JP2003338356A - 発熱体素子と金属電極との取付構造 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 従来より使用されていた炭化珪素焼結体から
なる発熱体素子と金属電極との取付部に大幅な変更を付
加することなく、高温酸化性雰囲気下における繰り返し
熱負荷（熱サイクル）に対する耐久性、信頼性の向上を
図ることができ、しかも低コストで簡便な発熱体素子と
金属電極との取付構造を提供する。 【解決手段】 炭化珪素焼結体からなる発熱体素子１１
を金属電極１２に、ボルト１３及びナット１５を用いて
取り付けた構造であり、発熱体素子１１の、金属電極１
２との接触面１１ａに、Ｐｔ、Ａｕ、Ｉｒ、Ｒｕ、Ｒｅ
からなる群から選択された少なくとも１種と、Ｓｉとを
含有する合金を主成分とするメタライズ層２３が形成さ
れていることを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、棒状もしくは平板
状の炭化珪素焼結体からなる発熱体素子と、この発熱体
素子に通電するための金属電極との取付構造に関し、特
に、高温酸化性雰囲気下においても優れた耐久性、信頼
性を有し、しかも低コストで簡便な発熱体素子と金属電
極との取付構造に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より、半導体分野、光電子分野、超
伝導分野、エネルギー分野、原子力分野等においては、
各種の加熱処理を施す際に、棒状あるいは平板状のセラ
ミックスヒータを用いた加熱処理装置が使用されてい
る。このセラミックスヒータは、一般に、導電性セラミ
ックスの炭化珪素焼結体からなる発熱体素子を、ボルト
・ナットやクランプ等の取付具を用いて金属電極に固定
し、この金属電極を介して前記発熱体素子に通電し発熱
する構造となっている。

【０００３】従来の炭化珪素焼結体製の発熱体素子と金
属電極との取付構造としては、例えば、次のような取付
構造が知られている。 （イ）炭化珪素焼結体製の発熱体素子と金属電極とが接
触した状態で、これらをボルト・ナットやクランプ等の
取付具を用いて機械的に固定した構造。 （ロ）炭化珪素焼結体製の発熱体素子の、金属電極との
接触面に、Ｐｔ、Ａｕ、Ｔｉ、Ｔａ、Ｃｒ等の金属によ
りメタライズ層を形成し、この発熱体素子のメタライズ
層と金属電極とが接触した状態で、これらをボルト・ナ
ットやクランプ等の取付具を用いて機械的に固定した構
造。

【０００４】（ハ）炭化珪素焼結体製の発熱体素子の電
極取付部に、この発熱体素子と同一の材質の補助電極棒
を接合、ネジ止め等により固定して電気的に接続し、こ
の補助電極棒を温度・雰囲気等の影響が小さくなるとこ
ろまで引き出した上、この場所にて補助電極棒と金属電
極とを上記（イ）または（ロ）の取付構造により固定し
た構造。 図５は、上記の（イ）の取付構造の一例を示す断面図で
あり、炭化珪素焼結体製の発熱体素子１が、この発熱体
素子１に通電するための金属電極２に、金属製のボルト
３及び金属製の平形のワッシャ４により固定された構造
である。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述した従
来の（イ）〜（ハ）の取付構造においては、次のような
問題点があった。（イ）の取付構造では、炭化珪素焼結
体製の発熱体素子の熱膨張係数（α_c）と金属電極の熱
膨張係数（α_m）との間に大きな差があるため、発熱体
素子の電極取付部と金属電極との接触面に、これらの間
の熱膨張係数の差に起因する空隙が生じる虞がある。こ
のように接触面に空隙がじた場合、金属電極に局部加熱
が生じて金属電極の寿命が低下してしまうという問題
点、あるいは放電現象により発熱体素子の電極取り付け
部に熱衛撃破壊が生じてしまうという問題点があった。

【０００６】そこで、このような不都合を回避するため
に、炭化珪素焼結体製の発熱体素子および金属電極を、
両者の熱膨張係数が略同一となるようにそれぞれの材質
を選択し、使用することが考えられる。しかし、この場
合には、材料選択に種々の制約が伴うために、必ずしも
最適な選択にはならないという問題点が生じる。

【０００７】（ロ）の取付構造では、高温、例えば５０
０℃以上の酸化性雰囲気では、発熱体素子と金属電極と
の接触部分が酸化され、その部分の接触抵抗が大きくな
る。その結果、この金属電極を用いて発熱体素子に通電
すると、この接触部分で異常発熱が起こり、この発熱に
より発熱体素子や金属電極の材質が劣化し、セラミック
スヒータの耐久性が低下するという問題点があった。

【０００８】（ハ）の取付構造では、構造が複雑とな
り、製造プロセス及び部品点数が増える結果、製造コス
ト高となるという問題点があった。また、補助電極棒等
を用いることから、電極構造が制約される等の問題点も
あった。

【０００９】本発明は、上記の課題を解決するためにな
されたものであって、従来より使用されていた炭化珪素
焼結体からなる発熱体素子と金属電極との取付部に大幅
な変更を付加することなく、高温酸化性雰囲気下におけ
る繰り返し熱負荷（熱サイクル）に対する耐久性、信頼
性の向上を図ることができ、しかも低コストで簡便な発
熱体素子と金属電極との取付構造を提供することを目的
とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明者等は、上述した
従来の技術が有する問題点を解決すべく鋭意検討した結
果、炭化珪素焼結体製の発熱体素子の、金属電極との接
触面に、特定の金属でメタライズ層を形成し、このメタ
ライズ層を介して前記発熱体素子を前記金属電極に取り
付ければ、上記課題を解決し得ることを究明した。

【００１１】すなわち、本発明の発熱体素子と金属電極
との取付構造は、炭化珪素焼結体からなる発熱体素子を
金属電極に固定手段を用いて取り付けてなる構造であっ
て、前記発熱体素子の、前記金属電極との接触面に、Ｐ
ｔ、Ａｕ、Ｉｒ、Ｒｕ、Ｒｅからなる群から選択された
少なくとも１種と、Ｓｉとを含有する合金を主成分とす
るメタライズ層を形成してなることを特徴とする。ま
た、前記固定手段は、取付具であることが好ましい。こ
こでは、「主成分」とは、メタライズ層に含まれる各種
成分のうち含有率の高い成分を指すもので、特に数値を
限定するものではないが、前記合金の場合、少なくとも
９５重量％含有することが好ましい。

【００１２】この取付構造では、前記発熱体素子の、前
記金属電極との接触面に、Ｐｔ、Ａｕ、Ｉｒ、Ｒｕ、Ｒ
ｅからなる群から選択された少なくとも１種と、Ｓｉと
を含有する合金を主成分とするメタライズ層を形成した
ことにより、前記合金は、高い導電性を有することは勿
論のこと、炭化珪素焼結体に対しても濡れ性がよく、均
一、かつ緻密なメタライズ層を形成し得る。しかも、熱
膨張係数が炭化珪素焼結体のそれに近似し、高温におけ
る耐酸化性に優れるので、発熱体素子表面の酸化を有効
に防止することができる。よって、発熱体素子と金属電
極との接触面における接触抵抗の増加が極力抑制され、
異常発熱及びそれに伴う破損が防止され、優れた耐久性
が得られる。

【００１３】また、本発明者等は、鋭意検討した結果、
炭化珪素焼結体製の発熱体素子の、該発熱体素子を金属
電極に螺着する螺子部材との接触面に、特定の金属でメ
タライズ層を形成し、このメタライズ層を介して前記螺
子部材と前記発熱体素子とを接触させた状態で、前記螺
子部材を用いて前記発熱体素子を前記金属電極に取り付
ければ、上記課題を解決し得ることを究明した。

【００１４】すなわち、本発明の他の発熱体素子と金属
電極との取付構造は、炭化珪素焼結体からなる発熱体素
子を金属電極に螺子部材を用いて取り付けてなる構造で
あって、前記発熱体素子の、前記螺子部材との接触面
に、Ｐｔ、Ａｕ、Ｉｒ、Ｒｕ、Ｒｅからなる群から選択
された少なくとも１種と、Ｓｉとを含有する合金を主成
分とするメタライズ層を形成してなることを特徴とす
る。前記発熱体素子には、前記螺子部材を挿通する貫通
孔が形成され、前記螺子部材は前記貫通孔に挿通されか
つ前記発熱体素子に面接触した状態で前記金属電極に螺
着されている構成が好ましい。ここでは、「主成分」と
は、上記の取付構造と同様、メタライズ層に含まれる各
種成分のうち含有率の高い成分を指すもので、特に数値
を限定するものではないが、前記合金の場合、少なくと
も９５重量％含有することが好ましい。

【００１５】この取付構造では、前記発熱体素子の、前
記螺子部材との接触面に、Ｐｔ、Ａｕ、Ｉｒ、Ｒｕ、Ｒ
ｅからなる群から選択された少なくとも１種と、Ｓｉと
を含有する合金を主成分とするメタライズ層を形成した
ことにより、前記合金は、高い導電性を有することは勿
論のこと、炭化珪素焼結体に対しても濡れ性がよく、均
一、かつ緻密なメタライズ層を形成し得る。しかも、熱
膨張係数が炭化珪素焼結体のそれに近似し、高温におけ
る耐酸化性に優れるので、発熱体素子表面の酸化を有効
に防止することができる。よって、発熱体素子と螺子部
材との接触面における接触抵抗の増加が極力抑制され、
異常発熱及びそれに伴う破損が防止され、優れた耐久性
が得られる。

【００１６】上記の取付構造それぞれにおいては、前記
メタライズ層の厚みは１００μｍ以下であることが好ま
しい。また、前記合金は、Ｐｔを３〜２５モル％含有し
かつＳｉを９７〜７５モル％含有するＰｔ−Ｓｉ系合金
が好ましい。また、前記合金は、Ａｕを１０〜５５％モ
ル％含有しかつＳｉを９０〜４５モル％含有するＡｕ−
Ｓｉ系合金が好ましい。

【００１７】また、前記合金は、Ｉｒを５〜３０モル％
含有しかつＳｉを９５〜７０モル％含有するＩｒ−Ｓｉ
系合金が好ましい。また、前記合金は、Ｒｕを３〜２５
モル％含有しかつＳｉを９７〜７５モル％含有するＲｕ
−Ｓｉ系合金が好ましい。また、前記合金は、Ｒｅを３
〜２０モル％含有しかつＳｉを９７〜８０モル％含有す
るＲｅ−Ｓｉ系合金が好ましい。

【００１８】

【発明の実施の形態】本発明の発熱体素子と金属電極と
の取付構造の各実施の形態について説明する。なお、本
実施の形態は、発明の趣旨をより良く理解させるために
具体的に説明するものであり、特に指定のない限り、本
発明を限定するものではない。

【００１９】「第１の実施形態」図１は、本発明の第１
の実施形態の発熱体素子と金属電極との取付構造を示す
断面図、図２は発熱体素子を示す下面図であり、図にお
いて、符号１１は平板状の炭化珪素焼結体からなる発熱
体素子、１２は金属電極、１３はボルト（取付具）、１
４は平板状のワッシャ、１５はナット（取付具）であ
る。

【００２０】発熱体素子１１には第１の孔２１が形成さ
れている。この第１の孔２１は、発熱体素子１１の一主
面（金属電極１２と反対側の面）の開口が大径とされ、
この開口から他の一主面（金属電極１２側の面）に向か
って徐々に縮径される傾斜角θの円錐台状のテーパ部２
１ａと、このテーパ部２１ａの小径部に連続して形成さ
れた断面円形の円孔部２１ｂとからなっている。金属電
極１２にもボルト挿通用の断面円形の第２の孔２２が形
成されている。この第２の孔２２の内径は、円孔部２１
ｂの内径と同一とされている。

【００２１】この発熱体素子１１の、金属電極１２との
接触面１１ａには、この発熱体素子１１が高温の酸化性
雰囲気にあっても酸化されないように、Ｐｔ、Ａｕ、Ｉ
ｒ、Ｒｕ、Ｒｅからなる群から選択された少なくとも１
種と、Ｓｉとを含有する合金を主成分とするメタライズ
層２３が形成されている。

【００２２】発熱体素子１１と金属電極１２とは、メタ
ライズ層２３を介して当接されている。そして、第１の
孔２１の円孔部２１ｂと第２の孔２２とは連通し、かつ
その開口部同士が一致するように位置決めがなされてい
る。これら第１の孔２１及び第２の孔２２には、金属製
のボルト１３が、発熱体素子１１側から金属電極１２側
に向けて挿通されている。すなわち、ボルト１３はその
頭部１３ａが発熱体素子１１側に、軸部１３ｂが金属電
極１２側に位置するように挿通されている。

【００２３】このボルト１３の頭部１３ａは、第１の孔
２１のテーパ部２１ａに密着するように皿型とされてお
り、軸部１３ｂ側の面がテーパ面１３ｃとされている。
このテーパ面１３ｃの傾斜角はテーパ部２１ａの傾斜角
θと同一とされている。ボルト１３の軸部１３ｂは、第
１の孔２１の円孔部２１ｂおよび第２の孔２２の内径よ
りやや小径とされ、その先端側に雄螺子１３ｄが形成さ
れている。そして、このボルト１３は、第１の孔２１お
よび第２の孔２２に挿通され、その先端側の雄螺子１３
ｄが金属製の平形のワッシャ１４を介してナット１５に
螺合されることにより、発熱体素子１１と金属電極１２
とを固定した構成になっている。

【００２４】ボルト１３は、金属電極１２と同一の材質
あるいは略同一の熱膨張係数を有する材質からなり、ナ
ット１５はボルト１３と同一の材質あるいは略同一の熱
膨張係数を有する材質からなっている。また、このボル
ト１３を平形のワッシャ１４を介してナット１５に螺合
した状態では、ボルト１３の軸部１３ｂと、第１の孔２
１の円孔部２１ｂおよび第２の孔２２との間には空隙Ａ
が形成されている。この空隙Ａは、ボルト１３と発熱体
素子１１との放電及び径方向への膨張の逃げを防止する
ためのクリアランスである。

【００２５】ここで、メタライズ層２３について更に詳
しく説明する。このメタライズ層２３の厚みは１００μ
ｍ以下が好ましい。厚みが１００μｍを超えると、通電
の際に熱サイクルがかかることによって熱膨張差に起因
するクラックや剥離が生じ、接触面積が減少し、接触面
に破損が生じる虞があるからである。

【００２６】メタライズ層２３の主成分である合金とし
ては、Ｐｔを３〜２５モル％含有しかつＳｉを９７〜７
５モル％含有するＰｔ−Ｓｉ系合金が、炭化珪素焼結体
への濡れ性が良好であり、熱膨張係数が炭化珪素焼結体
のそれに近似し、しかも、高温下の耐酸化性に優れるの
で好ましい。このＰｔ−Ｓｉ系合金は、その他の成分と
してＴｉ、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｃｒ等を合計で５重量％以下含
有していてもよい。

【００２７】前記合金としては、Ａｕを１０〜５５％モ
ル％含有しかつＳｉを９０〜４５モル％含有するＡｕ−
Ｓｉ系合金が、炭化珪素焼結体への濡れ性が良好であ
り、熱膨張係数が炭化珪素焼結体のそれに近似し、しか
も、高温下の耐酸化性に優れるので好ましい。このＡｕ
−Ｓｉ系合金は、その他の成分としてＴｉ、Ｍｎ、Ｎ
ｉ、Ｃｒ等を合計で５重量％以下含有していてもよい。

【００２８】前記合金としては、Ｉｒを５〜３０モル％
含有しかつＳｉを９５〜７０モル％含有するＩｒ−Ｓｉ
系合金が、炭化珪素焼結体への濡れ性が良好であり、熱
膨張係数が炭化珪素焼結体のそれに近似し、しかも、高
温下の耐酸化性に優れるので好ましい。このＩｒ−Ｓｉ
系合金は、その他の成分としてＴｉ、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｃｒ
等を合計で５重量％以下含有していてもよい。

【００２９】前記合金としては、Ｒｕを３〜２５モル％
含有しかつＳｉを９７〜７５モル％含有するＲｕ−Ｓｉ
系合金が、炭化珪素焼結体への濡れ性が良好であり、熱
膨張係数が炭化珪素焼結体のそれに近似し、しかも、高
温下の耐酸化性に優れるので好ましい。このＲｕ−Ｓｉ
系合金は、その他の成分としてＴｉ、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｃｒ
等を合計で５重量％以下含有していてもよい。

【００３０】前記合金としては、Ｒｅを３〜２０モル％
含有しかつＳｉを９７〜８０モル％含有するＲｅ−Ｓｉ
系合金が、炭化珪素焼結体への濡れ性が良好であり、熱
膨張係数が炭化珪素焼結体のそれに近似し、しかも、高
温下の耐酸化性に優れるので好ましい。このＲｅ−Ｓｉ
系合金は、その他の成分としてＴｉ、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｃｒ
等を合計で５重量％以下含有していてもよい。

【００３１】このメタライズ層２３は、例えば７００℃
以上の高温酸化性雰囲気下における繰り返し熱負荷（熱
サイクル）に対して優れた耐久性を有するので、発熱体
素子１１と金属電極１２との接触部分が酸化される虞が
なくなり、この接触部分の接触抵抗が大きくなる虞もな
い。その結果、高温酸化性雰囲気下における信頼性も向
上したものとなる。

【００３２】このメタライズ層２３を形成する方法は、
特に制限されるものではないが、次に挙げる各種の方法
を例示することができる。 （１）前記合金を主成分とする金属微粒子を有機溶剤等
で懸濁して懸濁液とし、この懸濁液を、はけ塗り法ある
いはデイップコート法により発熱体素子の所定位置に塗
布し、その後熱処理し、メタライズ層とする方法。 （２）前記合金を含む塩化物、硝酸化物、臭化物等の溶
液を、はけ塗り法あるいはデイップコート法により発熱
体素子の所定位置に塗布し、その後熱処理し、メタライ
ズ層とする方法。 （３）ＣＶＤ法、スパッタ法、溶射法等により、発熱体
素子の所定位置に前記合金を成膜し、メタライズ層とす
る方法。

【００３３】金属電極１２を構成する材料としては、耐
熱性に優れ、熱膨張係数が炭化珪素焼結体のそれと同一
または近似するものであれば特に制限されるものではな
く、例えば、モリブデン（Ｍｏ）、モリブデン（Ｍｏ）
基合金、タングステン（Ｗ）、タングステン（Ｗ）基合
金、コバール等を例示することができる。また、ボルト
１３及びナット１５を構成する材料も、耐熱性に優れ、
熱膨張係数が炭化珪素焼結体のそれと同一または近似す
るものであれば特に制限されるものではなく、例えば、
モリブデン（Ｍｏ）、モリブデン（Ｍｏ）基合金、タン
グステン（Ｗ）、タングステン（Ｗ）基合金、コバール
等を例示することができる。

【００３４】図２は、本実施形態の発熱体素子１１の平
面形状の一例を示す平面図であり、炭化珪素焼結体から
なる円板１６に、ワイヤー放電加工によるスリット加工
により所定形状のパターン１７が形成され、さらに穴あ
け放電加工によりボルト挿通用の第１の孔２１、２１が
形成されている。そして、これらの第１の孔２１、２１
の周囲、すなわち金属電極１２との接触面にはメタライ
ズ層２３が形成されている。

【００３５】本実施形態の取付構造によれば、発熱体素
子１１の、金属電極１２との接触面１１ａに、Ｐｔ、Ａ
ｕ、Ｉｒ、Ｒｕ、Ｒｅからなる群から選択された少なく
とも１種と、Ｓｉとを含有する合金を主成分とするメタ
ライズ層２３を形成したので、高温酸化性雰囲気下にお
ける繰り返し熱負荷（熱サイクル）に対する耐久性、信
頼性の向上を図ることができ、しかも低コストで簡便で
ある。

【００３６】「第２の実施形態」図３は、本発明の第２
の実施形態の発熱体素子と金属電極との取付構造を示す
断面図であり、本実施形態の取付構造が上述した第１の
実施形態の取付構造と異なる点は、第１の実施形態のボ
ルト１３を頭部を平形としたボルト（取付具）３１に替
え、このボルト３１を、第１の孔２１のテーパ部２１ａ
のテーパ面に密着するワッシャ３２を介して第１の孔２
１に挿通した点である。

【００３７】ボルト３１は、一般のボルト形状をしたも
ので、平形の頭部３１ａと円柱状の軸部３１ｂとからな
るものであり、ワッシャ３２内に挿通されている。ワッ
シャ３２は、ボルト３１と同一の材質あるいは略同一の
熱膨張係数を有する材質からなる断面三角形状の環状の
もので、その中心部にボルト３１挿通用の挿通孔３３が
形成され、その外周面３２ａはテーパ部２１ａのテーパ
面に密着している。なお、本実施態様においては、金属
電極１２、ワッシャ１４、３２は全て同一の材質あるい
は略同一の熱膨張係数を有する材質からなっている。

【００３８】本実施態様においても、発熱体素子１１
の、金属電極１２との接触面１１ａには、発熱体素子１
１が高温の酸化性雰囲気においても酸化されないよう
に、Ｐｔ、Ａｕ、Ｉｒ、Ｒｕ、Ｒｅからなる群から選択
された少なくとも１種と、Ｓｉとを含有する合金を主成
分とするメタライズ層２３が形成されている。このメタ
ライズ層２３の膜厚、組成等は第１の実施形態と全く同
様である。

【００３９】金属電極１２を構成する材料も、第１の実
施形態と全く同様、耐熱性に優れ、熱膨張係数が炭化珪
素焼結体のそれと同一または近似するものであれば特に
制限されるものではなく、例えば、モリブデン（Ｍ
ｏ）、モリブデン（Ｍｏ）基合金、タングステン
（Ｗ）、タングステン（Ｗ）基合金、コバール等を例示
することができる。また、ボルト３１及びナット１５を
構成する材料も、第１の実施形態と全く同様、耐熱性に
優れ、熱膨張係数が炭化珪素焼結体のそれと同一または
近似するものであれば特に制限されるものではなく、例
えば、モリブデン（Ｍｏ）、モリブデン（Ｍｏ）基合
金、タングステン（Ｗ）、タングステン（Ｗ）基合金、
コバール等を例示することができる。

【００４０】本実施形態の取付構造においても、第１の
実施形態の取付構造と全く同様、高温酸化性雰囲気下に
おける繰り返し熱負荷（熱サイクル）に対する耐久性、
信頼性の向上を図ることができ、しかも低コストで簡便
である。

【００４１】「第３の実施形態」図４は、本発明の第３
の実施形態の発熱体素子と金属電極との取付構造を示す
断面図であり、本実施形態の取付構造が上述した第１の
実施形態の取付構造と異なる点は、金属電極１２を棒状
の金属電極４１に替え、この金属電極４１の第２の孔４
２に雌螺子部４３を形成し、この雌螺子部４３にボルト
（螺子部材）４４の軸部４４ｂを螺着することにより発
熱体素子１１を平形のワッシャ１４を介して金属電極４
１に取り付け、さらに、発熱体素子１１の、ボルト４４
との接触面にメタライズ層４５を形成した点である。

【００４２】ここで、金属電極４１は、その端面４１ａ
が平形のワッシャ１４を介して発熱体素子１１に当接さ
れている。また、ボルト４４は、ワッシャ１４と同一の
材質あるいは略同一の熱膨張係数を有する材質からなっ
ている。本実施態様においては、発熱体素子１１の、ボ
ルト４４の頭部４４ａとの接触面となるテーパ部２１ａ
に、発熱体素子１１が高温の酸化性雰囲気においても酸
化されないように、Ｐｔ、Ａｕ、Ｉｒ、Ｒｕ、Ｒｅから
なる群から選択された少なくとも１種と、Ｓｉとを含有
する合金を主成分とするメタライズ層４５が形成されて
いる。このメタライズ層４５の膜厚、組成等は第１の実
施形態と全く同様である。

【００４３】金属電極４１を構成する材料も、第１の実
施形態と全く同様、耐熱性に優れ、熱膨張係数が炭化珪
素焼結体のそれと同一または近似するものであれば特に
制限されるものではなく、例えば、モリブデン（Ｍ
ｏ）、モリブデン（Ｍｏ）基合金、タングステン
（Ｗ）、タングステン（Ｗ）基合金、コバール等を例示
することができる。また、ボルト４４を構成する材料
も、第１の実施形態と全く同様、耐熱性に優れ、熱膨張
係数が炭化珪素焼結体のそれと同一または近似するもの
であれば特に制限されるものではなく、例えば、モリブ
デン（Ｍｏ）、モリブデン（Ｍｏ）基合金、タングステ
ン（Ｗ）、タングステン（Ｗ）基合金、コバール等を例
示することができる。

【００４４】本実施形態の取付構造においても、第１の
実施形態の取付構造と全く同様、高温酸化性雰囲気下に
おける繰り返し熱負荷（熱サイクル）に対する耐久性、
信頼性の向上を図ることができ、しかも低コストで簡便
である。

【００４５】

【実施例】以下、実施例及び比較例を挙げ、本発明をさ
らに詳しく説明する。

【００４６】「実施例１」図１に示す取付構造を作製し
た。発熱体素子１１の材質を、抵抗率が２×１０^-2Ω・
ｃｍ、熱膨張係数が４．０×１０^-6／℃の炭化珪素焼結
体とし、図２に示すように、直径１６０ｍｍ、厚さ８.
５ｍｍの円板１６をワイヤー放電加工によるスリット加
工によりパターン１７を形成し、さらに穴あけ放電加工
によりボルト挿通用の第１の孔２１、２１を形成した。

【００４７】金属電極１２、ボルト１３、平形のワッシ
ャ１４及びナット１５の材質を、室温〜５００℃間の平
均熱膨張係数が５．７×１０^-6／℃のコバールとした。
また、発熱体素子１１のテーパ部２１ａの傾斜角θは４
５°とした。この発熱体素子１１の、金属電極１２との
接触面１１ａに形成されるメタライズ層２３の材質をＰ
ｔ−Ｓｉ合金（Ｐｔ：１０モル％、Ｓｉ：９０モル％）
とし、その膜厚を２５μｍとした。

【００４８】このメタライズ層２３は、次のようにして
形成した。Ｐｔ金属粉末及びＳｉ金属粉末を乳鉢で混
合、粉砕し、この混合粉末にアクリル樹脂、α−テルピ
ネオールを添加して懸濁液とし、この懸濁液を発熱体素
子１１の所定位置にはけ塗りし、真空雰囲気中にて５０
０℃で４時間脱脂した後、真空雰囲気中にて１３００℃
で２０分間熱処理し、メタライズ層２３を得た。

【００４９】「実施例２」Ａｕ−Ｓｉ合金（Ａｕ：３０
モル％、Ｓｉ：７０モル％）からなるメタライズ層２３
を次のようにして形成した他は、実施例１に準じ、図１
に示す取付構造を作製した。Ａｕ金属粉末及びＳｉ金属
粉末を乳鉢で混合、粉砕し、この混合粉末にアクリル樹
脂、α−テルピネオールを添加して懸濁液とし、この懸
濁液を発熱体素子１１の所定位置にはけ塗りし、真空雰
囲気中にて５００℃で４時間脱脂した後、真空雰囲気中
にて１０００℃で２０分間熱処理し、メタライズ層２３
を得た。

【００５０】「実施例３」Ｉｒ−Ｓｉ合金（Ｉｒ：５モ
ル％、Ｓｉ：９５モル％）からなるメタライズ層２３を
次のようにして形成した他は、実施例１に準じ、図１に
示す取付構造を作製した。Ｉｒ金属粉末及びＳｉ金属粉
末を乳鉢で混合、粉砕し、この混合粉末にアクリル樹
脂、α−テルピネオールを添加して懸濁液とし、この懸
濁液を発熱体素子１１の所定位置にはけ塗りし、真空雰
囲気中にて５００℃で４時間脱脂した後、真空雰囲気中
にて１２５０℃で２０分間熱処理し、メタライズ層２３
を得た。

【００５１】「実施例４」Ｒｕ−Ｓｉ合金（Ｒｕ：７モ
ル％、Ｓｉ：９３モル％）からなるメタライズ層２３を
次のようにして形成した他は、実施例１に準じ、図１に
示す取付構造を作製した。Ｒｕ金属粉末及びＳｉ金属粉
末を乳鉢で混合、粉砕し、この混合粉末にアクリル樹
脂、α−テルピネオールを添加して懸濁液とし、この懸
濁液を発熱体素子１１の所定位置にはけ塗りし、真空雰
囲気中にて５００℃で４時間脱脂した後、真空雰囲気中
にて１３５０℃で２０分間熱処理し、メタライズ層２３
を得た。

【００５２】「実施例５」Ｒｅ−Ｓｉ合金（Ｒｅ：５モ
ル％、Ｓｉ：９５モル％）からなるメタライズ層２３を
次のようにして形成した他は、実施例１に準じ、図１に
示す取付構造を作製した。Ｒｅ金属粉末及びＳｉ金属粉
末を乳鉢で混合、粉砕し、この混合粉末にアクリル樹
脂、α−テルピネオールを添加して懸濁液とし、この懸
濁液を発熱体素子１１の所定位置にはけ塗りし、真空雰
囲気中にて５００℃で４時間脱脂した後、真空雰囲気中
にて１３００℃で２０分間熱処理し、メタライズ層２３
を得た。

【００５３】「実施例６」図３に示す取付構造を、実施
例１に準じて作製した。

【００５４】「実施例７」図４に示す取付構造を、実施
例１に準じて作製した。ただし、発熱体素子１１の、ボ
ルト４４との接触面であるテーパ部２１ａに、実施例１
のメタライズ層２３と同一の材質のメタライズ層４５を
形成した。

【００５５】「比較例１」Ｐｔからなるメタライズ層
（膜厚：１μｍ）をスパッタ法で形成した他は、実施例
１と同一の取付構造を作製した。

【００５６】「比較例２」Ａｕからなるメタライズ層
（膜厚：２０μｍ）をメッキ法で形成した他は、実施例
１と同一の取付構造を作製した。

【００５７】「比較例３」Ａｕ−Ａｇ−Ｃｕ合金（Ａ
ｕ：７５重量％、Ａｇ：１２重量％、Ｃｕ：１３重量
％）からなるメタライズ層（膜厚：３８μｍ）を次のよ
うにして形成した他は、実施例１と同一の取付構造を作
製した。

【００５８】Ａｕ金属粉末、Ａｇ金属粉末、Ｃｕ金属粉
末を乳鉢で混合、粉砕し、この混合粉末にアクリル樹
脂、α−テルピネオールを添加して懸濁液とし、この懸
濁液を発熱体素子１１の所定位置にはけ塗りし、真空雰
囲気中にて５００℃で４時間脱脂した後、真空雰囲気中
にて１３００℃で２０分間熱処理し、メタライズ層とし
た。

【００５９】「比較例４」メタライズ層が形成されてい
ない他は、実施例１と同一の取付構造を作製した。

【００６０】「評価」実施例１〜７及び比較例１〜４の
取付構造の密着性及び金属電極の表面状態を評価した。
評価結果を表１に示す。密着性及び金属電極の表面状態
各々の評価方法は、次のとおりである。

【００６１】「密着性」メタライズ層の密着性を次のよ
うにして評価した。メタライズ層上に、ダイヤモンドカ
ッターを用いて一辺の長さが約０．５ｍｍの正方形から
なる多数の格子状の切り込みを形成し、この面上にセロ
ハンテープを貼り付けた後、このセロハンテープを引き
剥がし、この面における剥離の有無を観察した。評価基
準は、次のとおりである。 ○：剥離なし、△：一部剥離、×：完全に剥離

【００６２】「金属電極の表面状態」取付構造に熱負荷
サイクルを繰り返し加え、その際の金属電極の表面状態
を観察した。熱負荷サイクルの条件は次のとおりとし
た。なお、取付構造に通電した際の７００℃における電
圧は１０.５Ｖ、電流は６５Ａであった。大気雰囲気
（１気圧）中にて、７００℃まで３０分間で昇温させ、
７００℃に３０分間保持した後、２００℃まで３０分間
で降温する、という熱負荷サイクルを繰り返し行った。

【００６３】

【表１】

【００６４】表１によれば、実施例１〜７の取付構造で
は、金属電極には全く異常が観察されず、通電加熱の状
態も極めて良好であり、酸化により耐久性が問題となる
高温酸化性雰囲気下においても、高寿命、高信頼性を有
することが判明した。これに対して、比較例１〜４の取
付構造では、空気中７００℃での加熱により炭化珪素焼
結体の酸化が進行し、比抵抗値の差が最も大きい発熱体
素子と金属電極との接触部分に高温化赤熱現象が生じ
た。また、酸化が進行するにしたがって両者間の電位差
が大きくなり、局所的な放電が生じた。さらに、放電エ
ネルギーによる熱衝撃により、発熱体素子と金属電極と
の取付部にクラックが生じた。

【００６５】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の発熱体素
子と金属電極との取付構造によれば、炭化珪素焼結体か
らなる発熱体素子の、金属電極との接触面に、Ｐｔ、Ａ
ｕ、Ｉｒ、Ｒｕ、Ｒｅからなる群から選択された少なく
とも１種と、Ｓｉとを含有する合金を主成分とするメタ
ライズ層を形成したので、酸化により耐久性が問題とな
る高温酸化性雰囲気下等の苛酷な環境下においても、電
極の経時変化を抑制することができ、高寿命、高信頼性
を図ることができる。

【００６６】また、従来より用いられていた炭化珪素焼
結体製の発熱体素子と金属電極との取付構造に大幅な変
更を付加することがなく、構造が簡単で、しかも電極構
造が制約されることがない。また、製造工程が増加せ
ず、廉価なものとなる。

【００６７】本発明の他の発熱体素子と金属電極との取
付構造によれば、炭化珪素焼結体からなる発熱体素子
の、螺子部材との接触面に、Ｐｔ、Ａｕ、Ｉｒ、Ｒｕ、
Ｒｅからなる群から選択された少なくとも１種と、Ｓｉ
とを含有する合金を主成分とするメタライズ層を形成し
たので、酸化により耐久性が問題となる高温酸化性雰囲
気下等の苛酷な環境下においても、電極の経時変化を抑
制することができ、高寿命、高信頼性を図ることができ
る。

【００６８】また、従来より用いられていた炭化珪素焼
結体製の発熱体素子と金属電極との取付構造に大幅な変
更を付加することがなく、構造が簡単で、しかも電極構
造が制約されることがない。また、製造工程が増加せ
ず、廉価なものとなる。さらに、発熱体素子と螺子部材
との接触面における接触抵抗の増加が極力抑制されるの
で、異常発熱及びそれに伴う破損を防止することがで
き、耐久性を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の第１の実施形態の発熱体素子と金属
電極との取付構造を示す断面図である。

【図２】 本発明の第１の実施形態の発熱体素子の平面
形状の一例を示す平面図である。

【図３】 本発明の第２の実施形態の発熱体素子と金属
電極との取付構造を示す断面図である。

【図４】 本発明の第３の実施形態の発熱体素子と金属
電極との取付構造を示す断面図である。

【図５】 従来の発熱体素子と金属電極との取付構造を
示す断面図である。

【符号の説明】

１１ 発熱体素子 １１ａ 接触面 １２ 金属電極 １３ ボルト（取付具） １４ ワッシャ １５ ナット（取付具） ２１ 第１の孔 ２２ 第２の孔 ２３ メタライズ層 ３１ ボルト（取付具） ４１ 金属電極 ４４ ボルト（螺子部材） ４５ メタライズ層

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 村上 嘉彦 東京都千代田区六番町６番地28 住友大阪 セメント株式会社内 Ｆターム(参考） 3K092 PP20 QA01 QA05 QB09 QB74 QC02 QC20 QC25 QC42 QC49 QC50 VV25 4G001 BA22 BB22 BC72 BD01 BD21

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 炭化珪素焼結体からなる発熱体素子を金
   属電極に固定手段を用いて取り付けてなる発熱体素子と
   金属電極との取付構造であって、 前記発熱体素子の、前記金属電極との接触面に、Ｐｔ、
   Ａｕ、Ｉｒ、Ｒｕ、Ｒｅからなる群から選択された少な
   くとも１種と、Ｓｉとを含有する合金を主成分とするメ
   タライズ層を形成してなることを特徴とする発熱体素子
   と金属電極との取付構造。
2. 【請求項２】 前記固定手段は、取付具であることを特
   徴とする請求項１記載の発熱体素子と金属電極との取付
   構造。
3. 【請求項３】 炭化珪素焼結体からなる発熱体素子を金
   属電極に螺子部材を用いて取り付けてなる発熱体素子と
   金属電極との取付構造であって、 前記発熱体素子の、前記螺子部材との接触面に、Ｐｔ、
   Ａｕ、Ｉｒ、Ｒｕ、Ｒｅからなる群から選択された少な
   くとも１種と、Ｓｉとを含有する合金を主成分とするメ
   タライズ層を形成してなることを特徴とする発熱体素子
   と金属電極との取付構造。
4. 【請求項４】 前記発熱体素子には、前記螺子部材を挿
   通する貫通孔が形成され、前記螺子部材は前記貫通孔に
   挿通されかつ前記発熱体素子に面接触した状態で前記金
   属電極に螺着されてなることを特徴とする請求項３記載
   の発熱体素子と金属電極との取付構造。
5. 【請求項５】 前記メタライズ層の厚みは１００μｍ以
   下であることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか
   １項記載の発熱体素子と金属電極との取付構造。
6. 【請求項６】 前記合金は、Ｐｔを３〜２５モル％含有
   しかつＳｉを９７〜７５モル％含有するＰｔ−Ｓｉ系合
   金であることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか
   １項記載の発熱体素子と金属電極との取付構造。
7. 【請求項７】 前記合金は、Ａｕを１０〜５５％モル％
   含有しかつＳｉを９０〜４５モル％含有するＡｕ−Ｓｉ
   系合金であることを特徴とする請求項１ないし５のいず
   れか１項記載の発熱体素子と金属電極との取付構造。
8. 【請求項８】 前記合金は、Ｉｒを５〜３０モル％含有
   しかつＳｉを９５〜７０モル％含有するＩｒ−Ｓｉ系合
   金であることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか
   １項記載の発熱体素子と金属電極との取付構造。
9. 【請求項９】 前記合金は、Ｒｕを３〜２５モル％含有
   しかつＳｉを９７〜７５モル％含有するＲｕ−Ｓｉ系合
   金であることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか
   １項記載の発熱体素子と金属電極との取付構造。
10. 【請求項１０】 前記合金は、Ｒｅを３〜２０モル％含
    有しかつＳｉを９７〜８０モル％含有するＲｅ−Ｓｉ系
    合金であることを特徴とする請求項１ないし５のいずれ
    か１項記載の発熱体素子と金属電極との取付構造。