JP5642260B2

JP5642260B2 - ヒータおよびこれを備えたグロープラグ

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Publication number: JP5642260B2
Application number: JP2013502380A
Authority: JP
Inventors: 川元　智裕; 智裕川元
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2011-02-28
Filing date: 2012-02-28
Publication date: 2014-12-17
Anticipated expiration: 2032-02-28
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Description

本発明は、例えば燃焼式車載暖房装置における点火用若しくは炎検知用のヒータ、石油ファンヒータ等の各種燃焼機器の点火用のヒータ、自動車エンジンのグロープラグ用のヒータ、酸素センサ等の各種センサ用のヒータ、測定機器の加熱用のヒータ等に利用されるヒータおよびこれを備えたグロープラグに関するものである。

ヒータは、一般に発熱部を有する抵抗体、リードおよび絶縁基体を含む構成になっている。そして、自動車エンジンのグロープラグ等に用いられる絶縁基体がセラミックスからなるセラミックヒータは、高速昇降温し、高温で使用できるとの特徴を備えている（例えば、特許文献１を参照）。

近年、自動車業界では、アイドリングＳＴＯＰや、排ガスクリーン化が求められ、グロープラグには、高速昇温、最高温度のＵＰ、長時間駆動等の要求が高まり、さらにＥＣＵの性能向上により、突入電力ＵＰ、パルス駆動により、使用環境も苛酷になってきている。

特開2003−68428号公報

セラミックヒータにはさらに高温での使用が要求されているが、セラミックヒータの使用温度を上げると導体部（抵抗体またはリード）と絶縁基体との間の熱膨張差による大きな応力が発生し、絶縁基体にマイクロクラックが生じて絶縁強度が低下するおそれがある。

特に、突入電力が加わったとき、抵抗体の先端が急激に発熱し、熱伝導の良い導体部が絶縁基体よりも先に軸方向に温度上昇するので、導体部が真っ直ぐな形状であると、導体部の軸方向に伸びようとする力が導体部と絶縁基体との境界に沿って一直線に揃って、絶縁基体にマイクロクラックが生じるおそれがある。

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、熱応力のかかる方向が複数の方向に分散され、絶縁強度低下の抑制されたヒータおよびこれを備えたグロープラグを提供することを目的とする。

本発明のヒータは、絶縁基体と、該絶縁基体に埋設され、折返し形状をなしている抵抗体と、前記絶縁基体に埋設され一方方向に延びており、一端側で前記抵抗体に接続される一対のリードとを備え、前記抵抗体または前記一対のリードのうちの少なくとも一方のリードがうねった部位を有していることを特徴とするものである。本発明においては、前記抵抗体または前記一対のリードのうちの少なくとも一方のリードがうねった部位を有しており、前記一対のリードの軸方向に垂直な断面で見て、前記うねった部位の少なくとも一部に凹みを有している。または、本発明においては、前記絶縁基体は窒化珪素質セラミックスからなり、前記絶縁基体は前記うねった部位の近傍領域における窒化珪素のβ相の比率がその他の領域よりも高くなっている。

また、本発明は、上記の構成のヒータと、前記一対のリードのうちの一方のリードと電気的に接続されて前記ヒータを保持する金属製保持部材とを備えたことを特徴とするグロープラグである。

本発明のヒータによれば、導体部がうねった部位を有していることにより、導体部の軸方向に伸びようとする力が導体部と絶縁基体との境界に沿って一直線に揃わずに、熱応力がうねりに沿った複数の方向に分散されるため、負荷を小さくできる。したがって、絶縁基体にマイクロクラックが発生しにくくなり、絶縁強度の低下を抑制することができる。

（ａ）は本発明のヒータの実施の形態の一例を上面から見た概略縦断面図であり、（ｂ）は（ａ）に示すヒータを側面から見た概略縦断面図である。（ａ）は本発明のヒータにおけるリードの一例を示す一部拡大縦断面図であり、（ｂ）は本発明のヒータにおける抵抗体の一例を示す一部拡大縦断面図である。本発明のヒータにおけるうねった部位の一例の説明図である。本発明のヒータにおけるうねった部位の他の例の説明図である。うねった部位により熱応力のかかる方向が分散される説明図である。うねった部位により導体部から絶縁基体への熱の散逸が大きくなる説明図である。本発明のヒータにおけるうねった部位の他の例の説明図である。導体部の上下方向へのうねりで導体部間の温度が下がる説明図である。（ａ）は本発明のヒータの実施の形態の他の一例を上面から見た概略縦断面図であり、（ｂ）は（ａ）に示すヒータを側面から見た概略透視図、（ｃ）は（ａ）に示すＡ−Ａ線で切断した断面図、（ｄ）は（ａ）に示すＢ−Ｂ線で切断した断面図、（ｅ）は（ａ）に示すＣ−Ｃ線で切断した断面図である。（ａ）は本発明のヒータの実施の形態の他の一例を上面から見た概略縦断面図であり、（ｂ）は（ａ）に示すヒータを側面から見た概略透視図、（ｃ）は（ａ）に示すＡ−Ａ線で切断した断面図、（ｄ）は（ａ）に示すＢ−Ｂ線で切断した断面図、（ｅ）は（ａ）に示すＣ−Ｃ線で切断した断面図である。図３に示すうねった部位をｂ−ｂ線で切断した横断面図である。

本発明のヒータの実施の形態の例について図面を参照して詳細に説明する。

図１（ａ）は本発明のヒータの実施の形態の一例を上面（抵抗体の折返しが見える方向）から見た概略縦断面図であり、図１（ｂ）は図１（ａ）に示すヒータを側面から見た概略縦断面図である。また、図２（ａ）は本発明のヒータにおけるリードの一例を示す一部拡大縦断面図であり、図２（ｂ）は本発明のヒータにおける抵抗体の一例を示す一部拡大縦断面図である。

図１および図２に示す本実施の形態のヒータ１は、絶縁基体２と、絶縁基体２に埋設され、折返し形状をなしている抵抗体３と、絶縁基体２に埋設され一方方向に延びており、一端側で抵抗体３に接続される一対のリード４とを備え、抵抗体３または一対のリード４のうちの少なくとも一方のリード４がうねった部位５を有している。

本実施の形態のヒータ１における絶縁基体２は、例えば棒状に形成されたものである。この絶縁基体２には抵抗体３および一対のリード４が埋設されている。ここで、絶縁基体２はセラミックスからなることが好ましく、これにより急速昇温時の信頼性が高いヒータ１を提供することが可能になる。具体的には、酸化物セラミックス，窒化物セラミックス，炭化物セラミックス等の電気的な絶縁性を有するセラミックスが挙げられる。特に、絶縁基体２は、窒化珪素質セラミックスからなることが好適である。窒化珪素質セラミックスは、主成分である窒化珪素が高強度、高靱性、高絶縁性および耐熱性の観点で優れているからである。窒化珪素質セラミックスからなる絶縁基体２は、例えば、主成分の窒化珪素に対して、焼結助剤として３〜12質量％のＹ_２Ｏ_３，Ｙｂ_２Ｏ_３，Ｅｒ_２Ｏ_３等の希土類元素酸化物、0.5〜３質量％のＡｌ_２Ｏ_３、さらに焼結体に含まれるＳｉＯ_２量として1.5〜５質量％となるようにＳｉＯ_２を混合し、所定の形状に成形し、その後、1650〜1780℃でホットプレス焼成することにより得ることができる。絶縁基体２の長さは、例えば20〜50ｍｍに形成され、絶縁基体２の直径は例えば３〜５ｍｍに形成される。

なお、絶縁基体２として窒化珪素質セラミックスからなるものを用いる場合、ＭｏＳｉ_２，ＷＳｉ_２等を混合し分散させることが好ましい。この場合、母材である窒化珪素質セラミックスの熱膨張率を抵抗体３の熱膨張率に近づけることができ、ヒータ１の耐久性を向上させることができる。

絶縁基体２に埋設された抵抗体３は、縦断面の形状が折返し形状をなしていて、先端に位置する折返し形状の中央付近（折返しの中間点付近）が最も発熱する発熱部31となっている。この抵抗体３は絶縁基体２の先端側に埋設されていて、抵抗体３の先端（折返し形状の中央付近）から抵抗体３の後端までの距離は例えば２〜10ｍｍに形成される。なお、抵抗体３の横断面の形状は、円、楕円、矩形などいずれの形状でもよく、通常は後述するリード４よりも断面積が小さくなるように形成される。

抵抗体３の形成材料としては、Ｗ，Ｍｏ，Ｔｉなどの炭化物、窒化物、珪化物などを主成分とするものを使用することができる。絶縁基体２が窒化珪素質セラミックスからなる場合、絶縁基体２との熱膨張率の差が小さい点、高い耐熱性を有する点および比抵抗が小さい点で、上記の材料のなかでも炭化タングステン（ＷＣ）が抵抗体３の材料として優れている。さらに、絶縁基体２が窒化珪素質セラミックスからなる場合、抵抗体３は、無機導電体のＷＣを主成分とし、これに添加される窒化珪素の含有率が20質量％以上であるものが好ましい。例えば、窒化珪素質セラミックスからなる絶縁基体２中において、抵抗体３となる導体成分は窒化珪素と比較して熱膨張率が大きいため、通常は引張応力がかかった状態にある。これに対して、抵抗体３中に窒化珪素を添加することにより、抵抗体３の熱膨張率を絶縁基体２の熱膨張率に近づけて、ヒータ１の昇温時および降温時の熱膨張率の差による応力を緩和することができる。また、抵抗体３に含まれる窒化珪素の含有量が40質量％以下であるときには、抵抗体３の抵抗値を比較的小さくして安定させることができる。従って、抵抗体３に含まれる窒化珪素の含有量は20質量％〜40質量％であることが好ましい。より好ましくは、窒化珪素の含有量は25質量％〜35質量％がよい。また、抵抗体３への同様の添加物として、窒化珪素の代わりに窒化硼素を４質量％〜12質量％添加することもできる。

絶縁基体２に埋設されたリード４は、一端側で抵抗体３に接続され、他端側は絶縁基体２の表面に導出されている。図１に示すヒータ１は、一端から他端にかけて折返し形状をなす抵抗体３の両端部（一方の端部および他方の端部）にそれぞれリード４が接合され、抵抗体３およびリード４が同一平面上に位置するように配置されている。そして、一方のリード４は、一端が抵抗体３の一端に接続され、他端が絶縁基体２の後端寄りの側面から導出されている。また、他方のリード４は、一端が抵抗体３の他端に接続され、他端が絶縁基体２の後端部から導出されている。

このリード４は、抵抗体３と同様の材料を用いて形成され、例えば、抵抗体３よりも断面積を大きくしたり、絶縁基体２の形成材料の含有量を抵抗体３よりも少なくしたりすることによって、単位長さ当たりの抵抗値が低くなっているものである。特に、ＷＣが、絶縁基体２との熱膨張率の差が小さい点、高い耐熱性を有する点および比抵抗が小さい点で、リード４の材料として好適である。また、リード４は無機導電体であるＷＣを主成分とし、これに窒化珪素を含有量が15質量％以上となるように添加することが好ましい。窒化珪素の含有量が増すにつれてリード４の熱膨張率を、絶縁基体２を構成する窒化珪素の熱膨張率に近づけることができる。また、窒化珪素の含有量が40質量％以下であるときには、リード４の抵抗値が低く抑えられるとともに安定する。従って、窒化珪素の含有量は15質量％〜40質量％が好ましい。より好ましくは、窒化珪素の含有量は20質量％〜35質量％とするのがよい。

そして、図２に示すように、抵抗体３またはリード４がうねった部位５を有している。

具体的には、抵抗体３またはリード４におけるリード４の軸方向に沿っている領域についてリード４を含む縦断面（一対のリード４の軸方向に平行かつ一対のリード４のうちの少なくとも一方の中心軸を含む断面）で実体顕微鏡40倍画像により観察したときに、図２（ａ）に示す例ではリード４がうねった部位５を有していて、図２（ｂ）に示す例では抵抗体３がうねった部位５を有している。

ここで、うねった部位５とは、曲がり部51が少なくとも２つ以上連なっているものである。そして、図３に示す例において、曲がっていることにより仮想中心軸ａ−ａに垂直な断面（線分ｂ−ｂ）に対して傾斜している断面（線分ｃ−ｃ）の傾斜角度θは−30度〜＋30度の範囲にあり、仮想中心軸ａ−ａからうねった部位５の側面までの最大距離ｅから平均距離ｄを減じた値（ｅ−ｄ）は50〜300μｍであるのが、一対のリード４に加わる応力の向きが揃うことを抑制する点から好ましい。

なお、図３に示すようにうねった部位５が周期的な形状である場合において、仮想中心軸ａ−ａとは、うねっていない部位については幅方向上下から等距離にある軸のことをいい、うねった部位５については周期的な上側の頂点同士を結ぶ線分と周期的な下側の頂点同士を結ぶ線分とから等距離にある軸のことをいう。また、図４に示すようにうねった部位５が周期的な形状ではない場合において、仮想中心軸ａ−ａとは、うねっていない部位については幅方向上下から等距離にある軸のことをいい、うねった部位５についてはうねっていない部位から延びる延長線上の軸のことをいう。

そして、図２（ａ）に示す例の場合のうねった部位５は、昇温時のリード４への負荷を小さくできるという観点から、リード４の軸方向（長手方向）に抵抗体３とリード４との接続部の先端から後端側10ｍｍまでの距離で形成されているのが好ましく、より好ましくは全体にわたって形成されているのがよい。

図５（ａ）に示すように導体部（抵抗体３またはリード４）がうねった部位５のない真っ直ぐな形状であると、絶縁基体２よりも線膨張率の大きな導体部が軸方向に伸びようとする力が導体部と絶縁基体２との境界に沿って一直線に揃って、例えば領域Ｘに大きな引張り応力がかかり、マイクロクラックが生じるおそれがあるが、図５（ｂ）に示すように本例の構成によれば、熱応力のかかる方向がうねりに沿った複数の方向に分散されるため、例えば領域Ｙにかかる引張り応力は領域Ｘにかかる引張り応力よりも小さく、負荷を小さくできる。したがって、絶縁基体２にマイクロクラックが発生しにくくなり、絶縁強度の低下を抑制することができる。

また図６に示すように、導体部に比較して絶縁基体２では熱伝導率が低いために、突入電力によりヒータ先端側の抵抗体３で発生した熱は、導体部を優先的に伝って後方側へ伝熱していく。このとき、導体部を直線的に伝わろうとする熱の進行がうねった部位５により妨げられ、導体部から絶縁基体２への熱の散逸効果が大きくなる。これにより、電力の突入直後に発生する導体部と絶縁基体２との温度差が小さくなり、導体部と絶縁基体２との間に発生する熱膨張差によるマイクロクラックの発生を抑えられて、絶縁強度の低下を抑止できる。

また、図７に示すように、うねった部位５は一方方向（一対のリード４の軸方向）に平行かつ一対のリード４の両方を含む平面に垂直な方向にうねっていることが好ましい。言い換えると、導体部が一対のリード４の両方を含む平面に対して上下方向にうねっていることが好ましい。

図８に示すように、ヒータ先端側の抵抗体３で発生した熱が後方側へ伝熱していく際、導体部（抵抗体３またはリード４）中を直線的に伝わろうとする熱の進行が、導体部の一対のリード４の両方の中心軸を含む平面に対する上下方向のうねりにより妨げられ、導体部の上下方向に位置する絶縁基体２への熱の散逸が効率的になる。導体部の上下方向に位置する絶縁基体２への熱の散逸効果が高くなると、導体部間に位置する絶縁基体２部の温度上昇が抑えられる。つまり、導体部が上下方向にうねることで、抵抗体３で発生する熱を効率的にヒータの側面温度の上昇に使用することができ、ヒータ中央部付近の温度を下げることができる。

さらに、長時間駆動を行った場合、ヒータ中央部付近の温度が相対的に低く抑えられることにより、絶縁基体２に含まれる助剤成分が陽極側、陰極側の導体部間に発生する電位差でマイグレーションすることが抑えられ、絶縁基体２の磁器強度の低下を抑制できる。これにより導体部間に発生するクラックを抑え、絶縁抵抗が変化しにくくなる。

一方、導体部が上下方向にうねっていると、絶縁基体２に対して熱伝導率の高い導体中を直進的に伝わってくる熱は、曲がり部51付近で熱伝導率の低い絶縁基体２に直進的に進行することができず、大部分の熱は曲がり部51付近の導体部と絶縁基体２との界面で伝熱の向きを変更されることで導体部を伝って後方側へ伝わっていく。ここで、曲がり部51付近では、熱の反射が集中して温度が高くなるため、ヒータの先端側から後方側へ向かって温度の高い部分が軸方向に不連続に発生することになる。そして、温度の高い曲がり部51付近では、導体部から絶縁基体２への熱散逸が他の導体部から絶縁基体２への熱散逸に比べて大きくなるため、導体部と絶縁基体２との間の温度差が小さくなり、熱膨張差が抑えられる。また、曲がり部51で熱散逸が促進されるため、その他の導体部の温度が下がる傾向となり、導体部と絶縁基体２との熱膨張差が抑えられる。

さらに、電力突入後、時間経過が進み、ヒータの温度分布が定常状態になると、一対のリード４間に位置するヒータ中央部付近が最も温度が高くなり、ヒータ内部の温度分布により熱応力が発生する。このとき、特に導体部の上下に位置する絶縁基体２にマイクロクラックが存在していると、熱応力によってそのマイクロクラックを起点に連続的に連なるクラックに進展する可能性が大きくなるのに対し、導体部を上下にうねらすことで、突入電力により発生する導体部の上下に位置する絶縁基体２へのマイクロクラックの発生を抑え、これにより、ヒータ温度が定常状態になったときの熱応力によるマイクロクラックの進展を抑えられるため、抵抗変化を抑えることができる。

抵抗体３または一対のリード４が陽極側と陰極側とにうねった部位を有していて、陽極側の断面と陰極側の断面とでうねった部位５のうねり方が異なっていることが好ましい。特に、陽極側と陰極側とでうねり方が逆になっていることが好ましい。なお、図９は図１に示すリード４の陽極側と陰極側とのうねり方が同じものを示していて、図９（ａ）は本発明のヒータの実施の形態の他の一例を上面から見た概略縦断面図であり、図９（ｂ）は図９（ａ）に示すヒータを側面から見た概略透視図、図９（ｃ）は図９（ａ）に示すＡ−Ａ線で切断した断面図、図９（ｄ）は図９（ａ）に示すＢ−Ｂ線で切断した断面図、図９（ｅ）は図９（ａ）に示すＣ−Ｃ線で切断した断面図である。また、図10は図１に示すリード４の陽極側と陰極側とのうねり方が逆になっているものを示していて、図10（ａ）は本発明のヒータの実施の形態の他の一例を上面から見た概略縦断面図であり、図10（ｂ）は図10（ａ）に示すヒータを側面から見た概略透視図、図10（ｃ）は図10（ａ）に示すＡ−Ａ線で切断した断面図、図10（ｄ）は図10（ａ）に示すＢ−Ｂ線で切断した断面図、図10（ｅ）は図10（ａ）に示すＣ−Ｃ線で切断した断面図である。

これにより、導体部の軸方向に延びようとする力が陽極側と陰極側とでそろわないので、たとえ過大な電力の突入があって陽極側でマイクロクラックが生じたとしても、となりの陰極側ではマイクロクラックが生じにくいので、クラックが伝播しにくくなり、抵抗変化を抑えることができる。

また、うねった部位５が一対のリード４にあることが好ましい。これにより、直線状の一対のリード４に加わる応力の向きをそれぞれバラバラにでき、絶縁強度の低下を抑制することができるとの効果に加えて、以下の効果も奏する。

電圧が印加された瞬間、抵抗体３の先端である発熱部31より発熱し始めるため、リード４は抵抗体３よりも温度上昇が遅れ、リード４の長手方向で温度差が生じて大きな負荷が発生する。これに対し、リード４にうねった部位５を設けることで、このうねった部位５で電流が流れにくくなって温度上昇が早くなり、軸方向の温度差を抑えることができるから、昇温時のリード４の負荷を抑止できる。

また、うねっているのは抵抗体３であってもよい。言い換えると、うねった部位５が抵抗体３にあってもよい。これにより、抵抗体３の先端である発熱部31から軸方向に熱が散逸するとき、周囲の絶縁基体２に熱を散逸して、軸方向に一直線に熱が伝導しにくいので、クラックが生じにくくなり、抵抗変化をおさえることができる。

また、絶縁基体２が窒化珪素質セラミックスからなり、絶縁基体２はうねった部位５の近傍領域における窒化珪素のβ相の比率がその他の領域よりも高くなっていることが好ましい。窒化珪素質セラミックスのβ相は針状組織となっており、針状の粒子が相互に絡み合うことで、強度が高くなる。

なお、絶縁基体２中におけるβ相の比率は、上記のその他の領域で約75％であり、うねった部位の近傍領域で80〜85％となっているのが好ましく、この比率はＸ線回折装置を用いて２θで33.6度と34.6度の回折ピークの強度を用いて計算することにより確認することができる。

また、図11に示すように、一対のリード４の軸方向に垂直な断面で見て、うねった部位５の少なくとも一部に凹み６を有していることが好ましい。なお、図11は図３に示すうねった部位５をｂ−ｂ線で切断した横断面図である。凹み６を有していることで、導体部と絶縁基体２との界面でアンカー効果が発生し界面強度が高くなる。これにより、界面を起点とするクラックの発生が抑えられ、絶縁強度の低下を抑制することができる。

この凹み６は、例えば開口部の直径が0.03〜1.0ｍｍの点状の凹みであってもよく、例えば開口部の幅が0.05〜5.0ｍｍの溝状の凹みであってもよい。

上述のヒータ１はグロープラグ（図示せず）に用いることができる。すなわち、本発明のグロープラグ（図示せず）は、上述のヒータ１と、ヒータ１を構成する一対のリード４のうちの一方のリード４と電気的に接続されるとともにヒータ１を保持する金属製保持部材（シース金具）とを備えた構成であり、この構成により、ヒータ１のクラックが抑制されることから、長期間使用可能なグロープラグを実現することができる。

次に、本実施の形態のヒータ１の製造方法について説明する。ヒータ１は、例えば、上記本実施の形態の構成の金型を用いた射出成形法等によって形成することができる。

まず、導電性セラミック粉末，樹脂バインダー等を含む、抵抗体３およびリード４となる導電性ペースト、並びに絶縁性セラミック粉末，樹脂バインダー等を含む絶縁基体２となるセラミックペーストを作製する。

次に、導電性ペーストを用いて射出成形法等によって抵抗体３となる所定パターンの導電性ペーストの成形体（成形体Ａ）を形成する。成形体Ａを金型内に保持した状態で、導電性ペーストを金型内に充填してリード４となる所定パターンの導電性ペーストの成形体（成形体Ｂ）を形成する。これにより、成形体Ａと成形体Ｂとが接続された状態となる。このとき、金型の導電性ペースト充填部をうねった形状とすることにより所望のうねった形状をした成形体を得ることができる。また、金型のうねり部に凸形状を設けることにより、所望の位置に凹形状を有することができる。

次に、絶縁基体２となるセラミックペーストを成形体Ａと成形体Ｂの外周に充填する。これにより、成形体Ａおよび成形体Ｂがセラミックペーストの成形体（成形体Ｃ）で覆われたヒータ１の成形体（成形体Ｄ）が得られる。

次に、得られた成形体Ｄを1700℃程度で焼成することにより、ヒータ１を作製することができる。焼成は、水素ガス等の非酸化性ガス雰囲気中で行なうことが好ましい。

本発明の実施例のヒータを以下のようにして作製した。

まず、炭化タングステン（ＷＣ）粉末を50質量％、窒化珪素（Ｓｉ_３Ｎ_４）粉末を35質量％、樹脂バインダーを15質量％含む導電性ペーストを、金型内に射出成形して抵抗体となる成形体Ａを作製した。

次に、この成形体Ａを金型内に保持した状態で、リードとなる上記の導電性ペーストを金型内に充填することにより、成形体Ａと接続させてリードとなる成形体Ｂを形成した。
図１、図２（ａ）となるように成形体Ｂを作成した。このとき、うねった部位の構造をつくるために、金型の導電ペースト充填部をうねった形状とした。

次に、成形体Ａおよび成形体Ｂを金型内に保持した状態で、窒化珪素（Ｓｉ_３Ｎ_４）粉末を85質量％、焼結助剤としてのイッテリビウム（Ｙｂ）の酸化物（Ｙｂ_２Ｏ_３）を10質量％、抵抗体およびリードに熱膨張率を近づけるためのＷＣを5質量％含むセラミックペーストを、金型内に射出成形した。これにより、絶縁基体となる成形体Ｃ中に成形体Ａおよび成形体Ｂが埋設された構成の成形体Ｄを形成した。

次に、得られた成形体Ｄを円筒状の炭素製の型に入れた後、窒素ガスから成る非酸化性ガス雰囲気中で、1650℃〜1780℃の温度、30ＭＰａ〜50ＭＰａの圧力でホットプレスを行ない焼結した。得られた焼結体の表面に露出したリード端部に筒状金具をロウ付けしてヒータを作製した。

なお、抵抗体を横断面で見たときの幅は0.4ｍｍ、厚みは１ｍｍ、縦断面で見たときの抵抗体先端からリード接続部までの距離は５ｍｍであった。また、ヒータの後端まで延びるリードを横断面で見たときの幅は0.8ｍｍ、厚みは２ｍｍ、縦断面で見たときのリード先端から後端までの長さは25ｍｍ、導体部（抵抗体およびリード）の先端から後端までの距離は30ｍｍであった。そして、抵抗体とリードとの接続部の先端から後端側に向かってリードの軸方向（長手方向）に10ｍｍの距離だけうねった部位を形成した。

一方、同様の材料でうねった部位を有しないように比較例のヒータも作製した。

作製されたセラミックヒータを用いて冷熱サイクル試験を行なった。冷熱サイクル試験の条件は、まずヒータに通電して抵抗体の温度が1400℃になるように印加電圧を設定し、１）５分間通電、２）２分間非通電の１），２）を１サイクルとし、１万サイクル繰り返した。

冷熱サイクル試験前後のヒータの抵抗値の変化を測定したところ、実施例のヒータは抵抗変化が１%以下であった。また、この試料の抵抗体と絶縁基体との界面を電子顕微鏡の３０００倍画像で観察したところ、局部発熱の痕跡もなく、マイクロクラックも見られなかった。

これに対し、比較例のヒータは抵抗変化が１％を超え、電子顕微鏡の3000倍画像にてマイクロクラックが見られた。

これにより、本発明のヒータによれば、熱応力のかかる方向を複数の方向に分散でき、負荷を小さくできていることがわかる。

１：ヒータ
２：絶縁基体
３：抵抗体
31：先端部
４：リード
５：うねった部位
51：曲がり部
６：凹み

Claims

絶縁基体と、
該絶縁基体に埋設され、折返し形状をなしている抵抗体と、
前記絶縁基体に埋設され一方方向に延びており、一端側で前記抵抗体に接続される一対のリードとを備え、
前記抵抗体または前記一対のリードのうちの少なくとも一方のリードがうねった部位を有しており、前記一対のリードの軸方向に垂直な断面で見て、前記うねった部位の少なくとも一部に凹みを有していることを特徴とするヒータ。
絶縁基体と、
該絶縁基体に埋設され、折返し形状をなしている抵抗体と、
前記絶縁基体に埋設され一方方向に延びており、一端側で前記抵抗体に接続される一対のリードとを備え、
前記抵抗体または前記一対のリードのうちの少なくとも一方のリードがうねった部位を有しており、前記絶縁基体は窒化珪素質セラミックスからなり、前記絶縁基体は前記うねった部位の近傍領域における窒化珪素のβ相の比率がその他の領域よりも高くなっていることを特徴とするヒータ。
前記うねった部位は、前記一方方向に平行かつ前記一対のリードを含む平面に垂直な方向にうねっていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のヒータ。
前記抵抗体または前記一対のリードが陽極側と陰極側とにうねった部位を有していて、前記陽極側の断面と前記陰極側の断面とで前記うねった部位のうねり方が異なっていることを特徴とする請求項３に記載のヒータ。
前記うねった部位が前記一対のリードにあることを特徴とする請求項１乃至請求項４のうちいずれかに記載のヒータ。
前記うねった部位が前記抵抗体にあることを特徴とする請求項１乃至請求項４のうちいずれかに記載のヒータ。
請求項１乃至請求項６のいずれかに記載のヒータと、前記一対のリードのうちの一方のリードと電気的に接続されて前記ヒータを保持する金属製保持部材とを備えたことを特徴とするグロープラグ。