JPS6029518A - グロ−プラグ用ヒ−タ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は、セラミックスで形成された発熱部と、この発
熱部に接続された金属製のリード部とを備えてなるグロ
ープラグ用ヒータに関する。

〔発明の背景〕

導電性セラミックヒータ端子部に金属リード線を接合す
る方法としては、例えば銅−マンガン合金箔のようなイ
ンサート材を接合部に入れて加圧加熱する方法がおる。

しかしこの接合法は接着力が小さく、その為グロープラ
グ用ヒータにこの技術を利用すると、グロープラグ内部
にヒータを組み込む時点で接合部が剥離するという難点
がある。

一方、グローブジグ用ヒータには、ヒータ先端部（露出
部分）の温度を最高１０００ｔ：’で使用するので、接
合部（グロープラグ内部に密閉）は５０００以上に高温
化する。前記の合金箔は耐熱温度限界が約８００Ｃであ
るものの、高温化で金蝿やセラミックス中に合金箔成分
が拡散して消失してしまう恐れがある。従って接合部の
強度が著しく低下する。

〔発明の目的〕

本発明は発熱部にセラミックスを適用してもサード部と
の接合強度が著しく優れたグロープラグ用ヒータを提供
するにある。

〔発明の概要〕

本発明のグロープラグ用ヒータの特徴はセラミックスで
形成された発熱部に金属リードを化学的に直接接合した
点にある。

〔発明の実施例〕

グロープラグは、ディーゼルエンジンの燃焼室内に取シ
つけ、エンジン始動時に赤熱して燃料着火を補助する目
的で使用される。

そのため現在市販されているグローブ２グ用ヒータは主
にＷヒータが用いられる。しかしＷヒータは、燃料に直
接ふれると酸化及び腐食して消耗するので一般に絶縁物
（例えば８１ｓＮ４）に埋込んで用いられる。

本発明の一実施例に用いるグロープラグ用ヒータは、耐
酸化性、耐蝕性及び熱衝撃性に優れた炭化ケイ素（Ｓｔ
Ｃ）−硼化ジルコニウム（ＺｒＢ２）系セラミックヒー
タ材であシ、燃焼室内に露出した状態でも使用できる特
徴がある。従って速熱形グロープラグ用ヒータとして有
望である。

所で５ｉＣ−ＺｒＢ２系セラミックヒータ材をグロープ
ラグ用ヒータに適用するに際しては、セラミックヒータ
端子とグロープラグ電極端子とを電気的に接続するだめ
のセラミックと金属との接合技術が必要となる。

本実施例の要点はセラミックヒータ端子に金属リード線
（Ｎｉ線或いはＮｉ基合金線）を直接接合したことにあ
る。これによって金属リード線の端子をグロープラグ電
極端子にろう付けによって容易に接合できる。

セラミックヒータ端子に金属リード線を直接接合する方
法は、セラミックヒータ端子と金属リード線の接合部を
所定圧力（０，５〜２Ｋｇ／ｄ）で加圧しながら接合部
を所定温度（９００〜１０００ｔ：’）に加熱昇温し、
所定温度に達した時点で加熱を中止して接合部を自然放
冷して接合を完成するものである。接合はＮ１の酸化を
防止するため、不活性ガス中で行なう。この方法は、従
来のＣＬＩ−Ｍｎ合金箔をインサート材とする接合法（
従来技術で説明）に比べて接合部強さが大きい。（第３
図参照。尚第３図は接合温度と剥離強さとの関係を示し
、Ｑ）印は本発明の如き直接接合法を、・印はＣｕ　−
Ｍ　ｎ合金箔溶着法（比較例）を示す。）また接合部の
温度に対する抵抗変化が小さい（第４図参照：８００Ｃ
１５時間の連続使用において１．０チ以下。尚、第４図
は接合部の加熱時間と抵抗変化率との関係を示し、○印
は本発明の如き直接接合法を、・印はＣＯ−Ｍｒｌ溶着
法を示す。）従って接合部の温度を８００Ｃに昇温しで
もヒータ回路の抵抗は、ヒータの抵抗温度係数に応じた
変化をすることになるので、抵抗変化による温度制御が
容易になる。（別な接合法として、ヒータエレメントの
端子に金属化ペーストを塗布・焼付けて金属化面を形成
し、金属をろう付けする方法があるが、接合工程が煩雑
で接合力も弱い）。本実施例による接合部の接合機構は
、ＮｉとＳｉＣ＝ＺｒＢｇ系セラミックスを接触させ、
外部から両者を所定圧力で加圧しながら接触部を９５０
ｔ：’以上の温度に加熱すると、接触界面においてＳｉ
Ｃ及びＺｒ１ｈとＮｉの反応が起こる。この反応に伴っ
てＮｉ、Ｂｔ及びｚｒが相互拡散し、接触界面に反応層
を形成する。反応生成物は、ＮｉにＳｉ及びＺｒの一部
が固溶した固相並びにＮ輸Ｓｉ２及びＮｉＺｒ等の金属
間化合物からなる。従ってＮｉは反応層を伴ってＳｊ　
Ｃ−ＺｒＢｍ系セラミックスと強固に接合する。

第５図に接合温度９５０Ｃ１加圧力１縁／−の条件で５
ｉｃ−ＺｒＢ、系セラミックヒータエレメントにＮ　ｉ
　＋）−ド線を接合した接合部断面の組織写真を示す。

写真で白味がかつて見える上層は１１Ｊｉを示し、黒味
がかつて見える下層は５ｔＣ−ＺｒＢ、を示す。中間層
は化学反応層である。尚、この写真の倍率は１００倍で
ある。反応層の厚さは約０．１■であ桓、第３図に示し
たように室温剥離強さは９５０Ｃで接合したものが最も
大きく８Ｋｇ／ｃｒＡを示した。

実施例１ 第１図はグロープラグ用ヒータ及び第２図はディーゼル
エンジン用グロープラグの構造を示す。

ヒータエレメント１のｗ造ｉｔ、、ヒータエレメント１
の中央部にＡｔＮの絶縁層２を設けてヒータ回路がＵ字
形になるよう構成されている。

ヒータエレメントの作成方法は、ＳｔＣ−ＺｒＢｇ系セ
ラミック成形体（ヒータ部）の間にＡｔＮセラミック成
形体を挿入して積層し、これをホットプレスで焼結して
機械加工で仕上げたものである。

本実施例によるヒータエレメントとＮｉリード線の接合
方法は、ヒータエレメント１のヒータ端子部３及び４の
上面と下面の各々に板状のＮ　ｉ　ＩＪ−ド線５を置き
、接合部を１縁／−の応力で加圧しながらアルゴンガス
雰囲中で接合部を９５０Ｃの温度に加熱し、９５０ｔ：
’の温度に達した時点で加熱を中止して接合部を自然放
冷する方法で行った。

本実施例による接合法とＣｕ−Ｍｎ合金箔をインサート
材として接合した接合法（Ｃｕ　−Ｍ　ｎ溶着法）の接
合温度と接合部の剥離強さの関係を第３図に示す。

本発明による接合部の剥離強さは、Ｃｕ−Ｍｎ溶着法に
比べて約１．６倍大きい。また本実施例による接合部の
温度に対する抵抗変化率は第４図に示すように、８００
Ｃ，１５時間の連続加熱においてその値は１チ以下であ
、９Ｃｕ−Ｍｎ溶着法に比べて著しく小さい。

Ｎｉリード線をグロープラグ電極端子に接合する方法は
、ヒータ端子部に接合し九Ｎ　ｉ　＋）−ド線の他端に
新たに金属リード線（Ｎｉ又はＣｕ）６をろう付は又は
溶接によって接合する。この接合は、金属同志の接合で
あるので容易に接合できる。

実施例２ セラミックヒータ材としては、５ｉＣ−ＺｒＢｌＩ系セ
ラミックスの他に酸化アルミニウム（ＡｔｉＯｓ）Ｚ　
ｒ　Ｂ　ｚ　系セラミックスもグロープラグ用ヒータ材
として適用できる。

グロープラグ用ヒータエレメントは、実施例１と同じ手
法で作成できる。またヒータエレメントのヒータ端子部
と金属リード線との接合は、Ｃｕ又はＨ４の金属リード
線を用いて、実施例１と同じ接合条件でヒータエレメン
トのヒータ端子部に直接に接合できる。

〔発明の効果〕

本発明によるグロープラグ用ヒータは、耐熱性及び耐酸
化性に優れ、ヒータエレメントと金属リード線の接合部
は高い接合強さを有し、かつ接合部は８００Ｃの温度ま
で十分耐えるのでグロープラグの信頼性が犬である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例になるグロープラグ用ヒータ
の構造を示す斜視図、第２図は、本発明の一実施例にな
るグロープラグ用ヒータを内蔵したグロープラグの内部
構造を示す断面図、第３図は、ヒータ端子部とリード部
との接合強度を示す特性図、第４図は、ヒータ端子部と
リード部との抵抗特性図、第５図は、５ｉｃ−ＺｒＢｌ
系セラミ（Ｑ） ツクヒータ端子部にＮ　ｉ　リード線を接合した接合部
断面の反応層の顕微鏡組織写真である。 １・・・ヒータエレメント、２・・・絶縁層、３，４・
・・ヒ（１０） 菓２７ 浮舎濫度（Ｃ） 第４７ 軍Ｓ図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、セラミックスで形成された発熱部と、該発熱部に接
   続された金属製のリード部とを備えてなるグロープラグ
   用ヒータにおいて、前記セラミックスと前記金属とが化
   学的に直接接合していることを特徴とするグロープラグ
   用ヒータ。 ２、特許請求の範囲第１項記載のグローブ２グ用ヒータ
   において、前記セラミックスは炭化ケイ素、硼化ジルコ
   ニウム、及び焼結助剤を含むことを特徴とするグロープ
   ラグ用ヒータ。 ３、％許請求の範囲第１項記載のグロープラグ用ヒータ
   において、前記金属がニッケル或いはニッケル基合金で
   あることを特徴とするグロープラグ用ヒータ。 ４、特許請求の範囲第２項記載のグロープラグ用ヒータ
   において、前記焼結助剤は酸化アルミニウムであシ、炭
   化ケイ素と硼化ジルコニウムの全重量に対して１〜３重
   量％含むことを特徴とするグロープラグ用ヒータ。