JP2017053550A - セラミックヒータおよびグロープラグ - Google Patents

Abstract

【課題】セラミックヒータ作製時に、電極部近傍に空隙が生じることを抑制する。【解決手段】セラミックを含有する基体と、基体の内部に埋設され、セラミックを含有する抵抗体であって、互いに平行に延在された２つのリード部と、２つのリード部における一方の端部同士を連結する連結部と、２つのリード部のうちの少なくとも一方のリード部と一体形成され、リード部の軸線方向と交わる方向に延在する電極部であって、リード部に接続されている基端部と、基体の外表面に露出している先端部と、基端部と先端部との間に配置されて基端部と先端部とを接続する接続部と、を有する電極部と、を有する抵抗体と、を備えるセラミックヒータであって、基端部と先端部と接続部とのうちの少なくとも１つの電極部の延在方向と直交する仮想面による断面の形状は、流線形である。【選択図】図３

Description

本発明は、セラミックヒータおよびセラミックヒータを備えるグロープラグに関する。

従来から、内燃機関における点火補助に用いられるグロープラグとして、絶縁性セラミックからなる基体内部に導電性セラミックからなる抵抗体が配置されたセラミックヒータを備えたグロープラグが用いられている。抵抗体は、棒状の２つのリード部と、各リード部の端部を接合する略Ｕ字形状の連結部と、各リード部から基体の外表面に向けて突出して配置された電極部とを有し、電極部を介して通電することにより発熱する。上記セラミックヒータに用いられる抵抗体および基体は、いずれもセラミックおよびバインダ（樹脂等の結合剤）を含む材料により作製される。例えば、特許文献１に記載のように、セラミックおよびバインダを含む材料粉末を射出成形することによって後工程において抵抗体となる中間成形体を成形し、かかる中間成形体に対して脱脂および焼成を行なうことにより、抵抗体が作製される。

特開２００７−２４００８０号公報

未焼成の抵抗体を金型内に載置し、金型内にセラミック等の材料を射出することにより、未焼成の抵抗体を包むように未焼成の基体を形成する場合、各リード部の電極部近傍において、材料が行き渡らない部分が生じ得る。このような部分は、その後の脱脂および焼成工程を経て得られたセラミックヒータの完成品において空隙として現れる。このような空隙が存在すると、かかる空隙を起点として割れが生じてセラミックヒータが損傷するという問題があった。

このような問題は、射出成形に限らず、粉末状の材料を圧縮する粉末プレス成形や、シート状の材料を積層するシート積層成形や、鋳込み成形など、基体を形成可能な任意の成形方法を利用してセラミックヒータが作製される場合に共通する問題であった。また、グロープラグに限らず、着火用のヒータ装置や、各種センサに用いられるセラミックヒータに共通する問題であった。

本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであり、以下の形態として実現することが可能である。

（１）本発明の一形態によれば、セラミックを含有する基体と；前記基体の内部に埋設され、セラミックを含有する抵抗体であって、互いに平行に延在された２つのリード部と、前記２つのリード部における一方の端部同士を連結する連結部と、前記２つのリード部のうちの少なくとも一方のリード部と一体形成され、該リード部の軸線方向と交わる方向に延在する電極部であって、該リード部に接続されている基端部と、前記基体の外表面に露出している先端部と、前記基端部と前記先端部との間に配置されて前記基端部と前記先端部とを接続する接続部と、を有する電極部と、を有する抵抗体と；を備えるセラミックヒータが提供される。このセラミックヒータは、前記基端部と、前記先端部と、前記接続部と、のうちの少なくとも１つの、前記電極部の延在方向と直交する仮想面による断面の形状は、流線形であることを特徴とする。この形態のセラミックヒータによれば、基端部と先端部と接続部とのうちの少なくとも１つの、電極部の延在方向と直交する仮想面による断面の形状が流線形であるので、セラミックヒータの作製の際に、成形材料を電極部の近傍の領域に十分に行き渡らせることができ、かかる領域における空隙の発生を抑制できる。

（２）上記形態のセラミックヒータにおいて、前記断面の形状は、長手方向と前記長手方向と直交する短手方向とを有する細長形状であって、前記長手方向の両端部がいずれも曲線で構成され、該両端部のうちの一端部の曲率半径が他端部の曲率半径に比べて大きい形状であることを特徴としてもよい。この形態のセラミックヒータによれば、セラミックヒータの作製の際に、一端部から他端部に向かう方向にセラミックヒータの成形材料を滑らかに移動させて、電極部の近傍の領域に行き渡らせることができる。

（３）上記形態のセラミックヒータにおいて、前記断面の形状は、長手方向と前記長手方向と直交する短手方向とを有する細長形状であって、前記長手方向の長さが最大となる位置での前記長手方向の第１線分と、前記短手方向の長さが最大となる位置での前記短手方向の第２線分と、の交点である第１交点と；前記断面において前記短手方向の線分の中心を通る前記長手方向の第３線分と、前記断面において前記長手方向の線分の中心を通る前記短手方向の第４線分と、の交点である第２交点と；が互いに異なることを特徴としてもよい。この形態のセラミックヒータによれば、第１の交点と第２の交点とが異なっているので、セラミックヒータの作製の際に、第１の交点および第２の交点のうちの第１の交点により近い位置から成形材料が供給される場合に、成形材料の流れのより上流側において、すなわち、成形材料の流れの勢いがより大きな状態で、短手方向の長さが最大となる部分を越えることができる。したがって、第２の交点側（成形材料の流れの下流側）に成形材料を十分に行き渡らせることができる。

（４）上記形態のセラミックヒータにおいて、前記基端部における前記断面である第１断面と、前記接続部における前記断面である第２断面と、前記先端部における前記断面である第３断面と、のうち、前記第１断面の面積が最も大きく、前記第２断面の面積が第２番目に大きく、前記第３断面の面積が第３番目に大きいことを特徴としてもよい。この形態のセラミックヒータによれば、第１断面の面積が最も大きく、第２断面の面積が第２番目に大きく、第３断面の面積が第３番目に大きいので、セラミックヒータの作製の際に、セラミックヒータの成形材料が回りこみ難い基体の外表面に近い部位である先端部の近傍に、成形材料を容易に回り込ませることができる。

（５）上記形態のセラミックヒータにおいて、前記接続部において、前記仮想面による断面の面積は、前記延在方向に沿って前記基端部から前記先端部に向かうにつれて小さくなることを特徴としてもよい。この形態のセラミックヒータによれば、接続部において、仮想面による断面の面積は、延在方向に沿って基端部から先端部に向かうにつれて小さくなるので、セラミックヒータの作製の際に、セラミックヒータの成形材料が回りこみ難い基端部の近傍に、成形材料をより容易に回り込ませることができる。

（６）上記形態のセラミックヒータにおいて、前記基端部における前記断面である第１断面の重心と前記先端部における前記断面である第３断面の重心とは、前記延在方向に見て互いにずれていることを特徴としてもよい。この形態のセラミックヒータによれば、第１断面の重心と第３断面の重心とが延在方向に見て互いにずれているので、電極部の側面（延在方向に伸びる面）を比較的なだらかに構成できる。このため、セラミックヒータの作製の際に、かかる側面に沿って成形材料を移動させ易くでき、電極部近傍に成形材料を十分に行き渡らせることができる。

（７）上記形態のセラミックヒータにおいて、前記第３断面の重心は、前記延在方向に見て、前記第１断面の重心に比べて前記連結部から遠いことを特徴としてもよい。この形態のセラミックヒータによれば、セラミックヒータの作製の際に、延在方向に見て第３断面の重心に近い位置から成形材料が供給される場合に、電極部の側面のうち、延在方向に見て第１断面の重心に近い側における成形材料の移動を容易にし、かかる側に成形材料を十分に行き渡らせることができる。

本発明は、セラミックヒータ以外の種々の形態で実現することも可能である。例えば、グロープラグ、セラミックヒータの製造方法、グロープラグの製造方法、セラミックヒータ用の抵抗体、およびその抵抗体の製造方法、セラミックヒータ用の基体、およびその基体の製造方法等の形態で実現することができる。

本発明の一実施形態としてのセラミックヒータを適用したグロープラグの構成を示す説明図である。 図１に示すヒータを中心としたグロープラグの部分拡大断面図である。 電極部２７の詳細構成を示す説明図である。 延在方向と直交する仮想面による基端部２７１の断面を示す説明図である。 グロープラグ１００の製造手順を示すフローチャートである。 ステップＳ１２０の処理内容を模式的に示す説明図である。 ステップＳ１２５の処理内容を模式的に示す説明図である。 電極対応部３２７の近傍における成形材料の流れを模式的に示す説明図である。 変形例１における電極部の断面形状を示す説明図である。 変形例２における電極部を示す説明図である。

Ａ．実施形態：
Ａ１．装置構成：
図１は、本発明の一実施形態としてのセラミックヒータを適用したグロープラグの構成を示す説明図である。グロープラグ１００は、棒状の外観形状を有し、主体金具２と、中軸３と、絶縁部材５と、絶縁部材６と、かしめ部材８と、外筒７と、ヒータ４と、電極リング１８と、リード線１９とを備えている。なお、図１では、グロープラグ１００の中心軸Ｃ１と平行にＸ軸が設定されている。Ｘ軸、Ｙ軸およびＺ軸は、互いに直交する。以下では、グロープラグ１００において中心軸Ｃ１に沿ってヒータ４が設けられている側（−Ｘ方向側）を、「先端側」と呼び、中心軸Ｃ１に沿って中軸３が配置されている側（＋Ｘ方向側）を、「後端側」と呼ぶ。

主体金具２は、軸孔９を備えた略円筒状の外観形状を有する金属製の部材である。主体金具２の外周面において、後端に工具係合部１２が、中央部分に雄ねじ部１１が、それぞれ形成されている。工具係合部１２は、所定の工具と係合可能な外観形状（例えば、断面六角形状）を有しており、グロープラグ１００が図示しないエンジンのシリンダヘッド等に取り付けられる際に、所定の工具と係合される。雄ねじ部１１は、グロープラグ１００を図示しないエンジンのシリンダヘッドに取り付けるために用いられる。

中軸３は、金属製の丸棒状の部材であり、後端側の一部が主体金具２の後端から突出するように、主体金具２の軸孔９に収容されている。中軸３は、他の部分に比べて径が小さい小径部１７を先端に備えている。小径部１７には、金属製のリード線１９の一端が接合されており、かかるリード線１９を介して電極リング１８と電気的に接続されている。

絶縁部材５は、中軸３を囲むリング状の外観を有し、主体金具２の軸孔９に配置されている。絶縁部材５は、主体金具２の中心軸及び中軸３の中心軸がいずれもグロープラグ１００の中心軸Ｃ１と一致するように中軸３を固定する。また、絶縁部材５は、主体金具２と中軸３との間を電気的に絶縁すると共に両者の間を気密封止する。絶縁部材６は、筒状部１３及びフランジ部１４を備えている。筒状部１３は、絶縁部材５と同様に、リング状の外観形状を有し、軸孔９の後端において中軸３を囲んで配置されている。フランジ部１４は、筒状部１３の外周径よりも大きな径を有するリング状の外観形状を有し、筒状部１３よりも中軸３の後端側において中軸３を囲んで配置され、主体金具２と中軸３との間、および主体金具２とかしめ部材８との間を電気的に絶縁する。

かしめ部材８は、略円筒状の外観形状を有し、フランジ部１４と接した状態で、主体金具２の後端から突出した中軸３を囲むようにかしめられている。このようにかしめ部材８がかしめられることにより、中軸３と主体金具２との間に嵌合された絶縁部材６が固定され、中軸３からの絶縁部材６の抜けが防止される。

外筒７は、軸孔１０を有する略筒状の外観形状の金属製部材であり、主体金具２の先端に接合されている。外筒７の後端側には、厚肉部１５及び係合部１６が形成されている。係合部１６は、厚肉部１５よりも後端側に配置され、その外周径が厚肉部１５の外周径よりも小さい。外筒７は、係合部１６が主体金具２の軸孔９に嵌められ、厚肉部１５が主体金具２の先端に接するように配置されている。外筒７は、ヒータ４の中心軸がグロープラグ１００の中心軸Ｃ１と一致するように、軸孔１０においてヒータ４を保持する。

ヒータ４は、先端が曲面である円柱状の外観形状を有し、外筒７の軸孔１０に嵌め込まれている。ヒータ４の先端側の一部は、外筒７から突出して図示しない燃焼室内に露出される。ヒータ４の後端側の一部は、外筒７から突出して主体金具２の軸孔９に収容されている。ヒータ４の詳細構成については後述する。ヒータ４は、セラミック系材料により形成された、いわゆるセラミックヒータである。電極リング１８は、金属製の部材であり、ヒータ４の後端に嵌め込まれている。電極リング１８には、前述のリード線１９の一端が接続されている。

図２は、図１に示すヒータを中心としたグロープラグの部分拡大断面図である。なお、図２において図１と同じ構成部には、同じ符号を付して説明を省略する。図２に示すように、ヒータ４は、基体２１及び抵抗体２２を備えている。基体２１は、絶縁性セラミックから成り、先端が曲面である略円柱状の外観形状を有し、内部に抵抗体２２が埋設されている。基体２１は、表面に開口する２つの孔を備えており、これら２つの孔において、抵抗体２２が有する後述の２つの電極部を収容する。

抵抗体２２は、導電性セラミックにより形成されている。本実施形態の導電性セラミックは、絶縁材料として窒化珪素を主成分とし、導電性材料としてタングステンカーバイトを含有した導電性セラミック材料を焼成等して得られる。その結果、抵抗体２２は、５６体積％以上且つ７０体積％以下の窒化珪素と、２０体積％以上且つ３５体積％以下のタングステンカーバイドとを含有する。抵抗体２２は、連結部３２と一対のリード部３１ａ，３１ｂとを備えている。連結部３２は、Ｕ字状の外観形状を有し、２つのリード部３１ａ，３１ｂの−Ｘ方向の端部同士を接合する。連結部３２は通電により発熱する部位である。連結部３２の湾曲部分に電流を集中させることによって高温を実現させるために、かかる湾曲部分の径は、連結部３２における他の部分の径や、各リード部３１ａ，３１ｂの径よりも小さい。

一対のリード部３１ａ，３１ｂは、それぞれ導電性セラミックからなる棒状の部材であり、基体２１内部に配置されている。一対のリード部３１ａ，３１ｂは、互いに長手方向が平行となるように、また、それぞれの中心軸（軸線）Ｃ１１，Ｃ１２がグロープラグ１００の中心軸Ｃ１と平行となるように配置されている。また、一対のリード部３１ａ，３１ｂは、３つの中心軸Ｃ１，Ｃ１１，Ｃ１２が、１つの仮想平面上に位置するように配置されている。一方のリード部３１ａの後端寄りの位置には、電極部２７が配置されている。電極部２７は、リード部３１ａと一体に形成され、自身の一端がリード部３１ａに連なり、他端が外周方向に位置するように延在している。この延在方向は、図２に示すように、Ｙ軸と平行な方向であり、中心軸Ｃ１１と交わる方向である。電極部２７において、リード部３１ａと連なる側とは反対側の端部は、基体２１の外表面に露出して電極リング１８の内周面に接している。このようにして、電極リング１８とリード部３１ａとが電気的に接続される。また、他方のリード部３１ｂの後端寄りの位置にも、電極部２８が外周方向に向けて延在されている。電極部２８において、リード部３１ｂと連なる側とは反対側の端部は、基体２１の外表面に露出して外筒７の内周面に接している。このようにして、外筒７とリード部３１ｂとが電気的に接続される。一対のリード部３１ａ，３１ｂは、いずれも連結部３２に連なり、連結部３２に電流を導く。したがって、電極リング１８にリード線１９を介して電気的に接続された中軸３と、外筒７に係合し電気的に接続された主体金具２とは、グロープラグ１００において、連結部３２に通電するための電極（陽極及び陰極）として機能する。

図３は、電極部２７の詳細構成を示す説明図である。図３（ａ）は、−Ｙ方向に見た抵抗体２２の側面図である。図３（ｂ）は、３つの中心軸Ｃ１，Ｃ１１，Ｃ１２を通る仮想面によるリード部３１ａの断面において、電極部２７近傍部分を拡大して示す部分拡大断面図である。図３（ｃ）は、図３（ａ）に示す電極部２７を拡大して示す部分拡大図である。

図３に示すように、電極部２７は、延在方向と直交する仮想面による断面が流線形である柱状の外観形状を有する。図３（ｂ）に示すように、電極部２７は、延在方向（Ｙ軸方向）に沿って区分される３つの部位により構成されている。具体的には、電極部２７は、基端部２７１と、先端部２７３と、接続部２７２とを有する。基端部２７１は、電極部２７において最も−Ｙ方向に位置し、リード部３１ａに接続されている（換言すると、リード部３１ａと連なっている）。先端部２７３は、電極部２７において最も＋Ｙ方向に位置し、基体２１の外表面に露出している。接続部２７２は、基端部２７１と先端部２７３との間に配置されて基端部２７１と先端部２７３とを接続する。本実施形態では、基端部２７１は、電極部２７を延在方向に十等分したうちの最内周に位置する部位を意味する。また、先端部２７３は、電極部２７を延在方向に十等分したうちの最外周に位置する部位を意味する。接続部２７２は、電極部２７を延在方向に十等分したうちの最内周の部位及び最外周の部位の除いた他の部位を意味する。なお、十等分に限らず任意の数で電極部２７を延在方向に等分した場合において、最内周の部位を基端部２７１とし、最外周の部位を先端部２７３とし、その他の部位を接続部２７２としてもよい。

本実施形態では、電極部２７は、基端部２７１、接続部２７２、および先端部２７３のいずれの部位においても、また、各部位における延在方向に沿ったいずれの位置においても、延在方向と直交する仮想面による断面の形状は、流線形である。

また、本実施形態では、延在方向と直交する仮想面による電極部２７の断面の面積は、リード部３１ａと連なる部分（接続部分）が最も大きく、電極部２７の延在方向に沿って基体２１の外表面に向かうにつれて小さくなる。したがって、基端部２７１の断面積と、接続部２７２の断面積と、先端部２７３の断面積とのうち、基端部２７１の断面積が最も大きく、接続部２７２の断面積が第２番目に大きく、先端部２７３の断面積が第３番目に大きい。ここで、上述の「基端部２７１の断面積」とは、基端部２７１における延在方向の中点を通り、且つ、リード部３１ａ（中心軸Ｃ１１）と平行で延在方向と直交する仮想面で切断した断面（以下、「第１断面」とも呼ぶ）の面積を意味する。同様に、上述の「接続部２７２の断面積」とは、接続部２７２における延在方向の中点を通り、且つ、リード部３１ａ（中心軸Ｃ１１）と平行で延在方向と直交する仮想面で切断した断面（以下、「第２断面」とも呼ぶ）の面積を意味する。また、上述の「先端部２７３の断面積」とは、先端部２７３における延在方向の中点を通り、且つ、リード部３１ａ（中心軸Ｃ１１）と平行で延在方向と直交する仮想面で切断した断面（以下、「第３断面」とも呼ぶ）の面積を意味する。

また、本実施形態では、図３（ｂ）に示すように、基端部２７１の重心ｇ１と、接続部２７２の重心ｇ２と、先端部２７３の重心ｇ３とは、直線状に並んでおり、延在方向に見て互いにずれている。より具体的には、重心ｇ１は、延在方向に見て重心ｇ２よりも−Ｘ方向にずれている。換言すると、重心ｇ２は、延在方向に見て重心ｇ１よりも連結部３２から遠い。また、重心ｇ２は、延在方向に見て重心ｇ３よりも−Ｘ方向にずれている。換言すると、重心ｇ３は、延在方向に見て重心ｇ２よりも連結部３２から遠い。また、重心ｇ１は、延在方向に見て重心ｇ３よりも−Ｘ方向にずれている。換言すると、重心ｇ３は、延在方向に見て重心ｇ１よりも連結部３２から遠い。このような構成により、電極部２７の−Ｘ方向側の側面（斜面）は、図３（ｂ）に示すように、電極部２７の−Ｘ方向側の側面（斜面）に比べてなだらかに形成されている。なお、上述の「基端部２７１の重心ｇ１」とは、上述の第１断面における重心を意味する。同様に、上述の「接続部２７２の重心ｇ２」とは上述の第２断面における重心を、上述の「先端部２７３の重心ｇ３」とは上述の第３断面における重心を、それぞれ意味する。

図４は、延在方向と直交する仮想面による基端部２７１の断面を示す説明図である。この断面Ｓ１の形状は、Ｘ軸と平行な長手方向と、長手方向と直交する短手方向とを有する細長形状である。また、断面Ｓ１の形状は、いわゆるオーバル形状ともいえる。断面Ｓ１の長手方向の両方の端部２７１ａ，２７１ｂは、いずれも曲線で構成され、一方の端部２７１ａの曲率半径が、他方の端部２７１ｂの曲率半径に比べて大きい。図４には、断面Ｓ１において長手方向の長さが最大となる位置での長手方向の線分（以下、「第１線分」と呼ぶ）Ｃ７１と、断面Ｓ１において短手方向の長さが最大となる位置での短手方向の線分（以下、「第２線分」と呼ぶ）Ｃ７２との交点ｐ１を示している。なお、本実施形態では、第１線分Ｃ７１は、断面Ｓ１において短手方向の線分（長手方向における任意の位置の短手方向の線分）の中心を通る長手方向の線分（以下、「第３線分」と呼ぶ）Ｃ７３と一致している。また、図４には、断面Ｓ１において長手方向の線分（短手方向における任意の位置の長手方向の線分）の中心を通る短手方向の線分（以下、「第４線分」と呼ぶ）Ｃ７４と、上述の第３線分Ｃ７３との交点ｐ２を示している。本実施形態では、上述の２つの交点ｐ１，ｐ２は、互いに異なっている。図４では、延在方向に沿った任意の位置での基端部２７１の断面Ｓ１を示しているが、接続部２７２および先端部２７３においても、それぞれ任意の位置の断面の形状は、図４に示す断面Ｓ１の形状と略相似である。なお、上記交点ｐ１は、請求項における第１交点の下位概念に相当する。交点ｐ２は、請求項における第２交点の下位概念に相当する。

このように、本実施形態のヒータ４では、電極部２７の延在方向と直交する仮想面による電極部２７の断面の形状は流線形であるため、後述するヒータ作製において、基体２１の材料を射出成形する際に、電極部２７の近傍（より正確には、焼成前における電極部２７に相当する部位の近傍）における材料の流れを滑らかにし、電極部２７の近傍において材料をまんべんなく配置できる。なお、電極部２８の構成は、図２に示すように、上述の電極部２７の構成と中心軸Ｃ１を含むＸ−Ｚ平面を中心として面対称の構成を有しており、その詳細な構成は、電極部２７の構成と同様である。したがって、電極部２８の近傍（より正確には、焼成前における電極部２８に相当する部位の近傍）における材料の流れを滑らかにし、電極部２８の近傍において材料をまんべんなく配置できる。

Ａ２．グロープラグの製造：
図５は、グロープラグ１００の製造手順を示すフローチャートである。まず、抵抗体２２の成形材料が作製され（ステップＳ１０５）、基体２１の成形材料が作製される（ステップＳ１１０）。本実施形態において、抵抗体２２の成形材料は、絶縁性セラミック及びタングステンカーバイドを主成分とする粉状体であり、例えば、絶縁性セラミック原料およびタングステンカーバイド等のセラミック原料を混合粉砕し、この混合物とバインダ等とをニーダー（混練機）を用いて混練し、その後ペレット化することによって造粒して作製することができる。本実施形態では、絶縁性セラミック原料として窒化珪素を用いるが、窒化珪素に代えて、又は、窒化珪素に加えて、サイアロンなどを用いることもできる。また、本実施形態では、バインダは、特に限定されるものではなく、例えば、ポリプロピレン等のバインダや可塑剤、ワックス及び分散剤等を、１種又は２種以上を混合して用いることができる。本実施態様において、基体２１の成形材料は、絶縁性セラミックを主成分とする粉状体であり、例えば、絶縁性セラミック原料を混合粉砕し、この混合物とバインダ等をニーダーを用いて混練し、その後ペレット化することによって造粒して作製することができる。セラミック原料およびバインダの種類としては、抵抗体２２の成形材料と同様な種類を用いてもよい。

抵抗体２２の中間成形体を、ステップＳ１０５で得られた成形材料を用いて射出成形にて作製する（ステップＳ１１５）。本実施形態において、「抵抗体２２の中間成形体」とは、後述する脱脂や焼成等の加熱工程を経て抵抗体２２となる部材を意味する。

ステップＳ１１５で得られた抵抗体２２の中間成形体の片面側に、半割り状の基体２１の中間成形体を成形する（ステップＳ１２０）。抵抗体２２の中間成形体の他方の面側に、基体２１の中間成形体の残部を形成して、ヒータ４の中間成形体を得る（ステップＳ１２５）。ステップＳ１２０，Ｓ１２５では、いずれもステップＳ１１０で得られた成形材料を用いた射出成形により実行される。

図６は、ステップＳ１２０の処理内容を模式的に示す説明図である。図７は、ステップＳ１２５の処理内容を模式的に示す説明図である。ステップＳ１２０では、まず、抵抗体２２の中間成形体３００を下金型４００に形成されたキャビティ４２０内に配置し、中間成形体３００の上半分を覆うように上金型５００を配置する。抵抗体２２の中間成形体３００は、抵抗体２２とほぼ相似形の外観形状を有する。すなわち、リード部３１ａに対応するリード対応部３１０と、リード部３１ｂに対応するリード対応部３１１と、発熱部３２に対応する発熱対応部３３２と、２つの電極部２７，２８に対応する２つの電極対応部３２７，３２８とを備えている。また、中間成形体３００は、後端連結部３５０を備えている。後端連結部３５０は、中間成形体３００において、発熱対応部３３２とは反対側において、２つのリード対応部３１０，３１１の端部同士を連結する。後端連結部３５０は、２つのリード対応部３１０，３１１の相対的な位置がずれることを抑制して、中間成形体３００の取扱いを容易にするために設けられている。

下金型４００に形成されたキャビティ４２０は、抵抗体２２の中間成形体３００の下半分が収容可能な形状に形成されている。上金型５００は、下金型４００との合わせ面側が開口した中空の直方体状の外観形状を有する。上金型５００の長手方向の一方の端面Ｓ５００には、成形材料を上金型５００の内部に充填するための射出孔が設けられている。上述のように中間成形体３００、下金型４００、および上金型５００を配置した後、上金型５００内にステップＳ１１０で得られた成形材料を射出して、半割り状の基体２１の中間成形体を、抵抗体２２の中間成形体の片側面側（図６における上方面側）に成形する。このようにして、図７に示す中間成形体７００が得られる。

ステップＳ１２５では、ステップＳ１２０で得られた中間成形体７００を上下反転させて図７に示す姿勢とし、新たな下金型６００に形成されたキャビティ６２０内に配置する。次に、中間成形体７００の上半分を覆うように上金型５００を配置する。下金型６００に形成されたキャビティ６２０は、中間成形体７００における基体の中間成形体の部分がちょうど収容可能な形状に形成されている。上金型５００は、図６に示す上金型５００と同じである。上述のように中間成形体７００、下金型６００、および上金型５００を配置した後、上金型５００内にステップＳ１１０で得られた成形材料を射出して、中間成形体７００の上半分に基体２１の中間成形体の残部を形成する。このようにして、ヒータ４の中間成形体が得られる。本実施形態において、「ヒータ４の中間成形体」とは、後述する脱脂、焼成、研磨および切断等の工程を経てヒータ４となる部材を意味する。

図８は、電極対応部３２７の近傍における成形材料の流れを模式的に示す説明図である。図８では、ステップＳ１２５における中間成形体７００を−Ｙ方向に見た状態を示している。図８では、上金型５００および下金型６００は省略されている。本実施形態において、上金型５００と中間成形体７００との境界面７５０は、３つの中心軸Ｃ１，Ｃ１１，Ｃ１２を通る仮想平面と一致する。

上述のように、ステップＳ１２５における上金型５００内への成形材料の射出は、上金型５００の端面Ｓ５００から行なわれるため、上金型５００内において、成形材料は、かかる端面Ｓ５００から反対側の面に向かう方向に流動する。図８において太い実線の矢印ＦＬで示すように、電極対応部３２７の近傍において、端面Ｓ５００から略−Ｘ方向に向かって流れてきた材料は、電極対応部３２７に到達する。ここで、電極対応部３２７の延在方向（＋Ｙ方向）と直交する仮想面による電極対応部３２７の断面形状は流線形であるので、電極対応部３２７に至った成形材料は、電極対応部３２７の側面（延在方向に延びる外表面）に沿って移動して、電極対応部３２７の−Ｘ方向側の領域ＡＲ１に回り込む。このため、かかる領域ＡＲ１に成形材料が充填され、空隙が生じることが抑制される。

なお、上述のステップＳ１２０，１２５において、射出成形に代えて、粉末状の成形材料を圧縮する粉末プレス成形により、ヒータ４の中間成形体を形成してもよい。また、射出成形、粉末プレス成形に代えて、成形材料をシート状に成形した上でかかるシート状の材料を積層するシート積層成形を用いてもよい。

図５に示すように、ステップＳ１２５においてヒータ４の中間成形体が得られると、ヒータ４の中間成形体の脱脂が実行される（ステップＳ１３０）。ヒータ４の中間成形体には、バインダが含まれているので、加熱（仮焼成）することにより、かかるバインダが取り除かれる。例えば、ヒータ４の中間形成体を、窒素雰囲気中にて８００℃で６０分加熱してもよい。ステップＳ１３０の後、本焼成が実行される（ステップＳ１３５）。かかる本焼成では、ステップＳ１３０のいわゆる仮焼成に比べて、高温で加熱が行なわれる。例えば、１７５０℃で加熱してもよい。このとき、ヒータ４の中間成形体が加圧される、いわゆるホットプレス焼成を行なってもよい。

研磨加工及び切断加工が実行される（ステップＳ１４０）。この工程では、ステップＳ１３５により得られた焼成体の外周の研磨および先端部の曲面加工が行なわれる。研磨により、電極部２７，２８が基体２１の表面から露出する。また、切断により、ステップＳ１３５により得られた焼成体の後端部、すなわち、後端連結部３５０に相当する部分が取り除かれる。上述したステップＳ１０５〜Ｓ１４０により、ヒータ４が完成する。その後、図１に示すグロープラグ１００の各構成部が組みつけられ（ステップＳ１４５）、グロープラグ１００が完成する。なお、主体金具２等の各構成部の製造方法としては、公知の方法を採用できる。上述のステップＳ１０５〜Ｓ１４０は、ヒータ４の製造方法に相当する。

以上説明した実施形態のグロープラグ１００では、電極部２７，２８の延在方向に沿ったいずれの位置においても、延在方向と直交する仮想面による断面の形状は流線形であるので、ヒータ作製過程におけるステップＳ１３０において基体２１の成形材料を射出した際に、電極対応部３２７，３２８の近傍の領域、特に電極対応部３２７，３２８に対して成形材料の流れの下流側の領域である領域ＡＲ１に成形材料を十分に行き渡らせることができる。このため、その後の脱脂および焼成等の工程を経て得られたヒータ４の完成品において、領域ＡＲ１における空隙の発生を抑制できる。したがって、ヒータ４の完成品において、かかる空隙に起因する強度の低下を抑制できる。

また、電極部２７，２８の延在方向に沿ったいずれの位置においても、延在方向と直交する仮想面による断面の形状は、長手方向の両方の端部がいずれも曲線で構成され、一方の端部の曲率半径が他方の端部の曲率半径に比べて大きい形状である。このため、一方の端から他方の端に向かう方向に成形材料を滑らかに移動させることができ、領域ＡＲ１に成形材料を十分に充填できる。

また、電極部２７，２８の延在方向に沿ったいずれの位置においても、延在方向と直交する仮想面による断面は、第１線分と第２線分との交点ｐ１と、第３線分と第４線分との交点ｐ２とが、互いに異なる形状、すなわち、各交点ｐ１、ｐ２が一致していない形状となっている。このとき、交点ｐ１により近い位置から形成材料が供給される場合、成形材料の流れの勢いがより大きな状態で、短手方向の長さが最大となる部位を越えることができる。したがって、電極対応部３２７，３２８に対して交点ｐ２側、すなわち、成形材料の流れの下流側の領域である領域ＡＲ１に成形材料を十分に行き渡らせることができる。

また、電極部２７の断面の面積は、リード部３１ａと連なる部分が最も大きく、電極部２７の延在方向に沿って基体２１の表面に向かうにつれて次第に小さくなる。このため、ステップＳ１３０において成形材料が回り込み難い基端部２７１の近傍の領域に、成形材料を容易に回り込ませることができる。

Ｂ．実施例：
上述した実施形態のヒータ４を複数製造し、それぞれについて強度の測定試験を行なった。また、比較例のヒータを複数製造し、これらについてもそれぞれ強度の測定試験を行なった。下記表１に試験結果を示す。サンプル１，３は、実施例のヒータ４に該当する。したがって、サンプル１，３における電極部２７，２８の断面形状（延在方向と直交する仮想面による断面の形状）は、流線形であった。サンプル１の作製の際のステップＳ１３０では、ヒータ４の中間成形体を粉末プレス成形により形成した。これに対して、サンプル３の作製の際のステップＳ１３０では、ヒータ４の中間成形体を射出成形により形成した。サンプル２，４は、比較例のヒータに該当する。サンプル２，４における電極部の断面形状は長方形であった。サンプル２の作製の際には、ヒータの中間成形体を粉末プレス成形により形成した。これに対して、サンプル４の作製の際には、ヒータの中間成形体を射出成形により形成した。本実施例では、各サンプル１〜４として、それぞれ同じ製造方法および同じ形状のヒータを１０本ずつ作製した。

作製した各ヒータの強度として、電極部２８の先端部が配置されている面を引っ張り面としてスパン１２ｍｍで、３点曲げ強度を測定した。表１に示す各サンプルの強度は、各サンプルを構成する１０本のヒータのそれぞれについて測定した強度のうちの最低の強度を示す。また、表１では、強度の評価結果として、１０００ＭＰａ以上を「○」（高評価）と示し、１０００ＭＰａ未満を「×」（低評価）と示している。

表１に示すように、比較例のサンプル２，４は、いずれも強度が９２０ＭＰａ以下であり、低い評価「×」であった。比較例のサンプル２，４においては、電極部の断面形状が長方形であるので、ヒータの中間成形体を形成する際に、電極対応部近傍において成形材料が充填され難い部分が生じ、かかる部分がヒータの完成品において空隙として現われたため、強度が比較的低かったものと推測される。

これに対して、実施例のサンプル１，３は、いずれも強度が１０００ＭＰａ以上であり、高い評価「○」であった。実施例のサンプル１，３においては、電極部２７，２８の断面形状が流線形であるので、上述したとおり、ヒータ４の中間成形体を形成する際に電極対応部近傍において成形材料を十分に充填できる。このため、ヒータ４の完成品の電極部２７，２８の近傍において空隙の発生が抑制されたため、強度が高くなったものと推測される。

Ｃ．変形例：
Ｃ１．変形例１：
上記実施形態および実施例において、電極部２７，２８の断面形状は、図４に示すようなオーバル形状であったが、本発明はこれに限定されない。

図９は、変形例１における電極部の断面形状を示す説明図である。図９（ａ）は、変形例１における電極部の断面形状の第１の態様を示し、図９（ｂ）は、変形例１における電極部の断面形状の第２の態様を示す。図９（ａ）および図９（ｂ）では、いずれも、図４と同様に、電極部の延伸方向と直交する仮想面による電極部の断面の形状を示す。

図９（ａ）に示す変形例１の第１の態様では、電極部の断面Ｓ１ａの形状は、長手方向がＸ方向に沿った、いわゆるティアドロップ形状である。断面Ｓ１ａにおける長手方向の両端部の曲率半径の差は、図４に示す断面Ｓ１における両端部２７１ａ，２７１ｂの曲率半径の差よりも大きい。断面Ｓ１ａでは、図４に示す断面Ｓ１と同様に、第１線分Ｃ７１ａと第３線分Ｃ７３ａとは一致している。また、第１線分Ｃ７１ａと第２線分Ｃ７２ａとの交点ｐ１ａと、第３線分Ｃ７３ａと第４線分Ｃ７４ａとの交点ｐ２ａとは、断面Ｓ１と同様に、互いに異なっている。

図９（ｂ）に示す変形例１の第２の態様では、電極部の断面Ｓ１ｂの形状は、長手方向がＸ方向に沿った、面取りされた菱形に近似する形状である。断面Ｓ１ｂでは、図４に示す断面Ｓ１と同様に、第１線分Ｃ７１ｂと第３線分Ｃ７３ｂとは一致している。また、第２線分Ｃ７２ｂと第４線分Ｃ７４ｂとは一致している。したがって、第１線分Ｃ７１ｂと第２線分Ｃ７２ｂとの交点ｐ１ｂと、第３線分Ｃ７３ｂと第４線分Ｃ７４ｂとの交点ｐ２ｂとは、図４に示す断面Ｓ１とは異なり一致している。以上の図９（ａ）および図９（ｂ）に示す断面形状を有する電極部を備えるヒータ及びグロープラグは、上記実施形態および実施例のヒータ４およびグロープラグ１００と同様の効果を有する。

Ｃ２．変形例２：
上記実施形態および実施例では、電極部２７の延在方向の任意の位置における断面の形状は、互いに略相似であったが、本発明はこれに限定されない。

図１０は、変形例２における電極部を示す説明図である。図１０では、図３（ｃ）と同様に、−Ｙ方向に見た抵抗体の側面における電極部を拡大して示している。

変形例２における電極部２７ｃは、先端部２７３に代えて先端部２７３ｃを備える点と、接続部２７２に代えて接続部２７２ｃを備える点とにおいて、上記実施形態および実施例の電極部と異なる。なお、変形例２における図示しない他方の電極部も電極部２７ｃと同様な構成を有する。変形例２におけるヒータおよびグロープラグの構成は、上述の電極部の構成を除き、実施形態および実施例のヒータ４およびグロープラグ１００の構成と同様である。

変形例２では、先端部２７３ｃは円柱形の外観形状を有し、延在方向（＋Ｙ方向）に沿った任意の位置での先端部２７３ｃの断面の形状は、略真円形状である。接続部２７２ｃにおいて、先端部２７３ｃと連なる（接続する）部分の断面の形状は、略真円形状である。接続部２７２ｃにおいて、基端部２７１と連なる（接続する）部分の断面の形状は、実施形態と同様に流線形（オーバル形状）である。このような構成を有する電極を備える変形例２のヒータおよびグロープラグは、実施形態および実施例のヒータ４およびグロープラグ１００の構成と同様の効果を有する。なお、上述した変形例２の構成において、先端部２７３ｃに代えて又は先端部２７３ｃに加えて、基端部２７１の断面形状を真円形状としてもよい。また、上述の変形例２の構成において、真円形状に代えて、流線形とは異なる他の任意の形状としてもよい。上述の実施形態、実施例、及び変形例１，２からも理解できるように、基端部と、先端部と、接続部と、のうちの少なくとも１つの、電極部の延在方向と直交する仮想面による断面の形状が流線形である構成を、本発明を適用することができる。ここで、「基端部と、先端部と、接続部と、のうちの少なくとも１つの、電極部の延在方向と直交する仮想面による断面」とは、上記実施形態における第１断面と、第２断面と、第３断面と、のうちの少なくとも１つを意味する。

また、上述の変形例２の構成からも理解できるように、基端部と先端部とのうちの少なくとも１つにおいて、延在方向と直交する仮想面による断面の面積が、延在方向に沿って基体２１の表面に向かうにつれて次第に小さくなっていなくてもよい。変形例２では、先端部２７３ｃの断面積は延在方向に沿った任意の位置において等しかったが、これと同様に、接続部２７２，２７２ｃまたは基端部２７１においても同様に、延在方向に沿った任意の位置において断面積が等しくてもよい。また、例えば、接続部２７２の断面積が、接続部２７２の延在方向の中心位置において最も大きく、かかる中心位置から基端部２７１に向かうにつれて、また、先端部２７３に向かうにつれて、小さくなる構成としてもよい。但し、接続部２７２，２７２ｃについては、延在方向と直交する仮想面による断面の面積が、延在方向に沿って基体２１の表面に向かうにつれて次第に小さくなっていることにより、ステップＳ１３０において成形材料を基端２７１側から先端部２７３，２７３ｃ側に回り込みやすくできる。

Ｃ３．変形例３：
上記実施形態および実施例では、基端部２７１の重心ｇ１と、接続部２７２の重心ｇ２と、先端部２７３の重心ｇ３とは、いずれも延在方向に見て互いにずれていたが、本発明は、これに限定されない。これら３つの重心ｇ１，ｇ２，ｇ３のうちの２つの重心ｇ１，ｇ３が図３（ｂ）と同様に延在方向に見て互いにずれており、残りの重心ｇ２が２つの重心ｇ１，ｇ３のうちの一方の重心と延在方向に見て一致する構成であってもよい。すなわち、一般には、重心ｇ３が、延在方向に見て、重心ｇ１に比べて連結部３２から遠い構成を、本発明に適用してもよい。また、延在方向に見た２つの重心ｇ１，ｇ３の位置関係は、反対であってもよい。具体的には、延在方向に見て重心ｇ１が重心ｇ３に比べて連結部３２から遠い構成であってもよい。この構成においても、ステップＳ１３０における成形材料の射出方向が、上記実施形態および実施例と反対である場合には、上述した実施形態および実施例と同様な効果を奏する。すなわち、一般には、重心ｇ１と重心ｇ３とが、延在方向に見て互いにずれている構成を、本発明に適用してもよい。

Ｃ４．変形例４：
上記実施形態および実施例では、抵抗体２２の成形材料における導電性材料は、タングステンカーバイドであったが、これに代えて、珪化モリブデンや珪化タングステン等の、任意の導電性材料を用いることができる。

Ｃ５．変形例５：
上記実施形態では、ヒータ４は、グロープラグ１００に用いられるセラミックヒータであったが、グロープラグ１００に代えて、バーナーの着火用のヒータ、ガスセンサの加熱用ヒータ、ＤＰＦ（Diesel particulate filter）に使用されるセラミックヒータであってもよい。

Ｃ６．変形例６：
本発明は、上記実施形態、実施例および変形例に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の構成で実現することができる。例えば、発明の概要の欄に記載した各形態中の技術的特徴に対応する本実施形態、変形例中の技術的特徴は、上述の課題の一部又は全部を解決するために、あるいは、上述の効果の一部又は全部を達成するために、適宜、差し替えや、組み合わせを行うことが可能である。また、その技術的特徴が本明細書中に必須なものとして説明されていなければ、適宜、削除することが可能である。

２…主体金具
３…中軸
４…ヒータ
５…絶縁部材
６…絶縁部材
７…外筒
８…部材
９…軸孔
１０…軸孔
１１…雄ねじ部
１２…工具係合部
１３…筒状部
１４…フランジ部
１５…厚肉部
１６…係合部
１７…小径部
１８…電極リング
１９…リード線
２１…基体
２２…抵抗体
２７，２７ｃ，２７ｄ，２８…電極部
３１ａ，３１ｂ…リード部
３２…連結部
１００…グロープラグ
２７１，２７１ｄ…基端部
２７１ａ…端部
２７１ｂ…端部
２７２，２７２ｃ，２７２ｄ…接続部
２７３，２７３ｃ，２７３ｄ…先端部
３００…中間成形体
３１０，３１１…リード対応部
３２７，３２８…電極対応部
３３２…発熱対応部
３５０…後端連結部
４００…中間成形体
４２０…キャビティ
５００…上金型
６００…下金型
６２０…キャビティ
７００…中間成形体
７５０…境界面
ＡＲ１…領域
Ｃ１，Ｃ１１，Ｃ１２…中心軸
Ｃ７１，Ｃ７１ａ，Ｃ７１ｂ…第１線分
Ｃ７２，Ｃ７２ａ，Ｃ７２ｂ…第２線分
Ｃ７３，Ｃ７３ａ，Ｃ７３ｂ…第３線分
Ｃ７４，Ｃ７４ａ，Ｃ７４ｂ…第４線分
ＦＬ…材料
Ｓ５００…端面
Ｓ１，Ｓ１ａ，Ｓ１ｂ…断面
ｇ１…重心
ｇ２…重心
ｇ３…重心
ｐ１，ｐ１ａ，ｐ１ｂ…交点
ｐ２，ｐ２ａ，ｐ２ｂ…交点

Claims (8)

1. セラミックを含有する基体と、
   前記基体の内部に埋設され、セラミックを含有する抵抗体であって、
   互いに平行に延在された２つのリード部と、
   前記２つのリード部における一方の端部同士を連結する連結部と、
   前記２つのリード部のうちの少なくとも一方のリード部と一体形成され、該リード部の軸線方向と交わる方向に延在する電極部であって、該リード部に接続されている基端部と、前記基体の外表面に露出している先端部と、前記基端部と前記先端部との間に配置されて前記基端部と前記先端部とを接続する接続部と、を有する電極部と、を有する抵抗体と、
   を備えるセラミックヒータであって、
   前記基端部と、前記先端部と、前記接続部と、のうちの少なくとも１つの、前記電極部の延在方向と直交する仮想面による断面の形状は、流線形であることを特徴とする、セラミックヒータ。
2. 請求項１に記載のセラミックヒータにおいて、
   前記断面の形状は、長手方向と前記長手方向と直交する短手方向とを有する細長形状であって、前記長手方向の両端部がいずれも曲線で構成され、該両端部のうちの一端部の曲率半径が他端部の曲率半径に比べて大きい形状であることを特徴とする、セラミックヒータ。
3. 請求項１または請求項２に記載のセラミックヒータにおいて、
   前記断面の形状は、長手方向と前記長手方向と直交する短手方向とを有する細長形状であって、前記長手方向の長さが最大となる位置での前記長手方向の第１線分と、前記短手方向の長さが最大となる位置での前記短手方向の第２線分と、の交点である第１交点と、
   前記断面において前記短手方向の線分の中心を通る前記長手方向の第３線分と、前記断面において前記長手方向の線分の中心を通る前記短手方向の第４線分と、の交点である第２交点と、
   が互いに異なることを特徴とする、セラミックヒータ。
4. 請求項１から請求項３までのいずれか一項に記載のセラミックヒータにおいて、
   前記基端部における前記断面である第１断面と、前記接続部における前記断面である第２断面と、前記先端部における前記断面である第３断面と、のうち、前記第１断面の面積が最も大きく、前記第２断面の面積が第２番目に大きく、前記第３断面の面積が第３番目に大きいことを特徴とする、セラミックヒータ。
5. 請求項４に記載のセラミックヒータにおいて、
   前記接続部において、前記仮想面による断面の面積は、前記延在方向に沿って前記基端部から前記先端部に向かうにつれて小さくなることを特徴とする、セラミックヒータ。
6. 請求項１から請求項５までのいずれか一項に記載のセラミックヒータにおいて、
   前記基端部における前記断面である第１断面の重心と前記先端部における前記断面である第３断面の重心とは、前記延在方向に見て互いにずれていることを特徴とする、セラミックヒータ。
7. 請求項６に記載のセラミックヒータにおいて、
   前記第３断面の重心は、前記延在方向に見て、前記第１断面の重心に比べて前記連結部から遠いことを特徴とする、セラミックヒータ。
8. 請求項１から請求項７までのいずれか一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。

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