JP2011020898A - セラミックヒータ - Google Patents
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Abstract
【解決手段】発熱抵抗体141と電気的に接続された電極パッド121を有するセラミック基体105と、電極パッド121の表面上に設けられたロウ材部124を介してその電極パッド121と電気的に接続される接合部131と、を備えるセラミックヒータ100において、耐食性確保のためにロウ材部124の表面と電極パッド121の表面とを一体的に覆うニッケルボロンメッキ膜125を、6μm以上の厚みを有すると共に第1メッキ層126と第2メッキ層127との複数の層で形成する。そして、第1メッキ層126の厚さを第2メッキ層127の厚さよりも小さくすることで、下地との密着性を高めるとともにメッキにおける応力の低減を図り、膨れや剥れ等を抑制するとともに、耐食性を確保する。
【選択図】図4
Description
尚、本実施形態のセラミックヒータは、図示しない有底筒状をなす固体電解質管の内外面それぞれに電極層が形成されたセンサ素子に内挿されて使用され、該センサ素子を加熱するためのものである。加熱対象のセンサ素子としては、自動車や各種内燃機関における各種制御(例えば、空燃比フィードバック制御など)に使用するために、測定対象ガス(排ガス)中の特定ガス(酸素)を検出するガスセンサ素子などが挙げられる。
図1は、セラミックヒータ100の外観を表した斜視図である。図2は、セラミックヒータ100の内部構成を表した分解斜視図である。尚、以下では、セラミックヒータ100の加熱部110(図1参照)側を先端側とし、電極部120(図1参照)側を後端側として説明する。
第2シート部材146のうち第1シート部材140とは反対側の表面にアルミナペーストが塗布され、この塗布面を内側にして第1シート部材140、第2シート部材146が碍管101に巻き付けられて外周から内向きに押圧されることにより、セラミックヒータ成形体が形成される。その後、セラミックヒータ成形体が焼成されることにより、セラミックヒータとして形成される。
接続部134の先端部分は、厚み方向に段状に折り曲げられて、接合部131として形成されている。また、接合部材130は、接続部134とカシメ部135との間にて、接続部134の長手方向を軸として略直角にひねるようにねじ曲げられている。
図3は、図1に示すセラミックヒータ100におけるA−A矢視図であり、図4は、図1に示すセラミックヒータ100におけるB−B矢視図である。両図は、より具体的には電極部120の周囲部分における部分断面図である。尚、図3,図4において、接合部材130からセラミックヒータ100の中心軸に向かう方向(図中紙面下方向)を下方向として、また、セラミックヒータ100の中心軸から接合部材130に向う方向(図中紙面上方向)を上方向として説明する。
接合部材130の接合部131は、図3,図4に示したように、ロウ材部124により電極パッド121に接合されている。具体的には、電極パッド121の略中央に接合部131を対向させ、その電極パッド121と接合部131を接続するようにロウ材部124が形成されている。接合部131と電極パッド121とを接合するロウ材部124は、例えば50重量%を上回る量の銅を含有している。尚、ロウ材部124としては例えばCu、Au−Cu、Ag−Cu系のもので銅を50重量%以上含むものであれば良い。
より具体的には、第1メッキ層126の厚さt1を0.5μm以上3μm以下とするのが良く、より好ましくは2μm程度である。電極パッド121上にニッケルボロンメッキを施す場合、メッキ厚さが3μmを超えると、温度変化があったときのメッキの応力やメッキ中に共析した異物によって、電極パッド121或いはニッケルボロンメッキ膜125が膨れたり剥がれたりするような異常が生じる可能性が高くなる。このため、第1メッキ層126の厚さt1を3μm以下とすることが有効である。
このようなニッケルボロンメッキ膜125の処理方法について説明する。
そして、第1メッキ層126が形成されたセラミック基体105を、2回目のメッキ処理の前に、500℃以上で熱処理する。尚、熱処理温度の範囲は、ロウ材の融点を考慮して、500〜1100℃とすることが好ましい。
さらに、第2メッキ層127が形成されたセラミック基体105を再度500℃以上で熱処理する。この際の熱処理温度の範囲は、ロウ材の融点を考慮して、500〜1100℃とするのが好ましい。
ニッケルボロンメッキ膜125の態様が異なる4種類のセラミックヒータ100を用意し、その良否及び耐食性について比較した。
1つ目は、ニッケルボロンメッキ膜125に係るメッキ処理回数を1回とし、そのメッキ厚(目標値)を4μmとしたものである。以下、比較例1とする。
3つ目は、メッキ処理回数を2回とし、第1メッキ層の厚み(目標値)を6μmとして第2メッキ層の厚み(目標値)を2μmとしたものである。以下、比較例3とする。
この点、比較例2ではメッキ層の厚みが8μmであり、比較例3及び発明適用例では第1メッキ層の厚みと第2メッキ層の厚みとの合計が8μmであり、比較例1との比較では、その比較例1のメッキ厚よりも大きいことで耐食性がその比較例1よりも高くなっていると考えることができる。
具体的に、比較例3及び発明適用例では、メッキ処理を2回行っている。例えば、第1メッキ層、或いは第2メッキ層においてクラックやピンホールが発生するとしても、第1メッキ層におけるクラックやピンホールの発生箇所と、第2メッキ層におけるクラックやピンホールの発生箇所とが重複する可能性は極めて低いと考えられる。つまり、他方のメッキ層においてクラックやピンホールが発生しても、そのクラックやピンホールが他方のメッキ層によってカバーされ、全体として耐食性が良好に保たれるようになる。
なお、本実施形態における「ニッケルボロンメッキ膜125」は、特許請求の範囲の「メッキ層」に相当し、「ニッケルメッキ膜122」は、「第3メッキ層」に相当する。
例えば、上記実施形態において、ニッケルボロンメッキ膜125は、3層以上のニッケルボロンメッキ層から構成されても良い。この場合、その複数の層について、ロウ材部124及び電極パッド121に接する層(以下、第1メッキ層と記載する)の厚みと、その第1の層を除いた残りを含む層(以下、表面メッキ層と記載する)の厚みとを比較した場合に、表面メッキ層の厚みの合計が第1メッキ層の厚みよりも大きくなるようにすれば良い。
また、上記実施形態において、ニッケルボロンメッキ膜125に代えて、ニッケルメッキ、或いはニッケルリンメッキが形成されるようにしても良い。
Claims (4)
- 内部に発熱抵抗体が埋設され、前記発熱抵抗体と電気的に接続された電極パッドを表面上に有するセラミック基体と、前記電極パッドの表面上に設けられたロウ材部を介してその電極パッドと電気的に接続される接続端子と、前記ロウ材部及び前記電極パッドが外部に露出しないように、直接もしくは他部材を介して前記ロウ材部及び前記電極パッドを一体的に覆うNiを主成分とするメッキ層と、を備えるセラミックヒータにおいて、
前記メッキ層は、6μm以上の厚みを有するとともに複数の層から構成され、
前記メッキ層を構成する複数の層のうち、最も前記ロウ材部に近い第1メッキ層の厚みは、前記メッキ層のうちその第1メッキ層以外の残りの層の合計厚みよりも小さいことを特徴とするセラミックヒータ。 - 前記ロウ材部を形成するロウ材の成分が前記第1メッキ層に含侵し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。
- 前記メッキ層のうち、外表面に露出する層である第2メッキ層は、前記ロウ材部を形成するロウ材の成分を含有しないことを特徴とする請求項1又は請求項2に記載のセラミックヒータ。
- 前記ロウ材部は、前記電極パッドの一部に設けられており、
前記第1メッキ層と前記電極パッドとの間には、Niを主成分とする第3メッキ層を有しており、
前記第3メッキ層の厚みは、前記第1メッキ層の厚みよりも小さいことを特徴とする請求項1乃至3の何れか1項に記載のセラミックヒータ。
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