JP2002134251A

JP2002134251A - セラミックヒーター装置

Info

Publication number: JP2002134251A
Application number: JP2000327680A
Authority: JP
Inventors: Masahito Taniguchi; 雅人谷口; Fumihiko Haraguchi; 史彦原口
Original assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Current assignee: Niterra Co Ltd
Priority date: 2000-10-26
Filing date: 2000-10-26
Publication date: 2002-05-10
Also published as: DE10152886A1

Abstract

(57)【要約】【課題】セラミックヒーター装置の電気的接続の信頼
性の向上及びセラミックヒーターの小型化による同装置
のコスト低減を図る。【解決手段】金属製本体４内にセラミックヒーター２
が先端２ａ側を突出させその外周面を覆うように取付け
られた金属製筒状体３を介して固着されたセラミックヒ
ーター装置で、同ヒーター２は、導電性セラミックから
なるセラミック発熱体６を、絶縁性セラミックからなり
棒状をなすセラミック基体５中に先端側で折り返し状と
して埋設し、セラミックヒーター６の後端６ｃ寄りの側
面を平面状に研削してセラミック発熱体６の両端部を露
出させ、その露出しているセラミック発熱体表面をリー
ド接続用端子１１とし、金属製リード１５、１６をロウ
付けした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、セラミックヒータ
ー装置に関し、詳しくはディーゼルエンジンの始動促進
用などに使用されるグロープラグ或いは石油ファンヒー
ターの着火用ヒーターなどに使用されるセラミックヒー
ター装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】図１３及び図１４は、この種のセラミッ
クヒーター装置の一例としてディーゼルエンジン用のセ
ラミックグロープラグ７１を示したものである。このも
のは、棒状をなすセラミックヒーター７２と、これを保
持しエンジンへの取付け部をなす筒状の本体７４などか
ら構成されている。このグロープラグ７１をなすセラミ
ックヒーター７２は、絶縁性セラミックからなるセラミ
ック基体７５の先端７２ａ寄り部位に、導電性セラミッ
クからなり折り返し状（Ｕ字状）に形成されたセラミッ
ク発熱体（以下単に発熱体とも言う）７６を埋設して構
成されている。この発熱体のＵ字の両端部（両脚の端
部）７６ｃには、通電用の金属製リード１５、１６へ接
続するための中継線７８、７９の一端部が夫々接続さ
れ、セラミック基体７５中に埋設されている。

【０００３】そして、この各中継線７８、７９はその他
端部をセラミックヒーター７２の後端７２ｃ寄りの側面
に露出させて接続用端子（以下、単に端子ともいう）と
され、これに金属製リード１５、１６をロウ付けによっ
て接続している。このようなセラミックヒーター装置７
１は、この金属製リード１５、１６を介して通電するこ
とにより発熱体７６を抵抗発熱するように構成されてい
る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、このような
グロープラグ７１は、エンジンヘッドの副燃焼室などの
空間にセラミックヒーター７２の先端７２ａ側が露出す
るように取付けられることから、通電時の抵抗発熱のほ
か、エンジンの燃焼中、常時著しい温度変化及び爆風
（熱衝撃）に晒されている。一方、発熱体７６と金属製
リード１５、１６を接続する中継線７８、７９は通常そ
の線径が１ｍｍ以下と細く、したがってこの中継線の端
部のなす端子に接続（ロウ付け）された金属製リード１
５、１６との接続（接合）面積は極めて小さい。しか
も、このような中継線７８、７９は、Ｗ（タングステ
ン）などの高融点金属からなるのが普通である。

【０００５】加えて、前記構造のグロープラグをなすセ
ラミックヒーターは、セラミック発熱体７６に接続され
た中継線７８、７９が、セラミック基体７５中に埋設状
にされた状態で焼成されて製造される。したがって、中
継線をなす金属（タングステン）とセラミックの熱膨張
係数の著しい相違に基づき、その焼成過程で中継線７
８、７９には残留（引張り）応力が発生する。したがっ
て、その後の使用過程で受ける前記した熱衝撃などに起
因して断線を招く危険性が高い。

【０００６】さらに、このような従来のグロープラグを
なすセラミックヒーターは、通常、金属製筒状体（以
下、単に筒状体ともいう）７３の内側を挿通させた上で
本体７４にセット（固着）される。このため、セラミッ
ク発熱体７６を埋設しているセラミック基体７５のう
ち、セラミック発熱体７６が埋設された先端７２ａ側と
反対側の後端部つまり金属製リードの接続部は、その金
属製筒状体の端部から突出させないといけない。という
のは、セラミック基体の側面に露出させた中継線の端部
を端子とし、その端子に金属製リードを接続するため、
同端子が位置するセラミック基体７５の後端７５ｃ側が
金属製筒状体７３から突出していないと、その接続が困
難だからである。したがって、このようなセラミックヒ
ーターは、その後端部の突出分、それ自体の長さが長く
なり、セラミック材料を余分に要していた。

【０００７】本発明は、上記した従来のグロープラグな
どのセラミックヒーター装置のもつ問題点に鑑みてなさ
れたもので、電気的接続の信頼性を高めると共に、セラ
ミックヒーターの小型化による同装置のコストの低減を
図ることをその目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】前記の目的を達成するた
めに請求項１に記載の発明は、導電性セラミックからな
るセラミック発熱体を、絶縁性セラミックからなるセラ
ミック基体中に、先端側で折り返し状として埋設してな
る棒状のセラミックヒーターを備えたセラミックヒータ
ー装置であって、前記セラミックヒーターの後端寄りの
側面（外周面）を平面状に研削して前記セラミック発熱
体の両端部を露出させ、その露出しているセラミック発
熱体表面をリード接続用端子とし、該リード接続用端子
に、通電用の金属製リードをロウ付けしたことにある。

【０００９】また請求項２に記載の発明は、棒状のセラ
ミックヒーターを、その先端を突出させて筒状の金属製
本体内に固着してなるセラミックヒーター装置であっ
て、前記セラミックヒーターは、導電性セラミックから
なるセラミック発熱体を、絶縁性セラミックからなるセ
ラミック基体中に、先端側で折り返し状として埋設し、
該セラミックヒーターの後端寄りの側面（外周面）を平
面状に研削して前記セラミック発熱体の両端部を露出さ
せ、その露出しているセラミック発熱体表面をリード接
続用端子とし、該リード接続用端子に、通電用の金属製
リードをロウ付けしたことを特徴とする。

【００１０】このように本発明では、高融点金属を中継
線に用いることなく、セラミックヒーターの後端寄りの
側面にセラミック発熱体の両端部を露出し、その露出し
ているセラミック発熱体表面をリード接続用端子とし、
そのリード接続用端子に、通電用の金属製リード（以下
単にリードともいう）を直接ロウ付けした接続構造とし
たため、リード接続用端子を例えばセラミックヒーター
の軸線方向に長く形成する（露出させる）ことなどによ
り、リードとの接続面積を容易に大きくできる。しか
も、セラミックと熱膨張係数が著しく相違する高融点金
属からなる中継線を用いてないことから、中継線の断線
の危険もない。したがって、電気的接続の信頼性が高い
セラミックヒーター装置となすことができる。なお、平
面状に研削してセラミック発熱体を露出させていること
から、丸状に研削した場合と比較して研削した部分にお
ける強度の低下をおさえることができる。そして、研削
して露出させると、その製造工程の簡易化が図られる。
このリード接続用端子は、セラミックヒーターの軸線と
略平行な平面とするのが、その形成上も、金属製リード
を接続する上でも好ましい。さらに、セラミック基体を
平面状に研削することによってセラミック発熱体を露出
させていることから、リードと金属製本体との間隔を大
きくとることができる。したがって、リードが金属製本
体と短絡してしまうことを避けることができる。

【００１１】そして、本発明の請求項３に記載の発明
は、金属製筒状体内に、棒状のセラミックヒーターを、
ヒーター先端が該金属製筒状体の先端から突出するよう
に固着すると共に、筒状の金属製本体内に、該金属製筒
状体をその先端が該金属製本体の先端から突出するよう
に固着してなるセラミックヒーター装置であって、前記
セラミックヒーターは、導電性セラミックからなるセラ
ミック発熱体を、絶縁性セラミックからなるセラミック
基体中に、先端側で折り返し状として埋設し、該セラミ
ックヒーターの後端寄りの側面を平面状に研削して前記
セラミック発熱体の両端部を露出させ、その露出してい
るセラミック発熱体表面をリード接続用端子とし、該リ
ード接続用端子に、通電用の金属製リードをロウ付け
し、しかも前記リード接続用端子が、前記金属製筒状体
の内側において該金属製筒状体の後端から突出しないよ
うに配置されていることを特徴とする。

【００１２】すなわち、請求項３に記載の発明のよう
に、前記リード接続用端子が、前記金属製筒状体の内側
において該金属製筒状体の後端から突出しないように配
置されているものでは、セラミックヒーター自体の長さ
を短くできるため、小型化ないしそれによる同装置のコ
ストの低減を図ることができる。また、セラミックヒー
ターが短くなるため、金属製筒状体との接触面積が減る
分、熱の逃げが少なくなるので昇温特性の向上にも寄与
する。

【００１３】さらに請求項４に記載の発明のように、請
求項３においては、セラミックヒーターが、金属製筒状
体の内周面のうち、金属製本体（以下単に本体とも言
う）の先端より後端寄り部位において接触していないも
のが好ましい。セラミックヒーター装置がグロープラグ
として使用される場合には、セラミックヒーターには、
横方向にも爆風などの外力が作用する。一方、セラミッ
クヒーター装置をなす金属製本体はエンジンヘッドに強
固に固定されるため、このような外力があると、セラミ
ックヒーターには金属製本体の先端を固定端として曲げ
力が作用する。この際、請求項４に記載の発明において
は、セラミックヒーターが、金属製筒状体の内周面のう
ち、その固定端つまり金属製本体の先端より後端寄り部
位において接触していないことから、セラミックヒータ
ーの割れ等の発生防止に有効である。

【００１４】また、前記請求項１〜５のいずれの手段に
おいても、金属製リードは、リード接続用端子に活性ロ
ウでロウ付けするのが好ましい。銀ロウなどの通常のロ
ウでロウ付けする場合には、リード接続用端子に蒸着、
メッキ法などにより使用するロウが濡れるように金属化
しておけばよい。

【００１５】なお、セラミックヒーターをなすセラミッ
ク発熱体は、先端側が大抵抗値で後端側が小抵抗値の導
電性特性のセラミックで形成するのが好ましい。このよ
うにしておけば、先端側を速効的に高温にできるためで
ある。

【００１６】

【発明の実施の形態】本発明の第１の実施の形態を図１
〜図５に基いて詳細に説明する。図中１は、セラミック
ヒーター装置（本例ではディーゼルエンジン用のグロー
プラグ）であり、略円柱状のセラミックヒーター２と、
このセラミックヒーター２の半球状の先端２ａ側を突出
させて外周面２ｂを覆う金属製筒状体３と、さらにその
金属製筒状体３の外周面３ｂを覆いセラミックヒーター
２を保持するように形成された本体４などからなり、次
のように構成されている。

【００１７】すなわち、セラミックヒーター２は、絶縁
性セラミックからなるセラミック基体５中に、略Ｕ字状
に形成された導電性セラミックからなるセラミック発熱
体６を、Ｕ字状の折り返し部７ａを先端側にして鋳ぐる
み状に埋設した構造とされている。このセラミック発熱
体６は、セラミックヒーター２の先端２ａ寄りの折り返
し部７ａから後端２ｃ寄り部位まで延びるように形成さ
れている。ただし、本形態では、折り返し部７ａを含む
先端２ａ側には抵抗値の高い組成のセラミック発熱体７
が配置され、折り返し部７ａを含まない後端２ｃ側には
抵抗値の低いセラミック発熱体８が配置されてなる複合
構造のセラミック発熱体６とされている。なお、セラミ
ック発熱体６の各脚部９の横断面が楕円形をなしている
のは、後述するように、未焼成段階では同脚部９の横断
面は円形であるが、セラミック発熱体６の両脚間を狭め
る方向にホットプレスして同時焼成するためである。

【００１８】このようなセラミックヒーター２は、本例
ではその両端２ａ、２ｃを除き、外周面２ｂを覆うよう
に、円筒状をなす金属製（例えばインコロイ９０３製）
の筒状体３が外嵌されている。ただし、金属製筒状体３
の内周面３ｄとセラミックヒーター２の外周面２ｂとの
間は図示はしないが例えば銀ロウにより焼きばめされて
いる。そしてこの金属製筒状体３の後端３ｃ寄り部位の
外周面３ｂを介して本体４の一端部（先端寄り部位）の
内側に内挿状にされて固着されている。すなわち、セラ
ミックヒーター２は、それに外嵌された金属製筒状体３
の一端寄り部位（図１上側）を、本体４の円筒部の一端
寄り部位（図１下側）の内周面４ｄが若干縮径された縮
径部１４に内挿され、固着されている。なお、金属製筒
状体３の外周面３ｂと本体４の縮径部１４の内周面４ｄ
との間は、金属製筒状体３の内周面３ｄとセラミックヒ
ーター２の外周面２ｂとの間に使用したロウ（材）より
低融点のロウにてロウ付けされて固着されている。そし
て、このようなセラミックヒーター２は、その先端２ａ
が本体４の先端４ａから外方（図１下方）に適量突出さ
れ、金属製筒状体３はその先端３ａが本体４から適量突
出され、本例では突出するセラミックヒーター２の先端
２ａ寄り中ほどを超える部位まで覆っている。

【００１９】さて次に本発明の要旨をなすところの、セ
ラミックヒーター２におけるセラミック発熱体６と金属
製リード１５、１６との接続構造について詳細に説明す
るが、本形態ではセラミックヒーター２の後端２ｃ（図
１上方端部）が、本体４内に突出するように配置されて
いる。そして、セラミック発熱体６の両脚９の端部（後
端）６ｃ寄り部位の対向する両外側面が本形態ではセラ
ミックヒーター２の軸線Ｇと平行にかつ同方向に一定長
さにわたって露出するように、セラミック基体５及びセ
ラミック発熱体６が平面状に研削され、研削されて露出
したセラミック発熱体６の両脚の表面をリード接続用端
子１１としている。なお、リード接続用端子１１の軸線
Ｇ方向に沿う長さは、金属製リード１５、１６との接続
に適切な強度が得られるように同リード１５、１６の幅
などを考慮して設定すればよい。また本形態では、両リ
ード接続用端子１１は互いに平行な平面とされている。

【００２０】このようなセラミックヒーター２をなすセ
ラミック発熱体６の両脚の露出面をリード接続用端子１
１とし、それぞれニッケル製の帯板からなる金属製リー
ド（幅２ｍｍ、厚さ０．５ｍｍ）１５、１６をその各端
部１５ａ、１６ａが例えば活性ロウ（例えば７０Ａｇ−
２８Ｃｕ−２Ｔｉ）でロウ付けされている。そして、そ
のうちの１本のリード１６の他端部１６ｂが、軸線Ｇに
沿って本体４の上端部に内外に貫通状に内挿された通電
用の金属軸１７の端部に溶接され、別のリード１５の他
端部１５ｂが金属軸１７の外側にガラスシール材で絶縁
を保持して外嵌された端子接続用の金属製リード管１８
にロウ付けされている（図１参照）。

【００２１】なお、本体４の外周面には、図示しないシ
リンダヘッドの取付け部（ネジ穴）への取付け用ネジ部
１２を備えると共に、このネジ部１２の上にはねじ込み
用六角部１３を備えている。そして、通電用の金属軸１
７を内嵌した金属製リード管１８は、その外側にガラス
シール材を介してリング１９を固着し、そのリング１９
を本体４のねじ込み用六角部１３の内周面側に形成され
た拡径部に嵌合するように配置され、金属軸等が位置決
めされている。なお、金属軸等は、本体４の後端部４ｃ
を内側に折り曲げるようにカシメられて固定され、さら
に絶縁リング２０を介して固定リング２１をリード管１
８の外周面に上から圧入されてセラミックヒーター装置
１として組み立てられている。因みに本形態では非接地
式（両絶縁タイプ）のグロープラグとされているが、接
地型とする場合には、陰極の金属製リード１５の他端部
１５ｂを金属製筒状体３の例えば後端３ｃ部に溶接又は
ロウ付けしておけばよい。

【００２２】しかして、本形態におけるセラミックヒー
ター装置１は、金属製リード１５、１６を介し、導電性
セラミックからなるセラミック発熱体６に通電すること
で抵抗発熱するものであるが、セラミック発熱体６と金
属製リード１５、１６との接続のために、従来のように
細い高融点金属を中継線として使用していない。すなわ
ち、金属製リード１５、１６をセラミック発熱体６に直
接接続した構造としたため、金属製リード１５、１６の
リード接続用端子１１におけるリード接続面積を大きく
確保できる。また、セラミック基体５中に埋設された中
継線がないことから、セラミックヒーター２の製造過程
における中継線の残留応力に基くその断線の危険といっ
た問題もない。したがって、過酷な熱衝撃環境下でグロ
ープラグとして使用されても、断線し難く、電気的接続
の信頼性が高いセラミックヒーター装置１となすことが
できる。そして、本形態では、２つのリード接続用端子
１１を平面としかつ互いに平行に配置したことから、そ
のリード接続用端子１１を研削により容易に形成できる
し、金属製リード１５、１６とのリード接続面積を広く
確保できる。しかも、後端側のセラミック発熱体８を先
端側のセラミック発熱体７より低抵抗のものとしたた
め、速効的な抵抗発熱が期待される。

【００２３】ここで、このようなグロープラグをなすセ
ラミックヒーター２の製法について図６〜８に基いて説
明する。Ｕ字状をなすように、先後で抵抗値の異なる未
焼成のセラミック発熱体（横断面円形のもの）２６を形
成する。一方、この未焼成のセラミック発熱体２６の両
脚の各軸線を含む仮想平面を合わせ面とし、この未焼成
のセラミック発熱体を挟むことでセラミックヒーター形
状をなすように２分割された形の絶縁性セラミックから
なる未焼成セラミック（セラミック基体５の未焼成割
型）２５を別途プレス成形しておく。図６に示したよう
に、２つの未焼成割型２５の合わせ面側のＵ字状凹部２
７に、未焼成のセラミック発熱体２６を配置して挟み込
み、図７に示したように一体化して未焼成セラミックヒ
ーター２２とする。次いで、図８に示したように、セラ
ミック発熱体６の両脚間を狭める方向にホットプレスし
て同時焼成する。こうして得られた焼成体は、先端の半
球部を除いて円柱状のものであるが、その後、外周面２
ｂを研磨し、図７中の２点鎖線で示した部位、つまりセ
ラミック発熱体６の両脚９の後端寄り部位の対向する外
側部分のセラミック基体５及びセラミック発熱体６を平
面研削し、セラミック発熱体を露出させる。

【００２４】こうして形成されたセラミックヒーター２
は、セラミック発熱体６の両脚の露出面をリード接続用
端子１１として、本形態では、金属製筒状体３を純銀ロ
ウで窒素ガス雰囲気下１１００℃でロウ材による焼きば
めをした後、本体４へのロウ付け前に、ニッケルからな
る２本の金属製リード（幅２ｍｍ、厚さ０．５ｍｍ）１
５、１６をその一端部を活性ロウ（例えば７０Ａｇ−２
８Ｃｕ−２Ｔｉ）で真空中、９００℃でロウ付けする。
そして、そのうちの１本１６の他端部を通電用の金属軸
１７の端部に溶接し、別の１本１５の他端部を金属軸１
７の外側にガラスシール材で絶縁を保持して外嵌された
端子接続用の金属製リード管１８に溶接する。こうして
金属製筒状体３を外嵌したセラミックヒーター２及び金
属軸１７等を組み付けた主要部品を、前記したように本
体４内にセットし、これまでに使用したロウより低融点
のロウ（例えば５６Ａｇ−２２Ｃｕ−１７Ｚｎ−５Ｓ
ｎ）にて本体４と金属製筒状体３をロウ付けする。そし
て、最後に本体４の後端４ｃをカシメ、さらに絶縁リン
グ２０を介して固定リング２１を圧入してセラミックヒ
ーター装置１として組み立てる。

【００２５】さて次に第２の実施形態について図９に基
づいて詳細に説明する。ただし、本形態のセラミックヒ
ーター装置３１は前記した第１の形態の改良とでも言う
べきものであり、本質的相違はないので、相違点を中心
に説明し、同一の部位には同一の符号を付し、適宜その
説明を省略する。

【００２６】すなわち、本形態では、セラミックヒータ
ー３２の後端寄り側面に、Ｕ字状に形成されたセラミッ
ク発熱体６の両脚の両外側面が露出するように形成され
てリード接続用端子１１とされ、そして金属製筒状体３
の内側に、つまりリード接続用端子１１の形成されたセ
ラミックヒーター３２の後端２ｃが金属製筒状体３の後
端３ｃより突出せず、引っ込むようにしたものである。
このように本形態ではリード接続用端子１１を金属製筒
状体３の内側に存在するように設け、そこに金属製リー
ド１５、１６を接続するようにしたため、セラミックヒ
ーター３２を例えば２０ｍｍ程度短くできる。なお、こ
のものでは、リード１５、１６をロウ付けした後で、金
属製筒状体３を嵌合し、筒状体３にセラミックヒーター
３２をロウ材により焼きばめするのが組立て上好まし
い。この場合、セラミックヒーター３２と金属製筒状体
３とのロウ付けには、金属製リード１５、１６のリード
接続用端子１１に対するロウ付けに使用したロウより低
融点のロウを用いることになる。たとえば、金属製リー
ド１５、１６のリード接続用端子１１に対するロウ付け
に、活性ロウ（例えば９１Ｃｕ−３Ｓｉ−３Ｐｄ−３Ｔ
ｉ）を用いて真空中、１０８０℃でロウ付けした場合に
は、セラミックヒーター３２と金属製筒状体３とのロウ
付けには、これより低融点の例えば銀銅共晶ロウを用い
９００℃で行う。

【００２７】しかして、本形態においては、セラミック
ヒーター３２の長さを短縮できるため、セラミック材料
の削減ができ、ひいてはセラミックヒーター装置３１の
コスト低減が図られ、さらには、セラミックヒーター装
置の小型化も図られる。そして、セラミックヒーター３
２を小さくしたことで、金属製筒状体３との接触面積を
減らせることができるため、熱の逃げが少なくなるので
昇温特性の向上及び省電力化が図られる。なお、セラミ
ック発熱体６は同組成の一体のものとしてもよいし、前
記形態のように後端側のものを低抵抗とした複合構造の
ものとしてもよい。

【００２８】さて次に、本発明の第３の実施形態につい
て図１０及び図１１に基づいて詳細に説明する。ただ
し、本形態のセラミックヒーター装置４１も上記第１の
形態の改良とでも言うべきものであり、本質的相違はな
いので、相違点を中心に説明し、同一の部位には同一の
符号を付し、適宜その説明を省略する。

【００２９】すなわち、本形態でも、セラミックヒータ
ー４２の後端２ｃが金属製筒状体３の後端３ｃより突出
しないように構成されている。そして、セラミックヒー
ター４２が、金属製筒状体３の内周面３ｄのうち、金属
製本体４の先端４ａより後端寄り部位（図１０上）にお
いて接触していないように、金属製筒状体３の内周面３
ｄのうち、本体４の先端４ａよりやや下の位置から上方
の内径を拡径したものである。つまり、図中Ｐ−Ｐ線よ
り上方の内径を、それより下方の内径より若干大きくし
（図１１参照）、リード接続用端子１１に対応する部位
のみならず、リード接続用端子１１相互間に連なるセラ
ミック基体５の外周面５ｓも金属製筒状体３の内周面３
ｄに接触しないようにしたものである。

【００３０】しかして本形態においては、セラミックヒ
ーター４２の長さを前記した第２の実施形態のものより
さらに（例えば５ｍｍ）短縮できる。その上に、セラミ
ックヒーター４２に爆風などの外力が作用して、セラミ
ックヒーター４２に金属製本体４の先端４ａを固定端と
して曲げ力が作用しても、本体４の先端４ａに位置する
金属製筒状体３でその外力に基づく変位を受け持つこと
が可能となる。つまり本形態ではセラミックヒーター４
２が、金属製筒状体３の内周面３ｄのうち、その固定端
つまり金属製本体４の先端４ａより後端寄り部位におい
て接触していないため、セラミックヒーター４２の割
れ、ないし断線の発生防止に効果がある。なお、本形態
ではセラミックヒーター４２と、金属製筒状体３の拡径
部とで形成される空間は空胴状態になっているが、絶縁
性の耐熱材料若しくはガラス材によって充填し、両者を
固定してもよい。このような材料で固定することによっ
て、セラミックヒーター４２がエンジン内に落下するこ
とを防止できる。絶縁性材料としては、エポキシ系樹
脂、シリコン系樹脂、テフロン（登録商標）系樹脂、ア
ルミナ、マグネシア等が挙げられ、ガラス材としては、
ＳｉＯ_２−Ｂ_２Ｏ_３−Ｒ_２Ｏ、ＳｉＯ _２−Ｂ_２Ｏ_３−Ａ
ｌ_２Ｏ_３等が挙げられる。なお、Ｒはアルカリ金属（Ｌ
ｉ、Ｎａ、Ｂａ）を示す。ガラス材を使用する場合に
は、ガラスの熱処理温度（融点）を本体４と金属製筒状
体３とのロウ付け温度よりも高く、セラミックヒーター
４２と金属製筒状体３とのロウ材による焼きばめ温度よ
りも低くすることが望ましい。

【００３１】ここで、前記した第１形態から第３形態
（試料Ｎｏ．１〜３）の３種のグロープラグを振動試
験機にかけてその耐久性つまり断線数を試験（試料数は
各形態（試料１〜３）とも１０個）した。ただし、試験
条件は、０〜１０００Ｈｚの全領域に対し、３００Ｇの
加速度を印加し、５０００サイクルに及ぶ耐久試験とし
た。ただし、比較例は、図１３、１４に示した従来の構
造のもので、セラミック発熱体と金属製リードを接続す
る中継線（直径０．４ｍｍのタングステン線）をセラミ
ック基体（絶縁性セラミック）内に埋設し、その中継線
端部をセラミックヒーターの後端部側面に露出させてな
る端子に、ニッケル製リードを銀ロウでロウ付けしたも
のである。結果は表１に示した通りである。

【００３２】なお、セラミックヒーターは、いずれもそ
の外径が３．５ｍｍで長さが４０ｍｍとされている。そ
して、このうちセラミック基体をなす絶縁性セラミック
は、例えば窒化珪素を主成分とするもの（Ｓｉ_３Ｎ_４：
８５質量％、希土類酸化物：１０質量％、ＳｉＯ_２：５
質量％）であり、セラミック発熱体は、例えば窒化珪素
及びタングステンカーバイト（ＷＣ）を主成分とするも
のである。ただし、第１実施形態では、先端側のセラミ
ック発熱体は、ＷＣ：５０質量％、Ｓｉ_３Ｎ_４：４４質
量％、希土類酸化物：４質量％、ＳｉＯ_２：２質量％と
し、後端側のセラミック発熱体は、ＷＣ：６０質量％、
Ｓｉ_３Ｎ_４：３５質量％、希土類酸化物：３質量％、Ｓ
ｉＯ_２：２質量％とした。なお、第２及び第３の実施形
態では、セラミック発熱体は、ＷＣ：５５質量％、Ｓｉ
_３Ｎ_４：４０質量％、希土類酸化物：３質量％、ＳｉＯ
_２：２質量％とした。

【００３３】

【表１】

【００３４】表１より、比較例では、試料１０個中の４
個に断線が見られたのに対し、本発明品（試料Ｎｏ．１
〜３）ではこのような断線の発生は０であった。なお、
断線には金属製リードとリード接続用端子との剥離（分
離）が３個含まれている。

【００３５】次に前記試験におけるのと同じ試料で冷熱
サイクル評価を試験した。ただし、各試料を気相の冷熱
試験機にかけ、−６５℃（１時間）／＋５００℃（１時
間）を５０００サイクルに及ぶ耐久試験をし、その後、
通電試験をして通電特性を調査した。結果は表２に示し
た通りである。

【００３６】

【表２】

【００３７】表２より、比較例では、試料１０個中の８
個に断線が見られた。そして、断線のなかった２個につ
いての通電特性の試験では２個とも抵抗値が増大してお
り、断線又は接続部の剥離の危険が予見された。これに
対し、本発明品（試料Ｎｏ．１〜３）では断線も見られ
ず、通電特性にも問題がみられなかった。

【００３８】図１２は、本発明に係る第４実施形態を示
したものである。本形態のセラミックヒーター装置５１
は、セラミックヒーター２におけるリード接続用端子１
１が平面であるものの、その２つのリード接続用端子１
１がセラミックヒーター２の後端２ｃを楔状にするよう
に、すなわち２つのリード接続用端子１１を、セラミッ
クヒーター２の軸線Ｇを含む仮想平面に対して先細り状
に形成したものである。しかして、金属製リード１５、
１６のロウ付けにおいては、金属製リード１５、１６を
リード接続用端子１１に当接させた状態で、図示のよう
な例えばリング状の治具（仮固定具）６１を、金属製リ
ード１５、１６のうちのリード接続用端子１１への接続
用端部に押し付けるように押し込む。こうすることで、
金属製リード１５、１６をロウ付けする際の仮止めをな
すこときができるので、ロウ付け作業が容易となる。

【００３９】本発明においてセラミック発熱体からなる
リード接続用端子は、セラミックヒーターの焼成時には
露出しておらず、研削（研磨）して露出させるのが好ま
しいが、セラミックヒーターの焼成時に露出するように
形成しておき、研削（又は研磨）仕上するだけでもよ
い。さらにセラミック発熱体におけるリード接続用端子
は、セラミック基体の後端寄りの側面に設けられていれ
ばよいが、セラミック発熱体の両脚の対向する外側でな
くともよい。なお、リード接続用端子は、金属製リード
が平板（又は帯板）の場合には、それに合わせて平面と
しておくのがロウ付け上からして好ましい。

【００４０】本発明をなすセラミックヒーターを構成す
るセラミック発熱体は、前記した組成のものに限定され
るものではなく、セラミックヒーター装置の用途などに
応じて適宜の組成の導電性セラミックで形成すればよ
い。また、セラミック基体をなす絶縁性セラミックにつ
いても、同様にセラミックヒーター装置の用途などに応
じて適宜の組成の絶縁性セラミックで形成すればよい。
すなわち、本発明をなすセラミックヒーターは、セラミ
ックヒーター装置の用途などに応じて適宜の材質、組成
のものを選択して形成すればよい。

【００４１】なお、前記の各形態では、セラミックヒー
ター装置としてグロープラグを例示したが、その適用例
はこれに限定されるものではなく、その要旨を逸脱しな
い範囲において適宜設計変更して広くセラミックヒータ
ー装置として具体化できる。

【００４２】

【発明の効果】以上の説明及び試験結果から明らかなよ
うに、本発明の請求項１に記載のセラミックヒーター装
置によれば、高融点金属を中継線に用いることなく、セ
ラミックヒーターの後端寄りの側面にセラミック発熱体
の両端部を露出させ、その露出しているセラミック発熱
体表面をリード接続用端子とし、そのリード接続用端子
に、通電用の金属製リードを直接ロウ付けした接続構造
としたため、リード接続用端子を例えばセラミックヒー
ターの軸線方向に長く形成することで、リードとの接続
面積を容易に大きくできる。しかも、セラミックと熱膨
張係数が著しく相違する高融点金属からなる中継線を用
いてないことから、中継線の断線の危険もない。したが
って、電気的接続の信頼性が高いセラミックヒーター装
置となすことができる。

【００４３】また、請求項２に記載のセラミックヒータ
ー装置にあっては、金属製本体内に棒状をなすセラミッ
クヒーターがその外周面を覆うように取付けられた金属
製筒状体を介して固着されている。このものでは、請求
項１に記載のセラミックヒーター装置と同様の効果に加
えて、請求項３及び４に記載のセラミックヒーター装置
のように、リード接続用端子を金属製筒状体の内側にお
いて金属製筒状体の後端から突出しないように配置させ
ることができる。したがって、金属製筒状体を介して本
体内に固着されるセラミックヒーターであっても、セラ
ミックヒーター自体の長さを短くできるため、小型化な
いしそれによる同装置のコストの低減を図ることができ
る。また、セラミックヒーターが短くなるため、金属製
筒状体との接触面積が減る分、熱の逃げが少なくなるの
で昇温特性の向上にも寄与する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るセラミックヒーター装置の第１実
施形態の正面縦断面図。

【図２】図１の要部拡大図。

【図３】図２のＡ−Ａ線断面図。

【図４】図２のＢ−Ｂ線断面図。

【図５】図２のＣ−Ｃ線矢視側面図。

【図６】第１実施形態に用いたセラミックヒーターの製
造過程を説明する分解斜視図。

【図７】一体化した未焼成セラミックヒーターの断面
図。

【図８】未焼成セラミックヒーターのホットプレス状態
の説明図。

【図９】本発明に係る第２実施形態の要部拡大正面縦断
面図。

【図１０】本発明に係る第３実施形態の要部拡大正面縦
断面図。

【図１１】図１０のＤ−Ｄ線拡大断面図。

【図１２】本発明に係る第４実施形態の要部拡大正面縦
断面図。

【図１３】従来のセラミックヒーター装置の正面縦断面
図。

【図１４】図１３の要部拡大図。

【符号の説明】

１、３１、４１セラミックヒーター装置２セラミックヒーター２ａセラミックヒーターの先端２ｂセラミックヒーターの外周面（側面）２ｃセラミックヒーターの後端３金属製筒状体３ａ金属製筒状体の先端３ｃ金属製筒状体の後端３ｄ金属製筒状体の内周面４金属製本体４ａ金属製本体の先端５セラミック基体６、７、８セラミック発熱体６ｃセラミック発熱体の端部１１リード接続用端子１５、１６金属製リードＧセラミックヒーターの軸線

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｈ０５Ｂ 3/18 Ｈ０５Ｂ 3/18 Ｆターム(参考） 3K092 PP15 PP16 PP20 QA01 QB02 QB03 QB13 QB24 QB74 QC02 QC16 QC42 QC52 RA02 RB02 RB22 RD04 RD46 TT08 TT13 TT37 VV04 VV28

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】導電性セラミックからなるセラミック発
熱体を、絶縁性セラミックからなるセラミック基体中
に、先端側で折り返し状として埋設してなる棒状のセラ
ミックヒーターを備えたセラミックヒーター装置であっ
て、前記セラミックヒーターの後端寄りの側面を平面状に研
削して前記セラミック発熱体の両端部を露出させ、その
露出しているセラミック発熱体表面をリード接続用端子
とし、該リード接続用端子に、通電用の金属製リードを
ロウ付けしたことを特徴とするセラミックヒーター装
置。
【請求項２】棒状のセラミックヒーターを、その先端
を突出させて筒状の金属製本体内に固着してなるセラミ
ックヒーター装置であって、前記セラミックヒーターは、導電性セラミックからなる
セラミック発熱体を、絶縁性セラミックからなるセラミ
ック基体中に、先端側で折り返し状として埋設し、該セ
ラミックヒーターの後端寄りの側面を平面状に研削して
前記セラミック発熱体の両端部を露出させ、その露出し
ているセラミック発熱体表面をリード接続用端子とし、
該リード接続用端子に、通電用の金属製リードをロウ付
けしたことを特徴とするセラミックヒーター装置。
【請求項３】金属製筒状体内に、棒状のセラミックヒ
ーターを、ヒーター先端が該金属製筒状体の先端から突
出するように固着すると共に、筒状の金属製本体内に、
該金属製筒状体をその先端が該金属製本体の先端から突
出するように固着してなるセラミックヒーター装置であ
って、前記セラミックヒーターは、導電性セラミックからなる
セラミック発熱体を、絶縁性セラミックからなるセラミ
ック基体中に、先端側で折り返し状として埋設し、該セ
ラミックヒーターの後端寄りの側面を平面状に研削して
前記セラミック発熱体の両端部を露出させ、その露出し
ているセラミック発熱体表面をリード接続用端子とし、
該リード接続用端子に、通電用の金属製リードをロウ付
けし、しかも前記リード接続用端子が、前記金属製筒状
体の内側において該金属製筒状体の後端から突出しない
ように配置されていることを特徴とするセラミックヒー
ター装置。
【請求項４】請求項３において、セラミックヒーター
が、金属製筒状体の内周面のうち、金属製本体の先端よ
り後端寄り部位において接触していないことを特徴とす
るセラミックヒーター装置。
【請求項５】前記リード接続用端子が、セラミックヒ
ーターの軸線と略平行な平面とされている請求項１〜４
のいずれかに記載のセラミックヒーター装置。