JP3664093B2

JP3664093B2 - セラミックスヒータ型グロープラグ

Info

Publication number: JP3664093B2
Application number: JP2001104734A
Authority: JP
Inventors: 有仁田中; 隆青田; 俊嗣三浦; 艱趙
Original assignee: Bosch Corp; Bosch Automotive Systems Corp
Current assignee: Bosch Corp
Priority date: 2000-10-18
Filing date: 2001-04-03
Publication date: 2005-06-22
Anticipated expiration: 2021-04-03
Also published as: JP2002195558A

Description

【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明は、ディーゼルエンジンの始動補助用として使用されるグロープラグに係り、特に、発熱体としてセラミックスヒータを用いたセラミックスヒータ型グロープラグに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
絶縁性セラミックス中に、高融点金属（例えばタングステン等）のコイルや導電性セラミックス等の発熱体を埋設し、または導電性セラミックスの発熱体の一部を露出させる等、絶縁性セラミックスと発熱体としての無機導電体とを複合して形成したセラミックスヒータを、金属製外筒内にロウ付けにより固定し、前記発熱体の負極側のリード線を絶縁性セラミックスの側面から取り出して金属製外筒に接続するとともに、正極側のリード線を、絶縁性セラミックスの前記発熱体が埋設された位置と逆の端面側で電極取り出し金具の一端に接続し、さらに、この電極取り出し金具の他端に外部接続端子を接続するように構成したセラミックスヒータ型グロープラグが従来から知られている。
【０００３】
ところで、近年、排気ガスの規制に対応するため、ディーゼルエンジンの燃焼方式が、副燃焼室を有するタイプから、直接噴射型、いわゆる直噴型に移行し、さらに、マルチバルブ化が行われてきている。このような直接噴射型のディーゼルエンジンに用いるグロープラグは、シリンダヘッドの壁面を通って主燃焼室に臨むため、副燃焼室を予熱するタイプに比べて全長を長くし、しかも、細径にすることが必要である。
【０００４】
さらに、シリンダヘッドの強度を確保するためにシリンダヘッドの厚さを大きくするとともに、バルブ孔、噴射ノズル取付け孔およびグロープラグ取付け孔の間隔をそれらの干渉防止のために確保する必要がある。そのため、グロープラグを装着する挿入孔が非常に細く、しかも、長くなってきており、それに合わせてグロープラグも非常に細長く形成する必要がある。
【０００５】
前述のようなグロープラグの長尺化の要求に応えるとともに、セラミックスヒータの全長を短縮してコストダウンを図るために、セラミックスヒータを、その発熱体が埋設されている発熱部を外部に突出させるようにして金属製外筒の一端側に固定するとともに、電極取り出し金具が接続されている他端側は金属製外筒の内部に位置するようにした構造のグロープラグが提案されている。
【０００６】
前記のような構造のグロープラグは、図５に示す工程により、セラミックスヒータ６の内部に埋設された発熱線６４（その一端に接続された正極側リード線６８）と電極取り出し金具１２との接続、およびセラミックスヒータ６と金属製外筒８との接合を、ロウ付けによって行うことが一般に行われている。これら各部材６，８，１２をロウ付けする場合の工程について図５（ａ）、（ｂ）、（ｃ）により説明する。先ず、セラミックスヒータ６および金属製外筒８をロウ付け治具１４に取付けて位置あわせをし、電極取り出し金具１２の一端１２ａをセラミックスヒータ６の上部の端面６ｂに開口している取付け孔６ｃ内に挿入した後、所定量の銀ロウ２６を、線材をコイル状に巻いた状態にして、セラミックスヒータ６の平坦な上部側端面６ｂ上に挿入し（図５（ａ）参照）、水素雰囲気中で９００℃に加熱する。
【０００７】
９００℃に加熱すると、セラミックスヒータ６の上部側端面６ｂ上に載っている銀ロウ材２６が溶けて（図５（ｂ）参照）、セラミックスヒータ６と金属製外筒８との間の隙間、およびセラミックスヒータ６の取付け孔６ｃと電極取り出し金具１２の先端部１２ａとの間の隙間に流れ込み、これらが接合される（図５（ｃ）参照）。このように正常に銀ロウ付けが行われて接合された場合には、セラミックスヒータ６の上部側端面６ｂ上には銀ロウ２６が残らず、すべてが前記隙間に流れ込む。
【０００８】
一方、ロウ付けが正常に行われなかった場合には、セラミックスヒータ６の上部側端面６ｂ上に挿入されたコイル状の銀ロウ材２６が溶けても、セラミックスヒータ６と金属製外筒８との間の隙間や、セラミックスヒータ６の取付け孔６ｃと電極取り出し金具１２との間の隙間に全部流れ込まず、一部がそのままセラミックスヒータ６の上部側端面６ｂ上に残ってしまう。このようにロウ付けが正常に行われずに、銀ロウ２６がそのままセラミックスヒータ６の端面６ｂ上に残ってしまうと、電極取り出し金具１２と金属製外筒８との短絡が生ずるという問題があった。
【０００９】
そこで、本発明の発明者等は、前記課題を解決するために、ロウ付けを行う際に、溶けたロウ材が、セラミックスヒータの外周面と金属製外筒の内周面との間の隙間、およびセラミックスヒータの取付け孔と電極取り出し金具との間の隙間に確実に流れ込むような最適な条件を選択し、セラミックスヒータの端面上にロウ材が残ることがなく、電極取り出し金具と金属製外筒とが短絡を起こすことを防止できるセラミックスヒータ型グロープラグを発明し、すでに出願をした（特願２０００−２２３９８４号）。
【００１０】
前記出願に係る発明では、セラミックスヒータの電極取り出し金具取付け側の端面が平坦であるが、金属製外筒の内径と電極取り出し金具の外径との間に一定の関係が存在する場合には、ロウ付けをした際に、セラミックスヒータの端面上にロウ材が残ることがなく、金属製外筒と電極取り出し金具との絶縁性を基本的には確保することができ、これら両者の短絡が生じることはない。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら前記発明では、セラミックスヒータの上端面が平坦であるため、例えば、金属製外筒の内径を小さくした場合には、各部材の寸法やロウ付け条件のばらつき等によってはセラミックスヒータの前記端面上にロウ材が残ってしまう場合があった。
【００１２】
本発明は前記課題を解決するためになされたもので、電極取り出し金具とセラミックスヒータ、およびセラミックスヒータと金属製外筒との間をロウ付けにより接合した場合に、セラミックスヒータの電極取り出し金具取付け側の端面にロウ材が残ってしまうことがなく、電極取り出し金具と金属製外筒との間に短絡が生じるおそれのないセラミックスヒータ型グロープラグを提供することを目的とするものである。
【００１３】
さらに、前述のようにセラミックスヒータと金属製外筒とはロウ付けにより接合されており、このロウ材は５０〜１００ミクロン程度の厚さの薄膜状になっている。金属製外筒の線膨張係数がセラミックスヒータの線膨張係数より非常に大きいことにより、グロープラグの発熱時に金属製外筒とセラミックスヒータとの間に位置ずれを起こさせようとする力が発生する。そして、この薄膜状のロウ層がその力の緩衝層として機能している。
【００１４】
従来のセラミックスヒータでは、発熱体の負極をタングステン等のリード線を介してセラミックスヒータの側面に露出させて銀ロウ層に接合しているが、この部分の接合強度が小さい場合には、グロープラグの発熱時に金属製外筒とセラミックスヒータとの間に生じる力によりリード線とロウ層との間に滑りや摩擦が生じて、負極と金属製外筒との導通性の信頼性が損なわれるおそれがある。他方、この部分の接合強度が非常に強い場合には、発熱時の力がこの部分に集中してリード線が断線するおそれがあるという問題があった。
【００１５】
従って、他の発明の目的は、セラミックスヒータの発熱体の一方の極（負極）と金属製外筒とを、充分な厚さのある銀ロウにより確実な接合を行うとともに、完全な導通性を確保することが出来るセラミックスヒータ型グロープラグを提供するものである。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
本発明に係るセラミックスヒータ型グロープラグは、絶縁性セラミックスと無機導電体で形成したセラミックスヒータと、このセラミックスヒータの端部内でその発熱体の一方の極に電気的に接続された電極取り出し金具と、前記セラミックスヒータの発熱体側先端部を外部に突出させるとともに、電極取り出し金具接続側の端部を内部に収容した状態で固定された金属製外筒とを備えており、前記発熱体の一方の極と電極取り出し金具、およびセラミックスヒータと金属製外筒とをそれぞれロウ付けによって接合したものであって、特に、前記セラミックスヒータの、電極取り出し金具接続側の端面を凸形状とするとともに、その外周側を前記電極取り出し金具接続部よりも低くすることにより、この接続側の端面を金属製外筒内に配置してロウ付けを行う際に、前記ロウ付けによる接合部に流れ込まないロウ材を、前記電極取り出し金具の外周側の低部と金属製外筒の内面との間の空間に残留させることを特徴とするものである。
【００１７】
また、請求項２に記載の発明は、前記セラミックスヒータの、電極取り出し金具接続側の端面を球面状に形成したことを特徴とするものである。
【００１８】
さらに、請求項３に記載の発明は、前記セラミックスヒータの、電極取り出し金具接続側の端面をテーパ状に突出形成したことを特徴とするものである。
【００１９】
また、請求項４に記載の発明は、前記セラミックスヒータの、電極取り出し金具接続側の端面を段部を有する凸形状に形成したことを特徴とするものである。
【００２０】
請求項１ないし請求項４に記載の発明では、セラミックスヒータの金属製外筒内に位置している電極取り出し金具取付け側の端面が凸形状をしているので、ロウ付けを行うと、溶けたロウ材はその凸面上を低い方に流れていき、電極取り出し金具の接続されている前記端面の中央部に残ることはない。従って、正極（電極取り出し金具）と負極（金属製外筒）との絶縁性を確保することができる。
【００２１】
また、請求項５に記載の発明は、前記セラミックスヒータの発熱体の他方の極を、前記凸形状部の表面に露出させるとともに、ロウ付けによりこの露出部と前記金属製外筒との電気的接続を行ったことを特徴とするものである。
【００２２】
また、請求項６に記載の発明は、前記セラミックスヒータの発熱体の他方の極を、接続用の導電体を介して、電極取り出し金具接続側の端面に露出させたことを特徴とするものである。
【００２３】
また、請求項７に記載の発明は、前記一方の極を前記端面の頂部で電極取り出し金具に接続し、他方の極をその外周の金属製外筒寄りに露出させたことを特徴とするものである。
【００２４】
請求項５ないし請求項７に記載の発明によれば、発熱体の前記他方の極を凸形状部に露出させているので、他方の極と金属製外筒との間に充分な厚さのロウ層を形成することができ、他方の極（負極）と金属製外筒との電気的接続の信頼性を向上させることができる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、図面に示す実施の形態により本発明を説明する。図１は本発明の一実施の形態に係るセラミックスヒータ型グロープラグ（全体を符号１で示す）の縦断面図である。このグロープラグ１のハウジング２はほぼ円筒状をしており、その内部の孔４は、図の左側のセラミックスヒータ固定側が中径部４ａ、図の右側の外部接続端子固定側が大径部４ｃ、これら中径部４ａと大径部４ｃの間が小径部４ｂである段付きの軸方向孔になっている。
【００２６】
前記ハウジング２の内部孔４（段付きの軸方向孔）の中径部４ａ内には、セラミックスヒータ６がロウ付けにより接合された金属製外筒８が挿入され、この金属製外筒８の外周面の一部が圧入またはロウ付け等によりこのハウジング２に固定されている。金属製外筒８は、内部側の端面８ａがハウジング２の内部孔４の中径部４ａと小径部４ｂとの間の段部４ｄに当接して位置決めが行われる。
【００２７】
セラミックスヒータ６は、例えばその本体部を構成するセラミックス絶縁体６２の内部に、高融点金属（例えばタングステン（Ｗ）等）をコイル状にした発熱線（発熱体）６４が埋め込まれた発熱部６ａを有しており、この発熱部６ａが、前記金属製外筒８の先端８ｂから外部へ突出するとともに、この発熱部６ａから遠い側の端面６ｂが金属製外筒８の内部に位置している。セラミックスヒータ６の金属製外筒８内に位置する端面６ｂは、この実施の形態では球面状をしている。この球面状の端面６ｂは、セラミックス絶縁体６２をホットプレスにより成形した後、研削加工等によって形成される。なお、前記セラミックスヒータ６の発熱部６ａは、導電性セラミックスの発熱体あるいはシート状の発熱体等を用いることもできる。
【００２８】
前記セラミックスヒータ６の内部に埋め込まれたコイル状発熱線６４の一端６４ａに負極側のリード線６６が接続されるとともに、他端６４ｂに正極側のリード線６８が接続されている。負極側のリード線６６は、金属製外筒８の内部側でセラミックス絶縁体６２の外面に露出して金属製外筒８の内面にロウ付けにより電気的に接続されている。一方、正極側のリード線６８は、先端部６８ａがセラミックスヒータ６の前記端面６ｂ側に伸びており、セラミックスヒータ６の内部で電極取り出し金具１２の一端１２ａに接続されている。
【００２９】
前記電極取り出し金具１２の一端１２ａをセラミックスヒータ６の正極側リード線６８の先端６８ａに接続する場合には、セラミックスヒータ６の前記端面６ｂに電極取り出し金具取付け孔６ｃを形成し（後に説明する図４（ａ）参照）、この電極取り出し金具取付け孔６ｃ内に前記正極側リード線６８の先端部６８ａの側面を露出させておく。そして、この電極取り出し金具取付け孔６ｃ内に電極取り出し金具１２の先端部１２ａを挿入し、ロウ付け（銀ロウ付け）することにより、セラミックスヒータ６の正極側リード線６８と電極取り出し金具１２とを電気的に接続する。
【００３０】
前記セラミックスヒータ６と金属製外筒８、およびセラミックスヒータ６の正極側リード線６８と電極取り出し金具１２とを銀ロウ付けにより接合する工程について、図４（ａ）、（ｂ）、（ｃ）により説明する。先ず、金属製外筒８内にセラミックスヒータ６を挿入し、これら金属製外筒８とセラミックスヒータ６とをロウ付け治具１４内に取り付けて位置合わせをする。セラミックスヒータ６と金属製外筒８とを位置決めをした状態では、セラミックスヒータ６の先端の発熱部６ａは金属製外筒８の外部に突出し、前記電極取り出し金具１２が接続される逆の端面６ｂ（上端部）は金属製外筒８の内部に位置している。
【００３１】
なお、前記セラミックスヒータ６のロウ付けを行う部分（その外周面と、電極取り出し金具取付け孔６ｃの内周面）には、前記出願（特願２０００−２２３９８４号）に係る発明と同様に、表面処理を行っている。例えば、前記部分に金属Ｎｉ層を形成する。つまり、セラミックスヒータ６の前記部分に、Ｎｉペーストを塗布した後、メタライジング処理、すなわち、９５０度程度の温度で焼いて、ペースト中の金属成分（Ｎｉ）を金属被膜化する処理を行う。
【００３２】
次に、セラミックスヒータ６の端面６ｂに形成されて、正極側リード線６８の先端部６８ａの側面が露出している電極取り出し金具取付け孔６ｃ内に、電極取り出し金具１２の一端１２ａ挿入する。その後、線状の銀ロウ２６を、外径が前記金属製外筒８の内径とほぼ同じぐらいの外径を有するコイル状に巻き、金属製外筒８の内部に挿入してセラミックスヒータ６の前記端面６ｂ上に載せる（図４（ａ）参照）。この状態にして水素雰囲気中で９００℃に加熱することにより、銀ロウ２６が溶けて（図４（ｂ）参照）、セラミックスヒータ６の外周面と金属製外筒８の内周面との間の隙間や、セラミックスヒータ６の端面６ｂに形成された取付け孔６ｃの内面と電極取り出し金具１２の外面との間に流れ込みロウ付けが行われる（図４（ｃ）参照）。なお、真空雰囲気中で銀ロウ付けを行うようにしても良い。
【００３３】
この実施の形態に係るセラミックスヒータ型グロープラグ１のセラミックスヒータ６と、金属製外筒８および電極取り出し金具１２とを銀ロウ付けすると、溶けた銀ロウ２６が、前述のように電極取り出し金具取付け孔６ｃの内部および、セラミックスヒータ６と金属製外筒８の内面との間の隙間に流れ込み、たとえ、セラミックスヒータ６の端面６ｂ上にロウ材が残りそうな場合でも、球面状の端面６ｂの傾斜のため重力により外周側に流れて前記隙間内に流れ込んでしまうので、セラミックスヒータ６の端面６ｂ上に銀ロウ２６が残ることがない。従って、金属製外筒８と電極取り出し金具１２との絶縁性が確保され、これら両者８，１２が短絡するおそれがない。
【００３４】
前記のようにロウ付けを行って、絶縁性セラミックス６２の内部に埋設されたコイル状発熱線６４の正極側リード線６８に電極取り出し金具１２が接続されるとともに、その外周面に金属製外筒８が接合されたセラミックスヒータ６が、シリンダヘッドへの取付金具となる筒状のハウジング２内に、挿入されて固定される。
【００３５】
ハウジング２の内部孔４の大径部４ｃ内には、外部接続端子１８の外周面に一体的に固定された絶縁部材（絶縁ブッシュ）２０が挿入され、ハウジング２の端部２ａをかしめることにより固定されている。この外部接続端子１８の外周には、綾目ローレット等の凹凸が形成されて、絶縁性樹脂製の絶縁ブッシュ２０が固着されている。この外部接続端子１８は、軸芯部を貫通する軸方向貫通穴１８ａが形成されており、この貫通穴１８ａ内を、先端１２ａが前記セラミックスヒータ６の正極側リード線６８に接続された電極取り出し金具（電極取り出し線）１２が挿通され、その末端部１２ｂが外部側の端面１８ｂ（図１の右端）にロウ付けまたはかしめ等により電気的に接続されている。さらに、ハウジング２のかしめられた端部２ａの外側には、ワッシャ状の絶縁部材２２を嵌合させ、アルミ製のナット２４を外部接続端子１８の締め付けねじ部１８ｃに締結している。
【００３６】
図２は、第２の実施の形態に係るセラミックスヒータ型グロープラグの要部を拡大して示す縦断面図であり、前記第１の実施の形態とはセラミックスヒータ６の形状だけが異なっており、その他の部分は同一の構成なので、同一の部分には同一の符号を付してその説明を省略する。
【００３７】
この実施の形態のセラミックスヒータ６の端面６ｂは、その内部に埋め込まれた正極側リード線６８と電極取り出し金具１２とを接続する電極取り出し金具取付け孔６ｃが形成されている中央部６ｂａが平坦であり、その周囲６ｂｂがテーパ状になっている。この構成のセラミックスヒータ６も、前記第１の実施の形態と同様の手順（図４参照）により正極側リード線６８と電極取り出し金具１２、およびセラミックスヒータ６の外周面と金属製外筒８の内周面とがロウ付けによって接合される。そして、ロウ付けを行った後に、セラミックスヒータ６の端面６ｂ上には、前記実施の形態と同様に銀ロウ２６が残ってしまうことがなく、電極取り出し金具１２と金属製外筒８との短絡が起こることを防止することができる。
【００３８】
図３は、第３の実施の形態に係るセラミックスヒータ型グロープラグ１の要部を拡大して示す縦断面図であり、セラミックスヒータ６の端面６ｂの形状だけが前記各実施の形態の構成と異なっている。この実施の形態のセラミックスヒータ６の端面６ｂは、段付き形状になっている。つまり、前記電極取り出し金具１２が接続される中央部６ｂｃが、小径の平坦な突出部になっており、その周囲の金属製外筒８側６ｂｄは一段低い平坦面になっている。この実施の形態のセラミックスヒータ型グロープラグ１も、前記各実施の形態と同様の工程で、セラミックスヒータ６と電極取り出し金具１２、およびセラミックスヒータ６と金属製外筒８とのロウ付けが行われ、同様の効果を奏することができる。
【００３９】
なお、セラミックスヒータ６の電極取り出し金具取付け側の端面６ｂの形状は、図示のものに限定されるものではなく、中央部寄りの電極取り出し金具１２との接続部が突出し、その外周側の金属製外筒８寄りの部分が前記突出した部分よりも低くなっていればよい。
【００４０】
図６は第４の実施の形態に係るセラミックスヒータ型グロープラグ１の要部を拡大して示す縦断面図であり、セラミックスヒータ６の発熱体６４の負極側を取り出す構成が前記各実施の形態と異なっている。前記各実施の形態では、発熱体６４の負極側リード線６６の端部をセラミックスヒータ６の側面（外周面）に露出させ、銀ロウを介して金属製外筒８の内面に接合していたが、この実施の形態では、負極側リード線６６の端部６６ａを、前記第１の実施の形態（図１参照）と同様の形状をしているセラミックスヒータ６の球面状の端面６ｂに露出させている。
【００４１】
そして、球面状の端面６ｂと金属製外筒８の内面との間の空間内に銀ロウ３０が充填されており、この銀ロウ３０を介して負極側リード線６６と金属製外筒８とが電気的に接続されている。なお、図４に示す工程で銀ロウ付けを行う際に、球面状の端面６ｂ上に充填された銀ロウ３０は、この端面６ｂに露出している負極側リード線６６の先端６６ａを覆うが、電極取り出し金具１２と正極側リード線６８とが接続されている球面の頂部６ｂｅには銀ロウ３０が残らないことはいうまでもない。
【００４２】
この実施の形態の構成によれば、負極側リード線６６と金属製外筒８との接合部分のロウ材の厚さを充分に確保することが出来るので、グロープラグ発熱時にそのロウ層により金属製外筒８とセラミックスヒータ６との熱膨張の差を吸収することができ、従って、負極側リード線６６と金属製外筒８との電気的接続の信頼性を確保することができる。また、従来の構成のように負極の取り出し部付近に応力集中が発生しないので、セラミックスヒータ６の亀裂発生の原因となることもない。さらに、セラミックスヒータ６の外周面を研削加工等行うときに、外周面に負極部分が位置していないので加工時に破損するおそれがなくなった。
【００４３】
また、グロープラグの発熱時には、セラミックヒータ６と金属製外筒８とのロウ付け部分は大きな温度勾配が生じ、セラミックヒータ６の発熱部６ａに近い先端部側は、温度が高くなるため、セラミックヒータ６と金属製外筒８とに軸方向の大きな相対変位が生じるとともに、その部位の銀ロウが流動化傾向を示すことから、セラミックスヒータ６が金属製外筒８の内部側に移動するいわゆる入り込み現象が発生するが、前記のように球面状の端面６ｂと金属製外筒８の内面との間に厚いロウ層（符号３０で示す部分）が形成されることにより、前記セラミックスヒータ６の入り込み現象を抑制することができる。しかも、セラミックスヒータ６と金属製外筒８との寸法公差により、銀ロウ付けに必要な銀ロウの量の変動が生じても、前記部分に厚いロウ層が形成されることから、銀ロウの不足等が抑制でき、安定したロウ付けを行うことが出来る。さらに、前記第１の実施の形態と同様に、セラミックスヒータ６の球面状の端面６ｂの頂部６ｂｅ付近、つまり電極取り出し金具１２の接続部の周辺には銀ロウが残ることがないので、電極取り出し金具１２と金属製外筒８との絶縁性を確保することが出来る。
【００４４】
図７は第５の実施の形態に係るセラミックスヒータ型グロープラグ１の要部を示すもので、図６に示す実施の形態とは、セラミックスヒータ６の金属製外筒８内に位置する端面６ｂの形状だけが異なっている。すなわち、この実施の形態では、セラミックスヒータ６の端面６ｂの形状が、正極側リード線６８と電極取り出し金具１２とを接続する電極取り出し金具取付け孔６ｃが形成されている中央部６ｂａが平坦であり、その周囲６ｂｂがテーパ状になっている。
【００４５】
そして、この実施の形態では、前記テーパ状の面６ｂｂに、負極側リード線６６の先端部６６ａが露出し、この露出した先端部６６ａを覆う高さまで銀ロウ３０が充填されている。なお、この銀ロウ３０が、中央の平坦部６ｂａには達していないことは勿論である。この実施の形態の構成でも、前記第４の実施の形態と同様の効果を奏することができる。また、図示はしないが、セラミックスヒータの端面を前記第３の実施の形態（図３参照）と同様の段付き形状にして、周囲の金属製外筒側の一段低い平坦面に負極側のリード線の先端を露出させ、中央の突出部に達しない高さまでロウ材を充填するようにしても良い。
【００４６】
図８は第６の実施の形態の要部を示す図であり、この実施の形態のセラミックスヒータ６は図７に示す第５の実施の形態と同様に、その端面６ｂの形状が、正極側リード線６８と電極取り出し金具１２とを接続する電極取り出し金具取付け孔６ｃが形成されている中央部６ｂａが平坦であり、その周囲６ｂｂがテーパ状になっている。そして、この実施の形態では、負極側リード線６６の先端を直接テーパ面６ｂｂに露出させず、無機導電体３２を介して取り出している。また、前記実施の形態と同様に、テーパ面６ｂｂに露出している無機導電体３２を覆う高さまで銀ロウ３０を充填している。この実施の形態でも、前記第４および第５の実施の形態と同様の効果を奏することができる。
【００４７】
また、前記段落００３１で説明したように、セラミックスヒータ６のロウ付けを行う部分には、メタライジング処理を行っている。一般的には、セラミックスヒータ６の外周面のロウ付けを行う部分（図９（ｂ）の範囲Ａで示す部分）と電極取り出し金具取付け孔６ｃとにＮｉペーストを塗布した後加熱して、ペースト中の金属成分（Ｎｉ）を金属被膜化する。なお、メタライジング処理はＮｉメタライジングに限るものではなく、例えば、活性金属としてＴｉを含むＡｇ−Ｃｕ系の活性銀ロウ等によるメタライジングは、強固な結合を行いうるメタライジング層が得られるので望ましい。
【００４８】
ところで、前記第１ないし第３の実施の形態では、いずれもセラミックスヒータ６の外周面に負極側リード線６６を取り出しているが、第４ないし第６の実施の形態では、金属製外筒８に直接接合するセラミックスヒータ６の外周面に負極を取り出さず、凸形状部の表面である端面６ｂ（球面部またはテーパ面）に負極を露出させているので、セラミックスヒータ６の外周面のメタライジング処理と、負極取り出し部（負極側リード線６６の先端６６ａまたは前記無機導電体３２が露出する部分）のメタライジング処理との種類を容易に変えることができる。例えば、セラミックスヒータ６の、負極取り出し部（図９（ｃ）の範囲Ｂで示す部分）には導通性のＮｉあるいは活性銀ロウメタライジング処理を行い、範囲Ａにはガラス皮膜処理などの表面処理を行うことにより、銀ロウ付けに適した界面処理と、導通に適合した処理とを、それぞれの目的に応じて設定するとことができ、全体としての品質を向上させることができる。
【００４９】
前記メタライジング処理をしたセラミックスヒータ６と金属製外筒８および電極取り出し金具１２とを接合する銀ロウ付けの工程について図１０により説明する。この例では、図９（ｃ）に示すように、金属製外筒８に直接接合される外周面（Ａ）と負極側リード線６６が露出しているテーパ面６ｂｂの一部（Ｂ）とに異なる種類のメタライジング処理をしたセラミックスヒータ６を、金属製外筒８内に挿入し、ロウ付け治具１４内に取り付けて位置決めする。さらに、正極側リード線６８の先端部の側面が露出している電極取り出し金具取付け孔６ｃ内に、電極取り出し金具１２の一端を挿入する。
【００５０】
その後、線状の銀ロウ２６をコイル状に巻き、セラミックスヒータ６の前記端面６ｂ上に載せる。この状態にして、真空雰囲気中で９００℃に加熱して３０分間保持することにより、銀ロウ２６が溶けて前記セラミックスヒータ６の外周面と金属製外筒８の内周面との間、および、電極取り出し金具取付け孔６ｃ内に流れ込みロウ付けが行われる。なお、真空雰囲気中ではなく水素雰囲気中でロウ付けを行うようにしても良い。
【００５１】
前記ロウ付けを行う際の銀ロウ２６は、溶けて前記各部分に流れ込んだ後にテーパ面６ｂｂと金属製外筒８の内面との間の空間に残る量が、セラミックスヒータ６の前記端面６ｂの中央に形成されている平坦部６ｂａまで達することはなく、しかも、負極側リード線６６の先端が露出している位置よりも上まで充填される量に設定される。
【００５２】
前記各実施の形態では、セラミックスヒータ６の発熱体６４の正極側リード線６８を、セラミックスヒータ６の端部内で電極取り出し金具１２に接続して外部に取り出している。このようにセラミックスヒータ６の端面６ｂに取付け孔６ｃを設けその取付け孔６ｃ内で正極側リード線６８と電極取り出し金具１２との接続を行う場合には、セラミックスヒータ６に形成できる取付け孔６ｃの大きさに限界があり、電極取り出し金具１２の線径を大きくすることができず、剛性をもたせることができない。
【００５３】
そこで、図１１に示す第７の実施の形態のように、セラミックスヒータ６の正極側を、電極取り出し用リード線３４によって外部に取り出し、この電極取り出し用リード線３４に剛体の電極取り出し金具１２を接続し、これらリード線３４と電極取り出し金具１２との接続部Ｃを金属製外筒８の内部に収容して、耐熱性絶縁粉体を充填してスエージング加工を行うことにより、高密度化した絶縁体を介して電極取り出し金具１２を金属製外筒８に固定する構成にすれば、剛性のある電極取り出し金具１２を介して外部接続端子に連結することができる。
【００５４】
この第７の実施の形態では、セラミックスヒータ６の金属製外筒８内に位置している端面６ｂが、第５の実施の形態（図７参照）と同様にテーパ状の面６ｂｂを有しており、発熱体６４の負極側リード線６６は、このテーパ面６ｂｂに露出している。そして、このテーパ面６ｂｂと金属製外筒８の内面との間の空間に銀ロウ３０が充填されて、負極側リード線６６と金属製外筒８とが電気的に接続されている。一方、正極側リード線６８は、セラミックスヒータ６の内部で電極取り出し用リード線３４の一端３４ａに接続され、さらに、この電極取り出し用リード線３４の他端３４ｂは、剛体の電極取り出し金具１２に接続されている。なお、この電極取り出し用リード線３４は、前記各実施の形態の電極取り出し金具１２も同様であるが、細径のＮｉ線またはＮｉメッキ軟鋼線等が用いられており、この端部３４ｂをコイル状に形成し、このコイル部３４ｂ内に電極取り出し金具１２の先端部１２ａが挿入されて固定されている。
【００５５】
次に、スエージング加工により前記電極取り出し金具１２を金属製外筒８に固定する工程について簡単に説明する。セラミックスヒータ６の正極用リード線６８と電極取り出し用リード線３４を接合するとともに、セラミックヒータ６を金属製外筒８のセラミックヒータ固定側の端部８ａ寄りにロウ付けによって固定する。このとき、セラミックヒータ６の発熱部６ａ側は金属製外筒８の外部に露出させておくことは勿論である。そして、金属製外筒８の開口部８ｃから電極取り出し金具１２の先端部１２ａを挿入して、電極取り出し用リード線３４のコイル部３４ｂ内に嵌合させてこれら両者３４、１２を連結する。セラミックヒータ６が固定される金属製外筒８は、セラミックヒータ６が固定されている側と逆の電極取り出し金具１２の固定側に大径部８ｂが形成された段付き形状となっており、電極取り出し用リード線３４と電極取り出し金具１２との接続部Ｃは、この大径部８ｂ内に位置している。
【００５６】
段付き形状の金属製外筒８内にセラミックヒータ６を固定した後、金属製外筒８の大径部８ａ側の開口部８ｃから、電極取り出し用リード線１０と電極取り出し金具１２との接続部Ｃが収容されている空間内に耐熱性絶縁粉体（例えば、マグネシア（ＭｇＯ）等）３６を充填する。次に、金属製外筒８の開口部８ｃに、ゴム製のシール部材（シリコンゴム、フッ素ゴム等）３８を挿入する。このシール部材３８を金属製外筒８の開口部８ｃ内に挿入することにより、後の工程でスエージングを行う際に前記耐熱性絶縁粉体３６がこぼれてしまうことを防止できる。また、電極取り出し金具１２が金属製外筒８に接触することも防止できる。その後、金属製外筒８の端部をかしめて、前記シール部材３８が脱落しないようにする。
【００５７】
その後、電極取り出し用リード線３４と電極取り出し金具１２との接続部Ｃが収容されている金属製外筒８の大径部８ｂを、スエージング加工することにより、前記セラミックヒータ６が固定されている部分８ａとほぼ同径になるように縮径する。このようにスエージング加工により金属製外筒８の外径を縮径することにより、耐熱性絶縁粉体３６を高密度化して電極取り出し金具１２を金属製外筒８内に固定する
【００５８】
この実施の形態のようにスエージング加工によって金属製外筒８を変形させる際に、前記のようにセラミックスヒータ６の端面６ｂがテーパ状または球面状になっていると、セラミックスヒータ６の端面６ｂの外周縁部に金属製外筒８の内面が干渉して、セラミックスヒータ６を破損してしまう等のおそれがない。
【００５９】
前記構造のセラミックヒータ型グロープラグ１では、金属製外筒８のハウジング２への圧入部をスエージング加工により形成するので、寸法精度を確保することが出来、圧入性が安定する。また、セラミックヒータ６の電極取り出し用リード線３４が耐熱性絶縁粉体３６中に埋設されるので、振動による切断のおそれがなく、水の侵入に対しても対応可能である。さらに、セラミックヒータ６が、振動、熱サイクル、シリンダ内圧力等によって金属製外筒８内へ入り込むことを、耐熱性絶縁粉体３６により抑制することが出来る。また、外部接続端子１８（図１参照）に過大な外力が作用した場合でも、セラミックヒータ６には伝達されにくいので、セラミックヒータ６の破損を防止することが出来る。さらに、電極取り出し用リード線３４を短くすることが出来るので、リード線３４の発熱を抑制でき、消費電流を低減することができる。また、シース型グロープラグとほぼ同一の構造に出来るので、部品や組立設備を共用化してコストダウンを図ることができる。
【００６０】
図１２ないし図１４は、第８ないし第１０の実施の形態に係るセラミックスヒータ型グロープラグの要部を拡大して示す図である。これら各実施の形態は、それぞれ前記第４ないし第６の実施の形態に係るセラミックスヒータ型グロープラグと基本的構成が共通し、ロウ付け部の構造だけが異なっている。従って、同一の部分には同一の符号を付してその説明を省略する。前記第４の実施の形態（図６参照）では、セラミックスヒータ６の後端部に形成された球面部６ｂと金属製外筒８の内面との間に厚いロウ層３０を形成したが、第８の実施の形態（図１２）では、セラミックスヒータ６の球面部６ｂ上に、薄膜状のロウ層３１を形成したものである。この構成では、前記各実施の形態と同様の効果を奏することに加えて、前記第４の実施の形態の構成に対して金属製外筒８とセラミックスヒータ６との間のロウ材を少なくすることにより、金属製外筒８とセラミックスヒータ６との線膨張係数の違いによる熱応力をさらに小さくすることができ、それにより電極取り出し部の信頼性を向上させることができる。
【００６１】
また、前記第５および第６の実施の形態（図７および図８）では、セラミックスヒータ６の端面に形成されたテーパ面６ｂｂと金属製外筒８の内面との間に厚いロウ層３０が形成されているが、第９および第１０の実施の形態（図１３および図１４）では、テーパ面６ｂｂ上に薄膜状のロウ層３１を形成している。これらの実施の形態でも、前記第８の実施の形態と同様の効果を奏することができる。
【００６２】
なお、前記各実施の形態では、ロウ材として銀ロウを用いてロウ付けを行ったが、銀ロウに限るものではなく、その他のロウ材、例えば、銅ロウ、リン銅ロウ、ニッケルロウ、金ロウ、パラジウムロウ等いわゆる硬ロウを用いても良く、この場合でも同様の効果を奏することができる。
【００６３】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、絶縁性セラミックスと無機導電体で形成したセラミックスヒータと、このセラミックスヒータの端部内でその発熱体の一方の極に電気的に接続された電極取り出し金具と、前記セラミックスヒータの発熱体側先端部を外部に突出させるとともに、電極取り出し金具接続側の端部を内部に収容した状態で固定された金属製外筒とを備え、前記発熱体の一方の極と電極取り出し金具、およびセラミックスヒータと金属製外筒とがそれぞれロウ付けによって接合されたセラミックスヒータ型グロープラグにおいて、前記セラミックスヒータの、電極取り出し金具接続側の端面を凸形状とするとともに、その外周側を前記電極取り出し金具接続部よりも低くすることにより、この接続側の端面を金属製外筒内に配置してロウ付けを行う際に、前記ロウ付けによる接合部に流れ込まないロウ材を、前記電極取り出し金具の外周側の低部と金属製外筒の内面との間の空間に残留させる構成としたので、電極取り出し金具とセラミックスヒータとをロウ付けにより接続する際に、セラミックスヒータの端面上の溶けたロウ材が、セラミックスヒータの端面、特に、その中央部の電極取り出し金具が接続される位置付近には全く残らないので、電極取り出し金具と金属製外筒との短絡を完全に防止することができる。
【００６４】
また、金属製外筒とセラミックスヒータの端面との角度が直角よりも小さくなるような形状、例えば球面状やテーパ状の場合には、この部分に必然的に厚いロウ層が生ずることになる。その結果、セラミックスヒータが金属製外筒の内部側に押し込まれるような力が作用した場合に、この厚いロウ層によってセラミックスヒータの金属製外筒内への入り込みを防止するという効果が生ずる。
【００６５】
また、金属製外筒にスエージングやかしめ加工、圧入等を施した場合に、セラミックスヒータへの応力集中がなくなり、従来のセラミックスヒータの端面がフラットな構成の場合のように周縁部の破損が発生するおそれがない。
【００６６】
さらに、セラミックスヒータの端面の形状が球面状の場合には、発熱部側の先端部と同一の形状とすることができる。この場合には、電極取り出し金具接続側の端面を研削する研削加工機を、発熱部側の先端部を加工する研削加工機と共通化することができる。また、両側を同形状に研削するので、自動化が容易であり、画像処理装置による位置判別機構等の特別な機構が不要となり、コストを削減することができる。
【００６７】
また、請求項５に記載の発明によれば、前記セラミックスヒータの発熱体の他方の極を、前記凸形状部の表面に露出させるとともに、ロウ付けによりこの露出部と前記金属製外筒との電気的接続を行うようにしたので、電気的接続の信頼性を確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態に係るセラミックスヒータ型グロープラグの縦断面図である。
【図２】第２の実施の形態に係るセラミックスヒータ型グロープラグの要部を拡大して示す縦断面図である。
【図３】第３の実施の形態に係るセラミックスヒータ型グロープラグの要部を拡大して示す縦断面図である。
【図４】前記セラミックスヒータ型グロープラグのセラミックスヒータをロウ付けにより組み付ける工程を説明する図である。
【図５】従来のセラミックスヒータ型グロープラグのセラミックスヒータをロウ付けにより組み付ける工程を説明する図である。
【図６】第４の実施の形態に係るセラミックスヒータ型グロープラグの要部を拡大して示す縦断面図である。
【図７】第５の実施の形態に係るセラミックスヒータ型グロープラグの要部を拡大して示す縦断面図である。
【図８】第６の実施の形態に係るセラミックスヒータ型グロープラグの要部を拡大して示す縦断面図である。
【図９】メタライジング処理の異なる例を示す図であり、図（ａ）はメタライジング処理前、図（ｂ）は一種類のメタライジング処理をした場合、図（ｃ）は二種類のメタライジング処理をした場合をそれぞれ示す。
【図１０】第５の実施の形態に係るセラミックスヒータ型グロープラグのロウ付け工程を説明する図である。
【図１１】第７の実施の形態に係るグロープラグを示すもので、第５の実施の形態と同様のセラミックスヒータに取り付けた電極取り出し金具をスエージング加工により金属製外筒に固定した場合を示す図である。
【図１２】第８の実施の形態に係るセラミックスヒータ型グロープラグの要部を拡大して示す縦断面図である。
【図１３】第９の実施の形態に係るセラミックスヒータ型グロープラグの要部を拡大して示す縦断面図である。
【図１４】第１０の実施の形態に係るセラミックスヒータ型グロープラグの要部を拡大して示す縦断面図である。
【符号の説明】
６セラミックスヒータ
６ａセラミックスヒータの先端部
６ｂセラミックスヒータの端面
８金属製外筒
１２電極取り出し金具
６２絶縁性セラミックス
６４発熱体
６６負極側リード線
６８正極側リード線

Claims

絶縁性セラミックスと無機導電体で形成したセラミックスヒータと、このセラミックスヒータの端部内でその発熱体の一方の極に電気的に接続された電極取り出し金具と、前記セラミックスヒータの発熱体側先端部を外部に突出させるとともに、電極取り出し金具接続側の端部を内部に収容した状態で固定された金属製外筒とを備え、前記発熱体の一方の極と電極取り出し金具、およびセラミックスヒータと金属製外筒とをそれぞれロウ付けによって接合したセラミックスヒータ型グロープラグにおいて、
前記セラミックスヒータの、電極取り出し金具接続側の端面を凸形状とするとともに、その外周側を前記電極取り出し金具接続部よりも低くすることにより、この接続側の端面を金属製外筒内に配置してロウ付けを行う際に、前記ロウ付けによる接合部に流れ込まないロウ材を、前記電極取り出し金具の外周側の低部と金属製外筒の内面との間の空間に残留させることを特徴とするセラミックスヒータ型グロープラグ。
請求項１に記載のセラミックスヒータ型グロープラグにおいて、
前記セラミックスヒータの、電極取り出し金具接続側の端面を球面状に形成したことを特徴とするセラミックスヒータ型グロープラグ。
請求項１に記載のセラミックスヒータ型グロープラグにおいて、
前記セラミックスヒータの、電極取り出し金具接続側の端面をテーパ状に突出形成したことを特徴とするセラミックスヒータ型グロープラグ。
請求項１に記載のセラミックスヒータ型グロープラグにおいて、
前記セラミックスヒータの、電極取り出し金具接続側の端面を段部を有する凸形状に形成したことを特徴とするセラミックスヒータ型グロープラグ。
請求項１に記載のセラミックスヒータ型グロープラグにおいて、
前記セラミックスヒータの発熱体の他方の極を、前記凸形状部の表面に露出させるとともに、ロウ付けによりこの露出部と前記金属製外筒との電気的接続を行ったことを特徴とするセラミックスヒータ型グロープラグ。
請求項５に記載のセラミックスヒータ型グロープラグにおいて、
前記セラミックスヒータの発熱体の他方の極を、接続用の導電体を介して、電極取り出し金具接続側の端面に露出させたことを特徴とするセラミックスヒータ型グロープラグ。
請求項５または請求項６に記載のセラミックスヒータ型グロープラグにおいて、
前記一方の極を前記端面の頂部で電極取り出し金具に接続し、他方の極をその外周の金属製外筒寄りに露出させたことを特徴とするセラミックスヒータ型グロープラグ。