JP2003068428A

JP2003068428A - セラミックヒータ及びそれを用いたグロープラグ

Info

Publication number: JP2003068428A
Application number: JP2001258302A
Authority: JP
Inventors: Masahito Taniguchi; 雅人谷口; Fumihiko Haraguchi; 史彦原口
Original assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Current assignee: Niterra Co Ltd
Priority date: 2001-08-28
Filing date: 2001-08-28
Publication date: 2003-03-07
Anticipated expiration: 2021-08-28
Also published as: EP1288572A3; EP1288572A2; JP4553529B2; DE60225769D1; US6737612B2; US20030042243A1; EP1288572B1; DE60225769T2

Abstract

(57)【要約】【課題】グロープラグ等に組み込んだ場合に短絡等の
問題を生じにくく、加熱／冷却のサイクルが加わった場
合でも、リード部とセラミック製のヒータ本体との接合
状態を良好に保つことができるセラミックヒータを提供
する。【解決手段】セラミックヒータ1、絶縁性セラミック
からなるセラミック基体13中に、導電性セラミックから
なる抵抗発熱体11と、その抵抗発熱体11に通電するため
の通電経路部12，12とが埋設された棒状のヒータ本体2
を有する。抵抗発熱体11はヒータ本体2の軸線Ｏ方向に
おいて先端部に埋設される一方、通電経路部12，12は、
該抵抗発熱体11に先端が導通し、後端が該ヒータ本体2
の後端面に露出する形で軸線Ｏ方向に埋設される。そし
て、金属製の電極取出部材26，27が、通電経路部12，12
の露出領域を包含する形でヒータ本体2の後端面2rの一
部に対し、金属層36，37を介して面接触形態にて接合さ
れることにより、通電経路部12，12と導通してなる。他
方、当該電極取出部材26，27は、ヒータ本体2の周側面
部2sとは非接合とされている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、セラミックヒータ
とそれを用いたグロープラグに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、上記のようなグロープラグとし
て、筒状の主体金具の先端部内側に、棒状のセラミック
ヒータの先端部を突出させる形で配置したものが広く使
用されている。セラミックヒータへの通電は、主体金具
の後端部に設けられた金属軸（電源に接続される）と、
該金属軸及びセラミックヒータを接続する金属リード部
を介して行われる。従来のグロープラグにおいてセラミ
ックヒータと金属リード部との接続は、以下のような種
々の形態によりなされてきた。特開平１０−２０５７
５３号公報：金属リード部の先端部を巻きまわしてコイ
ル状の接続部を形成し、ヒータ端子が露出形成されたセ
ラミックヒータの後端部をその内側に挿入して、両者を
ろう付けする。特開平４−２６８１１２号公報、特開
昭６２−１４１４２３号公報、実公昭６０−３０６０８
号公報：セラミックヒータの後端部に、ヒータ後端面と
周側面部とを覆うキャップ状の接続金具を被せてろう付
けし、この接続金具に金属リードの末端を接続する。
特開２０００−３５６３４３号公報：セラミックヒータ
の後端面において金属リードの末端部を埋設する。

【０００３】しかし、上記各従来技術には、以下のよう
な問題がある。まず、近年、ディーゼルエンジンの多バ
ルブ化及び部品の軽量化を図るために、グロープラグ用
のセラミックヒータに関しても細径化の要請が高まりつ
つある。に開示された構成では、セラミックヒータの
外周面にコイル状の接続部がろう付けされることから、
セラミックヒータを細径化しても該接続部が径方向にス
ペースを消費するために、コンパクト化の要請を必ずし
も満たしきれない難点がある。また、主体金具とセラミ
ックヒータとの周方向のクリアランスは一般に小さく、
ここに導体で構成された接続部を配置することは短絡等
の不良発生につながりやすい懸念もある。に開示され
た構成の場合も、キャップ状の接続金具を使用するた
め、そのヒータ側周面部を覆う部位の存在により、同様
の問題を生じうる。また、ヒータ端面を覆う部位と側周
面部を覆う部位とが一体化されているために、熱応力に
由来した拘束力がセラミック製のヒータに対して強く作
用しやすく、割れ等の不具合につながりやすい問題があ
る。他方、に開示された構成では、金属リードのセラ
ミックヒータに対する接続部を別焼結体とする分だけ工
数が余分にかかり、また、接続面積が不足しやすいため
強度上の問題も生じやすい。

【０００４】本発明の課題は、グロープラグ等に組み込
んだ場合に短絡等の問題を生じにくく、加熱／冷却のサ
イクルが加わった場合でも、リード部とセラミック製の
ヒータ本体との接合状態を良好に保つことができ、しか
も容易に製造可能なセラミックヒータと、それを用いた
グロープラグとを提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段及び作用・効果】上記の課
題を解決するために本発明のセラミックヒータは、絶縁
性セラミックからなるセラミック基体中に、抵抗発熱体
と、その抵抗発熱体に通電するための通電経路部とが埋
設された棒状のヒータ本体を有するセラミックヒータに
おいて、抵抗発熱体はヒータ本体の軸線方向において先
端部に埋設される一方、通電経路部は、該抵抗発熱体に
先端が導通し、後端が該ヒータ本体の後端面に露出する
形で軸線方向に埋設されてなり、さらに、電極取出部材
が、通電経路部の露出領域を包含する形でヒータ本体の
後端面の一部に対し、金属層を介して面接触形態にて接
合されることにより、通電経路部と導通する一方、当該
電極取出部材がヒータ本体の周側面部とは非接合とされ
たことを特徴とする。

【０００６】また、本発明のグロープラグは、上記のセ
ラミックヒータと、該セラミックヒータのヒータ本体を
周方向に取り囲むとともに、軸線方向においてヒータ本
体の先端部を突出させる形にて配置される金属外筒と、
その金属外筒の軸線方向後端部に結合され、外周面に内
燃機関への取付部が形成された主体金具と、を備えたこ
とを特徴とする。

【０００７】上記本発明のグロープラグにおいては、電
極取出部材が、通電経路部の露出領域を包含する形でヒ
ータ本体の後端面の一部に対し、金属層を介して面接触
形態にて接合されることにより、通電経路部と導通す
る。そして、該電極取出部材はヒータ本体の周側面部と
は非接合とされているので、径方向に余分なスペースを
消費せず、セラミックヒータひいてはグロープラグのコ
ンパクト化、特に細径化に寄与する。また、主体金具と
セラミックヒータとの周方向のクリアランスが小さい場
合でも、該クリアランスからは電極取出部材を構成する
導体部分が排除されているので、短絡等の心配がない。
さらに、ヒータ端面を覆う部位に側周面部を覆う部位が
一体化されていないため、加熱／冷却が繰り返された場
合でもセラミックヒータの周側面に強い応力が集中しに
くく、ひいてはヒータの割れ等を効果的に防止すること
ができる。

【０００８】そして、電極取出部材は、ヒータ後端面に
おいて面接触形態により導通接合されるので、接触面積
を比較的大きく取ることができ、接合部の強度を確保し
やすい。さらに、電極取出部材をろう付け接合等により
簡単に接合することができ、工数も少なくて済む。

【０００９】なお、本明細書の特許請求の範囲において
各要件に付与した符号は、添付の図面の対応部分に付さ
れた符号を援用して用いたものであるが、あくまで発明
の理解を容易にするために付与したものであり、特許請
求の範囲における各構成要件の概念を何ら限定するもの
ではない。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を、図
面を用いて説明する。図１は、本発明のグロープラグの
一例を、その内部構造とともに示すものである。該グロ
ープラグ５０はセラミックヒータ１を有する。具体的に
は、筒状の主体金具４と、主体金具４の軸線Ｏ方向にお
ける先端部内側に、自身の先端部を突出させる形で配置
された棒状のヒータ本体２と、該ヒータ本体２に通電す
るために、主体金具４の後端部内側に軸線Ｏ方向に挿入
された金属軸６とを備えている。また、金属軸６の先端
部と、ヒータ本体２の後端部外周面に形成された電気接
続部１２ａとを接続するリード部１７が設けられてい
る。本実施形態では、ヒータ本体２の先端部が突出する
ようにその外周面を覆う金属外筒３が設けられ、主体金
具４は、その金属外筒３を外側から覆うものとされてい
る。

【００１１】主体金具４の外周面には、図示しないエン
ジンブロックにグロープラグ５０を固定するための、取
付部としてのねじ部５が形成されている。なお、主体金
具４は金属外筒３に対し、例えば両者の内外周面の隙間
を充填する形でろう付けするか、あるいは主体金具４の
先端側開口内縁と金属外筒３の外周面とを全周レーザー
溶接する形で固定される。

【００１２】図２に示すように、ヒータ本体２は、絶縁
性セラミックからなるセラミック基体１３中に抵抗発熱
体１１が埋設された棒状のセラミックヒータ素子として
構成されている。抵抗発熱体１１はヒータ本体２に対
し、軸線Ｏ方向において先端部に埋設される。また、通
電経路部１２，１２は、抵抗発熱体１１に先端が導通
し、後端が該ヒータ本体２の後端面２ｒに露出する形で
軸線Ｏ方向に埋設される。そして、金属製の電極取出部
材２６，２７が、通電経路部１２，１２の露出領域を包
含する形でヒータ本体２の後端面２ｒの一部に対し、金
属層（ろう材層）３６，３７を介して面接触形態にて接
合されることにより、通電経路部１２，１２と導通して
なる。他方、当該電極取出部材２６，２７は、ヒータ本
体２の周側面部２ｓとは非接合とされている。

【００１３】抵抗発熱体１１は通電経路部１２，１２が
対をなす形で設けられ、それら通電経路部１２，１２の
各後端が該ヒータ本体２の後端面２ｒに露出してなり、
電極取出部材２６，２７は、該通電経路部１２，１２の
それぞれに対応するものが、互いに絶縁された状態にて
後端面２ｒに接合されてなる。このうち一方のものに電
極取出部材２６が接合され、リード部１７を介して金属
軸６に電気的に接続されている。また、他方のものには
電極取出部材２７が接合され、リード部１６を介して金
属外筒３に電気的に接合されている。

【００１４】電極取出部材２６，２７はいずれも板状に
構成されてなる。本実施形態では、いずれも通電のため
のリード部１７，１６が一体化された単一の板状部材と
して構成され、部品点数の削減が図られている。図２に
示す実施形態では、電極取出部材２６，２７はいずれも
半月状に形成され、その外形線の一部なす直線状の弦部
２６ｙ，２７ｙ間に一定の間隔を形成した状態にて対向
配置されてなる。そして、電極取出部材２７は、その円
弧状の外縁部に長い板状のリード部１７の先端部が一体
化され、電極取出部材２７との接続位置にて後方側に曲
げ返されるとともに、軸線Ｏ方向に沿って延び、図１に
示すように末端が金属軸６の前端部に抵抗溶接等により
接合されている。

【００１５】他方、電極取出部材２６の円弧状の外縁部
からは、リード部１６が半径方向外向きに延出し、金属
外筒３にその末端部が抵抗溶接等により接合されてい
る。本実施形態では金属外筒３は、内周面が後端部にお
いて拡径されることにより、ヒータ本体２の後端部外周
面と金属外筒３の後端部内周面との間にはクリアランス
Ｇが形成されている。そして、リード部１６はこのクリ
アランスＧを経て側方に延び、後方側に曲げ返された末
端部の外周面にて金属外筒３の内周面に固着されてい
る。

【００１６】次に、ヒータ本体２は、絶縁性セラミック
からなるセラミック基体１３中に導電性セラミックから
なるセラミック抵抗体ユニット１０が埋設されている。
セラミック抵抗体ユニット１０は、第一導電性セラミッ
クからなり、ヒータ本体２の先端部に配置される第一抵
抗体部分１１と、各々該第一抵抗体部分１１の後方側に
おいて、ヒータ本体２の軸線Ｏ方向に延伸する形で配置
され、先端部が第一抵抗体部分１１の通電方向における
両端部にそれぞれ接合されるとともに、第一導電性セラ
ミックよりも抵抗率が低い第二導電性セラミックからな
る１対の第二抵抗体部分１２，１２とを有する。そし
て、第一抵抗体部分１１が抵抗発熱体を、第二抵抗体部
分１２，１２が通電経路部をそれぞれ構成する。第二抵
抗体部分１２，１２は、軸線Ｏ方向後端部においてヒー
タ本体２の後端面に露出している。この構造では、ヒー
タ本体２をオールセラミックにて構成できるので、製造
工数の削減を図ることができる。

【００１７】セラミック基体１３を構成する絶縁性セラ
ミックとして、本実施形態では窒化珪素質セラミックが
採用されている。窒化珪素質セラミックの組織は、窒化
珪素（Ｓｉ_３Ｎ_４）を主成分とする主相粒子が、後述の
焼結助剤成分等に由来した粒界相により結合された形態
のものである。なお、主相は、ＳｉあるいはＮの一部
が、ＡｌあるいはＯで置換されたもの、さらには、相中
にＬｉ、Ｃａ、Ｍｇ、Ｙ等の金属原子が固溶したもので
あってもよい。

【００１８】窒化珪素質セラミックには、周期律表の３
Ａ、４Ａ、５Ａ、３Ｂ（例えばＡｌ）及び４Ｂ（例えば
Ｓｉ）の各族の元素群及びＭｇから選ばれる少なくとも
１種を前記のカチオン元素として、焼結体全体における
含有量にて、酸化物換算で１〜１０質量％含有させるこ
とができる。これら成分は主に酸化物の形で添加され、
焼結体中においては、主に酸化物あるいはシリケートな
どの複合酸化物の形態にて含有される。焼結助剤成分が
１質量％未満では緻密な焼結体が得にくくなり、１０質
量％を超えると強度や靭性あるいは耐熱性の不足を招
く。焼結助剤成分の含有量は、望ましくは２〜８質量％
とするのがよい。焼結助剤成分として希土類成分を使用
する場合、Ｓｃ、Ｙ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍ、
Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌ
ｕを用いることができる。これらのうちでもＴｂ、Ｄ
ｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂは、粒界相の結晶化を促進
し、高温強度を向上させる効果があるので好適に使用で
きる。

【００１９】次に、セラミック抵抗体ユニット１０を構
成する第一抵抗体部分１１及び第二抵抗体部分１２，１
２は、前記した通り電気抵抗率の異なる導電性セラミッ
クにて構成されている。両導電性セラミックの電気抵抗
率を互いに異なるものとする方法は特に限定されず、例
えば、同種の導電性セラミック相を用いつつ、その含有量を
互いに異ならせる方法；電気抵抗率の異なる異種の導電性セラミック相を採用
する方法；との組合せによる方法；等、種々例示できるが、本実施形態ではの方法を採用
している。

【００２０】導電性セラミック相としては、例えば、炭
化タングステン（ＷＣ）、二珪化モリブデン（ＭｏＳｉ
_２）及び二珪化タングステン（ＷＳｉ_２）等、周知のも
のを採用できる。本実施形態ではＷＣを採用している。
なお、セラミック基体１３との線膨張係数差を縮小して
耐熱衝撃性を高めるために、セラミック基体１３の主成
分となる絶縁性セラミック相、ここでは窒化珪素質セラ
ミック相を配合することができる。従って、絶縁性セラ
ミック相と導電性セラミック相との含有比率を変化させ
ることにより、抵抗体部分を構成する導電性セラミック
の電気抵抗率を所望の値に調整することができる。

【００２１】具体的には、抵抗発熱部をなす第一抵抗体
部分１１の材質である第一導電性セラミックは、導電性
セラミック相の含有率を１０〜２５体積％、残部を絶縁
性セラミック相とするのがよい。導電性セラミック相の
含有率が２５体積％を超えると、導電率が高くなりすぎ
て十分な発熱量が期待できなくなり、１０体積％未満に
なると逆に導電率が低くなりすぎ、同様に発熱量が十分
に確保できなくなる。

【００２２】他方、第二抵抗体部分１２，１２は、その
第一抵抗体部分１１に対する導通経路となるものであ
り、その材質である第二導電性セラミックは導電性セラ
ミック相の含有率を１５〜３０体積％、残部を絶縁性セ
ラミック相とするのがよい。導電性セラミック相の含有
率が３０体積％を超えると焼成による緻密化が困難とな
り、強度不足を招きやすくなるほか、エンジン予熱のた
めに通常使用される温度域に到達しても電気抵抗率の上
昇が不十分となり、電流密度を安定化させるための自己
飽和機能が実現できなくなる場合がある。他方、１５体
積％未満では第二抵抗体部分１２，１２での発熱が大き
くなりすぎて、第一抵抗体部分１１の発熱効率が悪化す
ることにつながる。本実施形態では、第一導電性セラミ
ック中のＷＣの含有率を１６体積％（５５質量％）、第
二導電性セラミック中のＷＣの含有率を２０体積％（７
０質量％）としている（残部いずれも窒化珪素質セラミ
ック（焼結助剤含む）。

【００２３】本実施形態においてセラミック抵抗体ユニ
ット１０は、第一抵抗体部分１１がＵ字形状をなし、そ
のＵ字底部がヒータ本体２の先端側に位置するように配
置され、第二抵抗体部分１２，１２は、該Ｕ字形状の第
一抵抗体部分１１の両端部からそれぞれ軸線Ｏ方向に沿
って後方に延伸する、互いに略平行な棒状部とされてい
る。

【００２４】セラミック抵抗体ユニット１０において第
一抵抗体部分１１は、動作時に最も高温となるべき先端
部１１ａに対して電流を集中するために、該先端部１１
ａを両端部１１ｂ、１１ｂよりも細径としている。そし
て、第二抵抗体部分１２，１２との接合面１５は、その
先端部１１ａよりも径大となった両端部１１ｂ、１１ｂ
に形成されている。

【００２５】なお、抵抗発熱体１１への通電は、例えば
図４に示すように、セラミック基体１３中に埋設される
Ｗ等の高融点金属線材からなる埋設リード線５１，５１
を介して行なうこともできる（この場合、埋設リード線
５１，５１が通電経路部を構成する）。ただし、この構
造では、高温下でヒータ駆動用の電圧を印加したとき
に、埋設リード線５１を構成する金属原子が、その電界
勾配による電気化学的な駆動力を受けてセラミック側に
強制拡散する、いわゆるエレクトロマイグレーション効
果の発生を考慮に入れる必要がある。しかし、図１及び
図２に示す構成では埋設リード線が廃止され、電極取出
部材２６，２７が、通電経路部を形成する第二抵抗体部
分１２，１２の後端側露出部に接合されるのみで埋設形
態とならないことから、上記エレクトロマイグレーショ
ン効果の影響を本質的に受けにくい利点がある。

【００２６】次に、図１に示すように、主体金具４の内
側において金属軸６は主体金具４と絶縁状態にて配置さ
れている。本実施形態では、金属軸６の後端側外周面と
主体金具４の内周面との間にセラミックリング３１を配
置し、その後方側にガラス充填層３２を形成して固定す
る形としている。なお、セラミックリング３１の外周面
には、径大部の形でリング側係合部３１ａが形成され、
主体金具４の内周面後端寄りに、周方向段部の形で形成
された金具側係合部４ｅに係合することで、軸線方向前
方側への抜け止めがなされている。また、金属軸６のガ
ラス充填層３２と接触する外周面部分には、ローレット
加工等による凹凸が施されている（図では網掛けを描い
た領域）。さらに、金属軸６の後端部は主体金具４の後
方に延出し、その延出部に絶縁ブッシュ８を介して端子
金具７がはめ込まれている。該端子金具７は、周方向の
加締め部９により、金属軸６の外周面に対して導通状態
で固定されている。

【００２７】電極取出部材２６，２７は、ヒータ本体２
の後端面に対しろう材層３６，３７を介して接合されて
いる。このろう付けは、金属／セラミック接合のため、
これに適した活性ろう材を用いるか、あるいはその活性
金属成分を蒸着等によりセラミック側に付着させてメタ
ライズし、その後通常のろう材を用いて接合する手法を
採用することが望ましい。ろう材としてはＡｇ系あるい
はＣｕ系の公知のものが使用でき、活性金属成分として
はＴｉ、Ｚｒ及びＨｆの１種又は２種以上を使用するこ
とができる。例えば、Ｃｕ系活性ろう材の組成としてＣ
ｕ―５質量％Ｓｉ−３質量％Ｐｄ−２質量％Ｔｉを例示
できる。

【００２８】金属／セラミック接合の場合、接合される
金属部分とセラミック部分との線膨張係数が大きく異な
ることから、ろう付け接合後の冷却時や、グロープラグ
使用時における加熱／冷却サイクルの付加により、前述
の通り、接合界面には大きな熱応力が集中しやすい。そ
こで、図３に示すように、板状に形成された電極取出部
材２６，２７を、その第一主表面においてろう材層３
６，３７と接する一方、第二主表面を含む少なくとも一
部を、ろう材層３６，３７よりも線膨張係数の小さい低
膨張率金属からなる低膨張率金属部６２とすることがで
きる。このような低膨張率金属部６２を設けることによ
り、セラミック部分と直接接触しているろう材層３６，
３７の大きな膨張／収縮を押さえ込むことができ、ひい
ては、接合界面に生ずる熱応力を緩和できるので耐久性
向上に寄与する。本実施形態においては、製造上の便宜
を図るため、電極取出部材２６，２７とともにリード部
１６，１７もクラッド材により一体に形成している。

【００２９】低膨張率金属部６２は、具体的には、１０
０℃〜２００℃の平均線膨張係数が２．０×１０^−６／
℃以下のＦｅ基低膨張率金属からなるものを使用でき
る。このような低膨張率金属としては、いわゆるインバ
ー効果の発現により低膨張率を実現したＦｅ基合金（Ｆ
ｅ含有量４０質量％以上）を例示できる。インバー効果
とは、室温での強磁性（反強磁性を含む）発現に伴う体
積膨張が、格子振動に由来した熱的な体積変化を打ち消
すことにより材料全体の線膨張係数が小さくなる現象を
いい、Ｆｅ基合金の場合、特定組成のＮｉ、Ｃｏ、Ｐｄ
及びＰｔ等を合金元素として含有するものに顕著に認め
られる。材料コストの観点においては、合金元素の主体
としてＮｉ及びＣｏの一方又は双方を含有するものを使
用するのがよく、また、必要十分な線膨張係数低減効果
が得られる範囲内で、耐食性、強度や加工性などの機械
的性質を改善するための副成分（例えばＣｒ、Ｓｉ、Ｃ
など）を添加することが可能である。

【００３０】これらの合金は、電極取出部材２６，２７
の実使用時の最高到達温度（例えば７００〜９００℃）
では必ずしも低膨張率とはならないが、磁気変態点以下
では概して非常に小さな線膨張係数を示すため、室温と
高温との間での熱履歴が加わる場合は膨張／収縮の総変
位が小さくなり、特にろう付け接合時後の冷却時におけ
る接合部へのクラックあるいは剥離の発生を抑制する上
で効果的である。従って、この効果をより確実に得るに
は、磁気変態点がなるべく高い金属（例えば６０℃以
上）を使用することが望ましい。このようなＦｅ基合金
の例として、以下のようなものがある：・インバー（Ｆｅ―３６．５Ｎｉ、α＝１．２×１０
^−６／℃、Ｔｃ＝２３２℃）；・スーパーインバー（Ｆｅ―３２Ｎｉ−５Ｃｏ、α＝
０．１×１０^−６／℃、Ｔｃ＝２２９℃）；・コバール（Ｆｅ−２９Ｎｉ―１７Ｃｏ）；・ステンレスインバー（Ｆｅ−５４Ｃｏ−９．５Ｃｒ、
α＝０．１×１０^−６／℃、Ｔｃ＝１１７℃）；・ノビナイト合金（Ｆｅ−３２Ｎｉ−５Ｃｏ−２．４Ｃ
−２Ｓｉ、α＝１．８×１０^−６／℃、Ｔｃ＝３００
℃）；・ＬＥＸ合金（Ｆｅ―３６Ｎｉ−０．８Ｃ−０．６Ｓ
ｉ、α＝１．９×１０^−６／℃、Ｔｃ＝２５０℃）；（組成の単位は質量％、αは１００℃〜２００℃の平均
線膨張係数、Ｔｃはキュリー点（磁気変態点））。

【００３１】なお、図３においては、電極取出部材２
６，２７の第一主表面を含む一部が、前記低膨張率金属
部６２よりも軟質の金属よりなる軟質金属層６１とされ
たクラッド材にて構成されている。軟質金属層６１は、
例えばＣｕ又はＣｕ合金にて構成できる。このような軟
質金属層６１を設けておくと、仮にセラミック製のヒー
タ本体２との該線膨張係数差による相対変位が大きくな
っても、軟質金属層６１が塑性変形して応力緩和が図ら
れるので、接合部の剥離等が一層生じにくい。

【００３２】上記グロープラグ５０は、ねじ部５におい
てディーゼルエンジンのエンジンブロックに取り付けら
れる。このときに、ヒータ本体２の発熱部となる先端部
は、例えばエンジンの燃焼室に連通する渦流室内に位置
決めされる。そして、端子金具７をバッテリーに接続す
ることにより、金属軸６→リード部１７→ヒータ本体２
→リード部１６→金属外筒３→主体金具４→エンジンブ
ロック（→接地）の経路により通電され、抵抗発熱体１
１が赤熱して渦流室の暖機を行なう。

【００３３】セラミックヒータ１において電極取出部材
２６，２７は、ヒータ本体２の周側面部２ｓとは非接合
（本実施形態では周側面部２ｓを覆わない）形態とされ
ているので、径方向に余分なスペースを消費せず、コン
パクト化（特にヒータ本体２の細径化）に寄与する。ま
た、加熱／冷却が繰り返された場合でもヒータ本体２の
周側面に強い応力が集中しにくく、ひいては割れ等を効
果的に防止することができる。さらに、金属外筒３（ひ
いては主体金具４）とヒータ本体２とのクリアランスＧ
内から導体部分が排除されているので、短絡等の心配も
ない。また、各電極取出部材２６，２７は板状に形成さ
れ、その片側の主表面にてヒータ本体２の後端面に面接
触形態により接合されるので、接触面積を比較的大きく
取ることができ、接合部の強度を確保しやすい。また、
電極取出部材２６，２７は、ろう付け接合等により簡単
に接合することができ、工数も少なくて済む。

【００３４】以下、本発明の変形例について説明する。
まず、図１及び図２のグロープラグ５０においては、セ
ラミックヒータ１への通電経路が主体金具４を介してエ
ンジンブロックに接地する形で形成されていたが、主体
金具４を通電経路形成に関与させない形で設けることも
できる。図５に示すグロープラグ１５０はその一例を示
すもので、主体金具４は、セラミックヒータ１を電気的
に絶縁された形で保持するものとされる。図５において
は、２つの通電経路部１２，１２に対し各々板状の電極
取出部材１２６，１２６がろう材層３６，３６を介して
接合され、互いに電気的に絶縁された２本のリード部６
６，６６の先端がそれぞれ接続されている。これら２本
のリード部６６，６６は、主体金具４の後端に形成され
た図示しない端子部につながっており、それら端子部を
介してバッテリーから受電する。

【００３５】また、図１及び図２のグロープラグ５０に
おいては、リード部１６，１７が板状の電極取出部材２
６，２７とともに単一部品を構成する形で一体化されて
いたが、該リード部は、電極取出部材に先端が接合され
る、通電用のリード線とすることができる。図５に示す
グロープラグ１５０は、前記２本のリード部６６，６６
が該リード線として電極取出部材１２６，１２６と別体
に構成されている。

【００３６】具体的には図６（ａ）に示すように、各電
極取出部材１２６，１２６は板状に形成され、その第一
主表面においてヒータ本体２の後端面２ｒに接合され
る。リード線６６，６６は先端部が側方に曲げ返されて
接合端部６６ａ，６６ａとされ、該接合端部６６ａ，６
６ａの側面において電極取出部材１２６，１２６の第二
主表面に抵抗溶接等により接合されるとともに、リード
線６６，６６の残余の本体部分が後方に延出する形で配
置されてなる。なお、リード線６６，６６の先端部を曲
げ返すことなく、その多面を電極取出部材１２６，１２
６に直接接合してもよい。また、本実施形態において
も、電極取出部材１２６，１２６を図３と同様のクラッ
ド材にて構成することができる。

【００３７】ここで、電極取出部材１２６，１２６は、
いずれも金属／セラミック接合形態によりヒータ本体２
にろう付け接合されてなり、活性ろう材を用いていると
はいえ、あまり大きな接合強度は期待できない。この場
合、接合端部６６ａ，６６ａの一部が電極取出部材１２
６，１２６の外縁からはみ出していると、リード線６
６，６６に引張力が作用したとき、接合端部６６ａ，６
６ａは、電極取出部材１２６，１２６に対し片側の縁か
ら順次めくり上げるような剥がし力を作用させることに
なる（以下、これを順次剥離モードという）。その結
果、電極取出部材１２６，１２６のヒータ本体２からの
剥がれ落ちが生じやすくなる。

【００３８】そこで、図６（ｂ）に示すように、リード
線６６，６６の接合端部６６ａ，６６ａを、電極取出部
材１２６，１２６の第二主表面内に収まる形（つまり、
接合端部６６ａ，６６ａが電極取出部材１２６，１２６
の外縁からはみ出さない形）で溶接接合しておくと、上
記のような順次剥離モードが生じにくくなり、電極取出
部材１２６，１２６の剥がれ落ちを効果的に抑制するこ
とができる。この場合、図６（ｂ）に示すように、接合
端部６６ａ，６６ａの長手方向において、該接合端部６
６ａと電極取り出し部材１２６との溶接部Ｗは、リード
線６６の本体部分が曲げ起こされている側の端縁が、第
二主表面の外縁からの最短距離が０．３ｍｍ以上確保さ
れるように位置調整しておくことが、上記順次剥離モー
ドの発生抑制を図る上でより有効である。

【００３９】なお、図６においては、電極取出部材１２
６，１２６が図２と同様の半月型に形成され、接合端部
６６ａ，６６ａは、対向する弦部１２６ｙ，１２６ｙと
略直交する向きに配置されている。例えば、図７に示す
ように、接合端部６６ａ，６６ａを弦部１２６ｙ，１２
６ｙと略平行な向きに配置すれば、各接合端部６６ａ，
６６ａの長さ、ひいては溶接部の長さをより長くでき、
リード線６６，６６と電極取出部材１２６，１２６との
接合強度をより高めることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のグロープラグの一実施例を示す縦断面
図。

【図２】図１のヒータ本体の詳細を示す説明図。

【図３】電極取出部材をクラッド材にて構成した例を示
す断面図。

【図４】導通経路部を埋設リード線にて構成したグロー
プラグの例を示す要部縦断面図。

【図５】セラミックヒータと主体金具とを絶縁形態にて
配置したグロープラグの例を示す要部縦断面図。

【図６】図５の電極取出部材とリード線との接合形態の
一例を示す説明図。

【図７】電極取出部材とリード線との接合形態の変形例
を示す説明図。

【符号の説明】

１セラミックヒータ２ヒータ本体２ｒ後端面２ｓ周側面部３金属外筒４主体金具１０セラミック抵抗体１１第一抵抗体部分（抵抗発熱体）１２第二抵抗体部分（通電経路部）１３セラミック基体１６，１７リード部２６，２７，１２６電極取出部材３６，３７ろう材層５０グロープラグ５１埋設リード線（通電経路部）６１軟質金属部６２低膨張率金属部

フロントページの続きＦターム(参考） 3K092 PP16 QA01 QB10 QB13 QB24 QB61 QB62 QB74 QC25 QC42 QC44 QC52 RA02 RA05 RA07 RD02 RD09 RD24 RD25 RD34 RD41 RD42 RD46 SS17 SS18 VV03 VV06 VV31

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】絶縁性セラミックからなるセラミック基
体（１３）中に、抵抗発熱体（１１）と、その抵抗発熱
体（１１）に通電するための通電経路部（１２，５１）
とが埋設された棒状のヒータ本体（２）を有するセラミ
ックヒータにおいて、前記抵抗発熱体（１１）は前記ヒータ本体（２）の軸線
（Ｏ）方向において先端部に埋設される一方、前記通電
経路部（１２，５１）は、該抵抗発熱体（１１）に先端
が導通し、後端が該ヒータ本体（２）の後端面（２ｒ）
に露出する形で軸線（Ｏ）方向に埋設されてなり、さら
に、電極取出部材（２６，２７，１２６）が、前記通電経路
部（１２，５１）の露出領域を包含する形で前記ヒータ
本体（２）の前記後端面（２ｒ）の一部に対し、金属層
を介して面接触形態にて接合されることにより、前記通
電経路部（１２，５１）と導通する一方、当該電極取出
部材（２６，２７，１２６）が前記ヒータ本体（２）の
周側面部（２ｓ）とは非接合とされたことを特徴とする
セラミックヒータ（１）。
【請求項２】前記金属層がろう材層（３６，３７）で
ある請求項１記載のセラミックヒータ（１）。
【請求項３】前記電極取出部材（２６，２７）は板状
に形成され、その第一主表面において前記ろう材層（３
６，３７）と接する一方、第二主表面を含む少なくとも
一部が、前記ろう材層（３６，３７）よりも線膨張係数
の小さい低膨張率金属からなる低膨張率金属部（６２）
とされている請求項１又は２に記載のセラミックヒータ
（１）。
【請求項４】前記電極取出部材（２６，２７）は、前
記第一主表面を含む一部が前記低膨張率金属部（６２）
よりも軟質の金属よりなる軟質金属層（６１）とされた
クラッド材にて構成される請求項３に記載のセラミック
ヒータ（１）。
【請求項５】前記電極取出部材（２６，２７）は、こ
れに通電するためのリード部（１７，１６）が一体化さ
れた単一の板状部材として構成されている請求項１ない
し４のいずれか１項に記載のセラミックヒータ（１）。
【請求項６】請求項１ないし５のいずれか１項に記載
のセラミックヒータ（１）と、該セラミックヒータ
（１）の前記ヒータ本体（２）を周方向に取り囲むとと
もに、軸線（Ｏ）方向において前記ヒータ本体（２）の
先端部を突出させる形にて配置される金属外筒（３）
と、その金属外筒（３）の軸線（Ｏ）方向後端部に結合さ
れ、外周面に内燃機関への取付部（５）が形成された主
体金具（４）と、を備えたことを特徴とするグロープラグ（５０）。