JP2018081794A - セラミックヒータおよびグロープラグ - Google Patents

Abstract

【課題】略丸棒状のセラミックヒータ表面における気体燃料の流れを制御して、ヒータの性能を向上させるセラミックヒータを提供する。【解決手段】一対の延出部３１ａ．３１ｂと、延出部の先端同士を連結する連結部と、を有し、発熱部を先端側に設けた発熱抵抗体が内包された略丸棒状のセラミックヒータ４である。最高温度部２５と一対の延出部とを通る軸線方向に垂直な断面において、以下を満たす。一対の延出部の外周縁に接する２本の共通外接線に挟まれる第１領域Ａにおけるヒータの外周縁は、外側に向かって凸の円弧部である。第１領域以外の２つの第２領域Ｂ１，Ｂ２のうちの少なくとも一方に形成される凹部２５，２６のうち、一対の延出部の重心を結んだ直線γとの距離が最も短い位置Ｐ１，Ｐ２は、一対の延出部の重心をそれぞれ通り直線γに垂直な２つの直線β１，β２に挟まれる第３領域Ｃ内に存在する。【選択図】図３

Description

本発明は、セラミックヒータおよびグロープラグに関する。

燃焼式暖房装置に用いる点火用ヒータや、内燃機関の点火に用いるグロープラグ用のヒータとして、絶縁基体の内部に発熱抵抗体を内包するセラミックヒータが知られている。このようなセラミックヒータにおける点火性能を向上するための技術として、従来、セラミックヒータを板状に形成すると共に、このようなセラミックヒータにおける最も面積が広い主面全体を反らせて、主面上で渦状の流れを引き起こし、気体燃料と酸素の混合比率を適正化する技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１６−３５８１９号公報

しかしながら、例えば、燃焼による爆発の衝撃が加わる環境下で用いるグロープラグ用のセラミックヒータでは、セラミックヒータの抗折強度を向上させるために、セラミックヒータを板状ではなく略丸棒状に形成することが望ましい。このような略丸棒状のセラミックヒータでは、上記したようにヒータの性能を向上させるためにヒータ上における気体燃料の流れを制御しようとする場合であっても、主面全体を反らせるという構成を適用し難い。そのため、略丸棒状のセラミックヒータにおいても、ヒータ表面における気体燃料の流れを制御することによって、セラミックヒータを備える装置全体の性能を向上させる技術が望まれていた。

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、軸線方向に沿って延びる一対の延出部と、前記一対の延出部の先端同士を連結する連結部と、を有する発熱抵抗体であって、通電により発熱する発熱部を先端側に設けた発熱抵抗体が、絶縁基体内に内包された略丸棒状の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、少なくとも、前記発熱抵抗体の発熱時に前記セラミックヒータの外表面において最高温度を呈する位置である最高温度部と、前記発熱抵抗体における前記一対の延出部と、を通る、前記軸線方向に垂直な前記セラミックヒータの断面において；前記一対の延出部の双方の外周縁に接する２本の共通外接線に挟まれる第１領域における前記セラミックヒータの外周縁は、外側に向かって凸である円弧部であり；前記第１領域以外の２つの第２領域のうちの少なくとも一方には、前記セラミックヒータの中心側に向かって凹である凹部が形成されており；前記凹部のうち、前記一対の延出部の重心を結んだ第１直線との距離が最も短い位置は、前記一対の延出部の重心をそれぞれ通り、前記第１直線に垂直な２つの第２直線に挟まれる第３領域内に存在する。
このセラミックヒータによれば、略丸棒状のセラミックヒータに凹部を設けることにより、抗折強度に優れた形状を維持しつつ、最高温度部に近接するセラミックヒータの外表面の近傍で、気体燃料の流れにおいて効率良く乱流を形成し、気体燃料の滞留時間を長くすることができる。そのため、セラミックヒータによる気体燃料の着火性能を向上させることができる。さらに、凹部のうち、一対の延出部の重心を結んだ直線との距離が最も短い位置が、第３領域内に存在することにより、セラミックヒータにおいて、発熱部を覆う絶縁基体の厚みを確保しつつ、セラミックヒータが備える絶縁基体の量を削減することができる。その結果、セラミックヒータにおける消費電力を低減することができる。

（２）上記形態のセラミックヒータにおいて、前記凹部は、前記断面に加えて、少なくとも、前記セラミックヒータの軸線方向に垂直であって前記発熱部を通る任意の断面において形成されていることとしてもよい。この形態のセラミックヒータによれば、最高発熱部におけるセラミックヒータによる気体燃料の着火性能を向上させるだけでなく、軸線方向において発熱部と重なるヒータ表面の領域全体にわたって気体燃料の着火を促進することができ、セラミックヒータにおける気体燃料の着火性能をさらに高めることができる。

（３）上記形態のセラミックヒータにおいて、前記凹部は、前記２つの第２領域のそれぞれに形成されていることとしてもよい。この形態のセラミックヒータによれば、発熱体全体を効率良く昇温させることができると共に、セラミックヒータが発熱する際の均熱性を高めることができる。そのため、セラミックヒータにおける気体燃料の着火性能をさらに高めることができる。

（４）上記形態のセラミックヒータにおいて、前記凹部は、前記第１領域のうちの前記発熱抵抗体によって挟まれる第４領域に重ならないこととしてもよい。この形態のセラミックヒータによれば、絶縁基体を十分に確保して、セラミックヒータの耐久性を高めることができる。

本発明は、上記以外の種々の形態で実現することも可能である。例えば、セラミックヒータの製造方法や、セラミックヒータを備えるグロープラグ等の形態で実現することができる。

グロープラグの概略構成を示す断面模式図である。 グロープラグの先端部の様子を表わす部分拡大断面図である。 最高温度部を通過するヒータの横断面の様子を示す断面模式図である。 ヒータの先端側の様子を模式的に示す斜視図である。 グロープラグの製造方法を示すフローチャートである。 工程Ｓ１２０の処理内容を模式的に示す説明図である。 工程Ｓ１２５の処理内容を模式的に示す説明図である。

Ａ．グロープラグの構成：
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概略構成を示す断面模式図である。本実施形態のグロープラグ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５，６と、かしめ部材８と、外筒７と、ヒータ４と、リング１８と、リード線１９とを備えている。図１において、ヒータ４については詳しい構造を省略しており、ヒータ４にはハッチングを付していない。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、Ｘ軸と垂直にＹ軸およびＺ軸が設定されている。以下では、中心軸Ｃ１に平行な方向を軸線方向とも呼ぶ。また、グロープラグ１００において軸線方向に沿ってヒータ４が設けられている側（−Ｘ方向側）を、「先端側」と呼び、軸線方向に沿って中軸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、軸線方向に沿って延びる軸孔９が形成され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の外周面には、図示しない内燃機関のシリンダヘッド等にグロープラグ１００を取り付けるための構造として、後端部分に工具係合部１２が形成されており、中央部分に雄ねじ部１１が形成されている。工具係合部１２は、上記シリンダヘッド等にグロープラグ１００を取り付ける際に用いる工具と係合可能な外観形状（例えば、断面六角形状）を有している。雄ねじ部１１は、上記シリンダヘッド等のプラグ取り付け孔に形成された雌ネジに対して、螺合可能に形成されている。

中軸３は、金属製の丸棒状の部材であり、後端部分が主体金具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の外径は、主体金具２の軸孔９の内径よりも小さく形成されており、中軸３と軸孔９の内周面との間には、両者を電気的に絶縁する空隙が形成されている。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を介してリング１８と電気的に接続されている。

絶縁部材５は、リング状の外観を有し、主体金具２の軸孔９の内周面と中軸３との間に介在して、主体金具２と中軸３との間を電気的に絶縁する。また、絶縁部材５は、中軸３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、主体金具２の軸孔９内で中軸３を固定する。さらに、絶縁部材５は、軸孔９の内周面と中軸３とに密着して、主体金具２の内部を気密封止する。

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、軸線方向に沿って延びる軸孔１０が形成された略円筒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および係合部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、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。軸孔１０の内径は、ヒータ４の外径と同等、あるいはヒータ４の外径に比べて若干小さく形成されており、軸孔１０内にヒータ４が嵌め込まれる。すなわち、外筒７は、ヒータ４を囲んで保持する。なお、外筒７は、［特許請求の範囲］に記載した「筒状部材」に相当する。

ヒータ４は、軸線方向に沿って延びる略丸棒状の部材である。ヒータ４の先端部分は、外筒７の先端から突出して、図示しない内燃機関の燃焼室内に露出される。ヒータ４の後端部分は、外筒７の後端から突出して、主体金具２の軸孔９内に収容されている。ヒータ４の詳細構成については後述する。なお、ヒータ４は、［特許請求の範囲］に記載した「セラミックヒータ」に相当する。

リング１８は、金属製の円筒状部材であり、ヒータ４の後端に嵌め込まれている。具体的には、ヒータ４の後端部が、リング１８の内部に圧入されている。リング１８には、既述したリード線１９の先端部が接続されている。なお、既述した中軸３、リード線１９、およびリング１８は、［特許請求の範囲］に記載した「セラミックヒータに電圧を印加するための導電性部材」に相当する。

Ｂ．セラミックヒータの全体構成：
図２は、ヒータ４を含むグロープラグ１００の先端部の様子を表わす部分拡大断面図である。図２に示すように、ヒータ４は、絶縁基体２１と、この絶縁基体２１内に内包される発熱抵抗体２２とを備えており、発熱抵抗体２２に電力が供給されることによって発熱する。

絶縁基体２１は、絶縁性のセラミックによって形成されている。本実施形態では、絶縁基体２１は、窒化珪素によって形成されている。ただし、絶縁基体２１は、窒化珪素に限らず、例えば、アルミナやサイアロン等の他の絶縁性のセラミックによって形成されていてもよい。絶縁基体２１は、ヒータ４の基体を成す部位であり、先端が曲面である略円柱状の外観形状を有し、内部に発熱抵抗体２２が埋設されている。

発熱抵抗体２２は、通電によって抵抗発熱する導電性のセラミックによって形成されている。具体的には、本実施形態では、発熱抵抗体２２は、炭化タングステン（ＷＣ）を含む導電性のセラミックによって形成されている。ただし、発熱抵抗体２２は、炭化タングステン（ＷＣ）を含む導電性のセラミックに限らず、例えば、二珪化モリブデンや二珪化タングステン等を含む他の導電性のセラミックによって形成されていてもよい。

発熱抵抗体２２は、軸線方向に沿って延びると共に先端側を頂点にして折り曲げられたＵ字状の構造を有する。具体的には、発熱抵抗体２２は、軸線方向に沿って延びる一対の延出部３１ａ，３１ｂと、これら一対の延出部３１ａ、３１ｂの先端同士を連結する連結部３３と、を有する。Ｕ字状に形成された発熱抵抗体２２における各々の両端部の近傍には、接続端子が設けられている。すなわち、延出部３１ａにおける後端側端部の近傍には、接続端子２７（プラス側接続端子）が形成されており、延出部３１ｂにおける後端側端部の近傍には、接続端子２８（マイナス側接続端子）が形成されている。接続端子２７，２８は、延出部３１ａ，３１ｂの各々から、ヒータ４の外周面に向かって軸線方向に垂直な方向に延びて、ヒータ４の外周面で露出する。接続端子２７は、接続端子２８よりも後端側位置において、ヒータ４の外周面で露出している。

接続端子２８は、ヒータ４が外筒７内の軸孔１０内に嵌め込まれることにより、軸孔１０の内周面に接触する。これにより、発熱抵抗体２２と外筒７とが電気的に接続される。接続端子２７は、ヒータ４がリング１８内に嵌め込まれることにより、リング１８の内周面に接触する。これにより、発熱抵抗体２２とリング１８とが電気的に接続される。なお、本実施形態では、接続端子２７，２８は、発熱抵抗体２２の他の部位と同じ材料で形成されており、発熱抵抗体２２の一部として形成されている。ただし、接続端子２７，２８は、発熱抵抗体２２の他の部位と別体で形成されていてもよい。

発熱抵抗体２２の先端部には、発熱部３２が設けられている。具体的には、本実施形態の発熱部３２は、延出部３１ａ，３１ｂの先端側（−Ｘ方向の端部）と、連結部３３と、によって構成されて、Ｕ字型の外観形状を有する。本実施形態では、発熱抵抗体２２のうちの発熱部３２の部分は、発熱部３２以外の部分（具体的には、延出部３１ａ，３１ｂの後端側（＋Ｘ方向の端部））に比べて細く形成されている。これにより、発熱抵抗体２２に通電したときには、主として発熱部３２が発熱する。なお、発熱部３２は、発熱抵抗体２２における他の部位よりも細く形成して抵抗を相対的に高める他、発熱抵抗体２２における他の部位とは構成材料を異ならせることによって抵抗を相対的に高めてもよい。つまり、延出部３１ａ，３１ｂの先端側（−Ｘ方向の端部）および連結部３３の構成材料と、延出部３１ａ，３１ｂの後端側（＋Ｘ方向の端部）の構成材料とを、異なる材料で形成してもよい。

グロープラグ１００では、中軸３を介して電力が供給されると、リード線１９、リング１８および接続端子２７を通じて発熱抵抗体２２に電力が供給され、ヒータ４が発熱する。このとき、発熱抵抗体２２の接続端子２８は、外筒７、主体金具２、および内燃機関のシリンダヘッドを通じて接地される。

ヒータ４において、内部に発熱部３２が設けられた部分は、外筒７の先端から露出している。外筒７の先端から露出するヒータ４の外表面には、発熱抵抗体２２の発熱時に最高温度を呈する位置である最高温度部２９が存在する。この最高温度部２９は、軸線方向において発熱部３２と重なる領域に存在する。最高温度部の位置、すなわち、ヒータ４の最先端から最高温度部までの距離は、グロープラグ１００に通電して、外筒７の先端から露出するヒータ４の外周面の温度を、軸線方向に沿って放射温度計を用いて測定し、最も温度が高い箇所を特定することにより求めることができる。

Ｃ．凹部について：
図３は、ヒータ４における軸線方向に垂直な断面（以下、横断面とも呼ぶ）であって、ヒータ４の外周面における最高温度部２９と、発熱抵抗体２２における延出部３１ａ，３１ｂと、を通過する横断面の様子を示す断面模式図である。図２では、図３に示す横断面の位置を、３−３断面として示している。また、図４は、ヒータ４の先端側の様子を模式的に示す斜視図である。図４では、ヒータ４の内部において発熱部３２が設けられている軸線方向の範囲を、図２と同様に双方向矢印によって示している。本実施形態のヒータ４は、横断面において、凹部２５，２６が形成されていることを特徴とする。以下に、ヒータ４の横断面の形状を詳しく説明する。

図３では、一対の延出部３１ａ，３１ｂの双方の外周縁に接する２本の共通外接線を、共通外接線α１，α２として示している。本実施形態では、ヒータ４の上記横断面において、上記２本の共通外接線α１，α２に挟まれる領域を領域Ａとしており、図３では、領域ＡのＺ軸方向の範囲を示している。本実施形態では、領域Ａにおけるヒータ４の外周縁は、外側に向かって凸である円弧部２３となっている。この領域Ａは、［特許請求の範囲］に記載した「第１領域」に相当する。

また、本実施形態では、ヒータ４の上記横断面における領域Ａ以外の２つの領域のうち、＋Ｚ方向側の領域を領域Ｂ１、−Ｚ方向側の領域を領域Ｂ２としている。図３では、領域Ｂ１，Ｂ２のＺ軸方向の範囲を示している。本実施形態のヒータ４では、上記領域Ｂ１，Ｂ２の各々において、ヒータ４の中心側に向かって凹である凹部２５，２６が形成されている。領域Ｂ１，Ｂ２は、［特許請求の範囲］に記載した「第２領域」に相当する。

また、図３では、ヒータ４の上記横断面において、一対の延出部３１ａ，３１ｂの各々の重心Ｍ１，Ｍ２を結んだ直線を、直線γとして示している。この直線γは、［特許請求の範囲］に記載した「第１直線」に相当する。また、上記重心Ｍ１，Ｍ２をそれぞれ通り、直線γに垂直な２つの直線を、直線β１，β２として示している。この直線β１，β２は、［特許請求の範囲］に記載した「第２直線」に相当する。本実施形態では、ヒータ４の上記横断面において、直線β１，β２に挟まれる領域を領域Ｃとしており、図３では、領域ＣのＹ軸方向の範囲を示している。この領域Ｃは、［特許請求の範囲］に記載した「第３領域」に相当する。

さらに、図３では、ヒータ４の中心、すなわち、中心軸Ｃ１が通過する点を、中心Ｏとして示している。本実施形態では、中心Ｏは、直線γ上に存在している。そして、図３では、凹部２５，２６の表面において、直線γとの距離が最も短い位置を、それぞれ点Ｐ１，Ｐ２として示している。本実施形態では、点Ｐ１と直線γとの距離ｄ１と、点Ｐ２と直線γとの距離ｄ２とは、同じであって、凹部２５と凹部２６とは、直線γを対称軸として線対称となっている。そして、本実施形態では、点Ｐ１，Ｐ２は、領域Ｃに存在している。

また、図３では、領域Ａのうち、延出部３１ａ，３１ｂに挟まれる領域を、領域Ｅとして示している。本実施形態では、凹部２５，２６は、領域Ｅに重ならないように形成されている。すなわち、凹部２５，２６の表面上の点Ｐ１，Ｐ２は、中心Ｏから離れる方向に、共通外接線α１，α２から離間している。領域Ｅは、［特許請求の範囲］に記載した「第４領域」に相当する。

本実施形態では、凹部２５，２６は、図３に示す横断面に加えて、さらに、発熱部３２を通る任意の横断面において形成されている。すなわち、図４に示すように、凹部２５，２６は、発熱部３２全体と軸線方向において重なる範囲にわたって形成されている。このように、ヒータ４において軸線方向に延びるように凹部２５，２６が形成される領域では、任意の横断面において図３と同様にして規定される領域Ａの外周縁は、図３の断面と同様に円弧部となっている。そのため、ヒータ４は、図４に示すように、全体として略丸棒状であるといえる。なお、本実施形態のヒータ４において、凹部２５，２６が形成されていない部位の横断面は、円形または楕円形となっている。

ヒータ４を備えるグロープラグ１００を内燃機関に取り付けて使用する際には、凹部２５，２６が形成されたヒータ４の先端部が、内燃機関の燃焼室内に露出される。このとき、燃焼室内に供給された気体燃料および酸素は、少なくとも、ヒータ４の側面に当たるように流れる。したがって、上記気体燃料および酸素の流れは、ヒータ４の横断面に平行な成分を有することになり、凹部２５，２６が形成されたヒータ４の外周面の近傍では、上記気体燃料および酸素が、効率良く乱流を形成する。すなわち、ヒータ４の外周面上の領域であって、発熱抵抗体２２の発熱部３２と軸線方向において重なる領域の近傍では、上記気体燃料と酸素が、効率良く乱流を形成する。その結果、ヒータ４の外周面上の上記領域の近傍における気体燃料の滞留時間が、より長くなり、ヒータ４による気体燃料の着火性能が向上する。

Ｄ．グロープラグの製造：
図５は、グロープラグ１００の製造方法を示すフローチャートである。まず、発熱抵抗体２２の成形材料が作製され（工程Ｓ１０５）、絶縁基体２１の成形材料が作製される（工程Ｓ１１０）。なお、これら２つの工程Ｓ１０５，Ｓ１１０は、逆の順序で実行されてもよく、同時に実行されてもよい。

本実施形態において、発熱抵抗体２２の成形材料は、絶縁性セラミック（例えば、窒化珪素）と、導電性セラミック（例えば、炭化タングステン）とを主成分とする粉状体である。この成形材料は、例えば、絶縁性セラミック、導電性セラミック、および助剤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、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、絶縁基体２１の成形材料は、絶縁性セラミック（例えば、窒化珪素）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。バインダとしては、発熱抵抗体２２と同様に種々のものを用いることができる。

その後、工程Ｓ１０５で得られた成形材料を用い、射出成形によって、発熱抵抗体２２の中間成形体を作製する（工程Ｓ１１５）。本実施形態において、「発熱抵抗体の中間成形体」とは、後述する脱脂や焼成等の加熱工程を経て発熱抵抗体２２となる部材を意味する。

工程Ｓ１１５の後、工程Ｓ１１５で得られた発熱抵抗体の中間成形体の片面側に、半割り状の絶縁基体２１の中間成形体を成形する（工程Ｓ１２０）。そして、発熱抵抗体の中間成形体の他方の面側に、絶縁基体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（工程Ｓ１２５）。工程Ｓ１２０，Ｓ１２５は、いずれも工程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、工程Ｓ１２０の処理内容を模式的に示す説明図である。図７は、工程Ｓ１２５の処理内容を模式的に示す説明図である。図６に示すように、工程Ｓ１２０では、まず、発熱抵抗体の中間成形体３００を下金型４００に形成されたキャビティ４２０内に配置し、発熱抵抗体の中間成形体３００の上半分を覆うように上金型５００を配置する。発熱抵抗体の中間成形体３００は、発熱抵抗体２２とほぼ同様の外観形状を有する。すなわち、発熱抵抗体の中間成形体３００は、延出部３１ａに対応する延出部対応部３１０と、延出部３１ｂに対応する延出部対応部３１１と、連結部３３に対応する連結部対応部３３３と、２つの接続端子２７，２８に対応する２つの端子対応部３２７，３２８と、を備えている。また、発熱抵抗体の中間成形体３００は、後端連結部３５０を備えている。後端連結部３５０は、発熱抵抗体の中間成形体３００において、連結部対応部３３３とは反対側において、２つの延出部対応部３１０，３１１の端部を連結する。後端連結部３５０は、２つの延出部対応部３１０，３１１の相対的な位置がずれることを抑制して、発熱抵抗体の中間成形体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、発熱抵抗体の中間成形体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Ｓ１には、成形材料を上金型５００の内部に充填するための図示しない射出孔が設けられている。上述のように、発熱抵抗体の中間成形体３００、下金型４００、および上金型５００を配置した後、上金型５００内に工程Ｓ１１０で得られた成形材料を射出して、半割り状の絶縁基体の中間成形体を、発熱抵抗体の中間成形体３００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。なお、本実施形態において、「絶縁基体の中間成形体」とは、後述する脱脂や焼成等の加熱工程を経て絶縁基体２１となる部材を意味する。

工程Ｓ１２５では、工程Ｓ１２０で得られた中間成形体７００を上下反転させて図７に示す向きにして、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における絶縁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内に工程Ｓ１１０で得られた成形材料を射出して、中間成形体７００の上半分に絶縁基体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５に示すように、工程Ｓ１２５においてヒータの中間成形体が得られた後には、ヒータの中間成形体の脱脂が実行される（工程Ｓ１３０）。本実施形態では、ヒータ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）することにより、かかるバインダが取り除かれる。工程Ｓ１３０では、例えば、ヒータの中間形成体を、窒素雰囲気中にて８００℃で６０分加熱すればよい。工程Ｓ１３０の後、本焼成が実行される（工程Ｓ１３５）。かかる本焼成では、工程Ｓ１３０のいわゆる仮焼に比べて、高温で加熱が行なわれる。例えば、最高１８５０℃程度まで昇温されるように加熱することができる。このとき、ヒータ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。また、焼成は、窒素雰囲気下で行なってもよい。

本焼成の後、研磨加工及び切断加工が実行される（工程Ｓ１４０）。研磨加工により、接続端子２７，２８が絶縁基体２１の表面から露出され、工程Ｓ１３５により得られた焼成体の先端部の曲面加工が行なわれ、さらに、凹部２５，２６が形成される。また、切断加工により、上記焼成体の後端部、すなわち、後端連結部３５０に相当する部分が取り除かれる。上述した工程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の各構成部材が組みつけられ（工程Ｓ１４５）、グロープラグ１００が完成する。

以上のように構成された本実施形態のヒータ４を備えるグロープラグ１００によれば、ヒータ４の最高温度部２９を通るヒータ４の横断面において、凹部２５，２６が形成されている。そのため、ヒータ４において、抗折強度に優れた略丸棒状の形状を維持しつつ、最高温度部２９に近接するヒータ４の外表面の近傍で、気体燃料の流れにおいて効率良く乱流を形成することができる。すなわち、ヒータ４の横断面に平行な成分を有する気体燃料の流れがヒータ４の外表面に供給されたときに、上記ヒータ４の外表面の近傍で、気体燃料の流れにおいて効率良く乱流を形成することができる。その結果、上記ヒータ４の外表面の近傍で、気体燃料の滞留時間を長くして、ヒータ４による気体燃料の着火性能を向上させることができる。また、絶縁体体積を減らしたことにより、昇温させるセラミックの量を減らすことができるので、ディーゼルエンジンの始動時など早期にヒータ４を昇温させたいときには、ヒータ４の昇温に要する時間を短縮することができる。

さらに、ヒータ４に凹部２５，２６を形成することにより、ヒータ４において、発熱部３２を覆う絶縁基体２１の厚みを確保しつつ、ヒータ４が備える絶縁基体２１の量を削減することができ、ヒータ４における消費電力を低減することができる。これは、以下の理由による。すなわち、ヒータ４においては、発熱することなく熱容量が大きい部位である絶縁基体２１の量を削減するほど、ヒータ４における消費電力を削減することができる。しかしながら、絶縁基体２１は、グロープラグ１００の使用を繰り返すことにより、次第に消耗して薄くなる傾向がある。そのため、ヒータ４において絶縁基体２１を薄く形成すると、ヒータ４の耐久性を確保し難くなる可能性がある。本実施形態では、凹部２５，２６は、第２領域である領域Ｂ１，Ｂ２に形成されると共に、凹部２５，２６のうちの直線γとの距離が最も短い位置である点Ｐ１，Ｐ２は、第３領域である領域Ｃ内に存在する。そのため、凹部２５，２６を設けても、絶縁基体２１の厚さが最も薄い箇所の厚みが影響を受け難い。したがって、本実施形態では、凹部２５，２６を設けることによって、熱容量が大きな絶縁基体２１を削減してヒータ４全体の昇温効率を高める効果を得つつ、発熱抵抗体２２を覆う絶縁基体２１の厚みを確保して、凹部２５，２６を設けることに起因するヒータ４の耐久性の低下を抑えることができる。

ここで、本実施形態では、凹部２５，２６は、第４領域である領域Ｅ、すなわち、領域Ａのうち、延出部３１ａ，３１ｂに挟まれる領域に、重ならないように形成されている。そのため、絶縁基体２１を十分に確保することで、セラミックヒータの耐久性を高めることが容易になる。

また、本実施形態によれば、凹部２５，２６は、最高温度部２９を通る横断面に加えて、発熱部３２を通る任意の横断面に形成されている。そのため、軸線方向において発熱部３２と重なるヒータ４の外表面の領域にわたって、効率良く乱流を形成し、気体燃料の滞留時間を長くすることができる。そのため、最高温度部におけるヒータ４による気体燃料の着火性能を向上させるだけでなく、このような領域の近傍で着火を促進することができ、ヒータ４による気体燃料の着火性能をさらに高めることができる。

Ｅ．変形例：
・変形例１：
上記実施形態では、凹部２５，２６は、軸線方向において発熱部３２と重なる領域全体にわたって延びるように形成したが、異なる構成としてもよい。少なくとも、軸線方向において最高温度部２９と重なる位置に凹部を設けるならば、既述した着火性向上および耐久性確保の効果を得ることができる。

例えば、軸線方向において、発熱部３２の一部とのみ重なるように、凹部２５，２６を形成してもよい。また、凹部２５，２６は、軸線方向に連続して設けるのではなく、一部に不連続な箇所を有していてもよい。

また、軸線方向において、発熱部３２と重なると共に、発熱部３２を超えるより広い範囲、具体的にはより後端側にまで、凹部２５，２６を設けることとしてもよい。ただし、発熱部３２から離れた位置に凹部を設けても、着火性向上に対する貢献の程度は小さい。また、グロープラグ１００がシリンダヘッドに組み付けられた際のシリンダヘッド内の気密性を確保する観点から、凹部２５，２６を形成する範囲は、ヒータ４が外筒７から露出する領域内とすることが望ましい。

・変形例２：
上記実施形態では、図３の横断面（最高温度部２９を通る横断面）において、凹部２５，２６は、直線γを対称軸として線対称としているが、異なる構成としてもよい。例えば、点Ｐ１と直線γとの距離ｄ１と、点Ｐ２と直線γとの距離ｄ２とは、異なってもよい。また、図３の横断面において、凹部２５，２６の形状は、点Ｐ１と点Ｐ２とを直線γに投影したときに、点Ｐ１と点Ｐ２とが互いに重ならない位置となる形状であってもよい。

また、上記実施形態では、凹部２５，２６は、図３の横断面において、第４領域である領域Ｅ、すなわち、領域Ａのうち、延出部３１ａ，３１ｂに挟まれる領域に、重ならないこととしたが、異なる構成としてもよい。ただし、凹部２５，２６を、領域Ｅと重ならないように形成すれば、ヒータ４の抗折強度の確保がより容易になるため望ましい。

上記実施形態では、横断面に表われる凹部２５，２６は、ヒータ４の外周面において軸線方向に平行に延びるように形成されているが、異なる構成としてもよい。ただし、ヒータ４において、凹部２５，２６が形成されたいずれの横断面においても、凹部２５，２６の各々のうちの、延出部３１ａ，３１ｂの重心を結んだ直線γとの距離が最も短い位置である点Ｐ１，Ｐ２が、延出部３１ａ，３１ｂの重心をそれぞれ通り直線γに垂直な２つの直線β１，β２に挟まれる第３領域（領域Ｃ）内に存在することが望ましい。

・変形例３：
上記実施形態では、図３の横断面において、第２領域である領域Ｂ１，Ｂ２の各々に、凹部２５，２６を設けたが、異なる構成としてもよい。領域Ｂ１，Ｂ２のうちの少なくとも一方に凹部を設けるならば、既述した着火性向上および耐久性確保の効果を得ることができる。ただし、領域Ｂ１，Ｂ２の双方に凹部を設ける場合には、領域Ｂ１側と領域Ｂ２側の双方で、気体燃料の滞留時間を長くして、着火性を向上させることができる。さらに、グロープラグ１００の使用開始時には、ヒータ４全体を効率良く昇温させて、ヒータ４が発熱する際の均熱性を高めることができる。その結果、ヒータ４による気体燃料の着火性能をさらに向上させることができる。

・変形例４：
上記実施形態では、図３の横断面において、一対の延出部３１ａ，３１ｂが略同じ形状を有していたが、異なる形状としてもよい。また、上記実施形態では、ヒータ４の中心Ｏが直線γ上に存在していたが、直線γ上に存在しなくてもよい。

・変形例５：
上記実施形態では、図５に示した工程Ｓ１４０において焼成後のヒータの中間成形体を研磨加工することによって、凹部２５，２６を形成したが、異なる構成としてもよい。例えば、図６および図７に示した上金型５００の内壁面に、凹部２５，２６の形状に対応する凸部を設け、射出成形時に凹部２５，２６を形成することとしてもよい。

・変形例６：
上記実施形態では、ヒータ４を、グロープラグ用ヒータとして用いたが、異なる構成としてもよい。例えば、バーナーの着火用のヒータ、ガスセンサの加熱用ヒータ、あるいはディーゼル微粒子捕集フィルター（ＤＰＦ）の再活性バーナーシステムにおいて、本願発明を適用することができる。

本発明は、上述の実施形態や実施例、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実施形態、実施例、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
５，６…絶縁部材
７…外筒
８…かしめ部材
９，１０…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…リング
１９…リード線
２１…絶縁基体
２２…発熱抵抗体
２３…円弧部
２５，２６…凹部
２７，２８…接続端子
２９…最高温度部
３１ａ，３１ｂ…延出部
３２…発熱部
３３…連結部
１００…グロープラグ
３００…発熱抵抗体の中間成形体
３１０，３１１…延出部対応部
３２７，３２８…端子対応部
３３３…連結部対応部
３５０…後端連結部
４００，６００…下金型
４２０，６２０…キャビティ
５００…上金型
７００…中間成形体

Claims (5)

1. 軸線方向に沿って延びる一対の延出部と、前記一対の延出部の先端同士を連結する連結部と、を有する発熱抵抗体であって、通電により発熱する発熱部を先端側に設けた発熱抵抗体が、絶縁基体内に内包された略丸棒状のセラミックヒータであって、
   少なくとも、前記発熱抵抗体の発熱時に前記セラミックヒータの外表面において最高温度を呈する位置である最高温度部と、前記発熱抵抗体における前記一対の延出部と、を通る、前記軸線方向に垂直な前記セラミックヒータの断面において、
   前記一対の延出部の双方の外周縁に接する２本の共通外接線に挟まれる第１領域における前記セラミックヒータの外周縁は、外側に向かって凸である円弧部であり、
   前記第１領域以外の２つの第２領域のうちの少なくとも一方には、前記セラミックヒータの中心側に向かって凹である凹部が形成されており、
   前記凹部のうち、前記一対の延出部の重心を結んだ第１直線との距離が最も短い位置は、前記一対の延出部の重心をそれぞれ通り、前記第１直線に垂直な２つの第２直線に挟まれる第３領域内に存在す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であって、
   前記凹部は、前記断面に加えて、少なくとも、前記セラミックヒータの軸線方向に垂直であって前記発熱部を通る任意の断面において形成されてい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２に記載のセラミックヒータであって、
   前記凹部は、前記２つの第２領域のそれぞれに形成されていることを特徴とする
   セラミックヒータ。
4. 請求項１から３のうちのいずれか１項に記載のセラミックヒータであって、
   前記凹部は、前記第１領域のうちの前記発熱抵抗体によって挟まれる第４領域に重ならないことを特徴とする
   セラミックヒータ。
5. セラミックヒータと、前記セラミックヒータを囲んで保持する筒状部材と、前記セラミックヒータに電圧を印加するための導電性部材と、を備えるグロープラグであって、
   前記セラミックヒータとして、請求項１から４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。

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