(57)【要約】輪郭線Ｌ１の形状が仮想的な楕円Ｅに沿うテーパ面１２は、軸線Ｐ方向先端側ほど曲率半径の小さな複数の曲面を連続的に連ねて配設してなる。該テーパ面１２は、輪郭線Ｌ１の端点Ｍ１と端点Ｍ２との間の距離が軸線Ｐ方向に長く、輪郭線Ｌ１の接線と軸線Ｐとのなす角度が、側周面１５側よりも先端面１１側において大きい。よってテーパ面１２は、側周面１５における基体の外径に近い径を、より先端側まで確保できる。ゆえに外表面の面積を確保して放熱量を確保できる。また、先端面１１から軸線Ｐ方向に６ｍｍまでの部位（規定対象部位）の平均外径を２．３ｍｍ未満とすれば放熱性を確保でき、３．３ｍｍ以下とすれば急速昇温性が得られる。先端面１１の面積を、平均外径を直径とする円の面積の２７％以上とすることにより、テーパ面１２における外径を確保することで放熱性を確保できる。
2012144503.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁性セラミックからなり、軸線方向に延びる柱状の基体と、
導電性セラミックからなり、前記基体に埋設され、通電によって発熱する発熱抵抗体であって、前記軸線方向における前記基体の先端部に配置される発熱部と、当該発熱部の両端から前記基体の後端側へ向けて延びるリード部とを有する発熱抵抗体と、
を備えるセラミックヒータであって、
前記基体の先端部には、前記軸線方向先端側に向かって先細りになる先細り部が形成されており、
前記先細り部の外周面には、外向きに凸で曲率半径の異なる複数の曲面であって、前記軸線方向に連続して連なる複数の曲面が、前記曲率半径を連続的に異ならせて配設されており、
前記複数の曲面のうち前記軸線方向先端側に形成された先端側曲面は、該先端側曲面よりも前記軸線方向後端側に形成された後端側曲面と比べ、前記曲率半径が小さいことを特徴とするセラミックヒータ。
【請求項２】
前記軸線方向における前記基体の先端の位置から後端側に６ｍｍまでの部分における前記基体の平均外径をＤとしたとき、
２．３＜Ｄ≦３．３［ｍｍ］
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。
【請求項３】
前記軸線を含む前記基体の断面において、前記軸線方向における前記発熱抵抗体の先端の位置を基準位置とし、前記基準位置と前記基体の先端の位置との最短距離をＡとし、前記基準位置と前記先細り部の外周面をなす前記複数の曲面上の任意の位置との最短距離をＢとしたときに、
Ｂ＞Ａ
を満たすことを特徴とする請求項１または２に記載のセラミックヒータ。
【請求項４】
前記軸線方向における前記基体の先端の位置から後端側に６ｍｍまでの部分における前記セラミックヒータの体積Ｖは、
Ｖ≧Ｄ×２０−２１［ｍｍ３］
を満たすことを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載のセラミックヒータ。
【請求項５】
前記先細り部は、
前記軸線方向と直交する平面状に形成される先端面と、
自身の軸線を周方向に取り囲む側周面と、
前記複数の曲面からなり、前記先端面と前記側周面とをテーパ状に接続するテーパ面と、
を有し、
前記軸線を含む前記基体の断面をみたときに、
前記先細り部の前記テーパ面における輪郭線である第１輪郭線は、前記先端面の輪郭線である第２輪郭線に接続する端点である第１端点が、前記側周面の輪郭線である第３輪郭線に接続する端点である第２端点よりも、前記軸線方向の先端側、且つ前記軸線方向と直交する径方向の内側に配置されるとともに、
前記第１端点と前記第２端点との前記軸線方向の距離が、前記第１端点と前記第２端点との前記径方向の距離よりも大きく、
さらに、前記第１端点に近い側における前記第１輪郭線の接線と前記軸線とがなす角度が、前記第２端点に近い側における前記第１輪郭線の接線と前記軸線とがなす角度よりも、大きいことを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載のセラミックヒータ。
【請求項６】
前記軸線を含む前記基体の断面において、前記軸線方向を長軸とし、前記第１端点と前記第２端点とを通る仮想的な楕円を配置した場合に、前記第１輪郭線の形状は、前記仮想的な楕円に沿う形状であることを特徴とする請求項５に記載のセラミックヒータ。
【請求項７】
前記軸線を含む前記基体の断面に前記仮想的な楕円を配置した場合の中心点の位置は、前記軸線方向において、前記発熱抵抗体の先端位置よりも後端側に配置されることを特徴とする請求項６に記載のセラミックヒータ。
【請求項８】
前記軸線を含む前記基体の断面に前記仮想的な楕円を配置した場合、前記軸線に対して前記径方向の両側に、２つの前記仮想的な楕円が互いに離間して配置されることを特徴とする請求項６または７に記載のセラミックヒータ。
【請求項９】
絶縁性セラミックからなり、軸線方向に延びる柱状の基体と、
導電性セラミックからなり、前記基体に埋設され、通電によって発熱する発熱抵抗体であって、前記軸線方向における前記基体の先端部に配置される発熱部と、当該発熱部の両端から前記基体の後端側へ向けて延びるリード部とを有する発熱抵抗体と、
を備えるセラミックヒータであって、
前記基体の先端部には、前記軸線方向先端側に向かって先細りになる先細り部が形成されており、
前記先細り部の外周面には、前記軸線に対する傾斜角度の異なる複数の傾斜面が前記軸線方向に沿って配設されており、
前記複数の傾斜面のうち前記軸線方向先端側に形成された先端側傾斜面は、該先端側傾斜面よりも前記軸線方向後端側に形成された後端側傾斜面と比べ、前記傾斜角度が大きいことを特徴とするセラミックヒータ。
【請求項１０】
前記軸線方向における前記基体の先端の位置から後端側に６ｍｍまでの部分における前記基体の平均外径をＤとしたとき、
２．３＜Ｄ≦３．３［ｍｍ］
を満たすことを特徴とする請求項９に記載のセラミックヒータ。
【請求項１１】
前記軸線を含む前記基体の断面において、前記軸線方向における前記発熱抵抗体の先端の位置を基準位置とし、前記基準位置と前記基体の先端の位置との最短距離をＡとし、前記基準位置と前記先細り部の外周面をなす前記複数の傾斜面上の任意の位置との最短距離をＢとしたときに、
Ｂ＞Ａ
を満たすことを特徴とする請求項９または１０に記載のセラミックヒータ。
【請求項１２】
前記軸線方向における前記基体の先端の位置から後端側に６ｍｍまでの部分における前記セラミックヒータの体積Ｖは、
Ｖ≧Ｄ×２０−２１［ｍｍ３］
を満たすことを特徴とする請求項９から１１のいずれかに記載のセラミックヒータ。
【請求項１３】
前記先細り部は、
前記軸線方向と直交する平面状に形成される先端面と、
自身の軸線を周方向に取り囲む側周面と、
前記複数の傾斜面からなり、前記先端面と前記側周面とをテーパ状に接続するテーパ面と、
を有し、
前記軸線を含む前記基体の断面をみたときに、
前記先細り部の前記テーパ面における輪郭線である第１輪郭線は、前記先端面の輪郭線である第２輪郭線に接続する端点である第１端点が、前記側周面の輪郭線である第３輪郭線に接続する端点である第２端点よりも、前記軸線方向の先端側、且つ前記軸線方向と直交する径方向の内側に配置されるとともに、
前記第１端点と前記第２端点との前記軸線方向の距離が、前記第１端点と前記第２端点との前記径方向の距離よりも大きく、
さらに、前記第１端点に近い側における前記第１輪郭線の接線と前記軸線とがなす角度が、前記第２端点に近い側における前記第１輪郭線の接線と前記軸線とがなす角度よりも、大きいことを特徴とする請求項９から１２のいずれかに記載のセラミックヒータ。
【請求項１４】
前記第１輪郭線を構成する複数の線分同士がなす角度と、前記第２輪郭線と前記第１輪郭線とが前記第１端点においてなす角度と、前記第３輪郭線と前記第１輪郭線とが前記第２端点においてなす角度とは、いずれも、１４５度以上であることを特徴とする請求項１３に記載のセラミックヒータ。
【請求項１５】
前記第３輪郭線は、
前記第２端点から前記軸線方向の後端側へ向けて、前記径方向の外向きに広がりつつ延びる第４輪郭線と、
前記第４輪郭線に接続し、前記軸線方向と平行に延びる第５輪郭線と
を含み、
前記第２端点は、前記軸線方向において、前記発熱抵抗体の先端位置よりも先端側に配置され、
前記第４輪郭線と前記５輪郭線との接続点は、前記軸線方向において、前記発熱抵抗体の先端位置よりも後端側に配置されること
を特徴とする請求項５から８、１３、１４のいずれかに記載のセラミックヒータ。
【請求項１６】
前記先端面の面積をＳ１とし、直径が、前記軸線方向における前記基体の先端の位置から後端側に６ｍｍまでの部分における前記基体の平均外径である円の面積をＳ２としたときに、
Ｓ１／Ｓ２×１００≧２７［％］
を満たすことを特徴とする請求項５から８、１３から１５のいずれかに記載のセラミックヒータ。
【請求項１７】
請求項５から８、１３から１６のいずれかに記載のセラミックヒータの製造方法であって、
前記基体と前記発熱抵抗体とが一体に焼成された柱状の焼成体の側面および端面を研磨し、前記軸線に平行な前記側周面と、前記軸線と直交する前記先端面とを形成する第１研磨工程と、
前記焼成体の前記先端面と前記側周面とがなす稜角部分を研磨して、前記テーパ面を形成する第２研磨工程と、
前記側周面の先端側を、前記テーパ面との接続部位を含めて、先端向きに窄むテーパ状に研磨する第３研磨工程と、
を含むことを特徴とするセラミックヒータの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、絶縁性セラミックからなる基体に導電性セラミックからなる発熱抵抗体を埋設させたセラミックヒータおよびその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ディーゼルエンジンの始動を補助するために使用されるグロープラグには、例えば、絶縁性セラミックからなる基体に導電性セラミックからなる発熱抵抗体を埋設させたセラミックヒータが使用される。セラミックヒータの発熱抵抗体は、一般にＵ字状に形成され、Ｕ字の折り返し部分の径が細くされることで、この部位が発熱部として機能するように構成される。さらに、基体の先端部が発熱部のＵ字形状に沿うように半球状に形成されることによって、セラミックヒータは、発熱部において発生する熱を基体の外部に効率よく伝達することができる。【０００３】
近年、エンジンの始動性の向上や、排気ガスに含まれるＮＯｘの低減のため、セラミックヒータへの通電を開始してからの昇温速度の向上が求められている。発熱抵抗体自体の設計変更や通電の際に流す電流の大きさの変更を伴うことなくセラミックヒータの急速昇温性を高めるには、発熱部において生じた熱が速やかに基体の外部に伝達されるようにすればよい。そのためには、セラミックヒータの外径を従来よりも細くし、発熱抵抗体を、より基体の外表面の近くに配置させることが考えられる。もっとも、ただ外径を細くしただけではセラミックヒータに折損の虞が生じてしまうため、基体の先端側を、例えばテーパ状にして、発熱部の周囲においてセラミックヒータの外径が細くなるようにすればよい（例えば特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−２７０３４９号公報
【発明の概要】
【０００５】
しかしながら、セラミックヒータの外径を細くすると、基体の表面積が減って放熱量が低下し、また、基体の肉厚が薄くなるため、特に発熱部の付近における熱容量が低下してしまう。このため、例えば燃料の付着やエンジン内の気流によって基体の先端部が冷却されると、発熱部も冷却されて温度が低下し、十分な急速昇温性を確保できなくなるという問題があった。
【０００６】
本発明は上記問題点を解決するためになされたものであり、基体の先端部の放熱量および熱容量を確保しつつ急速昇温性を得ることができるセラミックヒータおよびその製造方法を提供することを目的とする。
【０００７】
本発明の第１態様によれば、絶縁性セラミックからなり、軸線方向に延びる柱状の基体と、導電性セラミックからなり、前記基体に埋設され、通電によって発熱する発熱抵抗体であって、前記軸線方向における前記基体の先端部に配置される発熱部と、当該発熱部の両端から前記基体の後端側へ向けて延びるリード部とを有する発熱抵抗体と、を備えるセラミックヒータであって、前記基体の先端部には、前記軸線方向先端側に向かって先細りになる先細り部が形成されており、前記先細り部の外周面には、外向きに凸で曲率半径の異なる複数の曲面であって、前記軸線方向に連続して連なる複数の曲面が、前記曲率半径を連続的に異ならせて配設されており、前記複数の曲面のうち前記軸線方向先端側に形成された先端側曲面は、該先端側曲面よりも前記軸線方向後端側に形成された後端側曲面と比べ、前記曲率半径が小さいことを特徴とするセラミックヒータが提供される。
【０００８】
第１態様において、先細り部の外周面には、外向きに凸な複数の曲面が軸線方向に連続して連なって配設されている。そして、それら連続して連なる複数の曲面は、曲率半径が連続的に異なり、且つ、後端側曲面よりも先端側曲面の曲率半径が小さい。つまり、先細り部の外周面に配設された複数の曲面は、先端側ほど曲率半径の小さな曲面である。これにより、先細り部では、軸線方向後端側における基体の外径と、先端側における基体の外径との径差を、より先端側まで、小さい状態に維持することができる。このように先細り部において、より先端側まで基体の外径に近い径を確保することで、基体の外表面の面積をより大きく確保することができるので、セラミックヒータの放熱量を大きくすることができる。
【０００９】
第１態様において、前記軸線方向における前記基体の先端の位置から後端側に６ｍｍまでの部分における前記基体の平均外径をＤとしたとき、２．３＜Ｄ≦３．３［ｍｍ］を満たしてもよい。セラミックヒータにおいて、特に発熱性能に寄与する基体の先端から６ｍｍまでの部分における平均外径Ｄが２．３ｍｍ以下の場合、基体の表面積が小さくなってしまうため、ディーゼルエンジン始動時の着火性の確保に必要とされる放熱量を得られなくなる虞がある。平均外径Ｄが３．３ｍｍより大きいと、発熱抵抗体が基体の外表面から遠くなり基体の内部の熱容量が増えるため、基体の内部の昇温と外部への熱の伝達に時間がかかり、急速昇温性を得られなくなる虞がある。よって、平均外径Ｄを２．３＜Ｄ≦３．３［ｍｍ］とすることによって、セラミックヒータは、放熱量と急速昇温性を確保することができる。
【００１０】
第１態様において、前記軸線を含む前記基体の断面において、前記軸線方向における前記発熱抵抗体の先端の位置を基準位置とし、前記基準位置と前記基体の先端の位置との最短距離をＡとし、前記基準位置と前記先細り部の外周面をなす前記複数の曲面上の任意の位置との最短距離をＢとしたときに、Ｂ＞Ａを満たしてもよい。
【００１１】
Ｂ＞Ａを満たすことで、セラミックヒータは、発熱抵抗体の先端の位置（基準位置）と曲面との間における基体の肉厚（径方向の厚み）を、基準位置と基体の先端との間における基体の肉厚（軸方向の厚み）よりも大きく確保することができる。つまり、発熱抵抗体よりも基体の先端側において、基体の外径を確保することができるので、曲面において、基体の表面積を確保することができる。これにより、ディーゼルエンジン始動時の着火性の確保に必要とされる放熱量を得ることができる。また、先端部における体積を確保して熱容量を確保できるので、基体が外部からの冷却を受けても、発熱抵抗体の温度低下への影響を、より小さくすることができ、発熱温度を維持しやすくなる。一方で、Ｂ≦Ａの場合、基準位置と曲面との間における基体の肉厚が、Ｂ＞Ａを満たす場合よりも小さくなる。つまり、発熱抵抗体よりも基体の先端側において、基体の外径が小さくなり、曲面において、基体の表面積を確保することが難しくなり、放熱量が低下する虞がある。また、基体の先端部における体積も確保することが難しくなり、熱容量が低下して、基体が外部からの冷却を受けた場合の発熱抵抗体の温度低下への影響が大きくなる虞がある。
【００１２】
第１態様において、前記軸線方向における前記基体の先端の位置から後端側に６ｍｍまでの部分における前記セラミックヒータの体積Ｖは、Ｖ≧Ｄ×２０−２１［ｍｍ３］を満たしてもよい。基体の先端から６ｍｍまでの部分は、セラミックヒータを用いたグロープラグがエンジンに取り付けられた場合に、燃焼室内に突出され、発熱性能に寄与する部位である。この基体の先端から６ｍｍまでの部分における体積Ｖと平均外径Ｄとの関係が、Ｖ＜Ｄ×２０−２１となる場合、所定の環境下（例えば環境温度が低い場合など）におけるエンジンの始動性に影響が生ずる虞がある。よって、Ｖ≧Ｄ×２０−２１を満たすことで、十分に、エンジンの始動性を確保することができる。
【００１３】
第１態様において、前記先細り部は、前記軸線方向と直交する平面状に形成される先端面と、自身の軸線を周方向に取り囲む側周面と、前記複数の曲面からなり、前記先端面と前記側周面とをテーパ状に接続するテーパ面と、を有し、前記軸線を含む前記基体の断面をみたときに、前記先細り部の前記テーパ面における輪郭線である第１輪郭線は、前記先端面の輪郭線である第２輪郭線に接続する端点である第１端点が、前記側周面の輪郭線である第３輪郭線に接続する端点である第２端点よりも、前記軸線方向の先端側、且つ前記軸線方向と直交する径方向の内側に配置されるとともに、前記第１端点と前記第２端点との前記軸線方向の距離が、前記第１端点と前記第２端点との前記径方向の距離よりも大きく、さらに、前記第１端点に近い側における前記第１輪郭線の接線と前記軸線とがなす角度が、前記第２端点に近い側における前記第１輪郭線の接線と前記軸線とがなす角度よりも、大きくてもよい。
【００１４】
第１態様において、テーパ面の第１輪郭線をみたときに、第１端点が第２端点よりも軸線方向先端側且つ径方向内側に配置され、第１端点と第２端点との間の距離が軸線方向に長く、さらに、第１輪郭線の接線と軸線とのなす角度が、側周面側よりも先端面側において大きいという規定の下、テーパ面が形成されている。つまり、第１態様のテーパ面は、第１端点と第２端点とを通る直線よりも径方向外向きに膨らみ、第２端点における基体の外径の大きさが第１端点へ向けて一定の割合で徐々に減少するのではなく、減少の度合いが次第に大きくなりつつ減少していく形態となる。これにより、テーパ面における基体の外径と、側周面における基体の外径との径差を、より先端側まで、小さい状態に維持することができる。言い換えると、テーパ面の外径として、側周面における基体の外径に近い径を、より先端側まで確保することができる。したがって、基体の外表面の面積を確保できるので、セラミックヒータの放熱量を大きくすることができる。
【００１５】
さらに、セラミックヒータの基体は、テーパ面が形成された部分における基体の体積も大きく確保することができ、従来の半球状の先端部を有するものと比べ、特にテーパ面が形成されている部分において、基体をより厚肉な状態とすること（つまり径方向の厚みを確保して体積を確保すること）ができる。ゆえに、従来のものと比べ、セラミックヒータの先端部における熱容量を、より大きく確保することができる。これにより、セラミックヒータが外部から冷却を受けても発熱抵抗体の温度低下への影響が、より小さくなり、発熱温度を維持しやすくなるので、セラミックヒータの細径化を行う場合に、発熱性能を確保することができる。そして細径化によって抵抗体をよりセラミックヒータの外表面の近くに配置できれば、さらなる発熱性能の向上を図ることができる。
【００１６】
第１態様において、前記軸線を含む前記基体の断面において、前記軸線方向を長軸とし、前記第１端点と前記第２端点とを通る仮想的な楕円を配置した場合に、前記第１輪郭線の形状は、前記仮想的な楕円に沿う形状であってもよい。テーパ面がＲ面取りによって形成され、そのテーパ面の第１輪郭線が楕円に沿う形状であれば、テーパ面に稜角を生ずることがなく、ゆえにテーパ面におけるセラミックヒータの欠けを防止できる。
【００１７】
第１態様において、前記軸線を含む前記基体の断面に前記仮想的な楕円を配置した場合の中心点の位置は、前記軸線方向において、前記発熱抵抗体の先端位置よりも後端側に配置されてもよい。発熱抵抗体の発熱部を、より先端面の近くに配置させることができるので、セラミックヒータの先端面側からも十分な放熱を行うことができ、セラミックヒータの発熱性能を高めることができる。
【００１８】
第１態様において、前記軸線を含む前記基体の断面に前記仮想的な楕円を配置した場合、前記軸線に対して前記径方向の両側に、２つの前記仮想的な楕円が互いに離間して配置されてもよい。このように、楕円の大きさを互いに離間して配置することのできる大きさとすれば、第１輪郭線の第１端点を楕円の長軸側の頂点に近づけることができ、また、第２端点を短軸側の頂点に近づけることができる。これにより、第１輪郭線の第１端点に接する接線の傾きを、第２輪郭線の接線の傾きに近づけることができるとともに、第１輪郭線の第２端点に接する接線の傾きを、第３輪郭線の接線の傾きに近づけることができる。よって、第１輪郭線と第２輪郭線とがなめらかに接続されるようにすることができ、同様に、第１輪郭線と第３輪郭線とも、なめらかに接続されるようにすることができる。ゆえに、第１端点や第２端点において、稜角が形成されないか、あるいは形成されても断面で１８０度に近い角度となるようにすることができ、稜角部分を起点として発生しうるセラミックヒータの欠けをより確実に防止することができる。
【００１９】
本発明の第２態様によれば、絶縁性セラミックからなり、軸線方向に延びる柱状の基体と、導電性セラミックからなり、前記基体に埋設され、通電によって発熱する発熱抵抗体であって、前記軸線方向における前記基体の先端部に配置される発熱部と、当該発熱部の両端から前記基体の後端側へ向けて延びるリード部とを有する発熱抵抗体と、を備えるセラミックヒータであって、前記基体の先端部には、前記軸線方向先端側に向かって先細りになる先細り部が形成されており、前記先細り部の外周面には、前記軸線に対する傾斜角度の異なる複数の傾斜面が前記軸線方向に沿って配設されており、前記複数の傾斜面のうち前記軸線方向先端側に形成された先端側傾斜面は、該先端側傾斜面よりも前記軸線方向後端側に形成された後端側傾斜面と比べ、前記傾斜角度が大きいことを特徴とするセラミックヒータが提供される。
【００２０】
第２態様において、先細り部の外周面には、軸線に対する傾斜角度の異なる複数の傾斜面が軸線方向に沿って配設されている。そして、それらの傾斜面は、後端側傾斜面の軸線に対する傾斜角度よりも、先端側傾斜面の傾斜角度が大きい。つまり、先細り部の外周面に配設された複数の傾斜面は、先端側ほど軸線に対する傾斜角度が大きい傾斜面である。それらの傾斜面が軸線方向に沿って配設されることにより、先細り部は、断面の輪郭線が先端側から後端側へ向け徐々に、軸線に対する傾斜角度が小さくなる形状となっている。これにより、先細り部では、軸線方向後端側における基体の外径と、先端側における基体の外径との径差を、より先端側まで、小さい状態に維持することができる。このように先細り部において、より先端側まで基体の外径に近い径を確保することで、基体の外表面の面積をより大きく確保することができるので、セラミックヒータの放熱量を大きくすることができる。
【００２１】
第２態様において、前記軸線方向における前記基体の先端の位置から後端側に６ｍｍまでの部分における前記基体の平均外径をＤとしたとき、２．３＜Ｄ≦３．３［ｍｍ］を満たしてもよい。セラミックヒータにおいて、特に発熱性能に寄与する基体の先端から６ｍｍまでの部分における平均外径Ｄが２．３ｍｍ以下の場合、基体の表面積が小さくなってしまうため、ディーゼルエンジン始動時の着火性の確保に必要とされる放熱量を得られなくなる虞がある。平均外径Ｄが３．３ｍｍより大きいと、発熱抵抗体が基体の外表面から遠くなり基体の内部の熱容量が増えるため、基体の内部の昇温と外部への熱の伝達に時間がかかり、急速昇温性を得られなくなる虞がある。よって、平均外径Ｄを２．３＜Ｄ≦３．３［ｍｍ］とすることによって、セラミックヒータは、放熱量と急速昇温性を確保することができる。
【００２２】
第２態様において、前記軸線を含む前記基体の断面において、前記軸線方向における前記発熱抵抗体の先端の位置を基準位置とし、前記基準位置と前記基体の先端の位置との最短距離をＡとし、前記基準位置と前記先細り部の外周面をなす前記複数の傾斜面上の任意の位置との最短距離をＢとしたときに、Ｂ＞Ａを満たしてもよい。
【００２３】
Ｂ＞Ａを満たすことで、セラミックヒータは、発熱抵抗体の先端の位置（基準位置）と傾斜面との間における基体の肉厚（径方向の厚み）を、基準位置と基体の先端との間における基体の肉厚（軸方向の厚み）よりも大きく確保することができる。つまり、発熱抵抗体よりも基体の先端側において、基体の外径を確保することができるので、傾斜面において、基体の表面積を確保することができる。これにより、ディーゼルエンジン始動時の着火性の確保に必要とされる放熱量を得ることができる。また、先端部における体積を確保して熱容量を確保できるので、基体が外部からの冷却を受けても、発熱抵抗体の温度低下への影響を、より小さくすることができ、発熱温度を維持しやすくなる。一方で、Ｂ≦Ａの場合、基準位置と傾斜面との間における基体の肉厚が、Ｂ＞Ａを満たす場合よりも小さくなる。つまり、発熱抵抗体よりも基体の先端側において、基体の外径が小さくなり、傾斜面において、基体の表面積を確保することが難しくなり、放熱量が低下する虞がある。また、基体の先端部における体積も確保することが難しくなり、熱容量が低下して、基体が外部からの冷却を受けた場合の発熱抵抗体の温度低下への影響が大きくなる虞がある。
【００２４】
第２態様において、前記軸線方向における前記基体の先端の位置から後端側に６ｍｍまでの部分における前記セラミックヒータの体積Ｖは、Ｖ≧Ｄ×２０−２１［ｍｍ３］を満たしてもよい。基体の先端から６ｍｍまでの部分は、セラミックヒータを用いたグロープラグがエンジンに取り付けられた場合に、燃焼室内に突出され、発熱性能に寄与する部位である。この基体の先端から６ｍｍまでの部分における体積Ｖと平均外径Ｄとの関係が、Ｖ＜Ｄ×２０−２１となる場合、所定の環境下（例えば環境温度が低い場合など）におけるエンジンの始動性に影響が生ずる虞がある。よって、Ｖ≧Ｄ×２０−２１を満たすことで、十分に、エンジンの始動性を確保することができる。
【００２５】
第２態様において、前記先細り部は、前記軸線方向と直交する平面状に形成される先端面と、自身の軸線を周方向に取り囲む側周面と、前記複数の傾斜面からなり、前記先端面と前記側周面とをテーパ状に接続するテーパ面と、を有し、前記軸線を含む前記基体の断面をみたときに、前記先細り部の前記テーパ面における輪郭線である第１輪郭線は、前記先端面の輪郭線である第２輪郭線に接続する端点である第１端点が、前記側周面の輪郭線である第３輪郭線に接続する端点である第２端点よりも、前記軸線方向の先端側、且つ前記軸線方向と直交する径方向の内側に配置されるとともに、前記第１端点と前記第２端点との前記軸線方向の距離が、前記第１端点と前記第２端点との前記径方向の距離よりも大きく、さらに、前記第１端点に近い側における前記第１輪郭線の接線と前記軸線とがなす角度が、前記第２端点に近い側における前記第１輪郭線の接線と前記軸線とがなす角度よりも、大きくてもよい。
【００２６】
第２態様において、テーパ面の第１輪郭線をみたときに、第１端点が第２端点よりも軸線方向先端側且つ径方向内側に配置され、第１端点と第２端点との間の距離が軸線方向に長く、さらに、第１輪郭線の接線と軸線とのなす角度が、側周面側よりも先端面側において大きいという規定の下、テーパ面が形成されている。つまり、第２態様のテーパ面は、第１端点と第２端点とを通る直線よりも径方向外向きに膨らみ、第２端点における基体の外径の大きさが第１端点へ向けて一定の割合で徐々に減少するのではなく、減少の度合いが次第に大きくなりつつ減少していく形態となる。これにより、テーパ面における基体の外径と、側周面における基体の外径との径差を、より先端側まで、小さい状態に維持することができる。言い換えると、テーパ面の外径として、側周面における基体の外径に近い径を、より先端側まで確保することができる。したがって、基体の外表面の面積を確保できるので、セラミックヒータの放熱量を大きくすることができる。
【００２７】
さらに、セラミックヒータの基体は、テーパ面が形成された部分における基体の体積も大きく確保することができ、従来の半球状の先端部を有するものと比べ、特にテーパ面が形成されている部分において、基体をより厚肉な状態とすること（つまり径方向の厚みを確保して体積を確保すること）ができる。ゆえに、従来のものと比べ、セラミックヒータの先端部における熱容量を、より大きく確保することができる。これにより、セラミックヒータが外部から冷却を受けても発熱抵抗体の温度低下への影響が、より小さくなり、発熱温度を維持しやすくなるので、セラミックヒータの細径化を行う場合に、発熱性能を確保することができる。そして細径化によって抵抗体をよりセラミックヒータの外表面の近くに配置できれば、さらなる発熱性能の向上を図ることができる。
【００２８】
第２態様において、前記第１輪郭線を構成する複数の線分同士がなす角度と、前記第２輪郭線と前記第１輪郭線とが前記第１端点においてなす角度と、前記第３輪郭線と前記第１輪郭線とが前記第２端点においてなす角度とは、いずれも、１４５度以上であってもよい。テーパ面がＣ面取である場合、輪郭線において稜角部分が生ずるが、これら稜角部分における角度（輪郭線の線分がなす角度）がどの部位においても１４５度以上であれば、テーパ面におけるセラミックヒータの欠けを防止する上で有効である。
【００２９】
第１または第２態様において、前記第３輪郭線は、前記第２端点から前記軸線方向の後端側へ向けて、前記径方向の外向きに広がりつつ延びる第４輪郭線と、前記第４輪郭線に接続し、前記軸線方向と平行に延びる第５輪郭線とを含み、前記第２端点は、前記軸線方向において、前記発熱抵抗体の先端位置よりも先端側に配置され、前記第４輪郭線と前記５輪郭線との接続点は、前記軸線方向において、前記発熱抵抗体の先端位置よりも後端側に配置されてもよい。
【００３０】
発熱抵抗体の先端位置を跨いで側周面のうちのテーパ状をなす部分（第４輪郭線）が配置されるので、発熱抵抗体の発熱部が、そのテーパ状の部分に配置されることとなり、基体の外表面に近くなるので、発熱部で生じた熱を効率よく外部に放熱することができ、セラミックヒータの発熱性能を高めることができる。
【００３１】
第１または２態様において、前記先端面の面積をＳ１とし、直径が、前記軸線方向における前記基体の先端の位置から後端側に６ｍｍまでの部分における前記基体の平均外径である円の面積をＳ２としたときに、Ｓ１／Ｓ２×１００≧２７［％］を満たしてもよい。先端面の面積Ｓ１が小さいほど、テーパ面の形成部位における基体の外径の窄みが大きいので、テーパ面が形成されている部分において、基体の外径の確保が難しくなる。すると、テーパ面における基体の表面積を十分に確保できず、セラミックヒータの放熱量が低下する虞がある。具体的に、Ｓ１／Ｓ２×１００≧２７［％］が満たされれば、セラミックヒータの特にテーパ面における基体の表面積を十分に確保して、ディーゼルエンジン始動時の着火性の確保に必要とされる放熱量を得ることができる。
【００３２】
本発明の第３態様によれば、第１または２態様に係るセラミックヒータの製造方法であって、前記基体と前記発熱抵抗体とが一体に焼成された柱状の焼成体の側面および端面を研磨し、前記軸線に平行な前記側周面と、前記軸線と直交する前記先端面とを形成する第１研磨工程と、前記焼成体の前記先端面と前記側周面とがなす稜角部分を研磨して、前記テーパ面を形成する第２研磨工程と、前記側周面の先端側を、前記テーパ面との接続部位を含めて、先端向きに窄むテーパ状に研磨する第３研磨工程と、を含むセラミックヒータの製造方法が提供される。このような工程を経て、セラミックヒータの研磨を行いテーパ面を形成すれば、第１または２態様と同様の効果を得られるセラミックヒータを容易に製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】グロープラグ１の縦断面図である。
【図２】セラミックヒータ２を部分的な断面でみた斜視図である。
【図３】セラミックヒータ２の軸線Ｐを含む断面の輪郭線を先端部２２において拡大してみた図である。
【図４】セラミックヒータ２の先端から６ｍｍまでの部分を切り取り部分的な断面でみた斜視図である。
【図５】セラミックヒータ２の製造過程を示す図である。
【図６】変形例としてのセラミックヒータ２０２の軸線Ｐを含む断面の輪郭線を先端部２２において拡大してみた図である。
【図７】規定対象部位における体積Ｖと平均外径Ｄとの関係を示すグラフである。
【図８】セラミックヒータ２の先端部２２に対して行った衝撃試験の結果を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００３４】
以下、本発明を具体化したセラミックヒータおよびその製造方法の一実施の形態について、図面を参照して説明する。一例としてグロープラグ１が備えるセラミックヒータ２を挙げ、図１，図２を参照して、グロープラグ１の構造について説明する。なお、参照する図面は、本発明が採用し得る技術的特徴を説明するために用いるものであり、記載しているグロープラグの構成等は、それのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例である。以下の説明では、主体金具４の軸線を軸線Ｏとし、軸線Ｏを、主体金具４に組み付けられた、グロープラグ１を構成する各部品の位置関係や向き、方向を説明する上での基準とする。図１では、軸線Ｏの延伸方向（以下、「軸線Ｏ方向」ともいう）において、セラミックヒータ２の配置された側（図中下側）をグロープラグ１の先端側とする。また、図２において、グロープラグ１に組み付ける前のセラミックヒータ２の軸線を、軸線Ｐとし、発熱抵抗体２４の発熱部２７が配置された側（図中上側）を、セラミックヒータ２の先端側として説明する。
【００３５】
図１に示すグロープラグ１は、例えば直噴式ディーゼルエンジンの燃焼室（図示外）に取り付けられ、エンジン始動時の点火を補助する熱源として利用される。グロープラグ１は、主体金具４と、保持部材８と、セラミックヒータ２と、中軸３と、接続端子５と、絶縁部材６と、封止部材７と、接続リング８５とを備える。
【００３６】
まず、セラミックヒータ２について説明する。セラミックヒータ２は絶縁性セラミックからなる基体２１の内部に、導電性セラミックからなり、通電によって発熱する発熱抵抗体２４を埋設したものである。図２に示すように、セラミックヒータ２は軸線Ｐに沿って延びる丸棒状をなし、先端部２２側の端面である先端面１１は、軸線Ｐと直交する平面状に形成されている。また、先端面１１と、軸線Ｐを周方向に取り囲む側周面１５とがなす稜角部分はＲ面取りによって面取りされ、先端面１１と側周面１５とを先端向きに窄むテーパ状に接続するテーパ面１２が形成されている。
【００３７】
セラミックヒータ２の側周面１５は、先端部２２において先端向きに窄むテーパ状に形成された第１側周面１３と、第１側周面１３よりも後端側で非テーパ状の第２側周面１４とを含む。第１側周面１３は、側周面１５とテーパ面１２との稜角部分をＣ面取りすることによって形成され、テーパ面１２と、側周面１５において面取りされなかった第２側周面１４とをテーパ状に接続する。先端面１１、テーパ面１２および第１側周面１３は、基体２１の先端部２２において、軸線Ｐ方向の先端側へ向けて先細っており、以下、先端面１１、テーパ面１２および第１側周面１３を総称して先細り部１６という。また、図示しないが、セラミックヒータ２の後端部２３にも、縁端部分にテーパ状のＣ面取が施されている。
【００３８】
セラミックヒータ２の基体２１に埋設された発熱抵抗体２４は、導電性セラミックからなり、断面略Ｕ字状に形成され、発熱部２７とリード部２８，２９とを有する。発熱部２７は略Ｕ字状に形成され、Ｕ字の折り返し部分が先端側へ向けられた状態で、基体２１の先端部２２に配置されている。リード部２８，２９は発熱部２７の両端（Ｕ字形状の両端）にそれぞれ接続され、セラミックヒータ２の後端部２３へ向けて互いに略平行に延設されている。発熱部２７の断面積は、リード部２８，２９の断面積よりも小さくなるように成形されており、通電時、主に発熱部２７において発熱が行われる。また、セラミックヒータ２の中央より後端側において、リード部２８，２９は、それぞれ、軸線Ｏ方向において互いにずれた位置にて基体２１の外周面に露出されている。
【００３９】
次に、保持部材８について説明する。図１に示すように、保持部材８は、軸線Ｏ方向に延びる円筒状の金属部材であり、セラミックヒータ２の胴部分を径方向に保持する。また、保持部材８は、自身の筒孔内でセラミックヒータ２のリード部２８の露出部分と電気的に接続する。セラミックヒータ２の先端部２２および後端部２３は、保持部材８の筒孔の両端からそれぞれ露出している。保持部材８の後端側には肉厚の鍔部８２が形成されており、後述する主体金具４の先端部４１が接合される。
【００４０】
また、保持部材８の後端側に露出されたセラミックヒータ２の後端部２３には、金属製で筒状の接続リング８５が圧入によって嵌められている。セラミックヒータ２のリード部２９の露出部分は、接続リング８５と電気的に接続されている。接続リング８５には、後述する中軸３の先端部３１が接合される。
【００４１】
次に、主体金具４について説明する。主体金具４は、軸線Ｏ方向に貫通する軸孔４３を有する長細い筒状の金属部材である。主体金具４は、先端部４１の内周が保持部材８の鍔部８２に嵌められ、両者の合わせ部位がレーザ溶接されることによって、保持部材８と一体に接合され、且つ、電気的に接続されている。これにより、主体金具４は保持部材８を介してセラミックヒータ２のリード部２８と電気的に接続される。また、主体金具４の先端部４１と後端部４５との間の胴部４４には、グロープラグ１を内燃機関のエンジンヘッド（図示外）に取り付けるためのねじ山が形成された取付部４２が設けられている。そして、主体金具４の後端部４５には、グロープラグ１をエンジンヘッドに取り付ける際に使用される工具が係合する六角形状の工具係合部４６が形成されている。
【００４２】
次に、中軸３について説明する。中軸３は、軸線Ｏ方向に延びる棒状の金属部材であり、主体金具４の軸孔４３に挿通され、主体金具４とは絶縁状態に配置される。中軸３の先端部３１は、上記の接続リング８５の内周に係合され、レーザ溶接によって一体に接合されるとともに、電気的に接続されている。これにより、中軸３は、接続リング８５を介してセラミックヒータ２のリード部２９と電気的に接続される。また、中軸３の後端部３２は、主体金具４の後端部４５よりも後端側へ突出される接続端部３６と、後端部４５に配置される接続基部３７とを有する。
【００４３】
次に、主体金具４の軸孔４３の内周面と中軸３の接続基部３７の外周面との間には、例えばフッ素ゴム等、絶縁性および弾性を有する部材から形成される円筒状の封止部材７が配置される。封止部材７は、軸孔４３内で中軸３の後端部３２を保持して中軸３の振れを抑制するとともに、軸孔４３内の気密性を保つ。また、封止部材７よりも後端側には、例えばナイロン（登録商標）等、耐熱性および絶縁性を有する部材から筒状に形成される絶縁部材６が配置される。絶縁部材６は、主体金具４と中軸３および接続端子５（後述）との接触による短絡を防止するため、中軸３の後端部３２を挿通され、主体金具４の後端部４５の開口部分に配置される。
【００４４】
そして、中軸３の接続端部３６には、接続端子５が加締めにより固定される。接続端子５には、グロープラグ１がエンジンヘッド（図示外）に取り付けられる際に、プラグキャップ（図示外）が嵌められる。セラミックヒータ２の発熱抵抗体２４は、一端側（リード部２９側）が、接続端子５および中軸３を介してプラグキャップに接続される。そして、発熱抵抗体２４の他端側（リード部２８）は、保持部材８および主体金具４を介してエンジンに接地され、接続端子５と主体金具４との間に通電されることによって、発熱部２７が発熱する。
【００４５】
このような構造を有するグロープラグ１等に用いるセラミックヒータ２の熱容量を確保しつつ、急速昇温性を得るため、本実施の形態では、セラミックヒータ２の先端部２２の形状を以下のように規定している。まず、図３に示すように、セラミックヒータ２の先端部２２において、軸線Ｐを含む断面をみたときに、先端面１１の輪郭線をＬ２、テーパ面１２の輪郭線をＬ１、側周面１５の輪郭線をＬ３とする。また、側周面１５の輪郭線Ｌ３のうち、側周面１５の含む第１側周面１３の輪郭線をＬ４、第２側周面１４の輪郭線をＬ５とする。そして、輪郭線Ｌ１の両端の端点のうち、輪郭線Ｌ２側の端点をＭ１、輪郭線Ｌ３側（輪郭線Ｌ４側）の端点をＭ２とする。なお、図３では、セラミックヒータ２の先端面１１の輪郭線Ｌ２が配置された図中上側を、軸線Ｐ方向における先端側として説明を行う。
【００４６】
このとき、端点Ｍ１が、端点Ｍ２よりも、軸線Ｐ方向において先端側に位置し＜１＞、且つ、端点Ｍ１が、端点Ｍ２よりも、径方向の内側（軸線Ｐ寄り）に配置されること＜２＞を規定している。また、端点Ｍ１と端点Ｍ２との軸線Ｐ方向における距離をＪ、端点Ｍ１と端点Ｍ２との径方向（軸線Ｐと直交する方向）における距離をＫとする。このとき、距離Ｊが、距離Ｋよりも大きいこと＜３＞を規定している。さらに、輪郭線Ｌ１の接線で任意の２つの接線を、仮にＴ１，Ｔ２とする。そして、接線Ｔ１，Ｔ２のうち、端点Ｍ１に近い側の接点を通る接線をＴ１とし、端点Ｍ２に近い側の接点を通る接線をＴ２とする。このとき、接線Ｔ１と軸線Ｐとがなす角度α１が、接線Ｔ２と軸線Ｐとがなす角度α２よりも、大きいこと＜４＞を規定している。
【００４７】
＜１＞が満たされ、且つ、＜２＞が満たされることにより、先端側の端点Ｍ１が、後端側の端点Ｍ２よりも軸線Ｐ方向において先端側に位置し、且つ、径方向において内側に位置することが規定される。また、＜４＞が満たされることで、輪郭線Ｌ１が、少なくともＭ１，Ｍ２を通る直線よりも径方向外向きに、２以上の異なる接線を有して膨らむ形態であることが規定される。さらに、＜３＞が満たされることで、距離Ｊの大きさが距離Ｋ以下の場合と比べ、軸線Ｐ方向の、より先端側まで、径方向の大きさが確保される。すなわち、テーパ面１２は、端点Ｍ１と端点Ｍ２とを通る直線よりも径方向外向きに膨らみ、端点Ｍ２における基体２１の外径の大きさが端点Ｍ１へ向けて一定の割合で徐々に減少するのではなく、減少の度合いが次第に大きくなりつつ減少していく形態となる。これにより、テーパ面１２における基体２１の外径と、側周面１５における基体２１の外径との径差を、より先端側まで、小さい状態に維持することができる。言い換えると、テーパ面１２の外径として、側周面１５における基体２１の外径に近い径を、より先端側まで確保することができる。細径化により外径を小さくすると、特にテーパ面１２における外径が小さくなって基体２１の外表面の面積も小さくなるが、テーパ面１２のより先端側まで側周面１５における基体２１の外径に近い径を確保することで、基体２１の外表面の面積を確保できるので、セラミックヒータ２の放熱量を大きくすることができる。
【００４８】
さらに、セラミックヒータ２の基体２１は、テーパ面１２が形成された部分における基体２１の体積も大きく確保することができ、従来の半球状の先端部を有するものと比べ、軸線Ｐ方向の、特にテーパ面１２が形成されている部分において、基体２１をより厚肉な状態とすること（つまり径方向の厚みを確保して体積を確保すること）ができる。ゆえに、従来のものと比べ、セラミックヒータ２の先端部２２における熱容量を、より大きく確保することができる。これにより、セラミックヒータ２が外部から冷却を受けても発熱抵抗体２４の温度低下への影響が、より小さくなり、発熱温度を維持しやすくなるので、セラミックヒータ２の細径化を行う場合に、発熱性能を確保することができる。そして細径化によって発熱抵抗体２４をよりセラミックヒータ２の外表面の近くに配置できれば、さらなる発熱性能の向上を図ることができる。
【００４９】
さらに、本実施の形態では、テーパ面１２の輪郭線Ｌ１の形状が、端点Ｍ１と端点Ｍ２とを通る仮想的な楕円Ｅに沿う形状であること＜５＞を規定している。輪郭線Ｌ１の形状が上記の＜１＞〜＜４＞を満たしつつ端点Ｍ１と端点Ｍ２とを通る楕円Ｅは、軸線Ｐに平行な長軸Ｘと、軸線Ｐと直交する短軸Ｙをもつ楕円となる。このような楕円Ｅに沿うテーパ面１２は、Ｒ面取りによって形成することができる。よって、テーパ面１２には稜角が生じず、ゆえにテーパ面１２におけるセラミックヒータ２の欠けを防止できる。
【００５０】
また、仮想的な楕円Ｅの中心点（長軸Ｘと短軸Ｙとの交点）の位置Ｃ１が、軸線Ｐ方向において、発熱抵抗体２４の先端位置Ｃ２よりも後端側に配置されること＜６＞を規定している。ここで、発熱抵抗体２４の先端位置Ｃ２は、基体２１の内部に埋設される発熱抵抗体２４の輪郭線Ｌ６が、軸線Ｐ方向においてもっとも先端に位置する部位を指す。発熱抵抗体２４がＵ字形状を有するので、先端位置Ｃ２は、通常は軸線Ｐ上に位置しており、基体２１内における発熱抵抗体２４が軸線Ｐの周方向においてどの向きにあっても、軸線Ｐを含む断面において先端位置Ｃ２は一点に定まる。＜１＞〜＜５＞を満たしつつ、先端位置Ｃ２を楕円Ｅの中心点の位置Ｃ１よりも先端側、すなわち、楕円Ｅの長半径（長軸の半径）内に配置することで、発熱抵抗体２４の発熱部２７を、より先端面１１の近くに配置させることができるので、セラミックヒータ２の先端面１１側からも十分な放熱を行うことができ、セラミックヒータ２の発熱性能を高めることができる。
【００５１】
また、楕円Ｅは、軸線Ｐを挟んで径方向の両側にそれぞれ１つずつ仮想的に配置されるが、２つの楕円Ｅが互いに重ならず、離間して配置されること＜７＞を規定している。すなわち、楕円Ｅの短半径（短軸の半径）が、楕円Ｅの中心点の位置Ｃ１と軸線Ｐとの距離よりも小さい。このように、楕円Ｅの大きさを互いに離間して配置することのできる大きさとすれば、輪郭線Ｌ１の端点Ｍ１を楕円Ｅの長軸側の頂点に近づけることができ、また、端点Ｍ２を短軸側の頂点に近づけることができる。これにより、輪郭線Ｌ１の端点Ｍ１に接する接線の傾きを、輪郭線Ｌ２の接線の傾きに近づけることができるとともに、輪郭線Ｌ１の端点Ｍ２に接する接線の傾きを、輪郭線Ｌ３の接線の傾きに近づけることができる。よって、輪郭線Ｌ１と輪郭線Ｌ２とがなめらかに接続されるようにすることができ、同様に、輪郭線Ｌ１と輪郭線Ｌ３とも、なめらかに接続されるようにすることができる。ゆえに、端点Ｍ１や端点Ｍ２において、稜角が形成されないか、あるいは形成されても断面で１８０度に近い角度となるようにすることができる。
【００５２】
後述するが、セラミックヒータ２は、その製造過程の焼成工程において、公知のホットプレス法により径方向に縮められ軸線Ｐ方向に延びる圧縮変形を受けながら焼成されるため、基体２１を構成するセラミックの粒子の配向方向が、ホットプレス時の加圧方向に直交する面方向に揃う。このため、端点Ｍ１や端点Ｍ２に稜角部分が残ると、先端面１１側から外力を受けた場合に、その稜角部分が、亀裂が軸線Ｐ方向に沿って延びて生ずる裂けの発生の起点となりうる。したがって、端点Ｍ１や端点Ｍ２に稜角部分ができる限り生じないようにすることによって、稜角部分を起点として発生しうるセラミックヒータ２の欠けを、より確実に防止できる。
【００５３】
そして、本実施の形態では、端点Ｍ２が、先端位置Ｃ２よりも先端側に配置されること＜８＞を規定している。さらに、第１側周面１３の輪郭線Ｌ４と、第２側周面１４の輪郭線Ｌ５との接続点Ｃ３が、軸線Ｐ方向において、先端位置Ｃ２よりも後端側に配置されること＜９＞を規定している。端点Ｍ２と接続点Ｃ３は、輪郭線Ｌ４の両側の端点である。また、輪郭線Ｌ４は、側周面１５のうち、先端部２２において先端向きに窄むテーパ状に形成された第１側周面１３の輪郭線である。すなわち、先端位置Ｃ２は、径方向において第１側周面１３に面している。このため、発熱抵抗体２４の発熱部２７も、径方向において第１側周面１３に面することとなり、基体２１の外表面に近くなるので、発熱部２７で生じた熱を効率よく外部に放熱することができ、セラミックヒータ２の発熱性能を高めることができる。
【００５４】
なお、上記＜５＞では、先細り部１６のテーパ面１２の形状について、輪郭線Ｌ１に着目して仮想的な楕円Ｅに沿う形状として規定した。このテーパ面１２について、表面形状をさらに規定すると、曲率半径の異なる複数の曲面が連続して連なり、且つ、後端側曲面よりも先端側曲面の曲率半径が小さい点を満たす形状である＜１０−１＞ともいうことができる。具体的に、図３に示すように、曲率半径の異なる複数の曲面を連ねてテーパ面１２を構成し、各曲面の曲率半径についてそれぞれ比較した場合、軸線Ｐの先端側に配設される曲面ほど、曲率半径が小さい。例えば、曲率半径Ｇ１（図３において一点鎖線Ｇ１で示す円の半径）の曲面よりも軸線Ｐ方向後端側にある曲面の曲率半径Ｇ２、Ｇ３、Ｇ４、Ｇ５は、いずれもＧ１よりも大きい。同様に、曲率半径Ｇ２の曲面よりも軸線Ｐ方向後端側にある曲面の曲率半径Ｇ３、Ｇ４、Ｇ５は、いずれもＧ２よりも大きい。このように、軸線Ｐ方向先端側ほど曲率半径が小さくなる曲面が無数に連なって形成されるテーパ面１２は、上記同様、基体２１の外径の大きさが軸線Ｐ方向先端側へ向けて減少の度合いが次第に大きくなりつつ減少していく形態となる。ゆえに、テーパ面１２のより先端側まで基体２１の外径に近い径を確保でき、基体２１の外表面の面積を確保できるので、セラミックヒータ２の放熱量を大きくすることができる。そして、このようなテーパ面１２はＲ面取りによって形成され、ゆえに稜角が生じず、テーパ面１２におけるセラミックヒータ２の欠けを防止できる。
【００５５】
先端面１１、テーパ面１２および第１側周面１３からなる先細り部１６の形状を、上記＜１＞〜＜１０−１＞の規定を満たす形状とすることにより、セラミックヒータ２は、先端部２２における熱容量を確保しつつ急速昇温性を得ることができる。また、本実施の形態では、セラミックヒータ２の先端部２２における各部位の大きさや面積、体積等を以下のように規定することで、セラミックヒータ２の先端部２２における熱容量と急速昇温性の確保を図っている。
【００５６】
図４に示すように、セラミックヒータ２の先端部２２で、軸線Ｐ方向において、先端面１１の位置から後端側に６ｍｍまでの部分（以下、「規定対象部位」ともいう。）に着目する（図４において実線で示す。）。この規定対象部位におけるセラミックヒータ２の平均外径をＤとする。具体的に、平均外径Ｄは、軸線Ｐ方向で、先端面１１の位置で測定した外径Ｄ０、および先端面１１から６ｍｍの位置まで１ｍｍごとに測定した外径Ｄ１〜Ｄ６の平均値を求めたものである。なお、規定対象部位として先端面１１から６ｍｍまでの部分に着目するのは、一般的に、セラミックヒータ２を用いたグロープラグ１がエンジンに取り付けられた場合に、先端面１１から６ｍｍ程度の部位が燃焼室内に突出され、着火性に寄与することによる。
【００５７】
まず、本実施の形態では、規定対象部位における平均外径Ｄの大きさが、２．３＜Ｄ≦３．３［ｍｍ］を満たすこと＜１１＞を規定している。後述する実施例１によれば、平均外径Ｄが２．３ｍｍ以下の場合、基体２１の表面積が小さくなり、ディーゼルエンジン始動時の着火性の確保に必要とされる放熱量を得られなくなる虞がある。一方、平均外径Ｄが３．３ｍｍより大きいと、発熱抵抗体２４が基体２１の外表面から遠くなり基体２１の内部の熱容量が増えるため、基体２１の内部の昇温と外部への熱の伝達に時間がかかり、急速昇温性を得られなくなる虞がある。＜１１＞の規定を満たすことで、セラミックヒータ２は、放熱量と急速昇温性を確保することができる。
【００５８】
次に、直径が平均外径Ｄである仮想円（図４において点線で示す。）を想定し、その仮想円の面積をＳ２とする。また、先端面１１（直径は上記の外径Ｄ０である。）の面積をＳ１とする。面積Ｓ２に対する面積Ｓ１の割合を求めた場合に、その割合が２７％以上となること＜１２＞を規定している。先端面１１の面積Ｓ１が小さいほど、テーパ面１２の形成部位における基体２１の外径の窄みが大きいので、テーパ面１２が形成されている部分において、基体２１の外径の確保が難しくなる。すると、テーパ面１２における基体２１の表面積を十分に確保できず、セラミックヒータ２の放熱量が低下する虞がある。
【００５９】
後述する実施例２によれば、面積Ｓ２に対する面積Ｓ１の割合が２７％未満である場合、ディーゼルエンジン始動時の着火性の確保に必要とされる放熱量を確保できなくなる虞がある。なお、エンジン始動時の着火性を確保するには、具体的に、軸線Ｐ方向において、先端面１１の位置から後端側に４ｍｍまでの部分における放熱量で、１３Ｗ以上が必要とされる。また、テーパ面１２が形成されている部分において基体２１の外径が小さくなれば、上記のように、基体２１の肉厚（径方向の厚みすなわち体積）を確保できない。ゆえに、セラミックヒータ２の先端部２２における熱容量が低下し、外部から基体２１が冷却を受けた際の発熱抵抗体２４の温度低下への影響が、より大きくなり、発熱温度を維持し難くなる虞がある。＜１２＞の規定を満たすことで、セラミックヒータ２は、放熱量を確保でき、また、先端部２２における熱容量を確保することができる。
【００６０】
次に、図４に示すように、基体２１の断面において、上記した、軸線Ｐ方向における発熱抵抗体２４の先端位置Ｃ２を、基準となる基準位置とする。この断面において、先端位置Ｃ２（基準位置）と、先端面１１の位置との最短距離をＡとする。上記したように、先端位置Ｃ２は、通常は軸線Ｐ上に位置しており、また、先端面１１も、通常は軸線Ｐと直交する面に形成される。よって、軸線Ｐ上で先端面１１の位置をＦ１とすると、先端位置Ｃ２と位置Ｆ１との距離が最短距離Ａに相当する。また、基体２１の断面において、テーパ面１２上の任意の位置をＦ２とする。そして、この断面において、先端位置Ｃ２（基準位置）と、位置Ｆ２との最短距離をＢとする。このとき、本実施の形態では、Ｂ＞Ａを満たすこと＜１３＞を規定している。
【００６１】
Ｂ＞Ａを満たすことで、セラミックヒータ２は、先端位置Ｃ２とテーパ面１２との間における基体２１の肉厚（径方向の厚み）を、基準位置（先端位置Ｃ２）と先端面１１との間における基体２１の肉厚（軸方向の厚み）よりも大きく確保することができる。つまり、先端位置Ｃ２、すなわち発熱抵抗体２４よりも基体２１の先端側において、基体２１の外径を確保することができるので、テーパ面１２において、基体２１の表面積を確保することができる。これにより、ディーゼルエンジン始動時の着火性の確保に必要とされる放熱量を得ることができる。また、先端部２２における体積を確保して熱容量を確保できるので、基体２１が外部からの冷却を受けても、発熱抵抗体２４の温度低下への影響を、より小さくすることができ、発熱温度を維持しやすくなる。一方で、Ｂ≦Ａの場合、先端位置Ｃ２とテーパ面１２との間における基体２１の肉厚が、Ｂ＞Ａを満たす場合よりも小さくなる。つまり、発熱抵抗体２４よりも基体２１の先端側において、基体２１の外径が小さくなり、テーパ面１２において、基体２１の表面積を確保することが難しくなり、放熱量が低下する虞がある。また、基体２１の先端部２２における体積も確保することが難しくなり、熱容量が低下して、基体２１が外部からの冷却を受けた場合の発熱抵抗体２４の温度低下への影響が大きくなる虞がある。
【００６２】
後述する実施例３によれば、基体２１がＢ≦Ａであるセラミックヒータ２は、ディーゼルエンジン始動時の着火性の確保に必要とされる放熱量（１３Ｗ以上）を確保できなくなる虞がある。また、Ｂ≦Ａとなってテーパ面１２が形成されている部分において基体２１の肉厚が確保できないと、セラミックヒータ２の先端部２２における熱容量が低下する。上記同様、外部から基体２１が冷却を受けた際の発熱抵抗体２４の温度低下への影響が、より大きくなり、発熱温度を維持し難くなる虞がある。＜１３＞の規定を満たすことで、セラミックヒータ２は、放熱量を確保でき、また、先端部２２における熱容量を確保することができる。
【００６３】
次に、規定対象部位におけるセラミックヒータ２の体積をＶとする。このとき、本実施の形態では、Ｖ≧Ｄ×２０−２１［ｍｍ３］を満たすこと＜１４＞を規定している。上記したように、セラミックヒータ２を用いたグロープラグ１がエンジンに取り付けられた場合に、規定対象部位は燃焼室内に突出される。そして、規定対象部位は、燃料の付着や燃焼室内で生ずる気流（スワール）などによって規定対象部位が冷却を受けるため、規定対象部位における熱容量の大きさがグロープラグ１の着火性に寄与することとなる。後述する実施例４によれば、規定対象部位の体積Ｖと平均外径Ｄとの関係が、Ｖ＜Ｄ×２０−２１となる場合、所定の環境下（例えば環境温度が低い場合など）におけるエンジンの始動性に影響が生ずる虞があることが確認された。すなわち、＜１４＞の規定を満たすことで、所定の環境の下であっても十分に、エンジンの始動性を確保することができる。
【００６４】
このようなセラミックヒータ２は、概略、以下のように組み立てられる。まず、「形成工程」では、図５に示すように、導電性のセラミック粉末やバインダ等を原料として射出成形によって、セラミックヒータ２の発熱抵抗体２４の原形となる素子成形体１１０が形成される。素子成形体１１０は、略Ｕ字形状の未焼成の発熱部１１１の両極に接続された未焼成のリード部１１５，１１６が略平行に配置される。リード部１１５，１１６の末端には両者を接続するサポート部１１９が設けられ、素子成形体１１０を環状とすることで強度が得られ、製造時の取り扱い容易性が確保される。また、リード部１１５，１１６には、研磨後に基体２１の側周面１５に露出され、グロープラグ１の保持部材８および接続リング８５との電気的な接続を担う突起部がそれぞれ形成される。
【００６５】
また、バインダ等の添加剤が添加された絶縁性セラミックの原料粉末を材料としてプレス成形が行われ、未焼成の基体１２０が作製される。基体１２０は、半割状の成形体として一対の平板に成形され、対向する合わせ面に、素子成形体１１０を収容するための凹部１２１が形成される。なお、基体１２０の合わせ面とは反対側の外側面では、長手方向の角部が面取りされている。
【００６６】
素子成形体１１０は、半割の基体１２０の凹部１２１に収納され、対の半割の基体１２０で挟まれて、さらに図示外のプレス機にてプレス加工が施されることによって、複合成形体１３０として基体１２０と一体に成形される。そして複合成形体１３０に、窒素雰囲気下で８００℃、１時間の脱バインダ処理が施される。次に「焼成工程」において、公知のホットプレス法による複合成形体１３０の焼成が行われる。複合成形体１３０は図示しない成形型に径方向に挟まれて、圧縮変形されつつ加熱される。このとき、複合成形体１３０の基体１２０を構成するセラミックの粒子が加圧に対して９０°の向きで成長するため、その配向方向がホットプレス時の加圧方向に直交する面方向に揃う。このように複合成形体１３０が焼成されることによって、焼成体１４０が形成される。
【００６７】
次に「第１研磨工程」において、焼成体１４０の両側の端面の切断と、センタレス研磨とが行われる。素子成形体１１０が焼成されてなる発熱抵抗体２４の発熱部２７側の端面が切断されることによって、セラミックヒータ２の先端面１１が形成される。また、反対側の端面の切断によって、素子成形体１１０に設けられていたサポート部１１９が除去される。そして公知のセンタレス研磨機を用い、焼成体１４０の外周が研磨される。これによって、焼成体１４０の八角形の外周が円形に研磨され、側周面１５が形成される。また、リード部２８，２９が側周面１５から露出される。
【００６８】
次に「第２研磨工程」では、上記の＜１＞〜＜７＞および＜１０−１＞の規定を満たす仮想的な楕円Ｅに沿った輪郭線Ｌ１を有するように、テーパ面１２が形成される。すなわち、テーパ面１２は、焼成体１４０の先端面１１と側周面１５との稜角部分を削るＲ面取りが施されることによって、形成される。
【００６９】
そして「第３研磨工程」において、上記の＜８＞、＜９＞の規定を満たす輪郭線Ｌ４を有するように、第１側周面１３が形成される。すなわち第１側周面１３は、焼成体１４０の先端側に、テーパ面１２と側周面１５との稜角部分を含め、先端向きに窄むテーパ状の研磨が施されることによって、形成される。側周面１５のうち第１側周面１３の形成対象部位とならず研磨されずに残った部分が、上記のように、第２側周面１４とも称される。以上のように第１〜第３研磨工程を経て焼成体１４０の外周面が研磨されることによって、棒状で先端部２２に＜１＞〜＜１４＞の規定を満たす輪郭線形状を有したセラミックヒータ２が形成される。
【００７０】
なお、本発明は各種の変形が可能である。テーパ面１２はＲ面取りによって形成したが、例えば図６に示すセラミックヒータ２０２のテーパ面１１２のように、Ｃ面取りによって形成してもよい。この場合、上記の＜１＞〜＜４＞の規定を満たすように、テーパ面１１２を形成する上で、２段以上のＣ面取りを行うとよい。図６の例では先端面１１および第１側周面１３と共に先細り部１１６を構成するテーパ面１１２を、軸線Ｐ方向先端側の第１テーパ面１０８と、後端側の第２テーパ面１０９とからなる２段に構成している。第１テーパ面１０８の輪郭線をＬ７、第２テーパ面１０９の輪郭線をＬ８として示す。
【００７１】
本変形例では、輪郭線Ｌ２と輪郭線Ｌ７とがなす角度β１と、輪郭線Ｌ７と輪郭線Ｌ８とがなす角度β２と、輪郭線Ｌ８と輪郭線Ｌ４（Ｌ３）とがなす角度β３とのいずれもが、１４５度以上となること＜２１＞を規定している。前述したように、基体２１を構成するセラミックの粒子の配向方向が軸線Ｐ方向に揃うため、Ｃ面取りによって生じうる各テーパ面間の稜角部分が、亀裂が軸線Ｐ方向に沿って延びて生ずる裂けの発生の起点となりうる。テーパ面２１２におけるセラミックヒータ２０２の欠けの発生を抑制するには、稜角部分を構成するテーパ面の輪郭線同士のなす角度が、できる限り１８０度（稜角部分がない状態）に近い角度となることが好ましい。
【００７２】
後述する実施例５によれば、稜角部分を形成するテーパ面の輪郭線同士のなす角度が１４５度未満であると、その稜角部分が、こうした裂けを発生しうる起点となって、欠けを生じてしまう虞があることがわかった。もちろん、上記のテーパ面１１２を形成する上で、テーパ面の段数が３段以上であっても同様であり、それぞれの輪郭線のなす角度がいずれも１４５度以上であればよい。なお、＜２１＞の規定は、本実施の形態において、先端面１１、テーパ面１２および第１側周面１３を研磨によって形成することで生じうる各面間の稜角部分に対しても適用できる。すなわち、テーパ面１２の輪郭線Ｌ１の端点Ｍ１における楕円Ｅの接線と、先端面１１の輪郭線Ｌ２とがなす角度が、１４５度以上となることが望ましい。同様に、テーパ面１２の輪郭線Ｌ１の端点Ｍ２における楕円Ｅの接線と、第１側周面１３の輪郭線Ｌ３とがなす角度も、１４５度以上となることが望ましい。このようにすれば、テーパ面１１２におけるセラミックヒータ２０２の欠け防止する上で有効である。
【００７３】
なお、上記変形例では、先細り部１１６のテーパ面１１２をＣ面取りによって形成した。このテーパ面１１２について、表面形状をさらに規定すると、軸線Ｐに対する傾斜角度の異なる複数の傾斜面が連続して連なり、且つ、後端側傾斜面よりも先端側傾斜面の傾斜角度が大きい点を満たす形状である＜１０−２＞ともいうことができる。具体的に、図６に示すように、軸線Ｐに対する傾斜角度の異なる複数の傾斜面（例えば第１テーパ面１０８、第２テーパ面１０９）を連ねてテーパ面１１２を構成し、各傾斜面の傾斜角度についてそれぞれ比較した場合、軸線Ｐの先端側に配設される傾斜面ほど、傾斜角度が大きい。例えば、軸線Ｐ方向先端側に形成された先端側傾斜面の例である第１テーパ面１０８の傾斜角度をγ１とし、後端側に形成された後端側傾斜面の例である第２テーパ面１０９の傾斜角度をγ２とする。図６に示すように、軸線Ｐに対する第１テーパ面１０８の傾斜角度γ１は、第２テーパ面１０９の傾斜角度γ２より大きい。この例では傾斜面が２面であるが、さらに複数の傾斜面を有する場合であっても、先端側傾斜面の傾斜角度γ１が後端側傾斜面の傾斜角度γ２より大きくなるように、各傾斜面を形成する。このようにすれば、テーパ面１１２のより先端側まで基体２１の外径に近い径を確保でき、基体２１の外表面の面積を確保できるので、セラミックヒータ２の放熱量を大きくすることができる。
【００７４】
また、本実施の形態では、テーパ面１２をＲ面取りによって形成し、その輪郭線Ｌ１が、仮想的な楕円Ｅに沿う形状となることを規定したが、上記のようなＣ面取りと、Ｒ面取りとを組合せてテーパ面を形成してもよい。また、テーパ面１２の輪郭線Ｌ１は、楕円に限らず、仮想的な円に沿う形状であってもよく、この場合、＜１＞〜＜４＞の規定が満たされるとよい。また、本実施の形態および変形例では、セラミックヒータ２の先端部２２に先端面１１が形成されているが、先端面１１を省略してもよい。先端面１１が省略されたセラミックヒータにおいても、上記＜１１＞、＜１３＞、＜１４＞の規定を満たすことで、放熱量および急速昇温性を確保できることやエンジンの始動性を確保できることを確認している。さらに、セラミックヒータ２は、内燃機関等に使用するグロープラグ１に用いられるものに限らず、家電等として使用するヒータに用いてもよい。
【実施例１】
【００７５】
セラミックヒータ２の先端部２２を肉厚に形成することによって、放熱量および熱容量を確保しつつ急速昇温性が得られることを確認するため、評価試験を行った。なお、以下の評価試験において用いたセラミックヒータのサンプルは、作製および比較を容易にするため、テーパ面をＣ面取りによって形成した。具体的に、外径をφ２．４〜φ３．５［ｍｍ］の範囲で適宜異ならせた複数種類のセラミックヒータの焼成体を作製した。第１研磨工程によって各焼成体を研磨して先端面と側周面を形成した。なお、先端面と発熱抵抗体の先端位置Ｃ２との最短距離Ａは、０．８ｍｍである。容易化のため、第３研磨工程によって、あらかじめ第１側周面を形成した。そして第２研磨工程において、外径に応じて面取り寸法を０〜１．３［ｍｍ］の範囲で適宜異ならせたＣ面取りにより、先端面と第１側周面との間の稜角部分を研磨して、テーパ面を形成した。なお、面取り寸法は、径方向における面取り量（幅）とした。【００７６】
このように作製した２２種類のセラミックヒータのサンプルの規定対象部位において、上記したように、１ｍｍごとの外径Ｄ０〜Ｄ６を測定した。各サンプル１〜２２の平均外径Ｄを測定したところ、表１に示すように、φ２．３〜φ３．４［ｍｍ］の範囲で適宜異なる値となった。そして各サンプル１〜２２の外径Ｄ０（すなわち先端面の直径）から、先端面の面積Ｓ１を算出した。また、各サンプル１〜２２の平均外径Ｄを直径とする仮想円の面積Ｓ２をそれぞれ算出した。さらに各サンプル１〜２２についてＳ１／Ｓ２を求めた結果を、表１に、百分率で示した。【００７７】
【表１】
2012144503.tif 000003
【００７８】
まず、各サンプル１〜２２の放熱量を、演算により求めた。具体的には、先端面の位置から後端側に４ｍｍまでの部分を軸線Ｐと直交する平面で複数に輪切りにした微小区間を想定する。そして公知の演算式に基づき、微小区間ごとに、表面積（外周面の面積）と温度とから放熱量を算出し、全微小区間の放熱量を足し合わせることによって求めた。なお、放熱量は、セラミックヒータの表面に接触する空気への熱伝達量Ｑ１［Ｗ］と、表面から輻射による空気への熱伝達量Ｑ２［Ｗ］とを足し合わせることによって求めることができる。伝導による熱伝達量Ｑ１は、Ｑ１＝ｈＡ（Ｔ（素子）−Ｔ（気体））によって求められる。また、輻射による熱伝達量Ｑ２は、Ｑ２＝σεＡ（（Ｔ（素子））４−（Ｔ（気体））４）によって求められる。ただし、ｈはセラミックヒータの基体の熱伝導率であり、σはステファンボルツマン定数であり、εは放射率（セラミックヒータの基体の輻射率）であり、Ａは表面積である。また、Ｔ（素子）は発熱抵抗体の発熱部の温度であり、印加する電圧に応じてあらかじめ求められている。Ｔ（気体）はセラミックヒータの基体の表面温度であり、放射温度計により測定する。【００７９】
各サンプル１〜２２の放熱量を算出した結果を表１に示す。一般に、ディーゼルエンジンにおける着火性を確保するには放熱量として１３Ｗが必要とされている。表１に示すように、放熱量が１３Ｗに満たないサンプルは、１，３，６，９〜１１，１４〜１６，１９〜２１であった。【００８０】
さらに、各サンプル１〜２２にそれぞれ１１Ｖの電圧を印加し、表面温度が１０００℃に到達するまでにかかる時間を測定した結果を表１に示す。一般に、ディーゼルエンジンにおける急速昇温性を確保するには、表面温度の１０００℃到達時間として１．３秒以下であることが望ましいとされる。表１に示すように、表面温度の１０００℃到達時間が１．３秒を越えたサンプルは２２であった。【００８１】
ここでサンプル１に着目すると、サンプル１は、面取り寸法が０ｍｍで、すなわちテーパ面が形成されていない。サンプル１の平均外径Ｄはφ２．３ｍｍと小さく、テーパ面を形成せずとも放熱量を確保するのに十分な表面積が得られないことがわかる。したがって、セラミックヒータの平均外径Ｄは、φ２．３ｍｍより大きいことが好ましい。【００８２】
一方、サンプル２２は、表面温度の１０００℃到達に１．３１秒かかっている。サンプル１８とサンプル２２とを比較すると、サンプル２２の面取り寸法はサンプル１８と同じ大きさであるが、サンプル１８よりもサンプル２２の平均外径Ｄは大きい。前述したように基体の内部に埋設される発熱抵抗体の設計（大きさや発熱量）には変更がなく、平均外径Ｄが大きい分、サンプル２２はサンプル１８よりも発熱抵抗体が基体の外表面から遠くなり、また、基体の内部の熱容量が大きい。よって、基体の内部の昇温と外部への熱の伝達に時間がかかり、表面温度の１０００℃到達が１．３秒を越えて急速昇温性が得られない。したがって、セラミックヒータの平均外径Ｄは、φ３．３ｍｍ以下であることが望ましい。以上より、＜１１＞の規定を満たすことで、セラミックヒータは、放熱量と急速昇温性を確保できることが確認された。
【実施例２】
【００８３】
次に、表１に示すように、放熱量が１３Ｗに満たないサンプルのうち、サンプル６，９〜１１，１４〜１６，１９〜２１は、Ｓ１／Ｓ２が２７％未満であった。これらのサンプルは、平均外径Ｄに対して先端面の大きさ（直径）を十分に確保できなかったサンプルである。つまり、テーパ面の形成による基体の先端部の窄み具合が大きく、テーパ面が形成されている部分において十分な外径を確保できていない。ゆえに、特にテーパ面の部分において十分な表面積を確保できず、放熱量として１３Ｗ以上を得られなかった。以上より、＜１２＞の規定を満たすことで、セラミックヒータは、十分な放熱量を確保できることが確認された。【００８４】
なお、サンプル３は、もともとの平均外径Ｄがφ２．５ｍｍと小さい。このため、面取り寸法を０．４５ｍｍとしてテーパ面を大きく形成すると、放熱量を確保するのに十分な表面積を得られなくなる。サンプル３は、Ｓ１／Ｓ２が３１％であって２７％以上を満たしても、放熱量として１３Ｗ以上を得られなかった。
【実施例３】
【００８５】
上記の＜１１＞および＜１２＞の規定を満たすサンプル８と同寸法の平均外径Ｄ（φ２．９ｍｍ）と面取り寸法（０．６ｍｍ）に設定したサンプル（シミュレーションサンプル）をシミュレータによって作製した。さらに、発熱抵抗体の先端位置Ｃ２（基準位置）と先端面の位置との最短距離Ａ、および、基準位置とテーパ面上の任意の位置Ｆ２との最短距離Ｂを、０．４〜１．６ｍｍの範囲で適宜異ならせた複数のシミュレーションサンプルを作製した。ここで、最短距離Ｂは、面取り寸法を０．６ｍｍとしたまま、基体の軸線Ｐに対するＣ面取りの角度を異ならせることによって調整した。【００８６】
そして、これらのサンプルの放熱量を、前述したように、先端面の位置から後端側に４ｍｍまでの部分を輪切りにした微小区間ごとの熱伝達量Ｑ１，Ｑ２を算出して足し合わせることによって求めた。演算の結果を表２に示す。【００８７】
【表２】
2012144503.tif 000004
【００８８】
表２に示すように、ＢがＡ以下となったシミュレーションサンプルでは、放熱量が１３Ｗに満たなかった。Ｂ≦Ａであると、基体の先端部における径方向の厚みがＢ＞Ａの場合と比べ薄くなる。つまり、テーパ面が形成されている部分において、基体の外径が小さくなる。ゆえに、基体の先端部における表面積が小さくなり、熱伝達量Ｑ１が小さくなって、ディーゼルエンジン始動時の着火性の確保に必要とされる放熱量（１３Ｗ以上）を確保できなくなる。以上より、＜１３＞の規定を満たすことで、セラミックヒータは、十分な放熱量を確保できることが確認された。
【実施例４】
【００８９】
次に、規定対象部位の体積Ｖと、平均外径Ｄとの関係について評価を行った。表１に示すように、各サンプル１〜２２の規定対象部位（先端面の位置から後端側に６ｍｍまでの部分）の体積Ｖ［ｍｍ３］をそれぞれ求めた。なお、体積Ｖは、例えば、先端面から６ｍｍの位置まで０．１ｍｍごとに外径を測定し、その外径の円柱の体積を足し合わせて求めればよい。【００９０】
そして、各サンプル１〜２２をそれぞれ組み付けたグロープラグを、試験用のディーゼルエンジンに取り付け、−２０℃の低温環境において、エンジンの始動試験を行う。このとき、グロープラグへの予熱通電（昇温のための通電）の開始と同時にエンジンのクランキング（セルモータによる始動）を行った。つまり、セルモータの始動に電力が使用され、予熱通電のための電力が安定しない状況における低温環境下での始動試験である。この状態でエンジンの始動ができたサンプルは、２，４，５，７〜１０，１２〜１５，１７〜２０，２２であり、表１に「○」で示した。また、エンジンを始動できなかったサンプル（１，３，６，１１，１６，２１）は、表１に「×」で示した。【００９１】
さらに、規定対象部位の体積Ｖを縦軸とし、平均外径Ｄを横軸とする図７のグラフに、始動試験の結果を、同様に、「○」「×」で示した。図７のグラフから明らかに、上記低温環境下においてエンジンを始動するために必要とされる規定対象部位の体積Ｖの大きさとして、平均外径Ｄの大きさに応じた大きさがあることがわかる。このグラフをもとに、発明者らが、規定対象部位の体積Ｖと平均外径Ｄとの関係を示す所定の関係式を求めたところ、「Ｖ＝Ｄ×２０−２１」の式が得られた。【００９２】
Ｖ≧Ｄ×２０−２１を満たすサンプルは、規定対象部位に十分な体積を有するため、満たさないサンプルと比べて熱容量が大きい。ゆえに、上記のような低温環境下で、セラミックヒータの受けた冷却が、直ちに発熱抵抗体の温度低下に大きな影響を及ぼすことが低減される。したがって、＜１４＞の規定が満たされることにより、上記の予熱通電のための電力が安定しない状況における低温環境下においても、十分に、エンジンを始動でき、規定対象部位において十分な熱容量を確保できることが確認された。
【実施例５】
【００９３】
次に、セラミックヒータ２０２のテーパ面１１２をＣ面取りによって形成し、その際に先端部に形成される稜角部分の輪郭線同士がなす角度の大きさを規定することによって、欠けの発生を抑制できることを確認するため、評価試験を行った。この評価試験では、面取り寸法が０．６ｍｍで平均外径Ｄがφ２．９ｍｍの上記のサンプル８を作製する際に形成した焼成体をもとに、テーパ面に形成される稜角部分の輪郭線同士のなす角度を９０°、１３５°、１４５°、１５１°とした４種類のセラミックヒータのサンプルを作製した。９０°のサンプルは、第１研磨工程のみを行い、テーパ面および第１側周面を形成しなかったサンプルである。１３５°のサンプルは、上記同様、あらかじめ第３研磨工程によって第１側周面を形成した上で、第２研磨工程で先端面に対して４５°の傾斜角を有するように１段のＣ面取りを行ってテーパ面を形成した上記のサンプル８である。１４５°と１５１°のサンプルは、同様に、あらかじめ第３研磨工程によって第１側周面を形成した上で、図６に示す、なす角度β１およびβ３がともに、それぞれ１４５°と１５１°になるように２段のＣ面取を行ってテーパ面を形成したサンプルである。なお、なす角度β２が、いずれも１４５°以上となるように、第１側周面が形成される。これら４種のサンプルは、それぞれ２００個ずつ用意した。【００９４】
公知のシャルピー試験機を用い、これらのセラミックヒータのサンプルに対してシャルピー衝撃試験を行った。シャルピー衝撃試験では、グロープラグの製造過程やエンジンへの組み付けの際に落下する虞のある高さとして最大で５０ｃｍを見込み、衝撃試験においてサンプルに与える衝撃エネルギーを設定する上での目安とした。具体的に、４種のサンプルそれぞれ１００個ずつに対し、２．５ｍ（安全率５）の高さからサンプルを落下した場合に相当する衝撃エネルギーを、各サンプルの先端部に与えた。同様に、４種のサンプルそれぞれ１００個ずつに対し、１０ｍの高さからサンプルを落下した場合に相当する衝撃エネルギーを、各サンプルの先端部に与えた。そして試験後に、各サンプルの欠けの発生の有無を観察し、欠けの発生したサンプルの個数を数えてその割合を求めた。この試験の結果を図８のグラフに示す。【００９５】
図８に示すように、１０ｍ落下相当の衝撃エネルギーを与える衝撃試験において、上記の９０°のサンプルのうち欠けを生ずるサンプルが９０％あり、１３５°のサンプルも欠けを生ずるサンプルが７３％あった。また、１４５°，１５１°のサンプルでも１０ｍ落下相当の衝撃エネルギーが与えられると欠けを生じてしまうサンプルが、それぞれ２６％、２７％あったが、９０°や１３５°のサンプルと比べ、その数（割合）は大幅に減少した。一方、目安に対する安全率が５である２．５ｍ落下相当の衝撃エネルギーを与える衝撃試験では、９０°のサンプルにおいては、欠けを生ずるサンプルが１７％あった。１３５°のサンプルでも欠けを生ずるサンプルが７％あったが、１４５°，１５１°のサンプルには欠けが発生しなかった。このシャルピー衝撃試験の結果より、セラミックヒータのテーパ面をＣ面取りによって形成する場合、先端部に形成される稜角部分の輪郭線同士のなす角度の大きさが１４５度以上となるようにテーパ面を形成すれば、テーパ面におけるセラミックヒータの欠けを十分に防止できることがわかった。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【手続補正書】
【提出日】平成25年9月30日(2013.9.30)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁性セラミックからなり、軸線方向に延びる柱状の基体と、
導電性セラミックからなり、前記基体に埋設され、通電によって発熱する発熱抵抗体であって、前記軸線方向における前記基体の先端部に配置される発熱部と、当該発熱部の両端から前記基体の後端側へ向けて延びるリード部とを有する発熱抵抗体と、
を備えるセラミックヒータであって、
前記基体の先端部には、前記軸線方向先端側に向かって先細りになる先細り部が形成されており、
前記先細り部は、
前記軸線方向と直交する平面状に形成される先端面と、
自身の軸線を周方向に取り囲む側周面と、
前記複数の曲面からなり、前記先端面と前記側周面とをテーパ状に接続するテーパ面と、
を有し、
前記先細り部の外周面には、外向きに凸で曲率半径の異なる複数の曲面であって、前記軸線方向に連続して連なる複数の曲面が、前記曲率半径を連続的に異ならせて配設されており、
前記複数の曲面のうち前記軸線方向先端側に形成された先端側曲面は、該先端側曲面よりも前記軸線方向後端側に形成された後端側曲面と比べ、前記曲率半径が小さく、
且つ、
前記軸線を含む前記基体の断面をみたときに、
前記先細り部の前記テーパ面における輪郭線である第１輪郭線は、前記先端面の輪郭線である第２輪郭線に接続する端点である第１端点が、前記側周面の輪郭線である第３輪郭線に接続する端点である第２端点よりも、前記軸線方向の先端側、且つ前記軸線方向と直交する径方向の内側に配置されるとともに、
前記第１端点と前記第２端点との前記軸線方向の距離が、前記第１端点と前記第２端点との前記径方向の距離よりも大きく、
さらに、前記第１端点に近い側における前記第１輪郭線の接線と前記軸線とがなす角度が、前記第２端点に近い側における前記第１輪郭線の接線と前記軸線とがなす角度よりも、大きいことを特徴とするセラミックヒータ。
【請求項２】
前記軸線方向における前記基体の先端の位置から後端側に６ｍｍまでの部分における前記基体の平均外径をＤとしたとき、
２．３＜Ｄ≦３．３［ｍｍ］
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。
【請求項３】
前記軸線を含む前記基体の断面において、前記軸線方向における前記発熱抵抗体の先端の位置を基準位置とし、前記基準位置と前記基体の先端の位置との最短距離をＡとし、前記基準位置と前記先細り部の外周面をなす前記複数の曲面上の任意の位置との最短距離をＢとしたときに、
Ｂ＞Ａ
を満たすことを特徴とする請求項１または２に記載のセラミックヒータ。
【請求項４】
前記軸線方向における前記基体の先端の位置から後端側に６ｍｍまでの部分における前記基体の平均外径をＤとしたとき、
前記軸線方向における前記基体の先端の位置から後端側に６ｍｍまでの部分における前記セラミックヒータの体積Ｖは、
Ｖ≧Ｄ×２０−２１［ｍｍ３］
を満たすことを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載のセラミックヒータ。
【請求項５】
前記軸線を含む前記基体の断面において、前記軸線方向を長軸とし、前記第１端点と前記第２端点とを通る仮想的な楕円を配置した場合に、前記第１輪郭線の形状は、前記仮想的な楕円に沿う形状であることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載のセラミックヒータ。
【請求項６】
前記軸線を含む前記基体の断面に前記仮想的な楕円を配置した場合の中心点の位置は、前記軸線方向において、前記発熱抵抗体の先端位置よりも後端側に配置されることを特徴とする請求項５に記載のセラミックヒータ。
【請求項７】
前記軸線を含む前記基体の断面に前記仮想的な楕円を配置した場合、前記軸線に対して前記径方向の両側に、２つの前記仮想的な楕円が互いに離間して配置されることを特徴とする請求項５または６に記載のセラミックヒータ。
【請求項８】
絶縁性セラミックからなり、軸線方向に延びる柱状の基体と、
導電性セラミックからなり、前記基体に埋設され、通電によって発熱する発熱抵抗体であって、前記軸線方向における前記基体の先端部に配置される発熱部と、当該発熱部の両端から前記基体の後端側へ向けて延びるリード部とを有する発熱抵抗体と、
を備えるセラミックヒータであって、
前記基体の先端部には、前記軸線方向先端側に向かって先細りになる先細り部が形成されており、
前記先細り部は、
前記軸線方向と直交する平面状に形成される先端面と、
自身の軸線を周方向に取り囲む側周面と、
前記複数の傾斜面からなり、前記先端面と前記側周面とをテーパ状に接続するテーパ面と、
を有し、
前記先細り部の外周面には、前記軸線に対する傾斜角度の異なる複数の傾斜面が前記軸線方向に沿って配設されており、
前記複数の傾斜面のうち前記軸線方向先端側に形成された先端側傾斜面は、該先端側傾斜面よりも前記軸線方向後端側に形成された後端側傾斜面と比べ、前記傾斜角度が大きく、
且つ、
前記軸線を含む前記基体の断面をみたときに、
前記先細り部の前記テーパ面における輪郭線である第１輪郭線は、前記先端面の輪郭線である第２輪郭線に接続する端点である第１端点が、前記側周面の輪郭線である第３輪郭線に接続する端点である第２端点よりも、前記軸線方向の先端側、且つ前記軸線方向と直交する径方向の内側に配置されるとともに、
前記第１端点と前記第２端点との前記軸線方向の距離が、前記第１端点と前記第２端点との前記径方向の距離よりも大きく、
さらに、前記第１端点に近い側における前記第１輪郭線の接線と前記軸線とがなす角度が、前記第２端点に近い側における前記第１輪郭線の接線と前記軸線とがなす角度よりも、大きいことを特徴とするセラミックヒータ。
【請求項９】
前記軸線方向における前記基体の先端の位置から後端側に６ｍｍまでの部分における前記基体の平均外径をＤとしたとき、
２．３＜Ｄ≦３．３［ｍｍ］
を満たすことを特徴とする請求項８に記載のセラミックヒータ。
【請求項１０】
前記軸線を含む前記基体の断面において、前記軸線方向における前記発熱抵抗体の先端の位置を基準位置とし、前記基準位置と前記基体の先端の位置との最短距離をＡとし、前記基準位置と前記先細り部の外周面をなす前記複数の傾斜面上の任意の位置との最短距離をＢとしたときに、
Ｂ＞Ａ
を満たすことを特徴とする請求項８または９に記載のセラミックヒータ。
【請求項１１】
前記軸線方向における前記基体の先端の位置から後端側に６ｍｍまでの部分における前記基体の平均外径をＤとしたとき、
前記軸線方向における前記基体の先端の位置から後端側に６ｍｍまでの部分における前記セラミックヒータの体積Ｖは、
Ｖ≧Ｄ×２０−２１［ｍｍ３］
を満たすことを特徴とする請求項８から１０のいずれかに記載のセラミックヒータ。
【請求項１２】
前記第１輪郭線を構成する複数の線分同士がなす角度と、前記第２輪郭線と前記第１輪郭線とが前記第１端点においてなす角度と、前記第３輪郭線と前記第１輪郭線とが前記第２端点においてなす角度とは、いずれも、１４５度以上であることを特徴とする請求項８から１１のいずれかに記載のセラミックヒータ。
【請求項１３】
前記第３輪郭線は、
前記第２端点から前記軸線方向の後端側へ向けて、前記径方向の外向きに広がりつつ延びる第４輪郭線と、
前記第４輪郭線に接続し、前記軸線方向と平行に延びる第５輪郭線と
を含み、
前記第２端点は、前記軸線方向において、前記発熱抵抗体の先端位置よりも先端側に配置され、
前記第４輪郭線と前記５輪郭線との接続点は、前記軸線方向において、前記発熱抵抗体の先端位置よりも後端側に配置されること
を特徴とする請求項１から１２のいずれかに記載のセラミックヒータ。
【請求項１４】
前記先端面の面積をＳ１とし、直径が、前記軸線方向における前記基体の先端の位置から後端側に６ｍｍまでの部分における前記基体の平均外径である円の面積をＳ２としたときに、
Ｓ１／Ｓ２×１００≧２７［％］
を満たすことを特徴とする請求項１から１３のいずれかに記載のセラミックヒータ。
【請求項１５】
請求項１から１４のいずれかに記載のセラミックヒータの製造方法であって、
前記基体と前記発熱抵抗体とが一体に焼成された柱状の焼成体の側面および端面を研磨し、前記軸線に平行な前記側周面と、前記軸線と直交する前記先端面とを形成する第１研磨工程と、
前記焼成体の前記先端面と前記側周面とがなす稜角部分を研磨して、前記テーパ面を形成する第２研磨工程と、
前記側周面の先端側を、前記テーパ面との接続部位を含めて、先端向きに窄むテーパ状に研磨する第３研磨工程と、
を含むことを特徴とするセラミックヒータの製造方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、絶縁性セラミックからなる基体に導電性セラミックからなる発熱抵抗体を埋設させたセラミックヒータおよびその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ディーゼルエンジンの始動を補助するために使用されるグロープラグには、例えば、絶縁性セラミックからなる基体に導電性セラミックからなる発熱抵抗体を埋設させたセラミックヒータが使用される。セラミックヒータの発熱抵抗体は、一般にＵ字状に形成され、Ｕ字の折り返し部分の径が細くされることで、この部位が発熱部として機能するように構成される。さらに、基体の先端部が発熱部のＵ字形状に沿うように半球状に形成されることによって、セラミックヒータは、発熱部において発生する熱を基体の外部に効率よく伝達することができる。
【０００３】
近年、エンジンの始動性の向上や、排気ガスに含まれるＮＯｘの低減のため、セラミックヒータへの通電を開始してからの昇温速度の向上が求められている。発熱抵抗体自体の設計変更や通電の際に流す電流の大きさの変更を伴うことなくセラミックヒータの急速昇温性を高めるには、発熱部において生じた熱が速やかに基体の外部に伝達されるようにすればよい。そのためには、セラミックヒータの外径を従来よりも細くし、発熱抵抗体を、より基体の外表面の近くに配置させることが考えられる。もっとも、ただ外径を細くしただけではセラミックヒータに折損の虞が生じてしまうため、基体の先端側を、例えばテーパ状にして、発熱部の周囲においてセラミックヒータの外径が細くなるようにすればよい（例えば特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−２７０３４９号公報
【発明の概要】
【０００５】
しかしながら、セラミックヒータの外径を細くすると、基体の表面積が減って放熱量が低下し、また、基体の肉厚が薄くなるため、特に発熱部の付近における熱容量が低下してしまう。このため、例えば燃料の付着やエンジン内の気流によって基体の先端部が冷却されると、発熱部も冷却されて温度が低下し、十分な急速昇温性を確保できなくなるという問題があった。
【０００６】
本発明は上記問題点を解決するためになされたものであり、基体の先端部の放熱量および熱容量を確保しつつ急速昇温性を得ることができるセラミックヒータおよびその製造方法を提供することを目的とする。
【０００７】
本発明の第１態様によれば、絶縁性セラミックからなり、軸線方向に延びる柱状の基体と、導電性セラミックからなり、前記基体に埋設され、通電によって発熱する発熱抵抗体であって、前記軸線方向における前記基体の先端部に配置される発熱部と、当該発熱部の両端から前記基体の後端側へ向けて延びるリード部とを有する発熱抵抗体と、を備えるセラミックヒータであって、前記基体の先端部には、前記軸線方向先端側に向かって先細りになる先細り部が形成されており、前記先細り部は、前記軸線方向と直交する平面状に形成される先端面と、自身の軸線を周方向に取り囲む側周面と、前記複数の曲面からなり、前記先端面と前記側周面とをテーパ状に接続するテーパ面と、を有し、前記先細り部の外周面には、外向きに凸で曲率半径の異なる複数の曲面であって、前記軸線方向に連続して連なる複数の曲面が、前記曲率半径を連続的に異ならせて配設されており、前記複数の曲面のうち前記軸線方向先端側に形成された先端側曲面は、該先端側曲面よりも前記軸線方向後端側に形成された後端側曲面と比べ、前記曲率半径が小さく、且つ、前記軸線を含む前記基体の断面をみたときに、前記先細り部の前記テーパ面における輪郭線である第１輪郭線は、前記先端面の輪郭線である第２輪郭線に接続する端点である第１端点が、前記側周面の輪郭線である第３輪郭線に接続する端点である第２端点よりも、前記軸線方向の先端側、且つ前記軸線方向と直交する径方向の内側に配置されるとともに、前記第１端点と前記第２端点との前記軸線方向の距離が、前記第１端点と前記第２端点との前記径方向の距離よりも大きく、さらに、前記第１端点に近い側における前記第１輪郭線の接線と前記軸線とがなす角度が、前記第２端点に近い側における前記第１輪郭線の接線と前記軸線とがなす角度よりも、大きいことを特徴とするセラミックヒータが提供される。
【０００８】
第１態様において、先細り部の外周面には、外向きに凸な複数の曲面が軸線方向に連続して連なって配設されている。そして、それら連続して連なる複数の曲面は、曲率半径が連続的に異なり、且つ、後端側曲面よりも先端側曲面の曲率半径が小さい。つまり、先細り部の外周面に配設された複数の曲面は、先端側ほど曲率半径の小さな曲面である。これにより、先細り部では、軸線方向後端側における基体の外径と、先端側における基体の外径との径差を、より先端側まで、小さい状態に維持することができる。このように先細り部において、より先端側まで基体の外径に近い径を確保することで、基体の外表面の面積をより大きく確保することができるので、セラミックヒータの放熱量を大きくすることができる。
第１態様において、テーパ面の第１輪郭線をみたときに、第１端点が第２端点よりも軸線方向先端側且つ径方向内側に配置され、第１端点と第２端点との間の距離が軸線方向に長く、さらに、第１輪郭線の接線と軸線とのなす角度が、側周面側よりも先端面側において大きいという規定の下、テーパ面が形成されている。つまり、第１態様のテーパ面は、第１端点と第２端点とを通る直線よりも径方向外向きに膨らみ、第２端点における基体の外径の大きさが第１端点へ向けて一定の割合で徐々に減少するのではなく、減少の度合いが次第に大きくなりつつ減少していく形態となる。これにより、テーパ面における基体の外径と、側周面における基体の外径との径差を、より先端側まで、小さい状態に維持することができる。言い換えると、テーパ面の外径として、側周面における基体の外径に近い径を、より先端側まで確保することができる。したがって、基体の外表面の面積を確保できるので、セラミックヒータの放熱量を大きくすることができる。
さらに、セラミックヒータの基体は、テーパ面が形成された部分における基体の体積も大きく確保することができ、従来の半球状の先端部を有するものと比べ、特にテーパ面が形成されている部分において、基体をより厚肉な状態とすること（つまり径方向の厚みを確保して体積を確保すること）ができる。ゆえに、従来のものと比べ、セラミックヒータの先端部における熱容量を、より大きく確保することができる。これにより、セラミックヒータが外部から冷却を受けても発熱抵抗体の温度低下への影響が、より小さくなり、発熱温度を維持しやすくなるので、セラミックヒータの細径化を行う場合に、発熱性能を確保することができる。そして細径化によって抵抗体をよりセラミックヒータの外表面の近くに配置できれば、さらなる発熱性能の向上を図ることができる。
【０００９】
第１態様において、前記軸線方向における前記基体の先端の位置から後端側に６ｍｍまでの部分における前記基体の平均外径をＤとしたとき、２．３＜Ｄ≦３．３［ｍｍ］を満たしてもよい。セラミックヒータにおいて、特に発熱性能に寄与する基体の先端から６ｍｍまでの部分における平均外径Ｄが２．３ｍｍ以下の場合、基体の表面積が小さくなってしまうため、ディーゼルエンジン始動時の着火性の確保に必要とされる放熱量を得られなくなる虞がある。平均外径Ｄが３．３ｍｍより大きいと、発熱抵抗体が基体の外表面から遠くなり基体の内部の熱容量が増えるため、基体の内部の昇温と外部への熱の伝達に時間がかかり、急速昇温性を得られなくなる虞がある。よって、平均外径Ｄを２．３＜Ｄ≦３．３［ｍｍ］とすることによって、セラミックヒータは、放熱量と急速昇温性を確保することができる。
【００１０】
第１態様において、前記軸線を含む前記基体の断面において、前記軸線方向における前記発熱抵抗体の先端の位置を基準位置とし、前記基準位置と前記基体の先端の位置との最短距離をＡとし、前記基準位置と前記先細り部の外周面をなす前記複数の曲面上の任意の位置との最短距離をＢとしたときに、Ｂ＞Ａを満たしてもよい。
【００１１】
Ｂ＞Ａを満たすことで、セラミックヒータは、発熱抵抗体の先端の位置（基準位置）と曲面との間における基体の肉厚（径方向の厚み）を、基準位置と基体の先端との間における基体の肉厚（軸方向の厚み）よりも大きく確保することができる。つまり、発熱抵抗体よりも基体の先端側において、基体の外径を確保することができるので、曲面において、基体の表面積を確保することができる。これにより、ディーゼルエンジン始動時の着火性の確保に必要とされる放熱量を得ることができる。また、先端部における体積を確保して熱容量を確保できるので、基体が外部からの冷却を受けても、発熱抵抗体の温度低下への影響を、より小さくすることができ、発熱温度を維持しやすくなる。一方で、Ｂ≦Ａの場合、基準位置と曲面との間における基体の肉厚が、Ｂ＞Ａを満たす場合よりも小さくなる。つまり、発熱抵抗体よりも基体の先端側において、基体の外径が小さくなり、曲面において、基体の表面積を確保することが難しくなり、放熱量が低下する虞がある。また、基体の先端部における体積も確保することが難しくなり、熱容量が低下して、基体が外部からの冷却を受けた場合の発熱抵抗体の温度低下への影響が大きくなる虞がある。
【００１２】
第１態様において、前記軸線方向における前記基体の先端の位置から後端側に６ｍｍまでの部分における前記基体の平均外径をＤとしたとき、前記軸線方向における前記基体の先端の位置から後端側に６ｍｍまでの部分における前記セラミックヒータの体積Ｖは、Ｖ≧Ｄ×２０−２１［ｍｍ３］を満たしてもよい。基体の先端から６ｍｍまでの部分は、セラミックヒータを用いたグロープラグがエンジンに取り付けられた場合に、燃焼室内に突出され、発熱性能に寄与する部位である。この基体の先端から６ｍｍまでの部分における体積Ｖと平均外径Ｄとの関係が、Ｖ＜Ｄ×２０−２１となる場合、所定の環境下（例えば環境温度が低い場合など）におけるエンジンの始動性に影響が生ずる虞がある。よって、Ｖ≧Ｄ×２０−２１を満たすことで、十分に、エンジンの始動性を確保することができる。
【００１３】
【００１４】
【００１５】
【００１６】
第１態様において、前記軸線を含む前記基体の断面において、前記軸線方向を長軸とし、前記第１端点と前記第２端点とを通る仮想的な楕円を配置した場合に、前記第１輪郭線の形状は、前記仮想的な楕円に沿う形状であってもよい。テーパ面がＲ面取りによって形成され、そのテーパ面の第１輪郭線が楕円に沿う形状であれば、テーパ面に稜角を生ずることがなく、ゆえにテーパ面におけるセラミックヒータの欠けを防止できる。
【００１７】
第１態様において、前記軸線を含む前記基体の断面に前記仮想的な楕円を配置した場合の中心点の位置は、前記軸線方向において、前記発熱抵抗体の先端位置よりも後端側に配置されてもよい。発熱抵抗体の発熱部を、より先端面の近くに配置させることができるので、セラミックヒータの先端面側からも十分な放熱を行うことができ、セラミックヒータの発熱性能を高めることができる。
【００１８】
第１態様において、前記軸線を含む前記基体の断面に前記仮想的な楕円を配置した場合、前記軸線に対して前記径方向の両側に、２つの前記仮想的な楕円が互いに離間して配置されてもよい。このように、楕円の大きさを互いに離間して配置することのできる大きさとすれば、第１輪郭線の第１端点を楕円の長軸側の頂点に近づけることができ、また、第２端点を短軸側の頂点に近づけることができる。これにより、第１輪郭線の第１端点に接する接線の傾きを、第２輪郭線の接線の傾きに近づけることができるとともに、第１輪郭線の第２端点に接する接線の傾きを、第３輪郭線の接線の傾きに近づけることができる。よって、第１輪郭線と第２輪郭線とがなめらかに接続されるようにすることができ、同様に、第１輪郭線と第３輪郭線とも、なめらかに接続されるようにすることができる。ゆえに、第１端点や第２端点において、稜角が形成されないか、あるいは形成されても断面で１８０度に近い角度となるようにすることができ、稜角部分を起点として発生しうるセラミックヒータの欠けをより確実に防止することができる。
【００１９】
本発明の第２態様によれば、絶縁性セラミックからなり、軸線方向に延びる柱状の基体と、導電性セラミックからなり、前記基体に埋設され、通電によって発熱する発熱抵抗体であって、前記軸線方向における前記基体の先端部に配置される発熱部と、当該発熱部の両端から前記基体の後端側へ向けて延びるリード部とを有する発熱抵抗体と、を備えるセラミックヒータであって、前記基体の先端部には、前記軸線方向先端側に向かって先細りになる先細り部が形成されており、前記先細り部は、前記軸線方向と直交する平面状に形成される先端面と、自身の軸線を周方向に取り囲む側周面と、前記複数の傾斜面からなり、前記先端面と前記側周面とをテーパ状に接続するテーパ面と、を有し、前記先細り部の外周面には、前記軸線に対する傾斜角度の異なる複数の傾斜面が前記軸線方向に沿って配設されており、前記複数の傾斜面のうち前記軸線方向先端側に形成された先端側傾斜面は、該先端側傾斜面よりも前記軸線方向後端側に形成された後端側傾斜面と比べ、前記傾斜角度が大きく、且つ、前記軸線を含む前記基体の断面をみたときに、前記先細り部の前記テーパ面における輪郭線である第１輪郭線は、前記先端面の輪郭線である第２輪郭線に接続する端点である第１端点が、前記側周面の輪郭線である第３輪郭線に接続する端点である第２端点よりも、前記軸線方向の先端側、且つ前記軸線方向と直交する径方向の内側に配置されるとともに、前記第１端点と前記第２端点との前記軸線方向の距離が、前記第１端点と前記第２端点との前記径方向の距離よりも大きく、さらに、前記第１端点に近い側における前記第１輪郭線の接線と前記軸線とがなす角度が、前記第２端点に近い側における前記第１輪郭線の接線と前記軸線とがなす角度よりも、大きいことを特徴とするセラミックヒータが提供される。
【００２０】
第２態様において、先細り部の外周面には、軸線に対する傾斜角度の異なる複数の傾斜面が軸線方向に沿って配設されている。そして、それらの傾斜面は、後端側傾斜面の軸線に対する傾斜角度よりも、先端側傾斜面の傾斜角度が大きい。つまり、先細り部の外周面に配設された複数の傾斜面は、先端側ほど軸線に対する傾斜角度が大きい傾斜面である。それらの傾斜面が軸線方向に沿って配設されることにより、先細り部は、断面の輪郭線が先端側から後端側へ向け徐々に、軸線に対する傾斜角度が小さくなる形状となっている。これにより、先細り部では、軸線方向後端側における基体の外径と、先端側における基体の外径との径差を、より先端側まで、小さい状態に維持することができる。このように先細り部において、より先端側まで基体の外径に近い径を確保することで、基体の外表面の面積をより大きく確保することができるので、セラミックヒータの放熱量を大きくすることができる。
第２態様において、テーパ面の第１輪郭線をみたときに、第１端点が第２端点よりも軸線方向先端側且つ径方向内側に配置され、第１端点と第２端点との間の距離が軸線方向に長く、さらに、第１輪郭線の接線と軸線とのなす角度が、側周面側よりも先端面側において大きいという規定の下、テーパ面が形成されている。つまり、第２態様のテーパ面は、第１端点と第２端点とを通る直線よりも径方向外向きに膨らみ、第２端点における基体の外径の大きさが第１端点へ向けて一定の割合で徐々に減少するのではなく、減少の度合いが次第に大きくなりつつ減少していく形態となる。これにより、テーパ面における基体の外径と、側周面における基体の外径との径差を、より先端側まで、小さい状態に維持することができる。言い換えると、テーパ面の外径として、側周面における基体の外径に近い径を、より先端側まで確保することができる。したがって、基体の外表面の面積を確保できるので、セラミックヒータの放熱量を大きくすることができる。
さらに、セラミックヒータの基体は、テーパ面が形成された部分における基体の体積も大きく確保することができ、従来の半球状の先端部を有するものと比べ、特にテーパ面が形成されている部分において、基体をより厚肉な状態とすること（つまり径方向の厚みを確保して体積を確保すること）ができる。ゆえに、従来のものと比べ、セラミックヒータの先端部における熱容量を、より大きく確保することができる。これにより、セラミックヒータが外部から冷却を受けても発熱抵抗体の温度低下への影響が、より小さくなり、発熱温度を維持しやすくなるので、セラミックヒータの細径化を行う場合に、発熱性能を確保することができる。そして細径化によって抵抗体をよりセラミックヒータの外表面の近くに配置できれば、さらなる発熱性能の向上を図ることができる。
【００２１】
第２態様において、前記軸線方向における前記基体の先端の位置から後端側に６ｍｍまでの部分における前記基体の平均外径をＤとしたとき、２．３＜Ｄ≦３．３［ｍｍ］を満たしてもよい。セラミックヒータにおいて、特に発熱性能に寄与する基体の先端から６ｍｍまでの部分における平均外径Ｄが２．３ｍｍ以下の場合、基体の表面積が小さくなってしまうため、ディーゼルエンジン始動時の着火性の確保に必要とされる放熱量を得られなくなる虞がある。平均外径Ｄが３．３ｍｍより大きいと、発熱抵抗体が基体の外表面から遠くなり基体の内部の熱容量が増えるため、基体の内部の昇温と外部への熱の伝達に時間がかかり、急速昇温性を得られなくなる虞がある。よって、平均外径Ｄを２．３＜Ｄ≦３．３［ｍｍ］とすることによって、セラミックヒータは、放熱量と急速昇温性を確保することができる。
【００２２】
第２態様において、前記軸線を含む前記基体の断面において、前記軸線方向における前記発熱抵抗体の先端の位置を基準位置とし、前記基準位置と前記基体の先端の位置との最短距離をＡとし、前記基準位置と前記先細り部の外周面をなす前記複数の傾斜面上の任意の位置との最短距離をＢとしたときに、Ｂ＞Ａを満たしてもよい。
【００２３】
Ｂ＞Ａを満たすことで、セラミックヒータは、発熱抵抗体の先端の位置（基準位置）と傾斜面との間における基体の肉厚（径方向の厚み）を、基準位置と基体の先端との間における基体の肉厚（軸方向の厚み）よりも大きく確保することができる。つまり、発熱抵抗体よりも基体の先端側において、基体の外径を確保することができるので、傾斜面において、基体の表面積を確保することができる。これにより、ディーゼルエンジン始動時の着火性の確保に必要とされる放熱量を得ることができる。また、先端部における体積を確保して熱容量を確保できるので、基体が外部からの冷却を受けても、発熱抵抗体の温度低下への影響を、より小さくすることができ、発熱温度を維持しやすくなる。一方で、Ｂ≦Ａの場合、基準位置と傾斜面との間における基体の肉厚が、Ｂ＞Ａを満たす場合よりも小さくなる。つまり、発熱抵抗体よりも基体の先端側において、基体の外径が小さくなり、傾斜面において、基体の表面積を確保することが難しくなり、放熱量が低下する虞がある。また、基体の先端部における体積も確保することが難しくなり、熱容量が低下して、基体が外部からの冷却を受けた場合の発熱抵抗体の温度低下への影響が大きくなる虞がある。
【００２４】
第２態様において、前記軸線方向における前記基体の先端の位置から後端側に６ｍｍまでの部分における前記基体の平均外径をＤとしたとき、前記軸線方向における前記基体の先端の位置から後端側に６ｍｍまでの部分における前記セラミックヒータの体積Ｖは、Ｖ≧Ｄ×２０−２１［ｍｍ３］を満たしてもよい。基体の先端から６ｍｍまでの部分は、セラミックヒータを用いたグロープラグがエンジンに取り付けられた場合に、燃焼室内に突出され、発熱性能に寄与する部位である。この基体の先端から６ｍｍまでの部分における体積Ｖと平均外径Ｄとの関係が、Ｖ＜Ｄ×２０−２１となる場合、所定の環境下（例えば環境温度が低い場合など）におけるエンジンの始動性に影響が生ずる虞がある。よって、Ｖ≧Ｄ×２０−２１を満たすことで、十分に、エンジンの始動性を確保することができる。
【００２５】
【００２６】
【００２７】
【００２８】
第２態様において、前記第１輪郭線を構成する複数の線分同士がなす角度と、前記第２輪郭線と前記第１輪郭線とが前記第１端点においてなす角度と、前記第３輪郭線と前記第１輪郭線とが前記第２端点においてなす角度とは、いずれも、１４５度以上であってもよい。テーパ面がＣ面取である場合、輪郭線において稜角部分が生ずるが、これら稜角部分における角度（輪郭線の線分がなす角度）がどの部位においても１４５度以上であれば、テーパ面におけるセラミックヒータの欠けを防止する上で有効である。
【００２９】
第１または第２態様において、前記第３輪郭線は、前記第２端点から前記軸線方向の後端側へ向けて、前記径方向の外向きに広がりつつ延びる第４輪郭線と、前記第４輪郭線に接続し、前記軸線方向と平行に延びる第５輪郭線とを含み、前記第２端点は、前記軸線方向において、前記発熱抵抗体の先端位置よりも先端側に配置され、前記第４輪郭線と前記５輪郭線との接続点は、前記軸線方向において、前記発熱抵抗体の先端位置よりも後端側に配置されてもよい。
【００３０】
発熱抵抗体の先端位置を跨いで側周面のうちのテーパ状をなす部分（第４輪郭線）が配置されるので、発熱抵抗体の発熱部が、そのテーパ状の部分に配置されることとなり、基体の外表面に近くなるので、発熱部で生じた熱を効率よく外部に放熱することができ、セラミックヒータの発熱性能を高めることができる。
【００３１】
第１または２態様において、前記先端面の面積をＳ１とし、直径が、前記軸線方向における前記基体の先端の位置から後端側に６ｍｍまでの部分における前記基体の平均外径である円の面積をＳ２としたときに、Ｓ１／Ｓ２×１００≧２７［％］を満たしてもよい。先端面の面積Ｓ１が小さいほど、テーパ面の形成部位における基体の外径の窄みが大きいので、テーパ面が形成されている部分において、基体の外径の確保が難しくなる。すると、テーパ面における基体の表面積を十分に確保できず、セラミックヒータの放熱量が低下する虞がある。具体的に、Ｓ１／Ｓ２×１００≧２７［％］が満たされれば、セラミックヒータの特にテーパ面における基体の表面積を十分に確保して、ディーゼルエンジン始動時の着火性の確保に必要とされる放熱量を得ることができる。
【００３２】
本発明の第３態様によれば、第１または第２態様に係るセラミックヒータの製造方法であって、前記基体と前記発熱抵抗体とが一体に焼成された柱状の焼成体の側面および端面を研磨し、前記軸線に平行な前記側周面と、前記軸線と直交する前記先端面とを形成する第１研磨工程と、前記焼成体の前記先端面と前記側周面とがなす稜角部分を研磨して、前記テーパ面を形成する第２研磨工程と、前記側周面の先端側を、前記テーパ面との接続部位を含めて、先端向きに窄むテーパ状に研磨する第３研磨工程と、を含むセラミックヒータの製造方法が提供される。このような工程を経て、セラミックヒータの研磨を行いテーパ面を形成すれば、第１または第２態様と同様の効果を得られるセラミックヒータを容易に製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】グロープラグ１の縦断面図である。
【図２】セラミックヒータ２を部分的な断面でみた斜視図である。
【図３】セラミックヒータ２の軸線Ｐを含む断面の輪郭線を先端部２２において拡大してみた図である。
【図４】セラミックヒータ２の先端から６ｍｍまでの部分を切り取り部分的な断面でみた斜視図である。
【図５】セラミックヒータ２の製造過程を示す図である。
【図６】変形例としてのセラミックヒータ２０２の軸線Ｐを含む断面の輪郭線を先端部２２において拡大してみた図である。
【図７】規定対象部位における体積Ｖと平均外径Ｄとの関係を示すグラフである。
【図８】セラミックヒータ２の先端部２２に対して行った衝撃試験の結果を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００３４】
以下、本発明を具体化したセラミックヒータおよびその製造方法の一実施の形態について、図面を参照して説明する。一例としてグロープラグ１が備えるセラミックヒータ２を挙げ、図１，図２を参照して、グロープラグ１の構造について説明する。なお、参照する図面は、本発明が採用し得る技術的特徴を説明するために用いるものであり、記載しているグロープラグの構成等は、それのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例である。以下の説明では、主体金具４の軸線を軸線Ｏとし、軸線Ｏを、主体金具４に組み付けられた、グロープラグ１を構成する各部品の位置関係や向き、方向を説明する上での基準とする。図１では、軸線Ｏの延伸方向（以下、「軸線Ｏ方向」ともいう）において、セラミックヒータ２の配置された側（図中下側）をグロープラグ１の先端側とする。また、図２において、グロープラグ１に組み付ける前のセラミックヒータ２の軸線を、軸線Ｐとし、発熱抵抗体２４の発熱部２７が配置された側（図中上側）を、セラミックヒータ２の先端側として説明する。
【００３５】
図１に示すグロープラグ１は、例えば直噴式ディーゼルエンジンの燃焼室（図示外）に取り付けられ、エンジン始動時の点火を補助する熱源として利用される。グロープラグ１は、主体金具４と、保持部材８と、セラミックヒータ２と、中軸３と、接続端子５と、絶縁部材６と、封止部材７と、接続リング８５とを備える。
【００３６】
まず、セラミックヒータ２について説明する。セラミックヒータ２は絶縁性セラミックからなる基体２１の内部に、導電性セラミックからなり、通電によって発熱する発熱抵抗体２４を埋設したものである。図２に示すように、セラミックヒータ２は軸線Ｐに沿って延びる丸棒状をなし、先端部２２側の端面である先端面１１は、軸線Ｐと直交する平面状に形成されている。また、先端面１１と、軸線Ｐを周方向に取り囲む側周面１５とがなす稜角部分はＲ面取りによって面取りされ、先端面１１と側周面１５とを先端向きに窄むテーパ状に接続するテーパ面１２が形成されている。
【００３７】
セラミックヒータ２の側周面１５は、先端部２２において先端向きに窄むテーパ状に形成された第１側周面１３と、第１側周面１３よりも後端側で非テーパ状の第２側周面１４とを含む。第１側周面１３は、側周面１５とテーパ面１２との稜角部分をＣ面取りすることによって形成され、テーパ面１２と、側周面１５において面取りされなかった第２側周面１４とをテーパ状に接続する。先端面１１、テーパ面１２および第１側周面１３は、基体２１の先端部２２において、軸線Ｐ方向の先端側へ向けて先細っており、以下、先端面１１、テーパ面１２および第１側周面１３を総称して先細り部１６という。また、図示しないが、セラミックヒータ２の後端部２３にも、縁端部分にテーパ状のＣ面取が施されている。
【００３８】
セラミックヒータ２の基体２１に埋設された発熱抵抗体２４は、導電性セラミックからなり、断面略Ｕ字状に形成され、発熱部２７とリード部２８，２９とを有する。発熱部２７は略Ｕ字状に形成され、Ｕ字の折り返し部分が先端側へ向けられた状態で、基体２１の先端部２２に配置されている。リード部２８，２９は発熱部２７の両端（Ｕ字形状の両端）にそれぞれ接続され、セラミックヒータ２の後端部２３へ向けて互いに略平行に延設されている。発熱部２７の断面積は、リード部２８，２９の断面積よりも小さくなるように成形されており、通電時、主に発熱部２７において発熱が行われる。また、セラミックヒータ２の中央より後端側において、リード部２８，２９は、それぞれ、軸線Ｏ方向において互いにずれた位置にて基体２１の外周面に露出されている。
【００３９】
次に、保持部材８について説明する。図１に示すように、保持部材８は、軸線Ｏ方向に延びる円筒状の金属部材であり、セラミックヒータ２の胴部分を径方向に保持する。また、保持部材８は、自身の筒孔内でセラミックヒータ２のリード部２８の露出部分と電気的に接続する。セラミックヒータ２の先端部２２および後端部２３は、保持部材８の筒孔の両端からそれぞれ露出している。保持部材８の後端側には肉厚の鍔部８２が形成されており、後述する主体金具４の先端部４１が接合される。
【００４０】
また、保持部材８の後端側に露出されたセラミックヒータ２の後端部２３には、金属製で筒状の接続リング８５が圧入によって嵌められている。セラミックヒータ２のリード部２９の露出部分は、接続リング８５と電気的に接続されている。接続リング８５には、後述する中軸３の先端部３１が接合される。
【００４１】
次に、主体金具４について説明する。主体金具４は、軸線Ｏ方向に貫通する軸孔４３を有する長細い筒状の金属部材である。主体金具４は、先端部４１の内周が保持部材８の鍔部８２に嵌められ、両者の合わせ部位がレーザ溶接されることによって、保持部材８と一体に接合され、且つ、電気的に接続されている。これにより、主体金具４は保持部材８を介してセラミックヒータ２のリード部２８と電気的に接続される。また、主体金具４の先端部４１と後端部４５との間の胴部４４には、グロープラグ１を内燃機関のエンジンヘッド（図示外）に取り付けるためのねじ山が形成された取付部４２が設けられている。そして、主体金具４の後端部４５には、グロープラグ１をエンジンヘッドに取り付ける際に使用される工具が係合する六角形状の工具係合部４６が形成されている。
【００４２】
次に、中軸３について説明する。中軸３は、軸線Ｏ方向に延びる棒状の金属部材であり、主体金具４の軸孔４３に挿通され、主体金具４とは絶縁状態に配置される。中軸３の先端部３１は、上記の接続リング８５の内周に係合され、レーザ溶接によって一体に接合されるとともに、電気的に接続されている。これにより、中軸３は、接続リング８５を介してセラミックヒータ２のリード部２９と電気的に接続される。また、中軸３の後端部３２は、主体金具４の後端部４５よりも後端側へ突出される接続端部３６と、後端部４５に配置される接続基部３７とを有する。
【００４３】
次に、主体金具４の軸孔４３の内周面と中軸３の接続基部３７の外周面との間には、例えばフッ素ゴム等、絶縁性および弾性を有する部材から形成される円筒状の封止部材７が配置される。封止部材７は、軸孔４３内で中軸３の後端部３２を保持して中軸３の振れを抑制するとともに、軸孔４３内の気密性を保つ。また、封止部材７よりも後端側には、例えばナイロン（登録商標）等、耐熱性および絶縁性を有する部材から筒状に形成される絶縁部材６が配置される。絶縁部材６は、主体金具４と中軸３および接続端子５（後述）との接触による短絡を防止するため、中軸３の後端部３２を挿通され、主体金具４の後端部４５の開口部分に配置される。
【００４４】
そして、中軸３の接続端部３６には、接続端子５が加締めにより固定される。接続端子５には、グロープラグ１がエンジンヘッド（図示外）に取り付けられる際に、プラグキャップ（図示外）が嵌められる。セラミックヒータ２の発熱抵抗体２４は、一端側（リード部２９側）が、接続端子５および中軸３を介してプラグキャップに接続される。そして、発熱抵抗体２４の他端側（リード部２８）は、保持部材８および主体金具４を介してエンジンに接地され、接続端子５と主体金具４との間に通電されることによって、発熱部２７が発熱する。
【００４５】
このような構造を有するグロープラグ１等に用いるセラミックヒータ２の熱容量を確保しつつ、急速昇温性を得るため、本実施の形態では、セラミックヒータ２の先端部２２の形状を以下のように規定している。まず、図３に示すように、セラミックヒータ２の先端部２２において、軸線Ｐを含む断面をみたときに、先端面１１の輪郭線をＬ２、テーパ面１２の輪郭線をＬ１、側周面１５の輪郭線をＬ３とする。また、側周面１５の輪郭線Ｌ３のうち、側周面１５の含む第１側周面１３の輪郭線をＬ４、第２側周面１４の輪郭線をＬ５とする。そして、輪郭線Ｌ１の両端の端点のうち、輪郭線Ｌ２側の端点をＭ１、輪郭線Ｌ３側（輪郭線Ｌ４側）の端点をＭ２とする。なお、図３では、セラミックヒータ２の先端面１１の輪郭線Ｌ２が配置された図中上側を、軸線Ｐ方向における先端側として説明を行う。
【００４６】
このとき、端点Ｍ１が、端点Ｍ２よりも、軸線Ｐ方向において先端側に位置し＜１＞、且つ、端点Ｍ１が、端点Ｍ２よりも、径方向の内側（軸線Ｐ寄り）に配置されること＜２＞を規定している。また、端点Ｍ１と端点Ｍ２との軸線Ｐ方向における距離をＪ、端点Ｍ１と端点Ｍ２との径方向（軸線Ｐと直交する方向）における距離をＫとする。このとき、距離Ｊが、距離Ｋよりも大きいこと＜３＞を規定している。さらに、輪郭線Ｌ１の接線で任意の２つの接線を、仮にＴ１，Ｔ２とする。そして、接線Ｔ１，Ｔ２のうち、端点Ｍ１に近い側の接点を通る接線をＴ１とし、端点Ｍ２に近い側の接点を通る接線をＴ２とする。このとき、接線Ｔ１と軸線Ｐとがなす角度α１が、接線Ｔ２と軸線Ｐとがなす角度α２よりも、大きいこと＜４＞を規定している。
【００４７】
＜１＞が満たされ、且つ、＜２＞が満たされることにより、先端側の端点Ｍ１が、後端側の端点Ｍ２よりも軸線Ｐ方向において先端側に位置し、且つ、径方向において内側に位置することが規定される。また、＜４＞が満たされることで、輪郭線Ｌ１が、少なくともＭ１，Ｍ２を通る直線よりも径方向外向きに、２以上の異なる接線を有して膨らむ形態であることが規定される。さらに、＜３＞が満たされることで、距離Ｊの大きさが距離Ｋ以下の場合と比べ、軸線Ｐ方向の、より先端側まで、径方向の大きさが確保される。すなわち、テーパ面１２は、端点Ｍ１と端点Ｍ２とを通る直線よりも径方向外向きに膨らみ、端点Ｍ２における基体２１の外径の大きさが端点Ｍ１へ向けて一定の割合で徐々に減少するのではなく、減少の度合いが次第に大きくなりつつ減少していく形態となる。これにより、テーパ面１２における基体２１の外径と、側周面１５における基体２１の外径との径差を、より先端側まで、小さい状態に維持することができる。言い換えると、テーパ面１２の外径として、側周面１５における基体２１の外径に近い径を、より先端側まで確保することができる。細径化により外径を小さくすると、特にテーパ面１２における外径が小さくなって基体２１の外表面の面積も小さくなるが、テーパ面１２のより先端側まで側周面１５における基体２１の外径に近い径を確保することで、基体２１の外表面の面積を確保できるので、セラミックヒータ２の放熱量を大きくすることができる。
【００４８】
さらに、セラミックヒータ２の基体２１は、テーパ面１２が形成された部分における基体２１の体積も大きく確保することができ、従来の半球状の先端部を有するものと比べ、軸線Ｐ方向の、特にテーパ面１２が形成されている部分において、基体２１をより厚肉な状態とすること（つまり径方向の厚みを確保して体積を確保すること）ができる。ゆえに、従来のものと比べ、セラミックヒータ２の先端部２２における熱容量を、より大きく確保することができる。これにより、セラミックヒータ２が外部から冷却を受けても発熱抵抗体２４の温度低下への影響が、より小さくなり、発熱温度を維持しやすくなるので、セラミックヒータ２の細径化を行う場合に、発熱性能を確保することができる。そして細径化によって発熱抵抗体２４をよりセラミックヒータ２の外表面の近くに配置できれば、さらなる発熱性能の向上を図ることができる。
【００４９】
さらに、本実施の形態では、テーパ面１２の輪郭線Ｌ１の形状が、端点Ｍ１と端点Ｍ２とを通る仮想的な楕円Ｅに沿う形状であること＜５＞を規定している。輪郭線Ｌ１の形状が上記の＜１＞〜＜４＞を満たしつつ端点Ｍ１と端点Ｍ２とを通る楕円Ｅは、軸線Ｐに平行な長軸Ｘと、軸線Ｐと直交する短軸Ｙをもつ楕円となる。このような楕円Ｅに沿うテーパ面１２は、Ｒ面取りによって形成することができる。よって、テーパ面１２には稜角が生じず、ゆえにテーパ面１２におけるセラミックヒータ２の欠けを防止できる。
【００５０】
また、仮想的な楕円Ｅの中心点（長軸Ｘと短軸Ｙとの交点）の位置Ｃ１が、軸線Ｐ方向において、発熱抵抗体２４の先端位置Ｃ２よりも後端側に配置されること＜６＞を規定している。ここで、発熱抵抗体２４の先端位置Ｃ２は、基体２１の内部に埋設される発熱抵抗体２４の輪郭線Ｌ６が、軸線Ｐ方向においてもっとも先端に位置する部位を指す。発熱抵抗体２４がＵ字形状を有するので、先端位置Ｃ２は、通常は軸線Ｐ上に位置しており、基体２１内における発熱抵抗体２４が軸線Ｐの周方向においてどの向きにあっても、軸線Ｐを含む断面において先端位置Ｃ２は一点に定まる。＜１＞〜＜５＞を満たしつつ、先端位置Ｃ２を楕円Ｅの中心点の位置Ｃ１よりも先端側、すなわち、楕円Ｅの長半径（長軸の半径）内に配置することで、発熱抵抗体２４の発熱部２７を、より先端面１１の近くに配置させることができるので、セラミックヒータ２の先端面１１側からも十分な放熱を行うことができ、セラミックヒータ２の発熱性能を高めることができる。
【００５１】
また、楕円Ｅは、軸線Ｐを挟んで径方向の両側にそれぞれ１つずつ仮想的に配置されるが、２つの楕円Ｅが互いに重ならず、離間して配置されること＜７＞を規定している。すなわち、楕円Ｅの短半径（短軸の半径）が、楕円Ｅの中心点の位置Ｃ１と軸線Ｐとの距離よりも小さい。このように、楕円Ｅの大きさを互いに離間して配置することのできる大きさとすれば、輪郭線Ｌ１の端点Ｍ１を楕円Ｅの長軸側の頂点に近づけることができ、また、端点Ｍ２を短軸側の頂点に近づけることができる。これにより、輪郭線Ｌ１の端点Ｍ１に接する接線の傾きを、輪郭線Ｌ２の接線の傾きに近づけることができるとともに、輪郭線Ｌ１の端点Ｍ２に接する接線の傾きを、輪郭線Ｌ３の接線の傾きに近づけることができる。よって、輪郭線Ｌ１と輪郭線Ｌ２とがなめらかに接続されるようにすることができ、同様に、輪郭線Ｌ１と輪郭線Ｌ３とも、なめらかに接続されるようにすることができる。ゆえに、端点Ｍ１や端点Ｍ２において、稜角が形成されないか、あるいは形成されても断面で１８０度に近い角度となるようにすることができる。
【００５２】
後述するが、セラミックヒータ２は、その製造過程の焼成工程において、公知のホットプレス法により径方向に縮められ軸線Ｐ方向に延びる圧縮変形を受けながら焼成されるため、基体２１を構成するセラミックの粒子の配向方向が、ホットプレス時の加圧方向に直交する面方向に揃う。このため、端点Ｍ１や端点Ｍ２に稜角部分が残ると、先端面１１側から外力を受けた場合に、その稜角部分が、亀裂が軸線Ｐ方向に沿って延びて生ずる裂けの発生の起点となりうる。したがって、端点Ｍ１や端点Ｍ２に稜角部分ができる限り生じないようにすることによって、稜角部分を起点として発生しうるセラミックヒータ２の欠けを、より確実に防止できる。
【００５３】
そして、本実施の形態では、端点Ｍ２が、先端位置Ｃ２よりも先端側に配置されること＜８＞を規定している。さらに、第１側周面１３の輪郭線Ｌ４と、第２側周面１４の輪郭線Ｌ５との接続点Ｃ３が、軸線Ｐ方向において、先端位置Ｃ２よりも後端側に配置されること＜９＞を規定している。端点Ｍ２と接続点Ｃ３は、輪郭線Ｌ４の両側の端点である。また、輪郭線Ｌ４は、側周面１５のうち、先端部２２において先端向きに窄むテーパ状に形成された第１側周面１３の輪郭線である。すなわち、先端位置Ｃ２は、径方向において第１側周面１３に面している。このため、発熱抵抗体２４の発熱部２７も、径方向において第１側周面１３に面することとなり、基体２１の外表面に近くなるので、発熱部２７で生じた熱を効率よく外部に放熱することができ、セラミックヒータ２の発熱性能を高めることができる。
【００５４】
なお、上記＜５＞では、先細り部１６のテーパ面１２の形状について、輪郭線Ｌ１に着目して仮想的な楕円Ｅに沿う形状として規定した。このテーパ面１２について、表面形状をさらに規定すると、曲率半径の異なる複数の曲面が連続して連なり、且つ、後端側曲面よりも先端側曲面の曲率半径が小さい点を満たす形状である＜１０−１＞ともいうことができる。具体的に、図３に示すように、曲率半径の異なる複数の曲面を連ねてテーパ面１２を構成し、各曲面の曲率半径についてそれぞれ比較した場合、軸線Ｐの先端側に配設される曲面ほど、曲率半径が小さい。例えば、曲率半径Ｇ１（図３において一点鎖線Ｇ１で示す円の半径）の曲面よりも軸線Ｐ方向後端側にある曲面の曲率半径Ｇ２、Ｇ３、Ｇ４、Ｇ５は、いずれもＧ１よりも大きい。同様に、曲率半径Ｇ２の曲面よりも軸線Ｐ方向後端側にある曲面の曲率半径Ｇ３、Ｇ４、Ｇ５は、いずれもＧ２よりも大きい。このように、軸線Ｐ方向先端側ほど曲率半径が小さくなる曲面が無数に連なって形成されるテーパ面１２は、上記同様、基体２１の外径の大きさが軸線Ｐ方向先端側へ向けて減少の度合いが次第に大きくなりつつ減少していく形態となる。ゆえに、テーパ面１２のより先端側まで基体２１の外径に近い径を確保でき、基体２１の外表面の面積を確保できるので、セラミックヒータ２の放熱量を大きくすることができる。そして、このようなテーパ面１２はＲ面取りによって形成され、ゆえに稜角が生じず、テーパ面１２におけるセラミックヒータ２の欠けを防止できる。
【００５５】
先端面１１、テーパ面１２および第１側周面１３からなる先細り部１６の形状を、上記＜１＞〜＜１０−１＞の規定を満たす形状とすることにより、セラミックヒータ２は、先端部２２における熱容量を確保しつつ急速昇温性を得ることができる。また、本実施の形態では、セラミックヒータ２の先端部２２における各部位の大きさや面積、体積等を以下のように規定することで、セラミックヒータ２の先端部２２における熱容量と急速昇温性の確保を図っている。
【００５６】
図４に示すように、セラミックヒータ２の先端部２２で、軸線Ｐ方向において、先端面１１の位置から後端側に６ｍｍまでの部分（以下、「規定対象部位」ともいう。）に着目する（図４において実線で示す。）。この規定対象部位におけるセラミックヒータ２の平均外径をＤとする。具体的に、平均外径Ｄは、軸線Ｐ方向で、先端面１１の位置で測定した外径Ｄ０、および先端面１１から６ｍｍの位置まで１ｍｍごとに測定した外径Ｄ１〜Ｄ６の平均値を求めたものである。なお、規定対象部位として先端面１１から６ｍｍまでの部分に着目するのは、一般的に、セラミックヒータ２を用いたグロープラグ１がエンジンに取り付けられた場合に、先端面１１から６ｍｍ程度の部位が燃焼室内に突出され、着火性に寄与することによる。
【００５７】
まず、本実施の形態では、規定対象部位における平均外径Ｄの大きさが、２．３＜Ｄ≦３．３［ｍｍ］を満たすこと＜１１＞を規定している。後述する実施例１によれば、平均外径Ｄが２．３ｍｍ以下の場合、基体２１の表面積が小さくなり、ディーゼルエンジン始動時の着火性の確保に必要とされる放熱量を得られなくなる虞がある。一方、平均外径Ｄが３．３ｍｍより大きいと、発熱抵抗体２４が基体２１の外表面から遠くなり基体２１の内部の熱容量が増えるため、基体２１の内部の昇温と外部への熱の伝達に時間がかかり、急速昇温性を得られなくなる虞がある。＜１１＞の規定を満たすことで、セラミックヒータ２は、放熱量と急速昇温性を確保することができる。
【００５８】
次に、直径が平均外径Ｄである仮想円（図４において点線で示す。）を想定し、その仮想円の面積をＳ２とする。また、先端面１１（直径は上記の外径Ｄ０である。）の面積をＳ１とする。面積Ｓ２に対する面積Ｓ１の割合を求めた場合に、その割合が２７％以上となること＜１２＞を規定している。先端面１１の面積Ｓ１が小さいほど、テーパ面１２の形成部位における基体２１の外径の窄みが大きいので、テーパ面１２が形成されている部分において、基体２１の外径の確保が難しくなる。すると、テーパ面１２における基体２１の表面積を十分に確保できず、セラミックヒータ２の放熱量が低下する虞がある。
【００５９】
後述する実施例２によれば、面積Ｓ２に対する面積Ｓ１の割合が２７％未満である場合、ディーゼルエンジン始動時の着火性の確保に必要とされる放熱量を確保できなくなる虞がある。なお、エンジン始動時の着火性を確保するには、具体的に、軸線Ｐ方向において、先端面１１の位置から後端側に４ｍｍまでの部分における放熱量で、１３Ｗ以上が必要とされる。また、テーパ面１２が形成されている部分において基体２１の外径が小さくなれば、上記のように、基体２１の肉厚（径方向の厚みすなわち体積）を確保できない。ゆえに、セラミックヒータ２の先端部２２における熱容量が低下し、外部から基体２１が冷却を受けた際の発熱抵抗体２４の温度低下への影響が、より大きくなり、発熱温度を維持し難くなる虞がある。＜１２＞の規定を満たすことで、セラミックヒータ２は、放熱量を確保でき、また、先端部２２における熱容量を確保することができる。
【００６０】
次に、図４に示すように、基体２１の断面において、上記した、軸線Ｐ方向における発熱抵抗体２４の先端位置Ｃ２を、基準となる基準位置とする。この断面において、先端位置Ｃ２（基準位置）と、先端面１１の位置との最短距離をＡとする。上記したように、先端位置Ｃ２は、通常は軸線Ｐ上に位置しており、また、先端面１１も、通常は軸線Ｐと直交する面に形成される。よって、軸線Ｐ上で先端面１１の位置をＦ１とすると、先端位置Ｃ２と位置Ｆ１との距離が最短距離Ａに相当する。また、基体２１の断面において、テーパ面１２上の任意の位置をＦ２とする。そして、この断面において、先端位置Ｃ２（基準位置）と、位置Ｆ２との最短距離をＢとする。このとき、本実施の形態では、Ｂ＞Ａを満たすこと＜１３＞を規定している。
【００６１】
Ｂ＞Ａを満たすことで、セラミックヒータ２は、先端位置Ｃ２とテーパ面１２との間における基体２１の肉厚（径方向の厚み）を、基準位置（先端位置Ｃ２）と先端面１１との間における基体２１の肉厚（軸方向の厚み）よりも大きく確保することができる。つまり、先端位置Ｃ２、すなわち発熱抵抗体２４よりも基体２１の先端側において、基体２１の外径を確保することができるので、テーパ面１２において、基体２１の表面積を確保することができる。これにより、ディーゼルエンジン始動時の着火性の確保に必要とされる放熱量を得ることができる。また、先端部２２における体積を確保して熱容量を確保できるので、基体２１が外部からの冷却を受けても、発熱抵抗体２４の温度低下への影響を、より小さくすることができ、発熱温度を維持しやすくなる。一方で、Ｂ≦Ａの場合、先端位置Ｃ２とテーパ面１２との間における基体２１の肉厚が、Ｂ＞Ａを満たす場合よりも小さくなる。つまり、発熱抵抗体２４よりも基体２１の先端側において、基体２１の外径が小さくなり、テーパ面１２において、基体２１の表面積を確保することが難しくなり、放熱量が低下する虞がある。また、基体２１の先端部２２における体積も確保することが難しくなり、熱容量が低下して、基体２１が外部からの冷却を受けた場合の発熱抵抗体２４の温度低下への影響が大きくなる虞がある。
【００６２】
後述する実施例３によれば、基体２１がＢ≦Ａであるセラミックヒータ２は、ディーゼルエンジン始動時の着火性の確保に必要とされる放熱量（１３Ｗ以上）を確保できなくなる虞がある。また、Ｂ≦Ａとなってテーパ面１２が形成されている部分において基体２１の肉厚が確保できないと、セラミックヒータ２の先端部２２における熱容量が低下する。上記同様、外部から基体２１が冷却を受けた際の発熱抵抗体２４の温度低下への影響が、より大きくなり、発熱温度を維持し難くなる虞がある。＜１３＞の規定を満たすことで、セラミックヒータ２は、放熱量を確保でき、また、先端部２２における熱容量を確保することができる。
【００６３】
次に、規定対象部位におけるセラミックヒータ２の体積をＶとする。このとき、本実施の形態では、Ｖ≧Ｄ×２０−２１［ｍｍ３］を満たすこと＜１４＞を規定している。上記したように、セラミックヒータ２を用いたグロープラグ１がエンジンに取り付けられた場合に、規定対象部位は燃焼室内に突出される。そして、規定対象部位は、燃料の付着や燃焼室内で生ずる気流（スワール）などによって規定対象部位が冷却を受けるため、規定対象部位における熱容量の大きさがグロープラグ１の着火性に寄与することとなる。後述する実施例４によれば、規定対象部位の体積Ｖと平均外径Ｄとの関係が、Ｖ＜Ｄ×２０−２１となる場合、所定の環境下（例えば環境温度が低い場合など）におけるエンジンの始動性に影響が生ずる虞があることが確認された。すなわち、＜１４＞の規定を満たすことで、所定の環境の下であっても十分に、エンジンの始動性を確保することができる。
【００６４】
このようなセラミックヒータ２は、概略、以下のように組み立てられる。まず、「形成工程」では、図５に示すように、導電性のセラミック粉末やバインダ等を原料として射出成形によって、セラミックヒータ２の発熱抵抗体２４の原形となる素子成形体１１０が形成される。素子成形体１１０は、略Ｕ字形状の未焼成の発熱部１１１の両極に接続された未焼成のリード部１１５，１１６が略平行に配置される。リード部１１５，１１６の末端には両者を接続するサポート部１１９が設けられ、素子成形体１１０を環状とすることで強度が得られ、製造時の取り扱い容易性が確保される。また、リード部１１５，１１６には、研磨後に基体２１の側周面１５に露出され、グロープラグ１の保持部材８および接続リング８５との電気的な接続を担う突起部がそれぞれ形成される。
【００６５】
また、バインダ等の添加剤が添加された絶縁性セラミックの原料粉末を材料としてプレス成形が行われ、未焼成の基体１２０が作製される。基体１２０は、半割状の成形体として一対の平板に成形され、対向する合わせ面に、素子成形体１１０を収容するための凹部１２１が形成される。なお、基体１２０の合わせ面とは反対側の外側面では、長手方向の角部が面取りされている。
【００６６】
素子成形体１１０は、半割の基体１２０の凹部１２１に収納され、対の半割の基体１２０で挟まれて、さらに図示外のプレス機にてプレス加工が施されることによって、複合成形体１３０として基体１２０と一体に成形される。そして複合成形体１３０に、窒素雰囲気下で８００℃、１時間の脱バインダ処理が施される。次に「焼成工程」において、公知のホットプレス法による複合成形体１３０の焼成が行われる。複合成形体１３０は図示しない成形型に径方向に挟まれて、圧縮変形されつつ加熱される。このとき、複合成形体１３０の基体１２０を構成するセラミックの粒子が加圧に対して９０°の向きで成長するため、その配向方向がホットプレス時の加圧方向に直交する面方向に揃う。このように複合成形体１３０が焼成されることによって、焼成体１４０が形成される。
【００６７】
次に「第１研磨工程」において、焼成体１４０の両側の端面の切断と、センタレス研磨とが行われる。素子成形体１１０が焼成されてなる発熱抵抗体２４の発熱部２７側の端面が切断されることによって、セラミックヒータ２の先端面１１が形成される。また、反対側の端面の切断によって、素子成形体１１０に設けられていたサポート部１１９が除去される。そして公知のセンタレス研磨機を用い、焼成体１４０の外周が研磨される。これによって、焼成体１４０の八角形の外周が円形に研磨され、側周面１５が形成される。また、リード部２８，２９が側周面１５から露出される。
【００６８】
次に「第２研磨工程」では、上記の＜１＞〜＜７＞および＜１０−１＞の規定を満たす仮想的な楕円Ｅに沿った輪郭線Ｌ１を有するように、テーパ面１２が形成される。すなわち、テーパ面１２は、焼成体１４０の先端面１１と側周面１５との稜角部分を削るＲ面取りが施されることによって、形成される。
【００６９】
そして「第３研磨工程」において、上記の＜８＞、＜９＞の規定を満たす輪郭線Ｌ４を有するように、第１側周面１３が形成される。すなわち第１側周面１３は、焼成体１４０の先端側に、テーパ面１２と側周面１５との稜角部分を含め、先端向きに窄むテーパ状の研磨が施されることによって、形成される。側周面１５のうち第１側周面１３の形成対象部位とならず研磨されずに残った部分が、上記のように、第２側周面１４とも称される。以上のように第１〜第３研磨工程を経て焼成体１４０の外周面が研磨されることによって、棒状で先端部２２に＜１＞〜＜１４＞の規定を満たす輪郭線形状を有したセラミックヒータ２が形成される。
【００７０】
なお、本発明は各種の変形が可能である。テーパ面１２はＲ面取りによって形成したが、例えば図６に示すセラミックヒータ２０２のテーパ面１１２のように、Ｃ面取りによって形成してもよい。この場合、上記の＜１＞〜＜４＞の規定を満たすように、テーパ面１１２を形成する上で、２段以上のＣ面取りを行うとよい。図６の例では先端面１１および第１側周面１３と共に先細り部１１６を構成するテーパ面１１２を、軸線Ｐ方向先端側の第１テーパ面１０８と、後端側の第２テーパ面１０９とからなる２段に構成している。第１テーパ面１０８の輪郭線をＬ７、第２テーパ面１０９の輪郭線をＬ８として示す。
【００７１】
本変形例では、輪郭線Ｌ２と輪郭線Ｌ７とがなす角度β１と、輪郭線Ｌ７と輪郭線Ｌ８とがなす角度β２と、輪郭線Ｌ８と輪郭線Ｌ４（Ｌ３）とがなす角度β３とのいずれもが、１４５度以上となること＜２１＞を規定している。前述したように、基体２１を構成するセラミックの粒子の配向方向が軸線Ｐ方向に揃うため、Ｃ面取りによって生じうる各テーパ面間の稜角部分が、亀裂が軸線Ｐ方向に沿って延びて生ずる裂けの発生の起点となりうる。テーパ面２１２におけるセラミックヒータ２０２の欠けの発生を抑制するには、稜角部分を構成するテーパ面の輪郭線同士のなす角度が、できる限り１８０度（稜角部分がない状態）に近い角度となることが好ましい。
【００７２】
後述する実施例５によれば、稜角部分を形成するテーパ面の輪郭線同士のなす角度が１４５度未満であると、その稜角部分が、こうした裂けを発生しうる起点となって、欠けを生じてしまう虞があることがわかった。もちろん、上記のテーパ面１１２を形成する上で、テーパ面の段数が３段以上であっても同様であり、それぞれの輪郭線のなす角度がいずれも１４５度以上であればよい。なお、＜２１＞の規定は、本実施の形態において、先端面１１、テーパ面１２および第１側周面１３を研磨によって形成することで生じうる各面間の稜角部分に対しても適用できる。すなわち、テーパ面１２の輪郭線Ｌ１の端点Ｍ１における楕円Ｅの接線と、先端面１１の輪郭線Ｌ２とがなす角度が、１４５度以上となることが望ましい。同様に、テーパ面１２の輪郭線Ｌ１の端点Ｍ２における楕円Ｅの接線と、第１側周面１３の輪郭線Ｌ３とがなす角度も、１４５度以上となることが望ましい。このようにすれば、テーパ面１１２におけるセラミックヒータ２０２の欠け防止する上で有効である。
【００７３】
なお、上記変形例では、先細り部１１６のテーパ面１１２をＣ面取りによって形成した。このテーパ面１１２について、表面形状をさらに規定すると、軸線Ｐに対する傾斜角度の異なる複数の傾斜面が連続して連なり、且つ、後端側傾斜面よりも先端側傾斜面の傾斜角度が大きい点を満たす形状である＜１０−２＞ともいうことができる。具体的に、図６に示すように、軸線Ｐに対する傾斜角度の異なる複数の傾斜面（例えば第１テーパ面１０８、第２テーパ面１０９）を連ねてテーパ面１１２を構成し、各傾斜面の傾斜角度についてそれぞれ比較した場合、軸線Ｐの先端側に配設される傾斜面ほど、傾斜角度が大きい。例えば、軸線Ｐ方向先端側に形成された先端側傾斜面の例である第１テーパ面１０８の傾斜角度をγ１とし、後端側に形成された後端側傾斜面の例である第２テーパ面１０９の傾斜角度をγ２とする。図６に示すように、軸線Ｐに対する第１テーパ面１０８の傾斜角度γ１は、第２テーパ面１０９の傾斜角度γ２より大きい。この例では傾斜面が２面であるが、さらに複数の傾斜面を有する場合であっても、先端側傾斜面の傾斜角度γ１が後端側傾斜面の傾斜角度γ２より大きくなるように、各傾斜面を形成する。このようにすれば、テーパ面１１２のより先端側まで基体２１の外径に近い径を確保でき、基体２１の外表面の面積を確保できるので、セラミックヒータ２の放熱量を大きくすることができる。
【００７４】
また、本実施の形態では、テーパ面１２をＲ面取りによって形成し、その輪郭線Ｌ１が、仮想的な楕円Ｅに沿う形状となることを規定したが、上記のようなＣ面取りと、Ｒ面取りとを組合せてテーパ面を形成してもよい。また、テーパ面１２の輪郭線Ｌ１は、楕円に限らず、仮想的な円に沿う形状であってもよく、この場合、＜１＞〜＜４＞の規定が満たされるとよい。また、本実施の形態および変形例では、セラミックヒータ２の先端部２２に先端面１１が形成されているが、先端面１１を省略してもよい。先端面１１が省略されたセラミックヒータにおいても、上記＜１１＞、＜１３＞、＜１４＞の規定を満たすことで、放熱量および急速昇温性を確保できることやエンジンの始動性を確保できることを確認している。さらに、セラミックヒータ２は、内燃機関等に使用するグロープラグ１に用いられるものに限らず、家電等として使用するヒータに用いてもよい。
【実施例１】
【００７５】
セラミックヒータ２の先端部２２を肉厚に形成することによって、放熱量および熱容量を確保しつつ急速昇温性が得られることを確認するため、評価試験を行った。なお、以下の評価試験において用いたセラミックヒータのサンプルは、作製および比較を容易にするため、テーパ面をＣ面取りによって形成した。具体的に、外径をφ２．４〜φ３．５［ｍｍ］の範囲で適宜異ならせた複数種類のセラミックヒータの焼成体を作製した。第１研磨工程によって各焼成体を研磨して先端面と側周面を形成した。なお、先端面と発熱抵抗体の先端位置Ｃ２との最短距離Ａは、０．８ｍｍである。容易化のため、第３研磨工程によって、あらかじめ第１側周面を形成した。そして第２研磨工程において、外径に応じて面取り寸法を０〜１．３［ｍｍ］の範囲で適宜異ならせたＣ面取りにより、先端面と第１側周面との間の稜角部分を研磨して、テーパ面を形成した。なお、面取り寸法は、径方向における面取り量（幅）とした。
【００７６】
このように作製した２２種類のセラミックヒータのサンプルの規定対象部位において、上記したように、１ｍｍごとの外径Ｄ０〜Ｄ６を測定した。各サンプル１〜２２の平均外径Ｄを測定したところ、表１に示すように、φ２．３〜φ３．４［ｍｍ］の範囲で適宜異なる値となった。そして各サンプル１〜２２の外径Ｄ０（すなわち先端面の直径）から、先端面の面積Ｓ１を算出した。また、各サンプル１〜２２の平均外径Ｄを直径とする仮想円の面積Ｓ２をそれぞれ算出した。さらに各サンプル１〜２２についてＳ１／Ｓ２を求めた結果を、表１に、百分率で示した。
【００７７】
【表１】
2012144503.tif 000013
【００７８】
まず、各サンプル１〜２２の放熱量を、演算により求めた。具体的には、先端面の位置から後端側に４ｍｍまでの部分を軸線Ｐと直交する平面で複数に輪切りにした微小区間を想定する。そして公知の演算式に基づき、微小区間ごとに、表面積（外周面の面積）と温度とから放熱量を算出し、全微小区間の放熱量を足し合わせることによって求めた。なお、放熱量は、セラミックヒータの表面に接触する空気への熱伝達量Ｑ１［Ｗ］と、表面から輻射による空気への熱伝達量Ｑ２［Ｗ］とを足し合わせることによって求めることができる。伝導による熱伝達量Ｑ１は、Ｑ１＝ｈＡ（Ｔ（素子）−Ｔ（気体））によって求められる。また、輻射による熱伝達量Ｑ２は、Ｑ２＝σεＡ（（Ｔ（素子））４−（Ｔ（気体））４）によって求められる。ただし、ｈはセラミックヒータの基体の熱伝導率であり、σはステファンボルツマン定数であり、εは放射率（セラミックヒータの基体の輻射率）であり、Ａは表面積である。また、Ｔ（素子）は発熱抵抗体の発熱部の温度であり、印加する電圧に応じてあらかじめ求められている。Ｔ（気体）はセラミックヒータの基体の表面温度であり、放射温度計により測定する。
【００７９】
各サンプル１〜２２の放熱量を算出した結果を表１に示す。一般に、ディーゼルエンジンにおける着火性を確保するには放熱量として１３Ｗが必要とされている。表１に示すように、放熱量が１３Ｗに満たないサンプルは、１，３，６，９〜１１，１４〜１６，１９〜２１であった。
【００８０】
さらに、各サンプル１〜２２にそれぞれ１１Ｖの電圧を印加し、表面温度が１０００℃に到達するまでにかかる時間を測定した結果を表１に示す。一般に、ディーゼルエンジンにおける急速昇温性を確保するには、表面温度の１０００℃到達時間として１．３秒以下であることが望ましいとされる。表１に示すように、表面温度の１０００℃到達時間が１．３秒を越えたサンプルは２２であった。
【００８１】
ここでサンプル１に着目すると、サンプル１は、面取り寸法が０ｍｍで、すなわちテーパ面が形成されていない。サンプル１の平均外径Ｄはφ２．３ｍｍと小さく、テーパ面を形成せずとも放熱量を確保するのに十分な表面積が得られないことがわかる。したがって、セラミックヒータの平均外径Ｄは、φ２．３ｍｍより大きいことが好ましい。
【００８２】
一方、サンプル２２は、表面温度の１０００℃到達に１．３１秒かかっている。サンプル１８とサンプル２２とを比較すると、サンプル２２の面取り寸法はサンプル１８と同じ大きさであるが、サンプル１８よりもサンプル２２の平均外径Ｄは大きい。前述したように基体の内部に埋設される発熱抵抗体の設計（大きさや発熱量）には変更がなく、平均外径Ｄが大きい分、サンプル２２はサンプル１８よりも発熱抵抗体が基体の外表面から遠くなり、また、基体の内部の熱容量が大きい。よって、基体の内部の昇温と外部への熱の伝達に時間がかかり、表面温度の１０００℃到達が１．３秒を越えて急速昇温性が得られない。したがって、セラミックヒータの平均外径Ｄは、φ３．３ｍｍ以下であることが望ましい。以上より、＜１１＞の規定を満たすことで、セラミックヒータは、放熱量と急速昇温性を確保できることが確認された。
【実施例２】
【００８３】
次に、表１に示すように、放熱量が１３Ｗに満たないサンプルのうち、サンプル６，９〜１１，１４〜１６，１９〜２１は、Ｓ１／Ｓ２が２７％未満であった。これらのサンプルは、平均外径Ｄに対して先端面の大きさ（直径）を十分に確保できなかったサンプルである。つまり、テーパ面の形成による基体の先端部の窄み具合が大きく、テーパ面が形成されている部分において十分な外径を確保できていない。ゆえに、特にテーパ面の部分において十分な表面積を確保できず、放熱量として１３Ｗ以上を得られなかった。以上より、＜１２＞の規定を満たすことで、セラミックヒータは、十分な放熱量を確保できることが確認された。
【００８４】
なお、サンプル３は、もともとの平均外径Ｄがφ２．５ｍｍと小さい。このため、面取り寸法を０．４５ｍｍとしてテーパ面を大きく形成すると、放熱量を確保するのに十分な表面積を得られなくなる。サンプル３は、Ｓ１／Ｓ２が３１％であって２７％以上を満たしても、放熱量として１３Ｗ以上を得られなかった。
【実施例３】
【００８５】
上記の＜１１＞および＜１２＞の規定を満たすサンプル８と同寸法の平均外径Ｄ（φ２．９ｍｍ）と面取り寸法（０．６ｍｍ）に設定したサンプル（シミュレーションサンプル）をシミュレータによって作製した。さらに、発熱抵抗体の先端位置Ｃ２（基準位置）と先端面の位置との最短距離Ａ、および、基準位置とテーパ面上の任意の位置Ｆ２との最短距離Ｂを、０．４〜１．６ｍｍの範囲で適宜異ならせた複数のシミュレーションサンプルを作製した。ここで、最短距離Ｂは、面取り寸法を０．６ｍｍとしたまま、基体の軸線Ｐに対するＣ面取りの角度を異ならせることによって調整した。
【００８６】
そして、これらのサンプルの放熱量を、前述したように、先端面の位置から後端側に４ｍｍまでの部分を輪切りにした微小区間ごとの熱伝達量Ｑ１，Ｑ２を算出して足し合わせることによって求めた。演算の結果を表２に示す。
【００８７】
【表２】
2012144503.tif 000014
【００８８】
表２に示すように、ＢがＡ以下となったシミュレーションサンプルでは、放熱量が１３Ｗに満たなかった。Ｂ≦Ａであると、基体の先端部における径方向の厚みがＢ＞Ａの場合と比べ薄くなる。つまり、テーパ面が形成されている部分において、基体の外径が小さくなる。ゆえに、基体の先端部における表面積が小さくなり、熱伝達量Ｑ１が小さくなって、ディーゼルエンジン始動時の着火性の確保に必要とされる放熱量（１３Ｗ以上）を確保できなくなる。以上より、＜１３＞の規定を満たすことで、セラミックヒータは、十分な放熱量を確保できることが確認された。
【実施例４】
【００８９】
次に、規定対象部位の体積Ｖと、平均外径Ｄとの関係について評価を行った。表１に示すように、各サンプル１〜２２の規定対象部位（先端面の位置から後端側に６ｍｍまでの部分）の体積Ｖ［ｍｍ３］をそれぞれ求めた。なお、体積Ｖは、例えば、先端面から６ｍｍの位置まで０．１ｍｍごとに外径を測定し、その外径の円柱の体積を足し合わせて求めればよい。
【００９０】
そして、各サンプル１〜２２をそれぞれ組み付けたグロープラグを、試験用のディーゼルエンジンに取り付け、−２０℃の低温環境において、エンジンの始動試験を行う。このとき、グロープラグへの予熱通電（昇温のための通電）の開始と同時にエンジンのクランキング（セルモータによる始動）を行った。つまり、セルモータの始動に電力が使用され、予熱通電のための電力が安定しない状況における低温環境下での始動試験である。この状態でエンジンの始動ができたサンプルは、２，４，５，７〜１０，１２〜１５，１７〜２０，２２であり、表１に「○」で示した。また、エンジンを始動できなかったサンプル（１，３，６，１１，１６，２１）は、表１に「×」で示した。
【００９１】
さらに、規定対象部位の体積Ｖを縦軸とし、平均外径Ｄを横軸とする図７のグラフに、始動試験の結果を、同様に、「○」「×」で示した。図７のグラフから明らかに、上記低温環境下においてエンジンを始動するために必要とされる規定対象部位の体積Ｖの大きさとして、平均外径Ｄの大きさに応じた大きさがあることがわかる。このグラフをもとに、発明者らが、規定対象部位の体積Ｖと平均外径Ｄとの関係を示す所定の関係式を求めたところ、「Ｖ＝Ｄ×２０−２１」の式が得られた。
【００９２】
Ｖ≧Ｄ×２０−２１を満たすサンプルは、規定対象部位に十分な体積を有するため、満たさないサンプルと比べて熱容量が大きい。ゆえに、上記のような低温環境下で、セラミックヒータの受けた冷却が、直ちに発熱抵抗体の温度低下に大きな影響を及ぼすことが低減される。したがって、＜１４＞の規定が満たされることにより、上記の予熱通電のための電力が安定しない状況における低温環境下においても、十分に、エンジンを始動でき、規定対象部位において十分な熱容量を確保できることが確認された。
【実施例５】
【００９３】
次に、セラミックヒータ２０２のテーパ面１１２をＣ面取りによって形成し、その際に先端部に形成される稜角部分の輪郭線同士がなす角度の大きさを規定することによって、欠けの発生を抑制できることを確認するため、評価試験を行った。この評価試験では、面取り寸法が０．６ｍｍで平均外径Ｄがφ２．９ｍｍの上記のサンプル８を作製する際に形成した焼成体をもとに、テーパ面に形成される稜角部分の輪郭線同士のなす角度を９０°、１３５°、１４５°、１５１°とした４種類のセラミックヒータのサンプルを作製した。９０°のサンプルは、第１研磨工程のみを行い、テーパ面および第１側周面を形成しなかったサンプルである。１３５°のサンプルは、上記同様、あらかじめ第３研磨工程によって第１側周面を形成した上で、第２研磨工程で先端面に対して４５°の傾斜角を有するように１段のＣ面取りを行ってテーパ面を形成した上記のサンプル８である。１４５°と１５１°のサンプルは、同様に、あらかじめ第３研磨工程によって第１側周面を形成した上で、図６に示す、なす角度β１およびβ３がともに、それぞれ１４５°と１５１°になるように２段のＣ面取を行ってテーパ面を形成したサンプルである。なお、なす角度β２が、いずれも１４５°以上となるように、第１側周面が形成される。これら４種のサンプルは、それぞれ２００個ずつ用意した。
【００９４】
公知のシャルピー試験機を用い、これらのセラミックヒータのサンプルに対してシャルピー衝撃試験を行った。シャルピー衝撃試験では、グロープラグの製造過程やエンジンへの組み付けの際に落下する虞のある高さとして最大で５０ｃｍを見込み、衝撃試験においてサンプルに与える衝撃エネルギーを設定する上での目安とした。具体的に、４種のサンプルそれぞれ１００個ずつに対し、２．５ｍ（安全率５）の高さからサンプルを落下した場合に相当する衝撃エネルギーを、各サンプルの先端部に与えた。同様に、４種のサンプルそれぞれ１００個ずつに対し、１０ｍの高さからサンプルを落下した場合に相当する衝撃エネルギーを、各サンプルの先端部に与えた。そして試験後に、各サンプルの欠けの発生の有無を観察し、欠けの発生したサンプルの個数を数えてその割合を求めた。この試験の結果を図８のグラフに示す。
【００９５】
図８に示すように、１０ｍ落下相当の衝撃エネルギーを与える衝撃試験において、上記の９０°のサンプルのうち欠けを生ずるサンプルが９０％あり、１３５°のサンプルも欠けを生ずるサンプルが７３％あった。また、１４５°，１５１°のサンプルでも１０ｍ落下相当の衝撃エネルギーが与えられると欠けを生じてしまうサンプルが、それぞれ２６％、２７％あったが、９０°や１３５°のサンプルと比べ、その数（割合）は大幅に減少した。一方、目安に対する安全率が５である２．５ｍ落下相当の衝撃エネルギーを与える衝撃試験では、９０°のサンプルにおいては、欠けを生ずるサンプルが１７％あった。１３５°のサンプルでも欠けを生ずるサンプルが７％あったが、１４５°，１５１°のサンプルには欠けが発生しなかった。このシャルピー衝撃試験の結果より、セラミックヒータのテーパ面をＣ面取りによって形成する場合、先端部に形成される稜角部分の輪郭線同士のなす角度の大きさが１４５度以上となるようにテーパ面を形成すれば、テーパ面におけるセラミックヒータの欠けを十分に防止できることがわかった。
【国際調査報告】
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