JP6291542B2 - セラミックヒータおよびグロープラグ - Google Patents

Description

本発明は、セラミックヒータおよびセラミックヒータを備えるグロープラグに関する。

従来から、内燃機関における点火補助に用いられるグロープラグとして、絶縁性セラミックからなる基体内部に導電性セラミックからなる抵抗体が配置されたヒータを備えたグロープラグが用いられている。抵抗体は、棒状の２つのリード部と、各リード部における一方の端部を連結する略Ｕ字形状の連結部と、各リード部から基体の外周表面に向けて突出して配置された電極部とを有し、電極部を介して通電することにより発熱する。上記ヒータに用いられる抵抗体および基体は、いずれもセラミックおよびバインダ（樹脂等の結合材）を含む材料により作製される。例えば、特許文献１に記載のように、セラミックおよびバインダを含む成形材料を射出成形することによって後工程において抵抗体となる未焼成の中間成形体を成形し、かかる中間成形体に対して脱脂および焼成を行なうことにより、抵抗体が作製される。

特開２００７−２４００８０号公報

未焼成の抵抗体を金型内に載置し、金型内にセラミック等の材料を射出することにより、未焼成の抵抗体を包むように未焼成の基体を形成する場合、各リード部の電極部近傍において、材料が行き渡らない部分が生じ得る。このような部分は、その後の脱脂および焼成工程を経て得られたヒータの完成品において空隙として現れる。このような空隙が存在すると、かかる空隙を起点として割れが生じてヒータが損傷するという問題があった。

このような問題は、射出成形に限らず、粉末状の材料を圧縮する粉末プレス成形や、シート状の材料を積層するシート積層成形や、鋳込み成形など、基体を形成可能な任意の成形方法において共通する問題であった。また、グロープラグに限らず、着火用のヒータ装置や、各種センサに用いられるセラミックヒータに共通する問題であった。

本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであり、以下の形態として実現することが可能である。

（１）本発明の一形態によれば、セラミックヒータが提供される。このセラミックヒータは：セラミックを含有する基体と；前記基体の内部に埋設され、セラミックを含有する抵抗体であって、互いに平行に延設された２つのリード部と、前記２つのリード部における一方の端部同士を連結する連結部と、前記２つのリード部のうちの少なくとも一方のリード部と一体に形成され、該リード部に自身の一端部が接続されて該リード部の軸線と交わる方向に延伸し、自身の他端部が前記基体の外表面に露出している電極部と、を有する抵抗体と；を備えるセラミックヒータであって、前記一方のリード部の前記軸線を通り前記電極部の延伸方向に平行な仮想面にて切断される前記電極部の断面において、前記他端部の前記軸線に平行な方向の長さをＡとし、前記一端部の前記軸線と平行な方向の長さをＢとしたときに、０．１≦Ａ／Ｂ≦０．８を満たし；前記電極部の前記断面において、前記一端部のうち前記軸線の方向における前記連結部とは反対側の端と、前記他端部のうち前記軸線の方向における前記連結部とは反対側の端と、の間の前記軸線の方向に沿った長さをｃとし、前記一端部のうち前記軸線の方向における前記連結部側の端と、前記他端部のうち前記軸線の方向における前記連結部側の端と、の間の前記軸線の方向に沿った長さをｄとしたときに、ｃとｄとは異なり；前記電極部の前記断面において、前記一端部のうち前記軸線の方向における前記連結部とは反対側の端と、前記他端部のうち前記軸線の方向における前記連結部とは反対側の端と、を傾斜して接続してなり、且つ、前記一端部のうち前記軸線の方向における前記連結部側の端と、前記他端部のうち前記軸線の方向における前記連結部側の端と、を傾斜して接続してなることを特徴とする。
この形態のセラミックヒータによれば、長さＡと長さＢとの割合Ａ／Ｂが、０．１以上且つ０．８以下であるので、リード部と電極部との接続部分をなだらかにでき、電極部近傍の基体を成形する際に、かかる部分に空隙が生じることを抑制できる。このため、かかる空隙に起因してセラミックヒータの強度が低下することを抑制できる。また、上記割合Ａ／Ｂが０．１以上であるので、電極部における一端部と他端部との間の接続部分が緩やかになり過ぎることを抑制できる。このため、抵抗体が基体内に埋設された状態の焼成体を研磨して他端部を基体の外表面に露出させる際に、他端部の表面積にばらつきが生じることを抑制できる。したがって、セラミックヒータの電気抵抗値にばらつきが生じることを抑制できる。また、上記割合Ａ／Ｂが０．８以下であるので、電極部における一端部と他端部との間の接続部分を十分に緩やかにできる。このため、基体の成形材料を供給する際に、成形材料を電極部近傍に十分に行き渡らせることができ、空隙が電極部近傍に生じることを抑制できる。
また、この形態のセラミックヒータによれば、長さｃと長さｄとは異なるので、一端部と他端部とを接続する部分における傾斜のいずれか一方を緩やかにできる。このため、電極部近傍の基体を成形する際に、緩やかな傾斜を有する部分とは反対側から成形材料を供給する際に、緩やかな傾斜を有する部分にも成形材料を行き渡らせることができる。

（２）上記形態のセラミックヒータにおいて、１ｍｍ≦Ａ≦５ｍｍを満たしてもよい。この形態のセラミックヒータによれば、長さＡが１ｍｍ以上であるので、他端部の表面積が小さいためにセラミックヒータの電気抵抗値が大きくなることを抑制できる。また、長さＡが５ｍｍ以下であるので、電極部が大きいためにセラミックヒータ全体としての強度が低下することを抑制できる。

（３）上記形態のセラミックヒータにおいて、ｃ＜ｄを満たしてもよい。この形態のセラミックヒータによれば、連結部とは反対側から連結部に向かう方向に成形材料を供給する場合に、一端部のうち軸線の方向における連結部側の端と、他端部のうち軸線の方向における連結部側の端とを結ぶ部分を含む電極部近傍の部分に、成形材料を行き渡らせることができる。

本発明は、セラミックヒータ以外の種々の形態で実現することも可能である。例えば、グロープラグ、セラミックヒータの製造方法、グロープラグの製造方法、セラミックヒータ用の抵抗体、およびその抵抗体の製造方法、セラミックヒータ用の基体、およびその基体の製造方法等の形態で実現することができる。

本発明の一実施形態としてのセラミックヒータを適用したグロープラグの構成を示す説明図である。 図１に示すヒータを中心としたグロープラグの部分拡大断面図である。 本実施形態における抵抗体２２の外観形状を示す説明図である。 グロープラグ１００の製造手順を示すフローチャートである。 ステップＳ１２０の処理内容を模式的に示す説明図である。 ステップＳ１２５の処理内容を模式的に示す説明図である。 電極対応部３２７近傍における成形材料の流れを模式的に示す説明図である。 本実施例のヒータと比較例のヒータについての強度および電気抵抗の評価結果を示す説明図である。 変形例における電極部の外観形状を示す説明図である。

Ａ．実施形態：
Ａ−１．セラミックヒータの構成：
図１は、本発明の一実施形態としてのセラミックヒータを適用したグロープラグの構成を示す説明図である。グロープラグ１００は、棒状の外観形状を有し、主体金具２と、中軸３と、絶縁部材５と、絶縁部材６と、かしめ部材８と、外筒７と、ヒータ４と、電極リング１８と、リード線１９とを備えている。なお、図１では、グロープラグ１００の中心軸Ｃ１と平行にＸ軸が設定され、Ｘ軸と垂直にＹ軸およびＺ軸が設定されている。以下では、グロープラグ１００において中心軸Ｃ１に沿ってヒータ４が設けられている側（−Ｘ方向側）を、「先端側」と呼び、中心軸Ｃ１に沿って中軸３が配置されている側（＋Ｘ方向側）を、「後端側」と呼ぶ。

主体金具２は、軸孔９を備えた略円筒状の外観形状を有する金属製の部材である。主体金具２の外周面において、後端に工具係合部１２が、中央部分に雄ねじ部１１が、それぞれ形成されている。工具係合部１２は、所定の工具と係合可能な外観形状（例えば、断面六角形状）を有しており、グロープラグ１００が図示しないエンジンのシリンダヘッド等に取り付けられる際に、所定の工具と係合される。雄ねじ部１１は、グロープラグ１００を図示しないエンジンのシリンダヘッドに取り付けるために用いられる。

中軸３は、金属製の丸棒状の部材であり、後端側の一部が主体金具２の後端から突出するように、主体金具２の軸孔９に収容されている。中軸３は、他の部分に比べて径が小さい小径部１７を先端に備えている。小径部１７には、金属製のリード線１９の一端が接合されており、かかるリード線１９を介して電極リング１８と電気的に接続されている。

絶縁部材５は、中軸３を囲むリング状の外観を有し、主体金具２の軸孔９に配置されている。絶縁部材５は、主体金具２の中心軸及び中軸３の中心軸がいずれもグロープラグ１００の中心軸Ｃ１と一致するように中軸３を固定する。また、絶縁部材５は、主体金具２と中軸３との間を電気的に絶縁すると共に両者の間を気密封止する。絶縁部材６は、筒状部１３及びフランジ部１４を備えている。筒状部１３は、絶縁部材５と同様に、リング状の外観形状を有し、軸孔９の後端において中軸３を囲んで配置されている。フランジ部１４は、筒状部１３の外周径よりも大きな径を有するリング状の外観形状を有し、筒状部１３よりも中軸３の後端側において中軸３を囲んで配置され、主体金具２と中軸３との間、および、主体金具２とかしめ部材８との間を電気的に絶縁する。

かしめ部材８は、略円筒状の外観形状を有し、フランジ部１４と接した状態で、主体金具２の後端から突出した中軸３を囲むようにかしめられている。このようにかしめ部材８がかしめられることにより、中軸３と主体金具２との間に嵌合された絶縁部材６が固定され、中軸３からの絶縁部材６の抜けが防止される。

外筒７は、軸孔１０を有する略筒状の外観形状の金属製部材であり、主体金具２の先端に接合されている。外筒７の後端側には、厚肉部１５及び係合部１６が形成されている。係合部１６は、厚肉部１５よりも後端側に配置され、外周径が厚肉部１５の外周径よりも小さい。外筒７は、係合部１６が主体金具２の軸孔９に嵌められ、厚肉部１５が主体金具２の先端に接するように配置されている。外筒７は、ヒータ４の中心軸がグロープラグ１００の中心軸Ｃ１と一致するように、軸孔１０においてヒータ４を保持する。

ヒータ４は、先端が曲面である円柱状の外観形状を有し、外筒７の軸孔１０に嵌め込まれている。ヒータ４の先端側の一部は、外筒７から突出して図示しない燃焼室内に露出される。ヒータ４の後端側の一部は、外筒７から突出して主体金具２の軸孔９に収容されている。ヒータ４の詳細構成については後述する。ヒータ４は、セラミック系材料により形成されている。電極リング１８は、金属製の部材であり、ヒータ４の後端に嵌め込まれている。電極リング１８には、前述のリード線１９の一端が接続されている。

図２は、図１に示すヒータを中心としたグロープラグの部分拡大断面図である。なお、図２において図１と同じ構成部には、同じ符号を付して説明を省略する。図２に示すように、ヒータ４は、基体２１及び抵抗体２２を備えている。基体２１は、絶縁性セラミックから成り、先端が曲面である略円柱状の外観形状を有し、内部に抵抗体２２が埋設されている。基体２１は、厚み方向（Ｙ軸と平行な方向）に延びる孔を２つ備えており、これら２つの孔において、抵抗体２２が有する後述の２つの電極部を収容する。

抵抗体２２は、一対のリード部３１ａ，３１ｂと、発熱部３２とを備えている。一対のリード部３１ａ，３１ｂは、それぞれ導電性セラミックからなる棒状の部材であり、基体２１内部に配置されている。一対のリード部３１ａ，３１ｂは、互いに長手方向が平行となるように、また、それぞれの中心軸（軸線）Ｃ１１，Ｃ１２がグロープラグ１００の中心軸Ｃ１と平行となるように配置されている。また、一対のリード部３１ａ，３１ｂは、３つの中心軸Ｃ１，Ｃ１１，Ｃ１２が、１つの仮想平面上に位置するように配置されている。一方のリード部３１ａの後端寄りの位置には、電極部２７が配置されている。電極部２７は、リード部３１ａと一体に形成され、リード部３１ａに自身の一端が接続されて径方向に延伸して形成されている。電極部２７（後述する縮径部２７２）は、基体２１の孔に収容されている。電極部２７において、リード部３１ａと接続された側とは反対側の端部は、基体２１の表面に露出して電極リング１８の内周面に接している。このようにして、電極リング１８とリード部３１ａとが電気的に接続される。また、他方のリード部３１ｂの後端寄りの位置にも、電極部２８が径方向に延伸して形成されている。電極部２８は、基体２１の孔に収容され、リード部３１ｂに接続された側とは反対側の端部は、基体２１の表面に露出して外筒７の内周面に接している。このようにして、外筒７とリード部３１ｂとが電気的に接続される。一対のリード部３１ａ，３１ｂは、いずれも発熱部３２と接続され、発熱部３２に電流を導く。したがって、電極リング１８にリード線１９を介して電気的に接続された中軸３と、外筒７に係合し電気的に接続された主体金具２とは、グロープラグ１００において、発熱部３２に通電するための電極（陽極及び陰極）として機能する。

図３は、本実施形態における抵抗体２２の外観形状を示す説明図である。図３（ａ）は、−Ｙ方向に見た抵抗体２２の側面図である。図３（ｂ）は、３つの中心軸Ｃ１，Ｃ１１，Ｃ１２を通る仮想平面でのリード部３１ａの断面において、電極部２７近傍部分を拡大して示す部分拡大断面図である。図３（ｂ）では、−Ｚ方向に見たリード部３１ａの断面を表している。

図３（ａ），（ｂ）に示すように、電極部２７は、略楕円錐台状の外観形状を有する。電極部２７は、基部２７１と、縮径部２７２と、上端部２７３とを備えている。基部２７１は、リード部３１ａとの接続部分に該当し、図３（ａ）に示すように略楕円形の外周形状を有する。上端部２７３は、電極部２７において、リード部３１ａから最も離れて位置しており、電極リング１８の内周面と接する。上端部２７３は、図３（ａ）に示すように、略円形の外周形状を有する。なお、上端部２７３の外周形状は、略楕円形であってもよい。上端部２７３の直径は、基部２７１の長軸の長さおよび短軸の長さよりも小さい。縮径部２７２は、基部２７１と上端部２７３とを連続的に接続する部位であり、Ｘ−Ｚ平面と平行な面での断面形状は、略楕円形である。なお、縮径部２７２のＸ−Ｚ平面と平行な面での断面形状は、略円形であってもよい。縮径部２７２のＸ−Ｚ平面と平行な面での断面における最大径は、＋Ｙ方向に向かうにつれて小さくなる。したがって、上端部２７３における中心軸Ｃ１１と平行な方向の長さＡは、基部２７１における中心軸Ｃ１１と平行な方向の長さＢよりも小さい。本実施形態において、長さＡと長さＢとの割合であるＡ／Ｂは、下記式（１）を満たす。
０．１≦Ａ／Ｂ≦０．８ ・・・（１）

上記割合Ａ／Ｂは、０．１以上且つ０．７以下であることが好ましく、０．１以上且つ０．６以下であることが更に好ましく、また、０．１以上且つ０．５以下であることが更に好ましい。割合Ａ／Ｂが上記式（１）を満たすことにより、リード部３１ａと電極部２７との接続部分がなだらかになるため、後述するヒータ作製において基体２１の材料を射出成形する際に、電極部２７に相当する部位近傍に材料をまんべんなく配置できる。上記割合Ａ／Ｂが０．１よりも小さいと、縮径部２７２の表面の傾斜が緩やかになり過ぎるため、後述する研磨工程により形成される上端部２７３の表面積にばらつきが生じるおそれがある。また、割合Ａ／Ｂが０．８よりも大きいと、縮径部２７２の表面の傾斜が急になり過ぎるため、ヒータ作製において基体２１の材料を射出成形する際に、基体２１の材料を電極部２７に相当する部位に十分に行き渡らせることができなくなり、電極部２７に相当する部位近傍に空隙が生じるおそれがある。本実施形態において、上記長さＡは、１ｍｍ以上且つ５ｍｍ以下である。本実施形態では、縮径部２７２の断面における外周縁は、内側に凸となるＲ形状を有する。

本実施形態では、図３（ｂ）に示すように、基部２７１において中心軸Ｃ１１に沿って発熱部３２とは反対の端（後端側の端）と、上端部２７３において中心軸Ｃ１１に沿って発熱部３２とは反対の端（後端側の端）との間の中心軸Ｃ１１に沿った長さを長さｃとし、基部２７１において中心軸Ｃ１１に沿って発熱部３２側の端（先端側の端）と、上端部２７３において中心軸Ｃ１１に沿って発熱部３２側の端（先端側の端）との間の中心軸Ｃ１１に沿った長さを長さｄとしたときに、長さｃおよび長さｄは、下記式（２）を満たす。
ｃ＜ｄ ・・・（２）
長さｃおよび長さｄが上記式（２）を満たすことにより、後述するヒータ作製において基体２１の材料を射出成形する際に、電極部２７に相当する部位近傍に材料をまんべんなく配置できる。かかる効果の詳細については、後述する。なお、本実施形態では、長さｃおよび長さｄは上記式（２）を満たすことは必須ではない。したがって、長さｃおよび長さｄが等しくても、また、長さｃが長さｄよりも大きくてもよい。

リード部３１ｂの構成は、上述したリード部３１ａの構成と同様であるので、詳細な説明を省略する。

発熱部３２は、Ｕ字状の外観形状を有し、２つのリード部３１ａ，３１ｂの−Ｘ方向の端部同士を連結する。発熱部３２は通電により発熱する部位である。湾曲部分に電流を集中させることによって高温を実現させるために、湾曲部分の径は、発熱部３２における他の部分の径や、各リード部３１ａ，３１ｂの径よりも小さい。

本実施例では、各リード部３１ａ，３１ｂ及び発熱部３２を形成する導電性セラミックは、絶縁材料として窒化珪素を主成分とし、導電性材料としてタングステンカーバイトを含有した導電性セラミック材料を焼成等して得られる。その結果、抵抗体２２は、５６体積％以上且つ７０体積％以下の窒化珪素と、２０体積％以上且つ３５体積％以下のタングステンカーバイドとを含有する。

上述のヒータ４は、請求項におけるセラミックヒータの下位概念に相当する。また、発熱部３２は請求項における連結部の下位概念に、基部２７１は請求項における一端部の下位概念に、上端部２７３は請求項における他端部の下位概念に、それぞれ相当する。

Ａ−２．グロープラグの製造：
図４は、グロープラグ１００の製造手順を示すフローチャートである。まず、抵抗体２２の成形材料が作製され（ステップＳ１０５）、基体２１の成形材料が作製される（ステップＳ１１０）。本実施形態において、抵抗体２２の成形材料は、絶縁性セラミック及びタングステンカーバイドを主成分とする粉状体であり、例えば、絶縁性セラミック原料およびタングステンカーバイド等のセラミック原料を混合粉砕し、この混合物とバインダ等とをニーダー（混練機）を用いて混練し、その後ペレット化することによって造粒して作製することができる。本実施形態では、絶縁性セラミック原料として窒化珪素を用いるが、窒化珪素に代えて、又は、窒化珪素に加えて、サイアロンなどを用いることもできる。また、本実施形態では、バインダは、特に限定されるものではなく、例えば、ポリプロピレン等のバインダや可塑剤、ワックス及び分散剤等を、１種又は２種以上を混合して用いることができる。本実施態様において、基体２１の成形材料は、絶縁性セラミックを主成分とする粉状体であり、例えば、絶縁性セラミック原料を混合粉砕し、この混合物とバインダ等をニーダーを用いて混練し、その後ペレット化することによって造粒して作製することができる。セラミック原料およびバインダの種類としては、抵抗体２２の成形材料と同様な種類を用いてもよい。

抵抗体２２の中間成形体を、ステップＳ１０５で得られた成形材料を用いて射出成形にて作製する（ステップＳ１１５）。本実施形態において、「抵抗体２２の中間成形体」とは、後述する脱脂や焼成等の加熱工程を経て抵抗体２２となる部材を意味する。

ステップＳ１１５で得られた抵抗体２２の中間成形体の片面側に、半割り状の基体２１の中間成形体を成形する（ステップＳ１２０）。抵抗体２２の中間成形体の他方の面側に、基体２１の中間成形体の残部を形成して、ヒータ４の中間成形体を得る（ステップＳ１２５）。ステップＳ１２０，Ｓ１２５では、いずれもステップＳ１１０で得られた成形材料を用いた射出成形により実行される。

図５は、ステップＳ１２０の処理内容を模式的に示す説明図である。図６は、ステップＳ１２５の処理内容を模式的に示す説明図である。ステップＳ１２０では、まず、抵抗体２２の中間成形体３００を下金型４００に形成されたキャビティ４２０内に配置し、中間成形体３００の上半分を覆うように上金型５００を配置する。抵抗体２２の中間成形体３００は、抵抗体２２とほぼ相似形の外観形状を有する。すなわち、リード部３１ａに対応するリード対応部３１０と、リード部３１ｂに対応するリード対応部３１１と、発熱部３２に対応する発熱対応部３３２と、２つの電極部２７，２８に対応する２つの電極対応部３２７，３２８とを備えている。また、中間成形体３００は、後端連結部３５０を備えている。後端連結部３５０は、中間成形体３００において、発熱対応部３３２とは反対側において、２つのリード対応部３１０，３１１の端部を連結する。後端連結部３５０は、２つのリード対応部３１０，３１１の相対的な位置がずれることを抑制して、中間成形体３００の取扱いを容易にするために設けられている。

下金型４００に形成されたキャビティ４２０は、抵抗体２２の中間成形体３００の下半分が収容可能な形状に形成されている。上金型５００は、下金型４００との合わせ面側が開口した中空の直方体状の外観形状を有する。上金型５００の長手方向の一方の端面Ｓ１には、成形材料を上金型５００の内部に充填するための射出孔が設けられている。上述のように中間成形体３００、下金型４００、および上金型５００を配置した後、上金型５００内にステップＳ１１０で得られた成形材料を射出して、半割り状の基体２１の中間成形体を、抵抗体２２の中間成形体の片側面側（図５における上方面側）に成形する。このようにして、図６に示す中間成形体７００が得られる。

ステップＳ１２５では、ステップＳ１２０で得られた中間成形体７００を上下反転させて図６に示す姿勢とし、新たな下金型６００に形成されたキャビティ６２０内に配置する。次に、中間成形体７００の上半分を覆うように上金型５００を配置する。下金型６００に形成されたキャビティ６２０は、中間成形体７００における基体の中間成形体の部分がちょうど収容可能な形状に形成されている。上金型５００は、図５に示す上金型５００と同じである。上述のように中間成形体７００、下金型６００、および上金型５００を配置した後、上金型５００内にステップＳ１１０で得られた成形材料を射出して、中間成形体７００の上半分に基体２１の中間成形体の残部を形成する。このようにして、ヒータ４の中間成形体が得られる。

図７は、電極対応部３２７近傍における成形材料の流れを模式的に示す説明図である。図７では、ステップＳ１２５における中間成形体７００を−Ｙ方向に見た状態を示している。図７では、上金型５００および下金型６００は省略されている。本実施形態において、上金型５００と中間成形体７００との境界面７５０は、３つの中心軸Ｃ１，Ｃ１１，Ｃ１２を通る仮想平面と一致する。電極対応部３２７は、基部対応部３４１と、縮径対応部３４２と、上端対応部３４３とを備えている。基部対応部３４１は、基部２７１に対応する部位である。また、縮径対応部３４２は縮径部２７２に、上端対応部３４３は上端部２７３に、それぞれ対応する部位である。

上述のように、ステップＳ１２５における上金型５００内への成形材料の射出は、上金型５００の端面Ｓ１から行なわれるため、上金型５００内において、成形材料は、かかる端面Ｓ１から反対側の面に向かう方向に流動する。図７において太い実線の矢印ＦＬで示すように、電極対応部３２７の近傍において、端面Ｓ１から略−Ｘ方向に向かって流れてきた材料は、電極対応部３２７の縮径対応部３４２に到達する。ここで、縮径対応部３４２のＸ−Ｚ平面と平行な断面形状は略楕円形なので、縮径対応部３４２に至った成形材料は、縮径対応部３４２の上半分の表面に沿って縮径対応部３４２の先端方向（−Ｘ方向）に滑らかに移動する。電極対応部３２７では、基部対応部３４１から上端対応部３４３に（＋Ｙ方向に）向かうにつれて径が減少している。材料の流れる方向（−Ｘ方向）に見て、縮径対応部３４２の上半分の表面は、＋Ｙ方向に向かうにつれて＋Ｚ方向に位置する。換言すると、電極対応部３２７の上半分の表面は、−Ｘ方向に見て、＋Ｙ方向に向かうにつれて下方に傾斜している。このため、成形材料が縮径対応部３４２の上半分の表面を移動する際に、一部の成形材料は、＋Ｙ方向に移動して、上端対応部３４３に対して先端側に隣接する領域ＡＲ１に回り込む。このため、かかる領域ＡＲ１に成形材料が充填され、空隙が生じることが抑制される。

また、図３に示すように、抵抗体２２において、長さｃに比べて長さｄは大きい。これは、図７に示す中間成形体７００においても対応する距離について、同様な関係になっていることを意味する。長さｃに相当する距離、すなわち、基部対応部３４１において、中心軸に沿って発熱対応部３３２とは反対側の端（後端側の端）と、上端対応部３４３において中心軸に沿って発熱対応部３３２とは反対側の端（後端側の端）との間の中心軸に沿った距離（以下、「長さｃ１１」と呼ぶ）と、基部対応部３４１において、中心軸に沿って発熱対応部３３２側の端（先端側の端）と、上端対応部３４３において中心軸に沿って発熱対応部３３２側の端（先端側の端）との間の中心軸に沿った距離（以下、「長さｃ１２」と呼ぶ）とは、下記式（３）を満たす。
ｃ１１＜ｃ１２ ・・・（３）
上記式（３）を満たすことにより、図３（ｂ）に示す縮径部２７２と同様に、縮径対応部３４２においても、上端対応部３４３に対して先端側に位置する斜面は比較的なだらかである。このため、かかる斜面に沿って材料が進むため、領域ＡＲ１にしっかりと成形材料が充填され、領域ＡＲ１に空隙が生じることが抑制される。

図４に示すように、ステップＳ１２５においてヒータ４の中間成形体が得られると、ヒータ４の中間成形体の脱脂が実行される（ステップＳ１３０）。ヒータ４の中間成形体には、バインダが含まれているので、加熱（仮焼成）することにより、かかるバインダが取り除かれる。例えば、ヒータ４の中間形成体を、窒素雰囲気中にて８００℃で６０分加熱してもよい。ステップＳ１３０の後、本焼成が実行される（ステップＳ１３５）。かかる本焼成では、ステップＳ１３０のいわゆる仮焼成に比べて、高温で加熱が行なわれる。例えば、１７５０℃で加熱してもよい。このとき、ヒータ４の中間成形体が加圧される、いわゆるホットプレス焼成を行なってもよい。

研磨加工及び切断加工が実行される（ステップＳ１４０）。この工程では、ステップＳ１３５により得られた焼成体の外周の研磨および先端部の曲面加工が行なわれる。研磨により、電極部２７，２８が基体２１の表面から露出する。また、切断により、ステップＳ１３５により得られた焼成体の後端部、すなわち、後端連結部３５０に相当する部分が取り除かれる。上述したステップＳ１０５〜Ｓ１４０により、ヒータ４が完成する。その後、図１に示すグロープラグ１００の各構成部が組みつけられ（ステップＳ１４５）、グロープラグ１００が完成する。

以上説明した実施形態のグロープラグ１００では、長さＡと長さＢとの割合であるＡ／Ｂが上記式（１）を満たすので、リード部３１ａと電極部２７との接続部分、およびリード部３１ｂと電極部２８との接続部分をなだらかにでき、基体２１の中間成形体を射出形成する際に、電極対応部３２７，３２８の近傍に材料をまんべんなく配置できる。

また、割合Ａ／Ｂが０．１以上であるので、縮径部２７２の傾斜が緩やかになり過ぎることを抑制できる。このため、研磨工程（ステップＳ１４０）により形成される上端部２７３の表面積にばらつきが生じることを抑制できる。上端部２７３は、電極リング１８と接する部分であり、また、電極部２８においては、外筒７と接する部分である。このため、かかる部分の表面積にばらつきが生じると、電気抵抗値にばらつきが生じて、ヒータ４の発熱性能にばらつきが生じる。しかしながら、実施形態のグロープラグ１００では、このようなヒータ４の発熱性能のばらつきを抑制できる。

また、割合Ａ／Ｂが０．８以下であるので、縮径部２７２の傾斜を十分に緩やかにできる。このため、基体２１の成形材料を供給する際に、成形材料を電極対応部３２７，３２８の近傍に十分に行き渡らせることができ、空隙が電極対応部３２７，３２８の近傍、ひいては、電極部２７，２８の近傍に生じることを抑制できる。また、長さｃおよび長さｄが上記式（２）を満たすので、中間成形体７００において、長さｃ１１および長さｃ１２が上記式（３）を満たしている。それゆえ、縮径対応部３４２において、上端対応部３４３に対して先端側に位置する部分の斜面を比較的緩やかにでき、かかる斜面に沿って成形材料を流して領域ＡＲ１にしっかりと成形材料を充填できる。したがって、領域ＡＲ１に空隙が生じることを抑制できる。また、ステップＳ１２０，Ｓ１２５において成形材料が電極対応部３２７，３２８近傍に達した際に、成形材料は電極対応部３２７，３２８の表面に沿って滑らかに移動するので、電極対応部３２７，３２８に成形材料が衝突することによる電極対応部３２７，３２８の変形や損傷を抑制できる。

Ｂ．実施例：
上述した実施形態のヒータ４を複数製造し、それぞれについて、強度と電気抵抗値とを測定して評価した。図８は、本実施例のヒータと比較例のヒータについての強度および電気抵抗の評価結果を示す説明図である。図８では、実施例および比較例のヒータについての、長さＡの値（ｍｍ）と、長さＢの値（ｍｍ）と、強度（ＭＰａ）と、抵抗（ｍΩ）と、長さｃ（ｍｍ）と、長さｄ（ｍｍ）とが示されている。

実施例１〜９のヒータは、長さＡおよび長さＢの組み合わせと、長さｃおよび長さｄの組み合わせとがそれぞれ互いに異なる。これに対して、実施例５、１０〜１３のヒータは、長さＡおよび長さＢの組み合わせはいずれも同じであり、長さｃおよび長さｄの組み合わせが互いに異なる。実施例１〜１３のヒータは、上述の長さＡと長さＢとの割合Ａ／Ｂが、上記式（１）の関係を満たす。これに対して、比較例１〜３のヒータは、割合Ａ／Ｂが、上記式（１）を満たしていない。また、比較例１〜３では、長さｃおよび長さｄの組み合わせが互いに異なる。なお、各実施例および比較例のヒータをそれぞれ１０個ずつ作製した。

実施例および比較例の各ヒータについて、電極部２８の上端部が配置されている面を引っ張り面としてスパン１２ｍｍで、３点曲げ強度を測定した。図８では、各実施例および各比較例のヒータについて、それぞれ平均値を示している。また、図８では、強度の評価結果として、１０５０ＭＰａ以上を「○」（高評価）と示し、１０００ＭＰａ以上且つ１０５０ＭＰａ未満を「△」（中程度の評価）と示し、１０００ＭＰａ未満を「×」（低評価）と示している。

強度についての実施例１〜１３の評価結果は、いずれも中程度以上の良好な結果であった。実施例８のヒータについての強度の評価が「△」であったのは、長さＡが８ｍｍと比較的大きく、電極部２８自体が大きいため、ヒータ全体としての強度が低下したためと推定される。これに対して、比較例１，２のヒータは、強度が「×」（低評価）であった。比較例１については、長さＡが長さＢの２倍であり、電極部２８が基部から上端部に向かうにつれて拡径しているため、ステップＳ１２０，Ｓ１２５において成形材料が流れる際に、上端部側に材料が回り込まず、空隙が生じたために強度が低下したものと推定される。また、比較例２については、長さＡと長さＢとが等しいため、比較例１と同様に、ステップＳ１２０，Ｓ１２５において成形材料が流れる際に、上端部側に材料が回り込まず、空隙が生じたために強度が低下したものと推定される。

また、長さＡ，Ｂの値が共通する実施例５，１０〜１３のヒータうち、実施例５，１２，１３のヒータについては、長さｃおよび長さｄが、上記式（２）（ｃ＜ｄ）を満たしている。これに対して、他の実施例１０，１１のヒータについては、上記式（２）を満たしていない。これら実施例５，１０〜１３についての強度をみると、実施例５，１２，１３のヒータの強度は、１２００ＭＰａ以上であるのに対して、実施例１０，１１のヒータの強度は、１０８０ＭＰａ以下である。これは、長さｃおよび長さｄが上記式（２）を満たす実施例５，１２，１３のヒータでは、ステップＳ１２０，Ｓ１２５において、領域ＡＲ１にしっかりと成形材料を充填できたため、かかる領域ＡＲ１における空隙の発生を抑制でき、強度が高くなったのに対して、長さｃおよび長さｄが上記式（２）を満たさない実施例１０，１１のヒータでは、領域ＡＲ１において小さな空隙が生じて強度が低くなったものと推定される。

これらの強度の評価結果から、割合Ａ／Ｂは、０．１以上且つ０．８以下であることが好ましいことが理解できる。また、長さＡは、０．０５ｍｍ以上且つ５ｍｍ以下であることが好ましいことが理解できる。また、長さｃおよび長さｄは、上記式（２）に示す関係であるｃ＜ｄを満たすことが好ましいことが理解できる。

実施例および比較例の各ヒータについて、電気抵抗値を測定した。電気抵抗値の測定は公知の任意の方法により実施できる。図８では、各実施例のヒータについて、それぞれ平均値（単位：ｍΩ）を示している。また、図８では、電気抵抗の評価結果として、７００ｍΩ未満を「○」（高評価）と示し、７００ｍΩ以上を「△」（中程度の評価）と示している。なお、比較例３の評価結果「×」については、後述する。

電気抵抗についての実施例１〜１３の評価結果は、いずれも中程度以上の良好な結果であった。実施例９のヒータについての電気抵抗の評価が「△」であったのは、長さＡが非常に小さく（０．０５ｍｍ）、上端部の表面積が他の実施例のヒータに比べて非常に小さいためであるものと推定される。比較例３のヒータについての評価「×」は、比較例３の１０個のヒータの抵抗値のばらつきが非常に大きいことを意味している。比較例３の割合Ａ／Ｂは、０．０５と非常に小さい。これは、縮径部２７２における傾斜が非常に緩やかであることを意味し、この場合、ステップＳ１４０における研磨度合いによって、上端部２７３の表面積が大きく変わり得る。このため、ヒータとしての電気抵抗値に大きなばらつきが生じたものと推定される。

これらの電気抵抗の評価結果から、割合Ａ／Ｂは、０．１以上且つ０．８以下であることが好ましいことが理解できる。また、長さＡは、１ｍｍ以上且つ５ｍｍ以下であることが好ましいことが理解できる。

Ｃ．変形例：
Ｃ１．変形例１：
上記実施形態および実施例において、電極部２７および電極部２８のいずれも上記式（１）を満たしていたが、これら２つの電極部２７，２８のうちのいずれか一方のみが上記式（１）を満たしてもよい。

Ｃ２．変形例２：
上記実施形態では、長さｃおよび長さｄは、上記式（２）（ｃ＜ｄ）を満たしていたが、本発明はこれに限定されない。長さｃおよび長さｄは互いに等しくてもよく、また、長さｃが長さｄよりも大きくてもよい。長さｃが長さｄよりも大きい構成においても、ステップＳ１２０，Ｓ１２５における成形材料の射出方向が、上記実施形態および実施例と反対であれば、上記実施形態および実施例と同様な効果を奏する。この構成においては、上金型５００において、発熱対応部３３２に近い側の端面に、成形材料の射出孔を設けてもよい。すなわち、一般には、長さｃおよび長さｄが等しくない構成を採用してもよい。

Ｃ３．変形例３：
上記実施形態および実施例における縮径部２７２の外観形状は、Ｘ−Ｚ平面と平行な面での断面における最大径が＋Ｙ方向に向かうにつれて小さくなり、かつ、Ｘ−Ｙ平面と平行な面での断面における外周縁が内側に凸となるＲ形状を有する形状であったが、本発明はこれに限定されない。図９は、変形例における電極部の外観形状を示す説明図である。図９では、図３（ｂ）と同様に、−Ｚ方向に見たリード部３１ａの断面のうち、電極部の近傍の断面を表している。図９（ａ）は、変形例における縮径部の第１の態様を示し、図９（ｂ）は、変形例における縮径部の第２の態様を示し、図９（ｃ）は、変形例における縮径部の第３の態様を示す。

図９（ａ）に示す変形例の第１態様の電極部２７ａは、縮径部２７２に代えて、縮径部２７２ａを有する点において、図３（ｂ）に示す実施形態の電極部２７と異なる。縮径部２７２ａの断面の外周縁の形状は、直線形状である。

図９（ｂ）に示す変形例の第２態様の電極部２７ｂは、縮径部２７２に代えて、縮径部２７２ｂを有する点において、図３（ｂ）に示す実施形態の電極部２７と異なる。縮径部２７２ｂの断面の外周縁の形状は、外側に凸となるＲ形状である。

図９（ｃ）に示す変形例の第３態様の電極部２７ｃは、縮径部２７２に代えて、縮径部２７２ｃを有する点において、図３（ｂ）に示す実施形態の電極部２７と異なる。縮径部２７２ｃの断面の外周縁の形状は、階段形状である。

図９（ａ）〜図９（ｃ）に示す電極部２７ａ〜２７ｃを有するヒータであっても、長さＡおよび長さＢの割合Ａ／Ｂが、上記（１）を満たすことにより、上記実施形態および実施例のヒータ４と同様な効果を奏する。

Ｃ４．変形例４：
上記実施形態では、ステップＳ１２０，Ｓ１２５において射出成形によってヒータ４の中間成形体を形成していたが、射出成形に代えて、粉末プレス成形、シート積層成形、および鋳込み成形等の任意の成形方法により形成してもよい。

Ｃ５．変形例５：
上記実施形態では、ステップＳ１２５において、ステップＳ１２０で得られた中間成形体７００を上下逆転させて下金型６００のキャビティ６２０に収容していたが、本発明は、これに限定されない。例えば、ステップＳ１２０の完了後、上金型５００を中間成形体７００の上部に配置したまま下金型４００を新たな下金型に交換し、かかる下金型内に成形材料を射出して、ヒータ４の中間成形体を得てもよい。この構成においては、新たな下金型として、例えば、上金型５００と同様な形状の金型を用いてもよい。

Ｃ６．変形例６：
上記実施形態および実施例では、抵抗体２２の成形材料における導電性材料は、タングステンカーバイドであったが、これに代えて、珪化モリブデンや珪化タングステン等の、任意の導電性材料を用いることができる。

Ｃ７．変形例７：
上記実施形態では、ヒータ４は、グロープラグ１００に用いられるセラミックヒータであったが、グロープラグ１００に代えて、バーナーの着火用のヒータ、ガスセンサの加熱用ヒータ、ＤＰＦ（Diesel particulate filter）に使用されるセラミックヒータであってもよい。

本発明は、上記実施形態および変形例に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の構成で実現することができる。例えば、発明の概要の欄に記載した各形態中の技術的特徴に対応する本実施形態、変形例中の技術的特徴は、上述の課題の一部又は全部を解決するために、あるいは、上述の効果の一部又は全部を達成するために、適宜、差し替えや、組み合わせを行うことが可能である。また、その技術的特徴が本明細書中に必須なものとして説明されていなければ、適宜、削除することが可能である。

２…主体金具
３…中軸
４…ヒータ
５…絶縁部材
６…絶縁部材
７…外筒
８…かしめ部材
９…軸孔
１０…軸孔
１１…雄ねじ部
１２…工具係合部
１３…筒状部
１４…フランジ部
１５…厚肉部
１６…係合部
１７…小径部
１８…電極リング
１９…リード線
２１…基体
２２…抵抗体
２７…電極部
２７ａ…電極部
２７ｂ…電極部
２７ｃ…電極部
２８…電極部
３１ａ…リード部
３１ｂ…リード部
３２…発熱部
１００…グロープラグ
２７１…基部
２７２…縮径部
２７２ａ…縮径部
２７２ｂ…縮径部
２７２ｃ…縮径部
２７３…上端部
３００…中間成形体
３１０…リード対応部
３１１…リード対応部
３２７…電極対応部
３２８…電極対応部
３３２…発熱対応部
３４１…基部対応部
３４２…縮径対応部
３４３…上端対応部
３５０…後端連結部
４００…下金型
４２０…キャビティ
５００…上金型
６００…下金型
６２０…キャビティ
７００…中間成形体
７５０…境界面
ＡＲ１…領域
Ｃ１…中心軸
Ｃ１１…中心軸
Ｃ１２…中心軸
Ｓ１…端面

Claims (4)

1. セラミックを含有する基体と、
   前記基体の内部に埋設され、セラミックを含有する抵抗体であって、
   互いに平行に延設された２つのリード部と、
   前記２つのリード部における一方の端部同士を連結する連結部と、
   前記２つのリード部のうちの少なくとも一方のリード部と一体に形成され、該リード部に自身の一端部が接続されて該リード部の軸線と交わる方向に延伸し、自身の他端部が前記基体の外表面に露出している電極部と、を有する抵抗体と、
   を備えるセラミックヒータであって、
   前記一方のリード部の前記軸線を通り前記電極部の延伸方向に平行な仮想面にて切断される前記電極部の断面において、前記他端部の前記軸線に平行な方向の長さをＡとし、前記一端部の前記軸線と平行な方向の長さをＢとしたときに、０．１≦Ａ／Ｂ≦０．８を満たし、
   前記電極部の前記断面において、前記一端部のうち前記軸線の方向における前記連結部とは反対側の端と、前記他端部のうち前記軸線の方向における前記連結部とは反対側の端と、の間の前記軸線の方向に沿った長さをｃとし、前記一端部のうち前記軸線の方向における前記連結部側の端と、前記他端部のうち前記軸線の方向における前記連結部側の端と、の間の前記軸線の方向に沿った長さをｄとしたときに、ｃとｄとは異なり、
   前記電極部の前記断面において、前記一端部のうち前記軸線の方向における前記連結部とは反対側の端と、前記他端部のうち前記軸線の方向における前記連結部とは反対側の端と、を傾斜して接続してなり、且つ、前記一端部のうち前記軸線の方向における前記連結部側の端と、前記他端部のうち前記軸線の方向における前記連結部側の端と、を傾斜して接続してなることを特徴とする、セラミックヒータ。
2. 請求項１に記載のセラミックヒータにおいて、
   １ｍｍ≦Ａ≦５ｍｍ
   を満たすことを特徴とする、セラミックヒータ。
3. 請求項１または請求項２に記載のセラミックヒータにおいて、
   ｃ＜ｄを満たすことを特徴とする、セラミックヒータ。
4. 請求項１から請求項３までのいずれか一項に記載のセラミックヒータを備えることを特徴とするグロープラグ。