JPH10205753A - セラミックグロープラグ - Google Patents

セラミックグロープラグ

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JPH10205753A
JPH10205753A JP9300057A JP30005797A JPH10205753A JP H10205753 A JPH10205753 A JP H10205753A JP 9300057 A JP9300057 A JP 9300057A JP 30005797 A JP30005797 A JP 30005797A JP H10205753 A JPH10205753 A JP H10205753A
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ceramic
wire
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wires
glow plug
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Takanori Mizuno
隆徳 水野
Katsuhiko Tanaka
克彦 田中
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NGK Spark Plug Co Ltd
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    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23QIGNITION; EXTINGUISHING-DEVICES
    • F23Q7/00Incandescent ignition; Igniters using electrically-produced heat, e.g. lighters for cigarettes; Electrically-heated glowing plugs
    • F23Q7/001Glowing plugs for internal-combustion engines
    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05BELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B3/00Ohmic-resistance heating
    • H05B3/40Heating elements having the shape of rods or tubes
    • H05B3/42Heating elements having the shape of rods or tubes non-flexible
    • H05B3/48Heating elements having the shape of rods or tubes non-flexible heating conductor embedded in insulating material
    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05BELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B2203/00Aspects relating to Ohmic resistive heating covered by group H05B3/00
    • H05B2203/027Heaters specially adapted for glow plug igniters

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 酸化腐蝕させることなく、W製の取出しリー
ド線の露出面を外部接続線へ確実に電気接続でき、且
つ、使用時の抵抗値変化が少ない、耐久性に優れたグロ
ープラグの提供。 【解決手段】 グロープラグAは、金属外筒1と、後部
11を保持部21が保持する筒状主体金具2と、W製の
取出しリード線33、34の一端を発熱抵抗体32の端
部に連結してなるヒータ本体をセラミック粉末中に埋設
してホットプレス焼結させ、金属外筒1内に嵌着される
セラミック発熱体3と、筒状主体金具2の後端側に絶縁
して挿着される端子電極4と、焼結体表面に露出させた
取出しリード線33、34の各露出面に高純度銀ろうを
用いて一端をろう付けし、他端を筒状主体金具2、端子
電極4に電気接続したリードコイル51、52とを備え
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、ディーゼルエンジ
ンに装着して使用するセラミックグロープラグに関す
る。
【0002】
【従来の技術】セラミックグロープラグは、通常、金属
外筒と、内方に延出する保持部を先端に形成し、金属外
筒の後部を保持部が保持する筒状主体金具と、セラミッ
クヒータと、筒状主体金具の後端側に絶縁して挿着され
る端子電極と、焼結体表面に露出する取出しリード線
(W製)の各露出面に一端をろう付けし、他端を主体金
具または端子電極に接続した一組の外部接続線とを備え
ている。
【0003】そして、このセラミックグロープラグは、
従来より、以下{〜}に示す製造工程を経て製造さ
れる。 W製の取出しリード線のセラミック基体表面から露出
した各一端を発熱材の各端部に連結してなるヒータ本体
を、Si3 4 等のセラミック粉末中に埋設し、これを
ホットプレス焼結させてセラミックヒータを製造する。 一組の取出しリード線のセラミック基体表面から露出
した各露出面に外部接続線の一端をろう付けした後、金
属外筒に嵌め込み固着する。 この組付体を筒状主体金具内に嵌め込み、金属外筒の
後部を保持部の内壁にろう付けする。 インシュレータおよびナットにより、端子電極を主体
金具に固定する。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上記製造工程
を経て製造したセラミックグロープラグは、以下の不具
合を有する。ろう付けの際、ろう付け温度(800℃〜
1100℃)により、セラミック基体表面から露出して
いる部分の取出しリード線が酸化腐蝕する場合がある。
この場合、セラミックグロープラグの使用時に、W製の
取出しリード線の腐蝕が早く進行する。また、初期抵抗
値のバラツキや、通常使用時の抵抗値変化が大きい。
【0005】本発明の目的は、酸化腐蝕させることな
く、W製の取出しリード線の露出面を外部接続線へ確実
に電気接続でき、且つ、使用時の抵抗値変化が少ない、
耐久性に優れたグロープラグの提供にある。
【0006】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明は、以下の構成を採用した。 (1)セラミックグロープラグは、WまたはW合金で形
成した一組の取出しリード線の各一端を発熱抵抗体の端
部に連結してなるヒータ本体をセラミック基体中に有
し、各他端をセラミック基体表面に露出させた前記取出
しリード線の各露出面に高純度銀ろうを用いて一端をろ
う付けし、他端を主体金具または端子電極に電気接続し
た一組の外部接続線とを有する。
【0007】(2)セラミックグロープラグは、金属外
筒と、内方に延出する保持部を先端側に形成し、前記金
属外筒を前記保持部が保持する筒状主体金具と、Wまた
はW合金で形成した一組の取出しリード線の各一端を発
熱抵抗体の端部に連結してなるヒータ本体をセラミック
基体中に有し、この取出しリード線の各他端をセラミッ
ク基体表面に露出させ、前記金属外筒内に嵌着されるセ
ラミックヒータと、前記筒状主体金具の後端側に絶縁し
て挿着される端子電極と、セラミック基体表面に露出さ
せた前記取出しリード線の各露出面に高純度銀ろうを用
いて一端をろう付けし、他端を前記筒状主体金具または
端子電極に電気接続した一組の外部接続線とを備える。
【0008】(3)セラミックグロープラグは、金属外
筒と、内方に延出する保持部を先端側に形成し、前記金
属外筒の後部を前記保持部が保持する筒状主体金具と、
WまたはW合金で形成した一組の取出しリード線の各一
端を発熱抵抗体の端部に連結してなるヒータ本体をセラ
ミック基体中に有し、セラミック基体表面の後部および
中部に前記取出しリード線の各他端を露出させ、且つこ
の露出面が前記金属外筒によって覆われない様に前記金
属外筒内に嵌着されるセラミックヒータと、前記筒状主
体金具の後端側に絶縁して挿着される端子電極と、セラ
ミック基体表面の後部に露出する前記取出しリード線の
露出面に高純度銀ろうを用いて一端をろう付けし他端を
前記端子電極に電気接続した外部接続線と、セラミック
基体表面の中部に露出する前記取出しリード線の露出面
に、前記高純度銀ろうよりも銀純度の高い銀ろうを用い
て一端をろう付けし他端を前記主体金具に電気接続した
純Ni線とを備える。
【0009】(4)セラミックグロープラグは、(1) 〜
(3) のいずれかに記載の構成を有し、前記高純度銀ろう
は、銀含有量が80wt%以上である。
【0010】(5)セラミックグロープラグは、(1) 〜
(4) のいずれかに記載の構成を有し、前記外部接続線
は、純Ni線、Ni合金線、又はNi被覆線である。
【0011】
【作用および発明の効果】
(請求項1について)セラミック基体表面に露出させた
取出しリード線の各露出面に高純度銀ろうを用いて外部
接続線の一端をろう付けしている。このため、銀ろう付
けの際に、銀以外(銅等)のろう材成分に起因した、取
出しリード線の酸化腐蝕を防止でき、タングステン製の
取出しリード線と外部接続線との電気接続を確実に行え
る。よって、初期抵抗値のバラツキや、エンジンにおけ
る使用条件の様な冷熱繰り返しによる抵抗値変化が少な
く、セラミックグロープラグは耐久性に優れる。
【0012】(請求項2について)セラミック基体表面
に露出させた取出しリード線の各露出面に高純度銀ろう
を用いて外部接続線の一端をろう付けしている。このた
め、銀ろう付けの際に、銀以外(銅等)のろう材成分に
起因した、取出しリード線の酸化腐蝕を防止でき、タン
グステン製の取出しリード線と外部接続線との電気接続
を確実に行える。よって、端子電極- 主体金具間の、初
期抵抗値のバラツキや、エンジンにおける使用条件の様
な冷熱繰り返しによる抵抗値変化が少なく、セラミック
グロープラグは耐久性に優れる。
【0013】(請求項3について)セラミック基体表面
の中部に露出する取出しリード線の露出面に、後部に露
出する取出しリード線の電気接続の為に用いた高純度銀
ろうよりも銀純度の高い銀ろうを用いて純Ni線の一端
をろう付けし、純Ni線の他端を主体金具に電気接続し
ている。エンジンにおける使用条件では、発熱抵抗体に
近いセラミック基体表面の中部の方が後部よりも温度が
高くなる。従って、この部分に銀純度の高い銀ろうを使
用すれば経済的に優れる。また、純Ni線を使用するこ
とで、ろう流れ性が良く、電気接続を確実に行なえると
ともに、セラミックグロープラグの耐久性に優れる。
【0014】(請求項4について)銀含有量が80wt
%以上の高純度銀ろうを使用すれば、銀ろう付けの際
に、銀以外(銅等)のろう材成分に起因した、取出しリ
ード線の酸化腐蝕を防止でき、タングステン製の取出し
リード線と、外部接続線(純Ni線を含む)との電気接
続を確実に行える。よって、初期抵抗値のバラツキや、
エンジンにおける使用条件の様な冷熱繰り返しによる抵
抗値変化が少なく、セラミックグロープラグは耐久性に
優れる。
【0015】(請求項5について)高純度銀ろうの銀含
有率を高くする程、酸化腐蝕が発生し難い。しかし、銀
含有率が高くなると、銀ろう付けの際にろう流れ性が悪
くなる傾向にある。従って、銀ろうが流れていない部分
における耐酸化腐蝕性を確保する必要がある。そこで、
エンジンにおける使用時の到達温度を考慮すると、外部
接続線を純Ni線、Ni合金線、またはNi被覆線とす
ることが望ましい。
【0016】
【発明の実施の形態】本発明の第1実施例(請求項1〜
5に対応)を、図1〜図3に基づいて説明する。グロー
プラグAは、金属外筒1と、該金属外筒1の後部11
を、先端の保持部21が保持する筒状主体金具2と、金
属外筒1内に嵌挿されるセラミック発熱体3と、筒状主
体金具2に絶縁して挿着される端子電極4とを備える。
【0017】金属外筒1(肉厚0.6mm)は、耐熱金
属で形成され、後部11が、保持部21の内壁211に
銀ろう付けされている。筒状主体金具2(炭素鋼製)
は、内方に延出する保持部21を先端に形成し、レンチ
嵌合用の六角部22を後端に形成し、ディーゼルエンジ
ンの燃焼室に螺着するためのねじ23を中間に形成して
いる。
【0018】セラミック発熱体3は、後述する方法で製
造され、セラミック基体31中に取出しリード線33、
34およびU字状の発熱抵抗体32を埋設している。
尚、発熱抵抗体32の表面からセラミック基体31表面
迄の距離が0.3mm以上となる様に、発熱抵抗体32
をセラミック基体31中に埋設しているので、使用中に
発熱抵抗体32が高温(800℃〜1500℃)になっ
ても発熱抵抗体32の酸化が防止できるとともに、機械
的強度を高く保持できる。
【0019】取出しリード線33、34は、直径0.3
mmのW(タングステン製)線であり、一端331、3
41を発熱抵抗体32の端部321、322に連結し、
他端332、342をセラミック基体31の中間および
後部でセラミック表面に露出させている。
【0020】取出しリード線33の他端332は、純銀
ろうによってコイル状のリードコイル(外部接続線)5
1(純Ni線)に電気接続され、金属外筒1を介して筒
状主体金具2に電気接続されている。また、取出しリー
ド線34の他端342は、85%銀ろうによって、外部
接続線であるコイル状のリードコイル52、53(耐熱
Ni合金線)に電気接続され、更に端子電極4に電気接
続されている。
【0021】ねじ41が形成される端子電極4は、イン
シュレータ61およびナット62により筒状主体金具2
に絶縁して固定される。また、63は給電金具(図示せ
ず)を端子電極4に固定するためのナットである。
【0022】尚、ガスタービンの様に、筒状主体金具2
の先端でエンジンに当接しない機種に使用されるセラミ
ックグロープラグの場合には、上述のリードコイル(外
部接続線)51、52、53は全て純Ni線であること
が望ましく、取出しリード線33、34の他端332、
342に電気接続するために使用する銀ろうよりも銀純
度が高い銀ろうであることが望ましい。
【0023】つぎに、セラミック発熱体3の製造方法を
説明する。W(タングステン)線を所定長に切断して所
定形状に成形する。まず、発熱抵抗体の原料を調整す
る。当該発熱抵抗体の原料は、WC58.4wt%と、
絶縁性セラミック(Si34 89重量部、Er2 3
8重量部、V2 3 1重量部、およびWO3 2重量部)
41.6wt%からなる。これに分散剤と溶剤を添加し
て、粉砕・乾燥した後、有機バインダーを加えて造粒物
を製造する。
【0024】W製の取出しリード線33、34(および
何も被覆させない取出しリード線)の一端331、34
1と連結するように上記造粒物を射出成型すると、U字
形状の未焼成の発熱抵抗体32が形成されるとともに、
一体化された未焼成のヒータ本体300が完成する(図
3参照)。
【0025】次に、セラミック粉末を調整する。当該セ
ラミック粉末の原料は、MoSi2 3.5wt%と、絶
縁性セラミック(Si3 4 89重量部、Er2 3
重量部、V2 3 1重量部、およびWO 3 2重量部)9
6.5wt%からなる。これら成分のうち、先ず、Mo
Si2 、Er2 3 、V2 3 、およびWO3に分散剤
と水を添加して粉砕した後、上記Si3 4 を加えて再
度粉砕し、有機バインダーを加えて造粒物を製造する。
このセラミック粉末で半割プレス体を作る。この半割プ
レス体に未焼成のヒータ本体300を載置し、その上に
上記セラミック粉末を充填してプレス体を成形する。
【0026】このプレス成形体をカーボン型にセットし
て、N2 ガス雰囲気中、1750℃で、圧力200kg
/cm2 を加えながらホットプレスし、半球先端部を有
する略丸棒状にホットプレス焼結する。
【0027】このセラミック焼結体の外表面を研磨し
て、円柱状の所定寸法に仕上げるとともに、取出しリー
ド線33、34の他端332、342をセラミック基体
31の表面に露出させる。これにより、セラミック発熱
体3が完成する。
【0028】このセラミック発熱体3は、金属外筒1に
保持する部位と、リードコイル(外部接続線)51、5
2とを接続する外周(但し、取出しリード線33、34
の露出部分は除く)とにガラス層が焼き付け形成され
る。
【0029】つぎに、セラミック発熱体3を金属外筒1
に嵌め込む。取出しリード線33、34の他端332、
342(露出面)に、後述する高純度銀ろう(80%銀
ろう、純銀ろう)を用いて後述するリードコイル(外部
接続線)51、52を銀ろう付けする。
【0030】そして、このセラミック発熱体3の組立体
を筒状主体金具2内に挿入し、金属外筒1の後部11を
主体金具2の保持部21の内壁211に銀ろう付けす
る。更に、インシュレータ61およびナット62によっ
て端子電極4が主体金具2に固定され、グロープラグA
が完成する。
【0031】つぎに、ろう流れ性試験について説明する
(表1参照)。取出しリード線33、34に純W線を使
用し、リードコイル(外部接続線)51、52に、耐熱
Ni合金線(Si1.5重量%、Mn2.0重量%、C
r1.5重量%、残Ni)、Ni鍍金(3μm)した耐
熱Ni合金線、または純Ni線を使用し、980℃、1
100℃のろう付け温度で、純銀ろう、85wt%銀ろ
う、80wt%銀ろう、72wt%銀ろう(BAg-
8)、又は50wt%銀ろうを使用して、ろう流れ性を
試験した。
【0032】純銀ろうを使用する場合、リードコイル
(外部接続線)51、52が耐熱Ni合金線であると、
表面に純銀ろうを弾く成分が析出され、ろう流れ性に劣
るので、リードコイル51、52に、Ni鍍金した耐熱
Ni合金線または純Ni線を使用する必要がある。ろう
流れ性は、ろうが全体に流れている(最良)のものを
“◎”、ろうが大凡全体に流れている(良好)ものを
“〇”、ろうが流れない(不可)ものを“×”とした。
【0033】表1に示すデータより、純銀ろうを使用す
る場合には、リードコイル(外部接続線)51、52
を、Ni鍍金(3μm)した耐熱Ni合金線、または純
Ni線を使用することが望ましい。尚、耐熱Ni合金線
において、純銀ろうのろう流れ性が良くないのは、耐熱
Ni合金線に含まれるCrが銀をはじく性質を有するも
のと考えられる。又、Niメッキした耐熱Ni合金線
は、メッキムラや熱によるハガレを生じる場合があるた
め純Ni線に比べてろう流れ性は良くない。
【0034】
【表1】
【0035】つぎに、通電酸化腐蝕試験について説明す
る(表2参照)。リードコイル(外部接続線)51、5
2に純Ni線を使用し、純Wの取出しリード線33、3
4{ (-)側、(+) 側}とのろう付けに、純銀ろう、85
wt%銀ろう、80wt%銀ろう、72wt%銀ろう
(BAg- 8)、または50wt%銀ろうを使用して、
各5本づつ試験し、通電酸化腐蝕性および抵抗値変化を
調べた。
【0036】6V印加×60秒- 水急冷を1サイクルと
し、10サイクル実施 試験前の抵抗値(設計値は700mΩ)に対し、10サ
イクル実施後において、抵抗値の変動が+1.5%以下
のものを“〇”、+1.0%以下のものを“◎”、10
サイクル前に+1.5%を越えるものを“×”とした。
表2に示すデータより、通電酸化腐蝕性に優れ、且つ抵
抗値変化が少ない銀ろうの種類は、80wt%以上銀を
含有する銀ろうが適していることが判明した。
【0037】
【表2】
【0038】つぎに、ろう付けの総合試験の結果につい
て説明する(表3参照)。取出しリード線33、34に
純W線を使用し、リードコイル(外部接続線)51、5
2材に、耐熱Ni合金線、Ni鍍金(3μm)した耐熱
Ni合金線、および純Ni線を使用し、純銀ろう、85
wt%銀ろう、80wt%銀ろう、72wt%銀ろう
(BAg- 8)、または50wt%銀ろうを使用し、各
リードコイル材とろう材の適合性を評価した。尚、ろう
付け温度は980℃、ろう付けはN2ガス雰囲気で行っ
た。
【0039】ろう流れ性の評価は、取出しリード線3
3、34側およびリードコイル51、52側でチェック
し、ろうが全体に流れているもの(最良)を“◎”、ろ
うが大凡全体に流れているもの(良好)を“〇”、ろう
が流れないもの(不可)を“×”とした。純Wの取出し
リード線33、34の通電酸化腐蝕試験の評価について
は、試験前の抵抗値(設計値は700mΩ)に対し、1
0サイクル(6V印加×60秒-水急冷を1サイクル)
実施後において、抵抗値の変動が+1.5%以下のもの
を“〇”、+1.0%以下のものを“◎”、10サイク
ル前に+1.5%を越えるか断線したものを“×”とし
た。
【0040】総合判定の評価は、ろう流れ性および通電
酸化腐蝕試験で“◎”が2つ以上のものを“最良(◎
印)“とし、“〇”が2つ以上のものを“良好(〇
印)”とし、“×”が一つでもあるものを“不可(×
印)”とした。表3の太枠内のものが良好である。ただ
し、リードコイル材がNi合金線でロウ材が純銀ろうの
場合にはろう流れ性が“×”であるが、抵抗値変化が小
さく、リードコイル材の酸化腐蝕は進行し難い。従っ
て、この場合については、“×”が一つであるが、総合
判定の評価としては“△”とした。
【0041】
【表3】
【0042】本発明は、上記実施例以外に、つぎの実施
態様を含む。 a.発熱抵抗体は、上記実施例(WCとSi3 4 との
混和物)の様な非金属発熱素子以外に、金属発熱コイル
(W- Re線やW線など)であっても良い。
【0043】b.取出しリード線は、上記実施例(純
W)以外に、W- Si合金線やW- Ni合金線などのW
合金でも良い。 c.セラミックは、Si3 4 以外に、サイアロンやA
lNなどでも良い。 d.Ni被覆線は、Ni合金にNiメッキしたものを用
いたが、Fe、Fe合金にNi被覆したものであっても
良い。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施例に係るグロープラグの断面
図である。
【図2】そのグロープラグの要部拡大断面図である。
【図3】完成したヒータ本体の説明図である。
【符号の説明】
A グロープラグ(セラミックグロープラグ) 1 金属外筒 2 筒状主体金具 3 セラミック発熱体(セラミックヒータ) 4 端子電極 21 保持部 31 セラミック基体 32 発熱抵抗体 33、34 取出しリード線 51 リードコイル(外部接続線) 52 リードコイル(外部接続線) 300 ヒータ本体 321、322 端部 331、341 一端 332、342 他端

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 WまたはW合金で形成した一組の取出し
    リード線の各一端を発熱抵抗体の端部に連結してなるヒ
    ータ本体をセラミック基体中に有し、 各他端をセラミック基体表面に露出させた前記取出しリ
    ード線の各露出面に高純度銀ろうを用いて一端をろう付
    けし、他端を主体金具または端子電極に電気接続した一
    組の外部接続線とを有するセラミックグロープラグ。
  2. 【請求項2】 金属外筒と、 内方に延出する保持部を先端側に形成し、前記金属外筒
    を前記保持部が保持する筒状主体金具と、 WまたはW合金で形成した一組の取出しリード線の各一
    端を発熱抵抗体の端部に連結してなるヒータ本体をセラ
    ミック基体中に有し、この取出しリード線の各他端をセ
    ラミック基体表面に露出させ、前記金属外筒内に嵌着さ
    れるセラミックヒータと、 前記筒状主体金具の後端側に絶縁して挿着される端子電
    極と、 セラミック基体表面に露出させた前記取出しリード線の
    各露出面に高純度銀ろうを用いて一端をろう付けし、他
    端を前記筒状主体金具または端子電極に電気接続した一
    組の外部接続線とを備えたセラミックグロープラグ。
  3. 【請求項3】 金属外筒と、 内方に延出する保持部を先端側に形成し、前記金属外筒
    の後部を前記保持部が保持する筒状主体金具と、 WまたはW合金で形成した一組の取出しリード線の各一
    端を発熱抵抗体の端部に連結してなるヒータ本体をセラ
    ミック基体中に有し、セラミック基体表面の後部および
    中部に前記取出しリード線の各他端を露出させ、且つこ
    の露出面が前記金属外筒によって覆われない様に前記金
    属外筒内に嵌着されるセラミックヒータと、 前記筒状主体金具の後端側に絶縁して挿着される端子電
    極と、 セラミック基体表面の後部に露出する前記取出しリード
    線の露出面に高純度銀ろうを用いて一端をろう付けし他
    端を前記端子電極に電気接続した外部接続線と、 セラミック基体表面の中部に露出する前記取出しリード
    線の露出面に、前記高純度銀ろうよりも銀純度の高い銀
    ろうを用いて一端をろう付けし他端を前記主体金具に電
    気接続した純Ni線とを備えたセラミックグロープラ
    グ。
  4. 【請求項4】 前記高純度銀ろうは、銀含有量が80w
    t%以上である請求項1乃至請求項3記載のセラミック
    グロープラグ。
  5. 【請求項5】 前記外部接続線は、純Ni線、Ni合金
    線、又はNi被覆線である請求項1乃至請求項4記載の
    いずれかに記載のセラミックグロープラグ。
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