JP2017224641A - 抵抗器及びヒータ - Google Patents

Abstract

【課題】製造コストを低く抑えながら、耐熱温度の高い抵抗器及びヒータを提供する。【解決手段】セラミック基板６と、セラミック基板上に印刷された抵抗体（厚膜抵抗）３と、銀又は銀パラジウム系材料からなり、セラミック基板上に印刷された抵抗体の電極４と、電極に直接超音波接合された電線（コード）５とを備える抵抗器１等。セラミック基板の厚さを０．５ｍｍ以上５ｍｍ以下とすることができる。抵抗体（厚膜抵抗）を発熱体とすることでヒータを構成することもできる。【選択図】図１

Description

本発明は、セラミック基板上に抵抗体や発熱体が印刷された抵抗器及びヒータに関する。

従来、酸化ルテニウム系抵抗ペースト等をセラミック基板へ抵抗体や発熱体として印刷した抵抗器及びヒータにおいては、抵抗体の端部に位置する、銀ペーストや銀パラジウムペースト等の電極に電線をはんだ付けにより直接接合していた。

しかし、銀を含有する電極に電線を直接はんだ付けすると、はんだそのものの材料費、はんだを使用する際に使用するフラックスを製品から洗浄、乾燥する費用が必要になると共に、電極中の銀がはんだに拡散して（銀食われ現象）接触不良となり易いため、はんだの温度、量、はんだ付け時間等の工程管理を厳密に行う必要があり、製造管理コストが嵩んでいた。

そこで、銀食われを予防するためにセラミックに印刷された銀ペースト等の電極にニッケルメッキを施すこともなされているが、その分製造コストが増加する。さらに、抵抗器等の耐熱性は、はんだの融点に依存し、これらの耐熱温度は１３０℃程度に留まる。

一方、特許文献１には、セラミック体と電線等の金属体の間に、Ａｇ−Ｃｕ等を主成分とし、無機粉末を含まないロウ材層と、Ａｇ−Ｃｕ等を主成分とし、無機粉末を分散させたロウ材層と応力緩和層とをセラミック体側からこの順で設けた後、セラミック体と金属体とを超音波接合することで、セラミック体と金属体間の熱膨張差により生じる残留応力によってセラミックヒータのセラミック体と金属体の接合部の強度低下を防止する技術が開示される。

特開２０００−１２８６５５号公報

上記特許文献１に記載の技術では、はんだを用いないため、銀食われ現象を防止することができると共に、セラミックヒータの耐熱温度を高めることができるが、セラミック体と金属体の接合部の強度低下を防止するために２種類のロウ材層を設け、さらに応力緩和層も設ける必要があるため、製造コストが高くなるという問題があった。

そこで、本発明は、上記従来の抵抗器等における問題点に鑑みてなされたものであって、製造コストを低く抑えながら、耐熱温度の高い抵抗器及びヒータを提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明に係る抵抗器は、セラミック基板と、該セラミック基板上に印刷された抵抗体と、銀又は銀パラジウム系材料からなり、前記セラミック基板上に印刷された前記抵抗体の電極と、該電極に直接超音波接合された電線とを備えることを特徴とする。

本発明によれば、抵抗体の電極と電線とを直接超音波接合するため、上記特許文献１に記載の応力緩和層が不要となり、製造コストを低く抑えながら、耐熱温度の高い抵抗器を提供することができる。

上記抵抗器において、前記セラミック基板の厚さを０．５ｍｍ以上５ｍｍ以下とすることができる。超音波のエネルギーで損傷しない厚さとして０．５ｍｍ以上であることが好ましく、５ｍｍを超えると製品コストが高くなるため好ましくない。

また、本発明に係るヒータは、セラミック基板と、該セラミック基板上に印刷された発熱体と、銀又は銀パラジウム系材料からなり、前記セラミック基板上に印刷された前記発熱体の電極と、該電極に直接超音波接合された電線とを備えることを特徴とする。

本発明によれば、発熱体の電極と電線を直接超音波接合するため、上記特許文献１に記載の応力緩和層が不要となり、製造コストを低く抑えながら、耐熱温度の高いヒータを提供することができる。

上記ヒータにおいて、前記セラミック基板の厚さを０．５ｍｍ以上５ｍｍ以下とすることができる。超音波のエネルギーで損傷しない厚さとして０．５ｍｍ以上であることが好ましく、５ｍｍを超えると製品コストが高くなるため好ましくない。

以上説明したように、本発明によれば、製造コストを低く抑えながら、耐熱温度の高い抵抗器及びヒータを提供することができる。

本発明に係る抵抗器の一実施の形態を示す図であって、（ａ）は組立前の状態を示す斜視図、（ｂ）は組立後の状態を示す斜視図である。 図１の抵抗器の組立後の状態を示す図であって、（ａ）は正面図、（ｂ）は左側面図、（ｃ）は右側面図である。

次に、本発明を実施するための形態について図面を参照しながら説明する。

図１及び図２は、本発明に係る抵抗器の一実施の形態を示し、この抵抗器１は、厚膜抵抗（抵抗体）３及び電極４（４Ａ、４Ｂ）が表面に印刷された平板状のセラミック基板（以下「基板」と略称する。）６を収容した磁器ケース２と、電極４に直接超音波接合されたコード（電線）５（５Ａ、５Ｂ）等で構成される。厚膜抵抗３は、酸化ルテニウム系材料や銀等からなり、電極４は、銀又は銀パラジウム系材料等からなる。

基板６の厚さは、基板６の表面に印刷された電極４Ａ、４Ｂの各々にコード５Ａ、５Ｂの芯線を超音波接合する際の超音波のエネルギーで損傷しない厚さとして０．５ｍｍ以上であることが好ましく、５ｍｍを超えると製品コストが高くなるため好ましくない。

コード５は、絶縁被覆付きの電線であって、一端の絶縁被覆が剥がされて芯線が露出している。このコード５の断面積は０．２〜３ｍｍ²程度である。

上記抵抗器１を製造するには、まず厚膜抵抗３及び電極４を磁器ケース２の基板６の表面に印刷し、次に、基板６の表面に印刷された電極４にコード５の芯線を直接超音波接合する。

電極４にコード５の芯線を、特許文献１に記載の応力緩和層等を用いずに直接超音波接合する際には、基板６の破損や、電極４とコード５の芯線との接合が不十分になることに留意する必要がある。その際には、超音波接合装置の超音波印加部の形状、接合荷重、超音波エネルギ、得られた超音波接合部の耐熱温度等を適宜調整することで応力緩和層等を用いずに電極４にコード５の芯線を直接超音波接合することができる。

そして、電極４にコード５が接合された基板６を磁器ケース２内に収容し、さらに磁気ケース２内にセメント（不図示）を充填して硬化させることで抵抗器１が完成する。

以上のように、本発明に係る抵抗器１によれば、電極４とコード５を直接超音波接合したため、これらの間に他の部材を介在させたものと比較して、製造コストを低減することができる。また、耐熱温度を１９０〜２４０℃程度まで高めることができる。

尚、本実施の形態においては、絶縁被覆付きのコード５を電極４に接合する場合について説明したが、コード５の種類はこれに限らず、直径０．６〜１ｍｍ程度の単線銅線や錫メッキ銅線、ニッケルメッキ銅線、アルミ線等を用いることもできる。尚、これら絶縁被覆のない電線を接合する場合には、電極と接合する電線の端部をそのまま超音波接合してもよいが、電線の端部を予め板状に変形させておくことで、超音波接合によって基板６に与える負荷をより低く抑えながら、すなわち基板６の損傷を生じ難くしながら容易に超音波接合を行うことができる。

また、コード５以外にも、本実施の形態における磁気ケース２等の形状や構造は、上記のものに限定されることなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で様々な変形が可能である。さらに、圧膜抵抗３を発熱体として用いることでヒータを構成することもできる。

次に、上記超音波接合の実施例について説明する。基板６に厚さ、幅、長さ：ｔ１．５ｍｍ×２０ｍｍ×３５ｍｍのアルミナ基板を用い、電極４に銀ペーストを用い、パッド面積を３ｍｍ×３ｍｍとした。この電極４にリード線：φ０．６ｍｍ、φ０．８ｍｍ、材質：スズめっき銅線、銅線を超音波接合した。

接合に用いた超音波ホーンの先端形状は、４ｍｍ×４ｍｍでローレット加工を施したものであり、超音波接合部に対して水平方向に振動するホーンを用いて垂直方向に荷重を加えた。この際のホーン先端振幅は２０〜３０μｍ、超音波周波数は４８．５ｋＨｚ、ホーンの荷重は１６０〜２８０Ｎ、超音波印加時間は０．３〜１秒であった。

上記のような条件で超音波接合を行うことで、応力緩和層等を用いずに電極４にリード線を直接超音波接合することができた。尚、本発明はこの実施例に限定されることなく、超音波ホーンの先端形状や先端振幅、荷重の大きさ及び荷重を加える方向、基板６や電極４の寸法及び材質等を適宜変更して超音波接合を行うことができる。

１ 抵抗器
２ 磁器ケース
３ 厚膜抵抗
４（４Ａ、４Ｂ） 電極
５（５Ａ、５Ｂ） コード
６ 基板

Claims (4)

1. セラミック基板と、
   該セラミック基板上に印刷された抵抗体と、
   銀又は銀パラジウム系材料からなり、前記セラミック基板上に印刷された前記抵抗体の電極と、
   該電極に直接超音波接合された電線とを備えることを特徴とする抵抗器。
2. 前記セラミック基板は、厚さが０．５ｍｍ以上５ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載の抵抗器。
3. セラミック基板と、
   該セラミック基板上に印刷された発熱体と、
   銀又は銀パラジウム系材料からなり、前記セラミック基板上に印刷された前記発熱体の電極と、
   該電極に直接超音波接合された電線とを備えることを特徴とするヒータ。
4. 前記セラミック基板は、厚さが０．５ｍｍ以上５ｍｍ以下であることを特徴とする請求項３に記載のヒータ。

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