JP2010080257A - セラミックヒーター - Google Patents
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Abstract
【課題】 セラミックヒーターのヒーター部と筒状金属部材との接合強度を向上させ、耐久性を向上させること。
【解決手段】 セラミック体６の内部に発熱抵抗体７を埋設してなるヒーター部２と、ヒーター部２に通電するためのセラミック体６の表面の一部に形成された金属層４と、金属層４にロウ材11を介して一端部の内面が接合された筒状金属部材３とを具備しており、筒状金属部材３は、一端部の端面にこの端面以外の部分よりもロウ材11の濡れ性が低いロウ材阻止部５が設けられているセラミックヒーター１である。筒状金属部材３の一端部からのロウ材11の漏れをなくし、金属層４と筒状金属部材３とのロウ材11を介した接合強度を向上させ維持することが可能となる。
【選択図】 図３
【解決手段】 セラミック体６の内部に発熱抵抗体７を埋設してなるヒーター部２と、ヒーター部２に通電するためのセラミック体６の表面の一部に形成された金属層４と、金属層４にロウ材11を介して一端部の内面が接合された筒状金属部材３とを具備しており、筒状金属部材３は、一端部の端面にこの端面以外の部分よりもロウ材11の濡れ性が低いロウ材阻止部５が設けられているセラミックヒーター１である。筒状金属部材３の一端部からのロウ材11の漏れをなくし、金属層４と筒状金属部材３とのロウ材11を介した接合強度を向上させ維持することが可能となる。
【選択図】 図３
Description
本発明は、例えば、酸素センサ，空燃比センサ，グロープラグ，石油ファンヒーターの着火用ヒーター等に用いられるセラミックヒーターに関するものである。
従来より、エンジンを始動させるための熱源や室内暖房の補助熱源等の熱源に、あるいは空燃比センサの加熱用ヒーター等にセラミックヒーターが用いられている。これらの用途に用いられるセラミックヒーターとしては、例えば特許文献１に示されているように、セラミックス絶縁体（セラミック体）中に発熱体が埋設され、セラミック体の外周が金属製円筒体に保持され、発熱体の端部と電気的に接続された外部電極としての電極取出し金具にロウ材を介して外部接続端子としてのリード部材が接続された構成のものが知られている。
特開2000−220829号公報
上記の用途に用いられるセラミックヒーターには、その使用時に、熱履歴が繰り返し加わることや振動等による引っ張りやねじれといったストレスがセラミック体と金属製円筒体（筒状金属部材）との接合部に加わる。強いストレスがセラミックヒーターに繰り返し加わった場合には、特に、セラミック体の表面に形成された金属層とこれにロウ材を介して接合されている筒状金属部材との接合面にストレスによる影響が強く現れる。そのため、セラミック体と筒状金属部材との接合性が低下し接合強度が低下する可能性がある。
しかしながら、近年、セラミックヒーターには、より急速に昇降温を繰り返すような環境下、あるいは、より高温での昇降温を繰り返すような環境下においてもセラミック体と筒状金属部材との接合部の接合強度を維持して十分な耐久性を備えることが求められている。
これに対し、特許文献１に記載されているような従来のセラミックヒーターにおいては、セラミック体にロウ材で端部が接合される筒状金属部材は、セラミック体とのロウ材による接合強度を向上させるためには、筒状金属部材を大きくすることにより、端部における接合面積を大きくしなければならなかった。そのため、セラミック体と筒状金属部材との十分な接合強度を確保しつつセラミックヒーターの小型化を図ることが難しいという問題があった。
本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、セラミック体に発熱体が埋設されたヒーター部とこれを保持する筒状金属部材とのロウ材による接合強度を維持することができる、高い耐久性を有するセラミックヒーターを提供することを目的とするものである。
本発明のセラミックヒーターは、セラミック体の内部に発熱抵抗体を埋設してなるヒーター部と、該ヒーター部に通電するための前記セラミック体の表面の一部に形成された金属層と、該金属層にロウ材を介して一端部の内面が接合された筒状金属部材とを具備しているセラミックヒーターであって、前記筒状金属部材は、前記一端部の端面に該端面以外の部分よりもロウ材の濡れ性が低いロウ材阻止部が設けられていることを特徴とするものである。
また、本発明のセラミックヒーターは、上記構成において、前記筒状金属部材は、表面にメッキ層が形成されているとともに、前記ロウ材阻止部には、前記筒状金属部材の一部を露出させた金属露出部が設けられていることを特徴とするものである。
また、本発明のセラミックヒーターは、上記構成において、前記筒状金属部材は、前記金属露出部の表面が粗面化されていることを特徴とするものである。
さらに、本発明のセラミックヒーターは、上記構成において、前記筒状金属部材は、前記金属露出部の表面に周回方向に延びる突条または溝が多数形成されていることを特徴とするものである。
また、本発明のセラミックヒーターは、上記構成において、前記筒状金属部材は、前記一端部の端面が外側に傾斜したＣ面となるように面取りされていることを特徴とするものである。
また、本発明のセラミックヒーターは、上記構成において、前記金属層は、前記筒状金属部材の前記一端部から外側にはみ出ないように形成されていることを特徴とするものである。
本発明のセラミックヒーターによれば、セラミック体の内部に発熱抵抗体を埋設してなるヒーター部と、該ヒーター部に通電するための前記セラミック体の表面の一部に形成された金属層と、該金属層にロウ材を介して一端部の内面が接合された筒状金属部材とを具備しているセラミックヒーターであって、前記筒状金属部材は、前記一端部の端面に該端面以外の部分よりもロウ材の濡れ性が低いロウ材阻止部が設けられていることから、昇温時にロウ材が軟化しても、筒状金属部材の一端部の端面に設けられたロウ材阻止部によってロウ材が接合部から筒状金属部材の外表面に流れ出すことを防ぐことができるので、セラミック体の金属層と筒状金属部材とのロウ材による接合部の接合強度を向上させることができ、急速な昇降温を繰り返すような環境下や高温での昇降温を繰り返すような環境下においても高い耐久性を備えることが可能となる。
以下、本発明のセラミックヒーターの実施の形態の例を図面を参照しながら説明する。図１は本発明のセラミックヒーターの実施の形態の一例を示す斜視図である。図２は図１に示すセラミックヒーターの断面図である。図３は図１に示すセラミックヒーターにおけるヒーター部と筒状金属部材との接合部分の拡大断面図である。
図１〜図３に示すように、本例のセラミックヒーター１は、ヒーター部２と、ヒーター部２のセラミック体６の表面に形成された金属層４にロウ材11を介して一端部が接合された筒状金属部材３とを具備しており、さらに、筒状金属部材３とともにヒーター部２に通電するための電極端子10、筒状金属部材３と電極端子10とを絶縁する絶縁体９を備えている。
ヒーター部２は、セラミック体６の内部に発熱抵抗体７および発熱抵抗体７に接続されたリード部８が埋設されており、セラミック体６の外側の表面の一部に形成された金属層４はリード部８の一方と接続されている。また、リード部８の他方はセラミック体６の端部に引き出されて外部電極に接続され、この外部電極にはロウ材を介して電極端子10の端部が接合されている。このように、筒状金属部材３はロウ材11を介して金属層４に接合されることにより、電気的にヒーター部２の発熱抵抗体７と接合されており、電極端子10はロウ材を介して外部電極に接合されることにより、同じく電気的にヒーター部２の発熱抵抗体７と接合されている。また、筒状金属部材３と電極端子10とは絶縁体９で電気的に絶縁されており、ヒーター部２への通電電極となっている。
筒状金属部材３は、一端部の内面でヒーター部２のセラミック体６を保持するとともに通電電極として機能するものであり、一端部の端面にこの端面以外の部分よりもロウ材11の濡れ性が低いロウ材阻止部５が設けられている。このように筒状金属部材３の一端部の端面にロウ材阻止部５が設けられていることにより、ヒーター部２の昇温時にロウ材11が軟化したり溶融したりしたとしても、金属層４と筒状金属部材３との接合部から筒状金属部材３の端面を越えて外表面にロウ材11が流れ出すことを防止できる。従って、ヒーター部２のセラミック体７上の金属層４と筒状金属部材３の内面とを接合するロウ材11の量が減少しないので、その接合強度の低下を防止することができ、ヒーター部２の冷熱サイクルで生じる熱応力や、振動等による引っ張りやねじれといった外部応力に対して、接合強度を向上させ維持することができるので、ヒーター部２と筒状金属部材３との接合の信頼性を向上させて十分な耐久性を備えることができる。
筒状金属部材３の一端部の端面に設けられているロウ材阻止部５は、筒状金属部材３の他の部分よりもロウ材11の濡れ性が低い部分であり、筒状金属部材３を構成している金属よりもロウ材11の濡れ性が低い材料、例えば、金属の酸化膜，溶射したガラス，ゾルゲル法によるガラス等を被着したものであってもよい。
また、ロウ材阻止部５の他の構成として、筒状金属部材３は、表面にメッキ層（図示せず）が形成されているとともに、一端部の端面のロウ材阻止部５には筒状金属部材３の一部をメッキ層から露出させた金属露出部がロウ材阻止部５として設けられていることが好ましい。これにより、筒状金属部材３の一端部の内面にも形成されているメッキ層によって筒状金属部材３へのロウ材11の濡れ性が向上し、ヒーター部２のセラミック体７上の金属層４と筒状金属部材３との接合強度を向上させることができるうえ、ロウ材阻止部５が金属露出部であることから、熱応力で剥離したり破損したりすることを防止できる。
このような筒状金属部材３およびメッキ層としては、例えば筒状金属部材３の材質としてＳＵＳと、メッキ層としてＮｉ，クロム等との組合せを用いればよく、メッキ層は厚みを３〜10μｍとして電解メッキ法で形成することができる。
また、表面にメッキ層を形成した筒状金属部材３の一端部の端面に金属露出部を設けるには、メッキ層を被着した部分をブラスト法あるいは研磨紙で研磨して除去することで金属露出部を形成することができる。
さらに、筒状金属部材３は、ロウ材阻止部５としての金属露出部の表面が粗面化されていることが好ましい。この場合には、粗面化された表面の凹凸によりロウ材11が流動することが妨げられるので、ロウ材11がロウ材阻止部５を越えて筒状金属部材３の外表面に流れ出ることを有効に防止でき、接合強度を向上させ維持することができる。
ロウ材阻止部５の金属露出部の表面を粗面化されている状態としては、不規則な凹凸を有して荒れている状態の他にも、連続しない突条または溝が周方向に形成されている状態も望ましく、これによってロウ材11の流動する道筋が作られることを防止できる。
また、そのようにロウ材阻止部５の金属露出部の表面を粗面化するには、ブラスト，研磨紙，砥石等で加工することが望ましい。
また、筒状金属部材３は、ロウ材阻止部５の金属露出部の表面に周回方向に延びる突条または溝が多数形成されていることが好ましい。これにより、ロウ材11が筒状金属部材３の外表面に流動する道筋が作られることを防止できるので、ロウ材11がロウ材阻止部５を越えて筒状金属部材３の外表面に流れ出ることを有効に防止でき、接合強度を向上させ維持することができる。
この突条としては、放射方向（周回方向に直交する方向）に不連続で、多数の突条の形状，本数，間隔は様々であることが望ましい。
このような突条を形成するには、周方向に筒状金属部材３を回転させながら、ブラスト，研磨紙，砥石等で加工することが望ましい。
また、この溝としては、放射方向（周回方向に直交する方向）に不連続で、多数の溝の形状，本数，間隔は様々であることが望ましい。
このような溝を形成するには、周方向に筒状金属部材３を回転させながら、ブラスト，研磨紙，砥石等で加工することが望ましい。
さらに、筒状金属部材３は、ロウ材阻止部５が設けられている一端部の端面が外側に傾斜したＣ面となるように面取りされていることが好ましい。この場合には、Ｃ面の傾斜により、ロウ材11が筒状金属部材３の外表面に流れ出ることを有効に防止でき、接合強度を向上させ維持することができるので、ますます、ロウ材11がロウ材阻止部５を越えて筒状金属部材３の外表面に流れ出ることを有効に防止でき、接合強度を向上させ維持することができる。
このようなＣ面としては、角度が30〜60度で、幅が0.3〜１ｍｍの傾斜面に調整することが望ましい。また、筒状金属部材３の一端部の端面は鋭角となるように、その厚みは0.2ｍｍ以下とすることが望ましい。
また、筒状金属部材３の一端部の端面をこのようなＣ面に面取りするには、周方向に筒状金属部材３を回転させながら、研磨紙，砥石等を用いて端面に斜めに接触させて加工することが望ましい。
また、ヒーター部２のセラミック体６の表面の一部に形成された金属層４は、筒状金属部材３の一端部から外側にはみ出ないように形成されていることが好ましい。これにより、ロウ材11が流れる金属層４と筒状金属部材３の一端部の端面との間の距離が離れるので、さらに、ロウ材11がロウ材阻止部５を越えて筒状金属部材３の外表面に流れ出ることを有効に防止でき、接合強度を向上させ維持することができる。さらに、冷熱サイクルでかかる熱応力が緩和されることにより、ロウ材11が金属層４および筒状電極部材３から剥離することを防止することができる。
本発明のセラミックヒーター１の製造方法は、例えば以下の通りである。
ヒーター部２のセラミック体６を構成する電気絶縁性セラミックスは通常、発熱抵抗体７およびリード部８を内部に配設して焼成され、焼成後これらは一体となっている。この電気絶縁性セラミックスは、発熱抵抗体７およびリード部８に対して−20〜＋1500℃において十分な絶縁性を有すればよい。特に、発熱抵抗体７に対して、抵抗率で10８倍以上の絶縁性を有することが好ましい。
この電気絶縁性セラミックスを構成する成分は特に限定されないが、主成分としては酸化アルミニウム質セラミックス等の酸化物セラミックス、あるいは窒化ケイ素質セラミックスや窒化アルミニウム質セラミックス等の窒化物セラミックスが望ましい。特に、窒化物セラミックスは、比較的熱伝導率が高く、セラミック体６の発熱抵抗体７が埋設された先端側から他端側へ効率よく熱を伝えることができ、セラミック体６の先端側と他端側との温度差を小さくすることができる点で好ましい。この場合のセラミック体６は、窒化ケイ素質セラミックス，サイアロンおよび窒化アルミニウム質セラミックスのうちのいずれかのみから構成されてもよく、窒化ケイ素質セラミックス，サイアロンおよび窒化アルミニウムセラミックスのうちの少なくとも１種を主成分として構成されてもよい。
特に、窒化物セラミックスの中でも窒化ケイ素質セラミックスを主成分とすることにより、熱衝撃に強く、耐久性の優れたヒーター部２を有するセラミックヒーター１とすることができる。この窒化ケイ素質セラミックスは、窒化ケイ素を主成分とするものが広く含まれ、窒化ケイ素のみならず、サイアロン等も含まれる。さらに、通常は焼結助剤（Ｙ，Ｙｂ，Ｅｒ等の各酸化物等）が数質量％（２〜10質量％程度）配合されて焼成される。また、焼結助剤の粉末は特に限定されず、窒化ケイ素質セラミックスの焼成に一般に用いられる希土類酸化物等の粉末を使用することができる。特に、Ｅｒ２Ｏ３等の焼結した場合の粒界が結晶相となる焼結助剤粉末を用いると、焼結した窒化ケイ素質セラミックスの耐熱性が高くなることから、より好ましい。
さらに、セラミックス体６には、発熱抵抗体７を構成する各金属元素の硼化物が含有されてもよく、発熱抵抗体７およびリード部８の導電成分との熱膨張率の差を小さくするために少量の導電成分を含有してもよい。
また、発熱抵抗体７は、通常、導電成分と絶縁成分とを含有する。この導電成分は、Ｗ，Ｔａ，Ｎｂ，Ｔｉ，Ｍｏ，Ｚｒ，Ｈｆ，ＶおよびＣｒ等から選ばれる１種以上の元素の珪化物，炭化物および窒化物等の少なくとも１種であり、絶縁成分は窒化ケイ素質焼結体等のセラミック体６の主成分である。特に、絶縁成分および／またはセラミック体６を構成する主成分に窒化ケイ素が含有される場合は、導電成分として炭化タングステン，珪化モリブデン，窒化チタンおよび珪化タングステンの少なくとも１種を用いることが好ましい。また、導電成分は、絶縁成分およびセラミック体６を構成する主成分との熱膨張差が小さいことが好ましく、融点はセラミックヒーター１の使用温度（1400℃以上、さらには1500℃以上）を超えるものであることが好ましい。また、発熱抵抗体７中に含まれる導電成分と絶縁成分との量比は特に限定されないが、発熱抵抗体を100体積％とした場合に、導電成分を15〜40体積％とすることが好ましく、20〜30体積％とすることがより好ましい。
セラミック体６を作製するためには、まず、上記発熱抵抗体７を構成する成分として示した導電成分と、絶縁成分を含有するペーストを作製し、これを上記の電気絶縁性セラミックス中に埋入させることが必要である。
まず、ペーストは、通常、ペースト全体を100質量％とした場合に、導電成分および絶縁成分を合計で75〜90質量％含有する。このペーストは、例えば、これらの成分を各原料粉末として所定量を湿式混合し、その後、乾燥させ、さらに、ポリプロピレン、ワックス等の所定量のバインダ等と混合することにより得ることができる。このペーストはさらに、適度に乾燥させて取り扱い易いように成形加工したペレット状等のものであってもよい。また、埋入はどのように行なってもよいが、例えば、型内に突出するリード部の長さを調節して固定し、この型内に上記ペーストを注入することにより行なうことができる。さらに、所定の形状に成形したペーストに金属リードをリード部に挿入するように接触長を調製し、埋入させることもできる。その他、棒状基体の原料粉末をプレス成形法により成形体を得、成形体の上面に適度なバインダ等を調合した上記ペーストを作り、これを発熱部、リード部および電極部の導体形状にスクリーン印刷法によりプリントして形成しても良い。このようにして、この発熱抵抗体７をセラミック体６用の原料とともに、プレス成形して一体に加圧することにより、基体の形状を有する粉末成形体を得る。そして、さらにこのセラミックヒーター成形体を、黒鉛製等の加圧用ダイスに収納し、これを焼成炉に収容し、必要に応じて仮焼してバインダを除去した後、所定の温度で所要時間、ホットプレス焼成することによって、セラミック体６を得ることができる。ここで、発熱抵抗体７はリード部８よりも高抵抗であることは言うまでもない。
セラミック体６の端面の中央部は、発熱抵抗体７に接続されたリード部８を露出させ、その上に金属層10を形成している。ここに、カップ状（有底円筒状）に形成した電極端子10をロウ材11でロウ付けにより接合している。
また、前記セラミック体６の側面は、発熱抵抗体７に接続されたリード部８を露出させ、その上に金属層10を円周上に形成している。ここに筒状金属部材３をロウ材11でロウ付けにより接合している。このようにしてセラミックヒーター１が形成される。
電極端子10、筒状金属部材３は高温での腐食を防止するため、ステンレス合金にＮｉメッキを設けることが望ましい。
ロウ材11は、銀，金，銅等の低電気抵抗成分を含むものが望ましい。
本実施形態にかかる酸素センサは、固体電解質層と固体電解質層の一方の主面に配設された測定電極と固体電解質層の他方の主面に配設された基準電極とを備えたセンサ部と、このセンサ部と接合した上記実施形態に代表されるセラミックスヒーター１と、を備えている。そして、本実施形態の酸素センサにおけるセラミックヒーター１は、上記のように高い耐久性を有している。そのため、本実施形態の酸素センサは、安定して被測定ガスの濃度を測定することができる。結果として、高い信頼性を有する酸素センサを提供することができる。
次に、本実施形態のグロープラグについて説明する。本実施形態にかかるグロープラグは、上記実施形態に代表されるセラミックスヒーター１がエンジン内に固定され、温度制御装置等の電気回路とリード部材11により接続されている。本実施形態のグロープラグは、上記実施形態に代表されるセラミックスヒーター１を備えているため、高温高圧の負荷のかかる場合であっても、高い耐久性を維持することができる。
本発明のセラミックヒーターは、酸素センサのヒーターを始めとして、ヘアアイロンのヒーター、グロープラグのヒーターとして有用である。いずれの用途に用いた場合でも、ヒーター部２と筒状金属部材３とのロウ材による接合強度を向上させ維持することができるので、繰り返し使用時においても発熱抵抗体７に安定して通電することができ、急速に昇降温させた場合や高温で昇降温させた場合であっても、高い耐久性を維持することができる。
本発明のセラミックヒーターを以下のようにして作製した。まず、セラミック体６を構成する電気絶縁性セラミックスの主成分として90〜92モル％の窒化ケイ素に、焼結助剤として希土類元素酸化物を２〜10モル％と、酸化アルミニウムおよび酸化ケイ素を窒化ケイ素と希土類元素酸化物の総量に対して各々0.2〜2.0質量％および１〜５質量％とを添加混合して原料粉末を調製した。その後、この原料粉末を用いてプレス成形法により成形体を得て、成形体の上面にタングステンに適当な有機溶剤および溶媒を添加混合した発熱体ペーストを作り、これを発熱抵抗体７のパターンにスクリーン印刷法により印刷した。さらに、リード部８として、タングステンを主成分とする導電体を発熱抵抗体７のパターンに接続するように挟み込んで密着させ、約1650〜1800℃の温度でホットプレス焼成することにより、セラミック体６と発熱抵抗体７およびリード部８とを一体焼成した。
その後、リード部８の一部をセラミック体６を研磨し切削して露出させ、電極取り出し部を形成して、この電極取り出し部にＡｇ−Ｃｕ−Ｔｉを含有した導体ペーストを塗布し、真空中で焼成し、その後厚みが約３μｍのＮｉめっきを施して、セラミック体６の表面に金属層４を形成した。
このようにして得られたヒーター部２に対し、筒状金属部材３について、ロウ材阻止部５の有無、ロウ材阻止部５の金属露出部の有無、ロウ材阻止部５の金属露出部の表面の粗面化の有無、ロウ材阻止部５の金属露出部の表面の溝の有無、ロウ材阻止部５が設けられている端面が外側に傾斜したＣ面の有無、筒状金属部材３の一端部からの金属層４のはみ出しの有無を変え、それぞれ一端部の内面と金属層４とを金−銅ロウでロウ付けを行なった。
ここで、ロウ材阻止部５として金属露出部を設けないものは、筒状金属部材３の表面にＮｉメッキ層を形成した後、筒状金属部材３の一端部を大気中にてバーナーで加熱し、メッキ層上に酸化膜を形成してロウ材阻止部５とした。また、金属露出部を設けたものは、ＳＵＳ製の筒状金属部材３の表面にＮｉメッキ層を形成した後、一端部の端面のメッキ層を研磨紙を用いて剥離し、露出したＳＵＳを加熱して酸化させて、ロウ材阻止部５の金属露出部とした。また、メッキ層を剥離する際に用いた研磨材の粒度を変えることで金属露出部の表面の粗面の調整を行なった。また、研磨紙を用いて加工する方向を変更して、粗面化の方向を調整し、周回方向に延びる溝を形成した。また、周回方向の溝としては、筒状３を軸方向に回転させながら研磨加工することで、放射方向に連続溝ができないような溝を設けた。また、Ｃ面としては、Ｃ面加工用の治具を作製し、角度が30〜55度で幅が0.3〜0.8ｍｍのＣ面を設けた。また、筒状金属部材３の一端部の長さを変えることで、ヒーター部２の金属層４のはみ出し長さを変えた。
以上のようにして作製したセラミックヒーターの各試料について、発熱抵抗体７に電圧を印加し電流を流して発熱抵抗体７をジュール発熱させた。この時、セラミックヒーター１の飽和温度が1400℃となるような電圧を印加して電圧印加時間を５分とし、その後、電圧をカットして常温の圧縮空気をセラミックヒーター１の最高発熱部に吹き付けて冷却させることにより強制冷却する時間を３分とした熱サイクルで、10000サイクルの通電耐久試験を行なった。この通電耐久試験後に、ヒーター部２の先端に荷重を加え、ヒーター部２の金属層４に対する筒状金属部材３の接合強度を比較する評価を実施した。
各試料の条件および評価結果は表１に示す通りである。
表１に示すように、本発明の比較例である試料番号１のセラミックヒーターは、通電耐久試験後の接合強度が22Ｎと弱く、金属層４と筒状金属部材３との接合部の耐久性が低いことが判る。これは、筒状金属部材３の端面にロウ材阻止部５が無いためであり、筒状金属部材３にＮｉメッキが施されていないため、ロウ材11の筒状金属部材３への濡れ状態が悪く、ロウ材11が筒状金属部材３の一端部の端面を越えて外表面に漏れ、その結果、筒状金属部材３とヒーター部２の表面の金属層４との間のロウ材11が著しく減少したからであった。そのため、通電耐久試験の熱サイクルで生じる筒状金属部材３とロウ材11との熱膨張差により、筒状金属部材３とロウ材11との間に隙間ができ、そこからロウ材11が酸化されて接合が劣化したものであった。
これに対し、筒状金属部材３の一端部の端面にロウ材阻止部５を設けた本発明の実施例である試料番号２〜７のセラミックヒーター１では、通電耐久試験後の接合強度が83Ｎ以上であり、いずれの試料も耐久性が向上していることが確認された。
中でも、筒状金属部材３の表面にメッキ層を形成した上、ロウ材阻止部５で筒状金属部材３の表面が露出している金属露出部を設けた試料番号３〜７のセラミックヒーター１は、通電耐久試験後の接合強度が166Ｎ以上であり、金属層４と筒状金属部材３との接合部の耐久性がより向上していることが確認された。
また、筒状金属部材３の表面にメッキ層を形成し、ロウ材阻止部５で筒状金属部材３の表面が露出しており、ロウ材阻止部５の金属露出部の表面が粗面化された試料番号４〜７のセラミックヒーター１は、通電耐久試験後の接合強度が202Ｎ以上であり、金属層４と筒状金属部材３との接合部の耐久性がさらに向上していることが確認された。
また、筒状金属部材３の表面にメッキ層を形成し、ロウ材阻止部５で筒状金属部材３の表面が露出しており、ロウ材阻止部５金属露出部の表面が粗面化されており、端面の周方向に溝が形成された試料番号５のセラミックヒーター１は、通電耐久試験後の接合強度が237Ｎであり、金属層４と筒状金属層３との接合部の耐久性がさらに向上していることが確認された。
さらに、筒状金属部材３の表面にメッキ層を形成し、ロウ材阻止部５で筒状金属部材３の表面が露出しており、ロウ材阻止部５金属露出部の表面が粗面化されており、端面の周方向に溝が形成され、ロウ材阻止部５の端面がＣ面加工されている試料番号６，７のセラミックヒーター１は、通電耐久試験後の接合強度が333Ｎ以上であり、金属層４と筒状金属部材３との接合部の耐久性がさらに向上していることが確認された。
さらにまた、筒状金属部材３の表面にメッキ層を形成し、ロウ材阻止部５で筒状金属部材３の表面が露出しており、ロウ材阻止部５の表面が粗面化されており、端面の周方向に溝が形成され、ロウ材阻止部５の端面がＣ面加工されており、金属層４が筒状金属部材３の一端部からはみ出していない試料番号７のセラミックヒーター１は、通電耐久試験後の接合強度が488Ｎであり、金属層４と筒状金属部材３との接合部の耐久性がさらに向上していることが確認された。
１・・・セラミックヒーター
２・・・ヒーター部
３・・・筒状金属部材
４・・・金属層
５・・・ロウ材阻止部
６・・・セラミック体
７・・・発熱抵抗体
８・・・リード部
９・・・絶縁体
10・・・電極端子
11・・・ロウ材
２・・・ヒーター部
３・・・筒状金属部材
４・・・金属層
５・・・ロウ材阻止部
６・・・セラミック体
７・・・発熱抵抗体
８・・・リード部
９・・・絶縁体
10・・・電極端子
11・・・ロウ材
Claims (6)
- セラミック体の内部に発熱抵抗体を埋設してなるヒーター部と、該ヒーター部に通電するための前記セラミック体の表面の一部に形成された金属層と、該金属層にロウ材を介して一端部の内面が接合された筒状金属部材とを具備しているセラミックヒーターであって、前記筒状金属部材は、前記一端部の端面に該端面以外の部分よりもロウ材の濡れ性が低いロウ材阻止部が設けられていることを特徴とするセラミックヒーター。
- 前記筒状金属部材は、表面にメッキ層が形成されているとともに、前記ロウ材阻止部には、前記筒状金属部材の一部を露出させた金属露出部が設けられてい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ー。
- 前記筒状金属部材は、前記金属露出部の表面が粗面化されていることを特徴とする請求項２に記載のセラミックヒーター。
- 前記筒状金属部材は、前記金属露出部の表面に周回方向に延びる突条または溝が多数形成されていることを特徴とする請求項２に記載のセラミックヒーター。
- 前記筒状金属部材は、前記一端部の端面が外側に傾斜したＣ面となるように面取りされていることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載のセラミックヒーター。
- 前記金属層は、前記筒状金属部材の前記一端部から外側にはみ出ないように形成されていることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれかに記載のセラミックヒーター。
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