(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸線方向に延びる絶縁性セラミック基体と、該絶縁性セラミック基体に埋設される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であって、上記発熱抵抗体は、一方の基端部から延び方向転換して他方の基端部へ至る方向転換部と、該方向転換部の各基端部から同方向に延びる一対の直線部とを有し、上記方向変換部が上記絶縁性セラミック基体の先端部側に向くように位置する一方、上記直線部が、上記絶縁性セラミック基体の径方向への断面をとったときに、その断面における中心点を中心とし、且つ該絶縁性セラミック基体の外径の４０％に相当する長さの直径を有する仮想円の外方に位置していることを特徴とするセラミックヒータ。
【請求項２】
軸線方向に延びる絶縁性セラミック基体と、該絶縁性セラミック基体に埋設される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であって、上記発熱抵抗体は、一方の基端部から延び方向転換して他方の基端部へ至る方向転換部と、該方向転換部の各基端部から同方向に延びる一対の直線部とを有し、上記方向転換部が上記絶縁性セラミック基体の先端部側に向くように位置する一方、上記絶縁性セラミック基体の径方向への断面をとったときに、上記直線部の断面最大寸法が、上記絶縁性セラミック基体の外径の４０％以上であることを特徴とするセラミックヒータ。
【請求項３】
軸線方向に延びる絶縁性セラミック基体と、該絶縁性セラミック基体に埋設される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であって、上記発熱抵抗体は、一方の基端部から延び方向転換して他方の基端部へ至る方向転換部と、該方向転換部の各基端部から同方向に延びる一対の直線部とを有し、上記方向転換部は上記絶縁性セラミック基体の先端部側に向くように位置する一方、上記直線部が、上記絶縁性セラミック基体の径方向への断面をとったときに、その断面における中心点を中心とし、且つ該絶縁性セラミック基体の外径の３０％に相当する長さの直径を有する仮想円の外方に位置すると共に、上記直線部の断面最大寸法が、上記絶縁性セラミック基体の外径の４０％以上であることを特徴とするセラミックヒータ。
【請求項４】
上記発熱抵抗体の直線部は、上記絶縁性セラミック基体の外径の４０％に相当する長さの直径を有する上記仮想円の外方に位置する請求項３記載のセラミックヒータ。
【請求項５】
上記絶縁性セラミック基体の上記断面をとったときに、上記絶縁性セラミック基体の断面積（ＳＡ）と、該絶縁性セラミック基体と上記発熱抵抗体との合計断面積（Ｓ）との比（ＳＡ／Ｓ）が０．５０〜０．９９である請求項１乃至４のうちのいずれか１項に記載のセラミックヒータ。
【請求項６】
上記絶縁性セラミック基体の外径が３．５ｍｍ未満である請求項１乃至５のうちのいずれか１項に記載のセラミックヒータ。
【請求項７】
請求項１乃至６のうちのいずれか１項に記載のセラミックヒータを備えることを特徴とするグロープラグ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、消費電力を低減することができ、耐久性に優れたセラミッヒータ及びそれを備えるグロープラグに関する。本発明のセラミックヒータは、ディーゼルエンジンの始動補助装置であるグロープラグや燃焼式ヒータの着火源の他、各種の用途において使用することができる。
【０００２】
【従来の技術】
ディーゼルエンジンは、シリンダ内に吸入した空気を圧縮し、高温になった空気に燃料を噴霧することで自己着火し燃焼するものであるが、このディーゼルエンジンを寒冷地で、或いは冬季に始動させる場合、外気及びエンジン本体等の温度が低いため、圧縮だけで燃焼室内の空気を燃料の自己着火に必要な温度まで到達させることは容易ではない。そこで、従来より、燃料の着火源としてグロープラグが使用されている。
【０００３】
そして、このディーゼルエンジンでは、グロープラグへの通電始動後であり、エンジン始動後におけるアイドリング時に燃焼が不安定になることがあり、それにともなって排気管から白煙が排出されることから、この白煙の排出を抑えるために、グロープラグへの通電が持続される（所謂、アフターグロー）ものである。そこで、高温でのアフターグローが可能なグロープラグとしてセラミックヒータを備えるグロープラグが検討されており、例えば、特開２０００−１３０７５４号公報に示すような、グロープラグ（セラミックグロープラグ）が提案されている。
【０００４】
【発明が解決しょうとする課題】
ところで、セラミックヒータを備えるグロープラグについては、高温でのアフターグローが可能なものの、セラミックヒータを高温に発熱させるために消費電力が大きいという問題がある。そして、上記公報技術のグロープラグに組み込まれているセラミックヒータでは、抵抗値の高いセラミック抵抗体を絶縁性セラミック基体の先端側に埋設し、その第１セラミック抵抗体の両端に抵抗値の低い第２セラミック抵抗体が接合されて該絶縁性セラミック基体に埋設される構造となっている。
【０００５】
そのため、ヒータの先端部を効率よく発熱させることができ、ヒータ全体としての消費電力を低減することができる。しかし、このセラミックヒータでは、発熱体（セラミック抵抗体）が種類の異なる導電性セラミックにより形成されており、製造工程が煩雑になり、コスト高になる。更に、種類の異なる導電性セラミックの接合が必ずしも安定せず、信頼性が低下することもある。
【０００６】
また、セラミックヒータを構成する絶縁性セラミック基体内に埋設される発熱体を、セラミック抵抗体ではなく、金属コイル、或いは導電性ペーストの印刷法などにより形成したヒータもあるが、このような発熱体は導電性セラミックの場合と違って破壊起点となり易く、ヒータ自体の機械的強度が低下し、十分な耐久性を有するヒータとすることができない場合がある。
【０００７】
本発明は、上記の従来の問題を解決するものであり、セラミックヒータの発熱抵抗体を、絶縁性セラミック基体の径方向の断面をとったときに、当該絶縁性セラミック基体の特定の位置に埋設させ、或いは絶縁性セラミック基体の外径を考慮した発熱抵抗体の断面寸法とすることによって、発熱に要する消費電力が低減され、十分な耐久性及び信頼性を有するセラミックヒータ及びそれを備えるグロープラグを提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明のセラミックヒータは、軸線方向に延びる絶縁性セラミック基体と、該絶縁性セラミック基体に埋設される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であって、上記発熱抵抗体は、一方の基端部から延び方向転換して他方の基端部へ至る方向転換部と、該方向転換部の各基端部から同方向に延びる一対の直線部とを有し、上記方向変換部が上記絶縁性セラミック基体の先端部側に向くように位置する一方、上記直線部が、上記絶縁性セラミック基体の径方向への断面をとったときに、その断面における中心点を中心とし、且つ該絶縁性セラミック基体の外径の４０％に相当する長さの直径を有する仮想円の外方に位置していることを特徴とする。
【０００９】
また、本発明は、軸線方向に延びる絶縁性セラミック基体と、該絶縁性セラミック基体に埋設される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であって、上記発熱抵抗体は、一方の基端部から延び方向転換して他方の基端部へ至る方向転換部と、該方向転換部の各基端部から同方向に延びる一対の直線部とを有し、上記方向転換部が上記絶縁性セラミック基体の先端部側に向くように位置する一方、上記絶縁性セラミック基体の径方向への断面をとったときに、上記直線部の断面最大寸法が、上記絶縁性セラミック基体の外径の４０％以上であることを特徴とする。
【００１０】
更に、本発明は、軸線方向に延びる絶縁性セラミック基体と、該絶縁性セラミック基体に埋設される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であって、上記発熱抵抗体は、一方の基端部から延び方向転換して他方の基端部へ至る方向転換部と、該方向転換部の各基端部から同方向に延びる一対の直線部とを有し、上記方向転換部は上記絶縁性セラミック基体の先端部側に向くように位置する一方、上記直線部が、上記絶縁性セラミック基体の径方向への断面をとったときに、その断面における中心点を中心とし、且つ該絶縁性セラミック基体の外径の３０％に相当する長さの直径を有する仮想円の外方に位置すると共に、上記直線部の断面最大寸法が、上記絶縁性セラミック基体の外径の４０％以上であることを特徴とする。
【００１１】
軸線方向に延びる絶縁性セラミック基体に埋設される導電性セラミックからなる発熱抵抗体は、一方の基端部から延び方向転換して他方の基端部へ至る方向転換部と、その方向転換部の両端部（各基端部）から同方向へ直線状に延びる一対の直線部とを有し、方向転換部が絶縁性セラミック基体の先端部側に向くように配置されている。そして、この発熱抵抗体の一対の直線部については、絶縁性セラミック基体の径方向への断面をとったときに、その断面において絶縁性セラミック基体の中心点（中心軸線）を挟んで互いに対向する形にて配置されることが一般的である。
【００１２】
更に、この断面において、発熱抵抗体の一対の直線部は、各直線部の対向方向における寸法がこれと直交する方向における寸法よりも小となる断面形状を有するものである。より具体的な発熱抵抗体の一対の直線部としては、絶縁性セラミック基体の径方向への断面をとったときに、その断面において、各直線部の対向方向に沿って短軸が位置する楕円状の断面形状を有したり、或いは円弧状の外形線部分が絶縁性セラミック基体の外形線に倣う形で配置される半月状の断面形状を有するものが挙げられる。そして、このように発熱抵抗体の一対の直線部は、絶縁性セラミック基体の径方向への断面をとったときの形状、寸法が異なる種々のものが使用されるが、本発明においては、この直線部の絶縁性セラミック基体内に埋設される位置、又は／及び寸法を定めることによりヒータ全体の消費電力の低減を図っている。
【００１３】
本発明では、図３のように、発熱抵抗体の一対の直線部が、絶縁性セラミック基体の径方向への断面をとったときに、この断面における中心点を中心とし、且つ基体の外径の４０％に相当する長さの半径を有する仮想円の外方に位置するように配置される。言い換えれば、２本の直線部の対向方向における最小寸法が、絶縁性セラミック基体の外径の４０％以上となっており、即ち、発熱抵抗体の直線部のそれぞれが、絶縁性セラミック基体の径方向への断面において、より基体の外方に位置している。このように発熱抵抗体の直線部のそれぞれを、絶縁性セラミック基体の外方に位置させることにより、絶縁性セラミック基体の表面側を効率よく速やかに昇温させることができ、ヒータ全体としての消費電力を低減することができる。
【００１４】
尚、図３では発熱抵抗体の直線部の形状が、絶縁性セラミック基体の径方向への断面において、円弧状の外形線部分が絶縁性セラミック基体の外形線に倣う形で配置される半月状の断面形状を有しているが、断面形状はこれに限定されず、各直線部の対向方向に沿って短軸が位置する楕円状の断面形状を有するものなど種々のものを挙げることができる。また、発熱抵抗体の一対の直線部は、絶縁性セラミック基体の径方向への断面において、絶縁性セラミック基体の中心点を挟んで互いに対向する形にて配置されることが、絶縁性セラミック基体の表面を均一に昇温させる点から好ましい。
【００１５】
更に、本発明では、図４のように、絶縁性セラミック基体の径方向への断面をとったときに、発熱抵抗体の直線部の断面最大寸法が、絶縁性セラミック基体の外径の４０％以上の長さに設定されている。そして、このように発熱抵抗体の直線部の断面最大寸法を設定することによって、各直線部の少なくとも一端が絶縁性セラミック基体のより外方に位置されることになり、基体の表面側を効率よく速やかに昇温させることができ、ヒータ全体としての消費電力を低減することができる。
【００１６】
尚、図４では発熱抵抗体の直線部の形状が、絶縁性セラミック基体の径方向への断面において、円弧状の外形線部分が絶縁性セラミック基体の外形線に倣う形で配置される半月状の断面形状を有しているが、断面形状はこれに限定されず、各直線部の対向方向に沿って短軸が位置する楕円状の断面形状を有するものなど種々のものを挙げることができる。尚、本明細書でいう「発熱抵抗体の断面最大寸法」とは、直線部の断面形状が上述のように半月状を呈す場合には弦として定義され、同断面形状が上述のように楕円状を呈す場合には長軸として定義される。
【００１７】
また、発熱抵抗体の直線部の断面最大寸法については、２本の直線部のそれぞれが略同等の長さを有することが好ましく、さらに絶縁性セラミック基体の径方向への断面において、絶縁性セラミック基体の中心点を挟んで直線部のそれぞれが互いに対向する形にて配置されることが、絶縁性セラミック基体の表面を均一に昇温させる点から好ましい。
【００１８】
ここで、発熱抵抗体の直線部の断面最大寸法を、絶縁性セラミック基体の外径の４０％以上に大きくした場合には、２本の直線部の対向方向における最小寸法が十分に大きくなくても、絶縁性セラミック基体の表面側を効率よく速やかに昇温させることができる。しかし、２本の直線部の対向方向における最小寸法があまりに小さいと、直線部の断面最大寸法が大きい方向における基体の表面側は速やかに昇温させることができるものの、基体の径方向において温度が不均一になる等の問題が生じることがある。そのため、絶縁性セラミック基体の径方向への断面をとったときに、発熱抵抗体の直線部の断面最大寸法が、絶縁性セラミック基体の外径の４０％以上の長さに設定される場合には、この断面における中心点を中心とし、且つ基体の外径の３０％、特に４０％に相当する長さの直径を有する仮想円の外方に一対の直線部が位置することが好ましい。
【００１９】
一方、絶縁性セラミック基体の径方向への断面をとったときに、発熱抵抗体の一対の直線部が、この断面における中心点を中心とし、且つ基体の外径の４０％に相当する長さの直径を有する仮想円の外方に位置している場合には、ヒータ全体の消費電力の低減を図るためには、この断面における発熱抵抗体の直線部の断面最大寸法が、絶縁性セラミック基体の外径の２５％以上であれば十分であるが、この断面最大寸法は３０％以上、特に４０％以上であることが好ましい。
【００２０】
また、発熱抵抗体の一対の直線部は、絶縁性セラミック基体の径方向への断面をとったときに、上述のように基体の外径の４０％に相当する長さの直径を有する仮想円の外方に位置しつつ、基体の外径の９５％に相当する長さの直径を有する仮想円の内方に位置することが好ましい。その理由としては、絶縁性セラミック基体の外径の９５％に相当する長さの直径を有する仮想円を発熱抵抗体の直線部が跨ることがあると、直線部の表面から絶縁性セラミック基体の表面までの距離が短くなりすぎ、導電性セラミックからなる発熱抵抗体と絶縁性セラミック基体との熱膨張率の差によっては、基体にクラックが発生する可能性があるからである。
【００２１】
尚、本明細書において、絶縁性セラミック基体について自身の径方向の断面をとる対象箇所としては、基体に埋設される発熱抵抗体に通電を行った際の基体の表面側の最高発熱部分を指すものとする。また、絶縁性セラミック基体の外径は、基体の断面外周の全体が円弧状に形成される場合は、その円状の外周の直径により定義され、一部のみが円弧状に形成される場合は、その円弧状の外周部を与える円状領域の直径として定義されるものとする。
【００２２】
本発明のセラミックヒータでは、絶縁性セラミック基体の径方向への断面をとったときに、絶縁性セラミック基体の断面積（ＳＡ）と、絶縁性セラミック基体と発熱抵抗体（Ｓ）との比（ＳＡ／Ｓ）が０．５０〜０．９９であることが好ましい。発熱抵抗体の占める面積割合が大きくなれば、ヒータの昇温速度等の観点では有利であり、消費電力を低減することもできる。しかし、上記ＳＡ／Ｓが０．５０未満であると、ヒータ全体の熱伝導が大きくなり、セラミックヒータを保持する部材（例えば、グロープラグの場合ではセラミックヒータを保護する金属製の固定筒）等に対して熱が移り易く、電力の低減効果を得られないおそれがある。
【００２３】
発熱抵抗体は導電成分と絶縁成分により構成される。
導電成分は、Ｗ、Ｔａ、Ｎｂ、Ｔｉ、Ｍｏ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、及びＣｒから選ばれる１種以上の金属元素の珪化物、炭化物又は窒化物等のうちの少なくとも１種が焼成され、形成される。また、絶縁成分は、通常、窒化珪素質焼結体からなる。導電成分は、特に、その熱膨張係数が、絶縁成分である窒化珪素質焼結体等、もしくは絶縁性セラミック基体を構成する窒化珪素質焼結体等と大きな差がないものが好ましい。熱膨張係数の差が小さい導電成分であれば、ヒータ使用時に発熱抵抗体と絶縁性セラミック基体との界面近傍におけるクラックの発生が抑えられる。そのような導電成分としては、ＷＣ、ＭｏＳｉ2、ＴｉＮ又はＷＳｉ2などが挙げられる。更に、この導電成分としては、その融点がセラミックヒータの使用温度を越える耐熱性の高いものが好ましい。導電成分の融点が高ければ使用温度域におけるヒータの耐熱性も向上する。
【００２４】
導電成分と絶縁成分との量比は特に限定されないが、発熱抵抗体を１００体積部とした場合に、導電成分を１５〜４０体積部とすることができ、特に２０〜３０体積部とすることが好ましい。
【００２５】
絶縁性セラミック基体は、通常、窒化珪素質焼結体からなる。この焼結体は、窒化珪素のみからなるものであってもよいし、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あってもよい。また、サイアロンであってもよい。
【００２６】
本発明のセラミックヒータは以下のようにして製造することができる。
発熱抵抗体を形成するための原料としては、導電成分の原料粉末、絶縁成分の原料粉末及び焼結助剤粉末を用いる。この焼結助剤粉末としては、希土類酸化物粉末が多用されるが、ＭｇＯ及びＡｌ2Ｏ3−Ｙ2Ｏ3等の一般に窒化珪素質焼結体の焼成において用いられる酸化物等の粉末を使用することもできる。これらの焼結助剤粉末は１種のみを使用してもよいが、２種以上を併用することが多い。尚、Ｅｒ2Ｏ3等の焼結した場合の粒界が結晶相となる焼結助剤粉末を用いるとセラミックヒータの耐熱性がより高くなるため好ましい。
【００２７】
これら導電成分用原料粉末、絶縁成分用原料粉末、及び焼結助剤粉末を所定の量比で混合し、混合粉末を調製する。この混合は、湿式等、通常の方法によって行うことができる。
導電成分用原料粉末、絶縁成分用原料粉末及び焼結助剤粉末は、これらの合計量を１００体積部とした場合に、導電成分用原料粉末を１５〜４０体積部、特に２０〜３０体積部、絶縁成分用原料粉末と焼結助剤粉末とで８５〜６０体積部、特に８０〜７０体積部とすることができる。
【００２８】
このようにして調製した混合粉末に、適量のバインダ等を配合して混練した後、造粒し、これを用いて、射出成形等の方法により、焼成後、発熱抵抗体となる成形体とすることができる。
【００２９】
その後、この成形体を、窒化珪素を主体とする絶縁性セラミック基体用原料粉末に埋入する。その方法としては、基体用原料粉末を圧粉した半割型を２個用意し、これらの半割型の間の所定位置に成形体を載置した後、プレス成形する方法等が挙げられる。次いで、これらを一体に５〜１２ＭＰａ程度に加圧することにより、絶縁性セラミック基体の形状を有する粉末成形体に、発熱抵抗体となる成形体が埋設されたセラミックヒータ成形体が得られる。このセラミックヒータ成形体を、黒鉛製等の加圧用ダイスに収納し、これを焼成炉に収容し、所定の温度で所要時間、ホットプレス焼成することにより、セラミックヒータを製造することができる。焼成温度及び焼成時間は特に限定されないが、焼成温度は１７００〜１８５０℃、特に１８００〜１８５０℃、焼成時間は３０〜１８０分、特に６０〜１２０分とすることができる。
【００３０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明のセラミックヒータ及びそれを備えるグロープラグを実施例により更に詳しく説明する。
（１）セラミックヒータの構成
図１は、セラミックヒータの軸線方向における断面図である。
セラミックヒータ１は、軸線方向に延びる絶縁性セラミック基体１１、発熱抵抗体１２及びリード線１３ａ、１３ｂにより構成されている。絶縁性セラミック基体１１は窒化珪素焼結体からなり、埋設される発熱抵抗体１２、及びリード線１３ａ、１３ｂは、この絶縁性セラミック基体１１によって保護されている。
【００３１】
発熱抵抗体１２はＵ字形の棒状体からなり、一方の基端部から延び方向転換して他方の基端部へ至る方向転換部１２ａと、方向転換部１２ａの両端部から同方向（軸線方向）に延びる一対の直線部１２ｂとを有しており、方向転換部１２ａが絶縁性セラミック基体１１の先端部側に向くように配置されている。この発熱抵抗体１２には、マトリックスセラミック及び導電性セラミック粒子が含有されている。また、Ｗからなるリード線１３ａ、１３ｂは、外部からセラミックヒータ１に供給される電力を絶縁性セラミック基体１１に埋設される発熱抵抗体１２へ給電できるように、それぞれその一端は基体１１の表面に露出し、他端は発熱抵抗体１２の一対の直線部１２ｂに接続される形で絶縁性セラミック基体１１に埋設されている。
【００３２】
（２）セラミックヒータを組み込んだグロープラグの構成
図２は、このセラミックヒータを組み込んだグロープラグの軸線方向における断面図である。
グロープラグ２は、発熱する部位である先端側に発熱抵抗体１２（発熱抵抗体１２の方向転換部１２ａ）が配置される形でセラミックヒータ１を備える。セラミックヒータ１は、金属製の固定筒２１に貫装され、同時に絶縁性セラミック基体１１の表面に露出する一方のリード線１３ｂはロー材によりこの固定筒２１に電気的に接続される。一方、この固定筒２１は主体金具２２の先端側にロー付けにより固定される。また、セラミックヒータ１の他方のリード線１３ａはリードコイル２４とロー付けにより電気的に接続され、更に中軸２５に接続されて端子金具２６に接続されている。尚、主体金具２２の外周には、グロープラグをエンジンに取り付けるための取り付けねじ部２３が螺刻され、さらに取り付ける際にインパクトレンチをあてがうための六角状の工具係合部２７が形成されている。
【００３３】
（３）セラミックヒータの製造
窒化珪素原料粉末８８質量部（以下、「部」と略記する。）に、焼結助剤として、Ｙｂ2Ｏ3粉末１０部及びＳｉＯ2粉末２部を配合して絶縁成分用原料とした。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、乾燥し、混合粉末を得た。その後、この混合粉末とバインダとを混練機に投入し、４時間混練した。次いで、得られた混練物を裁断してペレット状とした。
【００３４】
一方、発熱抵抗体に対応したＵ字形状のキャビティを有した射出成形用金型に対して、断面が円形であるＷ製の２本のリード線を各々その端部が上記キャビティ内に入り込むように配置した。そして、その状態で射出成形機により上記ペレット状とした混練物を射出し、リード線とＵ字状の導電性セラミックからなる未焼成発熱抵抗体とが一体化された一体射出成形体、即ち一方の基端部から延び方向転換して他方の基端部へ至る方向転換部と、方向転換部の両端部から同方向に延びる一対の直線部とを有する未焼成発熱抵抗体と、この直線部に一端が埋設される形で接続されるリード線とが一体化された一体射出成形体を得た。
【００３５】
また、これとは別に、８６部の窒化珪素原料粉末に、焼結助剤として１１部のＹｂ2Ｏ3粉末及び３部のＳｉＯ2粉末、並びに５質量部のＭｏＳｉ2粉末を配合し、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個の半割型を用意した。なお、この２個の半割型は、完成後の絶縁性セラミック基体を、その軸線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、上記一体射出成形体に対応した形状の凹部が形成されている。そして、この凹部に一体射出成形体を収容し、２個の半割型を型合わせするとともに、その状態で６．８６ＭＰａの圧力で一体に加圧し、未焼成のセラミックヒータを得た。
【００３６】
次いで、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、絶縁性セラミック基体となる２個の半割型からバインダ等を除去し、仮焼体を得た。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、焼成体を得た。そして、焼成体の表面（外面）にセンタレス研磨加工を施すことにより、セラミックヒータを得た。
【００３７】
ここで、上述の一体射出成形体を作成するにあたり、未焼成発熱抵抗体を射出成形により得るための射出成形用金型を調整することによって、未焼成発熱抵抗体における直線部の断面最大寸法、形状及び２本の直線部の対向方向における最小寸法を種々に変更し、各種試験品を作成した。それに同期して、絶縁性セラミック基体を形成するための２個の半割型についても、型合わせしたときの自身の外径（即ち、焼成後の絶縁性セラミック基体の外径）、さらには未焼成発熱抵抗体における直線部の断面最大寸法等を種々に変更した各種試験品に対応するために分割面における凹部の位置や深さを種々に調整するようにした。
【００３８】
その後、ホットプレス焼成及び表面研磨を行って得られた各種試験品のセラミックヒータに対して、絶縁性セラミック基体の表面における最高発熱部分が１０００℃になるように、リード線を介して発熱抵抗体に通電を行い、その最高発熱部分における絶縁性セラミック基体の径方向への断面をとった。そして、各種試験品において、この絶縁性セラミック基体の径方向への断面をとったときの、ヒータ外径（絶縁性セラミック基体の外径）、そのヒータ外径に対する発熱抵抗体を構成する２本の直線部の対向方向における最小寸法の割合、発熱抵抗体の直線部の断面最大寸法、上記ヒータ外径に対する上記直線部の断面最大寸法の割合を算出し、これらの値を表１に示す。
【００３９】
また、試験品のうち４、４’、４’’については、上記断面において、絶縁性セラミック基体の断面積（ＳＡ）と、絶縁性セラミック基体と発熱抵抗体との合計断面積（Ｓ）との比（ＳＡ／Ｓ）を算出した。なお、各種試験品のうちの一部については、上記断面をとったときの断面図を図３〜図８に示す（図３は実験例８、図４は実験例４、図５は実験例１０、図６は実験例１１、図７は実験例１、図８は実験例２にそれぞれ相当）。
【００４０】
（４）消費電力の評価
表１に示す１４種類の試験品（セラミックヒータ）に対し、絶縁性セラミック基体の表面における最高発熱部分が１０００℃になるように電圧を調整して発熱抵抗体に通電し、その時の電圧・電流値から電力を算出した。その結果を表１に併記する。
【００４１】
【表１】
0003766786.tif 000002
消費電力の欄の評価基準は、◎；電力が３０Ｗ未満、○；電力が３０Ｗ以上、４０Ｗ未満、×；電力が４０Ｗ以上、である。
【００４２】
表１の結果によれば、発熱抵抗体の２本の直線部の対向方向における最小寸法が絶縁性セラミック基体の直径、即ち、ヒータ外径の４０％未満であり、直線部の断面最大寸法もヒータ外径の４０％未満である実験例１、２のヒータでは、消費電力は４０Ｗ以上であり、絶縁性セラミック基体の表面における最高発熱部分を１０００℃にまで昇温させるのに多くの電力を要することが分かる。一方、２本の直線部の対向方向の最小寸法はヒータ外径の４０％未満であるものの、直線部の断面最大寸法がヒータ外径の４０％以上である実験例３〜４’’及び１２のセラミックヒータでは、消費電力は３０〜３６Ｗと低減しており、また、４〜４’’では、ＳＡ／Ｓが大きくなるとともに、大差はないもののより電力消費が低減される傾向にあることが分かる。
【００４３】
更に、実験例５〜１０のセラミッヒータでは、２本の直線部の対向方向の最小寸法がヒータ外径の４０％以上であり、且つ直線部の断面最大寸法がヒータ外径の４０％以上であって、消費電力を十分に低減させることができ、特に、２本の直線部の対向方向の最小寸法がより大きく、断面最大寸法がより大きくなるとともに、消費電力を更に低減し得ることが分かる。尚、実験例１１のように外径の小さいヒータの場合も、同様に消費電力を低減することができる。
【００４４】
尚、本発明では、上記の具体的な実施例に限られず、本発明の範囲内で種々変更した実施例とすることができる。例えば、発熱抵抗体の横断面の形状は各々の図に比べてより曲率の大きな円弧状とすることができ、必ずしも滑らかな円弧ではなく凹凸等を有する形状であってもよい。また、この横断面の形状は楕円形であってもよい。
【００４５】
【発明の効果】
本発明によれば、セラミックヒータの特に表面近傍を効率よく発熱させることができ、ヒータを所定温度に速やかに昇温させることができる。また、要する消費電力を低減させることができる。このセラミックヒータをグロープラグ、バーナ等の加熱源、或いは酸素センサ等の加熱源として使用すれば、燃料の着火、センサの活性化のための昇温などを容易に行うことができる。また、このセラミックヒータをグロープラグに使用することにより、高温でのアフターグローを消費電力を低減して行うことができる。更に、発熱抵抗体の組成が単一、構造が簡易であるため、その製造に煩雑な工程を必要としないため耐久性及び信頼性の高いセラミックヒータとすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】セラミックヒータを説明するための軸線方向における断面図である。
【図２】セラミックヒータを組み込んだグロープラグの軸線方向における断面図である。
【図３】発熱抵抗体の２本の直線部が、その断面において円弧状の外形線部分が絶縁性セラミック基体の外形線に倣う形に形成されており、且つ外方に位置している場合の断面図である。
【図４】発熱抵抗体の２本の直線部の断面最大寸法が十分に大きい場合の断面図である。
【図５】発熱抵抗体の２本の直線部が、その断面において円弧状の外形線部分が絶縁性セラミック基体の外形線に倣う形に形成され、外方に位置しており、且つその断面最大寸法が十分に大きい場合の断面図である。
【図６】ヒータの外径が小さく、発熱抵抗体の２本の直線部が、その断面において円弧状の外形線部分が絶縁性セラミック基体の外形線に倣う形に形成され、外方に位置しており、且つその断面最大寸法が十分に大きい場合の断面図である。
【図７】発熱抵抗体の２本の直線部が、その断面において楕円状に形成され、それらが十分に外方に位置しておらず、且つその断面最大寸法も小さい場合の断面図である。
【図８】発熱抵抗体の２本の直線部が、その断面において円弧状の外形線部分が絶縁性セラミック基体の外形線に倣う形に形成され、それらが十分に外方に位置しておらず、且つその断面最大寸法も小さい場合の断面図である。
【符号の説明】
１；セラミックヒータ、１１；基体、１２；発熱抵抗体、１２ａ；方向転換部、１２ｂ；一対の直線部、１３ａ、１３ｂ；リード線、Ｃ；仮想円、２；グロープラグ、２１；金属製の固定筒、２２；主体金具、２３；取り付けねじ部、２４；リードコイル、２５；中軸、２６；端子金具。
【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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