JP6298342B2 - セラミックヒーターの製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は、セラミックヒーターの製造方法に関する。
芯材とこの芯材を被覆する絶縁性シートとの間に、高融点金属からなる抵抗発熱体が埋設されたセラミックヒーターは、自動車用の酸素センサーやグローシステム等における発熱源として、また、半導体加熱用ヒーター及び石油ファンヒーター等の石油気化器用熱源等として、広範囲に使用されている。
特許文献１には、このような用途に使用されるセラミックヒーターの製造方法が記載されており、具体的には、離型フィルム上に接着用グリーンシートをスクリーン印刷により形成し、その上に導体ペーストをスクリーン印刷により形成し、さらに絶縁性グリーンシートをスクリーン印刷により形成した後、離型フィルムを剥がして積層体を作製し、この積層体を芯材に巻き付けてセラミックヒーターを製造する方法が記載されている。
製造するセラミックヒーターの構造は、配線の大部分が絶縁材料中に埋設され、給電部となる部分のみが露出した構造である。このような構造を達成するため、特許文献１では、給電部となる部分に対応する位置に接着用グリーンシートを形成して段差を設け、離型フィルム及び接着用グリーンシートの上に導体ペーストを印刷することにより配線を形成して、接着用グリーンシート上に形成した配線の上には絶縁性グリーンシートを形成しないようにしている。
このような工程であると、導体ペーストの印刷時に、離型フィルムと接着用グリーンシートの境界に存在する段差により導体ペーストがその境界で流れたり、切れたりすることがある。その結果、導体ペーストの厚さ、寸法、断面形状の制御が難しくなって、セラミックヒーターの特性が不安定になることがあった。
また、上記工程であると接着用グリーンシートの印刷、導体ペーストの印刷、絶縁性グリーンシートの印刷という少なくとも３回の印刷工程が必要となり、印刷工程が多いためその工程数を削減し、工程を簡素化することが求められていた。
また、離型フィルムは使い捨てとなり、廃棄物が増えるという問題があるため、離型フィルムを使用しない方法が求められていた。
また、離型フィルムは使い捨てとなり、廃棄物が増えるという問題があるため、離型フィルムを使用しない方法が求められていた。
本発明は、離形フィルムを用いることなく、簡便な工程によってセラミックヒーターを製造することのできるセラミックヒーターの製造方法を提供することを目的とする。
上記目的を達成するための、本発明のセラミックヒーターの製造方法は、
グリーンシート上に導体ペーストを印刷することにより、ヒーター部及び給電部となる配線パターンを形成して、配線パターン付きグリーンシートを作製する工程と、上記配線パターン付きグリーンシートの配線パターンが形成された側の面である第１面の一部に、上記給電部となる部分の一部が露出するように配線側グリーンシートを積層する工程と、上記配線パターン付きグリーンシートの配線パターンが形成されていない側の面である第２面の一部であって、少なくとも第１面において露出した、給電部となる部分の裏側にあたる位置に、裏側グリーンシートを積層する工程と、積層したグリーンシートを平板形状にプレス成形するプレス工程と、により、上記ヒーター部となる部分が埋め込まれ、上記給電部となる部分の一部が露出した平板形状の配線パターン付き被覆用シートを作製し、上記配線パターン付き被覆用シートを円柱形状又は円筒形状の芯材の側面に巻き付けてセラミックヒーターを製造することを特徴とする。
グリーンシート上に導体ペーストを印刷することにより、ヒーター部及び給電部となる配線パターンを形成して、配線パターン付きグリーンシートを作製する工程と、上記配線パターン付きグリーンシートの配線パターンが形成された側の面である第１面の一部に、上記給電部となる部分の一部が露出するように配線側グリーンシートを積層する工程と、上記配線パターン付きグリーンシートの配線パターンが形成されていない側の面である第２面の一部であって、少なくとも第１面において露出した、給電部となる部分の裏側にあたる位置に、裏側グリーンシートを積層する工程と、積層したグリーンシートを平板形状にプレス成形するプレス工程と、により、上記ヒーター部となる部分が埋め込まれ、上記給電部となる部分の一部が露出した平板形状の配線パターン付き被覆用シートを作製し、上記配線パターン付き被覆用シートを円柱形状又は円筒形状の芯材の側面に巻き付けてセラミックヒーターを製造することを特徴とする。
本発明のセラミックヒーターの製造方法では、配線パターン付き被覆用シートの作製工程において、離型フィルムを用いないため廃棄物が増えることが無い。また、印刷工程はグリーンシート上に導体ペーストを印刷する工程のみであるため、工程を簡素化することができる。
また、導体ペーストを印刷するグリーンシートには段差がないため導体ペーストの厚さ、寸法、断面形状の制御が容易となり、配線の厚さの均一性を向上させることができる。
そして、形成される配線パターン付き被覆用シートには配線パターンの一部が露出するのでこの部分を給電部の一部として使用することができ、ヒーター部となる配線パターンは被覆用シート内に埋め込まれた構造となる。
このように製造された配線パターン付き被覆用シートを円柱形状又は円筒形状の芯材の側面に巻き付けてセラミックヒーターを製造することにより、簡便な工程で、配線の形状が制御されたセラミックヒーターを製造することができる。
また、導体ペーストを印刷するグリーンシートには段差がないため導体ペーストの厚さ、寸法、断面形状の制御が容易となり、配線の厚さの均一性を向上させることができる。
そして、形成される配線パターン付き被覆用シートには配線パターンの一部が露出するのでこの部分を給電部の一部として使用することができ、ヒーター部となる配線パターンは被覆用シート内に埋め込まれた構造となる。
このように製造された配線パターン付き被覆用シートを円柱形状又は円筒形状の芯材の側面に巻き付けてセラミックヒーターを製造することにより、簡便な工程で、配線の形状が制御されたセラミックヒーターを製造することができる。
本発明のセラミックヒーターの製造方法では、上記配線側グリーンシート及び上記裏側グリーンシートを、それぞれ階段状に厚みが変化するようにずらして、複数枚積層することが望ましい。
このようにすると、被覆用シート内に埋め込まれた配線が表面に露出するまでの傾きが緩やかとなるため、プレス工程での断線の可能性が減少する。
このようにすると、被覆用シート内に埋め込まれた配線が表面に露出するまでの傾きが緩やかとなるため、プレス工程での断線の可能性が減少する。
本発明のセラミックヒーターの製造方法では、第１面側と第２面側に積層するグリーンシートの厚さの合計が同じになるように、上記配線側グリーンシート及び上記裏側グリーンシートを積層することが望ましい。
第１面側と第２面側に積層するグリーンシートの厚さの合計が同じになるようにグリーンシートを積層してプレスすると、プレス工程後に形成される被覆用シートの厚さは均一となる。
第１面側と第２面側に積層するグリーンシートの厚さの合計が同じになるようにグリーンシートを積層してプレスすると、プレス工程後に形成される被覆用シートの厚さは均一となる。
本発明のセラミックヒーターの製造方法では、上記配線パターン付きグリーンシートの作製に用いるグリーンシート、上記配線側グリーンシート及び上記裏側グリーンシートの１枚あたりの材質及び厚さは全て同じであることが望ましい。
本発明の方法であると、グリーンシートを積層する枚数を変えることで配線パターン付き被覆用シートの厚さを調整することができるので、材質や厚さが異なるグリーンシートを準備する必要はない。すなわち、１種類のグリーンシートを準備すればよいため、工程を簡素化することができる。
本発明の方法であると、グリーンシートを積層する枚数を変えることで配線パターン付き被覆用シートの厚さを調整することができるので、材質や厚さが異なるグリーンシートを準備する必要はない。すなわち、１種類のグリーンシートを準備すればよいため、工程を簡素化することができる。
本発明のセラミックヒーターの製造方法では、上記配線パターン付きグリーンシートの作製に用いるグリーンシート、上記配線側グリーンシート及び上記裏側グリーンシートの１枚あたりの厚さは焼成後に３０〜５００μｍとなる厚さであることが望ましい。
本発明のセラミックヒーターの製造方法では、さらに、上記配線パターン付き被覆用シートを上記芯材の側面に巻き付けた後、脱脂工程及び焼成工程を行い、上記ヒーター部及び上記給電部を形成するとともに、絶縁層を形成することが望ましい。
芯材がセラミック製である場合、焼成することにより、印刷された配線パターン及び被覆用シートを、ヒーター部、給電部及び絶縁層とすることができる。
芯材が被覆用シートを形成するためのグリーンシートと同じ材料を用いて形成した焼成前の成形体である場合、焼成によりセラミック製の芯材となる。
芯材がセラミック製である場合、焼成することにより、印刷された配線パターン及び被覆用シートを、ヒーター部、給電部及び絶縁層とすることができる。
芯材が被覆用シートを形成するためのグリーンシートと同じ材料を用いて形成した焼成前の成形体である場合、焼成によりセラミック製の芯材となる。
本発明のセラミックヒーターの製造方法では、上記脱脂工程及び焼成工程を行うことにより、良好な特性を有するセラミックヒーターを製造することができる。
本発明のセラミックヒーターの製造方法では、露出した給電部の表面に不動態層を形成する不動態層形成工程をさらに行うことが望ましい。
不動態層を形成することによって、露出した給電部の腐食が防止され、長期間の使用に適したセラミックヒーターとすることができる。
不動態層を形成することによって、露出した給電部の腐食が防止され、長期間の使用に適したセラミックヒーターとすることができる。
（発明の詳細な説明）
まず、最初に本発明のセラミックヒーターの製造方法により得られるセラミックヒーターについて説明する。
本発明のセラミックヒーターの製造方法により得られるセラミックヒーターは、芯材と、該芯材の側面に形成された絶縁層と、上記芯材と上記絶縁層との間に介在された所定パターンのヒーター部及び給電部とからなる。
まず、最初に本発明のセラミックヒーターの製造方法により得られるセラミックヒーターについて説明する。
本発明のセラミックヒーターの製造方法により得られるセラミックヒーターは、芯材と、該芯材の側面に形成された絶縁層と、上記芯材と上記絶縁層との間に介在された所定パターンのヒーター部及び給電部とからなる。
図１（ａ）は、本発明のセラミックヒーターの製造方法により得られるセラミックヒーターを模式的に示した斜視図であり、図１（ｂ）は、図１（ａ）に示した上記セラミックヒーターのＡ−Ａ線断面図である。
図１（ａ）及び図１（ｂ）に示したように、本発明のセラミックヒーターの製造方法により得られるセラミックヒーター１０においては、円筒形状の芯材１１の側面を被覆するように絶縁層１２が形成されている。絶縁層１２の内部にはヒーター部１３の全部が埋め込まれており、給電部１４はその一部が絶縁層の内部に埋め込まれていて、給電部１４の一部は外部に露出している。また、芯材１１は、中心部分に開口１９が形成されている。
給電部１４は、図１（ａ）において一番右側の部分が外部に露出した給電部１４の一部である接続端子部１５を有しており、この露出した接続端子部１５を電源に接続することにより、ヒーター部１３が発熱し、ヒーターとして機能する。図２は、本発明のセラミックヒーターの製造方法により得られるセラミックヒーターの別の一例を模式的に示す斜視図であるが、図２に示すように、露出した接続端子部１５にろう材を介してリード端子１６を接続、固定してもよい。
絶縁層は、焼成後の厚さが１００〜５００μｍとなる厚さであり、絶縁層の組成は特に限定されないが、Ａｌ２Ｏ３を８８〜９５重量％、焼結助剤として、ＳｉＯ２を３〜１０重量％、ＭｇＯを０．４〜１．０重量％、ＣａＯを１．０〜２．５重量％を含有するアルミナセラミックからなることが好ましい。また、上記組成はアルミナを主原料とする例であるが、アルミナに代わる主原料としてジルコニア、ムライト、コージェライト等の酸化物セラミック、窒化アルミニウム、窒化ケイ素等の窒化物セラミック、炭化ケイ素等の炭化物セラミックを用いてもよい。
絶縁層中に焼結助剤として、上記ＳｉＯ２等が含有されているのは、アルミナセラミックの焼結温度をあまり上げずに緻密な焼結体を形成するために、上記した量のＳｉＯ２、ＭｇＯ等の焼結助剤が必要となるからである。
芯材を構成する材料は、酸化物セラミック、窒化物セラミック、炭化物セラミック等が挙げられる。
窒化物セラミックとしては、例えば、窒化アルミニウム、窒化ケイ素、窒化ホウ素、窒化チタン等が挙げられ、炭化物セラミックとしては、例えば、炭化珪素、炭化ジルコニウム、炭化チタン、炭化タンタル、炭化タングステン等が挙げられ、酸化物セラミックとしては、例えば、アルミナ、ジルコニア、コージェライト、ムライト等が挙げられる。これらの中では、絶縁層と同じ材料であるアルミナを含むセラミックが好ましい。熱膨張率が同じであるので、温度が変化してもクラック等が発生しにくい。
図１では、芯材１１の形状は、中心部分に開口１９が形成された円筒形状であるが、芯材１１の形状は、円柱形状、円筒形状のいずれでもよい。芯材の直径は、２．５〜４．０ｍｍであることが好ましい。また、円筒形状の中心に形成される開口１９は、直径０．５〜１．５ｍｍの間であることが好ましい。
窒化物セラミックとしては、例えば、窒化アルミニウム、窒化ケイ素、窒化ホウ素、窒化チタン等が挙げられ、炭化物セラミックとしては、例えば、炭化珪素、炭化ジルコニウム、炭化チタン、炭化タンタル、炭化タングステン等が挙げられ、酸化物セラミックとしては、例えば、アルミナ、ジルコニア、コージェライト、ムライト等が挙げられる。これらの中では、絶縁層と同じ材料であるアルミナを含むセラミックが好ましい。熱膨張率が同じであるので、温度が変化してもクラック等が発生しにくい。
図１では、芯材１１の形状は、中心部分に開口１９が形成された円筒形状であるが、芯材１１の形状は、円柱形状、円筒形状のいずれでもよい。芯材の直径は、２．５〜４．０ｍｍであることが好ましい。また、円筒形状の中心に形成される開口１９は、直径０．５〜１．５ｍｍの間であることが好ましい。
ヒーター部の抵抗発熱体を構成する高融点金属としては、例えば、Ｗ、Ｍｏ、Ｔａ、Ｎｂ、Ｔｉ、Ｒｅ、Ｎｉ、Ｃｒ等が挙げられる。これらは、単独で用いてもよく、２種以上を併用してもよい。これらのなかでは、Ｗ、Ｒｅが好ましい。さらに、上記以外の成分として、Ａｌ２Ｏ３等のセラミックが少量含まれていてもよい。
給電部を構成する部材もヒーター部を構成する部材と同じ組成となっており、給電部では、線幅を広げるか、複数本の線を並列で接続することにより、抵抗を低くしているため、発熱量は低い。
次に、本発明のセラミックヒーターの製造方法について説明する。
本発明のセラミックヒーターの製造方法は、グリーンシート上に導体ペーストを印刷することにより、ヒーター部及び給電部となる配線パターンを形成して、配線パターン付きグリーンシートを作製する工程と、上記配線パターン付きグリーンシートの配線パターンが形成された側の面である第１面の一部に、上記給電部となる部分の一部が露出するように配線側グリーンシートを積層する工程と、上記配線パターン付きグリーンシートの配線パターンが形成されていない側の面である第２面の一部であって、少なくとも第１面において露出した、給電部となる部分の裏側にあたる位置に、裏側グリーンシートを積層する工程と、積層したグリーンシートを平板形状にプレス成形するプレス工程と、により、上記ヒーター部となる部分が埋め込まれ、上記給電部となる部分の一部が露出した平板形状の配線パターン付き被覆用シートを作製し、上記配線パターン付き被覆用シートを円柱形状又は円筒形状の芯材の側面に巻き付けてセラミックヒーターを製造することを特徴とする。
本発明のセラミックヒーターの製造方法は、グリーンシート上に導体ペーストを印刷することにより、ヒーター部及び給電部となる配線パターンを形成して、配線パターン付きグリーンシートを作製する工程と、上記配線パターン付きグリーンシートの配線パターンが形成された側の面である第１面の一部に、上記給電部となる部分の一部が露出するように配線側グリーンシートを積層する工程と、上記配線パターン付きグリーンシートの配線パターンが形成されていない側の面である第２面の一部であって、少なくとも第１面において露出した、給電部となる部分の裏側にあたる位置に、裏側グリーンシートを積層する工程と、積層したグリーンシートを平板形状にプレス成形するプレス工程と、により、上記ヒーター部となる部分が埋め込まれ、上記給電部となる部分の一部が露出した平板形状の配線パターン付き被覆用シートを作製し、上記配線パターン付き被覆用シートを円柱形状又は円筒形状の芯材の側面に巻き付けてセラミックヒーターを製造することを特徴とする。
図３（ａ）は、配線パターン付きグリーンシート作製工程を模式的に示す側面図であり、図３（ｂ）は、上記工程を模式的に示す平面図である。
（１）配線パターン付きグリーンシート作製工程
まず、グリーンシートを準備する。
グリーンシートの原料組成物として、Ａｌ２Ｏ３粒子を８８〜９５重量％、焼結助剤として、ＳｉＯ２粒子を３〜１０重量％、ＭｇＯ粒子を０．４〜１．０重量％、ＣａＯ粒子を１．０〜２．５重量％を含有し、さらにバインダー樹脂と溶剤とを含有するペースト状のものを用いることができる。バインダー樹脂としては、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、ポリ塩化ビニル樹脂等が挙げられ、溶剤としては、アセトン、トルエン、エタノール、プロパノール、キシレン、酢酸エチル等が挙げられる。
これらの原料組成物を混合し、シート状に成形した後、乾燥してグリーンシートを得る。
グリーンシートをシート状に成形する際には、スクリーン印刷法を用いることができる。具体的には、メッシュを有し、グリーンシートの形に孔が形成されたマスクを用い、ベタのパターンであるグリーンシートを形成する。
このようにして作製したグリーンシートは、配線パターン付きグリーンシートの作製に用いるグリーンシート、配線側グリーンシート及び裏側グリーンシートのいずれのグリーンシートとしても使用することができる。いずれのグリーンシートも、材質及び寸法（厚さ、幅、奥行き）が同じものを使用することが望ましい。
また、サイズが大きく厚さが一定のグリーンシートを作製し、後述する積層工程において各グリーンシートを使用する位置に応じて、奥行き方向（図３（ｂ）における両矢印ｂで定める方向）の寸法は同じで、幅方向（図３（ｂ）における両矢印ａで定める方向）の寸法が異なるようにグリーンシートを上面視長方形に切断して各グリーンシートを作製しておいてもよい。異なる寸法のグリーンシートを使う場合、プレス工程後にグリーンシートの両端をカットする必要はなくなる。
また、配線パターン付きグリーンシートの作製に用いるグリーンシート、配線側グリーンシート及び裏側グリーンシートの１枚あたりの厚さは、焼成後に３０〜５００μｍとなる厚さが好ましい。
（１）配線パターン付きグリーンシート作製工程
まず、グリーンシートを準備する。
グリーンシートの原料組成物として、Ａｌ２Ｏ３粒子を８８〜９５重量％、焼結助剤として、ＳｉＯ２粒子を３〜１０重量％、ＭｇＯ粒子を０．４〜１．０重量％、ＣａＯ粒子を１．０〜２．５重量％を含有し、さらにバインダー樹脂と溶剤とを含有するペースト状のものを用いることができる。バインダー樹脂としては、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、ポリ塩化ビニル樹脂等が挙げられ、溶剤としては、アセトン、トルエン、エタノール、プロパノール、キシレン、酢酸エチル等が挙げられる。
これらの原料組成物を混合し、シート状に成形した後、乾燥してグリーンシートを得る。
グリーンシートをシート状に成形する際には、スクリーン印刷法を用いることができる。具体的には、メッシュを有し、グリーンシートの形に孔が形成されたマスクを用い、ベタのパターンであるグリーンシートを形成する。
このようにして作製したグリーンシートは、配線パターン付きグリーンシートの作製に用いるグリーンシート、配線側グリーンシート及び裏側グリーンシートのいずれのグリーンシートとしても使用することができる。いずれのグリーンシートも、材質及び寸法（厚さ、幅、奥行き）が同じものを使用することが望ましい。
また、サイズが大きく厚さが一定のグリーンシートを作製し、後述する積層工程において各グリーンシートを使用する位置に応じて、奥行き方向（図３（ｂ）における両矢印ｂで定める方向）の寸法は同じで、幅方向（図３（ｂ）における両矢印ａで定める方向）の寸法が異なるようにグリーンシートを上面視長方形に切断して各グリーンシートを作製しておいてもよい。異なる寸法のグリーンシートを使う場合、プレス工程後にグリーンシートの両端をカットする必要はなくなる。
また、配線パターン付きグリーンシートの作製に用いるグリーンシート、配線側グリーンシート及び裏側グリーンシートの１枚あたりの厚さは、焼成後に３０〜５００μｍとなる厚さが好ましい。
別途、導体ペーストを準備する。
導体ペーストは、Ｗ、Ｍｏ、Ｔａ、Ｎｂ、Ｔｉ、Ｒｅ、Ｎｉ及びＣｒの高融点金属からなる群から選ばれた少なくとも１種と、Ａｌ２Ｏ３等のセラミック成分とバインダー樹脂と溶剤とを含んでいることが望ましい。バインダー樹脂と溶剤とは、グリーンシートの原料組成物を調製する際に用いたものを用いることができる。
導体ペーストに含まれるＷの平均粒径は、０．５〜１０μｍが好ましく、導体ペーストの粘度は、１０〜２００Ｐａ・ｓが望ましい。
導体ペーストは、Ｗ、Ｍｏ、Ｔａ、Ｎｂ、Ｔｉ、Ｒｅ、Ｎｉ及びＣｒの高融点金属からなる群から選ばれた少なくとも１種と、Ａｌ２Ｏ３等のセラミック成分とバインダー樹脂と溶剤とを含んでいることが望ましい。バインダー樹脂と溶剤とは、グリーンシートの原料組成物を調製する際に用いたものを用いることができる。
導体ペーストに含まれるＷの平均粒径は、０．５〜１０μｍが好ましく、導体ペーストの粘度は、１０〜２００Ｐａ・ｓが望ましい。
続いて、図３（ａ）及び図３（ｂ）に示すように、配線パターン付きグリーンシートの作製に用いる大きさで作製したグリーンシート２１上に、導体ペーストを用い、スクリーン印刷によりヒーター部となる配線パターン２３及び給電部となる配線パターン２４（以下、配線パターン２３、２４ともいう）を印刷する。
グリーンシート２１上に配線パターン２３、２４が形成されて、配線パターン付きグリーンシート２０が得られる。配線パターン付きグリーンシート２０において、配線パターン２３、２４が形成された面が第１面２６となり、配線パターン２３、２４が形成されていない面が第２面２７となる。
グリーンシート２１上に配線パターン２３、２４が形成されて、配線パターン付きグリーンシート２０が得られる。配線パターン付きグリーンシート２０において、配線パターン２３、２４が形成された面が第１面２６となり、配線パターン２３、２４が形成されていない面が第２面２７となる。
（２）乾燥工程
この乾燥工程では、グリーンシート２１上に形成された配線パターン２３、２４を構成する導体ペーストを乾燥させる。乾燥工程は、必要に応じて行えばよい。
乾燥条件は、４０〜１８０℃、１〜３０分が好ましく、６０〜１００℃、１〜５分がより好ましい。
この乾燥工程では、グリーンシート２１上に形成された配線パターン２３、２４を構成する導体ペーストを乾燥させる。乾燥工程は、必要に応じて行えばよい。
乾燥条件は、４０〜１８０℃、１〜３０分が好ましく、６０〜１００℃、１〜５分がより好ましい。
（３）配線側グリーンシート積層工程及び裏側グリーンシート積層工程
図４（ａ）は配線側グリーンシート及び裏側グリーンシートを積層した状態を模式的に示す側面図である。
配線側グリーンシート及び裏側グリーンシートを積層する前に、必要に応じて、配線パターン付きグリーンシートの第２面に、配線パターン付きグリーンシートの作製に用いたグリーンシートと同じ幅及び奥行きを有するグリーンシートをさらに積層して、グリーンシートの厚さを増した配線パターン付きグリーンシートを作製してもよい。この場合、グリーンシートの厚さを増した配線パターン付きグリーンシートを１枚の配線パターン付きグリーンシートと考えることができる。
この場合、配線パターン付きグリーンシートの第２面は、厚さを増すために積層されたグリーンシートのうち、最も外側に位置するグリーンシートの表面になる。
図４（ａ）には、配線パターン付きグリーンシートとして、図３（ａ）及び図３（ｂ）に示す配線パターン付きグリーンシート２０の第２面２７にさらにグリーンシート２１ａを１枚積層してなる配線パターン付きグリーンシート２０ａを示している。
図４（ａ）にはこの配線パターン付きグリーンシート２０ａを使用して配線側グリーンシート積層工程及び裏側グリーンシート積層工程を行った様子を模式的に示しており、配線パターン付きグリーンシート２０ａの第２面２７ａに裏側グリーンシートが積層される。
なお、配線パターン付きグリーンシートの作製に最初に用いたグリーンシート２１と、厚さを増すために積層されるグリーンシート２１ａの材質及び厚さは同じであることが望ましいが、異なっていてもよい。
図４（ａ）は配線側グリーンシート及び裏側グリーンシートを積層した状態を模式的に示す側面図である。
配線側グリーンシート及び裏側グリーンシートを積層する前に、必要に応じて、配線パターン付きグリーンシートの第２面に、配線パターン付きグリーンシートの作製に用いたグリーンシートと同じ幅及び奥行きを有するグリーンシートをさらに積層して、グリーンシートの厚さを増した配線パターン付きグリーンシートを作製してもよい。この場合、グリーンシートの厚さを増した配線パターン付きグリーンシートを１枚の配線パターン付きグリーンシートと考えることができる。
この場合、配線パターン付きグリーンシートの第２面は、厚さを増すために積層されたグリーンシートのうち、最も外側に位置するグリーンシートの表面になる。
図４（ａ）には、配線パターン付きグリーンシートとして、図３（ａ）及び図３（ｂ）に示す配線パターン付きグリーンシート２０の第２面２７にさらにグリーンシート２１ａを１枚積層してなる配線パターン付きグリーンシート２０ａを示している。
図４（ａ）にはこの配線パターン付きグリーンシート２０ａを使用して配線側グリーンシート積層工程及び裏側グリーンシート積層工程を行った様子を模式的に示しており、配線パターン付きグリーンシート２０ａの第２面２７ａに裏側グリーンシートが積層される。
なお、配線パターン付きグリーンシートの作製に最初に用いたグリーンシート２１と、厚さを増すために積層されるグリーンシート２１ａの材質及び厚さは同じであることが望ましいが、異なっていてもよい。
第２面側のグリーンシートの厚さを増すことなく、図３（ａ）及び図３（ｂ）に示す配線パターン付きグリーンシート２０をそのまま配線側グリーンシート積層工程及び裏側グリーンシート積層工程に用いても何ら問題はない。この場合、下記に示す図４（ａ）の構造に沿った説明における配線パターン付きグリーンシート２０ａを配線パターン付きグリーンシート２０に、第２面２７ａを第２面２７にそれぞれ読み替えればよい。
配線パターン付きグリーンシート２０ａの、配線パターン２３、２４が形成された側の面である第１面２６に、配線側グリーンシート５０を積層する。図４（ａ）では、配線側グリーンシート５０ａ、５０ｂを積層している。配線側グリーンシート５０ａと配線側グリーンシート５０ｂは同じ材質及び厚さのグリーンシートであることが望ましい。配線側グリーンシート５０は、給電部となる配線パターン２４の一部２４ａが露出するように積層する。また、ヒーター部となる配線パターン２３が配線側グリーンシート５０で全て隠れるように積層する。
一方、配線パターン付きグリーンシート２０ａの、配線パターン２３、２４が形成されていない側の面である第２面２７ａに、裏側グリーンシート６０を積層する。図４（ａ）では裏側グリーンシート６０ａ、６０ｂを積層している。裏側グリーンシート６０ａと裏側グリーンシート６０ｂは同じ材質及び厚さのグリーンシートであることが望ましい。裏側グリーンシート６０は、少なくとも第１面において給電部となる配線パターン２４の一部が露出した部分２４ａの裏側にあたる位置を含む位置に積層される。
一方、配線パターン付きグリーンシート２０ａの、配線パターン２３、２４が形成されていない側の面である第２面２７ａに、裏側グリーンシート６０を積層する。図４（ａ）では裏側グリーンシート６０ａ、６０ｂを積層している。裏側グリーンシート６０ａと裏側グリーンシート６０ｂは同じ材質及び厚さのグリーンシートであることが望ましい。裏側グリーンシート６０は、少なくとも第１面において給電部となる配線パターン２４の一部が露出した部分２４ａの裏側にあたる位置を含む位置に積層される。
配線側グリーンシート及び裏側グリーンシートは、それぞれ階段状に厚みが変化するようにずらして積層することが望ましい。
図４（ａ）では、第１面２６に近い側に積層する配線側グリーンシート５０ａが配線パターン付きグリーンシート２０ａと重なる部分の幅を、その上に積層する配線側グリーンシート５０ｂが配線パターン付きグリーンシート２０ａと重なる部分の幅よりも大きくしており、かつ、第２面２７ａに近い側に積層する裏側グリーンシート６０ａが配線パターン付きグリーンシート２０ａと重なる部分の幅を、その下に積層する裏側グリーンシート６０ｂが配線パターン付きグリーンシート２０ａと重なる部分の幅よりも大きくして、第１面側及び第２面側で階段状に積層構造を形成している。
図４（ａ）には、配線側グリーンシート５０ａ、５０ｂ、裏側グリーンシート６０ａ、６０ｂをそれぞれ２枚ずつ積層した様子を図示しているが、各グリーンシートを１枚ずつ積層しても良く、３枚以上積層してもよい。図４（ａ）に示すグリーンシートの積層枚数は計１０枚である。各グリーンシートの積層枚数は好ましくは１〜５枚であり、グリーンシートの合計積層枚数は好ましくは５〜２０枚である。
また、階段状に厚みを変化させる際の段数は、図４（ａ）に示す２段に限定されるものではなく、
配線側グリーンシート及び裏側グリーンシートとしてその幅が異なる３種類以上のグリーンシートを使用することによって、段数を３段以上にしてもよい。好ましい段数は２〜４段である。
図４（ａ）では、第１面２６に近い側に積層する配線側グリーンシート５０ａが配線パターン付きグリーンシート２０ａと重なる部分の幅を、その上に積層する配線側グリーンシート５０ｂが配線パターン付きグリーンシート２０ａと重なる部分の幅よりも大きくしており、かつ、第２面２７ａに近い側に積層する裏側グリーンシート６０ａが配線パターン付きグリーンシート２０ａと重なる部分の幅を、その下に積層する裏側グリーンシート６０ｂが配線パターン付きグリーンシート２０ａと重なる部分の幅よりも大きくして、第１面側及び第２面側で階段状に積層構造を形成している。
図４（ａ）には、配線側グリーンシート５０ａ、５０ｂ、裏側グリーンシート６０ａ、６０ｂをそれぞれ２枚ずつ積層した様子を図示しているが、各グリーンシートを１枚ずつ積層しても良く、３枚以上積層してもよい。図４（ａ）に示すグリーンシートの積層枚数は計１０枚である。各グリーンシートの積層枚数は好ましくは１〜５枚であり、グリーンシートの合計積層枚数は好ましくは５〜２０枚である。
また、階段状に厚みを変化させる際の段数は、図４（ａ）に示す２段に限定されるものではなく、
配線側グリーンシート及び裏側グリーンシートとしてその幅が異なる３種類以上のグリーンシートを使用することによって、段数を３段以上にしてもよい。好ましい段数は２〜４段である。
また、第１面側と第２面側に積層するグリーンシートの厚さの合計が同じになるように各グリーンシートの厚さ、寸法及び積層枚数が調整されていることが望ましい。図４（ａ）に示す構造では、配線側グリーンシート５０ａ、５０ｂ、裏側グリーンシート６０ａ、６０ｂの１枚あたりの厚さ及び寸法は全て同じであり、積層枚数を同じにすることで第１面側と第２面側に積層するグリーンシートの厚さの合計が同じになるように調整可能である。
裏側グリーンシート６０ｂが配線パターン付きグリーンシート２０ａと重なる部分の幅は、配線側グリーンシートが第１面側で積層されていない部位の幅（図４（ａ）に両矢印ｃで定める長さ）と同じである。そのため、この部位のグリーンシートの厚さの合計は、配線パターン付きグリーンシート２０ａのグリーンシート２１、２１ａ、裏側グリーンシート６０ａ（２枚分）、裏側グリーンシート６０ｂ（２枚分）の厚さの合計である。
一方、配線側グリーンシート５０ｂが配線パターン付きグリーンシート２０ａと重なる部分の幅は、裏側グリーンシートが第２面側で積層されていない部位の幅（図４（ａ）に両矢印ｄで定める長さ）と同じである。そのため、この部位のグリーンシートの厚さの合計は、配線パターン付きグリーンシート２０ａのグリーンシート２１、２１ａ、配線側グリーンシート５０ａ（２枚分）、配線側グリーンシート５０ｂ（２枚分）の厚さの合計である。
そして、上記２つの部位の間にある、配線側グリーンシート５０ａと裏側グリーンシート６０ａが積層されている部位の厚さの合計は、配線パターン付きグリーンシート２０ａのグリーンシート２１、２１ａ、配線側グリーンシート５０ａ（２枚分）、裏側グリーンシート６０ａ（２枚分）の厚さの合計である。
従って、配線パターン付きグリーンシートと重なっているどの部位においても第１面側と第２面側に積層するグリーンシートの厚さの合計が同じになっているといえる。
一方、配線側グリーンシート５０ｂが配線パターン付きグリーンシート２０ａと重なる部分の幅は、裏側グリーンシートが第２面側で積層されていない部位の幅（図４（ａ）に両矢印ｄで定める長さ）と同じである。そのため、この部位のグリーンシートの厚さの合計は、配線パターン付きグリーンシート２０ａのグリーンシート２１、２１ａ、配線側グリーンシート５０ａ（２枚分）、配線側グリーンシート５０ｂ（２枚分）の厚さの合計である。
そして、上記２つの部位の間にある、配線側グリーンシート５０ａと裏側グリーンシート６０ａが積層されている部位の厚さの合計は、配線パターン付きグリーンシート２０ａのグリーンシート２１、２１ａ、配線側グリーンシート５０ａ（２枚分）、裏側グリーンシート６０ａ（２枚分）の厚さの合計である。
従って、配線パターン付きグリーンシートと重なっているどの部位においても第１面側と第２面側に積層するグリーンシートの厚さの合計が同じになっているといえる。
（４）プレス工程
図４（ｂ）は、プレス工程により作製された平板形状の配線パターン付き被覆用シートを模式的に示す側面図であり、図４（ｃ）は図４（ｂ）に示す一点鎖線で両端のグリーンシートをカットした後の平板形状の配線パターン付き被覆用シートを模式的に示す側面図である。
プレス工程では、積層したグリーンシートを平板形状にプレス成形して、ヒーター部となる配線パターン２３が埋め込まれ、給電部となる配線パターン２４の一部２４ａが露出した平板形状の配線パターン付き被覆用シート７０を作製する。
プレス工程により、各グリーンシートが実質的に区別できなくなり、一体化されたグリーンシート層２５が形成される。
そして、図４（ｃ）に示すように、配線パターン付きグリーンシート２０ａと重なっていない両端のグリーンシートをカットして、セラミックヒーター１本分のサイズにする。
上述したように、積層したグリーンシートの厚さはどの部位においても同じであるので、プレス工程後に形成される被覆用シートの厚さは均一となり、平板形状となる。
また、配線側グリーンシート及び裏側グリーンシートが、それぞれ階段状に厚みが変化するようにずらして積層されているため、プレス工程後に被覆用シート内に埋め込まれた配線が表面に露出するまでの傾きが緩やかとなり、プレス工程での断線の可能性が減少する。
プレス成形の装置は任意のプレス装置を使用することができる。
プレス条件は、特に限定されるものではないが、圧力を５〜１５ＭＰａ、温度３０〜５０℃、プレス時間５分以上とすることが望ましい。
図４（ｂ）は、プレス工程により作製された平板形状の配線パターン付き被覆用シートを模式的に示す側面図であり、図４（ｃ）は図４（ｂ）に示す一点鎖線で両端のグリーンシートをカットした後の平板形状の配線パターン付き被覆用シートを模式的に示す側面図である。
プレス工程では、積層したグリーンシートを平板形状にプレス成形して、ヒーター部となる配線パターン２３が埋め込まれ、給電部となる配線パターン２４の一部２４ａが露出した平板形状の配線パターン付き被覆用シート７０を作製する。
プレス工程により、各グリーンシートが実質的に区別できなくなり、一体化されたグリーンシート層２５が形成される。
そして、図４（ｃ）に示すように、配線パターン付きグリーンシート２０ａと重なっていない両端のグリーンシートをカットして、セラミックヒーター１本分のサイズにする。
上述したように、積層したグリーンシートの厚さはどの部位においても同じであるので、プレス工程後に形成される被覆用シートの厚さは均一となり、平板形状となる。
また、配線側グリーンシート及び裏側グリーンシートが、それぞれ階段状に厚みが変化するようにずらして積層されているため、プレス工程後に被覆用シート内に埋め込まれた配線が表面に露出するまでの傾きが緩やかとなり、プレス工程での断線の可能性が減少する。
プレス成形の装置は任意のプレス装置を使用することができる。
プレス条件は、特に限定されるものではないが、圧力を５〜１５ＭＰａ、温度３０〜５０℃、プレス時間５分以上とすることが望ましい。
なお、プレス工程を経て得られる配線パターン付き被覆用シートの厚さは必ずしも均一でなくてもよく、芯材に巻き付けてセラミックヒーターとして使用可能な範囲の平板形状が得られれば問題ない。
図５（ａ）は配線側グリーンシート及び裏側グリーンシートを積層した状態の他の一例を模式的に示す側面図であり、図５（ｂ）は、プレス工程により作製された平板形状の配線パターン付き被覆用シートの他の一例を模式的に示す側面図であり、図５（ｃ）は図５（ｂ）に示す一点鎖線で両端のグリーンシートをカットした後の平板形状の配線パターン付き被覆用シートを模式的に示す側面図である。
図５（ａ）に示すように、第１面側と第２面側に積層するグリーンシートの厚さの合計が異なるように積層した場合、プレス工程を経て、図５（ｂ）及び図５（ｃ）に示すような平板形状の配線パターン付き被覆用シート８０が得られる。
図５（ａ）には、配線側グリーンシート５０ｂを３枚積層し、配線側グリーンシート５０ａ、裏側グリーンシート６０ａ、６０ｂをそれぞれ２枚ずつ積層した様子を示している。配線側グリーンシート５０ｂの枚数が１枚多い分だけ、プレス工程を経て得られる配線パターン付き被覆用シートの厚さは図５（ｂ）及び図５（ｃ）の左側で相対的に厚くなっている。
なお、配線パターン付き被覆用シートの厚さの均一性については、最も厚い部位の厚さを１００％として、最も薄い部位の厚さが７０〜１００％となるように定めておくことが好ましい。
最も薄い部位の厚さが７０％未満であると、プレス工程において厚さが薄い部位に圧力が加わりにくいため、平板形状が得られにくくなる。
図５（ａ）は配線側グリーンシート及び裏側グリーンシートを積層した状態の他の一例を模式的に示す側面図であり、図５（ｂ）は、プレス工程により作製された平板形状の配線パターン付き被覆用シートの他の一例を模式的に示す側面図であり、図５（ｃ）は図５（ｂ）に示す一点鎖線で両端のグリーンシートをカットした後の平板形状の配線パターン付き被覆用シートを模式的に示す側面図である。
図５（ａ）に示すように、第１面側と第２面側に積層するグリーンシートの厚さの合計が異なるように積層した場合、プレス工程を経て、図５（ｂ）及び図５（ｃ）に示すような平板形状の配線パターン付き被覆用シート８０が得られる。
図５（ａ）には、配線側グリーンシート５０ｂを３枚積層し、配線側グリーンシート５０ａ、裏側グリーンシート６０ａ、６０ｂをそれぞれ２枚ずつ積層した様子を示している。配線側グリーンシート５０ｂの枚数が１枚多い分だけ、プレス工程を経て得られる配線パターン付き被覆用シートの厚さは図５（ｂ）及び図５（ｃ）の左側で相対的に厚くなっている。
なお、配線パターン付き被覆用シートの厚さの均一性については、最も厚い部位の厚さを１００％として、最も薄い部位の厚さが７０〜１００％となるように定めておくことが好ましい。
最も薄い部位の厚さが７０％未満であると、プレス工程において厚さが薄い部位に圧力が加わりにくいため、平板形状が得られにくくなる。
（５）接着剤層形成工程
配線パターン付き被覆用シートの、給電部が露出していない側の面（配線パターン付きグリーンシートの第２面側の面）に、接着剤層を形成する。
接着剤としては、セラミックからなるスラリーを用いることができ、グリーンシートの材料に近い材質のものを使用することが望ましい。具体的には、グリーンシートの原料組成物として上述したペースト状の組成物を使用し、これを塗布することによって接着剤層を形成することができる。接着剤層の厚さは１〜１０μｍであることが望ましい。
また、シート状の接着剤シートを貼り付けることにより接着剤層を形成してもよい。
配線パターン付き被覆用シートの、給電部が露出していない側の面（配線パターン付きグリーンシートの第２面側の面）に、接着剤層を形成する。
接着剤としては、セラミックからなるスラリーを用いることができ、グリーンシートの材料に近い材質のものを使用することが望ましい。具体的には、グリーンシートの原料組成物として上述したペースト状の組成物を使用し、これを塗布することによって接着剤層を形成することができる。接着剤層の厚さは１〜１０μｍであることが望ましい。
また、シート状の接着剤シートを貼り付けることにより接着剤層を形成してもよい。
（６）配線パターン付き被覆用シート巻き付け工程
図６（ａ）は、配線パターン付き被覆用シートを芯材に巻き付ける工程を模式的に示す側面図であり、図６（ｂ）は、上記工程を模式的に示す平面図である。
この工程では、平板７２の上に、配線パターン付き被覆用シート７０をその接着剤層７１が上面になるように載置し、その上に円筒形状の芯材１１を載置し、芯材１１を転動させることにより、配線パターン付き被覆用シート７０を芯材１１に巻き付ける。
図６（ａ）には配線パターン付き被覆用シート７０を芯材１１に途中まで巻き付けた状態を示しており、給電部となる配線パターン２４の一部２４ａが巻き付け後にグリーンシート層２５から露出した様子を示している。
この際、芯材１１の両端面に、芯材１１を軸支し、回転させることが可能な軸支部材（図示せず）を当接させて軸支し、配線パターン付き被覆用シート７０の表面を転動させることにより配線パターン付き被覆用シート７０を芯材１１の側面に巻き付ける方法を用いることができる。
この後、巻き付けられた配線パターン付き被覆用シートを必要により乾燥させる。
芯材１１は円柱形状であってもよい。
また、芯材１１は、グリーンシート層を形成するための材料と同じ材料を用いて形成した焼成前の成形体であってもよい。この場合には、押出成形等により円筒状の成形体を作製した後、乾燥させることにより、転動可能な硬さを有するものとし、これを用いる。
また、芯材１１は、グリーンシート層を形成するための材料と同じ材料を用いて製造したセラミック製のものであってもよい。
図６（ａ）は、配線パターン付き被覆用シートを芯材に巻き付ける工程を模式的に示す側面図であり、図６（ｂ）は、上記工程を模式的に示す平面図である。
この工程では、平板７２の上に、配線パターン付き被覆用シート７０をその接着剤層７１が上面になるように載置し、その上に円筒形状の芯材１１を載置し、芯材１１を転動させることにより、配線パターン付き被覆用シート７０を芯材１１に巻き付ける。
図６（ａ）には配線パターン付き被覆用シート７０を芯材１１に途中まで巻き付けた状態を示しており、給電部となる配線パターン２４の一部２４ａが巻き付け後にグリーンシート層２５から露出した様子を示している。
この際、芯材１１の両端面に、芯材１１を軸支し、回転させることが可能な軸支部材（図示せず）を当接させて軸支し、配線パターン付き被覆用シート７０の表面を転動させることにより配線パターン付き被覆用シート７０を芯材１１の側面に巻き付ける方法を用いることができる。
この後、巻き付けられた配線パターン付き被覆用シートを必要により乾燥させる。
芯材１１は円柱形状であってもよい。
また、芯材１１は、グリーンシート層を形成するための材料と同じ材料を用いて形成した焼成前の成形体であってもよい。この場合には、押出成形等により円筒状の成形体を作製した後、乾燥させることにより、転動可能な硬さを有するものとし、これを用いる。
また、芯材１１は、グリーンシート層を形成するための材料と同じ材料を用いて製造したセラミック製のものであってもよい。
（７）脱脂工程及び焼成工程
この後、巻き付けられた配線パターン付き被覆用シート７０の脱脂、焼成を行う。脱脂、焼成により、ヒーター部となる配線パターン２３がヒーター部１３となり、給電部となる配線パターン２４が給電部１４となる。
また、被覆用シート７０のグリーンシート層２５が絶縁層１２となる。
芯材１１がセラミック製である場合には、上記脱脂、焼成による変化はないが、芯材がグリーンシート層を形成するための材料と同じ材料を用いて形成した焼成前の成形体である場合、上記脱脂、焼成によりセラミック製の芯材となる。
脱脂条件としては、２００〜８００℃、１〜１５時間が挙げられ、焼成条件としては、１０００〜１６００℃、１〜４０時間が挙げられる。上記脱脂工程は、酸素含有雰囲気で行うことが好ましく、上記焼成工程は、不活性雰囲気で行うことが好ましい。
上記工程により、ヒーター部が絶縁層内に埋め込まれ、給電部の一部が絶縁層から露出するように、芯材上に絶縁層が形成されて、ヒーターとして機能するセラミックヒーターを製造することができる。
この後、巻き付けられた配線パターン付き被覆用シート７０の脱脂、焼成を行う。脱脂、焼成により、ヒーター部となる配線パターン２３がヒーター部１３となり、給電部となる配線パターン２４が給電部１４となる。
また、被覆用シート７０のグリーンシート層２５が絶縁層１２となる。
芯材１１がセラミック製である場合には、上記脱脂、焼成による変化はないが、芯材がグリーンシート層を形成するための材料と同じ材料を用いて形成した焼成前の成形体である場合、上記脱脂、焼成によりセラミック製の芯材となる。
脱脂条件としては、２００〜８００℃、１〜１５時間が挙げられ、焼成条件としては、１０００〜１６００℃、１〜４０時間が挙げられる。上記脱脂工程は、酸素含有雰囲気で行うことが好ましく、上記焼成工程は、不活性雰囲気で行うことが好ましい。
上記工程により、ヒーター部が絶縁層内に埋め込まれ、給電部の一部が絶縁層から露出するように、芯材上に絶縁層が形成されて、ヒーターとして機能するセラミックヒーターを製造することができる。
（８）不動態層形成工程
絶縁層から露出した給電部に、給電部を構成する電極の劣化を防止するために、めっき法等の方法を用い、Ｎｉ、Ｃｒ、Ａｕ、Ａｇ、Ｐｄ等からなる不動態層を形成し、図１又は図２に示すセラミックヒーターの製造を終了する。
絶縁層から露出した給電部に、給電部を構成する電極の劣化を防止するために、めっき法等の方法を用い、Ｎｉ、Ｃｒ、Ａｕ、Ａｇ、Ｐｄ等からなる不動態層を形成し、図１又は図２に示すセラミックヒーターの製造を終了する。
製造されたセラミックヒーターは、通電することにより、ヒーター部を構成する抵抗発熱体が発熱し、目的の温度になるように対象となる部材を加熱することができる。
（実施例）
以下に実施例を掲げて本発明を更に詳しく説明するが、本発明はこれら実施例のみに限定されるものではない。
以下に実施例を掲げて本発明を更に詳しく説明するが、本発明はこれら実施例のみに限定されるものではない。
（実施例１）
（１）配線パターン付きグリーンシート作製工程
（１−１）グリーンシートの作製
セラミック粒子として、Ａｌ２Ｏ３を９２．５重量部、焼結助剤として、ＳｉＯ２を５．８重量部、ＭｇＯを０．５重量部、ＣａＯを１．２重量部含有し、さらに上記セラミック粒子１００重量部に対し、バインダー樹脂としてポリ塩化ビニル系樹脂を１０重量部、溶剤としてトルエンを５０重量部含有するペースト状の原料組成物を用い、シート状に成形した後、乾燥して焼成後の厚さが５０μｍとなるようなグリーンシートを得た。
このグリーンシートを切断し、配線パターン付きグリーンシートの作製に用いるグリーンシートＡを２枚（幅３７ｍｍ）、配線側グリーンシートＢ（幅３７ｍｍ）を２枚、配線側グリーンシートＣ（幅３７ｍｍ）を２枚、裏側グリーンシートＤ（幅３７ｍｍ）を２枚、裏側グリーンシートＥ（幅３７ｍｍ）を２枚作製した。
（１）配線パターン付きグリーンシート作製工程
（１−１）グリーンシートの作製
セラミック粒子として、Ａｌ２Ｏ３を９２．５重量部、焼結助剤として、ＳｉＯ２を５．８重量部、ＭｇＯを０．５重量部、ＣａＯを１．２重量部含有し、さらに上記セラミック粒子１００重量部に対し、バインダー樹脂としてポリ塩化ビニル系樹脂を１０重量部、溶剤としてトルエンを５０重量部含有するペースト状の原料組成物を用い、シート状に成形した後、乾燥して焼成後の厚さが５０μｍとなるようなグリーンシートを得た。
このグリーンシートを切断し、配線パターン付きグリーンシートの作製に用いるグリーンシートＡを２枚（幅３７ｍｍ）、配線側グリーンシートＢ（幅３７ｍｍ）を２枚、配線側グリーンシートＣ（幅３７ｍｍ）を２枚、裏側グリーンシートＤ（幅３７ｍｍ）を２枚、裏側グリーンシートＥ（幅３７ｍｍ）を２枚作製した。
（１−２）導体ペーストの準備
Ｗを７８重量部、Ｒｅを１９重量部、Ａｌ２Ｏ３を３重量部、これら導電体成分１００重量部に対して、バインダー樹脂としてアクリル樹脂を６重量部、溶剤としてアセトン等を７重量部含有する導体ペーストを調製した。
Ｗを７８重量部、Ｒｅを１９重量部、Ａｌ２Ｏ３を３重量部、これら導電体成分１００重量部に対して、バインダー樹脂としてアクリル樹脂を６重量部、溶剤としてアセトン等を７重量部含有する導体ペーストを調製した。
（１−３）配線パターンの印刷
図３（ｂ）に示す配線パターンが描画されたマスクを用意し、配線パターン付きグリーンシートの作製に用いるグリーンシート（２枚作製したうちの１枚のみ）の上に、導体ペーストを用い、スクリーン印刷によりヒーター部となる配線パターン及び給電部となる配線パターンを印刷し、配線パターン付きグリーンシートを作製した。印刷された導体ペースト層の厚さは、２５μｍであった。
図３（ｂ）に示す配線パターンが描画されたマスクを用意し、配線パターン付きグリーンシートの作製に用いるグリーンシート（２枚作製したうちの１枚のみ）の上に、導体ペーストを用い、スクリーン印刷によりヒーター部となる配線パターン及び給電部となる配線パターンを印刷し、配線パターン付きグリーンシートを作製した。印刷された導体ペースト層の厚さは、２５μｍであった。
（２）乾燥工程
配線パターン付きグリーンシートを１００℃で１０分間乾燥させた。
配線パターン付きグリーンシートを１００℃で１０分間乾燥させた。
（３）配線側グリーンシート積層工程及び裏側グリーンシート積層工程
乾燥した配線パターン付きグリーンシートの第２面に、配線パターン付きグリーンシートの作製に用いるグリーンシートＡを１枚重ねて、グリーンシートの厚さをグリーンシート２枚分の厚さに増した配線パターン付きグリーンシートを作製した。この配線パターン付きグリーンシートに対し、図４（ａ）に示すように、配線側グリーンシート及び裏側グリーンシートを積層した。
具体的には、配線側グリーンシートＢを図４（ａ）の配線側グリーンシート５０ａの位置に２枚積層し、配線側グリーンシートＣを図４（ａ）の配線側グリーンシート５０ｂの位置に２枚積層し、裏側グリーンシートＤを図４（ａ）の裏側グリーンシート６０ａの位置に２枚積層し、裏側グリーンシートＥを図４（ａ）の裏側グリーンシート６０ｂの位置に２枚積層した。
積層したグリーンシートの厚さの合計は、配線パターン付きグリーンシートと重なっているどの部分でもグリーンシート１０枚分の厚さであり、同じになっていた。
乾燥した配線パターン付きグリーンシートの第２面に、配線パターン付きグリーンシートの作製に用いるグリーンシートＡを１枚重ねて、グリーンシートの厚さをグリーンシート２枚分の厚さに増した配線パターン付きグリーンシートを作製した。この配線パターン付きグリーンシートに対し、図４（ａ）に示すように、配線側グリーンシート及び裏側グリーンシートを積層した。
具体的には、配線側グリーンシートＢを図４（ａ）の配線側グリーンシート５０ａの位置に２枚積層し、配線側グリーンシートＣを図４（ａ）の配線側グリーンシート５０ｂの位置に２枚積層し、裏側グリーンシートＤを図４（ａ）の裏側グリーンシート６０ａの位置に２枚積層し、裏側グリーンシートＥを図４（ａ）の裏側グリーンシート６０ｂの位置に２枚積層した。
積層したグリーンシートの厚さの合計は、配線パターン付きグリーンシートと重なっているどの部分でもグリーンシート１０枚分の厚さであり、同じになっていた。
（４）プレス工程
積層したグリーンシートをプレス装置を用いて平板形状にプレス成形して、図４（ｂ）に示す平板形状の配線パターン付き被覆用シートを作製した。配線パターン付き被覆用シートにおいては、ヒーター部となる配線パターンが埋め込まれ、給電部となる配線パターンの一部が露出していた。
プレス条件は圧力１０ＭＰａ、温度４０℃、プレス時間１０分とした。多数個取りしたプレス後の配線パターン付き被覆用シートをセラミックヒーター１本分のサイズにカットをした（図４（ｃ）参照）。
積層したグリーンシートをプレス装置を用いて平板形状にプレス成形して、図４（ｂ）に示す平板形状の配線パターン付き被覆用シートを作製した。配線パターン付き被覆用シートにおいては、ヒーター部となる配線パターンが埋め込まれ、給電部となる配線パターンの一部が露出していた。
プレス条件は圧力１０ＭＰａ、温度４０℃、プレス時間１０分とした。多数個取りしたプレス後の配線パターン付き被覆用シートをセラミックヒーター１本分のサイズにカットをした（図４（ｃ）参照）。
（５）接着剤層形成工程
（１−１）グリーンシートの作製の工程で用いたペースト状の原料組成物を、配線パターン付き被覆用シートの給電部が露出していない側の面に塗布して接着剤層を形成した。接着剤層の厚さは５〜３０μｍであった。
（１−１）グリーンシートの作製の工程で用いたペースト状の原料組成物を、配線パターン付き被覆用シートの給電部が露出していない側の面に塗布して接着剤層を形成した。接着剤層の厚さは５〜３０μｍであった。
（６）配線パターン付き被覆用シート巻き付け工程
芯材として、直径が３．２ｍｍ、長さが６５ｍｍで、中心に直径が１．０ｍｍの開口を有する円筒形状のものを用いた。芯材は、Ａｌ２Ｏ３を９２．５重量％、焼結助剤として、ＳｉＯ２ を５．８重量％、ＭｇＯを０．５重量％、ＣａＯを１．２重量％含有する密度率９７％のセラミックからなる。
図６（ａ）及び図６（ｂ）に示すように、平板の上に、配線パターン付き被覆用シートをその接着剤層が上面になるように載置し、その上に円筒形状の芯材を載置し、芯材を転動させることにより、配線パターン付き被覆用シートを芯材に巻き付けた。
芯材として、直径が３．２ｍｍ、長さが６５ｍｍで、中心に直径が１．０ｍｍの開口を有する円筒形状のものを用いた。芯材は、Ａｌ２Ｏ３を９２．５重量％、焼結助剤として、ＳｉＯ２ を５．８重量％、ＭｇＯを０．５重量％、ＣａＯを１．２重量％含有する密度率９７％のセラミックからなる。
図６（ａ）及び図６（ｂ）に示すように、平板の上に、配線パターン付き被覆用シートをその接着剤層が上面になるように載置し、その上に円筒形状の芯材を載置し、芯材を転動させることにより、配線パターン付き被覆用シートを芯材に巻き付けた。
（７）脱脂工程及び焼成工程
芯材の側面に配線パターン付き被覆用シートを巻き付けたものを、酸素雰囲気中、４５０℃で１時間加熱して脱脂した。その後、不活性ガス雰囲気中、１６００℃で１時間焼成し、ヒーター部及び給電部を形成するとともに、厚さが３００μｍの絶縁層を形成した。
芯材の側面に配線パターン付き被覆用シートを巻き付けたものを、酸素雰囲気中、４５０℃で１時間加熱して脱脂した。その後、不活性ガス雰囲気中、１６００℃で１時間焼成し、ヒーター部及び給電部を形成するとともに、厚さが３００μｍの絶縁層を形成した。
（８）不動態層形成工程
この後、外部に露出した給電部を構成する接続端子部に対し、無電解Ｎｉめっきを施した面に給電用リード端子を接続させ、その上に、電解Ｎｉ及び電解Ｃｒめっきを施し、不動態層を形成した。
この後、外部に露出した給電部を構成する接続端子部に対し、無電解Ｎｉめっきを施した面に給電用リード端子を接続させ、その上に、電解Ｎｉ及び電解Ｃｒめっきを施し、不動態層を形成した。
（比較例１）
図７（ａ）〜図１０（ａ）は、比較例１に係るセラミックヒーターの一製造工程を示す側面図であり、図７（ｂ）〜図１０（ｂ）は、比較例１に係るセラミックヒーターの一製造工程を示す正面図である。
図７（ａ）〜図１０（ａ）は、比較例１に係るセラミックヒーターの一製造工程を示す側面図であり、図７（ｂ）〜図１０（ｂ）は、比較例１に係るセラミックヒーターの一製造工程を示す正面図である。
まず、図７（ａ）及び図７（ｂ）に示すように、離型性を有するプラスチックフィルム４１上に、スクリーン印刷により、アルミナ粉末とバインダー樹脂と溶剤とを含むペーストを用いて接着用グリーンシート層４７を形成した。接着用グリーンシート層４７の組成は、実施例１の（１−１）グリーンシートの作製工程で使用した原料組成物と同様であり、その厚さは、焼成後に３００μｍとなる厚さであった。
接着用グリーンシート層４７の乾燥後、導体ペースト印刷工程として、スクリーン印刷によりヒーター部となる導体ペースト層４３ａと給電部となる導体ペースト層４３ｂと（以下、導体ペースト層４３ａ、４３ｂともいう）をプラスチックフィルム４１上及び接着用グリーンシート層４７上に形成した。このとき、導体ペースト層４３ａ、４３ｂの印刷方向、すなわち、スキージを走らせる方向は、長手方向の導体ペースト層４３ａｘに平行な方向であった。
導体ペースト層４３ａ、４３ｂは、実施例１で使用した導体ペーストと同様のものを使用した。
導体ペースト層４３ａ、４３ｂは、実施例１で使用した導体ペーストと同様のものを使用した。
次に、図８（ａ）及び図８（ｂ）に示したように、グリーンシート印刷工程として、上記導体ペースト印刷工程で印刷された導体ペースト層４３ａ、４３ｂを含む領域に、導体ペースト層４３ａ、４３ｂを覆うように、セラミック粉末とバインダー樹脂と溶剤とを含む絶縁層用のペーストを重ねてスクリーン印刷し、グリーンシート層４４を形成した。このとき、焼成後に外部に露出する部分の導体ペースト層４３０は、グリーンシート層４４で覆わず、露出させた。
このときに用いるグリーンシート層４４の組成も、実施例１の（１−１）グリーンシートの作製工程で使用した原料組成物と同様であった。また、グリーンシート層４４の厚さは焼成後に３００μｍとなる厚さであった。
このときに用いるグリーンシート層４４の組成も、実施例１の（１−１）グリーンシートの作製工程で使用した原料組成物と同様であった。また、グリーンシート層４４の厚さは焼成後に３００μｍとなる厚さであった。
この後、このグリーンシート層４４の乾燥を行った。なお、これら接着用グリーンシート層４７、導体ペースト層４３ａ、４３ｂ及びグリーンシート層４４が積層されたものを積層体４０とする。
次に、図９（ａ）に示したように、グリーンシート層４４が下側にくるように図８（ａ）に示した積層体４０を反転させ、所定の台４５の上に載置した後、台４５に形成された貫通孔（図示せず）を介した空気の吸引力を利用して台４５に固定し、プラスチックフィルム４１を剥離した。なお、図９（ｂ）は、プラスチックフィルム４１を剥離した後の積層体４０を表している。
続いて、巻き付け工程として、図１０（ａ）及び図１０（ｂ）に示したように、積層体４０の上に円筒形状の芯材１１となる生成形体４６を載置し、生成形体４６の側面に積層体４０を巻き付けることにより、焼成用の原料成形体を作製した。なお、生成形体４６を構成するセラミック粒子や焼結助剤の割合は、グリーンシート層４４と同様である。
その後、脱脂・焼成工程として、酸素の存在下、４５０℃の温度で脱脂を行い、接着用グリーンシート層４７、生成形体４６、導体ペースト層４３ａ、４３ｂ及びグリーンシート層４４中の有機物を除去し、続いて、不活性雰囲気中、１６００℃で３時間焼成を行ってセラミック粉末や高融点金属等を焼結させた。
これにより、接続端子部を除いてヒーター部及び端子部が絶縁層に埋設された、図１に示したセラミックヒーター１０とほぼ同様の構成のセラミックヒーターを製造した。
これにより、接続端子部を除いてヒーター部及び端子部が絶縁層に埋設された、図１に示したセラミックヒーター１０とほぼ同様の構成のセラミックヒーターを製造した。
（評価）
次に、実施例１及び比較例１で製造したセラミックヒーターを、５００℃に加熱した後、室温まで冷却する冷熱サイクルを繰り返すヒートサイクル試験を行ったところ、実施例１では、サイクル数５００回まで良好に加熱、冷却を繰り返すことができた。また、このヒートサイクル試験と同時に、ヒーター部の発熱状態をサーモビュアを用いて観察したが、ヒーター部の全域にわたって、略均一に発熱していた。
しかしながら、比較例１は、サイクル数３００回を超えた時点で、加熱しにくくなることが確認された。また、実施例１は工程が簡略化でき、作製時間が比較例１と比較し短かったことも確認された。
次に、実施例１及び比較例１で製造したセラミックヒーターを、５００℃に加熱した後、室温まで冷却する冷熱サイクルを繰り返すヒートサイクル試験を行ったところ、実施例１では、サイクル数５００回まで良好に加熱、冷却を繰り返すことができた。また、このヒートサイクル試験と同時に、ヒーター部の発熱状態をサーモビュアを用いて観察したが、ヒーター部の全域にわたって、略均一に発熱していた。
しかしながら、比較例１は、サイクル数３００回を超えた時点で、加熱しにくくなることが確認された。また、実施例１は工程が簡略化でき、作製時間が比較例１と比較し短かったことも確認された。
１０ セラミックヒーター
１１ 芯材
１２ 絶縁層
１３ ヒーター部
１４ 給電部
２０、２０ａ 配線パターン付きグリーンシート
２１、２１ａ （配線パターン付きグリーンシートの作製に用いる）グリーンシート
２３、２４ 配線パターン
２５ グリーンシート層
２６ 配線パターン付きグリーンシートの第１面
２７、２７ａ 配線パターン付きグリーンシートの第２面
５０、５０ａ、５０ｂ 配線側グリーンシート
６０、６０ａ、６０ｂ 裏側グリーンシート
７０、８０ 配線パターン付き被覆用シート
１１ 芯材
１２ 絶縁層
１３ ヒーター部
１４ 給電部
２０、２０ａ 配線パターン付きグリーンシート
２１、２１ａ （配線パターン付きグリーンシートの作製に用いる）グリーンシート
２３、２４ 配線パターン
２５ グリーンシート層
２６ 配線パターン付きグリーンシートの第１面
２７、２７ａ 配線パターン付きグリーンシートの第２面
５０、５０ａ、５０ｂ 配線側グリーンシート
６０、６０ａ、６０ｂ 裏側グリーンシート
７０、８０ 配線パターン付き被覆用シート
Claims (7)
- グリーンシート上に導体ペーストを印刷することにより、ヒーター部及び給電部となる配線パターンを形成して、配線パターン付きグリーンシートを作製する工程と、
前記配線パターン付きグリーンシートの配線パターンが形成された側の面である第１面の一部に、前記給電部となる部分の一部が露出するように配線側グリーンシートを積層する工程と、
前記配線パターン付きグリーンシートの配線パターンが形成されていない側の面である第２面の一部であって、少なくとも第１面において露出した、給電部となる部分の裏側にあたる位置に、裏側グリーンシートを積層する工程と、
積層したグリーンシートを平板形状にプレス成形するプレス工程と、により、前記ヒーター部となる部分が埋め込まれ、前記給電部となる部分の一部が露出した平板形状の配線パターン付き被覆用シートを作製し、
前記配線パターン付き被覆用シートを円柱形状又は円筒形状の芯材の側面に巻き付けてセラミックヒーターを製造することを特徴とする、セラミックヒーターの製造方法。 - 前記配線側グリーンシート及び前記裏側グリーンシートを、それぞれ階段状に厚みが変化するようにずらして、複数枚積層する請求項１に記載のセラミックヒーターの製造方法。
- 第１面側と第２面側に積層するグリーンシートの厚さの合計が同じになるように、前記配線側グリーンシート及び前記裏側グリーンシートを積層する請求項１又は２に記載のセラミックヒーターの製造方法。
- 前記配線パターン付きグリーンシートの作製に用いるグリーンシート、前記配線側グリーンシート及び前記裏側グリーンシートの１枚あたりの材質及び厚さは全て同じである請求項１〜３のいずれかに記載のセラミックヒーターの製造方法。
- 前記配線パターン付きグリーンシートの作製に用いるグリーンシート、前記配線側グリーンシート及び前記裏側グリーンシートの１枚あたりの厚さは焼成後に３０〜５００μｍとなる厚さである請求項１〜４のいずれかに記載のセラミックヒーターの製造方法。
- さらに、前記配線パターン付き被覆用シートを前記芯材の側面に巻き付けた後、脱脂工程及び焼成工程を行い、前記ヒーター部及び前記給電部を形成するとともに、絶縁層を形成する請求項１〜５のいずれかに記載のセラミックヒーターの製造方法。
- 露出した給電部の表面に不動態層を形成する不動態層形成工程をさらに行う請求項６に記載のセラミックヒーターの製造方法。
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-
2014
- 2014-03-31 JP JP2014073667A patent/JP6298342B2/ja active Active
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