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
セラミックヒータ型グロープラグおよびその製造方法 Download PDFInfo
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Description
【０００１】
【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。
【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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