(57)【要約】【課題】  発熱抵抗体の発熱部の通電耐久性を確保しつつ、発熱抵抗体の低消費電力化を実現できるセラミックヒータ及びセラミックヒータの製造方法を提供すること。【解決手段】  セラミックヒータ１０１は、軸線ＡＸ方向に延びる直棒状の絶縁基体１０３と、これに埋設された発熱部１０５ｈ及びリード部１０５ｒ１，１０５ｒ２を有する発熱抵抗体１０５とを備える。発熱部１０５ｈは、Ｕ字状に曲げ返された形態で、自身の延伸方向ＥＳに直交する各横断面ＹＤが互いの同じとなる形態をなす。そして、発熱部１０５ｈの厚みをｔ（ｍｍ）、幅をＨ（ｍｍ）としたとき、発熱部１０５ｈは、ｔ＞Ｈを満たす形態とされている。【選択図】      図８
2010073422.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、軸線方向に自身の基端部から先端部まで延びる直棒状の絶縁基体と、
前記絶縁基体の前記先端部に埋設され、導電性セラミックからなり、通電により発熱する発熱部、及び、前記絶縁基体に埋設され、前記発熱部から前記軸線方向基端側に延び、発熱部に通電するリード部、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、
前記発熱部は、
前記軸線を含む仮想基準平面に沿ってＵ字状に曲げ返され、かつ、
自身が延びる延伸方向に直交する各横断面の形態が互いに同じになる形態を有し、
２つの端部の間に位置する中間部が、この２つの端部よりも前記軸線方向先端側となる姿勢に配置されてなり、
前記発熱部の前記仮想基準平面に直交する方向の寸法を厚みｔ（ｍｍ）とし、
前記発熱部の、前記仮想基準平面に沿い、かつ、前記延伸方向に直交する方向の寸法を幅Ｈ（ｍｍ）としたとき、
前記発熱部が、ｔ＞Ｈを満たす形態とされてなる
セラミックヒータ。
【請求項２】
請求項１に記載のセラミックヒータであって、
前記発熱抵抗体は、その全体が導電性セラミックからなる
セラミックヒータ。
【請求項３】
請求項２に記載のセラミックヒータであって、
前記発熱抵抗体は、その全体が同一組成の導電性セラミックからなり、
前記リード部は、
前記軸線方向に延びる直棒状をなし、前記軸線方向に直交する各横断面の形態が互いに同じとなる形態を有する一対の棒状部と、
この棒状部と前記発熱部の前記端部との間に位置して両者を繋ぐ連結部であって、前記軸線方向の寸法が前記棒状部及び前記発熱部よりも小さい一対の連結部と、を有し、
前記発熱部の横断面の断面積をＳｈ（ｍｍ2 ）、前記リード部の前記棒状部の横断面の断面積をＳｒ（ｍｍ2 ）としたとき、
前記発熱抵抗体は、１／２５．５≦Ｓｈ／Ｓｒ≦１／２．６を満たす形態とされてなる
セラミックヒータ。
【請求項４】
絶縁性セラミックからなり、軸線方向に自身の基端部から先端部まで延びる直棒状の絶縁基体と、
前記絶縁基体の前記先端部に埋設され、通電により発熱する発熱部であって、前記軸線を含む仮想基準平面に沿ってＵ字状に曲げ返され、かつ、自身が延びる延伸方向に直交する各横断面の形態が互いに同じになる形態を有し、２つの端部の間に位置する中間部が、この２つの端部よりも前記軸線方向先端側となる姿勢に配置されてなる発熱部、及び、
前記絶縁基体に埋設され、前記発熱部から前記軸線方向基端側に延び、発熱部に通電するリード部、を有し、
全体が導電性セラミックからなる発熱抵抗体と、
を備えるセラミックヒータの製造方法であって、
未焼成絶縁性セラミックからなり、主面、及び、この主面に凹設され、前記発熱抵抗体に対応した開口形状をなす抵抗体対応凹部であって、前記発熱部に対応したＵ字状の開口形状をなす発熱部対応凹部を少なくとも含む抵抗体対応凹部を有し、焼成後に前記絶縁基体の一部となる未焼成絶縁基体を、プレス成型する未焼成基体プレス成型工程であって、
前記発熱部対応凹部の深さをｔ１（ｍｍ）とし、前記発熱部対応凹部の内側開口縁と外側開口縁との間の距離を開口幅Ｈ１（ｍｍ）としたとき、ｔ１＞Ｈ１を満たす形態の前記発熱部対応凹部を含む前記抵抗体対応凹部を形成する未焼成基体プレス成型工程と、
スクリーン印刷により、前記未焼成絶縁基体の前記抵抗体対応凹部に未焼成導電性セラミックペーストを印刷充填して、焼成後に前記発熱部となる未焼成発熱部、及び、焼成後に前記リード部の少なくとも一部となる未焼成リード部からなり、焼成後に前記発熱抵抗体の一部又は全部となる未焼成発熱抵抗体を形成する印刷工程であって、
前記未焼成発熱部の、前記主面に直交する方向の寸法を厚みｔ２（ｍｍ）とし、前記未焼成発熱部の、前記主面に沿い、かつ、自身の延びる延伸方向に直交する方向の寸法を幅Ｈ２（ｍｍ）としたとき、ｔ２＞Ｈ２を満たす形態の前記未焼成発熱部を含む未焼成発熱抵抗体を形成する印刷工程と、
前記印刷工程後の前記未焼成絶縁基体及び前記未焼成発熱抵抗体を用いて、焼成後に前記セラミックヒータとなる未焼成セラミックヒータを形成し、これを焼成して、前記セラミックヒータを形成する焼成工程と、
を備えるセラミックヒータの製造方法。
【請求項５】
請求項４に記載のセラミックヒータの製造方法であって、
前記未焼成基体プレス成型工程では、
前記発熱部対応凹部を構成する壁面のうち、前記内側開口縁から前記発熱部対応凹部の深さ方向に延びる内側壁面を、深さ方向に進むにつれて前記外側開口縁側に向かうテーパ面であって、前記内側開口縁を通り前記主面と直交する仮想開口縁直交面との間に生じるテーパ角が、０．５度以上２０度以下であるテーパ面に形成する
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直棒状の絶縁基体と、この絶縁基体に埋設された発熱抵抗体とを備えるセラミックヒータ、及び、このようなセラミックヒータの製造方法に関する。その中でも特に、発熱抵抗体が、絶縁基体の先端部に埋設され、導電性セラミックからなり、通電により発熱する発熱部と、絶縁基体に埋設され、発熱部から軸線方向基端側に延びて発熱部に通電するリード部とを有するセラミックヒータ、及び、このようなセラミックヒータの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、絶縁性セラミックからなる直棒状の絶縁基体と、この絶縁基体に埋設された発熱抵抗体とを有するセラミックヒータが知られている。発熱抵抗体の形態としては、絶縁基体の先端部に埋設され、導電性セラミックからなり、通電により発熱する発熱部と、絶縁基体に埋設され、発熱部から基端側に延びて発熱部に通電するリード部とを有するものがある。更に、発熱部の形態としては、Ｕ字状に曲げ返された形態をなし、その２つの端部の間に位置する中間部が、この２つの端部よりも先端側となる姿勢に配置されたものがある。例えば、特許文献１の図１等にこのような形態のセラミックヒータが開示されている。従来の発熱部については、その幅Ｈが厚みｔよりも大きい形態とされていた。
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−２４３９４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記のようなＵ字状をなす発熱部では、通電時の電流密度に偏りが生じる。具体的には、電流は発熱部の内部を最短距離で流れようとするため、Ｕ字状をなす発熱部の内側部分は、外側部分よりも電流が多く流れる。つまり、発熱部の内側部分ほど電流密度が高く、外側部分ほど電流密度が低くなる。従って、このような発熱部では、発熱温度にも偏りが生じ、内側部分ほど発熱温度が高くなり、外側部分ほど発熱温度が低くなる。
【０００５】
また、セラミックヒータにおいては、ヒータの達する温度は維持しつつ、消費電力をできる限り小さくしたいという要請がある。このような発熱抵抗体の低消費電力化を実現するには、発熱部の断面積を小さくして、局所的に発熱させるのが好ましい。しかるに、Ｕ字状をなす発熱部では、上記のように発熱温度に偏りが生じるので、発熱部の断面形状を相似的に縮小して、その断面積を小さくしたのでは、発熱部の通電耐久性が低下しがちになる。このため、発熱部の断面積はある程度大きくせざる得ず、発熱部の通電耐久性と発熱抵抗体の低消費電力化とを両立させることは困難であった。
【０００６】
本発明は、かかる現状に鑑みてなされたものであって、発熱抵抗体の発熱部の断面積を小さくしても、発熱部の通電耐久性を確保できるセラミックヒータ、及び、このようなセラミックヒータの製造方法に関する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
その解決手段は、絶縁性セラミックからなり、軸線方向に自身の基端部から先端部まで延びる直棒状の絶縁基体と、前記絶縁基体の前記先端部に埋設され、導電性セラミックからなり、通電により発熱する発熱部、及び、前記絶縁基体に埋設され、前記発熱部から前記軸線方向基端側に延び、発熱部に通電するリード部、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、前記発熱部は、前記軸線を含む仮想基準平面に沿ってＵ字状に曲げ返され、かつ、自身が延びる延伸方向に直交する各横断面の形態が互いに同じになる形態を有し、２つの端部の間に位置する中間部が、この２つの端部よりも前記軸線方向先端側となる姿勢に配置されてなり、前記発熱部の前記仮想基準平面に直交する方向の寸法を厚みｔ（ｍｍ）とし、前記発熱部の、前記仮想基準平面に沿い、かつ、前記延伸方向に直交する方向の寸法を幅Ｈ（ｍｍ）としたとき、前記発熱部が、ｔ＞Ｈを満たす形態とされてなるセラミックヒータである。
【０００８】
本発明のセラミックヒータでは、Ｕ字状をなす発熱部の幅をＨ（ｍｍ）、厚みをｔ（ｍｍ）としたとき、発熱部は、ｔ＞Ｈを満たす形態とされている。発熱部をこのような形態とすることで、発熱部における通電時の電流密度の偏りを従来よりも小さくできる。何故ならば、Ｕ字状をなす発熱部は、前述したように、その外側部分よりも内側部分に電流が多く流れるため、内側部分ほど電流密度が高く、外側部分ほど電流密度が低くなる。しかし、本発明のセラミックヒータでは、この発熱部は、厚みｔに比して幅Ｈが小さい形態のため、この電流密度の偏りを、ｔ＜Ｈとなっていた従来のセラミックヒータの発熱部よりも小さくできる。このため、発熱部の発熱温度の偏りも従来よりも小さくでき、発熱部の通電耐久性を従来よりも向上させることができる。従って、発熱部の断面積を小さくして、発熱抵抗体の低消費電力化を実現しながらも、発熱部の通電耐久性を確保できる。
【０００９】
また、発熱部を上述の形態とすることにより、発熱部のうち最高温度に昇温する部位を、ｔ＜Ｈとなっていた従来の発熱部よりも、相対的に先端側に位置させることができる。このため、セラミックヒータの絶縁基体の先端部のうち最高温度となる部位も、従来よりも相対的に先端側に位置させることができる。従って、例えば、このセラミックヒータをグロープラグに用いた場合、先端側をより高い温度に発熱させることにより、エンジンの始動性を向上させることができる。
【００１０】
図３１を参照しつつ具体的に説明する。この図３１は、軸線ＡＸを含み、仮想基準平面ＨＨに垂直な平面で切断したセラミックヒータの先端部の縦断面図である。この図３１では、本発明のセラミックヒータ（ｔ＞Ｈ）と従来のセラミックヒータ（ｔ’＜Ｈ’）の外形を一致させ、本発明に係る発熱抵抗体１５と従来技術に係る発熱抵抗体５５の発熱部１５ｈ，５５ｈの位置を比較できるように示してある。
本発明のセラミックヒータでは、発熱部１５ｈを上述の形態とすることにより、発熱部１５ｈのうち最高温度に昇温する部位１５ｈｘ、即ち、最も電流密度が高くなる部位１５ｈｘを、従来におけるセラミックヒータの発熱部５５ｈの最高温度となる部位５５ｈｘよりも、先端側（図中、下方）に移動させることができる。
【００１１】
加えて、発熱部１５ｈの延伸方向に直交する横断面の断面積を、従来の発熱部５５ｈと等しいとすると、発熱部１５ｈから絶縁基体１３の表面までの径方向（図３１中、左右方向）の距離を、従来の発熱部５５ｈから絶縁基体１３の表面までの径方向の距離よりも、小さくできる。
これにより、発熱部１５ｈと絶縁基体１３の表面との温度差を小さくできる。絶縁基体１３の表面温度を従来と同じ大きさにするならば、上記温度差が小さくなった分だけ、発熱部１５ｈでの発熱温度を従来よりも低くできるので、その結果、発熱部１５ｈの耐久性を向上させることができる。
【００１２】
なお、「セラミックヒータ」としては、例えば、グロープラグに用いるセラミックヒータや、ガスセンサのセンサ部を加熱するのに用いるセラミックヒータなどが挙げられる。
「発熱抵抗体」は、上記の要件を満たす発熱部及びリード部を有していればよく、発熱部は導電性セラミックからなるが、リード部は、例えば、導電性セラミックからなっていても、或いは、タングステン線などの金属材料からなっていてもよい。
【００１３】
「発熱部」の横断面の形態は、例えば、半円状、楕円状、長円状、矩形状、台形状、多角形状などが挙げられる。
発熱部の「幅Ｈ」は、発熱部の最大幅を指す。従って、発熱部の幅が厚み方向に異なる場合には、その寸法の最大値が「幅Ｈ」となる。
発熱部の「厚みｔ」は、発熱部の最大厚みを指す。従って、発熱部の厚みが幅方向に異なる場合には、その寸法の最大値が「厚みｔ」となる。
【００１４】
更に、上記のセラミックヒータであって、前記発熱抵抗体は、その全体が導電性セラミックからなるセラミックヒータとすると良い。
【００１５】
発熱抵抗体のリード部は、その抵抗を小さくするなどの目的から、タングステン線などの金属材料で形成することが考えられる。しかしながら、タングステン線等は、絶縁基体との界面で反応を生じるおそれがある。また、タングステン線等は、熱膨張係数が発熱部を構成する導電性セラミックよりも大きいため、タングステン線等と発熱部との接続部分で強度が低下するおそれもある。
【００１６】
これに対し本発明では、発熱抵抗体の全体が導電性セラミックにより形成されている。このため、上記のようにタングステン線等を用いた場合の問題が生じない。
なお、発熱抵抗体の全体を導電性セラミックにより形成すると、リード部にタングステン線等を用いる場合に比して、リード部の抵抗が大きくなりがちになる。このようなセラミックヒータについて、発熱部で集中して発熱させるには、発熱部の抵抗を高くすべく、その横断面積を小さくしたい。そこで、前述の発明を適用すれば、発熱部の横断面積を小さくしても、発熱部の通電耐久性を確保できるので、発熱部の通電耐久性を確保しつつ、発熱抵抗体の低消費電力化を図ることが可能となる。
【００１７】
なお、「発熱抵抗体」は、その全体が導電セラミックからなるものであればよく、その全体が同一組成の導電性セラミックからなるものが挙げられる。或いは、発熱部とリード部とで導電性セラミックの組成を変えるなど、複数種の導電性セラミックからなるものでもよい。
【００１８】
更に、上記のセラミックヒータであって、前記発熱抵抗体は、その全体が同一組成の導電性セラミックからなり、前記リード部は、前記軸線方向に延びる直棒状をなし、前記軸線方向に直交する各横断面の形態が互いに同じとなる形態を有する一対の棒状部と、この棒状部と前記発熱部の前記端部との間に位置して両者を繋ぐ連結部であって、前記軸線方向の寸法が前記棒状部及び前記発熱部よりも小さい一対の連結部と、を有し、前記発熱部の横断面の断面積をＳｈ（ｍｍ2 ）、前記リード部の前記棒状部の横断面の断面積をＳｒ（ｍｍ2 ）としたとき、前記発熱抵抗体は、１／２５．５≦Ｓｈ／Ｓｒ≦１／２．６を満たす形態とされてなるセラミックヒータとすると良い。
【００１９】
発熱部の横断面の断面積をＳｈ（ｍｍ2 ）、リード部の棒状部の横断面の断面積をＳｒ（ｍｍ2 ）とする。発熱抵抗体がＳｈ／Ｓｒ＜１／２５．５を満たす形態の場合には、絶縁基体の横断面の断面積に対する発熱抵抗体の横断面の断面積Ｓｈの割合が小さすぎるため、絶縁基体の上記横断面における表面温度が位置ごとに大きくばらつくことがある。
一方、発熱抵抗体がＳｈ／Ｓｒ＞１／２．６を満たす形態の場合には、発熱部の断面積が大きすぎるために、消費電力が大きくなってしまう。また、一般に絶縁基体よりも発熱抵抗体の方が熱膨張係数が大きく、また、発熱抵抗体の中でも特に発熱部は発熱が大きい。このため、発熱部の断面積Ｓｈが大きくなると、熱膨張係数の違いによる応力も大きくなり、発熱部が損傷しやすく、通電耐久性が低下するおそれがある。
【００２０】
これに対し本発明のセラミックヒータでは、発熱抵抗体が１／２５．５≦Ｓｈ／Ｓｒ≦１／２．６を満たす形態とされている。発熱抵抗体がＳｈ／Ｓｒ≦１／２５．５を満たすことにより、絶縁基体の横断面において表面温度が位置ごとに大きくばらつくことを抑制できる。また、発熱抵抗体がＳｈ／Ｓｒ≦１／２．６を満たすことにより、消費電力を十分に小さくできる。
【００２１】
また、他の解決手段は、絶縁性セラミックからなり、軸線方向に自身の基端部から先端部まで延びる直棒状の絶縁基体と、前記絶縁基体の前記先端部に埋設され、通電により発熱する発熱部であって、前記軸線を含む仮想基準平面に沿ってＵ字状に曲げ返され、かつ、自身が延びる延伸方向に直交する各横断面の形態が互いに同じになる形態を有し、２つの端部の間に位置する中間部が、この２つの端部よりも前記軸線方向先端側となる姿勢に配置されてなる発熱部、及び、前記絶縁基体に埋設され、前記発熱部から前記軸線方向基端側に延び、発熱部に通電するリード部、を有し、全体が導電性セラミックからなる発熱抵抗体と、を備えるセラミックヒータの製造方法であって、未焼成絶縁性セラミックからなり、主面、及び、この主面に凹設され、前記発熱抵抗体に対応した開口形状をなす抵抗体対応凹部であって、前記発熱部に対応したＵ字状の開口形状をなす発熱部対応凹部を少なくとも含む抵抗体対応凹部を有し、焼成後に前記絶縁基体の一部となる未焼成絶縁基体を、プレス成型する未焼成基体プレス成型工程であって、前記発熱部対応凹部の深さをｔ１（ｍｍ）とし、前記発熱部対応凹部の内側開口縁と外側開口縁との間の距離を開口幅Ｈ１（ｍｍ）としたとき、ｔ１＞Ｈ１を満たす形態の前記発熱部対応凹部を含む前記抵抗体対応凹部を形成する未焼成基体プレス成型工程と、スクリーン印刷により、前記未焼成絶縁基体の前記抵抗体対応凹部に未焼成導電性セラミックペーストを印刷充填して、焼成後に前記発熱部となる未焼成発熱部、及び、焼成後に前記リード部の少なくとも一部となる未焼成リード部からなり、焼成後に前記発熱抵抗体の一部又は全部となる未焼成発熱抵抗体を形成する印刷工程であって、前記未焼成発熱部の、前記主面に直交する方向の寸法を厚みｔ２（ｍｍ）とし、前記未焼成発熱部の、前記主面に沿い、かつ、自身の延びる延伸方向に直交する方向の寸法を幅Ｈ２（ｍｍ）としたとき、ｔ２＞Ｈ２を満たす形態の前記未焼成発熱部を含む未焼成発熱抵抗体を形成する印刷工程と、前記印刷工程後の前記未焼成絶縁基体及び前記未焼成発熱抵抗体を用いて、焼成後に前記セラミックヒータとなる未焼成セラミックヒータを形成し、これを焼成して、前記セラミックヒータを形成する焼成工程と、を備えるセラミックヒータの製造方法である。
【００２２】
本発明の製造方法では、焼成後に絶縁基体の一部となる未焼成絶縁基体をプレス成型する未焼成基体プレス成型工程において、Ｕ字状の開口形状をなす発熱部対応凹部の深さをｔ１（ｍｍ）、開口幅をＨ１（ｍｍ）としたとき、ｔ１＞Ｈ１を満たす形態の発熱部対応凹部を含む抵抗体対応凹部を形成する。そして、このような形態の抵抗体対応凹部を有する未焼成絶縁基体に、焼成後に発熱抵抗体の一部又は全部となる未焼成発熱抵抗体を印刷形成する印刷工程において、未焼成発熱部の幅をＨ２（ｍｍ）、厚みをｔ２（ｍｍ）としたとき、ｔ２＞Ｈ２を満たす形態の未焼成発熱部を含む未焼成発熱抵抗体を形成する。
【００２３】
このような形態の未焼成発熱部を形成すれば、焼成後の発熱部も、その幅をＨ（ｍｍ）、厚みをｔ（ｍｍ）とすると、ｔ＞Ｈを満たす形態に形成される。このような発熱部は、前述したように、通電時の電流密度の偏りを従来よりも小さくできる。このため、発熱部の発熱温度の偏りも従来よりも小さくでき、発熱部の通電耐久性を従来よりも向上させることができる。従って、発熱部の断面積を小さくして、発熱抵抗体の低消費電力化を実現しながらも、発熱部の通電耐久性を確保できる。
【００２４】
また、この発熱部は、前述したように、発熱部のうち最高温度に昇温する部位を、ｔ＜Ｈとなっていた従来の発熱部よりも、相対的に先端側に位置させることができる。このため、セラミックヒータの絶縁基体の先端部のうち最高温度となる部位も、従来よりも相対的に先端側に位置させることができる。従って、例えば、このセラミックヒータをグロープラグに用いた場合、先端側をより高い温度に発熱させることにより、エンジンの始動性を向上させることができる。
【００２５】
なお、本発明における「未焼成セラミックヒータ」の形成方法は、上記の要件を満たす限りにおいて特に限定されない。例えば、印刷工程後の未焼成絶縁基体の主面上に、セラミック粉末、バインダ等を含有するセラミック粒子を載せて、プレス加工等を行うことにより、絶縁基体の残部に相当する未焼成体を形成して、未焼成セラミックヒータを形成する方法がある。
また、絶縁基体の残部に相当する未焼成絶縁体を別途形成しておいて、これを印刷工程後の未焼成絶縁基体の主面に合わせて一体化することにより、未焼成セラミックヒータを形成する方法もある。この場合、別途形成する未焼成絶縁基体に、焼成後に発熱抵抗体の残部となる未焼成発熱抵抗体を形成することができる。
【００２６】
更に、上記のセラミックヒータの製造方法であって、前記未焼成基体プレス成型工程では、前記発熱部対応凹部を構成する壁面のうち、前記内側開口縁から前記発熱部対応凹部の深さ方向に延びる内側壁面を、深さ方向に進むにつれて前記外側開口縁側に向かうテーパ面であって、前記内側開口縁を通り前記主面と直交する仮想開口縁直交面との間に生じるテーパ角が、０．５度以上２０度以下であるテーパ面に形成するセラミックヒータの製造方法。
【００２７】
本発明の製造方法では、未焼成基体プレス成型工程において、Ｕ字状の開口形状をなす発熱部対応凹部を構成する壁面のうちの内側壁面を、上記のようにテーパ角が０．５度以上をなすテーパ面としているので、プレス後の型抜けが良好となり、生産性を向上させることができる。
一方で、この内側壁面を、上記のようにテーパ角が２０度以下をなすテーパ面としているので、焼成後の発熱部は、その内側部分の体積が十分に確保される。このため、この内側部分は、通電時の電流密度が大きくならないので、発熱部の通電耐久性を十分に確保できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
（実施形態１）
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しつつ説明する。図１に、本実施形態に係るセラミックヒータ１０１を用いたグロープラグ１００を示す。また、図２及び図３に、セラミックヒータ１０１の全体を示す。また、図４に、セラミックヒータの横断面図を示す。更に、図５及び図６に、セラミックヒータ１０１の先端部１０１ｓ近傍を示す。また、図７及び図８に、発熱抵抗体１０５の発熱部１０５ｈの先端近傍を示す。
【００２９】
本実施形態１に係るグロープラグ１００は、図１に示すように、その軸線ＡＸ方向先端側（図１中、下方。以下、単に先端側とも言う。）に、通電より発熱するセラミックヒータ１０１を有する。このセラミックヒータ１０１は、図２及び図３に示すように、軸線ＡＸ方向に基端部１０１ｋ（図２及び図３中、上方）から先端部１０１ｓ（図２及び図３中、下方）まで延びる直棒状（具体的には円柱状）をなす。セラミックヒータ１０１の全長（軸線ＡＸ方向長さ）は４２ｍｍ、外径は３．３ｍｍである。このセラミックヒータ１０１は、円柱状をなす絶縁基体１０３の中に、通電によって発熱する発熱抵抗体１０５が埋設されたものである。
【００３０】
このうち絶縁基体１０３は、絶縁性セラミック（具体的には  窒化珪素質セラミック）からなる。この絶縁基体１０３は、セラミックヒータ１０１の基端部１０１ｋに対応した基端部１０３ｋから、セラミックヒータ１０１の先端部１０１ｓに対応した先端部１０３ｓまで、軸線ＡＸ方向に延びる直棒状（具体的には円柱状）をなす。先端部１０３ｓは、最先端に位置して半径ｒ＝１．５（ｍｍ）の半球状をなす半球状部１０３ｓａと、この半球状部１０３ｓａの軸線方向基端側（以下、単に基端側とも言う。）に位置し、直径がＲ＝２ｒ＝３．０（ｍｍ）、軸線ＡＸ方向長さがｒ＝１．５（ｍｍ）の円柱状をなす円柱状部１０３ｓｂとからなる（図５及び図６も参照）。従って、先端部１０３ｓ全体の軸線ＡＸ方向長さは、２ｒ＝３．０（ｍｍ）である。なお、この絶縁基体１０３（セラミックヒータ１０１）は、軸線ＡＸ方向に延びる円柱状であるため、軸線ＡＸに直交する方向の最大幅が直径Ｒである。
【００３１】
絶縁基体１０３に埋設された発熱抵抗体１０５は、発熱部１０５ｈと、これに繋がる一対のリード部１０５ｒ１，１０５ｒ２とから一体的に構成されている。この発熱抵抗体１０５は、導電性セラミック（具体的には  炭化タングステン）から形成されている。  このうち発熱部１０５ｈ（図５〜図８参照）は、軸線ＡＸを含む仮想基準平面ＨＨに沿ってＵ字状に曲げ返された形態をなす。なお、仮想基準平面ＨＨは、図２及び図５において、紙面に沿う面であり、図３及び図６において、軸線ＡＸを通って紙面に直交している面である。また、図４において、左右方向に延びると共に紙面に直交している面である。
【００３２】
この発熱部１０５ｈは、自身が延びる延伸方向ＥＳに直交する各横断面ＹＤの形態が互いに同じとなる形態（延伸方向ＥＳに一様な形態）をなしている（図７及び図８参照）。そして、このＵ字状をなす発熱部１０５ｈは、２つの端部１０５ｈｋ１，１０５ｈｋ２が基端側に位置し、２つの端部１０５ｈｋ１，１０５ｈｋ２の間に位置する中間部１０５ｈｓがこの２つの端部１０５ｈｋ１，１０５ｈｋ２よりも先端側に位置する姿勢に配置されている。
【００３３】
発熱部１０５ｈの仮想基準平面ＨＨに直交する方向の寸法を厚みｔ（ｍｍ）とすると、本実施形態１では厚みｔ＝０．５０（ｍｍ）である。また、発熱部１０５ｈの、仮想基準平面ＨＨに沿い、かつ、自身の延伸方向ＥＳに直交する方向の寸法を幅Ｈ（ｍｍ）とすると、本実施形態１では幅Ｈ＝０．３００（ｍｍ）である。従って、この発熱部１０５ｈは、ｔ＞Ｈを満たす形態とされている。
具体的には、図７及び図８に示すように、発熱部１０５ｈは、第１主面１０５ｈａ、これに平行な第２主面１０５ｈｂ、これらに直交すると共にこれらを結ぶ内側側面１０５ｈｃ及び外側側面１０５ｈｄとから構成されている。そして、発熱部１０５ｈは、自身の延伸方向ＥＳに直交する各横断面ＹＤがｔ＞Ｈを満たす矩形状とされている。発熱部１０５ｈの各横断面ＹＤの断面積Ｓｈは０．１５ｍｍ2 である。また、発熱部１０５ｈの軸線方向長さＹ３は、１．４５ｍｍである（図３参照）。
【００３４】
発熱部１０５ｈに繋がる一対のリード部１０５ｒ１，１０５ｒ２は、棒状部１０５ｒｃ１，１０５ｒｃ２と、連結部１０５ｒｅ１，１０５ｒｅ２と、電極部１０５ｒｄ１，１０５ｒｄ２とから一体的に構成されている（図２〜図６参照）。
【００３５】
このうち棒状部１０５ｒｃ１，１０５ｒｃ２は、軸線ＡＸ方向に延びる直棒状をなし、軸線ＡＸ方向に直交する各横断面の形態が軸線ＡＸ方向に一様な形態（具体的には半円柱状）を有する。この棒状部１０５ｒｃ１，１０５ｒｃ２は、後述する連結部１０５ｒｅ１，１０５ｒｅ２を介して発熱部１０５ｈの端部１０５ｈｋ１，１０５ｈｋ２にぞれぞれ繋がる一方、絶縁基体１０３の基端部１０３ｋ内まで延設されている。
各々の棒状部１０５ｒｃ１，１０５ｒｃ２の軸線方向長さＹ１は、３９．２ｍｍである（図３参照）。また、各々の棒状部１０５ｒｃ１，１０５ｒｃ２の横断面の断面積Ｓｒは、１．４５ｍｍ2 である。従って、発熱部１０５ｈと棒状部１０５ｒｃ１，１０５ｒｃ２との断面積Ｓｈ，Ｓｒの比は、１／２５．５≦Ｓｈ／Ｓｒ≦１／２．６を満たしている。具体的には、Ｓｈ／Ｓｒ＝１／９．７である。
【００３６】
連結部１０５ｒｅ１，１０５ｒｅ２は、棒状部１０５ｒｃ１，１０５ｒｃ２と発熱部１０５ｈの端部１０５ｈｋ１，１０５ｈｋ２との間に位置して両者を繋いでいる。この連結部１０５ｒｅ１，１０５ｒｅ２は、先端の断面積が発熱部１０５ｈの断面積Ｓｈと等しくされている一方、基端の断面積が棒状部１０５ｒｃ１，１０５ｒｃ２の断面積Ｓｒと等しくされている。そして、連結部１０５ｒｅ１，１０５ｒｅ２は、先端側から基端側に進むにつれて、断面積が徐々に大きくなる形態とされている。この連結部１０５ｒｅ１，１０５ｒｅ２の軸線ＡＸ方向長さＹ２は、０．９ｍｍである（図３参照）。従って、軸線ＡＸ方向に見て、連結部１０５ｒｅ１，１０５ｒｅ２は、棒状部１０５ｒｃ１，１０５ｒｃ２及び発熱部１０５ｈよりも短い。
【００３７】
電極部１０５ｒｄ１，１０５ｒｄ２は、棒状部１０５ｒｃ１，１０５ｒｃ２の所定位置から絶縁基体１０３の外周に延出しており、外部との電気的接続に利用される。この電極部１０５ｒｄ１，１０５ｒｄ２は、概略直方体形状をなしている。このうち一方の電極部１０５ｒｄ１は、絶縁基体１０３の基端部１０３ｋに配置され、一方の棒状部１０５ｒｃ１に接続すると共に、セラミックヒータ１０１の外部に露出している。また、他方の電極部１０５ｒｄ２は、絶縁基体１０３の基端部１０３ｋよりもやや先端側の所定位置に配置され、もう一方の棒状部１０５ｒｃ２に接続すると共に、セラミックヒータ１０１の外部に露出している。
【００３８】
なお、この発熱抵抗体１０５の全体の抵抗値は３５０ｍΩである。また、発熱抵抗値１０５のうち発熱部１０５ｈの抵抗値は１２５ｍΩ、リード部１０５ｒ１，１０５ｒ２の抵抗値は２２５ｍΩである。
【００３９】
次に、グロープラグ１００のその他の部分について説明する（図１参照）。グロープラグ１００は、上述のセラミックヒータ１０１の基端側部分を保持する筒状の主体金具１２０を有する。この主体金具１２０は、先端側に位置し、セラミックヒータ１０１を保持するヒータ保持部材１２３と、このヒータ保持部材１２３の基端側に位置する主体金具本体１２１とから構成されている。
このうち主体金具本体１２１は、軸線ＡＸ方向に基端部１２１ｋから先端部１２１ｓまで延びる筒状をなしている。主体金具本体１２１の基端部１２１ｋには、このグロープラグ１００をディーゼルエンジンに取り付けるに際して、トルクレンチ等の工具を係合させるための六角断面形状の工具係合部１２１ｅが形成されている。また、主体金具本体１２１のうち、工具係合部１２１ｅよりも先端側の外周には、取付用のねじ部１２１ｆが形成されている。
【００４０】
この主体金具本体１２１の内側には、その基端側から、セラミックヒータ１０１に電力を供給するための棒状の金属端子軸１２５が、主体金具本体１２１と電気的に絶縁した状態で配置されている。主体金具本体１２１と金属端子軸１２５との間には、主体金具本体１２１の内周に形成された棚部１２１ｇの基端側に、気密封止及び水密封止のためのＯリング１２７が配置されている。また、主体金具本体１２１と金属端子軸１２５との間のうち、Ｏリング１２７の基端側には、通電端子軸１２５が挿通する筒状の絶縁ブッシュ１２９が配置されている。この絶縁ブッシュ１２９は、後述する端子金具１３３によって先端側に押圧され、Ｏリング１２７を棚部１２１ｇとの間で圧縮している。
【００４１】
ヒータ保持部材１２３は、筒状をなし、その基端部１２３ｋが主体金具本体１２１の先端部１２１ｓに溶接されている。このヒータ保持部材１２３には、前述のセラミックヒータ１０１の基端側部分が挿入され固定されている。具体的には、セラミックヒータ１０１は、先端部１０１ｓ及び基端部１０１ｋがそれぞれ突出するようにして、ヒータ保持部材１２３内に圧入されて、これに保持されている。
【００４２】
主体金具本体１２１に挿通された金属端子軸１２５の基端部１２５ｋは、主体金具本体１２１よりも基端側に突出している。そして、この基端部１２５ｋには、上記の絶縁ブッシュ１２９を介して端子金具１３３が取り付けられている。
一方、金属端子軸１２５の先端部１２５ｓは、筒状の接続リング１３５に挿入されて、これに溶接されている。また、この接続リング１３５には、他方でセラミックヒータ１０１の基端部１０１ｋが圧入され、基端部１０１ｋに設けられた一方の電極部１０５ｒｄ１（図１では不図示）が、接続リング１３５に電気的に接続されている。これにより、セラミックヒータ１０１の一方の電極部１０５ｒｄ１と、金属端子軸１２５とが電気的に接続されている。なお、セラミックヒータ１０１のもう一方の電極部１０５ｒｄ２（図１では不図示）は、セラミックヒータ１０１を保持するヒータ保持部材１２３、従って、主体金具１２０に電気的に接続されている。
【００４３】
以上で説明したように、本実施形態１のセラミックヒータ１０１では、Ｕ字状をなす発熱部１０５ｈの幅をＨ（ｍｍ）、厚みをｔ（ｍｍ）としたとき、発熱部１０５ｈは、ｔ＞Ｈを満たす形態とされている。発熱部１０５ｈをこのような形態とすることで、発熱部１０５ｈにおける通電時の電流密度の偏りを従来よりも小さくできる。何故なら、Ｕ字状をなす発熱部１０５ｈは、前述したように、その外側部分（外側側面１０５ｈｄ側部分）よりも内側部分（内側側面１０５ｈｃ側部分）に電流が多く流れるため、内側部分ほど電流密度が高く、外側部分ほど電流密度が低くなる。しかし、本実施形態１では、この発熱部１０５ｈは、厚みｔに比して幅Ｈが小さい形態のため、この電流密度の偏りを、ｔ＜Ｈとなっていた従来のセラミックヒータの発熱部よりも小さくできる。このため、発熱部１０５ｈの発熱温度の偏りも従来よりも小さくでき、発熱部１０５ｈの通電耐久性を従来よりも向上させることができる。従って、発熱部１０５ｈの断面積Ｓｈを小さくして、発熱抵抗体１０５の低消費電力化を実現しながらも、発熱部１０５ｈの通電耐久性を確保できる。
【００４４】
また、発熱部１０５ｈを上述の形態とすることにより、発熱部１０５ｈのうち最高温度に昇温する部位を、ｔ＜Ｈとなっていた従来の発熱部よりも、相対的に先端側に位置させることができる。このため、セラミックヒータ１０１のうち最高温度となる部位も、従来よりも相対的に先端側に位置させることができる。特に、このセラミックヒータ１０１は、グロープラグ用のヒータであるため、このように先端側をより高い温度に発熱させることにより、ディーゼルエンジンの始動性を向上させることができる。
【００４５】
また、本実施形態１では、発熱抵抗体１０５の全体が導電性セラミックで形成されている。このため、リード部１０５ｒ１，１０５ｒ２にタングステン線等の金属材料を用いた場合の問題（絶縁基体１０３との界面で反応を生じたり、発熱部１０５との接続部分で耐久性が低下するなど）が生じない。
なお、発熱抵抗体１０５の全体を導電性セラミックにより形成すると、リード部１０５ｒ１，１０５ｒ２にタングステン線等を用いる場合に比して、リード部１０５ｒ１，１０５ｒ２の抵抗が大きくなりがちになる。このようなセラミックヒータ１０１について、発熱部１０５ｈで集中して発熱させるには、発熱部１０５ｈの抵抗を高くすべく、その横断面積Ｓｈを小さくしたい。そこで、発熱部１０５ｈを前述のような形態とすれば、発熱部１０５ｈの横断面積Ｓｈを小さくしても、発熱部１０５ｈの通電耐久性を確保できる。従って、発熱部１０５ｈの通電耐久性を確保しつつ、発熱抵抗体１０５の低消費電力化を図ることができる。
【００４６】
また、本実施形態１では、発熱部１０５ｈの横断面ＹＤの断面積をＳｈ（ｍｍ2 ）、リード部１０５ｒ１，１０５ｒ２の棒状部１０５ｒｃ１，１０５ｒｃ２の横断面の断面積をＳｒ（ｍｍ2 ）としたとき、発熱抵抗体は、１／２５．５≦Ｓｈ／Ｓｒ≦１／２．６を満たす形態とされている。発熱抵抗体１０５をＳｈ／Ｓｒ≧１／２５．５を満たす形態とすることにより、絶縁基体１０３の横断面において表面温度が位置ごとに大きくばらつくことを抑制できる。一方、熱抵抗体１０５をＳｈ／Ｓｒ≦１／２．６を満たす形態とすることにより、消費電力を十分に小さくできる。
【００４７】
次に、上記セラミックヒータ１０１及び上記グロープラグ１００の製造方法について説明する。まず、セラミックヒータ１００の製造方法について説明する（図９〜図２２参照）。
まず、第１未焼成基体形成工程において、絶縁性セラミック粉末、バインダ等を含有するセラミック粒子を、金型でプレス成型して、焼成後に絶縁基体１０３の一部となる第１未焼成絶縁基体１５１を形成する（図９〜図１２参照）。
【００４８】
この第１未焼成絶縁基体１５１は、絶縁基体１０３を、図２に示した縦断面図が見られるように仮想基準平面ＨＨで二分割したものの一方に対応する形状をなす。具体的には、図９〜図１２に示すように、この第１未焼成絶縁基体１５１は、第１主面１５１ａを有する概略半円柱状をなす。そして、この第１主面１５１ａには、発熱抵抗体１０５に対応した形状をなす第１抵抗体対応凹部１５１ｊが凹設されている。この第１抵抗体対応凹部１５１ｊは、発熱抵抗体１０５の発熱部１０５ｈに対応したＵ字状の開口形状をなす発熱部対応凹部１５１ｊａと、リード部１０５ｒ１，１０５ｒ２に対応した開口形状をなす第１リード対応凹部１５１ｊｂとからなる。
【００４９】
Ｕ字状の開口形状をなす発熱部対応凹部１５１ｊａは、底面１５１ｊａｂと、内側壁面１５１ｊａｃと、外側側面１５１ｊａｄとから構成されている。底面１５１ｊａｂは、第１主面１５１ａに平行で平面視Ｕ字状の形態を有する。また、内側壁面１５１ｊａｃは、発熱部対応凹部１５１ｊａの内側を構成する面であり、第１主面１５１ａ及び底面１５１ｊａｂに直交して、第１主面１５１ａと底面１５１ｊａｂとを結ぶ。この内側壁面１５１ｊａｃは、第１主面１５１ａ側から見ると（図９参照）、Ｕ字状に湾曲している。また、外側壁面１５１ｊａｄは、発熱部対応凹部１５１ｊａの外側を構成する面であり、第１主面１５１ａ及び底面１５１ｊａｂに直交して、第１主面１５１ａと底面１５１ｊａｂとを結ぶ。この外側壁面１５１ｊａｄは、第１主面１５１ａ側から見ると（図９参照）、内側側面１５１ｊａｃと等間隔をなしてＵ字状に湾曲している。
【００５０】
また、この発熱部対応凹部１５１ｊａにおいて、第１主面１５１ａから底面１５１ｊａｂまでの寸法を深さｔ１（ｍｍ）とする。また、第１主面１５１ａと内側壁面１５１ｊａｃとが交わる内側開口縁１５１ｊａｆ１と、第１主面１５１ａと外側壁面１５１ｊａｄとが交わる外側開口縁１５１ｊａｆ２との間の距離を開口幅Ｈ１（ｍｍ）とする。そうすると、この発熱部対応凹部１５１ｊａは、ｔ１＞Ｈ１を満たす形態とされている。具体的には、深さｔ１＝０．４８（ｍｍ）であり、開口幅Ｈ１＝０．３（ｍｍ）である。そして、発熱部対応凹部１５１ｊａは、自身の延伸方向に直交する各横断面がｔ１＞Ｈ１を満たす矩形状とされている（図１２参照）。
【００５１】
次に、第１透孔ＴＣ１を有する第１メタルマスクＭＭ１を用意する（図１３参照）。第１透孔ＴＣ１は、第１未焼成絶縁基体１５１の第１抵抗体対応凹部１５１ｊの全体に対応した開口形状をなす。具体的には、この第１透孔ＴＣ１は、第１抵抗体対応凹部１５１ｊの発熱部対応凹部１５１ｊａに対応したＵ字状の開口形状をなす第１発熱部対応孔部ＴＣ１ａと、第１抵抗体対応凹部１５１ｊの第１リード対応凹部１５１ｊｂに対応した開口形状をなす第１リード対応孔部ＴＣ１ｂとからなる。
【００５２】
そして、第１印刷工程において、この第１メタルマスクＭＭ１を第１未焼成絶縁基体１５１の第１主面１５１ａ上に位置合わせをして載置する。その後、スキージＳＫにより、第１未焼成導電性セラミックペーストＤＰ１を第１抵抗体対応凹部１５１ｊ内及び第１透孔ＴＣ１内に印刷充填する（図１４及び図１５も参照）。なお、第１未焼成導電性セラミックペーストＤＰ１は、導電性セラミック粉末７０重量％、絶縁性セラミック粉末３０重量％からなるセラミック粉末、バインダ、溶媒等から作られる。
これにより、焼成後に発熱抵抗体１０５の一部となる第１未焼成発熱抵抗体１６１を形成する。この第１未焼成発熱抵抗体１６１は、焼成後に発熱部１０５ｈの全体となる未焼成発熱部１６１ｈと、焼成後にリード部１０５ｒ１，１０５ｒ２の一部となる第１未焼成リード部１６１ｒとからなる。
【００５３】
図１２に対応した図１５に示すように、未焼成発熱部１６１ｈにおいて、第１主面１５１ａに直交する方向の寸法を厚みｔ２（ｍｍ）とする。また、第１主面１５１ａに沿い、かつ、自身の延伸方向に直交する方向の寸法を幅Ｈ２（ｍｍ）とする。そうすると、この未焼成発熱部１６１ｈは、ｔ２＞Ｈ２を満たす形態とされている。具体的には、厚みｔ２＝０．５（ｍｍ）であり、幅Ｈ２＝０．３（ｍｍ）である。そして、未焼成発熱部１６１ｈは、自身の延伸方向に直交する各横断面がｔ２＞Ｈ２を満たす矩形状とされている。
【００５４】
この一方で、第２未焼成基体プレス成型工程において、絶縁性セラミック粉末、バインダ等を含有するセラミック粒子を、金型でプレス成型して、焼成後に絶縁基体１０３の残部となる第２未焼成絶縁基体１５３を形成する（図１６〜図１８参照）。この第２未焼成絶縁基体１５３は、絶縁基体１０３を、図２に示した断面図が見られるように仮想基準平面ＨＨで二分割したもののもう一方に対応する形状を有する。具体的には、図１６〜図１８に示すように、第２未焼成絶縁基体１５３は、第２主面１５３ａを有する概略半円柱状をなす。そして、この第２主面１５３ａには、発熱抵抗体１０５に対応した形状をなす第２抵抗体対応凹部１５３ｊが凹設されている。この第２抵抗体対応凹部１５３ｊは、発熱抵抗体１０５のリード部１０５ｒ１，１０５ｒ２に対応した開口形状をなす第２リード対応凹部１５３ｊｂのみからなり、発熱部１０５ｈに対応した部分は有しない。
【００５５】
次に、第２透孔ＴＣ２を有する第２メタルマスクＭＭ２を用意する（図１９参照）。第２透孔ＴＣ２は、第２未焼成絶縁基体１５３の第２抵抗体対応凹部１５３ｊの全体に対応した開口形状をなす。第２抵抗体対応凹部１５３ｊは、上記のように第２リード対応凹部１５３ｊｂのみからなるので、この第２透孔ＴＣ２は、第２リード対応凹部１５３ｊｂに対応した開口形状をなす第２リード対応孔部ＴＣ２ｂのみからなる。
【００５６】
そして、第２印刷工程において、この第２メタルマスクＭＭ２を第２未焼成絶縁基体１５３の第２主面１５３ａ上に位置合わせをして載置する。その後、スキージＳＫにより、第２未焼成導電性セラミックペーストＤＰ２を第２抵抗体対応凹部１５３ｊ及び第２透孔ＴＣ２内に印刷充填する（図２０も参照）。これにより、焼成後に発熱抵抗体１０５の残部となる第２未焼成発熱抵抗体１６３を形成する。この第２未焼成発熱抵抗体１６３は、焼成後にリード部１０５ｒ１，１０５ｒ２の残部となる第２未焼成リード部１６３ｒのみからなり、焼成後の発熱部１０５ｈに相当する部分は存在しない。なお、本実施形態１では、第２未焼成導電性セラミックペーストＤＰ２に前述の第１未焼成導電性セラミックペーストＤＰ１と同じものを用いる。
【００５７】
次に、焼成工程において、まず、第１印刷工程後の第１未焼成絶縁基体１５１の第１主面１５１ａと、第２印刷工程後の第２未焼成絶縁基体１５３の第２主面１５３ａとを合わせて、焼成後にセラミックヒータ１０１となる未焼成セラミックヒータ１７０を形成する（図２１及び図２２参照）。具体的には、第１未焼成絶縁基体１５１と第２未焼成絶縁基体１５３とを金型を用いてプレスして一体化することにより、未焼成セラミックヒータ１７０を形成する。これにより、第１未焼成絶縁基体１５１と第２未焼成絶縁基体１５３とから、焼成後に絶縁基体１０３となる未焼成絶縁基体１７１が形成される。また、第１未焼成発熱抵抗体１６１と第２未焼成発熱抵抗体１６３とから、焼成後の発熱部１０５ｈに対応した未焼成発熱部１７３ｈ及び焼成後のリード部１０５ｒ１，１０５ｒ２に対応した未焼成リード部１７３ｒからなる未焼成発熱抵抗体１７３が形成される。
【００５８】
続いて、未焼成セラミックヒータ１７０からバインダ成分等を除去するために、未焼成セラミックヒータ１７０を窒素雰囲気下で所定温度（例えば約８００℃）で仮焼成する。その後、窒素雰囲気下で所定温度（例えば１８００℃）でホットプレス焼成を行うことにより、セラミックヒータ１０１を得る。ホットプレス焼成の焼成収縮は、プレス方向に対して焼成後に約１／２に収縮するが、それ以外の方向にはほとんど収縮しない。本実施形態１では、図３において紙面に直交する方向をプレス方向として、ホットプレス焼成を行った。このため、図８，図１２などに示す形状は焼成前後でほとんど変化がない。その後は、このセラミックヒータ１０１に研磨等の加工を施して、図２等に示したセラミックヒータ１０１を完成させる。
【００５９】
以上で説明したように、本実施形態１のセラミックヒータ１０１の製造方法では、焼成後に絶縁基体１０３の一部となる第１未焼成絶縁基体１５１をプレス成型する第１未焼成基体プレス成型工程において、Ｕ字状の開口形状をなす発熱部対応凹部１５１ｊａの深さをｔ１（ｍｍ）、開口幅をＨ１（ｍｍ）としたとき、ｔ１＞Ｈ１を満たす形態の発熱部対応凹部１５１ｊａを含む第１抵抗体対応凹部１５１ｊを形成する。
そして、このような形態の第１抵抗体対応凹部１５１ｊを有する第１未焼成絶縁基体１５１に、焼成後に発熱抵抗体１０５の一部となる第１未焼成発熱抵抗体１６１を印刷形成する第１印刷工程を行う。この工程では、第１未焼成発熱部１６１の幅をＨ２（ｍｍ）、厚みをｔ２（ｍｍ）としたとき、ｔ２＞Ｈ２を満たす形態の未焼成発熱部１６１ｈを含む第１未焼成発熱抵抗体１６１を形成する。
【００６０】
このような形態の未焼成発熱部１６１ｈを形成すれば、焼成後の発熱部１０５ｈも、その幅をＨ（ｍｍ）、厚みをｔ（ｍｍ）とすると、前述したように、ｔ＞Ｈを満たす形態に形成される。このような発熱部１０５ｈは、前述したように、通電時の電流密度の偏りを従来よりも小さくできる。このため、発熱部１０５ｈの発熱温度の偏りも従来よりも小さくでき、発熱部１０５ｈの通電耐久性を従来よりも向上させることができる。従って、発熱部１０５ｈの断面積Ｓｈを小さくして、発熱抵抗体１０５の低消費電力化を実現しながらも、発熱部１０５ｈの通電耐久性を確保できる。
【００６１】
また、焼成後の発熱部１０５ｈは、発熱部１０５ｈのうち最高温度に発熱する部位を従来よりも相対的に先端側に位置させることができるので、セラミックヒータ１０１のうち最高温度となる部位も従来よりも相対的に先端側に位置させることができる。特に、このセラミックヒータ１０１は、グロープラグ用のヒータであるため、このように先端側をより高い温度に発熱させることにより、ディーゼルエンジンの始動性を向上させることができる。
【００６２】
次いで、上記グロープラグ１００の製造方法について説明する。まず、セラミックヒータ１０１を上記の製造方法により製造する（ヒータ製造工程）。また、主体金具本体１２１やヒータ保持部材１２３、接続リング１３５、金属端子軸１２５、Ｏリング１２７、絶縁ブッシュ１２９、端子金具１３３など、グロープラグ１００を構成するその他の部材も用意する。次に、これらの部材を用いてグロープラグ１００を組み立てて、図１に示したグロープラグ１００を得る（プラグ組立工程）。
【００６３】
（実施形態２）
次いで、第２の実施形態について説明する。上記実施形態１のセラミックヒータ１０１は、Ｕ字状に延びる発熱部１０５ｈの延伸方向ＥＳに直交する各横断面ＹＤの形状を矩形状としている（図８参照）。これに対し、本実施形態２のセラミックヒータ２０１では、Ｕ字状に延びる発熱部２０５ｈの延伸方向ＥＳに直交する各横断面ＹＤの形状を台形状（逆台形状）とする（図２３参照）。
【００６４】
また、上記実施形態１のセラミックヒータ１０１の製造方法では、第１未焼成絶縁基体１５１に設ける第１抵抗体対応凹部１５１ｊのうち、発熱部対応凹部１５１ｊａの横断面の形状を矩形状としている（図１２及び図１５参照）。これに対し、本実施形態２のセラミックヒータ２０１の製造方法では、第１未焼成絶縁基体２５１に設ける第１抵抗体対応凹部２５１ｊのうち、発熱部対応凹部２５１ｊａの横断面の形状を台形状（逆台形状）とする（図２４参照）。それ以外は、上記実施形態１と同様であるので、上記実施形態１と同様な部分の説明は、省略または簡略化する。
【００６５】
本実施形態２のセラミックヒータ２０１は、発熱部２０５ｈの形態のみが上記実施形態１と異なる。この発熱部２０５ｈは、上記実施形態１の発熱部１０５ｈと同様に、軸線ＡＸを含む仮想基準平面ＨＨに沿ってＵ字状に曲げ返された形態をなし、自身の延伸方向ＥＳに直交する各横断面ＹＤが互いに同じとなる形態（延伸方向ＥＳに一様な形態）をなしている。
一方、この発熱部２０５ｈは、図２３に示すように、第１主面２０５ｈａ、これに平行な第２主面２０５ｈｂ、これらを結ぶ内側側面２０５ｈｃ及び外側側面２０５ｈｄとから構成されている。そして、発熱部２０５ｈの延伸方向ＥＳに直交する各横断面ＹＤの形状が台形状をなす。
【００６６】
具体的には、内側側面２０５ｈｃは、第１主面２０５ｈａから第２主面２０５ｈに進むにつれて外側（外側側面２０５ｈｄ側）に向かうテーパ面とされている。この内側側面２０５ｈｃは、第１主面２０５ｈａの内側縁２０５ｈｆ１を通り第１主面２０５ｈａと直交する仮想直交面ＨＶ１１との間に生じるテーパ角θ１が、０．５度以上２０度以下である。具体的には、テーパ角θ１＝１０（度）である。
また、外側側面２０５ｈｄは、第１主面２０５ｈａから第２主面２０５ｈに進むにつれて内側（内側側面２０５ｈｃ側）に向かうテーパ面とされている。この外側側面２０５ｈｄは、第１主面２０５ｈａの外側縁２０５ｈｆ２を通り第１主面２０５ｈａと直交する仮想直交面ＨＶ２１との間に生じるテーパ角θ２が、０．５度以上２０度以下である。具体的には、テーパ角θ２＝１０（度）である。
【００６７】
また、この発熱部２０５ｈの厚みｔは０．５０（ｍｍ）であり、幅Ｈは０．３８１（ｍｍ）である。従って、この発熱部２０５ｈも、その全体がｔ＞Ｈを満たす形態とされている。発熱部２０５ｈの横断面ＹＤの断面積Ｓｈは、上記実施形態１の発熱部１０５ｈの横断面ＹＤの断面積Ｓｈ（＝０．１５ｍｍ2 ）と等しくされている。
【００６８】
このようなセラミックヒータ２０１も、上記実施形態１と同様に、発熱部２０５ｈが、ｔ＞Ｈを満たす形態とされている。このため、発熱部２０５ｈにおける通電時の電流密度の偏りを従来よりも小さくできる。従って、発熱部２０５ｈの発熱温度の偏りも従来よりも小さくでき、発熱部２０５ｈの通電耐久性を従来よりも向上させることができる。よって、低消費電力化を実現しながらも、発熱部２０５ｈの通電耐久性を確保できる。
また、発熱部２０５ｈのうち最高温度に発熱する部位を従来よりも相対的に先端側に位置させることができるので、セラミックヒータ２０１のうち最高温度となる部位も従来よりも相対的に先端側に位置させることができる。これにより、ディーゼルエンジンの始動性を向上させることができる。その他、上記実施形態１と同様な部分は、上記実施形態１と同様な作用効果を奏する。
【００６９】
このような発熱部２０５ｈ部を有するセラミックヒータ２０１は、次のように製造する。即ち、まず、第１未焼成基体形成工程を行い、第１未焼成絶縁基体２５１をプレス成型する（図２４参照）。
この第１未焼成絶縁基体２５１に設けられる第１抵抗体対応凹部２５１ｊは、発熱部２０５ｈに対応したＵ字状の開口形状をなす発熱部対応凹部２５１ｊａと、リード部１０５ｒ１，１０５ｒ２に対応した開口形状をなす第１リード対応凹部１５１ｊｂとからなる。
【００７０】
発熱部対応凹部２５１ｊａは、底面２５１ｊａｂと、内側壁面２５１ｊａｃと、外側壁面２５１ｊａｄとから構成されている。底面２５１ｊａｂは、第１主面２５１ａに平行で平面視Ｕ字状の形態を有する。
内側壁面２５１ｊａｃは、第１主面１５１ａと底面１５１ｊａｂとを結んで、発熱部対応凹部１５１ｊａの内側を構成する面である。この内側壁面２５１ｊａｃは、深さ方向（底面１５１ｊａｂ側）に進むにつれて外側開口縁２５１ｊａｆ２側（外側壁面２５１ｊａｄ側）に向かうテーパ面とされている。この内側壁面２５１ｊａｃは、内側開口縁２５１ｊａｆ１を通り第１主面２５１ａと直交する仮想開口縁直交面ＨＷ１との間に生じるテーパ角θ１１が、０．５度以上２０度以下である。具体的には、テーパ角θ１１＝１０（度）である。
【００７１】
また、外側壁面２５１ｊａｄは、第１主面１５１ａと底面１５１ｊａｂとを結んで、発熱部対応凹部１５１ｊａの外側を構成する面である。この外側壁面２５１ｊａｄは、深さ方向（底面１５１ｊａｂ側）に進むにつれて内側開口縁２５１ｊａｆ１側（内側壁面２５１ｊａｃ側）に向かうテーパ面とされている。この外側壁面２５１ｊａｄは、外側開口縁２５１ｊａｆ２を通り第１主面２５１ａと直交する仮想開口縁直交面ＨＷ２との間に生じるテーパ角θ２１が、０．５度以上２０度以下である。具体的には、テーパ角θ２１＝１０（度）である。
【００７２】
また、この発熱部対応凹部２５１ｊａの深さｔ１は０．４８（ｍｍ）であり、開口幅Ｈ１は０．３８１（ｍｍ）である。従って、この発熱部対応凹部２５１ｊａは、ｔ１＞Ｈ１を満たす形態、具体的には、自身の延伸方向に直交する各横断面がｔ１＞Ｈ１を満たす台形状とされている。発熱部対応凹部２５１ｊａを、このような形態とすることで、プレス後の型抜けが良好となるため、生産性を向上させることができる。
【００７３】
次に、第１印刷工程を行い、焼成後に発熱抵抗体１０５の一部となる第１未焼成発熱抵抗体２６１を形成する（図２４参照）。この第１未焼成発熱抵抗体２６１は、焼成後に発熱部１０５ｈの全体となる未焼成発熱部２６１ｈと、焼成後にリード部１０５ｒ１，１０５ｒ２の一部となる第１未焼成リード部１６１ｒとからなる。このうち、未焼成発熱部２６１ｈは、ｔ２＞Ｈ２を満たす形態とされている。具体的には、未焼成発熱部２６１ｈは、厚みｔ２＝０．５０（ｍｍ）であり、幅Ｈ２＝０．３８１（ｍｍ）であり、自身の延伸方向に直交する各横断面がｔ２＞Ｈ２を満たす台形状とされている。
その後は、上記実施形態１と同様に、第２未焼成基体形成工程、第２印刷工程、未焼成ヒータ形成工程、焼成工程等を行って、セラミックヒータ２０１を完成させる。
【００７４】
このように本実施形態２のセラミックヒータ２０１の製造方法では、第１未焼成基体プレス成型工程において、Ｕ字状の開口形状をなす発熱部対応凹部２５１ｊａの深さをｔ１（ｍｍ）、開口幅をＨ１（ｍｍ）としたとき、ｔ１＞Ｈ１を満たす形態の発熱部対応凹部２５１ｊａを含む第１抵抗体対応凹部２５１ｊを形成する。そして、このような形態の第１抵抗体対応凹部２５１ｊを有する第１未焼成絶縁基体２５１に、第１印刷工程において、未焼成発熱部２６１ｈの幅をＨ２（ｍｍ）、厚みをｔ２（ｍｍ）としたとき、ｔ２＞Ｈ２を満たす形態の未焼成発熱部２６１ｈを含む未焼成発熱抵抗体２６１を形成する。
【００７５】
このような形態の未焼成発熱部２６１ｈを形成すれば、焼成後の発熱部２０５ｈも、その幅をＨ（ｍｍ）、厚みをｔ（ｍｍ）とすると、前述したように、ｔ＞Ｈを満たす形態に形成される。このような発熱部２０５ｈは、通電時の電流密度の偏りを従来よりも小さくできる。このため、発熱部２０５ｈの発熱温度の偏りも従来よりも小さくでき、発熱部２０５ｈの通電耐久性を従来よりも向上させることができる。従って、発熱部２０５ｈの断面積を小さくして、発熱抵抗体２０５の低消費電力化を実現しながらも、発熱部２０５ｈの通電耐久性を確保できる。
【００７６】
また、本実施形態２では、第１未焼成基体プレス成型工程において、発熱部対応凹部２５１ｊａを構成する壁面のうちの内側壁面２５１ｊａｃを、前述したようにテーパ角θ１１が０．５度以上（具体的には１０度）のテーパ面としているので、プレス後の型抜けが良好となり、生産性を向上させることができる。
その一方で、この内側壁面２５１ｊａｃを、テーパ角θ１１が２０度以下（具体的には１０度）のテーパ面としているので、焼成後の発熱部２０５ｈは、その内側部分（内側側面２０５ｈｃ側の部分）の体積が十分に確保される。このため、この内側部分は通電時の電流密度がそれほど大きくならないので、発熱部２０５ｈの通電耐久性を十分に確保できる。
その他、上記実施形態１と同様な部分は、上記実施形態１と同様な作用効果を奏する。
【００７７】
（実施形態３）
次いで、第３の実施形態について説明する。上記実施形態２のセラミックヒータ２０１は、Ｕ字状に延びる発熱部２０５ｈの延伸方向ＥＳに直交する各横断面ＹＤの形状を台形状とし、前記テーパ角をθ１＝θ２＝１０（度）としている（図２３参照）。これに対し、本実施形態３のセラミックヒータ３０１は、Ｕ字状に延びる発熱部３０５ｈの延伸方向ＥＳに直交する各横断面ＹＤの形状を台形状とし、テーパ角をθ１＝θ２＝０．５（度）とする（図２５参照）。また、発熱部３０５ｈの断面積Ｓｈを上記実施形態１，２と等しくするために、発熱部３０５の幅Ｈの大きさを変更している。それ以外は、上記実施形態１または２と同様であるので、上記実施形態１または２と同様な部分の説明は、省略または簡略化する。
【００７８】
本実施形態３のセラミックヒータ３０１の発熱部３０５ｈは、図２５に示すように、第１主面３０５ｈａ、これに平行な第２主面３０５ｈｂ、これらを結ぶ内側側面３０５ｈｃ及び外側側面３０５ｈｄとから構成されている。そして、発熱部３０５ｈの延伸方向ＥＳに直交する各横断面ＹＤの形状が台形状（逆台形状）をなす。具体的には、内側側面３０５ｈｃは、第１主面３０５ｈａの内側縁３０５ｈｆ１を通り第１主面３０５ｈａと直交する仮想直交面ＨＶ１２との間に生じるテーパ角θ１が、０．５度以上２０度以下をなすテーパ面である。具体的には、テーパ角θ１＝０．５（度）である。また、外側側面３０５ｈｄは、第１主面３０５ｈａの外側縁３０５ｈｆ２を通り第１主面３０５ｈａと直交する仮想直交面ＨＶ２２との間に生じるテーパ角θ２が、０．５度以上２０度以下をなすテーパ面である。具体的には、テーパ角θ２＝０．５（度）である。
【００７９】
また、この発熱部３０５ｈの厚みｔは０．５０（ｍｍ）であり、幅Ｈは０．３０４（ｍｍ）である。従って、この発熱部３０５ｈも、その全体がｔ＞Ｈを満たす形態とされている。発熱部３０５ｈの各横断面ＹＤの断面積Ｓｈは、上記実施形態１，２の発熱部１０５ｈ，２０５ｈの横断面ＹＤの断面積Ｓｈ（＝０．１５ｍｍ2 ）と等しい。なお、このような発熱部３０５ｈを有するセラミックヒータ３０１は、上記実施形態２と同様に製造する。
【００８０】
このようなセラミックヒータ３０１も、上記実施形態１等と同様に、発熱部３０５ｈが、ｔ＞Ｈを満たす形態とされている。このため、発熱部３０５ｈにおける通電時の電流密度の偏りを従来よりも小さくできる。従って、発熱部３０５ｈの発熱温度の偏りも従来よりも小さくでき、発熱部３０５ｈの通電耐久性を従来よりも向上させることができる。よって、低消費電力化を実現しながらも、発熱部３０５ｈの通電耐久性を確保できる。
【００８１】
また、発熱部３０５ｈの内側側面３０５ｈｃ及び外側側面３０５ｈｄをテーパ角θ１＝θ２＝０．５（度）のテーパ面としているので、これに対応した発熱部対応凹部を含む抵抗体対応凹部を形成する際に、プレス後の型抜けが良好となり、生産性を向上させることができる。その一方で、この発熱部３０５ｈは、その内側部分（内側側面３０５ｈｃ側の部分）の体積が十分に確保される。このため、この内側部分は通電時の電流密度が大きくならないので、発熱部３０５ｈの通電耐久性を十分に確保できる。その他、上記実施形態１または２と同様な部分は、上記実施形態１または２と同様な作用効果を奏する。
【００８２】
（実施形態４）
次いで、第４の実施形態について説明する。上記実施形態２のセラミックヒータ２０１は、Ｕ字状に延びる発熱部２０５ｈの延伸方向ＥＳに直交する各横断面ＹＤの形状を台形状とし、前記テーパ角をθ１＝θ２＝１０（度）としている（図２３参照）。これに対し、本実施形態４のセラミックヒータ４０１は、Ｕ字状に延びる発熱部４０５ｈの延伸方向ＥＳに直交する各横断面ＹＤの形状を台形状とし、テーパ角をθ１＝θ２＝２５（度）とする（図２６参照）。また、発熱部４０５ｈの断面積Ｓｈを上記実施形態１〜３と等しくするために、発熱部４０５ｈの幅Ｈの大きさを変更している。それ以外は、上記実施形態１〜３と同様であるので、上記実施形態１〜３と同様な部分の説明は、省略または簡略化する。
【００８３】
本実施形態４のセラミックヒータ４０１の発熱部４０５ｈは、図２６に示すように、第１主面４０５ｈａ、これに平行な第２主面４０５ｈｂ、これらを結ぶ内側側面４０５ｈｃ及び外側側面４０５ｈｄとから構成されている。そして、発熱部４０５ｈの延伸方向ＥＳに直交する各横断面ＹＤの形状が台形状（逆台形状）をなす。具体的には、内側側面４０５ｈｃは、第１主面４０５ｈａの内側縁４０５ｈｆ１を通り第１主面４０５ｈａと直交する仮想直交面ＨＶ１３との間に生じるテーパ角θ１が、２５度をなすテーパ面である。外側側面４０５ｈｄは、第１主面４０５ｈａの外側縁４０５ｈｆ２を通り第１主面４０５ｈａと直交する仮想直交面ＨＶ２３との間に生じるテーパ角θ２が、２５度をなすテーパ面である。
【００８４】
また、この発熱部４０５ｈの厚みｔは０．５３（ｍｍ）であり、幅Ｈは０．５１０（ｍｍ）である。従って、この発熱部４０５ｈも、その全体がｔ＞Ｈを満たす形態とされている。発熱部４０５ｈの各横断面ＹＤの断面積Ｓｈは、上記実施形態１〜３の発熱部１０５ｈ，２０５ｈ，３０５ｈの横断面ＹＤの断面積Ｓｈ（＝０．１５ｍｍ2 ）と等しい。なお、このような発熱部３０５ｈを有するセラミックヒータ３０１は、上記実施形態２等と同様に製造する。
【００８５】
このようなセラミックヒータ４０１も、上記実施形態１等と同様に、発熱部４０５ｈが、ｔ＞Ｈを満たす形態とされている。このため、発熱部４０５ｈにおける通電時の電流密度の偏りを従来よりも小さくできる。従って、発熱部４０５ｈの発熱温度の偏りも従来よりも小さくでき、発熱部４０５ｈの通電耐久性を従来よりも向上させることができる。よって、低消費電力化を実現しながらも、発熱部４０５ｈの通電耐久性を確保できる。
また、発熱部４０５ｈの内側側面４０５ｈｃ及び外側側面４０５ｈｄをテーパ面としているので、これに対応した発熱部対応凹部を含む抵抗体対応凹部を形成する際に、プレス後の型抜けが良好となり、生産性を向上させることができる。その他、上記実施形態１〜３と同様な部分は、上記実施形態１〜３と同様な作用効果を奏する。
【００８６】
（実施形態５）
次いで、第５の実施形態について説明する。上記実施形態２のセラミックヒータ２０１は、Ｕ字状に延びる発熱部２０５ｈの延伸方向ＥＳに直交する各横断面ＹＤの形状を台形状とし、テーパ角をθ１＝θ２＝１０（度）としている（図２３参照）。これに対し、本実施形態５のセラミックヒータ５０１は、Ｕ字状に延びる発熱部５０５ｈの延伸方向ＥＳに直交する各横断面ＹＤの形状を台形状とし、テーパ角をθ１＝θ２＝５（度）とする（図２７参照）。また、発熱部５０５ｈの断面積Ｓｈを上記実施形態１〜４と等しくするために、発熱部５０５の厚みｔ及び幅Ｈの大きさを変更している。それ以外は、上記実施形態１〜４と同様であるので、上記実施形態１〜４と同様な部分の説明は、省略または簡略化する。
【００８７】
本実施形態５のセラミックヒータ５０１の発熱部５０５ｈは、図２７に示すように、第１主面５０５ｈａ、これに平行な第２主面５０５ｈｂ、これらを結ぶ内側側面５０５ｈｃ及び外側側面５０５ｈｄとから構成されている。そして、発熱部５０５ｈの延伸方向ＥＳに直交する各横断面ＹＤの形状が台形状（逆台形状）をなす。具体的には、内側側面５０５ｈｃは、第１主面５０５ｈａの内側縁５０５ｈｆ１を通り第１主面５０５ｈａと直交する仮想直交面ＨＶ１４との間に生じるテーパ角θ１が、０．５度以上２０度以下をなすテーパ面である。具体的には、テーパ角θ１＝５（度）である。外側側面５０５ｈｄは、第１主面５０５ｈａの外側縁５０５ｈｆ２を通り第１主面５０５ｈａと直交する仮想直交面ＨＶ２４との間に生じるテーパ角θ２が、０．５度以上２０度以下をなすテーパ面である。具体的には、テーパ角θ２＝５（度）である。
【００８８】
また、この発熱部５０５ｈの厚みｔは０．７５（ｍｍ）であり、幅Ｈは０．２６２（ｍｍ）である。従って、この発熱部５０５ｈも、その全体がｔ＞Ｈを満たす形態とされている。発熱部５０５ｈの各横断面ＹＤの断面積Ｓｈは、上記実施形態１〜４の発熱部１０５ｈ，２０５ｈ，３０５ｈ，４０５ｈの横断面ＹＤの断面積Ｓｈ（＝０．１５ｍｍ2 ）と等しい。なお、このような発熱部５０５ｈを有するセラミックヒータ５０１は、上記実施形態２等と同様に製造する。
【００８９】
このようなセラミックヒータ５０１も、上記実施形態１等と同様に、発熱部５０５ｈが、ｔ＞Ｈを満たす形態とされている。このため、発熱部５０５ｈにおける通電時の電流密度の偏りを従来よりも小さくできる。従って、発熱部５０５ｈの発熱温度の偏りも従来よりも小さくでき、発熱部５０５ｈの通電耐久性を従来よりも向上させることができる。よって、低消費電力化を実現しながらも、発熱部５０５ｈの通電耐久性を確保できる。
【００９０】
また、発熱部５０５ｈの内側側面５０５ｈｃ及び外側側面５０５ｈｄを、テーパ角θ１＝θ２＝５（度）のテーパ面としているので、これに対応した発熱部対応凹部を含む抵抗体対応凹部を形成する際に、プレス後の型抜けが良好となり、生産性を向上させることができる。その一方で、この発熱部５０５ｈは、その内側部分（内側側面５０５ｈｃ側の部分）の体積が十分に確保される。このため、この内側部分は通電時の電流密度が大きくならないので、発熱部５０５ｈの通電耐久性を十分に確保できる。その他、上記実施形態１〜４と同様な部分は、上記実施形態１〜４と同様な作用効果を奏する。
【００９１】
（実施形態６）
次いで、第６の実施形態について説明する。上記実施形態２のセラミックヒータ２０１は、Ｕ字状に延びる発熱部２０５ｈの延伸方向ＥＳに直交する各横断面ＹＤの形状を台形状とし、テーパ角をθ１＝θ２＝１０（度）としている（図２３参照）。これに対し、本実施形態６のセラミックヒータ６０１は、Ｕ字状に延びる発熱部６０５ｈの延伸方向ＥＳに直交する各横断面ＹＤの形状を台形状とするが、テーパ角の一方をθ１＝５（度）とすると共に、テーパ角の他方をθ２＝１０（度）と異ならせる（図２８参照）。また、発熱部６０５ｈの断面積Ｓｈを上記実施形態１〜５と等しくするために、発熱部６０５の厚みｔ及び幅Ｈの大きさを変更している。それ以外は、上記実施形態１〜５と同様であるので、上記実施形態１〜５と同様な部分の説明は、省略または簡略化する。
【００９２】
本実施形態６のセラミックヒータ６０１の発熱部６０５ｈは、図２８に示すように、第１主面６０５ｈａ、これに平行な第２主面６０５ｈｂ、これらを結ぶ内側側面６０５ｈｃ及び外側側面６０５ｈｄとから構成されている。そして、発熱部６０５ｈの延伸方向ＥＳに直交する各横断面ＹＤの形状が台形状（逆台形状）をなす。具体的には、内側側面６０５ｈｃは、第１主面６０５ｈａの内側縁６０５ｈｆ１を通り第１主面６０５ｈａと直交する仮想直交面ＨＶ１５との間に生じるテーパ角θ１が、０．５度以上２０度以下をなすテーパ面である。具体的には、テーパ角θ１＝５（度）である。外側側面６０５ｈｄは、第１主面６０５ｈａの外側縁６０５ｈｆ２を通り第１主面６０５ｈａと直交する仮想直交面ＨＶ２５との間に生じるテーパ角θ２が、０．５度以上２０度以下をなすテーパ面である。具体的には、テーパ角θ２＝１０（度）である。
【００９３】
また、この発熱部６０５ｈの厚みｔは０．５（ｍｍ）であり、幅Ｈは０．３６７（ｍｍ）である。従って、この発熱部６０５ｈも、その全体がｔ＞Ｈを満たす形態とされている。発熱部６０５ｈの各横断面ＹＤの断面積Ｓｈは、上記実施形態１〜５の発熱部１０５ｈ，２０５ｈ，３０５ｈ，４０５ｈ，５０５ｈの横断面ＹＤの断面積Ｓｈ（＝０．１５ｍｍ2 ）と等しい。なお、このような発熱部６０５ｈを有するセラミックヒータ６０１は、上記実施形態２等と同様に製造する。
【００９４】
このようなセラミックヒータ６０１も、上記実施形態１等と同様に、発熱部６０５ｈが、ｔ＞Ｈを満たす形態とされている。このため、発熱部６０５ｈにおける通電時の電流密度の偏りを従来よりも小さくできる。従って、発熱部６０５ｈの発熱温度の偏りも従来よりも小さくでき、発熱部６０５ｈの通電耐久性を従来よりも向上させることができる。よって、低消費電力化を実現しながらも、発熱部６０５ｈの通電耐久性を確保できる。
【００９５】
また、発熱部６０５ｈの内側側面６０５ｈｃ及び外側側面６０５ｈｄを、テーパ面としている。とりわけ、本実施形態６では、２つのテーパ角θ１，θ２の大きさを異ならせて、外側のテーパ角をθ２＝１０（度）と相対的に大きくしているので、発熱部対応凹部を含む抵抗体対応凹部を形成する際に、プレス後の型抜けが良好となり、生産性を特に向上させることができる。一方、内側のテーパ角をθ１＝５（度）と相対的に小さくしているので、この発熱部６０５ｈは、その内側部分（内側側面６０５ｈｃ側の部分）の体積が十分に確保される。このため、この内側部分は通電時の電流密度が大きくならないので、発熱部６０５ｈの通電耐久性を十分に確保できる。その他、上記実施形態１〜５と同様な部分は、上記実施形態１〜５と同様な作用効果を奏する。
【００９６】
（比較形態１）
次いで、第１の比較形態について説明する。上記実施形態１のセラミックヒータ１０１は、Ｕ字状に延びる発熱部１０５ｈの延伸方向ＥＳに直交する各横断面ＹＤの形状を、ｔ＞Ｈを満たす矩形状としている（図８参照）。これに対し、この比較形態１のセラミックヒータは、Ｕ字状に延びる発熱部８０５ｈの延伸方向ＥＳに直交する各横断面ＹＤの形状を、Ｈ＞ｔを満たす矩形状とする（図２９参照）。それ以外は、上記実施形態１と同様であるので、上記実施形態１と同様な部分の説明は、省略または簡略化する。
【００９７】
この比較形態１の発熱部８０５ｈは、図２９に示すように、第１主面８０５ｈａ、これに平行な第２主面８０５ｈｂ、これらを結ぶ内側側面８０５ｈｃ及び外側側面８０５ｈｄとから構成されている。そして、発熱部８０５ｈの延伸方向ＥＳに直交する各横断面ＹＤにおいて、厚みｔは０．１５（ｍｍ）であり、幅Ｈは１．０００（ｍｍ）である。従って、この発熱部８０５ｈは、上記実施形態１〜５とは異なり、Ｈ＞ｔを満たす形態とされている。
【００９８】
（比較形態２）
次いで、第２の比較形態について説明する。上記実施形態２のセラミックヒータ２０１は、Ｕ字状に延びる発熱部２０５ｈの延伸方向ＥＳに直交する各横断面ＹＤの形状を、ｔ＞Ｈを満たす台形状としている（図２３参照）。これに対し、この比較形態２のセラミックヒータは、Ｕ字状に延びる発熱部９０５ｈの延伸方向ＥＳに直交する各横断面ＹＤの形状を、Ｈ＞ｔを満たす台形状とする（図３０参照）。それ以外は、上記実施形態２等と同様であるので、上記実施形態２等と同様な部分の説明は、省略または簡略化する。
【００９９】
この比較形態２の発熱部９０５ｈは、図３０に示すように、第１主面９０５ｈａ、これに平行な第２主面９０５ｈｂ、これらを結ぶ内側側面９０５ｈｃ及び外側側面９０５ｈｄとから構成されている。そして、発熱部９０５ｈの延伸方向ＥＳに直交する各横断面ＹＤの形状が台形状（逆台形状）をなす。具体的には、内側側面９０５ｈｃは、第１主面９０５ｈａの内側縁９０５ｈｆ１を通り第１主面９０５ｈａと直交する仮想直交面ＨＶ１５との間に生じるテーパ角θ１が１０度をなすテーパ面である。外側側面９０５ｈｄは、第１主面９０５ｈａの外側縁９０５ｈｆ２を通り第１主面９０５ｈａと直交する仮想直交面ＨＶ２５との間に生じるテーパ角θ２が１０度をなすテーパ面である。
また、この発熱部９０５ｈの厚みｔは０．２０（ｍｍ）であり、幅Ｈは０．７８０（ｍｍ）である。従って、この発熱部９０５ｈは、上記比較形態１と同様に、Ｈ＞ｔを満たす形態とされている。
【０１００】
（実施例）
次いで、本発明の効果を検証するために行った試験の結果について説明する。実施例１〜７として、表１に示すように、発熱部の厚みｔ、幅Ｈ、テーパ角θ１，θ２を変更した７種類のセラミックヒータを用意した。具体的には、実施例１として、上記実施形態１のセラミックヒータ１０１を用意した。また、実施例２として、上記実施形態２のセラミックヒータ２０１を用意した。また、実施例３として、上記実施形態３のセラミックヒータ３０１を用意した。また、実施例４として、上記実施形態４のセラミックヒータ４０１を用意した。実施例５として、上記実施形態５のセラミックヒータ５０１を用意した。更に、実施例６として、厚みｔ＝０．５０（ｍｍ）、幅Ｈ＝０．３４０（ｍｍ）、テーパ角θ１＝θ２＝５（度）としたセラミックヒータを用意した。また、実施例７として、厚みｔ＝０．５０（ｍｍ）、幅Ｈ＝０．４６８（ｍｍ）、テーパ角θ１＝θ２＝２０（度）としたセラミックヒータを用意した。
【０１０１】
また、比較例１，２として、表１に示すように、発熱部の厚みｔ、幅Ｈ、テーパ角θ１，θ２を変更した２種類のセラミックヒータを用意した。具体的には、比較例１として、上記比較形態１のセラミックヒータを用意した。また、実施例２として、上記比較形態２のセラミックヒータを用意した。
【０１０２】
【表１】
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【０１０３】
各実施例１〜７及び比較例１，２のセラミックヒータについて、通電耐久性試験を行った。具体的には、通電１秒後に１０００℃となる電圧を印加して、その後１４００℃になるまでその電圧を維持する。１４００℃に到達したら通電をオフして、セラミックヒータをエアにて３０秒間、強制冷却する。このサイクルを繰り返し行った。そして、１万５千サイクル後、３万サイクル後、５万サイクル後、７万５千サイクル後、１０万サイクル後の各時点で発熱抵抗体の抵抗値を調べ、その抵抗値が試験開始前の抵抗値に対して１０％以上変化した時点で不合格（ＮＧ）とした。
【０１０４】
その結果、比較例１，２のセラミックヒータは、１万５千サイクルを終えた時点で既に不合格となった。これらに対し、実施例４のセラミックヒータ４０１は、５万サイクルを終えた時点で不合格となったものの、３万サイクル後までは良好であった。また、これら以外の実施例１〜３，５〜７のセラミックヒータでは、１０万サイクルを行った後でも良好であった。
【０１０５】
このことから、発熱部の形態をｔ＞Ｈを見たす形態とすることにより、通電耐久性が向上することが判る。また、テーパ角θ１，θ２を２０度以下とすることにより、通電耐久性がより一層向上することが判る。
なお、抵抗値変化の原因を調査したところ、抵抗値が大幅に変化した発熱抵抗体では、発熱部にＣｒの凝集やＥｒのマイグレーションが観察された。また、発熱部にクラックが観察されたものもあった。発熱部の内側部分に電流の流れが集中することと、その内側部分がセラミックヒータの内部寄りに位置するために、内部温度が上昇してこのような不具合が生じるものと考えられる。
【０１０６】
次に、実施例１〜７及び比較例１，２のセラミックヒータを各５０ヶ製造し、第１未焼成絶縁基体プレス成型工程における歩留まりを調べた。具体的には、プレス後の発熱部対応凹部の形状で合否を判断して歩留まりを求めた。なお、比較形態１のセラミックヒータは、第１未焼成基体の主面上に未焼成発熱部を形成するため、この調査の対象外としている。
【０１０７】
その結果、テーパ角θ１＝θ２＝０（度）、つまり、内側側面及び外側側面がテーパ面とされていない実施例１のセラミックヒータ１０１では、歩留まりが３２％であった。また、テーパ角θ１＝θ２＝０．５（度）の実施例３のセラミックヒータ３０１では、歩留まりが９４％であった。また、テーパ角θ１，θ２が５度以上のセラミックヒータ（実施例２，４〜７及び比較例１，２）では、歩留まりが９８％〜１００％であった。このことから、テーパ角θ１，θ２を０．５度以上、より好ましくは５度以上とすることにより、歩留まりが大幅に向上することが判る。
【０１０８】
以上の試験結果から、発熱部の通電耐久性を十分に確保しつつ、歩留まりも向上させるためには、発熱部の形態を、ｔ＞Ｈを見たす形態とすると共に、テーパ角θ１，θ２が０．５度以上２０度以下となる形態とするのがよい。
【０１０９】
以上において、本発明を実施形態１〜６に即して説明したが、本発明は上述の実施形態１〜６に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で、適宜変更して適用できることはいうまでもない。
例えば、上記実施形態１等では、第１未焼成絶縁基体１５１を形成し、これに第１未焼成発熱抵抗体２６１を印刷形成する一方、これらとは別に、第２未焼成絶縁基体１５３を形成し、これに第２未焼成発熱抵抗体２６３を印刷形成している。そしてその後、これらを一体化させて未焼成セラミックヒータ１７０を形成している。
【０１１０】
しかし、第２未焼成発熱抵抗体２６３を形成しない方法を採用することもできる。つまり、第１未焼成絶縁基体に、焼成後の発熱抵抗体の全体に対応する第１未焼成発熱抵抗体を形成し、これらに、第２未焼成発熱抵抗体を形成していない状態の第２未焼成絶縁基体を重ねて一体化して、未焼成セラミックヒータを形成する方法である。
更に、第２未焼成絶縁基体１５３を別途形成しない方法を採用することもできる。つまり、第１未焼成発熱抵抗体を印刷形成した第１未焼成絶縁基体の第１主面上に、セラミック粒子を載せてプレス加工等を行うことにより、第２未焼成絶縁基体に相当する部分を直接形成して、未焼成セラミックヒータを形成する方法である。
【図面の簡単な説明】
【０１１１】
【図１】実施形態１に係るグロープラグの縦断面図である。
【図２】実施形態１に係るセラミックヒータの縦断面図である。
【図３】実施形態１に係るセラミックヒータの図２と直交する方向から見た部分縦断面図である。
【図４】実施形態１に係るセラミックヒータの図２におけるＡ−Ａ’横断面図である。
【図５】実施形態１に係るセラミックヒータの図２の先端部分を示す部分拡大断面図である。
【図６】実施形態１に係るセラミックヒータの図３の先端部分を示す部分拡大断面図である。
【図７】実施形態１に係るセラミックヒータのうち、発熱抵抗体の発熱部の先端近傍を示す平面図である。
【図８】実施形態１に係るセラミックヒータのうち、発熱抵抗体の発熱部の図７におけるＢ−Ｂ’横断面図である。
【図９】実施形態１に係るセラミックヒータの製造方法に関し、第１未焼成絶縁基体の第１主面側から見た平面図である。
【図１０】実施形態１に係るセラミックヒータの製造方法に関し、第１未焼成絶縁基体の縦断面を示す図であり、図９及び図１１におけるＣ−Ｃ’縦断面図である。
【図１１】実施形態１に係るセラミックヒータの製造方法に関し、第１未焼成絶縁基体の横断面を示す図であり、図９及び図１０におけるＤ−Ｄ’横断面図である。
【図１２】実施形態１に係るセラミックヒータの製造方法に関し、第１未焼成絶縁基体の第１抵抗体対応凹部の発熱部対応凹部近傍を示す部分拡大断面図であり、図９におけるＥ−Ｅ’断面図である。
【図１３】実施形態１に係るセラミックヒータの製造方法に関し、第１未焼成絶縁基体に第１メタルマスクを載置して第１未焼成導電性セラミックペーストを印刷する様子を示す説明図である。
【図１４】実施形態１に係るセラミックヒータの製造方法に関し、第１未焼成絶縁基体の第１抵抗体対応凹部内及び第１メタルマスクの第１透孔内に第１未焼成導電性セラミックペーストを印刷充填した様子を示す説明図である。
【図１５】実施形態１に係るセラミックヒータの製造方法に関し、第１未焼成絶縁基体の第１抵抗体対応凹部の第１発熱部対応凹部内等に、未焼成発熱部を印刷形成した様子を示す図であり、図１２に対応する説明図である。
【図１６】実施形態１に係るセラミックヒータの製造方法に関し、第２未焼成絶縁基体の第２主面側から見た平面図である。
【図１７】実施形態１に係るセラミックヒータの製造方法に関し、第２未焼成絶縁基体の縦断面を示す図であり、図１６及び図１８におけるＦ−Ｆ’断面図である。
【図１８】実施形態１に係るセラミックヒータの製造方法に関し、第２未焼成絶縁基体の横断面を示す図であり、図１６及び図１７におけるＧ−Ｇ’断面図である。
【図１９】実施形態１に係るセラミックヒータの製造方法に関し、第２未焼成絶縁基体に第２メタルマスクを載置して第２未焼成導電性セラミックペーストを印刷する様子を示す説明図である。
【図２０】実施形態１に係るセラミックヒータの製造方法に関し、第２未焼成絶縁基体の第２抵抗体対応凹部内及び第２メタルマスクの第２透孔内に第２未焼成導電性セラミックペーストを印刷充填した様子を示す説明図である。
【図２１】実施形態１に係るセラミックヒータの製造方法に関し、第１印刷工程後の第１未焼成絶縁基体と第２印刷工程後の第２未焼成絶縁基体とを合わせる様子を示す説明図である。
【図２２】実施形態１に係るセラミックヒータの製造方法に関し、第１未焼成絶縁基体と第２未焼成絶縁基体等を一体化して未焼成セラミックヒータを形成した様子を示す説明図である。
【図２３】実施形態２に係るセラミックヒータのうち、発熱抵抗体の発熱部の横断面図であり、実施形態１における図８に対応する図である。
【図２４】実施形態２に係るセラミックヒータの製造方法に関し、第１未焼成絶縁基体の第１抵抗体対応凹部の第１発熱部対応凹部内等に、未焼成発熱部を印刷形成した様子を示す説明図である。
【図２５】実施形態３に係るセラミックヒータのうち、発熱抵抗体の発熱部の横断面図であり、実施形態１における図８に対応する図である。
【図２６】実施形態４に係るセラミックヒータのうち、発熱抵抗体の発熱部の横断面図であり、実施形態１における図８に対応する図である。
【図２７】実施形態５に係るセラミックヒータのうち、発熱抵抗体の発熱部の横断面図であり、実施形態１における図８に対応する図である。
【図２８】実施形態６に係るセラミックヒータのうち、発熱抵抗体の発熱部の横断面図であり、実施形態１における図８に対応する図である。
【図２９】比較形態１に係るセラミックヒータのうち、発熱抵抗体の発熱部の横断面図であり、実施形態１における図８に対応する図である。
【図３０】比較形態２に係るセラミックヒータのうち、発熱抵抗体の発熱部の横断面図であり、実施形態１における図８に対応する図である。
【図３１】本発明に係るセラミックヒータと従来技術に係るセラミックヒータとの高温発熱部分の相異を示す説明図である。
【符号の説明】
【０１１２】
１００  グロープラグ
１０１，２０１，３０１，４０１，５０１，６０１  セラミックヒータ
１０１ｓ  先端部
１０１ｋ  基端部
１０３  絶縁基体
１０３ｓ  先端部
１０３ｋ  基端部
１０５，２０５，３０５，４０５，５０５，６０５  発熱抵抗体
１０５ｈ，２０５ｈ，３０５ｈ，４０５ｈ，５０５ｈ，６０５ｈ，８０５ｈ，９０５ｈ  発熱部
１０５ｈｓ  中間部
１０５ｈｋ１，１０５ｈｋ２  端部
１０５ｒ１，１０５ｒ２  リード部
１０５ｒｃ１，１０５ｒｃ２  棒状部
１０５ｒｅ１，１０５ｒｅ２  連結部
１５１，２５１  第１未焼成絶縁基体
１５１ａ，２５１ａ  第１主面
１５１ｊ，２５１ｊ  第１抵抗体対応凹部
１５１ｊａ，２５１ｊａ  発熱部対応凹部
１５１ｊａｂ，２５１ｊａｂ  底面
１５１ｊａｃ，２５１ｊａｃ  内側壁面
１５１ｊａｄ，２５１ｊａｄ  外側壁面
１５１ｊａｆ１，２５１ｊａｆ１  内側開口縁
１５１ｊａｆ２，２５１ｊａｆ２  外側開口縁
１５１ｊｂ  第１リード対応凹部
１６１，２６１  第１未焼成発熱抵抗体
１６１ｈ，２６１ｈ  未焼成発熱部
１６１ｒ  第１未焼成リード部
１７０  未焼成セラミックヒータ
ＡＸ  軸線
ＨＨ  仮想基準平面
ＥＳ  延伸方向
ＹＤ  横断面
ＨＷ１，ＨＷ２  仮想開口縁直交面
Ｓｈ，Ｓｒ  断面積
Ｈ，Ｈ２  幅
Ｈ１  開口幅
ｔ，ｔ２  厚み
ｔ１  深さ
θ１，θ２，θ１１，θ２１  テーパ角
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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