JPH11337064A - セラミックヒータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 曲げ又は締め付けによる機械的応力及び通電
により発生する熱応力に対して高い強度を有するセラミ
ックヒータを提供しようとする。 【解決手段】 絶縁性セラミック基体（３）中に埋設さ
れる抵抗発熱体（４）及び電極取り出し用リード（５）
とが一体に結合する嵌合部（６）において、上記絶縁性
セラミック基体（３）の直径に対する電極取り出し用リ
ード（５）から絶縁性セラミック基体（３）の表面
（７）までの距離の割合を２５％以上とする。これによ
り、この絶縁性セラミック基体中の嵌合部での絶縁性セ
ラミック基体の厚みが厚くなるので強度が向上し、応力
がこの嵌合部に集中しても割れ等の不具合を防止するこ
とができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、例えばディーゼ
ルエンジンに装着されるセラミックグロープラグ等に使
用されるセラミックヒータに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、ディーゼルエンジンに装着される
セラミックグロープラグ等に使用されるセラミックヒー
タは、金属ハウジングにロウ付けにより固持される絶縁
性セラミック基体と、この絶縁性セラミック基体中に埋
設され、互いに一体に結合する金属又は非金属の抵抗発
熱体及び電極取り出し用リードから構成される。そのセ
ラミックヒータの製造工程は以下のとおりである。即
ち、アルミナ、窒化珪素、ジルコニア等の絶縁性のセラ
ミックを主原料として成形される上下二分割される予備
成形体に対して、例えば導電性のセラミックである炭化
タングステンや珪化モリブデン等からなる導電性セラミ
ック粉末成形部と電極取り出し用リードとが一体に結合
する一体射出成形体を挟持する。これを金型を使用して
プレス成形を施すことにより複合成型体とした後に、仮
焼、更にカーボン型内で加圧しつつ所定温度で焼成する
ホットプレス焼成する。そして、金属ハウジングにロウ
付けにより固持され、その内部に嵌合部をもって互いに
一体に結合する金属又は非金属の抵抗発熱体及び電極取
り出し用リードを埋設する絶縁性セラミック基体とす
る。更にこの絶縁性セラミック基体を研磨した後、金属
ハウジング内にロウ付け、固持することでセラミックヒ
ータとしてなるものである。

【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の製造工程においては次のような
問題がある。即ち、絶縁性セラミック基体を焼成し、研
磨し、さらに金属ハウジング内にロウ付けによって固持
しようとすると、この絶縁性セラミック基体中に曲げ、
又は研磨やロウ付け用の治具に取り付ける際の締め付け
による応力が発生する。そして、この絶縁性セラミック
基体のうち、特に絶縁性セラミック基体中の抵抗発熱体
と電極取り出し用リードとの嵌合部では比較的強度が低
いものであるため、この機械的応力に起因する折れ等が
発生する原因となる。

【０００４】この絶縁性セラミック基体での折れの大半
は、絶縁性セラミック基体中に埋設される金属又は非金
属の抵抗発熱体及び電極取り出し用リードとが互いに一
体に結合する嵌合部において、発生しているものであ
る。その上、通電によって絶縁性セラミック基体中に埋
設される抵抗発熱体に対しての加熱、冷却を繰り返すこ
とにより、この絶縁性セラミック基体と、この絶縁性セ
ラミック基体をロウ付けにより固持する金属ハウジング
との間で大きな熱応力が発生する。これによって、絶縁
性セラミック基体中に埋設されることとなる金属又は非
金属の抵抗発熱体及び電極取り出し用リードとが互いに
一体に結合する嵌合部において折損し、断線が発生する
問題もある。

【０００５】そこでこの発明は、上記従来の問題点を改
善するものであり、曲げ又は締め付け応力、更には熱応
力に対して強度の高い絶縁性セラミック基体を有するセ
ラミックヒータを提供しようとするものである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】そのために、金属ハウジ
ングに固持され、直径２〜５ｍｍの略円筒形状である絶
縁性セラミック基体中に、嵌合部において一体に結合さ
れた金属又は非金属の抵抗発熱体及び電極取り出し用リ
ードを埋設してセラミックヒータを形成する。そのセラ
ミックヒータにおいて、上記嵌合部での電極取り出し用
リードと絶縁性セラミック基体表面との距離を、嵌合部
における絶縁性セラミック基体の直径の２５％以上とす
るものである。

【０００７】更に、上記金属ハウジングに固持される絶
縁性セラミック基体中に埋設される抵抗発熱体及び電極
取り出し用リードが一体に結合する嵌合部での電極取り
出し用リードの端縁部の周縁を、電極取り出し用リード
の直径×０．２以上の曲率半径とするか又はテーパー状
とするものである。

【０００８】

【発明の実施の形態】この発明を実施するにあたって、
金属ハウジング内の絶縁性セラミック基体中に埋設され
る抵抗発熱体及び電極取り出し用リードが一体に結合す
る嵌合部での電極取り出し用リードと絶縁性セラミック
基体表面との距離を、絶縁性セラミック基体の直径の２
５％以下とする。これは、上記電極取り出し用リード又
は、この電極取り出し用リードと抵抗発熱体との嵌合部
での界面に対して、セラミックヒータを構成する金属ハ
ウジング内への固持に際しての研磨、ロウ付けに起因す
る曲げ又は締め付けにより大きな応力が加わることとな
る。そして、絶縁性セラミック基体中の電極取り出し用
リード又は、この電極取り出し用リードと抵抗発熱体と
の嵌合部での界面における割れ等の不具合を発生する。
しかし、絶縁性セラミック基体中の抵抗発熱体及び電極
取り出し用リードが一体に結合する嵌合部での電極取り
出し用リードと絶縁性セラミック基体表面との距離を、
絶縁性セラミック基体の直径の２５％以上とすることに
より、次のように応力を緩和できる。即ち、上記電極取
り出し用リード又は、この電極取り出し用リードと抵抗
発熱体との嵌合部での界面に対して、研磨、ロウ付けに
起因する曲げ又は締め付けによる大きな応力が加わって
も、上記リードと絶縁性セラミック基体表面との距離を
長くしてその強度を向上させて応力を緩和できる。した
がって、絶縁性セラミック基体中の電極取り出し用リー
ド又は、この電極取り出し用リードと抵抗発熱体との嵌
合部での界面における割れ等の不具合を防止できる。

【０００９】更に、絶縁性セラミック基体中に埋設され
る抵抗発熱体及び電極取り出し用リードが一体に結合す
る嵌合部での電極取り出し用リードの端縁部の周縁を、
電極取り出し用リードの直径×０．２以上の曲率半径と
するか又はテーパー状とする。これにより、上記絶縁性
セラミック基体中の嵌合部での電極取り出し用リードの
端縁部に加わる研磨、ロウ付けに起因する曲げ又は治具
に取り付ける際の締め付けによる応力が分散する結果強
度が向上する。そこで、この電極取り出し用リードの端
縁部から生じている割れ等の不具合を防止することもで
きるものとなる。その上、通電を繰り返すことで金属ハ
ウジングと絶縁性セラミック基体との間で大きな熱応力
が発生することとなっても、上記リードの端縁部の周縁
がそのリードの直径×０．２以上の曲率半径とするか又
はテーパー状とすることでその熱応力は緩和される。そ
こで、折損による抵抗発熱体との断線等の不具合を確実
に抑制できるものとなる。

【００１０】

【実施例】この発明を図に示す実施例により更に説明す
る。（１）は、この発明の実施例であるセラミックヒー
タであり、このセラミックヒータ（１）は、金属ハウジ
ング（２）と、この金属ハウジング（２）に固持され、
その内部において金属又は非金属の抵抗発熱体（４）及
び電極取り出し用リード（５）を埋設してなる絶縁性セ
ラミック基体（３）から構成される。

【００１１】そして、上記抵抗発熱体（４）及び電極取
り出し用リード（５）が一体に結合する嵌合部（６）で
の電極取り出し用リード（５）と絶縁性セラミック基体
表面（７）との距離（Ｌ）を、絶縁性セラミック基体
（３）の直径の２５％以上としてなるものである。

【００１２】この発明の実施例であるセラミックヒータ
（１）は以上の構成を具えるので、セラミックヒータ
（１）を構成する金属ハウジング（２）内にロウ付けに
よって固持される絶縁性セラミック基体（３）の中に埋
設される抵抗発熱体（４）及び電極取り出し用リード
（５）は嵌合部（６）において一体に結合される。その
電極取り出し用リード（５）と絶縁性セラミック基体
（３）の表面（７）との距離を、絶縁性セラミック基体
（３）の直径の２５％以上とする。これにより、セラミ
ックヒータ（１）を構成する金属ハウジング（２）内へ
の固持のための研磨、ロウ付けによる曲げ又は治具に取
り付ける際の締め付けによる大きな応力が、上記電極取
り出し用リード（５）又は、この電極取り出し用リード
（５）と抵抗発熱体（４）との嵌合部（６）での界面
（８）に対して加わる。しかし、上記嵌合部（６）での
電極取り出し用リード（５）と絶縁性セラミック基体
（３）の表面（７）との距離（Ｌ）を長くしてその強度
を向上させて応力を緩和できるものとなる。そこで、絶
縁性セラミック基体（３）中の電極取り出し用リード
（５）又は、この電極取り出し用リード（５）と抵抗発
熱体（４）との嵌合部（６）での界面（８）における割
れ等の不具合を防止できる。

【００１３】更に、図４において示すのは、この発明の
その他の実施例であるセラミックヒータ（１’）であ
る。上記金属ハウジング（２）に固持される絶縁性セラ
ミック基体（３）中に埋設される抵抗発熱体（４）及び
電極取り出し用リード（５’）が一体に結合する嵌合部
（６）での電極取り出し用リード（５’）の端縁部
（９）の周縁（１０）を次の形状とする。即ち、電極取
り出し用リード（５’）の直径をＭとすると、その直径
×０．２以上の曲率半径とするか（図４参照）又はテー
パー状（図５参照）とするものである。図５において
は、例えば端縁部の電極取り出し用リード（５’）の直
径を直径（Ｍ）の４０％とし、テーパーの角度を直径
（Ｍ）の長さを端部より取る位置から端縁まで連結する
線のなす角（θ）とするものである。

【００１４】この発明のその他の実施例であるセラミッ
クヒータ（１’）は以上の構成を具えるので、まず上記
金属ハウジング（２）にロウ付けによって固持される絶
縁性セラミック基体（３）中に埋設される抵抗発熱体
（４）及び電極取り出し用リード（５’）を嵌合部
（６）において一体に結合する。つぎに、電極取り出し
用リード（５’）の端縁部（９）の周縁（１０）を、電
極取り出し用リード（５’）の直径×０．２以上の曲率
半径とするか又は前記のテーパー状とする。このように
すると、上記絶縁性セラミック基体（３）中の嵌合部
（６）での電極取り出し用リード（５’）の端縁部
（９）に加わることとなる、セラミックヒータ（１’）
を構成する金属ハウジング（２）内への固持のための研
磨、ロウ付けに起因する曲げ又は締め付けによる応力を
分散できる。その上、強度を向上させることとなるの
で、この電極取り出し用リード（５）の端縁部（９）か
ら生じている上記応力に起因する割れ等の不具合も防止
することができる。

【００１５】また、通電を繰り返すと上記金属ハウジン
グ（２）と絶縁性セラミック基体（３）との間で大きな
熱応力が発生する。この熱応力は、絶縁性セラミック基
体（３）中に埋設される抵抗発熱体（４）及び電極取り
出し用リード（５’）が一体に結合する嵌合部（６）、
特にこの嵌合部（６）での電極取り出し用リード
（５’）の端縁部（９）の周縁（１０）に大きく作用す
る。しかしながら、この電極取り出し用リード（５’）
の端縁部（９）の周縁（１０）が、電極取り出し用リー
ド（５’）の直径×０．２以上の曲率半径とするか又は
テーパー状となっているので、その熱応力は十分に緩和
されるものとなる。これにより、熱応力に起因する絶縁
性セラミック基体（３）に発生する割れによる抵抗発熱
体（４）との断線等の不具合をも確実に抑制することが
できる。

【００１６】そこで、この発明の効果を確認するため
に、金属ハウジング（２）に固持される直径３．５ｍｍ
の絶縁性セラミック基体（３）からなるセラミックヒー
タ（１）を用いる。このセラミックヒータ（１）の絶縁
性セラミック基体（３）の直径に対する、抵抗発熱体
（４）及び電極取り出し用リード（５）が一体に結合す
る嵌合部（６）での電極取り出し用リード（５）と絶縁
性セラミック基体（３）の表面（７）との距離（Ｌ）の
割合に対する嵌合部（６）の抗折強度を求める。この嵌
合部（６）での電極取り出し用リード（５）の端縁部
（９）の周縁（１０）の曲率半径を、電極取り出し用リ
ード（５）の直径×０．２以上又は未満として測定し
た。この時に、電極取り出し用リード（５）の端縁部
（９）の周縁（１０）の曲率半径を、電極取り出し用リ
ード（５）の直径×０．２以上とした場合、嵌合部
（６）の抗折強度が著しく向上することが確認された
（図６参照）。

【００１７】更に、金属ハウジング（２）に固持される
直径２．０〜５．０ｍｍの絶縁性セラミック基体（３）
のセラミックヒータ（１）において、絶縁性セラミック
基体（３）の直径に対する、上記嵌合部（６）での電極
取り出し用リード（５）と絶縁性セラミック基体（３）
の表面（７）との距離（Ｌ）の割合を求める。そして上
記割合と嵌合部での電極取り出し用リードの端縁部の周
縁における曲率半径を変化させた場合及び図５に示すテ
ーパーを設けた場合について、研磨合格率、金属ハウジ
ングに対するロウ付け合格率、及び通電耐久試験につい
て検討したところ、この発明の実施例であるセラミック
ヒータにおいてその効果が顕著に認められるものとなっ
た（図７参照）。なお、テーパーの大きさθは１５°〜
６０°とすることが好ましい。

【００１８】

【発明の効果】以上のとおりこの発明は構成されるか
ら、このセラミックヒータを構成する絶縁性セラミック
基体、特に上記嵌合部での強度が著しく向上する。そし
て、金属ハウジングに固持する際に研磨、締め付けによ
り発生する機械的応力や、通電を繰り返すことによっ
て、特に電極取り出し用リードの端縁部の周縁に発生す
る熱応力を緩和できる。したがって、上記嵌合部におけ
る割れ等の不具合を確実に防止して耐久性を著しく向上
させると共に、製造工程での製品の歩留まりをも向上さ
せてコストの削減を十分に図ることができる優れた効果
を有するものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施例であるセラミックヒータの正
面図である。

【図２】この発明の実施例であるセラミックヒータの縦
断面図である。

【図３】この発明の実施例であるセラミックヒータにお
ける要部拡大横断面図である。

【図４】この発明のその他の実施例である電極取り出し
用リード端部に丸みをつけた要部拡大横断面図である。

【図５】この発明のその他の実施例である電極取り出し
用リード端部をテーパー状とした要部拡大横断面図であ
る。

【図６】この発明の実施例であるセラミックヒータにお
いて、絶縁性セラミック基体の直径に対する、嵌合部で
の電極取り出し用リードと絶縁性セラミック基体表面と
の距離（Ｌ）の割合に対する嵌合部の抗折強度を示した
図である。

【図７】この発明の実施例において、絶縁性セラミック
基体の直径に対するリードと基体表面との距離の割合、
及び嵌合部でのリードの端縁部の周縁における曲率半径
を変化させて、研磨合格率、金属ハウジングに対するロ
ウ付け合格率、更に通電耐久試験の結果を示した図であ
る。

【符号の説明】

１、１’ セラミックヒータ ２ 金属ハウジング ３ 絶縁性セラミック基体 ４ 抵抗発熱体 ５、５’ 電極取り出し用リード ６ 嵌合部 ７ （絶縁性セラミックの）表面 ８ 界面 ９ 端縁部 １０ 周縁

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 金属ハウジングに固持され、直径２〜５
   ｍｍの略円筒形状である絶縁性セラミック基体中に、嵌
   合部に一体に結合された金属又は非金属の抵抗発熱体及
   び電極取り出し用リードを埋設するセラミックヒータに
   おいて、上記嵌合部での電極取り出し用リードと絶縁性
   セラミック基体表面との距離を、上記嵌合部における絶
   縁性セラミック基体の直径の２５％以上とするセラミッ
   クヒータ。
2. 【請求項２】 上記金属ハウジングに固持される絶縁性
   セラミック基体中に埋設される抵抗発熱体及び電極取り
   出し用リードが一体に結合する嵌合部での電極取り出し
   用リードの端縁部の周縁を、電極取り出し用リードの直
   径×０．２以上の曲率半径とするか又はテーパー状とす
   る請求項１記載のセラミックヒータ。