JP6165601B2 - セラミックヒータおよびグロープラグ - Google Patents

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。

グロープラグとしては、セラミックヒータを用いたセラミック型グロープラグが知られている。セラミック型グロープラグのセラミックヒータは、基体と、発熱抵抗体とを備える。セラミックヒータの基体は、セラミック材料から成り、後端側から先端側へ延びている。セラミックヒータの発熱抵抗体は、セラミック材料から成り、基体に埋め込まれている。

発熱抵抗体は、折返し部と、一対の線状部と、一対の導電部とを有する。発熱抵抗体の折返し部は、基体の先端側に設けられ、折返し形状を成す。発熱抵抗体における一対の線状部は、折返し部から後端側へ相互に延びている。発熱抵抗体の通電時には、線状部は、発熱抵抗体の中で最も高温になる。発熱抵抗体における一対の導電部は、一対の線状部の各々から後端側へ相互に延び、線状部より大きな断面を有する。

特許文献１には、線状部に窪みを有する発熱抵抗体について記載されている。特許文献２には、線状部の幅が部分的に広い発熱抵抗体について記載されている。

特開２０１０−１０８６０６号公報 特開２００５−２９９９４５号公報

特許文献１，２のセラミックヒータでは、発熱と冷却との繰返し（冷熱サイクル）に応じて発熱抵抗体の線状部に発生する熱応力によって、線状部が断線しやすいという課題があった。

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、セラミックヒータが提供される。この形態のセラミックヒータは、セラミック材料から成り、後端側から先端側へ延びた基体と；セラミック材料から成り、前記基体に埋め込まれた発熱抵抗体であって、前記基体の前記先端側に設けられ、折返し形状を成す折返し部と；前記折返し部から前記後端側へ相互に延びた一対の線状部と；前記一対の線状部の各々から前記後端側へ相互に延び、前記線状部より大きな断面を有する一対の導電部とを含む発熱抵抗体とを備える。この形態のセラミックヒータにおいて、前記線状部は、柱状に突出した凸部を有し、前記凸部は、前記一対の線状部の各軸を含む仮想平面のうち前記一対の線状部の間に位置する内側仮想平面を避けて前記線状部から突出している。この形態によれば、冷熱サイクルに対する線状部の耐久性を向上させることができる。その結果、セラミックヒータの耐久性を向上させることができる。

（２）上記形態のセラミックヒータにおいて、前記凸部は、前記線状部の前記軸に直交する方向に突出していてもよい。この形態によれば、成形性に比較的に優れた凸部の形状によって、冷熱サイクルに対する線状部の耐久性を向上させることができる。

（３）上記形態のセラミックヒータにおいて、前記凸部は、前記仮想平面を挟んで対向する一対の凸部を含んでもよい。この形態によれば、成形性に比較的に優れた凸部の形状によって、冷熱サイクルに対する線状部の耐久性を向上させることができる。

（４）上記形態のセラミックヒータにおいて、前記導電部は、前記導電部における前記線状部寄りの位置から柱状に突出する凸部であって、前記仮想平面を挟んで対向する一対の凸部を有してもよい。この形態によれば、冷熱サイクルに対する線状部の耐久性をいっそう向上させることができる。

（５）上記形態のセラミックヒータにおいて、前記凸部は、前記一対の線状部のうち一方の線状部に設けられ、前記一方の線状部とは異なる他方の線状部に対する反対側に向けて突出した凸部を含んでもよい。この形態によれば、成形性に比較的に優れた凸部の形状によって、冷熱サイクルに対する線状部の耐久性を向上させることができる。

（６）上記形態のセラミックヒータにおいて、前記凸部の１つあたりの体積は、０．１×１０^-3ｍｍ³以上４９．５×１０^-3ｍｍ³未満であってもよい。この形態によれば、冷熱サイクルに対する線状部の耐久性を十分に向上させることができる。

（７）上記形態のセラミックヒータにおいて、前記凸部が突出する方向に前記凸部を投影した投影面積は、０．０５ｍｍ²以上０．６６ｍｍ²以下であってもよい。この形態によれば、冷熱サイクルに対する線状部の耐久性を十分に向上させることができる。

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、セラミックヒータを備えるグロープラグ、セラミックヒータを製造する製造方法などの形態で実現することができる。

グロープラグの部分断面を示す説明図である。 セラミックヒータを示す説明図である。 セラミックヒータを示す説明図である。 セラミックヒータの先端側を拡大して示す説明図である。 図４の矢視Ｆ５−Ｆ５から見たセラミックヒータの断面を示す説明図である。 図４の矢視Ｆ６−Ｆ６から見たセラミックヒータの断面を示す説明図である。 図２の矢視Ｆ７−Ｆ７から見たセラミックヒータの断面を示す説明図である。 図２の矢視Ｆ８−Ｆ８から見たセラミックヒータの断面を示す説明図である。 凸部の詳細を示す説明図である。 第１変形例のセラミックヒータを示す説明図である。 第２変形例のセラミックヒータを示す説明図である。 第３変形例のセラミックヒータの先端側を示す説明図である。 図１２の矢視Ｆ１３−Ｆ１３から見たセラミックヒータの断面を示す説明図である。 第４変形例のセラミックヒータにおける線状部を示す説明図である。 第５変形例のセラミックヒータにおける線状部を示す説明図である。 セラミックヒータを評価した結果を示す表である。 試料１のセラミックヒータを示す説明図である。 試料２のセラミックヒータを示す説明図である。 試料３のセラミックヒータを示す説明図である。 図１９の矢視Ｆ２０−Ｆ２０から見たセラミックヒータの断面を示す説明図である。 試料４のセラミックヒータを示す説明図である。 図２１の矢視Ｆ２２−Ｆ２２から見たセラミックヒータの断面を示す説明図である。

Ａ．実施形態
Ａ１．グロープラグの構成
図１は、グロープラグ１０の部分断面を示す説明図である。図１には、グロープラグ１０の軸心ＳＣを境界として、紙面右側にグロープラグ１０の外観形状を図示し、紙面左側にグロープラグ１０の断面形状を図示した。本実施形態の説明では、グロープラグ１０における図１の紙面下側を「先端側」といい、図１の紙面上側を「後端側」という。

図１には、ＸＹＺ軸が図示されている。図１のＸＹＺ軸は、互いに直交する３つの空間軸として、Ｘ軸、Ｙ軸およびＺ軸を有する。Ｘ軸に沿ったＸ軸方向のうち、＋Ｘ軸方向は、正の方向であり、−Ｘ軸方向は、負の方向である。Ｙ軸に沿ったＹ軸方向のうち、＋Ｙ軸方向は、正の方向であり、−Ｙ軸方向は、負の方向である。Ｚ軸に沿ったＺ軸方向のうち、＋Ｚ軸方向は、正の方向であり、−Ｚ軸方向は、負の方向である。本実施形態では、Ｚ軸は、軸心ＳＣに沿った軸であり、＋Ｚ軸方向は後端側であり、−Ｚ軸方向は先端側である。図１のＸＹＺ軸は、他の図におけるＸＹＺ軸に対応する。

グロープラグ１０は、熱を発生させるセラミックヒータ８００を備え、ディーゼルエンジンを始めとする内燃機関９０の始動時における点火を補助する熱源として機能する。グロープラグ１０は、セラミックヒータ８００の他、中軸２００と、主体金具５００と、外筒７００とを備える。グロープラグ１０の軸心ＳＣは、グロープラグ１０を構成する各部材の軸心でもある。

グロープラグ１０の中軸２００は、導電性を有する金属体である。中軸２００は、軸心ＳＣを中心に延びた円柱状を成す。中軸２００は、グロープラグ１０の外部から供給される電力をセラミックヒータ８００へと中継する。

本実施形態では、中軸２００は、中軸２００の後端側において、グロープラグ１０の外部から、端子１００を介して給電を受け付ける。他の実施形態では、中軸２００は、中軸２００の後端側において、グロープラグ１０の外部から直接的に給電を受け付けてもよい。

本実施形態では、中軸２００は、中軸２００の先端側において、リング６００を介してセラミックヒータ８００と電気的に接続される。他の実施形態では、中軸２００は、中軸２００の先端側において、セラミックヒータ８００と直接的に接続されてもよい。

グロープラグ１０の主体金具５００は、導電性を有する金属体である。主体金具５００は、軸心ＳＣを中心に延びた筒状を成す。主体金具５００は、軸孔５１０と、工具係合部５２０と、雄ネジ部５４０とを備える。

主体金具５００の軸孔５１０は、軸心ＳＣを中心に延びた貫通孔である。軸孔５１０の内径は、中軸２００の外形よりも大きい。軸孔５１０の内側で、中軸２００が軸心ＳＣ上に位置決めされ、軸孔５１０と中軸２００との間には、軸孔５１０と中軸２００とを電気的に絶縁する空隙が形成される。本実施形態では、軸孔５１０の後端側には、円筒状を成す絶縁部材３００と、環状を成す絶縁部材４００とを介して、中軸２００が取り付けられる。

主体金具５００の工具係合部５２０は、内燃機関９０に対するグロープラグ１０の取り付けおよび取り外しに用いられる工具（図示しない）に係合可能に構成されている。主体金具５００の雄ネジ部５４０は、内燃機関９０に形成された雌ネジに嵌り合うことによって、内燃機関９０に対して固定可能に構成されている。

グロープラグ１０の外筒７００は、導電性を有する金属体である。外筒７００は、軸心ＳＣを中心に延びた筒状を成す。外筒７００は、セラミックヒータ８００を保持する軸孔７１０を備える。外筒７００の後端側は、主体金具５００の先端側に溶接されている。外筒７００の先端側からは、セラミックヒータ８００が突出する。

グロープラグ１０のセラミックヒータ８００は、セラミック組成物から成る発熱素子（発熱装置）である。セラミックヒータ８００は、基体８１０と、発熱抵抗体８３０とを備える。

セラミックヒータ８００の基体８１０は、電気絶縁性を有するセラミック材料から成る絶縁性セラミックスである。基体８１０には、発熱抵抗体８３０が埋め込まれている。基体８１０は、発熱抵抗体８３０を支持する。基体８１０は、グロープラグ１０の外部から発熱抵抗体８３０を電気的に絶縁すると共に、発熱抵抗体８３０の熱をグロープラグ１０の外部へと伝達する。

本実施形態では、基体８１０を形成するセラミック材料は、窒化ケイ素（Ｓｉ₃Ｎ₄）から主に成る。他の実施形態では、基体８１０を形成する窒化ケイ素（Ｓｉ₃Ｎ₄）のうち、ケイ素（Ｓｉ）の少なくとも一部がアルミニウム（Ａｌ）で置換され、窒素（Ｎ）の少なくとも一部が酸素（Ｏ）で置換されてもよい。基体８１０を形成するセラミック材料は、焼結助剤として、希土類酸化物（例えば、イッテルビウム（Ｙｂ）酸化物、エルビウム（Ｅｒ）酸化物など）とアルミニウム（Ａｌ）酸化物とを含有してもよい。

セラミックヒータ８００の発熱抵抗体８３０は、導電性を有するセラミック材料から成る導電性セラミックスである。発熱抵抗体８３０は、通電によって発熱する。本実施形態では、発熱抵抗体８３０は、射出成形法によって成形された部材である。

本実施形態では、発熱抵抗体８３０を形成するセラミック材料は、炭化タングステン（ＷＣ）から主に成る。本実施形態では、セラミック材料は、炭化タングステンに加え、窒化ケイ素（Ｓｉ₃Ｎ₄）を含有する。セラミック材料は、５５〜７０質量％の炭化タングステンと、２８〜３５質量％の窒化ケイ素とを含有し、残りの２〜１０質量％として酸化エルビウム（Ｅｒ₂Ｏ₃）および酸化ケイ素（ＳｉＯ₂）を含有してもよい。他の実施形態では、セラミック材料は、二ケイ化モリブデン（ＭｏＳｉ₂）から主に成る組成物であってもよい。

Ａ２．セラミックヒータの構成
図２は、セラミックヒータ８００を示す説明図である。図２には、＋Ｙ軸方向から見た発熱抵抗体８３０を基体８１０の輪郭と共に示し、基体８１０に対応する領域にハッチングを施した。

図３は、セラミックヒータ８００を示す説明図である。図３には、図２の矢視Ｆ３から見た発熱抵抗体８３０を基体８１０の輪郭と共に示し、基体８１０に対応する領域にハッチングを施した。

セラミックヒータ８００の発熱抵抗体８３０は、折返し部８３２と、一対の線状部８３４と、一対の導電部８３６と、２つの端子部８３８とを備える。

発熱抵抗体８３０の折返し部８３２は、基体８１０の先端側（−Ｚ軸方向側）に設けられている。折返し部８３２は、円弧状に折り返した線状を成す部位である。折返し部８３２は、一対の線状部８３４の間を接続する。

発熱抵抗体８３０における一対の線状部８３４は、折返し部８３２から後端側（＋Ｚ軸方向側）へ相互に延びた部位である。一対の線状部８３４は、線状部８３４ａと、線状部８３４ｂとを含む。線状部８３４ａは、折返し部８３２の＋Ｘ軸方向側から後端側へと線状に延びた部位であり、線状部８３４ｂは、折返し部８３２の−Ｘ軸方向側から後端側へと線状に延びた部位である。本実施例では、線状部８３４ａと線状部８３４ｂとは、相互にほぼ平行に延びた部位である。本実施形態の説明では、線状部を総称する場合には符号「８３４」を使用し、線状部を特定する場合には符号「８３４ａ」、「８３４ｂ」を使用する。

発熱抵抗体８３０における一対の導電部８３６は、一対の線状部８３４の各々から後端側（＋Ｚ軸方向側）へ相互に延びた部位である。一対の導電部８３６は、導電部８３６ａと、導電部８３６ｂとを含む。導電部８３６ａは、線状部８３４ａから後端側へと線状に延びた部位であり、導電部８３６ｂは、線状部８３４ｂから後端側へと線状に延びた部位である。本実施形態では、導電部８３６ａと導電部８３６ｂとは、相互にほぼ平行に延びた部位である。本実施形態の説明では、導電部を総称する場合には符号「８３６」を使用し、導電部を特定する場合には符号「８３６ａ」、「８３６ｂ」を使用する。

発熱抵抗体８３０における２つの端子部８３８は、一対の線状部８３４の各々から突出し、基体８１０の表面に露出する。２つの端子部８３８は、端子部８３８ａと、端子部８３８ｂとを含む。端子部８３８ａは、導電部８３６ａの後端側に形成され、導電部８３６ａから＋Ｘ軸方向に突出した部位である。端子部８３８ｂは、導電部８３６ｂの後端側に形成され、導電部８３６ｂから−Ｘ軸方向に突出した部位である。本実施形態では、端子部８３８ｂは、端子部８３８ａより先端側に位置する。本実施形態では、セラミックヒータ８００が主体金具５００に組み付けられた状態で、端子部８３８ａは中軸２００と電気的に接続され、端子部８３８ｂは外筒７００と電気的に接続される。本実施形態の説明では、端子部を総称する場合には符号「８３８」を使用し、導電部を特定する場合には符号「８３８ａ」、「８３８ｂ」を使用する。

折返し部８３２および線状部８３４の断面は、導電部８３６の断面より小さいため、折返し部８３２および線状部８３４の電気抵抗は、導電部８３６より大きい。本実施形態では、発熱抵抗体８３０は、通電によって線状部８３４を中心に発熱し、線状部８３４は、発熱抵抗体８３０の中で最も高温になる。

図４は、セラミックヒータ８００の先端側を拡大して示す説明図である。図５は、図４の矢視Ｆ５−Ｆ５から見たセラミックヒータ８００の断面を示す説明図である。図６は、図４の矢視Ｆ６−Ｆ６から見たセラミックヒータ８００の断面を示す説明図である。

図２から図５までに示すように、発熱抵抗体８３０の線状部８３４は、柱状に突出した凸部８４０を有する。凸部８４０は、線状部８３４ａの軸Ｃ１ａと線状部８３４ｂの軸Ｃ１ｂとを含む仮想平面ＴＰ１のうち、線状部８３４ａと線状部８３４ｂとの間に位置する内側仮想平面ＴＰ１ｉを避けて線状部８３４から突出している。

本実施形態では、凸部８４０は、２つの凸部８４０ａ１と、２つの凸部８４０ｂ１とを含む。２つの凸部８４０ａ１は、それぞれ線状部８３４ａに形成され、仮想平面ＴＰ１を挟んで相互に対向する一対の凸部である。２つの凸部８４０ｂ１は、それぞれ線状部８３４ｂに形成され、仮想平面ＴＰ１を挟んで相互に対向する一対の凸部である。本実施形態の説明では、線状部８３４における凸部を総称する場合には符号「８４０」を使用し、線状部８３４における凸部を特定する場合には符号「８４０ａ１」、「８４０ｂ１」を使用する。

２つの凸部８４０ａ１は、線状部８３４ａの軸Ｃ１ａに直交する方向に突出している。２つの凸部８４０ａ１のうち、＋Ｙ軸方向側の凸部８４０ａ１は、線状部８３４ａから＋Ｙ軸方向に突出し、−Ｙ軸方向側の凸部８４０ａ１は、線状部８３４ａから−Ｙ軸方向に突出している。本実施形態では、線状部８３４ａの断面形状は、仮想平面ＴＰ１を挟んで対称である。

２つの凸部８４０ｂ１は、線状部８３４ｂの軸Ｃ１ｂに直交する方向に突出している。２つの凸部８４０ｂ１のうち、＋Ｙ軸方向側の凸部８４０ｂ１は、線状部８３４ｂから＋Ｙ軸方向に突出し、−Ｙ軸方向側の凸部８４０ｂ１は、線状部８３４ｂから−Ｙ軸方向に突出している。本実施形態では、線状部８３４ｂの断面形状は、仮想平面ＴＰ１を挟んで対称である。

冷熱サイクルに対する線状部８３４の耐久性を向上させる観点から、凸部８４０の１つあたりの体積Ｖｃは、０．１×１０^-3ｍｍ³以上４９．５×１０^-3ｍｍ³未満であることが好ましい。「凸部８４０の１つあたりの体積」とは、１つの凸部８４０が線状部８３４に占める空間の大きさである。体積Ｖｃの評価については後述する。

冷熱サイクルに対する線状部８３４の耐久性を向上させる観点から、凸部８４０が突出する方向に凸部８４０を投影した投影面積Ｓｃは、０．０５ｍｍ²以上０．６６ｍｍ²以下であることが好ましい。投影面積Ｓｃの評価については後述する。

冷熱サイクルに対する線状部８３４の耐久性を向上させる観点から、線状部８３４の軸に直交する方向に沿った凸部８４０の長さＬｍは、０．２ｍｍ以上０．７ｍｍ以下であり、線状部８３４の軸に沿った凸部８４０の長さＬｎは、０．３ｍｍ以上１．２ｍｍ以下であることが好ましい。長さＬｍおよび長さＬｎの評価については後述する。

図６は、図４の矢視Ｆ６−Ｆ６から見たセラミックヒータ８００の断面を示す説明図である。図７は、図２の矢視Ｆ７−Ｆ７から見たセラミックヒータ８００の断面を示す説明図である。図８は、図２の矢視Ｆ８−Ｆ８から見たセラミックヒータ８００の断面を示す説明図である。

図２から図８までに示すように、発熱抵抗体８３０の導電部８３６は、柱状に突出した凸部８６０を有する。本実施形態では、導電部８３６の凸部８６０は、導電部８３６と線状部８３４との断面の大きさの比に応じて、線状部８３４の凸部８４０より大きい。他の実施形態では、凸部８６０は、凸部８４０と同じ大きさであってもよいし、凸部８４０より小さくてもよい。

本実施形態では、凸部８６０は、２つの凸部８６０ａ１と、２つの凸部８６０ｂ１とを含む。２つの凸部８６０ａ１は、それぞれ導電部８３６ａにおける線状部８３４ａ寄りの位置に形成され、導電部８３６ａの軸Ｃ２ａと導電部８３６ｂの軸Ｃ２ｂとを含む仮想平面ＴＰ２を挟んで相互に対向する一対の凸部である。本実施形態では、導電部８３６に基づく仮想平面ＴＰ２は、線状部８３４に基づく仮想平面ＴＰ１と同一平面である。２つの凸部８６０ｂ１は、それぞれ導電部８３６ｂにおける線状部８３４ｂ寄りの位置に形成され、仮想平面ＴＰ２を挟んで相互に対向する一対の凸部である。

２つの凸部８６０ａ１は、導電部８３６ａの軸Ｃ２ａに直交する方向に突出している。２つの凸部８６０ａ１のうち、＋Ｙ軸方向側の凸部８６０ａ１は、導電部８３６ａから＋Ｙ軸方向に突出し、−Ｙ軸方向側の凸部８６０ａ１は、導電部８３６ａから−Ｙ軸方向に突出している。本実施形態では、２つの凸部８６０ａ１が位置する導電部８３６ａの断面形状は、仮想平面ＴＰ２を挟んで対称である。

２つの凸部８６０ｂ１は、導電部８３６ｂの軸Ｃ２ｂに直交する方向に突出している。２つの凸部８６０ｂ１のうち、＋Ｙ軸方向側の凸部８６０ｂ１は、導電部８３６ｂから＋Ｙ軸方向に突出し、−Ｙ軸方向側の凸部８６０ｂ１は、導電部８３６ｂから−Ｙ軸方向に突出している。本実施形態では、２つの凸部８６０ｂ１が位置する導電部８３６ｂの断面形状は、仮想平面ＴＰ２を挟んで対称である。

本実施形態では、凸部８６０は、更に、２つの凸部８６０ａ２と、２つの凸部８６０ｂ２とを含む。２つの凸部８６０ａ２は、２つの凸部８６０ａ１より後端側に位置する点を除き、２つの凸部８６０ａ１と同様である。２つの凸部８６０ｂ２は、２つの凸部８６０ｂ１より後端側に位置する点を除き、２つの凸部８６０ｂ１と同様である。

本実施形態では、凸部８６０は、更に、２つの凸部８６０ａ３と、２つの凸部８６０ｂ３とを含む。２つの凸部８６０ａ３は、２つの凸部８６０ａ２より後端側であって導電部８３６ａの中央に位置する点を除き、２つの凸部８６０ａ１と同様である。２つの凸部８６０ｂ３は、２つの凸部８６０ｂ２より後端側であって導電部８３６ｂの中央に位置する点を除き、２つの凸部８６０ｂ１と同様である。

本実施形態では、凸部８６０は、更に、２つの凸部８６０ａ４と、２つの凸部８６０ｂ４とを含む。２つの凸部８６０ａ４は、２つの凸部８６０ａ３より後端側に位置する点を除き、２つの凸部８６０ａ１と同様である。２つの凸部８６０ｂ４は、２つの凸部８６０ｂ３より後端側であって導電部８３６ｂにおける端子部８３８ｂが突出する部位に位置する点を除き、２つの凸部８６０ｂ１と同様である。

本実施形態では、凸部８６０は、更に、２つの凸部８６０ａ５と、２つの凸部８６０ｂ５とを含む。２つの凸部８６０ａ５は、２つの凸部８６０ａ４より後端側であって導電部８３６ａにおける端子部８３８ａが突出する部位に位置する点を除き、２つの凸部８６０ａ１と同様である。２つの凸部８６０ｂ５は、２つの凸部８６０ｂ４より後端側に位置する点を除き、２つの凸部８６０ｂ１と同様である。

本実施形態では、導電部８３６ａにおいて、凸部８６０ａ１，８６０ａ２，８６０ａ３，８６０ａ４は、端子部８３８ａより先端側（−Ｚ軸方向側）に設けられた凸部である。凸部８６０ａ１，８６０ａ２，８６０ａ３，８６０ａ４は、導電部８３６ａにおいて端子部８３８ａが突出する部位に発生する応力集中を緩和する。これによって、端子部８３８ａが突出した導電部８３６ａにおけるクラックの発生を抑制できる。

本実施形態では、導電部８３６ｂにおいて、凸部８６０ｂ１，８６０ｂ２，８６０ｂ３は、端子部８３８ｂより先端側（−Ｚ軸方向側）に設けられた凸部である。凸部８６０ｂ１，８６０ｂ２，８６０ｂ３は、導電部８３６ｂにおいて端子部８３８ｂが突出する部位に発生する応力集中を緩和する。これによって、端子部８３８ｂが突出した導電部８３６ｂにおけるクラックの発生を抑制できる。

本実施形態の説明では、導電部８３６における凸部を総称する場合には符号「８６０」を使用し、導電部８３６における凸部を特定する場合には符号「８６０ａ１」、「８６０ｂ１」、「８６０ａ２」、「８６０ｂ２」、・・・、「８６０ａ５」、「８６０ｂ５」を使用する。

図９は、凸部８４０の詳細を示す説明図である。本実施形態では、図９（Ａ）に示すように、凸部８４０の側面８４１は、凸部８４０が突出する方向に沿った面であり、凸部８４０の端面８４２は、凸部８４０が突出する方向に膨張した面である。他の実施形態では、図９（Ｂ）に示すように、凸部８４０の端面８４２は、平坦な面であってもよい。他の実施形態では、図９（Ｃ）に示すように、凸部８４０の端面８４２は、陥没した面であってもよい。

本実施形態では、凸部８６０の形状は、図９（Ａ）に示す凸部８４０の形状と同様である。他の実施形態では、凸部８６０の形状は、図９（Ｂ）に示す凸部８４０の形状と同様であってもよいし、図９（Ｃ）に示す凸部８４０の形状と同様であってもよい。

Ａ３．変形例
図１０は、第１変形例のセラミックヒータ８０１を示す説明図である。第１変形例のセラミックヒータ８０１は、発熱抵抗体８３０の導電部８３６に凸部８６０が設けられていない点を除き、図２のセラミックヒータ８００と同様である。

図１１は、第２変形例のセラミックヒータ８０２を示す説明図である。第２変形例のセラミックヒータ８０２は、２つの凸部８６０ａ１および２つの凸部８６０ｂ１が設けられている点を除き、第１変形例のセラミックヒータ８０１と同様である。

図１２は、第３変形例のセラミックヒータ８０３の先端側を示す説明図である。図１３は、図１２の矢視Ｆ１３−Ｆ１３から見たセラミックヒータ８０３の断面を示す説明図である。第３変形例のセラミックヒータ８０３は、凸部８４０ａ１および凸部８４０ｂ１に代えて、凸部８４０ａ３および凸部８４０ｂ３が設けられている点を除き、第１変形例のセラミックヒータ８０１と同様である。第３変形例の凸部８４０ａ３は、線状部８３４ａに設けられ、線状部８３４ｂに対する反対側（＋Ｘ軸方向）に向けて突出した凸部である点を除き、図２の凸部８４０ａ１と同様である。第３変形例の凸部８４０ｂ３は、線状部８３４ｂに設けられ、線状部８３４ａに対する反対側（−Ｘ軸方向）に向けて突出した凸部である点を除き、図２の凸部８４０ｂ１と同様である。本実施形態では、線状部８３４ａ，８３４ｂの断面形状は、仮想平面ＴＰ１を挟んで対称である。

図１４は、第４変形例のセラミックヒータ８０４における線状部８３４ａ，８３４ｂを示す説明図である。第４変形例のセラミックヒータ８０４は、凸部８４０ａ１および凸部８４０ｂ１に代えて、凸部８４０ａ４および凸部８４０ｂ４が設けられている点を除き、第１変形例のセラミックヒータ８０１と同様である。

第４変形例の凸部８４０ａ４は、線状部８３４ａに設けられ、線状部８３４ａの軸Ｃ１ａを通り内側仮想平面ＴＰ１ｉに対して４５°の角度で傾斜した仮想平面ＴＰａ１上に位置する。凸部８４０ａ４は、＋Ｙ軸方向に突出した部位である。凸部８４０ａ４の側面８４１ａ４は、凸部８４０ａ４が突出する方向（Ｙ軸）に沿った面であり、凸部８４０ａ４の端面８４２ａ４は、平坦な面である。

第４変形例の凸部８４０ｂ４は、線状部８３４ｂに設けられ、線状部８３４ｂの軸Ｃ１ｂを通り内側仮想平面ＴＰ１ｉに対して４５°の角度で傾斜した仮想平面ＴＰｂ１上に位置する。凸部８４０ｂ４は、＋Ｙ軸方向に突出した部位である。凸部８４０ｂ４の側面８４１ｂ４は、凸部８４０ｂ４が突出する方向（Ｙ軸）に沿った面であり、凸部８４０ｂ４の端面８４２ｂ４は、平坦な面である。

図１５は、第５変形例のセラミックヒータ８０５における線状部８３４ａ，８３４ｂを示す説明図である。第５変形例のセラミックヒータ８０５は、凸部８４０ａ４および凸部８４０ｂ４に代えて、凸部８４０ａ５および凸部８４０ｂ５が設けられている点を除き、第４変形例のセラミックヒータ８０４と同様である。

第５変形例の凸部８４０ａ５は、線状部８３４ａに設けられ、仮想平面ＴＰａ１上に位置する。凸部８４０ａ５は、−Ｘ軸方向かつ＋Ｙ軸方向に突出した部位である。凸部８４０ａ５の側面８４１ａ５は、射出成形の作業性を考慮して凸部８４０ａ５が先細りとなるように傾斜した面であり、凸部８４０ａ５の端面８４２ａ５は、平坦な面である。

第５変形例の凸部８４０ｂ５は、線状部８３４ｂに設けられ、仮想平面ＴＰｂ１上に位置する。凸部８４０ｂ５は、＋Ｘ軸方向かつ＋Ｙ軸方向に突出した部位である。凸部８４０ｂ５の側面８４１ｂ５は、射出成形の作業性を考慮して凸部８４０ｂ５が先細りとなるように傾斜した面であり、凸部８４０ｂ５の端面８４２ｂ５は、平坦な面である。

Ａ４．セラミックヒータの評価
図１６は、セラミックヒータを評価した結果を示す表である。図１６の評価試験では、試験者は、発熱抵抗体８３０の形状が異なるセラミックヒータである試料１〜１１について評価を行った。

図１７は、試料１のセラミックヒータ９０１を示す説明図である。試料１のセラミックヒータ９０１は、発熱抵抗体８３０に凸部８４０および凸部８６０が設けられていない点を除き、図２のセラミックヒータ８００と同様である。

図１８は、試料２のセラミックヒータ９０２を示す説明図である。試料２のセラミックヒータ９０２は、２つの凸部８４０ａ１および２つの凸部８４０ｂ１に代えて、２つの凹部９４０ａ２および２つの凹部９４０ｂ２が設けられている点を除き、第１変形例のセラミックヒータ８０１と同様である。凹部９４０ａ２は、線状部８３４ａに設けられ、凸部８４０ａ１に対応する位置を陥没させた窪みである。凹部９４０ｂ２は、線状部８３４ｂに設けられ、凸部８４０ｂ１に対応する位置を陥没させた窪みである。

図１９は、試料３のセラミックヒータ９０３を示す説明図である。図２０は、図１９の矢視Ｆ２０−Ｆ２０から見たセラミックヒータ９０３の断面を示す説明図である。試料３のセラミックヒータ９０３は、凸部８４０ａ１および凸部８４０ｂ１に代えて、凸部９４０ａ３および凸部９４０ｂ３が設けられている点を除き、第１変形例のセラミックヒータ８０１と同様である。試料３の凸部９４０ａ３は、線状部８３４ａに設けられ、線状部８３４ｂに向けて突出した凸部である点を除き、図２の凸部８４０ａ１と同様である。試料３の凸部９４０ｂ３は、線状部８３４ｂに設けられ、線状部８３４ａに向けて突出した凸部である点を除き、図２の凸部８４０ｂ１と同様である。

図２１は、試料４のセラミックヒータ９０４を示す説明図である。図２２は、図２１の矢視Ｆ２２−Ｆ２２から見たセラミックヒータ９０４の断面を示す説明図である。試料４のセラミックヒータ９０４は、発熱抵抗体８３０の外周に凸条９５０が設けられている点を除き、試料１のセラミックヒータ９０１と同様である。試料４の凸条９５０は、突出した細長いすじであり、導電部８３６ａの＋Ｘ軸方向側から、線状部８３４ａの＋Ｘ軸方向側、折返し部８３２の−Ｚ軸方向側、線状部８３４ｂの−Ｘ軸方向側を経て、導電部８３６ｂの−Ｘ軸方向側に至る全域にわたって突出している。

試料５〜９は、第１変形例のセラミックヒータ８０１に相当する（図１０を参照）。試料１０は、第２変形例のセラミックヒータ８０２に相当する（図１１を参照）。試料１１は、第３変形例のセラミックヒータ８０３に相当する（図１２、図１３を参照）。

試験者は、試料１〜１１について、線状部８３４における凸部について、凸部の１つあたりの体積Ｖｃと、凸部が突出する方向に凸部を投影した投影面積Ｓｃと、線状部８３４の軸に直交する方向に沿った凸部の長さＬｍと、線状部８３４の軸に沿った凸部の長さＬｎとを測定した。試料２については、線状部８３４における凹部について、他の試料の凸部と同様に各値を測定した。図１６の表には、試料２の体積Ｖｃを負の値で表した。試料４については、凸条９５０の長さＬｍについてのみ測定した。

試験者は、各試料に対して、次の手順１，２を１サイクルとして繰り返し実施することによって、発熱抵抗体８３０が断線するサイクル数である耐久サイクル数Ｎｓを確認した。
（手順１）発熱抵抗体８３０に対する通電を実施することによって、基体８１０の表面温度を、常温から、通電開始の０．５秒後に１０００℃にまで昇温させ、その昇温勾配で、さらに１３５０℃になるように約１秒間、昇温させる。
（手順２）基体８１０の表面温度を１３５０℃にまで昇温させた後、発熱抵抗体８３０に対する通電を遮断し、約３０秒間、送風によって試料を冷却する。

試験者は、次の評価基準に基づいて各試料の耐久性を評価した。
◎（優）：５００００≦Ｎｓ
○（良）：２５０００≦Ｎｓ＜５００００
△（可）：１５０００≦Ｎｓ＜２５０００
×（劣）： Ｎｓ＜１５０００

試料２の耐久性は、試料１より低下した。試料２の線状部８３４は、試験後に凹部９４０ａ２，９４０ｂ２の一方を起点に断線していた。この結果は、線状部８３４の凹部９４０ａ２，９４０ｂ２によって線状部８３４の断面積が小さくなるため、線状部８３４の機械的強度が、試料１と比較して低下することに起因すると考えられる。

試料３の耐久性は、試料１より低下した。この結果は、熱が逃げにくい一対の線状部８３４の内側に凸部９４０ａ３，９４０ｂ３が位置するとともに、凸部９４０ａ３，９４０ｂ３によって一対の線状部８３４の内側における基体８１０の体積が小さくなるため、一対の線状部８３４の内側が、試料１と比較して過剰に高温になることに起因すると考えられる。

試料４の耐久性は、試料１より低下した。この結果は、発熱抵抗体８３０の外周にわたる凸条９５０が大き過ぎるため、線状部８３４に発生する熱応力が、試料１と比較して増大することに起因すると考えられる。

試料５〜９の耐久性は、試料１より向上した。この結果は、仮想平面ＴＰ１を挟んで対向する一対の凸部８４０によって、試料１と比較して、凸部８４０の体積増加により線状部８３４の機械的強度が増大することに起因すると考えられる。

試料１０の耐久性は、試料５〜９より向上した。この結果は、導電部８３６の線状部８３４寄りに設けられた凸部８６０ａ１，８６０ｂ１によって、試料５〜９と比較して、線状部８３４に発生する熱応力がいっそう低減することに起因すると考えられる。

試料１１の耐久性は、試料１より向上した。この結果は、他方の線状部８３４に対する反対側に向けて突出した凸部８４０ａ３，８４０ｂ３によって、試料１と比較して、線状部８３４に発生する熱応力が低減するとともに、線状部８３４の機械的強度が増大することに起因すると考えられる。

試料５〜１１の結果から、少なくとも、凸部８４０の体積Ｖｃは、０．１×１０^-3ｍｍ³以上４９．５×１０^-3ｍｍ³未満であれば、線状部８３４の耐久性を向上できることが分かる。試料５〜１１の結果から、少なくとも、凸部８４０の投影面積Ｓｃは、０．０５ｍｍ²以上０．６６ｍｍ²以下であれば、線状部８３４の耐久性を向上できることが分かる。試料５〜１１の結果から、少なくとも、凸部８４０の長さＬｍは、０．２ｍｍ以上０．７ｍｍ以下であり、凸部８４０の長さＬｎは、０．３ｍｍ以上１．２ｍｍ以下であれば、線状部８３４の耐久性を向上できることが分かる。

Ａ５．効果
以上説明した実施形態のセラミックヒータ８００において、線状部８３４は、柱状に突出した凸部８４０を有し、凸部８４０は、内側仮想平面ＴＰ１ｉを避けて線状部８３４から突出している。そのため、冷熱サイクルに対する線状部８３４の耐久性を向上させることができる。その結果、セラミックヒータ８００の耐久性を向上させることができる。変形例のセラミックヒータ８０１，８０２，８０３，８０４，８０５についても同様である。

また、セラミックヒータ８００において、凸部８４０は、線状部８３４の軸に直交する方向に突出している。そのため、成形性に比較的に優れた凸部８４０の形状によって、冷熱サイクルに対する線状部８３４の耐久性を向上させることができる。変形例のセラミックヒータ８０１，８０２，８０３，８０４，８０５についても同様である。

また、セラミックヒータ８００において、凸部８４０は、仮想平面ＴＰ１を挟んで対向する一対の凸部８４０ａ１，８４０ｂ１である。そのため、成形性に比較的に優れた凸部８４０ａ１，８４０ｂ１の形状によって、冷熱サイクルに対する線状部８３４の耐久性を向上させることができる。変形例のセラミックヒータ８０１，８０２についても同様である。

また、セラミックヒータ８００において、導電部８３６は、導電部８３６における線状部８３４寄りの位置から柱状に突出する凸部８６０であって、仮想平面ＴＰ１を挟んで対向する一対の凸部８６０ａ１，８６０ｂ１を有する。そのため、冷熱サイクルに対する線状部８３４の耐久性をいっそう向上させることができる。第２変形例のセラミックヒータ８０２についても同様である。

また、第３変形例のセラミックヒータ８０３において、凸部８４０は、他方の線状部８３４に対する反対側に向けて突出した凸部８４０ａ３，８４０ｂ３である。そのため、成形性に比較的に優れた凸部８４０ａ３，８４０ｂ３の形状によって、冷熱サイクルに対する線状部８３４の耐久性を向上させることができる。

Ｂ．他の実施形態
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、上述の課題の一部または全部を解決するために、あるいは、上述の効果の一部また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。

線状部８３４の凸部８４０は、内側仮想平面ＴＰ１ｉを避けて線状部８３４から突出していればよく、いずれの方向に突出していてもよい。凸部８４０は、線状部８３４ａと線状部８３４ｂとの一方のみに形成されていてもよい。凸部８４０は、Ｙ軸方向に突出している場合であっても、仮想平面ＴＰ１を挟んで一対となる態様に限らず、単独で形成されていてもよい。凸部８４０は、線状部８３４の１個所に形成された態様に限らず、線状部８３４における複数個所に形成されていてもよい。

導電部８３６の凸部８６０は、導電部８３６から突出していればよく、いずれの方向に突出していてもよい。

１０…グロープラグ
９０…内燃機関
１００…端子
２００…中軸
３００…絶縁部材
４００…絶縁部材
５００…主体金具
５１０…軸孔
５２０…工具係合部
５４０…雄ネジ部
６００…リング
７００…外筒
７１０…軸孔
８００，８０１，８０２，８０３，８０４，８０５…セラミックヒータ
８１０…基体
８３０…発熱抵抗体
８３２…折返し部
８３４，８３４ａ，８３４ｂ…線状部
８３６，８３６ａ，８３６ｂ…導電部
８３８，８３８ａ，８３８ｂ…端子部
８４０，８４０ａ１，８４０ｂ１，８４０ａ３，８４０ｂ３，８４０ａ４，８４０ｂ４，８４０ａ５，８４０ｂ５…凸部
８４１，８４１ａ４，８４１ｂ４，８４１ａ５，８４１ｂ５…側面
８４２，８４２ａ４，８４２ｂ４，８４２ａ５，８４２ｂ５…端面
８６０，８６０ａ１，８６０ｂ１，８６０ａ２，８６０ｂ２，８６０ａ３，８６０ｂ３，８６０ａ４，８６０ｂ４，８６０ａ５，８６０ｂ５…凸部
９０１，９０２，９０３，９０４…セラミックヒータ
９４０ａ２，９４０ｂ２…凹部
９４０ａ３，９４０ｂ３…凸部
９５０…凸条
ＴＰ１…仮想平面
ＴＰ１ｉ…内側仮想平面
ＴＰａ１…仮想平面
ＴＰｂ１…仮想平面
ＴＰ２…仮想平面
ＳＣ…軸心
Ｖｃ…体積
Ｓｃ…投影面積
Ｎｓ…耐久サイクル数
Ｃ１ａ，Ｃ１ｂ，Ｃ２ａ，Ｃ２ｂ…軸

Claims (9)

1. セラミック材料から成り、後端側から先端側へ延びた基体と、
   セラミック材料から成り、前記基体に埋め込まれた発熱抵抗体であって、
   前記基体の前記先端側に設けられ、折返し形状を成す折返し部と、
   前記折返し部から前記後端側へ相互に延びた一対の線状部と、
   前記一対の線状部の各々から前記後端側へ相互に延び、前記線状部より大きな断面を有する一対の導電部と
   を含む発熱抵抗体と
   を備えるセラミックヒータであって、
   前記線状部は、柱状に突出した凸部を有し、
   前記凸部は、前記一対の線状部の各軸を含む仮想平面のうち前記一対の線状部の間に位置する内側仮想平面を避けて前記線状部から突出していることを特徴とするセラミックヒータ。
2. 前記凸部は、前記線状部の前記軸に直交する方向に突出している、請求項１に記載のセラミックヒータ。
3. 前記凸部は、前記仮想平面を挟んで対向する一対の凸部を含む、請求項１または請求項２に記載のセラミックヒータ。
4. 前記導電部は、前記導電部における前記線状部寄りの位置から柱状に突出する凸部であって、前記仮想平面を挟んで対向する一対の凸部を有する、請求項３に記載のセラミックヒータ。
5. 前記凸部は、前記一対の線状部のうち一方の線状部に設けられ、前記一方の線状部とは異なる他方の線状部に対する反対側に向けて突出した凸部を含む、請求項１または請求項２に記載のセラミックヒータ。
6. 前記凸部の１つあたりの体積は、０．１×１０^-3ｍｍ³以上４９．５×１０^-3ｍｍ³未満である、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。
7. 前記凸部が突出する方向に前記凸部を投影した投影面積は、０．０５ｍｍ²以上０．６６ｍｍ²以下である、請求項１から請求項６までのいずれか一項に記載のセラミックヒータ。
8. 前記線状部の前記軸に直交する方向に沿った前記凸部の長さは、０．２ｍｍ以上０．７ｍｍ以下であり、前記線状部の前記軸に沿った前記凸部の長さは、０．３ｍｍ以上１．２ｍｍ以下である、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。
9. 請求項１から請求項８までのセラミックヒータを備えるグロープラグ。

Images