JP2003317907A

JP2003317907A - セラミックヒータ

Info

Publication number: JP2003317907A
Application number: JP2002122072A
Authority: JP
Inventors: Ryuichi Nagaseko; 竜一長迫
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2002-04-24
Filing date: 2002-04-24
Publication date: 2003-11-07

Abstract

(57)【要約】【課題】セラミックヒータにおけるスルーホール内にス
ルーホール導体を充填できない部分が空隙として残りや
すく、セラミック体とスルーホール導体の熱膨張差によ
って、使用中の熱サイクルの疲労に起因したクラックが
発生しやすい。【解決手段】発熱抵抗体２を埋設したセラミック体１
と、該セラミック体１に形成されたスルーホール４に充
填されたスルーホール導体５を介して上記発熱抵抗体２
と電気的に接続された電極パッド６と、該電極パッド６
にリード部材７を取着してなるセラミックヒータにおい
て、上記スルーホール４は電極パッド６側に向かって径
が大きくなるテーパ状をなし、内周面がスルーホール４
の中心軸に対して３°以上傾いている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、自動車用の空燃比
検知センサ加熱用ヒータや気化器用ヒータ、半田ごて用
ヒータなどに使用するセラミックヒータに関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】従来より、空燃比センサ加熱用ヒータ等
の自動車用のヒータとして図４（ａ）に示すような円柱
状のセラミックヒータが多用されており、例えば、アル
ミナを主成分とするセラミック体２１中に、Ｗ、Ｒｅ、
Ｍｏ等の高融点金属からなる発熱抵抗体２２が埋設さ
れ、該発熱抵抗体２２の端部に形成されたリード引出部
２３に電極パッド２６を介してリード部材２７が接続さ
れている（特開昭６３−９８６０号、６３−５８４７９
号公報等参照）。

【０００３】上記円柱状のセラミックヒータを製造する
場合は、例えば同図（ｂ）に示すようにセラミック芯材
３１とセラミックグリーンシート３０を用意し、セラミ
ックグリーンシート３０の一方面にＷ、Ｒｅ、Ｍｏ等の
高融点金属のペーストを印刷して発熱抵抗体２２とリー
ド引出部２３を形成した後、これらを形成した面が内側
となるようにセラミックグリーンシート３０を上記セラ
ミック芯材３１の周囲に巻付け、全体を焼成一体化した
後、リード部材を取着することにより得ることができ
る。

【０００４】この時、セラミックグリーンシート３０上
には、図４（ｃ）に示すように発熱抵抗体２２に直接リ
ード引出部２３が接続され、該リード引出部２３の末端
にスルーホール２４が形成され、電極パッド２６と該リ
ード引出部２３がスルーホール２４に充填されたスルー
ホール導体２５にて電気的に接続されている。

【０００５】そして、電極パッド２６にＮｉ、Ｃｒ等の
耐熱金属材料からなるメッキ層２８を形成し、ロウ材２
９によってＦｅ−Ｎｉ合金やＮｉ、Ｃｒ等を含有する耐
熱金属材料からなるリード部材２７をロウ付けして接合
し、このリード部材２７から通電することにより発熱抵
抗体２２が発熱する仕組みである。

【０００６】また、上記スルーホール２４は、電極パッ
ド２６と電極引出部２３の間に、直径０．２〜０．６ｍ
ｍの円筒状に形成されており、ロウ材等のスルーホール
導体２５が充填されている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、スルー
ホール２４に充填したスルーホール導体２５の持つ表面
張力によってスルーホール２４に十分に充填することが
できず、スルーホール２４内にスルーホール導体２５を
充填できない部分が空隙として残り、セラミック体２１
とスルーホール導体２５の熱膨張差によって、使用中の
熱サイクルの疲労に起因したクラックが発生するという
問題があった。

【０００８】また、上記スルーホール２４内に存在する
空隙によってリード引出部２３と電極パッド２６との導
通が確保できないという欠点を有していた。導通が確保
できたとしても、スルーホール導体２５の抵抗が増加し
耐久性が劣化するという問題があった。

【０００９】さらに、スルーホール２４の形状が円筒状
でその径方向の面積が０．０２ｍｍ ²程度と小さいた
め、この部分の抵抗値が増加し所望の抵抗値を得ること
ができない、また、抵抗値を下げるためにスルーホール
２４の容積を大きくすると、積層時にスルーホール２４
に充填されたスルーホール導体２５にクラックが入ると
いう問題があった。

【００１０】また、スルーホール導体２５となるペース
トを注入する際、セラミックグリーンシート３０との熱
膨張差があるために、焼成後にクラックが入りやすいと
いう問題もあった。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明のセラミックヒー
タは、発熱抵抗体を埋設したセラミック体と、該セラミ
ック体に形成されたスルーホールに充填されたスルーホ
ール導体を介して上記発熱抵抗体と電気的に接続された
電極パッドと、該電極パッドにリード部材を取着してな
るセラミックヒータにおいて、上記スルーホールは電極
パッド側に向かって径が大きくなるテーパ状をなし、内
周面がスルーホールの中心軸に対して３°以上傾いてい
ることを特徴とする。

【００１２】また、本発明のセラミックヒータは、上記
スルーホールの電極パッド側の面積が電極パッドの面積
の０．２〜２０％であることを特徴とする。

【００１３】また、本発明のセラミックヒータは、上記
スルーホールを電極パッド１個に対し２個以上形成する
ことを特徴とする。

【００１４】さらに、上記スルーホールは、電極パッド
側が長円形状をなすことを特徴とする。

【００１５】そして、上記スルーホールを円周方向に長
く形成し、該スルーホールの電極パッド側の長円形状の
アスペクト比が１．５〜５０であることを特徴とする。

【００１６】さらに、上記スルーホール導体中に存在す
る空隙の直径が１００μｍ以下であることを特徴とす
る。

【００１７】本発明のセラミックヒータによれば、上記
スルーホールは電極パッド側に向かって径が大きくなる
テーパ状をなし、内周面をスルーホールの中心軸に対し
て３°以上傾けることにより、スルーホールの中に充填
するスルーホール導体がテーパに沿って滑るように充填
されるため、空隙が生じることを防止し、熱サイクルが
加わった際にもこの空隙からクラック等の欠陥を発生す
ることはなく、耐久性の高いセラミックヒータを得るこ
とができる。

【００１８】また、本発明のセラミックヒータによれ
ば、上記スルーホールの電極パッド側の面積を電極パッ
ドの面積の０．２〜２０％とすることにより、スルーホ
ール付近でセラミック芯材とセラミックシートの間で密
着不良が発生することなく、低抵抗な接続が可能とな
り、耐久性の高いセラミックヒータを得ることができ
る。

【００１９】さらに、本発明のセラミックヒータによれ
ば、上記スルーホールを電極パッド１個に対し２個以上
形成することにより、万一１個のスルーホールで接続不
良が発生してももう一方のスルーホールで導通を確保で
きるので、信頼性の高いセラミックヒータを得ることが
できる。

【００２０】またさらに、本発明のセラミックヒータに
よれば、電極パッド側が長円形状をなすとともに、発熱
抵抗体側が円形状をなすことにより、クラックの発生を
防止し、発熱抵抗体側の面積を大きくして確実に導通を
確保することができる。

【００２１】さらにまた、本発明のセラミックヒータに
よれば、上記スルーホールの電極パッド側の長円形状の
アスペクト比を１．５〜５０以下とすることにより、電
極引出部と電極パッド間の接続抵抗を低下させ、電極パ
ッド付近の発熱を防止し、耐久性の良好なセラミックヒ
ータを得ることができる。

【００２２】さらに、本発明のセラミックヒータによれ
ば、上記スルーホール導体中に存在する空隙の直径を１
００μｍ以下とすることにより、スルーホール内の充填
不足に起因する局部的な高抵抗部をなくし、これにより
スルーホール導体の異常発熱による耐久性劣化を防止す
ることができる。

【００２３】

【発明の実施の形態】以下、本発明のセラミックヒータ
の実施形態を図面に基いて説明する。

【００２４】図１は、本発明のセラミックヒータの一実
施形態を示す図であり、（ａ）は斜視図、（ｂ）は同図
（ａ）の電極パッド部を示す部分断面図、（ｃ）は発熱
抵抗体の欠陥を示す平面図である。

【００２５】本発明のセラミックヒータは、発熱抵抗体
２を埋設したセラミック体１と、該セラミック体１に形
成されたスルーホール４に充填されたスルーホール導体
５を介して上記発熱抵抗体３の端部に設けられたリード
引出部３と電気的に接続された電極パッド６と、該電極
パッド６にリード部材７を取着してなる。

【００２６】上記セラミック体１は、アルミナ質セラミ
ックス、窒化珪素質セラミックス、窒化アルミニウム質
セラミックス、炭化珪素質セラミックス等の各種セラミ
ックスからなり、特に、アルミナセラミックスからなる
ことが好ましく、例えば、Ａｌ₂Ｏ₃を８８〜９５重量
％、ＳｉＯ₂を２〜７重量％、ＣａＯを０．５〜３重量
％、ＭｇＯを０．５〜３重量％、ＺｒＯ₂を１〜３重量
％からなるアルミナセラミックスを用いることが好まし
い。Ａｌ₂Ｏ₃含有量は８８重量％未満となると、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
る恐れがある。一方、Ａｌ₂Ｏ₃含有量を９５重量％を超
えると、セラミック体１中に埋設された発熱抵抗体２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
タの耐久性が劣化する恐れがある。

【００２７】また、上記セラミック体１は、例えば外径
が２〜２０ｍｍ、長さが４０〜２００ｍｍ程度の円柱状
で、自動車の空燃比センサ加熱用のセラミックヒータと
しては、外径が２〜４ｍｍ、長さが４０〜６５ｍｍとす
ることが好ましい。

【００２８】上記セラミック体１には発熱抵抗体２が埋
設されており、Ｗ、Ｍｏ、Ｒｅ等の高融点金属を主成分
とするものであり、図１（ｃ）に示すように発熱抵抗体
２のパターンに欠陥２ｂが生じた場合、その欠陥部分の
幅ｔがパターン幅Ｔの１／２以下とすることが好まし
い。これは、上記欠陥の幅ｔがパターン幅Ｔの１／２を
越えると、この部分で局部発熱し、発熱抵抗体２の抵抗
値が大きくなり耐久性が劣化するためである。

【００２９】このような欠陥が発生する原因は、発熱抵
抗体２をプリント形成する時に、プリント製版にゴミが
付着したためパターンが欠けてしまったり、異物が混入
し焼成時に焼失したりすることにより発生するものと思
われる。プリントや密着工程で、セラミック体１となる
セラミックグリーンシートを取り扱う工程があるが、こ
の工程の清浄度を向上させるとともに、万一の欠陥の発
生に関して、上記寸法以上の欠陥を取り除くための検査
工程の整備が重要である。

【００３０】また、自動車用のヒータとして用いる場合
には、上記発熱抵抗体２の発熱長さｆが３〜１５ｍｍと
なるようにすることが好ましい。この発熱長さｆが３ｍ
ｍより短くなると、通電時の昇温を早くすることができ
るが、セラミックヒータ１の耐久性を低下させる。一
方、１５ｍｍより長くすると昇温速度が遅くなり、昇温
速度を早くしようとするとセラミックヒータ１の消費電
力が大きくなる。

【００３１】なお、上記発熱長さｆとは、発熱抵抗体２
におけるリード引出部３を除いた往復パターンの部分の
長さを示す。この発熱長さｆは、用途により種々選択さ
れるものである。

【００３２】さらに、上記発熱抵抗体２の両端部にはリ
ード引出部３が形成されており、図１（ｂ）の断面図が
示すように、発熱抵抗体２の端部に形成されたリード引
出部３にはスルーホール４を介して発熱抵抗体２に通電
するための電極パッド６が形成されている。

【００３３】ここで、本発明では上記スルーホール４が
図２（ａ）の断面図、（ｂ）の平面図が示すように電極
パッド６側に向かって径が大きくなるテーパ状をなし、
内周面がスルーホール４の中心軸Ａに対して傾斜角度θ
が３°以上であることが重要である。

【００３４】上記スルーホール４の傾斜角度θを３°以
上とすることにより、上記スルーホール４内にロウ材や
高融点金属粉末を分散したスラリー等のスルーホール導
体５を良好に充填することができる。

【００３５】上記スルーホール４の内周面の傾斜角度θ
が３°以上であると、詳細を後述するようにスルーホー
ル４にスルーホール導体５を充填して電極パッド６を取
着する際、発熱抵抗体２側まで十分に充填できるため、
クラックや空隙が生じることがなく、耐久性の高いセラ
ミックヒータを得ることができる。

【００３６】一方、上記傾斜角度θが３°未満となる
と、上記スルーホール４にロウ材や高融点金属を分散し
たスラリー等のスルーホール導体５を充填する際に、こ
れらが十分に充填されず大きな隙間が発生し、この隙間
付近で異常発熱が発生し電極パッド６の抵抗値を増大さ
せ、セラミックヒータの耐久性を低下させてしまう。

【００３７】また、上記スルーホール４の内周面の傾斜
角度θは４５°以下であることがより好ましく、スルー
ホール４に充填するスルーホール導体５の充填量を少な
くすることによって、より抵抗値が低く、耐久性の高い
セラミックヒータを得ることができる。

【００３８】さらに、上記スルーホール４の電極パッド
６側の面積Ｂを電極パッド６の面積Ｃの０．２〜２０％
とすることが好ましい。上記面積Ｂが面積Ｃの２０％よ
り大きくなると、スルーホール４に充填するロウ材等の
スルーホール導体５の量が多くなるので、スルーホール
導体５とセラミック体２との熱膨張差による応力が大き
くなり、使用中の熱サイクルでスルーホール４部分が疲
労し、抵抗値が増大して異常発熱し、セラミックヒータ
の耐久性を劣化させてしまう。一方、０．２未満になる
と、スルーホール４の抵抗値が増加しヒータ通電時に温
度上昇しやすい。さらに、上記面積比率を０．５〜３％
の範囲に設定することがより好ましい。

【００３９】なお、上記電極パッド６の面積Ｃは、リー
ド部材７を接合するロウ付け面積によって決まるが６〜
２０ｍｍ²程度に調整されている。

【００４０】さらに、上記スルーホール４を１個の電極
パッド６に対して２個以上形成することが好ましく、ス
ルーホール４にスルーホール導体５となるロウ材を充填
して電極パッド６を取着した場合、一方のスルーホール
４にスルーホール導体５が十分に充填されていなくて
も、他方のスルーホール４にスルーホール導体５が充填
されていることによって確実に導通を確保できるためで
ある。

【００４１】さらにまた、上記スルーホール４は、図２
（ｃ）の平面図に示すように電極パッド６側が長円形状
をなすことが好ましい。特に大きな電流を流すセラミッ
クヒータに関しては、スルーホール４の大きさを大きく
してスルーホール４部分の抵抗値が大きくならないよう
にする必要がある。しかしながら、円筒もしくは円柱状
のセラミックヒータの場合、製造工程においてセラミッ
ク芯材の周囲にセラミックグリーンシートを周回密着す
るため、スルーホール４の形状を全長方向に短く周方向
に長くすることによって、大きな電流を流すタイプのセ
ラミックヒータにおいても、密着不良等の問題を発生す
ることなくスルーホール４部分での発熱を抑制したセラ
ミックヒータとすることができる。

【００４２】また、上記スルーホール４を全長方向に長
く形成し、該スルーホール４の長円形状のアスペクト比
を１．５〜５０以下とすることが好ましい。スルーホー
ル４をこのように調整することにより、大きな電流を流
すタイプのセラミックヒータにおいても、スルーホール
４部分の抵抗をより低下させ、スルーホール４部分の異
常発熱を防止することができる。ここで、アスペクト比
とは、スルーホールの長径ｄを短径ｅで除した値であ
る。

【００４３】なお、上記スルーホール４の形状は、図２
（ｃ）に示すように電極パッド６側、電極引出部３側と
もに長円形状のものでも、図２（ｄ）に示すように電極
パッド６側の形状のみが長円形状のものであってもよ
く、スルーホール導体５とセラミック体１との接合面積
を大きくして、スルーホール導体５とセラミック体１と
の熱膨張差による応力を緩和でき、低抵抗で耐久性の高
いスルーホール４とすることができる。

【００４４】また、上記スルーホール４には、その内周
面に平均厚み２０μｍ以上の高融点金属からなるメッキ
層を形成し、銅ロウ、銀ロウ、金銅ロウ等のロウ材や、
タングステン、モリブデン、レニウム等の高融点金属か
らなるスルーホール導体５が充填され、発熱抵抗体２の
リード引出部３と電気的に接続するように電極パッド６
が取着される。

【００４５】上記スルーホール４に充填したスルーホー
ル導体５は、空隙５ａの径を１００μｍ以下とすること
が好ましく、さらに好ましくは３０μｍ以下とすること
が好ましい。このように、空隙５ａを小さくすることに
よりスルーホール４部分の異常発熱を防止し、セラミッ
クヒータの耐久性を向上させることができる。

【００４６】また、上記スルーホール４に取着される電
極パッド６は、その厚みが１０〜５０μｍとすることが
好ましく、長期間の使用においても電極パッド６に取着
するリード部材７の接合強度を高いものとできる。

【００４７】さらに、上記電極パッド６には、図１
（ｂ）に示すようにＮｉ、Ｃｒ、もしくはこれらを主成
分とする複合材料からなるメッキ層８が厚み１〜５μｍ
程度に形成されるとともに、該メッキ層８にＡｕ、Ｃ
ｕ、Ａｕ−Ｃｕ、Ａｕ−Ｎｉ、Ａｇ、Ａｇ−Ｃｕ系等の
ロウ材９を介してリード部材７が接合される。

【００４８】上記ロウ材９は、Ａｕ−ＣｕロウとしてＡ
ｕ含有量が２５〜９５重量％としＡｕ−Ｎｉロウとして
はＡｕ含有量が５０〜９５重量％含有してなるロウ材９
を用いることが好ましく、ロウ付け温度を１０００℃程
度に設定でき、ロウ付け後の残留応力を低減できる。ま
た、湿度が高い雰囲気中で使用する場合には、Ａｕ系、
Ｃｕ系のロウ材９を用いた方がマイグレーションが発生
しにくくなる。

【００４９】また、上記ロウ材９の端部から電極パッド
６の端部までの距離が０．２ｍｍ以上あることが好まし
い。上記距離が０．２ｍｍ未満であると、電極パッド６
の端部がロウ材９の収縮時に引っ張られて剥離しやすく
なり、ロウ付け強度が低下するので、好ましくない。

【００５０】上記ロウ材９によって接合されるリード部
材７は、耐熱性良好なＮｉ系やＦｅ−Ｎｉ系合金等を使
用することが好ましく、発熱抵抗体２からの熱伝達によ
り、使用中にリード部７の温度が上昇し、劣化する可能
性があるからである。

【００５１】特に、リード部材７の材質としてＮｉやＦ
ｅ−Ｎｉ合金を使用する場合、その平均結晶粒径を４０
０μｍ以下とすることが好ましい。上記平均粒径が４０
０μｍ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部材７が疲労し、クラック
が発生するので好ましくない。

【００５２】なお、上記リード部材７の平均結晶粒径を
４００μｍ以下と小さくするためには、ロウ付けの際の
温度をできるだけ下げ、処理時間を短くすればよい。

【００５３】ここで、図１に示すような円筒状のセラミ
ックヒータの製造方法を図３を用いて説明する。

【００５４】先ず、Ａｌ₂Ｏ₃を８８〜９５重量％、Ｓｉ
Ｏ₂を２〜７重量％、ＣａＯを０．５〜３重量％、Ｍｇ
Ｏを０．５〜３重量％、ＺｒＯ₂を１〜３重量％からな
るアルミナセラミックスからなるセラミックグリーンシ
ート１０を準備し、この表面に、Ｗ−Ｒｅからなる発熱
抵抗体２とＷからなるリード引出部３をプリントした。

【００５５】次いで、リード引出部３の末端にはスルー
ホール４を形成し、ここにスルーホール導体５を注入し
て電極パッド６と電極引出部３間の導通をとった。

【００５６】上記スルーホール４は、その形状を上述の
ようにテーパ状とするには、電極引出部３側からスルー
ホール４をピンで打ち抜くか、もしくは電極パッド６側
からテーパのついたドリルでスルーホール４を形成すれ
ば良く、打ち抜きの際に使用する台の電極パッド６側の
穴の大きさを調整することによりテーパの角度を調整す
ることができる。

【００５７】また、上記図２（ｃ）、(ｄ)に示すように
スルーホール４の電極パッド６側の形状を長円形状とす
るには、予め円筒状のスルーホール４を形成したセラミ
ックグリーンシート１０をセラミック芯材１１に周回密
着させる際、セラミックグリーンシートの厚みによって
セラミック芯材１１側のスルーホール４の開口部に比べ
て外周側のスルーホール４の開口部が長円形状となると
ともにテーパ状をなすことによって形成することもでき
る。

【００５８】このようにして準備したセラミックグリー
ンシート１０をセラミック芯材１１に周回密着し焼成し
た後、電極パッド部６にリード部材７をロウ材９によっ
て接合することでセラミックヒータを得ることができ
る。

【００５９】また、板状のセラミックヒータの場合に
は、同様にセラミックグリーンシート１０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２、リード引出部３を印刷した後、さら
に別のセラミックグリーンシート１０を重ねて密着し、
スルーホール４を形成するとともに、該スルーホール４
にスルーホール導体５を充填して電極パッド６を接続
し、１５００〜１６００℃の還元雰囲気中で焼成した
後、リード部材７をロウ材９によって接合することで得
ることができる。

【００６０】なお、本発明のセラミックヒータは、上述
の実施形態に限定されるものではなく、スルーホール４
の形状が傾斜角度θが３°以上のテーパ状の内周面を有
するものであればよく、円柱状、板状等種々の形状のセ
ラミックヒータに用いることができる。

【００６１】

【実施例】（実施例１）Ａｌ₂Ｏ₃を主成分とし、ＳｉＯ
₂、ＣａＯ、ＭｇＯ、ＺｒＯ₂を合計１０重量％以内にな
るように調整したセラミックグリーンシートを準備し、
この表面に、Ｗ−Ｒｅからなる発熱抵抗体とＷからなる
リード引出部をプリントした。また、裏面には電極パッ
ドをプリントした。発熱抵抗体の発熱長さをｍｍとし、
４往復のパターンとなるように作製した。

【００６２】そして、Ｗ、Ｗ−Ｍｏ、Ｗ−Ｒｅ等からな
る電極引出部の末端には、スルーホールを表１に示す如
く傾斜角度、大きさで形成し、スルーホールにはスルー
ホール導体を充填した後、５ｍｍ×４ｍｍの電極パッド
を取着して導通を確保した。

【００６３】また、スルーホールの構造は、ドリルの先
端角度を変更してスルーホールの中心線に対する内周面
の傾斜角度が０°、３°、１０°、３０°、４５°、５
０°として、電極パッドの全長方向の３等分点に２ヶ所
形成した。

【００６４】そして、発熱抵抗体の表面にセラミックグ
リーンシートと略同一の成分からなるコート層を形成し
て十分乾燥した後、さらに上記セラミックグリーンシー
トと略同一の組成のセラミックスを分散させた密着液を
塗布して、こうして準備したセラミックグリーンシート
をセラミック芯材の周囲に密着し、該スルーホールにス
ルーホール導体を充填して電極パッドを接続し、１５０
０〜１６００℃の還元雰囲気中で焼成した後、幅１ｍ
ｍ、厚み０．５ｍｍ、長さ３０ｍｍのＮｉ線からなるリ
ード部材をＡｇ−Ｃｕロウを用いてロウ付けしてセラミ
ックヒータ試料を得た。

【００６５】そして、各試料を１０個づつ１２００℃ま
で１分間で昇温させ、２分間で室温まで強制冷却する熱
サイクルを１００００サイクルかけて、その前後の抵抗
変化を測定し、最も抵抗変化の大きかったものをその試
料のデータとした。

【００６６】さらに、各試料のスルーホール導体中の空
隙の有無を調べるため、超音波探傷により確認しその個
数によって評価した。

【００６７】またさらに、電極パッドの温度を４５０℃
の恒温槽に１０分間保持し、５分間強制空冷する熱サイ
クルを４０００サイクル掛けて、テスト後のリード部材
の引張強度を測定した。

【００６８】これらの結果を表１に示す。

【００６９】

【表１】

【００７０】表１から判るように、スルーホールの内周
面の傾斜角度θが３°未満の試料（Ｎｏ．１）は、熱サ
イクル試験において、初期に較べて抵抗値が７．７％変
化と大きく変化した。また、リード部材のロウ付け部に
欠陥のあるものが５個検出され、熱サイクル試験後のリ
ード部材の引張強度が１７Ｎ（ニュートン）と低いもの
であった。

【００７１】これに対し、スルーホールの内周面の傾斜
角度θが３°以上である試料（Ｎｏ．２〜１４）は、熱
サイクル試験において、初期に較べて抵抗値が３．８％
と小さく、またリード部材のロウ付け部に欠陥のあるも
のは１個しか検出されなかった。

【００７２】特に、これら試料のうちスルーホールの電
極パッドに対する面積比率が０．５〜３％の試料（Ｎ
ｏ．５〜７）は、熱サイクル試験後のリード部材の引張
強度が２４Ｎ以上と大きなものであった。

【００７３】（実施例２）次いで、上述の実施例１と同
様にスルーホールを表２に示す如くアスペクト比を有す
る長円形状として形成する。スルーホールの形状は、周
方向を長径寸法をｄとし、全長方向を短径寸法をｅとし
て、ｄ／ｅをアスペクト比とした。また、短径寸法ｅは
２００μｍとし、スルーホールは、電極パッドの全長方
向の３等分点に２ヶ所形成した。

【００７４】そして、上述の実施例１と同様にセラミッ
クヒータ試料を作製した。

【００７５】そして、各試料を１０個づつ１２００℃ま
で１分間で昇温させ、２分間で室温まで強制冷却する熱
サイクルを１００００サイクルかけて、その前後の抵抗
変化を測定し、最も抵抗変化の大きかったものをその試
料のデータとした。

【００７６】さらに、各試料のスルーホール導体中の空
隙の有無を調べるため、超音波探傷により確認しその個
数によって評価した。

【００７７】またさらに、電極パッドの温度を４５０℃
の恒温槽に１０分間保持し、５分間強制空冷する熱サイ
クルを４０００サイクル掛けて、テスト後のリード部材
の引張強度を測定した。

【００７８】これらの結果を表２に示す。

【００７９】

【表２】

【００８０】表２から判るように、スルーホールの電極
パッド側の形状が長円形状の試料のうち、そのアスペク
ト比が１．５〜５０の試料（Ｎｏ．１、２、４〜１０）
は、熱サイクル試験における抵抗変化率が３．５〜３．
７％と大きいものであった。また、熱サイクル試験後の
リード部材の引張強度は２２Ｎ（ニュートン）以下と低
いものであった。

【００８１】これに対し、スルーホールの長円形状のア
スペクト比が１．５〜５０の試料（Ｎｏ．１、２、４〜
１０）は、熱サイクル試験における抵抗変化率が３．３
％以下と小さく、また、熱サイクル試験後のリード部材
の引張強度は２７Ｎ（ニュートン）以上と大きなもので
あった。

【００８２】

【発明の効果】本発明のセラミックヒータによれば、上
記スルーホールは電極パッド側に向かって径が大きくな
るテーパ状をなし、内周面をスルーホールの中心軸に対
して３°以上傾けることにより、スルーホールの中に充
填するスルーホール導体がテーパに沿って滑るように充
填されるので、充填されない部分が生成することを防止
して、クラック等が発生することはなく、耐久性の高い
セラミックヒータを得ることができる。

【００８３】また、本発明のセラミックヒータによれ
ば、上記スルーホールの電極パッド側の面積を電極パッ
ドの面積の０．２〜２０％とすることにより、スルーホ
ール付近でセラミック芯材とセラミックシートの間で密
着不良が発生することなく、低抵抗な接続が可能とな
り、耐久性の高いセラミックヒータを得ることができ
る。

【００８４】さらに、本発明のセラミックヒータによれ
ば、上記スルーホールを電極パッド１個に対し２個以上
形成することにより、万一１個のスルーホールで接続不
良が発生してももう一方のスルーホールで導通を確保で
きるので、信頼性の高いセラミックヒータを得ることが
できる。

【００８５】またさらに、本発明のセラミックヒータに
よれば、電極パッド側が長円形状をなすとともに、発熱
抵抗体側が円形状をなすことにより、クラックの発生を
防止するとともに発熱抵抗体側の面積を大きくして確実
に導通を確保することができる。

【００８６】さらにまた、本発明のセラミックヒータに
よれば、上記スルーホールの電極パッド側の長円形状の
アスペクト比を１．５〜５０以下とすることにより、電
極引出部と電極パッド間の接続抵抗を低下させ、電極パ
ッド付近の発熱を防止し、耐久性の良好なセラミックヒ
ータを得ることができる。

【００８７】さらに、本発明のセラミックヒータによれ
ば、上記スルーホール導体中に存在する空隙の直径を１
００μｍ以下とすることにより、スルーホール内の充填
不足に起因する局部的な高抵抗部をなくし、これにより
スルーホール導体の異常発熱による耐久性劣化を防止す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）は本発明のセラミックヒータの一実施形
態を示す斜視図、（ｂ）は同図（ａ）の電極パッド周辺
の部分断面図、（ｃ）は発熱抵抗体を示す平面図であ
る。

【図２】（ａ）は本発明のセラミックヒータにおけるス
ルーホールを示す断面図であり、（ｂ）は同図（ａ）の
平面図であり、（ｃ）、（ｄ）はそれぞれスルーホール
の他の実施形態を示す平面図である。

【図３】本発明のセラミックヒータの製造方法を説明す
る斜視図である。

【図４】（ａ）は従来のセラミックヒータを示す斜視図
であり、（ｂ）は同図（ａ）のセラミック体の分解斜視
図、（ｃ）は電極パッド付近を示す部分断面図である。

【符号の説明】

１：セラミック体２：発熱抵抗体２ｂ：欠陥３：リード引出部４：スルーホール５：スルーホール導体５ａ：空隙６：電極パッド７：リード部材８：メッキ層９：ロウ材１０：セラミックグリーンシート１１：セラミック芯材

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】発熱抵抗体を埋設したセラミック体と、該
セラミック体に形成されたスルーホールに充填されたス
ルーホール導体を介して上記発熱抵抗体と電気的に接続
された電極パッドと、該電極パッドにリード部材を取着
してなるセラミックヒータにおいて、上記スルーホール
は電極パッド側に向かって径が大きくなるテーパ状をな
し、内周面がスルーホールの中心軸に対して３°以上傾
いていることを特徴とするセラミックヒータ。
【請求項２】上記スルーホールの電極パッド側の面積が
電極パッドの面積の０.２〜２０％であることを特徴と
する請求項１に記載のセラミックヒータ。
【請求項３】上記スルーホールを電極パッド１個に対し
２個以上形成することを特徴とする請求項１または２に
記載のセラミックヒータ。
【請求項４】上記スルーホールは、少なくとも電極パッ
ド側が長円形状をなすことを特徴とする請求項１乃至３
の何れかに記載のセラミックヒータ。
【請求項５】上記スルーホールの長円形状のアスペクト
比が１．５〜５０であることを特徴とする請求項４に記
載のセラミックヒータ。
【請求項６】上記スルーホール導体中に存在する空隙の
直径が１００μｍ以下であることを特徴とする請求項１
乃至５の何れかに記載のセラミックヒータ。