特許 7407669 ヒータ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-12-21

(45)【発行日】2024-01-04

(54)【発明の名称】ヒータ

(51)【国際特許分類】

   H05B 3/02 20060101AFI20231222BHJP

   H05B 3/03 20060101ALI20231222BHJP

   H05B 3/48 20060101ALI20231222BHJP

   F23Q 7/00 20060101ALN20231222BHJP

【ＦＩ】

H05B3/02 A

H05B3/03

H05B3/48

F23Q7/00 605H

F23Q7/00 V

【請求項の数】 5

(21)【出願番号】P 2020128022

(22)【出願日】2020-07-29

(65)【公開番号】P2021093352

(43)【公開日】2021-06-17

【審査請求日】2022-08-08

(31)【優先権主張番号】P 2019220958

(32)【優先日】2019-12-06

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】000004547

【氏名又は名称】日本特殊陶業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000534

【氏名又は名称】弁理士法人真明センチュリー

(72)【発明者】

【氏名】柴田 和宏

【審査官】川口 聖司

(56)【参考文献】

【文献】特開昭６３－２９７９２２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００９－０９２３２０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００１－１２４３３６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００５－３１０７６７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００５－１９０９４８（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１５／０３６９４８５（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０５Ｂ ３／００－３／８６

Ｆ２３Ｑ ７／００－７／２６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

軸線に沿って延びる筒状の主体金具と、
前記主体金具の先端から自身の先端部が突出した状態で前記主体金具の内側に配置されると共に、第１外部電極および第２外部電極を備えるヒータ素子と、
前記主体金具の後端から自身の後端部が突出した状態で前記主体金具の内側に配置されると共に、前記第１外部電極と電気的に接続される中軸と、
前記主体金具の後端から自身の後端部が突出した状態で前記主体金具と前記中軸との間に配置されると共に、前記第２外部電極と電気的に接続されるリード管と、を備えるヒータであって、
前記中軸の前記後端部と前記リード管の前記後端部との間に配置される軟質の絶縁体と、
前記リード管の前記後端部の周囲に配置されるリングと、を備え、
前記リングは、前記リード管および前記絶縁体を介して前記中軸の固定部にかしめ固定されているヒータ。

【請求項2】

前記絶縁体は、引張強さが８０ＭＰａ以上である請求項１記載のヒータ。

【請求項3】

前記中軸は、前記固定部よりも先端側に、前記固定部よりも径が大きい大径部が設けられている請求項１又は２に記載のヒータ。

【請求項4】

前記大径部の後端向き面は、前記絶縁体に接している請求項３記載のヒータ。

【請求項5】

前記主体金具と前記リード管との間、かつ、前記主体金具と前記リングとの間に配置される電気絶縁性の筒状の支持部材を備え、
前記大径部の後端は、前記支持部材の先端よりも後端側に位置する請求項３又は４に記載のヒータ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、通電によって発熱するヒータに関するものである。

【背景技術】

【0002】

筒状の主体金具の先端からヒータ素子の先端部が突出し、ヒータ素子の第１外部電極に中軸が電気的に接続され、ヒータ素子の第２外部電極にリード管が電気的に接続されたヒータが知られている（特許文献１）。特許文献１に開示されたヒータは、中軸とリード管との短絡を防ぐため、主体金具の後端から突出した中軸の後端部とリード管の後端部との間に、ゴム製の円筒形状の絶縁体が配置されている。中軸の後端部は、自身の径方向に圧縮された絶縁体のゴム弾性（復元力）によってリード管に固定されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０１７－１６６７５８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかし、中軸にリード管を固定する絶縁体のゴム弾性は比較的弱いので、ヒータを取り扱うときに中軸に軸線方向の力がかかると、中軸がずれて短絡や断線の原因となるおそれがある。

【0005】

本発明はこの問題点を解決するためになされたものであり、リード管に中軸を強く固定できる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】

【0006】

この目的を達成するために本発明のヒータは、軸線に沿って延びる筒状の主体金具と、主体金具の先端から自身の先端部が突出した状態で主体金具の内側に配置されると共に、第１外部電極および第２外部電極を備えるヒータ素子と、主体金具の後端から自身の後端部が突出した状態で主体金具の内側に配置されると共に、第１外部電極と電気的に接続される中軸と、主体金具の後端から自身の後端部が突出した状態で主体金具と中軸との間に配置されると共に、第２外部電極と電気的に接続されるリード管と、中軸の後端部とリード管の後端部との間に配置される軟質の絶縁体と、リード管の後端部の周囲に配置されるリングと、を備え、リングは、リード管および絶縁体を介して中軸の固定部にかしめ固定されている。

【発明の効果】

【0007】

第１の態様によれば、中軸の後端部とリード管の後端部との間に軟質の絶縁体が配置され、リード管の後端部の周囲にリングが配置される。リングは、リード管および絶縁体を介して中軸の固定部にかしめ固定されているので、ゴム弾性を利用してリード管に中軸を固定するのに比べ、リード管に中軸を強く固定できる。その結果、ヒータを取り扱うときに中軸に軸線方向の力がかかっても、中軸がずれることを抑制できる。

【0008】

第２の態様によれば、絶縁体は引張強さが８０ＭＰａ以上なので、中軸とリード管との間に挟まれた絶縁体を軸線方向に伸び難くできる。その結果、中軸に対してリード管を軸線方向にさらにずれ難くできるので、第１の態様の効果に加え、リード管に中軸をさらに強く固定できる。

【0009】

第３の態様によれば、中軸には、絶縁体が固定された固定部よりも先端側に、固定部よりも径が大きい大径部が設けられている。これにより軸線方向の後端側へ中軸が引っ張られて大径部が絶縁体に当たると、圧着部と大径部との間に挟まれた絶縁体が軸線方向に圧縮されるので、その反力によってそれ以上の中軸の後端側へのずれを低減できる。よって第１又は第２の態様の効果に加え、中軸の後端側へのずれ量を低減できる。

【0010】

第４の態様によれば、大径部の後端向き面は絶縁体に接している。よって軸線方向の後端側へ中軸が引っ張られると、圧着部と大径部との間に挟まれた絶縁体がすぐに軸線方向に圧縮される。よって第３の態様の効果に加え、中軸の後端側へのずれ量をさらに低減できる。

【0011】

第５の態様によれば、主体金具とリード管との間、かつ、主体金具とリングとの間に電気絶縁性の筒状の支持部材が配置される。大径部の後端は、支持部材の先端よりも後端側に位置する。これにより中軸へのリングのかしめ固定によって絶縁体が変形し、変形した絶縁体が、大径部に沿って径方向の外側へ広がり、絶縁体によって径方向の外側にリード管が押されても、リード管の変形を支持部材が低減する。よって第３又は第４の態様の効果に加え、リード管と主体金具との間の短絡を防ぐことができる。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】第１実施の形態におけるヒータの断面図である。

【図2】図１のＩＩで示す部分を拡大したヒータの断面図である。

【図3】図２のＩＩＩ－ＩＩＩ線におけるヒータの断面図である。

【図4】第２実施の形態におけるヒータの断面図である。

【図5】図４のＶで示す部分を拡大したヒータの断面図である。

【図6】図４のＶＩで示す部分を拡大したヒータの断面図である。

【図7】第３実施の形態におけるヒータの断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0013】

以下、本発明の好ましい実施の形態について添付図面を参照して説明する。図１は本発明の第１実施の形態におけるヒータ１０の軸線Ｏを含む断面図である。図２は図１のＩＩで示す部分を拡大したヒータ１０の断面図である。図１及び図２では、紙面下側をヒータ１０の先端側、紙面上側をヒータ１０の後端側という（図３から図６においても同じ）。図１に示すようにヒータ１０は、主体金具１１、ヒータ素子２０、中軸３０、リード管４０、絶縁体５０及びリング５１を備えている。

【0014】

主体金具１１は、軸線Ｏに沿って延びる略円筒状の金属製（例えば炭素鋼やステンレス鋼等）の部材である。主体金具１１の外周面には、おねじ１２が形成されている。おねじ１２は、加熱対象である相手部材（図示せず）に形成されたねじ穴に係合する。主体金具１１には、おねじ１２よりも後端側に工具係合部１３が形成されている。工具係合部１３は、相手部材のねじ穴におねじ１２を締め付けるときに、レンチ等の工具を係合させる部位である。

【0015】

外筒１６は、軸線Ｏに沿って延びる略円筒状の金属製（例えばステンレス鋼等）の部材である。外筒１６は、主体金具１１の先端１４に接合されている。外筒１６は、ヒータ素子２０の先端部２７を先端側に突出させた状態でヒータ素子２０を保持する。本実施形態では、ヒータ素子２０と外筒１６とは圧入構造をなしている。

【0016】

ヒータ素子２０は、軸線Ｏに沿って延びる略円柱状の部材である。ヒータ素子２０は、基体２１と、基体２１に埋め込まれた抵抗体２２と、を備えている。基体２１は略円柱状の絶縁性セラミックからなる。本実施形態では基体２１の先端が球冠状に形成されている。基体２１を構成する絶縁性セラミックは、例えば窒化珪素を主成分とする。抵抗体２２は導電性セラミックからなり、例えば炭化タングステン及び窒化珪素を含有する。抵抗体２２は、基体２１の先端側に埋設され基体２１の先端に沿って屈曲した発熱体２３と、発熱体２３の後端側に接続され後端側へ向かって軸線Ｏに沿って延びる一対のリード部２４と、を備えている。発熱体２３はヒータ素子２０の先端部２７に配置されている。

【0017】

片方のリード部２４には、基体２１の外周面に露出した第１外部電極２５が設けられている。もう片方のリード部２４には、第１外部電極２５よりも先端側に、基体２１の外周面に露出した第２外部電極２６が設けられている。第１外部電極２５及び第２外部電極２６はリード部２４と同じ材料で形成されている。第１外部電極２５及び第２外部電極２６は主体金具１１の内側に位置する。

【0018】

発熱体２３の断面積はリード部２４の断面積より狭いので、発熱体２３を構成する導電性セラミックの材質がリード部２４を構成する導電性セラミックの材質と同じでも、発熱体２３の抵抗をリード部２４の抵抗よりも大きくできる。その結果、発熱体２３の発熱量をリード部２４の発熱量よりも大きくできるので、発熱体２３を選択的に発熱させることができる。なお、発熱体２３及びリード部２４の断面積を異ならせるのではなく、比抵抗がリード部２４の比抵抗よりも大きい材料を発熱体２３に採用して、発熱体２３を選択的に発熱させることは当然可能である。

【0019】

中軸３０は、軸線Ｏに沿って延びる金属製の円柱状の部材である。中軸３０の先端部３１は、ヒータ素子２０の後端側にヒータ素子２０と隙間をあけて、主体金具１１の内側に配置されている。中軸３０の後端部３２は、主体金具１１の後端１５から突出している。中軸３０の後端部３２（図２参照）には、固定部３３が設けられている。リード管４０及び絶縁体５０は、リング５１によって固定部３３に固定される。中軸３０には、固定部３３の先端側に、固定部３３よりも径が大きい大径部３４が設けられている。大径部３４は中軸３０の先端部３１まで連続している。大径部３４の後端向き面３５は、後端側に向かって縮径する円錐面である。

【0020】

リード管４０は、軸線Ｏに沿って延びる金属製の筒状の部材である。リード管４０は、中軸３０の径方向の外側、且つ、主体金具１１の径方向の内側に、主体金具１１及び中軸３０と隙間をあけて配置されている。リード管４０の先端部４１は、ヒータ素子２０の第１外部電極２５の径方向の外側に位置する。リード管４０の後端部４２は、主体金具１１の後端１５から突出している。

【0021】

第１部材４３は、軸線Ｏ沿って延びる金属製の筒状の部材である。第１部材４３は、リード管４０の先端部４１の径方向の内側に、リード管４０と隙間をあけて配置されている。第１部材４３は、中軸３０の先端部３１とヒータ素子２０の第１外部電極２５とを電気的に接続する。本実施形態では、ヒータ素子２０と第１部材４３とは圧入構造をなし、第１部材４３は第１外部電極２５に直接接続されている。

【0022】

第２部材４４は、軸線Ｏ沿って延びる金属製の筒状の部材である。第２部材４４は、ヒータ素子２０の第１外部電極２５よりも先端側、且つ、主体金具１１の径方向の内側に、第１部材４３及び主体金具１１と隙間をあけて配置されている。第２部材４４は、リード管４０の先端部４１とヒータ素子２０の第２外部電極２６とを電気的に接続する。本実施形態では、ヒータ素子２０と第２部材４４とは圧入構造をなし、第２部材４４は第２外部電極２６に直接接続されている。

【0023】

中軸３０の後端部３２とリード管４０の後端部４２との間に、中軸３０とリード管４０とを離隔する軟質の絶縁体５０が配置されている。絶縁体５０の先端５０ａは、主体金具１１の後端１５よりも先端側に位置する。絶縁体５０の先端５０ａは、中軸３０の大径部３４の後端３６と離れている。

【0024】

絶縁体５０の材料は、例えば、はがしマイカや集成マイカ等のマイカ及び接着剤（必要に応じて補強材）を含有するフレキシブルマイカ、エンジニアリング・プラスチック、スーパーエンジニアリング・プラスチックが挙げられる。エンジニアリング・プラスチックは、例えばポリアセタール（ＰＯＭ）、ポリアミド（ＰＡ）が挙げられる。スーパーエンジニアリング・プラスチックは、例えばポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）が挙げられる。絶縁体５０の形状は、全周が連続する筒状のもの、中軸３０の周りにシートを巻いて周の一部に切れ目を設けたもの、中軸３０の周りにシートを巻いて周方向の両端を重ね合わせたもの等が用いられる。

【0025】

リング５１は、リード管４０の後端部４２を外周から囲む金属製の部材である。リング５１は、圧着部５２と、圧着部５２の先端から径方向の外側に向かって張り出した第１フランジ５３と、圧着部５２の後端から径方向の外側に向かって張り出した第２フランジ５４と、を備えている。リング５１は、圧着部５２の物理的圧力によってリード管４０の後端部４２に固着されている。

【0026】

圧着部５２に加えられた物理的圧力により、圧着部５２の少なくとも一部が径方向の内側に塑性変形している。これにより圧着部５２の少なくとも一部はリード管４０の後端部４２に密着している。リング５１の形状は、全周が連続する環状のもの、Ｃリングのように周の一部に切れ目を設けたもの等が用いられる。

【0027】

支持部材５５は、主体金具１１に配置されリード管４０を取り囲む筒状の部材であり、電気絶縁性を有している。支持部材５５のフランジの後端は、主体金具１１の後端１５よりも後端側に位置し、支持部材５５の先端５５ａは、主体金具１１の後端１５よりも先端側に位置する。大径部３４の後端向き面３５は、支持部材５５の径方向の内側に位置し、支持部材５５の先端５５ａは、大径部３４の後端３６よりも先端側に位置する。支持部材５５は主体金具１１の後端１５に挿入されており、主体金具１１によって支持部材５５の先端側への移動は規制されている。

【0028】

支持部材５５の材料は、例えばフレキシブルマイカ、エンジニアリング・プラスチック、スーパーエンジニアリング・プラスチックが挙げられる。支持部材５５は、主体金具１１に対してリード管４０を径方向に離隔する。さらに支持部材５５は、主体金具１１とリング５１との間に介在して主体金具１１に対してリング５１を軸線方向に離隔する。支持部材５５によって主体金具１１とリード管４０との間、及び、主体金具１１とリング５１との間を電気的に絶縁できる。

【0029】

シール部材５６は、リード管４０を取り囲むリング状の部材であり、支持部材５５の先端と主体金具１１の内周面との間に配置されている。本実施形態では、シール部材５６はＯリングであり、主体金具１１とリード管４０との間を電気的に絶縁する。シール部材５６は圧縮された状態で配置されているので、主体金具１１とリード管４０との間を気密封止する。

【0030】

本実施形態では、リング５１はヒータ１０の外部端子を兼ねている。よって、ヒータ１０の中軸３０の後端部３２とリング５１との間に電圧が印加されると、ヒータ素子２０の抵抗体２２に通電され、発熱体２３が発熱する。

【0031】

塑性変形した圧着部５２（リング５１）の物理的圧力によって、リード管４０のうち圧着部５２の径方向の内側の部位が押されて径方向の内側に塑性変形する。絶縁体５０は軟質なので、力が加えられると自然状態から変形する。よって、塑性変形したリード管４０の物理的圧力によって、絶縁体５０は径方向の内側に変形し中軸３０の固定部３３を押し付ける。即ち、リング５１はリード管４０及び絶縁体５０を介して中軸３０の固定部３３にかしめ固定されている。

【0032】

これにより、絶縁体５０の弾性だけを利用して中軸３０にリード管４０を固定するのに比べ、リード管４０に中軸３０を強く固定できる。その結果、ヒータ１０を内燃機関（図示せず）に取り付けるとき等、ヒータ１０を取り扱うときに中軸３０に軸線方向の力がかかっても、中軸３０が軸線方向にずれることを抑制できる。

【0033】

絶縁体５０は、常温（１５℃～２５℃）における引張強さが８０ＭＰａ以上のものが好ましい。絶縁体５０を介してリード管４０に中軸３０を固定するからである。絶縁体５０の材料の引張強さはＡＳＴＭ Ｄ６３８：２００３に準拠して測定される。引張強さの測定には、標線間距離が５０ｍｍのダンベル状試験片が用いられる。

【0034】

絶縁体５０は、常温における引張強さが２５０ＭＰａ以下のものが好ましい。絶縁体５０を介してリード管４０に中軸３０を固定するときの、絶縁体５０に加わる力が過大になるのを防ぎ、リード管４０や中軸３０の変形を低減するためである。

【0035】

図３は図２のＩＩＩ－ＩＩＩ線におけるヒータ１０の断面図である。図３に示すようにリング５１の圧着部５２に押されたリード管４０と中軸３０の固定部３３との間に、絶縁体５０が過度に潰れることなく介在する。リード管４０と固定部３３との間に介在する絶縁体５０の径方向の厚さにより、リード管４０と固定部３３との間の絶縁距離が確保されるので、ヒータ１０の短絡を防止できる。

【0036】

圧着部５２は、軸線Ｏに垂直な断面が円環状であり、圧着部５２が全周に亘ってリード管４０を径方向の内側に押し付けている。その結果、リード管４０の全周に亘る塑性変形により絶縁体５０が全周に亘って径方向の内側に押され、絶縁体５０が中軸３０の固定部３３の全周に接している。従って、リード管４０の周の一部が塑性変形して絶縁体５０の周の一部が径方向の内側に押される場合に比べ、絶縁体５０に加わる荷重を分散できる。よって、絶縁体５０の伸びや破損を抑制できる。

【0037】

本実施形態では、絶縁体５０は引張強さが８０ＭＰａ以上である。これにより絶縁体５０を軸線方向にさらに伸び難くできるので、中軸３０の後端部３２に対してリード管４０の後端部４２を軸方向にずれ難くできる。リード管４０に中軸３０をさらに強く固定できるので、ヒータ１０に加わる荷重によって中軸３０が軸線方向にずれることを抑制できる。

【0038】

リング５１のかしめ固定時に、圧着部５２の塑性変形によって内側に押されたリード管４０と中軸３０との間に絶縁体５０が挟まれると、絶縁体５０は径方向に圧縮され軸線方向に伸びる。軸線方向に伸びる絶縁体５０の摩擦によって、中軸３０に軸線方向の力が加わる。絶縁体５０は引張強さが８０ＭＰａ以上なので、絶縁体５０の軸線方向の伸びを抑え、絶縁体５０の摩擦に伴う中軸３０の軸線方向のずれを低減できる。

【0039】

中軸３０には、絶縁体５０が固定された固定部３３よりも先端側に大径部３４が設けられている。大径部３４は絶縁体５０よりも先端側に位置し、固定部３３よりも径が大きい。これにより軸線方向の後端側へ中軸３０が引っ張られて大径部３４が絶縁体５０に当たると、圧着部５２と大径部３４の後端向き面３５との間に挟まれた絶縁体５０が軸線方向に圧縮される。その反力によってそれ以上の中軸３０の後端側へのずれを低減できる。従って中軸３０の後端側へのずれ量を低減できる。

【0040】

中軸３０の大径部３４の後端３６は、支持部材５５の先端５５ａよりも後端側に位置する。これにより中軸３０へのリング５１のかしめ固定によって絶縁体５０が変形し、変形した絶縁体５０が、大径部３４に沿って径方向の外側へ広がり、絶縁体５０によって径方向の外側にリード管４０が押されても、リード管４０の変形を支持部材５５が低減する。よってリード管４０と主体金具１１との間の短絡を防ぐことができる。

【0041】

リング５１の第１フランジ５３は、主体金具１１とリード管４０との間に固定された支持部材５５の後端に当たっている。主体金具１１によって支持部材５５の先端側への移動は規制されているので、支持部材５５とリング５１との間に隙間が生じないようにできる。

【0042】

リング５１に設けられた第１フランジ５３が支持部材５５に接しているので、第１フランジ５３が無い場合に比べて、支持部材５５の後端にリング５１が加える圧力を小さくできる。その結果、リング５１が接する支持部材５５の摩耗や破損の抑制効果を向上できるので、支持部材５５とリング５１との間にさらに隙間を生じ難くできる。

【0043】

リード管４０及び絶縁体５０を介して中軸３０にかしめ固定されたリング５１は軸線方向に移動し難いので、支持部材５５と主体金具１１とによるシール部材５６のつぶし代を確保できる。これによりシール部材５６の圧縮された状態が維持されるので、シール部材５６による気密性を確保できる。

【0044】

図４から図６までを参照して第２実施の形態について説明する。第１実施形態では、中軸３０の大径部３４の後端向き面３５と絶縁体５０とが離れている場合について説明した。これに対し第２実施形態では、中軸６１の大径部６２の後端向き面６３が絶縁体５０に接している場合について説明する。なお第１実施形態で説明した部分と同一の部分については、同一の符号を付して以下の説明を省略する。

【0045】

図４は第２実施の形態におけるヒータ６０の軸線Ｏを含む断面図である。図５は図４のＶで示す部分を拡大したヒータ６０の断面図である。図６は図４のＶＩで示す部分を拡大したヒータ６０の断面図である。

【0046】

図４及び図５に示すようにヒータ６０は、主体金具１１、ヒータ素子２０、中軸６１、リード管４０、絶縁体５０及びリング５１を備えている。中軸６１は、軸線Ｏに沿って延びる金属製の円柱状の部材である。中軸６１には、固定部３３の先端側に、固定部３３よりも径が大きい大径部６２が設けられている。大径部６２の後端向き面６３は、軸線Ｏに垂直な円環状の平面である。後端向き面６３（大径部６２の後端）は、支持部材５５の径方向の内側に位置し、支持部材５５の先端５５ａは、大径部６２の後端向き面６３よりも先端側に位置する。後端向き面６３は、絶縁体５０の先端５０ａに接している。

【0047】

図６に示すように、中軸６１の先端部６４には、第１部材４３にはまり合う嵌合部６５が設けられている。先端部６４には、嵌合部６５の後端の位置に先端向き面６６が設けられている。第１部材４３に嵌合部６５がはまり合うと、第１部材４３は先端向き面６６より後端側に進むことができなくなる。よって第１部材４３の中軸６１への位置決めが容易になる。

【0048】

ヒータ６０は、軸線方向の後端側へ中軸６１が引っ張られると、圧着部５２と大径部６２の後端向き面６３との間に挟まれた絶縁体５０がすぐに軸線方向に圧縮される。よって中軸６１の大径部６２の後端向き面６３と絶縁体５０とが離れている場合に比べ、中軸６１の後端側へのずれ量をさらに低減できる。

【0049】

図７を参照して第３実施の形態について説明する。第２実施形態では、中軸６１の大径部６２の後端向き面６３が、軸線Ｏに垂直な円環状の平面である場合について説明した。これに対し第３実施形態では、中軸７１の大径部７２の後端向き面７３が円錐面である場合について説明する。なお第１実施形態で説明した部分と同一の部分については、同一の符号を付して以下の説明を省略する。

【0050】

図７は第３実施の形態におけるヒータ７０の軸線Ｏを含む断面図である。図７は、図２と同様に、図１のＩＩで示す部分を拡大したヒータ７０の断面図である。

【0051】

図７に示すようにヒータ７０は、主体金具１１、ヒータ素子２０、中軸７１、リード管４０、絶縁体５０及びリング５１を備えている。中軸７１は、軸線Ｏに沿って延びる金属製の円柱状の部材である。中軸７１には、固定部３３の先端側に、固定部３３よりも径が大きい大径部７２が設けられている。大径部７２の後端向き面７３は、後端側に向かって縮径する円錐面である。後端向き面７３は、支持部材５５の径方向の内側に位置し、支持部材５５の先端５５ａは、大径部７２の後端７４（後端向き面７３の後端）よりも先端側に位置する。絶縁体５０の先端５０ａは、後端向き面７３の先端７５よりも先端側に位置する。すなわち大径部７２の後端向き面７３は絶縁体５０に接している。

【0052】

ヒータ７０は、軸線方向の後端側へ中軸７１が引っ張られると、圧着部５２と大径部７２の後端向き面７３との間に挟まれた絶縁体５０がすぐに軸線方向に圧縮される。よって中軸７１の大径部７２の後端向き面７３と絶縁体５０とが離れている場合に比べ、中軸７１の後端側へのずれ量をさらに低減できる。

【実施例】

【0053】

本発明を実施例によりさらに詳しく説明するが、本発明はこの実施例に限定されるものではない。

【0054】

絶縁体５０の引張強さが異なる種々のサンプルＮｏ．１－４を、第１実施形態のヒータ１０に基づいて作製した。サンプル１は、硬質無焼成マイカ（フレキシブルマイカの１種）のシートを中軸３０に巻いたものを絶縁体５０にしたものであり、絶縁体５０の引張強さは２５０ＭＰａであった。サンプル２は、ＰＰＳ（スーパーエンジニアリング・プラスチックの１種）のチューブを絶縁体５０にしたものであり、絶縁体５０の引張強さは１４０ＭＰａであった。サンプル３は、ＰＥＥＫ（スーパーエンジニアリング・プラスチックの１種）のチューブを絶縁体５０にしたものであり、絶縁体５０の引張強さは９０ＭＰａであった。サンプル４は、ポリオレフィン系のチューブを絶縁体５０にしたものであり、絶縁体５０の引張強さは２０ＭＰａであった。

【0055】

絶縁体５０の引張強さはＡＳＴＭ Ｄ６３８：２００３に準拠して測定した。引張強さの測定には、標線間距離が５０ｍｍのダンベル状試験片を用いた。サンプルＮｏ．１－４の一覧を表１に示す。

【0056】

【表1】

サンプルＮｏ．１－４の主体金具１１のおねじ１２を、金属製のブロック（図示せず）のねじ穴に規定トルクで締め付けた後、引張試験機を用いて、ブロックに対して中軸３０の後端部３２を軸線方向に引っ張り、荷重を測定する引張試験を行った。荷重が増加すると、絶縁体５０が著しく変形し始め、その変形速度が荷重の負荷速度（引張速度）より大きくなると、一時的に荷重が低下する。荷重が低下し始めたときを、中軸３０が軸線方向にずれたときとみなし、荷重が低下し始める直前の荷重を記録した。その荷重が２３００Ｎ以上はＡ、荷重が２０００Ｎ以上２３００Ｎ未満はＢ、荷重が２０００Ｎ未満はＣと評価した。

【0057】

表１に示すように、サンプルＮｏ．１－３は荷重が２０００Ｎ以上（評価Ａ又はＢ）であり、満足できる結果であった。一方、サンプルＮｏ．４は荷重が２０００Ｎ未満（評価Ｃ）であった。また、引張試験を行う前のサンプルＮｏ．１－３の中軸３０とリング５１との間に電圧を印加したところ発熱体２３は正常に発熱した。一方、引張試験を行う前のサンプルＮｏ．４の中軸３０とリング５１との間に電圧を印加したら短絡した。この実施例によれば、引張強さが８０ＭＰａ以上の絶縁体５０を用いたヒータ１０は、リード管４０に中軸３０を強く固定できることが明らかになった。

【0058】

以上、実施形態に基づき本発明を説明したが、本発明はこの実施形態に何ら限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で種々の改良変形が可能であることは容易に推察できるものである。

【0059】

実施形態では、リング５１が、ヒータ１０，６０，７０の外部端子を兼ねる場合について説明したが、必ずしもこれに限られるものではない。リング５１とは別に、リード管４０に電気的に接続された外部端子を設けることは当然可能である。この場合には、別に設けた外部端子と中軸３０，６１，７１との間に電圧を印加することによりヒータ素子２０が発熱する。

【0060】

実施形態では、リング５１の圧着部５２の、軸線Ｏに垂直な断面が円環状の場合について説明したが、必ずしもこれに限られるものではない。例えば、圧着部５２の軸線Ｏに垂直な断面を、楕円状や三角形や六角形などの多角筒状にすることは当然可能である。また、Ｃリングのように圧着部の一部に切れ目がある場合には、切れ目のない部分同士が近づくように、圧着部に物理的圧力を加えてリード管４０の周の一部を塑性変形させる。

【0061】

リード管４０を介して圧着部５２が絶縁体５０に加える物理的圧力は、絶縁体５０の周方向において不均一になっても良い。また、圧着部５２の径方向の内側において、絶縁体５０の物理的圧力が周方向に不均一になることによって、中軸３０，６１，７１やリード管４０と絶縁体５０との間に部分的に隙間が生じても構わない。

【0062】

実施形態では、リング５１に第１フランジ５３及び第２フランジ５４が設けられる場合について説明したが、必ずしもこれに限られるものではない。第１フランジ５３や第２フランジ５４の少なくとも一方を省略することは当然可能である。

【0063】

実施形態では、中軸３０，７１の大径部３４，７２の後端向き面３６，７３が円錐面である場合について説明したが、必ずしもこれに限られるものではない。円錐面の後端向き面３６，７３に代えて、後端向き面３６，７３を球帯にすることは当然可能である。

【0064】

実施形態では、大径部３４，６２，７２の後端向き面３６，６３，７３が、中軸３０，６１，７１の全周に亘って連続している場合について説明したが、必ずしもこれに限られるものではない。中軸３０，６１，７１の全周の一部に後端向き面が設定されるように大径部を設けることは当然可能である。このような大径部は、例えば中軸３０，６１，７１の外周から部分的に突き出た１つ又は複数の突起、中軸３０，６１，７１の外周に断続的に設けられた歯形などが挙げられる。

【0065】

第３実施形態では、絶縁体５０の先端５０ａが、後端向き面７３の先端７５より先端側にある場合について説明したが、必ずしもこれに限られるものではない。後端向き面７３の先端７５に絶縁体５０の先端５０ａが位置するように絶縁体５０を中軸７１に配置し、後端向き面７３に絶縁体５０が接するようにすることは当然可能である。

【0066】

第２実施形態における中軸６１の先端部６４（嵌合部６５を備えるもの）を、第１実施形態や第３実施形態における中軸３０，７１の先端部３１に代えて、中軸３０，７１に設けることは当然可能である。これと反対に、第２実施形態における中軸６１の先端部６４に代えて、中軸３０，７１の先端部３１を中軸６１に設けることは当然可能である。

【0067】

実施形態では、支持部材５５が、フランジをもった一部材である場合について説明したが、必ずしもこれに限られるものではない。複数の部材を組み合わせて支持部材５５を構成することは当然可能である。

【0068】

実施形態では、シール部材５６は断面が円形のＯリングの場合を説明したが、必ずしもこれに限られるものではない。シール部材５６の断面を矩形にしたりリップを設けたりすることは当然可能である。支持部材５５とシール部材５６とを一体化しても良い。

【0069】

実施形態では、ヒータ素子２０の基体２１が円柱状に形成される場合について説明したが、必ずしもこれに限られるものではない。基体２１の形状は用途に応じて適宜設定できる。例えば、基体の軸線Ｏに直交する断面を楕円状、多角状等の形状にすることは当然可能である。また、ヒータ素子は棒状の基体をもつものに限られない。例えば、板状の基体間に抵抗体を挟み込んだいわゆる板状のヒータ素子とすることは当然可能である。

【0070】

実施形態におけるヒータ１０，６０，７０の用途には制限がない。ヒータ１０，６０，７０の用途としては、例えばグロープラグ、Diesel particulate filter（ＤＰＦ）に用いられるヒータ、バーナーの着火用ヒータ、ガスセンサの加熱用ヒータ等が挙げられる。

【0071】

実施形態では、ヒータ素子２０と第１部材４３や第２部材４４とが圧入構造をなし、第１部材４３や第２部材４４に圧入されたヒータ素子２０の第１外部電極２５や第２外部電極２６に第１部材４３や第２部材４４が直接接続される場合について説明したが、必ずしもこれに限られるものではない。例えばヒータ素子２０の第１外部電極２５や第２外部電極２６と第１部材４３や第２部材４４との間をワイヤやろう材等の導電材料によって接続することは当然可能である。また、絶縁性セラミックからなる基体２１の表面に、第１外部電極２５や第２外部電極２６に電気的に接続したリードを設けた後、リードと第１部材４３や第２部材４４とを電気的に接続することは当然可能である。

【符号の説明】

【0072】

１０，６０，７０ ヒータ
１１ 主体金具
１４ 主体金具の先端
１５ 主体金具の後端
２０ ヒータ素子
２５ 第１外部電極
２６ 第２外部電極
２７ 先端部
３０，６１，７１ 中軸
３２ 中軸の後端部
３３ 固定部
３４，６２，７２ 大径部
３５，６３，７３ 後端向き面
３６，７４ 大径部の後端
４０ リード管
４２ リード管の後端部
５０ 絶縁体
５１ リング
５５ 支持部材
５５ａ 支持部材の先端
６３ 後端向き面（大径部の後端）
Ｏ 軸線

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】