JP4546756B2 - セラミックヒータおよびグロープラグ - Google Patents

Description

本発明はセラミックヒータおよびグロープラグに係り、特にディーゼルエンジンの始動に使用されるグロープラグに好適なセラミックヒータおよびそれを利用したグロープラグに関する。

従来より、ディーゼルエンジンの始動において、有底円筒形状の金属製シーズ内に、絶縁粉末に埋設された発熱用コイルを配置したシーズヒータが使用されている。しかし、シーズヒータは、発熱用コイルが絶縁粉末に埋設されているため、熱伝導性が低く、昇温に長時間を要する。また、近年、ヒータの発熱温度は１０００℃以上の発熱温度が要求され、エンジン始動後もヒータを発熱させるアフターグローの時間が長時間化傾向にある。これらの要求に対して、シーズヒータは発熱コイルが金属製であるため耐久性に課題がある。

そこで、炭化タングステン、ケイ化モリブデン等の導電性セラミック材料および窒化ケイ素等の絶縁性セラミック材料を主成分とする発熱抵抗体を、高温での耐食性に優れた窒化ケイ素質セラミックからなる支持体に埋設することで、熱伝導性を向上させ、急速昇温を可能としたセラミックヒータが開発されている。

このようなセラミックヒータにおいて、内部の発熱抵抗体に接続されるリード部の形態として、タングステン（Ｗ）等の金属線のみからなる例、低抵抗なセラミック材料と金属線の両方からなる例が開示されている（例えば、特許文献１、２参照。）。
特開平４−２６８１１２号公報 特開２００２−３３４７６８号公報

しかしながら、上述したようなセラミックヒータの作製にあたっては、支持体の他に少なくとも２種以上、最大で４種の材料が必要となる。また、上述したようなセラミックヒータにおいては、発熱抵抗体とリード部との熱膨張率の違いにより、それらの接合部分においてクラックが発生しやすいという課題がある。

本発明は上述したような課題を解決するためになされたものであって、発熱抵抗体とリード部との接合部分における損傷を抑制し信頼性に優れたセラミックヒータおよびそれを利用したグロープラグを提供することを目的としている。また、本発明は信頼性に優れると共に、ディーゼルエンジンの始動性が良く、通電耐久性に優れ、さらには急速昇温が可能なセラミックヒータおよびそれを利用したグロープラグを提供することを目的としている。

本発明のセラミックヒータは、絶縁性セラミックからなる棒状の支持体と、前記支持体の先端部近傍に埋設された発熱部およびこの発熱部から前記支持体の後端部側に延設された１対のリード部からなる抵抗体とを有し、前記抵抗体のうち前記支持体の先端部から前記支持体の全長の１／３までの範囲に含まれる部分が前記発熱部とされたセラミックヒータであって、前記発熱部および前記リード部は射出成形によって同一の導電性セラミックから連続的に形成され、前記１対のリード部はいずれも前記支持体の外周面に露出する電極部を有すると共に前記支持体の後端部に達し、前記発熱部は１Ｗ当たりの発熱温度が１８．４〜３０．０（℃／Ｗ）となる形状とされ、前記抵抗体の抵抗値に対する前記発熱部の抵抗値の比は０．４８〜０．８０、前記支持体における最小肉厚となる前記発熱部および前記リード部の外周側の表層は１００〜５００μｍの肉厚であることを特徴とする。

前記支持体の先端部と前記発熱部の凸部との間の長手方向の距離は０．５〜２．０ｍｍであることが好ましい。また、前記抵抗体は、室温における抵抗値が４２０ｍΩ以下であることが好ましい。

また、本発明のグロープラグは、絶縁性セラミックからなる棒状の支持体と、前記支持体の先端部近傍に埋設された発熱部およびこの発熱部から前記支持体の後端部側に延設された１対のリード部からなる抵抗体とを有し、前記抵抗体のうち前記支持体の先端部から前記支持体の全長の１／３までの範囲に含まれる部分が前記発熱部とされたセラミックヒータと、前記セラミックヒータを外周面から保持する金属外筒とを有し、前記発熱部はＵ字状とされ、その少なくとも一部が前記抵抗体の他の部分に比べて細径とされたものであり、かつこの細径部分の全体が前記金属外筒から突出するグロープラグであって、このセラミックヒータとして上述したような本発明のセラミックヒータを用いることを特徴とする。

本発明によれば、絶縁性セラミックからなる支持体に発熱部および１対のリード部からなる抵抗体を埋設すると共に、この発熱部および１対のリード部を射出成形によって同一の導電性セラミックから連続的に形成し、１対のリード部をいずれも支持体の外周面に露出する電極部を有すると共に支持体の後端部に達するものとし、また発熱部を１Ｗ当たりの発熱温度が１８．４〜３０．０（℃／Ｗ）となる形状とし、抵抗体の抵抗値に対する発熱部の抵抗値の比を０．４８〜０．８０、支持体における最小肉厚となる発熱部およびリード部の外周側の表層を１００〜５００μｍの肉厚とすることにより、従来のような発熱部とリード部との接合部における損傷を抑制し、信頼性に優れたセラミックヒータとすることができる。また、このようなセラミックヒータを用いてグロープラグを製造することで、信頼性に優れたグロープラグとすることができる。

以下、本発明について図面を参照して説明する。

図１は本発明のセラミックヒータ１の一例を示した断面図である。本発明のセラミックヒータ１は、棒状の支持体２中に抵抗体３が埋設されたものである。支持体２は絶縁性セラミックからなるものであり、一方の端部が先端部４となり、他方の端部が後端部５となる。

支持体２に埋設される抵抗体３は、発熱部６と１対のリード部７とからなるものである。発熱部６の形状はＵ字状であり、そのＵ字状の凸部側が支持体２の先端部４側となるように支持体２の先端部４近傍に埋設されている。１対のリード部７は発熱部６の両端部にそれぞれ連結されており、支持体２の後端部５側に延設されている。リード部７も発熱部６と同様に支持体２中に埋設されている。

なお、図１に示すように、本発明のセラミックヒータ１についてはリード部７の端部が支持体２の後端部５まで設けられ、それぞれのリード部７には支持体２の外周面に露出するように電極部７ａが設けられている。

本発明ではこのようなセラミックヒータ１において、抵抗体３全体を同一の導電性セラミックからなるものとし、かつ、連続的に形成したことを特徴とする。すなわち、発熱部６およびその両端部に形成される１対のリード部７を同一の導電性セラミックからなるものとし、かつ、連続的に形成されたものとすることを特徴とする。

このように抵抗体３、すなわち発熱部６および１対のリード部７を同一の導電性セラミックからなるものとし、かつ、連続的に形成されたものとすることで、従来のセラミックヒータにおけるような発熱部とリード部との熱膨張差による接合部の損傷を抑制し、信頼性に優れたセラミックヒータとすることができる。

本発明のセラミックヒータ１の全長、直径は特に限定されるものではないが、一般的な形態としては例えば全長（Ｌ）が３０〜５０ｍｍ、直径が２．５〜４．０ｍｍの丸棒形状である。また、支持体２の表層最小肉厚が１００〜５００μｍである。抵抗体３の発熱部６は、そのＵ字状の凸部が支持体２の先端部４からの距離が０．５〜２．０ｍｍ程度となるように配置される。

なお、セラミックヒータ１の全長（Ｌ）とは、本発明においては支持体２の先端部４から後端部５までの長さとする。

本発明における支持体２を構成する絶縁性セラミックとしては、例えば窒化珪素質セラミックからなるもの挙げられる。窒化珪素質セラミックの組織は、窒化珪素（Ｓｉ_３Ｎ_４）を主成分とする主相粒子が、後述の焼結助剤成分等に由来した粒界相により結合された形態のものである。なお、主相は、ＳｉあるいはＮの一部が、ＡｌあるいはＯで置換されたもの、さらには、相中にＬｉ、Ｃａ、Ｍｇ、Ｙ等の金属原子が固溶したものであってもよい。

例えば、次の一般式にて表されるサイアロンを例示することができる；
β−サイアロン：Ｓｉ_６−ｚＡｌ_ｚＯ_ｚＮ_８−ｚ（ｚ＝０〜４．２）
α−サイアロン：Ｍ_ｘ（Ｓｉ，Ａｌ）_１２（Ｏ，Ｎ）_１６（ｘ＝０〜２）
Ｍ：Ｌｉ，Ｍｇ，Ｃａ，Ｙ，Ｒ（ＲはＬａ，Ｃｅを除く希土類元素）。

窒化珪素質セラミックには、周期律表の３Ａ、４Ａ、５Ａ、６Ａ、３Ｂ（例えばＡｌ）及び４Ｂ（例えばＳｉ）の各族の元素群及びＭｇから選ばれる少なくとも１種を前記のカチオン元素として、焼結体全体における含有量にて、酸化物換算で１〜１０質量％含有させることができる。これら成分は主に酸化物の形で添加され、焼結体中においては、主に酸化物あるいはシリケートなどの複合酸化物の形態にて含有される。

焼結助剤成分が１質量％未満では緻密な焼結体が得にくくなり、１０質量％を超えると強度や靭性あるいは耐熱性の不足を招く。焼結助剤成分の含有量は、望ましくは２〜８質量％とするのがよい。焼結助剤成分として希土類成分を使用する場合、Ｓｃ、Ｙ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕを用いることができる。これらのうちでもＴｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂは、粒界相の結晶化を促進し、高温強度を向上させる効果があるので好適に使用できる。

特に、高温で発熱させる場合には、窒化珪素質セラミックのＭｇやＡｌの含有量をできる限り少なくすることが望ましい。更に好ましくは、使用原料あるいは製造プロセスにおける不可避的不純物として、１Ａ、２Ａ族元素の混入も極力減らす必要がある。

本発明における抵抗体３、すなわち発熱部６および１対のリード部７を構成する導電性セラミックとしては、例えば炭化タングステン（ＷＣ）、二珪化モリブデン（ＭｏＳｉ_２）及び二珪化タングステン（ＷＳｉ_２）等からなるものが挙げられる。

なお、抵抗体３を構成する導電性セラミックは必ずしも上述したような導電性セラミック材料のみからなるものでなくともよく、絶縁性セラミック材料を含むものであってもよい。例えば、抵抗体３を構成する導電性セラミックには、支持体２との線膨張係数差を縮小して耐熱衝撃性を高めるために、支持体２を構成する絶縁性セラミック材料、例えば上述した窒化珪素質セラミックが含有されていてもよい。導電性セラミックにおける絶縁性セラミック材料の含有比率を変化させることにより、導電性セラミックの電気抵抗率を所望の値に調整することができる。

具体的には、導電性セラミックに含まれる絶縁性セラミック材料は５０重量％以下であることが好ましい。導電性セラミックにおける絶縁性セラミック材料の含有率が５０重量％を超えると、十分な発熱を確保できなくなるため好ましくない。

また、導電性セラミックにおける絶縁性セラミック材料の含有量は２０〜５０重量％であればより好ましい。導電性セラミックにおける絶縁性セラミック材料の含有量をこのような範囲とすることにより、支持体２との線膨張係数差を縮小して耐熱衝撃性を高めることができる。

本発明のセラミックヒータ１においては、１Ｗ当たりの発熱温度が１８．４〜３０．０（℃／Ｗ）となるように、抵抗体３、すなわち発熱部６および１対のリード部７、特に発熱部６の形状が調整されていることが好ましい。

１Ｗ当たりの発熱温度が１８．４（℃／Ｗ）未満では、発熱部６の体積が大きくなり、発熱時の熱膨張により発熱部６自身が損傷し、通電耐久性の低下を招くおそれがあるため好ましくない。また、消費電力も高くなるため電極取出部の温度も高くなり、電極取出しの信頼性が低下するため好ましくない。

また、１Ｗ当たりの発熱温度が３０．０（℃／Ｗ）を超える場合、発熱部６の体積が小さくなるため製造が困難となり、また発熱部６における発熱量が低下するため、グロープラグとしてディーゼルエンジンの始動に用いた場合、その始動性が低下するため好ましくない。

なお、発熱温度はセラミックヒータ１の先端部近傍、すなわちセラミックヒータ１の最も温度が高くなる支持体２の先端部４近傍において測定されるものである。１Ｗ当たりの発熱温度とは、セラミックヒータ１を発熱させたときの発熱温度をそのときの消費電力で割った値である。例えば、発熱温度が１２００℃、消費電力が４０Ｗの場合、１Ｗ当たりの発熱温度は、１２００（℃）／４０（Ｗ）＝３０（℃／Ｗ）、となる。また、消費電力はセラミックヒータ１における抵抗体３全体の消費電力である。

本発明のセラミックヒータ１においては、抵抗体３の抵抗値（Ｒ）に対する発熱部６の抵抗値（ｒ）の比（以下、抵抗値比（ｒ／Ｒ）と呼ぶ）が、０．４８〜０．８０であることが好ましい。すなわち、０．４８≦ｒ／Ｒ≦０．８０である。

ここで抵抗値（Ｒ）とは抵抗体３が支持体２から露出して設けられた２つの部分間（端部間、電極部間あるいは端部−電極部間）の抵抗値を意味し、抵抗体３が支持体２から露出した部分が３つ以上ある場合には、実際にヒータに電気を供給する際に使用する２つの部分間のことである。

なお、抵抗体３の発熱部６とは、抵抗体３のうち支持体２の先端部４から支持体２の全長（Ｌ）の１／３までの範囲に含まれる部分とする。これは、実際にセラミックヒータ１に通電した場合、飽和温度の約４０〜５０％以上の温度（飽和温度が１２５０℃の場合、５００〜６２５℃）となる部分は、おおよそセラミックヒータ１の先端部４側（支持体の先端部４側）の１／３の範囲の部分であるからである。

抵抗値比（ｒ／Ｒ）が０．４８未満であると、上述した１Ｗ当たりの発熱温度が所定の値未満となりやすく、通電耐久性の低下や消費電力の増加につながるため好ましくない。また、抵抗値比（ｒ／Ｒ）が０．８０を超えると、上述した１Ｗ当たりの発熱温度が所定の値を超えやすくなり、発熱部６における発熱量の低下、グロープラグとしてディーゼルエンジンの始動に用いた場合の始動性の低下等につながるため好ましくない。

このような抵抗値比（ｒ／Ｒ）の調整は、抵抗体３の発熱部６および各リード部７の形状を適宜調整することにより実現することができる。例えば、図２、図３に示すように、発熱部６の径あるいは断面積を各リード部７の径あるいは断面積よりも小さくすることにより実現することができる。なお、発熱部６の径あるいは断面積は必ずしも発熱部６全体に渡って一定でなくともよく、上述したような抵抗値比（ｒ／Ｒ）を実現できるものであれば発熱部６における各部分の径あるいは断面積は適宜選択することができる。

さらに、本発明のセラミックヒータ１においては、抵抗体３の室温における抵抗値（Ｒ）が４２０ｍΩ以下であることが好ましい。抵抗体３の室温における抵抗値（Ｒ）を４２０ｍΩ以下とすることにより急速昇温が可能となる。抵抗体３の室温における抵抗値（Ｒ）を４２０ｍΩ以下とすることで、例えば電圧を１１Ｖ印加した場合に、２秒以内に１０００℃に達するようなセラミックヒータ１を得やすくなる。抵抗体３の室温における抵抗値（Ｒ）の調整は、例えば抵抗体３を構成する導電性セラミックの組成を調整したり、または、抵抗体３を製造する際の焼成温度を調整する等により行うことができる。

次に、セラミックヒータ１の製造方法の一例について説明する。まず、セラミックヒータ１の抵抗体３となるべき未焼成抵抗体を、射出成形により作製する。この未焼成抵抗体は、抵抗体３の発熱部６およびリード部７となる部分を有するものである。図４に未焼成抵抗体１０の成形例を示す。

図４に示すように、成形には、未焼成抵抗体１０が成形される射出空間が形成された第一金型１１および第二金型１２からなる分割金型を用いる。この射出空間には、抵抗体３、すなわち発熱部６およびリード部７となる部分を成形するための空間が形成されている。

また、第一金型１１および第二金型１２の各金型には、ピン１３、１４が摺動可能に挿入されており、ピン１３、１４の先端は射出空間まで挿入され、射出空間を形成するための一部となっている。ピン１３、１４の他方の端部はそれぞれピン支持部材１５、１６で固定されている。このピン１３、１４は後述するように未焼成抵抗体１０の型抜きを容易にするためのものである。

未焼成抵抗体１０の成形は、図４に示すように、第一金型１１と第二金型１２とを型合わせした状態で成形用材料を射出することにより行う。未焼成抵抗体１０を成形するための成形用材料は、抵抗体３を構成する炭化タングステン粉末、窒化珪素粉末および焼結助剤粉末等からなる原料セラミック粉末を有機バインダと混練したものを加熱により溶融流動化させたものである。

成形された未焼成抵抗体１０は第一金型１１と第二金型１２とを開いて取り出される。このとき、図５に示すように、一方の金型である第一金型１１を引き上げる際、ピン１３の位置はそのままにして、第一金型１１のみを引き上げ、未焼成抵抗体１０と第一金型１１とを引き離す。その後、図６に示すように、第一金型１１およびピン１３（ピン支持部材１５）を同時に引き上げ、未焼成抵抗体１０とピン１３とを引き離す。さらに、他方の金型である第二金型１２についても同様の方法で、未焼成抵抗体１０を引き離す。

次に、セラミックヒータ１の支持体２となる２分割された未焼成支持体を金型プレス成形により成形する。この２分割された未焼成支持体には、それぞれ未焼成抵抗体１０を収容するための凹部が形成されている。２分割された未焼成支持体は、その凹部に未焼成抵抗体１０を収容し、嵌め合わせて組立体とする。そして、この組立体を金型のキャビティ内に収容し、この組立体の両側よりパンチを用いてプレス・圧縮し、未焼成支持体および未焼成抵抗体１０が一体化された複合成形体を得る。

複合成形体は、バインダ成分等を除去するために所定の温度（例えば約６００℃）で仮焼され、その後、所定の焼成温度（１７００℃以上：例えば約１８００℃前後）、雰囲気で焼成することにより焼結体とする。こうして得られた焼結体は、外周面に研磨等の加工を施すことにより、セラミックヒータ１とする。

次に、本発明のグロープラグについて説明する。図７は、グロープラグ２０の断面構造を示したものである。セラミックヒータ１は支持体２の少なくとも先端部４が突出するようにその外周面が金属外筒２１で覆われ、この金属外筒２１は筒状の主体金具２２で外側から覆われている。

主体金具２２の外周面には、図示しないエンジンブロックにグロープラグ２０を固定するための、取付部としてのねじ部２３が形成されている。なお、主体金具２２は金属外筒２１に対し、例えば両者の内外周面の隙間を充填する形でろう付けや圧入を行うか、あるいは主体金具２２の先端側開口内縁と、金属外筒２１の外周面とを全周レーザー溶接する形で固定される。

主体金具２２の内側には、その後端側から、セラミックヒータ１に電力を供給するための金属軸２４が主体金具２２と絶縁状態にて配置されている。例えば、金属軸２４の後端側外周面と主体金具２２の内周面との間にセラミックリング２５を配置し、その後方側にガラス充填層２６を形成して固定する形としている。なお、セラミックリング２５の外周面には、径大部の形でリング側係合部２７が形成され、主体金具２２の内周面後端寄りに、周方向段部の形で形成された金具側係合部２８に係合することで、軸線方向前方側への抜け止めがなされている。

金属軸６の後端部は主体金具２２の後方に延出し、その延出部に絶縁ブッシュ２９を介して端子金具３０がはめ込まれている。該端子金具３０は、周方向の加締め部３１により、金属軸２４の外周面に対して導通状態で固定されている。

一方、セラミックヒータ１の抵抗体３は、一方が、金属外筒２１に電気的に接続しており、他方が、セラミックヒータ１の後端側に圧入等により挿入されたリング部材３２と電気的に接続している。そして、リング部材３２と金属軸２４とをリード部材３３が電気的に接続している。

なお、これまでに記載したセラミックヒータの製造方法やその組み付け構造および方法は、あくまでも一例を示したものであり、これに限定されるものではない。

以下、本発明について実施例を参照して説明する。

（実施例１〜６）
絶縁性セラミックからなる棒状の支持体２中に、同一の導電性セラミックからなり、連続して形成された発熱部６および１対のリード部７を有する抵抗体３を埋設して、図１に示されるような構成の実施例１〜６のセラミックヒータ１を作製した。このセラミックヒータ１を用いて、図７に示されるような構成のディーゼルエンジン始動用グロープラグ２０を作製した。

支持体２を構成する絶縁性セラミックは、９６．５（０．８９Ｓｉ_３Ｎ_４−０．０８Ｅｒ_２Ｏ_３−０．０１Ｖ_２Ｏ_５−０．０２ＷＯ_３）−３．５ＭｏＳｉ_２（重量比）とした。また、抵抗体３を構成する導電性セラミックは７０ＷＣ／３０Ｓｉ_３Ｎ_４−３．９６Ｅｒ_２Ｏ_３−１．６１ＳｉＯ_２（重量比）とした。

実施例１〜６におけるセラミックヒータ１の長手方向の断面形状は図８〜１０に示すような３種類の断面形状とし、実施例１、５は図８に示す形状とし、実施例２、３は図９に示す形状とし、実施例４、６は図１０に示す形状とした。なお、図８〜１０における各部の数値の単位は（ｍｍ）である。また、実施例１〜６におけるセラミックヒータ１の発熱部６のＡ−Ａ断面における各断面積、リード部７のＢ−Ｂ断面における各断面積は表１に示す通りとした。

また、実施例１〜６におけるセラミックヒータ１の抵抗体３の全抵抗値（Ｒ）、発熱部６の抵抗値（ｒ）および抵抗体３の抵抗値（Ｒ）に対する発熱部６の抵抗値（ｒ）の比（抵抗値比（ｒ／Ｒ））は表２に示す通りであった。

このような実施例１〜６のグロープラグ２０について、１２５０℃に発熱させたときの消費電力および消費電力１Ｗ当たりの発熱温度を測定した。結果を表３に示す。

なお、消費電力１Ｗ当たりの発熱温度とは発熱温度をそのときの消費電力で割った値である。例えば、発熱温度１２５０℃、消費電力４１．７Ｗの場合、１２５０／４１．７＝３０．０（℃／Ｗ）である。

また、発熱温度、消費電力および後述する１１Ｖ印加時の１０００℃到達時間の測定は、図１１に示すような装置を用いて行った。すなわち、コントローラ４０にて印加電圧を設定し、これにより直流電源４１を制御しグロープラグ２０に印加する電圧を制御した。また、カメラ４２および本体４３からなる放射温度計４４にて、グロープラグ２０のセラミックヒータ１の先端部分の温度を測定した（放射率０．９３５）。さらにオシロスコープ４５にて、直流電源４１から印加電圧および電流をモニターすると共に、放射温度計４４の測定温度をモニターした。このオシロスコープ４５は、印加電圧をトリガーとして、測定温度、印加電圧および電流のデータを同期して記録する。得られたデータをパーソナルコンピュータ４６にて編集し、消費電力、１０００℃到達時間等を得た。なお、装置の詳細は表４に示す通りである。

そして、このようなグロープラグ２０について通電耐久試験を行った。通電耐久試験における試験温度は印加電圧を調整し耐熱性の限界温度である１３５０℃とした。通電は、１分間の通電と３０秒間の通電停止（この間、圧縮エアーにて強制冷却）とを１サイクルとして、これを繰り返し行うものとした。通電サイクル数は５００００サイクルを上限とし、１０％以上抵抗値が変化した場合はその時点で試験を終了した。また、実際のディーゼルエンジンにグロープラグ２０を装着し、ディーゼルエンジン始動試験を行い、吹き上がりまでの時間を測定した。

なお、ディーゼルエンジン始動試験においては、環境温度を−７℃とし、プリグロー時間を１０秒として行った。また、吹き上がりは、アイドリング回転数の８０％の回転数に到達した時点とした。結果を表５に示す。

実施例１〜４、６については、吹き上がり時間が１．４〜２．５秒と良好であった。実施例５については、吹き上がり時間が４．１秒と始動性が他のものに比べて若干劣ることが認められた。一方、実施例１〜５については、通電耐久サイクルが５００００回を超え、耐久性が良好であった。実施例６については、通電耐久サイクルが３９２５０回と他の実施例に比べて若干劣ることが認められた。

以上のことから、１Ｗ当たりの発熱温度が１８．４〜３０．０℃／Ｗであれば、通電耐久性と始動性との両方に優れたグロープラグとすることができる。さらに、抵抗体の抵抗値に対する発熱部の抵抗値の比（ｒ／Ｒ）が０．４８〜０．８０であれば、通電耐久性と始動性との両方に優れたグロープラグとすることができる。

（実施例７〜１０）
抵抗体３の抵抗値（Ｒ）の影響を調べるために、実施例２で作製したセラミックヒータ１と同様の材料、形状のものを、焼成温度を１７００℃〜１８００℃の間で変えることにより抵抗体３の抵抗値（Ｒ）を変化させたセラミックヒータ１を作製した。このときの抵抗体３の抵抗値（Ｒ）は２４９ｍΩ〜４７８ｍΩとなった。このセラミックヒータ１を用いて、実施例７〜１０のディーゼルエンジン始動用グロープラグ２０を作製した。

このグロープラグ２０について、１２５０℃発熱時の消費電力、１Ｗ当たりの発熱温度、および、１１Ｖ印加時の１０００℃到達時間を測定した。結果を表６に示す。

表６に示すように、１２５０℃に発熱させたときの消費電力はどれもほぼ同じとなっており、１Ｗ当たりの発熱温度もほぼ同じであった。このような場合において、表６から明らかなように、実施例８〜１０は１０００℃到達時間が２秒以下と良好であった。実施例７は１０００℃到達時間が２．５秒と、他の実施例に対して若干劣ることが分かった。つまり、抵抗体３の抵抗値（Ｒ）が４２０ｍΩ以下であれば、急速に昇温することができるグロープラグとすることができることが認められた。

本発明のセラミックヒータの一例を示した断面図。 図１におけるＡ−Ａ断面を示した断面図。 図１におけるＢ−Ｂ断面を示した断面図。 未焼成抵抗体の成形例を示した断面図。 未焼成抵抗体の成形例を示した断面図。 未焼成抵抗体の成形例を示した断面図。 本発明のグロープラグを示した断面図。 セラミックヒータの作製例を示した断面図。 セラミックヒータの作製例を示した断面図。 セラミックヒータの作製例を示した断面図。 発熱温度および消費電力の測定方法を示した模式図。

符号の説明

１…セラミックヒータ、２…支持体、３…抵抗体、４…支持体の先端部、５…支持体の後端部、６…発熱部、７…リード部、２０…グロープラグ

Claims (4)

1. 絶縁性セラミックからなる棒状の支持体と、前記支持体の先端部近傍に埋設された発熱部およびこの発熱部から前記支持体の後端部側に延設された１対のリード部からなる抵抗体とを有し、前記抵抗体のうち前記支持体の先端部から前記支持体の全長の１／３までの範囲に含まれる部分が前記発熱部とされたセラミックヒータであって、
   前記発熱部および前記リード部は射出成形によって同一の導電性セラミックから連続的に形成され、前記１対のリード部はいずれも前記支持体の外周面に露出する電極部を有すると共に前記支持体の後端部に達し、前記発熱部は１Ｗ当たりの発熱温度が１８．４〜３０．０（℃／Ｗ）となる形状とされ、前記抵抗体の抵抗値に対する前記発熱部の抵抗値の比は０．４８〜０．８０、前記支持体における最小肉厚となる前記発熱部および前記リード部の外周側の表層は１００〜５００μｍの肉厚であることを特徴とするセラミックヒータ。
2. 前記支持体の先端部と前記発熱部の凸部との間の長手方向の距離が０．５〜２．０ｍｍであることを特徴とする請求項１記載のセラミックヒータ。
3. 前記抵抗体は、室温における抵抗値が４２０ｍΩ以下であることを特徴とする請求項１または２記載のセラミックヒータ。
4. 絶縁性セラミックからなる棒状の支持体と、前記支持体の先端部近傍に埋設された発熱部およびこの発熱部から前記支持体の後端部側に延設された１対のリード部からなる抵抗体とを有し、前記抵抗体のうち前記支持体の先端部から前記支持体の全長の１／３までの範囲に含まれる部分が前記発熱部とされたセラミックヒータと、前記セラミックヒータを外周面から保持する金属外筒とを有し、前記発熱部はＵ字状とされ、その少なくとも一部が前記抵抗体の他の部分に比べて細径とされたものであり、かつこの細径部分の全体が前記金属外筒から突出するグロープラグであって、
   前記セラミックヒータとして請求項１乃至３のいずれか１項記載のセラミックヒータを用いたことを特徴とするグロープラグ。

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