JP2013105682A - セラミックヒータの製造方法、グロープラグの製造方法、セラミックヒータ及びグロープラグ - Google Patents
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Abstract
【解決手段】焼成により絶縁基体10の一部となる第1成形体35を成形する第1成形体成形工程と、焼成により発熱抵抗体11となる未焼成発熱抵抗体44を成形する際の抵抗体成形型の一部に、第1成形体35を用いて、射出成形法により、発熱体用混合物KHを射出して、未焼成発熱抵抗体44を第1成形体35と一体に成形する抵抗体成形工程と、焼成により絶縁基体10の残部となる第2成形体64を成形する際の第2成形体成形型の一部に、第1成形体35及び未焼成発熱抵抗体44を用いて、第2成形体64を第1成形体35及び未焼成発熱抵抗体44と一体に成形する第2成形体成形工程とを備える。
【選択図】図7
Description
また、これに続いて、他方側に配置された基体成形用の第2の金型部材と、通電部用成形体の他方側の表面との間に構成されるキャビティに、基体用混合物を充填して第1基体成形体を成形する。このとき、第1の金型部材に配置された通電部用成形体は、この第1の金型部材に密着しているとは限らず、通電部用成形体の一部、特に、U字状の曲げ返し部が、第1の金型部材から浮き上がって配置される場合がある。このような状態で、基体用混合物を充填した場合には、曲げ返し部が偏った状態で、通電部用成形体及び第1基体成形体が成形されてしまう。
このように、通電部用成形体と第1基体成形体との間の位置ずれや、通電部用成形体の形崩れ、通電部用成形体の曲げ返し部の偏りなどが生じたものを用いて、セラミックヒータを形成しても、発熱抵抗体の発熱性能が低下したり、絶縁基体の絶縁性能が低下したりして、セラミックヒータの本来の性能を発揮できない虞があった。
このため、前述の従来技術に比して、セラミックヒータを容易かつ安価に製造することができる。
また、「軸線に沿って延びる形状を有する絶縁基体」の形態としては、例えば、円柱状、楕円柱状、長円柱状、四角柱などの多角柱状などが挙げられる。但し、一部にくびれ部分や径大部分を有するものであっても良い。
また、第1成形体を構成する第1絶縁性セラミック粉末と第2成形体を構成する第2絶縁性セラミック粉末とは、同一の粉末を用いても良いし、製法や成分が異なる粉末を用いても良い。
そこで、このセラミックヒータの製造方法では、第2成形体成形工程で、第2成形体用キャビティ内に、その基端から先端に向けて、第2基体用混合物を射出して、第2成形体を成形している。これにより、第2成形体成形工程において、高温とされた第2基体用混合物により、未焼成発熱抵抗体の未焼成曲げ返し部及びこの付近の第1成形体の表面が溶けだすおそれを小さくできる。従って、焼成後のセラミックヒータの性能の低下を抑制できる。
一方、この成形順序を採用したヒータとは、逆の順序で成形した場合、即ち、従来のように、未焼成発熱抵抗体を成形した後に第1成形体を成形した場合には、リード部内に膜状絶縁性セラミック部は形成されない。この場合は、未焼成発熱抵抗体の表面の一部が第1成形体内に溶け出すことにより、絶縁基体のうち、第1成形体に対応する部位内に、膜状の導電性セラミック部ができる。
従って、膜状絶縁性セラミック部を有するヒータは、第1成形体を予め成形した後に、未焼成発熱抵抗体を成形したものであり、前述の通り、この成形順序を採用することにより、性能が良好な信頼性の高いセラミックヒータが得られる。
本実施形態に係るグロープラグ1は、図1に示すように、その軸線AXに沿う軸線方向HJのうち先端方向HS(図1において下方)に、通電により発熱するセラミックヒータ2を有する。
また、このセラミックヒータ2の基端側の部位を保持する筒状の主体金具3を有する。
この主体金具3は、自身の先端方向HSに位置し、セラミックヒータ2を保持するヒータ保持部材4と、このヒータ保持部材4の基端方向HKに位置する主体金具本体5とから構成されている。
このうち主体金具本体5は、軸線AXに沿って基端部5kから先端部5sまで延びる筒状をなしている。主体金具本体5の基端部5kには、六角断面形状の工具係合部5eが形成されている。また、主体金具本体5のうち、工具係合部5eよりも先端側の外周には、取付用のねじ部5fが形成されている。
一方、金属端子軸6の先端部6sは、筒状の接続リング9に挿入されて、これに溶接されている。また、この接続リング9には、他方でセラミックヒータ2の基端部2kが圧入され、基端部2kに設けられた一方の電極部18(図1では不図示。図2を参照)が、接続リング9に電気的に接続されている。これにより、セラミックヒータ2の一方の電極部18と、金属端子軸6とが電気的に接続されている。なお、セラミックヒータ2のもう一方の電極部19(図1では不図示。図2を参照)は、セラミックヒータ2を保持するヒータ保持部材4、従って、主体金具3に電気的に接続されている。
また、一対のリード部14,15は、発熱部12の両端12a,12bから、軸線方向HJのうち先端方向HSとは逆の基端方向HKに向けて、互いに平行に延びている。
発熱抵抗体11の一方のリード部14は、絶縁基体10の基端部10k付近に位置し、絶縁基体10の外周面10gに露出して、接続リング9と電気的に接続する電極部18を有している。また、他方のリード部15は、電極部18よりもやや先端方向HSに位置し、絶縁基体10の外周面10gに露出して、ヒータ保持部材4と電気的に接続する電極部19を有している。また、電極部18,19は、それぞれ軸線AXから見て、軸線方向HJに直交し且つリード部14,15が平行に並ぶ平行方向HHの外側に向けて延びている(図2参照)。なお、図2と直交する方向から見た図3では、電極部18,19の記載を省略している。
まず、第1成形体成形工程について図4を参照して説明する。この工程では、抵抗体側金型30と外側金型31を用いて、焼成により絶縁基体10の一部となる第1成形体35を成形する。
一方、図4中、上方に配置された抵抗体側金型30は、焼成により発熱抵抗体11となる未焼成発熱抵抗体44のうち、その一方側の部位(図3に示す発熱抵抗体11の概略下側半分の部位)の外形に適合した凹部38を、第1成形体35に形成する金型である。
なお、抵抗体側金型30は、この凹部38の形状に対応した凸部を有している。
そして、この抵抗体成形金型40と外側金型31とを組み合わせると共に、先に成形した第1成形体35を抵抗体成形型の一部として用いることにより、第1成形体35に形成した凹部38と抵抗体成形金型40との間に抵抗体用キャビティCBを構成する。また、抵抗体成形金型40のうち、抵抗体用キャビティCBの基端側GK(図5中、右側)には、充填口41、ゲート43、及び、これらを結び次述する発熱体用混合物KHの通り道となる射出路SBを形成してある。
そして、この第2成形体金型60と外側金型31とを組み合わせると共に、先に成形した第1成形体35及び未焼成発熱抵抗体44を第2成形体成形型の一部として用いることにより、これら第1成形体35及び未焼成発熱抵抗体44と第2成形体金型60との間に第2成形体用キャビティCCを構成する。また、第2成形体金型60のうち、第2成形体用キャビティCCの基端側GK(図6中、右側)には、充填口61、ゲート63、及び、これらを結び次述する第2基体用混合物KK2の通り道となる射出路SCを形成してある。
このため、前述の従来技術に比して、セラミックヒータを容易かつ安価に製造することができる。
これに対し、本実施形態では、抵抗体成形工程で、抵抗体成形型が構成する抵抗体用キャビティCB内に、その基端CBKから先端CBSに向けて、発熱体用混合物KHを射出して、未焼成発熱抵抗体44を成形している。
これにより、未焼成発熱抵抗体44の未焼成曲げ返し部45付近では、発熱体用混合物KHは比較的低温となるので、第1成形体35の表面が溶けにくく、未焼成曲げ返し部45中に第1絶縁性セラミック粉末が膜状に巻き込まれにくい。従って、焼成後のセラミックヒータ2の発熱性能の低下を抑制できる。
そして、この成形順序を採用した本実施形態のセラミックヒータ2では、これとは逆の順序で成形した従来のヒータに比して、性能が良好な信頼性の高いセラミックヒータ2が得られる。
例えば、上述の実施形態では、セラミックヒータ2及び絶縁基体10の外形を円柱状としたが、この他に、楕円柱状、長円柱状、四角柱などの多角柱状などでも良く、一部にくびれ部分や径大部分を有するものであっても良い。
また、上述の実施形態では、未焼成発熱抵抗体44のほか、第1成形体35及び第2成形体64も射出成形法により、成形したが、第1成形体35及び第2成形体64の成形方法は、粉末プレス、スリップキャスティングなどの射出成形法以外の成形方法を用いても良い。
また、上述の実施形態では、第1基体用混合物KK1及び第2基体用混合物KK2を共に、同じ絶縁性セラミック粉末(主として窒化珪素質セラミック粉末)及びバインダからなる構成とした。しかし、用いる絶縁性セラミック粉末は、同一の粉末を用いても良いし、製法や成分が異なる粉末を用いても良い。
1 グロープラグ
2 セラミックヒータ
2k (セラミックヒータの)基端部
2s (セラミックヒータの)先端部
10 絶縁基体
10k (絶縁基体の)基端部
10s (絶縁基体の)先端部
10g 絶縁基体の外周面
HJ 軸線方向
HS 先端方向
HK 基端方向
HH 平行方向
GS 先端側
GK 基端側
11 発熱抵抗体
12 発熱部
13 曲げ返し部
14,15 リード部
18,19 電極部
30 抵抗体側金型
31 外側金型
33 第1成形体ランナ
34 ゲート
35 第1成形体
CA 第1成形体用キャビティ
CAS (第1成形体用キャビティの)先端
CAK (第1成形体用キャビティの)基端
38 凹部
39 第1成形体の外周面
KK1 第1基体用混合物
40 抵抗体成形金型
42 抵抗体ランナ
43 ゲート
44 未焼成発熱抵抗体
45 未焼成曲げ返し部
CB 抵抗体用キャビティ
CBS (抵抗体用キャビティの)先端
CBK (抵抗体用キャビティの)基端
KH 発熱体用混合物
64 第2成形体
CC 第2成形体用キャビティ
CCS (第2成形体用キャビティの)先端
CCK (第2成形体用キャビティの)基端
KK2 第2基体用混合物
65 一体成形物
70 膜状絶縁性セラミック部
Claims (9)
- 絶縁性セラミックからなり、軸線に沿って延びる形状を有する絶縁基体と、
この絶縁基体内に埋設され、導電性セラミックからなる発熱抵抗体であって、
上記絶縁基体の先端部内に配置され、上記軸線に沿う軸線方向のうち先端方向に曲げ返し部を向けたU字状をなし、通電により発熱する発熱部、及び、
この発熱部の両端から、上記軸線方向のうち上記先端方向とは逆の基端方向に向けて延びるリード部を有する
発熱抵抗体と、を備える
セラミックヒータの製造方法であって、
第1絶縁性セラミック粉末を含み、焼成により上記絶縁基体の一部となる第1成形体を成形する第1成形体成形工程と、
導電性セラミック粉末を含み、焼成により上記発熱抵抗体となる未焼成発熱抵抗体を成形する抵抗体成形工程と、
第2絶縁性セラミック粉末を含み、焼成により上記絶縁基体の残部となる第2成形体を成形する第2成形体成形工程と、を備え、
上記抵抗体成形工程は、
上記未焼成発熱抵抗体を成形する際の抵抗体成形型の一部に、上記第1成形体を用いて、射出成形法により、上記未焼成発熱抵抗体を上記第1成形体と一体に成形し、
上記第2成形体成形工程は、
上記第2成形体を成形する際の第2成形体成形型の一部に、上記第1成形体及び上記未焼成発熱抵抗体を用いて、上記第2成形体を上記第1成形体及び上記未焼成発熱抵抗体と一体に成形する
セラミックヒータの製造方法。 - 請求項1に記載のセラミックヒータの製造方法であって、
前記第1成形体成形工程は、
前記第1成形体に、前記未焼成発熱抵抗体の形態に適合した凹部を形成する
セラミックヒータの製造方法。 - 請求項1または請求項2に記載のセラミックヒータの製造方法であって、
前記抵抗体成形工程は、
前記抵抗体成形型が構成する抵抗体用キャビティ内に、その基端から先端に向けて、前記導電性セラミック粉末を含む発熱体用混合物を射出して、前記未焼成発熱抵抗体を成形する
セラミックヒータの製造方法。 - 請求項1〜請求項3のいずれか一項に記載のセラミックヒータの製造方法であって、
前記第1成形体成形工程は、
前記第1成形体に、前記未焼成発熱抵抗体との接合面を形成する抵抗体側金型と、
上記第1成形体のうち、焼成により前記絶縁基体の外周面の一部となる部位を形成する外側金型と、を用いて、上記第1成形体を成形し、
前記抵抗体成形工程は、
成形した上記第1成形体を上記外側金型内に配置した状態で、上記外側金型及び上記第1成形体を前記抵抗体成形型の一部として用いて、上記未焼成発熱抵抗体を成形し、
前記第2成形体成形工程は、
上記未焼成発熱抵抗体及びこれと一体化した上記第1成形体を上記外側金型内に配置した状態で、上記外側金型、上記第1成形体及び上記未焼成発熱抵抗体を前記第2成形体成形型の一部として用いて、前記第2成形体を成形する
セラミックヒータの製造方法。 - 請求項1〜請求項4のいずれか一項に記載のセラミックヒータの製造方法であって、
前記第1成形体成形工程は、
射出成形法により、前記第1成形体を成形し、
前記第2成形体成形工程は、
射出成形法により、前記第2成形体を成形する
セラミックヒータの製造方法。 - 請求項5に記載のセラミックヒータの製造方法であって、
前記第2成形体成形工程は、
前記第2成形体成形型が構成する第2成形体用キャビティ内に、その基端から先端に向けて、前記第2絶縁性セラミック粉末を含む第2基体用混合物を射出して、前記第2成形体を成形する
セラミックヒータの製造方法。 - 絶縁性セラミックからなり、軸線に沿って延びる形状を有する絶縁基体と、
この絶縁基体内に埋設され、導電性セラミックからなる発熱抵抗体であって、
上記絶縁基体の先端部内に配置され、上記軸線に沿う軸線方向のうち先端方向に曲げ返し部を向けたU字状をなし、通電により発熱する発熱部、及び、
この発熱部の両端から、上記軸線方向のうち上記先端方向とは逆の基端方向に向けて延びるリード部を有する
発熱抵抗体と、を備えるグロープラグ用のセラミックヒータを有する
グロープラグの製造方法であって、
請求項1〜請求項6のいずれか一項に記載のセラミックヒータの製造方法により、上記セラミックヒータを製造するヒータ製造工程と、
上記セラミックヒータを用いて、上記グロープラグを組み立てるプラグ組立工程と、
を備えるグロープラグの製造方法。 - 絶縁性セラミックからなり、軸線に沿って延びる形状を有する絶縁基体と、
この絶縁基体内に埋設され、導電性セラミックからなる発熱抵抗体であって、
上記絶縁基体の先端部内に配置され、上記軸線に沿う軸線方向のうち先端方向に曲げ返し部を向けたU字状をなし、通電により発熱する発熱部、及び、
この発熱部の両端から、上記軸線方向のうち上記先端方向とは逆の基端方向に向けて延びるリード部を有する
発熱抵抗体と、を備え、
上記発熱抵抗体の上記リード部は、
これに接する絶縁基体から、上記絶縁性セラミックが上記リード部内に膜状に延びる膜状絶縁性セラミック部を有する
セラミックヒータ。 - 請求項8に記載のセラミックヒータを備えるグロープラグ。
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