JPH09137945A - セラミックヒータ、セラミックグロープラグおよびその製造方法 - Google Patents
セラミックヒータ、セラミックグロープラグおよびその製造方法Info
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- C04B2235/70—Aspects relating to sintered or melt-casted ceramic products
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- C04B2235/70—Aspects relating to sintered or melt-casted ceramic products
- C04B2235/80—Phases present in the sintered or melt-cast ceramic products other than the main phase
- C04B2235/85—Intergranular or grain boundary phases
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 長期に亘って初期性能を維持することのでき
る信頼性の高いセラミックヒータ３の提供。 【解決手段】 グロープラグに使用されるセラミックヒ
ータ３は、窒化珪素を主体としたセラミック製絶縁体１
１中に、セラミック製抵抗体１２を埋設した構造を採用
する。セラミック製抵抗体１２は、ＷＣ等の導電性セラ
ミック粒子と、焼成時に生じたβ−サイアロン等の副次
的セラミック粒子と、希土類元素をＥとし０＜ｘ＜２と
した２Ｅ2 Ｏ3 ・Ｓｉ2-x Ａｌx Ｎ2-X Ｏ1+x を含む境
界粒子相とからなる。セラミック製抵抗体１２中に副次
的セラミック粒子が存在するため、セラミック製絶縁体
１１とセラミック製抵抗体１２の熱膨張率が接近し、熱
膨張差による断線が防がれる。また、導電性セラミック
粒子間に、副次的セラミック粒子および上記化学式を満
足する境界粒子相があるため、電位差によって導電性セ
ラミック粒子間の物質の電気分解が抑えられ、抵抗値の
上昇が防がれる。
る信頼性の高いセラミックヒータ３の提供。 【解決手段】 グロープラグに使用されるセラミックヒ
ータ３は、窒化珪素を主体としたセラミック製絶縁体１
１中に、セラミック製抵抗体１２を埋設した構造を採用
する。セラミック製抵抗体１２は、ＷＣ等の導電性セラ
ミック粒子と、焼成時に生じたβ−サイアロン等の副次
的セラミック粒子と、希土類元素をＥとし０＜ｘ＜２と
した２Ｅ2 Ｏ3 ・Ｓｉ2-x Ａｌx Ｎ2-X Ｏ1+x を含む境
界粒子相とからなる。セラミック製抵抗体１２中に副次
的セラミック粒子が存在するため、セラミック製絶縁体
１１とセラミック製抵抗体１２の熱膨張率が接近し、熱
膨張差による断線が防がれる。また、導電性セラミック
粒子間に、副次的セラミック粒子および上記化学式を満
足する境界粒子相があるため、電位差によって導電性セ
ラミック粒子間の物質の電気分解が抑えられ、抵抗値の
上昇が防がれる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、セラミック製抵抗
体をセラミック製絶縁体中に埋設したセラミックヒータ
およびその製造方法に関するもので、内燃機関（例え
ば、ディーゼルエンジン等）の始動補助装置として用い
られるグロープラグ、暖房装置、電気調理具等の加熱手
段に用いて好適な技術である。
体をセラミック製絶縁体中に埋設したセラミックヒータ
およびその製造方法に関するもので、内燃機関（例え
ば、ディーゼルエンジン等）の始動補助装置として用い
られるグロープラグ、暖房装置、電気調理具等の加熱手
段に用いて好適な技術である。
【０００２】
【従来の技術】Ｗ、Ｔａ、Ｎｂ、Ｔｉ、Ｍｏ、Ｚｒ、Ｈ
ｆ、Ｖ、Ｃｒより選ばれた少なくとも１種類以上の珪化
物、炭化物あるいは窒化物の導電性セラミックは、抵抗
率が１０-5〜１０-10 Ωｃｍと低く、また高融点である
ことから、導電性セラミック粒子はセラミックヒータの
抵抗体の主体として適している（特開昭６３−３７５８
７号公報、特開平１−３１３３６２号公報参照）。
ｆ、Ｖ、Ｃｒより選ばれた少なくとも１種類以上の珪化
物、炭化物あるいは窒化物の導電性セラミックは、抵抗
率が１０-5〜１０-10 Ωｃｍと低く、また高融点である
ことから、導電性セラミック粒子はセラミックヒータの
抵抗体の主体として適している（特開昭６３−３７５８
７号公報、特開平１−３１３３６２号公報参照）。
【０００３】また、上述の導電性セラミック粒子に、窒
化珪素質などの絶縁性セラミック粒子を混入させて抵抗
値を調節したセラミック製抵抗体が知られている（特開
昭６０−６０９８３号公報、特開昭６０−２１６４８４
号公報、特開昭６０−２５４５８６号公報、特開昭６３
−９６８８３号公報、特開昭６４−６１３５６号公報、
特開平２−２２９７６５号公報参照）。
化珪素質などの絶縁性セラミック粒子を混入させて抵抗
値を調節したセラミック製抵抗体が知られている（特開
昭６０−６０９８３号公報、特開昭６０−２１６４８４
号公報、特開昭６０−２５４５８６号公報、特開昭６３
−９６８８３号公報、特開昭６４−６１３５６号公報、
特開平２−２２９７６５号公報参照）。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】セラミック製抵抗体が
導電性セラミック粒子（例えば、ＷＣ）だけで、これを
高強度で耐酸化性に優れたセラミック製絶縁体中に埋設
したセラミックヒータは、加熱と放熱が繰り返される
と、セラミック製抵抗体とセラミック製絶縁体の熱膨張
差によって、セラミック製抵抗体にクラックが生じて、
断線する可能性がある。
導電性セラミック粒子（例えば、ＷＣ）だけで、これを
高強度で耐酸化性に優れたセラミック製絶縁体中に埋設
したセラミックヒータは、加熱と放熱が繰り返される
と、セラミック製抵抗体とセラミック製絶縁体の熱膨張
差によって、セラミック製抵抗体にクラックが生じて、
断線する可能性がある。
【０００５】また、導電性セラミック粒子と導電性セラ
ミック粒子との間に絶縁性セラミック粒子が介在する
と、導電性セラミック粒子間の電位差によって、絶縁性
セラミック粒子が電気分解し、セラミック製抵抗体の抵
抗値が上昇する不具合が生じることもある。
ミック粒子との間に絶縁性セラミック粒子が介在する
と、導電性セラミック粒子間の電位差によって、絶縁性
セラミック粒子が電気分解し、セラミック製抵抗体の抵
抗値が上昇する不具合が生じることもある。
【０００６】
【発明の目的】本発明は、上記の事情に鑑みてなされた
もので、その目的は、長期に亘って初期性能を維持する
ことのできる信頼性の高いセラミックヒータ、セラミッ
クグロープラグおよびその製造方法の提供にある。
もので、その目的は、長期に亘って初期性能を維持する
ことのできる信頼性の高いセラミックヒータ、セラミッ
クグロープラグおよびその製造方法の提供にある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明のセラミックヒー
タ、セラミックグロープラグおよびその製造方法は、次
の技術的手段を採用した。 〔請求項１の手段〕セラミックヒータは、通電を受けて
発熱するセラミック製抵抗体と、この抵抗体を囲むよう
に設けられたセラミック製絶縁体と、を備える。そし
て、前記抵抗体は、導電性セラミック粒子と、副次的セ
ラミック粒子と、希土類元素をＥとするとともに０＜ｘ
＜２を満足する化学式２Ｅ2 Ｏ3 ・Ｓｉ2- x Ａｌx Ｎ
2-x Ｏ1+x を有する境界粒子相と、からなる。
タ、セラミックグロープラグおよびその製造方法は、次
の技術的手段を採用した。 〔請求項１の手段〕セラミックヒータは、通電を受けて
発熱するセラミック製抵抗体と、この抵抗体を囲むよう
に設けられたセラミック製絶縁体と、を備える。そし
て、前記抵抗体は、導電性セラミック粒子と、副次的セ
ラミック粒子と、希土類元素をＥとするとともに０＜ｘ
＜２を満足する化学式２Ｅ2 Ｏ3 ・Ｓｉ2- x Ａｌx Ｎ
2-x Ｏ1+x を有する境界粒子相と、からなる。
【０００８】〔請求項２の手段〕通電を受けて発熱する
セラミック製抵抗体と、この抵抗体に電気的に一端が接
続された一対のリード電極と、前記抵抗体と前記リード
電極を他端が露出して囲むように設けられたセラミック
製絶縁体と、を備えたセラミックヒータにおいて、前記
抵抗体は、導電性セラミック粒子と、副次的セラミック
粒子と、希土類元素をＥとするとともに０＜ｘ＜２を満
足する２Ｅ2 Ｏ3 ・Ｓｉ2-x Ａｌx Ｎ2-xＯ1+x を有す
る境界粒子相と、からなることを特徴とする。
セラミック製抵抗体と、この抵抗体に電気的に一端が接
続された一対のリード電極と、前記抵抗体と前記リード
電極を他端が露出して囲むように設けられたセラミック
製絶縁体と、を備えたセラミックヒータにおいて、前記
抵抗体は、導電性セラミック粒子と、副次的セラミック
粒子と、希土類元素をＥとするとともに０＜ｘ＜２を満
足する２Ｅ2 Ｏ3 ・Ｓｉ2-x Ａｌx Ｎ2-xＯ1+x を有す
る境界粒子相と、からなることを特徴とする。
【０００９】〔請求項３の手段〕請求項１または請求項
２のセラミックヒータにおいて、前記導電性セラミック
粒子は、ＷＣ、ＭｏＳｉ2 、Ｍｏ5 Ｓｉ3 から選ばれた
少なくとも１つであることを特徴とする。
２のセラミックヒータにおいて、前記導電性セラミック
粒子は、ＷＣ、ＭｏＳｉ2 、Ｍｏ5 Ｓｉ3 から選ばれた
少なくとも１つであることを特徴とする。
【００１０】〔請求項４の手段〕請求項１ないし請求項
３のいずれかのセラミックヒータにおいて、前記副次的
セラミック粒子は、０＜ｚ＜５を満足するＳｉ6-z Ａｌ
z Ｎ8-z Ｏ z で表される一般式を持つセラミックであっ
て、拡張β−窒化珪素格子を有することを特徴とする。
３のいずれかのセラミックヒータにおいて、前記副次的
セラミック粒子は、０＜ｚ＜５を満足するＳｉ6-z Ａｌ
z Ｎ8-z Ｏ z で表される一般式を持つセラミックであっ
て、拡張β−窒化珪素格子を有することを特徴とする。
【００１１】〔請求項５の手段〕請求項１ないし請求項
４のいずれかのセラミックヒータにおいて、前記セラミ
ック製抵抗体の比抵抗は、１０-4Ωｃｍ以上であること
を特徴とする。
４のいずれかのセラミックヒータにおいて、前記セラミ
ック製抵抗体の比抵抗は、１０-4Ωｃｍ以上であること
を特徴とする。
【００１２】〔請求項６の手段〕請求項１ないし請求項
５のいずれかのセラミックヒータにおいて、前記セラミ
ック製抵抗体の比抵抗は、１０-4Ωｃｍ以上、１０００
Ωｃｍ以下であることを特徴とする。
５のいずれかのセラミックヒータにおいて、前記セラミ
ック製抵抗体の比抵抗は、１０-4Ωｃｍ以上、１０００
Ωｃｍ以下であることを特徴とする。
【００１３】〔請求項７の手段〕請求項１ないし請求項
６のいずれかのセラミックヒータにおいて、前記導電性
セラミック粒子の平均粒径寸法は２〜５μｍで、前記副
次的セラミック粒子の平均粒径寸法も２〜５μｍである
ことを特徴とする。
６のいずれかのセラミックヒータにおいて、前記導電性
セラミック粒子の平均粒径寸法は２〜５μｍで、前記副
次的セラミック粒子の平均粒径寸法も２〜５μｍである
ことを特徴とする。
【００１４】〔請求項８の手段〕請求項１ないし請求項
７のいずれかのセラミックヒータにおいて、前記セラミ
ック製絶縁体は、窒化珪素製のセラミック粒子を主体と
することを特徴とする。
７のいずれかのセラミックヒータにおいて、前記セラミ
ック製絶縁体は、窒化珪素製のセラミック粒子を主体と
することを特徴とする。
【００１５】〔請求項９の手段〕請求項１ないし請求項
８のいずれかのセラミックヒータにおいて、前記境界粒
子相をなす希土類元素のＥは、Ｅｒ、Ｙｂ、Ｙから選ば
れた１つを有することを特徴とする。
８のいずれかのセラミックヒータにおいて、前記境界粒
子相をなす希土類元素のＥは、Ｅｒ、Ｙｂ、Ｙから選ば
れた１つを有することを特徴とする。
【００１６】〔請求項１０の手段〕請求項２ないし請求
項９のいずれかのセラミックヒータにおいて、前記一対
のリード電極は、タングステン製であることを特徴とす
る。
項９のいずれかのセラミックヒータにおいて、前記一対
のリード電極は、タングステン製であることを特徴とす
る。
【００１７】〔請求項１１の手段〕通電を受けて発熱す
るセラミック製抵抗体と、この抵抗体に電気的に接続さ
れた一対のリード電極と、前記抵抗体と前記リード電極
を囲むように設けられたセラミック製絶縁体と、を備え
たセラミックヒータは、次の工程の結合によって製造さ
れることを特徴とするセラミックヒータの製造方法。 （１）導電性セラミック粉末、絶縁性セラミック粉末お
よび希土類酸化物を混合して、混合セラミック体を作る
第１工程。 （２）前記混合セラミック体を、前記一対のリード電極
が接続された非焼成セラミック体に成形する第２工程。 （３）接合された前記抵抗体用の非焼成セラミック体と
前記一対のリード電極とを、絶縁性セラミック粉末で覆
って、非焼成ヒータを形成する第３工程。 （４）前記非焼成ヒータを非酸化雰囲気中で焼成する第
４工程。
るセラミック製抵抗体と、この抵抗体に電気的に接続さ
れた一対のリード電極と、前記抵抗体と前記リード電極
を囲むように設けられたセラミック製絶縁体と、を備え
たセラミックヒータは、次の工程の結合によって製造さ
れることを特徴とするセラミックヒータの製造方法。 （１）導電性セラミック粉末、絶縁性セラミック粉末お
よび希土類酸化物を混合して、混合セラミック体を作る
第１工程。 （２）前記混合セラミック体を、前記一対のリード電極
が接続された非焼成セラミック体に成形する第２工程。 （３）接合された前記抵抗体用の非焼成セラミック体と
前記一対のリード電極とを、絶縁性セラミック粉末で覆
って、非焼成ヒータを形成する第３工程。 （４）前記非焼成ヒータを非酸化雰囲気中で焼成する第
４工程。
【００１８】〔請求項１２の手段〕請求項１１のセラミ
ックヒータの製造方法において、前記一対のリード電極
は、タングステン製であることを特徴とする。
ックヒータの製造方法において、前記一対のリード電極
は、タングステン製であることを特徴とする。
【００１９】〔請求項１３の手段〕請求項１１または請
求項１２のセラミックヒータの製造方法において、前記
第１工程で用いられる前記混合セラミック体中の４０〜
８０重量％は、少なくともＷＣ、ＭｏＳｉ2 から選ばれ
た導電性セラミック粉末であることを特徴とする。
求項１２のセラミックヒータの製造方法において、前記
第１工程で用いられる前記混合セラミック体中の４０〜
８０重量％は、少なくともＷＣ、ＭｏＳｉ2 から選ばれ
た導電性セラミック粉末であることを特徴とする。
【００２０】〔請求項１４の手段〕請求項１１ないし請
求項１３のいずれかのセラミックヒータの製造方法にお
いて、前記第１工程で用いられる前記絶縁性セラミック
粉末は、前記混合セラミック体中における、１８．９〜
５８．９重量％の窒化珪素と、０．５〜５重量％の窒化
アルミニウムと、０．１〜３重量％のアルミナと、を備
え、前記第１工程で用いられる前記希土類酸化物は、前
記混合セラミック体中における、０．５〜４．５重量％
であることを特徴とする。
求項１３のいずれかのセラミックヒータの製造方法にお
いて、前記第１工程で用いられる前記絶縁性セラミック
粉末は、前記混合セラミック体中における、１８．９〜
５８．９重量％の窒化珪素と、０．５〜５重量％の窒化
アルミニウムと、０．１〜３重量％のアルミナと、を備
え、前記第１工程で用いられる前記希土類酸化物は、前
記混合セラミック体中における、０．５〜４．５重量％
であることを特徴とする。
【００２１】〔請求項１５の手段〕請求項１４のセラミ
ックヒータの製造方法において、前記希土類酸化物は、
Ｅｒ2 Ｏ3 、Ｙｂ2 Ｏ3 、Ｙ2 Ｏ3 から選ばれた１つを
有することを特徴とする。
ックヒータの製造方法において、前記希土類酸化物は、
Ｅｒ2 Ｏ3 、Ｙｂ2 Ｏ3 、Ｙ2 Ｏ3 から選ばれた１つを
有することを特徴とする。
【００２２】〔請求項１６の手段〕請求項１ないし請求
項１０の何れかのセラミックヒータの特徴を備えたグロ
ープラグ。
項１０の何れかのセラミックヒータの特徴を備えたグロ
ープラグ。
【００２３】〔請求項１７の手段〕請求項１６のグロー
プラグにおいて、前記セラミック製絶縁体の表面に露出
した前記一対のリード電極の他端間の抵抗は、５００ｍ
Ω以上であることを特徴とする。
プラグにおいて、前記セラミック製絶縁体の表面に露出
した前記一対のリード電極の他端間の抵抗は、５００ｍ
Ω以上であることを特徴とする。
【００２４】〔請求項１８の手段〕請求項１６のグロー
プラグにおいて、前記セラミック製絶縁体の表面に露出
した前記一対のリード電極の他端間の抵抗は、５００ｍ
Ω〜１Ωであることを特徴とする。
プラグにおいて、前記セラミック製絶縁体の表面に露出
した前記一対のリード電極の他端間の抵抗は、５００ｍ
Ω〜１Ωであることを特徴とする。
【００２５】〔請求項１９の手段〕請求項１１ないし請
求項１５の何れかのセラミックヒータの製造方法の特徴
を備えたグロープラグの製造方法。
求項１５の何れかのセラミックヒータの製造方法の特徴
を備えたグロープラグの製造方法。
【００２６】
【発明の作用および効果】焼結されたセラミックヒータ
のセラミック製抵抗体は、導電性セラミック粒子と、副
次的セラミック粒子と、境界粒子相とからなる。このた
め、セラミック製抵抗体とセラミック製絶縁体の熱膨張
差が小さく、加熱と放熱が繰り返されても、セラミック
製抵抗体とセラミック製絶縁体の熱膨張差によって、セ
ラミック製抵抗体にクラックが生じず、従来に比較して
セラミックヒータの耐久性が向上する。
のセラミック製抵抗体は、導電性セラミック粒子と、副
次的セラミック粒子と、境界粒子相とからなる。このた
め、セラミック製抵抗体とセラミック製絶縁体の熱膨張
差が小さく、加熱と放熱が繰り返されても、セラミック
製抵抗体とセラミック製絶縁体の熱膨張差によって、セ
ラミック製抵抗体にクラックが生じず、従来に比較して
セラミックヒータの耐久性が向上する。
【００２７】また、セラミック製抵抗体を構成する導電
性セラミック粒子の各間に、副次的セラミック粒子と境
界粒子相（希土類元素をＥとするとともに０＜ｘ＜２を
満足する化学式２Ｅ2 Ｏ3 ・Ｓｉ2-x Ａｌx Ｎ2-x Ｏ
1+x ）を介在することにより、導電性セラミック粒子間
に電位差が生じても、導電性セラミック粒子間に存在す
る物質が電気分解しないことを見出した。このため、こ
の発明では、高温下において導電性セラミック粒子間に
電位差が生じても、導電性セラミック粒子間の副次的セ
ラミック粒子や境界粒子相の電気分解が抑えられる。こ
の結果、セラミックヒータが長期に使用されても、セラ
ミック製抵抗体の抵抗値の上昇が抑えられる。
性セラミック粒子の各間に、副次的セラミック粒子と境
界粒子相（希土類元素をＥとするとともに０＜ｘ＜２を
満足する化学式２Ｅ2 Ｏ3 ・Ｓｉ2-x Ａｌx Ｎ2-x Ｏ
1+x ）を介在することにより、導電性セラミック粒子間
に電位差が生じても、導電性セラミック粒子間に存在す
る物質が電気分解しないことを見出した。このため、こ
の発明では、高温下において導電性セラミック粒子間に
電位差が生じても、導電性セラミック粒子間の副次的セ
ラミック粒子や境界粒子相の電気分解が抑えられる。こ
の結果、セラミックヒータが長期に使用されても、セラ
ミック製抵抗体の抵抗値の上昇が抑えられる。
【００２８】さらに、本発明におけるセラミック製抵抗
体にリード電極が接続されても、アモルファス相が少な
いため、セラミック製抵抗体とリード電極との境界面に
剥離が生じにくい。
体にリード電極が接続されても、アモルファス相が少な
いため、セラミック製抵抗体とリード電極との境界面に
剥離が生じにくい。
【００２９】
【発明の実施の形態】次に、本発明の実施の形態を、実
施例および変形例を用いて説明する。 〔実施例の構成〕図１ないし図７は本発明のセラミック
ヒータをグロープラグに用いた実施例を説明する図面
で、図１はセラミックヒータの断面図、図２は図１にお
けるＰ部の拡大図、図３は焼成前におけるセラミック製
抵抗体の斜視図、図４はグロープラグの断面図である。
施例および変形例を用いて説明する。 〔実施例の構成〕図１ないし図７は本発明のセラミック
ヒータをグロープラグに用いた実施例を説明する図面
で、図１はセラミックヒータの断面図、図２は図１にお
けるＰ部の拡大図、図３は焼成前におけるセラミック製
抵抗体の斜視図、図４はグロープラグの断面図である。
【００３０】グロープラグ１は、内燃機関に締結される
略筒状の主体金具２、この主体金具２に挿入されるとと
もに一部が主体金具２の外部へ突出するセラミックヒー
タ３、このセラミックヒータ３のリード電極４を主体金
具２にアース接地させるとともにセラミックヒータ３を
先端側内部に固着する金属外筒５、主体金具２内に配置
されてセラミックヒータ３のリード電極６に接続する中
軸７、この中軸７に接続される端子電極８、この端子電
極８を主体金具２内に絶縁保持させる絶縁体９及びナッ
ト１０等から構成される。
略筒状の主体金具２、この主体金具２に挿入されるとと
もに一部が主体金具２の外部へ突出するセラミックヒー
タ３、このセラミックヒータ３のリード電極４を主体金
具２にアース接地させるとともにセラミックヒータ３を
先端側内部に固着する金属外筒５、主体金具２内に配置
されてセラミックヒータ３のリード電極６に接続する中
軸７、この中軸７に接続される端子電極８、この端子電
極８を主体金具２内に絶縁保持させる絶縁体９及びナッ
ト１０等から構成される。
【００３１】主体金具２は、周囲に締結用のネジ２ａ、
および締結用の六角部２ｂを備えた筒状金属体で、内燃
機関に締結されることで、車両にアース接地される。セ
ラミックヒータ３は、後述する製造方法によって製造さ
れるもので、略棒状のセラミック製絶縁体１１（窒化珪
素を主体としたセラミック）の内部に、略Ｕ字形に形成
されたセラミック製抵抗体１２を埋設してなる。
および締結用の六角部２ｂを備えた筒状金属体で、内燃
機関に締結されることで、車両にアース接地される。セ
ラミックヒータ３は、後述する製造方法によって製造さ
れるもので、略棒状のセラミック製絶縁体１１（窒化珪
素を主体としたセラミック）の内部に、略Ｕ字形に形成
されたセラミック製抵抗体１２を埋設してなる。
【００３２】セラミック製絶縁体１１は、セラミック製
抵抗体１２の表面を０．３ｍｍ以上の厚さで覆うもので
ある。このように、厚さが０．３ｍｍ以上に設けられる
ことで、セラミック製抵抗体１２が高温（例えば、８０
０〜１３００℃）になっても、セラミック製抵抗体１２
の酸化を防ぐとともに、セラミック製抵抗体１２を高い
機械的強度で保持することができる。
抵抗体１２の表面を０．３ｍｍ以上の厚さで覆うもので
ある。このように、厚さが０．３ｍｍ以上に設けられる
ことで、セラミック製抵抗体１２が高温（例えば、８０
０〜１３００℃）になっても、セラミック製抵抗体１２
の酸化を防ぐとともに、セラミック製抵抗体１２を高い
機械的強度で保持することができる。
【００３３】セラミック製抵抗体１２は、導電性セラミ
ック粒子と絶縁性セラミック粒子の他に、希土類酸化物
を添加して焼結したもので、図２に示すように、焼結後
における導電性セラミック粒子Ｓ1 、焼成により生じた
副次的セラミック粒子Ｓ2 および境界粒子相Ｓ3 からな
る。なお、セラミック製抵抗体１２の比抵抗は、後述す
る製造方法に示す技術によって、２５℃において１０-4
Ωｃｍ以上、且つ１０００Ωｃｍ以下に調節されてい
る。
ック粒子と絶縁性セラミック粒子の他に、希土類酸化物
を添加して焼結したもので、図２に示すように、焼結後
における導電性セラミック粒子Ｓ1 、焼成により生じた
副次的セラミック粒子Ｓ2 および境界粒子相Ｓ3 からな
る。なお、セラミック製抵抗体１２の比抵抗は、後述す
る製造方法に示す技術によって、２５℃において１０-4
Ωｃｍ以上、且つ１０００Ωｃｍ以下に調節されてい
る。
【００３４】導電性セラミック粒子Ｓ1 は、Ｗ、Ｔａ、
Ｎｂ、Ｔｉ、Ｍｏ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｃｒより選ばれた
少なくとも１種類以上の珪化物、炭化物あるいは窒化物
で、例えば、ＷＣ、ＭｏＳｉ2 、Ｍｏ5 Ｓｉ3 の少なく
とも１つを有し、平均粒径寸法が２〜５μｍ（例えば、
約３μｍ）のものである。
Ｎｂ、Ｔｉ、Ｍｏ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｃｒより選ばれた
少なくとも１種類以上の珪化物、炭化物あるいは窒化物
で、例えば、ＷＣ、ＭｏＳｉ2 、Ｍｏ5 Ｓｉ3 の少なく
とも１つを有し、平均粒径寸法が２〜５μｍ（例えば、
約３μｍ）のものである。
【００３５】副次的セラミック粒子Ｓ2 は、焼成によっ
て生じた平均粒径寸法が２〜５μｍ（例えば、約３μ
ｍ）の粒子で、０＜ｚ＜５を満足するＳｉ6-z Ａｌz Ｎ
8-z Ｏ z で表される一般式を持つセラミックである。な
お、その一般式を持つセラミックは、拡張β−窒化珪素
格子を持ち、β’−サイアロンと称され、例えば、英国
特許公報Ｎｏ．１６００６０２号にその一般式が開示さ
れている。なお、このβ’−サイアロンは、製造時に添
加される窒化アルミニウムが、窒化珪素およびアルミナ
に取り込まれて析出するものである。
て生じた平均粒径寸法が２〜５μｍ（例えば、約３μ
ｍ）の粒子で、０＜ｚ＜５を満足するＳｉ6-z Ａｌz Ｎ
8-z Ｏ z で表される一般式を持つセラミックである。な
お、その一般式を持つセラミックは、拡張β−窒化珪素
格子を持ち、β’−サイアロンと称され、例えば、英国
特許公報Ｎｏ．１６００６０２号にその一般式が開示さ
れている。なお、このβ’−サイアロンは、製造時に添
加される窒化アルミニウムが、窒化珪素およびアルミナ
に取り込まれて析出するものである。
【００３６】境界粒子相Ｓ3 は、焼成によって生じて、
導電性セラミック粒子Ｓ1 、副次的セラミック粒子Ｓ2
の各間隔を充填、結合するもので、希土類元素（Ｙ、Ｌ
ａ、Ｃｅ、Ｎｄ、Ｄｙ、Ｓｃ、Ｐｒ、Ｅｒ、Ｙｂ等）を
Ｅとし、０＜ｘ＜２を満足する２Ｅ2 Ｏ3 ・Ｓｉ2-x Ａ
ｌx Ｎ2-x Ｏ1+x を有する。なお、この化学式で表され
る物質は、製造時に添加される希土類酸化物が、絶縁性
セラミック粒子（窒化珪素、窒化アルミニウムおよびア
ルミナ）に取り込まれて析出するものである。この実施
例では、希土類元素Ｅとして、Ｅｒ、Ｙｂ、Ｙのいずれ
かを少なくとも備える。希土類元素Ｅとして、Ｅｒ、Ｙ
ｂ、Ｙのいずれか、特にＥｒ、Ｙｂの一方を用いること
により、セラミック製抵抗体１２の焼き上がりが良く、
また機械的強度が優れるため、グロープラグ１として最
適なものである。
導電性セラミック粒子Ｓ1 、副次的セラミック粒子Ｓ2
の各間隔を充填、結合するもので、希土類元素（Ｙ、Ｌ
ａ、Ｃｅ、Ｎｄ、Ｄｙ、Ｓｃ、Ｐｒ、Ｅｒ、Ｙｂ等）を
Ｅとし、０＜ｘ＜２を満足する２Ｅ2 Ｏ3 ・Ｓｉ2-x Ａ
ｌx Ｎ2-x Ｏ1+x を有する。なお、この化学式で表され
る物質は、製造時に添加される希土類酸化物が、絶縁性
セラミック粒子（窒化珪素、窒化アルミニウムおよびア
ルミナ）に取り込まれて析出するものである。この実施
例では、希土類元素Ｅとして、Ｅｒ、Ｙｂ、Ｙのいずれ
かを少なくとも備える。希土類元素Ｅとして、Ｅｒ、Ｙ
ｂ、Ｙのいずれか、特にＥｒ、Ｙｂの一方を用いること
により、セラミック製抵抗体１２の焼き上がりが良く、
また機械的強度が優れるため、グロープラグ１として最
適なものである。
【００３７】上記では、焼結後における、導電性セラミ
ック粒子Ｓ1 および副次的セラミック粒子Ｓ2 の平均粒
径寸法が、約３μｍの例を示したが、この焼結後の粒径
は、焼成時に焼成前の粒径より成長したものである。
ック粒子Ｓ1 および副次的セラミック粒子Ｓ2 の平均粒
径寸法が、約３μｍの例を示したが、この焼結後の粒径
は、焼成時に焼成前の粒径より成長したものである。
【００３８】セラミック製抵抗体１２の両端には、上述
のリード電極６およびアース側のリード電極４が接続さ
れている。この一対のリード電極４、６はタングステン
製で、セラミック製抵抗体１２とともに、セラミック製
絶縁体１１内に埋設されている。なお、リード電極６
は、セラミックヒータ３の端部（セラミック製抵抗体１
２とは異なった側）において周囲に露出し、リード電極
４は、セラミックヒータ３の中間の外周において周囲に
露出する。
のリード電極６およびアース側のリード電極４が接続さ
れている。この一対のリード電極４、６はタングステン
製で、セラミック製抵抗体１２とともに、セラミック製
絶縁体１１内に埋設されている。なお、リード電極６
は、セラミックヒータ３の端部（セラミック製抵抗体１
２とは異なった側）において周囲に露出し、リード電極
４は、セラミックヒータ３の中間の外周において周囲に
露出する。
【００３９】なお、セラミック製絶縁体１１は、副次的
セラミック粒子Ｓ２の熱膨張率とほぼ同等であるのが好
ましく、セラミック製絶縁体１１の製造時に添加する絶
縁性セラミック粉末は、セラミック製抵抗体１２の製造
時に用いられる絶縁性セラミック粉末と同質の材料であ
るのが好ましい。
セラミック粒子Ｓ２の熱膨張率とほぼ同等であるのが好
ましく、セラミック製絶縁体１１の製造時に添加する絶
縁性セラミック粉末は、セラミック製抵抗体１２の製造
時に用いられる絶縁性セラミック粉末と同質の材料であ
るのが好ましい。
【００４０】金属外筒５は、セラミックヒータ３の中間
外周に固着されるとともに、主体金具２の先端内に固着
されて、主体金具２内にセラミックヒータ３を保持する
機能と、セラミックヒータ３のリード電極４を主体金具
２にアース接地する機能とを果たす。
外周に固着されるとともに、主体金具２の先端内に固着
されて、主体金具２内にセラミックヒータ３を保持する
機能と、セラミックヒータ３のリード電極４を主体金具
２にアース接地する機能とを果たす。
【００４１】中軸７は、端子電極８に接続されるととも
に、主体金具２内において絶縁配置されるもので、端部
にはセラミックヒータ３の端部を覆ってリード電極６と
接続する断面コ字形の金属キャップ７ａを備える。端子
電極８は、外部の通電回路より通電を受ける接続端子
で、図示しない接続具を端子電極８に固定するためのナ
ット８ａを備える。絶縁体９は、セラミック等の略筒状
絶縁物で、主体金具２の端部の内側に固着された状態
で、その内周において端子電極８をナット１０を介して
固着保持されている。
に、主体金具２内において絶縁配置されるもので、端部
にはセラミックヒータ３の端部を覆ってリード電極６と
接続する断面コ字形の金属キャップ７ａを備える。端子
電極８は、外部の通電回路より通電を受ける接続端子
で、図示しない接続具を端子電極８に固定するためのナ
ット８ａを備える。絶縁体９は、セラミック等の略筒状
絶縁物で、主体金具２の端部の内側に固着された状態
で、その内周において端子電極８をナット１０を介して
固着保持されている。
【００４２】〔セラミックヒータ３の製造方法〕次に、
セラミックヒータ３の製造方法を、図５の表を参照して
説明する。なお、表中の添加組成中のおける数字は、重
量％を示すものである。また、使用される数値や材質は
一例であって、用いられる数値や材質に本願発明が限定
されるものではない。
セラミックヒータ３の製造方法を、図５の表を参照して
説明する。なお、表中の添加組成中のおける数字は、重
量％を示すものである。また、使用される数値や材質は
一例であって、用いられる数値や材質に本願発明が限定
されるものではない。
【００４３】１）平均粒径が０．５μｍのＷ、Ｔａ、Ｎ
ｂ、Ｔｉ、Ｍｏ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｃｒより選ばれた少
なくとも１種類以上の珪化物、炭化物あるいは窒化物
（例えば、少なくともＷＣ、ＭｏＳｉ2 、ＭｏＳｉ3 か
ら選ばれたもの）からなる導電性セラミック（例えば、
４０〜８０重量％）に、絶縁性セラミックである窒化珪
素（例えば、１８．９〜５８．９重量％）、窒化アルミ
ニウム（例えば０．５〜５重量％）、アルミナ（例えば
０．１〜３重量％）を加え、さらに、Ｙｂ2 Ｏ3、Ｅｒ
2 Ｏ3 、Ｙ2 Ｏ3 などの希土類酸化物を例えば０．５〜
４．５重量％を添加し、７２時間に亘って湿式粉砕混合
する（第Ａ工程）。この第Ａ工程が、請求項１１の第１
工程に相当する。
ｂ、Ｔｉ、Ｍｏ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｃｒより選ばれた少
なくとも１種類以上の珪化物、炭化物あるいは窒化物
（例えば、少なくともＷＣ、ＭｏＳｉ2 、ＭｏＳｉ3 か
ら選ばれたもの）からなる導電性セラミック（例えば、
４０〜８０重量％）に、絶縁性セラミックである窒化珪
素（例えば、１８．９〜５８．９重量％）、窒化アルミ
ニウム（例えば０．５〜５重量％）、アルミナ（例えば
０．１〜３重量％）を加え、さらに、Ｙｂ2 Ｏ3、Ｅｒ
2 Ｏ3 、Ｙ2 Ｏ3 などの希土類酸化物を例えば０．５〜
４．５重量％を添加し、７２時間に亘って湿式粉砕混合
する（第Ａ工程）。この第Ａ工程が、請求項１１の第１
工程に相当する。
【００４４】セラミック製抵抗体１２の比抵抗（抵抗
率）は、図７に示すように、導電性セラミック粉末と、
絶縁性セラミック粉末との重量比によって調節される。
なお、図７は、導電性セラミック粉末として平均粒径が
約１μｍのＷＣと、絶縁性セラミック粉末として平均粒
径が約１μｍの窒化珪素とを用いて測定したグラフであ
る。また、導電性セラミック粉末の粒子径と絶縁性セラ
ミック粉末の粒子径の粒径比によっても、セラミック製
抵抗体１２の比抵抗が調節できる。この調節は、粒径比
を大きくするとセラミック製抵抗体１２の比抵抗が小さ
くなり、粒径比を小さくするとセラミック製抵抗体１２
の比抵抗が大きくなるのを利用する。
率）は、図７に示すように、導電性セラミック粉末と、
絶縁性セラミック粉末との重量比によって調節される。
なお、図７は、導電性セラミック粉末として平均粒径が
約１μｍのＷＣと、絶縁性セラミック粉末として平均粒
径が約１μｍの窒化珪素とを用いて測定したグラフであ
る。また、導電性セラミック粉末の粒子径と絶縁性セラ
ミック粉末の粒子径の粒径比によっても、セラミック製
抵抗体１２の比抵抗が調節できる。この調節は、粒径比
を大きくするとセラミック製抵抗体１２の比抵抗が小さ
くなり、粒径比を小さくするとセラミック製抵抗体１２
の比抵抗が大きくなるのを利用する。
【００４５】２）第Ａ工程で得られた泥しょうを容器に
開けて１２時間に亘って乾燥する（第Ｂ工程）。 ３）第Ｂ工程で得られた粉末を混練ニーダー中で、数種
のバインダー（例えば、ポリエチレンあるいはワックス
と酢酸ビニールとポリエチレンの混合物などからなる合
成樹脂系バインダーを例えば３０〜７０重量％）を添加
し、３時間に亘って混練する（第Ｃ工程）。 ４）第Ｃ工程で得られた混練物を、ペレタイザーにて約
１ｍｍ粒に粉砕する（第Ｄ工程）。
開けて１２時間に亘って乾燥する（第Ｂ工程）。 ３）第Ｂ工程で得られた粉末を混練ニーダー中で、数種
のバインダー（例えば、ポリエチレンあるいはワックス
と酢酸ビニールとポリエチレンの混合物などからなる合
成樹脂系バインダーを例えば３０〜７０重量％）を添加
し、３時間に亘って混練する（第Ｃ工程）。 ４）第Ｃ工程で得られた混練物を、ペレタイザーにて約
１ｍｍ粒に粉砕する（第Ｄ工程）。
【００４６】５）上記第Ｄ工程で得られた造粒物を、射
出成形機にて、図３の（ａ）、（ｂ）に示すように、立
体のＵ字状に形成すると同時に、それぞれの端部に一対
のリード電極４、６を接続する（第Ｅ工程）。なお、こ
の第Ｅ工程が、請求項１１の第２工程に相当する。以上
の工程によって、非焼成セラミック体１２ａが製造され
る。この非焼成セラミック体１２ａのうち、一対のリー
ド電極４、６を除いた部分が焼成後にセラミック製抵抗
体１２になる。なお、射出成形機にて、立体のＵ字状に
形成した造粒物と、一対のリード電極４、６との接続
は、造粒物をＵ字状に形成した後に行っても良い。
出成形機にて、図３の（ａ）、（ｂ）に示すように、立
体のＵ字状に形成すると同時に、それぞれの端部に一対
のリード電極４、６を接続する（第Ｅ工程）。なお、こ
の第Ｅ工程が、請求項１１の第２工程に相当する。以上
の工程によって、非焼成セラミック体１２ａが製造され
る。この非焼成セラミック体１２ａのうち、一対のリー
ド電極４、６を除いた部分が焼成後にセラミック製抵抗
体１２になる。なお、射出成形機にて、立体のＵ字状に
形成した造粒物と、一対のリード電極４、６との接続
は、造粒物をＵ字状に形成した後に行っても良い。
【００４７】６）平均粒径が０．７μｍの窒化珪素を９
０重量％、Ｙ2 Ｏ3 を５重量％、Ａｌ2 Ｏ3 を５重量％
を秤量し、粉末を湿式粉砕混合し、バインダーを加えた
後、スプレードライにより混合粉末を得る（第Ｆ工
程）。なお、この混合粉末が焼成後にセラミック製絶縁
体１１になる。 ７）第Ｆ工程で得られた混合粉末中に、先に作成した焼
成前のセラミック製抵抗体１２を埋設し、プレス成形し
た後、ホットプレス法で、１７５０℃、３００ｋｇ／ｃ
ｍ2 、Ｎ2 ガス雰囲気中の条件下で例えば３０分に亘っ
て焼成して焼結体を得る（第Ｇ工程）。なお、Ｎ2 ガス
雰囲気に代えて、Ｈ2 ガス雰囲気中やＡｒガス雰囲気中
で焼成させても良い。第Ｆ工程、第Ｇ工程が、請求項１
１の第３、第４工程に相当する。
０重量％、Ｙ2 Ｏ3 を５重量％、Ａｌ2 Ｏ3 を５重量％
を秤量し、粉末を湿式粉砕混合し、バインダーを加えた
後、スプレードライにより混合粉末を得る（第Ｆ工
程）。なお、この混合粉末が焼成後にセラミック製絶縁
体１１になる。 ７）第Ｆ工程で得られた混合粉末中に、先に作成した焼
成前のセラミック製抵抗体１２を埋設し、プレス成形し
た後、ホットプレス法で、１７５０℃、３００ｋｇ／ｃ
ｍ2 、Ｎ2 ガス雰囲気中の条件下で例えば３０分に亘っ
て焼成して焼結体を得る（第Ｇ工程）。なお、Ｎ2 ガス
雰囲気に代えて、Ｈ2 ガス雰囲気中やＡｒガス雰囲気中
で焼成させても良い。第Ｆ工程、第Ｇ工程が、請求項１
１の第３、第４工程に相当する。
【００４８】８）第Ｇ工程で得られた焼成体を、直径
３．５ｍｍの略棒状に研磨し、セラミックヒータ３の外
形を仕上げるとともに、各リード電極４、６を外部に露
出させる（第Ｈ工程）。以上の工程によって、セラミッ
ク製絶縁体１１内にセラミック製抵抗体１２と一対のリ
ード電極４、６が埋設されたセラミックヒータ３が完成
する。
３．５ｍｍの略棒状に研磨し、セラミックヒータ３の外
形を仕上げるとともに、各リード電極４、６を外部に露
出させる（第Ｈ工程）。以上の工程によって、セラミッ
ク製絶縁体１１内にセラミック製抵抗体１２と一対のリ
ード電極４、６が埋設されたセラミックヒータ３が完成
する。
【００４９】なお、他の製造方法の一例として、第Ｆ工
程で得られた混合粉末を板状にプレス成形する。その板
状のプレス成形物の表面に第Ｃ工程で得られた混練物を
ペースト状にしたものを用いて発熱体形状をパターン印
刷する。さらにその表面に、第Ｆ工程で得られた混合粉
末を板状にプレス成形したプレス成形物を重ね合わせて
焼成し、焼成体を得る。その後研磨して、図８に示すよ
うな断面を有するセラミックヒータ３を設けても良い。
なお、図８に示すセラミックヒータは、パターン印刷に
よって２段のセラミック製抵抗体１２を設けたものであ
る。
程で得られた混合粉末を板状にプレス成形する。その板
状のプレス成形物の表面に第Ｃ工程で得られた混練物を
ペースト状にしたものを用いて発熱体形状をパターン印
刷する。さらにその表面に、第Ｆ工程で得られた混合粉
末を板状にプレス成形したプレス成形物を重ね合わせて
焼成し、焼成体を得る。その後研磨して、図８に示すよ
うな断面を有するセラミックヒータ３を設けても良い。
なお、図８に示すセラミックヒータは、パターン印刷に
よって２段のセラミック製抵抗体１２を設けたものであ
る。
【００５０】〔実験結果〕次に、図５の表に示すよう
に、本発明にかかる８つのセラミックヒータ３（第１〜
第８実施例）と、本発明に係わらない７つのセラミック
ヒータ（第１〜第７比較例）とを作成した。第１〜第８
実施例のセラミックヒータ３におけるセラミック製抵抗
体１２は、図６のＸ線解析のデータに示すように、副次
的セラミック粒子Ｓ2 であるβ’−サイアロン（図中、
β’）と、境界粒子相Ｓ3 をなす希土類元素をＥ、０＜
ｘ＜２とした２Ｅ2 Ｏ3 ・Ｓｉ2-x Ａｌx Ｎ2-x Ｏ1+x
（図中、Ａ）とが確認された。
に、本発明にかかる８つのセラミックヒータ３（第１〜
第８実施例）と、本発明に係わらない７つのセラミック
ヒータ（第１〜第７比較例）とを作成した。第１〜第８
実施例のセラミックヒータ３におけるセラミック製抵抗
体１２は、図６のＸ線解析のデータに示すように、副次
的セラミック粒子Ｓ2 であるβ’−サイアロン（図中、
β’）と、境界粒子相Ｓ3 をなす希土類元素をＥ、０＜
ｘ＜２とした２Ｅ2 Ｏ3 ・Ｓｉ2-x Ａｌx Ｎ2-x Ｏ1+x
（図中、Ａ）とが確認された。
【００５１】また、第１〜第７比較例のセラミックヒー
タ３におけるセラミック製抵抗体１２は、副次的セラミ
ック粒子Ｓ2 であるβ’−サイアロン、および境界粒子
相Ｓ3 をなす希土類元素をＥ、０＜ｘ＜２とした２Ｅ2
Ｏ3 ・Ｓｉ2-x Ａｌx Ｎ2-xＯ1+x （図中、Ａ）を有し
ないものである。なお、図５の表における符号βはβ−
Ｓｉ3 Ｎ4 、符号β’はβ’−サイアロン、符号Ａは希
土類元素をＥ、０＜ｘ＜２とした２Ｅ2 Ｏ3 ・Ｓｉ2-x
Ａｌx Ｎ 2-x Ｏ1+x 、符号ＢはＳｉ3 Ｎ4 ・Ｙ2 Ｏ3 、
符号Ｃは非晶質（ガラス相）を示すものである。
タ３におけるセラミック製抵抗体１２は、副次的セラミ
ック粒子Ｓ2 であるβ’−サイアロン、および境界粒子
相Ｓ3 をなす希土類元素をＥ、０＜ｘ＜２とした２Ｅ2
Ｏ3 ・Ｓｉ2-x Ａｌx Ｎ2-xＯ1+x （図中、Ａ）を有し
ないものである。なお、図５の表における符号βはβ−
Ｓｉ3 Ｎ4 、符号β’はβ’−サイアロン、符号Ａは希
土類元素をＥ、０＜ｘ＜２とした２Ｅ2 Ｏ3 ・Ｓｉ2-x
Ａｌx Ｎ 2-x Ｏ1+x 、符号ＢはＳｉ3 Ｎ4 ・Ｙ2 Ｏ3 、
符号Ｃは非晶質（ガラス相）を示すものである。
【００５２】上記によって製造された第１〜第８実施例
のセラミックヒータ３と、第１〜第７比較例のセラミッ
クヒータ３とに、電圧を５分間通電し（セラミックヒー
タ３は飽和温度１３００℃）、１分間冷却するサイクル
通電テストを行い、抵抗値の変化を測定した。その抵抗
値の測定結果を図５の表に示す。また、その評価（劣化
なし＝◎、僅かに劣化＝〇、劣化あり＝△、激しく劣化
＝×）も図５の表に示す。なお、実験はそれぞれに５回
行い、評価精度を高めた。
のセラミックヒータ３と、第１〜第７比較例のセラミッ
クヒータ３とに、電圧を５分間通電し（セラミックヒー
タ３は飽和温度１３００℃）、１分間冷却するサイクル
通電テストを行い、抵抗値の変化を測定した。その抵抗
値の測定結果を図５の表に示す。また、その評価（劣化
なし＝◎、僅かに劣化＝〇、劣化あり＝△、激しく劣化
＝×）も図５の表に示す。なお、実験はそれぞれに５回
行い、評価精度を高めた。
【００５３】〔実施例の効果〕本実施例のグロープラグ
１に使用されるセラミック製抵抗体１２は、導電性セラ
ミック粒子Ｓ1 と、副次的セラミック粒子Ｓ2 と、境界
粒子相Ｓ3 とからなり、セラミック製抵抗体１２とセラ
ミック製絶縁体１１の熱膨張差が小さく設けられてい
る。このため、セラミックヒータ３が、加熱と放熱を繰
り返しても、セラミック製抵抗体１２とセラミック製絶
縁体１１の熱膨張差によって、セラミック製抵抗体１２
にクラックが生じず、従来に比較してセラミックヒータ
３の耐久性、つまりグロープラグ１の耐久性が向上す
る。
１に使用されるセラミック製抵抗体１２は、導電性セラ
ミック粒子Ｓ1 と、副次的セラミック粒子Ｓ2 と、境界
粒子相Ｓ3 とからなり、セラミック製抵抗体１２とセラ
ミック製絶縁体１１の熱膨張差が小さく設けられてい
る。このため、セラミックヒータ３が、加熱と放熱を繰
り返しても、セラミック製抵抗体１２とセラミック製絶
縁体１１の熱膨張差によって、セラミック製抵抗体１２
にクラックが生じず、従来に比較してセラミックヒータ
３の耐久性、つまりグロープラグ１の耐久性が向上す
る。
【００５４】また、セラミック製抵抗体１２を構成する
導電性セラミック粒子Ｓ1 の各間に、副次的セラミック
粒子Ｓ2 と境界粒子相Ｓ3 を介在することにより、導電
性セラミック粒子Ｓ1 間に電位差が生じても、導電性セ
ラミック粒子Ｓ1 間に存在する物質が電気分解しない。
このため、８００〜１３００℃などの高温下において導
電性セラミック粒子Ｓ1 間に電位差が生じても、導電性
セラミック粒子Ｓ1 間の物質の電気分解が抑えられる。
この結果、セラミックヒータ３が長期に使用されても、
セラミック製抵抗体１２の抵抗値の上昇が抑えられ、結
果的にグロープラグ１の初期性能が長期に亘って維持さ
れ、高い信頼性を得ることができる。
導電性セラミック粒子Ｓ1 の各間に、副次的セラミック
粒子Ｓ2 と境界粒子相Ｓ3 を介在することにより、導電
性セラミック粒子Ｓ1 間に電位差が生じても、導電性セ
ラミック粒子Ｓ1 間に存在する物質が電気分解しない。
このため、８００〜１３００℃などの高温下において導
電性セラミック粒子Ｓ1 間に電位差が生じても、導電性
セラミック粒子Ｓ1 間の物質の電気分解が抑えられる。
この結果、セラミックヒータ３が長期に使用されても、
セラミック製抵抗体１２の抵抗値の上昇が抑えられ、結
果的にグロープラグ１の初期性能が長期に亘って維持さ
れ、高い信頼性を得ることができる。
【００５５】ここで、従来技術で示したように、セラミ
ック製抵抗体１２を導電性セラミック粒子（例えば、Ｗ
Ｃ）だけで形成した場合は、比抵抗（抵抗率）は１０-4
Ωｃｍより小さくなり、比抵抗の制御が難しく、セラミ
ック製抵抗体１２の断面積を大きく製造することが困難
になる。すなわち、図１に示すように、セラミック製抵
抗体１２にリード電極４、６（例えば、直径０．２〜
０．３ｍｍのタングステン製の線）を結合することが困
難になる。
ック製抵抗体１２を導電性セラミック粒子（例えば、Ｗ
Ｃ）だけで形成した場合は、比抵抗（抵抗率）は１０-4
Ωｃｍより小さくなり、比抵抗の制御が難しく、セラミ
ック製抵抗体１２の断面積を大きく製造することが困難
になる。すなわち、図１に示すように、セラミック製抵
抗体１２にリード電極４、６（例えば、直径０．２〜
０．３ｍｍのタングステン製の線）を結合することが困
難になる。
【００５６】しかるに、この実施例では、導電性セラミ
ック粉末に絶縁性セラミック粉末を混合し、焼成してセ
ラミック製抵抗体１２を形成しているため、図７に示す
ように、導電性セラミック粉末と絶縁性セラミック粉末
の重量比によって、比抵抗を１０-4Ωｃｍ以上、１００
０Ωｃｍ以下とすることが容易に調節でき、セラミック
製抵抗体１２の断面積を大きく製造することが容易にで
きる。このため、図１に示すように、セラミック製抵抗
体１２にリード電極４、６を容易に結合することができ
る。また、リード電極４、６をセラミック製絶縁体１１
内に埋設した状態で、セラミック製抵抗体１２とセラミ
ック製絶縁体１１を同時焼結することで、セラミック製
抵抗体１２とリード電極４、６の電気的結合を強固にで
きる効果もある。
ック粉末に絶縁性セラミック粉末を混合し、焼成してセ
ラミック製抵抗体１２を形成しているため、図７に示す
ように、導電性セラミック粉末と絶縁性セラミック粉末
の重量比によって、比抵抗を１０-4Ωｃｍ以上、１００
０Ωｃｍ以下とすることが容易に調節でき、セラミック
製抵抗体１２の断面積を大きく製造することが容易にで
きる。このため、図１に示すように、セラミック製抵抗
体１２にリード電極４、６を容易に結合することができ
る。また、リード電極４、６をセラミック製絶縁体１１
内に埋設した状態で、セラミック製抵抗体１２とセラミ
ック製絶縁体１１を同時焼結することで、セラミック製
抵抗体１２とリード電極４、６の電気的結合を強固にで
きる効果もある。
【００５７】この場合、グロープラグ１としての機能を
発揮するには、セラミックヒータ３の表面に露出した一
対のリード線４、６間の抵抗が５００ｍΩ以上であるこ
とが望ましく、通電による温度上昇、耐久性を考慮する
と、５００ｍΩ〜１Ωであることがさらに望ましい。な
お、実施例７における一対のリード線４、６間の抵抗値
は７００ｍΩであった。
発揮するには、セラミックヒータ３の表面に露出した一
対のリード線４、６間の抵抗が５００ｍΩ以上であるこ
とが望ましく、通電による温度上昇、耐久性を考慮する
と、５００ｍΩ〜１Ωであることがさらに望ましい。な
お、実施例７における一対のリード線４、６間の抵抗値
は７００ｍΩであった。
【００５８】〔変形例〕上記の実施例では、本発明のセ
ラミックヒータをグロープラグに適用した例を示した
が、暖房用のセラミックヒータ、電気コンロのセラミッ
クヒータ、産業用機器内における局部加熱用のセラミッ
クヒータなど、他のセラミックヒータに適用しても良
い。また、セラミックヒータを耐熱性金属で覆って、耐
酸化性および機械的強度を向上させても良い。
ラミックヒータをグロープラグに適用した例を示した
が、暖房用のセラミックヒータ、電気コンロのセラミッ
クヒータ、産業用機器内における局部加熱用のセラミッ
クヒータなど、他のセラミックヒータに適用しても良
い。また、セラミックヒータを耐熱性金属で覆って、耐
酸化性および機械的強度を向上させても良い。
【図１】セラミックヒータの断面図である。
【図２】図１のＰ部の拡大模式図である。
【図３】（ａ）は非焼成セラミック体の製造方法の説明
図であり、（ｂ）は非焼成セラミック体の側面図であ
る。
図であり、（ｂ）は非焼成セラミック体の側面図であ
る。
【図４】グロープラグの断面図である。
【図５】表を示す図である。
【図６】セラミック製抵抗体のＸ線解析のデータを示す
グラフである。
グラフである。
【図７】導電性セラミック粉末と絶縁性セラミック粉末
の重量比に対する比抵抗を示すグラフである。
の重量比に対する比抵抗を示すグラフである。
【図８】セラミックヒータの断面図である。
１ グロープラグ ３ セラミックヒータ ４ リード電極 ６ リード電極 １１ セラミック製絶縁体 １２ セラミック製抵抗体 １２ａ 非焼成セラミック体 Ｓ1 導電性セラミック粒子 Ｓ2 副次的セラミック粒子 Ｓ3 境界粒子相
Claims (19)
- 【請求項１】通電を受けて発熱するセラミック製抵抗体
と、この抵抗体を囲むように設けられたセラミック製絶
縁体と、を備えたセラミックヒータにおいて、 前記抵抗体は、導電性セラミック粒子と、副次的セラミ
ック粒子と、希土類元素をＥとするとともに０＜ｘ＜２
を満足する２Ｅ2 Ｏ3 ・Ｓｉ2-x Ａｌx Ｎ2-xＯ1+x を
有する境界粒子相と、からなることを特徴とするセラミ
ックヒータ。 - 【請求項２】通電を受けて発熱するセラミック製抵抗体
と、この抵抗体に電気的に一端が接続された一対のリー
ド電極と、前記抵抗体と前記リード電極を他端が露出し
て囲むように設けられたセラミック製絶縁体と、を備え
たセラミックヒータにおいて、 前記抵抗体は、導電性セラミック粒子と、副次的セラミ
ック粒子と、希土類元素をＥとするとともに０＜ｘ＜２
を満足する２Ｅ2 Ｏ3 ・Ｓｉ2-x Ａｌx Ｎ2-xＯ1+x を
有する境界粒子相と、からなることを特徴とするセラミ
ックヒータ。 - 【請求項３】請求項１または請求項２のセラミックヒー
タにおいて、 前記導電性セラミック粒子は、ＷＣ、ＭｏＳｉ2 、Ｍｏ
5 Ｓｉ3 から選ばれた少なくとも１つであることを特徴
とするセラミックヒータ。 - 【請求項４】請求項１ないし請求項３のいずれかのセラ
ミックヒータにおいて、 前記副次的セラミック粒子は、０＜ｚ＜５を満足するＳ
ｉ6-z Ａｌz Ｎ8-z Ｏ z で表される一般式を持つセラミ
ックであって、拡張β−窒化珪素格子を有することを特
徴とするセラミックヒータ。 - 【請求項５】請求項１ないし請求項４のいずれかのセラ
ミックヒータにおいて、 前記セラミック製抵抗体の比抵抗は、１０-4Ωｃｍ以上
であることを特徴とするセラミックヒータ。 - 【請求項６】請求項１ないし請求項５のいずれかのセラ
ミックヒータにおいて、 前記セラミック製抵抗体の比抵抗は、１０-4Ωｃｍ以
上、１０００Ωｃｍ以下であることを特徴とするセラミ
ックヒータ。 - 【請求項７】請求項１ないし請求項６のいずれかのセラ
ミックヒータにおいて、 前記導電性セラミック粒子の平均粒径寸法は２〜５μｍ
で、前記副次的セラミック粒子の平均粒径寸法も２〜５
μｍであることを特徴とするセラミックヒータ。 - 【請求項８】請求項１ないし請求項７のいずれかのセラ
ミックヒータにおいて、 前記セラミック製絶縁体は、窒化珪素製のセラミック粒
子を主体とすることを特徴とするセラミックヒータ。 - 【請求項９】請求項１ないし請求項８のいずれかのセラ
ミックヒータにおいて、 前記境界粒子相をなす希土類元素のＥは、Ｅｒ、Ｙｂ、
Ｙから選ばれた１つを有することを特徴とするセラミッ
クヒータ。 - 【請求項１０】請求項２または請求項９のいずれかのセ
ラミックヒータにおいて、 前記一対のリード電極は、タングステン製であることを
特徴とするセラミックヒータ。 - 【請求項１１】通電を受けて発熱するセラミック製抵抗
体と、この抵抗体に電気的に接続された一対のリード電
極と、前記抵抗体と前記リード電極を囲むように設けら
れたセラミック製絶縁体と、を備えたセラミックヒータ
は、次の工程の結合によって製造されることを特徴とす
るセラミックヒータの製造方法。 （１）導電性セラミック粉末、絶縁性セラミック粉末お
よび希土類酸化物を混合して、混合セラミック体を作る
第１工程。 （２）前記混合セラミック体を、前記一対のリード電極
が接続された非焼成セラミック体に成形する第２工程。 （３）接合された前記抵抗体用の非焼成セラミック体と
前記一対のリード電極とを、絶縁性セラミック粉末で覆
って、非焼成ヒータを形成する第３工程。 （４）前記非焼成ヒータを非酸化雰囲気中で焼成する第
４工程。 - 【請求項１２】請求項１１のセラミックヒータの製造方
法において、 前記一対のリード電極は、タングステン製であることを
特徴とするセラミックヒータの製造方法。 - 【請求項１３】請求項１１または請求項１２のセラミッ
クヒータの製造方法において、 前記第１工程で用いられる前記混合セラミック体中の４
０〜８０重量％は、少なくともＷＣ、ＭｏＳｉ2 から選
ばれた導電性セラミック粉末であることを特徴とするセ
ラミックヒータの製造方法。 - 【請求項１４】請求項１１ないし請求項１３のいずれか
のセラミックヒータの製造方法において、 前記第１工程で用いられる前記絶縁性セラミック粉末
は、前記混合セラミック体中における、１８．９〜５
８．９重量％の窒化珪素と、０．５〜５重量％の窒化ア
ルミニウムと、０．１〜３重量％のアルミナと、を備
え、 前記第１工程で用いられる前記希土類酸化物は、前記混
合セラミック体中における、０．５〜４．５重量％であ
ることを特徴とするセラミックヒータの製造方法。 - 【請求項１５】請求項１４のセラミックヒータの製造方
法において、 前記希土類酸化物は、Ｅｒ2 Ｏ3 、Ｙｂ2 Ｏ3 、Ｙ2 Ｏ
3 から選ばれた１つを有することを特徴とするセラミッ
クヒータの製造方法。 - 【請求項１６】請求項１ないし請求項１０の何れかのセ
ラミックヒータの特徴を備えたグロープラグ。 - 【請求項１７】請求項１６のグロープラグにおいて、 前記セラミック製絶縁体の表面に露出した前記一対のリ
ード電極の他端間の抵抗は、５００ｍΩ以上であること
を特徴とするグロープラグ。 - 【請求項１８】請求項１６のグロープラグにおいて、 前記セラミック製絶縁体の表面に露出した前記一対のリ
ード電極の他端間の抵抗は、５００ｍΩ〜１Ωであるこ
とを特徴とするグロープラグ。 - 【請求項１９】請求項１１ないし請求項１５の何れかの
セラミックヒータの製造方法の特徴を備えたグロープラ
グの製造方法。
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24081196A JP4445595B2 (ja) | 1995-09-12 | 1996-09-11 | セラミックヒータ、セラミックグロープラグおよびその製造方法 |
| DE69618118T DE69618118T2 (de) | 1995-09-12 | 1996-09-12 | Keramische Heizvorrichtung und Verfahren zur Herstellung dafür, und Glühkerze mit einer solchen keramischen Heizvorrichtung |
| EP96306615A EP0763693B1 (en) | 1995-09-12 | 1996-09-12 | A ceramic heater device and a method of making the same and a glow plug into which the ceramic heater device is incorporated |
| KR1019960039529A KR100245978B1 (ko) | 1995-09-12 | 1996-09-12 | 세라믹 히터, 세라믹글로 플러그 및 그 제조방법 |
| CN96122073A CN1129348C (zh) | 1995-09-12 | 1996-09-12 | 陶瓷加热装置及其生产方法以及***加热装置的火花塞 |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23375995 | 1995-09-12 | ||
| JP7-233759 | 1995-09-12 | ||
| JP24081196A JP4445595B2 (ja) | 1995-09-12 | 1996-09-11 | セラミックヒータ、セラミックグロープラグおよびその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09137945A true JPH09137945A (ja) | 1997-05-27 |
| JP4445595B2 JP4445595B2 (ja) | 2010-04-07 |
Family
ID=26531185
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP24081196A Expired - Fee Related JP4445595B2 (ja) | 1995-09-12 | 1996-09-11 | セラミックヒータ、セラミックグロープラグおよびその製造方法 |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| EP (1) | EP0763693B1 (ja) |
| JP (1) | JP4445595B2 (ja) |
| KR (1) | KR100245978B1 (ja) |
| CN (1) | CN1129348C (ja) |
| DE (1) | DE69618118T2 (ja) |
Cited By (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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