WO2007108490A1

WO2007108490A1 - セラミックヒータ及びグロープラグ

Info

Publication number: WO2007108490A1
Application number: PCT/JP2007/055753
Authority: WO
Inventors: Hiroshi Nishihara; Masahiro Konishi
Original assignee: Ngk Spark Plug Co., Ltd.
Priority date: 2006-03-21
Filing date: 2007-03-20
Publication date: 2007-09-27
Also published as: EP1998596A4; EP1998596A1; JPWO2007108490A1; EP1998596B1; JP5123845B2; US20100213188A1

Abstract

　製造過程や使用過程で、発熱抵抗体と絶縁基体との界面で隙間が生じる等の不具合が起こりにくいセラミックヒータ及びこれを用いたグロープラグを提供すること。セラミックヒータ１１０は、軸線ＡＸ方向に延びる絶縁基体１１１と、これに埋設され、発熱部１１６、リード部１１７，１１７及びリード取出部１１８ａ，１１８ｂを有する発熱抵抗体１１５とを備える。そして、このセラミックヒータ１１０は、軸線ＡＸ方向に直交する断面において、最小仮想直線ｋｌ上における、一対のリード部１１７，１１７同士の最小間隙をａとし、一対のリード部１１７，１１７のそれぞれの寸法をｂ，ｃとしたときに、式　ａ≧０．１５（ｂ＋ｃ）を満たしてなる。

Description

明細書

セラミックヒータ及びグロ一プラグ

技術分野

[0001] 本発明は、グロ一プラグ等の着火源等に用いられるセラミックヒータ、及び、これを用いたグロ一プラグに関する。

背景技術

[0002] ディーゼルエンジンの予熱用に使用されるグロ一プラグは、近年、特に急速昇温可能なものの需要が増加している。例えば、 11Vの印加で 2〜3秒程度で 1000°Cに到達する程の昇温性能が求められている。このような要求を満たすために、例えば特許文献 1〜3では、導電性のセラミックである窒化珪素炭化タングステン複合焼結体により、先端部（発熱部）が高抵抗で、リード部が低抵抗な発熱抵抗体を形成している。

[0003] 特許文献 1 :特開 2002— 203665号公報

特許文献 2 :特開 2002— 220285号公報

特許文献 3 :特開 2002— 289327号公報

発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0004] し力しながら、例えば特許文献 2に記載されているように、低抵抗化のために炭化タングステンの含有量を増加させると、それに比例して窒化珪素炭化タングステン複合焼結体力なる発熱抵抗体の熱膨張係数も大きくなるため、窒化珪素セラミックからなる絶縁基体との熱膨張係数の差も大きくなる。このため、その製造過程や使用過程において、大きな熱応力を受けることとなり、発熱抵抗体と絶縁基体との界面で両者間に隙間が生じる等の不具合が生じやすくなる。

[0005] また、急速昇温を実現するために、発熱抵抗体は、先端の発熱部を細くし、リード部を太くする構造としている。それ故、径大化されたリード部では、製造過程や使用過程で掛カ、る熱応力も大きくなるため、発熱抵抗体と絶縁基体との界面で隙間が生じる等の不具合が生じやすい。また、リード部を導電性セラミックで構成するオールセラミックヒータでは、タングステンリード線を使用するヒータに比して、セラミックヒータの全長が長くなる傾向があるので、製造過程や使用過程で掛カる熱応力も大きくなりがちである。従って、オールセラミックヒータでは、上記の界面で隙間が生じる等の不具合が特に生じやすい。

[0006] 本発明は、力かる現状に鑑みてなされたものであって、製造過程や使用過程におレ、て発熱抵抗体と絶縁基体との界面で両者間に隙間が生じる等の不具合が起こりにくいセラミックヒータ及びこれを用いたグロ一プラグを提供することを目的とする。課題を解決するための手段

[0007] その解決手段は、軸線方向に延びる形態をなし、通電により自身の先端部が発熱するセラミックヒータであって、絶縁性のセラミックからなり、前記軸線方向に延びる形態をなす絶縁基体と、導電性のセラミックからなり、前記絶縁基体に坦設されてなる発熱抵抗体と、を備え、前記発熱抵抗体は、前記絶縁基体の先端部に埋設され、基端側から先端側に延び、方向転換した後、再び基端側に延びる形態をなし、通電により発熱する発熱部と、この発熱部の基端にぞれぞれ接続し、前記軸線方向の基端側に延びる形態をなす一対のリード部と、この一対のリード部にそれぞれ接続すると共に、径方向外側に延びて外部に露出してなる一対のリード取出部と、を含み、前記軸線方向に直交する前記セラミックヒータの断面のうち、前記リード部が存在する任意の断面において、この断面の中心を通る仮想直線のうち、この仮想直線に沿って測った一対の前記リード部同士の間隙 aが最小となる線分を含む仮想直線を最小仮想直線とし、この最小仮想直線上における一対の前記リード部のそれぞれの寸法を b , cとしたときに、式 a≥0. 15 (b + c)を満たしてなるセラミックヒータである。

[0008] 前述したように、絶縁性のセラミックと導電性のセラミックとでは、熱膨張係数が異なるため、セラミックヒータの製造過程や使用過程において熱応力が掛カ、ることにより、発熱抵抗体と絶縁基体との界面で両者間に隙間が生じる等の不具合が発生しやすレ、。このような不具合は、絶縁基体のうち一対のリード部間に挟まれた部分と、リード部との界面において、特に生じやすい。その理由は、リード部の熱膨張係数は、絶縁基体の熱膨張係数よりも大きいため、各リード部は、焼成後や使用後の温度が下がるときに絶縁基体よりも大きく縮む。そのとき、絶縁基体のうちリード部間に挟まれた部分は、リード部により両側に引っ張られることになり、他の部分よりも大きな応力が掛カるためと考えられる。

[0009] これに対し、本発明では、セラミックヒータの断面の中心を通る仮想直線のうち、この仮想直線に沿って測った一対のリード部同士の間隙 aが最小となる線分を含む仮想直線を最小仮想直線とし、この最小仮想直線上における一対のリード部のそれぞれの寸法を b, cとする。そして、この間隙 aを、式 a≥0. 15 (b + c)を満たすように大きくしている。リード部同士の間隙 aがこのような関係を満たすことにより、製造過程や使用過程で絶縁基体のうちリード部間に挟まれた部分に掛力^)応力が小さくなる。従つて、絶縁基体のうちリード部間に挟まれた部分と、リード部との界面において、従来よりも両者間に隙間が生じる等の不具合が起こりに《なる。

[0010] ここで、「一対のリード部」は、発熱部の基端にぞれぞれ接続し、軸線方向の基端側に延びる形態であればよいが、軸線方向に直交するセラミックヒータの断面において、セラミックヒータ（絶縁基体）の中心を含む直線に対して互いに対向する対称形とするのが好ましい。発生する応力が対称的になるので、セラミックヒータに変形等の歪みが生じに《なるからである。また、「一対のリード部」は、軸線方向に直交するセラミックヒータの断面において、上記最小仮想直線上における各リード部の寸法 b, cが、この最小仮想直線に直交する方向についての各リード部の寸法よりも小さくなる形状とするのが好ましい。リード部の軸線方向に直交する断面の具体的な形状としては、短径が上記寸法 b, cに相当する楕円形状や長円形状、弦が互いに対向するように配置した弓形形状などが挙げられる。

[0011] 「発熱抵抗体」は、導電性セラミックからなるものであればよぐ例えば導電成分と絶縁成分とから構成される導電性のセラミックが挙げられる。導電成分としては、 W、 Ta 、 Nb、 Ti、 Mo、 Zr、 Hf、 V、 Cr等から選ばれる 1種類以上の金属元素の珪化物、炭化物、窒化物等が挙げられる。また、絶縁成分としては、例えば窒化珪素が挙げられる。

また、「絶縁基体」は、絶縁性のセラミックからなるものであればよぐ例えば窒化珪素質焼結体が挙げられる。この窒化珪素質焼成体としては、窒化珪素のみからなるものでもよいし、窒化珪素を主成分とし、これに少量の窒化アルミニウム、アルミナ等が含有されるちのでちよレ、。

[0012] また、他の解決手段は、軸線方向に延びる円柱状をなし、通電により自身の先端部が発熱するセラミックヒータであって、絶縁性のセラミックからなり、前記軸線方向に延びる円柱状をなす絶縁基体と、導電性のセラミックからなり、前記絶縁基体に埋設されてなる発熱抵抗体と、を備え、前記発熱抵抗体は、前記絶縁基体の先端部に埋設され、基端側から先端側に延び、方向転換した後、再び基端側に延びる形態をなし、通電により発熱する発熱部と、この発熱部の基端にぞれぞれ接続し、前記軸線方向の基端側に延びる形態をなす一対のリード部と、この一対のリード部にそれぞれ接続すると共に、径方向外側に延びて外部に露出してなる一対のリード取出部と、を含み、前記軸線方向に直交する前記セラミックヒータの断面のうち、前記リード部が存在する任意の断面において、前記絶縁基体の直径を D (mm)とし、この断面の中心を通る仮想直線のうち、この仮想直線に沿って測った一対の前記リード部同士の間隙 a (mm)が最小となる線分を含む仮想直線を最小仮想直線とし、この最小仮想直線上における一対の前記リード部のそれぞれの寸法を b (mm) , c (mm)としたときに、 2≤D≤10を満たし、かつ、式 a≤D— (b + c)— 0· 2を満たしてなるセラミックヒータである。

[0013] 前述したように、絶縁性のセラミックと導電性のセラミックとでは、熱膨張係数が異なるため、セラミックヒータの製造過程や使用過程において熱応力が掛カることにより、発熱抵抗体と絶縁基体との間で隙間が生じる等の不具合が起こりやすい。このような不具合は、絶縁基体のうちリード部よりも径方向外側に位置してリード部を覆う部分と

、リード部との界面においても、生じやすい。このため、絶縁基体のうちリード部を覆う部分の肉厚を十分に確保して、割れ等の不具合が生じるのを抑制する必要がある。具体的には、絶縁基体の直径 Dが 2mm以上 10mm以下のセラミックヒータにおいては、一対のリード部の外側にそれぞれ 0. 1mm以上（両側合わせて 0. 2mm以上）の肉厚を確保する必要がある。

[0014] これに対し、本発明では、絶縁基体の直径を D (mm)とし、セラミックヒータの断面の中心を通る仮想直線のうち、この仮想直線に沿って測った一対のリード部同士の間隙 a (mm)が最小となる仮想直線を最小仮想直線とし、この最小仮想直線上における一対のリード部のそれぞれの寸法を b (mm) , c (mm)とする。そして、この間隙 a を、式 a≤D— (b + c) -0. 2を満たすように小さくしている。リード部同士の間隙 aがこのような関係を満たすことにより、一対のリード部の外側にそれぞれ 0· 1mm以上（両側合わせて 0. 2mm以上）の肉厚の絶縁基体を確保できる。このため、製造過程や使用過程において、絶縁基体のうちリード部を覆う部分と、リード部との界面に、従来よりも両者間に隙間が生じる等の不具合が生じに《なる。

[0015] 更に、上記のセラミックヒータであって、更に、式 a≥0. 15 (b + c)を満たしてなるセラミックヒータとすると良い。

[0016] 前述したように、セラミックヒータの製造過程や使用過程においては、絶縁基体のうち一対のリード部間に挟まれた部分と、リード部との界面においても、両者間に隙間が生じる等の不具合が生じやすレ、。

これに対し、本発明では、 a≥0. 15 (b + c)を満たすように、リード部同士の間隙 aを大きくしている。このような関係を満たすことにより、製造過程や使用過程で絶縁基体のうちリード部間に挟まれた部分に掛カる応力が小さくなる。従って、上述の絶縁基体のうちリード部を覆う部分と、リード部との界面だけでなぐ絶縁基体のうちリード部間に挟まれた部分と、リード部との界面においても、従来よりも隙間が生じる等の不具合が生じにくくなる。

[0017] また、他の解決手段は、上記のいずれかに記載のセラミックヒータを備えるグローブラグである。

[0018] 本発明のグロ一プラグでは、前述したように使用過程で絶縁基体とリード部との界面に隙間が生じる等の不具合が起こりにくいセラミックヒータを用いるので、信頼性の高いグロ一プラグとすることができる。

図面の簡単な説明

[0019] [図 1]実施形態 1に係るグロ一プラグの縦断面図である。

[図 2]実施形態 1に係るセラミックヒータの縦断面図である。

[図 3]実施形態 1に係るセラミックヒータのうち、図 2の A— A断面図である。

[図 4]実施形態 2に係るセラミックヒータのうち、図 3に相当する断面図である。

符号の説明 [0020] 100, 200 グロ一プラグ

110, 210セラミックヒータ

110s (セラミックヒータの）先端部

110k (セラミックヒータの）基端部

111 , 211 絶縁基体

I l ls (絶縁基体の）先端部

115 発熱抵抗体

116 発熱部

116k (発熱部の）基端

117, 217 リード部

118a, 118b リード取出部

120 固定筒

150 主体金具

151 通電端子

AX 軸線

g 中心

kl 最小仮想直線

D 絶縁基体の直径

a リード部同士の間隙

b, c リード部の並び方向における、リード部の寸法

d, e 絶縁基体のうちリード部を覆う部分の肉厚

発明を実施するための最良の形態

[0021] (実施形態 1)

以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しつつ説明する。図 1に本実施形態 1 のグロ一プラグ 100の縦断面図を示す。また、図 2に本実施形態 1のセラミックヒータ 1

10の縦断面図を示す。更に、図 3にセラミックヒータ 110のうち、軸線 AX方向に直交する断面（図 2の A— A断面）を示す。

[0022] このグロ一プラグ 100は、軸線 AX方向に延びる形態をなし、セラミックからなるセラミックヒータ 110と、このセラミックヒータ 110の基端側を覆って保持する筒状の主体金具 150とを備える。セラミックヒータ 110は、後述するように、使用過程で発熱抵抗体 1 15と絶縁基体 111との界面に隙間が生じる等の不具合が起こりにくくされてレ、るので、このグロ一プラグ 100は信頼性が高い。

[0023] セラミックヒータ 110は、固定筒 120を介して主体金具 150の貫通孔 150h内に保持されると共に、通電により発熱する先端部 110s側が主体金具 150の先端部 150s 力突出している。セラミックヒータ 110は、図 2に示すように、軸線 AX方向に延びる円柱状で先端（図 2中、下端)が半球状に丸められた絶縁基体 111と、この絶縁基体 111の内部に軸線 AX方向に沿って坦設された発熱抵抗体 115とを有する。

絶縁基体 111は、絶縁性のセラミックである窒化珪素質焼結体により形成されており、直径 Dが 3. 3mm、軸線 AX方向の長さが 42mmである。また、この絶縁基体 111 の室温における熱膨張係数は 3. 2ppm/°Cである。

[0024] 発熱抵抗体 115は、導電性のセラミックである窒化珪素炭化タングステン複合焼結体により形成されており、発熱部 116と一対のリード部 117, 117と一対のリード取出部 118a, 118bと力なる。この発熱抵抗体 115の軸線 AX方向の全長 Lは、 40. Ommである。また、この発熱抵抗体 115に含まれる窒化珪素粒子の平均粒径は、 0 . 6 /i mである。また、この発熱抵抗体 115の室温における熱膨張係数は 3. 8ppm/ °Cである。このため、絶縁基体 111と発熱抵抗体 115との室温における熱膨張係数の差は、 0· 6ppm/°Cである。

このうち発熱部 116は、図 2中の破線 BLよりも先端側（下方）の部分であり、絶縁基体 111の先端部 I l lsに埋設され、基端側（図 2中、上方)から先端側（図 2中、下方）に延び、方向転換した後、再び基端側に延びる形態をなし、通電により高温に発熱する。この発熱部 116は、高抵抗とするため、リード部 117， 117よりも細く形成されている。

[0025] リード部 117, 117は、発熱部 116の基端 116k, 116kにそれぞれ接続し、軸線 A X方向の基端側に同じ太さ（同じ断面積）で延びる形態をなす。リード部 117, 117は、低抵抗とするため、発熱部 116よりも太く形成されている。図 3に示す、図 2における A_ A断面（軸線 AX方向に直交する断面）から判るように、リード部 117， 117は、その断面が概略楕円形状であり、セラミックヒータ 110 (絶縁基体 111)の中心 gを含む仮想の直線 tlに対して、互いに対向する対称形をなす。

[0026] このセラミックヒータ 110の断面全体の面積 Saは、 8. 55mm²であり、リード部 117 , 117の合計断面積 S1は、 1. 68mm²である。この断面の中心 gを通る仮想直線のうち、この仮想直線に沿つて測った一対のリード部 117 , 117同士の間隙が最小となる仮想直線を最小仮想直線 klとする。そして、この最小仮想直線 kl上における、一対のリード部 117， 117同士の間隙を a、一対のリード部 117, 117のそれぞれの寸法を b， cとする。本実施形態 1では、この間隙 a (絶縁基体 111のうちリード部 117, 117に挟まれた部分 111mの最小厚み）は、 0. 43mmである（a = 0. 43mm)。また、各リード'部 117， 117の寸法 b, cは、共に 1. 00mmである（b = c = l . 00mm) ₀また、絶縁基体 111のうち、リード部 117， 117の径方向外側に位置してリード部 117， 117を覆う部分 l l ln， 11 Inの肉厚（最小仮想直線 kl上における肉厚） d， eは、共に 0. 435 mmである（d=e = 0. 435mm)。従って、このセラミックヒータ 110は、式 a≥0. 15 (b + c)を満たしている。しかも、式 a≤D— (b + c)— 0. 2も満たしている。

[0027] 前述したように、絶縁性のセラミックと導電性のセラミックとでは、熱膨張係数が異なるため、セラミックヒータ 110の製造過程や使用過程において熱応力が掛かることにより、絶縁基体 111と発熱抵抗体 115との界面で両者間に隙間が生じる等の不具合が起こりやすい。このような不具合は、絶縁基体 111のうちリード部 117, 117間に挟まれた部分 111mと、リード部 117, 117との界面において、特に生じやすい。

[0028] しかし、本実施形態 1では、リード部 117, 117同士の間隙 aを、式 a 0. 15 (b + c)を満たすように大きくしている。このようにすることにより、製造過程や使用過程で絶縁基体 111のうちリード部 117， 117間に挟まれた部分 11 lmに掛力、る応力が小さくなる。従って、絶縁基体 111のうちリード部 117， 117間に挟まれた部分 111mと、リード部 117， 117との界面において、従来よりも両者間に隙間が生じる等の不具合が起こりにくくなる。

[0029] また、前述したように、発熱抵抗体 115と絶縁基体 111との間で隙間が生じる等の不具合は、絶縁基体 111のうちリード部 117, 117よりも径方向外側に位置してリード ¾117, 117を覆うき分 11 In, l l lnと、リードき 117との界面におレヽても、起こりやすい。このため、絶縁基体 111のうちリード部 117, 117を覆う部分 l l ln, 111 nの肉厚を十分に確保して、隙間が生じる等の不具合を抑制する必要がある。

[0030] これに対し、本実施形態 1では、リード部 117, 117同士の間隙 aを、式 a≤D— (b

+ c) -0. 2を満たすように小さくしている。このようにすることにより、リード部 117， 11 7の外側にそれぞれ 0. 1mm以上（具体的にはそれぞれ 0. 435mm)の肉厚の絶縁基体 111 (11 In)を確保できる。このため、製造過程や使用過程において、絶縁基体 111のうちリードき 117， 117を覆う咅 B分 11 In, 11 Inと、リードき 117， 117との界面に、従来よりも両者間に隙間が生じる等の不具合が起こりにくくなる。

[0031] 次に、リード取出部 118a, 118bは、一対のリード部 117, 117にそれぞれ接続すると共に、径方向外側に延びて外部に露出している。リード取出部 118a, 118b同士は、軸線 AX方向に見て、互いに 5mm以上（具体的には 5mm)の間隙 Kをあけて配設されている。先端側（図 1、図 2中、下方）に位置する一方のリード取出部 118aは、固定筒 120を介して主体金具 150に電気的に接続している。一方、基端側（図 1、図 2中、上方）に位置する他方のリード取出部 118bは、後述するように、リードコイル 15 3を介して通電端子 151に電気的に接続している。

[0032] (実施例）

本実施形態 1の効果を検証するために、本発明に係る実施例：!〜 9として、リード部 117, 117の合計断面積 S1を異ならせると共に、リード部 117, 117同士の間隙 a及び各リード部 117, 117の幅方向（並び方向）の寸法 b, cを異ならせて、 9種類のセラミックヒータ 110を製造した。具体的には、表 1に示すように、リード部 117, 117の合計断面積 S1を、 0. 30Saまたは 0. 34Saとした。また、リード咅 117同士の間隙 aを、 0. 15mm, 0. 20mm, 0. 29mm, 0. 70mm, 1. 00mm, 1. 20mm, 1. 2 5mm、 1. 50mmとし、各リード部 117， 117の幅方向（並び方向）の寸法 b， cを、 0. 82mm (b + c = l . 64mm)、または、 0. 94mm (b + c= l . 88mm)とした。

一方、比較例として、リード部 117， 117の合計断面積 S1を 0. 34Sa、リード部 117 , 117同士の間隙 aを 0. 25mm,各リード部 117, 117の幅方向（並び方向）の寸法 b， cを 0. 94mm (b + c= l . 88mm)としたセラミックヒータを用意した。

なお、各々のセラミックヒータ 110の断面積 Saは、前述の値と同様で、 8. 55mm²とし、直径 Dは、前述の値と同様で、 3. 30mmとした。

[0033] そして、各々のセラミックヒータ 110について、残留応力を測定した。具体的には、この残留応力は、断面位置における靭性値を JIS R1607 破壊じん性試験方法に定める手法にて取得し、この取得した靱性値を FEM解析により残留応力値へと換算し得たものである。

また、各々のセラミックヒータ 110について、抗折強度を測定した。具体的には、この抗折強度は、 JIS R1601に準拠した次の抗折強度測定方法を実施した。各セラミックヒータ 110単体をセラミックヒータ 110の軸線 AX方向中央を跨ぐ形で支持し（スパン間 12mm)、クロスヘッド移動速度を 0. 5mm/minとして、セラミックヒータ 110の前記中央に荷重を付加した。

更に、各々のセラミックヒータ 110について、通電耐久試験を行った。具体的には、この通電耐久試験は、室温下において、直流電源をセラミックヒータ 110に接続し、セラミックヒータ 110の表面温度が 2秒間で 1450°Cに達するように電圧を調整して印カロ'加熱し、その後、 30秒間の空冷により室温まで冷却する。これを 1サイクルとして、発熱抵抗体 115が破損するまでのサイクル数を測定した。

[0034] [表 1]

[0035] その結果、リード部 1 17， 1 17の合計断面積 S 1を 0. 30Saとした実施例 1〜3のうち、 a≥0. 15 (b + c)を満たす (表中に「〇」で示す）実施例 2及び 3については、有効に残留応力の低減効果が得られた。また、通電耐久試験において、 19503サイクノレ、 35562サイクルと良好な通電耐久性を得ることができた。この結果は、断面積 S 1が他の実施例と比較して小さいことに起因しているものと考えられる。

一方、距離 aを 0. 20mmとした実施例 1は、セラミックヒータ 110としての完成品では問題なかったものの、発熱抵抗体 1 15を射出成形により作製する際に発生するバリが短絡の原因となったり、このバリを取り除くための除去工程において精密な加工が要求されることから製造歩留まりが低下するという問題も生じ得る。

[0036] また、 a≤D- (b + c) - 0. 2を満たす (表中に「〇」で示す)実施例 1及び 2ついては、抗折強度が 1005MPa、 986MPaと良好な結果を示した。

一方、距離 aを 1 · 50mmとした実施例 3では、残留応力の低減による高い通電耐久性を得られるものの、抗折強度は 800MPa以下の 692MPaに留まる結果であった。この通電耐久性と抗折強度とはトレードオフの関係にあり、実施例 2では共に高い性能を実現している。

[0037] 次いで、断面積 S1を 0. 34Saとした実施例 4〜9について説明する。これらの実施例も断面積 S1を 0. 30Saとした実施例 1〜3と同様の傾向を示している。具体的には、 a≥0. 15 (b + c)を満たしていない実施例 4及び 5については、その他の実施例に比較して残留応力が高ぐ通電耐久性が比較的低い結果となっているものの、高い抗折強度が得られている。

逆に、 a≤D_ (b + c) -0. 2を満たしていない実施例 9では、残留応力の低減が実現でき、断面積 S1が比較的大きい割に優れた通電耐久性を得られているが、抗折強度の面では前述同様に 800MPa以下の 756MPaに留まっている。実施例 6〜 8については、通電耐久性、抗折強度、共に高い性能を実現している。

[0038] これらの実施例:!〜 9に対し、 a≥0. 15 (b + c)も、 a≤D_ (b + c)—0. 2も満たさない比較例では、残留応力が高くて（270MPa)、通電耐久性が極めて低い結果（3 0サイクル）となっており、かつ、抗折強度が低く（530MPa)なっている。

これらの結果から、 a≥0. 15 (b + c)、または、 a≤D— (b + c)— 0· 2のいずれか一方の式を満たすことにより、更に好ましくは、これら両方の式を満たすことにより、耐久性等が良好なセラミックヒータとすることができることが判る。

[0039] 次に、グロ一プラグ 100のその他の部分について説明する（図 1参照）。セラミックヒータ 110の外周には、筒状の固定筒 120が装着され、ロウ材により固着されている。そして、この固定筒 120は、主体金具 150の貫通孔 150hに挿入されて、ロウ材により固着されている。

[0040] 筒状の主体金具 150には、棒状の通電端子 151が挿通されている。この通電端子 151の先端咅 B151sと、上述のセラミックヒータ 110の基端咅 Bl lOkとは、リードコィノレ 1 53を介して、電気的に接続されている。具体的には、リードコイル 153が、通電端子 151の先端部 151に卷き付レ、た状態で溶接されると共に、セラミックヒータ 110の基端部 110kに巻き付き、この基端部 110kに設けられたリード取出部 118b (図 2参照）に接触した状態で、溶接されている。一方、通電端子 151の基端側部分は、主体金具 150内を通って主体金具 150の基端部 150kから基端側（図中上側）に突出している。この突出した部分の外周には雄ネジが螺刻されて、雄ねじ部 151ηを形成している。

[0041] 主体金具 150の基端部 150kは、グロ一プラグ 100をディーゼルエンジンに取り付けるに際して、トルクレンチ等の工具を係合させるための六角断面形状の工具係合部 150rとされている。また、そのすぐ先端側には、取付用ねじ部 150tが形成されている。また、主体金具 150の基端部 150kには、貫通孔 150hに座ぐり部 150zが形成され、ここに通電端子 151が揷通したゴム製の Oリング 161とナイロン製の絶縁ブッシュ 163とがはめ込まれている。そして更にその基端側には、この絶縁ブッシュ 163の脱落を防止するための押さえリング 165が装着されている。この押さえリング 165は、その外周に加締めることにより通電端子 151に固定されている。また、通電端子 151 の押さえリング 165に対応する部分は、加締め結合力を高めるため、その外周面に口一レット加工が施されたローレット部 151rとされている。押さえリング 165の基端側には、ナット 167が螺合されている。このナット 167は、図示しない通電用のケーブルを通電端子 151に固定するためのものである。

[0042] このようなグロ一プラグ 100は、主体金具 150の取付用ねじ部 150tを利用して、図示しないディーゼルエンジンのシリンダヘッドに形成した取付孔に取り付けられる。これにより、セラミックヒータ 110の先端部 110s側力エンジンの燃焼室内に配置される。この状態で、通電端子 151に車載のバッテリを電源として電圧を印加すると、通電端子 151力ら、リードコィノレ 153、一方のリード取出咅 B118b、一方のリード咅 117、発熱部 116、他方のリード部 117、他方のリード取出部 118a及び主体金具 150を通じて電流が流れる。これにより、発熱部 116が存在するセラミックヒータ 110の先端部 110sが急速に昇温する。セラミックヒータ 110の先端側が所定の温度まで加熱された状態において、図示しない燃料噴霧装置のノズル力燃料を噴霧することで、燃料の着火が補助され、燃料の燃焼により、ディーゼルエンジンが始動する。

[0043] 上述したセラミックヒータ 110及びグロ一プラグ 100は、公知の手法により製造すること力 Sできる。

セラミックヒータ 110は、次のようにして製造する。即ち、窒化珪素原料粉末 88質量部に、焼結助剤として Yb O 粉末 10質量部及び Si〇粉末 2質量部を配合して、絶

2 3 2

縁成分用原料とする。この絶縁成分用原料 40質量％と導電性セラミックである WC粉末 60質量％とを 72時間湿式混合した後、乾燥させ、混合粉末を得る。その後、この混合粉末とバインダとを混練機に投入し、 4時間混練する。次に、得られた混練物を裁断してペレット状とする。次に、発熱抵抗体 115に対応した U字形状のキヤビティを有する射出成形用金型に対して、射出成形機により上記のペレット状とした混練物を射出し、導電性セラミックからなる未焼成発熱抵抗体を得る。

[0044] また一方で、窒化珪素原料粉末 86質量部に、焼結助剤として Yb O 粉末 11質量

2 3

部、 SiO 粉末 3質量部及び MoSi 粉末 5質量部を配合し、 40時間湿式混合したも

2 2

のをスプレードライヤ法によって造粒し、この造粒物を圧粉した 2個の半割型を用意する。なお、この 2個の半割型は、完成後の絶縁基体 111を、その軸線 AXと略平行な断面により 2分割したときの、その各分割部に対応する形状に形成されており、各々その分割面に相当する部分に、上記未焼成発熱抵抗体に対応した形状の凹部が形成されている。そして、この凹部に未焼成発熱抵抗体を収容し、 2個の半割型を型合わせすると共に、その状態で加圧して一体化し、未焼成のセラミックヒータを得る。

[0045] 次に、この未焼成のセラミックヒータを窒素雰囲気下、 600°Cで仮焼して、射出成形による未焼成発熱抵抗体、絶縁基体となる未焼成体からバインダ等を除去し、仮焼体を得る。その後、この仮焼体を黒鉛製の加圧用ダイスにセットし、窒素雰囲気下、 2 9. 4MPaで加圧しながら 1800°Cで 1. 5時間ホットプレス焼成し、焼成体を得る。そして、焼成体の表面（外面）にセンタレス研磨加工を施せば、セラミックヒータ 110が完成する。

[0046] グロ一プラグ 100は、次のようにして製造する。即ち、まず、上記のセラミックヒータ 1 10と通電端子 151とをリードコイル 153を介して接続する。また、セラミックヒータ 110 に固定筒 120を装着して、ロウ材により両者を固着する。その後、主体金具 150を用意し、主体金具 150貫通孔 105h内にセラミックヒータ 110、通電端子 151及び固定筒 110を揷入し、主体金具 150と固定筒 120とをロウ材により固着する。その後は、主体金具 150の基端部 150kに形成された座ぐり部 150zに、〇リング 161をはめ込み、更に絶縁ブッシュ 163をはめ込む。そして更に、押さえリング 165を加締めて装着する。また、ナット 167を所定位置に固定すれば、グロ一プラグ 100が完成する。

[0047] (実施形態 2) 次いで、第 2の実施の形態について説明する。なお、上記実施形態 1と同様な部分の説明は、省略または簡略化する。本実施形態 2のセラミックヒータ 210及びグロ一プラグ 200では、絶縁基体 211に坦設された一対のリード部 217, 217の配置形態力上記実施形態 1のセラミックヒータ 110及びグロ一プラグ 100と異なる。それ以外は、上記実施形態 1と同様であるので、同一の符号を付して、その説明を省略または簡略化する。

[0048] 図 4にセラミックヒータ 210の断面（実施形態 1の図 3に相当する断面）を示す。本実施形態 2においても、リード部 217, 217は、概略楕円形状であり、絶縁基体 211の中心 gを含む直線（図示しなレ、）に対して互いに対向する対称形をなす。

セラミックヒータ 210の断面において、この断面の中心 gを通る仮想直線のうち、この仮想直線に沿って測った一対のリード部 217， 217同士の間隙が最小となる線分を含む仮想直線を最小仮想直線 klとする。そして、この最小仮想直線 kl上における、一対のリード部 217, 217同士の間隙を a、一対のリード部 217, 217のそれぞれの寸法を b, cとする。そうすると、この間隙 a (絶縁基体 211のうちリード部 217, 217に挟まれた部分 211mの最小厚み）は、 1. 1mmである（a= l . 1mm)。また、各リード部 217, 217の寸法 b, cは、共に 1. 0mmである（b = c= 1. 0mm)。また、絶縁基体 211のうち、リード部 217, 217の径方向外側に位置しリード部 217, 217を覆う部分 211η, 211ηの肉厚（最小仮想直線 kl上における肉厚） d, eは、共に 0. 1mmである (d=e = 0. 1mm)。従って、このセラミックヒータ 210も、式 a≥0. 15 (b + c)を満たしてレ、る。し力も、式 a≤D— (b + c) -0. 2も満たしている。

[0049] このように本実施形態 2でも、リード部 217, 217同士の間隙 aを、式 a≥0. 15 (b

+ c)を満たすように大きくしているので、製造過程や使用過程で絶縁基体 211のうちリード部 217, 217間に挟まれた部分 211mに掛力^)応力が小さくなる。従って、絶縁基体 211のうちリードき 217， 217間に挟まれた咅分 211mと、リードき 217との界面において、従来よりも両者間に隙間が生じる等の不具合が起こりに《なる。

[0050] 更に、リード部 217， 217同士の間隙 aを、式 a≤D_ (b + c) _0. 2を満たすように小さくしてレ、るので、リード部 217, 217の外側にそれぞれ 0. 1mm以上（本実施例ではそれぞれ 0. 1mm)の肉厚の絶縁基体 211 (21 In)を確保できる。このため、製造過程や使用過程において、絶縁基体 211のうちリード部 217, 2 その他、上記実施形態 1と同様な部分は、上記実施形態 1と同様な作用効果を奏する。

以上において、本発明を実施形態に即して説明したが、本発明は上述の実施形態 1 , 2に限定されるものではなぐその要旨を逸脱しない範囲で、適宜変更して適用できることはいうまでもない。

Claims

請求の範囲

[1] 軸線方向に延びる形態をなし、通電により自身の先端部が発熱するセラミックヒータであって、

絶縁性のセラミックからなり、前記軸線方向に延びる形態をなす絶縁基体と、導電性のセラミックからなり、前記絶縁基体に坦設されてなる発熱抵抗体と、を備え、

前記発熱抵抗体は、

前記絶縁基体の先端部に坦設され、基端側から先端側に延び、方向転換した後、再び基端側に延びる形態をなし、通電により発熱する発熱部と、

この発熱部の基端にぞれぞれ接続し、前記軸線方向の基端側に延びる形態をなす一対のリード部と、

この一対のリード部にそれぞれ接続すると共に、径方向外側に延びて外部に露出してなる一対のリード取出部と、を含み、

前記軸線方向に直交する前記セラミックヒータの断面のうち、前記リード部が存在する任意の断面において、

この断面の中心を通る仮想直線のうち、この仮想直線に沿って測った一対の前記リード部同士の間隙 aが最小となる線分を含む仮想直線を最小仮想直線とし、この最小仮想直線上における一対の前記リード部のそれぞれの寸法を b, cとしたときに、

式 a≥0. 15 (b + c)を満たしてなる

セラミックヒータ。

[2] 軸線方向に延びる円柱状をなし、通電により自身の先端部が発熱するセラミックヒータであって、

絶縁性のセラミックからなり、前記軸線方向に延びる円柱状をなす絶縁基体と、導電性のセラミックからなり、前記絶縁基体に坦設されてなる発熱抵抗体と、を備え、

前記発熱抵抗体は、

前記絶縁基体の直径を D (mm)とし、

この断面の中心を通る仮想直線のうち、この仮想直線に沿って測った一対の前記リード部同士の間隙 a (mm)が最小となる線分を含む仮想直線を最小仮想直線とし、この最小仮想直線上における一対の前記リード部のそれぞれの寸法を b (mm)， c ( mm)としたときに、

2≤D≤10を満たし、かつ、

式 a≤D—(b + c)—0. 2を満たしてなる

セラミックヒータ。

請求項 2に記載のセラミックヒータであって、

更に、式 a≥0. 15 (b + c)を満たしてなる

セラミックヒータ。

請求項 1〜請求項 3のいずれか一項に記載のセラミックヒータを備えるグロ一プラグ。