JP3631728B2 - セラミックヒータ及びその製造方法 - Google Patents
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Description
【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が通電されている（特開昭６３−９８６０号、６３−５８４７９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２３ａの末端にスルーホール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４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２６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２８の表面に形成するメッキ層２５およびリード部材２７の表面には、ガラス３１が析出してくる。このガラス３１は、セラミック体２２から沁み出してきたものと考えられる。
【００１０】
また、リード部材２７は、不純物としてＳｉを含んでおり、これがロウ付けの熱処理中に酸化して表面に析出してガラスが生成してきたものと考えられる。このようにして電極パッド２４上に形成したメッキ層２５の表面に析出してくるガラスが多くなると、電極パッド２４にリード部材２７をロウ付けする際に、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する。
【００１１】
例えば、図４に示すようにロウ付け部の端部にガラス３１があると、リード部材２７に引張応力が掛かった際に、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。
【００１２】
また、リード部材２７の表面に析出してくるガラス３１が大きくなると、ロウ付け部の界面に大きなガラス３１ができた場合に、リード部材２７とロウ材２６の界面にメッキ層２５を形成できない部分ができ、この部分に部分電池ができてＮｉ等からなるメッキ層２５およびリード部材２７、ロウ材２５中の金属が腐食し、リード部材２７の引張強度が低下するという課題があった。
【００１３】
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。
【００１４】
【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、セラミック体中に発熱抵抗体を内蔵し、該発熱抵抗体に通電する電極パッドを上記セラミック体の表面に備え、上記電極パッドの表面にメッキ層を介してリード部材をロウ付けしてなるセラミックヒータであって、上記メッキ層の表面に析出するガラスの最大径が１００μｍ以下であることを特徴とするものである。
【００１５】
また、本発明のセラミックヒータは、セラミック体中に発熱抵抗体を内蔵し、該発熱抵抗体に通電する電極パッドを上記セラミック体の表面に備え、上記電極パッドの表面にメッキ層を介してリード部材をロウ付けしてなるセラミックヒータであって、上記メッキ層及び／またはリード部材の表面に析出するガラスの面積が電極パッドの面積に対して１０％以下とすることを特徴とするものである。
【００１６】
さらに、本発明のセラミックヒータの製造方法は、上記電極パッドの表面にメッキ層を形成するとともに、６５０〜５３５０Ｐａの水蒸気を含む還元雰囲気中４００〜１０００℃で熱処理を施した後、ロウ材を介してリード部材をロウ付けすることを特徴とするものである。
【００１７】
本発明のセラミックヒータによれば、セラミック体中に発熱抵抗体を内蔵し、該発熱抵抗体に通電する電極パッドを上記セラミック体の表面に備え、上記電極パッドの表面にメッキ層を介してリード部材をロウ付けしてなり、上記メッキ層の表面に析出するガラスの最大径が１００μｍ以下であることから、ロウ付け部にロウ材のメニスカスが形成されリード部材を強固に取着でき、耐久性の高いセラミックヒータを得ることができる。
【００１８】
また、本発明のセラミックヒータによれば、セラミック体中に発熱抵抗体を内蔵し、該発熱抵抗体に通電する電極パッドを上記セラミック体の表面に備え、上記電極パッドの表面にメッキ層を介してリード部材をロウ付けしてなり、上記メッキ層及び／またはリード部材の表面に析出するガラスの面積が電極パッドの面積に対して１０％以下とすることから、ロウ付け部にロウ材のメニスカスが形成されリード部材を強固に取着でき、耐久性の高いセラミックヒータを得ることができる。
【００１９】
さらに、本発明のセラミックヒータの製造方法によれば、上記電極パッドの表面にメッキ層を形成するとともに、６５０〜５３５０Ｐａの水蒸気を含む還元雰囲気中４００〜１０００℃で熱処理を施した後、ロウ材を介してリード部材をロウ付けすることから、メッキ層の熱処理中にガラスが析出するのを防止するとともに、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。
【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、該発熱抵抗体３に通電する電極パッド４を上記セラミック体２の表面に備え、上記電極パッド４の表面にメッキ層５を形成するとともに、ロウ材６を介してリード部材７を取着してなり、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で接合した構造となっている。こうして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を内蔵したセラミック体２を得ることができる。
【００２３】
上記セラミック体２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、Ａｌ２Ｏ３を８８〜９５重量％、ＳｉＯ２を２〜７重量％、ＣａＯ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、上記セラミック体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のセラミックヒータ１としては、外径が２〜４ｍｍ、長さが４０〜６５ｍｍとすることが好ましい。
【００２５】
上記セラミック体２には発熱抵抗体３が内蔵されており、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３ｂ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を超えると、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。
【００２８】
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。
【００２９】
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に通電するための電極パッド４が形成されている。
【００３０】
上記電極パッド４の表面にはメッキ層５が形成されるとともに、その表面にロウ材６を介してリード部材７がロウ付けされ、上記メッキ層５は、ロウ材６の流れを良くし、ロウ付け強度を向上させる作用をなし、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。
【００３１】
本発明では、図２（ａ）に示すように上記メッキ層５の表面に析出するガラス１１の最大径ｈが１００μｍ以下であることが重要である。図２（ｂ）は、そのＸ−Ｘ断面図であり、（ｃ）はそのＹ−Ｙ断面図である。
【００３２】
上記メッキ層５の表面には、詳細を後述するように製造工程においてメッキ層５を形成した後、還元雰囲気中で熱処理を施す。この熱処理によってメッキ層５及び／またはリード部材７の表面には、ガラス１１が析出してくる。このガラス１１はセラミック体２から沁み出してきたものと考えられる。また、リード部材７には不純物としてＳｉを含んでおり、これがロウ付けの熱処理中に酸化して表面に析出し、ガラス１１が生成してきたものと考えられる。
【００３３】
そこで、メッキ層５やリード部材７の表面に析出するガラス１１の最大径を１００μｍ以下にすることにより、電極パッド４にリード部材７を接合するロウ材６の接合部にガラス１１が析出してもリード部材７のロウ付け強度に悪影響を及ぼすことはなく、リード部材７のロウ付け部のロウ材６のメニスカス端部付近に大きさが１００μｍを超えるガラス１１があると、ガラス１１がロウ材６を弾いてロウ材６のメニスカスが形成されない部分ができるため、リード部材７に引張強度が掛かった際にガラス１１の部分が欠陥として作用し、ロウ付け強度が低下してしまう。
【００３４】
また、上記ガラス１１の最大径を３０μｍ以下、特に１０μｍ以下とすることがさらに好ましく、リード部材７の引張強度をさらに向上させることができる。
【００３５】
また、上記メッキ層５及び／またはリード部材７の表面に析出するガラス１１の面積が電極パッド４の面積に対して１０％以下とすることが重要である。
【００３６】
上記ガラス１１の面積が電極バッド４の面積に対して１０％以下とすることによって、メッキ層５及び／またはリード部材７に生成するガラス１１によってロウ材６にメニスカスが形成され、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。
【００３７】
上記面積比が１０％を超えると、ガラス１１の表面ではロウ材６が濡れないため、実質的にロウ付け面積が小さくなり、ロウ付け部の耐久性が劣化する。
【００３８】
なお、上記面積比を５％以下とすることがより好ましく、使用中の熱サイクルによるリード部材７の引張強度の低下を抑制することが可能となる。
【００３９】
また、上記ガラスの最大径は、１０００倍の電子顕微鏡写真によって例えば１ｍｍ２の部分を確認して最大径を測定することができ、また、ガラス１１の面積は、メッキ層５の電子顕微鏡写真を撮影し、そのガラス部分を着色して（着色しなくても判ります。）画像解析装置を用いて着色部の比率を求めることにより算出することができる。
【００４０】
ここで、上記上記メッキ層５及び／またはリード部材７の表面に析出するガラス１１の析出を減少させるためには、セラミック体２の電極引出部３ａに接続した電極パッド４にリード部材７を取着する製造工程において熱処理の条件を制御することによって成すことができる。
【００４１】
具体的には、上記発熱抵抗体３を内蔵したセラミック体２に電極パッド４を形成した後、その表面にメッキ層５を形成するとともに、６５０〜５３５０Ｐａの水蒸気を含む還元雰囲気中、４００〜１０００℃で熱処理を施す。
【００４２】
上記熱処理における水蒸気分圧は、金属表面のガラス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６５０〜５３５０Ｐａ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。
上記水蒸気分圧が６５０Ｐａ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、５３５０Ｐａを超えると、メッキ層５上へのガラス１１の析出量が増加し、セラミックヒータのロウ付け部の耐久性が劣化しやすい。
【００４３】
また、上記水蒸気分圧は６５０〜２３４０Ｐａとすることがより好ましい。
【００４４】
さらに、上記熱処理における温度を４００〜１０００℃とすることによって、メッキ層５上に生成するガラスの最大径を１００μｍ以下とすることができ、リード部材７を強固にロウ付けすることができる。上記熱処理温度が４００℃未満となると、電極パッド４に対するメッキ層５の固着強度が低くなり、組み立て加工時にメッキ層５が剥離する恐れがある。一方、１０００℃を超えると、メッキ層５上に生成するガラスの最大径が１００μｍを超えるようになるので、好ましくない。
【００４５】
上記メッキ層５に熱処理を施した後、メッキ層５の表面にロウ材６を形成する。
【００４６】
上記ロウ材６は、Ａｕ、Ｃｕ、Ａｕ−Ｃｕ、Ａｕ−Ｎｉ、Ａｇ、Ａｇ−Ｃｕ系のロウ材が用いられ、Ａｕ−ＣｕロウとしてはＡｕ含有量が２５〜９５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。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
上記ロウ材６の表面にロウ付けされたリード部材７は、耐熱性が良好なＮｉ系、Ｆｅ−Ｎｉ系合金等を使用することが好ましく、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。
【００５１】
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を超えると、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。
【００５２】
なお、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は、ロウ材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４００μｍ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。
【００５３】
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。
【００５４】
【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、セラミック体としてＡｌ２Ｏ３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に、Ｗ−Ｒｅからなる発熱抵抗体とＷからなる電極引出部をプリントした。また、セラミックシートの裏面には電極パッドをプリントした。発熱抵抗体は、発熱長さ５ｍｍで４往復のパターンとなるように作製した。
【００５５】
そして、Ｗからなる電極引出部の末端には、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と電極引出部間の導通をとった。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。
【００５６】
次いで、発熱抵抗体の表面にセラミックシート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をセラミック芯材の周囲に密着し、１５００〜１６００℃で焼成した。
【００５７】
さらに、上記電極パッドの表面にＮｉからなる厚み３μｍのメッキ層を形成し、表１に示す如く温度で、Ｈ２−Ｎ２ガスからなる還元雰囲気中で熱処理した後、Ａｇ−Ｃｕからなるロウ材を用いて、８５０℃でＮｉからなる直径０．８ｍｍのリード部材を還元雰囲気中でロウ付けし、さらに表面にＮｉからなる３μｍのメッキ層を端部に形成して７００〜８００℃で熱処理した。
【００５８】
このメッキ層５の熱処理およびロウ付けの際の、Ｈ２−Ｎ２ガスを温度調整した水の中をくぐらせて、Ｈ２−Ｎ２ガス中の水蒸気分圧を露点の調整により６５０Ｐａ以下（１℃）、１２２６．６Ｐａ（１２℃）、２０５３．２Ｐａ（１８℃）、２６３９．８Ｐａ（２１℃）、３３５９．７Ｐａ（２６℃）、３９９９．７Ｐａ（２９℃）、４７５９．６Ｐａ（３２℃）、５６２６．２Ｐａ（３５℃）と調整することにより、ガス中の水蒸気圧を調整した。
【００５９】
また、比較例としてメッキ層５を形成した後、熱処理を施さずにリード部材７をロウ付けした試料を準備した。
【００６０】
そして、得られたセラミックヒータ試料のリード部材のロウ付け強度を５００個づつ評価し、その平均値を確認した。測定はセラミックヒータの側面から垂直方向にリード部材を引っ張って、リード部材から断線もしくは剥離する時の強度を測定した。
【００６１】
そして、各試料１０個の熱処理後のガラスの大きさを１０００倍の電子顕微鏡写真によって１ｍｍ２確認し、各ガラスの最大径を測定した後、その平均値を算出した。
【００６２】
また、各試料の電極パッド周辺を１０００倍の電子顕微鏡写真によって確認し、ガラス部分に着色し、画像解析装置を用いて着色部の比率を求めることによって電極パッドの面積（２０ｍｍ２）に対するガラスの面積の割合を算出した。
【００６３】
さらに、各試料１０個づつを５５０℃の恒温層に５００時間放置し、その後のロウ付け部付近のメッキ層の変化を観察することによってロウ付け部の高温における耐久性の加速試験を行った。上記メッキ層にロウ材の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。
【００６４】
また、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耐久試験を２０００サイクル実施し、その後のリード部材の引張り強度を各ロット１０本測定してその平均値をデータとした。評価は、１０本の引張り強度の平均値が５０Ｎを超えるものは◎、２０〜５０Ｎのものは○、１０〜２０Ｎのものは△、１０Ｎ未満のものは×とした。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。
【００６５】
これらの結果を、表１に示した。
【００６６】
【表１】
【００６７】
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が１００μｍを超える試料（Ｎｏ．９、１３）は、リード部材の引張り強度が７４Ｎ（ニュートン）、６７Ｎと小さく、高温中での耐久試験でもメッキ層に変色が見られた。また、熱サイクル試験でも同様に引張り強度が大きく低下した。
【００６８】
これに対し、ガラスの最大径が１００μｍ以下の試料（Ｎｏ．１〜８、１０〜１２、１４）は、リード部材の引張り強度が１０１Ｎ以上であり、高温中での耐久試験でもメッキ層に変色はなく、熱サイクル試験においても同様に引張り強度が低下することはなく高い値を保持できた。
【００６９】
特に、ガラスの最大粒径が３０μｍ以下の試料（Ｎｏ．１〜８、１１）は、リード部材の引張り強度が１３０Ｎ以上と高くなり、さらにガラスの最大粒径が８μｍ以下の試料（Ｎｏ．１〜７）は、リード部材の引張り強度が１６０Ｎ以上と非常に高いものであった。
【００７０】
これらガラスの最大径が８μｍ以下の試料（Ｎｏ．１〜７）は、熱処理における水蒸気分圧が６５０〜５３５０Ｐａ、熱処理温度が４００〜１０００℃であることが判った。
【００７１】
【発明の効果】
本発明のセラミックヒータによれば、セラミック体中に発熱抵抗体を内蔵し、該発熱抵抗体に通電する電極パッドを上記セラミック体の表面に備え、上記電極パッドの表面にメッキ層を介してリード部材をロウ付けしてなり、上記メッキ層の表面に析出するガラスの最大径が１００μｍ以下であることから、ロウ付け部にロウ材のメニスカスが形成されリード部材を強固に取着でき、耐久性の高いセラミックヒータを得ることができる。
【００７２】
また、本発明のセラミックヒータによれば、セラミック体中に発熱抵抗体を内蔵し、該発熱抵抗体に通電する電極パッドを上記セラミック体の表面に備え、上記電極パッドの表面にメッキ層を介してリード部材をロウ付けしてな及び／またはリード部材の表面に析出するガラスの面積が電極パッドの面積に対り、上記メッキ層して１０％以下とすることから、ロウ付け部にロウ材のメニスカスが形成されリード部材を強固に取着でき、耐久性の高いセラミックヒータを得ることができる。
【００７３】
さらに、本発明のセラミックヒータの製造方法によれば、上記電極パッドの表面にメッキ層を形成するとともに、６５０〜５３５０Ｐａの水蒸気を含む還元雰囲気中４００〜１０００℃で熱処理を施した後、ロウ材を介してリード部材をロウ付けすることから、メッキ層の熱処理中にガラスが析出するのを防止するとともに、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拡大平面図である。
【図２】（ａ）は本発明のセラミックヒータの電極パッド周辺を示す平面図であり、（ｂ）はそのＸ−Ｘ線における断面図、（ｃ）はそのＹ−Ｙ線における断面図である。
【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、（ｃ）は同図（ａ）の電極パッド周辺を示す断面図である。
【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
【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が通電されている（特開昭６３−９８６０号、６３−５８４７９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２３ａの末端にスルーホール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４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２６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２８の表面に形成するメッキ層２５およびリード部材２７の表面には、ガラス３１が析出してくる。このガラス３１は、セラミック体２２から沁み出してきたものと考えられる。
【００１０】
また、リード部材２７は、不純物としてＳｉを含んでおり、これがロウ付けの熱処理中に酸化して表面に析出してガラスが生成してきたものと考えられる。このようにして電極パッド２４上に形成したメッキ層２５の表面に析出してくるガラスが多くなると、電極パッド２４にリード部材２７をロウ付けする際に、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する。
【００１１】
例えば、図４に示すようにロウ付け部の端部にガラス３１があると、リード部材２７に引張応力が掛かった際に、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。
【００１２】
また、リード部材２７の表面に析出してくるガラス３１が大きくなると、ロウ付け部の界面に大きなガラス３１ができた場合に、リード部材２７とロウ材２６の界面にメッキ層２５を形成できない部分ができ、この部分に部分電池ができてＮｉ等からなるメッキ層２５およびリード部材２７、ロウ材２５中の金属が腐食し、リード部材２７の引張強度が低下するという課題があった。
【００１３】
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。
【００１４】
【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、セラミック体中に発熱抵抗体を内蔵し、該発熱抵抗体に通電する電極パッドを上記セラミック体の表面に備え、上記電極パッドの表面にメッキ層を介してリード部材をロウ付けしてなるセラミックヒータであって、上記メッキ層の表面に析出するガラスの最大径が１００μｍ以下であることを特徴とするものである。
【００１５】
また、本発明のセラミックヒータは、セラミック体中に発熱抵抗体を内蔵し、該発熱抵抗体に通電する電極パッドを上記セラミック体の表面に備え、上記電極パッドの表面にメッキ層を介してリード部材をロウ付けしてなるセラミックヒータであって、上記メッキ層及び／またはリード部材の表面に析出するガラスの面積が電極パッドの面積に対して１０％以下とすることを特徴とするものである。
【００１６】
さらに、本発明のセラミックヒータの製造方法は、上記電極パッドの表面にメッキ層を形成するとともに、６５０〜５３５０Ｐａの水蒸気を含む還元雰囲気中４００〜１０００℃で熱処理を施した後、ロウ材を介してリード部材をロウ付けすることを特徴とするものである。
【００１７】
本発明のセラミックヒータによれば、セラミック体中に発熱抵抗体を内蔵し、該発熱抵抗体に通電する電極パッドを上記セラミック体の表面に備え、上記電極パッドの表面にメッキ層を介してリード部材をロウ付けしてなり、上記メッキ層の表面に析出するガラスの最大径が１００μｍ以下であることから、ロウ付け部にロウ材のメニスカスが形成されリード部材を強固に取着でき、耐久性の高いセラミックヒータを得ることができる。
【００１８】
また、本発明のセラミックヒータによれば、セラミック体中に発熱抵抗体を内蔵し、該発熱抵抗体に通電する電極パッドを上記セラミック体の表面に備え、上記電極パッドの表面にメッキ層を介してリード部材をロウ付けしてなり、上記メッキ層及び／またはリード部材の表面に析出するガラスの面積が電極パッドの面積に対して１０％以下とすることから、ロウ付け部にロウ材のメニスカスが形成されリード部材を強固に取着でき、耐久性の高いセラミックヒータを得ることができる。
【００１９】
さらに、本発明のセラミックヒータの製造方法によれば、上記電極パッドの表面にメッキ層を形成するとともに、６５０〜５３５０Ｐａの水蒸気を含む還元雰囲気中４００〜１０００℃で熱処理を施した後、ロウ材を介してリード部材をロウ付けすることから、メッキ層の熱処理中にガラスが析出するのを防止するとともに、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。
【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、該発熱抵抗体３に通電する電極パッド４を上記セラミック体２の表面に備え、上記電極パッド４の表面にメッキ層５を形成するとともに、ロウ材６を介してリード部材７を取着してなり、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で接合した構造となっている。こうして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を内蔵したセラミック体２を得ることができる。
【００２３】
上記セラミック体２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、Ａｌ２Ｏ３を８８〜９５重量％、ＳｉＯ２を２〜７重量％、ＣａＯ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、上記セラミック体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のセラミックヒータ１としては、外径が２〜４ｍｍ、長さが４０〜６５ｍｍとすることが好ましい。
【００２５】
上記セラミック体２には発熱抵抗体３が内蔵されており、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３ｂ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を超えると、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。
【００２８】
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。
【００２９】
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に通電するための電極パッド４が形成されている。
【００３０】
上記電極パッド４の表面にはメッキ層５が形成されるとともに、その表面にロウ材６を介してリード部材７がロウ付けされ、上記メッキ層５は、ロウ材６の流れを良くし、ロウ付け強度を向上させる作用をなし、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。
【００３１】
本発明では、図２（ａ）に示すように上記メッキ層５の表面に析出するガラス１１の最大径ｈが１００μｍ以下であることが重要である。図２（ｂ）は、そのＸ−Ｘ断面図であり、（ｃ）はそのＹ−Ｙ断面図である。
【００３２】
上記メッキ層５の表面には、詳細を後述するように製造工程においてメッキ層５を形成した後、還元雰囲気中で熱処理を施す。この熱処理によってメッキ層５及び／またはリード部材７の表面には、ガラス１１が析出してくる。このガラス１１はセラミック体２から沁み出してきたものと考えられる。また、リード部材７には不純物としてＳｉを含んでおり、これがロウ付けの熱処理中に酸化して表面に析出し、ガラス１１が生成してきたものと考えられる。
【００３３】
そこで、メッキ層５やリード部材７の表面に析出するガラス１１の最大径を１００μｍ以下にすることにより、電極パッド４にリード部材７を接合するロウ材６の接合部にガラス１１が析出してもリード部材７のロウ付け強度に悪影響を及ぼすことはなく、リード部材７のロウ付け部のロウ材６のメニスカス端部付近に大きさが１００μｍを超えるガラス１１があると、ガラス１１がロウ材６を弾いてロウ材６のメニスカスが形成されない部分ができるため、リード部材７に引張強度が掛かった際にガラス１１の部分が欠陥として作用し、ロウ付け強度が低下してしまう。
【００３４】
また、上記ガラス１１の最大径を３０μｍ以下、特に１０μｍ以下とすることがさらに好ましく、リード部材７の引張強度をさらに向上させることができる。
【００３５】
また、上記メッキ層５及び／またはリード部材７の表面に析出するガラス１１の面積が電極パッド４の面積に対して１０％以下とすることが重要である。
【００３６】
上記ガラス１１の面積が電極バッド４の面積に対して１０％以下とすることによって、メッキ層５及び／またはリード部材７に生成するガラス１１によってロウ材６にメニスカスが形成され、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。
【００３７】
上記面積比が１０％を超えると、ガラス１１の表面ではロウ材６が濡れないため、実質的にロウ付け面積が小さくなり、ロウ付け部の耐久性が劣化する。
【００３８】
なお、上記面積比を５％以下とすることがより好ましく、使用中の熱サイクルによるリード部材７の引張強度の低下を抑制することが可能となる。
【００３９】
また、上記ガラスの最大径は、１０００倍の電子顕微鏡写真によって例えば１ｍｍ２の部分を確認して最大径を測定することができ、また、ガラス１１の面積は、メッキ層５の電子顕微鏡写真を撮影し、そのガラス部分を着色して（着色しなくても判ります。）画像解析装置を用いて着色部の比率を求めることにより算出することができる。
【００４０】
ここで、上記上記メッキ層５及び／またはリード部材７の表面に析出するガラス１１の析出を減少させるためには、セラミック体２の電極引出部３ａに接続した電極パッド４にリード部材７を取着する製造工程において熱処理の条件を制御することによって成すことができる。
【００４１】
具体的には、上記発熱抵抗体３を内蔵したセラミック体２に電極パッド４を形成した後、その表面にメッキ層５を形成するとともに、６５０〜５３５０Ｐａの水蒸気を含む還元雰囲気中、４００〜１０００℃で熱処理を施す。
【００４２】
上記熱処理における水蒸気分圧は、金属表面のガラス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６５０〜５３５０Ｐａ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。
上記水蒸気分圧が６５０Ｐａ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、５３５０Ｐａを超えると、メッキ層５上へのガラス１１の析出量が増加し、セラミックヒータのロウ付け部の耐久性が劣化しやすい。
【００４３】
また、上記水蒸気分圧は６５０〜２３４０Ｐａとすることがより好ましい。
【００４４】
さらに、上記熱処理における温度を４００〜１０００℃とすることによって、メッキ層５上に生成するガラスの最大径を１００μｍ以下とすることができ、リード部材７を強固にロウ付けすることができる。上記熱処理温度が４００℃未満となると、電極パッド４に対するメッキ層５の固着強度が低くなり、組み立て加工時にメッキ層５が剥離する恐れがある。一方、１０００℃を超えると、メッキ層５上に生成するガラスの最大径が１００μｍを超えるようになるので、好ましくない。
【００４５】
上記メッキ層５に熱処理を施した後、メッキ層５の表面にロウ材６を形成する。
【００４６】
上記ロウ材６は、Ａｕ、Ｃｕ、Ａｕ−Ｃｕ、Ａｕ−Ｎｉ、Ａｇ、Ａｇ−Ｃｕ系のロウ材が用いられ、Ａｕ−ＣｕロウとしてはＡｕ含有量が２５〜９５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。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
上記ロウ材６の表面にロウ付けされたリード部材７は、耐熱性が良好なＮｉ系、Ｆｅ−Ｎｉ系合金等を使用することが好ましく、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。
【００５１】
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を超えると、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。
【００５２】
なお、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は、ロウ材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４００μｍ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。
【００５３】
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。
【００５４】
【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、セラミック体としてＡｌ２Ｏ３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に、Ｗ−Ｒｅからなる発熱抵抗体とＷからなる電極引出部をプリントした。また、セラミックシートの裏面には電極パッドをプリントした。発熱抵抗体は、発熱長さ５ｍｍで４往復のパターンとなるように作製した。
【００５５】
そして、Ｗからなる電極引出部の末端には、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と電極引出部間の導通をとった。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。
【００５６】
次いで、発熱抵抗体の表面にセラミックシート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をセラミック芯材の周囲に密着し、１５００〜１６００℃で焼成した。
【００５７】
さらに、上記電極パッドの表面にＮｉからなる厚み３μｍのメッキ層を形成し、表１に示す如く温度で、Ｈ２−Ｎ２ガスからなる還元雰囲気中で熱処理した後、Ａｇ−Ｃｕからなるロウ材を用いて、８５０℃でＮｉからなる直径０．８ｍｍのリード部材を還元雰囲気中でロウ付けし、さらに表面にＮｉからなる３μｍのメッキ層を端部に形成して７００〜８００℃で熱処理した。
【００５８】
このメッキ層５の熱処理およびロウ付けの際の、Ｈ２−Ｎ２ガスを温度調整した水の中をくぐらせて、Ｈ２−Ｎ２ガス中の水蒸気分圧を露点の調整により６５０Ｐａ以下（１℃）、１２２６．６Ｐａ（１２℃）、２０５３．２Ｐａ（１８℃）、２６３９．８Ｐａ（２１℃）、３３５９．７Ｐａ（２６℃）、３９９９．７Ｐａ（２９℃）、４７５９．６Ｐａ（３２℃）、５６２６．２Ｐａ（３５℃）と調整することにより、ガス中の水蒸気圧を調整した。
【００５９】
また、比較例としてメッキ層５を形成した後、熱処理を施さずにリード部材７をロウ付けした試料を準備した。
【００６０】
そして、得られたセラミックヒータ試料のリード部材のロウ付け強度を５００個づつ評価し、その平均値を確認した。測定はセラミックヒータの側面から垂直方向にリード部材を引っ張って、リード部材から断線もしくは剥離する時の強度を測定した。
【００６１】
そして、各試料１０個の熱処理後のガラスの大きさを１０００倍の電子顕微鏡写真によって１ｍｍ２確認し、各ガラスの最大径を測定した後、その平均値を算出した。
【００６２】
また、各試料の電極パッド周辺を１０００倍の電子顕微鏡写真によって確認し、ガラス部分に着色し、画像解析装置を用いて着色部の比率を求めることによって電極パッドの面積（２０ｍｍ２）に対するガラスの面積の割合を算出した。
【００６３】
さらに、各試料１０個づつを５５０℃の恒温層に５００時間放置し、その後のロウ付け部付近のメッキ層の変化を観察することによってロウ付け部の高温における耐久性の加速試験を行った。上記メッキ層にロウ材の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。
【００６４】
また、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耐久試験を２０００サイクル実施し、その後のリード部材の引張り強度を各ロット１０本測定してその平均値をデータとした。評価は、１０本の引張り強度の平均値が５０Ｎを超えるものは◎、２０〜５０Ｎのものは○、１０〜２０Ｎのものは△、１０Ｎ未満のものは×とした。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。
【００６５】
これらの結果を、表１に示した。
【００６６】
【表１】
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が１００μｍを超える試料（Ｎｏ．９、１３）は、リード部材の引張り強度が７４Ｎ（ニュートン）、６７Ｎと小さく、高温中での耐久試験でもメッキ層に変色が見られた。また、熱サイクル試験でも同様に引張り強度が大きく低下した。
【００６８】
これに対し、ガラスの最大径が１００μｍ以下の試料（Ｎｏ．１〜８、１０〜１２、１４）は、リード部材の引張り強度が１０１Ｎ以上であり、高温中での耐久試験でもメッキ層に変色はなく、熱サイクル試験においても同様に引張り強度が低下することはなく高い値を保持できた。
【００６９】
特に、ガラスの最大粒径が３０μｍ以下の試料（Ｎｏ．１〜８、１１）は、リード部材の引張り強度が１３０Ｎ以上と高くなり、さらにガラスの最大粒径が８μｍ以下の試料（Ｎｏ．１〜７）は、リード部材の引張り強度が１６０Ｎ以上と非常に高いものであった。
【００７０】
これらガラスの最大径が８μｍ以下の試料（Ｎｏ．１〜７）は、熱処理における水蒸気分圧が６５０〜５３５０Ｐａ、熱処理温度が４００〜１０００℃であることが判った。
【００７１】
【発明の効果】
本発明のセラミックヒータによれば、セラミック体中に発熱抵抗体を内蔵し、該発熱抵抗体に通電する電極パッドを上記セラミック体の表面に備え、上記電極パッドの表面にメッキ層を介してリード部材をロウ付けしてなり、上記メッキ層の表面に析出するガラスの最大径が１００μｍ以下であることから、ロウ付け部にロウ材のメニスカスが形成されリード部材を強固に取着でき、耐久性の高いセラミックヒータを得ることができる。
【００７２】
また、本発明のセラミックヒータによれば、セラミック体中に発熱抵抗体を内蔵し、該発熱抵抗体に通電する電極パッドを上記セラミック体の表面に備え、上記電極パッドの表面にメッキ層を介してリード部材をロウ付けしてな及び／またはリード部材の表面に析出するガラスの面積が電極パッドの面積に対り、上記メッキ層して１０％以下とすることから、ロウ付け部にロウ材のメニスカスが形成されリード部材を強固に取着でき、耐久性の高いセラミックヒータを得ることができる。
【００７３】
さらに、本発明のセラミックヒータの製造方法によれば、上記電極パッドの表面にメッキ層を形成するとともに、６５０〜５３５０Ｐａの水蒸気を含む還元雰囲気中４００〜１０００℃で熱処理を施した後、ロウ材を介してリード部材をロウ付けすることから、メッキ層の熱処理中にガラスが析出するのを防止するとともに、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拡大平面図である。
【図２】（ａ）は本発明のセラミックヒータの電極パッド周辺を示す平面図であり、（ｂ）はそのＸ−Ｘ線における断面図、（ｃ）はそのＹ−Ｙ線における断面図である。
【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、（ｃ）は同図（ａ）の電極パッド周辺を示す断面図である。
【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
Claims (3)
- セラミック体中に発熱抵抗体を内蔵し、該発熱抵抗体に通電する電極パッドを上記セラミック体の表面に備え、上記電極パッドの表面にメッキ層を形成し、ロウ材を介してリード部材を取着してなるセラミックヒータであって、上記メッキ層及び／またはリード部材の表面に析出するガラスの最大径が１００μｍ以下であることを特徴とするセラミックヒータ。
- セラミック体中に発熱抵抗体を内蔵し、該発熱抵抗体に通電する電極パッドを上記セラミック体の表面に備え、上記電極パッドの表面にメッキ層を介してリード部材をロウ付けしてなるセラミックヒータであって、上記メッキ層及び／またはリード部材の表面に析出するガラスの面積が電極パッドの面積に対して１０％以下であることを特徴とするセラミックヒータ。
- 上記電極パッドの表面にメッキ層を形成するとともに、６５０〜５３５０Ｐａの水蒸気を含む還元雰囲気中４００〜１０００℃で熱処理を施した後、ロウ材を介してリード部材をロウ付けすることを特徴とする請求項１又は２に記載のセラミックヒータの製造方法。
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