DE102016121467B4

DE102016121467B4 - Keramikheizer

Info

Publication number: DE102016121467B4
Application number: DE102016121467.1A
Authority: DE
Inventors: Ikuya Ando; Hiroyuki Murai; Hiroshi Nakao; Teiji Ishinada
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2015-11-11
Filing date: 2016-11-09
Publication date: 2018-09-20
Anticipated expiration: 2036-11-10
Also published as: JP2017091854A; JP6665495B2; DE102016121467A1

Abstract

In einem Keramikheizer (1) hat ein aktives Metallelement (4) eine erste (401) und eine zweite (402) Endoberfläche entgegengesetzt zueinander in einer longitudinalen Richtung des Keramikheizers (1). Eine ringförmige Verbindung (31) hat ein erstes Ende (310) mit einer Oberfläche und ein zweites Ende (312) entgegengesetzt zu dem ersten Ende (310) in der longitudinalen Richtung. Die Oberfläche des ersten Endes (310) ist versetzt hinsichtlich der ersten Endoberfläche (401) des aktiven Metallelements (4) in der longitudinalen Richtung. Ein Lötfüllmetall (5) bedeckt die erste Endoberfläche (401) des aktiven Metallelements (4) und bedeckt den Innenumfang des Versetzungsabschnitts. Der folgende relationale Ausdruck ist erfüllt:wobei X den Versetzungsbetrag von der ersten Endoberfläche (401) des aktiven Metallelements (4) und dem inneren Rand des ersten Endes (310) der ringförmigen Verbindung (31) repräsentiert, und Y die Länge des aktiven Metallelements (4) in der longitudinalen Richtung repräsentiert.

Description

QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNGEN
Diese Anmeldung ist basiert auf und beansprucht den Vorzug der Priorität der japanischen Patentanmeldung 2015-221659 , welche am 11. November 2015 eingereicht wurde, deren Offenbarung hierin durch Bezugnahme in ihrer Gesamtheit miteinbezogen ist.
TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf Keramikheizer zum Erwärmen eines Zielmaterials wie beispielsweise Kraftstoff oder atmosphärisches Gas.
HINTERGRUND
Keramikheizer inkorporieren in einem gestreckten isolierenden Keramikkörper ein Heizelement, welches Wärme erzeugt, wenn es eingeschaltet wird. Diese Keramikheizer werden weit verbreitet für verschiedene Vorrichtungen verwendet. Beispielsweise wird solch ein Keramikheizer als eine Glühkerze beziehungsweise ein Glühstift verwendet, welcher in einem Zylinderkopf einer internen Verbrennungsmaschine wie beispielsweise einer Dieselmaschine installiert ist. Der Keramikheizer, welcher als eine Glühkerze verwendet wird, hat es zum Ziel, eine Kompressionszündung von Kraftstoff in der Maschine zu fördern, wenn die Maschine kalt ist.
Ein typischer Keramikheizer weist eine Elektrode auf, welche mit dem Heizelement verbunden ist, und auf der Oberfläche des Keramikkörpers angebracht ist. Der Keramikkörper ist an der Innenumfangsseite eines zylindrischen Abschnitts eines Metallelements angeordnet. Die Elektrode des Keramikkörpers ist mit dem Metallelement verbunden. Der thermische Ausdehnungskoeffizient des Metallelements und der thermische Ausdehnungskoeffizient des Keramikkörpers sind unterschiedlich voneinander. Wenn der Keramikheizer in der Maschine installiert ist, wirkt thermische Belastung aufgrund des thermischen Zyklus der Maschine von dem Metallelement auf den Keramikkörper. Es ist demnach für solch einen typischen Keramikheizer, welcher die Elektroden aufweist, welche mit dem Metallelement verbunden sind, wichtig, wie der Keramikkörper vor der thermischen Belastung geschützt ist.
Beispielsweise ist ein herkömmlicher Keramikheizer, welcher in der JP 2012 - 33340 A offenbart ist, derart konfiguriert, dass

(1) eine erste metallisierte Schicht, welche ein aktives Material enthält, auf einem vorbestimmten Abschnitt gebildet ist, welcher eine Elektrodenleitung aufweist, welche mit einer Elektrode verbunden ist und von einer Seitenoberfläche des Keramikkörpers nach außen davon gezogen ist;
(2) eine zweite metallisierte Schicht, welche Glas enthält, an der Seitenoberfläche des Keramikkörpers um die erste Metallisierungsschicht gebildet ist.

Der vorbestimmte Abschnitt der Seitenoberfläche des Keramikkörpers, welcher die Elektrodenleitung aufweist, ist über die erste und zweite Metallisierungsschicht an ein Metallrohr als ein Beispiel des Metallelements gelötet.
Diese Konfiguration, die auf den ersten und zweiten Metallisierungsschichten basiert ist, führt zu einer höheren Widerstandsfähigkeit der elektrischen Leitung des Keramikheizers.
Weiterer relevanter Stand der Technik ist in den Druckschriften DE 10 2016 121 091 A1 , EP 2 927 590 A1 , JP H07-167435 A , US 2011/0240625 A1 und US 2010/0006557 A1 offenbart.
KURZFASSUNG
In dem herkömmlichen Keramikheizer kann ein Verbinden des Keramikkörpers, an welchem die erste Metallisierungsschicht, welche als ein aktives Metallelement dient, gebildet ist, mit dem Metallrohr mit einem Lötfüllmetall bzw. Hartlot zu dem folgenden Problem führen.
Insbesondere ist der Abschnitt des Keramikkörpers, welcher dem Innenumfang eines Endes des Metallrohrs über ein entsprechendes Ende der ersten Metallisierungsschicht zugewandt ist, konzentrisch thermischer Belastung aufgrund der Ausdehnung und des Zusammenziehens des Metallrohres ausgesetzt, während der Keramikheizer erwärmt oder gekühlt wird. Wenn die Oberfläche des Endes des Metallrohrs mit der Oberfläche des Endes der ersten Metallisierungsschicht ausgerichtet ist, kann eine größere Konzentration von thermischer Belastung zu Rissen in dem Keramikkörper führen.
In Hinsicht auf die Umstände, welche obenstehend erläutert sind, sucht ein beispielhafter Aspekt der vorliegenden Offenbarung Keramikheizer vorzusehen, von welchen jeder in der Lage ist, zu verhindern, dass ein Keramikkörper, mit welchem ein ringförmiger Verbindungsabschnitt eines Metallelements über ein aktives Metallelement verbunden ist, reißt.
Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen dazu sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben.
Gemäß einem beispielhaften Aspekt der vorliegenden Offenbarung ist ein Keramikheizer vorgesehen. Der Keramikheizer weist einen Heizerkörper auf. Der Heizerkörper weist einen longitudinalen Keramikkörper auf, welcher ein erstes Ende und ein zweites Ende in einer longitudinalen Richtung davon hat. Der Heizerkörper weist ein Heizerelement auf, welches ein erstes Ende und ein zweites Ende entgegengesetzt dem ersten Ende in der longitudinalen Richtung hat, eingebettet in den Keramikkörper. Der Heizerkörper weist eine Anode auf, welche mit dem ersten Ende des Heizerelements verbunden ist und an einer Seitenoberfläche des zweiten Endes des Keramikkörpers angebracht ist. Der Heizerkörper weist eine Kathode auf, welche mit dem zweiten Ende des Heizerelements verbunden ist und an der Seitenoberfläche des Keramikkörpers angebracht ist. Die Kathode ist platziert, um näher zu dem ersten Ende des Keramikkörpers zu sein als es die Anode ist. Der Keramikheizer weist ein aktives Metallelement auf, welches an der Seitenoberfläche des zweiten Endes des Keramikkörpers angebracht ist, während es eine Außenoberfläche der Anode bedeckt. Das aktive Metallelement ist reaktiv mit dem Keramikkörper verbunden. Der Keramikheizer weist ein Metallelement auf, welches eine ringförmige Verbindung aufweist, welche angeordnet ist, um eine äußere Oberfläche des aktiven Metallelements zu umgeben. Der Keramikheizer weist ein Lötfüllmetall bzw. Hartlot auf, welches die ringförmige Verbindung und das aktive Metallelement verbindet. Das aktive Metallelement hat eine erste Endoberfläche und eine zweite Endoberfläche entgegengesetzt der ersten Endoberfläche in der longitudinalen Richtung. Die ringförmige Verbindung hat ein erstes Ende mit einer Oberfläche und ein zweites Ende entgegengesetzt dem ersten Ende in der longitudinalen Richtung. Die Oberfläche des ersten Endes ist hinsichtlich der ersten Endoberfläche des aktiven Metallelements in der longitudinalen Richtung versetzt. Das Lötfüllmetall bedeckt die erste Endoberfläche des aktiven Metallelements und bedeckt einen Innenumfang eines Versetzungsabschnitts der ringförmigen Verbindung. Der folgende relationale Ausdruck ist erfüllt: $X \geq Y \times 0,05$
wobei:

X einen Versetzungsbetrag von der ersten Endoberfläche des aktiven Metallelements und einem inneren Rand des ersten Endes der ringförmigen Verbindung repräsentiert; und
Y eine Länge des aktiven Metallelements in der longitudinalen Richtung repräsentiert.

Das erste Ende der ringförmigen Verbindung des Metallelements ist hinsichtlich der ersten Endoberfläche des aktiven Metallelements in der longitudinalen Richtung in Richtung des ersten Endes des Keramikkörpers versetzt platziert. Diese Konfiguration verhindert, dass die erste Endoberfläche des aktiven Metallelements dem inneren Rand des ersten Endes der ringförmigen Verbindung zugewandt ist. Wenn der Keramikheizer erwärmt und gekühlt wird, sodass sich die ringförmige Verbindung ausdehnt und zusammenzieht, wirkt thermische Belastung auf den Keramikkörper von der ringförmigen Verbindung, da der thermische Ausdehnungskoeffizient des Metallelements größer ist als derjenige des Keramikkörpers.
Zu der Zeit verhindert die obige Konfiguration des Keramikheizers, dass eine thermische Belastung von dem inneren Rand des ersten Endes der ringförmigen Verbindung und thermische Belastung von der ersten Endoberfläche des aktiven Metallelements auf denselben Abschnitt des Keramikkörpers in der longitudinalen Richtung wirkt.
Das Lötfüllmaterial, welches die ringförmige Verbindung und das aktive Metallelement verbindet, bedeckt die erste Endoberfläche des aktiven Metallelements und bedeckt ebenso den Innenumfang des Versetzungsabschnitts der ringförmigen Verbindung. Dies versetzt die erste Endoberfläche, auf welche thermische Belastung basierend auf der Ausdehnung und/oder dem Zusammenziehen der ringförmigen Verbindung des aktiven Metallelements sich zu konzentrieren tendiert, mit dem Lötfüllmetall bedeckt zu sein.
Die obige Konfiguration, dass die ringförmige Verbindung versetzt ist und das Lötfüllmetall an dem Innenumfang des Versetzungsabschnitts angebracht ist, verringert die thermische Belastung in Richtung der Innenumfangs- und longitudinale Seiten des Keramikkörpers basierend auf einer Ausdehnung und/oder einem Zusammenziehen der ringförmigen Verbindung. Dies verhindert, dass der Keramikkörper bricht.
Der Versetzungsbetrag X zwischen dem inneren Rand des ersten Endes der ringförmigen Verbindung und der ersten Endoberfläche des aktiven Metallelements in der longitudinalen Richtung und die longitudinalen Länge Y des aktiven Metallelements erfüllen den folgenden relationalen Ausdruck: $X \geq Y \times 0,05 .$
Wenn der Versetzungsbetrag X zu klein wäre, könnte es schwierig sein, thermische Belastung zu verringern. Demnach ermöglicht es ein Einstellen des Versetzungsbetrages X, um gleich oder größer als 5 Prozent der axialen Länge Y des aktiven Metallelements in der longitudinalen Richtung zu sein, dass thermische Belastung, welche auf den Keramikkörper wirkt, effizient verringert wird.
Wenn der Versetzungsbetrag X zu groß wäre, könnte die Länge des Überlapps des Keramikkörpers und der ringförmigen Verbindung in der longitudinalen Richtung unnötig groß sein. Aus diesem Grund ist es möglich, den Versetzungsbetrag X zu bestimmen, um den folgenden relationalen Ausdruck zu erfüllen: $Y \times 0,2 \geq X \geq Y \times 0,05 .$
Wie obenstehend beschrieben ist, verhindert der Keramikheizer gemäß dem beispielhaften Aspekt der vorliegenden Offenbarung, welcher das aktive Metallelement des Heizerkörpers und die ringförmige Verbindung des Metallelements aufweist, welche miteinander durch das Lötfüllmetall verbunden sind, dass der Keramikkörper bricht.
Das Metallelement hat eine Innenoberfläche, auf welcher eine Ni-Beschichtungsschicht bzw. -Plattierschicht vorgesehen sein kann. Das aktive Metallelement hat eine Innenoberfläche, auf welcher ebenso eine Ni-Beschichtungsschicht vorgesehen sein kann. Dies versetzt die ringförmige Verbindung und das aktive Metallelement in die Lage, durch das Lötfüllmaterial miteinander über die Ni-Beschichtungsschichten verbunden zu werden.
Der Keramikheizer gemäß dem beispielhaften Aspekt der vorliegenden Offenbarung kann als verschiedene Heizer verwendet werden einschließlich

1. Heizer von Glühkerzen
2. Zündheizer für Verbrennungsheizsysteme
3. Zündheizer für verschiedene Heizvorrichtungen wie beispielsweise Kerosinturbinenheizvorrichtungen
4. Heizer für verschiedenen Sensoren wie beispielsweise Gassensoren,
5. Heizer für verschiedene Messvorrichtungen.

Figurenliste
Andere Aspekte der vorliegenden Offenbarung werden aus der folgenden Beschreibung von Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen offensichtlich werden, in welchen:

1 eine teilweise axiale Querschnittsansicht eines Keramikheizers gemäß einer spezifischen Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung ist;
2 eine vergrößerte longitudinale Querschnittsansicht ist, welche schematisch einen Verbindungsabschnitt und seinen Umfang bzw. seine Peripherie zwischen einem aktiven Metallelement eines Heizerkörpers und einer ringförmigen Verbindung eines Metallelements des Keramikheizers, welcher in 1 veranschaulicht ist, veranschaulicht;
3 eine vergrößerte longitudinale Querschnittsansicht ist, welche schematisch einen Versetzungsabschnitt und seinen Umfang bzw. seine Peripherie der ringförmigen Verbindung des Metallelements, welches in den 1 und 2 veranschaulicht ist, veranschaulicht; und
4 eine Tabelle ist, welche schematisch Ergebnisse von Tests veranschaulicht, welche durch die Erfinder der vorliegenden Offenbarung durchgeführt wurden zum Bestimmen der optimalen Beziehung zwischen
1. (1) dem Versetzungsbetrag zwischen einem inneren Rand der ringförmigen Verbindung und einer ersten Endoberfläche des aktiven Metallelements in einer axialen Richtung des Keramikheizers
2. (2) der Länge des aktiven Metallelements in der axialen Richtung.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORM
Das Folgende beschreibt einen Keramikheizer 1 gemäß einer spezifischen Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen.
Bezug nehmend auf die 1 bis 3 weist der Keramikheizer 1 einen Heizerkörper 2, ein aktives Metallelement 4, ein Metallelement 3 und ein Lötfüllmetall bzw. Hartlot 5 auf.
Der Heizerkörper 2 weist einen longitudinalen Keramikkörper 21, ein im Wesentlichen U-förmiges Heizelement 22, eine Anode 23 und eine Kathode 24 auf.
Der Keramikkörper 21 hat beispielsweise eine axial gestreckte zylindrische Form. Der Keramikkörper 21 hat ein erstes Ende, das heißt ein Arbeitsende 21a und ein zweites Ende, das heißt ein Basisende 211 entgegengesetzt dem ersten Ende 21a in der axialen Richtung L, das heißt der longitudinalen Richtung davon. Das U-förmige Heizerelement 22, welches eine Basis und zwei Beine hat, welche sich kontinuierlich von der Basis erstrecken, ist in dem ersten Ende 21a des Keramikkörpers 21 eingebettet derart, dass beide Enden der zwei Beine zu dem zweiten Ende des Keramikkörpers 21 gerichtet sind. Die Anode 23 ist mit einem der zwei Beine des U-förmigen Heizerelements 22 über einen Leitungsdraht 25 verbunden, und die Kathode 24 ist mit dem anderen der zwei Beine des U-förmigen Heizerelements 21 über einen Leitungsdraht 25 verbunden.
Der Keramikkörper 21 hat eine Außenumfangsseitenoberfläche 201. Die Anode 23 ist an einem ersten Abschnitt der Außenumfangsseitenoberfläche 201 des zweiten Endes 211 des Keramikkörpers 21 angebracht. Die Kathode 24 ist an einem zweiten Abschnitt der Außenumfangsseitenoberfläche 201 des Keramikkörpers 21 angebracht; der zweite Abschnitt ist näher zu dem ersten Ende 21a des Keramikkörpers 21 als es die Anode 23 ist.
Das aktive Metallelement 4, welches eine ringförmige Form hat, ist angeordnet, um die Außenumfangsseitenoberfläche 201 des zweiten Endes 211 des Keramikkörpers 21 zu umgeben, um die Außenoberfläche der Anode 23 zu bedecken. Das aktive Metallelement 4 wird mit dem Keramikkörper 21 in chemischen Reaktionen zwischen dem aktiven Metallelement 4 und dem Keramikkörper 21 verbunden.
Das Metallelement 3 weist eine ringförmige Verbindung 31 auf, welche den Außenumfang des aktiven Metallelements 4 umgibt. Die ringförmige Verbindung 31 und das aktive Metallelement 4 sind miteinander mit dem Lötfüllmaterial 5 verbunden.
Bezug nehmend auf die 2 und 3 hat das Metallelement 3 im Wesentlichen eine Topfform. Das Metallelement 3 weist eine Basis 33 auf, welche über dem zweiten Ende 211 des Keramikkörpers 21 angeordnet ist. Das Metallelement 3 weist eine ringförmige Wand 32 auf, welche sich von der Basis 33 in Richtung des zweiten Endes 211 des Keramikkörpers 21 erstreckt, während sich der Innendurchmesser der ringförmigen Wand 32 schrittweise ausdehnt. In anderen Worten gesagt ist die ringförmige Wand 32 mit dem zweiten Ende 312 der ringförmigen Verbindung 31 verbunden, während der Innendurchmesser der ringförmigen Wand 32 schrittweise abnimmt.
Die ringförmige Verbindung 31 erstreckt sich kontinuierlich von dem sich ausdehnenden Ende der ringförmigen Wand 32 zu dem ersten Ende 21a des Keramikkörpers 21 in der axialen Richtung L. Das heißt, dass das Metallelement 3 das zweite Ende 211 des Keramikkörpers 21 bedeckt. Es sei angemerkt, dass das Metallelement 3 eine zylindrische Form oder eine von verschiedenen Formen haben kann.
Die ringförmige Verbindung 31 hat eine Innenumfangsoberfläche 301 und die ringförmige Wand 32 hat eine Innenumfangsoberfläche 302. Die Innenumfangsoberfläche 301 und die Innenumfangsoberfläche 302 sind miteinander über einen Grenzabschnitt 303 verbunden, welcher eine innere Ecke zwischen den inneren Umfangsoberflächen 301 und 302 bildet.
Das aktive Metallelement 4 hat eine erste Endoberfläche 401 und eine zweite Endoberfläche 402 entgegengesetzt zu der ersten Endoberfläche 401. Die zweite Endoberfläche 402 des aktiven Metallelements 4 ist mit einer Oberfläche 202 des zweiten Endes 211 des Keramikkörpers 21 ausgerichtet derart, dass der äußere Rand der ersten Endoberfläche 401 des aktiven Metallelements 4 in den Grenzabschnitt 303 eingepasst ist. Dies führt dazu, dass das aktive Metallelement 4 und der Keramikkörper 21 hinsichtlich des Metallelements 3 positioniert sind.
Die ringförmige Verbindung 31 hat ein erstes Ende 310 und ein zweites Ende 312 entgegengesetzt zu dem ersten Ende 310 in der axialen Richtung L; das zweite Ende 312 ist mit der ringförmigen Wand 32 verbunden.
Das erste Ende 310 der ringförmigen Verbindung 31, welche eine Oberfläche ES hat, ist hinsichtlich der ersten Endoberfläche 401 des aktiven Metallelements 4 in der axialen Richtung L in Richtung des ersten Endes 21a des Keramikkörpers 21 versetzt platziert.
Das heißt, dass die ringförmige Verbindung 31 einen Versetzungsabschnitt 33 hat, welcher sich in Richtung des ersten Endes 21a des Keramikkörpers 21 relativ zu der ersten Endoberfläche 401 des aktiven Metallelements 4 in der axialen Richtung L erstreckt.
Das Lötfüllmaterial 5 ist zwischen der Innenumfangsoberfläche 301 der ringförmigen Verbindung 31 und der Außenumfangsoberfläche des aktiven Metallelements 4 zwischenliegend angeordnet. Das Lötfüllmetall 5 erstreckt sich in Richtung des ersten Endes 21a des Keramikkörpers 21, um die erste Endoberfläche 401 des aktiven Metallelements 4 und die Innenumfangsoberfläche des Versetzungsabschnitts 33 der ringförmigen Verbindung 31 zu bedecken.
Insbesondere hat das erste Ende 310 der ringförmigen Verbindung 31 einen äußeren Rand 311a und einen inneren Rand 311b. Der äußere Rand 311a erstreckt sich in Richtung des ersten Endes 21a des Keramikkörpers 21 relativ zu dem inneren Rand 311b in der axialen Richtung, sodass der äußere Rand 311a näher zu dem ersten Ende 21a des Keramikkörpers 21 ist als es der innere Rand 311b ist. Die Länge, das heißt der Versetzungsbetrag zwischen dem inneren Rand 311b der ringförmigen Verbindung 31 und der ersten Endoberfläche 401 des aktiven Metallelements 4 in der axialen Richtung L ist durch X repräsentiert. Die Länge des aktiven Metallelements 4 in der axialen Richtung L ist durch Y repräsentiert. Der Versetzungsbetrag X und die axiale Länge Y des aktiven Metallelements 4 erfüllen den folgenden relationalen Ausdruck (1): $X \geq Y \times 0,05$
Das Folgende beschreibt den Keramikheizer 1 gemäß der spezifischen Ausführungsform detaillierter.
Bezug nehmend auf 1 bildet der Keramikheizer 1 eine Glühkerze, welche für eine interne Verbrennungsmaschine wie beispielsweise eine Dieselmaschine zu verwenden ist. Der Keramikheizer 1 weist ein Metallgehäuse 62 auf, welches beispielsweise eine im Wesentlichen zylindrische Form hat. Das Metallgehäuse 62 des Keramikheizers 1 ist in ein Kerzeneinpassloch 71 eingepasst, welches in einem Zylinderkopf 7 gebildet ist und mit einer Verbrennungskammer 73 des Zylinderkopfes 7 in Verbindung steht.
Der Keramikheizer 1 dient dazu, das Luft-Kraftstoff-Gemisch in der Verbrennungskammer 73 vorzuwärmen. Insbesondere ist der Keramikheizer 1 in das Kerzeneinpassloch 71 eingepasst derart, dass das erste Ende 21a des Keramikkörpers 21 in der Verbrennungskammer 73 angeordnet ist. Demnach erzeugt, wenn es eingescvhaltet wird, das Heizerelement 22 des Keramikheizers 1 Wärme, demnach das Luft-Kraftstoff-Gemisch in der Verbrennungskammer 73 erwärmend.
Das heißt, dass das erste Ende 21a des Keramikkörpers 21 näher zu der Verbrennungskammer 73 ist, als es das zweite Ende 211 ist. Das zweite Ende 211 des Keramikkörpers 21 dient demnach als ein Basisende und das erste Ende 21a des Keramikkörpers 21 dient als ein Arbeitsende.
Bezug nehmend auf 1 weist der Keramikheizer 1 ebenso, zusätzlich zu dem Heizerkörper 2 und dem Metallgehäuse 62, eine Metallhülse 61 und einen metallischen Leitungsanschluss 63 auf. Die Metallhülse 61, welche ein erstes Ende näher zu dem Heizelement 22 und ein zweites Ende entgegengesetzt zu dem ersten Ende hat, umgibt den Außenumfang des Heizerkörpers. Das Metallgehäuse 62 ist mit dem zweiten Ende der Metallhülse 61 verbunden. Der metallische Leitungsanschluss 63 ist mit der Basis 33 des Metallelements 3 verbunden.
Die Hülse 61 hat eine im Wesentlichen kreisförmige röhrenförmige Form. Die Hülse 61 weist einen ersten zylindrischen Abschnitt 611 und einen zweiten zylindrischen Abschnitt 612 auf. Der zweite zylindrische Abschnitt 612 hat ein erstes Ende und ein zweites Ende entgegengesetzt zu dem ersten Ende, wobei das erste Ende näher zu dem Heizelement 22 ist als das zweite Ende. Der erste zylindrische Abschnitt 611 hat einen Außendurchmesser größer als einen Außendurchmesser des zweiten zylindrischen Abschnitts 612. Das Kerzeneinpassloch 71 hat einen ersten Lochabschnitt 71a, einen zweiten Lochabschnitt 71b und einen Schulterabschnitt 72, welche kontinuierlich den ersten und zweiten Lochabschnitt 71a und 71b verbindet. Der erste Lochabschnitt 71a hat einen größeren Innendurchmesser als der Innendurchmesser des zweiten Lochabschnitts 71b, sodass der Schulterabschnitt 72 zwischen dem ersten und dem zweiten Lochabschnitt 71a und 71b gebildet ist.
Das heißt, dass der Keramikheizer in dem Kerzeneinpassloch 71 installiert ist, während der erste zylindrische Abschnitt 611 an dem Schulterabschnitt 72 des Kerzeneinpasslochs 71 angebracht ist. Die Kathode 24 des Heizerkörpers 2 ist über die Hülse 61 mit dem Zylinderkopf 7, welcher ein Massepotenzial hat, verbunden. Das Gehäuse 62 ist an das zweite Ende der Hülse 61 geschweißt.
Die Leitungsdrähte 25 können aus einem elektrisch leitfähigen Material gefertigt sein, welches dasselbe ist wie ein elektrisch leitfähiges Material, welches jede der Anode 23 und der Kathode 24 bildet. Das heißt, dass die Leitungsdrähte 25 aus einem elektrisch leitfähigen Metall oder einem elektrisch leitfähigen Keramikmaterial gefertigt sein können. Das Material, welches das Heizerelement 22 bildet, hat einen höheren elektrischen Widerstand als die Materialien, welche jeweils einen entsprechenden einen der Leitungsdrähte 25, der Anode 23 und der Kathode 24 bilden. Wenn eine Spannung zwischen der Anode 23 und der Kathode 24 angelegt wird, wird das Heizelement 22 eingeschaltet, um es zu erwärmen.
Beispielsweise ist jede der Anode 23 und der Kathode 24 aus Wolframkarbid gefertigt, welches eine elektrische Leitfähigkeit hat. Der Keramikkörper 21 ist aus beispielsweise Keramik wie beispielsweise Siliziumnitrid gefertigt, welches ein Beispiel für Isolatoren ist. Der Keramikkörper 21 kann beispielsweise aus Aluminiumoxid gefertigt sein.
Das aktive Metallelement 4 ist an der ringsumhergehenden äußeren Umfangsseitenoberfläche 201 angebracht, welche die Außenoberfläche der Anode 23, des zweiten Endes 211 des Keramikkörpers 21 aufweist. Es sei festgehalten, dass das aktive Metallelement 4 an einem Teil der Außenumfangsseitenoberfläche 201 angebracht sein kann, welche die Außenoberfläche der Anode 23 des zweiten Endes 211 des Keramikkörpers 21 aufweist.
Bezug nehmend auf 3 kann das aktive Metallelement 4 eine aktive Metallmetallisierungsschicht genannt werden. Insbesondere weist das aktive Metallelement 4 eine ringförmige reaktive Schicht 41 und eine ringförmige leitfähige Schicht 42 auf. Die ringförmige reaktive Schicht 41 ist an der Außenumfangsseitenoberfläche 201 des zweiten Endes 211 des Keramikkörpers 21 angebracht, um reaktiv mit der Außenumfangsseitenoberfläche 201 verbunden zu sein. Die ringförmige leitfähige Schicht 42 ist an dem Außenumfang der ringförmigen reaktiven Schicht 41 angebracht. Die ringförmige reaktive Schicht 41 ist in chemischen Reaktionen zwischen aktiven Metallkomponenten, welche in dem aktiven Metallelement 4 enthalten sind, und keramischen Komponenten, welche in dem Keramikkörper 21 enthalten sind, erzeugt. Die hergestellte reaktive Schicht 41 versetzt das aktive Metallelement 4 in die Lage, starr mit dem Keramikkörper 21 verbunden zu sein. Die leitfähige Schicht 42 ist derart erzeugt, dass leitfähige Komponenten, welche in dem aktiven Metallelement 4 enthalten sind, auf dem Außenumfang der reaktiven Schicht 41 geschichtet sind. Die reaktive Schicht 41 und die leitfähige Schicht 42 ermöglichen, dass eine elektrische Leitung zwischen der Anode 23 und dem Metallelement 3 etabliert wird.
Beispielsweise ist das aktive Metallelement 4 aus einer Ti-Ag-Cu-Legierung gefertigt, welche zusammengesetzt ist aus

(1) Titan (Ti) als den aktiven Metallkomponenten, welche die reaktive Schicht 41 bilden, welche reaktiv auf die Keramikkomponenten des Keramikkörpers 21 sind;
(2) Silber (Ag) als einer leitfähige Komponente zum Etablieren der elektrischen Leitfähigkeit des aktiven Metallelements 4;
(3) Kupfer (Cu) als einer leitfähigen Komponente zum Etablieren der elektrischen Leitfähigkeit des aktiven Metallelements 4.

Die reaktive Schicht 41 ist aus Titansilizid (Ti₅Si₃) aufgebaut, welches in chemischen Reaktionen zwischen Ti, welches in dem aktiven Metallelement 4 enthalten ist, und Si, welches in den keramischen Komponenten des Keramikkörpers 21 enthalten ist, erzeugt wird. Die leitfähige Schicht 42 ist als eine Legierung von Ag und Cu konstruiert. Es sei angemerkt, dass die aktiven Metallkomponenten, welche in dem aktiven Metallelement 4 enthalten sind, aus Magnesium (Mg) zusammengesetzt sein können.
Die ringförmige Verbindung 31 des Metallelements 3 weist eine Ni- Beschichtungsschicht bzw. Plattierschicht 43 auf, welche auf dem gesamten Innenumfang davon angebracht ist. Ähnlich weist die leitfähige Schicht 42 des aktiven Metallelements 4 eine Ni-Beschichtungsschicht 34 auf, welche auf dem gesamten Außenumfang davon angebracht ist. Jede der Beschichtungsschichten 43 und 34 dient dazu, die Fließfähigkeit des Lötfüllmetalls 5, welches daran ankontaktiert, zu verbessern.
Das Lötfullmetall 5 wird in den Raum zwischen den Beschichtungsschichten 43 und 34 gefüllt, um die Beschichtungsschichten 43 und 34 dadurch zu verbinden. Beispielsweise ist das Lötfüllmetall 5 aus Ag, Cu oder anderen ähnlichen Materialien gefertigt. Die Beschichtungsschicht 43, welche auf dem gesamten Innenumfang der ringförmigen Verbindung 31 gebildet ist, und die Beschichtungsschicht 34, welche auf dem gesamten Außenumfang der leitfähigen Schicht 42 gebildet ist, versetzen das Lötfüllmetall 5 in die Lage, leicht in die Beschichtungsschichten 34 und 43 gefüllt zu werden, auch wenn das erste Ende 310 der ringförmigen Verbindung 31 versetzt hinsichtlich der ersten Endoberfläche 401 des aktiven Metallelements 4 in der axialen Richtung L platziert ist.
Der durchschnittliche thermische Ausdehnungskoeffizient des Metallelements 3 innerhalb des Temperaturbereichs von 0 bis 649 °C einschließlich ist eingestellt, um innerhalb des Bereiches von 11,9 × 10^-6 bis 18,7 × 10^-6 (1/°C) einschließlich zu sein. Das Metallelement 4 ist aus beispielsweise einem rostfreien Stahl beziehungsweise Edelstahl wie beispielsweise SUS304 oder SUS430 gefertigt. Der durchschnittliche thermische Ausdehnungskoeffizient von SUS304 ist 18,7 × 10^-6 (1/°C), und der durchschnittliche thermische Ausdehnungskoeffizient von SUS3430 ist 11,9 × 10^-6 (1/°C). Der durchschnittliche thermische Ausdehnungskoeffizient des Keramikkörpers 21 innerhalb des Temperaturbereichs von 0 bis 649 °C einschließlich ist eingestellt, um innerhalb des Bereiches von 2,6 × 10^-6 bis 7,8 × 10^-6 (1/°C) einschließlich zu sein. Der durchschnittliche thermische Ausdehnungskoeffizient jeder der reaktiven Schicht 41 und der leitfähigen Schicht 42, welche das aktive Metallelement 4 bilden, und der durchschnittliche thermische Ausdehnungskoeffizient der Beschichtungsschicht 43 sind größer als der durchschnittliche thermische Ausdehnungskoeffizient des Keramikkörpers 21.
Es sei festgehalten, dass der durchschnittliche thermische Ausdehnungskoeffizient eines Objekts den Durchschnitt von Werten des thermischen Ausdehnungskoeffizienten innerhalb eines vorbestimmten Temperaturbereichs bedeutet.
Der durchschnittliche thermische Ausdehnungskoeffizient jedes des aktiven Metallelements 4 und der Beschichtungsschicht 43 ist größer als der durchschnittliche thermische Ausdehnungskoeffizient des Keramikkörpers 21. Aus diesem Grund wirkt, wenn der Keramikheizer 1, welcher verwendet wird, sich ausdehnt oder zusammenzieht thermische Belastung von dem aktiven Metallelement 4 zu dem Keramikkörper 21 in jeder der radialen Richtung und axialen Richtung L des Keramikkörpers 21.
Die Länge der Anode 23 des Heizerkörpers 2 in der axialen Richtung L ist eingestellt, um innerhalb des Bereiches von 2 bis 4 mm einschließlich zu sein, und die Länge des aktiven Metallelements 4 in der axialen Richtung L ist eingestellt, um länger als die Länge der Anode 23 in der axialen Richtung L zu sein. Der Außendurchmesser des Keramikkörpers 21 ist eingestellt, um innerhalb des Bereichs von 2,8 bis 3,5 mm einschließlich zu sein. Der Keramikheizer 1, welcher ist wie obenstehend erläutert konfiguriert ist, erfüllt leicht die obigen Abmessungen.
Bezug nehmend auf 3 ist die gesamte Oberfläche ES des ersten Endes 310 der ringförmigen Verbindung 31 in Richtung des ersten Endes 21a des Keramikkörpers 21 in der axialen Richtung L verjüngt. Es sei festgehalten, dass der innere Abschnitt, welcher die innere Ecke aufweist, der Oberfläche ES des ersten Endes 310 der ringförmigen Verbindung 31 in Richtung des ersten Endes 21a des Keramikkörpers 21 in der axialen Richtung L verjüngt sein kann. Der äußere Abschnitt, welcher die äußere Ecke aufweist, der Oberfläche ES des ersten Endes 310 der ringförmigen Verbindung 31 kann rechtwinklig zu der axialen Richtung L sein. Die verjüngte Oberfläche ES des ersten Endes 310 der ringförmigen Verbindung 31 ermöglicht, dass die Konzentration von thermischer Belastung, welche auf den Keramikkörper 21 von dem inneren Rand 311b des ersten Endes 310 der ringförmigen Verbindung 31 wirkt, verringert ist.
Die gesamte Oberfläche ES oder der innere Abschnitt der Oberfläche ES des ersten Endes 310 der ringförmigen Verbindung 31 kann bogenförmig sein. Dies erreicht denselben Effekt wie der Fall, in dem die gesamte Oberfläche ES des ersten Endes 310 der ringförmigen Verbindung 31 verjüngt ist.
Die erste Endoberfläche 401 des aktiven Metallelements 4 ist im Wesentlichen rechtwinklig zur der axialen Richtung L. Es sei festgehalten, dass beim Herstellen die erste Endoberfläche 401 des aktiven Metallelements 4 nicht vollständig rechtwinklig zu der axialen Richtung L sein kann. In diesem Fall ist die Länge zwischen dem inneren Rand 311b der ringförmigen Verbindung 31 und dem nähesten Punkt der ersten Endoberfläche 401 hinsichtlich des ersten Endes 21a des Keramikkörpers 21 in der axialen Richtung L als der Versetzungsbetrag X definiert.
Bezug nehmend auf 3 hat das Lötfüllmetall 5, welches platziert ist, um an dem Innenumfang des Versetzungsabschnitts 33 der ringförmigen Verbindung 31 anzuliegen, ein verjüngtes oder bogenförmiges Ende 5a in Richtung des zweiten Endes 211 des Keramikkörpers 21 derart, dass der Innendurchmesser des verjüngten oder bogenförmigen Endes 5a schrittweise in Richtung des zweiten Endes 211 des Keramikkörpers 21 abnimmt. Dies ermöglicht, dass thermische Belastung, welche auf den Keramikkörper 21 von dem Versetzungsabschnitt 33 der ringförmigen Verbindung 31 über das Lötfüllmetall 5 wirkt, verringert wird.
Die Innenumfangsoberfläche 301 der ringförmigen Verbindung 31 ist parallel zu der axialen Richtung L des Metallelements 3. Die Innenumfangsoberfläche 301 der ringförmigen Verbindung 31 kann in Richtung der Oberfläche 202 des zweiten Endes 211 des Keramikkörpers 21 verjüngt sein. In diesem Fall kann die Außenumfangsseitenoberfläche 201 des zweiten Endes 211 des Keramikkörpers 21 in Richtung der Oberfläche 202 des zweiten Endes 211 verjüngt sein.
An der Außenoberfläche der Kathode 24 des Heizerkörpers 2 ist ein Glas-zu-Metall-Element, das heißt eine Glasmetallisierungsschicht angebracht. Die Glasmetallisierungsschicht ist aus Glaskomponenten und Metallkomponenten zum Etablieren einer elektrischen Leitfähigkeit davon aufgebaut. Der thermische Ausdehnungskoeffizient der Glaskomponenten ist näher zu dem thermischen Ausdehnungskoeffizienten der Keramikkomponenten des Keramikkörpers 21 als der thermische Ausdehnungskoeffizient der Metallkomponenten. Eine Beschichtungsschicht wie beispielsweise eine Ni-Beschichtungsschicht ist an der äußeren Oberfläche der Glasmetallisierungsschicht angebracht. Ein Lötfüllmetall 5 verbindet die Beschichtungsschicht und die Hülse 61 dort hindurch.
Als Nächstes beschreibt das Folgende ein Verfahren zum Bilden des aktiven Metallelements 4 an der Außenumfangsseitenoberfläche 201 des zweiten Endes 211 des Keramikkörpers 21.
Zuerst wird eine Paste, welche sich aus Ti als aktive Metallkomponenten, Ag und Cu als Metallkomponenten und Lösungsmittel zum Bilden des aktiven Metallelements 4 zusammengesetzt ist, auf die gesamte Außenumfangsseitenoberfläche 201 des zweiten Endes 211 des Keramikkörpers 21 angewandt. Dann wird die Paste wärmebehandelt. Während die Paste wärmebehandelt wird, reagiert Ti als die aktiven Metallkomponenten in der Paste mit Si₃N₄ als den Keramikkomponenten in dem Keramikkörper 21. Dies führt dazu, dass eine Ti₅Si₃ Schicht als die reaktive Schicht 41 dient, auf der gesamten Außenumfangsseitenoberfläche 201 des zweiten Endes 211 des Keramikkörpers 21 gebildet wird, welcher die Außenoberfläche der Anode 23 aufweist. Zusätzlich wird auf dem Außenumfang der reaktiven Schicht 41 die leitfähige Schicht 42, welche aus Ag und Cu zusammengesetzt ist, gebildet. Demnach wird auf der Außenumfangsseitenoberfläche 201 des zweiten Endes 211 des Keramikkörpers 21 das aktive Metallelement 4, welches die reaktive Schicht 41 und die leitfähige Schicht 42 aufweist, gebildet.
Danach wird auf dem Außenumfang des aktiven Metallelements 4 die Beschichtungsschicht 43, welche aus Ni besteht, gebildet.
Der Heizerkörper 2 wird mit dem Innenumfang des Metallelements 3 unter Verwendung des Lötfüllmetalls 5 und einer Presspassung verbunden.
Als Nächstes beschreibt das Folgende wie der Heizerkörper 2 mit dem Innenumfang des Metallelements 3 verbunden wird.
Wenn der Heizerkörper 2 mit dem Innenumfang des Metallelements 3 unter Verwendung eines Lötfüllmaterials verbunden wird, ist das Metallelement 3 an einer Palette (pallet) angeordnet, während die Oberfläche ES des ersten Endes 310 der ringförmigen Verbindung 31 nach unten gerichtet ist. Ein festes Lötfüllmetall ist an der Oberfläche 202 des Heizerkörpers 2 angeordnet und der Heizerkörper 2 wird in die ringförmige Verbindung 31 von der unteren Seite des Metallelements 3 eingeführt, um an dem Innenumfang der ringförmigen Verbindung 31 angeordnet zu sein.
Als Nächstes dehnt sich, wenn das Metallelement 3 über die Palette erwärmt wird, der Innenumfang des Metallelements 3 thermisch aus, um einen Freiraum zwischen dem Innenumfang des Metallelements 3 und dem Außenumfang des Heizerkörpers 2 zu bilden. Dies verursacht, dass das geschmolzene Lötfüllelement in den Freiraum fließt. Danach wird, wenn das Metallelement 3 abgekühlt wird, das Lötfüllelement, welches in dem Freiraum angeordnet ist, verfestigt, um das Lötfüllmetall 5 zu bilden, und der Innenumfang der ringförmigen Verbindung 31 wird zusammengezogen. Dann werden der Heizerkörper 2 und die ringförmige Verbindung 31 miteinander basierend auf dem Lötfüllmetall 5 und der Presspassung verbunden.
Als Nächstes beschreibt das Folgende wie der Keramikheizer 1 gemäß der ersten Ausführungsform arbeitet.
Das erste Ende 310 der ringförmigen Verbindung 31 des Metallelements 3 ist versetzt hinsichtlich der ersten Endoberfläche 401 des aktiven Metallelements 4 in der axialen Richtung L in Richtung des ersten Endes 21a des Keramikkörpers 21 platziert. Diese Konfiguration verhindert, dass die erste Endoberfläche 401 des aktiven Metallelements 4 dem inneren Rand 311b der ringförmigen Verbindung 31 zugewandt ist.
Wenn der Keramikheizer 1 wird aufgrund des Kühl- und Heizzyklus der Maschine erwärmt und gekühlt, sodass die ringförmige Verbindung 31 sich ausdehnt und sich zusammenzieht, wirkt thermische Belastung auf den Keramikkörper 21 von der ringförmigen Verbindung 31, da das Metallelement 31 im thermischen Ausdehnungskoeffizienten größer ist als der Keramikkörper 21.
Zu der Zeit verhindert die obige Konfiguration des Keramikheizers 1, dass thermische Belastung von dem inneren Rand 311b des ersten Endes 310 der ringförmigen Verbindung 31 und thermische Belastung von der ersten Endoberfläche 401 des aktiven Metallelements 4 auf denselben Abschnitt des Keramikkörpers 21 in der axialen Richtung L wirkt.
Das Lötfüllmetall 5, welches die ringförmige Verbindung 31 und das aktive Metallelement 4 verbindet, bedeckt die erste Endoberfläche 401 des aktiven Metallelements 4 und bedeckt ebenso den Innenumfang des Versetzungsabschnitts 33 der ringförmigen Verbindung 31. Dies versetzt die erste Endoberfläche 401 des aktiven Metallelements 4, auf welche sich thermische Belastung basierend auf der Ausdehnung und/oder dem Zusammenziehen der ringförmigen Verbindung 31 zu konzentrieren tendiert, in die Lage mit dem Lötfüllmetall 5 bedeckt zu sein.
Die obige Konfiguration, dass die ringförmige Verbindung 31 versetzt ist und das Lötfüllmetall 5 an dem Innenumfang des Versetzungsabschnitts 33 angebracht ist, verringert thermische Belastung in Richtung der Innenumfangs- und axialen Seiten des Keramikkörpers 21 basierend auf einer Ausdehnung und/oder einem Zusammenziehen der ringförmigen Verbindung 31. Dies verhindert, dass der Keramikkörper 21 bricht.
Der Heizerkörper 2 ist mit dem Innenumfang des Metallelements 3 unter Verwendung des Lötfüllmetalls 5 und einer Presspassung verbunden. Dies kann verursachen, dass eine Restbelastung auf den Heizerkörper 2 von der ringförmigen Verbindung 31 wirkt. Auch wenn die thermische Belastung und die Restbelastung auf den Keramikkörper 21 ausgeübt werden, verhindert die obige Konfiguration, dass die ringförmige Verbindung 31 versetzt ist und das Lötfüllmetall 5 an dem Innenumfang des Versetzungsabschnitts 33 angebracht ist, dass der Keramikkörper 21 bricht.
Die Länge, das heißt der Versetzungsbetrag zwischen dem inneren Rand 311b der ringförmigen Verbindung 31 und der ersten Endoberfläche 401 des aktiven Metallelements 4 in der axialen Richtung L ist durch X repräsentiert. Die Länge des aktiven Metallelements 4 in der axialen Richtung L ist durch Y repräsentiert. Der Versetzungsbetrag X zwischen dem inneren Rand 311b der ringförmigen Verbindung 31 und der ersten Endoberfläche 401 des aktiven Metallelements 4 in der axialen Richtung L und die axiale Länge Y des aktiven Metallelements 4 in der axialen Richtung L erfüllen den folgenden relationalen Ausdruck (1), welcher obenstehend erläutert ist: $X \geq Y \times 0,05$
Wenn der Versetzungsbetrag X zu klein wäre, könnte es schwieig sein, thermische Belastung zu verringern. Demnach ermöglicht es ein Einstellen des Versetzungsbetrages X, um gleich oder größer als 5 Prozent der axialen Länge Y des aktiven Metallelements 4 in der axialen Richtung L zu sein, dass thermische Belastung, welche auf den Keramikkörper 21 wirkt, effizient verringert wird.
Wenn der Versetzungsbetrag X zu groß wäre, könnte die Länge des Überlappens des Keramikkörpers 21 und der ringförmigen Verbindung 31 in der axialen Richtung L unnötig groß sein. Aus diesem Grund ist es möglich, den Versetzungsbetrag X zu bestimmen, um den folgenden relationalen Ausdruck (2) zu erfüllen: $Y \times 0,2 \geq X \geq Y \times 0,05$
Wie obenstehend beschrieben ist, verhindert der Keramikheizer 1 gemäß der spezifischen Ausführungsform, welche das aktive Metallelement 4 des Heizerkörpers 2 und die ringförmige Verbindung 31 des Metallelements 3 aufweist, welche miteinander durch das Lötfüllmetall 5 verbunden sind, dass der Keramikkörper 21 bricht.
Die Erfinder der vorliegenden Offenbarung haben Tests ausgeführt zum Bestimmen der optimalen Beziehung zwischen

(1) dem Versetzungsbetrag X zwischen dem inneren Rand 311b der ringförmigen Verbindung 31 und der ersten Endoberfläche 401 des aktiven Metallelements 4 in der axialen Richtung L
(2) der Länge Y des aktiven Metallelements 4 in der axialen Richtung L.

Vor dem Ausführen der Tests wurden Testproben des Keramikheizers 1 bereitgestellt. Unter den Testproben sind der Versatz X, die Länge Y, der Außendurchmesser des Keramikheizers 21 und das Material des Metallelements unterschiedlich voneinander. Die Testproben des Keramikheizers haben

(1) eines von 4,0 mm, 3,6 mm und 2,0 mm als die Länge Y
(2) eines von 0,08 mm, 0,10 mm, 0,12 mm, 0,14 mm, 0,16 mm, 0,18 mm, 0,20 mm und 0,22 mm als den Versetzungsbetrag X
(3) eines von SUS304, SUS430 als das Material des Keramikkörpers 21
(4) eines von 2,8 mm und 3,5 mm als den Außendurchmesser des Keramikkörpers 21.

Für jede Probe des Keramikheizers 1 wurde überprüft, ob es Mikrorisse in dem Keramikkörper 21 gab.
Da solche Mikrorisse extrem kleine Mikrorisse sind, wurde das folgende Verfahren verwendet, um zu überprüfen, ob es Mikrorisse in dem Keramikkörper 21 gab.
Insbesondere wurde das Lötfüllmetall 5 wiederum geschmolzen und der Heizerkörper 2 wurde von dem Metallelement 3 entfernt. Dann wurde die Außenumfangsseitenoberfläche 201 des Keramikkörpers 21 leicht abgeschliffen und danach wurde ein fluoreszierendes Durchdringungsmittel auf die Außenumfangsseitenoberfläche 201 angewandt. Während ultraviolettes Licht auf die Außenumfangsseitenoberfläche 201 eingestrahlt wurde, wurde überprüft, ob es Mikrorisse in dem Keramikkörper 21 gab.
4 veranschaulicht die Ergebnisse der Tests. In der Tabelle, welche in 4 veranschaulicht ist, zeigt das Zeichen „X“ Mikrorisse in dem Keramikkörper 21 und das Zeichen „O“ repräsentiert keine Mikrorisse in dem Keramikkörper 21.
In 4 wird in jeder von einigen Proben, wenn die Länge Y 4 mm ist und der Versetzungsbetrag X innerhalb des Bereiches von 0,08 bis 0,18 mm ist, die Korrelation zwischen dem Versetzungsbetrag X und der Länge Y: X < Y × 0,05. Dies führt zu Mikrorissen in dem Abschnitt des Keramikkörpers 21, welcher dem inneren Rand 311b der ringförmigen Verbindung 31 zugewandt ist.
Im Gegensatz dazu wird in jeder von einigen Proben, wenn die Länge Y 4 mm ist und der Versetzungsbetrag X innerhalb des Bereichs von 0,20 bis 0,22 mm ist, die Korrelation zwischen dem Versetzungsbetrag X und der Länge Y: X ≥ Y × 0,05. Dies führt zu keinen Mikrorissen in dem Keramikkörper 21.
In jeder von einigen Proben wird, wenn die Länge Y 3,6 mm ist und der Versetzungsbetrag X innerhalb des Bereichs von 0,08 bis 0,16 mm ist, die Korrelation zwischen dem Versetzungsbetrag X und der Länge Y: X < Y × 0,05. Dies führt zu Mikrorissen in dem Abschnitt des Keramikkörpers 21, welcher dem inneren Rand 311b der ringförmigen Verbindung 31 zugewandt ist.
Im Gegensatz dazu wird in jeder von einigen Proben wenn die Länge Y 3,6 mm ist und der Versetzungsbetrag X innerhalb des Bereiches von 0,18 bis 0,22 mm ist, die Korrelation zwischen dem Versetzungsbetrag X und der Länge Y: X ≥ Y × 0,05. Dies führt zu keinen Mikrorissen in dem Keramikkörper 21.
In jeder von einigen Proben wird, wenn die Länge Y 2,0 mm ist und der Versetzungsbetrag X 0,08 mm ist, die Korrelation zwischen dem Versetzungsbetrag X und der Länge Y: X < Y × 0,05. Dies führt zu Mikrorissen in dem Abschnitt des Keramikkörpers 21, welcher dem inneren Rand 311b der ringförmigen Verbindung 31 zugewandt ist.
Im Gegensatz dazu wird in jeder von einigen Proben, wenn die Länge Y 2,0 mm ist und der Versetzungsbetrag X innerhalb des Bereiches von 0,10 bis 0,22 mm ist, die Korrelation zwischen dem Versetzungsbetrag X und der Länge Y: X ≥ Y × 0,05. Dies führt zu keinen Mikrorissen in dem Keramikkörper 21.
Wie durch die obigen Testergebnisse gesehen wird, verhindert das Einstellen des Versetzungsbetrages X, um gleich oder größer als 5 Prozent der axialen Länge Y des aktiven Metallelements 4 in der axialen Richtung L zu sein, dass der Keramikkörper 21 Mikrorisse bekommt. Andernfalls kann ein Einstellen des Versetzungsbetrages X, um kleiner zu sein als 5 Prozent in der axialen Länge Y des aktiven Metallelements 4 in der axialen Richtung L eine Schwierigkeit beim Verhindern haben, dass der Keramikkörper 21 Mikrorisse bekommt.
Während die veranschaulichende Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung hierin beschrieben wurde, ist die vorliegende Offenbarung nicht auf die Ausführungsformen, welche hierin beschrieben sind, beschränkt, sondern schließt eine beliebige und alle Ausführungsformen ein, welche Modifikationen, Auslassungen, Kombinationen (beispielsweise von Aspekten über verschiedene Ausführungsformen hinweg), Adaptionen und/oder Alternationen haben, wie durch Fachleute basierend auf der vorliegenden Offenbarung anerkannt würde. Die Beschränkungen in den Ansprüchen müssen breit interpretiert werden basierend auf der Sprache, welche in den Ansprüchen eingesetzt wird und nicht auf Beispiele beschränkt, welche in der vorliegenden Beschreibung oder während der Verfolgung der Anmeldung beschrieben werden, welche Beispiele als nicht exklusiv zu betrachten sind.

Claims

Keramikheizer (1), der Folgendes aufweist: einen Heizerkörper (2), welcher Folgendes aufweist: einen longitudinalen Keramikkörper (21), welcher ein erstes Ende (21a) und ein zweites Ende (211) in einer longitudinalen Richtung davon hat; ein Heizelement (22), welches ein erstes Ende und ein zweites Ende entgegengesetzt zu dem ersten Ende in der longitudinalen Richtung hat, eingebettet in den Keramikkörper (21); eine Anode (23), die mit dem ersten Ende des Heizelements (22) verbunden ist und an einer Seitenoberfläche des zweiten Endes (211) des Keramikkörpers (21) angebracht ist; und eine Kathode (24), welche mit dem zweiten Ende des Heizelements (22) verbunden ist und an der Seitenoberfläche des Keramikkörpers (21) angebracht ist, wobei die Kathode (24) platziert ist, um näher zu dem ersten Ende (21a) des Keramikkörpers (21) zu sein als es die Anode (23) ist; ein aktives Metallelement (4), welches an der Seitenoberfläche des zweiten Endes (211) des Keramikkörpers (21) angebracht ist, während es eine äußere Oberfläche der Anode (23) bedeckt, wobei das aktive Metallelement (4) reaktiv mit dem Keramikkörper (21) verbunden ist; ein Metallelement (3), welches eine ringförmige Verbindung (31) aufweist, welche angeordnet ist, um eine äußere Oberfläche des aktiven Metallelements (4) zu umgeben; und ein Lötfüllmetall (5), welches die ringförmige Verbindung (31) und das aktive Metallelement (4) verbindet, wobei der Keramikheizer (1) dadurch gekennzeichnet ist, dass: das aktive Metallelement (4) eine erste Endoberfläche (401) und eine zweite Endoberfläche (402) entgegengesetzt zu der ersten Endoberfläche (401) in der longitudinalen Richtung hat; die ringförmige Verbindung (31) ein erstes Ende (310) mit einer Oberfläche (ES) und ein zweites Ende (312) entgegengesetzt zu dem ersten Ende (310) in der longitudinalen Richtung hat, wobei die Oberfläche (ES) des ersten Endes (310) hinsichtlich der ersten Endoberfläche (401) des aktiven Metallelements (4) in der longitudinalen Richtung versetzt ist; das Lötfüllmetall (5) die erste Endoberfläche (401) des aktiven Metallelements (4) bedeckt und einen Innenumfang eines Versetzungsabschnitts (33) der ringförmigen Verbindung (31) bedeckt; und der folgende relationale Ausdruck erfüllt ist: $X \geq Y \times 0,05,$
wobei X einen Versetzungsbetrag von der ersten Endoberfläche (401) des aktiven Metallelements (4) und einem inneren Rand (311b) des ersten Endes (310) der ringförmigen Verbindung (31) repräsentiert; und Y eine Länge des aktiven Metallelements (4) in der longitudinalen Richtung repräsentiert.
Keramikheizer (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Metallelement (3) Folgendes aufweist: eine ringförmige Wand (32), welche mit dem zweiten Ende (312) der ringförmigen Verbindung (31) verbunden ist, während ein Innendurchmesser der ringförmigen Wand (32) schrittweise abnimmt; und wobei die zweite Endoberfläche (402) des aktiven Metallelements (4) durch einen Grenzabschnitt (303) zwischen einer Innenumfangsoberfläche der ringförmigen Verbindung (31) und einer Innenumfangsoberfläche der ringförmigen Wand (32) positioniert ist.
Keramikheizer (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die gesamte Oberfläche (ES) des ersten Endes (310) der ringförmigen Verbindung (31) oder ein innerer Abschnitt der Oberfläche (ES) des ersten Endes (310) in Richtung des zweiten Endes (211) des Keramikkörpers (21) verjüngt oder bogenförmig ist.
Keramikheizer (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass: das aktive Metallelement (4) eine reaktive Schicht aufweist, welche auf der Seitenoberfläche des zweiten Endes (211) des Keramikkörpers (21) angebracht ist; und das aktive Metallelement (4) zusammengesetzt ist aus: Ti, welches die reaktive Schicht vorsieht; Ag zum Etablieren einer elektrischen Leitung des aktiven Metallelements (4); und Cu zum Etablieren einer elektrischen Leitung des aktiven Metallelements (4).
Keramikheizer (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass: das Metallelement (3) einen durchschnittlichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten innerhalb eines Temperaturbereichs von 0 bis 694 °C einschließlich hat, und der durchschnittliche thermische Ausdehnungskoeffizient eingestellt ist, um innerhalb des Bereiches von 11,9 ×10^-6 bis 18,7 × 10^-6 (1/°C) einschließlich zu sein.
Keramikheizer (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass: die Anode (23) eine Länge in der longitudinalen Richtung hat; das aktive Metallelement (4) eine Länge in der longitudinalen Richtung hat; die Länge der Anode (23) eingestellt ist, um innerhalb des Bereiches von 2 bis 4 mm einschließlich zu sein; und die Länge des aktiven Metallelements (4) länger ist als die Länge der Anode (23).
Keramikheizer (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass: das Metallelement (3) eine innere Oberfläche hat, auf welcher eine Ni-Beschichtungsschicht (34) vorgesehen ist.
Keramikheizer (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass: das aktive Metallelement (4) eine innere Oberfläche hat, auf welcher eine Ni-Beschichtungsschicht (43) angebracht ist.