JPH07253213A - セラミックヒータ素子、セラミックヒータ及びセラミックグロープラグ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は、セラミックヒータ素子の外径部に
径の異なる部分を形成することなく、端子金具を接合で
き、またキャップ形状の端子金具を使用することなく接
合の信頼性を向上させ、短絡に対しても有利な接合部の
信頼性の高いセラミックヒータ素子、セラミックヒータ
及びセラミックグロープラグを提供するものである。 【構成】 絶縁性セラミック体１２と、該絶縁性セラミ
ック体に埋設され、しかも外部から供給される電力で発
熱可能な発熱体１１と、該発熱体に一端を電気的に接続
された電極線１３、１４とから構成され、また前記電極
線の他端である前記電極線の端部１３ａ、１４ａと、前
記電極線の他端である前記電極線の端部に電気的に接続
された高融点金属からなる金属チップ１５，１６の少な
くとも前記金属チップが、前記絶縁性セラミック体表面
に露出されており、さらに焼結されて一体化されたこと
を特徴とするセラミックヒータ素子２を採用するもので
ある。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はセラミックヒータに関す
るものであり、例えば、セラミックグロープラグ等に用
いられるセラミックヒータに適用されるものである。

【０００２】

【従来の技術】例えば、セラミックグロープラグに用い
られるセラミックヒータは、従来より種々提案されてい
る。特に、グロープラグは、エンジンへの装着による制
約から、その形状は細長い製品で、径方向の寸法制約が
ある。そのため、径方向の設計自由度を増加させる提案
も多い。

【０００３】特開昭６０−２１６１２６号公報の二線式
セラミックグロープラグのセラミックヒータ素子は、絶
縁性セラミック体内にタングステンフィラメントよりな
る発熱体と、発熱体に一端を電気的に接続されたタング
ステンよりなる電極線を埋設したものである。そして、
セラミックヒータ素子に嵌め合わされた端子金具部での
短絡を防止するため、電極線の１本はセラミックヒータ
素子の後端部にヒータ素子本体の外径より小径の段差を
を設け、その段差の外周面に他端を裸出させ、電極線の
もう１本は小径部に近接した大径部の外周面に他端を裸
出させ、これら両裸出部に端子金具を嵌着させた構成で
ある。また、セラミックヒータ素子は、直径が数ｍｍ程
度で、その中に埋設する電極線はφ０．５ｍｍ程度であ
り、ヒータ素子表面での電極線の露出面積は非常に小さ
く、端子金具とは点接合しているのみであり、接合の信
頼性を向上させるため、端子金具をキャップ形状にし
て、セラミックヒータ材料と端子金具の線膨張係数差に
よる熱収縮差の締付け力で保持固定した点接合部を有す
る焼きばめ状態にある。しかし、使用時に温度が上昇す
ると熱収縮差による締付け力は低下してしまい、点接合
部にはエンジンの振動等の力が直接作用するようにな
り、端子金具のセラミックヒータ素子からの剥離による
断線が発生することがある。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】そこで、本発明は上記
問題点を鑑みたものであり、セラミックヒータ素子の外
径部に径の異なる部分を形成することなく、端子金具を
接合でき、またキャップ形状の端子金具を使用すること
なく接合の信頼性を向上させ、短絡に対しても有利な接
合部の信頼性の高いセラミックヒータ素子、セラミック
ヒータ及びセラミックグロープラグを提供するものであ
る。

【０００５】

【課題を解決するための手段】そこで、請求項１は、絶
縁性セラミック体と、該絶縁性セラミック体に少なくと
も一部が埋設され、しかも外部から供給される電力で発
熱可能な発熱体と、該発熱体に一端を電気的に接続され
た電極線とから少なくとも構成され、また前記電極線の
他端である前記電極線の端部と、前記電極線の他端であ
る前記電極線の端部に設けられた高融点金属からなる金
属チップとの、少なくとも前記金属チップが、前記絶縁
性セラミック体表面に露出されており、さらに焼結され
て一体化されたことを特徴とするセラミックヒータ素子
を採用するものである。

【０００６】また請求項２は、前記セラミックヒータ素
子と、該セラミックヒータ素子を保持するための保持手
段と、前記セラミックヒータ素子に電力を供給するため
の電力供給手段とから少なくとも構成されて一体化され
たことを特徴とするセラミックヒータおよびセラミック
グロープラグを採用するものである。

【０００７】

【作用】上記の如く構成したことにより、セラミックヒ
ータ素子表面への電極線を含めた金属の露出面積を大幅
に増加することができ、接合の信頼性の高い大きなろう
付け面積が得らるため、キャップ形状の端子金具を使用
する必要がなく、端子金具として電力供給手段となる細
い金属線をろう付けすることでセラミックヒータ素子が
得られる。

【０００８】

【発明の効果】上記の如き作用により、セラミックヒー
タ素子の外径部に径の異なる部分を形成することなく、
端子金具を接合でき、またキャップ形状の端子金具を使
用することなく接合の信頼性を向上させ、短絡に対して
も有利な接合部の信頼性の高いセラミックヒータ素子が
得られる。これより、接合の信頼性の高いセラミックヒ
ータ及びセラミックグロープラグを提供できる。

【０００９】

【実施例】以下、本発明を具体的実施例により説明す
る。図１は、本発明のセラミックヒータ素子２の実施例
を示す断面図であり、図２は、前記セラミックヒータ素
子２のＡ−Ａ断面図である。前記セラミックヒータ素子
２は、略円形断面を有する棒状の絶縁性セラミック体１
２の先端内部に、略Ｕ字形状をなす発熱体となる導電性
セラミック体１１と、該導電性セラミック体１１に電気
的に結合されたタングステンよりなる一対の電極線１
３、１４とが埋設され、さらに前記セラミックヒータ素
子２の側面２ａには前記電極線１４の端部１４ａが露出
しており、前記電極線１４の前記端部１４ａの近傍には
金属チップ１６が埋め込まれ、一体に焼結され、また前
記セラミックヒータ素子２の側面２ｂには前記電極線１
３の端部１３ａが露出しており、前記電極線１３の前記
端部１３ａの近傍には金属チップ１５が埋め込まれ、一
体に焼結されて構成されている。

【００１０】図３は、本発明の実施例であるセラミック
ヒータ１の断面図であり、即ち電力供給手段であるリー
ド線５１、５２と、保持手段である金属の中空パイプ３
とを、本発明の前記セラミックヒータ素子２に組付けた
前記セラミックヒータ１の断面図である。図４は、前記
セラミックヒータ１のＢ─Ｂ断面図である。前記電極線
１３の前記端部１３ａおよび、前記金属チップ１５が露
出する前記セラミックヒータ素子２の前記側面２ｂに
は、金属ワイヤよりなる前記リード線５１がロウ付けさ
れており、前記電極線１４の前記端部１４ａおよび、前
記金属チップ１６が露出する前記セラミックヒータ２の
前記側面２ａには、金属ワイヤよりなる前記リード線５
２がロウ付けされている。又、前記セラミックヒータ素
子２の前記側面２ａと導電性セラミック体の間にはニッ
ケルメッキ２ｃが施されており、前記セラミックヒータ
素子２を保持するための金属の前記中空パイプ３によっ
て、前記セラミックヒータ素子２が包含されるようにし
てロウ付け固定、一体化されて構成されている。

【００１１】図５は、前記セラミックヒータ１を組付け
たセラミックグロープラグの一実施例を示す断面図であ
る。エンジンへの取り付けネジ４ａを有する金属ハウジ
ング４の一端が、前記中空パイプ３の外周に、ロウ付け
によって接合されている。そして、中軸６は、端子ネジ
部６１ａを介して図示しない電源と電気的に導通接続さ
れる金属棒６１の外周に耐熱絶縁層６２を介して金属パ
イプ６３が固定されている。そして、前記リード線５１
の一端は、前記中軸６の前記金属棒６１に溶接されてお
り、また、前記リード線５２の一端は、前記中軸６の前
記金属パイプ６３に溶接されている。尚、前記中軸６と
前記ハウジング４の間は、ガラスシール７および絶縁ブ
ッシュ８によって絶縁され、ナット９を締付けて前記絶
縁ブッシュ８を固定されている。

【００１２】ここで、前記金属チップ１５、１６は、セ
ラミック中に埋め込まれ、一体に焼結されるため、焼結
時の温度で溶融しない材料を選定する必要がある。そし
て、このような条件を満足する材料としては、モリブデ
ン、タングステン等、融点１８００℃以上の金属および
その合金が必須となる。以上、本発明の実施例を二線式
グロープラグの例で示したが、上述のごとく、本発明の
ように電極線の端部のセラミックヒータ側面への露出部
近傍に金属チップを埋設したことにより、非常に大きな
ロウ付けの接合面積を確保するとともに、リード線との
接合部を非常に簡素な構造にすることができ、製造性が
大幅に向上した。

【００１３】以上の実施例は、リード線との接合部を軸
方向にずらした構成にしたが、図６に断面図を示した本
発明の他の実施例のセラミックヒータ素子のように、略
同一円周面上に、接合部となる２つの電極線の端部を構
成すれば、セラミックヒータ素子長さを大幅に短くする
ことも可能である。また、金属チップが脱落することの
無いように、図７に記した本発明の他の実施例のセラミ
ックヒータ素子の要部断面図に示すようにテーパー状お
よび、図８に記した本発明の他の実施例のセラミックヒ
ータ素子の要部断面図に示すように段付き等を工夫し、
埋設部に露出部より大きな面積の部分を構成した金属チ
ップとしてもよい。さらに、電極線の端部および、金属
チップが露出するセラミックヒータ素子の側面には、必
要に応じて、ニッケルメキ等の表面処理を施した後、リ
ード線をロウ付けしてもよい。また、金属チップの外表
面に凹凸を付したものでもよく、また多孔質体であって
も有効である。

【００１４】本発明は、二線式セラミックグロープラグ
のセラミックヒータ素子に限定されるものでなく、他の
実施例のセラミックグロープラグに適用可能な本発明の
セラミックヒータの断面図を図９に示す。図は、一方の
電極線１４を保持手段である金属の中空パイプ３１と接
続し、図示しないハウジングを介してエンジンへ接地さ
せ、もう一方の電極線１３を電極線の端部１３ａでもっ
てリード線５１１と接続し、図示しない中軸を介して電
源に接続する方式のセラミックグロープラグに適用する
タイプのセラミックヒータ素子の例である。この場合
は、非常に大きなロウ付けの接合面積が確保出来ること
により、接合の信頼性の高いロウ付け部が得られる。

【００１５】又、本発明は、グロープラグに用いられる
セラミックヒータのみに限定されるものでなく、ヒータ
を内蔵した酸素センサのヒータ等、いわゆるセラミック
ヒータ全般に適用することができることは言うまでもな
い。さらに、以上の実施例は発熱体として、導電性セラ
ミック体の例で示したが、発熱体として、高融点金属の
フィラメント又は、印刷抵抗のヒータにも有効であるこ
とは言うまでもない。

【００１６】尚、焼結時のセラミック材料の焼結収縮で
金属線と金属チップの電気的接続を確実に行うために、
金属線と金属チップを予め接合したものを用いてもよ
い。さらに、略真っ直ぐな金属線に金属チップを接合し
て、前記金属線の接合されていない前記金属チップ部位
が、セラミックヒータ素子の側面に露出するようにすれ
ば、前記金属線を曲げ加工することが不要となり、生産
性を向上できる。

【００１７】また、金属チップは、高融点のタングステ
ン、モリブデン等が好ましいことを上述したが、これら
の高融点金属は、熱膨張係数が小さい。しかし、一般
に、リード線は、ニッケル合金線が使用され、またろう
材は、Ａｕ−Ｃｕろう、Ａｇろう、Ｎｉろう、Ｃｕろう
等が使用され、ともにその熱膨張係数は、前記金属チッ
プの熱膨張係数よりも大きい。従って、長時間に渡って
高温、冷熱の繰り返しを受ける前記金属チップ及びろう
付け部分には、熱膨張係数に基づく熱応力が、繰り返し
て作用する。その結果前記金属チップ、または前記ろう
材にクラックが発生し、ろう付け部分の信頼性が損なわ
れることもある。そこで、前記金属チップ１６と前記ろ
う材と前記リード線５２との間の熱膨張係数差を低減す
るために、前記金属チップ１６及び電極線の端部１４ａ
に、予め前記金属チップ１６の熱膨張係数と前記リード
線５２の熱膨張係数及び前記ろう材の熱膨張係数の間の
熱膨張係数を有する金属薄板１７を接合し、その後、該
金属薄板１７の上に前記リード線５２をろう付けした構
成としてもよい（図１０を参照）。このような構成とす
ることで、前記金属チップ１６と前記ろう材と前記リー
ド線との間の熱膨張係数差を低減することができ、熱応
力を緩和できる。また、前記金属薄板１７は、複数であ
ってもよいのは言うまでもない。

【００１８】尚、上記実施例のセラミックグロープラグ
においては、保持手段を中空パイプとしてハウジングに
結合したが、保持手段をハウジングとしてもよい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例であるセラミックヒータ素子の
断面図である。

【図２】本発明の実施例であるセラミックヒータ素子の
Ａ−Ａ断面図である。

【図３】本発明の実施例であるセラミックヒータ素子を
組付けた実施例であるセラミックヒータの実施例の断面
図である。

【図４】本発明の実施例であるセラミックヒータ素子を
組付けた実施例であるセラミックヒータの実施例のＢ−
Ｂ断面図である。

【図５】本発明の実施例であるセラミックヒータ素子を
組付けた実施例であるセラミックヒータをセラミックグ
ロープラグの断面図である。

【図６】本発明のセラミックヒータ素子のその他の実施
例の断面図である。

【図７】本発明のセラミックヒータ素子のその他の実施
例の断面図である。

【図８】本発明のセラミックヒータ素子のその他の実施
例の断面図である。

【図９】本発明の実施例であるセラミックヒータ素子を
組付けた実施例であるセラミックヒータを組付けたセラ
ミックグロープラグの他の実施例の断面図である。

【図１０】本発明のセラミックヒータのその他の実施例
の断面図である。

【符号の説明】

１ セラミックヒータ ２ セラミックヒータ素子 ２ａ，２ｂ セラミックヒータ素子の側面 ２ｃ ニッケルメッキ ３ 中空パイプ ４ ハウジング ６ 中軸 １１ 導電性セラミック体 １２ 絶縁性セラミック体 １３ 電極線 １４ 電極線 １５ 金属チップ １６ 金属チップ ５１ リード線 ５２ リード線

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 絶縁性セラミック体と、該絶縁性セラミ
   ック体に少なくとも一部が埋設され、しかも外部から供
   給される電力で発熱可能な発熱体と、該発熱体に一端を
   電気的に接続された電極線とから少なくとも構成され、
   また前記電極線の他端である前記電極線の端部と、前記
   電極線の他端である前記電極線の端部に設けられた高融
   点金属からなる金属チップとの、少なくとも前記金属チ
   ップが、前記絶縁性セラミック体表面に露出されてお
   り、さらに焼結されて一体化されたことを特徴とするセ
   ラミックヒータ素子。
2. 【請求項２】 前記セラミックヒータ素子と、該セラミ
   ックヒータ素子を保持するための保持手段と、前記セラ
   ミックヒータ素子に電力を供給するための電力供給手段
   とから少なくとも構成されて一体化されたことを特徴と
   するセラミックヒータおよびセラミックグロープラグ