(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
セラミックス発熱体と、このセラミックス発熱体の端部内に接続された電極取り出し金具と、この電極取り出し金具が接続された前記セラミックス発熱体の端部を、内部に収容した状態で固定された金属製外筒とを有し、前記セラミックス発熱体と電極取り出し金具、およびセラミックス発熱体と金属製外筒とがそれぞれ銀ロウ付けにより接合されてなるセラミックヒータを備えたセラミックヒータ型グロープラグにおいて、
前記金属製外筒の内径をＸ、電極取り出し金具の外径をＹとしたときに、下記の関係式を満足することを特徴とするセラミックヒータ型グロープラグ。
Ｙ≦Ｘ−１．５ｍｍ
【請求項２】
前記金属製外筒の内径Ｘおよび電極取り出し金具の外径Ｙが以下の条件を満たすことを特徴とする請求項１に記載のセラミックヒータ型グロープラグ。
φ２．５ｍｍ≧Ｙ≧φ０．４ｍｍ
φ４．８ｍｍ≧Ｘ≧φ２．０ｍｍ
【請求項３】
前記金属製外筒および前記電極取り出し金具を、銀ロウ材との親和性の高い材料で構成、または前記セラミックス発熱体とのロウ付け部分に前記銀ロウ材との親和性を高める処理を行うことを特徴とする請求項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。
【請求項４】
前記金属製外筒をＮｉ合金で構成、またはＮｉメッキの表面処理を施すことを特徴とする請求項３に記載のセラミックヒータ型グロープラグ。
【請求項５】
前記電極取り出し金具を、Ｎｉ線で構成、またはＮｉメッキの表面処理を施すことを特徴とする請求項３に記載のセラミックヒータ型グロープラグ。
【請求項６】
前記セラミックス発熱体は、窒化珪素性セラミックスからなり、前記金属製外筒および電極取り出し金具とのロウ付け部分に銀ロウ材との親和性を高める処理を行うことを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれかに記載のセラミックヒータ型グロープラグ。
【請求項７】
前記セラミックス発熱体の前記ロウ付け部分にＮｉ金属被膜処理を施すことを特徴とする請求項６に記載のセラミックヒータ型グロープラグ。
【請求項８】
銀ロウ材として、銀成分７０％以上の線材を用いることを特徴とする請求項１ないし請求項７のいずれかに記載のセラミックヒータ型グロープラグ。
【請求項９】
前記セラミックス発熱体の外面と前記金属製外筒の内面との間の隙間が、５０ないし１００μであることを特徴とする請求項１ないし請求項８のいずれかに記載のセラミックヒータ型グロープラグ。
【請求項１０】
請求項１ないし請求項９のいずれか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、
前記セラミックス発熱体と前記電極取り出し金具、および前記セラミックス発熱体と前記金属製外筒を、一回の銀ロウ付けにより接合す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。
【請求項１１】
請求項１ないし請求項９のいずれか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、
前記セラミックス発熱体と前記電極取り出し金具とを銀ロウ付けにより接合した後、このセラミックス発熱体と前記金属製外筒とを銀ロウ付けにより接合す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。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明は、冷寒時におけるディーゼルエンジンの始動補助装置として用いられるグロープラグに係り、特に、発熱体としてセラミックヒータを用い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に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
排気ガスの規制に対応するため、ディーゼルエンジンの燃焼方式が、副燃焼室を有するタイプから、直接噴射型、いわゆる直噴タイプに移行し、さらに、マルチバルブ化が行われてきている。このような直接噴射型のディーゼルエンジンに用いるグロープラグは、シリンダヘッドの壁面を通って主燃焼室に臨むため、副燃焼室を予熱するタイプに比べて全長を長くし、しかも、細径にすることが必要である。
【０００３】
さらに、シリンダヘッドの強度を確保するためにシリンダヘッドの厚さを大きくする必要がある、そのため、グロープラグを装着する挿入孔が非常に細く、しかも長くなってきており、それに合わせてグロープラグも非常に細長く形成する必要がある。
【０００４】
図４は、前記のような長尺化、細径化を図った従来のディーゼルエンジン用グロープラグの一例を示す図であり、この図により発熱体としてセラミックヒータを用いた従来のディーゼルエンジン用グロープラグの構成について説明する。
【０００５】
セラミックス発熱体６を金属製外筒８内にロウ付け等によって接合するとともに、このセラミックス発熱体６に設けられている電極取り出し金具１４を、外周に樹脂製の絶縁部材（絶縁ブッシュ）１２が一体的に形成されている外部接続端子１０の先端に、溶接、ロウ付け、カシメ等により一体化する。この一体化したセラミックス発熱体６、金属製外筒８、外部接続端子１０および絶縁ブッシュ１２等のサブアッセンブリを、ハウジング２の内部孔４内に、ハウジング２の外部接続端子固定側（図４の上方）から挿入し、金属製外筒８をハウジング２の他端側（図４の下方）にロウ付け等により固定する。その後、ハウジング２の絶縁ブッシュ１２側端部をかしめることにより、外部接続端子１０と絶縁ブッシュ１２をハウジング２に固定している。
【０００６】
前記従来のセラミックヒータ型グロープラグでは、セラミックス発熱体６の内部に埋め込まれたコイル状発熱線（図示せず）の一端（図４の上端）をセラミックス発熱体６の外部に取り出して、電極取り出し金具１４に電気的に接続している。また、セラッミクス発熱体６は長尺であり、その外周の中間部分に金属製外筒８が接合されている。
【０００７】
前記のように従来のセラミックヒータ型グロープラグは、セラミックス発熱体６のコイル状発熱線の一端を外部に取り出して電極取り出し金具１４に接続しているので、発熱線および電極取り出し金具１４が大きい強度を要求される。また、セラミックス発熱体６が長尺でありコスト高であるという問題もあった。そこで、セラッミクス発熱体６の発熱線をこのセラミックス発熱体６の内部で電極取り出し金具１４に接続するとともに、このセラミックス発熱体６の、電極取り出し金具１４との接続側を金属製外筒８の内部に収容した状態で、これら両者６，８を接合するようにした構造のセラミックヒータが用いられるようになっている。
【０００８】
前記のような構造のセラミックヒータは、セラミックス発熱体６の内部の発熱線と電極取り出し金具１４との接続、およびセラミックス発熱体６と金属製外筒８との接合を、ロウ付けによって行うことが一般に行われている。これら各部材６，８，１４をロウ付けする場合の工程について図２（ａ）、（ｂ）、（ｃ）により説明する。先ず、セラミックス発熱体６および金属製外筒８をロウ付け治具２０に取付けて位置あわせをし、電極取り出し金具１４の一端をセラミックス発熱体６の上端６ａに開口している取付け孔６ｂ内に挿入した後、所定量の銀ロウ材２２を、線材をコイル状に巻いた状態にして、セラミックス発熱体６の上端面６ａ上に挿入し（図２（ａ）参照）、水素中で９００℃に加熱する。
【０００９】
９００℃に加熱すると、セラミックス発熱体６の上端面６ａ上に載っている銀ロウ材２２が溶けて（図２（ｂ）参照）、セラミックス発熱体６と金属製外筒８との間の隙間、およびセラミックス発熱体６の取付け孔６ｂと電極取り出し金具１４との間の隙間に流れ込み、これらが接合される（図２（ｃ）参照）。このように正常に銀ロウ付けが行われて接合された場合には、セラミックス発熱体６の上端面６ａ上には銀ロウ材２２が残らず、すべてが前記隙間に流れ込む。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
一方、銀ロウ付けが正常に行われなかった場合には、セラミックス発熱体６の上端面６ａ上に挿入されたコイル状の銀ロウ材２２（図３（ａ）参照）が溶けても（図３（ｂ）参照）、セラミックス発熱体６と金属製外筒８との間の隙間や、セラミックス発熱体６の取付け孔６ｂと電極取り出し金具１４との間の隙間に流れ込まず、そのままセラミックス発熱体６の上端面６ａ上に残ってしまう（図３（ｃ）参照）。このように銀ロウ付けが正常に行われずに、銀ロウ材２２がそのままセラミックス発熱体６上に残ってしまうと、電極取り出し金具１４と金属製外筒８との短絡が生ずるという問題があった。
【００１１】
本発明は、前記課題を解決するためになされたもので、銀ロウ付けを行う場合に、溶けた銀ロウ材が、セラミックヒータと金属製外筒との間の隙間、およびセラミックヒータの取付け孔と電極取り出し金具との間の隙間に確実に流れ込むような最適な条件を選択し、電極取り出し金具と金属製外筒とが短絡を起こすおそれのないセラミックヒータ型グロープラグを提供することを目的とするものである。また、前記のようなセラミックヒータ型グロープラグを製造する方法を提供することを目的とするものである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明に係るセラミックヒータ型グロープラグは、セラミックス発熱体と、このセラミックス発熱体の端部内に接続された電極取り出し金具と、この電極取り出し金具が接続された前記セラミックス発熱体の端部を、内部に収容した状態で固定された金属製外筒とを有し、前記セラミックス発熱体と電極取り出し金具、およびセラミックス発熱体と金属製外筒とがそれぞれ銀ロウ付けにより接合されてなるセラミックヒータを備えており、特に、前記金属製外筒の内径をＸ、電極取り出し金具の外径をＹとしたときに、Ｙ≦Ｘ−１．５ｍｍの関係式を満足することを特徴とするものである。
【００１３】
また、請求項２に記載のセラミックヒータ型グロープラグは、前記金属製外筒の内径Ｘが、φ４．８ｍｍ≧Ｘ≧φ２．０ｍｍ、電極取り出し金具の外径Ｙが、φ２．５ｍｍ≧Ｙ≧φ０．４ｍｍの条件を満たすことを特徴とするものである。
【００１４】
さらに、請求項３に記載のセラミックヒータ型グロープラグは、前記金属製外筒および前記電極取り出し金具を、銀ロウ材との親和性の高い材料で構成、または前記セラミックス発熱体とのロウ付け部分に前記銀ロウ材との親和性を高める処理を行うことを特徴とするものである。
【００１５】
また、請求項４に記載のセラミックヒータ型グロープラグは、前記金属製外筒をＮｉ合金で構成、またはＮｉメッキの表面処理を施すことを特徴とするものである。
【００１６】
請求項５に記載のセラミックヒータ型グロープラグは、前記電極取り出し金具を、Ｎｉ線で構成、またはＮｉメッキの表面処理を施すことを特徴とするものである。
【００１７】
請求項６に記載のセラミックヒータ型グロープラグは、前記セラミックス発熱体が、窒化珪素性セラミックスからなり、前記金属製外筒および電極取り出し金具とのロウ付け部分に銀ロウ材との親和性を高める処理を行うことを特徴とするものである。
【００１８】
請求項７に記載のセラミックヒータ型グロープラグは、前記セラミックス発熱体の前記ロウ付け部分にＮｉ金属被膜処理を施すことを特徴とするものである。
【００１９】
請求項８に記載のセラミックヒータ型グロープラグは、銀ロウ材として、銀成分７０％以上の線材を用いることを特徴とするものである。
【００２０】
請求項９に記載のセラミックヒータ型グロープラグは、前記セラミックス発熱体の外面と前記金属製外筒の内面との間の隙間が、５０ないし１００μであることを特徴とするものである。
【００２１】
請求項１０に記載のセラミックヒータ型グロープラグの製造方法は、請求項１ないし請求項９のいずれかに記載のセラミックヒータ型グロープラグを製造する方法であって、特に、前記セラミックス発熱体と前記電極取り出し金具、および前記セラミックス発熱体と前記金属製外筒を、一回の銀ロウ付けにより接合するようにしたものである。
【００２２】
請求項１１に記載のセラミックヒータ型グロープラグの製造方法は、請求項１ないし請求項９のいずれかに記載のセラミックヒータ型グロープラグを製造する方法であって、特に、前記セラミックス発熱体と前記電極取り出し金具とを銀ロウ付けにより接合した後、このセラミックス発熱体と前記金属製外筒とを銀ロウ付けにより接合するようにしたものである。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、図面に示す実施の形態により本発明を説明する。図１は本発明の一実施の形態に係るセラミックヒータを用いたディーゼルエンジン用グロープラグであり、このグロープラグは、ハウジング２が円筒状をしており、その内部の孔４は、図の左側のセラミックヒータ固定側が中径部４ａ、図の右側の外部接続端子固定側が大径部４ｃ、これら中径部４ａと大径部４ｃの間が小径部４ｂである段付きの軸方向孔になっている。なお、この実施の形態では、大径部４ｃが内部側４ｃａと外部側４ｃｂとの二段になっている。
【００２４】
前記ハウジング２の中径部４ａ内には、セラミックス発熱体６が金属製外筒８の内部に収容されて銀ロウ付けにより接合されたセラミックヒータ９が挿入されており、前記金属製外筒８の外周面の一部が圧入またはろう付け等によりハウジング２に固定されている。金属製外筒８は、内部側の端面８ａがハウジング２の内部孔（段付きの軸方向孔）４の中径部４ａと小径部４ｂとの間の段部４ｄに当接して位置決めが行われる。
【００２５】
ハウジング２の大径部４ｃ（その外部側４ｃｂ）内には、外部接続端子１０の外周面に一体成形された絶縁部材（絶縁ブッシュ）１２が挿入され、ハウジング２の端部２ａをかしめることにより固定されている。外部接続端子１０の外周には、綾目ローレット等の凹凸が形成され、絶縁性樹脂製の絶縁ブッシュ１２が一体成型されている。この外部接続端子１０は、軸芯部を貫通する軸方向貫通穴１０ａが形成されており、この貫通穴１０ａ内を前記セラミックス発熱体６の電極取り出し金具（電極取り出し線）１４が挿通され、その先端部１４ａが外部側の端面１０ｂ（図１の右端）にろう付けまたはかしめ等により電気的に接続されている。
【００２６】
前記セラミックヒータ型のディーゼルエンジン用グロープラグの組み立て工程について、図１および前記図２（ａ）、（ｂ）、（ｃ）により説明する。前記セラミックス発熱体６は、内部にコイル状の発熱線１６が埋め込まれており、その一端１６ａが中間部の外面に露出して、前記金属製外筒８の内面に電気的に接続される。また、他端１６ｂは、セラミックス発熱体６の端面６ａ（図１の右端面、図２の上端面）に形成された電極取り出し金具取付け孔６ｂ内に露出しており、前記電極取り出し金具１４の端部１４ｂに電気的に接続される。
【００２７】
前記セラミックス発熱体６、金属製外筒８および電極取り出し金具１４を接合してセラミックヒータ９を組み立てる場合には、先ず、金属製外筒８内にセラミックス発熱体６を挿入し、これら金属製外筒８とセラミックス発熱体６とをロウ付け治具２０内に取り付けて位置合わせをする。セラミックス発熱体６と金属製外筒８とを位置決めをした状態では、セラミックス発熱体６の先端の発熱部６ｃは金属製外筒８の外部に突出し、前記電極取り出し金具１４が接続される逆の端面６ａ側（上端部）は金属製外筒８の内部に位置している。
【００２８】
次に、セラミックス発熱体６の上端面６ａに形成されて、コイル状発熱線１６の端部１６ｂが露出している電極取り出し金具取付け孔６ｂ内に、電極取り出し金具１４の一端１４ｂを挿入する。その後、線状の銀ロウ材２２を、外径が前記金属製外筒８の内径とほぼ同じぐらいの外径のコイル状に巻き、金属製外筒８の内部に挿入してセラミックス発熱体６の上端面６ａに載せる（図２（ａ）参照）。この状態にして水素中で９００℃に加熱することにより、銀ロウ材２２が溶けて（図２（ｂ）参照）、セラミックス発熱体６の外周面と金属製外筒８の内周面との間の隙間や、セラミックス発熱体６の上端面６ａに形成された取付け孔６ｂの内面と電極取り出し金具１４の外面との間に流れ込みロウ付けが行われる（図２（ｃ）参照）。
【００２９】
このとき、銀ロウ材２２とセラミックスとの親和性（ぬれ性）が非常に低いので、セラミックス発熱体６の上端面６ａには銀ロウ材２２が残らない。なお、セラミックス発熱体６と金属製外筒８、およびセラミックス発熱体６と電極取り出し金具１４との銀ロウ付け部分には、銀ロウ材２２が広く広がり易くするために、銀ロウ付け部分の表面に銀ロウ材２２との親和性を高くする処理が行われており、例えば、後に詳細に説明するように、金属製外筒８および電極取り出し金具１４には、Ｎｉメッキによる表面処理が行われ、また、セラミックス発熱体６のロウ付けを行う部分には、Ｎｉを被膜化する表面処理が行われている。従って、ロウ付けの行われないセラミックス発熱体６の上端面６ａには表面処理が施されていないので、銀ロウ材２２とのぬれ性が非常に低くなっている。
【００３０】
前記のように、セラミックス発熱体６を金属製外筒８内に挿入し、セラミックス発熱体６と金属製外筒８および電極取り出し金具１４をろう付けにより固定した後、セラミックス発熱体６に接続された電極取り出し金具１４の他端部１４ａを、ハウジング２のセラミックス発熱体固定側の開口（図１の左側の開口）から軸方向孔４の内部に挿通しつつ、金属製外筒８の一端をハウジング２の中径部４ａ内に挿入して、ろう付けまたは圧入により固定する。このとき、金属製外筒８は、内部側の先端面８ａが、ハウジング２の内部孔４の中径部４ａと小径部４ｂとの間の段部４ｄに当たって位置決めされる。金属製外筒８を固定した状態で、前記電極取り出し金具１４の先端部１４ａがハウジング２の大径部４ｃの外部まで延びている。
【００３１】
絶縁ブッシュ１２と一体の外部接続端子１０に形成されている軸方向の貫通穴１０ａ内に、外部に延びている電極取り出し金具１４の先端部１４ａを挿通しながら、絶縁ブッシュ１２と外部接続端子１０をハウジング２の大径部４ｃ内に挿入し、その後、ハウジング２の外部接続端子固定側の開口部の端部２ａをかしめて固定する。さらに、電極取り出し金具１４と外部接続端子１０とを、外部接続端子１０の外部側端部１０ｂにおいて、ろう付けまたはかしめ等により電気的に接続する。このようにして、図１に示すセラミックヒータ型のディーゼルエンジン用グロープラグが組み立てられる。
【００３２】
前述のようにセラミックス発熱体６と金属製外筒８およびセラミックス発熱体６と電極取り出し金具１４とをロウ付けにより接合する際に、正常なロウ付けが行われれば、溶けた銀ロウ材２２が、金属製外筒８の内周面とセラミックス発熱体６の外周面との間の隙間や、セラミックス発熱体６の端面６ａに形成されている取付け孔６ｂの内面と電極取り出し金具１４の外面との間にすべて流れ込むので、セラミックス発熱体６の上端面６ａに銀ロウ材２２が残ることが無く、金属製外筒８と電極取り出し金具１４とが短絡することはない。
【００３３】
ここで、ロウ付け時に銀ロウ材２２が、セラミックス発熱体６と金属製外筒８および電極取り出し金具１４との隙間に流れ込む現象のメカニズムについて簡単に説明する。一般に液体と固体表面との親和性をぬれ性と呼ぶが、ぬれ性（親和性）が高いと、液体は固体表面に広く広がろうとし、ぬれ性（親和性）が低いと、液体は固体表面の一個所に集まり球状になろうとする性質を有する。前記溶けた状態の銀ロウ材２２は、セラミックスとのぬれ性が非常に低く、また、Ｎｉ（ニッケル）や、Ｔｉ含有Ｎｉ、Ｃｕ、Ａｇ合金またはガラス等の表面に対してはぬれ性が高い。
【００３４】
従って、溶けた状態の銀ロウ材２２が、セラミックス発熱体６の上端面６ａの、金属製外筒８の内周と電極取り出し金具１４の外周との間の環状空間内にあると、その銀ロウ材２２には、金属製外筒８の内周面とセラミックス発熱体６の外周面との隙間による毛細管現象と、セラミックス発熱体６の外周面や金属製外筒８の内周面の表面処理によるＮｉと銀ロウ材２２とのぬれ性による吸引力とが作用して、前記隙間に引き込もうとし、一方、セラミックス発熱体６の上端面６ａより上側の溶けた銀ロウ材２２が接触する金属製外筒８の内周面や、電極取り出し金具１４の外周面、およびセラミックス発熱体６の上端面６ａを含んだ銀ロウ材２２が接触する面全体の銀ロウ材２２とのぬれ性により、溶けた銀ロウ材２２をセラミックス発熱体６上に維持しようとする力が作用する。そして、前記毛細管現象および吸引力による力が、前記ぬれ性により維持しようとする力より大きければ銀ロウ材２２は前記隙間に吸引される。
【００３５】
前記のようにセラミックス発熱体６の上端面６ａにある溶けた状態の銀ロウ材２２は、ぬれ性の低いセラミックスと接触する部分と、ぬれ性の高いＮｉメッキされた金属製外筒８や電極取り出し金具１４と接触する部分とがあり、ぬれ性の低いセラミックスとの接触面積の比率が高いと全体のぬれ性は低くなり、溶けた銀ロウ材２２はセラミックス発熱体６と金属製外筒８との隙間に吸引され、セラミックス発熱体６の端面６ａ上には銀ロウ材２２は残らない。一方、セラミックスとの接触面積の比率が低くなると、全体のぬれ性が高くなり、溶けた銀ロウ材２２は前記隙間に吸引されず、セラミックス発熱体６の端面６ａ上に残ってしまう。
【００３６】
前記のように正常なロウ付けが行われたばあいには、セラミックス発熱体６の上端面６ａの金属製外筒８と電極取り出し金具１４との間に銀ロウ材２２が残らないので、金属製外筒８と電極取り出し金具１４とが短絡することはないが、図３に示すように、セラミックス発熱体６の上端面６ａ上に挿入した銀ロウ材２２（図３（ａ）参照）が溶けた後（図３（ｂ）参照）も前記隙間に流れ込まず、端面６ａ上に残ってしまう場合がある（図３（ｃ）参照）。このように銀ロウ材２２が、電極取り出し金具１４と金属製外筒８との間のセラミックス発熱体６上に残っていると、電極取り出し金具１４と金属製外筒８とが短絡してしまう。
【００３７】
そこで、本発明者らは、セラミックス発熱体６の端面６ａ上の溶けた銀ロウ材２２がセラミックス発熱体６と金属製外筒８との間の隙間に吸い込まれるメカニズムに着目して、銀ロウ材２２がセラミックス発熱体６の端面６ａ上に残らない正常なロウ付けが行われる場合と、異常な状態になる場合との境界条件を確認するために試験を行った。
【００３８】
先ず、試験を行う際の条件を選択するために、前記親和性（ぬれ性）および毛細管現象に関連する要因と、ロウ付けに関する要因について検討した。
ぬれ性と毛細管現象に関する要因として下記のものが挙げられる。
１．「銀ロウ付け部分の表面処理」
これらの部材の少なくとも銀ロウ付け部分の表面が、銀ロウ材２２とのぬれ性（親和性）が高くなるようにする。例えば、Ｎｉ材やＮｉ合金材で構成するとか、表面をＮｉメッキやＮｉまたはＴｉ含有Ｎｉ、Ｃｕ、Ａｇ合金の金属被膜化、およびガラス被膜等を行うと銀ロウ材２２とのぬれ性（親和性）が高くなる。
２．「セラミックス発熱体６の外周面と金属製外筒８の内周面との隙間」
この隙間が小さいと毛細管現象の力が大きくなる。
３．「セラミックス発熱体６の端面６ａの面積、すなわち、金属製外筒８の内径と電極取り出し金具１４の外径との間の面積」
銀ロウ材２２とのぬれ性の低いセラミックスの接触面積の比率が大きくなると全体のぬれ性は低くなり、接触面積の比率が小さくなると全体のぬれ性が高くなる。
４．「銀ロウ材２２の材質」
但し、グロープラグに用いられるセラミックヒータ９の場合、ロウ付け温度が９００℃以下の場合には、グロープラグの発熱時にロウ材が溶けるおそれがあるので、ロウ付け温度は少なくとも９００度以上であることが必要である。従って、銀ロウ材２２としては、銀成分７１ないし７３％のＢＡｇ−８等銀成分が７０％以上のものに限定される。
【００３９】
また、ロウ付けに関係する要因としては、下記のものが挙げられる。
１．「銀ロウ材２２の量」
銀ロウ材２２の量は、少なくともロウ付け部をロウ付けするのに必要な最少量はいるが、それ以上の量を用いた場合の影響を確認する必要がある。
２．「ロウ付けの回数」
ロウ付けの回数が一回の場合、すなわち、前記セラミックス発熱体６と金属製外筒８および、セラミックス発熱体６と電極取り出し金具１４のロウ付けを一回の工程で行う場合と、ロウ付けの回数が二回の場合、すなわち、セラミックス発熱体６に電極取り出し金具１４をロウ付けした後、そのセラミックス発熱体６を金属製外筒８内に挿入してロウ付けする場合に、どのような差異が現れるか影響を確認しておく必要がある。
【００４０】
前記のような種々の要因が考えられるので、それぞれの要因について確認試験を行った。先ず、第１の確認試験として、セラミックス発熱体６の端面（図２の上端面）６ａの面積の影響について確認した。
【００４１】
試験試料として、金属製外筒８は、材質がステンレス鋼（ＳＵＳ４３０）で、その表面に厚さ１０μ程度のＮｉメッキ処理を施したもの、また、電極取り出し金具１４は、材質が軟鋼線材で、表面に厚さ１０μ程度のＮｉメッキを施したものを使用した。そして、セラミック発熱体６は、窒化珪素性セラミックスを素材とし、その表面の、特に前記電極取り出し金具取付け孔６ｂの内面と、金属製外筒８の内面にロウ付けされる部分とに表面処理を施したものを用いた。この表面処理は、前記ロウ付け部分にＮｉペーストを塗布した後、メタライジング処理、すなわち、９５０℃の温度で焼いて、ペースト中の金属成分（Ｎｉ）を金属被膜化する処理を行った。さらに、銀ロウ材２２は、ＢＡｇ−８を線材にしたものを使用し、その量は、０．３ｇｒとした。なお、銀ロウ材２２の量は、セラミックス発熱体６と金属製外筒８とのロウ付け長さが３０ｍｍの場合に、その隙間等を充填するのに必要な量に１０％増量したものである。
【００４２】
試験試料としてそのサイズが、金属製外筒８は、内径がφ２．０〜４．８ｍｍの範囲で、０．２ｍｍ毎に１５種類、電極取り出し金具１４は、外径がφ０．４〜２．５ｍｍの範囲で、φ０．４ｍｍ、０．５ｍｍ、０．６ｍｍ、０．８ｍｍ、１．０ｍｍ、１．２ｍｍ、１．５ｍｍ、１．８ｍｍ、２，０ｍｍ、２．５ｍｍの１０種類を用意した。また、金属製外筒８の内径とセラミックス発熱体６の外径との隙間を、片側で７５μとした。そして、金属製外筒８とセラミックス発熱体６とのロウ付け長さは３０ｍｍとした。
【００４３】
以上の試料を順次組み合わせることにより、銀ロウ材２２と接触するセラミックス発熱体６の上端面６ａの面積を変化させてロウ付けを行ない、その後、金属製外筒８と電極取り出し金具１４との短絡の有無を確認する。
【００４４】
試験方法は、前記試料（セラミックス発熱体６、金属製外筒８および電極取り出し金具１４）の組み合わせを、図２に示すように、ロウ付け治具２０にセットし、銀ロウ材２２を挿入した後、水素中で９００℃に３０分間放置してロウ付けを行う。つまり、一回の工程によるロウ付けを行う。その後、金属製外筒８と電極取り出し金具１４との短絡の有無を確認する。
【００４５】
前記試験方法により試験を行った結果を図５および図６に示す。図５は金属製外筒８と電極取り出し金具１４の各種組み合わせにより、ロウ付け後、金属製外筒８と電極取り出し金具１４との短絡の有無、およびロウ付け後、セラミックス発熱体６の上端面６ａ上に銀ロウ材２２が残っているか否かを確認した結果を示す表、図６はそのグラフである。各図中の○は短絡無しおよび銀ロウ材２２が残っていない場合を示し、×は短絡ありおよび銀ロウ材２２が残っている場合を示す。
【００４６】
前記図５および図６に示す結果を要約すると、金属製外筒８の内径（Ｘ）がφ２．０ｍｍ〜φ４．８ｍｍ、電極取り出し金具１４の外径（Ｙ）がφ０．５ｍｍ〜φ２．５ｍｍの範囲では、金属製外筒８の内径と電極取り出し金具１４との外径との差（Ｘ−Ｙ）の値が、１．５ｍｍ以上であれば、ロウ付け作業後にセラミックス発熱体６の上端面６ａ上に銀ロウ材２２が残らず、電極取り出し金具１４と金属製外筒８との短絡は生じないことが確認された。逆に、前記差（Ｘ−Ｙ）が１．５ｍｍ未満では、セラミックス発熱体６の上端面６ａ上に銀ロウ材２２が残り、電極取り出し金具１４と金属製外筒８とが短絡する。
【００４７】
前記試験結果について考察すると、金属製外筒８の内径と電極取り出し金具１４の外径との差（Ｘ−Ｙ）が１．５ｍｍ未満であると、セラミックス発熱体６の上端面６ａ上にある溶けた銀ロウ材２２に接触するセラミックス発熱体６、金属製外筒８および電極取り出し金具１４の、銀ロウ材２２との接触面積のうち、親和性（ぬれ性）の非常に低いセラミックスとの接触面積の占める比率が小さくなり、全体としてのぬれ性が高くなる。その結果、その高いぬれ性により銀ロウ材２２をその位置に保持しようとする力が、セラミックス発熱体６と金属製外筒８との隙間等に吸引しようとする毛細管現象やぬれ性による吸引力よりも大きくなって、溶けた銀ロウ材２２がそれらの隙間に吸引されず、前記上端面６ａ上に残ってしまうものと考えられる。
【００４８】
また、金属製外筒８の内径と電極取り出し金具１４の外径との差（Ｘ−Ｙ）が１．５ｍｍ以上になると、セラミックス発熱体６と銀ロウ材２２との接触面積の全体接触面積に占める比率が大きくなって、全体のぬれ性が低くなる。その結果、前記隙間への吸引力の方が大きくなって、溶けた銀ロウ材２２は隙間に吸引され、銀ロウ材２２がセラミックス発熱体６の上端面６ａ上に残らないものと考えられる。
【００４９】
次に、第２の確認試験として、金属製外筒８およびセラミックス発熱体６の表面処理の影響について確認した。
【００５０】
第２の確認試験の試験試料として、金属製外筒８は、前記第１の確認試験と同じＮｉメッキによる表面処理をしたものと、表面処理をしないステンレス鋼（ＳＵＳ４３０）のままのものとを用い、セラミックス発熱体６は、前記第１の確認試験と同一のＮｉペーストにメタライジング処理をしたものと、ガラス被膜をしたものとを用いた。なお、ガラス被膜をする場合には、セラミックス発熱体６の上端面６ａ等のロウ付けをしない部分には表面処理をしない。また、通電部分にも被膜をしない。
【００５１】
前記試験試料のサイズは、金属製外筒８の内径をφ２．６ｍｍ、電極取り出し金具１４の外径を、φ０．８ｍｍ、１．０ｍｍ、１．２ｍｍ、１．５ｍｍの４種類とした。この試験試料を用いて、前記第１の確認試験と同一の方法による試験を行った。
【００５２】
第２の確認試験の試験結果は、図７に示す通りであり、前記試験試料の表面処理の有無、および表面処理の種類の相違によっては、前記確認試験１の結果との差異は見られない。本確認試験２における表面処理の変更は、前記確認試験１の結果に影響せず、金属製外筒８の内径と電極取り出し金具１４との外径との差（Ｘ−Ｙ）の値が、１．５ｍｍ以上であれば、ロウ付け作業後にセラミックス発熱体６の上端面６ａ上に銀ロウ材２２が残らず、電極取り出し金具１４と金属製外筒８との短絡は生じない。
【００５３】
つまり、金属製外筒８の表面処理がない場合には、銀ロウ材２２とのぬれ性が低くなるが、その程度の低下ではその影響が明確に現れないと考えられる。また、セラミックス発熱体６の表面処理については、ガラス被膜をした場合も、Ｎｉペーストをメタライジング処理した場合と変わらない。もちろん、セラミックス発熱体６の銀ロウ付け部分の表面処理を無しにした場合には、ぬれ性が非常に低くなるので、金属製外筒８とセラミックス発熱体６との間の隙間への銀ロウ材２２の流れ込みは生じないと考えられるので試験は行わなかった。
【００５４】
続いて、第３の確認試験として、銀ロウ材２２の材質および量の影響を確認した。
【００５５】
第３の確認試験の試験試料としては、前記第１の確認試験と同一のものを使用した。試験試料の内容として、銀ロウ材２２の材質は、ＢＡｇ−８および銀比率９５〜９７％のものの２種類を用い、銀ロウ材２２の量としては、前記第１の確認試験の場合よりも多い量の０．５ｇｒ、および０．８ｇｒの２種類とした。
【００５６】
試験方法は、前記第１の確認試験と同じ方法で行ったが、銀ロウ材２２として銀比率９５〜９７％のものを用いた場合には、ロウ付け温度を９５０℃とした。
【００５７】
第３の確認試験の試験結果は、図８に示す通りであり、銀ロウ材２２の材質および量を変えても前記確認試験１の結果との差異は見られず、この試験結果は、第１の確認試験の結果に影響しない。この第３の試験結果を考察すると、銀ロウ材２２の量を、セラミックス発熱体６と金属製外筒８との隙間に充填するのに必要な量よりも多くした場合には、溶けた銀ロウ材２２が隙間への流れ込みを開始すると、余分な銀ロウ材２２は、前記隙間の下側の開口から流れ出てしまう。従って、銀ロウ材２２の量を多くしても、結果に影響が現れなかったものと考えられる。なお、前記隙間の下側から流れ出た銀ロウ材２２は、金属製外筒８の外周面とロウ付け治具２０との隙間を毛細管現象により上昇して金属製外筒８の外周面に付着する。セラミックス発熱体６やロウ付け治具２０は銀ロウ材２０とのぬれ性が低いので、銀ロウ材２２は金属製外筒８の外周面に付着する。
【００５８】
次に、第４の確認試験として、セラミックス発熱体６と金属製外筒８との間の隙間の大きさによる影響を確認した。
【００５９】
第４の確認試験の試験試料としては、前記第１の確認試験と同一のものを使用した。試験試料の内容としては、金属製外筒８の内径をφ２．６ｍｍ、金属製外筒８の内面とセラミックス発熱体６の外面との隙間（片側の隙間）を、５０μと１００μに設定した。この隙間は、確認試験１の隙間（７５μ）より小さい場合と大きい場合とを設定した。試験方法は、前記第１の確認試験と同じ方法で行った。
【００６０】
第４の確認試験の試験結果は、図９に示す通りであり、金属製外筒８とセラミックス発熱体６との隙間の大きさを変えても前記確認試験１の結果との差異は見られず、この試験結果は、第１の確認試験の結果に影響しない。この第４の確認試験で行った隙間の大きさの範囲（５０μ〜１００μ）では、毛細管現象による力の変化があまりなく、確認試験１の結果に影響しなかったものと考えられる。
【００６１】
最後に、第５の確認試験として、一回の工程でロウ付けを行う場合と二回の工程でロウ付けを行う場合の影響について確認をした。
【００６２】
第５の確認試験の試験試料は、前記第１の確認試験と同一のものを使用した。金属製外筒８の内径はφ２．６ｍｍとした。試験方法は、一回の工程によるロウ付けの場合には、第１の確認試験と同一の方法により行い、二回の工程によるロウ付けの場合には、先にセラミックス発熱体６の端面６ａに形成された電極取り出し金具取付け孔６ｂ内に電極取り出し金具１４の先端を挿入してロウ付けを行い、その後、金属製外筒８およびこのセラミックス発熱体６をロウ付け治具２０にセットして第１の確認試験と同様のロウ付けを行った。
【００６３】
第５の確認試験の試験結果は、図１０に示す通りであり、一回の工程によるロウ付けの場合と二回の工程によるロウ付けの場合とで差異は見られず、この試験結果は、第１の確認試験の結果に影響しない。二回の工程によるロウ付けの場合に、先にセラミックス発熱体６に電極取り出し金具１４をロウ付けしたとしても、電極取り出し金具を１４ロウ付けするために必要な銀ロウ材２２の量は、全体のロウ付けに必要な銀ロウ材２２の量に対してその比率が小さいので、結果にその影響が現れなかったものと考えられる。
【００６４】
以上の５種類の確認試験の結果を要約すると、金属製外筒８の内径（Ｘ）がφ２．０ｍｍ〜φ４．８ｍｍ、電極取り出し金具１４の外径（Ｙ）がφ０．４ｍｍ〜φ２．５ｍｍの範囲で、金属製外筒８の内径（Ｘ）と電極取り出し金具１４の外径（Ｙ）との差（Ｘ−Ｙ）が１．５ｍｍ以上であれば、ロウ付け作業後にセラミックス発熱体６の上端面６ａ上に銀ロウ材が残らず、電極取り出し金具１４と金属製外筒８との短絡は生じない。
【００６５】
また、金属製外筒８の内面の表面処理が、ステンレス鋼（ＳＵＳ４３０）にＮｉメッキ、または、ステンレス鋼（ＳＵＳ４３０）に表面処理無しで、セラミックス発熱体６の表面処理が、Ｎｉペースト塗布後のメタライジング処理、またはガラス処理被膜の場合には、表面処理の有無、または変更によっては、前記金属製外筒８の内径（Ｘ）と電極取り出し金具１４の外径（Ｙ）との差（Ｘ−Ｙ）が１．５ｍｍ以上の場合における試験結果に影響を与えない。すなわち、金属製外筒８で表面処理無しでも、試験結果に影響を与えていないことから、少なくともステンレス鋼程度のぬれ性（親和性）を確保できれば良いことがわかる。さらに、銀ロウ材２２の銀含有率が７０％以上の場合と、セラミックス発熱体６の外周面と金属製外筒８の内周面との隙間を５０〜１００μとした場合も、同様である。
【００６６】
【発明の効果】
以上説明したように本発明のセラミックヒータ型グロープラグは、セラミックス発熱体の端部に電極取り出し金具を銀ロウ付けするとともに、この電極取り出し金具が接合されたセラミックス発熱体の端部を、金属製外筒の内部に収容した状態で銀ロウ付けにより接合したセラミックヒータを備えており、特に、前記金属製外筒の内径Ｘと電極取り出し金具の外径Ｙとが、Ｘ−Ｙ≧１．５ｍｍの条件を満たすようにしたので、銀ロウ付けをした後に、セラミックス発熱体の端面の金属製外筒と電極取り出し金具との間に銀ロウ材が残ってしまうことが無く、金属製外筒と電極取り出し金具とが短絡することがない。
【００６７】
また、請求項１０に記載のセラミックヒータ型グロープラグの製造方法は、前記セラミックス発熱体と前記電極取り出し金具との間およびセラミックス発熱体と金属製外筒との間を一回の銀ロウ付けにより接合するようにしたので、少ない工程で品質の良いロウ付けを行うことが可能になり、大幅なコストダウンを図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態に係るセラミックヒータ型グロープラグの縦断面図である。
【図２】図（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、前記セラミックヒータ型グロープラグのセラミックヒータをロウ付けにより組み付ける工程を示す図であり、正常なロウ付けが行われた場合を示す。
【図３】図（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、前記セラミックヒータ型グロープラグのセラミックヒータをロウ付けにより組み付ける工程を示す図であり、異常なロウ付け状態となった場合を示す。
【図４】従来のセラミックヒータ型グロープラグの一例を示す縦断面図である。
【図５】第１の確認試験の結果を示す表である。
【図６】第１の確認試験の結果を示すグラフである。
【図７】第２の確認試験の結果を示す表である。
【図８】第３の確認試験の結果を示す表である。
【図９】第４の確認試験の結果を示す表である。
【図１０】第５の確認試験の結果を示す表である。
【符号の説明】
６    セラミックス発熱体
８    金属製外筒
９    セラミックヒータ
１４    電極取り出し金具
２２    銀ロウ材
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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