KR101513389B1 - 세라믹히터 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

윤곽선(L1)의 형상이 가상적인 타원(E)을 따르는 테이퍼면(12)은, 축선(P) 방향 선단측일수록 곡률반경이 작은 복수의 곡면을 연속적으로 이어서 배치 설치하여 이루어진다. 상기 테이퍼면(12)은, 윤곽선(L1)의 단점(M1)과 단점(M2)의 사이의 거리가 축선(P) 방향으로 길고, 윤곽선(L1)의 접선과 축선(P)이 이루는 각도가, 측주면(15)측보다도 선단면(11)측에 있어서 크다. 따라서 테이퍼면(12)은, 측주면 (15)에 있어서의 기체의 외경에 가까운 직경을 더욱 선단측까지 확보할 수 있다. 그러므로 외표면의 면적을 확보하여 방열량을 확보할 수 있다. 또, 선단면(11)에서 축선(P) 방향으로 6㎜까지의 부위(규정대상부위)의 평균 외경을 2.3㎜보다 크게 하면 방열성을 확보할 수 있고, 3.3㎜ 이하로 하면 급속 승온성이 얻어진다. 선단면 (11)의 면적을, 평균 외경을 직경으로 하는 원의 면적의 27％ 이상으로 함으로써, 테이퍼면(12)에 있어서의 외경을 확보하는 것에 의해 방열성을 확보할 수 있다.

Description

세라믹히터 및 그 제조방법{CERAMIC HEATER AND MANUFACTURING METHOD THEREOF}

본 발명은 절연성 세라믹으로 이루어지는 기체(基體)에 도전성 세라믹으로 이루어지는 발열저항체를 매설시킨 세라믹히터 및 그 제조방법에 관한 것이다.

디젤 엔진의 시동을 보조하기 위해서 사용되는 글로 플러그에는, 예를 들면, 절연성 세라믹으로 이루어지는 기체에 도전성 세라믹으로 이루어지는 발열저항체를 매설시킨 세라믹히터가 사용된다. 세라믹히터의 발열저항체는 일반적으로 U자 형상으로 형성되고, U자의 되접어 꺾은 부분의 직경이 가늘게 되는 것에 의해, 상기 부위가 발열부로서 기능하도록 구성된다. 또한, 기체의 선단부가 발열부의 U자 형상을 따르도록 반구(半球) 형상으로 형성됨으로써 세라믹히터는 발열부에 있어서 발생하는 열을 기체의 외부로 효율 좋게 전달할 수 있다.

근래, 엔진의 시동성의 향상이나, 배기가스에 포함되는 NOx의 저감을 위해 세라믹히터로의 통전을 개시하고 나서의 승온속도의 향상이 요구되고 있다. 발열저항체 자체의 설계변경이나 통전시에 흘리는 전류의 크기의 변경을 수반하는 일없이 세라믹히터의 급속 승온성을 높이려면, 발열부에 있어서 발생한 열이 신속하게 기체의 외부로 전달되도록 하면 좋다. 그러기 위해서는, 세라믹히터의 외경을 종래 보다도 가늘게 하고, 발열저항체를 더욱 기체의 외표면의 가까이에 배치시키는 것을 생각할 수 있다. 무엇보다, 단지 외경을 가늘게 한 것 만으로는 세라믹히터에 절손(折損)의 우려가 발생하기 때문에 기체의 선단측을, 예를 들면 테이퍼 형상으로 하여 발열부의 주위에 있어서 세라믹히터의 외경이 가늘어지도록 하면 좋다(예를 들면 특허문헌 1 참조).

특허문헌 1 : 일본국 특개2002－270349호 공보

그러나, 세라믹히터의 외경을 가늘게 하면, 기체의 표면적이 줄어들어 방열량이 저하하고, 또, 기체의 두께가 얇아지기 때문에, 특히 발열부의 부근에 있어서의 열용량이 저하된다. 이로 인해, 예를 들면 연료의 부착이나 엔진 내의 기류에 의해서 기체의 선단부가 냉각되면, 발열부도 냉각되어 온도가 저하되고, 충분한 급속 승온성을 확보할 수 없게 된다고 하는 문제가 있었다.

본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위해서 이루어진 것이며, 기체의 선단부의 방열량 및 열용량을 확보하면서 급속 승온성을 얻을 수 있는 세라믹히터 및 그 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 제 1 형태에 따르면, 절연성 세라믹으로 이루어지고, 축선 방향으로 연장되는 기둥 형상의 기체와, 도전성 세라믹으로 이루어지며, 상기 기체에 매설되고, 통전에 의해서 발열하는 발열저항체이며, 상기 축선 방향에 있어서의 상기 기체의 선단부에 배치되는 발열부와, 상기 발열부의 양단에서 상기 기체의 후단측으로 향하여 연장되는 리드부를 가지는 발열저항체를 구비하는 세라믹히터로서, 상기 기체의 선단부에는 상기 축선 방향 선단측으로 향하여 끝으로 갈수록 가늘어지는 테이퍼부가 형성되어 있으며, 상기 테이퍼부의 외주면에는 외향으로 볼록하고 곡률반경이 다른 복수의 곡면이며, 상기 축선 방향으로 연속하여 이어지는 복수의 곡면이, 상기 곡률반경을 연속적으로 다르게 하여 배치 설치되어 있고, 상기 복수의 곡면 중 상기 축선 방향 선단측에 형성된 선단측 곡면은 상기 선단측 곡면보다도 상기 축선 방향 후단측에 형성된 후단측 곡면과 비교해서 상기 곡률반경이 작은 것을 특징으로 하는 세라믹히터가 제공된다.

제 1 형태에 있어서, 테이퍼부의 외주면에는 외향으로 볼록한 복수의 곡면이 축선 방향으로 연속하여 이어져 배치 설치되어 있다. 그리고, 그들 연속하여 이어지는 복수의 곡면은, 곡률반경이 연속적으로 다르고, 또한 후단측 곡면보다도 선단측 곡면의 곡률반경이 작다. 즉, 테이퍼부의 외주면에 배치 설치된 복수의 곡면은 선단측일수록 곡률반경이 작은 곡면이다. 이에 따라, 테이퍼부에서는 축선 방향 후단측에 있어서의 기체의 외경과 선단측에 있어서의 기체의 외경의 직경 차이를 더욱 선단측까지 작은 상태로 유지할 수 있다. 이와 같이 테이퍼부에 있어서, 더욱 선단측까지 기체의 외경에 가까운 직경을 확보하는 것에 의해 기체의 외표면의 면적을 더욱 크게 확보할 수 있으므로, 세라믹히터의 방열량을 크게 할 수 있다.

제 1 형태에 있어서, 상기 축선 방향에 있어서의 상기 기체의 선단 위치에서 후단측으로 6㎜까지의 부분에 있어서의 상기 기체의 평균 외경을 D로 했을 때, 2.3<D≤3.3[[㎜]를 만족해도 좋다. 세라믹히터에 있어서, 특히 발열성능에 기여하는 기체의 선단에서 6㎜까지의 부분에 있어서의 평균 외경(D)이 2.3㎜ 이하인 경우, 기체의 표면적이 작아지기 때문에, 디젤 엔진 시동시의 착화성의 확보에 필요하게 되는 방열량을 얻을 수 없게 될 우려가 있다. 평균 외경(D)이 3.3㎜보다 크면, 발열저항체가 기체의 외표면으로부터 멀어져 기체의 내부의 열용량이 증가하기 때문에, 기체의 내부의 승온과 외부로의 열의 전달에 시간이 걸려 급속 승온성을 얻을 수 없게 될 우려가 있다. 따라서, 평균 외경(D)을 2.3<D≤3.3[㎜]로 함으로써 세라믹히터는 방열량과 급속 승온성을 확보할 수 있다.

제 1 형태에 있어서, 상기 축선을 포함하는 상기 기체의 단면(斷面)에 있어서, 상기 축선 방향에 있어서의 상기 발열저항체의 선단 위치를 기준 위치로 하고, 상기 기준 위치와 상기 기체의 선단 위치의 최단 거리를 A로 하며, 상기 기준 위치와 상기 테이퍼부의 외주면을 이루는 상기 복수의 곡면상의 임의 위치의 최단 거리를 B로 했을 때에, B>A를 만족해도 좋다.

B>A를 만족하는 것에 의해, 세라믹히터는 발열저항체의 선단 위치(기준 위치)와 곡면의 사이에 있어서의 기체의 두께(직경 방향의 두께)를, 기준 위치와 기체의 선단의 사이에 있어서의 기체의 두께(축 방향의 두께)보다도 크게 확보할 수 있다. 즉, 발열저항체보다도 기체의 선단측에 있어서, 기체의 외경을 확보할 수 있으므로, 곡면에 있어서, 기체의 표면적을 확보할 수 있다. 이에 따라, 디젤 엔진 시동시의 착화성의 확보에 필요하게 되는 방열량을 얻을 수 있다. 또, 선단부에 있어서의 체적을 확보하여 열용량을 확보할 수 있으므로, 기체가 외부로부터의 냉각을 받더라도, 발열저항체의 온도 저하로의 영향을 더욱 작게 할 수 있어 발열 온도를 유지하기 쉬워진다. 반면에, B≤A인 경우, 기준 위치와 곡면의 사이에 있어서의 기체의 두께가 B>A를 만족하는 경우보다도 작아진다. 즉, 발열저항체보다도 기체의 선단측에 있어서, 기체의 외경이 작아지고, 곡면에 있어서, 기체의 표면적을 확보하는 것이 어려워져 방열량이 저하될 우려가 있다. 또, 기체의 선단부에 있어서의 체적도 확보하는 것이 어려워지고, 열용량이 저하되어 기체가 외부로부터의 냉각을 받은 경우의 발열저항체의 온도 저하로의 영향이 커질 우려가 있다.

제 1 형태에 있어서, 상기 축선 방향에 있어서의 상기 기체의 선단 위치에서 후단측으로 6㎜까지의 부분에 있어서의 상기 세라믹히터의 체적(V)은 V≥D×20-21[㎣]를 만족해도 좋다. 기체의 선단에서 6㎜까지의 부분은 세라믹히터를 이용한 글로 플러그가 엔진에 장착된 경우에, 연소실 내로 돌출되어 발열성능에 기여하는 부위이다. 상기 기체의 선단에서 6㎜까지의 부분에 있어서의 체적(V)과 평균 외경(D)의 관계가 V<D×20-21이 될 경우, 소정의 환경하(예를 들면 환경 온도가 낮은 경우 등)에 있어서의 엔진의 시동성에 영향이 발생할 우려가 있다. 따라서, V≥D×20-21을 만족하는 것에 의해, 충분히 엔진의 시동성을 확보할 수 있다.

제 1 형태에 있어서, 상기 테이퍼부는 상기 축선 방향과 직교하는 평면 형상으로 형성되는 선단면(先端面)과, 자신의 축선을 둘레 방향으로 둘러싸는 측주면(側周面)과, 상기 복수의 곡면으로 이루어지고, 상기 선단면과 상기 측주면을 테이퍼 형상으로 접속하는 테이퍼면을 가지며, 상기 축선을 포함하는 상기 기체의 단면을 보았을 때에, 상기 테이퍼부의 상기 테이퍼면에 있어서의 윤곽선인 제 1 윤곽선은, 상기 선단면의 윤곽선인 제 2 윤곽선에 접속하는 단점(端点)인 제 1 단점이, 상기 측주면의 윤곽선인 제 3 윤곽선에 접속하는 단점인 제 2 단점보다도, 상기 축선 방향의 선단측, 또한 상기 축선 방향과 직교하는 직경 방향의 내측에 배치됨과 아울러, 상기 제 1 단점과 상기 제 2 단점의 상기 축선 방향의 거리가, 상기 제 1 단점과 상기 제 2 단점의 상기 직경 방향의 거리보다도 크고, 또한, 상기 제 1 단점에 가까운 측에 있어서의 상기 제 1 윤곽선의 접선과 상기 축선이 이루는 각도가, 상기 제 2 단점에 가까운 측에 있어서의 상기 제 1 윤곽선의 접선과 상기 축선이 이루는 각도보다도, 커도 좋다.

제 1 형태에 있어서, 테이퍼면의 제 1 윤곽선을 보았을 때에, 제 1 단점이 제 2 단점보다도 축선 방향 선단측 또한 직경 방향 내측에 배치되고, 제 1 단점과 제 2 단점의 사이의 거리가 축선 방향으로 길며, 또한, 제 1 윤곽선의 접선과 축선이 이루는 각도가 측주면측보다도 선단면측에 있어서 크다고 하는 규정하에, 테이퍼면이 형성되어 있다. 즉, 제 1 형태의 테이퍼면은, 제 1 단점과 제 2 단점을 통과하는 직선보다도 직경 방향 외향으로 팽창하고, 제 2 단점에 있어서의 기체의 외경의 크기가 제 1 단점으로 향하여 일정한 비율로 서서히 감소하는 것이 아니라, 감소의 정도가 점차 커지면서 감소하여 가는 형태가 된다. 이에 따라, 테이퍼면에 있어서의 기체의 외경과 측주면에 있어서의 기체의 외경의 직경 차이를 더욱 선단측까지 작은 상태로 유지할 수 있다. 환언하면, 테이퍼면의 외경으로서, 측주면에 있어서의 기체의 외경에 가까운 직경을 더욱 선단측까지 확보할 수 있다. 따라서, 기체의 외표면의 면적을 확보할 수 있으므로, 세라믹히터의 방열량을 크게 할 수 있다.

또한, 세라믹히터의 기체는, 테이퍼면이 형성된 부분에 있어서의 기체의 체적도 크게 확보할 수 있어 종래의 반구 형상의 선단부를 가지는 것과 비교해서, 특히 테이퍼면이 형성되어 있는 부분에 있어서, 기체를 더욱 두꺼운 상태로 하는 것(즉 직경 방향의 두께를 확보하여 체적을 확보하는 것)이 가능하다. 그러므로, 종래의 것과 비교해서 세라믹히터의 선단부에 있어서의 열용량을 더욱 크게 확보할 수 있다. 이에 따라, 세라믹히터가 외부로부터 냉각을 받더라도 발열저항체의 온도 저하로의 영향이 더욱 작아져 발열 온도를 유지하기 쉬워지므로, 세라믹히터의 직경을 가늘게 하는 것(이하, 「세경화(細徑化)」라고도 한다)을 실시할 경우에, 발열성능을 확보할 수 있다. 그리고 세경화에 의해서 저항체를 더욱 세라믹히터의 외표면의 가까이에 배치할 수 있으면, 한층 더 발열성능의 향상을 도모할 수 있다.

제 1 형태에 있어서, 상기 축선을 포함하는 상기 기체의 단면에 있어서, 상기 축선 방향을 장축(長軸)으로 하고, 상기 제 1 단점과 상기 제 2 단점을 통과하는 가상적인 타원을 배치한 경우에, 상기 제 1 윤곽선의 형상은 상기 가상적인 타원을 따르는 형상이라도 좋다. 테이퍼면이 R모따기에 의해서 형성되고, 상기 테이퍼면의 제 1 윤곽선이 타원을 따르는 형상이면, 테이퍼면에 모서리각을 발생하는 일이 없고, 그러므로 테이퍼면에 있어서의 세라믹히터의 치핑(chipping)을 방지할 수 있다.

제 1 형태에 있어서, 상기 축선을 포함하는 상기 기체의 단면에 상기 가상적인 타원을 배치한 경우의 중심점의 위치는, 상기 축선 방향에 있어서, 상기 발열저항체의 선단 위치보다도 후단측에 배치되어도 좋다. 발열저항체의 발열부를, 더욱선단면의 가까이에 배치시킬 수 있으므로, 세라믹히터의 선단면측으로부터도 충분한 방열을 실시할 수 있어 세라믹히터의 발열성능을 높일 수 있다.

제 1 형태에 있어서, 상기 축선을 포함하는 상기 기체의 단면에 상기 가상적인 타원을 배치한 경우, 상기 축선에 대해서 상기 직경 방향의 양측에, 2개의 상기 가상적인 타원이 서로 이간해서 배치되어도 좋다. 이와 같이, 타원의 크기를 서로 이간해서 배치할 수 있는 크기라고 하면, 제 1 윤곽선의 제 1 단점을 타원의 장축 측의 정점에 가깝게 할 수 있고, 또, 제 2 단점을 단축(短軸)측의 정점에 가깝게 할 수 있다. 이에 따라, 제 1 윤곽선의 제 1 단점에 접하는 접선의 기울기를, 제 2 윤곽선의 접선의 기울기에 가깝게 할 수 있음과 아울러, 제 1 윤곽선의 제 2 단점에 접하는 접선의 기울기를, 제 3 윤곽선의 접선의 기울기에 가깝게 할 수 있다. 따라서, 제 1 윤곽선과 제 2 윤곽선이 원활하게 접속되도록 할 수 있고, 마찬가지로, 제 1 윤곽선과 제 3 윤곽선도 원활하게 접속되도록 할 수 있다. 그러므로, 제 1 단점이나 제 2 단점에 있어서, 모서리각이 형성되지 않던지, 혹은 형성되어도 단면으로 180도에 가까운 각도가 되도록 할 수 있어 모서리각 부분을 기점으로 하여 발생할 수 있는 세라믹히터의 치핑을 더욱 확실하게 방지할 수 있다.

본 발명의 제 2 형태에 따르면, 절연성 세라믹으로 이루어지고, 축선 방향으로 연장되는 기둥 형상의 기체와, 도전성 세라믹으로 이루어지며, 상기 기체에 매설되고, 통전에 의해서 발열하는 발열저항체이며, 상기 축선 방향에 있어서의 상기 기체의 선단부에 배치되는 발열부와, 상기 발열부의 양단에서 상기 기체의 후단측으로 향하여 연장되는 리드부를 가지는 발열저항체를 구비하는 세라믹히터로서, 상기 기체의 선단부에는, 상기 축선 방향 선단측으로 향하여 끝으로 갈수록 가늘어지는 테이퍼부가 형성되어 있고, 상기 테이퍼부의 외주면에는, 상기 축선에 대한 경사각도가 다른 복수의 경사면이 상기 축선 방향을 따라서 배치 설치되어 있으며, 상기 복수의 경사면 중 상기 축선 방향 선단측에 형성된 선단측 경사면은, 상기 선단측 경사면보다도 상기 축선 방향 후단측에 형성된 후단측 경사면과 비교해서 상기 경사각도가 큰 것을 특징으로 하는 세라믹히터가 제공된다.

제 2 형태에 있어서, 테이퍼부의 외주면에는, 축선에 대한 경사각도가 다른 복수의 경사면이 축선 방향을 따라서 배치 설치되어 있다. 그리고, 그들의 경사면은, 후단측 경사면의 축선에 대한 경사각도보다도, 선단측 경사면의 경사각도가 크다. 즉, 테이퍼부의 외주면에 배치 설치된 복수의 경사면은, 선단측일수록 축선에 대한 경사각도가 큰 경사면이다. 그들의 경사면이 축선 방향을 따라서 배치 설치됨으로써, 테이퍼부는, 단면의 윤곽선이 선단측에서 후단측으로 향하여 서서히, 축선에 대한 경사각도가 작아지는 형상으로 되어 있다. 이에 따라, 테이퍼부에서는, 축선 방향 후단측에 있어서의 기체의 외경과 선단측에 있어서의 기체의 외경의 직경의 차이를 더욱 선단측까지 작은 상태로 유지할 수 있다. 이와 같이 테이퍼부에 있어서, 더욱 선단측까지 기체의 외경에 가까운 직경을 확보하는 것에 의해, 기체의 외표면의 면적을 더욱 크게 확보할 수 있으므로, 세라믹히터의 방열량을 크게 할 수 있다.

제 2 형태에 있어서, 상기 축선 방향에 있어서의 상기 기체의 선단 위치에서 후단측으로 6㎜까지의 부분에 있어서의 상기 기체의 평균 외경을 D로 했을 때, 2.3<D≤3.3[㎜]를 만족해도 좋다. 세라믹히터에 있어서, 특히 발열성능에 기여하는 기체의 선단에서 6㎜까지의 부분에 있어서의 평균 외경(D)이 2.3㎜ 이하인 경우, 기체의 표면적이 작아지기 때문에, 디젤 엔진 시동시의 착화성의 확보에 필요하게 되는 방열량을 얻을 수 없게 될 우려가 있다. 평균 외경(D)이 3.3㎜보다 크면, 발열저항체가 기체의 외표면으로부터 멀어져 기체의 내부의 열용량이 증가하기 때문에, 기체의 내부의 승온과 외부로의 열의 전달에 시간이 걸려, 급속 승온성을 얻을 수 없게 될 우려가 있다. 따라서, 평균 외경(D)을 2.3<D≤3.3[㎜]로 함으로써, 세라믹히터는 방열량과 급속 승온성을 확보할 수 있다.

제 2 형태에 있어서, 상기 축선을 포함하는 상기 기체의 단면에 있어서, 상기 축선 방향에 있어서의 상기 발열저항체의 선단 위치를 기준 위치로 하고, 상기 기준 위치와 상기 기체의 선단 위치의 최단 거리를 A로 하며, 상기 기준 위치와 상기 테이퍼부의 외주면을 이루는 상기 복수의 경사면상의 임의 위치의 최단 거리를 B로 했을 때에, B>A를 만족해도 좋다.

B>A를 만족하는 것에 의해, 세라믹히터는 발열저항체의 선단 위치(기준 위치)와 경사면의 사이에 있어서의 기체의 두께(직경 방향의 두께)를, 기준 위치와 기체의 선단의 사이에 있어서의 기체의 두께(축 방향의 두께)보다도 크게 확보할 수 있다. 즉, 발열저항체보다도 기체의 선단측에 있어서, 기체의 외경을 확보할 수 있으므로, 경사면에 있어서, 기체의 표면적을 확보할 수 있다. 이에 따라, 디젤 엔진 시동시의 착화성의 확보에 필요하게 되는 방열량을 얻을 수 있다. 또, 선단부에 있어서의 체적을 확보하여 열용량을 확보할 수 있으므로, 기체가 외부로부터의 냉각을 받더라도, 발열저항체의 온도 저하로의 영향을 더욱 작게 할 수 있어 발열 온도를 유지하기 쉬워진다. 반면에, B≤A인 경우, 기준 위치와 경사면의 사이에 있어서의 기체의 두께가 B>A를 만족하는 경우보다도 작아진다. 즉, 발열저항체보다도 기체의 선단측에 있어서, 기체의 외경이 작아지고, 경사면에 있어서, 기체의 표면적을 확보하는 것이 어려워져 방열량이 저하될 우려가 있다. 또, 기체의 선단부에 있어서의 체적도 확보하는 것이 어려워지고, 열용량이 저하되어 기체가 외부로부터의 냉각을 받은 경우의 발열저항체의 온도 저하로의 영향이 커질 우려가 있다.

제 2 형태에 있어서, 상기 축선 방향에 있어서의 상기 기체의 선단 위치에서 후단측으로 6㎜까지의 부분에 있어서의 상기 세라믹히터의 체적(V)은 V≥D×20-21[㎣]를 만족해도 좋다. 기체의 선단에서 6㎜까지의 부분은 세라믹히터를 이용한 글로 플러그가 엔진에 장착된 경우에, 연소실 내로 돌출되어 발열성능에 기여하는 부위이다. 상기 기체의 선단에서 6㎜까지의 부분에 있어서의 체적(V)과 평균 외경(D)의 관계가 V<D×20-21이 될 경우, 소정의 환경하(예를 들면 환경 온도가 낮은 경우 등)에 있어서의 엔진의 시동성에 영향이 발생할 우려가 있다. 따라서, V≥D×20-21을 만족하는 것에 의해, 충분히 엔진의 시동성을 확보할 수 있다.

제 2 형태에 있어서, 상기 테이퍼부는 상기 축선 방향과 직교하는 평면 형상으로 형성되는 선단면과, 자신의 축선을 둘레 방향으로 둘러싸는 측주면과, 상기 복수의 경사면으로 이루어지고, 상기 선단면과 상기 측주면을 테이퍼 형상으로 접속하는 테이퍼면을 가지며, 상기 축선을 포함하는 상기 기체의 단면을 보았을 때에, 상기 테이퍼부의 상기 테이퍼면에 있어서의 윤곽선인 제 1 윤곽선은, 상기 선단면의 윤곽선인 제 2 윤곽선에 접속하는 단점인 제 1 단점이, 상기 측주면의 윤곽선인 제 3 윤곽선에 접속하는 단점인 제 2 단점보다도, 상기 축선 방향의 선단측, 또한 상기 축선 방향과 직교하는 직경 방향의 내측에 배치됨과 아울러, 상기 제 1 단점과 상기 제 2 단점의 상기 축선 방향의 거리가, 상기 제 1 단점과 상기 제 2 단점의 상기 직경 방향의 거리보다도 크고, 또한, 상기 제 1 단점에 가까운 측에 있어서의 상기 제 1 윤곽선의 접선과 상기 축선이 이루는 각도가, 상기 제 2 단점에 가까운 측에 있어서의 상기 제 1 윤곽선의 접선과 상기 축선이 이루는 각도보다도, 커도 좋다.

제 2 형태에 있어서, 테이퍼면의 제 1 윤곽선을 보았을 때에, 제 1 단점이 제 2 단점보다도 축선 방향 선단측 또한 직경 방향 내측에 배치되고, 제 1 단점과 제 2 단점의 사이의 거리가 축선 방향으로 길며, 또한, 제 1 윤곽선의 접선과 축선이 이루는 각도가 측주면측보다도 선단면측에 있어서 크다고 하는 규정하에, 테이퍼면이 형성되어 있다. 즉, 제 2 형태의 테이퍼면은, 제 1 단점과 제 2 단점을 통과하는 직선보다도 직경 방향 외향으로 팽창하고, 제 2 단점에 있어서의 기체의 외경의 크기가 제 1 단점으로 향하여 일정한 비율로 서서히 감소하는 것이 아니라, 감소의 정도가 점차 커지면서 감소하여 가는 형태가 된다. 이에 따라, 테이퍼면에 있어서의 기체의 외경과 측주면에 있어서의 기체의 외경의 직경의 차이를 더욱 선단측까지 작은 상태로 유지할 수 있다. 환언하면, 테이퍼면의 외경으로서, 측주면에 있어서의 기체의 외경에 가까운 직경을 더욱 선단측까지 확보할 수 있다. 따라서, 기체의 외표면의 면적을 확보할 수 있으므로, 세라믹히터의 방열량을 크게 할 수 있다.

또한, 세라믹히터의 기체는, 테이퍼면이 형성된 부분에 있어서의 기체의 체적도 크게 확보할 수 있어 종래의 반구 형상의 선단부를 가지는 것과 비교해서, 특히 테이퍼면이 형성되어 있는 부분에 있어서, 기체를 더욱 두꺼운 상태로 하는 것(즉 직경 방향의 두께를 확보하여 체적을 확보하는 것)이 가능하다. 그러므로, 종래의 것과 비교해서 세라믹히터의 선단부에 있어서의 열용량을 더욱 크게 확보할 수 있다. 이에 따라, 세라믹히터가 외부로부터 냉각을 받더라도 발열저항체의 온도 저하로의 영향이 더욱 작아져 발열 온도를 유지하기 쉬워지므로, 세라믹히터의 세경화를 실시할 경우에, 발열성능을 확보할 수 있다. 그리고 세경화에 의해서 저항체를 더욱 세라믹히터의 외표면의 가까이에 배치할 수 있으면, 한층 더 발열성능의 향상을 도모할 수 있다.

제 2 형태에 있어서, 상기 제 1 윤곽선을 구성하는 복수의 선분끼리가 이루는 각도와, 상기 제 2 윤곽선과 상기 제 1 윤곽선이 상기 제 1 단점에 있어서 이루는 각도와, 상기 제 3 윤곽선과 상기 제 1 윤곽선이 상기 제 2 단점에 있어서 이루는 각도는 어느 것이나 모두 145도 이상이라도 좋다. 테이퍼면이 C모따기인 경우, 윤곽선에 있어서 모서리각 부분이 발생하지만, 이들 모서리각 부분에 있어서의 각도(윤곽선의 선분이 이루는 각도)가 어느 부위에 있어서도 145도 이상이면, 테이퍼면에 있어서의 세라믹히터의 치핑을 방지하는데 있어서 유효하다.

제 1 또는 제 2 형태에 있어서, 상기 제 3 윤곽선은 상기 제 2 단점에서 상기 축선 방향의 후단측으로 향하여, 상기 직경 방향의 외향으로 넓어지면서 연장되는 제 4 윤곽선과, 상기 제 4 윤곽선에 접속하고, 상기 축선 방향과 평행으로 연장되는 제 5 윤곽선을 포함하며, 상기 제 2 단점은, 상기 축선 방향에 있어서, 상기 발열저항체의 선단 위치보다도 선단측에 배치되고, 상기 제 4 윤곽선과 상기 5 윤곽선의 접속점은, 상기 축선 방향에 있어서, 상기 발열저항체의 선단 위치보다도 후단측에 배치되어도 좋다.

발열저항체의 선단 위치를 걸쳐서 측주면 중의 테이퍼 형상을 이루는 부분(제 4 윤곽선)이 배치되므로, 발열저항체의 발열부가, 그 테이퍼 형상의 부분에 배치되게 되고, 기체의 외표면에 가깝게 되므로, 발열부에서 발생한 열을 효율 좋게 외부로 방열할 수 있어 세라믹히터의 발열성능을 높일 수 있다.

제 1 또는 2 형태에 있어서, 상기 선단면의 면적을 S1로 하고, 직경이 상기 축선 방향에 있어서의 상기 기체의 선단 위치에서 후단측으로 6㎜까지의 부분에 있어서의 상기 기체의 평균 외경인 원의 면적을 S2로 했을 때에, S1/S2×100≥27[％]를 만족해도 좋다. 선단면의 면적(S1)이 작을수록 테이퍼면의 형성 부위에 있어서의 기체의 외경의 좁아짐이 크기 때문에, 테이퍼면이 형성되어 있는 부분에 있어서, 기체의 외경의 확보가 어려워진다. 그러면, 테이퍼면에 있어서의 기체의 표면적을 충분히 확보할 수 없어 세라믹히터의 방열량이 저하될 우려가 있다. 구체적으로, S1/S2×100≥27[％]가 만족되면, 세라믹히터의 특히 테이퍼면에 있어서의 기체의 표면적을 충분히 확보하여 디젤 엔진 시동시의 착화성의 확보에 필요하게 되는 방열량을 얻을 수 있다.

본 발명의 제 3 형태에 따르면, 제 1 또는 2 형태에 관련되는 세라믹히터의 제조방법으로서, 상기 기체와 상기 발열저항체가 일체로 소성된 기둥 형상의 소성체의 측면 및 단면(端面)을 연마하여 상기 축선과 평행한 상기 측주면과 상기 축선과 직교하는 상기 선단면을 형성하는 제 1 연마공정과, 상기 소성체의 상기 선단면과 상기 측주면이 이루는 모서리각 부분을 연마하여 상기 테이퍼면을 형성하는 제 2 연마공정과, 상기 측주면의 선단측을 상기 테이퍼면과의 접속 부위를 포함하여 선단 방향으로 좁아지는 테이퍼 형상으로 연마하는 제 3 연마공정을 포함하는 세라믹히터의 제조방법이 제공된다. 이와 같은 공정을 거쳐서 세라믹히터의 연마를 실시하는 테이퍼면을 형성하면, 제 1 또는 2 형태와 마찬가지의 효과를 얻을 수 있는 세라믹히터를 용이하게 제조할 수 있다.

도 1은 글로 플러그(1)의 종단면도이다.
도 2는 세라믹히터(2)를 부분적인 단면으로 본 사시도이다.
도 3은 세라믹히터(2)의 축선(P)을 포함하는 단면의 윤곽선을 선단부(22)에 있어서 확대하여 본 도면이다.
도 4는 세라믹히터(2)의 선단에서 6㎜까지의 부분을 절취하여 부분적인 단면으로 본 사시도이다.
도 5는 세라믹히터(2)의 제조과정을 나타내는 도면이다.
도 6은 변형예로서의 세라믹히터(202)의 축선(P)을 포함하는 단면의 윤곽선을 선단부(22)에 있어서 확대하여 본 도면이다.
도 7은 규정대상부위에 있어서의 체적(V)과 평균 외경(D)의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 8은 세라믹히터(2)의 선단부(22)에 대해서 실시한 충격시험의 결과를 나타내는 그래프이다.

이하, 본 발명을 구체화한 세라믹히터 및 그 제조방법의 일실시형태에 대해서 도면을 참조하여 설명한다. 일례로서 글로 플러그(1)가 구비하는 세라믹히터(2)를 들고, 도 1, 도 2를 참조하여 글로 플러그(1)의 구조에 대해서 설명한다. 또한, 참조하는 도면은 본 발명이 채용할 수 있는 기술적 특징을 설명하기 위해서 이용하는 것이며, 기재하고 있는 글로 플러그의 구성 등은 그것에만 한정하는 취지가 아니고, 단순한 설명예이다. 이하의 설명에서는, 금속 쉘(4)의 축선을 축선(O)으로 하고, 축선(O)을 금속 쉘(4)에 조립된 글로 플러그(1)를 구성하는 각 부품의 위치관계나 방향, 방향을 설명하는데 있어서의 기준으로 한다. 도 1에서는 축선(O)의 연신 방향(이하, 「축선(O) 방향」이라고도 한다)에 있어서, 세라믹히터(2)가 배치된 측(도면 중 하측)을 글로 플러그(1)의 선단측으로 한다. 또, 도 2에 있어서, 글로 플러그(1)에 조립하기 전의 세라믹히터(2)의 축선을 축선(P)로 하고, 발열저항체(24)의 발열부(27)가 배치된 측(도면 중 상측)을 세라믹히터(2)의 선단측으로서 설명한다.

도 1에 나타내는 글로 플러그(1)는, 예를 들면 직분식(直噴式) 디젤 엔진의 연소실(도시생략)에 장착되어 엔진 시동시의 점화를 보조하는 열원으로서 이용된다. 글로 플러그(1)는 금속 쉘(4)과, 유지부재(8)와, 세라믹히터(2)와, 중심축(3)과, 접속단자(5)와, 절연부재(6)와, 밀봉부재(7)와, 접속 링(85)을 구비한다.

우선, 세라믹히터(2)에 대해서 설명한다. 세라믹히터(2)는 절연성 세라믹으로 이루어지는 기체(21)의 내부에 도전성 세라믹으로 이루어지고, 통전에 의해서 발열하는 발열저항체(24)를 매설한 것이다. 도 2에 나타내는 바와 같이, 세라믹히터(2)는 축선(P)을 따라서 연장되는 환봉 형상을 이루고, 선단부(22)측의 단면(端面)인 선단면(11)은 축선(P)과 직교하는 평면 형상으로 형성되어 있다. 또, 선단면 (11)과 축선(P)을 둘레 방향으로 둘러싸는 측주면(15)이 이루는 모서리각 부분은 R모따기에 의해서 모따기되고, 선단면(11)과 측주면(15)을 선단 방향으로 좁아지는 테이퍼 형상으로 접속하는 테이퍼면(12)이 형성되어 있다.

세라믹히터(2)의 측주면(15)은, 선단부(22)에 있어서 선단 방향으로 좁아지는 테이퍼 형상으로 형성된 제 1 측주면(13)과, 제 1 측주면(13)보다도 후단측으로 비테이퍼 형상의 제 2 측주면(14)을 포함한다. 제 1 측주면(13)은, 측주면(15)과 테이퍼면(12)의 모서리각 부분을 C모따기함으로써 형성되고, 테이퍼면(12)과 측주면(15)에 있어서 모따기되지 않았던 제 2 측주면(14)을 테이퍼 형상으로 접속한다. 선단면(11), 테이퍼면(12) 및 제 1 측주면(13)은 기체(21)의 선단부(22)에 있어서, 축선(P) 방향의 선단측으로 향하여 끝으로 갈수록 가늘게 되어 있고, 이하, 선단면 (11), 테이퍼면(12) 및 제 1 측주면(13)을 총칭하여 테이퍼부(16)라고 한다. 또, 도시하지 않지만, 세라믹히터(2)의 후단부(23)에도 가장자리 끝 부분에 테이퍼 형상의 C모따기가 시행되어 있다.

세라믹히터(2)의 기체(21)에 매설된 발열저항체(24)는 도전성 세라믹으로 이루어지고, 단면 대략 U자 형상으로 형성되며, 발열부(27)와 리드부(28, 29)를 가진다. 발열부(27)는 대략 U자 형상으로 형성되고, U자의 되접어 꺾은 부분이 선단측으로 향한 상태로, 기체(21)의 선단부(22)에 배치되어 있다. 리드부(28, 29)는 발열부(27)의 양단(U자 형상의 양단)에 각각 접속되고, 세라믹히터(2)의 후단부(23)로 향하여 서로 대략 평행으로 연장하여 설치되어 있다. 발열부(27)의 단면적은 리드부(28, 29)의 단면적보다도 작아지도록 성형되어 있으며, 통전시, 주로 발열부 (27)에 있어서 발열이 실시된다. 또, 세라믹히터(2)의 중앙에서 후단측에 있어서, 리드부(28, 29)는 각각, 축선(O) 방향에 있어서 서로 벗어난 위치에서 기체(21)의 외주면으로 노출되어 있다.

다음에, 유지부재(8)에 대해서 설명한다. 도 1에 나타내는 바와 같이, 유지부재(8)는 축선(O) 방향으로 연장되는 원통 형상의 금속 부재이며, 세라믹히터(2)의 몸통 부분을 직경 방향으로 유지한다. 또, 유지부재(8)는 자신의 통 구멍 내에서 세라믹히터(2)의 리드부(28)의 노출 부분과 전기적으로 접속한다. 세라믹히터 (2)의 선단부(22) 및 후단부(23)는 유지부재(8)의 통 구멍의 양단으로부터 각각 노출하고 있다. 유지부재(8)의 후단측에는 두꺼운 플랜지부(82)가 형성되어 있으며, 후술하는 금속 쉘(4)의 선단부(41)가 접합된다.

또, 유지부재(8)의 후단측으로 노출된 세라믹히터(2)의 후단부(23)에는 금속제이며 통 형상의 접속 링(85)이 압입에 의해서 끼워져 있다. 세라믹히터(2)의 리드부(29)의 노출 부분은 접속 링(85)과 전기적으로 접속되어 있다. 접속 링(85)에는 후술하는 중심축(3)의 선단부(31)이 접합된다.

다음에, 금속 쉘(4)에 대해서 설명한다. 금속 쉘(4)은 축선(O) 방향으로 관통하는 축 구멍(43)을 가지는 가늘고 긴 통 형상의 금속 부재이다. 금속 쉘(4)은 선단부(41)의 내주가 유지부재(8)의 플랜지부(82)에 끼워지고, 양자의 맞춤 부위가 레이저 용접됨으로써, 유지부재(8)와 일체로 접합되며, 또한 전기적으로 접속되어 있다. 이에 따라, 금속 쉘(4)은 유지부재(8)를 통하여 세라믹히터(2)의 리드부(28)와 전기적으로 접속된다. 또, 금속 쉘(4)의 선단부(41)와 후단부(45)의 사이의 몸통부(44)에는 글로 플러그(1)를 내연기관의 엔진 헤드(도시생략)에 장착하기 위한 나사산이 형성된 장착부(42)가 설치되어 있다. 그리고, 금속 쉘(4)의 후단부(45)에는 글로 플러그(1)를 엔진 헤드에 장착할 때에 사용되는 공구가 걸어 맞추는 육각 형상의 공구 걸어 맞춤부(46)가 형성되어 있다.

다음에, 중심축(3)에 대해서 설명한다. 중심축(3)은 축선(O) 방향으로 연장되는 봉 형상의 금속 부재이며, 금속 쉘(4)의 축 구멍(43)에 삽입되어 금속 쉘(4)과는 절연상태로 배치된다. 중심축(3)의 선단부(31)는 상기의 접속 링(85)의 내주에 걸어 맞추어지고, 레이저 용접에 의해서 일체로 접합됨과 아울러, 전기적으로 접속되어 있다. 이에 따라, 중심축(3)은 접속 링(85)을 통하여 세라믹히터(2)의 리드부(29)와 전기적으로 접속된다. 또, 중심축(3)의 후단부(32)는 금속 쉘(4)의 후단부(45)보다도 후단측으로 돌출되는 접속 단부(36)와, 후단부(45)에 배치되는 접속 기초부(37)를 가진다.

다음에, 금속 쉘(4)의 축 구멍(43)의 내주면과 중심축(3)의 접속 기초부(37)의 외주면의 사이에는, 예를 들면 불소 고무 등, 절연성 및 탄성을 가지는 부재로 형성되는 원통 형상의 밀봉부재(7)가 배치된다. 밀봉부재(7)는 축 구멍(43) 내에서 중심축(3)의 후단부(32)를 유지하여 중심축(3)의 흔들림을 억제함과 아울러, 축 구멍(43) 내의 기밀성을 유지한다. 또, 밀봉부재(7)보다도 후단측에는, 예를 들면 나일론(등록상표) 등, 내열성 및 절연성을 가지는 부재로 통 형상으로 형성되는 절연부재(6)가 배치된다. 절연부재(6)는 금속 쉘(4)과 중심축(3) 및 접속단자{(5)(후술)}의 접촉에 의한 단락를 방지하기 위해, 중심축(3)의 후단부(32)가 삽입되어 금속 쉘(4)의 후단부(45)의 개구 부분에 배치된다.

그리고, 중심축(3)의 접속 단부(36)에는 접속단자(5)가 크림핑(crimping)에 의해 고정된다. 접속단자(5)에는 글로 플러그(1)가 엔진 헤드(도시생략)에 장착될 때에, 플러그 캡(도시생략)이 끼워진다. 세라믹히터(2)의 발열저항체(24)는 일단 측{리드부(29)측}이 접속단자(5) 및 중심축(3)을 통하여 플러그 캡에 접속된다. 그리고, 발열저항체(24)의 타단측{리드부(28)}은 유지부재(8) 및 금속 쉘(4)을 통하여 엔진에 접지되고, 접속단자(5)와 금속 쉘(4)의 사이에 통전됨으로써, 발열부 (27)가 발열한다.

이와 같은 구조를 가지는 글로 플러그(1) 등에 이용하는 세라믹히터(2)의 열용량을 확보하면서 급속 승온성을 얻기 위해, 본 실시형태에서는 세라믹히터(2)의 선단부(22)의 형상을 이하와 같이 규정하고 있다. 우선, 도 3에 나타내는 바와 같이, 세라믹히터(2)의 선단부(22)에 있어서, 축선(P)을 포함하는 단면을 보았을 때에, 선단면(11)의 윤곽선을 L2, 테이퍼면(12)의 윤곽선을 L1, 측주면(15)의 윤곽선을 L3으로 한다. 또, 측주면(15)의 윤곽선(L3) 중, 측주면(15)이 포함하는 제 1 측주면(13)의 윤곽선을 L4, 제 2 측주면(14)의 윤곽선을 L5로 한다. 그리고, 윤곽선 (L1)의 양단의 단점 중, 윤곽선(L2) 측의 단점을 M1, 윤곽선(L3) 측{윤곽선(L4) 측}의 단점을 M2로 한다. 또한, 도 3에서는 세라믹히터(2)의 선단면(11)의 윤곽선 (L2)이 배치된 도면 중 상측을 축선(P) 방향에 있어서의 선단측으로서 설명을 실시한다.

이때, 단점(M1)이 단점(M2)보다도 축선(P) 방향에 있어서 선단측에 위치하고 <1>, 또한, 단점(M1)이 단점(M2)보다도 직경 방향의 내측{축선(P) 가까이}에 배치되는 것 <2>을 규정하고 있다. 또, 단점(M1)과 단점(M2)의 축선(P) 방향에 있어서의 거리를 J, 단점(M1)과 단점(M2)의 직경 방향{축선(P)과 직교하는 방향}에 있어서의 거리를 K로 한다. 이때, 거리(J)가 거리(K)보다도 큰 것 <3>을 규정하고 있다. 또한, 윤곽선(L1)의 접선으로 임의의 2개의 접선을 임시로 T1, T2로 한다. 그리고, 접선(T1, T2) 중, 단점(M1)에 가까운 측의 접점을 통과하는 접선을 T1로 하고, 단점(M2)에 가까운 측의 접점을 통과하는 접선을 T2로 한다. 이때, 접선(T1)과 축선(P)이 이루는 각도(α1)가 접선(T2)과 축선(P)이 이루는 각도(α2)보다도 큰 것 <4>을 규정하고 있다.

<1>이 만족되고, 또한 <2>가 만족됨으로써, 선단측의 단점(M1)이 후단측의 단점(M2)보다도 축선(P) 방향에 있어서 선단측에 위치하고, 또한 직경 방향에 있어서 내측에 위치하는 것이 규정된다. 또, <4>가 만족되는 것에 의해, 윤곽선(L1)이 적어도 M1, M2를 통과하는 직선보다도 직경 방향 외향으로 2 이상의 다른 접선을 가지고 팽창하는 형태인 것이 규정된다. 또한, <3>이 만족되는 것에 의해, 거리(J)의 크기가 거리(K) 이하인 경우와 비교해서 축선(P) 방향의 더욱 선단측까지 직경 방향의 크기가 확보된다. 즉, 테이퍼면(12)은 단점(M1)과 단점(M2)을 통과하는 직선보다도 직경 방향 외향으로 팽창하고, 단점(M2)에 있어서의 기체(21)의 외경의 크기가 단점(M1)으로 향하여 일정한 비율로 서서히 감소하는 것이 아니라, 감소의 정도가 점차 커지면서 감소하여 가는 형태가 된다. 이에 따라, 테이퍼면(12)에 있어서의 기체(21)의 외경과 측주면(15)에 있어서의 기체(21)의 외경의 직경 차이를 더욱 선단측까지 작은 상태로 유지할 수 있다. 환언하면, 테이퍼면(12)의 외경으로서, 측주면(15)에 있어서의 기체(21)의 외경에 가까운 직경을 더욱 선단측까지 확보할 수 있다. 세경화에 의해 외경을 작게 하면, 특히 테이퍼면(12)에 있어서의 외경이 작아져 기체(21)의 외표면의 면적도 작아지지만, 테이퍼면(12)의 더욱 선단측까지 측주면(15)에 있어서의 기체(21)의 외경에 가까운 직경을 확보하는 것에 의해, 기체(21)의 외표면의 면적을 확보할 수 있으므로, 세라믹히터(2)의 방열량을 크게 할 수 있다.

또한, 세라믹히터(2)의 기체(21)는 테이퍼면(12)이 형성된 부분에 있어서의 기체(21)의 체적도 크게 확보할 수 있어 종래의 반구 형상의 선단부를 가지는 것과 비교해서 축선(P) 방향의 특히 테이퍼면(12)이 형성되어 있는 부분에 있어서, 기체 (21)를 더욱 두꺼운 상태로 하는 것(즉 직경 방향의 두께를 확보하여 체적을 확보하는 것)이 가능하다. 그러므로, 종래의 것과 비교해서 세라믹히터(2)의 선단부 (22)에 있어서의 열용량을 더욱 크게 확보할 수 있다. 이에 따라, 세라믹히터(2)가 외부로부터 냉각을 받더라도 발열저항체(24)의 온도 저하로의 영향이 더욱 작아져 발열 온도를 유지하기 쉬워지므로, 세라믹히터(2)의 세경화를 실시할 경우에, 발열성능을 확보할 수 있다. 그리고 세경화에 의해서 발열저항체(24)를 더욱 세라믹히터(2)의 외표면의 가까이에 배치할 수 있으면, 한층 더 발열성능의 향상을 도모할 수 있다.

또한, 본 실시형태에서는, 테이퍼면(12)의 윤곽선(L1)의 형상이 단점(M1)과 단점(M2)을 통과하는 가상적인 타원(E)을 따르는 형상인 것 <5>을 규정하고 있다. 단점(M1)과 단점(M2)을 통과하고, 윤곽선(L1)의 형상이 상기의 <1>∼<4>를 만족하는 것을 가능하게 하는 타원(E)은, 축선(P)과 평행한 장축(X)과, 축선(P)과 직교하는 단축(Y)을 가지는 타원이 된다. 이와 같은 타원(E)을 따르는 테이퍼면(12)은 R모따기에 의해서 형성할 수 있다. 따라서, 테이퍼면(12)에는 모서리각이 발생하지 않고, 그러므로 테이퍼면(12)에 있어서의 세라믹히터(2)의 치핑을 방지할 수 있다.

또, 가상적인 타원(E)의 중심점(장축(X)과 단축(Y)의 교점)의 위치(C1)가, 축선(P) 방향에 있어서, 발열저항체(24)의 선단 위치(C2)보다도 후단측에 배치되는 것 <6>을 규정하고 있다. 여기서, 발열저항체(24)의 선단 위치(C2)는 기체(21)의 내부에 매설되는 발열저항체(24)의 윤곽선(L6)이 축선(P) 방향에 있어서 가장 선단에 위치하는 부위를 가리킨다. 발열저항체(24)가 U자 형상을 가지므로, 선단 위치 (C2)는, 통상은 축선(P)상에 위치하고 있고, 기체(21) 내에 있어서의 발열저항체 (24)가 축선(P)의 둘레 방향에 있어서 어느 방향에 있어도 축선(P)을 포함하는 단면에 있어서 선단 위치(C2)는 일점으로 결정된다. <1>∼<5>를 만족하면서, 선단 위치(C2)를 타원(E)의 중심점의 위치(C1)보다도 선단측, 즉, 타원(E)의 장반경(장축의 반경) 내에 배치하는 것에 의해, 발열저항체(24)의 발열부(27)를 더욱 선단면 (11)의 가까이에 배치시킬 수 있으므로, 세라믹히터(2)의 선단면(11)측으로부터도 충분한 방열을 실시할 수 있어 세라믹히터(2)의 발열성능을 높일 수 있다.

또, 타원(E)은 축선(P)을 사이에 두고 직경 방향의 양측으로 각각 1개씩 가상적으로 배치되지만, 2개의 타원(E)이 서로 겹치지 않고, 이간해서 배치되는 것 <7>을 규정하고 있다. 즉, 타원(E)의 단반경(단축의 반경)이 타원(E)의 중심점의 위치(C1)와 축선(P)의 거리보다도 작다. 이와 같이, 타원(E)의 크기를 서로 이간해서 배치할 수 있는 크기라고 하면, 윤곽선(L1)의 단점(M1)을 타원(E)의 장축측의 정점에 가깝게 할 수 있고, 또, 단점(M2)을 단축측의 정점에 가깝게 할 수 있다. 이에 따라, 윤곽선(L1)의 단점(M1)에 접하는 접선의 기울기를, 윤곽선(L2)의 접선의 기울기에 가깝게 할 수 있음과 아울러, 윤곽선(L1)의 단점(M2)에 접하는 접선의 기울기를, 윤곽선(L3)의 접선의 기울기에 가깝게 할 수 있다. 따라서, 윤곽선(L1)과 윤곽선(L2)이 원활하게 접속되도록 할 수 있고, 마찬가지로, 윤곽선(L1)과 윤곽선(L3)도 원활하게 접속되도록 할 수 있다. 그러므로, 단점(M1)이나 단점(M2)에 있어서, 모서리각이 형성되지 않던지, 혹은 형성되어도 단면으로 180도에 가까운 각도가 되도록 할 수 있다.

후술하지만, 세라믹히터(2)는 그 제조과정의 소성공정에 있어서, 공지의 핫 프레스법에 의해 직경 방향으로 축소되고 축선(P) 방향으로 연장되는 압축 변형을 받으면서 소성되기 때문에, 기체(21)를 구성하는 세라믹 입자의 배향 방향이 핫 프레스시의 가압 방향에 직교하는 면 방향으로 정렬된다. 이로 인해, 단점(M1)이나 단점(M2)에 모서리각 부분이 남으면, 선단면(11)측으로부터 외력을 받은 경우에, 그 모서리각 부분이, 균열이 축선(P) 방향을 따라서 연장되어 발생하는 균열의 발생의 기점이 될 수 있다. 따라서, 단점(M1)이나 단점(M2)에 모서리각 부분이 가능한 한 발생하지 않도록 함으로써, 모서리각 부분을 기점으로 하여 발생할 수 있는 세라믹히터(2)의 치핑을 더욱 확실하게 방지할 수 있다.

그리고, 본 실시형태에서는 단점(M2)이 선단 위치(C2)보다도 선단측에 배치되는 것 <8>을 규정하고 있다. 또한, 제 1 측주면(13)의 윤곽선(L4)과 제 2 측주면 (14)의 윤곽선(L5)의 접속점(C3)이 축선(P) 방향에 있어서, 선단 위치(C2)보다도 후단측에 배치되는 것 <9>을 규정하고 있다. 단점(M2)과 접속점(C3)은 윤곽선(L4)의 양측의 단점이다. 또, 윤곽선(L4)은 측주면(15) 중, 선단부(22)에 있어서 선단 방향으로 좁아지는 테이퍼 형상으로 형성된 제 1 측주면(13)의 윤곽선이다. 즉, 선단 위치(C2)는 직경 방향에 있어서 제 1 측주면(13)에 면하고 있다. 이로 인해, 발열저항체(24)의 발열부(27)도 직경 방향에 있어서 제 1 측주면(13)에 면하게 되어 기체(21)의 외표면에 가깝게 되므로, 발열부(27)에서 발생한 열을 효율 좋게 외부로 방열할 수 있어 세라믹히터(2)의 발열성능을 높일 수 있다.

또한, 상기 <5>에서는, 테이퍼부(16)의 테이퍼면(12)의 형상에 대해서, 윤곽선(L1)에 착목하여 가상적인 타원(E)을 따르는 형상으로서 규정했다. 상기 테이퍼면(12)에 대해서, 표면 형상을 거듭 규정하면, 곡률반경이 다른 복수의 곡면이 연속하여 이어지고, 또한 후단측 곡면보다도 선단측 곡면의 곡률반경이 작은 점을 만족하는 형상인 <10－1>이라고도 할 수 있다. 구체적으로, 도 3에 나타내는 바와 같이, 곡률반경이 다른 복수의 곡면을 이어서 테이퍼면(12)을 구성하고, 각 곡면의 곡률반경에 대해서 각각 비교한 경우, 축선(P)의 선단측에 배치 설치되는 곡면일수록 곡률반경이 작다. 예를 들면, 곡률반경(G1){도 3에 있어서 일점쇄선(G1)으로 나타내는 원의 반경)}의 곡면보다도 축선(P) 방향 후단측에 있는 곡면의 곡률반경 (G2, G3, G4, G5)은 어느 것이나 모두 G1보다도 크다. 마찬가지로, 곡률반경(G2)의 곡면보다도 축선(P) 방향 후단측에 있는 곡면의 곡률반경(G3, G4, G5)은 어느 것이나 모두 G2보다도 크다. 이와 같이, 축선(P) 방향 선단측일수록 곡률반경이 작아지는 곡면이 무수히 이어져 형성되는 테이퍼면(12)은, 상기와 마찬가지로, 기체(21)의 외경의 크기가 축선(P) 방향 선단측으로 향하여 감소의 정도가 점차 커지면서 감소하여 가는 형태가 된다. 그러므로, 테이퍼면(12)의 더욱 선단측까지 기체(21)의 외경에 가까운 직경을 확보할 수 있어 기체(21)의 외표면의 면적을 확보할 수 있으므로, 세라믹히터(2)의 방열량을 크게 할 수 있다. 그리고, 이와 같은 테이퍼면(12)은 R모따기에 의해서 형성되고, 그러므로 모서리각이 발생하지 않아, 테이퍼면(12)에 있어서의 세라믹히터(2)의 치핑을 방지할 수 있다.

선단면(11), 테이퍼면(12) 및 제 1 측주면(13)으로 이루어지는 테이퍼부(16)의 형상을, 상기 <1>∼<10－1>의 규정을 만족하는 형상으로 함으로써, 세라믹히터 (2)는 선단부(22)에 있어서의 열용량을 확보하면서 급속 승온성을 얻을 수 있다. 또, 본 실시형태에서는 세라믹히터(2)의 선단부(22)에 있어서의 각 부위의 크기나 면적, 체적 등을 이하와 같이 규정하는 것에 의해, 세라믹히터(2)의 선단부(22)에 있어서의 열용량과 급속 승온성의 확보를 도모할 수 있다.

도 4에 나타내는 바와 같이, 세라믹히터(2)의 선단부(22)에서, 축선(P) 방향에 있어서, 선단면(11)의 위치에서 후단측으로 6㎜까지의 부분(이하, 「규정대상부위」라고도 함)에 착목한다(도 4에 있어서 실선으로 나타냄). 상기 규정대상부위에 있어서의 세라믹히터(2)의 평균 외경을 D로 한다. 구체적으로, 평균 외경(D)은 축선(P) 방향으로, 선단면(11)의 위치에서 측정한 외경(D0) 및 선단면(11)에서 6㎜의 위치까지 1㎜마다 측정한 외경(D1)∼(D6)의 평균값을 구한 것이다. 또한, 규정대상부위로서 선단면(11)에서 6㎜까지의 부분에 착목하는 것은, 일반적으로, 세라믹히터(2)를 이용한 글로 플러그(1)가 엔진에 장착된 경우에, 선단면(11)에서 6㎜정도의 부위가 연소실 내로 돌출되어 착화성에 기여하는 것에 의한다.

우선, 본 실시형태에서는 규정대상부위에 있어서의 평균 외경(D)의 크기가 2.3<D≤3.3[㎜]를 만족하는 것 <11>을 규정하고 있다. 후술하는 실시예 1에 따르면, 평균 외경(D)이 2.3㎜ 이하인 경우, 기체(21)의 표면적이 작아져, 디젤 엔진 시동시의 착화성의 확보에 필요하게 되는 방열량을 얻을 수 없게 될 우려가 있다. 한편, 평균 외경(D)이 3.3㎜보다 크면 발열저항체(24)가 기체(21)의 외표면으로부터 멀어져 기체(21)의 내부의 열용량이 증가하기 때문에, 기체(21)의 내부의 승온과 외부로의 열의 전달에 시간이 걸려, 급속 승온성을 얻을 수 없게 될 우려가 있다. <11>의 규정을 만족하는 것에 의해, 세라믹히터(2)는 방열량과 급속 승온성을 확보할 수 있다.

다음에, 직경이 평균 외경(D)인 가상원(도 4에 있어서 점선으로 나타냄)을 상정하고, 상기 가상원의 면적을 S2로 한다. 또, 선단면(11){직경은 상기의 외경 (D0)임}의 면적을 S1로 한다. 면적(S2)에 대한 면적(S1)의 비율을 구한 경우에, 그 비율이 27％ 이상이 되는 것 <12>을 규정하고 있다. 선단면(11)의 면적(S1)이 작을수록, 테이퍼면(12)의 형성 부위에 있어서의 기체(21)의 외경의 좁아짐이 크므로, 테이퍼면(12)이 형성되어 있는 부분에 있어서, 기체(21)의 외경의 확보가 어려워진다. 그러면, 테이퍼면(12)에 있어서의 기체(21)의 표면적을 충분히 확보할 수 없어, 세라믹히터(2)의 방열량이 저하될 우려가 있다.

후술하는 실시예 2에 따르면, 면적(S2)에 대한 면적(S1)의 비율이 27％ 미만인 경우, 디젤 엔진 시동시의 착화성의 확보에 필요하게 되는 방열량을 확보할 수 없게 될 우려가 있다. 또한, 엔진 시동시의 착화성을 확보하려면, 구체적으로, 축선(P) 방향에 있어서, 선단면(11)의 위치에서 후단측으로 4㎜까지의 부분에 있어서의 방열량으로, 13W 이상이 필요하게 된다. 또, 테이퍼면(12)이 형성되어 있는 부분에 있어서 기체(21)의 외경이 작아지면, 상기와 같이, 기체(21)의 두께(직경 방향의 두께 즉 체적)를 확보할 수 없다. 그러므로, 세라믹히터(2)의 선단부(22)에 있어서의 열용량이 저하되고, 외부로부터 기체(21)가 냉각을 받았을 때의 발열저항체(24)의 온도 저하로의 영향이 더욱 커져 발열 온도를 유지하기 어려워질 우려가 있다. <12>의 규정을 만족하는 것에 의해, 세라믹히터(2)는 방열량을 확보할 수 있고, 또, 선단부(22)에 있어서의 열용량을 확보할 수 있다.

다음에, 도 4에 나타내는 바와 같이, 기체(21)의 단면에 있어서, 상기한, 축선(P) 방향에 있어서의 발열저항체(24)의 선단 위치(C2)를 기준이 되는 기준 위치로 한다. 상기 단면에 있어서, 선단 위치{(C2)(기준 위치)}와 선단면(11)의 위치의 최단 거리를 A로 한다. 상기한 바와 같이, 선단 위치(C2)는, 통상은 축선(P)상에 위치하고 있고, 또, 선단면(11)도, 통상은 축선(P)과 직교하는 면에 형성된다. 따라서, 축선(P)상에서 선단면(11)의 위치를 F1로 하면, 선단 위치(C2)와 위치(F1)의 거리가 최단 거리(A)에 상당한다. 또, 기체(21)의 단면에 있어서, 테이퍼면(12)상의 임의 위치를 F2로 한다. 그리고, 상기 단면에 있어서, 선단 위치{(C2)(기준 위치)}와 임의 위치(F2)의 최단 거리를 B로 한다. 이때, 본 실시형태에서는 B>A를 만족하는 것 <13>을 규정하고 있다.

B>A를 만족하는 것에 의해, 세라믹히터(2)는 선단 위치(C2)와 테이퍼면(12)의 사이에 있어서의 기체(21)의 두께(직경 방향의 두께)를 기준 위치{선단 위치 (C2)}와 선단면(11)의 사이에 있어서의 기체(21)의 두께(축 방향의 두께)보다도 크게 확보할 수 있다. 즉, 선단 위치(C2), 즉 발열저항체(24)보다도 기체(21)의 선단측에 있어서, 기체(21)의 외경을 확보할 수 있으므로, 테이퍼면(12)에 있어서, 기체(21)의 표면적을 확보할 수 있다. 이에 따라, 디젤 엔진 시동시의 착화성의 확보에 필요하게 되는 방열량을 얻을 수 있다. 또, 선단부(22)에 있어서의 체적을 확보하여 열용량을 확보할 수 있으므로, 기체(21)가 외부로부터의 냉각을 받더라도, 발열저항체(24)의 온도 저하로의 영향을 더욱 작게 할 수 있어 발열 온도를 유지하기 쉬워진다. 반면에, B≤A인 경우, 선단 위치(C2)와 테이퍼면(12)의 사이에 있어서의 기체(21)의 두께가 B>A를 만족하는 경우보다도 작아진다. 즉, 발열저항체(24)보다도 기체(21)의 선단측에 있어서, 기체(21)의 외경이 작아지고, 테이퍼면(12)에 있어서, 기체(21)의 표면적을 확보하는 것이 어려워져 방열량이 저하될 우려가 있다. 또, 기체(21)의 선단부(22)에 있어서의 체적도 확보하는 것이 어려워지고, 열용량이 저하되어 기체(21)가 외부로부터의 냉각을 받은 경우의 발열저항체(24)의 온도 저하로의 영향이 커질 우려가 있다.

후술하는 실시예 3에 따르면, 기체(21)가 B≤A인 세라믹히터(2)는, 디젤 엔진 시동시의 착화성의 확보에 필요하게 되는 방열량(13W 이상)을 확보할 수 없게 될 우려가 있다. 또, B≤A가 되어 테이퍼면(12)이 형성되어 있는 부분에 있어서 기체(21)의 두께를 확보할 수 없으면, 세라믹히터(2)의 선단부(22)에 있어서의 열용량이 저하된다. 상기와 마찬가지로, 외부로부터 기체(21)가 냉각을 받았을 때의 발열저항체(24)의 온도 저하로의 영향이 더욱 커져 발열 온도를 유지하기 어려워질 우려가 있다. <13>의 규정을 만족하는 것에 의해, 세라믹히터(2)는 방열량을 확보할 수 있고, 또, 선단부(22)에 있어서의 열용량을 확보할 수 있다.

다음에, 규정대상부위에 있어서의 세라믹히터(2)의 체적을 V로 한다. 이때, 본 실시형태에서는 V≥D×20-21[㎣]를 만족하는 것 <14>을 규정하고 있다. 상기한 바와 같이, 세라믹히터(2)를 이용한 글로 플러그(1)가 엔진에 장착된 경우에, 규정대상부위는 연소실 내로 돌출된다. 그리고, 규정대상부위는 연료의 부착이나 연소실 내에서 발생하는 기류{스월(swirl)} 등에 의해서 규정대상부위가 냉각을 받기 때문에, 규정대상부위에 있어서의 열용량의 크기가 글로 플러그(1)의 착화성에 기여하게 된다. 후술하는 실시예 4에 따르면, 규정대상부위의 체적(V)과 평균 외경 (D)의 관계가 V<D×20-21이 될 경우, 소정의 환경하(예를 들면 환경 온도가 낮은 경우 등)에 있어서의 엔진의 시동성에 영향이 발생할 우려가 있는 것이 확인되었다. 즉, <14>의 규정을 만족하는 것에 의해, 소정의 환경하라도 충분히 엔진의 시동성을 확보할 수 있다.

이와 같은 세라믹히터(2)는 개략, 이하와 같이 조립된다. 우선, 「형성공정」에서는, 도 5에 나타내는 바와 같이, 도전성의 세라믹 분말이나 바인더 등을 원료로 하여 사출 성형에 의해서, 세라믹히터(2)의 발열저항체(24)의 원형이 되는 소자 성형체(110)가 형성된다. 소자 성형체(110)는 대략 U자 형상의 미소성의 발열부 (111)의 양극(兩極)에 접속된 미소성의 리드부(115, 116)가 대략 평행으로 배치된다. 리드부(115, 116)의 말단에는 양자를 접속하는 서포트부(119)가 설치되고, 소자 성형체(110)를 환 형상으로하는 것에 의해 강도가 얻어지며, 제조시의 취급 용이성이 확보된다. 또, 리드부(115, 116)에는 연마 후에 기체(21)의 측주면(15)으로 노출되어 글로 플러그(1)의 유지부재(8) 및 접속 링(85)과의 전기적인 접속을 담당하는 돌기부가 각각 형성된다.

또, 바인더 등의 첨가제가 첨가된 절연성 세라믹의 원료 분말을 재료로 하여 프레스 성형이 실시되어 미소성의 기체(120)가 제작된다. 기체(120)는 반할(半割) 형상의 성형체로서 1쌍의 평판으로 성형되고, 대향하는 맞춤면에 소자 성형체(110)를 수용하기 위한 오목부(121)가 형성된다. 또한, 기체(120)의 맞춤면과는 반대측의 외측면에는 긴 방향의 코너부가 모따기되어 있다.

소자 성형체(110)는 반할의 기체(120)의 오목부(121)에 수납되고, 쌍의 반할의 기체(120)에서 끼워지며, 또한, 도시생략의 프레스기로 프레스가공이 시행됨으로써, 복합 성형체(130)로서 기체(120)와 일체로 성형된다. 그리고 복합 성형체 (130)에 질소 분위기하에서 800℃, 1시간의 탈바인더 처리가 시행된다. 다음에 「소성공정」에 있어서, 공지의 핫 프레스법에 의한 복합 성형체(130)의 소성이 실시된다. 복합 성형체(130)는 도시하지 않는 성형형(成形型)으로 직경 방향으로 끼워지고, 압축 변형되면서 가열된다. 이때, 복합 성형체(130)의 기체(120)를 구성하는 세라믹의 입자가 가압에 대해서 90˚의 방향으로 성장하기 때문에, 그 배향 방향이 핫 프레스시의 가압 방향에 직교하는 면 방향으로 정렬된다. 이와 같이 복합 성형체(130)가 소성됨으로써, 소성체(140)가 형성된다.

다음에 「제 1 연마공정」에 있어서, 소성체(140)의 양측의 단면(端面)의 절단과, 센터레스 연마가 실시된다. 소자 성형체(110)가 소성되어 이루어지는 발열저항체(24)의 발열부(27)측의 단면(端面)이 절단됨으로써, 세라믹히터(2)의 선단면 (11)이 형성된다. 또, 반대측의 단면(端面)의 절단에 의해서, 소자 성형체(110)에 설치되어 있던 서포트부 (119)가 제거된다. 그리고 공지의 센터레스 연마기를 이용하고, 소성체(140)의 외주가 연마된다. 이에 따라서, 소성체(140)의 8각형의 외주가 원형으로 연마되어 측주면(15)이 형성된다. 또, 리드부(28, 29)가 측주면(15)으로부터 노출된다.

다음에 「제 2 연마공정」에서는, 상기의 <1>∼<7> 및 <10－1>의 규정을 만족하는 가상적인 타원(E)을 따른 윤곽선(L1)을 가지도록 테이퍼면(12)이 형성된다. 즉, 테이퍼면(12)은 소성체(140)의 선단면(11)과 측주면(15)의 모서리각 부분을 깎는 R모따기가 시행됨으로써 형성된다.

그리고 「제 3 연마공정」에 있어서, 상기의 <8>, <9>의 규정을 만족하는 윤곽선(L4)을 가지도록 제 1 측주면(13)이 형성된다. 즉 제 1 측주면(13)은 소성체 (140)의 선단측에 테이퍼면(12)과 측주면(15)의 모서리각 부분을 포함하고, 선단 방향으로 좁아지는 테이퍼 형상의 연마가 시행됨으로써 형성된다. 측주면(15) 중 제 1 측주면(13)의 형성대상부위가 되지 않고 연마되지 않고 남은 부분이 상기와 같이, 제 2 측주면(14)이라고도 한다. 이상과 같이 제 1∼제 3 연마공정을 거쳐 소성체(140)의 외주면이 연마됨으로써, 봉 형상으로 선단부(22)에 <1>∼<14>의 규정을 만족하는 윤곽선 형상을 가진 세라믹히터(2)가 형성된다.

또한, 본 발명은 각종의 변형이 가능하다. 테이퍼면(12)은 R모따기에 의해서 형성했지만, 예를 들면 도 6에 나타내는 세라믹히터(202)의 테이퍼면(112)과 같이, C모따기에 의해서 형성해도 좋다. 이 경우, 상기의 <1>∼<4>의 규정을 만족하는 바와 같이, 테이퍼면(112)을 형성하는데 있어서, 2단 이상의 C모따기를 실시하면 좋다. 도 6의 예에서는 선단면(11) 및 제 1 측주면(13)과 더불어 테이퍼부(116)를 구성하는 테이퍼면(112)을 축선(P) 방향 선단측의 제 1 테이퍼면(108)과 후단측의 제 2 테이퍼면(109)으로 이루어지는 2단으로 구성하고 있다. 제 1 테이퍼면(108)의 윤곽선을 L7, 제 2 테이퍼면(109)의 윤곽선을 L8로서 나타낸다.

본 변형예에서는 윤곽선(L2)과 윤곽선(L7)이 이루는 각도(β1)와, 윤곽선 (L7)과 윤곽선(L8)이 이루는 각도(β2)와, 윤곽선(L8)과 윤곽선(L4){(L3)}이 이루는 각도(β3)의 어느 것이나 모두가 145도 이상이 되는 것 <21>을 규정하고 있다. 상기한 바와 같이, 기체(21)를 구성하는 세라믹 입자의 배향 방향이 축선(P) 방향으로 정렬되기 때문에, C모따기에 의해서 발생할 수 있는 각 테이퍼면 사이의 모서리각 부분이, 균열이 축선(P) 방향을 따라서 연장되어 발생하는 균열의 발생의 기점이 될 수 있다. 테이퍼면(212)에 있어서의 세라믹히터(202)의 치핑의 발생을 억제하려면, 모서리각 부분을 구성하는 테이퍼면의 윤곽선끼리가 이루는 각도가 가능한 한 180도(모서리각 부분이 없는 상태)에 가까운 각도가 되는 것이 바람직하다.

후술하는 실시예 5에 따르면, 모서리각 부분을 형성하는 테이퍼면의 윤곽선끼리가 이루는 각도가 145도 미만이면, 그 모서리각 부분이 이러한 균열을 발생할 수 있는 기점이 되어 치핑을 발생할 우려가 있는 것을 알았다. 물론, 상기의 테이퍼면(112)을 형성하는데 있어서, 테이퍼면의 단수가 3단 이상이라도 마찬가지이며, 각각의 윤곽선이 이루는 각도가 어느 것이나 모두 145도 이상이면 좋다. 또한, <21>의 규정은 본 실시형태에 있어서, 선단면(11), 테이퍼면(12) 및 제 1 측주면 (13)을 연마에 의해서 형성하는 것에 의해 발생할 수 있는 각 면 사이의 모서리각 부분에 대해서도 적용할 수 있다. 즉, 테이퍼면(12)의 윤곽선(L1)의 단점(M1)에 있어서의 타원(E)의 접선과 선단면(11)의 윤곽선(L2)이 이루는 각도가 145도 이상이 되는 것이 바람직하다. 마찬가지로, 테이퍼면(12)의 윤곽선(L1)의 단점(M2)에 있어서의 타원(E)의 접선과 제 1 측주면(13)의 윤곽선(L3)이 이루는 각도도 145도 이상이 되는 것이 바람직하다. 이와 같이 하면, 테이퍼면(112)에 있어서의 세라믹히터 (202)의 치핑을 방지하는데 있어서 유효하다.

또한, 상기 변형예에서는, 테이퍼부(116)의 테이퍼면(112)을 C모따기에 의해서 형성했다. 상기 테이퍼면(112)에 대해서, 표면 형상을 거듭 규정하면, 축선(P)에 대한 경사각도가 다른 복수의 경사면이 연속하여 이어지고, 또한 후단측 경사면보다도 선단측 경사면의 경사각도가 큰 점을 만족하는 형상인 <10－2>라고도 할 수 있다. 구체적으로, 도 6에 나타내는 바와 같이, 축선(P)에 대한 경사각도가 다른 복수의 경사면{예를 들면 제 1 테이퍼면(108), 제 2 테이퍼면(109)}을 이어서 테이퍼면(112)을 구성하고, 각 경사면의 경사각도에 대해서 각각 비교한 경우, 축선(P)의 선단측에 배치 설치되는 경사면일수록 경사각도가 크다. 예를 들면, 축선(P) 방향 선단측에 형성된 선단측 경사면의 예인 제 1 테이퍼면(108)의 경사각도를 γ1로 하고, 후단측에 형성된 후단측 경사면의 예인 제 2 테이퍼면(109)의 경사각도를 γ2로 한다. 도 6에 나타내는 바와 같이, 축선(P)에 대한 제 1 테이퍼면(108)의 경사각도(γ1)는 제 2 테이퍼면(109)의 경사각도(γ2)보다 크다. 상기 예에서는 경사면이 2면이지만, 더욱더 복수의 경사면을 가지는 경우라도, 선단측 경사면의 경사각도(γ1)가 후단측 경사면의 경사각도(γ2)보다 커지도록 각 경사면을 형성한다. 이와 같이 하면, 테이퍼면(112)의 더욱 선단측까지 기체(21)의 외경에 가까운 직경을 확보할 수 있어 기체(21)의 외표면의 면적을 확보할 수 있으므로, 세라믹히터(2)의 방열량을 크게 할 수 있다.

또, 본 실시형태에서는 테이퍼면(12)을 R모따기에 의해서 형성하고, 그 윤곽선(L1)이 가상적인 타원(E)을 따르는 형상이 되는 것을 규정했지만, 상기와 같은 C모따기와 R모따기를 조합해서 테이퍼면을 형성해도 좋다. 또, 테이퍼면(12)의 윤곽선(L1)은 타원으로 한정하지 않고, 가상적인 원을 따르는 형상이라도 좋으며, 이 경우, <1>∼<4>의 규정을 만족하면 좋다. 또, 본 실시형태 및 변형예에서는 세라믹히터(2)의 선단부(22)에 선단면(11)이 형성되어 있지만, 선단면(11)을 생략해도 좋다. 선단면(11)이 생략된 세라믹히터에 있어서도, 상기 <11>, <13>, <14>의 규정을 만족하는 것에 의해, 방열량 및 급속 승온성을 확보할 수 있는 것이나 엔진의 시동성을 확보할 수 있는 것을 확인하고 있다. 또한, 세라믹히터(2)는 내연기관 등에 사용하는 글로 플러그(1)에 이용되는 것에 한정하지 않고, 가전제품 등으로서 사용하는 히터에 이용해도 좋다.

실시예 1

세라믹히터(2)의 선단부(22)를 두껍게 형성함으로써, 방열량 및 열용량을 확보하면서 급속 승온성이 얻어지는 것을 확인하기 위해 평가 시험을 실시했다. 또한, 이하의 평가 시험에 있어서 이용한 세라믹히터의 샘플은 제작 및 비교를 용이하게 하기 위해, 테이퍼면을 C모따기에 의해서 형성했다. 구체적으로, 외경을 φ2.4∼φ3.5[㎜]의 범위에서 적절히 다르게 한 복수 종류의 세라믹히터의 소성체를 제작했다. 제 1 연마공정에 의해서 각 소성체를 연마하여 선단면과 측주면을 형성했다. 또한, 선단면과 발열저항체의 선단 위치(C2)의 최단 거리(A)는 0.8㎜이다. 용이화를 위해, 제 3 연마공정에 의해서, 미리 제 1 측주면을 형성했다. 그리고 제 2 연마공정에 있어서, 외경에 대응하여 모따기 치수를 0∼1.3[㎜]의 범위에서 적절히 다르게 한 C모따기에 의해, 선단면과 제 1 측주면의 사이의 모서리각 부분을 연마 하여 테이퍼면을 형성했다. 또한, 모따기 치수는 직경 방향에 있어서의 모따기 양(폭)으로 했다.

이와 같이 제작한 22종류의 세라믹히터의 샘플의 규정대상부위에 있어서, 상기한 바와 같이, 1㎜마다의 외경(D0)∼(D6)을 측정했다. 각 샘플 1∼22의 평균 외경(D)을 측정한 바, 표 1에 나타내는 바와 같이, φ2.3∼φ3.4[㎜]의 범위에서 적절히 다른 값이 되었다. 그리고 각 샘플 1∼22의 외경{(D0)(즉 선단면의 직경)}으로부터 선단면의 면적(S1)을 산출했다. 또, 각 샘플 1∼22의 평균 외경(D)을 직경으로 하는 가상원의 면적(S2)을 각각 산출했다. 또한, 각 샘플 1∼22에 대해서 S1/S2를 구한 결과를 표 1에 백분율로 나타냈다.

우선, 각 샘플 1∼22의 방열량을 연산에 의해 구했다. 구체적으로는, 선단면의 위치에서 후단측으로 4㎜까지의 부분을 축선(P)과 직교하는 평면으로 복수로 둥글게 자른 미소(微小) 구간을 상정한다. 그리고 공지의 연산식에 의거하여 미소 구간마다 표면적(외주면의 면적)과 온도로부터 방열량을 산출하고, 전체 미소 구간의 방열량을 다 더함으로써 구했다. 또한, 방열량은 세라믹히터의 표면에 접촉하는 공기로의 열전달량(Q1)[W]과, 표면으로부터 복사에 의한 공기로의 열전달량(Q2)[W]을 다 더함으로써 구할 수 있다. 전도에 의한 열전달량(Q1)은 Q1=hA{T(소자)-T(기체)}에 의해서 구해진다. 또, 복사에 의한 열전달량(Q2)은 Q2=σεA[{T(소자)}⁴-{T(기체)}⁴에 의해서 구해진다. 다만, h는 세라믹히터의 기체의 열전도율이고, σ는 스테판 볼츠만 상수이며, ε는 방사율(세라믹히터의 기체의 복사율)이고, A는 표면 체적이다. 또, T(소자)는 발열저항체의 발열부의 온도이고, 인가하는 전압에 따라 서 미리 구해져 있다. T(기체)는 세라믹히터의 기체의 표면온도이고, 방사 온도계에 의해 측정한다.

각 샘플 1∼22의 방열량을 산출한 결과를 표 1에 나타낸다. 일반적으로, 디젤 엔진에 있어서의 착화성을 확보하려면 방열량으로서 13W가 필요하게 되어 있다. 표 1에 나타내는 바와 같이, 방열량이 13W에 못 미치는 샘플은 1, 3, 6, 9∼11, 14∼16, 19∼21이었다.

또한, 각 샘플 1∼22에 각각 11V의 전압을 인가하고, 표면온도가 1000℃에 도달하기까지 걸리는 시간을 측정한 결과를 표 1에 나타낸다. 일반적으로, 디젤 엔진에 있어서의 급속 승온성을 확보하려면, 표면온도의 1000℃도달시간으로서 1.3초 이하인 것이 바람직하다고 여겨진다. 표 1에 나타내는 바와 같이, 표면온도의 1000℃도달시간이 1. 3초를 초과한 샘플은 22였다.

여기서 샘플 1에 착목하면, 샘플 1은 모따기 치수가 0㎜이고, 즉 테이퍼면이 형성되어 있지 않다. 샘플 1의 평균 외경(D)은 φ2.3㎜로 작고, 테이퍼면을 형성하지 않더라도 방열량을 확보하는데 충분한 표면적이 얻어지지 않는 것을 알았다. 따라서, 세라믹히터의 평균 외경(D)은 φ2. 3㎜보다 큰 것이 바람직하다.

한편, 샘플 22는 표면온도의 1000℃도달에 1.31초 걸려 있다. 샘플 18과 샘플 22를 비교하면, 샘플 22의 모따기 치수는 샘플 18과 같은 크기이지만, 샘플 18보다도 샘플 22의 평균 외경(D)은 크다. 상기한 바와 같이 기체의 내부에 매설되는 발열저항체의 설계(크기나 발열량)에는 변경이 없고, 평균 외경(D)이 큰만큼, 샘플 22는 샘플 18보다도 발열저항체가 기체의 외표면으로부터 멀어지고, 또, 기체의 내부의 열용량이 크다. 따라서, 기체의 내부의 승온과 외부로의 열의 전달에 시간이 걸리고, 표면온도의 1000℃도달이 1.3초를 초과하여 급속 승온성을 얻을 수 없다. 따라서, 세라믹히터의 평균 외경(D)은 φ3.3㎜ 이하인 것이 바람직하다. 이상으로부터, <11>의 규정을 만족하는 것에 의해, 세라믹히터는 방열량과 급속 승온성을 확보할 수 있는 것이 확인되었다.

실시예 2

다음에, 표 1에 나타내는 바와 같이, 방열량이 13W에 못 미치는 샘플 중, 샘플 6, 9∼11, 14∼16, 19∼21은 S1/S2가 27％ 미만이었다. 이들의 샘플은 평균 외경(D)에 대해서 선단면의 크기(직경)를 충분히 확보할 수 없었던 샘플이다. 즉, 테이퍼면의 형성에 의한 기체의 선단부의 좁아짐 상태가 크고, 테이퍼면이 형성되어 있는 부분에 있어서 충분한 외경이 확보되어 있지 않다. 그러므로, 특히 테이퍼면의 부분에 있어서 충분한 표면적을 확보할 수 없어, 방열량으로서 13W이상을 얻지못했다. 이상으로부터, <12>의 규정을 만족하는 것에 의해, 세라믹히터는 충분한 방열량을 확보할 수 있는 것이 확인되었다.

또한, 샘플 3은 원래의 평균 외경(D)이 φ2.5㎜로 작다. 이로 인해, 모따기 치수를 0.45㎜로 하여 테이퍼면을 크게 형성하면, 방열량을 확보하는데 충분한 표면적을 얻을 수 없게 된다. 샘플 3은 S1/S2가 31％로서, 27％ 이상을 만족해도, 방열량으로서 13W 이상을 얻을 수 없었다.

실시예 3

상기의 <11> 및 <12>의 규정을 만족하는 샘플 8과 동일 치수의 평균 외경(D){(φ2.9㎜)}과 모따기 치수(0.6㎜)로 설정한 샘플(시뮬레이션 샘플)을 시뮬레이터에 의해서 제작했다. 또한, 발열저항체의 선단 위치{(C2)(기준 위치)}와 선단면 위치의 최단 거리(A), 및 기준 위치와 테이퍼면상의 임의 위치(F2)의 최단 거리 (B)를 0.4∼1.6㎜의 범위에서 적절히 다르게 한 복수의 시뮬레이션 샘플을 제작했다. 여기서, 최단 거리(B)는 모따기 치수를 0.6㎜로 한 채 기체의 축선(P)에 대한 C모따기의 각도를 다르게 함으로써 조정했다.

그리고, 이들의 샘플의 방열량을 상기한 바와 같이, 선단면의 위치에서 후단측으로 4㎜까지의 부분을 둥글게 자른 미소 구간마다의 열전달량(Q1, Q2)을 산출하여 다 더함으로써 구했다. 연산의 결과를 표 2에 나타낸다.

표 2에 나타내는 바와 같이, B가 A 이하가 된 시뮬레이션 샘플에서는 방열량이 13W에 못 미쳤다. B≤A라면, 기체의 선단부에 있어서의 직경 방향의 두께가 B>A인 경우와 비교해서 얇아진다. 즉, 테이퍼면이 형성되어 있는 부분에 있어서, 기체의 외경이 작아진다. 그러므로, 기체의 선단부에 있어서의 표면적이 작아지고, 열전달량(Q1)이 작아져서 디젤 엔진 시동시의 착화성의 확보에 필요하게 되는 방열량 (13W 이상)을 확보할 수 없게 된다. 이상으로부터, <13>의 규정을 만족하는 것에 의해, 세라믹히터는 충분한 방열량을 확보할 수 있는 것이 확인되었다.

실시예 4

다음에, 규정대상부위의 체적(V)과 평균 외경(D)의 관계에 대해서 평가를 실시했다. 표 1에 나타내는 바와 같이, 각 샘플 1∼22의 규정대상부위(선단면의 위치에서 후단측으로 6㎜까지의 부분)의 체적(V)[㎣]을 각각 구했다. 또한, 체적(V)은 예를 들면, 선단면에서 6㎜의 위치까지 0.1㎜마다 외경을 측정하고, 그 외경의 원기둥의 체적을 다 더해서 구하면 좋다.

그리고, 각 샘플 1∼22를 각각 조립한 글로 플러그를, 시험용의 디젤 엔진에 장착하고, -20℃의 저온 환경에 있어서, 엔진의 시동 시험을 실시한다. 이때, 글로 플러그로의 예열 통전(승온을 위한 통전)의 개시와 동시에 엔진의 크랭킹(셀모터에 의한 시동)을 실시했다. 즉, 셀모터의 시동에 전력이 사용되고, 예열 통전을 위한 전력이 안정되지 않은 상황에 있어서의 저온 환경하에서의 시동 시험이다. 상기 상태에서 엔진의 시동이 가능한 샘플은, 2, 4, 5, 7∼10, 12∼15, 17∼20, 22이며, 표 1에 「○」로 나타냈다. 또, 엔진을 시동할 수 없었던 샘플(1, 3, 6, 11, 16, 21)은 표 1에 「×」로 나타냈다.

또한, 규정대상부위의 체적(V)을 세로 축으로 하고, 평균 외경(D)을 가로 축으로 하는 도 7의 그래프에 시동 시험의 결과를 마찬가지로 「○」 「×」로 나타냈다. 도 7의 그래프로부터 명백한 바와 같이, 상기 저온 환경하에 있어서 엔진을 시동하기 위해 필요하게 되는 규정대상부위의 체적(V)의 크기로서, 평균 외경(D)의 크기에 대응한 크기가 있는 것을 알았다. 상기 그래프를 토대로, 발명자들이 규정대상부위의 체적(V)과 평균 외경(D)의 관계를 나타내는 소정의 관계식을 구한 바, 「V=D×20-21」의 식이 얻어졌다.

V≥D×20-21을 만족하는 샘플은, 규정대상부위에 충분한 체적을 가지기 때문에, 만족하지 않는 샘플과 비교해서 열용량이 크다. 그러므로, 상기와 같은 저온 환경하에서, 세라믹히터가 받은 냉각이, 즉시 발열저항체의 온도 저하에 큰 영향을 미치는 것이 저감된다. 따라서, <14>의 규정을 만족함으로써, 상기의 예열 통전을 위한 전력이 안정되지 않은 상황에 있어서의 저온 환경하에 있어서도, 충분히 엔진을 시동할 수 있어 규정대상부위에 있어서 충분한 열용량을 확보할 수 있는 것이 확인되었다.

실시예 5

다음에, 세라믹히터(202)의 테이퍼면(112)을 C모따기에 의해서 형성하고, 그때에 선단부에 형성되는 모서리각 부분의 윤곽선끼리가 이루는 각도의 크기를 규정함으로써, 치핑의 발생을 억제할 수 있는 것을 확인하기 위해, 평가 시험을 실시했다. 상기 평가 시험에서는 모따기 치수가 0.6㎜이고, 평균 외경(D)이 φ2.9㎜인 상기의 샘플 8을 제작할 때에 형성한 소성체를 토대로, 테이퍼면에 형성되는 모서리각 부분의 윤곽선끼리가 이루는 각도를 90˚, 135˚, 145˚, 151˚로 한 4종류의 세라믹히터의 샘플을 제작했다. 90˚의 샘플은 제 1 연마공정만을 실시하고, 테이퍼면 및 제 1 측주면을 형성하지 않았던 샘플이다. 135˚의 샘플은 상기와 마찬가지로 미리 제 3 연마공정에 의해서 제 1 측주면을 형성한 다음, 제 2 연마공정으로 선단면에 대해서 45˚의 경사각을 가지도록 1단의 C모따기를 실시하여 테이퍼면을 형성한 상기의 샘플 8이다. 145˚와 151˚의 샘플은, 마찬가지로, 미리 제 3 연마공정에 의해서 제 1 측주면을 형성한 다음, 도 6에 나타내는, 이루는 각도(β1 및 β3)가 아울러, 각각 145˚와 151˚가 되도록 2단의 C모따기를 실시하여 테이퍼면을 형성한 샘플이다. 또한, 이루는 각도(β2)가 어느 것이나 모두 145˚ 이상이 되도록 제 1 측주면이 형성된다. 이들 4종의 샘플은 각각 200개씩 준비했다.

공지의 샤르피 시험기를 이용하여 이들 세라믹히터의 샘플에 대해서 샤르피 충격시험을 실시했다. 샤르피 충격시험에서는 글로 플러그의 제조과정이나 엔진으로의 조립시에 낙하할 우려가 있는 높이로서 최대로 50㎝를 예상하고, 충격시험에 있어서 샘플에 부여하는 충격에너지를 설정하는데 있어서의 기준으로 했다. 구체적으로, 4종의 샘플 각각 100개씩에 대해, 2.5m(안전율 5)의 높이에서 샘플을 낙하한 경우에 상당하는 충격에너지를 각 샘플의 선단부에 부여했다. 마찬가지로, 4종의 샘플 각각 100개씩에 대해, 10m의 높이에서 샘플을 낙하한 경우에 상당하는 충격에너지를 각 샘플의 선단부에게 부여했다. 그리고 시험 후에, 각 샘플의 치핑의 발생의 유무를 관찰하고, 치핑이 발생한 샘플의 개수를 세어서 그 비율을 구했다. 상기 시험의 결과를 도 8의 그래프에 나타낸다.

도 8에 나타내는 바와 같이, 10m 낙하 상당의 충격에너지를 부여하는 충격시험에 있어서, 상기의 90˚의 샘플 중 치핑을 발생하는 샘플이 90％ 있고, 135˚의 샘플도 치핑을 발생하는 샘플이 73％ 있었다. 또, 145˚, 151˚의 샘플에서도 10m 낙하 상당의 충격에너지가 부여되면 치핑을 발생하는 샘플이 각각 26％, 27％ 있었지만, 90˚나 135˚의 샘플과 비교해서 그 수(비율)는 대폭으로 감소했다. 한편, 기준에 대한 안전율이 5인 2.5m 낙하 상당의 충격에너지를 부여하는 충격시험에서는, 90˚의 샘플에 있어서는 치핑을 발생하는 샘플이 17％ 있었다. 135˚의 샘플에서도 치핑을 발생하는 샘플이 7％ 있었지만, 145˚, 151˚의 샘플에는 치핑이 발생하지 않았다. 상기 샤르피 충격시험의 결과로부터, 세라믹히터의 테이퍼면을 C모따기에 의해서 형성할 경우, 선단부에 형성되는 모서리각 부분의 윤곽선끼리가 이루는 각도의 크기가 145도 이상이 되도록 테이퍼면을 형성하면, 테이퍼면에 있어서의 세라믹히터의 치핑을 충분하게 방지할 수 있는 것을 알았다.

Claims (25)

1. 절연성 세라믹으로 이루어지고, 축선 방향으로 연장되는 기둥 형상의 기체와,
   도전성 세라믹으로 이루어지며, 상기 기체에 매설되고, 통전에 의해서 발열하는 발열저항체이며, 상기 축선 방향에 있어서의 상기 기체의 선단부에 배치되는 발열부와, 상기 발열부의 양단에서 상기 기체의 후단측으로 향하여 연장되는 리드부를 가지는 발열저항체를 구비하는 세라믹히터로서,
   상기 기체의 선단부에는 상기 축선 방향 선단측으로 향하여 끝으로 갈수록 가늘어지는 테이퍼부가 형성되어 있으며,
   상기 테이퍼부는,
   상기 축선 방향과 직교하는 평면 형상으로 형성되는 선단면과,
   자신의 축선을 둘레 방향으로 둘러싸는 측주면과,
   복수의 곡면으로 이루어지고, 상기 선단면과 상기 측주면을 테이퍼 형상으로 접속하는 테이퍼면을 가지며,
   상기 테이퍼부의 외주면에는 외향으로 볼록하고 곡률반경이 다른 복수의 곡면이며, 상기 축선 방향으로 연속하여 이어지는 복수의 곡면이, 상기 곡률반경을 연속적으로 다르게 하여 배치 설치되어 있고,
   상기 복수의 곡면 중 상기 축선 방향 선단측에 형성된 선단측 곡면은 상기 선단측 곡면보다도 상기 축선 방향 후단측에 형성된 후단측 곡면과 비교해서 상기 곡률반경이 작고,
   상기 축선을 포함하는 상기 기체의 단면을 보았을 때에,
   상기 테이퍼부의 상기 테이퍼면에 있어서의 윤곽선인 제 1 윤곽선은, 상기 선단면의 윤곽선인 제 2 윤곽선에 접속하는 단점인 제 1 단점이, 상기 측주면의 윤곽선인 제 3 윤곽선에 접속하는 단점인 제 2 단점보다도, 상기 축선 방향의 선단측, 또한 상기 축선 방향과 직교하는 직경 방향의 내측에 배치됨과 아울러,
   상기 제 1 단점과 상기 제 2 단점의 상기 축선 방향의 거리가, 상기 제 1 단점과 상기 제 2 단점의 상기 직경 방향의 거리보다도 크고,
   또한, 상기 제 1 단점에 가까운 측에 있어서의 상기 제 1 윤곽선의 접선과 상기 축선이 이루는 각도가, 상기 제 2 단점에 가까운 측에 있어서의 상기 제 1 윤곽선의 접선과 상기 축선이 이루는 각도보다도 큰 것을 특징으로 하는 세라믹히터.
   
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 축선 방향에 있어서의 상기 기체의 선단 위치에서 후단측으로 6㎜까지의 부분에 있어서의 상기 기체의 평균 외경을 D로 했을 때,
   2.3<D≤3.3[㎜]
   를 만족하는 것을 특징으로 하는 세라믹히터.
   
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 축선을 포함하는 상기 기체의 단면(斷面)에 있어서, 상기 축선 방향에 있어서의 상기 발열저항체의 선단 위치를 기준 위치로 하고, 상기 기준 위치와 상기 기체의 선단 위치의 최단 거리를 A로 하며, 상기 기준 위치와 상기 테이퍼부의 외주면을 이루는 상기 복수의 곡면상의 임의 위치의 최단 거리를 B로 했을 때에,
   B>A
   를 만족하는 것을 특징으로 하는 세라믹히터.
   
4. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 축선 방향에 있어서의 상기 기체의 선단 위치에서 후단측으로 6㎜까지의 부분에 있어서의 상기 세라믹히터의 체적(V)은,
   V≥D×20-21[㎣]
   을 만족하는 것을 특징으로 하는 세라믹히터.
   
5. 삭제
6. 청구항 1에 있어서,
   상기 축선을 포함하는 상기 기체의 단면에 있어서, 상기 축선 방향을 장축으로 하고, 상기 제 1 단점과 상기 제 2 단점을 통과하는 가상적인 타원을 배치한 경우에, 상기 제 1 윤곽선의 형상은 상기 가상적인 타원을 따르는 형상인 것을 특징으로 하는 세라믹히터.
   
7. 청구항 6에 있어서,
   상기 축선을 포함하는 상기 기체의 단면에 상기 가상적인 타원을 배치한 경우의 중심점의 위치는, 상기 축선 방향에 있어서, 상기 발열저항체의 선단 위치보다도 후단측에 배치되는 것을 특징으로 하는 세라믹히터.
   
8. 청구항 6 또는 청구항 7에 있어서,
   상기 축선을 포함하는 상기 기체의 단면에 상기 가상적인 타원을 배치한 경우, 상기 축선에 대해서 상기 직경 방향의 양측에, 2개의 상기 가상적인 타원이 서로 이간해서 배치되는 것을 특징으로 하는 세라믹히터.
   
9. 청구항 1, 청구항 6 또는 청구항 7 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 제 3 윤곽선은,
   상기 제 2 단점에서 상기 축선 방향의 후단측으로 향하여, 상기 직경 방향의 외향으로 넓어지면서 연장되는 제 4 윤곽선과,
   상기 제 4 윤곽선에 접속하고, 상기 축선 방향과 평행으로 연장되는 제 5 윤곽선을 포함하며,
   상기 제 2 단점은, 상기 축선 방향에 있어서, 상기 발열저항체의 선단 위치보다도 선단측에 배치되고,
   상기 제 4 윤곽선과 상기 5 윤곽선의 접속점은, 상기 축선 방향에 있어서, 상기 발열저항체의 선단 위치보다도 후단측에 배치되는 것을 특징으로 하는 세라믹히터.
   
10. 청구항 8에 있어서,
    상기 제 3 윤곽선은,
    상기 제 2 단점에서 상기 축선 방향의 후단측으로 향하여, 상기 직경 방향의 외향으로 넓어지면서 연장되는 제 4 윤곽선과,
    상기 제 4 윤곽선에 접속하고, 상기 축선 방향과 평행으로 연장되는 제 5 윤곽선을 포함하며,
    상기 제 2 단점은, 상기 축선 방향에 있어서, 상기 발열저항체의 선단 위치보다도 선단측에 배치되고,
    상기 제 4 윤곽선과 상기 5 윤곽선의 접속점은, 상기 축선 방향에 있어서, 상기 발열저항체의 선단 위치보다도 후단측에 배치되는 것을 특징으로 하는 세라믹히터.
    
11. 청구항 1, 청구항 6 또는 청구항 7 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 선단면의 면적을 S1로 하고, 직경이 상기 축선 방향에 있어서의 상기 기체의 선단 위치에서 후단측으로 6㎜까지의 부분에 있어서의 상기 기체의 평균 외경인 원의 면적을 S2로 했을 때에,
    S1/S2×100≥27[％]
    를 만족하는 것을 특징으로 하는 세라믹히터.
    
12. 청구항 8에 있어서,
    상기 선단면의 면적을 S1로 하고, 직경이 상기 축선 방향에 있어서의 상기 기체의 선단 위치에서 후단측으로 6㎜까지의 부분에 있어서의 상기 기체의 평균 외경인 원의 면적을 S2로 했을 때에,
    S1/S2×100≥27[％]
    를 만족하는 것을 특징으로 하는 세라믹히터.
    
13. 청구항 1, 청구항 6 또는 청구항 7 중 어느 한 항에 기재된 세라믹히터의 제조방법으로서,
    상기 기체와 상기 발열저항체가 일체로 소성된 기둥 형상의 소성체의 측면 및 단면(端面)을 연마하고, 상기 축선과 평행한 상기 측주면과, 상기 축선과 직교하는 상기 선단면을 형성하는 제 1 연마공정과,
    상기 소성체의 상기 선단면과 상기 측주면이 이루는 모서리각 부분을 연마하여 상기 테이퍼면을 형성하는 제 2 연마공정과,
    상기 측주면의 선단측을, 상기 테이퍼면과의 접속 부위를 포함하여 선단 방향으로 좁아지는 테이퍼 형상으로 연마하는 제 3 연마공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 세라믹히터의 제조방법.
    
14. 청구항 8에 기재된 세라믹히터의 제조방법으로서,
    상기 기체와 상기 발열저항체가 일체로 소성된 기둥 형상의 소성체의 측면 및 단면(端面)을 연마하고, 상기 축선과 평행한 상기 측주면과, 상기 축선과 직교하는 상기 선단면을 형성하는 제 1 연마공정과,
    상기 소성체의 상기 선단면과 상기 측주면이 이루는 모서리각 부분을 연마하여 상기 테이퍼면을 형성하는 제 2 연마공정과,
    상기 측주면의 선단측을, 상기 테이퍼면과의 접속 부위를 포함하여 선단 방향으로 좁아지는 테이퍼 형상으로 연마하는 제 3 연마공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 세라믹히터의 제조방법.
    
15. 절연성 세라믹으로 이루어지고, 축선 방향으로 연장되는 기둥 형상의 기체와,
    도전성 세라믹으로 이루어지며, 상기 기체에 매설되고, 통전에 의해서 발열하는 발열저항체이며, 상기 축선 방향에 있어서의 상기 기체의 선단부에 배치되는 발열부와, 상기 발열부의 양단에서 상기 기체의 후단측으로 향하여 연장되는 리드부를 가지는 발열저항체를 구비하는 세라믹히터로서,
    상기 기체의 선단부에는 상기 축선 방향 선단측으로 향하여 끝으로 갈수록 가늘어지는 테이퍼부가 형성되어 있으며,
    상기 테이퍼부는,
    상기 축선 방향과 직교하는 평면 형상으로 형성되는 선단면과,
    자신의 축선을 둘레 방향으로 둘러싸는 측주면과,
    복수의 경사면으로 이루어지고, 상기 선단면과 상기 측주면을 테이퍼 형상으로 접속하는 테이퍼면을 가지며,
    상기 테이퍼부의 외주면에는, 상기 축선에 대한 경사각도가 다른 복수의 경사면이 상기 축선 방향을 따라서 배치 설치되어 있으며,
    상기 복수의 경사면 중 상기 축선 방향 선단측에 형성된 선단측 경사면은, 상기 선단측 경사면보다도 상기 축선 방향 후단측에 형성된 후단측 경사면과 비교해서 상기 경사각도가 크고,
    상기 축선을 포함하는 상기 기체의 단면을 보았을 때에,
    상기 테이퍼부의 상기 테이퍼면에 있어서의 윤곽선인 제 1 윤곽선은, 상기 선단면의 윤곽선인 제 2 윤곽선에 접속하는 단점인 제 1 단점이, 상기 측주면의 윤곽선인 제 3 윤곽선에 접속하는 단점인 제 2 단점보다도, 상기 축선 방향의 선단측, 또한 상기 축선 방향과 직교하는 직경 방향의 내측에 배치됨과 아울러,
    상기 제 1 단점과 상기 제 2 단점의 상기 축선 방향의 거리가, 상기 제 1 단점과 상기 제 2 단점의 상기 직경 방향의 거리보다도 크고,
    또한, 상기 제 1 단점에 가까운 측에 있어서의 상기 제 1 윤곽선의 접선과 상기 축선이 이루는 각도가, 상기 제 2 단점에 가까운 측에 있어서의 상기 제 1 윤곽선의 접선과 상기 축선이 이루는 각도보다도 큰 것을 특징으로 하는 세라믹히터.
    
16. 청구항 15에 있어서,
    상기 축선 방향에 있어서의 상기 기체의 선단 위치에서 후단측으로 6㎜까지의 부분에 있어서의 상기 기체의 평균 외경을 D로 했을 때,
    2.3<D≤3.3[㎜]
    를 만족하는 것을 특징으로 하는 세라믹히터.
    
17. 청구항 15에 있어서,
    상기 축선을 포함하는 상기 기체의 단면에 있어서, 상기 축선 방향에 있어서의 상기 발열저항체의 선단 위치를 기준 위치로 하고, 상기 기준 위치와 상기 기체의 선단 위치의 최단 거리를 A로 하며, 상기 기준 위치와 상기 테이퍼부의 외주면을 이루는 상기 복수의 경사면상의 임의 위치의 최단 거리를 B로 했을 때에,
    B>A
    를 만족하는 것을 특징으로 하는 세라믹히터.
    
18. 청구항 15 내지 청구항 17 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 축선 방향에 있어서의 상기 기체의 선단 위치에서 후단측으로 6㎜까지의 부분에 있어서의 상기 세라믹히터의 체적(V)은,
    V≥D×20-21[㎣]
    을 만족하는 것을 특징으로 하는 세라믹히터.
    
19. 삭제
20. 청구항 15에 있어서,
    상기 제 1 윤곽선을 구성하는 복수의 선분끼리가 이루는 각도와, 상기 제 2 윤곽선과 상기 제 1 윤곽선이 상기 제 1 단점에 있어서 이루는 각도와, 상기 제 3 윤곽선과 상기 제 1 윤곽선이 상기 제 2 단점에 있어서 이루는 각도는 어느 것이나 모두 145도 이상인 것을 특징으로 하는 세라믹히터.
    
21. 청구항 15에 있어서,
    상기 제 3 윤곽선은,
    상기 제 2 단점에서 상기 축선 방향의 후단측으로 향하여, 상기 직경 방향의 외향으로 넓어지면서 연장되는 제 4 윤곽선과,
    상기 제 4 윤곽선에 접속하고, 상기 축선 방향과 평행으로 연장되는 제 5 윤곽선을 포함하며,
    상기 제 2 단점은, 상기 축선 방향에 있어서, 상기 발열저항체의 선단 위치보다도 선단측에 배치되고,
    상기 제 4 윤곽선과 상기 5 윤곽선의 접속점은, 상기 축선 방향에 있어서, 상기 발열저항체의 선단 위치보다도 후단측에 배치되는 것을 특징으로 하는 세라믹히터.
    
22. 청구항 20에 있어서,
    상기 제 3 윤곽선은,
    상기 제 2 단점에서 상기 축선 방향의 후단측으로 향하여, 상기 직경 방향의 외향으로 넓어지면서 연장되는 제 4 윤곽선과,
    상기 제 4 윤곽선에 접속하고, 상기 축선 방향과 평행으로 연장되는 제 5 윤곽선을 포함하며,
    상기 제 2 단점은, 상기 축선 방향에 있어서, 상기 발열저항체의 선단 위치보다도 선단측에 배치되고,
    상기 제 4 윤곽선과 상기 5 윤곽선의 접속점은, 상기 축선 방향에 있어서, 상기 발열저항체의 선단 위치보다도 후단측에 배치되는 것을 특징으로 하는 세라믹히터.
    
23. 청구항 15에 있어서,
    상기 선단면의 면적을 S1로 하고, 직경이 상기 축선 방향에 있어서의 상기 기체의 선단 위치에서 후단측으로 6㎜까지의 부분에 있어서의 상기 기체의 평균 외경인 원의 면적을 S2로 했을 때에,
    S1/S2×100≥27[％]
    를 만족하는 것을 특징으로 하는 세라믹히터.
    
24. 청구항 15에 기재된 세라믹히터의 제조방법으로서,
    상기 기체와 상기 발열저항체가 일체로 소성된 기둥 형상의 소성체의 측면 및 단면(端面)을 연마하고, 상기 축선과 평행한 상기 측주면과, 상기 축선과 직교하는 상기 선단면을 형성하는 제 1 연마공정과,
    상기 소성체의 상기 선단면과 상기 측주면이 이루는 모서리각 부분을 연마하여 상기 테이퍼면을 형성하는 제 2 연마공정과,
    상기 측주면의 선단측을, 상기 테이퍼면과의 접속 부위를 포함하여 선단 방향으로 좁아지는 테이퍼 형상으로 연마하는 제 3 연마공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 세라믹히터의 제조방법.
    
25. 청구항 20 내지 청구항 23 중 어느 한 항에 기재된 세라믹히터의 제조방법으로서,
    상기 기체와 상기 발열저항체가 일체로 소성된 기둥 형상의 소성체의 측면 및 단면(端面)을 연마하고, 상기 축선과 평행한 상기 측주면과, 상기 축선과 직교하는 상기 선단면을 형성하는 제 1 연마공정과,
    상기 소성체의 상기 선단면과 상기 측주면이 이루는 모서리각 부분을 연마하여 상기 테이퍼면을 형성하는 제 2 연마공정과,
    상기 측주면의 선단측을, 상기 테이퍼면과의 접속 부위를 포함하여 선단 방향으로 좁아지는 테이퍼 형상으로 연마하는 제 3 연마공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 세라믹히터의 제조방법.

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