JP2019067696A - セラミックヒーター - Google Patents

Abstract

【課題】端部領域における応力集中を緩和したセラミックヒーターを提供する。【解決手段】本発明のセラミックヒーターは、柱状の軸部と軸部の周面を被覆するとともに軸方向の長さが軸部よりも短い筒状の第１被覆層１７ａ〜第３被覆層１７ｃとを有しセラミックからなる本体部と、本体部の内部に設けられる抵抗発熱体からなる発熱部と、発熱部に接続されている給電部とを備え、第１被覆層１７ａ〜第３被覆層１７ｃは、給電部が配置される側に位置する第１端部とその反対側に位置する第２端部とを有し、第２端部における第１被覆層１７ａの端部は、第２端部における第３被覆層１７ｃの端部に比べて第２端部の先端側にあることを特徴とする。【選択図】図３

Description

本発明は、セラミックヒーターに関する。

一般に、自動車用の酸素センサー、グローシステム等における発熱源、及び半導体加熱用ヒーター、石油ファンヒーター等の石油気化器用熱源等として用いられるセラミックヒーターが知られている。

特許文献１に記載されたセラミックヒーターは、柱状の軸部と該軸部の周面を被覆する絶縁層としての被覆部とからなる本体部を有する。本体部は、セラミックからなり、被覆部の軸方向の長さは、軸部の軸方向の長さよりも短い。本体部の内部には、抵抗発熱体からなる発熱部が設けられている。給電部は、本体部の表面に露出するように設けられていて、発熱部に接続している。

特開２０１５−１９７９５３号公報

特許文献１に記載されたセラミックヒーターでは、被覆部における、給電部が配置される側とは反対側の端部は、その端面の内周端部位から外周端部位にかけて延びる方向が本体部の径方向に延びているのみである。そのため、セラミックヒーターの製造時における焼成工程では、被覆部の収縮に伴う応力が被覆部の端部において一部に集中しやすく、クラックの発生要因となることもある。

本発明の目的は、端部領域における応力集中を緩和したセラミックヒーターを提供することにある。

上記課題を解決するためのセラミックヒーターは、柱状の軸部と該軸部の周面を被覆するとともに軸方向の長さが前記軸部よりも短い筒状の被覆部とを有しセラミックからなる本体部と、前記本体部の内部に設けられる抵抗発熱体からなる発熱部と、前記発熱部に接続されている給電部とを備えるセラミックヒーターであって、前記被覆部は、前記給電部が配置される側に位置する第１端部と前記給電部が配置される側とは反対側に位置する第２端部とを有し、前記第２端部における内周側部位は、前記第２端部における外周側部位に比べて前記第２端部の先端側にあることを要旨とする。

この構成によれば、第２端部の内周側部位と第２端部の外周側部位とは、軸部の軸方向における位置が異なっている。したがって、セラミックヒーターの製造時における焼成工程では、被覆部の第２端部において、収縮に伴う応力が分散されて一部に集中することが抑制される。そのため、収縮に伴う応力集中に起因してクラックが発生することを抑制することができる。

上記セラミックヒーターについて、前記第２端部は、前記本体部の軸方向と直交する方向から見た場合、前記内周側部位から外径側部位にかけて段状に設けられていることが好ましい。

この構成によれば、シート材を巻回して被覆層を形成する製造方法を採用する場合、本体部の軸方向と直交する方向から見ると、内周側部位から外周側部位にかけて段状に設けられているという構成の採用は、製造の容易化を果たすには有利となる。

上記セラミックヒーターについて、コップ型酸素センサーに適用されることが好ましい。
この構成によれば、被覆部の第２端部は、その先端に向けて縮径した形状をなしているため、コップ型酸素センサーにおける挿入開口に接触し難く、その接触に伴う傷つきを低減することができる。また、コップ型酸素センサーに装着された際には、センサー内面との空間を少なくすることが可能で、ヒーターとしての機能を発揮するには有利となる。

上記セラミックヒーターについて、前記第２端部は、前記本体部の軸方向と直交する方向から見た場合、前記本体部の軸方向における前記内周側部位と外周側部位との距離は、１．０ｍｍ以下であることが好ましい。

この構成によれば、本体部の軸方向における内周側部位と外周側部位との距離が長いと、本体部内の内部に設けられる発熱部の被覆が不十分になることも考えられる。この構成では、その距離を１．０ｍｍ以下にしているため、第２端部における発熱部の被覆に与える影響を抑えつつ、応力集中の緩和を実現することができる。

本体部の端部において応力集中を緩和することができる。

セラミックヒーターの斜視図。 セラミックヒーターの横断面図（図１の２−２線断面図）。 セラミックヒーターの第２端部側の部分正面図。 セラミックヒーターの第２端部側の側面図。 発熱部及び給電部の周方向展開図。 シート材の展開図。 配線パターン形成工程（第１印刷工程）を示す斜視図。 配線パターン形成工程（第２印刷工程）を示す斜視図。 シート材加工工程を示す斜視図。 巻き付け工程を示す斜視図。 巻き付け工程の途中の状態を示す斜視図。 コップ型酸素センサーの検出素子に装着されたセラミックヒーターの部分断面図。 （ａ）別の実施形態のシート材の部分展開図。（ｂ）別の実施形態のシート材の部分展開図。 別の実施形態のシート材の展開図。

以下、セラミックヒーターを図面に基づいて説明する。
図１に示すように、セラミックヒーターは、全体として円柱状に形成されていて、中央に位置する大径部１０Ａを有している。大径部１０Ａの一方の端部である第１端部には大径部１０Ａよりも径が小さい中径部１０Ｂを有し、大径部１０Ａの他方の端部である第２端部には中径部１０Ｂよりも径の小さい小径部１０Ｃを有している。大径部１０Ａ、中径部１０Ｂ、及び小径部１０Ｃは、同軸線上に配置されている。中径部１０Ｂの表面には、一対の給電部３０が形成されている。給電部３０は、一部が中径部１０Ｂの表面に露出され、他部が大径部１０Ａ内に埋設されている。給電部３０は、大径部１０Ａ内に埋設されている抵抗発熱体からなる発熱部２０と接続されている。

製造工程において焼成工程に供される状態のセラミックヒーターの構成について説明する。図１及び図２に示すように、セラミックヒーターの中心には円柱状の芯材１３が配置されている。芯材１３の第２端部側の端縁には、先端ほど縮径するテーパ面１３ａが形成されている。芯材１３は、芯材被覆層１４によって被覆されている。芯材被覆層１４は、円筒状に形成されていて、その内周面が芯材１３の外周面に接触している。芯材被覆層１４の軸方向の長さは、芯材１３よりも短く、第１端部側の端面の位置は、芯材１３の端面と同じ位置にある。そのため、芯材被覆層１４は、芯材１３の第２端部側を被覆しない。

芯材被覆層１４の外周面には、発熱部２０と給電部３０とが設けられている。芯材被覆層１４は、第１被覆層１７ａによって被覆されていて、芯材被覆層１４と第１被覆層１７ａとの間に発熱部２０と給電部３０とが配置されている。第１被覆層１７ａは、軸方向の長さが芯材被覆層１４よりも短い。第１被覆層１７ａの第２端部側の端面は、芯材被覆層１４の第２端部側の端面と同じ位置にある。そのため、第１被覆層１７ａは、芯材被覆層１４の第１端部側を被覆しておらず、給電部３０の一部を露出させ、他部を被覆させている。

図２、図３及び図４に示すように、第１被覆層１７ａは、第２被覆層１７ｂによって被覆されている。第２被覆層１７ｂは、軸方向の長さが第１被覆層１７ａよりも短く、第１被覆層１７ａの第１端部側の端部と第２端部側の端部との両方を露出させている。第２被覆層１７ｂは、第３被覆層１７ｃによって被覆されている。第３被覆層１７ｃは、軸方向の長さが第２被覆層１７ｂよりも短く、第２被覆層１７ｂの第１端部側の端部と第２端部側の端部との両方を露出させている。

図１、図２及び図３に示すように、芯材１３と芯材被覆層１４とによって軸部が構成され、第１被覆層１７ａ〜第３被覆層１７ｃによって絶縁層としての被覆部が構成され、芯材１３、芯材被覆層１４、及び第１被覆層１７ａ〜第３被覆層１７ｃによって本体部が構成されている。図３に示すように、被覆部の第２端部は、内周側部位となる第１被覆層１７ａの端部が外周側部位となる第３被覆層１７ｃの端部に比べて第２端部の先端側に位置している。被覆部の第２端部は、本体部の軸方向と直交する方向から見た場合、第１被覆層１７ａの端部、第２被覆層１７ｂの端部、及び第３被覆層１７ｃの端部によって段状に設けられている。第１被覆層１７ａの端面、第２被覆層１７ｂの端面、及び第３被覆層１７ｃの端面は、互いに連続して形成されていて、それら端面は、本体部の軸方向において螺旋状をなすように形成されている。

本体部の軸方向と直交する方向から見た場合、本体部の軸方向における第１被覆層１７ａの端面から第３被覆層１７ｃの端面までの幅を示す距離Ｘ１は、適宜設定されるが好ましくは１．０ｍｍ以下、より好ましくは０．５ｍｍ以下、さらに好ましくは０．３ｍｍ以下である。かかる距離が１．０ｍｍ以下であると被覆部における発熱部２０の被覆に影響を与えることがなく、また、被覆部の第２端部における応力集中を緩和することができる。

図１及び図２に示すように、発熱部２０は、第１端部側から第２端部側に向かって本体部の軸方向に沿って延びるとともに、本体部の横断面において間隔を空けて円状に並ぶ複数の縦方向部分２１と、縦方向部分２１同士を連結する連結部分２２とから構成されている。

図５の周方向展開図に示すように、発熱部２０は、周方向に隣り合う縦方向部分２１の端部同士が、連結部分２２によって本体部の第１端部側及び第２端部側にて交互に連結されており、発熱部２０は、全体として所謂、櫛歯型の一つながりの導体パターンとなっている。図５において、連結部分２２によって連結された複数の縦方向部分２１のうち、両末端に位置する二つの縦方向部分２１は、発熱部２０よりも本体部の軸方向における第１端部側に設けられる一対の給電部３０に接続されている。

次に、図６に基づいて、セラミックヒーターの製造方法の一例について説明する。なお、本発明のセラミックヒーターの製造方法は、以下の方法に限定されるものではない。
図６に示すように、セラミックからなるシート材４０は、芯材１３を被覆し、発熱部２０及び給電部３０を構成する配線パターン４１が形成された配線パターン領域４２と、該配線パターン領域４２を被覆し、配線パターン４１が形成されていないブランク領域４３とを有する。配線パターン領域４２は、芯材１３に巻回されて芯材被覆層１４となり、ブランク領域４３は芯材被覆層１４に順次巻回されて第１被覆層１７ａ、第２被覆層１７ｂ、及び第３被覆層１７ｃとなる。配線パターン領域４２とブランク領域４３は、それぞれ略四角形状に成形されている。シート材４０の配線パターン領域４２とブランク領域４３の並列方向が第２方向となり、シート材４０の第２方向に直交する方向が第１方向となり、本体部の軸方向となる。

ブランク領域４３は、第１方向において配線パターン領域４２よりも短く形成される。ブランク領域４３は、芯材１３に巻回された配線パターン領域４２を３回巻回して、最終的に第１被覆層１７ａ、第２被覆層１７ｂ、及び第３被覆層１７ｃを構成する。ブランク領域４３のうち第１被覆層１７ａに相当する領域では、第１方向における第１端部側の第１端縁４４ａと第２端部側の第１端縁４５ａとが平行に延びている。ブランク領域４３のうち第２被覆層１７ｂに相当する領域では、第１方向における第１端部側の第２端縁４４ｂと第２端部側の第２端縁４５ｂとが傾斜して延びている。ブランク領域４３のうち第３被覆層１７ｃに相当する領域では、第１方向における第１端部側の第３端縁４４ｃと第２端部側の第３端縁４５ｃとが傾斜して延びている。第２端縁４４ｂ及び第３端縁４４ｃは、一直線状に傾斜し、第２端縁４５ｂ及び第３端縁４５ｃも一直線状に傾斜している。第２端縁４４ｂ及び第３端縁４４ｃと第２端縁４５ｂ及び第３端縁４５ｃとは、第２方向において配線パターン領域４２から離れるほど徐々に接近している。第２方向におけるブランク領域４３の配線パターン領域４２と反対側の端縁４７の長さは、第２方向におけるブランク領域４３の配線パターン領域４２側の端縁４６の長さよりも短い。その長さの違いによって、第２端部では、第１端縁４５ａの位置と第３端縁４５ｃの位置とにおける第１方向での差Ｌ１の部分は、本体部の軸方向における第１被覆層１７ａの端面から第３被覆層１７ｃの端面までの幅を示す距離Ｘ１の部分に相当する。したがって、差Ｌ１を調整することにより、距離Ｘ１も調整することができる。

次に、図７〜図１１に基づいて、さらにセラミックヒーターの製造方法をさらに詳細に説明する。セラミックヒーターは、以下に記載する配線パターン形成工程、シート材加工工程、巻き付け工程、焼成工程を順に経ることによって製造される。

（配線パターン形成工程）
配線パターン形成工程は、第１印刷工程、第１乾燥工程、第２印刷工程及び第２乾燥工程を有する。

［第１印刷工程］
図７に示すように、焼成することにより絶縁性のセラミックとなるセラミック材料からなるシート材４０は、最初に四角形板状に形成される。シート材４０の大きさは、１つのセラミックヒーターの製造に合わせた１単位サイズに設定されている。シート材４０の表面に配線パターン４１のうち発熱部を構成する第１配線パターン４１ａを印刷して発熱部２０を形成する。第１配線パターン４１ａは、シート材４０の第１方向においても第２方向においても一方側に偏った領域に印刷され、この領域が発熱領域４２ａとなる。シート材４０の第１方向においても第２方向においても、第１配線パターン４１ａが印刷されない領域が存在するようにしている。第１配線パターン４１ａの印刷に用いられるのは、高融点金属材料を含む第１導体ペーストである。

シート材４０を構成するセラミック材料としては、公知のセラミックヒーターの製造に用いられるセラミック材料を用いることができ、例えば、酸化物セラミック、窒化物セラミック、炭化物セラミックが挙げられる。酸化物セラミックとしては、例えば、アルミナ、ジルコニア、コージェライト、ムライトが挙げられる。窒化物セラミックとしては、例えば、窒化アルミニウム、窒化珪素、窒化ホウ素、窒化チタン等が挙げられる。炭化物セラミックとしては、例えば、炭化珪素、炭化ジルコニウム、炭化チタン、炭化タンタル、炭化タングステンが挙げられる。また、シート材４０を構成するセラミック材料には、バインダー等のその他成分が含まれていてもよい。

第１配線パターン４１ａに用いる第１導体ペーストに含まれる高融点金属材料は特に限定されるものではなく、公知のセラミックヒーターの製造に用いられる高融点金属材料を用いることができる。この高融点金属材料としては、例えば、Ｗ、Ｍｏ、Ｔａ、Ｎｂ、Ｔｉ、Ｒｅ、Ｎｉ、Ｃｒ等の高融点金属が挙げられる。第１配線パターン４１ａの印刷方法としては、とくに限定されないが、例えば、公知のスクリーン印刷を挙げることができる。

［第１乾燥工程］
第１印刷工程でシート材４０の表面に印刷された第１配線パターン４１ａを乾燥させる。乾燥方法としては、とくに限定されないが、例えば、シート材４０を電気乾燥機に入れて加熱する方法を挙げることができる。

［第２印刷工程］
図８に示すように、第１印刷工程で第１配線パターン４１ａを形成したシート材４０の表面に、配線パターン４１のうち給電部を構成する第２配線パターン４１ｂを印刷して給電部３０を形成する。第２配線パターン４１ｂは、シート材４０の第１方向において第１配線パターン４１ａが印刷された発熱領域４２ａに隣接した領域に印刷され、この領域が給電領域４２ｂとなる。第２配線パターン４１ｂの印刷に用いられるのは、高融点金属材料を含む第２導体ペーストである。発熱領域４２ａ及び給電領域４２ｂにより配線パターン領域４２が形成される。

第２配線パターン４１ｂに用いる第２導体ペーストに含まれる高融点金属材料は第１配線パターン４１ａに用いる第１導体ペーストと同様に特に限定されるものではない。また、第１導体ペーストと第２導体ペーストとは、同じ高融点金属材料を用いても、異なる高融点金属材料を用いても構わない。第２配線パターン４１ｂの印刷方法としては、とくに限定されないが、例えば、公知のスクリーン印刷を挙げることができる。

［第２乾燥工程］
第２印刷工程でシート材４０の表面に印刷された第２配線パターン４１ｂを乾燥させる。乾燥方法としては、とくに限定されないが、例えば、シート材４０を電気乾燥機に入れて加熱する方法を挙げることができる。

（シート材加工工程）
第１配線パターン４１ａ及び第２配線パターン４１ｂが形成されたシート材４０が図６に示される特定形状をなすように削除領域４０ａ及び削除領域４０ｂを削除する。図８に示すように、第１配線パターン４１ａ及び第２配線パターン４１ｂが印刷されている配線パターン領域４２と該配線パターンが印刷されていない非印刷領域は、シート材４０上において第１方向と平行な境界Ｋ１によって区画されている。境界Ｋ１によって区画される非印刷領域のうち削除領域４０ａは、第１端部側に位置し、削除領域４０ｂは、第２端部側に位置している。このシート材４０の非印刷領域のうち、削除されない領域がブランク領域４３となる。ブランク領域４３と削除領域４０ａとが境界Ｋ２によって区画され、ブランク領域４３と削除領域４０ｂとが境界Ｋ３によって区画されている。シート材４０の第１方向において、発熱領域４２ａと給電領域４２ｂとの境界Ｋ４は、ブランク領域４３と削除領域４０ａとの境界Ｋ２よりも内側（発熱領域側）に位置している。したがって、給電領域４２ｂは、シート材４０の第２方向において、ブランク領域４３と削除領域４０ａとの双方に隣接している。

図９に示すように、削除領域４０ａ及び削除領域４０ｂが削除されたシート材４０では、発熱領域４２ａと給電領域４２ｂとが第１方向に並設されるとともに、発熱領域４２ａとブランク領域４３とが第２方向に並設されて、給電領域４２ｂの一部が第１方向に突出している。したがって、シート材加工工程を経たシート材４０は、発熱領域４２ａ、給電領域４２ｂ、及びブランク領域４３を有し、全体としてＬ字状の特定形状をなす。

（巻き付け工程）
シート材加工工程を経たシート材４０は、芯材１３に巻き付けられる。芯材１３は、焼成することにより絶縁性のセラミックとなるセラミック材料からなる円柱状の棒材である。図１０に示すように、シート材４０を裏返し、シート材４０の発熱領域４２ａと給電領域４２ｂのあるシート材４０の端縁にシート材４０の第１方向に沿うように芯材１３を配置させる。

芯材１３の長さは、図９に示すように、シート材４０における発熱領域４２ａと給電領域４２ｂが位置する部分の第１方向の長さＬ３よりも長く構成されている。芯材１３は、他部材へ装着する際の傷付きを防止するために芯材１３の第２端部側の端部にはテーパ面１３ａが形成されている。芯材１３の円周は、シート材４０における発熱領域４２ａと給電領域４２ｂが位置する部分の第２方向の長さＬ４にほぼ等しく、シート材４０におけるブランク領域４３の第２方向の長さＬ５は、芯材１３にシート材４０を３周分、巻き付ける長さを有している。

芯材１３の形状は特に限定されるものではなく、円柱状以外に、円筒状、角柱状、角筒状等を採用することができる。芯材１３を構成するセラミック材料は特に限定されるものではなく、公知のセラミックヒーターの製造に用いられるセラミック材料を用いることができる。ただ、シート材４０を構成するセラミック材料と熱膨張係数が近いものであることが好ましく、同セラミック材料と同じであることがより好ましい。また、芯材１３を構成するセラミック材料には、バインダー等のその他成分が含まれていてもよい。また、芯材１３は焼成されたセラミックであってもよい。

図１１に示すように、発熱領域４２ａと給電領域４２ｂが外側となるように芯材１３にシート材４０を第２方向に沿って巻き付ける。この巻き付けによって、芯材被覆層１４が形成される。芯材１３の円周とシート材４０の長さＬ４との関係は上述のとおりほぼ等しく、芯材１３にシート材４０を１周分、巻き付けた状態では、第１配線パターン４１ａ及び第２配線パターン４１ｂが外周側に露出している。

図１１に示すように、発熱領域４２ａと給電領域４２ｂが巻き付けられた芯材１３は、さらに第２方向に沿ってブランク領域４３が巻き付けられる。ブランク領域４３の第２方向における長さは、発熱領域４２ａと給電領域４２ｂが巻き付けられた芯材１３に対してブランク領域４３による層が３層となるように設定されている。したがって、発熱領域４２ａと給電領域４２ｂが巻き付けられた芯材１３は、さらに３周にわたってブランク領域４３を巻き付ける。この巻き付けによって、第１被覆層１７ａ、第２被覆層１７ｂ、そして、第３被覆層１７ｃが形成され、それら各層の端面は、螺旋状をなすように形成されるのである。

シート材４０は、削除領域４０ａ及び削除領域４０ｂが削除されて全体としてＬ字状をなすように形成され、このシート材４０が巻き付け工程に供される。そのため、芯材１３にシート材４０を巻き付けた状態では、ブランク領域４３は、発熱領域４２ａの全体を被覆する。また、ブランク領域４３は、給電領域４２ｂのうち、第１方向の内側（第１配線パターン４１ａ側）部分を被覆するものの、第１方向の第１端部側を被覆しない。したがって、給電領域４２ｂのうち、第１方向の第１端部側は、外部に露出している。

（焼成工程）
巻き付け工程を経た成形体を焼成する。この焼成によって、成形体がセラミック化してセラミックヒーターが得られる。焼成工程における焼成条件は特に限定されるものではなく、セラミックヒーターの用途等に応じて適宜、設定することができる。また、焼成工程の前に乾燥工程や脱脂工程を行ってもよい。図２では、芯材１３とシート材４０との間に界面が示されているが、芯材１３とシート材４０とが同じ絶縁性セラミックで構成されている場合、焼成工程後に芯材１３とシート材４０との界面は消失させることができる。

なお、本発明のセラミックヒーターは、１個で製造することで説明がされているが、２個以上の多数個での製造を行なってもよい。多数個で行なった場合には、配線パターン形成工程もしくはシート材加工工程のいずれかで１個取りにするための裁断工程を行い、巻き付け工程、焼成工程を経ることでセラミックヒーターを製造することもできる。

上記のように得られたセラミックヒーターは、上述したとおり、大径部１０Ａ、中径部１０Ｂ、及び小径部１０Ｃを有している。大径部１０Ａは、芯材１３、芯材被覆層１４、第１被覆層１７ａ、第２被覆層１７ｂ、第３被覆層１７ｃ、芯材被覆層１４と第１被覆層１７ａとの間に設けられる発熱部２０、発熱部２０に接続されている給電部３０から構成されている。中径部１０Ｂは、芯材１３、芯材被覆層１４、芯材被覆層１４の表面に設けられている給電部３０から構成されている。小径部１０Ｃは、芯材１３から構成されている。

上記のように得られたセラミックヒーターは、自動車用の酸素センサー、グローシステム等における発熱源、及び半導体加熱用ヒーター、石油ファンヒーター等の石油気化器用熱源等として用いられる。

図１２に示されるように、例えばコップ型酸素センサーに適用される場合、先が閉じた先細筒状の検出素子５０にセラミックヒーターの第２端部側を挿入し、芯材１３又は第２端部を検出素子５０の内面に当接させて装着する。

本実施形態で得られたセラミックヒーターは、コップ型酸素センサーに収容させた。この後、酸素センサーからセラミックヒーターを取り出し、先端部を目視で確認すると、被覆部の欠けは確認されなかった。それに対して、外周部位と内周側部位が重なるように巻きつけられたセラミックヒーターを、同様の構成からなるコップ型酸素センサーに収容した後、先端部を目視で確認すると、被覆部の欠けが確認された。

次に、本実施形態の効果について記載する。
（１）第２端部の端面において、内周側部位が外周側部位に比べて第２端部の先端側に位置しており、第２端部は、第２端部の先端方向へ縮径している。したがって、セラミックヒーターの第２端部の端部領域における応力の集中が緩和され、端部領域での被覆層等が欠けることが抑制できる。その結果、セラミックヒーターでの機能性の低下を抑制することができる。特に、絶縁層の内側の軸部の端部領域における応力集中を分散させ、セラミックヒーターの耐久性をより向上できる。その結果、長期間の使用に対して問題の発生を抑制することができる。

（２）第２端部の端面は、本体部の軸方向と直交する方向から見た場合、同一直線状に形成されておらず、第２端部は、内周側部位から外径側部位にかけて段状に設けられている。第２端部の端部領域における応力集中の緩和を所定幅ごとに調整することができる。

（３）被覆部は、シート材を芯材に巻回することにより、形成される。したがって、シート材の巻回方向に対する左右幅Ｌ２を調整するのみで、第２端部における内周側部位と外周側部位の位置関係を容易に調整することができる。

（４）被覆部の第２端部は、本体部の軸方向と直交する方向から見た場合、段状に形成されている。したがって、例えば先が閉じた先細筒状の検出素子に適用される場合、検出素子にセラミックヒーターを挿入する際、挿入開口との接触に伴うチッピングの発生を低減することができる。

また、段状の形成される第２端部の外周部の位置を、検出素子装着時の検出素子の内周面の位置に合わせることにより、検出素子内面との当接ポイントを多くして応力を分散させ、チッピングの発生を低減することができる。それにより、センサーの性能の低下を抑制し、特に長期使用に対する信頼性を向上できる。

（５）第２端部は、本体部の軸方向と直交する方向から見た場合、本体部の軸方向における内周側部位と外周側部位の幅は、１．０ｍｍ以下であることが好ましい。したがって、被覆部における発熱部の被覆に与える影響を抑えつつ、第２端部における応力集中の緩和を図ることができる。なお、本体部の軸方向における内周側部位と外周側部位の幅は、０．５ｍｍ以下であることがより好ましい。かかる幅を０．５ｍｍ以下にした場合、応力集中の緩和が図ることができ、また外観でも問題とならない。

（６）シート材におけるブランク領域の第２方向の長さは、芯材にシート材を２周以上、巻き付けることができる長さに設定されている。したがって、発熱部の外周側に被覆部が２層以上形成されることになるため、被覆部に生じた亀裂等の欠陥が進展しがたい。そのため、発熱部が露出することを抑制することができる。

なお、本実施形態は、次のように変更して具体化することも可能である。また、上記実施形態の構成や以下の変更例に示す構成を適宜組み合わせて実施することも可能である。
・第２被覆層１７ｂは、省略して構成してもよい。かかる構成の場合、被覆部の第２端部は、本体部の軸方向と直交する方向から見た場合、第１被覆層１７ａの端部、及び第３被覆層１７ｃの端部によって段状に設けられている。

・被覆部の第２端部は、本体部の軸方向と直交する方向から見た場合、第１被覆層１７ａの端部、第２被覆層１７ｂの端部、及び第３被覆層１７ｃの端部によって段状に設けられている。各端部を分けて、さらに多くの段状に分けて構成してもよい。かかる構成により、第２端部の端部領域における応力集中の緩和をより細かく調整することができる。

・第１被覆層１７ａの端部と第２被覆層１７ｂの端部間、及び第２被覆層１７ｂの端部と第３被覆層１７ｃの端部間の本体部の軸方向における各幅は、同一であってもそれぞれ異なってもよい。

・セラミックヒーターの第２端部を他の部材に接触させて使用する場合、第２端部の外周部の位置を、他の部材の位置に合わせて構成してもよい。その場合、他の部材との接触面積を広くすることができるため、応力集中を分散させ、傷付きを低減することができる。

・第２端部は、本体部の軸方向と直交する方向から見た場合、第１被覆層１７ａの端部、第２被覆層１７ｂの端部、及び第３被覆層１７ｃの端部とが段状以外の形状であってもよい。例えば、全面又は一部がテーパ状の形状であってもよい。かかる形状がテーパ状の場合、第２端部の軸方向の端部位置をより均等に分散させることができる。したがって、第２端部領域における応力集中をより均等に分散させ、緩和することができる。

・ブランク領域４３の第２端部側の端縁のうち、第２端縁４５ｂ及び第３端縁４５ｃは、一直線状に傾斜する構成に限定されない。例えば、図１３（ａ）に示されるように、第２端縁４５ｂ及び第３端縁４５ｃが、第２方向に対して曲線状に傾斜してもよい。また、図１３（ｂ）に示されるように、第２端縁４５ｂ及び第３端縁４５ｃが、第２方向に対して階段状に形成されてもよい。これらの構成においても、芯材１３に巻回された時、第２端部における内周側部位は、第２端部における外周側部位に比べて第２端部の先端側に位置させて第２端部を先端へ向けて縮径させることができる。

・シート材加工工程において、ブランク領域４３の第２端部側の端縁を形成する際、境界Ｋ３に添った切り取り開始位置が、ブランク領域４３の第１端縁４５ａと第２端縁４５ｂの境界以外でもよい。例えば、ブランク領域４３の第１端縁４５ａ〜第３端縁４５ｃのいずれかであってもよく、また、配線パターン領域４２の第２端部側の側面のいずれかであってもよい。

・図１４に示されるように、第２端部の端部において、第２端部の先端方向へ縮径する構成は、ブランク領域４３の第２端部側の端縁が第２方向と平行に成形されたシート材４０を使用して形成してもよい。この場合、配線パターン４１を形成する縦方向部分２１がシート材４０の第１方向に対して平行ではなく傾斜している。芯材１３は、縦方向部分２１と平行に配され、巻き取られる。シート材４０の第２端部側の端縁は、第２端部において螺旋状に巻き取られる。それにより、第２端部は、第２端部の先端へ向けて縮径して形成される。かかる工程においては、第２端部の端面の形成において削除領域を削除する工程が不要となる。

・第２端部は、上述したセラミックヒーターの製造方法以外の方法で製造してもよい。例えば、巻回方向に平行に形成された端縁を有するブランク領域４３を、芯材１３に被覆し、その後、研削等により第１被覆層１７ａの端部、第２被覆層１７ｂの端部、及び第３被覆層１７ｃの端部を段状に形成してもよい。

・第１被覆層１７ａ、第２被覆層１７ｂ、第３被覆層１７ｃ、及び芯材被覆層１４は、それぞれ別々に成形し、芯材１３に巻き付けて製造してもよい。
・芯材１３を省略し、芯材被覆層１４のみから軸部を構成してもよい。

・本体部における第１被覆層１７ａ、第２被覆層１７ｂ、及び第３被覆層１７ｃの厚みの合計は、用途・目的等の観点から適宜設定される。例えば、酸素センサーに適用される場合、機能性及び耐久性等の観点から、好ましくは０．１〜１ｍｍ、より好ましくは０．３〜０．７ｍｍである。

・第１端部は、第２端部と同様に本体部の軸方向と直交する方向から見た場合、第１被覆層１７ａ〜第３被覆層１７ｃが段状に縮径、又は拡径するように構成されてもよく、段状に形成されず、端面の内周端部位から外周端部位にかけて延びる方向が本体部の径方向に延びている構成であってもよい。

・芯材１３の長さは適宜変更が可能である。上記実施形態の芯材１３の長さよりも長くして、第１端部側において、芯材被覆層１４に被覆されずに露出するように構成することも可能である。この場合、中径部１０Ｂの先端側に小径部が形成されることになる。また、上記実施形態の芯材１３の長さよりも短くして、第２端部側において、芯材１３の端面の位置を芯材被覆層１４の端面の位置と同じくしてもよい。この場合、大径部１０Ａに隣接する小径部１０Ｃは省略されることになる。

次に、上記実施形態及び別例から把握できる技術的思想について、それらの効果とともに以下に追記する。
・前記第２端部の端面は、一方向に旋回する螺旋状に形成されている前記セラミックヒーター。かかる構成においては、端面領域における応力集中をより均等に分散できる。

Ｐ…本体部の軸方向、Ｘ１…距離、１７ａ…第１被覆層、１７ｂ…第２被覆層、１７ｃ…第３被覆層、２０…発熱部、３０…給電部、５０…コップ型酸素センサーの検出素子。

Claims (4)

1. 柱状の軸部と該軸部の周面を被覆するとともに軸方向の長さが前記軸部よりも短い筒状の被覆部とを有しセラミックからなる本体部と、前記本体部の内部に設けられる抵抗発熱体からなる発熱部と、前記発熱部に接続されている給電部とを備えるセラミックヒーターであって、
   前記被覆部は、前記給電部が配置される側に位置する第１端部と前記給電部が配置される側とは反対側に位置する第２端部とを有し、前記第２端部における内周側部位は、前記第２端部における外周側部位に比べて前記第２端部の先端側にあることを特徴とするセラミックヒーター。
2. 前記第２端部は、前記本体部の軸方向と直交する方向から見た場合、前記内周側部位から外径側部位にかけて段状に設けられている請求項１に記載のセラミックヒーター。
3. コップ型酸素センサーに適用される請求項１又は２に記載のセラミックヒーター。
4. 前記第２端部は、前記本体部の軸方向と直交する方向から見た場合、前記本体部の軸方向における前記内周側部位と外周側部位との距離は、１．０ｍｍ以下である請求項１〜３のいずれか一項に記載のセラミックヒーター。