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JP2002299012A - セラミックヒータ及びその製造方法、グロープラグ及びイオン電流検出装置 - Google Patents

セラミックヒータ及びその製造方法、グロープラグ及びイオン電流検出装置

Info

Publication number
JP2002299012A
JP2002299012A JP2001103441A JP2001103441A JP2002299012A JP 2002299012 A JP2002299012 A JP 2002299012A JP 2001103441 A JP2001103441 A JP 2001103441A JP 2001103441 A JP2001103441 A JP 2001103441A JP 2002299012 A JP2002299012 A JP 2002299012A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
ceramic
ion current
ceramic heater
heating element
conductive ceramic
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2001103441A
Other languages
English (en)
Inventor
Nobuyuki Hotta
信行 堀田
Takaya Yoshikawa
孝哉 吉川
Manabu Okinaka
学 沖中
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Niterra Co Ltd
Original Assignee
NGK Spark Plug Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by NGK Spark Plug Co Ltd filed Critical NGK Spark Plug Co Ltd
Priority to JP2001103441A priority Critical patent/JP2002299012A/ja
Priority to US10/108,242 priority patent/US6646231B2/en
Priority to EP02007524A priority patent/EP1248045B1/en
Priority to DE60222961T priority patent/DE60222961T2/de
Publication of JP2002299012A publication Critical patent/JP2002299012A/ja
Pending legal-status Critical Current

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    • F02P—IGNITION, OTHER THAN COMPRESSION IGNITION, FOR INTERNAL-COMBUSTION ENGINES; TESTING OF IGNITION TIMING IN COMPRESSION-IGNITION ENGINES
    • F02P19/00—Incandescent ignition, e.g. during starting of internal combustion engines; Combination of incandescent and spark ignition
    • F02P19/02—Incandescent ignition, e.g. during starting of internal combustion engines; Combination of incandescent and spark ignition electric, e.g. layout of circuits of apparatus having glowing plugs
    • F02P19/028—Incandescent ignition, e.g. during starting of internal combustion engines; Combination of incandescent and spark ignition electric, e.g. layout of circuits of apparatus having glowing plugs the glow plug being combined with or used as a sensor
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23Q—IGNITION; EXTINGUISHING-DEVICES
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    • F23Q7/001—Glowing plugs for internal-combustion engines
    • H—ELECTRICITY
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 イオン電流検出電極部の耐久性がより良好で
あり、かつ低コストで製造できるセラミックヒータを提
供する。 【解決手段】 セラミックヒータ１は、絶縁性セラミッ
ク基体１３と、絶縁性セラミック基体中に埋設される抵
抗発熱体１０と、絶縁性セラミック基体中において抵抗
発熱体と一体形成され、かつ自身の表面の一部を絶縁性
セラミック基体の表面にイオン電流検出面として露出さ
せるイオン電流検出電極部１４とを備える。イオン電流
検出電極部１４は、イオン電流検出面１５の少なくとも
一部を含む部分が、カチオン成分が非金属元素からなる
非金属系導電性セラミック、例えば炭化珪素を主体とす
る導電性セラミック相にて構成される。

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
ン予熱用のグロープラグ等に使用され、かつイオン検出
電極を備えたセラミックヒータとその製造方法、ならび
に前記セラミックヒータを用いたグロープラグと、該グ
ロープラグを用いたイオン電流検出装置とに関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、ガソリンエンジンのみならずディ
ーゼルエンジンにおいても環境保護の観点から、機関か
ら排出される排気ガスや排気煙中の有害物質の削減が要
望されている。特に、エンジン内の不完全燃焼が主原因
となって排出されるディーゼル排気微粒子（Diesel Exh
aust Particle：ＤＥＰ）については、最近わが国にお
いても規制が進みつつある。そして、こうした要望に応
えるべく、エンジンの構造や燃焼制御の改良、あるいは
触媒等を用いた排ガス処理、燃料や潤滑油の改善等に関
して種々の提案がなされている。
【０００３】また、最近のエンジン燃焼制御システムに
おいては、エンジン燃焼状態を制御情報として検出する
機構が搭載されているものもある。具体的な被測定パラ
メータとしては気筒内圧、燃焼光あるいはイオン電流な
どがあり、特にイオン電流によりエンジン燃焼状態を検
出することは、燃焼に伴う化学反応状況を直接的に把握
できることから有用とみなされ、種々のイオン電流検出
方法が提案されている。このうちガソリンエンジンに関
しては、点火インターバルを利用して、スパークプラグ
の火花放電ギャップをイオン電流発生部に流用する検出
方法が以前から採用されている。しかしながら、ディー
ゼルエンジンは周知の通りスパークプラグを使用しない
ので、この方法は採用できない。
【０００４】他方、ディーゼルエンジンには暖機のため
のグロープラグが搭載されている。そこで、これを利用
したイオン電流検出方法が、例えば特開平１０−８９２
２３号、特開平１０−８９６８６号、特開平１０−８９
６８７号及び特開平１０-１２２１１４号等の公報に開
示されている。その原理の概要はおおむね以下の通りで
ある。
【０００５】すなわち、グロープラグは、燃焼室内に配
置される抵抗発熱ヒータを有するものであり、エンジン
の暖機が完了するまではヒータの通電発熱が継続される
が、暖機完了後には基本的に用済みとなるので、これを
イオン電流検出プローブとして流用しよう、というもの
である。具体的には、グロープラグにイオン検出機能を
付加するために、ヒータの抵抗発熱体にイオン電流検出
電極部を、電極表面の一部がヒータ表面に露出するよう
に設ける構造付加を行なう。そして、エンジン始動時に
おいては、抵抗発熱体を発熱用の電源に接続して通電発
熱させることにより暖機を行なう一方、暖機が終了した
後は、イオン電流発生用に電源及び通電経路の切り換え
を行ない、接地されたエンジンブロック中の燃焼室内面
とイオン電流検出電極部との間でイオン電流を発生させ
るようにする。例えば、イオン電流の信号に不完全燃焼
などの状況を反映した波形が検出された場合には、再度
発熱用の電源に切り換えて抵抗発熱体を発熱させ、燃焼
補助を行なうようにすることもできる。
【０００６】例えば、特開平１０−８９６８６号公報に
示されているグロープラグは、セラミック製の抵抗発熱
体を絶縁性セラミック基体の中に埋設したセラミックヒ
ータを使用するものであり、抵抗発熱体及びイオン電流
検出電極部の材質として、二珪化モリブデン（ＭｏＳｉ
２）、三珪化五モリブデン（Ｍｏ５Ｓｉ３）、炭珪化モ
リブデン（ＭｏｘＳｉ３Ｃｙ）、硼化モリブデン（Ｍｏ
Ｂ）、炭化タングステン（ＷＣ）、ＴｉＮなどの導電性
無機化合物が挙げられている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
た材質の導電性無機化合物は、抵抗発熱体として使用す
る際の電気的特性は比較的良好であるが、高温燃焼ガス
と直接接触するイオン電流検出電極の材質としては以下
に述べるような問題がある。すなわち、これら無機導電
性化合物のカチオン成分をなすＭｏあるいはＷは、高温
燃焼ガスとの接触により酸化しやすく、しかも三価によ
り生成するＭｏＯ３あるいはＷＯ３といった酸化物は非
常に揮発性が高いため高温での消耗が著しくなり、イオ
ン電流検出電極の寿命が早期に尽きやすい欠点がある。
なお、特開平１０−８９６８６号公報には、イオン電流
検出電極部の露出表面部をＰｔ、Ｉｒ、Ｒｈ、Ｒｕある
いはＰｄ等の貴金属にて被覆する態様も開示されている
が、貴金属は高価であり、製造工程も複雑化するので経
済的でない。また、被覆の下地をなす導電性無機化合物
との間の密着性や、線膨張係数差による貴金属被覆部の
剥離や割れ等も問題になりやすいので、耐久性の観点か
らも好ましくない。
【０００８】本発明の課題は、イオン電流検出電極部の
耐久性がより良好であり、かつ低コストで製造できるセ
ラミックヒータとその製造方法、さらには該セラミック
ヒータを使用したグロープラグ並びにイオン電流検出装
置を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段及び作用・効果】上記の課
題を解決するために、本発明に係るセラミックヒータの
第一構成は、絶縁性セラミック基体と、主に導電性セラ
ミックからなり、絶縁性セラミック基体中に埋設される
抵抗発熱体と、主に導電性セラミックからなり、絶縁性
セラミック基体中において抵抗発熱体と一体形成され、
かつ自身の表面の一部を絶縁性セラミック基体の表面に
イオン電流検出面として露出させるイオン電流検出電極
部とを備え、イオン電流検出電極部は、イオン電流検出
面の少なくとも一部を含む部分が、カチオン成分が非金
属元素からなる非金属系導電性セラミックにて構成され
たことを特徴とする。
【００１０】上記のセラミックヒータの構成によると、
イオン電流検出電極部のイオン電流検出面の少なくとも
一部を含む部分が、カチオン成分が非金属元素からなる
非金属系導電性セラミックにて構成されている。非金属
系導電性セラミックは、セラミック抵抗発熱体の材質と
して一般に使用されている、カチオン成分が金属元素か
らなる金属系導電性セラミックと比較して耐酸化性に優
れ、また、高温揮発性の酸化物も生じにくいことから、
イオン電流検出面の構成材質として採用することにより
イオン電流検出電極部の長寿命化を図ることができる。
【００１１】上記第一構成においては、非金属系導電性
セラミックは、非金属カチオン元素の珪化物、炭化物、
窒化物あるいは硼化物の１種又は２種以上を主体とする
ものとして構成することができる。非金属カチオン元素
としては、例えば珪素（Ｓｉ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）
あるいはセレン（Ｓｅ）などの採用が可能であり、上記
の珪化物、炭化物、窒化物あるいは硼化物のうち、使用
温度下においてイオン電流検出に向く適度な電気伝導度
を有したものが本発明に好適に使用できる。
【００１２】そして、上記の化合物のうち、特に炭化珪
素を主成分とするものを本発明に好適に使用することが
できる。高温燃焼ガスとの接触により１０００〜１３５
０℃程度までの温度上昇が予想される使用雰囲気におい
ても十分な耐酸化性を有している上、貴金属等に比べる
とはるかに安価である。また、生成酸化物が揮発性の小
さい二酸化珪素であることから、酸化消耗も生じにく
い。従って、イオン電流検出電極部の耐久性がより良好
であり、かつ低コストで製造できるセラミックヒータを
合理的に実現することができる。
【００１３】イオン電流検出電極部は、例えば、イオン
電流検出面を含む表層部のみを前記非金属系導電性セラ
ミックにて構成してもよいが、炭化珪素など、電気伝導
度の特に良好な非金属系導電性セラミックを使用する場
合は、イオン電流検出電極部の全体を該非金属系導電性
セラミックにて構成することができる。さらには、イオ
ン電流検出電極部のみならず抵抗発熱体も含めた全体
を、該非金属系導電性セラミックにて構成することも可
能である。
【００１４】イオン電流検出面の少なくとも一部を含む
部分を、上記の非金属系導電性セラミックにて構成する
ことは、酸化消耗等に対するイオン電流検出電極部の保
護を行なう観点において非常に有効である。他方、ヒー
タ昇温特性を一層良好なものとするために、抵抗発熱体
に関しては非金属系導電性セラミックと別素材、具体的
にはカチオン成分が金属元素からなる金属系導電性セラ
ミックを構成セラミックをとして採用することも可能で
ある。すなわち、抵抗発熱体は、カチオン成分が金属元
素からなる第一導電性セラミック相を主体に構成し、イ
オン電流検出電極部は、イオン電流検出面の少なくとも
一部を含む部分を、前記した炭化珪素を主成分とするも
のなど、非金属系導電性セラミックからなる第二導電性
セラミック相にて構成するようにする。
【００１５】なお、本明細書において、着目している物
質中の含有成分に関して「主成分」（「主体に」あるい
は「主に」等も同義）の用語を用いる場合、その物質中
にて最も重量含有率の高い成分を意味するものとする。
また、「２種又はそれ以上の成分を主成分とする」と
は、それら成分の合計が、残余の個々の成分のいずれよ
りも重量含有率の高いことを意味する。なお、複数相か
らなる組織を有した物質の成分に関しては、個々の相を
それぞれ個別の物質とみなして、それぞれ構成元素ある
いは構成化合物に関する主成分を上記定義により特定可
能である。また、組織全体に関しては、個々の構成相を
それぞれ成分とみなして、組織中にて主体となる「相」
を上記定義により特定可能である。そして、本発明にお
いて、「主成分」、「主体に」あるいは「主に」の文言
を用いて概念規定された個々の物質は、本発明の基本的
な作用・効果が達成可能である限り、いかなる種類の副
成分が含有されていてもよい。
【００１６】また、本発明に係るセラミックヒータの第
二構成は、絶縁性セラミック基体と、主に導電性セラミ
ックからなり、絶縁性セラミック基体中に埋設される抵
抗発熱体と、主に導電性セラミックからなり、絶縁性セ
ラミック基体中において抵抗発熱体と一体形成され、か
つ自身の表面の一部を絶縁性セラミック基体の表面にイ
オン電流検出面として露出させるイオン電流検出電極部
とを備え、抵抗発熱体は、第一導電性セラミック相を主
体に構成されたものであり、イオン電流検出電極部は、
イオン電流検出面の少なくとも一部を含む部分が、第一
導電性セラミック相よりも耐酸化性が良好な第二導電性
セラミック相にて構成されたことを特徴とする。
【００１７】上記構成においては、高温での耐酸化性あ
るいは耐消耗性が要求されるイオン電流検出電極部の、
特にイオン電流検出面の少なくとも一部を含む部分を、
抵抗発熱体の主体をなす第一導電性セラミック相よりも
耐酸化性が良好な第二導電性セラミック相により構成す
るようにした。これにより、抵抗発熱体の性能等を犠牲
にすることなく、イオン電流検出電極部の耐久性を高め
ることができる。例えば、第一導電性セラミック相を、
抵抗発熱体として要求される電気的特性が第二導電性セ
ラミック相よりも良好なセラミック、例えばヒータ使用
温度における電気伝導度が高い、あるいは通電初期抵抗
が小さく急速昇温性能に優れた導電性セラミック相にて
構成することで、良好なヒータ特性とイオン電流検出電
極部の耐久性とを兼ね備えた理想的なセラミックヒータ
が実現可能となる。
【００１８】本発明のセラミックヒータの第一及び第二
構成のいずれにおいても、抵抗発熱体の主体となる第一
導電性セラミック相は、ヒータ使用温度（例えば１１０
０〜１３５０℃）における電気伝導度が良好であり、か
つ急速昇温性能に優れていることから、二珪化モリブデ
ン（ＭｏＳｉ２）、炭化タングステン（ＷＣ）、二珪化
タングステン（ＷＳｉ２）、三珪化五モリブデン（Ｍｏ
５Ｓｉ３）及び炭珪化モリブデン（ＭｏｘＳｉ３Ｃｙ：
５＞ｘ≧４、０＜ｙ≦１、ｘ＋ｙ＝５）の１種又は２種
以上を主成分とするものを好適に使用することができ
る。抵抗発熱体において、これら第一導電性セラミック
相の含有量は５０〜７５質量％となっていることが望ま
しい。５０質量％未満では、上記の効果が十分に達成さ
れない場合があり、７５質量％を超えると、焼結助剤に
基づく粒界相の形成が不十分となり、緻密な抵抗発熱体
が得られなくなる場合がある。
【００１９】他方、第二導電性セラミック相は、非金属
系導電性セラミックの使用が必須となる第一構成におい
ては、炭化珪素を主体とするものが本発明に好適に使用
できる。また、第二構成においては第二導電性セラミッ
ク相は、第一導電性セラミック相よりも耐酸化性に優れ
ていれば、特に非金属系導電性セラミックに限定される
ものではなく、上記した炭化珪素以外のほか、窒化チタ
ン、窒化ジルコニウム、窒化ハフニウム、硼化チタン、
硼化ジルコニウム及び硼化ハフニウムの１種又は２種以
上を主成分とするものとして構成することが可能であ
る。ただし、良好な電気伝導度及び耐酸化性を確保する
観点においては、やはり炭化珪素を本発明に最も好適に
用いることができる。
【００２０】なお、イオン電流検出電極部の寿命をより
良好なものとするために、イオン電流検出電極部の表層
部の組織を、第二導電性セラミック相が主体となるもの
とすること、例えば、粒界結合相を除いた残部が第二導
電性セラミック相にて構成されるものとすることが可能
である。他方、イオン電流検出電極部は、例えば電気伝
導度をより良好に確保するために、第一導電性セラミッ
ク相と第二導電性セラミック相とが混在した複合導電性
セラミックにて構成することも可能である。この場合、
第二導電性セラミック相の一部がイオン電流検出面に露
出していればよい。
【００２１】上記本発明のセラミックヒータは、以下の
本発明の製造方法により合理的に製造できる。すなわ
ち、該方法は、イオン電流検出電極部となるべき電極成
形部と抵抗発熱体となるべき発熱体成形部とを絶縁性セ
ラミック基体となるべき基体成形部中に埋設した複合成
形体を作り、これを焼成することを特徴とする。特に、
イオン電流検出電極部のイオン電流検出面の少なくとも
一部を含む部分を前記第二導電性セラミック相により構
成し、他方、抵抗発熱体を前記第一導電性セラミックに
より構成する場合は、例えば以下のような方法を採用で
きる。電極成形部の、イオン電流検出面となるべき部分
を少なくとも第二導電性セラミック相の原料を含有した
第二成形体となし、これを、第一導電性セラミック相の
原料を主体に構成された、発熱体成形部となるべき部分
を含む第一成形体と一体化した一体成形体を作り、その
一体成形体を絶縁性セラミック基体となるべき基体成形
部中に埋設して複合成形体を作るようにする。この場
合、一体成形体は、第二成形体をインサートとして金型
中に配置し、第一成形体の原料を含有したコンパウンド
を該金型中に射出するインサート成形法により形成すれ
ば能率的である。
【００２２】次に、本発明のグロープラグは、上記本発
明のセラミックヒータと、該セラミックヒータを保持す
るとともに、イオン電流検出面が燃焼室内に位置するよ
うにセラミックヒータを内燃機関に取り付けるための取
付部が形成されたハウジングとを有することを特徴とす
る。さらに、本発明のイオン電流検出装置は、上記本発
明のグロープラグと、グロープラグの抵抗発熱体を通電
発熱させるための発熱電源部と、グロープラグの抵抗発
熱体を介してイオン検知電極に対しイオン発生電圧を印
加するイオン発生電源部と、グロープラグに対して発熱
電源部とイオン発生電源部とのいずれかが選択的に接続
されるように接続切り換えを行なう電源切り換え部と、
イオン検知電極に流れるイオン電流を検出するイオン電
流検出部とを備えたことを特徴とする。
【００２３】上記のグロープラグ及びイオン電流検出装
置の構成によると、本発明のセラミックヒータが採用さ
れているので、イオン電流検出電極の消耗あるいは特性
劣化が生じ難く、ひいては長期にわたってイオン電流を
高精度に検出可能となるので、ディーゼル機関から排出
される排気ガスや排気煙中の有害物質（特にディーゼル
排気微粒子）の削減に大きく寄与する。また、全体を安
価に構成可能であるから、環境保護に寄与する上記イオ
ン電流検出装置の普及にも貢献する。
【００２４】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に示す実施例を参照しつつ説明する。図１は、本発明に
製造方法によって製造されるセラミックヒータを使用し
たグロープラグを、その内部構造とともに示すものであ
る。すなわち、グロープラグ５０は、その一端側に設け
られたセラミックヒータ１と、そのセラミックヒータ１
の先端部２が突出するようにその外周面を覆う金属製の
外筒３、さらにその外筒３を外側から覆う筒状の金属ハ
ウジング４等を備えており、セラミックヒータ１と外筒
３との間及び外筒３と金属ハウジング４との間は、それ
ぞれろう付けにより接合されている。
【００２５】セラミックヒータ１の後端部には、金属ハ
ウジング４内に挿通された金属軸６の端部が結合されて
いる。金属軸６は、他方の端部側は金属ハウジング４の
後端部内側に設けられたシール部材２３を貫いて後方側
に延出し、その延出部に絶縁ブッシュ８を介して加締め
パッキン７がはめ込まれ、金属ハウジング４に対して固
定されている。そして、金属ハウジング４の外周面に
は、図示しないエンジンブロックにグロープラグ５０を
固定するための、取付部としてのねじ部５ａが形成され
ている。
【００２６】セラミックヒータ１は、図２（ａ）あるい
は図３に示すように、Ｕ字状のセラミック抵抗発熱体
（以下、単に抵抗発熱体という）１０を備え、その各両
端部１０ｂ，１０ｂに線状又はロッド状の金属リード部
１１及び１２の先端部が埋設されるとともに、抵抗発熱
体１０と金属リード部１１及び１２の全体が、円形断面
を有する棒状の絶縁性セラミック基体１３中に埋設され
ている。抵抗発熱体１０は、Ｕ字底をなす先端部１０ａ
がセラミック基体１３の末端側に位置するように配置さ
れている。また、絶縁性セラミック基体１３中において
抵抗発熱体１０には、自身の表面の一部を絶縁性セラミ
ック基体１３の表面にイオン電流検出面１５として露出
させるイオン電流検出電極部１４が一体化されている。
【００２７】絶縁性セラミック基体１３は、窒化珪素質
セラミックにて構成されている。窒化珪素質セラミック
の組織は、例えば、窒化珪素（Ｓｉ３Ｎ４）を主成分と
する主相粒子が、後述の焼結助剤成分等に由来した粒界
相により結合された形態のものである。なお、主相は、
その９０質量％以上がβ化していることが基体の強度向
上を図る上で望ましい。また、主相は、ＳｉあるいはＮ
の一部が、ＡｌあるいはＯで置換されたもの、さらに
は、相中にＬｉ、Ｃａ、Ｍｇ、Ｙ等の金属原子が固溶し
たものであってもよい。例えば、次の一般式にて表され
るサイアロンを例示することができる； β−サイアロン：Ｓｉ６−ｚＡｌｚＯｚＮ８−ｚ（ｚ＝
０〜４．２） α−サイアロン：Ｍｘ（Ｓｉ，Ａｌ）１２（Ｏ，Ｎ）
１６（ｘ＝０〜２） Ｍ：Ｌｉ，Ｍｇ，Ｃａ，Ｙ，Ｒ（ＲはＬａ，Ｃｅを除く
希土類元素）。
【００２８】窒化珪素質セラミックには、周期律表の３
Ａ、４Ａ、５Ａ、３Ｂ（例えばＡｌ）及び４Ｂ（例えば
Ｓｉ）の各族の元素群及びＭｇから選ばれる少なくとも
１種を前記のカチオン元素として、焼結体全体における
含有量にて、酸化物換算で１〜１０質量％含有させるこ
とができる。これら成分は主に酸化物の形で添加され、
焼結体中においては、主に酸化物あるいはシリケートな
どの複合酸化物の形態にて含有される。焼結助剤成分が
１質量％未満では緻密な焼結体が得にくくなり、１０質
量％を超えると強度や靭性あるいは耐熱性の不足を招く
ほか、摺動部品の場合には耐摩耗性の低下にもつなが
る。焼結助剤成分の含有量は、望ましくは２〜８質量％
とするのがよい。焼結助剤成分として希土類成分を使用
する場合、Ｓｃ、Ｙ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍ、
Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌ
ｕを用いることができる。これらのうちでもＴｂ、Ｄ
ｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂは、粒界相の結晶化を促進
し、高温強度を向上させる効果があるので好適に使用で
きる。
【００２９】次に、抵抗発熱体１０は、前述の第一導電
性セラミック相、例えば、二珪化モリブデン（ＭｏＳｉ
２）、炭化タングステン（ＷＣ）及び二珪化タングステ
ン（ＷＳｉ２）のいずれかを主成分とするセラミック相
を、例えば５０〜７５質量％含有するものとして構成さ
れる。また、絶縁性セラミック基体１３との線膨張係数
差を縮小して耐熱衝撃性を高めるために、絶縁性セラミ
ック基体１３の主成分となる絶縁性セラミック、ここで
は窒化珪素質セラミック相が４０〜５０質量％の範囲に
て含有されている。また、絶縁性セラミック基体１３に
使用されるものと同様の焼結助剤成分が２〜１０質量％
の範囲にて含有される。
【００３０】次に、イオン電流検出電極部１４は、その
全体が前述の第二導電性セラミック相、ここでは炭化珪
素を主成分とする炭化珪素質主相を主体に構成されてい
る。具体的には、後述する製法により、粒子状の炭化珪
素質主相が、抵抗発熱体１０と同様の焼結助剤成分に基
づく粒界相にて結合した組織を有するものとなってい
る。
【００３１】本実施形態においては、抵抗発熱体１０
は、絶縁性セラミック基体１３中に全体が埋没するよう
に配置され、図２（ｂ）に示すようにイオン電流検出電
極部１４は、先端面がイオン電流検出面１５として絶縁
性セラミック基体１３の表面、ここでは先端面に露出す
るように、抵抗発熱体１０の表面、ここでは先端部１０
ａの表面から突出して形成されている。また、イオン電
流検出電極部１４は基端部が抵抗発熱体１０中に埋設さ
れる形にて、該抵抗発熱体１０と一体化されている。
【００３２】次に、図２（ａ）において、セラミック基
体１３には外筒３がろう付けにより接合されている。外
筒３の内周面にはろう付け時のろう材の濡れ性を向上さ
せるために、ニッケル等の金属薄層（図示せず）が所定
の方法（例えばメッキや気相製膜法など）により形成さ
れている。また、高端部には金属製の端子リング２０が
同様にろう付けされ、ここに金属リード部２１の末端が
導通している。また、金属リード部１１の末端は金属軸
６に導通している。そして、図１に示すように、端子リ
ング２０にはリード線２１の一端が接合され、そのリー
ド線２１の他端が、金属軸６の外側に絶縁チューブ２２
を介して配置された端子金具２４に結合されている。こ
のように構成することで、図示しない電源から、金属軸
６、金属リード部１１、抵抗発熱体１０、金属リード部
１２、端子リング２０、リード線２１、及び端子金具２
４を経て通電がなされる。
【００３３】以下、セラミックヒータ１の製造方法につ
いて説明する。まず、イオン電流検出電極部に対応した
形状を有する第二成形体を、第二導電性セラミック相の
原料を含有した成形体、例えば炭化珪素粉末と焼結助剤
粉末とを主体とする原料粉末のプレス成形体あるいは射
出成形体として製造する。次に、図５（ａ）に示すよう
に、抵抗発熱体１０に対応したＵ字形状のキャビティ３
２を有した金型３１に対しインサートとして、電極材３
０を一方の端部が該キャビティ３２内に入り込むように
配置する。また、第二成形体２９を基端部がキャビティ
３２のＵ字底部内に入り込む形にて配置する。そしてそ
の状態で、第一導電性セラミック相の原料粉末（例え
ば、二珪化モリブデン、炭化タングステンあるいは二珪
化タングステンのいずれかの粉末）と、窒化珪素粉末
と、焼結助剤粉末とからなる原料セラミック粉末と、バ
インダ（有機結合剤）とを含有するコンパウンド３３
を、コンパウンド供給炉２９ａを経てキャビティ３２内
に射出することにより、同図（ｂ）に示すように、Ｕ字
状の抵抗発熱体となるべき第一成形体３４と、イオン電
流検出電極部となるべき第二成形体２９と、電極材３０
とが一体化された一体成形体３５を、いわゆるインサー
ト成形法により作製する。この場合、電極成形部の全体
が第二成形体２９にて形成され、発熱体成形部の略全体
（第二成形体２９の埋設部を除く）が第一成形体３４に
より形成されることとなる。
【００３４】一方、これとは別に、セラミック基体１３
を形成するための原料粉末を予め金型プレス成形するこ
とにより、図６（ａ）に示すような、上下別体に形成さ
れた基体成形体としての分割予備成形体３６，３７を用
意しておく。これら分割予備成形体３６，３７は、上記
一体成形体３５に対応した形状の凹部３８あるいは３９
ｂがその合わせ面３９ａに形成されている。次いで、こ
の凹部３８に一体成形体３５を収容し、分割予備成形体
３６，３７を該型合わせ面３９ａにおいて型合わせす
る。そして、図７（ａ）に示すように、その状態でこれ
ら分割予備成形体３６，３７及び一体成形体３５を、金
型６１のキャビティ６１ａ内に収容し、パンチ６２，６
３を用いてプレス・圧縮することにより、図６（ｂ）に
示すように、これらが一体化された複合成形体３９が形
成される。ここで、図７（ａ）に示すように、分割予備
成形体３６，３７の合わせ面３９ａに対しほぼ直角にプ
レス方向が設定される。
【００３５】こうして得られた複合成形体３９は、まず
原料粉末中のバインダ成分等を除去するために所定の温
度（例えば約６００℃）で仮焼され、図６（ｂ）に示す
仮焼体３９’とされる（なお、仮焼体は、広義の意味に
おいて複合成形体であるとみなす）。続いて図７（ｂ）
に示すように、この仮焼体３９’が、グラファイト等で
構成されたホットプレス用成形型６５，６５のキャビテ
ィ６５ａ，６５ａにセットされる。
【００３６】上記のように成形型６５にセットされた仮
焼体３９’は、図７（ｂ）に示すように、焼成炉６４
（以下、単に炉６４という）内で両成形型６５及び６５
の間で加圧されながら所定の焼成保持温度（１７００℃
以上：例えば約１８００℃前後）及び雰囲気で焼成され
ることにより、図８（ｃ）に示すような焼成体７０とな
る。このとき、図６（ｂ）に示す第一成形体３４が抵抗
発熱体１０を、第二成形体２９がイオン電流検出電極部
１４を、さらに分割予備成形体３６，３７がセラミック
基体１３をそれぞれ形成することとなる。また、各電極
材３０はそれぞれ金属リード部１１及び１２となる。
【００３７】上記焼成により、図７（ｂ）の仮焼体３
９’は、分割予備成形体３６及び３７の合わせ面３９ａ
に沿う方向に圧縮されながら、図８（ｃ）の焼結体７０
となる。このとき、図８（ｂ）の、抵抗発熱体成形体３
４の直線部３４ｂは、その円状断面が上記圧縮方向につ
ぶれるように変形することにより、楕円状断面を有した
抵抗発熱体１０の直線部１０ｂとなる。
【００３８】なお、図４に示すように、イオン電流検出
電極部１４のイオン電流検出面１５を含む表層部のみ
を、第二導電性セラミック相を主体とする形成部１４ｂ
としてもよい。この場合、イオン電流検出電極部１４の
残余の部分は、抵抗発熱体１０と同じ材質にて形成する
ことができる。このような構造は、例えば図５（ａ）に
おいて、金型３３の収容部３２ａ内にて、その先端部に
形成部１４ｂとなるべき短い第二成形体を配置して同様
に射出成形を行なう以外は、前記工程と全く同様に製造
できる。そして、電極成形部は先端部のみが第二成形体
にて形成される形となる。
【００３９】また、図９に示すように、金属リード部１
１，１２との接続部を、第二導電性セラミック相を主体
とする形成部１０ｃ，１０ｃとすることもできる。この
場合は、形成部１０ｃ，１０ｃとなるべき成形体を金属
リード部１１，１２に対して予め一体化しておき、これ
をインサートとして用いる形で、抵抗発熱体１０となる
べき第一成形体を形成するインサート成形を行なえばよ
い。
【００４０】こうして得られた図８（ｃ）の焼結体７０
は、外周面に研磨等の加工を施すことにより、図８
（ｄ）に示すように、セラミック基体１３の断面が円形
に整形されて最終的なセラミックヒータ１となる。この
セラミックヒータ１に主体金具４などの必要な部品を組
み付ければ、図１に示すグロープラグ５０が完成する。
【００４１】以下、グロープラグ５０の使用方法につい
て説明する。図１６に示すように、グロープラグ５０を
ねじ部５ａにおいてディーゼルエンジンのエンジンブロ
ック４５に取り付けられる。このときに、セラミックヒ
ータ１の発熱部２は、燃焼室４５７に連通する渦流室４
５１（該渦流室４５１は、前記特開平１０-８９６８６
号公報に開示されているものと概念的には同じである
が、本明細書では、該渦流室４５１も広義に燃焼室の一
部をなすものとみなす）内に位置決めされる。
【００４２】図１６にはグロープラグ５０を用いたイオ
ン電流検出装置の電気的な構成の一例を示している。該
装置では、セラミックヒータ１の一方の端子（ここでは
金属軸６側）が電源側配線部５０１に接続され、他方の
端子（ここでは金属ハウジング４側）は接地側配線部５
０２に接続されている。なお、各配線部５０１，５０２
には、それら配線部が形成する導通路を各々開放／接続
の間で切り換えるスイッチ部５３及び５３１が設けられ
ている。これらはいずれも、エンジン制御部及びイオン
電流検出部として機能するＥＣＵ（Engine Cotroling U
nit：ＣＰＵを主体に構成される）５２からの制御信号
を受けて作動するリレー、あるいは無接点スイッチ部と
してのパワートランジスタ、ＩＧＢＴ（InsuratedGate
Bipolar Transistor：絶縁ゲートバイポーラ型トランジ
スタ）、サイリスタ等にて構成される。
【００４３】他方、電源側配線部５０１のスイッチ部５
３をバイパスする形にて、イオン電流測定配線部５０３
が設けられている。該配線部５０３上には電流検出抵抗
５２１と、該配線部が形成する導通路を開放／接続の間
で切り換えるスイッチ部５３０が設けられている。スイ
ッチ部５３０は、ＥＣＵ５２からの制御信号を受けて作
動するリレーあるいは無接点スイッチ部としてのＣ−Ｍ
ＯＳ型双方向アナログスイッチＩＣ回路等にて構成され
る。また、電流検出抵抗５２１の両端電圧の差が差動増
幅器５２２により増幅され、イオン電流検出信号として
ＥＣＵ５２に入力される。なお、５５は、車両に搭載さ
れているバッテリーであり、発熱電源部として機能す
る。また、５２４は該バッテリー電圧に基づいてイオン
発生電流を発生させるイオン発生電源部である。そし
て、スイッチ部５３，５３０，５３１は。電源切り換え
部として機能する。また、ＥＣＵ５２には、エンジン冷
却水の温度をモニタするための水温センサ５２５と、エ
ンジン回転数をモニタするための回転数センサ５２６と
の各検出信号が入力されている。
【００４４】エンジン始動時においては、ヒータ１を発
熱用のバッテリー５５に接続して通電発熱させることに
より、渦流室４５１内の暖機を行なう。このとき、ＥＣ
Ｕ５２は、スイッチ部５３，５３１を閉じて電源側配線
部５０１及び接地側配線部５０２がバッテリー５５に直
結された状態とし、スイッチ部５３０を開いてイオン電
流検出用配線部５０３には電流が流れないようにする。
そして、水温センサ５２５による冷却水温度が暖機温度
に到達すれば、スイッチ部５３，５３１を開くとともに
スイッチ部５３０を閉じ、イオン電流発生用に電源及び
通電経路の切り換えを行なう。これにより、接地された
エンジンブロック中の渦流室４５１の内面と、セラミッ
クヒータ１に設けられたイオン検出電極部１４（図２）
との間に、イオン発生電源部５２４によりイオン電圧が
印加され、イオン放電流が発生する。
【００４５】この状態にて渦流室４５１内に燃焼ガスが
流入するとイオン放電流が変動し、燃焼状態を反映した
イオン電流波形がイオン電流検出用配線部５０３に生ず
る。この波形は、電流検出抵抗５２１により差動増幅器
５２２を介してＥＣＵ５２により検出される。例えば、
ＥＣＵ５２は、水温センサ５２５あるいは回転数センサ
５２６により冷却水温度あるいはエンジン回転数をモニ
タし、水温が低すぎたりあるいはエンジン回転数が低す
ぎたりした場合は、暖機不十分と判断して、再びスイッ
チ部５３０を開き、スイッチ部５３，５３１を閉じる処
理を行なってヒータ１を一定時間発熱させ、暖機予熱を
行なうようにする。
【００４６】本発明によると、セラミックヒータ１のイ
オン電流検出電極部１４を構成する第二導電性セラミッ
ク相が、炭化珪素など、抵抗発熱体１０を構成する第一
導電性セラミック相よりも耐酸化性の優れたセラミック
成分を主体に構成されているから、イオン電流検出面１
５が高温の燃焼ガスに繰り返し曝されても電極１４の酸
化や消耗が進行しにくく、長寿命化を図ることができ
る。
【００４７】以下、本発明のセラミックヒータの変形例
を、その製造方法とともに説明する。まず、図１０に示
すように、イオン電流検出電極部１４を構成する第二導
電性セラミック相は繊維状に形成することが可能であ
る。このような繊維状の第二導電性セラミック相は、例
えば炭化珪素を主体に構成することができる。該構成
は、例えば図５に示す射出成形を行なう際において、イ
ンサートとして用いる第二成形体２９を、炭化珪素繊維
により形成することにより、同様の工程により製造する
ことができる。この場合、繊維を束ねて所定長さに裁断
し、該繊維の長手方向が第二成形体２９ひいては形成さ
れるイオン電流検出電極部１４の突出方向と一致するよ
うに配置すれば、得られるイオン電流検出電極部１４の
型崩れ等が起こり難くなり、不良を低減することができ
る。この場合、得られるセラミックヒータにおいては、
図１０に示すように、イオン電流検出電極部１４を構成
する第二導電性セラミック相が、該イオン電流検出電極
部１４の突出方向に配向した繊維状に形成される形とな
る。このような形態は、イオン電流検出電極部１４の突
出方向、すなわちイオン電流検知面１５から抵抗発熱体
１０に向けての電気伝導度を良好なものとする上で望ま
しいといえる。
【００４８】なお、該工程において使用する炭化珪素繊
維は、図１１（ａ）に示すように単糸状のものを束ねて
用いてもよいし、同図（ｂ）に示すように、撚糸状のも
のを単独又は複数束ねて使用してもいずれでもよい。後
者のごとき炭素繊維の市販品としては、日本カーボン株
式会社製のニカロン（商標名）を使用することができ
る。特に、電極としての電気伝導度を優先したい場合に
は、低抵抗糸であるＮＬ−５０１（商品名）を採用する
ことが望ましい。ＮＬ−５０１の場合、単糸の径が約１
４μｍ、撚糸を形成する単糸の数が約５００本、電気比
抵抗が０．５〜５．０Ω・ｃｍである。
【００４９】上記のような構成のイオン電流検出電極部
１４は、炭化珪素繊維からなる第二成形体２９を、図５
に示すように射出成形時に第一成形体３４と一体化する
のではなく、図１３に示すように、一体成形体３９を作
る際に、第一成形体３４とは別体の第二成形体２９を、
分割予備成形体３６，３７の間に挟み込んで焼成を行な
う製法を採用することもできる。
【００５０】また、第二導電性セラミック相を、炭化珪
素を主体とするものとして構成する方法として、はじめ
から炭化珪素系の原料を用いるのではなく、複合成形体
において第二導電性セラミック相を形成すべき部位に、
炭素を主成分とする炭素質原料と珪素成分源原料とを接
触させた状態を形成し、焼成時に炭素質原料と珪素成分
源原料とを反応させて炭化珪素を生成させる、一種の反
応性焼結法を採用することもできる。例えば、炭化珪素
を主体とする第二導電性セラミック相を、繊維状に形成
したい場合には、図１３を援用して示すように、炭化珪
素繊維からなる第二成形体２９に代えて、炭素繊維を用
いて同様に構成した第二成形体１２９を用いればよい。
この場合、分割予備成形体３６，３７（基体成形体）を
構成する窒化珪素粉末（窒化珪素質原料）が珪素成分源
原料となる。焼成により、図１２（ａ）に示すように、
分割予備成形体３６，３７からの珪素成分が、炭素繊維
ＣＦに拡散し、同図（ｂ）に示しように、炭化珪素繊維
ＳＩＣＦとなる。
【００５１】次に、図１４に示すように、イオン電流検
出電極部１４を少なくとも、第一導電性セラミック相Ｐ
Ｐと第二導電性セラミック相ＳＰとが混在した複合導電
性セラミックにて構成することも可能である。この場
合、イオン電流検出面１５に露出する第二導電性セラミ
ック相ＳＰが、イオン電流検出電極部１４の耐酸化性あ
るいは耐消耗性の向上に寄与することになる。また、部
分的に第一導電性セラミック相ＰＰが混在しているので
イオン電流検出電極部１４全体の電気伝導度が向上し、
イオン電流の検出精度を向上できる利点がある。このよ
うな構造は、イオン電流検出電極部１４となるべき電極
成形部を少なくとも、第一導電性セラミック相の原料
（例えば粉末）と第二導電性セラミック相の原料（例え
ば粉末）とを含有する複合原料にて形成すればよい。
【００５２】例えば、図１５（ｂ）に示すように、抵抗
発熱体１０は第一導電性セラミック相ＰＰを主体に構成
し、イオン電流検出電極部１４のみ第一導電性セラミッ
ク相ＰＰと第二導電性セラミック相ＳＰとが混在した複
合導電性セラミックにて構成することができる。このよ
うな構造は、例えば図５において、第二成形体２９を前
記複合原料の成形体として構成しておけば、全く同様の
方法により製造できる。
【００５３】他方、抵抗発熱体１０の電気的特性が良好
に保てるようであれば、図１５（ａ）に示すように、イ
オン電流検出電極部１４と抵抗発熱体１０との全体を複
合導電性セラミックにてすることも可能である。このよ
うにすると、インサート成形はもはや不要となり、イオ
ン電流検出電極部１４と抵抗発熱体１０とを上記複合原
料の射出成形により一括形成する方法を採用できるか
ら、製造工程が大幅に簡略化され、製造コストを削減す
ることができる。
【００５４】
【実験例】セラミック基体用原料粉末は下記のようにし
て調製した。すなわち、平均粒径１μｍのＳｉ３Ｎ４粉
末に対し、焼結助剤粉末としてＥｒ２Ｏ３（８質量
％）、Ｖ２Ｏ５（１質量％）、ＷＯ３（２質量％）、Ｍ
ｏＳｉ２（３．５質量％）を、前記各括弧内の重量含有
率となるようにそれぞれ配合し、これをボールミルにて
湿式粉砕した。そして、これに所定量のバインダを添加
した後、スプレードライ法により乾燥させてセラミック
基体用原料粉末とした。一方、抵抗発熱体用原料粉末は
以下のように調整した。まず、各種導電性セラミック粉
末として、平均粒径が約０．５μｍの炭化タングステン
粉末を５５質量％に対し、残部のうち、窒化珪素（Ｓｉ
３Ｎ４）粉末（40.05）質量％、焼結助剤粉末としてＥ
ｒ２Ｏ３（３．６質量％）、Ｖ２Ｏ５（０．４５質量
％）、ＷＯ３（０．９質量％）を、前記各括弧内の重量
含有率となるようにそれぞれ配合し、ボールミルを用い
て溶媒とともに５０ｈｒ湿式混合して乾燥後、有機結合
剤としてのポリプロピレン及びワックスを添加してコン
パウンドを作成し、ペレット造粒した。
【００５５】また、イオン電流検出電極部の材質とし
て、炭化珪素繊維（前述のニカロン：ＮＬ−５０１）を
約２５０本束ねて長さ５ｍｍに切断したものを用い、上
記の造粒ペレットを用いて図５（ａ）に示すように射出
成形し、同図（ｂ）に示す一体成形体３５を作成した。
【００５６】次いで上記原料粉末を用いて前述の方法に
より、図６（ａ）に示す分割予備成形体３６，３７を作
成し、さらにこれと前述の一体成形体３５とを前述の方
法により一体プレス成形して、図６（ｂ）あるいは図７
（ａ）に示す複合成形体３９を形成した。この複合成形
体３９を窒素ガス中にて約８００℃で仮焼して図７
（ｂ）に示す仮焼体３９’とし、これをホットプレス焼
成した。なお、焼成は、焼成温度を１７００〜２０００
℃、加圧力１５０〜３００ｋｇｆ／ｃｍ２、焼成キープ
時間を６０〜１２０分に設定するとともに、焼成雰囲気
は、純度９９．９９％、圧力５０Ｐａの窒素ガス雰囲気
とした（番号１）。
【００５７】また、比較例として以下の試験品も作製し
た。 （番号２）イオン電流検出電極部を抵抗発熱体と同じ造
粒ペレットを用いて射出成形後、番号１と同様に焼成し
たもの。 （番号３）番号２の焼結体において、イオン電流検出電
極部の先端面に白金ペーストの塗布層を形成し、９５０
℃の不活性雰囲気にて焼成することによりＰｔ保護層を
形成したもの。 （番号４）番号２において、ＷＣ粉末に代えてＭｏＳｉ
２粉末を用いたもの。 （番号５）イオン電流検出電極部を炭化珪素繊維に代え
てタングステン金属により構成したもの。
【００５８】基材表面の最高到達温度が１４５０℃（加
速試験）となるように電圧調整して、通電オン１分、通
電オフ１分（エアーにて強制冷却）のサイクルを繰り返
し、５００サイクルまでは５０サイクル毎に、５００サ
イクルからは５００サイクル毎にイオン電流検出電極部
やその周辺に破損などの異常が発生していないかどうか
を、光学顕微鏡観察あるいは蛍光探傷法により確認し、
異常が認められた時点で試験を終了した。以上の結果を
表１に示す。
【００５９】
【表１】
【００６０】この結果によると、イオン電流検出電極部
を炭化珪素繊維にて構成した実施例のセラミックヒータ
では２００００サイクルまで試験を行なっても異常が見
られなかったのに対し、比較例のセラミックヒータはい
ずれも遅かれ早かれクラック等の異常が発生しているこ
とがわかる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のグロープラグの一例を示す正面部分断
面図。
【図２】そのセラミックヒータの正面断面図及び抵抗発
熱体の先端部を拡大して示す斜視図。
【図３】図２のセラミックヒータの要部を拡大して示す
断面図。
【図４】イオン電流検出電極部の形成形態の変形例を示
す断面図。
【図５】図２のセラミックヒータの製造工程説明図。
【図６】図５に続く工程説明図。
【図７】図６に続く工程説明図。
【図８】複合成形体及び焼成体の断面形状変化を示す模
式図。
【図９】本発明のセラミックヒータの第一変形例を示す
要部断面図。
【図１０】同じく第二変形例を示す要部断面図。
【図１１】図１０の変形例に示す炭化珪素繊維のいくつ
かの外観形態を模式的に示す斜視図。
【図１２】炭素繊維を用いてこれを焼成中に炭化珪素に
転化する製造方法を模式的に示す図。
【図１３】図１０のセラミックヒータの製造方法の別例
を示す工程説明図。
【図１４】本発明のセラミックヒータの第三変形例を示
す要部断面模式図。
【図１５】さらにそのいくつかの変形例の要部を示す断
面模式図。
【図１６】図１のグロープラグを用いたイオン電流測定
装置の電気的構成の一例を示す回路図。
【符号の説明】
１ セラミックヒータ ４ 金属ハウジング ５ａ 取付部 １０ 抵抗発熱体 １３ 絶縁性セラミック基体 １４ イオン電流検出電極部 １５ イオン電流検出面 ５０ グロープラグ ５５ バッテリー（発熱電源部） ５２４ イオン発生電源部 ５３，５３０，５３１ スイッチ部（電源切り換え部） ５２ ＥＣＵ（イオン電流検出部）
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｆ２３Ｑ 7/00 Ｈ０５Ｂ 3/18 Ｈ０５Ｂ 3/18 3/48 3/48 Ｆ０２Ｐ 17/00 Ｅ (72)発明者 沖中 学 愛知県名古屋市瑞穂区高辻町14番18号 日 本特殊陶業株式会社内 Ｆターム(参考） 3G019 AA01 AC01 FA08 GA05 GA11 GA15 KD16 3K092 PP16 QA01 QB11 QB74 RA01 RB08 UA17 UA18 UA20 VV09 VV40

Claims (26)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 絶縁性セラミック基体と、 主に導電性セラミックからなり、前記絶縁性セラミック
    基体中に埋設される抵抗発熱体と、 主に導電性セラミックからなり、前記絶縁性セラミック
    基体中において前記抵抗発熱体と一体形成され、かつ自
    身の表面の一部を前記絶縁性セラミック基体の表面にイ
    オン電流検出面として露出させるイオン電流検出電極部
    とを備え、 前記イオン電流検出電極部は、前記イオン電流検出面の
    少なくとも一部を含む部分が、カチオン成分が非金属元
    素からなる非金属系導電性セラミックにて構成されたこ
    とを特徴とするセラミックヒータ。
  2. 【請求項２】 前記抵抗発熱体は、カチオン成分が金属
    元素からなる第一導電性セラミック相を主体に構成され
    たものであり、前記イオン電流検出電極部は、前記イオ
    ン電流検出面の少なくとも一部を含む部分が、前記非金
    属系導電性セラミックからなる第二導電性セラミック相
    にて構成されている請求項１記載のセラミックヒータ。
  3. 【請求項３】 前記非金属系導電性セラミックは炭化珪
    素を主成分とするものである請求項１又は２に記載のセ
    ラミックヒータ。
  4. 【請求項４】 絶縁性セラミック基体と、 主に導電性セラミックからなり、前記絶縁性セラミック
    基体中に埋設される抵抗発熱体と、 主に導電性セラミックからなり、前記絶縁性セラミック
    基体中において前記抵抗発熱体と一体形成され、かつ自
    身の表面の一部を前記絶縁性セラミック基体の表面にイ
    オン電流検出面として露出させるイオン電流検出電極部
    とを備え、 前記抵抗発熱体は、前記第一導電性セラミック相を主体
    に構成されたものであり、前記イオン電流検出電極部
    は、前記イオン電流検出面の少なくとも一部を含む部分
    が、前記第一導電性セラミック相よりも耐酸化性が良好
    な第二導電性セラミック相にて構成されたことを特徴と
    するセラミックヒータ。
  5. 【請求項５】 前記第二導電性セラミック相は、炭化珪
    素、窒化チタン、窒化ジルコニウム、窒化ハフニウム、
    硼化チタン、硼化ジルコニウム及び硼化ハフニウムの１
    種又は２種以上を主成分に構成されるものである請求項
    ４記載のセラミックヒータ。
  6. 【請求項６】 前記第一導電性セラミック相は、二珪化
    モリブデン、炭化タングステン、二珪化タングステン、
    三珪化五モリブデン及び炭珪化モリブデンの１種又は２
    種以上を主成分とするものである請求項２ないし５のい
    ずれか１項に記載のセラミックヒータ。
  7. 【請求項７】 前記絶縁性セラミック基体は窒化珪素を
    主体に構成されるものである請求項１ないし６のいずれ
    か1項に記載のセラミックヒータ。
  8. 【請求項８】 前記第二導電性セラミック相は繊維状に
    形成されてなる請求項１ないし７のいずれか１項に記載
    のセラミックヒータ。
  9. 【請求項９】 前記抵抗発熱体は、前記絶縁性セラミッ
    ク基体中に全体が埋没するように配置され、前記イオン
    電流検出電極部は、先端面が前記イオン電流検出面とし
    て前記絶縁性セラミック基体の表面に露出するように、
    前記抵抗発熱体の表面から突出して形成されている請求
    項１ないし８のいずれか１項に記載のセラミックヒー
    タ。
  10. 【請求項１０】 前記抵抗発熱体は前記第一導電性セラ
    ミック相を主体に構成されている請求項９記載のセラミ
    ックヒータ。
  11. 【請求項１１】 前記イオン電流検出電極部の全体が前
    記第二導電性セラミック相を主体とする構成されている
    請求項９又は１０に記載のセラミックヒータ。
  12. 【請求項１２】 前記イオン電流検出電極部が少なくと
    も、前記第一導電性セラミック相と前記第二導電性セラ
    ミック相とが混在した複合導電性セラミックにて構成さ
    れている１ないし１１のいずれか１項に記載のセラミッ
    クヒータ。
  13. 【請求項１３】 前記イオン電流検出電極部と前記抵抗
    発熱体との全体が前記複合導電性セラミックにて構成さ
    れている請求項１２に記載のセラミックヒータ。
  14. 【請求項１４】 前記イオン検知電極を構成する前記第
    二導電性セラミック相は、該イオン検知電極の突出方向
    に配向した繊維状に形成されてなる請求項９ないし１３
    のいずれか１項に記載のセラミックヒータ。
  15. 【請求項１５】 前記第二導電性セラミック相は炭化珪
    素を主体に繊維状に形成されている請求項１４記載のセ
    ラミックヒータ。
  16. 【請求項１６】 請求項１ないし１５のいずれか１項に
    記載のセラミックヒータの製造方法であって、前記イオ
    ン電流検出電極部となるべき電極成形部と前記抵抗発熱
    体となるべき発熱体成形部とを前記絶縁性セラミック基
    体となるべき基体成形部中に埋設した複合成形体を作
    り、これを焼成することを特徴とするセラミックヒータ
    の製造方法。
  17. 【請求項１７】 前記電極成形部の、前記イオン電流検
    出面となるべき部分を少なくとも前記第二導電性セラミ
    ック相の原料を含有した第二成形体となし、これを、前
    記第一導電性セラミック相の原料を主体に構成された、
    前記発熱体成形部となるべき部分を含む第一成形体と一
    体化した一体成形体を作り、その一体成形体を前記絶縁
    性セラミック基体となるべき基体成形部中に埋設して前
    記複合成形体を作る請求項１６記載のセラミックヒータ
    の製造方法。
  18. 【請求項１８】 前記一体成形体は、前記第二成形体を
    インサートとして金型中に配置し、前記第一成形体の原
    料を含有したコンパウンドを該金型中に射出するインサ
    ート成形法により形成される請求項１７記載のセラミッ
    クヒータの製造方法。
  19. 【請求項１９】 前記発熱体成形部を炭化珪素繊維によ
    り形成する請求項１６ないし１８のいずれか１項に記載
    のセラミックヒータの製造方法。
  20. 【請求項２０】 少なくとも前記電極成形部を、前記第
    一導電性セラミック相の原料と前記第二導電性セラミッ
    ク相の原料とを含有する複合原料にて形成する請求項１
    ６ないし１８のいずれか１項に記載のセラミックヒータ
    の製造方法。
  21. 【請求項２１】 前記複合原料をコンパウンドとして、
    前記電極成形部と前記発熱体成形部とを前記複合原料か
    らなる一体射出成形体として形成する請求項２０に記載
    のセラミックヒータの製造方法。
  22. 【請求項２２】 前記第二導電性セラミック相を、炭化
    珪素を主成分とするものとして形成するために、前記複
    合成形体において前記第二導電性セラミック相を形成す
    べき部位に、炭素を主成分とする炭素質原料と珪素成分
    源原料とを接触させた状態を形成し、前記焼成時に前記
    炭素質原料と珪素成分源原料とを反応させて炭化珪素を
    生成させる請求項１６ないし２１のいずれか１項に記載
    のセラミックヒータの製造方法。
  23. 【請求項２３】 前記炭素質原料として炭素繊維を用い
    る請求項２２に記載のセラミックヒータの製造方法。
  24. 【請求項２４】 前記珪素成分源原料は、前記基体成形
    部を構成する窒化珪素質原料である請求項２２又は２３
    に記載のセラミックヒータの製造方法。
  25. 【請求項２５】 請求項１ないし１５のいずれか１項に
    記載のセラミックヒータと、該セラミックヒータを保持
    するとともに、前記イオン電流検出面が燃焼室内に位置
    するように前記セラミックヒータを内燃機関に取り付け
    るための取付部が形成されたハウジングとを有すること
    を特徴とするグロープラグ。
  26. 【請求項２６】 請求項２５に記載のグロープラグと、
    前記グロープラグの前記抵抗発熱体を通電発熱させるた
    めの発熱電源部と、 前記グロープラグの前記抵抗発熱体を介して前記イオン
    検知電極に対しイオン発生電圧を印加するイオン発生電
    源部と、 前記グロープラグに対して前記発熱電源部と前記イオン
    発生電源部とのいずれかが選択的に接続されるように接
    続切り換えを行なう電源切り換え部と、 前記イオン検知電極に流れるイオン電流を検出するイオ
    ン電流検出部と、 を備えたことを特徴とするイオン電流検出装置。
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