JPH0613161A - セラミックヒーター - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 セラミックヒーターに関し、ヒートショック
を受けても破損しにくくし、またリード端子と金属発熱
体層との接合強度を高めること。 【構成】 セラミックヒーター１は、セラミック基板２
と、セラミック基板２内に形成された金属発熱体層３
と、金属発熱体層３の両端部にロウ材６により接続され
た１対のリード端子４，４と、金属発熱体層３とリード
端子４，４との接合部を含みセラミック基板２を被覆す
る耐熱性樹脂層５とを備えている。このセラミックヒー
ター１は、耐熱性樹脂層５を備えているため、セラミッ
ク基板２がヒートショックにより破損しにくい。また、
金属発熱体層３とリード端子４との接合強度が耐熱性樹
脂層５を備えていない場合に比べて高い。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ヒーター、特に、セラ
ミックヒーターに関する。

【０００２】

【従来の技術】セラミックヒーターとして、アルミナセ
ラミックス等のセラミック基板と、セラミック基板に形
成された金属発熱体層と、金属発熱体層の両端部に固定
されたリード端子とを備えたものが知られている。金属
発熱体層は、タングステンやモリブデン等からなる屈曲
パターン状に形成されており、セラミック基板表面やセ
ラミック基板内に配置されている。なお、セラミック基
板表面に金属発熱体層が形成されている場合、金属発熱
体層は、例えばホウ珪酸系ガラス材料からなるコーティ
ングガラスにより被覆されている。このような金属発熱
体層は、両端部がセラミック基板またはコーティングガ
ラスから露出している。リード端子は、ニッケル等の金
属線からなり、銀ロウ等のロウ材（接着材）により金属
発熱体層の露出部分に固定されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】前記従来のセラミック
ヒーターは、ヒートショックに弱い。例えば、セラミッ
ク基板は、脆弱であるため、３００℃程度に加熱してい
るときに水がかかると急激な温度変化によりクラックが
生じる場合がある。また、セラミック基板、金属発熱体
層及びリード端子の熱膨張係数が異なるため、加熱時に
リード端子と金属発熱体層との接合部に応力が発生し、
当該接合部の接合強度が低下し易い。

【０００４】さらに、金属発熱体層の両端部及びリード
端子と金属発熱体層とを接続するための接着材が外気に
直接触れて酸化し易いので、リード端子と金属発熱体層
との接合強度が将来的に低下し易い。本発明の目的は、
セラミックヒーターに関し、ヒートショックを受けても
破損しにくくし、また、リード端子と金属発熱体層との
接合強度を高めることにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明のセラミックヒー
ターは、セラミック基板と、セラミック基板に形成され
た金属発熱体層と、金属発熱体層の両端部に接着材によ
り接続されたリード端子と、金属発熱体層の両端部を含
みセラミック基板を被覆する耐熱性樹脂とを備えてい
る。

【０００６】

【作用】本発明のセラミックヒーターは、セラミック基
板が耐熱性樹脂により被覆されているため、例えば水等
が直接セラミック基板にかかりにくく、ヒートショック
により破損しにくい。また、耐熱性樹脂は、金属発熱体
層の両端部も被覆しているので、金属発熱体層とリード
端子との接合部も被覆することになる。この結果、リー
ド端子と金属発熱体層との接合部は、接着材や金属発熱
体層の酸化及び各部材の熱膨張係数差に起因する接合不
良を起こしにくい。

【０００７】

【実施例】図１及び図２に、本発明の一実施例に係るセ
ラミックヒーターを示す。図において、セラミックヒー
ター１は、セラミック基板２と、セラミック基板２内に
形成された金属発熱体層３と、１対のリード端子４，４
と、セラミック基板２を被覆する耐熱性樹脂層５とから
主に構成されている。

【０００８】セラミック基板２は、例えばアルミナセラ
ミックス製であり、矩形の平板状に形成されている。金
属発熱体層３は、タングステン−モリブデン、モリブデ
ン、タングステン、レニウム、タングステン−レニウ
ム、モリブデンシリサイド（ＭｏＳｉ₂ ）等の発熱体か
らなる。金属発熱体層３は、両端部がセラミック基板２
の長手方向一端部の表面に露出して電極３ａ，３ａを形
成している。また、中央部が屈曲状のパターンでセラミ
ック基板２内をその他端に向かってのびている。

【０００９】１対のリード端子４，４は、例えば、コバ
ール、４２アロイ又はニッケル等の金属製であり、金属
発熱体層３の両端部にそれぞれ銀、銀−銅、金−銅等の
ロウ材６を用いて接合されている。耐熱性樹脂層５は、
テフロン樹脂、ポリオレフィン樹脂、ポリフッ化ビニリ
デン樹脂等からなり、セラミック基板２の長手方向両端
面を除きセラミック基板２全体を被覆している。この結
果、金属発熱体層３とリード端子４との接合部も耐熱性
樹脂層５により被覆されている。なお、耐熱性樹脂層５
は、厚みが０．１〜２．０ｍｍに設定されている。

【００１０】次に、前記セラミックヒーター１の製造方
法について説明する。セラミック基板２がアルミナセラ
ミックスからなる場合には、アルミナ（Ａｌ ₂ Ｏ₃ ）、
シリカ（ＳｉＯ₂ ）、カルシア（ＣａＯ）、マグネシア
（ＭｇＯ）等の原料粉末を用意する。この原料粉末をプ
レス成形法により成形し、２枚の板状未焼成セラミック
体を得る。

【００１１】次に、１枚の板状未焼成セラミック体表面
に金属発熱体層３を形成する。ここでは、上述の発熱
体、ホウ珪酸ガラスの粉末、適当なバインダー及び有機
溶剤を混合して得られた発熱体ペーストを周知のスクリ
ーン印刷法等の厚膜手法により屈曲パターン状に印刷す
る。また、他方の板状未焼成セラミック体に金属発熱体
層３の両端をセラミック基板２の表面に導くためのスル
ーホールを設ける。そして、このスルーホール内に上述
の発熱体ペーストを充填し、また当該未焼成セラミック
体表面においてスルーホールの周囲に電極３ａ，３ａ用
の発熱体ペーストを印刷する。

【００１２】次に、上述の２枚の板状未焼成セラミック
体を積層する。ここでは、金属発熱体層３パターンに発
熱体ペーストが印刷された板状未焼成セラミック体上に
他方の未焼成セラミック体を積層し、スルーホールと発
熱体ペーストの印刷パターンとが接続し得るように両未
焼成セラミック体を圧着する。このように積層された板
状未焼成セラミック体を焼成すると、内部に金属発熱体
層３を備えたセラミック基板２が完成する。

【００１３】次に、得られたセラミック基板２にリード
端子４，４を固定する。リード端子４，４は、セラミッ
ク基板２の表面に形成された金属発熱体層３の電極３
ａ，３ａにそれぞれ上述のロウ材６を用いて接合する。
次に、セラミック基板２に耐熱性樹脂層５を被覆する。
この工程では、図３に示すように、上述の耐熱性樹脂か
らなる角筒状のチューブ７を用意する。このチューブ７
は、例えばテフロン樹脂製の場合、厚さを０．１〜１．
０ｍｍに設定するのが好ましい。

【００１４】次に、このチューブ７にセラミック基板２
を挿入する。そして、その状態でチューブ７を加熱（テ
フロン樹脂製の場合は約１８０℃に加熱）すると、チュ
ーブ７は収縮し、セラミック基板２に密着する。この結
果、電極３ａ，３ａとリード端子４，４との接合部を含
むセラミック基板２の表面が耐熱性樹脂層５により被覆
される。これにより、上述のセラミックヒーター１が得
られる。

【００１５】このような本実施例のセラミックヒーター
１は、耐熱性樹脂層５を備えているため、水等が直接セ
ラミック基板２にかかりにくい。よって、セラミック基
板２はヒートショックによる破損をおこしにくい。ま
た、耐熱性樹脂層５は、リード端子４と電極３ａとの接
合部も被覆しているので、当該接合部が外気にさらされ
るのを防止する。この結果、当該接合部は酸化しにく
く、接合強度を長期間良好に維持し得る。さらに、リー
ド端子４と電極３ａとの接合強度は、耐熱性樹脂層５に
より被覆されていない場合に比べて高い。このため、リ
ード端子４と電極３ａとの接合部は、セラミックヒータ
ー１の発熱時でも両者の熱膨張係数差に起因する接合不
良を生じにくい。

【００１６】〔他の実施例〕 （ａ） 前記実施例では、セラミック基板２を平板状に
形成したが、円板状や円柱状に形成した場合も本発明を
同様に実施できる。 （ｂ） 前記実施例では、セラミック基板２に耐熱性樹
脂層５を直接形成したが、セラミック基板２と耐熱性樹
脂層５との間に接着剤を配置してもよい。また、耐熱性
樹脂層５を二重構造等の多重構造に構成した場合も本発
明を同様に実施できる。 （ｃ） 前記実施例では、金属発熱体層３の両端をセラ
ミック基板２の表面に露出させて電極３ａを形成し、こ
れにリード端子４を固定したが、本発明はこれに限定さ
れない。例えば、図４に示すように、金属発熱体層３の
両端部が露出するようセラミック基板２に凹部２ａを設
け、この凹部２ａ内でリード端子４ａを接合してもよ
い。この場合、凹部２ａ内に露出する金属発熱体層３の
両端部上にメタライズ層８を設け、このメタライズ層８
にリード端子４ａの先端をロウ材６を用いて固定する。

【００１７】また、リード端子と金属発熱体層との接合
部は、図５に示すように構成してもよい。この実施例で
は、セラミック基板２に設けた、金属発熱体層３の両端
部を露出させるための凹部２ａの中央にさらに貫通孔２
ｂを設けている。そして、先端がＴ字状に形成されたリ
ード端子４ｂの当該先端部を貫通孔２ｂに配置し、先端
の水平部を金属発熱体層３の両端部上に形成されたメタ
ライズ層９にロウ材６を用いて接合している。

【００１８】なお、図４及び図５では、耐熱性樹脂層を
省略している。 （ｄ） 前記実施例では、セラミック基板２内に金属発
熱体層３を形成したが、図６に示すように、セラミック
基板１２の上面に金属発熱体層１３を形成し、この金属
発熱体層１３をホウ珪酸系ガラス材料等のコーティング
層１４により被覆し、さらに、コーティング層１４を含
むセラミック基板１２全体を耐熱性樹脂層（図示せず）
により被覆した場合も本発明を同様に実施できる。この
場合、金属発熱体層１３の両端部１３ａが露出するよう
コーティング層１４を形成し、この両端部１３ａにリー
ド端子１５を固定する。

【００１９】なお、この実施例では、リード端子と金属
発熱体層１３との接合部の構造は種々に変更し得る。例
えば、図７及び図８に示すように、セラミック基板１２
に貫通孔１２ａを設け、この貫通孔１２ａに図５に示し
たものと同様のリード端子４ｂを固定した場合も同様に
実施できる。この場合、リード端子４ｂと金属発熱体層
１３との接合は、ロウ材を用いずに、リード端子４ｂの
先端部を金属発熱体層１３に埋設することにより行う。

【００２０】なお、図７に示す接合構造では、図９に示
すように、貫通孔１２ａの金属発熱体層３側端部に凹部
１２ｂを設けてもよい。この場合は、リード端子４ｂと
金属発熱体層１３との接合強度がより高まる。

【００２１】

【発明の効果】本発明では、両端部にリード端子が接続
された金属発熱体層を有するセラミック基板を、リード
端子と金属発熱体層との接合部を含み耐熱性樹脂により
被覆している。このため、本発明のセラミックヒーター
は、ヒートショックを受けても破損しにくく、またリー
ド端子と金属発熱体層との接合強度が高い。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の斜視切欠き図。

【図２】図１のII−II断面図。

【図３】前記実施例の製造工程の一工程を示す斜視図。

【図４】他の実施例の縦断面部分図。

【図５】さらに他の実施例の縦断面部分図。

【図６】さらに他の実施例の縦断面部分図。

【図７】さらに他の実施例の縦断面部分図。

【図８】さらに他の実施例の縦断面部分図。

【図９】さらに他の実施例の縦断面部分図。

【符号の説明】

１ セラミックヒーター ２，１２ セラミック基板 ３，１３ 金属発熱体層 ４，４ａ，４ｂ，１５ リード端子 ５ 耐熱性樹脂層 ６ ロウ材

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】セラミック基板と、 前記セラミック基板に形成された金属発熱体層と、 前記金属発熱体層の両端部に接着材により接続されたリ
   ード端子と、 前記両端部を含み前記セラミック基板を被覆する耐熱性
   樹脂と、 を備えたセラミックヒーター。