JP4139047B2 - セラミックヒータ型グロープラグおよびその製造方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、セラミックス発熱体を金属製外筒に挿入し、セラミックス発熱体内の導体を金属製外筒に接続したセラミック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】
従来のこの種のセラミックヒータ型グロープラグとしては、例えば図8に示すように構成されたものがある。
図8は自動車用ディーゼルエンジンに装備する従来のセラミックヒータ型グロープラグの断面図である。同図において、符号1で示すものは、従来のセラミックヒータ型グロープラグである。このグロープラグ1は、図示していないエンジンのシリンダヘッドに螺着する円筒状のハウジング2と、このハウジング2の先端部内に金属製外筒3を介して取付けた円柱状のセラミックス発熱体4と、ハウジング2の後端部に絶縁部材5を介して取付けた外部接続端子6などによって構成している。
【0003】
前記セラミックス発熱体4は、W(タングステン)線コイルからなる発熱体7と、この発熱体7の両端部に接続した導体、すなわち正極側リード8および負極側リード9とを絶縁性セラミックス10内に埋設した構造を採っており、先端部と後端部とが金属製外筒3から突出する状態で金属製外筒3に圧入やろう付けなどによって固着している。この金属製外筒3は、細長くなるように形成されたセラミックス発熱体4を補強するとともに、ハウジング2に強固に固定するためのもので、セラミックス発熱体4を組付けた状態で前記ハウジング2の先端部に装着し、例えばろう付けによって固着している。
【0004】
前記正極側リード8は、セラミックス発熱体4の後端部の外面に後端が露出しており、この露出部分に、前記外部接続端子6から前方(グロープラグ1の先端側)へ延びる電極取出し金具11のコイル11aをろう付けによって接続している。前記コイル11aは、セラミックス発熱体4の後端部に嵌合させている。前記負極側リード9は、セラミックス発熱体4の外周面に導出し、金属製外筒3の内周面にろう付けされた状態で電気的に接続している。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述したように構成した従来のグロープラグは、長期にわたって使用することによって発熱体7が発熱しなくなるおそれがあった。これは、セラミックス発熱体4とは熱膨張率が異なる材料からなる金属製外筒3に負極側リード9をろう材を介して結合しているが、このろう材の厚さが薄く(例えば、50ミクロン程度)、熱影響で生じるセラミックス発熱体4と金属製外筒3との相対変位を吸収するのが不十分であるからである。
【0006】
すなわち、グロープラグ発熱時やエンジン運転時(熱間時)に、負極側リード9が金属製外筒3に接触した状態で金属製外筒3に対して僅かに変位し、エンジン停止後に初期の状態に復帰するようになり、長期間にわたって使用することにより、前記熱サイクル(熱膨張・収縮)によって負極側リード9と金属製外筒3との接触部分が摩耗して接触不良を起こしたり、あるいは負極側リード9が疲労破壊して脱落するからである。
【0007】
本発明はこのような問題点を解消するためになされたもので、負極側リードが接続不良を起こすことがないセラミックヒータ型グロープラグおよびその製造方法を提供することを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】
この目的を達成するために、本発明に係るセラミックヒータ型グロープラグは、セラミックス発熱体を金属製外筒に挿入し、前記セラミックス発熱体内の導体を前記金属製外筒に接続したセラミックヒータ型グロープラグにおいて、前記金属製外筒に接続される導体の後端部が露出する接続孔をセラミックス発熱体の後端面から外周面においてセラミックス発熱体の軸線方向に開口するように形成し、この接続孔に充填したろう材を介して前記導体を前記金属製外筒の内面に接続したものである。
本発明によれば、導体は、接続孔に充填したろう材を介して金属製外筒に電気的に接続され、導体と金属製外筒の電気的接続部分は、ろう材によって相対的な変位が吸収される。
【0012】
この発明によれば、硬度が高いセラミックス発熱体に機械加工を施すことなく接続孔を形成することができる。また、セラミックス発熱体を焼結した後に接続孔を形成しているから、焼結前に接続孔を形成する方法に較べて熱や圧力によって変形することがなく、接続孔を接続部材が正確に挿入されるように高い精度をもって形成することができる。
【0013】
請求項2に記載した発明に係るセラミックヒータ型グロープラグの製造方法は、セラミックス発熱体を焼成する以前の成形体の後端部に、高融点金属からなる接続孔形成用部材を導体の後端部が接触するとともに前記成形体の後端面から外周面において前記セラミックス発熱体の軸線方向に露出露出するように埋設し、セラミックス発熱体を焼成した後、前記接続孔形成用部材を除去することによってセラミックス発熱体の後端面から外周面においてセラミックス発熱体の軸線方向に開口する接続孔を形成し、セラミックス発熱体を金属製外筒に嵌入させた後、前記接続孔にろう材を充填し、このろう材を介して前記導体と金属製外筒の内面とを接続することにより実施する。
【0014】
この発明によれば、セラミックス発熱体の後端面と外周面に開口する接続孔を、硬度が高いセラミックス発熱体に機械加工を施すことなく形成することができる。しかも、セラミックス材料に対するろう材の濡れ性は低いから、特別なマスク材を使用することなく接続孔内のみにろう材を充填することができる。
また、セラミックス発熱体を焼結した後に接続孔を形成しているから、焼結前に接続孔を形成する方法に較べて熱や圧力によって変形することがなく、接続孔の開口部を高い精度をもって形成することができる。
【0016】
請求項3に記載した発明に係るセラミックヒータ型グロープラグの製造方法は、セラミックス発熱体内の導体の材料を導電性セラミックスとしてこの導体の後端部にセラミックス発熱体の後端面から外周面において前記セラミックス発熱体の軸線方向に開口する接続孔を形成し、セラミックス発熱体を焼成して金属製外筒に嵌入させた後、前記接続孔にろう材を充填し、このろう材を介して導体と金属製外筒の内面とを接続することにより実施する。
この発明によれば、導体に接続孔が形成されているから、接続孔を焼成前に形成するにもかかわらず、ろう材によって導体を金属製外筒に確実に接続することができる。
【0017】
【発明の実施の形態】
(第1の参考技術)
先ず、本発明の参考となる技術を図1および図2によって説明する。
図1は本発明の参考例となるセラミックヒータ型グロープラグの断面図、図2は負極側リードを接続部材によって金属製外筒に接続するグロープラグの製造方法を説明するための図で、同図(a)はセラミックス発熱体の後端面を示す図、同図(b)はセラミックス発熱体の焼成後の状態を示す断面図、同図(c)は接続孔を形成した状態を示す断面図、同図(d)は接続部材をろう付けした状態を示す断面図、同図(e)はセラミックス発熱体を金属製外筒に装着した状態を示す断面図である。これらの図において、前記図8によって説明したものと同一もしくは同等の部材については、同一符号を付し詳細な説明は省略する。
【0018】
図1および図2において、符号21で示すものは、この参考例によるセラミックヒータ型グロープラグである。このグロープラグ21は、従来のものと同様にハウジング2の先端部に金属製外筒3を介してセラミックス発熱体22を取付けている。このセラミックス発熱体22は、W線コイルからなる発熱体23の一端部に正極側リード24を接続するとともに、他端部に負極側リード25を接続し、これらを絶縁性セラミックス26内に埋設した構造を採っている。前記正極側リード24と負極側リード25も発熱体23と同様にWによって形成している。
【0019】
前記正極側リード24は、後端部(接続側端部24a)をセラミックス発熱体22の後端部まで延設し、セラミックス発熱体22の内部で電極取出し金具11の前端部(接続側端部11a)を接続している。負極側リード25も正極側リード24と同様に、後端部(接続側端部25a)をセラミックス発熱体22の後端部まで延設し、セラミックス発熱体22の内部で後述する接続部材27に接続している。接続部材27は、この参考例では電極取出し金具11と同じ金属材料によって棒状に形成し、後端部がセラミックス発熱体22の後端面から後方へ突出する状態で前端部をセラミックス発熱体22の内部に挿入している。また、この接続部材27の前端部は、負極側リード25にろう付けしている。
【0020】
さらに、この接続部材27は、セラミックス発熱体22の外周面から一部が露出するように配設しており、前記露出部分を金属製外筒3に接触させてろう付けしている。このろう付け部分は、接続部材27の長手方向の全域にわたって延在している。前記負極側リード25が本発明に係る導体を構成している。
【0021】
正極側リード24と電極取出し金具11との接続と、負極側リード25と接続部材27との接続は、図2(c)に示すようにセラミックス発熱体22の後端部に形成した接続孔28,29を使用して行っている。すなわち、接続孔28,29の内部に正極側リード24の接続側端部24aと負極側リード25の接続側端部25aを露出させ、接続孔28に電極取出し金具11の接続側端部11aを挿入して正極側リード24の接続側端部24aにろう付けするとともに、接続孔29に接続部材27の前端部を挿入して負極側リード25の接続側端部25aにろう付けしている。この参考例では、正極側リード24と電極取出し金具11とを両者の側面どうしが接触するように配線し、接触部をろう付けしている。負極側リード25も接続部材27に側面どうしが接触するように配線し、接触部をろう付けしている。
【0022】
前記接続孔28,29は、セラミックス発熱体22に焼結前に埋設した円柱状の接続孔形成用部材30{図2(a)参照}を焼結後に除去することによって形成している。この接続孔形成用部材30は、この参考例では高融点金属であるMo(モリブデン)の線材によって形成している。
前記電極取出し金具11と接続部材27は、Ni線やステンレス線などの線材によって形成している。
【0023】
電極取出し金具11は、ハウジング2内をセラミックス発熱体22から後方(セラミックス発熱体22とは反対側)へ延びて外部接続端子6に接続している。この参考例では、外部接続端子6を円筒状に形成しており、電極取出し金具11を外部接続端子6の中空部に挿通させて後方へ導出し、外部接続端子6の後端部にろう付けしている。外部接続端子6の固定は、外部接続端子6に円筒状の絶縁部材5を固着してなる組立体をハウジング2の後端開口から内部に挿入し、前記絶縁部材5が嵌合する段部2aを形成したハウジング2の後端部をかしめることによって行っている。このようにハウジング2の後端部をかしめることによって、絶縁部材5とハウジング2内面との間がシールされる。
【0024】
次に、この参考例によるセラミックスヒータ型グロープラグ21の製造方法について説明する。
先ず、発熱体23(W線コイル)と正極側、負極側リード24,25とからなる組立体を形成し、正極側リード24と負極側リード25の後端部に接続孔形成用部材30を例えばワイヤ(図示せず)によってそれぞれ縛り付ける。両リード24,25に接続孔形成用部材30を仮に取付けるためには、接着剤を使用してもよい。接続孔形成用部材30を取付けた後、この組立体を図示していない成形型に装填し、ホットプレス焼成を行う。
【0025】
前記成形型は、セラミックス発熱体22を径方向に2分割したような形状のキャビティを有する下型と上型とを備えている。この成形型による成形方法は、前記上下の型に絶縁性セラミックス粉体をそれぞれ充填し、前記組立体を両型の間に挟んだ状態で型締めする方法を採っている。型締め時には、正極側リード24に取付けた接続孔形成用部材30をその後端面がセラミックス発熱体22の後端面と同一平面上に位置づけられるように配置する。また、負極側リード25に取付けた接続孔形成用部材30を、側部がセラミックス発熱体22の外周面に露出するとともに、後端部がセラミックス発熱体22から後方に突出するように配置しておく。
【0026】
このように接続孔形成用部材30を配置して焼成を行うことにより、セラミックス発熱体22は、図2(a),(b)に示すように、後端面に2本の接続孔形成用部材30が露出する状態で焼成される。焼成終了後、セラミックス発熱体22から前記接続孔形成用部材30を除去し、接続孔28,29を形成する。接続孔28,29は、セラミックス発熱体22の軸線方向に延びるように形成される。接続孔形成用部材30を除去する方法は、この参考例では溶解を採用した。すなわち、王水と硫酸の混合液にセラミックス発熱体22を浸漬し、接続孔形成用部材30を溶解させる。このとき、Moからなる接続孔形成用部材30は溶解されるが、Wからなる正極側リード24および負極側リード25は溶解されることがない。
【0027】
接続孔形成用部材30が溶解されることによって、図2(c)に示すように、セラミックス発熱体22の後端部に接続孔28,29が形成される。接続孔28内には、正極側リード24の接続側端部24aが露出し、接続孔29内には、負極側リード25の接続側端部25aが露出する。なお、接続孔形成用部材30を溶解によって除去する代わりに、ドリル(図示せず)で接続孔形成用部材30を後方から切削することによっても、接続孔28,29をセラミックス発熱体22の後端部に形成することができる。
【0028】
このように接続孔28,29を形成した後、図2(d)に示すように、接続孔28,29に電極取出し金具11の接続側端部11aと接続部材27の前端部を挿入し、この状態でろう付けを行う。このろう付け作業によって、ろう材が接続孔28,29の開口部から内部に浸入し、正極側リード24にろう材を介して電極取出し金具11が接続するとともに、負極側リード25にろう材を介して接続部材27が接続するようになる。なお、ろう付けを実施する以前に、接続孔28,29の孔壁面に従来からよく知られているメタライジング処理を施してもよい。メタライジング処理を前記孔壁面に施すことによって、ろう材が前記孔壁面に濡れ拡がるようになる。すなわち、ろう材は、セラミックス発熱体22の後端面には濡れ拡がることはなく、接続孔内のみに濡れ拡がるようになるから、電極取出し金具11と接続部材27とがろう材を介して短絡してしまうのを阻止することができる。この結果、電極取出し金具11のろう付けと接続部材27のろう付けを同一の工程で実施できるようになる。
【0029】
電極取出し金具11と接続部材27とをセラミックス発熱体22に接続した後、図2(e)に示すように、セラミックス発熱体22の後端部を金属製外筒3に前方から圧入し、金属製外筒3に接続部材27をろう付けする。このろう付けは、金属製外筒3の後端側から内部にろう材を挿入し、接続部材27と金属製外筒3との接触部分に供給することによって行う。このとき、接続部材27の側部は金属製外筒3の内周面に長手方向の全域にわたって接触しているから、ろう材が接続部材27の長手方向の略全域に濡れ拡がるようになる。
【0030】
ろう付け終了後、金属製外筒3を図1に示すようにハウジング2の前端部に前方から圧入する。このようにハウジング2の前端部にセラミックス発熱体22を取付けた後、ハウジング2の後端部に外部接続端子6を取付ける。外部接続端子6は、予め外周部に絶縁部材5を固着しておき、中空部に電極取出し金具11を挿通させながらハウジング2の後端部内に挿入する。前記絶縁部材5をハウジング内側の段部2a(図1参照)に当接させた状態でハウジング2をかしめることによって、外部接続端子6がハウジング2の後端部に固定される。外部接続端子6をハウジング2に固定した後、電極取出し金具11を外部接続端子6の後端部にろう付けすることによって、このグロープラグ21の組立てが完了する。
【0031】
このように構成したセラミックヒータ型グロープラグ21においては、負極側リード25の接続側端部25a(後端部)が露出する接続孔29をセラミックス発熱体22の後端面および外周面に開口するように形成し、この接続孔に挿入した接続部材27の前端部を負極側リード25にろう付けするとともに、この接続部材27における金属製外筒3の内周面に接触する側部を金属製外筒3の内面にろう付けしているから、負極側リード25は接続部材27を介して金属製外筒3に電気的に接続され、これらの部材の接続部分は、ろう材によって相対的な変位が阻止されるようになる。この結果、このグロープラグ21の発熱部分で熱膨張・収縮が繰り返されたとしても、負極側リード25と金属製外筒3とが導通する状態を維持することができる。
【0032】
また、接続孔29を金属製外筒3の軸線方向に延びるように形成してセラミックス発熱体22の外周面に開口させているから、接続孔29に挿入する接続部材27を一直線状に形成することができ、この接続部材27を長手方向の全域にわたって金属製外筒3にろう付けすることができる。このため、接続部材27と金属製外筒3とのろう付け部分の長さを長くすることができ、負極側リード25と金属製外筒3との間の電気的接続部分の信頼性が高くなる。
【0033】
さらに、この参考例によるセラミックヒータ型グロープラグ21の製造方法によれば、接続孔形成用部材30を埋設してセラミックス発熱体22を焼成し、焼成後に接続孔形成用部材30を除去することによって接続孔28,29を形成しているから、硬度が高いセラミックス発熱体22に機械加工を施すことなく接続孔28,29を形成することができる。また、焼結前に接続孔を形成する方法に較べて熱や圧力によって変形することがなく、接続孔29を接続部材27が正確に挿入されるように高い精度をもって形成することができる。
【0034】
さらにまた、接続孔形成用部材30を酸で溶解することによって除去しているから、接続孔形成用部材30の形状(接続孔の形状)の自由度を増大させることができる。このため、接続部材27に適合する形状に接続孔29を形成することができる。
【0035】
(第2の参考技術)
負極側リードと金属製外筒とを接続する接続部材は、図3に示すように形成することができる。
図3はクランク軸状に曲げられた接続部材を使用する他の参考例を示す図で、同図(a)はセラミックス発熱体の後端面を示す図、同図(b)はセラミックス発熱体の焼成後の状態を示す断面図、同図(c)は接続孔を形成した状態を示す断面図、同図(d)は電極取出し金具を接続した状態を示す断面図、同図(e)はセラミックス発熱体を金属製外筒に装着した状態を示す断面図である。図3おいて、前記図1および図2によって説明したものと同一もしくは同等の部材については、同一符号を付し詳細な説明は省略する。
【0036】
図3に示す接続部材27は、接続孔29に挿入する前端部27aに対して後端部27bがセラミックス発熱体22の径方向の外側に偏在するクランク軸状に形成している。この後端部27bを金属製外筒3の内周面にろう付けすることができるように構成している。この接続部材27を使用するために、負極側リード25が露出する接続孔29は、セラミックス発熱体22の軸心の近傍に形成している。
【0037】
この接続部材27に負極側リード25を接続する方法は、前記第1の参考技術の構成を採るときと同様の方法を採っている。
すなわち、正極側リード24と負極側リード25にそれぞれ接続孔形成用部材30を取付け、この組立体を成形型に装填して図3(a),(b)に示すようにセラミックス発熱体22を焼成する。焼成後に、接続孔形成用部材30を溶解や切削によって除去し、同図(c)に示すように接続孔28,29を形成する。これらの接続孔28,29のうち接続孔28に正極側リード24の接続側端部24aが露出し、他方の接続孔29に負極側リード25の接続側端部25aが露出する。ここで、接続孔28,29の孔壁面にメタライジング処理を施してもよい。
【0038】
そして、同図(d)に示すように、接続孔28,29に電極取出し金具11と接続部材27を挿入してそれぞれろう付けし、同図(e)に示すようにセラミックス発熱体22を金属製外筒3に圧入する。圧入後、接続部材27の後端部27bを金属製外筒3の内周面にろう付けする。この後の工程は、第1の参考技術の構成を採る場合と同一である。
【0039】
このようにクランク軸状に形成された接続部材27を用いて負極側リード25と金属製外筒3とを接続しても前記第1の参考技術の構成を採る場合と同等の効果を奏する。クランク軸状に形成された接続部材27を使用することにより、熱膨張・収縮時の熱応力で接続部材27が屈曲するようになるから、ろう付け部分に過大な荷重が加えられるのを阻止することができる。
【0040】
(第3の参考技術)
負極側リードに接続部材を接続するためには、図4に示すように接続子を使用することができる。
図4は接続子を使用して二つのリードを電極取出し金具と接続部材に接続する他の参考例を示す図で、同図(a)はセラミックス発熱体の後端面を示す図、同図(b)はセラミックス発熱体の焼成後の状態を示す断面図、同図(c)は接続孔を形成した状態を示す断面図、同図(d)は電極取出し金具を接続した状態を示す断面図、同図(e)はセラミックス発熱体を金属製外筒に装着した状態を示す断面図である。図4おいて、前記図1ないし図3によって説明したものと同一もしくは同等の部材については、同一符号を付し詳細な説明は省略する。
【0041】
図4に示すセラミックス発熱体22は、後端部に絶縁性セラミックスからなる接続子31を埋設し、この接続子31を使用して正極側リード24と負極側リード25の接続側端部24a,25aを電極取出し金具11と接続部材27にそれぞれ接続している。
この接続子31は、前記両リード24,25を電極取出し金具11と接続部材27に接続するために、前記第1の参考技術で示した接続構造を採用している。すなわち、正極側リード24と負極側リード25に接続孔形成用部材30をそれぞれワイヤや接着剤で取付けた状態で接続子31を成形し、この接続子31と両リード24,25や発熱体23(Wコイル)などからなる組立体をセラミックス発熱体用成形型に装填してセラミックス発熱体22を焼成する。
【0042】
焼成後の状態を図4(a),(b)に示す。焼成後に接続孔形成用部材30を溶解や切削によって除去し、同図(c)に示すように二つの接続孔28,29を形成する。
このように接続孔28,29を形成することにより、接続孔28に正極側リード24の接続側端部24aが露出し、接続孔29に負極側リード25の接続側端部25aが露出する。ここで、接続孔28,29の孔壁面にメタライジング処理を施してもよい。そして、同図(d)に示すように、これらの接続孔28,29に電極取出し金具11と接続部材27とを挿入してそれぞれろう付けし、同図(e)に示すようにセラミックス発熱体22を金属製外筒3に圧入する。その後に接続部材27の後端部27bを金属製外筒3の内周面にろう付けする。この後の工程は、第1の参考技術の構成を採る場合と同一である。
図4に示すように構成しても第1の参考技術の構成を採る場合と同等の効果を奏する。
【0043】
(第1の実施の形態)
以下、本発明に係るセラミックヒータ型グロープラグおよびその製造方法の一実施の形態を図5によって詳細に説明する。
負極側リードを金属製外筒に接続するためには、図5に示すように接続孔内のろう材を金属製外筒の内周面に接合させる構成を採ることができる。
図5は負極側リードをろう材によって金属製外筒に接続する第1の実施の形態を示す図で、同図(a)はセラミックス発熱体の後端面を示す図、同図(b)はセラミックス発熱体の焼成後の状態を示す断面図、同図(c)は接続孔を形成した状態を示す断面図、同図(d)は接続部材をろう付けした状態を示す断面図、同図(e)はセラミックス発熱体を金属製外筒に装着した状態を示す断面図である。
【0044】
この実施の形態によるセラミックス発熱体22は、第1〜第3の参考技術の構成を採るときとは異なり、接続部材27を使用することなく負極側リード25を金属製外筒3に接続している。すなわち、負極側リード25の接続側端部25aが露出する接続孔29をセラミックス発熱体22の後端部にセラミックス発熱体22の後端面と外周面とに開口するように形成し、この接続孔29に充填したろう材32{図5(e)参照}を介して負極側リード25を金属製外筒3にろう付けしている。
【0045】
この実施の形態によるグロープラグ21を製造するためには、先ず、第1の参考技術の構成を採るときと同様に、接続孔形成用部材30を正極側リード24と負極側リード25に取付け、この組立体を成形型に装填して図5(a),(b)に示すようにセラミックス発熱体22を焼成する。焼成後に、接続孔形成用部材30を溶解や切削によって除去し、同図(c)に示すように接続孔28,29を形成する。これらの接続孔28,29のうち接続孔28に正極側リード24の接続側端部24aが露出し、接続孔29に負極側リード25の接続側端部25aが露出する。この実施の形態においても、接続孔28,29を形成した後に接続孔28,29の孔壁面にメタライジング処理を施すことができる。
【0046】
しかる後、図5(d)に示すように、正極側リード24が露出している方の接続孔28に電極取出し金具11を挿入してろう付けし、同図(e)に示すようにセラミックス発熱体22を金属製外筒3に圧入する。圧入後、負極側リード25が露出している接続孔29に金属製外筒3の後端側からろう材32を充填し、負極側リード25を金属製外筒3の内周面にろう付けする。この後の工程は、第1の参考技術の構成を採る場合と同一である。
【0047】
図5に示すように構成しても第1の参考技術の構成を採る場合と同等の効果を奏する。すなわち、この実施の形態においては、負極側リード25の接続側端部25aが露出する接続孔29をセラミックス発熱体22の後端面と外周面とに開口するように形成し、この接続孔29に充填したろう材32を介して負極側リード25を金属製外筒3の内面に接続しているから、負極側リード25と金属製外筒3の電気的接続部分は、ろう材32によって相対的な変位が阻止されるようになる。この結果、このグロープラグ21の発熱部分で熱膨張・収縮が繰り返されたとしても、負極側リード25と金属製外筒3とが導通する状態を維持することができる。
【0048】
しかも、セラミックス発熱体22を焼成する以前に埋設した接続孔形成用部材30を焼成後に除去することによって接続孔29を形成しているから、セラミックス発熱体22の後端面と外周面に開口する接続孔29を、硬度が高いセラミックス発熱体22に機械加工を施すことなく形成することができる。しかも、セラミックス材料に対するろう材32の濡れ性は低いから、特別なマスク材を使用することなく接続孔29内のみにろう材32を充填することができる。その上、セラミックス発熱体22を焼結した後に接続孔29を形成しているから、焼結前に接続孔を形成する方法に較べて熱や圧力によって変形することがなく、接続孔29の開口部を高い精度をもって形成することができる。
【0049】
(第2の実施の形態)
セラミックス発熱体のリードは、図6および図7に示すように導電性セラミックスによって形成することができる。
図6はリードを導電性セラミックスによって形成したセラミックヒータ型グロープラグの断面図、図7はリードを導電性セラミックスによって形成したセラミックス発熱体を示す図で、同図(a)はセラミックス発熱体の後端面を示す図、同図(b)はセラミックス発熱体の焼成後の状態を示す断面図、同図(c)は電極取出し金具をろう付けした状態を示す断面図、同図(d)はセラミックス発熱体を金属製外筒に装着した状態を示す断面図である。図6および図7において、前記図1ないし図5によって説明したものと同一もしくは同等の部材については、同一符号を付し詳細な説明は省略する。
【0050】
図6および図7に示すセラミックス発熱体22は、先端部の発熱体23を導電性セラミックスによって形成するとともに、正極側リード24と負極側リード25を導電性セラミックスによって形成している。正極側リード24は、セラミックス発熱体22の後端部まで延設し、セラミックス発熱体22の後端面に露出させている。この露出部分に接続孔28を形成し、この接続孔28に電極取出し金具11を挿入してろう付けしている。一方、負極側リード25は、後端部(接続側端部25a)をセラミックス発熱体22の後端面と外周面に露出させている。この負極側リード25の後端部に接続孔29をセラミックス発熱体22の後端面と外周面に開口するように形成し、この接続孔29に充填したろう材32によって負極側リード25を金属製外筒3の内周面に接続している。
【0051】
この実施の形態によるセラミックス発熱体22を有するグロープラグ21を製造するためには、正極側リード24および負極側リード25を導電性セラミックスによって成形するときに成形型によって接続孔28,29を成形する。そして、正極側リード24と、負極側リード25と、発熱体23とからなる組立体をセラミックス発熱体用の成形型に装填する。この成形型は、上述した第1の実施の形態および各参考技術の構成を採るときに用いるものと同等のものである。成形時に成形型において前記組立体を装填するときは、正極側リード24の後端面がセラミックス発熱体22の後端面と同一平面上に位置するように正極側リード24を配置する。また、負極側リード25の後端部がセラミックス発熱体22の後端面と外周面に露出するように負極側リード25を配置する。なお、前記組立体は、セラミックス成形体の状態で成形型に装填する他に、セラミックス発熱体22を焼成する以前に別工程で焼成させてから前記成形型に装填してもよい。
【0052】
セラミックス発熱体22を焼成することによって、図7(a),(b)に示すように接続孔28,29がセラミックス発熱体22の後端部に形成される。接続孔28の孔壁面は正極側リード24によって形成され、接続孔29の孔壁面は負極側リード25によって形成される。焼成後、同図(c)に示すように、正極側リード24の接続孔28に電極取出し金具11を挿入してろう付けし、同図(d)に示すように、セラミックス発熱体22を金属製外筒3に圧入する。正極側リード24の接続孔28と負極側リード25の接続孔29に焼成後にメタライジング処理を施しておくことによって、後工程のろう付け工程でろう材が接続孔の孔壁面に濡れ拡がるようになる。
【0053】
金属製外筒3にセラミックス発熱体22を圧入した後、金属製外筒3の後端側から負極側リード25の接続孔29にろう材32を充填する。このろう付け作業によって、負極側リード25がろう材32を介して金属製外筒3に接続される。この後の工程は、第1の参考技術の構成を採る場合と同一である。
【0054】
図6および図7に示したように構成しても第1の参考技術の構成を採る場合と同等の効果を奏する。この実施の形態においては、導電性セラミックスからなる負極側リード25の後端部にセラミックス発熱体22の後端面および外周面に開口する接続孔29を形成し、セラミックス発熱体22を焼成して金属製外筒3に嵌入させた後、前記接続孔29にろう材32を充填して負極側リード25と金属製外筒3の内面とを接続しているから、接続孔29をセラミックス発熱体22の焼成前に形成するにもかかわらず、ろう材32によって負極側リード25を金属製外筒3に確実に接続することができる。すなわち、接続孔29を負極側リード25に形成しており、接続孔29の開口形状が焼成時に僅かに変形したとしても、開口部分が閉塞されることがない限りは、ろう材32によって負極側リード25を金属製外筒3に接続することができる。
【0055】
この実施の形態では、正極側リード24および負極側リード25と発熱体23とを別体に形成した例を示したが、これらの部材は導電性セラミックスによって一体に形成してもよい。
【0056】
上述した第1〜第3の参考技術、第1および第2の実施の形態では負極側リード25を金属製外筒3に接続する例を示したが、負極側リード25と正極側リード24の極性を逆にしてもよい。この構成を採る場合には、ハウジング22とシリンダヘッドとの間に絶縁部材を介装する。
【0057】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、導体と金属製外筒の電気的接続部分は、ろう材によって相対的な変位が緩和されるから、熱膨張・収縮が繰り返されたとしても導通状態を維持することができる。このため、前記導体により負極側リードを構成することによって、負極側リードが接続不良を起こすことがないセラミックヒータ型グロープラグを実現することができる。
【0061】
請求項2記載の発明によれば、セラミックス発熱体の後端面と外周面に開口する接続孔を、硬度が高いセラミックス発熱体に機械加工を施すことなく形成することができる。しかも、セラミックス材料に対するろう材の濡れ性は低いから、特別なマスク材を使用することなく接続孔内のみにろう材を充填することができる。このため、コストダウンを図りながら、電気的接続部の信頼性が高いセラミックヒータ型グロープラグを製造することができる。
【0062】
また、セラミックス発熱体を焼結した後に接続孔を形成しているから、焼結前に接続孔を形成する方法に較べて熱や圧力によって変形することがなく、接続孔の開口部を高い精度をもって形成することができる。このため、ろう材が確実に金属製外筒の内面に濡れ拡がるようになるから、前記導体により負極側リードを構成することによって、負極側リードと金属製外筒との接続部分の信頼性を向上させることができ、負極側リードが接続不良を起こすことがないセラミックヒータ型グロープラグを製造することができる。
【0064】
請求項3記載の発明によれば、導体に接続孔が形成されているから、接続孔を焼成前に形成するにもかかわらず、ろう材によって導体を金属製外筒に確実に接続することができる。このため、前記導体により負極側リードを構成することによって、負極側リードを確実にしかも接続不良を起こすことがないように金属製外筒に接続することができる。また、接続孔を焼成後に形成する方法に較べて接続孔の形成が簡単で、コスト低減を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の参考例となるセラミックヒータ型グロープラグの断面図である。
【図2】 負極側リードを接続部材によって金属製外筒に接続するグロープラグの製造方法を説明するための図である。
【図3】 クランク軸状に曲げられた接続部材を使用する他の参考例を示す図である。
【図4】 接続子を使用して二つのリードを電極取出し金具と接続部材に接続する他の参考例を示す図である。
【図5】 負極側リードをろう材によって金属製外筒に接続する本発明の実施の形態を示す図である。
【図6】 リードを導電性セラミックスによって形成したセラミックヒータ型グロープラグの断面図である。
【図7】 リードを導電性セラミックスによって形成したセラミックス発熱体を示す図である。
【図8】 自動車用ディーゼルエンジンに装備する従来のセラミックヒータ型グロープラグの断面図である。
【符号の説明】
3…金属製外筒、21…グロープラグ、22…セラミックス発熱体、23…発熱体、24…正極側リード、25…負極側リード、27…接続部材、28,29…接続孔、30…接続孔形成用部材、32…ろう材。
Claims (3)
- セラミックス発熱体を金属製外筒に挿入し、前記セラミックス発熱体内の導体を前記金属製外筒に接続したセラミックヒータ型グロープラグにおいて、前記金属製外筒に接続される導体の後端部が露出する接続孔をセラミックス発熱体の後端面から外周面においてセラミックス発熱体の軸線方向に開口するように形成し、この接続孔に充填したろう材を介して前記導体を前記金属製外筒の内面に接続したことを特徴とするセラミックヒータ型グロープラグ。
- セラミックス発熱体を焼成した後にセラミックス発熱体を金属製外筒に嵌入させ、セラミックス発熱体内の導体を前記金属製外筒の内面に接続するセラミックヒータ型グロープラグの製造方法において、セラミックス発熱体を焼成する以前の成形体の後端部に、高融点金属からなる接続孔形成用部材を前記導体の後端部が接触するとともに前記成形体の後端面から外周面において前記セラミックス発熱体の軸線方向に露出するように埋設し、セラミックス発熱体を焼成した後、前記接続孔形成用部材を除去することによってセラミックス発熱体の後端面から外周面においてセラミックス発熱体の軸線方向に開口する接続孔を形成し、セラミックス発熱体を前記金属製外筒に嵌入させた後、前記接続孔にろう材を充填し、このろう材を介して前記導体と金属製外筒の内面とを接続することを特徴とするセラミックヒータ型グロープラグの製造方法。
- セラミックス発熱体を焼成した後にセラミックス発熱体を金属製外筒に嵌入させ、セラミックス発熱体内の導体を前記金属製外筒の内面に接続するセラミックヒータ型グロープラグの製造方法において、前記導体の材料を導電性セラミックスとしてこの導体の後端部に前記セラミックス発熱体の後端面から外周面において前記セラミックス発熱体の軸線方向に開口する接続孔を形成し、セラミックス発熱体を焼成し前記金属製外筒に嵌入させた後、前記接続孔にろう材を充填し、このろう材を介して導体と金属製外筒の内面とを接続することを特徴とするセラミックヒータ型グロープラグの製造方法。
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