JPH10148332A - セラミック製発熱体およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 セラミック製発熱体の高温化を図るとともに
自己温度制御性能を得、しかもセラミックの割れを防
ぎ、耐久性を向上し、コスト低減を図る。 【解決手段】 窒化ケイ素質の成形体あるいは焼結体３
１に融点が２０００℃以上である高融点金属１１を巻付
け、これらを窒化ケイ素質の成形体あるいは焼結体とほ
ぼ同材質の窒化ケイ素質粉体３０Ａ中に埋設する。１６
５０℃ないし１９５０℃間の温度と２０ＭＰａ以上の圧
力とでホットプレス焼成を行うことにより、窒化ケイ素
質部分の相対密度が９６％以上となる窒化ケイ素質焼結
体３０中に高融点金属１１を埋設したセラミック製発熱
体１２を得る。

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
の始動補助用グロープラグ等に使用するセラミック製発
熱体およびその製造方法に関し、特に排ガス規制対応の
ディーゼルエンジンでの使用が可能となるような高温発
熱用として機能するセラミック製発熱体および自己温度
制御性能を備えたセラミック製発熱体の製造方法に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】ディーゼルエンジンの始動補助に用いる
グロープラグにおいて、発熱体として従来一般には、ニ
ッケルクロム（Ｎｉ−Ｃｒ）、鉄クロム（Ｆｅ−Ｃｒ）
等の金属ヒータをマグネシア（ＭｇＯ）等の耐熱絶縁粉
末に埋設し、それらを耐熱金属製のシースで覆った構造
のものが知られている。

【０００３】この種のディーゼルエンジン用グロープラ
グにおける発熱体において、最近は長期排ガス規制対応
のために８００℃到達時間を早く、しかもピーク温度や
飽和温度も高くし、さらにエンジン始動後におけるアフ
ターグロー時間を長くする必要がある。これらの要請を
達成するために、発熱体におけるヒータ部は高融点金属
とする必要があり、また発熱体の外殻を構成するシース
を金属から高温使用可能なセラミックスとすることが考
えられてる。

【０００４】たとえば特公昭６２−１９０３４号公報に
は、タングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）等の高融
点金属を耐酸化性、耐熱衝撃性に優れた窒化ケイ素に埋
設するようにしたセラミック製発熱体（いわゆるセラミ
ックヒータ）を用いた構造のものが開示されている。し
かし、このようなセラミック製発熱体を用いた従来のグ
ロープラグでは、セラミック製発熱体は自己温度制御機
能を有していない。

【０００５】このため、たとえば特公平３−１５０９４
号公報、特公平４−５０４８７号公報等に示されるよう
に、グロープラグのハウジング部分に発熱体とは別に抵
抗体コイルを設けることによって、自己温度制御機能を
もたせたものも提案されている。しかし、このようにハ
ウジング内に抵抗体コイルを設けた構造であると、その
抵抗体コイルをマグネシア（ＭｇＯ）等の耐熱絶縁粉体
中に埋設しなければならなくなり、構造が複雑で、製
造、組立が面倒となり、コスト高となる。また、その抵
抗体コイルから発生した熱は、ディーゼルエンジンの燃
焼室には直接は伝わらず、無駄なエネルギ消費となる。

【０００６】また、たとえば特公昭６２−１９０３４号
公報、特公平３−１５０９４号公報等で提案されている
発熱体では、セラミック製発熱体の最高到達温度におけ
る円周方向の最大温度差が６０℃以上になる場合があ
る。また、このような発熱体では、最高発熱部を先端部
分とすることも難しい。このため、特開平７−１３９７
２７号公報においては、少なくとも二層の無機導電材の
発熱抵抗層を設け、発熱温度の飽和時におけるセラミッ
ク製発熱体において、セラミック発熱体での円周方向の
温度差を小さくすることにより、上述した問題を解決し
ている。

【０００７】しかしながら、上述した従来例での発熱抵
抗体層は平面であり、セラミック部分の強度が必要とな
り、また径を大きくしなければならない場合には円周方
向の温度差が大きくなることを避けられない。また、ペ
ースト印刷等の製造方法を採ることが必要であり、技術
的に作製が難しく、成形体に二層以上の印刷を行うこと
で工程が複雑でコストも嵩むことになる。

【０００８】また、前述したセラミック製発熱体を製造
するにあたって一般には、予め予備成形した半割状の窒
化ケイ素成形体にタングステン（Ｗ）コイルを置き、も
う一つの半割状の窒化ケイ素成形体を重ね合わせて、ホ
ットプレス焼成を行う。その後、所望の形状（たとえば
グロープラグの発熱体の場合は先端が半球状の円筒形
状）に加工することにより、セラミック製発熱体を形成
することができる。

【０００９】しかし、このような製造方法では、所望の
発熱温度（１２００℃以上）を得るための抵抗値を確保
するには、タングステン線（以下、Ｗ線という）を０．
１ｍｍ以下としなければならない。この場合、細いＷ線
と窒化ケイ素と反応を起こし、タングステン−ケイ素系
（Ｗ−Ｓｉ系）の化合物がＷ線の周囲に生成し、断線を
起こすおそれがある。

【００１０】このため、たとえば特公昭６３−３５８９
５号公報に示すように、タングステン（Ｗ）にレニウム
（Ｒｅ）を添加し、線材を太くすることが行われている
が、このようにすると、抵抗温度係数が小さくなるた
め、急速昇温と発熱温度（１２００℃以上）の両立が困
難となる。さらに、Ｗ線をコイルに加工する際のコスト
高、セラミックを焼成した後のコイルの著しい変形、ラ
ッシュコイル（先端発熱コイル部）をリード（電極取出
し口との接続部）に巻付ける必要性、Ｗ等の高融点金属
を埋設し所望形状に加工を行う場合の位置出しの困難性
等の問題があった。

【００１１】上述したような問題点を解決しようとする
ものとして、たとえば特開平８−１３５９６６号公報が
提案されている。この従来のグロープラグでは、窒化ケ
イ素からなるカップ状の外殻の内部に高融点金属からな
る発熱線を、巻きピッチが密となる発熱部と、粗となる
制御部として差をもたせて挿入し、ケイ素を主成分とす
るセラミックを前記外殻内に充填し、さらに制御部の後
方に遮熱層として樹脂膜を設けた状態で、１４００℃の
温度と０．９３ＭＰａの圧力でガス圧焼結を行うことに
より、セラミック製発熱体を形成している。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上述したよう
なセラミック製発熱体では、窒化ケイ素からなるカップ
状外殻内部に、巻きピッチを変えた発熱線を挿入し、セ
ラミックを充填するという面倒な製造作業を要する。反
応焼結が低温でのガス圧焼結のために、外殻内部に充填
するセラミックからなる絶縁体部分での相対密度が低
い。そのため、金属線が酸化され易く、遮熱層を設ける
必要からコスト高となる。また、セラミック強度が低い
という問題もある。

【００１３】特に、この種のグロープラグにおいて、セ
ラミック製発熱体内に埋設することができる高融点金属
線の長さには限界がある。たとえば発熱体の先端部１５
ｍｍ程度の中に発熱コイル部を、上述した特開平８−１
３５９６６号公報に開示された方法で埋設しようとする
と、６０ｍｍ程度が限界であり、１２Ｖの電源で１２０
０℃以上という所望の発熱温度を得るための抵抗値を確
保するには、Ｗ線を０．１ｍｍ以下としなければならな
い。

【００１４】しかし、このような構造とすると、前述し
たように細いＷ線と窒化ケイ素とが反応を起こし、タン
グステン−ケイ素系（Ｗ−Ｓｉ系）の化合物がＷ線の周
囲に生成し、断線を起こすことを避けられず、ＷにＲｅ
を添加して線径を太くしなければならないから、抵抗温
度係数が小さくなるため、急速昇温と発熱温度（１２０
０℃以上）の両立が困難となる。

【００１５】本発明はこのような事情に鑑みてなされた
ものであり、窒化ケイ素質焼結体や高融点金属の材質に
工夫を凝らすとともに、立体的に金属発熱体が配置され
ていることにより円周方向での温度差を小さくすること
ができ、さらに高融点金属の巻き密度に差をもたせて制
御コイル部（ブレーキコイル）をセラミック製発熱体内
に設けることにより自己温度制御性能をもたせることが
可能となるセラミック製発熱体を得ることを目的とす
る。

【００１６】また、本発明は高融点金属、たとえばＷ線
を太くして断線、割れを防ぐことができ、高融点金属コ
イルの加工コストを低減し、焼成後のコイルの変形を抑
え、Ｗ線等の高融点金属を埋設し所望形状に加工を行う
場合に、中心位置出しが容易であるセラミック製発熱体
の製造方法を得ることを目的とする。

【００１７】

【課題を解決するための手段】このような目的に応える
ために本発明に係るセラミック製発熱体は、窒化ケイ素
質焼結体中に高融点金属を埋設することにより形成する
セラミック製発熱体であって、窒化ケイ素質部分の相対
密度が９６％以上となる窒化ケイ素質焼結体中に、融点
が２０００℃以上である高融点金属コイルを埋設し、最
高温度への到達時のセラミック製発熱体の最高発熱部の
円周方向の最大温度差がたとえば３０℃以下というよう
に小さくなるように構成したものである。

【００１８】また、本発明に係るセラミック製発熱体
は、窒化ケイ素質焼結体中に高融点金属を埋設すること
により形成するセラミック製発熱体であって、窒化ケイ
素質部分の相対密度が９６％以上となる窒化ケイ素質焼
結体中に、融点が２０００℃以上である高融点金属コイ
ルを、前記発熱体の先端側と後端側とでの巻き密度に差
をもたせて埋設し、発熱時に自己温度制御性能を有する
ように構成したものである。ここで、高融点金属コイル
は、発熱体の先端側が後端側よりも巻き密度が密となる
状態で窒化ケイ素質焼結体中に埋設するとよい。

【００１９】さらに、本発明に係るセラミック製発熱体
の製造方法は、窒化ケイ素質の成形体あるいは焼結体に
融点が２０００℃以上である高融点金属を巻付け、これ
らを前記窒化ケイ素質の成形体あるいは焼結体とほぼ同
組成の窒化ケイ素質粉体中に埋設し、焼成を行うもので
ある。ここで、高融点金属コイルを埋設した窒化ケイ素
質粉体の焼成は、１６５０℃ないし１９５０℃間の温度
と２０ＭＰａ以上の圧力とによるホットプレス焼成によ
り行うとよい。

【００２０】また、本発明に係るセラミック製発熱体の
製造方法は、窒化ケイ素質の成形体あるいは焼結体に融
点が２０００℃以上である高融点金属を、発熱体の先端
側と後端側とでの巻き密度に差をもたせて巻付け、これ
らを前記窒化ケイ素質の成形体あるいは焼結体とほぼ同
組成の窒化ケイ素質粉体中に埋設し、焼成を行うことに
より自己温度制御性能を有するセラミック製発熱体を製
造するものである。

【００２１】ここでも、高融点金属コイルを埋設した窒
化ケイ素質粉体の焼成は、１６５０℃ないし１９５０℃
間の温度と２０ＭＰａ以上の圧力とによるホットプレス
焼成により行うとよい。また、高融点金属を発熱体の先
端側が後端側よりも巻き密度が密となる状態で窒化ケイ
素質の成形体あるいは焼結体に巻付けるとよい。

【００２２】本発明によれば、窒化ケイ素質部分の相対
密度が９６％以上となる窒化ケイ素質焼結体を用い、そ
の中に高融点金属発熱体が埋設されたセラミック製発熱
体に、融点が２０００℃以上である高融点金属コイルを
埋設することにより、最高温度への到達時にセラミック
製発熱体の最高発熱部の円周方向での最大温度差を３０
℃以下程度に小さくすることができる。

【００２３】また、本発明によれば、窒化ケイ素質焼結
体中に埋設する高融点金属コイルの巻き密度の差をもた
せることにより、自己温度制御性能をもたせることがで
きる。

【００２４】また、本発明によれば、窒化ケイ素質焼結
体中に高融点金属からなる発熱体を埋設するにあたっ
て、窒化ケイ素質の成形体あるいは焼結体に融点が２０
００℃以上である高融点金属を巻付け、それを窒化ケイ
素質粉体の中に埋設し、１６５０℃ないし１９５０℃間
の温度と２０ＭＰａ以上の圧力とでホットプレス焼成を
行うことにより、上述したように高温発熱用として機能
するセラミック製発熱体あるいは自己温度制御性能を有
するセラミック製発熱体を得ることができる。

【００２５】

【発明の実施の形態】図１ないし図５は本発明に係る高
温発熱用として機能をもち、さらに自己温度制御性能を
有するセラミック製発熱体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、本発明に係る
セラミック製発熱体１２を用いるディーゼルエンジン用
グロープラグ１０の構成を図２を用いて説明すると、こ
のグロープラグ１０は、先端側が発熱部として機能する
棒状セラミックヒータとしてのセラミック製発熱体１２
と、このセラミック製発熱体１２を先端部において保持
する略管状を呈する金属製ホルダ（金属製ハウジング）
１３とを備えている。なお、１３ａは前記ホルダ１３の
外周ねじ部で、このねじ部１３ａが図示しないエンジン
シリンダヘッド側のねじ孔に螺合されることで電気的に
ア−ス接続し、また発熱体１２の先端を副燃焼室または
燃焼室内に突出させて配置させる。

【００２６】このホルダ１３の後端部には、絶縁スリー
ブ１４を介して外部接続端子１５が同心状に嵌合保持さ
れている。また、この外部接続端子１５は、前記セラミ
ック製発熱体１２を構成する後述するリード部２２，２
３の一方（２３）にリード線１６を介して接続されてい
る。１６ａは絶縁チューブである。なお、外部接続端子
１５は図示しないが、車載バッテリの陽極側に接続され
る。

【００２７】前記ホルダ１３先端に補助パイプ１７を介
して保持されるセラミック製発熱体１２は、図１、図２
に示すように、窒化ケイ素質焼結体中に高融点金属発熱
体１１を埋設することにより形成されている。ここで、
このセラミック製発熱体１２を形成する窒化ケイ素質焼
結体は、窒化ケイ素質部分の相対密度が９６％以上とな
るように構成されている。

【００２８】１１はこの窒化ケイ素質焼結体中に埋設さ
れるコイル状の高融点金属であり、融点が２０００℃以
上である、たとえばＷ線などで構成されている。本発明
によれば、この高融点金属コイル１１を、前記発熱体１
２の先端側と後端側とでの巻き密度に差をもたせて埋設
している。すなわち、高融点金属コイル１１を、発熱体
の先端側が発熱コイル部２０として、後端側の抵抗コイ
ル部２１よりも巻き密度が密となる状態で窒化ケイ素質
焼結体中に埋設している。

【００２９】これらの発熱コイル部２０、抵抗コイル部
２１を形成する高融点金属コイル１１は、発熱体１２の
先端側に位置し、それぞれの端部がリード部２２，２３
により発熱体の後端側に延設されている。なお、これら
の高融点金属コイル１１を配設した発熱体１２は、補助
パイプ１７よりも外方に突出するか、あるいはパイプ１
７に設けた内周溝部１７ａを介して外部に露呈し、放熱
可能に構成されている。また、この高融点金属コイル１
１による発熱コイル部２０と抵抗コイル部２１との間に
は、発熱コイル部２０側の熱影響が抵抗コイル部２１に
時間差をもって伝わるようにギャップ（ＧＡＰ）を設け
ている。

【００３０】１８は発熱体１２の後端寄りの外周に嵌装
されたターミナルリングで、一方のリード部２２が接続
され、これを接続片１８ａを介して前記補助パイプ１７
を介して、あるいはホルダ１３に直接アース接続されて
いる。また、他方のリード部２３は発熱体１２の後端に
被冠して設けたターミナルキャップ１９を介して前記リ
ード線１６と接続されている。

【００３１】図１中３０は窒化ケイ素質焼結体３１によ
る発熱体本体で、この窒化ケイ素質焼結体３１は前述し
た高融点金属コイル１１を、発熱コイル部２０を密に、
抵抗コイル部２１を粗に巻き付けるための窒化ケイ素質
成形体または焼結体であった部分である。

【００３２】ここで、発熱体１２を形成する窒化ケイ素
質焼結体３０とは窒化ケイ素（Ｓｉ3 Ｎ4 ）を主成分と
した焼結体であって、いわゆる助剤成分を含んだ窒化ケ
イ素セラミックスのことである。これに使用する窒化ケ
イ素としては、焼結性、マイグレーション等の観点から
純度の高いものが好ましく、また助剤はイットリア−ア
ルミナ系に代表されるような既知の助剤成分系を使用可
能である。

【００３３】また、内側に埋設した高融点金属１１を巻
付ける成形体（焼結体）３１の窒化ケイ素質と外側の焼
結体３０での窒化ケイ素質の組成は、焼成時の熱膨張係
数の差による割れを防ぐ観点から同一（窒化ケイ素質に
おいて割れを生じない程度の同組成）であることが好ま
しい。

【００３４】さらに、窒化ケイ素質のようなセラミック
スの焼結温度としては最高到達温度１９５０℃とする場
合があるため、高融点金属１１は２０００℃の融点をも
たなければならない。このような高融点金属１１として
は、たとえばＷ、Ｍｏ、Ｎｂ（ニオブ）、Ｈｆ（ハフニ
ウム）、Ｉｒ（イリジウム）等が例示できる。この中で
最も好ましいものは、安価で成形し易いＷ（タングステ
ン）である。

【００３５】以上の構成において、セラミック製発熱体
１２は、以下のようにして製造することができる。ま
ず、円柱状形状あるいは円筒状形状等のように線材を巻
付け易い形状の窒化ケイ素質成形体３１を作製する。こ
のような成形体３１を焼成することにより、窒化ケイ素
質焼結体が得られるもので、いずれを用いてもよい。こ
こで、このような成形体３１もしくは焼結体３１として
は、これを埋設することから、外筒部（３０Ａ）の窒化
ケイ素質と熱膨張係数がほぼ等しくなるような組成を選
択することが必要で、外筒部の窒化ケイ素質と同一組成
であることが好ましい。また、その作製法としては、一
軸プレス、ＣＩＰ（等方圧プレス）、押出成型、射出成
形のような一般的な作製方法を採用することができる。

【００３６】なお、高融点金属線１１を巻付ける成形体
３１として円柱状形状のものを用いたとき、先端側の発
熱コイル部２０の先端２０ａを折り返し、発熱体１２の
後端側に導くことは、図３に示す通り、比較的簡単に行
える。すなわち、このような成形体３１はそれ程硬くな
いから、金属線１１を通すことは簡単に行える。

【００３７】このようにして得られる窒化ケイ素質の成
形体あるいは焼成体３１に、融点が２０００℃以上であ
る高融点金属１１を巻付ける。ここで、焼成体３１とは
５００℃前後で脱脂した脱脂体、焼結温度よりもやや低
めの温度で焼成した仮焼体も含まれる。また、製造工程
におけるハンドリングのし易さによって、成形体あるい
は焼成体のどちらに巻付けるかを選択することができ
る。

【００３８】また、Ｗコイルを作製する場合、モリブデ
ン（Ｍｏ）のような金属に巻付け、その後Ｍｏを溶かす
という方法や温間で巻き取る方法が従来から採用されて
いるが、本発明によれば、巻付け工程は冷間で可能であ
り、完全自動化を達成でき、Ｍｏ等の金属を使用する必
要もなく、コストのかからない製造方法となる。

【００３９】まず、この高融点金属１１を巻いたものを
窒化ケイ素質粉体３０Ａの中に埋設し、セラミック製発
熱体１２の成形体とする。金型の中に約半分の窒化ケイ
素質粉体３０Ａを入れ、Ｗ線を巻いたものを置き、残り
の半分の窒化ケイ素質粉体３０Ａを入れて一軸プレスを
する方法、Ｗ線を巻いたものを中心に据えてドライＣＩ
Ｐをする方法等、様々な方法を選択することができる。

【００４０】次に、窒化ケイ素質粉体３０Ａの中に埋設
したものを、１６５０℃ないし１９５０℃間の温度で２
０ＭＰａ以上の圧力をかけたホットプレス法を用いて焼
結することにより、高融点金属１１（２０，２１）、リ
ード部２２，２３を埋設した発熱体１２を得ることがで
きる。ここで、常圧焼結、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、埋設物の移動が起こり、コイルと窒化ケイ素質の間
に隙間ができたが、２０ＭＰａ以上の圧力をかけたホッ
トプレス法を用いて焼結することで、上述した不具合を
解消することができる。

【００４１】また、１６５０℃よりも低い温度でホット
プレスを行うと、外側の窒化ケイ素質が十分に緻密化し
ないだけでなく、高融点金属１１を巻いたものとが一体
化しない。さらに、１９５０℃よりも高い温度である
と、窒化ケイ素質の分解により十分に緻密化せず、高融
点金属と窒化ケイ素との反応が激しくなる現象が起きる
ことから、上述したような１６５０℃ないし１９５０℃
の温度条件下であって、２０ＭＰａ以上の圧力でのホッ
トプレス焼成を行うとよい。

【００４２】そして、このような構成では、窒化ケイ素
質焼結体３０中に高融点金属１１からなる発熱コイル部
２０、抵抗コイル部２１を埋設したセラミック製発熱体
１２を形成でき、しかも融点が２０００℃以上ある高融
点金属コイル１１の巻き密度に差をもたせるだけで、自
己温度制御性能を得ることができる。

【００４３】

【実施例】

〔実施例１〕図４に示すように、押出し成形した直径４
ｍｍ、内径０．１ｍｍ、長さ２５ｍｍの円筒状窒化ケイ
素質成形品（８８ｗｔ％Ｓｉ3 Ｎ4 −４ｗｔ％Ａｌ2 Ｏ
3 −４ｗｔ％Ｙ2 Ｏ3 −４ｗｔ％ＴａＮ）に、０．２ｍ
ｍＷ線（純度９９％）を穴に通し、円筒状窒化ケイ素質
成型品３１の外周の先端部に１０回０．３ｍｍピッチで
巻き、その後１．３ｍｍピッチで１０回巻付ける。

【００４４】７ｘ４０ｍｍ角の成形が可能な金型に円筒
状窒化ケイ素質成形品３１と同銘柄、同組成の粉体を
０．４ｇ入れ１ｔ／ｃｍ2 の圧力で一軸プレスにより直
方体を成形した後、その上にＷ線１１を巻いた円筒状窒
化ケイ素質成形品３１を置き、さらにその上からの粉体
３０Ａを０．９ｇ入れ１ｔ／ｃｍ2 の圧力で一軸プレス
をし、Ｗ線１１を巻いた円筒状窒化ケイ素質成形品３１
を埋設した直方体の成形体を作製する。

【００４５】その後、黒鉛型に入れ４０ＭＰａ、１７５
０℃ｘ１ｈのホットプレス焼成を行い、その後直径３．
５ｍｍ、長さ４０ｍｍ、Ｗ線１１の２つの端が窒化ケイ
素質セラミック（発熱体１２）から露出するように円筒
研削加工し、セラミック製発熱体１２を得た。Ｗ線１１
を巻いた部分は発熱体１２の中心に位置している。この
例では、特には再研削等は必要としなかった。また、Ｗ
線１１を取り除いて密度を測定し、窒化ケイ素質３０，
３１の理論密度で割った値としての相対密度は９８．３
％であった。

【００４６】このようにして得た発熱体１２に金属製補
助パイプ１７をロウ付けし、Ｗ線１１の成形体の穴に入
る端が正極、他の側を負極とし、ディーゼルエンジン用
グロープラグ１０を作製した。そして、１１Ｖの電圧を
かけて特性評価を行うと、図５に示すように、セラミッ
ク製発熱体１２の端面から３ｍｍの最高到達温度が１３
５０℃、８００℃到達温度が３．５秒となり、自己温度
制御特性を有することが確認できた。

【００４７】〔実施例２〕押出し成形後に脱脂し、１７
７０℃で常圧焼結を行い直径２．３ｍｍ、内径０．２２
ｍｍ、長さ３５ｍｍの円筒状焼結体（９０ｗｔ％Ｓｉ3
Ｎ4 −５ｗｔ％Ａｌ2 Ｏ3 −５ｗｔ％Ｙ2 Ｏ3 ）を作製
する。すると、相対密度は９６．８％となる。その後、
上述した実施例１と同様な条件で成形体、焼結体を作製
し、最終的にディーゼルエンジン用グロープラグ１０を
作製する。ただし、高融点金属１１はＭｏ線とする。

【００４８】このようにして作製した焼結体３０には割
れは観察されなかった。また、実施例１と同様な条件で
特性を評価したところ、セラミック製発熱体１２の端面
から３ｍｍのところで最高到達温度に達した。この３ｍ
ｍのところで任意の四点で温度計測を行った。それぞれ
１２１０℃、１２０８℃、１２０１℃、１２１５℃であ
った。また、８００℃の到達時間が３．３秒となり、自
己温度制御特性を有することが確認できた。

【００４９】〔実施例３〕上述した実施例１と同様に、
Ｗ線１１を巻いた円筒状窒化ケイ素質成形品３１を埋設
した直方体の成形体３０を作製する。その後、表１に示
す条件によってホットプレス焼成を行った結果は、以下
の通りである。

【００５０】

【表１】 この表１において、「○」は本発明に関する領域に当た
る例であり、割れや隙間のない、良好な自己温度制御特
性を有するセラミック製発熱体１２を得ることができ
た。なお、焼結体３１を形成する窒化ケイ素質部分の相
対密度を９６％以上とするのは、９５％以下では空隙が
あるために、外部の雰囲気中と通じて金属線が酸化され
易いため、および密度不十分であるからセラミック強度
が低く、グロープラグ等のような製品に適用不可能とな
るためである。

【００５１】〔実施例４〕Ｍｏ線を巻いた中の円筒状焼
結体３１（押出成形後に６００℃で脱脂し、１８００
℃、１ＭＰａの条件でガス圧焼結）とその外部の窒化ケ
イ素質の助剤の量および種類を変化させた条件でそれぞ
れ１７５０℃、３５ＭＰａでホットプレス焼成を行った
結果を表２に示す。

【００５２】

【表２】 割れは円筒状セラミックスあるいは両方に存在したが、
熱膨張係数がある程度近ければ割れることなく製造可能
であることが確認できた。

【００５３】ここで、高融点金属線１１を太くできる理
由は、以下の通りである。一般に、セラミック製発熱体
１２内に埋め込むことのできる高融点金属線１１の長さ
には限界がある。たとえば先端部１５mm程度の中に発熱
コイル部を従来方法で埋込むとすると６０ｍｍ程度が限
界であり、１２Ｖの電源で所望の発熱温度（１２００℃
以上）を得るための抵抗値を確保するには、前述したよ
うにＷ線を０．１ｍｍ以下としなければならない。そし
て、その場合に細いＷ線と窒化ケイ素と反応を起こし、
Ｗ−Ｓｉ系の化合物がＷ線の周囲に生成し、断線を起こ
す。したがって、ＷにＲｅを添加し、線径を太くするこ
とが行われている。

【００５４】金属線の抵抗値はＲ＝ρｌ／Ｓで表され
る。ここで、Ｒ：抵抗（Ω）、ρ：抵抗率（Ω・ｃ
ｍ）、長さｌ（ｃｍ）、Ｓ：表面積（ｃｍ2 ）である。
したがって、同じ材質で、抵抗値を一定とすると、線径
を太くすると長さを長くしなければならない。本発明に
よれば、たとえば円筒状の成形体または焼結体３１が２
ｍｍの直径をもつとすると、２０回巻くことができれば
約１２６ｍｍの長さを埋込むことができるため、従来よ
りも太い線径で同じ抵抗値を得ることが可能となる。

【００５５】〔実施例５〕たとえば図６に示すようなセ
ラミック製発熱体１２において、直径２．２ｍｍ、内径
０．２３ｍｍ、長さ１０ｍｍの円筒形状の窒化ケイ素質
焼結品（８８ｗｔ％Ｓｉ3 Ｎ4 −８ｗｔ％Ｙ2 Ｏ3 −４
ｗｔ％ＴａＮ）の１０個に、それぞれ０．２ｍｍのＷ線
（高融点金属コイル１１）を０．５ｍｍのピッチで１５
回巻付け、同組成の窒化ケイ素粉体に埋め込み、１８５
０℃×１時間で、３０ＭＰａの圧力でホットプレス焼成
を行った。

【００５６】このようにして得た発熱体１２に金属製補
助パイプ（図示せず）をろう付けし、ディーゼルエンジ
ン用グロープラグ（全体の図示は省略している）を１０
本作製した。なお、この例では、Ｗ線（高融点金属コイ
ル１１）による発熱コイル部２０のみを有する場合であ
る。

【００５７】このとき、最高発熱部の最高温度となった
時点で、円周方向の六点の温度を放射温度計により測定
し、その最高温度と最低温度との差を円周方向の温度差
とした例を、下記表３に示す。

【表３】 ここで、比較例としては、特公昭６３−３５８９５号公
報に示すような従来の発熱体において、Ｗコイルからな
るディーゼルエンジン用グロープラグを同様に測定して
いる。

【００５８】

【発明の効果】以上説明したように本発明に係るセラミ
ック製発熱体によれば、窒化ケイ素質焼結体中に高融点
金属を埋設することにより形成するセラミック製発熱体
であって、窒化ケイ素質部分の相対密度が９６％以上と
なる窒化ケイ素質焼結体中に、融点が２０００℃以上で
ある高融点金属コイルを埋設したから、発熱時の最高温
度への到達時にセラミック製発熱体の最高発熱部の円周
方向の最大温度差がたとえば３０℃以下というように小
さくすることができ、セラミック製発熱体を安価に提供
できるとともに、Ｗ線のような高融点金属を太くし断
線、割れを防ぐことができる。

【００５９】また、本発明によれば、高融点金属コイル
を、セラミック製発熱体の先端側と後端側とでの巻き密
度に差をもたせて埋設したから、自己温度制御性をもつ
セラミック製発熱体を安価に提供できるとともに、この
点でもＷ線のような高融点金属を太くし断線、割れを防
ぐこともできる。ここで、高融点金属コイルは、発熱体
の先端側が後端側よりも巻き密度が密となる状態で窒化
ケイ素質焼結体中に埋設するとよい。

【００６０】さらに、本発明に係るセラミック製発熱体
の製造方法によれば、窒化ケイ素質の成形体あるいは焼
結体に融点が２０００℃以上である高融点金属を巻付
け、これらを前記窒化ケイ素質の成形体あるいは焼結体
とほぼ同組成の窒化ケイ素質粉体中に埋設し、たとえば
１６５０℃ないし１９５０℃間の温度と２０ＭＰａ以上
の圧力とによるホットプレス焼成を行うことにより、た
とえば最高温度への到達時にセラミック製発熱体の最高
発熱部の円周方向での最大温度差を３０℃以下程度に小
さくすることができるセラミック製発熱体を得ることが
できる。

【００６１】また、本発明に係るセラミック製発熱体の
製造方法によれば、窒化ケイ素質の成形体あるいは焼結
体に融点が２０００℃以上である高融点金属を、発熱体
の先端側と後端側とでの巻き密度に差をもたせて巻付け
（たとえば先端側が後端側よりも巻き密度が密となる状
態で）、これらを前記窒化ケイ素質の成形体あるいは焼
結体とほぼ同組成の窒化ケイ素質粉体中に埋設し、焼成
を行うことにより、自己温度制御性能を有するセラミッ
ク製発熱体を得ることができる。

【００６２】また、本発明によれば、窒化ケイ素質の成
形体あるいは焼結体に融点が２０００℃以上である高融
点金属を巻付け、これらを前記窒化ケイ素質の成形体あ
るいは焼結体とほぼ同組成の窒化ケイ素質粉体中に埋設
し、１６５０℃ないし１９５０℃の温度と２０ＭＰａ以
上の圧力とでホットプレス焼成を行うことにより、高融
点金属コイルの加工コストを低減し、焼成後のコイルの
変形を抑え、巻き数の違いによりブレーキコイルをセラ
ミックス発熱体内に作製でき、Ｗ等の高融点金属を埋設
し所望形状に加工を行う場合に、中心位置出しが容易で
あるセラミック製発熱体を安価に製造することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明に係るセラミック製発熱体の一つの実
施の形態を示す要部拡大断面図である。

【図２】 本発明に係るセラミック製発熱体を用いたデ
ィーゼルエンジン用グロープラグの断面図である。

【図３】 本発明に係るセラミック製発熱体において、
高融点金属を巻付ける円柱状の窒化ケイ素質の成形体ま
たは焼結体を示す図である。

【図４】 本発明に係るセラミック製発熱体およびその
製造方法を説明するための概略側面図である。

【図５】 図４での実験結果を説明するための特性図で
ある。

【図６】 本発明に係るセラミック製発熱体の別の実施
の形態を示す要部拡大断面図である。

【符号の説明】

１０…ディーゼルエンジン用グロープラグ、１１…高融
点金属（Ｗ線）、１２…セラミック製発熱体、１３…金
属製ホルダ、１５…外部接続端子、１７…補助パイプ、
２０…発熱コイル部、２１…抵抗コイル部、２２，２３
…リード部、３０…窒化ケイ素質焼結体、３０Ａ…窒化
ケイ素質の粉体、３１…窒化ケイ素質の成形体または焼
結体。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 窒化ケイ素質焼結体中に高融点金属を埋
   設することにより形成するセラミック製発熱体であっ
   て、 窒化ケイ素質部分の相対密度が９６％以上となる窒化ケ
   イ素質焼結体中に、融点が２０００℃以上である高融点
   金属コイルを埋設し、 最高温度への到達時のセラミック製発熱体の最高発熱部
   の円周方向の最大温度差が（たとえば３０℃以下という
   ように）小さくなるように構成したことを特徴とするセ
   ラミック製発熱体。
2. 【請求項２】 窒化ケイ素質焼結体中に高融点金属を埋
   設することにより形成するセラミック製発熱体であっ
   て、 窒化ケイ素質部分の相対密度が９６％以上となる窒化ケ
   イ素質焼結体中に、融点が２０００℃以上である高融点
   金属コイルを、前記発熱体の先端側と後端側とでの巻き
   密度に差をもたせて埋設し、 発熱時に自己温度制御性能を有するように構成したこと
   を特徴とするセラミック製発熱体。
3. 【請求項３】 請求項１記載のセラミック製発熱体を製
   造する方法であって、 窒化ケイ素質の成形体あるいは焼結体に融点が２０００
   ℃以上である高融点金属を巻付け、これらを前記窒化ケ
   イ素質の成形体あるいは焼結体とほぼ同組成の窒化ケイ
   素質粉体中に埋設し、焼成を行うことを特徴とするセラ
   ミック製発熱体の製造方法。
4. 【請求項４】 請求項２記載の自己温度制御性能を有す
   るセラミック製発熱体の製造方法において、 窒化ケイ素質の成形体あるいは焼結体に融点が２０００
   ℃以上である高融点金属を、発熱体の先端側と後端側と
   での巻き密度に差をもたせて巻付け、これらを前記窒化
   ケイ素質の成形体あるいは焼結体とほぼ同組成の窒化ケ
   イ素質粉体中に埋設し、焼成を行うことを特徴とするセ
   ラミック製発熱体の製造方法。
5. 【請求項５】 請求項３または請求項４記載のセラミッ
   ク製発熱体において、 高融点金属コイルを埋設した窒化ケイ素質粉体の焼成
   を、１６５０℃ないし１９５０℃間の温度と２０ＭＰａ
   以上の圧力とによるホットプレス焼成により行うことを
   特徴とするセラミック製発熱体の製造方法。