JP5064919B2 - セラミックヒータの製造方法，および，セラミックヒータ - Google Patents

Description

本発明は、セラミックシートを芯材に巻き付けてなる筒状のセラミックヒータに関する。

従来、セラミックシートを芯材に巻き付けて形成したセラミックヒータにおいては、そのセラミックシートに発熱体が埋設されている。

このとき、発熱体の後端側につながるリード部も埋設されており、リード部は、セラミックシートに形成された貫通孔内のビア導体を介して筒状のセラミックシートにおける外周側に形成された電極パッドに接続され、これにより、発熱体への導通を実現している（特許文献１参照）。
特開２００３−３１７９０７号（例えば、図２など）

このように、発熱体への導通を実現するためには、セラミックシートに貫通孔を形成しておく必要があるが、セラミックシートを芯材に巻き付けるという構造上、その巻き付け時に貫通孔を円周方向に拡げる応力が発生し、貫通孔周辺にクラックが発生しやすいという問題があった。

その理由は、次の通りである。
すなわち、貫通孔は、加工用の工具（パンチ）により、セラミックシートの表面から裏面に向かって打ち抜かれることにより形成される。このとき、貫通孔の内周面のうち、セラミックシートの表面側は、工具の表面に合わせた平滑な面状に形成されるが、セラミックシートの裏面側では、その表面領域が工具により引っ張られて脱落することにより、貫通孔の内周面が平滑ではなくなることがある。

このような状態において貫通孔に埋設されるビア導体は、貫通孔におけるセラミックシートの裏面側が平滑でないために、貫通孔内周面との密着力が、セラミックシートの表面側よりも弱くなってしまう。

そして、このセラミックシートを、裏面側を外表面にして芯材に巻き付けると、貫通孔の内周面とビア導体とを円周方向に引き延ばす方向に応力が加わることとなるが、このとき、その裏面側の密着力が弱いために貫通孔内周面とビア導体とが剥離しやすく、これが貫通孔周辺におけるクラックの発生を誘発してしまう。

本発明は、このような課題を解決するためになされたものであり、その目的は、セラミックヒータにおいて、貫通孔周辺にクラックが発生することを防止するための技術を提供することである。

上記課題を解決するため請求項１に記載のセラミックヒータ製造方法は、セラミックシートに対し、該セラミックシートにおける第１面から第２面に向けて打ち抜き加工を行うことで、該第１面から該第２面に向かって拡径する貫通孔を形成する工程と、該貫通孔内に、導電性ペーストを充填して、ビア導体を形成する工程と、前記第２面に、発熱体，および，該発熱体と前記ビア導体とを接続するリード部を形成する工程と、第１面が外側に向くように、芯材に巻き付ける工程と、を有することを特徴とする。

このような製造方法によれば、セラミックシートは、貫通孔を打ち抜く際にその加工用の工具（パンチ）が最初に接触する打ち抜き開始面（第１面）を外側にして、芯材に巻き付けられることとなる。

こうして製造されたセラミックヒータは、後述する実験結果に示されるように、工具が最初に接触する面（第２面）を内側にしてセラミックシートが芯材に巻き付けられた場合と比べて、クラックが発生する確率を大幅に低下させることができる。

その理由は、次の通りである。
セラミックシートにおける第１面から第２面に向けて打ち抜き加工を行った場合には、上述のとおり、貫通孔の内周面のうち、セラミックシートにおける第２面側が平滑でなくなるため、この領域における貫通孔の内周面とビア導体との密着力が弱くなる。これに対し、上述した製造方法では、このセラミックシートを、第２面側ではなく、第１面側が外側へ向くように（第１面側を外表面にして）芯材に巻き付ける。この場合、貫通孔の内周面のうち、セラミックシートにおける第２面側では、セラミックシートが芯材に巻き付けられることに伴って、ビア導体に近づく方向への応力が発生する結果、密着力が向上する。なお、貫通孔の内周面のうち、セラミックシートにおける第１面側は、ビア導体から離れる方向の応力が加わることとなるが、この領域は、第２面側よりも密着力が強いため、貫通穴の内周面とビア導体との剥離が起こりにくい。したがって、上述した製造方法では、工具が最初に接触する面を内側にしてセラミックシートが芯材に巻き付けられた場合と比べて、クラックが発生する確率を大幅に低下させることができる。

また、貫通孔に充填されるビア導体は、セラミックシートが芯材に巻き付けられる際に、外側（第２面から第１面）に向けて応力が加わる結果、貫通孔とビア導体とにズレが生じ、貫通孔周辺にクラックが生じることがある。このような応力は、セラミックシートの巻き付け後の外径が３．０ｍｍ以下となるような小径のヒータの場合に特に顕著になる。ところが、上述のように、貫通孔が第１面から第２面に向かって拡径していると、セラミックシートが芯材に巻き付けられる際、貫通孔に充填されたビア導体が外側に応力がかかっても、貫通孔の内周面によってその応力を抑制できる。その結果、貫通孔とビア導体とにズレが生じにくくなり、貫通孔周辺のクラックの発生をより一層抑制することができる。なお、この構成における「拡径している」とは、第１面から第２面に向かって貫通孔の径が拡がっていればよく、具体的な例としては、Ｒ状に拡がる形状やテーパ状に拡がる形状とすることが考えられる。

ところで、応力を受けた際、セラミックシートにおける第１面側に位置する導電性ペーストに凹凸があると、その凹凸からクラックが発生する要因になる恐れがあるため、その位置における導電性ペーストは平滑であることが望ましい。
そこで、本発明の請求項２のように、前記ビア導体は、前記貫通孔の前記第１面側を平滑な板で塞いだ状態で、該貫通孔の第２面側から前記導電性ペーストを充填して形成されることが好ましい。これにより、導電性ペーストのうち、少なくともセラミックシートにおける第１面側の露出面を平滑な面状とすることができる。導電性ペーストの第１面側露出面を平滑とすることにより、クラックの起点となる応力がなくなるため、芯材への巻きつけ時のクラック発生を防止できる。

また、本発明の請求項３のように、前記セラミックシートは、前記第２面の方が前記第１面よりも表面粗度が小さいものとすることが好ましい。第２面には、発熱体が形成されるが、ヒータとしての特性は、その抵抗値に応じて決まり、その抵抗値が各パターンの形状（断面積，経路長）に応じて決まることから、第２面に凹凸があると、抵抗値および特性が意図しないものとなってしまう恐れがある。これに対し、上述したように、セラミックシートにおいて表面粗度の小さい方の面にヒータ部が形成される場合であれば、ヒータ部のヒータとしての特性に対する凹凸の影響を小さくすることができる結果、所望の特性を備えた発熱体を形成できる。

また、本発明の請求項４に記載のセラミックヒータは、軸線方向に延びる円柱状のセラミック層と、該セラミック層を貫通する第１貫通孔と、前記第１貫通孔内に充填された第１ビア導体と、該セラミック層の外表面上に形成され、前記第１ビア導体と接続される電極パッドと、該セラミック層の内表面上に形成された発熱体と、該セラミック層の内表面上に形成され、該発熱体と前記第１ビア導体とを接続するリード部と、を有するセラミックヒータであって、前記第１貫通孔の中心を通り前記軸線方向に沿った第１断面を見たときに、前記第１貫通孔は、前記セラミック層の外表面から内表面に向かって拡径していることを特徴とする。

このように、少なくとも第１断面において、第１貫通孔が外表面から内表面に拡径していると、第１貫通孔に充填された第１ビア導体に内表面側から外表面側に向かう応力が加わっても、第１貫通孔の内周面によりその応力を抑制することができる。その結果、第１貫通孔と第１ビア導体とにズレが生じにくくなり、第１貫通孔周辺のクラックの発生を抑制することができる。なお、第１貫通孔の断面形状は、外表面から内表面に向かって広がるテーパ形状が好ましい。

さらに、本発明の請求項５のように、前記第１貫通孔の外表面の直径は、前記第１断面において、０．５ｍｍ以下とすることが好ましい。第１貫通孔の外表面の直径が０．５ｍｍ以下となることで、第１ビア導体にかかる応力が小さくすることができ、クラックの発生を抑制することができる。

さらに、本発明の請求項６のように、前記第１貫通孔の外表面と内表面の径差は、前記第１断面において、０．１ｍｍ以上０．２ｍｍ以下であることが好ましい。このように、第１貫通孔の外表面と内表面の径差が０．１ｍｍ以上であることで、効果的に第１貫通孔と第１ビア導体とにズレが生じにくくなり、第１貫通孔周辺のクラックの発生を抑制することができる。また、０．２ｍｍを越えると、ビア導体自身が大きくなることで、ビア導体に使用する金属の使用量が増え、コストが増えることがある。

さらに、本発明の請求項７のように、第１貫通孔の中心を通り軸線方向に垂直な第２断面を見たときに、前記第１貫通孔は、セラミック層の外表面から内表面に向かって拡径していることが好ましい。これにより、より第１貫通孔に充填された第１ビア導体に内表面側から外表面側に向かう応力が加わっても、第１貫通孔の内周面によりその応力を抑制することができる。その結果、第１貫通孔と第１ビア導体とにズレが生じにくくなり、第１貫通孔周辺のクラックの発生を抑制することができる。

さらに、本発明の請求項１０のように、前記電極パッドに対向する対向面を備えた接続端子と、前記セラミック層を貫通し、前記第１断面において前記セラミック層の外表面から内表面に向かって拡径する第２貫通孔と、前記第２貫通孔内に充填され、前記電極パッドと前記リード部とを接続する第２ビア導体と、をさらに備え、前記接続端子の対向面は、前記第1貫通孔の中心および前記第２貫通孔の中心の間に配置されていることが好ましい。

従来では、電極パッドとリード部との接続を第１および第２貫通孔の内周面に形成するスルーホール導体で形成していたため、接続端子の対向面を２つの貫通孔より長くし、接続端子の対向面で第１および第２貫通孔を覆った状態で、ロウ付けする必要があった。そのため、ロウ材の容量が大きくなり、セラミック層とロウ材との熱膨張差によって、両者が剥離する虞があった。これに対して、本発明のように電極パッドとリード部とを接続を、第１および第２貫通孔に充填される第１および第２ビア導体で行ったため、第１および第２貫通孔を接続端子の対向面で覆う必要が無い。この結果、接続端子の対向面は、第１貫通孔の中心と第２貫通孔の中心の間に配置でき、電極パッドと接続端子を接合するロウ材の容量が小さくできる。これにより、セラミック層とロウ材との熱膨張差による剥離を抑制でき、また、高価なロウ材の使用量を低減することができる。
なお、「接続端子の対向面」とは、第１断面において、電極パッドと対向している接続端子の面のことを指す。

さらに、本発明の請求項１１のように、前記第１貫通孔の中心と前記第２貫通孔の中心との間の距離は、１ｍｍ以上５ｍｍ以下であることが好ましい。第１貫通孔と第２貫通孔との間の距離を５ｍｍ以下にすることで、電極パッドと接続端子を接合する接合部の容量が小さくできるが、２つのビア導体の中心距離が１ｍｍ未満となると、２つのビア導体間のセラミック層に応力が集中するため、セラミック層にクラックが生じる虞がある。そこで、本発明のように、２つのビア導体の中心距離が１ｍｍ以上とすることで、２つのビア導体間のセラミックに応力が集中することを抑制し、クラックが生じることを抑制できる。

以下に本発明の実施形態を図面と共に説明する。
（１）全体構成
本発明を具体化したセラミックヒータおよびセラミックヒータ製造方法の実施形態について、図面を参照して説明する。

なお、本実施形態のセラミックヒータは、センサ素子を活性化温度まで加熱するための用途などに用いることができる。また、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。

まず、図１，図２を参照して、セラミックヒータ１００の構造について説明する。
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。

図１に示すように、セラミックヒータ１００は、丸棒状（略円柱形状）に構成されており、有底筒状をなすセンサ素子（図示省略）に内挿されてセンサ素子を加熱するためのものである。なお、このセンサ素子は、有底筒状をなす固体電解質体の内外表面それぞれに電極層が形成されて構成されている。

なお、本実施形態のセラミックヒータ１００においては、長手方向の両端部のうち、発熱部分を備える側（後述する発熱部１４２が形成される側）を「先端側」とし、これと反対側の端部を「後端側」として説明する。

セラミックヒータ１００は、セラミック基体１０２と、セラミック基体１０２に内蔵された発熱部１４２およびリード部１４３と、セラミック基体１０２の外表面に設けられた電極パッド１２１ａ、１２１ｂと、導電性のロウ材により電極パッド１２１ａ、１２１ｂに接合される接続端子１３０ａ、１３０ｂと、を備えている。

図２に示すように、セラミック基体１０２は、丸棒状のアルミナセラミック製の芯材１０１と、その外周に積層されたアルミナセラミック製の第１セラミック層１１０および第２セラミック層１２０で構成されている。セラミック基体１０２の外径、すなわち、第２セラミック層１２０の外径は、２．５ｍｍ〜３．０ｍｍ（本実施形態では２．８ｍｍ）となっている。

第２セラミック層１２０の内表面１２０ｂ上には、発熱部１４２と、発熱部１４２の両端のそれぞれに接続される一対のリード部１４３ａ、１４３ｂが形成されている。発熱部１４２およびリード部１４３ａ、１４３ｂは、タングステン系の材料で構成されている。また、第２セラミック層には、４個の貫通孔１４４ａ、１４４ｂ、１４４ｃ、１４４ｄが穿設され、それぞれを充填するビア導体１４５ａ、１４５ｂ、１４５ｃ、１４５ｄが形成されている。一対のリード部１４３ａ、１４３ｂは、それぞれ２つのビア導体、すなわち、１４５ａおよび１４５ｂ、１４５ｃおよび１４５ｄを介して、第２セラミック層の外表面１２０ａ上に形成される電極パッド１２１ａ、１２１ｂと電気的に接続される。なお、電極パッド１２１の表面には、後述するメッキによる金属層（図３に示すニッケルメッキ膜１２２）が形成される。

また、接続端子１３０ａ，１３０ｂは、ニッケルを９０重量％以上含むニッケル部材からなる。接続端子１３０ａ，１３０ｂは、電極パッド１２１にロウ付けされる接合部１３３ａ、１３３ｂ、外部回路接続用のリード線などをカシメ固定し、外部回路（外部電源装置）と接続するためのカシメ部１３５ａ、１３５ｂと、これらを接続する接続部１３４ａ、１３４ｂと、をそれぞれ備える。接続端子１３０ａ、１３０ｂは、電極パッド１２１ａ、１２１ｂにそれぞれ接合されて、セラミックヒータ１００に電圧を印加する際の陽極側端子および陰極側端子として機能する。

次に、図３、図４を参照して、貫通孔１４４ａ、１４４ｂの構造について説明する。
図３は、図１に示すセラミックヒータ１００のうち、一点鎖線Ａ−Ａ’にて矢視方向からみた電極パッド１２１ａ近傍のセラミックヒータ１００の軸線方向に垂直な部分拡大断面図である。他方、図４は、図１に示すセラミックヒータ１００のうち、一点鎖線Ｂ−Ｂ’にて矢視方向からみた電極パッド１２１ａ近傍のセラミックヒータ１００の軸線方向に沿った部分拡大断面図である。

図３、図４に示すように、電極パッド１２１aは、第２セラミック層１２０の外表面１２０ａに形成され、貫通孔１４４ａ内に充填されたビア導体１４５ａを介して第２セラミック層１２０の内表面１２０ｂに形成されているリード部１４３aと導通されている。

接続端子１３０ａは、図３に示したように、ロウ材１２４により電極パッド１２１aに接合されている。そして、ロウ材１２４により互いに接合された接続端子１３０aおよび電極パッド１２１aの上に、さらに、ニッケルメッキにより形成されたニッケル層１２５が形成されており、酸化による腐食を防止している。

そして、電極パッド１２１と接続端子１３０とを接合するロウ材１２４は、５０重量％を上回る量の銅が含有されている。なお、本実施形態では、銅６２重量％―金３８重量％のロウ材１２４を用いて、電極パッド１２１と接続端子１３０とをロウ付けしている。

この電極パッド１２１aは、タングステン、モリブデンから選ばれる少なくとも１種類以上の元素からなる主体材料を８０重量％以上含む金属層である。タングステンやモリブデンは、銅系のロウ材１２４との接合性がよく、また、融点が高く耐熱性に優れているので、電極パッド１２１ａの組成として好適である。

なお、電極パッドａ１２１の上には、ロウ付け前には、図３で一点鎖線１２３で示したニッケルメッキ膜１２２が形成されていたが、そのニッケル成分は、ロウ付け時にロウ材１２４へ拡散し、ロウ付け後においては、ニッケルメッキ膜１２２の一部がロウ材１２４へ拡散して溶け込んだ形態となり、ニッケルメッキ膜１２２およびロウ材１２４は、一体化した状態で形成される。

さらに、図４に示すような、貫通孔１４４ａ、１４４ｂの中心を通った第１断面を見たときに、貫通孔１４４ａ、１４４ｂは、第２セラミック層１２０の外表面１２０ａから内表面１２０ｂへ向かって逆テーパ状に拡径している。これにより、貫通孔１４４ａ、１４４ｂに充填されたビア導体１４５ａ、１４５ｂに内表面１２０ｂ側から外表面１２０ａ側へ向かう応力が加わっても、貫通孔１４４ａ、１４４ｂの内周面によりその応力を抑制することができる。その結果、本実施形態のように、第２セラミック層１２０の外径が３．０ｍｍ以下の小径のセラミックヒータ１００においても、貫通孔１４４ａ、１４４ｂ周辺のクラックの発生を抑制できる。

また、図３に示すような、貫通孔１４４ａを通り軸線方向に垂直な第２断面を見たときに、貫通孔１４４aに充填されるビア導体１４５ａは、第２セラミック層１２０の外表面１２０ａから内表面１２０ｂへ向かってテーパ状に拡径している。貫通孔１４４ａが第２セラミック層１２０の外表面１２０ａから内表面１２０ｂに向かって拡径しているので、貫通孔１４４ａに充填されたビア導体１４５ａに内表面１２０ｂ側から外表面１２０ａ側へ向かう応力が加わっても、貫通孔１４４ａの内周面によりその応力を更に抑制することができる。その結果、本実施形態のように、第２セラミック層１２０の外径が３．０ｍｍ以下の小径のセラミックヒータ１００においても、貫通孔１４４ａとビア導体１４５ａとにズレがより生じにくくなり、貫通孔１４４ａ周辺のクラックの発生を更に抑制できる。

また、ビア導体１４５の外表面が第２セラミック層１２０の外表面１２０ａに沿った平滑な面となっている。これにより、第２セラミック層１２０の外表面が内表面よりも大きな応力を受けたとしても、ビア導体１４５の外表面が平滑になっていない場合に比べて、クラックの発生を抑制することができる。

また、第２セラミック層１２０の外表面１２０ａよりも内表面１２０ｂの表面粗度が小さい。これにより、内表面１２０ｂに形成される発熱部１４２およびリード部１４３の抵抗値及び特性が意図しないものとなることを防止することができる。

また、図４に示す、第１断面での貫通孔１４４ａ、１４４ｂの外表面側の直径は、０．４３ｍｍであり、他方、図３に示す第２断面での貫通孔１４４ａの外表面側の直径は、０．４５ｍｍであり、第１面側での直径よりも若干大きくなっているが、いずれも０．４〜０、５ｍｍの範囲内となっている。このように外表面側での貫通孔１４４ａの直径を０．５ｍｍ以下とした結果、貫通孔１４４aに充填されたビア導体１４５ａに加わる内表面側から外表面側に向かう応力が小さくすることができ、貫通孔１４４ａ周辺のクラックの発生を更に抑制することができる。なお、貫通孔１４４ａ、１４４ｂの内表面側の直径は、いずれの断面においても、０．６ｍｍとなっている。第１断面（図４）での貫通孔１４４ａ、１４４ｂの外表面側と内表面側の径差は、０．１７ｍｍとなっており、他方、第２断面（図３）での貫通孔１４４ａの外表面側と内表面側の径差は、０．１５ｍｍとなっており、第１断面（図４）での径差よりも若干小さくなっている。

また、図４に示されているように、接続端子１３０ａの接合部１３３ａの接合面は、貫通孔１４４ａの中心と貫通孔１４４ｂの中心との間に配置されている。貫通孔１４４ａ、１４４ｂは、ビア導体１４５ａ、１４５ｂによって充填されているので、接合部１３３ａの接合面が貫通孔１４４ａ、１４４ｂを覆うようにロウ付けする必要がない。さらに、ロウ材１２４の容量が小さくなり、第２セラミック層１２０とロウ材１２４との熱膨張差による剥離を抑制することができる。

また、図４に示されているように、２つの貫通孔１４４ａ、１４４ｂの中心間の距離Ｔ１が１．５ｍｍである。このように、２つのビア導体１４５の中心距離Ｔ１を１ｍｍ以上とすることで、貫通孔１４４ａ、１４４ｂ間の第２セラミック層１２０に応力が集中することを抑制し、第２セラミック層１２０にクラックが生じることを抑制できる。

（２）製造方法
次に、セラミックヒータ１００の製造方法を図５，図６に基づいて説明する。
まず、第２セラミック層１２０に対し、第１面１２０ａから第２面１２０ｂに向けて打ち抜き加工を行うことで（図５（ａ）参照）、貫通孔１４４ａを形成する（他の貫通孔１４４ｂ、１４４ｃ、１４４ｄも同様であるため、説明は省略する）。つまり、打ち抜き加工用の工具（パンチ）１は、最初に第２セラミック層１２０における第１面１２０ａと接触することとなる。
ここでは、第２セラミック層１２０のうち、表面粗度が大きい方の面を第１面として打ち抜き加工を行う。
例えば、スラリー状のセラミックを搬送テープにより搬送しつつ、このセラミックを搬送テープ表面と対向する位置に配置されたブレードとの隙間に通す、といった製法（ドクターブレード法）で第２セラミック層１２０を作製した場合であれば、搬送テープに接触していなかった側の面の方が、表面粗度が比較的大きい（たとえば、最大高さＲｙが２〜３μｍ）ため、この面を第１面とし、他方、搬送テープに接触していた面は、表面粗度が比較的小さい（たとえば、最大高さＲｙが１μｍ以下）ため、この面を第２面とする。

このような貫通孔１４４の打ち抜き加工時には、第２セラミック層１２０において加工用の工具１が接触している領域だけでなく、その周辺領域も打ち抜く方向へと引っ張られるため、第２面側では、工具１が接触している領域と共に、その周辺領域の一部分が脱落する。これにより、通常は、第１面側よりも第２面側が拡がった形状に貫通孔１４４ａが形成されることとなる（図５（ｂ）参照）。
なお、この貫通孔１４４ａ周辺について、第１面側を電子顕微鏡で観察した様子を図７に示し、第２面側を電子顕微鏡で観察した様子を図８に示す。

続いて、上記打ち抜き手順にて形成された貫通孔１４４ａにビア導体１４５ａを形成する。
ここでは、打ち抜き手順にて貫通孔１４４aを形成した第２セラミック層１２０を表裏反転させた後、第１面１２０ａを平滑な板２に接触させ、貫通孔１４４ａを塞いだ状態で、この第２セラミック層１２０における第２面１２０ｂ側から、マスク３を介して貫通孔１４４に導電性ペースト５をスキージ４で押し込んで充填することにより、貫通孔１４４ａ内にビア導体１４５ａを形成する（図６（ａ）、（ｂ）、図２参照）。
このとき、貫通孔１４４ａを平滑な板２が閉塞しているため、ビア導体１４５ａの第１面１２０ａ側表面は、第２セラミック層１２０の第１面１２０ａと同じ高さで，かつ，平滑な面状となる。

続いて、表面粗度が小さい第２面１２０ｂに印刷により発熱部１４２およびリード部１４３ａ、１４３ｂを形成する（図６（ｃ）、図２参照）。リード部１４３ａは、ビア導体１４４ａ、１４４ｂを覆って形成され、また、リード部１４３ｂは、ビア導体１４４ｃ、１４４ｄを覆って形成される。ただし、図６では、ビア導体１４４ａのみ図示し、残りは省略する。

続いて、表裏反転させた後、第２セラミック層１２０における第１面１２０ａに印刷により電極パッド１２１ａ、１２１ｂを形成した（図６（ｄ）参照）後、第２面１２０ｂに第１セラミック層１１０を圧着する（図６（ｅ）参照）。
次に、第１セラミック層１１０と第２セラミック層１２０の積層体を、芯材１０１に巻き付けることで、円筒状の成形体とする（図６（ｆ）。
そして、この成形体を焼成することにより、図１、図２に示されたセラミックヒータ１００が得られる（図１参照）。
なお、こうして製造されたセラミックヒータ１００につき、その長さ方向で切断した場合における断面を電子顕微鏡にて観察した様子を図９に示す。

上述した製造方法によれば、第２セラミック層１２０は、貫通孔１４４ａ、１４４ｂ、１４４ｃ、１４４ｄを打ち抜く際にその加工用の工具（パンチ）１が最初に接触する第１面１２０ａを外側にして、芯材１０１に巻き付けられることとなる。このとき、貫通孔１４４ａ、１４４ｂ、１４４ｃ、１４４ｄおよびビア導体１４５ａ、１４５ｂ、１４５ｃ、１４５ｄは、第１面１２０aから第２面１２０ｂに向けてテーパ状に拡がった形状となる（図９参照）。

こうして製造されたセラミックヒータ１００は、後述する実験結果にて示されるように、工具１が最初に接触する面（第１面１２０ａ）を内側にして第２セラミック層１２０が芯材に巻き付けられた場合と比べて、クラックが発生する確率を大幅に低下させることができる。

また、上述した製造方法で製造されるセラミックヒータ１００において、ビア導体１４５ａ、１４５ｂ、１４５ｃ、１４５ｄは、第１面１２０ａ側の表面が、平滑化されている。これにより、後述する実験結果にて示されるように、ビア導体１４５における第２セラミック層１２０の第１面に凹凸がある場合と比べてクラックの発生を抑えることができる。

また、上述した製造方法においては、第２セラミック層１２０の第２面１２０ｂに発熱部１４２およびリード部１４３ａ、１４３ｂを形成している。この第２面は、第２セラミック層１２０の表面および裏面のうち、表面粗度が小さい方の面であるため、ヒータとしての特性に対する凹凸の影響を小さくすることができる結果、その特性が意図しないものとなってしまうことを防止できる。

以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は、上記実施形態に何ら限定されることはなく、本発明の技術的範囲に属する限り種々の形態をとり得ることはいうまでもない。

例えば、上記実施形態においては、丸棒状の芯材１０１である構成を例示したが、この芯材については、柱状のものや板状のものなど芯材たり得る形状であれば、どのような形状のものを用いてもよい。

また、上記実施形態においては、ロウ材１２４として、銅６２重量％―金３８重量％のものを使用した構成を例示した。しかし、このロウ材１２４としては、公知のロウ材を適用でき、その中で好ましいものとして、金２重量％〜４５重量％を含む銅のロウ材をあげることができる。

以下に、セラミック層を棒状の芯材に巻き付けてなる筒状のセラミックヒータを、下記に示す複数種類の製造方法により製造した場合に、クラックが発生するか否かを実験した結果を示す。
なお、ここで用いたセラミックシートは、上述したドクターブレード法で作製したものであって、第１面の最大高さＲｙは２〜３μｍ、第２面の最大高さＲｙは１μｍ以下である。

この実験では、上述した製造方法における各手順のうち、打ち抜き手順およびビア導体形成手順の条件のみが異なる３種類の製造方法によりそれぞれ複数個のセラミックヒータを生成し、各種類のセラミックヒータにつき、その外周面（第２セラミック層）における貫通孔周辺を電子顕微鏡により観察した。また、第２セラミック層における表面および裏面のうち、表面粗度が大きい方の面（第１面）が外側に向くように芯材に巻き付けた。巻きつけた後の第２セラミック層の外径は、２．８ｍｍである。

製造方法１〜３の具体的な条件は、次の通りである。
［製造方法１］
打ち抜き手順においては、上記実施形態とは逆に、第２面から第１面へと向けて打ち抜き加工を行った。また、ビア導体形成手順においては、上記実施形態とは逆に、第２面に平滑な板を接触させ、貫通孔を塞いだ状態で、第１面側から導電性ペーストを貫通孔内へ押し込んで、貫通孔内にビア導体を形成した。
［製造方法２］
打ち抜き手順においては、上記実施形態と同様に、第１面から第２面へと向けて打ち抜き加工を行った。他方、ビア導体形成手順においては、上記製造方法１と同様に、第２面に平滑な板を接触させ、貫通孔を塞いだ状態で、第１面側から導電性ペーストを貫通孔内へ押し込んで、貫通孔内にビア導体を形成した。
［製造方法３］
打ち抜き手順においては、上記実施形態と同様に、第１面から第２面へと向けて打ち抜き加工を行った。他方、ビア導体形成手順においては、上記実施形態と同様に、第１面に平滑な板を接触させ、貫通孔を塞いだ状態で第２面側から導電性ペーストを貫通孔内へ押し込んで、貫通孔内にビア導体を形成した。

上述した製造方法１〜３によりそれぞれ製造したセラミックヒータについて、その表面における貫通孔周辺を観察した結果、全ての製造方法においてクラックが発生しているセラミックヒータが存在していた。なお、クラックが発生している領域を電子顕微鏡で観察した様子を図１０に示す。
これは、セラミックシート（第２セラミック層）を芯材に巻き付けるときに発生する応力（引っ張り応力）によって、貫通孔を拡げる方向にセラミックシートが変形し、その変形に耐えきれなくなった領域が破損してクラックになったものと推測される（図１１参照）。

ただ、各製造方法によって、クラックの発生率が大きく異なっていた。具体的なクラックの発生率は次の通りである。
・製造方法１：１００％
・製造方法２： ２０％
・製造方法３： ９％
なお、各製造方法に対する条件およびクラックの発生率を図１２に示す。
この結果からは、まず、第２面側から打ち抜き加工を行った場合よりも、第１面側から打ち抜き加工を行った場合の方が、クラックの発生率が極端に低くなることがわかった。
また、第１面側からビア導体を充填した場合よりも、第２面側からビア導体を充填した場合の方が、クラックの発生率が低くなることがわかった。

セラミックヒータの斜視図（一部破断した状態となっている） セラミックヒータの各構成要素を分解して示した斜視図 セラミックヒータのうち、貫通孔周辺の部分拡大断面図（図１にお ける一点鎖線Ａ−Ａ’にて矢視） セラミックヒータのうち、貫通孔周辺の部分拡大断面図（図１にお ける一点鎖線Ｂ−Ｂ’にて矢視） セラミックヒータの製造方法（打ち抜き手順）を示す図 セラミックヒータの製造方法（ビア導体形成手順〜巻き付け手順）を示す図 貫通孔周辺（第１面）を観察した様子を示す図 貫通孔周辺（第２面）を観察した様子を示す図 セラミックヒータの断面を観察した様子を示す図 クラックが発生したセラミックヒータの断面を観察した様子を示す図 貫通孔周辺にクラックが発生する原因を説明する図 実験の条件および結果を示す図

符号の説明

１００・・・セラミックヒータ
１０１・・・芯材
１０２・・・セラミック基体
１１０・・・第１セラミック層
１２０・・・第２セラミック層（セラミックシート）
１２０ａ・・・外表面（第１面）
１２０ｂ・・・内表面（第２面）
１２１ａ、１０２ｂ・・・電極パッド
１２２・・・ニッケルメッキ膜
１２４・・・ロウ材
１２５・・・ニッケルメッキ膜
１３０ａ、１３０ｂ・・・接続端子
１３３ａ、１３３ｂ・・・接合部
１４２・・・発熱部
１４３ａ、１４３ｂ・・・リード部
１４４ａ、１４４ｂ、１４４ｃ、１４４ｄ・・・貫通孔
１４５ａ、１４５ｂ、１４５ｂ、１４４ｄ・・・ビア導体

Claims (12)

1. セラミックシートに対し、該セラミックシートにおける第１面から第２面に向けて打ち抜き加工を行うことで、該第１面から該第２面に向かって拡径する貫通孔を形成する工程と、
   該貫通孔内に、導電性ペーストを充填して、ビア導体を形成する工程と、
   前記第２面に、発熱体、および、該発熱体と前記ビア導体とを接続するリード部を形成する工程と、
   前記第１面が外側に向くように、芯材に巻き付ける工程と、
   を有することを特徴とするセラミックヒータの製造方法。
2. 前記ビア導体は、前記貫通孔の前記第１面側を平滑な板で塞いだ状態で、該貫通孔の前記第２面側から前記導電性ペーストを充填して形成され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の製造方法。
3. 前記セラミックシートは、前記第２面の方が前記第１面よりも表面粗度が小さいことを特徴とする請求項１または２に記載のセラミックヒータの製造方法。
4. 軸線方向に延びる円柱状のセラミック層と、
   該セラミック層を貫通する第１貫通孔と、
   該第１貫通孔内に充填された第１ビア導体と、
   前記セラミック層の外表面上に形成され、前記第１ビア導体と接続される電極パッドと、
   前記セラミック層の内表面上に形成された発熱体と、
   前記セラミック層の内表面上に形成され、前記発熱体と前記第１ビア導体とを接続するリード部と、
   を有するセラミックヒータであって、
   前記第１貫通孔の中心を通り前記軸線方向に沿った第１断面を見たときに、前記第１貫通孔は、前記セラミック層の外表面から内表面に向かって拡径している
   ことを特徴とするセラミックヒータ。
5. 前記第１貫通孔の外表面の直径は、前記第１断面において、０．５ｍｍ以下となることを特徴とする請求項４に記載のセラミックヒータ。
6. 前記第１貫通孔の外表面と内表面の径差は、前記第１断面において、０．１ｍｍ以上０．２ｍｍ以下であることを特徴とする請求項４または５に記載のセラミックヒータ。
7. 前記第１貫通孔の中心を通り前記軸線方向に垂直な第２断面を見たときに、前記第１貫通孔は、前記セラミック層の外表面から内表面に向かって拡径していることを特徴とする請求項４乃至６のいずれか一項に記載のセラミックヒータ。
8. 前記第２断面における前記第１貫通孔の外表面の直径は、前記第１断面における第１貫通孔の外表面の直径よりも大きく、かつ、０．５ｍｍ以下となることを特徴とする請求項７に記載のセラミックヒータ。
9. 前記第２断面における前記第１貫通孔の外表面と内表面の径差は、０．１ｍｍ以上であり、かつ、前記第１断面における前記第１貫通孔の外表面と内表面と径差よりも小さいことを特徴とする請求項７または８に記載のセラミックヒータ。
10. 前記電極パッドに対向する対向面を備えた接続端子と、
    前記セラミック層を貫通し、前記第１断面において前記セラミック層の外表面から内表面に向かって拡径する第２貫通孔と、
    前記第２貫通孔内に充填され、前記電極パッドと前記リード部とを接続する第２ビア導体と、を備え、
    前記接続端子の対向面は、前記第１貫通孔の中心および前記第２貫通孔の中心の間に配置されていることを特徴とする請求項４乃至９のいずれか一項に記載のセラミックヒータ。
11. 前記第１貫通孔の中心と前記第２貫通孔の中心との間の距離は、１ｍｍ以上５ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１０に記載のセラミックヒータ。
12. 前記セラミック層の前記軸線方向に垂直断面における外径は、２．５ｍｍ〜３．０ｍｍであることを特徴とする請求項４乃至１１のいずれか一項に記載のセラミックヒータ。