JP5988403B2 - ヒータ - Google Patents
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Description
本発明は、ヘアアイロン、水加熱用ヒータ、酸素センサ、空燃比センサ、グロープラグまたは半導体製造装置等に用いられるヒータに関するものである。
上記ヘアアイロン等に用いられるヒータとしては、例えば、特開平11−273837号公報(以下、特許文献1という)に開示されたセラミックヒータが挙げられる。特許文献1に開示されたセラミックヒータは、セラミック基材と、セラミック基材の内部に設けられたヒータ部と、セラミック基材の内部に設けられてヒータ部に接続されたリード部と、セラミック基材に設けられ、一端がリード部に接続され、他端がセラミック基材の表面に導出された導電層とを備えている。
しかしながら、特許文献1に開示されたセラミックヒータ(以下、単にヒータともいう)においては、ヒータ部(発熱抵抗体)で生じた熱が、リード部(導体線路)を伝わって導体層(スルーホール導体)に伝わる場合があった。そして、このスルーホール導体に熱が籠ることによって、スルーホール導体とセラミック基材(セラミック構造体)との間に熱応力が生じる場合があった。その結果、ヒータの長期信頼性を向上させることが困難であった。
本発明の一態様のヒータは、セラミック構造体と、該セラミック構造体に埋設された発熱抵抗体と、前記セラミック構造体に埋設されて前記発熱抵抗体に接続された導体線路と、前記セラミック構造体に設けられ、一端が前記導体線路に接続され、他端が前記セラミック構造体の表面に導出されたスルーホール導体と、該スルーホール導体を覆うように前記セラミック構造体の表面に設けられ、前記スルーホール導体に接続された電極パッドとを備えたヒータであって、前記スルーホール導体は、前記セラミック構造体の表面よりも外方に突出した突出部を有しており、前記突出部の表面が曲面状である。
以下、本発明の一実施形態のヒータについて図面を参照して詳細に説明する。
図1は、本発明の一実施形態のヒータ10を示す一部破断斜視図である。図2は、本発明の一実施形態のヒータ10を示す模式図である。図2に示すように、本発明の一実施形態のヒータ10は、セラミック構造体1と発熱抵抗体2と導体線路3とスルーホール導体4と電極パッド5とを備えている。ヒータ10は、例えば、ヘアアイロン、水加熱用ヒータ、酸素センサ、空燃比センサ、グロープラグまたは半導体製造装置等に用いられる。
<セラミック構造体1の構成>
セラミック構造体1は、発熱抵抗体2および導体線路3を内部に保持するための部材である。セラミック構造体1の内部に発熱抵抗体2および導体線路3が設けられることによって、発熱抵抗体2および導体線路3の耐環境性を向上できる。セラミック構造体1は、棒状の部材である。セラミック構造体1は、円柱状の部材である。セラミック構造体1は、複数のセラミック層から成る。具体的には、中央に棒状のセラミック体が設けられており、このセラミック体の外周面を取り巻くように複数のセラミック層が積層されている。発熱抵抗体2および導体線路3は、これらの複数のセラミック層の間に設けられている。セラミック構造体1は、アルミナ、窒化珪素、窒化アルミニウムまたは炭化珪素等のセラミック材料から成る。セラミック構造体1は、例えば、外径が1〜30mmであり、長手方向の長さが5〜200mmである。
セラミック構造体1は、発熱抵抗体2および導体線路3を内部に保持するための部材である。セラミック構造体1の内部に発熱抵抗体2および導体線路3が設けられることによって、発熱抵抗体2および導体線路3の耐環境性を向上できる。セラミック構造体1は、棒状の部材である。セラミック構造体1は、円柱状の部材である。セラミック構造体1は、複数のセラミック層から成る。具体的には、中央に棒状のセラミック体が設けられており、このセラミック体の外周面を取り巻くように複数のセラミック層が積層されている。発熱抵抗体2および導体線路3は、これらの複数のセラミック層の間に設けられている。セラミック構造体1は、アルミナ、窒化珪素、窒化アルミニウムまたは炭化珪素等のセラミック材料から成る。セラミック構造体1は、例えば、外径が1〜30mmであり、長手方向の長さが5〜200mmである。
<発熱抵抗体2の構成>
発熱抵抗体2は、熱を発するための部材である。発熱抵抗体2は、複数のセラミック層の間に設けられて、セラミック構造体1に埋設されている。発熱抵抗体2は、セラミック構造体1の外周面に沿って、設けられている。発熱抵抗体2は、複数の折り返し部を有することによって広範囲に形成されている。発熱抵抗体2は、金属材料から成る。発熱抵抗体2は、セラミック構造体1と同時に焼成することが可能な金属材料から成ることが好ましい。セラミック構造体1と同時に焼成することが可能な金属材料としては、例えば、タングステン、モリブデンまたはレニウム等を用いることができる。発熱抵抗体2の幅は例えば0.1〜5mmであり、厚みは0.01〜1mmである。発熱抵抗体2で発せられた熱は、セラミック構造体1の内部を伝導し、セラミック構造体1の表面から外部に発せられる。
発熱抵抗体2は、熱を発するための部材である。発熱抵抗体2は、複数のセラミック層の間に設けられて、セラミック構造体1に埋設されている。発熱抵抗体2は、セラミック構造体1の外周面に沿って、設けられている。発熱抵抗体2は、複数の折り返し部を有することによって広範囲に形成されている。発熱抵抗体2は、金属材料から成る。発熱抵抗体2は、セラミック構造体1と同時に焼成することが可能な金属材料から成ることが好ましい。セラミック構造体1と同時に焼成することが可能な金属材料としては、例えば、タングステン、モリブデンまたはレニウム等を用いることができる。発熱抵抗体2の幅は例えば0.1〜5mmであり、厚みは0.01〜1mmである。発熱抵抗体2で発せられた熱は、セラミック構造体1の内部を伝導し、セラミック構造体1の表面から外部に発せられる。
<導体線路3の構成>
導体線路3は、スルーホール導体4および電極パッド5等と共に、発熱抵抗体2とセラミック構造体1の外部の電源(図示せず)とを電気的に接続するための部材である。導体線路3は、セラミック構造体1に埋設されている。導体線路3は、発熱抵抗体2が設けられたセラミック層の間と同じセラミック層の間に設けられている。導体線路3は、一端が発熱抵抗体2の端部に電気的に接続されている。一方、導体線路3の他端は、外部の電源に接続するために、スルーホール導体4に接続されている。導体線路3は、セラミック構造体1と同時に焼成することが可能な金属材料から成ることが好ましい。セラミック構造体1と同時に焼成することが可能な金属材料としては、例えば、タングステン、モリブデンまたはレニウム等を用いることができる。導体線路3の幅は、例えば0.1〜2mmであり、厚みは、例えば1〜100μmである。
導体線路3は、スルーホール導体4および電極パッド5等と共に、発熱抵抗体2とセラミック構造体1の外部の電源(図示せず)とを電気的に接続するための部材である。導体線路3は、セラミック構造体1に埋設されている。導体線路3は、発熱抵抗体2が設けられたセラミック層の間と同じセラミック層の間に設けられている。導体線路3は、一端が発熱抵抗体2の端部に電気的に接続されている。一方、導体線路3の他端は、外部の電源に接続するために、スルーホール導体4に接続されている。導体線路3は、セラミック構造体1と同時に焼成することが可能な金属材料から成ることが好ましい。セラミック構造体1と同時に焼成することが可能な金属材料としては、例えば、タングステン、モリブデンまたはレニウム等を用いることができる。導体線路3の幅は、例えば0.1〜2mmであり、厚みは、例えば1〜100μmである。
<スルーホール導体4の構成>
スルーホール導体4は、導体線路3と電極パッド5とを電気的に接続するための部材である。スルーホール導体4は、セラミック構造体1に設けられている。スルーホール導体4は、一端が導体線路3に接続されており、他端がセラミック構造体1の表面に導出されている。また、図3に示すように、スルーホール導体4の他端は、電極パッド5に覆われていることによって、電極パッド5に電気的に接続されている。なお、図3はスルーホール導体4付近の部分拡大図である。スルーホール導体4は、セラミック構造体1と同時に焼成することが可能な金属材料から成ることが好ましい。セラミック構造体1と同時に焼成することが可能な金属材料としては、例えば、タングステン、モリブデンまたはレニウム等を用いることができる。
スルーホール導体4は、導体線路3と電極パッド5とを電気的に接続するための部材である。スルーホール導体4は、セラミック構造体1に設けられている。スルーホール導体4は、一端が導体線路3に接続されており、他端がセラミック構造体1の表面に導出されている。また、図3に示すように、スルーホール導体4の他端は、電極パッド5に覆われていることによって、電極パッド5に電気的に接続されている。なお、図3はスルーホール導体4付近の部分拡大図である。スルーホール導体4は、セラミック構造体1と同時に焼成することが可能な金属材料から成ることが好ましい。セラミック構造体1と同時に焼成することが可能な金属材料としては、例えば、タングステン、モリブデンまたはレニウム等を用いることができる。
スルーホール導体4は、他端に突出部41を有している。突出部41は、セラミック構造体1の表面よりも外方に突出している。具体的には、セラミック構造体1の表面からドーム状に突出している。これにより、スルーホール導体4と電極パッド5とが接触する面積を増やすことができる。その結果、スルーホール導体4から外部へ熱を逃がしやすくすることができる。そのため、発熱抵抗体2で生じた熱が導体線路3を介してスルーホール導体4に伝わったとしても、スルーホール導体4に熱が籠ることを低減できる。したがって、スルーホール導体4が過度に高温になることを抑制できるので、スルーホール導体4とセラミック構造体1との間に生じる熱応力を低減できる。その結果、スルーホール導体4またはセラミック構造体1にクラックが生じるおそれを低減できるので、ヒータ10の長期信頼性を向上させることができる。
スルーホール導体4は円柱状である。スルーホール導体4が円柱状であることによって、スルーホール導体4の一部に熱応力が集中することを抑制できる。スルーホール導体4が円柱状の場合の寸法は、例えば、外径を0.1〜1mmに設定できる。また、外径が0.1mmのときの突出部41を含む全長は、例えば、0.1〜1mm程度に設定できる。また、この場合のスルーホール導体4のうち突出している部分(突出部41)の長さは、例えば、0.003mm〜0.1mm程度に設定できる。突出部41の長さが0.003mmよりも長いことによって、スルーホール導体4と電極パッド5との接触面積を大きくすることができる。そのため、スルーホール導体4から外部へ熱を逃がしやすくすることができる。また、突出部41の長さを0.1mmよりも短くしておくことによって、外力が突出部に加わったときに突出部が破壊してしまうおそれを低減できる。
突出部41の表面は、突出部41の中央部が外方に突出した曲面状である。突出部41の表面が曲面状であることによって、突出部41におけるノイズの発生を低減することができる。具体的には、突出部41の表面が鋭く突き出た部分を有している場合には、スルーホール導体4と電極パッド5との間に流れる電流のエネルギーが突出部41のうち突き出た部分の先端に集中して、スパーク等が発生する場合がある。その結果、突出部41においてノイズが発生する場合がある。突出部41の表面を曲面状にしておくことによって、ノイズの発生を低減することができる。ノイズの発生を低減することによって、ヒータ10の周囲に設けられる電子部品に対するノイズによる悪影響を減少させることができる。
また、スルーホール導体4は、一端における導体線路3との接続面が、下側(導体線路3側)に突出した曲面状である。導体線路3との接続面が曲面状であることによって、接続面におけるノイズの発生を低減することができる。具体的には、接続面の表面が鋭く突き出た部分を有している場合には、スルーホール導体4と導体線路3との間に流れる電流のエネルギーが接続面のうち突き出た部分の先端に集中して、スパーク等が発生する場合がある。その結果、ノイズが発生する場合がある。接続面を曲面状にしておくことによって、ノイズの発生を低減することができる。ノイズの発生を低減することによって、ヒータ10の周囲に設けられる電子部品に対するノイズによる悪影響を減少させることができる。
<電極パッド5の構成>
電極パッド5は、スルーホール導体4と外部の電源とを電気的に接続するための部材である。電極パッド5は、セラミック構造体1の表面に設けられている。電極パッド5はスルーホール導体4の突出部41を密着して覆っている。これにより、電極パッド5がスルーホール導体4に電気的に接続されている。電極パッド5には、棒状のリード端子7が、発熱抵抗体2が設けられている側とは逆側に引き出されるように接合されている。リード端子7は、例えば、ニッケル等の電気伝導に優れる金属材料から成る。電極パッド5とリード端子7との接合には、例えば、ろう材8が用いられる。ろう材8としては、例えば、銀ろう等が用いられる。ろう材8は、電極パッド5のうちリード端子7が設けられている領域からスルーホール導体4を覆う領域にまで設けられている。本実施形態のヒータ10においては、スルーホール導体4とセラミック構造体1との間に生じる熱応力が低減されていることによって、スルーホール導体4が歪むおそれが低減されている。そのため、電極パッド5とスルーホール導体4との間に剥がれが生じるおそれが低減されている。このため、電極パッド5とスルーホール導体4との間に剥がれが生じて電極パッド5が変形することにより、電極パッド5とろう材8との間に応力が生じるおそれが低減されている。その結果、ろう材8にクラックが入るおそれが低減されている。そのため、リード端子7に剥がれが生じるおそれも低減されている。これらの結果、ヒータ10の長期信頼性を向上させることができる。
電極パッド5は、スルーホール導体4と外部の電源とを電気的に接続するための部材である。電極パッド5は、セラミック構造体1の表面に設けられている。電極パッド5はスルーホール導体4の突出部41を密着して覆っている。これにより、電極パッド5がスルーホール導体4に電気的に接続されている。電極パッド5には、棒状のリード端子7が、発熱抵抗体2が設けられている側とは逆側に引き出されるように接合されている。リード端子7は、例えば、ニッケル等の電気伝導に優れる金属材料から成る。電極パッド5とリード端子7との接合には、例えば、ろう材8が用いられる。ろう材8としては、例えば、銀ろう等が用いられる。ろう材8は、電極パッド5のうちリード端子7が設けられている領域からスルーホール導体4を覆う領域にまで設けられている。本実施形態のヒータ10においては、スルーホール導体4とセラミック構造体1との間に生じる熱応力が低減されていることによって、スルーホール導体4が歪むおそれが低減されている。そのため、電極パッド5とスルーホール導体4との間に剥がれが生じるおそれが低減されている。このため、電極パッド5とスルーホール導体4との間に剥がれが生じて電極パッド5が変形することにより、電極パッド5とろう材8との間に応力が生じるおそれが低減されている。その結果、ろう材8にクラックが入るおそれが低減されている。そのため、リード端子7に剥がれが生じるおそれも低減されている。これらの結果、ヒータ10の長期信頼性を向上させることができる。
電極パッド5の上面には、めっき層6が設けられている。めっき層6としては、例えば、ニッケルめっき層を用いることができる。ニッケルめっき層が設けられていることによって、電極パッド5とリード端子7との接合性を向上できる。
また、スルーホール導体4の突出部41は、電極パッド5に入り込んでいる。具体的には、電極パッド5の一部が凹んでいるとともに、この凹みにスルーホール導体4の突出部41が位置している。電極パッド5に突出部41が入り込むことによって、電極パッド5がセラミック構造体1の表面に沿った方向にずれにくくなる。その結果、電極パッド5に剥がれが生じるおそれをさらに低減できる。
電極パッド5は、セラミック構造体1と同時に焼成することが可能な金属材料から成ることが好ましい。セラミック構造体1と同時に焼成することが可能な金属材料としては、例えば、タングステン、モリブデンまたはレニウム等を用いることができる。電極パッド5の寸法は、例えば、幅を0.5〜15mmに設定できる。幅が0.5mm程度の場合には、長さを例えば0.5mmに設定できる。また、幅が15mm程度の場合には、幅を20mm程度に設定できる。
なお、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更、改良などが可能である。例えば、図4に示す変形例のヒータ10のように、スルーホール導体4の突出部41の外周が、突出するにしたがって広がっていてもよい。突出部41のうち広がっている部分の下側に電極パッド5が入り込むことによって、突出部41のうち広がっている部分が上下方向から電極パッド5に挟まれていることになる。その結果、電極パッド5をスルーホール導体4により強固に固定することができる。
また、図5に示す変形例のヒータ10のように、突出部41は、電極パッド5と接する部分に、外方に向かって突出した複数の凸部を有していてもよい。突出部41が複数の凸部を有していることによって、電流が集中する箇所を複数に分けることができる。その結果、局所的に電流が集中することを低減できる。その結果、スルーホール導体4において局所的な発熱が生じることを低減できる。その結果、ヒータ10の長期信頼性を向上させることができる。
また、凸部がスルーホール導体4の外周に沿って複数設けられていることが好ましい。これにより、電流が集中する箇所を広範囲に分散させることができる。その結果、凸部に生じる発熱を広範囲に分散させることができる。凸部の寸法は、例えば、高さが0.001〜0.07mmである。また、高さが0.07mmの場合の凸部の幅は、例えば、0.5mm程度に設定できる。
また、突出部41の表面のうち外周側および中心部分が凹んでいることが好ましい。言い換えると、突出部41の表面のうち外周側と中心部分との間に位置する領域が枠状になっていることが好ましい。この枠の内部に電極パッド5を入り込ませることによって、突出部41と電極パッド5とが接する領域を広範囲にすることができる。これにより、突出部41と電極パッド5との間の一部に電流が集中することを低減できる。
また、図6に示す変形例のヒータ10のように、スルーホール導体4が突出部41を有するとともに、スルーホール導体4の表面の一部がセラミック構造体1の表面よりも内方に凹んでいてもよい。これにより、スルーホール導体4と電極パッド5とが接触する面積をより大きくすることができる。これにより、スルーホール導体4から外部へ熱をさらに逃がしやすくすることができる。
<ヒータ10の製造方法>
次に、本実施の形態のヒータ10の製造方法について説明する。
次に、本実施の形態のヒータ10の製造方法について説明する。
まず、セラミック構造体1を作製するため、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または炭化珪素質セラミックス等のセラミック成分に、二酸化珪素、酸化カルシウム、酸化マグネシウムおよびジルコニア等の焼結助剤を含有させて調製し、セラミックスラリーを得る。このセラミックスラリーをシート状に成形して、セラミックグリーンシートを作製する。あるいは、上記成分を混合してプレス成型や押出成型等で板状または棒状の成型体を作製する。
このとき、外部からの電力をリード端子7、ろう材8およびニッケルめっきを介して発熱抵抗体2に伝えるために、スルーホール導体4を設ける。スルーホール導体4はセラミックグリーンシートに穴を開けて内部に導電性ペーストを圧入して作製する。このとき、導電性ペーストの端部がグリーンシートの表面よりも外方に位置するように、導電性ペーストを設けることが重要である。この部分が焼成後に、スルーホール導体4の突出部41になる。
このセラミック構造体1と成るセラミックグリーンシートまたは成型体の一方の主面に、発熱抵抗体2および導体線路3と成る導電性ペーストをそれぞれスクリーン印刷等の手法を用いて形成する。また、裏面に、電極パッド5と成る導電性ペーストの印刷インクをスクリーン印刷等の手法を用いて形成する。
発熱抵抗体2、導体線路3および電極パッド5の材料としては、セラミック構造体1との同時焼成によって作製が可能な例えばタングステン、モリブデンまたはレニウム等の高融点金属を主成分とするものを用いる。
また、スルーホール導体4となる導電性ペーストは、これらの高融点金属に適宜セラミック原料、バインダーおよび有機溶剤等を調合して混練することで作製できる。
このとき、ヒータ10の用途に応じて、発熱抵抗体2と成る導電性ペーストのパターンの長さ、折り返しパターンの距離および間隔ならびにパターンの線幅を変更することにより、導体線路3の発熱位置や抵抗値を所望の値に設定する。
そして、このパターンが形成されたセラミックグリーンシートまたは成型体に、さらに同一材質のセラミックグリーンシートまたは成型体を積層液を用いて積層して密着させることにより、内部に発熱抵抗体2および導体線路3を有するセラミック構造体1と成る棒状または板状の成型体が得られる。
次に、得られた成形体を1500℃〜1600℃程度で焼成する。さらに、セラミック構造体1の主面の電極パッド5上に電解めっきにてニッケルめっき層6を設ける。そして、ろう材8として銀ろうを用いて、電極パッド5とNiからなるリード端子7とを接合する。以上により、ヒータ10を作製することができる。
本発明の実施例のヒータ10を以下のようにして作製した。
まず、アルミナを主成分とし、二酸化珪素、酸化カルシウム、酸化マグネシウムおよびジルコニアが合計で10質量%以内になるように調製したセラミックグリーンシートを作製した。
次に、モリブデン粉末、タングステン粉末およびバインダーを混合して、導電性ペーストを作製した。セラミックグリーンシートに穴を開けて内部に導電性ペーストを充填することによって、スルーホール導体4と成る部分を作製した。このとき、導電性ペーストの端部がグリーンシートの表面よりも0.05mm程度外方に位置するように、導電性ペーストを設けた。このように導電性ペーストの端部をグリーンシートの表面よりも外方に位置させるための手法としては、例えば、治具を用いて圧力をかけながら導電性ペーストを穴に充填する方法が挙げられる。
そして、このセラミックグリーンシートの表面に、発熱抵抗体2、導体線路3および電極パッド5と成るモリブデンおよびタングステンを主成分とする導電性ペーストを、スクリーン印刷法にてそれぞれのパターンに印刷した。これらが印刷されたセラミックグリーンシートと、このセラミックグリーンシートと同一材料から押し出し成型で作製した棒状の成型体とに、同一の組成のセラミックスを分散させた積層液を塗布して積層して、棒状の積層体を得た。こうして得られた棒状の積層体を1500〜1600℃の還元雰囲気(窒素雰囲気)中で焼成した。
次に、セラミック構造体1の主面の電極パッド5上に電解めっきにて厚みが2〜4μmのニッケルめっき層を設けた。その後、電極パッド5にリード端子7を接合した。接合には、銀ろうを用いた。このようにして、試料1のヒータ10を作製した。
比較例として、セラミック構造体に穴を開けて内部に導電性ペーストを充填するときに、導電性ペーストを穴の内部にのみ位置させた試料2を作製した。その他の条件は試料1の場合と同様である。
そして、試料1のヒータ10および試料2のヒータに対して、直流電圧を表面温度が1200℃になるまで印加して、表面温度が1200℃到達後に表面温度が室温になるまで停止することを1サイクルとするサイクル通電を行なった。その後、試料1のヒータ10および試料2のヒータの外観を確認した。その結果、試料1のヒータ10においては、1000サイクルのサイクル通電を行なった後であってもセラミック構造体1におけるクラックの発生が確認できなかった。これに対して、試料2のヒータにおいては、およそ1000サイクルのサイクル通電を行なった後に、セラミック構造体にクラックが発生していた。クラックの起点は、スルーホール導体に接する領域であった。
また、試料1および試料2について、ヒータの表面温度が1200℃に到達したときのスルーホール導体4の近傍の温度を測定した。具体的には、電極パッド5のうちスルーホール導体4の直上に位置する領域に直径0.1mmの熱電対を取り付けて温度を測定した。その結果、試料1のヒータ10においては測定結果が238℃であったのに対して、試料2のヒータにおいては測定結果が270℃であった。すなわち、突出部41を有していない試料2のヒータにおいては、スルーホール導体4に熱が籠ってしまったのに対して、突出部41を有する試料1のヒータ10においては、スルーホール導体4から外部に熱を逃がしやすくなっていることが確認できた。その結果、試料1のヒータ10においては、クラックの発生するおそれが低減されていることが確認できた。
1:セラミック構造体
2:発熱抵抗体
3:導体線路
4:スルーホール導体
41:突出部
5:電極パッド
6:めっき層
7:リード端子
8:ろう材
10:ヒータ
2:発熱抵抗体
3:導体線路
4:スルーホール導体
41:突出部
5:電極パッド
6:めっき層
7:リード端子
8:ろう材
10:ヒータ
Claims (7)
- セラミック構造体と、該セラミック構造体に埋設された発熱抵抗体と、前記セラミック構造体に埋設されて前記発熱抵抗体に接続された導体線路と、前記セラミック構造体に設けられ、一端が前記導体線路に接続され、他端が前記セラミック構造体の表面に導出されたスルーホール導体と、該スルーホール導体を覆うように前記セラミック構造体の表面に設けられ、前記スルーホール導体に接続された電極パッドとを備えたヒータであって、
前記スルーホール導体は、前記セラミック構造体の表面よりも外方に突出した突出部を有しており、前記突出部の表面が曲面状であるヒータ。 - セラミック構造体と、該セラミック構造体に埋設された発熱抵抗体と、前記セラミック構造体に埋設されて前記発熱抵抗体に接続された導体線路と、前記セラミック構造体に設けられ、一端が前記導体線路に接続され、他端が前記セラミック構造体の表面に導出されたスルーホール導体と、該スルーホール導体を覆うように前記セラミック構造体の表面に設けられ、前記スルーホール導体に接続された電極パッドとを備えたヒータであって、
前記スルーホール導体は、前記セラミック構造体の表面よりも外方に突出した突出部を有しており、前記突出部は複数の凸部を有しているヒータ。 - 前記スルーホール導体の前記一端が、前記導体線路に入り込んでいる請求項1または請求項2に記載のヒータ。
- 前記スルーホール導体の前記一端の前記導体線路との接続面が曲面状である請求項3に記載のヒータ。
- セラミック構造体と、該セラミック構造体に埋設された発熱抵抗体と、前記セラミック構造体に埋設されて前記発熱抵抗体に接続された導体線路と、前記セラミック構造体に設けられ、一端が前記導体線路に接続され、他端が前記セラミック構造体の表面に導出されたスルーホール導体と、該スルーホール導体を覆うように前記セラミック構造体の表面に設けられ、前記スルーホール導体に接続された電極パッドとを備えたヒータであって、
前記スルーホール導体は、前記セラミック構造体の表面よりも外方に突出した突出部を有しており、前記スルーホール導体の前記一端が、前記導体線路に入り込んでいるとともに、前記スルーホール導体の前記一端の前記導体線路との接続面が曲面状であるヒータ。 - 前記スルーホール導体は円柱状である請求項1乃至請求項5のいずれかに記載のヒータ。
- 前記スルーホール導体の前記突出部の外周が突出するにしたがって広がっている請求項1乃至請求項6のいずれかに記載のヒータ。
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Citations (2)
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---|---|---|---|---|
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JP2011029088A (ja) * | 2009-07-28 | 2011-02-10 | Harison Toshiba Lighting Corp | セラミックヒータ、加熱装置、画像形成装置 |
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