JP2002158082A

JP2002158082A - セラミックヒーター装置

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Publication number: JP2002158082A
Application number: JP2001098402A
Authority: JP
Inventors: Masahito Taniguchi; 雅人谷口
Original assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Current assignee: Niterra Co Ltd
Priority date: 2000-09-05
Filing date: 2001-03-30
Publication date: 2002-05-31

Abstract

(57)【要約】【課題】製造工程の簡略化を図りかつ電気的接続の信
頼性を高め、セラミックヒーターの小型化による同装置
のコストを低減する。【解決手段】金属製筒状体３内に、セラミックヒータ
ー２を先端２ａが筒状体３の先端３ａから突出させて固
定し、本体４内に筒状体３を固定してなるセラミックヒ
ーター装置１で、セラミックヒーター２は、ヒーター後
端２ｃ寄りの側面に、一対の端子１１を備える。端子１
１に通電用リード１５、１６を接合し、ヒーター後端２
ｃを筒状体３の後端３ｃから突出させず、リード１５、
１６を筒状体３に接触させずヒーター２を筒状体内に圧
入して固定した。筒状体３内のヒーター２後端側にガラ
ス３０を充填してリード接合部を固定した。

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１５及び図１６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、金属製筒状体７３の内側（円柱状の空孔）に、丸
棒（円柱）状のセラミックヒーター７２を、ヒーター先
端７２ａが金属製筒状体（以下、単に筒状体ともいう）
７３の先端７３ａから突出するように固定し、これらを
筒状の金属製本体７４内に、その先端７３ａが金属製本
体７４の先端７４ａから突出するようにして固定されて
いる。このものの組立ては、セラミックヒーター７２を
筒状体７３の内側に隙間嵌めし、その隙間に加熱した溶
融ロウ（図示せず）を流し込み、流し込まれた溶融ロウ
による筒状体７３の熱膨張及び冷却収縮を利用してセラ
ミックヒーター７２を締め付けて筒状体７３に気密状に
固定する。そして、セラミックヒーター７２が一体化さ
れた筒状体７３を本体７４に同様に隙間嵌めし、同隙間
に溶融ロウを流し込んでロウ付けすることで組立てられ
ていた。

【０００３】また、同図に示したように、従来のセラミ
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
形成されていた。そして、この発熱体のＵ字の両端部
（両脚の端部）７６ｃには、通電用リード（以下、単に
リードともいう）１５、１６と接合（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。一方、この各中継線７
８、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一対の接合用端子（以
下、単に端子ともいう）とし、これにリード１５、１６
をロウ材で接合している。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】前記従来の構造のもの
においては、セラミックヒーター７２を金属製筒状体７
３に隙間嵌めして溶融ロウを流し込んで固定するため、
ヒーター７２の外周面を研磨した後、その表面にガラス
を塗布、焼き付けする必要があった。また、筒状体７３
の内周面にはロウとの濡れ性を高める必要があることか
ら、ニッケルメッキなどのメッキをかけていた。このよ
うに従来のヒーター装置７１においては、その構造ない
し組立て上から製造工程が複雑となるため、コストの増
大を招いていた。その上に、金属製筒状体７３とセラミ
ックヒーター７２とが基本的に隙間嵌めによって組立て
られていたため、グロープラグとして使用される場合に
は、両者の熱膨張係数の相違により、金属製筒状体７３
が大きく膨張し、セラミックヒーター７２との間で弛緩
が生じ、気密不良を生じることがあった。

【０００５】また、グロープラグとして使用されるヒー
ター装置７１においては、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
なす端子にロウ材で接合（ロウ付け）されたリード１
５、１６との接合（接続）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。

【０００６】加えて、前記構造のセラミックヒーター７
２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７８、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
危険性があるといった問題があった。

【０００７】さらに、このような従来のセラミックヒー
ター７２は、金属製筒状体７３内に固定した上で本体７
４に固定される。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ヒーター７２の後端７２ｃ寄りの
接合用端子は、筒状体７３の後端７３ｃ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７５の側面
に露出させた中継線７８、７９の端部を端子とし、その
端子にリード１５、１６を接合するため、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、その接合が困難だからであ
る。したがって、このようなセラミックヒーター７２
は、その後端７２ｃ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。

【０００８】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各種の問題点に鑑み
てなされたもので、製造工程の簡略化を図りかつ電気的
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。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めに請求項１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定し、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
出するように固定してなるセラミックヒーター装置にお
いて、前記セラミックヒーターは、該金属製筒状体内に
圧入して固定されていることを特徴とする。

【００１０】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、セラミックヒーターが金属製筒状体
内に圧入されて固定されているため、従来のようなロウ
材での接合工程を要しないし、金属製筒状体へのメッキ
工程が不要となる。したがって、セラミックヒーター装
置の製造工程の簡略化が図られ、コストの低減が図られ
る。本発明において、セラミックヒーターの筒状体内へ
の圧入は常温でされる場合に限られない。より強い締り
嵌めを得たい場合には、筒状体を高温にして圧入する焼
き嵌めとしてもよいし、逆にセラミックヒーターを低温
にして圧入する冷し嵌めとしてもよい。

【００１１】上記手段においては請求項１に記載のよう
に、前記セラミックヒーターは、ヒーター後端を前記金
属製筒状体の後端から突出させないようにするとよい。
このようにすれば、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ためである。

【００１２】また、上記いずれの手段においても、請求
項３に記載のように、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、ヒーター後端寄りの側面に、前記セラ
ミック発熱体に通電用の一対の端子を備えているものと
するのが好ましい。

【００１３】そして、請求項４に記載の発明は、前記セ
ラミックヒーターは、該セラミックヒーターの端子に通
電用リードが接合され、該通電用リードの少なくとも一
方が前記金属製筒状体に接触していないことを特徴とす
る請求項１、２又は３記載のセラミックヒーター装置で
ある。ここで、該通電用リードの少なくとも一方が前記
金属製筒状体に接触していない、としたのは、接地型グ
ロープラグとして具体化する場合には、陰極側の端子は
金属製筒状体にリードを介して電気的に接続されている
ことが好ましいためである。

【００１４】そして請求項５に記載の発明は、前記金属
製筒状体内に、絶縁性封止材が、該金属製筒状体と前記
セラミックヒーターとの間の気密を保持するように充填
されていることを特徴とする請求項２、３又は４記載の
セラミックヒーター装置である。このような請求項５に
記載の発明によれば、絶縁性封止材が充填されて気密の
保持がされているため高度の気密性が保持される。

【００１５】さらに、請求項６に記載の発明は、前記金
属製筒状体内に、絶縁性封止材が、該金属製筒状体と前
記セラミックヒーターとの間の気密を保持しかつ前記通
電用リードの前記端子への接合部を埋設状に固定するよ
うに充填されていることを特徴とする請求項２、３又は
４記載のセラミックヒーター装置。このような請求項６
に記載の発明によれば、絶縁性封止材が充填されて気密
の保持がされているため高度の気密性が保持されること
に加えて、端子に接合されたリードは絶縁性封止材にて
固定されているため、その接合の熱衝撃などによる剥離
（分離）の防止作用がある。

【００１６】上記の課題を解決するために請求項７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
するように固定し、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定
してなるセラミックヒーター装置において、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、ヒーター後端寄
りの側面に、前記セラミック発熱体に通電用の一対の端
子を備えると共に、該端子の少なくとも一方に通電用リ
ードが接合され、ヒーター後端を前記金属製筒状体の後
端から突出させないで、しかも前記一方の通電用リード
が該金属製筒状体に接触することなく前記セラミックヒ
ーターが該金属製筒状体内に圧入して固定され、さら
に、該金属製筒状体内に、絶縁性封止材が、該金属製筒
状体と前記セラミックヒーターとの間の気密を保持しか
つ前記通電用リードの前記端子への接合部を埋設状に固
定するように充填されていることにある。

【００１７】本発明の請求項７に記載のセラミックヒー
ター装置によれば、セラミックヒーターが金属製筒状体
内に圧入されて固定されているため、従来のようなロウ
材での接合工程を要しないし、金属製筒状体へのメッキ
工程が不要となる。したがって、セラミックヒーター装
置の製造工程の簡略化が図られ、コストの低減が図られ
る。そして、絶縁性封止材が充填されて気密の保持がさ
れているため高度の気密性が保持される。また、端子に
接合されたリードは絶縁性封止材にて固定されているた
め、その接合の熱衝撃などによる剥離（分離）の防止作
用がある。さらに、ヒーター後端が金属製筒状体の後端
から突出していないことから、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。

【００１８】請求項８記載の発明は、前記セラミックヒ
ーターは、その後端寄りの側面に、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
熱体表面を通電用の一対の端子とし、該端子に通電用リ
ードをロウ材で接合した請求項３〜７に記載のセラミッ
クヒーター装置である。

【００１９】このように、セラミックヒーターの後端寄
りの側面に露出させたセラミック発熱体表面を端子と
し、この端子に、通電用リードを接合する構造としたこ
とで、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
接合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一層高いセラミックヒ
ーター装置となすことができる。なお通電用リードは、
端子に活性ロウで接合するのが好ましい。銀ロウなどの
通常のロウで接合する場合には、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。

【００２０】そして、請求項９に記載の発明は、前記セ
ラミックヒーターの後端寄りの側面が細く形成され、そ
の細く形成された後端寄りの側面に一対の端子を備えて
いる請求項１〜８に記載のセラミックヒーター装置であ
る。このようにすれば、金属製筒状体を直管としても通
電用リードが接触しないように構成できるためである。

【００２１】なお、上記いずれの発明のセラミックヒー
ター装置においても、前記端子は、セラミックヒーター
の後端寄りの側面が研削されてなるものとするのが製造
工程の簡易化が図られるため好ましい。本発明における
絶縁性封止材は、ガラス又はセメントなどの無機質系の
接着剤でもよいが、グロープラグとして具体化する場合
にはガラスとするのが好ましい。

【００２２】

【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。

【００２３】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。なお、図３、４に示したように、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。

【００２４】このようなセラミックヒーター２は、本例
ではその先端２ａ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ＳＵＳ４３０製）の筒状体３
中に圧入され、締り嵌め状態とされている（図１０参
照）。また、セラミックヒーター２の後端２ｃが金属製
筒状体３の後端３ｃより突出せず、引っ込むように金属
製筒状体３中に圧入されている。なお、本形態では金属
製筒状体３はその内、外径が３．５ｍｍ、５ｍｍとさ
れ、セラミックヒーター２の外径が３．５ｍｍとされて
いる。ただし、本例における圧入締め代は常温で０．０
３ｍｍに設定されている。

【００２５】そして金属製筒状体３は、その後端３ｃ寄
り部位（図１、２上側）の外周面３ｂを介して、本体４
の先端寄り部位（図１、２下側）の内周面４ｄが若干縮
径された縮径部１４に内挿され、固定されている。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、両者を隙間嵌めし例えば溶融し
た銀ロウを流し込んでロウ付けして固定されている。そ
して、このような金属製筒状体３はその先端３ａが本体
４から所定量突出され、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。

【００２６】さて次に、セラミックヒーター２における
セラミック発熱体６と通電用リード１５、１６との接合
構造について詳細に説明する。本形態ではセラミックヒ
ーター２の後端２ｃ（図１、２上方端部）寄り部位であ
り、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、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の両脚の表面を一対の端子１１としている。なお、
端子１１の軸線Ｇ方向に沿う長さ及び幅は、本例ではそ
れぞれ６ｍｍ及び３ｍｍとされているが、この大きさは
通電用リード１５、１６との接合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、両端子１１は、セラミック
ヒーター２の軸線と略平行な平面とされている。

【００２７】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の両脚の露出面を端子１１とし、それ
ぞれニッケル製の帯板からなる通電用リード（幅１．５
ｍｍ、厚さ０．４ｍｍ）１５、１６をその各端部１５
ａ、１６ａを介して例えば活性ロウで接合されている。
そして、金属製筒状体３の後端３ｃ寄りの内周面３ｄと
セラミックヒーター２の後端２ｃ寄りとの間にはガラス
３０が、溶融固化されて充填されている。なお、一方の
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
された端子接合用の通電用リード管１８にロウ付けされ
ている（図１参照）。

【００２８】なお、図１、２に示したように、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１７を内嵌した通電用リード管
１８は、その外側にガラスシール材を介してリング１９
を固定し、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。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１８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、陰極の通電用
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。

【００２９】このような本形態におけるセラミックヒー
ター装置１は、セラミックヒーター２の金属製筒状体３
への固定をロウ材での接合によることなく圧入としたた
め、セラミックヒーター２の外周面にガラスを塗布する
工程、ロウ材での接合工程、及び金属製筒状体３へのメ
ッキ工程が不要となることから、製造工程の簡略化が図
られる。その結果、製造コストの低減が図られる。ま
た、本例では金属製筒状体３の後端３ｃ寄り内周面３ｄ
とセラミックヒーター２の後端２ｃ寄りの間にガラス３
０が充填されている。このため、セラミックヒーター２
の金属製筒状体３への圧入による気密封止を強力にバッ
クアップするため、高い気密性が保持されている。

【００３０】しかも、端子１１に接合されたリード１
５、１６の周りはガラス３０で固められていることか
ら、リード１５、１６の同端子１１、１１からの剥離
（分離）防止が図られている。この結果、振動や冷熱環
境下においても電気的接続の信頼性が高いものとされて
いる。そして、リード１５、１６は固化したガラス３０
中に埋設されているためにふらつきがないので、金属製
筒状体３との絶縁が確実とされている。さらに、従来は
金属製筒状体にセラミックヒーターが隙間嵌めされて、
その隙間にロウ材が流し込まれて封止されていたため、
金属製筒状体３が温度上昇によって膨張することで緩み
が生じ、シール性が低下する危険性があった。これに対
し、本発明では金属製筒状体３にセラミックヒーター２
が圧入による締り嵌め構造とされているため、そうした
危険性の低減が図られている。

【００３１】加えて本形態におけるセラミックヒーター
装置１は、セラミック発熱体６と通電用リード１５、１
６との接合のために、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、通電用リード１
５、１６をセラミック発熱体６に直接接合した構造とし
たため、通電用リード１５、１６の端子１１におけるリ
ード接合面積を大きく確保できるため、基本的にその接
合強度も高い。

【００３２】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、その端子１１を
研削により容易に形成できる。

【００３３】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２
５の合わせ面側のＵ字状凹部２７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の両脚の後端
寄りの対向する外側部分のセラミック基体及びセラミッ
ク発熱体を平面研削し、セラミック発熱体を露出させ
る。

【００３４】こうして形成されたセラミックヒーター２
は、図９に示したように、セラミック発熱体の両脚の露
出面を端子１１として、本形態では、金属製筒状体３に
圧入する前に、ニッケルからなる２本の通電用リード１
５、１６をその一端部を活性ロウ（例えば９０Ｃｕ−５
Ｓｉ−３Ｐｂ−２Ｔｉ）で真空中、１０８０℃で接合す
る。こうしてリード１５、１６を接合したセラミックヒ
ーター２の外周面に滑剤を塗布した後に、その先端２ａ
から金属製筒状体３内に例えば直径方向の圧入代０．０
３ｍｍにて軸線方向に圧入する（図１０参照）。なお、
滑剤としては、二硫化モリブデンを使用したが、カルボ
ン酸を含有する脂肪酸ナトリウム等でもよい。

【００３５】次に、図１１に示したように、金属製筒状
体３の後端３ｃ寄りの内側に、例えばＰｂＯ−Ｂ_２Ｏ_３
系ガラス粉末（軟化点３４０℃）を充填し、４００℃の
窒素雰囲気中で１０分間保持する。こうすることで、金
属製筒状体３とセラミックヒーター２との間でガラス３
０が溶融し、その後固化して充填される。なお、要すれ
ばその後、例えばセンタレス研磨にて金属製筒状体３の
外周面を研磨する。

【００３６】そして、接合されたリード１５、１６のう
ちの一方１６の他端部を通電用の金属軸１７の端部に溶
接し、他方１５の他端部を金属軸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合用の通電用
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内に隙間嵌めし
てロウ付けする。ただし、ロウ付けに代えて例えば直径
における圧入代を０．０２ｍｍ程度として軸線方向に圧
入にしてもよい。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
圧入することでセラミックヒーター装置１として組み立
てられる。

【００３７】さて次に、本発明の第２の実施形態につい
て図１２及び図１３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は上記第１の
形態の一部改良とでも言うべきものであり、改良部以外
の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。

【００３８】すなわち、本形態では、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ことに加えて、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（図１２上）にお
いて接触していないように前記形態よりも短く構成され
ている。すなわち、金属製筒状体３の内周面３ｄのう
ち、本体４の先端４ａよりやや下の位置（先端寄り位
置）から上方の内径をその下方より若干拡径したもので
ある。つまり、図１２中Ｐ−Ｐ線より上方の金属製筒状
体３の内径を、それより下方の内径より若干大きくし
（図１２、１３参照）、端子１１に対応する部位のみな
らず、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３ｄに接触しないよう
にし、その状態の下で金属製筒状体３の後端３ｃ寄りの
内周面３ｄ側にガラス３０を充填したものである。ま
た、このような金属製筒状体３の形状にすることで、セ
ラミックヒーター４２の抜け止め効果もある。つまり、
セラミック基体５とガラス３０との濡れ性は良好で熱膨
張係数の差も少ないため、エンジンでの使用中でも剥離
を生じることはないが、金属製筒状体３とガラス３０と
は剥離を生じる可能性もある。しかし、このような剥離
を生じても、金属製筒状体３の内周面３ｄのうちの上方
が拡径されているため、その拡径部に存在するガラス３
０が抜け止め作用をなすことから、セラミックヒーター
４２の落下を生じることはない。

【００３９】このような本形態では金属製筒状体３を熱
膨張係数の小さいインコロイ９０３（Ｎｉ３７．８−Ｃ
ｏ１５−ＮｂＩ２．６９−Ｔｉ１．４７−Ｆｅ）製と
し、セラミックヒーター４２は、その端子１１にリード
１５、１６を接合後、金属製筒状体３を加熱し、直径で
の圧入代０．０５ｍｍにて軸線方向に押し込み、圧入し
たものである。また、リード１５、１６は幅１．５ｍ
ｍ、厚さ０．４ｍｍの帯板状の４２アロイ（４２Ｎｉ−
Ｆｅ合金）製とし、９５Ａｕ−３Ｎｉ−２Ｔｉの活性ロ
ウにて１０５０℃で３０分間保持して端子１１に接合し
た。そして、ガラス３０はＰｂＯ−Ｂ_２Ｏ_３−Ａｌ_２Ｏ
_３系ガラス粉末（軟化点４４０℃）を金属製筒状体３の
後端３ｃ内側に充填し、その後５００℃の窒素雰囲気中
で１０分間保持して溶融、固化したものである。

【００４０】本形態においては、セラミックヒーター４
２の長さが前記形態よりもさらに短いため、一層のコス
ト低減と、セラミックヒーター装置の小型化も図られ
る。その上、セラミックヒーター４２の金属製筒状体３
との接触面積を減らせることができるため、昇温特性の
向上及び省電力化が図られる。

【００４１】しかも、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、
本形態では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、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。し
たがって、セラミックヒーター４２には、本体４の先端
４ａに位置する金属製筒状体３及びガラス３０を介して
その外力に基づく応力を受けるため、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。

【００４２】ここで、前記した第１形態及び第２形態
（試料Ｎｏ．１、２）の２種のグロープラグを振動試
験機にかけてリードの端子からの剥離を含む断線数を試
験した。ただし、試料数は各形態（試料Ｎｏ．１、
２）とも１０個であり、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。比較例は、図１５、１
６に示した従来の構造のもので、セラミック発熱体７６
と通電用リードを接合する中継線（直径０．４ｍｍのタ
ングステン線）７８、７９をセラミック基体（絶縁性セ
ラミック）７５内に埋設し、その中継線端部をセラミッ
クヒーター７２の後端７２ｃの側面に露出させてなる端
子に、ニッケル製のリード１５、１６を銀ロウで接合
し、その接合部の周りにはガラスのないものである。結
果は表１に示した通りである。

【００４３】なお、いずれの試料もセラミックヒーター
の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り、Ｗ
Ｃ：５０質量％、Ｓｉ_３Ｎ_４：４４質量％、希土類酸化
物：４質量％、ＳｉＯ _２：２質量％とした。

【００４４】

【表１】

【００４５】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
及び２）ではこのような断線の発生は０であった。な
お、断線には通電用リードと端子との剥離（分離）が３
個含まれていた。

【００４６】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。

【００４７】

【表２】

【００４８】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及び２）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。

【００４９】次に前記と同じ試料で同じ冷熱サイクル評
価を試験し、その後、セラミックヒーターと金属製筒状
体との間の封止（気密）特性を調査した。結果は表３に
示した通りである。

【００５０】

【表３】

【００５１】表３より、比較例では、試料１０個中の９
個に封止特性の低下が見られた。これに対し、本発明品
（試料Ｎｏ．１及び２）ではいずれも封止特性に問題が
みられなかった。

【００５２】さて次に本発明の第３の実施形態について
図１４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５１は前記した第１の形態の変形
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。

【００５３】すなわち、前記各形態では、セラミックヒ
ーターの後端寄り側面に、導電性セラミックからなりＵ
字状に形成されたセラミック発熱体の両脚の両外側面を
露出させて端子としたが、本形態では次のようである。
すなわち、セラミックヒーター５２は、セラミック基体
５の先端２ａ寄り部位に、折り返し状（Ｕ字状）に形成
されたセラミック発熱体６を埋設して構成されている
が、この発熱体６のＵ字の両脚９の端部には、通電用の
通電用リード１５、１６へ接合するための中継線５８、
５９の一端部が夫々接合され、セラミック基体５中に埋
設されている。一方、この各中継線５８、５９はその他
端部をセラミックヒーター５２の後端２ｃ寄りの側面に
露出させて接合用端子１１、１１とされ、これに通電用
リード１５、１６をロウ材で接合したものである。そし
て、金属製筒状体３の後端３ｃ寄りの内周面側にガラス
３０が充填され、通電用リード１５、１６の周りを固め
ている。

【００５４】本形態では、高融点金属からなる中継線５
８、５９を用いたものであるが、その端部をヒーター後
端２ｃ寄り側面に露出させて端子１１、１１とし、これ
に接合したリード１５、１６の周りをガラス３０で固定
しているため、その各リードの同端子からの分離防止効
果が高い。

【００５５】上記においてセラミックヒーターは、導電
性セラミックからなる発熱体のものとしたが、本発明に
おいて発熱体はこのものに限定されるものではない。ま
た、導電性セラミックで形成する場合でも、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、組成とす
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
どに応じて適宜の材質、組成の絶縁性セラミックで形成
すればよい。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い。

【００５６】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
のセラミックヒーター装置によれば、セラミックヒータ
ーの金属製筒状体への固定が圧入によるため、従来のよ
うなロウ材での接合工程を要しないし、金属製筒状体へ
のメッキ工程が不要となる。したがって、セラミックヒ
ーター装置の製造工程の簡略化が図られ、コストの低減
が図られる。

【００５７】そして、ヒーター後端が金属製筒状体の後
端から突出していないものでは、セラミックヒーター自
体の長さを短くできるため、コストの低減を図ることが
できる。また、このものにおいて金属製筒状体の内側の
うち、その後端側に絶縁性封止材が充填されているもの
では、高度の気密性が保持される。さらに、端子に接合
されたリードが絶縁性封止材にて固定されているもので
は、その接合の熱衝撃などによる剥離（分離）の防止作
用があり、電気的接続の信頼性が高められる。

【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線拡大断面図。

【図４】図２のＢ−Ｂ線拡大断面図。

【図５】図２のＣ−Ｃ線拡大断面図。

【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】セラミックヒーターの正面図。

【図１０】Ａはセラミックヒーターに金属製筒状体を圧
入する説明用正面縦断面図、Ｂは圧入後の正面縦断面
図。

【図１１】図１０において金属製筒状体の後端寄り内周
面にガラスを充填した図。

【図１２】本発明に係る第２実施形態の要部拡大正面縦
断面図。

【図１３】図１２のＤ−Ｄ線拡大断面図。

【図１４】本発明に係る第３実施形態の要部拡大正面縦
断面図。

【図１５】従来のセラミックヒーター装置の正面縦断面
図。

【図１６】図１５の要部拡大図。

【符号の説明】

１、４１、５１セラミックヒーター装置２、４２、５２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端子１５、１６通電用リード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 3/10 Ｈ０５Ｂ 3/10 Ａ 3/14 3/14 Ｂ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】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
出するように固定し、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
定してなるセラミックヒーター装置において、前記セラミックヒーターは、該金属製筒状体内に圧入し
て固定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２】前記セラミックヒーターは、ヒーター後
端を前記金属製筒状体の後端から突出させていないこと
を特徴とする請求項１記載のセラミックヒーター装置。
【請求項３】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、ヒーター後端寄りの側面に、前記セラミック
発熱体に通電用の一対の端子を備えていることを特徴と
する請求項１又は２記載のセラミックヒーター装置。
【請求項４】前記セラミックヒーターは、該セラミッ
クヒーターの端子に通電用リードが接合され、該通電用
リードの少なくとも一方が前記金属製筒状体に接触して
いないことを特徴とする請求項１、２又は３記載のセラ
ミックヒーター装置。
【請求項５】前記金属製筒状体内に、絶縁性封止材
が、該金属製筒状体と前記セラミックヒーターとの間の
気密を保持するように充填されていることを特徴とする
請求項２、３又は４記載のセラミックヒーター装置。
【請求項６】前記金属製筒状体内に、絶縁性封止材
が、該金属製筒状体と前記セラミックヒーターとの間の
気密を保持しかつ前記通電用リードの前記端子への接合
部を埋設状に固定するように充填されていることを特徴
とする請求項２、３又は４記載のセラミックヒーター装
置。
【請求項７】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
出するように固定し、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
定してなるセラミックヒーター装置において、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、ヒー
ター後端寄りの側面に、前記セラミック発熱体に通電用
の一対の端子を備えると共に、該端子の少なくとも一方
に通電用リードが接合され、ヒーター後端を前記金属製
筒状体の後端から突出させないで、しかも前記一方の通
電用リードが該金属製筒状体に接触することなく前記セ
ラミックヒーターが該金属製筒状体内に圧入して固定さ
れ、さらに、該金属製筒状体内に、絶縁性封止材が、該金属
製筒状体と前記セラミックヒーターとの間の気密を保持
しかつ前記通電用リードの前記端子への接合部を埋設状
に固定するように充填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８】前記セラミックヒーターは、その後端寄
りの側面に、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通電用の
一対の端子とし、該端子に通電用リードをロウ材で接合
した請求項３〜７に記載のセラミックヒーター装置。
【請求項９】前記セラミックヒーターの後端寄りの側
面が細く形成され、その細く形成された後端寄りの側面
に一対の端子を備えている請求項１〜８に記載のセラミ
ックヒーター装置。
【請求項１０】前記端子は、セラミックヒーターの後
端寄りの側面が研削されてなる請求項１〜９に記載のセ
ラミックヒーター装置。
【請求項１１】前記絶縁性封止材がガラスである請求
項５〜１０に記載のセラミックヒーター装置。