JP2003317911A

JP2003317911A - セラミックヒータおよびその製造方法

Info

Publication number: JP2003317911A
Application number: JP2002123948A
Authority: JP
Inventors: Eiji Kurahara; 英治蔵原
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2002-04-25
Filing date: 2002-04-25
Publication date: 2003-11-07

Abstract

(57)【要約】【課題】セラミック芯材の表面にセラミックシートを密
着する工程は一本一本の手加工であるため、セラミック
シート上に重ねるセラミック芯材の角度がずれることに
より、セラミックシートが斜めに巻きつき、そのためセ
ラミックヒータの良品歩留まりが低下するという問題が
あった。【解決手段】セラミックシート上に発熱抵抗体と電極部
へ通じる引出部をスクリーン印刷し、該セラミックシー
トを上記発熱抵抗体と引出部を内側にしてセラミック芯
材に周回密着する際、該セラミック芯材の両端を該セラ
ミックシートより０．２〜３ｍｍ突出させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、自動車用酸素セン
サ加熱用ヒータ、半田ごて、石油ファンヒータの気化器
用ヒータ、温水加熱ヒータ等の産業機器用、一般家庭
用、電子部品用、産業機器用等の各種加熱用ヒータに利
用されるセラミックヒータに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来から、セラミックヒータとして、平
板・ロッド状及び管状などの様々な形状をしたものが各
用途に合わせて使用されている。中でも、自動車用の排
気ガスセンサに使用されているロッド状のヒータは、世
界的な地球環境保護の動きに連動して、使用量が増加す
る傾向にある。

【０００３】図１（ａ）〜（ｃ）に、従来使用されてい
るロッド状のセラミックヒータ１の概略図を示す。該セ
ラミックヒータは、発熱抵抗体４と該発熱抵抗体４を内
蔵したセラミック体６とからなり、該セラミック体６に
は、内部の発熱抵抗体４に電力を供給するための金属リ
ード７がろう付けされている。

【０００４】また、上記セラミック体６は、セラミック
芯材２に発熱抵抗体４をスクリーン印刷したセラミック
シート３を周回密着して焼成一体化し電極パッド８との
電気的導通を取ための電極引出部５を接続してある。

【０００５】上記電極パッド８は、引出部５との間のセ
ラミックシート３に導体を充填したスルーホール１３を
設けることより、両者を電気的に接続する。

【０００６】上記電極パッド８の構造を図１（ｃ）に示
す。セラミック体６の表面に形成されたメタライズ９の
表面に電解Ｎｉめっき、無電解硼素系Ｎｉめっきおよび
無電解リン系ＮｉめっきのいずれかによるＮｉめっき１
０を施し、リード線７をＡｕ−Ｃｕ系、Ａｇ系およびＣ
ｕ系のロウ材でロウ付けすることにより固定している。
また、セラミックヒータ１の使用環境により、該電極パ
ッド８の温度・湿度などによる劣化を防ぐために、更に
電解Ｎｉめっき、無電解硼素系Ｎｉめっきおよび無電解
リン系ＮｉめっきのいずれかによるＮｉめっき１２を施
すものもある。なお、管状のセラミックヒータ１は、上
記棒状のセラミックヒータ１におけるセラミック芯材２
が中空になった構造である。

【０００７】ここでのセラミック体６および発熱抵抗体
４の各組成を述べておくと、セラミック体６は、８８〜
９６重量％のＡｌ₂Ｏ₃、３〜１０重量％のＳｉＯ₂、
０．５〜２．５重量％のＣａＯ、０．２〜１．２重量％
のＭｇＯ、０．５〜２．０重量％のＺｒＯ₂からなり、
発熱抵抗体４は、Ｗ、ＲｅおよびＭｏからなる群から選
ばれる少なくとも１種を主成分とし、有機バインダーお
よび適宜添加されるセラミック成分とからなる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】従来は、発熱抵抗体４
をスクリーン印刷したセラミックシート３を製品サイズ
に切断し、セラミックシート３の密着面に密着材を塗布
し、その上に手作業でセラミック芯材２を重ねたのち、
該セラミック芯材２を転がしてその表面にセラミックシ
ート３を密着させていた。しかしながら、この作業は、
一本一本の手加工であるため、セラミックシート３上に
重ねるセラミック芯材２の角度がずれることにより、セ
ラミックシート３が斜めに巻きつき、そのためセラミッ
クヒータ１の良品歩留まりが低下するという問題があっ
た。

【０００９】そこで、密着工程を自動化しようとした
が、セラミック芯材２の外径のばらつきやセラミックシ
ート３の厚みばらつきがあり、また、密着するセラミッ
クシート３とセラミック芯材２のセットのばらつきがあ
るため、セラミック芯材２に対してセラミックシート３
が斜めに巻かれてしまい、密着加工済みのセラミック体
６を移動する際に、セラミック芯材２の全長からはみ出
したセラミックシート３を把持し、これによりセラミッ
クシート３が破断し、ひどいものは発熱抵抗体４に断線
が発生するものもあった。

【００１０】また、周回密着する際に、セラミック芯材
２の外径に対し、セラミックシート３の厚みが厚過ぎる
と、密着時に密着不良が発生しやすくなり、また、セラ
ミック芯材２の外径に対し、セラミックシート３の厚み
が薄過ぎると密着時にセラミックシート３が伸びてしま
い、発熱抵抗体４が断線したり、抵抗値が増加しセラミ
ックヒータ１の耐久性が低下したりするという問題があ
った。

【００１１】更にここで、セラミック芯材２の外径とセ
ラミックシート３の厚さの関係で，セラミックシート３
が薄すぎると、セラミック芯材２にセラミックシート３
を周回密着する際にセラミックシート３が伸びてしま
い、発熱抵抗体４が断線したり、抵抗値が増加するもの
が発生して抵抗値がばらついたり、セラミックヒータ１
の耐久性が低下したりすることが判った。また、セラミ
ックシート３が厚すぎると、セラミック芯材２にセラミ
ックシート３を周回密着した際にセラミックシート３の
密着不良が発生しやすくなり、耐久性が低下することが
判った。

【００１２】

【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、セラミックシートの一方の主面に発熱抵抗体と、
これに接続した電極引出部とを備え、他方の主面に上記
電極引出部と接続される電極パッドを形成し、このセラ
ミックシートを上記発熱抵抗体と電極引出部を内側にし
てセラミック芯材に周回密着して焼成一体化したセラミ
ックヒータにおいて、前記セラミック芯材の両端が前記
セラミックシートより０．２〜３ｍｍ突出していること
を特徴とする。

【００１３】また、本発明のセラミックヒータは、上記
セラミック芯材の少なくとも一端に面取り加工を施した
ことを特徴とする。

【００１４】また、前記セラミックシートの厚みｔと前
記セラミック芯材の外径ｐの関係が０．０３≦ｔ／ｐ≦
０．３であることを特徴とする。

【００１５】また、前記セラミック芯材の両端付近の最
大外径のばらつきを８％以下とし、さらに前記セラミッ
クシートの厚みばらつきを８％以下としたことを特徴と
する。

【００１６】そして、本発明のセラミックヒータは、セ
ラミックシートの一方の主面に発熱抵抗体と、これに接
続した電極引出部とを形成し、他方の主面に上記電極引
出部と接続される電極パッドを形成し、該セラミックシ
ートを上記発熱抵抗体と電極引出部を内側にしてセラミ
ック芯材に周回密着するとともに、該セラミック芯材の
両端が前記セラミックシートより０．２〜３ｍｍ突出す
るようにし、この両端に突出したセラミック芯材を把持
して移動させることを特徴とするセラミックヒータの製
造方法により作製することが好ましい。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下本発明のセラミックヒータの
実施の形態を、図１を用いて説明する。図１（ａ）は、
セラミックヒータ１の部分切り欠き斜視図であり、
（ｂ）は、そのセラミック体６部分の展開図、（ｃ）
は、（ａ）のＸ−Ｘ断面図である。

【００１８】セラミックシート３の表面には、発熱抵抗
体４と電極引出部５が形成され、さらに、その裏面側に
形成される電極パッド８との間をスルーホール１３で接
合した構造となっている。こうして準備されたセラミッ
クシート３をセラミック芯材２の表面に、前記発熱抵抗
体４が内側になるように密着焼成することによりセラミ
ック体６を形成する。そしてさらに、電極パッド８にリ
ード部材７を、ロウ材を用いて接合することによりセラ
ミックヒータ１とする。

【００１９】本発明のセラミックヒータ１は、セラミッ
クシート３上に発熱抵抗体４とそれにつながる電極引出
部５と電極引出部５の裏面に形成される電極パッド８を
スクリーン印刷し、該セラミックシート３を上記発熱抵
抗体４と電極引出部５を内側にしてセラミック芯材２に
周回密着する際、図２に示すように、該セラミックシー
ト３から突出する前記セラミック芯材２の突出量Ａを
０．２〜３ｍｍとしたことを特徴とする。このようにセ
ラミック芯材２を突出させないと、セラミック芯材２の
周囲にセラミックシート３を周回密着させたあと、自動
機でセラミック芯材２の両端を把時する際に、前記セラ
ミックシート３の位置合わせがずれているとセラミック
シート３がセラミック芯材２から突出し、突出したセラ
ミックシート３が自動機の把時により破断したり、場合
によっては、発熱抵抗体４が断線したりする。

【００２０】なお、突出量Ａを０．２〜３ｍｍとしたの
は、突出量Ａが０．２ｍｍ未満では、セラミック芯材２
にセラミックシート３を密着した後、セラミック体６を
移動するためにセラミック体６両端を把持する際に、セ
ラミックシート３からはみ出した密着液が把持する治具
に付着し、次の試料に付着したり、もしくは次の試料の
把持に悪影響を与えるからである。また、上記突出量Ａ
が３ｍｍを越えると、セラミックヒータ１の最高発熱部
が先端から大きくずれてしまい、先端加熱を必要とする
酸素センサ加熱用のセラミックヒータ１として使用する
場合に、有効に先端加熱できなくなるからである。

【００２１】さらに好ましくは、前記突出量Ａを０．７
〜１．５ｍｍとすることが好ましい。

【００２２】また、図３（ａ）、（ｂ）に示すように、
セラミック芯材２の少なくとも一端の突出部には、Ｃ面
もしくはＲ面の面取り加工を施すことが好ましい。この
ような加工を施すことにより、例えば、自動機でセラミ
ック芯材２を掴む際や、セラミックヒータ１同志が衝突
した際にセラミック芯材２が欠けて、生のセラミック体
６の表面に付着して焼成時の反りの原因になったり、ひ
どい場合は発熱抵抗体４にクラックが発生したりするこ
とを防止することができる。上記面取り加工の寸法Ｂは
０．１〜１．０ｍｍ、さらに好ましくは０．３〜１．０
ｍｍとすることが好ましい。

【００２３】本発明のセラミックヒータ１の製造方法
は、セラミックシート３を所定の位置に設置する工程、
およびその上にセラミック芯材２を置く工程、セラミッ
ク芯材２を転がしてその表面にセラミックシート３を密
着する工程、上記のようにして作製したセラミック体６
の密着の信頼性を向上させるために該セラミック体６
を、同一方向に回転する３本のロールの間で回転させる
工程からなる。これらの工程を自動化することにより、
上記のようなセラミックシート３上にセラミック芯材２
を置く工程のバラツキを低減できるが、セラミック芯材
２の全長方向の外径バラツキや反りの影響で、セラミッ
クシート３が斜めにセラミック芯材２に巻かれる可能性
が残っている。このような点からも本発明のようにセラ
ミックシート３からのセラミック芯材２の突出量Ａを
０．２〜３ｍｍとすることが好ましい。

【００２４】また、本発明のセラミックヒータ１は、図
４（ａ）、（ｂ）に示すように、セラミックシート３の
厚みｔとセラミック芯材２の外径ｐの関係が０．０３≦
ｔ／ｐ≦０．３であることが好ましい。前記セラミック
シート３の厚みｔと前記セラミック芯材２の外径ｐの関
係ｔ／ｐが０．０３より小さいと、図４（ｃ）中のＣ１
に示すように、セラミック芯材２にセラミックシート３
を周回密着する際にセラミックシート３が伸びてしま
い、発熱抵抗体４が断線したり、抵抗値が増加するもの
が発生して抵抗値がばらついたり、セラミックヒータ１
の耐久性が低下したりするので、好ましくない。また、
前記比率ｔ／ｐが０．３を越えて大きくなると、セラミ
ック芯材２にセラミックシート３を周回密着した際にセ
ラミックシート３の密着不良が発生しやすくなり、耐久
性が低下するので、好ましくない。

【００２５】また、図５（ａ）に示すように、前記セラ
ミック芯材２の両端付近の最大外径のばらつき８％以下
とし、さらに前記セラミックシート３の長手方向の厚み
ばらつきを８％以下とすることが好ましい。セラミック
芯材２の両端付近の最大外径のばらつきとは両端付近の
最大外径Ｄ１、Ｄ２を測定し、小さい方の外径Ｄ１に対
する両外径Ｄ１、Ｄ２の差の比（％）である。また、セ
ラミックシート３の厚みばらつきとは、セラミックシー
ト３の厚みをセラミック芯材２に巻きつける場合の両端
付近の厚みばらつきを測定し、薄い方の厚みに対する厚
い方と薄い方の差の比（％）である。この両端側の最大
外径のばらつきが８％を越えたり、前記セラミックシー
ト３の厚みばらつきが８％を越えたりすると、図５
（ｂ）に示すように、セラミック芯材２にセラミックシ
ート３を巻きつけた際に、ずれが発生しやすくなる。そ
の結果、図５（ｃ）、（ｄ）に示すように、自動機２０
にて、該セラミック芯材２とセラミックシート３を周回
密着させた製品を把時し移動させるときに、セラミック
シート３が押さえつけられ、破断するため好ましくな
い。さらに、好ましくは前記最大外径の差および最大厚
みばらつきを２％以下にすることが好ましい。

【００２６】さらに、本発明のセラミックヒータ１の詳
細について説明する。

【００２７】本発明のセラミックヒータ１の電極パッド
８には、焼成後メッキ層を形成する。このメッキ層は、
リード部材７を電極パッド８の表面にロウ付けする際
に、ロウ材の流れを良くし、ロウ付け強度を増すためで
ある。通常１〜５μｍ厚みのメッキ層を形成する。メッ
キ層の材質としては、Ｎｉ、Ｃｒ、もしくはこれらを主
成分とする複合材料を使用することができる。

【００２８】リード部７を固定するロウ材層としては、
Ａｕ、Ｃｕ、Ａｕ−Ｃｕ、Ａｕ−Ｎｉ、Ａｇ、Ａｇ−Ｃ
ｕ系のロウ材が使用される。好ましくは、Ａｕ−Ｃｕロ
ウとしては、Ａｕ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％とする
と、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ので良い。また、湿度が高
い雰囲気中で使用する場合、Ａｕ系、Ｃｕ系のロウ材を
用いた方が、マイグレーションが発生しにくくなるので
好ましい。

【００２９】また、ロウ材層の表面には、メッキ層を形
成することが腐食からロウ材層を保護するために好まし
い。

【００３０】また、電極パッド８の端部からロウ材層の
端部までの距離が少なくとも０．２ｍｍ以上あるように
することが好ましい。前記距離が０．２ｍｍ未満である
と、電極パッド８の端部がロウ材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。

【００３１】また、前記電極パッド８に形成されるスル
ーホールの位置と前記ロウ材層の端部との距離を少なく
とも０．２ｍｍ以上にすると、良好なロウ付け強度を維
持することができる。これにより、メッキ層の表面に形
成したロウ材層が固化する際に大きく収縮し、電極パッ
ド８を剥がしてしまうというような不具合を防止できる
からである。

【００３２】次にリード部材７の材質としては、耐熱性
良好なＮｉ系やＦｅ−Ｎｉ系合金等を使用することが好
ましい。発熱抵抗体４からの熱伝達により、使用中にリ
ード部材７の温度が上昇し、劣化する可能性があるから
である。

【００３３】中でも、リード部材７の材質としてＮｉや
Ｆｅ−Ｎｉ合金を使用する場合、その平均結晶粒径を４
００μｍ以下とすることが好ましい。前記平均粒径が４
００μｍ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。他の材質についても、
例えばリード部材７の粒径がリード部材７の厚みより大
きくなると、ロウ材層とリード部材７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。

【００３４】なお、ロウ付けの際の熱処理は、試料間の
バラツキを小さくするためには、ロウ材の融点より十分
余裕をとった高めの温度で熱処理する必要があるが、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。

【００３５】また、Ｗ、Ｍｏ、Ｒｅ等の高融点金属を主
成分とする発熱抵抗体４のパターン欠陥の幅をパターン
幅の１／２以下とすることが好ましい。これは、前記欠
陥の幅がパターン幅の１／２を越えると、この部分で局
部発熱し、発熱抵抗体４の抵抗値が大きくなり、耐久性
が劣化するので、好ましくない。

【００３６】このような欠陥が発生する原因は、発熱抵
抗体４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、生のセラミックグリー
ンシート３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。

【００３７】また、セラミック体６の材質としては、Ａ
ｌ₂Ｏ₃８８〜９５重量％、ＳｉＯ₂２〜７重量％、Ｃａ
Ｏ０．５〜３重量％、ＭｇＯ０．５〜３重量％、ＺｒＯ
₂１〜３重量％からなるアルミナを使用することが好ま
しい。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１の耐久性が
劣化するので好ましくない。ここで、セラミックスとし
てアルミナの例を示したが、本発明で示したことは、ア
ルミナ質セラミックスに限定されることではなく、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、また、セラミックヒー
タ１のみならず、Ａｕ系のロウ付けを実施する全てのも
のに当てはまる現象である。

【００３８】また、セラミックヒータ１の寸法について
は、例えば外径が２〜２０ｍｍ、長さが４０〜２００ｍ
ｍ程度にすることが可能である。自動車の空燃比センサ
加熱用のセラミックヒータ１としては、外径が２〜４ｍ
ｍ、長さが４０〜６５ｍｍとすることが好ましい。

【００３９】さらに、自動車用の用途では、発熱抵抗体
４の発熱長さが３〜１５ｍｍとなるようにすることが好
ましい。発熱長さが３ｍｍ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。また、発熱長さを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ので好
ましくない。ここで、発熱長さというのは、図１（ｂ）
で示す発熱抵抗体４の往復パターンの部分である。この
発熱長さは、その目的とする用途により、選択されるも
のである。

【００４０】

【実施例】以下に、本発明の実施例を示す。

【００４１】実施例１ここでは、セラミック芯材２のセラミックシート３から
の突出量Ａと加工性およびセラミックヒータ１の加熱特
性について調査した。

【００４２】図１（ａ）〜（ｃ）に示すように、Ａｌ₂
Ｏ₃を主成分として、９２重量％のＡｌ₂Ｏ₃、４．５重
量％のＳｉＯ₂、１．５重量％のＣａＯ、１．５重量％
のＭｇＯ、０．５重量％のＺｒＯ₂の組成からなるよう
に調整し有機バインダーなど有機溶剤を添加しスラリー
を形成した後、ドクターブレード法にてセラミックシー
ト３を準備した。この表面に、Ｗ−Ｒｅからなる発熱抵
抗体４と電極引出部５をプリントして発熱抵抗体４と
し、裏面には電極パッド８を形成するためにＷメタライ
ズ９をスクリーン印刷した。そして、Ｗからなる電極引
出部５の末端には、スルーホール１３を形成し、ここに
ペーストを注入することにより電極パッド８と電極引出
部５間を接続した。

【００４３】次に、上記セラミックシート３と同じ材質
に調整し成型用バインダーなど有機溶剤を添加したスラ
リーを形成した後、押し出し成型により、セラミック芯
材２を作製した。次に、セラミックシート３を所定の大
きさに切断した後に自動機にて、セラミックシート３を
所定の位置に設置する工程、およびその上にセラミック
芯材２を置く工程、セラミック芯材２を転がしてその表
面にセラミックシート３を密着する工程、上記のように
して作製したセラミック体６を、同一方向に回転する３
本のロールの間で回転させる工程を実施し、セラミック
芯材２にセラミックシート３を周回密着させた。なお、
セラミック芯材２とセラミックシート３を接着させるた
め接着剤として、セラミックシート３に有機系の接着剤
をスクリーン印刷した。

【００４４】今回、セラミック芯材２のセラミックシー
ト３からの突出量Ａを−０．５、−０．２、０、０．
１、０．２、０．５、１．０、１．５、２．０、２．
５、３．０、３．５ｍｍと変更し、セラミック芯材２に
セラミックシート３を周回密着し、その後自動機にて両
端を把持して移動するようにし、その作業性を確認し
た。

【００４５】セラミックヒータ１の用途のひとつとし
て、エンジン始動後の早期活性化のために酸素センサを
加熱するヒータがあるが、このためには酸素センサ先端
部の加熱が必要であることを考慮し、図６に示すよう
に、各サンプルに直流電圧を印加し、該セラミックヒー
タ１の最高発熱抵抗体４の温度を９５０±２℃に保持
し、該セラミックヒータ１により加熱される酸素センサ
２２先端の温度とセラミック芯材２の突出量Ａと関係を
熱電対２４を用いて温度測定装置２３により調査した。

【００４６】結果を、表１および表２に示した。

【００４７】

【表１】

【００４８】

【表２】

【００４９】表１から、まずセラミック芯材２の突出量
Ａは０．２〜３．５ｍｍが有効であるが、表２から判る
ように、セラミックヒータ１の加熱特性面からも考慮す
ると、突出量Ａは０．２〜３．０ｍｍが好適である。ま
た、セラミック芯材２とセラミックシート３を周回密着
したあと、自動機で両端を把時し移動させる際、該セラ
ミック芯材２とセラミックシート３を接着するための接
着剤として溶剤系の密着液を塗布しているが、今回、セ
ラミック芯材２の突出量Ａが０．５ｍｍ以下のもので
は、周回密着した際密着液のはみ出し液があり、その後
自動機の把時したときに把時部に該密着液が付着し、次
のサンプルを把時したときに、サンプルに付着して不良
となったり、次の製品の把持がうまくできなったりする
ことが判った。そのため、好ましくは、突出量Ａを０．
７ｍｍ以上とするものが良かった。また、最近の自動車
用酸素センサでは排ガス規制の強化に対応するため素子
の温度が高温化の傾向にある、かつ温度精度が必要にな
るため、突出量は０．７〜１．５ｍｍとすることが好ま
しい。

【００５０】実施例２次に、セラミック芯材２の面取り特性について調査し
た。

【００５１】今回、セラミック芯材２の面取り量を調査
するため、図３（ａ），（ｂ）に示すようにセラミック
芯材２の両端に０、０．０５、０．１、０．２、０．
３、０．５、０．８、１．０ｍｍの面取りを形成した後
で、セラミック芯材２をセラミックシート３に周回密着
したあと、還元雰囲気中の約１６００℃で焼結させた。

【００５２】サンプルは、面取りの寸法Ｂを８種類に変
化させたものを各２０本作製した。評価方法について
は、図７に示すように、試料のセラミックヒータ１を４
５度傾斜の高さ５０ｃｍのスロープから滑らせ、セラミ
ックヒータ１の先端に衝撃を加え、その後クラックチェ
ック液（探傷液）に浸漬し、双眼顕微鏡１０倍でセラミ
ック芯材２およびセラミックシート３の欠け及びクラッ
ク発生数を確認した。

【００５３】結果を表３に示した。

【００５４】

【表３】

【００５５】表３から判るように、面取りの寸法Ｂとセ
ラミックシート３の欠けおよびクラック発生数の関係か
ら、面取りの寸法Ｂは０．１〜１．０ｍｍ、さらに酸素
センサに使用する素子の内面形状を考慮すると０．３〜
１．０ｍｍとすることが好ましい。

【００５６】実施例３次に、図４（ａ）、（ｂ）に示すように、セラミックシ
ート３の厚みｔとセラミック芯材２の外径ｐの関係を調
査した。

【００５７】上記実施例１同様にサンプルを作製する課
程で、意図的にセラミックシート３の厚みｔを変えてか
つセラミック芯材２の外径ｐは３．３ｍｍに固定し、セ
ラミックシート３を周回密着した。

【００５８】サンプルは、セラミックシート３の厚みｔ
を１０種類変えて各２０本作製した。評価方法につい
て、セラミックヒータ１として図４（ｃ）中のＣ１に示
すような、セラミック芯材２にセラミックシート３を周
回密着する際にセラミックシート３が伸びてしまい、発
熱抵抗体４が断線し、抵抗値が増加する原因となるセラ
ミックシート３の破れと、セラミック芯材２にセラミッ
クシート３を周回密着した際にセラミックシート３の合
わせ溝の密着不良との発生数を双眼顕微鏡１０倍で確認
した。結果を表４に示した。

【００５９】

【表４】

【００６０】表４から判るように、ｔ／ｐが、０．０３
より小さいと、セラミック芯材２にセラミックシート３
を周回密着する際にセラミックシート３が伸びてしま
い、発熱抵抗体４が断線したり、抵抗値が増加するもの
が発生して抵抗値がばらついたり、セラミックヒータ１
の耐久性が低下したりしたので、好ましくない。また、
前記比率ｔ／ｐが０．３を越えて大きくなると、セラミ
ック芯材２にセラミックシート３を周回密着した際にセ
ラミックシート３の密着不良が発生しやすくなり、耐久
性が低下するので、好ましくない。セラミックシート３
の厚みｔとセラミック芯材２の外径ｐの比ｔ／ｐの関係
は、０．０３≦ｔ／ｐ≦０．３とすることが好ましい。

【００６１】実施例４次に、図５（ａ）、（ｂ）に示すように、セラミック芯
材２の両端付近の最大外径およびセラミックシート３の
厚みばらつきとその加工性について調査した。

【００６２】今回、セラミック芯材２の両端付近の最大
外径Ｄ１、Ｄ２のばらつきおよびセラミックシート３の
厚みばらつきの関係を調査するため、上記実施例１同様
にサンプルを作製する課程で、セラミック芯材２の両端
付近の外径Ａ・Ｂの比率およびセラミックシート３の厚
みばらつきを変えたものを準備し、セラミック芯材２を
セラミックシート３に周回密着した。その後、自動機の
把持部２０にて両端を把持した。

【００６３】サンプルは、セラミック芯材２の両端付近
の外径Ｄ１、Ｄ２の比率を６種類およびセラミックシー
ト３の厚みばらつきを６種類、各１０本作製した。評価
方法について、図５（ｃ）、（ｄ）に示すように、自動
機の把持部２０で両端を把時したときセラミックシート
３が押さえつけられ、破断する数量を双眼顕微鏡１０倍
で確認した。

【００６４】

【表５】

【００６５】

【表６】

【００６６】表５、表６から判るように、セラミック芯
材２の両端付近の最大外径Ｄ１、Ｄ２の比率およびセラ
ミックシート３の厚みばらつきは８％以下が好ましい。
さらにセラミックシート３の破断状態を確認すると８％
では発熱抵抗体４に到達していない微小のクラックがあ
ったため、それを考慮し好ましくは５％以下とする。

【００６７】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、セラミッ
クシートの一方の主面に発熱抵抗体と、これに接続した
電極引出部とを備え、他方の主面に上記電極引出部と接
続される電極パッドを形成し、このセラミックシートを
上記発熱抵抗体と電極引出部を内側にしてセラミック芯
材に周回密着して焼成一体化したセラミックヒータにお
いて、前記セラミック芯材の両端が前記セラミックシー
トより０．２〜３ｍｍ突出するように加工することによ
り、量産に有利な自動化工程でセラミックヒータを作製
する際に、作業性が良好で、且つ断線しにくい寿命の良
好なセラミックヒータを得ることができるようになっ
た。

【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斜視図で
あり、（ｂ）はその展開図であり、（ｃ）は（ａ）のＸ
−Ｘ断面図である。

【図２】本発明のセラミックヒータの側面図である。

【図３】（ａ）（ｂ）は、本発明のセラミックヒータの
一方端の側面図である。

【図４】本発明のセラミックヒータを示し、（ａ）は側
面図、（ｂ）は断面図、（ｃ）は側面図である。

【図５】（ａ）〜（ｄ）は、本発明のセラミックヒータ
の評価方法を示す図である。

【図６】本発明のセラミックヒータの評価方法を示す図
である。

【図７】本発明のセラミックヒータの衝撃試験装置の概
略図である。

【符号の説明】

１：セラミックヒータ２：セラミック芯材３：セラミックシート４：発熱抵抗体５：電極引出部６：セラミック体７：リード線８：電極パッド９：メタライズ１０：Ｎｉめっき１１：ろう材１２：Ｎｉめっき１３：スルーホール１４：溝１５：発熱抵抗体２０：把時部２１：電源

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】セラミックシートの一方の主面に発熱抵抗
体と、これに接続した電極引出部とを備え、他方の主面
に上記電極引出部と接続される電極パッドを形成し、こ
のセラミックシートを上記発熱抵抗体と電極引出部を内
側にしてセラミック芯材に周回密着して焼成一体化した
セラミックヒータにおいて、前記セラミック芯材の両端
が前記セラミックシートより０．２〜３ｍｍ突出してい
ることを特徴とするセラミックヒータ。
【請求項２】上記セラミック芯材の少なくとも一端に面
取り加工を施したことを特徴とする請求項１記載のセラ
ミックヒータ。
【請求項３】前記セラミックシートの厚みｔと前記セラ
ミック芯材の外径ｐの関係が０．０３≦ｔ／ｐ≦０．３
であることを特徴とする請求項１記載のセラミックヒー
タ。
【請求項４】前記セラミック芯材の両端付近の最大外径
のばらつきを８％以下とし、さらに前記セラミックシー
トの厚みばらつきを８％以下としたことを特徴とする請
求項１記載のセラミックヒータ。
【請求項５】セラミックシートの一方の主面に発熱抵抗
体と、これに接続した電極引出部とを形成し、他方の主
面に上記電極引出部と接続される電極パッドを形成し、
該セラミックシートを上記発熱抵抗体と電極引出部を内
側にしてセラミック芯材に周回密着するとともに、該セ
ラミック芯材の両端が前記セラミックシートより０．２
〜３ｍｍ突出するようにし、この両端に突出したセラミ
ック芯材を把持して移動させることを特徴とするセラミ
ックヒータの製造方法。