JP2003347012A

JP2003347012A - セラミックヒータおよびその製造方法

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Publication number: JP2003347012A
Application number: JP2002149241A
Authority: JP
Inventors: Satoshi Tanaka; 智田中
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2002-05-23
Filing date: 2002-05-23
Publication date: 2003-12-05
Anticipated expiration: 2022-05-23
Also published as: JP3934990B2

Abstract

(57)【要約】【課題】電極パッドにリード部材をロウ付けした部分の
ロウ材上に大きなガラス粒子があると、セラミックヒー
タ使用時の熱サイクルによってはロウ材の上に形成した
メッキ層に隙間が生成し、ロウ材が酸化して、リード部
材のロウ付け強度が低下するという問題があった。【解決手段】表面に電極パッド４を形成したセラミック
体２中に、電極パッド４に接続した発熱抵抗体３を内蔵
し、電極パッド４に不純物としてＳｉを含有するロウ材
層６を介して金属製のリード部材７を接合するととも
に、ロウ材層６の表面にメッキ層５を形成して成るセラ
ミックヒータ１において、ロウ材層６の表面にＳｉを主
成分とする最大径が１００μｍ以下のガラス粒子１１が
析出していることを特徴とするセラミックヒータであ
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及びその製造方
法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３（ａ）に示すようなセラ
ミックヒータ２１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２２中に、Ｗ、Ｒｅ、Ｍｏ
等の高融点金属からなる発熱抵抗体２３を内蔵し、電極
パッド２４を介してリード部材２７が接合されている
（特開平５−３４３１３号、特開平５−１６１９５５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、図３（ｂ）に示すようにセラミック芯材２０と
セラミックシート２８を用意し、セラミックシート２８
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２３と電極引出部２３ａ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
シート２８を上記セラミック芯材３０の周囲に巻付け、
全体を焼成一体化することによりセラミックヒータ１１
としていた。

【０００４】セラミックシート２８上には、発熱抵抗体
２３に電極引出部２３ａが接続され、該電極引出部２３
ａの末端にスルーホール（不図示、以下同じ）が形成さ
れ裏面の電極パッド２４と該電極引出部２３ａが接続さ
れている。スルーホールには、必要に応じて導体ペース
トが注入される。

【０００５】そして、図３（ｃ）に示す電極パッド部周
辺の部分断面図のように、セラミックヒータ２１は側面
に露出した電極パッド２４の表面にはＮｉからなるメッ
キ層２５が形成され、該メッキ層２５の表面にロウ材２
６を介してリード部材２７が接合され、このリード部材
２７から通電することにより発熱抵抗体２３が発熱する
仕組みである。

【０００６】また、上記ロウ材２６の酸化や硫化を防止
するため、ロウ材２６の表面にはＮｉからなるメッキ層
２５が形成されており、メッキ層２５を形成した後の熱
処理やリード部材２７をロウ付けする際の熱処理は、ロ
ウ材２６が酸化しないように還元雰囲気で熱処理してい
た。

【０００７】しかし、還元雰囲気中で熱処理を施した場
合、水蒸気を含まないため熱処理後のセラミック体２２
の表面に黒ずんだ汚れ等が付着し、この付着物は洗浄し
ても完全に除去することが難しいため、外観不良や、酸
素センサ内部に用いるセラミックヒータの場合には、使
用中にこの付着物が剥離し、酸素センサ内部に形成され
ているＰｔ電極と反応してセンサ特性を劣化させる恐れ
があった。

【０００８】この問題に対応するため、水蒸気を含有し
た還元雰囲気中で熱処理を施すことによって、Ｈ₂Ｏ−
Ｈ₂の化学平衡における乖離酸素分圧によってセラミッ
クヒータ２１に付着したカーボン残さを燃焼除去するこ
とができる。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、水蒸気
を含有した還元雰囲気中で熱処理を施した場合、上記電
極パッド２４の表面に形成するメッキ層２５およびロウ
材２６の表面にはガラス粒子が析出してくる。

【００１０】このガラス粒子は、セラミック体２２およ
びロウ材２５、リード部材２６に含まれる不純物である
Ｓｉがリード部材２６から沁み出してきて酸化したも
の、即ち、ロウ材中の酸素と珪素の相互拡散において、
ロウ材中の珪素の拡散速度がロウ材中の酸素の拡散速度
より大きいため、ロウ材の表面に珪素の酸化物が析出す
るものと考えられます。また、ロウ材２６に不純物とし
て含むＳｉがロウ付け処理の際に水蒸気を含有した還元
雰囲気中で熱処理を施すので、還元雰囲気中の平衡酸素
分圧によりＳｉが酸化して表面に析出してガラスが生成
してきたとも考えられる。

【００１１】このようにしてロウ材２６の表面に析出し
てくるガラスが多くなると、ロウ材２６の表面に形成す
るメッキ層２５がロウ材２６の表面全体を覆うことがで
きなくなり、使用中の熱サイクルによりガラスとメッキ
の間に隙間が生成し、この隙間から空気が拡散すること
によりロウ材２６が酸化してロウ材２６の接着強度が劣
化し、リード部材２７のロウ付け強度を低下させるとい
う欠点を有していた。

【００１２】例えば、図４（ａ）（ｂ）に示すように、
Ａｇ−Ｃｕ系のロウ材２６の表面にガラス３１がある
と、セラミックヒータ使用中の熱サイクルにより、ロウ
材２６の中に存在するＣｕのような酸化しやすい成分が
酸化し始め、Ｃｕの酸化物からなる針状の結晶２６ａが
表面に析出するような反応がおこり、これがロウ材２６
の内部まで浸透し、そこが起点となってリード部材２７
が剥離するという問題があった。

【００１３】最近は、自動車の排気ガスに関する規制が
厳しくなり、空燃比制御用に使用する酸素センサの立ち
上がり速度を早くする必要が生じ、このためセラミック
ヒータの立ち上がり特性を早くすることが必要となっ
た。このため、セラミックヒータの使用温度が高くなっ
たため、このような問題が顕著になった。

【００１４】特に、自動車用に使用するセラミックヒー
タについては、高い信頼性が要求されるため、１０００
本中１本でも上記のような不良が発生することは好まし
くない。

【００１５】本発明は上述の問題点に鑑みて案出された
ものであり、本発明の目的は、セラミックヒータの電極
パッドから酸化するのを抑制するとともに、ロウ材の接
合強度を向上させることで耐久性が良好なセラミックヒ
ータを提供することにある。

【００１６】

【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、発熱抵抗体を内蔵して成るセラミック体の表面
に、前記発熱抵抗体に接続した電極パッドを形成し、前
記電極パッドに不純物としてＳｉを含有したロウ材層を
介して金属製のリード部材を接合するとともに、少なく
とも前記ロウ材層の表面にメッキ層を形成して成るセラ
ミックヒータにおいて、前記ロウ材層の表面にＳｉＯ₂
を主成分とする最大径が１００μｍ以下のガラス粒子が
析出していることを特徴とするセラミックヒータを提供
する。

【００１７】また、発熱抵抗体を内蔵して成るセラミッ
ク体の表面に、前記発熱抵抗体に接続した電極パッドを
形成し、水蒸気を含有する還元雰囲気中で前記電極パッ
ドに不純物としてＳｉを含有したロウ材を介して金属製
のリード部材を接合した後、該ロウ材にメッキ層を形成
して成るセラミックヒータの製造方法において、前記メ
ッキ層を形成する前に前記ロウ材表面を弾性体により摺
擦する工程を備えたことを特徴とするセラミックヒータ
の製造方法を提供する。

【００１８】なお、上記製造方法において、前記電極パ
ッドとリード部材とを接合する還元雰囲気中の水蒸気分
圧を６６０〜５３６０Ｐａとしても良い。

【００１９】また、発熱抵抗体を内蔵して成るセラミッ
ク体の表面に、前記発熱抵抗体に接続した電極パッドを
形成し、水蒸気を含有する還元雰囲気中で前記電極パッ
ドに不純物としてＳｉを含有したロウ材を介して金属製
のリード部材を接合した後、該ロウ材にメッキ層を形成
して成るセラミックヒータの製造方法において、前記電
極パッドとリード部材とを接合する還元雰囲気中の水蒸
気分圧を６６０〜５３６０Ｐａとすることを特徴とする
セラミックヒータの製造方法であっても良い。

【００２０】

【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づいて説明する。

【００２１】図１は、本発明のセラミックヒータの一実
施形態を示すものであり、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２部分の展開図である。

【００２２】本発明のセラミックヒータ1は、図１
（ａ）に示すようにセラミック体２中に発熱抵抗体３を
内蔵し、発熱抵抗体３に通電する電極パッド４をセラミ
ック体２の表面に備え、電極パッド４にメッキ層５を形
成するとともに、ロウ材層６を介してリード部材７が接
合されている。また、セラミック体２は、同図（ｂ）に
示すようにセラミックシート８の表面に、発熱抵抗体３
と電極引出部３ａが形成され、さらに、その裏面側に形
成される電極パッド４との間をスルーホール９で接合し
た構造となっている。こうして、セラミック体２は準備
されたセラミックシート８をセラミック芯材１０に発熱
抵抗体３が内側になるように密着焼成することによって
発熱抵抗体３を内蔵することになる。

【００２３】また、セラミック体２のセラミックシート
８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、Ａｌ
₂Ｏ₃を８８〜９５重量％、ＳｉＯ₂を２〜７重量％、Ｃ
ａＯ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２中に内蔵
された発熱抵抗体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恐れがあ
る。

【００２４】また、上記セラミックヒータ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に用いる場合に
は、外径が２〜４ｍｍ、長さが４０〜６５ｍｍとするこ
とが好ましい。

【００２５】上記発熱抵抗体３は、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３のパターンに欠陥ｂ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３の抵抗値が大きくなり耐久性が劣化するため
である。

【００２６】このような欠陥が発生する原因は、発熱抵
抗体３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。

【００２７】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３の発熱長さが３〜１５ｍｍとな
るようにすることが好ましい。この発熱長さが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。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。なお、上記発熱長さとは、図１（ｂ）で示
す発熱抵抗体３における往復パターンの部分の長さｆ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。

【００２８】さらに、上記発熱抵抗体３の両端部には電
極引出部３ａが形成されており、図２の部分拡大図のよ
うに、発熱抵抗体３の端部に形成された電極引出部３ａ
にはスルーホール９を介して発熱抵抗体３に通電するた
めの上記電極パッド４に接続されている。

【００２９】電極パッド４はスルーホール９のセラミッ
ク体２上に形成し、その材質は、Ｗ、Ｍｏ、Ｒｅ等の高
融点金属を主成分とするメタライズ層からなり、その表
面にメッキ層５を形成しても良い。電極パッド４にメッ
キ層５を形成することにより、ロウ材層６の流れを良く
し、ロウ付け強度を向上させる作用をなす。メッキ層５
の材質としては、Ｎｉ、Ｃｒ、もしくはこれらを主成分
とする複合材料等からなり、１〜５μｍの厚みで形成さ
れる。

【００３０】次にロウ材層６構造について、図２を用い
て説明する。（ａ）は、本発明のセラミックヒータ１の
ロウ付構造を示す斜視図であり、（ｂ）は、そのロウ材
層６の表面部分を拡大した部分拡大図であり、（ｃ）は
ガラス粒子１１がロウ材層６の表面に付着した状態を示
す断面図である。

【００３１】ロウ材層６は、その材料としてＡｇ−Ｃ
ｕ、Ａｕ−Ｃｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ａｕ等を主成分とし、必
要に応じてバインダとなる樹脂や活性金属であるＴｉ、
Ｍｏ、Ｖ等の金属を含有するロウ材が用いられ、水蒸気
を含有する還元雰囲気中で硬化させて形成されている。

【００３２】本発明では、図２（ｂ）に示すように上記
ロウ材層６の表面に析出するガラス粒子１１の最大径ｈ
が１００μｍ以下であることが重要である。

【００３３】上記ロウ材層６の表面には、詳細を後述す
るように、製造工程においてリード部材７を電極パッド
４に水蒸気を含有する還元雰囲気中でロウ付けする。本
発明では、このロウ付けの際に、ロウ材層６中に不純物
として含有されるＳｉやＳｉを主成分とするその他の金
属酸化物等がロウ材層６の表面に析出してくる。これら
を本発明でいうガラス粒子１１と呼ぶ。このガラス粒子
１１は、主としてＳｉＯ₂からなり透明で非晶質であ
り、ロウ材１１の色々な部分の表面に楕円状若しくは略
ドーム状の形状で析出してくる。

【００３４】このガラス粒子１１の最大径ｈを１００μ
ｍ以下にすることにより、ロウ材層６の表面にガラス粒
子１１が析出してもロウ材層６の上に形成するメッキ層
５に生成する欠陥の発生を抑制し、これにより使用中の
熱サイクルによるロウ材層６の酸化を防止することを鋭
意検討の結果、本願発明者が見い出したものである。こ
こで、ガラス粒子１１の最大径とは、形状が楕円状であ
る場合には長径をいい、略ドーム状である場合は、ガラ
ス粒子１１を真上から見た場合の投影図における長径を
いう。

【００３５】ガラス粒子１１の最大径ｈが１００μｍを
越えると図２（ｃ）に示すようにメッキ層５からガラス
粒子１１が突出し、使用中の熱サイクルによりガラス粒
子１１のメッキ層５の間に隙間が発生し、この隙間から
空気が拡散してロウ材層６が酸化し、リード部材７の引
張強度を低下させてしまうので好ましくない。さらに好
ましくは、ガラス粒子１１の最大径ｈを３０μｍ以下、
特に１０μｍ以下にすることが好ましくリード部材７の
引張強度の耐久性を向上させることができる。

【００３６】上記ガラス粒子１１の最大径ｈの測定方法
としては、金属顕微鏡、メジャースコープ、電子顕微鏡
等の装置を使用して、任意のエリアを観察することによ
り測定することができる。なお、精度を高めるために
も、測定エリアを複数増やすことが好ましい。

【００３７】上記ロウ材層６としては、Ａｕ、Ｃｕ、Ａ
ｕ−Ｃｕ、Ａｕ−Ｎｉ、Ａｇ、Ａｇ−Ｃｕ系のロウ材に
より形成され、Ａｕ−ＣｕロウはＡｕ含有量が２５〜９
５重量％、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することができ
る。これにより、熱サイクルにおいてロウ材層６とセラ
ミック体２の熱膨張差に起因する疲労が生じてもロウ付
け強度の低下を抑制することができる。

【００３８】次にロウ材層６の表面に形成するメッキ層
５はロウ材層６の酸化を防止するために用いられる。な
お、本発明ではロウ材層６にメッキ層５を形成すること
を記載しているが、このメッキ層５の形成とともに、リ
ード部材７を露出させている場合にはリード部材７全体
もメッキ処理させることはいうまでもない。

【００３９】リード部材７は、耐熱性が良好なＮｉ系、
Ｆｅ−Ｎｉ系合金等の金属製の部材を使用することが好
ましい。これにより、発熱抵抗体３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、劣化するの
を有効に防止することができる。また、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４００μｍ以下とすることが好ましい。
上記平均粒径が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部材７
が疲労し、クラックが発生しやすい。他の材質について
も、例えばリード部材７を形成する材質の結晶粒径がリ
ード部材７の厚みより大きくなると、ロウ材層６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
発生しやすい。

【００４０】なお、後述するように、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ロウ材層
６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４００μ
ｍ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。

【００４１】次に本発明のセラミックヒータの製造方法
について説明する。

【００４２】まず、アルミナを主成分とし、焼結助剤と
してＳｉＯ₂、ＣａＯ、ＭｇＯ、ＺｒＯ２を合計量で４
〜１２重量％含有するセラミックスラリーを成形したセ
ラミックシート８を準備する。

【００４３】セラミックシート８の一方の主面に発熱抵
抗体３および電極引出部３ａをプリントもしくは転写等
の手法を用いて形成し、電極引出部３ａの裏面にあたる
セラミックシート８の他方の主面に電極パッド４を同じ
くプリントもしくは転写等の手法により形成する。

【００４４】次に、電極引出部３ａと電極パッド４との
間にスルーホール９を形成し、該スル−ホール９にＷ、
Ｍｏ、Ｒｅの少なくとも１種類を主成分とする導電材料
を充填するか、もしくはスルーホール９の内側面に塗布
することにより、電極引出部３ａと電極パッド６が電気
的に接続できるようにする。

【００４５】その後、発熱抵抗体３および電極引出部３
ａの上にセラミックシート８とほぼ同等の組成からなる
コート層を形成した後、セラミックシート８をセラミッ
ク芯材１０の周囲に周回密着して筒状の生成形体を成形
する。こうして得られた生成形体を１５００〜１６５０
℃の還元雰囲気中で焼成してセラミク体２とする。

【００４６】その後、電極パッド４の表面に電界メッキ
法や無電界メッキ法によりＮｉ、Ｃｒ等の金属からなる
メッキ層を形成する次に、Ａｇ−Ｃｕを主成分とするロウ材を用い、電極パ
ッド４とリード部材７とを水蒸気を含有した還元雰囲気
中で接合する。その際、本発明の特徴であるロウ材層６
の表面に最大径１００μｍ以上のガラス１１が析出す
る。このガラス粒子１１は、ロウ材の表面に物理的に付
着しているだけであるために、ガラス粒子１１を摩擦部
材によりロウ材層６表面に当接させて除去することがで
きる。摩擦部材としては、ロウ材層６の表面を１〜３０
０μｍ程度の平均粒径の樹脂製ビーズやガラスビーズか
ら成るサンドブラストや、樹脂性の弾性体が用いられ
る。

【００４７】摩擦部材として用いる樹脂製の弾性体とし
ては、ポリブタジェンゴム、ブタジェンスチレンゴム、
ブタジェナクリロニトリルゴム、ポリクロロプレンゴ
ム、ポリイソプレンゴム、フッ素ゴムシリコンゴム等、
色々なものを使用することができる。また、これらのゴ
ムに、微粒のシリカやアルミナのようなセラミックスを
分散させたものを用いると、さらに、ガラス粒子１１の
除去が容易になる。

【００４８】更に、摩擦部材で摺擦後にロウ材層６表面
をフッ酸水溶液中に浸漬してガラスを除去することも可
能である。

【００４９】次に、このようにして形成したロウ材層６
の表面にＮｉ、Ｃｒ等の金属から成るメッキ層５を形成
する。その後、水蒸気を含有した還元雰囲気中で熱処理
することでセラミックヒータが完成する。

【００５０】なお、本発明ではメッキ層５を形成する前
にロウ材層６の表面をする工程を用いたがこれに限定さ
れず、ロウ材層６の形成する雰囲気を調整することでも
ロウ材層６表面に析出するガラス粒子の最大径が１００
μｍ以下とすることができる。

【００５１】具体的には、セラミック体２の表面に電極
パッド４を形成した後、６７０〜５３６０Ｐａの水蒸気
を含む還元雰囲気中で、それぞれのロウ材層６に適した
温度でロウ付けすれば上記と同様の効果が得られる。な
お、ロウ付け温度は具体的には、Ａｇ−Ｃｕロウであれ
ば７７０〜８７０℃、Ａｕ−Ｃｕロウであれば９５０〜
１０５０℃、Ａｇロウであれば１０００〜１１００℃で
ロウ付け処理を行う。

【００５２】上記熱処理における水蒸気分圧は、金属表
面のガラス粒子１１との濡れ性に影響を及ぼすため、熱
処理時の水蒸気分圧を６７０〜５３６０Ｐａに調整する
ことによって、ロウ付けの熱処理中にセラミックヒータ
１の表面に付着物が生成することを防止するとともに、
ロウ付け強度が大きく耐久性の高いセラミックヒータ１
を得ることができる。

【００５３】上記水蒸気分圧が６７０Ｐａより低くなる
と、セラミック体２の表面に有機物と推察できる付着物
が熱処理後に残り、洗浄しても除去することができず外
観を損ねるとともに、セラミックヒータ１を酸素センサ
加熱用に用いる場合、付着物が使用中の振動や熱サイク
ルによりセラミックヒータ１の表面から剥離して、酸素
センサのＰｔ電極と反応し、センサ特性を劣化させてし
まう恐れがある。一方、５３６０Ｐａを越えると、ロウ
材層６上へ析出するガラス粒子１１の最大径ｈが大きく
なり、ロウ材層６の上に形成するメッキ層５にガラス粒
子１１上で欠陥が生成し、セラミックヒータ１使用中の
熱サイクルによりガラス粒子１１とメッキ層５との間に
隙間が発生し、この隙間を空気が拡散してロウ材層６が
酸化し、セラミックヒータ１のロウ付け部の耐久性が劣
化しやすくなる。

【００５４】また、上記水蒸気分圧は、６７０〜４００
０Ｐａ以下、さらには６７０〜２４００Ｐａとすること
がより好ましい。

【００５５】従来はロウ付け処理において、上記のよう
に還元性ガスに加湿することを行っていなかったが、本
発明のように水蒸気を含有する還元雰囲気中で行う熱処
理は、セラミックヒータ１の表面に有機物が残っていた
場合、ロウ付けの熱処理と併せて除去できるため有効で
ある。また、ロウ材層６の表面に析出するガラス粒子１
１の最大径ｈを１００μｍ以下とすることにより、使用
中の熱サイクルによりロウ材層６が酸化してリード部材
７の引張強度が減少するような問題を防止することがで
きる。

【００５６】また、セラミックヒータ１を湿度が高い雰
囲気中で使用する場合、Ａｕ系、Ｃｕ系のロウ材層６を
用いることによってマイグレーションの発生を抑制する
ことができる。

【００５７】一方、１００μｍ以上のガラス粒子１１の
析出を防止する手法として、ロウ材層６中の不純物であ
るＳｉの量を減らすことも可能である。

【００５８】なお、このような水蒸気分圧を規定する方
法、Ｓｉ量を減少させる方法等の処理に、上述のような
ロウ材層６の表面を摺擦する処理を加えることで、更
に、析出するガラス粒子の最大径を小さくすることが可
能となる。

【００５９】さらに、図２（ａ）に示すように電極パッ
ド４の端部からロウ材層６の端部までの距離ｋが少なく
とも０．２ｍｍ以上とすることが好ましい。

【００６０】上記距離ｋが０．２ｍｍ未満であると、電
極パッド４の端部がロウ材層６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。

【００６１】なお、本発明のセラミックヒータ１は、上
述の実施形態に限定されるものではなく、要旨を逸脱し
ない範囲内であれば種々の変更は可能である。

【００６２】

【実施例】（実施例１）先ず、図１に示すようなセラミ
ックヒータ試料を得るため、セラミック体２としてＡｌ
₂Ｏ₃を主成分とし、ＳｉＯ₂、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
シート８に、Ｗ−Ｒｅからなる発熱抵抗体３とＷからな
る電極引出部３ａをプリントした。また、セラミックシ
ート８の裏面には電極パッド４をプリントした。発熱抵
抗体３は、発熱長さ５ｍｍで４往復のパターンとなるよ
うに作製した。

【００６３】そして、Ｗからなる電極引出部３ａの末端
には、スルーホールを形成し、ここにペーストを注入す
ることにより電極パッド４と電極引出部３ａ間の導通を
とった。スルーホールの位置は、ロウ付けを実施した場
合にロウ付け部の内側に入るように形成した。

【００６４】次いで、発熱抵抗体３の表面にセラミック
シート８と略同一の成分からなるコート層を形成して充
分乾燥した後、さらに上記セラミックシート８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シート８をセラミック芯材
１０の周囲に密着し、１５００〜１６００℃で焼成し
た。

【００６５】さらに、上記電極パッド４の表面にＮｉか
らなる厚み３μｍのメッキ層５を形成し、２６４０Ｐａ
の水蒸気分圧を有するＨ₂−Ｎ₂ガスからなる還元雰囲気
中７００〜８００℃で熱処理した後、Ａｇ−Ｃｕからな
るロウ材層６を用いて、Ｎｉからなる直径０．８ｍｍの
リード部材７を還元雰囲気中８３０℃でロウ付けし、さ
らにその表面にＮｉからなる３μｍのメッキ層５を端部
に形成して７００℃で熱処理した。

【００６６】このメッキ層５のロウ付け処理の際、Ｈ₂
−Ｎ₂ガスを温度調整した水の中をくぐらせて、Ｈ₂−Ｎ
₂ガス中の水蒸気分圧を露点の調整により６７０Ｐａ以
下（１℃：資料Ｎｏ．１）、１２３０Ｐａ（１２℃：資
料Ｎｏ．２）、２０６０Ｐａ（１８℃：資料Ｎｏ．
３）、２６４０Ｐａ（２１℃：資料Ｎｏ．４）、３３６
０Ｐａ（２６℃：資料Ｎｏ．５）、４０００Ｐａ（２９
℃：資料Ｎｏ．６）、４７６０Ｐａ（３２℃：資料Ｎ
ｏ．７）、５６３０Ｐａ（３５℃：資料Ｎｏ．８）と調
整することにより、Ｈ₂−Ｎ₂ガス中の水蒸気圧を調整し
た。

【００６７】そして、各試料Ｎｏ．１〜８のセラミック
ヒータについて、ロウ付け後のガラス粒子１１の大きさ
を１０００倍の電子顕微鏡写真によって５ｍｍ²確認
し、各ガラス粒子１１の最大径ｈを測定した後、その平
均値を算出した。

【００６８】また、ロウ材層６の表面にメッキ層５を形
成した後、各試料を４００℃の恒温槽に５分間入れて温
度が安定した後強制急冷し、さらに恒温槽に入れる熱サ
イクル試験を２０００サイクル実施し、さらに、５５０
℃の恒温層に５００時間放置するという耐久試験を実施
し、その後、ロウ材層６表面のメッキ層５の変化を観察
した。

【００６９】上記メッキ層５にロウ材層６のＣｕの酸化
物が析出した生成物が発生したものは×、メッキ層５に
一部に変色域がみられたものを△とし、酸化のような変
化の見られないものを○とした。

【００７０】このテストは、使用中の熱サイクルの加速
試験に相当する。

【００７１】また、耐久試験後の試料のリード部材７の
引張強度を測定した。リード部材７をセラミック体２の
表面から垂直に引っ張るモードで評価した。各ロット１
０本づつ測定し、その平均値をデータとした。

【００７２】これらの結果を、表１に示した。

【００７３】

【表１】

【００７４】表１から明らかなように、熱処理の際の水
蒸気分圧、温度の条件によって析出するガラスの最大
径、量に違いがあり、析出したガラスの最大径ｈが１０
０μｍを超える試料（Ｎｏ．８）は、上記熱処理および
熱サイクル試験後に、メッキ層５の表面に酸化物が生成
した。また、耐久試験後のリード部材７の引張強度を測
定したところ、酸化の程度のひどいサンプルは１０Ｎ以
下と張強度が大きく低下した。

【００７５】これに対し、ガラス粒子１１の最大径ｈが
１００μｍ以下の試料（Ｎｏ．１〜７）は、耐久試験後
のリード部材の引張り強度が３０Ｎ以上あり、耐久試験
後の外観検査でメッキ層５に酸化物の生成は確認できな
かった。ガラス粒子１１の最大径ｈが５０〜１００μｍ
であるＮｏ．７、８はガラス粒子１１の周辺にメッキ層
５の変色がみられるものがあったが、引張強度への影響
はないものと判断した。

【００７６】また、Ｎｏ．１は、メッキ表面に、付着物
が残っているものがあり、別途外観に問題はあるもの
の、ロウ材表面にはＣｕ析出物は見いだされず耐久性試
験も良好であった。

【００７７】（実施例２）ここでは、リード部材７をロ
ウ材層６により電極パッド４にロウ付けした後、ロウ材
層６表面に析出したガラス粒子１１を各手法で除去し、
その後にロウ材層６の表面にＮｉからなるメッキ層５を
形成し、実施例１と同様の方法でロウ付け部の熱サイク
ル試験および熱処理におけるロウ付け部の観察を実施し
た。

【００７８】ガラス粒子１１の除去方法として、ロウ付
け後のロウ材層６の表面を平均粒径１０μｍのアクリル
ビーズ、平均粒径１５μｍのガラスビーズ、平均粒径
１．８μｍのアルミナを用いてロウ材層６の表面をサン
ドブラストし、ロウ付け部を水中に漬けて超音波洗浄し
た後、ロウ材層６の表面に４μｍのＮｉメッキを施した
サンプルを各１００個準備した。

【００７９】また、ロウ付け後のセラミックヒータ１を
１０％のフッ酸溶液に１０分間浸漬し、水洗、超音波洗
浄した後、ロウ材層６の表面に４μｍのＮｉメッキを施
したサンプルを１００個準備した。

【００８０】また、ロウ付け後のセラミクヒータ１の表
面を樹脂製の弾性体であるブタジェンスチレンゴムによ
り擦ることにより、ロウ材層６の表面に付着している最
大径１００μｍ以下のガラス粒子１１を除去し、ロウ付
け部を水中に漬けて超音波洗浄した後、ロウ材層６の表
面に４μｍのＮｉメッキを施したサンプルを各１００個
準備した。

【００８１】これらのサンプルを実施例１と同様な方法
で、熱サイクル、及び熱処理した後、ロウ付け部の外観
の変化を調べた。

【００８２】その結果、全てのロットについて、ロウ材
層６の表面に、ロウ材層６にＣｕの酸化物が生成するよ
うなサンプルはなかった。

【００８３】上記のように、物理的、化学的な手法で、
ロウ材層６表面に生成するガラス６を除去することによ
り、ロウ材層６の表面のメッキ５に欠陥が生成すること
を防止し、電極パッド部が４００℃以上に加熱されるよ
うな厳しい条件でも、耐久性良好なセラミックヒータを
得ることができることが判った。

【００８４】

【発明の効果】本発明のセラミックヒータの構成によれ
ば、ロウ材層の表面に形成するメッキ層に欠陥が生成す
ることを抑制できるため、使用中の熱サイクルにより、
電極パッドとリード部材とを接合するロウ材層が酸化す
ることを防止しでき、耐久性の高いセラミックヒータを
得ることができる。

【００８５】また、本発明のセラミックヒータの製造方
法によれば、ロウ材の表面にメッキ層を形成する前に、
ロウ材表面をするために、その表面に析出するガラスを
除去できるために、欠陥のないメッキ層を形成すること
ができ、それにより、耐久性の高いセラミックヒータを
得ることができる。

【００８６】さらに、本発明のセラミックヒータの製造
方法によれば、上記電極パッドに６７０〜５３６０Ｐａ
の水蒸気を含む還元雰囲気中でロウ付け処理をすること
から、ロウ材表面に生成するガラスが１００μｍ以上に
なることを防止できるとともに、セラミックヒータの表
面に付着物が生成すること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を示す斜視
図であり、（ｂ）はその展開斜視図、（ｃ）は同図
（ｂ）の発熱抵抗体の欠陥を示す部分拡大図である。

【図２】（ａ）は本発明のセラミックヒータに用いられ
る電極パッド周辺の斜視図であり、（ｂ）はそのロウ材
表面の拡大図であり、（ｃ）はその断面図である。

【図３】（ａ）は従来のセラミックヒータを示す斜視図
であり、（ｂ）はその展開斜視図であり、（ｃ）はその
電極パッド部分の断面図である。

【図４】（ａ）は従来のセラミックヒータに用いるロウ
材の酸化する様子を示す拡大図、（ｂ）はその電極パッ
ド周辺の斜視図である。

【符号の説明】

１：セラミックヒータ２：セラミック体３：発熱抵抗体３ａ：電極引出部４：電極パッド５：メッキ層６：ロウ材７：リード部材８：セラミックシート９：スルーホール１０：セラミック芯材１１：ガラス

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｈ０５Ｂ 3/48 Ｈ０５Ｂ 3/48 Ｆターム(参考） 3G004 DA25 FA04 FA07 GA06 GA07 3G091 BA08 BA10 BA27 BA39 DC01 EA34 3G301 JA16 ND01 PD05Z 3K092 PP15 PP20 QA01 QB11 QB24 QB43 QB74 QB76 QC02 QC20 QC38 QC42 QC52 RA02 RB02 RB22 RC18 VV09 VV34 4G026 BA03 BA14 BA16 BA17 BB28 BC01 BD02 BF11 BF15 BF16 BF31 BF44 BG02 BG28 BG30 BH06

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】発熱抵抗体を内蔵して成るセラミック体
の表面に、前記発熱抵抗体に接続した電極パッドを形成
し、前記電極パッドに不純物としてＳｉを含有したロウ
材層を介して金属製のリード部材を接合するとともに、
少なくとも前記ロウ材層の表面にメッキ層を形成して成
るセラミックヒータにおいて、前記ロウ材層の表面にＳｉを主成分とする最大径が１０
０μｍ以下のガラス粒子が析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】発熱抵抗体を内蔵して成るセラミック体
の表面に、前記発熱抵抗体に接続した電極パッドを形成
し、水蒸気を含有する還元雰囲気中で前記電極パッドに
不純物としてＳｉを含有したロウ材を介して金属製のリ
ード部材を接合した後、該ロウ材にメッキ層を形成して
成るセラミックヒータの製造方法において、前記メッキ層を形成する前に前記ロウ材表面を摩擦部材
により摺擦する工程を備えたことを特徴とするセラミッ
クヒータの製造方法。
【請求項３】前記電極パッドとリード部材とを接合す
る還元雰囲気中の水蒸気分圧を６６０〜５３６０Ｐａと
することを特徴とする請求項２記載のセラミックヒータ
の製造方法。
【請求項４】発熱抵抗体を内蔵して成るセラミック体
の表面に、前記発熱抵抗体に接続した電極パッドを形成
し、水蒸気を含有する還元雰囲気中で前記電極パッドに
不純物としてＳｉを含有したロウ材を介して金属製のリ
ード部材を接合した後、該ロウ材にメッキ層を形成して
成るセラミックヒータの製造方法において、前記電極パッドとリード部材とを接合する還元雰囲気中
の水蒸気分圧を６６０〜５３６０Ｐａとすることを特徴
とするセラミックヒータの製造方法。