JP5292317B2 - セラミックヒータ及びグロープラグ - Google Patents

Description

この発明は、セラミックヒータ及びグロープラグに関し、更に詳しくは、優れた速熱性を持ち、消費電力を低減することができると共に耐久性にも優れる、いずれもが高い水準で達成されるセラミックヒータ及びグロープラグに関する。この発明は、従来よりも短時間でセラミックヒータ及びグロープラグを昇温（超急速昇温ともいう）させる際に、とりわけ高い耐久性を備えたセラミックヒータ及びグロープラグを実現するものである。

ディーゼルエンジン、及び各種センサー等には、その始動を補助し、又は、早期に活性化させるために、グロープラグ、センサー用加熱ヒータ、及びファンヒータ用加熱ヒータ等が用いられる。例えば、ディーゼルエンジンは、シリンダ内に吸入した空気を圧縮し、断熱圧縮により高温になった空気に燃料を噴霧することで自己着火して燃焼するが、ディーゼルエンジンを冬季に始動させる場合、寒冷地で始動させる場合等には、外気及びエンジン本体等の温度が低いので圧縮だけで燃焼室内の空気を自己着火に必要な温度まで到達させることは容易ではない。そこで、ディーゼルエンジンには燃料の着火源としてグロープラグが使用されている。

このようなグロープラグ用ヒータ、センサー用加熱ヒータ、及びファンヒータ用加熱ヒータ等として、例えば、絶縁性のセラミック基体内に、例えば導電性セラミック等で形成された発熱抵抗体を埋設した構造を有するものが知られている。具体的には、特許文献１では、互いに抵抗温度係数の異なる異種の導電性セラミックから抵抗体を形成し、その抵抗体を絶縁性セラミックからなる基体に埋設させたセラミックヒータ型グロープラグが記載されている。このように特許文献１においては、異なる比抵抗の抵抗体を組み合わせることにより、速熱性および自己温度制御機能を有するセラミックヒータ型グロープラグを提供することが提案されている。

グロープラグでは、速熱性を実現し、また細やかな温度制御を行うために、コントローラを利用してグロープラグへの通電制御が行われている。ところが、始動時には、バッテリ電圧が下がってしまう場合もあり、グロープラグに十分な電圧が供給されないことがある。これに対して抵抗値の低いグロープラグを用いることが考えられるが、室温抵抗が低いために、通電開始時の突入電流が大きくなってしまうという不都合がある。この不都合は抵抗値の異なる異種材料を用いることで解消しうる。具体的には、抵抗体のうち先端側の抵抗体（発熱体）のみ比抵抗の比較的大きい構成とする一方で抵抗体のうち後端側のリード部を含めた部位は比抵抗の比較的小さい構成とすることである。しかしながら、コストが高くなってしまうことから、可能であるならば１種の材料のみでも速熱性が得られることが求められている。

消費電力の低減を目的とするセラミックヒータとして、例えば、発熱部とリード部とを同一の導電性セラミックから構成し、その両者の断面積比を所定範囲に規定することを特徴とするセラミックヒータが特許文献２に記載されている。これにより、消費電力を低減させることが可能とある。しかしながら、その断面積比を大きくすると、支持体の断面における表面温度が位置ごとに大きく異なる不具合が生じることがある。これに対し、当該断面積比を適切にすることで当該不具合は低減しうる。しかし、支持体（基体）の表面における温度をより一層均一にしようとする場合には、支持体内部（抵抗体）の温度をいわば過剰に高くし、支持体表面において温度の低い位置がセラミックヒータの加熱機能として問題とならない程度にまで昇温しなければならず、通電耐久性が低下してしまうおそれがある。即ち、消費電力と通電耐久性はトレードオフの関係にあり、双方を同時に向上させることの技術的意義は大きいが、なかなかに困難であるのが実情である。

ところで、特許文献１，２に記載されるセラミックヒータでは、いずれもその発熱部（特許文献１における「第１の発熱体２０」及び特許文献２における「折り返し部３ｄ」）が図９に示すような、比較的長めの略Ｕ字状に形成された発熱先端部５０を基体の外形に沿ってその外側近傍に配置した形状を呈していた。このようにすれば、基体を均一に効率よく加熱して速熱性に優れ、消費電力を低減することができると想定されており、そのため、発熱部が基体の外形に沿ってその外側近傍に配置されるように略Ｕ字状に形成されていた。ところが、本発明者らが前記想定に反して従来とは異なる形状の抵抗体を形成したところ、予想に反して、より優れた速熱性を持ち、消費電力を大幅に低減することができると共に耐久性をも向上させることができることが新たに見出されたのである。

また近年、グロープラグ用のセラミックヒータには、より高水準の発熱性能及び耐久性と共に消費電力のより一層の低減が求められている。特に、この場合、エンジンの始動性が低下しないように放熱量を確保しつつ、その一方で消費電力をより一層低減することが求められている。加えて、新規なエンジン制御への寄与のため、超急速昇温とも言われる、低電力で１秒以内に１０００℃を達成する、更にはたとえば７Ｖ程度に電圧降下が発生してもこれに準ずる昇温性能を実現しつつも高い耐久性を有するセラミックヒータの需要も高まってきている。

特許第３０４４６３２号公報 特開２００６−２４３９４号公報

この発明は、優れた速熱性を持ち、消費電力を低減することができると共に耐久性にも優れるセラミックヒータ及びグロープラグを提供することを課題とする。この発明は、特に超急速昇温という負荷のかかる使用状態であっても、実用に耐えうる耐久性を有するセラミックヒータ及びグロープラグを提供することを課題とする。

前記課題を解決するための手段として本発明に係るセラミックヒータの第１の構成は、
Ｕ字状に折り返された導電性セラミックからなる１つの発熱部と、軸線ＸＡ方向の後端を向いた前記発熱部の両端部に連なり、前記軸線ＸＡ方向の後方へ直棒状に延びる一対のリード部と、を有する抵抗体が、絶縁性セラミックからなる基体中に埋設されてなるセラミックヒータであって、
前記発熱部と前記リード部との間の中間部であって、
前記セラミックヒータの軸線ＸＡ上の異なる任意の２点である先端側の点Ｐ_１と後端側の点Ｐ_２において、前記軸線ＸＡに直交する平面で切断したそれぞれの断面Ｓ_１，Ｓ_２に見られる、前記抵抗体それぞれの一対の断面部（ＨＳ_１ａ，ＨＳ_１ｂ）、（ＨＳ_２ａ，ＨＳ_２ｂ）に接するとともに当該一対の断面部（ＨＳ_１ａ，ＨＳ_１ｂ）、（ＨＳ_２ａ，ＨＳ_２ｂ）を内部に包含する仮想外接円ＣＧ_１，ＣＧ_２の直径ＣＬ_１，ＣＬ_２が、ＣＬ_１＜ＣＬ_２の関係を満たすとともに、
前記抵抗体それぞれの一対の断面部（ＨＳ_１ａ，ＨＳ_１ｂ）、（ＨＳ_２ａ，ＨＳ_２ｂ）のそれぞれの合計断面積ＨＳ_１Ｓ，ＨＳ_２ＳがＨＳ_１Ｓ＜ＨＳ_２Ｓの関係を満たす中間部を有することを特徴とする。

また、第２の構成では、前記第１の構成を備え、前記セラミックヒータのそれぞれの断面Ｓ_１，Ｓ_２の断面積Ｓ_１Ｓ，Ｓ_２Ｓが、Ｓ_１Ｓ＜Ｓ_２Ｓの関係を満たすことを特徴とする。

また、第３の構成では、前記第１又は第２の構成を備え、前記セラミックヒータが、自身の先端寄りの部位が露出するように金属製の筒状部材に挿入・保持され、
前記中間部は、自身の厚さｔ_ＸＶｅｘが前記抵抗体の最大厚さｔ_{ＸＶｍａｘ}の２／３以下となる部位を有するとともに、
前記抵抗体の厚さが２（ｔ_{ＸＶｍａｘ}）／３となる部位が前記金属製の筒状部材から露出した部位に存在することを特徴とする。

また、第４の構成では、前記第１から第３までのいずれか一つの構成を備え、前記中間部の幅を決定する径方向外側の外形線が前記軸線ＸＡ方向となす角度をθ_１とし、当該中間部の前記軸線ＸＡ方向における長さをＬ_１とし、
前記中間部の厚さを決定する径方向外側の外形線が前記軸線ＸＡ方向となす角度のうち最も大きい角度をθ_２とし、当該外形線の前記軸線ＸＡ方向における長さをＬ_２としたときに、 θ_２＞θ_１ 且つ Ｌ_１＞Ｌ_２を満たすことを特徴とする。

また、第５の構成では、前記第２から第４までのいずれか一つの構成を備え、前記厚さｔ_ＸＶｅｘの中間部を埋設する基体は、自身の外形線が先細りのテーパ形状であることを特徴とする。

また、第６の構成では、前記第２から第５までのいずれか一つの構成を備え、発熱部のＵ字の形状が認識でき、かつ抵抗体の幅が認識できる方向ＸＶに見たときの、前記中間部が位置する軸線ＸＡ方向位置における前記基体の外形線が前記軸線ＸＡ方向となす角度をθ_３とし、当該θ_３と前記θ_１とが、 ｜θ_３−θ_１｜≦１０°を満たすことを特徴とする。

また、第７の構成では、前記第１から第６までのいずれか一つの構成を備え、前記一対のリード部同士の最大間隔ＧＬは、前記厚さｔ_ＸＶｅｘの中間部同士の最大間隔ＧＭに対して、 ＧＬ＜ＧＭの関係を満たすことを特徴とする。

そして、本発明のグロープラグは上記構成のセラミックヒータを備えてなるグロープラグである。

この発明に係るセラミックヒータは、発熱部が前記構成の中間部を有しているから、発熱部は、その体積を小さくすることができ、しかも優れた速熱性を持ち、わずかな消費電力で所定の温度に達することができ、例えば電圧を印加したときの熱膨張による応力等の集中を回避して、高い通電耐久性及び機械的耐久性を発揮する。したがって、この発明によれば、優れた速熱性を持ち、消費電力を低減することができると共に耐久性にも優れるセラミックヒータを提供することができる。また、この発明に係るグロープラグはこの発明に係るセラミックヒータを備えているから、この発明によれば、速熱性、低消費電力及び耐久性のいずれをも高い水準で達成することのできるグロープラグを提供することができる。

この発明に係るセラミックヒータの一実施例のセラミックヒータを、図面を参照して説明する。図１は、この発明に係るセラミックヒータの一実施例であるセラミックヒータ１２を示す概略斜視図である。図２は、図１に示したセラミックヒータ１２を、軸線ＸＡを含む平面で切断したときの概略断面図である。このセラミックヒータ１２は、図１及び図２に示されるように、軸線ＸＡ方向に延在する棒状の基体６０と、この基体６０に埋設された抵抗体３０とを備えてなる。なお、図２では後述するグロープラグ２００を構成するための筒状部材９０を破線にて示している。

抵抗体３０は、基体６０の軸線ＸＡ方向先端側へＵ字状の折り返しを向けた１つの発熱部３３と、その発熱部３３の後端側にそれぞれ接続される、軸線ＸＡ方向に延在する一対のリード部３１，３１とを有している。一対のリード部３１，３１は、基体６０の軸線ＸＡを挟んでその両側に軸線ＸＡに沿って略並行となるように基体６０の後端面７５まで延伸し、基体６０の後端面７５に露出している。図２に示されるように、リード部３１，３１には、基体６０の外周面に露出する電極取出部７７，７８が設けられている。なお、発熱部３３とリード部３１，３１との間は中間部４０，４０によって連結されている。この中間部４０，４０の構成については後述する。

次いでセラミックヒータ１２の先端部の形状について説明する。図３（ａ）は、図２と同様に、発熱部３３のＵ字の形状が認識でき、また抵抗体３０の幅が認識できる方向（即ち、図２、図３（ａ）における紙面鉛直方向であって、以降この方向を「ＸＶ方向」ともいう。）に見たときの軸線ＸＡを通る断面拡大図である。図３（ｂ）は、同セラミックヒータ１２の先端部を前記ＸＶ方向と前記軸線ＸＡとのそれぞれに垂直な方向（以降この方向を「ＸＨ方向」ともいう。）に見たときの軸線ＸＡを通る断面拡大図である。なお図３（ｂ）では、実際に断面に現れる抵抗体３０は発熱部３３の最先端部における断面のみであるが、この図３（ｂ）は説明のため、発熱部３３、中間部４０、リード部３１についてもそれぞれ外形線を当該断面に投影して示すものである。このため、ＸＨ方向は、抵抗体３０の厚さが認識できる方向とも言える。図３（ｃ）は、一対の中間部４０，４０を軸線ＸＡ方向の任意の点Ｐにおいて、前記軸線ＸＡに垂直な平面で切断したときの断面Ｓを示すものである。

図３並びに図４に基づき中間部４０について詳述する。この１対の中間部４０，４０は第１の構成を満たすものである。即ち、図３（ａ）において、その軸線ＸＡ方向に任意の点Ｐ_１，Ｐ_２を取る。それぞれ対応する断面は図４（ａ），（ｂ）に示すＳ_１，Ｓ_２である。この断面Ｓ_１，Ｓ_２の断面積（中間部４０（抵抗体３０）の断面積を含む）はＳ_１Ｓ，Ｓ_２Ｓである。抵抗体３０の断面部はそれぞれ、（ＨＳ_１ａ，ＨＳ_１ｂ），（ＨＳ_２ａ，ＨＳ_２ｂ）であり、当該断面部の断面積（一対の断面部の合計断面積である）は、ＨＳ_１Ｓ，ＨＳ_２Ｓである。なお、当該一対の断面部（ＨＳ_１ａ，ＨＳ_１ｂ），（ＨＳ_２ａ，ＨＳ_２ｂ）を内部に包含する仮想外接円はＣＧ_１，ＣＧ_２であり、その直径はそれぞれＣＬ_１，ＣＬ_２である。また、当該一対の断面部（ＨＳ_１ａ，ＨＳ_１ｂ），（ＨＳ_２ａ，ＨＳ_２ｂ）と接する仮想内接円はＣＮ_１，ＣＮ_２であり、その直径はそれぞれＣＤ_１，ＣＤ_２である。

このときに、前記仮想外接円ＣＧ_１，ＣＧ_２についてその直径がＣＬ_１＜ＣＬ_２の関係を満たし、前記抵抗体３０の断面部（ＨＳ_１ａ，ＨＳ_１ｂ），（ＨＳ_２ａ，ＨＳ_２ｂ）の合計断面積ＨＳ_１Ｓ，ＨＳ_２ＳがＨＳ_１Ｓ＜ＨＳ_２Ｓの関係を満足する中間部４０，４０が存在するため次の効果を奏する。即ち一対の中間部４０，４０及び発熱先端部５０の体積が小さくなるから、抵抗体３０に電圧を印加したときに一対のリード部３１，３１に生じる熱膨張による応力及び取扱い時の応力等が一対の中間部４０，４０で徐々に吸収され、これらの応力が発熱先端部５０に集中することを回避することができる。また、発熱先端部５０の体積が小さくなるから、より優れた速熱性を持ち、わずかな消費電力で所定の温度に達することができると共に、前記応力による発熱先端部５０の破損を防止することができる。その結果、抵抗体３０特に発熱部３３は、優れた速熱性を持ち、わずかな消費電力で所定の温度に達することができ、高い通電耐久性及び機械的耐久性を発揮することができる。このようにセラミックヒータ１２に通電させ発熱させた際には、ヒータの発熱温度は、軸線ＸＡ方向に垂直な断面において、抵抗体３０の合計断面積が最も小さくかつセラミックヒータ１２の断面積（抵抗体３０を含む）が最も小さくなる部位が最高発熱部５５となる。

ところで、中間部４０，４０の境界について詳述すれば次の通りである。軸線ＸＡ方向に異なる任意の２点における断面を比較したときに上記関係を満足する部位が中間部であるので、当該断面を比較したときに上記関係を満足しなくなる部位が中間部４０，４０の境界となりうる。図３（ａ）に基づいて具体的に説明する。

点Ｑ_ａは抵抗体３０の先端部である発熱部３３における軸線ＸＡ方向上の点である。この点Ｑ_ａよりも後端側に位置する点Ｐ_ａは、抵抗体３０の径方向（以降、径方向をＸＤ方向ともいう）外側の外形線４０ｇが後端に向けて徐々に広がり始める基点である。これらの点Ｑ_ａ，Ｐ_ａの２点を比較すると、それぞれの断面形状について、抵抗体３０の一対の断面部を内部に含む前記仮想外接円については共に同一の直径を有している。また、抵抗体３０における一対の断面部の合計断面積についても同一である。したがって、点Ｑ_ａ−Ｐ_ａ間は中間部に相当しない（即ち発熱部である）。

一方、点Ｐ_ａと同図３（ａ）における位置の点Ｐ_１とを比較する。上述のごとく、点Ｐ_ａを基点として抵抗体３０は後端へ向けて広がるため、点Ｐ_１においては前記仮想外接円の直径は点Ｐ_ａにおけるものよりも大きい。また、これに伴い抵抗体３０の合計断面積についても大きくなっており、したがって、点Ｐ_ａ−Ｐ_１間は中間部に相当しうる。

他方、断面積が略一定のリード部３１は点Ｐ_ｂからその後端へ向けて形成されている。したがって、点Ｐ_ｂと点Ｑ_ｄと比較したときには両者の断面形状等には違いがなく、点Ｐ_ｂ−Ｑ_ｄ間は中間部には相当しない。先端側から点Ｐ_ｂに至るまでは、前記抵抗体３０の合計断面積、並びに前記仮想外接円の直径の両者がともに大きくなるものであり、したがって、点Ｐ_ａ−Ｐ_ｂについては中間部に相当しうる。

ところで、本発明では、上記構成に加えて前記任意の点Ｐ_１，Ｐ_２におけるセラミックヒータ１２の断面積Ｓ_１Ｓ，Ｓ_２ＳがＳ_１Ｓ＜Ｓ_２Ｓの関係を満たすことが好ましい。即ち、中間部４０，４０の外形線４０ｇも、基体６０の外形線６０ｇもともに先端に向かってすぼまる構成である。これにより、基体先端部の体積が小さくなることから、発熱先端部５０からの発熱を効率よく基体６０の外周面に伝達させることができ、速熱性の更なる向上と消費電力の更なる低減と通電耐久性の向上とより高い発熱均一性とを達成することができる。また、発熱先端部５０と基体先端部８０の外部との温度差が小さくなるから、基体先端部８０を所望の温度にする際に、抵抗体３０を必要以上に発熱させる必要もなく、その結果、耐久性にも優れる。更には、中間部４０において、その断面積に対する抵抗体断面積が大きくなることから、抵抗体３０に作用する応力を緩和することができ、耐久性に優れる。従前のセラミックヒータでは、基体６０の外形のみを先すぼまりの形状とする構成は思案されていたが、中間部４０の形状を含めての検討、及びその相乗効果についてまでは発明されるに至っていなかった。上記効果はこれら構成の相乗効果によって初めてもたらされるものである。

さて、セラミックヒータが実際に使用される際には、加熱対象への取り付けのために当該セラミックヒータは他部材によって保持されうる。この保持は主として金属製の筒状部材９０により行われる。グロープラグ２００を一例に取りその構成をみると、図８に示すように、セラミックヒータ１２の先端側が金属製の筒状部材９０から露出するように取り付けられる。金属製の筒状部材９０はセラミックよりも熱伝導性に優れることから、セラミックヒータの発熱部３３により発生した熱はセラミックヒータ自身を伝わり当該筒状部材９０へも伝わる結果として、加熱対象を加熱するに至らずに外部へ逃げてしまう熱量も多分に存在してしまう。この問題を回避するためにも、セラミックヒータでの発熱は、より先端側で集中して行われることが望ましく、これにより、消費電力を抑えつつも効率の良い加熱が可能となるのである。

これに対応するセラミックヒータとして、上記構成に加えて次の構成３を採用することができる。図３（ｂ）に示す抵抗体３０の厚さは、先端へ向かうに従って薄くなるように構成されている。具体的には、点Ｐ_ｂよりも後端側は、断面積が略一定のリード部３１であり、その厚さは一定である。抵抗体３０はこのリード部３１において最も大きい厚さｔ_{ＸＶｍａｘ}を有する。点Ｐ_ｂを境界として抵抗体３０は中間部４０としてその厚さが先端に向けて漸次小さくなる（点Ｐ_ｂ−Ｐ_ａ間）。この中間部４０よりも先端側は発熱部３３としての厚さを有し、その先端部は半球状に丸みを持つ形状に構成されている。

このような厚さを呈する抵抗体３０であって、筒状部材９０の先端面９０ｆよりも先端側（図３上側）に露出した部位における抵抗体３０の厚さｔ_ＸＶｅｘを抵抗体の最大厚さｔ_{ＸＶｍａｘ}の２／３以下となるようにしている（図３では点Ｐ_１の位置において最大厚さｔ_{ＸＶｍａｘ}の２／３となっている）。中間部４０がこの構成を有していると、筒状部材９０に覆われている部位で抵抗体３０が大きく発熱することを防止することができる。したがって、発熱部３３からの発熱を効率よく基体６０の外周面に伝達させることができ、速熱性をより一層向上させて、消費電力を更に低減させることができる。また、基体先端部８０を所望の温度にする際に発熱部３３を必要以上に発熱させる必要がないので、耐久性にも優れる。したがって、前記中間部は、自身の厚さｔ_ＸＶｅｘが前記抵抗体の最大厚さｔ_{ＸＶｍａｘ}の２／３以下となる部位を有するとともに、前記抵抗体の厚さが２（ｔ_{ＸＶｍａｘ}）／３となる部位が前記金属製の筒状部材から露出した部位に存在するように構成することが好ましい。なお、抵抗体３０の最大厚さｔ_{ＸＶｍａｘ}は電極取出部７７，７８よりも先端側の部位における厚さとする。

更に、抵抗体３０（特に中間部４０）の形状について詳述する。次述する説明の明確化のため、説明のための図５（ａ），（ｂ）は図３（ａ），（ｂ）を変形させ特徴部分を誇張して示すものである。

図５（ａ），（ｂ）に示すように、抵抗体３０は先端側より発熱部３３、中間部４０、リード部３１から構成される。図５（ａ）に示すＸＶ方向視においては、中間部４０の径方向であるＸＤ方向の外側形状は当該中間部４０の幅が広がるようなテーパ状に形成されている。このテーパ状に形成される中間部外形線４０ｇは軸線ＸＡに対して角度θ_１を形成している。また、中間部４０の軸線ＸＡ方向長さをＬ_１とする。一方、図５（ｂ）に示すＸＨ方向視においては、中間部４０は自身の厚さを増すように先端から後端へ向けて大きく拡幅する中間部４０ｆと、これに比して小さく拡幅する中間部４０ｂとから構成されている。発熱部３３及びリード部３１の外形線はいずれも軸線ＸＡに平行に構成されている。この構成において、それぞれの中間部４０ｆ，４０ｂが軸線ＸＡとなす角を想定し、その内の角度が最も大きいものを角度θ_２とする。また、この角度θ_２を形成する中間部外形線の軸線ＸＡ方向の長さをＬ_２とする。複数の中間部外形線によって中間部が形成される場合に中間部外形線の境界がＲ面取りされることがあるが、その場合は、複数のそれぞれの中間部外形線の接線を想定し、それら接線同士の交点を境界として、上記θ_１，Ｌ_１，θ_２，Ｌ_２を導出すればよい（図６参照）。また、中間部４０の外形線４０ｇが弧状などにより直線で構成されていないものであれば、上述したように中間部４０についてその境界を導出し、中間部４０の先端側の端点と後端側の端点とを繋ぐ直線を想定し、その直線が軸線ＸＡとなす角により前記θを導出し、また、中間部４０の先端側の端点と後端側の端点の両端点間の軸線ＸＡ方向間距離を前記Ｌとして導出すればよい。図５および図６において中間部４０の形状の理解を助けるため、一点鎖線にて補助線を示す。

上記において、本実施例ではθ_２＞θ_１かつＬ_１＞Ｌ_２の関係を満たすように構成されている。具体的にはθ_１＝１°、θ_２＝２５°、Ｌ_１＝３．５ｍｍ、Ｌ_２＝２．０ｍｍである。このように構成することにより、抵抗体３０のＵ字形状を認識できるＸＨ方向視においては、当該抵抗体３０（中間部４０）は先端に向かって比較的緩やかな先すぼまりの形状を呈するのに対し、これに垂直なＸＶ方向視においては、比較的急峻な先すぼまりの形状を呈する。この形状を備えることにより、当該抵抗体３０は、次述する効果を奏する。なお、この形状を構成するにあたっては、０．５°≦θ_１≦５°、１０°≦θ_２≦７０°、２．５ｍｍ≦Ｌ_１≦２０ｍｍ程度とするとよい。

ヒータにおける発熱がより先端側で集中して行われることが消費電力の低減の観点で望ましいことは前述の通りであるが、極々先端のみの発熱が好ましくないとされる場合もある。殊に、ディーゼルエンジンの加熱に用いるグロープラグでは、効率の良い燃焼のためには、ある程度の範囲にわたって発熱が行われることが好ましい。この二律背反する要求に応えるため、本実施例のセラミックヒータ１２では上記構成を呈している。これにより、最高温度に達する部位がセラミックヒータ１２の先端部において、ある程度の範囲（図３（ａ）において示せばＰ_ａよりも先端側の部位）を占めるようになるのである。なお、最高温度とは、一例を挙げれば、７Ｖ３０秒時に１２００℃に達することを意味する。

なお、上記に加え更に優れた耐久性を実現するにあたっては、前記筒状部材９０から露出した部位における中間部４０の厚さｔ_ＸＶｅｘが２（ｔ_{ＸＶｍａｘ}）／３以下となる領域の基体６０の外形線６０ｇが本実施例のように先端に向かって小さくなるテーパ形状を呈するとよい。前述の中間部４０が先すぼまりの形状を呈していることに加えてこの構成を備えることにより一対の中間部４０，４０それぞれの外側の輪郭線が直線状であり凹凸等を有しないので、抵抗体３０に電圧を印加したときに熱応力が集中したり、局所的に温度上昇したりするのを緩和することができる。また、発熱先端部５０に熱応力が集中するのを防止することにもなる。したがって、優れた速熱性とわずかな消費電力で所定の温度に達することができると共に、より高い通電耐久性を発揮することができる。

これについて図５に基づき説明する。中間部４０は前述のごとく、ＣＬ_１＜ＣＬ_２かつＨＳ_１Ｓ＜ＨＳ_２Ｓを満たす領域であるからＲ_１〜Ｒ_２間である。一方、「前記厚さｔ_ＸＶｅｘ」とはリード部３１の厚さｔ_{ＸＶｍａｘ}を基準としたときに、中間部４０のうち２／３の厚さとなる部位であるから位置Ｒ_３である。したがって、「前記厚さｔ_ＸＶｅｘの中間部４０」とは、図５に示すＲ_１〜Ｒ_３間に位置する中間部４０ｍである。この領域Ｒ_１〜Ｒ_３における基体６０の外形線６０ｇをテーパ形状とするのである。これにより上述した効果を奏するのである。

前記構成の基体６０のテーパ形状を構成する際の目安としては次のようにするとよい。図５示すように、ＸＶ方向視において、軸線ＸＡと基体６０のテーパ部とがなす角をθ_３としたときに、｜θ_３−θ_１｜≦１０°とする。より望ましくは｜θ_３−θ_１｜≦６°とし、理想的には図５に示す｜θ_３−θ_１｜＝０°とした構成である。これにより、発熱部３３からの発熱を効率よく基体先端部８０の外周面に伝達することができる。したがって、速熱性をより一層向上させ、消費電力を更に低減し、その結果、基体先端部８０を所望の温度にする際に、必要以上に発熱部３３を発熱させる必要がないので、耐久性にも優れる構成とすることができる。

特にディーゼルエンジンの指導性の観点では、一対のリード部３１，３１同士の最大間隔ＧＬを厚さｔ_ＸＶｅｘ＝２ｔ_{ＸＶｍａｘ}／３以下の中間部４０，４０同士の最大間隔ＧＭに対して、ＧＬ＜ＧＭの関係を満たすように構成するとよい。これにより、発熱温度の比較的高い領域で一対の中間部４０，４０同士の間隔が広くなるので、発熱部３３からの熱が効率よく基体６０に伝達され、更には基体から放熱する熱量も多くなる。したがって、エンジン始動性を維持しながら、消費電力を低減させることができる。また、基体先端部８０を所望の温度にする際に発熱部３３を必要以上に発熱させる必要がないので、耐久性にも優れる。

以上、特にセラミックヒータ１２の構成面について説明したが、セラミックヒータ１２を構成する材料及び製造方法について言及する。

セラミックヒータ１２の基体６０を形成する絶縁性セラミックとして、例えば、窒化珪素質セラミック等が挙げられる。また、抵抗体３０を形成する導電性セラミックとしては、窒化珪素（Ｓｉ_３Ｎ_４）にタングステンカーバイド（ＷＣ）を混合して導電性を持たせたものを利用することができる。これらの材料や概略の製造方法については公知であり、例えば日本国特許公開公報２００８−２９３８０４号に記載される。

即ち、予め基体６０を形成する原料粉末と抵抗体３０を形成する原料粉末をそれぞれ調製する。抵抗体３０を形成する際には原料粉末を所定の金型へ充填して成型する射出成形を行う。上記した抵抗体３０の形状が形成されるように射出成型の際の金型を用意しておく。射出成形後の成形体へ加工を行い、上記した抵抗体３０の形状を形成してもよい。一方、基体６０を形成する原料粉末を別の所定の金型に充填し、上記成形体を載置し、更に基体６０を形成する原料粉末を充填して成形体が埋設された形でプレス成型を行い、一体化する。この一体化された未焼成セラミックヒータを所定の脱脂工程等を経た後にホットプレスにて焼成する。焼成されたものについて研磨機等を用いてセラミックヒータの外形形状を整える。この際に、基体６０の形状についても上記した構造となるように加工をする。

上記のごとく作成されるセラミックヒータ１２は図８に示すグロープラグ２００として利用することができる。このグロープラグ２００は、概略、セラミックヒータ１２、金属製の筒状部材９０、ハウジング９３、中軸９４を備えてなる。公知のように、筒状部材９０はその内周面でセラミックヒータ１２を保持するとともに、電極取出部７８と接するように圧入やロウ付により一体化される。ハウジング９３も同じく金属製の筒状を呈してなり、先端部が筒状部材９０と接合される。ハウジング９３の外周面中腹にはエンジンへ取り付けるための雄ねじ９８が形成されており、後端には取り付けの際に工具が係合する工具係合部９９が形成されている。当該工具係合部９９の内周側には、セラミックヒータ１２へ電力を供給するための棒状金属製の中軸９４が、絶縁部材９５や絶縁係止部材９６によりハウジング９３に絶縁された状態で係止されている。中軸９４の固定にあたっては、金属製の加締め部材９７により固定してもよい。このように固定された中軸９４の先端部には例えばリード線９２が接合され、このリード線９２によりセラミックヒータ１２への電力供給がなされる。なお、この図８の例では、セラミックヒータ１２の後端には金属製のリング部材９１が外嵌され、リード線９２との接続を容易に実現されている。

もちろん、この例は本発明に係るセラミックヒータの実用例の一例であって、なんら制限を受けるものではない。

（セラミックヒータの作製）
平均粒径０.７μｍのＷＣ、平均粒径１．０μｍの窒化珪素及び焼結助剤としてのＥｒ_２Ｏ_３をボールミル中で４０時間湿式混合して抵抗体形成用混合粉末を得た（この混合粉末中のＷＣの含有率は２７体積％（６３質量％）〜３２体積％（７０質量％）の間で調整し、ヒータとして完成したときの室温抵抗値が約３００ｍΩ以上になるようにした）。この抵抗体形成用混合粉末をスプレードライ法により乾燥させ、造粒粉末を作製した後、バインダを４０〜６０体積％の割合となるように添加して、混練ニーダ中で１０時間混合した。その後、得られた混合物をペレタイザで約３ｍｍの大きさに造粒した。実施例１〜１５及び比較例１の中間部を形成することのできる金型を備えた射出成形機にこの造粒物を入れて射出成形し、前記条件を満たす発熱部となる未焼成発熱部を有する未焼成抵抗体を得た。

一方、平均粒径０．６μｍの窒化珪素、焼結助剤としてのＥｒ_２Ｏ_３、並びに、熱膨張調整剤としてのＣｒＳｉ_２、ＷＳｉ_２及びＳｉＣをボールミル中で湿式混合し、バインダを加えた後、スプレードライ法により乾燥させ、基体を形成するための基体形成用混合粉末を得た。

次いで、未焼成抵抗体を基体形成用混合粉末中に埋設してプレス成形を行い、セラミックヒータとなる成形体を得た。この成形体を８００℃の窒素雰囲気中で１時間の脱脂仮焼を行い、次いで、ホットプレス法により、０．１ＭＰａの窒素雰囲気下で、１７８０℃、加圧力３０ＭＰａで９０分間かけて焼成し、焼成体を得た。得られた焼成体を直径３．１ｍｍの略円筒状に研磨すると共に、所望により基体先端部８０をテーパ加工、研磨加工又はＲ研磨加工して、表１に示す各セラミックヒータを作製した。作製した各セラミックヒータの形状は前述の説明に用いたセラミックヒータ１２の他、図７に列挙する形状等、各種変形を行ってよい。それぞれ変形させた形状については後述する。また、作製したセラミックヒータの寸法の一例を挙げると、セラミックヒータの全長（軸線ＸＡ方向長さ）は３０〜５０ｍｍ、セラミックヒータ１２（同径部）の直径は２．５〜３．２ｍｍ、セラミックヒータの最小肉厚（基体先端部８０を除く）は１００〜５００μｍ、基体先端部８０の軸線ＸＡ方向長さは１〜２０ｍｍ、一対のリード部３１，３１の間隔は０．２〜１ｍｍである。

作製した各セラミックヒータを用いて前述のグロープラグを作製し、次述する各種性能評価試験を行った。なお、各セラミックヒータについて特徴的な数値について適宜表１に併記する。

（グロープラグの消費電力の測定）
これらのグロープラグの表面温度及び消費電力を測定するのに図１０に示す装置を用いた。図１０に示される装置は、コントローラ１００と、コントローラ１００に接続された直流電源１０１と、直流電源１０１に接続されたオシロスコープ１０５と、オシロスコープ１０５に接続された放射温度計１０４及びパーソナルコンピュータ１０６と、直流電源１０１から延在する導線とを備えている。なお、装置の詳細を図１１に示した。

各種実施例及び比較例１のグロープラグ及び図１０に示す装置を用いて、以下の方法で、表面温度及び消費電力を測定した。即ち、この装置の導線に各グロープラグを接続し、コントローラ１００で印加電圧を設定して直流電源１０１を制御し、グロープラグ２００に印加される電圧を制御した。そして、カメラ１０２及び本体１０３からなる放射温度計１０４にて、グロープラグのセラミックヒータにおける表面温度を測定する（放射率０．９３５）。このときの電流の制御は、それぞれのグロープラグにおいて表面温度が１２００℃となるように制御を行っている。このように制御して投入した電力を消費電力として次述する方法にて算出した。

更に、オシロスコープ１０５で、直流電源１０１から印加される印加電圧及び電流をモニターすると共に、放射温度計１０４でセラミックヒータの表面温度として測定される測定温度をモニターした。このオシロスコープ１０５は、印加電圧をトリガーとして、測定温度、印加電圧及び電流のデータを同期して記録することができる。このようにして得られたデータを例えばパーソナルコンピュータ１０６で編集し、消費電力を算出した。その結果を表１及び表２に示す。

（グロープラグの通電耐久性試験）
各種実施例及び比較例１のグロープラグを用いて通電耐久性試験を行った。通電耐久性試験は、ヒータ電圧を印加した後、１秒で１０００℃に達するように電圧を印加し、その昇温速度を維持したまま最高温度たる１３５０℃もしくは１４５０℃に到達させ、その後、電圧印加をオフして３０秒間ファン冷却を行い、これを１サイクルとする試験を繰り返し行った。サイクル数は１０００００サイクルを上限とし、抵抗値が１０％以上変化した場合にその時点で試験を終了した。この場合において、３５０００サイクルを超えた場合には「◎」の評価を、１５０００サイクルを超えた場合には「○」の評価を、５０００サイクルを超えた場合には「△」の評価をした。結果を表１及び表２に示す。

（グロープラグの速熱性試験）
各種実施例及び比較例１のグロープラグを用いて速熱性試験を行った。グロープラグに１１Ｖの直流電圧を印加したときのセラミックヒータの外周面における最高発熱部２１の温度を測定して、１０００℃に達する時間を測定し、１０００℃到達時間として、速熱性を評価した。結果を表１及び表２に示す。

（グロープラグのエンジン始動試験）
各種実施例のグロープラグを用いて、−２５℃環境下におけるエンジン始動試験を行った。この場合において、１０秒までにエンジン回転数が９５０ｒｐｍに到達した場合には「◎」の評価を、１５秒までにエンジン回転数が９５０ｒｐｍに到達した場合には「○」の評価をした。結果を表２に示す。

表１及び表２に示された結果から明らかなように、抵抗体が前記構成１を満たす一対の中間部を有する発熱部を備えている各種実施例のグロープラグは、優れた速熱性を持ち消費電力を低減することができると共に耐久性にも優れていた。特に、前記構成１，２を満たしている実施例１〜４、７〜１５は、速熱性及び耐久性に優れるにもかかわらず、その消費電力を大幅に低減することができた。これに対して、前記構成１を共に満たしていない比較例１は６２Ｗもの消費電力を要した。

表２中「ｔ_ＸＶｅｘ／ｔ_{ＸＶｍａｘ}」とは抵抗体３０の最大厚さに対する中間部４０の最小厚さを比で示したものである。実施例７〜９の比較により、中間部４０の厚さが抵抗体３０の最大厚さに対して薄いほど、具体的には構成３を備えることにより消費電力を低減しつつも速熱性を向上させうることが確認できる。詳細には、実施例７，８では、セラミックヒータの筒状部材９０から露出した部位において抵抗体３０（中間部４０）の厚さが２／３となるのに対して、実施例９では露出した部位において抵抗体３０（中間部４０）の厚さは最初の部分で３／４である。このため、実施例７，８に比較して消費電力がやや大きくなっている。

なお、実施例１０は比較のために構成１，２を備え、構成３を満たさない例である。即ち、抵抗体３０は筒状部材９０の内部においてその厚さが最大厚さの２／３となる部位を有している。このために、筒状部材９０から熱が逃げてしまい、速熱性が僅かではあるが犠牲となってしまっている。

また、実施例８，１１〜１５におけるセラミックヒータの外形はいずれもセラミックヒータ１２の外形とほぼ同じかそれに類似するように作製し、角度θ_１およびθ_３が速熱性や消費電力に対する影響性を確認したものであるが、これら実施例の比較からも構成６を備えることが好ましいことがわかる。

更に、一対のリード部３１同士の最大間隔ＧＬと、厚さｔ_ＸＶｅｘの中間部４０同士の最大間隔ＧＭとの関係については表２の実施例１と実施例７〜１５の比較により、ＧＬ＜ＧＭとすることでエンジンの始動性を向上することができる効果が確認されている。

表１に示すように本発明の実施例では中間部４０の外接円ＣＧについて、中間部４０の最先端における直径と最後端における直径差（ＣＬ_２−ＣＬ_１）を各種変更しており、この寸法は設計ごとに望ましい値を選択すればよい。一例を挙げれば、０．１〜２．５ｍｍであり、特に好ましくは０．３〜２．０ｍｍである。前記直径差が前記範囲内にあると、一対の中間部４０の外径が先端に向かって適度に減少し、その体積が減少するから、発熱部３３の耐久性を保持したまま、より優れた速熱性を持ち、消費電力をより一層低減することができるためである。

【００６３】
また、最高発熱部５５は、その合計断面積がリード部３１の合計断面積に対して１／６０〜１／２．６となっているのが更に好ましい。それぞれの合計断面積はともに軸線ＸＡに垂直な平面で切断したときの抵抗体３０の断面積の合計である。最高発熱部５５の断面積が前記割合内にあると、速熱性、低消費電力及び耐久性に優れるうえ、最高発熱部５５の発熱温度がより一層均一にすることができる。したがって、このセラミックヒータ１２をグロープラグ２００のヒータとして用いたときに、速熱性、低消費電力及び耐久性に優れるうえ、エンジンの始動性にも優れるものとすることができる。
【手続補１０】
【補正対象書類名】 明細書
【補正対象項目名】 ００８１
【補正方法】 変更
【補正の内容】
【００８１】
【図１】図１は、この発明に係るセラミックヒータの一実施例であるセラミックヒータを示す概略斜視図である。
【図２】図２は、この発明の一実施例であるセラミックヒータの、軸線ＸＡを含み、かつＸＶ方向から見た平面で切断したときの概略断面図である。
【図３】図３は、この発明に係るセラミックヒータの一実施例を示す拡大断面図である。
【図４】図４は、この発明に係るセラミックヒータの一実施例について、軸線ＸＡ方向の任意の点Ｐにおける断面を示す図である。
【図５】図５は、この発明に係るセラミックヒータの一実施例について、抵抗体３０の形状を説明するために特徴部分を誇張して示す部分的透過図である。
【図６】図６は、はθ_１，Ｌ_１，θ_２，Ｌ_２を導出する際に想定する接線及び、その交点
を示すモデル図である。
【図７】図７は、本発明のセラミックヒータについて、その変形例を列挙して示す図である。
【図８】図８は、この発明に係るグロープラグの一実施例のグロープラグを示す概略断面図である。
【図９】図９は、従来のセラミックヒータについて軸線ＸＡを含む平面で切断したときの拡大断面図である。
【図１０】図１０は、グロープラグの表面温度及び消費電力を測定するのに用いた装置の概略を説明する説明図である。
【図１１】図１１は、グロープラグの表面温度及び消費電力を測定するのに用いた装置詳細を説明する説明図である。

また、基体６０のテーパ度合いについては、断面Ｓ１，Ｓ２におけるセラミックヒータの断面積比Ｓ１Ｓ／Ｓ２Ｓにおいて０．１〜０．９（好ましくは０．５〜０．９）程度とすることが好ましい。これにより、発熱先端部５０が埋設される位置が基体先端部８０の外表面に接近又は遠近し過ぎることがなく、発熱先端部５０を埋設した基体先端部８０の肉厚が適度の厚さとなって、発熱先端部５０からの発熱をより一層効率よく速やかに基体６０の外周面に伝達させることができ、速熱性、低消費電力及び耐久性をより一層高い水準で達成することができるためである。

更に、本発明の構成４の有効性を確認する検証試験を行った。抵抗体の形状角度θ_１，θ_２および長さＬ_１，Ｌ_２について変更してそれぞれ作製したセラミックヒータを用いて前述と同様の試験を行った。そのセラミックヒータの仕様と試験結果を表３に示す。

実施例８のセラミックヒータは構成４を満たすものである。即ち、θ_２＞θ_１且つＬ_１＞Ｌ_２を満足するように形成したものである。一方、実施例１６〜１８は角度θ又は長さＬのいずれかを、又はいずれも満たさないように形成したものである。これらの比較から実施例８では消費電力を低減するとともに速熱性においても比較的優れたものとすることができる。これは構成６を満たすように中間部４０を構成したことによって、抵抗体３０の抵抗値がより先端側の発熱部３３に集中するように構成することができた結果であると言える。

本発明の変形例について言及する。本実施例における抵抗体３０は、その断面形状が概略楕円形を呈するものとして構成したが、所謂射出成形によって形成されるものであればこの形状に限定されるものではない。例えば、略円形や扇形、もしくは矩形や多角形を面取りしたような形状であっても本発明の主旨を逸脱しない範囲での変形は可能である。

このように変形例が許容されるのは抵抗体３０の断面形状にとどまらない。数点の変形例を図７に例示する。なお、図７において特段の説明を要さない部位については図面の明瞭化のため符号を省略する。

図７（ａ）に示すセラミックヒータ１は、セラミックヒータ１２に比して基体先端部８０が尖突状に形成されたものである。これに伴い、発熱部３３の形状も基体先端部８０の外形線に倣う形でやや尖突状に形成され、Ｕ字状を形成している部位は抵抗体３０のうちの最先端部のみにとどまっている。また、中間部４０の外形線は内側も外側もいずれの外形線も直線状に、一対の中間部４０の間隔が先端に向かって狭まるよう形成されている。この形状を呈することにより、セラミックヒータ１２に対してより消費電力を低減させたものを実現することができる。

図７（ｂ）に示すセラミックヒータ２は、一対の中間部４０の間隔がリード部３１と同じ幅で一定幅に形成されている点を除いてセラミックヒータ１２と同じ形状である。

図７（ｃ）に示すセラミックヒータ３は、中間部４０を埋設する部分の基体６０の外形線６０ｇについて、セラミックヒータ２では先端に向かって直線状に狭まるように（テーパ状に）形成されていたのに対し、先端に向かって曲線状に狭まるように形成されている点が異なる。また、中間部４０の外形線４０ｇは基体６０の外形線６０ｇに倣う形で形成されている。なお、この曲線が内側に凸となるものがセラミックヒータ３であるのに対し、外側に凸となるものがセラミックヒータ４（図７（ｄ））である。

図７（ｅ）に示すセラミックヒータ５は、基体先端部８０がテーパ状部分の先端側でストレート状に突出する部位４０ｔを設け、同様に抵抗体３０についても発熱部３３がその突出部４０ｔの内部に位置するように基体６０の形状に倣わせて形成されている。ヒータの先端部の体積が小さいことから昇温しやすく、速熱性を重視する際にはこのような構成を採ることができる。

図７（ｆ）に示すセラミックヒータ６は、一対の中間部４０の間隔が先端に向かって広がるように形成されている点を除いてセラミックヒータ２と同様に形成されている。この構成とすることで、抵抗体３０の幅の狭まる部位が後方にずれ込むことから最高温度に達する部位が広がり、エンジンの始動性の向上効果を得ることができる。

上記評価試験に用いたセラミックヒータ７は、セラミックヒータ２とほぼ同様の形状を有する。異なる点は、基体先端部８０がセラミックヒータ２に比して大きく形成されている点であり、その他についての変更はない（図示しない）。

また、セラミックヒータ８は、基体先端部８０が半球状を形成している点を除き、セラミックヒータ２と同等である（図７（ｇ）参照）。基体先端部８０が半球状を呈しているため、セラミックヒータ２に比して速熱性、消費電力の観点ではわずかながら劣るものとはなるが、本発明を実施する観点では問題はない。また、セラミックヒータ９は、セラミックヒータ８の基体先端部８０をＣ面取り（円錐台）で構成したものである（図７（ｈ）参照）。

以上、本発明の実施例について説明したが、これら以外の変形も可能である。たとえば、図７（ｉ）に示すセラミックヒータ１０は、中間部４０の一部を径方向外側へ膨出させた形状としたものである。このようなものであっても本発明を実施することができる。なお、このような形状とした際には、前述のθ_１について導出が困難となる場合があるが、このような際には次のように導出すればよい。まず、前述のごとく中間部の境界を特定する。特定された境界のうち、最も先端側の境界と最も後端側の境界を通る仮想線を想定し、その仮想線が軸線ＸＡとなす角をθ_１として導出する。このように導出することは、図７（ｉ）の形状に限られず、外形線が曲線状や階段状に形成されるものにおいて同様である。

しかしながら、このような形状は製造過程における生産歩留まりを向上させづらく、直線的な形状で構成されることが好ましいことは言うまでもない。構成１に対して述べれば、「中間部は連続的に形成されていることが好ましい」と言える。

また、本実施例では、セラミックヒータは基体および抵抗体のいずれもがセラミック製のものとして形成した例を示したが、これに限られず、従前公知の構成を追加的に採用してもよい。具体的には図７（ｊ）に示すセラミックヒータ１１のように、リード部３１の後端側にはタングステンなどの金属製リード線を併せ持つことも可能である。

なお、本発明の実施にあたり異種の導電性セラミックを用いて構成するのであれば、本発明に規定する程の繊細な設計は、ややもすれば不要とされ、本発明にて奏する効果をより簡素な設計で比較的容易に達成することができる。しかし、同一の導電性セラミックを用いるからこそ、製造における材料管理や製造過程そのものを容易としつつ、前述の作用効果を得ることができるようになるのである。したがって、本発明の技術的意義は同一の導電性セラミックを用いたセラミックヒータにおいてより一層その意義は大きなものとなるのである。しかし、異種の導電性セラミックを用いるセラミックヒータにおいて本発明を実施すればより好ましいセラミックヒータが実現されうることは自明であり、本発明の適用は、抵抗体が同一の導電性セラミックからなるセラミックヒータに限定されるものではない。しかしながら、その一方で、抵抗体が同一の導電性セラミックからなるセラミックヒータにとって肝要な構成を提供する発明であり、異種の導電性セラミックからなるセラミックヒータの設計に基づいて容易に見いだすことができるものではない。

図１は、この発明に係るセラミックヒータの一実施例であるセラミックヒータを示す概略斜視図である。 図２は、この発明の一実施例であるセラミックヒータの、軸線Ｃを含む平面で切断したときの概略断面図である。 図３は、この発明に係るセラミックヒータの一実施例を示す拡大断面図である。 図４は、この発明に係るセラミックヒータの一実施例について、軸線ＸＡ方向の任意の点Ｐにおける断面を示す図である。 図５は、この発明に係るセラミックヒータの一実施例について、抵抗体３０の形状を説明するために特徴部分を誇張して示す部分的透過図である。 図６は、はθ_１，Ｌ_１，θ_２，Ｌ_２を導出する際に想定する接線及び、その交点を示すモデル図である。 図７は、本発明のセラミックヒータについて、その変形例を列挙して示す図である。 図８は、この発明に係るグロープラグの一実施例のグロープラグを示す概略断面図である。 図９は、従来のセラミックヒータについて軸線ＸＡを含む平面で切断したときの拡大断面図である。 図１０は、グロープラグの表面温度及び消費電力を測定するのに用いた装置の概略を説明する説明図である。 図１１は、グロープラグの表面温度及び消費電力を測定するのに用いた装置詳細を説明する説明図である。

符号の説明

１〜１２ セラミックヒータ、２００ グロープラグ、３０ 抵抗体、３１ リード部、３３ 発熱部、４０ 中間部、５０ｇ 中間部の外形線、６０ 基体、６０ｇ 基体の外形線、９０ 筒状部材

Claims (8)

1. Ｕ字状に折り返された導電性セラミックからなる１つの発熱部と、軸線ＸＡ方向の後端を向いた前記発熱部の両端部に連なり、前記軸線ＸＡ方向の後方へ直棒状に延びる一対のリード部と、を有する抵抗体が、絶縁性セラミックからなる基体中に埋設されてなるセラミックヒータであって、
   前記発熱部と前記リード部との間の中間部であって、
   前記セラミックヒータの軸線ＸＡ上の異なる任意の２点である先端側の点Ｐ_１と後端側の点Ｐ_２において、前記軸線ＸＡに直交する平面で切断したそれぞれの断面Ｓ_１，Ｓ_２に見られる、前記抵抗体のそれぞれの一対の断面部（ＨＳ_１ａ，ＨＳ_１ｂ）、（ＨＳ_２ａ，ＨＳ_２ｂ）に接するとともに当該一対の断面部（ＨＳ_１ａ，ＨＳ_１ｂ）、（ＨＳ_２ａ，ＨＳ_２ｂ）を内部に包含する仮想外接円ＣＧ_１，ＣＧ_２の直径ＣＬ_１，ＣＬ_２が、ＣＬ_１＜ＣＬ_２の関係を満たすとともに、
   前記抵抗体のそれぞれの一対の断面部（ＨＳ_１ａ，ＨＳ_１ｂ）、（ＨＳ_２ａ，ＨＳ_２ｂ）のそれぞれの合計断面積ＨＳ_１Ｓ，ＨＳ_２ＳがＨＳ_１Ｓ＜ＨＳ_２Ｓの関係を満たす中間部
   を有することを特徴とするセラミックヒータ。
2. 前記セラミックヒータのそれぞれの断面Ｓ_１，Ｓ_２の断面積Ｓ_１Ｓ，Ｓ_２Ｓが、Ｓ_１Ｓ＜Ｓ_２Ｓの関係を満たすこと
   を特徴とする請求項１に記載のセラミックヒータ。
3. 前記セラミックヒータは、自身の先端寄りの部位が露出するように金属製の筒状部材に挿入・保持され、
   前記中間部は、自身の厚さｔ_ＸＶｅｘが前記抵抗体の最大厚さｔ_{ＸＶｍａｘ}の２／３以下となる部位を有するとともに、
   前記抵抗体の厚さが２（ｔ_{ＸＶｍａｘ}）／３となる部位が前記金属製の筒状部材から露出した部位に存在すること
   を特徴とする請求項１又は２に記載のセラミックヒータ。
4. 前記中間部の幅を決定する径方向外側の外形線が前記軸線ＸＡ方向となす角度をθ_１とし、当該中間部の前記軸線ＸＡ方向における長さをＬ_１とし、
   前記中間部の厚さを決定する径方向外側の外形線が前記軸線ＸＡ方向となす角度のうち最も大きい角度をθ_２とし、当該外形線の前記軸線ＸＡ方向における長さをＬ_２としたときに、
   θ_２＞θ_１ 且つ Ｌ_１＞Ｌ_２を満たすこと
   を特徴とする請求項１から３までのいずれか一項に記載のセラミックヒータ。
5. 前記厚さｔ_ＸＶｅｘの中間部を埋設する基体は、自身の外形線が先細りのテーパ形状であること
   を特徴とする請求項２から４までのいずれか一項に記載のセラミックヒータ。
6. 発熱部のＵ字の形状が認識でき、かつ抵抗体の幅が認識できる方向ＸＶにみたときの、前記中間部が位置する軸線ＸＡ方向位置における前記基体の外形線が前記軸線ＸＡ方向となす角度をθ_３とし、当該θ_３と前記θ_１とが、
   ｜θ_３−θ_１｜≦１０°を満たすこと
   を特徴とする請求項２から５までのいずれか一項に記載のセラミックヒータ。
7. 前記一対のリード部同士の最大間隔ＧＬは、前記厚さｔ_ＸＶｅｘの中間部同士の最大間隔ＧＭに対して、
   ＧＬ＜ＧＭの関係を満たすこと
   を特徴とする請求項１から６までのいずれか一項に記載のセラミックヒータ。
8. 請求項１から７までのいずれか一項に記載のセラミックヒータを備えてなるグロープラグ。

Images