JPH11354255A - セラミックヒータの製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 セラミック基板の間に発熱抵抗体が配設され
たセラミックヒータの製造において、電極端子部に、リ
ード線引き出し用端子を接合するためのロウ材の酸化劣
化が抑えられる方法を提供する。 【解決手段】 電極端子部に、銀ロウ等のロウ材４によ
ってリード線引き出し用端子２５ａを接合し、この接合
部位の全体を、ニッケル−硼素系無電解メッキ液に浸漬
し、接合部位を、形成されるメッキ層５によって被覆
し、保護する。このメッキ層５の厚さは、特に、１〜１
０μｍとすることが好ましい。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、セラミックヒータ
の製造方法に関する。更に詳しくは、本発明は、電極端
子部にリード線引き出し用端子が接合された接合部位
を、ニッケル−硼素系無電解メッキ層によって被覆し、
接合に用いられるロウ材の酸化劣化を抑制することによ
って、接合強度の低下が抑えられるセラミックヒータの
製造方法に関する。本発明の方法によって製造されるセ
ラミックヒータは、自動車用酸素センサ、グローシステ
ム、半導体加熱用セラミックヒータ及び石油ファンヒー
タ等に使用される石油気化用熱源などとして使用するこ
とができる。

【０００２】

【従来の技術】セラミックヒータは、一般に、加圧成
形、押出成形等によって得られる平板或いは円筒など、
所望の形状のセラミックグリーンシートを基材として用
いている。そして、このセラミック基材の表面に、白
金、モリブデン、タングステン等、融点の高い金属を含
むペーストを厚膜印刷して発熱抵抗体パターンを形成
し、これに他方のセラミック基材を積層し、これらを一
体に焼成することにより製造されている。セラミック基
材を構成する主成分としてアルミナ、高融点金属として
タングステンを用い、一体に焼成して得られるセラミッ
クヒータがその代表例である。このセラミックヒータは
高温において安定であるため、従来より、例えば、自動
車用酸素センサ或いは内燃機関用グロープラグ等の高温
に晒される用途に使用されることが多い。

【０００３】従来より、セラミック基板の内面に配設さ
れる発熱抵抗体に給電するため、セラミック基板の外面
に設けられる電極端子部に、リード線引き出し用端子が
銀ロウ等のロウ材によって接合されている。そして、こ
の接合部位が露出されたままであると、経時とともにロ
ウ材が酸化劣化し、接合強度が低下する。通常、このロ
ウ材の酸化劣化を抑えるため、接合部位は、無電解ニッ
ケルメッキ等のメッキ層によって被覆され、保護されて
いる。

【０００４】しかし、接合部位をメッキ層によって保護
したにしても、セラミックヒータを高温環境下に長期間
に渡って使用しているうちに、特に、耐熱性の低いメッ
キ層である場合など、衝撃等によって、このメッキ層が
剥離することがある。その場合、ロウ材のある程度の酸
化劣化は避けられず、所要の接合強度を下回ってしまう
ことがある。そして、導通不良によって発熱抵抗体に給
電がなされず、ヒータとして機能しなくなることがあ
る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記の問題
点を解決するものであり、電極端子部にリード線引き出
し用端子をロウ材によって接合し、この接合部位を、特
に、耐熱性の高いニッケル−硼素系無電解メッキ層によ
って被覆し、保護することにより、ロウ材の酸化劣化を
抑え、長期間の使用によっても、このメッキ層が剥離等
することがなく、安定した性能が長期に渡って維持され
るセラミックヒータの製造方法を提供することを目的と
する。

【０００６】

【課題を解決するための手段】第１発明のセラミックヒ
ータの製造方法は、リード線引き出し用端子を電極端子
部に接合し、接合部位をニッケル−硼素系無電解メッキ
液と接触させ、上記接合部位をニッケル−硼素系メッキ
層によって被覆することを特徴とする。

【０００７】また、第２発明のセラミックヒータの製造
方法は、接合された一方のセラミック基板と他方のセラ
ミック基板、これらセラミック基板の内面に配設される
発熱抵抗体、上記一方のセラミック基板若しくは上記他
方のセラミック基板の外面に形成される電極端子部及び
該電極端子部に接合されるリード線引き出し用端子を備
えるセラミックヒータの製造方法において、上記電極端
子部に上記リード線引き出し用端子が接合される接合部
位を、ニッケル−硼素系無電解メッキ液と接触させ、上
記接合部位をニッケル−硼素系無電解メッキ層によって
被覆することを特徴とする。

【０００８】上記「一方のセラミック基板」及び上記
「他方のセラミック基板」のように、セラミックヒータ
の基板を形成するためのセラミックスとしては、アルミ
ナの他、ムライト及びスピネル等のアルミナに類似のセ
ラミックス等、高温において強度の大きいセラミックス
を主成分とするものを使用することができる。これらの
セラミックスのうちでは、特に、アルミナが好適であ
る。これらのセラミックスからなる基板の間に発熱抵抗
体を配設することにより、この発熱抵抗体を外気から遮
断し、保護することができ、酸化、劣化を防止すること
ができる。基板を形成する際に用いられる焼結助剤とし
ては、セラミックスの焼成において一般に使用されるも
のを特に制限されることなく用いることができる。この
焼結助剤としては、ＳｉＯ₂、ＣａＯ、ＭｇＯ及び加熱
によってこれらの酸化物を生成するＣａＣＯ₃、ＭｇＣ
Ｏ₃等を使用することができる。更に、Ｙ₂Ｏ₃或いは希
土類元素の酸化物等を用いることもできる。

【０００９】上記「発熱抵抗体」は、主にタングステ
ン、モリブデン等を含む導電ペーストを、セラミックグ
リーンシートに厚膜印刷して発熱抵抗体パターンを構成
し、これらを一体に焼成することにより形成することが
できる。また、これらの成分に白金及びロジウム等の融
点の高い金属成分を混合して用いることもできる。更
に、抵抗特性を向上させるため、白金及びロジウム等を
単独で用いることもできる。尚、発熱抵抗体としての性
能に影響を与えない限りにおいて、アルミナ等、セラミ
ック基板と同様の酸化物等を少量配合することもでき
る。それによって、セラミック基板と抵抗発熱体との接
着性が向上する。

【００１０】上記「ニッケル−硼素系無電解メッキ層」
は、一般に用いられているニッケル皮膜の硼素含有量が
０．１〜７重量％のメッキ皮膜によって形成することが
できる。特に、この硼素含有量が１〜６．５重量％（更
に好ましくは２〜６重量％）のメッキ皮膜であれば硬度
が高いため好ましい。このような硼素含有量のメッキ皮
膜とすることにより、耐熱性が十分に高く、容易に損傷
を受け、剥がれてしまうことのないメッキ層を形成する
ことができる。

【００１１】また、上記「ニッケル−硼素系無電解メッ
キ層」の厚さは、第３発明のように、「１〜１０μｍ」
であることが好ましい。この範囲の厚さとすることによ
り、長期間の使用、或いは衝撃等によって容易に損傷を
受けることがなく、また、剥離することのないメッキ層
とすることができ、第４発明のように、ロウ材の酸化劣
化が十分に抑えられる。このメッキ層の厚さが１μｍ未
満では、摩耗等によってメッキ層が剥がれ、ロウ材が酸
化劣化されてしまうことがある。一方、この厚さが１０
μｍを越える場合は、メッキ層に亀裂が発生することが
あり、メッキ層の一部が脱落してロウ材の酸化劣化が十
分に抑えられないことがある

【００１２】セラミックヒータの電極端子部にリード線
引き出し用端子が接合された部位は、ニッケル−リン系
無電解メッキ層によって被覆することもできる。しか
し、メッキ層を形成するニッケル−硼素合金の融点はニ
ッケル−リン合金の融点に比べて高く、ニッケル−硼素
系無電解メッキ層は耐熱性が高い。そのため、ニッケル
−リン系無電解メッキ層では、長期間の使用によって剥
離してしまうような条件下でも、ニッケル−硼素系無電
解メッキ層であれば、メッキ層が剥離せず、ロウ材の酸
化劣化等が十分に抑えられる。また、ニッケル−硼素合
金は硬度も大きいため、特に、メッキ層が比較的薄い場
合でも、摩耗等によってメッキ層が剥がれることがな
い。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、実施例によって本発明を詳
しく説明する。先ず、セラミックヒータの一例として丸
棒状のものの構造及び製造方法について説明する。

【００１４】［１］セラミックヒータの構造 図１は、丸棒状セラミックヒータを分解し、展開した状
態を表わす斜視図である。このセラミックヒータ１は、
アルミナを主成分とするグリーンシートが焼成されてな
るセラミック基板１ａ、１ｂ、これらのセラミック基板
の間に配設されるタングステンからなる発熱抵抗体２、
及びセラミック基板１ａ、１ｂが一体に巻回されている
碍管３を備える。発熱抵抗体２は、その先端の発熱部２
１、後端の陽極側端末部２２ａ及び陰極側端末部２２
ｂ、並びに発熱部２１と両端末部２２ａ、２２ｂとを接
続するリード部２３ａ及び２３ｂにより構成されてい
る。

【００１５】また、セラミック基板１ａの所定の位置に
は、スルーホールの壁面に導電皮膜が形成されてなる導
通部が設けられ、セラミック基板１ａの外表面の導通部
に対応する位置には、陽極側端子部２４ａ及び陰極側端
子部２４ｂが形成されている。そして、陽極側端末部２
２ａと陽極側端子部２５ａ、及び陰極側端末部２２ｂと
陰極側端子部２５ｂとは、それぞれ導通部によって電気
的に接続されている。

【００１６】陽極側及び陰極側端子部２４ａ、２４ｂ
は、それぞれタングステンからなるメタライズ層にニッ
ケルメッキが施されて形成されており、このメッキ層に
リード線引き出し用端子２５ａ及び２５ｂが銀ロウによ
って接合されている。そして、これら陽極側及び陰極側
端子部２４ａ、２４ｂ、リード線引き出し用端子２５
ａ、２５ｂ及び銀ロウからなる接合部位の全体がニッケ
ル−硼素系無電解メッキ層によって被覆されている。
尚、碍管３もアルミナを主成分とするセラミックスから
なり、セラミック基板１ａ、発熱抵抗体２、及びセラミ
ック基板１ｂは、この碍管３に一体に巻回され、接合さ
れている。

【００１７】［２］セラミックヒータの製造方法 （１）セラミック基板１ａ、１ｂを構成することとなる
グリーンシートの作製 ９０重量部のＡｌ₂Ｏ₃粉末（純度；９９．９％、平均粒
径；１．８μｍ）、５重量部のＳｉＯ₂（純度；９９．
９％、平均粒径；１．４μｍ）、３重量部のＣａＣＯ₃
（純度；９９．９％、平均粒径；３．２μｍ）及び２重
量部のＭｇＣＯ₃（純度；９９．９％、平均粒径；４．
１μｍ）に、８重量部のポリビニルブチラール、４重量
部のジブチルフタレート及び７０重量部のメチルエチル
ケトンとトルエンとの混合溶剤を配合し、ボールミルに
よって混合し、スラリー状の混合物を調製した。その
後、これを減圧脱泡し、ドクターブレード法によって厚
さ０．３ｍｍのグリーンシート（Ａ）及び厚さ０．０５
ｍｍのグリーンシート（Ｂ）を作製した。

【００１８】（２）発熱抵抗体パターン及び配線パター
ンの印刷 ９０重量部のタングステン粉末と１０重量部のアルミナ
粉末を用いて調製したタングステンペーストを、厚膜印
刷法によって、グリーンシート（Ａ）の一表面に印刷
し、厚さ２５μｍの発熱抵抗体バターンを形成した。ま
た、この発熱抵抗体バターンが形成されたグリーンシー
ト（Ａ）に設けられた２個のスルーホールの内壁面に、
タングステンペーストを塗布し、導電皮膜とし、導通部
を形成した。更に、グリーンシート（Ａ）の他表面の、
導通部に対応する位置に、タングステンペーストを、厚
膜印刷法によって印刷し、陽極側及び陰極側端子部を構
成することとなる配線パターンを形成した。

【００１９】（３）セラミックヒータ成形体の作製 グリーンシート（Ａ）の発熱抵抗体パターンが形成され
た面に、グリーンシート（Ｂ）の一表面を重ね合わせ、
これらを圧着装置によって、温度６５℃、圧力４０ｋｇ
ｆ／ｃｍ²で０．５分間加熱し、加圧して圧着した。そ
の後、グリーンシート（Ｂ）の他表面にアルミナペース
トを塗布し、この塗布面に、碍管を構成することとなる
アルミナ製の円筒を置き、これらを加熱されたゴム板上
に載せ、ゴムローラを用いて円筒にグリーンシートを巻
き付けた。次いで、この円筒とグリーンシートとが一体
となったものを、２本の周速度の異なるゴムロールの間
を通過させることにより、加熱、加圧して、密着性を高
め、セラミックヒータ成形体を作製した。

【００２０】（４）セラミックヒータ成形体の焼成及び
リード線引き出し用端子の接合 （３）において作製されたセラミックヒータ成形体を２
５０℃に加熱して脱脂し、その後、水素炉を用いて、１
５５０℃で９０分間保持して焼成した。このようにし
て、セラミック基板１ａ、１ｂ、発熱抵抗体２、陽極側
及び陰極側端子部２４ａ、２４ｂ、並びに碍管３を一体
に接合させた。次いで、陽極側及び陰極側端子部２４
ａ、２４ｂに、それぞれニッケルメッキを施した後、リ
ード線引き出し用端子２５ａ、２５ｂを銀ロウ４によっ
て接合した。

【００２１】（５）接合部位を被覆するメッキ層の形成 陽極側及び陰極側端子部２４ａ、２４ｂに、リード線引
き出し用端子２５ａ、２５ｂが接合された部位の全体
を、ニッケル−硼素系無電解メッキ液に浸漬し、ニッケ
ル−硼素系無電解メッキ層５を形成した。図２は、陽極
側端子部２４ａの接合部位の縦方向の断面を表わす断面
図である。このように、接合部位においては、碍管３、
セラミック基板１ｂ及びセラミック基板１ａがこの順に
積層され、接合されており、更に、セラミック基板１ａ
の表面に、タングステンメタライズ層とニッケルメッキ
層により構成される陽極側端子部２４ａが形成され、こ
の陽極側端子部２４ａにリード線引き出し用端子２５ａ
がロウ材４によって接合されている。

【００２２】［３］加熱後のメッキ層の状況及びリード
線引き出し用端子の接合部からの引張強度の評価 セラミックヒータは、上記のようにして製造され、上記
の丸棒状の構造のものなどとすることができるが、以
下、［２］、（５）の接合部位を被覆するメッキ層の形
成の工程において、メッキ液の組成を変え、この組成と
リード線引き出し用端子の接合部からの引張強度との相
関を検討した。また、ニッケル−硼素系無電解メッキ層
の厚さと、メッキ層の剥離の状況及びリード線引き出し
用端子の接合部からの引張強度との相関を検討した。評
価方法は下記の通りである。

【００２３】（１）メッキ液の組成と、加熱後のリード
線引き出し用端子の接合部からの引張強度との相関 ［２］、（５）の接合部位を被覆するメッキ層の形成の
工程において、ニッケル−硼素系無電解メッキ液とニッ
ケル−リン系無電解メッキ液を使用した。得られたそれ
ぞれ３０個のセラミックヒータを５００℃に調温された
加熱炉に収容し、大気雰囲気下、１００時間加熱した
後、炉から取り出して放冷した。その後、リード線引き
出し用端子を電極端子部に対して直角の方向に外側に折
り曲げ、ヒータを固定し、リード線引き出し用端子を２
ｃｍ／分の速度で引張り、リード線引き出し用端子が接
合部から剥離する時点の強度を測定した。この結果を表
１に示す。

【００２４】

【表１】

【００２５】表１の結果によれば、ニッケル−硼素系無
電解メッキ液を使用した場合は、ニッケル−リン系無電
解メッキ液を用いた場合に比べ、その引張強度は、平均
値、最大値及び最小値のいずれにおいても大きいことが
分かる。また、特に、平均値の差が大きく、ニッケル−
硼素系無電解メッキ液を使用した場合は、耐熱性の高い
メッキ層が形成され、全般に大きな強度が安定して維持
されることが分かる。

【００２６】（２）メッキ層の厚さと、メッキ層の剥離
の状況及びリード線引き出し用端子の接合部からの引張
強度との相関 ニッケル−硼素系無電解メッキ液を使用し、メッキ層の
厚さを０．５〜１２．５とし、メッキ層の厚さの各々に
ついて得られたセラミックヒータ各３０個を上記（１）
の場合と同様にして加熱した後、炉から取り出して放冷
した。その後、メッキ層の状況を目視で観察し、また、
上記（１）の場合と同様にして、リード線引き出し用端
子が接合部から剥離する時点の強度を測定した。更に、
メッキ層を設けず、同様にして得られた同個数のヒータ
についても、メッキ層の状況を目視で観察し、リード線
引き出し用端子が接合部から剥離する時点の強度を測定
した。結果を表２に示す。

【００２７】

【表２】

【００２８】表２の結果によれば、第３発明の範囲内で
ある実験例３〜７では、メッキ層に剥離等はまったく観
察されず、且つ十分な引張強度を有していることが分か
る。一方、メッキ層を設けていない実験例１では、実験
例３〜７に比べて引張強度が大きく低下している。ま
た、メッキ層の厚さが第３発明の下限を下回っている実
験例２では、メッキ層が接合部から剥離して剥がれてし
まい、引張強度がかなり低下している。更に、メッキ層
の厚さが第３発明の上限を越えている実験例８では、メ
ッキ層に亀裂が発生し、接合部から剥離し、同様に引張
強度がかなり低下していることが分かる。

【００２９】尚、本発明においては、上記の具体的な実
施例に示すものに限られず、目的、用途に応じて本発明
の範囲内で種々変更した実施例とすることができる。即
ち、平板状のセラミックヒータにおいても、同様にニッ
ケル−硼素系無電解メッキ層によって、電極端子部にリ
ード線引き出し用端子がロウ材によって接合された部位
を被覆することができる。それによって、耐熱性の高い
メッキ層が形成され、このメッキ層が剥離することがな
く、ロウ材の酸化劣化及び接合強度の低下が抑えられ
る。また、上記の接合部位ばかりでなく、ヒータの、少
なくともこの接合部位を含む他の部分、或いはヒータ全
体をニッケル−硼素系無電解メッキ層によって被覆し、
保護することもできる。

【００３０】

【発明の効果】第１及び第２発明によれば、特定の耐熱
性の無電解メッキ層によって、電極端子部に、リード線
引き出し用端子がロウ材によって接合された部位を被覆
することにより、長期間の使用によってもメッキ層が剥
離せず、ロウ材の酸化劣化が抑えられ、接合強度が低下
することがない。また、メッキ層の厚さを第３発明の範
囲とすることによって、メッキ層の剥離、ロウ材の接合
強度の低下等をより確実に防止することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】丸棒状セラミックヒータを分解し、展開した状
態を表わす斜視図である。

【図２】陽極側端子部に、リード線引き出し用端子が接
合された部位の縦方向の断面を表わす断面図である。

【符号の説明】

１；セラミックヒータ、１ａ、１ｂ；グリーンシート、
２；発熱抵抗体、２１；発熱部、２２ａ、２２ｂ；陽極
側及び陰極側端末部、２３ａ、２３ｂ；リード部、２４
ａ、２４ｂ；陽極側及び陰極側端子部、２５ａ、２５
ｂ；リード線引き出し用端子、３；碍管、４；銀ロウ、
５；ニッケル−硼素系無電解メッキ層。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 リード線引き出し用端子を電極端子部に
   接合し、接合部位をニッケル−硼素系無電解メッキ液と
   接触させ、上記接合部位をニッケル−硼素系メッキ層に
   よって被覆することを特徴とするセラミックヒータの製
   造方法。
2. 【請求項２】 接合された一方のセラミック基板と他方
   のセラミック基板、これらセラミック基板の内面に配設
   される発熱抵抗体、上記一方のセラミック基板若しくは
   上記他方のセラミック基板の外面に形成される電極端子
   部及び該電極端子部に接合されるリード線引き出し用端
   子を備えるセラミックヒータの製造方法において、上記
   電極端子部に上記リード線引き出し用端子が接合される
   接合部位を、ニッケル−硼素系無電解メッキ液と接触さ
   せ、上記接合部位をニッケル−硼素系無電解メッキ層に
   よって被覆することを特徴とするセラミックヒータの製
   造方法。
3. 【請求項３】 上記ニッケル−硼素系無電解メッキ層の
   厚さが１〜１０μｍである請求項１又は２記載のセラミ
   ックヒータの製造方法。
4. 【請求項４】 上記ニッケル−硼素系無電解メッキ層に
   よって、上記電極端子部への上記リード線引き出し用端
   子の接合に用いられているロウ材の酸化劣化を抑える請
   求項１乃至３のうちの少なくとも１項に記載のセラミッ
   クヒータの製造方法。