JP2009224317A - セラミックヒータ及びグロープラグ - Google Patents

Abstract

【課題】優れた速熱性を持ち、消費電力を低減することができると共に耐久性にも優れるセラミックヒータ及びグロープラグを提供すること。
【解決手段】発熱部33が条件(1)〜(3)を満たす中間部40を有し、基体60が条件(9)を満たす基体先端部80を有するセラミックヒータ1並びにこのセラミックヒータ1を備えて成るグロープラグ。(1)軸線に直交する平面で切断してなる断面部を形成する輪郭線に接すると共に前記断面部を内部に包含する仮想外接円の直径が発熱部33の先端に向かって減少すること(2)一対の断面部の合計断面積が前記発熱部33の先端に向かって減少すること(3)輪郭線それぞれに接すると共に前記一対の断面部に挟まれる仮想内接円の直径が、発熱部の先端に向かって、一定であること、又は、減少すること(9)基体断面部を内部に包含する仮想外接円の直径が基体の先端に向かって減少すること
【選択図】図１

Description

この発明は、セラミックヒータ及びグロープラグに関し、さらに詳しくは、優れた速熱性を持ち、消費電力を低減することができると共に耐久性にも優れるセラミックヒータ、並びに、速熱性、低消費電力及び耐久性のいずれをも高い水準で達成することのできるグロープラグに関する。

ディーゼルエンジン、及び各種センサー等には、その始動を補助し、又は、早期に活性化させるために、グロープラグ、センサー用加熱ヒータ、及びファンヒータ用加熱ヒータ等が用いられる。例えば、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、断熱圧縮により高温になった空気に燃料を噴霧することで自己着火して燃焼するが、ディーゼルエンジンを冬季に始動させる場合、寒冷地で始動させる場合等には、外気及びエンジン本体等の温度が低いので圧縮だけで燃焼室内の空気を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、ディーゼルエンジンには燃料の着火源としてグロープラグが使用されている。

このようなグロープラグ用ヒータ、センサー用加熱ヒータ、及びファンヒータ用加熱ヒータ等として、例えば、絶縁性のセラミック基体内に、例えば導電性セラミック等で形成された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。具体的には、特許文献１には、「抵抗体を絶縁性セラミック材中に埋設することにより形成される棒状セラミックヒータを備えているセラミックヒータ型グロープラグにおいて、前記抵抗体を、導電性セラミック材により形成され前記セラミックヒータ先端側に埋設された第１の発熱体と、この第１の発熱体よりも正の抵抗温度係数の大きな導電性セラミック材により形成され前記第１の発熱体に直列に接続された第２の発熱体とによって構成するとともに、前記抵抗体のリード部を導電性セラミック材により形成し前記第２の発熱体に直接接続した状態で前記絶縁性セラミック材中に埋設させて設けたことを特徴とするセラミックヒータ型グロープラグ」が記載されている。特許文献１に記載の「抵抗体」は導電性セラミック材により形成された第１の発熱体及び第２の発熱体によって構成されている。

このように特許文献１においては、抵抗温度係数の異なる抵抗体を組み合わせることにより速熱性を得たり、印加する電圧を定電圧としながらも所定の温度（例えば１２００℃）が一定に保たれる自己制御機能を有するように構成したグロープラグが提案されている。

一般に、速熱性を向上させつつ所定の温度を一定に保つことを実現するために、グロープラグへ印加する電圧（実効電圧）を種々変更する機能を有する通電制御装置が上記グロープラグと共に用いられることがある。この通電制御装置では、通常、通電の初期においてデューティー比を高く（duty比１００％）して実効電圧を高くし、その後は温度を一定に保つ状態とするため、そのデューティー比を下げて低めの実効電圧をグロープラグへ印加するという制御がなされる。

しかしながら、エンジンの始動時には様々な電子機器への通電やスタータモータへの通電などが行われるため、またバッテリの自然放電もあり、duty比が１００％であっても、必ずしも高い電圧（日本の乗用車では通常１２Ｖ）がグロープラグへ印加されるとは限らない。このため、低い電圧でも速熱性を有するようにするために、室温抵抗値の低いセラミックヒータを有するグロープラグを用いることが検討されるが、室温抵抗値が低いために、通電開始時の突入電流が大きくなってしまう欠点もある。また、抵抗温度係数及び比抵抗を異ならせるために複数種類の導電性セラミック材料を用いることとなり、作製に要する工数が増大し、ひいては製造コストが高くなる欠点もある。この観点では、1種類の導電性セラミック材料のみで構成することが望ましい。

一方、消費電力の低減を目的とするセラミックヒータとして、例えば、「絶縁性セラミックからなり、軸線方向に延びる棒状の支持体と、前記支持体に埋設されると共に、一種類の導電性セラミックからなる抵抗体とを有するセラミックヒータであって、前記抵抗体は前記支持体の先端側で折り返された小径部と、該小径部の両端に自身の一端部が連結部を介して接続され、他端部が前記支持体の後端側から露出する一対の大径部とからなり、かつ、前記小径部の断面積は前記大径部の断面積の１／２．６〜１／２５．５の範囲内であることを特徴とするセラミックヒータ」が特許文献２に記載されている。

この文献に記載されるセラミックヒータは、大径部と小径部の断面積比を大きくすることにより、消費電力を低減させることが可能である。しかしながら、当該特許文献２に記載されるように、その比を大きくすると、支持体の断面における表面温度が位置ごとに大きく異なることがある。当該断面積比を適切にすることで、すなわち特許文献２に記載された発明を実施することで当該不具合は低減しうる。しかし、支持体の断面における表面温度をより一層均一にしようとする場合には、支持体内部（抵抗体）の温度をいわば過剰に高くし、支持体表面において温度の低い位置がセラミックヒータの加熱機能として問題とならない程度にまで昇温しなければならず、通電耐久性が低下してしまうおそれがある。すなわち、消費電力と通電耐久性はトレードオフの関係にあるといえる。

ところで、近年、グロープラグ用ヒータ等となりうるセラミックヒータには、より高水準の発熱性能及び耐久性と共に消費電力のより一層の低減が求められている。特に、速熱性については、室温抵抗値を低くすることなく、低い電圧でも優れた速熱性を有するグロープラグが求められている。

特許第３０４４６３２号明細書 特開２００６−２４３９４号公報

この発明は、優れた速熱性を持ち、消費電力を低減することができると共に耐久性にも優れるセラミックヒータを提供することを、課題とする。また、この発明は、速熱性、低消費電力及び耐久性のいずれをも高い水準で達成することのできるグロープラグを提供することを、課題とする。

前記課題を解決するための手段として、
請求項１は、絶縁性セラミックで形成された基体に導電性セラミックで形成された抵抗体が埋設されてなり、前記抵抗体は前記基体の軸線方向に延在する一対のリード部と、前記一対のリード部それぞれの先端部から前記軸線方向に延在し、その先端部同士が連結して形成される一個の発熱部とを有するセラミックヒータであって、前記発熱部は一対の中間部を有し、前記一対の中間部は以下の条件（１）〜（３）を満たし、前記基体は基体先端部を有し、前記基体先端部は以下の条件（９）を満たしていることを特徴とするセラミックヒータであり、
（１）前記軸線に直交する平面で切断してなる一対の断面部それぞれを形成する輪郭線それぞれに接すると共に前記一対の断面部を内部に包含する仮想外接円の直径が前記発熱部の先端に向かって減少すること
（２）前記一対の断面部の合計断面積が前記発熱部の先端に向かって減少すること
（３）前記輪郭線それぞれに接すると共に前記一対の断面部に挟まれる仮想内接円の直径が、前記発熱部の先端に向かって、一定であること、又は、減少すること
（９）前記平面で切断してなる基体断面部を形成する輪郭線に接すると共に前記基体断面部を内部に包含する仮想外接円の直径が前記基体の先端に向かって減少すること
請求項２は、前記基体先端部と前記一対の中間部は、以下の条件（１２）及び（１３）を満たすことを特徴とする請求項１に記載のセラミックヒータであり、
（１２）前記基体の軸線と前記一対の中間部それぞれの軸線とを含む平面で切断したときに、前記基体先端部の輪郭線、前記一対の中間部それぞれの外側の輪郭線、及び前記一対の中間部それぞれの内側の輪郭線が直線状であり、前記基体先端部の輪郭線同士の距離、前記一対の中間部それぞれの外側の輪郭線同士の距離、及び前記一対の中間部それぞれの内側の輪郭線同士の距離が前記発熱部の先端に向かって減少すること
（１３）前記基体の軸線と前記一対の中間部それぞれの軸線とを含む平面で切断したときに、前記基体の軸線と前記基体先端部の輪郭線とのなす角をθａ、前記基体の軸線と前記一対の中間部の外側の輪郭線とのなす角をθｂ、前記基体の軸線と前記一対の中間部の内側の輪郭線とのなす角をθｃとすると、θａ≧θｂ＞θｃを満たすこと
請求項３は、請求項１又は２に記載のセラミックヒータを備えてなるグロープラグである。

この発明に係るセラミックヒータは、発熱部が前記条件（１）〜（３）を満たす一対の中間部を有し、基体が前記条件（９）を満たす基体先端部を有しているから、発熱部は、その体積を小さくすることができる。このため、このセラミックヒータはわずかな消費電力で所定の温度に達することができ、優れた速熱性が得られる。具体的な一例としては、セラミックヒータへ印加される電圧が、実効電圧で８Ｖ以下というような低い電圧としたような場合であっても、当該効果を奏しうるのである。また、例えば電圧を印加したときの熱膨張と温度分布による応力等の集中を回避して、高い通電耐久性及び機械的耐久性を発揮する。また、基体先端部の体積が先端方向に向かって小さくなることから、発熱部からの発熱を効率よく基体の外表面に伝達させ、発熱部と基体先端部の外部との温度差が小さくなるから、より優れた速熱性を持ち、消費電力をさらに低減させることができる。その結果、発熱部を必要以上に発熱させる必要がないので通電耐久性に優れる。したがって、この発明によれば、室温抵抗値を低くすることなく、低い電圧においても優れた速熱性を持ち、消費電力を低減することができると共に耐久性にも優れるセラミックヒータを提供することができる。また、この発明に係るグロープラグはこの発明に係るセラミックヒータを備えているから、この発明によれば、速熱性、低消費電力及び耐久性のいずれをも高い水準で達成することのできるグロープラグを提供することができる。

この発明に係るセラミックヒータの一実施例のセラミックヒータを、図面を参照して説明する。図１は、この発明に係るセラミックヒータの一実施例であるセラミックヒータ１を示す概略斜視図である。図２は、図１に示したセラミックヒータ１を軸線Ｃ及び軸線Ｊを含む平面で切断したときの概略断面図である。このセラミックヒータ１は、図１及び図２に示されるように、軸線Ｃ方向に延在する棒状の基体６０と、この基体６０に埋設された抵抗体３０とを備えてなる。

抵抗体３０は、基体６０の軸線Ｃ方向に延在する一対のリード部３１，３１と、一対のリード部３１，３１それぞれの先端部から軸線Ｃ方向に延在し、その先端部同士が連結して形成される一個の発熱部３３とを有している。

一対のリード部３１，３１は、基体６０の軸線Ｃを挟んでその両側に軸線Ｃに沿って略並行となるように基体６０の後端面７５まで延伸し、基体６０の後端面７５に露出している。図２に示されるように、リード部３１，３１には、基体６０の外周面に露出する電極取出部７７，７８が設けられている。図３（ａ）は、図１に示したセラミックヒータ１を軸線Ｃ及び軸線Ｊを含む平面で切断したときの拡大概略断面図である。図３（ｂ）は、図１に示したセラミックヒータ１を軸線Ｃ及び軸線Ｊを含む平面に垂直な平面で切断したときの拡大概略断面図である。リード部３１，３１それぞれは、それぞれの軸線Ｊに垂直な平面で切断したときの断面部が軸線Ｊ（前記断面部の重心を結んだ直線）方向にほぼ一定の面積を有するように、先端（図３（ａ）において破線で示す。）から後端まで略同一の扇型断面形状になっている。リード部３１，３１それぞれは、基本的に、互いに同じ形状及び同じ寸法で形成されているが、形状及び寸法は、基体６０の形状及び寸法、要求される温度等に応じて適宜調整することができる。

発熱部３３は、図３（ａ）に示されるように、一対のリード部３１，３１それぞれの先端より軸線Ｃ方向先端側に延在する一対の中間部４０，４０と、一対の中間部４０，４０それぞれから延在し、その先端部同士が連結してなる一個の発熱先端部５０とを有し、一対の中間部４０，４０と発熱先端部５０とが一体に形成されている。一対の中間部４０，４０が有するこの発明の特徴をより理解しやすくするために発熱部３３の形状を先に説明すると、特に図１から理解されるように、この発熱部３３は軸線Ｃ方向先端側に向かう尖形形状をなしている。

図３（ｃ）は、図３（ａ）に示されるセラミックヒータ１において、一対の中間部４０，４０における軸線Ｃに直交する任意の平面Ｐで切断したときの断面ＣＰを示す断面図である。この例において、平面Ｐで切断してなる一対の中間部４０，４０の一対の断面部５７，５７の形状は、扇型となっているが、断面部の形状は要求される温度等により適宜調整することができ、その断面形状が略円形、楕円形、及び多角形等とされてもよい。

この一対の中間部４０，４０は、前記条件（１）を満たしている。すなわち、一対の中間部４０，４０は、図３に示されるように、基体６０の軸線Ｃに直交する平面Ｐで切断してなる一対の断面部５７，５７それぞれを形成する輪郭線それぞれに接すると共に一対の断面部５７，５７を内部に包含する仮想外接円ＣＣｈの直径ｄＣｈが発熱部３３の先端に向かって減少している。この例において、仮想外接円ＣＣｈは、図３（ｃ）に示されるように、その中心が一対の断面部５７，５７それぞれの重心と一直線上にあり、平面Ｐと軸線Ｃとの交点Ｏを中心とする最小の直径を有している。

図４（ａ）〜（ｃ）は、この発明に係るセラミックヒータの一実施例であるセラミックヒータを、図３（ａ）に示される平面Ｐ_１、Ｐ_２、Ｐ_３でそれぞれ切断したときの断面ＣＰ_１、ＣＰ_２、ＣＰ_３をそれぞれ示す断面図である。図３及び図４を参照して、例えば、基体６０の軸線Ｃに直交する平面Ｐ_１、Ｐ_２、Ｐ_３で一対の中間部４０，４０を切断したときを例にして、より詳細に説明する。基体６０の軸線Ｃに直交する任意の平面Ｐ_１で切断してなる断面ＣＰ_１において、この平面Ｐ_１で一対の中間部４０，４０が切断されてなる一対の断面部５７_Ｐ１，５７_Ｐ１それぞれを形成する輪郭線それぞれに接すると共に、一対の断面部５７_Ｐ１，５７_Ｐ１を内部に包含する仮想外接円ＣＣｈ_１の直径をｄＣｈ_１とする。同様に、平面Ｐ_１よりも発熱部３３の先端側の平面Ｐ_２で切断したときの仮想外接円ＣＣｈ_２の直径をｄＣｈ_２とし、平面Ｐ_２よりも発熱部３３の先端側の平面Ｐ_３で切断したときの仮想外接円ＣＣｈ_３の直径をｄＣｈ_３とする。このとき、一対の中間部４０，４０は、ｄＣｈ_１＞ｄＣｈ_２＞ｄＣｈ_３の関係を満足している。

仮想外接円ＣＣｈの直径ｄＣｈは発熱部３３の先端に向かって減少していればその減少割合は特に限定されない。好ましくは、仮想外接円ＣＣｈの直径ｄＣｈの減少割合は、一対の中間部４０，４０それぞれの基端（換言すると一対のリード部３１，３１それぞれの先端。図３（ａ）において破線で示す。）における仮想外接円ＣＣｈの直径ｄＣｈ_ａと、一対の中間部４０，４０それぞれの先端（この例においては最高発熱部５５に相当する。図３（ａ）において破線で示す。）における仮想外接円ＣＣｈの直径ｄＣｈ_ｂとの直径差ｄＣｈ_ａ-ｂ＝ｄＣｈ_ａ−ｄＣｈ_ｂが０．１〜２．５ｍｍであり、特に好ましくは、前記直径差ｄＣｈ_ａ-ｂが０．３〜２．０ｍｍである。前記直径差が前記範囲内にあると、一対の中間部４０，４０の外径が先端に向かって適度に減少し、その体積が減少するから、発熱部３３の耐久性を保持したまま、より優れた速熱性を持ち、消費電力をより一層低減することができる。直径ｄＣｈの減少割合は、基体６０の寸法、一対の中間部４０，４０の寸法、要求される発熱温度等を考慮して、前記範囲内から選択されるのが好ましい。この例において、直径ｄＣｈの減少割合は、前記範囲内から選択され、ｄＣｈ_１からｄＣｈ_２までの減少割合及びｄＣｈ_２からｄＣｈ_３までの減少割合は同じ割合で一定になっている。

また、一対の中間部４０，４０は、前記条件（２）を満たしている。すなわち、一対の中間部４０，４０は、図３に示されるように、基体６０の軸線Ｃに直交する平面Ｐで切断してなる一対の断面部５７，５７の合計断面積Ｓｃｈが発熱部３３の先端に向かって減少している。

図３及び図４を参照してより詳細に説明する。断面ＣＰ_１における前記一対の断面部５７_Ｐ１，５７_Ｐ１の合計断面積をＳｃｈ_１とし、断面ＣＰ_２における前記一対の断面部５７_Ｐ２，５７_Ｐ２の合計断面積をＳｃｈ_２とし、断面ＣＰ_３における前記一対の断面部５７_Ｐ３，５７_Ｐ３の合計断面積をＳｃｈ_３とする。このとき、一対の中間部４０，４０は、Ｓｃｈ_１＞Ｓｃｈ_２＞Ｓｃｈ_３の関係を満足している。一対の断面部５７，５７の合計断面積Ｓｃｈにおける減少割合は直径ｄＣｈにおける減少割合を考慮して適宜調整される。この例においては、Ｓｃｈ_１からＳｃｈ_２までの減少割合及びＳｃｈ_２からＳｃｈ_３までの減少割合は同じ割合で一定になっている。

一対の中間部４０，４０が前記条件（１）及び（２）を満足していると、発熱部３３すなわち一対の中間部４０，４０及び発熱先端部５０の体積が小さくなるから、抵抗体３０に電圧を印加したときに一対のリード部３１，３１に生じる熱膨張による応力及び取扱い時の応力等が一対の中間部４０，４０で徐々に吸収され、これらの応力が発熱先端部５０に集中することを回避することができる。また、発熱先端部５０の体積が小さくなるから、より優れた速熱性を持ち、わずかな消費電力で所定の温度に達することができると共に、前記応力による発熱先端部５０の破損を防止することができる。その結果、抵抗体３０特に発熱部３３は、優れた速熱性を持ち、わずかな消費電力で所定の温度に達することができ、高い通電耐久性及び機械的耐久性を発揮することができる。

一対の中間部４０，４０は、前記条件（１）及び（２）に加えて、条件（３）を満たしている。すなわち、一対の中間部４０，４０は、図３に示されるように、基体６０の軸線Ｃに直交する平面Ｐで切断してなる一対の断面部５７，５７それぞれを形成する輪郭線それぞれに接すると共に一対の断面部５７，５７に挟まれる仮想内接円ＩＣｈの直径ｄＩｈが発熱部３３の先端に向かって減少している。一対の中間部４０，４０が条件（３）を満足すると、速熱性をさらに向上させ、消費電力をさらに低減させることができる。この例において、仮想内接円ＩＣｈは、一対の断面部５７，５７に挟まれてそれらの中間に位置し、一対の断面部５７，５７それぞれの重心と仮想外接円ＣＣｈの中心が一直線上にあり、平面Ｐと軸線Ｃとの交点Ｏを中心とする最小の直径を有している。

図３及び図４を参照してより詳細に説明する。断面ＣＰ_１における仮想内接円ＩＣｈ_１の直径をｄＩｈ_１とし、断面ＣＰ_２における仮想内接円ＩＣｈ_２の直径をｄＩｈ_２とし、断面ＣＰ_３における仮想内接円ＩＣｈ_３の直径をｄＩｈ_３とする。このとき、一対の中間部４０，４０は、ｄＩｈ_１＞ｄＩｈ_２＞ｄＩｈ_３の関係を満足している。

仮想内接円ＩＣｈの直径ｄＩｈは発熱部３３の先端に向かって減少していればその減少割合は特に限定されない。好ましくは、仮想内接円ＩＣｈの直径ｄＩｈの減少割合は、一対の中間部４０，４０それぞれの前記基端における仮想内接円ＩＣｈの直径ｄＩｈ_ａと、一対の中間部４０，４０それぞれの前記先端における仮想内接円ＩＣｈの直径ｄＩｈ_ｂとの直径差ｄＩｈ_ａ−ｄＩｈ_ｂが１．０ｍｍ以下であり、特に好ましくは、前記直径差ｄＩｈ_ａ−ｄＩｈ_ｂが０．６ｍｍ以下である。前記直径差が前記範囲内にあると、一対の中間部４０，４０の外径が先端に向かって適度に減少し、その体積が減少するから、発熱部３３の耐久性を保持したまま、より優れた速熱性を持ち、消費電力をより一層低減することができる。

仮想内接円ＩＣｈの直径ｄＩｈの減少割合が前記範囲内となるように基体６０の寸法、一対の中間部４０，４０の寸法、要求される発熱温度等を考慮して、前記範囲内から調整されるのが好ましいが、一対の中間部４０，４０それぞれの前記先端における仮想内接円ＩＣｈの直径ｄＩｈ_ｂ（この例において、最高発熱部５５に相当する。）が０．２〜２．０ｍｍの範囲内にあることがより好ましく、０．２〜１．０ｍｍの範囲内にあるのが特に好ましい。前記直径ｄＩｈ_ｂが前記範囲内にあると、発熱部３３の体積が減少するから、発熱部３３の耐久性を維持したまま、より優れた速熱性を持ち、消費電力をさらに一層低減することができると共に、マイグレーションによる抵抗体３０の断線を効果的に防止することができる。なお、マイグレーションとは、抵抗体３０に通電したときに、印加電圧で基体の粒界相中の金属イオン例えばアルミニウムイオンが移動する現象である。なお、この例において、直径ｄＩｈの減少割合は、前記範囲内から選択され、ｄＩｈ_１からｄＩｈ_２までの減少割合及びｄＩｈ_２からｄＩｈ_３までの減少割合は同じ割合で一定になっている。

前記条件（１）、（２）及び（３）並びに後述する条件（９）は、前記平面Ｐとして平面Ｐ_１、Ｐ_２、Ｐ_３を任意に選択して、説明するが、この発明において、前記平面Ｐは３種の前記平面Ｐ_１、Ｐ_２、Ｐ_３に限定されず、少なくとも任意の２平面において、条件（１）、（２）、（３）及び（９）を満たしていればよい。

発熱先端部５０は、前記条件を満たす一対の中間部４０，４０それぞれの前記先端を起点として略円弧状又は略Ｕ字状に成形されている。この発熱先端部５０は、その延在方向の断面積が小さくなるように細く形成され、その断面積が最も小さくなる最高発熱部５５（抵抗体３０に電圧を印加したときに最も高温に達する部位であって、通常、一対の中間部４０，４０それぞれの前記先端近傍に位置する。）を有する。このように、抵抗体３０の最高発熱部５５は、通常、発熱先端部５０に存在するから、一対の中間部４０，４０それぞれにおける先端部の断面積は最高発熱部５５の断面積と同じ又は大きく設定されているのがよい。

発熱先端部５０に存在する最高発熱部５５は、最高発熱部５５の延在方向に垂直な平面で切断されたときの断面部の断面積が０．０５〜１．２０ｍｍ^２であるのが好ましい。最高発熱部５５の断面積が前記範囲内にあると、高い速熱性及び消費電力の低減が可能になると共に、通電時に作用する応力の集中を分散させることができて通電耐久性がより一層向上する。

最高発熱部５５は、その断面積がリード部３１の断面積に対して１／６０〜１／２．６となっているのがさらに好ましい。ここで、リード部３１の断面積は軸線Ｃに垂直な平面でリード部３１を切断したときの断面積である。最高発熱部５５の断面積が前記割合内にあると、リード部３１の断面積に対する最高発熱部５５の断面積の比が適切な範囲になり、速熱性、低消費電力及び耐久性に優れるうえ、最高発熱部５５の発熱温度がより一層均一になる。したがって、このセラミックヒータ１をグロープラグ２０のヒータとして用いたときに、速熱性、低消費電力及び耐久性に優れるうえ、エンジンの始動性にも優れる。

一対の中間部４０，４０と発熱先端部５０とを有する発熱部３３は、具体的には、図１に示されるように、一対の中間部４０，４０を外周面の一部とし、発熱先端部５０を頂部とする、一対のリード部３１，３１それぞれの先端から発熱先端部５０に向かう尖形形状をなしている。すなわち、この尖形形状は、一対の中間部４０，４０が、一対のリード部３１，３１それぞれの先端から発熱先端部５０に向かって、外径及びＪＪ平面方向の間隔が共に減少して延在し、その線部それぞれから一個の発熱先端部５０が延在してなる。換言すると、発熱部３３は、ＪＪ平面に対して垂直方向に貫通し、その間隔が頂部に先端に向かって次第に狭くなる垂直空間部５９を有する、錐形すなわちテーパ形状をなしている。さらにいうと、発熱部３３は、図１及び図３に示されるように、その発熱先端部５０が軸線Ｃ上の１点に集まるように、形成されている。換言すると、一対の中間部４０，４０は、図３に示されるように、ＪＪ平面における断面形状及びＪＪ平面に垂直な方向からみた側面形状が共にその先端に向かって減少する先細り形状をなしている。

したがって、一対の中間部４０，４０は、図３（ｃ）に示されるように、平面Ｐにおける一対の断面部５７，５７それぞれが相似形になっている。そして、発熱部３３がこのように形成されていると、優れた速熱性を持ち、わずかな消費電力で所定の温度に達することができ、高い通電耐久性及び機械的耐久性を発揮することができると共に、その成形が非常に容易となる。

発熱部３３において、その軸線Ｃ方向長さＬｈ（図３（ａ）参照。）は０．５〜２０ｍｍであるのが好ましい。発熱部３３の軸線Ｃ方向長さＬｈが前記範囲内にあると、前記条件（１）及び（２）を満たすことによる効果を十分に発揮させることができると共に、電圧を印加したときに、リード部３１と中間部４０との境界温度が比較的低くなって、リード部３１と中間部４０との境界部分の破断を効果的に防止することができる。

図１〜図３に示されるように、抵抗体３０を埋設する基体６０は、一対のリード部３１，３１を埋設する同径部７０と、発熱部３３を埋設する基体先端部８０とを有している。基体先端部８０は、一対の中間部４０，４０を埋設する部分であり、具体的には、例えば、図３（ａ）に示した破線よりも先端に位置する部分である。

同径部７０は、軸線Ｃ方向に延在する棒状体とされ、一対のリード部３１，３１を内蔵することができる形状、大きさになっている。このセラミックヒータ１において、同径部７０は、断面が略円形又は楕円形の棒状体又は柱状体とされている。

基体先端部８０は、発熱部３３の形状に倣った尖形形状に成形され、すなわち、垂直空間部５９を有していないこと以外は発熱部３３とほぼ同様の尖形形状に成形されて、発熱部３３をその外周側から囲繞している。したがって、基体先端部８０は条件（９）を満たしている。すなわち、基体先端部８０は、平面Ｐで切断された基体断面部８７を形成する輪郭線に接すると共に、基体断面部８７を内部に包含する仮想外接円ＣＣｂの直径ＤＣｂが基体６０の先端に向かって減少している。基体先端部８０が条件（９）を満たすと、基体先端部の体積が小さくなることから、発熱先端部５０からの発熱を効率よく基体６０の外周面に伝達させることができ、速熱性のさらなる向上と消費電力のさらなる低減と通電耐久性の向上とより高い発熱均一性とを達成することができる。また、発熱先端部５０と基体先端部８０の外部との温度差が小さくなるから、低電圧で急速昇温することができ、また基体先端部８０を所望の温度にする際に、抵抗体３０を必要以上に発熱させる必要もなく、その結果、耐久性にも優れる。さらには、平面Ｐで切断された基体断面部８７において、その断面積に対する抵抗体断面積が大きくなることから、抵抗体３０に作用する応力を緩和することができ、耐久性に優れる。

この例において、仮想外接円ＣＣｂは、図３（ｃ）に示されるように、基体断面部８７の外周そのものであって、その中心が基体断面部８７の重心と一致し、平面Ｐと軸線Ｃとの交点Ｏを中心とする最小の直径を有している。基体断面部８７の形状は、要求される温度等に応じて適宜調整することができ、その形状が略円形、楕円形、及び多角形等とされてもよいが、加工コストの容易さ、温度の均一性、耐久性の面から、略円形とするのが好ましい。

図３及び図４を参照してより詳細に説明する。例えば、断面ＣＰ_１における基体断面部８７_Ｐ１を形成する輪郭線それぞれに接すると共に、基体断面部８７_Ｐ１を内部に包含する仮想外接円ＣＣｂ_１の直径をＤＣｂ_１とする。同様に、断面ＣＰ_２における仮想外接円ＣＣｂ_２の直径をＤＣｂ_２とし、断面ＣＰ_３における仮想外接円ＣＣｂ_３の直径をＤＣｂ_３とする。このとき基体先端部８０は、ＤＣｂ_１＞ＤＣｂ_２＞ＤＣｂ_３の関係を満足している。

仮想外接円ＣＣｂの直径ＤＣｂは基体６０の先端に向かって減少していればその減少割合は特に限定されない。好ましくは、仮想外接円ＣＣｂの直径ＤＣｂの減少割合は、基体先端部８０の基端（換言すると同径部７０の先端。図３（ａ）において破線で示す。）における仮想外接円ＣＣｂの直径ＤＣｂ_ａと、最高発熱部５５が埋設された位置に相当する基体先端部８０の外周面における仮想外接円ＣＣｂの直径ＤＣｂ_ｂとの直径差ＤＣｂ_ａ−ｂ＝ＤＣｂ_ａ−ＤＣｂ_ｂが０．１〜２．５ｍｍであり、特に好ましくは、前記直径差ＤＣｂ_ａ−ｂが０．３〜２．０ｍｍである。前記直径差が前記範囲内にあると、片持ち強度を維持しながら、発熱先端部５０からの発熱をより一層効率よく基体６０の外周面に伝達させることができる。

直径ＤＣｂの減少割合は、基体先端部８０、発熱先端部５０等の寸法、要求される発熱温度等を考慮して、前記範囲内から選択されるのが好ましい。この例において、直径ＤＣｂの減少割合は、前記範囲内から選択され、ＤＣｂ_１からＤＣｂ_２までの減少割合及びＤＣｂ_２からＤＣｂ_３までの減少割合は同じ割合で一定になっている。

仮想外接円ＣＣｂにおける直径ＤＣｂの減少は、基体断面部８７における断面積ＳＣｂの減少ということもできる。すなわち、基体先端部８０は、一対の中間部４０，４０と同様に、前記平面Ｐで切断してなる基体断面部８７の仮想断面積ＳＣｂが基体６０の先端に向かって減少している。具体的には、基体先端部８０において、基体断面部８７_Ｐ１の仮想断面積ＳＣｂ_１と、基体断面部８７_Ｐ２の仮想断面積ＳＣｂ_２と、基体断面部８７_Ｐ３の仮想断面積ＳＣｂ_３とが、ＳＣｂ_１＞ＳＣｂ_２＞ＳＣｂ_３の関係を満足している。ここで、基体断面部８７の仮想断面積ＳＣｂは前記仮想外接円ＣＣｂの直径ＤＣｂから算出される断面積をいう。

基体先端部８０と一対の中間部４０，４０とは、条件（１２）を満たしている。すなわち、一対の中間部４０，４０は、図３（ａ）に示されるように、基体６０の軸線Ｃと一対の中間部４０，４０それぞれの軸線Ｊとを含む平面で切断したときに、基体先端部８０の輪郭線、一対の中間部４０，４０それぞれの外側の輪郭線、及び前記一対の中間部４０，４０それぞれの内側の輪郭線が直線状であり、基体先端部８０の輪郭線同士の距離、前記一対の中間部４０，４０それぞれの外側の輪郭線同士の距離、及び前記一対の中間部４０，４０それぞれの内側の輪郭線同士の距離が前記発熱部３３の先端に向かって減少している。基体先端部８０と一対の中間部４０，４０とが条件（１２）を満たしていると、基体先端部８０の輪郭線と一対の中間部４０，４０それぞれの外側の輪郭線と一対の中間部４０，４０それぞれの内側の輪郭線とが直線状であり凹凸等を有しないので、抵抗体３０に電圧を印加したときに熱応力が集中したり、局所的に温度上昇したりするのを緩和することができる。また、基体先端部８０の輪郭線同士の距離と一対の中間部４０，４０それぞれの外側の輪郭線同士の距離と一対の中間部４０，４０それぞれの内側の輪郭線同士の距離とが発熱部３３の先端に向かって減少しているので、発熱先端部５０に熱応力が集中するのを防止することができる。したがって、このセラミックヒータ１は、優れた速熱性を有し、わずかな消費電力で所定の温度に達することができ、同時により高い通電耐久性を発揮することができる。

この例において、基体６０の軸線Ｃと一対の中間部４０，４０それぞれの軸線Ｊとを含む平面で切断したときの、発熱先端部５０をその外周側から囲繞している基体先端部８０の最先端は、発熱先端部５０の形状とほぼ同様の略円弧状又は略Ｕ字状であり、基体先端部８０における直線状の輪郭線に滑らかに連続している。また、基体先端部８０の直線状の輪郭線は、同径部７０の直線状の輪郭線へと滑らかに連続している。この例において、基体先端部８０は、テーパ形状を有しているので、基体６０の軸線Ｃと一対の中間部４０，４０それぞれの軸線Ｊとを含む平面で切断したときだけでなく、基体６０の軸線Ｃのみを含む任意の平面で切断したときも、基体先端部８０の輪郭線は直線状である。同様に、一対の中間部４０，４０それぞれは、テーパ形状を有しているので、基体６０の軸線Ｃと一対の中間部４０，４０それぞれの軸線Ｊとを含む平面で切断したときだけでなく、中間部４０の軸線Ｊの一方だけを含む任意の平面で切断したときも、中間部４０の輪郭線は直線状である。

基体先端部８０と一対の中間部４０，４０とは、前記条件（１２）に加えて、条件（１３）を満たしている。すなわち、一対の中間部４０，４０は、図３（ｄ）に示されるように、前記基体６０の軸線Ｃと前記一対の中間部４０，４０それぞれの軸線Ｊとを含む平面で切断したときに、前記基体６０の軸線Ｃと前記基体先端部８０の輪郭線とのなす角をθa、前記基体６０の軸線Ｃと前記一対の中間部４０，４０の外側の輪郭線とのなす角をθb、前記基体６０の軸線Ｃと前記一対の中間部４０，４０の内側の輪郭線とのなす角をθcとすると、θa＝θb＞θcを満たしている。基体先端部８０と一対の中間部４０，４０とが条件（１３）を満たしていると、中間部４０が発熱部３３の先端方向に向かって細くなり、発熱部３３の体積が減少するので、発熱部３３の耐久性を維持したまま、速熱性をさらに向上させ、消費電力をさらに低減させることができる。また、中間部４０の外周面と基体先端部８０の外周面との間隔が発熱部３３の先端方向に向かって一定、又は減少するので、発熱先端部５０からの発熱を一層効率良く基体先端部８０の外周面に伝達させることができる。したがって、速熱性をより一層向上させ、消費電力をさらに低減し、その結果、基体先端部８０を所望の温度にする際に、必要以上に発熱部３３を発熱させる必要がないので、耐久性にも優れる。

前記角度θa、θb、及びθcは、θa≧θb＞θcかつ０＜θa，θb，θc＜５０°を満たしていればこれらの角度範囲は特に限定されない。前記角度θa、θb、及びθcは、基体６０の寸法、一対の中間部４０，４０の寸法、要求される発熱温度等を考慮して、前記範囲内から調整されるのが好ましいが、θa≧θb＞θcかつ０°＜θa，θb，θc＜２０°であるのが好ましく、θa≧θb＞θcかつ０＜θa，θb，θc＜１５°であるのが特に好ましい。前記角度θa、θb、及びθcが前記範囲内にあると、発熱部３３の体積が先端方向に向かって適度に減少し、発熱部３３と基体先端部８０との距離を適度に保持することができるので、発熱部３３からの発熱を一層効率良く基体先端部８０の外周面に伝達させ、その結果、速熱性の向上と消費電力の低減と高い通電耐久性とを達成することができる。

ここで、仮想外接円ＣＣｂにおける直径差ＤＣｂ_ａ−ｂと仮想外接円ＣＣｈにおける直径差ｄＣｈ_ａ−ｂとの外接円直径差の絶対値｜ＤＣｂ_ａ−ｂ−ｄＣｈ_ａ−ｂ｜は、０．１〜２．６ｍｍであるのが好ましく、０．３〜２．６ｍｍであることが特に好ましい。前記外接円直径差の絶対値が前記範囲内にあると、発熱先端部５０が埋設される位置が基体先端部８０の外表面に接近又は遠近しすぎることがなく、発熱先端部５０を埋設した基体先端部８０の肉厚が適度の厚さとなって、発熱先端部５０からの発熱をより一層効率よく速やかに基体６０の外周面に伝達させることができ、速熱性、低消費電力及び耐久性をより一層高い水準で達成することができる。

セラミックヒータ１において、基体６０に埋設される発熱先端部５０の位置は、基体先端部８０の外表面から軸線Ｃ方向の後端に向かって０．３〜１．２ｍｍの範囲内、すなわち、基体先端部８０の肉厚が０．３〜１．２ｍｍとなる位置であるのが好ましい。発熱先端部５０が前記位置に埋設されると、セラミックヒータ１を所定の温度に加熱するときに、発熱先端部５０を必要以上に発熱させる必要がないから、発熱先端部５０の耐久性に優れると共に、速熱性及び均一加熱性にも優れる。また、セラミックヒータ１をグロープラグのヒータとして用いたときに、基体６０特に発熱先端部５０が、エンジンオイルに含まれるＣａ等の不純物により高温にて侵食しても、発熱先端部５０が基体先端部８０から露出しにくく耐久性が向上すると共に、抵抗値の変化を防止することができる。

セラミックヒータ１の寸法（前記した寸法を除く。）の一例を挙げると、セラミックヒータ１の全長（軸線Ｃ方向長さ）は３０〜５０ｍｍ、セラミックヒータ１（同径部７０）の直径は２．５〜４．０ｍｍ、セラミックヒータ１の最小肉厚（基体先端部８０を除く）は１００〜５００μｍ、基体先端部８０の軸線Ｃ方向長さは０．５〜２０ｍｍ、一対のリード部３１，３１の軸線ＪＪ間隔は０．２〜２ｍｍである。
セラミックヒータの直径は、細径であるほど、低消費電力及び速熱性に優れ、耐久性にも優れるが、逆に細径であるほど、セラミックヒータの機械的強度が低くなり、また発熱体積が小さくなることからエンジン始動性が悪くなってしまう。このため、セラミックヒータの直径は、要求される発熱温度等を考慮して、前記範囲内から選択されるのが好ましい。

セラミックヒータ１が前記条件（１）〜（３）、（９）、（１２）及び（１３）を満たしているか否か、発熱先端部５０の位置等は、例えば、セラミックヒータ１をＸ線透過撮影して得られた撮影フィルムを用いて、確認することができる。

この発明に係るセラミックヒータにおける別の一実施例のセラミックヒータ２は、図５（ａ）に示されるように、条件（３）における仮想内接円ＩＣｈの直径ｄＩｈが発熱部３４の先端に向かって一定になっていること以外は、セラミックヒータ１と基本的に同様に構成されている。そして、セラミックヒータ２の発熱部３４は、一定の間隔を有する一対の中間部４１，４１の外径が先端に向かって減少するように延在し、その先端それぞれから一個の発熱先端部５０が延在してなる尖形形状をなし、かつ、基体先端部８１は垂直空間部５９を有していないこと以外は発熱部３４とほぼ同様の尖形形状に成形されている。このセラミックヒータ２は条件（１）〜（３）、（９）、（１２）及び（１３）すべてを満たしている。このように、仮想内接円ＩＣｈの直径ｄＩｈが一定になっていると、中間部４１，４１を容易に成形することができるうえ、機械的特性及び通電耐久性をさらに向上させることができる。

この発明に係るセラミックヒータにおけるまた別の一実施例のセラミックヒータ３は、図５（ｂ）に示されるように、条件（１）における仮想外接円ＣＣｈの直径ｄＣｈの減少割合及び条件（２）における合計断面積Ｓｃｈの減少割合が一定ではなく軸線Ｃ方向の略中央部で大きく減少していること、条件（９）における仮想外接円ＣＣｂの直径ＤＣｂの減少割合及び断面積ＳＣｂの減少割合が軸線Ｃ方向の略中央部で大きく減少していること並びに、条件（１２）に反して基体先端部８２の輪郭線及び一対の中間部４２，４２それぞれの外側の輪郭線が軸線Ｃに向かって凹状曲線を形成していること以外は、セラミックヒータ１と基本的に同様に構成されている。そして、セラミックヒータ３の発熱部３５は、先端に向かって減少する間隔を有する一対の中間部４２，４２の外径が先端に向かって減少してその外周面が軸線Ｃ方向に凹状曲面を形成するように延在し、その先端それぞれから一個の発熱先端部５０が延在してなる尖形形状をなし、かつ、基体先端部８２は垂直空間部５９を有していないこと以外は発熱部３５とほぼ同様の尖形形状に成形されている。このセラミックヒータ３は条件（１）〜（３）及び（９）を満たしている。

この発明に係るセラミックヒータにおけるさらに別の一実施例のセラミックヒータ４は、図５（ｃ）に示されるように、一対の中間部４０，４０それぞれから延在してなる一個の発熱先端部５１がその先端に向かって凸状に形成されていること、並びに、条件（１３）に反して角度θa、θb及びθcが、θa＜θb＞θcを満たしていること以外は、セラミックヒータ１と基本的に同様に構成されている。そして、前記外接円直径差の絶対値｜ＤＣｂ_ａ−ｂ−ｄＣｈ_ａ−ｂ｜が前記範囲内においてセラミックヒータ１よりも大きく調整されている。このセラミックヒータ４は条件（１）〜（３）、（９）及び（１２）を満たしている。

この発明に係るセラミックヒータにおける別の一実施例のセラミックヒータ５は、図５（ｄ）に示されるように、リード部がリード線３１ｃと接続部３１ｂとで形成されていること以外は、前記セラミックヒータ１と基本的に同様である。このセラミックヒータ５は条件（１）〜（３）、（９）、（１２）及び（１３）すべてを満たしている。

この発明に係るセラミックヒータにおけるまた別の一実施例のセラミックヒータ６は、図５（ｅ）に示されるように、条件（１）における仮想外接円ＣＣｈの直径ｄＣｈの減少割合及び条件（２）における合計断面積Ｓｃｈにおける減少割合が一定ではなく軸線Ｃ方向の略中央部で小さく減少していること、条件（３）における仮想内接円ＩＣｈの直径ｄＩｈが発熱部３６の先端に向かって一定になっていること、条件（９）における仮想外接円ＣＣｂの直径ＤＣｂの減少割合及び断面積ＳＣｂの減少割合が軸線Ｃ方向の略中央部で小さく減少していること、並びに、条件（１２）に反して基体先端部８２の輪郭線及び一対の中間部４２，４２それぞれの外側の輪郭線が軸線Ｃの半径方向に凸状曲線を形成していること以外は、セラミックヒータ１と基本的に同様に構成されている。そして、セラミックヒータ６の発熱部３６は、一定の間隔を有する一対の中間部４３，４３の外径が先端に向かって減少してその外周面が軸線Ｃ方向に凸状曲面を形成するように延在し、その先端それぞれから一個の発熱先端部５０が延在してなる尖形形状をなし、かつ、基体先端部８３は垂直空間部５９を有していないこと以外は発熱部３６とほぼ同様の尖形形状に成形されている。このセラミックヒータ６は条件（１）〜（３）及び（９）を満たしている。

この発明に係るセラミックヒータにおける別の−実施例のセラミックヒータ７は、図６（ａ）に示されるように、条件（１３）における角度θａ、θｂ及びθｃがθａ＞θｂ＞θｃを満たしていること以外は、セラミックヒータ１と基本的に同様に構成されている。このセラミックヒータ７は、条件（１）〜（３）、（９）、（１２）および（１３）すべてを満たしている。

この発明に係るセラミックヒータにおける別の−実施例のセラミックヒータ８は、図６（ｂ）に示されるように、条件（１３）における角度θａ、θｂ及びθｃの値がセラミックヒータ１よりも小さいこと以外は、セラミックヒータ１と基本的に同様に構成されている。このセラミックヒータ１は、条件（１）〜（３）、（９）、（１２）および（１３）すべてを満たしている。

この発明に係るセラミックヒータにおける別の一実施例のセラミックヒータ９は、図６（ｃ）に示されるように、条件（１３）に反して角度θa、θb及びθcが、θa＜θb＞θcを満たしていること以外は、セラミックヒータ１と基本的に同様に構成されている。そして、前記外接円直径差の絶対値｜ＤＣｂ_ａ−ｂ−ｄＣｈ_ａ−ｂ｜が前記範囲内においてセラミックヒータ１よりも大きく調整されている。このセラミックヒータ９は条件（１）〜（３）、（９）及び（１２）を満たしている。

この発明に係るセラミックヒータにおける別の一実施例のセラミックヒータ１０は、図６（ｄ）に示されるように、条件（１３）における角度θb及びθcの値がセラミックヒータ１よりも小さいこと以外は、セラミックヒータ１と基本的に同様に構成されている。そして、前記外接円直径差の絶対値｜ＤＣｂ_ａ−ｂ−ｄＣｈ_ａ−ｂ｜が前記範囲内においてセラミックヒータ１よりも小さく調整されている。このセラミックヒータ１０は条件（１）〜（３）、（９）、（１２）及び（１３）すべてを満たしている。

この発明に係るセラミックヒータにおける別の一実施例のセラミックヒータ１１は、図７（ａ）に示されるように、一対の中間部４６，４６それぞれがその一部において前記条件（１）及び（２）を満たしていること、並びに、前記条件（１２）に反して一対の中間部４６，４６それぞれの外側の輪郭線がその一部において直線状になっていないこと以外は、セラミックヒータ１と基本的に同様に構成されている。すなわち、セラミックヒータ１１の発熱部３８は、軸線Ｃ方向の中央部よりもわずかに先端側の外周面に、軸線Ｃを中心とする環状の隆起部を有していること以外は、発熱部３４とほぼ同様の尖形形状に成形されている。したがって、このセラミックヒータ１１は条件（１）〜（３）及び（９）を満たしている。

この発明に係るセラミックヒータにおけるまた別の一実施例のセラミックヒータ１２は、図７（ｂ）に示されるように、一対の中間部４７，４７それぞれがその一部において前記条件（３）を満たしていること、並びに、前記条件（１２）に反して一対の中間部４７，４７それぞれの内側の輪郭線がその一部において直線状になっていないこと以外は、セラミックヒータ１と基本的に同様に構成されている。すなわち、セラミックヒータ１２の発熱部３９は、軸線Ｃ方向の中央部内面に、前記ＪＪ平面に対して垂直方向に延在する突出部を有し、この突出部よりも先端側においてＪＪ平面方向の間隔が減少していること以外は、発熱部３４とほぼ同様の尖形形状に成形されている。したがって、このセラミックヒータ１２は条件（１）〜（３）及び（９）を満たしている。

この発明に係るセラミックヒータにおけるさらにまた別の一実施例のセラミックヒータ１３は、図７（ｃ）に示されるように、一対の中間部４８，４８それぞれが段階的に前記条件（１）及び（２）を満たしていること、並びに、前記条件（１２）に反して一対の中間部４８，４８それぞれの外側の輪郭線が直線状になっていないこと以外は、セラミックヒータ１と基本的に同様に構成されている。すなわち、セラミックヒータ１３の発熱部３２は、発熱先端部５０に向かって外径及びＪＪ平面方向の間隔が共に段階的に減少していること以外は、発熱部３４とほぼ同様の尖形形状に成形されている。したがって、このセラミックヒータ１３は条件（１）〜（３）及び（９）を満たしている。

セラミックヒータの基体を形成する絶縁性セラミックとして、例えば、窒化珪素質セラミック等が挙げられる。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又はＮの一部が、Ａｌ又は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。なお、「主成分」とはセラミック中の最も質量の高い成分をいう。
（１）β−サイアロン：Ｓｉ_６−ＺＡｌ_ＺＯ_ＺＮ_８−Ｚ （ｚは０超４．２以下）
（２）α−サイアロン：Ｍ_Ｘ（Ｓｉ，Ａｌ）_１２（Ｏ，Ｎ）_１６ （ｘは０超２以下）
ここで、ＭはＬｉ，Ｍｇ，Ｃａ，Ｙ，Ｒ（ＲはＬａ，Ｃｅを除く希土類元素）である。

窒化珪素質セラミックには、ＩＵＰＡＣ１９９０年勧告に基づく周期表における第３族、第４族、第５族、第１３族（例えばＡｌ）及び第１４族（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、焼結体全体における含有量にて、酸化物換算で１〜１５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、主に酸化物又はシリケート等の複合酸化物の形態にて含有される。

窒化珪素以外の焼結助剤成分（例えば、希土類元素を含む化合物、酸化アルミニウム等）が１質量％未満では緻密な焼結体が得にくくなり、１５質量％を超えると強度や靭性又は耐熱性の不足を招くことがある。焼結助剤成分の含有量は、望ましくは５〜１３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、Ｌｕを含む化合物（例えば酸化物）等を用いることができる。これらのうちでもＴｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂを含む化合物は、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。

セラミックヒータの抵抗体を形成する導電性セラミックは、導電発熱できる導電性セラミック材料を含有していればよく、例えば、導電性セラミック材料単独、導電性セラミック材料と絶縁性セラミックとの混合物等が挙げられる。導電性セラミック材料としては、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）等が挙げられる。前記混合物としては、例えば、導電性セラミック材料としての炭化タングステン（ＷＣ）、二珪化モリブデン（ＭｏＳｉ_２）又は二珪化タングステン（ＷＳｉ_２）と窒化珪素質セラミックとの混合物等が挙げられる。このような混合物で抵抗体を形成すると基体との線膨張係数差が縮小して耐熱衝撃性を高めることができる。

抵抗体は一種類の導電性セラミックで形成されてもよく、また、抵抗体の発熱部と一対のリード部とが電気抵抗率の異なる導電性セラミックでそれぞれ形成されてもよい。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、（１）同種の導電性セラミック材料を含有する混合物におけるその含有量を互いに異ならせる方法、（２）電気抵抗率の異なる異種の導電性セラミック材料を用いる方法、（３）前記（１）と前記（２）とを組み合わせる方法等が挙げられる。

前記（１）の方法において、例えば、発熱部を形成する第一導電性セラミックは、導電性セラミック材料の含有率を１０〜３０体積％、残部を絶縁性セラミックとするのがよい。導電性セラミック材料の含有率が３０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ことがある。また、導通経路に相当する一対のリード部を形成する第二導電性セラミックは、導電性セラミック材料の含有率を１５〜３５体積％、残部を絶縁性セラミックとするのがよい。導電性セラミック材料の含有率が３５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、基体との熱膨張係数差が大きくなり、焼結時のクラックが生じやすくなる。一方、１５体積％未満では一対のリード部での発熱が大きくなりすぎて、発熱部の発熱効率が悪化することがある。

この発明に係るセラミックヒータは、絶縁性セラミックとなる基体形成用混合粉末及び導電性セラミックとなる抵抗体形成用混合粉末を調製し、抵抗体形成用混合粉末で未焼成抵抗体を成形し、基体形成用混合粉末に未焼成抵抗体を埋設して成形し、得られた成形体を、所望により脱脂仮焼した後、焼結し、前記条件（１）〜（３）を満たす発熱部を形成して、製造される。

簡単に説明すると、絶縁性セラミック、導電性セラミック材料及び焼結助剤等を所定の量比で混合し、基体形成用混合粉末及び抵抗体形成用混合粉末を調整する。これらの混合粉末は、湿式等、通常の方法によって混合されることができる。このようにして調製された各混合粉末に、適量のバインダ等を配合して混練した後、所望により造粒する。

抵抗体形成用混合粉末の造粒物を用いて、射出成形、スクリーン印刷、シート成形、押出し成形等により、抵抗体を成形する。このとき、抵抗体の発熱部となる未焼成発熱部が前記条件を満たすように形成された金型を用いて、焼成後に抵抗体となる未焼成抵抗体を作製することもでき、又は、成形体の発熱部を研磨加工、テーパ加工、Ｒ面加工等して、未焼成抵抗体を作製することもできる。その後、この未焼成抵抗体を、基体形成用混合粉末に埋入して、成形体とする。その方法としては、基体形成用混合粉末を圧粉した半割型の所定位置に未焼成抵抗体を載置した後、基体形成用混合粉末をのせてプレス成形する方法等が挙げられる。次いで、成形体を所望により脱脂仮焼すると、基体の形状を有する粉末成形体に発熱抵抗体となる未焼成抵抗体が埋設された成形体が得られる。この成形体を、焼成炉に収容し、焼成する。焼成方法として、ホットプレス法、ガス圧焼成法、ＨＩＰ（熱間静水圧プレス）法等が挙げられる。例えば、ホットプレス法では、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。加圧力は例えば２０〜３０ＭＰａ程度とすることができる。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１７００〜１８００℃、焼成時間は３０〜１８０分、特に６０〜１２０分とすることができる。焼成環境は窒素雰囲気下等の非酸化性雰囲気下で行うことができる。このような半割型を使用する方法は、例えば、２００７−２４００８０号公報等に記載の方法を参考にして、実施することができる。

次いで、得られた焼結体を例えば平面研削盤等で所望の寸法に研削して、基体先端部としたときに前記条件を満たすように、焼結体の先端部を研磨加工、テーパ加工、Ｒ面加工等して、セラミックヒータを製造することができる。

この発明に係るセラミックヒータは、前記の実施例に限定されることはなく、本願発明の目的を達成することができる範囲において、種々の変更が可能である。例えば、セラミックヒータ１等における一対の中間部４０，４０は、ｄＣｈ_１からｄＣｈ_２までの減少割合及びｄＣｈ_２からｄＣｈ_３までの減少割合がそれぞれ一定の割合となっているが、これらの減少割合は、例えば図５（ｂ）及び（ｅ）に示すセラミックヒータ３及び６のように不規則な割合であってもよく、また、ｄＣｈ_１からｄＣｈ_２までの減少割合及びｄＣｈ_２からｄＣｈ_３までの減少割合が同じ割合であっても異なる割合であってもよい。

セラミックヒータ１等における一対の中間部４０，４０は、Ｓｃｈ_１からＳｃｈ_２までの減少割合及びＳｃｈ_２からＳｃｈ_３までの減少割合はそれぞれ一定の割合となっているが、これらの減少割合は、例えばセラミックヒータ３及び６のように不規則な割合であってもよく、また、Ｓｃｈ_１からＳｃｈ_２までの減少割合及びＳｃｈ_２からＳｃｈ_３までの減少割合が同じ割合であっても異なる割合であってもよい。

セラミックヒータ１等における一対の中間部４０，４０は、ｄＩｈ_１からｄＩｈ_２までの減少割合及びｄＩｈ_２からｄＩｈ_３までの減少割合がそれぞれ一定の割合で減少しているが、これらの減少割合は、不規則な割合であってもよく、また、ｄＩｈ_１からｄＩｈ_２までの減少割合及びｄＩｈ_２からｄＩｈ_３までの減少割合が同じ割合であっても異なる割合であってもよい。

一対の中間部４０，４０は、前記（１）〜（３）の条件を満足していれば、セラミックヒータ１等のように、その先端側（発熱先端部５０）が基体６０の軸線Ｃ上の１点に集まるように形成されている必要はなく、例えば、図２に示される断面形状が先端に向かって一定の幅を有する形状、すなわち、一対の中間部の先端側（発熱先端部）が軸線Ｃに垂直な直線上に集まるように、形成されていてもよい。

セラミックヒータ１等の基体先端部８０はＤＣｂ_１からＤＣｂ_２までの減少割合及びＤＣｂ_２からＤＣｂ_３までの減少割合がそれぞれ一定の割合となっているが、これらの減少割合は、不規則な割合であってもよく、また、ＤＣｂ_１からＤＣｂ_２までの減少割合及びＤＣｂ_２からＤＣｂ_３までの減少割合が同じ割合であっても異なる割合であってもよい。

セラミックヒータ１等の基体先端部８０はＳＣｂ_１からＳＣｂ_２までの減少割合及びＳＣｂ_２からＳＣｂ_３までの減少割合はそれぞれ一定の割合となっているが、これらの減少割合は、不規則な割合であってもよく、また、ＳＣｂ_１からＳＣｂ_２までの減少割合及びＳＣｂ_２からＳＣｂ_３までの減少割合が同じ割合であっても異なる割合であってもよい。

セラミックヒータ１等における同径部７０はその断面が略円形又は楕円形の棒状体又は柱状体とされているが、この発明において、同径部の形状すなわちセラミックヒータの外形は、特に限定されず、例えば、円柱体、楕円柱体、直方体等の形状が挙げられる。

軸線Ｊ方向に垂直な平面におけるリード部それぞれの断面形状は、特に限定されず、種々の形状にすることができる。例えば、図４に示されるように、扇形の他に、円形、半円径、楕円形、半楕円形、矩形等とすることができる。

この発明に係るセラミックヒータは、その発熱部が少なくとも条件（１）〜（３）を満たす一対の中間部と基体が少なくとも条件（９）を満たす基体先端部とを有している。ここで、従来、セラミックヒータにおいては、例えば図９（ｂ）に示されるように、比較的長めの略Ｕ字状に形成された発熱先端部５３を基体の外形に沿ってその外側近傍に配置すれば、基体を均一に効率よく加熱して速熱性に優れ、消費電力を低減することができると考えられており、そのため、特許文献１及び２のセラミックヒータはいずれも、発熱部（特許文献１における「第１の発熱体２０」及び特許文献２における「折り返し部３ｄ」）が基体の外形にそってその外側近傍に配置されるように略Ｕ字状に形成されていた。ところが、条件（１）〜（３）及び（９）を満たすように発熱部及び基体を形成すると、予想に反して、より優れた速熱性を持ち、消費電力を大幅に低減することができると共に耐久性をも向上させることができることが本発明者によって新たに見出されたのである。したがって、この発明に係るセラミックヒータは、条件（１）〜（３）を満たす一対の中間部と条件（９）を満たす基体先端部とを有していることを特徴とする。そして、この特徴を有するこの発明に係るセラミックヒータ、例えば、前記セラミックヒータ１〜１３は、発熱部全体の体積が小さくなって、発熱部は優れた速熱性を持ち、わずかな消費電力で所定の温度に達することができ、高い耐久性を発揮する。

この発明に係るセラミックヒータが前記条件（１２）を満たしていると、例えば前記セラミックヒータ１、２、４、５、７、８、９、１０は、前記したように、優れた速熱性を有し、わずかな消費電力で所定の温度に達することができ、同時により高い通電耐久性を発揮することができる。さらに、この発明に係るセラミックヒータが前記条件（１３）を満たしていると、例えば前記セラミックヒータ１、２、５、７、８、１０は、前記したように、速熱性のさらなる向上と消費電力のさらなる低減と高い通電耐久性とを達成することができる。

また、この発明に係るセラミックヒータは、一対の中間部において、基体の軸線Ｃに直交する任意の二平面で切断したときの、仮想外接円ＣＣｈにおける直径ｄＣｈの減少率ΔｄＣｈが仮想内接円Ｉｃｈにおける直径ｄＩｈの減少率ΔｄＩｈよりも大きくなるようにしてもよい。一対の中間部がこの構成を備えると、高い耐久性を維持することができる程度まで一対の中間部における抵抗体肉厚を先端に向けて薄くさせることができる。このため、発熱部、特に発熱先端部の体積が大きく減少し、高い耐久性を保持したまま速熱性により一層優れ、また消費電力を大幅に低減することができるセラミックヒータを実現することができる。

この発明に係るセラミックヒータは、前記効果を奏するから、グロープラグ用ヒータ、センサー用加熱ヒータ、ファンヒータ用加熱ヒータ等として、好適に用いられる。この発明に係るセラミックヒータをグロープラグ用ヒータとして用いた、この発明に係るグロープラグの一実施例のグロープラグを説明する。このグロープラグ２０は、図８に示されるように、セラミックヒータ１を備え、より詳細に説明すると、グロープラグ２０は、セラミックヒータ１、外筒９０、主体金具９３、中軸９４を備えている。グロープラグ２０は、基体６０の少なくとも基体先端部８０が突出するようにセラミックヒータ１の外周面が外筒９０で周方向に取り囲まれ、この外筒９０が略円筒状の主体金具９３の先端部に固定されて、成る。主体金具９３と外筒９０とは、例えば、両者の内外周面の隙間を充填するようにろう付け若しくは圧入して、又は、主体金具９３の先端側開口内縁と外筒９０の外周面とを全周レーザー溶接して、固定される。

主体金具９３は、中央周側面にグロープラグ２０をエンジンのシリンダヘッド（図示せず。）に取り付けることができるように雄ねじ部９８が形成されている。主体金具９３の外筒９０に接合されていない側には六角形状をなす鍔状の工具係合部９９が形成されており、前記シリンダヘッドにグロープラグ２０を螺合する際に、使用される工具が係合できるようになっている。

主体金具９３の内側には、その後端側から、セラミックヒータ１に電力を供給するための金属製の中軸９４が、円筒形状の絶縁部材９５と絶縁係止部材９６とで主体金具９３と絶縁状態となるように、配置固定されている。絶縁係止部材９６は、筒体の一端が外側に張り出してなるフランジを有しており、中軸９４の金具近傍に取り付けられるかしめ部材９７と工具係合部９９とが該フランジで係止されている。かしめ部材９７は、外周から押圧されてかしめられている。これにより、中軸９４と主体金具９３との間でフランジが係止された絶縁係止部材９６が固定されるので、中軸９４からの抜出が防止されるようになっている。

一方、セラミックヒータ１の抵抗体３０は、一方のリード部３１がその外周面に形成された電極取出部７８で外筒９０に電気的に接続されており、他方のリード部３１がその外周面に形成された電極取出部７７で電極円筒体９１及び導線９２を介して中軸９４と電気的に接続されている。このグロープラグ２０における最高発熱部２１は、グロープラグとして機能する温度にまで発熱することのできる部位であり、通常、抵抗体３０の最高発熱部５５が埋設されている、基体先端部８０の外周面に相当する。

グロープラグ２０は、以下のようにして、製造される。すなわち、セラミックヒータ１にその基体６０の少なくとも基体先端部８０が突出するように外筒９０と電極円筒体９１とを圧入した後、この電極円筒体９１と中軸９４とにＮｉ線を溶接し、これらを電気的に接続する。次いで、これらを主体金具９３の先端に圧入して溶接し、絶縁部材９５、絶縁係止部材９６及びかしめ部材９７で中軸９４を主体金具９３に固定して、グロープラグを製造することができる。

この発明に係るグロープラグは、この発明に係るセラミックヒータを備えているから、高い水準の速熱性、低消費電力及び耐久性を発揮する。特に、この発明に係るグロープラグが、さらに、前記条件（１２）及び（１３）の少なくとも１つを満足するセラミックヒータを備えていると、より一層高い水準の速熱性、低消費電力及び耐久性を発揮することができる。

この発明に係るグロープラグは、前記した実施例に限定されることはなく、本願発明の目的を達成することができる範囲において、種々の変更が可能である。

（セラミックヒータの作製）
平均粒径０．７μｍのＷＣ、平均粒径１．０μｍの窒化珪素及び焼結助剤としてのＥｒ_２Ｏ_３をボールミル中で４０時間湿式混合して抵抗体形成用混合粉末を得た（この混合粉末中のＷＣの含有率は２７体積％（６３質量％）〜３２体積％（７０質量％）の間で調整し、焼成後にセラミックヒータとして室温抵抗値が約４００ｍΩとなるようにした）。この抵抗体形成用混合粉末をスプレードライ法により乾燥させ、造粒粉末を作製した後、バインダを４０〜６０体積％の割合となるように添加して、混練ニーダ中で１０時間混合した。その後、得られた混合物をペレタイザで約３ｍｍの大きさに造粒した。実施例１〜６及び比較例１の中間部を形成することのできる金型を備えた射出成形機にこの造粒物を入れて射出成形し、前記条件を満たす発熱部となる未焼成発熱部を有する未焼成抵抗体を得た。

一方、平均粒径０．６μｍの窒化珪素、焼結助剤としてのＥｒ_２Ｏ_３、並びに、熱膨張調整剤としてのＣｒＳｉ_２、ＷＳｉ_２及びＳｉＣをボールミル中で湿式混合し、バインダを加えた後、スプレードライ法により乾燥させ、基体を形成するための基体形成用混合粉末を得た。

次いで、未焼成抵抗体を基体形成用混合粉末中に埋設してプレス成形を行い、セラミックヒータとなる成形体を得た。この成形体を８００℃の窒素雰囲気中で１時間の脱脂仮焼を行い、次いで、ホットプレス法により、０．１ＭＰａの窒素雰囲気下で、１７８０℃、加圧力３０ＭＰａで９０分間かけて焼結し、焼結体を得た。得られた焼結体を直径３．３ｍｍの略円筒状に研磨すると共に、所望により基体先端部８０をテーパ加工、研磨加工又はＲ研磨加工して、各セラミックヒータを作製した。

実施例１のセラミックヒータ（全長が４２ｍｍ）は、図１〜図４に示されたセラミックヒータ１と同様の形状を有し、以下の寸法を有していた。
・発熱部３３の軸線Ｃ方向長さＬｈが７ｍｍ
・中間部４０の軸線Ｃ方向長さが７ｍｍ、前記直径差ｄＣｈ_ａ−ｄＣｈ_ｂが１．７ｍｍ、前記直径差ｄＩｈ_ａ−ｄＩｈ_ｂが０．４ｍｍ
・抵抗体３０における最高発熱部５５の断面積が０．４０ｍｍ^２
・最高発熱部５５のリード部３１に対する断面積比が１／９．３
・発熱先端部５０の位置は基体先端部８０の外表面から０．５ｍｍ
・一対のリード部３１，３１の間隔が０．６ｍｍ
・基体先端部８０の軸線Ｃ方向長さが７ｍｍ、前記直径差ＤＣｂ_ａ−ＤＣｂ_ｂが１．８ｍｍ、肉厚が０．５ｍｍ
・角度θaが１１°、角度θbが１１°、角度θcが８°

実施例２のセラミックヒータは、セラミックヒータ７と同様の形状を有し、
・中間部４０における前記直径差ｄＣｈ_ａ−ｄＣｈ_ｂが１．９ｍｍ、前記直径差ｄＩｈ_ａ−ｄＩｈ_ｂが０．３ｍｍ、
・抵抗体３０における最高発熱部５５の断面積が０．０６ｍｍ^２、
・最高発熱部５５のリード部３１に対する断面積比が１／５９、
・発熱先端部５０の位置は基体先端部８０の外表面から０．３ｍｍ、
・基体先端部８０における前記直径差ＤＣｂ_ａ−ＤＣｂ_ｂが２．５ｍｍ、肉厚が０．３ｍｍ
・角度θaが１２°、角度θbが１１°、角度θcが１°であること以外は、実施例１のセラミックヒータ１と同じ寸法を有していた。

実施例３のセラミックヒータは、図５（ａ）に示されたセラミックヒータ２と同様の形状を有し、
・中間部４１における前記直径差ｄＣｈ_ａ−ｄＣｈ_ｂが１．３ｍｍ、前記直径差ｄＩｈ_ａ−ｄＩｈ_ｂが０ｍｍ、
・一対のリード部３１，３１の間隔が０．４ｍｍ、
・基体先端部８０における前記直径差ＤＣｂ_ａ−ＤＣｂ_ｂが１．２ｍｍ、
・角度θaが６°、角度θbが６°、角度θcが０°であること以外は、実施例１のセラミックヒータ１と同じ寸法を有していた。

実施例４のセラミックヒータは、図６（ｂ）に示されたセラミックヒータ１０と同様の形状を有し、
・中間部４０における前記直径差ｄＣｈ_ａ−ｄＣｈ_ｂが１．６ｍｍ、前記直径差ｄＩｈ_ｂ−ｄＩｈ_ａが０．２ｍｍ、
・基体先端部８６における前記直径差ＤＣｂ_ａ−ＤＣｂ_ｂが１．８ｍｍ、
・角度θaが１１°、角度θbが７．５°、角度θcが１°であること以外は、実施例３のセラミックヒータ２と同じ寸法を有していた。

実施例５のセラミックヒータは、図６（ｂ）に示されたセラミックヒータ８と同様の形状を有し、
・基体先端部８７における前記直径差ＤＣｂ_ａ−ＤＣｂ_ｂが１．６ｍｍ、
・角度θaが７．５°、角度θbが７．５°、角度θcが１°であること以外は、実施例４のセラミックヒータ１０と同じ寸法を有していた。

実施例６のセラミックヒータは、図６（ｃ）に示されたセラミックヒータ９と同様の形状を有し、
・基体先端部８５における前記直径差ＤＣｂ_ａ−ＤＣｂ_ｂが０．６ｍｍ、
・角度θaが３．５°、角度θbが７．５°、角度θcが１°であること以外は、実施例４のセラミックヒータ１０と同じ寸法を有していた。

比較例１のセラミックヒータ（全長４２ｍｍ）は、図９（ａ）に示されたセラミックヒータ１４と同様の形状を有し、
・中間部４４における前記直径差ｄＣｈ_ａ−ｄＣｈ_ｂが０．７ｍｍ、仮想内接円ＩＣｈの直径ｄＩｈが先端に向かって増大（前記直径差ｄＩｈ_ｂ−ｄＩｈ_ａが０．６ｍｍ）し、
・基体先端部８５における前記直径差ＤＣｈ_ａ−ＤＣｈ_ｂが０．７ｍｍであること以外は、実施例５のセラミックヒータ８と同じ寸法を有していた。

比較例２のセラミックヒータ（全長４２ｍｍ）は、図９（ｂ）に示されたセラミックヒータ１５と同様の形状を有し、以下の寸法を有していた。
・発熱部５４の軸線Ｃ方向長さＬｈが７ｍｍ
・中間部４９の軸線Ｃ方向長さが７ｍｍ、前記直径差ｄＣｈ_ａ−ｄＣｈ_ｂは０ｍｍ、前記直径差ｄＩｈ_ｂ−ｄＩｈ_ａが１．０ｍｍ（仮想内接円ＩＣｈの直径ｄＩｈが先端に向かって増大）
・発熱先端部５３における最高発熱部５５の断面積が１．１ｍｍ^２
・最高発熱部５５のリード部３１に対する断面積比が１／２．８
・発熱先端部５３の位置は基体先端部の外表面から１ｍｍ
・一対のリード部３１，３１の間隔が０．４ｍｍ
・基体が同径部７３で形成され、その先端部が半球状に形成されている。

（グロープラグの製造）
このようにして作製したセラミックヒータそれぞれに、その基体の少なくとも基体先端部が突出するように外筒９０と電極円筒体９１とを圧入した後、この電極円筒体９１と中軸９４とにＮｉ線を溶接し、これらを電気的に接続した。これらを主体金具９３の先端に圧入して溶接した。次いで、絶縁部材９５、絶縁係止部材９６及びかしめ部材９７で中軸９４を主体金具９３に固定して、実施例１〜６及び比較例１のグロープラグを製造した。

（グロープラグの飽和温度、消費電力及び１０００℃到達時間の測定）
これらのグロープラグの飽和温度、消費電力及び１０００℃到達時間を測定するのに図１０に示す装置を用いた。図１０に示される装置は、コントローラ１００と、コントローラ１００に接続された直流電源１０１と、直流電源１０１に接続されたオシロスコープ１０５と、オシロスコープ１０５に接続された放射温度計１０４及びパーソナルコンピュータ１０６と、直流電源１０１から延在する導線とを備えている。なお、装置の詳細を図１１に示した。

実施例１〜６、比較例１及び２のグロープラグ及び図１０に示す装置を用いて、以下の方法で、飽和温度及び消費電力を測定した。すなわち、この装置の導線に各グロープラグを接続し、コントローラ１００で印加電圧を設定して直流電源１０１を制御し、グロープラグ２０に印加される電圧を制御した。そして、カメラ１０２及び本体１０３からなる放射温度計１０４にて、グロープラグのセラミックヒータにおける表面最高温度を測定し、測定された表面最高温度を飽和温度とした（放射率０．９３５）。

さらに、オシロスコープ１０５で、直流電源１０１から印加される印加電圧及び電流をモニターすると共に、放射温度計１０４でセラミックヒータの表面温度として測定される測定温度をモニターした。このオシロスコープ１０５は、印加電圧をトリガーとして、測定温度、印加電圧及び電流のデータを同期して記録することができる。このようにして得られたデータを例えばパーソナルコンピュータ１０６で編集し、飽和温度が１２００℃のときの消費電力を算出した。飽和温度が１２００℃となる直流電圧をグロープラグに印加したときのセラミックヒータの外周面における最高発熱部の温度を測定して、１０００℃到達時間を測定し、１０００℃到達時間として、速熱性を評価した。その結果を第１表に示す。
また、実施例1、２、比較例１、２のグロープラグについて、前記セラミックヒータの外周面における最高発熱部２１の温度の経過時間に対する変化を示したグラフを図１２に示す。

（グロープラグの通電耐久性試験）
実施例１〜６、比較例１及び２のグロープラグを用いて通電耐久性試験を行った。通電耐久性試験の試験温度は印加電圧を調整して耐熱性の限界温度である１３５０℃とした。グロープラグへの通電は、１分間の通電と３０秒の通電停止（この間、圧縮エアーにて強制冷却）とを１サイクルとして、繰り返し行った。通電サイクル数は１０００００サイクルを上限とし、室温抵抗値が１０％以上変化した場合はその時点で試験を終了した。なお、グロープラグの室温抵抗値は、２０℃下の、セラミックヒータの基体外周面に露出した２つの電極取出部間における電気抵抗値であり、定法に従って測定した。結果を第１表に示す。

第１表に示された結果から明らかなように、抵抗体が前記条件（１）〜（３）及び（９）を満たす一対の中間部を有する発熱部を備えている実施例１〜６のグロープラグは、優れた速熱性を持ち消費電力を低減することができると共に耐久性にも優れていた。
通常、速熱性を高めるためには、２種類の導電材を用いる、もしくは室温抵抗値を３００ｍΩ以下まで下げる必要があるが、実施例１〜６のグロープラグは、１種類の導電材を用い、室温抵抗値を４００ｍΩ前後と３００ｍΩを大きく超えたものとしても、１２００℃に飽和する低めの直流電圧を印加したときには３．５秒以内で１０００℃に到達した。室温抵抗値を３００ｍΩ以下に下げることなく速熱性を得られたことから、始動時の突入電流を抑制することができることに加えて、特に高い電圧を印加しなくとも速熱性が得られたことから、コントローラがなくても、十分早い速熱性が得られることが確認された。もちろん、この結果はコントローラを使用することを妨げるものではない。
特に、前記条件（１）〜（３）、（９）、（１２）及び（１３）すべてを満たしている実施例１〜５は、より優れた速熱性を持ち消費電力をより一層低減することができると共に耐久性にも優れていた。
これに対して、前記条件（１）〜（３）及び（９）を共に満たしていない比較例１及び２は、それぞれ４７W及び６２Ｗもの消費電力を要し、速熱性試験の結果も実施例に比べて優れなかった。比較例1においては、比較例2と比較して若干消費電力は低くなり、速熱性も早くなるものの、十分な消費電力と、優れた速熱性は得られなかった。

図１は、この発明に係るセラミックヒータの一実施例のセラミックヒータを示す概略斜視図である。 図２は、この発明に係るセラミックヒータの一実施例のセラミックヒータを示す、軸線Ｃ及び軸線Ｊを含む平面で切断したときの概略断面図である。 図３は、この発明に係るセラミックヒータの一実施例のセラミックヒータを示す拡大断面図であり、図３（ａ）はこの発明に係るセラミックヒータの一実施例のセラミックヒータを軸線Ｃ及び軸線Ｊを含む平面で切断したときの拡大断面図であり、図３（ｂ）はこの発明に係るセラミックヒータの一実施例のセラミックヒータを、軸線Ｃ及び軸線Ｊを含む平面に垂直な平面で切断したときの拡大断面図であり、図３（ｃ）はこの発明に係るセラミックヒータの一実施例のセラミックヒータを、軸線Ｃに直交する任意の平面Ｐで切断したときの断面ＣＰを示す断面図であり、図３（ｄ）はこの発明に係るセラミックヒータの一実施例のセラミックヒータを軸線Ｃ及び軸線Ｊを含む平面で切断したときの、軸線Ｃと基体先端部の輪郭線とのなす角θa、軸線Ｃと中間部の外側の輪郭線とのなす角θb、軸線Ｃと中間部の内側の輪郭線とのなす角θcを示す概略説明図である。 図４は、この発明に係るセラミックヒータの一実施例のセラミックヒータを平面Ｐで切断したときの断面ＣＰを示す断面図であり、図４（ａ）はこの発明に係るセラミックヒータの一実施例のセラミックヒータを平面Ｐ_１で切断したときの断面ＣＰ_１を示す断面図であり、図４（ｂ）はこの発明に係るセラミックヒータの一実施例のセラミックヒータを平面Ｐ_２で切断したときの断面ＣＰ_２を示す断面図であり、図４（ｃ）はこの発明に係るセラミックヒータの一実施例のセラミックヒータを平面Ｐ_３で切断したときの断面ＣＰ_３を示す断面図である。 図５は、この発明に係るセラミックヒータにおける別の一実施例のセラミックヒータを示す拡大断面図であり、図５（ａ）はこの発明に係るセラミックヒータにおける別の一実施例のセラミックヒータを軸線Ｃ及び軸線Ｊを含む平面で切断したときの拡大断面図であり、図５（ｂ）はこの発明に係るセラミックヒータにおけるまた別の一実施例のセラミックヒータを軸線Ｃ及び軸線Ｊを含む平面で切断したときの拡大断面図であり、図５（ｃ）はこの発明に係るセラミックヒータにおけるさらに別の一実施例のセラミックヒータを軸線Ｃ及び軸線Ｊを含む平面で切断したときの拡大断面図であり、図５（ｄ）はこの発明に係るセラミックヒータにおける別の一実施例のセラミックヒータを軸線Ｃ及び軸線Ｊを含む平面で切断したときの拡大断面図であり、図５（ｅ）はこの発明に係るセラミックヒータにおけるまた別の一実施例のセラミックヒータを軸線Ｃ及び軸線Ｊを含む平面で切断したときの拡大断面図である。 図６は、この発明に係るセラミックヒータにおける別の一実施例のセラミックヒータを示す拡大断面図であり、図６（ａ）はこの発明に係るセラミックヒータにおける別の一実施例のセラミックヒータを軸線Ｃ及び軸線Ｊを含む平面で切断したときの拡大断面図であり、図６（ｂ）はこの発明に係るセラミックヒータにおけるまた別の一実施例のセラミックヒータを軸線Ｃ及び軸線Ｊを含む平面で切断したときの拡大断面図であり、図６（ｃ）はこの発明に係るセラミックヒータにおけるさらに別の一実施例のセラミックヒータを軸線Ｃ及び軸線Ｊを含む平面で切断したときの拡大断面図であり、図６（ｄ）はこの発明に係るセラミックヒータにおけるまた別の一実施例のセラミックヒータを軸線Ｃ及び軸線Ｊを含む平面で切断したときの拡大断面図である。 図７は、この発明に係るセラミックヒータにおける別の一実施例のセラミックヒータを示す拡大断面図であり、図７（ａ）はこの発明に係るセラミックヒータにおける別の一実施例のセラミックヒータを軸線Ｃ及び軸線Ｊを含む平面で切断したときの拡大断面図であり、図７（ｂ）はこの発明に係るセラミックヒータにおけるまた別の一実施例のセラミックヒータを軸線Ｃ及び軸線Ｊを含む平面で切断したときの拡大断面図であり、図７（ｃ）はこの発明に係るセラミックヒータにおけるさらにまた別の一実施例のセラミックヒータを軸線Ｃ及び軸線Ｊを含む平面で切断したときの拡大断面図である。 図８は、この発明に係るグロープラグの一実施例のグロープラグを示す概略断面図である。 図９は、従来のセラミックヒータを軸線Ｃ及び軸線Ｊを含む平面で切断したときの拡大断面図であり、図９（ａ）は従来のセラミックヒータの一例を示すセラミックヒータを軸線Ｃ及び軸線Ｊを含む平面で切断したときの拡大断面図であり、図９（ｂ）は従来のセラミックヒータの別の一例を示すセラミックヒータを軸線Ｃ及び軸線Ｊを含む平面で切断したときの拡大断面図である。 図１０は、グロープラグの飽和温度及び消費電力を測定するのに用いた装置の概略を説明する説明図である。 図１１は、グロープラグの飽和温度及び消費電力を測定するのに用いた装置詳細を説明する説明図である。 図１２は、セラミックヒータの外周面における最高発熱部の温度と時間の関係を示すグラフである。

符号の説明

１〜１４ セラミックヒータ
２０ グロープラグ
２１、５５ 最高発熱部
３０ 抵抗体
３１ リード部
３１ｂ 接続部
３１ｃ リード線
３２〜３９、５４ 発熱部
４０〜４９ 中間部
５０〜５３ 発熱先端部
５７ 断面部
５９ 垂直空間部
６０ 基体
７０〜７３ 同径部
７５ 後端面
７７、７８ 電極取出部
８０〜８６ 基体先端部
８７ 基体断面部
９０ 外筒
９１ 電極円筒体
９２ 導線
９３ 主体金具
９４ 中軸
９５ 絶縁部材
９６ 絶縁係止部材
９７ かしめ部材
９８ 雄ねじ部
９９ 工具係合部
１００ コントローラ
１０１ 直流電源
１０２ カメラ
１０３ 本体
１０４ 放射温度計
１０５ オシロスコープ
１０６ パーソナルコンピュータ
Ｃ、Ｊ 軸線
Ｐ、Ｐ_１、Ｐ_２、Ｐ_３ 平面
ＣＰ、ＣＰ_１、ＣＰ_２、ＣＰ_３ 断面
ＣＣｈ、ＣＣｈ_１、ＣＣｈ_２、ＣＣｈ_３ 仮想外接円
ｄＣｈ、ｄＣｈ_１、ｄＣｈ_２、ｄＣｈ_３、ｄＣｈ_ａ、ｄＣｈ_ｂ 仮想外接円の直径
ＳＣｈ、ＳＣｈ_１、ＳＣｈ_２、ＳＣｈ_３ 仮想外接円の断面積
ＩＣｈ、ＩＣｈ_１、ＩＣｈ_２、ＩＣｈ_３ 仮想内接円
ｄＩｈ、ｄＩｈ_１、ｄＩｈ_２、ｄＩｈ_３、ｄＩｈ_ａ、ｄＩｈ_ｂ 仮想内接円の直径
ＳＩｈ、ＳＩｈ_１、ＳＩｈ_２、ＳＩｈ_３ 仮想内接円の断面積
ＣＣｂ、ＣＣｂ_１、ＣＣｂ_２、ＣＣｂ_３ 仮想外接円
ＤＣｂ、ＤＣｂ_１、ＤＣｂ_２、ＤＣｂ_３、ＤＣｂ_ａ、ＤＣｂ_ｂ 仮想外接円の直径

Claims (3)

1. 絶縁性セラミックで形成された基体に導電性セラミックで形成された抵抗体が埋設されてなり、前記抵抗体は前記基体の軸線方向に延在する一対のリード部と、前記一対のリード部それぞれの先端部から前記軸線方向に延在し、その先端部同士が連結して形成される一個の発熱部とを有するセラミックヒータであって、
   前記発熱部は一対の中間部を有し、前記一対の中間部は以下の条件（１）〜（３）を満たし、前記基体は基体先端部を有し、前記基体先端部は以下の条件（９）を満たしていることを特徴とするセラミックヒータ。
   （１）前記軸線に直交する平面で切断してなる一対の断面部それぞれを形成する輪郭線それぞれに接すると共に前記一対の断面部を内部に包含する仮想外接円の直径が前記発熱部の先端に向かって減少すること
   （２）前記一対の断面部の合計断面積が前記発熱部の先端に向かって減少すること
   （３）前記輪郭線それぞれに接すると共に前記一対の断面部に挟まれる仮想内接円の直径が、前記発熱部の先端に向かって、一定であること、又は、減少すること
   （９）前記平面で切断してなる基体断面部を形成する輪郭線に接すると共に前記基体断面部を内部に包含する仮想外接円の直径が前記基体の先端に向かって減少すること
2. 前記基体先端部と前記一対の中間部とは、以下の条件（１２）及び（１３）を満たすことを特徴とする請求項１に記載のセラミックヒータ。
   （１２）前記基体の軸線と前記一対の中間部それぞれの軸線とを含む平面で切断したときに、前記基体先端部の輪郭線、前記一対の中間部それぞれの外側の輪郭線、及び前記一対の中間部それぞれの内側の輪郭線が直線状であり、前記基体先端部の輪郭線同士の距離、前記一対の中間部それぞれの外側の輪郭線同士の距離、及び前記一対の中間部それぞれの内側の輪郭線同士の距離が前記発熱部の先端に向かって減少すること
   （１３）前記基体の軸線と前記一対の中間部それぞれの軸線とを含む平面で切断したときに、前記基体の軸線と前記基体先端部の輪郭線とのなす角をθａ、前記基体の軸線と前記一対の中間部の外側の輪郭線とのなす角をθｂ、前記基体の軸線と前記一対の中間部の内側の輪郭線とのなす角をθｃとすると、θａ≧θｂ＞θｃを満たすこと
3. 請求項１又は２に記載のセラミックヒータを備えてなるグロープラグ。

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