JP6034122B2 - セラミックヒータの検査方法および製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、セラミックヒータの検査方法および製造方法に関する。

圧縮着火方式による内燃機関（例えばディーゼルエンジン）の補助熱源として使用されるグロープラグとして、一般的に、セラミックの基体に発熱素子を内蔵する棒状のセラミックヒータを備えたグロープラグが知られている（特許文献１）。このセラミックヒータの一般的な製造方法としては、まず、焼成後に基体の一部となる絶縁性セラミック上に、焼成後に発熱素子となる導電性セラミック（素子成形体）を配置し、その上に、焼成後に基体の一部となる絶縁性セラミックを配置して素子保持体を作製する。作製した素子保持体を焼成した後、素子保持体の外表面に研磨をおこなうことでセラミックヒータが完成する。

特開２００４−２９６３３３号公報 特開２００３−２５１９５号公報

しかしながら、導電性セラミックの素子成形体は、セラミックの粉体を圧縮して固めたものであり、製造工程中に欠けやヒビなどが生じやすい。そのため、セラミックヒータの製造時に、欠けやヒビなどの異常が生じた素子成形体が、基体となる絶縁性セラミックとともに焼成されて、発熱素子に異常が生じているセラミックヒータが製造されることがあった。また、このような、発熱素子に異常が生じているセラミックヒータは、通常、グロープラグ製造後の発熱素子に通電をおこなう通電検査や外観検査によって取り除くことができるものの、例えば、素子成形体にヒビが入っているものの、電気的には良好に接続された素子成形体であれば、通電検査や外観検査により取り除くことができないこともあった。

上記課題を解決するために、本発明は、以下の形態として実現することが可能である。
本発明の第１の形態は、
焼成後に基体の一部となる絶縁性セラミックの第１の基体成形体上に、焼成後に発熱素子となる導電性セラミックの素子成形体を配置し、前記第１の基体成形体の前記素子成形体が配置された配置面上に、焼成後に前記基体の一部となる絶縁性セラミックの第２の基体成形体または絶縁性セラミックの粉末を配置して得られる素子保持体を焼成することによって製造されるセラミックヒータの検査方法であって、
前記第１の基体成形体の前記配置面のうち、前記素子成形体の少なくとも一部を含む特定の領域を撮影するように設定された撮影装置によって、前記素子成形体を配置した後の前記第１の基体成形体の前記配置面を撮影し、前記特定の領域の画像を取得する第１の取得工程と、
取得した前記特定の領域の画像に、前記素子成形体と画像の階調値が異なる前記第１の基体成形体が含まれることによる前記特定の領域の画像の階調値の変化に基づいて、前記素子成形体の欠けを含む異常が生じているか否かを判定する第１の判定工程と、
前記素子成形体を配置した後の前記第１の基体成形体の前記配置面を前記素子成形体の少なくとも一部を含むように撮影し、前記配置面の画像を取得する第２の取得工程と、
前記第１の基体成形体に前記素子成形体が正常な位置に配置された状態を表す画像をパターン画像として、取得した前記配置面の画像と前記パターン画像とによるパターンマッチングをおこない、前記パターン画像との相関値を算出する算出工程と、
算出された前記相関値に基づいて、前記第１の基体成形体に前記素子成形体が正常な位置に配置されているか否かを判定する第２の判定工程と、を備え、
前記第２の判定工程が前記第１の取得工程よりも前に行われることを特徴とする。
本発明の第２の形態は、
セラミックヒータの製造方法であって、
焼成後に発熱素子となる導電性セラミックの素子成形体を形成する成形工程と、
焼成後に基体の一部となる絶縁性セラミックの第１の基体成形体上に、前記素子成形体を配置し、前記第１の基体成形体の前記素子成形体が配置された配置面上に、焼成後に前記基体の一部となる絶縁性セラミックの第２の基体成形体または絶縁性セラミックの粉末を配置して素子保持体を形成する配置形成工程と、
前記素子保持体を焼成して焼成体を形成する焼成工程と、を備え、
前記配置形成工程は、
前記第１の基体成形体の前記配置面のうち、前記素子成形体の少なくとも一部を含む特定の領域を撮影するように設定された撮影装置によって、前記素子成形体を配置した後の前記第１の基体成形体の前記配置面を撮影し、前記特定の領域の画像を取得する第１の取得工程と、
取得した前記特定の領域の画像に、前記素子成形体と画像の階調値が異なる前記第１の基体成形体が含まれることによる前記特定の領域の画像の階調値の変化に基づいて、前記素子成形体の欠けを含む異常が生じているか否かを判定する第１の判定工程と、
前記素子成形体を配置した後の前記第１の基体成形体の前記配置面を前記素子成形体の少なくとも一部を含むように撮影し、前記配置面の画像を取得する第２の取得工程と、
前記第１の基体成形体に前記素子成形体が正常な位置に配置された状態を表す画像をパターン画像として、取得した前記配置面の画像と前記パターン画像とによるパターンマッチングをおこない、前記パターン画像との相関値を算出する算出工程と、
算出された前記相関値に基づいて、前記第１の基体成形体に前記素子成形体が正常な位置に配置されているか否かを判定する第２の判定工程と、を含み、
前記第２の判定工程が前記第１の取得工程よりも前に行われることを特徴とする。また、本発明は、以下の形態としても実現できる。

（１）本発明の一形態によれば、
焼成後に基体の一部となる絶縁性セラミックの第１の基体成形体上に、焼成後に発熱素子となる導電性セラミックの素子成形体を配置し、前記第１の基体成形体の前記素子成形体が配置された配置面上に、焼成後に前記基体の一部となる絶縁性セラミックの第２の基体成形体または絶縁性セラミックの粉末を配置して得られる素子保持体を焼成することによって製造されるセラミックヒータの検査方法であって、
前記第１の基体成形体の前記配置面のうち、前記素子成形体の少なくとも一部を含む特定の領域を撮影するように設定された撮影装置によって、前記素子成形体を配置した後の前記第１の基体成形体の前記配置面を撮影し、前記特定の領域の画像を取得する第１の取得工程と、
取得した前記特定の領域の画像に、前記素子成形体と画像の階調値が異なる前記第１の基体成形体が含まれることによる前記特定の領域の画像の階調値の変化に基づいて、前記素子成形体の欠けを含む異常が生じているか否かを判定する第１の判定工程と、を備えることを特徴とするセラミックヒータの検査方法が提供される。
この構成によれば、素子成形体に欠けを含む異常が生じていると、撮影画像において、素子成形体が配置されるべき領域に基体成形体と画像の階調値が異なる基体成形体が現れるため、この領域の画像の階調値に基づいて、素子成形体に異常が生じているか否かを判定することができる。これにより、異常が生じている素子成形体を含んだ素子保持体を見つけることができ、発熱素子に欠けやヒビなどの異常が生じているセラミックヒータの製造を抑制することができる。特に、通電検査や外観検査によって取り除くことができなかった素子成形体であっても、上述の検査方法により取り除くことができる。
なお、「素子成形体の欠け」とは、電気的、機械的に完全に断絶する欠けだけでなく、電気的には接続しているものの、機械的には断絶しているヒビも含む。

（２）上記形態のセラミックヒータの検査方法において、
前記第１の判定工程は、前記特定の領域の画像の階調値を２値化処理した後の階調値の平均が所定の範囲に含まれるか否か、および／または、前記特定の領域の画像の階調値を２値化処理した後の階調値の偏差が所定の範囲に含まれるか否かによって、前記異常が生じているか否かを判定することを特徴としていてもよい。
この構成によれば、階調値の平均や偏差が所定の範囲に含まれているか否かによって、素子成形体が配置されるべき領域に基体成形体と画像の階調値が異なる基体成形体が現れているか否かを容易に判定することができる。よって、階調値の平均や偏差によって、素子成形体に異常が生じているか否かを容易に判定することができる。

（３）上記形態のセラミックヒータの検査方法において、
前記素子成形体は、焼成後に発熱部となる略Ｕ字状の先端部を備え、
前記第１の取得工程は、前記第１の基体成形体の前記配置面のうち、前記素子成形体の前記先端部を含む領域を前記特定の領域として撮影するように設定された撮影装置によって、前記撮影をおこなうことを特徴としていてもよい。
通常、素子成形体は、先端側が折り返された略Ｕ字状となっている。この構成によれば、欠けやヒビなどの異常が生じやすい素子成形体の先端部について、異常が生じているか否かを判定することができるため、異常が生じているセラミックヒータの製造をより抑制することができる。

（４）上記形態のセラミックヒータの検査方法において、
前記素子成形体を配置した後の前記第１の基体成形体の前記配置面を前記素子成形体の少なくとも一部を含むように撮影し、前記配置面の画像を取得する第２の取得工程と、
前記第１の基体成形体に前記素子成形体が正常な位置に配置された状態を表す画像をパターン画像として、取得した前記配置面の画像と前記パターン画像とによるパターンマッチングをおこない、前記パターン画像との相関値を算出する算出工程と、
算出された前記相関値に基づいて、前記第１の基体成形体に前記素子成形体が正常な位置に配置されているか否かを判定する第２の判定工程と、を備えることを特徴としていてもよい。
特定の領域の画像の階調値の変化に基づいて、素子成形体に欠けやヒビなどが生じているか否かを判定するにあたり、基体成形体上に素子成形体が正常な位置に配置されていないと、精度良く判定できないことがある。そこで、この構成によれば、基体成形体上に素子成形体が正常な位置に配置されているか否かによって、配置面の画像とパターン画像との相関値が変化するため、相関値によって、素子成形体が正しい位置に配置されているか否かを判定することができる。これにより、特定の領域の画像の階調値の変化に基づいて、素子成形体に欠けやヒビなどが生じているか否か精度良く判定することができる。

（５）本発明の一形態によれば、
焼成後に発熱素子となる導電性セラミックの素子成形体を形成する成形工程と、
焼成後に基体の一部となる絶縁性セラミックの第１の基体成形体上に、前記素子成形体を配置し、前記第１の基体成形体の前記素子成形体が配置された配置面上に、焼成後に前記基体の一部となる絶縁性セラミックの第２の基体成形体または絶縁性セラミックの粉末を配置して素子保持体を形成する配置形成工程と、
前記素子保持体を焼成して焼成体を形成する焼成工程と、を備えるセラミックヒータの製造方法が提供される。
このセラミックヒータの製造方法において、前記配置形成工程は、
前記第１の基体成形体の前記配置面のうち、前記素子成形体の少なくとも一部を含む特定の領域を撮影するように設定された撮影装置によって、前記素子成形体を配置した後の前記第１の基体成形体の前記配置面を撮影し、前記特定の領域の画像を取得する第１の取得工程と、
取得した前記特定の領域の画像に、前記素子成形体と画像の階調値が異なる前記第１の基体成形体が含まれることによる前記特定の領域の画像の階調値の変化に基づいて、前記素子成形体の欠けを含む異常が生じているか否かを判定する第１の判定工程と、を含んでいてもよい。
この構成によれば、素子成形体に欠けを含む異常が生じていると、撮影画像において、素子成形体が配置されるべき領域に基体成形体と画像の階調値が異なる基体成形体が現れるため、この領域の画像の階調値に基づいて、素子成形体に異常が生じているか否かを判定することができる。これにより、異常が生じている素子成形体を含んだ素子保持体を見つけることができ、発熱素子に欠けやヒビなどが生じているセラミックヒータの製造を抑制することができる。特に、通電検査や外観検査によって取り除くことができなかった素子成形体であっても、上述の検査方法により取り除くことができる。

なお、本発明は、種々の態様で実現することが可能であり、例えば、上記検査方法を工程の一部に含んだグロープラグの検査方法、上記製造方法によって製造されたセラミックヒータ、このセラミックヒータを使用したグロープラグ、上記製造方法を工程の一部に含んだグロープラグの製造方法等の形態で実現することができる。また、本発明は、前述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において様々な形態で実施し得ることは勿論である。

第１実施形態におけるグロープラグの断面構成を説明するための説明図である。 セラミックヒータの概略構成を説明するための説明図である。 第１実施形態におけるセラミックヒータの製造工程を示したフローチャートである。 成形工程によって作製される素子成形体を例示した説明図である。 成形工程によって作製される基体成形体を例示した説明図である。 配置工程によって作製される組立体を説明するための説明図である。 検査装置を例示した説明図である。 検査工程を示したフローチャートである。 配置面画像Ｉｆを例示した説明図である。 相関値Ｒの算出方法を説明するための説明図である。 領域画像Ｉｓの取得方法を説明するための説明図である。 素子成形体の一部が欠けた組立体の配置面画像Ｉｆを説明するための説明図である。 素子成形体の一部が欠けた組立体の領域画像Ｉｓを説明するための説明図である。 プレス工程によって作製される素子保持体を説明するための説明図である。 焼成工程によって作製される焼成体を説明するための説明図である。 切断工程によって作製される切断体を説明するための説明図である。 センタレス研磨工程によって作製される研磨体を説明するための説明図である。 Ｒ研磨工程によって作製されるセラミックヒータを説明するための説明図である。

Ａ．第１実施形態：
図１は、第１実施形態におけるグロープラグ１の断面構成を説明するための説明図である。以下の説明では、グロープラグ１においてセラミックヒータ３０が配置されている側（図１下方側）をグロープラグ１の「先端側」と呼び、環状部材７０が配置されている側（図１上方側）をグロープラグ１の「後端側」と呼ぶ。

グロープラグ１は、主体金具１０と、中軸２０と、セラミックヒータ３０と、外筒５０と、絶縁部材６０と、環状部材７０とを主に備えている。主体金具１０は、略筒形状の外形を備え、内側に中軸２０を収容している。中軸２０は、略棒形状の外形を備え、後端部２１が主体金具１０から突出している。中軸２０の先端部２２は、セラミックヒータ３０の後端部３１と対向している。中軸２０とセラミックヒータ３０は、リード線４１を介して電気的に接続されている。セラミックヒータ３０は、略棒形状の外形を備え、先端部３２が外筒５０から突出するようにして外筒５０に保持されている。外筒５０は、略筒形状の外形を備え、主体金具１０の先端側に接合されている。主体金具１０の後端側と中軸２０との間隙には、絶縁部材６０とシールパッキン６５が挿入されている。絶縁部材６０の後端側には、環状部材７０が取り付けられている。グロープラグ１は、主体金具１０、中軸２０、セラミックヒータ３０、および、外筒５０の軸心が、グロープラグ１の軸心Ｃ１と一致するように構成されている。

主体金具１０は、炭素鋼やステンレス鋼などによって形成され、取付ネジ部１１と、工具係合部１２とを備えている。取付ネジ部１１は、ネジ山が形成された部位であり、図示しないディーゼルエンジンヘッドのネジ孔に螺合される。工具係合部１２は、取り付け工具が係合するための部位であり、取付ネジ部１１の後端側に形成されている。また、主体金具１０の軸孔１３は、主体金具１０の軸方向に延伸するように形状された中空部であり、内側に、中軸２０、および、セラミックヒータ３０の後端部３１が配置されている。

中軸２０は、炭素鋼やステンレス鋼などの導電性部材によって形成され、先端部２２に縮径部２３を備えている。縮径部２３は、縮径部２３より後端側の部分である主軸部２４よりも径が小さくなるように形成されている。中軸２０の縮径部２３は、導電性のリード線４１を介してセラミックヒータ３０と電気的に接続されている。中軸２０の後端部２１は、グロープラグ１の外部に露出しており、導電性の環状部材７０とともにグロープラグ１の端子部を構成する。この端子部は、図示しない外部電源装置から伸びるソケットに接続される。これにより、中軸２０は、外部電源装置から供給された電力をセラミックヒータ３０に導くように構成されている。

セラミックヒータ３０は、丸棒状の外形を備え、後端部３１と先端部３２の間の外周面が外筒５０と接触している。セラミックヒータ３０の後端部３１には、電極リング４２が取り付けられ、電極リング４２を介してリード線４１が取り付けられている。セラミックヒータ３０の先端部３２は曲面状に形成され、外筒５０から突出している。セラミックヒータ３０の詳細については後述する。

外筒５０は、ステンレス鋼などによって形成され、筒部１５と、後端側縮径部５２と、先端側縮径部５３とを備えている。外筒５０の後端側縮径部５２は、その外径が筒部１５よりも小さくなるように形成された部分であり、主体金具１０の先端側の開口部に挿入されている。一方、先端側縮径部５３は、その外径が筒部１５よりも小さくなるように形成されており、軸方向先端側に延びている。また、外筒５０の軸孔５１は、外筒５０の軸方向に延伸するように形状された中空部であり、内側にセラミックヒータ３０が配置されている。

絶縁部材６０は、主体金具１０と中軸２０とを絶縁するための環形状の部材であり、中軸２０を軸孔に挿通させた状態で主体金具１０の後端側の開口部に挿入される。これにより、主体金具１０と中軸２０との間の距離が確保される。シールパッキン６５は、グロープラグ１の内部の気密を保つための部材であり、中軸２０を挿通させた状態で絶縁部材６０の先端側に配置されている。シールパッキン６５は、主体金具１０と中軸２０との間の距離が確保する絶縁部材とし機能してもよい。環状部材７０は、中軸２０の後端部２１とともにグロープラグ１の端子部を構成するための環形状の導電性部材であり、中軸２０を軸孔に挿通させた状態で絶縁部材６０の後端側に配置されている。

図２は、セラミックヒータの概略構成を説明するための説明図である。セラミックヒータ３０は、絶縁性のセラミック基体３１０の内部に導電性セラミックの発熱素子３２０が埋設されている。発熱素子３２０は、発熱部３２１と、リード部３２２、３２３と、を備えている。発熱部３２１は、Ｕ字状に形成され、セラミックヒータ３０の内部の先端部３２側に配置されている。第１のリード部３２２は、発熱部３２１が備える２つの基端部のうちの一方と、第１の電極取出部３２４とを接続している。第２のリード部３２３は、発熱部３２１が備える基端部の他方と、第２の電極取出部３２５とを接続している。２つの電極取出部３２４、３２５は、それぞれ、セラミックヒータ３０の外周面３３に露出しており、第１の電極取出部３２４が第２の電極取出部３２５より後端部３１側に形成されている。第１の電極取出部３２４は、電極リング４２の内周面と接触している。すなわち、電極リング４２と、セラミックヒータ３０の発熱部３２１とは、電気的に接続されている。また、第２の電極取出部３２５は、外筒５０と接触しており、外筒５０と、セラミックヒータ３０の発熱部３２１とは、電気的に接続されている。

図３は、第１実施形態におけるセラミックヒータの製造工程を示したフローチャートである。セラミックヒータの製造にあたり、まず、成形工程として素子成形体と基体成形体の成形をおこなう（ステップＳ１１０）。素子成形体とは、焼成後に発熱素子３２０（図２）となる部材である。基体成形体とは、焼成後にセラミック基体３１０（図２）となる部材である。素子成形体は、窒化珪素（Ｓｉ３Ｎ４）を主成分とし、タングステンカーバイト（ＷＣ）を２０体積％混合した導電性セラミックにバインダなどの添加剤を添加した原料粉末を射出成形することによって作製することができる。

図４は、成形工程によって作製される素子成形体８２０を例示した説明図である。素子成形体８２０は、発熱部８２１と、リード部８２２、８２３と、電極取出部８２４、８２５と、サポート部８２６とを備えている。発熱部８２１、リード部８２２、８２３、および、電極取出部８２４、８２５は、焼成後の発熱素子３２０（図２）の発熱部３２１、リード部３２２、３２３、および、電極取出部３２４、３２５に該当する。発熱部８２１は、断面積がリード部８２２、８２３の断面積よりも小さくなるように形成されている。これにより、通電時に主に発熱部８２１が発熱するように構成される。サポート部８２６は、素子成形体８２０を補強するための部位であり、第１のリード部８２２と第２のリード部８２３のそれぞれの発熱部８２１と接続されていない側の端部同士を接合するように形成されている。サポート部８２６は、リード部８２２、８２３の端部同士の相対的な移動を規制し、発熱部８２１と接続部付近における欠けなどの発生を抑制する。サポート部８２６は、リード部８２２、８２３よりも断面積が小さくなるように構成され、焼成後に容易に取り除くことができるように構成されている。なお、本実施形態の発熱部８２１は、リード部８２２、８２３とは同じ材料によって構成されているが、発熱部８２１は、リード部８２２、８２３よりも導電性の低い材料によって構成されていてもよい。

図５は、成形工程によって作製される基体成形体８１０を例示した説明図である。基体成形体８１０は、窒化珪素を主成分とする絶縁性セラミックにバインダなどの添加剤を添加した原料粉末を射出成形することによって作製することができる。基体成形体８１０は、平板状の外形を備え、一方の主面である配置面８１１に溝部８１２が形成されている。溝部８１２は、素子成形体８２０を収容するための凹部であり、素子成形体８２０の外周面に沿った略半円形状の断面を備えている。本実施形態の基体成形体８１０の断面は、配置面８１１と反対側の主面の両端部が面取りされた形状を備えているが、基体成形体８１０は、半円形状の断面形状や、矩形の断面形状を備えていてもよい。基体成形体８１０は、特許請求の範囲の「第１の基体成形体」に該当する。成形工程を経て、素子成形体８２０と基体成形体８１０とを成形した後、配置工程として、基体成形体８１０の溝部８１２に素子成形体８２０を配置する（ステップＳ１２０）。

図６は、配置工程によって作製される組立体８１を説明するための説明図である。配置工程では、図示しない供給装置によって、素子成形体８２０が基体成形体８１０の配置面８１１の上方から溝部８１２に向けて供給される。供給された素子成形体８２０は、概ね半分程度、基体成形体８１０に埋め込まれるように配置される。以後、この基体成形体８１０に素子成形体８２０が配置されたものを「組立体８１」とも呼ぶ。配置工程の後、検査工程において、素子成形体８２０が基体成形体８１０に正常な位置に配置されているか否かと、配置された素子成形体８２０に欠けやヒビなどの異常が生じていないか否かについて検査をおこなう（ステップＳ１３０）。この検査工程は以下の検査装置を用いておこなわれる。

図７は、検査装置２を例示した説明図である。検査装置２は、制御部２１０と、撮影部２２０と、照明部２３０と、モニタ部２４０と、を備えている。制御部２１０は、検査装置２の各部位を制御するとともに、撮影部２２０によって撮影された画像を用いて後述する判定をおこなう。撮影部２２０は、外型３の間に配置された検査対象の組立体８１（以後、「対象組立体８１」とも呼ぶ）を撮影する。撮影部２２０は、撮影時に対象組立体８１との位置関係が予め設定された位置関係となるように調整されており、対象組立体８１の後述する特定の領域を撮影する。照明部２３０は、対象組立体８１に光を照射する。モニタ部２４０は、撮影部２２０によって撮影された画像や、制御部２１０による判定結果を表示する。

図８は、検査工程を示したフローチャートである。対象組立体８１の検査をおこなうにあたり、まず、検査装置２は、対象組立体８１の配置面８１１を撮影し、配置面８１１を含む画像Ｉｆ（以後「配置面画像Ｉｆ」とも呼ぶ）を取得する（ステップＳ２１０）。

図９は、配置面画像Ｉｆを例示した説明図である。配置面画像Ｉｆには、発熱部８２１と、発熱部８２１の周辺部が表されている。本実施形態の配置面画像Ｉｆには、発熱部８２１と、外型３の一部と、配置面８１１の一部と、リード部８２２、８２３の一部が表されている。配置面画像Ｉｆでは、基体成形体８１０は、白っぽい色で表され、素子成形体８２０は、黒っぽい色で表されている。これは、基体成形体８１０は、主に窒化珪素によって構成されているのに対して、素子成形体８２０は、窒化珪素にタングステンカーバイトが混合されているためである。なお、図９は、配置面画像Ｉｆの一例であり、配置面画像Ｉｆには、図９に表された領域以外の領域が含まれていてもよいし、図９に表された領域の一部が含まれていなくてもよい。検査装置２は、配置面画像Ｉｆを用いて、素子成形体８２０が基体成形体８１０に正常に配置されているか否かを判定する。具体的には、まず、検査装置２は、配置面画像Ｉｆと、後述するパターン画像Ｉｐを用いてパターンマッチングをおこない、配置面画像Ｉｆとパターン画像Ｉｐとの相関値Ｒを算出する（ステップＳ２２０）。

図１０は、相関値Ｒの算出方法を説明するための説明図である。検査装置２は、配置面画像Ｉｆの任意の一部に対象領域Ａｄを設定し、設定した対象領域Ａｄを表す対象画像Ｉｄとパターン画像Ｉｐとの相関値である部分相関値Ｒｐを算出する（図１０（ａ））。パターン画像Ｉｐは、対象画像Ｉｄと同じサイズの画像であり、基体成形体８１０に素子成形体８２０が正常な位置に配置された状態が表されている。検査装置２は、配置面画像Ｉｆに対する対象領域Ａｄの相対位置を変化させつつ、配置面画像Ｉｆの全体に対して順次、対象領域Ａｄを設定し、設定した対象領域Ａｄを表す対象画像Ｉａｄとパターン画像Ｉｐとの部分相関値Ｒｐを順次算出する。検査装置２は、算出した部分相関値Ｒｐのうちの最大値を配置面画像Ｉｆとパターン画像Ｉｐとの相関値Ｒとする（図１０（ｂ））。

検査装置２は、算出した相関値Ｒが閾値Ｔｈ１より大きいか否かを判定する（ステップＳ２３０）。閾値Ｔｈ１は任意に設定することができる。閾値Ｔｈ１としては、９０程度を例示することができる。相関値Ｒが閾値Ｔｈ１以下の場合（ステップＳ２３０：ＮＯ）、検査装置２は、その対象組立体８１を不合格と判定する（ステップＳ２４０）。パターン画像Ｉｐとの相関値Ｒが小さいということは、素子成形体８２０の基体成形体８１０に対する位置や向きが正常ではない場合や、素子成形体８２０に欠けや変形が生じている場合などが考えられるためである。相関値Ｒが閾値Ｔｈ１より大きい場合（ステップＳ２３０：ＹＥＳ）、検査装置２は、配置面画像Ｉｆから素子成形体８２０の少なくとも一部を含む領域画像Ｉｓを取得する（ステップＳ２５０）。

図１１は、領域画像Ｉｓの取得方法を説明するための説明図である。検査装置２は、配置面画像Ｉｆの一部に特定領域Ａｓを設定し、設定した特定領域Ａｓを表す画像を領域画像Ｉｓとして取得する。特定領域Ａｓの配置面画像Ｉｆに対する相対的な位置や範囲は、予め設定されている。具体的には、特定領域Ａｓの位置や範囲は、図１１（ａ）に示すように、配置面画像Ｉｆにおいて、基体成形体８１０に正常な位置に配置された素子成形体８２０が表されている領域内に設定される。本実施形態では、３つの特定領域Ａｓ（第１特定領域Ａｓ１、第２特定領域Ａｓ２、第３特定領域Ａｓ３）が設定されている。３つの特定領域Ａｓ１、Ａｓ２、Ａｓ３は、それぞれ矩形の外形を備え、素子成形体８２０の発熱部８２１のＵ字状の外形に沿ってＵ字状に並んで配置されている。発熱部８２１は相対的に断面積が小さく欠けなどの異常が生じやすいため、特定領域Ａｓを発熱部８２１に設定することによって、素子成形体８２０の異常をより精度良く検出することができる。なお、特定領域Ａｓの位置や範囲や数は、配置面画像Ｉｆにおいて、正常に配置された素子成形体８２０が表されている領域を少なくとも一部に含んでいれば、任意に設定することができる。

本実施形態では、検査装置２は、図１１（ｂ）に示すように、配置面画像Ｉｆから３つの領域画像Ｉｓ（第１領域画像Ｉｓ１、第２領域画像Ｉｓ２、第３領域画像Ｉｓ３）を取得する。検査装置２は、これらの領域画像Ｉｓを用いて、素子成形体８２０に欠けやヒビなどの異常が生じていないか否かを判定する。具体的には、検査装置２は、まず、領域画像Ｉｓに対して２値化処理をおこない、画像を構成する各画素の階調値Ｘが０または２５５で表された２値化画像を作成する。なお、ここでは、白を表す階調値Ｘが「２５５」であり、黒を表す階調値Ｘが「０」である。検査装置２は、画素の階調値Ｘの平均値Ｘａと標準偏差σを算出する（ステップＳ２６０）。平均値Ｘａと標準偏差σは、それぞれ次式（１）（２）によって算出することができる。

ここで、ｎは、領域画像Ｉｓ（２値化画像）の画素数である。本実施形態では、３つの領域画像Ｉｓ（第１領域画像Ｉｓ１、第２領域画像Ｉｓ２、第３領域画像Ｉｓ３）のそれぞれについて平均値Ｘａと標準偏差σを算出する。各領域画像Ｉｓの平均値Ｘａと標準偏差σを算出した後、検査装置２は、各領域画像Ｉｓの平均値Ｘａが閾値Ｔｈ２より小さいか否かを判定する（ステップＳ２７０）。閾値Ｔｈ２は任意に設定することができる。閾値Ｔｈ２としては、５０程度を例示することができる。

平均値Ｘａが閾値Ｔｈ２以上の場合（ステップＳ２７０：ＮＯ）、すなわち、各領域画像Ｉｓの平均値Ｘａのうち、少なくとも１つの平均値Ｘａが閾値Ｔｈ２以上の場合、検査装置２は、その対象組立体８１を不合格と判定する（ステップＳ２４０）。平均値Ｘａが閾値Ｔｈ２以上となっているということは、素子成形体８２０に欠けやヒビが生じている状態などが考えられるためである。この理由を図１２、図１３を用いて説明する。

図１２は、素子成形体の一部が欠けた組立体の配置面画像Ｉｆを説明するための説明図である。図１２（ａ）に示す組立体８１は、素子成形体８２０の一部が欠けた状態で基体成形体８１０の溝部８１２に配置されている。この組立体８１の配置面画像Ｉｆは、図１２（ｂ）に示すように、素子成形体８２０の欠けた部分に基体成形体８１０の溝部８１２が表されている。

図１３は、素子成形体の一部が欠けた組立体の領域画像Ｉｓを説明するための説明図である。図１３（ａ）には、図１２（ｂ）の配置面画像Ｉｆに対して特定領域Ａｓ（第１特定領域Ａｓ１、第２特定領域Ａｓ２、第３特定領域Ａｓ３）を設定した状態が例示されている。配置面画像Ｉｆの第１特定領域Ａｓ１には、基体成形体８１０の溝部８１２が含まれている。図１３（ｂ）には、２値化処理後の第１領域画像Ｉｓ１の各画素の階調値が例示されている。素子成形体８２０は、黒っぽい色をしているため、第１領域画像Ｉｓ１の素子成形体８２０が表されている部分は画素の階調値Ｘが「０」になっている。一方、基体成形体８１０は、白っぽい色をしているので、第１領域画像Ｉｓ１の基体成形体８１０が表されている部分は画素の階調値Ｘが「２５５」になっている。このことから、領域画像Ｉｓに基体成形体８１０が含まれていると、基体成形体８１０が含まれていない場合に比べて平均値Ｘａが大きくなることがわかる。領域画像Ｉｓは、基体成形体８１０に正常な位置に配置された素子成形体８２０が表れるように設定されているため、正常な素子成形体８２０が基体成形体８１０に正常に配置されている場合、領域画像Ｉｓに含まれる素子成形体８２０の割合が大きくなり、平均値Ｘａは相対的に小さくなる。一方、素子成形体８２０が欠けやヒビがある場合には、領域画像Ｉｓに含まれる基体成形体８１０の割合が増加するため、平均値Ｘａは相対的に大きくなる。このことから、平均値Ｘａが閾値Ｔｈ２以上となる対象組立体８１には、素子成形体８２０の欠けやヒビなどの異常を生じている可能性が高いと考えられる。

平均値Ｘａが閾値Ｔｈ２よりも小さい場合（図８のステップＳ２７０：ＹＥＳ）、検査装置２は、標準偏差σが閾値Ｔｈ３より小さいか否かを判定する（ステップＳ２８０）。閾値Ｔｈ３は任意に設定することができる。閾値Ｔｈ３としては、７０程度を例示することができる。標準偏差σが閾値Ｔｈ３以上の場合（ステップＳ２８０：ＮＯ）、検査装置２は、その対象組立体８１を不合格と判定する（ステップＳ２４０）。これにより、異常が生じているにもかかわらず、ステップＳ２７０において不合格と判定されなかった組立体８１を不合格にすることができる。なお、本実施形態では、平均値Ｘａと標準偏差σの両方を用いて対象組立体８１の合否を判断するように構成されているが、検査工程は、平均値Ｘａと標準偏差σのいずれか一方のみを用いて対象組立体８１の合否を判断する構成としてもよい。また、検査工程は、平均値Ｘａと標準偏差σの両方が条件を満たさない場合のみ対象組立体８１を不合格とする構成としてもよい。また、本実施形態では、領域画像Ｉｓに対して２値化処理をおこなった後、平均値Ｘａと標準偏差σを算出しているが、２値化処理をおこなわずに平均値Ｘａと標準偏差σを算出する構成としてもよい。

標準偏差σが閾値Ｔｈ３よりも小さい場合（ステップＳ２８０：ＹＥＳ）、検査装置２は、その対象組立体８１を合格と判定する（ステップＳ２９０）。対象組立体８１には、欠けやヒビ等の異常が生じていないと考えられるためである。以上が検査工程についての説明である。図３に戻り、検査工程が完了した後、プレス工程において、合格した組立体８１を用いて素子保持体８２を作製する（ステップＳ１４０）。

図１４は、プレス工程によって作製される素子保持体８２を説明するための説明図である。プレス工程では、まず、検査工程によって合格した組立体８１の配置面８１１に基体成形体８１０と対になる別の基体成形体８３０を配置する。基体成形体８３０は、特許請求の範囲の「第２の基体成形体」に該当する。基体成形体８１０、８３０によって、素子成形体８２０を挟み込んだ状態で図示しないプレス機にてプレス加工をおこなう。プレス加工を経ると、基体成形体８１０の内部に素子成形体８２０を保持する素子保持体８２が形成される。素子保持体８２の外形は、プレス機で用いられた金型の凹部の形状に従って略楕円形状に形成されている。

素子保持体８２を作製した後、脱脂・焼成工程において、素子保持体８２の脱脂と焼成をおこなう（ステップＳ１５０）。まず、脱脂工程では、素子保持体８２に含有されているバインダ成分を取り除くための加熱等がおこなわれる。脱脂工程での加熱温度や加熱時間等について特に限定はないが、例えば、不活性ガス（例えば、窒素）雰囲気下において、８００℃で１時間程度加熱してもよい。また、加熱後に素子保持体８２の外周面に離型剤の塗布をおこなってもよい。

図１５は、焼成工程によって作製される焼成体３５を説明するための説明図である。焼成工程では、素子保持体８２に含まれているセラミックの焼成をおこなうためのホットプレス等がおこなわれる。ホットプレスは、セラミックヒータが略円柱状に成型されるように凹部が形成された金型を用いてホットプレス加工機によっておこなうことができる。焼成工程での加熱温度や加熱時間等について特に限定はないが、例えば、３００ｋｇｆ／ｃｍ²の不活性ガス（例えば、アルゴン）雰囲気下において、１８００℃で１時間程度加圧・加熱してもよい。この焼成工程によって素子保持体８２は圧縮変形し焼成体３５が形成される。また、素子成形体８２０は焼成によって発熱素子３２０になり、基体成形体８１０、８３０は焼成によってセラミック基体３１０になる。焼成体３５を作製した後、切断・研磨工程において、焼成体３５の切断と研磨をおこなう（ステップＳ１６０）。

図１６は、切断工程によって作製される切断体３６を説明するための説明図である。まず、切断工程では、焼成体３５の後端部３５ｒｅが切断され、サポート部３２６を含むセラミック基体３１０の一部が除去される。これにより、切断面３６ｆｃにおいてリード部３２２、３２３が露出した切断体３６が作製される。リード部３２２、３２３を露出させる方法としては、ダイヤモンドカッター等によって焼成体３５の後端部ｒｅを切断する方法のほか、焼成体３５の後端部ｒｅを切削してもよい。切断体３６を作製した後、研磨工程において、切断体３６のセンタレス研磨およびＲ研磨をおこなう（ステップＳ１６０）。

図１７は、センタレス研磨工程によって作製される研磨体３７を説明するための説明図である。センタレス研磨工程では、センタレス研磨機を用いて、切断体３６の外周３６ｆｏの研磨をおこなう。これにより、電極取出部３２４、３２５が露出した研磨体３７が作製される。

図１８は、Ｒ研磨工程によって作製されるセラミックヒータ３０を説明するための説明図である。Ｒ研磨工程では、研磨体３７の先端部３７ｆｅのＲ研磨をおこなう。このＲ研磨は、発熱部３２１のＵ字状の曲線に沿うように、先端部３７ｆｅが曲面状に加工され、セラミックヒータ３０が完成する。なお、上述した配置工程（ステップＳ１２０）と、検査工程（ステップＳ１３０）と、プレス工程（ステップＳ１４０）は、特許請求の範囲の「配置形成工程」に該当する。

このようにして製造されたセラミックヒータ３０を外筒５０（図２）に圧入し、第２の電極取出部３２５を外筒５０の内周面に接触させる。また、セラミックヒータ３０の後端部３１に電極リング４２を圧入し、第１の電極取出部３２４を電極リング４２の内周面に接触させる。その後、セラミックヒータ３０を主体金具１０に組付け、各電極の電気的な接続などをおこなうことによって、グロープラグ１が完成する。

以上説明した第１実施形態のセラミックヒータ３０の検査方法によれば、素子成形体８２０に欠けやヒビ等の異常が生じていると、配置面画像Ｉｆにおいて、素子成形体８２０が配置されるべき特定領域Ａｓに基体成形体と画像の階調値が異なる基体成形体８１０が現れているため、この特定領域Ａｓの画像の階調値に基づいて、素子成形体８２０に異常が生じているか否かを容易に検出することができる。そのため、異常が生じている素子成形体８２０を含んだ素子保持体８２を見つけることができ、発熱素子３２０に欠けやヒビなどの異常が生じているセラミックヒータ３０の製造を抑制することができる。特に、通電検査や外観検査によって取り除くことができなかった素子成形体８２０であっても、上述の検査方法により取り除くことができる。

また、第１実施形態のセラミックヒータ３０の検査方法によれば、特定領域Ａｓの画像Ｉｓの階調値を２値化処理した後の階調値の平均が所定の範囲に含まれるか否か、および／または、特定領域Ａｓの画像Ｉｓの階調値を２値化処理した後の階調値の偏差が所定の範囲に含まれるか否かによって、異常が生じているか否かを判定している。このため、階調値の平均や偏差が所定の範囲に含まれているか否かによって、素子成形体８２０が配置されるべき領域に基体成形体８１０と画像の階調値が異なる基体成形体８１０が現れているか否かを容易に判定することができる。よって、階調値の平均や偏差によって、素子成形体８２０に異常が生じているか否かを容易に判定することができる。

さらに、第１実施形態のセラミックヒータ３０の検査方法によれば、素子成形体８２０は、焼成後に発熱部３２１となる略Ｕ字状の先端部を備え、基体成形体８１０の配置面８１１のうち、素子成形体８２０の先端部を含む領域を特定領域Ａｓとして撮影するように設定された撮影装置２によって、撮影をおこなっている。これにより、欠けやヒビなどの異常が生じやすい素子成形体８２０の先端部について、異常が生じているか否かを判定することができるため、異常の生じているセラミックヒータ３０の製造をより抑制することができる。

さらに、第１実施形態のセラミックヒータ３０の検査方法によれば、素子成形体８２０を配置した後の基体成形体８１０の配置面８１１を素子成形体８２０の少なくとも一部を含むように撮影して対象画像Ｉｄを取得し、対象画像Ｉｄとパターン画像Ｉｐとによるパターンマッチングをおこない、パターン画像Ｉｐとの相関値Ｒを算出し、算出された相関値Ｒに基づいて、基体成形体８１０に素子成形体８２０が正常な位置に配置されているか否かを判定している。これにより、特定領域Ａｓの画像Ｉｓの階調値の変化に基づいて、素子成形体８１０に欠けやヒビなどが生じているか否か精度良く判定することができる。

また、第１実施形態のセラミックヒータ３０の製造方法によれば、焼成工程の前に、組立体８１に異常が生じているか否かの検査をすることができるため、焼成工程や研磨工程の後に検査をおこなう場合に比べて、不要な焼成や研磨の発生を抑制することができる。

Ｂ．変形例：
なお、この発明は上記の実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。

Ｂ−１．変形例１：
第１実施形態の検査装置２は、３つの領域画像Ｉｓ（第１領域画像Ｉｓ１、第２領域画像Ｉｓ２、第３領域画像Ｉｓ３）のそれぞれについて平均値Ｘａと標準偏差σを算出するものとして説明したが、３つの領域画像Ｉｓの全体から１つの平均値Ｘａと標準偏差σを算出する構成としてもよい。また、検査装置２が取得する領域画像Ｉｓの数は３つに限定されず１以上の任意の数とすることができる。

Ｂ−２．変形例２：
第１実施形態の検査工程（図８）では、配置面画像Ｉｆとパターン画像Ｉｐとの相関値Ｒを用いて対象組立体８１が不合格か否かを判定する工程（ステップＳ２２０、Ｓ２３０）を備えているが、検査工程は、相関値Ｒによる判定をおこなわない構成としても実現することができる。

Ｂ−３．変形例３：
第１実施形態の検査装置２は、対象組立体８１を撮影して得られる配置面画像Ｉｆから領域画像Ｉｓを取得するものとして説明したが、検査装置２は、配置面画像Ｉｆを得るための撮影とは別に、組立体８１を撮影して領域画像Ｉｓを取得してもよい。

Ｂ−４．変形例４：
第１実施形態のプレス工程では、組立体８１の配置面８１１に対して、基体成形体８１０とは別の基体成形体８３０を配置するものとして説明したが、基体成形体８３０の代わりに絶縁性セラミックを含む原料粉末を組立体８１の配置面８１１に配置し、プレス加工によって、この原料粉末と基体成形体８１０とを一体化してもよい。

Ｂ−５．変形例５：
第１実施形態では、特定領域Ａｓは、配置面画像Ｉｆにおいて、基体成形体８１０に正常な位置に配置された素子成形体８２０が表されている領域内に設定されるものとして説明したが、特定領域Ａｓは、基体成形体８１０に正常な位置に配置された素子成形体８２０が表されている領域以外の領域を一部に含んでいてもよい。

Ｂ−６．変形例６：
第１実施形態の検査工程（図８）では、平均値Ｘａや標準偏差σによって対象組立体８１の合否を判定しているが、領域画像Ｉｓを用いて対象組立体８１の合否を判定する方法はこれに限定されない。例えば、領域画像Ｉｓに対してラベリング処理をおこない、素子成形体８２０を表す領域が２つ以上検出された場合には素子成形体８２０が２以上に分断されているものとして不合格とする構成としてもよい。また、基体成形体８１０と素子成形体８２０の階調値の差異をエッジ検出によって検出し、検出したエッジの長さが所定以上の場合、素子成形体８２０に欠けが生じているものとして不合格とする構成としてもよい。

Ｂ−７．変形例７：
第１実施形態の検査工程や製造方法は、グロープラグ１に使用されるセラミックヒータのほか、ＤＰＦ（Diesel particulate filter）に使用されるセラミックヒータに対しても適用することができる。

１…グロープラグ
２…検査装置
３…外型
１０…主体金具
１１…取付ネジ部
１２…工具係合部
１３…軸孔
２０…中軸
２１…後端部
２２…先端部
２３…縮径部
２４…主軸部
２６…後端部
３０…セラミックヒータ
３１…後端部
３２…先端部
３３…外周面
３５…焼成体
３６…切断体
３７…研磨体
４０…筒状部材
４１…リード線
４２…電極リング
５０…外筒
５１…軸孔
５２…縮径部
６０…絶縁部材
６５…気密保持部材
７０…環状部材
８１…組立体
８２…素子保持体
２１０…制御部
２２０…撮影部
２３０…照明部
２４０…モニタ部
３１０…セラミック基体
３２０…発熱素子
３２１…発熱部
３２２…第１のリード部
３２３…第２のリード部
３２４…第１の電極取出部
３２５…第２の電極取出部
３２６…サポート部
８１０…基体成形体
８１１…配置面
８１２…溝部
８２０…素子成形体
８２１…発熱部
８２２…第１のリード部
８２３…第２のリード部
８２４…電極取出部
８２６…サポート部
８３０…基体成形体

Claims (4)

1. 焼成後に基体の一部となる絶縁性セラミックの第１の基体成形体上に、焼成後に発熱素子となる導電性セラミックの素子成形体を配置し、前記第１の基体成形体の前記素子成形体が配置された配置面上に、焼成後に前記基体の一部となる絶縁性セラミックの第２の基体成形体または絶縁性セラミックの粉末を配置して得られる素子保持体を焼成することによって製造されるセラミックヒータの検査方法であって、
   前記第１の基体成形体の前記配置面のうち、前記素子成形体の少なくとも一部を含む特定の領域を撮影するように設定された撮影装置によって、前記素子成形体を配置した後の前記第１の基体成形体の前記配置面を撮影し、前記特定の領域の画像を取得する第１の取得工程と、
   取得した前記特定の領域の画像に、前記素子成形体と画像の階調値が異なる前記第１の基体成形体が含まれることによる前記特定の領域の画像の階調値の変化に基づいて、前記素子成形体の欠けを含む異常が生じているか否かを判定する第１の判定工程と、
   前記素子成形体を配置した後の前記第１の基体成形体の前記配置面を前記素子成形体の少なくとも一部を含むように撮影し、前記配置面の画像を取得する第２の取得工程と、
   前記第１の基体成形体に前記素子成形体が正常な位置に配置された状態を表す画像をパターン画像として、取得した前記配置面の画像と前記パターン画像とによるパターンマッチングをおこない、前記パターン画像との相関値を算出する算出工程と、
   算出された前記相関値に基づいて、前記第１の基体成形体に前記素子成形体が正常な位置に配置されているか否かを判定する第２の判定工程と、を備え、
   前記第２の判定工程が前記第１の取得工程よりも前に行われることを特徴とするセラミックヒータの検査方法。
2. 請求項１に記載のセラミックヒータの検査方法において、
   前記第１の判定工程は、前記特定の領域の画像の階調値を２値化処理した後の階調値の平均が所定の範囲に含まれるか否か、および／または、前記特定の領域の画像の階調値を２値化処理した後の階調値の偏差が所定の範囲に含まれるか否かによって、前記異常が生じているか否かを判定することを特徴とするセラミックヒータの検査方法。
3. 請求項１または請求項２に記載のセラミックヒータの検査方法において、
   前記素子成形体は、焼成後に発熱部となる略Ｕ字状の先端部を備え、
   前記第１の取得工程は、前記第１の基体成形体の前記配置面のうち、前記素子成形体の前記先端部を含む領域を前記特定の領域として撮影するように設定された撮影装置によって、前記撮影をおこなうことを特徴とするセラミックヒータの検査方法。
4. セラミックヒータの製造方法であって、
   焼成後に発熱素子となる導電性セラミックの素子成形体を形成する成形工程と、
   焼成後に基体の一部となる絶縁性セラミックの第１の基体成形体上に、前記素子成形体を配置し、前記第１の基体成形体の前記素子成形体が配置された配置面上に、焼成後に前記基体の一部となる絶縁性セラミックの第２の基体成形体または絶縁性セラミックの粉末を配置して素子保持体を形成する配置形成工程と、
   前記素子保持体を焼成して焼成体を形成する焼成工程と、を備え、
   前記配置形成工程は、
   前記第１の基体成形体の前記配置面のうち、前記素子成形体の少なくとも一部を含む特定の領域を撮影するように設定された撮影装置によって、前記素子成形体を配置した後の前記第１の基体成形体の前記配置面を撮影し、前記特定の領域の画像を取得する第１の取得工程と、
   取得した前記特定の領域の画像に、前記素子成形体と画像の階調値が異なる前記第１の基体成形体が含まれることによる前記特定の領域の画像の階調値の変化に基づいて、前記素子成形体の欠けを含む異常が生じているか否かを判定する第１の判定工程と、
   前記素子成形体を配置した後の前記第１の基体成形体の前記配置面を前記素子成形体の少なくとも一部を含むように撮影し、前記配置面の画像を取得する第２の取得工程と、
   前記第１の基体成形体に前記素子成形体が正常な位置に配置された状態を表す画像をパターン画像として、取得した前記配置面の画像と前記パターン画像とによるパターンマッチングをおこない、前記パターン画像との相関値を算出する算出工程と、
   算出された前記相関値に基づいて、前記第１の基体成形体に前記素子成形体が正常な位置に配置されているか否かを判定する第２の判定工程と、を含み、
   前記第２の判定工程が前記第１の取得工程よりも前に行われることを特徴とするセラミックヒータの製造方法。

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