專利名稱：陶瓷加熱器及具備該陶瓷加熱器的氧傳感器及燙發(fā)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于氧傳感器、空燃比傳感器、火花塞、燙發(fā)器等的陶器加熱器。
背景技術(shù)：
以往，陶瓷加熱器被使用在用于使發(fā)動起起動的熱源或室內(nèi)供暖設(shè)備的輔助熱源 等熱 源、空燃比傳感器加熱用加熱器等。作為用于上述用途的陶瓷加熱器，例如專利文獻(xiàn)1 所示，公知有如下結(jié)構(gòu)的陶瓷加熱器在陶瓷基體中埋設(shè)有發(fā)熱電阻，在與該發(fā)熱電阻的端 部電連接的外部電極上(電極焊盤)經(jīng)由焊料連接有引線構(gòu)件。專利文獻(xiàn)1 日本特開2005-332502號公報。在代表上述用途的陶瓷加熱器的使用時，在陶瓷加熱器上施加由于反復(fù)產(chǎn)生熱過 程或振動等引起的拉伸或扭轉(zhuǎn)的應(yīng)力。在陶瓷加熱器上反復(fù)施加強(qiáng)的應(yīng)力時，尤其在經(jīng)由 焊料接合的外部電極與引線構(gòu)件的接合面上強(qiáng)烈地表現(xiàn)出由上述應(yīng)力產(chǎn)生的影響，從而焊 料與引線構(gòu)件的接合可靠性可能降低。但是，近幾年，要求陶瓷加熱器即使在反復(fù)進(jìn)行更快 速的或更高溫的升降溫的苛刻的使用環(huán)境下也具備足夠的耐久性。以往，陶瓷加熱器中的引線構(gòu)件如專利文獻(xiàn)1中記載所示，與軸向平行的截面的 厚度一定。在使用這樣的引線構(gòu)件時，為了提高與焊料的接合強(qiáng)度，必須通過增大引線構(gòu)件 來使接合面積變大。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是鑒于上述課題而提出的，其目的在于提供一種通過提高引線構(gòu)件與焊料 的接合性而具有高的耐久性的陶瓷加熱器。本發(fā)明的第一陶瓷加熱器具備陶瓷基體；埋設(shè)于該陶瓷基體中的發(fā)熱電阻配 設(shè)于所述陶瓷基體的側(cè)面，且與所述發(fā)熱電阻電連接的外部電極；釬焊于該外部電極的引 線構(gòu)件，所述陶瓷加熱器的特征在于，在與所述引線構(gòu)件的長度方向平行且包含該引線構(gòu) 件的中心軸的截面中，與從所述引線構(gòu)件的外周中的釬焊部分的一點(diǎn)到所述引線構(gòu)件的中 心軸的距離相比，從所述釬焊部分的另一點(diǎn)到所述中心軸的距離大。另外，優(yōu)選所述引線構(gòu)件在所述陶瓷基體的一方的端部側(cè)引出，所述釬焊部分的 一點(diǎn)比所述另一點(diǎn)更靠所述一方的端部側(cè)。還優(yōu)選在所述釬焊部分具有凹部。進(jìn)而優(yōu)選在 所述凹部中填充有焊料。還優(yōu)選所述凹部向所述陶瓷基體側(cè)開口。還優(yōu)選所述弓I線構(gòu)件具有多個所述凹部。進(jìn)而優(yōu)選所述弓I線構(gòu)件在一個與所述長 度方向平行且包含中心軸的截面中具有多個所述凹部。還優(yōu)選所述引線構(gòu)件的端部被所述 焊料覆蓋。本發(fā)明的第二陶瓷加熱器具備陶瓷基體；埋設(shè)于該陶瓷基體中的發(fā)熱電阻；配 設(shè)于所述陶瓷基體的側(cè)面，且與所述發(fā)熱電阻電連接的外部電極；釬焊于該外部電極的引 線構(gòu)件，所述陶瓷加熱器的特征在于，在與所述引線構(gòu)件的長度方向平行且包含該引線構(gòu) 件的中心軸的截面中，所述引線構(gòu)件在與焊料相接的部分具有凹部。
另外，本發(fā)明的第三陶瓷加熱器具備陶瓷基體；埋設(shè)于該陶瓷基體中的發(fā)熱電 阻；配設(shè)于所述陶瓷基體的外側(cè)面，且與所述發(fā)熱電阻電連接的外部電極；釬焊于該外部 電極的引線構(gòu)件，所述陶瓷加熱器的特征在于，在與所述引線構(gòu)件的長度方向平行且包含 該引線構(gòu)件的中心軸的截面中，所述引線構(gòu)件在與焊料相接的部分具有凸部。另外，本發(fā)明的氧傳感器及燙發(fā)器的特征在于，具備上述任一項(xiàng)所述的陶瓷加熱
器o發(fā)明效果根據(jù)本發(fā)明的第一陶瓷加熱器，在與引線構(gòu)件的長度方向平行且包含該引線構(gòu)件 的中心軸的截面中，與從引線構(gòu)件的外周中的釬焊部分的一點(diǎn)到引線構(gòu)件的中心軸的距離 相比，從釬焊部分的另一點(diǎn)到中心軸的距離大。如此，由于截面中的引線構(gòu)件的厚度不一 定，因此能夠增大引線構(gòu)件與焊料的接觸面積。其結(jié)果是，能夠提高引線構(gòu)件與焊料的接合 強(qiáng)度，具體地說，能夠提高抗拉強(qiáng)度及抗扭強(qiáng)度。由此，即使在反復(fù)進(jìn)行快速升降溫的環(huán)境 下或反復(fù)進(jìn)行在高溫中的升降溫的環(huán)境下也能夠具備高的耐久性。根據(jù)本發(fā)明的第二陶瓷加熱器，在與引線構(gòu)件的長度方向平行且包含該引線構(gòu)件 的中心軸的截面中，引線構(gòu)件在與焊料相接的部分具有凹部。通過引線構(gòu)件具有凹部，即使 對于向引線構(gòu)件的中心軸方向的一側(cè)及/或另一側(cè)的引線構(gòu)件的拉伸應(yīng)力，也由于焊料中 的與引線構(gòu)件的凹部相接的部分卡掛在引線構(gòu)件上，因此能夠阻礙引線構(gòu)件向中心軸方向 的一側(cè)及/或另一側(cè)移動。由此，能夠進(jìn)一步提高引線構(gòu)件與焊料的接合可靠性。根據(jù)本發(fā)明的第三陶瓷加熱器，在與引線構(gòu)件的長度方向平行且包含該引線構(gòu)件 的中心軸的截面中，引線構(gòu)件在與焊料相接的部分具有凸部。通過引線構(gòu)件具有凸部，即使 對于向引線構(gòu)件的中心軸方向的一側(cè)及/或另一側(cè)的引線構(gòu)件的拉伸應(yīng)力，也由于凸部卡 掛在焊料上，因此能夠阻礙引線構(gòu)件向引線構(gòu)件的中心軸方向的一側(cè)及/或另一側(cè)移動。 由此，能夠進(jìn)一步提高引線構(gòu)件與焊料接合的可靠性。本發(fā)明的氧傳感器通過具備上述任一項(xiàng)所述的陶瓷加熱器，即使在更高的溫度下 使用時，也能夠穩(wěn)定地向發(fā)熱電阻通電。其原因在于，由于能夠提高引線構(gòu)件與焊料的接合 強(qiáng)度，因此對于在高溫下使用時因熱膨脹引起的更大的應(yīng)力，也能夠維持高的耐久性。另外，本發(fā)明的燙發(fā)器通過具備上述任一項(xiàng)所述的陶瓷加熱器，由于能夠提高引 線構(gòu)件與焊料的接合強(qiáng)度，因此能夠穩(wěn)定地向發(fā)熱電阻通電。因此即使在快速升降溫時也 能夠維持高的耐久性。


圖1(a)是示出本發(fā)明的陶瓷加熱器的實(shí)施方式的一例的立體圖。(b)是圖1(a) 所示的實(shí)施方式的引線構(gòu)件周邊的放大立體圖。圖2(a)是與圖1所示的實(shí)施方式的陶瓷加熱器的引線構(gòu)件的長度方向平行的截 面的放大剖面圖。(b)是示出圖1(a)所示的實(shí)施方式的引線構(gòu)件的端部周邊的放大剖面 圖。圖3(a) (c)是分別示出本發(fā)明的陶瓷加熱器的實(shí)施方式的另一例子的剖面圖。圖4(a) (b)是分別示出本發(fā)明的陶瓷加熱器的實(shí)施方式的另一例子的剖面圖。圖5(a) (b)是分別示出本發(fā)明的陶瓷加熱器的實(shí)施方式的另一例子的剖面圖。
符號說明1陶瓷加熱器2陶瓷基體3a 通孔5發(fā)熱電阻7電極焊盤(外部電極)9 焊料11引線構(gòu)件13引出圖案15通孔導(dǎo)體17 凹部19填充材料21 凸部23陶瓷芯材25金屬鍍敷部A中心軸X釬焊部分的一點(diǎn)Y釬焊部分的另一點(diǎn)L1從一點(diǎn)X向中心軸A引垂線時的垂線的長度L2從另一點(diǎn)Y向中心軸A引垂線時的垂線的長度
具體實(shí)施例方式以下，使用

本發(fā)明的陶瓷加熱器的實(shí)施方式。圖1(a)是示出本發(fā)明的陶瓷加熱器的實(shí)施方式的一例的立體圖，圖1(b)是圖 1(a)所示的實(shí)施方式的陶瓷加熱器的外部電極(電極焊盤)周邊的放大立體圖。另外，圖 2(a)是與圖1所示的陶瓷加熱器的實(shí)施方式的引線構(gòu)件的長度方向平行的截面的放大剖 面圖，圖2(b)是將圖2(a)所示的實(shí)施方式的引線構(gòu)件放大的放大剖面圖。如圖1、2所示，本例的陶瓷加熱器1具備陶瓷基體3 ；埋設(shè)于陶瓷基體3中的發(fā) 熱電阻5 ；配設(shè)在陶瓷基體3的外側(cè)面且與發(fā)熱電阻5電連接的電極焊盤7 ；經(jīng)由焊料9與 電極焊盤7連接的引線構(gòu)件11。此外，發(fā)熱電阻5與在陶瓷基體3中埋設(shè)的引線圖案13連接。另外，引線圖案13 經(jīng)由通孔導(dǎo)體15與電極焊盤7連接，其中，該通孔導(dǎo)體15配設(shè)在形成于陶瓷基體3的通孔 3a的內(nèi)側(cè)面。這樣，發(fā)熱電阻5與電極焊盤7電連接。如圖2所示，本例的陶瓷加熱器1在與引線構(gòu)件11的長度方向平行且包含引線構(gòu) 件11的中心軸A的截面中，與從引線構(gòu)件11的外周中的釬焊部分的一點(diǎn)X到引線構(gòu)件11 的中心軸A的距離L1相比，從釬焊部分的另一點(diǎn)Y到中心軸A的距離L2大。如此，本例的 陶瓷加熱器1的引線構(gòu)件11在包含與其長度方向平行的中心軸A的截面中具有彼此厚度 不同的部位。因此，與現(xiàn)有的引線構(gòu)件比較，能夠在不大型化的情況下使表面積(與長度方 向平行且包含引線構(gòu)件的中心軸的截面的外周)變大。由此，由于能夠增大引線構(gòu)件11與焊料9的接觸面積，因此能夠提高引線構(gòu)件11與焊料9的接合強(qiáng)度。在此，所謂引線構(gòu)件11的中心軸A是從引線構(gòu)件11的端面?zhèn)扔^察引線構(gòu)件11時， 與通過由引線構(gòu)件11的輪廓形成的圖形中心的引線構(gòu)件11的長度方向平行的軸，在由輪 廓形成的圖形為圓時，是通過其中心的軸。此外，在由輪廓形成的圖形為正方形、長方形、平 行四邊形時，為通過上述圖形的對角線交點(diǎn)的軸，另外，梯形時為在距離上底及下底等距離 的線上的通過上底及下底以外的兩邊間的中間的軸，橢圓時為通過焦點(diǎn)間的中間的軸。另外，所謂從釬焊部分的一點(diǎn)X到引線構(gòu)件11的中心軸A的距離Li，是指在觀察 與長度方向平行且包含引線構(gòu)件11的中心軸A的截面時，從一點(diǎn)X向中心軸A引垂線時的 垂線的長度。同樣，所謂釬焊部分的另一點(diǎn)Y到引線構(gòu)件11的中心軸A的距離L2是指從 另一點(diǎn)Y向中心軸A引垂線時的垂線的長度。如現(xiàn)有的引線構(gòu)件所示，當(dāng)在與長度方向平行且包含中心軸A的截面中引 線構(gòu)件 的厚度一定時，引線構(gòu)件容易向中心軸方向移動，但是與此相對，本實(shí)施方式的引線構(gòu)件11 中，由于與從釬焊部分的一點(diǎn)X到引線構(gòu)件11的中心軸A的距離Ll相比，從釬焊部分的另 一點(diǎn)Y到中心軸A的距離L2大，因此在引線構(gòu)件11的表面的一點(diǎn)X與另一點(diǎn)Y之間形成 有階梯部分。并且，即使對引線構(gòu)件11賦予的拉伸應(yīng)力，由于該階梯部分機(jī)械性地卡掛在 焊料9上，因此能夠阻礙引線構(gòu)件11向中心軸A方向移動。如此，由于能夠機(jī)械性地提高 引線構(gòu)件11與焊料9的接合強(qiáng)度，因此能夠提高引線構(gòu)件11與焊料9接合的可靠性。圖3(a) (c)是分別示出本發(fā)明的陶瓷加熱器1的實(shí)施方式的另一例子的放大 剖面圖。作為與引線構(gòu)件11的長度方向平行且包含中心軸A的截面的優(yōu)選的形狀，如圖 3(a)所示，列舉有在與引線構(gòu)件11的長度方向平行且包含中心軸A的截面中，引線構(gòu)件11 的端部的厚度薄的形狀。如此，在為引線構(gòu)件11的端部的厚度薄的形狀時，由于引線構(gòu)件 11為簡單的形狀，因此能夠容易加工，并且能夠增大表面積。另外，由于形成有階梯部分，因 此即使焊料9與引線構(gòu)件11之間由于裂紋而產(chǎn)生剝離，由于該階梯部分能夠有效地阻止裂 紋的前進(jìn)，因此能夠抑制剝離的進(jìn)行。另外，同樣，如圖3(b)所示，列舉有在與引線構(gòu)件11的長度方向平行且包含中心 軸A的截面中，引線構(gòu)件11的端部厚度厚的形狀。如此，在為引線構(gòu)件11的端部厚度厚的 形狀時，不僅能夠增大表面積，而且能夠提高機(jī)械強(qiáng)度。其理由在于，即使引線構(gòu)件11被向 從焊料9拉出的一側(cè)(圖3(b)中，右側(cè))拉伸，由于端部的厚度厚，因此焊料9也能夠卡掛 在該端部上。另外，如圖3(c)所示，優(yōu)選在與長度方向平行且包含中心軸A的截面中，在引線構(gòu) 件11與焊料9的接合部分具有凸部21。與圖3(a)、(b)所示的例子比較，能夠進(jìn)一步增大 表面積。另外，通過具有凸部21，即使針對向中心軸A方向的一側(cè)及/或另一側(cè)的引線構(gòu) 件11的拉伸應(yīng)力，由于凸部21卡掛在焊料9上，因此也能夠阻礙引線構(gòu)件11向與中心軸 A平行的方向移動。由此，能夠進(jìn)一步提高引線構(gòu)件11與焊料9的接合可靠性。另外，在引線構(gòu)件11的除了凸部21的部分到中心軸A的距離的平均為R1、從凸部 21的頂部到中心軸A的距離為R2時，優(yōu)選R2/R1為1. 1以上。通過具有這樣高度的凸部 21，能夠更加可靠地得到由凸部21實(shí)現(xiàn)的卡掛的效果。引線構(gòu)件11的除了凸部21的部分 到中心軸A的距離的平均例如可以從與引線構(gòu)件11的長度方向平行且包含中心軸A的截 面的表面中的除了凸部21的部分隨機(jī)地選擇10點(diǎn)而取其平均值。
圖4(a)、(b)是分別示出本發(fā)明的陶瓷加熱器的實(shí)施方式的另一例子的剖面圖。 如圖4所示，優(yōu)選引線構(gòu)件11在與長度方向平行且包含中心軸A的截面中，在與焊料9接 合的部分具有凹部17。如此，通過引線構(gòu)件11具有凹部17，能夠進(jìn)一步增加焊料9與引線 構(gòu)件11的接合面積。另外，通過引線構(gòu)件11具有凹部17，能夠抑制引線構(gòu)件11從焊料9的完全的剝 離。其原因在于，即使在引線構(gòu)件11與焊料9的接合面上產(chǎn)生應(yīng)力，在該接合面的一部分 上由于裂紋而產(chǎn)生剝離，也由于引線構(gòu)件11表面中的凹部17的表面的曲率半徑小，因此該 凹部17能夠有效地阻止裂紋的前進(jìn)，從而能夠抑制剝離的進(jìn)行。因此，能夠抑制引線構(gòu)件 11從焊料9的完全剝離，從而能夠穩(wěn)定地向發(fā)熱電阻5通電。并且，此時，優(yōu)選在凹部17內(nèi)配設(shè)有引線構(gòu)件11及焊料9這兩方和具有高的接合 性的填充材料19。通過配設(shè)這樣的填充材料19，能夠進(jìn)一步提高引線構(gòu)件11與焊料9的 接合性。作為這樣的填充材料19，例如可以使用硼硅酸玻璃、鉛玻璃、金、銀、鉬、銅、氧化釕、 鋁、鎳、鎢、科瓦鐵鎳鈷合金、鎳鉻鐵耐熱耐蝕合金、鉭等。另外，作為填充材料19，優(yōu)選導(dǎo)電性高的材料。由于焊料9和引線構(gòu)件11在凹部 17中接合性高，且在該凹部17中配設(shè)導(dǎo)電性高的填充材料19，由此能夠在焊料9與引線構(gòu) 件11之間穩(wěn)定地通電。作為這樣的填充材料19，例如為上述中的金、銀、鉬、銅、氧化釕、鋁、 鎳、鎢、鉭。另外，作為填充材料19，優(yōu)選熱膨脹率為焊料9和引線構(gòu)件11的熱膨脹率之間的 值的填充材料。由于焊料9和引線構(gòu)件11的熱膨脹率通常不同，因此，在陶瓷加熱器1升 溫時，在兩者的界面產(chǎn)生因熱膨脹引起的應(yīng)力。然而，通過使用這樣的填充材料19，能夠緩 和凹部17中的因熱膨脹引起的應(yīng)力。由此，能夠進(jìn)一步提高凹部17中的焊料9與引線構(gòu) 件11的接合性。作為這樣的填充材料19，例如為上述中的科瓦鐵鎳鈷合金、鎳鉻鐵耐熱耐 蝕合金。另外，如圖4(b)所示，更加優(yōu)選在凹部17中填充焊料9。由于能夠進(jìn)一步增大引 線構(gòu)件11與焊料9的接合面積。另外，通過在引線構(gòu)件11的凹部17中填充焊料9，焊料9 作為楔而起作用，從而能夠得到更高的錨效果。另外，在引線構(gòu)件11的除了凹部17的部分到中心軸A的距離的平均為R1、從凹部 17的底部到中心軸A的距離為R2時，優(yōu)選R2/R1為0. 9以下。如此，通過具有大的凹陷的 凹部17，能夠更加可靠地得到由凹部17產(chǎn)生的卡掛效果。引線構(gòu)件11的除了凸部21的部 分到中心軸A的距離的平均例如可以從與引線構(gòu)件11的長度方向平行且包含中心軸A的 截面的表面中的除了凹部17的部分隨機(jī)地選擇10點(diǎn)而取其平均值。另外，如圖4所示，優(yōu)選凹部17的表面為曲面形狀。原因在于通過凹部17的表面 形狀為曲面且沒有形成銳角的部分，能夠抑制應(yīng)力的集中。尤其更加優(yōu)選凹部17為半球 狀。另外，如圖4(b)所示，優(yōu)選引線構(gòu)件11具有向陶瓷基體3側(cè)開口的凹部17。由于 焊料9容易進(jìn)入凹部17，因此能夠更加可靠地向凹部17中填充焊料9。由此，不使用多于 必要以上的焊料9，就能夠?qū)⒁€構(gòu)件11穩(wěn)定填充于焊料9。其結(jié)果是，能夠更加廉價地提 供耐久性優(yōu)良的陶瓷加熱器。另外，還優(yōu)選引線構(gòu)件11在與長度方向平行且包含中心軸A的截面中，在釬焊部分具有凹部17，且該凹部17在與引線構(gòu)件11的長度方向垂直的引線構(gòu)件11的截面中為凹形狀。雖然在引線構(gòu)件11上產(chǎn)生以中心軸A為軸而要使引線構(gòu)件11旋轉(zhuǎn)的應(yīng)力，但通過 具有上述形狀的凹部17，能夠提高相對于在該旋轉(zhuǎn)方向上產(chǎn)生的應(yīng)力的耐久性。尤其在這樣的凹部17中填充有焊料9時，能夠?qū)⒑噶?作為相對于與引線構(gòu)件11 的長度方向平行的方向的應(yīng)力的楔而起作用，并且，也能夠作為相對于在引線構(gòu)件11的旋 轉(zhuǎn)方向上產(chǎn)生的應(yīng)力的楔而起作用。由此，能夠很大地提高引線構(gòu)件11與焊料9接合的可 靠性。圖5(a)、(b)是分別示出本發(fā)明的陶瓷加熱器1的實(shí)施方式的另一例子的放大剖 面圖。如圖5(a)、(b)所示，優(yōu)選引線構(gòu)件11具有多個凹部17。原因在于通過引線構(gòu)件11 具有多個凹部17，能夠進(jìn)一步增大引線構(gòu)件11與焊料9的接合面積。另外，通過具有多個 凹部17，由于形成有多個作為楔的焊料9的凸部，因此能夠得到更加高的錨效果。另外，由 于能夠?qū)⒃谝€構(gòu)件11和焊料9的接合面上產(chǎn)生的應(yīng)力分散到各個凹部17，因此能夠進(jìn)一 步提高耐久性。并且，如圖5(a)、(b)所示，優(yōu)選引線構(gòu)件11在一個與長度方向平行且包含中心軸 A的截面中具有多個凹部17。原因在于在與引線構(gòu)件11的長度方向平行的方向上產(chǎn)生大 的應(yīng)力時，能夠使各個凹部17 —起發(fā)揮作用。另外，如圖5(a)、(b)所示，優(yōu)選引線構(gòu)件11的端面與焊料9相接。在引線構(gòu)件11 的端面與焊料9相接時，由于焊料9中與引線構(gòu)件11的端面相接的部分成為障礙，因此能 夠抑制引線構(gòu)件11向陶瓷基體3的另一方的端部側(cè)移動。由此，由于機(jī)械性固定引線構(gòu)件 11的力變大，因此能夠進(jìn)一步提高引線構(gòu)件11與焊料9的接合可靠性。并且，如圖2(a)、圖5(b)所示，優(yōu)選通過焊料9覆蓋引線構(gòu)件11的端部。其原因 在于，通過這樣由焊料9覆蓋引線構(gòu)件11，能夠抑制引線構(gòu)件11向陶瓷基體3側(cè)的相反側(cè) 方向從焊料9剝離。接下來，對本發(fā)明的陶瓷加熱器1的制造方法進(jìn)行說明。作為陶瓷基體3可以使用具備絕緣性的陶瓷。具體地說，可以使用氧化物陶瓷、氮 化物陶瓷、碳化物陶瓷。更具體地說，可以使用氧化鋁質(zhì)陶瓷、氮化硅質(zhì)陶瓷、氮化鋁質(zhì)陶瓷 或碳化硅質(zhì)陶瓷。尤其從耐酸性觀點(diǎn)出發(fā)，優(yōu)選使用氧化鋁質(zhì)陶瓷。將在上述陶瓷成分中以合計(jì)量4 12質(zhì)量％含有Si02、CaO, MgO、ZrO2等助燒結(jié) 劑的陶瓷料漿成形為板狀來制作陶瓷板。陶瓷料漿中，例如Al2O3為88 95質(zhì)量％，SiO2 為2 7質(zhì)量％，CaO為0. 5 3質(zhì)量％，MgO為0. 5 3質(zhì)量％，&02為1 3質(zhì)量％。此時，如上面所示，優(yōu)選Al2O3的含有量為88 95質(zhì)量％。其原因在于，通過為88 質(zhì)量％以上，能夠抑制玻璃的含有量，從而能夠抑制通電時移動的產(chǎn)生。另外，通過為95質(zhì) 量％以下，能夠使足夠量的玻璃成分在發(fā)熱電阻5中擴(kuò)散。另外，作為陶瓷基體3，例如，可以例示外徑為2 20mm左右，長度為40 60mm左 右的圓柱狀的陶瓷基體。尤其作為機(jī)動車的空燃比傳感器加熱用的陶瓷加熱器，從抑制引 線構(gòu)件11的接合部分的異常高溫的觀點(diǎn)出發(fā)，優(yōu)選外徑為2 4mm，長度為40 65mm。并且，使用印刷等方法在作為陶瓷基體3的陶瓷板的一方的主面形成作為發(fā)熱電 阻5的導(dǎo)電性膏劑和引出圖案13。作為發(fā)熱電阻5可以使用具備導(dǎo)電性的材料，具體地說， 優(yōu)選使用以W、Mo、Re等高熔點(diǎn)金屬為主要成分的材料。導(dǎo)電性膏劑例如可以通過在上述的高熔點(diǎn)金屬中混合陶瓷原料、粘結(jié)劑、有機(jī)溶劑等進(jìn)行混勻而制作。另外，此時，通過根據(jù) 陶瓷加熱器的用途，變更作為發(fā)熱電阻5的導(dǎo)電性膏劑的折返圖案的距離或?qū)щ妶D案的線 寬，能夠?qū)l(fā)熱位置或電阻值設(shè)定為所希望的值。接下來，在陶瓷板上形成通孔3a，將導(dǎo)電材料作為通孔導(dǎo)體15填充到通孔3a。作 為該導(dǎo)電材料，例如可以使用以W、Mo、Re中的一種為主要成分的材料。然后，使用印刷或轉(zhuǎn) 印等方法在陶瓷板的一方的主面上形成電極焊盤7。作為電極焊盤7，可以使用W或M等然后，將該陶瓷板卷繞在陶瓷芯材23的周圍并使用密接液使陶瓷板與陶瓷芯材 23密接，由此得到柱狀的成形體。然后，將該成形體在1500 1650°C左右的還原氛圍中燒 成。在此，為了抑制由酸化引起的惡化，如圖2所示，優(yōu)選在電極焊盤7的表面形成由 Ni、Cr等金屬形成的金屬鍍敷部25。該金屬鍍敷部25例如可以通過電解鍍法、非電解鍍 法、濺射、噴鍍或使含有亞微細(xì)的貴金屬粒子的材料涂敷干燥的方法形成。為了抑制電極焊 盤7的氧化，優(yōu)選金屬鍍敷部25為1 y m以上。另外，為了抑制金屬鍍敷部25內(nèi)的產(chǎn)生裂 紋，優(yōu)選金屬鍍敷部25為5 y m以下。接下來，在電極焊盤7或金屬鍍敷部25上經(jīng)由焊料9接合引線構(gòu)件11。此時，優(yōu) 選在含有水蒸氣的還原氛圍中接合引線構(gòu)件11。作為焊料9，例如可以使用以Au-Cu、Ag、 Ag-Cu為主要成分的焊料。另外，作為引線構(gòu)件11，可以使用Ni、Ni合金、鉬、銅等低電阻的
^^ o在此，本實(shí)施方式的陶瓷加熱器1使用如下這樣的引線構(gòu)件11 在與長度方向平 行且包含中心軸A的截面中，與從引線構(gòu)件11的外周中的釬焊部分的一點(diǎn)X到引線構(gòu)件11 的中心軸A的距離L1相比，從釬焊部分的另一點(diǎn)Y到中心軸A的距離L2大。通過使用這 樣的引線構(gòu)件11，能夠使引線構(gòu)件11與焊料9的接觸面積變大。因此，能夠提高相對于在 將引線構(gòu)件11拉伸或使引線構(gòu)件11旋轉(zhuǎn)方向上產(chǎn)生的應(yīng)力的強(qiáng)度。上述形狀的引線構(gòu)件11例如為多棱柱形狀或圓柱狀的引線構(gòu)件11，可以通過沖 壓加工或凹部加工形成釬焊部分。另外，優(yōu)選在電極焊盤7、焊料9及引線構(gòu)件11的表面還形成Au、Cr、Ni等的鍍敷 層。其原因在于能夠抑制由電極焊盤7、焊料9及引線構(gòu)件11的氧化引起的惡化。另外，該 鍍敷層優(yōu)選為1 10 ym。此外，本發(fā)明的陶瓷加熱器不局限于上述實(shí)施方式的例子，只要經(jīng)由焊料9使引 線構(gòu)件11與電極焊盤7接合即可。因此，能夠適用于圓柱狀、板狀等各種形狀的陶瓷加熱
o接下來，對本實(shí)施方式的氧傳感器進(jìn)行說明。本實(shí)施方式的氧傳感器具備固體電 解質(zhì)層；傳感器部，其具備配置在該固體電解質(zhì)層的一方的主面的測定電極和配設(shè)在固體 電解質(zhì)層的另一方的主面的基準(zhǔn)電極；以及與該傳感器部接合的代表上述實(shí)施方式的例子 的陶瓷加熱器1。并且，本實(shí)施方式的氧傳感器中的陶瓷加熱器1具有上述那樣高的耐久 性。因此，本實(shí)施方式的氧傳感器能夠穩(wěn)定地測定被測定氣體的濃度。其結(jié)果是，能夠提供 具有高的可靠性的氧傳感器。接下來，對本實(shí)施方式的燙發(fā)器進(jìn)行說明。本實(shí)施方式的燙發(fā)器在金屬制的燙發(fā)鉗前端固定代表上述實(shí)施方式的例子的陶瓷加熱器1，該陶瓷加熱器1通過引線構(gòu)件11與 溫度控制裝置等電路連接。由于本實(shí)施方式的燙發(fā)器具備代表上述實(shí)施方式的陶瓷加熱器 1，因此即使在使?fàn)C發(fā)器快速升溫或快速降溫的情況下也能夠維持高的耐久性。這樣制作的 燙發(fā)器能夠利用于釬焊作業(yè)用燙發(fā)鉗等。實(shí)施例 如下這樣制作本發(fā)明的陶瓷加熱器。首先，制作以Al2O3為主要成分，且調(diào)整成 SiO2, CaO, MgO, ZrO2為合計(jì)10質(zhì)量％以內(nèi)的陶瓷印刷電路基板。然后，在該陶瓷印刷電路 基板的表面形成通孔3a，并將以W為主要成分的導(dǎo)電性膏劑作為通孔導(dǎo)體15填充于通孔 3a。然后通過網(wǎng)板印刷法將以W-Re為主要成分的導(dǎo)電性膏劑作為發(fā)熱電阻5印刷到該陶 瓷印刷電路基板表面。此外，將導(dǎo)電性膏劑印刷成燒成后的發(fā)熱電阻5的長度為5mm且電 阻值為12 13 Ω。接下來，使用以W為主要成分的導(dǎo)電性膏劑，通過網(wǎng)板印刷法在通孔3a上形成電 極焊盤7。然后，在該板上涂敷使與上述的陶瓷印刷電路基板大致相同組成的陶瓷分散的 密接液。然后，使涂敷了該密接液的陶瓷印刷電路基板密接在陶瓷芯材23的周圍，并在 1500 1650°C的還原氣氛中燒成。接下來，利用電鍍在電極焊盤7上設(shè)置厚度為2 4 μ m的鍍鎳部25。并且，使用 Ag-Cu焊料作為焊料9將電極焊盤7與引線構(gòu)件11接合。在此，引線構(gòu)件11使用Φ0. SmmX 長度20mm的圓柱形狀的構(gòu)件。對各試料號碼的陶瓷加熱器1的引線構(gòu)件11預(yù)先實(shí)施沖壓 加工，加工成表1所示的形狀。此外，各陶瓷加熱器1的試料的尺寸為Φ3πιπιΧ長度55mm。 另夕卜，電極焊盤7為5mmX4mm，通孔直徑為500 μ m。進(jìn)行基于以上那樣制作的陶瓷加熱器1的冷熱循環(huán)的耐久試驗(yàn)。首先，將如下這樣的冷熱循環(huán)進(jìn)行4000個循環(huán)，該冷熱循環(huán)為將各試料在設(shè)定 為焊料9的熔點(diǎn)的1/2的溫度(Ag-Cu焊料時，約400°C )的恒溫槽中保持10分鐘，之后利 用25°C的空氣進(jìn)行強(qiáng)制空冷。然后，在施加該冷熱循環(huán)后，作為抗拉強(qiáng)度試驗(yàn)，測定引線構(gòu) 件11的抗拉強(qiáng)度。并且，作為抗扭強(qiáng)度試驗(yàn)，測定相對于引線構(gòu)件11的扭轉(zhuǎn)的強(qiáng)度?？估?強(qiáng)度通過固定加熱器，并利用測力傳感器以32mm/分的速度將引線構(gòu)件11向垂直方向拉 伸，測定切斷時的加重而進(jìn)行評價。另外，相對于扭轉(zhuǎn)的強(qiáng)度通過將引線構(gòu)件11固定于電 動機(jī)，以5N的加重拉伸引線構(gòu)件11，并以2轉(zhuǎn)/分使電動機(jī)旋轉(zhuǎn)直至引線構(gòu)件11破壞來進(jìn) 行評價。結(jié)果如表1所示。[表 1]
引線-焊料剝離如表1所示，試料號碼1的陶瓷加熱器1的抗拉強(qiáng)度弱，為12Ν，特別是，引線構(gòu)件 11與焊料9的接合部分的耐久性低。這是由于，在試料號碼1的陶瓷加熱器1中，由于在與 引線構(gòu)件11的長度方向平行且包含中心軸A的截面中引線構(gòu)件11的厚度一定，因此引線 構(gòu)件11與焊料9的接觸面積小而不能夠得到足夠的錨效果。因此，由于在熱循環(huán)中產(chǎn)生的 引線構(gòu)件11與焊料9的熱膨脹差，在焊料9與引線構(gòu)件11之間形成間隙，從此處使焊料9 氧化而使接合惡化。與此相對，確認(rèn)了在試料號碼2-6的陶瓷加熱器1中，抗拉強(qiáng)度為22Ν以上，任一 試料的耐久性都提高，其中該試料號碼2-6的陶瓷加熱器1中，通過使引線構(gòu)件11變形，與 在平行于長度方向且包含中心軸A的截面的從引線構(gòu)件11的外周中的釬焊部分的一點(diǎn)X 到引線構(gòu)件11的中心軸A的距離相比，從釬焊部分的另一點(diǎn)Y到中心軸A的距離大。若詳細(xì)確認(rèn)各試料的試驗(yàn)結(jié)果，則確認(rèn)了截面形狀為端部凸形狀，且向陶瓷基體3 側(cè)開口的試料號碼2的陶瓷加熱器1的抗拉強(qiáng)度為22Ν，引線接合部的耐久性提高。并且， 相對于扭轉(zhuǎn)的強(qiáng)度也達(dá)到兩圈，耐久性提高。確認(rèn)了向陶瓷基體3側(cè)開口，在引線構(gòu)件11的側(cè)面設(shè)置有凹部17，并且在凹部17 中未填充有焊料9的試料號碼3的陶瓷加熱器1的抗拉強(qiáng)度為38Ν，引線接合部的耐久性進(jìn) 一步提高。并且，相對于扭轉(zhuǎn)的強(qiáng)度也達(dá)到三圈，耐久性提高。此外，試料號碼3的陶瓷加 熱器1通過在凹部17內(nèi)裝入玻璃珠作為填充材料19，形成在凹部17內(nèi)完全不填充焊料9 的形狀。確認(rèn)了向陶瓷基體3側(cè)開口，在引線構(gòu)件11的側(cè)面設(shè)置凹部17，在凹部17內(nèi)填充 焊料9的試料號碼4的陶瓷加熱器1通過在凹部17內(nèi)填充焊料9，使得引線構(gòu)件11與焊料 9的接合性提高，從而抗拉強(qiáng)度成為44Ν，引線接合部的耐久性進(jìn)一步提高。并且，確認(rèn)了相 對于扭轉(zhuǎn)的強(qiáng)度也達(dá)到四圈，耐久性提高。
另外，如圖5(a)所示，試料號碼5的陶瓷加熱器1具備引線構(gòu)件11，該引線構(gòu)件11 具有多個凹部17。由此，確認(rèn)了抗拉強(qiáng)度為83N，引線接合部的耐久性進(jìn)一步提高。并且， 確認(rèn)了相對于扭轉(zhuǎn)的強(qiáng)度為五圈，耐久性提高。另外，如圖5(b)所示，試料號碼6的陶瓷加熱器1具備引線構(gòu)件11，引線構(gòu)件11 具有多個凹部17。并且，在試料號碼6的陶瓷加熱器中，引線構(gòu)件11的端部由焊料9覆蓋。 因此，抗拉強(qiáng)度為108N，引線接合部的耐久性進(jìn)一步提高。并且，相對于扭轉(zhuǎn)的強(qiáng)度為八圈， 耐久性提高。
權(quán)利要求
一種陶瓷加熱器，其具備陶瓷基體；埋設(shè)于該陶瓷基體中的發(fā)熱電阻；配設(shè)于所述陶瓷基體的側(cè)面，且與所述發(fā)熱電阻電連接的外部電極；釬焊于該外部電極的引線構(gòu)件，所述陶瓷加熱器的特征在于，在與所述引線構(gòu)件的長度方向平行且包含該引線構(gòu)件的中心軸的截面中，與從所述引線構(gòu)件的外周中的釬焊部分的一點(diǎn)到所述引線構(gòu)件的中心軸的距離相比，從所述釬焊部分的另一點(diǎn)到所述中心軸的距離大。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的陶瓷加熱器，其特征在于，所述引線構(gòu)件在所述陶瓷基體的一方的端部側(cè)引出，所述釬焊部分的一點(diǎn)比所述另一 點(diǎn)更靠所述一方的端部側(cè)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的陶瓷加熱器，其特征在于，所述引線構(gòu)件在與所述長度方向平行且包含中心軸的截面中，在所述釬焊部分具有凹部。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的陶瓷加熱器，其特征在于， 在所述凹部中填充有焊料。
5.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的陶瓷加熱器，其特征在于， 所述凹部向所述陶瓷基體側(cè)開口。
6.根據(jù)權(quán)利要求3 5中任一項(xiàng)所述的陶瓷加熱器，其特征在于， 所述引線構(gòu)件具有多個所述凹部。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的陶瓷加熱器，其特征在于，所述引線構(gòu)件在一個與所述長度方向平行且包含中心軸的截面中具有多個所述凹部。
8.根據(jù)權(quán)利要求1 7中任一項(xiàng)所述的陶瓷加熱器，其特征在于， 所述引線構(gòu)件的端部被所述焊料覆蓋。
9.一種陶瓷加熱器，其具備陶瓷基體；埋設(shè)于該陶瓷基體中的發(fā)熱電阻；配設(shè)于所述 陶瓷基體的側(cè)面，且與所述發(fā)熱電阻電連接的外部電極；釬焊于該外部電極的引線構(gòu)件，所 述陶瓷加熱器的特征在于，在與所述引線構(gòu)件的長度方向平行且包含該引線構(gòu)件的中心軸的截面中，所述引線構(gòu) 件在與焊料相接的部分具有凹部。
10.一種陶瓷加熱器，其具備陶瓷基體；埋設(shè)于該陶瓷基體中的發(fā)熱電阻；配設(shè)于所 述陶瓷基體的外側(cè)面，且與所述發(fā)熱電阻電連接的外部電極；釬焊于該外部電極的引線構(gòu) 件，所述陶瓷加熱器的特征在于，在與所述引線構(gòu)件的長度方向平行且包含該引線構(gòu)件的中心軸的截面中，所述引線構(gòu) 件在與焊料相接的部分具有凸部。
11.一種氧傳感器，其特征在于，具備權(quán)利要求1 10中任一項(xiàng)所述的陶瓷加熱器。
12.一種燙發(fā)器，其特征在于，具備權(quán)利要求1 10中任一項(xiàng)所述的陶瓷加熱器。
全文摘要
本發(fā)明提供一種陶瓷加熱器，由于以往的引線構(gòu)件在與長度方向平行的截面中的引線構(gòu)件的厚度一定，因此很難使引線構(gòu)件與焊料的接合面積變大。因此，為了增大有助于引線構(gòu)件與焊料的接合性的上述的接觸面積，必須使引線構(gòu)件自身增大。在與引線構(gòu)件(11)的長度方向平行且包含引線構(gòu)件(11)的中心軸(A)的截面中，與從引線構(gòu)件(11)的外周中的釬焊部分的一點(diǎn)(X)到引線構(gòu)件(11)的中心軸(A)的距離相比，從釬焊部分的另一點(diǎn)(Y)到中心軸(A)的距離大，由此能夠增大引線構(gòu)件(11)與焊料的接觸面積。
文檔編號H05B3/48GK101874426SQ20088011760
公開日2010年10月27日 申請日期2008年11月25日 優(yōu)先權(quán)日2007年11月26日
發(fā)明者竹之內(nèi)浩 申請人:京瓷株式會社