JP6144609B2 - セラミックヒータおよびグロープラグ - Google Patents

セラミックヒータおよびグロープラグ Download PDF

Info

Publication number
JP6144609B2
JP6144609B2 JP2013244965A JP2013244965A JP6144609B2 JP 6144609 B2 JP6144609 B2 JP 6144609B2 JP 2013244965 A JP2013244965 A JP 2013244965A JP 2013244965 A JP2013244965 A JP 2013244965A JP 6144609 B2 JP6144609 B2 JP 6144609B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
convex
ceramic heater
conductive
portions
convex portion
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2013244965A
Other languages
English (en)
Other versions
JP2015103470A5 (ja
JP2015103470A (ja
Inventor
洋平 菅
洋平 菅
進道 渡邉
進道 渡邉
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
NGK Spark Plug Co Ltd
Original Assignee
NGK Spark Plug Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by NGK Spark Plug Co Ltd filed Critical NGK Spark Plug Co Ltd
Priority to JP2013244965A priority Critical patent/JP6144609B2/ja
Publication of JP2015103470A publication Critical patent/JP2015103470A/ja
Publication of JP2015103470A5 publication Critical patent/JP2015103470A5/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP6144609B2 publication Critical patent/JP6144609B2/ja
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Landscapes

  • Resistance Heating (AREA)

Description

本発明は、セラミックヒータおよびグロープラグに関する。
グロープラグとしては、セラミックヒータを用いたセラミック型グロープラグが知られている。セラミック型グロープラグのセラミックヒータは、基体と、発熱抵抗体とを備える。セラミックヒータの基体は、セラミック材料から成り、先端側から後端側へと軸線方向に延びている。セラミックヒータの発熱抵抗体は、セラミック材料から成り、基体に埋め込まれている。
発熱抵抗体は、折返し部と、一対の線状部と、一対の導電部と、端子部とを有する。発熱抵抗体の折返し部は、先端側に設けられ、折返し形状を成す。発熱抵抗体における一対の線状部は、折返し部から後端側へ相互に延びている。発熱抵抗体の通電時には、線状部は、発熱抵抗体の中で最も高温になる。発熱抵抗体における一対の導電部は、一対の線状部の各々から後端側へ相互に延び、線状部より大きな断面を有する。発熱抵抗体の端子部は、導電部から突出し、基体の表面に露出している。発熱抵抗体は、端子部を通じて通電される。
特許文献1には、一対の導電部のうち一方の導電部から端子部が突出した発熱抵抗体について記載されている。特許文献2には、一対の導電部の各々から端子部が突出した発熱抵抗体について記載されている。
特開2010−108606号公報 特開2005−299945号公報
特許文献1,2のセラミックヒータでは、発熱抵抗体において導電部から端子部が突出する部位に応力が集中するため、導電部にクラック(ひび割れ)が発生しやすいという課題があった。導電部にクラックを発生させる応力としては、セラミックヒータを焼結した後の冷却に伴う熱応力、セラミックヒータを圧入によって組み付ける場合に発生する機械的応力、セラミックヒータをロウ付けによって組み付ける場合に発生する熱応力などがある。
本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであり、以下の形態として実現することが可能である。
(1)本発明の一形態によれば、セラミックヒータが提供される。この形態のセラミックヒータは、セラミック材料から成り、後端側から先端側へ延びた基体と;セラミック材料から成り、前記基体に埋め込まれた発熱抵抗体であって、前記基体の前記先端側に設けられ、折返し形状を成す折返し部と;前記折返し部から前記後端側へ相互に延びた一対の線状部と;前記一対の線状部の各々から前記後端側へ相互に延び、前記線状部より大きな断面を有する一対の導電部と;前記一対の導電部のうち一方の導電部から突出し、前記基体の表面に露出する端子部とを含む発熱抵抗体とを備える。この形態のセラミックヒータにおいて、前記一対の導電部のうち少なくとも前記一方の導電部は、柱状に突出した凸部であって、前記端子部より前記先端側に設けられた凸部を有する。この形態によれば、端子部が突出した導電部におけるクラックの発生を抑制できる。
(2)上記形態のセラミックヒータにおいて、前記凸部は、前記導電部の軸に直交する方向に突出していてもよい。この形態によれば、成形性に比較的に優れた凸部の形状によって、端子部が突出した導電部におけるクラックの発生を抑制できる。
(3)上記形態のセラミックヒータにおいて、前記凸部は、前記一対の導電部の各軸を含む仮想平面を挟んで対向する一対の凸部を含んでもよい。この形態によれば、成形性に比較的に優れた凸部の形状によって、端子部が突出した導電部におけるクラックの発生を抑制できる。
(4)上記形態のセラミックヒータにおいて、前記凸部は、前記一方の導電部に設けられ、前記一方の導電部とは異なる他方の導電部に対する反対側に向けて突出した凸部を含んでもよい。この形態によれば、成形性に比較的に優れた凸部の形状によって、端子部が突出した導電部におけるクラックの発生を抑制できる。
(5)上記形態のセラミックヒータにおいて、前記凸部は、前記一方の導電部に設けられ、前記一方の導電部とは異なる他方の導電部に向けて突出した凸部を含んでもよい。この形態によれば、成形性に比較的に優れた凸部の形状によって、端子部が突出した導電部におけるクラックの発生を抑制できる。
(6)上記形態のセラミックヒータにおいて、前記凸部は、前記導電部における前記端子部寄りの位置に形成された第1の凸部と、前記導電部における前記線状部寄りの位置に形成された第2の凸部とを含んでもよい。この形態によれば、第1の凸部によって導電部におけるクラックの発生を抑制するとともに、第2の凸部によって冷熱サイクルに対する線状部の耐久性を向上させることができる。
(7)上記形態のセラミックヒータにおいて、前記凸部の1つあたりの体積は、0.1×10-3mm3以上88.5×10-3mm3未満であってもよい。この形態によれば、端子部が突出した導電部におけるクラックの発生を十分に抑制できる。
(8)上記形態のセラミックヒータにおいて、前記凸部が突出する方向に前記凸部を投影した投影面積は、0.05mm2以上1.18mm2以下であってもよい。この形態によれば、端子部が突出した導電部におけるクラックの発生を十分に抑制できる。
(9)上記形態のセラミックヒータにおいて、前記導電部に直交する方向に沿った前記凸部の長さは、0.2mm以上1.0mm以下であり、前記導電部に沿った前記凸部の長さは、0.3mm以上1.5mm以下であってもよい。この形態によれば、端子部が突出した導電部におけるクラックの発生を十分に抑制できる。
本発明は、セラミックヒータ以外の種々の形態で実現することも可能である。例えば、セラミックヒータを備えるグロープラグ、セラミックヒータを製造する製造方法などの形態で実現することができる。
グロープラグの部分断面を示す説明図である。 セラミックヒータを示す説明図である。 セラミックヒータを示す説明図である。 セラミックヒータの先端側を拡大して示す説明図である。 図4の矢視F5−F5から見たセラミックヒータの断面を示す説明図である。 図4の矢視F6−F6から見たセラミックヒータの断面を示す説明図である。 図2の矢視F7−F7から見たセラミックヒータの断面を示す説明図である。 図2の矢視F8−F8から見たセラミックヒータの断面を示す説明図である。 凸部の詳細を示す説明図である。 第1変形例のセラミックヒータを示す説明図である。 第2変形例のセラミックヒータを示す説明図である。 図11の矢視F12−F12から見たセラミックヒータの断面を示す説明図である。 第3変形例のセラミックヒータを示す説明図である。 図13の矢視F14−F14から見たセラミックヒータの断面を示す説明図である。 第4変形例のセラミックヒータの断面を示す説明図である。 第5変形例のセラミックヒータの断面を示す説明図である。 セラミックヒータを評価した結果を示す表である。 試料1のセラミックヒータを示す説明図である。 試料2のセラミックヒータを示す説明図である。 試料3のセラミックヒータを示す説明図である。 図20の矢視F21−F21から見たセラミックヒータの断面を示す説明図である。
A.実施形態
A1.グロープラグの構成
図1は、グロープラグ10の部分断面を示す説明図である。図1には、グロープラグ10の軸心SCを境界として、紙面右側にグロープラグ10の外観形状を図示し、紙面左側にグロープラグ10の断面形状を図示した。本実施形態の説明では、グロープラグ10における図1の紙面下側を「先端側」といい、図1の紙面上側を「後端側」という。
図1には、XYZ軸が図示されている。図1のXYZ軸は、互いに直交する3つの空間軸として、X軸、Y軸およびZ軸を有する。X軸に沿ったX軸方向のうち、+X軸方向は、正の方向であり、−X軸方向は、負の方向である。Y軸に沿ったY軸方向のうち、+Y軸方向は、正の方向であり、−Y軸方向は、負の方向である。Z軸に沿ったZ軸方向のうち、+Z軸方向は、正の方向であり、−Z軸方向は、負の方向である。本実施形態では、Z軸は、軸心SCに沿った軸であり、+Z軸方向は後端側であり、−Z軸方向は先端側である。図1のXYZ軸は、他の図におけるXYZ軸に対応する。
グロープラグ10は、熱を発生させるセラミックヒータ800を備え、ディーゼルエンジンを始めとする内燃機関90の始動時における点火を補助する熱源として機能する。グロープラグ10は、セラミックヒータ800の他、中軸200と、主体金具500と、外筒700とを備える。グロープラグ10の軸心SCは、グロープラグ10を構成する各部材の軸心でもある。
グロープラグ10の中軸200は、導電性を有する金属体である。中軸200は、軸心SCを中心に延びた円柱状を成す。中軸200は、グロープラグ10の外部から供給される電力をセラミックヒータ800へと中継する。
本実施形態では、中軸200は、中軸200の後端側において、グロープラグ10の外部から、端子100を介して給電を受け付ける。他の実施形態では、中軸200は、中軸200の後端側において、グロープラグ10の外部から直接的に給電を受け付けてもよい。
本実施形態では、中軸200は、中軸200の先端側において、リング600を介してセラミックヒータ800と電気的に接続される。他の実施形態では、中軸200は、中軸200の先端側において、セラミックヒータ800と直接的に接続されてもよい。
グロープラグ10の主体金具500は、導電性を有する金属体である。主体金具500は、軸心SCを中心に延びた筒状を成す。主体金具500は、軸孔510と、工具係合部520と、雄ネジ部540とを備える。
主体金具500の軸孔510は、軸心SCを中心に延びた貫通孔である。軸孔510の内径は、中軸200の外形よりも大きい。軸孔510の内側で、中軸200が軸心SC上に位置決めされ、軸孔510と中軸200との間には、軸孔510と中軸200とを電気的に絶縁する空隙が形成される。本実施形態では、軸孔510の後端側には、円筒状を成す絶縁部材300と、環状を成す絶縁部材400とを介して、中軸200が取り付けられる。
主体金具500の工具係合部520は、内燃機関90に対するグロープラグ10の取り付けおよび取り外しに用いられる工具(図示しない)に係合可能に構成されている。主体金具500の雄ネジ部540は、内燃機関90に形成された雌ネジに嵌り合うことによって、内燃機関90に対して固定可能に構成されている。
グロープラグ10の外筒700は、導電性を有する金属体である。外筒700は、軸心SCを中心に延びた筒状を成す。外筒700は、セラミックヒータ800を保持する軸孔710を備える。外筒700の後端側は、主体金具500の先端側に溶接されている。外筒700の先端側からは、セラミックヒータ800が突出する。
グロープラグ10のセラミックヒータ800は、セラミック組成物から成る発熱素子(発熱装置)である。セラミックヒータ800は、基体810と、発熱抵抗体830とを備える。
セラミックヒータ800の基体810は、電気絶縁性を有するセラミック材料から成る絶縁性セラミックスである。基体810には、発熱抵抗体830が埋め込まれている。基体810は、発熱抵抗体830を支持する。基体810は、グロープラグ10の外部から発熱抵抗体830を電気的に絶縁すると共に、発熱抵抗体830の熱をグロープラグ10の外部へと伝達する。
本実施形態では、基体810を形成するセラミック材料は、窒化ケイ素(Si34)から主に成る。他の実施形態では、基体810を形成する窒化ケイ素(Si34)のうち、ケイ素(Si)の少なくとも一部がアルミニウム(Al)で置換され、窒素(N)の少なくとも一部が酸素(O)で置換されてもよい。基体810を形成するセラミック材料は、焼結助剤として、希土類酸化物(例えば、イッテルビウム(Yb)酸化物、エルビウム(Er)酸化物など)とアルミニウム(Al)酸化物とを含有してもよい。
セラミックヒータ800の発熱抵抗体830は、導電性を有するセラミック材料から成る導電性セラミックスである。発熱抵抗体830は、通電によって発熱する。本実施形態では、発熱抵抗体830は、射出成形法によって成形された部材である。
本実施形態では、発熱抵抗体830を形成するセラミック材料は、炭化タングステン(WC)から主に成る。本実施形態では、セラミック材料は、炭化タングステンに加え、窒化ケイ素(Si34)を含有する。セラミック材料は、55〜70質量%の炭化タングステンと、28〜35質量%の窒化ケイ素とを含有し、残りの2〜10質量%として酸化エルビウム(Er23)および酸化ケイ素(SiO2)を含有してもよい。他の実施形態では、セラミック材料は、二ケイ化モリブデン(MoSi2)から主に成る組成物であってもよい。
A2.セラミックヒータの構成
図2は、セラミックヒータ800を示す説明図である。図2には、+Y軸方向から見た発熱抵抗体830を基体810の輪郭と共に示し、基体810に対応する領域にハッチングを施した。
図3は、セラミックヒータ800を示す説明図である。図3には、図2の矢視F3から見た発熱抵抗体830を基体810の輪郭と共に示し、基体810に対応する領域にハッチングを施した。
セラミックヒータ800の発熱抵抗体830は、折返し部832と、一対の線状部834と、一対の導電部836と、2つの端子部838とを備える。
発熱抵抗体830の折返し部832は、基体810の先端側(−Z軸方向側)に設けられている。折返し部832は、円弧状に折り返した線状を成す部位である。折返し部832は、一対の線状部834の間を接続する。
発熱抵抗体830における一対の線状部834は、折返し部832から後端側(+Z軸方向側)へ相互に延びた部位である。一対の線状部834は、線状部834aと、線状部834bとを含む。線状部834aは、折返し部832の+X軸方向側から後端側へと線状に延びた部位であり、線状部834bは、折返し部832の−X軸方向側から後端側へと線状に延びた部位である。本実施例では、線状部834aと線状部834bとは、相互にほぼ平行に延びた部位である。本実施形態の説明では、線状部を総称する場合には符号「834」を使用し、線状部を特定する場合には符号「834a」、「834b」を使用する。
発熱抵抗体830における一対の導電部836は、一対の線状部834の各々から後端側(+Z軸方向側)へ相互に延びた部位である。一対の導電部836は、導電部836aと、導電部836bとを含む。導電部836aは、線状部834aから後端側へと線状に延びた部位であり、導電部836bは、線状部834bから後端側へと線状に延びた部位である。本実施形態では、導電部836aと導電部836bとは、相互にほぼ平行に延びた部位である。本実施形態の説明では、導電部を総称する場合には符号「836」を使用し、導電部を特定する場合には符号「836a」、「836b」を使用する。
発熱抵抗体830における2つの端子部838は、一対の線状部834の各々から突出し、基体810の表面に露出する。2つの端子部838は、端子部838aと、端子部838bとを含む。端子部838aは、導電部836aの後端側に形成され、導電部836aから+X軸方向に突出した部位である。端子部838bは、導電部836bの後端側に形成され、導電部836bから−X軸方向に突出した部位である。本実施形態では、端子部838bは、端子部838aより先端側に位置する。本実施形態では、セラミックヒータ800が主体金具500に組み付けられた状態で、端子部838aは中軸200と電気的に接続され、端子部838bは外筒700と電気的に接続される。本実施形態の説明では、端子部を総称する場合には符号「838」を使用し、導電部を特定する場合には符号「838a」、「838b」を使用する。
折返し部832および線状部834の断面は、導電部836の断面より小さいため、折返し部832および線状部834の電気抵抗は、導電部836より大きい。本実施形態では、発熱抵抗体830は、通電によって線状部834を中心に発熱し、線状部834は、発熱抵抗体830の中で最も高温になる。
図4は、セラミックヒータ800の先端側を拡大して示す説明図である。図5は、図4の矢視F5−F5から見たセラミックヒータ800の断面を示す説明図である。図6は、図4の矢視F6−F6から見たセラミックヒータ800の断面を示す説明図である。
図2から図5までに示すように、発熱抵抗体830の線状部834は、柱状に突出した凸部840を有する。凸部840は、線状部834aの軸C1aと線状部834bの軸C1bとを含む仮想平面TP1のうち、線状部834aと線状部834bとの間に位置する内側仮想平面TP1iを避けて線状部834から突出している。
本実施形態では、凸部840は、2つの凸部840a1と、2つの凸部840b1とを含む。2つの凸部840a1は、それぞれ線状部834aに形成され、仮想平面TP1を挟んで相互に対向する一対の凸部である。2つの凸部840b1は、それぞれ線状部834bに形成され、仮想平面TP1を挟んで相互に対向する一対の凸部である。本実施形態の説明では、線状部834における凸部を総称する場合には符号「840」を使用し、線状部834における凸部を特定する場合には符号「840a1」、「840b1」を使用する。
2つの凸部840a1は、線状部834aの軸C1aに直交する方向に突出している。2つの凸部840a1のうち、+Y軸方向側の凸部840a1は、線状部834aから+Y軸方向に突出し、−Y軸方向側の凸部840a1は、線状部834aから−Y軸方向に突出している。本実施形態では、線状部834aの断面形状は、仮想平面TP1を挟んで対称である。
2つの凸部840b1は、線状部834bの軸C1bに直交する方向に突出している。2つの凸部840b1のうち、+Y軸方向側の凸部840b1は、線状部834bから+Y軸方向に突出し、−Y軸方向側の凸部840b1は、線状部834bから−Y軸方向に突出している。本実施形態では、線状部834bの断面形状は、仮想平面TP1を挟んで対称である。
凸部840は、線状部834の断面積を増加させるため、線状部834の機械的強度を向上させる。これによって、発熱と冷却との繰返し(冷熱サイクル)で起こる線状部834の断線を抑制できる。
図6は、図4の矢視F6−F6から見たセラミックヒータ800の断面を示す説明図である。図7は、図2の矢視F7−F7から見たセラミックヒータ800の断面を示す説明図である。図8は、図2の矢視F8−F8から見たセラミックヒータ800の断面を示す説明図である。
図2から図8までに示すように、発熱抵抗体830の導電部836は、柱状に突出した凸部860を有する。本実施形態では、導電部836の凸部860は、導電部836と線状部834との断面の大きさの比に応じて、線状部834の凸部840より大きい。他の実施形態では、凸部860は、凸部840と同じ大きさであってもよいし、凸部840より小さくてもよい。
本実施形態では、凸部860は、2つの凸部860a1と、2つの凸部860b1とを含む。2つの凸部860a1は、それぞれ導電部836aにおける線状部834a寄りの位置に形成され、導電部836aの軸C2aと導電部836bの軸C2bとを含む仮想平面TP2を挟んで相互に対向する一対の凸部である。本実施形態では、導電部836に基づく仮想平面TP2は、線状部834に基づく仮想平面TP1と同一平面である。2つの凸部860b1は、それぞれ導電部836bにおける線状部834b寄りの位置に形成され、仮想平面TP2を挟んで相互に対向する一対の凸部である。
2つの凸部860a1は、導電部836aの軸C2aに直交する方向に突出している。2つの凸部860a1のうち、+Y軸方向側の凸部860a1は、導電部836aから+Y軸方向に突出し、−Y軸方向側の凸部860a1は、導電部836aから−Y軸方向に突出している。本実施形態では、2つの凸部860a1が位置する導電部836aの断面形状は、仮想平面TP2を挟んで対称である。
2つの凸部860b1は、導電部836bの軸C2bに直交する方向に突出している。2つの凸部860b1のうち、+Y軸方向側の凸部860b1は、導電部836bから+Y軸方向に突出し、−Y軸方向側の凸部860b1は、導電部836bから−Y軸方向に突出している。本実施形態では、2つの凸部860b1が位置する導電部836bの断面形状は、仮想平面TP2を挟んで対称である。
凸部860a1,860b1は、線状部834a寄りの位置に形成されているため、冷熱サイクルに起因して線状部834に発生する熱応力を緩和する。これによって、線状部834の断線を抑制できる。
本実施形態では、凸部860は、更に、2つの凸部860a2と、2つの凸部860b2とを含む。2つの凸部860a2は、2つの凸部860a1より後端側に位置する点を除き、2つの凸部860a1と同様である。2つの凸部860b2は、2つの凸部860b1より後端側に位置する点を除き、2つの凸部860b1と同様である。
本実施形態では、凸部860は、更に、2つの凸部860a3と、2つの凸部860b3とを含む。2つの凸部860a3は、2つの凸部860a2より後端側であって導電部836aの中央に位置する点を除き、2つの凸部860a1と同様である。2つの凸部860b3は、2つの凸部860b2より後端側であって導電部836bの中央に位置する点を除き、2つの凸部860b1と同様である。
本実施形態では、凸部860は、更に、2つの凸部860a4と、2つの凸部860b4とを含む。2つの凸部860a4は、2つの凸部860a3より後端側に位置する点を除き、2つの凸部860a1と同様である。2つの凸部860b4は、2つの凸部860b3より後端側であって導電部836bにおける端子部838bが突出する部位に位置する点を除き、2つの凸部860b1と同様である。
本実施形態では、凸部860は、更に、2つの凸部860a5と、2つの凸部860b5とを含む。2つの凸部860a5は、2つの凸部860a4より後端側であって導電部836aにおける端子部838aが突出する部位に位置する点を除き、2つの凸部860a1と同様である。2つの凸部860b5は、2つの凸部860b4より後端側に位置する点を除き、2つの凸部860b1と同様である。
本実施形態では、導電部836aにおいて、凸部860a1,860a2,860a3,860a4は、端子部838aより先端側(−Z軸方向側)に設けられた凸部である。凸部860a1,860a2,860a3,860a4は、導電部836aにおいて端子部838aが突出する部位に発生する応力集中を緩和する。これによって、端子部838aが突出した導電部836aにおけるクラックの発生を抑制できる。
本実施形態では、導電部836bにおいて、凸部860b1,860b2,860b3は、端子部838bより先端側(−Z軸方向側)に設けられた凸部である。凸部860b1,860b2,860b3は、導電部836bにおいて端子部838bが突出する部位に発生する応力集中を緩和する。これによって、端子部838bが突出した導電部836bにおけるクラックの発生を抑制できる。
本実施形態の説明では、導電部836における凸部を総称する場合には符号「860」を使用し、導電部836における凸部を特定する場合には符号「860a1」、「860b1」、「860a2」、「860b2」、・・・、「860a5」、「860b5」を使用する。
端子部838が突出した導電部836におけるクラックの発生を抑制する観点から、凸部860の1つあたりの体積Vcは、0.1×10-3mm3以上88.5×10-3mm3未満であることが好ましい。「凸部860の1つあたりの体積」とは、1つの凸部860が導電部836に占める空間の大きさである。体積Vcの評価については後述する。
端子部838が突出した導電部836におけるクラックの発生を抑制する観点から、凸部860が突出する方向に凸部860を投影した投影面積Scは、0.05mm2以上1.18mm2以下であることが好ましい。投影面積Scの評価については後述する。
端子部838が突出した導電部836におけるクラックの発生を抑制する観点から、導電部836の軸に直交する方向に沿った凸部860の長さLmは、0.2mm以上1.0mm以下であり、導電部836の軸に沿った凸部860の長さLnは、0.3mm以上1.5mm以下であることが好ましい。長さLmおよび長さLnの評価については後述する。
図9は、凸部860の詳細を示す説明図である。本実施形態では、図9(A)に示すように、凸部860の側面861は、凸部860が突出する方向に沿った面であり、凸部860の端面862は、凸部860が突出する方向に膨張した面である。他の実施形態では、図9(B)に示すように、凸部860の端面862は、平坦な面であってもよい。他の実施形態では、図9(C)に示すように、凸部860の端面862は、陥没した面であってもよい。
本実施形態では、凸部840の形状は、図9(A)に示す凸部860の形状と同様である。他の実施形態では、凸部840の形状は、図9(B)に示す凸部860の形状と同様であってもよいし、図9(C)に示す凸部860の形状と同様であってもよい。
A3.変形例
図10は、第1変形例のセラミックヒータ801を示す説明図である。第1変形例のセラミックヒータ801は、発熱抵抗体830の線状部834に凸部840が設けられていない点、発熱抵抗体830の導電部836に凸部860a3,860b3を除く凸部860が設けられていない点を除き、図2のセラミックヒータ800と同様である。
図11は、第2変形例のセラミックヒータ802を示す説明図である。図12は、図11の矢視F12−F12から見たセラミックヒータ802の断面を示す説明図である。第2変形例のセラミックヒータ802は、2つの凸部860a3および2つの凸部860b3に代えて、凸部860a6および凸部860b6が設けられている点を除き、第1変形例のセラミックヒータ801と同様である。第2変形例の凸部860a6は、導電部836aに設けられ、導電部836bに対する反対側(+X軸方向)に向けて突出した凸部である点を除き、図2の凸部860と同様である。第2変形例の凸部860b6は、導電部836bに設けられ、導電部836aに対する反対側(−X軸方向)に向けて突出した凸部である点を除き、図2の凸部860と同様である。本実施形態では、凸部860a6および凸部860b6が設けられている位置において、導電部836a,836bの断面形状は、仮想平面TP2を挟んで対称である。
図13は、第3変形例のセラミックヒータ803を示す説明図である。図14は、図13の矢視F14−F14から見たセラミックヒータ803の断面を示す説明図である。第3変形例のセラミックヒータ803は、2つの凸部860a3および2つの凸部860b3に代えて、凸部860a7および凸部860b7が設けられている点を除き、第1変形例のセラミックヒータ801と同様である。第3変形例の凸部860a7は、導電部836aに設けられ、導電部836bに向けて突出した凸部である点を除き、図2の凸部860と同様である。第3変形例の凸部860b7は、導電部836bに設けられ、導電部836aに向けて突出した凸部である点を除き、図2の凸部860と同様である。本実施形態では、凸部860a7および凸部860b7が設けられている位置において、導電部836a,836bの断面形状は、仮想平面TP2を挟んで対称である。
図15は、第4変形例のセラミックヒータ804の断面を示す説明図である。第4変形例のセラミックヒータ804は、2つの凸部860a3および2つの凸部860b3に代えて、凸部860a8および凸部860b8が設けられている点を除き、第1変形例のセラミックヒータ801と同様である。第4変形例の凸部860a8は、導電部836aに設けられ、−X軸方向かつ+Y軸方向に突出した部位である。凸部860a8の側面861a8は、射出成形の作業性を考慮して凸部860a8が先細りとなるように傾斜した面であり、凸部860a8の端面862a8は、平坦な面である。第4変形例の凸部860b8は、導電部836bに設けられ、+X軸方向かつ+Y軸方向に突出した部位である。凸部860b8の側面861b8は、射出成形の作業性を考慮して凸部860b8が先細りとなるように傾斜した面であり、凸部860b8の端面862b8は、平坦な面である。
図16は、第5変形例のセラミックヒータ805の断面を示す説明図である。第5変形例のセラミックヒータ805は、2つの凸部860a3および2つの凸部860b3に代えて、凸部860a9および凸部860b9が設けられている点を除き、第1変形例のセラミックヒータ801と同様である。第5変形例の凸部860a9は、導電部836aに設けられ、+X軸方向かつ+Y軸方向に突出した部位である。凸部860a9の側面861a9は、射出成形の作業性を考慮して凸部860a9が先細りとなるように傾斜した面であり、凸部860a9の端面862a9は、平坦な面である。第5変形例の凸部860b9は、導電部836bに設けられ、−X軸方向かつ+Y軸方向に突出した部位である。凸部860b9の側面861b9は、射出成形の作業性を考慮して凸部860b9が先細りとなるように傾斜した面であり、凸部860b9の端面862b9は、平坦な面である。
A4.セラミックヒータの評価
図17は、セラミックヒータを評価した結果を示す表である。図17の評価試験では、試験者は、発熱抵抗体830の形状が異なるセラミックヒータである試料1〜10について評価を行った。
図18は、試料1のセラミックヒータ901を示す説明図である。試料1のセラミックヒータ901は、発熱抵抗体830に凸部840および凸部860が設けられていない点を除き、図2のセラミックヒータ800と同様である。
図19は、試料2のセラミックヒータ902を示す説明図である。試料2のセラミックヒータ902は、2つの凸部860a3および2つの凸部860b3に代えて、2つの凹部960a2および2つの凹部960b2が設けられている点を除き、第1変形例のセラミックヒータ801と同様である。凹部960a2は、導電部836aに設けられ、凸部860a3に対応する位置を陥没させた窪みである。凹部960b2は、導電部836bに設けられ、凸部860b3に対応する位置を陥没させた窪みである。
図20は、試料3のセラミックヒータ903を示す説明図である。図21は、図20の矢視F21−F21から見たセラミックヒータ903の断面を示す説明図である。試料3のセラミックヒータ903は、導電部836aの+X軸方向側に−Z軸方向から+Z軸方向にわたって凸条970が設けられているとともに、導電部836bの−X軸方向側に−Z軸方向から+Z軸方向にわたって凸条970が設けられている点を除き、試料1のセラミックヒータ901と同様である。試料3の凸条970は、突出した細長いすじであり、導電部836aの+X軸方向側に−Z軸方向から+Z軸方向にわたって突出しているとともに、導電部836bの−X軸方向側に−Z軸方向から+Z軸方向にわたって突出している。
試料4〜8は、第1変形例のセラミックヒータ801に相当する(図10を参照)。試料9は、第2変形例のセラミックヒータ802に相当する(図11、図12を参照)。試料10は、第3変形例のセラミックヒータ803に相当する(図13、図14を参照)。
試験者は、試料1〜10について、導電部836における凸部について、凸部の1つあたりの体積Vcと、凸部が突出する方向に凸部を投影した投影面積Scと、導電部836の軸に直交する方向に沿った凸部の長さLmと、導電部836の軸に沿った凸部の長さLnとを測定した。試料2については、導電部836における凹部について、他の試料の凸部と同様に各値を測定した。図17の表には、試料2の体積Vcを負の値で表した。試料3については、凸条970の長さLmについてのみ測定した。
試験者は、100個づつ作製した各試料について、導電部836におけるクラックの有無を確認することによって、導電部836にクラックが発生した個数の割合であるクラック発生率を求めた。試験者は、次の評価基準に基づいてクラック発生率Rcを評価した。
○(良):Rc<1%
△(可):1%≦Rc<4%
×(劣):4%≦Rc
試験者は、各試料について、通電時の温度特性が試料1と比較して変化するか否かを確認した。例えば、導電部836の電気抵抗が大き過ぎる場合、導電部836と線状部834との抵抗割合の関係から、発熱抵抗体830の先端側における発熱量が低下する。これによって、通電時の温度特性が変化する。試験者は、次の評価基準に基づいて温度特性を評価した。
○(良):試料1と比較して温度特性に変化なし
△(可):試料1と比較して温度特性に変化あり
試料2のクラック発生率Rcは、試料1より倍増した。この結果は、導電部836における凹部960a2,960b2によって導電部836の断面積が小さくなるため、導電部836の機械的強度が試料1と比較して低下することに起因すると考えられる。このように、導電部836における凹部960a2,960b2が導電部836におけるクラックの発生を増加させることが分かる。
試料3のクラック発生率Rcは、試料1と同等であった。これによって、導電部836における凸条970は、導電部836におけるクラックの抑制に寄与しないことが分かる。
試料4〜8のクラック発生率Rcは、試料1より低下した。この結果は、仮想平面TP2を挟んで対向する一対の凸部860によって、試料1と比較して、導電部836における端子部838の周囲に発生する応力集中が緩和されることに起因すると考えられる。試料8では、試料1と比較して温度特性に変化があった。この結果は、試料8における凸部860の体積Vcが比較的に大きいため、凸部860を通じて拡散される熱量が比較的に多くなることに起因すると考えられる。
試料9のクラック発生率Rcは、試料1より低下した。この結果は、他方の導電部836に対する反対側に向けて突出した凸部860によって、試料1と比較して、導電部836における端子部838の周囲に発生する応力集中が緩和されることに起因すると考えられる。
試料10のクラック発生率Rcは、試料1より低下した。この結果は、他方の導電部836に向けて突出した凸部860によって、試料1と比較して、導電部836における端子部838の周囲に発生する応力集中が緩和されることに起因すると考えられる。
試料4〜10の結果から、少なくとも、凸部860の体積Vcは、0.1×10-3mm3以上88.5×10-3mm3未満であれば、クラック発生率Rcを低減できることが分かる。試料4〜10の結果から、少なくとも、凸部860の投影面積Scは、0.05mm2以上1.18mm2以下であれば、クラック発生率Rcを低減できることが分かる。試料5〜11の結果から、少なくとも、凸部840の長さLmは、0.2mm以上1.0mm以下であり、凸部840の長さLnは、0.3mm以上1.5mm以下であれば、クラック発生率Rcを低減できることが分かる。
A5.効果
以上説明した実施形態のセラミックヒータ800において、導電部836aは、柱状に突出した凸部840として、端子部838aより先端側に設けられた凸部860a1,860a2,860a3,860a4を有するとともに、導電部836bは、柱状に突出した凸部840として、端子部838bより先端側に設けられた凸部860b1,860b2,860a3を有する。そのため、端子部838が突出した導電部836におけるクラックの発生を抑制できる。その結果、セラミックヒータ800の耐久性を向上させることができる。変形例のセラミックヒータ801,802,803,804,805についても同様である。
また、セラミックヒータ800において、凸部860は、導電部836の軸に直交する方向に突出している。そのため、成形性に比較的に優れた凸部860の形状によって、端子部838が突出した導電部836におけるクラックの発生を抑制できる。変形例のセラミックヒータ801,802,803,804,805についても同様である。
また、セラミックヒータ800において、端子部838より先端側に設けられた凸部860は、仮想平面TP2を挟んで対向する一対の凸部860である。そのため、成形性に比較的に優れた凸部860の形状によって、端子部838が突出した導電部836におけるクラックの発生を抑制できる。変形例のセラミックヒータ801についても同様である。
また、第2変形例のセラミックヒータ802において、凸部860は、他方の導電部836に対する反対側に向けて突出した凸部860a6,860b6である。そのため、成形性に比較的に優れた凸部860a6,860b6の形状によって、端子部838が突出した導電部836におけるクラックの発生を抑制できる。
また、第3変形例のセラミックヒータ803において、凸部860は、他方の導電部836に向けて突出した凸部860a7,860b7である。そのため、成形性に比較的に優れた凸部860a7,860b7の形状によって、端子部838が突出した導電部836におけるクラックの発生を抑制できる。
また、セラミックヒータ800において、凸部860は、導電部836における端子部838寄りの位置に形成された凸部860a4,860b3と、導電部836における線状部834寄りの位置に形成された凸部860a1,860b1とを含む。そのため、凸部860a4,860b3によって導電部836におけるクラックの発生を抑制するとともに、凸部860a1,860b1によって冷熱サイクルに対する線状部834の耐久性を向上させることができる。
B.他の実施形態
本発明は、上述の実施形態や実施例、変形例に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の構成で実現することができる。例えば、発明の概要の欄に記載した各形態中の技術的特徴に対応する実施形態、実施例、変形例中の技術的特徴は、上述の課題の一部または全部を解決するために、あるいは、上述の効果の一部または全部を達成するために、適宜、差し替えや、組み合わせを行うことが可能である。また、その技術的特徴が本明細書中に必須なものとして説明されていなければ、適宜、削除することが可能である。
線状部834の凸部840は、内側仮想平面TP1iを避けて線状部834から突出していればよく、いずれの方向に突出していてもよい。導電s部836の凸部860は、導電部836から突出していればよく、いずれの方向に突出していてもよい。凸部860は、導電部836aと導電部836bとの一方のみに形成されていてもよい。凸部860は、Y軸方向に突出している場合であっても、仮想平面TP2を挟んで一対となる態様に限らず、単独で形成されていてもよい。
10…グロープラグ
90…内燃機関
100…端子
200…中軸
300…絶縁部材
400…絶縁部材
500…主体金具
510…軸孔
520…工具係合部
540…雄ネジ部
600…リング
700…外筒
710…軸孔
800,801,802,803,804,805…セラミックヒータ
810…基体
830…発熱抵抗体
832…折返し部
834,834a,834b…線状部
836,836a,836b…導電部
838,838a,838b…端子部
840,840a1,840b1…凸部
860,860a1,860b1,860a2,860b2,860a3,860b3,860a4,860b4,860a5,860b5,860a6,860b6,860a7,860b7,860a8,860b8,860a9,860b9…凸部
861,861a8,861b8,861a9,861b9…側面
862,862a8,862a9,862b8,862b9…端面
901,902,903…セラミックヒータ
960a2,960b2…凹部
970…凸条
TP1…仮想平面
TP1i…内側仮想平面
TPa1…仮想平面
TPb1…仮想平面
TP2…仮想平面
SC…軸心
Vc…体積
Sc…投影面積
Rc…クラック発生率
C1a,C1b,C2a,C2b…軸

Claims (10)

  1. セラミック材料から成り、後端側から先端側へ延びた基体と、
    セラミック材料から成り、前記基体に埋め込まれた発熱抵抗体であって、
    前記基体の前記先端側に設けられ、折返し形状を成す折返し部と、
    前記折返し部から前記後端側へ相互に延びた一対の線状部と、
    前記一対の線状部の各々から前記後端側へ相互に延び、前記線状部より大きな断面を有する一対の導電部と、
    前記一対の導電部のうち一方の導電部から突出し、前記基体の表面に露出する端子部と
    を含む発熱抵抗体と
    を備えるセラミックヒータであって、
    前記一対の導電部のうち少なくとも前記一方の導電部は、柱状に突出した凸部であって、前記端子部より前記先端側に設けられた凸部を有することを特徴とするセラミックヒータ。
  2. 前記凸部は、前記導電部の軸に直交する方向に突出している、請求項1に記載のセラミックヒータ。
  3. 前記凸部は、前記一対の導電部の各軸を含む仮想平面を挟んで対向する一対の凸部を含む、請求項1または請求項2に記載のセラミックヒータ。
  4. 前記凸部は、前記一方の導電部に設けられ、前記一方の導電部とは異なる他方の導電部に対する反対側に向けて突出した凸部を含む、請求項1または請求項2に記載のセラミックヒータ。
  5. 前記凸部は、前記一方の導電部に設けられ、前記一方の導電部とは異なる他方の導電部に向けて突出した凸部を含む、請求項1または請求項2に記載のセラミックヒータ。
  6. 請求項1から請求項5までのいずれか一項に記載のセラミックヒータであって、
    前記凸部は、
    前記導電部における前記端子部寄りの位置に形成された第1の凸部と、
    前記導電部における前記線状部寄りの位置に形成された第2の凸部と
    を含む、セラミックヒータ。
  7. 前記凸部の1つあたりの体積は、0.1×10-3mm3以上88.5×10-3mm3未満である、請求項1から請求項6までのいずれか一項に記載のセラミックヒータ。
  8. 前記凸部が突出する方向に前記凸部を投影した投影面積は、0.05mm2以上1.18mm2以下である、請求項1から請求項7までのいずれか一項に記載のセラミックヒータ。
  9. 前記導電部に直交する方向に沿った前記凸部の長さは、0.2mm以上1.0mm以下であり、前記導電部に沿った前記凸部の長さは、0.3mm以上1.5mm以下である、請求項1から請求項8までのいずれか一項に記載のセラミックヒータ。
  10. 請求項1から請求項9までのいずれか一項に記載のセラミックヒータを備えるグロープラグ。
JP2013244965A 2013-11-27 2013-11-27 セラミックヒータおよびグロープラグ Active JP6144609B2 (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2013244965A JP6144609B2 (ja) 2013-11-27 2013-11-27 セラミックヒータおよびグロープラグ

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2013244965A JP6144609B2 (ja) 2013-11-27 2013-11-27 セラミックヒータおよびグロープラグ

Publications (3)

Publication Number Publication Date
JP2015103470A JP2015103470A (ja) 2015-06-04
JP2015103470A5 JP2015103470A5 (ja) 2016-09-29
JP6144609B2 true JP6144609B2 (ja) 2017-06-07

Family

ID=53378998

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2013244965A Active JP6144609B2 (ja) 2013-11-27 2013-11-27 セラミックヒータおよびグロープラグ

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP6144609B2 (ja)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3461228B1 (en) * 2016-05-17 2020-12-30 Kyocera Corporation Heater and glow plug equipped with same

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4331041B2 (ja) * 2004-04-07 2009-09-16 日本特殊陶業株式会社 セラミック抵抗発熱体形成用の成形体及びその製造方法並びにセラミックヒーター
JP5279447B2 (ja) * 2008-10-28 2013-09-04 京セラ株式会社 セラミックヒータ
WO2011065366A1 (ja) * 2009-11-27 2011-06-03 京セラ株式会社 セラミックヒータ

Also Published As

Publication number Publication date
JP2015103470A (ja) 2015-06-04

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9742158B2 (en) Spark plug
KR101515314B1 (ko) 스파크 플러그
JPWO2014175424A1 (ja) セラミックヒータ
US10299317B2 (en) Heater and glow plug provided with same
JP6144609B2 (ja) セラミックヒータおよびグロープラグ
JP6165601B2 (ja) セラミックヒータおよびグロープラグ
JP6291542B2 (ja) セラミックヒータおよびグロープラグ
JP5027536B2 (ja) セラミックヒータ及びグロープラグ
JP5721584B2 (ja) ヒータおよびこれを備えたグロープラグ
JP6786412B2 (ja) セラミックヒータ及びグロープラグ
JP5436687B2 (ja) ヒータおよびこれを備えたグロープラグ
JP6336849B2 (ja) ヒータおよびこれを備えた点火装置
JP6426376B2 (ja) グロープラグ
JP2019128124A (ja) 筒状部材付きセラミックヒータ及びグロープラグ
JP6951126B2 (ja) セラミックヒータ及びグロープラグ
JP6725653B2 (ja) ヒータおよびこれを備えたグロープラグ
JP6345929B2 (ja) グロープラグ
JP6512848B2 (ja) セラミックヒータおよびグロープラグ
JP6360341B2 (ja) セラミックヒータ
JP6251578B2 (ja) グロープラグ
WO2019102708A1 (ja) グロープラグ
WO2013031728A1 (ja) ヒータおよびこれを備えたグロープラグ
JP6171794B2 (ja) 内燃機関用のスパークプラグ
JP2016217588A (ja) グロープラグおよび加熱装置
JP5829691B2 (ja) ヒータおよびこれを備えたグロープラグ

Legal Events

Date Code Title Description
RD04 Notification of resignation of power of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7424

Effective date: 20160530

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20160812

A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20160812

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20170425

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20170421

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20170511

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 6144609

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

S531 Written request for registration of change of domicile

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313531

R350 Written notification of registration of transfer

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250