JP5701979B2 - ヒータおよびこれを備えたグロープラグ - Google Patents

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。

自動車エンジンのグロープラグ等に用いられるヒータは、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、リードの抵抗が抵抗体の抵抗より小さくなるように、これらの材料選定や形状設計がされている。

ここで、抵抗体とリードとの接合部は、異なる形状をもった抵抗体とリードとを接続する形状変化点であったり材料組成が異なる抵抗体とリードとを接続する材料組成変化点であったりするので、使用時の発熱や冷却での熱膨張の差に起因した影響を低減するように接合面積を大きくする等の工夫がされている。例えば、図９（ａ）に示すように、リードの軸方向に平行な断面で視たときに抵抗体３とリード８との境界面が斜めになっているものが知られている（例えば、特許文献１，２を参照）。

特開2002-334768号公報 特開2003-22889号公報

近年、エンジンの燃焼状態を最適化するために、ＥＣＵからの制御信号がパルス化した駆動方法がとられるようになってきた。

ここで、パルスとしては矩形波を用いることが多い。パルスの立ち上がり部分には高周波成分があって、この高周波成分はリードの表面部で伝送する。ところが、異なるインピーダンスを持つリードと抵抗体とが端面で対向するようにして継ぎ目部分（接続部）が形成されると、この接続部でインピーダンスの整合が取れなかった高周波成分の一部は反射し散乱して、ジュール熱として散逸する。そのため、接続部が局所的に発熱するが、図９（ｂ）に示すようにリード８と抵抗体３との境界面が平面状になっていると、リードの熱膨張率と抵抗体の熱膨張率とが異なることに起因して、リード８と抵抗体３との接続部にマイクロクラックが発生し、リード８と抵抗体３との境界面に沿って亀裂が一気に進展して、ヒータの抵抗値が短い運転時間で変化する問題点が生じてきた。

また、パルス駆動を採用せずに、ＤＣ駆動を採用した場合でも、同じような問題点が生じてきた。すなわち、近年のＥＣＵでは回路ロスが少なくなったために、急速昇温を目的として、エンジン動作開始時に抵抗体に大電流が流れるようになっている。したがって、パルスの矩形波のように、電力突入の立ち上がりが急峻になり、高周波成分を含んだ高電力が、ヒータに突入してくるようになってきたため、同じような問題点が生じてきた。

本発明は、上記従来の問題点に鑑みて案出されたものであり、その目的は、抵抗体に大電流が流れても、抵抗体とリードとの接続部へのマイクロクラックの発生、境界面での亀裂の進展およびヒータの抵抗値の変化が抑制された高い信頼性および耐久性を有する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である。

本発明のヒータは、絶縁基体と、該絶縁基体に埋設された抵抗体と、前記絶縁基体に埋設され、先端側で前記抵抗体に接続されたリードとを備え、前記抵抗体の端面と前記リードの端面とが対向するように接続部が設けられ、該接続部を軸方向に垂直な断面で見たときに、前記抵抗体と前記リードとの境界が曲線状であり、前記接続部の少なくとも後端側における軸方向に垂直な断面で見た前記抵抗体と前記リードとの境界が、前記リード側に凸の曲線状であり、前記接続部の先端側における軸方向に垂直な断面で見た前記抵抗体と前記リードとの境界が、前記抵抗体側に凸の曲線状であることを特徴とするものである。

また、本発明は、上記の構成のいずれかに記載のヒータと、前記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、リードの表面に沿って高周波成分が伝播しても、抵抗体とリードとの接続部へのマイクロクラックの発生、境界面での亀裂の進展およびヒータの抵抗値の変化が抑制され、長期間にわたってヒータの抵抗値が安定する。これにより、ヒータの信頼性および耐久性が向上する。

（ａ）は本発明のヒータの実施の形態の一例を示す縦断面図であり、（ｂ）は（ａ）に示すＸ−Ｘ線における横断面図である。 本発明のヒータの実施の形態の他の例を示す縦断面図である。 （ａ）は図２に示す抵抗体とリードとの接続部を含む領域Ａを拡大した一例の拡大縦断面図であり、（ｂ）は（ａ）に示すＸ−Ｘ線における横断面図である。 （ａ）は図２に示す抵抗体とリードとの接続部を含む領域Ａを拡大した他の例の拡大縦断面図であり、（ｂ）は（ａ）に示すＸ−Ｘ線における横断面図である。 （ａ）は図２に示す抵抗体とリードとの接続部を含む領域Ａを拡大した他の例の拡大縦断面図であり、（ｂ）は（ａ）に示すＸ−Ｘ線における横断面図である。 （ａ）は図２に示す抵抗体とリードとの接続部を含む領域Ａを拡大した他の例の拡大縦断面図であり、（ｂ）は（ａ）に示すＸ−Ｘ線における横断面図である。 （ａ）は図２に示す抵抗体とリードとの接続部を含む領域Ａを拡大した他の例の拡大縦断面図であり、（ｂ）は（ａ）に示すＸ−Ｘ線における横断面図である。 本発明のグロープラグの実施の形態の一例を示す概略縦断面図である。 （ａ）は従来のヒータの要部を示す拡大縦断面図であり、（ｂ）は（ａ）に示すＸ−Ｘ線における横断面図である。

以下、本発明のヒータについて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示す縦断面図であり、図１（ｂ）は図１（ａ）に示すＸ−Ｘ線における横断面図である。また、図２は本発明のヒータの実施の形態の他の例を示す縦断面図である。

本実施の形態のヒータ１は、絶縁基体９と、絶縁基体９に埋設された抵抗体３と、絶縁基体９に埋設され、先端側で抵抗体３に接続されたリード８を備えたヒータであって、抵抗体３とリード８とがリード８の軸方向に垂直な方向に重なる接続部２を有し、接続部２を軸方向に垂直な断面で見たときに、抵抗体３とリード８との境界が曲線状である。

本実施の形態のヒータ１における絶縁基体９は、例えば棒状に形成されたものである。この絶縁基体９は抵抗体３およびリード８を被覆しており、言い換えると、抵抗体３およびリード８が絶縁基体９に埋設されている。ここで、絶縁基体９はセラミックスからなることが好ましく、これにより、金属よりも高温まで耐えることができるようになるので、急速昇温時の信頼性がより向上したヒータ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９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。この窒化珪素質セラミックスは、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、例えば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。

また、絶縁基体９として窒化珪素質セラミックスから成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。

抵抗体３は、特に発熱する領域である発熱部４を有しており、抵抗体３が図１（ａ）に示すような直線形状である場合は、一部断面積を小さくした領域やらせん形状の領域を設けることで、この領域を発熱部４とすることができる。なお、図１に示す実施形態は、抵抗体３が直線形状であり、抵抗体３の一端がリード８と電気的に接続されるとともに、抵抗体３の他端が絶縁基体９の表面を覆うように設けられた表面導体１１と電気的に接続されている。

また、抵抗体３が図２に示すような折返し形状をなしている場合、抵抗体３のリード８間の領域が発熱部４となるが、折返しの中間点付近が最も発熱する発熱部４となる。

この抵抗体３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９が上述の材料の場合、絶縁基体９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９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成る絶縁基体９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９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。

また、抵抗体３の厚み（図１（ｂ）および図３（ｂ）に示す上下方向の厚み）は、0.5ｍｍ〜1.5ｍｍがよく、抵抗体３の幅（図３（ｂ）に示す水平方向の幅）は、0.3ｍｍ〜1.3ｍｍがよい。この範囲内とすることにより、抵抗体３の抵抗が小さくなって効率良く発熱するものとなり、また、絶縁基体９が例えば半割りの成型体を積層して形成してなる積層構造の場合において、積層構造の絶縁基体９の積層界面の密着性を保持することができる。

抵抗体３の端部に先端側が接続されたリード８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抵抗体３と同様の材料を使用することができる。特に、ＷＣが、絶縁基体９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８の材料として好適である。また、絶縁基体９が窒化珪素質セラミックスからなる場合、リード８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８の熱膨張率を絶縁基体９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８の抵抗値が小さくな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。なお、リード８は、絶縁基体９の形成材料の含有量を抵抗体３よりも少なくすることによって抵抗体３よりも単位長さ当たりの抵抗値が低くなっていてもよく、抵抗体３よりも断面積を大きくすることによって抵抗体３よりも単位長さ当たりの抵抗値が低くなっていてもよい。

そして、抵抗体３とリード８とがリード８の軸方向に垂直な方向に重なるように接続部２が設けられている。なお、ここでいう接続部２とは、リード８の軸方向に平行な断面で視たとき、抵抗体３とリード８との界面が存在する領域のことをいう。例えば、図１および図２に示すように、抵抗体３の端面とリード８の端面との接合面積を大きくするために、リード８の軸方向に平行な縦断面で見て、抵抗体３の端面とリード８の端面との境界線がリード８の軸方向に対して傾斜しているように接続部２が設けられる。なお、軸方向に対する境界線の傾斜角としては、例えば10〜80度である。

さらに、接続部２を軸方向に垂直な断面で見たときに、抵抗体３とリード８との境界が曲線状になっている。換言すれば、抵抗体３とリード８との境界面が曲面になっている。

このような構成とすることにより、リード８の表面に沿って伝播してきた高周波成分は、リード８と抵抗体３との接続部２でインピーダンスの整合が取れない一部が反射し散乱して、ジュール熱として散逸して、接続部２が局所的に発熱する。このとき、抵抗体３とリード８との境界が曲線状に接続されていると、リード８の熱膨張率と抵抗体３の熱膨張率とが異なることに起因した境界面内における応力の向きをそろわないようにすることができる。したがって、パルス駆動、ＤＣ駆動にかかわらず、電力突入の立ち上がりが急峻になっても、リード８と抵抗体３との接続部２にマイクロクラックが発生するのを抑制するとともに、リード８と抵抗体３との境界面に発生した亀裂が一気に進展するのを抑制し、長期間にわたってヒータ１の抵抗値が安定する。

すなわち、ＥＣＵからの制御信号がパルス化した駆動方法であっても、リード８と抵抗体３との接続部２にマイクロクラックが発生するのを抑制し、リード８と抵抗体３との境界面で亀裂が一気に進展せず、長期間にわたってヒータ１の抵抗値が安定する。

また、パルス駆動を採用せずに、ＤＣ駆動を採用した場合でも、同様の効果が得られる。すなわち、急速昇温を目的として、エンジン動作開始時に抵抗体に大電流を流すと、パルスの矩形波のように、電力突入の立ち上がりが急峻になり、高周波成分を含んだ高電力がヒータに突入してくるが、高周波成分を含んだ高電力がヒータに突入してきても、リード８と抵抗体３との接続部２にマイクロクラックが発生するのを抑制し、リード８と抵抗体３との境界面で亀裂が一気に進展せず、長期間にわたってヒータ１の抵抗値が安定する。

また、図３に示したヒータ１は、抵抗体３が折返し形状をなしていて、抵抗体３とリード８との接続部２を強固に嵌合できるように、境界面にステップ状の段差を設けて軸方向に対して傾斜するようにしたものである。なお、このステップ状の段差は、軸方向に平行な縦断面で見たときにあらわれるものである。

このように、ステップ状に段差を設けながらも接続部２を軸方向に垂直な断面で見たときに、抵抗体３とリード８との境界が曲線状に接合されている構成によれば、ステップの段差ごとに９０°の遮蔽板を設けた構造になるので、クラックはさらに抑止することができる。

さらに、図４に示したヒータ１は、抵抗体３が折返し形状をなしていて、軸方向に垂直な断面で見た抵抗体３とリード８との境界が、対をなしてリード８側に凸の曲線状であるものである。このような構成とすることで、高周波成分が反射したとき、抵抗体３との境界のリード側にジュール熱が発生しやすくなることを利用して、熱をヒータ１の中心側が熱くなるように熱を分布させることで、絶縁基体９から圧縮応力が加わるようにして、亀裂の形成を抑止でき、長期間にわたってヒータ１の抵抗値が安定する。

特に、急速昇温を目的として、エンジン動作開始時に抵抗体３に直流の大電流を流した場合、パルスの矩形波のように電力突入の立ち上がりが急峻になり、高周波成分を含んだ高電力がヒータに突入してくるが、接続部２の後端側をこのような構造（リード８側に凸の曲線状）とすることで、高周波成分を含んだ高電力がヒータに突入してきても、リード８と抵抗体３との接続部２にマイクロクラックが発生するのを抑制し、リード８と抵抗体３との境界面で亀裂が一気に進展せず、長期間にわたってヒータ１の抵抗値が安定する。

さらに、ヒータ１の陰極側を接地して、急速昇温を目的としてエンジン動作開始時に抵抗体３に直流の大電流を流した場合、陽極側と陰極側とに急激に電位差が生じ、接地された陰極側から電子が瞬間的に急激に流入するため、陽極側よりも先に温度が上昇する。このことから、陽極側の接続部２だけでなく、陰極側の接続部２もこのような構造（リード８側に凸の曲線状）にすることで、熱をヒータの中心に伝播させて中心側が熱くなるように熱を分布させることで絶縁体から圧縮応力が加わるようにして、リード８と抵抗体３との境界面に沿って亀裂が発生せず、長期間にわたってヒータ１の抵抗値が安定する。

なお、ＥＣＵからの制御信号がパルス化した駆動方法であっても、同様の効果が得られる。

一方、図５のように、接続部２の少なくとも先端側における軸方向に垂直な断面で見た抵抗体３とリード８との境界が抵抗体３側に凸の曲線状であってもよい。この構成によれば、リード８の表面に沿って伝播してきた高周波成分がリード８と抵抗体３の接続部でインピーダンスの不一致によって反射して局所的に発熱しても、熱膨張差に起因した応力の方向が境界面内で曲げられて、マイクロクラックの発生を抑制するとともに、境界面で発生した亀裂が一気に進展することは無くなるとの効果に加えて、以下の効果も有する。

通電開始後しばらく経過して、ヒータ１先端側の発熱領域から接続部２よりも高温となる発熱が開始し、抵抗体３がリード８より先に高温になる。ここで、接続部２の少なくとも先端側における軸方向に垂直な断面で見た抵抗体３とリード８との境界が、抵抗体３側に凸の曲線状であることで、抵抗体３の熱がリード８側へ伝播するとき、抵抗体３がリード８を包み込むような熱の伝わり方をするので、界面部分に引張りではなく圧縮する応力を加えることになり、界面の亀裂を抑止することができる。

特に、接続部２の後端側（リード８側）においては軸方向に垂直な断面で見た抵抗体３とリード８との境界がリード８側に凸の曲線状となり、接続部２の先端側（抵抗体３側）においては抵抗体３とリード８との境界が抵抗体３側に凸の曲線状となることで、以下の効果を有する。

急速昇温を目的としてエンジン動作開始時に抵抗体３に直流の大電流を流した場合の初期段階では、パルスの矩形波のように電力突入の立ち上がりが急峻になり、高周波成分を含んだ高電力がヒータ１に突入してくるが、高周波成分を含んだ高電力がヒータ１に突入してきても、リード８と抵抗体３との接続部２にマイクロクラックが発生するのを抑制し、リード８と抵抗体３との境界面で亀裂が一気に進展しない。また、通電開始後しばらく経過して、ヒータ１先端側の発熱領域から接続部２よりも高温となる発熱が開始すると、抵抗体３がリード８より先に高温になるので、応力を緩和することができる。

このように、接続部２にマイクロクラックの発生を抑止できるから、境界面に沿って亀裂が進展せず、長期間にわたってヒータ１の抵抗値が安定する。

また、図６のように、接続部２における軸方向に垂直な断面で見た抵抗体３とリード８との境界が、抵抗体３の一部をリード８が取り囲むような曲線状であることで、電流の反射を分散させジュール熱の発生を分散させるとともに、応力の方向を曲げる効果が大きく抵抗体３が膨張しても応力を閉じ込めるようになるので、亀裂の進展が生じない。このように、接続部２にマイクロクラックの形成を抑止でき、リード８と抵抗体３との境界面に沿って亀裂が進展しないことから、長期間にわたってヒータ１の抵抗値が安定する。

特に、図７のように、接続部２における軸方向に垂直な断面で見た抵抗体３とリード８との境界が、抵抗体３の全てをリード８が取り囲むような曲線状であることで、抵抗体３が熱膨張しても応力を完全に閉じ込めることができる。さらに、リード８の表面に沿って伝播してきた高周波成分は、抵抗体３との接続部２でインピーダンスの整合が取れない一部が反射し、ジュール熱として散逸し、接続部２が局所的に加熱するが、このとき、接続部２の後端側において抵抗体３がリード８に包みこまれるようになっていると、接続部２で反射した電流が放射状に散乱して、ジュール熱の散逸効果を高めることができる。結果的に、リード８と抵抗体３との接続部２にマイクロクラックが発生しにくくなり、境界面に沿って亀裂が一気に進展することを抑止し、長期間にわたってヒータ１の抵抗値が安定する。

また、本実施の形態のヒータ１は、図８に示すように、当該ヒータ１と、リード８の端子部（図示せず）に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７と
を備えたグロープラグとして使用することが好ましい。具体的には、ヒータ１は、棒状の絶縁基体９の内部に、折返し形状をなした抵抗体３が埋設されているとともに一対のリード８が抵抗体３の両端部にそれぞれ電気的に接続されて埋設されていて、一方のリード８に電気的に接続された金属製保持部材７（シース金具）と、他方のリード８に電気的に接続されたワイヤとを備えたグロープラグとして使用することが好ましい。

なお、金属製保持部材７（シース金具）は、ヒータ１を保持する金属製の筒状体であり、セラミック基体９の側面に引き出された一方のリード８にロウ材などで接合される。また、ワイヤは、他方のセラミック基体９の後端に引き出された他方のリード８にロウ材などで接合される。これにより、高温のエンジン中でON/OFFが繰り返されながら長期使用しても、ヒータ１の抵抗が変化しないので、どんなときでも着火性に優れたグロープラグを提供できる。

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。

本実施の形態のヒータ１は、例えば、抵抗体３、リード８および絶縁基体９の形状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８となる導電性ペーストを作製するとともに、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９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。そして、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８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、この成形体ａに接続された成形体ｂとが、金型内に保持された状態となる。

次に、金型内に成形体ａおよび成形体ｂを保持した状態で、金型の一部を絶縁基体９の成形用のものに取り替えた後、金型内に絶縁基体９となるセラミックペーストを充填する。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を例えば1650℃〜1800℃の温度、30ＭＰａ〜50ＭＰａの圧力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。なお、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。このとき、表１および表２に示すように、種々の形状を有する金型を用いて、６種の形状の抵抗体とリードとの接合部を形成した。

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炭化タングステン（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、1700℃、35ＭＰａの圧力でホットプレスを行ない焼結してヒータを作製した。得られた焼結体の表面に露出したリード端部（端子部）に筒状の金属製保持部材（シース金具）をロウ付けしてグロープラグを作製した。

このグロープラグの電極にパルスパターンジェネレータを接続し、印加電圧７Ｖ、パルス幅10μｓ、パルス間隔１μｓの矩形パルスを連続通電した。1000時間経過後、通電前後の抵抗値の変化率（（通電後の抵抗値−通電前の抵抗値）／通電前の抵抗値）を測定した。その結果を表１に示す。

表１に示すように、試料番号１は、最も発熱した箇所がリードと抵抗体との接続部であった。そして、通電状態を確認するために、オシロスコープを用いて試料番号１のヒータに流れるパルス波形を確認したところ、入力波形と異なり、パルスの立ち上がりが急峻にならず、７Ｖに到達するまで１μｓ要し、オーバーシュートしながら波打っていた。

これは、試料番号１のヒータでは、パルスの立ち上がり部分に含まれる高周波成分が、リードと抵抗体との境界面でインピーダンスの整合が取れないことから反射したものと考えられる。また、ヒータの最も発熱した箇所が、リードと抵抗体との接続部となっていることについても、高周波成分の反射に起因して、リードと抵抗体との接続部での局所的な発熱が生じたものと考えられる。

さらに、試料番号１の通電前後の抵抗変化は55％と非常に大きくなったため、パルス通電後、走査型電子顕微鏡で試料番号１のリードと抵抗体との接続部を観察したところ、境界面に外周方向から内側に向けて、マイクロクラックが生じていることを確認した。

一方、試料番号２〜４については、最も発熱した箇所はヒータ先端の抵抗体発熱部であった。そして、通電状態を確認するために、オシロスコープを用いてヒータに流れるパルス波形を確認したところ、入力波形とほぼ同じ波形であった。

これは、リードと抵抗体との接続部で異常加熱せずに通電できたことを示している。

また、試料番号２〜４の通電前後の抵抗変化は５％以下と小さく、パルス通電後、走査型電子顕微鏡でこれらの試料番号のリードと抵抗体との接続部を観察したところ、マイクロクラックは無かった。

１：ヒータ
２：接続部
３：抵抗体
４：発熱部
７：金属製保持部材
８：リード
９：絶縁基体
11：表面導体

Claims (2)

1. 絶縁基体と、
   該絶縁基体に埋設された抵抗体と、
   前記絶縁基体に埋設され、先端側で前記抵抗体に接続されたリードとを備えたヒータであって、
   前記抵抗体と前記リードとが該リードの軸方向に垂直な方向に重なる接続部を有し、該接続部を軸方向に垂直な断面で見たときに、前記抵抗体と前記リードとの境界が曲線状であり、
   前記接続部の少なくとも後端側における軸方向に垂直な断面で見た前記抵抗体と前記リードとの境界が、前記リード側に凸の曲線状であり、
   前記接続部の先端側における軸方向に垂直な断面で見た前記抵抗体と前記リードとの境界が、前記抵抗体側に凸の曲線状であることを特徴とするヒータ。
2. 請求項１に記載のヒータと、前記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。