JPH10223357A - セラミックヒーター及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 被加熱物挿入孔内の試料を速やかに冷却でき
るとともに、効率良く、安価に製造できるセラミックヒ
ーター及びその製造方法を提供する。 【解決手段】 内部に発熱抵抗体を埋設したセラミック
部材の上面及び下面に金属部材を接合して成り、被加熱
物挿入孔を有するセラミックヒーターであって、上記被
加熱物挿入孔は、上記セラミック部材の上面に接合され
た金属部材に開口部を有するとともに、上記セラミック
部材を貫通し、上記セラミック部材の下面に接合された
金属部材に底部を有し、上記被加熱物挿入孔の一部を構
成する貫通孔を設けたセラミック部材の上面に、上記被
加熱物挿入孔の開口部を構成する貫通孔を設けた金属部
材が接合され、上記被加熱物挿入孔の一部を構成する貫
通孔を設けた上記セラミック部材の下面に、上記被加熱
物挿入孔の底部を構成する凹部を設けた金属部材が接合
されるとともに、所定の形状及び寸法に仕上げ加工さ
れ、外部電極が設置されてなるセラミックヒーター。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】 本発明は、分子生物学、遺
伝子工学等のバイオテクノロジー関連分野、医療・食品
関連等の理化学研究分野において広範に用いられるセラ
ミックヒーターに関する。

【０００２】

【従来の技術】 分子生物学、遺伝子工学等のバイオテ
クノロジー関連分野、医療・食品関連等の理化学研究分
野等においては、試験管やマイクロチューブ内の試料を
加熱し、一定の温度に保持するための恒温槽が不可欠で
あり、このような恒温槽においては、高い温度精度とと
もに、加熱・冷却操作を繰り返す場合には、設定温度へ
の到達時間が短いことが要求される。かかる観点より、
近年においては、優れた熱伝導性を示すセラミックに発
熱抵抗体を埋設したセラミックヒーターが用いられてい
る。

【０００３】 例えば、ＷＯ ９４／０１５２９号公報
及び特開平６−９９０８５号公報には、熱伝導性が良好
なセラミックの内部に発熱抵抗体を埋設した加熱冷却器
が開示されている。又、特開平６−８６９４１号公報に
は、発熱体を備えたセラミック部材を金属で鋳ぐるんで
成る加熱冷却器が開示されており、この加熱冷却器は、
金属部分の一部を加工して形成した冷却用のハニカム又
はフィンを有するとともに、金属部分の一方からセラミ
ック部材を貫通して反対側の金属部分に至る被加熱物挿
入孔を有する。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】 しかしながら、ＷＯ
９４／０１５２９号公報及び特開平６−９９０８５号
公報に記載の加熱冷却器は、全体がセラミックスで構成
されていることから、金属に比して熱伝導率が小さく、
冷却を速やかに行うことが困難であるという問題があっ
た。

【０００５】 又、特開平６−９９０８５号公報に記載
の加熱冷却器は、セラミック粉末を焼成して成るブロッ
クに、切削加工により被加熱物挿入孔を形成することに
より製造されることから、加工に長時間を要するととも
に、生産コストが高くなり、生産効率の向上及び生産コ
ストの低減を図ることができないという問題があった。

【０００６】 一方、特開平６−８６９４１号公報に記
載の加熱冷却器は、発熱体を埋設したセラミック部材を
金属で鋳ぐるんで構成されるため、速やかに冷却を行う
ことが可能であるが、セラミック部材を金属で鋳ぐるむ
工程が煩雑であり、生産効率の向上を図ることが難しい
という問題があった。又、被加熱物挿入孔は、セラミッ
ク部材を金属で鋳ぐるんだ後で切削加工により形成され
るため、被加熱物挿入孔の形成は、セラミック部材内の
発熱体の位置を正確に把握して行う必要があり、熟練を
要するため、生産効率の向上を図ることが難しいという
問題があった。さらに、セラミック部材を金属で鋳ぐる
む際に、熱衝撃によりセラミック部材が破損する場合が
あり、歩留まりを低下させる原因の一つとなっていた。

【０００７】 本発明は、かかる状況に鑑みてなされた
ものであり、その目的とするところは、被加熱物挿入孔
内の試料を速やかに冷却できるとともに、効率良く、安
価に製造できるセラミックヒーター及びその製造方法を
提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】 即ち、本発明によれ
ば、内部に発熱抵抗体を埋設したセラミック部材の上面
及び下面に金属部材を接合して成り、被加熱物挿入孔を
有するセラミックヒーターであって、上記被加熱物挿入
孔は、上記セラミック部材の上面に接合された金属部材
に開口部を有するとともに、上記セラミック部材を貫通
し、上記セラミック部材の下面に接合された金属部材に
底部を有し、上記被加熱物挿入孔の一部を構成する貫通
孔を設けたセラミック部材の上面に、上記被加熱物挿入
孔の開口部を構成する貫通孔を設けた金属部材が接合さ
れ、上記被加熱物挿入孔の一部を構成する貫通孔を設け
た上記セラミック部材の下面に、上記被加熱物挿入孔の
底部を構成する凹部を設けた金属部材が接合されるとと
もに、所定の形状及び寸法に仕上げ加工され、外部電極
が設置されてなるセラミックヒーターが提供される。

【０００９】 本発明のセラミックヒーターにおいて、
上記セラミック部材は、各テープ状セラミック成形体に
貫通孔を設ける第一工程、上記貫通孔を設けた任意の１
又は２以上のテープ状セラミック成形体に導電性ペース
トにて発熱体のパターンを印刷により形成する第二工
程、発熱抵抗体のパターンを印刷したテープ状セラミッ
ク成形体の発熱抵抗体部分を他のテープ状セラミック成
形体を積層して被覆する第三工程及び焼結を行って上記
発熱抵抗体を上記セラミック部材に埋設する第四工程を
経て成るものであってもよい。

【００１０】 又、本発明のセラミックヒーターにおい
て、上記セラミック部材は、任意の形状に形成した耐熱
金属箔の両面に、上記被加熱物挿入孔の一部を構成する
貫通孔を設けたテープ状セラミック成形体を積層し、焼
成して成るものであってもよい。

【００１１】 さらに、本発明のセラミックヒーターに
おいて、上記セラミック部材は、その上面及び下面を構
成するテープ状セラミック成形体の、上記上面及び下面
に相当する面にメタライズペーストを塗布したのち、積
層及び焼成し、メタライズ層を形成して成るものでもよ
く、この場合、上記セラミック部材の上面及び下面と金
属部材との接合は、通常のろう材を使用したろう付けに
よるのが好適である。

【００１２】 さらに又、本発明のセラミックヒーター
において、焼成済みのセラミック部材の上面及び下面に
相当する面へのメタライズ層の形成は、上記セラミック
部材の上面及び下面に相当する面への電解メッキ、無電
解メッキ、蒸着又はスパッター等の方法で行ってもよ
い。

【００１３】 又、上面及び下面に相当する面にメタラ
イズ層が形成されていない焼成済みのセラミック部材の
上記上面及び下面と金属部材との接合は、活性金属を含
有するろう材で行われる。

【００１４】 本発明のセラミックヒーターにおいて、
セラミック部材のセラミック部分は、ベリリア、窒化ア
ルミニウム、窒化珪素及びアルミナから成る群から選択
した１又は２以上の材質から成ることが好ましい。又、
上記金属部材の室温における熱伝導率は１００（Ｗ／ｍ
・ｋ）以上であることが好ましい。具体的には、上記金
属部材は、銀、アルミニウム、金、ベリリウム、銅、マ
グネシウム、モリブデン、珪素及びタングステン並びに
これらの合金から成る群から選択した１又は２以上の材
質から成ることが好ましい。

【００１５】 又、本発明のセラミックヒーターは、上
記セラミック部材の下面に接合された金属部材に冷却フ
ィンを有することが好ましい。

【００１６】 又、本発明によれば、内部に発熱抵抗体
を埋設したセラミック部材の上面及び下面に金属部材を
接合して成り、被加熱物挿入孔を有するセラミックヒー
ターの製造方法であって、被加熱物挿入孔の一部を構成
する貫通孔を設けた上記セラミック部材の上面に、上記
被加熱物挿入孔の開口部を構成する貫通孔を設けた金属
部材が接合され、上記被加熱物挿入孔の一部を構成する
貫通孔を設けた上記セラミック部材の下面に、上記被加
熱物挿入孔の底部を構成する凹部を設けた金属部材を接
合した後、所定の形状及び寸法へと仕上げ加工し、外部
電極を設置するセラミックヒーターの製造方法が提供さ
れる。

【００１７】

【発明の実施の形態】 本発明のセラミックヒーター
は、図１に示すように、内部に発熱抵抗体２を埋設した
セラミック部材４の上面及び下面に金属部材５を接合し
て成り、上記セラミック部材４の上面に接合された金属
部材５ａに開口部６を有するとともに、上記セラミック
部材４を貫通し、上記セラミック部材４の下面に接合さ
れた金属部材５ｂに底部７を有する被加熱物挿入孔３を
有する。従って、上記セラミック部材４の下面に接合さ
れた金属部材５ｂに冷媒を吹き付けたり、又は冷却され
たブロックを接触させて冷却を行う際には、優れた熱伝
導性を有する金属部材５が、セラミック部材４から速や
かに熱を奪い、迅速な冷却を行うことができる。

【００１８】 又、本発明のセラミックヒーター１は、
予め被加熱物挿入孔３の一部を構成する貫通孔を設けた
セラミック部材４の上面及び下面に、それぞれ、予め被
加熱物挿入孔３の開口部６を構成する貫通孔を設けた金
属部材５ａ及び被加熱物挿入孔３の底部７を構成する凹
部を設けた金属部材５ｂを接合することにより製造され
るため、セラミック部材を金属で鋳ぐるむ場合に比べ、
製造工程が簡易になるとともに、熱衝撃によるセラミッ
ク部材の破損を回避でき、生産効率及び歩止まりの向上
を図ることができる。

【００１９】 本発明のセラミックヒーター１におい
て、上記セラミック部材４を、図２に示すように、各テ
ープ状セラミック成形体８に貫通孔９を設ける第一工
程、上記貫通孔９を設けた任意の１又は２以上のテープ
状セラミック成形体に導電性ペーストにて発熱抵抗体２
を印刷により形成する第二工程、発熱抵抗体２が印刷さ
れたテープ状セラミック成形体８の発熱抵抗体２の部分
が他のテープ状セラミック成形体８に被覆されるように
積層する第三工程及び焼成を行って上記発熱抵抗体２を
上記セラミック部材４に埋設する第四工程により製造す
れば、セラミック粉末を成形後焼成して成る焼結ブロッ
クに、切削加工により被加熱物挿入孔を形成する場合に
比べ、加工が短時間で済むとともに、生産コストの低減
を図ることもできる。さらに、発熱抵抗体はテープ状セ
ラミック成形体に貫通孔を設けた後に印刷等の手段で形
成されることから、セラミック部材を金属で鋳ぐるんだ
後で切削加工により被加熱物挿入孔を形成する従来の方
法に比べ、貫通孔の位置決めの困難さを回避することが
できる。

【００２０】 又、本発明のセラミックヒーター１にお
いて、セラミック部材４を、図３に示すように、任意の
形状に成形した耐熱金属箔から成る発熱抵抗体１０の両
面に、上記被加熱物挿入孔３の一部を構成する貫通孔９
を設けたテープ状セラミック成形体８を積層した後、焼
成することにより製造しても、同様に、生産効率の向上
と生産コストの低減を図ることができる。

【００２１】 本発明のセラミックヒーターにおいて、
セラミック部材と金属部材との接合はろう付けにて行う
ことが好ましいが、この場合、セラミック部材の上面及
び下面にメタライズ層を形成しておけば、通常のろう材
を使用したろう付けが可能であり、好ましい。又、メタ
ライズ層の形成は、セラミック部材の上面及び下面を構
成するテープ状セラミック成形体の、上記上面及び下面
の相当する面に、印刷等の手段でメタライズペーストを
塗布して乾燥した後、所定温度でバインダーの除去処理
を実施し、さらに非酸化雰囲気中で焼成することにより
行えばよい。

【００２２】 本発明のセラミックヒーターにおいて、
セラミック部材のセラミック部分の材質には特に制限は
ないが、ベリリア、窒化アルミニウム、窒化珪素及びア
ルミナから成る群から選択した１又は２以上の材質を用
いることが好ましく、窒化アルミニウムを用いることが
より好ましい。窒化アルミニウムは熱伝導性に優れるた
め、被加熱体の温度を急激に上昇又は下降させることが
必要なセラミックヒーターに用いる場合、例えば、生化
学分野において汎用される遺伝子増幅法であるＰＣＲ
（Ｐｏｌｙｍｅｒａｓｅ Ｃｈａｉｎ Ｒｅａｃｔｉｏ
ｎ）法等に特に有用であり、遺伝子増幅に要する時間を
大幅に短縮することができる。

【００２３】 又、金属部材の材質としては、迅速な昇
温及び冷却を可能とする観点より、室温における熱伝導
率が１００（Ｗ／ｍ・ｋ）以上のものを用いることが好
ましく、具体的には、銀、アルミニウム、金、ベリリウ
ム、銅、マグネシウム、モリブデン、珪素及びタングス
テン並びにこれらの合金から成る群から選択した１又は
２以上の材質を用いることが好ましい。

【００２４】 又、本発明のセラミックヒーターにおい
ては、図４に示すように、セラミック部材４の下面に接
合された金属部材５ｂの一部を加工して冷却フィン１１
としてもよい。

【００２５】 又、本発明のセラミックヒーターの発熱
抵抗体材料としては、セラミック部材の焼成温度以上の
融点を有する金属が好適に用いられるが、タングステン
又はモリブデンから成るものを用いることが融点及び焼
結時の収縮率並びにセラミック部材を構成する材料との
熱膨張の整合性の観点より好ましい。

【００２６】

【実施例】 以下、本発明を実施例を用いてさらに詳細
に説明するが、本発明はこれらの実施例に限られるもの
ではない。

【００２７】（実施例１） 以下に示す方法により、セ
ラミックヒーターを製造し、その加熱冷却特性を調べ
た。

【００２８】 まず、平均粒径１μｍの窒化アルミニウ
ム１００部に、焼結助剤としてＹ₂Ｏ₃粉末を５部、さら
に所定のバインダーを添加して、分散媒中で十分に混合
した後、噴霧乾燥（スプレードライ）により平均粒径６
０〜８０μｍの流動性の良い原料粉末を造粒した。

【００２９】 次に、上記の原料粉末１００部に対し、
所定の結合剤７部、可塑剤４部、分散剤０．９部、消泡
剤０．２部、溶剤５０部を添加してスラリーとした後、
脱泡処理を行った。

【００３０】 その後、該スラリーをドクターブレード
容器に移して所定条件により成膜処理を行い、厚さ１ｍ
ｍのグリンシートを作製した。上記方法で得られたグリ
ンシートから、図２に示すような、所定の寸法と個数の
貫通孔９を有する所定形状のテープ状成形体８をパンチ
ングにより形成した。

【００３１】 次に、タングステンペーストを用いたス
クリーン印刷法により、上記のテープ状成形体の１枚の
表面に所定形状のパターンを有する発熱抵抗体２を形成
した。なお、発熱抵抗体のパターンの寸法と形状は、テ
ープ状成形体８に設けられた貫通孔９の個数や形状並び
に使用する電源を考慮して、所定の発熱量が得られるよ
うに決定した。

【００３２】 次に、発熱抵抗体のパターンが未印刷の
テープ状成形体を、パターンを形成した成形体の上下
に、貫通孔の位置が一致するように積層した後、プレス
で加圧して、３枚のテープ状成形体が圧着されたセラミ
ック部材を形成した。

【００３３】 次に、上記のセラミック部材を水素ガス
中で５００℃まで昇温して所定時間保持し、セラミック
部材中のバインダー等の有機物を除去する脱バインダー
処理を行った。なお、脱バインダー処理の雰囲気は、発
熱抵抗体２を構成する金属が酸化物や炭化物等の化合物
を生成しない雰囲気であれば、水素ガス以外のガスを利
用することができる。

【００３４】 次に、脱バインダー処理の済んだ上記セ
ラミック部材を窒素ガス中で１９００℃まで昇温して、
所定時間保持して焼結を行い、内部に発熱抵抗体を埋設
したセラミック部材４を作製した。なお、焼結に際し、
上記セラミック部材に反り等の変形が生ずるのを防ぐた
め、上部に重しを載せて焼成した。多量のセラミック部
材を一度に焼結する場合には、各セラミック部材の間に
焼結防止用のスペーサーを介在させて積み重ね、上下方
向からプレス等の手段で加圧しながら焼結を行ってもよ
い。

【００３５】 次に、焼結済みのセラミック部材４の上
面に厚さ５ｍｍ、下面に厚さ７ｍｍのアルミニウムから
成る金属部材を接合した。セラミック部材の上面に接合
する金属部材には、セラミック部材に設けた貫通孔と同
じ位置に被加熱物挿入孔の開口部を構成する貫通孔を、
セラミック部材の下面に接合する金属部材には、セラミ
ック部材に設けた貫通孔と同じ位置に被加熱物挿入孔の
底部を構成する凹部を、それぞれ機械加工により設けて
おいた。又、金属部材の接合は、Ａｌ−Ｓｉ−Ｍｇ合金
をインサート材とする固相接合により行った。

【００３６】 最後に、所定形状及び寸法に仕上げ加工
をするとともに、外部電極を設置してセラミックヒータ
ー１を得た。外部電極の設置は、セラミック部材に埋設
された発熱抵抗体の端部に高融点半田を用いた半田付け
で行った。

【００３７】 上記方法で市販の０．２ｍｌ用の試料容
器に適用可能な被加熱物挿入孔を有するセラミックヒー
ターを作製し、加熱冷却特性を測定した。

【００３８】 上記ヒーターの加熱冷却特性試験は、被
加熱物挿入孔内に設置した０．２ｍｌ用試料容器内に熱
電対を挿入し、上記ヒーターの下面に冷却媒体を吹き付
けながら通電し、溶液温度が所定温度に達した時点で通
電を中止する方法で行った。加熱冷却特性は、溶液温度
が２５℃から９５℃に上昇するのに要した時間と、９５
℃から２５℃まで下降する時間から求めた。結果を表１
に示す。

【００３９】（実施例２） 実施例１と同じ方法で、図
３に示すような、所定の寸法と個数の貫通孔９を有する
所定形状の窒化アルミニウムから成るテープ状成形体８
を作製した。次に、厚さ１００μｍの金属モリブデン箔
を使用して、所定形状の発熱抵抗体１０を作製した。

【００４０】 次に、上記モリブデン箔製発熱抵抗体の
上下両面に窒化アルミニウム製テープ状成形体８を配設
し、それぞれの貫通孔の位置が一致するように積層した
後、プレスで加圧して、２枚の窒化アルミニウム製テー
プ状成形体の層間にモリブデン箔製発熱抵抗体を埋設し
たセラミック部材を形成した。次に、上記セラミック部
材を実施例１と同じ方法で脱バインダー処理を行った
後、実施例１と同じ方法で焼結を行い、内部に発熱抵抗
体を埋設したセラミック部材４を作製した。

【００４１】 次に、焼結済みのセラミック部材の上面
と下面にニッケルメッキを施し、アルミニウムをインサ
ート材として、セラミック部材の上面に厚さ５．５ｍ
ｍ、下面に厚さ７．５ｍｍのアルミニウム製の金属部材
を、実施例１と同じ方法で接合した後、被加熱物挿入孔
を、市販の０．２ｍｌ用の試料容器に適用可能な形状と
寸法に仕上げ加工をするとともに、外部電極を設置し
て、セラミックヒーターを得た。このセラミックヒータ
ーについて、実施例１と同じ方法で加熱冷却特性を調べ
た。結果を表１に示す。

【００４２】（実施例３） 実施例１と同じ方法で、所
定の寸法と個数の貫通孔９を有し、内部に発熱抵抗体を
埋設した図２に示す形状のセラミック部材４を作製し
た。次に、上記セラミック部材４の上面に厚さ５ｍｍ、
下面に厚さ７ｍｍの銅から成る金属部材を接合した。セ
ラミック部材の上面に接合する金属部材には、セラミッ
ク部材に設けた貫通孔と同じ位置に被加熱物挿入孔の開
口部を構成する貫通孔を、セラミック部材の下面に接合
する金属部材には、セラミック部材に設けた貫通孔と同
じ位置に被加熱物挿入孔の底部を構成する凹部を、それ
ぞれ機械加工により設けておいた。又、金属部材の接合
は、チタンを含有する銀ロウをろう材として用いた活性
金属法によるろう付けにより行った。最後に、被加熱物
挿入孔を、市販の０．２ｍｌ用の試料容器に適用可能な
形状と寸法に仕上げ加工をするとともに、外部電極を設
置して、セラミックヒーターを得た。このセラミックヒ
ーターについて、実施例１と同じ方法で加熱冷却特性を
調べた。結果を表１に示す。

【００４３】（実施例４） セラミック部材の材質にベ
リリアを用いた点、焼成雰囲気を露点を制御した水素ガ
スとした点、セラミック部材を構成するテープ状成形体
の厚さを０．５ｍｍとした点、セラミック部材における
テープ状成形体の積層数を６層とした点、上記６層のテ
ープ状成形体のうち上面から数えて２層目と３層目の間
並びに４層目と５層目の間に発熱抵抗体が位置するよう
にした点を除いては、実施例３と同様の方法にてセラミ
ックヒーターを製造し、その加熱冷却特性を調べた。結
果を表１に示す。

【００４４】（実施例５） セラミック部材の材質にベ
リリアを用いた点、焼成雰囲気を露点を制御した水素ガ
スとした点、セラミック部材と金属との接合を銀ロウを
用いたろう付けにて行った点及び金属部材を接合するセ
ラミック部材の表面にタングステンペーストを用いてメ
タライズ層を形成した点を除いては、実施例３と同様の
方法にてセラミックヒーターを製造し、その加熱冷却特
性を調べた。結果を表１に示す。

【００４５】（実施例６） セラミック部材の材質にア
ルミナを用いた点、焼成雰囲気を露点を制御した水素ガ
スとした点を除いては、実施例１と同様の方法にてセラ
ミックヒーターを製造し、その加熱冷却特性を調べた。
結果を表１に示す。

【００４６】（比較例） 実施例１と同様の造粒粉末原
料を、金型プレスを用いて、５００ｋｇ／ｃｍ²の圧力
で成形し、幅５５ｍｍ、長さ６５ｍｍ、厚さ１８ｍｍの
板状ブロック２個を得た。

【００４７】 次に、得られたブロックの一方に、タン
グステンペーストを用いて、実施例１と同じ厚さと形状
の発熱抵抗体のパターンをスクリーン印刷により形成し
た。なお、タングステンペーストは、実施例１と同様の
方法にて調製した。

【００４８】 次に、発熱抵抗体のパターンが内側にな
るように、２つのブロックを積層した後、プレスで加圧
して、２つのブロックが圧着されたセラミック部材を形
成した。

【００４９】 次に、上記のセラミック部材を水素ガス
中で５００℃まで昇温して所定時間保持し、脱バインダ
ー処理を行った。この場合の脱バインダー処理時間とし
ては、セラミック部材の質量が実施例１のテープ状成形
体に比べて大きいため、実施例１のテープ状成形体の場
合より２倍近い時間がかかった。次に、脱バインダー処
理の終了したセラミック部材に対し、実施例１と同じ条
件で焼結を行い、内部に発熱抵抗体を埋設したセラミッ
ク部材を作製した。

【００５０】 最後に、上記セラミック部材の所定の位
置に市販の０．２ｍｌ用の試料容器に適用可能な被加熱
物挿入孔１２個を形成した後、外形を幅４５ｍｍ、長さ
５５ｍｍ、厚さ１５ｍｍに仕上げ加工するとともに、外
部電極を設置してセラミックヒーターを得た。焼結済み
セラミック部材への、上記被加熱物挿入孔の加工は、Ｘ
線透過検査により発熱抵抗体の形状と位置を確認した
後、切削加工により行った。この場合の被加熱物挿入孔
の加工並びに仕上げ加工には、実施例１で得られたセラ
ミックヒーターの仕上げ加工に要する時間の１０倍近い
時間がかかった。得られたセラミックヒーターについ
て、実施例１と同じ方法で加熱冷却特性を調べた。結果
を表１に示す。

【００５１】 又、表１に、実施例１と比較例に記載の
方法で、１２個の０．２ｍｌ用の試料容器に適用可能な
被加熱物挿入孔を有する、同一寸法のセラミックヒータ
ーを製造する場合の製造所要時間をも掲記した。実施例
１の場合は、テープ成形からパンチングによる１２個の
被加熱物挿入孔の形成、積層、脱バインダー処理、焼
成、金属部材の接合を経て外部電極を形成して、ヒータ
ーが完成するまでの所要時間を積算した。一方、比較例
については、プレス成形から積層、脱バインダー処理、
焼成、切削による１２個の被加熱物挿入孔の加工を経て
外部電極を形成して、ヒーターが完成するまでの所要時
間を積算した。

【００５２】

【表１】

【００５３】 表１より、昇温速度については、実施例
と比較例との間で顕著な差は見られないものの、冷却速
度については、比較例が４℃／秒であるのに対し、実施
例が６〜７℃／秒と大幅に改善されたことがわかる。

【００５４】 又、ヒーター製造所要時間については、
比較例が４２時間であるのに対し、実施例１が２６時間
と大幅に短縮された。

【００５５】

【発明の効果】 本発明のセラミックヒーターは、内部
に発熱抵抗体を埋設したセラミック部材の上面及び下面
に金属部材を接合して構成されているため、ヒーター下
部からの強制的冷却に際し、金属部材が、セラミック部
材から速やかに熱を奪い、迅速な冷却を行うことができ
る。

【００５６】 又、本発明のセラミックヒーターは、予
め被加熱物挿入孔の一部を構成する貫通孔を設けたセラ
ミック部材の上面及び下面に、それぞれ、予め被加熱物
挿入孔の開口部を構成する貫通孔を設けた金属部材及び
被加熱物挿入孔の底部を構成する凹部を設けた金属部材
を接合することにより製造されるため、製造工程が簡易
であるとともに、鋳ぐるみの際に発生する熱衝撃による
セラミック部材の破損を回避でき、生産効率及び歩止ま
りの向上を図ることができる。

【００５７】 さらに、本発明のセラミックヒーターを
構成するセラミック部材の製造において、貫通孔を設け
たテープ状成形体に発熱抵抗体を形成した後、積層して
焼成すれば、貫通孔の位置決めの困難さを回避すること
ができ、加工が短時間で済むとともに、生産コストの低
減を図ることもできる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明のセラミックヒーターの一例を示す模
式断面図である。

【図２】 本発明のセラミックヒーターを構成するセラ
ミック部材の製造方法の一例を示す模式図である。

【図３】 本発明のセラミックヒーターを構成するセラ
ミック部材の製造方法の他の例を示す模式図である。

【図４】 本発明のセラミックヒーターの他の例を示す
模式断面図である。

【符号の説明】

１・・・セラミックヒーター、２・・・発熱抵抗体、３・・・被
加熱物挿入孔、４・・・セラミック部材、５・・・金属部材、
６・・・被加熱物挿入孔の開口部、７・・・被加熱物挿入孔の
底部、８・・・テープ状成形体、９・・・貫通孔、１０・・・耐
熱金属箔、１１・・・冷却フィン。

Claims (15)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 内部に発熱抵抗体を埋設したセラミック
   部材の上面及び下面に金属部材を接合して成り、被加熱
   物挿入孔を有するセラミックヒーターであって、 当該被加熱物挿入孔は、当該セラミック部材の上面に接
   合された金属部材に開口部を有するとともに、当該セラ
   ミック部材を貫通し、当該セラミック部材の下面に接合
   された金属部材に底部を有し、 当該被加熱物挿入孔の一部を構成する貫通孔を設けた当
   該セラミック部材の上面に、当該被加熱物挿入孔の開口
   部を構成する貫通孔を設けた金属部材が接合され、 当該被加熱物挿入孔の一部を構成する貫通孔を設けた当
   該セラミック部材の下面に、当該被加熱物挿入孔の底部
   を構成する凹部を設けた金属部材が接合されるととも
   に、 所定の形状及び寸法に仕上げ加工され、外部電極が設置
   されて成ることを特徴とするセラミックヒーター。
2. 【請求項２】 当該セラミック部材が、 各テープ状セラミック成形体に貫通孔を設ける第一工
   程、 当該貫通孔を設けた任意の１又は２以上のテープ状セラ
   ミック成形体に導電性ペーストにて発熱抵抗体を形成す
   る第二工程、 テープ状セラミック成形体を、当該発熱抵抗体が他のテ
   ープ状セラミック成形体に被覆されるように積層する第
   三工程及び焼成により当該発熱抵抗体を当該セラミック
   部材に埋設する第四工程を経て成る請求項１に記載のセ
   ラミックヒーター。
3. 【請求項３】 当該セラミック部材が、任意の形状に形
   成した耐熱金属箔から成る発熱抵抗体の両面に、当該被
   加熱物挿入孔の一部を構成する貫通孔を設けたテープ状
   セラミック成形体を積層し、焼成して成る請求項１に記
   載のセラミックヒーター。
4. 【請求項４】 当該セラミック部材が、その上面及び下
   面を構成するテープ状セラミック成形体の、当該上面及
   び下面に相当する面に、メタライズペーストを塗布し、
   積層及び焼成してメタライズ層を形成することにより成
   り、 当該セラミック部材の上面及び下面に金属部材をろう付
   けにて接合して成る請求項２又は３に記載のセラミック
   ヒーター。
5. 【請求項５】 当該セラミック部材のセラミック部分
   が、ベリリア、窒化アルミニウム、窒化珪素及びアルミ
   ナから成る群から選択した１又は２以上の材質から成る
   請求項１〜４のいずれかに記載のセラミックヒーター。
6. 【請求項６】 当該金属部材の室温における熱伝導率が
   １００（Ｗ／ｍ・ｋ）以上である上記請求項１〜５のい
   ずれかに記載のセラミックヒーター。
7. 【請求項７】 当該金属部材が、銀、アルミニウム、
   金、ベリリウム、銅、マグネシウム、モリブデン、珪素
   及びタングステン並びにこれらの合金から成る群から選
   択した１又は２以上の材質から成る請求項６に記載のセ
   ラミックヒーター。
8. 【請求項８】 当該セラミック部材の下面に接合された
   金属部材に冷却フィンを形成した請求項１〜７のいずれ
   かに記載のセラミックヒーター。
9. 【請求項９】 内部に発熱抵抗体を埋設したセラミック
   部材の上面及び下面に金属部材を接合して成り、被加熱
   物挿入孔を有するセラミックヒーターの製造方法であっ
   て、 被加熱物挿入孔の一部を構成する貫通孔を設けた当該セ
   ラミック部材の上面に、当該被加熱物挿入孔の開口部を
   構成する貫通孔を設けた金属部材を接合するとともに、 当該被加熱物挿入孔の一部を構成する貫通孔を設けた当
   該セラミック部材の下面に、当該被加熱物挿入孔の底部
   を構成する凹部を設けた金属部材を接合した後、所定の
   形状及び寸法へと仕上げ加工し、外部電極を設置するこ
   とを特徴とするセラミックヒーターの製造方法。
10. 【請求項１０】 当該セラミック部材を、 各テープ状セラミック成形体に貫通孔を設ける第一工
    程、 当該貫通孔を設けた任意の１又は２以上のテープ状セラ
    ミック成形体に導電性ペーストにて発熱抵抗体を形成す
    る第二工程、 テープ状セラミック成形体を、当該発熱抵抗体が他のテ
    ープ状セラミック成形体に被覆されるように積層する第
    三工程及び焼成を行って当該発熱抵抗体を当該セラミッ
    ク部材に埋設する第四工程により製造する請求項９に記
    載のセラミックヒーターの製造方法。
11. 【請求項１１】 任意の形状に形成した耐熱金属箔の両
    面に、当該被加熱物挿入孔の一部を構成する貫通孔を設
    けたテープ状セラミック成形体を積層した後、焼成する
    ことにより、当該セラミック部材を製造する請求項９に
    記載のセラミックヒーターの製造方法。
12. 【請求項１２】 当該セラミック部材の上面及び下面を
    構成するテープ状セラミック成形体の、当該上面及び下
    面に相当する面にメタライズペーストを塗布した後、積
    層及び焼成を行うことにより、当該セラミック部材を形
    成するとともに、 当該セラミック部材の上面及び下面に当該金属部材をろ
    う付けにて接合する請求項１０又は１１に記載のセラミ
    ックヒーターの製造方法。
13. 【請求項１３】 当該セラミック部材のセラミック部分
    を、ベリリア、窒化アルミニウム、窒化珪素及びアルミ
    ナから成る群から選択した１又は２以上の材質にて構成
    する請求項９〜１２のいずれかに記載のセラミックヒー
    ターの製造方法。
14. 【請求項１４】 室温における熱伝導率が１００（Ｗ／
    ｍ・ｋ）以上である材質にて当該金属部材を構成する請
    求項９〜１３のいずれかに記載のセラミックヒーターの
    製造方法。
15. 【請求項１５】 当該金属部材を、銀、アルミニウム、
    金、ベリリウム、銅、マグネシウム、モリブデン、珪素
    及びタングステン並びにこれらの合金から成る群から選
    択した１又は２以上の材質にて構成する請求項１４に記
    載のセラミックヒーター。