JP2019128124A - 筒状部材付きセラミックヒータ及びグロープラグ - Google Patents

Abstract

【課題】セラミックヒータを破損し難くできる筒状部材付きセラミックヒータを提供すること。【解決手段】筒状部材付きセラミックヒータは、絶縁性セラミックからなり軸線に沿って延びる基体と、基体に埋設された発熱部を備え導電性セラミックからなる導体と、を備えるセラミックヒータと、基体のうち発熱部を埋設した部分を少なくとも露出させつつ軸線に沿って基体を保持する筒状部材と、を備え、セラミックヒータは、基体のうち筒状部材から露出した部分の表面に研削痕が形成される。軸線と直交する方向から見たときに、研削痕のうち少なくとも筒状部材に連なる第１研削痕と、第１仮想線を通り軸線に平行な仮想線と、のなす角は８０°以下である。【選択図】図２

Description

本発明は筒状部材付きセラミックヒータ及びグロープラグに関し、特にセラミックヒータを破損し難くできる筒状部材付きセラミックヒータ及びグロープラグに関するものである。

導電性セラミックからなる導体が絶縁性セラミックからなる基体に埋め込まれたセラミックヒータが知られている。この種のセラミックヒータの製造方法として、未焼成導体が未焼成基体に埋め込まれた中間成形体を焼成して焼成体を形成した後、この焼成体の表面を研磨・研削することで、セラミックヒータの寸法や形状を整えることが知られている（特許文献１）。さらに、特許文献１に開示される技術では、得られたセラミックヒータを外筒と称する筒状部材に挿通し、セラミックヒータの一部分が筒状部材から露出した状態でセラミックヒータを筒状部材が保持する。

特開２０１７−５３６１９号公報

上記技術では、セラミックヒータに荷重が加わると、セラミックヒータのうち筒状部材から露出した部分に設けられた研削痕の影響により、セラミックヒータが破損するおそれがある。

本発明はこの問題点を解決するためになされたものであり、セラミックヒータを破損し難くできる筒状部材付きセラミックヒータ及びグロープラグを提供することを目的とする。

この目的を達成するために本発明の筒状部材付きセラミックヒータは、絶縁性セラミックからなり軸線に沿って延びる棒状の基体と、基体に埋設された発熱部を備え導電性セラミックからなる導体と、を備えるセラミックヒータと、基体のうち発熱部を埋設した部分を少なくとも露出させつつ軸線に沿って基体を保持する筒状部材と、を備える。セラミックヒータは、基体のうち筒状部材から露出した部分の表面に研削痕が形成される。筒状部材付きセラミックヒータを軸線と直交する方向から見たときに、研削痕のうち少なくとも筒状部材に連なる第１研削痕と、第１研削痕を通り軸線に平行な仮想線と、のなす角は８０°以下である。

また、本発明のグロープラグは、セラミックヒータと、セラミックヒータを保持する筒状部材と、筒状部材を保持するハウジングと、を備えるものであり、上述の筒状部材付きセラミックヒータを備えている。

請求項１記載の筒状部材付きセラミックヒータによれば、セラミックヒータの基体に形成された研削痕のうち少なくとも筒状部材に連なる第１研削痕と、第１研削痕を通り軸線に平行な仮想線と、のなす角を８０°以下としている。このセラミックヒータと物体との接触等により、軸線に略直交する方向（以下「略直交方向」と称す）からの荷重（以下「横荷重」と称す）がセラミックヒータに加えられると、セラミックヒータの露出した部分と筒状部材との境界付近の基体の表面に軸線方向の引張応力が集中し、これに起因して略直交方向にクラックが進展しようとする。これを防ぐため、第１研削痕と仮想線とのなす角を８０°以下にすることで、クラックが進展しようとする略直交方向における第１研削痕の長さを短くできる。その結果、第１研削痕に沿ってクラックを進展し難くできるので、セラミックヒータを破損し難くできる。

なお、筒状部材付きセラミックヒータを軸線と直交する方向から見たときに、第１研削痕が直線状の場合には、第１研削痕に沿う直線と仮想線とのなす角が８０°以下であれば良い。第１研削痕が曲線状の場合には、第１研削痕の所定位置における第１研削痕の接線と仮想線とのなす角が８０°以下であれば良い。つまり、第１研削痕が曲線状の場合には、第１研削痕のいずれの位置においても仮想線とのなす角が８０°以下であれば良い。

請求項２記載の筒状部材付きセラミックヒータによれば、研削痕と、その研削痕を通り軸線に平行な仮想線と、のなす角はいずれも８０°以下なので、筒状部材から離れた部分も研削痕に沿ってクラックを進展し難くできる。よって、請求項１の効果に加え、セラミックヒータをより破損し難くできる。

なお、筒状部材付きセラミックヒータを軸線と直交する方向から見たときに、研削痕が直線状の場合には、研削痕に沿う直線と仮想線とのなす角が８０°以下であれば良い。研削痕が曲線状の場合には、研削痕の所定位置における研削痕の接線と仮想線とのなす角が８０°以下であれば良い。つまり、研削痕が曲線状の場合には、研削痕のいずれの位置においても仮想線とのなす角が８０°以下であれば良い。

請求項３記載の筒状部材付きセラミックヒータによれば、セラミックヒータの研削痕のうち少なくとも発熱部が位置する軸線方向の領域に設けられた第２研削痕と、第２研削痕を通り軸線に平行な仮想線と、のなす角は２０°以上である。このセラミックヒータの基体のうち発熱部が位置する領域は、基体のうち発熱部以外の導体が位置する領域に比べて高温になる。従って、セラミックヒータに熱衝撃が与えられると、基体のうち発熱部が位置する領域の熱応力が最大になる。そして、この熱応力は基体の表面の略直交方向の引張応力となり、これに起因して軸線方向にクラックが進展しようとする。これを防ぐため、第２研削痕と仮想線とのなす角を２０°以上にすることで、クラックが進展しようとする軸線方向における第２研削痕の長さを短くできる。その結果、第２研削痕に沿ってクラックを進展し難くできるので、請求項１又は２の効果に加え、熱衝撃によりセラミックヒータを破損し難くできる。

なお、第２研削痕は、基体のうち発熱部が位置する軸線方向の領域に設けられていれば良く、第２研削痕の全体がこの領域内に設けられているものはもちろん、第２研削痕の一部がこの領域に設けられているものも含まれる。

なお、筒状部材付きセラミックヒータを軸線と直交する方向から見たときに、第２研削痕が直線状の場合には、第２研削痕に沿う直線と仮想線とのなす角が２０°以上であれば良い。第２研削痕が曲線状の場合には、第２研削痕の所定位置における第２研削痕の接線と仮想線とのなす角が２０°以上であれば良い。つまり、第２研削痕が曲線状の場合には、第２研削痕のいずれの位置においても仮想線とのなす角が２０°以上であれば良い。

請求項４記載の筒状部材付きセラミックヒータによれば、研削痕と、その研削痕を通り軸線に平行な仮想線と、のなす角はいずれも２０°以上なので、基体のうち発熱部以外の導体を取り囲む領域も、熱衝撃による研削痕に沿ったクラックの進展を抑制できる。よって、請求項３の効果に加え、セラミックヒータをより破損し難くできる。

なお、筒状部材付きセラミックヒータを軸線と直交する方向から見たときに、研削痕が直線状の場合には、研削痕に沿う直線と仮想線とのなす角が２０°以上であれば良い。研削痕が曲線状の場合には、研削痕の所定位置における研削痕の接線と仮想線とのなす角が２０°以上であれば良い。つまり、研削痕が曲線状の場合には、研削痕のいずれの位置においても仮想線とのなす角が２０°以上であれば良い。

請求項５記載のグロープラグによれば、請求項１から４のいずれかに記載の筒状部材付きセラミックヒータを備えるので、請求項１から４のいずれかと同様の効果がある。

本発明の一実施の形態における筒状部材付きセラミックヒータを備えるグロープラグの片側断面図である。 筒状部材付きセラミックヒータの片側断面図である。 （ａ）は筒状部材付きセラミックヒータの側面図であり、（ｂ）は比較例における筒状部材付きセラミックヒータの側面図である。 （ａ）はセラミックヒータの側面図であり、（ｂ）は比較例におけるセラミックヒータの側面図である。

以下、本発明の好ましい実施の形態について添付図面を参照して説明する。図１は本発明の一実施の形態における筒状部材付きセラミックヒータ１０を備えるグロープラグ４０の片側断面図である。図１では紙面下側を筒状部材付きセラミックヒータ１０及びグロープラグ４０の先端側、紙面上側を筒状部材付きセラミックヒータ１０及びグロープラグ４０の後端側という。

図１に示すように筒状部材付きセラミックヒータ１０は、セラミックヒータ１１と、セラミックヒータ１１を保持する筒状部材３０と、を備えている。セラミックヒータ１１は、基体１２と、基体１２の内部に埋め込まれた導体１３と、を備えている。

基体１２は絶縁性セラミックからなる部材であり、本実施の形態では略円柱状に形成されている。基体１２を構成する絶縁性セラミックに含まれる絶縁材料は、例えばＳｉ_３Ｎ_４，ＡｌＮ，サイアロン，Ａｌ_２Ｏ_３等が挙げられる。本実施の形態では、基体１２はＳｉ_３Ｎ_４を主成分とする絶縁性セラミックである。

導体１３は導電性セラミックからなる部材である。導体１３を構成する導電性セラミックには、例えばＳｉ_３Ｎ_４，ＡｌＮ，サイアロン，Ａｌ_２Ｏ_３等の絶縁材料の１種または２種以上が含まれている。なお、基体１２と導体１３の物理的性質や化学的性質を近づけるため、導体１３に含まれる絶縁材料の材質は、絶縁性セラミックに含まれる絶縁材料の材質と同一であることが好ましい。本実施の形態では、導体１３に含まれる絶縁材料はＳｉ_３Ｎ_４を主成分とする。

導体１３を構成する導電性セラミックに含まれる導電材料は、例えばＷ，Ｔａ，Ｎｂ，Ｔｉ，Ｍｏ，Ｚｒ，Ｈｆ，Ｖ，Ｃｒの各珪化物、炭化物、ホウ化物および窒化物などから選ばれる１種または２種以上が挙げられる。基体１２を構成する絶縁性セラミックがＳｉ_３Ｎ_４やＡｌＮを主成分とする場合には、導電材料はＷＣ等のＷ炭化物やＭｏＳｉ_２等のＭｏ珪化物が好適である。Ｗ炭化物やＭｏ珪化物はＳｉ_３Ｎ_４やＡｌＮと熱膨張率が近いからである。本実施の形態では導電材料はＷ炭化物を主成分とする。

導体１３に占める導電材料の割合は、要求される導体１３の抵抗値に応じて、適宜設定される。なお、導電材料の熱膨張率は絶縁材料の熱膨張率に比べて大きいので、熱膨張率の差によって導体１３に生じる応力を抑制するため、導体１３の全体の体積に占める導電材料の体積の割合は２０〜４０体積％に設定されるのが好ましい。

導体１３は、基体１２の先端側に配置された発熱部１４と、発熱部１４から後端側へ向けて延びる一対のリード部１５と、を備えている。発熱部１４はＵ字状に形成され、リード部１５は棒状に形成されると共に発熱部１４の両端に接続する。リード部１５は、発熱部１４に電力を供給する部位である。発熱部１４の断面積はリード部１５の断面積より狭いので、発熱部１４を構成する導電性セラミックの材質がリード部１５を構成する導電性セラミックの材質と同じでも、発熱部１４の抵抗をリード部１５の抵抗よりも大きくできる。その結果、発熱部１４の発熱量をリード部１５の発熱量よりも大きくできるので、発熱部１４を選択的に発熱させることができる。なお、発熱部１４及びリード部１５の断面積を異ならせるのではなく、比抵抗がリード部１５の比抵抗よりも高い材質を発熱部１４に採用して、発熱部１４を選択的に発熱させることは当然可能である。

一対のリード部１５の後端側には、径方向の外側に延びる電極部１６，１７がそれぞれ設けられている。電極部１６，１７は、電源電圧が印加される端子の役目を果たす部位であり、基体１２の表面に露出している。電極部１７は、電極部１６よりも軸線Ｏ方向の後端側に配置されている。

筒状部材３０は、セラミックヒータ１１のうち発熱部１４が埋め込まれた部分を少なくとも露出させて軸線Ｏ方向に沿って基体１２を保持する部材である。本実施の形態では、筒状部材３０はセラミックヒータ１１が圧入される略円筒状の金属製（例えばステンレス鋼等）である。

筒状部材３０は、セラミックヒータ１１の電極部１６に接触する。筒状部材３０は主体金具４１（後述する）の先端に接合される。筒状部材３０は、筒部３１の後端側に厚肉部３２及び係合部３３が形成されている。係合部３３は厚肉部３２よりも後端側に配置され、係合部３３の外径は厚肉部３２の外径よりも小さい。筒状部材３０は、係合部３３が主体金具４１の軸孔４２に嵌められ、厚肉部３２が主体金具４１の先端に突き当てられる。

次にグロープラグ４０について説明する。グロープラグ４０は、筒状部材付きセラミックヒータ１０、主体金具４１（ハウジング）及び中軸４５を備えている。

主体金具４１は、軸線Ｏに沿う軸孔４２が形成された略円筒状の金属製（例えば炭素鋼やステンレス鋼等）の部材である。主体金具４１は、軸線Ｏ方向の略中央の外周面にねじ部４３が形成され、ねじ部４３よりも後端側の外周面に工具係合部４４が形成されている。ねじ部４３は、エンジン（図示せず）に形成されたねじ穴に係合する部位である。工具係合部４４は、エンジンのねじ穴にねじ部４３を締め付けるときに、レンチ等の工具を係合させる部位である。

中軸４５は金属製の円柱状の部材である。中軸４５の先端側は軸孔４２に収容され、中軸４５の後端側は主体金具４１から突出する。絶縁部材４６は中軸４５を囲むリング状の部材であり、主体金具４１の軸孔４２に配置されている。絶縁部材４６は主体金具４１に中軸４５を固定する。絶縁部材４６は、主体金具４１と中軸４５との間を電気的に絶縁すると共に、主体金具４１と中軸４５との間を気密封止する。

絶縁部材４７は中軸４５を囲む筒状部４８及びフランジ部４９を備える部材であり、絶縁部材４６よりも後端側の軸孔４２に配置されている。フランジ部４９は、筒状部４８よりも後端側において中軸４５を囲んで配置されている。絶縁部材４７は、主体金具４１と中軸４５との間、及び、主体金具４１とスリーブ５０との間を電気的に絶縁する。

スリーブ５０は略円筒状の金属製の部材であり、フランジ部４９に接した状態で、主体金具４１の後端から突出した中軸４５を囲む。スリーブ５０は塑性変形され、中軸４５に加締め固定されている。スリーブ５０は絶縁部材４７の脱落を防止する。

電極リング５１はセラミックヒータ１１を囲む金属製の部材であり、セラミックヒータ１１の電極部１７に接触する。中軸４５と電極リング５１との間はリード線５２によって電気的に接続される。グロープラグ４０の中軸４５と主体金具４１との間に電圧が印加されると、セラミックヒータ１１の電極部１６，１７から発熱部１４に通電される。

筒状部材付きセラミックヒータ１０は、例えば以下のような方法によって製造される。まず、セラミックヒータ１１の基体１２及び導体１３の原料を調製する。基体１２の原料は、絶縁性セラミックの原料粉末を混合粉砕し、ニーダー（混練機）を用いてこの混合物にバインダ等を混練し、その後ペレット化して得られる。導体１３の原料は、導電材料の原料粉末と絶縁材料の原料粉末とを混合粉砕し、ニーダーを用いてこの混合物にバインダ等を混練し、その後ペレット化して得られる。

導体１３の原料を射出成形することにより、導体１３の成形体を得る。次いで、導体１３の成形体を金型のキャビティ内に配置した後、基体１２の原料を射出成形することにより（いわゆる２色成形）、基体１２の成形体に導体１３の成形体が埋め込まれたセラミックヒータ１１の成形体が得られる。

セラミックヒータ１１の成形体を所定の温度で焼成することにより、セラミックヒータ１１の焼成体が得られる。いわゆるホットプレス焼成を行っても良い。次いで、焼成体に研削加工が行われる。研削加工は、例えば、研削砥石、調整砥石およびブレードを焼成体に接触させた状態で研削砥石および調整砥石を回転し、焼成体を回転させながら軸線Ｏ方向へ送るスルーフィード方式のセンタレス研削が用いられる。これにより基体１２の直径の寸法精度を向上できる。電極部１６，１７が基体１２に埋没している場合には、基体１２の外周面の研削により、電極部１６，１７を基体１２の表面に露出させることができる。

図２を参照して、セラミックヒータ１１の基体１２の表面に残る研削痕１８，１９，２０について説明する。図２は筒状部材付きセラミックヒータ１０の全断面図の半分（紙面左側）及び外形図の半分（紙面右側）を、軸線Ｏを境に組み合わせた片側断面図である。図２では筒状部材付きセラミックヒータ１０の後端側の図示が省略されている。図２の部分拡大図（円で囲まれた部分）は、基体１２の表面の研削痕１８，１９，２０が軸線Ｏの位置で途切れないようにするため、片側断面図の断面図の部分（紙面左側）にも外形図が図示されている。

基体１２のうち少なくとも筒状部材３０から露出した部分の表面に研削痕１８，１９，２０が形成されている。研削痕１８，１９，２０は、焼成体の研削加工のときについたツールマーク（切削痕、研磨痕、ホイールマーク等ともいう）である。なお、本実施形態では基体１２にスルーフィード方式のセンタレス研削が施されるので、セラミックヒータ１１の球冠状の先端面および平面状の後端面を除いて、基体１２の外周面の全体に研削痕１８，１９，２０が形成されている。

研削痕１８，１９，２０は、光学顕微鏡や拡大鏡等の対象物を拡大する道具を用いて、軸線Ｏと直交する方向（図２紙面垂直方向）から筒状部材付きセラミックヒータ１０を観察することにより検出される。光学顕微鏡等を用いることなく、ＣＣＤ等の撮像素子に結像した筒状部材付きセラミックヒータ１０の画像を拡大して研削痕１８，１９，２０を検出しても良い。

研削痕１８は、筋目の方向の一部が筒状部材３０で隠蔽されることにより、筒状部材３０に連なる。つまり、研削痕１８は第１研削痕１８である。第１研削痕１８と軸線Ｏに平行な仮想線２２とのなす角θ（鋭角側）は２０°〜８０°である。第１研削痕１８の角θを特定するための仮想線２２は、第１研削痕１８を通る直線であって、軸線Ｏに平行な直線である。なお、仮想線２２は第１研削痕１８毎に設定される。本実施形態では、第１研削痕１８と筒状部材３０との交点を通るように仮想線２２が設定される。

研削痕２０は、基体１２のうち発熱部１４が位置する軸線方向の領域（いわゆる発熱部１４を取り囲む領域）に形成されている。つまり、研削痕２０は第２研削痕２０である。第２研削痕２０と軸線Ｏに平行な仮想線２２とのなす角θ（鋭角側）は２０°〜８０°である。第２研削痕２０の角θを特定するための仮想線２２は、第２研削痕２０を通る直線であって、軸線Ｏに平行な直線である。仮想線２２は第２研削痕２０毎に設定される。

研削痕１９は、第１研削痕１８及び第２研削痕２０以外の研削痕である。研削痕１９と軸線Ｏに平行な仮想線２２とのなす角θ（鋭角側）は２０°〜８０°である。研削痕１９の角θを特定するための仮想線２２は、研削痕１９を通る直線であって、軸線Ｏに平行な直線である。仮想線２２は研削痕１９毎に設定される。

なお、研削痕１８，１９，２０が形成された基体１２の軸線Ｏ方向における算術平均粗さＲａは０．１〜２．０μｍである。算術平均粗さＲａはＪＩＳ Ｂ０６０１：２００１に基づいて測定される。研削痕１８，１９，２０の筋目と直交する方向における幅は０．２〜２．０μｍである。

第１研削痕１８と仮想線２２とのなす角θと基体１２に生じるクラックの進展との関係を、図３を参照して説明する。図３（ａ）は筒状部材付きセラミックヒータ１０の側面図である。軸線Ｏと直交する方向（図３（ａ）紙面垂直方向）から筒状部材付きセラミックヒータ１０を見たときの、基体１２の第１研削痕１８及び研削痕１９が模式的に図示されている。第１研削痕１８は、第１研削痕１８と仮想線２２とのなす角θが２０°〜８０°に設定されている。

図３（ｂ）は比較例における筒状部材付きセラミックヒータ１００の側面図である。軸線Ｏと直交する方向（図３（ｂ）紙面垂直方向）から筒状部材付きセラミックヒータ１００を見たときの、セラミックヒータ１０１の基体１０２の研削痕１０３が模式的に図示されている。研削痕１０３は研削痕１０３と仮想線２２とのなす角θが８７°〜８９°に設定されている。図３（ａ）及び図３（ｂ）では筒状部材付きセラミックヒータ１０，１００の軸線方向の両側の図示が省略されている。

筒状部材付きセラミックヒータ１０，１００を備えるグロープラグ４０（図１参照）は、エンジン（図示せず）に形成されたねじ穴に主体金具４１のねじ部４３を係合して使用される。グロープラグ４０をねじ穴に取り付けるとき等にセラミックヒータ１１をエンジン等にぶつけてしまうと、軸線Ｏと略直交する方向（図３上下方向）の横荷重Ｆがセラミックヒータ１１，１０１に加えられる。このとき、セラミックヒータ１１，１０１の筒状部材３０から露出した部分と筒状部材３０との境界付近の基体１２，１０２の表面に、軸線Ｏ方向の引張応力Ｔ１が集中する。すると、引張応力Ｔ１に起因するクラックが生じ、基体１２，１０２の略直交方向に進展しようとする。

図３（ｂ）に示す比較例における筒状部材付きセラミックヒータ１００では、研削痕１０３が、クラックが進展しようとする略直交方向に沿って基体１０２の表面に設けられている。つまり、クラックが進展しようとする略直交方向における研削痕１０３の長さが長いので、研削痕１０３に沿ってクラックが進展し易い。

これに対し、図３（ａ）に示す本実施形態のセラミックヒータ１１は、第１研削痕１８と仮想線２２とのなす角θが８０°以下である。よって、図３（ｂ）に示すように研削痕１０３と仮想線２２とのなす角θが８０°よりも大きい場合に比べて、クラックが進展しようとする略直交方向における第１研削痕１８の長さを短くできる。角度θが小さくなるにつれて、略直交方向における第１研削痕１８の長さは第１研削痕１８の幅方向の寸法に近づくからである。その結果、第１研削痕１８に沿ってクラックを進展し難くできるので、セラミックヒータ１１を破損し難くできる。

第２研削痕２０と仮想線２２とのなす角θと基体１２に生じるクラックの進展との関係を、図４を参照して説明する。図４（ａ）はセラミックヒータ１１の側面図である。軸線Ｏと直交する方向（図４（ａ）紙面垂直方向）からセラミックヒータ１１を見たときの、基体１２の第２研削痕２０及び研削痕１９が模式的に図示されている。第２研削痕２０は、第２研削痕２０と仮想線２２とのなす角θが２０°〜８０°に設定されている。

図４（ｂ）は比較例におけるセラミックヒータ２００の側面図である。軸線Ｏと直交する方向（図４（ｂ）紙面垂直方向）からセラミックヒータ２００を見たときの、基体２０１の研削痕２０２が模式的に図示されている。研削痕２０２は研削痕２０２と仮想線２２とのなす角θが１°〜３°に設定されている。図４（ａ）及び図４（ｂ）ではセラミックヒータ１１，２００の軸線方向の後端側の図示が省略されている。

セラミックヒータ１１，２００は、基体１２，２０１のうち発熱部１４が位置する領域２３（発熱部１４を取り囲む領域２３）が、基体１２，２０１のうち発熱部１４以外の導体１３（図２参照）を取り囲む領域に比べて高温になる。従って、セラミックヒータ１１，２００に熱衝撃（セラミックヒータ１１，２００の表面の急激な冷却）が与えられると、セラミックヒータ１１，２００の径方向の温度分布によって、基体１２，２０１のうち発熱部１４を取り囲む領域２３の熱応力が最大になることが多い。そして、この熱応力は基体１２，２０１の表面に集中し、略直交方向の引張応力Ｔ２となる。すると、引張応力Ｔ２に起因するクラックが生じ、基体１２，２０１の軸線方向に進展しようとする。

図４（ｂ）に示す比較例におけるセラミックヒータ２００では、研削痕２０２が、クラックが進展しようとする軸線Ｏ方向に沿って基体２０１の表面に設けられている。つまり、クラックが進展しようとする軸線方向における研削痕２０２の長さが長いので、研削痕２０２に沿ってクラックが進展し易い。

これに対し、図４（ａ）に示す本実施形態のセラミックヒータ１１は、第２研削痕２０と仮想線２２とのなす角θが２０°以上である。よって、図４（ｂ）に示すように研削痕２０２と仮想線２２とのなす角θが２０°よりも小さい場合に比べて、クラックが進展しようとする軸線Ｏ方向における第２研削痕２０の長さを短くできる。角度θが大きくなるにつれて、軸線方向における第２研削痕２０の長さは第２研削痕２０の幅方向の寸法に近づくからである。その結果、第２研削痕２０に沿う熱衝撃によるクラックを進展し難くできるので、セラミックヒータ１１を破損し難くできる。

本発明を実施例によりさらに詳しく説明するが、本発明はこの実施例に限定されるものではない。

（サンプルの作成）
基体１２に形成された研削痕の角度θが異なる種々のセラミックヒータ１１を作成し、これを筒状部材３０が保持する種々のグロープラグ４０のサンプル１〜７を作成した。まず、Ｓｉ_３Ｎ_４を主成分とする絶縁性セラミックの原料粉末を混合粉砕し、ニーダー（混練機）を用いてこの混合物にバインダ等を混練し、その後ペレット化して基体１２の原料を調製した。同様に、ＷＣの原料粉末とＳｉ_３Ｎ_４の原料粉末とを混合粉砕し、ニーダーを用いてこの混合物にバインダ等を混練し、その後ペレット化して導体１３の原料を調製した。

導体１３の原料を射出成形することにより、導体１３の成形体を得た。この成形体を金型のキャビティ内に配置した後、基体１２の原料を射出成形することにより、基体１２の成形体に導体１３の成形体が埋め込まれた棒状のセラミックヒータ１１の成形体を得た。この成形体を所定の温度で焼成した後、種々の送り速度に設定したスルーフィード方式のセンタレス研削を焼成体に施すことにより、直径３．１ｍｍの円柱状の種々のセラミックヒータ１１を得た。

軸線Ｏ方向に２８ｍｍの長さだけセラミックヒータ１１が先端から突き出るように筒状部材３０にセラミックヒータ１１を圧入した後、主体金具４１及び中軸４５等を組み付け、サンプル１〜７におけるグロープラグ４０を得た。セラミックヒータ１１（研削後）の軸線Ｏ方向における基体１２の算術平均粗さＲａは０．２μｍであった。

光学顕微鏡を用いて１００倍に拡大した状態で、軸線Ｏと直交する方向から各サンプルを観察し、筒状部材３０に連なる第１研削痕１８の中から無作為に１０本の第１研削痕１８を抽出した。次いで、仮想線２２と１０本の第１研削痕１８とのなす角θをそれぞれ測定した。その角度θの最小値および最大値を表１に記した。

同様にして、セラミックヒータ１１の基体１２のうち、基体１２に埋設された発熱部１４が位置する領域２３に形成された第２研削痕２０の中から無作為に１０本の第２研削痕２０を抽出し、仮想線２２と１０本の第２研削痕２０とのなす角θをそれぞれ測定した。その角度θの最小値および最大値は、仮想線２２と１０本の研削痕１８とのなす角θの最小値および最大値と同じ、若しくは、その最小値と最大値との範囲内に含まれるものであった。

同様にして、セラミックヒータ１１のうち、筒状部材３０の先端から先端側に向かって１４ｍｍ離れた位置に形成された研削痕１９の中から無作為に１０本の研削痕１９を抽出し、仮想線２２と１０本の研削痕１９とのなす角θをそれぞれ測定した。その角度θの最小値および最大値は、仮想線２２と１０本の第１研削痕１８とのなす角θの最小値および最大値と同じ、若しくは、その最小値と最大値との範囲内に含まれるものであった。

各サンプルを２本ずつ準備し、各サンプルに曲げ試験および熱衝撃試験を行った。曲げ試験は、筒状部材３０を固定し、セラミックヒータ１１の先端から後端側へ１ｍｍ離れた位置に横荷重を加え、セラミックヒータ１１が破断した最大荷重（Ｎ）を測定した。サンプル１の最大荷重よりも最大荷重が大きいサンプルを「良い（〇）」、サンプル１の最大荷重よりも最大荷重が小さいサンプルを「劣る（×）」と判定した。サンプル１は、第１研削痕１８と仮想線２２とのなす角θが最も大きく、８０°よりも大きい。結果は表１に記した。

熱衝撃試験は、まず、グロープラグ４０の中軸４５と主体金具４１との間に電圧を印加し、セラミックヒータ１１の先端近傍の表面の温度を１３００℃にした。セラミックヒータ１１の温度測定は放射温度計を用いて行った。この状態で、セラミックヒータ１１の最高温度（１３００℃）を示す部分に３ｍｌの常温（２５〜３０℃）の水を一気に掛け、直ちに電圧の印加を止めた。セラミックヒータ１１が常温になった後、セラミックヒータ１１の先端近傍を蛍光浸透液に浸漬し、余剰の浸透液を除去した後、現像することによりクラックの有無を判定した。セラミックヒータ１１にクラックが発見されなかったサンプルは「良い（〇）」、クラックが発見されたサンプルは「劣る（×）」と判定した。結果は表１に記した。

表１に示すように曲げ試験においては、第１研削痕１８の角度θが８０°以下のサンプル３〜７が良い評価であった。サンプル２は破面の一部が第１研削痕１８に沿っていた。従って、筒状部材３０に連なる第１研削痕１８と仮想線２２とのなす角θを８０°以下にすることにより、セラミックヒータ１１の横荷重による破損を抑制できることが明らかになった。

熱衝撃試験においては、第２研削痕２０の角度θが２０°以上のサンプル１〜６が良い評価であった。サンプル７は破面の一部が研削痕１９及び第２研削痕２０に沿っていた。従って、発熱部１４が位置する領域２３の第２研削痕２０と仮想線２２とのなす角θを２０°以上にすることにより、セラミックヒータ１１の熱衝撃による破損を抑制できることが明らかになった。

以上、実施の形態に基づき本発明を説明したが、本発明は上記実施の形態に何ら限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で種々の改良変形が可能であることは容易に推察できるものである。

実施形態では、セラミックヒータ１１の基体１２が円柱状に形成される筒状部材付きセラミックヒータ１０について説明したが、必ずしもこれに限られるものではない。基体１２の形状は用途に応じて適宜設定できる。例えば、基体の軸線Ｏに直交する断面を楕円状、多角状等の形状にすることは当然可能である。

実施形態では、筒状部材３０の内周面が円筒状に形成される筒状部材付きセラミックヒータ１０について説明したが、必ずしもこれに限られるものではない。筒状部材の内周面の形状は、筒状部材が保持するセラミックヒータの形状に応じて適宜設定される。例えば、基体の軸線Ｏに直交する断面の形状が楕円状、矩形等の多角状等の場合、筒状部材の軸線Ｏに直交する断面における内周面の形状も楕円形、多角状等にされる。

実施形態では、筒状部材３０が金属製の場合について説明したが、必ずしもこれに限られるものではない。筒状部材をポリカーボネート、ポリアミド、ポリブチレンテレフタレート、ふっ素樹脂等の合成樹脂製にすることは当然可能である。

実施形態では、射出成形によってセラミックヒータ１１の成形体を製造する場合について説明したが、これは一例であり、公知の他の製造方法を採用できる。例えば、射出成形ではなく、導体１３や基体１２の原料粉末のプレス成形により成形体を得ることは当然可能である。また、導体１３の射出成形と基体１２のプレス成形とを組み合わせて成形体を得ることは当然可能である。

実施形態では、セラミックヒータ１１の焼成体の表面をセンタレス研削によって成形する場合について説明したが、必ずしもこれに限られるものではない。焼成体の成形手段（研削、切削、研磨など）は、セラミックヒータの形状や大きさ等によって適宜設定される。センタレス研削以外の他の成形手段としては、例えば、砥石等を用いた円筒研削、平面研削、バイト等を用いた切削、研磨布紙などの研磨材を用いた研磨などが挙げられる。

実施形態では、筒状部材付きセラミックヒータ１０がグロープラグ４０に用いられる場合について説明したが、必ずしもこれに限られるものではない。バーナーの着火用ヒータ、ガスセンサの加熱用ヒータ、ＤＰＦ（Diesel particulate filter）に筒状部材付きセラミックヒータ１０を用いることは当然可能である。

実施形態では、セラミックヒータ１１を保持する筒状部材３０が主体金具４１に固定されたグロープラグ４０について説明したが、必ずしもこれに限られるものではない。例えば、セラミックヒータ１１が筒状部材と共に変位可能となるように主体金具に保持されるグロープラグ（いわゆるヒータ付き圧力センサ）とすることは当然可能である。

１０ 筒状部材付きセラミックヒータ
１１ セラミックヒータ
１２ 基体
１３ 導体
１４ 発熱部
１８ 第１研削痕（研削痕の一部）
１９ 研削痕
２０ 第２研削痕（研削痕の一部）
２２ 仮想線
２３ 発熱部が位置する領域
３０ 筒状部材
４０ グロープラグ
４１ 主体金具（ハウジング）
Ｏ 軸線

Claims (5)

1. 絶縁性セラミックからなり軸線に沿って延びる棒状の基体と、前記基体に埋設された発熱部を備え導電性セラミックからなる導体と、を備えるセラミックヒータと、
   前記基体のうち前記発熱部を埋設した部分を少なくとも露出させつつ前記軸線に沿って前記基体を保持する筒状部材と、を備える筒状部材付きセラミックヒータであって、
   前記セラミックヒータは、前記基体のうち前記筒状部材から露出した部分の表面に研削痕が形成され、
   前記筒状部材付きセラミックヒータを前記軸線と直交する方向から見たときに、前記研削痕のうち少なくとも前記筒状部材に連なる第１研削痕と、前記第１研削痕を通り前記軸線に平行な仮想線と、のなす角は８０°以下である筒状部材付きセラミックヒータ。
2. 前記研削痕と、その前記研削痕を通り前記軸線に平行な仮想線と、のなす角はいずれも８０°以下である請求項１記載の筒状部材付きセラミックヒータ。
3. 前記筒状部材付きセラミックヒータを前記軸線と直交する方向から見たときに、前記研削痕のうち少なくとも前記発熱部が位置する軸線方向の領域に設けられた第２研削痕と、前記第２研削痕を通り前記軸線に平行な仮想線と、のなす角は２０°以上である請求項１又は２に記載の筒状部材付きセラミックヒータ。
4. 前記研削痕と、その前記研削痕を通り前記軸線に平行な仮想線と、のなす角はいずれも２０°以上である請求項３記載の筒状部材付きセラミックヒータ。
5. セラミックヒータと、前記セラミックヒータを保持する筒状部材と、前記筒状部材を保持するハウジングと、を備えるグロープラグであって、
   前記セラミックヒータ及び前記筒状部材は、請求項１から４のいずれかに記載の筒状部材付きセラミックヒータであるグロープラグ。

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