JP2004061041A

JP2004061041A - セラミックグロープラグ

Info

Publication number: JP2004061041A
Application number: JP2002222569A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Arima; 有馬　裕之
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2002-07-31
Filing date: 2002-07-31
Publication date: 2004-02-26

Abstract

【課題】セラミックヒーターの突き出し部が長い直接噴射タイプのグロープラグにおいて、通電耐久性と急速昇温性に優れた高信頼性のグロープラグを提供する。
【解決手段】最高発熱部の温度が１４００℃の際に、第二の発熱抵抗体とリードピンの接続部の温度を１２５０℃以下とし、室温から１０００℃までの昇温時間が２秒となる電圧を印加した際の、第一の発熱抵抗体側のセラミック体表面の単位面積当たりの突入電力密度が４〜７Ｗ／ｍｍ^２であり、かつ第二の発熱抵抗体の抵抗値に対して第一の発熱抵抗体の抵抗値を１．５〜５倍とする。
【選択図】　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、おもにディーゼルエンジンの始動補助用として使用される高温用のセラミックヒーターに関し、特に排ガス規制に対応するためディーゼルエンジンの直噴多弁化に移行する中でセラミックヒーターの電力密度と発熱抵抗体の抵抗比を改善するとともに、グロープラグ先端側のセラミックヒーター突き出し長さを軸線方向に延長させて細径長尺化を図ったグロープラグに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ディーゼルエンジン等の始動促進に用いられるセラミックヒーターとしては、耐熱合金製のシース内に耐熱絶縁性粉末を充填し、該耐熱絶縁粉末中にニッケル（Ｎｉ）−クロム（Ｃｒ）等を主成分とする高融点金属線からなる発熱抵抗体を埋設したシーズヒータが使用されていた。
【０００３】
しかしながら、前記シーズヒータは、耐熱金属製のシース内に充填された耐絶縁性粉末を介して発熱抵抗体の熱を伝えるため、短時間の急速昇温が困難であった。その上、耐磨耗性や耐酸化性に劣るという問題があった。
【０００４】
そこで、短時間の急速昇温が可能で、耐磨耗性と耐酸化性に優れた信頼性の高いセラミックヒーターとして、無機導電材からなる発熱抵抗体を電気絶縁性のセラミック焼結体中に埋設したセラミックヒーターが広く利用されるようになってきた。
【０００５】
例えば、図４に示すように、高強度で耐酸化性に優れた窒化珪素（Ｓｉ_３Ｎ_４）を主成分とするセラミック体２２中にタングステンカーバイド（ＷＣ）等の導電性セラミックスからなる発熱抵抗体２４を埋設し、前記導電性セラミックス中に窒化珪素（Ｓｉ_３Ｎ_４）を分散させることにより、前記セラミック体２２と前記発熱抵抗体２４との熱膨張差を小さくしたセラミックヒーター２２を用いることが、グロープラグ２１として好適であることが提案されている（実開平２−２０２９３号公報参照）。
【０００６】
このグロープラグ２１は、発熱抵抗体２４とタングステンからなるリードピン２６がセラミックヒーター２２中に埋設され、陰極側の電極引出部２７は陰極金具２８と接合され、陽極側の電極引出部２７はコイル状の陽極金具３０に接合され、さらに陽極端子３１および棒状電極３２に接合される構造となっていた。また、前記棒状電極３２は、陰極金具２８と接合しているハウジング金具２９との間で電気的絶縁性を確保するために、絶縁シール３４、３６を介して取付ネジ３５で固定される構造となっている。また、ハウジング金具２９の外周には、ネジ部３３が形成され、この部分を締め付けることにより、エンジンの気筒内にグロープラグ２１が装着されている。
【０００７】
また、近年地球温暖化防止策としての排ガス規制対応の一環として、ディーゼルエンジンの燃焼方式が、副燃焼室を有するタイプから、直接噴射式、いわゆる直噴タイプに移行し、さらに給、排気弁の多弁化が図られている。これに伴い低温時におけるエンジンの始動性を向上させるためのグロープラグ２１も、噴射ノズルとともにシリンダーヘッドに取り付けられており、ヒーター先端部を主燃焼室に突き出して配置し、この室内を予熱することにより着火補助源となるように構成されている。
【０００８】
このような直接噴射式のディーゼルエンジンに用いるグロープラグ２１はシリンダーヘッドの壁面を通って主燃焼室にその先端部が突き出した状態で配置されるため、副燃焼室を予熱するタイプに比べて全長を長尺にし、しかも細径にする必要がある。さらに、エンジンの高出力化に伴いシリンダーヘッドの強度を確保するためにシリンダーヘッドの厚さを大きくする必要がある。このため、グロープラグ２１を装着する挿入口が従来に比べ非常に細く、しかも長くなってきており、これに合わせてグロープラグ２１も非常に細長く形成する必要があり、陰極金具２８からのセラミックヒーター２２の突き出し長さをより長くすることが望まれている。従来の前記突き出し長さは、６〜１０ｍｍ程度であったが、現在要求されている前記突き出し長さは、１２〜２５ｍｍである。
【０００９】
また、前記直接噴射式のディーゼルエンジンに用いるグロープラグ２１においてはバッテリーの電圧を直接印加して使用する飽和タイプからコントローラーにより印加電圧を制御し、エンジン負荷に応じた制御と極低温（−２５℃）時においてもエンジン始動に対して十分な発熱温度が得られる制御タイプのグロープラグ２１が要求されるようになってきた。この制御タイプのグロープラグ２１は従来の飽和タイプに比べ低電圧（たとえば７Ｖ）で使用するためセラミックヒーター２２の抵抗値がより低抵抗化の傾向にあり、合わせて室温から１０００℃までの昇温時間が２秒というように急速昇温性に優れた、１４００℃においても使用可能な高温耐久性に優れたものが要求される。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
上述したようなセラミックヒーターにおいては、陰極金具からのセラミックヒーターの突き出し長さが従来の副燃焼室を予熱するタイプのディーゼルエンジンに比べより長くなるため、次のような問題点があった。
【００１１】
特開２０００−８８２４８号公報に示されている従来のグロープラグは、図３に示すように発熱抵抗体２４とリードピン２６の接続部６ａが陰極金具２８の内部に収納されるような構造となっていたため、陰極金具２８の熱引きにより前記接続部６ａの温度が前記最高温度部の温度を１４００℃とした場合において、前記接続部６ａの温度が１２５０℃以下に保たれていた。
【００１２】
このグロープラグ２１の構造の特徴は、発熱抵抗体２４とリードピン２６との接続部２６ａがハウジング金具２９の端面よりもハウジング金具２９側に入り込むように配置される点にある。これは通電やエンジン燃焼時の熱サイクルによって、発熱抵抗体２４とリードピン２６の接続部２６ａに両部の熱膨張差により発生する熱応力によって起こる通電耐久性の劣化を抑制するというものである。
【００１３】
しかし、このようなタイプのグロープラグは無機導電材からなる発熱抵抗体の長さが長くなるため、これに対応して発熱抵抗体の抵抗値が増大する。このため、セラミックヒーターの突き出し長さが長い直接噴射タイプのグロープラグにおいては、発熱抵抗体の抵抗値の増大に伴い消費電力が増大するとともに、１０００℃までの昇温時間が２秒以内というような超急速な昇温をさせようとすると、発熱抵抗体側の窒化珪素質焼結体表面の単位面積当たりの突入電力密度が７Ｗ／ｍｍ^２を超えて大きくなり、発熱抵抗体がこの突入電力密度に耐えられずにセラミックヒーターの耐久性が低下するという問題があった。
【００１４】
また、金属材料に較べて抵抗値の高い無機導電材からなる発熱抵抗体の長さが長くなるため、コントローラーを使用した制御タイプの場合、設計上セラミックヒーターの低抵抗化が困難になるという問題が発生した。
【００１５】
また、特開２００１−２２７７４４号公報には、図４に示すように、陰極金具２８の先端から発熱抵抗体２４とリードピン２６との接続部までの軸方向の長さＬ３が７ｍｍ以上であり、前記発熱抵抗体２４が通電により発熱したとき、前記発熱抵抗体２４の先端部から軸方向におけるリードピン２６先端部までの長さＬ４の３１％以内の領域に、最高温度部があるという構造が提案されている。
【００１６】
これは、直接噴射タイプのグロープラグ２１の細径化における陰極金具２８からのセラミックヒーター２２の突き出し長さをより長くするという要求に対し、発熱抵抗体２とリードピン２６の接続部６ａを陰極金具２８端面より７ｍｍ以上とした場合に、セラミックヒーターの最高発熱部を発熱抵抗体２４部分の先端側３１％以内とする事により、リードピン２６と発熱抵抗体２４の熱膨張差により、発熱抵抗体２４とリードピン２６の接続部にクラックが発生して耐久性が劣化することを防止することを狙ったものである。
【００１７】
しかしながら、本構造の場合、セラミックヒーター２２の発熱抵抗体２４がより先端部に集中した構造となるため、とくに室温より１０００℃までの昇温時間が２秒となるような超急速昇温の場合、通電開始時の突入電力密度が非常に大きくなり、これにより発熱抵抗体２４に対する昇温時の熱衝撃が非常に大きくなるとともに、発熱抵抗体２４の発熱中心とリードピン２６の距離が近くなるため、セラミックヒーター２２の最高温度部を１４００℃まで加熱すると、第二の発熱抵抗体２４ｂとリードピン２６との接続部２６ａの温度が１２５０℃を超えてしまうため、グロープラグ２１の耐久性が低下するので好ましくない。
【００１８】
そして、このタイプのグロープラグ２１は、発熱抵抗体２４側のリードピン端部の温度が１２５０℃を超える温度まで上昇して、該リードピン２６の端部２６ａの発熱抵抗体２４が疲労して抵抗値が増大し通電耐久性の劣化を招くという問題があった。
【００１９】
本発明の目的は、セラミックヒーターの突き出し部が長い直接噴射タイプのグロープラグ等に使用されるセラミックヒーターにおいて、電力密度と発熱抵抗体の抵抗比を改善し、通電耐久性と急速昇温性に優れた高信頼性のセラミックヒーターを提供することにある。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
本発明のグロープラグは、窒化珪素質焼結体からなるセラミック体の内部に、通電により発熱する無機導電材から成る発熱抵抗体とタングステン等の金属より成るリードピンと電極引出部とを具備したセラミックヒーターと、前記電極引出部に接続される陰極金具および陽極金具とを有するグロープラグであって、前記陰極金具からの前記セラミックヒーターの突き出し長さが１２〜２５ｍｍであり、前記発熱抵抗体が前記セラミックヒーター表面の最高温度となる側に形成された第一の発熱抵抗体と該第一の発熱抵抗体とリードピンの間に形成された第二の発熱抵抗体とからなるグロープラグにおいて、上記第二の発熱抵抗体とリードピンの接続部から陰極金具までの距離が２〜１５ｍｍであり、通電により前記最高発熱部の温度が１４００℃となったときに、前記第二の発熱抵抗体とリードピンの接続部の温度が１２５０℃以下であり、かつ、前記第一の発熱抵抗体の室温から１０００℃までの昇温時間が２秒となる電圧を印加した際の、前記第一の発熱抵抗体側のセラミック体表面の単位面積当たりの突入電力密度が４〜７Ｗ／ｍｍ^２であり、かつ前記第二の発熱抵抗体の抵抗値に対して第一の発熱抵抗体の抵抗値が１．５〜５倍であることを特徴とするものである。
【００２１】
本発明は、セラミックヒーターの突き出し部が長い直接噴射タイプのグロープラグにおいて通電耐久性と急速昇温性に優れた高信頼性のグロープラグを得ることを目的とする。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図を用いて説明する。
【００２３】
図１は、本発明のグロープラグ１の断面図を示したものである。セラミックヒーター２はセラミック体３中に第一の発熱抵抗体４ａと第二の発熱抵抗体４ｂとリードピン６と電極引出部７が埋設され、これら電極引出部７が不図示のロウ材を介して陰極金具８と陽極金具１０に接続されている。陰極金具８は、さらにハウジング金具９に接続されている。また、陽極側は、電極引出部７を介して略キャップ状の陽極金具１０に接続されている。陽極金具１０は、さらに金属端子１１を介して棒状電極１２に接続されている。ハウジング金具９と棒状電極１２は、絶縁シール１４、１６で電気的に絶縁され、また、リング状の絶縁シール１４、１６を介して取付ネジ１５によりハウジング金具１０と電気的絶縁性を保った状態で締め付け固定されている。また、陰極金具８からのセラミックヒーター２の突き出し長さＬは、１２〜２５ｍｍに調整されている。
【００２４】
前記突き出し長さＬを１２〜２５ｍｍとする理由は、前記突き出し長さが１２ｍｍ未満では、エンジンの気筒中への挿入長さが短くなり、着火性が低下するからである。また、前記突き出し長さＬが２５ｍｍを超えると、セラミックヒーター２の片持強度が低下するので好ましくない。さらに好ましくは、前記突き出し長さＬを１２〜２０ｍｍとすることが好ましい。
【００２５】
本発明のグロープラグ１は、窒化珪素質焼結体からなるセラミック体３の内部に、通電により発熱する無機導電材から成る発熱抵抗体４とタングステン等の金属より成るリードピン６と電極引出部７とを具備したセラミックヒーター２と、前記電極引出部７に接続される陰極金具８および陽極金具１０とを有するグロープラグ１であって、前記陰極金具８からの前記セラミックヒーター２の突き出し長さＬが１２〜２５ｍｍであって、前記発熱抵抗体４が前記セラミックヒーター２表面の最高温度となる側に形成された第一の発熱抵抗体４ａと該第一の発熱抵抗体４ａとリードピンの間に形成された第二の発熱抵抗体４ｂとからなるグロープラグ１において、該第二の発熱抵抗体４ｂとリードピン６の接続部６ａのリードピン６の端面と陰極金具８との距離Ｌ３が２〜１５ｍｍであり、前記最高発熱部の温度が１４００℃の際に、前記第二の発熱抵抗体４ｂとリードピン６の接続部６ａの温度が１２５０℃以下であることを特徴とする。さらに好ましくは、前記接続部６ａの温度が１１００℃以下、理想的には１０００℃以下であることが好ましい。
【００２６】
第一の発熱抵抗体４ａの長さはＬ１、第二の発熱抵抗体４ｂの長さはＬ２、陰極金具からのリードピン６の突き出し長さはＬ３、陰極金具８からのセラミックヒーター２の突き出し長さはＬで示した。第二の発熱抵抗体４ｂの長さＬ２は、図１に示すようにリードピン６の端部から第一の発熱抵抗体４ａとの接続部までの長さをいう。なお、第一の発熱抵抗体４ａと第二の発熱抵抗体４ｂの重なり部分は、第二の発熱抵抗体４ｂの中に含めた。
【００２７】
前記接続部６ａの温度が１２５０℃を超えると、前記接続部６ａのリードピン６端面付近の発熱抵抗体４にクラックが発生して抵抗値が増加してしまうので好ましくない。
【００２８】
特開２０００−８８２４８号公報に示されている従来のグロープラグは、図３に示すように前記最高温度部の温度を１４００℃とした場合において、前記接続部６ａの温度が１２５０℃以下に保たれていた。
【００２９】
これに対し、本発明のグロープラグは、前記接続部６ａが陰極金具２８より２〜１５ｍｍ外側に形成されている。そのため、陰極金具２８の熱引きによる温度低下が期待できず、前記接続部６ａの温度が１２５０℃以上に上がってしまう。
【００３０】
また、特開２００１−２２７７４４号公報には、図４に示すように陰極金具２８の先端から発熱抵抗体２４とリードピン２６との接続部までの軸方向の長さＬ３が７ｍｍ以上であり、前記発熱抵抗体２４が通電により発熱したとき、前記発熱抵抗体２４の先端部から軸方向におけるリードピン２６先端部までの長さＬ４の３１％以内の領域に、最高温度部があるという構造が提案されているが、この構造では、グロープラグ２１の最高発熱部を１４００℃にすると、第二の発熱抵抗体２４ｂとリードピン２６との接続部２６ａの温度が１２５０℃を超えてしまうため、グロープラグ２１の耐久性が低下するので好ましくない。
【００３１】
前記接続部６ａの温度を１２５０℃以下とするためには、第一の発熱抵抗体４ａ側の窒化珪素質焼結体表面の単位面積当たりの突入電力密度を４〜７Ｗ／ｍｍ^２とし、かつ前記第二の発熱抵抗体４ｂの抵抗値に対する第一の発熱抵抗体４ａの抵抗値を１．５〜５倍とすることが好ましい。
【００３２】
すなわち、本発明のセラミックヒーター２は、直径をＤ１、第一の発熱抵抗体４ａの軸方向の長さがＬ１、その２５℃における抵抗値をＲ１、第二の発熱抵抗体４ｂの軸方向の長さがＬ２、その２５℃における抵抗値をＲ２、リードピン６および電極引出部７の２５℃における抵抗値をＲ３、室温から１０００℃までの昇温時間が２秒となる電圧を印加した際の突入電力をＷとした時の第一の発熱抵抗体４ａにおける突入電力密度の関係が
突入電力密度＝（Ｗ×（Ｒ１／（Ｒ１＋Ｒ２＋Ｒ３）））／Ｓ１
但し、Ｓ１＝π×Ｄ１×Ｌ１、
で表され、その時の突入電力密度が４〜７Ｗ／ｍｍ^２であり、かつ前記第二の発熱抵抗体４ｂに対する第一の発熱抵抗体４ａの常温抵抗値の抵抗比Ｒ１／Ｒ２が１．５〜５を満足するものである。
【００３３】
第一の発熱抵抗体４ａ側の窒化珪素質焼結体表面の単位面積当たりの突入電力密度が、４Ｗ／ｍｍ^２未満では、第一の発熱抵抗体４ａ付近のセラミックヒーター２の温度を２秒間で１０００℃まで加熱することができない。また、前記突入電力密度が７Ｗ／ｍｍ^２を超えると、第一の発熱抵抗体４ａに掛かる負荷が大きいので、使用中の熱サイクルにより第一の発熱抵抗体４ａの抵抗値が増大し、セラミックヒーター２の耐久性が低下するので好ましくない。
【００３４】
また、第一の発熱抵抗体４ａとリードピン６の間に第二の発熱抵抗体４ｂを設置する理由は、第一の発熱抵抗体４ａの温度は１４００℃以上の高温になるのに対し、第一の発熱抵抗体４ａとリードピン６を直接接続させると、この接続部６ａの温度が１２５０℃を超える温度になり、使用中の熱サイクルによりこの接続部６ａ付近のセラミックヒーター２にクラックが発生することが知られている。このクラック発生の原因は、第一の発熱抵抗体４ａとリードピン６の熱膨張率の差による応力による。
【００３５】
このクラックの発生を防止するためには、リードピン６との接続部６ａの温度を１２５０℃以下に低下させることが有効である事が、本発明者等の検討により判った。
【００３６】
また、第二の発熱抵抗体４ｂを形成することにより、第一の発熱抵抗体４ａとリードピン６との間に大きな温度差を形成すると、第一の発熱抵抗体４ａの付近が局部発熱するようになり、使用中の熱サイクルにより第一の発熱抵抗体４ａの抵抗値が経時変化することが判った。
【００３７】
また、陰極金具８の一端から前記第二の発熱抵抗体４ｂと前記リードピン６との接続部６ａのリードピン６先端部までの軸方向の長さＬ３を２〜１５ｍｍとすることで、前記接続部６ａの温度をより低減できるため通電耐久性と急速昇温性に優れた高信頼性のセラミックヒーター２が得られる。
【００３８】
第二の発熱抵抗体４ｂとリードピン６との接続部６ａと陰極金具８の端部との間の距離が１５ｍｍより大きいと、発熱抵抗体４による発熱が先端に集中し、セラミックヒーター２の最高温度部の温度を１４００℃に上昇させた場合、リードピン６の先端部６ａの温度が１２５０℃を超えてしまい、グロープラグ１の耐久性が低下してしまう。
【００３９】
また、第二の発熱抵抗体４ｂとリードピン６との接続部６ａと陰極金具８の端部との間の距離が２ｍｍより小さいと、発熱抵抗体４の発熱部長が長くなるので、セラミックヒーター２の発熱量が増大し、リードピン６の先端部６ａの温度が逆に上昇して１２５０℃を超えてしまい、グロープラグ１の耐久性が低下してしまう。
【００４０】
さらに、本発明のグロープラグ１の詳細について説明する。
【００４１】
本発明のグロープラグ１のセラミック体３は、窒化珪素を主成分とし、焼結助剤として３〜１０重量％の稀土類元素酸化物、０．３〜３重量％の酸化アルミニウム、０．５〜８．５重量％の二珪化モリブデンおよび１〜５重量％の酸化珪素を含有するものが好ましい。希土類元素酸化物は、粒界相の融点を向上させ、グロープラグ１の高温耐久性を向上させる。また、酸化アルミニウムは窒化珪素の焼結を大きく促進し、粒界相量の増減に大きく影響する。さらに好ましくは０．５〜２重量％とすることが好ましい。酸化珪素は、原料の不純物として含有される酸素や焼成中の雰囲気から混入するもの、さらに添加するもので構成される。酸化珪素も、窒化珪素の焼結を大きく促進する効果がある。しかし、含有量が５重量％を超えると、通電時の電界により陽極側に集まる傾向があり、グロープラグ１の耐久性を劣化させる。
【００４２】
上記の原料を所定の構造に成形し、成形体の表面に第一の発熱抵抗体４ａと第二の発熱抵抗体４ｂおよび電極引出部７をスクリーン印刷等で形成した後、前記第二の発熱抵抗体４ｂと電極引出部７を繋ぐようにＷからなるリードピン６を設置した後、別の成形体を重ねてホットプレス焼成により一体焼成する。
【００４３】
また、第一の発熱抵抗体４ａおよび第二の発熱抵抗体４ｂを複数の層設置する場合は、前記成形体を複数準備した後これらを重ねてホットプレスにより一体焼成する。また、前記第一の発熱抵抗体４ａと第二の発熱抵抗体４ｂは同一の組成の抵抗体材料を用い射出成形で形成され用いられても良い。このようにして準備した成形体をホットプレスにより焼成して、第一の発熱抵抗体４ａおよび第二の発熱抵抗体４ｂを内蔵した角形のセラミックヒーター２を得る。
【００４４】
さらに、前記角形のセラミックヒーター２を円柱状に加工し、電極引出部７を露出させ、陰極金具８、陽極金具１０、陽極端子１１、棒状電極１２、ハウジング金具９を順次接合した後、ネジ１５により絶縁シール１５、１６を介して棒状電極１２をハウジング金具９に固定してグロープラグ１とすることができる。
【００４５】
【実施例】
実施例１
希土類元素酸化物のひとつである酸化イッテリビウム（Ｙｂ_２Ｏ_３）５重量％、二珪化モリブデン３重量％、酸化アルミニウム０．５重量％と適量の酸化珪素を添加混合した造粒粉を使用し、プレス成形により平板状の窒化珪素成形体を準備する。該成形体の片面に第一の発熱抵抗体４ａおよび第二の発熱抵抗体４ｂと電極引出部７をプリント形成し、さらにリードピン６を設置した成形体を準備する。このときセラミックヒーターの室温から１０００℃までの昇温時間が２秒となる電圧を印加した際の、前記第一の発熱抵抗体４ａ側の窒化珪素質焼結体表面の単位面積当たりの突入電力密度を３〜７．７Ｗ／ｍｍ^２の間で、前記第二の発熱抵抗体４ｂに対する第一の発熱抵抗体４ａの抵抗比を０．６〜８．５倍の間となるよう調整してプリント形成した。
【００４６】
その後、前記成形体を重ねてホットプレス焼成して断面角状のセラミックヒーター２を得た。その後、前記断面角状のセラミックヒーター２を外径が３．２ｍｍとなるように丸め加工した。その後陰極側の電極引出部７上に陰極金具８をセラミックヒーターの突き出し長さが１４ｍｍとなるよう設置し、ロウ材を溶融させて陰極金具８を固定した。また、陽極については、陽極側の電極引出部７上にキャップ状の陽極金具１０を被せた後ロウ材を溶融させて一体化した。さらに、陰極金具８上にハウジング金具９を装着した後これをロウ付けし、陽極金具１０のセラミックヒーター２とは逆の末端に設置された取付ネジ１５を絶縁シール１４、１６を介して固定してグロープラグ１とした。
【００４７】
また、陰極金具８からのリードピン６の突き出し長さＬ３は−３〜１８ｍｍ、陰極金具８からのセラミックヒーター２の突き出し長さＬは８〜２８ｍｍに調整したものを準備した。
【００４８】
上記のグロープラグ１を作製し、これらのセラミックヒーター２表面の最高温度が１０００℃まで２秒以内で昇温し１４００℃になるように印加する電圧を調整した上で５分間通電後３分間遮断する通電耐久試験を行った。そして、一定時間毎に前記セラミックヒーター２の抵抗値を測定し、試験開始前の抵抗値に対する変化率が１０％を超えると不良と判断し、１０％を超えた時の耐久サイクル数が１００００サイクル以上を基準として耐久性を評価した。結果を表１に示した。
【００４９】
【表１】

【００５０】
表１から判るように、陰極金具８からのリードピン６の突き出し長さＬ３を６ｍとし、陰極金具８からのセラミックヒーター２の突き出し長さＬを１４ｍｍとし、第二の発熱抵抗体４ｂに対する第一の発熱抵抗体４ａの抵抗比が１．５未満であるＮｏ．１〜４は、第二の発熱抵抗体４ｂとリードピンとの接続部６ａの温度が１２５０℃を超えてしまい、耐久テスト後の抵抗変化率が１０％を超えてしまった。
【００５１】
Ｎｏ．１０〜１３は、接続部６ａの温度は１２５０℃以下であるが、Ｗ密度が７Ｗ／ｍｍ２を超え、上記抵抗比が５を超えているため、耐久テスト後の抵抗変化率が１０％を超えて大きくなった。
【００５２】
また、リードピン６の突き出し長さＬ３が、０〜−３ｍｍであるＮｏ．１４、１５は、発熱面積が大きくなるので消費電力が大きくなり、急速昇温に耐えず、耐久テスト後の抵抗変化率が１８〜２０％と大きくなった。
【００５３】
リードピン６の突き出し長さＬ３が１８ｍｍであるＮｏ．１９は、陰極金具８からのセラミックヒーター２の突き出し長さが２５ｍｍなので、差引の発熱抵抗体４の長さが７ｍｍとなり、局部的に先端が加熱するようになるのでリードピン６の先端部６ａの温度が１２５０℃以上に上昇し、発熱抵抗体４の抵抗値が１０％を超えて増加するので好ましくない。
【００５４】
セラミックヒーター２の突き出し長さＬが２８ｍｍであるＮｏ．２４は、リードピン６の突き出し長さが６ｍｍであり、発熱抵抗体４の差引長さが２２ｍｍと長くなるのでリードピン６の先端部６ａの温度が１２５０℃以上に上昇し、発熱抵抗体４の抵抗値が１０％を超えて増加する好ましくない。
【００５５】
Ｎｏ．２５、２６は、抵抗比は、本発明の請求範囲内であるが、電力密度が７Ｗ／ｍｍ^２を超えており第一の発熱抵抗体４ａへの負荷が大きいため、耐久テスト後の抵抗変化率が１０％を超えて大きくなった。
【００５６】
これに対し、第二の発熱抵抗体４ｂとリードピン６の接続部６ａの温度が１２５０℃以下であり、室温から１０００℃までの昇温時間が２秒となる電圧を印加した際の、前記第一の発熱抵抗体側のセラミック体表面の単位面積当たりの突入電力密度が４〜７Ｗ／ｍｍ^２であり、かつ前記第二の発熱抵抗体の抵抗値に対して第一の発熱抵抗体の抵抗値が１．５〜５倍であるＮｏ．５〜９、１６〜１８、２０〜２３は、耐久テスト後の抵抗変化率が１０％以下となり良好な耐久性を示すことが判った。
【００５７】
【発明の効果】
本発明によれば、窒化珪素質焼結体からなるセラミック体の内部に、通電により発熱する無機導電材から成る発熱抵抗体とタングステン等の金属より成るリードピンと電極引出部とを具備したセラミックヒーターと、前記電極引出部に接続される陰極金具および陽極金具とを有するグロープラグであって、前記陰極金具からの前記セラミックヒーターの突き出し長さが１２〜２５ｍｍであり、前記発熱抵抗体が前記セラミックヒーター表面の最高温度となる側に形成された第一の発熱抵抗体と該第一の発熱抵抗体とリードピンの間に形成された第二の発熱抵抗体とからなるグロープラグにおいて、該第二の発熱抵抗体とリードピンの接続部のリードピンの端面と陰極金具との距離が２〜１５ｍｍであり、前記最高発熱部の温度が１４００℃の際に、前記第二の発熱抵抗体とリードピンの接続部の温度が１２５０℃以下であり、かつ、前記第一の発熱抵抗体の室温から１０００℃までの昇温時間が２秒となる電圧を印加した際の、前記第一の発熱抵抗体側のセラミック体表面の単位面積当たりの突入電力密度が４〜７Ｗ／ｍｍ^２であり、かつ前記第二の発熱抵抗体の抵抗値に対して第一の発熱抵抗体の抵抗値が１．５〜５倍とすることにより、セラミックヒーターの突き出し部が長い直接噴射タイプのグロープラグ等において通電耐久性と急速昇温性に優れた高信頼性のグロープラグを得ることを可能にした。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）は本発明のセラミックグロープラグの断面図であり、（ｂ）はそのセラミックヒーター部分の拡大断面図である。
【図２】従来のグロープラグを示す断面図である。
【図３】従来のグロープラグを示す部分断面図である。
【図４】従来のグロープラグを示す部分断面図である。
【符号の説明】
１：グロープラグ
２：セラミックヒーター
３：セラミック体
４：発熱抵抗体
４ａ：第一の発熱抵抗体
４ｂ：第二の発熱抵抗体
６：リードピン
７：電極引出部
８：陰極金具
９：ハウジング金具
１０：陽極金具
１１：陽極端子
１２：棒状電極
１３：ネジ部
１４、１６：絶縁シール
１５：取付ネジ

Claims

窒化珪素質焼結体からなるセラミック体の内部に、通電により発熱する無機導電材から成る発熱抵抗体とタングステン等の金属より成るリードピンと電極引出部とを具備したセラミックヒーターと、前記電極引出部に接続される陰極金具および陽極金具とを有するグロープラグであって、前記陰極金具からの前記セラミックヒーターの突き出し長さが１２〜２５ｍｍであり、前記発熱抵抗体が前記セラミックヒーター表面の最高温度となる側に形成された第一の発熱抵抗体と該第一の発熱抵抗体とリードピンの間に形成された第二の発熱抵抗体とからなるセラミックグロープラグにおいて、
上記第二の発熱抵抗体とリードピンの接続部から陰極金具までの距離が２〜１５ｍｍであり、通電により前記最高発熱部の温度が１４００℃となったときに、前記第二の発熱抵抗体とリードピンの接続部の温度が１２５０℃以下であり、かつ、前記第一の発熱抵抗体の室温から１０００℃までの昇温時間が２秒となる電圧を印加した際の、前記第一の発熱抵抗体側のセラミック体表面の単位面積当たりの突入電力密度が４〜７Ｗ／ｍｍ^２であり、かつ前記第二の発熱抵抗体の抵抗値に対して第一の発熱抵抗体の抵抗値が１．５〜５倍であることを特徴とするセラミックグロープラグ。