(57)【要約】【課題】  半導体チップを搭載したグロープラグにおいて、半導体チップから発生する熱によって半導体チップが破壊されてしまうことを防止できるグロープラグを提供する。【解決手段】  筒形状であって、その外周にエンジンに固定するためのねじ部１１が設けられると共に、絶縁部材２１にインサート成形される発熱体２２を、パイプ部材２０を介して保持し、発熱体２２に接続される電極２３ａ、２３ｂ、３０、３１を収納したハウジング１０を備えて構成されるグロープラグにおいて、ハウジング１０にかしめ固定されるヒートシンク５０と、ヒートシンク５０にセラミック基板６０が設置されると共に、このセラミック基板６０上に設置され、スイッチング信号によって制御されることでバッテリ電圧に基づくスイッチング電圧を出力するパワートランジスタを備えた半導体チップ６１と、を備えることを特徴とする。【選択図】        図１
2006153293.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
筒形状であって、その外周にエンジンに固定するためのねじ部（１１）が設けられるハウジング（１０）と、
筒形状であって、その一端側が前記ハウジングの一端側に保持されると共に、他端側が前記ハウジングの一端側から露出するパイプ部材（２０）と、
棒形状であって、前記パイプ部材の内部に設けられると共に、前記棒形状の一端側が前記パイプ部材の他端側から露出するように設けられる絶縁部材（２１）と、
前記絶縁部材の一端側にインサート成形されると共に、通電されることで発熱する発熱体（２２）と、
金属棒形状であると共に前記ハウジングに収納され、前記金属棒形状の一端側が前記発熱体に電気的に接続されると共に、前記金属棒形状の他端側が固定部材（４０〜４３）によって前記ハウジングの他端側に固定される中軸（３０）と、を備えて構成されるグロープラグであって、
前記ハウジングの他端側にかしめ固定されるヒートシンク（５０、５４）と、
前記ヒートシンクに基板（６０）が設置されると共に、この基板上に設置され、スイッチング信号によって制御されることでバッテリ電圧に基づくスイッチング電圧を出力するパワートランジスタを備えた半導体チップ（６１）と、を備えることを特徴とするグロープラグ。
【請求項２】
前記ヒートシンクにコネクタ（７０）が一体成形されると共に、このコネクタに複数のターミナル（８１〜８３）が一体成形されており、
前記複数のターミナルを介して前記半導体チップに前記スイッチング信号、前記バッテリ電圧に基づく電圧が入力されると、前記スイッチング電圧が前記半導体チップから前記中軸を介して前記発熱体に入力されるようになっていることを特徴とする請求項１に記載のグロープラグ。
【請求項３】
前記基板は板形状になっており、その板形状の表面が前記ヒートシンクの面に垂直に設置されることで、前記基板が前記ヒートシンクに対して縦置きの状態とされていることを特徴とする請求項１または２に記載のグロープラグ。
【請求項４】
筒形状であって、その外周にエンジンに固定するためのねじ部（１１）が設けられるハウジング（１０）と、
筒形状であって、その一端側が前記ハウジングの一端側に保持されると共に、他端側が前記ハウジングの一端側から露出するパイプ部材（２０）と、
棒形状であって、前記パイプ部材の内部に設けられると共に、前記棒形状の一端側が前記パイプ部材の他端側から露出するように設けられる絶縁部材（２１）と、
前記絶縁部材の一端側にインサート成形されると共に、通電されることで発熱する発熱体（２２）と、
金属棒形状であると共に前記ハウジングに収納され、前記金属棒形状の一端側が前記発熱体に電気的に接続されると共に、前記金属棒形状の他端側が固定部材（４０〜４３）によって前記ハウジングの他端側に固定されており、前記金属棒形状の他端側が前記固定部材から突出する中軸（３０）と、を備えて構成されるグロープラグであって、
板状のヒートシンク（５１）と、このヒートシンクの片面に基板（６０）が設置されると共に、前記基板上に設置され、スイッチング信号によって制御されることでバッテリ電圧に基づくスイッチング電圧を出力するパワートランジスタを備えた半導体チップ（６１）と、前記半導体チップ、前記基板、そして前記ヒートシンクにおいて前記基板が搭載されていない部分を覆うモールド樹脂部（７１ｄ）と、
前記半導体チップと電気的に接続されると共に、前記中軸の他端側と電気的に接続されるコンタクト端子（７１ｂ）と、を備えており、
前記コンタクト端子をインサート成形すると共に、前記ヒートシンクにおいて前記モールド樹脂部が設けられていない面が露出するように前記モールド樹脂部をインサート成形する樹脂コネクタ（７１）を有することを特徴とするグロープラグ。
【請求項５】
前記樹脂コネクタは、その外面が金属カバー（５２）で覆われていると共に、この金属カバーは、前記樹脂コネクタから露出する前記ヒートシンクに接触しており、前記金属カバーの端部（５２ａ）は前記ハウジングの他端側に接触していることを特徴とする請求項４に記載のグロープラグ。
【請求項６】
前記ハウジングの他端側には、ハウジングカバー（５３）がかしめ固定されており、
前記樹脂コネクタはその外面が金属カバー（５２）で覆われていると共に、前記金属カバーは前記樹脂コネクタから露出する前記ヒートシンクに接触した状態になっており、
前記金属カバーの端部（５２ａ）は、前記ハウジングカバーに接触していることを特徴とする請求項４に記載のグロープラグ。
【請求項７】
前記樹脂コネクタには、ワイヤハーネス部（７１ｅ）が一体にされており、このワイヤハーネス部を介して前記スイッチング信号および前記バッテリ電圧に基づく電圧が前記半導体チップに入力されるようになっていることを特徴とする請求項４ないし６のいずれか１つに記載のグロープラグ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体チップの熱を放出するようにしたグロープラグに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、例えばディーゼルエンジンにおいてエンジンの始動性を高めるため、各気筒にグロープラグを設置すると共に、各グロープラグを各気筒内で加熱して初期着火をアシストする手法が広く実施されている。
【０００３】
上記グロープラグを各気筒別に制御する、具体的に気筒別断線検出や気筒別温度制御を行うため、各グロープラグに対応した半導体チップを備えたコントローラを用いる方法が知られている。このコントローラには、各グロープラグの断線判定やダイアグ出力、温度制御を行うために半導体チップやマイコンが搭載される。そして、コントローラは、エンジンＥＣＵから入力されるスイッチング信号に基づき、半導体チップに形成されたパワートランジスタをオンまたはオフさせ、そのオンまたはオフ信号を各グロープラグに出力することにより、各グロープラグへの電力供給を図っている。
【０００４】
しかしながら、上記半導体チップは発熱部品であり、１つの半導体チップが１７０℃以上にもなる。このような半導体チップをコントローラに集約すると、各半導体チップの熱を放出しきれなくなるばかりでなく、積極的に放熱を促さないと半導体チップが自分自身の熱で壊れてしまう可能性があり、各グロープラグに電力を供給することができなくなる恐れがある。
【０００５】
そこで、コントローラを廃止し、コントローラに搭載されていた半導体チップを各グロープラグ内部に設けるようにしたものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。このようなグロープラグでは、グロープラグの外形をなすハウジング内に回路ユニットが収納されていると共に、この回路ユニットにパワートランジスタを備えた半導体チップが搭載されている。そして、エンジンＥＣＵからワイヤハーネス等を介してこの回路ユニットに信号が入力されると、半導体チップからグロープラグの発熱体に電力が供給され、各気筒が加熱される。
【特許文献１】特表２００３−５０９６５２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記従来の技術では、半導体チップが回路ユニットに搭載され、さらにその回路ユニットがグロープラグの内部に収納されているため、半導体チップにて発生する熱を放出することができなくなっている。グロープラグ内では半導体チップから発生する熱の逃げ場がないため、その熱によって半導体チップが破壊されてしまう可能性がある。
【０００７】
また、近年では、エンジンを始動させた後にもグロープラグに通電を行って各気筒を加熱するアフターグローの要望が高まっている。これは、各気筒から排出される排気ガス中のＨＣ（炭化水素）を減少させる効果があるからである。このようなことから、アフターグローがなされて半導体チップに長時間通電がなされると、長時間半導体チップが熱にさらされることになる。したがって、半導体チップから確実に熱を放出する必要がある。
【０００８】
本発明は、上記点に鑑み、半導体チップを搭載したグロープラグにおいて、半導体チップから発生する熱によって半導体チップが破壊されてしまうことを防止できるグロープラグを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、ハウジング（１０）にかしめ固定されるヒートシンク（５０）と、ヒートシンクに基板（６０）が設置されると共に、この基板上に設置され、スイッチング信号によって制御されることでバッテリ電圧に基づくスイッチング電圧を出力するパワートランジスタを備えた半導体チップ（６１）と、を備えることを特徴としている。
【００１０】
このように、熱を発生する半導体チップを、基板を介してヒートシンクに搭載する。これにより、半導体チップにて発生した熱を、基板を介してヒートシンクに放出することができる。また、ハウジングはその外周に形成されたねじ部を介してエンジンに固定されると共に、ハウジングの他端側にヒートシンクがかしめ固定される。これにより、ヒートシンクが半導体チップから受けた熱を、ハウジングを介してエンジンに放出することができる。
【００１１】
以上のように、半導体チップにて発生する熱をエンジンに放出することができることから、半導体チップにおける熱ストレスを低減させることができると共に、半導体チップが熱によって破壊してしまうことを防止できる。したがって、半導体チップの信頼性を向上させることができる。
【００１２】
また、半導体チップをグロープラグに一体化させているため、エンジンＥＣＵ内に半導体チップおよび半導体チップの放熱のためのヒートシンクを設ける必要がなくなる。したがって、エンジンＥＣＵの小型化を図ることができる。
【００１３】
請求項２に記載の発明では、ヒートシンクにコネクタ（７０）が一体成形されると共に、このコネクタに複数のターミナル（８１〜８３）が一体成形されており、複数のターミナルを介して半導体チップにスイッチング信号、バッテリ電圧に基づく電圧が入力されると、スイッチング電圧が半導体チップから中軸を介して発熱体に入力されるようになっていることを特徴としている。
【００１４】
このように、ターミナルを備えたコネクタをヒートシンクに一体成形する。これにより、ヒートシンクをハウジングに固定するだけで、コネクタをハウジングに一体にすることができ、コネクタのハウジングに対する装着性を向上させることができる。なお、各ターミナルに入力された各信号が半導体チップに入力されることで、発熱体にスイッチング電圧を与えることができる。
【００１５】
請求項３に記載の発明では、基板は板形状になっており、その板形状の表面がヒートシンクの面に垂直に設置されることで、基板がヒートシンクに対して縦置きの状態とされていることを特徴としている。通常、市販されているパワートランジスタは予めＰＢＴ樹脂等でモールドされ、ターミナルが形成されておりターミナル軸方向に長い形状となっているため、搭載スペース上縦に置くことで容易に搭載が可能となる。したがって、このように、基板をヒートシンクに対して縦置き設置しても良い。
【００１６】
請求項４に記載の発明では、樹脂コネクタ（７１）において、半導体チップ（６０）がモールド樹脂部（７１ｄ）を介して設置される板状のヒートシンク（５１）と、半導体チップと電気的に接続されてグロープラグの中軸の他端側と電気的に接続されるコンタクト端子（７１ｂ）と、がインサート成形されており、上記ヒートシンクにおいてモールド樹脂部が設けられていない面が露出するようになっていることを特徴としている。
【００１７】
このように、半導体チップを内蔵した樹脂コネクタにおいて、コンタクト端子を中軸に差し込むことで樹脂コネクタをグロープラグに一体化させる。これにより、半導体チップを内蔵した樹脂キャップを中軸に差し込むだけでよいので、従来グロープラグをそのまま使用することができる。
【００１８】
また、半導体チップは、樹脂コネクタから露出してインサート成形されるヒートシンクに、基板を介して設置される。これにより、半導体チップにて発生した熱を、基板およびヒートシンクを介して外部に放出することができる。したがって、半導体チップの熱ストレスを低減でき、ひいては半導体チップが熱によって破壊されてしまうことを防止できる。
【００１９】
さらに、請求項１と同様に、エンジンＥＣＵ内に半導体チップおよび半導体チップの放熱のためのヒートシンクを設けないようにしたので、エンジンＥＣＵの小型化を図ることができる。
【００２０】
請求項５に記載の発明では、樹脂コネクタは、その外面が金属カバー（５２）で覆われていると共に、この金属カバーは、樹脂コネクタから露出するヒートシンクに接触しており、金属カバーの端部（５２ａ）はハウジングの他端側に接触していることを特徴としている。
【００２１】
このように、樹脂コネクタを金属カバーで覆うと共に、金属カバーを樹脂コネクタから露出するヒートシンクに接触させる。さらに、金属カバーの端部をハウジングの他端側に接触させる。これにより、樹脂コネクタ内のヒートシンクが基板を介して半導体チップから受けた熱を、金属カバーに放出することができる。さらに、金属カバーが受け取った熱をハウジングに放出することができると共に、ハウジングが受け取った熱をエンジンに放出することができる。このようにして、半導体チップの熱を樹脂コネクタ外部に放出することができる。
【００２２】
請求項６に記載の発明では、ハウジングの他端側には、ハウジングカバー（５３）がかしめ固定されており、樹脂コネクタはその外面が金属カバー（５２）で覆われていると共に、金属カバーは樹脂コネクタから露出するヒートシンクに接触した状態になっており、金属カバーの端部（５２ａ）は、ハウジングカバーに接触していることを特徴としている。
【００２３】
このように、ハウジングの他端側にハウジングカバーを設けると共に、樹脂コネクタを金属カバーで覆う。そして、金属カバーを樹脂コネクタから露出したヒートシンクおよびハウジングカバーに接触させている。これにより、半導体チップにて発生した熱を、基板、ヒートシンク、金属カバー、ハウジングカバー、そしてハウジングを介してエンジンに放出することができる。また、ハウジングカバーを設けることで、熱を放出する表面積が増える。これにより、素早く熱を放出することができる。
【００２４】
請求項７に記載の発明では、樹脂コネクタには、ワイヤハーネス部（７１ｅ）が一体にされており、このワイヤハーネス部を介してスイッチング信号およびバッテリ電圧に基づく電圧が半導体チップに入力されるようになっていることを特徴としている。このように、ワイヤハーネス部を樹脂コネクタに一体にして、半導体チップに各信号を入力することができる。
【００２５】
なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
（第１実施形態）
以下、本発明の第１実施形態について図を参照して説明する。
【００２７】
図１は、本発明の第１実施形態に係るグロープラグの全体概略断面図である。図１に示されるように、グロープラグ１００は、導電性の鉄鋼材料（例えば鉄（Ｓ２５Ｃ））よりなる円管状構造のハウジング（主体金具）１０を有しており、このハウジング１０には、エンジンブロックに固定されるねじ部１１が形成されている。ハウジング１０は、このねじ部１１を介してエンジンブロックに固定されることで、接地された状態となる。
【００２８】
ハウジング１０の一端側には、筒状のパイプ部材（例えばステンレス）２０が固定されている。具体的には、パイプ部材２０の一端側がハウジング１０の一端側内部に保持されると共に、パイプ部材２０の他端側がハウジング１０の一端側から露出している。
【００２９】
また、ハウジング１０の他端側には、レンチを用いてグロープラグ１００をエンジンに取り付けるためのレンチとの嵌合部１２が形成されている。この嵌合部１２の外周は多角形状（例えば六角形状）になっている。
【００３０】
上記パイプ部材２０の内部には絶縁部材２１が保持されている。この絶縁部材２１の一端側には、絶縁部材の先端でＵ字型に折り返された発熱体２２がインサート成形されており、このＵ字型の発熱体２２の両端には、絶縁部材２１の一端側から他端側に伸びる電極２３ａ、２３ｂがそれぞれインサート成形されている。そして、絶縁部材２１の一端側が、パイプ部材２０の他端側から露出するようにパイプ部材２０に保持される。
【００３１】
このような絶縁部材２１は、例えば窒化ケイ素よりなるセラミックで構成され、発熱体２２は、例えば窒化ケイ素および二ケイ化モリブデンよりなるセラミックで構成される。また、電極２３ａ、２３ｂは、例えばタングステンよりなるものである。
【００３２】
ハウジング１０の内部において、絶縁部材２１の他端側（電極２３ａ、２３ｂ側）には、金属（例えば鉄（Ｓ２５Ｃ））製の棒状の中軸３０が収納されている。この中軸３０の一端側には筒状の端子３１と、この端子３１を保持するキャップ３２が固定されており、端子３１が絶縁部材２１の他端側にはめ込まれた状態になっている。これにより、絶縁部材２１の内部の電極２３ａと端子３１との電気的導通が図られている。なお、絶縁部材２１の内部のもう一方の電極２３ｂは、図１に示されるようにパイプ部材２０に接触している。したがって、電極２３ｂはパイプ部材２０を介してハウジング１０と電気的に導通した状態になっている。
【００３３】
ハウジング１０の他端側（すなわち、中軸３０の他端側）において、中軸３０の外壁面とハウジング１０の内壁面との間に、ガラスシール４０、パッキン部材４１、絶縁ブッシュ４２がハウジング１０の一端側から順に設けられている。
【００３４】
ガラスシール４０は、ガラスよりなるシール部材であり、パッキン部材４１は、例えばＯリングよりなるシール部材である。また、絶縁ブッシュ４２は、例えばフェノール等の樹脂よりなるものである。この絶縁ブッシュ４２にはフランジ部が設けられており、絶縁ブッシュ４２がハウジング１０の内部に侵入してしまわないようになっている。そして、中軸３０の他端側に設けられたねじ部分に端子ナット４３が固定される。この端子ナット４３は、上記絶縁ブッシュ４２のフランジ部分をハウジング１０側に押さえつけている。これにより、ハウジング１０の内部が密閉されると共に、中軸３０がハウジング１０の内部に固定される。なお、ガラスシール４０、パッキン部材４１、絶縁ブッシュ４２、そして端子ナット４３は、本発明の固定部材に相当する。
【００３５】
そして、ハウジング１０の他端側には、ヒートシンク５０が設置されている。具体的には、ヒートシンク５０は容器形状をなしており、その容器の端部にフランジ部５０ａが形成されていると共に、ハウジング１０の嵌合部１２の端部１２ａがヒートシンク５０のフランジ部５０ａにかしめ固定されている。このようなヒートシンク５０に、例えばＡｌ（アルミニウム）が採用される。
【００３６】
ヒートシンク５０の端面５０ｂには、セラミック基板（本発明でいう基板）６０を介して半導体チップ６１が設置されており、この半導体チップ６１には、パワートランジスタ（以下、ＰＴｒという）が形成されている。
【００３７】
後で詳しく述べるが、このＰＴｒにはエンジンＥＣＵからスイッチング信号およびバッテリ電圧が入力されるようになっており、このスイッチング信号でＰＴｒをスイッチングすることで、バッテリのバッテリ電圧に基づくスイッチング電圧が出力されるようになっている。本実施形態では、上記半導体チップ６１に形成されるＰＴｒとして、例えばｐ型ＭＯＳＦＥＴやＩＧＢＴが採用される。
【００３８】
また、半導体チップ６１と中軸３０との電気的導通を図るため、ヒートシンク５０には、ヒートシンク５０の端面５０ｂの一部が貫通する孔が設けられ、その孔に図示しない配線をインサート成形した樹脂部５０ｃが一体にされている。
【００３９】
なお、半導体チップ６１のアースはヒートシンク５０に電気的に接続されている。また、ヒートシンク５０のフランジ部５０ａとハウジング１０の他端側との間には、パッキン１２ｂが設置されており、ヒートシンク５０の内部（つまり、端子ナット４３等の部材が設置される空間）が密閉される。
【００４０】
上記ヒートシンク５０には、外部ワイヤハーネス等との接続部分となるコネクタ７０が一体成形されており、このコネクタ７０には上記半導体チップ６１や中軸３０に信号を入力するための複数のターミナル８０が一体成形されている。このようなコネクタ７０は、例えばＰＢＴ（ポリブチレンテレフタレート）で形成される。
【００４１】
図２は、図１のＡ矢視図である。図２に示されるように、本実施形態では、ターミナル８０は３端子になっている。ターミナル８０のうち一本は、バッテリ電圧が定電圧である＋Ｂ電圧に変換されて入力される＋Ｂ入力用ターミナル８１である。また、ターミナル８０のうち一本は、エンジンＥＣＵからスイッチング信号が入力されるスイッチング信号入力用ターミナル８２である。そして、ターミナル８０のうち一本は、断線を検出するための断線検出用ターミナル８３である。
【００４２】
＋Ｂ入力用ターミナル８１は、半導体チップ６１を介して中軸３０に電気的に接続されている。スイッチング信号入力用ターミナル８２および断線検出用ターミナル８３は、半導体チップ６１に電気的に接続されている。
【００４３】
以上が、グロープラグ１００の構成である。このような構成を有するグロープラグ１００において、半導体チップ６１にて発生した熱は、以下のようにグロープラグ１００の外部に放出される。まず、半導体チップ６１が作動することにより熱が発生すると、その熱は、半導体チップ６１を搭載したセラミック基板６０を介してヒートシンク５０に伝達される。上述のように、ヒートシンク５０はハウジング１０の他端側にかしめ固定されているため、ヒートシンク５０が受けた熱はハウジング１０の他端側に伝達される。
【００４４】
ハウジング１０にはねじ部１１が形成されており、このねじ部１１を介してハウジング１０はエンジンに固定されているため、ハウジング１０がヒートシンク５０から受けた熱は、ハウジング１０を介してエンジンに放出される。以上のようにして、半導体チップ６１をグロープラグ１００に搭載しつつ、半導体チップ６１から発生する熱を、ヒートシンク５０およびハウジング１０を介してエンジンに放出することができる。
【００４５】
続いて、図１に示されるグロープラグ１００の作動について、図３を参照して説明する。図３は、グロープラグ１００に電力を与える電力供給システムの回路図である。
【００４６】
まず、図３に示される電力供給システムについて説明する。図３に示されるように、電力供給システムは、上述したグロープラグ１００が複数個と、バッテリ２００と、エンジンＥＣＵ３００と、を備えて構成されている。
【００４７】
バッテリ２００は、車両に搭載された車載用バッテリであり、バッテリ電圧を例えばレギュレータ（図示しない）を介して定電圧（＋Ｂ電圧）とした後、＋Ｂ電圧を各グロープラグ１００に入力するものである。
【００４８】
エンジンＥＣＵ３００は、エンジンの燃料噴射時期等を制御する周知のエンジン制御回路であり、各グロープラグ１００にスイッチング信号を出力する機能を有している。スイッチング信号は、例えば高周波信号に相当し、エンジンＥＣＵ１００にて気筒内の温度や圧力に応じてスイッチング信号の周期が制御されるようになっている。
【００４９】
さらに、エンジンＥＣＵ３００は、各グロープラグ１００に設置された半導体チップ６１の内部回路の断線や各グロープラグ１００とエンジンＥＣＵ３００との間の断線を検出する断線検出回路およびダイアグ回路を有している。断線検出回路は、例えば電圧に対するしきい値を有しており、断線検出回路に入力される電圧値がしきい値を超えなくなると、断線が起こっていると判定する機能を有している。また、ダイアグ回路は断線検出回路で検出した断線情報をエンジンＥＣＵ３００内の制御回路に出力する機能を有している。
【００５０】
図３に示されるように、断線検出回路には半導体チップ６１に形成されたＰＴｒから出力される信号が入力されるようになっている。したがって、断線検出回路は、各グロープラグ１００から入力される信号がしきい値を下回ると、どのグロープラグ１００に断線が起こっているのかを判定できるようになっている。これにより、ダイアグ回路にてその結果をエンジンＥＣＵ３００内の制御回路に出力できる。
【００５１】
上記のような電力供給システムにおいて、各グロープラグ１００は以下のように加熱される。まず、各グロープラグ１００に対して、＋Ｂ入力用ターミナル８１を介してバッテリ２００のバッテリ電圧が一定電圧とされた＋Ｂ電圧が入力される。一方、エンジンＥＣＵ３００からスイッチング信号が各グロープラグ１００のスイッチング信号入力用ターミナル８２を介して半導体チップ６１のＰＴｒに入力される。これにより、ＰＴｒがスイッチングされ、＋Ｂ電圧に基づくスイッチング電圧が、中軸３０、端子３１、電極２３ａを介して発熱体２２に入力される。これにより、発熱体２２は、印加されるスイッチング電圧に応じて発熱し、エンジンの各気筒内を加熱する。
【００５２】
また、上記のような電力供給システムにおいて、各グロープラグ１００における断線は以下のように検出される。上述のように、エンジンＥＣＵ３００内の断線検出回路には、断線検出用ターミナル８３を介して、各グロープラグ１００に設置されたＰＴｒと発熱体２２との間の電圧値、すなわち、スイッチング電圧が入力されるようになっている。したがって、断線検出回路にスイッチング電圧のパルスがしきい値を超えず、パルスが連続して入力されなくなると、断線検出回路は上記配線経路に断線が生じたと判定する。この結果は、ダイアグ回路によりエンジンＥＣＵ３００内の制御回路に出力される。こうして、電力供給システム内の断線を検出することができる。
【００５３】
以上、説明したように、本実施形態では、熱を発生する半導体チップ６１を、セラミック基板６０を介してヒートシンク５０に搭載することを特徴としている。これにより、半導体チップ６１にて発生した熱を、セラミック基板６０を介してヒートシンク５０に放出することができる。
【００５４】
また、ハウジング１０はその外周に形成されたねじ部１１を介してエンジンに固定されると共に、ヒートシンク５０がハウジング１０の他端側にかしめ固定されている。これにより、ヒートシンク５０が半導体チップ６１から受けた熱を、ハウジング１０を介してエンジンに放出することができる。
【００５５】
以上のように、半導体チップ６１にて発生する熱をエンジンに放出することができることから、半導体チップ６１における熱ストレスを低減させることができると共に、半導体チップ６１が熱によって破壊してしまうことを防止できる。したがって、半導体チップ６１の信頼性を向上させることができる。
【００５６】
また、本実施形態では、ターミナル８０を備えたコネクタ７０をヒートシンク５０に一体成形している。これにより、ヒートシンク５０をハウジング１０に固定するだけで、コネクタ７０をハウジング１０に一体にすることができるので、コネクタ７０のハウジング１０に対する装着性を向上させることができる。
【００５７】
なお、半導体チップ６１をグロープラグ１００に一体化させている。これにより、エンジンＥＣＵ３００内に半導体チップ６１および半導体チップ６１の放熱のためのヒートシンク５０を設ける必要がなくなる。したがって、エンジンＥＣＵ３００の小型化を図ることができる。
【００５８】
（第２実施形態）
本実施形態では、第１実施形態と異なる部分についてのみ説明する。図４は、本発明の第２実施形態に係るグロープラグの全体概略断面図である。本実施形態は、ハウジング１０の他端側にヒートシンク５０をかしめる端部１２ａが形成されていないこと、およびヒートシンク５０をハウジング１０の他端側にかしめ固定することを除き、第１実施形態と同一である。なお、図４において、図１に示されるグロープラグ１００に同一もしくは均等である部分には、説明の簡略化を図るべく、図４中、同一符号を付してある。
【００５９】
図４に示されるように、グロープラグ１００において、中軸３０の他端側が端子ナット４３から突出した形態となっている。本実施形態では、グロープラグ１００の中軸３０の他端側に樹脂コネクタ７１が装着された状態になっている。
【００６０】
この樹脂コネクタ７１は、キャップ部７１ａと、コンタクト端子７１ｂと、配線７１ｃと、ヒートシンク５１と、セラミック基板６０と、半導体チップ６１と、モールド樹脂部７１ｄと、を備えて構成されている。
【００６１】
キャップ部７１ａは、樹脂コネクタ７１の外形をなすものであり、例えばＰＢＴで形成される。コンタクト端子７１ｂはキャップ部７１ａにインサート成形される電極であり、例えば鉄等を含む金属で構成される。このコンタクト端子７１ｂは、図４に示されるように、筒形状をなしており、一端側が開口している。そして、このコンタクト端子７１ｂの開口部分からグロープラグ１００の中軸３０の他端側が挿入されると、キャップ部７１ａがグロープラグ１００に固定されると共に、中軸３０とコンタクト端子７１ｂとが電気的に接続される。配線７１ｃは、コンタクト端子７１ｂと半導体チップ６１との電気的導通を図るものであり、キャップ部７１ａにインサート成形される。
【００６２】
ヒートシンク５１、セラミック基板６０、半導体チップ６１、およびモールド樹脂部７１ｄはチップ部をなしており、エンジンＥＣＵ３００から入力される＋Ｂ電圧およびスイッチング電圧に基づくスイッチング電圧を出力するものである。
【００６３】
チップ部においては、板状のヒートシンク５１の一方の面にセラミック基板６０が固定され、セラミック基板６０上に半導体チップ６１が設置されている。そして、半導体チップ６１およびセラミック基板６０、およびヒートシンク５１の一部を覆うように、モールド樹脂部７１ｄが設けられている。
【００６４】
そして、キャップ部７１ａにおいてコンタクト端子７１ｂに対向する場所に、ヒートシンク５１において半導体チップ６１がモールドされた面がコンタクト端子７１ｂ側に向けられると共に、モールド樹脂部７１ｄがキャップ部７１ａに埋設される。
【００６５】
図５は、図４のＢ矢視図である。図５に示されるように、ヒートシンク５１において、モールド樹脂部７１ｄが設けられた面とは反対側の面がキャップ部７１ａから露出した状態とされる。これは、ヒートシンク５１がセラミック基板６０を介して半導体チップ６１から受けた熱を樹脂コネクタ７１の外部に放出するためである。
【００６６】
また、図４に示されるように、配線がインサート成形されたワイヤハーネス部７１ｅが樹脂コネクタ７１に一体とされている。ワイヤハーネス部７１ｅにインサート成形される配線は、＋Ｂ電圧用、スイッチング信号用、断線検出用のそれぞれに対応したものである。したがって、これらの各信号が入力される配線が半導体チップ６１に接続されることで、エンジンＥＣＵ３００から半導体チップ６１に＋Ｂ電圧、スイッチング信号が入力されると共に、半導体チップ６１からエンジンＥＣＵ３００に断線検出信号が入力されることとなる。
【００６７】
以上のように、本実施形態では半導体チップ６１を内蔵した樹脂コネクタ７１を中軸３０に接続し、樹脂コネクタ７１をグロープラグ１００に一体化させている。なお、本実施形態におけるグロープラグ１００に対する電力供給および断線検出の方法は、上記第１実施形態と同じである。
【００６８】
本実施形態において、半導体チップ６１にて発生した熱は、以下のようにして放出される。まず、半導体チップ６１が作動することにより熱が発生すると、その熱は、半導体チップ６１を搭載したセラミック基板６０を介してヒートシンク５１に伝達される。上述のように、ヒートシンク５１は樹脂コネクタ７１のキャップ部７１ａから露出した状態になっているため、ヒートシンク５１が受けた熱はヒートシンク５１から直接外部に放出される。以上のようにして、半導体チップ６１から発生する熱を、ヒートシンク５１を介して樹脂コネクタ７１の外部に直接放出することができる。
【００６９】
以上、説明したように、本実施形態では、半導体チップ６１を内蔵した樹脂コネクタ７１において、コンタクト端子７１ｂを中軸３０に差し込むことで樹脂コネクタ７１を中軸３０に一体化させる。これにより、樹脂コネクタ７１を従来使用されているグロープラグに一体化させるだけで良いため、従来のグロープラグをそのまま使用することができる。
【００７０】
また、半導体チップ６１は、樹脂コネクタ７１から露出してインサート成形されるヒートシンク５１に、セラミック基板６０を介して設置される。これにより、半導体チップ６１にて発生した熱を、セラミック基板６０およびヒートシンク５１を介して外部に放出することができる。したがって、半導体チップ６１の熱ストレスを低減でき、ひいては半導体チップ６１が熱によって破壊されてしまうことを防止できる。
【００７１】
（第３実施形態）
本実施形態では、第２実施形態と異なる部分についてのみ説明する。図６は、本発明の第３実施形態に係るグロープラグの全体概略断面図である。また、図７は、図６のＣ矢視図である。なお、図６において、図１および図４に示されるグロープラグ１００に同一もしくは均等である部分には、説明の簡略化を図るべく、図６中、同一符号を付してある。
【００７２】
図６に示されるように、第３実施形態で示されるグロープラグの構成において、樹脂コネクタ７１の外面が金属カバーとして構成されるヒートシンク５２で覆われている。このようにヒートシンク５２で覆われた樹脂コネクタ７１がグロープラグ１００の中軸３０に差し込まれると、ヒートシンク５２の端部５２ａがハウジング１０の他端側に接触した状態になる。また、ヒートシンク５２は、樹脂コネクタ７１のキャップ部７１ａから露出したヒートシンク５１に接触している。そして、図６および図７に示されるように、樹脂コネクタ７１を被覆するヒートシンク５２は、キャップ部７１ａから露出するヒートシンク５１に接触する部分がくぼんだ形状になっている。
【００７３】
したがって、本実施形態では、半導体チップ６１にて発生した熱は、セラミック基板６０、ヒートシンク５１、５２を介して樹脂コネクタ７１の外部に放出されることとなる。このとき、ヒートシンク５２においては、その表面で熱が放出されると共に、その端部５２ａがハウジング１０と接触している。これにより、ヒートシンク５２が受けた熱は、ハウジング１０を介してエンジンに放出されることとなる。
【００７４】
以上、説明したように、本実施形態では、樹脂コネクタ７１をヒートシンク５２で覆うと共に、ヒートシンク５２を樹脂コネクタ７１から露出したヒートシンク５２に接触させる。さらに、ヒートシンク５２の端部５２ａをハウジング１０の他端側に接触させる。これにより、ヒートシンク５１がセラミック基板６０を介して半導体チップ６１から受けた熱を、ヒートシンク５２に放出することができる。さらに、ヒートシンク５２が受け取った熱をハウジング１０に放出することができると共に、ハウジング１０が受け取った熱をエンジンに放出することができる。このようにして、半導体チップ６１の熱を、確実に樹脂コネクタ７１の外部に放出することができる。
【００７５】
（第４実施形態）
本実施形態では、第１〜第３実施形態と異なる部分についてのみ説明する。図８は、本発明の第４実施形態に係るグロープラグの全体概略断面図である。なお、図８において、図１、図４、図６に示されるグロープラグ１００に同一もしくは均等である部分には、説明の簡略化を図るべく、図８中、同一符号を付してある。
【００７６】
本実施形態では、第１実施形態と同様に、ハウジング１０の他端側にハウジングカバーとして構成される容器形状のヒートシンク５３がかしめ固定され、中軸３０がヒートシンク５３に設けられた孔から突出した状態になっている。このような状態において、第３実施形態で示されたヒートシンク５２で被覆された樹脂コネクタ７１が、グロープラグ１００の中軸３０に差し込まれている。このとき、ヒートシンク５２の端部５２ａは、ハウジング１０の他端側にかしめ固定されたヒートシンク５３に接触することとなる。
【００７７】
したがって、本実施形態では、半導体チップ６１にて発生した熱は、セラミック基板６０、ヒートシンク５１、５２を介して樹脂コネクタ７１の外部に放出される。また、ヒートシンク５２の端部５２ａはハウジング１０の他端側にかしめ固定されたヒートシンク５３と接触している。これにより、ヒートシンク５２が受けた熱は、ハウジング１０の他端側にかしめ固定されたヒートシンク５３およびハウジング１０を介してエンジンに放出される。
【００７８】
以上、説明したように、本実施形態では、ハウジング１０の他端側にヒートシンク５３を設けると共に、樹脂コネクタ７１をヒートシンク５２で覆う。そして、ヒートシンク５２を樹脂コネクタ７１から露出したヒートシンク５１およびヒートシンク５３に接触させている。これにより、半導体チップ６１にて発生した熱を、セラミック基板６０、ヒートシンク５１〜５３、そしてハウジング１０を介してエンジンに放出することができる。
【００７９】
（第５実施形態）
本実施形態では、第１〜第４実施形態と異なる部分についてのみ説明する。図９は、本発明の第５実施形態に係るグロープラグの一部概略断面図である。なお、図９において、図１、図４、図６、図８に示されるグロープラグ１００に同一もしくは均等である部分には、説明の簡略化を図るべく、図９中、同一符号を付してある。
【００８０】
本実施形態では、図９に示されるように、ハウジング１０の他端側において、絶縁ブッシュ４２およびパッキン１２ｃを押さえつけるヒートシンク５４がハウジング１０の端部１２ａにかしめ固定されている。このヒートシンク５４は円板形状になっており、絶縁ブッシュ４２に接触する面とは反対側の面には、円板状の段差５４ａが設けられている。
【００８１】
このようなヒートシンク５４には、半導体チップ６１が搭載されたセラミック基板６０が縦置きに設置されている。具体的には、セラミック基板６０は板形状であり、その板形状の表面がヒートシンク５４の面に垂直に設置されることで、セラミック基板６０がヒートシンク５４に対して縦置きの状態とされている。なお、半導体チップ６１は、例えばヒートシンク５４に内蔵された配線を介して中軸３０と電気的に接続されている。
【００８２】
そして、ヒートシンク５４の段差５４ａの側面にコネクタ７２が一体成形されている。このコネクタ７２には、第１実施形態と同様に、ターミナル８０が一体成形され、これらターミナル８０は、図９に示されるように、例えばワイヤ６２を介してセラミック基板６１に電気的に接続される。このように、セラミック基板６０を縦置きにしても良い。
【００８３】
本実施形態では、半導体チップ６１にて発生した熱は、ヒートシンク５４、ハウジング１０を介してエンジンに放出されることとなる。
【００８４】
以上、説明したように、セラミック基板６０をヒートシンク５４に対して縦置き設置しても良い。
【００８５】
（他の実施形態）
第１実施形態では、複数のグロープラグ１００に対して同じ周期のスイッチング信号を入力しているが、エンジンの各気筒内の温度や圧力に応じて、各グロープラグ１００に対して異なるスイッチング信号を入力するようにしても構わない。
【００８６】
第３、第４実施形態において、樹脂コネクタ７１を被覆するヒートシンク５２は、その端部５２ａがハウジング１０の他端側またはハウジング１０の他端側にかしめ固定されたヒートシンク５３に接触した状態になっているが、ヒートシンク５２の端部５２ａとハウジング１０の他端側またはハウジング１０の他端側にかしめ固定されたヒートシンク５３とを例えば溶接等の方法により接合しても構わない。
【図面の簡単な説明】
【００８７】
【図１】本発明の第１実施形態に係るグロープラグの全体概略断面図である。
【図２】図１のＡ矢視図である。
【図３】グロープラグに電力を与える電力供給システムの回路図である。
【図４】本発明の第２実施形態に係るグロープラグの全体概略断面図である。
【図５】図４のＢ矢視図である。
【図６】本発明の第３実施形態に係るグロープラグの全体概略断面図である。
【図７】図６のＣ矢視図である。
【図８】本発明の第４実施形態に係るグロープラグの全体概略断面図である。
【図９】本発明の第５実施形態に係るグロープラグの一部概略断面図である。
【符号の説明】
【００８８】
１０…ハウジング、１１…ねじ部、１２…嵌合部、１２ａ…端部、
１２ｂ、１２ｃ…パッキン、２０…パイプ部材、２１…絶縁部材、２２…発熱体、
２３ａ、２３ｂ…電極、３０…中軸、３１…端子、３２…キャップ、
４０…ガラスシール、４１…パッキン部材、４２…絶縁ブッシュ、４３…端子ナット、
５０〜５４…ヒートシンク、６０…セラミック基板、６１…半導体チップ、
６２…ワイヤ、７０、７２…コネクタ、７１…樹脂コネクタ、８０…ターミナル、
８１…＋Ｂ入力用ターミナル、８２…スイッチング信号入力用ターミナル、
８３…断線検出用ターミナル。
【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】
2006153293.tif 000009
【図８】
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【図９】
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