JPH07282960A

JPH07282960A - セラミックヒータ

Info

Publication number: JPH07282960A
Application number: JP6621994A
Authority: JP
Inventors: Ikuya Ando; 郁也安藤
Original assignee: NipponDenso Co Ltd
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 1994-04-04
Filing date: 1994-04-04
Publication date: 1995-10-27
Anticipated expiration: 2017-03-25
Also published as: JP3269253B2

Abstract

(57)【要約】【目的】電電極線４，５の発熱体２側の端面４ａ，５ａ
近傍のセラミックからなる基体３に生じるクラックを防
止する。【構成】基体３又は発熱体２を構成するセラミック体に
埋設される電極線４、５の先端部を先細形状、例えば面
取り、半球面状、円錐面状に形成することにより、電極
線４，５の先端面４ａ，５ａ周縁近傍のクラック発生が
防止できる。特に、上記クラック抑制効果は電極線４、
５の先端部が導電性セラミック焼結体からなる発熱体２
の端部に埋設される場合に顕著である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はセラミックヒータに関す
るものであり、例えばセラミックグロープラグに用いら
れる。

【０００２】

【従来の技術】本出願人の出願になる特開平１ー３１７
１７０号公報は、電気絶縁性のセラミック部材からなる
棒状の基体と、この基体に埋設された導電性セラミック
材料を含む発熱体と、基体に埋設されて発熱体の両端に
個別に接続される高融点金属部材からなる一対の電極線
とを備え、これら電極線の先端部が発熱体の両端面から
発熱体の内部に埋設されるセラミックヒータを開示して
いる。上記公報では、発熱体としては、Ｍｏ、Ｓｉ、Ｃ
を成分とする導電性セラミック粉末を絶縁性セラミック
粉末に分散して形成した導電性セラミック焼結体が開示
され、電極線としては例えばタングステンが一例として
挙げられている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来のセラミックヒータを用いたグロープラグをディーゼ
ルエンジンに装着して耐久試験を行った結果、長時間の
使用後、基体にクラックが発生する場合があった。そこ
で、クラック発生部分を分解調査すると、発熱体の端面
からその内部に埋設された電極線の端面周縁からクラッ
クが発生しており、そしてこのクラックが、発熱体（導
電性セラミック焼結体）を通じて絶縁性セラミック焼結
体の表面まで進展していることが確認された。

【０００４】このクラック発生の原因について考察する
と、電極線の端面が約９０度のエッジとなっているの
で、電極線の端面が埋設される発熱体すなわち上記導電
性セラミック焼結体はエッジ状の切り欠きを有すること
になる。このため、エンジンの燃焼による大温度差の温
度変化サイクルが頻繁にこの部位に作用したり、始動の
ための通電時の急激な温度上昇がこの部位に作用するの
で、電極線と発熱体との線膨張率の差に起因して熱応力
（熱ストレス）が生じ、この熱ストレスが電極線の端面
周縁近傍の発熱体に集中すると考えられる。

【０００５】本発明は上記考察に基づきなされたもので
あり、電極線の発熱体側の端面近傍に生じるクラックを
防止可能なセラミックヒータを提供することを、その目
的としている。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明の第１の構成は、
電気絶縁性のセラミック部材からなる棒状の基体と、導
電性セラミック部材又は高融点金属部材を含む電気抵抗
体からなるとともに前記基体に埋設される発熱体と、高
融点金属部材からなるとともに前記基体に埋設されて前
記発熱体の両端に個別に接続される一対の電極線とを備
え、前記両電極線の先端は、前記発熱体の両端に個別に
接続されるセラミックヒータにおいて、前記電極線の先
端部は、前記基体又は前記発熱体を構成するセラミック
体に埋設されるとともに先細形状を有することを特徴と
している。

【０００７】本発明の第２の構成は上記第１の構成に加
えて、前記電極線の先端部が、セラミック粉末を含む焼
結体からなる前記発熱体の端面から前記発熱体の内部に
埋設される点を特徴としている。本発明の第３の構成は
上記第１又は第２の構成に加えて、前記電極線の先端部
の端面が面取りされている点を特徴としている。

【０００８】なお、この面取りは、Ｃ面取りでも、Ｒ面
取りでもよい。本発明の第４の構成は上記第１〜第３の
いずれかの構成に加えて、前記電極線の先端部が、部分
球面状又は円錐面状に形成されている点を特徴としてい
る。なお、ここでいう部分球面状とは半球面状、一部球
面状、半楕円球面状、一部楕円球面状など、端面前面に
わたって丸みを帯びた凸曲面形状をいう。また、円錐面
状とは径方向断面が円形、楕円径または角が面取りされ
た断面を有し、先端に向けて次第に先細となる形状をい
う。なお、この円錐面状を採用する場合、その先端部を
切ることが好ましく、また切ってできた端面の周縁は面
取りすることが好ましい。

【０００９】本発明の第５の構成は上記第１〜第５のい
ずれかの構成の前記セラミックヒータを有する内燃機関
用グロープラグである。

【００１０】

【作用及び発明の効果】本発明の第１の構成によれば、
基体又は発熱体を構成するセラミック体に埋設される電
極線の先端部を先細形状とすることにより、電極線の先
端面周縁近傍のクラック発生が防止できることがわかっ
た。これは、この部位の熱ストレスが、電極線の先端部
を先細形状としたため緩和されたためと考えらることが
できる。

【００１１】本発明の第２の構成では、上記クラック防
止効果を一層向上できた。これは、発熱体を構成する導
電性セラミック焼結体が基体を構成する絶縁性セラミッ
ク体よりもクラックを生じ易いにもかかわらず、電極線
の先端部が先細形状であるので熱ストレスが緩和される
ためであると考えられる。本発明の第３の構成によれば
上記第１又は第２の構成において更に、電極線の先端部
の端面を面取りすることにより発熱体の先端部を先細形
状としている。このようにすれば、加工が簡単である
が、クラック防止効果は充分大きいことがわかった。

【００１２】本発明の第４の構成は上記第１〜３の構成
において更に、電極線の先端部を部分球面状又は円錐面
状に形成しているので、クラック防止効果を一層向上で
きることがわかった。これは、この部位における電極線
の端面の曲率変化の急変をより一層、低減できるためと
考えられる。本発明の第５の構成によれば、長寿命の内
燃機関用グロープラグを実現することができる。

【００１３】

【実施例】以下、本発明を具体的実施例により説明す
る。（実施例１）図１は本発明のセラミックヒータ１の実施
例を示した断面図であり、図２はその要部の拡大図を示
す。

【００１４】このセラミックヒータ１は、円棒状の基体
３と、基体３の先端部に埋設されるＵ字状の発熱体２
と、基体３の基端部及び中央部に埋設される断面円形の
電極線４、５とからなる。基体３は、Ｓｉ₃Ｎ₄からな
る絶縁性セラミック粉末に、ＭｏＳｉ₂からなる導電体
セラミック粉末を少量分散させた断面円形の絶縁性セラ
ミック焼結体からなる。

【００１５】発熱体２は、ＭｏＳｉ₂からなる導電体セ
ラミック粉末と、Ｓｉ₃Ｎ₄からなる絶縁性セラミック
粉末とを含む断面略半円形の導電性セラミック焼結体で
ある。電極線４、５の基端部は基体１の外周に露出して
部分円筒面４ｃ，５ｃとなっており、それらの先端部は
発熱体２の両端面から発熱体２の内部に埋設されてい
る。電極線４、５は、タングステン、モリブデン等の高
融点金属またはその合金からなるが、ここでは断面円形
のタングステン線とされている。部分円筒面４ｃ，５ｃ
の曲率半径は基体３の半径に等しくされている。

【００１６】本実施例において重要な点は、図２に示す
ように、電極線４、５の先端面４ａ、５ａの周縁にＲ面
取り部４ｂ、５ｂが施されている点にある。この実施例
では、基体３の直径は３．５ｍｍ、長さは４５ｍｍとさ
れ、発熱体２は半径が１．２ｍｍの半円形とされ、電極
線４、５の直径は０．６ｍｍとされている。そして、Ｒ
面取り部４ｂ、５ｂの曲率半径は０．１ｍｍとされ、電
極線４、５の発熱体２への埋設深さは１ｍｍとされてい
る。

【００１７】本実施例のセラミックヒータ１をディーゼ
ルエンジンのグロープラグに採用した例を図３に示す。
電極線４、５の部分円筒面４ｃ，５ｃが露出する基体３
の側面には各々ニッケルメッキが施されている。金属の
中空パイプ６が基体３の中央部に嵌着、ロウ付けされて
おり、中空パイプ６はセラミックヒータ１を保持すると
ともに、電極線５の部分円筒面５ｃと電気的に接続され
ている。

【００１８】中空パイプ６の外周には図示しないエンジ
ンへの取付けネジ１０ａを有する両端開口筒状の金属ハ
ウジング１０の先端部が嵌着、ロウ付けされている。一
方、基体３の基端部に導出された電極線４の部分円筒面
４ｃには、金属キャップ７がロウ付けされており、金属
キャップ７には金属線８の一端が溶接され、金属線８の
他端は中軸９の先端に溶接されている。中軸９の基端部
に形成された雄ネジ部９１は図示しない電源と接続され
る。中軸９はハウジング１０内に嵌入されており、中軸
９はハウジング１０からガラスシール１１および絶縁ブ
ッシュ１２により電気的に絶縁され、絶縁ブッシュ１２
は雄ネジ部９１に螺着されたナット１３により固定され
ている。

【００１９】このような構成とすることにより、不図示
の電源から中軸９、金属線８、金属キャップ７、電極線
４、発熱体２、電極線５、中空パイプ６、ハウジング１
０を介して図示しないエンジンブロックへ電流が通電可
能となっている。セラミックヒータ１の製造方法につい
て説明すると、電極線４、５を金型内の所定位置にセッ
トした状態で発熱体２を射出成形し、次にこの電極線
４、５及び発熱体２の一体物を金型内の所定位置にセッ
トした状態で基体３を射出成形した成形品をホットプレ
スにより焼結させる。しかるのち、焼結体の外周を研削
して形成する。

【００２０】以下、本発明の作用効果を表す試験結果を
説明する。ただし、発熱体２は、二珪化モリブデン（Ｍ
ｏＳｉ₂）３０質量部、窒化珪素（Ｓｉ₃Ｎ₄）７０質
量部とした。試験は、２０００ｃｃディーゼルエンジン
を用い、電極線４、５の先端面４ａ、５ａで熱応力が発
生しやすいよう冷熱試験を行った。条件は、高い温度条
件として、前記セラミックグロープラグの通電がＯＮの
状態でＷ．Ｏ．Ｔ（全負荷）４０００ｒｐｍを１分、低
温条件として、前記セラミックグロープラグの通電がＯ
ＦＦの状態で、アイドリングで１分実施するサイクル
を、２００００サイクル運転した。

【００２１】この後、基体３の表面のクラックの有無を
観察した。その結果を表１に示す。表１において、Ｒは
Ｒ面取り部４ｂ、５ｂの曲率半径（単位ｍｍ）である。

【００２２】

【表１】Ｒ０．００のものは、４本中３本に基体３の表面にクラ
ックが発生し、Ｒ０．０３ｍｍのものは、４本中１本に
基体３の表面にクラックが発生した。しかし、Ｒ０．０
５ｍｍ以上のものは、クラックの発生がない。従って、
Ｒ０．０５ｍｍ以上のＲ面取りを行うことにより、信頼
性が大幅に向上することが分かる。

【００２３】以上、本発明のＲ面取りの効果について述
べたが、Ｃ面取りについても同様の試験を行った。その
結果を表２に示す。

【００２４】

【表２】表２から、Ｃ０．００のものは、前述のＲ０．００のも
のに相当し、４本中３本に絶縁性セラミック体３の表面
にクラックが発生し、Ｃ０．０３ｍｍのものは、４本中
１本に絶縁性セラミック体３の表面にクラックが発生し
た。しかし、Ｃ０．０５ｍｍ以上のものは、クラックの
発生がない。従って、Ｃ０．０５ｍｍ以上のＣ面取りを
行うことにより、信頼性が大幅に向上することが分か
る。

【００２５】以上、Ｒ面取り、Ｃ面取りの効果について
述べたが、結局、セラミックヒータ１の発熱部２に電流
を供給する電極線４，５の先端面４ａ，５ａに曲率半径
０．０５ｍｍ以上のＲ面取り、または、Ｃ面取りが施し
てあれば、厳しい冷熱の繰り返しにおいても、基体３の
表面にクラックが発生することなく、信頼性の高いセラ
ミックヒータを提供することができる。

【００２６】更に、このＲ面取り又はＣ面取りの他の作
用効果を図４を参照して説明する。上記説明したよう
に、発熱体２の成形にあたって電極線４、５を金型１０
０内の所定位置にセットした状態で発熱体２を射出成形
する場合、金型１００内のキャビティ１０１において電
極線４、５の周囲の円筒状のキャビティ１０２は径方向
に狭小であり、軸方向に長くなり、射出口１０３からキ
ャビティ１０２内に発熱体原料を射出する際、この円筒
状のキャビティ１０２内への充填が容易ではない。本実
施例によれば、電極線４、５の端面が面取りされている
ので、この円筒状のキャビティ１０２内への充填が容易
となり、充填不良による発熱体２の成形不良を格段に低
減することができる。

【００２７】以下に、その他の実施例を説明する。ただ
し、実施例１と共通機能要素には同一符号を付す。（実施例２）他の実施例を図５に示す。この実施例は電
極線４、５の先端面４ａ，５ａを半球状としたものであ
り、更に優れた効果が得られた。（実施例３）他の実施例を図６に示す。

【００２８】この実施例は電極線４、５の先端面４ａ，
５ａを切頭円錐状とし、その先端面を面取りしたもので
あり、更に優れた効果が得られた。（実施例４）他の実施例を図７に示す。この実施例は発
熱体２としてタングステン又はタングステン合金の小径
（ここでは直径０．２ｍｍ）のフィラメントを使用した
ものであり、このフィラメント２は、電極線４、５と一
体に形成できる他、電極線４、５に巻装してもよい。こ
の場合、電極線４、５の先端面４ａ，５ａは基体３の絶
縁性セラミック部材に埋設されるが、同様の効果を奏す
ることは明らかである。

【００２９】この実施例のセラミックヒータは、電極線
４、５及びフィラメント２を型内にセットして絶縁性セ
ラミック粉を充填、成形し、その成形品をホットプレス
した後、外周を略円形に研削して形成される。表１、２
にこのセラミックヒータの試験結果を示す。試験条件は
実施例１の場合と同じである。この結果、実施例１と同
じ効果を奏することがわかった。（実施例５）他の実施例を以下に説明する。

【００３０】この実施例は発熱体として、タングステン
レニウムを主成分とする導電ペーストを厚膜状又は薄膜
状に印刷したものであり、この場合も電極線の先端面は
基体に埋設されるが、同様の効果が得られた。この実施
例のセラミックヒータは、少なくとも１個の絶縁性セラ
ミックのグリーンシート又は成形体の表面に導電性ペー
ストで抵抗パターンを印刷し、この抵抗パターンと電極
線とを接触させた状態でグリーンシート又は成形体を積
層し、この積層品をホットプレスした後、外周を略円形
に研削して形成される。

【００３１】表１、２にこのセラミックヒータの試験結
果を示す。試験条件は実施例１の場合と同じである。こ
の結果、実施例１と同じ効果を奏することがわかった。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のセラミックヒータの一実施例を示す断
面図である。

【図２】図１の要部拡大断面図である。

【図３】図１のセラミックヒータをグロープラグに採用
した実施例を示す断面図である。

【図４】発熱体２の成形工程を示す模式断面図である。

【図５】本発明のセラミックヒータの他の実施例を示す
断面図である。

【図６】本発明のセラミックヒータの他の実施例を示す
断面図である。

【図７】本発明のセラミックヒータの他の実施例を示す
断面図である。

【符号の説明】

１セラミックヒータ２発熱体３基体４電極線５電極線

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】電気絶縁性のセラミック部材からなる棒状
の基体と、導電性セラミック部材又は高融点金属部材を
含む電気抵抗体からなるとともに前記基体に埋設される
発熱体と、高融点金属部材からなるとともに前記基体に
埋設されて前記発熱体の両端に個別に接続される一対の
電極線とを備え、前記両電極線の先端は、前記発熱体の
両端に個別に接続されるセラミックヒータにおいて、前記電極線の先端部は、前記基体又は前記発熱体を構成
するセラミック体に埋設されるとともに先細形状を有す
ることを特徴とするセラミックヒータ。
【請求項２】前記電極線の先端部は、セラミック粉末を
含む焼結体からなる前記発熱体の端面から前記発熱体の
内部に埋設される請求項１記載のセラミックヒータ。
【請求項３】前記電極線の先端部の端面は、面取りされ
ている請求項１、２のいずれか記載のセラミックヒー
タ。
【請求項４】前記電極線の先端部は、部分球面状又は円
錐面状に形成されている請求項１〜３のいずれか記載の
セラミックヒータ。
【請求項５】請求項１〜５のいずれか記載の前記セラミ
ックヒータを有する内燃機関用グロープラグ。