(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属外筒と、
内方に延出する保持部を先端側に形成し、前記金属外筒を前記保持部が保持する筒状主体金具と、
ＷまたはＷ合金で形成した一組の取出しリード線の各一端を発熱抵抗体の端部に連結してなるヒータ本体をセラミック基体中に有し、この取出しリード線の各他端をセラミック基体表面に露出させ、前記金属外筒内に嵌着されるセラミックヒータと、
前記筒状主体金具の後端側に絶縁して挿着される端子電極と、
セラミック基体表面の後部に露出する前記取出しリード線の露出面に高純度銀ろうを用いて一端をろう付けし、他端を前記端子電極に電気接続した外部接続線と、
セラミック基体表面の中部に露出する前記取出しリード線の露出面に、前記高純度銀ろうよりも銀純度の高い銀ろうを用いて一端をろう付けし、他端を前記主体金具に電気接続した別の外部接続線とを備えたセラミックグロープラグ。
【請求項２】
金属外筒と、
内方に延出する保持部を先端側に形成し、前記金属外筒を前記保持部が保持する筒状主体金具と、
ＷまたはＷ合金で形成した一組の取出しリード線の各一端を発熱抵抗体の端部に連結してなるヒータ本体をセラミック基体中に有し、この取出しリード線の各他端をセラミック基体表面に露出させ、前記金属外筒内に嵌着されるセラミックヒータと、
前記筒状主体金具の後端側に絶縁して挿着される端子電極と、
セラミック基体表面の後部に露出する前記取出しリード線の露出面に、高純度銀ろうを用いて一端をろう付けし、他端を前記端子電極に電気接続した外部接続線と、
セラミック基体表面の中部に露出する前記取出しリード線の露出面に前記高純度銀ろうよりも銀純度の高い銀ろうを用いて一端をろう付けし、他端を前記主体金具に電気接続した純Ｎｉ線とを備えたセラミックグロープラグ。
【請求項３】
前記高純度銀ろうは、銀含有量が８０ｗｔ％以上である請求項１または請求項２に記載のセラミックグロープラグ。
【請求項４】
前記外部接続線は、純Ｎｉ線、Ｎｉ合金線、またはＮｉ被覆線である請求項１乃至請求項３の何れかに記載のセラミックグロープラグ。
【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に装着して使用するセラミックグロープラグに関する。
【０００２】
【従来の技術】
セラミックグロープラグは、通常、金属外筒と、内方に延出する保持部を先端に形成し、金属外筒の後部を保持部が保持する筒状主体金具と、セラミックヒータと、筒状主体金具の後端側に絶縁して挿着される端子電極と、焼結体表面に露出する取出しリード線（Ｗ製）の各露出面に一端をろう付けし、他端を主体金具または端子電極に接続した一組の外部接続線とを備えている。
【０００３】
そして、このセラミックグロープラグは、従来より、以下｛▲１▼〜▲４▼｝に示す製造工程を経て製造される。
▲１▼Ｗ製の取出しリード線のセラミック基体表面から露出した各一端を発熱材の各端部に連結してなるヒータ本体を、Ｓｉ3 Ｎ4 等のセラミック粉末中に埋設し、これをホットプレス焼結させてセラミックヒータを製造する。
▲２▼一組の取出しリード線のセラミック基体表面から露出した各露出面に外部接続線の一端をろう付けした後、金属外筒に嵌め込み固着する。
▲３▼この組付体を筒状主体金具内に嵌め込み、金属外筒の後部を保持部の内壁にろう付けする。
▲４▼インシュレータおよびナットにより、端子電極を主体金具に固定する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記製造工程を経て製造したセラミックグロープラグは、以下の不具合を有する。
ろう付けの際、ろう付け温度（８００℃〜１１００℃）により、セラミック基体表面から露出している部分の取出しリード線が酸化腐蝕する場合がある。
この場合、セラミックグロープラグの使用時に、Ｗ製の取出しリード線の腐蝕が早く進行する。また、初期抵抗値のバラツキや、通常使用時の抵抗値変化が大きい。
【０００５】
本発明の目的は、酸化腐蝕させることなく、Ｗ製の取出しリード線の露出面を外部接続線へ確実に電気接続でき、且つ、使用時の抵抗値変化が少ない、耐久性に優れたセラミックグロープラグの提供にある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明は、以下の構成を採用した。
（１）セラミックグロープラグは、金属外筒と、内方に延出する保持部を先端側に形成し、前記金属外筒を前記保持部が保持する筒状主体金具と、ＷまたはＷ合金で形成した一組の取出しリード線の各一端を発熱抵抗体の端部に連結してなるヒータ本体をセラミック基体中に有し、この取出しリード線の各他端をセラミック基体表面に露出させ、前記金属外筒内に嵌着されるセラミックヒータと、前記筒状主体金具の後端側に絶縁して挿着される端子電極と、セラミック基体表面の後部に露出する前記取出しリード線の露出面に高純度銀ろうを用いて一端をろう付けし、他端を前記端子電極に電気接続した外部接続線と、セラミック基体表面の中部に露出する前記取出しリード線の露出面に、前記高純度銀ろうよりも銀純度の高い銀ろうを用いて一端をろう付けし、他端を前記主体金具に電気接続した別の外部接続線とを備える。
【０００７】
（２）セラミックグロープラグは、金属外筒と、内方に延出する保持部を先端側に形成し、前記金属外筒を前記保持部が保持する筒状主体金具と、ＷまたはＷ合金で形成した一組の取出しリード線の各一端を発熱抵抗体の端部に連結してなるヒータ本体をセラミック基体中に有し、この取出しリード線の各他端をセラミック基体表面に露出させ、前記金属外筒内に嵌着されるセラミックヒータと、前記筒状主体金具の後端側に絶縁して挿着される端子電極と、セラミック基体表面の後部に露出する前記取出しリード線の露出面に、高純度銀ろうを用いて一端をろう付けし、他端を前記端子電極に電気接続した外部接続線と、セラミック基体表面の中部に露出する前記取出しリード線の露出面に、前記高純度銀ろうよりも銀純度の高い銀ろうを用いて一端をろう付けし、他端を前記主体金具に電気接続した純Ｎｉ線とを備える。
【０００８】
（３）セラミックグロープラグは、上記（１）または（２）の構成を有し、前記高純度銀ろうは、銀含有量が８０ｗｔ％以上である。
【０００９】
（４）セラミックグロープラグは、上記（１）〜（３）のいずれかの構成を有し、前記外部接続線は、純Ｎｉ線、Ｎｉ合金線、またはＮｉ被覆線であることを特徴とする。
【００１１】
【作用および発明の効果】
（請求項１について）
セラミック基体表面の後部、中部に露出する取出しリード線の各露出面に高純度銀ろうを用いて、外部接続線の一端および別の外部接続線の一端をろう付けしている。
このため、銀ろう付けの際に、銀以外（銅等）のろう材成分に起因した、取出しリード線の酸化腐食を防止でき、タングステン製の取出しリード線と、外部接続線または別の外部接続線との電気接続を確実に行える。
セラミック基体表面の中部に露出する取出しリード線の露出面に、後部に露出する取出しリード線の電気接続の為に用いる高純度銀ろうよりも銀純度の高い銀ろうを用いて別の外部接続線の一端をろう付けし、別の外部接続線の他端を主体金具に電気接続している。 エンジンにおける使用条件では、発熱抵抗体に近いセラミック基体表面の中部の方が後部よりも温度が高くなる。従って、この部分に銀純度の高い銀ろうを使用すれば経済的に優れる。
【００１２】
（請求項２について）
セラミック基体表面の中部に露出する取出しリード線の露出面に、後部に露出する取出しリード線の電気接続の為に用いる高純度銀ろうよりも銀純度の高い銀ろうを用いて純Ｎｉ線の一端をろう付けし、純Ｎｉ線の他端を主体金具に電気接続している。
エンジンにおける使用条件では、発熱抵抗体に近いセラミック基体表面の中部の方が後部よりも温度が高くなる。従って、この部分に銀純度の高い銀ろうを使用すれば経済的に優れる。
また、純Ｎｉ線を使用することで、ろう流れ性が良く、電気接続を確実に行えるとともに、セラミックグロープラグの耐久性に優れる。
【００１３】
（請求項３について）
高純度銀ろうは、銀含有量が８０ｗｔ％以上であるので、銀ろう付けの際に、銀以外（銅等）のろう材成分に起因した、取出しリード線の酸化腐蝕を防止でき、タングステン製の取出しリード線と、外部接続線や純Ｎｉ線との電気接続を確実に行える。
よって、端子電極−主体金具間の、初期抵抗値のバラツキや、エンジンにおける使用条件の様な冷熱繰り返しによる抵抗値変化が少なく、セラミックグロープラグは耐久性に優れる。
【００１４】
（請求項４について）
高純度銀ろうの銀含有率を高くする程、酸化腐蝕が発生し難い。しかし、銀含有率が高くなると、銀ろう付けの際にろう流れ性が悪くなる傾向にある。従って、銀ろうが流れていない部分における耐酸化腐蝕性を確保する必要がある。そこで、エンジンにおける使用時の到達温度を考慮すると、外部接続線を純Ｎｉ、Ｎｉ合金線、またはＮｉ被覆線とすることが好ましい。
【００１６】
【発明の実施の形態】
本発明の第１実施例（請求項１〜４に対応）を、図１〜図３に基づいて説明する。
グロープラグＡは、金属外筒１と、該金属外筒１の後部１１を、先端の保持部２１が保持する筒状主体金具２と、金属外筒１内に嵌挿されるセラミック発熱体３と、筒状主体金具２に絶縁して挿着される端子電極４とを備える。
【００１７】
金属外筒１（肉厚０．６ｍｍ）は、耐熱金属で形成され、後部１１が、保持部２１の内壁２１１に銀ろう付けされている。
筒状主体金具２（炭素鋼製）は、内方に延出する保持部２１を先端に形成し、レンチ嵌合用の六角部２２を後端に形成し、ディーゼルエンジンの燃焼室に螺着するためのねじ２３を中間に形成している。
【００１８】
セラミック発熱体３は、後述する方法で製造され、セラミック基体３１中に取出しリード線３３、３４およびＵ字状の発熱抵抗体３２を埋設している。尚、発熱抵抗体３２の表面からセラミック基体３１表面迄の距離が０．３ｍｍ以上となる様に、発熱抵抗体３２をセラミック基体３１中に埋設しているので、使用中に発熱抵抗体３２が高温（８００℃〜１５００℃）になっても発熱抵抗体３２の酸化が防止できるとともに、機械的強度を高く保持できる。
【００１９】
取出しリード線３３、３４は、直径０．３ｍｍのＷ（タングステン製）線であり、一端３３１、３４１を発熱抵抗体３２の端部３２１、３２２に連結し、他端３３２、３４２をセラミック基体３１の中間および後部でセラミック表面に露出させている。
【００２０】
取出しリード線３３の他端３３２は、純銀ろうによってコイル状のリードコイル（外部接続線）５１（純Ｎｉ線）に電気接続され、金属外筒１を介して筒状主体金具２に電気接続されている。
また、取出しリード線３４の他端３４２は、８５％銀ろうによって、外部接続線であるコイル状のリードコイル５２、５３（耐熱Ｎｉ合金線）に電気接続され、更に端子電極４に電気接続されている。
【００２１】
ねじ４１が形成される端子電極４は、インシュレータ６１およびナット６２により筒状主体金具２に絶縁して固定される。また、６３は給電金具（図示せず）を端子電極４に固定するためのナットである。
【００２２】
尚、ガスタービンの様に、筒状主体金具２の先端でエンジンに当接しない機種に使用されるセラミックグロープラグの場合には、上述のリードコイル（外部接続線）５１、５２、５３は全て純Ｎｉ線であることが望ましく、取出しリード線３３、３４の他端３３２、３４２に電気接続するために使用する銀ろうよりも銀純度が高い銀ろうであることが望ましい。
【００２３】
つぎに、セラミック発熱体３の製造方法を説明する。
Ｗ（タングステン）線を所定長に切断して所定形状に成形する。
まず、発熱抵抗体の原料を調整する。
当該発熱抵抗体の原料は、ＷＣ５８．４ｗｔ％と、絶縁性セラミック（Ｓｉ3 Ｎ4 ８９重量部、Ｅｒ2 Ｏ3 ８重量部、Ｖ2 Ｏ3 １重量部、およびＷＯ3 ２重量部）４１．６ｗｔ％からなる。
これに分散剤と溶剤を添加して、粉砕・乾燥した後、有機バインダーを加えて造粒物を製造する。
【００２４】
Ｗ製の取出しリード線３３、３４（および何も被覆させない取出しリード線）の一端３３１、３４１と連結するように上記造粒物を射出成型すると、Ｕ字形状の未焼成の発熱抵抗体３２が形成されるとともに、一体化された未焼成のヒータ本体３００が完成する（図３参照）。
【００２５】
次に、セラミック粉末を調整する。
当該セラミック粉末の原料は、ＭｏＳｉ2 ３．５ｗｔ％と、絶縁性セラミック（Ｓｉ3 Ｎ4 ８９重量部、Ｅｒ2 Ｏ3 ８重量部、Ｖ2 Ｏ3 １重量部、およびＷＯ3 ２重量部）９６．５ｗｔ％からなる。
これら成分のうち、先ず、ＭｏＳｉ2 、Ｅｒ2 Ｏ3 、Ｖ2 Ｏ3 、およびＷＯ3 に分散剤と水を添加して粉砕した後、上記Ｓｉ3 Ｎ4 を加えて再度粉砕し、有機バインダーを加えて造粒物を製造する。
このセラミック粉末で半割プレス体を作る。
この半割プレス体に未焼成のヒータ本体３００を載置し、その上に上記セラミック粉末を充填してプレス体を成形する。
【００２６】
このプレス成形体をカーボン型にセットして、Ｎ2 ガス雰囲気中、１７５０℃で、圧力２００ｋｇ／ｃｍ2 を加えながらホットプレスし、半球先端部を有する略丸棒状にホットプレス焼結する。
【００２７】
このセラミック焼結体の外表面を研磨して、円柱状の所定寸法に仕上げるとともに、取出しリード線３３、３４の他端３３２、３４２をセラミック基体３１の表面に露出させる。これにより、セラミック発熱体３が完成する。
【００２８】
このセラミック発熱体３は、金属外筒１に保持する部位と、リードコイル（外部接続線）５１、５２とを接続する外周（但し、取出しリード線３３、３４の露出部分は除く）とにガラス層が焼き付け形成される。
【００２９】
つぎに、セラミック発熱体３を金属外筒１に嵌め込む。
取出しリード線３３、３４の他端３３２、３４２（露出面）に、後述する高純度銀ろう（８０％銀ろう、純銀ろう）を用いて後述するリードコイル（外部接続線）５１、５２を銀ろう付けする。
【００３０】
そして、このセラミック発熱体３の組立体を筒状主体金具２内に挿入し、金属外筒１の後部１１を主体金具２の保持部２１の内壁２１１に銀ろう付けする。
更に、インシュレータ６１およびナット６２によって端子電極４が主体金具２に固定され、グロープラグＡが完成する。
【００３１】
つぎに、ろう流れ性試験について説明する（表１参照）。
取出しリード線３３、３４に純Ｗ線を使用し、リードコイル（外部接続線）５１、５２に、耐熱Ｎｉ合金線（Ｓｉ１．５重量％、Ｍｎ２．０重量％、Ｃｒ１．５重量％、残Ｎｉ）、Ｎｉ鍍金（３μｍ）した耐熱Ｎｉ合金線、または純Ｎｉ線を使用し、９８０℃、１１００℃のろう付け温度で、純銀ろう、８５ｗｔ％銀ろう、８０ｗｔ％銀ろう、７２ｗｔ％銀ろう（ＢＡｇ- ８）、又は５０ｗｔ％銀ろうを使用して、ろう流れ性を試験した。
【００３２】
純銀ろうを使用する場合、リードコイル（外部接続線）５１、５２が耐熱Ｎｉ合金線であると、表面に純銀ろうを弾く成分が析出され、ろう流れ性に劣るので、リードコイル５１、５２に、Ｎｉ鍍金した耐熱Ｎｉ合金線または純Ｎｉ線を使用する必要がある。
ろう流れ性は、ろうが全体に流れている（最良）のものを“◎”、ろうが大凡全体に流れている（良好）ものを“〇”、ろうが流れない（不可）ものを“×”とした。
【００３３】
表１に示すデータより、純銀ろうを使用する場合には、リードコイル（外部接続線）５１、５２を、Ｎｉ鍍金（３μｍ）した耐熱Ｎｉ合金線、または純Ｎｉ線を使用することが望ましい。
尚、耐熱Ｎｉ合金線において、純銀ろうのろう流れ性が良くないのは、耐熱Ｎｉ合金線に含まれるＣｒが銀をはじく性質を有するものと考えられる。
又、Ｎｉメッキした耐熱Ｎｉ合金線は、メッキムラや熱によるハガレを生じる場合があるため純Ｎｉ線に比べてろう流れ性は良くない。
【００３４】
【表１】
0003801756.tif 000002
【００３５】
つぎに、通電酸化腐蝕試験について説明する（表２参照）。
リードコイル（外部接続線）５１、５２に純Ｎｉ線を使用し、純Ｗの取出しリード線３３、３４｛ (-)側、(+) 側｝とのろう付けに、純銀ろう、８５ｗｔ％銀ろう、８０ｗｔ％銀ろう、７２ｗｔ％銀ろう（ＢＡｇ- ８）、または５０ｗｔ％銀ろうを使用して、各５本づつ試験し、通電酸化腐蝕性および抵抗値変化を調べた。
【００３６】
６Ｖ印加×６０秒- 水急冷を１サイクルとし、１０サイクル実施
試験前の抵抗値（設計値は７００ｍΩ）に対し、１０サイクル実施後において、抵抗値の変動が＋１．５％以下のものを“〇”、＋１．０％以下のものを“◎”、１０サイクル前に＋１．５％を越えるものを“×”とした。
表２に示すデータより、通電酸化腐蝕性に優れ、且つ抵抗値変化が少ない銀ろうの種類は、８０ｗｔ％以上銀を含有する銀ろうが適していることが判明した。
【００３７】
【表２】
0003801756.tif 000003
【００３８】
つぎに、ろう付けの総合試験の結果について説明する（表３参照）。
取出しリード線３３、３４に純Ｗ線を使用し、リードコイル（外部接続線）５１、５２材に、耐熱Ｎｉ合金線、Ｎｉ鍍金（３μｍ）した耐熱Ｎｉ合金線、および純Ｎｉ線を使用し、純銀ろう、８５ｗｔ％銀ろう、８０ｗｔ％銀ろう、７２ｗｔ％銀ろう（ＢＡｇ- ８）、または５０ｗｔ％銀ろうを使用し、各リードコイル材とろう材の適合性を評価した。尚、ろう付け温度は９８０℃、ろう付けはＮ2 ガス雰囲気で行った。
【００３９】
ろう流れ性の評価は、取出しリード線３３、３４側およびリードコイル５１、５２側でチェックし、ろうが全体に流れているもの（最良）を“◎”、ろうが大凡全体に流れているもの（良好）を“〇”、ろうが流れないもの（不可）を“×”とした。
純Ｗの取出しリード線３３、３４の通電酸化腐蝕試験の評価については、試験前の抵抗値（設計値は７００ｍΩ）に対し、１０サイクル（６Ｖ印加×６０秒- 水急冷を１サイクル）実施後において、抵抗値の変動が＋１．５％以下のものを“〇”、＋１．０％以下のものを“◎”、１０サイクル前に＋１．５％を越えるか断線したものを“×”とした。
【００４０】
総合判定の評価は、ろう流れ性および通電酸化腐蝕試験で“◎”が２つ以上のものを“最良（◎印）“とし、“〇”が２つ以上のものを“良好（〇印）”とし、“×”が一つでもあるものを“不可（×印）”とした。
表３の太枠内のものが良好である。
ただし、リードコイル材がＮｉ合金線でロウ材が純銀ろうの場合にはろう流れ性が“×”であるが、抵抗値変化が小さく、リードコイル材の酸化腐蝕は進行し難い。従って、この場合については、“×”が一つであるが、総合判定の評価としては“△”とした。
【００４１】
【表３】
0003801756.tif 000004
【００４２】
本発明は、上記実施例以外に、つぎの実施態様を含む。
ａ．発熱抵抗体は、上記実施例（ＷＣとＳｉ3 Ｎ4 との混和物）の様な非金属発熱素子以外に、金属発熱コイル（Ｗ- Ｒｅ線やＷ線など）であっても良い。
【００４３】
ｂ．取出しリード線は、上記実施例（純Ｗ）以外に、Ｗ- Ｓｉ合金線やＷ- Ｎｉ合金線などのＷ合金でも良い。
ｃ．セラミックは、Ｓｉ3 Ｎ4 以外に、サイアロンやＡｌＮなどでも良い。
ｄ．Ｎｉ被覆線は、Ｎｉ合金にＮｉメッキしたものを用いたが、Ｆｅ、Ｆｅ合金にＮｉ被覆したものであっても良い。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例に係るグロープラグの断面図である。
【図２】そのグロープラグの要部拡大断面図である。
【図３】完成したヒータ本体の説明図である。
【符号の説明】
Ａ  グロープラグ（セラミックグロープラグ）
１  金属外筒
２  筒状主体金具
３  セラミック発熱体（セラミックヒータ）
４  端子電極
２１  保持部
３１  セラミック基体
３２  発熱抵抗体
３３、３４  取出しリード線
５１  リードコイル（外部接続線）
５２  リードコイル（外部接続線）
３００  ヒータ本体
３２１、３２２  端部
３３１、３４１  一端
３３２、３４２  他端
【図１】
0003801756.tif 000005
【図２】
0003801756.tif 000006
【図３】
0003801756.tif 000007