(57)【要約】【課題】陰極と保持外筒との導通性を高く維持することができるとともに、セラミックヒータと保持外筒との接合強度を高く維持することができるグロープラグを提供する。【解決手段】グロープラグ１は、セラミックヒータ３及び保持外筒２Ａを備える。セラミックヒータ３における、陽極３３が配置された基端部は、保持外筒２Ａから基端側Ｌ２に突出している。セラミックヒータ３及び保持外筒２Ａの中心軸線に沿った軸方向Ｌにおいて、陰極３４の基端３４２は、保持外筒２Ａの傾斜当接部２７の基端２７１よりも先端側Ｌ１に位置する。軸方向Ｌにおける、傾斜当接部２７の基端２７１から陰極３４の基端３４２までの第１距離Ｄ１は、２ｍｍ以上である。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁性を有する棒状のセラミック基体（３１）、前記セラミック基体に埋設され、通電によって発熱するヒータ素子（３２）、前記ヒータ素子の一端部にリード部（３３１）を介して接続され、前記セラミック基体の外周面に配置された陽極（３３）、及び前記ヒータ素子の他端部にリード部（３４１）を介して接続され、前記セラミック基体の外周面（３０１）における、前記陽極よりも先端側に配置された陰極（３４）を有するセラミックヒータ（３）と、
前記セラミックヒータが挿通されて保持される保持孔（２１Ａ）、外径及び肉厚が最も小さい小径部（２５）、前記小径部の基端側に形成され、前記小径部に比べて外径及び肉厚が大きい大径部（２６）、及び前記小径部と前記大径部との間に傾斜状の段差として形成され、シリンダヘッド（６）のプラグ取付孔（６１）の傾斜段差面（６２）に当接される傾斜当接部（２７）を有する筒形状の保持外筒（２Ａ）と、を備え、
前記セラミックヒータにおける、前記陽極が配置された基端部は、前記保持外筒から基端側（Ｌ２）に突出し、
前記セラミックヒータ及び前記保持外筒の中心軸線に沿った軸方向（Ｌ）において、前記陰極の基端（３４２）は、前記傾斜当接部の基端（２７１）よりも先端側（Ｌ１）に位置し、
前記軸方向における、前記傾斜当接部の基端から前記陰極の基端までの第１距離（Ｄ１）は、２ｍｍ以上である、グロープラグ（１）。
【請求項２】
前記軸方向における、前記傾斜当接部の基端から前記陰極の先端（３４３）までの第２距離（Ｄ２）は、９．５ｍｍ以下である、請求項１に記載のグロープラグ（１）。
【請求項３】
前記小径部の肉厚（ｔ１）は、０．３ｍｍ以上である、請求項１又は２に記載のグロープラグ。
【請求項４】
前記陰極の表面を含む前記セラミック基体の外周面には、活性金属メタライズ層（３５）が設けられている、請求項１〜３のいずれか１項に記載のグロープラグ。
【請求項５】
前記小径部の肉厚は、０．７５ｍｍ以下である、請求項４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、セラミックヒータ及び保持外筒を有するグロープラグに関する。
【背景技術】
【０００２】
グロープラグは、ディーゼルエンジン等の内燃機関において、燃焼室内に噴射された燃料又は燃焼室内に取り込まれた燃料と空気の混合気を加熱して、自己着火させるための加熱源として用いられる。グロープラグは、通電によって発熱するセラミックヒータ、及びセラミックヒータを保持する筒形状の保持外筒等を備える。
【０００３】
例えば、特許文献１においては、通電によって発熱するセラミックヒータと、セラミックヒータを保持する、スリーブ（保持外筒）とを有するセラミックグロープラグについて記載されている。また、特許文献１においては、セラミックヒータの側面に配置された陽極を、メタライズ層及びロウ材を介してキャップと接合し、セラミックヒータの側面に配置された陰極を、メタライズ層及びロウ材を介してスリーブと接合することが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１７−８９９４８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、グロープラグの保持外筒には、エンジンのシリンダヘッドのプラグ取付孔に形成された傾斜段差面に当接される傾斜当接部が形成されている。また、保持外筒の基端側に連結されたハウジングには、プラグ取付孔に形成されためねじ部に螺合されるおねじ部も形成されている。そして、グロープラグをプラグ取付孔に取り付けるときには、おねじ部をめねじ部に螺合させ、傾斜段差面に傾斜当接部が当接するまで、グロープラグをプラグ取付孔内へ締め付けている。
【０００６】
このとき、グロープラグを締め付けるときの軸力が、ハウジング及び保持外筒を座屈させようとする力として作用し、ハウジング及び保持外筒が外周側に膨らむように撓む（変形する）。そして、セラミックヒータの陰極が保持外筒の撓みの影響を受ける位置に設けられている場合には、陰極から保持外筒が離れようとすることになる。そのため、陰極と保持外筒との導通性を適切に確保するためには更なる工夫が必要とされる。
【０００７】
また、セラミックヒータにおいては、発熱によって熱が蓄積される。そのため、セラミックヒータからシリンダヘッドへ適切に放熱がされなければ、セラミックヒータと保持外筒との接合部が熱による影響を受けることになる。そのため、セラミックヒータと保持外筒との接合強度を高く維持するための工夫も必要とされる。
【０００８】
特許文献１においては、セラミックヒータの陰極は、スリーブにおける、外径及び肉厚が最も小さい部位には設けられていない。そのため、陰極が保持外筒の撓みの影響を受けるおそれがある。特許文献１においては、陰極と保持外筒との導通性を適切に確保するために、セラミックヒータ及び保持外筒の中心軸線に沿った軸方向において、陰極の配置位置とハウジングの傾斜当接部との位置関係に更なる工夫が必要とされる。
【０００９】
本発明は、かかる課題に鑑みてなされたもので、陰極と保持外筒との導通性を高く維持することができるとともに、セラミックヒータと保持外筒との接合強度を高く維持することができるグロープラグを提供しようとして得られたものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の一態様は、絶縁性を有する棒状のセラミック基体（３１）、前記セラミック基体に埋設され、通電によって発熱するヒータ素子（３２）、前記ヒータ素子の一端部にリード部（３３１）を介して接続され、前記セラミック基体の外周面に配置された陽極（３３）、及び前記ヒータ素子の他端部にリード部（３４１）を介して接続され、前記セラミック基体の外周面（３０１）における、前記陽極よりも先端側に配置された陰極（３４）を有するセラミックヒータ（３）と、
前記セラミックヒータが挿通されて保持される保持孔（２１Ａ）、外径及び肉厚が最も小さい小径部（２５）、前記小径部の基端側に形成され、前記小径部に比べて外径及び肉厚が大きい大径部（２６）、及び前記小径部と前記大径部との間に傾斜状の段差として形成され、シリンダヘッド（６）のプラグ取付孔（６１）の傾斜段差面（６２）に当接される傾斜当接部（２７）を有する筒形状の保持外筒（２Ａ）と、を備え、
前記セラミックヒータにおける、前記陽極が配置された基端部は、前記保持外筒から基端側（Ｌ２）に突出し、
前記セラミックヒータ及び前記保持外筒の中心軸線に沿った軸方向（Ｌ）において、前記陰極の基端（３４２）は、前記傾斜当接部の基端（２７１）よりも先端側に位置し、
前記軸方向における、前記傾斜当接部の基端から前記陰極の基端までの第１距離（Ｄ１）は、２ｍｍ以上である、グロープラグ（１）にある。
【発明の効果】
【００１１】
前記一態様のグロープラグにおいては、セラミックヒータと保持外筒との配置関係に工夫をしている。
具体的には、前記一態様のグロープラグにおいては、セラミックヒータ及び保持外筒の中心軸線に沿った軸方向において、陰極の基端は、傾斜当接部の基端よりも先端側に位置し、軸方向における、傾斜当接部の基端から陰極の基端までの第１距離は、２ｍｍ以上である。グロープラグがシリンダヘッドのプラグ取付孔に取り付けられたときには、プラグ取付孔の傾斜段差面に保持外筒の傾斜当接部が当接し、保持外筒における、傾斜当接部よりも基端側に位置する部分が、外周側に膨らむように撓む。
【００１２】
このとき、陰極が保持外筒の小径部と対向する位置に配置され、第１距離が２ｍｍ以上であることにより、セラミックヒータに陰極が形成された軸方向の位置において、陰極からハウジングが離れようとする力が生じにくくすることができる。これにより、陰極と保持外筒との導通性を高く維持することができる。
【００１３】
また、セラミックヒータにおける、陽極が配置された基端部は、保持外筒から基端側に突出している。これにより、セラミックヒータが発熱した際に、セラミックヒータ及び保持外筒に蓄積された熱を、保持外筒の傾斜当接部とプラグ取付孔の傾斜段差面との当接位置と、保持外筒の基端側に連結されたハウジングのおねじ部とプラグ取付孔のめねじ部との当接位置との２つの経路において、シリンダヘッドへ放熱することができる。そのため、セラミックヒータと保持外筒との接合部が熱による影響を受けにくくなり、セラミックヒータと保持外筒との接合強度を高く維持することができる。
【００１４】
それ故、前記一態様のグロープラグによれば、陰極と保持外筒との導通性を高く維持することができるとともに、セラミックヒータと保持外筒との接合強度を高く維持することができる。
【００１５】
なお、本発明の一態様において示す各構成要素のカッコ書きの符号は、実施形態における図中の符号との対応関係を示すが、各構成要素を実施形態の内容のみに限定するものではない。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】実施形態にかかる、プラグ取付孔に取り付けられたグロープラグを示す断面説明図。
【図２】実施形態にかかる、グロープラグの先端側部分を拡大して示す断面説明図。
【図３】実施形態にかかる、グロープラグにおける、セラミックヒータの陽極及び陰極の周辺を拡大して示す断面説明図。
【図４】実施形態にかかる、図３のIV−IV矢視の断面説明図。
【図５】実施形態にかかる、メッキ層が設けられたセラミックヒータを示す説明図。
【図６】実施形態にかかる、メッキ層が設けられた他のセラミックヒータを示す説明図。
【図７】実施形態にかかる、グロープラグを製造する過程を示し、保持外筒の保持孔にセラミックヒータが挿通される状態を示す断面説明図。
【図８】実施形態にかかる、グロープラグを製造する過程を示し、保持外筒の保持孔とセラミックヒータの外周面との隙間にロウ材が流し込まれる状態を示す断面説明図。
【図９】実施形態にかかる、グロープラグを製造する過程を示し、セラミックヒータの基端部に電極金具が装着される状態を示す断面説明図。
【図１０】実施形態にかかる、グロープラグを製造する過程を示し、セラミックヒータに設けられた電極金具が、中軸の先端部に装着される状態を示す断面説明図。
【図１１】実施形態にかかる、グロープラグを製造する過程を示し、保持外筒の基端部にハウジングの先端部が連結される状態を示す断面説明図。
【図１２】確認試験１にかかる、保持外筒の軸方向の各部に生じた外径の変位量を示すグラフ。
【図１３】確認試験１にかかる、グロープラグの先端側部分の形状を示す断面説明図。
【図１４】確認試験２にかかる、ハウジングへの印加荷重とハウジングの外径の変位量との関係を示すグラフ。
【図１５】確認試験３にかかる、セラミックヒータが配置される環境温度と、セラミックヒータの保持力との関係を示すグラフ。
【図１６】確認試験４にかかる、保持外筒における軸方向位置とセラミックヒータの温度との関係を示すグラフ。
【図１７】確認試験５にかかる、小径部の肉厚とセラミックヒータの保持力との関係を示すグラフ。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
前述したグロープラグにかかる好ましい実施形態について、図面を参照して説明する。
＜実施形態＞
本形態のグロープラグ１は、図１〜図４に示すように、セラミックヒータ３及び保持外筒２Ａを備える。セラミックヒータ３は、絶縁性を有する棒状のセラミック基体３１と、セラミック基体３１に埋設され、通電によって発熱するヒータ素子３２と、ヒータ素子３２の一端部にリード部３３１を介して接続され、セラミック基体３１の外周面３０１に配置された陽極３３と、ヒータ素子３２の他端部にリード部３４１を介して接続され、セラミック基体３１の外周面３０１における、陽極３３よりも先端側Ｌ１に配置された陰極３４とを有する。
【００１８】
図２に示すように、保持外筒２Ａは、セラミックヒータ３が挿通されて保持される保持孔２１Ａと、外径及び肉厚が最も小さい小径部２５と、小径部２５の基端側Ｌ２に形成され、小径部２５に比べて外径及び肉厚が大きい大径部２６と、小径部２５と大径部２６との間に傾斜状の段差として形成され、シリンダヘッド６のプラグ取付孔６１の傾斜段差面６２に当接される傾斜当接部２７とを有する。
【００１９】
セラミックヒータ３における、陽極３３が配置された基端部は、保持外筒２Ａから基端側Ｌ２に突出している。セラミックヒータ３及び保持外筒２Ａの中心軸線に沿った軸方向Ｌにおいて、陰極３４の基端３４２は、傾斜当接部２７の基端２７１よりも先端側Ｌ１に位置する。軸方向Ｌにおける、傾斜当接部２７の基端２７１から陰極３４の基端３４２までの第１距離Ｄ１は、２ｍｍ以上である。
【００２０】
ここで、図１に示すように、本形態のグロープラグ１において、先端側Ｌ１とは、グロープラグ１においてセラミックヒータ３が配置される側であって、エンジンの燃焼室６４側に配置される側のことをいう。基端側Ｌ２とは、先端側Ｌ１とは反対側であって、燃焼室６４から離れた側のことをいう。また、グロープラグ１及び中軸４の中心軸線が延びる方向を軸方向Ｌという。先端側Ｌ１とは、軸方向Ｌの先端側Ｌ１のことをいい、基端側Ｌ２とは、軸方向Ｌの基端側Ｌ２のことをいう。
【００２１】
以下に、本形態のグロープラグ１について詳説する。
図１に示すように、グロープラグ１は、自動車等において、自己着火が行われるディーゼルエンジン等のエンジンにおいて使用される。グロープラグ１は、エンジンのシリンダヘッド６に設けられたプラグ取付孔６１に配置され、セラミックヒータ３によってシリンダヘッド６の燃焼室６４内を加熱（予熱）するために用いられる。
【００２２】
（セラミックヒータ３）
図２に示すように、セラミックヒータ３は、通電によって発熱するものである。セラミック基体３１は、セラミック材料から構成されている。セラミック基体３１に埋設されたヒータ素子３２は、導電性を有し、通電によって発熱する発熱抵抗体となる金属材料から構成されている。プラス側電極としての陽極３３は、セラミック基体３１の基端部の外周に配置されている。マイナス側電極としての陰極３４は、セラミック基体３１の基端部における、陽極３３よりも先端側Ｌ１の外周に配置されている。セラミックヒータ３は、円形状の断面に形成されている。
【００２３】
セラミックヒータ３の先端部は、保持外筒２Ａの先端から突出している。ヒータ素子３２は、リード部３３１，３４１に比べて抵抗値が高い材料から構成されている。ヒータ素子３２は、セラミックヒータ３における、保持外筒２Ａから突出する部位に埋設されている。ヒータ素子３２は、先端側Ｌ１に折り返し部を有するＵ字形状に形成されている。
【００２４】
図３及び図４に示すように、陽極３３は、セラミック基体３１の外周面３０１における、周方向Ｃの一部に設けられており、陰極３４は、セラミック基体３１の外周面３０１における、周方向Ｃの一部であって、陽極３３が配置された周方向Ｃの位置とは反対側の位置に設けられている。なお、セラミックヒータ３の外周面３０１とセラミック基体３１の外周面３０１とは同じ符号によって示す。
【００２５】
セラミックヒータ３の陰極３４は、保持外筒２Ａの傾斜当接部２７の基端２７１よりも先端側Ｌ１である適切な位置に配置されている。本形態の陽極３３及び陰極３４の軸方向Ｌの長さは、３．５ｍｍである。陽極３３及び陰極３４の軸方向Ｌの長さは、２〜５ｍｍとすることができる。そして、本形態のグロープラグ１においては、軸方向Ｌにおける、傾斜当接部２７の基端２７１から陰極３４の基端３４２までの第１距離Ｄ１は、２ｍｍ以上であり、軸方向Ｌにおける、傾斜当接部２７の基端２７１から陰極３４の先端３４３までの第２距離Ｄ２は、９．５ｍｍ以下である。
【００２６】
第１距離Ｄ１が２ｍｍよりも小さくなると、グロープラグ１がプラグ取付孔６１に取り付けられた際に、保持外筒２Ａが外周側に膨らむように撓むときの変形力が、陰極３４の配置箇所に作用するおそれがある。そのため、陰極３４と保持外筒２Ａとの間に剥離が生じやすくなり、陰極３４と保持外筒２Ａとの導通性を高く維持することが困難になる。
【００２７】
また、第２距離Ｄ２が９．５ｍｍよりも大きくなると、グロープラグ１がプラグ取付孔６１に取り付けられた際に、陰極３４がセラミックヒータ３のヒータ素子３２によって加熱されやすくなる。そのため、熱疲労によって陰極３４の導通性が悪化しやすくなり、陰極３４と保持外筒２Ａとの導通性を高く維持することが困難になる。
【００２８】
（保持外筒２Ａ，ハウジング２Ｂ）
図１及び図２に示すように、保持外筒２Ａの基端側Ｌ２には、ハウジング２Ｂが連結されている。保持外筒２Ａの基端部とハウジング２Ｂの先端部とが合わさる境界部２０７は、レーザ溶接等によって接合されている。保持外筒２Ａ及びハウジング２Ｂは、グロープラグ１の最外周に配置され、シリンダヘッド６のプラグ取付孔６１に取り付けられる部品である。保持外筒２Ａ及びハウジング２Ｂは、シリンダヘッド６に導通されて、グラウンド電位に電気的に接続される。セラミックヒータ３の陰極３４は、保持外筒２Ａの内周面２０１に導通される。そして、セラミックヒータ３の陰極３４は、保持外筒２Ａ及びシリンダヘッド６を介してグラウンド電位に電気的に接続される。
【００２９】
図１に示すように、ハウジング２Ｂの基端側Ｌ２の端部の外周には、シリンダヘッド６の外部に配置される多角形状のハウジング形状部２３が形成されている。ハウジング形状部２３は、グロープラグ１をプラグ取付孔６１に取り付けるときに、締め付け工具が係合される部位である。本形態のハウジング形状部２３は、六角形の断面形状を有する。
【００３０】
ハウジング２Ｂの外周における、ハウジング形状部２３よりも先端側Ｌ１の位置には、プラグ取付孔６１に形成されためねじ部６３に螺合されるおねじ部２４が形成されている。なお、ハウジング形状部２３は、締め付け工具が係合される、四角形等の断面形状に形成することもできる。
【００３１】
図２及び図３に示すように、保持外筒２Ａの保持孔２１Ａにおける基端側開口部２０６は、保持孔２１Ａとセラミックヒータ３の外周面３０１との隙間へのロウ材５０の流し込みを容易にするために、テーパ状に形成されている。
【００３２】
セラミックヒータ３は、焼き嵌め及びロウ付けを行うことによって保持外筒２Ａの保持孔２１Ａに保持されている。焼き嵌めとは、保持外筒２Ａを加熱して保持孔２１Ａを拡径させ、この加熱状態にある保持孔２１Ａにセラミックヒータ３を挿通した後、保持外筒２Ａを冷却することによって、保持外筒２Ａによる焼き嵌め力を付与してセラミックヒータ３を保持することをいう。また、焼き嵌めを行う際には、セラミックヒータ３と保持外筒２Ａとがロウ付けされる。
【００３３】
保持外筒２Ａの小径部２５の肉厚は、０．３ｍｍ以上０．７５ｍｍ以下である。小径部２５の肉厚が０．３ｍｍ未満である場合には、保持外筒２Ａの保持孔２１Ａに対するセラミックヒータ３の保持力が弱くなるおそれがある。小径部２５の肉厚０．７５ｍｍ超過である場合には、後述するように、特に、セラミックヒータ３の陰極３４の表面を含む外周面３０１に活性金属メタライズ層が設けられている場合に、ロウ材５０によるセラミックヒータ３と保持外筒２Ａとの接合に不具合が生じるおそれがある。
【００３４】
図１に示すように、ハウジング２Ｂのハウジング形状部２３の内周側には、挿通孔２１Ｂの一部が拡径されることによって、配置凹部２２が形成されている。配置凹部２２と中軸４との隙間には、ゴム製のＯリング５１と、Ｏリング５１を受け止め、配置凹部２２から挿通孔２１ＢへのＯリング５１のはみ出しを防止するベークワッシャ等の樹脂リング５２とが配置されている。Ｏリング５１は、中軸４とハウジング２Ｂとの隙間を封止するために用いられる。
【００３５】
また、ハウジング２Ｂの挿通孔２１Ｂの基端側開口部２０６であって、Ｏリング５１の基端側Ｌ２には、中軸４とハウジング２Ｂとの絶縁を行うブッシュ５３が配置されている。また、中軸４の基端部には、外部の電源７等を接続するためのターミナル４２が設けられている。
【００３６】
保持外筒２Ａは、燃焼室６４内のガスに晒されるため、耐食性等を考慮してＳＵＳ４３０等のステンレス鋼材によって構成されている。一方、ハウジング２Ｂは、燃焼室６４内のガスに晒されないため、一般的な金属材料として、Ｓ３５Ｃ等の機械構造用炭素鋼鋼材によって構成されている。
【００３７】
（中軸４）
図１に示すように、中軸４は、ハウジング２Ｂの内周側、言い換えればハウジング２Ｂの挿通孔２１Ｂに配置され、セラミックヒータ３の陽極３３をグロープラグ１の外部に電気的に接続するための部品である。中軸４は、導電性を有する金属材料によって構成されている。中軸４の先端部には、陽極３３に導通される電極金具４３が取り付けられている。そして、セラミックヒータ３の陽極３３は、電極金具４３及び中軸４を介して、外部の電源７に接続される。中軸４の基端部の外周には、電源７の接続端子７１を取り付けるためのナット５５が螺合されるターミナル４２がかしめ固定されている。
【００３８】
（ロウ材５０，メタライズ層３５）
図３に示すように、セラミックヒータ３と保持外筒２Ａ、及びセラミックヒータ３と電極金具４３とは、それぞれロウ材５０を介して接合されている。また、陽極３３及び陰極３４の表面を含む、セラミックヒータ３の外周面３０１の一部には、メタライズ層（金属膜）３５が形成されている。メタライズ層３５は、特に、セラミック基体３１のロウ付け性を確保するために形成されている。メタライズ層３５は、セラミック基体３１における、陽極３３の軸方向Ｌの形成位置の全周、及びセラミック基体３１における、陰極３４の軸方向Ｌの形成位置の全周に設けられている。
【００３９】
陰極３４の表面を含むセラミック基体３１の外周面３０１に設けられたメタライズ層３５は、活性金属メタライズ層である。メタライズ層３５に活性金属メタライズ層を用いることにより、セラミックヒータ３と保持外筒２Ａとの接合強度を高めることができる。ただし、後述するように、保持外筒２Ａの小径部２５の肉厚を、０．７５ｍｍ超過に厚くすると、ロウ付けに悪影響が生じるおそれがある。
【００４０】
活性金属メタライズ層は、セラミック基体３１の表面に形成された反応層と、反応層の表面に形成された導通層とから構成される。反応層は、陰極３４の表面を含むセラミック基体３１の外周面３０１の全周に形成される。反応層は、活性金属メタライズ層中の活性金属成分であるＴｉ、Ｍｇ等が、セラミック基体３１中のセラミック成分であるＳｉ3Ｎ4等と反応した層として形成される。反応層により、金属間の密着性が確保される。導通層は、反応層の表面の全周に形成され、活性金属メタライズ層中の導通成分であるＡｇ、Ｃｕ等から構成される。導通層は、金属間の導通性を確保するものである。
【００４１】
陽極３３の表面を含むセラミック基体３１の外周面３０１に設けるメタライズ層３５は、活性金属メタライズ層及びガラスメタライズ層のいずれとしてもよい。ガラスメタライズ層は、金属成分であるＭｎ、Ｎｉ等と、ガラス成分であるＳｉＯ2−Ｂ2Ｏ3、ＳｉＯ2−Ａｌ2Ｏ3等とを含む。金属成分は、金属間の導通性を確保するものである。ガラス成分は、電極金具４３とセラミック基体３１との線膨張係数の差を小さくするとともに、セラミック基体３１の耐クラック性を向上させるものである。また、陰極３４の表面を含むセラミック基体３１の外周面３０１には、ガラスメタライズ層を設けてもよい。
【００４２】
（メッキ層３６）
また、図５及び図６に示すように、メタライズ層３５の表面には、ニッケル（Ｎｉ）等の金属材料のメッキ処理を行ったメッキ層３６が形成されていてもよい。この場合には、ロウ材５０が、メッキ層３６に沿って広がってセラミックヒータ３と保持外筒２Ａとの隙間に入りやすくなり、ロウ材５０によるセラミックヒータ３と保持外筒２Ａとの接合強度を高めることができる。
【００４３】
図５に示すように、メタライズ層３５としての活性金属メタライズ層は、セラミックヒータ３と保持外筒２Ａとが対向する軸方向範囲のうちの一部として、陰極３４が設けられた軸方向範囲を含む部分の全周に設けられる。この場合には、メッキ層３６は、メタライズ層３５の表面を含め、セラミックヒータ３の外周面３０１と保持外筒２Ａの内周面２０１とが対向する軸方向位置の全長にわたって設けることができる。
【００４４】
図６に示すように、メタライズ層３５としてのガラスメタライズ層は、セラミックヒータ３と保持外筒２Ａとが対向する軸方向位置の全長の全周にわたって設けることができる。この場合には、メッキ層３６は、メタライズ層３５の表面の全体に設けることができる。
【００４５】
（セラミックヒータ３と保持外筒２Ａとの配置関係）
本形態においては、図１及び図２に示すように、セラミックヒータ３と保持外筒２Ａとの配置関係に工夫をし、セラミックヒータ３から保持外筒２Ａへの放熱性を良好にしている。小径部２５、大径部２６及び傾斜当接部２７は、保持外筒２Ａに形成されている。
【００４６】
セラミックヒータ３における、陽極３３が配置された基端部は、保持外筒２Ａから基端側Ｌ２に突出している。また、セラミックヒータ３は、保持外筒２Ａの保持孔２１Ａの全長にわたって挿通されている。これにより、セラミックヒータ３が発熱した際に、セラミックヒータ３及び保持外筒２Ａに蓄積された熱を、保持外筒２Ａの傾斜当接部２７とシリンダヘッド６の傾斜段差面６２との当接位置と、ハウジング２Ｂのおねじ部２４とシリンダヘッド６のめねじ部６３との当接位置との２つの経路において、シリンダヘッド６へ放熱することができる。この結果、保持外筒２Ａの高温化が抑制され、セラミックヒータ３と保持外筒２Ａとのロウ材５０による接合品質の向上と、保持外筒２Ａの耐食性の向上とを図ることができる。
【００４７】
（製造方法）
次に、本形態のグロープラグ１の製造方法における主要な工程について説明する。
グロープラグ１の組付工程においては、図７に示すように、保持外筒２Ａの保持孔２１Ａ内に、セラミックヒータ３を挿通する。このとき、保持孔２１Ａの内径が大きくなるよう、保持外筒２Ａを加熱することができる。
【００４８】
また、図８に示すように、保持外筒２Ａのテーパ状の基端側開口部２０６にロウ材５０を配置し、このロウ材５０を溶融させて、保持孔２１Ａのメタライズ層３５とセラミックヒータ３の外周面３０１との隙間へ流し込む。このとき、保持孔２１Ａの内径が大きくなるよう、保持外筒２Ａを加熱することができる。そして、基端側開口部２０６に配置されたロウ材５０は、保持孔２１Ａのメタライズ層３５とセラミックヒータ３の外周面３０１との隙間の全体に広がり、保持外筒２Ａとセラミックヒータ３とがロウ材５０を介して接合される。
【００４９】
また、保持外筒２Ａが冷却されたときには、保持孔２１Ａの内径が小さくなり、保持外筒２Ａ内に、ロウ材５０等を介してセラミックヒータ３を、締り嵌めの状態で固定することができる。こうして、保持外筒２Ａとセラミックヒータ３の陰極３４とが導通される。
【００５０】
また、図９に示すように、セラミックヒータ３の、陽極３３を含む基端部の外周面３０１と、電極金具４３とがロウ材５０によって接合される。その後、図１０に示すように、電極金具４３に中軸４がかしめ固定され、図１１に示すように、保持外筒２Ａにハウジング２Ｂが連結され、保持外筒２Ａとハウジング２Ｂとがレーザ溶接等によって接合される。そして、セラミックヒータ３の陽極３３は、電極金具４３を介して中軸４に導通される。その後、ハウジング２Ｂに樹脂リング５２、Ｏリング５１及びブッシュ５３が配置され、中軸４の基端部にターミナル４２が連結される。こうして、グロープラグ１が製造される。
【００５１】
（作用効果）
本形態のグロープラグ１においては、セラミックヒータ３及び保持外筒２Ａの中心軸線に沿った軸方向Ｌにおいて、陰極３４の基端３４２は、傾斜当接部２７の基端２７１よりも先端側Ｌ１に位置し、軸方向Ｌにおける、傾斜当接部２７の基端２７１から陰極３４の基端３４２までの第１距離Ｄ１は、２ｍｍ以上である。グロープラグ１がシリンダヘッド６のプラグ取付孔６１に取り付けられたときには、プラグ取付孔６１の傾斜段差面６２に保持外筒２Ａの傾斜当接部２７が当接し、保持外筒２Ａにおける、傾斜当接部２７よりも基端側Ｌ２に位置する部分が、外周側に膨らむように撓む。
【００５２】
より具体的には、図１の矢印Ｆで示すように、ハウジング２Ｂの先端部付近の肉厚ｔ３が保持外筒２Ａの大径部２６の肉厚ｔ２よりも小さいことにより、ハウジング２Ｂの先端部付近が外周側へ膨らむ。そして、ハウジング２Ｂの先端部付近に引っ張られるようにして、保持外筒２Ａの基端側部分が外周側へ膨らむ。
【００５３】
このとき、陰極３４が保持外筒２Ａの小径部２５と対向する位置に配置され、第１距離Ｄ１が２ｍｍ以上であることにより、セラミックヒータ３に陰極３４が形成された軸方向Ｌの位置において、陰極３４から保持外筒２Ａが離れようとする力が生じにくくすることができる。これにより、陰極３４と保持外筒２Ａとの導通性を高く維持することができる。
【００５４】
また、セラミックヒータ３における、陽極３３が配置された基端部は、保持外筒２Ａから基端側Ｌ２に突出している。これにより、セラミックヒータ３が発熱した際に、セラミックヒータ３及び保持外筒２Ａに蓄積された熱を、保持外筒２Ａの傾斜当接部２７とプラグ取付孔６１の傾斜段差面６２との当接位置と、ハウジング２Ｂのおねじ部２４とプラグ取付孔６１のめねじ部６３との当接位置との２つの経路において、シリンダヘッド６へ放熱することができる。そのため、セラミックヒータ３と保持外筒２Ａとのロウ材５０による接合部が熱による影響を受けにくくなり、セラミックヒータ３と保持外筒２Ａとの接合強度を高く維持することができる。
【００５５】
それ故、本形態のセラミックヒータ３によれば、陰極３４と保持外筒２Ａとの導通性を高く維持することができるとともに、セラミックヒータ３と保持外筒２Ａとの接合強度を高く維持することができる。
【００５６】
＜確認試験１＞
本確認試験においては、グロープラグ１がシリンダヘッド６のプラグ取付孔６１に取り付けられるときには、グロープラグ１の保持外筒２Ａ及びハウジング２Ｂに、ねじの締め付けによる軸力が作用し、保持外筒２Ａ及びハウジング２Ｂが外周側に膨らむように撓む。図１２には、ねじの締め付けを模擬して、保持外筒２Ａ及びハウジング２Ｂに締め付け時の軸力が加わったときに、保持外筒２Ａの軸方向Ｌの各部に生じた外径の変位量（ｍｍ）を示す。なお、締め付け時の軸力は１４ｋＮとした。
【００５７】
保持外筒２Ａの軸方向位置（ｍｍ）は、傾斜当接部２７の基端２７１の軸方向位置を基準位置として±０ｍｍとし、基準位置よりも先端側Ｌ１に位置する場合をプラス（＋）の数値によって示し、基準位置よりも基端側Ｌ２に位置する場合をマイナス（−）の数値によって示す。また、図１３に示すように、セラミックヒータ３の陰極３４の軸方向長さＤ３は３．５ｍｍ、セラミックヒータ３の外径φｄ０はφ３．２ｍｍ、保持外筒２Ａの小径部２５の外径φｄ１はφ３．９ｍｍ、大径部２６の外径φｄ２はφ６．７ｍｍ、小径部２５の肉厚ｔ１は０．３ｍｍ、大径部２６の肉厚ｔ２は１．７ｍｍとした。
【００５８】
また、ハウジング２Ｂの外径φｄ３はφ６．７ｍｍ、ハウジング２Ｂの肉厚ｔ３は１．０ｍｍとした。また、プラグ取付孔６１の先端部の内径φｄ４はφ５．０ｍｍ、傾斜段差面６２の円錐状面としての傾斜角度θ１は１２０°、傾斜当接部２７の円錐状面としての傾斜角度θ２は１２３°とした。また、保持外筒２Ａの保持孔２１Ａとセラミックヒータ３の外周面３０１との軸方向Ｌのロウ付け長さＤ４は２７ｍｍとした。ロウ付け長さＤ４は、セラミックヒータ３の外周面３０１と保持外筒２Ａの内周面２０１とが対向する位置の全長としている。
【００５９】
図１２に示すように、保持外筒２Ａの軸方向Ｌの各部に生じた外径の変位量は、軸方向位置が２ｍｍの付近において発生し、プラス側に向かって大きくなり、保持外筒２Ａとハウジング２Ｂとの境界部付近としての−６ｍｍの付近において最大となった。そのため、保持外筒２Ａの軸方向位置が２ｍｍの位置よりも先端側Ｌ１においては、外径の変形が生じていないことが分かる。そのため、陰極３４の基端３４２が傾斜段差面６２の基端から先端側Ｌ１へ２ｍｍ以上離れた位置にあることにより、陰極３４が保持外筒２Ａの外径の変形による影響を受けないことが分かる。
【００６０】
また、シリンダヘッド６のプラグ取付孔６１に取り付けられたグロープラグ１の保持外筒２Ａ及びハウジング２Ｂに作用する軸力は、シリンダヘッド６の温度変化による膨張・収縮を受けて大きく変動する。シリンダヘッド６が高温に加熱されるときには、シリンダヘッド６が熱膨張して保持外筒２Ａ及びハウジング２Ｂに作用する軸力が低下し、シリンダヘッド６が冷却されるときには、シリンダヘッド６が熱収縮して保持外筒２Ａ及びハウジング２Ｂに作用する軸力が上昇する。この結果、特に保持外筒２Ａ及びハウジング２Ｂには、引張力と圧縮力とが繰り返し作用し、陰極３４が配置された軸方向位置によっては、陰極３４が応力疲労に伴う剥離を引き起こすおそれもある。この場合においても、陰極３４の基端３４２が傾斜段差面６２の基端から先端側Ｌ１へ２ｍｍ以上離れた位置にあることにより、陰極３４が保持外筒２Ａの外径の変形による影響を受けないことが分かる。
【００６１】
＜確認試験２＞
セラミックヒータ３の陰極３４と保持外筒２Ａとの間に剥離が生じるときには、陽極３３に導通された中軸４のターミナル４２と、陰極３４に導通されたハウジング２Ｂとの間における抵抗値が変化することが分かっている。そのため、これらの間に抵抗測定器を接続し、この抵抗測定器による抵抗値の変化を測定することにより、陰極３４に生じる剥離現象の有無を確認することができる。この抵抗値は、セラミックヒータ３のヒータ素子３２、陽極３３、陰極３４、リード部３３１，３４１を介して測定される値となる。この抵抗値は、陰極３４に剥離現象が生じた場合に大きくなる。また、この抵抗値の変化のことを、以下、陽極３３・陰極３４間の抵抗値の変化率ΔＲという。
【００６２】
そこで、本確認試験においては、保持外筒２Ａ及びハウジング２Ｂを軸方向Ｌに加圧して、保持外筒２Ａ及びハウジング２Ｂに軸力を与え、保持外筒２Ａの外径の変位が招く陰極３４の剥離の有無を、陽極３３・陰極３４間の抵抗値の変化率ΔＲを測定して確認した。また、本確認試験においては、シリンダヘッド６の傾斜段差面６２を模擬した冶具を用い、この冶具からハウジング２Ｂ及び保持外筒２Ａへ荷重を印加した。この荷重は、保持外筒２Ａの傾斜当接部２７が傾斜段差面６２に当接して、傾斜段差面６２によって受け止められる。
【００６３】
グロープラグ１のねじ径（ねじサイズ）として、プラグ取付孔６１のめねじ部６３とハウジング２Ｂのおねじ部２４とに用いられるねじ径は、ＩＳＯ規格に準拠してＭ１０（直径：１０ｍｍ）又はＭ８（直径：８ｍｍ）を想定している。そのため、本確認試験においては、ねじ径がＭ１０及びＭ８である場合について、陽極３３・陰極３４間の抵抗値の変化率ΔＲを測定した。
【００６４】
図１４には、ハウジング２Ｂ及び保持外筒２Ａへの印加荷重（ｋＮ）と、ハウジング２Ｂの外径の変位量（変形量）（ｍｍ）との関係を示す。冶具からハウジング２Ｂ及び保持外筒２Ａへの印加荷重は、ねじ径に関わらず、ハウジング２Ｂの外径の変位量が増加しても荷重が増加しなくなる、荷重の飽和状態となるまで増加させた。そして、荷重印加前の抵抗値Ｒ１と、荷重が飽和状態に達したときの荷重印加後の抵抗値Ｒ２との差に基づく抵抗値の変化率ΔＲを、ΔＲ＝（Ｒ２−Ｒ１）／Ｒ１×１００％として求めた。
【００６５】
本確認試験において、セラミックヒータ３の陰極３４の軸方向長さＤ３、セラミックヒータ３の外径φｄ０、保持外筒２Ａの小径部２５の外径φｄ１、小径部２５の肉厚ｔ１、保持外筒２Ａの大径部２６の外径φｄ２、大径部２６の肉厚ｔ２、ハウジング２Ｂの外径φｄ３、ハウジング２Ｂの肉厚ｔ３、プラグ取付孔６１の先端部の内径φｄ４、傾斜段差面６２の傾斜角度θ１、傾斜当接部２７の傾斜角度θ２、ロウ付け長さＤ４は確認試験１と同様にした。
【００６６】
表１には、グロープラグ１のねじ径がＭ１０とＭ８である場合について、陰極３４の軸方向位置を変化させたときの抵抗値の変化率ΔＲについて測定した結果を示す。陰極３４の軸方向位置は、傾斜当接部２７の基端２７１から陰極３４の基端３４２までの第１距離Ｄ１を示す。また、傾斜段差面６２の円錐状面としての傾斜角度θ１、及び傾斜当接部２７の円錐状面としての傾斜角度θ２も適宜変化させたときの抵抗値の変化率ΔＲを測定した。
【００６７】
【表１】
2019124367.tif 000003
【００６８】
抵抗値の変化率ΔＲは、Ｍ１０の場合においては、第１距離Ｄ１が０ｍｍ以上（正の値）であるときに０（ゼロ）となり、Ｍ８の場合においては、第１距離Ｄ１が２ｍｍ以上であるときに０（ゼロ）となった。この結果より、第１距離Ｄ１を２ｍｍ以上とすることにより、陰極３４に剥離が生じず、陰極３４と保持外筒２Ａとの導通性を高く維持できることが分かった。
【００６９】
＜確認試験３＞
本確認試験においては、グロープラグ１におけるセラミックヒータ３の温度と、セラミックヒータ３を保持外筒２Ａの保持孔２１Ａに保持するための保持力（ｋＮ）との関係について確認した。セラミックヒータ３の温度は、セラミックヒータ３が配置される燃焼室６４を模擬した空間の環境温度（℃）を変更することによって変更した。セラミックヒータ３の保持力は、シリンダヘッド６を模擬したブロックのプラグ取付孔６１にグロープラグ１を取り付け、セラミックヒータ３を軸方向Ｌに押圧する荷重を増加させ、セラミックヒータ３が保持外筒２Ａに対して動いたときの荷重とした。
【００７０】
本確認試験においては、グロープラグ１の複数の試料Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅを準備した。グロープラグ１のねじ径はＭ１０又はＭ８とし、傾斜段差面６２の円錐状面としての傾斜角度θ１は１２０°、傾斜当接部２７の円錐状面としての傾斜角度θ２は１２３°とした。また、陰極３４の軸方向長さＤ３は３．５ｍｍとし、セラミックヒータ３と保持外筒２Ａとのロウ付けの長さＤ３は２７ｍｍとした。また、セラミックヒータ３の外径φｄ０はφ３．２ｍｍとし、保持外筒２Ａの保持孔２１Ａの内径φｄ５はφ３．３ｍｍとした。
【００７１】
本確認試験においては、試料Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅについて、環境温度と保持力との関係を測定した。試料Ａについては、グロープラグ１のねじ径：Ｍ１０、保持外筒２Ａの小径部２５の外径φｄ１：φ５．０ｍｍ、小径部２５の肉厚ｔ１：０．８５ｍｍ、保持外筒２Ａの大径部２６の外径φｄ２：φ８．２ｍｍ、大径部２６の肉厚ｔ２：２．４５ｍｍとした。
【００７２】
試料Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅについては、グロープラグ１のねじ径：Ｍ８、保持外筒２Ａの大径部２６の外径：φ６．７ｍｍ、大径部２６の肉厚：１．７ｍｍとした。また、試料Ｂについては、小径部２５の外径φｄ１：φ５．０ｍｍ、小径部２５の肉厚：０．８５ｍｍとした。試料Ｃについては、小径部２５の外径φｄ１：φ４．０３ｍｍ、小径部２５の肉厚：０．３６５ｍｍとした。試料Ｄについては、小径部２５の外径φｄ１：φ３．９ｍｍ、小径部２５の肉厚：０．３００ｍｍとした。試料Ｅについては、小径部２５の外径φｄ１：φ３．７７ｍｍ、小径部２５の肉厚：０．２３５ｍｍとした。
【００７３】
図１５には、セラミックヒータ３の保持力を測定した結果を示す。セラミックヒータ３の温度としての環境温度が４２５℃になると、セラミックヒータ３の保持力が急激に低下することが分かった。この場合には、環境温度の上昇によって焼き嵌め力が弱まるとともに、ロウ材５０が軟化することによって、保持力が急激に低下したと考える。
【００７４】
一方、セラミックヒータ３の温度としての環境温度が３５０℃以下であるときには、セラミックヒータ３の保持力が維持されている。そのため、セラミックヒータ３の温度が３５０℃以下になるよう、セラミックヒータ３及び保持外筒２Ａが適切に冷却されることが重要となる。
【００７５】
そして、実施形態に示した、セラミックヒータ３及び保持外筒２Ａに蓄積された熱を、傾斜段差面６２及び傾斜当接部２７の当接位置とおねじ部２４及びめねじ部６３の当接位置との２つの経路においてシリンダヘッド６へ放熱する構成により、セラミックヒータ３の温度を３５０℃以下に維持することが可能となる。
【００７６】
＜確認試験４＞
また、グロープラグ１のセラミックヒータ３は、先端側Ｌ１に行くほど、ヒータ素子３２に近くかつ燃焼室に近くなるため、高温になる。本確認試験においては、グロープラグ１の基準位置としての傾斜当接部２７の基端２７１からの軸方向位置がどれだけであるときに、セラミックヒータ３の温度が３５０℃となるかを確認した。セラミックヒータ３の軸方向位置は、傾斜当接部２７の基端２７１から陰極３４の先端３４３までの第２距離Ｄ２を決定するための位置となる。
【００７７】
グロープラグ１のセラミックヒータ３の温度を確認する際には、排気量：２．０Ｌ、圧縮比：１６．２、回転速度：３６００ｒｐｍであるエンジンと、排気量：２．８Ｌ、圧縮比：１５．６、回転速度：３４００ｒｐｍであるエンジンとを用いた。グロープラグ１は、エンジンの停止状態においてセラミックヒータ３に定格電圧を印加し、セラミックヒータ３の先端の温度が１２００℃になるようにし、エンジン運転状態においてセラミックヒータ３への通電状態を維持した。エンジン運転状態において、セラミックヒータ３は、吸気時の燃料と空気との混合気によって冷却される。そのため、セラミックヒータ３の先端の温度の実測値は１０５０℃であった。
【００７８】
グロープラグ１のねじ径はＭ８とし、保持外筒２Ａの小径部２５の外径φｄ１はφ３．９ｍｍとし、その肉厚ｔ１は０．３ｍｍとした。また、保持外筒２Ａの大径部２６の外径φｄ２はφ６．７ｍｍとし、その肉厚ｔ２は１．７ｍｍとした。また、傾斜段差面６２及び傾斜当接部２７の傾斜角度θ１，θ２、陰極３４の軸方向長さＤ３、ロウ付けの長さＤ３、セラミックヒータ３の外径φｄ０、保持孔２１Ａの内径φｄ５は確認試験３の場合と同様にした。
【００７９】
図１６には、傾斜当接部２７の基端２７１の軸方向位置を基準位置としたときの保持外筒２Ａにおける軸方向位置（ｍｍ）が０〜２８ｍｍの各位置にあるときの、セラミックヒータ３の温度の変化を示す。軸方向位置が０ｍｍである場合は、傾斜当接部２７の基端２７１の位置を示し、軸方向位置が２８ｍｍである場合は、セラミックヒータ３の先端の位置を示す。
【００８０】
セラミックヒータ３の温度は、保持外筒２Ａの軸方向Ｌの６箇所に温度計としての熱電対を埋め込んで測定した。セラミックヒータ３の温度は、軸方向Ｌの先端から基端側Ｌ２へ離れるに連れて低くなっている。また、２種類のエンジンのうち、安全を見て、セラミックヒータ３の温度が高くなる方の結果を使用する。そして、セラミックヒータ３の温度が３５０℃である、グロープラグ１の基準位置からの軸方向位置は、９．５ｍｍとなった。
【００８１】
この結果より、傾斜当接部２７の基端２７１から陰極３４の先端３４３までの第２距離Ｄ２を９．５ｍｍ以下とすることにより、陰極３４が３５０℃超過に加熱されず、陰極３４に剥離が生じることを防止して、陰極３４と保持外筒２Ａとの導通性を高く維持することができる。
【００８２】
＜確認試験５＞
本確認試験においては、保持外筒２Ａの小径部２５の肉厚ｔ１（ｍｍ）と、セラミックヒータ３が３５０℃であるときの、保持外筒２Ａの保持孔２１Ａに対するセラミックヒータ３の保持力（ｋＮ）との関係について確認した。セラミックヒータ３の保持力は、確認試験３の場合と同様の荷重とした。セラミックヒータ３の保持力は、グロープラグ１の信頼性のために十分な余裕を見て、１ｋＮ以上である場合を良好であるとした。
【００８３】
グロープラグ１のねじ径、保持外筒２Ａの小径部２５及び大径部２６の外径φｄ１，φｄ２・肉厚ｔ１，ｔ２、傾斜段差面６２及び傾斜当接部２７の傾斜角度θ１，θ２、陰極３４の軸方向長さＤ３、ロウ付けの長さＤ３、セラミックヒータ３の外径φｄ０、保持孔２１Ａの内径φｄ５は、確認試験４の場合と同様にした。
【００８４】
図１７には、小径部２５の肉厚ｔ1（ｍｍ）を適宜変化させたときの、セラミックヒータ３の保持力（ｋＮ）について示す。小径部２５の肉厚ｔ１が増加するほど、セラミックヒータ３の保持力が増加することが分かる。そして、小径部２５の肉厚ｔ１が０．３ｍｍであるときに、セラミックヒータ３の保持力が１ｋＮとなった。この結果より、保持外筒２Ａの小径部２５の肉厚ｔ１を０．３ｍｍ以上とすることにより、３５０℃における、保持外筒２Ａの保持孔２１Ａに対するセラミックヒータ３の保持力を高く維持することができる。
【００８５】
１ｋＮという保持力の値は次のように求めた。エンジンの燃焼圧が１４．５ＭＰａであると想定し、長期間使用したときの疲労に対する強度低下を考慮して、必要とするセラミックヒータ３の初期の保持力を試算した。一般に、無限回繰り返しても破壊に至らないとされる繰返し応力である疲労限度は、引張強さの０．３５〜０．６倍程度の値となる。ただし、銀及び銅を主成分としたロウ材５０は、非鉄金属のため、疲労限度を明確に知ることは困難とされている。そこで、本確認試験においては、疲労限度を、下限側として引張強度の０．３５倍と想定し、更に通常時の負荷である燃焼圧力に対しては、３倍の安全率を見込んだ。
【００８６】
具体的には、セラミックヒータ３に作用する負荷は、燃焼圧（１４．５ＭＰａ）×受圧面積（セラミックヒータ３の投影面積、π×１．６2ｍｍ2）＝１１６．６Ｎとする。そして、疲労限度は、セラミックヒータ３に作用する負荷(１１６．６Ｎ)×安全率（３倍）＝３５０Ｎとなる。こうして、セラミックヒータ３の初期の保持力が１ｋＮであれば、仮に、疲労によって保持力が初期状態の０．３５倍になっても、保持力は、３５０Ｎは確保されていることになる。そのため、この３５０Ｎの値は、燃焼圧がセラミックヒータ３に負荷として作用するときの約３倍の大きさに相当する。これにより、長期間使用したときの応力疲労を考慮しても、セラミックヒータ３の保持力を十分に維持することができる。
【００８７】
＜確認試験６＞
本確認試験においては、抵抗値の変化率ΔＲを求める加圧試験（確認試験２）、保持力試験（確認試験５）、ロウ付け試験及び冷熱試験を行い、それらの結果を評価した。また、本確認試験においては、ねじ径がＭ１０又はＭ８のグロープラグ１について、保持外筒２Ａの小径部２５の肉厚ｔ１（ｍｍ）、第１距離Ｄ１、メタライズ層３５の種類等を適宜変化させた。
【００８８】
ロウ付け試験においては、８５０℃の無酸素雰囲気下において、セラミックヒータ３と保持外筒２Ａとのロウ付けを行った。そして、ロウ付け試験の評価においては、陽極３３・陰極３４間の抵抗値及びセラミックヒータ３の加熱特性の検査、並びに非破壊検査を行ったときに、セラミックヒータ３に異常がなかった場合を「○」とし、異常があった場合を「×」とし、測定ができなかった場合を「−」とした。
【００８９】
冷熱試験においては、グロープラグ１を配置した環境下の温度を、−４０℃と１５０℃とに３０分間ずつ繰り返し変化させ、陽極３３・陰極３４間の抵抗値の変化率ΔＲが１０％に到達するまでの繰り返しサイクル数を測定した。冷熱試験の評価においては、繰り返しサイクル数が１５００回以上であった場合を「◎」とし、繰り返しサイクル数が３００回以上１５００回未満であった場合を「○」とし、繰り返しサイクル数が１００回以上３００回未満であった場合を「△」とし、繰り返しサイクル数が１００回未満であった場合を「×」とした。
【００９０】
加圧試験及び保持力試験は、確認試験２，５と同様に行った。加圧試験（確認試験２）においての評価は、抵抗値の変化率ΔＲが１％以下であった場合を「○」とし、変化率が１％超過であった場合を「×」とし、亀裂等が生じた場合を「−」とした。保持力試験（確認試験５）においての評価は、保持力が１ｋＮ以上であった場合を「○」とし、保持力が１ｋＮ未満であった場合を「×」とし、測定ができなかった場合を「−」とした。
【００９１】
加圧試験、保持力試験、ロウ付け試験及び冷熱試験を行った結果を、表２に示す。
【表２】
2019124367.tif 000004
【００９２】
加圧試験においては、グロープラグ１のねじ径がＭ１０の場合には、第１距離Ｄ１が０ｍｍ以上であってメタライズ層３５がガラスメタライズ層からなるときには、評価が「○」となり、結果が良好であった。また、グロープラグ１のねじ径がＭ８の場合には、第１距離Ｄ１が２ｍｍ以上であるときに、評価が「○」となり、結果が良好であった。保持力試験においては、保持外筒２Ａの小径部２５の肉厚が０．３ｍｍ以上である場合に、評価が「○」となり、結果が良好であった。
【００９３】
ロウ付け試験においては、試料Ｎｏ．１０として、保持外筒２Ａの小径部２５の肉厚が０．８５０ｍｍと厚い場合であって、メタライズ層３５が活性金属メタライズ層からなる場合には、正常にロウ付けを行うことができなかった。具体的には、ロウ付けを行う際に、セラミックヒータ３と活性金属メタライズ層からなるメタライズ層３５との界面に亀裂が発生した。この理由は次のように考える。すなわち、加熱された保持外筒２Ａの小径部２５が冷却される際には、この小径部２５からセラミックヒータ３へ圧縮力が作用する。そして、小径部２５の厚みが０．７５０ｍｍを超えて大きいと、この圧縮力が、セラミックヒータ３と保持外筒２Ａとの接合状態を維持できない程度に大きくなったため、亀裂が発生したと考える。
【００９４】
また、ロウ付け試験において、試料Ｎｏ．２として、グロープラグ１のねじ径がＭ１０の場合であってメタライズ層３５が活性金属メタライズ層からなる場合には、第１距離が０ｍｍであり、大径部２６の肉厚が２．４５ｍｍと厚かったために、正常にロウ付けを行うことができなかった。この場合には、ロウ付けを行ったロウ材が冷却される過程において、セラミックヒータ３の表面に発生する応力が高くなったことにより、ロウ付けの不良が生じたと考える。
【００９５】
また、冷熱試験においては、ガラスメタライズを行った一部について、冷熱サイクルに対する耐久性が悪いことが分かった。この結果より、陰極３４の表面を含むセラミックヒータ３の外周面３０１には、活性金属メタライズ層を設けることが好ましいと言える。
【００９６】
そして、総合評価として、傾斜当接部２７の基端２７１から陰極３４の基端３４２までの第１距離Ｄ１は２ｍｍ以上であることが好ましく、保持外筒２Ａの小径部２５の肉厚ｔ１は、０．３ｍｍ以上であることが好ましいことが分かった。また、陰極３４の表面に活性金属メタリック層としてのメタリック層３５が形成されている場合には、小径部２５の厚みｔ１は、０．７５０ｍｍ以下であることが好ましいことが分かった。
【００９７】
各確認試験においては、ねじ径がＭ１０又はＭ８であるグロープラグ１について示した。グロープラグ１は、小型化が可能なものであり、ねじ径が、より小さいＭ６等である場合についても適用することが可能である。
【００９８】
本発明は、実施形態のみに限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲においてさらに異なる実施形態を構成することが可能である。また、本発明は、様々な変形例、均等範囲内の変形例等を含む。
【符号の説明】
【００９９】
１  グロープラグ
２Ａ  保持外筒
２Ｂ  ハウジング
２１Ａ  保持孔
２５  小径部
２６  大径部
２７  傾斜当接部
３  セラミックヒータ
３３  陽極
３４  陰極
【図１】
2019124367.tif 000005
【図２】
2019124367.tif 000006
【図３】
2019124367.tif 000007
【図４】
2019124367.tif 000008
【図５】
2019124367.tif 000009
【図６】
2019124367.tif 000010
【図７】
2019124367.tif 000011
【図８】
2019124367.tif 000012
【図９】
2019124367.tif 000013
【図１０】
2019124367.tif 000014
【図１１】
2019124367.tif 000015
【図１２】
2019124367.tif 000016
【図１３】
2019124367.tif 000017
【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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