(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
一対の電極を具備し、該電極に接続され外部に設けた通電装置からの通電により発熱するセラミック発熱体と、該セラミック発熱体の外周に嵌着され、上記セラミック発熱体の先端側の発熱部を被取付部材の内側に取付固定するためのハウジングと、上記ハウジングと上記セラミック発熱体を接合する接合手段とを具備するセラミックヒータにおいて、
上記接合手段が、上記ハウジングの先端側で、冷熱環境下に晒される部分に設けた第１の接合手段と、上記ハウジングの基端側で、冷熱環境下から離隔した部分に設けた第２の接合手段からなり、
上記第１の接合手段を、上記ハウジングの冷熱環境下に晒される先端側と上記発熱体との間隙にロウ材を充填して形成した第１の発熱体ロウ接部によって構成すると共に、
上記第２の接合手段を、上記ハウジングとは独立に設けて上記セラミック発熱体を覆う略環状に形成された環状固定部材と、
該環状固定部材と上記セラミック発熱体との間隙にロウ材を充填して形成した第２の発熱体ロウ接部と、
上記環状固定部材と上記ハウジング、又は、ハウジングに結合された部材との間隙にロウ材を充填して形成した環状固定部材ロウ接部とによって構成したことを特徴とするセラミックヒータ。
【請求項２】
上記環状固定部材を、上記一対の電極の一方に接合せしめた請求項１に記載のセラミックヒータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被加熱流体の流路壁に固定され、通電により発熱し被加熱流体を加熱するセラミックヒータに関し、例えば、燃焼式ヒータの着火源やディーゼルエンジンのグロープラグ、排ガス浄化装置の昇温用熱源等として好適なものである。
【背景技術】
【０００２】
この種のセラミックヒータとして、特許文献１には、挿入方向に向かって内径寸法が連続的に小さくなっている被取付部材側テーパ部が形成された穴部を有する被取付部材に対し、前記穴部に挿入して取り付けるようにしたセラミックヒータであって、一端側に通電によって発熱する発熱部を有し、他端側に前記発熱部に通電するための通電リード部が電気的に接続されたセラミック発熱体と、前記セラミック発熱体の外周面に接合され、一端より前記セラミック発熱体の前記一端側が露出し、他端より前記セラミック発熱体の他端側が露出するように、前記セラミック発熱体を被覆するハウジングとを備え、前記ハウジングの外周面には、前記被取付部材における前記穴部の前記被取付部材側テーパ部に対応したテーパ形状を有する取付手段側シール部と、前記穴部に固定可能な取付部とが一体に形成されており、前記取付部によって前記ハウジングを前記穴部に固定したときに、前記取付手段側シール部は押圧され前記被取付部材側テーパ部に当接するようになっていることを特徴とするセラミックヒータが開示されている。
【０００３】
また、特許文献２には、棒状の形態を有すると共に自身の先端部に抵抗発熱体が埋設されたセラミックヒータと、該セラミックヒータの外周面に締まり嵌め状態にて取り付けられた金属嵌合部材とを備えたグロープラグにおいて、前記金属嵌合部材と前記セラミックヒータとの間に、前記金属嵌合部材よりも軟質の金属層が形成されていることを特徴とするグロープラグが開示されている。
【０００４】
これらのセラミックヒータに用いられているセラミック発熱体は、例えば、炭化タングステン（ＷＣ）、二硅化モリブデン（ＭｏＳｉ２）及び二硅化タングステン（ＷＳｉ２）等の導電性セラミックを用いて射出成形等の公知の方法により略Ｕ字形に形成して抵抗発熱体とし、タングステン（Ｗ）等の導電性材料を用いて所定の形状に形成した一対のリード部を抵抗発熱体の両端部に接続し、さらに、これらを窒化硅素Ｓｉ３Ｎ４等の絶縁性セラミックによって覆い、ホットプレス等の公知の方法により一体的に焼結した後、切削加工によって絶縁性セラミックの内部に埋設されたリード部の先端を絶縁性セラミックの表面に露出させ、これにメッキ等を施し端子電極を形成し、絶縁性セラミックの内部に埋設された抵抗発熱体への通電を可能としている。
セラミック発熱体は、このような複雑な工程を経て形成され、しかも、焼結後の硬度が高く、切削加工が容易ではないことから、比較的単純な円柱状に形成されている。
このため、従来技術では、略円柱状に形成されたセラミック発熱体は、略筒状に形成された金属製のハウジングや嵌合部材内に挿通され、ロウ付けや締まり嵌め等によって固定され、さらに、発熱部が被加熱流体中に露出するように被取付部に固定される。この際、特許文献１にあるように、ハウジングに設けた取付手段側シール部によって気密性が確保され、被加熱流体の外部への漏れを防止している。
加えて、特許文献１のセラミックヒータでは、セラミック発熱体とハウジングとが焼き嵌め等の嵌合によって組み付けられた上に、セラミック発熱体とハウジングとの間隙に銀ロウや銅ロウ等のロウ材を流し込んでロウ付けすることによって接合強度を高くしている。
【０００５】
近年、セラミックヒータの即暖化を図るべくセラミック発熱体の発熱温度は、１０００℃以上に高温化する傾向にあり、また、燃焼炉や排気管に搭載されるセラミックヒータにおいては、燃焼ガスや燃焼排気等の高温の気体に晒されるため、ハウジグの先端部が５００℃に達する場合もある。
このため、従来のセラミックヒータでは、セラミック発熱体を保持するハウジングには、加工の容易性、耐熱性等の観点から、ステンレス等の耐熱性金属材料が広く用いられている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところが、セラミック発熱体の熱膨張係数は、３．５×１０−６／℃（〜１００℃）であるのに対し、耐熱性金属材料として、例えば、ＳＵＳ４３０の場合、１０．４×１０−６／℃（〜１００℃）の熱膨張係数を有し、一般にハウジングとして用いられているステンレスの熱膨張係数は、１０〜１３×１０−６／℃（〜１００℃）であり、セラミック発熱体の熱膨張係数の３倍以上である。
このため、高温環境下では、金属製のハウジングの熱膨張係数と、セラミック発熱体の熱膨張係数の違いから、高温時においてハウジングがセラミック発熱体よりも遥かに大きく軸方向及び径方向に膨張することになり、ハウジングとセラミック発熱体との軸方向の相対変位が生じる。
エンジン等の運転状況の変化に伴う冷熱環境下に晒されたときに、高温環境下では、熱に晒されたハウジングには、時間の経過と共に高温側の先端部から、低温側の基端部に掛けて温度が低くなる温度勾配が形成され、その温度勾配にならい、先端部ほど膨張量が多いため、先端軸方向及び外径方向に向かって末広がりに膨張し、一時的に先端側におけるセラミック発熱体の締まり嵌めが解放される。
【０００７】
一方、低温環境下では、冷却により、膨張したハウジングの先端部ほど急激な冷却によって、基端軸方向及び内径方向に向かって早く収縮する。
このとき、伝熱によって熱が移動する基端側は、加熱時・冷却時とも、先端側に比べ、温度変化に時間的遅れが生じる。
このため、先端側が冷却され収縮が開始したときに、ハウジング内部に残留する熱の移動によって基端側は依然膨張する傾向にあり、実質的に、ハウジングの先端部が膨張前のセラミック発熱体を保持していた位置よりも先端側の位置でセラミック発熱体の締め付けを開始することとなる。
【０００８】
さらに、冷却状態で時間が経過するとハウジングの基端部も次第に冷却され軸方向・径方向ともに収縮する。
このとき、既に冷却収縮を完了した先端部が拘束点となるため、基端部はこの拘束点に向けて収縮することとなり、相対的にセラミック発熱体が基端側に向かって引き込まれることになる。
【０００９】
即ち、冷熱環境下ではハウジングの先端面とセラミック発熱体の先端面との距離が冷熱の繰り返しによって相対的に変化し続けることとなり、ハウジングの先端面からセラミック発熱体の突出する長さが徐々に短くなる「発熱体引込現象」を生じることが判明した。
また、セラミック発熱体とハウジングとの間に介装されたロウ材は、高温環境下では先端側が先に軟化し、セラミック発熱体の拘束力が弱まるが、冷却過程では、相対的に先端側が先に硬化するため先端側が拘束点となって、相対的にセラミック発熱体を基端側へ引き込む傾向が強くなる。
このような発熱体引込現象によってセラミック発熱体の突出長さが変化すると、セラミックヒータによって加熱される被加熱流体の温度にも影響を与え、正確な加熱温度の制御が困難となる虞もある。
【００１０】
そこで、本発明はかかる実情に鑑みて、冷熱環境下での発熱体引き込み現象の発生を抑制し、信頼性の高いセラミックヒータを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
第１の発明では、一対の電極を具備し、該電極に接続され外部に設けた通電装置からの通電により発熱するセラミック発熱体と、該セラミック発熱体の外周に嵌着され、上記セラミック発熱体の先端側の発熱部を被取付部材の内側に取付固定するためのハウジングと、上記ハウジングと上記セラミック発熱体を接合する接合手段とを具備するセラミックヒータにおいて、上記接合手段が、上記ハウジングの先端側で、冷熱環境下に晒される部分に設けた第１の接合手段と、上記ハウジングの基端側で、冷熱環境下から離隔した部分に設けた第２の接合手段からなり、上記第１の接合手段は、上記ハウジングの冷熱環境下に晒される先端側と上記発熱体との間隙にロウ材を充填して形成した第１の発熱体ロウ接部によって構成すると共に、上記第２の接合手段は、上記ハウジングとは独立に設けて上記セラミック発熱体を覆う略環状に形成された環状固定部材と、該環状固定部材と上記セラミック発熱体との間隙にロウ材を充填して形成した第２の発熱体ロウ接部と、上記環状固定部材と上記ハウジング、又は、ハウジングに結合された部材との間隙にロウ材を充填して形成した環状固定部材ロウ接部とによって構成することを特徴とする（請求項１）。
【００１２】
第１の発明によれば、上記ハウジングの先端側が冷熱サイクルに晒されたとき、上記セラミック発熱体の熱膨張係数と上記ハウジングの熱膨張係数との差により、上記セラミック発熱体に対して上記ハウジングの先端側の相対変位が生じ得る状況においても、冷熱環境下に晒され、接合強度の変化を伴う上記第１の接合手段に比べ、冷熱環境下から離隔し温度変化の少ない位置に設けられた上記第２の接合手段の接合力は、温度変化による接合力の変化がなく安定しており、冷熱サイクルに伴う上記ハウジングの膨張と収縮によって発生する上記セラミック発熱体を基端側に引込もうとする発熱体引込力に抗して上記セラミック発熱体の基端側を強固に拘束、保持するため、発熱体引込現象が生じ難くなる。
特に、本発明によれば、上記ハウジングの先端が冷熱サイクルに晒された時に上記第１のロウ接部の接合強度が弛む虞があるが、上記第２の接合手段として設けた上記第２の発熱体ロウ接部及び上記環状固定部材ロウ接部によって強固に保持されているため、相対的に接合強度の高い第２の接合手段によって発熱体引込現象が阻止される。
このとき、高温環境下において、上記第１のロウ接部は軟化するものの、上記ハウジングと上記セラミック発熱体との間隙から被取付部材内の被加熱流体の排出を阻止すると共に、被加熱流体若しくはセラミック発熱体からの熱を上記ハウジングの先端側を介して、被取付部材側へ伝熱させる。
一方、上記環状固定部材は、上記ハウジングと温度変化の少ない位置に設けられた上記環状固定部材ロウ接部を介して接合されているため、上記ハウジングに比べ相対的にヤング率の低い上記環状固定部材ロウ接部が緩衝部材なる上に、上記ハウジングの基端側は、先端側に比べて温度変化が少ないため、上記ハウジングの先端側が冷熱サイクルによる膨張と収縮を繰り返しても、その影響を受けることがない。
【００１５】
第２の発明では、上記環状固定部材が、上記一対の電極の一方に接合されている（請求項２）。
【００１６】
第２の発明によれば、上記環状固定部材を介して上記一対の電極の一方が、ハウジングに接地状態となるため、上記セラミック発熱体への通電を図るべく接続される一方の通電線を排することができるのに加え、このようないわゆるボディアース型のセラミックヒータにおいて、冷熱環境下におけるセラミック発熱体の引込現象が抑制されているため、接地電極の剥離が生じ難くなり、セラミックヒータの信頼性が向上する。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の第１の実施形態におけるセラミックヒータの概要を示す断面図。
【図２】従来のセラミックヒータの問題点である発熱体引込現象を（ａ）〜（ｄ）の順を追って説明するための説明図。
【図３】本発明の効果を確認するために行った試験方法並びにその結果を示し（ａ）は、本発明の実施例の計測位置を示す断面図、（ｂ）は比較例の計測位置を示す断面図、（ｃ）は、試験条件を示す特性図、（ｄ）は、本発明の効果を比較例と共に示す特性図。
【図４】（ａ）は、本発明の第１の実施形態におけるセラミックヒータの変形例を示す要部断面図、（ｂ）は、他の変形例を示す要部断面図。
【図５】（ａ）は、本発明の第２の実施形態におけるセラミックヒータの概要を示す要部断面図、（ｂ）はその変形例を示す要部断面図。
【図６】本発明の第３の実施形態におけるセラミックヒータの概要を示す断面図。
【図７】本発明の第３の実施形態におけるセラミックヒータの変形例を示す要部断面図。
【図８】本発明の第４の実施形態におけるセラミックヒータの概要を示す断面図。
【図９】比較例として示す従来のセラミックヒータの概要を示す断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
図１を参照して、本発明の第１の実施形態におけるセラミックヒータ１について説明する。
なお、本発明において、セラミックヒータ１に接続される図略の通電装置側を基端側、セラミックヒータ１が挿入、固定される被取付部材側を先端側と称する。
本実施形態におけるセラミックヒータ１は、セラミックヒータ１が取り付けられる被取付部材６０に装着され、セラミック発熱体１０の基端側表面に形成された一対の電極として設けられた発熱体電極部１１１、１２１に接続された一つの通電線１１４、１２４を介して外部に設けた図略の通電装置に接続され、通電により発熱し、被取付部材６０の内側の被加熱流体６００の加熱に用いられ、例えば、内燃機関から排出される燃焼排気を加熱して排気浄化装置再生のための熱源としたり、寒冷地仕様のディーゼル車等において冷却水を加熱する燃焼式ヒータの着火源としたり、ディーゼル機関の着火の補助を行ったりするのに好適なものである。
【００１９】
セラミックヒータ１は、通電により発熱するセラミック発熱体１０と、セラミック発熱体１０の先端側に位置する発熱部を被取付部材６０の内側の被加熱流体６００中に取付固定するためのハウジング３０とによって構成されている。
さらに、セラミック発熱体１０の中腹が、第１の接合手段によって、ハウジング３０の先端側の冷熱環境下に晒される部分に接合され、ハウジング３０の先端からセラミック発熱体１０の発熱部が被加熱流体６００中に露出している。
【００２０】
ハウジング３０は、セラミック発熱体１０を挿入保持する発熱体挿入孔３０１が設けられ、基端側外周には、ハウジングネジ部３０２を締め付けるための六角部３０３が設けられ、先端側外周側には、被取付部材６０に螺結するためのハウジングネジ部３０２（雄ねじ）が設けられ、六角部３０３とハウジングネジ部３０２との間には、被取付部材６０に設けた被取付部材側テーパ部６１２と当接し気密性を保持するハウジングシール部３０４が設けられている。
【００２１】
セラミック発熱体１０は、略円柱状に形成された耐熱性絶縁部１０１の先端側に内蔵された略Ｕ字型の抵抗発熱体１００と、抵抗発熱体１００と外部に設けられた通電装置との導通を図る一対の発熱体リード部１１０、１２０と、各リード部１１０、１２０に導通して耐熱性絶縁部１００の表面に引き出された一対の電極として設けられた発熱体電極部１１１、１２１とによって構成されている。
抵抗発熱体１００には、二硅化モリブデンＭｏＳｉ２、炭化硅素ＳｉＣ、炭化タングステンＷＣ等の公知の導電性セラミック材料が用いられ、耐熱性絶縁部１００には、窒化硅素Ｓｉ３Ｎ４等の公知の絶縁性セラミック材料が用いられ、リード部１１０、１２０には、タングステンＷ等の公知の導電性金属材料が用いられている。
セラミック発熱体１０は、抵抗発熱体１００と一対のリード部１１０、１２０とを射出成形等の公知の方法により所望の形状に形成した後、抵抗発熱体１００とリード部１１０、１２０とを所望の位置に配設し、これらを耐熱性絶縁部１００が一体的に覆うようにして、ホットプレス等の公知の成形方法により１７００℃〜１８００℃で一体的に焼成した後、外形を所望の形状に切削し、リード部１１０、１２０の先端を耐熱性絶縁部１００の表面に露出させ、さらに、リード部１１０、１２０の先端には、メッキ等の公知の方法により一対の発熱体電極部１１１、１２１が形成されている。
【００２２】
本実施形態においては、第１の接合手段として、ハウジング３０の先端側の冷熱環境下に晒される部分が発熱体１０の中腹を締まり嵌めすると共に、ハウジング３０の先端の内周壁とセラミック発熱体１０の外周との間隙にロウ材を充填した第１の発熱体ロウ接部２３が形成されている。
さらに、セラミック発熱体１０の一対の発熱体電極部１１１、１２１は、冷熱環境から離隔したハウジング３０の基端側に露出している。
セラミック発熱体１０の一の発熱体電極部１１１が形成された位置で、第２の接合手段によって、セラミック発熱体１０とハウジング３０の基端側の冷熱環境から離隔した部分とが接合されている。
【００２３】
さらに、本実施形態においては、第２の接合手段として、ハウジング３０の基端側の冷熱環境から離隔された部分で、セラミック発熱体１０の表面に引き出された一の発熱体電極部１１１を覆うように略環状に形成された環状固定部材として設けられた電極接続金具２０を締まり嵌めすると共に、電極接続金具２０の内周面２０１とセラミック発熱体１０の発熱体電極部１１１の引き出された表面との間隙にロウ材を充填した第２の発熱体ロウ接部２１と、電極接続金具２０の底面２０２とハウジング３０の基端側表面３０５との間隙にロウ材を充填した環状部材ロウ接部２２とが形成されている。
また、本実施形態においては、電極接続金具２０は、先端側が外径方向に向かって鍔状に拡径されたフランジ部が形成されており、底面２０２の面積を大きくすることによってハウジング３０の基端側表面３０５との接合強度を高くしてある。
発熱体電極部１１１、１２１にはそれぞれ、環状の電極接続金具２０、１２２が嵌着され、発熱体電極部１１１、１２１と電極接続金具２０、１２２との僅かな間隙に加熱溶融したロウ材を浸透させロウ付けされて導通が確保されている。
電極接続金具２０、１２２には、それぞれ、通電線端子部１１３、１２３が接続され、これらに接続して通電線１１４、１２４が外部に引き出されている。
【００２４】
本実施形態において、電極接続金具２０は、セラミック発熱体１０への通電を行う通電線１１４との電気的導通を図ると共に、セラミック発熱体１０をハウジング３０の冷熱環境から離隔した部分と接合するための第２の接合手段としても用いられている。
なお、ロウ材としては、の銀ロウ（融点７５０〜９００℃）や、銅ロウ（融点１０５０〜１１５０℃）等を用いることができる。
また、第１の発熱体ロウ接部２３、第２の発熱体ロウ接部２１を設けるに際して、セラミック発熱体１０の表面にＮｉメッキ、Ｃｒメッキ等のメタライズ層を形成する下地処理を所定の範囲に施すことによって、メタライズ層の形成されたセラミック発熱体１０の表面とロウ材との濡れ性が向上し、所望の範囲にのみロウ接部２１、２３を形成することができる。
【００２５】
被取付部材６０には、ヒータ取付穴部６１０が設けられ、セラミックヒータ１が挿入され、ヒータ取付穴部６１０の内周には、被取付部材側ネジ部６１１（雌ネジ部）が形成され、ヒータ取付穴部６１０の先端側には、挿入方向に向かって内径が連続的に縮径する、略すり鉢状の被取付部材側テーパ部６１２が形成され、セラミックヒータ１のハウジングネジ部３０２を被取付部材側ネジ部６１１に螺結すると、ヒータ側に設けたハウジングシール部３０４と被取付部材側に設けた被取付部材側テーパ部６１２とが当接し、気密性が確保され、被加熱流体６００の流出が阻止されている。
【００２６】
ハウジング３０の先端側は、セラミック発熱体１０への通電と停止のみならず、燃焼式ヒータの燃焼と停止や、ディーゼル機関の燃焼と停止等の被加熱流体６００の温度変化等の冷熱サイクルに晒される。
このとき、セラミック発熱体１０の熱膨張係数（約３．５×１０−６／℃）とハウジング３０の熱膨張係数（例えば、ＳＵＳ４３０の場合は、１０．４×１０−６／℃）との差により、セラミック発熱体１０に対してハウジング３０の先端側の相対変位が生じ得る状況においても、冷熱環境下に晒され、接合強度の変化を伴う第１の接合手段（２３）に比べ、冷熱環境下から離隔し温度変化の少ない位置に設けられた第２の接合手段（２０、２１、２２）の接合力は、温度変化による接合力の変化がなく安定しており、冷熱サイクルに伴うハウジング３０の膨張と収縮によって発生するセラミック発熱体１０を基端側に引込もうとする発熱体引込力に抗してセラミック発熱体１０の基端側を強固に拘束、保持するため、発熱体引込現象が生じ難くなる。
【００２７】
また、高温環境下において、第１のロウ接部（２３）は軟化するものの、ハウジング３０とセラミック発熱体１０との間隙から被取付部材６０内の被加熱流体６００の排出を阻止すると共に、被加熱流体６００若しくはセラミック発熱体１０からの熱をハウジング３０の先端側を介して、被取付部材６００側へ伝熱させる。
一方、環状固定部材として設けられた電極接続金具２０は、ハウジング３０と温度変化の少ない位置に設けられた環状固定部材ロウ接部２２を介して接合されているため、ハウジング３０に比べ相対的にヤング率の低い環状固定部材ロウ接部２２が緩衝部材となる上に、ハウジング３０の基端側は温度変化が先端側に比べて少ないため、ハウジング３０の先端側が冷熱サイクルによる膨張と収縮を繰り返しても、その影響を受けることがない。
【００２８】
なお、本実施形態においては、発熱体電極部１１１は、電極接続金具２０を介してハウジング３０とボディアース状態となっているが、被取付部材６０が燃焼排気管等の著しく酸化され易い環境に置かれている場合等には、ハウジング３０と被取付部材６０との接地状態が必ずしも良好となるとは限らず、この場合、電極接続金具２０に通電線１１４を接続することにより、確実な接地を図ることができる。
【００２９】
ここで、比較例として図９に示す従来のセラミックヒータ１ｚの概要について説明すると共に、図２を参照して、従来のセラミックヒータ１ｚの問題点について説明する。
図９に示すように、従来のセラミックヒータ１ｚは、挿入方向に向かって内径寸法が連続的に小さくなっている被取付部材側テーパ部６１２ｚが形成されたヒータ取付穴部６１０ｚを有する被取付部材６０ｚに対し、ヒータ取付穴部６１０ｚに挿入して取り付けるようにしたセラミックヒータであって、被加熱流体に晒される先端側に通電によって発熱する抵抗発熱体１００ｚを有し、基端側に抵抗発熱体１００ｚに通電するための一対のリード部１１０ｚ、１２０ｚが電気的に接続されたセラミック発熱体１０ｚと、セラミック発熱体１０ｚの外周面に接合されている。
さらに、セラミックヒータ１ｚは、被加熱流体側の一端よりセラミック発熱体１０ｚの先端側が露出し、他端よりセラミック発熱体１０ｚの基端側が露出するように、セラミック発熱体１０ｚを被覆するハウジング３０ｚとを備え、ハウジング３０ｚの外周面には、被取付部材６０ｚにおけるヒータ取付穴部６１０ｚの被取付部材側テーパ部６１２ｚに対応したテーパ形状を有するハウジングシール部３０４ｚと、ヒータ取付穴部６１０ｚに設けた被取付部材側ネジ部６１１ｚ（雌ねじ）に固定可能なハウジングネジ部３０２ｚ（雄ねじ）とが一体に形成されており、ハウジングネジ部３０２ｚによってハウジング３０ｚをヒータ取付穴部６１０ｚに固定したときに、ハウジングシール部３０４ｚが押圧され被取付部材側テーパ部６１２ｚに当接するようになっている。
また、セラミック発熱体１０ｚとハウジング３０ｚとは、略筒状に形成されたハウジング３０ｚの発熱体挿通孔３０１ｚの空間部にロウ材を配置し、セラミック発熱体１０ｚの基端側から、スペーサ２１１ｚを嵌め込み、空間部ＣＶ３０ｚ内にスペーサ２１１ｚを配置し、さらに、セラミック発熱体１０ｚの基端側から、スペーサ２１１ｚと当接するまでセラミック発熱体１０ｚの発熱体電極部１１０ｚに環状の電極接続金具１１２ｚを嵌め込み、その上端面にロウ材を配置し、さらに、セラミック発熱体１０ｚの基端部に露出する発熱体電極部１２１ｚに環状の電極接続金具１２２ｚを嵌め込み、その端面にロウ材を配置し、これらを熱処理することにより、各部に配置されたロウ材が溶融し部材間の隙間に流れ、これが固まることで、セラミック発熱体１０ｚとは、ハウジング３０ｚ、電極接続金具１１２ｚ、１２２ｚと接合されている。
従来のハウジング３０ｚを構成する発熱体保持部材３００ｚは、ステンレス等の耐熱性金属材料によって形成されており、その熱膨張係数は、例えば、ＳＵＳ４３０の場合、１０．４×１０−６／℃（〜１００℃）である。
また、従来のセラミックヒータ１ｚでは、一般的に、ロウ接部２０ｚを形成するに当たりロウ材として銀ロウ（融点７５０〜９００℃）が用いられている。
【００３０】
図２（ａ）は、常温時におけるセラミック発熱体１０ｚとハウジング３０ｚとの位置関係を簡単に示したものである。
本図（ｂ）に示すように、高温環境下では、熱膨張係数の大きなハウジング３０ｚの高温側が軸方向及び外径方向に大きく伸び、熱膨張係数の小さなセラミック発熱体１０ｚの伸びは、ハウジング３０ｚの伸びに比べ小さく、それぞれの先端面の相対的な距離は小さくなる。
高温環境下で熱に晒されたハウジング３０ｚには、時間の経過と共に高温側の先端部から、低温側の基端部に掛けて温度が低くなる温度勾配が形成され、その温度勾配にならい、先端部ほど、先端軸方向及び外径方向に向かって末広がりに膨張し、一時的に先端側におけるセラミック発熱体の締り嵌めが解放される。
また、ハウジング３０ｚとセラミック発熱体１０ｚとの間隙を埋めるロウ材は高温環境下に晒されることにより軟化し、保持力が弱まる。
さらに、本図（ｃ）に示すように。低温環境下では、冷却により、膨張したハウジング１０ｚの先端部ほど急激な冷却によって、基端軸方向及び内径方向に向かって早く収縮する。
このとき、伝熱によって熱が移動する基端側は、加熱時・冷却時とも、先端側に比べ、温度変化に時間的遅れが生じ、基端側の保持力が相対的に弱くなる。
このため、先端側が冷却され収縮が開始したときに、ハウジング３０ｚ内部に残留する余熱の移動によって基端側は依然膨張する傾向にあり、実質的に、ハウジング３０ｚの先端部が膨張前のセラミック発熱体１０ｚを保持していた位置よりも先端側の位置でセラミック発熱体の締め付けを開始することとなる。
本図（ｄ）に示すように、さらに、冷却状態で時間が経過するとハウジング１０ｚの基端部も次第に冷却され軸方向・径方向ともに収縮する。
この時、既に冷却収縮を完了した先端部が拘束点となるため、基端部はこの拘束点に向けて収縮することとなり、相対的にセラミック発熱体１０ｚが基端側に向かって引き込まれることになる。
即ち、冷熱環境下ではハウジングの先端面とセラミック発熱体の先端面との距離が冷熱の繰り返しによって相対的に変化し続けることとなり、ハウジングの先端面からセラミック発熱体の突出する長さが徐々に短くなる。
本図（ａ）に示すように、常温時にハウジング３０ｚからの付きだし長さＬ０であったセラミック発熱体１０ｚは、本図（ｄ）に示すように、冷熱サイクル後のハウジング３０ｚからの付き出し長さＬ１がΔＬだけ短くなる「発熱体引込現象」を生じる。
また、セラミック発熱体１０ｚとハウジング３０ｚとの間隙に充填されたロウ材２０ｚは、高温環境下では先端側が先に軟化し、セラミック発熱体１０ｚの拘束力が弱まるが、冷却過程では、相対的に先端側が先に硬化するため先端側が拘束点となって、相対的にセラミック発熱体１０ｚを基端側へ引き込む傾向がさらに強くなる。
【００３１】
図３を参照して、本発明の効果を確認するために行った試験について説明する。
図３（ａ）に示すような、本発明の第１の実施形態におけるセラミックヒータ１と、比較例として本図（ｂ）に示すような従来のセラミックヒータ１ｚに対して、ヒータ温度を１３５０℃まで昇温し、３分間加熱した後、１分間強制冷却して、ロウ接部における先端側（Ａ部）と基端側（Ｂ部）を、本図（ｃ）に示すような冷熱サイクルに晒した後、セラミック発熱体のハウジングからの突き出し長さＬ、Ｌｚを計測し、その変化から発熱体引込量ΔＬの変化を調査し、その結果を本図（ｄ）に示す。
本図(ｄ)に示すように、比較例として示した従来のセラミックヒータ１ｚでは、冷熱サイクルが１５０００回を超えた辺りから、発熱体の引込現象が観察され、２５０００回の冷熱サイクルに晒した後には、発熱体引込量ΔＬは０．７ｍｍとなった。一方、本発明の実施例として示したセラミックヒータ１では、２５０００回の冷熱サイクルに晒した後も、発熱体引込現象は発生せず、冷熱環境に晒され温度変化の大きい先端側（Ａ部）のみならず、温度変化の少ないハウジング３０の基端側（Ｂ部）でセラミック発熱体１０を保持固定することにより、発熱体引込現象の抑制を図る本発明の効果が確認された。
【００３２】
図４を参照して、本発明の第１の実施形態におけるセラミックヒータの変形例１ａ、１ｂについて説明する。
なお、上記第１の実施形態と同様の構成については同じ符号を付したので説明を省略し、相違点を中心に説明する。以下の実施形態においても同様である。
第１の実施形態において、は、本発明の要部である環状固定部材として設けた電極接続金具２０に導通線端子部１１３を接続し、外部に導通線１１４を引き出した例を示したが、本図（ａ）に示すように、電極接続金具２０は、ハウジング３０の基端側にロウ接されているため、セラミック発熱体１０を保持するだけでなく、ハウジング３０を介して発熱体電極部１１１が、接地状態となるため、セラミック発熱体１０への通電を図るべく接続される通電線１１４を排することができる。
加えて、このようないわゆるボディアース型のセラミックヒータ１ａにおいて、冷熱環境下におけるセラミック発熱体の引込現象が抑制されているため、接地電極となる発熱体電極部１１１と電極接続金具２０との間に設けたロウ接部２１の剥離が生じ難くなり、セラミックヒータの信頼性が向上する。
また、上記実施形態においては、環状固定部材として、電極接続金具２０を、下端に外径方向に向かって広がる鍔部を設けた断面略Ｌ字型に形成したが、本図（ｂ）に示すように、電極接続金具２０ｂを略筒状に形成し、内周壁２０１とセラミック発熱体１０の表面１０２とをロウ付けし、底面２０２ｂとハウジング３０ｂの上面３０５ｂとをロウ付けしてある。
さらに、電極接続金具２０ｂをハウジング３０ｂに挿嵌させ、ハウジング３０ｂによって電極接続金具２０ｂの外周を締め嵌めしても良い。
【００３３】
図５を参照して、本発明の第２の実施形態におけるセラミックヒータ１ｃとその変形例１ｄについて説明する。
上記実施形態においては、ハウジング３０、３０ｂは、ステンレス等の金属材料によって、一体的に形成した例を示したが、本実施形態においては、ハウジング３０ｃを、略筒状に形成された発熱体保持部材３００ｃと、別体に設けたニップルナット状の発熱体取付部材３１０との複数の部材によって構成し、発熱体保持部材３００ｃと、電極接続金具２０ｃとを接合している点が相違する。
本実施形態においては、発熱体保持部材３００ｃは、両端が開口し、一方の端に外径方向に張り出す鍔部３１１が設けられており、鍔部３１１の基端側表面には、セラミックヒータ１ｃの中心軸に対して直交する水平面をなし、後述する押圧部３０７によって被取付部材方向に押圧される受圧部３１２が設けられ、鍔部３１１の先端側表面には、挿入方向に向かって連続的に縮径する略円錐テーパ状の稜面を有する取付手段側シール部３０４ｃが設けられている。
発熱体取付部材３１０は、ステンレス等の耐熱性金属材料を用いて略筒状に形成されており、基端側外周に六角部３０３が設けられ、先端側外周にハウジングネジ部３０２が設けられ、先端には、ハウジングネジ部３０２を被取付部材側ネジ部６１１ｃに螺結したときに、受圧部３１２を被取付部材方向に押圧する押圧部３０７が形成されている。
また、発熱体取付部材３１０を被取付部材６０ｃに螺結する際に、発熱体保持部材３００ｃの回転を伴わないように、発熱体取付部材３１０の内径３０６と、発熱体保持部材３００ｃの外径との間には間隙が形成されている。
このようにハウジング３０ｃを、発熱体保持部材３００ｃと、発熱体取付部材３１０の複数の部材によって構成することによって、上記実施形態と同様の効果に加え、セラミックヒータ１ｃを被取付部６０ｃに組み付ける際に、発熱体取付部材３１０を回転させても、通電線１１４、１２４が捻れることがなく、組み付けの作業性が向上すると共に、導通線１１４、１２４とセラミック発熱体１０との接続部に捻りを生じないので、第２の発熱体ロウ接部２１ｃが剥離する虞がない。さらに、本図（ｂ）に示すように、導通線１１４を廃した構成としても良い。本図に示したいずれの実施形態においても上記実施形態と同様に、発熱体引込現象の発生を抑制し、信頼性の高いセラミックヒータが実現できる。
【００３４】
図６を参照して本発明の第３の実施形態におけるセラミックヒータ１ｅについて説明する。
本実施形態においては、発熱体保持部材３００ｅと発熱体取付部材３１０ｄとの間に、略筒状の導通線保護部材３３を介装し、セラミック発熱体１０の基端側に設けた発熱体電極部１１１、１２１、電極接続金具２０ｅ、１２２、導通線端子部１１３、１２３及び導通線１１４、１２４を覆い、基端部を封止部材３４を用いて封止固定してある。
導通線保護部材３３は、両端が開口する略筒状に形成された導通線保護基体３３０の保護部材先端部３３１を発熱体保持部材３００ｅの基端部を覆うように挿嵌し、保護部材先端部３３１において、発熱体保持部材３００ｅと溶接固定され、保護部材基端部３３２には、外部の通電制御装置に接続される一対の導通線１１４、１２４が挿通された封止部材３４が挿入され、加締め部３３３において、全周に渡り加締められ、導通線保護部材３３の基端側の開口が封止されている。
封止部材３４は、シリコンゴム等の弾性部材が用いられ、導通線１１４、１２４を保持、固定すると共に、導通線保護部材３３０の基端側を封止している。
本実施形態では、上記実施形態と複数箇所に接合手段を設けて発熱体１０と発熱体保持部材３００ｅとを接合することによって、発熱体引込現象が生じ難くなっているのに加え、導通線保護部材３３によって、セラミック発熱体１０の基端部に引き出された導通線とセラミック発熱体１０との接続部分が、外部からの浸水や、衝撃等から保護される。
本実施形態におけるセラミックヒータ１ｅを被取付部材として、燃焼機関の排ガス流路等の外部からの被水、石跳ね、振動等の過酷な使用環境に設けた場合でも高い信頼性を維持できる。
【００３５】
図７を参照して、本発明の第３の実施形態におけるセラミックヒータの変形例１ｆについて説明する。
上記実施形態においては、本実施形態においては、セラミック発熱体１０への通電を一対の通電線１１４、１２４を介して行う例を示したが、本実施形態では、セラミック発熱体１０の一の発熱体電極部１１１ｂ（接地電極側）が電極接続金具２０ｆを介して発熱体保持部材３３０に直接的に接続されている。
このような、構成とすることにより、上記実施形態と同様の効果に加え、一の電極接続金具２０ｆ、通電線端子部１１３、通電線１１４をそれぞれ廃することが可能となり、製造が簡易となる。また、セラミック発熱体１０の体格を小さくできので、搭載性が向上する上に、製造コストの削減も可能となる。
【００３６】
図８を参照して、本発明の第４の実施形態におけるセラミックヒータ１ｇについて説明する。上記実施形態においては、燃焼式ヒータの着火源や、燃焼排気の加熱源として用いた比較的小型のセラミックヒータを例に説明したが、本実施形態においては、ディーゼルエンジンの燃焼室又は副燃焼室を被取付部材６０ｇとし、着火を補助する長尺のグロープラグとして用いる場合について説明する。
上記実施形態においては、発熱体電極部１２１から外部への接続に通電線１２４を用いているが、本実施形態においては、発熱体電極部１２１に略筒状の電極接続金具１２２ｇを嵌着し、電極接続金具１２２ｇに連結して金属材料を略棒状に形成した通電中軸１２３ｇを接続している。
さらに、発熱体電極部１１１は、第２の接合手段である電極接続金具２０ｇを介して、発熱体保持部材３００ｇに接合されている。
発熱体保持部材３００ｇ及び発熱体固定部材３１０ｇは、長尺に形成されているが基本的な構造は、上記実施形態に示した発熱体保持部材３００ｃ及び発熱体固定部材３１０と同様である。
また、本実施形態においては、燃焼時の圧力上昇に対抗できるように、封止部材３４ｇとして、耐熱性セラミック粉末等が用いられている。
【００３７】
本発明は上記実施形態に限定するものではなく、一対の電極を具備し、該電極に接続され外部に設けた通電装置からの通電により発熱するセラミック発熱体と、該セラミック発熱体の外周に嵌着され、上記セラミック発熱体の先端側の発熱部を被取付部材の内側に取付固定するためのハウジングと、上記ハウジングと上記セラミック発熱体を接合する接合手段とを具備するセラミックヒータにおいて、上記ハウジングの先端側で、冷熱環境下に晒される部分に設けた第１の接合手段と、上記ハウジングの基端側で、冷熱環境下から離隔した部分に設けた第２の接合手段を設けることより、セラミックヒータのハウジングが冷熱サイクルに晒されたときに、ハウジングとセラミック発熱体との相対変位による発熱体引込現象を起こり難くする本発明の趣旨を逸脱しない限りにおいて適宜変更可能である。
【符号の説明】
【００３８】
１  セラミックヒータ
１０  セラミック発熱体
２０  電極接続金具（第２の接合手段）
２１  第２の発熱体ロウ接部（第２の接合手段）
２２  固定部材ロウ接部（第２の接合手段）
２３  第１のロウ接部（第１の接合手段）
１１１、１２１  発熱体電極部
３０  ハウジング
６０  被取付部材
６００  被加熱流体
【先行技術文献】
【特許文献】
【００３９】
【特許文献１】特開２００１−２８２９２号公報
【特許文献２】特開２００３−５６８４８号公報
【図１】
0005552920.tif 000002
【図２】
0005552920.tif 000003
【図３】
0005552920.tif 000004
【図４】
0005552920.tif 000005
【図５】
0005552920.tif 000006
【図６】
0005552920.tif 000007
【図７】
0005552920.tif 000008
【図８】
0005552920.tif 000009
【図９】
0005552920.tif 000010