JPH1116664A - セラミックヒータ - Google Patents

セラミックヒータ

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JPH1116664A
JPH1116664A JP16905197A JP16905197A JPH1116664A JP H1116664 A JPH1116664 A JP H1116664A JP 16905197 A JP16905197 A JP 16905197A JP 16905197 A JP16905197 A JP 16905197A JP H1116664 A JPH1116664 A JP H1116664A
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brazing material
electrode pad
ceramic heater
ceramic
gold
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Eiji Kurahara
英治 蔵原
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Abstract

(57)【要約】 【課題】常温のみでなく高温放置後のリード引っ張り強
度の信頼性が向上し、厳しい使用環境下でも耐久性の大
きなセラミックヒータを得る。 【解決手段】電極パッド5の周縁部0.03mm以上の
領域を除く中央部位にリード9の端部を金−銅系のろう
材6にて固着し、金−銅系のろう材6表面を含む電極パ
ッド5にニッケルメッキを施した。

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体中に発
熱抵抗体を埋設したセラミックヒータに関するもので、
特に高温域での耐久性に優れるセラミックヒータに関す
るものである。
【0002】
【従来技術とその課題】従来からセラミック体中に発熱
抵抗体を埋設した平板状、あるいは管状、円柱状のセラ
ミックヒータは各方面で汎用されており、特開昭59−
71281号などに記載されるような発熱抵抗体と感温
抵抗体を併設したセラミックが実用化されている。
【0003】図8はこのような円筒状のセラミックヒー
タHを示したもので、セラミックより成る円筒体にヒー
タとしての帯状の発熱抵抗体1が埋設され、該発熱抵抗
体1の両端に設けた端子2,2′から通電することによ
り発熱するようになっているが、この発熱抵抗体1と併
せて温度センサとして使用するための感温抵抗体3が埋
設された構造に形成されていた。
【0004】図9は、上記端子2、2´の断面を示し、
同図に示すように従来のセラミックヒータHでは、メタ
ライズ4上に形成されたNiめっきの電極パッド5全体
にろう材6が流れ、電極パッド5を完全に被覆してい
た。このような端子2、2´の場合、2種以上の金属を
含んだろう材6では、ろう材6が固化する際の収縮によ
り、ろう材6の広がりのキワ(端)部7に応力が集中し
てしまい易い。そして、このようなセラミックヒータH
を高温の厳しい環境化で使用した場合、電極パット5が
メタライズ4から剥離し易くなるという問題点があっ
た。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明は上述の如き実情
に鑑みて開発したもので、板状、円筒状等所望形状のセ
ラミック体に埋設した発熱抵抗体に通電するための電極
パッドに、該電極パッドの周縁部0.03mm以上の領
域を除く中央部位にリードの端部を金−銅系のろう材に
て固着し、金−銅系のろう材表面を含む電極パッドにニ
ッケルメッキを施したことを特徴とするセラミックヒー
タを提供せんとするものである。
【0006】
【発明の実施の形態】以下、図によって本発明の実施形
態を説明すれば、図1は円柱状のセラミックヒータHの
焼成前の状態を示す部分展開図であり、また、図2は成
型後で端子形成前のセラミックヒータの要部破断図であ
り、セラミックよるなる円柱体中にヒータとしての帯状
の発熱抵抗体1が埋設され、該発熱抵抗体1の両端に設
けた後述の端子から通電することにより発熱するように
なっているが、必要である場合には、この発熱抵抗体1
と併せて温度センサとして使用するための感温抵抗体3
が上記発熱抵抗体1が密に埋設された発熱領域Kの全域
にわたって併設された構造に形成してもよい。
【0007】また、このような円柱状のセラミックヒー
タHの製作工程において、図3に示す如く、高温時にお
いても電気絶縁性、熱伝導性に優れたアルミナ、ムライ
ト等の粉末を原料とするセラミック生シートS1上に発
熱抵抗体1とする抵抗体パターンR1を形成するには、
所要の発熱量とする抵抗値が設定できるような櫛歯状、
渦巻状等の任意の形状で、所定の幅、厚み、長さに、タ
ングステン、モリブデン−マンガン等のペーストを用
い、スクリーンプリントなどの厚膜手法によって形成
し、この発熱抵抗体パターンR1の形成と同時に温度セ
ンサとして用いるための抵抗体パターンR1,R2をセ
ラミック生シートS1と同様の材料より形成した円柱状
の芯材S2に挟着積層した後、得られた円柱状の生セラ
ミック体を焼成雰囲気中で焼結一体化すればよい。
【0008】なお、抵抗体パターンR1,R2の形成段
階で、各抵抗体パターンR1,R2の端部に端子部U,
U′,V,V′を形成しておく。これら端子部U,
U′,V,V′は抵抗体パターンR1,R2のプリント
前に生シートS1の当該部位に貫通孔を形成し、該貫通
孔内にタングステン、モリブデン−マンガン等の導電性
材料を詰設しておき、その後、抵抗体パターンR1,R
2をプリントする。
【0009】図4は、焼成後、端子2を形成したセラミ
ックヒータHを示し、この端子2は、図5の拡大図に示
すように、メタライズ4上に形成されたNiメッキの電
極パッド5に0.03mm以上の幅wの周縁部8を除く
中央部位に、金−銅系のろう材6を流し固化させ、Ni
のリード9を接合し、これらをNiのコート層10で被
覆したものである。
【0010】上記周縁部8が全周状に残るようにするた
めのポイントは3点ある。まず第1に、ろう材6の溶融
温度をろう材6の融点より50℃以内高い温度までに制
御すること、第2に、ろう材6を溶融する際、トンネル
炉を使うが、ろう材6とリードをカーボン型に入れた製
品の搬送速度を最終回路を通過させた後に速くして、冷
却速度を早める。これにより、金−銅系のろう材6の場
合にはろう流れを良好に制御できることを見いだした。
【0011】第3に、前記Niメッキの電極パッド5の
面積を大きめにするとともに、ろう材6の量を少なめに
調整する。これによりろう流れを微調整することができ
る。
【0012】上述のように構成される上記セラミックヒ
ータHは、ろう材6の周縁部8を全周に渡って幅w=
0.03mm以上で残したので、ろう材6が硬化する時
の、メタライズ4、電極パッド5、ろう材6の収縮差を
吸収することができ、常温のみでなく高温放置後のリー
ド引っ張り強度の信頼性が向上する。しかも、エッチン
グ手法を用いずに周縁部8を確保するので、通電端子2
の近傍のセラミック表面部位をSEM画像写真で観察し
た場合、ガラス成分が十分に存在していることが確認で
きる。したがって、通電端子2の引張強度が大きいとい
う利点がある。これに対して、流れたろう材をエッチン
グ手法を用いて選択的に除去する場合には、エッチング
液の影響を通電端子2の近傍も受けてしまい、その結
果、通電端子2の引張強度が低下する。なお、この場
合、SEM画像写真において、通電端子2の近傍のセラ
ミック表面部位からガラス質が多く除去されていること
が確認できる。
【0013】ところで上記実施形態では、セラミック生
シートS1に抵抗体パターンR1,R2をプリントした
ものを円柱状の芯材S2にまるめて重ね合わせて加工し
たが、平板状の基体S2に重ね合わせれば図6に示すよ
うに平板状のセラミックヒータHを得ることができ、ま
た、その他にも焼成前の加工により所望の形状に形成す
ることが可能である。さらにセラミックヒータは上述の
如き製作方法に限らず、例えば、平板あるいは円柱形状
に予め焼成したセラミック体に抵抗体パターンをプリン
トし、その上に絶縁体を被着した後、焼成することによ
り製作することもできるし、同じく焼成したセラミック
体に、生シートに抵抗体パターンをプリントしたものを
貼り合わせた後、焼成一体化することによっても製作す
ることができる。
【0014】なお、本発明は上記実施形態に限定される
ものでなく、発明の目的を逸脱しない限り任意の形態と
することができることは言うまでもない。
【0015】
【実施例】実験例1 本発明の効果を確認するため以下の実験を行った。
【0016】上記図1乃至図5に示すアルミナ製のセラ
ミックヒータHを常温及び高温放置(400℃/500
hr)後、図7に示すようにリード9を90°方向に引
張り、その強度を測定した。各試料は、ろう付け温度
(ろう材6の融点より50℃以内高い温度)、ろう付け
量などを調整しながら、前記ろう材6と電極パッドとの
周縁部8につき幅w(図5参照)を違えたものを複数用
意した。なお、上記周縁部8の測定は、各試料作製時、
ろう材6の上に前記コート層10を被覆する前の段階
で、双眼の×10または×100のものを用いて行い、
最も幅wの狭いとことろでその値を得た。また、ろう材
6には金−銅系のもの(金/銅/ニッケル)、メタライ
ズ4にはタングステンを用い、サイズは、全長60m
m、ニッケル製のリード9の直径0.4mmとした。
【0017】実験結果の判定基準は、常温での前記強度
につき平均で5Kg以上が合格○、5Kg未満が不合格
×、他方、高温放置の場合の前記強度につき平均で1K
g以上が合格○、1Kg未満が不合格×であるものとし
た。
【0018】各試料における前記周縁部8の幅wの最小
値と結果を表1に示す。
【0019】
【表1】
【0020】表1から明らかなように、前記周縁部8が
ない場合(w=0)には、常温でも高温放置でも端子2
の強度が不合格であったのに対し、その幅wが0.03
mm以上の時はいずれも合格であった。
【0021】比較例 ろう付け温度をろう材6の融点より50℃以上高い温度
とし、その後、前記周縁部8の幅wが0.1mmとなる
ようにシアン化ナトリウムにてろう材6の一部を選択的
にケミカルエッチングで高速エッチングし、その他は、
前記実施例1に準じ、引張強度試験を行った。
【0022】その結果、常温での引張強度が2.5kgfと低
く、また高温では剥離が見られ判定結果として不合格で
あった。
【0023】実験例2 上記図1乃至図5に示すアルミナ製のセラミックヒータ
Hにつき、実験例1と同様に前記幅wを違えた試料を複
数用意した。なお、これらの試料は、端子2のろう材6
の上に前記コート層10を被覆しなかった。この状態
で、双眼の×10または×100のものを用い、周縁部
8の幅wの最も狭いところの値を得るとともに、メタラ
イズ4内で剥離が起こっていないかどうかを確認した。
その結果を表2にまとめた。
【0024】
【表2】
【0025】表2から明らかなように、前記周縁部8が
ない場合(w=0)には、剥離が見られたのに対し、そ
の幅wが0.03mm以上の時はいずれも剥離がなかっ
た。
【0026】実験例3 上記実験例2において周縁部8の幅wが0.3mmのセ
ラミックヒータ(本発明品)を30本用意し、各10本
ずつに印加電圧をそれぞれ1、2、3Vずつ1分間か
け、その電流のリークの有無を測定し、絶縁状態を確認
した。印加電圧1、2Vのものは漏れ電流が無かった
が、3Vのものは3本のものに漏れ電流があった。
【0027】一方、前記比較例のセラミックヒータであ
って周縁部8の幅wが0.3mmとなるようにした(ケ
ミカルエッチングにより)セラミックヒータについて同
様に絶縁状態を確認したところ、印加電圧1Vで9本、
2、3Vでそれぞれ10本であった。
【0028】実験例4 実験例3の本発明品を9本用意し、電圧を印加し、10
00±2℃と室温(23℃)の間を繰り返しすサイクル
寿命実験を行った。各3本ずつにそれぞれ、1万サイク
ル、2万サイクル、3万サイクルを加えたが、いずれに
も断線が発生しなかった。
【0029】一方、実験例3における比較例品を用い同
様の実験を行った結果、2万サイクルで1本の断線、3
万サイクルで2本の断線が確認された。
【0030】
【発明の効果】叙上のように本発明によれば、セラミッ
クヒータの通電端子において、電極パッドに対するろう
材の周縁部を全周に渡って幅w=0.03mm以上で残
したので、ろう材が硬化する時の、メタライズ、電極パ
ッド、ろう材の収縮差を吸収し、メタライズ内での剥離
発生を防止する。しかも、エッチング手法等を用いるこ
となくろう材の溶融温度等の調整によりろう材の流れを
制御し前記周縁部を確保することにより、通電端子近傍
のセラミック表面においてガラス質が十分存在するの
で、常温のみでなく高温放置後のリード引っ張り強度の
信頼性が向上し、厳しい使用環境下でも耐久性の大きな
セラミックヒータを得ることができ、実用的な効果は極
めて大である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施形態によるセラミックヒータの焼
成前の状態を示す部分展開図である。
【図2】図1の焼成前のセラミックヒータの要部破断図
である。
【図3】図1の焼成前のセラミックヒータを構成する生
シートの展開図である。
【図4】焼成後、通電端子を形成したセラミックヒータ
の斜視図である。
【図5】図4のセラミックヒータの通電端子の拡大断面
図である。
【図6】本発明の他実施形態を示し、平板状のセラミッ
クヒータの部分破断斜視図である。
【図7】本発明の実験例1の方法を説明する概略図であ
る。
【図8】従来のセラミックヒータの斜視図である。
【図9】図8のヒータの通電端子を示す拡大断面図であ
る。
【符号の説明】
H セラミックヒータ 1 発熱抵抗体 2 通電端子 3 感温抵抗体 4 メタライズ 5 電極パッド 6 ろう材 8 周縁部 9 リード 10 コート層 w 幅 S1,S1′ 生シート R1,R2 抵抗体パターン U,U′,V,V′端子部 S2 芯材、基体 K 発熱領域 L 感温領域

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】板状、円筒状等所望形状のセラミック体に
    埋設した発熱抵抗体に通電するための電極パッドに、該
    電極パッドの周縁部0.03mm以上の領域を除く中央
    部位にリードの端部を金−銅系のろう材にて固着し、金
    −銅系のろう材表面を含む電極パッドにニッケルメッキ
    を施したことを特徴とするセラミックヒータ。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6794614B2 (en) * 2001-03-08 2004-09-21 Ngk Spark Plug Co., Ltd. Ceramic heater with lead wire connection having brazing material containing a predominant amount of copper

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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US6794614B2 (en) * 2001-03-08 2004-09-21 Ngk Spark Plug Co., Ltd. Ceramic heater with lead wire connection having brazing material containing a predominant amount of copper

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