JP2000340349A - Ceramic heater - Google Patents
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、一般家庭用、電子
部品用、産業機械用および自動車用等の広範囲に利用し
うるセラミックヒータ、特に小型低抵抗体ヒータに関す
るものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a ceramic heater which can be widely used for general households, electronic parts, industrial machines, automobiles, etc., and more particularly to a small-sized low-resistance heater.
【０００２】[0002]
【従来技術】従来、セラミックヒータは、例えば、棒状
体からなるセラミックコアの表面に、導体ペーストによ
って表面に抵抗発熱体パターンおよびリード配線パター
ンを被着形成したセラミックシートを巻き付け、焼成し
たものが知られており、特に排ガス中の酸素濃度を検出
するための酸素センサにおけるセンサ部を加熱するため
のヒータをはじめ、幅広い分野で用いられている。2. Description of the Related Art Conventionally, a ceramic heater is known in which, for example, a ceramic sheet formed by sticking a resistance heating element pattern and a lead wiring pattern on a surface of a ceramic core formed of a rod-like body with a conductive paste is fired. In particular, it is used in a wide range of fields such as a heater for heating a sensor section of an oxygen sensor for detecting an oxygen concentration in exhaust gas.
【０００３】この酸素センサ等に使用されるセラミック
ヒータは、８００〜１３００℃の高温域で使用され、セ
ンサ部のみを加熱することができ、ヒータ全体のヒータ
全体の温度上昇を防ぐことが望まれている。そのため
に、セラミックヒータにおける抵抗発熱体とリード配線
との抵抗比率を向上させる、言い換えればリード配線の
抵抗を極端に小さくすることが必要となる。The ceramic heater used for the oxygen sensor and the like is used in a high temperature range of 800 to 1300 ° C., can heat only the sensor portion, and is desired to prevent the temperature of the entire heater from rising. ing. Therefore, it is necessary to improve the resistance ratio between the resistance heating element and the lead wiring in the ceramic heater, in other words, to extremely reduce the resistance of the lead wiring.
【０００４】このような要求に対して、抵抗発熱体とリ
ード配線とを同一組成の導体材料によって形成し、抵抗
発熱体やリード配線のパターン形状、特に線幅を変える
ことにより抵抗比率を制御することが一般に行われてい
る。ところが、抵抗発熱体とリード配線との抵抗比率を
線幅によって調整する方法では、線幅を極端に広くする
時に、セラミックヒータ自体の形状などによって制約さ
れてしまい、ヒータの小型化に対して適用することが困
難である。In response to such demands, the resistance heating element and the lead wiring are formed of the same conductive material, and the resistance ratio is controlled by changing the pattern shape, particularly the line width of the resistance heating element and the lead wiring. This is commonly done. However, the method of adjusting the resistance ratio between the resistance heating element and the lead wiring by the line width is limited by the shape of the ceramic heater itself when the line width is extremely widened, and is applied to miniaturization of the heater. Is difficult to do.
【０００５】そのために、最近では、導体材料中の絶縁
物質の含有量などを調整することにより、抵抗発熱体を
高抵抗の導体材料により、リード配線を低抵抗の導体材
料によって形成することが提案されている（特開平３−
１４９７９１号）。[0005] For this purpose, it has recently been proposed to adjust the content of an insulating substance in a conductor material so that the resistance heating element is formed of a high resistance conductor material and the lead wiring is formed of a low resistance conductor material. (Japanese Unexamined Patent Publication No.
No. 147971).
【０００６】さらに他の方法としては、リード配線が形
成されている絶縁層に導電性スリットを設けることによ
りリード配線の断面積を大きくすることも提案されてい
る（特開平９−２６００３２号）。As another method, it has been proposed to increase the cross-sectional area of a lead wiring by providing a conductive slit in an insulating layer on which the lead wiring is formed (Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-260032).
【０００７】[0007]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、抵抗発
熱体とリード配線とを同一組成の導体材料によって形成
した場合、その抵抗比率を調整するのに線幅を変えて制
御する方法には前述した通り、限界がある。そこで、他
の方法として、抵抗発熱体とリード配線との膜厚を調整
することが考えられるが、その場合、抵抗発熱体とリー
ド配線との抵抗変化が１０倍以上であるために膜厚が大
きく変化することによって大きな段差が生じる結果、そ
の段差部が局所的に発熱して応力が集中し、段差部から
断線あるいは絶縁基体が破壊する場合があった。However, when the resistance heating element and the lead wiring are formed of a conductor material having the same composition, the method of controlling the resistance ratio by changing the line width to adjust the resistance ratio is as described above. ,There is a limit. Therefore, as another method, it is conceivable to adjust the film thickness between the resistance heating element and the lead wiring. In this case, since the resistance change between the resistance heating element and the lead wiring is 10 times or more, the film thickness is adjusted. As a result of a large change, a large step is generated. As a result, the step is locally heated and the stress is concentrated, so that the disconnection or the insulating substrate may be broken from the step.
【０００８】また、前記導体材料中の絶縁材料の含有量
を調整して、抵抗の異なる異種材料によって抵抗発熱体
およびリード配線を形成する方法では、大きな抵抗比率
を実現することが不可能である。しかも、導体材料の物
性が異なるために絶縁基体と同時焼成した場合にヒータ
内部に応力が発生しやすくなるために、過酷な条件で使
用された場合に、断線または絶縁基体が破壊するなどの
問題があった。Further, it is impossible to realize a large resistance ratio by adjusting the content of the insulating material in the conductor material and forming the resistance heating element and the lead wiring with different materials having different resistances. . In addition, since the physical properties of the conductor material are different, stress is likely to be generated inside the heater when co-firing with the insulating base, so that when used under severe conditions, there is a problem such as disconnection or breakage of the insulating base. was there.
【０００９】さらに、リード配線の断面積を導電性スリ
ットを設けることにより任意に調整する方法では抵抗発
熱体との抵抗比率を幅広く調整できるもののスリットの
形成工程など製造工程が複雑となり製品コストを高める
などの問題があった。Furthermore, in the method of arbitrarily adjusting the cross-sectional area of the lead wiring by providing a conductive slit, the resistance ratio with respect to the resistance heating element can be adjusted widely, but the manufacturing process such as the slit forming step is complicated and the product cost is increased. There was such a problem.
【００１０】従って、本発明は、抵抗発熱体とリード配
線との抵抗比率を高め抵抗比率を向上させるとともに、
過酷な熱サイクルが付加された場合においても局所発熱
などによる応力集中を防ぎ耐久性能に優れたセラミック
ヒータを提供するを目的とするものである。Therefore, the present invention increases the resistance ratio between the resistance heating element and the lead wiring and improves the resistance ratio.
It is an object of the present invention to provide a ceramic heater excellent in durability performance by preventing stress concentration due to local heat generation even when a severe heat cycle is added.
【００１１】[0011]
【課題を解決するための手段】本発明者は、上記目的に
対して検討を重ねた結果、抵抗発熱体とリード配線とを
同一組成の導体材料によって形成するとともに、抵抗発
熱体とリード配線とを所定の膜厚関係を満足する接続用
配線を介して接続することにより、上記目的が達成され
ることを見出した。As a result of repeated studies on the above object, the present inventor has found that the resistance heating element and the lead wiring are formed of a conductor material having the same composition, and that the resistance heating element and the lead wiring are connected to each other. It has been found that the above object can be attained by connecting via a connection wiring satisfying a predetermined film thickness relationship.
【００１２】即ち、本発明のセラミックヒータは、絶縁
性セラミックスからなる棒状絶縁基体内部に、抵抗発熱
体およびリード配線を埋設してなるとともに、前記絶縁
基体の外周部に前記リード配線と電気的に接続された接
続用端子部を形成してなるセラミックヒータにおいて、
前記抵抗発熱体と前記リード配線とを接続用配線を介し
て電気的に接続するとともに、前記抵抗発熱体、前記リ
ード配線および前記接続用配線をいずれも同一組成の導
体材料によって形成し、且つ前記抵抗発熱体の厚さをｔ
1 、前記接続用配線の厚さをｔ2 、前記リード配線の厚
さをｔ3 としたとき、ｔ1 ＜ｔ2 ＜ｔ3 、ｔ2 ≦１０ｔ
1 、ｔ3 ≦１０ｔ2 、ｔ3 ≦１５ｔ1 の関係を満足する
ことを特徴とするものである。That is, the ceramic heater of the present invention has a resistance heating element and lead wires embedded inside a rod-shaped insulating base made of insulating ceramics, and is electrically connected to the lead wirings on the outer peripheral portion of the insulating base. In a ceramic heater having a connected connection terminal portion,
The resistance heating element and the lead wiring are electrically connected via a connection wiring, and the resistance heating element, the lead wiring and the connection wiring are all formed of a conductive material having the same composition, and T is the thickness of the resistance heating element
1 , when the thickness of the connection wiring is t 2 and the thickness of the lead wiring is t 3 , t 1 <t 2 <t 3 , t 2 ≦ 10t
And it is characterized in satisfying the 1, t 3 ≦ 10t 2, t 3 ≦ 15t 1 relationship.
【００１３】なお、前記抵抗発熱体、前記接続用配線お
よび前記リード配線を各横断面においてそれぞれ前記絶
縁基体の中心から同一半径領域に形成してなることが望
ましく、さらに、前記絶縁性セラミックスが窒化ケイ素
質セラミックスからなること、前記抵抗発熱体が、Ｗ、
Ｔａ、Ｍｏ及びそれらの炭化物、窒化物の群から選ばれ
る少なくとも１種とする導体材料からなることが望まし
い。It is preferable that the resistance heating element, the connection wiring, and the lead wiring are formed in the same radial region from the center of the insulating base in each cross section, and the insulating ceramic is nitrided. Being made of silicon ceramics, wherein the resistance heating element is W,
It is desirable that the conductor material be made of at least one selected from the group consisting of Ta, Mo and their carbides and nitrides.
【００１４】また、前記接続用端子部と前記リード配線
とが前記絶縁基体に形成されたスルーホール導体によっ
て電気的に接続されており、前記スルーホール導体は、
接続用端子部側に向けてホール径が大きくなるようなテ
ーパ形状を有していることが望ましい。Further, the connection terminal portion and the lead wiring are electrically connected by a through-hole conductor formed in the insulating base.
It is desirable to have a tapered shape such that the hole diameter increases toward the connection terminal.
【００１５】[0015]
【発明の実施の形態】本発明のセラミックヒータの概略
斜視図を図１に、またその長手方向の一部切り欠き断面
図を図２に示した。図１、図２に示すように、本発明の
セラミックヒータは、絶縁性セラミックスからなる棒状
の絶縁基体１の内部に、抵抗発熱体２および一対のリー
ド配線３が埋設されており、絶縁基体１の外周部には、
リード配線３と電気的に接続された一対の接続用端子部
４が形成されている。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS FIG. 1 is a schematic perspective view of a ceramic heater according to the present invention, and FIG. As shown in FIGS. 1 and 2, the ceramic heater according to the present invention includes a rod-shaped insulating substrate 1 made of insulating ceramic, in which a resistance heating element 2 and a pair of lead wires 3 are embedded. On the outer periphery of
A pair of connection terminal portions 4 electrically connected to the lead wiring 3 are formed.
【００１６】上記構成のセラミックヒータにおいては、
抵抗発熱体２およびリード配線３は、いずれも導体材料
によって形成されるものであるが、抵抗発熱体２のみに
よる加熱効率を高めるために抵抗発熱体２とリード配線
３との抵抗比率（抵抗発熱体／リード配線）が大きいこ
とが望まれている。In the ceramic heater having the above configuration,
The resistance heating element 2 and the lead wiring 3 are both formed of a conductive material. However, in order to increase the heating efficiency of the resistance heating element 2 alone, the resistance ratio between the resistance heating element 2 and the lead wiring 3 (resistance heating). Larger body / lead wiring) is desired.
【００１７】かかる抵抗調整にあたり、抵抗発熱体２お
よびリード配線３が例えば、導電性成分と絶縁性成分と
の含有比率を変えた異なる導体材料によって形成した場
合、つまり、抵抗発熱体２を高抵抗導体によって、また
リード配線３を低抵抗導体によって形成した場合、それ
ぞれの導体材料自体の熱膨張特性や焼成収縮挙動、導体
成分の粒径などの他の物性が異なるために、絶縁基体１
との同時焼成時、または熱サイクルが印加された場合に
ヒータ全体として歪みなどが生じやすくなり耐久性が低
下してしまう。In the resistance adjustment, when the resistance heating element 2 and the lead wiring 3 are formed of, for example, different conductor materials in which the content ratio of the conductive component and the insulating component is changed, that is, the resistance heating element 2 is formed of a high resistance. When the conductors and the lead wires 3 are formed of low-resistance conductors, other physical properties such as thermal expansion characteristics, firing shrinkage behavior, and particle diameters of the conductor components of the respective conductor materials themselves are different.
At the same time as the firing, or when a thermal cycle is applied, distortion or the like is likely to occur in the entire heater, and the durability is reduced.
【００１８】これに対して、本発明によれば、かかるセ
ラミックヒータにおける抵抗発熱体２およびリード配線
３がいずれも同一組成の導体材料によって形成されてい
るために、異質な導体材料による前述したような弊害が
なく、絶縁基体１との同時焼成時においても均一で歪み
のない耐久性の高いセラミックヒータが形成できるので
ある。On the other hand, according to the present invention, since the resistance heating element 2 and the lead wiring 3 in such a ceramic heater are both formed of a conductive material having the same composition, as described above using a different conductive material. It is possible to form a highly durable ceramic heater which is uniform and free from distortion even when co-firing with the insulating substrate 1 without any serious adverse effects.
【００１９】また、本発明によれば、抵抗発熱体２およ
びリード配線３を同一組成の導体材料によって形成する
ことから、抵抗発熱体２とリード配線３との抵抗比率を
基本的には、それぞれの導体の膜厚によって調整するも
のである。その際、抵抗発熱体２とリード配線３との膜
厚差が大きくなると、その段差部が異常加熱によって応
力集中が発生し、断線や絶縁基体１の破壊などが生じて
しまう。Further, according to the present invention, since the resistance heating element 2 and the lead wiring 3 are formed of a conductive material having the same composition, the resistance ratio between the resistance heating element 2 and the lead wiring 3 is basically different from each other. The thickness is adjusted according to the thickness of the conductor. At this time, if the thickness difference between the resistance heating element 2 and the lead wiring 3 becomes large, stress concentration occurs at the step portion due to abnormal heating, and disconnection or breakage of the insulating base 1 occurs.
【００２０】そこで、本発明によれば、抵抗発熱体２と
リード配線３とを、抵抗発熱体２の膜厚よりも大きく、
リード配線３の膜厚よりも小さい中間的の膜厚を有する
接続用配線５を介して接続するものである。Therefore, according to the present invention, the resistance heating element 2 and the lead wiring 3 are made thicker than the thickness of the resistance heating element 2,
The connection is made via a connection wiring 5 having an intermediate thickness smaller than the thickness of the lead wiring 3.
【００２１】そして、抵抗発熱体２の厚さをｔ1 、接続
用配線５の厚さをｔ2 、リード配線３の厚さをｔ3 とし
たとき、ｔ1 ＜ｔ2 ＜ｔ3 、ｔ2 ≦１０ｔ1 、ｔ3 ≦１
０ｔ2 、ｔ3 ≦１５ｔ1 の関係を満足することが重要で
ある。When the thickness of the resistance heating element 2 is t 1 , the thickness of the connection wiring 5 is t 2 , and the thickness of the lead wiring 3 is t 3 , t 1 <t 2 <t 3 , t 1 2 ≦ 10t 1 , t 3 ≦ 1
It is important to satisfy the relationship 0t 2 , t 3 ≦ 15t 1 .
【００２２】各膜厚を上記のように限定したのは、ｔ1
＜ｔ2 ＜ｔ3 の関係が満足されないと、抵抗発熱体とリ
ード配線間で膜厚の不規則的な変化によって局所的に歪
みが発生しやすくなり、ヒータの耐久性が極端に低下す
るためである。また、ｔ2 ＞１０ｔ1 、ｔ3 ＞１０
ｔ2 、またはｔ3 ＞１５ｔ1 では、極端な膜厚の変化に
よって段差部で局所的な発熱が生じ、耐久性が劣化する
ためである。The reason why each film thickness is limited as described above is that t 1
If the relationship of <t 2 <t 3 is not satisfied, local distortion is likely to occur due to irregular changes in film thickness between the resistance heating element and the lead wiring, and the durability of the heater is extremely reduced. It is. Also, t 2 > 10t 1 , t 3 > 10
When t 2 or t 3 > 15t 1 , local heat generation occurs at the step due to an extreme change in the film thickness, and the durability deteriorates.
【００２３】なお、本発明によれば、抵抗発熱体２とリ
ード配線３との抵抗比率を高める上では、ｔ3 ≧５ｔ1
であることが望ましい。According to the present invention, in order to increase the resistance ratio between the resistance heating element 2 and the lead wiring 3, t 3 ≧ 5t 1
It is desirable that
【００２４】上記のｔ1 、ｔ2 、ｔ3 の望ましい範囲
は、ｔ1 ＜ｔ2 ＜ｔ3 、ｔ2 ≦５ｔ1、ｔ3 ≦４ｔ2 、
ｔ3 ≦１５ｔ1 である。Desirable ranges of t 1 , t 2 and t 3 are t 1 <t 2 <t 3 , t 2 ≦ 5t 1 , t 3 ≦ 4t 2 ,
t 3 ≦ 15t 1 .
【００２５】なお、前記抵抗発熱体２と接続用配線５、
接続用配線５とリード配線３との接続部はテーパ部Ｔを
もって接続されていることが望ましい。また、接続用配
線５は、１層のみならず、厚みを抵抗発熱体２からリー
ド配線３にかけて徐々に厚みが厚くなるように複数の配
線によって形成することも可能である。Incidentally, the resistance heating element 2 and the connection wiring 5,
It is desirable that the connection between the connection wiring 5 and the lead wiring 3 be connected with a tapered portion T. In addition, the connection wiring 5 can be formed of not only one layer but also a plurality of wirings so that the thickness gradually increases from the resistance heating element 2 to the lead wiring 3.
【００２６】その場合においても、各厚みの異なる層間
では上記ｔ3 とｔ1 や、ｔ2 とｔ3と同様な関係を満た
していることが望ましい。Also in this case, it is desirable that the layers having different thicknesses satisfy the same relation as t 3 and t 1, or t 2 and t 3 .
【００２７】次に、図３に、本発明のセラミックヒータ
の（ａ）抵抗発熱体２形成部（Ｙ1−Ｙ1 ）の横断面
図、（ｂ）接続用配線５形成部（Ｙ2 −Ｙ2 ）の横断面
図、（ｃ）リード配線３形成部（Ｙ3 −Ｙ3 ）の横断面
図、（ｄ）接続用端子部（Ｙ4−Ｙ4 ）の横断面図をそ
れぞれ示した。Next, FIG. 3 shows (a) a cross-sectional view of the portion (Y 1 -Y 1 ) for forming the resistance heating element 2 of the ceramic heater of the present invention, and (b) a portion (Y 2- cross-sectional view of Y 2), shown cross-sectional view of (c) the lead wire 3 forming part (Y 3 -Y 3), a cross-sectional view of (d) connecting terminal portions (Y 4 -Y 4), respectively .
【００２８】図３から明らかなように、本発明のセラミ
ックヒータにおける絶縁基体１は、セラミックコア１ａ
とそのシェル部１ｂによって構成されており、抵抗発熱
体２、リード配線３、接続用配線５は、それぞれ複数の
配線からなり、いずれもセラミックコア１ａの周囲に埋
設された構造からなることから、各横断面においてそれ
ぞれ棒状体の中心Ｃから同一の半径ｒ1 、ｒ2 、ｒ3 の
領域、言い換えれば同心円状に形成されている。このよ
うに、抵抗発熱体２、リード配線３、接続用配線５をそ
れぞれ同一の半径領域に形成することにより、局所的な
応力の発生を防止し、過酷な熱サイクル印加時において
も歪みの発生を抑制し耐久性を高めることができる。As is apparent from FIG. 3, the insulating base 1 in the ceramic heater of the present invention has a ceramic core 1a.
And the shell portion 1b, the resistance heating element 2, the lead wiring 3, and the connection wiring 5 are each composed of a plurality of wirings, and all have a structure buried around the ceramic core 1a. In each cross section, the region is formed in the same radius r 1 , r 2 , r 3 from the center C of the rod-shaped body, in other words, concentrically. As described above, by forming the resistance heating element 2, the lead wiring 3, and the connection wiring 5 in the same radius region, local stress is prevented from being generated, and distortion is generated even when a severe thermal cycle is applied. And the durability can be increased.
【００２９】また、望ましくは図３に示すように、抵抗
発熱体２、リード配線３、接続用配線５は、横断面にお
いて複数の配線が等間隔をもってそれぞれ同一半径領域
（同心円）に形成することによって、さらに歪みの発生
を抑制することができる。Preferably, as shown in FIG. 3, the resistance heating element 2, the lead wiring 3, and the connecting wiring 5 are formed such that a plurality of wirings are formed at equal intervals in the same radius area (concentric circle) in a cross section. Thereby, generation of distortion can be further suppressed.
【００３０】なお、本発明のセラミックヒータにおい
て、リード配線３と絶縁基体１の外周部に形成された接
続用端子部４とは、図２、図３（ｄ）に示すように、絶
縁基体１に形成されたスルーホール導体６によって電気
的に接続されており、接続用端子部４には、金属端子７
がロウ材によって接続されているが、このスルーホール
導体６は、スルーホール導体６は接続用端子部４側に向
けてホール径が大きくなるテーパ形状を有していること
が望ましい。これは、スルーホール導体に発生する熱膨
張差に起因する応力をテーパ形状により緩和させ、端子
部の耐久性を向上させるためである。In the ceramic heater according to the present invention, the lead wires 3 and the connecting terminal portions 4 formed on the outer peripheral portion of the insulating base 1 are connected to the insulating base 1 as shown in FIGS. Are electrically connected by through-hole conductors 6 formed in the metal terminal 7.
Are connected by a brazing material. It is desirable that the through-hole conductor 6 has a tapered shape in which the hole diameter increases toward the connection terminal portion 4 side. This is because the stress caused by the difference in thermal expansion generated in the through-hole conductor is reduced by the tapered shape, and the durability of the terminal portion is improved.
【００３１】また、このスルーホール導体６は、図３
（ｄ）の横断面図に示すように、棒状の絶縁基体１に対
して棒状の絶縁基体の中心に対して対照となる位置に形
成することが望ましい。これは、対照配置にすることに
よって、接続端子の設置が容易になるとともにスルーホ
ール導体６の形成による歪みの発生を抑制するためであ
る。The through-hole conductor 6 corresponds to FIG.
As shown in the cross-sectional view of (d), it is desirable to form the rod-shaped insulating substrate 1 at a position symmetrical to the center of the rod-shaped insulating substrate. This is because the symmetrical arrangement facilitates the installation of the connection terminals and suppresses the generation of distortion due to the formation of the through-hole conductor 6.
【００３２】（絶縁基体）本発明のセラミックヒータに
よれば、セラミック絶縁基体１は、耐熱衝撃性および高
強度を有し、且つ耐久性に優れることが必要であり、か
かる観点から窒化ケイ素を主成分とするセラミックスか
ら構成されることが望ましい。(Insulating Substrate) According to the ceramic heater of the present invention, the ceramic insulating substrate 1 needs to have thermal shock resistance, high strength, and excellent durability. It is desirable to be composed of ceramics as a component.
【００３３】この窒化ケイ素質セラミックスは、β型窒
化ケイ素を主結晶相とするものであり、その粒界相に
は、焼結助剤成分として、希土類元素、酸素およびケイ
素を少なくとも含む結晶相あるいはガラス相により構成
される。望ましくは、粒界には結晶相が存在しているこ
とが望ましく、特にダイシリケート（ＲＥ2 Ｓｉ
2 Ｏ7）結晶相を主相して析出させるのがよい。粒界結
晶相としてダイシリート相を主相として析出させること
により、絶縁基体が発熱時に外気の酸素と接触した場合
においても高い耐酸化性を有することなり、母材の酸化
による腐食を防止し母材の長期安定性を高めることがで
きるのである。This silicon nitride ceramic has β-type silicon nitride as a main crystal phase, and its grain boundary phase includes a crystal phase containing at least a rare earth element, oxygen and silicon as a sintering aid component. It is composed of a glass phase. Desirably, a crystal phase exists at the grain boundary, and in particular, disilicate (RE 2 Si
2 O 7 ) It is preferable to precipitate the crystal phase as a main phase. By precipitating the disilite phase as the main phase as the grain boundary crystal phase, the insulating substrate has high oxidation resistance even when it comes into contact with outside oxygen during heat generation, preventing corrosion due to oxidation of the base material and preventing the base material from being oxidized. Can increase the long-term stability.
【００３４】また、絶縁基体の焼結体粒界にダイシリケ
ート相を析出させることに関連して、焼結体中の全希土
類元素の酸化物換算と、不純物的酸素のＳｉＯ2 換算量
とのＳｉＯ2 ／ＲＥ2 Ｏ3 で表されるモル比が２以上で
あることが望ましい。In connection with the precipitation of the disilicate phase at the grain boundaries of the sintered body of the insulating substrate, the conversion of the total rare earth element oxide in the sintered body into oxide and the amount of impurity oxygen in terms of SiO 2 are calculated. It is desirable that the molar ratio represented by SiO 2 / RE 2 O 3 is 2 or more.
【００３５】この不純物的酸素量とは、全酸素量から焼
結助剤等として添加した希土類元素酸化物やその他の酸
化物（ＳｉＯ2 を除く）に化学量論比率で結合する酸素
を差し引いた残りの不純物酸素量であり、具体的には窒
化ケイ素粉末中に含まれる不純物酸素、あるいはＳｉＯ
2 粉末として添加された酸素からなるものである。ま
た、焼結体の粒界は、完全に結晶化させる事によりさら
に耐久性を向上させることができる。The amount of impurity oxygen is obtained by subtracting the oxygen that binds to the rare earth element oxide added as a sintering aid or other oxides (excluding SiO 2 ) at a stoichiometric ratio from the total oxygen amount. The remaining amount of impurity oxygen, specifically, impurity oxygen contained in silicon nitride powder or SiO 2
2 Consists of oxygen added as a powder. Further, by completely crystallizing the grain boundaries of the sintered body, the durability can be further improved.
【００３６】なお、上記ＳｉＯ2 ／ＲＥ2 Ｏ3 モル比が
２より小さいと、粒界相に窒素成分を多く含むＹＡＭ相
やアパタイト相等の窒素を含む結晶相が主として生成し
これにより耐酸化性が劣化してしまう。ただし、ＳｉＯ
2 ／ＲＥ2 Ｏ3 モル比が過度に高くなると緻密化を阻害
するため、上記モル比は５以下に制御することが望まし
い。If the SiO 2 / RE 2 O 3 molar ratio is smaller than 2, a nitrogen-containing crystal phase such as a YAM phase or an apatite phase containing a large amount of a nitrogen component is mainly formed in the grain boundary phase, thereby producing an oxidation resistant material. Deteriorates. However, SiO
If the molar ratio of 2 / RE 2 O 3 is excessively high, the densification is hindered. Therefore, it is desirable to control the molar ratio to 5 or less.
【００３７】窒化ケイ素質セラミックス中に含まれる希
土類元素としては、Ｙ、Ｅｒ、Ｙｂ、Ｌｕ、Ｓｍなどが
望ましい。これらの元素間での室温特性は大きな有意差
はないが、高温特性は生成する粒界相の融点に依存す
る。従って、生成するダイシリケートの融点がより高い
ことから判断するとＬｕ、Ｙｂ、Ｅｒが好ましい。この
希土類元素は焼結体中に酸化物換算で１〜１０モル％、
特に２〜５モル％の割合で存在することが望ましい。As the rare earth element contained in the silicon nitride ceramics, Y, Er, Yb, Lu, Sm and the like are desirable. Although the room temperature characteristics between these elements do not differ significantly, the high temperature characteristics depend on the melting point of the formed grain boundary phase. Therefore, judging from the fact that the melting point of the generated disilicate is higher, Lu, Yb, and Er are preferable. This rare earth element is contained in the sintered body in an amount of 1 to 10 mol% in terms of oxide,
In particular, it is desirable to be present at a ratio of 2 to 5 mol%.
【００３８】また、上記窒化ケイ素質焼結体において
は、焼結体中に含まれるＡｌ、Ｍｇ量が酸化物換算によ
る全量で１．０重量％以下、特に０．５重量％以下、さ
らには０．１重量％以下であることが望ましい。それ
は、これらの成分が上記よりも多くの量で存在すると、
粒界結晶化が阻害されやすく、所望の耐酸化性が得られ
なくなる場合があるためである。上記金属元素の陽イオ
ン不純物元素として、Ｆｅ含有量が１００００ｐｐｍ以
下、Ｃｒ、Ｎｉ等の他の金属はそれぞれ１０００ｐｐｍ
以下であることが望ましい。In the above silicon nitride sintered body, the total amount of Al and Mg contained in the sintered body is not more than 1.0% by weight, particularly not more than 0.5% by weight in terms of oxide, and more preferably not more than 0.5% by weight. It is desirable that the content be 0.1% by weight or less. It means that if these components are present in higher amounts than
This is because grain boundary crystallization is easily hindered and the desired oxidation resistance may not be obtained. As a cation impurity element of the above metal element, the Fe content is 10000 ppm or less, and other metals such as Cr and Ni are each 1000 ppm.
It is desirable that:
【００３９】なお、上記窒化ケイ素質セラミックス中に
は、周期律表第４ａ、５ａ、６ａ族元素金属や、それら
の炭化物、窒化物、ケイ化物、または、ＳｉＣなどの分
散粒子やウィスカーを適量添加分散させて複合化し特性
の改善を行うことも当然可能である。In the above-mentioned silicon nitride-based ceramics, an appropriate amount of dispersed particles or whiskers such as element metals of Groups 4a, 5a and 6a of the periodic table, and carbides, nitrides, silicides or SiC thereof are added. It is of course possible to disperse and composite to improve the characteristics.
【００４０】（導体材料）また、抵抗発熱体２、リード
配線３、接続用配線５は、絶縁基体１と同時焼成によっ
て形成されていることが望ましい。絶縁基体１として窒
化ケイ素質セラミックスを用いる場合には、Ｗ、Ｔａ、
Ｍｏ及びそれらの炭化物、窒化物の群から選ばれる少な
くとも１種を主成分とするものであって、さらにこの主
成分に対して、分散物質として、窒化ケイ素、窒化ホウ
素および炭化ケイ素のうちの少なくとも１種を含んでも
よい。(Conductive Material) The resistance heating element 2, the lead wiring 3, and the connection wiring 5 are desirably formed by simultaneous firing with the insulating base 1. When silicon nitride ceramics is used as the insulating substrate 1, W, Ta,
Mo and their carbides and at least one selected from the group consisting of nitrides, and at least one of silicon nitride, boron nitride and silicon carbide as a dispersant with respect to this main component. One type may be included.
【００４１】この分散物質は、抵抗発熱体２の抵抗を調
整するための助剤、熱膨張特性を絶縁基体１と近似させ
るための助剤、絶縁基体１との同時焼結性と、絶縁基体
１への密着性を高めるための助剤、さらには抵抗発熱体
２の粒成長を制御するためのものであり、上記主成分１
００重量部に対して窒化ホウ素は１〜１０重量部、窒化
ケイ素は５〜３０重量部、炭化ケイ素は２〜１５重量部
の割合でそれぞれ分散させることが望ましい。This dispersion material is used to adjust the resistance of the resistance heating element 2, to make the thermal expansion characteristics close to that of the insulating substrate 1, to co-sinter with the insulating substrate 1, Auxiliary agent for improving the adhesion to the element 1, and further for controlling the grain growth of the resistance heating element 2;
It is preferable that boron nitride is dispersed in a proportion of 1 to 10 parts by weight, silicon nitride is dispersed in a proportion of 5 to 30 parts by weight, and silicon carbide is dispersed in a proportion of 2 to 15 parts by weight with respect to 00 parts by weight.
【００４２】また、上記の導体からなる抵抗発熱体２、
リード配線３、接続用配線５の絶縁基体１との接触界面
には、導体中の主たる金属のケイ化物相、例えば、ＷＳ
ｉ2、ＴａＳｉ、ＭｏＳｉ2 等のケイ化物相が存在する
場合があるが、その場合、ケイ化物相の厚さは１０μｍ
以下、特に５μｍ以下であることが望ましい。Further, the resistance heating element 2 made of the above-described conductor,
At the contact interface between the lead wiring 3 and the connection wiring 5 with the insulating base 1, a silicide phase of a main metal in the conductor, for example, WS
There may be a silicide phase such as i 2 , TaSi, MoSi 2 , in which case the silicide phase has a thickness of 10 μm.
The thickness is preferably 5 μm or less.
【００４３】（製造方法）本発明のセラミックヒータを
製造するための一例について、絶縁基体として窒化ケイ
素質セラミックスからなる場合について説明する。ま
ず、棒状の絶縁基体を形成する主原料として、陽イオン
不純物量が１０００ｐｐｍ以下のα型またはβ型の窒化
ケイ素粉末を用いる。そして、この窒化ケイ素粉末に対
して、焼結助剤として、希土類元素酸化物を１〜１０モ
ル％、特に２〜５モル％の割合で添加する。また、添加
成分として、他にＳｉＯ2 を添加して酸素量を調整する
こともできる。また、Ａｌ2 Ｏ3 、ＭｇＯ等は高温時の
強度を高める上で、合計で１．０重量％以下、特に０．
５重量％以下、さらには０．１重量％以下に抑制するこ
とが望ましい。(Manufacturing Method) An example of manufacturing the ceramic heater of the present invention will be described in the case where the insulating base is made of silicon nitride ceramics. First, α-type or β-type silicon nitride powder having a cation impurity content of 1000 ppm or less is used as a main raw material for forming a rod-shaped insulating substrate. Then, a rare earth element oxide is added as a sintering aid to the silicon nitride powder at a ratio of 1 to 10 mol%, particularly 2 to 5 mol%. Further, SiO 2 may be added as an additional component to adjust the amount of oxygen. Further, Al 2 O 3 , MgO, etc., in order to increase the strength at high temperatures, are 1.0% by weight or less in total, especially 0.1% by weight.
It is desirable that the content be suppressed to 5% by weight or less, more preferably 0.1% by weight or less.
【００４４】そして、これらをボールミル等により混合
粉砕する。このようにして得られた混合粉末を公知の成
形方法、例えば、押し出し成形法、射出成形法、一軸プ
レス法などの成形方法によってセラミックコアとなる棒
状の成形体を作製する。These are mixed and pulverized by a ball mill or the like. The mixed powder thus obtained is formed into a rod-shaped molded body serving as a ceramic core by a known molding method, for example, an extrusion molding method, an injection molding method, a uniaxial pressing method, or the like.
【００４５】また、成形体中においては、前述したよう
に焼結体粒界をダイシリケート結晶相を析出させる上で
成形体中の不純物酸素のＳｉＯ2 換算量と、周期律表第
３ａ族元素の酸化物換算量とのＳｉＯ2 ／ＲＥ2 Ｏ3 モ
ル比を２以上とすることが望ましい。In the compact, as described above, the amount of impurity oxygen in the compact in terms of SiO 2 in order to precipitate the disilicate crystal phase at the grain boundaries of the sintered compact and the element of Group 3a of the periodic table. It is desirable that the molar ratio of SiO 2 / RE 2 O 3 with respect to the oxide equivalent of the above is 2 or more.
【００４６】次に、得られた棒状の成形体の表面に、平
均粒径が０．１〜１０μｍの導体成分に対して、適宜、
前述したような絶縁成分を添加して混合して導体ペース
トを調製する。そして、この導体ペーストを用いて抵抗
発熱体、リード配線、接続用配線のパターンに形成す
る。Next, on the surface of the obtained rod-shaped molded body, a conductor component having an average particle diameter of 0.1 to 10 μm is appropriately coated.
A conductor paste is prepared by adding and mixing the aforementioned insulating components. Then, using this conductive paste, a resistive heating element, a lead wiring, and a connection wiring pattern are formed.
【００４７】その際、本発明によれば、あらかじめ所定
の転写シートの表面に、上記導体ペーストを用いて前述
した所定の厚さ関係を満足するようにスクリーン印刷法
等によって印刷塗布する。その後、適宜、導体ペースト
を塗布した面に、前述した窒化ケイ素組成物を用いて調
製されたスラリーを塗布する。その後、これを棒状成形
体の表面に巻き付けた後、転写フィルムを剥がすことに
より、導体ペーストによって形成された抵抗発熱体、リ
ード配線、接続用配線のパターンを棒状のコア成形体表
面に転写させることができる。At this time, according to the present invention, the surface of a predetermined transfer sheet is preliminarily printed and applied by a screen printing method or the like using the above-mentioned conductive paste so as to satisfy the above-mentioned predetermined thickness relationship. Thereafter, a slurry prepared using the above-described silicon nitride composition is applied to the surface to which the conductor paste has been applied, as appropriate. Then, after winding this around the surface of the rod-shaped molded body, the transfer film is peeled off, thereby transferring the pattern of the resistance heating element, the lead wiring, and the wiring for connection formed by the conductive paste to the surface of the rod-shaped core molded body. Can be.
【００４８】その後、抵抗発熱体、リード配線、接続用
配線のパターンが転写されたコア成形体の表面に、シェ
ルとなる絶縁層を形成する。この絶縁層の形成は、例え
ば、窒化ケイ素組成物からなるこのコア成形体の表面に
シート状成形体を巻き付けるか、または窒化ケイ素組成
物からなるスラリーを塗布またはスラリー中に浸漬後、
乾燥を適宜繰り返してシェル部を形成し、ヒータ成形体
を作製する。Thereafter, an insulating layer serving as a shell is formed on the surface of the core molded body to which the pattern of the resistance heating element, the lead wiring, and the connection wiring has been transferred. The formation of this insulating layer, for example, after winding the sheet-shaped molded body on the surface of the core molded body made of the silicon nitride composition, or after applying or dipping the slurry made of the silicon nitride composition,
Drying is repeated as appropriate to form a shell portion, and a heater molded body is produced.
【００４９】そして、このヒータ成形体を１７００〜１
９００℃の窒素含有雰囲気中で焼成する。この時、焼成
温度によっては窒化ケイ素が分解する場合があるため
に、窒素圧１．５気圧以上の加圧窒素雰囲気中で焼成す
ることが望ましい。特に、窒素ガス加圧焼成では、１７
００〜１８００℃、１．５〜３０気圧の窒素圧力中で焼
成した後、１８００〜１９００℃、３０気圧以上の窒素
圧力中で焼成することにより、緻密化とともに、抵抗発
熱体などの導体のケイ化相の形成を抑制できる。Then, this heater molded body was placed between 1700 and 1
It is fired in a nitrogen-containing atmosphere at 900 ° C. At this time, since silicon nitride may be decomposed depending on the firing temperature, it is preferable to perform firing in a pressurized nitrogen atmosphere at a nitrogen pressure of 1.5 atm or more. In particular, in nitrogen gas pressure firing, 17
After baking at a nitrogen pressure of 1.5 to 30 atm and a nitrogen pressure of 1.5 to 30 atm, baking is performed at a nitrogen pressure of 1800 to 1900 ° C and a pressure of 30 atm or more. Formation of a chemical phase can be suppressed.
【００５０】さらには、上記の焼成方法の後に、１００
０気圧以上の不活性雰囲気中で１６００〜１９００℃で
熱間静水圧焼成を行うことによりより耐久性に優れた焼
結体を作製することができる。Further, after the above firing method, 100
By performing hot isostatic firing at 1600 to 1900 ° C. in an inert atmosphere of 0 atm or more, a sintered body having more excellent durability can be produced.
【００５１】なお、接続用端子部およびリード配線と接
続するためのスルーホール導体は、焼成後に、レーザー
やマイクロドリルによって棒状の焼結体の所定箇所にス
ルーホールを形成し、そのスルーホール内にＡｕ、Ｐ
ｄ、Ｐｔの群から選ばれる少なくとも１種を主体とする
導体ペーストを充填した後、さらに棒状焼結体の表面に
上記と同様の導体ペーストを接続用端子部パターンに印
刷塗布し、１０００〜１２００℃で焼き付け処理するこ
とによって形成できる。The through-hole conductor for connecting to the connection terminal portion and the lead wiring is formed by forming a through-hole in a predetermined portion of the rod-shaped sintered body by using a laser or a micro drill after firing, and forming the through-hole in the through-hole. Au, P
After filling a conductor paste mainly composed of at least one selected from the group consisting of d and Pt, the same conductor paste as described above is printed and applied to the surface of the rod-shaped sintered body on the connection terminal portion pattern, and then 1000 to 1200. It can be formed by performing a baking process at a temperature of ℃.
【００５２】また、他の方法としては、焼成前のヒータ
成形体に対して、同様にスルーホールを形成した後、抵
抗発熱体などを形成したペーストを充填し、また接続用
端子部のパターンを印刷した後、前述した焼成条件で焼
成して形成してもよい。As another method, a through-hole is formed in the heater molded body before firing, and then a paste in which a resistance heating element or the like is formed is filled, and the pattern of the connection terminal portion is changed. After printing, it may be formed by firing under the above-described firing conditions.
【００５３】なお、スルーホール導体の形状をテーパ形
状を形成することが望ましいが、このテーパ形状は、接
続用端子部側からレーザー光を照射してスルーホールを
形成することにより、接続用端子部側のホール径が大き
くなるようなテーパ形状を形成することができる。It is desirable that the shape of the through-hole conductor be tapered. This tapered shape is achieved by irradiating laser light from the connection terminal side to form the through-hole. It is possible to form a tapered shape such that the hole diameter on the side becomes large.
【００５４】[0054]
【実施例】まず、陽イオン不純物量が１０００ｐｐｍ以
下のα率９０％の窒化ケイ素粉末８４重量％に、焼結助
剤としてＹｂ2 Ｏ3 を１２重量％、酸化ケイ素を窒化ケ
イ素粉末中の酸素量をＳｉＯ2 換算した量との合計が３
重量％、酸化タングステン１重量％からなる組成物をバ
レルミルにて７２時間混合攪拌した。EXAMPLE First, 84% by weight of silicon nitride powder having an α ratio of 90% having a cation impurity content of 1000 ppm or less, 12% by weight of Yb 2 O 3 as a sintering aid, and silicon oxide as oxygen in the silicon nitride powder were used. The sum of the amount and the amount converted to SiO 2 is 3
A composition consisting of 1% by weight of tungsten oxide and 1% by weight of tungsten oxide was mixed and stirred in a barrel mill for 72 hours.
【００５５】この混合物を取り出し、乾燥後、有機成分
として、メチルセルロース、ポリビニルアルコール樹
脂、溶媒としてグリセリン、水を添加して攪拌後杯土を
作製し、押し出し成形にて直径が３．２ｍｍのセラミッ
クコアとなる棒状の成形体を作製した。The mixture was taken out, dried, and added with methylcellulose, polyvinyl alcohol resin as an organic component, glycerin and water as a solvent, and stirred to prepare a potter's clay, which was extruded to form a ceramic core having a diameter of 3.2 mm. A rod-shaped molded body was prepared.
【００５６】次に、タングステン９０重量％と上記窒化
ケイ素組成物１０重量％をアクリル樹脂、テルピネオー
ル、分散剤、および溶剤としてアセトンを添加して回転
ミルにて混合攪拌後、アセトンを脱気して導体ペースト
を調製した。Next, an acrylic resin, terpineol, a dispersant, and acetone as a solvent were added to 90% by weight of tungsten and 10% by weight of the silicon nitride composition, mixed and stirred by a rotary mill, and acetone was degassed. A conductor paste was prepared.
【００５７】この導体ペーストを用いてスクリーン印刷
により、ＰＥＴフィルム上に抵抗発熱体、接続用配線、
リード配線をそれぞれ順次所定の厚みにスクリーン印刷
法によって形成した。その後、抵抗発熱体、接続用配
線、リード配線の表面に、前記窒化ケイ素組成物を含有
するスラリーを塗布して埋め込み乾燥させた。そして、
その表面に、窒化ケイ素組成物にアクリル樹脂、テルピ
ネオール、分散剤、および溶剤としてアセトンを添加し
て回転ミルにて混合攪拌後、アセトンを脱気して調製し
た密着液を塗布した後、セラミックコアとなる棒状成形
体の表面に巻き付け、ＰＥＴフィルムを引き剥がし、抵
抗発熱体、接続用配線およびリード配線を転写させた。By screen printing using this conductor paste, a resistance heating element, connection wiring,
The lead wires were formed in a predetermined thickness sequentially by screen printing. Thereafter, a slurry containing the silicon nitride composition was applied to the surfaces of the resistance heating element, the connection wiring, and the lead wiring, buried and dried. And
After adding an acrylic resin, terpineol, a dispersant, and acetone as a solvent to the silicon nitride composition, mixing and stirring with a rotary mill, and applying an adhesive solution prepared by degassing acetone on the surface, the ceramic core was coated. The PET film was peeled off, and the resistance heating element, the connection wiring, and the lead wiring were transferred.
【００５８】その後、窒化ケイ素組成物にブチラール樹
脂、グリセリン、脱泡剤および溶剤として水を添加して
回転ミルにて混合攪拌後、脱気して肉づけ用のスラリー
を調製し、このスラリーに前述の転写体を浸積、引き上
げ、乾燥を繰り返して肉ずけしてヒータ成形体を作製し
た。Thereafter, butyral resin, glycerin, a defoaming agent and water as a solvent are added to the silicon nitride composition, mixed and stirred by a rotary mill, and then degassed to prepare a slurry for thickening. The above-described transfer body was immersed, pulled up, and dried repeatedly to prepare a heater molded body.
【００５９】そして、このヒータ成形体を９００℃にて
有機分を分解させた後、３０気圧の窒素ガス圧力雰囲気
下にて１８５０℃にて１１時間焼成した。Then, after decomposing organic components at 900 ° C., the formed heater was fired at 1850 ° C. for 11 hours under a nitrogen gas pressure atmosphere of 30 atm.
【００６０】その後、棒状の焼結体の端部に側面からレ
ーザー光によってリード配線に到達する開口部のホール
径が０．４ｍｍであり、内部が中細りのテーパ形状のス
ルーホールを形成した後、Ａｕ／Ｎｉ／Ｖを含むメタラ
イズペーストを充填し、さらに棒状焼結体の側面のスル
ーホール導体形成箇所に接続用端子部となるパターンを
上記金ペーストを印刷塗布した後、１１００℃にて真空
焼成した。さらに予め直径０．２ｍｍのＮｉリード線に
抵抗溶接したコバール金具を接続用端子部に密着させて
１０００℃に熱処理してロウ付け接合し、セラミックヒ
ータを作製した。作製したセラミックヒータは、直径が
３．２ｍｍ、長さ５５ｍｍの棒状体からなるものであ
る。Thereafter, a hole having a hole diameter of 0.4 mm at the end of the rod-shaped sintered body reaching the lead wiring by the laser beam from the side surface and having a tapered inside is formed. , Au / Ni / V and a metallizing paste containing Au, Ni / V, and a gold-paste pattern on the side surface of the rod-shaped sintered body. Fired. Further, a Kovar metal fitting which had been resistance-welded to a Ni lead wire having a diameter of 0.2 mm in advance was brought into close contact with the connection terminal portion, heat-treated at 1000 ° C., and brazed to form a ceramic heater. The produced ceramic heater is a rod-shaped body having a diameter of 3.2 mm and a length of 55 mm.
【００６１】作製した種々のセラミックヒータに対し
て、縦断面を観察し、抵抗発熱体、接続用配線およびリ
ード配線における各膜厚を１０点測定し、その平均を表
１に示した。また、抵抗発熱体とリード配線との抵抗比
率（リード配線／抵抗発熱体）を表１に示した。The longitudinal section of each of the various ceramic heaters was observed, and the film thickness of each of the resistance heating element, the connection wiring, and the lead wiring was measured at 10 points, and the average is shown in Table 1. Table 1 shows the resistance ratio between the resistance heating element and the lead wiring (lead wiring / resistance heating element).
【００６２】作製したセラミックヒータに対して１４０
０℃にて２分間電流を印加して発熱させた後、１分間電
流を止め、これを１サイクルとして最高３００００サイ
クルまで行い、１０００サイクル毎に陽極リードと陰極
リードとの間の抵抗を測定した。そして、その抵抗値が
初期抵抗の５％以上に増大するまでのサイクル数を測定
した。また、サイクル数が３００００サイクル以下のヒ
ータについてはヒータを分解観察して抵抗変化の原因を
調べその結果を表１に示した。It is 140 for the manufactured ceramic heater.
After applying a current at 0 ° C. for 2 minutes to generate heat, the current was stopped for 1 minute, and this was performed as one cycle until a maximum of 30,000 cycles, and the resistance between the anode lead and the cathode lead was measured every 1000 cycles. . Then, the number of cycles until the resistance value increased to 5% or more of the initial resistance was measured. For heaters having a cycle number of 30,000 or less, the heater was disassembled and observed to investigate the cause of the resistance change, and the results are shown in Table 1.
【００６３】また、比較のために、抵抗発熱体用および
リード配線用のペーストとして、導体成分であるタング
ステン（Ｗ）の含有量を変えて抵抗を調製したペースト
を作製し、抵抗発熱体用としてＷ量の少ない高抵抗のペ
ーストを、リード配線用および接続用配線としてＷ量の
多い低抵抗のペーストを用いて印刷塗布する以外は、上
記と全く同様にしてセラミックヒータ（試料Ｎo.１９、
２０）を作製し、同様の評価を行った。Further, for comparison, pastes were prepared as pastes for the resistance heating element and for the lead wiring in which the resistance was adjusted by changing the content of tungsten (W), which is a conductor component, for the resistance heating element. A ceramic heater (sample No. 19, sample No. 19) was used in exactly the same manner as above except that a high-resistance paste having a small amount of W was printed and applied using a low-resistance paste having a large amount of W as lead wiring and connection wiring.
20), and the same evaluation was performed.
【００６４】[0064]
【表１】 [Table 1]
【００６５】表１の結果によれば、抵抗の異なるペース
トを用いた試料Ｎo.１９、２０では１００００サイクル
以下で異常発熱した。また、抵抗発熱体、接続用配線、
リード配線の厚さの関係が本発明の条件を満足しないも
のはいずれも磁器破損、発熱部抵抗変化が生じ、１００
００サイクル以下で使用不能となった。さらに、接続用
配線を設けない試料Ｎo.１では、４０００サイクルで磁
器が破損して使用不可となった。According to the results shown in Table 1, samples Nos. 19 and 20 using pastes having different resistances generated abnormal heat in 10,000 cycles or less. In addition, resistance heating element, connection wiring,
In any case where the relation of the thickness of the lead wiring does not satisfy the condition of the present invention, the porcelain is damaged and the resistance of the heat generating portion is changed.
Unusable in less than 00 cycles. Further, in the sample No. 1 in which the connection wiring was not provided, the porcelain was damaged in 4000 cycles and could not be used.
【００６６】これに対して、本発明のセラミックヒータ
は、抵抗比率が０．０５０以上と高く、サイクル試験に
おいても２５０００サイクル以上の優れた耐久性を示す
ものであった。On the other hand, the ceramic heater of the present invention had a high resistance ratio of 0.050 or more, and exhibited excellent durability of 25,000 cycles or more in a cycle test.
【００６７】[0067]
【発明の効果】以上詳述したように、本発明によれば、
抵抗発熱体とリード配線とを同一組成の導体によって形
成し、膜厚によって抵抗比率を制御する場合において、
抵抗発熱体とリード配線とを所定の関係を満足する接続
用配線を介して接続することによって、抵抗発熱体とリ
ード配線との抵抗比率をあげて発熱効率を向上させると
ともに、熱サイクル試験においても局所発熱による磁器
破壊や発熱部断線を防ぎ、ヒータの耐久性能を向上する
ことができる。As described in detail above, according to the present invention,
When the resistance heating element and the lead wiring are formed by conductors of the same composition and the resistance ratio is controlled by the film thickness,
By connecting the resistance heating element and the lead wiring via the connection wiring that satisfies the predetermined relationship, the resistance ratio between the resistance heating element and the lead wiring is increased to improve the heat generation efficiency, and also in the heat cycle test. It is possible to prevent porcelain destruction due to local heat generation and disconnection of the heat generating portion, thereby improving the durability performance of the heater.
【図１】本発明のセラミックヒータの概略斜視図であ
る。FIG. 1 is a schematic perspective view of a ceramic heater of the present invention.
【図２】本発明のセラミックヒータの長手方向の一部切
り欠き断面図である。FIG. 2 is a partially cutaway sectional view in the longitudinal direction of the ceramic heater of the present invention.
【図３】本発明のセラミックヒータの（ａ）抵抗発熱体
２形成部（Ｙ1 −Ｙ1 ）の横断面図、（ｂ）接続用配線
５形成部（Ｙ2 −Ｙ2 ）の横断面図、（ｃ）リード配線
３形成部（Ｙ3 −Ｙ3 ）の横断面図、（ｄ）接続用端子
部４形成部（Ｙ4 −Ｙ4）の横断面図をそれぞれ示す。FIG. 3 is a cross-sectional view of (a) a formation section (Y 1 -Y 1 ) of the resistance heating element 2 of the ceramic heater of the present invention, and (b) a cross-section view of a formation section (Y 2 -Y 2 ) of the connection wiring 5. FIG. 1C shows a cross-sectional view of a lead wire 3 forming portion (Y 3 -Y 3 ), and FIG. 2D shows a cross-sectional view of a connecting terminal portion 4 forming portion (Y 4 -Y 4 ).
１ 絶縁基体 ２ 抵抗発熱体 ３ リード配線 ４ 接続用端子部 ５ 接続用配線 ６ スルーホール導体 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Insulating base 2 Resistance heating element 3 Lead wiring 4 Connection terminal part 5 Connection wiring 6 Through-hole conductor
Claims (6)
内部に、抵抗発熱体およびリード配線を埋設してなると
ともに、前記絶縁基体の外周部に前記リード配線と電気
的に接続された接続用端子部を形成してなるセラミック
ヒータにおいて、前記抵抗発熱体と前記リード配線とを
接続用配線を介して電気的に接続するとともに、前記抵
抗発熱体、前記リード配線および前記接続用配線をいず
れも同一組成の導体材料によって形成し、且つ前記抵抗
発熱体の厚さをｔ1 、前記接続用配線の厚さをｔ2 、前
記リード配線の厚さをｔ3 としたとき、 ｔ1 ＜ｔ2 ＜ｔ3 ｔ2 ≦１０ｔ1 ｔ3 ≦１０ｔ2 ｔ3 ≦１５ｔ1 の関係を満足することを特徴とするセラミックヒータ。1. A connecting terminal portion wherein a resistance heating element and a lead wiring are buried inside a rod-shaped insulating base made of insulating ceramics, and a connection terminal portion electrically connected to the lead wiring on an outer peripheral portion of the insulating base. Wherein the resistance heating element and the lead wiring are electrically connected via a connection wiring, and the resistance heating element, the lead wiring and the connection wiring are all of the same composition. When the thickness of the resistance heating element is t 1 , the thickness of the connection wiring is t 2 , and the thickness of the lead wiring is t 3 , t 1 <t 2 <t A ceramic heater characterized by satisfying a relationship of 3 t 2 ≦ 10t 1 t 3 ≦ 10 t 2 t 3 ≦ 15t 1 .
記リード配線を各横断面においてそれぞれ前記絶縁基体
の中心から同一半径領域に形成してなることを特徴とす
る請求項１記載のセラミックヒータ。2. The ceramic heater according to claim 1, wherein said resistance heating element, said connection wiring and said lead wiring are formed in the same radius area from the center of said insulating base in each cross section. .
ラミックスからなることを特徴とする請求項１記載のセ
ラミックヒータ。3. The ceramic heater according to claim 1, wherein said insulating ceramic is made of silicon nitride ceramic.
れらの炭化物、窒化物の群から選ばれる少なくとも１種
とする導体材料からなることを特徴とする請求項１また
は請求項３記載のセラミックヒータ。4. The resistance heating element according to claim 1, wherein the resistance heating element is made of at least one conductive material selected from the group consisting of W, Ta, Mo and their carbides and nitrides. Ceramic heater.
記絶縁基体に形成されたスルーホール導体によって電気
的に接続されてなることを特徴とする請求項１記載のセ
ラミックヒータ。5. The ceramic heater according to claim 1, wherein said connection terminal portion and said lead wiring are electrically connected by a through-hole conductor formed in said insulating base.
部側に向けてホール径が大きくなるテーパ形状を有して
いることを特徴とする請求項５記載のセラミックヒー
タ。6. The ceramic heater according to claim 5, wherein said through-hole conductor has a tapered shape in which a hole diameter increases toward said connection terminal portion.
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| JP11150154A JP2000340349A (en) | 1999-05-28 | 1999-05-28 | Ceramic heater |
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