WO2005117493A1

WO2005117493A1 - セラミックヒータとそれを用いた酸素センサ及びヘアアイロン

Info

Publication number: WO2005117493A1
Application number: PCT/JP2005/009651
Authority: WO
Inventors: Satoshi Tanaka; Yuuki Fujino
Original assignee: Kyocera Corporation
Priority date: 2004-05-27
Filing date: 2005-05-26
Publication date: 2005-12-08
Also published as: GB2429892B; GB2429892A; JP5479550B2; JPWO2005117493A1; JP2011034979A; JP5127904B2; JP2012253040A; GB0624775D0

Abstract

　セラミック基体と、前記セラミック基体中に埋設された発熱抵抗体と、前記発熱抵抗体に電気的に接続され、前記セラミック基体の表面に設けられた厚み５～２００μｍの外部電極と、前記外部電極にロウ付けされたリード部材とを有することにより、耐久性の高いセラミックヒータを提供する。

Description

セラミックヒータとそれを用いた酸素センサ及びヘアアイロン技術分野

[0001] 本発明は、自動車用の空燃比検知センサ加熱用ヒータや気化器用ヒータ、半田ごて用ヒータなどに使用するセラミックヒータと、それを用、た酸素センサ及びヘアアイロンに関するものである。

背景技術

[0002] 従来より、例えば、自動車に使用される空燃比センサの加熱用ヒータとして、セラミックヒータが多用されている。このセラミックヒータは、例えば、アルミナを主成分とするセラミック基体中に、 W、 Re、 Mo等の高融点金属からなる発熱抵抗体を内蔵し、その発熱抵抗体に外部電極を介して金属製端子 (リード部材)が接合されることにより構成されている (特許文献 1、特許文献 2参照)。

[0003] このセラミックヒータは、例えば、セラミック芯材とセラミックシートを用意し、セラミックシートの一方面に W、 Re、 Mo等の高融点金属のペーストを印刷して発熱抵抗体と電極引出部を形成した後、これらを形成した面が内側となるようにセラミックシートをセラミック芯材に卷付け、全体を焼成一体化することにより製造される (特許文献 1)。

[0004] より具体的には、セラミックシートには、その上面に発熱抵抗体とそれに接続された電極引出部が形成され、その裏面には外部電極が形成されている。また、セラミックシートの電極引出部は、スルーホールにより外部電極と接続されている。スルーホールには、必要に応じて導体ペーストが注入される。

[0005] また、図 8A, Bに示したセラミックヒータは、特許文献 3に示されたセラミックヒータ 5 1である。この図 8のセラミックヒータでは、発熱抵抗体 53の両端に取出電極 57が接続され、その取出電極 57がセラミック基体 52に設けた開口部 58により露出されて、リ一ド部材 54が半田等のロウ材によりロウ付けされている。

[0006] 取出電極 57を露出させる開口部 58は、取出電極 57とリード部材 54とをロウ付けする領域を規定するものであり、セラミック基体 52となるセラミックグリーンシートに予め打ち抜きカ卩工法により孔をあけておくことによって、セラミック基体 52の端部に形成される。

[0007] この特許文献 3のセラミックヒータでは、開口部 58はその側壁にリード部材 54の径に対応する大きさの凹部 56が形成されており、開口部 58内で発熱抵抗体 53とリード部材 54をロウ付けする際、凹部 56内にリード部材 54を挿入することにより、リード部材 54を発熱抵抗体 53の中央部に正確に位置合わせすることを可能とするとともに、これによつてリード部材 54を発熱抵抗体 53に、極めて強固にロウ付け取着していた特許文献 1：特開平 5— 34313号公報

特許文献 2 :特開平 5— 161955号公報

特許文献 3：特開平 06— 196253号公報

発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0008] し力しながら、従来のセラミックヒータは、電極部に熱変化が繰り返し加わるような状況下では、接合部が劣化し、耐久性が著しく低下するという問題があった。

近年、自動車の排気ガスに関する規制が厳しくなり、空燃比制御用に使用する酸素センサでは立ち上がり速度を早くする必要が生じ、これに使用されるセラミックヒータの立ち上がり特性も早いことが求められる。これらの状況下では、上述の問題がより重要な課題となってきて、る。

すなわち、立ち上がり作動性が要求される装置に用いられるセラミックヒータは、使用条件が厳しぐ取出電極付近の温度が上昇する傾向にある。これによりロウ材とセラミック基体との熱膨張差によりこのロウ付け部に応力が集中することからより高い耐久性が要求されることになる。特に、自動車用に使用されるセラミックヒータについては、高い信頼性が要求されるため、極めて高い耐久性が要求される。

[0009] また、例えば、ヘアアイロンのように、発熱領域が広くセラミックヒータ全体が保持部材に挟持されるようなセラミックヒータにおいては、加熱と同時に取出電極が急速カロ熱されるため、ロウ付け部分に高い耐久性が求められる。

そこで、本発明の第 1の目的は、耐久性の高いセラミックヒータを提供することにあるまた、本発明の第 2の目的は、耐久性の高い酸素センサを提供することにある。さらに、本発明の第 3の目的は、耐久性の高いヘアアイロンを提供することにある。課題を解決するための手段

[0010] 以上の目的を達成するために、本発明に係る第 1のセラミックヒータは、セラミック基体と、前記セラミック基体中に埋設された発熱抵抗体と、前記発熱抵抗体に電気的に接続され、前記セラミック基体の表面に設けられた厚み 5〜200 mの外部電極と、前記外部電極にロウ付けされたリード部材とを有することを特徴とする。

[0011] また、本発明に係る第 2のセラミックヒータは、セラミック基体と、前記セラミック基体中に埋設された発熱抵抗体と、前記発熱抵抗体に電気的に接続され、前記セラミツク基体の表面に設けられ、厚みが 5〜50 /ζ πιであり、前記セラミック基体の主成分と同一成分力もなる添加物が 1〜10重量％の配合比率で含有されている外部電極と、前記外部電極にロウ付けされたリード部材とを有することを特徴とする。

[0012] 本発明に係る酸素センサは、本発明に係る第 1又は第 2のセラミックヒータを備えたことを特徴とする。

[0013] 本発明に係る第 3のセラミックヒータは、セラミック基体と、前記セラミック基体中に内蔵された発熱抵抗体と、前記セラミック基体に設けられた開口部から露出し、前記発熱抵抗体に電気的に接続された取出電極とを備え、前記開口部における壁面の角部の少なくとも一部および Ζまたは前記開口部における外周上端部の少なくとも一部が、面取寸法 0. 05mm以上の C面または半径 0. 05mm以上の R面からなる群から選択された少なくとも 1つであることを特徴とする。

なお、本発明において、「C面」とは、面と面が交わってできる角の部分が斜面になるように面取りされた状態をいい、「R面」とは、面と面が交わってできる角の部分が曲面状に面取りされた状態をいう。

[0014] さらに、本発明に係る第 4のセラミックヒータは、セラミック基体と、前記セラミック基体中に内蔵された発熱抵抗体と、前記セラミック基体に設けられた開口部力露出し、前記発熱抵抗体に電気的に接続された取出電極と、前記取出電極の表面にロウ材によりロウ付けされたリード部材とを備え、前記ロウ材が 3層以上の金属層からなる層構造を有することを特徴とする。 [0015] また、本発明に係るヘアアイロンは、本発明に係る第 1〜第 4のいずれかのセラミツクヒータを発熱手段として用いたことを特徴とする。

発明の効果

[0016] 以上のように構成された本発明に係る第 1のセラミックヒータは、前記リード部材がロゥ付けされた前記外部電極が 5〜200 mの厚さを有しているので、外部電極部及びその周辺の耐久性を向上させかつリード部材の接合強度を向上させることができる。

[0017] また、本発明に係る第 2のセラミックヒータは、前記リード部材がロウ付けされた前記外部電極の厚みが 5〜50 mであり、前記外部電極が前記セラミック基体の主成分と同一成分力もなる添加物を 1〜： LO重量％の配合比率で含有しているので、外部電極部及びその周辺の耐久性をより向上させかつリード部材の接合強度を向上させることができる。

[0018] さらに、本発明に係る第 3のセラミックヒータは、開口部における壁面の角部の少なくとも一部および Zまたは開口部における外周上端部の少なくとも一部力面取寸法

0. 05mm以上の C面または半径 0. 05mm以上の R面からなる群から選択された少なくとも 1つであることから、ロウ材とセラミック基体の熱膨張差による前記外周上端部への応力集中を緩和でき、その外周上端部におけるクラックの発生を防止できる。

[0019] またさらに、本発明に係る第 4のセラミックヒータは、前記ロウ材が 3層以上の金属層力もなる層構造を有するので、前記取出電極とリード部材とを前記ロウ材により強固に接合できる。

したがって、本発明に係る第 1〜第 4のセラミックヒータによれば、耐久性の高いセラミックヒータを提供できる。

[0020] さらに本発明に係る酸素センサによれば、本発明に係る第 1又は第 2のセラミックヒータを備えてヽるので、耐久性の高ヽ酸素センサを提供できる。

[0021] またさらに、本発明に係るヘアアイロンによれば、本発明に係る第 1〜第 4のいずれかのセラミックヒータを発熱手段として用いて、るので、耐久性を高、ヘアアイロンを提供できる。

図面の簡単な説明 [0022] [図 1A]本発明に係る実施の形態 1のセラミックヒータの構成を説明するための部分切り欠き斜視図である。

[図 1B]実施の形態 1のセラミックヒータにおけるセラミック基体 2の展開図である。

[図 2]実施の形態 1のセラミックヒータにおける接合部の断面を拡大して示す部分断面図である。

[図 3A]本発明に係る実施の形態 2のセラミックヒータの構成を示す斜視図である。

[図 3B]実施の形態 2のセラミックヒータを作製するためのセラミックシート 22aの平面図である。

[図 3C]実施の形態 2のセラミックヒータを作製するためのセラミックシート 22bの平面図である。

[図 4]実施の形態 2のセラミックヒータにおける取出電極を拡大して示す平面図である

[図 5A]実施の形態 2のセラミックヒータの取出電極の断面図（1)である。

[図 5B]実施の形態 2のセラミックヒータの取出電極の断面図（2)である。

[図 5C]実施の形態 2のセラミックヒータの取出電極の断面図（3)である。

[図 6]本発明に係る実施の形態 3のセラミックヒータのロウ付け部分を拡大して示す断面図である。

[図 7]本発明のセラミックヒータを用いたヘアアイロンの一例を示す斜視図である。

[図 8A]従来のセラミックヒータの平面図である。

[図 8B]従来のセラミックヒータの取出電極を拡大して示す斜視図である。

符号の説明

[0023] 1, 21 :セラミックヒータ

2, 22 :セラミック基体

3, 23 :発熱抵抗体

3a:電極引き出し部

4 :外部電極

5 :メツキ層

6, 25 :ロウ材 7, 24:リード部材

8, 22a, 22b:セラクシ一卜

9:スノレーホ一ノレ

10:セラミック芯材

20:ペースト

21c:C面

22s:壁面

26:凹部

26e:凹部における壁面の角部

27:取出電極

28:開口部

28e：開口部における壁面の角部

29:メツキ層

30e:外周上端部

発明を実施するための最良の形態

[0024] 以下、本発明に係る実施の形態について、図面を参照しながら説明する。

実施の形態 1.

図 1Aは、本発明に係る実施の形態 1のセラミックヒータの構成を示す一部破断斜視図であり、図 1Bは、そのセラミック基体 2部分の展開図である。

[0025] 本実施の形態 1のセラミックヒータ 1は、図 1 Aに示すようにセラミック基体 2中に発熱抵抗体 3が内蔵されている。また、実施の形態 1のセラミックヒータ 1は、発熱抵抗体 3 に通電する外部電極 4をセラミック基体 2の表面に備え、その外部電極 4にはメツキ層 5が形成されて、ロウ材 6を介して金属製端子であるリード部材 7が接合されている。ここで、特に本実施の形態 1のセラミックヒータ 1は、外部電極 4の厚みが 5〜200/ζπιとなって！/、ることを特徴とするものである。

[0026] この実施の形態 1のセラミックヒータ 1は、以下のように作製される。

まず、セラミック芯材 10とセラミックシート 8を用意して、セラミックシート 8の一方の面に W、 Re、 Mo等の高融点金属のペーストを印刷して発熱抵抗体 3と電極引出部 3a を形成する。

そして、発熱抵抗体 3と電極引出部 3aが形成された面が内側となるようにセラミックシート 8をセラミック芯材 10の周囲に卷付け、全体を焼成一体化する。

このように、セラミックシート 8を発熱抵抗体 3が内側になるようにセラミック芯材 10に密着させて焼成することによって、発熱抵抗体 3を内蔵するセラミック基体 2が製造される。

[0027] セラミック基体 2を構成するセラミック材料として、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、炭化珪素質セラミックス等の各種セラミックスを用いることができる力特に、主成分をアルミナまたは窒化珪素とするセラミック材料を採用することが好ましぐこれにより急速昇温並びに耐久性に優れたセラミックヒータを得ることが出来る。例えば、アルミナ質セラミックスの場合、 Al Oを 88〜

2 3

95重量％、 SiOを 2〜7重量％、 CaOを 0. 5〜3重量％、 MgOを 0. 5〜3重量％、

2

ZrOを 1〜3重量％カもなる組成が好ましい。なお、上記成分の他、微量の不純物を

2

含んでいてもよい。 Al O含有量が 88重量％未満であると、ガラス質が多くなるため

2 3

通電時のマイグレーションが大きくなる恐れがある。一方、 Al O含有量が 95重量％

2 3

を超えると、セラミック基体 2中に内蔵された発熱抵抗体 3の金属層内に拡散するガラス量が減少し、セラミックヒータ 1の耐久性が劣化する恐れがある。また、窒化硅素質セラミックスの場合、主成分の窒化珪素に対し焼結助剤として 3〜 12重量％の希土類元素酸化物と 0. 5〜3重量％の Al O、さらに焼結体に含まれる SiO量として 1.

2 3 2

5〜5重量％となるように SiOを混合するのが好ましい。ここで示す SiO量とは、窒化

2 2

珪素原料中に含まれる不純物酸素から生成する SiOと、他の添加物に含まれる不

2

純物としての SiOと、意図的に添カ卩した SiOの総和である。また、母材の窒化珪素

2 2

に MoSiや WSiを分散させることにより、母材の熱膨張率を発熱抵抗体 3の熱膨張

2 2

率に近づけることにより、発熱抵抗体 3の耐久性を向上させることが可能である。

[0028] さらに、窒化アルミニウムを用いる場合は、窒化アルミニウムに対して、焼結助剤として Y O等の希土類元素酸ィ匕物や CaOを 2〜8重量％添カ卩したものを使用することが

2 3

好ましい。

[0029] なお、実施の形態 1において、セラミック芯材 10とセラミックシート 8からなるセラミツク基体 2は、例えば、外径が 2〜20mm、長さが 40〜200mm程度の円柱もしくは円筒形状であり、特に自動車の空燃比センサ加熱用に用いる場合には、外径が 2〜4 mm、長さが 40〜65mmの円柱もしくは円筒形状とすることが好ましい。尚、本実施の形態 1では、円筒形状としたが、本発明はこれに限られるものではなぐ平板状のものであってもよい。

[0030] 発熱抵抗体 3及び発熱抵抗体 3に接続するように形成された電極引出部 3aは、 W 、 Mo、 Re等の高融点金属を主成分とする材質力なり、電極引出部 3aは図 2に示すスルーホール 9を介して外部電極 4に接続されて!ヽる。

[0031] 外部電極 4は、図 2に示すように、セラミック基体 2表面におけるスルーホール 9の周辺に形成され、その材質は、 W、 Mo、 Re等の高融点金属を主成分とするメタライズ層からなる。特に、主成分が Wまたは Wィ匕合物とすることが好ましぐこれらは耐酸ィ匕性に優れた高融点金属であるので、外部電極の形状を保持したまま焼結する事が可能となる。そして、外部電極 4の厚み Dは 5〜200 μ mであることが重要である。厚み Dは外部電極 4の全体の平均厚みとしてこの厚みであることが必要である。外部電極 4の厚さをこのような範囲に設定すると、セラミック基体 2と金属であるロウ材 6の熱膨張差に起因した応力を緩和することができ、接合端子部に熱履歴が繰り返し加わるような場合であっても、接合部の強度及び耐久性を充分に確保できる。 5 m未満であると熱負荷が繰り返し加わる事による熱膨張差により、サイクル試験実施後のリード部材 7の接合強度が著しく劣化してしまう問題がある。また、 200 /z mを超えると外部電極の厚み方向における接合力が低下してしまい、熱負荷により、外部電極内部からの剥離によるリード部材 7の接合強度の劣化が起きる問題がある。

[0032] 特に、この厚み Dを 5〜50 /z mとすることにより、耐久性をより効果的に向上させることができる。この外部電極 4は、電極引出部 3aの裏面にあたるセラミックシート 8の他方の主面に、発熱抵抗体 3および電極引出部 3aの形成と同じように、プリントもしくは転写等の手法を用いて形成することができる。

[0033] 尚、この外部電極 4を厚く形成する手法として、プリントにおいて使用する製版のメッシュ開口率を上げることで、従来より厚くすることはできる。し力しながら、あまり上げすぎると形成された外部電極 4の各面の平滑性に問題が生じるため、今回、他のパラメータも含め検討を進めた。その結果、上記製版のメッシュ開口率の検討とともに、同じくプリントに使用される塗布用のスキージの移動速度を早くする事によりさらに厚く形成する事が可能となった。さらに、プリントする際、前記スキージを上方より押さえる圧力を上げる事によりさらに厚く形成することが可能となる。なお、前記スキージの製版との接触部分の形状も重要であり、その接触部分の形状をより丸くする事により、厚く形成することが可能となる。さらに、前記スキージをスキージの移動方向に寝力せる様に角度を 90度以下とする事によって、厚く形成しやすくなる。さらにまた、プリント前におけるペースト状の外部電極の粘度についても、粘性を上げる事により、厚く形成することが可能となるが、製版力もの抜け性を充分考慮しなければならない。さらには、製版自体の厚みを厚くする事も非常に効果的である。

[0034] このように、今回、外部電極 4を厚く形成するにあたり、開口率やスキージ速度及び圧力並びにスキージ形状や傾き、さらにはペースト状である外部電極の粘度及び製版の抜け性、そして製版自体の厚みと全体のバランスを考え、厚く形成できる優位な条件を見出した。

[0035] また、セラミック基体 2の表面に形成された外部電極 4の幅 HIを、後述のリード部材 7の幅 Hよりも大きくする事により、ロウ材 6がリード部材 7より外部電極の端部になだらかに流れるようにして、ロウ材のメニスカスを形成することで、強度の安定化を図ることが出来る。ここで、リード部材 7の幅 Hより外部電極 4の幅 HIが小さくならない事で強度は保てるが、より好ましくは、 HIを Hの 1. 1倍以上とする事により、より接合強度を上げることができる。

[0036] また、外部電極 4にセラミック基体 2の主成分からなる添加物が含有されることにより

(図示しない）、その添加物がセラミック基体 2に拡散し、またセラミック基体 2自身も外部電極 4に相互拡散する事により、外部電極 4のセラミック基体 2への密着強度が増す。ここで、セラミック基体 2の主成分カゝらなる添加物の外部電極 4における配合比率は、好ましくは 1〜30重量％、さらに好ましくは 1〜： LO重量％であり、これにより、相互拡散による外部電極の密着強度の更なる向上が図れる。

[0037] 特に、外部電極 4の厚み Dが 5〜50 μ mであり、かつセラミック基体 2の主成分からなる添加物の外部電極における配合比率が 1〜10重量％であることにより、強度並びに耐久性が最も優れたセラミックヒータを得ることが出来る。

[0038] なお、外部電極 4の表面には、図 2に示すように、メツキ層 5を形成しても良い。外部電極 4にメツキ層 5を形成することにより、ロウ材 6の流れを良くし、ロウ付け強度を向上させる作用をなす。メツキ層 5の材質としては、 Ni、 Cr、もしくはこれらを主成分とする複合材料等力なり、 1〜5 mの厚みで形成される。

[0039] そして、外部電極 4上には、金属製端子としての耐熱性が良好な Ni系、 Fe— Ni系合金等力もなるリード部材 7がロウ材 6を用いてロウ付けされている。ロウ材 6は、その材料として Ag— Cu、 Au—Cu、 Ag、 Cu、 Au等を主成分とし、必要に応じてバインダとなる榭脂ゃ活性金属である Ti、 Mo、 V等の金属を含有するロウ材を用いて形成され、水蒸気を含有する還元雰囲気中で硬化させて形成される。

[0040] 次に、実施の形態 1のセラミックヒータの製造方法について説明する。

まず、アルミナを主成分とし、焼結助剤として SiO、 CaO、 MgO、 ZrOを合計量で

2 2

4〜 12重量％含有するセラミックスラリーを成形したセラミックシート 8を準備する。セラミックシート 8の一方の主面に発熱抵抗体 3および電極引出部 3aをプリントもしくは転写等の手法を用いて形成し、電極引出部 3aの裏面にあたるセラミックシート 8 の他方の主面に外部電極 4を同じくプリントもしくは転写等の手法により形成する。

[0041] 次に、電極引出部 3aと外部電極 4との間にスルーホール 9を形成し、該スルーホール 9〖こ W、 Mo、 Reの少なくとも 1種類を主成分とする導電材料を充填するか、もしくはスルーホール 9の内側面に塗布することにより、電極引出部 3aと外部電極 4が電気的に接続できるようにする。

その後、発熱抵抗体 3および電極引出部 3aの上にセラミックシート 8とほぼ同等の組成力もなるコート層を形成した後、セラミックシート 8をセラミック芯材 10の周囲に周回密着して筒状の生成形体を成形する。こうして得られた生成形体を 1500〜1650 °Cの還元雰囲気中で焼成してセラミック基体 2とする。

その後、外部電極 4の表面に電界メツキ法や無電界メツキ法により Ni、 Cr等の金属力なるメツキ層 5を形成する。

次に、 Au—Cuを主成分とするロウ材を用い、外部電極 4とリード部材 7とを水蒸気を含有した還元雰囲気中で接合する。 [0042] 実施の形態 2.

次に、本発明に係る実施の形態 2のセラミックヒータについて、図 3A〜Cを参照しながら説明する。

[0043] 本実施の形態 2のセラミックヒータ 21は、内部に発熱抵抗体 23を内蔵したセラミック基体 22を備えた平板状のセラミックヒータであり、セラミック基体 22の開口部 28により露出された取出電極 27にリード部材 24をロウ付け固定した構造となっている。

[0044] この実施の形態 2のセラミックヒータ 21は、図 3Bに示すように、セラミックシート 22a の表面に発熱抵抗体 23とそれに接続される取出電極 27を形成し、その上に、図 3C に示すように、開口部 28と凹部 26を形成した別のセラミックシート 22bを重ねて密着させ、 1500〜1650°Cの還元雰囲気中で焼成することにより作製することができる。

[0045] 実施の形態 2のセラミックヒータは、開口部における壁面の角部の少なくとも一部および Zまたは開口部における外周上端部の少なくとも一部力面取寸法 0. 05mm 以上の C面または半径 0. 05mm以上の R面力なる群力選択された少なくとも 1つであることを特徴として、る。

図 4に示すセラミックヒータの場合、開口部 28における壁面の角部 28eに半径 0. 0 5mm以上の R面が施されている。これにより、電極部の耐久性を向上させている。また、凹部 26における壁面の角部 26eにも半径 0. 05mm以上の R面が施されている。

この C面または R面力卩ェが 0. 05mm未満では、ロウ材と磁器との熱膨張差による応力が角部 28eに集中し、電極部の耐久性を効果的に向上させることは困難である。尚、電極部の耐久性をより向上させるために、より好ましくは、 C面または R面加工は 0. 1mm以上、さらに好ましくは 0. 2mm以上とする。

さらに、開口部 28 (または凹部 26)の壁面 22sとセラミック基体 2の上面との境界である外周上端部 30e (図 5B参照）にも、面取寸法 0. 05mm以上の C面 21cを施すのが好ましい（図 5C参照）。また、外周上端部 30eには、半径 0. 05mm以上の R面を施してもよい。また、外周上端部 30eの C面または R面カ卩ェは、開口部 28及び凹部 2 6の外周全体にわたって施すことが好ましいが、外周上端部 30eにおいてロウ材と磁器との熱膨張差による応力が集中しゃす、一部に C面または R面加工を施すようにしてちよい。 [0046] また、図 5Cに示すように、開口部 28の壁面 22sの上端の外周上端部 30eに C面 21 c (または R面）を形成すれば、リード部材 24の設置の際にリード部材 24を傷つけることを防止できる。この傷は、セラミックヒータ 1の使用中に発生する腐食の原因となるので、このような C面 21c (または R面)も耐久性向上に有用である。

[0047] この C面または R面加工は、セラミックシート 22bに開口部をカ卩ェする際に、加工くずの発生を抑制することが可能となるので、加工くずが密着するセラミックシート 22a 、 22b間に挟まって密着不良を発生させ、発熱抵抗体 23の耐久性が低下するような課題を未然に防止できる。

[0048] また、図 4に示すように、開口部 28により露出される取出電極 27の外周（外辺）の 5 0%以上がセラミック基体 22中に埋設していることが好ましい。取出電極 27にリード部材 24をロウ付けした場合に、セラミック基体 22との熱膨張率が異なるため、ロウ材が取出電極 27の外周にまで流れ込んだ場合、その外周に熱膨張差による応力が集中する。このため、取出電極 27の外周の 50%以上がセラミックに埋設されずに露出していると、使用中の熱サイクルにより露出した外周部分にクラックが発生しやすくなる。

[0049] このような理由で、取出電極 27の外周の 50%以上をセラミック基体 22中に埋設することにより、外周部分におけるクラックの発生を防止でき、耐久性の低下を防止できる。さら〖こ好ましくは、取出電極 27の外周の 75%以上をセラミック基体 22中に埋設するとより効果的にクラックの発生が防止できる。また、開口部 28における壁面 22sと取出電極 27とのなす角度 Θを 60〜110° とすることが好ましい。ここで、壁面 22sと取出電極 27とのなす角度 Θは、図 5Aに示すように、取出電極 27のセラミック基体 2 2中に埋設された部分の上面と壁面 22sとのなす角度である。

[0050] この角度 0が 110° を越えると、壁面 22s付近まで形成されたロウ材 25の膨張収縮の際の応力がロウ材 25の端部に作用し、ロウ材 25の端部のセラミック基体 22にクラックが発生しやすくなる。

[0051] また、角度 Θ力 0° 未満になると、セラミックシート 22aにセラミックシート 22bを重ねて密着する際に、開口部 28における取出電極 27とセラミックシート 22aの界面へ圧力が掛カりにくくなり密着が悪くなつて隙間が発生して、取出電極 27の剥離を防止する効果が小さくなつてしまうので好ましくな、。

[0052] さらに、角度 0を 60〜90° とすることがより好ましい。

[0053] なお、この壁面 22sと取出電極 27とのなす角度 Θは、取出電極 27と壁面 22sとの界面付近 (例えば、境界から 0. 2mmの範囲内）において、 1 10° 以下、より好ましくは、 90° 以下に設定されていれば、ロウ材 25の端部におけるロウ材 5の膨張収縮の際の応力の集中が防止でき、セラミック基体 22のクラックを防止できる。

[0054] また、図 5Bに示すように、前記開口部 28の取出電極 27との密着界面に密着の際にセラミック基体 22と同質のペースト 20を配置して焼成し、開口部 28の壁面 22sまでロウ材 25が流れな!/、ようにすることができる。

[0055] このように、開口部 28の壁面 22sまでロウ材 25が流れないようにすることにより、角度 Θ力 1 10° 以上となっても、ロウ材 25の熱膨張により壁面 22sを押し上げるような応力により、開口部 28内の取出電極 27の端部にクラックが発生することを防止できる

[0056] また、セラミックヒータ 21の上に金属板を重ねて使用する場合に、 C面 21c (または R面)付近で欠けが発生するのを防止できる。

[0057] また、取出電極 27の厚みについては、 10 m以上とすることが好ましぐ該厚みが 10 m未満では、取出電極 27のセラミック基体 22との密着強度が低ぐ使用中の熱サイクルに対するリード部材 24の引張強度の耐久性が低下するので好ましくない。

[0058] さらに好ましくは 15 μ m以上、理想的には 20 μ m以上とすることが好ましい。

[0059] 取出電極 27の厚みがリード部材 24の引張強度に影響する理由は、以下の通りである。すなわち、取出電極 27は、 W、 Mo、 Re等力もなる高融点金属が多孔質に焼結している間隙にセラミック基体 22から粒界のガラス成分が前記間隙に拡散し、このアンカー効果で強度が増加する。したがって、取出電極 27の厚みが増すほど、リード部材 24の引張強度が増す。

[0060] また、発熱抵抗体 23に用いる材料としては、 W、 Mo、 Reの単体もしくはこれらの合金、もしくは TiN、 WC等の金属珪化物、金属炭化物などを使用することも可能である

[0061] 発熱抵抗体 23の材料として、これらのような高融点の素材を用いると、使用中に金属の焼結が進むようなことがないので、耐久性が向上する。

[0062] 図 5Aに示すように取出電極 27の周辺部をセラミック基体 22の間に挟み込むようにすれば、取出電極 24の接合強度を向上させることができる。

[0063] 図 5Bに示すように、取出電極 27の表面には、必要に応じて一次メツキ層 29を形成することにより、リード部材 24のロウ付けの際のロウ材 25の流れ性を良好にすることが可能となる。この時、リード部材 24を固定するロウ材 25のロウ付け温度を 1000°C以下に設定すれば、ロウ付け後の残留応力を低減できるので良い。

[0064] また、湿度が高い雰囲気中でセラミックヒータ 21を使用する場合、 Au系、 Cu系の口ゥ材 25を用いた方力マイグレーションが発生し難くなるので好ましい。ロウ材 25としては、 Au、 Cu、 Au— Cu、 Au— Ni、 Ag、 Ag— Cu系の物が使用される。 Au— Cu口ゥとしては、 Au含有量が 25〜95重量％とし、 Au— Niロウとしては、 Au含有量が 50 〜95重量％の成分量の物が使われる。 Ag— Cuロウとしては、 Ag含有量を 60〜90 重量％、さらに好ましくは 70〜75重量％とすると、共晶点の組成となりロウ付け時の昇温、降温時の異種組成の合金の生成を防止出来るために、ロウ付け後の残留応力を低減できるので良い。

[0065] また、湿度が高い雰囲気中で使用する場合、 Au系、 Cu系のロウ材 25を用いた方が、マイグレーションが発生しにくくなるので好まし!/、。

[0066] また、ロウ材 25の表面には、高温耐久性向上及び腐食からロウ材 25を保護するために通常 N もなる 2次メツキ層を形成することが好ま、。

[0067] また、耐久性向上のためには、 2次メツキ層を構成する結晶の粒径を 5 μ m以下にすることが効果的で、この粒径が 5 mより大きいと、 2次メツキ層の強度が弱く脆いために高温放置環境下ではクラックが発生するおそれがある。

[0068] また、理由は定かでないが、 2次メツキ層をなす結晶の粒径が小さい方力メツキの詰まりが良い (メツキ層の密度が高い)ためにミクロ的な欠陥を防止出来る物と考えられ、この 2次メツキ層としては、硼素系の無電解 Niメツキを用いることが好ましい。

[0069] また、無電解メツキの種類は硼素系の無電解メツキの他にリン系の無電解メツキ層被覆する事も可能であるが、高温環境下で使用される可能性があるときは、通常硼素系無電解 Niメツキを施すのが一般的で、 2次メツキ後の熱処理温度を変える事で、 2次メツキ層の粒径をコントロールする事が出来る。

[0070] リード部材 24の材質としては、耐熱性が良好な Ni系や Fe— Ni系合金等を使用することが好ましぐこれは、発熱抵抗体 23からの熱伝達により、使用中にリード部材 24 の温度が上昇し、劣化する可能性があるからである。

[0071] 中でも、リード部材 24の材質として Niや Fe— Ni合金を使用する場合、その平均結晶粒径を 400 m以下とすることが好ましぐ平均粒径力 00 mを越えると、使用時の振動および熱サイクルにより、ロウ付け部近傍のリード部材 24が疲労し、クラックが発生するので好ましくな、。

[0072] 他の材質についても、例えばリード部材 24の粒径がリード部材 24の厚みより大きくなると、ロウ材 25とリード部材 24の境界付近の粒界に応力が集中して、クラックが発生するので好ましくない。

[0073] なお、ロウ付けの際の熱処理は、試料間のバラツキを小さくするためには、ロウ材 2

5の融点より十分余裕をとつた高めの温度で熱処理する必要があるが、リード部材 24 の平均結晶粒径を 400 m以下と小さくするためには、ロウ付けの際の温度をできるだけ下げ、処理時間を短くすればよい。

[0074] また、セラミックヒータ 21の材質としてアルミナを用いる場合は、 Al O 88〜95重量

2 3

%、 SiO 2〜7重量％、 CaOO. 5〜3重量％、 MgOO. 5〜3重量％、 ZrO 1〜3重

2 2 量％力なるアルミナを使用することが好ましい。ここで、セラミックスとしてアルミナの例を示したが、本発明で示したことは、アルミナ質セラミックスに限定されることではなぐ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、炭化珪素質セラミックス等、また、セラミックヒータ 1のみならず、 Au系のロウ付けを実施する全てのものに当てはまる現象である。

[0075] 実施の形態 3.

次に、本発明に係る実施の形態 3のセラミックヒータについて図面を参照しながら説明する。

[0076] 本実施の形態 3のセラミックヒータは、取出電極 27とリード部材 24とをロウ付けするロウ材 35が異なる以外は、実施の形態 2と同様に構成されている。

[0077] 本実施の形態 3の特徴は、取出電極 27とリード部材 24をロウ付けしたロウ付け部 3 5の構造にある。尚、本発明の実施の形態 3のセラミックヒータ 1において、ロウ材として用いる Ag— Cuロウは、リード部材 24の保持用の材料として最も一般的に用いられているものである。

[0078] 取出電極 27とリード部材 24の間にあるロウ付け部 35は、図 6に示すように取出電極 27側力も順に第 1層 35a、第 2層 35b、第 3層 35cの 3層からなる層が形成され、さらにその上に共晶の部分 35dが乗った構造となっている。

このような構造を形成するには、取出電極 27の表面にメツキ層を施し、リード部材 2 4を Ag— Cuロウ（BAg— 8)などのロウ材を用いてロウ付けする。このとき、ロウ材およびメツキ層を構成する材料に応じて、ロウ材の溶解温度（ロウ付け温度）および溶解時間 (保持時間）を所定の条件に調整することにより、取出電極 27中の導電材料およびロウ材中の成分をメツキ層中に拡散させる。これにより、取出電極 27と共晶の部分 35dとの間に、第 1層 35a、第 2層 35b、第 3層 35cの 3層が形成される。

[0079] リード部材 24の材質としては、 Niもしくは Fe— Ni系の合金、例えば Fe— Ni—Co 合金等が好適に使用される。

[0080] また、取出電極 27の導電材料（Meと表示する。 )としては W、 Mo、 Re等の高融点金属の単体もしくは合金が好適に使用される。

[0081] 取出電極 27に最も近い第 1層 35aは、取出電極 27上に形成された Niからなるメッキ層に取出電極 27から導電材料 Meを拡散させ、ロウ材から Cuを拡散させること〖こより形成された層であり、 Niを主成分とする Ni (Me) Cu層である。実施の形態 3では、この Ni (Me) Cu層により取出電極 27とロウ材の接合強度を向上させている。尚、第 1 層 35aは、 Niを主成分とする NiWCu層であることが好ましぐこの NiWCu層により取出電極 27とロウ材の接合強度をより強固にできる。この NiWCuからなる第 1層 35aは、取出電極 27を Wにより形成し、取出電極 27上の Ni層に取出電極 27から Wを拡散させ、ロウ材から Cuを拡散させること〖こより形成できる。

[0082] また、第 1層 35aの上に形成された第 2層 35bは、 Niを主成分とする NiCu層である。この第 2層 35b中には、 Niが最も多く含まれている。このような Niリッチの第 2層 35b は、ロウ付けする前に取出電極 27の表面に形成されたメツキ層の Niとロウ材 35の Cu とによって構成される。この第 2層 35bは、 Wが固溶した第 1層 35aの保護層として作用する。

[0083] さらに前記第 2層 35bの上に形成される第 3層 35cは、 Cuを主成分とする CuNi層である。この第 3層 35c中には、 Cuが最も多く含まれている。また、この第 3層 35c中には、 Agが含まれている場合もある。この第 3層 35cは、 Ag— Cuロウの本来の共晶相 35dと取出電極 27との熱膨張差による応力を緩和する応力緩和層として作用する第 2層 35bと第 3層 35cは、上記のように組成が異なるので、例えば SEM (走査型電子顕微鏡)写真により、色調の差力識別することができる。

[0084] 以上のように構成された実施の形態 3のセラミックヒータでは、共晶の部分 35dと取出電極 27との間に、上記のような第 1層 35a、第 2層 35b、第 3層 35cを形成することにより、リード部材 24の引張強度を向上させるとともに、耐久性を向上させることが可能となる。

[0085] これら第 1層 35a、第 2層 35b、第 3層 35cは、それぞれ、平均厚みを 2〜30 μ mとすることが好ましぐさらに好ましくは、 2〜20 /ζ πι、よりいつそう好ましくは 2〜12 /ζ πι とする。

[0086] それらの厚みが 2 m未満では、リード部材 24の引張強度を効果的に向上させることができず、また、前記厚みが 30 mを越えると、特に各層間の特性の差が効いてくるため脆くなる傾向があり、使用時間が長くなるにつれ引張強度が低下するようになり好ましくない。

[0087] 第 2層 35bの厚みは、取出電極 27の上に形成された Niメツキ層の厚みに影響され

、その Niメツキ層の厚みは、 2〜30 mとすることが好ましい。

[0088] 第 3層 35cは、 Ag— Cuロウ材の共晶層と Niメツキ層との間に両者の反応生成中間層として生成する。

第 1層 35a、第 2層 35b、第 3層 35cの厚みは、ロウ材の溶解温度（ロウ付け温度）および溶解時間 (保持時間）に影響される。ロウ材のロウ付け温度および保持時間は、ロウ材を構成する材料、メツキ層を構成する材料に応じて適宜決定され、特に限定されるものではない。例えば Ag— Cuロウとして BAg— 8 (JIS規格）を用いて、ロウ付け温度を 800〜900°C程度に設定した場合、その保持時間は 0. 5〜5時間程度、好ましくは 1〜5時間程度、より好ましくは 1〜2時間程度に調整するのがよい。

[0089] また、以上の実施の形態 2及び 3のセラミックヒータにおいては、セラミック基体 22の材質として、アルミナ、ムライト、フォルステライト等の酸ィ匕物セラミックスや、窒化珪素

、窒化アルミニウム等の非酸ィ匕物セラミックス等を使用可能であるが、酸化物セラミツタスを使用することが好まし、。

[0090] また、図 7は、本発明に係る実施の形態 2又は 3に記載のセラミックヒータを用いたヘアアイロンの一例を示す斜視図である。

[0091] このヘアアイロンは、先端のアーム 42の間に髪毛を挿入し、取手 41を掴むことにより、髪毛を加熱しながら加圧して髪毛をカ卩ェする。アーム 42の内部には、セラミックヒータ 46が挿入されており、髪毛と直接触れる部分には、ステンレス等の金属板 43が設置されている。

[0092] また、アーム 42の外側には火傷防止のために耐熱プラスチック製のカバーを装着した構造となっている。

[0093] 以上、本発明の実施の形態に係るセラミックヒータについて説明したが、本発明は、上述の実施形態に限定されるものではなぐ要旨を逸脱しない範囲内であれば種々の変更は可能である。

実施例

[0094] 実施例 1.

実施例 1では、実施の形態 1に係る発明の有効性を確認するためにテスト品を作製し、下記試験を実施した。

先ず、図 1に示すようなセラミックヒータ試料を得るため、セラミック基体 2として Al O

2 を主成分とし、 SiO、 CaO、 MgO、 ZrOを合計 10重量％以内になるように調整し

3 2 2

たセラミックシート 8に、 W— Reカゝらなる発熱抵抗体 3と Wからなる電極引出部 3aをプリントした。また、セラミックシート 8の裏面には外部電極 4をプリントした。

[0095] そして、 W力もなる電極引出部 3aの末端には、スルーホールを形成し、ここにべ一ストを注入することにより外部電極 4と電極引出部 3a間の導通をとつた。スルーホールの位置は、ロウ付けを実施した場合にロウ付け部の内側に入るように形成した。

[0096] 次いで、発熱抵抗体 3の表面にセラミックシート 8と略同一の成分力もなるコート層を形成して充分乾燥した後、さらに上記セラミックシート 8と略同一の組成のセラミックスを分散させた密着液を塗布して、こうして準備したセラミックシート 8をセラミック芯材 1

0の周囲に密着し、 1500〜1600。Cで焼成した。

[0097] さらに、上記外部電極 4の表面に N もなるメツキ層 5を形成し、還元雰囲気中 700

〜800°Cで熱処理した後、 Au— Cu力なるロウ材 6を用いて、 Mからなる直径 0. 8 mmのリード部材 7を還元雰囲気中 830°Cでロウ付けし、さらにその表面に Niからなるメツキ層を端部に形成して 700°Cで熱処理した。

[0098] 上記のようにして得られたセラミックヒータに関して、外部電極 4の厚み及び添加物配合比率を種々振って、試料を作製した。

[0099] カゝくして得られたセラミックヒータ試料の抵抗値をデジタルマルチメータを用いて測定し、デジタル値のちらつきがないか、安定性を確認した。

[0100] そして、セラミックヒータを水平にして、保持金具で固定し、リード部材のロウ付け面に対して垂直方向にリード部材を引つ張り、リード部材 7の初期接合強度をデジタル式のフォースゲージにて測定した。

[0101] さらに、得られたセラミックヒータの試料の電極部の高温の耐久性について評価実施した。セラミックヒータを高温耐久炉に入れて、 400°Cにて 3分の高温放置後、 3分間で 100°C未満になるようなサイクル評価を、継続実施して 3000サイクル実施後のリ一ド部材の引っ張り強度を調査した。これらの結果を表 1に示す。

[0102] (表 1)

外部電極添加物配サイクル実施

試料初期接合強度抵抗

厚み合比後の接合強度 N o . (N) 安定性 ( ra ) ( %) (N)

1 0 4 6 5 〇

3

2 5 7 7 1 4 〇

3 0 7 2 5 1 〇

4 1 1 1 5 1 1 5 〇

5 5 1 1 9 1 1 3 〇

5

6 1 0 1 2 1 1 1 4 〇

7 3 0 1 0 8 8 9 〇

8 4 0 1 0 9 7 9 Δ

9 0 7 6 5 5 〇

7

1 0 5 1 1 7 1 1 4 〇

1 1 0 8 1 5 8 〇

1 0

1 2 5 1 0 7 1 0 9 〇

1 3 0 8 5 6 1 〇

3 0

1 4 5 1 1 5 1 1 4 〇

1 5 0 7 8 5 4 〇

1 6 1 1 1 4 1 1 2 〇

1 7 5 1 2 2 1 1 4 〇

5 0

1 8 1 0 1 1 7 1 0 7 〇

1 9 3 0 1 0 6 8 9 〇

2 0 4 0 1 0 5 9 4 △

2 1 0 7 6 5 3 〇

1 0 0

2 2 5 1 0 3 8 9 〇

2 3 0 8 0 5 3 〇

2 4 1 1 0 6 8 7 〇

2 5 5 1 0 7 9 2 〇

2 0 0

2 6 1 0 1 0 9 8 3 〇

2 7 3 0 1 0 5 9 0 〇

2 8 4 0 1 0 4 7 9 Δ

※ 2 9 0 7 7 2 3 〇

2 5 0

3 0 5 1 1 9 2 7 〇

[0103] 表 1に示す通り、本発明によるセラミックヒータである外部電極厚みが 5〜200 m である試料 (No.3〜28)は、初期接合強度で 70N以上を有しており、充分な強度が確保できている。さらに、サイクル実施後のリード部材 7の接合強度についても、 50N 以上の実用上問題の起きな、強度を確保することが出来て、る。

[0104] な力でも、外咅電極に添カロ物を酉己合した試料（No.4〜8, 10, 12, 14, 16〜20, 22, 24〜28)は、初期接合強度で 100N以上を有し、サイクル実施後の接合強度も 70N以上と高ぐさらに充分な強度が確保できている。

[0105] さらにその中でも、添加物配合比率が 1重量％から 30重量％の試料 (No . 4〜7, 1

0, 12, 14, 16〜19 , 22, 24〜27)については、初期接合強度及びサイクル実施後の接合強度が充分確保されている上、抵抗も安定しており、ちらつきがなぐ製品の特性の安定性にも優れて、る。

[0106] そしてさらに、外部電極の厚みが 5 μ m〜50 μ mで添加物配合比率が 1重量％から 10重量⁰ /₀の試料（No . 4〜6, 10, 12, 14, 16〜18)【こつ!ヽて ίま、サイクノレ実施後のリード部材の接合強度についてまでも、初期接合強度とほぼ変わらない 100N 以上の強度を有しており、特に優れていると言える。

[0107] 次に、得られたセラミックヒータの外部電極 4の幅 H Iを外部電極の厚み毎に振って

、試料を作製した o

そして、上記同様、セラミックヒータ試料の初期接合強度と耐久試験 3000サイクル実施後のリード部材 7の接合強度を調査した。これらの結果を表 2に示す。

[0108] (表 2)

[0109] 表 2に示す通り、外部電極の幅 H Iがリード部材の幅 Hより大きい試料（No . 32〜3 5, 37-40, 42-45)については、初期接合強度で 100N以上を有し、且つ、サイクル実施後のリード部材 7の接合強度についても、 70N以上の強度を有しており、充分な強度が確保されている。

[0110] その中でも、外部電極の幅 HIがリード部材の幅 Hより 1. 1倍以上大きい試料 (No . 33〜35, 38〜40, 43〜45)【こつ!ヽて ίま、サイクノレ実施後のリード咅材 7の接合強度についてまでも、初期接合強度とほぼ変わらない 100N以上の強度を有しており、特に優れていると言える。

[0111] 実施例 2

次に説明する実施例 2〜5は、本発明に係る実施の形態 2に関係した実施例である Al Οを主成分とし、 SiO、 CaO、 MgO、 ZrOを合計 10重量％以内になるように

2 3 2 2

調整したセラミックシート 22aを準備し、該セラミックシート 22aの表面に図 3Bに示したように Wからなるペーストをプリントして発熱抵抗体 23と取出電極 27を形成した。

[0112] その後、別のセラミックシート 22bに種々形状を変更した開口部 28と凹部 26を形成し、前記セラミックシート 22aの上にセラミックシート 22bを重ねて密着し、 1600°Cの還元雰囲気中で焼成して、それぞれ長さ 100mm、幅 10mm、厚み 1. 2mmのセラミックヒータ 1を各 20本準備した。

[0113] この時、開口部 28と凹部 26の形状は、矩形形状の開口部 28に 4辺に力かる角部 2 8eについて、開口部 28打ち抜き用の金型形状を変更して、 C面または R面の大きさを 0. 01mm, 0. 03mm, 0. 05mm, 0. 10mm, 0. 20mm, 0. 30mm, 0. 50mm と変更した。

[0114] そして、開口部 28に露出した取出電極 27の表面に無電界 Niメツキを施し、その後、 0. 6mm径の Ni線を Ag— Cuロウ（BAg— 8)を用いてロウ付けした。

[0115] このようにして準備したセラミックヒータ 21の両面に、セラミックヒータ 21全体を覆うように長さ 110mm、幅 12mm、厚み 5mmのアルミニウム板を設置し、セラミックヒータ 2 1の中央部でそれぞれ密着固定し、加速試験として、セラミックヒータ 21の最高温度部が 300°Cになるように電圧を 5分間印加し、 5分間空気を吹きかけて 40°C以下まで全体を強制空冷する熱サイクル試験を 3000サイクル繰り返して、セラミックヒータ 1のリード部材 24の弓 I張強度変化を確認した。

[0116] 引張強度は、それぞれ N= 10の平均を取った結果を表 3に示した。

[0117] (表 3)

*は、本発明の請求範囲外である。

[0118] 表 3から判るように、 C面取りを施さなかった No. 46、 C面取り寸法が 0. 05mm未満の No. 47、 48は耐久試験後の引張強度が 30N以下に低下した。

[0119] これに対して C面取り寸法が 0. 05mm以上の No. 49〜53は、 40N以上の強度を示した。

[0120] さらに、 C面取り寸法が 0. 2mm以上の No. 51〜53は、 60N程度の強度を示し、 C面取りを R面取りに変えた No. 55、 56についても、同様の結果を示した力 No. 5 4については耐久試験後の引張強度が 30N以下に低下した。

[0121] 実施例 3

ここでは、セラミックヒータ 21の開口部 28において、セラミック基体 22中に埋設される取出電極 27の外周の割合を 30%、 50%、 70%、 90%と変更して、セラミックヒータ 21単体で、 400°Cの恒温槽にセラミックヒータ 21を 10分間入れて温度を安定させ、取り出した後、 5分間空気を吹き付けて 40°C以下まで冷却する熱サイクル試験を 2 000サイクル実施し、リード部材 24の引張強度を測定した。

[0122] 引張試験は、リード部材 24の端部をセラミックヒータ 21の周面に垂直な方向に引つ張ってその剥離強度を測定した。 [0123] なお、リード部材 24としては、 0. 6mm径の Ni線を用い、ロウ材 25は、 Ag— Cuロウ (BAg— 8)を用いた。

[0124] 引張強度は、それぞれ N= 10の平均を取り、試料の作製方法については、実施例

2と同様の手法で作製した結果を表 4に示した。

[0125] (表 4)

[0126] 表 4から判るように、セラミック基体 22中に埋設した取出電極 27の外周の割合が 30 %の No. 57は、耐久試験後のリード部材 24の剥離強度が 20Nであった力 50%以上とした No. 58〜60は、 50N以上と良好な引張強度を示した。

[0127] 実施例 4

ここでは、セラミックヒータ 21の開口部 28の壁面 22sと取出電極 27のなす角度 Θと熱サイクル耐久試験後のリード部材 24の引張強度を測定した。

[0128] 角度 0を、 50° 、 60° 、 80° 、 90° 、 100° 、 110° 、 120° と変更したサンプルを準備した。

[0129] 耐久試験は、実施例 3と同様にして評価し、それぞれ n= 10評価し、その平均をデータとして記載した結果を表 5に示した。

[0130] (表 5)

[0131] 表 5から判るように、角度 Θ力 0° である No. 61は、耐久試験後の引張強度が 50 N以下となり、また、角度 Θ力 120° である No. 67も、引張強度が 50N以下となったのに対し、角度 Θ力 60〜110° である No. 62〜66は、引張強度が 60N以上の良好な値を示した。

[0132] 実施例 5.

ここでは、取出電極 27の厚みと耐久試験後の引張強度との関係を調査した。

[0133] 取出電極 27の厚みを 5 m、 10 m、 20 m、 40 m、 60 m、 80 m、 100 μ mと変化したサンプルをそれぞれ 20本づっ準備し、実施例 3と同様にして耐久評価を評価した結果を表 6に示した。

[0134] (表 6)

[0135] 表 6から判るように、取出電極 27の厚みを 5 μ mとした No. 68は、耐久試験後の引張強度が 30Nと低くなつた力前記厚みを 10〜： L00 mとした No. 69〜74は、良好な耐久性を示した。

[0136] また中でも、前記厚みを 20 μ m以上とした No. 70〜74は、 60N以上の強度を示した。

[0137] 実施例 6.

本発明に係る実施例 6は、実施の形態 3に関係した実施例である。

Al Oを主成分とし、 SiO、 CaO、 MgO、 ZrOを合計 10重量％以内になるように

2 3 2 2

調整したセラミックシート 22aを準備し、該セラミックシート 22aの表面に Wからなるぺ一スト 10を図 3Bに示すようにプリントして発熱抵抗体 23と取出電極 27を形成した。

[0138] 次に、別のセラミックシート 22bに開口部 28と凹部 26を形成し、前記セラミツクシ一ト 22aの上にセラミックシート 22bを重ねて密着し、 1600°Cの還元雰囲気中で焼成して、それぞれ長さ 100mm、幅 10mm、厚み 1. 2mmのセラミックヒータ 21を各 20本準備した。

[0139] そして、開口部 28に露出した取出電極 27の表面に厚み 5 μ mの無電界 Niメツキを施し、 0. 6πιπιΦの Ni線を Ag— Cuロウ（BAg— 8)を用いてロウ付けした。

[0140] また、無電界 Niメツキに代えて無電界の Crメツキを施したサンプルも合わせて評価した。

[0141] この時にロウ付けの条件を、それぞれ温度 800°C 850°C 900°C、保持時間を 0.

5時間、 1時間、 2時間、 5時間と振ってロウ付けを実施した。

[0142] そして、連続使用における耐久性確認のため、初期の引張強度と 400°C X 800時間連続通電後の引張強度を測定した。引張試験は、リード部材 24の端部をセラミックヒータ 21の主面に垂直な方向に引っ張つてその剥離強度を測定した。

[0143] また、各ロット 2個ずつ断面を電子顕微鏡にて観察し、取出電極 27とロウ材との界面付近の組織を確認した。

[0144] なお、リード部材 24としては、径 1. Ommの Ni線を用いた。

[0145] 結果を表 7 (表 7— 1,表 7— 2)に示す。

[0146] (表 7)

表 7—1

*は、本発明の請求範囲外である。表 7— 2

*は、本発明の請求範囲外である。

[0147] 表 7から判るように、取出電極 27とロウ材との界面付近に、図 6に示すような 3層構造が見られない No. 75、 79は、耐久試験後の引張強度が 200N以下に低下したが、前記界面付近に 3層構造力 S見られた No. 76, 77、 78、 80〜87ίま、 200Ν以上の高い引張強度が得られた。

[0148] 実施例 7

本発明に係る実施例 7も、実施の形態 3に関係した実施例であり、ここでは、メツキ層の厚みを 1, 2、 4、 8、 12 /z mと調整して、その影響を耐久試験により確認した。

[0149] ロウ材としては、 Ag— Cuロウの BAg— 8を用いて、 900°C X 1時間処理してロウ付けした。その他については、実施例 6と同様にして表 8に示したようなサンプルを作製した。

[0150] このようにして準備したセラミックヒータ 21の両面に、セラミックヒータ 21全体を覆うように長さ 110mm、幅 12mm、厚み 5mmのアルミニウム板を設置し、セラミックヒータ 2 1中央部でそれぞれ密着固定し、加速試験として、セラミックヒータ 21の最高温度部が 300°Cになるように電圧を 5分間印加し、 5分間空気を吹きかけて 40°C以下まで全体を強制空冷する熱サイクル試験を 3000サイクル繰り返して、セラミックヒータ 21の抵抗変化を確認した。

[0151] その他、試料の作製方法については、実施例 6と同様の手法で作製した。

[0152] 結果を表 8に示す。

[0153] (表 8)

N i メ

1層第 2層 3層初期耐久後

Vキ厚

厚み厚み厚み引張強度引張強度み

( β m) ( μ m ) ( β m) (N) (N) 番号 ( μ mj

8 8 1 0. 4 0. 8 2. 6 34 0 7 2

8 9 2 1. 2 1. 4 2. 8 34 0 1 5 2

90 4 1. 8 3. 1 2. 6 34 0 1 5 8

9 1 8 2. 6 6. 3 2. 9 34 0 1 6 5

92 1 2 2. 8 1 1. 5 2. 8 34 0 1 8 1

93 2 0 3. 1 1 8. 8 2. 9 34 0 1 7 1

94 3 0 3. 3 2 8. 9 3. 2 34 0 1 4 3

95 4 0 3. 2 3 9. 8 3. 0 34 0 98

96 1 2 3. 8 1 3. 8 28 . 8 34 0 1 3 8

[0154] 表 8から判るように、メツキ厚みが 1 μ mであった No.88は、耐久試験後、 100N以下の引張強度しか得られなかった力メツキ厚みが 2〜12/ζπιの No.89〜92は、耐久試験後、 100N以上の良好な引張強度を示した。

Claims

請求の範囲

[1] セラミック基体と、

前記セラミック基体中に埋設された発熱抵抗体と、

前記発熱抵抗体に電気的に接続され、前記セラミック基体の表面に設けられた厚み 5〜200 μ mの外部電極と、

前記外部電極にロウ付けされたリード部材とを有するセラミックヒータ。

[2] 前記外部電極の幅が、前記リード部材の幅よりも大きい請求項 1記載のセラミックヒータ。

[3] 前記外部電極に前記セラミック基体の主成分と同一成分力なる添加物が含有されてなる請求項 1または 2記載のセラミックヒータ。

[4] 前記外部電極における前記添加物の配合比率が 1〜30重量％である請求項 3記載のセラミックヒータ。

[5] セラミック基体と、

前記セラミック基体中に埋設された発熱抵抗体と、

前記発熱抵抗体に電気的に接続され、前記セラミック基体の表面に設けられ、厚みが 5〜50 /z mであり、前記セラミック基体の主成分と同一成分力なる添加物が 1 〜： LO重量％の配合比率で含有されている外部電極と、

[6] 前記セラミック基体が円柱状または円筒状であることを特徴とする請求項 1乃至 5の

V、ずれかに記載のセラミックヒータ。

[7] 前記セラミック基体の主成分がアルミナまたは窒化珪素である請求項 1乃至 6のいずれかに記載のセラミックヒータ。

[8] 前記外部電極は、タングステンまたはタングステンィ匕合物を主成分として含む請求項 1乃至 7のいずれかに記載のセラミックヒータ。

[9] 請求項 1乃至 8のいずれかに記載のセラミックヒータを備えたことを特徴とする酸素センサ。

[10] セラミック基体と、

前記セラミック基体中に内蔵された発熱抵抗体と、前記セラミック基体に設けられた開口部力露出し、前記発熱抵抗体に電気的に接続された取出電極とを備え、

前記開口部における壁面の角部の少なくとも一部および Zまたは前記開口部における外周上端部の少なくとも一部力面取寸法 0. 05mm以上の C面または半径 0. 0

5mm以上の R面力もなる群力も選択された少なくとも 1つであるセラミックヒータ。

[11] 前記開口部における前記取出電極の外周の 50%以上をセラミック基体中に埋設した請求項 10記載のセラミックヒータ。

[12] 前記開口部の壁面と前記セラミック基体中に埋設された取出電極の表面とのなす角度 Θを 60〜110° とした請求項 11記載のセラミックヒータ。

[13] 前記取出電極の厚みを 10 m以上とした請求項 10乃至 12のいずれかに記載のセラミックヒータ。

[14] 前記取出電極の上に、メツキ層が設けられた請求項 10乃至 13のいずれかに記載のセラミックヒータ。

[15] セラミック基体と、

前記セラミック基体中に内蔵された発熱抵抗体と、

前記セラミック基体に設けられた開口部力露出し、前記発熱抵抗体に電気的に接続された取出電極と、

前記取出電極の表面にロウ材によりロウ付けされたリード部材とを備え、前記ロウ材が 3層以上の金属層からなる層構造を有するセラミックヒータ。

[16] 前記金属層が、前記取出電極側から順に第 1金属層、第 2金属層及び第 3金属層を含み、

前記第 1金属層は Niを主成分とする NiWCu層であり、前記第 2金属層は Niを主成分とする NiCu層であり、前記第 3金属層は Cuを主成分とする CuNi層である請求項

15記載のセラミックヒータ。

[17] 前記第 1金属層、前記第 2金属層及び前記第 3金属層の平均厚みをそれぞれ 2〜

30 μ mの範囲に設定した請求項 15または 16記載のセラミックヒータ。

[18] 請求項 1〜8および請求項 10〜17のいずれかに記載のセラミックヒータを発熱手段として用いたことを特徴とするヘアアイロン。