WO2013001883A1

WO2013001883A1 - セラミックスヒータ型グロープラグ

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Publication number: WO2013001883A1
Application number: PCT/JP2012/059165
Authority: WO
Inventors: 勝美高津
Original assignee: ボッシュ株式会社
Priority date: 2011-06-29
Filing date: 2012-04-04
Publication date: 2013-01-03
Also published as: US20140138373A1; JP5612208B2; EP2700876A1; JPWO2013001883A1; EP2700876B1; EP2700876A4

Abstract

　金属製外筒の変形が生じた場合であっても、セラミックスヒータの一方の電極と電極取出部材との接続部に伝播する応力を低減して、セラミックスヒータ及び電極取出部材の破損を防止できるようにしたセラミックスヒータ型グロープラグを提供する。　金属製外筒内に封止材として耐熱絶縁体粒子を封入したセラミックスヒータ型グロープラグにおいて、少なくとも前記一方の電極と前記電極取出部材との接続部の周囲に、前記耐熱絶縁体粒子間の潤滑性を向上させるための潤滑性向上材を混合した絶縁体混合粉末を充填する。

Description

セラミックスヒータ型グロープラグ

　本発明は、ディーゼルエンジンの始動補助用として使用されるセラミックスヒータ型グロープラグに関する。特に、セラミックスヒータを保持する金属製外筒の内部に、封止材として耐熱絶縁体粉末を封入する構成のセラミックスヒータ型グロープラグに関する。

　ディーゼルエンジンの始動補助用として用いられるセラミックスヒータ型グロープラグは、一般に、セラミックスヒータの先端側の発熱部を外部に突出させた状態で、後端側を金属製外筒内に保持させた構造を有している。かかるセラミックスヒータ型グロープラグは、金属製外筒の後端側が、エンジンのシリンダヘッドへの取り付け金具である筒状ハウジングの前端部内に挿入されて固定されている。

　また、セラミックスヒータの一方の電極（負側電極）が、ヒータ本体の外面に取り出されて金属製外筒の内面に電気的に接続されるとともに、他方の電極（正側電極）が、後端部側から電極取出金具を介して外部に取り出されている。この電極取出金具によって外部に取り出された電極は、ハウジングの後端部側に絶縁部材を介して固定された外部接続端子に電気的に接続される。

　このようなセラミックスヒータ型グロープラグにおいて、セラミックスヒータの正側電極と電極取出金具とを接続するために、セラミックスヒータの後端部を研削して小径部を形成したり、セラミックスヒータの後端部にテーパを形成したりしている。

　上記のような構成のセラミックスヒータ型グロープラグを製造する際には、金属製外筒内にセラミックスヒータの後端側を挿入するとともに、金属製外筒内に耐熱絶縁体粒子を封入した後、スエージング加工を施すことによって金属製外筒を細径化することにより、セラミックスヒータを金属製外筒に固定している（特許文献１を参照）。

再表ＷＯ２００５／０６１９６３号公報

　しかしながら、金属製外筒内に封入される耐熱絶縁体粒子は比較的剛性が高く、スエージング加工を施すことで金属製外筒の変形等が生じると、耐熱絶縁体粒子を介してセラミックスヒータの正側電極と電極取出金具との接続部に応力が伝播し、セラミックスヒータの後端部や、電極取出金具を破損させるおそれがある。

　本発明の発明者はこのような問題にかんがみて、少なくともセラミックスヒータの一方の電極と電極取出部材との接続部の周囲の耐熱絶縁体粒子に潤滑性向上材を混合することによりこのような問題を解決できることを見出し、本発明を完成させたものである。すなわち、本発明は、金属製外筒の変形が生じた場合であっても、セラミックスヒータの一方の電極と電極取出部材との接続部に伝播する応力を低減して、セラミックスヒータ及び電極取出部材の破損を防止できるようにしたセラミックスヒータ型グロープラグを提供することを目的とする。

　本発明によれば、セラミックスヒータと、前記セラミックスヒータが一端側に保持されるとともに、他端側がハウジングの内部孔に挿入されて固定された金属製外筒と、前記金属製外筒内で前記セラミックスヒータの一方の電極に接続された電極取出部材と、を備え、前記金属製外筒内に封止材として耐熱絶縁体粒子を封入したセラミックスヒータ型グロープラグにおいて、少なくとも前記一方の電極と前記電極取出部材との接続部の周囲に、前記耐熱絶縁体粒子間の潤滑性を向上させるための潤滑性向上材を混合した絶縁体混合粉末を充填したことを特徴とするセラミックスヒータ型グロープラグが提供され、上述した問題を解決することができる。

　すなわち、本発明にかかるセラミックスヒータ型グロープラグは、少なくともセラミックスヒータの一方の電極と電極取出部材との接続部の周囲に、潤滑性向上材を混合した絶縁体混合粉末を充填することとしているため、金属製外筒の変形等が生じた場合であっても、耐熱絶縁体粒子間のすべりが生じることで接続部に伝播される応力を緩和することを可能にすることができる。したがって、セラミックスヒータ及び電極取出部材の破損を低減することができる。

　また、本発明のセラミックスヒータ型グロープラグにおいて、潤滑性向上材の平均粒径が前記耐熱絶縁体粒子の平均粒径よりも小さいことが好ましい。

　このような潤滑性向上材を耐熱絶縁体粒子に混合することにより、耐熱絶縁体粒子間に潤滑性向上材を介在させやすくできる。また、このような潤滑性向上材を用いることにより、絶縁体混合粉末の充填密度を大きくすることができるため、電極取出部材やその他の金属製外筒内に挿入される部材を強固に保持させることができるとともに、電極取出部材から発生する熱を効率良く散逸させることができる。

　また、本発明のセラミックスヒータ型グロープラグにおいて、前記潤滑性向上材の熱伝導率が前記耐熱絶縁体粒子の熱伝導率よりも大きいことが好ましい。

　このような潤滑性向上材を耐熱絶縁体粒子に混合することにより、セラミックスヒータの作動時に大電流が電極取出部材に流れることにより発生する熱を、金属製外筒及びハウジングに伝達させやすくなって、電極取出部材の酸化を防止することができる。

　また、本発明のセラミックスヒータ型グロープラグにおいて、前記絶縁体混合粉末のタッピング密度が、前記耐熱絶縁体粒子のタッピング密度よりも大きくなるように、前記耐熱絶縁体粒子と前記潤滑性向上材との混合比率を決定することが好ましい。

　このように耐熱絶縁体粒子と潤滑性向上材との混合比率を決定することにより、絶縁体混合粉末の充填密度を高くすることができ、電極取出部材やその他の金属製外筒内に挿入される部材をより強固に保持させることができるとともに、電極取出部材から発生する熱をより効率良く放散させることができる。

　また、本発明のセラミックスヒータ型グロープラグにおいて、前記耐熱絶縁体粒子がマグネシア（ＭｇＯ）であり、前記潤滑性向上材が六方晶系窒化ホウ素（ｈ－ＢＮ）であることが好ましい。

　このような材料を用いて絶縁体混合粉末を構成することにより、耐熱性、電気絶縁性、熱伝導性、及び潤滑性に優れた絶縁体混合粉末が充填され、セラミックスヒータや電極取出部材が破損するおそれが少なく、発熱効率に優れたセラミックスヒータ型グロープラグを得ることができる。

　また、本発明のセラミックスヒータ型グロープラグにおいて、前記金属製外筒内の全体に前記絶縁体混合粉末を封入することが好ましい。

　このように一種類の絶縁体混合粉末を封入することとすれば、一工程で耐熱絶縁体粒子を金属製外筒内に充填することができ、セラミックスヒータ型グロープラグの生産効率を向上させることができる。

ディーゼルエンジン用グロープラグの断面図である。セラミックスヒータアセンブリの製造工程を説明するために示す図である。絶縁体混合粉末に負荷される応力の伝達のされ方を説明するために示す図である。スエージング加工時における金属製外筒内での応力分布を説明するために示す図である。実施例におけるｈ－ＢＮの混合量に対するタッピング密度の測定結果を示す図である。実施例におけるセラミックスヒータアセンブリの構成を説明するために示す図である。実施例におけるｈ－ＢＮの混合量に対するセラミックスヒータアセンブリの抵抗値の測定結果を示す図である。実施例におけるｈ－ＢＮの混合量に対する表面温度の測定結果を示す図である。実施例におけるｈ－ＢＮの混合量に対する消費電力の測定結果を示す図である。

　以下、本発明にかかるセラミックスヒータ型グロープラグに関する実施の形態について、図面に基づいて具体的に説明する。
　なお、それぞれの図中において同じ符号が付されているものは、特に説明がない限り同一の構成要素を示しており、適宜説明が省略されている。

［第１の実施の形態］
１．グロープラグの基本的構成
　図１は、本発明の第１の実施の形態にかかるディーゼルエンジン用グロープラグ１０の断面図である。
　図１に示すグロープラグ１０は、セラミックスヒータアセンブリ２０を備えたセラミックスヒータ型グロープラグとして構成されている。セラミックスヒータアセンブリ２０は、セラミックスヒータ２１と、電極取出金具２３と、電極取出ロッド２７と、金属製外筒（シース）２５等を主な構成要素として備えている。

　セラミックスヒータ２１は、その本体部を構成するセラミックス絶縁基体３９の内部に、Ｕ字状のセラミックス発熱体３７が埋設されている。このセラミックス発熱体３７の両端側には、それぞれ金属リード３５を介して正側電極３１及び負側電極３３が設けられている。このうち、負側電極３３は、セラミックス絶縁基体３９の外周面に取り出され、金属製外筒２５の内面にロウ付け等によって接合されて電気的に接続されている。正側電極３１は、セラミックス発熱体３７が埋設されている先端側とは反対側の後端部において外面に露出している。

　セラミックス絶縁基体３９の後端部にはテーパが形成されており、電極取出金具２３の先端側に形成されたカップ状のヘッド部２３ａが後端部に嵌合し、正側電極３１と電極取出金具２３とが電気的に接続されている。電極取出金具２３のヘッド部２３ａとセラミックス絶縁基体３９の後端部とはロウ付け等によって接合されている。

　電極取出金具２３の後端側にはコイル部２３ｂが形成され、このコイル部２３ｂ内に、導電性金属の剛体からなる電極取出ロッド２７の先端部が挿入されて電気的に接続されている。この電極取出ロッド２７の後端部は、外部接続端子１５の先端部に溶接されて電気的に接続されている。電極取出ロッド２７と外部接続端子１５との接合箇所の周囲には保護部材１３が配置されており、接合状態が強固に保持されている。

　セラミックスヒータ２１は、金属製外筒２５内にロウ付け等によって接合されている。金属製外筒２５は、セラミックスヒータ２１が固定される先端側の小径部２５ａと、主として電極取出金具２３及び電極取出ロッド２７が配置される後端側の大径部２５ｂとを有している。セラミックスヒータ２１の正側電極３１に電気的に接続されている電極取出金具２３及び電極取出ロッド２７は、金属製外筒２５内に絶縁体混合粉末２９を封入して、大径部２５ｂに対してスエージング加工を施すことによって、金属製外筒２５内に固定されている。このように構成されるセラミックスヒータアセンブリ２０は、図示しないエンジンのシリンダヘッドへの取付金具である円筒状のハウジング１１に圧入されて固定されている。

　金属製外筒２５内に封入された絶縁体混合粉末２９は、金属製外筒２５と電極取出金具２３及び電極取出ロッド２７との電気絶縁性を確保する機能だけでなく、電極取出ロッド２７を固定する機能、及び、ハウジング１１内にセラミックスヒータアセンブリ２０を圧入する際に金属製外筒２５がハウジング１１から受ける圧縮力に抗して金属製外筒２５を内部から補強する機能を有している。

　このような構造を有するグロープラグ１０は、セラミックスヒータ２１を小型化することができるとともに、溶接箇所が不要となることに伴って低コストでの生産が可能となっている。

２．セラミックスヒータアセンブリの製造工程
　図２（ａ）～（ｅ）は、グロープラグ１０に備えられるセラミックスヒータアセンブリ２０の製造工程を示している。なお、図２（ａ）～（ｅ）についての説明中、「先端側」は図の右側を指し、「後端側」は図の左側を指している。

　まず、図示されていない準備工程において、セラミックスヒータ２１の後端側にロウ付け等により電極取出金具２３のヘッド部２３ａを固定した後、金属製外筒２５の先端側の小径部２５ａに、電極取出金具２３及びセラミックスヒータ２１の後端側を挿入し、ロウ付け等によって固定する。

　次いで、図２（ａ）に示すように、金属製外筒２５の後端側の大径部２５ｂに電極取出ロッド２７を挿入し、その先端部を電極取出金具２３のコイル部２３ｂ内に挿入する。

　次いで、図２（ｂ）に示すように、電極取出ロッド２７の周囲の間隙から、金属製外筒２５内に絶縁体混合粉末２９を充填した後、図２（ｃ）に示すように、電極取出ロッド２７の後端側からシールリング１９を挿入して、金属製外筒２５と電極取出ロッド２７との間隙をシールする。これにより、絶縁体混合粉末２９が封入されるとともに、金属製外筒２５と電極取出ロッド２７との電気絶縁性が確保される。

　次いで、図２（ｄ）～（ｅ）に示すように、金属製外筒２５の大径部２５ｂに対してスエージング加工を施して金属製外筒２５を細径化する。これにより、絶縁体混合粉末２９の充填密度が高密度になり、電極取出ロッド２７と電極取出金具２３のコイル部２３ｂとの接合、及び、セラミックスヒータ２１と電極取出金具２３のヘッド部２３ａとの接合が強固にされる。

３．絶縁体混合粉末
　次に、本実施の形態にかかるグロープラグ１０において、金属製外筒２５内に封入される絶縁体混合粉末２９について説明する。
　絶縁体混合粉末２９は、電極取出ロッド２７と電極取出金具２３、及び、電極取出金具２３とセラミックスヒータ２１を強固に固定するとともに、金属製外筒２５と電極取出ロッド２７及び電極取出金具２３との電気絶縁性を確保する機能を有している。また、絶縁体混合粉末２９は、セラミックスヒータ２１の動作時において、大電流が電極取出金具２３に流れるときに発生する熱を金属製外筒２５及びハウジング１１に伝導させ散逸させる機能を有している。

　本実施の形態において用いられる絶縁体混合粉末２９は、耐熱絶縁体粒子２９ａとしてのマグネシア（ＭｇＯ）の粉末と、潤滑性向上材２９ｂとしての窒化ホウ素（ＢＮ）の粉末とを混合して作製されたものとなっている。すなわち、従来、絶縁体粉末として用いられているマグネシアに、窒化ホウ素を混合することによって、耐熱性、電気絶縁性及び熱伝導性を維持しつつ、潤滑性を向上したものとなっている。

　図３（ａ）～（ｂ）は、絶縁体粉末の潤滑性が向上することによる応力の伝達のされ方の違いについて説明するために示す模式図である。図３（ａ）は、潤滑性向上材を混合していない耐熱絶縁体粒子２９ａのみからなる絶縁体粉末２９´の応力伝達の様子を示し、図３（ｂ）は、耐熱絶縁体粒子２９ａと潤滑性向上材２９ｂとを混合した絶縁体混合粉末２９の応力伝達の様子を示している。

　図３（ａ）に示すように、耐熱絶縁体粒子２９ａのみによって絶縁体粉末２９´が構成されている場合には、耐熱絶縁体粒子２９ａ間ですべりが生じにくいことから、絶縁体粉末２９´に応力が負荷されると、当該応力が耐熱絶縁体粒子２９ａを介して部材５０に直接的に伝達されやすくなる。

　これに対して、図３（ｂ）に示すように、潤滑性向上材２９ｂが混合された絶縁体混合粉末２９の場合には、絶縁体混合粉末２９に応力が負荷されると、潤滑性向上材２９ｂによって耐熱絶縁体粒子２９ａ間ですべりが生じるために、応力の偏加重分布が緩和される。そのため、部材５０に伝達される応力は減少することになる。

　図４は、潤滑性向上材２９ｂが混合された絶縁体混合粉末２９を金属製外筒２５内に充填してスエージング加工を施したときに、セラミックスヒータ２１の後端部と電極取出金具２３のヘッド部２３ａとの接続部に負荷される応力分布を模式的に示した図である。

　金属製外筒２５の大径部２５ｂが細径化される際には、大径部２５ｂの周囲から中心に向かう応力が発生する。発生する応力は、絶縁体混合粉末２９を介して金属製外筒２５内を伝播し、電極取出金具２３のヘッド部２３ａとセタミックスヒータ２１の後端部との接続部３０にも伝えられる。このとき、絶縁体混合粉末２９間ではすべりが生じるため、金属製外筒２５内の偏加重分布が緩和され、スエージング加工による接続部３０の破損を回避することができる。

　絶縁体混合粉末２９を構成する耐熱絶縁体粒子２９ａは、耐熱性、電気絶縁性、及び熱伝導性に優れた粉末であれば好適に用いることができる。この耐熱絶縁体粒子２９ａは、従来、絶縁体粉末として用いられている材料でよい。本実施の形態にかかるグロープラグ１０においては、一次粒子５μｍ以下の微細粉からなり、粒径が３０～２００μｍ、平均粒径が７５μｍ程度のマグネシア粉末が用いられている。

　また、潤滑性向上材２９ｂは、特に潤滑性に優れた材料であることが必要であるが、絶縁体混合粉末２９としての電気絶縁性及び熱伝導性が要求されるとともに、エンジンに取り付けられるグロープラグとしての使用条件に耐えられる５００℃程度までの耐熱性が必要とされる。このような条件を満たす粉末であれば好適に用いることができるが、大気中での安定性に優れており、取扱が容易なことから、六方晶系窒化ホウ素（ｈ－ＢＣ）がより好ましい。六方晶系窒化ホウ素は、結合力の弱いファンデルワールスにより結合されているため、結晶構造を形成する各層間ですべりを生じやすく、固体潤滑性を有する材料である。

　ここで、潤滑性向上材２９ｂの平均粒径が、耐熱絶縁体粒子２９ａの平均粒径よりも小さいことが好ましい。この条件を満たす潤滑性向上材２９ｂを選択することにより、潤滑性向上材２９ｂを耐熱絶縁体粒子２９ａ間の隙間に介在させやすくなる。また、このような潤滑性向上材２９ｂを選択することにより、金属製外筒２５内の絶縁体混合粉末２９の充填密度を大きくすることができるため、電極取出金具２３や電極取出ロッド２７を強固に保持させることができるとともに、電極取出金具２３から発生する熱を効率良く金属製外筒２５に伝達して、散逸させることができる。

　また、潤滑性向上材２９ｂの熱伝導率が、耐熱絶縁体粒子２９ａの熱伝導率よりも大きいことが好ましい。この条件を満たす潤滑性向上材２９ｂを選択することにより、絶縁体混合粉末２９の熱伝導率が、耐熱絶縁体粒子２９ａの熱伝導率よりも小さくなることを防ぐことができる。したがって、セラミックスヒータ２１の作動時に電極取出金具２３から発生する熱を効率良く金属製外筒２５に伝達させて、電極取出金具２３の酸化を防ぐことができる。

　また、潤滑性向上材２９ｂの比誘電率が、耐熱絶縁体粒子２９ａの比誘電率よりも小さいことが好ましい。この条件を満たす潤滑性向上材２９ｂを選択することにより、絶縁体混合粉末２９の電気絶縁性が、耐熱絶縁体粒子２９ａの電気絶縁性よりも低下することを防ぐことができる。したがって、電気絶縁性を低下させることなく、絶縁体混合粉末２９に潤滑性を付与することが可能となる。

　また、絶縁体混合粉末２９のタッピング密度が最大となるように、耐熱絶縁体粒子２９ａと潤滑性向上材２９ｂとの混合比率を決定することが好ましい。この条件を満たすように耐熱絶縁体粒子２９ａと潤滑性向上材２９ｂとを混合することにより、絶縁体混合粉末２９の充填密度を最大とすることができ、電極取出金具２３や電極取出ロッド２７を強固に保持させることができるとともに、電極取出金具２３から発生する熱を効率良く金属製外筒２５に伝達して、散逸させることができる。

　なお、「タッピング密度」は、ＪＩＳ－Ｚ－２５０４（金属粉）、ＪＩＳ－Ｋ－５１０１（顔料粉）、ＪＩＳ－Ｒ－６１２６（人工研削材）に準拠して測定される密度として定義することができる。

４．本実施の形態の効果
　以上説明した本実施の形態にかかるグロープラグ１０は、金属製外筒２５内に封入される絶縁体粉末として、耐熱絶縁体粒子２９ａと潤滑性向上材２９ｂとを混合した絶縁体混合粉末２９を用いることとしている。そのため、製造時においてスエージング加工を施した際に、金属製外筒２５が細径化されて金属製外筒２５の内部に応力が負荷された場合であっても、耐熱絶縁体粒子２９ａ間のすべりが生じることで金属製外筒２５内の偏加重分布を緩和して、電極取出金具２３とセラミックスヒータ２１の後端部との接続部３０に伝播される応力を緩和させることができる。この効果は、スエージング加工時にかかわらず、金属製外筒２５内に応力が負荷されるような金属製外筒２５の変形が生じた場合にも得ることができる。したがって、セラミックスヒータ２１及び電極取出金具２３の破損を低減することができる。

　また、本実施の形態にかかるグロープラグ１０においては、金属製外筒２５内全体に渡って同じ絶縁体混合粉末２９を封入することとしている。そのため、電極取出金具２３とセラミックスヒータ２１の後端部との接続部３０の周囲に充填する絶縁体粉末を、他の領域に充填する絶縁体粉末と異ならせて、二工程に分けて絶縁体粉末を充填する必要がない。したがって、本実施の形態にかかるグロープラグ１０によれば、金属製外筒２５の変形によって発生する応力によってセラミックスヒータ２１又は電極取出金具２３が破損するおそれが低減されたグロープラグ１０を効率良く生産することができる。

［他の実施の形態］
　以上説明した本実施の形態にかかるグロープラグ１０は、本発明の一態様を示すものであってこの発明を限定するものではなく、それぞれの実施の形態は本発明の範囲内で任意に変更することが可能である。本実施の形態にかかるグロープラグ１０は、例えば、以下のように変更することができる。

（１）本実施の形態において説明したグロープラグ１０を構成する各構成要素はあくまでも一例であって、任意に変更することが可能である。

（２）本実施の形態にかかるグロープラグ１０は、電極取出金具２３と電極取出ロッド２７とにより正側電極を外部に取り出すようにしているが、正側電極の取り出し方はこのような構成に限定されるものではない。例えば、セラミックスヒータ２１の正側電極３１と外部接続端子１５とを一本のワイヤで接続するようになっていてもよい。

（３）本実施の形態にかかるグロープラグ１０は、金属製外筒２５の内部の全体に渡って同じ絶縁体混合粉末２９を封入することとしているが、少なくとも、セラミックスヒータ２１の正側電極３１と電極取出金具２３のヘッド部２３ａとの接続部３０が位置する先端側にのみ、潤滑性向上材２９ｂを混合した絶縁体混合粉末２９を充填するようにしてもよい。すなわち、金属製外筒２５内に絶縁体粉末を充填する工程を二工程に分け、最初に潤滑性向上材２９ｂを混合した絶縁体混合粉末２９を充填した後、マグネシア等の耐熱絶縁体粒子２９ａのみを充填するようにしてもよい。このように構成した場合であっても、スエージング加工時に発生する応力がセラミックスヒータ２１の正側電極３１と電極取出金具２３のヘッド部２３ａとの接続部３０に伝播することを抑制することができる。

　以下、本発明にかかるセラミックスヒータ型グロープラグの実施例について説明する。

　本実施例では、表１に示すマグネシア（ＭｇＯ）と六方晶系窒化ホウ素（ｈ－ＢＮ）とを用いて絶縁体混合粉末を作製した。

（１）タッピング密度
　絶縁体混合粉末の総重量を１００重量％として、六方晶系窒化ホウ素の混合量がそれぞれ０重量％、５重量％、１０重量％、１３重量％、１５重量％である絶縁体混合粉末を作製し、絶縁体混合粉末のタッピング密度（ｇ／ｃｃｍ）を測定した。
　タッピング密度は、メスシリンダー内に絶縁体混合粉末を１０ｃｃｍ投入するとともに、手作業にて１８０回タッピングした後の体積を測定した。

　図５は六方晶系窒化ホウ素の混合量（重量％）に対するタッピング密度（ｇ／ｃｃｍ）を測定した結果を示している。
　図５に示すように、表１に示すマグネシア及び六方晶系窒化ホウ素を用いた場合には、六方晶系窒化ホウ素の混合量が約１０重量％のときにタッピング密度が最大となった。したがって、六方晶系窒化ホウ素の混合量を約１０重量％とした場合には、スエージング加工を施すことによって、電極取出金具、電極取出ロッド、及びそれらの接続部をより強固に保持できることが理解できる。

（２）ヒータ抵抗
　次に、上述のとおりに作製した絶縁体混合粉末のうち、六方晶系窒化ホウ素の混合量が０重量％、１０重量％、１５重量％の絶縁体混合粉末を用いて、図２（ａ）～（ｅ）に示す手順に沿ってセラミックスヒータアセンブリを作製した。すなわち、金属製外筒２５内の全体にわたって同じ絶縁体混合粉末２９を封入したセラミックスヒータアセンブリを作製した。六方晶系窒化ホウ素の混合量が異なる絶縁体混合粉末ごとに３つのセラミックスヒータアセンブリを作製した。

　セラミックスヒータアセンブリの基本的な構成は図２に示すとおりであるが、本実施例では、スエージング加工による電極取出金具及びセラミックスヒータの破損の程度を判定しやすくするために、図６に示すように、セラミックスヒータ２１Ａの後端部に小径部３９Ａを形成し、電極取出金具２３Ａのヘッド部２３Ａａを円筒状にして小径部３９Ａと嵌合させた構成のセラミックスヒータアセンブリ２０Ａとした。

　作製したセラミックスヒータアセンブリに通電し、それぞれのセラミックスヒータアセンブリの抵抗値を測定した。抵抗値は、四端子法によるミリオームテスタを用いて測定した。図７に測定結果を示す。
　図７に示すように、六方晶系窒化ホウ素の混合量が０重量％であるマグネシアのみの絶縁体粉末を用いた場合には高い抵抗値が検出される一方、六方晶系窒化ホウ素を混合した絶縁体混合粉末を用いた場合には抵抗値が低く安定しており、抵抗値を維持できることが確認された。

（３）表面温度
　次に、作製したセラミックスヒータアセンブリのうち、六方晶系窒化ホウ素の混合量ごとに１個のセラミックスヒータアセンブリを抜き出し、それぞれのセラミックスヒータアセンブリに通電した時のセラミックスヒータの表面温度を測定した。表面温度は、セラミックスヒータの先端から１ｍｍごとに、放射温度計を用いて測定した。図８に測定結果を示す。
　図８に示すように、六方晶系窒化ホウ素を混合した場合であっても、セラミックスヒータの表面温度にはほとんど影響がなかった。

（４）消費電力
　次に、作製したセラミックスヒータアセンブリのうち、六方晶系窒化ホウ素の混合量ごとに１個のセラミックスヒータアセンブリを抜き出し、それぞれのセラミックスヒータアセンブリに通電して、先端から２ｍｍの位置の温度が１，１００℃、１，２００℃、１，３００℃それぞれのときのセラミックスヒータの消費電力を測定した。図９に測定結果を示す。
　図９に示すように、六方晶系窒化ホウ素を混合した場合であっても、セラミックスヒータの消費電力が増大することはなく、六方晶系窒化ホウ素の混合量が多いほど、同じ温度であっても消費電力が小さくなる傾向が見られた。

（５）耐熱性
　表１に示すように、用いた六方晶系窒化ホウ素の大気中における耐熱温度はマグネシアと比較して低くなっているものの、グロープラグの使用時においても金属製外筒２５内は５００℃以上になる場合が無いことが確認されているため、耐熱性は確保される。

（６）熱伝導性
　また、六方晶系窒化ホウ素の熱伝導率はマグネシアに比べても高い値を示しており、六方晶系窒化ホウ素を混合した絶縁体混合粉末２９を用いてグロープラグを製造した場合には、マグネシアのみを充填した場合よりも高い熱伝導率を示すことが理解できる。

（７）電気絶縁性
　また、六方晶系窒化ホウ素の比誘電率はマグネシアに比べて小さい値を示しており、六方晶系窒化ホウ素を混合した絶縁体混合粉末２９を用いてグロープラグを製造した場合には、マグネシアを充填した場合よりも電気絶縁性に優れていることが理解できる。

　以上説明したように、六方晶系窒化ホウ素を混合した絶縁体混合粉末２９を金属製外筒２５内に封入して作製したセラミックスヒータアセンブリ２０Ａであれば、絶縁体混合粉末２９の耐熱性、熱伝導性、及び電気絶縁性を良好にしつつ、ヒータ抵抗や、表面温度及び消費電力に影響を与えることなく、電極取出金具２３、電極取出ロッド２７、及びそれらの接続部を強固に保持することができるセラミックスヒータアセンブリ２０Ａとすることができる。

　そして、六方晶系窒化ホウ素を混合した絶縁体混合粉末２９を金属製外筒２５内に封入して作製したセラミックスヒータアセンブリ２０Ａは、絶縁体混合粉末２９に潤滑性が付与されていることから、スエージング加工を施した場合であっても、セラミックスヒータ２１Ａの後端部３９Ａや電極取出金具２３Ａの破損を抑制することができた。

Claims

　セラミックスヒータと、前記セラミックスヒータが一端側に保持されるとともに、他端側がハウジングの内部孔に挿入されて固定された金属製外筒と、前記金属製外筒内で前記セラミックスヒータの一方の電極に接続された電極取出部材と、を備え、
　前記金属製外筒内に封止材として耐熱絶縁体粒子を封入したセラミックスヒータ型グロープラグにおいて、
　少なくとも前記一方の電極と前記電極取出部材との接続部の周囲に、前記耐熱絶縁体粒子間の潤滑性を向上させるための潤滑性向上材を混合した絶縁体混合粉末を充填したことを特徴とするセラミックスヒータ型グロープラグ。
　前記潤滑性向上材の平均粒径が前記耐熱絶縁体粒子の平均粒径よりも小さいことを特徴とする請求項１に記載のセラミックスヒータ型グロープラグ。
　前記潤滑性向上材の熱伝導率が前記耐熱絶縁体粒子の熱伝導率よりも大きいことを特徴とする請求項１又は２に記載のセラミックスヒータ型グロープラグ。
　前記絶縁体混合粉末のタッピング密度が、前記耐熱絶縁体粒子のタッピング密度よりも大きくなるように、前記耐熱絶縁体粒子と前記潤滑性向上材との混合比率を決定することを特徴とする請求項１～３のいずれか一項に記載のセラミックスヒータ型グロープラグ。
　前記耐熱絶縁体粒子がマグネシア（ＭｇＯ）であり、前記潤滑性向上材が六方晶系窒化ホウ素（ｈ－ＢＮ）であることを特徴とする請求項１～４のいずれか一項に記載のセラミックスヒータ型グロープラグ。
　前記金属製外筒内の全体に前記絶縁体混合粉末を封入することを特徴とする請求項１～５のいずれか一項に記載のセラミックスヒータ型グロープラグ。