JP2002203665A - セラミックヒータ及びそれを備えるグロープラグ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 効率よく昇温させることができ、消費電力を
低減することができるセラミックヒータ、及びこのヒー
タを備えるグロープラグを提供する。 【解決手段】 発熱抵抗体の直線部が、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、この基体の断
面における中心点を中心とし、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するよう
に配置する。また、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％以上にする。
尚、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％以上であれば、発熱抵抗体を
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ように配置すればよい。発熱抵抗体
は、ＷＣ、ＭｏＳｉ₂、ＴｉＮ等からなる導電成分と、
窒化珪素質焼結体からなる絶縁成分と、により構成され
る。

Description

【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４
０％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４
０％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４
０％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Ａ
ｌ₂Ｏ₃−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１０
０体積部とした場合に、導電成分用原料粉末を１５〜４
０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１３
ａ、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Ｓ
ｉＯ₂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Ｗ
Ｃ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】 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３
０〜３６Ｗと低減しており、また、４〜４’’では、Ｓ
Ａ／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、１３
ａ、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、２
６；端子金具。

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【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。
2. 【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。
3. 【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。
4. 【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。
5. 【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（Ｓ
   Ａ）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。
6. 【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。
7. 【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。