[0001] 本发明涉及利用于例如燃烧式车载供暖装置的点火用或火焰检测用的加热器、石油暖风机等各种燃烧设备的点火用的加热器、汽车发动机的火花塞用的加热器、氧传感器等各种传感器用的加热器、测定设备的加热用的加热器等的加热器以及具备该加热器的火花塞。

[0002] 作为汽车发动机的火花塞用加热器，例如公开了具备有绝缘基体、埋设于绝缘基体的电阻体、埋设于绝缘基体且在一端侧与电阻体连接并且在另一端侧向设置于绝缘基体的表面的端子部导出的引线的加热器。

[0003] 具体而言，公开了成为在纵截面观察时阳极侧的引线具有至少两个部位的弯曲部且例如向设置于绝缘基体的后端侧的端子部导出的结构的加热器(例如参照专利文献1)。在此，引线在两个部位的弯曲部以相同的直径导出至端子部。

[0004] 专利文献1：日本特开2001-280640号公报。

[0005] 【发明要解决的课题】

[0006] 近年来，要求能够更加快速升温的加热器，出现了在起动时(发动机起动时)以大电流流向电阻体的方式加大从端子部导入的电力(冲击电流)的必要性。

[0007] 在此，在上述加热器中若要将冲击电流(突入電力)加大，则冲击电流的负荷在引线的弯曲部中尤其集中于弯曲部分外侧，由于该负荷集中的部位局部发热而热膨胀，因此有在引线和绝缘基体的界面产生微裂纹的问题。

[0008] 本发明是鉴于上述的问题点而发明的，其目的在于提供一种即使在快速升温等时大电流流向引线的弯曲部也能够对由起因于局部膨胀的应力集中引起的微裂纹的产生进行抑制的、具有高可靠性及耐久性的加热器以及具备该加热器的火花塞。

[0009] 【用于解决课题的手段】

[0010] 本发明的加热器的特征在于，具备：绝缘基体；电阻体，其埋设于该绝缘基体；引线，其埋设于所述绝缘基体，在一端与所述电阻体连接并且在另一端向设置于所述绝缘基体的表面的端子部导出，在纵截面观察时，该引线具有至少两个部位的弯曲部，各个所述弯曲部的横截面的纵横比比所述端子部的纵横比大。

[0011] 另外，本发明的火花塞的特征在于，具备上述结构的加热器和与所述端子部电连接且保持所述加热器的金属制保持部件。

[0012] 【发明效果】

[0013] 根据本发明的加热器，能够使两个部位的弯曲部的冲击电流的负荷从弯曲部位外侧向其他部位分散，从而能够抑制在引线和绝缘基体的界面产生微裂纹。附图说明

[0014] 图1是表示本发明的加热器的实施方式的一例的纵剖视图。

[0015] 图2(a)是放大了包括图1所示的引线的弯曲部在内的区域A的放大图，b)是(a)所示的C-C线剖视图。

[0016] 图3(a)是图2所示的A1-B1线剖视图，(b)是图2所示的A2-B2线剖视图，(c)是图2所示的A3-B3线剖视图，(d)是图2所示的A4-B4线剖视图，(e)是图2所示的A5-B5线剖视图。

[0017] 图4是表示本发明的火花塞的实施方式的一例的纵剖视图。

[0018] 参照附图对本发明的加热器的实施方式的例子进行详细说明。

[0019] 图1是表示本发明的加热器的实施方式的一例的纵剖视图。另外，图2(a)是放大了包括图1所示的引线的弯曲部在内的区域A的放大图，图2(b)是(a)所示的C-C线剖视图。另外，图3(a)是图2所示的A1-B1线剖视图，图3(b)是图2所示的A2-B2线剖视图，图3(c)是图2所示的A3-B3线剖视图，图3(d)是图2所示的A4-B4线剖视图，图3(e)是图2所示的A5-B5线剖视图。

[0020] 本实施方式的加热器1具备绝缘基体2、埋设于绝缘基体2的电阻体3、埋设于绝缘基体2且在一端与电阻体3连接并且在另一端向设置于绝缘基体2的表面的端子部5导出的引线4，在纵截面观察时，引线4至少具有两个部位的弯曲部41、42，各弯曲部41、42的横截面的纵横比比端子部5的纵横比大。

[0021] 本实施方式的加热器1的绝缘基体2例如为形成棒状的基体。在该绝缘基体2中埋设有电阻体3及引线4。在此，优选绝缘基体2由陶瓷构成，由此，能够提供快速升温时的可靠性高的加热器1。具体而言，能够举出氧化物陶瓷、氮化物陶瓷、碳化物陶瓷等具有电绝缘性的陶瓷。尤其，优选绝缘基体2由氮化硅质陶瓷构成。这是因为就氮化硅质陶瓷而言，作为主成分的氮化硅在高强度、高韧性、高绝缘性及耐热性方面优异。由氮化硅质陶瓷构成的绝缘基体2例如能够通过如下方式得到，即，相对于主成分的氮化硅，混合3～12质量％的Y2O3、Yb2O3、Er2O3等稀土类元素氧化物作为烧结助剂、0.5～3质量％的Al2O3，而且以烧结体所含有的SiO2量为1.5～5质量％的方式混合SiO2，形成规定的形状之后在1650～1780℃进行热压烧成。绝缘基体2的长度例如形成为20～50mm，绝缘基体2的直径例如形成为3～5mm。

[0022] 需要说明的是，在使用由氮化硅质陶瓷构成的基体作为绝缘基体2的情况下，优选混合MoSi2、WSi2等且使其分散。在该情况下，能够使作为母材料的氮化硅质陶瓷的热膨胀率接近电阻体3的热膨胀率，从而能够提高加热器1的耐久性。

[0023] 例如在图1所示的例子中，埋设于绝缘基体2的电阻体3的纵截面的形状形成折回形状，折回的中间点附近成为最发热的发热部31。该电阻体3埋设于绝缘基体2的前端侧，从电阻体3的前端(折回形状的中央附近)至电阻体3的后端(与引线的接合端部)的距离例如形成2～10mm。需要说明的是，电阻体3的横截面的形状可以为圆、椭圆、矩形等任意的形状，通常以与后述的引线4相比截面积较小的方式形成。

[0024] 作为该电阻体3的形成材料，能够使用将W、Mo、Ti等的碳化物、氮化物、硅化物等作为主成分的材料。在绝缘基体2由氮化硅质陶瓷构成的情况下，在与绝缘基体2的热膨胀率的差小的方面、具有高耐热性的方面及电阻率小的方面，在上述的材料中尤其碳化钨(WC)作为电阻体3的材料优异。进而，在绝缘基体2由氮化硅质陶瓷构成的情况下，优选电阻体3以无机导电体的WC作为主成分，且在此添加的氮化硅的含有率为20质量％以上。例如，在由氮化硅质陶瓷构成的绝缘基体2中，成为电阻体3的导体成分与氮化硅相比热膨胀率大，因此通常处于施加了拉伸应力的状态。对此，通过在电阻体3中添加氮化硅，使热膨胀率接近绝缘基体2的热膨胀率，则能够缓和由于加热器1的升温时及降温时的热膨胀率的差而引起的应力。另外，在电阻体3所含有的氮化硅的含量为40质量％以下时，能够较小地形成电阻体3的电阻值且使其稳定。因此，优选电阻体3所含有的氮化硅的含量为
20质量％～40质量％。更加优选氮化硅的含量为25质量％～35质量％。另外，作为同样向电阻体3添加的添加物，也能够代替氮化硅而添加4质量％～12质量％的氮化硼。

[0025] 埋设于绝缘基体2的引线4在一端侧与所述电阻体3连接并且在另一端侧向设置于绝缘基体的表面的端子部5导出。在图1所示的例子中，在从一端至另一端形成折回形状的电阻体3的两端部分别接合引线4。并且，一个引线4在一端侧与电阻体3的一端连接，在另一端侧向设置于绝缘基体2的后端部的端子部5导出。另外，另一个引线4在一端侧与电阻体3的另一端连接，在另一端侧向设置于绝缘基体2的靠后端的侧面的端子部5导出。

[0026] 该引线4用与电阻体3相同的材料形成。例如通过与电阻体3相比较大地形成截面积，或与电阻体3相比使绝缘基体2的形成材料的含量较少，该引线4成为每单位长度的电阻值变低的引线。尤其，在与绝缘基体2的热膨胀率的差小的方面、具有高耐热性的方面及电阻率小的方面优选WC作为引线4的材料。另外，优选引线4以无机导电体的WC为主成分，且在其中以含量成为15质量％以上的方式添加氮化硅。随着氮化硅的含量增加，能够使引线4的热膨胀率接近构成绝缘基体2的氮化硅的热膨胀率。另外，在氮化硅的含量为40质量％以下时，引线4的电阻值变小且稳定。因此，优选氮化硅的含量为15质量％～40质量％。更加优选氮化硅的含量为20质量％～35质量％。

[0027] 并且，在纵截面观察时，引线4(一个引线4)具有至少两个弯曲部41、42，各弯曲部41、42的横截面的纵横比比端子部5的纵横比大。

[0028] 需要说明的是，在此所说的引线4为在图1所示的一端侧与电阻体3的一端连接，且在另一端侧向设置于绝缘基体2的后端部的端子部5导出的引线4，图1及图2所示的弯曲部41、42为图3中在B2-A2线截面所示的部位及在B4-A4线截面所示的部位。另外，纵横比(aspectratio)的纵方向为相对于与弯曲部41、42的弯曲方向平行的平面(包括弯曲部41、42的中心轴的平面)垂直的轴的方向(与图1的纸面垂直的方向)。

[0029] 另外，端子部5是指引线4的另一端侧的端部，可以为用相同材料与构成引线4的其他区域一体形成的部位，也可以为用相同材料单独形成的部位或用不同材料形成的部位。

[0030] 图3(a)～图3(e)是将相对于与弯曲部41、42的弯曲方向平行的平面(包括弯曲部41、42的中心轴的平面)垂直的轴的方向(与图1的纸面垂直的方向)设为长轴的椭圆形状的截面，表示以各截面的纵横比(aspect ratio)随着远离端子部5侧而依次变大的方式形成的截面。即，表示以下的状态，与图3(a)所示的端子部5的A1-B1线剖视图相比，图3(b)所示的弯曲部41的A2-B2线剖视图的纵方向的轴的长度更长，与图3(b)所示的弯曲部41的A2-B2线剖视图相比，位于电阻体3侧的图3(c)所示的A3-B3线剖视图的纵方向的轴的长度更长，与图3(c)所示的A3-B3线剖视图相比，位于电阻体3侧的图3(d)所示的弯曲部42的A4-B4线剖视图的纵方向的轴的长度更长，与图3(d)所示的弯曲部42的A4-B4线剖视图相比，位于电阻体3侧的图3(e)所示的A5-B5线剖视图的纵方向的轴的长度更长。

[0031] 从端子部5涌入的冲击电流的负荷在弯曲部41、42的截面的弯曲部分外侧、即图2及图3(b)所示的A2侧和图3(d)所示的B4侧具有变大的倾向。另一方面，一般若截面的形状为圆，则冲击电流的直径方向的负荷相对于360度的任一角度均大致平均分散，但在截面形状为具有长轴和短轴的形状的情况下，有冲击电流容易施加于长轴侧的外周附近的倾向。因此，通过将弯曲部41的截面的纵横比设为比端子部5的截面的纵横比大且弯曲部42的截面的纵横比设为比端子部5的截面的纵横比大，能够在弯曲部41、42的两个部位使冲击电流的负荷从弯曲部位外侧向其他部位分散。具体而言，通过以冲击电流从弯曲部位外侧(图3(b)所示的A2侧、图3(d)所示的B4侧)分散的方式设定长轴的位置且使冲击电流的负荷从弯曲部41、42的截面的弯曲部位外侧向长轴侧的外周附近分散，则能够抑制在弯曲部41、42产生微裂纹。

[0032] 在此，各弯曲部41、42的截面的纵横比例如为1.2～5.0，这对于应力不过度集中于长轴侧而使冲击电流的负荷分散有效。

[0033] 进而，优选弯曲部41、42的横截面为椭圆形，由此在截面上没有拐角，所以应力容易分散，因此能够更加抑制产生微裂纹。

[0034] 需要说明的是，在图3所示的例子中，长轴的方向成为相对于与弯曲部41、42的弯曲方向平行的平面(包括弯曲部41、42的中心轴的平面)垂直的轴的方向(与图1的纸面垂直的方向)，但也可以从该方向倾斜。

[0035] 另外，如图2(b)所示那样，优选各弯曲部41、42的横截面的纵横比随着从端子部5侧朝向电阻体3侧而依次变大。由此，除了能够在自端子部5数第一个弯曲部41分散冲击电流的负荷，还能够在纵横比较大的第二个弯曲部42进一步分散冲击电流的负荷，从而能够更加抑制产生微裂纹。进而，优选弯曲部41、42之间的横截面的纵横比随着从端子部
5侧朝向电阻体3侧而逐渐变大。由此，没有急剧的形状变化，从而能够抑制冲击电流的负荷集中。需要说明的是，如图2(b)所示那样，不限于弯曲部41、42之间，在端子部5和弯曲部41之间及与弯曲部42相比靠前端侧，纵横比也逐渐变化，这在抑制冲击电流的负荷集中的方面有效。

[0036] 进而，优选弯曲部41、42的横截面的面积相同，由此，在成为稳定状态时，没有负荷集中的部位，所以即使反复使用，也能够更加抑制产生微裂纹。

[0037] 需要说明的是，也可以不限于图2及图3所示的方式而设为其他的方式。作为其他的方式，从容易形成的观点出发，例如能够举出矩形、菱形、三角形、六边形、八边形等比较单纯的形状。即使为这样的截面形状，也能够在弯曲部41、42的外侧中央附近以外设置形状上负荷容易集中的部分，从而能够使负荷分散。在截面形状为上述那样的多边形状的情况下，由于有拐角部，负荷过度集中或容易成为绝缘基体2的破损的起点，所以优选将拐角部形成圆形状。从该观点出发，椭圆形状没有拐角部，因此更加优选。

[0038] 上述的加热器1能够用于火花塞。即，如图4所示，本发明的火花塞为具备上述加热器1和与构成加热器1的引线4的端子部5电连接且保持加热器1的金属制保持部件6(护套件)的结构。作为金属制保持部件6，例如采用由Ni、Fe等材料构成的厚度0.3～
1.0mm的筒状体。通过该结构，在加热器1的弯曲部41、42不易产生微裂纹，所以能够实现可长期使用的火花塞。

[0039] 下面，对本实施方式的加热器1的制造方法的一例进行说明。

[0040] 本实施方式的加热器1例如能够通过喷射成形法等形成，该喷射成形法使用上述本实施方式的结构的电阻体3、引线4及绝缘基体2的形状的模具。

[0041] 首先，制作含有导电性陶瓷粉末、树脂粘合剂等的、成为电阻体3及引线4的导电性膏剂，并且制作含有绝缘性陶瓷粉末、树脂粘合剂等的成为绝缘基体2的陶瓷膏剂。

[0042] 接着，用喷射成形法等使用导电性膏剂形成成为电阻体3的规定图案的导电性膏剂的成形体(成形体a)。并且，在将成形体a保持于模具内的状态下，将导电性膏剂填充于模具内而形成成为引线4的规定图案的导电性膏剂的成形体(成形体b)。由此，成形体a和与该成形体a连接的成形体b成为保持于模具内的状态。

[0043] 接着，在将成形体a及成形体b保持于模具内的状态下，将模具的一部分更换成绝缘基体2的成形用的模具，之后将成为绝缘基体2的陶瓷膏剂填充于模具内。由此，得到用陶瓷膏剂的成形体(成形体c)覆盖成形体a及成形体b的加热器1的成形体(成形体d)。

[0044] 接着，通过将得到的成形体d例如在1650℃～1780℃的温度、30MPa～50MPa的压力下烧成而能够制作加热器1。需要说明的是，优选烧成在氢气等非氧化性气体气氛中进行。

[0045] 【实施例】

[0046] 如以下那样制作本发明的实施例的加热器。

[0047] 首先，将含有碳化钨(WC)粉末50质量％、氮化硅(Si3N4)粉末35质量％、树脂粘合剂15质量％的导电性膏剂在模具内喷射成形而制作成为图1所示形状的电阻体的成形体a。

[0048] 接着，在将该成形体a保持于模具内的状态下，将成为引线的上述的导电性膏剂填充于模具内，由此形成与成形体a连接且成为图1及图2所示形状的引线的成形体b。

[0049] 接着，在将成形体a及成形体b保持于模具内的状态下，将含有氮化硅(Si3N4)粉末85％质量％、作为烧结助剂的镱(Yb)的氧化物(Yb2O3)10质量％、用于使热膨胀率接近电阻体及引线的碳化钨(WC)5质量％的陶瓷膏剂在模具内喷射成形。由此形成在成为绝缘基体的成形体c中埋设有成形体a及成形体b的结构的成形体d。

[0050] 接着，将得到的成形体d放入圆筒状的碳制模具后，在由氮气构成的非氧化气体气氛中且在1700、35MPa的压力下进行热压烧结而制作成为本发明实施例的加热器。需要说明的是，在该加热器(本发明实施例的样品)的引线部中，有两个部位的弯曲部且其截面的纵横比随着从端子部朝向电阻体而依次变大，弯曲部之间的截面从端子部朝向电阻体而纵横比逐渐变大，截面为椭圆，且截面形状的面积在两个部位的弯曲部为固定。需要说明的是，绝缘基体的直径为3.2mm，接近端子部的一侧的弯曲部的短轴的长度为1.1mm，纵横比(长轴的长度/短轴的长度)为1.5，远离端子部的一侧的弯曲部的短轴的长度为0.8mm，纵横比(长轴的长度/短轴的长度)为3.5。

[0051] 并且，在得到的加热器的靠近后端的侧面导出的引线端部(端子部)焊接筒状的金属制保持部件而制作火花塞。

[0052] 另一方面，作为比较例，也制作了在引线部有两个弯曲部且各弯曲部的截面的纵横比与端子部及电阻体的截面的纵横比相同的火花塞。需要说明的是，该样品的端子部、弯曲部、及电阻体的截面为椭圆，这些截面的短轴的长度为1.2mm，纵横比(长轴的长度/短轴的长度)为1.1。

[0053] 使用这些火花塞进行了冷热循环试验。就冷热循环试验的条件来说，首先向加热器通电，以电阻体的温度成为1400℃的方式设定施加电压，将(1)五分钟通电，(2)两分钟非通电的(1)、(2)设为一个循环，反复一万个循环。

[0054] 测定冷热循环试验前后的加热器的电阻体的变化，本发明实施例的样品的电阻变化为1％以下。另外，在该样品的引线和绝缘基体的界面没有局部发热的痕迹，也没有观察到微裂纹。

[0055] 与之相对，在比较例的样品中，电阻变化为5％以上，且能够确认到微裂纹。

[0056] 【符号说明】

[0057] 1-加热器

[0058] 2-绝缘基体

[0059] 3-电阻体

[0060] 31-发热部

[0061] 4-引线

[0062] 41、42-弯曲部

[0063] 5-端子部