JP5330867B2 - セラミックヒータ及びグロープラグ - Google Patents

Description

本発明は、焼成後に導電性セラミックとなる材料粉末を射出成形してなるセラミックヒータ及び当該セラミックヒータを備えるグロープラグに関する。

ディーゼルエンジンにて予熱や排ガスの清浄化促進、燃焼の安定化のためにグロープラグが用いられている。近年ではそのさらなる向上のために、より高温域での使用が可能なセラミックヒータを使用したもの、いわゆるセラミックグロープラグの需要が高まっている。

こうしたセラミックヒータに使用される抵抗体は、焼成後に導電性を有する導電性セラミック材料粉末の射出成形により形成され、発熱抵抗体となるＵ字状の発熱部と、これの両端部に接合される１対の棒状のリード部とを備えた構成となっている。

近年の抵抗体は、低消費電力かつ急速昇温性を実現するため、発熱部を高抵抗の導電性セラミックで形成し、リード部をそれよりも抵抗率の小さい導電性セラミックで形成することにより、先端部で集中発熱させる構成となっている。

当該抵抗体となる焼成前の中間成形体は、例えば発熱部に相当する部分を射出成形した後、これに接合されるように、リード部に相当する部分を射出成形するといった具合に形成される。そして、この中間成形体が、例えば絶縁性セラミックからなる基体中に埋設された後、脱脂工程や焼成工程などを経て、セラミックヒータの完成体となる。

しかしながら、射出成形に用いられる導電性セラミック材料は、バインダ（樹脂成分）を含有しており、上述した脱脂工程において、バインダ揮発に伴う体積収縮を起こす。通常、電気抵抗率の異なる導電性セラミック材料は原料割合、原料粒径の違いにより、バインダ量が異なる。そのため、異材質の射出成形体が接合されてなる抵抗体においては、脱脂時における体積収縮により、その接合面にて剥れ等が発生し得る。剥れ等が発生すると、強度や耐久性の低下などが懸念される。

脱脂工程における急激な体積収縮を回避するべく、中間成形体の射出成形後において、予備的に一部のバインダを除去する乾燥工程を行う場合でも、未焼成の中間成形体は材料粉末を圧縮して固めただけのものであり、脆いため、この段階でも剥れ等の不具合は発生し得る。

そこで、従来は平坦であった異材質の射出成形体の一方の接合面に凹部を設け、他方の接合面にこの凹部と嵌合する凸部を設けることにより、接合面積を増加させ、強度向上を図る提案がなされている（例えば、特許文献１参照。）。

特開２０００−１３０７５４号公報

しかしながら、特開２０００−１３０７５４号公報に記載された凸部を凹部に嵌合させる構成では、異材質の射出成形体の境目部分として抵抗体の周面に表れる接合面の周縁が周方向に沿って直線状で、従来の平坦な接合面の場合と何ら変わりがないため、依然として接合面の周縁から裂けて剥れが発生するおそれがある。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、異材質の発熱部とリード部とが接合された接合面における剥れ等の発生を抑制することのできるセラミックヒータ、当該セラミックヒータを備えたグロープラグを提供することを目的とする。

以下、上記課題等を解決するのに適した各構成を項分けして説明する。なお、必要に応じて対応する構成に特有の作用効果等を付記する。

構成１．自身の端部を長手方向後端に向けた略Ｕ字状の導電性セラミックからなる発熱部と、
前記端部に接合され長手方向後端に向けて直棒状に延び、前記発熱部より抵抗率の小さい導電性セラミックからなる一対のリード部とを備えたセラミックヒータであって、
前記端部における前記発熱部と前記リード部との接合面には、当該接合面の周縁に達する複数本の溝部が当該接合面において均等に配置形成され、
前記長手方向に対する前記溝部の深さをｈとし、前記長手方向に直交しかつ前記溝部の延在方向と直交する方向に対する前記溝部の幅をｗとしたとき、
０．２５≦ｈ／ｗ≦１．６０
の関係を満たすように形成されていることを特徴とするセラミックヒータ。

なお、「端部」とは、Ｕ字状の発熱部のうち、湾曲部を先端側としたときの反対側である後端側を意味するものであり、「均等」とは、接合面においてリード部の中心軸線を挟んで点対称に複数本の溝部が形成されていることを意味するものである。この構成１によれば、発熱部とリード部との接合面に形成される溝部が、当該接合面の周縁にまで達している。このため、発熱部とリード部との境目部分としてその周面に表れる接合面の周縁が凹凸状となる。これにより、接合面の周縁から裂けにくくなり、剥れの発生を抑制することができる。

また、従来のように１つの凹部及び凸部が嵌合する構成の場合には、当該凸部に脱脂時等に発生する収縮応力が集中しやすく、クラックが発生するおそれがあるが、本構成では溝部が複数存在するため、収縮応力を分散でき、当該溝部に充填された突条部位にクラックが発生するのを抑制することができる。

しかし、仮に溝部が幅広で浅く、接合面が平坦に近いものであると剥れ耐力が弱くなる。逆に、溝部が幅狭で深いものであると、ここに充填された突条部位にクラックが発生しやすくなる。これに対し、上記関係式を満たす本構成１によれば、剥れ耐力を向上させる効果や、クラックの発生を抑制する効果をバランスよく得ることができる。

また、仮に接合面において溝部が偏って設けられた構成では剥れ耐力が弱くなるおそれがあるが、この点、複数本の溝部が接合面において均等に配置形成された本構成１によれば、剥れ耐力のさらなる向上を図ることができる。

結果として、セラミックヒータの強度や耐久性を向上させることができる。また、未焼成のセラミックヒータの取扱い易さも向上する。

構成２．前記発熱部は、第１の導電性セラミックとなる材料粉末を射出成形してなる第１の射出成形体が焼成されてなるものであり、
前記リード部は、前記第１の導電性セラミックよりも抵抗率の小さい第２の導電性セラミックとなる材料粉末を射出成形してなる第２の射出成形体が焼成されてなるものであって、
接続形成される前記第１の射出成形体及び前記第２の射出成形体のうち先に形成される前記第１の射出成形体の端部において、前記溝部が形成されていることを特徴とする構成１に記載のセラミックヒータ。

高抵抗となる発熱部を構成する第１の導電性セラミックは、低抵抗となるリード部を構成する第２の導電性セラミックに比べて、その材料粉末に含まれる窒化珪素が細かく、バインダ量が多いため、収縮率が大きい。このため、仮に第２の射出成形体（リード部）側に溝部を設けた場合、そこに充填される第１の射出成形体（発熱部）側の突条部位の先端部にて体積収縮によるクラックが発生し、剥れ耐力（発熱部とリード部との剥離に対する抵抗力）が低下することが懸念される。この点、上記構成２によれば、このような不具合の発生を抑制することができる。

構成３．前記複数本の溝部のうち少なくとも１本は、前記一対のリード部の各中心軸線を共に含む平面に対し直交する方向に沿って形成されていることを特徴とする構成１又は２に記載のセラミックヒータ。

一対のリード部の各中心軸線を共に含む平面に対し直交する方向には、セラミックヒータを取扱う際には比較的負荷がかかりやすい。上記構成３によれば、このような負荷に対する抗力が増し、セラミックヒータの強度や耐久性をさらに向上させることができる。

構成４．前記長手方向に対する前記溝部の深さが０．１５ｍｍ以上であることを特徴とする構成１乃至３のいずれかに記載のセラミックヒータ。

溝部を形成したとしても、その深さの絶対量が比較的小さいと、その効果が奏されにくいが、本構成４とすれば、剥れ耐力を向上させることができる。

構成５．前記溝部は、自身の延在方向と直交する平面に沿った断面形状が略Ｖ字状に形成されていることを特徴とする構成１乃至４のいずれかに記載のセラミックヒータ。

溝部の底部が幅広であると、幅狭の場合に比べて、当該溝部に充填された突条部位の脱脂時における収縮率が大きくなるため、クラックが発生しやすくなる。この点、上記構成５のように溝部を奥細りさせる構成とすれば、クラックの発生を抑制することができる。

構成６．上記構成１乃至５のいずれかに記載のセラミックヒータを備えたグロープラグ。

上記構成６によれば、強度や耐久性の高いグロープラグを得ることができる。

本発明は、セラミックヒータにおいて、異材質の発熱部とリード部とが接合された接合面における剥れ等の発生を抑制することができるという優れた効果を奏する。

本実施形態のグロープラグの構成を示す縦断面図である。 セラミックヒータを中心に示すグロープラグの部分拡大断面図である。 （ａ）は発熱部とリード部との接合部付近を拡大した部分拡大断面図であり、（ｂ）はその接合部付近を模式的に表した斜視図である。 セラミックヒータの各製造工程を示すフローチャートである。 （ａ），（ｂ）は中間成形体の射出成形過程の一部を示す金型装置の断面図である。 （ａ），（ｂ）は中間成形体の射出成形過程の一部を示す金型装置の断面図である。 中間成形体を示す斜視図である。 （ａ）〜（ｃ）は、それぞれ別の実施形態に係る溝部を模式的に表した斜視図である。

以下、本発明の一実施形態を図面を参照しつつ説明する。まず、本発明に係るグロープラグの一例について、図１，２を参照しつつ説明する。図１は、グロープラグ１の縦断面図であり、図２は、セラミックヒータ４を中心に示す部分拡大断面図である。尚、図１，２においては、図の下側をグロープラグ１（セラミックヒータ４）の先端側、上側を後端側として説明する。

図１に示すように、グロープラグ１は、主体金具２、中軸３、セラミックヒータ４、絶縁部材５，６、外筒７、かしめ部材８等を備えている。主体金具２は、略円筒状をなし、その長手方向中央部外周には、グロープラグ１をエンジンのシリンダヘッド（図示略）に取付けるための雄ねじ部１１が形成されている。また、主体金具２の後端部外周には六角形状をなす鍔状の工具係合部１２が形成されており、前記シリンダヘッドにグロープラグ１を螺合する際に、使用される工具が係合されるようになっている。

主体金具２の内周側には、後端側へ一端を突出させた金属製で丸棒状の中軸３の他端が収容されている。この中軸３の外周と主体金具２の内周との間にはリング状の絶縁部材５が設けられており、中軸３の中心軸と、主体金具２の中心軸とが軸線Ｃ１上で一致するように中軸３が固定されている。さらに、主体金具２の後端側より、中軸３を挿通させた状態で、別の絶縁部材６が設けられている。当該絶縁部材６は、筒状部１３及びフランジ部１４を具備しており、筒状部１３が前記中軸３と主体金具２との隙間に嵌合されている。また、前記絶縁部材６の上端側より、略円筒状のかしめ部材８が中軸３に嵌合されている。かしめ部材８は、その先端面が前記絶縁部材６のフランジ部１４に当接した状態で、その胴部外周においてかしめられている。これにより、中軸３と主体金具２との間に嵌合された絶縁部材６が固定され、中軸３からの抜けが防止されるようになっている。

また、主体金具２の先端部には金属製の外筒７が接合されている。より詳しくは、外筒７は後端側に厚肉部１５を有しており、当該厚肉部１５の後端外周には段状の係合部１６が形成されている。そして、当該係合部１６に前記主体金具２の先端内周が係合されている。

前記中軸３の先端側にはセラミックヒータ４が設けられている。セラミックヒータ４は、基体２１及び抵抗体２２を備えている（図２参照）。すなわち、基体２１は、絶縁性セラミックからなり、焼成され、かつ先端が曲面状に加工されており、その内部において、焼成された導電性セラミックからなる抵抗体２２が埋設状態で保持されている。

このセラミックヒータ４は、その胴部外周が、前記外筒７によって保持されている。尚、セラミックヒータ４のうち、外筒７よりも後端側の部分は、主体金具２内部に収容された格好となっているが、セラミックヒータ４が外筒７によって強固に位置決め固定されていることから、主体金具２には接触しない構造となっている。

さらに、前記中軸３の先端は、小径部１７となっており、当該小径部１７は主体金具２の長手方向略中央に位置している。また、前記セラミックヒータ４の後端には電極リング１８が嵌め込まれており、当該電極リング１８と、前記中軸３の小径部１７とがリード線１９によって接続され、両者間の電気的導通が図られている。

次に、セラミックヒータ４の詳細について図２を参照しつつ説明する。前述のとおり、セラミックヒータ４は、絶縁性セラミックよりなり、軸線Ｃ１方向に延びる略同径で丸棒状の基体２１を有し、その内部に、導電性セラミックよりなり断面略Ｕ字状をなす抵抗体２２が保持されている。

尚、本実施形態では、基体２１を構成する絶縁性セラミック材料として、窒化珪素が用いられる。また、抵抗体２２を構成する材料として、窒化珪素を主成分とし、タングステンカーバイトを含有した導電性セラミック材料（焼成後に導電性を有する材料）が用いられる。

抵抗体２２は、セラミックヒータ４の先端部に配置されるＵ字状の発熱部２３と、当該発熱部２３の両端部に接合される１対の棒状のリード部２５，２６とを備えている。

リード部２５，２６は、それぞれ自身の中心軸線Ｃ２（図３参照）がセラミックヒータ４の軸線Ｃ１と平行となるように互いに略平行に延設されている。そして、一方のリード部２５の後端寄りの位置には、電極取出部２７が外周方向に突設され、セラミックヒータ４の外周面に露出状態とされている。同様に、他方のリード部２６の後端寄りの位置にも、電極取出部２８が外周方向に突設され、セラミックヒータ４の外周面に露出状態とされている。前記一方のリード部２５の電極取出部２７は、セラミックヒータ４の長手方向（軸線Ｃ１方向）において、前記他方のリード２６の電極取出部２８よりも後端側に位置している。

電極取出部２８の露出部分は、外筒７の内周面に対して接触しており、これにより外筒７とリード部２６との電気的導通が図られている。また、電極取出部２７の露出部分に対応して、前述した電極リング１８が嵌められており、この電極リング１８の内周面に電極取出部２７が接触して、電極リング１８とリード部２５との電気的導通が図られている。すなわち、電極リング１８にリード線１９を介して電気的に接続された前記中軸３と、外筒７に係合し電気的に接続された主体金具２とが、グロープラグ１において、セラミックヒータ４の発熱部２３に通電するための陽極・陰極として機能する。

発熱部２３は、いわゆる発熱抵抗体として機能する部位であり、本実施形態では、通電時に最も高温となるべき湾曲部に対して電流を集中するために、当該湾曲部が自身の両端部やリード部２５，２６よりも細径となっている。

さらに、本実施形態では、発熱部２３にて、より積極的に発熱が行われるよう、抵抗体２２を構成する発熱部２３とリード部２５，２６とが電気抵抗率の異なる導電性セラミックにて形成されている。つまり、発熱部２３を形成する第１の導電性セラミックの方が、リード部２５，２６を形成する第２の導電性セラミックよりも抵抗率の高いものとなっている。本実施形態では、第１の導電性セラミックと第２の導電性セラミックとで、上記タングステンカーバイトの含有率を異ならせることで、両者を異材質としている。

後述するように、発熱部２３及びリード部２５，２６は、異材料を段階的に射出成形して接合形成されるため、発熱部２３と各リード部２５，２６との間には接合面３０が形成されている。

図３（ａ），（ｂ）に示すように、発熱部２３とリード部２５（２６）との接合面３０には、発熱部２３側において、当該接合面３０の周縁に達する断面Ｖ字状の２本の溝部３１が並設されている。なお、図２では、両リード部２５，２６の各中心軸線Ｃ２を共に含む平面に対し直交する方向に沿って形成された溝部３１が示されている。

以上がグロープラグ１の構成の概略であるが、かかるグロープラグ１のセラミックヒータ４を作製するにあたり、従来の不具合を抑制するべく、本実施形態では以下の製造方法に従ってセラミックヒータ４を作製することとしている。

図４は、セラミックヒータ４の各製造工程を示すフローチャートである。同図に示すように、セラミックヒータ４の製造工程においては、まず未焼成の抵抗体２２、すなわち抵抗体２２の前駆体となる中間成形体３５（図７参照）の成形が行われる（ステップＳ１）。

中間成形体３５の成形工程は、まず窒化珪素とタングステンカーバイトに焼結助剤を混入させたものを水の中でスラリー状とし、スプレードライを施すことで、粉末状態とする。当該粉末とバインダとしての樹脂チップとを混練し、射出成形を行う（射出成形工程）。その後、バインダの一部を取り除くべく予備的に加熱乾燥を行う（乾燥工程）といった手順で行われる。

ここで上記射出成形工程についてより詳しく説明する。図５，６は、射出成形過程の一部を示す金型装置の断面図である。

まず、図５（ａ），（ｂ）に示すように、ベース金型５１に対し第１の可動金型５２を型合わせして、ここに形成されるキャビティ５３内へ射出孔５４を介して第１材料粉末５５を射出する。キャビティ５３の形状は、焼成後に上記発熱部２３となる第１の射出成形体６１に対応する形状となっている。つまり、第１の射出成形体６１が成形された段階で、第１の射出成形体６１には焼成後に上記溝部３１となる溝部３１´が形成される。

第１材料粉末５５は、第１の導電性セラミックの組成が得られるように配合されたタングステンカーバイト、窒化珪素及び焼結助剤とからなる原料セラミック粉末に対し、有機バインダと混練したコンパウンドを加熱により溶融流動化させたものである。

続いて、第１の可動金型５２を型開きした後、図６（ａ），（ｂ）に示すように、第１の射出成形体６１をベース金型５１内に残したまま、第１の可動金型５２を第２の可動金型５６に交換して、ここに形成されるキャビティ５７内へ射出孔５８を介して第２材料粉末５９を射出する。これにより、第１の射出成形体６１に連続して、焼成後に上記リード部２５，２６となる第２の射出成形体６２，６３が接続成形され、これらが一体化した中間成形体３５を得る。第２材料粉末５９は、第１材料粉末５５と同様のコンパウンドであるが、第２の導電性セラミックの組成が得られるように配合されたものである。より詳細には、第１材料粉末５５に比較して導電性を担うタングステンカーバイトが少なく配合されたり、また窒化珪素の粒径も適宜変更されたりする。焼結助剤やバインダの配合量に関しても適宜変更されるが、結果として第１材料粉末５５に比較して焼成時の収縮率は小さくなっている。

本実施形態における中間成形体３５には、図７に示すように、第２の射出成形体６２，６３の後端側を接続するサポート部６８も一体形成されている。未焼成のセラミックは機械的強度が弱く、また第１の射出成形体６１は比較的細いため、加工過程において割れや、折れといった不具合の発生が懸念される。本実施形態では、第１の射出成形体６１、第２の射出成形体６２，６３及びサポート部６８によって、中間成形体３５を全体として環状に構成することで、第２の射出成形体６２，６３の重量による負荷が第１の射出成形体６１とサポート部６８とで分散され、これにより、第１の射出成形体６１の割れ等の不具合防止が図られている。なお、サポート部６８は焼成後において切断されるものであるため、切断をより容易に行うという観点から同図よりも細いものを採用してもよい。勿論、かかるサポート部６８を省略する構成を採用しても何ら差し支えない。

さて、セラミックヒータ４の製造過程の説明に戻り、中間成形体３５の成形工程とは別に、絶縁性セラミック粉末を所定の金型装置によりプレス加圧することにより、上記基体２１の半分を構成する半割絶縁成形体の成形を行う（ステップＳ２）。

次に、上記中間成形体３５を保持する保持体の成形が行われる（ステップＳ３）。ここでは、まず所定の金型装置に上記半割絶縁成形体をセットするとともに、当該半割絶縁成形体に形成された収容凹部に中間成形体３５を設置する。次に、その上に絶縁性セラミック粉末を充填して、プレス加圧する。これにより、中間成形体３５が絶縁成形体で保持された保持体が得られる。

次に、上記保持体の成形後、脱脂が施される（ステップＳ４）。ここでは、保持体中には未だバインダが存在しているため、当該バインダを取り除くべく、窒素ガス雰囲気下８００℃で１時間の仮焼（脱脂、脱バインダ処理）を行う。

その後、保持体の外表面全体に離型剤が塗布される（ステップＳ５）。続いて、保持体が焼成工程に供される（ステップＳ６）。この工程では、いわゆるホットプレス法による焼成が行われる。ここでは、図示しないホットプレス加工機を用い、非酸化雰囲気下で、１８００℃、１時間、ホットプレス圧力３００ｋｇｆ／平方センチメートルで保持体を加圧・加熱することによって、焼成体を得る。尚、ホットプレス焼成炉では、焼成後の焼成体が略円柱状となるように、その形状を矯正するための凹部が形成された（上述したセラミックヒータ４の外形に準じた形状が凹設された）カーボン治具が用いられてホットプレス焼成が行われる。このとき、保持体は、一軸加圧条件下で加圧され、焼成が施される。

その後、上記焼成体に対し、各種研磨加工（ステップＳ７）を施すことで、上述したセラミックヒータ４の完成体が得られる。ここでは、公知のセンタレス研磨機を用いて焼成体の外周を研磨し、電極取出部２７，２８を外周面から露出させるセンタレス研磨加工や、基体２１先端部の曲面加工を施し、外側面と発熱部２３の湾曲部との距離の均一化を図るためのＲ研磨加工、上記焼成体の後端側をダイヤモンドカッタ等で切断する端面切断加工などが行われる。焼成体の後端側が切断されることにより、上述したサポート部６８が切除される。

以上詳述したように、本実施形態では、第１の射出成形体６１（発熱部２３）と、第２の射出成形体６２，６３（リード部２５，２６）との接合面３０には、第１の射出成形体６１側において、当該接合面３０の周縁に達する断面Ｖ字状の２本の溝部３１´（３１）が並設されている。このため、第１の射出成形体６１と第２の射出成形体６２，６３の境目部分として中間成形体３５（抵抗体２２）の周面に表れる接合面３０の周縁が凹凸状となる。これにより、接合面３０の周縁から裂けにくくなり、剥れの発生を抑制することができる。

また、本実施形態では、溝部３１が複数存在するため、収縮応力を分散でき、当該溝部３１に充填された第２の射出成形体６２，６３側の突条部位にクラックが発生するのを抑制することができる。

結果として、抵抗体２２の強度や耐久性を向上させることができる。また、未焼成の抵抗体２２（中間成形体３５）の取扱い易さも向上する。

次に、上述した作用効果を確認するべく、溝部３１の数、深さ（ｈ）、幅（ｗ）、深さと幅の比（ｈ／ｗ）、配置態様の異なる各種サンプルをそれぞれ１００本ずつ作製し、種々の評価を試みた。その実験結果を表１に示すとともに、各サンプルについて説明する。なお、本発明は、第１の射出成形体６１（発熱部２３）と、第２の射出成形体６２，６３（リード部２５，２６）とのバインダ量の差が４％以内のものにおいて特に有効であるため、かかる条件の下、上記各種サンプルを作製している。

表１には、成形性、クラック発生、剥れ有無、剥れ耐力、折損率に関するサンプル１〜２５の評価結果が示されている。

成形性に関する評価は、中間成形体３５の溝部３１´の奥まで第２材料粉末５９が充填されているか否かを確認することにより行った。表１では、１００本全てが適正に充填されているサンプルを成形性に優れるとして「○」の評価を下し、１００本中１本でも適正に充填されていないサンプルについては、成形性に問題があるとして「△」の評価を下すこととした。

クラック発生に関する評価は、溝部３１´へ第２材料粉末５９が充填された箇所において、乾燥工程を経た中間成形体３５にクラックが発生したか否かを確認することにより行った。表１では、１００本中１本もクラックが発生しなかったサンプルを、耐収縮性に優れるとして「○」の評価を下すこととした。また、クラック発生率が１％以上５％未満のサンプルについては、耐収縮性にやや問題があるとして「△」の評価を下し、クラック発生率が５％以上のサンプルについては、耐収縮性に問題があるとして「×」の評価を下すこととした。

剥れ有無に関する評価は、乾燥工程を経た中間成形体３５の接合面３０に剥れが生じているか否かを確認することにより行った。表１では、１００本中１本も接合面３０に剥れが生じていないサンプルについては「なし」の評価を下し、１００本中１本でも剥れの見付ったサンプルについては「あり」の評価を下すこととした。

剥れ耐力に関する評価は、接合面３０の位置を荷重点とし、３点曲げ強さ試験（スパン；１２ｍｍ、クロスヘッドスピード；０．５ｍｍ／ｍｉｎ）によって、接合面３０に剥れが生じるまでの荷重を測定することにより行った。表１では、１００本の荷重の平均値が４．０Ｎ以上のサンプルについては剥れ耐力が特に優れるとして「◎」の評価を下し、平均値が３．０〜３．５Ｎのサンプルについては剥れ耐力に優れるとして「○」の評価を下すこととした。一方、平均値が３．０未満のサンプルについては、剥れ耐力に問題があるとして「×」の評価を下すこととした。

折損率に関する評価は、焼成後の１０００本のセラミックヒータ４に対し、接合面位置を過重点とした３点曲げ応力付加試験（８００ＭＰａ）を実施し、折損した割合により評価した。表１には、その割合が示されている。

総合評価では、特に優れるサンプルに対しては「◎」の評価を下し、優れるサンプルに対しては「○」の評価を下すこととした。一方、問題があるサンプルに対しては「×」の評価を下すこととした。但し、表１で示す評価は、本試験における相対評価を示すものであり、判定が不可（×）であったとしても必ずしも製品として使用できないことを示すものではない。

尚、表１の「配置態様」の欄において、「均等」とあるのは、第２の射出成形体６２，６３（リード部２５，２６）の中心軸線Ｃ２を挟んで点対称に溝部３１が形成されていることを表し、「片側」とあるのは、中心軸線Ｃ２を通る所定線よりも片側に全ての溝部３１が形成されていることを表している。

また、「平行」とあるのは、第２の射出成形体６２，６３（リード部２５，２６）両方の中心軸線Ｃ２を共に含む平面に対して平行する方向に沿って複数の溝部３１が形成されていることを表し、「垂直」とあるのは、前記平面に対して直交する方向に沿って複数の溝部３１が形成されていることを表している。

表１から、接合面３０に溝部３１が全く形成されてない場合（サンプル１）や、溝部３１が１つだけしか形成されていない場合（サンプル２〜４）には、接合面３０に剥れが生じやすくなるため、剥れ耐力が小さくなり、折損率も高くなることが判る。

さらに、溝部３１が１つだけだと、クラックが発生しやすいことが判る。これは、溝部３１に充填された第２の射出成形体６２，６３側の突条部位の一箇所に収縮応力が集中するためと考えられる。特に、溝部３１がその幅ｗのわりに比較的深さｈのあるサンプル３（ｈ／ｗ＝２．５０）に関しては、成形性の評価まで低い。これは、溝部３１の奥まで第２材料粉末５９が充填されにくいためと考えられる。

同様に、溝部３１の数が「２」のサンプル５〜１８のうちでも、溝部３１がその幅ｗのわりに比較的深さｈのあるサンプル５，１７（ｈ／ｗ＝２．００）に関しては、成形性に問題がある。しかし、このうち溝部３１の深さｈの絶対量が比較的大きいサンプル１７（ｈ＝１ｍｍ）に関しては、接合面３０に剥れが生じなかったため、剥れ耐力が比較的大きくなり、折損率も低かった。

また、溝部３１の深さｈと幅ｗの比が比較的小さいサンプル６，９（ｈ／ｗ＝０．２０，０．１９）、つまり溝部３１がその幅ｗのわりに比較的深さｈがなく、接合面３０が従来の平坦に近いものでは、接合面３０に剥れが生じやすくなるため、剥れ耐力が小さくなり、折損率も高くなることが判る。

次に、サンプル１２，１３、又はサンプル１４，１５をそれぞれ比較して判るように、溝部３１が片側に偏って設けられたサンプル１２，１５に関しては、接合面３０に剥れが生じやすくなるため、剥れ耐力が小さくなり、折損率も高くなる。

上記結果を踏まえて判断すると、接合面３０における剥れやクラック等の発生を抑制し、剥れ耐力や折損率の向上を図るためには、溝部３１がない又は溝部３１が１つの場合（サンプル１〜４）よりも、溝部３１を２つ備えていること（サンプル５〜１８）が好ましいことが判る。

加えて、その中でも、サンプル７，８，１０，１１，１３，１４，１６，１８のように、各溝部３１は、その深さｈが０．１５ｍｍ以上に設定されることが好ましく、さらに、その深さｈとその幅ｗとの比が、以下の関係式（１）を満たすように形成されていることが好ましい。

０．２５≦ｈ／ｗ≦１．６０ … （１）
また、溝部３１の数が「３」のサンプル１９，２０と、溝部３１の数が「２」のサンプル１２，１３とを比較して判るように、３つの溝部３１が片側に偏って設けられたサンプル１９に関しては、サンプル１２と同様、接合面３０に剥れが生じやすくなるため、剥れ耐力が小さくなり、折損率も高くなる。

一方、３つの溝部３１がバランスよく配置されたサンプル２０に関しては、２つの溝部３１がバランスよく配置されたサンプル１３よりも、剥れ耐力がさらに向上していることが判る。同様に、溝部３１の数が「５」，「１０」のサンプル２１，２２に関しては、溝部３１の数が「２」の各サンプルよりも、剥れ耐力がさらに向上している。

さらに、サンプル２３，２４，２５と、サンプル１１，１３，１４とをそれぞれ比較して判るように、２つの溝部３１を形成する場合でも、その延在方向が、第２の射出成形体６２，６３（リード部２５，２６）両方の中心軸線Ｃ２を共に含む平面に対して平行する方向となるよりも、前記平面に対して直交する方向となる方が、剥れ耐力を向上させる点においては好ましいことが判る。これは、３点曲げ強さ試験において荷重をかける中間成形体３５の周面位置又はその裏側に、接合面３０の凹凸状の周縁が配置され、負荷に対する抗力が増したためと考えられる。

なお、上述した実施形態の記載内容に限定されず、例えば次のように実施してもよい。

（ａ）グロープラグ１やセラミックヒータ４の構成は上記実施形態に限定されるものではない。例えば、上記実施形態のセラミックヒータ４では、抵抗体２２が基体２１内に埋設された構成が示されているが、抵抗体２２の少なくとも一部が外部に露出した構成としてもよい。

（ｂ）上記実施形態では、先に成形される発熱部２３側に溝部３１が形成される構成となっているが、リード部２５，２６が先に成形される構成とした場合には、リード部２５，２６側に溝部が形成される構成としてもよい。

但し、高抵抗となる発熱部２３を構成する第１の導電性セラミックは、低抵抗となるリード部２５，２６を構成する第２の導電性セラミックに比べて、その第１材料粉末５５に含まれる窒化珪素が細かく、バインダ量が多いため、収縮率が大きい。このため、リード部２５，２６側に溝部を設けた場合、そこに充填される発熱部２３側の突条部位の先端部にて体積収縮によるクラックが発生し、剥れ耐力が低下するおそれがある。従って、上記実施形態の構成の方がより好ましい。

（ｃ）上記実施形態では、断面Ｖ字状の２本の溝部３１が平行して配設された構成が示されているが、溝部の数や、形状、配置態様などはこれに限定されるものではない。

例えば、図８（ａ）に示すように、２本の溝部７１が十字状に交差した構成としてもよい。また、図８（ｂ）に示すように、断面Ｕ字状の２本の溝部７２が平行して配設された構成としてもよい。また、図８（ｃ）に示すように、断面Ｖ字状の３本の溝部７３が平行して配設された構成としてもよい。

少なくとも複数本の溝部が形成されていれば、接合面３０における剥れ等の発生を抑制することができる。

（ｄ）導電性セラミックの組成は上記実施形態に限定されるものではない。例えば、上記実施形態では、導電性セラミックの導電成分として、タングステンカーバイトを用いているが、これに代えて、珪化モリブデンや珪化タングステン等、周知のものを採用できる。

（ｅ）上記実施形態においては、セラミックヒータ４の抵抗体２２は発熱部２３とリード部２５，２６とからなるものとしているが、リード部２５，２６の後端側にさらに金属製のリード線（例えばタングステン製）を接合し、そのリード線を基体２１に埋設する構成としてもよい。すなわち本発明は、発熱部２３とリード部２５，２６との接合に関するものであるから、それら以外の付帯構成を有するものにおいても有効である。

１…グロープラグ、４…セラミックヒータ、２１…基体、２２…抵抗体、２３…発熱部、２５，２６…リード部、３０…接合面、３１…溝部、３５…中間成形体、ｈ…溝の深さ、ｗ…溝の幅。

Claims (6)

1. 自身の端部を長手方向後端に向けた略Ｕ字状の導電性セラミックからなる発熱部と、
   前記端部に接合され長手方向後端に向けて直棒状に延び、前記発熱部より抵抗率の小さい導電性セラミックからなる一対のリード部とを備えたセラミックヒータであって、
   前記端部における前記発熱部と前記リード部との接合面には、当該接合面の周縁に達する複数本の溝部が当該接合面において均等に配置形成され、
   前記長手方向に対する前記溝部の深さをｈとし、前記長手方向に直交しかつ前記溝部の延在方向と直交する方向に対する前記溝部の幅をｗとしたとき、
   ０．２５≦ｈ／ｗ≦１．６０
   の関係を満たすように形成されていることを特徴とするセラミックヒータ。
2. 前記発熱部は、第１の導電性セラミックとなる材料粉末を射出成形してなる第１の射出成形体が焼成されてなるものであり、
   前記リード部は、前記第１の導電性セラミックよりも抵抗率の小さい第２の導電性セラミックとなる材料粉末を射出成形してなる第２の射出成形体が焼成されてなるものであって、
   接続形成される前記第１の射出成形体及び前記第２の射出成形体のうち先に形成される前記第１の射出成形体の端部において、前記溝部が形成されていることを特徴とする請求項１に記載のセラミックヒータ。
3. 前記複数本の溝部のうち少なくとも１本は、前記一対のリード部の各中心軸線を共に含む平面に対し直交する方向に沿って形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載のセラミックヒータ。
4. 前記長手方向に対する前記溝部の深さが０．１５ｍｍ以上であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のセラミックヒータ。
5. 前記溝部は、自身の延在方向と直交する平面に沿った断面形状が略Ｖ字状に形成されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載のセラミックヒータ。
6. 請求項１乃至５のいずれかに記載のセラミックヒータを備えたグロープラグ。

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