(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸線方向に延びる形態をなし、通電により自身の先端部が発熱するセラミックヒータであって、
絶縁性のセラミックからなり、前記軸線方向に延びる形態をなす絶縁基体と、
導電性のセラミックからなり、前記絶縁基体に埋設されてなる発熱抵抗体と、
を備え、
前記発熱抵抗体は、
前記絶縁基体の先端部に埋設され、基端側から先端側に延び、方向転換した後、再び基端側に延びる形態をなし、通電により発熱する発熱部と、
この発熱部の基端にぞれぞれ接続し、前記発熱部よりも太く形成され、前記軸線方向の基端側に延びる形態をなす一対のリード部と、
この一対のリード部にそれぞれ接続すると共に、径方向外側に延びて外部に露出してなる一対のリード取出部と、を含み、
前記軸線方向に直交する前記セラミックヒータの断面のうち、前記リード部が存在する任意の断面において、
この断面の中心を通る仮想直線のうち、この仮想直線に沿って測った一対の前記リード部同士の間隙ａが最小となる線分を含む仮想直線を最小仮想直線とし、
この最小仮想直線上における一対の前記リード部のそれぞれの寸法をｂ，ｃとしたときに、
式  ａ≧０．１５（ｂ＋ｃ）を満たしてなる
セラミックヒータ。
【請求項２】
軸線方向に延びる円柱状をなし、通電により自身の先端部が発熱するセラミックヒータであって、
絶縁性のセラミックからなり、前記軸線方向に延びる円柱状をなす絶縁基体と、
導電性のセラミックからなり、前記絶縁基体に埋設されてなる発熱抵抗体と、
を備え、
前記発熱抵抗体は、
前記絶縁基体の先端部に埋設され、基端側から先端側に延び、方向転換した後、再び基端側に延びる形態をなし、通電により発熱する発熱部と、
この発熱部の基端にぞれぞれ接続し、前記発熱部よりも太く形成され、前記軸線方向の基端側に延びる形態をなす一対のリード部と、
この一対のリード部にそれぞれ接続すると共に、径方向外側に延びて外部に露出してなる一対のリード取出部と、を含み、
前記軸線方向に直交する前記セラミックヒータの断面のうち、前記リード部が存在する任意の断面において、
前記絶縁基体の直径をＤ（ｍｍ）とし、
この断面の中心を通る仮想直線のうち、この仮想直線に沿って測った一対の前記リード部同士の間隙ａ（ｍｍ）が最小となる線分を含む仮想直線を最小仮想直線とし、
この最小仮想直線上における一対の前記リード部のそれぞれの寸法をｂ（ｍｍ），ｃ（ｍｍ）としたときに、
２≦Ｄ≦１０を満たし、かつ、
式  ａ≦Ｄ−（ｂ＋ｃ）−０．２を満たしてなる
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、
更に、式  ａ≧０．１５（ｂ＋ｃ）を満たしてなる
セラミックヒータ。
【請求項４】
請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載のセラミックヒータを備えるグロープラグ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、グロープラグ等の着火源等に用いられるセラミックヒータ、及び、これを用いたグロープラグに関する。
【背景技術】
【０００２】
ディーゼルエンジンの予熱用に使用されるグロープラグは、近年、特に急速昇温可能なものの需要が増加している。例えば、１１Ｖの印加で２〜３秒程度で１０００℃に到達する程の昇温性能が求められている。このような要求を満たすために、例えば特許文献１〜３では、導電性のセラミックである窒化珪素−炭化タングステン複合焼結体により、先端部（発熱部）が高抵抗で、リード部が低抵抗な発熱抵抗体を形成している。【０００３】
【特許文献１】特開２００２−２０３６６５号公報
【特許文献２】特開２００２−２２０２８５号公報
【特許文献３】特開２００２−２８９３２７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、例えば特許文献２に記載されているように、低抵抗化のために炭化タングステンの含有量を増加させると、それに比例して窒化珪素−炭化タングステン複合焼結体からなる発熱抵抗体の熱膨張係数も大きくなるため、窒化珪素セラミックからなる絶縁基体との熱膨張係数の差も大きくなる。このため、その製造過程や使用過程において、大きな熱応力を受けることとなり、発熱抵抗体と絶縁基体との界面で両者間に隙間が生じる等の不具合が生じやすくなる。【０００５】
また、急速昇温を実現するために、発熱抵抗体は、先端の発熱部を細くし、リード部を太くする構造としている。それ故、径大化されたリード部では、製造過程や使用過程で掛かる熱応力も大きくなるため、発熱抵抗体と絶縁基体との界面で隙間が生じる等の不具合が生じやすい。また、リード部を導電性セラミックで構成するオールセラミックヒータでは、タングステンリード線を使用するヒータに比して、セラミックヒータの全長が長くなる傾向があるので、製造過程や使用過程で掛かる熱応力も大きくなりがちである。従って、オールセラミックヒータでは、上記の界面で隙間が生じる等の不具合が特に生じやすい。【０００６】
本発明は、かかる現状に鑑みてなされたものであって、製造過程や使用過程において発熱抵抗体と絶縁基体との界面で両者間に隙間が生じる等の不具合が起こりにくいセラミックヒータ及びこれを用いたグロープラグを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
その解決手段は、軸線方向に延びる形態をなし、通電により自身の先端部が発熱するセラミックヒータであって、絶縁性のセラミックからなり、前記軸線方向に延びる形態をなす絶縁基体と、導電性のセラミックからなり、前記絶縁基体に埋設されてなる発熱抵抗体と、を備え、前記発熱抵抗体は、前記絶縁基体の先端部に埋設され、基端側から先端側に延び、方向転換した後、再び基端側に延びる形態をなし、通電により発熱する発熱部と、この発熱部の基端にぞれぞれ接続し、前記発熱部よりも太く形成され、前記軸線方向の基端側に延びる形態をなす一対のリード部と、この一対のリード部にそれぞれ接続すると共に、径方向外側に延びて外部に露出してなる一対のリード取出部と、を含み、前記軸線方向に直交する前記セラミックヒータの断面のうち、前記リード部が存在する任意の断面において、この断面の中心を通る仮想直線のうち、この仮想直線に沿って測った一対の前記リード部同士の間隙ａが最小となる線分を含む仮想直線を最小仮想直線とし、この最小仮想直線上における一対の前記リード部のそれぞれの寸法をｂ，ｃとしたときに、式  ａ≧０．１５（ｂ＋ｃ）を満たしてなるセラミックヒータである。
【０００８】
前述したように、絶縁性のセラミックと導電性のセラミックとでは、熱膨張係数が異なるため、セラミックヒータの製造過程や使用過程において熱応力が掛かることにより、発熱抵抗体と絶縁基体との界面で両者間に隙間が生じる等の不具合が発生しやすい。このような不具合は、絶縁基体のうち一対のリード部間に挟まれた部分と、リード部との界面において、特に生じやすい。その理由は、リード部の熱膨張係数は、絶縁基体の熱膨張係数よりも大きいため、各リード部は、焼成後や使用後の温度が下がるときに絶縁基体よりも大きく縮む。そのとき、絶縁基体のうちリード部間に挟まれた部分は、リード部により両側に引っ張られることになり、他の部分よりも大きな応力が掛かるためと考えられる。【０００９】
これに対し、本発明では、セラミックヒータの断面の中心を通る仮想直線のうち、この仮想直線に沿って測った一対のリード部同士の間隙ａが最小となる線分を含む仮想直線を最小仮想直線とし、この最小仮想直線上における一対のリード部のそれぞれの寸法をｂ，ｃとする。そして、この間隙ａを、式  ａ≧０．１５（ｂ＋ｃ）を満たすように大きくしている。リード部同士の間隙ａがこのような関係を満たすことにより、製造過程や使用過程で絶縁基体のうちリード部間に挟まれた部分に掛かる応力が小さくなる。従って、絶縁基体のうちリード部間に挟まれた部分と、リード部との界面において、従来よりも両者間に隙間が生じる等の不具合が起こりにくくなる。【００１０】
ここで、「一対のリード部」は、発熱部の基端にぞれぞれ接続し、軸線方向の基端側に延びる形態であればよいが、軸線方向に直交するセラミックヒータの断面において、セラミックヒータ（絶縁基体）の中心を含む直線に対して互いに対向する対称形とするのが好ましい。発生する応力が対称的になるので、セラミックヒータに変形等の歪みが生じにくくなるからである。また、「一対のリード部」は、軸線方向に直交するセラミックヒータの断面において、上記最小仮想直線上における各リード部の寸法ｂ，ｃが、この最小仮想直線に直交する方向についての各リード部の寸法よりも小さくなる形状とするのが好ましい。リード部の軸線方向に直交する断面の具体的な形状としては、短径が上記寸法ｂ，ｃに相当する楕円形状や長円形状、弦が互いに対向するように配置した弓形形状などが挙げられる。【００１１】
「発熱抵抗体」は、導電性セラミックからなるものであればよく、例えば導電成分と絶縁成分とから構成される導電性のセラミックが挙げられる。導電成分としては、Ｗ、Ｔａ、Ｎｂ、Ｔｉ、Ｍｏ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｃｒ等から選ばれる１種類以上の金属元素の珪化物、炭化物、窒化物等が挙げられる。また、絶縁成分としては、例えば窒化珪素が挙げられる。
また、「絶縁基体」は、絶縁性のセラミックからなるものであればよく、例えば窒化珪素質焼結体が挙げられる。この窒化珪素質焼成体としては、窒化珪素のみからなるものでもよいし、窒化珪素を主成分とし、これに少量の窒化アルミニウム、アルミナ等が含有されるものでもよい。【００１２】
また、他の解決手段は、軸線方向に延びる円柱状をなし、通電により自身の先端部が発熱するセラミックヒータであって、絶縁性のセラミックからなり、前記軸線方向に延びる円柱状をなす絶縁基体と、導電性のセラミックからなり、前記絶縁基体に埋設されてなる発熱抵抗体と、を備え、前記発熱抵抗体は、前記絶縁基体の先端部に埋設され、基端側から先端側に延び、方向転換した後、再び基端側に延びる形態をなし、通電により発熱する発熱部と、この発熱部の基端にぞれぞれ接続し、前記発熱部よりも太く形成され、前記軸線方向の基端側に延びる形態をなす一対のリード部と、この一対のリード部にそれぞれ接続すると共に、径方向外側に延びて外部に露出してなる一対のリード取出部と、を含み、前記軸線方向に直交する前記セラミックヒータの断面のうち、前記リード部が存在する任意の断面において、前記絶縁基体の直径をＤ（ｍｍ）とし、この断面の中心を通る仮想直線のうち、この仮想直線に沿って測った一対の前記リード部同士の間隙ａ（ｍｍ）が最小となる線分を含む仮想直線を最小仮想直線とし、この最小仮想直線上における一対の前記リード部のそれぞれの寸法をｂ（ｍｍ），ｃ（ｍｍ）としたときに、２≦Ｄ≦１０を満たし、かつ、式  ａ≦Ｄ−（ｂ＋ｃ）−０．２を満たしてなるセラミックヒータである。
【００１３】
前述したように、絶縁性のセラミックと導電性のセラミックとでは、熱膨張係数が異なるため、セラミックヒータの製造過程や使用過程において熱応力が掛かることにより、発熱抵抗体と絶縁基体との間で隙間が生じる等の不具合が起こりやすい。このような不具合は、絶縁基体のうちリード部よりも径方向外側に位置してリード部を覆う部分と、リード部との界面においても、生じやすい。このため、絶縁基体のうちリード部を覆う部分の肉厚を十分に確保して、割れ等の不具合が生じるのを抑制する必要がある。具体的には、絶縁基体の直径Ｄが２ｍｍ以上１０ｍｍ以下のセラミックヒータにおいては、一対のリード部の外側にそれぞれ０．１ｍｍ以上（両側合わせて０．２ｍｍ以上）の肉厚を確保する必要がある。【００１４】
これに対し、本発明では、絶縁基体の直径をＤ（ｍｍ）とし、セラミックヒータの断面の中心を通る仮想直線のうち、この仮想直線に沿って測った一対のリード部同士の間隙ａ（ｍｍ）が最小となる仮想直線を最小仮想直線とし、この最小仮想直線上における一対のリード部のそれぞれの寸法をｂ（ｍｍ），ｃ（ｍｍ）とする。そして、この間隙ａを、式  ａ≦Ｄ−（ｂ＋ｃ）−０．２を満たすように小さくしている。リード部同士の間隙ａがこのような関係を満たすことにより、一対のリード部の外側にそれぞれ０．１ｍｍ以上（両側合わせて０．２ｍｍ以上）の肉厚の絶縁基体を確保できる。このため、製造過程や使用過程において、絶縁基体のうちリード部を覆う部分と、リード部との界面に、従来よりも両者間に隙間が生じる等の不具合が生じにくくなる。【００１５】
更に、上記のセラミックヒータであって、更に、式  ａ≧０．１５（ｂ＋ｃ）を満たしてなるセラミックヒータとすると良い。【００１６】
前述したように、セラミックヒータの製造過程や使用過程においては、絶縁基体のうち一対のリード部間に挟まれた部分と、リード部との界面においても、両者間に隙間が生じる等の不具合が生じやすい。
これに対し、本発明では、ａ≧０．１５（ｂ＋ｃ）を満たすように、リード部同士の間隙ａを大きくしている。このような関係を満たすことにより、製造過程や使用過程で絶縁基体のうちリード部間に挟まれた部分に掛かる応力が小さくなる。従って、上述の絶縁基体のうちリード部を覆う部分と、リード部との界面だけでなく、絶縁基体のうちリード部間に挟まれた部分と、リード部との界面においても、従来よりも隙間が生じる等の不具合が生じにくくなる。【００１７】
また、他の解決手段は、上記のいずれかに記載のセラミックヒータを備えるグロープラグである。【００１８】
本発明のグロープラグでは、前述したように使用過程で絶縁基体とリード部との界面に隙間が生じる等の不具合が起こりにくいセラミックヒータを用いるので、信頼性の高いグロープラグとすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【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うち、図２のＡ−Ａ断面図である。
【図４】実施形態２に係るセラミックヒータのうち、図３に相当する断面図である。
【符号の説明】
【００２０】
１００，２００  グロープラグ
１１０，２１０ セラミックヒータ
１１０ｓ  （セラミックヒータの）先端部
１１０ｋ  （セラミックヒータの）基端部
１１１，２１１  絶縁基体
１１１ｓ  （絶縁基体の）先端部
１１５  発熱抵抗体
１１６  発熱部
１１６ｋ  （発熱部の）基端
１１７，２１７  リード部
１１８ａ，１１８ｂ  リード取出部
１２０  固定筒
１５０  主体金具
１５１  通電端子
ＡＸ  軸線
ｇ  中心
ｋｌ  最小仮想直線
Ｄ  絶縁基体の直径
ａ  リード部同士の間隙
ｂ，ｃ  リード部の並び方向における、リード部の寸法
ｄ，ｅ  絶縁基体のうちリード部を覆う部分の肉厚
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
（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１のグロープラグ１００の縦断面図を示す。また、図２に本実施形態１のセラミックヒータ１１０の縦断面図を示す。更に、図３にセラミックヒータ１１０のうち、軸線ＡＸ方向に直交する断面（図２のＡ−Ａ断面）を示す。【００２２】
このグロープラグ１００は、軸線ＡＸ方向に延びる形態をなし、セラミックからなるセラミックヒータ１１０と、このセラミックヒータ１１０の基端側を覆って保持する筒状の主体金具１５０とを備える。セラミックヒータ１１０は、後述するように、使用過程で発熱抵抗体１１５と絶縁基体１１１との界面に隙間が生じる等の不具合が起こりにくくされているので、このグロープラグ１００は信頼性が高い。【００２３】
セラミックヒータ１１０は、固定筒１２０を介して主体金具１５０の貫通孔１５０ｈ内に保持されると共に、通電により発熱する先端部１１０ｓ側が主体金具１５０の先端部１５０ｓから突出している。セラミックヒータ１１０は、図２に示すように、軸線ＡＸ方向に延びる円柱状で先端（図２中、下端）が半球状に丸められた絶縁基体１１１と、この絶縁基体１１１の内部に軸線ＡＸ方向に沿って埋設された発熱抵抗体１１５とを有する。
絶縁基体１１１は、絶縁性のセラミックである窒化珪素質焼結体により形成されており、直径Ｄが３．３ｍｍ、軸線ＡＸ方向の長さが４２ｍｍである。また、この絶縁基体１１１の室温における熱膨張係数は３．２ｐｐｍ／℃である。【００２４】
発熱抵抗体１１５は、導電性のセラミックである窒化珪素−炭化タングステン複合焼結体により形成されており、発熱部１１６と一対のリード部１１７，１１７と一対のリード取出部１１８ａ，１１８ｂとからなる。この発熱抵抗体１１５の軸線ＡＸ方向の全長Ｌは、４０．０ｍｍである。また、この発熱抵抗体１１５に含まれる窒化珪素粒子の平均粒径は、０．６μｍである。また、この発熱抵抗体１１５の室温における熱膨張係数は３．８ｐｐｍ／℃である。このため、絶縁基体１１１と発熱抵抗体１１５との室温における熱膨張係数の差は、０．６ｐｐｍ／℃である。
このうち発熱部１１６は、図２中の破線ＢＬよりも先端側（下方）の部分であり、絶縁基体１１１の先端部１１１ｓに埋設され、基端側（図２中、上方）から先端側（図２中、下方）に延び、方向転換した後、再び基端側に延びる形態をなし、通電により高温に発熱する。この発熱部１１６は、高抵抗とするため、リード部１１７，１１７よりも細く形成されている。【００２５】
リード部１１７，１１７は、発熱部１１６の基端１１６ｋ，１１６ｋにそれぞれ接続し、軸線ＡＸ方向の基端側に同じ太さ（同じ断面積）で延びる形態をなす。リード部１１７，１１７は、低抵抗とするため、発熱部１１６よりも太く形成されている。図３に示す、図２におけるＡ−Ａ断面（軸線ＡＸ方向に直交する断面）から判るように、リード部１１７，１１７は、その断面が概略楕円形状であり、セラミックヒータ１１０（絶縁基体１１１）の中心ｇを含む仮想の直線ｔｌに対して、互いに対向する対称形をなす。【００２６】
このセラミックヒータ１１０の断面全体の面積Ｓａは、８．５５ｍｍ２ であり、リード部１１７，１１７の合計断面積Ｓ１は、１．６８ｍｍ２ である。この断面の中心ｇを通る仮想直線のうち、この仮想直線に沿って測った一対のリード部１１７，１１７同士の間隙が最小となる仮想直線を最小仮想直線ｋｌとする。そして、この最小仮想直線ｋｌ上における、一対のリード部１１７，１１７同士の間隙をａ、一対のリード部１１７，１１７のそれぞれの寸法をｂ，ｃとする。本実施形態１では、この間隙ａ（絶縁基体１１１のうちリード部１１７，１１７に挟まれた部分１１１ｍの最小厚み）は、０．４３ｍｍである（ａ＝０．４３ｍｍ）。また、各リード部１１７，１１７の寸法ｂ，ｃは、共に１．００ｍｍである（ｂ＝ｃ＝１．００ｍｍ）。また、絶縁基体１１１のうち、リード部１１７，１１７の径方向外側に位置してリード部１１７，１１７を覆う部分１１１ｎ，１１１ｎの肉厚（最小仮想直線ｋｌ上における肉厚）ｄ，ｅは、共に０．４３５ｍｍである（ｄ＝ｅ＝０．４３５ｍｍ）。従って、このセラミックヒータ１１０は、式  ａ≧０．１５（ｂ＋ｃ）を満たしている。しかも、式  ａ≦Ｄ−（ｂ＋ｃ）−０．２も満たしている。【００２７】
前述したように、絶縁性のセラミックと導電性のセラミックとでは、熱膨張係数が異なるため、セラミックヒータ１１０の製造過程や使用過程において熱応力が掛かることにより、絶縁基体１１１と発熱抵抗体１１５との界面で両者間に隙間が生じる等の不具合が起こりやすい。このような不具合は、絶縁基体１１１のうちリード部１１７，１１７間に挟まれた部分１１１ｍと、リード部１１７，１１７との界面において、特に生じやすい。【００２８】
しかし、本実施形態１では、リード部１１７，１１７同士の間隙ａを、式  ａ≧０．１５（ｂ＋ｃ）を満たすように大きくしている。このようにすることにより、製造過程や使用過程で絶縁基体１１１のうちリード部１１７，１１７間に挟まれた部分１１１ｍに掛かる応力が小さくなる。従って、絶縁基体１１１のうちリード部１１７，１１７間に挟まれた部分１１１ｍと、リード部１１７，１１７との界面において、従来よりも両者間に隙間が生じる等の不具合が起こりにくくなる。【００２９】
また、前述したように、発熱抵抗体１１５と絶縁基体１１１との間で隙間が生じる等の不具合は、絶縁基体１１１のうちリード部１１７，１１７よりも径方向外側に位置してリード部１１７，１１７を覆う部分１１１ｎ，１１１ｎと、リード部１１７，１１７との界面においても、起こりやすい。このため、絶縁基体１１１のうちリード部１１７，１１７を覆う部分１１１ｎ，１１１ｎの肉厚を十分に確保して、隙間が生じる等の不具合を抑制する必要がある。【００３０】
これに対し、本実施形態１では、リード部１１７，１１７同士の間隙ａを、式  ａ≦Ｄ−（ｂ＋ｃ）−０．２を満たすように小さくしている。このようにすることにより、リード部１１７，１１７の外側にそれぞれ０．１ｍｍ以上（具体的にはそれぞれ０．４３５ｍｍ）の肉厚の絶縁基体１１１（１１１ｎ）を確保できる。このため、製造過程や使用過程において、絶縁基体１１１のうちリード部１１７，１１７を覆う部分１１１ｎ，１１１ｎと、リード部１１７，１１７との界面に、従来よりも両者間に隙間が生じる等の不具合が起こりにくくなる。【００３１】
次に、リード取出部１１８ａ，１１８ｂは、一対のリード部１１７，１１７にそれぞれ接続すると共に、径方向外側に延びて外部に露出している。リード取出部１１８ａ，１１８ｂ同士は、軸線ＡＸ方向に見て、互いに５ｍｍ以上（具体的には５ｍｍ）の間隙Ｋをあけて配設されている。先端側（図１、図２中、下方）に位置する一方のリード取出部１１８ａは、固定筒１２０を介して主体金具１５０に電気的に接続している。一方、基端側（図１、図２中、上方）に位置する他方のリード取出部１１８ｂは、後述するように、リードコイル１５３を介して通電端子１５１に電気的に接続している。【００３２】
（実施例）
本実施形態１の効果を検証するために、本発明に係る実施例１〜９として、リード部１１７，１１７の合計断面積Ｓ１を異ならせると共に、リード部１１７，１１７同士の間隙ａ及び各リード部１１７，１１７の幅方向（並び方向）の寸法ｂ，ｃを異ならせて、９種類のセラミックヒータ１１０を製造した。具体的には、表１に示すように、リード部１１７，１１７の合計断面積Ｓ１を、０．３０Ｓａまたは０．３４Ｓａとした。また、リード部１１７，１１７同士の間隙ａを、０．１５ｍｍ、０．２０ｍｍ、０．２９ｍｍ、０．７０ｍｍ、１．００ｍｍ、１．２０ｍｍ、１．２５ｍｍ、１．５０ｍｍとし、各リード部１１７，１１７の幅方向（並び方向）の寸法ｂ，ｃを、０．８２ｍｍ（ｂ＋ｃ＝１．６４ｍｍ）、または、０．９４ｍｍ（ｂ＋ｃ＝１．８８ｍｍ）とした。
一方、比較例として、リード部１１７，１１７の合計断面積Ｓ１を０．３４Ｓａ、リード部１１７，１１７同士の間隙ａを０．２５ｍｍ、各リード部１１７，１１７の幅方向（並び方向）の寸法ｂ，ｃを０．９４ｍｍ（ｂ＋ｃ＝１．８８ｍｍ）としたセラミックヒータを用意した。
なお、各々のセラミックヒータ１１０の断面積Ｓａは、前述の値と同様で、８．５５ｍｍ２ とし、直径Ｄは、前述の値と同様で、３．３０ｍｍとした。【００３３】
そして、各々のセラミックヒータ１１０について、残留応力を測定した。具体的には、この残留応力は、断面位置における靱性値をＪＩＳ  Ｒ１６０７  破壊じん性試験方法に定める手法にて取得し、この取得した靱性値をＦＥＭ解析により残留応力値へと換算し得たものである。
また、各々のセラミックヒータ１１０について、抗折強度を測定した。具体的には、この抗折強度は、ＪＩＳ  Ｒ１６０１に準拠した次の抗折強度測定方法を実施した。各セラミックヒータ１１０単体をセラミックヒータ１１０の軸線ＡＸ方向中央を跨ぐ形で支持し（スパン間１２ｍｍ）、クロスヘッド移動速度を０．５ｍｍ／ｍｉｎとして、セラミックヒータ１１０の前記中央に荷重を付加した。
更に、各々のセラミックヒータ１１０について、通電耐久試験を行った。具体的には、この通電耐久試験は、室温下において、直流電源をセラミックヒータ１１０に接続し、セラミックヒータ１１０の表面温度が２秒間で１４５０℃に達するように電圧を調整して印加・加熱し、その後、３０秒間の空冷により室温まで冷却する。これを１サイクルとして、発熱抵抗体１１５が破損するまでのサイクル数を測定した。【００３４】
【表１】
0005123845.tif 000002
【００３５】
その結果、リード部１１７，１１７の合計断面積Ｓ１を０．３０Ｓａとした実施例１〜３のうち、ａ≧０．１５（ｂ＋ｃ）を満たす（表中に「○」で示す）実施例２及び３については、有効に残留応力の低減効果が得られた。また、通電耐久試験において、１９５０３サイクル、３５５６２サイクルと良好な通電耐久性を得ることができた。この結果は、断面積Ｓ１が他の実施例と比較して小さいことに起因しているものと考えられる。
一方、距離ａを０．２０ｍｍとした実施例１は、セラミックヒータ１１０としての完成品では問題なかったものの、発熱抵抗体１１５を射出成形により作製する際に発生するバリが短絡の原因となったり、このバリを取り除くための除去工程において精密な加工が要求されることから製造歩留まりが低下するという問題も生じ得る。【００３６】
また、ａ≦Ｄ−（ｂ＋ｃ）−０．２を満たす（表中に「○」で示す）実施例１及び２ついては、抗折強度が１００５ＭＰａ、９８６ＭＰａと良好な結果を示した。
一方、距離ａを１．５０ｍｍとした実施例３では、残留応力の低減による高い通電耐久性を得られるものの、抗折強度は８００ＭＰａ以下の６９２ＭＰａに留まる結果であった。この通電耐久性と抗折強度とはトレードオフの関係にあり、実施例２では共に高い性能を実現している。【００３７】
次いで、断面積Ｓ１を０．３４Ｓａとした実施例４〜９について説明する。これらの実施例も断面積Ｓ１を０．３０Ｓａとした実施例１〜３と同様の傾向を示している。具体的には、ａ≧０．１５（ｂ＋ｃ）を満たしていない実施例４及び５については、その他の実施例に比較して残留応力が高く、通電耐久性が比較的低い結果となっているものの、高い抗折強度が得られている。
逆に、ａ≦Ｄ−（ｂ＋ｃ）−０．２を満たしていない実施例９では、残留応力の低減が実現でき、断面積Ｓ１が比較的大きい割に優れた通電耐久性を得られているが、抗折強度の面では前述同様に８００ＭＰａ以下の７５６ＭＰａに留まっている。実施例６〜８については、通電耐久性、抗折強度、共に高い性能を実現している。【００３８】
これらの実施例１〜９に対し、ａ≧０．１５（ｂ＋ｃ）も、ａ≦Ｄ−（ｂ＋ｃ）−０．２も満たさない比較例では、残留応力が高くて（２７０ＭＰａ）、通電耐久性が極めて低い結果（３０サイクル）となっており、かつ、抗折強度が低く（５３０ＭＰａ）なっている。
これらの結果から、ａ≧０．１５（ｂ＋ｃ）、または、ａ≦Ｄ−（ｂ＋ｃ）−０．２のいずれか一方の式を満たすことにより、更に好ましくは、これら両方の式を満たすことにより、耐久性等が良好なセラミックヒータとすることができることが判る。【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）。セラミックヒータ１１０の外周には、筒状の固定筒１２０が装着され、ロウ材により固着されている。そして、この固定筒１２０は、主体金具１５０の貫通孔１５０ｈに挿入されて、ロウ材により固着されている。【００４０】
筒状の主体金具１５０には、棒状の通電端子１５１が挿通されている。この通電端子１５１の先端部１５１ｓと、上述のセラミックヒータ１１０の基端部１１０ｋとは、リードコイル１５３を介して、電気的に接続されている。具体的には、リードコイル１５３が、通電端子１５１の先端部１５１に巻き付いた状態で溶接されると共に、セラミックヒータ１１０の基端部１１０ｋに巻き付き、この基端部１１０ｋに設けられたリード取出部１１８ｂ（図２参照）に接触した状態で、溶接されている。一方、通電端子１５１の基端側部分は、主体金具１５０内を通って主体金具１５０の基端部１５０ｋから基端側（図中上側）に突出している。この突出した部分の外周には雄ネジが螺刻されて、雄ねじ部１５１ｎを形成している。【００４１】
主体金具１５０の基端部１５０ｋは、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１５０ｒとされている。また、そのすぐ先端側には、取付用ねじ部１５０ｔが形成されている。また、主体金具１５０の基端部１５０ｋには、貫通孔１５０ｈに座ぐり部１５０ｚが形成され、ここに通電端子１５１が挿通したゴム製のＯリング１６１とナイロン製の絶縁ブッシュ１６３とがはめ込まれている。そして更にその基端側には、この絶縁ブッシュ１６３の脱落を防止するための押さえリング１６５が装着されている。この押さえリング１６５は、その外周に加締めることにより通電端子１５１に固定されている。また、通電端子１５１の押さえリング１６５に対応する部分は、加締め結合力を高めるため、その外周面にローレット加工が施されたローレット部１５１ｒとされている。押さえリング１６５の基端側には、ナット１６７が螺合されている。このナット１６７は、図示しない通電用のケーブルを通電端子１５１に固定するためのものである。【００４２】
このようなグロープラグ１００は、主体金具１５０の取付用ねじ部１５０ｔを利用して、図示しないディーゼルエンジンのシリンダヘッドに形成した取付孔に取り付けられる。これにより、セラミックヒータ１１０の先端部１１０ｓ側が、エンジンの燃焼室内に配置される。この状態で、通電端子１５１に車載のバッテリを電源として電圧を印加すると、通電端子１５１から、リードコイル１５３、一方のリード取出部１１８ｂ、一方のリード部１１７、発熱部１１６、他方のリード部１１７、他方のリード取出部１１８ａ及び主体金具１５０を通じて電流が流れる。これにより、発熱部１１６が存在するセラミックヒータ１１０の先端部１１０ｓが急速に昇温する。セラミックヒータ１１０の先端側が所定の温度まで加熱された状態において、図示しない燃料噴霧装置のノズルから燃料を噴霧することで、燃料の着火が補助され、燃料の燃焼により、ディーゼルエンジンが始動する。【００４３】
上述したセラミックヒータ１１０及びグロープラグ１００は、公知の手法により製造することができる。
セラミックヒータ１１０は、次のようにして製造する。即ち、窒化珪素原料粉末８８質量部に、焼結助剤としてＹｂ２Ｏ３  粉末１０質量部及びＳｉＯ２  粉末２質量部を配合して、絶縁成分用原料とする。この絶縁成分用原料４０質量％と導電性セラミックであるＷＣ粉末６０質量％とを７２時間湿式混合した後、乾燥させ、混合粉末を得る。その後、この混合粉末とバインダとを混練機に投入し、４時間混練する。次に、得られた混練物を裁断してペレット状とする。次に、発熱抵抗体１１５に対応したＵ字形状のキャビティを有する射出成形用金型に対して、射出成形機により上記のペレット状とした混練物を射出し、導電性セラミックからなる未焼成発熱抵抗体を得る。【００４４】
また一方で、窒化珪素原料粉末８６質量部に、焼結助剤としてＹｂ２Ｏ３  粉末１１質量部、ＳｉＯ２  粉末３質量部及びＭｏＳｉ２  粉末５質量部を配合し、４０時間湿式混合したものをスプレードライヤ法によって造粒し、この造粒物を圧粉した２個の半割型を用意する。なお、この２個の半割型は、完成後の絶縁基体１１１を、その軸線ＡＸと略平行な断面により２分割したときの、その各分割部に対応する形状に形成されており、各々その分割面に相当する部分に、上記未焼成発熱抵抗体に対応した形状の凹部が形成されている。そして、この凹部に未焼成発熱抵抗体を収容し、２個の半割型を型合わせすると共に、その状態で加圧して一体化し、未焼成のセラミックヒータを得る。【００４５】
次に、この未焼成のセラミックヒータを窒素雰囲気下、６００℃で仮焼して、射出成形による未焼成発熱抵抗体、絶縁基体となる未焼成体からバインダ等を除去し、仮焼体を得る。その後、この仮焼体を黒鉛製の加圧用ダイスにセットし、窒素雰囲気下、２９．４ＭＰａで加圧しながら１８００℃で１．５時間ホットプレス焼成し、焼成体を得る。そして、焼成体の表面（外面）にセンタレス研磨加工を施せば、セラミックヒータ１１０が完成する。【００４６】
グロープラグ１００は、次のようにして製造する。即ち、まず、上記のセラミックヒータ１１０と通電端子１５１とをリードコイル１５３を介して接続する。また、セラミックヒータ１１０に固定筒１２０を装着して、ロウ材により両者を固着する。その後、主体金具１５０を用意し、主体金具１５０貫通孔１０５ｈ内にセラミックヒータ１１０、通電端子１５１及び固定筒１１０を挿入し、主体金具１５０と固定筒１２０とをロウ材により固着する。その後は、主体金具１５０の基端部１５０ｋに形成された座ぐり部１５０ｚに、Ｏリング１６１をはめ込み、更に絶縁ブッシュ１６３をはめ込む。そして更に、押さえリング１６５を加締めて装着する。また、ナット１６７を所定位置に固定すれば、グロープラグ１００が完成する。【００４７】
（実施形態２）
次いで、第２の実施の形態について説明する。なお、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。本実施形態２のセラミックヒータ２１０及びグロープラグ２００では、絶縁基体２１１に埋設された一対のリード部２１７，２１７の配置形態が、上記実施形態１のセラミックヒータ１１０及びグロープラグ１００と異なる。それ以外は、上記実施形態１と同様であるので、同一の符号を付して、その説明を省略または簡略化する。【００４８】
図４にセラミックヒータ２１０の断面（実施形態１の図３に相当する断面）を示す。本実施形態２においても、リード部２１７，２１７は、概略楕円形状であり、絶縁基体２１１の中心ｇを含む直線（図示しない）に対して互いに対向する対称形をなす。
セラミックヒータ２１０の断面において、この断面の中心ｇを通る仮想直線のうち、この仮想直線に沿って測った一対のリード部２１７，２１７同士の間隙が最小となる線分を含む仮想直線を最小仮想直線ｋｌとする。そして、この最小仮想直線ｋｌ上における、一対のリード部２１７，２１７同士の間隙をａ、一対のリード部２１７，２１７のそれぞれの寸法をｂ，ｃとする。そうすると、この間隙ａ（絶縁基体２１１のうちリード部２１７，２１７に挟まれた部分２１１ｍの最小厚み）は、１．１ｍｍである（ａ＝１．１ｍｍ）。また、各リード部２１７，２１７の寸法ｂ，ｃは、共に１．０ｍｍである（ｂ＝ｃ＝１．０ｍｍ）。また、絶縁基体２１１のうち、リード部２１７，２１７の径方向外側に位置しリード部２１７，２１７を覆う部分２１１ｎ，２１１ｎの肉厚（最小仮想直線ｋｌ上における肉厚）ｄ，ｅは、共に０．１ｍｍである（ｄ＝ｅ＝０．１ｍｍ）。従って、このセラミックヒータ２１０も、式  ａ≧０．１５（ｂ＋ｃ）を満たしている。しかも、式  ａ≦Ｄ−（ｂ＋ｃ）−０．２も満たしている。【００４９】
このように本実施形態２でも、リード部２１７，２１７同士の間隙ａを、式  ａ≧０．１５（ｂ＋ｃ）を満たすように大きくしているので、製造過程や使用過程で絶縁基体２１１のうちリード部２１７，２１７間に挟まれた部分２１１ｍに掛かる応力が小さくなる。従って、絶縁基体２１１のうちリード部２１７，２１７間に挟まれた部分２１１ｍと、リード部２１７，２１７との界面において、従来よりも両者間に隙間が生じる等の不具合が起こりにくくなる。【００５０】
更に、リード部２１７，２１７同士の間隙ａを、式  ａ≦Ｄ−（ｂ＋ｃ）−０．２を満たすように小さくしているので、リード部２１７，２１７の外側にそれぞれ０．１ｍｍ以上（本実施例ではそれぞれ０．１ｍｍ）の肉厚の絶縁基体２１１（２１１ｎ）を確保できる。このため、製造過程や使用過程において、絶縁基体２１１のうちリード部２１７，２  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。【００５１】
以上において、本発明を実施形態に即して説明したが、本発明は上述の実施形態１，２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。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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