JP2000220829A - セラミックヒ―タ型グロ―プラグおよびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 窒化ケイ素質セラミックスが熱で変質したり
しない１３００℃程度の飽和温度を保ち、Ｗ線材が断線
することもなく急速昇温が可能で、しかも理想的な自己
温度制御機能をもつセラミックヒータ型グロープラグを
得る。 【解決手段】 セラミックヒータ11は、高融点金属線材
（Ｗ線材）からなる発熱体22を窒化ケイ素質セラミック
スからなるセラミックス絶縁体21内に埋設している。こ
のセラミックヒータの金属製円筒体12の先端からの突き出し長さ
は８〜１５ｍｍである。発熱体のコイル状となる部分の
長さを３〜１０ｍｍ、セラミックス絶縁体の先端部の径寸法Ｄ
を２．８〜５ｍｍとし、この径寸法Ｄに対しての発熱体
のコイル状部分の最長径ｄ₂ を０．７５Ｄ≦ｄ₂ ＜Ｄと
する。コイル状部分を金属製円筒体の先端よりもセラミックス
絶縁体の先端側に埋設する。発熱体のコイル状部分の線
径を０．０５〜０．３ｍｍの範囲とし、発熱体のコイル
状部分の螺旋ピッチを、少なくとも各螺旋部間の線間距
離が０．０１ｍｍ以上となる状態で０．０６〜１．３０
ｍｍの範囲内に設定する。

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
の始動補助用として使用されるセラミックヒータ型グロ
ープラグに関し、特に高温使用可能であって、しかも自
己温度制御機能を備えているセラミックヒータ型グロー
プラグおよびその製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】ディーゼルエンジン用グロープラグにお
いては、排ガス規制に対応するために、昇温時における
例えば８００℃への到達時間を速くし、しかも飽和温度
を例えば１３００℃程度と高くし、アフターグロー時間
を長くする必要がある。このような要請に応えるため
に、最近のグロープラグでは、ヒータ部分（発熱体部
分）を高融点金属や無機導電材で形成している。また、
このヒータ部分を保護する外殻部分（グロープラグ先端
の細径部分）を従来一般的であった金属製シースに代え
て高温使用可能な絶縁性セラミックスからなるセラミッ
クス絶縁体を用いたセラミックヒータ型のものが一般的
になってきている。

【０００３】この種のセラミックヒータ型グロープラグ
としては、例えば特公昭６２−１９０３４号公報に示す
ように、Ｗ（タングステン）等からなる高融点金属線材
を耐酸化性、耐熱衝撃性に優れている窒化ケイ素系のセ
ラミックス中に埋設することにより形成したセラミック
ヒータを用いたものがある。また、特公平１−３３７３
４号公報に示すように、窒化ケイ素系のセラミックスか
らなるセラミックス絶縁体中に、正の抵抗温度係数の異
なる材料からなる第１、第２の発熱体を直列に接続した
状態で埋設することにより、グロープラグの昇温特性を
所定の飽和温度で制御するという、いわゆる自己温度制
御機能をもたせたセラミックヒータが知られている。こ
こで、第１の発熱体はセラミックヒータの先端を赤熱化
させるための発熱体であり、また第２の発熱体はこの第
１の発熱体に対しての通電制御を行う通電制御用の抵抗
体である。

【０００４】これらの従来のセラミックヒータ型グロー
プラグでは、一種類または二種類の発熱体を半割り状態
で形成したセラミックス絶縁体間に介在させることによ
り平面的に配置して埋設した構造である。したがって、
このようなセラミックヒータでは、ヒータの周方向にお
ける温度分布に５０℃以上の温度差が生じ、熱ひずみが
起きる等の問題がある。

【０００５】また、上述したセラミックヒータでは、ヒ
ータとして必要な抵抗値を確保するために、発熱体をヒ
ータ後端寄りであって金属製ハウジングに保持させる部
分にまで延設させる必要がある。例えば従来例における
後者のタイプでは、通電制御用となる第２の発熱体を埋
設した部分が、金属製ハウジングによる保持部分に延設
されている。このような構造では、セラミックヒータの
発熱により、金属製ハウジングとセラミックヒータとの
ろう付け部分が溶融し接合不良を生じるおそれがある。
また、ハウジングを介してシリンダヘッドに熱が放散さ
れることからヒータとしての熱効率が悪く、消費電力も
大きくなってしまう。

【０００６】また、前者の従来例では、セラミックヒー
タの発熱温度や昇温特性を所定の飽和温度に制御するた
めの通電制御回路を車載バッテリからグロープラグへの
通電回路上に設ける必要があり、回路構造が複雑とな
り、ディーゼルエンジン用予熱装置がコスト高となる。
これに対して後者の従来例では、近年この種のグロープ
ラグにおいて要望されている自己温度制御機能をもたせ
ることができるが、セラミックヒータ内に二種類の材料
からなる発熱体を直列に接続した状態で埋設する必要が
あり、ヒータとしての構成部品点数が多く構造も複雑
で、しかも製造も煩雑で、製造コストが高くなる。

【０００７】後者の従来例に類似する自己温度制御型グ
ロープラグとして最近は、例えば特開平７−１４２１５
３号公報に示すように、ほぼＵ字形状を呈する薄膜無機
導電体をセラミックヒータの先端部に二層に配設すると
ともに、それぞれの端部に一部を重ねて薄膜無機導電体
を設けることにより、この薄膜無機導電体を自己温度制
御機能を得るための通電制御用抵抗体として用いたもの
も提案されている。

【０００８】また、自己温度制御機能を備えているグロ
ープラグとして、正の抵抗温度係数を有する材料で発熱
体を構成し、発熱による温度上昇により発熱体の抵抗値
が大きくなって発熱量が制限されて所定の温度で自己飽
和するグロープラグも知られている。このような自己飽
和機能を有するグロープラグでは、発熱体の形状等によ
り温度上昇による抵抗値の変化が安定して充分に行われ
ず、自己飽和機能が発揮されない。例えば発熱体の一部
がハウジング内に位置している場合、そのハウジング内
の発熱体の部分はハウジングを介して放熱されるので、
温度上昇が遅れる。したがって、発熱体は均一には温度
上昇せず、抵抗値の変化が安定しない。

【０００９】また、上述した従来のセラミックヒータで
は、製造面から次のような問題があった。すなわち、発
熱体となるＷ線材等を窒化ケイ素質セラミックスによる
セラミックス成形体内に埋め込み、１７００℃を越える
高温でホットプレスを行うと、Ｗ線材の表面から亀裂が
生じやすく抵抗増加を招く。しかも、その後の通電発熱
の反復によって、上述した亀裂の成長に起因した抵抗増
加や断線が発生し、セラミックヒータとしての製品寿命
が短くなるという問題があった。

【００１０】従来、このようなＷ線材に生じている亀裂
の発生を抑制するには、Ｗ線材を発熱体に使用したセラ
ミックヒータにおいて、焼結助剤を最適化し、ホットプ
レス温度を１７００℃よりも低い温度とするか、Ｒｅ−
Ｗ（レニウムタングステン合金）線材等の延性の優れた
合金を使用することが必要であった。

【００１１】この問題に対する対策としては、Ｗ線材の
表面に無機化合物をコーティングする方法が知られてい
る（特開昭６１−１７９０８４号公報、特開平７−１３
５０６８号公報）。しかし、Ｗ線材の表面に形成したコ
ーティング層は、きわめて脆く損傷しやすいことから、
後工程でのハンドリング作業時やセラミックス粉体への
埋設時、さらにプレス成形時において剥がれやすい。そ
して、このようなコーティング層の亀裂の抑制は、一箇
所でも剥離を生じるとその部分に亀裂が発生することか
ら、製品機能上致命的な障害となる。したがって、工程
管理が困難であり、製造コストも高くなるという問題が
あった。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】上述した特開平７−１
４２１５３号公報のセラミックヒータにおいて、Ｕ字形
状の薄膜無機導電体を製作するには、射出成形、印刷に
よる薄膜製造技術等の特殊な技術を要し、それだけ製造
コストがかかってしまう。また、無機導電体は、複合体
であるために組成を管理し発熱体としての抵抗を一定に
することが難しい。また、このような薄膜無機導電体に
よる発熱体では、その内部でマイグレーション（イオン
の移動等による組織変化）が起こり、耐熱強度が低下
し、かなり早い時期で発熱温度が低下する等の問題があ
る。

【００１３】最近の自動車においては、バッテリに負荷
がかかる電装品類が多くなってきており、いずれの電装
品でも消費電力を低減することが望まれている。しか
し、前述した自己温度制御機能を有するグロープラグで
は、発熱用と通電制御用との２つの抵抗体を必要とする
ことから消費電力も大きくなるという問題があり、この
問題点に対して何らかの対策を講じることが望まれてい
る。

【００１４】本発明は上述したような事情に鑑み、種々
の研究、開発と試行錯誤の結果として生み出されたもの
であり、速熱型として機能するとともに、飽和温度も１
３００℃程度と高くなり高温使用が可能となり、しかも
アフターグロー温度が上がり過ぎず長時間にわたるアフ
ターグローを行える理想的な自己温度制御機能をもち、
消費電力が小さいセラミックヒータを実現できるように
したセラミックヒータ型グロープラグおよびその製造方
法を得ることを目的としている。

【００１５】また、本発明は、高温強度やコスト面で優
れたＷ線材等の高融点金属線材を発熱体として、熱伝導
特性や高温強度等に優れた窒化ケイ素質セラミックスを
セラミックス絶縁体とからなるセラミックヒータを、比
較的簡単に製造できるとともに製造コストを削減できる
セラミックヒータ型グロープラグおよびその製造方法を
得ることを目的としている。また、本発明は、製造時に
おける発熱体の断線や損傷、セラミックス絶縁体の損傷
を招くことがなく品質や耐久性の面で優れ、しかも前述
したグロープラグとして優れた性能を発揮することがで
きるセラミックヒータ型グロープラグおよびその製造方
法を得ることを目的としている。

【００１６】また、本発明は、セラミックヒータの先端
側発熱部において、周方向での温度分布のばらつきを小
さくすることができるセラミックヒータ型グロープラグ
およびその製造方法を得ることを目的としている。

【００１７】また、本発明は、セラミックヒータを構成
する発熱体を、印刷による薄膜製造技術等の特殊な技術
を用いずに簡単に形成でき、しかも発熱体内部でマイグ
レーション（移行、変態）が起こることもないセラミッ
クヒータ型グロープラグおよびその製造方法を得ること
を目的としている。

【００１８】

【課題を解決するための手段】このような目的に応える
ために本発明（請求項１に記載の発明）に係るセラミッ
クヒータ型グロープラグは、高融点金属線材からなる発
熱体を窒化ケイ素質セラミックスからなるセラミックス
絶縁体に埋設することにより形成するセラミックヒータ
と、このセラミックヒータの外周を保持する金属製円筒
体を備え、前記セラミックヒータの金属製円筒体の先端
部からの突き出し長さを８〜１５ｍｍとし、前記発熱体
のコイル状となる部分の長さを３〜１０ｍｍとし、前記
セラミックスヒータの先端部の径寸法Ｄを２．８〜５ｍ
ｍとするとともに、この径寸法Ｄに対しての発熱体のコ
イル状部分の最長径ｄ₂ を０．７５Ｄ≦ｄ₂ ＜Ｄとし、
発熱体のコイル状部分を前記金属製円筒体の先端部より
もセラミックス絶縁体の先端側に埋設し、発熱体におけ
る少なくともコイル状部分の線径を０．０５〜０．３ｍ
ｍの範囲とするとともに、発熱体のコイル状部分の螺旋
ピッチを、少なくとも線間距離が０．０１ｍｍ以上の状
態で０．０６〜１．３０ｍｍの範囲内で設定したことを
特徴とする。

【００１９】ここで、上述した発熱体を形成する高融点
金属線材として、タングステン線を用いる。また、上述
した窒化ケイ素質セラミックスには、モリブデンケイ化
物、モリブデン炭ケイ化物のうちの少なくとも一種以上
が存在しているものを含むものとする。

【００２０】また、本発明（請求項４に記載の発明）に
係るセラミックヒータ型グロープラグの製造方法は、前
述した請求項１に記載のセラミックヒータ型グロープラ
グにおけるセラミックヒータを製造する方法にあたっ
て、２つの穴を開けた円柱状セラミックス成形体または
焼結体に高融点金属からなる発熱体をコイル状に巻付
け、この発熱体の一端部を一方の穴に入れるとともに、
同じ穴にリード線用の金属抵抗体の一端部を入れて、前
記発熱体の一端部と穴の中で接触させ、これらを前記セ
ラミックス成形体または焼結体とほぼ同じ組成のセラミ
ックス粉体中に埋設し、この状態でホットプレス焼成を
行うことを特徴とする。

【００２１】ここで、上述した発熱体を形成する高融点
金属線材として、タングステン線を用いる。また、上述
した窒化ケイ素質セラミックスには、モリブデンケイ化
物、モリブデン炭ケイ化物のうちの少なくとも一種以上
が存在しているものを含むものとする。

【００２２】本発明によれば、上述した各部の数値条件
等をすべて満足するセラミックヒータを得ることによ
り、Ｗ線材等の高融点金属線材を発熱体として急速昇温
を可能とすることができ、セラミックス絶縁体を形成す
る窒化ケイ素質セラミックスが熱によって変質したりす
ることがない１３００℃程度の飽和温度をもつことがで
きる。

【００２３】本発明によれば、セラミックヒータ内の発
熱体の温度上昇が均一に行われるから、発熱体の温度上
昇による抵抗値の変化が充分に安定して行われる。した
がって、昇温特性が向上するとともに、自己飽和機能に
優れ、簡単な構造で自己温度制御機能を達成することが
できる。

【００２４】また、本発明によれば、セラミックス絶縁
体内での熱伝導性を、窒化ケイ素質セラミックスにモリ
ブデンケイ化物、モリブデン炭ケイ化物の少なくとも一
種以上を存在させることによって向上させ、昇温特性
（８００℃到達時間）を向上させることができる。さら
に、上述した窒化ケイ素質セラミックスを用いることに
より、線膨張係数が大きくなり、発熱体として用いるＷ
線材に近くなること、およびＷ線材の表面にＭｏ−Ｗ−
Ｓｉ系の保護膜を形成できることから、セラミックス焼
成時に起きる初期欠陥（Ｗ線材の割れ、セラミックス部
分の割れ）を防ぐことができる。

【００２５】また、本発明によれば、始めに、二つの穴
を有する円柱形状であって線材を巻き付けやすい形状の
窒化ケイ素質セラミックスからなる円柱状セラミックス
成形体または焼結体を作製する。そして、このようなセ
ラミックス成形体または焼成体に高融点金属線材として
Ｗ線材を冷間で巻き付ける。前記セラミックス成形体ま
たは焼結体の２つの穴の中に、巻き付けたＷ線材の一端
部とリードの接続端とをそれぞれ通し、窒化ケイ素質セ
ラミックス粉体内に埋設し、セラミックヒータを構成す
る成形体を形成する。次に、この窒化ケイ素質セラミッ
クス粉体中に埋設し、これら全体を焼結することによ
り、高融点金属線材としてＷ線材を用いたセラミックヒ
ータを簡単に作製することができる。

【００２６】

【発明の実施の形態】図１ないし図７は本発明に係るセ
ラミックヒータ型グロープラグおよびその製造方法の一
つの実施の形態を示す。これらの図において、図１およ
び図７を用いて全体を符号１０で示すセラミックヒータ
型グロープラグの概要を以下に説明する。

【００２７】図中符号１１は後述する窒化ケイ素質セラ
ミックスからなるセラミックス絶縁体によるセラミック
ヒータ、１２はこのセラミックヒータ１１の外周部に嵌
装されろう付け等で接合されている管状体からなる金属
製円筒体、１３はこの金属製円筒体１２を先端部に保持
するとともにこのグロープラグ１０のエンジンのシリン
ダヘッドへの取付け金具となる管状ハウジングである。
この管状ハウジング１３の後端側外周部には、シリンダ
ヘッドの取付け穴へねじ込むためのねじ部１３ａが形成
されている。

【００２８】１４は管状ハウジング１３の後端部に絶縁
ブッシュ１５を介して保持した外部接続端子である。１
６はこの外部接続端子１４の内方端部分と前記セラミッ
クヒータ１１とを電気的に接続する接続導体で、この接
続導体１６の外周には絶縁スリーブ１６ａが嵌装されて
いる。

【００２９】１７は前記セラミックヒータ１１の後端部
に嵌装されたターミナル端子としての電極取出し金具
で、この電極取出し金具１７に前記接続導体１６の一端
部が接続されることにより、セラミックヒータ１１への
外部接続端子１４からの通電が行われる。

【００３０】図７ではアース側ターミナル端子の電極取
出し金具として金属製円筒体１２を用いている。しか
し、これに限らず、アース側ターミナル端子の電極取り
出し金具をセラミックヒータ１１の後端部寄りに嵌装
し、この金具の一部を前記金属製円筒体１２に接続する
ことにより管状ハウジング１３を介してアース接続が行
えるようにしてもよい。なお、このようなグロープラグ
１０の構造や機能は、セラミックヒータ１１の構造を除
いて従来から広く知られている事項であるから、ここで
の詳細な説明は省略する。

【００３１】前記セラミックヒータ１１を構成するセラ
ミックス絶縁体２１中には、図１、図５、図７に示すよ
うに例えばＷ線材からなる高融点金属材（以下、Ｗ線材
という）からなる発熱体２２と、この発熱体２２の両端
部２２ａ，２２ｂに一端部２３ａ，２４ａが接続されヒ
ータ外部との電極取出しを行うリード２３，２４とをセ
ラミックス絶縁体２１中に埋設している。

【００３２】前記一方のリード２３の接続端２３ｂは、
セラミックス絶縁体２１の後端部に嵌装した電極取出し
金具１７と電気的に接続されている。この電気的接続部
は一般には正極となる。すなわち、この電極取出し金具
１７が接続導体１６を介して外部接続端子１４に接続さ
れ、管状ハウジング１３の後端部から後方に延設されて
いる。

【００３３】また、他方のリード２４の接続端２４ｂ
は、図１に示すように、セラミックス絶縁体２１の後端
部寄りの外周部に露出され、金属製円筒体１２とろう付
けなどにより電気的に接続されている。この電気的接続
部は一般には負極となる。

【００３４】これらのリード２３，２４の接続端２３
ｂ，２４ｂのセラミックス絶縁体１２の周囲への露出部
には、金属製円筒体１２や電気的接続を行うための金属
製電極取出し金具１７を接合させるために、導電層とし
てメタライズ層（図示せず）を形成するとよい。

【００３５】前記発熱体２２は、図１、図３、図５、図
７に示すように、セラミック絶縁体２１内に埋設した円
柱状セラミックス成形体または焼結体２６（以下、セラ
ミックス成形体２６として略称する）の外周部にコイル
状に巻付けられている。前記成形体２６は、窒化ケイ素
質セラミックスにより全体がほぼ円柱状を呈する形状で
形成され、その中央部分には互いに軸線が平行な二つの
穴２７ａ，２７ｂが形成されている。

【００３６】ここで、上述したセラミックス成形体２６
の一方の穴２７ａ内には、一方のリードとなる金属線材
２３が後端から嵌挿され、その先端２３ａがこの穴２７
ａに同方向から差し込まれるＷ線材からなる発熱体２２
の一端部２２ａと接合されている。また、セラミックス
成形体２６の他方の穴２７ｂ内には、他方のリードとな
る金属線材２４が後端から嵌挿され、その先端２４ａが
この穴２７ｂに先端から差し込まれる発熱体２２の他端
２２ｂと接合されている。

【００３７】このような構造によれば、穴２７ａ，２７
ｂを開けたセラミック成形体２６を用い、これに発熱体
２２となるＷ線材を螺旋状に巻き付けるとともに、それ
ぞれの穴２７ａ，２７ｂにリードとなる金属線材２３，
２４を差し込んでそれぞれをＷ線材の各端に接続する。
そして、セラミック粉体内に埋設した後、例えば真空
中、窒素中、不活性雰囲気中、還元雰囲気中のいずれか
で焼成することにより、焼成工程によるセラミックの収
縮で必要部分の接合端が圧接され、しかも強度的にも電
気的にも満足できる接合体が得られる。

【００３８】本発明によれば、上述したようにグロープ
ラグ１０におけるセラミックヒータ１１を、高融点金属
線材による発熱体となるＷ線材（以下の説明ではＷ線材
に符号２２を付して説明する）を、セラミックス絶縁体
２１を形成する窒化ケイ素質セラミックス中に埋設した
状態で作製するにあたって、以下の条件を満足するよう
に構成している。

【００３９】すなわち、上述したセラミックヒータ型グ
ロープラグ１０において、セラミックヒータ１１の金属
製円筒体１２の先端からの突き出し長さを１５ｍｍ以下
（８〜１５ｍｍ）とし、ヒータ１１の先端部の径寸法Ｄ
を５ｍｍ以下（２．８〜５ｍｍ）とする。また、このよ
うなグロープラグ１０への通電用バッテリの仕様電圧は
１２Ｖまたは２４Ｖである。なお、セラミックヒータ１
１の突き出し長さは、後述するＷ線材２２のコイル状部
分の軸線方向の長さａやヒータ１１の金属製円筒体１２
への保持部との位置関係によって定められる。また、上
述した径寸法Ｄが小さいと、セラミックヒータ１１の強
度が低下するから自ずと限界がある。

【００４０】上述した条件下のグロープラグ１０におい
て、図１〜図６に示すように、セラミックヒータ１１内
のＷ線材２２のコイル状となる部分（円柱状セラミック
ス成形体２６への巻き付け部分）の長さａを３〜１０ｍ
ｍとする。また、前記窒化ケイ素質セラミックスからな
るセラミックス絶縁体２１の径寸法Ｄに対しての前記Ｗ
線材２２のコイル状部分の最長径（長径側の径寸法）ｄ
₂（図２参照）を０．７５Ｄ≦ｄ₂ ＜Ｄの範囲内で設定
する。なお、図２中ｄ₁ はＷ線材２２のコイル状部分の
短径側の径寸法を表す。

【００４１】上述したセラミックヒータ１１において、
セラミックス絶縁体２１中に埋設したＷ線材２２のコイ
ル状部分が図２に示すように断面ほぼ楕円形状を呈して
いるのは、セラミックス絶縁体２１を焼成したときに加
圧圧縮されるためである。勿論、この焼成前は、図６に
示すようにほぼ円形状で円柱状セラミックス成形体２６
に巻き付けられている。

【００４２】さらに、前記Ｗ線材２２のコイル状部分を
前記窒化ケイ素質セラミックスからなるセラミックス絶
縁体２１を保持した金属製円筒体１２の先端よりもヒー
タ１１の先端側に埋設する。また、前記Ｗ線材２２にお
ける少なくともコイル状部分の線径を０．０５〜０．３
ｍｍの範囲内で設定するとともに、前記Ｗ線材２２のコ
イル状部分の螺旋ピッチＰを、少なくとも線間距離ｔが
０．０１ｍｍ以上の状態で０．０６〜１．３０ｍｍの範
囲内で設定する。なお、上述したＷ線材２２のコイル状
部分の抵抗値は０．３〜３Ωの範囲内で設定するとよ
い。

【００４３】また、上述したセラミックス絶縁体２１や
円柱状セラミックス成形体２６を形成する窒化ケイ素質
セラミックス中には、モリブデンケイ化物、モリブデン
炭ケイ化物のうちの少なくとも一種以上を存在させる。

【００４４】本発明は、上述したセラミックヒータ型グ
ロープラグ１０において、セラミックヒータ１１に自己
温度制御機能をもたせ、速熱型とするための８００℃到
達時間の短縮を含めて昇温特性等の性能を向上させるこ
とができるとともに、抵抗温度係数の大きい高融点金属
線材としてのＷ線材２２のもつ特性を最大限に生かすた
め、Ｗ線材２２のコイル状部分の配置等の詳細な検討と
種々の試行錯誤を行った結果、上述した各部の寸法や位
置関係に基づいた構成を採用するとよいことを見いだし
たものである。

【００４５】また、本発明によれば、窒化ケイ素質セラ
ミックスからなるセラミックス絶縁体２１を用いること
により、熱伝導性および高温強度、破壊靭性を向上させ
るとともに、高融点金属材であるＷ線材２２にＭｏ−Ｗ
−Ｓｉ系（モリブデン−タングステン−ケイ素系）の保
護膜を形成できるようにし、Ｗ線材２２の高温強度を向
上させている。

【００４６】ここで、セラミックス絶縁体２１を形成す
る窒化ケイ素質セラミックスとは、焼結助剤を含んだ窒
化ケイ素のことを示す。焼結助剤は焼成後に粒界に残
り、ガラス相や結晶相を形成する。そのガラス相および
結晶相の種類によって、耐酸化性や強度、高温強度等の
特性がほぼ決まってくる。焼結助剤としては、高温特性
に優れる系であるイットリア−アルミナ系等の複合系、
イットリア系、イッテルビア系等の希土類の含まれる焼
結助剤が好ましい。

【００４７】また、Ｗ線材２２を形成するＷは、純度が
９９．９９％より大きく、Ｋ、Ａｌ、Ｓｉの微量元素が
意図的に添加されていない、いわゆるノンドープ材であ
るＷであることが好ましい。このようにすると、セラミ
ックス絶縁体２１の焼成時のホットプレス温度が高くで
き、焼結助剤に希土類を容易に使用することができる。
なお、線材にあらかじめ１９００℃〜３０００℃での熱
処理をほどこし、繊維状の組織を再結晶させたＷでも同
様の効果が得られる。

【００４８】前記Ｗ線材２２のコイル状となる部分の長
さａを３ｍｍ〜１０ｍｍとした理由は、グロープラグ１
０へのバッテリからの通電電圧と発熱体として必要なＷ
線材２２による抵抗値とを前提としたときに、抵抗値
は、セラミックス絶縁体２１の径（Ｗ線材２２のセラミ
ックス成形体２６への巻き付けによるコイル径）および
Ｗ線材２２の線径、Ｗ線材２２のセラミックス絶縁体２
１内に入っている長さ等に依存して変化するからであ
る。

【００４９】ここで、セラミックス絶縁体２１の径寸法
Ｄが５ｍｍ以下である場合において、Ｗ線材２２のコイ
ル状部分の長さａが３ｍｍより短いと自動車のバッテリ
電圧ではＷ線材２２全体の抵抗値が小さ過ぎることにな
る。このようなＷ線材２２が発熱すると１６００℃以上
の高温となってしまい、窒化ケイ素質セラミックスが熱
影響により劣化してセラミックス絶縁体２１の耐久性が
なくなる。一方、Ｗ線材２２のコイル状部分の長さａが
１０ｍｍよりも長いと、ヒータ１１の先端部での発熱、
すなわちヒータ１１の先端より２．５ｍｍの部位が最高
温度となるようにならないばかりでなく、無駄な放熱が
多くなるため、消費電力が大きくなる。

【００５０】また、金属製円筒体１２の先端からのセラ
ミックヒータ１１部分の突き出し長さが１５ｍｍ以下で
ある場合であってＷ線材２２のコイル状部分の長さａが
１０ｍｍよりも長いと、セラミックスヒータ１１の部分
と金属製円筒体１２とのロウ付け部分の温度が８００〜
９００℃と上がり過ぎ、ロウ材が流れ出してしまい、気
密性が低下したり、電極部分での断線が起きたりする。
したがって、このＷ線材２２のコイル状部分の長さａは
３ｍｍ〜１０ｍｍとしなければならない。

【００５１】また、コイル状部分はセラミックス絶縁体
２１の支持部材である金属製円筒体１２の先端部分より
前に埋設されなければならない。好ましくはコイル状部
分の軸線方向の中央位置を金属製円筒体１２の先端より
も５ｍｍ〜８ｍｍ程度前側に位置させるとよい。

【００５２】前記窒化ケイ素質セラミックスからなるセ
ラミックス絶縁体２１の径寸法Ｄに対して、Ｗ線材２２
のコイル状部分の最長径ｄ₂ を０．７５Ｄ≦ｄ₂ ＜Ｄと
する理由は、グロープラグ１０の周方向での温度分布に
おける温度差を小さく（３０℃未満）とするため、およ
びヒータ１１における昇温速度を速くするためである。

【００５３】これを詳述すると、このＷ線材２２のコイ
ル状部分の最長径ｄ₂ が０．７５Ｄよりも小さいと、セ
ラミックス絶縁体２１の外表面まで熱が伝わるのに時間
がかかるため、定格電圧（１１Ｖ）で８００℃到達時間
４秒以下というような急速昇温が不可能となる。また、
コイル状の部分の最長径ｄ₂ がＤ以上であるということ
は、このＷ線材２２が絶縁体２１の外表面に露出してい
るということである。すなわち、特に高温状態でＷ線材
２２が大気等の雰囲気中にあると、腐食したり酸化した
りするため、Ｗ線材２２は外表面に露出させてはならな
いということである。

【００５４】また、前記Ｗ線材２２のコイル状部分の線
径が０．０５ｍｍ〜０．３ｍｍの範囲であり、Ｗ線材２
２のコイル状部分の線間距離ｔは０．０１ｍｍ〜１ｍｍ
であって、その螺旋ピッチＰは０．０６〜１．３０ｍｍ
の範囲内で設定するとよい。前記Ｗ線材２２は窒化ケイ
素質セラミックス内に埋設してあるためにＷ線材２２の
表面にＷ（タングステン）のケイ化物が生成する。この
層の生成によって、Ｗ線材２２の径が０．０５ｍｍ未満
であると、その反応層の面積がＷ線材２２の断面積に対
して大きくなり、通電加熱中にそこからクラックが入
り、それがＷ線材２２の内部にもクラックを引き起こし
て断線するおそれがあり、セラミックヒータ型グロープ
ラグ１０の耐久性が劣ることになる。

【００５５】また、セラミックス絶縁体２１の径寸法Ｄ
が５ｍｍ以下であるときに、その内部にＷ線材２２のコ
イル状部分を納めようとすると、線径が０．３ｍｍより
大きいとＷ線材２２の加工性（特に巻線加工時の加工
性）が悪くなるために不可能となる。好ましくは、０．
１〜０．１５ｍｍの範囲内で設定するとよい。

【００５６】Ｗ線材２２のコイル状部分の線間距離は図
３において０．０１〜１ｍｍである。このコイル状とな
る部分の長さａは３〜１０ｍｍである理由は、前述した
通りであるが、Ｗ線材２２の抵抗温度係数を利用して、
自己温度制御機能をもたせるためには、この範囲が最適
であることが確認されている。例えば線間距離が０．０
１ｍｍよりも小さい場合は、セラミックス成形時やホッ
トプレス焼成を行う際にＷ線材２２の巻線どうしが接触
してしまい、所望の抵抗が得られなかったり、通電した
場合に、そこで短絡、スパークを起こしてしまい断線す
る。また、１ｍｍよりも大きいとＷ線材２２の発熱部が
集中せず、自己温度制御機能が十分に発揮できず、１５
００℃以上の温度になってしまう場合がある。好ましく
は０．１〜０．５ｍｍの範囲内で設定するとよい。

【００５７】そして、上述した条件のすべてを満足する
ことでＷ線材２２を発熱体とする急速昇温が可能で、窒
化ケイ素質セラミックスが熱によって損傷を受けない１
３００℃程度の飽和温度をもち、Ｗ線材２２が断線した
りせず、耐久性に優れ、しかも理想的な自己温度制御機
能をもつセラミックヒータ型グロープラグ１０を製造す
ることができるのである。

【００５８】ここで、本発明によれば、２つの穴２７
ａ，２７ｂが開いた円柱状セラミックス成形体２６に高
融点金属線材であるＷ線材２２をコイル状に巻き付け、
その一端部２２ａを穴２７ａに入れ、同じ穴にリード２
３を入れ、他端２２ｂを穴２７ｂに入れ、この穴にリー
ド２４を入れている。そして、Ｗ線材２２の各端とリー
ド２３，２４の接続端とを同じ穴内で接触させている。
そして、これらを前記セラミックス成形体２６とほぼ同
じ組成の窒化ケイ素質セラミックスの粉体中に埋設し、
ホットプレス焼成を行うことにより、図１、図５に示し
た形状のセラミックヒータ１１を製造することができ
る。

【００５９】ここで、窒化ケイ素質セラミックスには、
モリブデンケイ化物、モリブデン炭ケイ化物の内少なく
とも一種以上を存在させることによって、セラミックス
絶縁体２１内での熱伝導性をよくし、昇温特性（８００
℃到達時間）をさらによくすることができる。また、そ
れらが存在することにより、線膨張係数が大きくなりＷ
線材２２と近くなること、およびＷ線材２２の表面にＭ
ｏ−Ｗ−Ｓｉ系の保護膜を形成することができるから、
焼成時に起きる初期欠陥（Ｗの割れ、セラミックス部の
割れ）を防ぐことができるため、故障の頻度が非常に少
なくなり、耐久性をさらに向上させることができる。な
お、上述した添加量は導電性をもたない範囲、４０vol
％ 以下が望ましい。

【００６０】なお、モリブデンケイ化物とはＭｏＳｉ₂
またはＭｏ₃Ｓｉ、Ｍｏ₅Ｓｉ₃であり、モリブデン炭ケ
イ化物は一般的にＭｏ_5-xＳｉ₃Ｃ_y で表される。そのう
ちの少なくとも一種以上が存在していればよく、Ｍｏ
_5-xＳｉ₃Ｃ_y 単独で存在した窒化ケイ素質セラミック
ス、またはＭｏ₅Ｓｉ₃とＭｏ_5-xＳｉ₃Ｃ_y が両方とも存
在している窒化ケイ素質セラミックスが特に望ましい。

【００６１】以下に、上述したセラミックヒータ型グロ
ープラグ１０の製造方法について簡単に述べる。始め
に、二つの穴２７ａ，２７ｂを有する円柱形状であって
Ｗ線材２２を巻き付けやすい形状の窒化ケイ素質セラミ
ックスからなる円柱状セラミックス成形体２６を作製す
る（図３参照）。ここでは、このセラミックス成形体２
６をセラミックス絶縁体２１中に埋設することから、こ
のセラミックス絶縁体２１を形成する窒化ケイ素質セラ
ミックスと熱膨張係数がほぼ等しくなるような組成のセ
ラミックスを選択する。勿論、外側部材であるセラミッ
クス絶縁体２１の窒化ケイ素質セラミックスと同一の組
成であることが好ましい。

【００６２】また、上述したような二つの穴２７ａ，２
７ｂを有するセラミックス成形体２６の窒化ケイ素質セ
ラミックスによる作製は、一軸プレス、ＣＩＰ（等方圧
プレス）、押出成型、射出成形等のような一般的な方法
を採用することができる。このようなセラミックス成形
体（成形体または焼結体）２６にＷ線材２２を巻き付け
る。ここで、セラミックス焼成体とは、５００℃前後で
脱脂した脱脂体、焼結温度よりもやや低めの温度で焼成
をした仮焼体も含まれる。セラミックヒータの製造工程
におけるハンドリングのし易さによって、セラミックス
成形体または焼成体のいずれを用いるかを選択するとよ
い。

【００６３】また、従来高融点金属線材であるＷ線材２
２をコイル状に作製する場合、予めＭｏ（モリブデン）
等の金属部材に巻き付けてその後、Ｍｏ等の金属部材を
溶かすという方法や温間で巻き取る方法を採用していた
が、この実施の形態によれば、Ｗ線材２２の成形体２６
への巻き付け工程を冷間で行うことが可能であり、セラ
ミックス成形体２６に直接巻き付けることができ自動化
を達成できる。そして、Ｍｏ等の金属部材を使用する必
要がなく、製造コストのかからない製造方法となる。

【００６４】セラミックス成形体２６の２つの穴の中
に、巻き付けたＷ線材２２の一端部とリードの接続端と
をそれぞれ通し（図４参照）、窒化ケイ素質セラミック
スの粉体内に埋設し、セラミックヒータ１１を構成する
成形体（焼成により焼結体となる）を形成する（図５、
図６参照）。しかる後、焼結金型の中に約半分の窒化ケ
イ素質セラミックスの粉体を入れ、Ｗ線材２２を巻いた
前記円柱状セラミックス成形体２６を置き、残りの半分
の窒化ケイ素質セラミックスの粉体を入れて一軸プレス
をする。また、Ｗ線材を巻いたものを中心に据えてドラ
イＣＩＰをする方法等、様々な方法を選択することがで
きる。

【００６５】次に、この窒化ケイ素質セラミックスの粉
体中に埋設したものを焼結させる。ここでは、常圧焼結
およびガス圧焼結および２０ＭＰａより低い圧力のホッ
トプレス焼結では十分に緻密化せず、埋設物（Ｗ線材２
２を巻き付けたセラミックス成形体２６）の移動が起こ
り、コイル状のＷ線材２２と窒化ケイ素質セラミックス
との間に隙間ができたが、２０ＭＰａ以上の圧力をかけ
たホットプレス法を用いることにより、所要の状態での
焼結を行うことができることが確認されている。

【００６６】また、温度条件が１６５０℃より低い温度
でホットプレスを行うと、外側の窒化ケイ素質セラミッ
クスが十分に緻密化しないだけではなく、Ｗ線材２２を
巻いた円柱状セラミックス成形体２６と一体化させるこ
とができなかった。また、１８５０℃よりも高い温度で
ホットプレスを行うと、窒化ケイ素質セラミックスが分
解することにより十分に緻密化しない。また、Ｗ線材２
２と窒化ケイ素質セラミックスとの反応が激しくなる現
象が起きることが確認されている。

【００６７】すなわち、１６５０℃以上であって１８５
０℃以下の温度条件で、しかも２０ＭＰａ以上の圧力で
ホットプレス焼成を行うことが好ましいことが確認され
ている。しかも、このようなホットプレス焼成を行うこ
とにより、リード２３，２４とＷ線材２２のコイル状部
分の各端２２ａ，２２ｂとを確実に接合することがで
き、電気導電性をもたせることができる。

【００６８】なお、本発明は上述した実施の形態で説明
した構造には限定されず、各部の形状、構造等を適宜変
形、変更し得ることはいうまでもない。例えば発熱体２
２を形成する高融点金属線材とは例えばＷ線材がある
が、これに限らず、Ｍｏ（モリブデン）線材やＷ合金線
材、Ｍｏ合金線材でもよい。また、上述したセラミック
ス成形体または焼結体２６の穴２７ａ，２７ｂ内に入れ
て接合する金属線材（リード）２３，２４とは、例えば
融点が２０００℃以上である高融点金属材を用いるとよ
いが、これには限らない。

【００６９】また、セラミックス成形体２６とはセラミ
ック粉体を固めたものをいう。押出し成形、鋳込み成
形、プレス成形、ＣＩＰ成形法など、セラミックの一般
的な成型方法を採用し、穴の開いた形状で成形するとよ
い。さらに、セラミックス焼結体とは上述したセラミッ
クス成形体２６を焼成したものであり、半焼成体も含
む。その穴の開いた形状のセラミック成形体または焼結
体がハンドリングしやすい強度を有するか否かで成形
体、焼結体のいずれかを選択する。

【００７０】

【実施例】〔確認試験１〕セラミックス粉体を円柱状に
成形した後に脱脂し、１７５０℃で常圧焼結を行い、直
径２．８ｍｍ、長さ７ｍｍであって穴径が０．６ｍｍの
２つ穴の開いた円柱状セラミックス焼結体２６(ここで
はＳｉ₃Ｎ₄、助剤としてＡｌ₂Ｏ₃、Ｙ₂Ｏ₃を用い、１０
vol％のＭｏ₅Ｓｉ₃Ｃおよび１０vol％のＭｏ₅Ｓｉ₃を添
加した窒化ケイ素質セラミックスからなる）を作製す
る。ここでの相対密度は９８．８％である。これに、線
径が０．１２５ｍｍのＷ線材（純度９９．９９％より
上）を巻き付ける。

【００７１】このときのＷ線材のコイル状部分の線間距
離は０．２ｍｍであって、コイル状部分の長さは６ｍｍ
とする。そのＷ線材の両端をそれぞれ穴２７ａ，２７ｂ
に入れ、同じ穴２７ａ，２７ｂに０．３ｍｍのリード２
３，２４の一端部２３ａ，２４ａをＷ線材の各端２２
ａ，２２ｂと重なるように挿入する。この状態が図３、
図４に示す状態である。

【００７２】その後、金型に円柱状の窒化ケイ素質成形
品（セラミックス焼結体２６）と同一の組成のセラミッ
クス粉体を入れ、一軸プレスにより長方体を成形した
後、その上にＷ線材２２を巻いた円柱状の窒化ケイ素質
成形品（セラミックス焼結体２６）を置き、さらにその
上からのセラミックス粉体を入れてプレスし、Ｗ線材２
２を巻いた円柱状窒化ケイ素質成形品（セラミックス焼
結体２６）を埋設した状態で直方体の成形体を作製す
る。

【００７３】その後、図示しない黒鉛型に入れ、４０Ｍ
Ｐａ、１７５０℃で１ｈ（１時間）のホットプレス焼成
を行い、窒化ケイ素質セラミックスからなるセラミック
ス絶縁体２１を焼結体として作製する。そして、これ
を、直径３．５ｍｍ、長さ４０ｍｍの円筒体であって、
Ｗ線材２２の２つの端（リード２３，２４の他端２３
ｂ，２４ｂ）がセラミックス絶縁体２１の外周部に露出
するように研削加工し、最先端を球面状に加工し、図５
に示すようなセラミックヒータ１１を得る。その後、セ
ラミックヒータ１１の外周部にメタライズ層（図示せ
ず）を形成した後、金属製円筒体１２をロウ付けし（図
１参照）、これを管状ハウジング１３の先端部に取付け
てセラミックヒータ型グロープラグ１０を製造する。

【００７４】この確認試験１でのセラミックヒータ１１
の諸元を、下記の表１に示す。

【００７５】

【表１】

【００７６】上述した製造方法により製造した５本の昇
温特性試験と耐久試験の結果を下記の表２に示す。ここ
で、昇温特性試験は、定格電圧（バッテリの仕様電圧が
１２Ｖであるときは１１Ｖ）を印加し、８００℃までの
到達時間を測定する。この到達時間が４．５秒以下であ
ることを規格とする。また、耐久試験は、アフターグロ
ー電圧（バッテリの仕様電圧が１２Ｖであるときは１４
Ｖ）を印加し、６０秒後に１３００℃で飽和するように
設定し、３０秒ＯＮ、３０秒ＯＦＦを１サイクルとして
耐久作動を行う。この耐久作動回数が５００００回以上
であることを規格とする。

【００７７】

【表２】

【００７８】ここで、温度測定はグロープラグ１０にお
けるセラミックヒータ１１の最先端から３ｍｍの位置で
行う。この位置での発熱温度は実際に自動車に搭載した
場合の状態に近い値を示す。また、エンジン始動時には
オルタネータ等との電圧の取り合いとなり、バッテリの
仕様電圧が１２Ｖの場合、グロープラグへの供給電圧
は、最初の数秒間は定格電圧（１１Ｖ）の状態となり、
５秒程度経過した後にはアフターグロー電圧（１４Ｖ）
の状態となる。すなわち、上述した表２においての到達
時間や電流の測定数値は、バッテリの仕様電圧が１２Ｖ
のときに実際に自動車に搭載した場合の数値に相当す
る。

【００７９】８００℃の到達時間が４秒以下であって、
その時の電流が４Ａ程度と低く、ピーク温度が１３００
℃となる自己温度制御機能をもつセラミックヒータ型グ
ロープラグ１０が得られることが確認できた。また、１
４Ｖで３０秒間のＯＮ状態−３０秒間のＯＦＦ状態（強
制空冷を含む）を１サイクルとする耐久試験を行ったと
ころ、全ての試料が５万回を超えてもＷ線材の断線、セ
ラミックス絶縁体２１の割れ等は起こらなかった。

【００８０】なお、比較例として、セラミックス絶縁体
２１部分の組成は同一であって、ほぼＵ字形状の発熱体
（Ｗ線材）を用いた場合の昇温特性を試料６として示
す。電流量および周温度差がこの確認試験１での製品
（試料１〜５）に比べて大きいことが明白である。ま
た、耐久回数も劣っていることが確認できる。

【００８１】〔確認試験２〕この確認試験２では、上述
した確認試験１と同様に、外径φ３．５ｍｍのセラミッ
クヒータ型グロープラグ１０を作製した。この確認試験
２におけるセラミックヒータ１１の諸元は前述した表１
の通りである。この表１において「数値変化」とした項
目はこの確認試験２を行うにあたって変動データであ
り、発熱体２２となるＷ線材の線径を０．１２５ｍｍと
０．１５ｍｍに、線間距離ｔ（線径との関係で螺旋ピッ
チＰとなる）を０．００９〜１．５ｍｍに、コイル状部
分の長さａを２〜１５ｍｍに、コイル状部分の最長径を
２．１〜３．１ｍｍ等に変化させた２０本の試料で特性
を測定した。なお、ヒータ１１の突き出し長さは１１ｍ
ｍとした。この確認試験２で上述した確認試験１と同様
の昇温特性試験と耐久試験を行った結果を下記の表３に
示す。

【００８２】

【表３】

【００８３】この表３でも、上述した表２の場合と同様
に、耐久回数はアフターグロー電圧（１４Ｖ）で３０秒
間のＯＮ状態−３０秒間のＯＦＦ状態（強制空冷を含
む）を１サイクルとする耐久試験を行い、５万回を達成
すれば「○」、しなければ「×」とした。

【００８４】この表３の結果から明らかなように、Ｗ線
材による発熱体２２におけるコイル状となる部分の長さ
が３〜１０ｍｍの範囲内では、昇温特性試験で飽和温度
が１２３０〜１３８０℃で、８００℃到達時間が２．８
〜４．４３秒であり、耐久試験の結果も含め、発熱体２
２におけるコイル状となる部分の長さは３〜１０ｍｍの
範囲で採用可能であることが確認できる。

【００８５】〔確認試験３〕この確認試験３では、上述
した確認試験１、２と同様に、前記表１におけるセラミ
ックヒータ１１の諸元に基づいてセラミックヒータ型グ
ロープラグ１０を作製した。この確認試験３では、ヒー
タ先端部の径寸法Ｄを変動データとし、２．８０ｍｍ，
３．５０ｍｍ，５．００ｍｍの三種類の径寸法Ｄをもつ
試料で測定している。また、Ｗ線材のコイル状部分の最
長径ｄ₂ も１．４０〜４．９０ｍｍに変化させている。
試料の数は２８本である。

【００８６】ヒータ１１の突き出し長さは１１ｍｍと
し、コイル状部分の長さａは６ｍｍ、Ｗ線材の線径は
０．１５ｍｍ、線間距離ｔ（コイル状部分の螺旋ピッチ
Ｐは線径によって決まる）は０．６ｍｍとした。このよ
うな試料による確認試験１、２と同様の試験結果を下記
の表４に示す。

【００８７】

【表４】

【００８８】この表４でも、上述した表１〜表３の場合
と同様に、耐久回数はアフターグロー電圧（１４Ｖ）で
３０秒間のＯＮ状態−３０秒間のＯＦＦ状態（強制空冷
を含む）を１サイクルとする耐久試験を行い、５万回を
達成すれば「○」、しなければ「×」とした。

【００８９】この表４から明らかなように、発熱体のコ
イル部最長径ｄ₂ とヒータ先端部の径寸法Ｄとの比（ｄ
₂ ／Ｄ）が０．７５以上では、昇温特性試験で飽和温度
が１２８０〜１２９７℃で、８００℃到達時間が３．５
〜４．５秒である。したがって、耐久試験の結果も含
め、発熱体のコイル部最長径ｄ₂ とヒータ先端部の径寸
法Ｄとの比（ｄ₂ ／Ｄ）が０．７５以上であればよいこ
とになる。

【００９０】〔確認試験４〕この確認試験４では、上述
した確認試験１、２、３と同様に、前記表１におけるセ
ラミックヒータ１１の諸元に基づいて、外法（径寸法
Ｄ）が３．５ｍｍで、突き出し長さが１１ｍｍのセラミ
ックヒータ型グロープラグ１０を作製した。この確認試
験３では、発熱体２２となるＷ線材のコイル状部分の長
さａを６ｍｍ、コイル状部分の最長径ｄ₂ を３．１５ｍ
ｍとした５６本の試料で測定を行った。

【００９１】ここでの変動データは、０．０３〜０．４
ｍｍの間で７種類に設定されるコイル状部分の線径と、
０．００５〜１．５００ｍｍの間で設定される線間距離
ｔによって得られる螺旋ピッチＰである。このような試
料による確認試験１、２、３と同様の試験結果を下記の
表５に示す。

【００９２】

【表５】

【００９３】この表５でも、上述した表１〜表４の場合
と同様に、耐久回数はアフターグロー電圧（１４Ｖ）で
３０秒間のＯＮ状態−３０秒間のＯＦＦ状態（強制空冷
を含む）を１サイクルとする耐久試験を行い、５万回を
達成すれば「○」、しなければ「×」としており、１０
万回を達成したものには、特に「◎」を付している。

【００９４】この表５から明らかなように、Ｗ線材の線
径が０．０５〜０．３ｍｍ、線間距離ｔが０．０１〜
１．０ｍｍで、螺旋ピッチＰが０．０６〜１．３ｍｍで
は、８００℃到達時間が３．５〜４．５秒であり、耐久
試験の結果も含め、Ｗ線材の線径が０．０５〜０．３ｍ
ｍ、線間距離ｔが０．０１〜１．０ｍｍで、螺旋ピッチ
Ｐが０．０６〜１．３ｍｍであればよいことになる。特
に、Ｗ線材の線径が０．１〜０．１５ｍｍ、線間距離ｔ
が０．１〜０．５ｍｍの場合は、耐久試験で規格の２倍
以上の耐久性を示しており、好ましくは線径を０．１〜
０．１５ｍｍ、線間距離ｔを０．１〜０．５ｍｍとする
とよいことが確認できる。

【００９５】以上の確認試験１〜４から明らかなよう
に、本発明によるセラミックヒータ型グロープラグは、
昇温特性試験や耐久試験を満足し、昇温特性に優れ、耐
久性に優れていることが確認できる。

【００９６】

【発明の効果】以上説明したように本発明に係るセラミ
ックヒータ型グロープラグによれば、高温強度やコスト
面で優れているＷ線材等の高融点金属線材を発熱体とし
て、また熱伝導特性、高温強度の面で優れた窒化ケイ素
質セラミックスをセラミックス絶縁体として用いること
により、８００℃への到達時間が短く速熱型としての機
能を発揮できるとともに、飽和温度も１３００℃程度と
高くなり、グロープラグとしての昇温特性の面で優れ、
しかもアフターグロー温度が上がり過ぎず長時間にわた
るアフターグローが可能となる理想的な自己温度制御機
能をもたせたセラミックヒータを実現することができ
る。

【００９７】また、本発明によれば、従来問題であった
セラミックヒータからハウジング側への熱伝達が最小限
となり、セラミックヒータとしての熱効率がよくなり、
ディーゼルエンジン用予熱装置としての消費電力を最小
限にすることができる。

【００９８】また、本発明によれば、Ｗ線材等の高融点
金属材を用いることにより発熱時の断線問題がなくな
り、しかも急速昇温が可能となる。さらに、１３００℃
程度の飽和温度では熱影響によって変質したりすること
がない窒化ケイ素質セラミックスを用いているから、熱
伝達効率や耐久性の面で優れている。

【００９９】また、本発明によれば、発熱体としてコイ
ル状に巻回したものを絶縁性セラミックス内に立体的に
埋設し、発熱体をヒータの外周近くに全周にわたって存
在させているから、セラミックヒータの周方向における
温度分布のばらつきが小さくなり、従来問題であった５
０℃以上の温度差は生じない。

【０１００】また、本発明に係るセラミックヒータ型グ
ロープラグの製造方法によれば、セラミックヒータの製
造時、特にセラミックス焼成時に生じていた発熱体の断
線やセラミックス絶縁体の割れを防止することができ、
グロープラグとしての耐久性を向上させ、またコスト低
減を図れる。例えば窒化ケイ素質セラミックスとして、
モリブデンケイ化物、モリブデン炭ケイ化物のうちの少
なくとも一種以上が存在している材質を用い、発熱体と
して高融点金属であるＷ線材を用いることにより、Ｗ線
材の表面にＭｏ−Ｗ−Ｓｉ系の保護膜を形成することが
できるから、Ｗ線材の耐久性に優れるとともに、発熱時
において自己温度制御機能をもたせることができる。

【０１０１】また、本発明によれば、従来例のような薄
膜製造技術等の特殊な技術を用いずにセラミックヒータ
を形成できるから、製造が容易になり、製造コストを削
減できる。また、本発明によれば、セラミックヒータ内
の発熱体の材料の組成を管理する必要がなく、発熱体内
部でマイグレーション（移行、変態）が起こることもな
いという利点もある。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明に係るセラミックヒータ型グロープラ
グおよびその製造方法の一つの実施の形態を示し、セラ
ミックヒータ部分を説明するための縦断面図である。

【図２】 図１のセラミックヒータのII−II線で断面し
た図であって、高融点金属線材（Ｗ線材）の巻線に沿っ
て示す横断面図である。

【図３】 本発明に係るセラミックヒータ型グロープラ
グの要部とする円柱状セラミックス成形体または焼結体
の横断面図である。

【図４】 セラミックヒータを構成する円柱状セラミッ
クス成形体または焼結体に対して発熱体となる高融点金
属線材（Ｗ線材）とリードとなる金属線材とを組み付け
た状態を示す側面図である。

【図５】 図４の組立体を窒化ケイ素質セラミックスか
らなるセラミックス絶縁体内に埋設したときの状態を説
明するための縦断面図である。

【図６】 図５のセラミックヒータのVI−VI線で断面し
た図であって、高融点金属線材（Ｗ線材）の巻線に沿っ
て示す横断面図である。

【図７】 本発明に係るセラミックヒータ型グロープラ
グの一例を説明するための全体の断面図である。

【符号の説明】

１０…セラミックヒータ型グロープラグ、１１…セラミ
ックヒータ、１２…金属製円筒体、１３…管状ハウジン
グ、１４…外部接続端子、１６…接続導体、１７…電極
取出し金具、２１…窒化ケイ素質セラミックスからなる
セラミック絶縁体、２２…高融点金属線材（Ｗ線材）か
らなる発熱体、２３，２４…リード、２６…円柱状セラ
ミックス成形体または焼結体。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 趙 艱 埼玉県東松山市神明町２丁目11番６号 ボ ッシュ ブレーキ システム株式会社内 (72)発明者 三浦 俊嗣 埼玉県東松山市神明町２丁目11番６号 ボ ッシュ ブレーキ システム株式会社内

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 高融点金属線材からなる発熱体を窒化ケ
   イ素質セラミックスからなるセラミックス絶縁体に埋設
   することにより形成するセラミックヒータと、このセラ
   ミックヒータの外周を保持する金属製円筒体を備えたセ
   ラミックヒータ型グロープラグにおいて、 前記セラミックヒータの前記金属製円筒体の先端部から
   の突き出し長さを８〜１５ｍｍとし、 前記発熱体のコイル状となる部分の長さを３〜１０ｍｍ
   とし、 前記セラミックスヒータの先端部の径寸法Ｄを２．８〜
   ５ｍｍとするとともに、この径寸法Ｄに対しての前記発
   熱体のコイル状部分の最長径ｄ₂ を０．７５Ｄ≦ｄ₂ ＜
   Ｄとし、 前記発熱体のコイル状部分を前記金属製円筒体の先端部
   よりもセラミックス絶縁体の先端側に埋設し、 前記発熱体における少なくともコイル状部分の線径を
   ０．０５〜０．３ｍｍの範囲とするとともに、前記発熱
   体のコイル状部分の螺旋ピッチを、少なくとも線間距離
   が０．０１ｍｍ以上の状態で０．０６〜１．３０ｍｍの
   範囲内で設定したことを特徴とするセラミックヒータ型
   グロープラグ。
2. 【請求項２】 請求項１に記載のセラミックヒータ型グ
   ロープラグにおいて、 前記発熱体を形成する高融点金属線材として、タングス
   テン線を用いたことを特徴とするセラミックヒータ型グ
   ロープラグ。
3. 【請求項３】 請求項１または請求項２に記載のセラミ
   ックヒータ型グロープラグにおいて、 前記セラミックス絶縁体を形成する窒化ケイ素質セラミ
   ックス中に、モリブデンケイ化物、モリブデン炭ケイ化
   物のうちの少なくとも一種以上が存在していることを特
   徴とするセラミックヒータ型グロープラグ。
4. 【請求項４】 高融点金属線材からなる発熱体を窒化ケ
   イ素質セラミックスからなるセラミックス絶縁体に埋設
   することにより形成するセラミックヒータと、このセラ
   ミックヒータの外周を保持する金属製円筒体を備えたセ
   ラミックヒータ型グロープラグにおいて、 前記セラミックヒータの金属製円筒体の先端部からの突
   き出し長さを８〜１５ｍｍとし、 前記発熱体のコイル状となる部分の長さを３〜１０ｍｍ
   とし、 前記セラミックスヒータの先端部の径寸法Ｄを２．８〜
   ５ｍｍとするとともに、この径寸法Ｄに対しての前記発
   熱体のコイル状部分の最長径ｄ₂ を０．７５Ｄ≦ｄ₂ ＜
   Ｄとし、 前記発熱体のコイル状部分を前記金属製円筒体の先端部
   よりも前記セラミックスヒータの先端側に埋設し、 前記発熱体における少なくともコイル状部分の線径を
   ０．０５〜０．３ｍｍの範囲とするとともに、前記発熱
   体のコイル状部分の螺旋ピッチを、少なくとも線間距離
   が０．０１ｍｍ以上の状態で０．０６〜１．３０ｍｍの
   範囲内で設定したセラミックヒータを製造するにあたっ
   て、 ２つの穴を開けた円柱状セラミックス成形体または焼結
   体に高融点金属からなる発熱体をコイル状に巻付け、 この発熱体の一端部を一方の穴に入れるとともに、同じ
   穴にリード線用の金属抵抗体の一端部を入れて前記発熱
   体の一端部と穴の中で接触させ、 これらを前記セラミックス成形体または焼結体とほぼ同
   じ組成のセラミックス粉体中に埋設し、 この状態でホットプレス焼成を行うことを特徴とするセ
   ラミックヒータ型グロープラグの製造方法。
5. 【請求項５】 請求項４に記載のセラミックヒータ型グ
   ロープラグの製造方法において、 前記発熱体を形成する高融点金属線材として、タングス
   テン線を用いることを特徴とするセラミックヒータ型グ
   ロープラグの製造方法。
6. 【請求項６】 請求項４または請求項５に記載のセラミ
   ックヒータ型グロープラグの製造方法において、 前記窒化ケイ素質セラミックス中に、モリブデンケイ化
   物、モリブデン炭ケイ化物のうちの少なくとも一種以上
   が存在していることを特徴とするセラミックヒータ型グ
   ロープラグの製造方法。