JP2003022889A

JP2003022889A - セラミックヒータ、それを用いたグロープラグ及びセラミックヒータの製造方法

Info

Publication number: JP2003022889A
Application number: JP2002116761A
Authority: JP
Inventors: Masahito Taniguchi; 雅人谷口; Nobuyuki Hotta; 信行堀田; Haruhiko Sato; 晴彦佐藤
Original assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Current assignee: Niterra Co Ltd
Priority date: 2001-05-02
Filing date: 2002-04-18
Publication date: 2003-01-24
Anticipated expiration: 2022-04-18
Also published as: JP3924193B2

Abstract

(57)【要約】【課題】異種の抵抗体部分の接合体としてセラミック
抵抗体が形成されつつも安価に製造可能なセラミックヒ
ータを提供する。【解決手段】セラミックヒータ１は、そのセラミック
抵抗体１０が、ヒータ本体２の先端部に配置される第一
導電性セラミックからなる第一抵抗体部分１１と、各々
該第一抵抗体部分１１の後方側において、ヒータ本体２
の軸線Ｏ方向に延伸する形で配置され、先端部が第一抵
抗体部分１１の通電方向における両端部にそれぞれ接合
されるとともに、第一導電性セラミックよりも抵抗率が
低い第二導電性セラミックからなる１対の第二抵抗体部
分１２，１２とを有する。それら第一抵抗体部分１１と
第二抵抗体部分１２，１２との接合面１５は、その少な
くとも一部がヒータ本体２の軸線Ｏと直交する平面Ｐか
ら逸脱した面とされてなり、かつ、第二抵抗体部分１
２，１２の各軸線Ｊを含む平面を基準平面Ｋとして、該
基準平面Ｋと直交する平面のみからなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ディーゼルエンジ
ン予熱用のグロープラグ等に使用されるセラミックヒー
タとその製造方法、及び該セラミックヒータを用いたグ
ロープラグに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、上記のようなセラミックヒータと
して、絶縁性のセラミック基体に対し、導電性セラミッ
クからなる抵抗発熱体を埋設した構造を有するものが知
られている。このようなセラミックヒータにおいては、
セラミック基体中に埋設されたタングステン金属等から
なる金属リードを介して抵抗発熱体への通電を行なって
いたが、金属リードを使用する分だけ部品点数が増え、
製造工数の増大も招きやすいのでコストアップを生じや
すい問題があった。そこで、特許第３０４４６３２号公
報には、主要な抵抗発熱部を第一抵抗体部分として構成
する一方、該第一抵抗体部分よりも低抵抗率の導電性セ
ラミックからなる第二抵抗体部分を第一抵抗体部分への
導通路として用い、金属リードを廃止したオールセラミ
ック型のヒータ構造が開示されている。

【０００３】また、抵抗率の異なる抵抗体部分を一体化
することにより、通電初期においては第二抵抗体部分を
介して第一抵抗部分に大電流を流して急速昇温させると
ともに、目標温度に近づいたときの電流制御を第二抵抗
体部分の電気抵抗上昇により行なう、いわゆる自己飽和
型発熱特性を有したセラミックヒータを実現しやすい利
点もある。該効果は、特開２０００−１３０７５４号公
報においても、抵抗率の異なる２種類の抵抗体部分を接
合したセラミック抵抗体に金属リードを介して通電する
セラミックヒータの構造とともに、同様に開示されてい
る。

【０００４】この場合、いずれの構造のセラミックヒー
タにおいては、異材質のセラミック抵抗体の接合面が必
然的に形成されることになるが、電気抵抗率の異なる導
電性セラミックは線膨張係数にも相当の差を有している
のが通常である。従って、グロープラグのように昇温／
冷却が頻繁に繰り返される用途においては、上記線膨張
率差に起因した熱応力が異種抵抗体部分の接合面に集中
しやすい問題がある。特に特許３０４４６３２号公報に
開示されているように、軸線と直交する平坦な界面によ
り抵抗体を接合した構造では、接合面積をあまり大きく
できないため、上記の応力集中により、接合面に沿った
抵抗体の破断を生じやすい欠点がある。そこで、特開２
０００−１３０７５４号公報には、第一抵抗体部分の端
部に円孔状の凹部を設け、第二抵抗体部分の端部にこの
凹部と嵌合する凸部を設けることにより接合面積を増加
させ、強度向上を図る提案がなされている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記公報のセ
ラミックヒータには以下のような欠点がある。接合面内に孤立した凸部や凹部を形成する必要がある
ため、抵抗体を射出成形／焼成により製造しようとする
際に、２つの抵抗体部分を全く別の金型により独立して
成形しなければならず、製造工数及び金型コストの増大
を招きやすい。特に、凹部を形成する側の金型は、凹部
を形成するためのコアを金型に対して進退可能に設けな
ければならず、金型が高価なものになりやすい。上記のような構造のセラミック抵抗体の発熱は、第一
抵抗体部分の先端側において高く、そこから軸線方向後
方に離れるに従い低温化する。従って、発熱の大きい第
一抵抗体部分と比較的低温となる第二抵抗体部分との間
には、軸線方向（接合方向）に沿って大きな温度勾配が
形成されやすい。しかし、上記公報のセラミックヒータ
では、異種セラミックからなる第一抵抗体部分と第二抵
抗体部分との断面比率が、凹凸嵌合の接合部にて階段状
に急変化しているため、上記温度勾配が生じたときに、
接合部における熱応力集中を緩和する効果はそれほど期
待できない。

【０００６】本発明の課題は、異種の抵抗体部分の接合
体としてセラミック抵抗体が形成されつつも安価に製造
可能なセラミックヒータとその製造方法とを提供するこ
とを第一の課題とする。また、異種抵抗体部分の接合部
分の強度及び耐久性に優れたセラミックヒータを提供す
ることを第二の課題とする。また、本発明は、それらセ
ラミックヒータを用いたグロープラグも提供する。

【０００７】

【課題を解決するための手段及び作用・効果】本発明の
セラミックヒータは、絶縁性セラミックからなるセラミ
ック基体中に導電性セラミックからなるセラミック抵抗
体が埋設された棒状のヒータ本体を有し、セラミック抵
抗体は、ヒータ本体の先端部に配置される第一導電性セ
ラミックからなる第一抵抗体部分と、各々該第一抵抗体
部分の後方側において、ヒータ本体の軸線方向に延伸す
る形で配置され、先端部が第一抵抗体部分の通電方向に
おける両端部にそれぞれ接合されるとともに、第一導電
性セラミックよりも抵抗率が低い第二導電性セラミック
からなる１対の第二抵抗体部分とを有する。セラミック
抵抗体を、このように抵抗率の異なる抵抗体部分の接合
体として構成することの目的は、既に説明した従来のセ
ラミックヒータと同じである。

【０００８】そして、本発明に係るセラミックヒータの
第一の構成においては、上記第一の課題を解決するため
に、それら第一抵抗体部分と第二抵抗体部分との接合面
が、その少なくとも一部がヒータ本体の軸線と直交する
平面から逸脱した面とされてなり、かつ、該ヒータ本体
の軸線と第二抵抗体部分の軸線とを含む平面を基準平面
として、該基準平面と直交する平面、該基準平面と直交
する曲面もしくはそれらの組合せからなることを特徴と
する。

【０００９】抵抗体部分の接合面の少なくとも一部を、
ヒータ本体の軸線と直交する平面から逸脱した面とする
ことで、接合面をヒータ本体の軸線と直交する単純な平
面形状とする場合と比較して接合面積が増大し、両抵抗
体部分の接合強度の向上を図ることができる。そして、
その接合面をさらに、第二抵抗体部分の各軸線を含む平
面を基準平面として、該基準平面と直交する平面、該基
準平面と直交する曲面もしくはそれらの組合せとして形
成することにより、セラミック抵抗体を射出成形により
製造する際に、具体的には、両抵抗体部分のいずれかの
成形体をインサートとして、他方の抵抗体部分をインサ
ート成形により一体化する製法を採用する際に、金型の
共有化と工程の大幅な簡略化を図ることが可能となり、
製造コストを大幅に削減することができる。

【００１０】その具体的な工程は、本発明のセラミック
ヒータの製造方法により実現できる。すなわち、該方法
は、ヒータ本体を製造するために、セラミック基体の粉
末成形部中にセラミック抵抗体の粉末成形部を埋設した
セラミック粉末成形体の製造工程と、そのセラミック粉
末成形体を焼成する焼成工程とを含む。そのセラミック
粉末成形体の製造工程において、抵抗体粉末成形部は射
出成形により製造され、その射出成形を行なう際に、抵
抗体粉末成形部の射出空間を基準平面に相当する分割面
により分割して第一金型と第二金型とに割り振った分割
金型を用意する。第二金型としては、第一抵抗体部分用
の空間と第二抵抗体部分用の空間とが一体化された第二
側一体射出空間を有するものを用意する一方、第一金型
として、第一抵抗体部分と第二抵抗体部分との一方を予
備成形体として成形するための部分射出空間と、該部分
射出空間との隣接面が分割面と垂直であり、かつ第二金
型と型合わせされた際に、第二側一体射出空間のうち予
備成形体の成形に使用されない空間部分を充填する充填
部とが形成された予備成形金型と、第一抵抗体部分用の
空間と第二抵抗体部分用の空間とが一体化された第一側
一体射出空間を有するインサート成形用金型とをそれぞ
れ用意する。

【００１１】そして、第二金型と予備成形金型とを型合
わせして成形用材料を射出することにより、まず、予備
成形体を製造する。次いで、その予備成形体を第一側一
体射出空間と第二側一体射出空間との対応する空間部に
インサートとして配置した状態で第二金型とインサート
成形用金型とを型合わせし、残余の空間部に成形用材料
を射出することにより、該射出成形部分を予備成形体に
一体化して抵抗体粉末成形部を得る。

【００１２】上記方法においては、セラミック抵抗体を
製造するための射出成形金型として分割金型を用いる点
に関しては、一般の射出成形と同様である。また、セラ
ミック抵抗体の形状は、本発明の適用対象となるセラミ
ックヒータ特有のものであり、第一抵抗体部分の両端に
通電経路となる第二抵抗体部分を同方向に延伸形態にて
配置した、例えばＵ字状あるいはＣ字状のものとなる。
このような形態のセラミック抵抗体（抵抗体粉末成形
部）を射出成形にて製造する場合、２つの第二抵抗体部
分の両軸線を含む平面を基準平面として、これを金型に
形成された射出空間（キャビティ）の分割面として用い
れば、射出成形体を容易に金型から取り出すことができ
る。

【００１３】そして、本発明の方法では、第一抵抗体部
分と第二抵抗体部分との一方を予備成形体として先行形
成し、これに他方をインサート成形により一体化するイ
ンサート成形工程を採用する。そのインサート成形に使
用する分割金型は、第二金型として、第一抵抗体部分用
の空間と第二抵抗体部分用の空間とが一体化された第二
側一体射出空間を有するものを１種類のみ用意し、これ
を予備成形体の製造と、インサート成形との双方に共用
する。他方、第一金型は、予備成形体製造用の予備成形
金型と、インサート成形を行なうための本成形金型との
２種類を用意する。予備成形金型には、予備成形体を作
るための部分射出空間を形成するとともに、第二側一体
射出空間のうち予備成形体の成形に使用されない空間部
分を充填する充填部を隣接形成しておくことで、第二側
一体射出空間の必要な空間部分のみを利用して予備成形
体の製造を合理的に行なうことができる。このとき、第
一抵抗体部分と第二抵抗体部分との接合面の形状を、上
記の基準平面、すなわち、成形時における射出空間の分
割面に対し、直角な平面、曲面またはそれらの組合せか
らなるものとしておけば、予備成形金型を第二金型から
上記の分割面と直角な方向に離脱させる形で、予備成形
体を損傷させることなく簡単に型開きできる。つまり、
上記のように接合面形状を定めておけば、該接合面に予
定された予備成形体の端面、すなわち、予備成形体の充
填部との接触面（すなわち、部分射出空間との隣接面）
のあらゆる部分が型開き方向と平行になり、型開き時の
充填部の移動軌跡と予備成形体との干渉を回避できる。

【００１４】そして、型開き後は、同じ第二金型内に予
備成形体を配置した状態で第一金型を本成形金型に交換
し、インサート成形により残余部分を成形・一体化すれ
ば、抵抗体粉末成形部を簡単に得られる上、第二金型を
予備成形と本成形（インサート成形）とに共用できるの
で、金型費用も節約できる。すなわち、異種の抵抗体部
分の接合体としてセラミック抵抗体が形成されているに
もかかわらず、安価に製造可能であり、本発明の第一の
課題が解決される。

【００１５】次に、本発明に係るセラミックヒータの第
二の構成においては、上記第二の課題を解決するため
に、第一抵抗体部分と第二抵抗体部分との接合面が主に
（具体的には、接合面全体の５０％以上）、ヒータ本体
の軸線と直交する平面に対し傾斜した傾斜面部により形
成されてなることを特徴とする。

【００１６】この構成によると、第一抵抗体部分と第二
抵抗体部分との接合面が上記のような傾斜面部を有して
いることにより、接合面をヒータ本体の軸線と直交する
単純な平面形状とする場合と比較して接合面積が増大
し、両抵抗体部分の接合強度の向上を図ることができ
る。また、傾斜面部は、例えば凹凸嵌合面等と比較して
形状が単純であり、射出成形等にて各抵抗体部分を製造
する際の金型費用も安価に抑えることができる。さら
に、接合面形状が単純なため、例えば第一抵抗体部分と
第二抵抗体部分との一方を予備成形体として、他方をイ
ンサート成形によりこれと一体化する工程を採用する場
合は、接合面における成形用材料のつきまわりが良好と
なり、接合面への気泡残留等による欠陥も形成されにく
い。

【００１７】さらに、傾斜面部においては、第一抵抗体
部分と第二抵抗体部分との各セラミックの分布比率が、
ヒータ本体の軸線方向において徐々に変化するため、該
軸線方向に大きな温度勾配が生じた場合でも、接合部に
おいて熱応力が局所的に集中する不具合が生じにくく、
熱衝撃等が繰り返し加わった場合でも接合部の耐久性を
良好に確保することができる。すなわち、本発明の第二
の課題を解決することができる。

【００１８】なお、上記効果を高めるためには、第一抵
抗体部分と第二抵抗体部分との接合面の全面を傾斜面部
として構成することが望ましいが、例えば前記したイン
サート成形によりセラミック抵抗体を製造する場合に
は、予備成形体の接合面として予定された端面側の形状
が、上記傾斜面部の形成に伴い鋭角状の先端部を有する
ものとなり、欠け等の不具合を生じやすくなる場合があ
る。そこで、これを防止するために、接合面領域のう
ち、該先端部を形成する部位のみは角度の緩い傾斜面と
したり、あるいはヒータ本体の軸線と直交する平面とし
て構成することが有効である。

【００１９】なお、上記本発明のセラミックヒータの第
一及び第二の構成は当然、互いに組み合わせて実施する
ことが可能であり、この場合、前記した第一及び第二の
課題を同時に解決することが可能となる。

【００２０】次に、本発明のグロープラグは、上記本発
明のセラミックヒータと、該セラミックヒータのヒータ
本体を周方向に取り囲むとともに、軸線方向においてヒ
ータ本体の先端部を突出させる形にて配置される金属外
筒と、その金属外筒の軸線方向後端部に結合され、外周
面に内燃機関への取付部が形成された主体金具とを備え
たことを特徴とする。本発明のセラミックヒータを採用
することで、耐久性に優れたグロープラグを安価に実現
することが可能となる。

【００２１】なお、本明細書の特許請求の範囲において
各要件に付与した符号は、添付の図面の対応部分に付さ
れた符号を援用して用いたものであるが、あくまで発明
の理解を容易にするために付与したものであり、特許請
求の範囲における各構成要件の概念を何ら限定するもの
ではない。

【００２２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を、図
面を用いて説明する。図１は、本発明のセラミックヒー
タを使用したグロープラグの一例を、その内部構造とと
もに示すものである。該グロープラグ５０はセラミック
ヒータ１を有し、そのヒータ本体２の先端部が突出する
ようにその外周面を覆う金属外筒３、さらにその金属外
筒３を外側から覆う筒状の主体金具４等を備えている。
主体金具４の外周面には、図示しないエンジンブロック
にグロープラグ５０を固定するための、取付部としての
ねじ部５が形成されている。なお、主体金具４は金属外
筒３に対し、例えば両者の内外周面の隙間を充填する形
でろう付けするか、あるいは主体金具４の先端側開口内
縁と、金属外筒３の外周面とをに全周レーザー溶接する
形で固定される。

【００２３】図２はセラミックヒータ１を拡大して示す
縦断面図及びそのＡ−Ａ断面図である。ヒータ本体２
は、絶縁性セラミックからなるセラミック基体１３中に
導電性セラミックからなるセラミック抵抗体１０が埋設
された棒状の形態を有する。そして、セラミック抵抗体
１０は、ヒータ本体２の先端部に配置される第一導電性
セラミックからなる第一抵抗体部分１１と、各々該第一
抵抗体部分１１の後方側において、ヒータ本体２の軸線
Ｏの方向に沿って延伸する形で配置され、先端部が第一
抵抗体部分１１の通電方向における両端部にそれぞれ接
合されるとともに、第一導電性セラミックよりも抵抗率
が低い第二導電性セラミックからなる１対の第二抵抗体
部分１２，１２とを有する。

【００２４】セラミック基体１３を構成する絶縁性セラ
ミックとして、本実施形態では窒化珪素質セラミックが
採用されている。窒化珪素質セラミックの組織は、窒化
珪素（Ｓｉ_３Ｎ_４）を主成分とする主相粒子が、後述の
焼結助剤成分等に由来した粒界相により結合された形態
のものである。なお、主相は、ＳｉあるいはＮの一部
が、ＡｌあるいはＯで置換されたもの、さらには、相中
にＬｉ、Ｃａ、Ｍｇ、Ｙ等の金属原子が固溶したもので
あってもよい。例えば、次の一般式にて表されるサイア
ロンを例示することができる； β−サイアロン：Ｓｉ_６−ｚＡｌ_ｚＯ_ｚＮ_８−ｚ（ｚ＝
０〜４．２） α−サイアロン：Ｍ_ｘ（Ｓｉ，Ａｌ）_１２（Ｏ，Ｎ）
_１６（ｘ＝０〜２）Ｍ：Ｌｉ，Ｍｇ，Ｃａ，Ｙ，Ｒ（ＲはＬａ，Ｃｅを除く
希土類元素）。

【００２５】窒化珪素質セラミックには、周期律表の３
Ａ、４Ａ、５Ａ、３Ｂ（例えばＡｌ）及び４Ｂ（例えば
Ｓｉ）の各族の元素群及びＭｇから選ばれる少なくとも
１種を前記のカチオン元素として、焼結体全体における
含有量にて、酸化物換算で１〜１０質量％含有させるこ
とができる。これら成分は主に酸化物の形で添加され、
焼結体中においては、主に酸化物あるいはシリケートな
どの複合酸化物の形態にて含有される。焼結助剤成分が
１質量％未満では緻密な焼結体が得にくくなり、１０質
量％を超えると強度や靭性あるいは耐熱性の不足を招
く。焼結助剤成分の含有量は、望ましくは２〜８質量％
とするのがよい。焼結助剤成分として希土類成分を使用
する場合、Ｓｃ、Ｙ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍ、
Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌ
ｕを用いることができる。これらのうちでもＴｂ、Ｄ
ｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂは、粒界相の結晶化を促進
し、高温強度を向上させる効果があるので好適に使用で
きる。

【００２６】次に、抵抗発熱体１０を構成する第一抵抗
体部分１１及び第二抵抗体部分１２，１２は、前記した
通り電気抵抗率の異なる導電性セラミックにて構成され
ている。両導電性セラミックの電気抵抗率を互いに異な
るものとする方法は特に限定されず、例えば、同種の導電性セラミック相を用いつつ、その含有量を
互いに異ならせる方法；電気抵抗率の異なる異種の導電性セラミック相を採用
する方法；との組合せによる方法；等、種々例示できるが、本実施形態ではの方法を採用
している。

【００２７】導電性セラミック相としては、例えば、炭
化タングステン（ＷＣ）、二珪化モリブデン（ＭｏＳｉ
_２）及び二珪化タングステン（ＷＳｉ_２）等、周知のも
のを採用できる。本実施形態ではＷＣを採用している。
なお、セラミック基体１３との線膨張係数差を縮小して
耐熱衝撃性を高めるために、セラミック基体１３の主成
分となる絶縁性セラミック相、ここでは窒化珪素質セラ
ミック相を配合することができる。従って、絶縁性セラ
ミック相と導電性セラミック相との含有比率を変化させ
ることにより、抵抗体部分を構成する導電性セラミック
の電気抵抗率を所望の値に調整することができる。

【００２８】具体的には、抵抗発熱部をなす第一抵抗体
部分１１の材質である第一導電性セラミックは、導電性
セラミック相の含有率を１０〜２５体積％、残部を絶縁
性セラミック相とするのがよい。導電性セラミック相の
含有率が２５体積％を超えると、導電率が高くなりすぎ
て十分な発熱量が期待できなくなり、１０体積％未満に
なると逆に導電率が低くなりすぎ、同様に発熱量が十分
に確保できなくなる。

【００２９】他方、第二抵抗体部分１２，１２は、その
第一抵抗体部分１１に対する導通経路となるものであ
り、その材質である第二導電性セラミックは導電性セラ
ミック相の含有率を１５〜３０体積％、残部を絶縁性セ
ラミック相とするのがよい。導電性セラミック相の含有
率が３０体積％を超えると焼成による緻密化が困難とな
り、強度不足を招きやすくなるほか、エンジン予熱のた
めに通常使用される温度域に到達しても電気抵抗率の上
昇が不十分となり、電流密度を安定化させるための自己
飽和機能が実現できなくなる場合がある。他方、１５体
積％未満では第二抵抗体部分１２，１２での発熱が大き
くなりすぎて、第一抵抗体部分１１の発熱効率が悪化す
ることにつながる。なお、前記した通電電流の自己飽和
機能を十分なものとするためには、第一導電性セラミッ
ク中の導電性セラミック相の含有率をＶ１（体積％）、
第二導電性セラミック中の導電性セラミック相の含有率
をＶ２（体積％）として、Ｖ１／Ｖ２が０．５〜０．９
程度となるように、導電性セラミック相の含有に差をつ
けておくことが望ましい。本実施形態では、第一導電性
セラミック中のＷＣの含有率が１６体積％（５５質量
％）、第二導電性セラミック中のＷＣの含有率が２０体
積％（７０質量％）としている（残部いずれも窒化珪素
質セラミック（焼結助剤含む））。

【００３０】本実施形態においてセラミック抵抗体１０
は、第一抵抗体部分１１がＵ字形状をなし、そのＵ字底
部がヒータ本体２の先端側に位置するように配置され、
第二抵抗体部分１２，１２は、該Ｕ字形状の第一抵抗体
部分１１の両端部からそれぞれ軸線Ｏ方向に沿って後方
に延伸する、互いに略平行な棒状部とされている。

【００３１】セラミック抵抗体１０において第一抵抗体
部分１１は、動作時に最も高温となるべき先端部１１ａ
に対して電流を集中するために、該先端部１１ａを両端
部１１ｂ、１１ｂよりも細径としている。そして、第二
抵抗体部分１２，１２との接合面１５は、その先端部１
１ａよりも径大となった両端部１１ｂ、１１ｂに形成さ
れるとともに、第二抵抗体部分１２，１２の軸断面積自
体が、第一抵抗体部分１１の先端部１１ａの断面積（本
明細書では、ヒータ本体２の軸線Ｏを含み、後述する基
準平面Ｋと直交する平面による断面積として規定する）
よりも大きく設定されている。すなわち、Ｕ字形状のセ
ラミック抵抗体１０全体としてみたとき、該セラミック
抵抗体１０は、Ｕ字底をなす先端部１１ａに対し、その
両端に先端部１１ａへの通電経路をなすとともに、該先
端部１１ａよりも径大となる２本の径大棒状部Ｌｄ，Ｌ
ｄが接続された形態をなし、かつ第一抵抗体部分１１と
第二抵抗体部分１２，１２との接合面１５，１５が、い
ずれも径大棒状部Ｌｄ，Ｌｄに形成された形となってい
る。

【００３２】すでに説明した通り、接合面１５，１５は
異材質のセラミック抵抗体の接合面であり、グロープラ
グのように昇温／冷却が頻繁に繰り返される用途におい
ては、両セラミックの線膨張率差に起因した熱応力が接
合面１５に集中しやすい。しかし、その接合面１５，１
５を径大棒状部Ｌｄ，Ｌｄに形成することで、接合面積
を増大させることができ、ひいては熱応力集中に対する
強度のマージンを拡大することができるので、より耐久
性に優れたセラミックヒータを実現できる。また、接合
面１５を径大棒状部Ｌｄに位置させることことは、細径
の先端部１１ａの区間内には少なくとも接合面１５が形
成されないことを意味するから、発熱により最も高温化
するセラミック抵抗体１０の先端位置から接合面１５ま
での距離をその分長くでき、ひいては接合面１５に過大
な温度勾配や温度ヒステリシスの大きな加熱／冷却サイ
クルが加わることを抑制できる利点もある。

【００３３】また、本実施形態の接合面１５は、さらに
以下の２つの特徴を有している。図４に示すように、ヒータ本体２の軸線Ｏと直交する
平面Ｐから逸脱した面を含み（つまり、軸線Ｏと直交し
ない面領域を有する）、接合面積の拡張が図られてい
る。さらに、第二抵抗体部分１２，１２の各軸線Ｊ及び
ヒータ本体２の中心軸線Ｏを含む平面を基準平面Ｋとし
たとき、後述する製造工程上の便宜を考慮して、接合面
１５はその全体が、該基準平面Ｋと直交する平面１５
ｔ，１５ｅの組合せにより形成されている。本実施形態
では、ヒータ本体２の軸線Ｏも該基準平面Ｋ上に位置す
るものとされている。なお、第二抵抗体部分１２は、後
述の接合部を除いた部分が楕円状断面の直柱状の形態と
され、軸線Ｊはその直柱状部分の延伸方向と直交する任
意の断面の幾何学的重心位置を接続したものとして定義
する。ヒータ本体２の軸線Ｏと直交する平面Ｐに対し傾斜し
た傾斜面部１５ｔを有している。

【００３４】上記のように接合面を形成することの効
果は、製造工程の説明とともに後述する。また、によ
る効果は、以下の通りである。すなわち、傾斜面部１５
ｔ自体がヒータ本体２の軸線Ｏと直交する平面Ｐから逸
脱した面であるため、接合面積が拡張され、接合強度が
向上する。また、傾斜面部１５ｔは形状が単純であり、
後述するインサート成形時において、接合面１５におけ
る成形用材料のつきまわりが良好となり、気泡残留等に
よる欠陥が形成されにくい。さらに、傾斜面部１５ｔに
おいては、第一抵抗体部分１１と第二抵抗体部分１２と
の各セラミックの分布比率が、ヒータ本体２の軸線Ｏ方
向において徐々に変化するため、熱応力の局所集中が生
じにくくなり、熱衝撃等が繰り返し加わった場合でも接
合部の耐久性を良好に確保することができる。

【００３５】次に、図４に示すように、セラミック抵抗
体１０の第一抵抗体部分１１と第二抵抗体部分１２との
接合部（軸線Ｏの向きにおける接合面１５の存在区間を
意味するものとする）は、ヒータ本体２の軸線Ｏと任意
の位置において直交する平面による断面のうち、その断
面積が最小となるものの該断面積をＳ0、及び接合面１
５の全面積をＳとして、Ｓ／Ｓ0の値が１．２以上１０
以下に調整されていることが望ましい。Ｓ／Ｓ0の値が
１．２以下では、接合面１５を増大させる効果に乏し
く、該値が１０以上では接合部が長くなり、セラミック
ヒータ１の不必要な寸法増大につながる。

【００３６】なお、接合面１５は、全面を傾斜面部とし
て構成することもできるが、例えば後述するインサート
成形によりセラミック抵抗体１０を製造する場合には、
インサートとなる予備成形体の、接合面１５として予定
された端面側の形状が、図３（ａ）に破線で示すよう
に、傾斜面部の形成に伴い鋭角状の先端部を有するもの
となり、欠け等の不具合を生じやすくなる場合がある。
そこで、これを防止するために、接合面のうち、該先端
部を形成する部位のみは角度の緩い傾斜面１５ｅとした
り、あるいは第二抵抗体部分１２の軸線Ｊと直交する平
面として構成することが有効である。

【００３７】例えば、図４において、第二抵抗体部分１
２の軸線Ｊを含む任意の平面による断面において、ヒー
タ本体２の外形線と接合面１５を表す線との交点位置に
おける交差角度をθとしたとき、該θが最小となる平面
（図４において、この平面は基準平面Ｋである）による
断面でのθの値を２０゜以上とすることが、上記成形体
の欠け等を防止する上で望ましい。なお、θの最大値
が、軸線Ｊと直交する平面を採用したときの９０゜とな
ることは自明である。

【００３８】なお、傾斜面部１５ｔは形状単純化の観点
から、図４に示すように、平面状にすることが望ましい
が、傾斜面部効果が損なわれない範囲にて、図中に一点
鎖線で示すように、若干の曲率を付与した曲面形状に形
成してもよい。このようにすれば、接合面積の増大効果
をさらに高めることができる。

【００３９】図２に戻り、セラミック抵抗体１０の１対
の第二抵抗体部分１２，１２は、それぞれ軸線方向後端
部においてヒータ本体２の表面に露出しており、その露
出部１２ａ，１２ａが該セラミック抵抗体１０への通電
端子部１６，１７の接合領域とされている。この構造で
は、ヒータ本体２に通電用のリード線が埋設する必要が
なく、該ヒータ本体２をオールセラミックにて構成でき
るので、製造工数の削減を図ることができる。また、金
属リード線をセラミック中に埋設する構造では、高温下
でヒータ駆動用の電圧を印加したときに、金属リード線
を構成する金属原子が、その電界勾配による電気化学的
な駆動力を受けてセラミック側に強制拡散する、いわゆ
るエレクトロマイグレーション効果によって消耗し、断
線等を生じやすくなることがある。しかし、上記構造で
は通電端子部１６，１７が、導通路を形成する第二抵抗
体部分１２，１２の露出部１２ａ，１２ａに接合される
のみで埋設形態となならないことから、上記エレクトロ
マイグレーション効果の影響を本質的に受けにくい利点
もある。

【００４０】本実施形態では、ヒータ本体２の軸線Ｏ方
向後端部において、セラミック基体１３の一部を切り欠
き形態とし、その切欠部１３ａに第二抵抗体部分１２の
後端部を露出させている。これにより、上記の露出部１
２ａ，１２ａを簡単に形成することができる。このよう
な切欠部１３ａは、成形体の段階で形成しておいてもよ
いし、焼成後にグラインダ研削加工等により後形成して
も、いずれでもよい。

【００４１】また、通電端子部１６，１７は、例えばＮ
ｉあるいはＮｉ合金等の金属製であり、第二抵抗体部分
１２，１２に対し露出部１２ａ，１２ａにおいてろう付
け接合されている。このろう付けは、金属−セラミック
接合のため、これに適した活性ろう材を用いるか、ある
いはその活性金属成分を蒸着等によりセラミック側に付
着させてメタライズし、その後通常のろう材を用いて接
合する手法を採用することが望ましい。ろう材としては
Ａｇ系あるいはＣｕ系の公知のものが使用でき、活性金
属成分としてはＴｉ、Ｚｒ及びＨｆの１種又は２種以上
を使用することができる。

【００４２】図１に示すように、主体金具４の内側に
は、その軸線Ｏ方向において後端側から、セラミックヒ
ータ１に電力を供給するための金属軸６が主体金具４と
絶縁状態にて配置されている。本実施形態では、金属軸
６の後端側外周面と主体金具４の内周面との間にセラミ
ックリング３１を配置し、その後方側にガラス充填層３
２を形成して固定する形としている。なお、セラミック
リング３１の外周面には、径大部の形でリング側係合部
３１ａが形成され、主体金具４の内周面後端寄りに、周
方向段部の形で形成された金具側係合部４ｅに係合する
ことで、軸線方向前方側への抜け止めがなされている。
また、金属軸６のガラス充填層３２と接触する外周面部
分には、ローレット加工等による凹凸が施されている
（図では網掛けを描いた領域）。さらに、金属軸６の後
端部は主体金具４の後方に延出し、その延出部に絶縁ブ
ッシュ８を介して端子金具７がはめ込まれている。該端
子金具７は、周方向の加締め部９により、金属軸６の外
周面に対して導通状態で固定されている。

【００４３】また、セラミック抵抗体１０の第二抵抗体
部分１２，１２は、露出部１２ａ，１２ａにおいて、そ
の一方が接地用通電端子部１６により金属外筒３を介し
て主体金具４に電気的に接続され、同じく他方が電源側
通電端子部１７により金属軸６に電気的に接続されてい
る。本実施形態では、第二抵抗体部分１２はヒータ本体
２の外周面後端部に露出部１２ａを形成しており、ヒー
タ本体２は、軸線Ｏ方向において、後端面２ｒが金属外
筒３の後端面３ｒよりも前方側に位置している。接地用
金属リード部１６は、ヒータ本体２の露出部１２ａと金
属外筒３の内周面後端部とをつなぐ形で配置され、さら
に金属外筒３の、後述するヒータ本体２の切欠部１３ａ
の前端縁よりも後方に位置する部分の内側がガラス３０
にて充填されている。これにより、接地用通電端子部１
６は略全体がガラス３０内に埋没するので、振動等が加
わっても断線や接触不良等を生じにくい。本実施形態で
は、接地用通電端子部１６は帯状の金属部材とされ、そ
の一方の板面１６ａの前端部が、対応する第二抵抗体部
分１２にろう付けにより接合される一方、他方の板面１
６ｂの後端部が金属外筒３の内周面後端部に、例えばろ
う付けやスポット溶接により接合されている。これによ
り、接地用通電端子部１６の接合をより簡便に行なうこ
とができる。

【００４４】次に、図２及び図４に示すように、セラミ
ック抵抗体１０の接合面１５に形成される傾斜面部１５
ｔは、前記した基準平面Ｋ（紙面と平行）に対し垂直に
形成されている。この傾斜面部１５ｔの傾斜方向は、図
９に示すように、傾斜面部１５ｔにて接する第一抵抗体
部分１１と第二抵抗体部分１２との、ヒータ本体２の軸
線Ｏに関する半径方向Ｒにおける位置関係を、第一抵抗
体部分１１の方が外側に位置するように配置する態様
と、図１０に示すようにその逆とする態様との２通りが
可能である。特に図９の態様を採用した場合、発熱の大
きい第一抵抗体部分１１の末端部が、伝熱性の良好な金
属外筒３に近づき、セラミック抵抗体１０の接合面１５
近傍の熱引きが促進される。その結果、接合強度が不足
しやすい接合面１５近傍の温度勾配が緩和され、接合面
１５へ熱応力が過度に集中する不具合をより回避しやす
い利点が生ずる。

【００４５】また、図１１及び図１２に示すように、セ
ラミック抵抗体１０の第一抵抗体部分１１と第二抵抗体
部分１２との接合界面１５の一部（図１１）又は全部
（図１２）を、金属外筒３の軸線Ｏ方向において該金属
外筒３の前端縁３ｆよりも後方側に位置する形で配置す
れば、第一抵抗体部分１１の末端部が金属外筒３と接す
る形になるので、上記熱引き改善効果が一層高められ
る。この場合、図１１に示すように、接合界面１５の一
部のみが金属外筒３内に位置するようにすれば、第一抵
抗体部分１１の発熱が金属外筒３に過剰に奪われる不具
合も生じにくく、セラミックヒータ１の発熱効率を良好
に維持する上でより好都合である。

【００４６】以下、セラミックヒータ１（ヒータ本体
２）の製造方法について説明する。まず、セラミック抵
抗体１０となるべき抵抗体粉末成形部３４（図６）を、
射出成形、具体的にはインサート成形により作成する。
図５はその工程の一例を示すものである。成形に使用す
る金型は、抵抗体粉末成形部３４の射出空間を基準平面
Ｋに相当する分割面ＤＰにより分割して第一金型５０
Ａ，５０Ｂと第二金型５１とに割り振った分割金型を用
いる。

【００４７】このうち、第二金型５１としては、第一抵
抗体部分１１（図２）を成形するための空間５５と、第
二抵抗体部分１２，１２（図２）を成形するための空間
５６とが一体化された、第二側一体射出空間５７を有す
るものを用意する。他方、第一金型としては、図５
（ａ）に示す予備成形金型５０Ａと、同図（ｂ）に示す
インサート成形用金型５０Ｂとを用意する。予備成形金
型５０Ａは、第二抵抗体部分１２，１２を予備成形体３
４ｂ、３４ｂとして成形するための部分射出空間５８を
有するとともに、該部分射出空間５８との隣接面５９が
分割面ＤＰと垂直であり、かつ第二金型５１と型合わせ
された際に、第二側一体射出空間５７のうち予備成形体
３４ｂ，３４ｂの成形に使用されない空間部分５５を充
填する充填部６０が、金型分割面から突出形成されたも
のである。他方、インサート成形用金型５０Ｂは、第一
抵抗体部分１１（図２）を成形するための空間６１と、
第二抵抗体部分１２，１２（図２）を成形するための空
間６２とが一体化された第一側一体射出空間６３を有す
るものである。

【００４８】まず、図５（ａ）に示すように、第二金型
５１と予備成形金型５０Ａとを型合わせして、成形用材
料ＣＰ１を射出することにより予備成形体３４ｂ，３４
ｂを製造する。成形用材料ＣＰ１は、第二導電性セラミ
ックの組成が得られるように配合された炭化タングステ
ン粉末、窒化珪素粉末及び焼結助剤粉末とからなる原料
セラミック粉末に対し、有機バインダと混練したコンパ
ウンドを加熱により溶融流動化させたものである。

【００４９】予備成形体３４ｂ，３４ｂの射出成形が終
われば、金型を型開きする。ここで、第一抵抗体部分１
１と第二抵抗体部分１２との接合界面１５が、基準平面
Ｋ、すなわち射出空間の分割面ＤＰに対し、直角な面の
みによって形成されていることから、予備成形金型５０
Ａを第二金型５１から分割面ＤＰと直角な方向に離脱さ
せる形で、予備成形体３４ｂ，３４ｂを損傷させること
なく簡単に型開きできる。

【００５０】次いで、図５（ｂ）に示すように、その予
備成形体３４ｂ，３４ｂを、第一側一体射出空間６３と
第二側一体射出空間５７との対応する空間部５６，６２
にインサートとして配置した状態で、第二金型５１とイ
ンサート成形用金型５０Ｂとを型合わせする。そして、
残余の空間部５５，６１に成形用材料ＣＰ２を射出する
ことにより、該射出成形部分３４ａ（図６）を予備成形
体３４ｂ，３４ｂに一体化して抵抗体粉末成形部３４を
得る。成形用材料ＣＰ２は、成形用材料ＣＰ１と同様の
コンパウンドであるが、原料粉末は第一導電性セラミッ
クの組成が得られるように配合されたものである。この
とき、図５（ａ）の工程で得られた予備成形体３４ｂ，
３４ｂを第二金型５１内に残した状態で、予備成形金型
５０Ａをインサート成形用金型５０Ｂに交換し、引き続
きインサート成形を行なうようにすれば一層能率的であ
る。

【００５１】なお、第一抵抗体部分１１と第二抵抗体部
分１２との成形の順序は入れ替えてもよいが、予備成形
金型として、第二側一体射出空間５７の空間部分５６を
充填する充填部を形成したものが必要である。なお、本
実施形態では、図２に示すように、ヒータ本体２の軸線
Ｏ方向において、第一抵抗体部分１１の寸法が第二抵抗
体部分１２の寸法よりも小とされているが、このような
場合は、抵抗体粉末成形部３４の製造に際し、図５のよ
うに、第二抵抗体部分１２，１２に相当する部分を予備
成形体３４ｂ，３４ｂとなすことで、以下のような利点
を生ずる。すなわち、第二抵抗体部分１２，１２に相当
する部分を射出成形する場合、図５（ａ）に示すよう
に、キャビティの長手方向後端部に材料射出用のスプル
ＳＰ１を形成することが、成形用材料ＣＰ１をキャビテ
ィ内に均等に射出する観点において有利である。このと
き、第二抵抗体部分１２，１２が長いと、成形用材料Ｃ
Ｐ１の流動距離は相当長くなり、接合面位置に到達する
までに、溶融したバインダの温度がある程度低下するこ
とが避けがたい。しかし、第一抵抗体部分１１は寸法が
小さいために、成形用材料ＣＰ２の流動距離は短く温度
低下も起こりにくい。従って、インサート成形で２つの
成形体部分を接合面にて一体化する場合、第二抵抗体部
分１２，１２をインサートとして、第一抵抗体部分１１
を後で形成するようにすれば、接合面に到達する時の成
形用材料ＣＰ２の温度をより高くすることができ、強固
で欠陥の少ない接合状態を得ることができる。

【００５２】上記のようにして抵抗体粉末成形部３４を
作成したら、セラミック基体１３を形成するための原料
粉末を予め金型プレス成形することにより、図６（ａ）
に示すような、上下別体に形成された基体成形体として
の分割予備成形体３６，３７を用意しておく。これら分
割予備成形体３６，３７は、上記抵抗体粉末成形部３４
に対応した形状の凹部３７ａ（分割予備成形体３６側の
凹部は図面に表れていない）がその合わせ面に形成され
ている。次いで、この凹部に抵抗体粉末成形部３４を収
容し、分割予備成形体３６，３７を上記合わせ面におい
て嵌め合わせる。そして、図７（ａ）に示すように、そ
の状態でこれら分割予備成形体３６，３７及び抵抗体粉
末成形部３４の組立体を金型６１のキャビティ６１ａ内
に収容し、パンチ６２，６３を用いてプレス・圧縮する
ことにより、図６（ｂ）に示すように、これらが一体化
された複合成形体３９とする。

【００５３】こうして得られた複合成形体３９は、まず
バインダ成分等を除去するために所定の温度（例えば約
６００℃）で仮焼され、図６（ｂ）に示す仮焼体３９’
とされる（なお、仮焼体は、広義の意味において複合成
形体であるとみなす）。続いて図７（ｂ）に示すよう
に、この仮焼体３９’が、グラファイト等で構成された
ホットプレス用成形型６５，６５のキャビティ６５ａ，
６５ａにセットされる。

【００５４】上記のように成形型６５にセットされた仮
焼体３９’を、図７（ｂ）に示すように、焼成炉６４
（以下、単に炉６４という）内で両成形型６５及び６５
の間で加圧しながら所定の焼成保持温度（１７００℃以
上：例えば約１８００℃前後）及び雰囲気で焼成するこ
とにより、図８（ｃ）に示すような焼成体７０が得られ
る。

【００５５】上記焼成により、図７（ｂ）の仮焼体３
９’は、分割予備成形体３６及び３７の合わせ面３９ａ
に沿う方向に圧縮されながら、図８（ｃ）の焼結体７０
となる。このとき、図８（ｂ）の、抵抗体粉末成形部３
４の第二抵抗体部分用の成形部（予備成形体）３４ｂ
は、軸線Ｊが互いに接近する向きにおいて、その円状断
面が上記圧縮方向につぶれるように変形することによ
り、楕円状断面を有した第二抵抗体部分１２となる。

【００５６】こうして得られた図８（ｃ）の焼結体７０
は、外周面に研磨等の加工を施すことにより、図８
（ｄ）に示すように、セラミック基体１３の断面が円形
に整形されて最終的な（セラミックヒータ１）ヒータ本
体２となる。このセラミックヒータ１に金属外筒３、通
電端子部１６，１７及び主体金具４などの必要な部品を
組み付ければ、図１に示すグロープラグ５０が完成す
る。

【００５７】なお、図１及び図２のグロープラグ５０に
使用されるセラミックヒータ１は、既に説明した本発明
の２つの課題を同時に解決するために、セラミック抵抗
体１０の接合面１５を、基準平面Ｋと直交する平面１５
ｔ，１５ｅのみによって形成し（第一の課題の解決要
件）、さらにその平面の一部を傾斜面部１５ｔとした
（第二の課題の解決要件）形としていた。しかしなが
ら、さしあたって第一の課題と第二の課題との一方のみ
を解決するのみで十分な場合は、必要に応じてセラミッ
クヒータ１の備えているべき要件を取捨選択することが
できる。例えば、インサート成形の能率は悪くなるが、
図１５に示すように、接合面１５が基準平面Ｋに対して
傾斜する傾斜面部１５ｔを有したものとすることも可能
である。この場合も傾斜面部１５ｔの形成により、第二
の課題は解決することができる。なお、前記した交差角
度θを決定するための平面は、この場合、軸線Ｊを含ん
で基準平面Ｋと直交する平面Ｋ’として定めることがで
きる。

【００５８】他方、図１３及び図１４に示すように、第
一の課題の解決要件のみを選択的に満たすセラミックヒ
ータを構成することも可能である。図１３では、基準平
面Ｋと直交する溝部１５ａを、第一抵抗体部分１１及び
第二抵抗体部分１２の一方（本実施形態では第二抵抗体
部分１２）に形成し、他方（本実施形態では第一抵抗体
部分１１）には、基準平面Ｋと直交し、前記溝部１５ａ
と嵌合する凸条部１５ｂを形成した例である。図３
（ｃ）は、接合面１５の第二抵抗体部分１２側（溝部１
５ａの形成側）を模式的に示す斜視図である。また、図
１４は、接合面１５に基準平面Ｋと直交する曲面１５ｃ
を形成した例であり、図３（ｂ）は、接合面１５の第二
抵抗体部分１２側を模式的に示す斜視図である。なお、
曲面１５ｃの両端部には、交差角度θを鈍くするための
平面部１５ｄ，１５ｄが形成されている。

【００５９】次に、図１３及び図１４に示すセラミック
ヒータは、以下のように構成されているとみることがで
きる。すなわち、前記した基準平面Ｋ（図３を参照のこ
と）と平行であって軸線Ｏ（図３では軸線Ｊにて代用し
てもよい）と直交する向きを幅方向Ｗと定める。そし
て、第一抵抗体部分１１と第二抵抗体部分１２との接合
面１５は、その幅方向Ｗの中間に位置する部分１５ｃ
が、残余の部分よりも第一抵抗体部分１１側（図１４）
又は第二抵抗体部分１２側（図１３）に突出する形状と
されている。接合面１５をこのような形状とすることに
より、第一抵抗体部分１１と第二抵抗体部分１２との接
合状態をより強固なものとすることができる。

【００６０】この場合、特に次のような製造工程を採用
することが有効である。図１６（ａ）において、接合面
１５は、その幅方向Ｗの中間に位置する部分１５ｃが、
残余の部分よりも第二抵抗体部分１２側に突出してい
る。図１６（ｂ）に示すように、予備成形体３４ｂは、
射出成形部分３４ａとの接合予定面１１５の、幅方向の
中間に位置する部分が凹状部１１５ｃとされている。そ
して、該凹状部１１５ｃに成形用材料ＣＰ２を充填する
形で、射出成形部分３４ａを予備成形体３４ｂに一体化
する。この工程は、図５において隣接面５９の形状を、
図１６（ｂ）の接合予定面１１５に対応した形状に変更
する点を除けば、該図５を用いて既に説明した工程と同
一である。該工程を採用して射出成形部分３４ａを予備
成形体３４ｂに一体化する際に、成形用材料ＣＰ２は、
接合予定面１１５の凹状部１１５ｃの両側に位置する端
部領域１１５ｐ，１１５ｐと接触した後、凹状部１１５
ｃ内に充填されてゆく。溶融した成形用材料ＣＰ２のう
ち、凹状部１１５ｃ内に充填される部分は、端部領域１
１５ｐ，１１５ｐと接触する部分よりも温度低下が進み
やすいので、予備成形体３４ｂとの接合が不完全となる
欠陥部分が凹状部１１５ｃに形成されることもありう
る。しかし、比較的高温の成形用材料ＣＰ２が接触する
端部領域１１５ｐ，１１５ｐにおいては、こうした欠陥
形成が抑制されるので、凹状部１１５ｃに欠陥が仮に生
じても、欠陥の少ない端部領域１１５ｐ，１１５ｐにい
わば封じ込められる形となる。その結果、抵抗体粉末成
形部３４ひいては焼成後のセラミック抵抗体１０は、破
壊の起点となる欠陥が表面に露出しにくくなり、接合強
度が高められる。

【００６１】なお、図１８（ａ）は、接合面１５の幅方
向Ｗの中間に位置する部分１５ｃを、残余の部分よりも
第一抵抗体部分１１側に突出する形状とした例である。
この場合、抵抗体粉末成型部３４は、第一抵抗体部分１
０を予備成形体３４ａとする形で製造する。従って、図
１７（ｂ）に示すように、該予備成形体３４ａに形成さ
れる凹状部１１５ｃは、第一抵抗体部分１２に対応する
射出成型部分をインサート成型により一体化する際に、
成形用材料ＣＰ１によって充填される。

【００６２】図１８は、抵抗体粉末成型部３４の具体的
な製造工程の一例を示すもので、（ａ）に示すように、
予備成形金型５０Ｃとして、第二金型５１と型合わせさ
れた際に、第二側一体射出空間５７のうち予備成形体３
４ａの成形に使用されない空間部分５６を充填する充填
部１６１が形成されたものが使用される。また、隣接面
５９は、図１７（ｂ）に示す接合面１５に対応した形状
を有するものとされる。インサート成形用金型５０Ｂ
は、図５と同様である。

【００６３】そして、第二金型５１と予備成形金型５０
Ｃとを型合わせして成形用材料ＣＰ２を射出することに
より予備成形体３４ａを製造する。次いで、（ｂ）に示
すように、その予備成形体３４ａを第一側一体射出空間
６３と第二側一体射出空間５７との対応する空間部５
５，６１にインサートとして配置した状態で第二金型５
１とインサート成形用金型５０Ｂとを型合わせし、残余
の空間部５６，６２に成形用材料ＣＰ１を射出する。こ
れにより、その射出成形部分３４ｂ，３４ｂが予備成形
体３４ａに一体化され、抵抗体粉末成形部３４が得られ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のグロープラグの一実施例を示す縦断面
図。

【図２】そのセラミックヒータを拡大して示す縦断面図
及びＡ−Ａ断面図。

【図３】接合面の種々の形態を示す斜視図。

【図４】図１のグロープラグの接合面をさらに拡大して
示す断面図。

【図５】図１のグロープラグの抵抗体粉末成形部を、イ
ンサート成形により製造する工程の一例を示す説明図。

【図６】図５の抵抗体粉末成形部を用いたセラミックヒ
ータの製造工程説明図。

【図７】図６に続く工程説明図。

【図８】図１のヒータ本体先端部を拡大して示す断面
図。

【図９】ヒータ本体先端部の第一変形例を示す断面図。

【図１０】同じく第二変形例を示す断面図。

【図１１】同じく第三変形例を示す断面図。

【図１２】同じく第四変形例を示す断面図。

【図１３】同じく第五変形例を示す断面図。

【図１４】同じく第六変形例を示す断面図。

【図１５】同じく第七変形例を示す断面図。

【図１６】図５の抵抗体粉末成形部を、インサート成形
により製造する工程の第一変形例の要部を示す説明図。

【図１７】同じく第二変形例の要部を示す説明図。

【図１８】図１７の工程のより具体的な実施形態を示す
図。

【符号の説明】

１セラミックヒータ２ヒータ本体３金属外筒３ｆ前端縁４主体金具１０セラミック抵抗体１１第一抵抗体部分１２，１２第二抵抗体部分１２ａ，１２ａ露出部１３セラミック基体１３ａ切欠部１５接合面１５ｔ傾斜面部Ｋ基準平面３４抵抗体粉末成形部３４ｂ予備成形体３６，３７粉末成形部ＤＰ分割面５０グロープラグ５０Ａ予備成形金型５０Ｂインサート成形用金型５１第二金型５５第一抵抗体部分用の空間５６第二抵抗体部分用の空間５７第二側一体射出空間５８部分射出空間５９隣接面６０充填部６１第一抵抗体部分用の空間６２第二抵抗体部分用の空間ＣＰ１，ＣＰ２成形用材料１１５接合予定面１１５ｃ凹状部

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｈ０５Ｂ 3/18 Ｈ０５Ｂ 3/18 (72)発明者佐藤晴彦愛知県名古屋市瑞穂区高辻町14番18号日本特殊陶業株式会社内Ｆターム(参考） 3K092 PP16 QB03 QB26 QB72 RA05 RB02 VV31 VV40

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】絶縁性セラミックからなるセラミック基
体（１３）中に導電性セラミックからなるセラミック抵
抗体（１０）が埋設された棒状のヒータ本体（２）を有
し、前記セラミック抵抗体（１０）は、前記ヒータ本体
（２）の先端部に配置される第一導電性セラミックから
なる第一抵抗体部分（１１）と、各々該第一抵抗体部分
（１１）の後方側において、前記ヒータ本体（２）の軸
線（Ｏ）方向に延伸する形で配置され、先端部が前記第
一抵抗体部分（１１）の通電方向における端部に接合さ
れるとともに、前記第一導電性セラミックよりも抵抗率
が低い第二導電性セラミックからなる第二抵抗体部分
（１２）とを有し、その第一抵抗体部分（１１）と第二抵抗体部分（１２）
との接合面（１５）は、その少なくとも一部が前記ヒー
タ本体（２）の軸線（Ｏ）と直交する平面（Ｐ）から逸
脱した面とされてなり、かつ、該ヒータ本体（２）の軸
線（Ｏ）と前記第二抵抗体部分（１２）の軸線（Ｊ）と
を含む平面を基準平面（Ｋ）として、該基準平面（Ｋ）
と直交する平面（１５ｔ，１５ｅ，１５ｄ）、該基準平
面（Ｋ）と直交する曲面（１５ｃ）もしくはそれらの組
合せ（１５ｃ，１５ｄ）からなることを特徴とするセラ
ミックヒータ（１）。
【請求項２】前記セラミック抵抗体（１０）の前記第
二抵抗体部分（１２）が、軸線（Ｊ）方向後端部におい
て前記ヒータ本体（２）の表面に露出し、その露出部
（１２ａ）が該セラミック抵抗体への通電端子部の接合
領域とされている請求項１記載のセラミックヒータ
（１）。
【請求項３】前記ヒータ本体（２）の軸線（Ｏ）方向
後端部において、前記セラミック基体（１３）の一部が
切り欠き形態とされ、そのセラミック基体（１３）の切
欠部（１３ａ）に前記第二抵抗体部分（１２）の後端部
が露出している請求項２記載のセラミックヒータ
（１）。
【請求項４】前記基準平面（Ｋ）と平行であって前記
軸線（Ｏ）と直交する向きを幅方向と定めたとき、前記
第一抵抗体部分（１１）と第二抵抗体部分（１２）との
接合面（１５）は、前記幅方向の中間に位置する部分
（１５ｃ）が、残余の部分よりも前記第一抵抗体部分
（１１）側又は前記第二抵抗体部分（１２）側に突出す
る形状とされている請求項１ないし３のいずれか１項に
記載のセラミックヒータ（１）。
【請求項５】前記接合面（１５）が、前記ヒータ本体
（２）の軸線（Ｏ）と直交する平面（Ｐ）に対し傾斜し
た傾斜面部（１５ｔ）を有してなる請求項１ないし３の
いずれか１項に記載のセラミックヒータ（１）。
【請求項６】前記傾斜面部（１５ｔ）にて接する前記
第一抵抗体部分（１１）と前記第二抵抗体部分（１２）
とは、前記第一抵抗体部分（１１）の方が前記ヒータ本
体（２）の軸線（Ｏ）に関する半径方向において外側に
位置する請求項５記載のセラミックヒータ（１）。
【請求項７】絶縁性セラミックからなるセラミック基
体（１３）中に導電性セラミックからなるセラミック抵
抗体（１０）が埋設された棒状のヒータ本体（２）を有
し、前記セラミック抵抗体（１０）は、前記ヒータ本体
（２）の先端部に配置される第一導電性セラミックから
なる第一抵抗体部分（１１）と、各々該第一抵抗体部分
（１１）の後方側において、前記ヒータ本体（２）の軸
線（Ｏ）方向に延伸する形で配置され、先端部が前記第
一抵抗体部分（１１）の通電方向における端部にそれぞ
れ接合されるとともに、前記第一導電性セラミックより
も抵抗率が低い第二導電性セラミックからなる第二抵抗
体部分（１２）とを有し、それら第一抵抗体部分（１１）と第二抵抗体部分（１
２）との接合面（１５）が、前記ヒータ本体（２）の軸
線（Ｏ）と直交する平面（Ｐ）に対し傾斜した傾斜面部
（１５ｔ）を有してなることを特徴とするセラミックヒ
ータ（１）。
【請求項８】前記セラミック抵抗体（１０）の前記第
一抵抗体部分（１１）と前記第二抵抗体部分（１２）と
の接合部は、前記ヒータ本体（２）の軸線（Ｏ）と任意
の位置において直交する平面による断面のうち、その断
面積が最小となるものの該断面積をＳ0、及び前記接合
面（１５）の全面積をＳとして、Ｓ／Ｓ0の値が１．２
以上１０以下に調整されてなる請求項１ないし７のいず
れか１項に記載のセラミックヒータ（１）。
【請求項９】前記第二抵抗体部分（１２）の軸線
（Ｊ）を含む任意の平面による断面において、前記セラ
ミック抵抗体（１０）の外形線と前記接合面を表す線と
の交点位置における交差角度をθとしたとき、該θが最
小となる平面（Ｋ，Ｋ’）による断面での前記θの値が
２０゜以上９０゜以下とされている請求項１ないし８の
いずれか１項に記載のセラミックヒータ（１）。
【請求項１０】請求項１ないし９のいずれか１項に記
載のセラミックヒータ（１）と、該セラミックヒータ
（１）の前記ヒータ本体（２）を周方向に取り囲むとと
もに、軸線（Ｏ）方向において前記ヒータ本体（２）の
先端部を突出させる形にて配置される金属外筒（３）
と、その金属外筒（３）の軸線（Ｏ）方向後端部に結合さ
れ、外周面に内燃機関への取付部（５）が形成された主
体金具（４）と、を備えたことを特徴とするグロープラグ（５０）。
【請求項１１】前記セラミック抵抗体（１０）の前記
第一抵抗体部分（１１）と前記第二抵抗体部分（１２）
との接合面（１５）の一部が、前記金属外筒（３）の軸
線（Ｏ）方向において該金属外筒（３）の前端縁（３
ｆ）よりも後方側に位置する形で配置されている請求項
１０記載のグロープラグ（５０）。
【請求項１２】請求項１ないし６のいずれか１項に記
載のセラミックヒータ（１）の製造方法であって、前記
ヒータ本体（２）を製造するために、前記セラミック基
体（１３）の粉末成形部（３６，３７）中に前記セラミ
ック抵抗体（１０）の粉末成形部（３４）（以下、抵抗
体粉末成形部という）を埋設したセラミック粉末成形体
（３９）の製造工程と、そのセラミック粉末成形体（３
９）を焼成する焼成工程とを含み、前記セラミック粉末成形体（３９）の製造工程におい
て、前記抵抗体粉末成形部（３４）が射出成形により製
造され、その射出成形を行なう際に、前記抵抗体粉末成
形部（３４）の射出空間を前記基準平面（Ｋ）に相当す
る分割面（ＤＰ）により分割して第一金型（５０Ａ，５
０Ｂ）と第二金型（５１）とに割り振った分割金型を用
意し、前記第二金型（５１）として、前記第一抵抗体部分用の
空間（５５）と前記第二抵抗体部分用の空間（５６）と
が一体化された第二側一体射出空間（５７）を有するも
のを用意する一方、前記第一金型（５０Ａ，５０Ｂ）と
して、前記第一抵抗体部分（１０）と前記第二抵抗体部
分（１２）との一方を予備成形体（３４ｂ；３４ａ）と
して成形するための部分射出空間（５８；６１）と、該
部分射出空間（５８；６１）との隣接面（５９）が前記
分割面（ＤＰ）と垂直であり、かつ前記第二金型（５
１）と型合わせされた際に、前記第二側一体射出空間
（５７）のうち前記予備成形体（３４ｂ，３４ｂ；３４
ａ）の成形に使用されない空間部分（５５；５６）を充
填する充填部（６０；１６１）とが形成された予備成形
金型（５０Ａ；５０Ｃ）と、前記第一抵抗体部分用の空
間（６１）と前記第二抵抗体部分用の空間（６２）とが
一体化された第一側一体射出空間（６３）を有するイン
サート成形用金型（５０Ｂ）とを用意し、前記第二金型（５１）と前記予備成形金型（５０Ａ；５
０Ｃ）とを型合わせして成形用材料（ＣＰ１；ＣＰ２）
を射出することにより前記予備成形体（３４ｂ，３４
ｂ；３４ａ）を製造し、次いで、その予備成形体（３４ｂ，３４ｂ；３４ａ）を
前記第一側一体射出空間（６３）と第二側一体射出空間
（５７）との対応する空間部（５６，６２；５５，６
１）にインサートとして配置した状態で前記第二金型
（５１）と前記インサート成形用金型（５０Ｂ）とを型
合わせし、残余の空間部（５５，６１；５６，６２）に
成形用材料（ＣＰ２；ＣＰ１）を射出することにより、
該射出成形部分（３４ａ；３４ｂ，３４ｂ）を前記予備
成形体（３４ｂ，３４ｂ；３４ａ）に一体化して前記抵
抗体粉末成形部（３４）を得ることを特徴とするセラミ
ックヒータの製造方法。
【請求項１３】前記ヒータ本体（２）の軸線（Ｏ）方
向において、前記第一抵抗体部分（１１）の寸法が前記
第二抵抗体部分（１２）の寸法よりも小とされ、前記抵抗体粉末成形部（３４）の製造に際して、前記第
二抵抗体部分（１２，１２）に相当する部分を前記予備
成形体（３４ｂ，３４ｂ）となす請求項１２に記載のセ
ラミックヒータの製造方法。
【請求項１４】前記基準平面（Ｋ）と平行であって前
記軸線（Ｏ）と直交する向きを幅方向として、前記予備
成形体（３４ｂ，３４ｂ；３４ａ）は、前記射出成形部
分（３４ａ；３４ｂ，３４ｂ）との接合予定面（１１
５）の、前記幅方向の中間に位置する部分が凹状部（１
１５ｃ）とされ、該凹状部（１１５ｃ）に前記成形用材
料（ＣＰ２；ＣＰ１）を充填する形で、前記射出成形部
分（３４ａ；３４ｂ，３４ｂ）を前記予備成形体（３４
ｂ，３４ｂ；３４ａ）に一体化する請求項１３に記載の
セラミックヒータの製造方法。