JP6199951B2 - 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、抵抗体に接続されたリード、および抵抗体とリードとが埋設された絶縁基体で構成されている。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、これらの材料の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続部は、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、抵抗体、リードおよび絶縁基体の熱膨張の差に起因した発熱時や冷却時の熱応力の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13（ａ）に示すように、リード８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との境界面が一対の接合部において対称に斜めになっているものが知られている（特許文献１，２を参照）。また、急速に加熱できるよう、抵抗体の発熱部は線径を細くする等、抵抗体の中でも局所的に高抵抗となる設計がされている。

特開2002-334768号公報 特開2003-22889号公報

近年、従来よりも立ち上がりが急峻で高い電圧の電力が、ヒータに導入されるようになってきた。高燃費エンジンや燃焼システムの技術開発が進み、アイドリングストップやリーンバーンエンジン等の技術進化から、従来は起動時に用いられていたグロープラグによる点火駆動は、アイドリングストップに対応するため、一時停車の度に駆動されて駆動回数が格段に増加し、燃費が向上したエンジンではエンジン温度が低下するため、エンジンが駆動中であっても点火をするアフターグローの技術が採用される、等のグロープラグを使用する環境が大きく変化してきた。即ち、アイドリングストップに対応するため更に高速な昇温が要求されたり、低温化したエンジンの燃焼状態を最適化したりするために、車載ＥＣＵからの制御信号がパルス化され、パルスのデューティ比で温度が制御されたヒータで駆動する等の方法がとられるようになってきている。パルスとしてはＩＣを用いた低ロスな制御による矩形波電圧が多く用いられている。このような駆動方法では、電圧の立ち上がり時に電流がオーバーシュートして、高周波成分を含んだ高電力がヒータに突入してくる課題が顕著になっている。

このような使用環境において、従来の設計によるヒータでは、パルス電圧が立ち上った瞬間に電流のオーバーシュートが起こり、抵抗体の発熱部が急激に発熱して発熱部近辺の絶縁基体に瞬間的に発生する引張応力によって絶縁基体と抵抗体にマイクロクラックが入るおそれがある。さらに、ヒータをパルス電圧により長期間、繰り返し使用するうちにクラックが伸展してヒータの抵抗値が変化し、ヒータの破壊に至るおそれがある。

本発明は、上記従来の設計によるヒータの問題点に鑑みて案出されたものであり、その目的は、パルス電圧によるヒータ駆動の際にヒータにオーバーシュートした高周波の高電流が突入しても、抵抗体の発熱部にマイクロクラックが生じることが抑制された高い信頼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、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、先端側で前記抵抗体の両端にそれぞれ接続されるとともに後端側で前記絶縁基体の表面に導出された一対のリードとを備えたヒータであって、前記抵抗体と前記一対のリードとの二つの接合部は、前記一対のリードの両方の軸を含む縦断面で見たときに先端側が内側または外側に向かって傾斜する境界面をそれぞれ有しており、前記二つの接合部のうちの少なくとも一方の接合部を前記一対のリードの軸に垂直な横断面で見たときに前記抵抗体と前記リードとの境界線が１本のみ存在するとともに凹凸形状になっており、前記接合部における前記凹凸形状が前記先端側に向かうにつれて変化するとともに、前記境界線の位置が前記先端側に向かうにつれて移動していることを特徴とする。

また、本発明のヒータは、上記の構成において、前記二つの接合部のうちの陰極側の接合部を前記横断面で見たときに前記抵抗体と前記リードとの境界線が凹凸形状になっていることを特徴とする。

また、本発明のヒータは、上記の構成において、前記二つの接合部の両方を前記横断面で見たときにそれぞれの前記抵抗体と前記リードとの境界線が凹凸形状になっていることを特徴とする。

また、本発明のヒータは、上記の構成において、前記二つの接合部の両方を前記横断面で見たときにそれぞれの前記抵抗体と前記リードとの境界線の凹凸形状が前記二つの接合部から等距離の位置を結ぶ直線に対して対称になっていることを特徴とする。

また、本発明のヒータは、上記の構成において、前記凹凸形状は角部を有する形状であることを特徴とする。

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、抵抗体とリードとの境界線が傾斜する境界面を有し、かつ接合部をリードの軸に垂直な横断面で見たときに抵抗体とリードとの境界線が凹凸形状になっていることで、パルス電圧の立ち上り時に電流のオーバーシュートが起こっても、抵抗体にオーバーシュートした電流が流れ込むことが低減されて発熱部が急激に発熱することに起因するマイクロクラックの発生が抑制され、長期間にわたって安定した抵抗値とすることができる。これにより、ヒータの信頼性および耐久性が向上する。

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る。 （ａ）は図１に示す抵抗体とリードとの接合部を含む領域Ａを拡大した拡大断面図であり、（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３に示す抵抗体とリードとの接合部を含む領域Ａを拡大した拡大断面図であり、（ｂ）は（ａ）に示すＸ−Ｘ線における横断面図である。 （ａ）は本発明のヒータの実施の形態の他の例の要部を示す拡大断面図であり、（ｂ）は（ａ）に示すＸ−Ｘ線における横断面図である。 （ａ）は本発明のヒータの実施の形態の他の例の要部を示す拡大断面図であり、（ｂ）は（ａ）に示すＸ−Ｘ線における横断面図である。 （ａ）は本発明のヒータの実施の形態の他の例の要部を示す拡大断面図であり、（ｂ）は（ａ）に示すＸ−Ｘ線における横断面図である。 （ａ）は本発明のヒータの実施の形態の他の例の要部を示す拡大断面図であり、（ｂ）は（ａ）に示すＸ−Ｘ線における横断面図である。 （ａ）は本発明のヒータの実施の形態の他の例の要部を示す拡大断面図であり、（ｂ）は（ａ）に示すＸ−Ｘ線における横断面図である。 （ａ）は本発明のヒータの実施の形態の他の例の要部を示す拡大断面図であり、（ｂ）は（ａ）に示すＸ−Ｘ線における横断面図である。 （ａ）は本発明のヒータの実施の形態の他の例の要部を示す拡大断面図であり、（ｂ）は（ａ）に示すＸ１−Ｘ１線における横断面図であり、（ｃ）は（ａ）に示すＸ２−Ｘ２線における横断面図であり、（ｄ）は（ａ）に示すＸ３−Ｘ３線における横断面図である。 （ａ）は本発明のヒータの実施の形態の他の例の要部を示す拡大断面図であり、（ｂ）は（ａ）に示すＸ１−Ｘ１線における横断面図であり、（ｃ）は（ａ）に示すＸ２−Ｘ２線における横断面図であり、（ｄ）は（ａ）に示すＸ３−Ｘ３線における横断面図である。 （ａ）は従来のヒータの要部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。

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２（ａ）は図１に示す抵抗体とリードとの接合部を含む領域Ａを拡大した拡大断面図であり、図２（ｂ）は図２（ａ）に示すＸ−Ｘ線における横断面図である。

本実施の形態のヒータ１は、絶縁基体９と、絶縁基体９に埋設されている抵抗体３と、絶縁基体９に埋設され先端側で抵抗体３の一端に接続されたリード８とを備えたヒータであって、抵抗体３とリード８との接合部２は、リード８の軸を含む縦断面で見たときに抵抗体３とリード８との境界線が傾斜する境界面を有しており、接合部２をリードの軸に垂直な横断面で見たときに抵抗体３とリード８との境界線が凹凸形状になっているものである。

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、所定の形状に成型
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を有している。例えば、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。

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低い点で、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、駆動状態において絶縁基体９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の抵抗値を比較的低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の厚みは0.5ｍｍ〜1.5ｍｍ程度がよく、抵抗体３の幅は0.3ｍｍ〜1.3ｍｍ程度がよい。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、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。

先端側で抵抗体３の一端に接続されるリード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低い点で、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。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、図２に示すように、抵抗体３とリード８との接合部２は、リード８の軸を含む縦断面で見たときに抵抗体３とリード８との境界線が傾斜する境界面を有しており、接合部２をリード８の軸に垂直な横断面で見たときに抵抗体３とリード８との境界線が凹凸形状になっている。なお、軸方向に垂直な面に対する境界面の傾斜角としては、例えば10〜80度である。ここでいう軸方向に垂直な面に対する境界面の傾斜角とは、境界面の先端部および後端部を結ぶ線がＸ−Ｘ線に対して傾斜する角度を意味している。このとき、抵抗体３が凸であればリード８は凹であり、抵抗体３が凸凹であればリード８は抵抗体３の凸凹と整合するように凹凸となる。

異なる組成の抵抗体３とリード８との接合部２は、界面抵抗により導体線路（抵抗体３およびリード８）の抵抗値が急激に増大している面であり、オーバーシュートした高周波電流の障壁になる。接合部２を凹凸形状とすることで、接合部２の接合面積を広くすることができる。その結果、接合部２の面積を広げて通常の電流に対するバルク抵抗を低くしたままオーバーシュートした高周波電流に対する障壁の効果を増大させることができるので、抵抗体３の発熱部４の発熱立ち上がりを遅らせて瞬間的に発生する熱応力を低減することができ、マイクロクラックの発生を抑制することができる。

また、リード８と抵抗体３との接合部２における境界面が斜めになっているので、電流の進行方向に対して、抵抗値が変化する部分が進行方向に連続的に変化し、しかもその断面が凸凹になっているので、高周波電流に対する散乱障壁としての効果も大きくなる。

なお、図１および図２に示す例では、絶縁基体９の表面に導体層１１が設けられ、この導体層１１に抵抗体３の他端が電気的に接続された構成になっているが、図３に示すように、絶縁基体９の表面に導体層１１が設けられておらず、抵抗体３が折返し形状をなしている構成であってもよい。

また、図３に示すように抵抗体３が折返し形状をなしている場合は、折返しの中間点付近が最も発熱する発熱部４となるが、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て発熱部４を形成してもよい。

このとき、図４に示すように、一対のリード８は、先端側で折返し形状をなしている抵抗体３の両端にそれぞれ接続されるとともに、後端側で絶縁基体９の表面に導出される。そして、抵抗体３と一対のリード８との二つの接合部２は、一対のリード８の両方の軸を含む縦断面で見たときに先端側が内側または外側に向かって傾斜する境界面をそれぞれ有しており、二つの接合部２のうちの少なくとも一方の接合部２を一対のリード８の軸に垂直な横断面で見たときに抵抗体３とリード８との境界線が凹凸形状になっている。

このような構成とすることで、接合部２の接合面積を広くすることができる。その結果、接合部２の面積を広げて通常の電流に対するバルク抵抗を低くしたままオーバーシュートした高周波電流に対する障壁の効果を増大させることができるので、発熱部４の発熱立ち上がりを遅らせて瞬間的な熱応力を低減することができ、マイクロクラックの発生を抑制することができる。

ここで、二つの接合部２のうちの陰極側の接合部２を横断面で見たときに、抵抗体３とリード８との境界線が凹凸形状になっていることが好ましい。パルス電圧印加の瞬間に導
体線路の全ての領域で電子の移動が開始するが、特に抵抗の低いリード８側から接合部２に電子が突入しやすい。そこで、発熱部４より陰極側の接合部２に凸凹を設けて高周波電流に対する障壁の効果を増大させることで、オーバーシュートする電子の移動を抑止し、発熱部４の発熱立ち上がりを遅らせて瞬間的な熱応力を低減することができるからである。

また、陰極側の接合部２における境界面のリード軸方向に垂直な面に対する傾斜角は、陽極側の接合部２における境界面のリード軸方向に垂直な面に対する傾斜角よりも大きくなっているのが好ましい。例えば、陰極側の接合部２における境界面の傾斜角が陽極側の接合部２における境界面の傾斜角よりも５度以上大きくなっているのが好ましい。これにより、陰極側の接合部２における境界面の面積（抵抗体３とリード８との接触面積）を大きくすることができる。なお、ここでいうリード軸方向に垂直な面に対する境界面の傾斜角とは、境界面の先端部および後端部を結ぶ線がＸ−Ｘ線に対して傾斜する角度を意味している。

また、陰極側の接合部２の径は、陽極側の接合部２の径よりも大きくなっているのが好ましい。これにより、陰極側の接合部２における境界面の面積（抵抗体３とリード８との接触面積）を大きくすることができる。

このとき、図５〜12に示すように、二つの接合部２の両方を横断面で見たときに、それぞれの抵抗体３とリード８との境界線が凹凸形状になっていることが好ましい。二つの接合部２が高周波電流に対する障壁領域となることで、オーバーシュートする電流の発生を更に抑制できるからである。

なお、図５、図６、図８および図10に示すヒータ１は、抵抗体３と一対のリード８との二つの接合部２が、一対のリード８の両方の軸を含む縦断面で見たときに先端側が内側に向かって傾斜する境界面をそれぞれ有しており、二つの接合部２のうちの両方の接合部２を一対のリード８の軸に垂直な横断面で見たときに抵抗体３とリード８との境界線が凹凸形状になっているものである。一方、図７、図９、図11および図12に示すヒータ１は、抵抗体３と一対のリード８との二つの接合部２が、一対のリード８の両方の軸を含む縦断面で見たときに先端側が外側に向かって傾斜する境界面をそれぞれ有しており、二つの接合部２のうちの両方の接合部２を一対のリード８の軸に垂直な横断面で見たときに抵抗体３とリード８との境界線が凹凸形状になっているものである。

また、図11は、接合部２における凹凸形状が先端側と後端側とでほぼ同じような形状であって境界線の位置のみが先端側に向かうにつれて外側に移動するような構成であるのに対し、図12は、接合部２における凹凸形状が先端側に向かうにつれて変化するとともに境界線の位置が先端側に向かうにつれて外側に移動するような構成である。図12の構成によれば、さらに高周波電流に対する障壁としての接合部における電子の散乱の効果を高くすることができるので、発熱部４でのマイクロクラックの発生を抑制することができる。

また、図６〜12に示すように、二つの接合部２の両方を横断面で見たときにそれぞれの抵抗体３とリード８との境界線の凹凸形状が二つの接合部２から等距離の位置を結ぶ直線に対して対称になっていることが好ましい。これにより、抵抗体全体から発生する熱の分布が陽極側と陰極側で対称になりヒータの熱膨張も対称にすることができるため、非対称な変形に伴って発生するヒータ表面における引張応力の集中を避けることができるからである。

また、凹凸形状は角部を有する形状であることが好ましく、これにより、高周波電流に対する障壁としての接合部における電子の散乱の効果が高くなるので、より発熱部４の発
熱立ち上がりを遅らせて瞬間的に発生する熱応力を低減することができる。

また、本実施の形態のヒータ１は、上記の構成のいずれかに記載のヒータ１と、リード８の端子部（図示せず）と電気的に接続されてヒータ１を保持する金属製保持部材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（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（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。このとき、成型体ａの端部に接合部２となる形状を形成しておけばよい。

次に、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℃〜1780℃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、４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、比較例である試料番号１のヒータは、最も発熱した箇所が抵抗体の発熱部であった。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試料番号１のヒータに流れる電流波形を確認したところ、パルス電圧の立ち上がり直後に急峻に電流が立ち上り、オーバーシュートした。安定電流に到達するまで約１μｓを要した。このことから、試料番号１のヒータでは、発熱部に瞬間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の発熱部を観察したところ、発熱部にマイクロクラックが生じていることを確認した。

一方、本発明実施例である試料番号２〜４のヒータについても、最も発熱した箇所はヒータ先端の抵抗体の発熱部であった。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電流波形を確認したところ、オーバーシュートせず、入力パルス電圧に対し立ち上がりが遅れた波形となった。これは、リードと抵抗体との境界面での高周波電流に対する障壁としての効果が影響していることを示しているものと考えられる。

また、試料番号２〜４のヒータ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抵抗体の発熱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：接合部
３：抵抗体
４：発熱部
８：リード
９：絶縁基体
１１：導体層

Claims (6)

1. 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、先端側で前記抵抗体の両端にそれぞれ接続されるとともに後端側で前記絶縁基体の表面に導出された一対のリードとを備えたヒータであって、
   前記抵抗体と前記一対のリードとの二つの接合部は、前記一対のリードの両方の軸を含む縦断面で見たときに先端側が内側または外側に向かって傾斜する境界面をそれぞれ有しており、前記二つの接合部のうちの少なくとも一方の接合部を前記一対のリードの軸に垂直な横断面で見たときに前記抵抗体と前記リードとの境界線が１本のみ存在するとともに凹凸形状になっており、
   前記接合部における前記凹凸形状が前記先端側に向かうにつれて変化するとともに、前記境界線の位置が前記先端側に向かうにつれて移動していることを特徴とするヒータ。
2. 前記二つの接合部のうちの陰極側の接合部を前記横断面で見たときに前記抵抗体と前記リードとの境界線が凹凸形状になっていることを特徴とする請求項１に記載のヒータ。
3. 前記二つの接合部の両方を前記横断面で見たときにそれぞれの前記抵抗体と前記リードとの境界線が凹凸形状になっていることを特徴とする請求項１に記載のヒータ。
4. 前記二つの接合部の両方を前記横断面で見たときにそれぞれの前記抵抗体と前記リードとの境界線の凹凸形状が前記二つの接合部から等距離の位置を結ぶ直線に対して対称になっていることを特徴とする請求項３に記載のヒータ。
5. 前記凹凸形状は角部を有する形状である請求項１乃至請求項４のうちいずれかに記載のヒータ。
6. 請求項１乃至請求項５のうち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部材とを備えたことを特徴とするグロープラグ。

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