センサーなどに使用するセラミックヒー
ターに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来から、セラミックヒーターは平板状
・円柱状・円筒状などの形状をしたものが使用されてい
る。図４（ａ）は、従来の円柱状のセラミックヒーター
の構造を示す図であり、図４（ｂ）はその断面図であ
る。セラミックヒーター２１の表面に形成された電極パ
ッド２６の表面には、Ｎｉからなるメッキ層２６ａが形
成され、その表面にリード線３０がロウ材２９によりロ
ウ付けされている。

【０００３】また、太いリード線３０を取り付けたセラ
ミックヒーターの一例として、セラミック体に形成した
内壁面にリード線がロウ付けされた構造が、特開昭６２
−７６２７７号公報に記載されている。これは、セラミ
クヒーターの外径からの飛び出しが問題となる場合に採
用されている構造である。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】大型・大容量のセラミ
ックヒーターに於いては、セラミックヒーターを所定の
温度に加熱するために大電流を流さねばならないものが
ある。このような用途では、細いリード線を用いた場
合、リード線が発熱しリード線を固定しているロウ付け
部および電極パッドが劣化して、セラミックヒーターの
耐久性が低下するという問題があった。

【０００５】そこで、リード線の発熱を防止するため線
径の太いリード線を用いている。しかし、外表面にリー
ド線を設けると、線径が太いため曲げ応力によりリード
線のロウ付け部の剥離等強度が低下するという問題が生
じてくる。図４を用いて具体的に説明すると、リード線
３０にセラミックヒーター２１の全長方向に引張応力が
掛かった場合は、リード線１０は良好な強度を有する
が、リード線１０に該リード線１０を電極パッド２６か
ら垂直に引き剥がす方向に応力が働くと、その応力はロ
ウ材の端部２９ａに集中し、この部分でロウ材２９が電
極パッド２６から剥離してしまうという問題があった。

【０００６】また、特開昭６２−７６２７７号公報に記
載されたように、セラミック体に形成された溝の内壁面
の電極パッドにリード線がロウ付けされた構造のセラミ
ックヒーターがある。しかし、リード線の線径が太いた
め、取り扱い時にリード線のロウ付け部の端部が剥離し
たり、電極パッドが形成された部分のセラミックスに欠
け・割れ等が発生したりして品質が低下するという問題
があった。

【０００７】本発明は、従来の欠点に鑑み提案されたも
ので、太い線径によるリードロウ付け強度の低下、及び
セラミックシートに欠け・割れ等を無くし、品質を向上
させたセラミックヒーターを安定提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、セラミック体
中に発熱抵抗体を内蔵し、電極パッドにリード線を具備
してなるセラミックヒーターに於いて、前記リード線が
線径１ｍｍ以上であり、且つ前記リード線に幅１ｍｍ以
上、切り込み深さ０．５ｍｍ以上の溝を設けたことを特
徴とする。

【０００９】また、前記リード線の先端から前記溝まで
の距離ｄが電極パッドの長さＬよりも１ｍｍ以上短くな
るように前記溝が形成されており、前記リード線の溝か
ら先端までの部分が前記電極パッドにロウ付けされてい
ることを特徴とする。

【００１０】また、前記リード線の先端部および前記溝
部の内側にロウ材のメニスカスが形成されていることを
特徴とする。

【００１１】そして、前記リード線の電極パッド接合部
と反対側の端部をボルト構造とし、ナットにて他部材と
接合できる構造としたことを特徴とする。

【００１２】

【作用】本発明により、１ｍｍ以上の太い線径のリード
線を取り付けた際に、リード線のロウ付け強度が低下し
たり、セラミック体に欠け・割れ等が発生したりするこ
とを無くし、品質の向上したセラミックヒーターを提供
することが可能となる。

【００１３】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を、図１、２
を用いて詳細に説明する。

【００１４】図１は、円柱状のセラミックヒーターを示
す図であり、セラミックグリーンシート３の一方の主面
に形成された発熱抵抗体４および電極引出部５が、これ
らを内側に包み込むようにセラミック芯材２の外周に周
回密着されている。また、前記電極引出部５の端部には
ビアホール７が形成され、前記セラミックグリーンシー
ト３の他方の主面に形成された電極パッド６と接続され
ている。このようにして形成された生成形体を１５００
〜１６５０℃の還元雰囲気中で焼成することによりセラ
ミック体７を得、その後、図２に示すように、前記電極
パッド６の表面にＮｉからなるメッキ層６ａを形成した
後、リード線１０をロウ材９により固定することにより
セラミックヒーター１を得る。

【００１５】本発明のセラミックヒーター１は、前記リ
ード線１０が線径１ｍｍ以上であり、且つ前記リード線
１０に幅１ｍｍ以上、切り込み深さ０．５ｍｍ以上の溝
１１を設けたことを特徴とする。

【００１６】リード線１０の線径を１ｍｍ以上とするの
は、使用する電流によるリード線１０の発熱を防止する
ためである。また、前記リード線１０に形成する溝１１
の幅を１ｍｍ以上、切り込み深さを０．５ｍｍ以上とす
る理由は、これより溝１１を小さくすると、ロウ材９が
溝を埋めてしまって、溝１１を形成した効果が得られな
くなってしまうからである。

【００１７】なお、リード線１０に形成する溝１１の切
り込み深さは、リード線１０の線径の１／２以下とする
ことが好ましい。該切り込み深さをリード線１０の線径
の１／２を越える値とすると、リード線１０に対する電
極パッド６に垂直な方向の応力に対し、ロウ材９の端部
９ａにおける応力を緩和する効果はあるが、リード線１
０自体の強度が低下してしまうので好ましくない。

【００１８】また、前記リード線１０の先端から前記溝
１１までの距離ｄが電極パッド６の長さＬよりも１ｍｍ
以上短くなるように前記溝１１が形成されており、前記
リード線１０の溝１１から先端までの部分が前記電極パ
ッド６にロウ付けされている。このリード線１０の溝１
１から先端までの距離ｄは、十分なロウ付け強度を確保
するためには、２ｍｍ以上の長さとすることが好まし
い。

【００１９】このような溝１１を形成することにより、
図２（ｂ）に示すように、リード線１０の先端部及び溝
１１の内側の両方にロウ材９のメニスカスを富士山の裾
野のような形状に形成することができるので、リード線
１０の引張強度を向上させることが可能となる。

【００２０】また、リード線１０に対し、リード線１０
を電極パッド６から垂直に剥がすような成分の力が掛か
った場合には、前記溝１１の部分でリード線が変形して
応力を容易に吸収するので、電極パッド６からリード線
１０が剥がれることを防止することができる。

【００２１】また、前記リード線１０の先端から電極パ
ッド６の長さＬよりも１ｍｍ以上短い部分に前記リード
線１０の溝１１が形成され、前記リード線１０の溝１１
から先端までの部分が前記電極パッド６にロウ付けされ
るようにすることが好ましい。このようにする事によ
り、ロウ材９のメニスカスを好ましい形状にすることが
可能となる。前記リード線１０の先端から溝１１までの
距離ｄが前記電極パッド６の長さＬよりも長いか、もし
くは短いとしてもその差が１ｍｍ未満であれば、ロウ材
９の端部９ａにおけるメニスカスの形状が悪くなるので
十分な引張強度が得られなくなるので好ましくない。

【００２２】また、図２に示すように、前記リード線１
０をの電極パッド６との接合部と反対側の端部をボルト
構造とし、ナットにて他部材と接合できる構造とする
と、リード線１０と外部の電気回路との接続の信頼性を
向上させることが可能となる。電気的接続の信頼性改善
のため、今後、このような電気的接続の需要が増えてく
るものと予想している。

【００２３】セラミックヒーター１の材質としては、ア
ルミナ、窒化珪素、窒化アルミニウム、炭化珪素、ムラ
イト等を使用することが可能である。

【００２４】例えば、アルミナとしては、Ａｌ₂Ｏ₃８８
〜９５重量％、ＳｉＯ₂２〜７重量％、ＣａＯ０．５〜
３重量％、ＭｇＯ０．５〜３重量％、ＺｒＯ₂０〜３重
量％からなるものを使用することができる。Ａｌ₂Ｏ₃含
有量をこれより少なくすると、ガラス質が多くなるため
通電時のマイグレーションが大きくなるので好ましくな
い。また、逆にＡｌ₂Ｏ₃含有量をこれより増やすと、内
蔵する発熱抵抗体４の金属層内に拡散するガラス量が減
少し、セラミックヒーター１の耐久性が劣化するので好
ましくない。

【００２５】窒化珪素としては、Ｓｉ₃Ｎ₄８５〜９５重
量％、Ｙ₂Ｏ₃やＹｂ₂Ｏ₃、Ｅｒ₂Ｏ₃のような希土類元素
酸化物２〜１２重量％、Ａｌ₂Ｏ₃０．３〜２．０重量
％、これに加えて酸素をＳｉＯ２換算で０．５〜３重量
％含有するようなものを使用することが可能である。

【００２６】窒化アルミニウムとしては、ＡｌＮ８５〜
９７重量％、Ｙ₂Ｏ₃やＹｂ₂Ｏ₃、Ｅｒ₂Ｏ₃のような希土
類元素酸化物２〜８重量％、ＣａＯ０〜５重量％、これ
に不純物として酸素をＡｌ₂Ｏ₃換算で０〜１重量％含有
するものを使用することが可能である。

【００２７】ムライトとしては、Ａｌ₂Ｏ₃５８〜７５重
量％、ＳｉＯ₂２５〜４２重量％と、１重量％以下の不
可避不純物からなるものを使用することが可能である。

【００２８】また、セラミックヒーター１の形状として
は、円筒および円柱状に加え、図３（ａ）、（ｂ）に示
すような板状のものであっても構わない。

【００２９】板状のセラミックヒーターの製法について
説明すると、セラミックグリーンシート３の表面にＷ、
Ｍｏ、Ｒｅ等の高融点金属を主成分とするペーストを用
いて発熱抵抗体４、リード引出部６、およびスルーホー
ル７を形成し、その裏面には電極パッド８を形成する。
そして、発熱抵抗体４を形成した面にさらに別のセラミ
ックグリーンシート３を重ねて密着し、１５００〜１６
５０℃の還元雰囲気中で焼成することにより、板状のセ
ラミックヒーター１とする。また、焼成後、電極パッド
６の上にはメッキ層６ａを形成し、リード線１０をロウ
材９で固定した後、さらにロウ材９の上にメッキ層を形
成する。

【００３０】また、セラミックヒーター１の寸法につい
ては、例えば外径ないしは幅が８〜２０ｍｍ、長さが４
０〜２００ｍｍ程度にすることが可能である。

【００３１】次にリード線１０の材質としては、耐熱性
良好なＮｉ系やＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ系合金等を使用するこ
とが好ましい。発熱抵抗体４からの熱伝達により、使用
中にリード線１０の温度が上昇し、劣化する可能性があ
るからである。

【００３２】中でも、リード線１０の材質としてＮｉや
Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金を使用する場合、その平均結晶粒
径を４００μｍ以下とすることが好ましい。前記平均粒
径が４００μｍを越えると、使用時の振動および熱サイ
クルにより、ロウ付け部近傍のリード線１０が疲労し、
クラックが発生するので好ましくない。他の材質につい
ても、例えばリード線１０の粒径がリード線１０の厚み
より大きくなると、ロウ材９とリード線１０の境界付近
の粒界に応力が集中して、クラックが発生するので好ま
しくない。

【００３３】また、ロウ材９の材質としては、Ａｇロ
ウ、Ａｇ−Ｃｕロウ、Ａｕ−Ｃｕロウ、Ａｕ−Ｎｉロ
ウ、Ｃｕロウから選ばれたものを使用することができ
る。

【００３４】

【実施例】以下、本発明の実施例を説明する。

【００３５】実施例１まず、アルミナを主成分とし、焼結助剤として、６重量
％のＳｉＯ₂、２重量％のＭｇＯ、２重量％のＣａＯ、
１．５重量％のＺｒＯ₂を含有する原料を調製し、外径
１５ｍｍセラミック芯材２および厚み８００μｍのセラ
ミックグリーンシート３を、押出成形およびテープキャ
スティング法により準備した。

【００３６】その後、セラミックグリーンシート３の一
方の主面にＷからなる発熱抵抗体４と電極引出部５をプ
リント形成し、前記電極引出部５の端部の裏面に電極パ
ッド６をプリント形成し、さらに、電極パッド６に穴を
形成し該穴にＷからなるペーストを埋めこむことにより
ビアホール７を形成し電極引出部５と電極パッド６とを
接続する。

【００３７】こうして準備した生のセラミック体を還元
雰囲気中１６００℃で焼成して焼結させ、前記電極パッ
ド６の表面にＮｉからなる無電界メッキによりメッキ層
６ａを５μｍ形成し、その上にリード線１０を設置し、
Ａｇロウからなるロウ材９によりロウ付け固定した。

【００３８】この時、リード線１０の外径を２ｍｍと
し、溝幅を０．８ｍｍ、１．０ｍｍ、１．２ｍｍと変更
し、また溝深さを０．３ｍｍ、０．５ｍｍ，１．０ｍ
ｍ，及び溝無しと変更したサンプルを準備して試料を作
製した。

【００３９】そして、電極パッド６に対して垂直な方向
のリード線１０の引張強度を、このようにして準備した
試料について評価した。引張強度が３００Ｎ未満のもの
はＮＧとし、引張強度が３００Ｎ以上のものをＯＫとし
て評価した。

【００４０】結果は、表１に示した。

【００４１】

【表１】

【００４２】表１から判るように、溝１１の幅が１ｍｍ
より小さいＮｏ．１〜５、および溝１１の深さ０．５ｍ
ｍ未満であるＮｏ．６、９、１３はロウ材９で溝１１が
埋まってしまい、ロウ材９の端部９ａにおいて良好なメ
ニスカスを形成できなかったため、剥離強度が３００Ｎ
未満となり好ましくなかった。

【００４３】これに対し、前記溝１１の幅および深さが
本発明の請求範囲であるＮｏ．７〜９、１１〜１３、１
５〜１７はロウ材９のメニスカスの状態も良好で、３０
０Ｎ以上の引張強度が得られた。

【００４４】

【発明の効果】本発明によれば、セラミック体中に発熱
抵抗体を内蔵し、該発熱抵抗体に通電するための電極パ
ッドを前記セラミック体の表面に備え、電極パッドにリ
ード線をロウ付けしてなるセラミックヒーターにおい
て、前記リード線が線径１ｍｍ以上であり且つ側面に幅
１ｍｍ以上、切り込み深さ０．５ｍｍ以上の溝を設ける
ことにより、大電流を流さなければならずリード線の発
熱を考慮した場合やリード線を用いてセラミックヒータ
ーを保持するために太いリード線を用いる場合でも、リ
ード線のロウ付け部の引張強度を向上させ、良好なセラ
ミックヒーターとすることが可能となった。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のセラミックヒーターの展開斜視図であ
る。

【図２】（ａ）は、本発明のセラミックヒーターの平面
図であり、（ｂ）は、そのリード線接合部の縦断面図で
ある。

【図３】（ａ）は、本発明のセラミックヒーターの別の
実施形態を示す展開斜視図であり、（ｂ）はそのリード
線接合部の縦断面図である。

【図４】（ａ）は、従来のセラミックヒーターを示す図
であり、（ｂ）はそのＺ−Ｚ線断面図である。

【符号の説明】

１：セラミックヒーター２：セラミック芯材３：セラミックグリーンシート４：発熱抵抗体５：電極引出部６：電極パッド７：ビアホール８：セラミック体９：ロウ材１０：リード線１１：溝

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】セラミック体中に発熱抵抗体を内蔵し、該
発熱抵抗体に通電するための電極パッドを前記セラミッ
ク体の表面に備え、電極パッドにリード線をロウ付けし
てなるセラミックヒーターにおいて、前記リード線が線
径１ｍｍ以上であり且つ側面に幅１mm以上、切り込み深
さ０．５ｍｍ以上の溝を設けたことを特徴とするセラミ
ックヒーター。
【請求項２】前記リード線の先端から前記溝までの距離
ｄが前記電極パッドの長さＬよりも１ｍｍ以上短く、前
記リード線の溝から先端までの部分のみが前記電極パッ
ドにロウ付けされていることを特徴とする請求項１記載
のセラミックヒーター。
【請求項３】前記リード線の先端部および前記溝部の内
側にロウ材のメニスカスが形成されていることを特徴と
する請求項１記載のセラミックヒーター。
【請求項４】前記リード線の電極パッド接合部と反対側
の端部をボルト構造とし、ナットにて他部材と接合でき
る構造としたことを特徴とする請求項１〜３のいずれか
に記載のセラミックヒーター。