JPH0864346A

JPH0864346A - セラミックヒータ

Info

Publication number: JPH0864346A
Application number: JP6216495A
Authority: JP
Inventors: Atsushi Kurano; 敦倉野; Katsunori Yamada; 勝則山田; Nobuo Kamiya; 信雄神谷
Original assignee: Toyota Central R&D Labs Inc; NipponDenso Co Ltd
Current assignee: Denso Corp; Toyota Central R&D Labs Inc
Priority date: 1994-08-18
Filing date: 1994-08-18
Publication date: 1996-03-08
Anticipated expiration: 2019-12-02
Also published as: JP3594660B2

Abstract

(57)【要約】【目的】１４００℃前後の高温条件下でも抵抗値の変
化が小さく、ガラスの溶出がなく、しかもクラックの生
じない耐熱衝撃性に優れたセラミックヒータを提供す
る。【構成】電気絶縁性の支持体３と、その先端部に一体
に形成される導電性の発熱体２を備え、支持体３および
発熱体２はいずれも導電性セラミックと絶縁性セラミッ
クの混合焼結体よりなる。支持体３は、導電性セラミッ
ク粒子がこれを包む絶縁性セラミック粒子により互いに
分断されることにより絶縁性を示し、発熱体２は、互い
に連続する導電性セラミック粒子で絶縁性セラミック粒
子を包むことにより導電性を示す。支持体３および発熱
体２には、焼結助剤として希土類元素の酸化物を１種以
上添加するとともに、その添加総量を導電性セラミック
と絶縁性セラミックの総量に対して３〜２５重量％とな
るようにする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はセラミックヒータに関
し、特に、ディーゼルエンジンのセラミックグロープラ
グ等に好適に使用されるセラミックヒータに関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】ディーゼルエンジンの始動を補助するた
めに、燃焼室内にセラミックグロープラグを配置し、発
熱部に通電加熱して燃料の着火、燃焼を促すことが行な
われている。この発熱部を構成するセラミックヒータと
しては、従来より種々のものが提案されており、例え
ば、特開昭６２−１４０３８６号公報には、サイアロン
焼結体中に導電性の窒化チタンを分散させた複合焼結体
を用いたヒータが開示されている。

【０００３】また、絶縁性セラミックよりなる支持体の
先端に、導電性セラミックよりなる発熱体を設けたセラ
ミックヒータが知られ、例えば、窒化珪素、酸化アルミ
ニウム等よりなる棒状の絶縁性セラミックの先端に、窒
化珪素と珪化モリブデンの混合体等よりなるＵ字状の導
電性セラミックを設けた構成のものがある。

【０００４】ところが、上記従来のセラミックヒータ
は、支持体と発熱体の熱膨張係数差から、急速な昇温、
または冷却により両者の間に熱応力が発生し、接合部を
破損するおそれがあった。そこで本出願人は、先に、支
持体と発熱体とをいずれも導電性の珪化モリブデン（Ｍ
ｏＳｉ₂）と絶縁性の窒化珪素（Ｓｉ₃Ｎ₄）の混合体
で構成し、支持体においては導電性のＭｏＳｉ₂粒子が
これを包む絶縁性のＳｉ₃Ｎ₄粒子により互いに分断さ
れることにより絶縁性を示し、発熱体においては、互い
に連続する導電性のＭｏＳｉ₂粒子で絶縁性のＳｉ₃Ｎ
₄粒子を包むことにより導電性を示すようになしたセラ
ミックヒータを提案した（特開昭６３−９６８８３号公
報）。具体的には、支持体と発熱体の基本成分をいずれ
も７０Ｓｉ₃Ｎ₄−３０ＭｏＳｉ₂（重量％）とし、こ
れらの総量に対し焼結助剤として、例えば酸化イットリ
ウム（Ｙ₂Ｏ₃）を７重量％、酸化アルミニウム（Ａｌ
₂Ｏ₃）を３重量％添加しており、支持体と発熱体を同
一組成とすることで、熱応力が大幅に緩和される。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、近年、セラ
ミックヒータの速熱性をさらに向上し、エンジン始動ま
での待ち時間を短縮しようとする要求が高まっており、
これに伴いヒータの温度を従来の１０００℃〜１１００
℃から１３００℃〜１４００℃にする必要が生じてい
る。

【０００６】しかしながら、最高温度を１４００℃に設
定した上記構成のセラミックヒータをエンジンで使用し
たところ、次のような問題が生じた。第１に、長時間の
使用で抵抗値が上昇し、飽和温度が低くなってエンジン
の始動性が悪くなる。第２に、ヒータの最高温度部近傍
でガラスの溶出が見られ、使用を続けるとヒータの変形
または変質が起こり、強度低下をきたすおそれがある。
第３に、セラミックヒータの、噴霧燃料が直撃する部分
にクラックが発生する場合があり、このクラックが進展
すると、ヒータの一部がエンジン内に脱落し、エンジン
が損傷するおそれがある。

【０００７】第１の問題点である抵抗値上昇について
は、本発明者等が、長時間使用して抵抗値が上昇したヒ
ータを軸方向に切断し、発熱体およびその近傍を調査し
たところ、発熱体のＵ字状に屈曲する先端部の、正また
は負電極よりの端部で発熱体が最高温度になること、こ
のうち負電極側の最高温度部にイットリウム（Ｙ）が集
中し、逆に正電極側にはＹがほとんど存在せず、モリブ
デン（Ｍｏ）の酸化物が多くなっていることがわかっ
た。また、発熱体の正または負電極側の最高温度部間に
位置する支持体においても、同様に、負電極側でＹが多
く、次第にＹが減少して正電極側ではＹがほとんど存在
していないことが判明した。

【０００８】このメカニズムは以下のように推定され
る。基本成分であるＳｉ₃Ｎ₄中には、通常、不純物と
して微量のＳｉＯ₂が存在する。この不純物としてのＳ
ｉＯ₂は焼結助剤であるＹ₂Ｏ₃、Ａｌ₂Ｏ₃およびＳ
ｉ₃Ｎ₄と反応し、多成分系ガラスとなって粒界に析出
する。この多成分系ガラスはＡｌを含むことから低融点
であり、ヒータの最高温度が１４００℃（局所的に１４
００℃以上の温度になっていると考えられる）という高
温状態で、軟化、活性化状態となる。そして、通電によ
り生じる電界の作用により、Ｙ₂Ｏ₃がＹとＯに分解
し、Ｙが負電極側に移動する。正電極側では残った酸
素、および正電極側から負電極側へ移動した酸素により
酸素リッチとなり、その結果、ＭｏＳｉ₂を酸化して、
ＭｏＳｉ₂よりなる電流パスを細化または断線させ、こ
れが抵抗値上昇の原因になったものと考えられる。

【０００９】第２の問題点である溶出ガラスは、ＳｉＯ
₂、Ｙ₂Ｏ₃、Ａｌ₂Ｏ₃を主成分とするもので、上述
した不純物としてのＳｉＯ₂がＹ₂Ｏ₃、Ａｌ₂Ｏ₃と
反応して生じた多成分系ガラスと見られる。この多成分
系ガラスは低融点であるため、１４００℃という高温状
態で軟化し、ヒータ表面に溶出してきたものと考えられ
る。

【００１０】第３の問題点であるクラックの発生につい
て、ヒータは、通電による最高温度が１４００℃という
高温状態では、Ｓｉ₃Ｎ₄とＭｏＳｉ₂の粒界の多成分
系ガラスが軟化し、高温強度が低下した状態となってい
る。この強度が低下した部分に噴霧燃料が直撃すると、
その熱衝撃によりヒータ表面にクラックが発生するもの
と思われる。

【００１１】本発明は、上記実情に鑑みなされたもので
あり、１４００℃前後の高温条件下でも抵抗値の変化が
小さく、ガラスの溶出がなく、しかもクラックの生じに
くい耐熱衝撃性に優れたセラミックヒータを提供するこ
とを目的とするものである。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明の構成を図１で説
明すると、セラミックヒータ１は、電気絶縁性の支持体
３と、その先端部に一体に形成される導電性の発熱体２
を備え、上記支持体３および上記発熱体２はいずれも導
電性セラミックと絶縁性セラミックの混合焼結体よりな
る。上記支持体３は、導電性セラミック粒子がこれを包
む絶縁性セラミック粒子により互いに分断されることに
より絶縁性を示し、上記発熱体２は、互いに連続する導
電性セラミック粒子で絶縁性セラミック粒子を包むこと
により導電性を示している。そして、上記支持体３およ
び発熱体２に、焼結助剤として希土類元素の酸化物を１
種以上添加するとともに、その添加総量が導電性セラミ
ックと絶縁性セラミックの総量に対して３〜２５重量％
となるようにする（請求項１）。

【００１３】また、上記発熱体２の焼結助剤の添加総量
をＸ重量％、上記支持体３の焼結助剤の添加総量をＹ重
量％としたときに、Ｘ、Ｙが、式：Ｘ≧０．７×Ｙが満
足するようになしてある（請求項２）。上記絶縁性セラ
ミックとしては、窒化珪素が好適に使用される。また、
上記導電性セラミックとしては、金属の炭化物、珪化
物、窒化物、またはホウ化物が使用でき、これらより選
ばれた少なくとも１種を使用すればよい（請求項３）。

【００１４】

【作用】焼結助剤として用いられる希土類元素の酸化物
は、ヒータ材を構成する焼結体中の不純物とともにガラ
ス化し、粒界に存在することになる。この多成分系ガラ
スは、少なくともＡｌを含有しないので、従来のヒータ
材の粒界に存在するガラスより高融点であり、軟化しに
くい。従って、１４００℃という高温状態においても、
粒界ガラス相の軟化、活性化の程度が低く抑えられ、電
界の作用による粒界ガラスの分解が大幅に抑制される。
その結果、粒界ガラス相の分解により生じる金属元素の
負電極側への移動、および正電極側における導電性セラ
ミックの酸化が防止され、導電性セラミックの酸化によ
る導電パスの細化、断線を防止できる。

【００１５】また、粒界ガラス相が高融点で、軟化しに
くいので、ガラス溶出が起こりにくい。さらにガラスの
軟化が低く抑えられることにより、高温状態でも強度の
低下が小さく、高い耐熱衝撃性を保持できる。

【００１６】また、発熱体の焼結助剤の添加量が、支持
体に比べて少なすぎると、両者の最適な焼成条件にずれ
が生じ、発熱体が焼結不足となるおそれがある。発熱体
の焼結助剤の添加量を、上記式のように一定量以上にす
ると焼成条件のずれが小さくなり、焼結不足が解消され
る。

【００１７】

【実施例】以下、本発明を実施例により説明する。図２
には本発明を適用したディーゼルエンジンのグロープラ
グを示す。６は両端開口の筒状金属ハウジングであり、
その下端開口内に筒状金属部材６１が固着してある。上
記ハウジング６内には下方より本発明のセラミックヒー
タ１が挿通され、その中間部を、上記筒状金属部材６１
に嵌合固定してある。ハウジング６の中央部外周には取
付けネジ６２が形成してあり、グロープラグは該取付け
ネジ６２にて図略のエンジンに取付けられる。

【００１８】上記セラミックヒータ１の上端部には、電
源接続用の金属キャップ７が固定してあり、金属キャッ
プ７は、上記ハウジング６の上半部内に挿通された金属
製の中軸８と、金属線７１により接続されている。上記
ハウジング６上端部の、中軸８周りにはガラスシール９
が配設され、さらに上方より絶縁ブッシュ１０が嵌着さ
れて、上記中軸８を電気的に絶縁している。中軸８の基
端部には、図略の電源に接続される雄ネジ８１が形成し
てあり、上記絶縁ブッシュ１０は上記雄ネジ８１に螺着
されたナット８２にて固定される。

【００１９】図１には上記セラミックヒータ１の詳細を
示す。図において、セラミックヒータ１は、断面円形の
棒状体である支持体３と、支持体３の先端部内に埋設さ
れる断面Ｕ字形の発熱体２からなる。発熱体２の一端に
は電極線４の先端４１が埋設され、電極線４の他端は支
持体３の基端部へ延びて支持体３の外周表面に露出する
端子部４２を形成している。また発熱体２の他端には電
極線５の先端５１が埋設され、電極線５の他端は支持体
３の中間部で支持体３の外周表面に露出する端子部５２
を形成している。なお、上記電極線４、５はタングステ
ン、モリブデン等の高融点金属またはその合金からな
る。

【００２０】上記電極線４、５の端子部４２、５２が露
出する支持体３の外周表面にはニッケルメッキが施され
ている。しかして、セラミックヒータ１をハウジング６
内に挿通すると（図２）、上記支持体３は、このニッケ
ルメッキ層を介して上記筒状金属部材６１内周面にロウ
付けされる。上記筒状金属部材６１はセラミックヒータ
１を保持するとともに、上記電極線５の端子部５２と電
気的に接続される。一方、支持体３の基端部に露出する
上記電極線４の端子部４２は、上記金属キャップ７の内
周面にロウ付けされ、金属線７１より中軸８を経て電源
に接続している。かくして図示しない電源より、中軸
８、金属線７１、金属キャップ７、電極線４、発熱体
２、電極線５、筒状部材６１、ハウジング６を経て、図
示しないエンジンブロックへ通電が可能となる。

【００２１】セラミックヒータ１の上記支持体３は、導
電性セラミックであるＭｏＳｉ₂と、絶縁性セラミック
であるＳｉ₃Ｎ₄を基本成分とし、焼結助剤としてＹ₂
Ｏ₃を添加したセラミック焼結体よりなる。Ｙ₂Ｏ₃の
添加量はＭｏＳｉ₂とＳｉ₃Ｎ₄の総量に対して１０重
量％としてある。そして、Ｓｉ₃Ｎ₄の粒径を、ＭｏＳ
ｉ₂と同じかやや小さくすることにより、導電性のＭｏ
Ｓｉ₂粒子が絶縁性のＳｉ₃Ｎ₄粒子で囲まれて分断さ
れた組織となり、絶縁性を発現する。具体的には、例え
ば、平均粒径０．９μm のＭｏＳｉ₂と、平均粒径０．
６μm のＳｉ₃Ｎ₄を用いることができる。

【００２２】上記発熱体２は、導電性セラミックである
ＭｏＳｉ₂と、絶縁性セラミックであるＳｉ₃Ｎ₄を基
本成分とし、焼結助剤としてＹ₂Ｏ₃を添加したセラミ
ック焼結体よりなる。Ｙ₂Ｏ₃の添加量はＭｏＳｉ₂と
Ｓｉ₃Ｎ₄の総量に対して１０重量％としてある。そし
て、Ｓｉ₃Ｎ₄の粒径をＭｏＳｉ₂より大きくすること
により、絶縁性のＳｉ₃Ｎ₄粒子が、互いに連続する導
電性のＭｏＳｉ₂粒子で包まれた組織となり、導電性を
発現する。具体的には、例えば、平均粒径０．９μm の
ＭｏＳｉ₂と、平均粒径１３μm のＳｉ₃Ｎ₄を用いる
ことができる。

【００２３】上記発熱体２または支持体３における導電
性セラミックとしては、上記したＭｏＳｉ₂以外の金属
の炭化物、珪化物、窒化物、またはホウ化物を用いても
よく、これらの少なくとも一種を使用する。導電性セラ
ミックと絶縁性セラミックの配合割合は、例えば１０〜
４０：９０〜６０（重量％）の範囲で適宜選択される。
発熱体２、支持体３で同一またはそれに近い配合割合と
すれば熱膨張係数等の差が小さくなるのでより好まし
い。焼結助剤としては、Ｙ₂Ｏ₃以外の希土類元素の酸
化物、例えばイッテルビウム、ランタン、ネオジム等の
酸化物を用いてもよく、これらから選ばれる一種以上を
使用する。

【００２４】焼結助剤として使用される希土類元素の酸
化物の添加総量は、導電性セラミックと絶縁性セラミッ
クの総量に対して、３〜２５重量％とする。また、発熱
体２の焼結助剤の添加総量をＸ重量％、支持体３の焼結
助剤の添加総量をＹ重量％としたときに、Ｘ、Ｙが、
式：Ｘ≧０．７×Ｙを満足するようにすることが好まし
い。このようにすることで、長時間使用による抵抗値の
上昇が抑えられ、また、ガラスの溶出やクラックの発生
が抑制できる。

【００２５】次に、本発明の効果を確認するための試験
を行なった。（１）まず、以下のようにして試験用の試料を作成し
た。支持体と発熱体の基本成分をいずれも７０Ｓｉ₃Ｎ
₄−３０ＭｏＳｉ₂（重量％）とし、支持体は平均粒径
が０．９μm のＭｏＳｉ₂と平均粒径が０．６μm のＳ
ｉ₃Ｎ₄を、発熱体には平均粒径が０．９μm のＭｏＳ
ｉ₂と平均粒径が１３μm のＳｉ₃Ｎ₄を使用した。焼
結助剤としてＹ₂Ｏ₃を用い、その添加量を支持体と発
熱体で同量として、上記図１の構成のセラミックヒータ
を作成した。Ｓｉ₃Ｎ₄とＭｏＳｉ₂の総量に対するＹ
₂Ｏ₃の添加量を、１〜３０重量％の範囲で表１に示す
ように変更し、試料Ｎｏ１〜６とした。次いで、発熱
体、支持体ともにＹ₂Ｏ₃７重量％、Ａｌ₂Ｏ₃３重量
％とした従来の組成によるヒータを作成し、比較用の試
料Ｎｏ７とした。

【００２６】焼成は、アルゴンガス雰囲気下、１気圧
で、圧力は５００Ｋｇｆ／ｃｍ²とし、焼結助剤量の変
更による焼成条件の変化に対しては、各々の最適な焼成
条件となるように、焼成温度を１５６０℃〜１８５０℃
の範囲内で変えて行なった（以下に説明する試料は全
て、各々の最適な焼成条件となるように、焼成温度を適
宜変更して作成した）。

【００２７】上記試料Ｎｏ１〜７のセラミックヒータを
用いて上記図２に示したグロープラグを作成し、以下の
試験を行なった。まず、通電の繰り返しによる抵抗値変
化を調べるため、通電１分、非通電１分の繰り返しを１
サイクルとした冷熱試験を行なった。このときのヒータ
温度は初期に通電時の発熱による飽和温度を１４００℃
にし、非通電時はファンでヒータを１００℃以下に冷却
した。評価は各試料につき４本づつ同様の試験を実施し
て、そのうちの１本が抵抗値上昇により通電時のヒータ
飽和温度が１００℃低下して１３００℃になったサイク
ル数を寿命サイクルとした。表１に結果を示す。また、
この時のガラスの溶出の有無を表１に併せて記した。

【００２８】次に、クラックの発生に関し、水中スポー
リング試験を行なった。まず、グロープラグに通電し、
所定の飽和温度に発熱させた後、２０℃の水中に金属パ
イプから突出しているヒータ先端部を浸漬させ、表面に
発生するクラックの有無を調査することにより評価し
た。具体的には、飽和温度が５００℃で水中スポーリン
グ試験を行ない、クラックが発生していなければ、飽和
温度を１００℃上げ、６００℃として水中スポーリング
試験を行なった。このようにして１４００℃まで、もし
くはクラックが発生するまで、１００℃づつ温度を上げ
て評価した。評価は各試料について４本づつ同様の試験
を実施し、結果を表１に併記した。

【００２９】表１より、冷熱試験、ガラス溶出について
は、Ｙ₂Ｏ₃を単独で添加した試料Ｎｏ１〜６のいずれ
も、従来組成の試料Ｎｏ７に比べ、寿命が向上してい
る。なお、寿命サイクルは市場での信頼性を考慮すると
１００００サイクル以上であることが好ましく、試料Ｎ
ｏ１〜６では１００００〜１５０００サイクルと良好な
結果が得られている。また、クラックの発生について
も、試料Ｎｏ１〜６ともに試料Ｎｏ７より改善されてお
り、特に、Ｙ₂Ｏ₃の添加量を３〜２５重量％とした試
料Ｎｏ２〜５では１４００℃においてもクラックの発生
が全く見られなかった。以上より、Ｙ₂Ｏ₃を３〜２５
重量％添加することで、１４００℃という高温使用にお
いて抵抗値変化が小さく、ガラス溶出がなく、耐熱衝撃
性のよいセラミックヒータが得られることがわかる。

【００３０】（２）次に、焼結助剤としてＹ₂Ｏ₃に加
え、他の希土類元素の酸化物を添加した試料を作成し
た。基本成分は上記（１）と同一とし、焼結助剤の種類
と添加量を表２のように変更した。焼結助剤の添加量は
発熱体と支持体で同量とした。上記（１）と同様にして
試料を作成し（試料Ｎｏ８〜１６）、評価を行なった。
結果を表２に併記する。

【００３１】表２の結果を従来組成の試料Ｎｏ７（表
１）と比較すると、全試料で冷熱試験結果が向上してお
り、ガラス溶出、クラックの発生も見られない。このよ
うに、Ｙ₂Ｏ₃と他の希土類元素の酸化物を組み合わせ
た場合でも、添加総量を３〜２５重量％とすることで、
抵抗値変化が小さく、ガラス溶出がなく、耐熱衝撃性の
よいセラミックヒータが得られる。

【００３２】（３）続いて、Ｙ₂Ｏ₃以外の希土類元素
の酸化物を１種以上添加した試料を作成した。希土類元
素の酸化物として、Ｙｂ₂Ｏ₃、Ｌａ₂Ｏ₃、Ｎｄ₂Ｏ
₃、およびこれらを組み合わせたものを用い、それぞれ
につき、焼結助剤の添加総量が３重量％、２５重量％の
２種類の試料を作成した。基本成分は上記（１）と同一
とし、焼結助剤の添加量は発熱体と支持体で同量とし
た。上記（１）と同様にして試料を作成し（試料Ｎｏ１
７〜２６）、評価を行なった。結果を表３に示す。

【００３３】表３の結果を従来組成の試料Ｎｏ７（表
１）と比較すると、全試料で冷熱試験結果が向上してお
り、ガラス溶出、クラックの発生も見られない。このよ
うに、焼結助剤としてはＹ₂Ｏ₃以外の他の希土類元素
の酸化物のいずれを使用してもよく、その添加総量を３
〜２５重量％とすることで、同様の効果が得られること
がわかる。

【００３４】以上（１）〜（３）の結果より、焼結助剤
として希土類元素の酸化物を一種以上使用し、その添加
総量を３〜２５重量％とすることで、抵抗値変化が小さ
く、ガラス溶出がなく、耐熱衝撃性のよいセラミックヒ
ータが実現できることがわかる。

【００３５】（４）さらに、発熱体と支持体とで焼結助
剤の添加量を変更した場合について調べた。表４に示す
ように、支持体のＹ₂Ｏ₃添加量を７重量％または２０
重量％とし、発熱体のＹ₂Ｏ₃添加量を３〜２５重量％
の範囲で変更して試料を作成した（試料Ｎｏ２７〜３
４）。それぞれの試料につき、上記（１）と同様の試験
を行ない、結果を表４に併記した。

【００３６】表４の結果より、全試料において、ガラス
溶出およびクラックの発生に対する効果が見られる。冷
熱試験では、上記試料Ｎｏ７に比べいずれも寿命サイク
ルが向上しているが、上述したように、市場での信頼性
を考慮すると、試料Ｎｏ２７、３１は１００００サイク
ルに満たず、やや寿命が短い。これは、支持体への添加
量に比べて発熱体の添加量がかなり少ない場合で、逆
に、大きな効果が見られるのは、支持体のＹ₂Ｏ₃添加
量が７重量％で、発熱体が５重量％以上、支持体のＹ₂
Ｏ₃添加量が２０重量％で、発熱体が１５重量％以上の
場合であるといえる。この関係を式で表すと、発熱体の
焼結助剤の添加総量をＸ重量％、支持体の焼結助剤の添
加総量をＹ重量％としたときに、式：Ｘ≧０．７×Ｙが
成り立つようにすると、寿命サイクルの向上に有効であ
るといえる。

【００３７】ここで、試料Ｎｏ２７、３１のように、支
持体の添加量に比べて発熱体の添加量がかなり少ない場
合には、支持体と発熱体の焼成条件のずれが大きくな
る。従って、支持体に最良の焼成条件となるように焼結
すると、発熱体は焼結不足になるものと考えられる。一
方、発熱体が最良の焼成条件となるようにすると、支持
体は過焼結状態となり、Ｓｉ₃Ｎ₄が粒成長しすぎるた
め、強度が低下してクラックが発生する。よって、上述
した３〜２５重量％の範囲内で、上記式が成立するよう
にそれぞれの添加量を決めるのがよい。

【００３８】（５）なお、上記実施例では導電性セラミ
ックとして、ＭｏＳｉ₂の場合について述べたが、導電
性セラミックを他の金属の炭化物、窒化物、ホウ化物と
してもよく、同様の効果が得られる。これを確認するた
め、表５に示すように、導電性セラミックをＷＣ、Ｔａ
Ｃ、ＴｉＮ、ＺｒＢ₂に変更し、それぞれについて、焼
結助剤の添加量を上記試料Ｎｏ３（Ｙ₂Ｏ₃：１０重量
％）、試料Ｎｏ７（Ｙ₂Ｏ₃：７重量％、Ａｌ₂Ｏ₃：
３重量％）と同じにした２種類の試料を作成して（試料
Ｎｏ３５〜４２）、上記（１）と同様の試験を行なっ
た。結果を表５に併記する。表に明らかなように、導電
性セラミックの種類を変更した場合においても、Ｙ₂Ｏ
₃添加量を本発明の範囲とすることで、抵抗値変化が小
さく、ガラス溶出がなく、耐熱衝撃性のよいセラミック
ヒータが得られる。

【００３９】

【表１】

【００４０】

【表２】

【００４１】

【表３】

【００４２】

【表４】

【００４３】

【表５】

【００４４】

【発明の効果】このように、本発明のセラミックヒータ
は、高温で使用しても抵抗値の変化が小さく、ガラスの
溶出も見られない。しかも耐熱衝撃性に優れ、クラック
の発生を防止することができる。従って、グロープラグ
等に適用されてその信頼性を大きく向上することがで
き、工業的利用価値が大きい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示すセラミックヒータの断
面図である。

【図２】本発明のセラミックヒータを適用したディーゼ
ルエンジンのグロープラグの全体断面図である。

【符号の説明】

１セラミックヒータ２発熱体３支持体４、５電極線

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者山田勝則愛知県愛知郡長久手町大字長湫字横道41番地の１株式会社豊田中央研究所内 (72)発明者神谷信雄愛知県愛知郡長久手町大字長湫字横道41番地の１株式会社豊田中央研究所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】電気絶縁性の支持体と、その先端部に一
体に形成される導電性の発熱体を備え、上記支持体およ
び上記発熱体はいずれも導電性セラミックと絶縁性セラ
ミックの混合焼結体よりなり、上記支持体は、導電性セ
ラミック粒子がこれを包む絶縁性セラミック粒子により
互いに分断されることにより絶縁性を示し、上記発熱体
は、互いに連続する導電性セラミック粒子で絶縁性セラ
ミック粒子を包むことにより導電性を示すセラミックヒ
ータにおいて、上記支持体および発熱体に、焼結助剤と
して希土類元素の酸化物を１種以上添加するとともに、
その添加総量が導電性セラミックと絶縁性セラミックの
総量に対して３〜２５重量％となるようにしたことを特
徴とするセラミックヒータ。
【請求項２】上記発熱体の焼結助剤の添加総量をＸ重
量％、上記支持体の焼結助剤の添加総量をＹ重量％とし
たときに、Ｘ、Ｙが式：Ｘ≧０．７×Ｙを満足するよう
にしたことを特徴とする請求項１記載のセラミックヒー
タ。
【請求項３】上記絶縁性セラミックが窒化珪素であ
り、上記導電性セラミックが金属の炭化物、珪化物、窒
化物、またはホウ化物より選ばれる少なくとも１種であ
ることを特徴とする請求項１ないし２記載のセラミック
ヒータ。